(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板の内面に圧電振動素子を接合し、この振動板の外周部をケース本体の一端開口部に接着した超音波センサであって、
前記ケース本体の、前記振動板との接着面が粗面となっていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
振動板の内面に圧電振動素子を接合し、この振動板の外周部をケース本体の一端開口部に接着した超音波センサであって、
前記振動板の、前記ケース本体との接着面が粗面となっていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
前記接着面に形成されている粗面は、ケミカルエッチング、サンドブラスト、ヘアライン、サンドペーパー、バフのうち少なくとも１つの加工手段によって形成されたものであ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】
前記ケース本体もしくは前記振動板の接着面に施された粗面は、ケース本体もしくは振動板を成形するための型に設けられた粗面が転写されたものであ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。
【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防滴型の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、周辺に存在する被検出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。この種の超音波センサとしては、従来より図１に示す構造のものが用いられている。すなわち、この超音波センサ１は、金属で形成された有底筒状センサケース２の底面が振動板３となっており、振動板３の内側に、両主面に素子電極４ａ，４ｂの形成された圧電振動素子５が貼り付けられた構造となっている。圧電振動素子５に形成された素子電極４ａ，４ｂからセンサケース２外部への電気的引き出しは、入出力端子となるリード線６，６によって行われる。一方のリード線６は、半田付けにより、圧電振動素子５の、振動板３と接しない側の素子電極４ａに接続されている。他方のリード線６は金属製のセンサケース２の所定の位置に半田付けされていて、金属製のセンサケース２を通じて、圧電振動素子５の他方の（振動板３と接する側の）素子電極４ｂに導通している。
【０００３】
しかし、このような有底筒状をした一体型のセンサケースを用いた超音波センサ１では、その内部に圧電振動素子５を納めて振動板３の内面に圧電振動素子５を接合させたり、リード線６，６の端を圧電振動素子５にはんだ付けしたりする作業が行いにくく、製造工程における作業性が悪かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、本発明の出願人は、図２に示すような構造の超音波センサ１１を先に出願している（平成１０年特許願第４８８２号）。この超音波センサ１１は、主として有底筒状をしたケース１２と圧電振動素子１５とからなり、ケース１２は、略筒状をしたケース本体１３の一端部に設けられた窪み部１９に振動板１４が取り付けられたものである。圧電振動素子１５は、ケース１２の内部底面に対応する振動板１４の面上に配置されている。また、ケース本体１３の側壁部内には２本の入出力端子１６、１７がインサート成形されている。入出力端子１６の一端は、圧電振動素子１５の一方の主面に形成された素子電極に導電性接着剤１８を介して電気的に接続されている。入出力端子１６の他端は、外部回路との接続の為にケース１２の外部に引き出されている。入出力端子１７の一端は、導電部材からなる振動板１４に圧着されて（接着してもよい）電気的に接触しており、振動板１４を介して圧電振動素子１５の他方の主面に形成された素子電極に電気的に接続されている。入出力端子１７の他端は、入出力端子１６と同様にケース１２の外部に引き出されている。
【０００５】
圧電振動素子１５を接合された振動板１４をケース本体１３に接着した超音波センサ１１では、振動板１４の中央部を圧電振動素子１５で励振したとき、振動板１４の外周部が振動することなくケース本体１３に固定されて静止しているためには、振動板１４とケース本体１３の面接着領域（接着界面）が充分に密着して強固に接着されている必要がある。しかし、このような超音波センサ１１では、ケース本体１３と振動板１４との接着部分においては特別な表面処理は施しておらず、これまではケース本体１３と振動板１４の各接着面に脱脂処理を施した後、ケース本体１３と振動板１４とを接着剤によって接着するだけであったので、振動板１４とケース本体１３の間の接着力が弱く、接着強度のばらつきも大きかった。
