JP4228997B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出する超音波センサに関するものである。

従来から、超音波センサは、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す構成のものが知られている。超音波センサ８０は、有底状のケース８１の底面が平板状の振動体部８２とされ、圧電振動素子８３がケース８１内にて振動体部８２に貼付けられている。圧電振動素子８３は、半田８４を介して＋リード線８５に接続されていると共に、導電部材（不図示）を介して−リード線８６に接続されている。また、吸音材８７がケース８１内に配置され、さらに、絶縁性材料８８，８９によりケース８１内が封止されている。絶縁性材料８８と絶縁性材料８９はシリコン等の同じ材質である。吸音材８７には、＋リード線８５を通す孔８７ａが開いており、その孔８７ａを＋リード線８５が通っている。

このような超音波センサ８０は、以下のようにして組立てられる。まず、＋リード線８６を半田８４により圧電振動素子８３に半田付け接続し、吸音材８７の孔８７ａに＋リード線８６を通して、吸音材８７をケース８１内に装着する。次に、絶縁性材料８８をケース８１内に充填して硬化させる。これにより、＋リード線８５が通された吸音材８７の孔８７ａが絶縁性材料８８により封止される。その後、絶縁性材料８９をケース８１内に充填して硬化させる。

絶縁性材料８８と絶縁性材料８９は同じ材質であるが、絶縁性材料８８を封止し硬化させた後に絶縁性材料８９を封止することにより、絶縁性材料８９が圧電振動素子８３へ漏洩することを防ぎ、かつ、吸音材８７が絶縁性材料８９の重みにより撓んで圧電振動素子８３へ接触することを防いでいる。また、絶縁性材料８８と絶縁性材料８９は、ケース８１の振動防止の役目も果たしている。

このような構成の超音波センサ８０は、＋リード線８５及び−リード線８６を介して圧電振動素子８３に電圧が印加されることにより、圧電振動素子８３が歪み、振動体部８２が振動して、矢印Ｐ方向に超音波を発信する。また、超音波センサ８０は、超音波を受けると、振動体部８２が振動し、圧電振動素子８３が歪んで電気信号を発生して、その電気信号を＋リード線８５及び−リード線８６から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無、物体までの距離等の検出処理が行われる。

また、別の超音波センサとして、リード線をケース本体内にインサート成形し、そのリード線の前端部をケース本体の内周面から突出させて、ケース底面に接合された圧電振動素子に半田付け接続する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の超音波センサでは、低残響を図るために、ケース本体の内周面から突出させたリード線の基部に、すなわちリード線とケース本体の内周面に付着するようにシリコン樹脂等の弾性接着剤を塗布して、圧電振動素子の振動がリード線を通じてケースに伝達することを防いでいる。
特開２０００−２３２９０号公報

ところが、上述した図３に示す構成の超音波センサ８０においては、＋リード線８５の根元部位すなわち＋リード線８５と圧電振動素子８３との接続基部に絶縁性材料８８が塗布されず、その影響により、各超音波センサ８０にておいて残響時間がばらつくと共に、低温時においては残響時間が長くなることが判明した。このため、残響時間のばらつきの抑制や低残響化のための品質向上が必須の課題となっていた。なお、上述した特許文献１に記載の超音波センサにおいても、リード線の根元部位には、絶縁性材料が塗布されておらず、同様の課題を有している。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、残響振動の発生源となっている圧電振動素子とリード線との接続基部に弾性接着剤を塗布することにより、残響時間のばらつきを抑制できると共に低温時において残響時間を短く抑制できる超音波センサ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請求項１の発明は、平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子と、圧電振動素子に半田付け接続されるリード線とを備える超音波センサにおいて、リード線の根元部位に弾性接着剤が塗布されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波センサにおいて、ケース内が絶縁性材料により封止されており、弾性接着剤は、絶縁性材料とは異なる組成材料であるものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の超音波センサにおいて、弾性接着剤は、リード線と圧電振動素子を接続する半田に接しているものである。

