JP4228997B2 - 超音波センサ - Google Patents

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本発明は、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出する超音波センサに関するものである。
従来から、超音波センサは、図3(a)(b)(c)に示す構成のものが知られている。超音波センサ80は、有底状のケース81の底面が平板状の振動体部82とされ、圧電振動素子83がケース81内にて振動体部82に貼付けられている。圧電振動素子83は、半田84を介して+リード線85に接続されていると共に、導電部材(不図示)を介して−リード線86に接続されている。また、吸音材87がケース81内に配置され、さらに、絶縁性材料88,89によりケース81内が封止されている。絶縁性材料88と絶縁性材料89はシリコン等の同じ材質である。吸音材87には、+リード線85を通す孔87aが開いており、その孔87aを+リード線85が通っている。
このような超音波センサ80は、以下のようにして組立てられる。まず、+リード線86を半田84により圧電振動素子83に半田付け接続し、吸音材87の孔87aに+リード線86を通して、吸音材87をケース81内に装着する。次に、絶縁性材料88をケース81内に充填して硬化させる。これにより、+リード線85が通された吸音材87の孔87aが絶縁性材料88により封止される。その後、絶縁性材料89をケース81内に充填して硬化させる。
絶縁性材料88と絶縁性材料89は同じ材質であるが、絶縁性材料88を封止し硬化させた後に絶縁性材料89を封止することにより、絶縁性材料89が圧電振動素子83へ漏洩することを防ぎ、かつ、吸音材87が絶縁性材料89の重みにより撓んで圧電振動素子83へ接触することを防いでいる。また、絶縁性材料88と絶縁性材料89は、ケース81の振動防止の役目も果たしている。
このような構成の超音波センサ80は、+リード線85及び−リード線86を介して圧電振動素子83に電圧が印加されることにより、圧電振動素子83が歪み、振動体部82が振動して、矢印P方向に超音波を発信する。また、超音波センサ80は、超音波を受けると、振動体部82が振動し、圧電振動素子83が歪んで電気信号を発生して、その電気信号を+リード線85及び−リード線86から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無、物体までの距離等の検出処理が行われる。
また、別の超音波センサとして、リード線をケース本体内にインサート成形し、そのリード線の前端部をケース本体の内周面から突出させて、ケース底面に接合された圧電振動素子に半田付け接続する構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の超音波センサでは、低残響を図るために、ケース本体の内周面から突出させたリード線の基部に、すなわちリード線とケース本体の内周面に付着するようにシリコン樹脂等の弾性接着剤を塗布して、圧電振動素子の振動がリード線を通じてケースに伝達することを防いでいる。
特開2000−23290号公報
ところが、上述した図3に示す構成の超音波センサ80においては、+リード線85の根元部位すなわち+リード線85と圧電振動素子83との接続基部に絶縁性材料88が塗布されず、その影響により、各超音波センサ80にておいて残響時間がばらつくと共に、低温時においては残響時間が長くなることが判明した。このため、残響時間のばらつきの抑制や低残響化のための品質向上が必須の課題となっていた。なお、上述した特許文献1に記載の超音波センサにおいても、リード線の根元部位には、絶縁性材料が塗布されておらず、同様の課題を有している。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、残響振動の発生源となっている圧電振動素子とリード線との接続基部に弾性接着剤を塗布することにより、残響時間のばらつきを抑制できると共に低温時において残響時間を短く抑制できる超音波センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子と、圧電振動素子に半田付け接続されるリード線とを備える超音波センサにおいて、リード線の根元部位に弾性接着剤が塗布されているものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波センサにおいて、ケース内が絶縁性材料により封止されており、弾性接着剤は、絶縁性材料とは異なる組成材料であるものである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の超音波センサにおいて、弾性接着剤は、リード線と圧電振動素子を接続する半田に接しているものである。
