JP5175805B2 - 超音波デバイス - Google Patents

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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、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、板状に形成されており、その主面に、リード線を挿通させる挿通口が設けられている保持部材と、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、保持部材の挿通口の周辺には、該挿通口を挿通するリード線を、該リード線の挿通方向に対する側方から支持する支持部が設けられていること、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、リード線は、支持部にて側方から支持された状態で保持部材により保持されるため、この支持部による支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、支持部が設けられていない場合に比べ、より確実に防ぐことができる。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、支持部は、挿通口を挿通するリード線の挿通方向に突出した凸部として、少なくとも該挿通口の縁部の一部に沿って形成されていても良い。
また、この凸部は、板状に形成されていても良いし、さらに、この凸部は、挿通口を取り巻く環状に形成されていても良い。
こうすることにより、支持部とリード線との接触面の面積を十分に確保することが可能となり、支持部は、より強力にリード線を支持することができる。
超音波デバイスの筺体の内部に封止剤を注入しても凸部とリード線との隙間まで封止剤が浸入しない場合、凸部とリード線との隙間部分に気泡が生じてしまうおそれがある。その結果、封止剤によりリード線を固定する力が弱まってしまうおそれや、気泡に水がたまってしまい、故障の原因となってしまうおそれがある。
凸部は、その側面に孔部が形成されていても良く、さらに、この孔部は、挿通口の縁部から凸部の頂部に向けて、スリット状に形成されていても良い。
こうすることにより、超音波デバイスの筺体の内部に注入された封止剤を、凸部の孔部に浸入させることができるため、気泡の発生を防ぐことができる。したがって、封止剤によりリード線をより強力に固定することが可能となると共に、封止剤の内部に水がたまってしまうことを防ぐことができる。
また、凸部は、テーパー形状に形成されており、その頂部には、スリット状の切り欠き部が形成されていても良い。
こうすることにより、凸部が弾性の部材により形成されている場合には、挿通口に挿通させたリード線を凸部の開口縁で狭持することができ、リード線をより強固に固定することができる。また、超音波デバイスの筺体の内部に注入された封止剤を、凸部に形成された切り欠き部に浸入させることができ、凸部とリード線との隙間付近に気泡が生じてしまうことを防ぐことができる。したがって、封止剤によりリード線をより強力に固定することが可能となると共に、封止剤の内部に水がたまってしまうことを防ぐことができる。
また、凸部は、保持部材の表面と裏面の両方に形成されていても良い。
こうすることにより、凸部とリード線との接触面の面積をより広くすることができるため、支持部は、より強力にリード線を支持することができる。
また、固定部材は、筺体に固定された柱部材として構成され、保持部材は、柱部材の頂部に固定されていても良い。
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を固定することができる。
また、柱部材が細長い形状を有している場合等には、柱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、柱部材、及び、該柱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、柱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柱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突出部が設けられており、補助部材は、対応する突出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、柱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突出部が設けられており、補助部材は、対応する突出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、保持部材を確実に固定することができる。
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、超音波デバイスを組み立てる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、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、穴部を有しており、リード線の他端は、第二ケース部材が有する穴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等である。 第一実施形態における固定プレートの平面図等である。 第二実施形態におけるツバ付固定プレートの平面図等である。 固定プレート等の変形例である。 固定プレート等の変形例である。
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1の(c)には、図1の(a)におけるA−A´断面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、図2の(a),(b)には、それぞれ、固定プレート170の平面図,側面図が記載されており、図2の(c)には、超音波デバイス100の、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。
固定プレート170は、主面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、挿通口171の縁部を取り巻くように環状に形成されており、一方の主面(表面174a)から鉛直方向に向かって突出した環状の凸部として形成された支持部172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173a,173bと、を有している。
尚、支持部172の付け根の部分は、R形状となっている。また、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、リード線130は、支持部172にてその挿通方向に対する側方から支持された状態で固定プレート170により保持されるため、支持部172が設けられていない場合に比べ、リード線130と電子回路180との位置関係がより強固に固定される。このため、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),(b)には、ツバ付固定プレート270の平面図,側面図が記載されており、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の(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、挿通口271の縁部を取り巻くように環状に形成されており、一方の主面(表面275a)から鉛直方向に向かって突出した板状の凸部として形成された支持部272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273a,273bと、主面の四隅を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突出部274a,274bと、を有している。
尚、支持部272の付け根の部分は、R形状となっている。
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の突出部274a,274b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の突出部274a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の突出部274b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柱部材として機能し、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]
第二実施形態においても、リード線は、支持部272にて側方から支持された状態でツバ付固定プレート270により保持されるため、支持部272が設けられていない場合に比べ、リード線と電子回路との位置関係がより強固に固定される。さらに、このとき、ツバ付固定プレート270は、突出部274a,274b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。このため、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。
[他の実施形態について]
(1)図4の(a)に記載されているように、第一実施形態における固定プレート170の表面174aに設けられた支持部と同様の支持部172bが、さらに裏面174bにも設けられていても良い。また、第二実施形態におけるツバ付固定プレート270についても同様に、さらに裏面275bにも支持部272bが設けられていても良い(図4の(b)参照)。こうすることにより、支持部とリード線との接触面の面積をより広くすることができるため、より強力に、リード線を側方から支持することができる。
(2)図5の(a)に記載されている第一の変形例のように、第一の固定プレート300の挿通口に設けられた凸部310の側面には、付け根部分からの頂部に向けてスリット状の孔部311〜317等が、側面を取り巻くように形成されていても良い。こうすることにより、回路ケース部に注入されたモールド剤を孔部311〜317に浸入させることができ、凸部310とリード線との隙間付近に気泡が生じてしまうことを防ぐことができる。したがって、モールド剤によりリード線をより強力に固定することが可能となると共に、モールド剤の内部に水がたまってしまうことを防ぐことができる。
(3)また、固定プレートに設けられた凸部は、必ずしも挿通口を取り巻くように環状に形成されている必要はない。図5の(b)に記載されている第二の変形例における第二の固定プレート400のように、板状の凸部410が、円形の挿通口の半周分の区間にわたって設けられていても良い。このような構成を有する場合でも、挿通口を挿通するリード線を側方から支持することができるため、支持部が設けられていない場合に比べると、リード線と電子回路との位置関係をより強く固定することができる。尚、凸部410の側面には、モールド剤を浸入させるための孔部が設けられていても良い。
(4)また、図5の(c)に記載されている第三の変形例のように、第三の固定プレート500の挿通口に設けられた凸部510はテーパー形状に形成されていると共に、その頂部511に、スリット状の切り欠き部511a〜511dが形成されていても良い。こうすることにより、第三の固定プレート500が樹脂等の弾性を有する材料で形成されている場合であれば、挿通口にリード線を挿通させた際に、凸部510の頂部511にてリード線を狭持することができ、リード線をより強固に固定することができる。また、回路ケース部に注入されたモールド剤を、凸部510の側面に形成された切り欠き部511a〜511dに浸入させることができ、凸部510とリード線との隙間付近に気泡が生じてしまうことを防ぐことができる。したがって、モールド剤によりリード線をより強力に固定することが可能となると共に、モールド剤の内部に水がたまってしまうことを防ぐことができる。
(5)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。
(6)また、上記実施形態において、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、172…支持部、173a…ネジ孔、173b…ネジ孔、174a…表面、174b…裏面、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、272…支持部、273a…ネジ孔、273b…ネジ孔、274a…突出部、274b…突出部、275a…表面、275b…裏面、300…第一の固定プレート、310…凸部、311…孔部、400…第二の固定プレート、410…凸部、500…第三の固定プレート、510…凸部、511…頂部、511a…切り欠き部。

