JP2002228742A - 超音波センサ - Google Patents

超音波センサ

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JP2002228742A
JP2002228742A JP2001023696A JP2001023696A JP2002228742A JP 2002228742 A JP2002228742 A JP 2002228742A JP 2001023696 A JP2001023696 A JP 2001023696A JP 2001023696 A JP2001023696 A JP 2001023696A JP 2002228742 A JP2002228742 A JP 2002228742A
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JP
Japan
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piezoelectric element
case part
bottomed
case
ultrasonic sensor
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JP2001023696A
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English (en)
Inventor
Eiji Yoshida
英司 吉田
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサの軸線方向後方の取付けスペースが比
較的狭い場合にも容易に使用できる超音波センサを提供
する。 【解決手段】 ケースを整合層を備えたプラスチック材
料から成る有底ケース部分と、有底ケース部分に密封接
合され、有底ケース部分と共に圧電素子の収容空間を画
定する金属製ケース部分とで構成し、有底ケース部分の
内底面に、上下両面にそれぞれ電極を備えた圧電素子を
取付け、圧電素子の両電極にそれぞれ電気的に接続する
外部シールド線を金属製ケース部分の側方に取出すよう
に構成し、金属製ケース部分の開放端に封止材を充填し
たことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えばガスセンサ
として使用され得る圧電素子を利用した超音波センサに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波センサとしては、金属ケ
ース型のものと樹脂ケース型のものが知られており、一
般的に前者は耐候性、耐湿性等に優れており、後者は電
気音響変換効率に優れ、高感度で応答性に優れている。
【0003】金属ケース型の超音波センサの例として、
特開昭61-191198号公報には、金属製ケースの内底面に
圧電素子を接合してなるケース部と、入出力端子を立植
したベース部とを有し、圧電素子の表裏両面に設けた電
極をベース部における入出力端子に電気的に接続した形
式のものが開示されている。
【0004】また、樹脂ケース型の超音波センサの例と
して、実用新案登録第1778125号には、発泡性プラスチ
ック材料から成るケースの内底面の中央部に圧電素子を
取付け、圧電素子の上下両面に設けられた電極を外部へ
通じた接続素子に接続すると共にケースの開口部を蓋部
材で閉じた形式ものが開示されており、ケースにQ値の
低い発泡性プラスチック材料を用いることによって高い
音響減衰効果が得られ、その結果残響時間を大幅に短縮
して高い感度のセンサを提供することができるようにな
った。
【0005】これらいずれの形式のものでも、一般に、
圧電素子の電極に電気的に接続される入出力端子及び入
出力ケーブルはセンサの蓋部材又はベース部を通ってセ
ンサの軸線方向に沿ってのびるように設けられている。
そのため、センサの基部の背後には入出力端子や入出力
ケーブルを取り回すのに十分な空間が必要とされてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
超音波センサは通常、使用される例えば自動車、計測器
具、工業用ロボットのような機械器具においては、その
取付け部位によってはしばしば取付けベースが制限さ
れ、そのため、入出力端子や入出力ケーブルを取り回す
のに十分な空間が取れない場合が生じ得る。
【0007】そこで、本発明は、このような従来構造の
問題点を解決して、センサの軸線方向後方の取付けスペ
ースが比較的狭い場合にも容易に使用できる超音波セン
サを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による超音波センサは、ケースの一部を構
成しかつ整合層を成すプラスチック材料から成る有底ケ
ース部分と、有底ケース部分に密封接合され、有底ケー
ス部分と共に圧電素子の収容空間を画定する金属製ケー
ス部分とを有し、有底ケース部分の内底面に、上下両面
にそれぞれ電極を備えた圧電素子を取付け、圧電素子の
両電極にそれぞれ電気的に接続する外部シールドの側方
に取出すように構成し、金属製のケース部分の開放端に
封止材を充填したことを特徴としている。
【0009】好ましい実施の形態においては、圧電素子
の周囲にシールド部材が配置され、シールド部材の自由
