JP3721786B2 - Ultrasonic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波センサ、特に自動車のバックソナー、コーナーソナーとして使用される超音波センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、超音波センサの分野において、センサの送受波面に近接する被検出物を検知するための近距離タイプの超音波センサの需要が増加している。このような用途の超音波センサにあって、距離測定時の測定誤差の原因として最も問題となるのが、送波信号の残響波と受波信号との干渉である。近接距離の測定に際しては、この残響特性がセンサの測定信頼性を左右することとなるので、残響特性の改善が大きな課題となっている。
【0003】
この問題に対応して従来より、図8(a)、(b)に示す構造の超音波センサ51が提案されている。図8(a)に示す超音波センサ51において、金属製の有底筒状ケース52の内部底面には、その両主面に電極の形成された板状の圧電振動子53が配置されている。有底筒状ケース52の内側面には係止段差部62が設けられており、シリコンゴムからなる緩衝材54が係止段差部62で係止されて有底筒状ケース52内部に圧入配置されている。緩衝材54上には外部端子55a・55bを有する基板56が配置されている。基板56は接着剤によって緩衝材54に固定されたり、有底筒状ケース52の開口部をケース内側に折り曲げてかしめることによって固定される。基板56の両主面上には、外部端子55a・55bと導通する配線パターン57a・57bがそれぞれ形成されている。配線パターン57aは、ワイヤ58を介して圧電振動子53上面の電極と電気的に接続されている。配線パターン57bは、金属製の有底筒状ケース52を介して圧電振動子53下面の電極と電気的に接続されている(配線パターン57bと有底筒状ケース52とは半田59によって接続されている)。なお図8(b)の超音波センサ61は、図8(a)におけるシリコンゴムの緩衝材54を綿状の緩衝材64に変更したもので、その他の構成は図8(a)の超音波センサ51と変わるところはない。
【0004】
次に超音波センサ51の動作について説明する。まず、超音波センサ51の外部端子55a・55bに駆動電圧を印加し、圧電振動子53を振動させる。この圧電振動子53の振動と連動して、有底筒状ケース52の振動面60が振動し、図8(a)に示す矢印方向に超音波を発する。所定時間経過後、被検出物から反射してきた超音波が振動面60を介して圧電振動子53に到達し反射信号に変換され、外部端子55a・55bから出力される。ここで、駆動電圧の印加時点から反射信号の出力時点までの時間が検出され、この検出結果から被検出物との距離が測定される。
【0005】
以上の動作過程において、圧電振動子53の振動と連動して、振動面60のみならず有底筒状ケース52全体も振動するため、この振動が残響波を引き起こす。また、圧電振動子53の振動により、図8(a)に示す矢印方向のみならず、有底筒状ケース52の内部方向にも超音波が発生するため、このケース52内部の超音波も残響波となる。
【0006】
これらの残響波に対し、有底筒状ケース52の振動から生じる残響波に対しては、図8(a)に示すように、ケース52に圧入配置されたシリコンゴムの復元力によって抑制する。また、ケース52の内部方向に発生する超音波に対しては、図8(b)に示すように、ケース52内に詰められた綿状の緩衝材64によって吸音し抑制する。これらの手法によって、超音波センサの残響特性の改善が図られる。
【0007】
またその他の従来例としては、Q値の低い発泡性樹脂を用いることによって残響波を抑制し残響特性を改善しようとする構成が、例えば実開平5−63196や特開平7−154898等に開示されている。すなわち、有底筒状ケースを発泡性樹脂で形成することにより残響特性を改善する手法や、板状の発泡性樹脂上に圧電振動子を接合することにより残響特性を改善する手法が開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8(a)に示す構成を用いて残響特性を改善しようとする場合、シリコンゴムの復元力でケース52の不要な振動は抑制できるものの、ケース52内部に生じる不要な超音波はゴム中を自在に伝播するため充分に吸音することができず、残響特性の改善には限界があった。また、一般にシリコンゴムは復元力が非常に強いため制振を目的とする緩衝材には好適であるが、振動させる必要のある振動面60までもが制振されてしまい、超音波の送波および受波に障害が発生し超音波センサ51の感度が劣化すると言う問題があった。
【0009】
