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JP2019114960A - Ultrasonic sensor - Google Patents

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JP2019114960A
JP2019114960A JP2017247894A JP2017247894A JP2019114960A JP 2019114960 A JP2019114960 A JP 2019114960A JP 2017247894 A JP2017247894 A JP 2017247894A JP 2017247894 A JP2017247894 A JP 2017247894A JP 2019114960 A JP2019114960 A JP 2019114960A
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JP
Japan
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bottom portion
ultrasonic sensor
piezoelectric element
damping material
outer periphery
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Pending
Application number
JP2017247894A
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Japanese (ja)
Inventor
長岡 聡史
Satoshi Nagaoka
聡史 長岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 残響振動を抑制し、残響特性に優れた超音波センサーを提供する。【解決手段】 本開示の超音波センサーは、底部11および底部11の外周に接続された筒状部12を有する有底筒状のケース1と、底部11に取り付けられた圧電素子2と、ケース1の内側に設けられたダンピング材3とを備えている。そして、ダンピング材3は、底部11の外周から筒状部12にかけての角部に沿って設けられている。この構成により、残響振動を抑制し、残響特性に優れた超音波センサーを実現することができる。【選択図】 図3An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor that suppresses reverberation vibration and has excellent reverberation characteristics. SOLUTION: An ultrasonic sensor of the present disclosure includes a bottomed tubular case 1 having a bottom portion 11 and a tubular portion 12 connected to the outer circumference of the bottom portion 11, a piezoelectric element 2 attached to the bottom portion 11, a case 1 and a damping material 3 provided inside. The damping material 3 is provided along the corners from the outer circumference of the bottom portion 11 to the tubular portion 12 . With this configuration, it is possible to suppress reverberant vibration and realize an ultrasonic sensor having excellent reverberation characteristics. [Selection drawing] Fig. 3

Description

本開示は、超音波センサーに関するものである。   The present disclosure relates to an ultrasonic sensor.

例えば、自動車の駐車補助として、自動車にはコーナーソナーやバックソナーが設けられており、このコーナーソナーやバックソナーに超音波センサーが使用されている。   For example, corner sonars and back sonars are provided for automobiles as parking assistance for cars, and ultrasonic sensors are used for the corner sonars and back sonars.

超音波センサーとして、例えば、圧電素子を発泡弾性体で覆うとともにケース内部にシリコーン弾性体を充填したものや、圧電素子をシリコーンゴムまたはウレタン樹脂からなる弾性部材で覆うとともにケース内部にシリコーン樹脂またはウレタン樹脂からなる充填材を充填したものが知られている(特許文献1、特許文献2を参照)。   As an ultrasonic sensor, for example, one in which a piezoelectric element is covered with a foamed elastic body and the inside of a case is filled with a silicone elastic body, and the piezoelectric element is covered with an elastic member made of silicone rubber or urethane resin and inside a case with silicone resin or urethane. What filled with the filler which consists of resin is known (refer patent document 1 and patent document 2).

特開2002−78089号公報JP 2002-78089 A 特開2012−10312号公報JP, 2012-10312, A

圧電素子を利用した超音波センサーでは、振動板を正弦波、矩形波、バースト波で振動させると、その後に残響振動(リンギング)が発生する。この残響振動(リンギング)を抑制することを目的として、上記のような超音波センサーでは、ケース内部に充填材が設けられている。   In an ultrasonic sensor using a piezoelectric element, reverberation vibration (ringing) occurs after the diaphragm is vibrated by a sine wave, a rectangular wave, or a burst wave. In order to suppress the reverberation vibration (ringing), in the above-described ultrasonic sensor, a filler is provided inside the case.

