JP2001197592A

JP2001197592A - 超音波送受波器

Info

Publication number: JP2001197592A
Application number: JP2000005213A
Authority: JP
Inventors: Shinji Amaike; 信二天池; Junji Ota; 順司太田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】腐食性ガス雰囲気中で使用される超音波送受
波器において、有底筒状ケース内に腐食性ガスが侵入し
にくい構造を有し、かつ低温使用時においても特性の劣
化することのない超音波送受波器を提供する。【解決手段】開口部を有する有底筒状ケースと、有底
筒状ケースの底部に配置される圧電振動子と、有底筒状
ケースの開口部を封止する弾性体とを有してなる超音波
送受波器において、前記弾性体の有底筒状ケース外部に
露出する露出面上に、さらにガスバリア性の高いシリコ
ン材からなる封止材を重ねて設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波送受波器に
関し、特に排気ガス等の腐食性ガスの多い環境下で使用
される防滴型の超音波送受波器の密閉構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波送受波器は超音波による物体検
知、距離探知等に使用でき、例えば自動車のバックソナ
ー等の用途に主として用いられている。このような用途
で使用される超音波送受波器は、屋外での使用が前提と
なっており、超音波送受波器自体が風雨等の外部環境に
直接さらされることになる。このため、このような用途
においては、超音波の送波／受波に用いられる圧電振動
子がケース内に密閉された構造の、いわゆる防滴型超音
波送受波器が用いられている。

【０００３】ここで、従来の防滴型超音波送受波器の概
略構造図を図３に示す。図３は、超音波送受波器３１を
示す断面図であって、図中、３２はアルミニウム等の導
電体からなる有底筒状ケース、３３は有底筒状ケース３
２の底部に配置された圧電振動子、３４は有底筒状ケー
ス３２内部に挿入され圧電振動子３３の振動を抑制しな
いように配置されたフェルト等の綿状体、３５は綿状体
３４上に充填され有底筒状ケース３２の開口部を封止す
るシリコンゴム等からなる弾性体、３６は弾性体３５中
に埋設された中継基板、３７は圧電振動子３３に形成さ
れた電極と後述の外部接続端子３８とを電気的に接続す
るリード線、３８は圧電振動子３３の信号の入出力を行
う外部接続端子、をそれぞれ示している。なお、外部接
続端子３８は中継基板３６に固定されており、中継基板
部分でリード線３７と電気的に接続されている。

【０００４】上述の構造の超音波送受波器３１は、次の
ように動作する。まず、外部接続端子を介して圧電振動
子３３に電気信号が印加されると、圧電振動子３３は機
械的な振動を起こし有底筒状ケース３２の底面から超音
波が発せられる。所定時間経過後に検出対象物から反射
してきた反射超音波が圧電振動子３３を介して再び電気
信号に変換され、該電気信号が外部接続端子３８から外
部に導出される。ここで、最初の電気信号の印加時から
反射超音波の受信時までの時間差に基づいて、超音波送
受波器３１から検出対象物までの距離が測定されること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図３に示した従来構造の超音波送受波器３１は以下に記
す問題点を有していた。すなわち、本構造の超音波送受
波器はしばしば自動車のバックソナー等の用途に用いら
れるが、この場合、使用環境中にはイオウ等の腐食性ガ
スが多く存在する（排気ガス中などに多く含まれてい
る）。このため、この腐食性ガスが有底筒状ケース３２
の内部に侵入し、圧電振動子３３に形成された電極やリ
ード線３７を腐食させ、部品を使用不可能な状態にして
しまう。より具体的には、イオウ成分と銀電極とが反応
して絶縁性の硫化銀となり、電極表面が絶縁化され電気
を通さなくなってしまう。

【０００６】この点、有底筒状ケース３２の開口部は弾
性体３５によって密封されている。しかしながら、この
弾性体３５には、高い弾力性を確保するために比較的分
子密度の低いシリコンゴムが用いられている。分子密度
が低いことに起因してガス透過性も必然的に高くなって
しまい、結果的に上述の腐食性ガスによる部品の劣化が
生じるものである。