また、図8(b)に示す構成を用いて残響特性を改善しようとする場合、ケース52内部に生じる不要な超音波は吸音できるものの、緩衝材が綿状のためケース52への密着性が低く、ケース52の不要な振動は充分に抑制することができず、残響特性の改善には限界があった。
【0010】
さらに、有底筒状ケースを発泡性樹脂で形成する手法による場合、発泡性樹脂を筒状に形成するために手間がかかること、発泡性樹脂内部には多数の空乏(発泡孔)が存在するためケースとしての強度および耐久性に欠けること等が問題点として挙げられる。
【0011】
さらにまた、板状の発泡性樹脂と圧電振動子とを接合する手法による場合、制振性の高い発泡性樹脂を圧電振動子に直接貼り付けているため、広がり振動時での感度特性の劣化は避けられないこと等が問題点として挙げられる。
【0012】
したがって、本発明の目的は上述の技術的問題点を解消するためになされたものであって、有底筒状ケースの振動およびケース内部に発生する超音波の双方を効果的に抑制することにより残響特性の大幅な改善を図ることができる超音波センサを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の請求項1に記載の超音波センサは、有底筒状ケースと、有底筒状ケースの内底部に配置される圧電振動子と、圧電振動子と電気的に接続され有底筒状ケース外部に引き出される入出力端子と、残響波を抑制するための緩衝材とを有してなる超音波センサであって、前記緩衝材に予め固化された発泡性樹脂からなる樹脂栓を用い、該樹脂栓が圧電振動子と間隔を空けて有底筒状ケース内部に挿入固定されている。
【0018】
このように、緩衝材として発泡性樹脂を用いるに際して、予め固化された発泡性樹脂を栓(樹脂栓)として用いる構成としても良い。
【0019】
すなわち、超音波センサを製造する方法としては、有底筒状ケース内部に液体状の発泡性樹脂を充填し、充填後に熱硬化、経時硬化等の手法で固化させる方法が、一つの方法として検討される。
しかしながら、液体状の樹脂をケース内部に充填すると、ケースの底部(振動面)まで空隙なく樹脂が充填されることになるので、振動面の振動阻害による感度特性の劣化が懸念される。
【0020】
この点に関して、予めケース外部で発泡性樹脂を固化させておき、固化した樹脂を栓(樹脂栓)としてケース内部に挿入固定する手法をとることによって、この懸念は解消されうる。つまり、ケース内部に樹脂栓を挿入固定するに際して、該樹脂栓が振動面及び圧電振動子に接しない位置に固定することにより、振動面の振動阻害を防止できるからである。なお、樹脂栓を挿入固定した後に、該樹脂栓の上部にさらにシリコンゴム等の強い復元力を有する樹脂を重ねて配置しても構わない。
【0021】
また、使用する樹脂栓は、少なくともその一方主面が樹脂の発泡による発泡孔を有さないスキン層となっていることが望ましい。これは、発泡栓はその構造上多数の発泡孔を有しており、例えば樹脂栓の上部にさらに異なる樹脂を充填する場合に、液体状の樹脂が樹脂栓中の連続する発泡孔を伝って樹脂栓の裏面側まで流れ出す恐れがあるからである。樹脂栓の少なくとも一方主面を発泡孔の存在しない状態(スキン層の形成された状態)にすれば、この流出を防止することができる。なおここで言うスキン層としては、発泡孔が完全に存在しない状態が最も望ましいが、液体状樹脂の流出が防げる程度に発泡孔が存在していても良い。
【0022】
なお、本発明の超音波センサに用いられる有底筒状ケースとしては、その筒部も振動面(底面)も金属材料で形成されているもの、あるいはプラスチックで作られた筒部と、金属材料で作られた振動面とを組み合わせて形成されているもののいずれを用いても構わない。前者の場合であれば、有底筒状ケースの材料としては、軽くて弾性率の高いアルミニウム等が適当である。後者の場合であれば、耐熱性・耐久性に優れたエンジニアリングプラスチック材料、具体的にはポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン等が筒部の材料として適当であり、軽くて弾性率の高いアルミニウム等の材料が振動面の材料として適当である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
【0024】
[第1実施例、図1〜図3]
以下、本発明の第1実施例の超音波センサ1の構造を、図1を参照しながら説明する。
【0025】
