WO2005032211A1

WO2005032211A1 - 超音波センサおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2005032211A1
Application number: PCT/JP2004/008866
Authority: WO
Inventors: Junshi Ota; Taku Matsumoto; Masanaga Nishikawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-04-07
Also published as: TW200512438A; JP2007036301A

Abstract

　自動車のバックソナーやコーナーソナー等の障害物センサに用いられる超音波センサにおいて、有底筒状ケースに対する圧電振動子の位置精度が向上し、安定した製品特性および製品コストを抑えた超音波センサを提供する。　超音波センサ５０は、有底筒状ケース１と、第１の金属部材２と、圧電振動子３と、第２の金属部材４とを備える。更に、有底筒状ケース１には、第１の弾性樹脂５と第２の弾性樹脂６が充填されている。　第１の金属部材２は、一方に金属平面部７を、他方に第１の金属端子８を有する。第１，第２の主面に電極が形成された（図示せず）圧電振動子３は、第１の主面が金属平面部７の一方面と接合されている。また、金属平面部７は、その他方面において、有底筒状ケース１の底面部と接合されている。また、第２の金属部材４は、第２の金属端子９を有し、第２の金属端子９が圧電振動子３の第２の主面に接合されている。

Description

明細書

超音波センサおよびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、自動車のバックソナーやコーナーソナ一等の障害物センサに用いられる超音波センサおよびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 超音波センサは、超音波を利用してセンシングを行なう。超音波センサでは、圧電振動子から超音波パルスが間欠的に送信され、被検出物からの反射波が圧電振動子で受信される。この送受波信号により被検出物との距離が測定される。

[0003] 近年、超音波センサの分野においては、センサの送受波面に近接する被検出物を検知するために、近距離タイプの超音波センサの需要が増加している。このような用途の超音波センサにおける、距離測定時の測定誤差の原因として最も大きな問題となるのが、送波信号の残響波と受波信号との干渉である。近接距離の測定に際しては、この残響特性がセンサの測定信頼性を左右することになる。従って、残響特性の改善が大きな課題となっている。

[0004] そこで、このような課題を解決するために、下記特許文献 1には、以下の構造を備えた超音波センサが提案されてレ、る。

[0005] すなわち、超音波センサは、有底筒状ケースと、有底筒状ケースの内底部に配置されている圧電振動子と、圧電振動子と電気的に接続されており、かつ有底筒状ケースの外部に引き出される入出力端子と、残響波を抑制するための緩衝材とを有している。

特許文献 1：特開平 11 - 266498号公報

発明の開示

[0006] し力ながら、上記特許文献 1に開示されている超音波センサは以下のようにして作製される。

[0007] アルミニウム等からなる金属製の有底筒状ケースの内部底面に、圧電振動子が配置されている。圧電振動子の第 1の主面が半田や導電性接着剤、あるいは絶縁性接着剤によって固定され、有底筒状ケースを介して、外部端子へと半田によって接続される。また圧電振動子は、その第 2の主面に形成された電極とワイヤ等を用いて外部端子へと接続される。

[0008] 圧電振動子を有底筒状ケースに固定する際、圧電振動子は、ピンセット等により保持され、有底筒状ケースに接着される。小型化が進む中、圧電振動子を保持することは困難であった。接着時に所定の位置からのずれにより、振動に歪が生じ、そのまま出力波形が乱れる等の特性ばらつきが生じがちであった。

また、有底筒状ケースがアルミニウム等の金属から構成されているので、半田付けには特殊な半田材料を用いる必要があり、また有底筒状ケースに前処理を施す必要がある。更には、自動化が困難な構造であり、そのため、製造コストが高くつかざるを得なかった。

[0009] 本発明のある広い局面では、第 1，第 2の主面に電極が形成された圧電振動子と、圧電振動子を収納する有底筒状ケースと、有底筒状ケースに収納され、圧電振動子と電気的に接続されている第 1の金属端子及び第 2の金属端子とを備える超音波センサであって、圧電振動子の第 1の主面と有底筒状ケースの内側底部間に金属平面部が設けられており、金属平面部は、第 1の金属端子と一体化されており、かつ、圧電振動子の第 1の主面側の電極と電気的に接続されており、第 2の金属端子は、一方端を圧電振動子の第 2の主面側の電極に電気的に接続されていることを特徴とする超音波センサが提供される。

[0010] 本発明のある特定の局面では、有底筒状ケースには、樹脂が充填されている。

[0011] 本発明の別の広い局面では、第 1,第 2の主面に電極が形成された圧電振動子を準備する工程と、圧電振動子の第 1の主面を第 1の金属部材の金属平面部に接合する工程と、第 1の金属部材に第 1の金属端子を形成する工程と、金属平面部を有底筒状ケースの内側底部に接着する工程と、第 2の金属部材に第 2の金属端子を形成する工程と、圧電振動子の第 2の主面側の電極に第 2の金属端子を接続する工程と、有底筒状ケースに樹脂を充填する工程とを備えることを特徴とする超音波センサの製造方法が提供される。