【０００７】上述の問題を解消する方法として、例えば
特開昭６１−９４４９６号公報中には、分子密度の高い
ウレタン系ゴムからなる接着剤および封止材を用いて有
底筒状ケースの開口部を封止することにより、腐食性ガ
スの有底筒状ケース内への侵入を防止する構造が開示さ
れている。しかしながら上述のウレタン系ゴムは、分子
密度が高くガスバリア性は高いものの、その物性上温度
変化に対して弱いという欠点を有している。具体的に
は、ウレタン系ゴムは低温環境下では硬化してしまい、
その弾力性が劣化する。この結果、有底筒状ケースの振
動を効率的に抑制することができなくなり、超音波送受
波器の残響特性の劣化を引き起こすことになる。これ
は、自動車のバックソナーのように、厳しい温度変化に
さらされる環境下で用いられる超音波送受波器にとって
は、特に重大な問題としてクローズアップされることに
なる。

【０００８】従って本発明の目的は、上述の技術的問題
点を解決するためになされたものであって、腐食性ガス
雰囲気中で使用される超音波送受波器において、有底筒
状ケース内に腐食性ガスが侵入しにくい構造を有し、か
つ低温使用時においても特性の劣化することのない超音
波送受波器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の技術的課題を解決
するために本発明の超音波送受波器は、開口部を有する
有底筒状ケースと、有底筒状ケースの底部に配置される
圧電振動子と、有底筒状ケースの開口部を封止する弾性
体とを有してなる超音波送受波器において、前記弾性体
の有底筒状ケース外部に露出する露出面上に、さらにガ
スバリア性の高いシリコン材からなる封止材を重ねて設
けたことを特徴とする。

【００１０】このようにガスバリア性の高いシリコン材
を封止材として重ねて設けることにより、腐食性ガスの
有底筒状ケース内への侵入を防止することができる。加
えて、シリコン材はウレタン材と比較して温度変化に対
して弾力性がほとんど変化することがない。従って、温
度変化が激しく低温環境下でも使用される超音波送受波
器においても、その残響特性を十分なレベルに維持する
ことができる。封止材として用いられるシリコン材とし
ては、具体的にはその分子密度が１．０〜１．５Åの範
囲にあるシリコン材を用いることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超音波送受波器に
ついて図を用いて詳細に説明する。

【００１２】まず、本発明の防滴型超音波送受波器の概
略構造図を図１に示す。図１は、超音波送受波器１を示
す断面図であって、図中、２はアルミニウム等の導電体
からなる有底筒状ケース、３は有底筒状ケース２の底部
に配置された圧電振動子、４は有底筒状ケース２内部に
挿入され圧電振動子３の振動を抑制しないように配置さ
れたフェルト等の綿状体、５は綿状体４上に充填され有
底筒状ケース２の開口部を封止するシリコンゴム等から
なる弾性体、６は弾性体５中に埋設された中継基板、７
は圧電振動子３に形成された電極と後述の外部接続端子
８とを電気的に接続するリード線、８は圧電振動子３の
信号の入出力を行う外部接続端子、をそれぞれ示してい
る。外部接続端子８は中継基板６に固定されており、中
継基板部分でリード線７と電気的に接続されている。本
実施例においては、弾性体５の有底筒状ケースの外部に
露出している露出面上に、ガスバリア性の高いシリコン
材が封止材９として重ねて設けられている点が特徴であ
る。

【００１３】次に、超音波送受波器１の作製方法につい
て説明する。まず、有底筒状ケース２を準備する。この
有底筒状ケース２はアルミニウムの削り出し等の手法で
作成する。次に、その両主面にＡｇ等の表面電極の形成
された圧電振動子３を準備し、有底筒状ケース２の底面
に配置、固定する。次いで、圧電振動子３上面の表面電
極および有底筒状ケース２の所望の位置にそれぞれリー
ド線７を半田付け等によって接続する。リード線７の他
方端部は中継基板７に固定された外部接続端子８に接続
されている。これにより、圧電振動子３の両主面の電極
と外部接続端子８との電気的接続が図られることにな
る。この後、有底筒状ケース内部に圧電振動子３の振動
を抑制しない程度に綿状体７を挿入し、さらにこの綿状
体上に液体状のシリコン樹脂を充填、固化させ弾性体５
を構成する。このとき、中継基板６をシリコン樹脂中に
埋設しておく。最後に、弾性体５上に液体状のガスバリ
ア性の高いシリコン樹脂を充填、固化させ封止材９を構
成し、超音波送受波器１の完成体を得る。