図1に示す超音波センサ1において、アルミニウム等からなる金属製の有底筒状ケース2の内部底面には、その両主面に電極の形成された板状の圧電振動子3が配置されている。有底筒状ケース2内部のほぼ全体には、緩衝材4として発泡シリコン等の発泡性樹脂が充填されている。緩衝材4上には外部端子5a・5bを有する基板6が配置されている。基板6は接着剤によって緩衝材4に固定されたり、有底筒状ケース2の開口部をケース内側に折り曲げてかしめることによって固定される。基板6の両主面上には、外部端子5a・5bと導通する配線パターン7a・7bがそれぞれ形成されている。配線パターン7aは、ワイヤ8を介して圧電振動子3上面の電極と電気的に接続されている。配線パターン7bは、金属製の有底筒状ケース2を介して圧電振動子3下面の電極と電気的に接続されている(配線パターン7bと有底筒状ケース2とは半田9によって接続されている)。なお、本実施例においては両主面に電極の形成された圧電振動子を使用しているが、必ずしもこれに限られるものではない。すなわち、例えば圧電振動子の振動面10と接する側の主面には必ずしも電極を形成する必要はない。これは、導電性を有する有底筒状ケース2を電極として機能させることが可能だからである。
【0026】
以上のような構成の超音波センサ1は、以下のようにして組み立てられる。
【0027】
まず、有底筒状ケース2の内部底面に圧電振動子3を半田や導電性接着剤等によって固定する。次に圧電振動子3の上面側の電極と基板6上の配線パターン7aとをワイヤ8を用いて電気的に接続する。そして、ケース2の内部に液体状の発泡性樹脂を充填し、その上に基板6を載置する。その後、所定の方法を用いて発泡性樹脂を固化させ、樹脂の固化後、配線パターン7bとケース2とを半田9によって接続する。このようにして、超音波センサ1を組み立てる。
【0028】
次に超音波センサ1の動作について説明する。まず、超音波センサ1の外部端子5a・5bに駆動電圧を印加し、圧電振動子3を振動させる。この圧電振動子3の振動と連動して、有底筒状ケース2の振動面10が振動し、図1に示す矢印方向に超音波を発する。所定時間経過後、被検出物から反射してきた超音波が振動面10を介して圧電振動子3に到達し反射信号に変換され、外部端子5a・5bから出力される。ここで、駆動電圧の印加時点から反射信号の出力時点までの時間が検出され、この検出結果から被検出物との距離が測定される。
【0029】
以上の動作過程において発生する残響波は、本実施例の超音波センサ1においては、以下のようにして抑制される。
【0030】
まず、有底筒状ケース2の内部に充填されている発泡性樹脂は、発泡によってその体積が大きくなるので、ケース2への密着性が高まり、ケース2を内側から外側に押し張る力(復元力)が働くことになる。この力により、有底筒状ケース2全体の振動を抑制することができる。また、発泡性樹脂内部に存在する多数の空乏(発泡孔)によって超音波が散乱・吸収されるので、ケース2の内部に発生する超音波を吸音、抑制することができる。これによりケース2自体の振動、およびケース内部にこもる超音波の双方を効率的に抑制することが可能となり、残響特性を大幅に改善することができる。
【0031】
ここで、本発明に用いられる発泡性樹脂に求められる好ましい条件について検討する。すなわち、一般に密度の高い樹脂を緩衝材4に用いることにより超音波センサの残響特性は向上する傾向にあるが、他方、超音波センサの感度特性は劣化する傾向にある。従って、残響特性・感度特性の双方において好ましい特性の得られる樹脂密度の範囲について検討を加える。
【0032】
まず、樹脂密度と残響特性との関係を示すグラフを図2に示す。このグラフから明らかなように、用いる発泡性樹脂の密度が0.01g/cm3未満になると、急激に残響時間が長くなり所望する残響特性を得られなくなる。次に、樹脂密度と感度特性との関係を示すグラフを図3に示す。このグラフから明らかなように、用いる発泡性樹脂の密度が0.9g/cm3を越えると、急激に感度電圧が低くなり、所望する感度特性を得られなくなる。
【0033】
以上の検討から、用いる発泡性樹脂の樹脂密度を0.01〜0.9g/cm3の範囲内に設定することで、残響特性・感度特性の双方において好ましい特性の得られる超音波センサを得られることがわかる。
【0034】
なお、本実施例の超音波センサにおいては、従来例とは異なり圧電振動子3の配置されているケース2の底部(振動面10)まで空隙なく緩衝材である発泡性樹脂が充填されており、感度特性の劣化が懸念されるが、上述の条件を満たす発泡性樹脂を用いることにより、従来例の超音波センサを上回る感度特性を得られることが確認されている。
【0035】
[第2実施例、図4]
以下、本発明の第2実施例の超音波センサの構造を、図4を参照しながら説明する。
【0036】
図4に示す超音波センサ21においては、有底筒状ケース22がそれぞれ別体の筒部22aと振動面22bとを組み合わせることにより形成されている。筒部22aには耐熱性・耐久性に優れたエンジニアリングプラスチック材料、具体的にはポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン等が用いられる。振動面22bには軽くて弾性率の高いアルミニウム等の材料が用いられる。そして、筒部22aにはワイヤ等の導電部材28が埋設されており、その1つは一端が圧電振動子23の一方主面上に形成された電極に半田や導電性接着剤で接続され、他の1つは一端が金属製の振動面22bに接続されている。それぞれの他端は筒部22aの外部に引き出されている。この導電部材28によって、圧電振動子23の両主面に形成された電極と外部回路(図示せず)との電気的接続を行う。また有底筒状ケース22内部のほぼ全体には、緩衝材24として発泡シリコン等の発泡性樹脂が充填されている。
