JP2012160825A - 超音波送受信器の支持構造およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ケースが支持構造により拘束されず、共振周波数のずれを防止できる超音波送受信器の支持構造およびその形成方法を提供する。
【解決手段】有底筒状のケース111の内底に設置された圧電素子112に一対の電極端子113、114が電気的に接続された超音波送受信器110と、ケース111内の開口側に充填された樹脂体130と、を備え、一対の電極端子113、114は、一端が樹脂体130に埋まり、他端が固定されている。このように、一対の電極端子113、114が樹脂体を介して超音波送受信器110を支持しているため、ケース111が支持構造100により拘束されず、支持構造100による共振周波数のずれを防止できる。
【選択図】図1
【解決手段】有底筒状のケース111の内底に設置された圧電素子112に一対の電極端子113、114が電気的に接続された超音波送受信器110と、ケース111内の開口側に充填された樹脂体130と、を備え、一対の電極端子113、114は、一端が樹脂体130に埋まり、他端が固定されている。このように、一対の電極端子113、114が樹脂体を介して超音波送受信器110を支持しているため、ケース111が支持構造100により拘束されず、支持構造100による共振周波数のずれを防止できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器の支持構造およびその形成方法に関する。
超音波送受信器は、ケースの内底に貼り付けられた圧電素子に、固有の共振周波数の交流電圧を印加し伸縮運動させて超音波を送信でき、一方で超音波を受信して交流電圧に変換できる装置であり、超音波センサや超音波発音体等として使われている。そして、このような超音波送受信器1つで送受信を行い、距離計を構成することも可能である。
このような超音波送受信器は、筺体からの振動が伝播すると安定性が損なわれるため、振動の伝播を防止しようとする超音波送受信器が開発されている(たとえば特許文献1参照)。特許文献1記載の超音波センサは、圧電素子を固定した台座と筺体を構成する内部構造体との間に、固有振動数40kHz未満の防振材を設け、超音波センサへの振動の伝播を防止している。
しかしながら、上記のように防振材を介して超音波送受信器を基板や筐体などに固定する場合には振動の伝播を防止できても、各超音波送受信器の固定の強さや拘束状態の違いにより送受信における共振周波数のズレや特性のバラつきが生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ケースが支持構造により拘束されず、共振周波数のずれを防止できる超音波送受信器の支持構造およびその形成方法を提供することを目的とする。
(1)上記の目的を達成するため、本発明の超音波送受信器の支持構造は、有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器と、前記ケース内の開口側に充填された樹脂体と、を備え、前記一対の電極端子は、一端が前記樹脂体に埋まり、他端が固定されていることを特徴としている。このように、一対の電極端子が樹脂体を介して超音波送受信器を支持しているため、ケースが支持構造により拘束されず、支持構造による共振周波数のずれを防止できる。
(2)また、本発明の超音波送受信器の支持構造は、有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器と、一方の面が固定され、他方の面が前記ケースの開口端に固着された樹脂体と、を備えることを特徴としている。このように、ケースが樹脂体により支持され、固定面による拘束が緩和されているため、ケースが支持構造により拘束されず、支持構造による共振周波数のずれを防止できる。
(3)また、本発明の超音波送受信器の支持構造は、前記樹脂体が、シリコン樹脂により形成されていることを特徴としている。これにより、ケースが拘束されない程度に保持されるため、共振周波数を所望の値に維持することができる。
(4)また、本発明の超音波送受信器の支持構造の形成方法は、有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器を準備する工程と、前記ケース内に布状体を詰め込む工程と、前記詰め込まれた布状体の上から、前記ケース内に樹脂材料を注入し、前記一対の電極端子の一端を埋めて樹脂体にする工程と、前記一対の電極端子の他端を固定する工程と、を含むことを特徴としている。これにより、ケースが拘束されないように支持されるため、支持構造による超音波送受信器の共振周波数のずれを防止できる。
(5)また、本発明の超音波送受信器の支持構造の形成方法は、有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器を準備する工程と、前記一対の電極端子の一端を自由端とし、他端を固定する工程と、固定された樹脂体を前記ケースの開口端に接着する工程と、を含むことを特徴としている。これにより、ケースが拘束されないように支持されるため、支持構造による超音波送受信器の共振周波数のずれを防止できる。
