(57)【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、及び前記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、及び前記器体から突出するように設けられて前記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、一面に前記超音波素子の開口と連通する開口を有するとともに前記超音波素子を収納する収納部が設けられた筐体と、前記収納部との間で前記超音波素子を挟持するように配置されて前記超音波素子の端子部が実装されるプリント配線板とを備え、前記収納部は、前記超音波素子を囲む周壁を有し、前記周壁には、前記超音波素子を位置決めする位置決め部が一体に設けられたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記位置決め部は、前記周壁と一体に設けられて前記超音波素子に圧接する複数のリブである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】
前記位置決め部は、前記周壁において径方向における厚み寸法が他の部位よりも小さく形成された複数の薄肉部であることを特徴とする請求項１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、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覆われている。ここで、上記特許文献に記載の超音波素子は、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る。一方、上記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、当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超音波センサの従来例について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図７（ａ）における上下を上下方向と定めるものとする。
【０００３】
この従来例は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、下面に超音波の送受波用の開口（図示せず）を有する有底円筒状の器体１００ａ及び器体１００ａに内蔵されて超音波を送受波する超音波振動子（図示せず）から成る超音波素子１００を用いる。超音波素子１００は、上面が開口する直方体状のボディ２００に設けられた有底円筒状の収納部２００ａに収納される。また、ボディ２００は、自身の開口と、下面が開口する直方体状のカバー２０１の開口とを互いに突き合わせて結合することで筐体２０２を成す。
【０００４】
ボディ２００には、平板状のプリント配線板２０３が組立ねじ２０５によって取付固定される。プリント配線板２０３には、外部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と、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との少なくとも何れか一方が設けられている。
【０００５】
超音波素子１００の器体１００ａの上面に１対の端子部１００ｂが設けられており、超音波素子１００は、当該端子部１００ｂをボディ２００の開口に向けた状態で収納部２００ａに収納される。そして、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。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が設けられており、当該連通孔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。
【０００６】
ところで、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、超音波素子１００を収納部２００ａに収納する際に、超音波素子１００と収納部２００ａとの間の隙間によって超音波素子１００の位置が決まり難い。このため、超音波の指向性に影響する連通孔２００ｂの中心と超音波素子１００の開口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が生じて検知性能が悪化する虞があった。そこで、この従来例では、図７（ａ）に示すように、超音波素子１００に円筒状の弾性部材２０４を装着することで、収納部２００ａと超音波素子１００との間の隙間を埋めている。而して、超音波素子１００が弾性部材２０４に圧接されて収納部２００ａ内で位置決めされるため、上記問題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来例では、超音波素子１００に弾性部材２０４を装着するため、弾性部材２０４を超音波素子１００に装着する工程の分だけ製造に必要な時間が長くなる。また、弾性部材２０４を超音波素子１００に装着する工程に手間が掛かるため、製造効率が悪化するという問題があった。更に、弾性部材２０４を超音波素子１００等の他の部材と別個に製造する必要があるため、製造コストが増大するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、製造効率を向上させるとともに製造コスト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】
【００１０】
本発明の超音波センサは、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、及び前記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、及び前記器体から突出するように設けられて前記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、一面に前記超音波素子の開口と連通する開口を有するとともに前記超音波素子を収納する収納部が設けられた筐体と、前記収納部との間で前記超音波素子を挟持するように配置されて前記超音波素子の端子部が実装されるプリント配線板とを備え、前記収納部は、前記超音波素子を囲む周壁を有し、前記周壁には、前記超音波素子を位置決めする位置決め部が一体に設けられたことを特徴とする。