Claims (15)

  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、
    板状に形成されており、その主面に、前記リード線を挿通させる挿通口が設けられている保持部材と、
    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、
    前記保持部材の前記挿通口の周辺には、該挿通口を挿通する前記リード線を、該リード線の挿通方向に対する側方から支持する支持部が設けられていること、
    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、
    前記支持部は、前記挿通口を挿通する前記リード線の挿通方向に突出した凸部として、少なくとも該挿通口の縁部の一部に沿って形成されていること、
    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、
    前記凸部は、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。
  4. 請求項3に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記凸部は、前記挿通口を取り巻く環状に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3または請求項4に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記凸部は、その側面に孔部が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5に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記孔部は、前記挿通口の縁部から前記凸部の頂部に向けて、スリット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4に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記凸部は、テーパー形状に形成されており、その頂部には、スリット状の切り欠き部が形成されていること、
    を特徴とする超音波デバイス。
  8. 請求項2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、
    前記凸部は、前記保持部材の表面と裏面の両方に形成されていること、
    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、
    前記固定部材は、前記筺体に固定された柱部材として構成され、
    前記保持部材は、前記柱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。
  10. 請求項9に記載の超音波デバイスにおいて、
    前記固定部材は、前記柱部材、及び、該柱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。
  11. 請求項10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。
  12. 請求項11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突出部が設けられており、
    前記補助部材は、対応する前記突出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。
  13. 請求項9から請求項12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、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。
  14. 請求項9から請求項13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、穴部を有しており、
    前記リード線の他端は、前記第二ケース部材が有する穴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。
  15. 請求項1から請求項14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。
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