JP2008271439A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ信号の発生を防止するとともに残響時間の延長を防止することのできる超音波センサを提供する。
【解決手段】平板状の振動体部１ａを有する略有底円筒状のケース１と、振動体部１ａに当接されて振動体部１ａを振動させる圧電振動素子２と、圧電振動素子２の外周を覆うようにして振動体部１ａの上面に設けられる保持材３と、ケース１内に収納されて圧電振動素子２と厚み方向において所定の間隔を空けて保持材３の上に配設される吸音材４とから成り、圧電振動素子２の吸音材４と対向する面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜２ａで覆った。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波センサに関する。

従来から、車両のバンパー等に設置されて車両周辺の障害物を検知する超音波センサが知られており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。以下、この種の超音波センサの従来例について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図５（ｂ）における上下を上下方向と定めるものとする。

この従来例は、図５に示すように、超音波を発生させるための圧電振動素子２と、超音波を吸収する吸音材４と、吸音材４を保持する保持材３と、圧電振動素子２及び吸音材４を収納するケース１と、圧電振動素子２及びケース１に各々接続されて圧電振動素子２に圧電振動素子２を駆動させるための駆動信号を送信するとともに、圧電振動素子２からの信号を外部の電気回路（図示せず）へ送信するプラスリード線６ａ及びマイナスリード線６ｂと、超音波の残響振動を抑制するための弾性接着剤７と、ケース１内を封止するための封止材８とから成る。

ケース１は、有底略円筒状であって、図５（ｂ）に示すように、ケース１の内底部には略円形状の圧電振動素子２が樹脂製の接着剤により貼付されている。該底部は、圧電振動素子２が駆動することで振動して超音波を発信するとともに、被検知物体（図示せず）からの反射波によって振動することで圧電駆動素子２を駆動させて反射波を受信する振動体部１ａの役割を果たしている。

振動体部１ａには、圧電振動素子２の外周を覆うようにリング状の保持材３が配設されている。保持材３は、シリコーン樹脂から成り、その厚み寸法は圧電振動素子２の厚み寸法よりも大きく設定されている。而して、保持材３の上面にポリエステル繊維から成る略円形状の吸音材４を載置すると吸音材４と圧電振動素子２との間に空間が構成されるようになっており、吸音材４が圧電振動素子２に直接接触しないようになっている。また、振動体部１ａ上面の保持材３を除いた全面に亘って弾性接着剤９が塗布されている。弾性接着剤９は、例えばシリコーン樹脂から成り、ケース１に振動が伝播するのを抑制している。

圧電振動素子２の上面には、プラスリード線６ａの一端部が半田１０によって半田付けされており、その他端部は吸音材４に設けられた略半円形状の切り欠き４ａを通して後述する基板５に接続されている。また、ケース１上部の内周面には、マイナスリード線６ｂの一端部が半田１０によって半田付けされており、その他端部は後述する基板５に接続されている。

ケース１の底部から上下方向における略中央までには、シリコーン樹脂等から成る弾性接着剤７が充填されており、該弾性接着剤７の上面には外部の電気回路（図示せず）と接続されるコネクタケーブル５ａの一端が接続された基板５が配設されている。基板５には、一端部が圧電振動素子２に接続されたプラスリード線６ａの他端部と、一端部がケース１に接続されたマイナスリード線６ｂの他端部がそれぞれ接続されており、該基板５を中継してコネクタケーブル５ａとプラスリード線６ａ及びマイナスリード線６ｂとが電気的に接続されている。而して、コネクタケーブル５ａを介して圧電振動素子２に駆動信号を供給するとともに、振動体部１ａで受信して圧電振動素子２で電気信号に変換される反射信号を電気回路に送信するようになっている。また、ケース１の上下方向における略中央から開口面までには、シリコーン樹脂等から成る封止材８が充填されている。

以下、上記の超音波センサの組立方法について説明する。まず、ケース１上部の内周面にマイナスリード線６ｂの一端部を半田１０によって半田付けするとともに、振動体部１ａであるケース１の底部上面に圧電振動素子２を樹脂製の接着剤によって貼付し、プラスリード線６ａの一端部を圧電振動素子２の上面に半田１０によって半田付けする。次に、ケース１の底部上面に圧電振動素子２の外周を覆うようにして保持材３をリング状に塗布し、更に圧電振動素子２及び保持材３を除いたケース１の底部全面に弾性接着剤９を塗布する。その後、吸音材４を保持材３の上面に載置し、弾性接着剤７をケース１の上下方向における略中央まで充填して硬化させる。最後に、硬化させた弾性接着剤７の上面に基板５を載置するとともにプラスリード線６ａの他端部及びマイナスリード線６ｂの他端部を基板５に半田付けし、封止材８をケース１の開口面まで充填して硬化させることで完成する。