[0012] 本発明の他の特定の局面では、圧電振動子の第 1の主面を前記第 1の金属部材の金属平面部に接合する工程において、複数の第 1の金属部材が第 1の連結部材で連結される。

[0013] 本発明の別の特定の局面では、圧電振動子の第 2の主面に第 2の金属部材を接続する工程においては、複数の第 2の金属部材が第 2の連結部材で連結される。

[0014] 本発明の超音波センサおよびその製造方法によれば、有底筒状ケースに対する圧電振動子の位置精度が高められる。従って、超音波センサの自動機での製造が可能となり、かつ精度に優れた超音波センサを得ることが可能となる。

よって、安定した製品特性を有し、安価な超音波センサを提供することが可能となる。図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、本発明の超音波センサの一実施例における概略断面図である。（実施例 1)

[図 2]図 2は、本発明の超音波センサの製造方法の一実施例における概略プロセスフローである。（実施例 1)

[図 3]図 3は、本発明の超音波センサの一実施例における金属平面部の厚みと振幅量との関係を示すグラフである。（実施例 1)

[図 4]図 4は、本発明の超音波センサの一実施例の第一の金属部材における概略平面図である。（実施例 1)

[図 5]図 5は、本発明の超音波センサの一実施例の第二の金属部材における概略平面図である。（実施例 1)

[図 6]図 6は、本発明の超音波センサの別の実施例における概略断面図である。（実施例 2)

[図 7]図 7は、本発明の超音波センサの更に別の実施例における概略断面図である。 (実施例 3)

符号の説明

[0016] 1…有底筒状ケース

2、 12…第 1の金属部材

3…圧電振動子

4、 13…第 2の金属部材 5…第 1の弾性樹脂

6…第 2の弾性樹脂

7…金属平面部

8…第 1の金属端子

9…第 2の金属端子

10…第 1の連結部

11…第 2の連結部

14、 15…リード線

16…コネクター

17· · ·発泡弾性体

50、 60、 70…超音波センサ

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施例について添付図に基いて詳細に説明する。

実施例 1

[0018] 図 1は、本発明の超音波センサの一実施例における概略断面図を示す。

[0019] 図 1において、超音波センサ 50は、有底筒状ケース 1と、第 1の金属部材 2と、圧電振動子 3と、第 2の金属部材 4とを備える。更に、有底筒状ケース 1には、第 1の弾性樹脂 5と第 2の弾性樹脂 6が充填されている。

[0020] 有底筒状ケース 1は、金属材料で形成されており、例えば、軽量で加工性がよぐ鲭び難いアルミニウム、またはアルミニウム合金で形成されている。また、有底筒状ケース 1は、底面部が振動可能な薄肉状とされている。

[0021] 第 1の金属部材 2は、一方に金属平面部 7と、他方に第 1の金属端子 8を有する。第 1 ,第 2の主面に電極が形成された（図示せず)圧電振動子 3は、第 1の主面が金属平面部 7の一方面と接合されている。また、金属平面部 7は、その他方面において、有底筒状ケース 1の底面部と接合されている。また、第二の金属部材 4は、第二の金属端子 9を有し、一方を圧電振動子 3の第 2の主面に接合されている。

[0022] 超音波センサ 50においては、圧電振動子 3に交流電圧を印加することで、金属板平面部 7および有底筒状ケース 1の底面部が振動し、音波を発生する。逆に、被検出部で反射した反射波を受信することにより、金属板平面部 7および有底筒状ケース 1の底面部が振動し、これにより発生する歪を圧電振動子 3が電気信号に変換し、被検出部の検出を行なう。

[0023] また、充填された第 1の弾性樹脂 5と第 2の弾性樹脂 6とが残響振動を抑制する。従つて、受信時の残響時間が短くなり、残響特性が良好となる。

[0024] 上記した本発明の超音波センサの一実施例における製造方法の詳細を図 2に示す概略プロセスフローを用いて説明する。

[0025] 先ず、図 2 (a)に示すように、第 1 ,第 2の主面に電極部が形成された（図示せず)圧電振動子 3を、第 1の連結部 10に連結された第 1の金属部材 2の金属平面部 7の一方面に接着剤を用いて接合する。第 1の金属部材 2は、その後に第 1の金属端子 8となる箇所を有する。上記接合に際して、圧電振動子 3の第 1の主面に形成された電極部と金属平面部 7とは、電気的にも接続される。接着剤としては、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等を用いることができる。圧着されることにより電気的な接続が形成され、接合される。また、接着剤としては、特に限定されないが、導電性接着剤を用いても構わない。