超音波センサーにおいては、より近距離にある物体の位置も測定出来るようにしたいとの要求がある。ここで、残響振動(リンギング)は時間の経過とともに収束していくものであるが、超音波センサーでより近距離にある物体の位置を測定しようとすると、残響振動(リンギング)の影響が残っている状態で測定するので、精度よく測定できないおそれがある。   In ultrasonic sensors, there is a demand to be able to measure the position of an object located closer. Here, the reverberation vibration (ringing) converges with the passage of time, but when trying to measure the position of an object at a closer distance with an ultrasonic sensor, the influence of the reverberation vibration (ringing) remains. There is a possibility that the measurement can not be performed with high accuracy because the measurement is performed in the presence state.

本開示は、上記事情に鑑みてなされたもので、残響振動を抑制し、残響特性に優れた超音波センサーを提供することを目的とする。   This indication is made in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing an ultrasonic sensor which controls reverberation vibration and is excellent in reverberation characteristics.

本開示の超音波センサーは、底部および該底部の外周に接続された筒状部を有する有底筒状のケースと、前記底部に取り付けられた圧電素子と、前記ケースの内側に設けられたダンピング材とを備え、該ダンピング材は、前記底部の外周から前記筒状部にかけての角部に沿って設けられていることを特徴とする。   An ultrasonic sensor according to the present disclosure includes a bottomed cylindrical case having a bottom and a cylindrical portion connected to the outer periphery of the bottom, a piezoelectric element attached to the bottom, and a damping provided inside the case. And the damping material is provided along a corner from the outer periphery of the bottom portion to the cylindrical portion.

本開示の超音波センサーによれば、残響時間を短くすることができ、残響特性を向上させることができる。   According to the ultrasonic sensor of the present disclosure, reverberation time can be shortened, and reverberation characteristics can be improved.

超音波センサーの実施形態の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view showing an example of an embodiment of an ultrasonic sensor. 図1に示す超音波センサーの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ultrasonic sensor shown in FIG. 超音波センサーの実施形態の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of embodiment of an ultrasonic sensor.

以下、添付図面を参照して、超音波センサーの実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the ultrasonic sensor will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited by the embodiments described below.

図1および図2に示す例の超音波センサーは、底部11および底部11の外周に接続された筒状部12を有する有底筒状のケース1と、底部11に取り付けられた圧電素子2と、ケース1の内側に設けられたダンピング材3とを備えている。   The ultrasonic sensor of the example shown in FIGS. 1 and 2 includes a bottomed cylindrical case 1 having a bottom portion 11 and a cylindrical portion 12 connected to the outer periphery of the bottom portion 11, and a piezoelectric element 2 attached to the bottom portion 11. And a damping material 3 provided inside the case 1.

ケース1は、底部11および筒状部12を有する有底筒状の形状である。このケース1は、例えばアルミニウム、チタン、マグネシウムなどの金属材料、またはABS樹脂、PBT樹脂、PPS樹脂などの樹脂材料からなる。   The case 1 has a bottomed cylindrical shape having a bottom portion 11 and a cylindrical portion 12. The case 1 is made of, for example, a metal material such as aluminum, titanium, or magnesium, or a resin material such as an ABS resin, a PBT resin, or a PPS resin.

底部11は、圧電素子2が取り付けられており、圧電素子2の振動によって振動する振動板として機能する。筒状部12は、例えば円筒状の形状であり、底部11の外周を支持する支持体として機能する。底部11および筒状部12の厚みは、例えば0.5〜1.0mmである。筒状部12の内径は、例えば5〜30mmである。筒状部12の高さ(長さ)は、例えば2〜10mmである。なお、底部11の圧電素子2が取り付けられる部分は、周囲よりも薄くなっていてもよく、図2に示すように凹部111が設けられていてもよい。底部11に凹部111があることで、圧電素子2の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。   The bottom portion 11 is attached with the piezoelectric element 2 and functions as a diaphragm that vibrates by the vibration of the piezoelectric element 2. The cylindrical portion 12 has, for example, a cylindrical shape, and functions as a support for supporting the outer periphery of the bottom portion 11. The thickness of the bottom part 11 and the cylindrical part 12 is 0.5-1.0 mm, for example. The inner diameter of the cylindrical portion 12 is, for example, 5 to 30 mm. The height (length) of the cylindrical portion 12 is, for example, 2 to 10 mm. In addition, the part to which the piezoelectric element 2 of the bottom part 11 is attached may be thinner than circumference | surroundings, and as shown in FIG. 2, the recessed part 111 may be provided. The presence of the recess 111 in the bottom portion 11 makes it possible to easily and accurately align the piezoelectric element 2.

