JPH10257595A

JPH10257595A - 超音波センサ

Info

Publication number: JPH10257595A
Application number: JP9053494A
Authority: JP
Inventors: Koichi Watanabe; 浩一渡辺; Kazutaka Ochiai; 千貴落合; Junji Ota; 順司太田; Masaharu Oda; 正晴小田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-07
Also published as: JP3233059B2; DE19808994C2; US5987992A; DE19808994A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ケース内に温度補償用コンデンサを内蔵して
なる超音波センサにおいて、ケース内におけるリード線
接続作業及び接続確認作業を容易に行うことができ、信
頼性に優れた超音波センサを得る。【解決手段】ケース２内に圧電振動素子３及び温度補
償用コンデンサ５を内蔵してなる超音波センサ１におい
て、温度補償用コンデンサ５として、誘電体５ａの１つ
の面に電極５ｂ，５ｃが形成されており、該１つの面上
においてリード線６ａ，６ｂを接続してなる超音波セン
サ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を送・受信
することにより障害物等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、ケース内に圧電素子及
び温度補償用コンデンサを内蔵してなる超音波センサの
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば車両搭載用障害物センサな
どに用いられる超音波センサが知られている。図１２
は、この種の超音波センサの一例を説明するための断面
図である。

【０００３】図１２に示すように、超音波センサ６１
は、一端が閉じられており、かつ金属よりなる筒状のケ
ース６２を用いて構成されている。ケース６２の閉じら
れた端面６２ａが超音波を送・受信する部分である。

【０００４】ケース６２の端面６２ａの内側には圧電振
動素子６３が固定されている。圧電振動素子６３は、Ｐ
ＺＴ系圧電セラミックスよりなる圧電セラミック板の両
主面に電極（図示せず）を形成した構造を有する。

【０００５】圧電振動素子６３に近接してポリエステル
製フェルト材からなる吸音材６４が配置されている。ま
た、ケース６２内において、吸音材６４の上方には温度
補償用コンデンサ６５が配置されている。温度補償用コ
ンデンサ６５は、セラミック板の両主面に電極を形成し
た構造を有する。温度補償用コンデンサ６５の一方主面
の電極は圧電振動素子６３にリード線６６ａにより電気
的に接続されている。温度補償用コンデンサ６５の他方
主面の電極はリード線６６ｂを介してケース６２に電気
的に接続されている。なお、ケース６２は、圧電振動素
子６３の他方主面（図面上下面）の電極に電気的に接続
されている。

【０００６】温度補償用コンデンサ６５ｂの両主面の電
極には、それぞれ、引出しリード線６７ａ，６７ｂが接
続されており、引出しリード線６７ａ，６７ｂはケース
外に設けられたコネクター６８に電気的に接続されてい
る。

【０００７】ケース６２内には、超音波の反射を防止す
るために、吸音用のシリコーン接着剤６９が充填されて
いる。また、ケース６２の開口側を被覆するように吸音
材７０が固定されている。吸音材７０は、発泡ポリウレ
タンにより構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】超音波センサ６１で
は、圧電振動素子６３の静電容量が温度変化により大き
く変動し、共振特性が変化することに鑑み、温度補償用
コンデンサ６５が接続されている。

【０００９】しかしながら、温度補償用コンデンサ６５
を配置したために、超音波センサ６１の組み立てに際し
リード線６６ａ，６６ｂ，６７ａ，６７ｂの半田付け等
による接合作業の作業性が低下するという問題があっ
た。

【００１０】すなわち、超音波センサ６１の組み立てに
際しては、リード線６６ａ，６６ｂによる接合は、シリ
コーン樹脂６９の充填前に完了されていなければならな
い。ところが、温度補償用コンデンサ６５は、セラミッ
ク板の両主面に電極を形成した構造を有するため、温度
補償用コンデンサ６５を図１２に示す位置に保ったま
ま、温度補償用コンデンサ６５の各主面の電極に、それ
ぞれ、リード線６６ａ，６６ｂを半田付け等により接合
しなければならず、接合作業が煩雑であった。

