JP2012198106A

JP2012198106A - 超音波センサ

Info

Publication number: JP2012198106A
Application number: JP2011062604A
Authority: JP
Inventors: Koji Urase; 浩司浦瀬; Yasushi Nagano; 康志永野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-10-18
Also published as: US8897025B2; CN102692624A; CN102692624B; US20120243189A1

Abstract

【課題】防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することのできる超音波センサを提供する。
【解決手段】超音波の送受波を行う送受波素子１０を収納する送受波ブロック１と、送受波素子１０を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３と、開口４１Ａを具備して開口４１Ａを介して回路基板３が収納されるとともに、送受波ブロック１が取り付けられるハウジング４と、ハウジング４に設けられた挿通口４２を通して送受波素子１０と回路基板３の電子回路とを電気的に接続する導通手段と、開口４１Ａを閉塞する蓋部材６とを備え、挿通口４２は充填材７によって封止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載されて障害物検知等に用いられる超音波センサに関する。

従来から、図４に示すように、一面に開口を具備する中空状のハウジング１０１と、超音波の送受波が行われる送受波面がハウジング１０１の他面に露出する送受波素子（送受波ブロック）１０２とを備えた超音波センサが提供されている。この超音波センサは、ハウジング１０１内に収納されて送受波素子１０２を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装される回路基板１０３と、送受波素子１０２と回路基板１０３とを電気的に接続する配線１０４とを備える。また、この超音波センサは、ハウジング１０１の開口を覆うように設けられる蓋部材１０５と、一端が回路基板１０３の電子回路に接続されて他端が図示しない給電端子に接続される端子１０６とを備える。

そして、上記超音波センサが車両用として用いられる場合、当該超音波センサは、バンパーやフロントグリル等、水を被る可能性が高く且つ振動の激しい箇所に設置される。このため、従来多くの超音波センサでは、その回路基板１０３が収納されるハウジング１０１内に、疎水性及び弾力性を有するシリコーンやウレタン等の充填材１０７が充填されている。このように充填材１０７をハウジング１０１内に充填することで、要求される高い防水性及び耐振性を確保する構成が一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２４３５１号公報

しかしながら、上記従来例では、充填材１０７をハウジング１０１内に充填することにより、その分重量及びコストが増加するのみならず、充填材１０７の存在によってハウジング１０１内に収納された回路基板１０３に歪みが生じる可能性がある。回路基板１０３に歪みが生じると、当該回路基板１０３上に実装された電子部品との間のはんだ付け部分に応力がかかり、亀裂が生じる虞がある。或いは、充填材１０７の充填の前後においてセンサの検知エリア特性が変化してしまうという虞もある。なお、回路基板１０３に歪みを生じさせる要因としては、例えば、充填材１０７の熱膨張及び収縮に伴う外部負荷がある。また、充填前後における検知エリア特性の変化としては、その検知エリアの狭小化等が挙げられる。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することのできる超音波センサを提供することを目的とする。

本発明の超音波センサは、超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備して前記開口を介して前記回路基板が収納されるとともに、前記送受波ブロックが取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに設けられた挿通口を通して前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とを電気的に接続する導通手段と、前記開口を閉塞する手段とを備え、前記挿通口は充填材によって封止されることを特徴とする。

この超音波センサにおいて、前記挿通口は、前記送受波ブロックの内部に充填される充填材によって封止されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記導通手段は、前記回路基板の電子回路に電気的に接続されたピン端子と、一端が前記送受波素子に接続されたリード線の他端とを電気的に接続して成ることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記導通手段は、前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とをリード線によって電気的に接続して成ることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記導通手段は、前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とをワイヤーボンディングによって電気的に接続して成ることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、シリコーンから構成されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、ウレタンから構成されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、エポキシから構成されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、ゴム材料から構成されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、発泡材から構成されることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記充填材は、シリコーン、ウレタン、エポキシ、ゴム材料、発泡材のうち少なくとも２種類の材料を組み合わせて構成されることが好ましい。

本発明は、防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板の歪みの発生を防止することができる。

本発明に係る超音波センサの実施形態を示す断面図である。同上の他の構成を示す断面図である。同上の更に他の構成を示す断面図である。従来の超音波センサを示す断面図である。

以下、本発明に係る超音波センサの実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図１における上下左右を上下左右方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、超音波の送受波を行う送受波ブロック１と、送受波ブロック１の送受波面以外の外周面を覆うカバー２と、送受波ブロック１を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板３とを備える。また、本実施形態は、送受波ブロック１が収納される素子収納部４０、及び開口４１Ａを具備して回路基板３が収納される基板収納部４１が設けられるとともに、素子収納部４０と基板収納部４１とを連通する挿通口４２が形成されるハウジング４を備える。更に、本実施形態は、一端が回路基板３に接続されて他端が図示しない外部端子に接続される外部接続端子５と、基板収納部４１の開口を閉塞する蓋部材６とを備える。

