KR101935784B1 - 초음파 센서 - Google Patents

초음파 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101935784B1
KR101935784B1 KR1020177016566A KR20177016566A KR101935784B1 KR 101935784 B1 KR101935784 B1 KR 101935784B1 KR 1020177016566 A KR1020177016566 A KR 1020177016566A KR 20177016566 A KR20177016566 A KR 20177016566A KR 101935784 B1 KR101935784 B1 KR 101935784B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
case
ultrasonic sensor
piezoelectric element
bottom plate
side wall
Prior art date
Application number
KR1020177016566A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170085104A (ko
Inventor
코지 난부
Original Assignee
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 filed Critical 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Publication of KR20170085104A publication Critical patent/KR20170085104A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101935784B1 publication Critical patent/KR101935784B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521Constructional features
    • H01L41/083
    • H01L41/22
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

초음파 센서(101)는, 바닥판(2a) 및 측벽(2b)을 가지는 바닥이 있는 통 형상의 케이스(2)와, 케이스(2) 내에서 바닥판(2a) 상에 배치되어 있는 압전 소자(3)와, 케이스(2) 내에서 압전 소자(3)를 덮도록 케이스(2) 내의 적어도 일부에 충전되어 있는 충전 수지(8)를 포함하고, 케이스(2)의 내면 중 적어도 충전 수지(8)가 접해 있는 면이 조면으로 되어 있다.

Description

초음파 센서{ULTRASONIC SENSOR}
본 발명은 초음파 센서에 관한 것이다.
대상물의 접근의 유무나, 대상물과의 거리의 측정에 초음파 센서가 사용되는 경우가 있다. 종래 기술에 기초하는 초음파 센서의 일례가 국제공개 WO2013/051525A1(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 이 초음파 센서에서는, 바닥이 있는 통 형상의 케이스의 내부에 압전 소자가 배치되어 있다. 압전 소자는 평판(平板) 형상이고, 케이스의 바닥면에 배치되어 있다. 압전 소자의 양면에 전압을 인가할 수 있도록 배선이 설비되어 있다. 이 종류의 초음파 센서는 초음파의 송신과 수신을 실시할 수 있다. 초음파의 송신 시에는, 평판 형상의 압전 소자에 전압이 인가됨으로써 압전 소자가 면 방향으로 진동하고, 이 진동이 전해짐으로써 케이스의 바닥판이 면에 수직인 방향으로 진동한다. 케이스의 바닥판의 진동에 의해 초음파가 외부로 방출된다. 초음파의 수신 시에는, 외부로부터 도달한 초음파에 의해 케이스의 바닥판이 진동하고, 이 진동이 압전 소자에서의 면 방향의 진동으로서 압전 소자로 전해진다. 이로써 전위 변화가 발생하여, 전기적으로 검출된다.
국제공개 WO2013/051525A1
일반적으로 이 종류의 초음파 센서가 사용될 때에는, 일정시간의 송신 시간 후에 휴지 시간이 마련되고, 이 사이에 수신이 실시된다. 즉, 일정시간에 걸쳐 압전 소자에 전위 변화를 부여하여 압전 소자를 계속 진동시킨 후, 전위 변화를 부여하는 것을 멈추고, 그 후는 수신에 의해 압전 소자에 발생하는 진동을 전기적으로 검출하게 된다. 그러나 송신 시에 압전 소자로부터 발생하는 진동은 케이스의 바닥판을 진동시킬 뿐만 아니라, 동시에 케이스의 측벽도 진동시킨다. 압전 소자로의 전위 변화 공급을 멈춘 후에도 케이스의 측벽은 진동을 계속하고 있는 경우가 있다. 이와 같이 케이스에 잔존하는 진동을 "여운 진동"이라고도 한다.