【００１１】加えて、シリコーン樹脂６９の充填に際し
ては、リード線６６ａ，６６ｂが確実に温度補償用コン
デンサ６５に接合されているか否かを目視により判別し
なければならないが、温度補償用コンデンサ６５の両主
面にリード線６６ａ，６６ｂを接合する構造であるた
め、目視による判別に際し、温度補償用コンデンサ６５
の両面をそれぞれ視認しなければならなかった。

【００１２】また、リード線６７ａ，６７ｂの接合につ
いても、吸音材７０を硬化させるに先立ち、リード線６
７ａ，６７ｂが温度補償用コンデンサ６５に確実に接合
されているか否かを確かめなければならなかったが、こ
の場合においても、リード線６７ａ，６７ｂは温度補償
用コンデンサ６５の両主面の電極にそれぞれ接続される
ものであるため、温度補償用コンデンサ６５の各主面を
観察する必要があった。

【００１３】さらに、温度補償用コンデンサ６５は、セ
ラミック板の両主面に電極を形成して静電容量を取り出
す構造を有するため、全体の寸法が比較的大きかった。
従って、外部から冷熱衝撃が加えられた場合、歪みが発
生し易かった。加えて、シリコーン樹脂６９を注入する
に際し、温度補償用コンデンサ６５が比較的大きく、シ
リコーン樹脂６９と温度補償用コンデンサ６５との接触
面積が大きいので、超音波の反射をもたらす気泡がケー
ス６２内で発生しがちであるという問題もあった。

【００１４】加えて、温度補償用コンデンサ６５の寸法
が比較的大きいため、温度補償用コンデンサ６５自体に
よる超音波の反射も無視できなかった。さらに、温度補
償用コンデンサ６５は、そのセラミック板の主面が圧電
振動素子６３と直交する方向に配置されているため、温
度補償用コンデンサ６５の上端は、圧電振動素子６３か
らかなりの距離をもって隔てられていた。そのため、圧
電振動素子６３の温度変化に対する温度補償用コンデン
サ６５の温度追従性が十分でなく、十分な温度補償機能
を得ることができないこともあった。

【００１５】本発明の目的は、ケース内に圧電振動素子
及び温度補償用コンデンサを内蔵してなる超音波センサ
において、温度補償用コンデンサの電気的接続作業を簡
略化することができる、信頼性に優れた超音波センサを
提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、冷熱衝撃が加えられ
た際の温度補償用コンデンサの歪みが生じ難く、ケース
内に弾性樹脂を充填する際の気泡の発生を抑制すること
ができ、かつ所望でない超音波の反射を防止し得る構造
を備えた超音波センサを提供することにある。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、温度補償用コ
ンデンサを備えた超音波センサであって、温度補償用コ
ンデンサが圧電振動素子の温度変化に対する追従性に優
れており、従って温度補償機能に優れた温度補償用コン
デンサを有する超音波センサを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る超音波センサは、ケースと、前記ケース内に収納さ
れた圧電振動素子と、前記ケース内に収納された温度補
償用コンデンサと、前記圧電振動素子と前記温度補償用
コンデンサとを電気的に接続している第１のリード線
と、前記温度補償用コンデンサに接続されておりかつケ
ース外に引き出されている第２のリード線とを備え、前
記温度補償用コンデンサが、誘電体の１つの面に形成さ
れた一対の電極を有することを特徴とする。なお、第
１，第２のリード線は同一であってもよい。すなわち兼
用されていてもよい。

【００１９】請求項２に記載の発明は、超音波の波長を
λとすると、温度補償用コンデンサは、その超音波の伝
搬方向の寸法が、λ／４未満の長さである。請求項３に
記載の発明は、超音波の波長をλとすると、温度補償用
コンデンサの圧電振動素子から最も離れた部分と、圧電
振動素子との間の距離がλ／４未満である。

