(57)【要約】【課題】少ない工数で製造することができ、製造時の製品ばらつきの少ない超音波デバイス、およびこれを用いた超音波センサを提供すること。【解決手段】超音波デバイスは、ケースと、ケースの開口を覆う蓋体と、ケースの内側の壁面に設けられた圧電素子と、圧電素子に電気的に接続されたリード線と、リード線に接続される接続部を有し蓋体を貫通して設けられた端子ピンとを備え、端子ピンの接続部は挟持構造を有する超音波デバイス。【選択図】図１
2016063351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケースの開口を覆う蓋体と、
前記ケースの内側の壁面に設けられた圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続されたリード線と、
前記リード線に接続される接続部を有し、前記蓋体を貫通して設けられた端子ピンとを備え、
前記端子ピンの前記接続部は挟持構造を有する超音波デバイス。
【請求項２】
前記挟持構造はカシメによって形成された請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項３】
前記接続部において、前記リード線と前記端子ピンの少なくとも一方の表面金属は、他方の金属の表面に対して溶融接合された請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項４】
前記表面金属はその内部金属よりも融点の低い金属をめっきにより形成したものである請求項３に記載の超音波デバイス。
【請求項５】
前記端子ピンに、前記蓋体と前記接続部との間の位置決めをする位置決め部を設けた請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項６】
前記端子ピンは柱状部と広面部を有し、
前記広面部は前記柱状部よりも軸方向の単位長さ当りの表面積が大きく、
前記広面部を用いて前記端子ピンは前記リード線を挟持した請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項７】
前記端子ピンは前記蓋体と前記接続部との間の位置決めをする位置決め部を有し、
前記位置決め部は前記広面部の一部を用いて形成された請求項６に記載の超音波デバイス。
【請求項８】
前記リード線の先端を、前記接続部から前記蓋体側に突出させた請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項９】
前記リード線は撚り線からなり、
前記端子ピンは金属体からなり、
前記リード線は前記端子ピンよりも機械的に柔軟性の高い、
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の超音波デバイスを用いた超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、超音波の送波または受波またはその両方を行なう超音波デバイスとこれを用いた超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波デバイス１を図４に示す。従来の超音波デバイス１は、ケース２と蓋体３とによって形成される空洞４の内部に配置された圧電素子５と、圧電素子５に接続された一対のリード線６と、蓋体３に固定された一対の端子ピン７と、リード線６と端子ピン７を接続するはんだ８を有する。リード線６の一方は圧電素子５の一方の電極に直接に接続される。圧電素子５の他方の電極は導体からなるケース２の内壁面に接続され、リード線６の他方はケース２を経由して圧電素子５の他方の電極に接続される。なお、この出願の先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６６４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超音波デバイス１は、超音波を反響させるための空洞４内でリード線６と端子ピン７とをはんだ付け接続していたが、狭いスペースでの作業となるため機械化が困難であり、手作業に頼らざるを得なかった。しかし、手作業によるはんだ付けでは工数がかかるとともに、製品毎にはんだ８の付着量のばらつきがあり、超音波の送受波特性のばらつきが大きかった。そのために、送受波特性のばらつきを調整するための調整作業に多くの時間を要していた。本発明は、少ない工数で製造することのできる超音波デバイス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】
