(57)【要約】【課題】超音波素子を位置決めするとともにプリント配線板の回路パターンや半田接合部、超音波素子にかかる応力を低減することのできる超音波センサを提供する。【解決手段】超音波振動子及び超音波振動子を内蔵するとともに一面に超音波を通過させるための開口１０ａを有する略円筒状の器体１０及び器体１０から突設されて超音波振動子に給電するための端子部１１から成る超音波素子１と、下面に超音波素子１の開口１０ａと連通する開口２０ａを有するとともに超音波素子１を収納する略有底円筒状の収納部２０を備えた略直方体状の筐体４と、収納部２０との間で超音波素子１を挟持するように配置されて超音波素子１の端子部１１が実装される平板状のプリント配線板５と、収納部２０と超音波素子１との間の隙間を埋める略円筒状の弾性部材６とから構成され、超音波素子１のプリント配線板５と対向する一面の一部を覆うフランジ部６０を弾性部材６に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送波又は受波若しくは送受波する超音波振動子及び超音波振動子を内蔵するとともに一面に超音波を通過させるための開口を有する器体及び器体から突設されて超音波振動子に給電するための端子部から成る超音波素子と、一面に超音波素子の開口と連通する開口を有するとともに超音波素子を収納する収納部を備えた筐体と、収納部との間で超音波素子を挟持するように配置されて超音波素子の端子部が実装されるプリント配線板と、収納部と超音波素子との間の隙間を埋める弾性部材とから成り、弾性部材には、超音波素子のプリント配線板と対向する一面の少なくとも一部を覆うフランジ部が設けられたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記フランジ部には、プリント配線板と対向し且つプリント配線板に向かう方向に突出する一乃至複数の第１の突起部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記弾性部材には、収納部と対向し且つ収納部に向かう方向に突出する一乃至複数の第２の突起部が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送波又は受波若しくは送受波に用いられる超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば物体検出等の用途に用いられる超音波センサや超音波スイッチが知られており、例えば特許文献１，２に開示されている。これら特許文献に記載されている超音波素子は、防振を目的として弾性部材で囲繞されている。
【０００３】
ところで、上記従来例に用いられている超音波素子は器体自体が振動することで超音波を発振する所謂密閉型の超音波素子であって、このような密閉型の超音波素子の他に一面を開口した器体の内部に超音波振動子を内蔵し、該開口を介して超音波を発振する所謂開放型の超音波素子が知られている。以下、このような開放型の超音波素子を用いた従来例について図面を用いて説明する。
【０００４】
この従来例は、超音波を監視空間内に放射しておき、監視空間内に存在する物体の移動に伴ってドップラー効果として生じる反射波の周波数偏移を検出することで物体の移動を検知する移動体検出装置であって、図４（ａ）に示すように、一面に超音波の送受波用の開口（図示せず）を有する器体１００ａ及び器体１００ａに内蔵されて超音波を送波又は受波若しくは送受波する超音波振動子（図示せず）から成る送波用の超音波素子１００及び受波用の超音波素子１００と、一面が開口するとともにこれら超音波素子１００を各々収納する略有底円筒状の一対の収納部１０１ａが設けられた略直方体状のボディ１０１と、一面が開口するとともに該開口をボディ１０１の開口と互いに突き合わせて組立ねじ１０６によって結合することで筐体１０３を成す略直方体状のカバー１０２と、ボディ１０１に組立ねじ１０６によって固定されるとともに送波用の超音波素子１００を所定の周波数で発振させるための駆動信号及び受波用の超音波素子１００からの受波信号を処理する信号処理回路が設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０４とから構成される。
【０００５】
各超音波素子１００は、端子部１００ｂをボディ１０１の開口に向けた状態で収納部１０１ａに配置され、端子部１００ｂは、収納部１０１ａの開口を塞ぐように配設される平板状のプリント配線板１０５に半田付けによって固定される。尚、送波側のプリント配線板１０５には、ＥＣＵ１０４からの駆動信号を受けて超音波素子１００を駆動する駆動回路が設けられ、受波側のプリント配線板１０５には、超音波素子１００で受波した超音波を受波信号に変換する変換回路が設けられる。また、収納部１０１ａの底部には、それぞれ超音波素子１００の開口及び外部と連通する連通孔１０１ｂが貫設されており、該連通孔１０１ｂが超音波の送受波の範囲を広げるとともに超音波の指向性を決定するホーンの役割を果たしている（図４（ｂ）参照）。