【００２０】

【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。図１に示
すように、超音波センサ１は、筒状のケース２内に圧電
素子３を配置した構造を有する。筒状ケース２は、アル
ミニウムなどの金属材料により構成されている。

【００２１】ケース２の下方は閉じられており、下方の
端面２ａから超音波が送・受信される。端面２ａの内側
には、圧電振動素子３が貼り付けられている。圧電振動
素子３は、ＰＺＴ系圧電セラミックスからなる圧電板の
両主面に電極（図示されず）を形成した構造を有する。
なお、下面の電極は、接着剤（図示せず）を介してケー
ス２に密着して貼り合わされている。ケース２を金属材
料で構成しているため、圧電振動素子３の下面の電極は
ケース２に電気的に接続されている。

【００２２】圧電振動素子３の上方には、吸音材４が配
置されている。吸音材４は、所望でない超音波の反射を
吸収するために設けられている。吸音材４を構成する材
料については、所望でない超音波の反射を防止し得る限
り、特に限定されるものではないが、本実施例では、ポ
リエステル製フェルト部材が用いられている。

【００２３】吸音材４の上方には温度補償用コンデンサ
５が配置されている。温度補償用コンデンサ５は、図２
に拡大して示すように、直方体状の形状を有する誘電体
５ａの両端に電極５ｂ，５ｃを形成した構造を有する。
この温度補償用コンデンサ５は、積層セラミックコンデ
ンサにより構成されており、誘電体５ａは、誘電体セラ
ミックスよりなり、内部に静電容量を取り出すための内
部電極が複数形成されている。これらの内部電極は、図
示の電極５ｂまたは電極５ｃに電気的に接続されてい
る。

【００２４】電極５ｂ，５ｃは、誘電体５ａの１つの端
面から他の４つの面に至るように形成されている。従っ
て、誘電体５ａの１つの面、例えば上面５ｄ上に、一対
の電極５ｂ，５ｃが存在する。なお、温度補償用コンデ
ンサ５では、上面５ｄだけでなく下面及び一対の側面の
それぞれにおいても、電極５ｂ，５ｃが存在する。

【００２５】図１に戻り、圧電振動素子３の上面の電極
（図示されず）がリード線６ａにより温度補償用コンデ
ンサ５の電極５ｂに電気的に接続されている。また、温
度補償用コンデンサ５の電極５ｃがリード線６ｂにより
金属ケース２に電気的に接続されている。リード線６
ａ，６ｂの接続は、半田付けあるいは導電性接着剤等を
用いて行われる。

【００２６】本実施例の超音波センサ１では、誘電体５
ａの１つの面に一対の電極５ｂ，５ｃが形成されている
ので、リード線６ａ，６ｂの温度補償用コンデンサ５へ
の接合を容易に行うことができる。すなわち、リード線
６ａ，６ｂを電極５ｂ，５ｃに例えば半田付けにより接
合する場合、誘電体５ａの１つの面上に電極５ｂ，５ｃ
が存在するので、該誘電体５ａの１つの面上においてリ
ード線６ａ，６ｂの接合作業を容易に行うことができ
る。

【００２７】また、ケース２内には、弾性樹脂７が充填
されている。弾性樹脂７は、例えばシリコーン樹脂やブ
チルゴムなどのゴム弾性に優れた樹脂により構成されて
おり、それによって不要な超音波の反射を抑制するよう
に構成されている。

【００２８】上記弾性樹脂７を充填する前に、リード線
６ａ，６ｂの接合作業を完了していなければならない。
従って、弾性樹脂７を充填するに際しては、リード線６
ａ，６ｂが温度補償用コンデンサ５に確実に接合されて
いるか否かを目視により観察しなければならない。本実
施例の超音波センサ１では、温度補償用コンデンサ５の
誘電体５ａの１つの面においてリード線６ａ，６ｂが接
合されているので、リード線６ａ，６ｂの接合状態を一
度の目視により容易に確認することができる。