請求項1の発明によれば、残響振動の発生源となっているリード線の根元部位に、すなわち圧電振動素子とリード線との接続基部に弾性接着剤を塗布することにより、常温時における残響時間のばらつきを抑制でき、また、低温時の残響時間を短く抑制できる。これにより、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができ、品質が向上する。
請求項2の発明によれば、弾性接着剤を圧電振動素子に接触することなくリード線の根元部位へ塗布することができ、また、絶縁性材料の圧電振動素子への漏洩を防止できる。
請求項3の発明によれば、常温時における残響時間のばらつきを一層抑制でき、また、低温時の残響時間を一層短く抑制できる。
以下、本発明を具体化した実施形態による超音波センサについて図面を参照して説明する。図1(a)(b)(c)は、超音波センサの構成を示す。この超音波センサ1は、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられるセンサであり、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出するセンサである。
超音波センサ1は、超音波を発生させるための圧電振動素子2と、超音波を吸音する吸音材3と、吸音材3を保持する保持体4と、圧電振動素子2及び吸音材3を収納するケース5と、圧電振動素子2を駆動し又は圧電振動素子2からの信号を送出するプラス(+)リード線(以下、+リード線)6及びマイナス(−)リード線(以下、−リード線)7と、超音波の残響振動を抑制するための弾性接着剤8と、ケース5内を封止する絶縁性材料9,10とを備えている。
ケース5は、有底略円筒状であり、超音波を発信・受信するための振動体部11を有しており、ケース5の底面が振動体部11とされている。圧電振動素子2は、振動体部11の内面に貼付けられており、ケース5内にて振動体部11に当接している。吸音材3は、保持体4により、圧電振動素子2に接触しないように、圧電振動素子2及び振動体部11との間に空間を介して保持されている。保持体4は、シリコンから成り、振動体部11の内面に圧電振動素子2を囲うようにリング状に設置されている。+リード線6は半田12により圧電振動素子2に半田付け接続されており、−リード線7は導電部材(不図示)を介して圧電振動素子2に接続されている。吸音材3は、+リード線6を通す孔3aを有しており、+リード線6は、吸音材3の孔3aに通されている。
弾性接着剤8は、+リード線6の根元部位に、すなわち圧電振動素子2と+リード線6との接続基部に、半田12に接触するように塗布されている。弾性接着剤8は、シリコン樹脂等から成り、絶縁性材料9,10とは異なる組成材料とされ、絶縁性材料9,10よりも粘度が高いものとされている。絶縁性材料9と絶縁性材料10はシリコン等から成り、同じ材質とされている。絶縁性材料9と絶縁性材料10は、ケース5の振動防止の役目を果たしている。
このような超音波センサ1は、以下のようにして組立てられる。まず、+リード線6を半田12により圧電振動素子2に半田付け接続し、吸音材3の孔3aに+リード線6を通して吸音材3をケース5内に入れ、吸音材3を保持体4に接着する。次に、弾性接着剤8を+リード線6の根元部位に塗布する。これは、硬化前の粘性を有する弾性接着剤8を+リード線6が通された吸音材3の孔3aに滴下することにより行われる。このように硬化前の粘性を有する弾性接着剤8を+リード線6が通された吸音材3の孔3aに滴下することにより、吸音材3の孔3aに滴下された弾性接着剤8は、孔3aを垂下して、+リード線6を覆いつつ半田12に接触すると共に孔3aを封止し、また、+リード線6の根元部位に半田12に接触するように塗布される。そして、この状態で、弾性接着剤8を硬化させる。これにより、弾性接着剤8が+リード線6の根元部位に半田12に接触した状態に付着される。
続いて、絶縁性材料9をケース5内に充填して硬化させ、その後、絶縁性材料10をケース5内に充填して硬化させる。弾性接着剤8を絶縁性材料9とは別材料として吸音材3の孔3aに滴下することにより、弾性接着剤8を圧電振動素子2に接触することなく+リード線6の根元部位へ塗布することができる。また、弾性接着剤8を絶縁性材料9とは別材料として先に硬化させておくことにより、絶縁性材料9の圧電振動素子2への漏洩を防止できる。このようにして、超音波センサ1が組立てられる。