[0026] また、第 1の金属部材 2を構成する材料は、圧電振動子 3の熱膨張係数と近い値を有する材料が望ましぐ Ni合金等が好ましい。また、金属平面部 7の厚みは、 0. 02 一 0. 3mmの範囲で設定されることが好ましい。

[0027] 図 3に、図 1にて示した有底筒状ケースの底面部の厚みが約 0. 5mmで、圧電振動子 3の電極間に IVの電圧を加えた時の金属平面部 7の厚みと有底筒状ケース 1の振幅との関係を示す。

[0028] 図 3より、金属平面部 7の金属厚みが増加するにつれ、振幅が減少する傾向が確認できる。この結果力もも、基本的に金属平面部 7の厚みが薄い方が好ましい。しかし、その取り扱い等の関係から厚みの下限値が決定される。ここでは、機械的な強度を考慮し、今回の値を設定した。金属平面部 7の厚みついては、特に限定するものではなぐ求める特性およびその強度からその値を設定して構わない。

[0029] 図 2 (a)の状態を更に明確にするために、図 4に、連結部 10で連結された第 1の金属部材 2の平面図を示す。 [0030] 図 4に示すように、第 1の金属部材 2を構成する複数の第 1の金属端子部 8が第 1の連結部 10で連結されている。

[0031] 次に、図 2 (b)示すように、第一の金属部材 2の金属平面部 7と第 1の金属端子 8間にて折り曲げる。この際、次工程となる有底筒状ケース 1への揷入および金属端子 8 の最終的な位置等を考慮して、所定の形状に形成される。折り曲げ加工には、自動機を用いることが好ましい。また、折り曲げカ卩ェは、圧電振動子 3が金属平面部 7に接着される前でも構わない。

[0032] 次に、図 2 (c)に示すように、圧電振動子 3が構成された金属平板部 7と、折り曲げ加工された第一の金属端子 8とを備える第一の金属部材 2を有底筒状ケース 1に揷入する。有底筒状ケース 1の内側底部と金属平面部 7の他方面とを、接着剤を用いて接合する。

[0033] 用いる接着剤としては、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等が挙げられる。また、接着剤は、特に限定されないが、導電性接着剤であってもよい。

[0034] 次に、図 2 (d)に示すように、連結部 11に連結された第 2の金属端子 9を、圧電振動子 3の第 2の主面の電極（図示せず）に、その一方端を半田付け（図示せず）により接合する。第二の金属部材 4は、半田付けおよび電気的な接続を考慮して、その材料が設定される。また、半田付けにより接続される先端部には、所定の形状が形成されている。また、その材料および厚みは、第 1の金属部材 2と同様とされることが好ましいが、第 1の金属部材 2の第 1の金属端子 8と第 2の金属部材 4の第 2の金属端子部 9との極性を明確にするために、他方端での厚みはその限りではない。

[0035] 図 5に、連結部 11に連結された複数の第 2の金属部材 4の平面図を示す。

[0036] 図 5に示すように、それぞれが第 2の金属部材 4を構成する複数の第 2の金属端子部 9が連結部 11に連結されてレ、る。

[0037] 第 1の金属部材 2および第 2の金属部材 4は、それぞれ連結部 10および連結部 11 に連結されているので、自動機を用いて供給され得る。更に、有底筒状ケース 1への金属平面部 7の接着、また圧電振動子 3の第 2の主面への第 2の金属端子 9の接着も自動機で行われることが好ましい。更に、圧電振動子 3は、有底筒状ケース 1に揷入前に、第 1の金属部材 2の金属平面部 7に接合されるが、これも自動機を用いて、所定の位置に接合されることが好ましい。これにより、それぞれの位置決めについても、安定した精度が維持される。

[0038] 次に、有底筒状ケース 1に、第 1の弾性樹脂 5を充填する。第 1の弾性樹脂 5は、その比重が 0. 01-0. 9の空隙部を有する樹脂、例えば、発泡性シリコーンを充填する。

[0039] 充填量は、少なくとも圧電振動子 3と第二の金属部材 4が接合された半田付け部分が完全に坦まる状態まで充填する。次に第二の樹脂 6、例えば、ゴム状の弾性樹脂で硬度が 20 80 (JISA)のシリコンゴム等を充填する。

[0040] 以上により、図 1に示した超音波センサ 50が構成される。

実施例 2

[0041] 次に、本発明の別の実施例について添付図に基いて詳細に説明する。

[0042] 図 6は、本発明の超音波センサの別の実施例における概略断面図を示す。図 1と同様の構成については同符号を用いて説明するものとする。

[0043] 図 6において、超音波センサ 60は、有底筒状ケース 1と、第 1の金属部材 12と、圧電振動子 3と、第 2の金属部材 13とを備える。更に、有底筒状ケース 1には、第 1の弾性樹脂 5と第 2の弾性樹脂 6が充填されている。

