JP2013110573A - 超音波送受波器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を少なくし、作業工数またはコストを抑え、且つ、作業の自動化が可能となる超音波送受波器を提供する。
【解決手段】クッション材を有する超音波送受波器から、樹脂ベース４と有底筒状ケース２をＬＩＭＳ成形で接合することにより部品点数を少なくし、クッションを用いないことにより作業の自動化が可能となる。樹脂ベース４が背面側にケースの内部と同形状の貫通穴を有し、金属製端子５を円筒体成形時の金型構造が単純になるように設計することにより、ＬＩＭＳ成形作業が可能となる。接合品はＬＩＭＳ成形により可能となり、ＬＩＭＳ成形は金型形状を加味した樹脂ベース４と金属製端子５の形状且つ構造より可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波周波数帯の送信、受信を行う空中用の超音波送受波器に関するものである。

従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、これを車のバンパー等に埋め込み設置し、周辺の障害物を検出する場合、超音波送受波器にパルスバースト電気信号を入力することで超音波送受波器からその入力パルスバースト電気信号に応じた超音波信号が発振され、発振された超音波信号は障害物に到達した後、その障害物で反射し、超音波信号の一部は同じ超音波送受波器に戻ってくる。超音波送受波器はその反射信号を受信することで障害物を検出している。

従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、図２にその概略縦断面図を表す。図２において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を構成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面と圧電素子１から入出力リード６ａ、又、有底筒状ケース２から入出力リード６ｂを半田付け等によって取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード６ａ及び、有底筒状ケース２と入出力リード６ｂとは電気的に接続されている。圧電素子１の上面に発泡シリコーン等から成る吸音材７を載置し、有底筒状ケース２の背面開口部に樹脂と金属製端子で構成したキャップ１０を弾性材料から成るスペーサー９を介して前述有底筒状ケースの外側から、前述有底筒状ケースの背面開口端部分１１の外周を被覆するように蓋としてかぶせ、嵌め合いや接着などにより固定する。キャップ１０を構成する樹脂は、ＰＢＴやフェノール樹脂などの硬質の材料を使用する。これにより金属製端子の位置精度が高くなる。また、前述キャップ１０は貫通穴を有し、前述キャップ１０の背面開口部端面から有底筒状ケース２の内部にかけて金属製端子の一部を覆うように自己接着性を有するシリコーンまたはウレタンなどを用いた充填剤８を貫通穴から充填する。キャップ１０に装着または植立された金属製端子は、有底筒状ケース２の底面に貼り合わせされる圧電素子１の面に交差するように設け、入出力リード６ａ及び６ｂを前述金属製端子にそれぞれ半田付けされている。そして有底筒状ケース２の側壁の外側をシリコーン材、ウレタン材等からなるクッション１２を勘合により組み付ける。

特許公開２０１０−６３１３５ 特許公開２００９−５５４５６

従来のクッション材を有する超音波送受波器においては、キャップ及びスペーサー、クッション等の部品により部品点数が多く、作業工数またはコストが高くなるという問題があった。また、クッション材を用いることで、作業の自動化が不可能だった。その部品点数を少なくし、作業工数またはコストを抑えること、且つ、作業の自動化を可能にすることが解決しようとする課題である。

従来のクッション材を有する超音波送受波器から、樹脂ベースと有底筒状ケースをＬＩＭＳ成形で接合することにより部品点数を少なくし、クッションを用いらないことにより作業の自動化が可能となる。

有底筒状ケースは、ＰＢＴ等から成る筒状側面部を有する樹脂ベースに側面と背面の一部を覆われている。ＬＩＭＳ成形により有底筒状ケースと樹脂ベースの間にシリコーン材等を充填し、シリコーン材から成る円筒体が形成されることにより有底筒状ケースに樹脂ベースを接合する。樹脂ベースは背面に貫通穴と段差面を有し、その段差面に装着または植立された金属製端子を有する。有底筒状ケースの内部形状と樹脂ベースの背面の貫通穴の形状を合わせることで、円筒体成形時にシリコーン材が有底筒状ケースの内部に入ることなく、単純な金型形状でシリコーン材を有底筒状ケースと樹脂ベースの間に成形することができる。金属製端子は、有底筒状ケースの背面より観察したときに貫通穴内部に金属製端子は見えない構造となっており、円筒体成形時の金型構造が単純になるように設計されている。樹脂ベースが背面側にケースの内部と同形状の貫通穴を有し、金属製端子が貫通穴内部に見えない構造であることにより、ＬＩＭＳ成形作業が可能となる。

