JPH0918995A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した特性を有し、かつ安価な超音波セン
サを提供する。 【構成】 超音波センサ１０は、外部端子１８ａおよび
１８ｂを含む。外部端子１８ａおよび１８ｂの一端に
は、挟持片１８ａ１および１８ｂ１が形成される。挟持
片１８ａ１および１８ｂ１の一端部は、協働して圧電振
動子１２を挟持し、かつ圧電振動子１２と電気的に接続
される。外部端子１８ａおよび１８ｂの他端には、支持
片１８ａ２および１８ｂ２が、挟持片１８ａ１および１
８ｂ１と一体に形成される。支持片１８ａ２および１８
ｂ２は、それぞれ通路１６ａおよび１６ｂに挿通された
後、略Ｌ字形状に折り曲げられて、ベース部材１６の圧
電振動子１２と反対側の面に固着される。外部端子１８
ａおよび１８ｂの支持片１８ａ２および１８ｂ２は、こ
の超音波センサ１０の入出力端子として用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超音波センサに関し、
特に電気音響変換用の圧電振動子を含み、たとえば障害
物探知や自動ドアなどに用いられる超音波センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、この発明の背景となる従来の
超音波センサの一例を示す断面図解図であり、図１３
は、その要部の斜視図である。この超音波センサ１は、
電気音響変換用の圧電振動子２を含む。圧電振動子２
は、たとえば平面略円形の金属板２ａの一方面に、たと
えば圧電セラミックからなる略円形の圧電体２ｂが貼着
されて形成される。圧電振動子２の金属板２ａの他方面
には、超音波送受信用の略円錐形状のコーン３が固着さ
れる。

【０００３】また、圧電振動子２は、断面略π字形状の
ベース部材４によって支持される。ベース部材４は、圧
電振動子２のノードライン近傍に緩衝材５を介して固着
される。緩衝材５は、振動を吸収するためのものであ
り、たとえばシリコンゴムなどが用いられる。なお、こ
の明細書においてノードラインとは、圧電振動子２の主
面の略中央部から所定の距離をおいた円周上に生じるノ
ードを結んでできる仮想線をいう。

【０００４】さらに、ベース部材４には、入出力端子と
しての外部端子６，６′が固着される。この外部端子
６，６′は、金属ピンで形成される。外部端子６，６′
と圧電振動子２とは、リード線７，７′によって電気的
に接続される。この場合、リード線７の一端は、圧電振
動子２の金属板２ａにはんだ付けされる。また、リード
線７′の一端は、圧電振動子２の圧電体２ｂに半田付け
され、さらにその上からエポキシ系樹脂などで補強され
る。また、リード線７，７′のそれぞれの他端は、図１
４に示すように、ベース部材４の凹部４ａ，４ａ′を通
って、外部端子６，６′に巻き付けられ、さらにその上
から半田付けされる。

【０００５】また、断面略Ｕ字形状のカバー部材８が、
圧電振動子２およびコーン３を覆うようにして、ベース
部材４に固着される。ベース部材４とカバー部材８とで
この従来例の筐体が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の超
音波センサ１では、圧電振動子２と外部端子６，６′と
を電気的に接続するために、リード線７，７′が必要で
ある。しかし、このリード線７，７′は、細くて扱いに
くい。また、従来の超音波センサ１を製造するために
は、リード線７，７′の一端を圧電振動子２に半田付け
する工程と、圧電体２ｂに半田付けした部分をエポキシ
系樹脂で補強する工程と、リード線７，７′の他端を外
部端子６，６′に巻き付ける工程と、巻き付けた上から
外部端子６，６′に半田付けする工程とが必要であるた
め工程数が多い。そのため、従来の超音波センサ１で
は、生産能率を上げにくく、製品コストの低減化も困難
であった。

【０００７】また、外部端子６，６′にリード線７，
７′を巻きつける際に、リード線７，７′に張力が加わ
るため、リード線７′と圧電振動子２の圧電体２ｂとを
半田付けした後、エポキシ系樹脂などで補強しなければ
ならなかった。さらに、リード線７，７′に加わった張
力が、圧電振動子２の振動を抑制して、超音波センサ１
の特性を悪化させる要因となった。

