JP2015002536A

JP2015002536A - 超音波送受波器

Info

Publication number: JP2015002536A
Application number: JP2013127842A
Authority: JP
Inventors: 誠也深田; Seiya Fukada; 勲生吉田; Isao Yoshida
Original assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Current assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-01-05
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: JP6222767B2

Abstract

【課題】別体の筒状部と平板状の振動部からなる有底筒状ケースを筐体とした超音波送受波器では、意匠面で二体の接着部が段差を形成し、意匠性を損なうという問題が有る。また、平板上の振動部の材質を金属とし、筒状部の材質を樹脂とした場合、各材質の剛性の差から筒状部に不要振動が生じ易くなり、振動の制御が困難となる。【解決手段】振動部を有底筒状とし、この内側の一部もしくは全体に別体の筒状部を配置することで、二体の接着部もしくは接合部を意匠面から離れた箇所に設けることが可能となる。また、振動部の側壁により、内側の筒状部が補強され、振動の制御が容易となり、ノイズの低減や指向性の設計を簡便化できる。【選択図】図３

Description

本発明は、良好な音響特性と意匠性を保持しつつ、低コスト化が可能な空中用の超音波送受波器に関するものである。

自動車の障害物検知等に用いられる超音波送受波器において、屋外で利用可能な防滴型超音波センサの利用が増えている。
この防滴型超音波送受波器は、アルミニウム材等から成る有底筒状の金属筐体の底面内部に圧電振動素子を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を構成している。

また、近年、図１と図２に示すような前述金属筐体の筒状部２と、圧電振動子７が貼り合わされることで振動面となる板状の底部１aを独立させることにより、加工や組み立てコストの低減や、さらに筒状部と底部を異種材料とすることにより導電性や強度等の機能性の向上が検討されている。

特開平１１−２６６４９７特開２０００−２３２８９

従来、超音波送受波器を車の外装部品として用いる場合、金属部品の錆防止や外観の意匠性を高めるために、外気にさらされる振動面と振動面近傍の側面に塗装が行われる。図１や図２に示される従来の別体の筒状部２と平板状の振動部１ａからなる有底筒状ケースを筐体とした超音波センサでは、塗装される筐体の外部底面１ａと底面近傍の側面に、接着部もしくは接合部による段差が形成されることで意匠が損なわれるという欠点がある。

また、振動部の振動抑制機能も有する筒状部２が、アルミやステンレス等の金属と比較して剛性の低い、樹脂等の絶縁材料により構成される場合では、筒状部に不要な振動が生じ、出力信号へのノイズ増大や、超音波の指向性設計等が困難となる。

振動部を平板状から有底筒状にし、この内部に別体の筒状部を配置することにより、振動部と筒状部の接着部もしくは接合部を筐体側面部の意匠面から離れた箇所に設けることが出来るので意匠性が改善される。

また、有底筒状とした振動部の側壁が内側の筒状部を補強する役割を有し、筒状部の振動を抑制することが可能となり、出力信号へのノイズ低減と、超音波の偏指向化の設計を簡便化することが可能となる。

本発明の請求項１と請求項２の超音波送受波器によれば、それぞれ別体の振動部と筒状部からなる筐体を用いる際に、振動部を有底筒状とすることで、振動部と筒状部の接着部もしくは接合部を振動面から離れた筐体側面に設けることが可能となり、意匠性を改善することができる。

さらに、振動部の振動面が筒状部と接着もしくは接合される場合には、筒状部の形状により振動面の振動抑制効果が高まり、筒状部の形状により超音波の指向性を制御することが可能となる。

本発明の請求項３の超音波送受波器によれば、有底筒状ケースの外部側面もしくは、前記筒状ケース内部側面の一方もしくは両面の一面以上をテーパー形状や段差形状にすることにより、接着部もしくは接合部にかかる応力を分散させて、接着部もしくは接合部の剥離を抑えることが可能となる。

本発明の請求項４の超音波送受波器によれば、筐体の側面に溝を設けることで、有底筒状部と筒状部の接着時もしくは接合時の位置精度の向上が可能となり、また筐体を他の部品に取り付ける際の取り付け位置精度も向上できる。

従来の超音波送受波器の概略縦断面図と上面図従来の超音波送受波器の概略縦断面図と上面図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と上面図本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の有底筒状部の形状と振動部の変位分布の関係本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図と上面図本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図と上面図本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図と上面図本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の筐体の概略横断面図と上面図

図３に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と上面図を表す。上面図では有底筒状ケース１ｂ、筒状ケース２、圧電振動素子７のみを記載している。
有底筒状ケース１ｂは、アルミ合金を成形したものである。この有底筒状ケース１ｂの底面に折返し電極を有する圧電振動素子７が貼り合わされる。筒状ケース２は、エポキシを成形したものである。
ここで、有底筒状ケース１ｂの材質をアルミ合金に限定するものではなく、ステンレス等の他の金属を用いてもよい。また、同様に筒状ケース２の材質もエポキシに限定するものでなく、アルミ合金などの金属や、PBTなどの他の樹脂を用いてもよい。