여운 진동이 계속되는 시간을 "잔향 시간"이라고도 한다. 대상물과의 거리가 짧은 상태에서 초음파 센서에 의한 측정을 실시하는 경우에는, 초음파 센서로부터 방출되어 대상물에서 반사되어 돌아오는 초음파가 조기에 초음파 센서에 도달하므로, 잔향 시간이 끝나기 전에 수신이 실시되는 경우가 있다. 수신 시에, 본래 검출해야 할 것은 대상물에서 반사되어 되돌아 온 초음파(이하, "반사파"라고 한다.)에 의해 바닥판에 발생한 진동이지만, 잔향 시간이 경과되기 전에 반사파가 바닥판에 도달하면, 반사파에 의해 발생한 진동이 원래 있었던 여운 진동에 묻힌다. 이렇게 되면, 초음파 센서의 검지 특성은 열화(劣化)되고, 최악의 경우에는 반사파를 검지할 수 없게 된다.
대상물까지의 거리가 짧아도 초음파 센서에 의해 양호한 검지 특성을 얻기 위해서는, 잔향 시간을 가능한 한 짧게 하는 것이 요구된다.
따라서, 본 발명은 감도를 유지하면서, 잔향 시간을 짧게 한 초음파 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 기초하는 초음파 센서는, 바닥판 및 측벽을 가지는 바닥이 있는 통 형상의 케이스와, 상기 케이스 내에서 상기 바닥판 상에 배치되어 있는 압전 소자와, 상기 케이스 내에서 상기 압전 소자를 덮도록 상기 케이스 내의 적어도 일부에 충전되어 있는 충전 수지를 포함하고, 상기 케이스의 내면 중 적어도 상기 충전 수지가 접해 있는 면이 조면(粗面)으로 되어 있다. 이로써, 초음파 센서의 감도를 유지하면서, 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다.
상기 발명에서 바람직하게는, 상기 측벽의 내면이 조면으로 되어 있다. 이로써, 케이스의 측벽의 제진성(制振性)이 향상되고, 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다.
상기 발명에서 바람직하게는, 상기 바닥판의 내면과 상기 측벽의 내면의 전체면이 조면으로 되어 있다. 이로써, 보다 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다.
상기 발명에서 바람직하게는, 상기 조면의 표면 거칠기(Ra)는 1.3㎛ 이상 2.2㎛ 이하이다. 이로써, 초음파 센서의 감도를 저하시키지 않고, 잔향 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 발명에서 바람직하게는, 상기 조면은 샌드 블라스트 가공에 의해 형성되어 있다. 이로써, 케이스에 원하는 조면을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 발명에서 바람직하게는, 상기 케이스는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 이로써, 케이스가 가공되기 쉬워져, 원하는 조면을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 케이스를 이와 같은 재료로 형성함으로써, 초음파 센서 전체적으로서의 경량화도 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 감도를 유지하면서, 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 기초하는 실시형태 1에서의 초음파 센서의 단면도이다.
도 2는 케이스 내면에 샌드 블라스트 가공을 실시하지 않은 경우의 케이스 바닥면의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 3은 케이스 내면에 샌드 블라스트 가공을 실시하여 표면 거칠기(Ra)를 2.02㎛로 한 경우의 케이스 바닥면의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 4는 표면 거칠기와 잔향 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 기초하는 실시형태 2에서의 초음파 센서의 단면도이다.
도 6은 표면 거칠기와 공진주파수의 기준으로부터의 변동값의 관계를 나타내는 그래프이다.
(실시형태 1)
도 1을 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시형태 1에서의 초음파 센서에 대해 설명한다. 이하에서는 도 1에서의 상하 관계를 기준으로 설명하지만, 여기서 말하는 상하는 절대적인 상하를 의미하는 것이 아니고, 어디까지나 설명의 편의를 위한 것이며, 도 1에 나타낸 자세 중에서의 상하이다.
본 실시형태에서의 초음파 센서(101)는, 케이스(2)와, 압전 소자(3)와, 흡음재(4)와, 보강재(5)와, 댐퍼(damper)(7)와, 충전 수지(8)와, 플렉시블 기판(9)과, 단자 유지 부재(10)와, 핀 단자(11, 11)와, 리드 선(12, 12)을 포함하고 있다.
