JP5362597B2 - Piezoelectric sensor - Google Patents
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Description
本発明は、圧電体の機械的振動を利用して超音波を送受信可能な圧電センサに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric sensor capable of transmitting and receiving ultrasonic waves using mechanical vibration of a piezoelectric body.
この種の圧電センサは、例えば自動ドア用の感知器に使用することができ、超音波を検出媒体とした非接触の検出センサである。
詳しくは、圧電センサは圧電体を備え、この圧電体は機械エネルギーと電気エネルギーとを相互変換する機能を有しており(圧電効果、逆圧電効果)、例えば圧電体に電圧を印加すると、圧電体は伸縮する。
This type of piezoelectric sensor can be used, for example, as a sensor for automatic doors, and is a non-contact detection sensor using ultrasonic waves as a detection medium.
Specifically, the piezoelectric sensor includes a piezoelectric body, and the piezoelectric body has a function of mutually converting mechanical energy and electrical energy (piezoelectric effect, inverse piezoelectric effect). For example, when a voltage is applied to the piezoelectric body, the piezoelectric body The body expands and contracts.
そして、圧電体と振動板とを組み合わせた振動子の構造が開示されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、圧電体及び振動板からなる振動子が台座に配置され、この台座には端子が保持されている。また、これら振動子と端子とは導電線で導通されており、端子及び導電線を介して圧電体に電圧を印加すると、圧電体の伸縮に伴って振動子が屈曲して機械的に振動(共振現象)するため、圧電センサは超音波を送信できる。 And the structure of the vibrator | oscillator which combined the piezoelectric material and the diaphragm is disclosed (for example, refer patent document 1). Specifically, a vibrator including a piezoelectric body and a diaphragm is disposed on a pedestal, and a terminal is held on the pedestal. In addition, the vibrator and the terminal are electrically connected by a conductive wire, and when a voltage is applied to the piezoelectric body through the terminal and the conductive wire, the vibrator is bent and mechanically vibrated as the piezoelectric body expands and contracts ( Therefore, the piezoelectric sensor can transmit ultrasonic waves.
当該送信された超音波が物体で反射し、圧電センサがこの反射した超音波を受信すると、振動子の屈曲運動によって電圧が得られる。これにより、ドアに接近する物体の有無やこの物体までの距離を検出でき、自動ドアの制御部はドア開閉用のモータに駆動信号を出力可能になる。 When the transmitted ultrasonic wave is reflected by an object and the piezoelectric sensor receives the reflected ultrasonic wave, a voltage is obtained by the bending motion of the vibrator. Accordingly, the presence or absence of an object approaching the door and the distance to the object can be detected, and the automatic door control unit can output a drive signal to the door opening / closing motor.
しかしながら、上記従来の技術では、部品点数の削減の点については依然として課題が残されている。すなわち、上記特許文献1に記載の圧電センサは、その製品状態では振動子の周囲を覆うハウジングが別途必要になるからである。
より詳しくは、作業者が圧電センサを製品検査する際や圧電センサを回路基板に実装する際に、振動子に触れるのはその性能維持上好ましくなく、また、この回路基板への実装後においても、塵埃等が振動子に付着するのを避けるために、この振動子は当然にハウジングで保護されている。
However, the above-described conventional technology still has a problem regarding the reduction of the number of parts. That is, the piezoelectric sensor described in
More specifically, when the operator inspects the product of the piezoelectric sensor or mounts the piezoelectric sensor on the circuit board, it is not preferable to touch the vibrator in terms of maintaining its performance, and even after mounting on the circuit board. In order to avoid dust and the like from adhering to the vibrator, this vibrator is naturally protected by a housing.
つまり、上記特許文献1に記載の圧電センサの場合には、筒状のハウジングと台座とが別部品となって部品点数が増え、これでは製造コストの低廉化を図れない。
また、振動子の周囲を筒状のハウジングで単に覆うと、圧電センサの組み立てや製品検査が困難になる点にも留意しなければならない。導電線をハウジングの外部に引き回して台座の下面で端子に接続する場合には当該ハウジングが邪魔になるし、さらに、振動子や導電線の配置状態なども外部から確認できないからである。
In other words, in the case of the piezoelectric sensor described in
It should also be noted that the piezoelectric sensor assembly or product inspection becomes difficult if the vibrator is simply covered with a cylindrical housing. This is because when the conductive wire is routed to the outside of the housing and connected to the terminal on the lower surface of the pedestal, the housing becomes an obstacle, and further, the arrangement state of the vibrator and the conductive wire cannot be confirmed from the outside.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、製造コストの低廉化や組み立ての容易化を達成できる圧電センサを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor that can solve the above-described problems and achieve reduction in manufacturing cost and ease of assembly.
