(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、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、
前記開口部の内周面と前記振動板の内面外周部とが互いに交差する位置関係になっていて前記開口部の内周面と前記面接触領域の内周縁と前記振動板の内面外周部とが交わる部分に内隅部分が形成され、前記内隅部分に接着剤が塗布された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、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、
前記ケースの端面と前記振動板の外周面とが互いに交差する位置関係になっていて前記ケースの端面と前記面接触領域の外周縁と前記振動板の外周面とが交わる部分に内隅部分が形成され、前記内隅部分に接着剤が塗布されたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
振動板の内面に圧電振動素子を接合し、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、
前記開口部の内周面と前記振動板の内面外周部とが互いに交差する位置関係になっていて前記開口部の内周面と前記面接触領域の内周縁と前記振動板の内面外周部とが交わる部分に第１の内隅部分が形成され、前記第１の内隅部分に接着剤が塗布され、
前記ケースの端面と前記振動板の外周面とが互いに交差する位置関係になっていて前記ケースの端面と前記面接触領域の外周縁と前記振動板の外周面とが交わる部分に第２の内隅部分が形成され、前記第２の内隅部分に接着剤が塗布されたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項４】
前記内隅部分に塗布した前記接着剤によりフィレットを形成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項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、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、金属材料により一体に形成された有底筒状ケースの底面が薄板状の振動板となっており、この振動板の内側に圧電振動素子を接合したものが従来より使用されている。
【０００３】
しかし、このような有底筒状をした一体型ケースを用いた超音波センサでは、その内部に圧電振動素子を納めて振動板の内面に圧電振動素子を接合させたり、リード線の端を圧電振動素子にはんだや導電性接着剤で固着させ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１に示すような構造の超音波センサ１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１の構造を図１（ａ）に示す。この超音波センサ１は、主として有底筒状をしたケース２と圧電振動素子５とからなり、ケース２は、略筒状をしたケース本体３の一端部に設けられた段差部９に振動板４が取り付けられたものである。圧電振動素子５は、ケース２の内部底面に対応する振動板４の面上に配置されている。また、筒部３の側壁部内には２本の入出力端子６、７がインサート成形されている。入出力端子６の一端は、圧電振動素子５の一方の主面に形成された素子電極に導電性接着剤８を介して電気的に接続されている。入出力端子６の他端は、外部回路との接続の為にケース２の外部に引き出されている。入出力端子７の一端は、導電部材からなる振動板４に圧着されて接触しており、振動板４を介して圧電振動素子５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７の他端は、入出力端子６と同様にケース２の外部に引き出されている。
【０００５】
上記構成の超音波センサ１の作製は以下のように行なわれる。まず、入出力端子６、７がインサート成形されたケース本体３が形成される。次に、振動板４の内面に圧電振動素子５をはんだ又は導電性接着剤で固着する。その後、ケース本体３の一端開口部に設けられた段差部９に接着剤を塗布し、その後圧電振動素子５の固着された振動板４を配置して接着する。あるいは、段差部９に圧電振動素子５の固着された振動板４を配置した後、段差部９と振動板４の外周部の間の隙間に接着剤１０を注入して振動板４をケース本体３に接着する。こうして入出力端子７は振動板４に圧接し、また、入出力端子６は導電性接着剤８で圧電振動素子５と電気的に接続される。
【０００６】
超音波センサの共振周波数は、振動板の厚みが同じであれば、薄板状をした振動領域の直径で決まる。振動板がケースに一体に形成されている従来の超音波センサでは、振動領域の寸法は均一であるから、共振周波数のばらつきは問題とならない。しかし、先願の超音波センサ１では、振動板４をケース本体３に接着する精度によって大きなばらつきが生じる恐れがある。例えば、図１（ｂ）に示すように、振動板４とケース本体３の段差部９の間の面接着領域に、ほぼ完全に接着剤１０が塗布されると、振動板４の振動領域の境界（振動の節Ｂ）はケース本体３の内周面とほぼ一致する。従って、振動板４の振動領域の直径はケース本体３の内周面の直径と等しくなり、設計通りの共振周波数が得られる。
【０００７】
しかしながら、振動板４とケース本体３の段差部９の間の面接着領域は、外部から見えないので、接着剤１０の塗布ばらつき、振動板４とケース本体３の押し付け圧のばらつきにより接着剤１０の塗布面積や塗布厚もばらつく。例えば、接着剤１０の塗布量が少ない場合や振動板４の押し付け圧が弱くて接着剤１０層が厚くなると、図１（ｃ）に示すように、接着剤１０がケース本体３の内周面まで届かなくなる。この場合、振動板４の振動の節Ｃは、図１（ｃ）に示すように、ケース本体３の内周面から距離Ｘだけずれた接着剤先端位置となり、振動領域の直径が設計値よりも２Ｘだけ大きくなる。この結果、超音波センサ１の共振周波数のばらつきも大きくなる。また、接着剤１０の塗布面積や塗布厚がばらつくと、振動板４の固着力もばらつくので、これによっても一層共振周波数のばらつきが増大することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような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着するようにした超音波センサにおいて、振動板の接着状態を安定させることにより、共振周波数のばらつきを低減することにある。
