JP5814798B2

JP5814798B2 - 超音波送受波器

Info

Publication number: JP5814798B2
Application number: JP2012001036A
Authority: JP
Inventors: 芳賢清水; 浩二野口; 重森　巧; 巧重森
Original assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Current assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2032-01-06
Also published as: JP2013141176A

Description

本発明は、圧電素子と有底筒状ケースから形成されるユニモルフ振動子によって、超音波の送受波を行う、超音波送受波器に関するものである。

圧電素子と有底筒状ケースから形成されるユニモルフ振動子によって超音波の送受信を行い、障害物の存在を把握することが出来る超音波送受波器がある。近年、安全性向上のために、自動車への搭載率が高くなってきている。この超音波送受波器は、通常自動車のバンパーに設置される。

従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、図２にその概略縦断面図を表す。
図２（ａ）は従来の実施の形態に関わる超音波受信器の構成を説明するための概略断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のハウジングに納められているユニモルフ振動子の内部構成を説明するための概略断面図である。

図２（ｂ）において、有底筒状ケース２の底面内部に、両面に銀電極が設けられている薄板状の圧電素子１を貼り合わせることにより、ユニモルフ振動子が構成される。
圧電素子１の貼り合わせ面の銀電極と、有底筒状ケース２は直接接触することにより、電気的に接続されている。圧電素子１の、貼りあわせ面と反対側の銀電極に入出力リード５ａ、有底筒状ケース２に入出力リード５ｂがそれぞれ半田付けされている。有底筒状ケース２の背面開口部には、シリコーン、ウレタンなどからなるスペーサーを挟んで、円板状の樹脂キャップ８が固定されている。樹脂キャップ８には金属製ピン端子６が貫通配置されており、この金属製ピン端子は樹脂キャップ８に完全に固定されている。金属製ピン端子６は、有底筒状ケース内の入出力リード５ａ及び、入出力リード５ｂに半田付けされている。金属製ピン端子６の他端は、有底筒状ケース２の外部に突出している。また、圧電素子１の上面に第１の吸音材３を配置して、第１の封止材４が有底筒状ケースの内部に充填されている。

図２（ａ）においてバンパーへ不要な振動が伝達するのを防止するために、シリコーン、ウレタンなどからなるクッション１０が有底筒状ケース２の側面を覆うように組み付けられる。さらに、第２の吸音材９が、樹脂キャップ８の背面を覆うように組み付けられる。上記で構成されるユニモルフ振動子を、ハウジング１１の開口部に挿入して組み付ける。ハウジング１１の内部には、金属製ピン端子６と回路基板１２とを中継するための、中継ピン１３が設けられており、中継ピン１３と金属製ピン端子６は半田付けなどにより接続される。また、中継ピン１３の他端は、回路基板１２に半田付けなどにより接続される。中継ピン１３の中間部分は、ハウジング１１の内部に埋め込まれており、中継ピンの一端に力が加わっても、中継ピンの他端は動かない構成となっている。また、中継ピンはコの字形状であり、金属製ピン端子と垂直方向に接続される。これにより、ユニモルフ振動子が押し込まれても、中継ピンが金属製ピン端子と垂直方向にたわみ、半田付け部分に加わる力を吸収することで、半田付け部分が破壊されるのを防いでいる。また、回路基板、金属製ピン端子などの腐食などを防止するために、ハウジング１１の背面部に、第２の封止材１４を充填する。

特許公開２００７−２８１９９９

ユニモルフ振動子の金属製ピン端子を回路基板に直接半田付けなどで固定すると、ユニモルフ振動子が押し込まれる力によって、金属製ピン端子と回路基板との半田付け部、および回路基板自身が破壊される可能性があった。その対策として、従来の金属製ピン端子を有する超音波送受波器では、ハウジングに固定された中継ピンを介して、金属性ピン端子と回路基板を接続する構成を用いている。中継ピンを用いることで、ユニモルフ振動子に加わる力が、中継ピンによって吸収され、回路基板へ直接伝わることがない。これにより、半田付け部、および回路基板自身が破壊されることを防いでいた。しかし、中継ピンを設けることにより、コストアップにつながり、市場から要求されている低コスト化の妨げとなる。さらに、中継ピンは、半田付け部が破壊される力よりも小さな力でたわむように設計されているので、組み立て時に加わる力によって、中継ピンが曲がり、金属製ピン端子と中継ピンの位置ずれが発生してしまう問題がある。また、ハウジングに中継ピンを設ける構成の場合には、ハウジングの回路基板側からみて、樹脂キャップ、クッションなどが露出することになる。これにより、ハウジングの背面部に充填する封止材が、クッションと有底筒状ケース側面、または背面の間に侵入して、超音波送受波器の特性が変化してしまう問題があった。