端に中継基板が設けられ、圧電素子の両電極と外部シー
ルド線は中継基板に形成した中継端子にそれぞれ接続さ
れ得る。
【0010】また、有底ケース部分の側長と金属製ケー
ス部分の側長は、それら側長の総長がλ/4整数倍長さ
になるようそれぞれ設定され得る。
【0011】更に好ましい実施の形態においては、封止
材は金属製ケース部分の開放端全体にわたって設けたス
ポンジ部材層の上に充填され得る。
【0012】また、本発明による超音波センサにおいて
は、外部シールド線の外方端における外被とこれより露
出する各導線との隙間は封止部材により密封され得る。
【0013】このように構成した本発明による超音波セ
ンサにおいては、外部シールド線を金属製ケース部分の
側方に取出すように構成しているので、センサの軸線方
向後方に外部シールド線の取り回し用のスペースは必要
でなく、センサの取付けの融通性及び適応性を大幅に向
上させることができるようになる。
【0014】また、ケース内に圧電素子の周囲を囲んで
シールド部材を設け、このシールド部材の自由端に設け
た中継基板上で、圧電素子の両電極からの導線と外部シ
ールド線を電気的に接続するように構成した場合は、ケ
ース内における配線の組付けが容易となると同時に外部
シールド線に外部応力が加わっても中継基板で受けら
れ、圧電素子の両電極へ通じる導線には力が加わらず、
圧電素子の振動を阻害することがなくなる。
【0015】更に、有底ケース部分と金属製ケース部分
のそれぞれの側長を、それら側長の総長がλ/4整数倍
長さとなるよう設定することにより、有底ケース部分の
底面から側面に漏れ出た振動の位相と、金属製ケース部
分の主部開口端に反射されて戻ってくる振動の位相とが
互いに逆になり相殺されてケース全体の側面の振動が抑
制され感度及び出力を向上できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図1には本発明の一実施
の形態による超音波センサを示し、図示装置において、
ケースは、プラスチック材料からなる断面円筒形の有底
ケース部分1と、有底ケース部分1に密封接合された断
面円筒形の金属製ケース部分2とで形成されており、内
部に圧電素子3を収容する空間を画定している。ケース
の有底ケース部分1は整合層を成し、その外側端面は、
圧電素子3に相応した領域が突起している。断面円筒形
の金属製ケース部分2はアルミニウムで構成され得る。
【0017】図2に示すように、前記有底ケース部分1
の底面の厚みは通常、λ/4(鎖線の波形イで示す)長
と同厚に設定される。また同ケース部分1の側長と金属
製ケース部分2の側長は、それぞれλ/4又はその整数
倍長さに設定され、本実施の形態では音速が300m/s
のプラスチック材よりなる有底ケース部分1の側長をλ
/2長さに、また音速が600m/sの金属よりなる金属
製ケース部分2の側長さをλ/4長さにそれぞれ設定す
ると共に、全側長を3λ/4長さに設定した。このよう
に構成することによって鎖線ロ、ロ´で示すように、有
底ケースの底面から側面に漏れ出た振動の位相ロと、金
属ケース部分の上部開口面から反射して戻ってくる振動
の位相ロ´とが互いに打ち消し合い、ケース全体の側面
の振動が吸収され、感度、出力を高めることになる。
【0018】圧電素子3は図示したように有底ケース部
分1の内底部に接着剤により固着され、その上下両面に
は電極を形成する導電層3a、3bが形成されている。
圧電素子3の側方周囲を含むシールド部材4が有底ケー
ス部分1の内周壁に沿って配置されている。シールド部
材4の一端は中央部を除いて端壁4aで閉じられてお
り、シールド部材4の端壁4aの内側には中継基板5が
取付けられている。この中継基板5は図示したように中
央開口5aを備えている。
【0019】断面円筒形の金属製ケース部分2の側端部
には図2に明瞭に示すように所定深さの切欠溝2aを形
成し、この切欠溝2aより外部シールド線6の他端が外
方に導出されている。外部シールド線6の一端から露出
する各導線6a、6b、6cは中継基板5に形成した相
応したそれぞれの端子5a、5b、5cに電気的に接続
され、中継基板5の端子5a、5bには、導線7a、7
bを介して圧電素子3の上下両面の電極が電気的に接続
されている。この場合中継基板5の端子5cはアース端
子となっている。中継基板5と圧電素子3との間隔は、
シールド線6の導線6a、6b及び導線7a、7bが圧
電素子3に接触しないのを保証するように決められる。
尚、切欠溝2aの深さは、外部シールド線6の外形寸法
より同じか若干大きくし、金属製ケース部分2の上部開
口面より突出しないように構成されている。
【0020】こうして取付けたセンサ組立体において、
ケース部分2内の中継基板5上には紙フェノールのよう
なスポンジ板8が中継基板5との間に隙間をあけて張ら
れ、その上から封止材9がシールド線6を埋め込んで充
填される。従って、シールド線6は封止材9により密封
固定支持される。この場合、封止材9としては、エポキ
シ樹脂やセラミック粉末入りのウレタン樹脂が使用され
得る。
【0021】図3には、シールド線すなわち外部ケーブ
ル6の外方端部の絶縁性外被6dの剥皮部10とこれに
より露出する導線6a、6b、6cの一部を覆うよう樹
脂モールド材11を塗付し、熱処理により固化すること
により絶縁性外被6dと導線6a、6b、6cとの間の
隙間からの湿気の浸入を阻止する。尚、外部ケーブルの