【０００６】
振動板１４とケース本体１３の接着力が弱かったり、接着強度のばらつきが大きかったりすると、入出力端子１７と振動板１４の圧接力（あるいは、接着力）が不均一となるので、超音波センサ１１を一定電圧で駆動していたとしても、入出力端子１７と振動板１４の間の接触抵抗がばらついてその部分における電圧降下がばらつく。また、振動板１４の接着力が弱かったり、接着強度のばらつきが大きかったりすると、振動時における振動板１４の変位が安定しない。以上の結果として、超音波センサ１１の送信及び受信特性が安定化しないという問題があった。
【０００７】
また、超音波センサ１１の周波数と感度（送受感度）との間には、図３に示すような関係があるので、ケース本体１３と振動板１４の接着強度にばらつきがあると、超音波センサ１１の共振周波数にばらつきが生じ、共振周波数がばらつくことによって超音波センサ１１の送受信感度もばらつくという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動板をケース本体に接合してケースを構成した超音波センサにおいて、ケース本体と振動板との接合をより確実かつ強固に行えるようにし、超音波センサの送受信特性を良好にすることにある。
【０００９】
【発明の開示】
請求項１に記載の超音波センサにあっては、振動板の内面に圧電振動素子を接合し、この振動板の外周部をケース本体の一端開口部に接着した超音波センサであって、前記ケース本体の、前記振動板との接着面が粗面となっていることを特徴としている。
【００１０】
この超音波センサにあっては、ケース本体の接着面を粗面加工しているので、ケース本体と振動板の間に塗布した接着剤がケース本体の粗面の凹凸や溝内に喰い込み、ケース本体と振動板とが強固にばらつきなく接着される。このため、超音波センサの共振周波数のばらつきが小さくなって安定化し、超音波センサの送受信感度等の送信特性や受信特性がばらつきなく、安定化される。
【００１１】
請求項２に記載の超音波センサは、振動板の内面に圧電振動素子を接合し、この振動板の外周部をケース本体の一端開口部に接着した超音波センサであって、前記振動板の、前記ケース本体との接着面が粗面となっていることを特徴としている。
【００１２】
この超音波センサにあっては、振動板の接着面を粗面加工しているので、ケース本体と振動板の間に塗布した接着剤がケース本体の粗面の凹凸や溝内に喰い込み、ケース本体と振動板とが強固にばらつきなく接着される。このため、超音波センサの共振周波数のばらつきが小さくなって安定化し、超音波センサの送受信感度等の送信特性や受信特性がばらつきなく、安定化される。
【００１３】
これらの超音波センサにおいて、接着面に粗面を形成するには、例えばケミカルエッチング、サンドブラスト、ヘアライン、サンドペーパー、バフのうち少なくとも１つの加工手段を用いれば良い。これらの方法を用いることにより、微細な粗面を効率的に形成することができる。または、ケース本体が合成樹脂等によって成形される場合には、ケース本体を成形するための型に設けた粗面をケース本体に転写させることにより、ケース本体の接着面に粗面を形成することができる。同様に、振動板がダイキャスト成形される場合には、振動板を成形するための型に設けた粗面を振動板に転写させることにより、振動板の接着面に粗面を形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図４は本発明の一実施形態による超音波センサ２１の構造を示す断面図である。超音波センサ２１は、有底筒状をしたケース２２と薄板状をした圧電振動素子２５とから構成されている。ケース２２は、合成樹脂によって形成されたケース本体２３の前端面２３ａにアルミニウム製の振動板２４を接着して構成されている。ケース本体２３の材料としては、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が好ましい。圧電振動素子２５は、圧電セラミック板の両主面に素子電極を形成したものであり、振動板２４の内面には圧電振動素子２５の一方の素子電極が導電性接着剤２９ａにより接着される。