【００２９】すなわち、従来の超音波センサ６１では、
温度補償用コンデンサ６５の片面側の接合部分を目視に
より確認した後、他面側の接合部分の確認を行わなけれ
ばならなかったのに対し、本実施例の超音波センサ１で
は、誘電体５ａの１つの面で形成されている２つの接合
部分を一度に確認することができる。

【００３０】温度補償用コンデンサ５には、引出しリー
ド線８ａ，８ｂが半田付け等により接合されている。引
出しリード線８ａ，８ｂは、ケース２外に延ばされてお
り、コネクター９に接合されている。コネクター９は、
超音波センサ１の出力を得る増幅器などに直ちに接続す
ることを可能とするために設けられている。

【００３１】引出しリード線８ａ，８ｂの温度補償用コ
ンデンサ５への接合についても、弾性樹脂７の充填前に
行わねばならない。この場合も、引出しリード線８ａ，
８ｂの温度補償用コンデンサ５に対する接合状態を、一
度の目視により容易に確認することができる。

【００３２】さらに、温度補償用コンデンサ５の超音波
の伝搬方向の寸法が、超音波のλ／４未満とされてい
る。より具体的には、図２に示す長さｌ、幅ｗ及び厚み
ｔは、それぞれ、ｌ＝３．３ｍｍ、ｗ＝１．６ｍｍ及び
ｔ＝０．６ｍｍとされている。すなわち、空気中におけ
る２０℃での音波伝搬速度Ｃは、Ｃ＝３４４ｍ／秒であ
り、周波数４０ｋＨｚでは、波長λはλ＝Ｃ／ｆ＝８．
６ｍｍとなる。従って、λ／４＝２．１５ｍｍであるの
で、上記Ｗ＝１．６ｍｍはλ／４未満である。また、圧
電振動素子と、温度補償用コンデンサの圧電振動素子か
ら最も遠い部分との距離は２．０ｍｍとなっており、こ
の距離もλ／４未満である。

【００３３】温度補償用コンデンサ５の上記寸法Ｗがλ
／４未満であるため超音波の定在波による不要反射が発
生しない。また、超音波センサ１に外部から冷熱衝撃が
加えられたとしても、熱による歪みが生じ難いので、耐
冷熱衝撃性を高めることができる。

【００３４】加えて、弾性樹脂７を充填するに際し、温
度補償用コンデンサ５と弾性樹脂７との接触面積が小さ
いため、気泡が発生し難く、気泡に起因する超音波の所
望でない反射を抑制することができる。

【００３５】なお、本実施例では、温度補償用コンデン
サ５として直方体状の積層コンデンサを用いたが、本発
明において温度補償用コンデンサとして用い得る構造は
これに限定されるものではない。すなわち、誘電体の１
つの面に一対の電極を有する限り、適宜の構造のコンデ
ンサを用いることができる。

【００３６】例えば、図３に示すように、円板状の誘電
体１０ａの少なくとも１つの面に一対の電極１０ｂ，１
０ｃを形成してなるコンデンサ１０を用いてもよい。ま
た、図４に示すように、円板状の誘電体１１ａの少なく
とも一方主面において大きさの異なる一対の電極１１
ｂ，１１ｃを形成してなるコンデンサ１１を用いてもよ
い。

【００３７】なお、円板状の誘電体１０ａ，１１ａにつ
いては、角板状等の他の形状であってもよい。コンデン
サ１０，１１についても、１つの面に一対の電極１０
ｂ，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃを有するため、温度補償用
コンデンサ５に代えて用いることにより、図１に示した
超音波センサ１と同様の作用効果を発揮する。