上記目的を達成するための第1の発明は、圧電体と、この圧電体と相俟って超音波を送信或いは受信可能な振動子を形成する振動板と、振動子から引き出されており、この振動子と回路基板に接続する端子とを導通させる導電線と、端子を保持する面とは反対側の面にて振動子を支持する台座、及び、この台座の周縁に沿って立設され、振動子を囲繞する周壁をそれぞれ有し、これら台座及び周壁を一体形成したケースとを具備する。 A first invention for achieving the above object is drawn from a piezoelectric body, a diaphragm that forms a vibrator capable of transmitting or receiving ultrasonic waves in combination with the piezoelectric body, and the vibrator. A conductive wire that conducts the vibrator and a terminal connected to the circuit board, a pedestal that supports the vibrator on a surface opposite to a surface that holds the terminal, and a erection along the periphery of the pedestal Each of which has a peripheral wall surrounding the vibrator, and a case in which the pedestal and the peripheral wall are integrally formed.
第1の発明によれば、圧電センサは、圧電体及び振動板で形成された振動子を有し、この振動子は超音波を送信或いは受信可能であり、振動子からは導電線が引き出されている。また、この振動子はケースの台座に支持される。
一方、この台座において振動子を支持した面の反対側の面には、回路基板に接続する端子が保持されており、これら端子と振動子とは導電線を介して電気的に接続されている。
According to the first invention, the piezoelectric sensor has a vibrator formed of a piezoelectric body and a diaphragm, the vibrator can transmit or receive ultrasonic waves, and a conductive wire is drawn from the vibrator. ing. The vibrator is supported on the base of the case.
On the other hand, a terminal connected to the circuit board is held on the surface opposite to the surface that supports the vibrator in this pedestal, and these terminals and the vibrator are electrically connected through conductive wires. .
ここで、振動子はケースの周壁で囲まれてこの周壁の内周側に配置されるが、これら周壁と上述の台座とは一体形成されたケースである。このように、振動子を囲む周壁と振動子を支持する台座とを1個の部品に形成すれば、上記筒状のハウジングと台座とが別部品である従来の構造に比して部品点数が減り、圧電センサの製造コストを削減できる。また、圧電センサの組み立ても容易になる。 Here, the vibrator is surrounded by a peripheral wall of the case and disposed on the inner peripheral side of the peripheral wall. The peripheral wall and the above-described pedestal are integrally formed. In this way, if the peripheral wall surrounding the vibrator and the pedestal that supports the vibrator are formed as one part, the number of parts can be reduced compared to the conventional structure in which the cylindrical housing and the pedestal are separate parts. The manufacturing cost of the piezoelectric sensor can be reduced. Also, the assembly of the piezoelectric sensor is facilitated.
第1の発明は、振動子に載置され、超音波を増幅するイコライザをさらに具備し、周壁は、その内周側と外周側とが連通し、台座に対する振動子の配置状態、若しくは、この振動子に対する導電線の配置状態、又は、この振動子に対するイコライザの載置状態を視認可能な窓部を有していることを特徴とする。
上述した如く、周壁と台座とを1部品で形成すると、導電線は周壁の外周側に引き回し難くなる。振動子が周壁の内周側に配置される一方、端子は、この振動子を支持した面の反対側の面に保持されているからである。
A first aspect of the present invention is placed on the vibration Doko, further comprising an equalizer for amplifying ultrasonic, peripheral wall, of which communicated with the peripheral side and the outer peripheral side, arrangement of transducers relative to the base, or, It has a window part which can visually recognize the arrangement state of the conductive line with respect to this vibrator, or the mounting state of the equalizer with respect to this vibrator.
As described above, when the peripheral wall and the pedestal are formed of one component, the conductive wire is difficult to be routed to the outer peripheral side of the peripheral wall. This is because the vibrator is disposed on the inner peripheral side of the peripheral wall, and the terminal is held on the surface opposite to the surface supporting the vibrator.
第1の発明によれば、周壁は窓部を有しており、その内周側と外周側とを連通している。したがって、振動子から引き出された導電線は、周壁の内周側から窓部を経由して周壁の外周側に引き回すことができ、この導電線を、ケースの高さ方向で視た周壁の上端から周壁の外周側に引き出した後、周壁の下端に向けて引き回さなくて済み、振動子と端子とを容易に接続可能になる。 According to 1st invention, the surrounding wall has a window part, The inner peripheral side and the outer peripheral side are connected. Therefore, the conductive wire drawn out from the vibrator can be routed from the inner peripheral side of the peripheral wall to the outer peripheral side of the peripheral wall through the window, and this conductive wire is connected to the upper end of the peripheral wall as viewed in the height direction of the case. Therefore, the vibrator and the terminal can be easily connected without having to be drawn toward the lower end of the peripheral wall.