【0037】
以上のような構成の超音波センサ21は、以下のようにして組み立てられる。
【0038】
まず、有底筒状ケース22の内部底面(振動面)に圧電振動子23を半田や導電性接着剤等によって固定する。次に導電部材28の一端をそれぞれ、圧電振動子の一方主面および振動面に半田や導電性接着剤等で接続する。そして、ケース22の内部に液体状の発泡性樹脂を充填し、所定の方法を用いて樹脂を硬化させる。このようにして、超音波センサ21を組み立てる。
【0039】
このように、導電部材28を筒部22aに埋設することにより、従来必要とされていた基板や外部端子等の部品を不要とすることができ、さらに、超音波センサの作り方を簡略化することが可能となる。
【0040】
その他の点については、第1実施例の超音波センサ1と変わるところはないので、その説明を省略する。
【0041】
[第3実施例、図5]
本発明の第3実施例の超音波センサ31は、図5に示すように、第2実施例の超音波センサ21の緩衝材が、複数の樹脂の層から構成されている。
【0042】
この層の構成として、振動面22bの直上に配置される第1層目の樹脂層34aには、前述の所定の密度を有する発泡性樹脂が用いられている。第2層目の樹脂層には、第1層目の樹脂よりも密度の高い、例えばシリコンゴム等の樹脂が用いられている。
【0043】
緩衝材34をこのような積層構造とすることにより、振動面22bでの超音波の送受波に関しては第2実施例と同等の感度特性を実現しつつ、振動面22bから離れた部分、すなわち感度特性に影響を与えにくい部分に高密度のシリコンゴムを緩衝材として用いることにより筒部22aの不要な振動を第1層目の発泡性樹脂よりもより強く抑制することができるので、残響特性をさらに向上させることができる。
【0044】
その他の点については、第2実施例の超音波センサ21と変わるところはないので、その説明を省略する。
【0045】
なお、第1実施例の超音波センサ1においても同様に、緩衝材をこのような積層構造とすることは可能である。
【0046】
[第4実施例、図6〜図7]
以下、本発明の第4実施例の超音波センサの構造を、図を参照して説明する。なお、上述の各実施例に示した超音波センサと同一の構成部分については、同一の符号を付す。
【0047】
図6(a)は、超音波センサ41を示す断面図である。図6(a)において、有底筒状ケース2の内部には、予め固化された発泡性樹脂からなる円盤状の樹脂栓42が挿入されており、圧電振動子3と間隔を空けて固定されている。樹脂栓42の上部には、樹脂栓42よりも密度の高いシリコンゴム等の樹脂43が重ねて配置されている。この樹脂栓42と樹脂43とから緩衝材44が構成されており、緩衝材44によってケース2自体の制振やケース2内部にこもる超音波の吸音を効率的に行っている。樹脂43上には外部端子5a・5bを有する基板6が配置されており、接着剤等を用いて緩衝材44に固定されている。なお、その他の構成については、第1実施例の超音波センサ1と変わるところはないのでその説明を省略する。
【0048】
また、超音波センサ41の製造方法については、ケース2の内部に液体状の発泡性樹脂を充填する工程が、樹脂栓42を挿入固定しさらにその上部にシリコンゴムを充填する工程に置き換わる点以外は、第1実施例の超音波センサ1の製造方法と特に本質的な変更点はない。
【0049】
図6(b)は、本実施例のまた別の超音波センサ45を示す断面図である。図6(b)に示す超音波センサ45は、第2実施例の超音波センサ21と同様に、有底筒状ケース22がそれぞれ別体の筒部22aと振動面22bとを組み合わせることにより形成されている。図6(b)において、有底筒状ケース22の内部には、予め固化された発泡性樹脂からなる円盤状の樹脂栓46が挿入されており、圧電振動子3と間隔を空けて固定されている。樹脂栓46の上部には、樹脂栓46よりも密度の高い、例えばシリコンゴム等の樹脂47が重ねて配置されている。この樹脂栓46と樹脂47とから緩衝材48が構成されており、緩衝材48によってケース22自体の制振やケース22内部にこもる超音波の吸音を効率的に行っている。なお、その他の構成については、第2実施例の超音波センサ21と変わるところはないのでその説明を省略する。
【0050】
また、超音波センサ45の製造方法については、ケース22の内部に液体状の発泡性樹脂を充填する工程が、樹脂栓46を挿入固定しさらにその上部にシリコンゴムを充填する工程に置き換わる点以外は、第2実施例の超音波センサ21の製造方法と変更点はない。
