JP5175804B2 - 超音波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、超音波式近接スイッチや、超音波距離計や、超音波水位計や、超音波流量計や、超音波探傷器等として用いられる超音波デバイスに関する。

特許文献１には、超音波を対象物に当て、その反射波を検知する超音波センサユニットが記載されている。この超音波センサユニットは、以下のような手順で組み付けが行われる。まず、容器状の筺体の底部に、超音波センサやリード線が接合された電子回路等が取り付けられる。そして、このリード線は、筺体の側面に設けられた切り欠き部を挿通して外部に取り出され、コの字状の係止部材が切り欠き部の付近でリード線を上から押し付ける状態で筺体と接合され、さらに、筺体の開口部から封止剤が注入されて筺体内部が封止剤で充填される。

特開２００７−２０５７４７号公報

ところで、特許文献１に記載されているような超音波センサユニットでは、筺体内部に封止剤が注入されてリード線が完全に固定される前に、リード線が接合された電子回路が底部に取り付けられた状態で、超音波センサの周波数同調や感度電圧調整等といった各種調整を行う必要がある。そして、この調整の際に、リード線と電子回路との接合部に応力がかかり、はんだクラック等の不具合が発生してしまうおそれがあった。

本願発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、リード線の接続部分における不具合の発生を抑止することができる超音波デバイス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なされた本発明は、超音波の出力処理、その反射波の検知処理、出力及び反射波検知処理のうちのいずれかを実行する超音波デバイスであって、当該超音波デバイスの筺体に固定されており、上記処理を実行する処理部と、一端が処理部に接続され、他端が筺体の外部に取り出されるリード線と、リード線を挿通させる挿通口を有する保持部材と、挿通口にリード線を挿通させた保持部材を、処理部との位置関係が一定に保持されるように固定する固定部材と、を備えることを特徴とする。

このように構成された超音波デバイスでは、保持部材によりリード線が保持されるため、この保持部材による保持位置から処理部との接続端にかけてのリード線のぐらつきを防ぐことができる。したがって、例えば、超音波デバイスの筺体内部に封止剤が注入されてリード線が完全に固定される前に、リード線が接続された処理部が筺体に取り付けられた状態で周波数同調や感度電圧調整等の各種調整が行われたとしても、リード線と処理部との接続部分に応力がかかってしまうことを抑止することができる。このため、この超音波デバイスは、リード線の接続部分におけるはんだクラック等の不具合の発生を抑止することができる。

また、固定手段は、次のようにして、保持部材を固定しても良い。
すなわち、固定部材は、筺体に固定された柱状の支持部材として構成されており、保持部材は、支持部材の頂部に固定されても良い。

こうすることにより、筺体に固定された処理部と保持部材との位置関係を固定することができる。
また、支持部材が細長い形状を有している場合等には、支持部材に固定された保持部材が揺動してしまうおそれがある。

そこで、固定部材は、支持部材、及び、該支持部材に固定された保持部材の揺動を抑止する位置に配置された複数の補助部材として構成されていても良い。
より具体的には、補助部材は、保持部材を狭持するよう形成されていても良い。

尚、より詳しくは、保持部材は、支持部材の頂面に接触した状態で固定され、補助部材は、保持部材を、該保持部材における支持部材との接触面の側方から狭持するよう形成されていても良い。

また、さらに、保持部材には、いずれかの補助部材に対応する凸部が設けられており、補助部材は、対応する凸部と嵌合可能に形成されていても良い。
尚、より詳しくは、保持部材には、支持部材の頂面との接触面の側方に突出した部位であって、いずれかの補助部材に対応する部位である凸部が設けられており、補助部材は、対応する凸部と嵌合可能に形成されていても良い。

こうすることにより、保持部材をより確実に固定することができる。
また、保持部材は、板状に形成されていても良い。
こうすることにより、例えば、樹脂等により保持部材を容易に成形することが可能となる。

また、保持部材は、固定部材にネジ止めされても良い。
こうすることにより、例えば、接着剤等で保持部材を固定部材に固定する場合に比べ、作業を容易化することができる。また、固定部材の固定作業のやり直しが可能となり、リード線の位置の微調整が可能となる。

