JP2018100914A - Ultrasonic measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波振動子と回路基板との電気的接続及び固定構造を簡素化して、超音波計測装置の小型化、特に、回路基板の厚さ方向における小型化を図ることである。【解決手段】超音波振動子22と、超音波振動子22を駆動するアナログPCB21とを備えた超音波測定装置であって、アナログPCB21は、その端部の両面に超音波振動子22が電気的に接続される回路配線21b,21cをそれぞれ有し、超音波振動子22は、アナログPCB21の表面の回路配線21b,21b,21bに接続する接続ピン22a1,22a2,22a3と、アナログPCB21の裏面の回路配線21c,21cに接続する接続ピン22a4,22a5とを有し、接続ピン22a1,22a2,22a3と、接続ピン22a4,22a5とは互いに平行に延出してアナログPCB21を挟み込む。【選択図】図3An object of the present invention is to simplify the electrical connection and fixing structure between an ultrasonic transducer and a circuit board to reduce the size of an ultrasonic measuring device, particularly in the thickness direction of the circuit board. Kind Code: A1 An ultrasonic measurement apparatus comprising an ultrasonic transducer and an analog PCB for driving the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer 22 has connection pins 22a1, 22a2, 22a3 connected to the circuit wirings 21b, 21b, 21b on the surface of the analog PCB 21, and connection pins 22a1, 22a2, 22a3 connected to the circuit wirings 21b, 21b, 21b on the surface of the analog PCB 21. The connection pins 22a1, 22a2, 22a3 and the connection pins 22a4, 22a5 extend parallel to each other to sandwich the analog PCB 21 therebetween. [Selection drawing] Fig. 3
Description
本発明は、超音波計測装置に関し、特に、超音波振動子を有する超音波計測装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus, and more particularly to an ultrasonic measurement apparatus having an ultrasonic transducer.
超音波を発して、その反射波を受信する超音波振動子を用いた超音波計測装置が様々な用途で利用されている。例えば、医療分野における気体の濃度測定及び流量測定や、工場施設におけるガス漏れの検出、自動車を駐車場に駐車する際の障害物の検出等に超音波計測装置が利用されている。 Ultrasonic measuring devices using ultrasonic transducers that emit ultrasonic waves and receive the reflected waves are used in various applications. For example, ultrasonic measurement devices are used for gas concentration measurement and flow rate measurement in the medical field, detection of gas leaks in factory facilities, detection of obstacles when a car is parked in a parking lot, and the like.
この超音波振動子は、超音波を発生させる駆動電圧を超音波振動子に印加するとともに、超音波振動子からの誘起電圧による電圧を処理する回路基板に接続されている。超音波振動子と回路基板との接続に関して、例えば、特許文献1には、超音波振動子から導出されたリード線を回路基板に接続する構成が記載されている。また、特許文献2には、超音波振動子の接続ピンを回路基板に直接接続する構成が記載されている。
The ultrasonic transducer is connected to a circuit board that applies a driving voltage for generating an ultrasonic wave to the ultrasonic transducer and processes a voltage generated by an induced voltage from the ultrasonic transducer. Regarding the connection between the ultrasonic transducer and the circuit board, for example,
特許文献1に記載の構成では、超音波振動子と回路基板との間にリード線が必要であり、小型化を図ることが困難である。また、特許文献2に記載の構成では、超音波振動子の接続ピンを回路基板に直接接続しているので、リード線が不要であり、小型化を図ることが可能である。
The configuration described in
しかし、特許文献2に記載の構成は、超音波振動子が、回路基板の基板平面に対して垂直な方向に取り付けられている構成であり、基板平面方向における小型化、すなわち、基板の厚さ方向の薄型化は困難である。このため、超音波測定装置の小型化も困難である。 However, the configuration described in Patent Document 2 is a configuration in which the ultrasonic transducer is attached in a direction perpendicular to the substrate plane of the circuit board, and is downsized in the substrate plane direction, that is, the thickness of the substrate. Thinning in the direction is difficult. For this reason, it is difficult to reduce the size of the ultrasonic measurement apparatus.