請求項１の発明によれば、残響振動の発生源となっているリード線の根元部位に、すなわち圧電振動素子とリード線との接続基部に弾性接着剤を塗布することにより、常温時における残響時間のばらつきを抑制でき、また、低温時の残響時間を短く抑制できる。これにより、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができ、品質が向上する。

請求項２の発明によれば、弾性接着剤を圧電振動素子に接触することなくリード線の根元部位へ塗布することができ、また、絶縁性材料の圧電振動素子への漏洩を防止できる。

請求項３の発明によれば、常温時における残響時間のばらつきを一層抑制でき、また、低温時の残響時間を一層短く抑制できる。

以下、本発明を具体化した実施形態による超音波センサについて図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、超音波センサの構成を示す。この超音波センサ１は、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられるセンサであり、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出するセンサである。

超音波センサ１は、超音波を発生させるための圧電振動素子２と、超音波を吸音する吸音材３と、吸音材３を保持する保持体４と、圧電振動素子２及び吸音材３を収納するケース５と、圧電振動素子２を駆動し又は圧電振動素子２からの信号を送出するプラス（＋）リード線（以下、＋リード線）６及びマイナス（−）リード線（以下、−リード線）７と、超音波の残響振動を抑制するための弾性接着剤８と、ケース５内を封止する絶縁性材料９，１０とを備えている。

ケース５は、有底略円筒状であり、超音波を発信・受信するための振動体部１１を有しており、ケース５の底面が振動体部１１とされている。圧電振動素子２は、振動体部１１の内面に貼付けられており、ケース５内にて振動体部１１に当接している。吸音材３は、保持体４により、圧電振動素子２に接触しないように、圧電振動素子２及び振動体部１１との間に空間を介して保持されている。保持体４は、シリコンから成り、振動体部１１の内面に圧電振動素子２を囲うようにリング状に設置されている。＋リード線６は半田１２により圧電振動素子２に半田付け接続されており、−リード線７は導電部材（不図示）を介して圧電振動素子２に接続されている。吸音材３は、＋リード線６を通す孔３ａを有しており、＋リード線６は、吸音材３の孔３ａに通されている。

弾性接着剤８は、＋リード線６の根元部位に、すなわち圧電振動素子２と＋リード線６との接続基部に、半田１２に接触するように塗布されている。弾性接着剤８は、シリコン樹脂等から成り、絶縁性材料９，１０とは異なる組成材料とされ、絶縁性材料９，１０よりも粘度が高いものとされている。絶縁性材料９と絶縁性材料１０はシリコン等から成り、同じ材質とされている。絶縁性材料９と絶縁性材料１０は、ケース５の振動防止の役目を果たしている。

このような超音波センサ１は、以下のようにして組立てられる。まず、＋リード線６を半田１２により圧電振動素子２に半田付け接続し、吸音材３の孔３ａに＋リード線６を通して吸音材３をケース５内に入れ、吸音材３を保持体４に接着する。次に、弾性接着剤８を＋リード線６の根元部位に塗布する。これは、硬化前の粘性を有する弾性接着剤８を＋リード線６が通された吸音材３の孔３ａに滴下することにより行われる。このように硬化前の粘性を有する弾性接着剤８を＋リード線６が通された吸音材３の孔３ａに滴下することにより、吸音材３の孔３ａに滴下された弾性接着剤８は、孔３ａを垂下して、＋リード線６を覆いつつ半田１２に接触すると共に孔３ａを封止し、また、＋リード線６の根元部位に半田１２に接触するように塗布される。そして、この状態で、弾性接着剤８を硬化させる。これにより、弾性接着剤８が＋リード線６の根元部位に半田１２に接触した状態に付着される。