【0051】
このように、本実施例においては、予め固化された発泡性樹脂からなる樹脂栓42(46)を用いる点が特徴である。固化された樹脂栓をケース内部に押し込んで挿入固定する手法をとることによって、振動面や圧電振動子から間隔を空けた位置に樹脂栓を固定することが可能になる。したがって、液体状の発泡性樹脂をケース底部(振動面)から空隙なく充填する場合に生じる恐れのある問題、具体的には振動面の振動阻害による感度特性の劣化と言う問題を解消することができる。
【0052】
ここで、ケース内部に挿入される樹脂栓42について説明する。図7は本実施例で使用される樹脂栓を示す斜視図である。図7(a)において、樹脂栓42は有底筒状ケース2の内径とほぼ同一の径を有する円盤状の発泡性樹脂である。樹脂栓42は、ケース2に挿入される段階では既に固化されている。樹脂栓42は多数の発泡孔49を有している。樹脂栓42の一方主面は発泡孔49を有さないスキン層50となっている。スキン層50は、発泡性樹脂の表面に薄いフイルムを貼り付けて形成しても良いし、発泡工程において自然に形成される層を用いても良い。
【0053】
このようにスキン層を有する樹脂栓を用いることにより、樹脂栓42をケース2内部に挿入した場合、樹脂栓42の上部に液体状のシリコンゴム等を重ねて充填しても、樹脂栓42の表面には液体の通路となる恐れのある発泡孔を有さないスキン層が介在しているので、液体が樹脂栓の裏面側に漏れ出してくる恐れが無くなる(液体状のシリコンゴムが樹脂栓から漏れ出して振動面や圧電振動子に付着すると、センサの感度特性が劣化する恐れがある)。
【0054】
なお、本実施例ではスキン層50を有する樹脂栓を使用したが、図7(b)に示すようなスキン層を有さない樹脂栓であっても、有底筒状ケースの制振やケース内部の超音波の吸収を効果的に行いうることは言うまでもない。
【0055】
【効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の超音波センサは以下の優れた効果を有する。
【0056】
すなわち、有底筒状ケース内部に発泡性樹脂を充填し、この発泡性樹脂を残響波を抑制する緩衝材として用いることにより、ケース自体の振動およびケース内部の超音波の双方を効率的に抑制することができ、結果として超音波センサの残響特性を大幅に改善することができる。またその際、発泡性樹脂には従来のゴムほどの強い復元力ではないので、振動面を必要以上に押さえつけることがなく、超音波センサの感度特性に与える悪影響を低く抑えることができる。
【0057】
また、緩衝材を発泡性樹脂とまた別の樹脂との積層構造とすることにより、超音波センサの感度を低下させることなく、さらに効率的にケースの振動を抑制することが可能になる。
【0058】
加えて、予め固化された発泡性樹脂からなる樹脂栓をケース内部に押し込んで挿入固定する手法をとることによって、振動面や圧電振動子から間隔を空けた位置に樹脂栓を固定することが可能になる。したがって、液体状の発泡性樹脂をケース底部(振動面)から充填する場合に生じる恐れのある問題、具体的には振動面の振動阻害による感度特性の劣化と言う問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の超音波センサを示す断面図である。
【図2】本発明の超音波センサに用いる発泡性樹脂の樹脂密度と残響特性との関係を示すグラフである。
【図3】本発明の超音波センサに用いる発泡性樹脂の樹脂密度と感度特性との関係を示すグラフである。
【図4】第2実施例の超音波センサを示す断面図である。
【図5】第3実施例の超音波センサを示す断面図である。
【図6】(a)、(b)第4実施例の超音波センサを示す断面図である。
【図7】(a)、(b)第4実施例の超音波センサに用いる樹脂栓を示す斜視図である。
【図8】(a)、(b)従来例の超音波センサを示す断面図である。
【符号の説明】
1 ・・・ 超音波センサ
2 ・・・ 有底筒状ケース
3 ・・・ 圧電振動子
4 ・・・ 緩衝材
5a、5b ・・・ 外部端子
6 ・・・ 基板
7a、7b ・・・ 配線パターン
8 ・・・ ワイヤ(導電性部材)
9 ・・・ 半田