【０００５】
本発明の超音波デバイスは、ケースと、ケースの開口を覆う蓋体と、ケースの内側の壁面に設けられた圧電素子と、圧電素子に電気的に接続されたリード線と、リード線に接続される接続部を有し蓋体を貫通して設けられた端子ピンとを備え、端子ピンの接続部は挟持構造を有する。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成により、本発明の超音波デバイスは少ない工数で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態における超音波デバイスの断面図
【図２】実施の形態における超音波デバイスの要部製造工程図
【図３】実施の形態における超音波センサの断面図
【図４】従来の超音波デバイスの断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本実施の形態における超音波デバイス１１の断面図、図２（ｅ）は図１の超音波デバイス１１のＡ部の構成部品の拡大図である。なお、本明細書において、超音波デバイス１１とは、超音波の送波または受波またはその両方を行なうデバイスを意味する。
【０００９】
図１、図２（ｅ）において、超音波デバイス１１は、ケース１２と、ケース１２の開口１３を覆いケース１２の内部に空洞１４を形成する蓋体１５と、ケース１２の内側の壁面１６に設けられた圧電素子１７と、圧電素子１７に電気的に接続された一対のリード線１８と、一対のリード線１８に接続され蓋体１５を貫通して設けられた一対の端子ピン１９を有する。
【００１０】
圧電素子１７は、ＰＺＴ等の圧電材料からなる平板状の圧電体層と、圧電体層の両面の平面に積層された１対の電極とを有する。
【００１１】
ケース１２は、例えばアルミニウムなどの金属からなり、有底円筒形状を有する。ケース１２の、内底面には圧電素子１７が接着剤などを用いて接合され、ケース１２の内底面は超音波の振動面の役割を果たす。また、ケース１２の外表面は絶縁性の保護膜で覆うことができる。
【００１２】
圧電体素子１７の一方の電極は、接着剤又は溶融はんだ等を用いて一方のリード線１８と電気的に接続される。圧電素子１７の他方の電極はケース１２の内側の導体部分に電気的に接続され、さらにケース１２の内側の導体部分は、接合部２８を経由して他方のリード線１８と電気的に接続される。接合部２８は、例えば、溶接、またはボンディング、またははんだ付け、または導電性接着剤、等により形成される。そして、一方と他方のリード線１８は、外部入出力端子となる一方と他方の端子ピン１９に夫々接続される。
【００１３】
なお、リード線１８を１本のみ使用する構成としてもよい。すなわち、ケース１２の内側の導体部分と接続する他方のリード線１８を用いずに、ケース１２の外側において他方の端子ピン１９とケース１２と接続してもよい。また、端子ピン１９を１本のみ使用する構成としてもよい。すなわち、他方の端子ピン１９の代わりに、ケース１２の外側面の導体部分を超音波デバイス１１の外部入出力端子として使用してもよい。
【００１４】
蓋体１５は、例えば樹脂などの絶縁体からなり、ケース１２の開口１３を覆い、ケース１２の内部に空洞１４を形成する。また、蓋体１５は、端子ピン１９が貫通して設けられる貫通穴２０を有する。
【００１５】
空洞１４は、発振または受信する超音波を反響させるための空間である。なお、空洞１４の内部には残響を抑制するための緩衝材（図示せず）を設けても良い。また、空洞１４の内部には空洞１４の一部を充填する充填材（図示せず）を設けても良く、蓋体１５には充填材（図示せず）を注入するための注入口（図示せず）を設けても良い。また、空洞１４を封止するために、貫通穴２０と端子ピン１９の間の隙間や、充填材（図示せず）を注入する注入口（図示せず）を封止する封止材（図示せず）を設けてもよい。
【００１６】
圧電素子１７は、超音波の受信または発信またはその両方を行なう超音波振動子であり、入力信号に応じて振動することにより超音波を発信し、または受信した超音波振動に応じて出力信号を出力する。
【００１７】
リード線１８は、空洞１４内で圧電素子１７と端子ピン１９とを電気的に接続する配線である。リード線１８は、圧電素子１７の振動に対する機械的抵抗が小さくなるように、柔軟性を有する。リード線１８は、端子ピン１９よりも機械的な柔軟性が高い。リード線１８は、例えば、銅の撚り線からなる。リード線１８と端子ピン１９は、接続部２１において、互いに圧着接合される。接続部２１の中に十分な長さのリード線１８が挟まれていることを確認できるように、リード線１８の先端２２は接続部２１から蓋体１５側に突出させる。