【００１１】
この超音波センサにおいて、前記位置決め部は、前記周壁と一体に設けられて前記超音波素子に圧接する複数のリブであることが好ましい。
【００１２】
この超音波センサにおいて、前記位置決め部は、前記周壁において径方向における厚み寸法が他の部位よりも小さく形成された複数の薄肉部であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、筐体と一体に設けられた位置決め部によって超音波素子を収納部内で位置決めすることができるので、従来のように弾性部材を超音波素子に装着する必要が無く、製造効率を向上させることができる。また、従来のように弾性部材を別個に製造する必要が無いため、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る超音波センサの実施形態１を示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）はボディの上面図で、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図で、（ｄ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線断面矢視図である。
【図２】同上の組立後の状態を示す図で、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面矢視図で、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面矢視図である。
【図３】同上のボディに超音波素子を配置した状態を示す図で、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）における破線部アの拡大図である。
【図４】本発明に係る超音波センサの実施形態２を示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）はボディの上面図で、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図で、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面矢視図である。
【図５】同上の組立後の状態を示す図で、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線断面矢視図で、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線断面矢視図である。
【図６】同上のボディに超音波素子を配置した状態を示す図で、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）における破線部イの拡大図である。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態１について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１（ａ）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）〜（ｄ）に示すように、超音波素子１と、超音波素子１を収納する収納部２０が設けられた筐体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が実装されるプリント配線板５とを備える。
【００１６】
超音波素子１は、所謂開放型の超音波素子であって、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）と、超音波振動子を内蔵するとともに下面に超音波を通過させるための開口（図示せず）を有する有底円筒状の器体１０とから構成される。また、器体１０の上部には、超音波振動子に給電するための１対の丸棒状の端子部１１が上向きに突出する形で設けられている。
【００１７】
筐体４は、図１（ａ）に示すように、上面を開口した直方体状のボディ２、及び下面を開口した直方体状のカバー３の各開口を互いに突き合わせて結合して成る。そして、ボディ２の下部には、円筒状の収納部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端部の各側面には、それぞれ引掛爪２１が外向きに突出する形で設けられている。また、カバー３の長手方向における両端部には、それぞれ矩形枠状の枠部３０が下向きに突出して設けられており、これら枠部３０に囲まれる部位は、各引掛爪２１が引っ掛けられる引掛孔３０ａとなっている。而して、ボディ２の各引掛爪２１をカバー３の各引掛孔３０ａに引っ掛けることで、ボディ２とカバー３とが互いに結合される。
【００１８】
ボディ２の短手方向における両側面には、図１（ｂ）に示すように、それぞれ矩形板状の取付片２３が外向きに突出する形で設けられており、これら取付片２３の中央部には円形状の取付孔２３ａが各々設けられている。而して、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１対の円筒状のボス部２２が上向きに突出する形で一体に形成されており、各ボス部２２の内周面には雌ねじ部２２ａが形成されている。
【００１９】
収納部２０の下底部には、図１（ｄ）に示すように開口が設けられており、当該開口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。また、収納部２０の超音波素子１を囲む周壁の内面には、図１（ｃ）に示すように、複数（図示では３つ）の棒状のリブ２０ｂが周方向に亘って一定の間隔を空けて一体に形成されている。各リブ２０ｂは、図１（ｄ）に示すように、その上端部が断面三角形状に切り欠かれている。このため、各リブ２０ｂの上端部は超音波素子１に押圧されることで潰れる、所謂潰しリブとなっている。これらリブ２０ｂが、超音波素子１を位置決めする位置決め部として機能する。
【００２０】
カバー３上面の中央部には、図１（ａ），図２（ａ）に示すように、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が挿入される矩形状の窓孔３２が設けられている。更に、カバー３上面の窓孔３２の周縁には、断面コ字状の壁部３３が上向きに突出する形で一体に形成されている。このように、壁部３３で窓孔３２を覆うことで、ケーブルのコネクタ５０との接合部に直接触れるなどして、外力が掛かるのを防止することができる。