10・・・ 振動面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic sensor, and more particularly to an ultrasonic sensor used as an automobile back sonar and corner sonar.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of ultrasonic sensors, there is an increasing demand for short-distance type ultrasonic sensors for detecting an object to be detected that is close to the wave transmitting / receiving surface of the sensor. In the ultrasonic sensor for such use, the most serious problem as a cause of the measurement error at the time of distance measurement is interference between the reverberation wave of the transmission signal and the reception signal. When measuring the proximity distance, since the reverberation characteristics influence the measurement reliability of the sensor, improvement of the reverberation characteristics is a big issue.
[0003]
In response to this problem, an
[0004]
Next, the operation of the
[0005]
In the above operation process, not only the
[0006]
With respect to these reverberation waves, the reverberation waves generated from the vibration of the bottomed
[0007]
As another conventional example, a configuration for suppressing a reverberation wave and improving a reverberation characteristic by using a foamable resin having a low Q value is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-63196 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-154898. ing. In other words, a technique for improving reverberation characteristics by forming a bottomed cylindrical case from a foamable resin and a technique for improving reverberation characteristics by joining a piezoelectric vibrator on a plate-like foamable resin are disclosed. Yes.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the reverberation characteristics are to be improved using the configuration shown in FIG. 8A, unnecessary vibration of the
[0009]
Further, when reverberation characteristics are to be improved by using the configuration shown in FIG. 8B, unnecessary ultrasonic waves generated inside the
[0010]
Furthermore, when the bottomed cylindrical case is made of a foamable resin, it takes time to form the foamable resin into a cylindrical shape, and there are a large number of depletions (foam holes) inside the foamable resin. Therefore, problems such as lack of strength and durability as a case are cited.