さらに、作業者は、振動子に対するイコライザの載置状態、この振動子に対する導電線の配置状態や、台座に対する振動子の配置状態について、窓部を介して周壁の外周側から目視で確認できる。これにより、圧電センサの製品検査に要する時間を短縮でき、この点も圧電センサの製造コストの低廉化に寄与する。また、常に周壁の外周側から目視で確認可能になるため、出荷する圧電センサの信頼性も向上する。 Furthermore, the operator can visually confirm the placement state of the equalizer with respect to the vibrator, the arrangement state of the conductive wires with respect to the vibrator, and the placement state of the vibrator with respect to the pedestal from the outer peripheral side of the peripheral wall through the window portion. As a result, the time required for product inspection of the piezoelectric sensor can be shortened, which also contributes to a reduction in the manufacturing cost of the piezoelectric sensor. Moreover, since it can always be visually confirmed from the outer peripheral side of the peripheral wall, the reliability of the piezoelectric sensor to be shipped is also improved.
第2の発明は、第1の発明の構成において、周壁は、その内周側と外周側とがケースの高さ方向に亘って完全に連通し、振動子から引き出された導電線を受容して端子に導く側面開口を備えることを特徴とする。
第2の発明によれば、第1の発明の作用に加えてさらに、側面開口は、その内周側と外周側とがケースの高さ方向に亘って総て連通しているので、導電線を有した振動子がケースの高さ方向に沿って降ろされる場合にも、導電線が周壁に触れることなく振動子を台座に配置できる。この結果、導電線の破損を防止しつつ、圧電センサの組み立て性が大幅に向上する。
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the peripheral wall completely communicates with the inner peripheral side and the outer peripheral side in the height direction of the case, and receives the conductive wire drawn from the vibrator. And a side opening that leads to the terminal.
According to the second aspect of the invention, in addition to the action of the first aspect, the side openings are all in communication between the inner peripheral side and the outer peripheral side in the height direction of the case. Even when the vibrator having the height is lowered along the height direction of the case, the vibrator can be arranged on the pedestal without the conductive wire touching the peripheral wall. As a result, the assembly property of the piezoelectric sensor is greatly improved while preventing breakage of the conductive wire.
第3の発明は、第1や第2の発明の構成において、台座は、ケースの高さ方向に亘って貫通するとともに、側面開口に連通してこの側面開口にて受容された導電線を保持する導電線保持孔を備えることを特徴とする。
第3の発明によれば、第1や第2の発明の作用に加えてさらに、導電線は、振動子から側面開口を経由して周壁の外周側に引き回された後、導電線保持孔で保持された状態で端子に向かう。したがって、周壁の外周側から端子に向かう導電線が反発して周壁の外周側に戻ってくるのを回避でき、圧電センサの組み立て作業が容易になる。
According to a third invention, in the configuration of the first or second invention, the pedestal penetrates through the height direction of the case and communicates with the side opening to hold the conductive wire received in the side opening. Conductive wire holding holes are provided.
According to the third invention, in addition to the effects of the first and second inventions, the conductive wire is further routed from the vibrator to the outer peripheral side of the peripheral wall via the side opening, and then the conductive wire holding hole. Head to the terminal while being held at. Therefore, it can be avoided that the conductive wire directed from the outer peripheral side of the peripheral wall repels and returns to the outer peripheral side of the peripheral wall, and the assembly work of the piezoelectric sensor becomes easy.
しかも、導電線を周壁の外周側に表出させずに済むことから、この点も導電線の破損防止に寄与するし、また、導電線は振動子と端子とを最短の長さで接続可能になる。
第4の発明は、第1から第3の発明の構成において、端子を保持する面には、この面と回路基板との空間を確保するスペース用リブが設けられていることを特徴とする。
Moreover, since it is not necessary to expose the conductive wire to the outer peripheral side of the peripheral wall, this point also contributes to prevention of damage to the conductive wire, and the conductive wire can connect the vibrator and the terminal with the shortest length. become.
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the first to third aspects, a surface for holding the terminal is provided with a space rib for ensuring a space between the surface and the circuit board.
第4の発明によれば、第1から第3の発明の作用に加えてさらに、スペース用リブが端子を保持する面と回路基板との空間を確保する。よって、ケースは回路基板に接触しないため、ケース側の振動が回路基板側に伝達するのを回避できる。また、導電線を端子に半田で固定する場合には、この半田部分を回路基板に対して逃がすことができるし、さらに、端子を回路基板に半田で固定する場合には、この半田部分をケースから離間できることから、回路基板やケースへのダメージを抑制できる。 According to the fourth invention, in addition to the effects of the first to third inventions, the space rib secures the space between the surface holding the terminal and the circuit board. Therefore, since the case does not contact the circuit board, the vibration on the case side can be prevented from being transmitted to the circuit board side. In addition, when the conductive wire is fixed to the terminal with solder, the solder portion can be released from the circuit board. Further, when the terminal is fixed to the circuit board with solder, the solder portion is attached to the case. Since it can be separated from the circuit board, damage to the circuit board and the case can be suppressed.