케이스(2)는, 예를 들면 탄성률이 높고 경량인 알루미늄으로 이루어진다. 케이스(2)는, 예를 들면 단조에 의해 형성되어 있다. 케이스(2)는, 한쪽의 단면(端面)이 폐색되고, 다른 쪽의 단면이 개구하는 바닥이 있는 통 형상이다. 케이스(2)의 외형은, 바닥면은 직경 15.5㎜이고, 높이가 9.0㎜이다. 케이스(2)는, 예를 들면 원판 형상의 바닥판(2a)과, 통 형상의 측벽(2b)을 가진다. 케이스(2)의 개구는 예를 들면 케이스(2)의 바닥면에 수직인 방향으로 봤을 때 원형이다. 측벽(2b)은 얇은 부분과 두꺼운 부분을 포함한다. 측벽(2b) 중 개구 측의 부분은 얇고, 바닥판(2a) 측의 부분은 두껍다. 따라서, 측벽(2b)에서의 개구 측의 부분의 내경(직경 14.5㎜)보다도 측벽(2b)에서의 바닥판(2a) 측의 부분의 내경(직경 12.0㎜) 쪽이 작다. 바닥판(2a)은 중앙 근방에 오목부를 가진다. 오목부의 깊이는, 예를 들면 0.49㎜이다. 또한, 케이스(2)의 재료는 알루미늄과 같은 도전성 재료에 한정되지 않고, 절연성 재료여도 된다. 케이스(2)의 바닥판(2a)의 내면 및 케이스의 측벽(2b)의 내면에는, 케이스의 측벽의 외면보다도 표면 거칠기가 큰 조면이 되도록 미세한 요철이 형성되어 있다. 케이스의 내면 중 적어도 충전 수지가 접해 있는 면이 조면으로 되어 있다.
압전 소자(3)는, 예를 들면 티탄산지르콘산납계 세라믹스로 이루어진다. 압전 소자(3)는, 원판 형상의 압전체와, 압전체의 서로 반대를 향하는 주면(主面)에 각각 마련되어 있는 한 쌍의 전극을 가진다. 압전 소자(3)는, 평판 형상이고, 한 쌍의 전극에 구동 전압이 인가됨으로써 면내(面內) 방향으로 "확장 진동"을 한다. 압전 소자(3)는, 케이스(2)의 오목부에 배치되어 있고, 바닥판(2a)에 접합되어 있다. 구체적으로는, 압전 소자(3)는, 한 쌍의 전극의 한쪽이 오목부의 바닥면부에 접촉하도록, 케이스(2)에 접합되어 있다.
압전 소자(3) 및 바닥판(2a)은 서로 접합되어 바이모르프(bimorph) 진동자를 구성하고 있다. 이 바이모르프 진동자는 압전 소자(3)의 확장 진동에 의해 굴곡 진동하게 된다. 그 때문에, 바닥판(2a)이 케이스(2)의 주된 진동 영역이 된다.
흡음재(4)는, 예를 들면 폴리에스테르 펠트로 이루어진다. 흡음재(4)는, 예를 들면 평판 형상이다. 흡음재(4)는 압전 소자(3)를 덮도록 마련되어 있다. 흡음재(4)는 압전 소자(3)로부터 케이스(2)의 개구 측으로 방출되는 불필요한 음파를 흡수하기 위해 마련되어 있다.
보강재(5)는, 중앙에 개구가 마련되어 있는 링 형상의 부재이고, 높은 음향 임피던스를 가진다. 보강재(5)는, 케이스(2)를 구성하는 재료보다도 밀도가 높으면서 강성(剛性)이 높은 재료로 이루어지고, 추(錘)로서 기능한다. 보강재(5)의 재료로는, 예를 들면 스테인리스강이나 아연 등이어도 된다. 또한, 보강재(5)는, 두께 등의 사이즈를 조정함으로써 케이스(2)와 동일한 재료(알루미늄)로 이루어지는 것이어도 된다. 보강재(5)는, 흡음재(4)로부터 이간하여, 흡음재(4)의 윗쪽에 마련되어 있다. 보강재(5)는, 케이스(2)의 내면에 마련된 단차(段差)에 의해 유지되어 있다. 구체적으로는, 보강재(5)는, 측벽(2b)의 두꺼운 부분의 내면에 접하여 배치되어 있다. 이와 같이 보강재(5)가 마련되어 있음으로써, 케이스(2)의 강성이 높아져, 케이스(2)의 바닥판(2a)에서의 진동이 케이스(2)의 측벽(2b)으로 전해지는 것을 억제할 수 있다. 보강재(5)에 의해 케이스(2)의 내부 공간이 구획됨으로써 흡음재(4)의 주위는 공동(空洞)(13)으로 되어 있다.
