JP2012198107A

JP2012198107A - 超音波センサ

Info

Publication number: JP2012198107A
Application number: JP2011062605A
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

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、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を収納する送受波ブロック１と、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３と、送受波素子１が収納される素子収納部４０、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、挿通口４２を通して送受波素子と回路基板３の電子回路とを電気的に接続する導通手段と、挿通口４２を封止する封止板６とを備え、ハウジング４は、その一部を変形するとともに当該変形した部位（延設片４５）でハウジング４の開口４１Ａを閉塞する。
【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３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に溶接等により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。

そこで、図４に示すように、ハウジング１０１内の回路基板１０３が収納される基板収納部１０１Ａと、送受波素子１０２が収納される素子収納部１０１Ｂとを連通する連通孔１０１Ｃを封止板１０８で封止することが考えられる。この構成であれば、ハウジング１０１の開口を蓋部材１０５で閉塞することで基板収納部１０１Ａが密閉されるので、充填材１０７を用いることなく防水性を確保することができる。

しかしながら、前述の従来例や図４に示す上記構成の場合、ハウジング１０１の開口を閉塞するために蓋部材１０５を必要とするため、部品点数が増えるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、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、前記連通口を封止する封止手段とを備え、前記ハウジングは、その一部を変形するとともに当該変形した部位で前記開口を閉塞することを特徴とする。

この超音波センサにおいて、前記ハウジングは、その一部を折り曲げることで前記開口を閉塞し、前記ハウジングの折り曲げる部位の厚み寸法を前記ハウジングの他の部位の厚み寸法よりも小さくすることが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記ハウジングの変形した部位同士又は前記変形した部位と前記ハウジングの他の部位とを溶着することで前記開口を閉塞することが好ましい。

この超音波センサにおいて、前記ハウジングの変形した部位同士又は前記変形した部位と前記ハウジングの他の部位とを接着することで前記開口を閉塞することが好ましい。

本発明は、ハウジングの一部を変形し、その変形した部位でハウジングの開口を閉塞するので、部品点数を増やすことなく防水性を確保することができ、また、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図で、（ａ）は断面図で、（ｂ）は要部拡大図で、（ｃ）はハウジング上面の結合箇所を示す斜視図である。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。従来の超音波センサの他の構成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（ａ）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（ａ）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、挿通口４２を封止する封止板６（封止手段）とを備える。

送受波ブロック１は、図１（ａ）に示すように、圧電素子から成る送受波素子（図示せず）と、内部に送受波素子を収納するケース１０とから構成される。ケース１０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円筒状に形成され、その内底部に送受波素子が収納される。また、ケース１０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、一端が送受波素子と電気的に接続されるリード線（図示せず）と、一端がリード線の他端にはんだ付けされて他端がケース１０外に突出する棒状のピン端子１１とを備える。ピン端子１１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、リード線とピン端子１１とで、送受波素子と回路基板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（ａ）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１０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１１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（ａ）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１１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（ａ）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（ａ）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（ａ）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。なお、回路基板３の固定方法は上記の方法に限定される必要はなく、例えば支持リブ４１Ｂと回路基板３とを接着することで固定してもよい。

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（ａ）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（ａ）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が超音波を外部に送波する。次に、送受波素子は、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。

封止板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矩形板状に形成され、図１（ａ）に示すように、その中央部には下向きに窪んだ凹部６０が形成されている。即ち、封止板６は、凹部６０と、当該凹部６０の周縁に形成される鍔部６１とから構成される。この封止板６は、その凹部６０を挿通口４２に嵌め込んだ状態で基板収納部４１の凹部４１Ｄ内に設けられる。また、封止板６における凹部６０の底面には通孔（図示せず）が形成され、当該通孔には、送受波ブロック１のピン端子１１が通される。

封止板６は、その鍔部６１が基板収納部４１の凹部４１Ｄの底面に超音波溶着又はレーザ溶着によって接合される。なお、溶着の方法としては上記の方法に限定される必要はなく、振動溶着等であってもよい。また、溶着を行う代わりに、接着剤を用いて接着してもよい。これにより、封止板６とハウジング４との隙間が閉塞される。

更に、封止板６は、凹部６０の底面が挿通口４２及びカバー２の通孔２０を通して送受波ブロック１のケース１１の上面に当接し、当該上面と凹部６０の底面とが超音波溶着や振動溶着、又は接着剤を用いた接着により接合される。これにより、封止板６と送受波ブロック１との隙間が閉塞される。このように、封止板６により挿通口４２を封止することで、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。なお、本実施形態では、封止板６によって挿通口４２を封止しているが、これに限定される必要は無く、例えば充填材を挿通口４２に充填することで挿通口４２を封止する構成であってもよい。

ここで、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、ハウジング４における基板収納部４１上端の各辺には、それぞれ上向きに突出する三角形状の延設片４５が延設されている（同図の破線、及び図１（ｃ）参照）。そして、これら延設片４５を基板収納部４１上端の各辺を軸として内向きに折り曲げ、各延設片４５の互いに隣り合う辺同士を溶着することで、基板収納部４１の開口４１Ａを閉塞している。したがって、基板収納部４１の開口４１Ａが各延設片４５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。

上述のように、本実施形態では、ハウジング４の一部を変形し、その変形した部位（延設片４５）でハウジング４の開口４１Ａを閉塞するので、ハウジング４に充填材を充填することなくハウジング４を密閉することができる。このため、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が存在しないので、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３の歪みの発生を防止することができる。また、ハウジング４の開口４１Ａを閉塞するための蓋部材を別途用意する必要がないので、部品点数を削減することができる。

なお、図１（ｂ）に示すように、各延設片４５を折り曲げる部位にそれぞれ切り欠き４５Ａを設けることで、ハウジング４の折り曲げる部位の厚み寸法をハウジング４の他の部位の厚み寸法よりも小さくしてもよい。この場合、ハウジング４の折り曲げる部位の変形性を向上させることができ、各延設片４５を容易に折り曲げることができる。

また、本実施形態では、基板収納部４１上端の各辺から延設される４つの三角形状の延設片４５によって開口４１Ａを閉塞しているが、他の構成であってもよい。例えば、基板収納部４１上端の何れか１辺のみから矩形状の延設片（図示せず）を延設し、当該延設片のみで基板収納部４１の開口４１Ａを閉塞するようにしてもよい。この場合、当該延設片の各辺と基板収納部４１上端の各辺とを溶着すればよい。

更に、本実施形態では、ハウジング４の開口４１Ａを閉塞する際に延設片４５同士を溶着しているが、例えば接着剤を用いた接着等、溶着以外の方法で接合してもよい。この場合、溶着に必要な設備が不要となるために設備投資等の初期投資をせずに済むので、償却費などの固定費の削減を図ることができる。

ところで、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２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に組み付けたカバー２を、ハウジング４下面の挿通口４２の周縁に取り付けている。

１送受波ブロック
１１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
４５延設片
６封止板（封止手段）

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、前記連通口を封止する封止手段とを備え、前記ハウジングは、その一部を変形するとともに当該変形した部位で前記開口を閉塞することを特徴とする超音波センサ。
前記ハウジングは、その一部を折り曲げることで前記開口を閉塞し、前記ハウジングの折り曲げる部位の厚み寸法を前記ハウジングの他の部位の厚み寸法よりも小さくすることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
前記ハウジングの変形した部位同士又は前記変形した部位と前記ハウジングの他の部位とを溶着することで前記開口を閉塞す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。
前記ハウジングの変形した部位同士又は前記変形した部位と前記ハウジングの他の部位とを接着することで前記開口を閉塞す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。