【００３８】図３及び図４に示したコンデンサ１０，１
１についても、超音波の伝搬方向に対する寸法がλ／４
未満であり、圧電振動素子から最も遠い部分と圧電振動
素子との距離がλ／４未満であれば、温度補償用コンデ
ンサ５を用いた場合と同様に耐冷熱衝撃性の向上、
気泡の発生による不要な超音波の反射の抑制並びに温
度補償用コンデンサ自体による超音波の所望でない反射
の抑制を果たし得る。

【００３９】また、本発明において、温度補償用コンデ
ンサの誘電体を構成する材料については、誘電体セラミ
ックスに限定されず、樹脂などの他の材料であってもよ
い。このように、距離ｘをλ／４未満とし、温度補償用
コンデンサ５の圧電振動素子３からもっとも遠い部分ま
でを、従来の超音波センサ１の場合に比べて圧電振動素
子３に近接させることにより、圧電振動素子３の温度変
化に対する温度補償用コンデンサ５の温度追従性を高め
ることができる。従って、温度補償用コンデンサ５によ
る温度補償機能を十分に果たし得ることがわかる。

【００４０】図３及び図４に示したコンデンサ１０，１
１についても、温度補償用コンデンサ５を用いた場合と
同様に耐冷熱衝撃性の向上、気泡の発生による不要
な超音波の反射の抑制並びに温度補償用コンデンサ自
体による超音波の所望でない反射の抑制を果たし得る。

【００４１】図５は、本発明の第２の実施例に係る超音
波センサを説明するための断面図であり、図６はその回
路構成を示す図である。第２の実施例の超音波センサ２
１は、温度補償用コンデンサ５に加えてインダクタンス
素子としてのトランス素子２２及び抵抗素子２３をケー
ス２内にさらに内蔵したことを除いては、第１の実施例
の超音波センサ１と同様に構成されている。従って、超
音波センサ１と同一部分については、同一の参照番号を
付することにより、超音波センサ１について行った説明
を援用することにより詳細な説明を省略する。

【００４２】圧電振動素子３の上面の電極（図示せず）
に接合されているリード線６ａが温度補償用コンデンサ
５の一方の電極５ｂに電気的に接続されている。この電
極５ｂには、リード線２４ａを介してトランス素子２２
が接続されている。同様に、温度補償用コンデンサ５の
他方の電極５ｃにも、リード線２４ｂを介してトランス
素子２２が接続されている。また、電極５ｃには、リー
ド線２５ａを介して抵抗素子２３が接続されている。

【００４３】抵抗素子２３は、抵抗体２３ａの両端に電
極２３ｂ，２３ｃを形成した構造を有する。リード線２
５ａは、一方の電極２３ｂに電気的に接続されている。
また、電極２３ｂには、リード線２５ｂが接続されてお
り、リード線２５ｂの他端がケース２に電気的に接続さ
れている。

【００４４】他方、抵抗素子２３の他方の電極２３ｃに
は、引出しリード線２５ｃが電気的に接続されており、
該引出しリード線２５ｃはケース２２外に引き出されて
いる。さらに、トランス素子２２にも、引出しリード線
２６ａ，２６ｂが接続されている。引出しリード線２６
ａ，２６ｂ，２５ｃは、ケース２２外に設けられたコネ
クター（図示せず）に接合されている。

【００４５】本実施例においても、温度補償用コンデン
サ５は、誘電体５ａの１つの面に一対の電極５ｂ，５ｃ
が形成されている構造を有する。従って、リード線６
ａ，２５ａ，２４ａ，２４ｂの温度補償用コンデンサ５
への接合作業を第１の実施例と同様に簡略化することが
できる。

【００４６】また、抵抗素子２３についても、抵抗体２
３ａの１つの面に電極２３ｂ，２３ｃが位置するように
構成されている。よって、抵抗素子２３に対するリード
線２５ａ，２５ｂ，２５ｃの接合作業も、温度補償用コ
ンデンサ５の場合と同様に簡略化することができる。