このような構成の超音波センサ1において、+リード線6及び−リード線7を介して圧電振動素子2に電圧が印加されることにより、圧電振動素子2が歪んで振動体部11を振動させ、振動体部11が振動することにより、矢印Qの方向に超音波を発信する。また、振動体部11にて超音波を受信すると、振動体部11が振動し、圧電振動素子2が振動体部11の振動により歪んで電気信号を発生して、その電気信号を+リード線6及び−リード線7から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無や物体までの距離等の検出処理が行われる。
このような構成の本発明の(すなわち、+リード線の根元部位に弾性接着剤を塗布した)超音波センサ1と、図3(a)(b)(c)に示す従来の(すなわち、+リード線の根元部位に弾性接着剤を塗布していない)超音波センサ80について、残響特性を測定する実験を行った。図2(a)は、常温時における残響特性を示し、図2(b)は、低温時における残響特性を示している。図2(a)(b)において、実線で示すものは、本発明の超音波センサ1の測定結果であり、点線で示すものは、従来の超音波センサ80の測定結果である。また、横軸は、圧電振動素子の振動を停止させた後の経過時間tであり、縦軸は、リード線からの出力電圧vすなわち残響振動の強さである。
図2(a)から明らかなように、常温時においては、従来の超音波センサ80では、残響振動が収まるまでに約1.0msecの時間を要するのに対し、本発明の超音波センサ1では、約0.9msecで残響振動が収まっている。また、図2(b)から明らかなように、低温時においては、従来の超音波センサ80では、残響振動が収まるまでに約1.2msecの時間を要するのに対し、本発明の超音波センサ1では、約1.1msecで残響振動が収まっている。
このように、本発明の超音波センサ1によれば、残響振動の発生源となっている+リード線6の根元部位に弾性接着剤8を塗布することにより、常温時における残響時間のばらつきを抑制でき、また、低温時の残響時間を短く抑制できる。従って、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、弾性接着剤8は、必ずしも半田12に接触している必要はなく、+リード線6の根元部位に付着されていればよい。また、弾性接着剤8は、必ずしも吸音材3の孔3aを封止している必要はなく、+リード線6の根元部位に付着されていればよい。また、弾性接着剤8は、絶縁性材料9と同じ粘度又は絶縁性材料9よりも低い粘度であってもよく、絶縁性材料9と同じ組成材料であってもよい。なお、弾性接着剤8で吸音材3の孔3aを封止することにより、絶縁性材料9,10を一体化、すなわち1つの材料とすることも可能である。
(a)は本発明の一実施形態に係る超音波センサの構成を示す平面図、(b)は(a)のA1−A1断面図、(c)は(a)のB1−B1断面図。 (a)は同超音波センサの常温時における残響特性を示す図、(b)は低温時における残響特性を示す図。 (a)は従来の超音波センサの構成を示す平面図、(b)は(a)のA2−A2断面図、(c)は(a)のB2−B2断面図。
符号の説明
1 超音波センサ
2 圧電振動素子
3 吸音材
3a 孔
4 保持体
5 ケース
6 +リード線
7 −リード線
8 弾性接着剤
9,10 絶縁性材料
11 振動体部
12 半田

Claims (3)

  1. 平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて前記振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子と、前記圧電振動素子に半田付け接続されるリード線とを備える超音波センサにおいて、
    前記リード線の根元部位に弾性接着剤が塗布されていることを特徴とする超音波センサ。
  2. 前記ケース内が絶縁性材料により封止されており、
    前記弾性接着剤は、前記絶縁性材料とは異なる組成材料であることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
  3. 前記弾性接着剤は、前記リード線と前記圧電振動素子を接続する半田に接していることを特徴とするする請求項1又は請求項2に記載の超音波センサ。
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