(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料からなる略筒状をしたケース本体の前面開口部に金属板を設け、当該金属板の内面に圧電振動素子を接合させ、前記ケース本体に一体形成した一対の導電部材をそれぞれ前記圧電振動素子の各電極に導通させ、前記ケース本体の後端部において前記各導電部材の一部を前記ケース本体の後端面上に露出させ、前記各導電部材の露出部分から信号線を取り出し、前記ケース本体から露出した前記各導電部材の端部間を跨ぐようにコンデンサを実装したことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記露出部分は、前記ケース本体の後端面に沿って延出され、前記コンデンサは前記ケースの後端面上において前記露出部分の端部間を跨ぐように実装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。
【請求項３】
前記ケース本体内が絶縁性樹脂により充填され、前記信号線の一部が前記絶縁性樹脂に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記ケース本体の後端面の一部に凹部を形成し、当該凹部内に前記コンデンサを納めてコンデンサの各電極を前記凹部内において前記ケース本体から露出した各導電部材の端部に導通させ、絶縁性樹脂によって前記コンデンサを封止したことを特徴とする、請求項１又は３に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記ケース本体の後端面にその全周にわたって切り欠かれた環状の凹部を形成し、当該凹部内に前記コンデンサを納めてコンデンサの各電極を前記各導電部材の端部に導通させ、絶縁性樹脂によって前記コンデンサを封止したことを特徴とする、請求項１又は３に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波センサに関する。特に、自動車のバックソナーやコーナーソナー等に使用される超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波センサは、超音波を利用してセンシングを行うものであり、圧電振動素子から超音波パルス信号を間欠的に送信し、周辺に存在する障害物からの反射波を圧電振動素子で受信することにより物体を検知するものである。しかし、このような超音波センサにあっては、その圧電振動素子の静電容量が温度変化に対して大きく変動し、共振特性が大きく変化するものであることから、何らかの温度補償をしなければ、超音波センサの温度ドリフトが大きくなってしまう。そのため、超音波センサ内に温度補償用のコンデンサを内蔵させることによって温度ドリフトの低減を図ることが行われている。
【０００３】
温度補償用の単板コンデンサを内蔵した公知の超音波センサの構造を図７の断面図に示す（特開平８−２３７７９６号公報）。この超音波センサ５１にあっては、有底筒状をした金属ケース５２の前面に薄肉部５２ａが位置しており、圧電振動素子５３は薄肉部５２ａの内面に密着して固定され、圧電振動素子５３の振動面上に形成された一方の電極は薄肉部５２ａと導通している。また、２本の信号入出力用の信号線５４，５４の先端は、温度補償用の単板コンデンサ５５の外部電極に接続されており、単板コンデンサ５５の両外部電極と圧電振動素子５３の他方の電極及び金属ケースもそれぞれ信号線５６，５６によって接続されている。こうして信号線５４，５６に接続された圧電振動素子５３と単板コンデンサ５５を金属ケース５２内部に納めた状態で、金属ケース５２の内部にフェルト等の吸音材５７と、シリコンゴムやウレタンゴム等の弾性を有する絶縁性樹脂５８を充填して金属ケース５２の内部を封止している。従って、圧電振動素子５３は金属ケース５２（薄肉部５２ａ）と吸音材５７に囲まれた空間に配置され、単板コンデンサ５５は絶縁性樹脂５８内に封止され、一体構造の超音波センサ５１が組み立てられている。
【０００４】
そして、温度補償用コンデンサを内蔵することによって自ら温度ドリフトの低減を図ると共に、絶縁性部材により封止されることによって防滴型の構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構造の超音波センサにあっては、以下に説明するような問題があった。