また、超音波デバイスの筺体は、容器状の第一ケース部材と、該第一ケース部材の開口部を覆う第二ケース部材とを有しており、処理部は、第一ケース部材の底部に配置され、第二ケース部材は、孔部を有しており、リード線の他端は、第二ケース部材が有する孔部を挿通して外部に取り出されても良い。

こうすることにより、第一ケース部材の開口部からリード線等を固定させるための封止剤を注入することができ、封止剤の注入を容易に行うことが可能となる。
また、挿通口は、該挿通口を挿通するリード線が該挿通口にて係止される形状，大きさに形成されていても良い。

こうすることにより、保持部材によるリード線の保持位置が、挿通方向にずれてしまうことを防ぐことができる。

第一実施形態における超音波デバイスの平面図、及び側面図である。 第一実施形態における超音波デバイスの断面図である。 第二実施形態における超音波デバイスに用いられるツバ付固定プレートの平面図等である。 第三実施形態における超音波デバイスの平面図、及び断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第一実施形態］
［超音波デバイスの構成について］
まず、第一実施形態について説明する。図１には、第一実施形態の超音波デバイス１００が記載されている。図１の（ａ）は超音波デバイス１００の平面図、（ｂ）は超音波デバイス１００の側面図である。尚、超音波デバイス１００は、具体的には、例えば、超音波式近接スイッチや、超音波距離計や、超音波水位計や、超音波流量計や、超音波探傷器等として用いられても良い。

超音波デバイス１００は、略直方体の容器状に形成された回路ケース部１１０と、開口部を覆った状態で回路ケース部１１０にネジ止めされるＡＳＡ樹脂製の蓋部１２０と、蓋部１２０を挿通して外部に取り出されるリード線１３０と、蓋部１２０におけるリード線１３０の挿通口に設けられた防水クランプ１４０と、底面に設けられた孔部から一部が露出した状態で回路ケース部１１０に取り付けられている超音波センサ１５０と、を有している。

尚、超音波デバイス１００の筺体は回路ケース部１１０と蓋部１２０とから構成され、回路ケース部１１０が特許請求の範囲における第一ケース部材に、蓋部１２０が第二ケース部材にそれぞれ相当する。また、回路ケース部１１０や蓋部１２０は、ＰＣ樹脂等の他の樹脂や金属等により形成されていても良く、また、例えば、ダイキャストにより製造されたものであっても良い。

次に、超音波デバイス１００の内部の構成について説明する。図２の（ａ）には、図１の（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図が記載されている。また、図２の（ｂ）には、超音波デバイス１００の、図２の（ａ）における固定プレート１７０が設置された部位の周辺の断面斜視図が記載されている。超音波デバイス１００の内部には、回路ケース部１１０の底面から鉛直方向に突出しており、頂面にネジ孔が形成されている二本の支柱１６０ａ，１６０ｂと、矩形の板状に形成されており、リード線１３０を挿通させた状態で支柱１６０ａ，１６０ｂにネジ止めされる固定プレート１７０と、例えば、はんだ付けによりリード線１３０の一端に接合された状態で回路ケース部１１０の底部に取り付けられ、超音波センサ１５０を制御し、超音波の出力処理や、超音波の検知処理や、超音波の出力及びその反射波の検知処理のうちのいずれかを実行する処理部である電子回路１８０と、が設けられている。また、回路ケース部１１０の内部は、ウレタン樹脂等のモールド剤１９０により充填されている。

尚、支柱１６０ａ，１６０ｂは、電子回路１８０との位置関係が一定に保持されるよう固定プレート１７０を固定する固定部材として機能し、固定プレート１７０は、リード線１３０と電子回路１８０との位置関係を一定に保持する保持部材として機能する。また、支柱１６０ａ，１６０ｂは、回路ケース部１１０の短手側側面に沿って並んだ状態で配置されており、支柱１６０ａ，１６０ｂの該ケース部の底面への付け根部分は、Ｒ形状となっている。

また、固定プレート１７０は、主面１７３の中央に形成された、リード線１３０の断面と同様の大きさ，形状の挿通口１７１と、固定プレート１７０の短手側の側縁の付近にそれぞれ設けられ、固定プレート１７０を支柱１６０ａ，１６０ｂにネジ止めするために用いられる二つのネジ孔１７２ａ，１７２ｂと、を有している。