【０００６】
上記のような開放型の超音波素子１００では、器体１００ａが振動しないことから密閉型の超音波素子のように防振を目的として弾性部材を用いる必要は無い。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、超音波素子１００の端子部１００ｂをプリント配線板１０５に半田付けで固定するとともに、プリント配線板１０５を筐体１０３に固定する構造の場合、超音波素子１００の位置が決まり難いために超音波の指向性に影響する連通孔１０１ｂの中心と超音波素子１００の中心との位置関係がばらつき、超音波の指向性にばらつきを生じて検知性能が悪化する虞があった。
【０００７】
そこで、上記の問題を解決した超音波センサの従来例について以下、図面を用いて説明する。この従来例は、図５（ａ）に示すように、超音波素子１００と、一面が開口するとともに超音波素子１００を収納する略有底円筒状の収納部２００ａが設けられた略直方体状のボディ２００と、一面が開口するとともに該開口をボディ２００の開口と互いに突き合わせて結合することで筐体２０２を成す略直方体状のカバー２０１と、駆動回路若しくは変換回路の少なくとも何れか一方が設けられるとともに組立ねじ２０５によってボディ２００に取付固定される略平板状のプリント配線板２０３とから構成される。超音波素子１００は、上記と同様に端子部１００ｂをボディ２００の開口に向けた状態で収納部２００ａに配置され、端子部１００ｂは、プリント配線板２０３に半田付けによって固定される。また、収納部２００ａの底部には、超音波素子１００の開口及び外部と連通する連通孔２００ｂが貫設されており、該連通孔２００ｂが超音波の送受波の範囲を広げるとともに超音波の指向性を決定するホーンの役割を果たしている（図５（ｂ）参照）。
【０００８】
ここで、この従来例では図５（ｂ）に示すように、収納部２００ａと超音波素子１００との間には、当該隙間を埋める略円筒状の弾性部材２０４を配設している。而して、超音波素子１００が弾性部材２０４に圧接されて位置決めされるため、上記の問題を解決することができる。
【特許文献１】実開昭６２−１６３７８１号公報
【特許文献２】実開昭６２−１４０３７８号公報
【特許文献３】特開２００３−３４１４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来例では、プリント配線板２０３によって超音波素子１００を抑え込んで密着させているので、プリント配線板２０３を固定するためのねじ止め、経年劣化による反り、筐体２０２の収縮等によってプリント配線板２０３の回路パターンや半田接合部、更には超音波素子１００に応力がかかり、これらが破損する虞があった。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、超音波素子を位置決めするとともにプリント配線板の回路パターンや半田接合部、超音波素子にかかる応力を低減することのできる超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、超音波を送波又は受波若しくは送受波する超音波振動子及び超音波振動子を内蔵するとともに一面に超音波を通過させるための開口を有する器体及び器体から突設されて超音波振動子に給電するための端子部から成る超音波素子と、一面に超音波素子の開口と連通する開口を有するとともに超音波素子を収納する収納部を備えた筐体と、収納部との間で超音波素子を挟持するように配置されて超音波素子の端子部が実装されるプリント配線板と、収納部と超音波素子との間の隙間を埋める弾性部材とから成り、弾性部材には、超音波素子のプリント配線板と対向する一面の少なくとも一部を覆うフランジ部が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、フランジ部には、プリント配線板と対向し且つプリント配線板に向かう方向に突出する一乃至複数の第１の突起部が設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、弾性部材には、収納部と対向し且つ収納部に向かう方向に突出する一乃至複数の第２の突起部が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、弾性部材によって超音波素子を位置決めすることができるとともに、フランジ部が超音波素子とプリント配線板との間に介在するため、超音波素子とプリント配線板とが直接接触するのを防ぐことができ、したがってプリント配線板の回路パターンや半田接合部、超音波素子にかかる応力を低減することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、プリント配線板が超音波素子を押圧する力を第１の突起部で吸収できるので、超音波素子と筐体の開口との間の寸法がばらつくのを防ぐことができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、第２の突起部の弾性によって超音波素子と収納部との間の寸法がばらつくのを防ぐことができるので、超音波素子の開口の中心と筐体の開口の中心との位置関係がずれるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１（ｂ）における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、超音波を送波又は受波若しくは送受波する超音波振動子（図示せず）及び超音波振動子を内蔵するとともに一面に超音波を通過させるための開口１０ａを有する略円筒状の器体１０及び器体１０から突設されて超音波振動子に給電するための端子部１１から成る所謂開放型の超音波素子１と、下面に超音波素子１の開口１０ａと連通する開口２０ａを有するとともに超音波素子１を収納する略有底円筒状の収納部２０を備えた略直方体状の筐体４と、収納部２０との間で超音波素子１を挟持するように配置されて超音波素子１の端子部１１が実装される平板状のプリント配線板５と、収納部２０と超音波素子１との間の隙間を埋める略円筒状の弾性部材６とから構成される。
【００１８】
筐体４は、上面を開口した略直方体状のボディ２及び下面を開口した略直方体状のカバー３の各開口を互いに突き合わせて結合して成り、ボディ２下部に収納部２０が一体に形成されている。ボディ２の長手方向における両側面には、それぞれ外方向に突出する係止爪２１が突設されており、カバー３の長手方向における両端部からそれぞれ下方に突出する略矩形状の被係止部３０に貫設された係止孔３０ａに係止するようになっている。また、ボディ２の短手方向における両側面には、それぞれ外方に突出する取付片２３が突設されており、取付片２３に貫設された略円形状の取付孔２３ａを介して本実施形態を外部の装置にねじ止めすることができるようになっている。ボディ２の内部には、収納部２０を挟んで一対の略円筒状のボス部２２が一体に形成されており、該ボス部２２の内側にはそれぞれ雌ねじ部２２ａが設けられている。収納部２０の下底部には、図１（ｂ）に示すように開口２０ａが設けられており、該開口２０ａが超音波の送受波の範囲を広げるとともに超音波の指向性を決定するホーン部２０ａとなる。
【００１９】
カバー３上面の略中央部には、外部の装置から引き回されるケーブル（図示せず）を張力止めするための張力止め部３１が一体に形成されている。また、カバー３上面の長手方向における一端部には、後述するコネクタ５０が挿通される略矩形状の窓孔３２が貫設されている。
【００２０】
プリント配線板５には、電子部品５１が実装されることで超音波素子１を駆動するための駆動回路又は超音波素子１で受波した超音波を受波信号に変換する変換回路の少なくとも何れか一方が設けられている。これらの回路は本実施形態の用途に応じて変更され、例えば、本実施形態を超音波を送波するために用いるのであれば駆動回路をプリント配線板５に設け、超音波（反射波）を受波するために用いるのであれば変換回路を設ければよい。勿論、上記回路を両方とも設けても構わない。また、プリント配線板５の長手方向における一端部には、前記ケーブルの一端部が接続されるコネクタ５０が設けられており、ボディ２の各ボス部２２と対向する部位には、それぞれ略円形状のねじ挿通孔５ａが貫設されている。更に、プリント配線板５には、超音波素子１の端子部１１が挿通される一対の略円形状の端子部挿通孔５ｂが貫設されており、該端子部挿通孔５ｂに端子部１１を挿通した状態で半田付けを行うことで、端子部１１がプリント配線板５の回路パターンに接合される。
【００２１】
弾性部材６は、図２（ａ）に示すように、超音波素子１の側面を覆う寸法に形成され、その上端縁には内方に向かって突出して超音波素子１の上面の一部を覆う４つのフランジ部６０が一体に形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、弾性部材６の下端部にも全周に亘って内方に突出して超音波素子１の下面の一部を覆うフランジ部６１が一体に形成されている。各フランジ部６０には、上方に向かって突出する第１の突起部６ａが一体に形成されており、弾性部材６の側面には、外方に向かって突出する４つ（図示では２つ）の第２の突起部６ｂが一体に形成され、これら第２の突起部６ｂは周方向に亘って等間隔に設けられている。