【００１８】
端子ピン１９は、円柱状の柱状部２３と、リード線１８と接続されている接続部２１と、蓋体１５との間の位置決めをする位置決め部２４を有する。柱状部２３は、さらに蓋体１５の貫通穴２０から外部に突出した端子部２５を有する。
【００１９】
端子ピン１９は、超音波デバイス１１の外部入出力端子であると同時に、超音波デバイス１１を外部の配線基板等に固定する場合の支持部材であり、リード線１８よりも変形に対する機械的強度が強い。
【００２０】
接続部２１における端子ピン１９の表面には、端子ピン１９の内部金属よりも融点の低い金属からなる表面金属２６を有する。表面金属２６としては、例えば、溶融はんだめっき、電解はんだめっき、電解すずめっき等が使用できる。表面金属２６は、少なくとも端子ピン１９におけるリード線１８との接続部２１に設ければよいが、端子ピン１９の全表面を覆うように設けてもよい。端子ピン１９の全表面に表面金属２６を設けた場合には、同時に端子部２５のはんだ付け性も向上できる。
【００２１】
端子ピン１９とリード線１８を圧着接合した後に、接続部２１を加熱して、端子ピン１９の表面金属２６を溶融し、リード線１８の金属表面に溶融接合する。なお、溶融接合するための表面金属２６は、端子ピン１９の表面に設ける代わりに、リード線１８の表面に設けてもよい。また、溶融接合するための表面金属２６は、端子ピン１９とリード線１８の両方の表面に設けておいてもよい。
【００２２】
端子ピン１９は、柱状部２３を蓋体１５の貫通穴２０に貫通し、位置決め部２４を蓋体１５に接触させて位置決めし、固定される。位置決め部２４は、柱状部２３の外側面よりも側部方向に突出した突起である。なお、位置決め部２４は、フランジ形状のものであってもよい。
【００２３】
次に、端子ピン１９とリード線１８を接続する工程について説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、端子ピン１９とリード線１８を接続する工程を説明する図である。
【００２４】
まず始めに、図２（ａ）に示すように、加工前の端子ピン１９を準備する。端子ピン１９の内部金属は鋼材または銅材であり、リード線１８と接続する部分に表面金属２６を有している。表面金属２６は電解はんだめっきにより形成したはんだ皮膜である。
【００２５】
次に、端子ピン１９の先端部をプレス加工して、図２（ｂ）に示すような広面部２７を形成する。プレス加工されない箇所が柱状部２３であり、広面部２７は柱状部２３よりも厚みが薄く、端子ピン１９の軸方向の単位長さ当りの表面積が大きい。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、端子ピン１９の広面部２７にリード線１８を配置する。このとき、リード線１８の先端２２は、接続部２１から突出する位置に配置する。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、端子ピン１９の広面部２７がリード線１８を挟持するようにカシメ加工する。この工程により、端子ピン１９とリード線１８を圧着接合して、接続部２１を形成する。このとき、端子ピン１９において広面部２７の付け根側の部分はカシメ加工から外し、側部方向に突出した位置決め部２４として使用する。
【００２８】
次に、図２（ｅ）に示すように、接続部２１を加熱し、端子ピン１９の表面金属２６を溶融して端子ピン１９とリード線１８を溶融接続する。ここで、表面金属２６を用いて溶融接続する方法としては、加熱溶融のほかに抵抗溶接、アーク溶接などの方法を用いても良い。このようにしてリード線１８と接続した端子ピン１９を蓋体１５の貫通穴２０に通して、超音波デバイス１１を組立てる。
【００２９】
超音波デバイス１１は、例えば車両の前後に装備されたセンサに取り付けられ、入力信号に応じた超音波を発信し、障害物に当たって帰ってきた反射波を受信してこれに応じた出力信号を出力し、障害物の有無を検出したり、車両から障害物までの距離を判定することに用いられる。
【００３０】
以上のように超音波デバイス１１は、ケース１２と、ケース１２の開口１３を覆う蓋体１５と、ケース１２の内側の壁面１６に設けられた圧電素子１７と、圧電素子１７に電気的に接続されたリード線１８と、リード線１８に接続される接続部２１を有し蓋体１５を貫通して設けられた端子ピン１９とを備え、端子ピン１９の接続部２１は挟持構造を有する。この構成を有することにより、狭い作業スペースであってもリード線１８と端子ピン１９を接続する作業を自動化することが可能になるため、少ない工数で超音波デバイス１１を製造することが可能になる。また、作業を自動化することが可能になるため、リード線１８と端子ピン１９の間の接続品質が安定化するとともに、はんだ付着量のばらつきに起因する超音波送受波特性のばらつきが少なくなり、これを調整するための調整作業にかかる時間も少なくて済む。