【００１４】なお、本実施例の超音波送受波器１の動作
は、従来構造の超音波送受波器の動作と基本的に同一で
あるのでその説明を省略する。

【００１５】ここで、本実施例で得られた超音波送受波
器と封止材を有さない従来構造の超音波送受波器のガス
バリア性の差について、比較実験を行って検証した。実
験（実験１）は、温度４０℃、湿度７５％、Ｈ₂Ｓ濃度
１０ｐｐｍと言う環境下で硫化試験を行い、両者の圧電
振動子表面の電極が電気を通さなくなるまでの時間を測
定して比較を行った。本実験の実験結果を図２に示す。
図２から明らかなように、本実施例の超音波送受波器で
は、同一レベルの腐食となるのに、従来品の約１０倍の
時間を要しており、耐腐食性が１０倍以上向上している
ことが確認できる。

【００１６】次に、封止材としてシリコン材を用いた場
合とウレタン材を用いた場合とで、その弾力性にどのよ
うな差が出るかについて比較実験を行って検証した。実
験は、−４０℃雰囲気中に１時間放置したときのそれぞ
れの封止材の弾力性を測定して比較を行う実験（実験
２）を行った。この実験結果を、以下の表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】この実験結果から明らかなように、低温環
境下に放置された場合、シリコン材に比べてウレタン材
の弾力性は実験前と比べて大幅に劣化していることが確
認できる。

【００１９】さらに、腐食性ガスの侵入を防止する封止
材として、どの程度の分子密度を有するシリコン材が好
適であるかを検討するために、各種の分子密度を有する
シリコン材で封止材を構成し実験（実験３）を行い、そ
のガスバリア性および弾力性について検証した。実験は
前述の実験１と同一の条件で行った。この実験結果を、
以下の表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】この実験結果から明らかなように、ガスバ
リア性の向上と弾力性とはトレードオフの関係にある
が、両ファクタについて所望の値を実現するために、封
止材の分子密度としては、１．０〜１．５Åの範囲にあ
るシリコン材を用いることが最も望ましいことが理解で
きる。

【００２２】なお、本発明は本実施例の超音波送受波器
に限定されるものでないことは言うまでもない。ガスバ
リア性の高いシリコン材を用いて封止材を形成すること
により、厳しい温度環境下においても腐食性ガスの侵入
を防止しうる点が本発明の要点であり、その作用を享受
しうるものであれば、内部の吸音構造の違いや有底筒状
ケースの形状の違い等に拘わらず、本発明を適用しうる
ものである。

【００２３】

【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、本発
明の超音波送受波器は、ガスバリア性の高いシリコン材
からなる封止材を、有底筒状ケースの開口部を封止して
いる弾性体上にさらに重ねて設ける構造を有しているの
で、腐食性ガスが有底筒状ケース内に侵入するのを効果
的に防止することができ、かつ封止材にシリコンゴムを
使用しているので、超音波送受波器を温度変化の激しい
環境下で使用しても残響特性等を所望のレベルで一定に
保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波送受波器の構造を示す概略断
面図である。

【図２】本発明と従来例の超音波送受波器の導通状態
の経時劣化を比較した図である。

【図３】従来例の超音波送受波器の構造を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１・・・超音波送受波器２・・・有底筒状ケース３・・・圧電振動子４・・・綿状体５・・・弾性体６・・・中継基板７・・・リード線８・・・外部接続端子９・・・封止材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部を有する有底筒状ケースと、有底
筒状ケースの底部に配置される圧電振動子と、有底筒状
ケースの開口部を封止する弾性体とを有してなる超音波
送受波器であって、前記弾性体の有底筒状ケース外部に露出する露出面上
に、さらにガスバリア性の高いシリコン材からなる封止
材を重ねて設けたことを特徴とする超音波送受波器。
【請求項２】前記封止材として、その分子密度が１．
０〜１．５Åの範囲にあるシリコン材を用いたことを特
徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。