圧電素子2は、例えば接着剤を介して底部11に取り付けられている。圧電素子2は、例えば平面視長方形状、正方形状、円形状などの形状をした板状体である。この圧電素子2は、圧電セラミックスからなる単板の圧電体と、当該圧電体の上面および下面に設けられた銀などの金属からなる表面電極とを備えたものでよい。また、圧電素子2は、例えば圧電体層と内部電極層とが積層された積層体と、当該積層体の上面および下面に設けられた表面電極とを備えたものでよい。接着剤には、例えばエポキシ系、アクリル系などの接着剤を用いることができる。   The piezoelectric element 2 is attached to the bottom 11 via, for example, an adhesive. The piezoelectric element 2 is a plate-like body having, for example, a rectangular shape in a plan view, a square shape, or a circular shape. The piezoelectric element 2 may be provided with a single plate piezoelectric body made of piezoelectric ceramic, and a surface electrode made of metal such as silver provided on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric body. In addition, the piezoelectric element 2 may include, for example, a stacked body in which a piezoelectric layer and an internal electrode layer are stacked, and surface electrodes provided on the upper surface and the lower surface of the stacked body. As the adhesive, for example, an epoxy-based or acrylic-based adhesive can be used.

また、ケース1は、必要により、筒状部12の底部11に接続された側とは反対側の開口を塞ぐように配置された蓋体13も備えていてもよい。蓋体13は、底部11および筒状部12と同様の材料からなる。なお、蓋体13には、配線を挿通するための孔があるが、図では省略している。また、圧電素子2と外部回路を接続する配線についても、図では省略している。   The case 1 may also include a lid 13 arranged to close the opening on the side opposite to the side connected to the bottom portion 11 of the cylindrical portion 12 as necessary. The lid 13 is made of the same material as the bottom portion 11 and the cylindrical portion 12. Although the lid 13 has a hole for inserting a wire, it is omitted in the figure. Further, the wiring connecting the piezoelectric element 2 and the external circuit is also omitted in the figure.

そして、ケース1の内側には、ダンピング材3が設けられている。ダンピング材3は、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、アクリル樹脂等で作製作成することができる。このダンピング材3は、底部11の外周から筒状部12にかけての角部に沿って設けられている。底部11の外周から筒状部12にかけての角部を言い換えると、底部11と底部11に接続された筒状部12の角部であり、底部11の外周と筒状部12との境界の内壁に位置する角部である。   A damping member 3 is provided inside the case 1. The damping material 3 can be made of butyl rubber, nitrile rubber, chlorobrene rubber, acrylic resin or the like. The damping material 3 is provided along the corner from the outer periphery of the bottom portion 11 to the cylindrical portion 12. In other words, the corner from the outer periphery of the bottom 11 to the tubular portion 12 is the corner of the tubular portion 12 connected to the bottom 11 and the bottom 11, and the inner wall of the boundary between the outer periphery of the bottom 11 and the tubular 12 It is a corner located at

このような構成により、ダンピング材3は、圧電素子2から底部11に伝達されるアクティブな振動の振幅を阻害せずに、残響からなるパッシブな振動を主に吸収することができる。   With such a configuration, the damping material 3 can mainly absorb the passive vibration consisting of reverberation without inhibiting the amplitude of the active vibration transmitted from the piezoelectric element 2 to the bottom portion 11.