第5の発明は、第1から第4の発明の構成において、端子を保持する面には、この端子の極性を識別する極性識別用突起が設けられていることを特徴とする。
第5の発明によれば、第1から第4の発明の作用に加えてさらに、圧電センサを上記回路基板に組み付けに要する時間を短縮できる。さらに、極性の誤った圧電センサの実装も回避されるため、圧電センサを搭載したモジュールの信頼性向上にも寄与する。
According to a fifth aspect of the invention, in the configurations of the first to fourth aspects of the invention, the surface for holding the terminal is provided with a polarity identifying protrusion for identifying the polarity of the terminal.
According to the fifth invention, in addition to the effects of the first to fourth inventions, the time required for assembling the piezoelectric sensor to the circuit board can be shortened. Furthermore, mounting of a piezoelectric sensor with an incorrect polarity is avoided, which contributes to improving the reliability of a module equipped with a piezoelectric sensor.
本発明によれば、振動子を囲む周壁と振動子を支持する台座とが一体形成されており、製造コストの低廉化や組み立ての容易化を達成できる圧電センサを提供することができる。 According to the present invention, the peripheral wall that surrounds the vibrator and the pedestal that supports the vibrator are integrally formed, and it is possible to provide a piezoelectric sensor that can achieve low manufacturing cost and easy assembly.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施例の圧電センサ1を上方から視た外観斜視図であり、図2は、組み立て前の圧電センサ1を下方から視た分解斜視図である。そして、この圧電センサ1は、例えば自動ドア用の感知器に使用され、超音波を検出媒体とした非接触の検出センサである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view of the
図1や図2に示されるように、圧電センサ1は主に振動子2及びケース40を備えており、この振動子2はケース40内に収容される。なお、図1や図2の下方向はケース40の底面側に相当し、圧電センサ1は、このケース40の底面側を上記感知器の回路基板(図示していない)の実装面に向き合わせた状態で実装される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施例の振動子2は、圧電セラミックス(圧電体)10を金属製の振動板20に重ね合わせたユニモルフ構造で形成されている。
詳しくは、圧電セラミックス10は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT)等で構成され、ケース40の高さ方向(図1や図2の上下方向)に所定の厚みを有している(図3)。この圧電セラミックス10の形状については特に限定しないが、ここでは一例として略正方形の平板を挙げることができる。
The
Specifically, the piezoelectric ceramic 10 is made of, for example, lead zirconate titanate ceramic (PZT) or the like, and has a predetermined thickness in the height direction of the case 40 (vertical direction in FIGS. 1 and 2) ( FIG. 3). Although the shape of the piezoelectric ceramic 10 is not particularly limited, a substantially square flat plate can be given as an example here.
図2や図3に示される如く、圧電セラミックス10の他面14の適宜位置には1本のリード線(導電線)16が半田18で固定されている。本実施例のリード線16は金糸線であるが、被覆線や銅線を使用しても良い。
As shown in FIGS. 2 and 3, one lead wire (conductive wire) 16 is fixed with
また、圧電セラミックス10の上側には振動板20が重ね合わされている。
具体的には、この振動板20もケース40の高さ方向に所定の厚みを有した円形の平板であり(図3)、圧電セラミックス10の四隅を内接可能な大きさで形成されている。そして、圧電セラミックス10の振動を振動板20に与えて大きな振動を得るべく、圧電セラミックス10と振動板20とを重ね合わせ、振動板20の裏面24と圧電セラミックス10の一面12とを接着剤で接着している。なお、この図3では構造の理解を助けるために、圧電セラミックス10や振動板20の厚みを誇張して描いている。
A
Specifically, the
振動板20の裏面24の適宜位置にも1本のリード線(導電線)26が半田28で固定されており(図2,3)、このリード線26は上記リード線16と同様に、金糸線である。
One lead wire (conductive wire) 26 is also fixed at an appropriate position on the