(1) 圧電振動素子の振動を阻害せず、かつ感度出力を大きくするためには、圧電振動素子及び単板コンデンサに接続されて超音波センサの外部へ引き出される信号線は、特に細くて柔かいものを採用することが感度特性の上で望ましい。しかし、この細くて柔らかい信号線を金属ケースの狭い空間内で圧電振動素子や単板コンデンサに半田付け等で電気的に接続することは非常に難しく、超音波センサの製造効率が悪かった。この結果、信号線と圧電振動素子や単板コンデンサとの結線チェックも必要となり、工程が煩雑になる問題があった。
【０００６】
(2) また、単板コンデンサは、絶縁性樹脂を充填するまでは金属ケース内で宙に浮いた状態となっているので、信号線と接続した後、金属ケース内に絶縁性樹脂を注入する際、その注入圧によって単板コンデンサが信号線から外れて導通を損なう恐れがあった。
【０００７】
(3) 絶縁性樹脂の注入時に単板コンデンサが信号線から外れなかったとしても、製造工程上、次のような問題が発生する。
超音波センサは、間欠的に超音波パルス信号を作成し、増幅した後、超音波パルス信号を送信し、障害物からの反射波を受信し、増幅する。そして、その受信パルスから障害物の存在を検知したり、あるいは、超音波パルス信号を送信してから受信するまでの経過時間から障害物までの距離を演算するものである。従って、近距離での検知も可能にするためには、超音波パルス信号を送信した後、超音波センサ内に発生する残響波は受信波を受信するまでに速やかに収束させる必要がある。しかし、圧電振動素子に接続された信号線が交差していたり、絶縁性樹脂に封止された信号線が残留張力を持っていたりすると、出力側への振動の漏れが増大し、超音波センサの残響特性が劣化する。
【０００８】
また、信号線に外部から張力が加わった際、その張力が超音波センサの内部に伝達して信号線が単板コンデンサや圧電振動素子から外れて超音波センサが破壊しないようにするためには、信号線に加わった張力を絶縁性樹脂によって内部分散させなければならず、それには信号線を絶縁性樹脂の中心部から外部へ引き出さなければならない。
【０００９】
そのためには、超音波センサの製造工程においては、ケース本体に絶縁性樹脂を注入した後も、信号線が交差したり信号線に張力が残留したりすることがないよう、単板コンデンサや信号線を一定位置に（特に、信号線がケース本体の中心から引き出されるように）安定に保持したままで絶縁性樹脂を硬化させる必要がある。
【００１０】
しかしながら、絶縁性樹脂が硬化する以前には、単板コンデンサを支持する手段としては信号線しかないから、単板コンデンサを信号線で吊り下げた状態に保持して絶縁性樹脂が硬化するのを待つしかなく、信号線に張力が生じるのを避けることができず、単板コンデンサや信号線の位置も動き易くて不安定であった。この結果、超音波センサの組み立てが困難になり、品質特性及び信頼性の点でも問題があった。
【００１１】
(4) また、この構造の超音波センサでは、単板コンデンサは信号線と信号線の電気的導通を得るための中継端子としての機能を有しているから、半田付け等の作業に必要な面積の外部電極を有する単板コンデンサを用いる必要があり、超音波センサ全体の小型化に十分対応できず、単板コンデンサを金属ケース内に完全に収納することが困難となり、単板コンデンサの外部電極を絶縁性樹脂で完全に被覆することが困難であった。
【００１２】
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波センサの製造を容易にするとともにその特性及び信頼性を向上させることにある。
【００１３】
【発明の開示】
本発明にかかる超音波センサは、絶縁性材料からなる略筒状をしたケース本体の前面開口部に金属板を設け、当該金属板の内面に圧電振動素子を接合させ、前記ケース本体に一体形成した一対の導電部材をそれぞれ前記圧電振動素子の各電極に導通させ、前記ケース本体の後端部において前記各導電部材の一部を前記ケース本体の後端面上に露出させ、前記各導電部材の露出部分から信号線を取り出し、前記ケース本体から露出した前記各導電部材の端部間を跨ぐようにコンデンサを実装したことを特徴としている。
【００１４】
本発明の超音波センサにあっては、ケース本体の後端部において前記各導電部材の一部を前記ケース本体の後端面上に露出させ、前記ケース本体から露出した前記各導電部材の端部間を跨ぐようにコンデンサを実装しているので、簡単に温度補償用のコンデンサを自動実装することができる。信号線も導電部材の露出部分に接続することによって容易に接続できる。従って、超音波センサの製造を容易にし、製造効率を向上させることができる。