アクティブな振動は単一振動であるため、底部11の外周を固定端として振動するが、残響からなるパッシブな振動は分割振動を主な振動とするため、底部11の外周で反射し、底部11を再度振動させるものである。底部11の外周から筒状部12にかけての角部
に沿ってダンピング材3を配置することにより、底部11の端部に伝達した振動は、ダンピング材3によって振動を吸収されるため、底部11への反射が少なくなり、残響特性を向上させることができる。
Since the active vibration is a single vibration, it vibrates with the outer periphery of the bottom 11 as a fixed end, but the passive vibration consisting of reverberation is reflected on the outer periphery of the bottom 11 to be the main vibration, and the bottom 11 Vibrate again. By arranging the damping member 3 along the corner from the outer periphery of the bottom portion 11 to the cylindrical portion 12, the vibration transmitted to the end portion of the bottom portion 11 is absorbed by the damping member 3, so to the bottom portion 11 Reflection is reduced, and the reverberation characteristic can be improved.

なお、筒状部12が円筒状の場合、角部に沿ってあるダンピング材3の径方向の幅は、底部11の上面の外径(筒状部12の内径)に対して例えば5〜33%で、例えば0.5〜2.0mmとされる。   When the cylindrical portion 12 is cylindrical, the radial width of the damping material 3 along the corner is, for example, 5 to 33 with respect to the outer diameter of the upper surface of the bottom portion 11 (inner diameter of the cylindrical portion 12). %, For example, 0.5 to 2.0 mm.

また、角部に沿ってあるダンピング材3の高さは、筒状部12の高さに対して例えば1〜11%で、例えば0.1〜1mmとされる。   The height of the damping material 3 along the corner is, for example, 1 to 11% of the height of the cylindrical portion 12, for example, 0.1 to 1 mm.

なお、残響特性、つまり残響時間は、特定周波数の矩形波を発振する発振器と受信信号を増幅するアンプを備えたセンサー測定用の専用回路にて測定できる。   The reverberation characteristic, that is, the reverberation time can be measured by a dedicated circuit for sensor measurement provided with an oscillator that oscillates a rectangular wave of a specific frequency and an amplifier that amplifies a reception signal.

ダンピング材3は、底部11の外周から筒状部12にかけての角部であって、底部11の外周の少なくとも半周以上にわたって設けられているのでもよいが、底部11の外周の全周にわたって設けられていてもよい。   The damping material 3 is a corner from the outer periphery of the bottom 11 to the cylindrical portion 12 and may be provided over at least a half circumference or more of the outer periphery of the bottom 11, but is provided over the entire outer periphery of the bottom 11. It may be

底部11の外周の全周にわたってダンピング材3が設けられていることで、底部11の全周で残響からなるパッシブな振動を吸収して反射を抑制するため、より残響特性が向上する。   Since the damping material 3 is provided over the entire circumference of the outer periphery of the bottom portion 11, the passive vibration consisting of reverberation is absorbed on the entire circumference of the bottom portion 11 to suppress reflection, thereby further improving the reverberation characteristics.

ここで、図3に示すように、ダンピング材3が圧電素子2の上面の一部にのみかかっていてもよい。ここで、圧電素子2の上面の一部とは、主には中心部を除く周縁部であるのがよい。この周縁部とは、圧電素子2が円形状の場合は外周から直径の25%までの距離の部分のことを意味し、圧電素子2が四角形状の場合は断面で見たときの端から幅全体の25%までの距離のことを意味する。   Here, as shown in FIG. 3, the damping material 3 may be applied to only a part of the upper surface of the piezoelectric element 2. Here, it is preferable that a part of the upper surface of the piezoelectric element 2 be a peripheral portion excluding the central portion. The peripheral portion means a portion of the distance from the outer periphery to 25% of the diameter when the piezoelectric element 2 is circular, and the width from the end when viewed in a cross section when the piezoelectric element 2 is rectangular It means the distance of up to 25% of the whole.