尚、固定プレート１７０は、ＡＢＳ樹脂，ＰＣ樹脂，ＡＥＳ樹脂等の樹脂材料により形成されていても良いし、金属により形成されていても良い。
［工程について］
次に、第一実施形態の超音波デバイス１００の製造工程について説明する。

固定プレート１７０や電子回路１８０等が回路ケース部１１０に取り付けられた後、電子回路１８０に設けられている可変コイルを調整することにより、超音波センサ１５０への入力信号の周波数を適正化する工程である周波数同調が実施される。そして、一次モールドが実施され、回路ケース部１１０の底部にモールド剤が注入される。このとき、電子回路１８０がモールド剤に浸ってしまう手前まで、モールド剤が注入される。

続いて、電子回路１８０に設けられている可変コイルを調整することにより、超音波センサ１５０における反射波の検知感度を適正化する工程である感度電圧調整が行われる。そして、二次モールドが実施されて、回路ケース部１１０の開口部付近までモールド剤が注入される。尚、一次モールドや二次モールドでは、モールド剤は、回路ケース部１１０の開口部から注入される。

［効果について］
第一実施形態の超音波デバイス１００では、固定プレート１７０により、電子回路１８０との位置関係を一定とした状態でリード線１３０が固定される。したがって、二次モールドの終了前に実施される周波数同調や感度電圧調整等の各種調整の際に、リード線１３０と電子回路１８０との接合部分に応力がかかってしまうことを抑えることができる。したがって、この超音波デバイス１００は、リード線１３０の接合部分におけるはんだクラック等の不具合の発生を抑止することができる。特に、リード線１３０が太くて硬い場合には、各種調整の際にリード線１３０と電子回路１８０との接合部分に強力な応力がかかってしまうことが想定される。そこで、本実施形態のように、固定プレート１７０を用いてリード線１３０を固定することにより、このような強力な応力がかかってしまうことを効果的に抑えることができる。

また、超音波デバイス１００では、固定プレート１７０は、電子回路１８０に対して平行に配置されており、リード線１３０が回路ケース部１１０の開口部から外部に取り出される。このため、回路ケース部１１０にモールド剤を注入する際、モールド剤が外部に漏れてしまうことを防ぐことができる。

［第二実施形態］
［超音波デバイスの構成について］
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態における超音波デバイスは、第一実施形態における超音波デバイス１００とほぼ同様の構成を有しているが、固定プレート１７０に替えて、上述した保持部材として略長方形のツバ付固定プレートが用いられると共に、ツバ付固定プレートを側面から支える固定補助部が設けられている固定補助部付回路ケース部が用いられるという点において異なる。

図３の（ａ）には、ツバ付固定プレート２７０の平面図が、（ｂ）には、ツバ付固定プレート２７０の側面図が記載されている。また、図３の（ｃ）には、第二実施形態における超音波デバイスの、ツバ付固定プレート２７０が設置された部位の周辺の断面斜視図が記載されている。

図３（ａ），（ｂ）に記載されているように、略長方形の板状のツバ付固定プレート２７０は、主面２７４の中央に形成された、リード線の断面と同様の大きさ，形状の挿通口２７１と、ツバ付固定プレート２７０を二本の支柱にネジ止めするため、主面２７４の長手方向に沿って挿通口２７１の左右に形成された二つのネジ孔２７２ａ，２７２ｂと、主面２７４の四隅をＬ字状に切り欠くことにより、主面の短手側の側縁に形成された二つの凸部２７３ａ，２７３ｂと、を有している。

また、図３の（ｃ）に記載されているように、固定補助部付回路ケース部２１０は、当該ケース部の短手側の内側側面の中央に、該側面の底辺から鉛直方向に向かってリブ状に形成された第一の固定補助部２１１と、ツバ付固定プレート２７０の凸部２７３ａ，２７３ｂが嵌合可能に形成された第二の固定補助部，第三の固定補助部と、第一実施形態と同様に頂面にネジ孔が形成されていると共に、固定補助部付回路ケース部２１０の底面から鉛直方向に突出しており、該ケース部の短手側側面に沿って並んだ状態で配置される二本の支柱２６０と、を有している。