一方、振動板20の表面22には金属製のホーン(イコライザ)30が載置される(図3)。このホーン30は略すり鉢状に形成され、振動板20から離間する方向に拡開している。このホーン30の縮径した下端部分が振動板20の表面22の略中心位置に接着される。なお、図1で視えるホーン30の拡開した面には所定のコーティングが施されている。
On the other hand, a metal horn (equalizer) 30 is placed on the
ここで、本実施例のケース40は、プラスチック樹脂製のカップ状で形成されるが、そのカップ状の有底部分をなす台座42と、開口部分を有した周壁70とが一体形成されている。
具体的には、図3に示されるように、まず、台座42は略円柱状に形成されており、振動子2を支持する上面44を備える。
Here, the
Specifically, as shown in FIG. 3, first, the
本実施例の上面44には、支持リブ46が振動子2に向けて突設されている。支持リブ46は筒状に形成され、環状に閉じて平坦な先端面47を有し、この先端面47が圧電セラミックス10の他面14に接触している。
支持リブ46の内周側には、同じく筒状の接着部48が形成されており、圧電セラミックス10の他面14を接着剤で固定して支持する。
A
A cylindrical
詳しくは、接着部48は、振動子2に生ずる機械的な振動の節(振幅が零になる位置)に形成されている。本実施例のような円形の振動子2の場合には、略正方形の圧電セラミックス10の幅方向及び長さ方向の伸縮によって屈曲するため、接着部48は振動子2の直径φの円周上からφ/4だけ中心寄りの位置を支持している。
Specifically, the
これは、本実施例の振動子2がその固有共振周波数の電圧で駆動しているからであり、その際の振動の節は、直径φの円周上からφ/4だけ中心寄りの位置、換言すれば、振動子2の中心に対して約直径φ/2の円周上に位置する。
なお、圧電セラミックス10の幅方向や長さ方向に生ずる伸縮よりは小さいものの、この圧電セラミックス10の厚み方向にも伸縮は生じている。
This is because the
Although the expansion and contraction is smaller than the expansion and contraction that occurs in the width direction and the length direction of the piezoelectric ceramic 10, the expansion and contraction also occurs in the thickness direction of the piezoelectric ceramic 10.
一方、台座42は、上述した回路基板の実装面に対峙する下面54を備えている。
図3に示される如く、この下面54の適宜位置には端子保持部56,56が形成され、断面四角形状の端子80,82を保持して上記実装面に向けて突出させる。
On the other hand, the
As shown in FIG. 3,
また、下面54の周縁近傍にはスペーサ(スペース用リブ)58,60が設けられている(図2,図4,図5)。これらスペーサ58,60は略直方体で形成され、その長手方向が下面54に沿って延びており、この下面54の中心に対して対称位置にそれぞれ配置され、上記実装面に当接可能である。これにより、下面54と上記実装面との空間を確保する。よって、下面54は回路基板に接触しないため、ケース40側の振動が回路基板側に伝達するのを回避できる。また、本実施例の如くリード線16,26を端子80,82に半田86,88で固定する場合には、この半田86,88部分を回路基板に対して逃がすことができるし、さらに、端子80,82を回路基板に半田で固定する場合には、この端子固定用の半田部分を下面54から離間できることから、樹脂製のケース40が溶ける等を抑制できる。
Spacers (space ribs) 58 and 60 are provided in the vicinity of the periphery of the lower surface 54 (FIGS. 2, 4, and 5). The
なお、この図4は図2のケース40の背面図であり、図5(a)は、図4を上方から視たケース40の側面図である。また、図5(b)は同じく図4を左方から視た(図5(a)を左方から視た)ケース40の側面図である。
さらに、これらスペーサ58,60のうち一方のスペーサ60には端子80,82の極性を識別するピン(極性識別用突起)62が突設されている。なお、本実施例のピン62はスペーサ60に設けられているが、単なる捺印ではなく形状を有して端子80,82の極性を識別できる限り、下面54に設けられていても良い。
4 is a rear view of the
Further, one of the
ここで、台座42は、その周縁近傍に保護部(導電線保持孔)64,64を備えている(図4)。
具体的には、保護部64,64は、ケース40の高さ方向に亘って上面44と下面54とを貫通して穿設された平面視略長方形の孔である。これら保護部64,64の長手方向は、上面44や下面54の中心に向けて延びておらず、上述したスペーサ58,60のうち例えば他方のスペーサ58に向けて斜め方向に延びており(図2,図4)、リード線16,26を保持しつつ、保護することができる。このリード線16,26を保護部64,64に保持する点については後述する。
Here, the
Specifically, the
次に、周壁70は、この台座42の周縁から上方に延びて立設される。
詳しくは、図3〜図5に示される如く、本実施例の周壁70は、その下端74が台座42の下面54と略同じ高さに位置し、この下端74から上方に向けて延びている。そして、台座42の上面44や、振動子2及びホーン30の側方を覆ってさらに上方に延びており、その上端に円形の上方開口72を有している。
Next, the
Specifically, as shown in FIGS. 3 to 5, the
ところで、この周壁70は、その内周側と外周側とがケース40の高さ方向に亘って完全に連通した箇所を有する。