また、特許文献1に記載のように、回路基板の側方に超音波振動子を配置することにより、回路基板の厚さ方向の薄型化を図ることが可能であるが、上述したように、超音波振動子と回路基板との間にリード線が必要であり、部品点数が増加して小型化の妨げになる。さらに、超音波振動子と回路基板とを固定する固定構造も必要になり、超音波測定装置の小型化が困難である。
Further, as described in
そこで、本発明では、超音波振動子と回路基板との電気的接続及び固定構造を簡素化して、超音波計測装置の小型化、特に、回路基板の厚さ方向における小型化を図ることを目的とする。 Therefore, the present invention aims to simplify the electrical connection and fixing structure between the ultrasonic transducer and the circuit board, and to reduce the size of the ultrasonic measurement device, particularly in the thickness direction of the circuit board. And
本発明の超音波計測装置は、超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動する回路基板とを備えた超音波測定装置であって、前記回路基板は、その端部の両面に前記超音波振動子が電気的に接続される回路配線をそれぞれ有し、前記超音波振動子は、前記回路基板の表面の前記回路配線に接続する表面接続ピンと、前記回路基板の裏面の前記回路配線に接続する裏面接続ピンとを有し、前記両接続ピンは、互いに平行に延出して前記回路基板を挟み込むことを特徴とする。また、前記表面接続ピンと前記裏面接続ピンとのピン本数が異なることを特徴とする。 The ultrasonic measurement apparatus according to the present invention is an ultrasonic measurement apparatus including an ultrasonic transducer and a circuit board that drives the ultrasonic transducer, and the circuit board has the ultrasonic transducer on both sides of an end thereof. Each of the ultrasonic vibrators is electrically connected to a surface connection pin connected to the circuit wiring on the front surface of the circuit board and the circuit wiring on the back surface of the circuit board. A back-side connection pin to be connected, wherein both the connection pins extend in parallel with each other and sandwich the circuit board. Further, the number of pins of the front surface connection pin and the back surface connection pin is different.
本発明によれば、超音波振動子と回路基板との電気的接続及び固定構造を簡素化することにより、超音波計測装置の小型化、特に、回路基板の厚さ方向における小型化を図ることができる。また、超音波振動子と回路基板との電気的接続の信頼性及び固定強度を向上することができる。 According to the present invention, by simplifying the electrical connection and fixing structure between the ultrasonic transducer and the circuit board, it is possible to reduce the size of the ultrasonic measurement device, particularly in the thickness direction of the circuit board. Can do. In addition, the reliability and fixing strength of electrical connection between the ultrasonic transducer and the circuit board can be improved.
本実施形態における超音波計測装置1は、例えば、車両に搭載されて車両におけるガス漏れ等を検出するために用いられる。図1に示すように、超音波計測装置1は、超音波計測装置1の筺体を構成する箱形状のフロントケース10と、フロントケース10に収容されるPCBユニット20と、フロントケース10の開口部を閉塞するリアカバー30とを備えている。
The
フロントケース10の側面には、フロントケース10の内外を通気する一対の側方通気孔11,11が設けられている。側方通気孔11,11には、水等の浸入を抑制する蓋12,12がそれぞれ取り付けられている。また、フロントケース10の内側面には、超音波を反射する反射面13が形成されている。
On the side surface of the
PCBユニット20は、アナログPCB(PrintedCircuit Board)21と、アナログPCB21に接続される一対の超音波振動子22,23と、デジタルPCB24と、アナログPCB21、超音波振動子22,23、デジタルPCB24を保持するインナーシャーシ25とを備えている。