[0044] 第 1の金属部材 12は、一方に金属平面部 7を、他方に第 1の金属端子 8を有する。

圧電振動子 3は、その第 1の主面が金属平面部 7の一方面と接合されている。また、金属平面部 7は、その他方面において、有底筒状ケース 1の底面部と接合されている

[0045] また、第 2の金属部材 13は、第 2の金属端子 9を有する。第 2の金属端子 9は、圧電振動子 3の第 2の主面に接合されている。また、第一の金属端子 8および第二の金属端子 9は、リード線 14および 15にそれぞれ接続されている。リード線 14および 15は、コネクター 16に接続されることもある。外部端子にリード線等を用いて接続することにより、外部との所望とする接続に対応することが可能となる。

[0046] 超音波センサ 60の製造方法については、図 2を参照して説明した内容とほぼ同様であることから記載は省略する。

実施例 3 [0047] 次に、本発明の更に別の実施例について添付図に基いて詳細に説明する。

図 7は、本発明の超音波センサの更に別の実施例における概略断面図を示す。図 1 と同様の構成については同符号を用いて説明するものとする。

[0048] 図 7において、超音波センサ 70は、有底筒状ケース 1と、第 1の金属部材 2と、圧電振動子 3と、第 2の金属部材 4と、発泡弾性体 17を備える。更に、有底筒状ケース 1には、第 2の弾性樹脂 6が充填されている。

[0049] 第 1の金属部材 2は、一方に金属平面部 7を、他方に第 1の金属端子 8を有する。

圧電振動子 3は、第 1の主面が金属平面部 7の一方面と接合されている。また、金属平面部 7は、その他方面において、有底筒状ケース 1の底面部と接合されている。また、第 2の金属部材 6は、第 2の金属端子 9を有する。第 2の金属端子 9は、圧電振動子 3の第 2の主面に接合されている。

[0050] 更に、圧電振動子 3の第 2の主面の上部には、発泡弾性体 17が構成されている。

第 1の金属端子 8および第 2の金属端子 9は、構成された発泡弾性体 17および充填された第 2の弾性樹脂 6を通って外部へ引き出されている。第 2の弾性樹脂 6は、有底筒状ケース 1の内底部と連続して構成されることになり、ケースの 1の内底側と一体に振動する。よって、減衰振動の更なる安定が可能となる。なお、本実施例では圧電振動子 3と発泡弾性体 17の間も含めて有底筒状ケース 1内全体に第 2の弾性樹脂 6 を充填するとしているが、圧電振動子 3と発泡弾性体 17の間を除いて第 2の弾性榭脂 6を充填してもよい。すなわち、圧電振動子 3の上面と発泡弾性体 17とを接触させてもよい。

[0051] 超音波センサ 70の製造方法については、図 2を参考にして行った説明とほぼ同様であることから記載は省略する。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1 ,第 2の主面に電極が形成された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納する有底筒状ケースと、

前記有底筒状ケースに収納され、前記圧電振動子と電気的に接続されている第 1 の金属端子と及び第 2の金属端子とを備える超音波センサであって、

前記圧電振動子の第 1の主面と前記有底筒状ケースの内側底部間に金属平面部が設けられており、前記金属平面部は、前記第 1の金属端子と一体化されており、かつ、前記圧電振動子の第 1の主面側の電極と電気的に接続されており、前記第 2の金属端子は、一方端を前記圧電振動子の第 2の主面側の電極に電気的に接続されていることを特徴とする超音波センサ。

[2] 前記有底筒状ケースに樹脂が充填され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。

[3] 第 1 ,第 2の主面に電極が形成された圧電振動子を準備する工程と、前記圧電振動子の第 1の主面を第 1の金属部材の金属平面部に接合する工程と、前記第 1の金属部材に第 1の金属端子を形成する工程と、前記金属平面部を有底筒状ケースの内側底部に接着する工程と、第 2の金属部材に第 2の金属端子を形成する工程と、前記圧電振動子の第 2の主面側の電極に前記第 2の金属端子を接続する工程と、前記有底筒状ケースに樹脂を充填する工程とを備えることを特徴とする超音波センサの製造方法。

[4] 前記圧電振動子の第 1の主面を前記第 1の金属部材の金属平面部に接合するェ程においては、複数の第 1の金属部材が第 1の連結部材で連結されることを特徴とする、請求項 3に記載の超音波センサの製造方法。

[5] 前記圧電振動子の第 2の主面に第 2の金属部材を接続する工程においては、複数の第 2の金属部材が第 2の連結部材で連結されることを特徴とする、請求項 3または 4 に記載の超音波センサの製造方法。