送受波ブロック１は、図１に示すように、圧電素子から成る送受波素子１０と、内部に送受波素子１０を収納するケース１１とから構成される。ケース１１は、例えば黒色に着色されたポリブチレンテレフタレートから上面を開口した有底円筒状に形成され、その内底部に送受波素子１０が収納される。また、ケース１１の下面は、超音波の送受波面として用いられる。

また、送受波ブロック１は、一端が送受波素子１０と電気的に接続されるリード線１２と、一端がリード線１２の他端にはんだ付けされて他端がケース１１外に突出する棒状のピン端子１３とを備える。ピン端子１３の他端は、回路基板３に設けられた挿入孔（図示せず）に挿入した状態ではんだ付けされることで、回路基板３に実装された電子回路と電気的に接続される。即ち、リード線１２とピン端子１３とで、送受波素子１０と回路基板３の電子回路とを電気的に接続する導通手段を構成している。

カバー２は、図１に示すように、弾性材料から下面を開口した有底円筒状に形成され、送受波ブロック１を覆うようにケース１１の外周に組み付けられる。カバー２の上面には、送受波ブロック１のピン端子１３を通すための通孔２０が設けられている。

回路基板３は、図１に示すように、開口４１Ａを介して基板収納部４１に収納され、通孔２０及び挿通口４２を介したピン端子１３が前述のようにはんだ付けによって接続される。

ハウジング４は、図１に示すように、上面に開口４１Ａを具備する中空箱形の基板収納部４１と、基板収納部４１の内底部の隔壁４３を挟んで基板収納部４１に隣接する有底円筒状の素子収納部４０とから構成される。なお、素子収納部４０は、その下面に開口４０Ａを具備している。また、ハウジング４の隔壁４３には、基板収納部４１の下部と素子収納部４０の上部とを連通させる挿通口４２が設けられている。

素子収納部４０には、図１に示すように、カバー２が組み付けられた送受波ブロック１が隔壁４３に当接する位置まで挿入されて、送受波ブロック１の送受波面を開口４０Ａを介して外部に臨ませる状態で収納される。

基板収納部４１の底面には、図１に示すように、１対の支持リブ４１Ｂ及び１対（図示では１つ）の溶着リブ４１Ｃがそれぞれ上向きに突出する形で形成されている。支持リブ４１Ｂは、基板収納部４１の底面の左右両端部にそれぞれ設けられており、当該支持リブ４１Ｂの上に回路基板３の左右両端部が載置される。また、溶着リブ４１Ｃは、支持リブ４１Ｂと同様に基板収納部４１の底面の左右両端部にそれぞれ設けられている。そして、溶着リブ４１Ｃは、回路基板３に溶着される際に、その先端部が折り曲げられることで回路基板３の上面に溶着される。したがって、回路基板３は、支持リブ４１Ｂと溶着リブ４１Ｃとで挟持されることで固定される。

基板収納部４１の底部において、素子収納部４０と対向する位置には、図１に示すように凹部４１Ｄが設けられており、この凹部４１Ｄの底面に挿通口４２の一端が開口している。

外部接続端子５は、図１に示すように、インサート成型によってハウジング４の外壁を貫通する形でハウジング４に一体に成型されている。外部接続端子５は、その一端がハウジング４の外面に突設される円筒状のコネクタ部４４内に突出し、他端が基板収納部４１内に突出する。ここで、外部接続端子５の一端は、図示しない外部端子に接続され、他端は、基板収納部４１の底面から突出して回路基板３にはんだ付け等により電気的に接続される。

そして、回路基板３の電子回路が外部接続端子５を介して外部電源（図示せず）からの電力の供給を受けて送受波素子１０へ駆動パルス信号を出力し、駆動パルス信号を受信した送受波素子１０が超音波を外部に送波する。次に、送受波素子１０は、送波した超音波の障害物からの反射波を受波すると受波信号を回路基板３の電子回路に出力する。回路基板３の電子回路は、駆動パルス信号を出力してから受波信号が入力されるまでの時間から障害物までの距離を演算し、演算結果を含む信号を外部接続端子５を介して外部の制御回路（図示せず）等へ出力する。