【００１５】
また、コンデンサや信号線は、ケース本体と一体形成された導電部材に接続されるので、確実に取り付けることができ、ケース本体内に樹脂を注入してコンデンサや信号線の一部を封止する場合でも、コンデンサや信号線が導電部材から外れる恐れがほとんどない。よって、超音波センサの不良品率を低下させ、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、ケース本体に樹脂を注入する場合でも、信号線に張力が加わることのない状態で、しかもコンデンサ及び信号線を一定位置に保持したままで樹脂を硬化させることができるので、信号線に生じる残留応力を抑制し、残響特性を安定化させることができる。さらに、信号線に外部から張力が加わった場合でも、効果的に張力を分散させて超音波センサの破壊を防止することができる。よって、残響特性のばらつきを低減し、接続信頼性を向上させて超音波センサの特性と信頼性を向上させることができる。
【００１７】
さらには、信号線はコンデンサに接続するのでなく、ケース本体に一体形成された導電部材に接続しているので、小さなコンデンサを用いることができ、超音波センサの小型化に寄与する。
【００１８】
前記露出部分は、本発明のある実施態様においては、前記ケース本体の後端面に沿って延出され、前記コンデンサは前記ケースの後端面上において前記露出部分の端部間を跨ぐように実装されている。
また、本発明の別な実施態様においては、前記ケース本体内が絶縁性樹脂により充填され、前記信号線の一部が前記絶縁性樹脂に埋め込まれている。かかる実施態様によれば、信号線に引張力が加わっても信号線が導電部材から外れにくくなる。よって、ユーザーが超音波センサを取付け作業する時に、信号線に掛かる引張力のために超音波センサが破壊しにくくなり、作業性が向上する。
また、本発明のさらに別な実施態様においては、前記ケース本体の後端面の一部に凹部を形成し、この凹部内にコンデンサを納めてコンデンサの各電極を前記凹部内において前記ケース本体から露出した各導電部材の端部に導通させ、絶縁性樹脂によって前記コンデンサを封止している。かかる実施態様によれば、この凹部内を絶縁性樹脂で封止することによってコンデンサの半田接続部を簡単に被覆でき、接続部の信頼性をより高くすることができる。
また、本発明のさらに別な実施態様においては、前記ケース本体の後端面にその全周にわたって切り欠かれた環状の凹部を形成し、当該凹部内に前記コンデンサを納めてコンデンサの各電極を前記各導電部材の端部に導通させ、絶縁性樹脂によって前記コンデンサを封止している。かかる実施態様によれば、この環状の凹部内を絶縁性樹脂で封止することによってコンデンサの半田接続部を簡単に被覆でき、接続部の信頼性をより高くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態による超音波センサ１の構造を示す平面図及び断面図、図２は同上のセンサケース２を分解して示す断面図である。この超音波センサ１の構造を組み立て手順をまじえて説明する。圧電振動素子５を収納するセンサケース２は有底筒状をしており、このセンサケース２は、絶縁性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や液晶ポリマー等のエンジニアリングプラスチックからなる略円筒状のケース本体３と、円板状をしたアルミニウム等の金属板（振動板）４から構成されている。図２に示しているように、ケース本体３の前端開口の内周には環状の窪み部６が凹設されており、窪み部６内には振動を発生し反射波を受信する金属板４が嵌合して有底筒状のセンサケース２が構成されている。ケース本体３内には、洋白、４２ニッケルなどの金属材料からなる導電部材７，８が一部（つまり、先端側半部７ａ，８ａ）をインサートされており、一方の導電部材８の先端は窪み部６内に露出し、他方の導電部材７の先端はケース本体３の内周面から端面開口へ向けて突出している。導電部材７，８として洋白、４２ニッケルなどの金属材料を用いることにより導電部材強度が向上し、柔らかな信号線を用いる場合のような断線の恐れが小さくなる。また、両導電部材７，８の中央部には信号線を接続するための電極パッド９，９が設けられており、２つの電極パッド９，９はケース本体３の後端面上の反対側で互いに対向するように配置されている。さらに、ケース本体３の後端面で露出している２つの電極パッド９，９からは、ケース本体３の後端面に沿って導電部材７，８の基端側半部７ｂ，８ｂが円弧状に延出しており、両基端側半部７ｂ，８ｂの先端どうしは小さな間隔をあけて対向している。