【００４７】よって、第２の実施例においてもリード線
の接合作業を簡略化することができ、弾性樹脂７の充填
に際してこれらのリード線の接合部分の確認を容易に行
うことができる。

【００４８】なお、温度補償用コンデンサ５は、実施例
１と同様に、その最大外形寸法が５ｍｍ以内とされてい
るため、実施例１と同様に、耐冷熱衝撃性の向上、
気泡の発生の抑制による超音波の所望でない反射の抑
制、並びに温度補償用コンデンサ５における所望でな
い超音波の反射の抑制を果たし得る。

【００４９】好ましくは、抵抗素子２３及びトランス素
子２２についても、最大外形寸法を５ｍｍ以下とするこ
とにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
超音波センサ２１では、上記のように、トランス素子２
２及び抵抗素子２３が内蔵され、かつ上記のように接合
されているため、図６に示す回路図から明らかなよう
に、温度補償用コンデンサ５と、トランス素子２２及び
抵抗素子２３により、ＬＣＲ共振回路がケース２内にお
いて一体的に構成されかつ内蔵されていることになる。

【００５０】図６において、Ｌ１，Ｌ２はトランス素子
２２における一次側及び二次側のインダクタンスを、Ｃ
₁は、温度補償用コンデンサ５の静電容量を、Ｒ₁は抵
抗素子２３の抵抗を示し、Ｒ₀、Ｌ₀、Ｃ₀及びＣ
_dは、圧電振動素子３の等価回路を示す。

【００５１】今、インダクタンスＬ₂、容量Ｃ₁、Ｃ_d
は、並列共振回路を構成しているので、共振周波数ｆ₀
は、

【００５２】

【数１】

【００５３】となる。共振周波数において、インピーダ
ンスが無限大となる。他方、圧電振動素子３の等価イン
ダクタンスＬ₀及び等価静電容量Ｃ₀は、直列共振回路
を構成しているので、共振周波数ｆ₀は、

【００５４】

【数２】

【００５５】となる。共振周波数においてインピーダン
ス０となる。従って、共振周波数において超音波センサ
２１のインピーダンスが最小となるように、インダクタ
ンスＬ₂及び温度補償用コンデンサ５の静電容量Ｃ₁の
値を決定し、これらの部品を超音波センサ２１に内蔵さ
せることにより、超音波センサ２１の温度追従性の向上
を図り得ることがわかる。

【００５６】図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の
実施例に係る超音波センサを説明するための断面図及び
その回路構成を示す図である。超音波センサ３１は、温
度補償用コンデンサ５に、インダクタンス素子としての
トランス素子２２が接続されて、ＬＣ共振回路を構成し
ていることを除いては、第１の実施例の超音波センサ１
と同様に構成されている。従って、同一部分について
は、同一の参照番号を付することにより、その詳細な説
明は省略する。

【００５７】温度補償用コンデンサ５の電極５ｂ，５ｃ
に、それぞれリード線２４ａ，２４ｂを介してトランス
素子２２が接続されている。トランス素子２２について
も、ケース２内に配置されており、弾性樹脂７によりケ
ース２内に固定されている。トランス素子２２には、引
出しリード線８ａ，８ｂが接続されている。

【００５８】このように、本発明に係る超音波センサ３
１では、温度補償用コンデンサ５に加えて、トランス素
子２２を接続することにより、ケース２内にＬＣ共振回
路を構成してもよく、それによって第２の実施例の超音
波センサ２１と同様に温度追従性を高め得る。

【００５９】次に、第１の実施例に係る超音波センサ１
及び第２の実施例に係る超音波センサ２１の具体的な実
験例につき説明する。超音波センサ１，２１について、
図８に示す測定回路を用いて温度特性を測定した。