本発明によれば、超音波送受信器のケースが支持構造により拘束されず、超音波の送受信における共振周波数のずれを防止できる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は、超音波送受信器の支持構造100を示す断面図である。超音波送受信器の支持構造100は、超音波送受信器110、布状体120および樹脂体130により構成されている。また、超音波送受信器110は、ケース111、圧電素子112、一対の電極端子113、114、ターミナル116、リード線117、118により構成されている。ケース111は、アルミニウム等の金属製であり、有底筒状に形成されている。
図1は、超音波送受信器の支持構造100を示す断面図である。超音波送受信器の支持構造100は、超音波送受信器110、布状体120および樹脂体130により構成されている。また、超音波送受信器110は、ケース111、圧電素子112、一対の電極端子113、114、ターミナル116、リード線117、118により構成されている。ケース111は、アルミニウム等の金属製であり、有底筒状に形成されている。
圧電素子112は、円板状に形成されており、円筒形状のケース111の内底に接着されて設置されている。ケース111の外底の面が振動面111aとなっており、圧電素子112は、振動面111aを介して超音波を送受信できる。圧電素子112の両主面には、それぞれ電極が形成されており、本体部分の圧電体は分極されている。
一対の電極端子113、114は、それぞれの一端側に絶縁性のターミナル116を有している。ターミナル116は、電極端子113とリード線117との接続および電極端子114とリード線118との接続を保護している。電極端子113は、ターミナル116内でリード線117に接続され、リード線117は、ケース111を介して、ケース111の底側の圧電素子112の電極に接続されている。電極端子114は、ターミナル116内でリード線118に接続され、リード線118は、圧電素子112のケース111開口側の電極に接続されている。
一方、電極端子113、114は、それぞれの他端側(ターミナル116の反対側)が基板や筐体等の構造体140に固定されている。電極端子113、114と構造体140とは、通常は半田で固定されている。各電極端子113、114は、超音波送受信器110を支持できる程度に硬い材質で形成されている。
なお、電極端子113、114は、ターミナル116を有している方が好ましいが、電気的接続が十分に保護されていれば、ターミナル116無しでもよい。また、ケース111は、金属製であることが好ましいが、プラスチック製等であってもよくプラスチック製の場合には、圧電素子112から電極を引き出し、リード線117を接続する。
布状体120は、ケース111内の圧電素子112側に設けられている。布状体120は、圧電素子112から発信された超音波が構造体140側へ伝播するのを防止している。構造体140へ超音波が伝播すると受信側の超音波送受信器110の機能を阻害するためである。布状体120は、フェルトで形成されていることが好ましいが、超音波の吸収に優れた材料であれば、フェルトに限定されない。
樹脂体130は、ケース111内の開口側に充填されており、ケース111の内周面に固着している。樹脂体130は、たとえばシリコン樹脂で形成されていることが好ましい。これにより、ケースが拘束されない程度に保持されるため、超音波の送受信にあたり共振周波数を所望の値に維持することができる。特に、樹脂体130は、ショア硬度A30°以上66°以下の材質で形成されていることが好ましい。
電極端子113、114は、それぞれの一端(ターミナル116側)が樹脂体130に埋まり、他端は構造体140に固定されている。ケース111とターミナル116をシリコン樹脂等の柔らかい樹脂体130で一体化し、電極端子113、114を構造体140から浮かせた状態で固定する。
次に、上記のように構成される超音波送受信器の支持構造100の形成方法を説明する。まず、ケース111の内底に設置された圧電素子112に一対の電極端子113、114が電気的に接続された超音波送受信器110を準備する。次に、ケース111内に布状体120を詰め込む。そして、詰め込まれた布状体120の上から、ケース111内に流動体の樹脂材料を注入し、電極端子113、114の一端を埋めて固化し樹脂体130にする。このとき、圧電素子112と樹脂体130との間に布状体120が挟まれた状態となる。
注入される樹脂材料の粘度は、30Pa・S以上であることが好ましい。樹脂材料の粘度が30Pa・S未満の場合には、樹脂材料が布状体120に浸透し、圧電素子112にまで達して駆動を阻害しうる。粘度の上限は、粒体として樹脂材料をケース111に注入できる程度である。樹脂体130の形成後、電極端子113、114の他端を、半田等で構造体140に固定する。