The
アナログPCB21は、超音波振動子22,23を駆動するとともに、超音波振動子22,23からの信号を処理する回路基板である。
The
超音波振動子22,23は円柱形状であり、内部に圧電素子やバッキング部材が組み込まれている。また、図2に示すように、超音波振動子22,23の一端面には、超音波振動子22,23の圧電素子への電圧供給や信号出力を行うための接続ピン22a,23aが設けられている。
The
超音波振動子22,23は、超音波を発する先端が互いに近接するように傾いてそれぞれ配置されている。一方の超音波振動子22の振動面から超音波を発して、フロントケース10の反射面13で反射した超音波を他方の超音波振動子23が受信する。この超音波の伝搬速度(伝搬時間)を計測して、この伝搬速度の変化に基づいて、フロントケース10の内部のガス等の気体の濃度を判断する。
The
デジタルPCB24は、アナログPCB21からの信号を処理して外部に出力し、また、信号を生成してアナログPCB21に入力する。
The
インナーシャーシ25は、フロントケース10に位置決めされて固定されている。インナーシャーシ25は、フロントケース10に固定されることにより超音波計測装置1の筺体の一部を構成している。インナーシャーシ25は、一方側からアナログPCB21が取り付けられるとともに、他方側からデジタルPCB24が取り付けられる枠25aと、超音波振動子22,23を保持する保持部25bとを備えている。
The
リアカバー30は、フロントケース10の開口部を覆って、フロントケース10を密閉する。リアカバー30には、フロントケース10の内部に気体を導入する通気孔31が設けられている。通気孔31には、格子状の複数の開口を有するカバー32が取り付けられている。
The
このように、超音波計測装置1では、外気がリアカバー30の通気孔31からフロントケース10の内部に流入する。流入した気体に対して、超音波振動子22から反射面13に向けて超音波が発せられて、反射面13で反射した超音波が超音波振動子23で受信される。この間の超音波の伝搬時間に基づいて、流入した気体のガス濃度を判断することにより、ガス漏れの有無を判定する。
As described above, in the
次に、超音波振動子22,23の固定構造について図1〜4を参照して説明する。図2は、図1におけるPCBユニット20を上下反転した状態を示している。なお、デジタルPCB24の図示を省略している。
Next, the fixing structure of the
図2に示すように、インナーシャーシ25の枠25aは、アナログPCB21の形状に対応した形状である。インナーシャーシ25の枠25aには、アナログPCB21の位置決め孔21a,21aに係合する位置決めピン25c、25cが設けられている。また、アナログPCB21が取り付けられたときに、アナログPCB21を係止する爪25d、25dも設けられている。このため、アナログPCB21は、インナーシャーシ25の枠25aに取り付けられたとき、位置決めピン25c、25cに位置決めされて、爪25d、25dによって保持される。
As shown in FIG. 2, the
図2〜4に示すように、アナログPCB21の一端部の表面には、3つの回路配線21b,21b,21bが設けられている。回路配線21b,21b,21bは互いに平行に配列されており、アナログPCB21の縁の近傍まで形成されている。また、図3、4に示すように、アナログPCB21の回路配線21b,21b,21bに対応する裏面には、2つの回路配線21c,21cが設けられている。回路配線21c,21cも互いに平行に配列されており、アナログPCB21の縁の近傍まで形成されている。なお、図3、4において、回路配線21b,21b,21b,21c,21cを明確にするために、アナログPCB21から突出して示しているが、回路配線21b,21b,21b,21c,21cはアナログPCB21と略同一面である。
As shown in FIGS. 2 to 4, three
図3に示すように、超音波振動子22の端面には、5本の接続ピン22aが互いに平行に延出している。これら5本の接続ピン22aは3本と2本とに2列配列されている。1列目には3本の接続ピン22a1,22a2,22a3が配列されており、2列目には2本の接続ピン22a4,22a5が配列されている。1列目の3本の接続ピン22a1,22a2,22a3は、アナログPCB21の回路配線21b,21b,21bに電気的にそれぞれ接続される。また、2列目の2本の接続ピン22a4,22a5は、アナログPCB21の回路配線21c,21cに電気的にそれぞれ接続される。
As shown in FIG. 3, five connection pins 22 a extend in parallel to each other on the end face of the
図4に示すように、1列目の接続ピン22a1,22a2,22a3と2列目の接続ピン22a4,22a5との間隔L1は、アナログPCB21の回路配線21b,21cを含めた厚さL2と略同じに設定されている。すなわち、1列目の接続ピン22a1,22a2,22a3と2列目の接続ピン22a4,22a5とでアナログPCB21を表裏面の両面から挟み込むように設定されている。この状態において、1列目の接続ピン22a1,22a2,22a3を回路配線21b,21b,21bにそれぞれはんだ付けする。また、2列目の接続ピン22a4,22a5を回路配線21c,21cにそれぞれはんだ付けする。これらはんだ付けによって、超音波振動子22がアナログPCB21に電気的に接続されるとともに固定される。超音波振動子23についても同様にアナログPCB21に電気的に接続されて固定される。