上述のように、圧電振動素子２の外周を覆うようにリング状の保持材３を配設し、該保持材３の上面に吸音材４を配置して圧電振動素子２と吸音材４との間に空間を設けることで、圧電振動素子２と吸音材４とが直接接触するのを防いで残響時間を低減している。
特開２００５−３９６８８号公報

しかしながら、上記従来例では、圧電振動素子２の上面に金属の破片等の異物が存在する場合に、異物が動くことで圧電振動素子２に応力を与えてしまい、被検知物体からの反射波以外のノイズ信号が発生するという問題があった。また、弾性接着剤７の重みによって吸音材４が撓み、圧電振動素子２と接触することで残響時間が延びてしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、ノイズ信号の発生を防止するとともに残響時間の延長を防止することのできる超音波センサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、平板状の底板から成る振動体部を有する有底筒状のケースと、振動体部に当接されて振動体部を振動させる圧電振動素子と、圧電振動素子の外周を覆うようにして振動体部に設けられる保持材と、ケース内に収納されて圧電振動素子と所定の間隔を空けて保持材の上に配設される吸音材とから成る超音波センサであって、圧電振動素子の吸音材と対向する面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜で覆ったことを特徴とする。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、平板状の底板から成る振動体部を有する有底筒状のケースと、振動体部に当接されて振動体部を振動させる圧電振動素子とから成る超音波センサであって、圧電振動素子の振動体部と当接する面と反対側の面及びケース内における圧電振動素子を除いた振動体部の全面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜で覆ったことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、弾性接着膜は、ケース内面の全面に亘って覆設されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、ケース内は絶縁性を有する材料から成る絶縁材で封止され、弾性接着膜は、ケースと絶縁材との接着性を向上させるための媒介材料から成ることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、弾性接着膜は、フィルム材から成ることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、弾性接着膜は、シール材から成ることを特徴とする
請求項７の発明は、請求項６の発明において、弾性接着膜は、シール材をスプレーで噴出することで形成されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、圧電振動素子の吸音材と対向する面を弾性接着膜で覆ったので、金属の破片等の異物が圧電振動素子上に存在しても該異物によって圧電振動素子に応力がかかるのを防ぐことができ、したがってノイズ信号の発生を防止することができる。また、吸音材が撓んでも弾性接着膜と接触するために圧電振動素子に直接接触するのを防ぐことができ、したがって残響時間の延長を防止することができる。

請求項２の発明によれば、圧電振動素子の吸音材と対向する面を弾性接着膜で覆ったので、金属の破片等の異物が圧電振動素子上に存在しても該異物によって圧電振動素子に応力がかかるのを防ぐことができ、したがってノイズ信号の発生を低減することができる。また、保持材及び吸音材を必要としないので、部品点数の削減及び組立工程の簡略化を図ることができるとともに、吸音材と圧電振動素子との接触を考慮することなく残響時間の延長を防止することができる。

請求項３の発明によれば、ケース内の全面を弾性接着膜で覆ったので、ケースへの振動の伝播を抑制することができ、したがって残響を低減することができる。

請求項４の発明によれば、弾性接着膜がケースと絶縁材との接着性を向上させる媒介材料から成るので、絶縁材のケースに対する接着性を向上することができ、したがってケースへの振動の伝播を抑制して残響を低減することができる。

請求項６の発明は、弾性接着膜がシール材から成るので、弾性接着膜を圧電振動素子に塗布する際の作業性を向上することができる。

請求項７の発明は、シール材をスプレーで噴出することで弾性接着膜を圧電振動素子に塗布するので、作業性を向上することができる。

（実施形態１）
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態１について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的構成は従来例と共通であるので、共通する部位には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図１（ｂ）に示すように、圧電振動素子２の上面を、例えばシリコーン樹脂などの弾性を有する材料から成る弾性接着膜２ａで覆っている。以下、本実施形態及び従来例の残響特性を測定した実験の結果について図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。尚、各図における横軸は、圧電振動素子２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６ａ，６ｂからの出力電圧Ｖ、即ち残響振動の強さである。

従来例では、図２（ｂ）に示すように、残響振動が収まった後に、あたかも被検知物体からの反射波が存在しているかのようにノイズ信号が発生している。これは、圧電振動素子２の上面に存在する金属の破片等の異物（図示せず）が動くことで圧電振動素子２に応力を与えるためである。これに対して、本実施形態では、圧電振動素子２の上面を弾性接着膜２ａで覆うことで、上記異物が圧電振動素子２上で動いても弾性接着膜２ａによって圧電振動素子２にかかる応力を低減しているので、図２（ａ）に示すように、残響振動が収まった後にノイズ信号が発生するのを防いでいる。