具体的には、本実施例の周壁70は導電線受容開口(側面開口)76,76を有している(図2)。導電線受容開口76,76は、上述した保護部64,64の位置に対応してそれぞれ設けられ(図3〜図5)、少なくとも各リード線16,26を受容可能な幅にて、上方開口72から下端74に至るまで周壁70の内周側と外周側とを貫通してそれぞれ形成されている。
By the way, the
Specifically, the
そして、導電線受容開口76は、台座42に対峙した位置では、保護部64の隅部分のうち下面54の周縁に最も近い隅部分に連なっており(図3,図4)、保護部64は、導電線受容開口76を介して周壁70の外周側に連通している。
一方、本実施例の導電線受容開口76,76は、振動子2やホーン30に対峙した位置に、ホーン窓部(窓部)78,78をそれぞれ有している。
The conductive
On the other hand, the conductive
このホーン窓部78,78は、上記各リード線16,26を受容可能な幅よりも非常に大きな幅で開口され、導電線受容開口76の幅狭部分を周壁70の周方向に跨いだ範囲に形成されている(図5(b))。
再び図2に戻り、当該圧電センサ1の組み立ては、まず、端子80,82を保持したケース40を準備し、リード線16,26を備えた振動子2を台座42に向けて下降させる。
The
Returning to FIG. 2 again, for assembling the
その際、リード線16,26は、上方開口72に位置した導電線受容開口76,76の幅広部分、つまり、ホーン窓部78,78にそれぞれ受容され、ホーン窓部78,78から周壁70の外周側にそれぞれ引き出される。
続いて、振動子2を上面44に向けて降ろし、その振動子2の他面14を支持リブ46に接触させ、接着部48で振動子2を接着して固定する。
At that time, the
Subsequently, the
次に、ホーン窓部78を介して周壁70の外周側に引き出されたリード線16は、作業者に掴まれて近傍の導電線受容開口76の幅狭部分から保護部64内に引き回される。これにより、図3に示されるように、リード線16の側面部分は保護部64の内壁に保持され、リード線16の先端部分は下面54の下方に引き出される。
Next, the
ホーン窓部78を介して周壁70の外周側に引き出されたリード線26は、その近傍の導電線受容開口76の幅狭部分から保護部64内に引き回される。よって、リード線26の側面部分は保護部64の内壁に保持され、リード線26の先端部分は下面54の下方に引き出される(図3,図6)。なお、この図6は図5(b)の方向から視たケース40に振動子2等を配置した状態を示している。
The
そして、リード線16を下面54の近傍にて端子80の周面81に巻き付けて半田86で固定し(図3)、また、リード線26も下面54の近傍で端子82の周面83に巻き付けて半田88で固定すると(図3,図6)、振動子2と端子80,82とが導通される。
その後、ホーン30を振動板20の表面22に接着すれば圧電センサ1が完成する。
Then, the
Thereafter, when the
上述の如く構成された圧電センサ1は超音波を送受信することができ、スペーサ58,60が上記感知器の回路基板の実装面に載置され、端子80,82がその回路部分に電気的に接続される。
端子80,82及びリード線16,26を介して圧電セラミックス10に電圧を印加すると、圧電セラミックス10の厚み方向や、この厚み方向に直交する圧電セラミックス10の幅方向や長さ方向は伸縮する(逆圧電効果)。
The
When a voltage is applied to the piezoelectric ceramic 10 via the
この圧電セラミックス10の幅方向や長さ方向の伸縮は、振動子2全体を撓ませる力になり、この振動子2の屈曲運動による機械的な振動によって超音波が生成される。なお、この生成された超音波はホーン30で増幅される。このように、圧電センサ1は、電気信号を超音波に変換し、この超音波を上方開口72側から物体に向けて送信できる。
The expansion and contraction of the piezoelectric ceramic 10 in the width direction and the length direction becomes a force that bends the
一方、この送信された超音波が空中を伝播し、物体に衝突すると圧電センサ1に向けて反射する。
この圧電センサ1は受信した超音波を電気信号に変換できる。詳しくは、圧電センサ1がホーン30を介して上記反射した超音波を受信すると、振動子2の屈曲運動に伴って圧電セラミックス10が伸縮し、電圧を得ることができるからである(圧電効果)。
On the other hand, when the transmitted ultrasonic wave propagates through the air and collides with an object, it is reflected toward the
The
このように、圧電センサ1は、圧電効果及び逆圧電効果の利用によって超音波の送受信が可能である。
そして、この圧電センサ1を用いた自動ドアの制御部では、ドアに接近する物体の有無やこの物体までの距離を検出でき、ドア開閉用のモータに駆動信号を出力可能になる。
As described above, the
The automatic door control unit using the
以上のように、本実施例によれば、圧電センサ1は、圧電セラミックス10及び振動板20で形成されたユニモルフ振動子2を有し、この振動子2は超音波を送受信可能であり、振動子2からはリード線16,26が引き出されている。また、この振動子2は台座42の上面44に支持される。
一方、この台座42の下面54には、上記回路基板に接続する端子80,82が保持されており、これら端子80,82と振動子2とはリード線16,26を介して電気的に接続されている。
As described above, according to the present embodiment, the
On the other hand,
ここで、振動子2は周壁70の内周側に配置されるが、これら周壁70と上述の台座42とは一体形成されたケース40である。このように、振動子2を囲む周壁70と振動子2を支持する台座42とを1個の部品に形成すれば、従来の構造、つまり、筒状のハウジングと台座とが別部品である構造に比して部品点数が減り、圧電センサ1の製造コストを削減できる。また、このハウジングを台座に載置せずに済むので、圧電センサ1の組み立ても容易になる。