As shown in FIG. 4, the distance L1 between the connection pins 22a1, 22a2, 22a3 in the first row and the connection pins 22a4, 22a5 in the second row is substantially equal to the thickness L2 including the
このように、超音波振動子22,23の接続ピン22a,23aを、アナログPCB21の回路配線21b,21cに直接接続しているので、超音波振動子22,23とアナログPCB21とを接続するリード線やソケット等が不要になり、PCBユニット20、すなわち、超音波計測装置1を小型化することができる。
Thus, since the connection pins 22a and 23a of the
特に、超音波振動子22,23をアナログPCB21の側方に配置して、アナログPCB21に固定しているので、アナログPCB21の厚さ方向における小型化を図ることができる。このため、超音波計測装置1を扁平形状とすることができ、車両における隙間等に超音波計測装置1を設置することが可能になる。
In particular, since the
また、超音波計測装置1が小型、かつ、扁平形状となるので、作業者のポケットに入れて携帯することも可能になり、医療現場や工場等において、作業者が常時身に付けて作業を行うことも可能になる。
In addition, since the
また、超音波振動子22,23の接続ピン22a,23aで、アナログPCB21を表裏面から挟み込んでいるので、超音波振動子22,23とアナログPCB21とを強固に固定することができる。このため、超音波振動子22,23とアナログPCB21との固定部にアナログPCB21が撓む方向の応力が作用しても、接続ピン22a,23aが回路配線21b,21cから剥離することを抑制でき、電気的接続の信頼性及び固定強度を向上できる。
Further, since the
さらに、超音波振動子22,23の接続ピン22a,23aの本数を、アナログPCB21の表面と裏面とで異なる本数、すなわち、アナログPCB21の表面では3本、裏面では2本としているので、超音波振動子22,23をアナログPCB21に取り付けるときの誤取り付けを抑制することができる。
Furthermore, since the number of connection pins 22a and 23a of the
本実施形態における超音波計測装置1は、車両に搭載されるものとして説明したが、そのような用途以外にも、医療現場、工場施設等において携帯するポータブル計測装置として使用してもよい。また、ガス漏れの測定以外に、気体の温度、湿度、気圧、流速、ガスの組成の測定に用いてもよい。
Although the
1 超音波計測装置、10 フロントケース、10a 湾曲面、10b 突条、11 側方通気孔、12 蓋、13 反射面、20 PCBユニット、21 アナログPCB、21a 位置決め孔、21b,21c 回路配線、22,23 超音波振動子、22a,23a 接続ピン、22b,23b 溝、24 デジタルPCB、25 インナーシャーシ、25a 枠、25b 保持部、25c 位置決めピン、25d 爪、25e 湾曲面、25f 突条、30 リアカバー、31 通気孔、32 カバー。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記回路基板は、その端部の両面に前記超音波振動子が電気的に接続される回路配線をそれぞれ有し、
前記超音波振動子は、前記回路基板の表面の前記回路配線に接続する表面接続ピンと、前記回路基板の裏面の前記回路配線に接続する裏面接続ピンとを有し、
前記両接続ピンは、互いに平行に延出して前記回路基板を挟み込むことを特徴とする超音波計測装置。 An ultrasonic measurement device comprising an ultrasonic transducer and a circuit board for driving the ultrasonic transducer,
Each of the circuit boards has circuit wiring to which the ultrasonic vibrator is electrically connected to both sides of the end part,
The ultrasonic transducer has a surface connection pin that connects to the circuit wiring on the surface of the circuit board, and a back connection pin that connects to the circuit wiring on the back surface of the circuit board,
The ultrasonic measurement apparatus, wherein both the connection pins extend in parallel with each other and sandwich the circuit board.
前記表面接続ピンと、前記裏面接続ピンとのピン本数が異なることを特徴とする超音波計測装置。
The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1,
The ultrasonic measurement apparatus, wherein the number of pins of the front surface connection pin and the back surface connection pin is different.
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