これにより、有底筒状ケース及び円筒体及び樹脂ベースを接合することが可能となり、部品点数を少なくし、作業工数またはコストを抑えることが出来る。且つ、クッションを用いらないことにより、作業の自動化が可能となる。接合品はＬＩＭＳ成形により可能となり、ＬＩＭＳ成形は金型形状を加味した樹脂ベースと金属製端子の形状且つ構造より可能となる。

金属製端子が充填剤で覆われることで、端子への不要振動伝達も効率よく抑制されるため残響特性が改善でき、近距離まで誤作動なく安定した物体検知が出来る。また、金属製端子の半田付け部が自己接着性を有する充填剤で覆われることで、半田付け部の高い信頼性を得ることが出来る。有底筒状ケース及び円筒体及び樹脂ベースの接合品により、部品点数を少なくし、作業工数またはコストを抑えることが出来る。また、クッションを用いらないことにより、作業の自動化が可能となる。

本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図 従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図 本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器

車載用コーナーセンサ等に用いる際、バンパー等に埋め込み設置し、長距離から近距離まで安定した障害物検知を誤作動なく高い信頼性で実現できる。

図１は本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図１の上面図は内部構造をわかりやすくするために吸音材７と封止剤８を除いて表示している。図１において、エポキシをベースとした樹脂等から成る有底筒状ケース２の底面内部に両面電極の折り返し圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を構成する。有底筒状ケース２の材料は、アルミニウム材などの金属、または、アルミニウム材などの金属に電着塗装またはプライマー塗装を施したもの、または、エポキシとシリカの複合材料などの樹脂等を使用しても良い。例えば、圧電素子１は、一辺が４ｍｍの正方形である。例えば、有底筒状ケース２は、外径Φ１２ｍｍ、高さ８ｍｍ、内部が楕円状にくりぬかれている。このケース形状は、共振周波数が６０ｋＨｚになるように設計されている。

有底筒状ケース２はＰＢＴ等から成る筒状側面部を有する樹脂ベース４に側面と背面の一部を覆われている。樹脂ベース４は、フェノール樹脂などの硬質の樹脂等の材料を使用しても良い。また、樹脂ベース４は背面に貫通穴と背面と水平の段差面を有する。樹脂ベース４の段差面に、装着または植立された金属製端子５を有する。ＬＩＭＳ成形により有底筒状ケース２と樹脂ベース４の間にシリコーン材等を充填し、シリコーン材から成る円筒体３が形成されることにより有底筒状ケース２に樹脂ベース４を接合する。例えば、樹脂ベース４は、外径Φ１４．５ｍｍ、高さ１４ｍｍである。意匠面側には、奥行き９ｍｍ、内径Φ１３ｍｍの円筒体３と有底筒状ケース２の取り付け部を有する。背面の貫通穴は、有底筒状ケース２の内部形状に合わせてある。有底筒状ケース２の内部形状と樹脂ベース４の背面の貫通穴の形状を合わせることで、円筒体３成形時にシリコーン材が有底筒状ケース２の内部に入ることなく、単純な金型形状でシリコーン材を有底筒状ケース２と樹脂ベース４の間に成形することができる。樹脂ベースの貫通穴の形状と有底筒状ケースの内側の形状は完全に一致していなくとも良い。例えばすこし樹脂ベースの貫通穴の方を大きくすることでシリコーンからなる円筒体を成形する際に発生するバリを抑制できる。

有底筒状ケース２と樹脂ベース４の間に成形するシリコーン材は、樹脂ベース４に用いられるＰＢＴなどの樹脂材料と有底筒状ケース２に用いられるエポキシなどの樹脂材料または金属表面の電着塗装またはプライマー塗装と接着するシリコーン材料が用いられている。接着性を持つシリコーン材を使用することで、密閉構造を得ることが出来る。使用するシリコーン材料として信越化学工業株式会社 ＫＥＧ−２０００−４０（Ａ／Ｂ）などがある。
ただし、樹脂ベース４または有底筒状ケース２の材料または塗装と接着しない材料を用いても良い。その場合、接着する材料を用いた場合より密閉性が劣る。

また、円筒体３の意匠面は、有底筒状ケース２の意匠面よりも一段低い位置に設けられている。例えば、有底筒状ケースの意匠面から１．５ｍｍ低くなっている。シリコーン成形時のバリによる塗装への影響を抑えることが出来る。