尚、第二の固定補助部は、第一の固定補助部２１１に向かって右側の、固定補助部付回路ケース部２１０の内側側面の隅部に形成された第一のリブ２１２ａと、第一の固定補助部２１１に向かって右側の、該ケース部の長手側の内側側面に、該側面の底辺から鉛直方向に向かって形成された第二のリブ２１２ｂと、該ケース部の長手側の内側側面における、第一のリブ２１２ａと第二のリブ２１２ｂとの間の部分とにより構成されている。そして、ツバ付固定プレート２７０の凸部２７３ａは、これらの部位により形成される凹部に嵌合される。

また、第三の固定補助部についても、第一の固定補助部２１１に向かって左側に、第一のリブ２１２ａ，第二のリブ２１２ｂと同様に形成された第三のリブ２１３ａ，第四のリブ２１３ｂと、該ケース部の長手側の内側側面における第三のリブ２１３ａと第四のリブ２１３ｂとの間の部分とにより構成される。そして、ツバ付固定プレート２７０の凸部２７３ｂは、これらの部位により形成される凹部に嵌合される。

また、図３の（ｃ）に記載の断面斜視図では、支柱２６０のうちの一本は、第四のリブ２１３ｂの後側に存在するため、この断面斜視図に記載されていない。
このように、支柱２６０は、ツバ付固定プレート２７０を下方から支持する支持部材として機能し、第一〜第三の固定補助部は、ツバ付固定プレート２７０を側方から狭持することにより、ツバ付固定プレート２７０の揺動を抑止する補助部材として機能する。

［効果について］
第二実施形態では、ツバ付固定プレート２７０は、固定補助部付回路ケース部２１０に設けられた固定補助部により側面から狭持された状態で支柱２６０にネジ止めされる。また、このとき、ツバ付固定プレート２７０は、凸部２７３ａ，２７３ｂが第二の固定補助部，第三の固定補助部に嵌合された状態となっている。したがって、第二実施形態では、ツバ付固定プレート２７０は、より強力に固定補助部付回路ケース部２１０に固定される。このため、第二実施形態の超音波デバイスは、リード線の接合部分における不具合の発生をより確実に抑止することができる。

［第三実施形態］
［超音波デバイスの構成について］
次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態における超音波デバイスは、第一実施形態における超音波デバイス１００とほぼ同様の構成を有しているが、リード線が、回路ケース部の短手側の側面に形成された挿通口から取り出されるという点において異なる。

図４の（ａ）には、第三実施形態における超音波デバイス３００の平面図が、図４の（ｂ）には、超音波デバイス３００のＢ−Ｂ´断面図が記載されている。超音波デバイス３００は、略直方体の容器状に形成され、一方の短手側の側面にリード線の挿通口が形成されている回路ケース部３１０と、回路ケース部３１０の開口部を覆う蓋部３２０と、回路ケース部３１０の短手側の側面から外部に取り出されるリード線３３０と、回路ケース部３１０の短手側の側面に形成された挿通口に設けられた防水クランプ３４０と、第一実施形態と同様の超音波センサ３５０，支柱３６０，固定プレート３７０，電子回路３８０を有している。また、回路ケース部３１０の内部は、モールド剤３９０により充填されている。

尚、電子回路３８０に接合されたリード線３３０は、電子回路３８０から鉛直方向に延びており、Ｌ字状に形成された筒部材３３５を挿通させることにより９０°に屈曲され、回路ケース部３１０の短手側の側面から外部に取り出される。

また、超音波デバイス３００の筺体は回路ケース部３１０と蓋部３２０とから構成され、回路ケース部３１０が特許請求の範囲における第一ケース部材に、蓋部３２０が第二ケース部材にそれぞれ相当する。

また、固定プレート３７０は、その主面が、回路ケース部３１０の側面に形成された挿通口に対面した状態（つまり、挿通口が形成された側面と平行な状態）で支柱３６０により支持されても良い。そして、電子回路３８０から鉛直方向に延びるリード線３３０は、Ｌ字状に形成された筒部材３３５を挿通して９０°に屈曲された後に固定プレート３７０を挿通し、回路ケース部３１０の外部に取り出されても良い。