【００１５】
詳しく説明すると、エンジニアプラスチック等の合成樹脂によって形成されたケース本体２３の側壁部内には２本の入出力端子２６，２７が予めインサート成形されている。入出力端子２６の一端は、ケース本体２３の前部内周面から突出しており、他端は外部回路との接続の為にケース本体２３の後端面に引き出されている。また、入出力端子２７の一端は、ケース本体２３の前端面２３ａに露出しており、他端は、入出力端子２６と同様に、ケース本体２３の後端面に引き出されている。
【００１６】
アルミニウム製の振動板２４の内側表面は、ケミカルエッチング、サンドブラスト、ヘアライン、サンドペーパー、バフ等によって粗面処理されており、均一に表面を荒らされた粗面３０となっている。この振動板２４の内面には、圧電振動素子２５の一方の素子電極が導電性接着剤２９ａにより接合される。
【００１７】
圧電振動素子２５を接合された振動板２４は、ケース本体２３の前端面に接着剤２９ｂで接着される。このとき、接着剤２９ｂは、振動板２４表面の粗面処理された微細な凹凸又は溝に喰い込み、振動板２４とケース本体２３との接着力が高くなり、振動板２４はケース本体２３にしっかりと接着されることになり、接着強度のばらつきも低減される。
【００１８】
ケース本体２３にインサート成形されていた入出力端子２７の端部は振動板２４に圧接し、振動板２４を介して圧電振動素子２５の素子電極に電気的に導通される。このとき振動板２４がケース本体２３に確実かつ強固に接着されることにより、入出力端子２７と振動板２４との接触抵抗のばらつきも小さくなり、この箇所での電圧降下のばらつきも小さくなり、送受信特性が安定化する。ついで、もう一方の入出力端子２６が、導電性接着剤２８により圧電振動素子２５の他方の素子電極に接着される。
【００１９】
また、ケース２２の内部には吸音材（図示せず）が圧電振動素子２５の近傍を覆っている。更に、吸音材の上は弾性を有する絶縁性樹脂（図示省略）が充填される。
【００２０】
このような超音波センサ２１にあっては、その圧電振動素子２５に交流電圧を印加することによって振動板２４に広がり振動を励振させ、それによって音波を発生させたり、あるいは逆に音波の音圧により振動板２４が振動することで圧電振動素子２５に電圧を発生させ、音波の発射から受信までの時間に基づいて被検知物体までの距離を検出することができる。
【００２１】
（計測例）
図５は振動板２４の内面に粗面処理を施して表面を荒した（表面粗度＃２４０）本発明の超音波センサと、粗面処理を施していない（つまり、表面の荒れていない）超音波センサの共振周波数Ｆｒを示している。この図から分かるように、粗面処理を施していない超音波センサと比較して、粗面処理を施した本発明の超音波センサでは、共振周波数Ｆｒのばらつきが小さくなっていることが分かる。
【００２２】
このように、振動板２４に粗面処理を施してケース本体２３と振動板２４の接着強度のばらつきを低減することにより、超音波センサの共振周波数のばらつきを小さくすることができるので、本発明によれば、超音波センサの送受信感度のばらつきも小さくすることができる（図３参照）。
【００２３】
また、振動板２４に粗面処理を行って表面を荒しているので、振動板２４とケース本体２３をばらつきなく強固に接着することができ、入出力端子２７と振動板２４の間の接触抵抗のばらつきを小さくすると共に振動時における振動板２４の変位を安定させることができる。その結果、共振周波数を安定化し、超音波センサの送信及び受信特性を安定化することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図６は本発明の別な実施形態による超音波センサ３１を示す断面図である。第１の実施形態による超音波センサ２１では、振動板２４の内面に粗面処理を施していたが、この超音波センサ３１では、ケース本体２３の、振動板２４を接着する前端面２３ａに粗面処理を施して粗面３０を形成している。この粗面処理も、ケミカルエッチング、サンドブラスト、ヘアライン、サンドペーパー、バフなどにより施すのが好ましい。
【００２５】
この超音波センサ３１でも、ケース本体２３の前端面に粗面処理を施して均一に表面を荒しているので、接着剤２９ｂが粗面処理により形成された微細な凹凸又は溝に喰い込み、振動板２４とケース本体２３とが均一に接着される。この結果、この超音波センサ３１でも、共振周波数のばらつきを小さくして安定化することができ、超音波センサ３１の送受信特性もばらつきを小さくして安定化することができる。