댐퍼(7)는, 실리콘 고무나 우레탄 수지 등의 탄성체로 이루어지는 컵 형상의 부재이다. 댐퍼(7)는, 보강재(5)의 개구에 걸어 맞춰지는 볼록부와, 볼록부로부터 윗 측으로 연장되어 마련되어 있고, 단자 유지 부재(10)가 걸어 맞춰지는 개구를 가진다.
리드 선(12, 12)의 일단부(一端部)는, 후술의 플렉시블 기판(9)과 접속되어 있고, 댐퍼(7) 안에 삽입되어, 케이스(2)의 개구 내에 배치되어 있다. 리드 선(12, 12)의 타단부(他端部)는, 케이스(2)의 외부에 배치되고, 단자 유지 부재(10)가 접속되어 있다.
단자 유지 부재(10)는, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 수지로 이루어지는 L자 형상의 부재이다. 단자 유지 부재(10)의 중앙부에는, 핀 단자(11, 11)가 삽입 통과되는 2개의 관통 구멍이 마련되어 있다.
핀 단자(11, 11)는, 압전 소자(3)의 구동 전압이 인가되는 금속제의 직선 형상 핀이며, 단자 유지 부재(10)에 의해 유지되어 있다. 구체적으로는, 핀 단자(11, 11)는 단자 유지 부재(10)의 관통 구멍에 각각 삽입되어, 리드 선(12, 12)과 각각 접속되어 있다.
플렉시블 기판(9)은, 폭이 넓은 띠 형상이고, 리드 선(12, 12)과 압전 소자(3)를 전기적으로 접속하고 있다. 플렉시블 기판(9)은, 제1 단과 제2 단을 가진다. 제1 단은, 리드 선(12, 12)에 접속되어 있다. 제2 단은, 압전 소자(3)의 전극에 도전성 접착제에 의해 접속되어 있다. 플렉시블 기판(9)은, 케이스(2)의 개구 내에 굴곡되어 배치되어 있다.
충전 수지(8)는 실리콘 수지나 우레탄 수지 등의 탄성체로 이루어진다. 충전 수지(8)는, 케이스(2)의 내부에서 압전 소자(3)를 덮도록 케이스(2)의 내부의 적어도 일부에 충전되어 있다. 구체적으로는, 충전 수지(8)는, 케이스(2)의 내부 공간 중 보강재(5)보다도 윗 측의 전체에 충전되어 있다. 충전 수지(8)는, 케이스(2)의 개구 내에 배치되어 있는 보강재(5), 댐퍼(7), 리드 선(12, 12)의 한쪽의 선단부 및 플렉시블 기판(9)을 봉지(封止)하고 있다.
충전 수지(8)는, 케이스(2)의 측벽(2b)의 진동을 억제하는 기능을 가지고 있음과 함께, 리드 선(12, 12) 및 댐퍼(7)가 케이스(2)로부터 이탈하는 것을 방지하는 기능도 가지고 있다.
또한, 댐퍼(7)는 진동을 전파하기 어려운 것이라면 더 바람직하다. 충전 수지(8)는 케이스(2)의 측벽(2a)의 진동을 억제(제진(制振))하는 것이라면 더 알맞다. 댐퍼(7)는 충전 수지(8)에 비해 탄성률이 낮은 것이 바람직하다. 더 상세하게는, 탄성률에는 저장 탄성률과 손실 탄성률이 있으며, 댐퍼(7)는 저장 탄성률이 작고, 충전 수지(8)는 손실 탄성률이 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 댐퍼(7)는 실리콘 수지(실리콘 고무)로 이루어지는 것이 바람직하다. 충전 수지(8)는 우레탄 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면, 케이스의 내면 중 적어도 충전 수지가 접해 있는 면이 조면으로 되어 있으므로, 초음파 센서의 감도를 유지하면서, 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다. 이 효과를 검증하기 위해, 실험 1로서 이하의 실험을 실시했다.