有底筒状のケース1の底部11に取り付けられた圧電素子2は、底部11の端部が固定されていることから、電気信号が印加されると中心部が大きく動いて弓状に上下振動する。   Since the end of the bottom 11 is fixed, the piezoelectric element 2 attached to the bottom 11 of the bottomed cylindrical case 1 moves largely in the center when an electric signal is applied, and the vertical vibration occurs like an arc. Do.

圧電素子2の上面の一部分(中心部以外の周縁部)にダンピング材3がかかっても、最も上下振動する部分に影響を及ぼしにくく、残響特性を向上させることができる。   Even if the damping material 3 is applied to a part of the upper surface of the piezoelectric element 2 (peripheral part other than the central part), it hardly affects the part that vibrates up and down most, and the reverberation characteristic can be improved.

次に、本実施形態の超音波センサーの製造方法について説明する。   Next, a method of manufacturing the ultrasonic sensor of the present embodiment will be described.

例えば、内径φ14mm、高さ9mmの有底筒状のアルミニウムのケース1を、切削加工にて作製する。   For example, a bottomed cylindrical aluminum case 1 with an inner diameter of φ14 mm and a height of 9 mm is manufactured by cutting.

次に、このケース1の内側に位置する底部11の上面にチタン酸ジルコン酸鉛を圧電体材料とする例えば1辺5mm、厚み0.2mmの圧電素子2をエポキシ接着剤で接着する。   Next, a piezoelectric element 2 made of lead zirconate titanate as a piezoelectric material is bonded to the upper surface of the bottom 11 located inside the case 1 with an epoxy adhesive, for example, a 5 mm long side and 0.2 mm thick.

次に、圧電素子2の表面電極に配線を半田付けし、ケース1の底部11と筒状部12との接続部の内側に位置する角部の全周にわたってブチルゴムを材料とする粘着剤(ダンピング材3)を塗布する。   Next, a wire is soldered to the surface electrode of the piezoelectric element 2, and an adhesive made of butyl rubber (damping) is provided over the entire circumference of the corner portion located inside the connection portion between the bottom portion 11 of the case 1 and the cylindrical portion 12 Apply material 3).

最後に、筒状部12の開口部に蓋体13をアクリル接着剤で接着し、蓋体13の孔から配線をケース1の外側に出す。   Finally, the lid 13 is adhered to the opening of the cylindrical portion 12 with an acrylic adhesive, and the wire is taken out of the hole of the lid 13 to the outside of the case 1.

以上の方法で、本実施形態の超音波センサーを製造することができる。   The ultrasonic sensor of the present embodiment can be manufactured by the above method.

1 ケース
11 底部
12 筒状部
13 蓋体
2 圧電素子
3 ダンピング材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case 11 Bottom part 12 Tubular part 13 Lid 2 Piezoelectric element 3 Damping material

Claims (3)

底部および該底部の外周に接続された筒状部を有する有底筒状のケースと、前記底部に取り付けられた圧電素子と、前記ケースの内側に設けられたダンピング材とを備え、該ダンピング材は、前記底部の外周から前記筒状部にかけての角部に沿って設けられていることを特徴とする超音波センサー。   A bottomed cylindrical case having a bottom portion and a cylindrical portion connected to the outer periphery of the bottom portion, a piezoelectric element attached to the bottom portion, and a damping material provided inside the case, the damping material The ultrasonic sensor is characterized in that it is provided along the corner from the outer periphery of the bottom portion to the cylindrical portion. 前記ダンピング材は、前記圧電素子の上面の一部にのみかかっていることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサー。   The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the damping material covers only a part of the upper surface of the piezoelectric element. 前記ダンピング材は、前記底部の外周から前記筒状部にかけての角部に沿って前記底部の外周の全周にわたって設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波センサー。
The ultrasonic wave according to claim 1 or 2, wherein the damping material is provided along the corner from the outer periphery of the bottom portion to the cylindrical portion along the entire outer periphery of the bottom portion. sensor.
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