【００３１】
また、挟持構造を、カシメによって形成したことにより、作業をより簡略化することができ、製造工数を削減することができる。
【００３２】
また、接続部２１において、リード線１８と端子ピン１９の少なくとも一方の表面金属２６を他方の金属の表面に対して溶融接合したことにより、接続品質をより安定化することができる。
【００３３】
また、表面金属２６は、その内部金属よりも融点の低い金属をめっきにより形成することにより、表面金属２６の厚みばらつきを低減し、製造品質を均質化することができるとともに、溶融接合を容易に行なうことができる。
【００３４】
また、端子ピン１９に、蓋体１５と接続部２１との間の位置決めをする位置決め部２４を設けたことにより、空洞１４の内部における端子ピン１９の長さを均一にすることができ、超音波デバイス１１の特性を均一化することができる。
【００３５】
また、端子ピン１９は柱状部２３と広面部２７を有し、広面部２７は柱状部２３よりも軸方向の単位長さ当りの表面積が大きく、広面部２７を用いて端子ピン１９はリード線１８を挟持したことにより、端子ピン１９とリード線１８を接続する工程を容易に自動化することができる。
【００３６】
また、端子ピン１９は蓋体１５と接続部２１との間の位置決めをする位置決め部２４を有し、位置決め部２４は広面部２７の一部を用いて形成したことにより、別途位置決め部２４を形成する工程や部材を設けることなく少ない工数で位置決め部２４を形成することができ、超音波デバイス１１の特性を均一化することができる。
【００３７】
また、リード線１８の先端２２を、接続部２１から蓋体１５側に突出させたことにより、接続部２１の長さを一定レベルに確保することができ、接続品質を安定化することができるとともに、接続部２１の長さが確保できていることを容易に確認することができる。
【００３８】
また、リード線１８を撚り線とし、端子ピン１９を金属体とし、リード線１８の機械的な柔軟性を端子ピン１９よりも高くすることにより、圧電素子１７に対するリード線１８と端子ピン１９の機械的負荷を低減することができ、超音波デバイス１１の超音波送受波特性のばらつきを低減できる。
【００３９】
図３は、本実施の形態における超音波デバイス１１を用いた超音波センサ３０である。図３において、超音波センサ３０は、外装体３１とコネクタ部３２を有する。外装体３１は、開口部に超音波デバイス１１を有し、内部に配線基板３３を有する。コネクタ部３２は内部にコネクタ端子３４を有する。超音波デバイス１１とコネクタ端子３４は配線基板３３に接続され、配線基板３３にはＩＣなどの信号処理を行なう電子部品３５が実装されている。超音波センサ３０は、例えば、車両の前後左右等に取り付けられ、周囲の物体の有無や物体までの距離を検出する。
【００４０】
製造工数が少なく、製造ばらつきの少ない超音波デバイス１１を用いることができるため、超音波センサ３０は製造における工数を低減できる。
【００４１】
以上の実施の形態において、「上方」「下方」「上面」「下面」等の方向を示唆する用語は構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る超音波デバイスおよび超音波センサは、例えば車両などの近くに存在する物体を検出するための検出器として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１１    超音波デバイス
１２    ケース
１３    開口
１４    空洞
１５    蓋体
１６    壁面
１７    圧電素子
１８    リード線
１９    端子ピン
２０    貫通穴
２１    接続部
２２    先端
２３    柱状部
２４    位置決め部
２５    端子部
２６    表面金属
２７    広面部
２８    接合部
３０    超音波センサ
３１    外装体
３２    コネクタ部
３３    配線基板
３４    コネクタ端子
３５    電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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