JP2013187814A - Ultrasonic wave transmitting and receiving apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波周波数帯の送信、受信を行う超音波送受波器に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic frequency band.
従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、超音波送受波器を車のバンパー等に埋め込み設置し、車周辺の障害物を検出しようとした場合、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により、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信され、発信された超音波信号は障害物に到達し、障害物に当たった超音波信号は、その障害物で反射され、その反射された超音波信号の一部が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によって障害物を検出している。 In the ultrasonic transducer according to the conventional embodiment, when an ultrasonic transducer is embedded in a vehicle bumper or the like and an obstacle around the vehicle is to be detected, pulse burst electrical is applied to the ultrasonic transducer. By inputting a signal, an ultrasonic signal corresponding to the input pulse burst electric signal is transmitted from the ultrasonic transducer, the transmitted ultrasonic signal reaches the obstacle, and the ultrasonic signal that hits the obstacle Is reflected by the obstacle, and a part of the reflected ultrasonic signal returns to the same ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer detects an obstacle by receiving the reflected signal.
図3は、従来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。圧電素子1の有底筒状ケース2との接着面側の反対面から入出力リード線5a、また、有底筒状ケース2から入出力リード線5bを半田付け等により取り出す。ここで入出力リード線5aを半田付けすることでできる半田フィレット部分は素子半田7と呼ぶこととする。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と入出力リード線5a、及び有底筒状ケース2と入出力リード線5bとは電気的に接続されている。圧電素子1の上面に図4に示すように入出力リード線5bを通すための穴が開けられているシリコン発泡体等から成る吸音材3を載置し、その吸音材3の穴を埋めるように吸音材穴埋シリコーン6を充填する。さらにシリコン材、ウレタン材等から成る封止用シリコーン4を有底筒状ケース2の内部に充填し構成する。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to a conventional embodiment. In FIG. 3, the
しかしながら、このような構造の超音波送受波器では感度特性のばらつきが大きく、低い感度特性を持つものが発生することが課題であったが、それが何に起因しているか不明であった。
本発明は、超音波周波数帯の送信、受波を行う超音波送受波器に関するものである。
However, the ultrasonic transducer having such a structure has a large variation in sensitivity characteristics, and it has been a problem that some have low sensitivity characteristics. However, it is unclear what caused this.
The present invention relates to an ultrasonic transducer that performs transmission and reception of an ultrasonic frequency band.
従来、低い感度特性のものが何に起因して発生するか不明であった。 Conventionally, it has been unclear what causes low sensitivity characteristics.
今回、感度特性は吸音材の穴径に依存していることが判明した。そして更に本発明の結果、吸音材の穴の直径をリード線の最大直径より大きくしてリード線周囲と貫通穴内縁との隙間に吸音材穴埋シリコーンが充填されるようにし、且つ素子半田の水平方向最大直径未満として有底筒状ケース内部に充填される封止用シリコーン材が圧電素子へ接触しないようにすることで、高い感度特性を維持することができる。 This time, it was found that the sensitivity characteristic depends on the hole diameter of the sound absorbing material. Further, as a result of the present invention, the diameter of the hole of the sound absorbing material is made larger than the maximum diameter of the lead wire so that the gap between the periphery of the lead wire and the inner edge of the through hole is filled with the sound absorbing material hole filled silicone, and the element solder By preventing the silicone material for sealing filled in the bottomed cylindrical case from being smaller than the maximum diameter in the horizontal direction from contacting the piezoelectric element, high sensitivity characteristics can be maintained.
本発明により、低い感度特性が発生せず、感度特性のばらつきが少ない優れた製品を提供することが可能になった。 According to the present invention, it is possible to provide an excellent product that does not generate low sensitivity characteristics and has little variation in sensitivity characteristics.