金属製端子５は、有底筒状ケース２の底面と垂直で底面の中心を通る面で見たとき、相向かい合う２つの面にコの字形の電極端子がそれぞれ１つずつあり、コの字形の両端は背面方向を指しており、一端は長く、一端は短くなっている。長い一端は樹脂ベース４の背面から突出しており、短い一端は樹脂ベース４の背面より内側に収まっている。有底筒状ケース２の背面より観察したときに貫通穴内部に金属製端子５は見えない構造となっている。例えば、樹脂ベース４の段差部は、背面から３ｍｍの位置に設けられている。段差部の金属製端子５はインサート成形によって樹脂ベース４に埋め込まれている。金属製端子５の露出部は長い一端が８ｍｍ、短い一端が１．５ｍｍである。短い一端に入出力リード６を半田付けし、樹脂ベース４の背面まで充填剤８が充填されたときに、半田付け部が充填剤８によって覆われるように設計されている。露出部の端子はストレート形状で、円筒体３成形時の金型構造が単純になるように設計されている。樹脂ベース４が背面側に貫通穴を有し、金属製端子５が貫通穴内部に見えない構造であることにより、シリコーンを成形する作業が可能となる。金属製端子５は有底筒状ケース２の底面と垂直で底面の中心を通る面で見たとき、相向かい合う２つの面のどちらか片方に両方の電極端子を設けても良い。一般的に端子間のピッチが１．５ｍｍなどの短いピッチであることが多いので、片側に両方の端子を設けた方が良い場合が多いと考えられる。長い側の端子は、露出部の一部がシリコーンで覆われていてもよいし、覆われていなくてもよい。

底面圧電素子１から入出力リード６ａ及び６ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の上面にシリコーン発泡体等から成る吸音材７を設置する。入出力リード線６ａ及び６ｂを、樹脂ベース４の背面側にある金属製端子５のコの字形の短い一端にそれぞれ半田付けする。更に、その上からシリコーン材、ウレタン材等の弾性体から成る充填剤８を有底筒状ケース２及び円筒体３及び樹脂ベース４の接合品内に、樹脂ベース４の背面または背面付近まで充填する。

実施例のマイクを評価した結果、良好な残響特性と音圧・感度特性が得られている。金属製端子５が充填剤８で覆われることで、端子への不要振動伝達も効率よく抑制されるため残響特性が改善でき、近距離まで誤作動なく安定した物体検知が出来る。また、金属製端子５の半田付け部が自己接着性を有する充填剤８で覆われることで、半田付け部の高い信頼性を得ることが出来る。有底筒状ケース２及び円筒体３及び樹脂ベース４の接合品により、部品点数を少なくし、作業工数またはコストを抑えることが出来る。接合品はＬＩＭＳ成形により可能となり、ＬＩＭＳ成形は金型形状を加味した樹脂ベース４と金属製端子５の形状且つ構造より可能となる。また、クッションを用いらないことにより、作業の自動化が可能となる。

本発明は、車のバックセンサのみならず、防滴型超音波送受波器が利用されている様々な分野に適用できる。

１ 圧電素子
２ 有底筒状ケース
３ 円筒体
４ 樹脂ベース
５ 金属製端子
６ａ 入出力リード
６ｂ 入出力リード
７ 吸音材
８ 充填剤
９ スペーサー
１０ キャップ
１１ 背面開口端部分
１２ クッション

Claims (3)

1. 金属または樹脂からなる有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせたユニモルフ振動子と、
   圧電素子に設けられた電極に繋がれたリード線と、
   有底筒状ケースの側面を覆うシリコーン材からなる円筒体と、
   前述シリコーン材からなる円筒体を介して前述有底筒状ケースに取り付けられた前記リード線の一端を接合する金属製端子が設けられた樹脂ベースと
   からなる超音波送受波器において、
   前述樹脂ベースが筒状の側面部を有し、筒状側面部が前述円筒体を覆うことを特徴とした超音波送受波器
2. 前述シリコーン材からなる円筒体が、筒状側面部を有する樹脂ベースと有底筒状ケースをインサートして、樹脂ベースと有底筒状ケースの間にシリコーン材から成るスペーサー且つクッションを成形したことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器
3. 前述樹脂ベースの背面の貫通部に背面側が広くなるように段差を設け、樹脂ベースに設けられた長い一端と短い一端を有するコの字形の端子の両端が、少なくとも短い一端が前述の段差から背面に向けて突出し、端子の短い側の一端にリード線の一端を結合し、内部をシリコーンで充填し、短い側の一端は充填したシリコーンで覆われ、長い側の一端は外部の端子と接合できるように露出することを特徴とする請求項２に記載の超音波送受波器

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