【０００９】
【発明の開示】
請求項１に記載の超音波センサは、振動板の内面に圧電振動素子を接合し、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、前記開口部の内周面と前記振動板の内面外周部とが互いに交差する位置関係になっていて前記開口部の内周面と前記面接触領域の内周縁と前記振動板の内面外周部とが交わる部分に内隅部分が形成され、前記内隅部分に接着剤が塗布されたことを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の超音波センサでは、外部に表われた領域、すなわち面接着領域の内周縁側でケース本体と振動板の間の内隅部分に接着剤を塗布しているので、当該内隅部分には接着剤を容易に塗布することができ、接着剤を均等に塗布することができる。このため、面接着領域の接着状態にばらつきがあっても、振動板とケース本体とを強固かつ均一に接着することができる。また、ケース本体と振動板の面接着領域の内周縁に、ケース本体と圧電振動素子の間の内隅部分に接着剤を均等に塗布することができるので、面接着領域の接着状態にかかわらず、振動板の振動領域（接着されていない領域）の直径も均一になる。この結果、本発明の超音波センサにおいては、共振周波数のばらつきを低減でき、超音波センサの信頼性を高めることができる。
【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、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、前記ケースの端面と前記振動板の外周面とが互いに交差する位置関係になっていて前記ケースの端面と前記面接触領域の外周縁と前記振動板の外周面とが交わる部分に内隅部分が形成され、前記内隅部分に接着剤が塗布されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の超音波センサでも、面接着領域の外周縁側でケース本体と振動板の間の内隅部分にに接着剤を塗布しているので、当該内隅部分には接着剤を容易に塗布することができ、接着剤を均等に塗布することができる。このため、面接着領域の接着状態にばらつきがあっても、振動板とケース本体とを強固かつ均一な固着力で接着することができる。従って、ケース本体と振動板の面接着領域の外周縁に、ケース本体と圧電振動素子の間の内隅部分に接着剤を塗布した場合でも、共振周波数のばらつきを低減することができる。
【００１３】
また、請求項３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、ケース本体の一端に位置する開口部の内周部分と前記振動板の外周部とを面接着させて前記開口部に前記振動板を取り付けた超音波センサであって、前記開口部の内周面と前記振動板の内面外周部とが互いに交差する位置関係になっていて前記開口部の内周面と前記面接触領域の内周縁と前記振動板の内面外周部とが交わる部分に第１の内隅部分が形成され、前記第１の内隅部分に接着剤が塗布され、前記ケースの端面と前記振動板の外周面とが互いに交差する位置関係になっていて前記ケースの端面と前記面接触領域の外周縁と前記振動板の外周面とが交わる部分に第２の内隅部分が形成され、前記第２の内隅部分に接着剤が塗布されたことを特徴としている。
請求項３の超音波センサにあっては、面接着領域の内周縁及び外周縁で、ケース本体と振動板の間の第１及び第２の内隅部分に接着剤を塗布しているので、振動板をより強固にケース本体に接着でき、共振周波数のばらつきを一層低減することができる。
また、前記内隅部分に塗布した接着剤は、フィレット形状となるように塗布することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る超音波センサ１１について図２を参照して説明する。なお、先願の超音波センサ１と同じ構成部材については同一番号を付している。
【００１５】
超音波センサ１１は、有底筒状をしたケース１２と薄板状をした圧電振動素子５とから構成されている。ケース１２は、合成樹脂によって形成されたケース本体１３の一方端面１３ａにアルミ製の振動板４を接着して構成されている。ケース本体の材料としては、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用いられる。圧電振動素子５は、圧電セラミック板の両主面に素子電極を形成されたものであり、振動板４の内面には圧電振動素子５の一方の素子電極が導電性接着剤により接着されている。また、ケース本体１３の側壁部内には２本の入出力端子６、７が予めインサート成形されている。入出力端子６の一端は、圧電振動素子５の一方の素子電極に導電性接着剤８により電気的に接続されている。入出力端子６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７の一端は、ケース本体１３に接着された振動板４に圧接しており、振動板４を介して圧電振動素子５の他方の素子電極に電気的に導通している。入出力端子７の他端は、入出力端子６と同様にケース１２の外部に引き出されている。
【００１６】
また、図示しないが、ケース１２の内部には吸音材が圧電振動素子５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。
【００１７】