［効果について］
第三実施形態における超音波デバイス３００についても、第一実施形態と同様、リード線３３０を電子回路３８０との位置関係を一定に保つことができ、リード線３３０と電子回路３８０との接合部分におけるはんだクラック等の不具合の発生を抑止することができる。

［他の実施形態］
上記実施形態において、金属製の固定プレートを用い、さらに、この固定プレートをグランド接続しても良い。こうすることにより、電磁シールド効果を得ることができる。

また、リード線と電子回路とは、例えば、はんだ付けとボードインコネクタとの併用により接合されていても良い。こうすることにより、リード線を、電子回路に強力に接合させることができる。

１００…超音波デバイス、１１０…回路ケース部、１２０…蓋部、１３０…リード線、１４０…防水クランプ、１５０…超音波センサ、１６０ａ…支柱、１６０ｂ…支柱、１７０…固定プレート、１７１…挿通口、１７２ａ…ネジ孔、１７２ｂ…ネジ孔、１７３…主面、１８０…電子回路、１９０…モールド剤、２１０…固定補助部付回路ケース部、２１１…第一の固定補助部、２１２ａ…第一のリブ、２１２ｂ…第二のリブ、２１３ａ…第三のリブ、２１３ｂ…第四のリブ、２６０…支柱、２７０…ツバ付固定プレート、２７１…挿通口、２７２ａ…ネジ孔、２７２ｂ…ネジ孔、２７３ａ…凸部、２７３ｂ…凸部、２７４…主面、３００…超音波デバイス、３１０…回路ケース部、３２０…蓋部、３３０…リード線、３３５…筒部材、３４０…防水クランプ、３５０…超音波センサ、３６０…支柱、３７０…固定プレート、３８０…電子回路、３９０…モールド剤。

Claims (9)

1. 超音波の出力処理、その反射波の検知処理、出力及び反射波検知処理のうちのいずれかを実行する超音波デバイスであって、
   当該超音波デバイスの筺体に固定されており、前記処理を実行する処理部と、
   一端が前記処理部に接続され、他端が前記筺体の外部に取り出されるリード線と、
   前記リード線を挿通させる挿通口を有する保持部材と、
   前記挿通口に前記リード線を挿通させた前記保持部材を、前記処理部との位置関係が一定に保持されるように固定する固定部材と、
   を備えることを特徴とする超音波デバイス。
2. 請求項１に記載の超音波デバイスにおいて、
   前記固定部材は、前記筺体に固定された柱状の支持部材として構成されており、
   前記保持部材は、前記支持部材の頂部に固定されること、
   を特徴とする超音波デバイス。
3. 請求項２に記載の超音波デバイスにおいて、
   前記固定部材は、前記支持部材、及び、該支持部材に固定された前記保持部材の揺動を抑止する位置に配置された複数の補助部材として構成されていること、
   を特徴とする超音波デバイス。
4. 請求項３に記載の超音波デバイスにおいて、
   前記補助部材は、前記保持部材を狭持するよう形成されていること、
   を特徴とする超音波デバイス。
5. 請求項４に記載の超音波デバイスにおいて、
   前記保持部材には、いずれかの前記補助部材に対応する凸部が設けられており、
   前記補助部材は、対応する前記凸部と嵌合可能に形成されていること、
   を特徴とする超音波デバイス。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波デバイスにおいて、
   前記保持部材は、板状に形成されていること、
   を特徴とする超音波デバイス。
7. 請求項６に記載の超音波デバイスにおいて、
   前記保持部材は、前記固定部材にネジ止めされること、
   を特徴とする超音波デバイス。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の超音波デバイスにおいて、
   前記筺体は、容器状の第一ケース部材と、該第一ケース部材の開口部を覆う第二ケース部材とを有しており、
   前記処理部は、前記第一ケース部材の底部に配置され、
   前記第二ケース部材は、孔部を有しており、
   前記リード線の他端は、前記第二ケース部材が有する孔部を挿通して外部に取り出されること、
   を特徴とする超音波デバイス。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の超音波デバイスにおいて、
   前記挿通口は、該挿通口を挿通する前記リード線が該挿通口にて係止される形状，大きさに形成されていること、
   を特徴とする超音波デバイス。