【００２０】
圧電振動素子５は両主面に電極１０ａ，１０ｂを形成されており、金属板４の内面中央部には、圧電振動素子５の一方の電極１０ａが導電接着剤により接合されている。このようにしてケース本体３を導電部材７，８と一体成形すると共に金属板４に圧電振動素子５を一体化した後、圧電振動素子５を接合された金属板４の外周部をケース本体３の窪み部６に嵌めて接着剤で接着し、それによってセンサケース２を組み立てると共にセンサケース２内に圧電振動素子５を納める。ついで、一方の導電部材７の先端を圧電振動素子５の電極１０ｂに半田付けする。他方の導電部材８の先端は金属板４に圧接して金属板４に導通している（この導電部材８の先端と金属板４も導電接着剤などで接合させてもよい）ので、２本の導電部材７，８は圧電振動素子５の両面に導通することになる。
【００２１】
導電部材７，８の基端間に跨がせてチップコンデンサ１１を乗せ、チップコンデンサ１１の電極１２，１２を各導電部材７，８の基端部に半田付けしてチップコンデンサ１１をケース本体３の後端面に実装する。ついで、電極パッド９，９に信号線１３，１３の端部を半田付けする。こうして、圧電振動素子５は、信号線１３，１３及び導電部材７，８を通じて、電圧を印加されると共に受波信号を取り出される。また、温度補償用のチップコンデンサ１１は圧電振動素子５と並列に接続されることになる。
【００２２】
こうして各部品の実装や接続が終わったら、ケース本体３内にフェルト等の吸音材１４を入れて圧電振動素子５の近傍を吸音材１４で覆い、吸音材１４のあとからケース本体３内にシリコンゴムやウレタンゴム等の弾性を有する絶縁性樹脂１５を充填し硬化させる。この絶縁性樹脂１５としては、合成樹脂発泡体を用いてもよい。なお、チップコンデンサ１１を絶縁性樹脂１５で覆って封止してもよい。
【００２３】
また、ケース本体３内に絶縁性樹脂１５を充填する際、信号線１３，１３の一部を絶縁性樹脂１５内に埋め込むようにすれば、信号線１３，１３に引張力が加わっても信号線１３，１３が電極パッド９，９から外れにくくできる。これにより、ユーザーが超音波センサ１を取付け作業する時に、信号線１３，１３に掛かる引張力のために超音波センサ１が破壊しにくくなり、作業性が向上する。さらに、導電部材７，８を伝ってくる振動が絶縁性樹脂１５によって緩和されるので、残響特性が向上する。
【００２４】
しかして、この超音波センサ１にあっては、導電部材７，８及び金属板４を介して圧電振動素子５に交流電圧を印加して金属板４を振動させ、音波を発生させる。逆に、受信した反射音波により金属板４が変形することによって発生する歪を圧電振動素子５によって電気信号に変換し、導電部材７等を介して信号を取り出し、障害物等の検出を行なう。
【００２５】
このような構造の超音波センサ１にあっては、ケース本体３の端面に導電部材７，８を配設し、ケース本体３の端面で導電部材７，８間にチップコンデンサ１１を実装するようにしたので、チップコンデンサ１１を安定的に搭載することができるようになる。また、導電部材７，８はケース本体３に埋設もしくは植設して位置決めされているから、配線経路が固定されることになり、チップコンデンサ１１の搭載精度も向上する。よって、既存のチップ部品搭載機によるチップコンデンサ１１の自動搭載が可能となり製造が容易になる。さらに、温度補償用コンデンサをチップコンデンサ１１とすることで、超音波センサ１の小型化が可能になる。
【００２６】
また、導電部材７，８がケース本体３に埋設もしくは植設されているから、信号伝達経路が固定されることになり、信号伝達経路（導電部材７，８）が交差したり残留張力を持ったりすることがなく、超音波センサの残響特性が安定する。
【００２７】
（第２の実施形態）
図３（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態による超音波センサ２１を示す平面図及び断面図、図４はケース本体３の一部破断した断面図（ケース本体３の外周面に沿った湾曲した断面の断面図）である。この実施形態にあっては、ケース本体３の基端部内周面を部分的に切り欠き、チップコンデンサ１１を納めることができる大きさの凹部２２を設けてある。また、導電部材７，８の電極パッド９，９よりも基端側（基端側半部７ｂ，８ｂ）もケース本体３内にインサートされており、導電部材７，８の基端側半部７ｂ，８ｂの先端は凹部２２内に露出し、先端どうしが隙間を隔てて互いに対向している。