【０００８】さらに、緩衝材５としてシリコンゴムを使
用した場合には、シリコンゴムを硬化させるための工程
が必要であるが、硬化時間が長時間必要であるという問
題があった。また、シリコンゴムの硬化時に、シロキサ
ンガスが発生して、スイッチなどの他の部品の接点不良
等を招く可能性があった。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、安
定した特性を有し、かつ安価な超音波センサを提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる超音波
センサは、圧電振動子と、圧電振動子を収納するための
筐体と、圧電振動子に電気的に接続され、筐体から外部
に延び出るようにして設けられる外部端子とを含む超音
波センサであって、外部端子の一端部は、筐体の内部に
延び入り圧電振動子のノード近傍に直接固着される、超
音波センサである。

【００１１】また、外部端子は、圧電振動子の振動を抑
制しにくいように、弾性を有する材料からなることが好
ましい。

【００１２】さらに、外部端子は、取り扱いやすさの点
で、金属の薄板で形成されることが好ましい。

【００１３】また、圧電振動子は、部品点数を削減し構
造を簡略化するために、筐体内部において、外部端子に
よって支持されることが好ましい。

【００１４】さらに、外部端子の一端部は、圧電振動子
の複数のノード近傍を支持するために分岐して形成して
もよい。また、外部端子の一端部は、圧電振動子の複数
のノード近傍を支持するために環状に形成してもよい。

【００１５】

【作用】外部端子の一端部を圧電振動子のノード近傍に
直接固着することにより、圧電振動子と外部端子とが直
接電気的に接続される。また、外部端子の一端部は、ノ
ード近傍に固着されるので、圧電振動子の振動が抑制さ
れにくい。さらに、外部端子の他端部は、筐体から延び
出て入出力端子として用いられる。このように、この発
明によれば、従来の超音波センサで必要であったリード
線が不要となり、部品点数が削減され構造が簡略化され
る。

【００１６】また、弾性を有する材料から外部端子を形
成することにより、圧電振動子の振動が抑制されにくく
なる。そのため、たとえばシリコンゴムなどの緩衝材が
不要になる。

【００１７】さらに、金属の薄板から外部端子を形成す
ることにより、外部端子が取扱いやすくなり、組み立て
が容易になる。

【００１８】また、圧電振動子を筐体内部において、外
部端子によって支持することにより、従来支持のためだ
けに必要であった支持部材が不要になり、部品点数が削
減され、構造が簡略化される。

【００１９】さらに、外部端子の一端部を分岐して形成
し、または環状に形成することにより、圧電振動子の複
数のノード近傍を支持することができる。これらの場合
には、耐衝撃性に優れ耐久性の良い超音波センサを得る
ことができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、リード線を用いない
ので、リード線を外部端子に巻き付けて半田付けする工
程が不要になり、製造工程が簡略化できる。また、リー
ド線を用いないので、圧電振動子に余計な張力がかから
ない。そのため、圧電振動子の振動が抑制されにくくな
り、特性が安定化する。また、外部端子と圧電振動子と
の接続をエポキシ樹脂などで補強する必要がなくなる。
さらに、従来は、外部端子をベース部材に圧入して固着
していたが、その必要も無くなる。また、シリコンゴム
を使用しないので、他の部品への不都合な影響を排除で
きる。さらに、リード線などの部品点数を削減でき、取
扱いやすくできるため、部品コストおよび製造コストを
低減することができる。

【００２１】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００２２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を示す図解図で
ある。図２は、図１に示す実施例の外部端子を示す斜視
図である。図３は、図１に示す実施例の分解斜視図であ
る。この超音波センサ１０は、電気音響変換用の圧電振
動子１２を含む。この圧電振動子１２は、たとえばエリ
ンバなどの恒弾性金属からなる平面略円形の金属板１２
ａを含む。この圧電振動子１２は、たとえば圧電セラミ
ックからなる略円形の圧電体１２ｂが貼着されて形成さ
れる。この圧電振動子１２は、その中心から所定の距離
をおいた円周上をノードラインとして、屈曲振動するも
のである。

【００２３】圧電振動子１２の金属板１２ａの他方面に
は、超音波送受信用の略円錐形状のコーン１４が固着さ
れる。コーン１４は、たとえばアルミニウムなどの金属
で形成される。

【００２４】圧電振動子１２のコーン１４と反対側に
は、所定の間隔をおいて、平面略円形状のベース部材１
６が配置される。ベース部材１６は、たとえば合成樹脂
などの絶縁材料から形成される。ベース部材１６の直径
方向に対向する両側は、後述するカバー部材２０との間
に、厚み方向へ貫通する通路１６ａ、１６ｂを形成する
ために、直線状に形成される。

【００２５】この超音波センサ１０は、外部端子１８ａ
および１８ｂを含む。外部端子１８ａおよび１８ｂは、
それぞれ弾性を有する細長い短冊状の金属薄板を、図２
に示すように折り曲げて、圧電振動子１２のノード近傍
をその厚み方向の両面から挟持するように形成される。
すなわち、外部端子１８ａおよび１８ｂの一端には、圧
電振動子１２を挟持するための平面略Ｉ字形状の挟持片
１８ａ１および１８ｂ１が形成される。挟持片１８ａ１
および１８ｂ１は、圧電振動子１２の主面と略平行に延
びるように配置される。外部端子１８ａの挟持片１８ａ
１の一端部は、圧電振動子１２の金属板１２ａの他方面
のノード近傍にはんだ付けなどにより固着され、かつ電
気的に接続される。また、外部端子１８ｂの挟持片１８
ｂ１の一端部は、挟持片１８ａ１と協働して圧電振動子
１２を挟持するようにして、圧電振動子１２の圧電体１
２ｂの主面のノード近傍にはんだ付けなどにより固着さ
れ、かつ電気的に接続される。このとき挟持片１８ａ１
および１８ｂ１の一端部は、それぞれ圧電振動子１２の
振動を抑制しないように、圧電振動子１２と間隔を有す
るようにするため略Ｓ字状に折り曲げられて形成され
る。そして、外部端子１８ａおよび１８ｂの挟持片１８
ａ１および１８ｂ１の他端部は、圧電振動子１２の中心
からみて外方へ延びるように形成される。

【００２６】外部端子１８ａおよび１８ｂの他端には、
挟持片１８ａ１および１８ｂ１を支持するための支持片
１８ａ２および１８ｂ２が、挟持片１８ａ１および１８
ｂ１の他端部に一体に形成される。支持片１８ａ２およ
び１８ｂ２は、圧電振動子１２の振動を抑制しないよう
にするために、圧電振動子１２の主面および端面との間
に所定の間隔を有しながら、圧電振動子１２のコーン１
４と反対方向へ延びるように形成される。そして、支持
片１８ａ２および１８ｂ２は、それぞれ通路１６ａおよ
び１６ｂに挿通された後、略Ｌ字形状に折り曲げられ
て、ベース部材１６の圧電振動子１２と反対側の面に固
着される。その後、支持片１８ａ２および１８ｂ２は、
さらに略Ｌ字形状に折り曲げられて、ベース部材１６の
圧電振動子１２と反対側へ延びるように形成される。外
部端子１８ａおよび１８ｂの支持片１８ａ２および１８
ｂ２は、この超音波センサ１０の入出力端子として用い
られる。

【００２７】また、この超音波センサ１０は、断面略Ｕ
字形状のカバー部材２０を含む。カバー部材２０は、ベ
ース部材１６とともに、この超音波センサ１０の筐体を
形成するものである。カバー部材２０のコーン１４と対
向する部分には、超音波を送受信するための貫通孔２０
ａが形成される。貫通孔２０ａには、筐体内部を保護す
るためのスクリーン（図示せず）が設けられる。そし
て、カバー部材２０は、圧電振動子１２およびコーン１
４を覆うようにして、ベース部材１６の端面に固着され
る。したがって、上述の外部端子１８ａおよび１８ｂ
は、一端部が圧電振動子１２のノード近傍に直接固着さ
れ、他端部が筐体の内部から外部へ延び出るようにして
設けられることとなる。

【００２８】この実施例の超音波センサ１０では、上述
のように、外部端子１８ａおよび１８ｂによって圧電振
動子１２のノード近傍を挟持するようにして支持してい
る。しかも、外部端子１８ａおよび１８ｂは、弾性を有
する金属薄板から形成される。そのため、圧電振動子１
２の振動が抑制されにくい。また、従来のようにシリコ
ンゴムなどの緩衝材を用いることなく、不要な振動を吸
収することができる。さらに、外部端子１８ａおよび１
８ｂによって、支持および電気的接続が可能になるた
め、部品点数が削減できる。また、外部端子１８ａおよ
び１８ｂと圧電振動子１２とが、直接電気的に接続され
るので、従来のようなリード線が不要である。また、外
部端子１８ａおよび１８ｂは、金属の薄板で形成されて
いるので、リード線に比べて取り扱いやすく組み立てが
容易である。

【００２９】さらに、図１に示す実施例によれば、リー
ド線を用いないので、リード線を外部端子に巻き付けて
半田付けする工程が不要になり、製造工程が簡略化でき
る。また、リード線を用いないので、圧電振動子１２に
余分な張力がかからない。そのため、圧電振動子１２の
振動が抑制されにくくなり、特性が安定化する。また、
外部端子１８ａおよび１８ｂと圧電振動子１２との接続
をエポキシ樹脂などで補強する必要がなくなる。さら
に、従来は、外部端子１８ａおよび１８ｂをベース部材
１６に圧入して固着していたが、その必要も無くなる。
また、シリコンゴムを使用しないので、他の部品への不
都合な影響を排除できる。さらに、リード線などの部品
点数を削減でき、取扱いやすくできるため、製造工程が
簡略化でき、部品コストおよび製造コストを低減するこ
とができる。

【００３０】図４は、外部端子１８ａおよび１８ｂの変
形例を示す斜視図である。図４に示す外部端子１８ａお
よび１８ｂは、図２に示すものに比べて、外部端子１８
ａおよび１８ｂの一端の挟持片１８ａ１および１８ｂ１
がそれぞれ平面略Ｕ字形状に分岐して形成される。挟持
片１８ａ１および１８ｂ１の一端部は、それぞれ圧電振
動子１２の振動を抑制しないように、圧電振動子１２と
間隔を有するようにするため、略Ｓ字状に折り曲げられ
て形成される。また、挟持片１８ａ１および１８ｂ１の
他端側の中央部には、支持片１８ａ２および１８ｂ２が
一体に形成される。

【００３１】図５は、図４に示す外部端子１８ａおよび
１８ｂによる支持状況を示す斜視図である。図５に示す
場合には、図４に示す外部端子１８ａおよび１８ｂが、
圧電振動子１２のノード近傍の４か所に接続される。こ
のように、図４に示す外部端子１８ａおよび１８ｂによ
れば、圧電振動子１２を確実に挟持することができ、外
部からの衝撃に強く耐久性の高い超音波センサ１０を得
ることができる。

【００３２】図６は、外部端子１８ａおよび１８ｂの他
の変形例を示す斜視図である。図６に示す外部端子１８
ａおよび１８ｂは、図２に示すものに比べて、外部端子
１８ａおよび１８ｂの一端の挟持片１８ａ１および１８
ｂ１が、それぞれ環状に形成される。この場合には、挟
持片１８ａ１および１８ｂ１は、圧電振動子１２を保護
するために、平面略円形の圧電振動子１２よりも大きな
直径の環状に形成される。挟持片１８ａ１および１８ｂ
１は、圧電振動子１２の両主面と間隔を有して平行に配
置される。そして、挟持片１８ａ１および１８ｂ１から
は、それぞれ４本の平面略Ｉ字形状の挟持片１８ａ３お
よび１８ｂ３が、円周方向に等しく間隔をおきながら、
圧電振動子１２の中心方向へ向かって突き出し形成され
る。これら合計８つの挟持片１８ａ３および１８ｂ３の
一端部は、それぞれ圧電振動子１２の振動を抑制しない
ように、圧電振動子１２と間隔を有するようにするため
略Ｓ字状に折り曲げられて形成される。また、挟持片１
８ａ１および１８ｂ１の外縁部には、支持片１８ａ２お
よび１８ｂ２が一体に形成される。

【００３３】図７は、図６に示す外部端子１８ａおよび
１８ｂによる支持状況を示す斜視図である。図７に示す
場合には、図６に示す外部端子１８ａおよび１８ｂが、
圧電振動子１２のノード近傍の８か所に接続される。し
かも、この場合には、挟持片１８ａ３および１８ｂ３
が、圧電振動子１２の厚み方向に対向するように配置さ
れて設けられる。したがって、図６に示す外部端子１８
ａおよび１８ｂによれば、圧電振動子１２をより確実に
挟持することができ、外部からの衝撃に強く、耐久性の
高い超音波センサ１０を得ることができる。

【００３４】また、図８は、図７に示した支持状況の変
形例を示す斜視図である。図８に示すように、一端部が
平面環状の外部端子１８ａと、一端部が平面略Ｉ字形状
の外部端子１８ｂとを組み合わせて使用してもよい。同
様に、図示はしないが、一端部が略Ｉ字形状の外部端子
１８ａと、一端部が環状の外部端子１８ｂとを組み合わ
せて使用してもよい。

【００３５】さらに、図９は、図６に示す外部端子の変
形例を示す斜視図である。図９に示す外部端子１８ａ
は、図６に示すものに比べて、圧電振動子１２のノード
ラインを環状に支持しかつ電気的に接続するための挟持
環１８ａ３を含む。挟持環１８ａ３は、環状の挟持片１
８ａ１の内部に配置され、挟持片１８ａ１よりも小さな
直径の環状に形成される。挟持環１８ａ３と挟持片１８
ａ１とは、たとえば４本の接続片１８ａ４によって接続
される。このとき、挟持環１８ａ３は、挟持片１８ａ１
から圧電振動子１２方向へ突き出るようにして配置され
る。そして、挟持環１８ａ３は、圧電振動子１２のノー
ドライン近傍に固着される。図９に示す外部端子１８ａ
を用いても、図７および図８に示したものと同様に圧電
振動子を支持することができる。また、図示はしないが
外部端子１８ｂを同様に形成してもよい。図４から図９
に示した変形例によっても、図１に示した実施例と同様
の効果を得ることができる。

【００３６】図１０は、この発明の他の実施例を示す図
解図であり、図１１はその要部の斜視図である。この変
形例では、圧電振動子１２が従来例と同様に支持され
る。そして、図２に示した外部端子１８ａおよび１８ｂ
が、圧電振動子１２のノード近傍にたとえば半田付けな
どにより固着され、かつ電気的に接続される。この場
合、図１１に示すように、ベース部材１６を切り欠い
て、通路１６ａおよび１６ｂが形成される。そして、外
部端子１８ａおよび１８ｂは、通路１６ａおよび１６ｂ
を通って、ベース部材１６の厚み方向両側へ延びるよう
に配置される。図１０に示す変形例の場合には、従来の
リード線を用いたときのような張力が圧電振動子１２と
外部端子１８ａおよび１８ｂとの固着部にかからないた
め、エポキシ樹脂などによる補強の必要がない。

【００３７】なお、上述の実施例では、外部端子１８ａ
および１８ｂをベース部材１２の圧電振動子１２と反対
側の面に固着して設けたが、これに限らず、たとえば、
ベース部材１２とカバー部材２０との間に挟持するよう
にして設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す実施例の外部端子を示す斜視図であ
る。

【図３】図１に示す実施例の分解斜視図である。

【図４】図２に示す外部端子の変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】図４に示す外部端子による支持状況を示す斜視
図である。

【図６】図２に示す外部端子の他の変形例を示す斜視図
である。

【図７】図６に示す外部端子による支持状況を示す斜視
図である。

【図８】図７に示した支持状況の変形例を示す斜視図で
ある。

【図９】図６に示す外部端子の変形例を示す斜視図であ
る。

【図１０】この発明の他の実施例を示す図解図である。

【図１１】図１１は図１０に示す変形例の要部の斜視図
である。

【図１２】この発明の背景となる従来の超音波センサの
一例を示す断面図解図である。

【図１３】図１３に示す超音波センサの要部を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１０ 超音波センサ １２ 圧電振動子 １２ａ 金属板 １２ｂ 圧電体 １４ コーン １６ ベース部材 １６ａ，１６ｂ 通路 １８ａ，１８ｂ 外部端子 ２０ カバー部材 ２０ａ 貫通孔 １８ａ１，１８ｂ１ 挟持片 １８ａ２，１８ｂ２ 支持片 ２０ カバー部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子、 前記圧電振動子を収納するための筐体、および前記圧電
   振動子に電気的に接続され、前記筐体から外部に延び出
   るようにして設けられる外部端子を含む超音波センサで
   あって、 前記外部端子の一端部は、前記筐体の内部に延び入り前
   記圧電振動子のノード近傍に直接固着される、超音波セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記外部端子は、弾性を有する材料から
   なる、請求項１に記載の超音波センサ。
3. 【請求項３】 前記外部端子は、金属の薄板で形成され
   る、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
4. 【請求項４】 前記圧電振動子は、前記筐体内部におい
   て、前記外部端子によって支持される、請求項１ないし
   請求項３のいずれかに記載の超音波センサ。
5. 【請求項５】 前記外部端子の一端部は、前記圧電振動
   子の複数のノード近傍を支持するために分岐して形成さ
   れる、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音
   波センサ。
6. 【請求項６】 前記外部端子の一端部は、前記圧電振動
   子の複数のノード近傍を支持するために環状に形成され
   る、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波
   センサ。