[0011]
Furthermore, when the plate-like foaming resin is bonded to the piezoelectric vibrator, the foaming resin with high damping is directly attached to the piezoelectric vibrator, so the sensitivity characteristics deteriorate during spreading vibration. Is a problem that cannot be avoided.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above technical problems, and by effectively suppressing both vibration of the bottomed cylindrical case and ultrasonic waves generated inside the case. An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor capable of greatly improving reverberation characteristics.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an ultrasonic sensor according to
[0018]
Thus, when using foamable resin as a buffer material, it is good also as a structure which uses foamable resin solidified previously as a stopper (resin stopper).
[0019]
That is, as a method for manufacturing an ultrasonic sensor, a method of filling a liquid foamable resin inside a bottomed cylindrical case and solidifying it by a method such as thermosetting or time-curing after filling is considered as one method. Is done.
However, if the liquid resin is filled into the case, the resin is filled without a gap up to the bottom (vibration surface) of the case, so there is a concern that sensitivity characteristics may be deteriorated due to vibration inhibition of the vibration surface.
[0020]
In this regard, this concern can be eliminated by taking a technique of solidifying the foamable resin outside the case in advance and inserting and fixing the solidified resin into the case as a plug (resin plug). That is, when the resin plug is inserted and fixed inside the case, the resin plug is fixed at a position where it does not contact the vibration surface and the piezoelectric vibrator, thereby preventing vibration inhibition of the vibration surface. In addition, after inserting and fixing the resin stopper, a resin having a strong restoring force such as silicon rubber may be further stacked on the resin stopper.
[0021]
Further, it is desirable that at least one main surface of the resin plug to be used is a skin layer having no foaming holes due to foaming of the resin. This is because the foam plug has a large number of foam holes due to its structure. For example, when a different resin is filled in the upper part of the resin plug, the liquid resin travels through the continuous foam holes in the resin plug. This is because it may flow out to the back side of the resin stopper. This outflow can be prevented if at least one main surface of the resin plug is brought into a state in which no foam holes are present (a state in which a skin layer is formed). The skin layer mentioned here is most preferably in a state where the foamed holes are not completely present, but the foamed holes may be present to such an extent that the liquid resin can be prevented from flowing out.
[0022]
In addition, as a bottomed cylindrical case used for the ultrasonic sensor of the present invention, the cylindrical portion and the vibration surface (bottom surface) are formed of a metal material, or a cylindrical portion made of plastic and a metallic material. Any of those formed in combination with the vibration surface made in (1) may be used. In the former case, a light and high elastic modulus aluminum or the like is suitable as a material for the bottomed cylindrical case. In the latter case, engineering plastic materials with excellent heat resistance and durability, specifically, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyether sulfone, etc. are suitable as the material of the cylindrical part, and are light and elastic. A material such as high aluminum is suitable as a material for the vibration surface.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
[First embodiment, FIGS. 1 to 3]
The structure of the
[0025]
In the
[0026]
The
[0027]
First, the
[0028]
Next, the operation of the
[0029]
The reverberant wave generated in the above operation process is suppressed as follows in the
[0030]
First, since the volume of the foamable resin filled in the bottomed
[0031]
Here, the preferable conditions calculated | required by the foamable resin used for this invention are examined. That is, in general, the reverberation characteristics of the ultrasonic sensor tend to be improved by using a resin having a high density for the
[0032]
First, a graph showing the relationship between resin density and reverberation characteristics is shown in FIG. As is apparent from this graph, when the density of the foamable resin used is less than 0.01 g / cm 3 , the reverberation time is abruptly increased and desired reverberation characteristics cannot be obtained. Next, the graph which shows the relationship between a resin density and a sensitivity characteristic is shown in FIG. As is apparent from this graph, when the density of the foamable resin to be used exceeds 0.9 g / cm 3 , the sensitivity voltage is drastically lowered, and desired sensitivity characteristics cannot be obtained.