(실험 1)
실험 1로서는, 조면 형성의 유무 및 정도에 의한 효과를 확인한다. 이하에, 본 실험에서 이용한 시료인 조건 번호 1~6의 초음파 센서에 대해 상세하게 서술한다.
우선, 동일한 조건으로 제조한 복수의 케이스를 준비했다. 이 중, 조건 번호 1의 케이스에는 추가 가공은 실시하지 않았다. 조건 번호 2~6의 케이스의 바닥판에서의 내면 및 케이스의 측벽에서의 내면(이하, 간단히 "케이스의 내면"이라고 한다.)에는, 각각 다른 조건으로 샌드 블라스트 가공에 의해 조면의 형성을 실시했다. 표 1에 각 조건 번호에서의 케이스에 대한 샌드 블라스트 조건과 표면 거칠기(Ra)를 나타낸다. 여기서 말하는 표면 거칠기는 케이스의 내면의 거칠기이다. 조건 번호 1의 표면 거칠기(Ra)는 1.0㎛였다. 조건 번호 2~6의 표면 거칠기(Ra)는, 각각 순서대로 1.3㎛, 1.6㎛, 2.0㎛, 2.2㎛, 2.5㎛였다.
Figure 112017057595979-pct00001
도 2에, 조건 번호 1의 케이스의 바닥판에서의 내면의 위치에 대한 표면 거칠기 프로파일을 나타낸다. 도 3에, 조건 번호 5의 케이스의 바닥판에서의 내면의 위치에 대한 표면 거칠기 프로파일을 나타낸다. 가로축은, 도 1에서 케이스의 바닥판에서의 내면의 거리(T1)이다. 도 1에서의 T1의 왼쪽 끝이 위치 0㎛에 상당하고, 도 1에서의 T1의 오른쪽 끝이 위치 1200㎛에 상당한다. 도 2와 도 3을 비교하면, 샌드 블라스트 가공을 실시한 조건 번호 5의 쪽이, 조건 번호 1보다도, 케이스의 바닥판에서의 내면의 요철의 폭이 촘촘하고, 요철의 깊이의 편차도 큰 것을 알 수 있다. 다음으로, 상술한 케이스를 이용하여 실시형태 1의 초음파 센서와 동일한 구성의 초음파 센서(조건 번호 1~6)를 조립했다. 이들 초음파 센서를 예를 들면 주파수 40.0㎑로 구동하여, 오실로스코프로 잔향 시간을 계측했다. 조건 번호 1~6의 초음파 센서는 케이스 이외의 부재에 관해서는 동일하다. 또한, 측정 조건에 대해서도 모두 동일하다.
각 조건에 대해, 준비한 시료로 5회의 실험을 실시하여, 얻어진 잔향 시간의 평균값을 해당 조건에 대응하는 잔향 시간의 길이로 했다. 결과를 정리하면, 도 4와 같이 되었다. 조건 번호 1~6의 잔향 시간은, 각각 순서대로 1.77msec, 1.71msec, 1.63msec, 1.60msec, 1.57msec, 1.52msec였다. 따라서, 케이스의 내면의 표면 거칠기(Ra)가 커지면 커질수록 잔향 시간이 짧아지는 것을 알 수 있었다.
이것으로부터, 초음파 센서에서, 케이스(2)의 내면을 조면화하지 않은 것에 비해 조면화한 것에서는 잔향 시간이 짧아진다고 할 수 있다. 케이스(2)의 내면 중 충전 수지(8)가 접해 있는 면이 조면으로 되어 있음으로써, 케이스(2)에서의 제진성이 향상되어, 잔향을 조기에 억제할 수 있게 되어 있다고 생각된다. 따라서, 본 실시형태에서의 초음파 센서는 잔향 시간을 짧게 한 초음파 센서가 된다.