【００２２】
以下、本実施形態の組立方法について説明する。先ず、超音波素子１を弾性部材６で覆った後に端子部１１を上方に向けた形で収納部２０に収納する。次に、端子部１１を端子部挿通孔５ｂに挿入した形でプリント配線板５を超音波素子１の上面に載置し、ねじ挿通孔５ａを介して組立ねじ７をボス部２２の雌ねじ部２２ａに螺合することで、プリント配線板５をボディ２にねじ止めする。この時、弾性部材６のフランジ６１が超音波素子１の下面とホーン部２０ａの周壁との間で挟持されることで、超音波素子１の開口１０ａとホーン部２０ａとの間の距離が略一定に保たれる。そして、端子部１１をプリント配線板５上の回路パターンに半田付けした後に、カバー３の被係止部３０にボディ２の係止爪２１を係止してカバー３をボディ２に結合することで本実施形態が完成する。
【００２３】
ここで、上述のように本実施形態では弾性部材６にフランジ部６０を設けているため、超音波素子１がプリント配線板５に直接接触するのを防ぐことができ、したがってプリント配線板５の回路パターンや端子部１１の半田接合部、超音波素子１にかかる応力を低減することができる。また、各フランジ部６０に第１の突起部６ａを設けているので、プリント配線板５をボディ２にねじ止めする際にプリント配線板５が超音波素子１を押圧する力を第１の突起部６ａで吸収できるので、超音波素子１とボディ２のホーン部２０ａとの間の寸法がばらつくのを防ぐことができる。更に、弾性部材６の側面に第２の突起部６ｂを設けているので、第２の突起部６ｂの弾性によって超音波素子１と収納部２０との間の寸法がばらつくのを防ぐことができ、超音波素子１の開口１０ａの中心とボディ２のホーン部２０ａの中心との位置関係がずれるのを防ぐことができる。
【００２４】
尚、本実施形態は、監視空間内に存在する物体の移動に伴ってドップラー効果として生じる反射波の周波数偏移を検出することで物体の移動を検知する移動体検出装置に用いられる。この移動体検出装置は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態である送波用の超音波センサＡ及び受波用の超音波センサＢと、各超音波センサＡ，Ｂをそれぞれ収納する一面を開口した長尺箱形のハウジング９と、ハウジング９に収納されて送波用の超音波センサＡへの駆動信号及び受波用の超音波センサＢからの受波信号を処理する信号処理回路を備えたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）８とから構成される。
【００２５】
ハウジング９は、例えば車両の天井に設置され、超音波センサＡ，Ｂ及びＥＣＵ８が収納される側と反対側の面には、超音波センサＡから発振される超音波を車両内の監視空間に送波するための略円形状の送波口９ａと、監視空間に存在する物体からの反射波を超音波センサＢで受波するための略円形状の受波口９ｂとが貫設されている。また、各超音波センサＡ，ＢとＥＣＵ８との間はそれぞれケーブルＣ（一部図示省略）によって接続され、ケーブルＣは各超音波センサＡ，Ｂの張力止め部３１によって張力止めされる。
【００２６】
上述のように、本実施形態は上記のような移動体検出装置に好適であるが、本実施形態の用途は移動体検出装置に限定されるものではなく、他の装置に用いても構わないのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る超音波センサの実施形態を示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）は断面図である。
【図２】同上の超音波素子及び弾性部材を示す図で、（ａ）は端子部側から見た斜視図で、（ｂ）は開口側から見た斜視図である。
【図３】本実施形態を用いた移動体検出装置を示す図で、（ａ）は背面図で、（ｂ）は正面図である。
【図４】従来の移動体検出装置を示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）は断面図である。
【図５】従来の超音波センサを示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  超音波素子
１０  器体
１０ａ  開口
１１  端子部
２０  収納部
２０ａ  ホーン部（開口）
４  筐体
５  プリント配線板
６  弾性部材
６０  フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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