このようにして、超音波送受信器110を構造体140に固定する際に、ケース111が基板、筐体などの構造体140に直接触れないように固定する。その結果、ケースが支持構造により拘束されず、超音波の送受信において共振周波数のずれを防止できる。
[第2実施形態]
上記の実施形態では、電極端子113、114が、樹脂体130を介して超音波送受信器110を支持しているが、ケース111の開口端を樹脂体230で支持してもよい。図2は、超音波送受信器の支持構造200を示す断面図である。超音波送受信器の支持構造200は、超音波送受信器110、布状体120および樹脂体230により構成されている。
上記の実施形態では、電極端子113、114が、樹脂体130を介して超音波送受信器110を支持しているが、ケース111の開口端を樹脂体230で支持してもよい。図2は、超音波送受信器の支持構造200を示す断面図である。超音波送受信器の支持構造200は、超音波送受信器110、布状体120および樹脂体230により構成されている。
図2の例では、電極端子113、114は、一端が自由端であり、他端は筺体や基板等の構造体140に固定されている。自由端側にターミナル116が形成されているが、ケース111からは独立している。このような構成により、電極端子113、114は、ケース111を拘束しない。
樹脂体230は、一方の面が構造体140に固定され、他方の面がケース111の開口端に固着されている。このようにケース111とターミナル116とをシリコン樹脂等で一体化しないため、ケース111とターミナル116がそれぞれ自由度をもっているが、ケース111はシリコンゴム等の柔らかい樹脂体230を構造体140との間に挟んで固定し、ターミナル116を構造体140から浮かせた状態で固定している。なお、樹脂体230は、ショア硬度A30°以上66°以下の材質で形成されていることが好ましい。
次に、上記のように構成される超音波送受信器の支持構造200の形成方法を説明する。まず、ケース111の内底に設置された圧電素子112に一対の電極端子113、114が電気的に接続された超音波送受信器110を準備する。そして、電極端子113、114の一端を自由端とした状態で、他端を半田等で構造体140に固定する。次に、ケース111の開口端に沿うような形状に形成された円板環状の樹脂体230の一方の面を構造体140に固定し、固定された樹脂体230の他方の面とケース111の開口端とを接着する。
このようにして、ケース111を構造体140に直接触れないよう樹脂体230を介して固定し、電極端子113、114の一端をケース111とは独立させて自由端としている。その結果、ケース111が支持構造により拘束されず、共振周波数のずれを防止できる。
100 超音波送受信器の支持構造
110 超音波送受信器
111 ケース
111a 振動面
112 圧電素子
113、114 電極端子
116 ターミナル
117、118 リード線
120 布状体
130 樹脂体
140 構造体
200 超音波送受信器の支持構造
230 樹脂体
110 超音波送受信器
111 ケース
111a 振動面
112 圧電素子
113、114 電極端子
116 ターミナル
117、118 リード線
120 布状体
130 樹脂体
140 構造体
200 超音波送受信器の支持構造
230 樹脂体
Claims (5)
- 有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器と、
前記ケース内の開口側に充填された樹脂体と、を備え、
前記一対の電極端子は、一端が前記樹脂体に埋まり、他端が固定されていることを特徴とする超音波送受信器の支持構造。 - 有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器と、
一方の面が固定され、他方の面が前記ケースの開口端に固着された樹脂体と、を備えることを特徴とする超音波送受信器の支持構造。 - 前記樹脂体は、シリコン樹脂により形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の超音波送受信器の支持構造。
- 有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器を準備する工程と、
前記ケース内に布状体を詰め込む工程と、
前記詰め込まれた布状体の上から、前記ケース内に樹脂材料を注入し、前記一対の電極端子の一端を埋めて樹脂体にする工程と、
前記一対の電極端子の他端を固定する工程と、を含むことを特徴とする超音波送受信器の支持構造の形成方法。 - 有底筒状のケースの内底に設置された圧電素子に一対の電極端子が電気的に接続された超音波送受信器を準備する工程と、
前記一対の電極端子の一端を自由端とし、他端を固定する工程と、
固定された樹脂体を前記ケースの開口端に接着する工程と、を含むことを特徴とする超音波送受信器の支持構造の形成方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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