一般的に、超音波送受波器の指向性は、振動面の変位分布と強い相関があり、筒状ケース内部を楕円形状にすることで、振動面の変位分布を内部形状と同様な楕円状の分布にすることで指向性設計を行っている。超音波送受波器の寸法の一例として、有底筒状ケースは、外径φ１４、内径φ１２、高さ３ｍｍ、底面の厚み０．５ｍｍである。筒状ケースは例えば、外形がφ１３、高さが８．５ｍｍ、内部の長手側の幅が１２．０ｍｍ、短い側の幅が７．０ｍｍである。圧電振動素子７は例えば一辺６．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの正方形の圧電振動素子が使用される。折返し電極を有する圧電素子７に設けられた＋側電極７ａと−側電極７ｂにはリード線５が半田付けによって接続されている。リード線５の一端は、ワイヤーハーネス６に半田付けされている。圧電素子７の上面に発泡シリコーン等から成る吸音材３を載置して、その上からシリコーン材、ウレタン材等から成る封止剤４が充填されている。外部に接続する端子はワイヤーハーネス６以外でもよい。例えば、金属ピンを端子とした構造や、リード線を直接回路に接続した構造等が考えられる。

図４の略図は、図３に示した有底筒状ケース１ｂの筒部の高さを変化させた際の、有底筒状ケース１ｂの外部底面である振動面の変位分布をシミュレーションした結果である。図４に記載した長さは、底面の厚みを引いた有底筒状ケース１ｂの高さであり、破線は筒状ケース２の内部形状であり、細い実線で変位分布の等高線を示している。図４のシミュレーション結果から分かるように、有底筒状ケース１ｂの筒部が無い０ｍｍの場合では、変位分布が筒状ケース２の内部形状と異なる分布をしているのに対し、有底筒状ケース１ｂの筒部の高さが上がるにつれて、筒状ケース２の内部形状と振動部の振動分布の形状が近づいている。つまり、有底筒状ケース１ｂの筒部を設けることにより、筒部が無い場合と比較して、超音波送受波器の指向性設計の簡便化が可能となる。

次に示す、図５から図７に本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図と上面図を表す。部材構成は図３に示した実施例１と同じである。

図５は、筒状ケース２の内側を、一体で形状の異なる２つの筒部から構成している。

図６は、有底筒状ケース１ｂと、筒状ケース２との、接合部もしくは接着部での段差を低くするように、有底筒状ケース１ｂの筒部上端を部分的にテーパー形状に加工し、接合もしくは接着されている。

図７は、有底筒状ケース１ｂと、筒状ケース２との、接合部もしくは接着部での段差を低くするように、有底筒状ケース１ｂの筒部上端を段差形状に加工して接合もしくは接着されている。

図８は、本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器の筐体の概略横面図と上面図を表す。筐体の部材構成は図３に示した実施例１と同じである。上面図と概略横断面図では、筐体を構成する、有底筒状ケース１ｂ、筒状ケース２のみを記載している。有底筒状ケース１ｂと筒状ケース２の各側面に溝８ａと溝８ｂが設けてあり、それぞれの溝のある向きが一致するように有底筒状ケース１ｂと筒状ケース２が接着もしくは接合されている。ここで、溝の数や設ける場所を制限するわけでなく、溝を設ける場所は、有底筒状ケース１ｂと筒状ケース２の一方でもよい。

本発明は、車のバックセンサやコーナーセンサのみならず、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。

１ａ金属からなる平板状振動部
１ｂ金属からなる有底筒状ケース
２金属もしくは樹脂からなる筒状ケース
３吸音材
４封止剤
５リード線
６ワイヤーハーネス
７折返し電極を有する圧電素子
７ａＧＮＤ側電極
７ｂ＋側電極
８ａ有底筒状ケース側面の溝
８ｂ筒状ケース側面の溝

Claims

金属からなる有底筒状ケースの内側に、金属からなる筒状ケースの一部もしくは全体を配置した２重の筒状部を有する筐体を用い、
前記有底筒状ケースの内底部に配置される圧電振動素子と、圧電振動素子と電気的に接続され筐体外部に引き出される入出力端子と、を有してなる超音波送受波器であって、前記有底筒状ケースの内部と前記筒状ケースの外部側面との間に１箇所以上の面接着部もしくは面接合部を有することを特徴とする超音波送受波器。ここで、有底筒状ケースの筒部と、筒状ケースは、筒形状を一つ以上有した構造とする。
金属からなる有底筒状ケース内部に、樹脂からなる筒状ケースを配置した筐体を用い、
有底筒状ケースの内底部に配置される圧電振動素子と、圧電振動素子と電気的に接続され筐体外部に引き出される入出力端子と、を有してなる超音波送受波器であって、前記有底筒状ケースの内部と前記筒状ケースの外部側面との間に、１箇所以上の面接着部もしくは面接合部を有することを特徴とする超音波送受波器。ここで、有底筒状ケースの筒部と、筒状ケースは、筒形状を一つ以上有した構造とする。
請求項１〜２に記載の前述筐体において、前記有底筒状ケースの外部側面もしくは、前記筒状ケース内部側面の一方もしくは両面の一面以上に、段差形状もしくはテーパー形状であることを特徴とする超音波送受波器。
請求項１〜２に記載の前述筐体において、筐体側面の一箇所以上に溝を設けたことを特徴とする超音波送受波器。