Here, the
また、周壁70と台座42とを1部品で形成すると、リード線16,26は周壁70の外周側に引き回し難くなる。振動子2が周壁70の内周側に配置される一方、端子80,82は、台座42の下面54に保持されているからである。
しかしながら、この周壁70には導電線受容開口76,76が形成されており、その内周側と外周側とを連通している。
In addition, if the
However, conductive
したがって、振動子2から引き出されたリード線16,26は、周壁70の内周側から導電線受容開口76,76を経由して周壁70の外周側に引き回すことができ、これらリード線16,26を、上方開口72から周壁70の外周側を経由して下端74に向けて引き回さなくて済み、振動子2と端子80,82とを容易に接続可能になる。
Therefore, the
また、導電線受容開口76,76は、その内周側と外周側とがケース40の高さ方向に亘って総て連通しているので、リード線16,26を有した振動子2がケース40の高さ方向に沿って降ろされる場合にも、リード線16,26が周壁70に触れることなく振動子2を台座42に配置できる。この結果、リード線16,26の破損を防止しつつ、圧電センサ1の組み立て性が大幅に向上する。
Further, since the conductive
さらに、圧電センサ1の構成部品においてリード線16,26やホーン30は、その性質上強度がやや劣る部品であるが、図6にも示されるように、作業者は、振動子2に対するホーン30の載置状態、この振動子2に対するリード線16,26の配置状態や、台座42に対する振動子2の配置状態について、ホーン窓部78,78を介して周壁70の外周側から目視で確認できる。この結果、圧電センサ1の製品検査に要する時間を短縮でき、この点も圧電センサ1の製造コストの低廉化に寄与する。また、常に周壁の外周側から目視で確認可能になるため、出荷する圧電センサ1の信頼性も向上する。
Furthermore, in the component parts of the
さらにまた、リード線16,26は、振動子2から導電線受容開口76,76を経由して周壁70の外周側に引き回された後、保護部64,64で保持された状態で端子80,82に向かう。したがって、周壁70の外周側から端子80,82に向かうリード線16,26が、反発して周壁70の外周側に戻ってくるのを回避でき、圧電センサ1の組み立て作業が容易になる。
Furthermore, the
しかも、リード線16,26を周壁70の外周側に全く表出させずに済むことから、この点もリード線16,26の破損防止に寄与するし、また、リード線16,26は振動子2と端子80,82とを最短の長さで接続可能になる。
また、スペーサ60には、端子80,82の極性を識別するピン62が突設されている。よって、圧電センサ1を上記回路基板に組み付けに要する時間を短縮できる。さらに、極性の誤った圧電センサ1の実装も回避されるため、圧電センサ1を搭載したモジュールの信頼性向上にも寄与する。
In addition, since it is not necessary to expose the
Further, the
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施例の圧電センサは超音波を送受信可能に構成されているが、本発明の圧電センサは、送信或いは受信のいずれかの機能を有していても良い。また、上述した自動ドア用の感知器の他、物体の有無や物体までの距離の検出結果を用いて作動する種々のモジュールに搭載可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
For example, although the piezoelectric sensor of the above embodiment is configured to be able to transmit and receive ultrasonic waves, the piezoelectric sensor of the present invention may have either a transmission function or a reception function. In addition to the automatic door sensor described above, it can be mounted on various modules that operate using the detection result of the presence or absence of an object and the distance to the object.
より詳しくは、物体までの距離の検出結果を利用するモジュールとしては、例えば、液面レベル計、自動車のバックソナー、距離計測、又は、交通信号の自動切換え等である。また、物体の有無を利用するモジュールとしては、侵入者警報装置や自動点灯スイッチ等である。超音波の反射時間の計測や振動数の観測(ドップラー効果)によって物体までの距離や物体の有無を検出できるからである。 More specifically, the module using the detection result of the distance to the object includes, for example, a liquid level meter, a car back sonar, distance measurement, or automatic traffic signal switching. Modules that use the presence or absence of an object include an intruder alarm device and an automatic lighting switch. This is because the distance to the object and the presence / absence of the object can be detected by measuring the reflection time of the ultrasonic wave and observing the vibration frequency (Doppler effect).