(실험 2)
발명자는, 실험 1의 시료를 이용하여, 실험 2로서 각 표면 거칠기에서의 공진주파수를 조사했다. 또한, 기준이 되는 공진주파수는 조건 번호 1의 공진주파수이다. 그 결과, 케이스(2)의 내면에 마련하는 조면의 표면 거칠기와 공진주파수의 관계는, 도 6에 나타내는 바와 같이 되었다. 조건 번호 2~6의 공진주파수의 기준으로부터의 변동값은, 각각 순서대로 -0.10㎑, -0.28㎑, -0.36㎑, -0.50㎑, -1.03㎑였다. 발명자는, 표면 거칠기(Ra)를 크게 한 시료에서는, 공진주파수가 본래의 값인 40.0㎑로부터 벗어나 변동되어 있는 것을 발견했다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 표면 거칠기(Ra)를 크게 하면 할수록 공진주파수는 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 표면 거칠기(Ra)를 순서대로 높여 갔을 때에 표면 거칠기(Ra)가 2.2㎛ 이하인 시료에 비해, 표면 거칠기(Ra)가 2.2㎛보다 커져 있는 시료, 예를 들면 표면 거칠기(Ra)가 2.5㎛인 시료에서는, 공진주파수가 특히 대폭적으로 변동되어 작아져 있는 것을 알 수 있었다. 공진주파수가 작아지면 감도가 저하되므로, 잔향 특성이 향상됐다고 해도 초음파 센서 전체적으로서의 특성은 열화된다.
도 4를 고려하면, 잔향 시간을 짧게 하기 위해서는 케이스(2)의 내면의 표면 거칠기(Ra)는 크게 하면 되는 것을 알고 있지만, 도 6에 나타나는 경향을 고려하면, 표면 거칠기(Ra)를 지나치게 크게 한 경우에는, 공진주파수의 변동폭의 확대라는 폐해를 초래하는 것을 알 수 있다. 따라서, 초음파 센서의 감도를 유지하면서, 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현하기 위해서는, 조면의 표면 거칠기(Ra)는 1.3㎛ 이상 2.2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
(실시형태 2)
도 5를 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시형태 2에서의 초음파 센서에 대해 설명한다. 본 실시형태에서의 초음파 센서(102)의 구성은, 기본적으로는 실시형태 1에서 설명한 초음파 센서(101)의 구성과 동일하지만, 이하의 점에서 다르다.
초음파 센서(102)에서는, 케이스(2)의 내부에 흡음재(4), 보강재(5), 및 댐퍼(7)가 배치되어 있지 않다. 또한, 케이스(2)의 내부에 공동(13)이 마련되어 있지 않다. 케이스(2)의 내부에서 바닥판(2a)에 접하도록 배치된 압전 소자(3)를 덮도록 충전 수지(8)가 충전되어 있다. 케이스(2)의 내면 중 적어도 충전 수지(8)가 접해 있는 면이 조면으로 되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 케이스(2)의 내면의 적어도 거의 전체가 조면으로 되어 있다.
예를 들면 바닥판(2a)의 내면과 측벽(2b)의 내면의 양쪽에 걸쳐 조면으로 되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 실시형태 1보다도 잔향 시간이 짧아진 초음파 센서를 실현할 수 있다.
또한, 상기 조면은 샌드 블라스트 가공에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 실시형태 1의 실험에서 이미 나타낸 바와 같이, 샌드 블라스트 가공을 채용한 경우, 케이스(2)의 내면에 간단하게 조면을 형성할 수 있기 때문이다.
케이스(2)는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성을 채용함으로써, 케이스(2)는 가공하기 쉬운 것이 되어, 원하는 조면을 형성하기 쉽기 때문이다. 또한, 케이스(2)를 이와 같은 재료로 형성함으로써, 초음파 센서 전체적으로서의 경량화도 도모할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 케이스(2)로부터의 전기적 인출이 리드 선(12), 핀 단자(11) 등에 의해 실시되고 있는 예를 나타냈지만, 전기적 인출은 다른 구성에 의해 실현되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태 중 복수를 적절히 조합시켜 채용해도 된다.
또한, 이번 개시한 상기 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.