【００２８】
しかして、圧電振動素子５を接合された金属板４をケース本体３に取り付けてセンサケース２内に圧電振動素子５を納めた後、チップコンデンサ１１を凹部２２内に納めて導電部材７，８の先端間に配置し、チップコンデンサ１１の電極１２，１２を各導電部材７，８の先端に半田付けしている。さらに、電極パッド９，９に信号線１３，１３の端を半田付けし、ケース本体３内に吸音材１４を入れた後、絶縁性樹脂１５をケース本体３の後端面まで充填すると、凹部２２内にも絶縁性樹脂１５が充填されてチップコンデンサ１１の全体が絶縁性樹脂１５内に封止され、チップコンデンサ１１の接続部分の耐湿性が向上する。
【００２９】
チップコンデンサ１１の半田付け接続部を絶縁性樹脂１５で封止することは耐湿性を向上させるのに効果的である。この実施形態では、ケース本体３に設けた凹部２２にチップコンデンサ１１を実装しているので、凹部２２内に絶縁性樹脂１５を充填することにより、絶縁性樹脂１５をセンサケース２の外へ漏らすことなく、容易に絶縁性樹脂１５でチップコンデンサ１１を封止することができる。よって、ケース本体３内への絶縁性樹脂１５の充填と同時に、温度補償用のチップコンデンサ１１の電極の被覆が可能となり、簡単に耐湿性能等の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図５（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態による超音波センサ３１を示す平面図及び断面図、図６はこの超音波センサ３１における吸音材１４及び絶縁性樹脂１５をケース本体３に入れる前の状態を示す平面図である。この実施形態にあっては、ケース本体３の基端部内周面を全周にわたって切り欠いて環状の凹部２３を形成している。そして、先端側半部７ａ，８ａをケース本体３内にインサートされた導電部材７，８の電極パッド９，９を凹部２３の底面に露出させ、導電パッドの基端側半部７ｂ，８ｂを凹部２３の底面に沿って延出させ、凹部２３の底面で基端側半部７ｂ，８ｂの先端どうしを互いに対向させている。この実施形態でも、導電部材７，８間に実装されたチップコンデンサ１１は凹部２３内に納められて絶縁性樹脂１５内に全体を封止されている。さらに、この導電性部材も絶縁性樹脂１５内に封止されて露出しなくなる。
【００３１】
このように凹部２３をケース本体３の全周に設けても、第２の実施形態と同様、
ケース本体３内への絶縁性樹脂１５の充填と同時に、温度補償用のチップコンデンサ１１の電極の被覆が可能となり、簡単に耐湿性能等の信頼性を向上させることが可能となる。また、この実施形態では、導電部材７，８と信号線１３，１３の接続部分も絶縁性樹脂１５内に埋まるので、信号線１３，１３の接続信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態による超音波センサの構造を示す平面図及び断面図である。
【図２】同上の超音波センサのケース本体と金属板を示す断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施形態による超音波センサの構造を示す平面図及び断面図である。
【図４】同上の超音波センサのケース本体の一部破断した断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態による超音波センサの構造を示す平面図及び断面図である。
【図６】同上の超音波センサの吸音材及び絶縁性樹脂を入れる前の状態を示す平面図である。
【図７】従来例の超音波センサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
３  ケース本体
４  金属板
５  圧電振動素子
７，８  導電部材
１１  チップコンデンサ
１３  信号線
２２，２３  凹部
【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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【図６】
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【図７】
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