ハウジングの樹脂キャップの背面と回路基板の間部分に、金属製ピン端子よりも大きく、前述樹脂キャップの外周よりも小さな貫通口を設け、ユニモルフ振動子を樹脂キャップの背面とハウジングが直接接触する構造とする。これによって、中継ピンなどを用いることなく、樹脂キャップおよび金属端子が回路基板方向へ移動することを防止し、部品点数を増やすことなく金属製ピン端子と回路基板との電気的接続が破壊されることを防止することが出来る。

さらに、ハウジングの背面部に充填する封止材が、ハウジングと樹脂キャップの背面の接触部によって止められる。これにより、クッションとユニモルフ振動子の側壁の間に流れ込むことを防止することが出来る。

超音波送受波器の部品点数を少なくすることが出来、低コスト化を実現することが出来る。さらに、組み立て中に中継ピンが曲がってしまうなどの問題が発生することがなく、作業工数およびコストを抑えることができる。また、ハウジングの背面部に充填する封止材が、クッションとユニモルフ振動子の側壁の間に流れ込むことを防止することで、反射感度が低下することを防ぎ、長距離まで物体検知可能な超音波受波器を、安定して生産することが出来る。

本発明の第１の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図本発明の第２の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図およびユニモルフ振動子とハウジングの立体図本発明の第３の実施の形態に関わる超音波送受波器の概要縦断面図およびユニモルフ振動子とハウジングの立体図

本発明の超音波送受波器は、自動車のバンパー等に設置され、長距離から近距離まで安定した障害物検知を誤作動なく高い信頼性で実現できる。

図１は本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図１（ａ）は従来の実施の形態に関わる超音波受信器の構成を説明するための概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のハウジングに納められているユニモルフ振動子の内部構成を説明するための概略断面図である。

図１（ｂ）において、超音波送受波面がφ１４ｍｍで高さが１０ｍｍの有底筒状ケース２の底面内部に、両面に電極が設けられたφ７ｍｍの圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を構成する。有底筒状ケース２の材料は、アルミニウム合金などの金属を用いる。また、有底筒状ケースの外部は、金属の耐食性向上のために、電着塗装などが施されていても良い。圧電素子１の貼り合わせ面の銀電極と、有底筒状ケース２は直接接触することにより、電気的に接続されている。圧電素子１の、貼りあわせ面と反対側の銀電極に入出力リード５ａ、有底筒状ケース２に入出力リード５ｂがそれぞれ半田付けされている。有底筒状ケース２の背面開口部には、シリコーンゴムからなる厚さ１ｍｍのスペーサーを挟んで、厚さ１ｍｍでΦ１４ｍｍの円板状である樹脂キャップ８が固定されている。樹脂キャップ８は、たとえばＰＢＴ（ＧＦ３０％）などの樹脂材料からなる。樹脂キャップ８にはΦ０．６の金属製ピン端子６が貫通配置されており、この金属製ピン端子は樹脂キャップ８に完全に固定されている。金属製ピン端子６は、樹脂キャップ８から有底筒状ケース２の方向に４ｍｍ突出し、有底筒状ケース２と反対側には１５ｍｍ突出している。金属製ピン端子６は、有底筒状ケース内の入出力リード５ａ及び、入出力リード５ｂに半田付けされている。また、圧電素子１の上面に第１の吸音材３を配置して、シリコーンからなる第１の封止材４が有底筒状ケースの内部に充填されている。

図１（ａ）においてバンパーへの不要な振動の伝達を防止するために、シリコーンゴムからなる円筒形のクッション１０が有底筒状ケース２の側面を覆うように組み付ける。クッション１０の超音波送受波面と反対側の開口部を、樹脂キャップの外周部よりも小さくすると、ユニモルフ振動子とクッションのずれを防止することができる。さらに、第２の吸音材９を、樹脂キャップ８の背面に組み付ける。

上記で構成されるユニモルフ振動子を、樹脂キャップの外周部よりも小さく、金属製ピン端子を通すことがきるΦ１０ｍｍの貫通穴を有するハウジング１１に組み付ける。このとき、樹脂キャップ８の背面と、ハウジング１１が接触するように、ハウジング開口部の奥行きを決める。これにより、ユニモルフ振動子が押し込まれても、樹脂キャップ８および金属製ピン端子６が移動することを防止することが出来る。このとき、請求項２に記載のように、ハウジングの金属製ピン端子を通すための開口部の外周部分を樹脂キャップ方向へ３ｍｍ程度伸ばして、円筒状の凸部を形成してもよい。円筒状の凸部の先端が樹脂キャップの背面に接触する構成となり、円筒の外側には吸音材およびクッションを配置するための空間が確保される。ただし、円筒状の凸部の長さは、金属製ピン端子よりも短くしなければならない。

