JP2018100914A

JP2018100914A - 超音波計測装置

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Publication number: JP2018100914A
Application number: JP2016247424A
Authority: JP
Inventors: 映雄中村; Teruo Nakamura; 賢志関森; Kenji Sekimori; 泰弘鳥山; Yasuhiro Toriyama; 克征松林; Katsuyuki Matsubayashi
Original assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan Radio Co Ltd; Ueda Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc; Japan Radio Co Ltd; Ueda Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: JP6800734B2

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。

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。

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。

特開２００６−２０４５５２号公報特開２００６−２７９５６７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

超音波計測装置の分解斜視図である。超音波振動子、アナログＰＣＢ及びインナーシャーシの分解斜視図である。超音波振動子の接続ピン配列を示す超音波振動子の端面図である。超音波振動子と回路基板との接続部分の拡大側面図である。

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。

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。

ＰＣＢユニット２０は、アナログＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、２０ＰＣＢ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。

Claims

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超音波計測装置。
請求項１に記載の超音波計測装置であって、
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。