また、従来例では、図２（ａ）の破線で示すように、吸音材４が圧電振動素子２に直接接触することによる振動の影響で残響振動が時間ｔ２まで続いているが、本実施形態では、弾性接着膜２ａによって吸音材４が圧電振動素子２に直接接触するのを防いでいるので、同図の実線で示すように、残響振動が時間ｔ１（ｔ１＜ｔ２）で収まっている。

上述のように、圧電振動素子２の上面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜２ａで覆ったので、金属の破片等の異物が圧電振動素子２上に存在しても該異物によって圧電振動素子２に応力がかかるのを防ぐことができ、したがって残響振動が収まった後にノイズ信号が発生するのを防止することができる。また、吸音材４が撓んでも弾性接着膜２ａと接触するために圧電振動素子２に直接接触するのを防ぐことができ、したがって残響時間の延長を防止することができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的構成は従来例と共通であるので、共通する部位には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態は、図３（ｂ）に示すように、保持材３、吸音材４、弾性接着剤９を除くとともに、圧電振動素子２の上面及び振動体部１ａ上面における圧電振動素子２を除いた全面を弾性接着膜２ａで覆ったことに特徴がある。

このように構成することで、実施形態１と同様に、金属の破片等の異物が圧電振動素子２上に存在しても該異物によって圧電振動素子２に応力がかかるのを防ぐことができ、したがって残響振動が収まった後にノイズ信号が発生するのを防止することができる。また、吸音材４を設けていないので、圧電振動素子２に対する吸音材４の接触を考慮する必要が無く、したがって残響時間の延長を防止することができる。更に、保持材３、吸音材４、弾性接着剤９を設けないことで、部品点数を削減することができるとともに組立工程を簡略化することができる。

尚、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、ケース１の内周全面を弾性接着膜２ａで覆うようにしても構わない。この場合、ケース１への振動の伝播を抑制することができ、したがって残響を低減することができる。

ところで、上記各実施形態における弾性接着膜２ａとして、弾性接着剤７及び封止材８のケース１への接着性を向上させるための媒介材料を用いても構わない。この場合、弾性接着剤７及び封止材８のケース１に対する接着性が向上することで、ケース１への振動の伝播を抑制することができ、したがって残響を低減することができる。

また、弾性接着膜２ａの材料としてフィルム材を用いても構わない。更に、弾性接着膜２ａの材料としてヒュミシール（登録商標）等のシール材を用いても構わない。この場合、シール材をスプレー等で噴霧するなどして弾性接着膜２ａを塗布する作業が容易となり、作業性を向上することができる。

本発明の実施形態１の超音波センサを示す図で、（ａ）は全体概略図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。 同上の信号波形を示す図で、（ａ）は本発明の波形図で、（ｂ）は従来例においてノイズ信号が発生した場合の波形図である。 本発明の実施形態２の超音波センサを示す図で、（ａ）は全体概略図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。 同上のケース内周面を弾性接着膜で覆った場合を示す図で、（ａ）は全体概略図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。 従来の超音波センサを示す図で、（ａ）は全体概略図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。

符号の説明

１ ケース
１ａ 振動体部
２ 圧電振動素子
２ａ 弾性接着膜
３ 保持材
４ 吸音材

Claims (7)

1. 平板状の底板から成る振動体部を有する有底筒状のケースと、振動体部に当接されて振動体部を振動させる圧電振動素子と、圧電振動素子の外周を覆うようにして振動体部に設けられる保持材と、ケース内に収納されて圧電振動素子と所定の間隔を空けて保持材の上に配設される吸音材とから成る超音波センサであって、圧電振動素子の吸音材と対向する面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜で覆ったことを特徴とする超音波センサ。
2. 平板状の底板から成る振動体部を有する有底筒状のケースと、振動体部に当接されて振動体部を振動させる圧電振動素子とから成る超音波センサであって、圧電振動素子の振動体部と当接する面と反対側の面及びケース内における圧電振動素子を除いた振動体部の全面を弾性を有する材料から成る弾性接着膜で覆ったことを特徴とする超音波センサ。
3. 前記弾性接着膜は、ケース内面の全面に亘って覆設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサ。
4. 前記ケース内は絶縁性を有する材料から成る絶縁材で封止され、弾性接着膜は、ケースと絶縁材との接着性を向上させるための媒介材料から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波センサ。
5. 前記弾性接着膜は、フィルム材から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波センサ。
6. 前記弾性接着膜は、シール材から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波センサ。
7. 前記弾性接着膜は、シール材をスプレーで噴出することで形成されることを特徴とする請求項６記載の超音波センサ。

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