【００６０】図８の測定回路において、４１はオシロス
コープ、４２はファンクション・ジェネレータを示す。
ファンクション・ジェネレータ４２から矩形波周波数４
０ｋＨｚ、パルス幅０．２ｍｓｅｃ、パルスサイクル＝
５０Ｈｚ、電圧１０Ｖ_O-Pの超音波パルスを発生し、超
音波センサＢに印加し、超音波を２００ｍｍ離れた位置
に配置された反射板４３に投射し、反射されてきた超音
波を超音波センサＢで測定し、オシロスコープ４１にて
送信波形及び受信波形を観察した。

【００６１】上記超音波センサＢとして、下記の仕様の
超音波センサ１を用い、送・受信を観察したところ、図
９に示す結果が得られた。超音波センサ１の仕様…ＰＺＴ系圧電セラミックスから
なり、直径７ｍｍ×厚み０．１６ｍｍの円板状の圧電セ
ラミック板の両主面に銀電極を形成したもの。

【００６２】温度補償用コンデンサ５…３．３ｍｍ×
１．６ｍｍ×０．６ｍｍで静電容量＝１４００ｐＦの積
層コンデンサ。距離ｘ＝２ｍｍ図９から、超音波パルス立ち上がり時間、すなわち超音
波パルスを送信してから、得られた反射信号Ｙの強度が
２ｍＶ_ppとなるまでの時間を測定したところ、１．０ｍ
ｓｅｃであり、感度は１６ｍＶ_ppであった。

【００６３】次に、上記の仕様の超音波センサ１の温度
特性を超音波センサ１が配置される温度を種々変化させ
て測定した。結果を図１０に示す。図１０において、横
軸は温度、縦軸は超音波センサの実測静電容量を示す。
また、実線Ｃは、用いた温度補償用コンデンサ５の単体
の温度特性を、実線Ｄは温度補償用コンデンサ５が設け
られていない超音波センサの温度特性を、破線Ｅは超音
波センサ１すなわち温度補償用コンデンサ５を備えた超
音波センサの温度特性を示す。

【００６４】図１０から明らかなように、温度補償用コ
ンデンサ５をセンサに組み合わせることにより、破線Ｅ
で示すように、温度変化による超音波センサ１の全体の
容量の変化を抑制し得ることがわかる。

【００６５】次に、超音波センサ１，３１及び図１２に
示した従来の超音波センサ６１のパルス立ち下がり時間
の温度特性を測定した。結果を図１１に示す。超音波セ
ンサ１としては上記仕様のものを用い、超音波センサ３
１，６１は以下の仕様とした。

【００６６】超音波センサ３１の仕様…抵抗値１０ｋΩ
の抵抗素子２３及びＬ₁＝６４μＨ、Ｌ₂＝３．８６ｍ
Ｈのトランス素子２２を用いたことを除いては、超音波
センサ１と同様に構成した。

【００６７】従来の超音波センサ６１の仕様…温度補償
用コンデンサとして、直径８．３×厚み０．５１ｍｍの
誘電体セラミック板の両主面に銀電極を形成したものを
用い、図１２における圧電振動素子６３と、温度補償用
コンデンサ６５の圧電振動素子６３から最も遠い部分と
の間の距離ｙ＝５ｍｍとしたことを除いては、実施例の
超音波センサ１と同様とした。

【００６８】図１１において、実線Ｆが従来の超音波セ
ンサの結果を、破線Ｇが第１の実施例に係る超音波セン
サ１の結果を、実線Ｈが第２の実施例に係る超音波セン
サ２１の結果を示す。

【００６９】図１１の結果を表にして示すと、以下の表
１のとおりとなる。

【００７０】

【表１】

【００７１】図１１及び表１から明らかなように、従来
の超音波センサ６１に比べて、超音波センサ１，３１で
は、温度変化が与えられたとしても、パルス立ち下がり
時間の変動が小さいことがわかる。従って、超音波セン
サ１，３１では、従来の超音波センサ６１に比べて温度
特性を高め得ることがわかる。