つぎに、上記超音波センサ１１の製造手順を説明する。まず、入出力端子６、７がインサート成形されたケース本体１３を形成する。次に、振動板４に圧電振動素子５を固着する。その後、振動板４の外周部内面をケース本体１３の一方端面１３ａに接着剤１０で固着する。ついで、振動板４とケース本体１３の面接着領域の内周縁に隣接する、振動板４の内面とケース本体１３の内周面の間の内隅部分に沿って全周に接着剤を塗布し、フィレット（以下、内側フィレットと呼ぶ）１４を形成する。あるいは、振動板４の外周部内面をケース本体１３の一方端面１３ａに接着剤１０で固着する際、同時にフィレット１４を形成してもよい。このとき、ディスペンサー等で所定量吐出しながら、振動板４の内面とケース本体１３の内周面の間の内隅部分に沿って均一な幅Ｙの内側フィレット１４を形成する。さらに、振動板４の外周部内面とケース本体１３の一方端面の間の面接着領域の外周縁に隣接する、振動板４の外周面とケース本体１３の一方端面の間の内隅部分に沿って全周に接着剤を塗布し、フィレット（以下、外側フィレットと呼ぶ）１５を形成する。なお、フィレット１４、１５に用いる接着剤は、面接着領域の接着剤１０と同じものでもよく、異なるものであってもよい。こうして、ケース１２が作製されると、入出力端子７は振動板４を介して圧電振動素子５と電気的に導通するので、もう一方の入出力端子６を圧電振動素子５に導電性接着剤８で接続する。最後にケース１２内に吸音材を入れて圧電振動素子５の近傍を覆うと共にその上から絶縁性樹脂を充填し硬化して超音波センサ１１が完成する。
【００１８】
このように作製された超音波センサ１１は、内側フィレット１４が設けられることによって、面接着領域に塗布されている接着剤１０の塗布面積や接着状態等が大きくばらついていても、内側フィレット１４によって振動板４とケース本体１３との接着を強固にすると共に、振動板４の振動領域（内側フィレット１４で囲まれた領域）の大きさを均一にすることができる。すなわち、本来の接着領域である面接着領域は、振動板４とケース本体１３の間であって外部から見えないため、確実かつ均一に接着することが難しいが、振動板４とケース本体１３の間の内隅部分は外部に表われているから、この部分に沿って均一に接着剤を塗布するなどの方法によって内側フィレット１４を形成することは容易に行え、振動板４とケース本体１３を確実かつ均一に接着することができる。その結果、ケース本体１３と振動板４の間の面接着領域の接着状態に影響されることなく、共振周波数のばらつきを小さくすることができ、超音波センサ１１の性能を均一化することができる。
【００１９】
また、面接着領域の外周側における振動板４とケース本体１３の間の内隅部分に沿って外側フィレット１５を形成しているので、外側フィレット１５によってもケース本体１３と振動板４の接着を強固にすることができる。そのため、外側フィレット１５によっても、共振周波数のばらつきを小さくすることができる。
【００２０】
（測定結果）
外径が約１０ｍｍのケース本体を用い、内側フィレットの幅Ｙを０ｍｍ（内側フィレットなし）から０．４ｍｍまで変化させ、各超音波センサの共振周波数の測定を行った。この結果を図３に示す。図３によれば、内側フィレットを設けることにより共振周波数のばらつきを小さくすることができることが分かる。さらに、共振周波数のばらつきには最小値が存在し、この場合には、内側フィレットの幅Ｙを０．３ｍｍにしたとき、共振周波数のばらつきが最も小さいことが分かる。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る超音波センサ１６について図４を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態に記載の超音波センサ１１と同様の部材については同一番号を付して説明を省略する。
【００２２】
この超音波センサ１６では、振動板４が嵌まり込むようケース本体１８の端面に環状の段差部１９を凹設してあり、この段差部１９に塗布した接着剤で振動板４とケース本体１８を接着してケース１７を構成している。この段差部１９の深さは振動板４の厚みよりも浅くなっており、そのため段差部１９にはめ込まれた振動板４の一部が段差部１９から飛出ている。この段差部１９と振動板４の対向領域とが面接着領域となっていて接着剤１０によって接着されており、振動板４の内面とケース本体１８の内周面との間の内隅部分に沿って接着剤による内側フィレット１４が形成されている。さらに、振動板４の外周面のうち段差部１９から飛出た部分とケース本体１８の一方端面１３ａとの間の内隅部分に沿っても、接着剤による外側フィレット１５が形成されている。
【００２３】
なお、上記第１及び第２の実施形態では、内側フィレット１４と外側フィレット１５の両方が設けられている形態について説明したが、それに限らず、どちらか一方のフィレット１４、１５が設けられていれば良い。どちらかのフィレット１４、１５が設けられていることにより、共振周波数のばらつきを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は先願に係る超音波センサの断面図である。（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大断面図であって正常に塗布された接着剤の塗布状態を示す。（ｃ）は図１（ａ）のＡ部拡大断面図であって塗布不良の接着剤の塗布状態を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超音波センサの断面図である。
【図３】内側フィレットの幅と共振周波数の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る超音波センサの断面図である。
【符号の説明】
１３、１８  ケース本体
４  振動板
５  圧電振動素子
１９  段差部
１４  内側フィレット
１５  外側フィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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