続いて、絶縁性材料９をケース５内に充填して硬化させ、その後、絶縁性材料１０をケース５内に充填して硬化させる。弾性接着剤８を絶縁性材料９とは別材料として吸音材３の孔３ａに滴下することにより、弾性接着剤８を圧電振動素子２に接触することなく＋リード線６の根元部位へ塗布することができる。また、弾性接着剤８を絶縁性材料９とは別材料として先に硬化させておくことにより、絶縁性材料９の圧電振動素子２への漏洩を防止できる。このようにして、超音波センサ１が組立てられる。

このような構成の超音波センサ１において、＋リード線６及び−リード線７を介して圧電振動素子２に電圧が印加されることにより、圧電振動素子２が歪んで振動体部１１を振動させ、振動体部１１が振動することにより、矢印Ｑの方向に超音波を発信する。また、振動体部１１にて超音波を受信すると、振動体部１１が振動し、圧電振動素子２が振動体部１１の振動により歪んで電気信号を発生して、その電気信号を＋リード線６及び−リード線７から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無や物体までの距離等の検出処理が行われる。

このような構成の本発明の（すなわち、＋リード線の根元部位に弾性接着剤を塗布した）超音波センサ１と、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す従来の（すなわち、＋リード線の根元部位に弾性接着剤を塗布していない）超音波センサ８０について、残響特性を測定する実験を行った。図２（ａ）は、常温時における残響特性を示し、図２（ｂ）は、低温時における残響特性を示している。図２（ａ）（ｂ）において、実線で示すものは、本発明の超音波センサ１の測定結果であり、点線で示すものは、従来の超音波センサ８０の測定結果である。また、横軸は、圧電振動素子の振動を停止させた後の経過時間ｔであり、縦軸は、リード線からの出力電圧ｖすなわち残響振動の強さである。

図２（ａ）から明らかなように、常温時においては、従来の超音波センサ８０では、残響振動が収まるまでに約１．０ｍｓｅｃの時間を要するのに対し、本発明の超音波センサ１では、約０．９ｍｓｅｃで残響振動が収まっている。また、図２（ｂ）から明らかなように、低温時においては、従来の超音波センサ８０では、残響振動が収まるまでに約１．２ｍｓｅｃの時間を要するのに対し、本発明の超音波センサ１では、約１．１ｍｓｅｃで残響振動が収まっている。

このように、本発明の超音波センサ１によれば、残響振動の発生源となっている＋リード線６の根元部位に弾性接着剤８を塗布することにより、常温時における残響時間のばらつきを抑制でき、また、低温時の残響時間を短く抑制できる。従って、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、弾性接着剤８は、必ずしも半田１２に接触している必要はなく、＋リード線６の根元部位に付着されていればよい。また、弾性接着剤８は、必ずしも吸音材３の孔３ａを封止している必要はなく、＋リード線６の根元部位に付着されていればよい。また、弾性接着剤８は、絶縁性材料９と同じ粘度又は絶縁性材料９よりも低い粘度であってもよく、絶縁性材料９と同じ組成材料であってもよい。なお、弾性接着剤８で吸音材３の孔３ａを封止することにより、絶縁性材料９，１０を一体化、すなわち１つの材料とすることも可能である。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る超音波センサの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１断面図。 （ａ）は同超音波センサの常温時における残響特性を示す図、（ｂ）は低温時における残響特性を示す図。 （ａ）は従来の超音波センサの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ａ２断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ２−Ｂ２断面図。

符号の説明

１ 超音波センサ
２ 圧電振動素子
３ 吸音材
３ａ 孔
４ 保持体
５ ケース
６ ＋リード線
７ −リード線
８ 弾性接着剤
９，１０ 絶縁性材料
１１ 振動体部
１２ 半田

Claims (3)

1. 平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて前記振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子と、前記圧電振動素子に半田付け接続されるリード線とを備える超音波センサにおいて、
   前記リード線の根元部位に弾性接着剤が塗布されていることを特徴とする超音波センサ。
2. 前記ケース内が絶縁性材料により封止されており、
   前記弾性接着剤は、前記絶縁性材料とは異なる組成材料であることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記弾性接着剤は、前記リード線と前記圧電振動素子を接続する半田に接していることを特徴とするする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。

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