【００７２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、温度補
償用コンデンサが誘電体の１つの面に形成された一対の
電極を有する構造を有するため、ケース内において、温
度補償用コンデンサに対するリード線の接合作業を容易
に行うことができると共に、ケース内に弾性樹脂を充填
するに先立ち温度補償用コンデンサとリード線の接合部
分の確認を容易に行うことができる。従って、超音波セ
ンサの生産性を高めて安価な超音波センサを提供し得る
と共に、超音波センサの信頼性も高めることが可能とな
る。

【００７３】請求項２に記載の発明によれば、温度補償
用コンデンサの超音波の伝搬方向の寸法がλ／４未満と
されているため、超音波の定在波による不要反射が発生
せず、かつ耐冷熱衝撃性を高めることができ、さらに弾
性樹脂充填に際しての気泡の発生を抑制することができ
る。従って、気泡の発生の抑制による所望でない超音波
の反射を防止し得るだけでなく、コンデンサ自体による
超音波の所望でない反射を抑制することができる。よっ
て、超音波センサの小型化だけでなく、耐冷熱衝撃性及
び測定精度の向上を図ることが可能となる。

【００７４】請求項３に記載の発明では、温度補償用コ
ンデンサの圧電振動素子から最も遠い部分と圧電振動素
子との間の距離がλ／４未満とされているため、温度補
償用コンデンサの圧電振動素子に対する温度追従性が高
められるので、超音波センサの測定精度の温度変化によ
るバラつきを、効果的に抑制することができ、温度特性
の安定な超音波センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る超音波センサを説
明するための断面図。

【図２】第１の実施例で用いられている温度補償用コン
デンサを示す斜視図。

【図３】本発明で用い得る温度補償用コンデンサの他の
例を示す斜視図。

【図４】本発明で用い得る温度補償用コンデンサのさら
に他の例を説明するための斜視図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る超音波センサを示
す断面図。

【図６】第２の実施例の超音波センサの回路構成を示す
回路図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施例に
係る超音波センサの断面図及び回路構成を示す回路図。

【図８】実験例において超音波センサの特性を測定する
のに用いた測定回路を示す回路図。

【図９】第１の実施例に係る超音波センサの測定結果を
説明するためのオシロスコープ状の波形を示す図。

【図10】第１の実施例に係る超音波センサの温度特性を
説明するための図。

【図11】第１，第２の実施例の超音波センサと従来の超
音波センサの温度特性を説明するための図。

【図12】従来の超音波センサを示す断面図。

【符号の説明】

１…超音波センサ２…ケース３…圧電振動素子４…温度補償用コンデンサ５ａ…誘電体５ｂ，５ｃ…電極６ａ，６ｂ…リード線７…弾性樹脂８ａ，８ｂ…リード線１０，１１…コンデンサ１０ａ，１１ａ…誘電体１０ｂ，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃ…電極２１…超音波センサ２２…トランス素子２３…抵抗素子２４ａ，２４ｂ，２５ａ〜２５ｃ…リード線３１…超音波センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田正晴京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケースと、前記ケース内に収納された圧
電振動素子と、前記ケース内に収納された温度補償用コンデンサと、前記圧電素子と前記温度補償用コンデンサとを電気的に
接続している第１のリード線と、前記温度補償用コンデンサに接続されておりかつケース
外に引き出されている第２のリード線とを備え、前記温度補償用コンデンサが、誘電体の１つの面に形成
された一対の電極を有することを特徴とする、超音波セ
ンサ。
【請求項２】超音波の波長をλとすると、温度補償用
コンデンサは、その超音波の伝搬方向の寸法が、λ／４
未満の長さである、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】超音波の波長をλとすると、温度補償用
コンデンサの圧電振動素子から最も離れた部分と、圧電
振動素子との間の距離がλ／４未満である、請求項１ま
たは２に記載の超音波センサ。