JP2013143589A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波の送信、または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。 The present invention relates to an aerial ultrasonic transducer that transmits or receives ultrasonic waves.
今日、超音波送受信器を利用した物体検知システムがさまざまな分野で使用されている。特に大量に生産されているのが車の後方、または側面の物体検知用超音波送受信器である。 Today, object detection systems using ultrasonic transceivers are used in various fields. Particularly, mass-produced ultrasonic transmitters / receivers for object detection on the rear or side of a vehicle are produced.
この超音波送受信器は、一般的にアルミ合金の有底筒状ケースと、ケースの底面に貼り付けられた圧電素子と、圧電素子の両面に取り付けられた電極線を基本構造としている。圧電素子の両面電極に電圧を加えることで、ケースの意匠面から超音波を発生させる。また、物体に当って反射した超音波をケース意匠面で受信する事が出来る。この反射してくるまでの時間を測定する事で物体までの距離を検知する事が可能である。 This ultrasonic transmitter / receiver generally has a basic structure including a bottomed cylindrical case made of an aluminum alloy, a piezoelectric element attached to the bottom surface of the case, and electrode wires attached to both surfaces of the piezoelectric element. By applying voltage to the double-sided electrodes of the piezoelectric element, ultrasonic waves are generated from the design surface of the case. In addition, the ultrasonic wave reflected by the object can be received on the case design surface. It is possible to detect the distance to the object by measuring the time until this reflection.
従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、図3にその概略的な縦断面図を表す。図3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。この時、圧電素子の接着面と有底筒状ケースは電気的に繋がっており、同じ電位を持つ。この貼り合わせられた圧電素子1に入出力リード5a、有底筒状ケース2の側面内部に入出力リード5bを半田付けする。入出力リード5aおよび5bは樹脂製キャップに取り付けられた金属端子に半田付けされている。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3が設置され、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封止剤4が有底筒状ケース2内に充填され構成されている。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to a conventional embodiment. In FIG. 3, the
この超音波振動子はケースの形状によって固有の水平指向特性及び垂直指向特性を持ち、車両に取り付ける場所や検知したい距離に応じてケース形状の設計がなされている。 This ultrasonic transducer has a specific horizontal directivity and vertical directivity depending on the shape of the case, and the case shape is designed according to the location to be mounted on the vehicle and the distance to be detected.
車両外部の障害物を検出する場合、地面を障害物として検出せず、尚且つ水平方向の検知エリアが広い事が望ましい。その為、従来の有底筒状ケースは垂直方向に長い長円の開口部を形成し、水平方向の幅が狭くなっている。この様な形状のケースを使用する事によって超音波センサの指向性を、垂直方向で狭く水平方向で広くしている。 When an obstacle outside the vehicle is detected, it is desirable that the ground is not detected as an obstacle and that the horizontal detection area is wide. For this reason, the conventional bottomed cylindrical case has an elliptical opening that is long in the vertical direction, and the horizontal width is narrow. By using such a case, the directivity of the ultrasonic sensor is narrow in the vertical direction and wide in the horizontal direction.
図3の樹脂キャップの組み付けが指向性に影響するため、樹脂キャップの組み付けは正確に行う必要がある。 Since the assembly of the resin cap in FIG. 3 affects the directivity, the assembly of the resin cap needs to be performed accurately.
樹脂キャップを使用した構造では、樹脂キャップを有底筒状ケースに取り付けた後に入出力リードを這い回して樹脂キャップの金属ピンに入出力リードを半田付けすることが一般的である。リード線の這い回しによっては熱応力による断線などが懸念されるため、決められた状態に入出力リードを這い回す必要がある。 In a structure using a resin cap, after attaching the resin cap to the bottomed cylindrical case, the input / output lead is generally wound and the input / output lead is soldered to the metal pin of the resin cap. Depending on how the lead wires are wound, there is concern about disconnection due to thermal stress. Therefore, it is necessary to wind the input / output leads in a predetermined state.
従来のアルミ合金からなる有底筒状ケースと樹脂キャップを使用した超音波送受器では、樹脂キャップを組み付ける際に樹脂キャップの浮き、またはズレが生じる可能性がある。樹脂キャップがずれて組み付けられた場合、指向性に影響する。指向特性に影響が出ると、障害物を検知する際誤作動を生じる可能性がある。 In an ultrasonic transmitter / receiver using a conventional bottomed cylindrical case made of an aluminum alloy and a resin cap, there is a possibility that the resin cap may float or shift when the resin cap is assembled. When the resin cap is assembled with a displacement, directivity is affected. If the directivity is affected, malfunction may occur when an obstacle is detected.
また樹脂キャップが有ることで部品点数が多くなり、製造コストが下がりにくいという問題がある。 In addition, the presence of the resin cap increases the number of parts, and there is a problem that the manufacturing cost is unlikely to decrease.
また樹脂キャップがあるために、入出力リードを決められた状態に這い回し金属ピンに半田つけする作業が難しいという問題がある。 In addition, since there is a resin cap, there is a problem that it is difficult to crawl the input / output leads in a predetermined state and solder them to the metal pins.
有底筒状ケースの側面部に段差を設け、段差から開口部側にのびたインサート成形された二本の金属ピンを有底筒状ケースに設けた。 A step was provided on the side surface of the bottomed cylindrical case, and two insert-molded metal pins extending from the step toward the opening were provided on the bottomed cylindrical case.
組み付け工程での樹脂キャップの位置ズレが軽減された。
超音波送受信器の指向性を安定させる事が可能になった。
The positional deviation of the resin cap in the assembly process was reduced.
It became possible to stabilize the directivity of the ultrasonic transceiver.
絶縁材料からなる有底筒状ケースに電極ピンをインサート成形する事により、樹脂キャップの組み付け工程が必要無くなる。その為、樹脂キャップの組み付け工程での工程不良を軽減する事が出来た。より安定した生産を行う事が出来る。 By insert-molding the electrode pin into the bottomed cylindrical case made of an insulating material, the resin cap assembly process is not necessary. For this reason, process defects in the assembly process of the resin cap could be reduced. More stable production can be performed.
工程数と部材数が少なくなり生産コストが削減された。 The number of processes and the number of parts are reduced, and the production cost is reduced.
作業の邪魔になる樹脂キャップが無いために入出力リードの這い回しが容易になった。 Since there is no resin cap that obstructs the work, the input / output leads can be easily turned.
金属端子が有底筒状ケースの内側にのびるようにすることで、入出力リードに発生する応力が緩和された。また入出力シードに発生する応力の少ない状態が容易に実現した。 By causing the metal terminal to extend inside the bottomed cylindrical case, the stress generated in the input / output leads was alleviated. In addition, a state where the stress generated in the input / output seeds is small was easily realized.
図1に本発明に関わる有底筒状ケースの概略図(斜視図と断面図)を示す。絶縁体からなる有底筒状ケース2は外径14.0mm、高さ9.0mmである。有底筒状ケースはエポキシ樹脂をベースとしてシリカが多量(90%以上)に充填された絶縁性の複合材料が使用される。
有底筒状ケース2の底面は、例えば長軸側が12.0mm、短軸側が5.0mmの偏平した楕円状である。有底筒状ケース2は、開口部側に半円形の段差を有する。段差は有底筒状ケース2の天面から5mmの位置に設けられている。段差は、有底筒状ケースの厚い側の側面に設けられている。側面の縁から半径2.0mmの半円形である。
この段差部分に、二本の金属ピンがインサート成形されている。金属ピンの一端は段差から有底筒状ケースの開口部側にむかって垂直にのびている。もう一端は有底筒状ケース2の内側側面から有底筒状ケースの内側に向かってのびている。
FIG. 1 shows a schematic view (a perspective view and a sectional view) of a bottomed cylindrical case according to the present invention. The bottomed cylindrical case 2 made of an insulator has an outer diameter of 14.0 mm and a height of 9.0 mm. The bottomed cylindrical case is made of an insulating composite material based on an epoxy resin and filled with a large amount of silica (90% or more).
The bottom surface of the bottomed cylindrical case 2 is, for example, a flat ellipse having a major axis side of 12.0 mm and a minor axis side of 5.0 mm. The bottomed cylindrical case 2 has a semicircular step on the opening side. The step is provided at a position 5 mm from the top surface of the bottomed cylindrical case 2. The step is provided on the side surface on the thick side of the bottomed cylindrical case. It is a semicircle with a radius of 2.0 mm from the edge of the side surface.
Two metal pins are insert-molded in the step portion. One end of the metal pin extends vertically from the step toward the opening of the bottomed cylindrical case. The other end extends from the inner side surface of the bottomed cylindrical case 2 toward the inner side of the bottomed cylindrical case.
有底筒状ケース2の成形金型にスライドユニットを設けることで、金属ピン8が有底筒状ケース2の側面から突出する形状に成形できる。 By providing the slide unit in the molding die of the bottomed cylindrical case 2, the metal pin 8 can be molded into a shape protruding from the side surface of the bottomed cylindrical case 2.
図2に本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略構造図を示す。図には、有底筒状ケース2、有底筒状ケースに設けられた金属ピン8、入出力リード5a(5b)、圧電素子1のみ図示している。有底筒状ケース内側の吸音材3とシリコーンからなる封止剤4は省略している。
FIG. 2 shows a schematic structural diagram of an ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention. In the figure, only the bottomed cylindrical case 2, the metal pins 8 provided in the bottomed cylindrical case, the input / output leads 5 a (5 b), and the
有底筒状ケース2の底面部に折り返し電極が設けられた圧電素子1が接着されている。
圧電素子1のGND側銀電極と入出力リード5a、+側銀電極と入出力リード5bが半田付けされている。有底筒状ケース2の側面部から突出した電極ピン8に入出力リード5aを平行に半田付ける。もう一方の入出力リード5bを金属ピンに平行に半田付けする。圧電素子1の上面にシリコーン発砲材等から成る吸音材3を載置して、有底筒状ケース2の内部にシリコーン材から成る封止剤4を有底筒状ケース2の内部に充填する。
金属ピン8と入出力リード5a(5b)の半田付け部は硬化したシリコーン材からなる封止剤4によって完全に覆われる。
A
The GND side silver electrode and the input / output lead 5a of the
The soldered portions of the metal pins 8 and the input / output leads 5a (5b) are completely covered with the sealant 4 made of a cured silicone material.
有底筒状ケース2の材質が絶縁体であるため、GND側と+側の両方の金属ピン8をインサート成形しても、GND側と+側の絶縁性が確保できる Since the material of the bottomed cylindrical case 2 is an insulator, even if both the GND side and the + side metal pins 8 are insert-molded, it is possible to ensure insulation on the GND side and the + side.
有底筒状ケースの開口部側から入出力リード線を這い回して、金属ピンに半田つけする作業が容易にできる。 The work of winding the input / output lead wires from the opening side of the bottomed cylindrical case and soldering them to the metal pins can be facilitated.
金属ピン8を有底筒状ケースの内側側面から内側に向かって露出させ、露出した金属端子に入出力リードを平行して半田つけすることで、部材の熱膨張収縮応力によって発生するストレスの少ない状態が容易に実現できる。 The metal pin 8 is exposed inward from the inner side surface of the bottomed cylindrical case, and the input / output leads are soldered in parallel to the exposed metal terminal, thereby reducing the stress generated by the thermal expansion / contraction stress of the member. The state can be easily realized.
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。また、偏指向性を持たない形状のケースを制作した場合でも任意の指向特性を提供する事が可能である。 The present invention can be applied not only to a back sensor of a car but also to various fields where a drip-proof ultrasonic transducer is used. In addition, even when a case with a shape having no partial directivity is produced, it is possible to provide arbitrary directivity characteristics.
1 圧電素子
2 有底筒状ケース
3 吸音材
4 封止剤
5a 入出力リード
5b 入出力リード
6 スペーサー
7 金属端子付き樹脂製キャップ
8 電極ピン
9a 銀等からなる電極1
9b 銀等からなる電極2
10 ワイヤーハーネス
DESCRIPTION OF
6 Spacer 7 Resin cap with metal terminal 8 Electrode
9b Electrode 2 made of silver or the like
10 Wire harness
Claims (2)
前述有底筒状ケース底面部に接着された圧電素子と、
前述有底筒状ケース側面部に設けられた二本の電極ピンと、
前述圧電素子と前述電極ピンを電気的に接続する入出力リードと、
前述有底筒状ケースの開口部または開口部付近まで充填されたシリコーンと、
から成る、前述有底筒状ケースの底面内部に前述圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を形成しユニモルフ振動子の振動によって超音波の送受信を行う超音波送受波器において、
前述有底筒状ケースが底面より開口部の面積が広くなるように少なくとも片側の内側側面に段差を有し、
前述二本の金属ピンが
一端が前述有底筒状ケースの片側の段差から開口部側へ露出してのびるように
インサート成形によって一体に成形されていることを特徴とする超音波送受波器。 A bottomed cylindrical case made of insulating resin;
A piezoelectric element bonded to the bottom of the bottomed cylindrical case;
Two electrode pins provided on the side surface of the bottomed cylindrical case,
An input / output lead for electrically connecting the piezoelectric element and the electrode pin;
Silicone filled up to the opening of the bottomed cylindrical case or near the opening;
In the ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves by the vibration of the unimorph vibrator by forming the unimorph vibrator by laminating the piezoelectric element inside the bottom surface of the bottomed cylindrical case,
The bottomed cylindrical case has a step on at least one inner side surface so that the area of the opening is wider than the bottom surface,
An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the two metal pins are integrally formed by insert molding so that one end of the two metal pins is exposed and extended from the step on one side of the bottomed cylindrical case to the opening side.
エポキシ樹脂をベースとした樹脂材料であることを特徴とする請求項1に記載の超音波送受波器。 Insulating resin constituting the bottomed cylindrical case,
2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a resin material based on an epoxy resin.
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