蓋部材６は、例えば透光性を有する白色のポリブチレンテレフタレートから成り、図１に示すように、開口４１Ａを覆うように基板収納部４１Ａに取り付けられる。蓋部材６は、その周縁部と基板収納部４１における開口４１Ａの周縁部とが超音波溶着、又はレーザ溶着によって接合される。したがって、基板収納部４１の開口４１Ａが蓋部材６によって閉塞されるので、基板収納部４１の開口４１Ａを介して外部から基板収納部４１内へ水が浸入するのを防止することができる。なお、溶着の方法は、超音波溶着やレーザ溶着に限定される必要は無く、例えば振動溶着等の方法であってもよい。また、溶着を行う代わりに、接着剤等を用いて接合してもよい。また、本実施形態では、基板収納部４１の開口４１Ａを閉塞する手段として蓋部材６を用いているが、開口４１Ａを閉塞できるものであればよく、閉塞する手段は蓋部材６に限定されない。

ここで、本実施形態の送受波ブロック１は密閉型であって、送受波ブロック１のケース１１内部には、例えば疎水性及び弾力性を有するシリコーンから成る充填材７が充填されている。このようにケース１１内部に充填材７を充填することで、ケース１１内部における振動を抑制するとともに、外部からケース１１内部への水の浸入や塵等の侵入を防止している。

本実施形態では、図１に示すように、この充填材７を挿通口４２及び通孔２０、並びに凹部４１Ｄにも充填させることで挿通口４２を閉塞している。したがって、基板収納部４１は、上述の蓋部材６により開口４１Ａが閉塞され、また、充填材７により挿通口４２が封止されることで、外部に対して密閉される。このため、素子収納部４０及び挿通口４２を介して外部から基板収納部４１内へ水が浸入するのを防止することができる。

上述のように、本実施形態では、挿通口４２を充填材７で封止することにより、基板収納部４１に充填材７を充填することなく基板収納部４１を密閉することができるので、回路基板３の周囲に回路基板３に応力をかける虞のある充填材７が存在しない。したがって、防水性を確保しつつ重量及びコストの増加を抑制し、且つ回路基板３の歪みの発生を防止することができる。また、送受波ブロック１のケース１１内部に充填される充填材７を挿通口４２を封止するための充填材として兼用しているので、充填材７の充填が１回で済むことから、製造工程における工数を削減することができる。

なお、充填材７としては、上記のシリコーン以外にも例えばウレタン、エポキシや、ゴム材料、発泡材を用いてもよい。更には、上記の材料のうち少なくとも２種類の材料を組み合わせて充填材７として用いてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すようにリード線１２とピン端子１３とで、送受波素子１０と回路基板３の電子回路とを電気的に接続しているが、図２に示すように、リード線１２のみで双方を電気的に接続するように構成してもよい。更に、リード線１２やピン端子１３を用いる代わりに、ボンディングワイヤを用いてワイヤーボンディングすることで送受波素子１０と回路基板３の電子回路とを電気的に接続してもよい。

更に、本実施形態では、素子収納部４０に送受波ブロック１を収納しているが、図３に示すように、素子収納部４０を除いたハウジング４に送受波ブロック１を取り付ける構成でもよい。この構成では、送受波ブロック１を組み付けたカバー２を、ハウジング４下面の挿通口４２の周縁に取り付け、充填材７で固定することで、送受波ブロック１をハウジング４に取り付けている。

１送受波ブロック
１０送受波素子
１２リード線（導通手段）
１３ピン端子（導通手段）
３回路基板
４ハウジング
４１Ａ開口
４２挿通口
６蓋部材
７充填材

Claims

超音波の送受波を行う送受波素子を収納する送受波ブロックと、前記送受波素子を介して送受波される超音波信号を処理するための電子回路が実装された回路基板と、開口を具備して前記開口を介して前記回路基板が収納されるとともに、前記送受波ブロックが取り付けられるハウジングと、前記ハウジングに設けられた挿通口を通して前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とを電気的に接続する導通手段と、前記開口を閉塞する手段とを備え、前記挿通口は充填材によって封止されることを特徴とする超音波センサ。
前記挿通口は、前記送受波ブロックの内部に充填される充填材によって封止されることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
前記導通手段は、前記回路基板の電子回路に電気的に接続されたピン端子と、一端が前記送受波素子に接続されたリード線の他端とを電気的に接続して成ることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
前記導通手段は、前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とをリード線によって電気的に接続して成ることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
前記導通手段は、前記送受波素子と前記回路基板の電子回路とをワイヤーボンディングによって電気的に接続して成ることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
前記充填材は、シリコーンから構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。
前記充填材は、ウレタンから構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。
前記充填材は、エポキシから構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。
前記充填材は、ゴム材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。
前記充填材は、発泡材から構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。
前記充填材は、シリコーン、ウレタン、エポキシ、ゴム材料、発泡材のうち少なくとも２種類の材料を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波センサ。