さらに、上記実施例は最適例の説明であり、本発明の圧電センサは台座42と周壁70とが一体化されていれば上方開口72から下端74に亘って完全に連通していなくても良い。これは、上述したホーン窓部78に相当する孔が周壁70に形成されていれば、リード線16,26は振動子2から周壁70の外周側に引き回すことができるからである。また、このホーン窓部78に相当する孔は周壁70に少なくとも1つ設けられていれば良い。これらリード線16,26をいずれも同じ孔から引き出せば良いからである。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、圧電センサの製造コストの低廉化や組み立ての容易化を達成できるとの効果を奏する。
Further, the above embodiment is an explanation of the optimum example, and the piezoelectric sensor of the present invention may not be completely communicated from the
In any of these cases, similarly to the above, there is an effect that the manufacturing cost of the piezoelectric sensor can be reduced and the assembly can be facilitated.
1 圧電センサ
2 ユニモルフ振動子(振動子)
10 圧電セラミックス(圧電体)
16,26 リード線(導電線)
20 振動板
30 ホーン(イコライザ)
40 ケース
42 台座
44 上面
54 下面
58,60 スペーサ(スペース用リブ)
62 ピン(極性識別用突起)
64 保護部(導電線保持孔)
70 周壁
76 導電線受容開口(側面開口)
78 ホーン窓部(窓部)
80,82 端子
1
10 Piezoelectric ceramics (piezoelectric material)
16, 26 Lead wire (conductive wire)
20
40
62 pins (protrusions for polarity identification)
64 Protection part (conductive wire holding hole)
70
78 Horn window (window)
80, 82 terminals
Claims (5)
この圧電体と相俟って超音波を送信或いは受信可能な振動子を形成する振動板と、
前記振動子から引き出されており、この振動子と回路基板に接続する端子とを導通させる導電線と、
前記端子を保持する面とは反対側の面にて前記振動子を支持する台座、及び、この台座の周縁に沿って立設され、前記振動子を囲繞する周壁をそれぞれ有し、これら台座及び周壁を一体形成したケースと、
前記振動子に載置され、前記超音波を増幅するイコライザとを具備し、
前記周壁は、その内周側と外周側とが連通し、前記台座に対する前記振動子の配置状態、若しくは、この振動子に対する前記導電線の配置状態、又は、この振動子に対する前記イコライザの載置状態を視認可能な窓部を有していることを特徴とする圧電センサ。 A piezoelectric body;
A diaphragm that forms a vibrator capable of transmitting or receiving ultrasonic waves in combination with the piezoelectric body;
A conductive wire that is led out from the vibrator and electrically connects the vibrator and a terminal connected to the circuit board;
A pedestal that supports the vibrator on a surface opposite to a surface that holds the terminal, and a peripheral wall that is erected along the periphery of the pedestal and surrounds the vibrator. A case with an integrally formed peripheral wall ;
An equalizer mounted on the vibrator and amplifying the ultrasonic wave;
The inner peripheral side and the outer peripheral side of the peripheral wall communicate with each other, the arrangement state of the vibrator with respect to the pedestal, the arrangement state of the conductive wire with respect to the vibrator, or the placement of the equalizer with respect to the vibrator A piezoelectric sensor having a window portion whose state can be visually recognized.
前記周壁は、その内周側と外周側とが前記ケースの高さ方向に亘って完全に連通し、前記振動子から引き出された前記導電線を受容して前記端子に導く側面開口を備えることを特徴とする圧電センサ。 The piezoelectric sensor according to claim 1,
The peripheral wall includes a side opening whose inner peripheral side and the outer peripheral side are in complete communication over the height direction of the case, and receives the conductive wire drawn from the vibrator and guides it to the terminal. A piezoelectric sensor.
前記台座は、前記ケースの高さ方向に亘って貫通するとともに、前記側面開口に連通してこの側面開口にて受容された前記導電線を保持する導電線保持孔を備えることを特徴とする圧電センサ。 The piezoelectric sensor according to claim 1 or 2,
The pedestal includes a conductive wire holding hole that penetrates the height direction of the case and communicates with the side opening and holds the conductive wire received by the side opening. Sensor.
前記端子を保持する面には、この面と前記回路基板との空間を確保するスペース用リブが設けられていることを特徴とする圧電センサ。 The piezoelectric sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
The piezoelectric sensor according to claim 1, wherein a space for securing a space between the surface and the circuit board is provided on a surface for holding the terminal.
前記端子を保持する面には、この端子の極性を識別する極性識別用突起が設けられていることを特徴とする圧電センサ。 The piezoelectric sensor according to any one of claims 1 to 4 ,
A piezoelectric sensor, wherein a surface for holding the terminal is provided with a polarity identification protrusion for identifying the polarity of the terminal.
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