また、請求項３に記載のように、たとえば、図３のように樹脂キャップの背面に、突出した金属端子を囲むように外周φ６ｍｍ、肉薄部の厚さ１ｍｍの円筒状の凸部を設け、ハウジング側には外周φ８ｍｍ、肉薄部の厚さ１ｍｍの円筒状の凸部を設けた構成にしてもよい。このとき、樹脂キャップの凸部と、ハウジングの凸部をはめあい寸法とするとよい。これにより、ハウジング１１の背面部に充填する第２の封止材１４が有底筒状ケース２とクッション１０の間に侵入することがなくなり、特性が変化することを防ぐことが出来る。さらに、円筒状の凸部の先端をテーパー形状とすることにより、作業性が向上する。

さらに、請求項４に記載のように、例えば図４のように樹脂キャップ８の外周よりも内側部分を、金属製ピン端子６を覆うように回路基板方向へ伸ばした柱状部分を設け、ハウジング１１には樹脂キャップ８の柱状部分と勘合する受け手部分を設けてもよい。ハウジングの受け手部分は、金属製ピン端子は通すが、樹脂キャップ８の柱状部分は通さない貫通口が設けられている。金属製ピン端子が樹脂で覆われていることで、金属製ピン端子の強度をアップさせることが出来る。また、ハウジング１１の背面部に配置される回路基板１２と金属ピン端子６を半田付け等により電気的に接続する。その後、回路基板、金属端子などの腐食などを防止するために、ハウジング１１の背面部に、シリコーン材、ウレタン材等から成る封止材１４を充填する。

実施例の超音波受波器を評価した結果、良好な残響特性と音圧・感度特性が得られている。本発明の実施により、機能、信頼性を低下させることなく部品点数を少なくすることができ、作業工数およびコストを抑えることができる。

本発明は、自動車のバックセンサー、コーナーセンサーのみならず、防滴型超音波送受波器が利用されている様々な分野に適用できる。

１圧電素子
２有底筒状ケース
３第１の吸音材
４第１の封止材
５ａ入出力リード
５ｂ入出力リード１
６金属製ピン端子
７スペーサー
８樹脂キャップ
９第２の吸音材
１０クッション
１１ハウジング
１２回路基板
１３中継ピン
１４第２の封止材

Claims

有底筒状ケースの内部底面に圧電素子を貼り合わせたユニモルフ振動子と、
前述有底筒状ケースの背面開口部に防振部材からなるスペーサーを介して固定された樹脂キャップと金属製ピン端子から構成されるモールドと、
前述圧電素子と前述モールドに設けられた前述金属製ピン端子をつなぐリード線と、
前述ユニモルフ振動子を覆う弾性部材からなるクッションと、
前述クッションを取り付けた前述ユニモルフ振動子をおさめる為の開口部を有するハウジングと、
前述ハウジングにおさめられて前述モールドの前述金属製ピン端子に接続された回路基板部分と、
からなる超音波送受信装置において、
前述ハウジングの前述ユニモルフ振動子と前述回路基板の間部分に、前述樹脂キャップの外周よりも小さな貫通穴を設け、
前述樹脂キャップの背面と前述ハウジングの開口部が直接接触するように組み付けて、
前述モールドが前述回路基板方向へ移動することを防止する
ことを特徴とする超音波送受波器。
前述ハウジングの貫通口の開口部の外周部分を樹脂キャップ方向へ伸ばして筒状の凸部を形成し、前述筒状の凸部の外側に空間を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波送受波器。
前述樹脂キャップが背面に突出した金属端子を囲むように筒状の凸部または凹部を有し、前述ハウジングが前述樹脂キャップ背面の筒状の凸部または凹部と勘合する凹部または凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
前述樹脂キャップの外周よりも内側部分を、金属製ピン端子を覆うように回路基板方向へ伸ばした柱状部分を設け、前述ハウジングに前述樹脂キャップの柱状部分の先端外周部よりも小さく、前述金属製ピン端子を通すことができる貫通口を有し、さらに柱状部分の位置決めを行うことが出来る受け手部分を設けた請求項１に記載の超音波送受波器。