剥皮部10の切断線を一様な直線状とせず、図示したよ
うに凹凸(ジグザク)のある粗(荒)線状とすることに
よりモールド材11との密着性を高め得る(アンカー効
果)が、必ずしも必要ではない。
【0022】次に図4は外部ケーブル6の剥皮部10を
封止する別の手法を示したもので、封止部材として内面
に熱可塑性樹脂よりなるホットメルト接着剤層12aを
有する熱収縮チューブ12を用い、これを外部ケーブル
6の剥皮部10とこれにより露出する各導線8a、8b
の一部を覆うように巻き付け、熱処理によって接着剤層
12aを溶解させ、導線6a、6b、6cとの隙間を充
填すると共に熱収縮チューブ12を収縮密着させたもの
で、右実施例による場合、上記図3の実施の形態に比べ
封止作業が簡単で、かつ確実に行うことができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
超音波センサにおいては、ケースを整合層を備えたプラ
スチック材料から成る有底ケース部分と、有底ケース部
分に密封接合され、有底ケース部分と共に圧電素子の収
容空間を画定する金属製ケース部分とで構成し、有底ケ
ース部分の内底面に、上下両面にそれぞれ電極を備えた
圧電素子を取付け、圧電素子の両電極にそれぞれ接続す
る外部シールド線を金属製ケース部分の側方に取出すよ
うに構成し、金属製のケース部分の開放端に封止材を充
填したものであって、外部シールド線を金属製のケース
部分の側方に取出すように構成しているので、センサの
軸線方向後方に外部シールド線の取り回し用のスペース
は必要でなく、センサの取付けの融通性及び適応性を大
幅に向上させることができるようになる。また、ケース
内における配線の組付けが容易になると同時に外部シー
ルド線に外部応力が加わっても圧電素子の両電極へ通じ
る導線には力が加わらず、圧電素子の振動を阻害するこ
とがなくなる。
【0024】また、有底ケース部分と金属製ケース部分
のそれぞれの側長を、全側長がλ/4整数倍長さとなる
よう設定した場合には、有底ケース部分の底面から側面
に漏れ出た振動の位相と、金属製ケース部分の主部開口
端に反射されて戻ってくる振動の位相とは互いに逆にな
り相殺され、それによりケース全体の側面の振動は抑制
され、感度及び出力を向上させることができる。
【0025】さらに、外部シールド線の外方端における
外被とそれにより露出した各導線との隙間を封止部材で
密封した場合には、外部シールド線における外被と各導
線との隙間を通してのケース内への湿気の浸入は確実に
防止され、それにより、ケース内における露出した電極
や金属部分が錆びたり、絶縁不良が生じることを防止で
きるようになる。
【0026】さらにまた、ケースの一部に金属製部分を
採用しているので、プラスチックケースに比べ外部シー
ルド線を外側方へ引出すための切欠き溝を容易に加工で
きると共に剛性が高いため装置への取付けに際し、この
金属製ケースを直接保持できるので、ケースを破壊する
ことなく、取付けを堅牢にできる等の実用上の利益もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による超音波センサを示す
概略縦断面図。
【図2】図1の装置の動作を説明するケースの概略縦断
面図。
【図3】本発明の別の実施の形態による要部構成を示す
概略縦断面図。
【図4】本発明の更に別の実施の形態による要部構成を
示す概略縦断面図。
【符号の説明】
1:有底ケース部分 2:金属製の断面円筒形のケース部分 2a:切欠溝 3:圧電素子 3a:電極を成す導電層 3b:電極を成す導電層 4:シールド部材 4a:端壁 5:中継基板 5a:中央開口 6:シールド線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケースの一部を形成しかつ整合層を成す
    プラスチック材料から成る有底ケース部分と、有底ケー
    ス部分に密封接合され、有底ケース部分と共に圧電素子
    の収容空間を画定する金属製ケース部分とを有し、有底
    ケース部分の内底面に、上下両面にそれぞれ電極を備え
    た圧電素子を取付け、圧電素子の両電極にそれぞれ電気
    的に接続する外部シールド線を金属製ケース部分の側方
    に取出すように構成し、金属製のケース部分の開放端に
    封止材を充填したことを特徴とする超音波センサ。
  2. 【請求項2】 圧電素子の周囲にシールド部材を配し、
    このシールド部材の自由端に中継基板を設け、圧電素子
    の両電極と外部シールド線とを中継基板に形成した中継
    端子にそれぞれ接続した請求項1に記載の超音波セン
    サ。
  3. 【請求項3】 有底ケース部分の側長と金属製ケース部
    分の側長との総長がλ/4整数倍長さになるようそれぞ
    れ設定したことを特徴とする請求項1に記載の超音波セ
    ンサ。
  4. 【請求項4】 封止材が金属製ケース部分の開放端全体
    にわたって設けたスポンジ部材層の上に充填されている
    請求項1に記載の超音波センサ。
  5. 【請求項5】 外部シールド線の外方端における外被と
    これより露出する各導線との隙間を封止部材により密封
    した請求項1に記載の超音波センサ。
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