[0033]
From the above examination, an ultrasonic sensor that can obtain favorable characteristics in both reverberation characteristics and sensitivity characteristics by setting the resin density of the foamable resin to be used in the range of 0.01 to 0.9 g / cm 3 is obtained. I understand that
[0034]
In the ultrasonic sensor of this embodiment, unlike the conventional example, the bottom portion (vibration surface 10) of the
[0035]
[Second Embodiment, FIG. 4]
The structure of the ultrasonic sensor according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0036]
In the
[0037]
The
[0038]
First, the
[0039]
Thus, by embedding the
[0040]
The other points are not different from the
[0041]
[Third embodiment, FIG. 5]
As shown in FIG. 5, in the
[0042]
As the structure of this layer, the first resin layer 34a disposed immediately above the
[0043]
By providing the buffer material 34 with such a laminated structure, the ultrasonic wave transmission / reception on the
[0044]
The other points are not different from the
[0045]
Similarly, in the
[0046]
[Fourth embodiment, FIGS. 6 to 7]
The structure of the ultrasonic sensor according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the ultrasonic sensor shown to the above-mentioned each Example.
[0047]
FIG. 6A is a cross-sectional view showing the
[0048]
In addition, regarding the method of manufacturing the
[0049]
FIG. 6B is a cross-sectional view showing still another
[0050]
In addition, regarding the method of manufacturing the
[0051]
Thus, this embodiment is characterized in that the resin stopper 42 (46) made of a foamed resin that has been solidified in advance is used. By adopting a method of inserting and fixing the solidified resin plug into the case, it is possible to fix the resin plug at a position spaced from the vibration surface or the piezoelectric vibrator. Therefore, it is possible to solve the problem that may occur when filling the liquid foamable resin from the bottom of the case (vibration surface) without any gap, specifically, the problem of deterioration of sensitivity characteristics due to vibration inhibition of the vibration surface. it can.
[0052]
Here, the
[0053]
By using the resin plug having the skin layer as described above, even when the
[0054]
In the present embodiment, the resin stopper having the
[0055]
【effect】
As is clear from the above description, the ultrasonic sensor of the present invention has the following excellent effects.
[0056]
That is, by filling the bottomed cylindrical case with foaming resin and using this foaming resin as a buffer to suppress reverberation waves, both vibration of the case itself and ultrasonic waves inside the case are efficiently suppressed. As a result, the reverberation characteristics of the ultrasonic sensor can be greatly improved. At that time, since the foaming resin does not have a restoring force as strong as that of the conventional rubber, the vibration surface is not pressed more than necessary, and the adverse effect on the sensitivity characteristics of the ultrasonic sensor can be suppressed to a low level.
[0057]
Further, by making the buffer material a laminated structure of a foamable resin and another resin, it becomes possible to more efficiently suppress the vibration of the case without reducing the sensitivity of the ultrasonic sensor.
[0058]
In addition, it is possible to fix the resin plug at a position spaced from the vibration surface or piezoelectric vibrator by inserting and fixing a resin plug made of foamed resin that has been solidified in advance into the case. become. Therefore, the problem that may occur when the liquid foamable resin is filled from the case bottom (vibration surface), specifically, the problem of deterioration of sensitivity characteristics due to vibration inhibition of the vibration surface can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the resin density and reverberation characteristics of an expandable resin used in the ultrasonic sensor of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the resin density and sensitivity characteristics of a foamable resin used in the ultrasonic sensor of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an ultrasonic sensor according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an ultrasonic sensor according to a third embodiment.
6A and 6B are cross-sectional views showing an ultrasonic sensor according to a fourth embodiment.
FIGS. 7A and 7B are perspective views showing resin plugs used in the ultrasonic sensor of the fourth embodiment. FIGS.
8A and 8B are cross-sectional views showing a conventional ultrasonic sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
9 ・ ・ ・
Claims (4)
前記緩衝材に予め固化された発泡性樹脂からなる樹脂栓を用い、該樹脂栓が圧電振動子と間隔を空けて有底筒状ケース内部に挿入固定されていることを特徴とする超音波センサ。A bottomed cylindrical case, a piezoelectric vibrator disposed on the inner bottom portion of the bottomed cylindrical case, an input / output terminal electrically connected to the piezoelectric vibrator and drawn out of the bottomed cylindrical case, and a reverberant wave An ultrasonic sensor comprising a buffer material for suppressing,
An ultrasonic sensor characterized in that a resin plug made of a foamed resin that has been solidified in advance is used as the cushioning material, and the resin plug is inserted and fixed inside the bottomed cylindrical case with a gap from the piezoelectric vibrator. .
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