図5に吸音材3の貫通穴の直径を変えたときの感度特性の値を示す。この実験では、外径Φ12mm、高さ8mmのアルミ合金からなる有底筒状ケース2の底面にΦ5.3mmの圧電素子1を接着している。圧電素子1に半田付けした入出力リード線5aは圧電素子1に対して垂直に出ており、その入出力リード線5aの直径は0.25mmのものを使用している。半田素子7の大きさは半田フィレットの直径が1.5mmとなる条件で作製しており、これは圧電素子1との接触面積はほぼ1.77平方mmとなる。そして、実験に用いた吸音材3の厚みは1.5mm、貫通穴の直径は0.25mmから2.5mmのものを使用した。図5の表は、吸音材3の貫通穴の直径が2mmを超えると急激に感度特性が低下し始めることを示している。貫通穴の直径が2mmの時の面積は3.14平方mmであり、素子半田7の圧電素子1との接触面積に対して178%である。ここで吸音材3の穴径が2.1mm以上のものを使用した超音波送受波器を分解し内部を観察したところ、圧電素子1と吸音材穴埋シリコーン6が接着していたが、1.8mmから2.0mm以下の場合は圧電素子1への接触は認められるが、接着はしていなかった。また1.8mm以下では圧電素子1上の素子半田7への接着はしているが、圧電素子1には接触すらしていなかった。すなわち圧電素子1に対して吸音材穴埋シリコーン6が接着することで感度特性に悪影響があることがわかった。素子半田7の位置と大きさが感度特性に大きく影響を与える事は経験的にわかっていたが、従来は手作業による半田付けが主流であり、素子半田の位置や大きさのばらつきが大きく、吸音材3の貫通穴は作業性を重視した大きさで作られてきた。そのため、感度特性が低くなっても素子半田7の影響が大きいと考え、吸音材3の貫通穴の大きさについては詳しく調べられては来なかった。しかし、最近では半田付けに自動機を導入することで、半田素子7の位置や大きさの制御が容易になり、ばらつきが小さくなっているので、吸音材3の貫通穴を小さくしても作業性への影響は少ないと考えられる。以上のことから、吸音材3の貫通穴の直径をリード線の最大直径より大きくして、リード線周囲と貫通穴内縁との隙間に吸音材穴埋シリコーンが充填されるようにし、且つ素子半田の水平方向最大直径未満として有底筒状ケース内部に充填される封止用シリコーン材が圧電素子へ接触しないようにすることで、高い感度特性を維持することができる。なお、当該貫通穴の形状は、リード線周囲と貫通穴内縁の隙間が生じる程度に大きく、且つ貫通穴の内縁最大直径が素子半田の水平方向直径未満であることを満たす限りは、三角形・四角形・五角形等の多角形形状としても構わない
FIG. 5 shows values of sensitivity characteristics when the diameter of the through hole of the
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において、アルミニウム材等から成り、筒の直径がΦ12mm以上Φ18mm以下である有底筒状ケース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から入出力リード線5a、また、有底筒状ケース2から入出力リード線5bを半田付け等により取り出す。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と入出力リード線5a、及び有底筒状ケース2と入出力リード線5bとは電気的に接続されている。圧電素子1の上面にシリコン発泡体等から成り、図2のように2mm以下で、かつ入出力リード線5aの直径より大きい穴径を持つ吸音材3を載置し、その穴にシリコン材から成る吸音材穴埋シリコーン6を充填した後、その上からシリコン材、ウレタン材等から成る封止用シリコーン4を有底筒状ケース2の内部に充填し構成する。
ちなみに、吸音材3の成形方法として、シート状のシリコン発泡体等から金型で打ち出した場合の吸音材の穴の寸法公差は、寸法狙いをΦ2.0mmとした時でも±0.2mm程度は容易に発生し得るばらつきがあり、従来構造で入出力リード線を通すために作業性を重視し、Φ2.0mmを寸法狙いとした場合には、穴径がΦ2.0mmより大きい吸音材を使用した超音波送受波器が製造されていた恐れがある。そのため、吸音材3の寸法狙いは寸法公差が±0.2mmの時はΦ1.8mmとする。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
Incidentally, as a molding method of the
1 圧電素子
2 有底筒状ケース
3 吸音材
4 封止用シリコーン
5a 入出力リード線
5b 入出力リード線
6 吸音材穴埋シリコーン
7 素子半田
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記有底筒状ケースの内側に充填された封止用シリコーンとからなる超音波送受波器において、前記吸音材の貫通穴の直径が前記リード線周囲と前記貫通穴の内縁との隙間に前記吸音材穴埋シリコーンが満たされるために前記リード線の最大直径より大きく、且つ前記圧電素子の前記有底筒状ケースに固着された面と反対の面に半田付けされた
半田の水平方向の最大直径未満であることによって、前記吸音材穴埋シリコーンが前記圧電素子へ接触しないことを特徴とする超音波送受波器。 A bottomed cylindrical case, a piezoelectric element bonded and fixed to the inner bottom surface of the bottomed cylindrical case, and a lead soldered to a surface opposite to the surface fixed to the bottomed cylindrical case of the piezoelectric element A sound absorbing material having a through hole through which the lead wire laid on the piezoelectric element passes, and a sound absorbing material filled silicone filled in the through hole of the sound absorbing material,
In the ultrasonic wave transmitter / receiver made of sealing silicone filled inside the bottomed cylindrical case, the diameter of the through hole of the sound absorbing material is in the gap between the periphery of the lead wire and the inner edge of the through hole. The maximum horizontal dimension of the solder soldered to the surface opposite to the surface fixed to the bottomed cylindrical case of the piezoelectric element is larger than the maximum diameter of the lead wire because the sound absorbing material-filled silicone is filled The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the sound absorbing material-filled silicone does not contact the piezoelectric element by being less than the diameter.
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