【００２６】
また、合成樹脂製のケース本体２３に粗面処理を施していると、振動板２４とケース本体２３の前端面２３ａとを接着剤２９ｂを介して押圧させたとき、ケース本体２３は振動板２４に比較して柔らかい素材でできているので、ケース本体２３の微細な凹凸等が押し潰され、その結果振動板２４とケース本体２３の密着性が高くなる。よって、粗面処理は振動板２４に設けるよりもケース本体２３に形成するほうが接着強度を高くすることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
図７（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３２を示す平面図及び断面図である。この超音波センサ３２では、合成樹脂製のケース本体２３の前端面２３ａと後端面にそれぞれ浅い窪み部３４と深い窪み部３３を設けている。そして、深い窪み部３３内に入出力端子２７の端部を露出させる一方、浅い窪み部３４内に、粗面処理を施された振動板２４を納めて接着している。
【００２８】
（第４の実施形態）
図８は本発明のさらに別な実施形態による超音波センサ３５を示す断面図である。この超音波センサ３５では、ケース本体２３の浅い窪み部３４の内面に粗面処理を施して粗面３０を形成し、この浅い窪み部３４内に振動板２４を納めて接着している。
【００２９】
（第５の実施形態）
図９は本発明のさらに別な実施形態による超音波センサ３６を示す断面図である。この超音波センサ３６では、振動板２４の接着代、すなわち内面の外周部にのみ粗面処理を施している。そして、振動板２４を浅い窪み部３４内に納め、粗面３０を接着剤２９ｂによりケース本体２３に接着している。一方、圧電振動素子２５は、振動板２４の中央部の、平滑な部分に接着している。
【００３０】
（第６の実施形態）
図１０はケース本体２３に粗面処理を施す別な方法を説明している。４１はケース本体を樹脂モールドするための金型であり、金型４１内には入出力端子２６，２７がセットされている。また、金型４１のキャビティ４２の内面のうち、ケース本体２３の前端面２３ａが成形される面には表面を荒した粗面４３が形成されている。従って、このキャビティ４２内に樹脂を注入してケース本体２３を成形すると、ケース本体２３内に入出力端子２６，２７がインサートされると共に、ケース本体２３の前端面２３ａには、キャビティ４２内面の粗面４３が転写されて粗面３０が形成される。
【００３１】
また、図示しないが、振動板２４をアルミダイキャストによって成形する場合にも、ダイキャスト成形用の金型の内面に微細な凹凸の粗面を形成しておけば、成形時に型の粗面を振動板２４に転写させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波センサを示す断面図である。
【図２】先願にかかる超音波センサを示す断面図である。
【図３】超音波センサにおける周波数と感度の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波センサを示す断面図である。
【図５】粗面処理を施した本発明の超音波センサと粗面処理を施していない超音波センサの共振周波数を示す図である。
【図６】本発明の別な実施形態による超音波センサを示す断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施形態による超音波センサを示す平面図及び断面図である。
【図８】本発明の別な実施形態による超音波センサを示す断面図である。
【図９】本発明の別な実施形態による超音波センサを示す断面図である。
【図１０】ケース本体に粗面処理を施すための別な方法を説明する図である。
【符号の説明】
２２  ケース
２３  ケース本体
２４  振動板
２５  圧電振動素子
２９ｂ  接着剤
３０  粗面
【図１】
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【図２】
0003978875.tif 000003
【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003978875.tif 000009
【図９】
0003978875.tif 000010
【図１０】
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