2: 케이스
2a: 바닥판
2b: 측벽
3: 압전 소자
4: 흡음재
5: 보강재
7: 댐퍼
8: 충전 수지
9: 플렉시블 기판
10: 단자 유지 부재
11: 핀 단자
12: 리드 선
13: 공동
101, 102: 초음파 센서

Claims (6)

  1. 바닥판 및 측벽을 가지는 바닥이 있는 통 형상의 케이스와,
    상기 케이스 내에서 상기 바닥판 상에 배치되어 있는 압전 소자와,
    상기 케이스 내에서 상기 압전 소자를 덮도록 상기 케이스 내의 적어도 일부에 충전되어 있는 충전 수지를 포함하고,
    상기 케이스의 내면 중 적어도 상기 충전 수지가 접해 있는 면이 조면(粗面)으로 되어 있으며,
    상기 측벽의 내면이 조면으로 되어 있고, 상기 충전 수지가 상기 측벽의 내면에 접해 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바닥판의 내면이 조면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 조면의 표면 거칠기(Ra)는 1.3㎛ 이상 2.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 조면은 샌드 블라스트 가공에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 케이스는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
KR1020177016566A 2014-12-26 2015-12-21 초음파 센서 KR101935784B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-264565 2014-12-26
JP2014264565 2014-12-26
PCT/JP2015/085653 WO2016104415A1 (ja) 2014-12-26 2015-12-21 超音波センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170085104A KR20170085104A (ko) 2017-07-21
KR101935784B1 true KR101935784B1 (ko) 2019-01-07

Family

ID=56150434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177016566A KR101935784B1 (ko) 2014-12-26 2015-12-21 초음파 센서

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6493415B2 (ko)
KR (1) KR101935784B1 (ko)
CN (1) CN107113511B (ko)
WO (1) WO2016104415A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3687191B1 (en) * 2017-09-21 2024-05-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ultrasonic sensor
WO2020153099A1 (ja) * 2019-01-23 2020-07-30 株式会社村田製作所 超音波センサ
DE112020002662A5 (de) * 2019-06-04 2022-03-10 Tdk Electronics Ag Ultraschall-wandler und verfahren zur herstellung eines ultraschall-wandlers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001232294A (ja) * 2000-02-24 2001-08-28 Matsushita Electric Works Ltd 超音波振動子
JP4900022B2 (ja) * 2006-04-28 2012-03-21 株式会社村田製作所 超音波センサ
KR101064922B1 (ko) * 2006-10-20 2011-09-16 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 초음파 센서
JP5339093B2 (ja) * 2010-09-08 2013-11-13 株式会社村田製作所 超音波トランスジューサ
US20140157894A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-12 Tung Thih Electronic Co., Ltd. Transducer Case

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170085104A (ko) 2017-07-21
WO2016104415A1 (ja) 2016-06-30
JP6493415B2 (ja) 2019-04-03
CN107113511B (zh) 2019-10-15
JPWO2016104415A1 (ja) 2017-09-14
CN107113511A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7732993B2 (en) Ultrasonic sensor and method for manufacturing the same
KR101528890B1 (ko) 초음파 센서
US9003887B2 (en) Ultrasonic sensor
WO2007029559A1 (ja) 超音波センサ
KR101935784B1 (ko) 초음파 센서
US7692367B2 (en) Ultrasonic transducer
CN110118595B (zh) 超声波传感器
JP5522311B2 (ja) 超音波センサおよびその製造方法
JP2013078099A (ja) 超音波センサ及びその製造方法
WO2007091609A1 (ja) 超音波センサ
CN115699809A (zh) 超声波传感器
JP4304556B2 (ja) 超音波センサ
US9853578B2 (en) Ultrasonic generator
JP5414427B2 (ja) 超音波送受信器
EP1452243A2 (en) Ultrasonic transmitting/receiving device and method of fabricating the same
JP7088099B2 (ja) 超音波センサ
JP7409249B2 (ja) 超音波トランスデューサ
WO2023203879A1 (ja) 超音波トランスデューサおよびその製造方法
JP7327637B2 (ja) 超音波センサ
JP2017005526A (ja) 振動体
KR101516654B1 (ko) 초음파 트랜스듀서
JP7048474B2 (ja) 超音波センサ
JP2020136931A (ja) 超音波センサ
JP2002296094A (ja) 超音波液面計

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant