JPH10224895A - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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- JPH10224895A JPH10224895A JP9021462A JP2146297A JPH10224895A JP H10224895 A JPH10224895 A JP H10224895A JP 9021462 A JP9021462 A JP 9021462A JP 2146297 A JP2146297 A JP 2146297A JP H10224895 A JPH10224895 A JP H10224895A
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- Japan
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- acoustic matching
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 近距離にある物体の検出を可能とし、かつ冷
熱衝撃が加えられた場合でも部材の剥離や耐湿性の劣化
が生じ難い、信頼性に優れた超音波センサを得る。 【解決手段】 圧電素子の片面にλ／４音響整合層３が
固定されており、圧電素子２を囲むように構成された筒
状ケース４が音響整合層３に固定されている超音波セン
サであって、音響整合層３が合成樹脂にガラスバルーン
を分散させることにより構成されており、ケース４が音
響整合層３よりも音響インピーダンスの大きいプラスチ
ック材料により構成されており、ケース４内に圧電素子
２を埋めるように弾性樹脂５が充填されている、超音波
センサ１。
熱衝撃が加えられた場合でも部材の剥離や耐湿性の劣化
が生じ難い、信頼性に優れた超音波センサを得る。 【解決手段】 圧電素子の片面にλ／４音響整合層３が
固定されており、圧電素子２を囲むように構成された筒
状ケース４が音響整合層３に固定されている超音波セン
サであって、音響整合層３が合成樹脂にガラスバルーン
を分散させることにより構成されており、ケース４が音
響整合層３よりも音響インピーダンスの大きいプラスチ
ック材料により構成されており、ケース４内に圧電素子
２を埋めるように弾性樹脂５が充填されている、超音波
センサ１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の有無や大き
さあるいは物体までの距離を検出するのに用いられる超
音波センサに関し、より詳細には、圧電素子を用いた超
音波センサの改良に関する。
さあるいは物体までの距離を検出するのに用いられる超
音波センサに関し、より詳細には、圧電素子を用いた超
音波センサの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の有無や大きさあるいは物体までの
距離を検出するためのセンサとして、圧電素子を用いた
超音波センサが知られている（例えば、ドイツ特許出願
公開公報第２５４１４９２号など）。
距離を検出するためのセンサとして、圧電素子を用いた
超音波センサが知られている（例えば、ドイツ特許出願
公開公報第２５４１４９２号など）。
【０００３】この種の超音波センサの一例を、図４を参
照して説明する。超音波センサ２１は、圧電素子２２を
用いて構成されている。圧電素子２２は、圧電セラミッ
ク板２２ａの両面に電極２２ｂ，２２ｃを形成すること
により構成されている。圧電素子２２は、電極２２ｂ側
から音響整合層２３に固定されている。音響整合層２３
は、圧電素子２２から発信される超音波センサの波長を
λとした時に、λ／４の厚みに形成されており、かつそ
のインピーダンスが、圧電素子２２のインピーダンス
と、空気などの超音波が伝搬される媒体のインピーダン
スとの間の値となるように構成されている。
照して説明する。超音波センサ２１は、圧電素子２２を
用いて構成されている。圧電素子２２は、圧電セラミッ
ク板２２ａの両面に電極２２ｂ，２２ｃを形成すること
により構成されている。圧電素子２２は、電極２２ｂ側
から音響整合層２３に固定されている。音響整合層２３
は、圧電素子２２から発信される超音波センサの波長を
λとした時に、λ／４の厚みに形成されており、かつそ
のインピーダンスが、圧電素子２２のインピーダンス
と、空気などの超音波が伝搬される媒体のインピーダン
スとの間の値となるように構成されている。
【０００４】音響整合層２３には、アルミニウムよりな
るケース２４が固定されている。ケース２４は両端に開
口を有する筒状の形状を有し、一端側で上記のように音
響整合層２３に固定されている。従って、圧電素子２２
はケース２４内に収納されている。
るケース２４が固定されている。ケース２４は両端に開
口を有する筒状の形状を有し、一端側で上記のように音
響整合層２３に固定されている。従って、圧電素子２２
はケース２４内に収納されている。
【０００５】他方、ケース２４の他端開口側には、段差
２４ａが形成されており、該段差２４ａに基板２５が配
置されている。基板２５には、端子２６ａ，２６ｂが固
定されている。一方の端子２６ａは、圧電素子２２の電
極２２ｂに、リード線２７ａ，２７ｂ及びケース２４を
介して電気的に接続されている。他方の端子２６ｂは、
リード線２７ｃにより圧電素子２２の電極２２ｃに電気
的に接続されている。また、基板２５が配置されている
外側には、シリコーン接着剤２８が充填されて、ケース
２４の他端開口が封止されている。
２４ａが形成されており、該段差２４ａに基板２５が配
置されている。基板２５には、端子２６ａ，２６ｂが固
定されている。一方の端子２６ａは、圧電素子２２の電
極２２ｂに、リード線２７ａ，２７ｂ及びケース２４を
介して電気的に接続されている。他方の端子２６ｂは、
リード線２７ｃにより圧電素子２２の電極２２ｃに電気
的に接続されている。また、基板２５が配置されている
外側には、シリコーン接着剤２８が充填されて、ケース
２４の他端開口が封止されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】超音波センサでは、圧
電素子を駆動して超音波を音響整合層を介して放射し、
物体から反射してきた超音波を受信することにより物体
の有無や物体の大きさ等が検出される。超音波センサに
おいては、このような物体の有無や大きさの検出を高精
度に行うことが求められていると共に、超音波センサか
らさまざまな距離にある物体の検出を高精度に行うこと
が求められる。
電素子を駆動して超音波を音響整合層を介して放射し、
物体から反射してきた超音波を受信することにより物体
の有無や物体の大きさ等が検出される。超音波センサに
おいては、このような物体の有無や大きさの検出を高精
度に行うことが求められていると共に、超音波センサか
らさまざまな距離にある物体の検出を高精度に行うこと
が求められる。
【０００７】ところが、従来の超音波センサ２１では、
超音波センサ２１に対して近距離にある物体の有無や物
体の大きさを高精度に検出することができないという問
題があった。
超音波センサ２１に対して近距離にある物体の有無や物
体の大きさを高精度に検出することができないという問
題があった。
【０００８】また、超音波センサ２１は、周囲の温度が
かなり変化する状況で使用されることもあるが、そのよ
うな場合、冷熱衝撃により音響整合層２３がアルミニウ
ムよりなるケース２４から剥離することがあった。ま
た、剥離に至らないまでも、両者の間に隙間が生じ、耐
湿性が劣化するという問題があった。
かなり変化する状況で使用されることもあるが、そのよ
うな場合、冷熱衝撃により音響整合層２３がアルミニウ
ムよりなるケース２４から剥離することがあった。ま
た、剥離に至らないまでも、両者の間に隙間が生じ、耐
湿性が劣化するという問題があった。
【０００９】本発明の目的は、近距離にある物体の有無
や大きさまでも正確に検出することができるだけでな
く、音響整合層の剥離や耐湿性の劣化が生じ難い、超音
波センサを提供することにある。
や大きさまでも正確に検出することができるだけでな
く、音響整合層の剥離や耐湿性の劣化が生じ難い、超音
波センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、圧電素子と、前記圧電素子の一面に固定されてお
り、合成樹脂にガラスバルーンを分散させてなるλ／４
音響整合層と、前記圧電素子を囲むように前記音響整合
層に固定されており、かつ音響整合層よりも音響インピ
ーダンスが大きいプラスチック材料よりなるケースと、
前記ケース内において、前記圧電素子を埋めるように充
填された弾性樹脂とを備えることを特徴とする。
は、圧電素子と、前記圧電素子の一面に固定されてお
り、合成樹脂にガラスバルーンを分散させてなるλ／４
音響整合層と、前記圧電素子を囲むように前記音響整合
層に固定されており、かつ音響整合層よりも音響インピ
ーダンスが大きいプラスチック材料よりなるケースと、
前記ケース内において、前記圧電素子を埋めるように充
填された弾性樹脂とを備えることを特徴とする。
【００１１】請求項２に記載の発明は、前記ケースの密
度が、前記音響整合層の密度よりも大きい請求項１に記
載の超音波センサである。請求項３に記載の発明は、前
記弾性樹脂がシリコーン樹脂である、請求項１または２
に記載の超音波センサである。
度が、前記音響整合層の密度よりも大きい請求項１に記
載の超音波センサである。請求項３に記載の発明は、前
記弾性樹脂がシリコーン樹脂である、請求項１または２
に記載の超音波センサである。
【００１２】請求項４に記載の発明は、前記音響整合層
を構成している合成樹脂がエポキシ樹脂である、請求項
１〜３の何れかに記載の超音波センサである。請求項５
に記載の発明では、圧電素子に接続された複数のリード
線がさらに備え、この複数のリード線がケース外に引き
出されている。
を構成している合成樹脂がエポキシ樹脂である、請求項
１〜３の何れかに記載の超音波センサである。請求項５
に記載の発明では、圧電素子に接続された複数のリード
線がさらに備え、この複数のリード線がケース外に引き
出されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例に係る
超音波センサを説明するための断面図である。
超音波センサを説明するための断面図である。
【００１４】超音波センサ１は、圧電素子２と、音響整
合層３とケース４とを主たる構成部材として備える。圧
電素子２は、板状の圧電セラミック板２ａの両面に電極
２ｂ，２ｃを形成した構造を有する。圧電セラミック板
２ａは、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのよ
うな適宜の圧電セラミックス、または水晶やＬｉＴａＯ
3 などの圧電単結晶により構成することができる。
合層３とケース４とを主たる構成部材として備える。圧
電素子２は、板状の圧電セラミック板２ａの両面に電極
２ｂ，２ｃを形成した構造を有する。圧電セラミック板
２ａは、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのよ
うな適宜の圧電セラミックス、または水晶やＬｉＴａＯ
3 などの圧電単結晶により構成することができる。
【００１５】電極２ｂ，２ｃは、圧電セラミック板２ａ
の上面及び下面をそれぞれ被覆するように形成されてい
る。電極２ｂ，２ｃは、Ａｇなどの導電性材料を塗布し
硬化させることにより、あるいは導電性材料を蒸着、メ
ッキもしくはスパッタリング等により付与することによ
り形成し得る。
の上面及び下面をそれぞれ被覆するように形成されてい
る。電極２ｂ，２ｃは、Ａｇなどの導電性材料を塗布し
硬化させることにより、あるいは導電性材料を蒸着、メ
ッキもしくはスパッタリング等により付与することによ
り形成し得る。
【００１６】圧電素子２は、電極２ｂ側から音響整合層
３に図示しない接着剤により接着されて固定されてい
る。λ／４音響整合層３は、圧電素子２で励振される超
音波センサの波長をλとしたときに、λ／４の厚みを有
するように構成されている。音響整合層３は、その音響
インピーダンスが、圧電素子２の音響インピーダンス
と、超音波センサ１により放射される超音波が伝搬する
媒体、例えば空気などの音響インピーダンスとの間の大
きさを有するように構成されている。
３に図示しない接着剤により接着されて固定されてい
る。λ／４音響整合層３は、圧電素子２で励振される超
音波センサの波長をλとしたときに、λ／４の厚みを有
するように構成されている。音響整合層３は、その音響
インピーダンスが、圧電素子２の音響インピーダンス
と、超音波センサ１により放射される超音波が伝搬する
媒体、例えば空気などの音響インピーダンスとの間の大
きさを有するように構成されている。
【００１７】本実施例では、音響整合層３は、エポキシ
樹脂にガラスバルーンを分散させてなる材料により構成
されている。もっとも、エポキシ樹脂に代えて、他の合
成樹脂を用いてもよい。
樹脂にガラスバルーンを分散させてなる材料により構成
されている。もっとも、エポキシ樹脂に代えて、他の合
成樹脂を用いてもよい。
【００１８】好ましくは、音響整合層３の密度に比べ
て、後述するケース４を構成する材料の密度が高くされ
る。従って、音響整合層３を構成する材料については、
その密度がケース４を構成する材料の密度よりも低いこ
とが望ましい。なお、上記エポキシ樹脂にガラスバルー
ンを分散させてなる音響整合層の密度は、ガラスバルー
ンの分散されている割合にもよるが、ガラスバルーンを
エポキシ樹脂に対して３０重量％〜６０重量％程度分散
させた場合、約０．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 〜０．４×１
０3 ｋｇ／ｍ3 程度となる。
て、後述するケース４を構成する材料の密度が高くされ
る。従って、音響整合層３を構成する材料については、
その密度がケース４を構成する材料の密度よりも低いこ
とが望ましい。なお、上記エポキシ樹脂にガラスバルー
ンを分散させてなる音響整合層の密度は、ガラスバルー
ンの分散されている割合にもよるが、ガラスバルーンを
エポキシ樹脂に対して３０重量％〜６０重量％程度分散
させた場合、約０．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 〜０．４×１
０3 ｋｇ／ｍ3 程度となる。
【００１９】ケース４は、両端に開口を有する筒状の部
材で構成されており、かつ本実施例ではポリブチレンテ
レフタレートにより構成されている。ケース４の一端側
が、音響整合層３に図示しない接着剤により接着されて
固定されている。また、ケース４の高さ（圧電素子２の
厚み方向に平行な寸法をいうものとする）は、圧電素子
２の厚みよりも厚くされている。従って、圧電素子２が
ケース４内に収納されている。
材で構成されており、かつ本実施例ではポリブチレンテ
レフタレートにより構成されている。ケース４の一端側
が、音響整合層３に図示しない接着剤により接着されて
固定されている。また、ケース４の高さ（圧電素子２の
厚み方向に平行な寸法をいうものとする）は、圧電素子
２の厚みよりも厚くされている。従って、圧電素子２が
ケース４内に収納されている。
【００２０】また、ケース４は、上記ポリブチレンテレ
フタレート以外の他のプラスチック材料により構成され
てもよいが、該プラスチック材料は、音響整合層３より
も音響インピーダンスが大きいことが必要である。従っ
て、音響整合層３の密度が上記のように０．７×１０3
ｋｇ／ｍ3 〜０．４×１０3 ｋｇ／ｍ3 程度の場合、ケ
ースを構成するプラスチック材料としては、上記ポリブ
チレンテレフタレート（密度は１．５×１０3 ｋｇ／ｍ
3 ）、ＰＰＳ（１．６×１０3 ｋｇ／ｍ3 ）、ＬＣＰ
（密度は１．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 ）などが用いられ
る。すなわち、プラスチック材料よりなるケース４の密
度を１．１×１０3 〜１．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 程度と
することにより、ケース４の音響インピーダンスを、音
響整合層３の音響インピーダンスよりも高くすることが
できる。
フタレート以外の他のプラスチック材料により構成され
てもよいが、該プラスチック材料は、音響整合層３より
も音響インピーダンスが大きいことが必要である。従っ
て、音響整合層３の密度が上記のように０．７×１０3
ｋｇ／ｍ3 〜０．４×１０3 ｋｇ／ｍ3 程度の場合、ケ
ースを構成するプラスチック材料としては、上記ポリブ
チレンテレフタレート（密度は１．５×１０3 ｋｇ／ｍ
3 ）、ＰＰＳ（１．６×１０3 ｋｇ／ｍ3 ）、ＬＣＰ
（密度は１．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 ）などが用いられ
る。すなわち、プラスチック材料よりなるケース４の密
度を１．１×１０3 〜１．７×１０3 ｋｇ／ｍ3 程度と
することにより、ケース４の音響インピーダンスを、音
響整合層３の音響インピーダンスよりも高くすることが
できる。
【００２１】ケース４内には、弾性樹脂としてシリコー
ン樹脂５が、少なくとも圧電素子２の周囲を埋めるよう
に充填されている。もっとも、図１に示す構造では、シ
リコーン樹脂５は、ケース４の開口内を全て埋めつくす
ように充填されているが、これに限定されるものではな
い。
ン樹脂５が、少なくとも圧電素子２の周囲を埋めるよう
に充填されている。もっとも、図１に示す構造では、シ
リコーン樹脂５は、ケース４の開口内を全て埋めつくす
ように充填されているが、これに限定されるものではな
い。
【００２２】シリコーン樹脂５としては、本実施例で
は、ＪＩＳ Ａ硬度５０のものが用いられているが、Ｊ
ＩＳ Ａ硬度１５〜７０程度のものを用いることができ
る。上記シリコーン樹脂５に代えて、ブチルゴム、ネオ
プレンゴムなどの他のゴム弾性を有する弾性樹脂を充填
してもよい。
は、ＪＩＳ Ａ硬度５０のものが用いられているが、Ｊ
ＩＳ Ａ硬度１５〜７０程度のものを用いることができ
る。上記シリコーン樹脂５に代えて、ブチルゴム、ネオ
プレンゴムなどの他のゴム弾性を有する弾性樹脂を充填
してもよい。
【００２３】また、圧電素子２の電極２ｂ，２ｃには、
それぞれ、リード線６ａ，６ｂが接続されている。リー
ド線６ａ，６ｂの電極２ｂ，２ｃへの接合は、導電性接
着剤を用いてもよく、あるいは半田により行われてもよ
い。また、リード線６ａ，６ｂは、それぞれ単線または
複数の線材を縒ることにより構成された縒り線の何れで
構成されてもよい。図示のように、一方のリード線６ａ
を被覆せず、他方のリード線６ｂのみを絶縁性材料で被
覆された被覆線としてもよく、あるいは双方のリード線
６ａ，６ｂを絶縁性被覆を有する被覆線で構成してもよ
い。
それぞれ、リード線６ａ，６ｂが接続されている。リー
ド線６ａ，６ｂの電極２ｂ，２ｃへの接合は、導電性接
着剤を用いてもよく、あるいは半田により行われてもよ
い。また、リード線６ａ，６ｂは、それぞれ単線または
複数の線材を縒ることにより構成された縒り線の何れで
構成されてもよい。図示のように、一方のリード線６ａ
を被覆せず、他方のリード線６ｂのみを絶縁性材料で被
覆された被覆線としてもよく、あるいは双方のリード線
６ａ，６ｂを絶縁性被覆を有する被覆線で構成してもよ
い。
【００２４】リード線６ａ，６ｂの外側端部には、コネ
クター７が接続されている。コネクター７は、超音波セ
ンサ１を、超音波センサ１の出力を受け取る増幅器等に
接続するために用いられる。
クター７が接続されている。コネクター７は、超音波セ
ンサ１を、超音波センサ１の出力を受け取る増幅器等に
接続するために用いられる。
【００２５】上記のように、リード線６ａ，６ｂがケー
ス４外に引き出されており、ケース４内に基板や端子が
固定されていない。従って、基板を省略することができ
るだけでなく、基板や端子の存在による超音波の反射や
不要振動の発生も抑制されている。加えて、リード線６
ａ，６ｂの外側端にコネクター７が接続されているた
め、外部回路との接続も容易である。
ス４外に引き出されており、ケース４内に基板や端子が
固定されていない。従って、基板を省略することができ
るだけでなく、基板や端子の存在による超音波の反射や
不要振動の発生も抑制されている。加えて、リード線６
ａ，６ｂの外側端にコネクター７が接続されているた
め、外部回路との接続も容易である。
【００２６】超音波センサ１では、ケース４がプラスチ
ック材料により構成されており、プラスチック材料より
なるケース４は、図１に示した従来の超音波センサ２１
におけるアルミニウムよりなるケース２４に比べて、不
要振動を効果的に抑制する作用を有する。従って、超音
波センサ１を実使用するに際し、不要振動がケース４に
より抑制されるので、超音波パルスを発振した後の不要
振動によるノイズの発生を抑制し得る。よって、超音波
パルス発振後、測定可能となるまでの時間の短縮、ひい
ては近距離にある物体の測定が容易となる。
ック材料により構成されており、プラスチック材料より
なるケース４は、図１に示した従来の超音波センサ２１
におけるアルミニウムよりなるケース２４に比べて、不
要振動を効果的に抑制する作用を有する。従って、超音
波センサ１を実使用するに際し、不要振動がケース４に
より抑制されるので、超音波パルスを発振した後の不要
振動によるノイズの発生を抑制し得る。よって、超音波
パルス発振後、測定可能となるまでの時間の短縮、ひい
ては近距離にある物体の測定が容易となる。
【００２７】特に、ケース４を、音響整合層３よりも密
度の高いプラスチック材料により構成することにより、
音響整合層３よりもケース４の音響インピーダンスを高
くし得るため、単にプラスチック材料によりケース４が
構成されているだけでなく、上記音響インピーダンスの
差によっても不要振動の抑制を効果的に果たすことがで
き、近距離の測定に対応することが可能とされている。
度の高いプラスチック材料により構成することにより、
音響整合層３よりもケース４の音響インピーダンスを高
くし得るため、単にプラスチック材料によりケース４が
構成されているだけでなく、上記音響インピーダンスの
差によっても不要振動の抑制を効果的に果たすことがで
き、近距離の測定に対応することが可能とされている。
【００２８】また、上記ケース４は、プラスチック材料
により構成されており、プラスチック材料の密度は、充
填されているシリコーン樹脂５の密度に近いため、超音
波のケース４内における反射も生じ難い。すなわち、ケ
ース４を構成するためのプラスチック材料の密度は、上
述したように、通常、１．１〜１．７×１０3 ｋｇ／ｍ
3 程度であり、シリコーン樹脂の密度は１．１×１０3
ｋｇ／ｍ3 程度であり、両者の密度が近接しているた
め、超音波の内部反射が効果的に抑制される。従って、
これによっても不要震動の抑制を果たすことができる。
により構成されており、プラスチック材料の密度は、充
填されているシリコーン樹脂５の密度に近いため、超音
波のケース４内における反射も生じ難い。すなわち、ケ
ース４を構成するためのプラスチック材料の密度は、上
述したように、通常、１．１〜１．７×１０3 ｋｇ／ｍ
3 程度であり、シリコーン樹脂の密度は１．１×１０3
ｋｇ／ｍ3 程度であり、両者の密度が近接しているた
め、超音波の内部反射が効果的に抑制される。従って、
これによっても不要震動の抑制を果たすことができる。
【００２９】また、音響整合層３は、合成樹脂にガラス
バルーンを分散させてなる材料により構成されており、
音響整合層３とプラスチック材料よりなるケース４の線
膨脹係数がほぼ同等であるため、冷熱衝撃が加えられた
としても、ストレスが加わり難く、従って音響整合層３
のケース４との剥離が生じ難い。従って、剥離を防止し
得るだけでなく、耐湿性も高められる。
バルーンを分散させてなる材料により構成されており、
音響整合層３とプラスチック材料よりなるケース４の線
膨脹係数がほぼ同等であるため、冷熱衝撃が加えられた
としても、ストレスが加わり難く、従って音響整合層３
のケース４との剥離が生じ難い。従って、剥離を防止し
得るだけでなく、耐湿性も高められる。
【００３０】加えて、シリコーン樹脂５がケース４内に
充填されているため、その点からも耐湿性は高められ
る。さらに、上記シリコーン樹脂５は、ケース４内にお
ける超音波の内部反射を抑制する作用も果たし、それに
よって上述した不要振動の抑制に寄与する。
充填されているため、その点からも耐湿性は高められ
る。さらに、上記シリコーン樹脂５は、ケース４内にお
ける超音波の内部反射を抑制する作用も果たし、それに
よって上述した不要振動の抑制に寄与する。
【００３１】また、シリコーン樹脂５は、そのダンピン
グ効果により、超音波パルス発振後の信号の立ち上がり
特性を改善するようにも作用する。よって、超音波セン
サ１によれば、従来の超音波センサ１に比べて、不要振
動を効果的に抑制し得るので、近距離にある物体の有無
や大きさをより確実に測定することができると共に、冷
熱衝撃が加えられた際の部材間の剥離の防止及び耐湿性
の向上を図ることができる。
グ効果により、超音波パルス発振後の信号の立ち上がり
特性を改善するようにも作用する。よって、超音波セン
サ１によれば、従来の超音波センサ１に比べて、不要振
動を効果的に抑制し得るので、近距離にある物体の有無
や大きさをより確実に測定することができると共に、冷
熱衝撃が加えられた際の部材間の剥離の防止及び耐湿性
の向上を図ることができる。
【００３２】次に、具体的な実験例に基づき、超音波セ
ンサ１の効果を説明する。超音波センサ１として、周波
数２００ｋＨｚ帯で使用するものを、以下の仕様で作成
した。
ンサ１の効果を説明する。超音波センサ１として、周波
数２００ｋＨｚ帯で使用するものを、以下の仕様で作成
した。
【００３３】圧電素子２…直径９ｍｍ×厚み３ｍｍの円
板型のチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミック板２ａを
用意し、両面に銀よりなる電極２ｂ，２ｃを形成したも
のを用意した。音響整合層３については、直径１８ｍｍ
×厚み２．８ｍｍであり、エポキシ樹脂にガラスバルー
ンを５０重量％の割合で分散させたものを用いた。ケー
ス４については、ポリブチレンテレフタレートからな
り、該径が１８ｍｍ、内径が１４ｍｍ、前述の高さ寸法
が６．２ｍｍのものを用意した。なお、圧電素子２、音
響整合層３及びケース４の組み立てに際しては、エポキ
シよりなる接着剤を用いた。
板型のチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミック板２ａを
用意し、両面に銀よりなる電極２ｂ，２ｃを形成したも
のを用意した。音響整合層３については、直径１８ｍｍ
×厚み２．８ｍｍであり、エポキシ樹脂にガラスバルー
ンを５０重量％の割合で分散させたものを用いた。ケー
ス４については、ポリブチレンテレフタレートからな
り、該径が１８ｍｍ、内径が１４ｍｍ、前述の高さ寸法
が６．２ｍｍのものを用意した。なお、圧電素子２、音
響整合層３及びケース４の組み立てに際しては、エポキ
シよりなる接着剤を用いた。
【００３４】比較のために、同じく周波数２００ｋＨｚ
帯で用いられる比較例の超音波センサを図４に示す構造
に従って作製した。なお、使用した圧電素子は、上記実
施例として作成したものと同じものを用いた。音響整合
層２３については、実施例と同じものを用いた。ケース
２４については、アルミニウムからなり、外径１８ｍ
ｍ、圧電素子２２が収納されている部分の内径が１４ｍ
ｍ、開口に沿う長さ寸法が６．２ｍｍのものを用意し
た。
帯で用いられる比較例の超音波センサを図４に示す構造
に従って作製した。なお、使用した圧電素子は、上記実
施例として作成したものと同じものを用いた。音響整合
層２３については、実施例と同じものを用いた。ケース
２４については、アルミニウムからなり、外径１８ｍ
ｍ、圧電素子２２が収納されている部分の内径が１４ｍ
ｍ、開口に沿う長さ寸法が６．２ｍｍのものを用意し
た。
【００３５】上記のようにして作製した実施例及び比較
例の超音波センサについて、周波数２００ｋＨｚ、電圧
１８Ｖppのサイン波であって、波数８（パルス巾０．０
４ｍ秒）、周期５ｍ秒の超音波パルスを印加し、超音波
センサの前方に１００ｍｍの距離を隔ててアルミニウム
よりなる２０×２０×厚み５ｍｍの反射板を配置し、測
定を行った。結果を図２及び図３に示す。図２は、比較
例における測定結果を、図３は実施例の測定結果を示
す。
例の超音波センサについて、周波数２００ｋＨｚ、電圧
１８Ｖppのサイン波であって、波数８（パルス巾０．０
４ｍ秒）、周期５ｍ秒の超音波パルスを印加し、超音波
センサの前方に１００ｍｍの距離を隔ててアルミニウム
よりなる２０×２０×厚み５ｍｍの反射板を配置し、測
定を行った。結果を図２及び図３に示す。図２は、比較
例における測定結果を、図３は実施例の測定結果を示
す。
【００３６】図２から明らかなように、比較例では、超
音波パルス印加後、信号が９ｍＶppまで立ち上がる、立
ち上がり時間が、０．４３ｍ秒であった。これに対し
て、実施例では、上記立ち上がり時間は０．２７ｍ秒で
あった。
音波パルス印加後、信号が９ｍＶppまで立ち上がる、立
ち上がり時間が、０．４３ｍ秒であった。これに対し
て、実施例では、上記立ち上がり時間は０．２７ｍ秒で
あった。
【００３７】従って、比較例の超音波センサに比べて、
実施例の超音波センサでは１００ｍｍと比較的近距離に
ある反射板を測定した場合の信号の立ち上がり時間を効
果的に短縮し得ることがわかる。
実施例の超音波センサでは１００ｍｍと比較的近距離に
ある反射板を測定した場合の信号の立ち上がり時間を効
果的に短縮し得ることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、圧電素
子にλ／４波長音響整合層を固定し、ケースにより圧電
素子を囲むように構成してなる超音波センサにおいて、
上記ケースが音響整合層よりも音響インピーダンスの大
きいプラスチック材料により構成されているため、ケー
スにより不要振動を効果的に抑制することができる。加
えて、ケース内において、圧電素子を埋めるように弾性
樹脂が充填されているので、該弾性樹脂によっても不要
振動を抑制することが可能とされている。
子にλ／４波長音響整合層を固定し、ケースにより圧電
素子を囲むように構成してなる超音波センサにおいて、
上記ケースが音響整合層よりも音響インピーダンスの大
きいプラスチック材料により構成されているため、ケー
スにより不要振動を効果的に抑制することができる。加
えて、ケース内において、圧電素子を埋めるように弾性
樹脂が充填されているので、該弾性樹脂によっても不要
振動を抑制することが可能とされている。
【００３９】従って、不要振動の抑制により、超音波放
射後に測定可能となる時間を短縮することができるの
で、従来の超音波センサに比べて、より近距離にある物
体の有無や大きさを測定することが可能となる。
射後に測定可能となる時間を短縮することができるの
で、従来の超音波センサに比べて、より近距離にある物
体の有無や大きさを測定することが可能となる。
【００４０】また、ケースがプラスチック材料よりなる
ため、ケースと合成樹脂にガラスバルーンを分散させて
なる音響整合層との線膨脹整数がほぼ同等とされ、それ
によって冷熱衝撃が加わった場合でも、音響整合層とケ
ースとの間の界面におけるストレスが加わり難い。従っ
て、音響整合層のケースからの剥離が生じ難く、かつ耐
湿性も高められる。
ため、ケースと合成樹脂にガラスバルーンを分散させて
なる音響整合層との線膨脹整数がほぼ同等とされ、それ
によって冷熱衝撃が加わった場合でも、音響整合層とケ
ースとの間の界面におけるストレスが加わり難い。従っ
て、音響整合層のケースからの剥離が生じ難く、かつ耐
湿性も高められる。
【００４１】請求項２に記載の発明では、ケースの密度
が、音響整合層の密度よりも大きくされているので、上
記不要振動をより効果的に抑制することができ、より一
層近距離にある物体の有無や大きさを検出することがで
きる。
が、音響整合層の密度よりも大きくされているので、上
記不要振動をより効果的に抑制することができ、より一
層近距離にある物体の有無や大きさを検出することがで
きる。
【００４２】請求項３に記載の発明では、弾性樹脂がシ
リコーン樹脂により構成されており、シリコーン樹脂の
密度が、プラスチック材料よりなるケースの密度とほぼ
同等であるため、それによって超音波のケース内におけ
る内部反射を効果的に抑制することができ、ひいては、
より近距離にある物体の有無や大きさを測定することが
可能となる。加えて、シリコーン樹脂は、ダンピング効
果を有するため、ダンピング効果によっても超音波放射
後に測定可能となるまでの時間の短縮を図ることがで
き、それによって、より一層近距離にある物体の検出が
可能となる。
リコーン樹脂により構成されており、シリコーン樹脂の
密度が、プラスチック材料よりなるケースの密度とほぼ
同等であるため、それによって超音波のケース内におけ
る内部反射を効果的に抑制することができ、ひいては、
より近距離にある物体の有無や大きさを測定することが
可能となる。加えて、シリコーン樹脂は、ダンピング効
果を有するため、ダンピング効果によっても超音波放射
後に測定可能となるまでの時間の短縮を図ることがで
き、それによって、より一層近距離にある物体の検出が
可能となる。
【００４３】好ましくは、弾性樹脂をケース内を全て埋
めるように充填することにより、より一層超音波の内部
反射を抑制することができると共に、ケースの不要振動
を抑制することができる。
めるように充填することにより、より一層超音波の内部
反射を抑制することができると共に、ケースの不要振動
を抑制することができる。
【００４４】請求項４に記載の発明では、音響整合層を
構成している合成樹脂がエポキシ樹脂であるため、エポ
キシ樹脂にガラスバルーンを分散させてなる音響整合層
は、プラスチック材料よりなるケースと同等の線膨脹係
数を有するため、冷熱衝撃が加えられたとしても、音響
整合層とケースとの間の界面にストレスが加わり難い。
従って、音響整合層とケースとの界面における剥離が生
じ難く、耐湿性も高められる。
構成している合成樹脂がエポキシ樹脂であるため、エポ
キシ樹脂にガラスバルーンを分散させてなる音響整合層
は、プラスチック材料よりなるケースと同等の線膨脹係
数を有するため、冷熱衝撃が加えられたとしても、音響
整合層とケースとの間の界面にストレスが加わり難い。
従って、音響整合層とケースとの界面における剥離が生
じ難く、耐湿性も高められる。
【００４５】請求項５に記載の発明では、複数のリード
線が圧電素子に接続されており、該複数のリード線がケ
ース外に引き出されているので、ケース内に基板や端子
を固定する必要がない。従って、基板や端子の固定に起
因する超音波の内部反射を抑制することができるので、
より近距離にある物体の検出が可能となる。
線が圧電素子に接続されており、該複数のリード線がケ
ース外に引き出されているので、ケース内に基板や端子
を固定する必要がない。従って、基板や端子の固定に起
因する超音波の内部反射を抑制することができるので、
より近距離にある物体の検出が可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係る超音波センサを説明す
るための断面図。
るための断面図。
【図２】比較のために用意した従来例の超音波センサに
おいて近距離にある物体を検出した場合の結果を示す
図。
おいて近距離にある物体を検出した場合の結果を示す
図。
【図３】実施例の超音波センサにおいて近距離にある物
体を検出した場合の結果を説明するための図。
体を検出した場合の結果を説明するための図。
【図４】従来の超音波センサを示す断面図。
１………超音波センサ ２………圧電素子 ３………λ／４音響整合層 ４………ケース ５………シリコーン樹脂 ６ａ，６ｂ………リード線
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電素子と、 前記圧電素子の一面に固定されており、合成樹脂にガラ
スバルーンを分散させてなるλ／４音響整合層と、 前記圧電素子を囲むように前記音響整合層に固定されて
おり、かつ音響整合層よりも音響インピーダンスが大き
いプラスチック材料よりなるケースと、 前記ケース内において、前記圧電素子を埋めるように充
填された弾性樹脂とを備えることを特徴とする、超音波
センサ。 - 【請求項２】 前記ケースの密度が、前記音響整合層の
密度よりも大きい、請求項１に記載の超音波センサ。 - 【請求項３】 前記弾性樹脂がシリコーン樹脂である、
請求項１または２に記載の超音波センサ。 - 【請求項４】 前記音響整合層を構成している合成樹脂
がエポキシ樹脂である、請求項１〜３の何れかに記載の
超音波センサ。 - 【請求項５】 前記圧電素子に接続された複数のリード
線をさらに備え、前記複数のリード線がケース外に引き
出されている、請求項１〜４の何れかに記載の超音波セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9021462A JPH10224895A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9021462A JPH10224895A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10224895A true JPH10224895A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12055658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9021462A Pending JPH10224895A (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10224895A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7612485B2 (en) | 2006-09-26 | 2009-11-03 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| JP2010050963A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-03-04 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 超音波センサ用ケース及び超音波センサ |
| US7696672B2 (en) | 2007-01-29 | 2010-04-13 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor having acoustic matching member with conductive layer formed on and extending only along acoustic matching member connecting surface |
| US7726192B2 (en) | 2006-10-04 | 2010-06-01 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| US7775110B2 (en) | 2006-09-22 | 2010-08-17 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| US8098000B2 (en) | 2007-08-21 | 2012-01-17 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| JP2012100044A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-24 | Nec Corp | 発振装置および電子機器 |
| WO2012164879A1 (ja) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器および超音波流量計 |
| WO2012164890A1 (ja) | 2011-05-27 | 2012-12-06 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器およびその製造方法、ならびに超音波流量計 |
| WO2013080875A1 (ja) | 2011-11-28 | 2013-06-06 | 株式会社村田製作所 | 積層型圧電素子、および、重送検知用センサ |
| WO2013183292A1 (ja) | 2012-06-05 | 2013-12-12 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器およびそれを備えた超音波流量計 |
| JP2019080248A (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-23 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイス、及び超音波測定装置 |
| JP2021141476A (ja) * | 2020-03-06 | 2021-09-16 | Tdk株式会社 | 圧電デバイス |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP9021462A patent/JPH10224895A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012100044A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-24 | Nec Corp | 発振装置および電子機器 |
| WO2012164890A1 (ja) | 2011-05-27 | 2012-12-06 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器およびその製造方法、ならびに超音波流量計 |
| US10115385B2 (en) | 2011-05-27 | 2018-10-30 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic transmission/reception unit, manufacturing method of ultrasonic transmission/reception unit, and ultrasonic flow meter device |
| US9032816B2 (en) | 2011-06-03 | 2015-05-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic transducer and ultrasonic flow-meter |
| WO2012164879A1 (ja) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器および超音波流量計 |
| WO2013080875A1 (ja) | 2011-11-28 | 2013-06-06 | 株式会社村田製作所 | 積層型圧電素子、および、重送検知用センサ |
| US9287490B2 (en) | 2011-11-28 | 2016-03-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Laminated piezoelectric element and multi-feed detection sensor |
| JPWO2013183292A1 (ja) * | 2012-06-05 | 2016-01-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波送受波器およびそれを備えた超音波流量計 |
| US9378725B2 (en) | 2012-06-05 | 2016-06-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic transducer and ultrasonic flow meter including ultrasonic transducer |
| WO2013183292A1 (ja) | 2012-06-05 | 2013-12-12 | パナソニック株式会社 | 超音波送受波器およびそれを備えた超音波流量計 |
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| US11474220B2 (en) | 2017-10-26 | 2022-10-18 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device and ultrasonic measuring apparatus |
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