【００２１】
プリント配線板５には、図１（ａ）に示すように、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、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、それぞれ組立ねじ６が挿入される円形状のねじ挿入孔５ａが設けられている。更に、プリント配線板５には、超音波素子１の端子部１１が挿入される１対の円形状の端子部挿入孔５ｂが設けられている。而して、各端子部挿入孔５ｂに各端子部１１を挿入した状態で半田付けを行うことで、各端子部１１がプリント配線板５の回路パターンに接合される。
【００２２】
以下、本実施形態の組立方法について説明する。先ず、各端子部１１を上向きにした状態で超音波素子１を収納部２０に収納する。次に、各端子部１１を各端子部挿入孔５ｂに挿入しつつプリント配線板５を超音波素子１の上面に載置し、各ねじ挿入孔５ａを介して各組立ねじ６を各ボス部２２の雌ねじ部２２ａにねじ止めすることで、プリント配線板５をボディ２に取付固定する。そして、各端子部１１をプリント配線板５上の回路パターンに半田付けして接合した後に、カバー３の各引掛孔３０ａにボディ２の各引掛爪２１を引っ掛けてカバー３とボディ２とを互いに結合させることで、本実施形態が完成する（図２（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００２３】
ここで、超音波素子１を収納部２０に収納する際に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、超音波素子１を押し込んで各リブ２０ｂの上端部を押し潰すことで、超音波素子１が各リブ２０ｂに圧接される。このため、超音波素子１は、自身と収納部２０との間に隙間があっても、各リブ２０ｂによって３点でガタツキ無く支持される。而して、超音波素子１は、収納部２０内においてホーン部２０ａの中心と超音波素子１の開口の中心との位置関係がばらつくこと無く位置決めされる。
【００２４】
上述のように、本実施形態では、筐体４と一体に形成された各リブ２０ｂによって超音波素子１を収納部２０内で位置決めすることができるので、従来のように弾性部材を超音波素子１に装着する必要が無く、製造効率を向上させることができる。また、従来のように弾性部材を別個に製造する必要が無いため、製造コストを低減することができる。
【００２５】
（実施形態２）
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、実施形態１と同様に、超音波素子１と、超音波素子１を収納する収納部２０が設けられた筐体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が実装されるプリント配線板５とを備える（図４，図５参照）。そして、本実施形態では、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、収納部２０の超音波素子１を囲む周壁において径方向における厚み寸法が他の部位よりも小さく形成された複数（図示では３つ）の薄肉部２０ｃを実施形態１のリブ２０ｂの代わりに設けている。これら薄肉部２０ｃが、超音波素子１を位置決めする位置決め部として機能する。
【００２６】
薄肉部２０ｃは、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、収納部２０の前記周壁において周方向に亘って一定の間隔を空けて設けられており、前記周壁の他の部位と比べて厚み寸法が小さいことから、径方向に沿って撓むようになっている。また、本実施形態の収納部２０は、実施形態１の収納部２０よりもその径寸法が大きくなっており、超音波素子１の径寸法とほぼ同じ寸法で形成されている。
【００２７】
ここで、従来であれば収納部２０の径寸法が超音波素子１の径寸法とほぼ同じ寸法で、収納部２０と超音波素子１との間に隙間が生じなければ、超音波素子１を収納部２０に収納することができなかった。しかしながら、本実施形態では、上述のように収納部２０の周壁の一部を薄肉部２０ｃで形成している。このため、超音波素子１を収納部２０に押し込むと、各薄肉部２０ｃが超音波素子１に押圧されて径方向の外向きに撓むことにより、超音波素子１と収納部２０との間に僅かに隙間が生じて超音波素子１を収納部２０に収納することができる。そして、超音波素子１を収納部２０に収納した後は、各薄肉部２０ｃが径方向の内向きに復帰しようとするため、超音波素子１が収納部２０内で各薄肉部２０ｃによって３点でガタツキ無く支持される。而して、超音波素子１は、収納部２０内においてホーン部２０ａの中心と超音波素子１の開口の中心との位置関係がばらつくこと無く位置決めされる。
【００２８】
上述のように、本実施形態では、筐体４と一体に形成された各薄肉部２０ｃによって超音波素子１を収納部２０内で位置決めすることができるので、従来のように弾性部材を超音波素子１に装着する必要が無く、製造効率を向上させることができる。また、従来のように弾性部材を別個に製造する必要が無いため、製造コストを低減することができる。
【００２９】
尚、本実施形態では、図４（ａ），（ｄ）、及び図６（ａ），（ｂ）に示すように、各薄肉部２０ｃの内面に上端部が断面台形形状に切り欠かれた潰しリブ２０ｄが一体に形成されている。而して、超音波素子１を収納部２０に押し込んで各潰しリブ２０ｄの上端部を押し潰すことで、超音波素子１が各潰しリブ２０ｄに圧接されるため、より確実に超音波素子１を収納部２０内で位置決めすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  超音波素子
１０  器体
１１  端子部
２０  収納部
２０ａ  ホーン部（開口）
２０ｂ  リブ（位置決め部）
２０ｃ  薄肉部（位置決め部）
４  筐体
５  プリント配線板
【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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【図６】
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【図７】
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