(57)【要約】【課題】 圧電素子を用いた超音波センサと超音波の送受信制御する回路を組み合わせた装置において、可変トランスを内蔵した超音波センサを特徴として、ノイズ遮断性を高め、省スペース化を提供する装置。 【解決手段】 金属、または金属成分を含む樹脂からなる有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を接着してなる超音波センサと、超音波の送受信を制御する回路を組み合わせた装置において、超音波センサを構成するケース内部に可変トランスを埋め込んだことを特徴とする。 【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、または金属成分を含む樹脂からなる有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を接着してなる超音波センサと、超音波の送受信を制御する回路を組み合わせた装置において、超音波センサを構成する上記ケースの中に可変トランスを埋め込むことを特徴とする超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた超音波センサとそれを用いて超音波の送受信を行う回路を組み合わせた装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記装置を使用した物体検知システムが、さまざまな分野で使用されている。近年、特に自動車のバックソナーに密閉型の超音波センサを使用した装置が広く使用されている。自動車のバックソナー用の超音波装置に求められる大きな課題として、つぎの２点がある。
一つは、車のバンパーの中のわずかなスペースに設置するために省スペースである事、そしてノイズによる誤検知が無いことである。
ここで使用される超音波センサは、図２に示すように金属、または樹脂からなる有底筒状ケース2の底部内側に圧電素子4を接着してなる密閉型の超音波センサである。
圧電素子を用いた超音波センサは、共振現象を利用して残響を調整できるために、センサを制御するための回路にインダクタンスの調整できる可変トランスが取り付けられている。またこの可変トランスは、同時に圧電素子に生じた微弱な起電力を増幅する役割も果たしている。
これらの装置において、大きな問題となるのが回路に生じる電気ノイズである。超音波の受信によって、センサ内部の圧電素子に生じる起電力はわずかである。その為、生じた起電力は回路側で何段にも増幅して使用される。回路側で数百倍に信号の増幅を行うために、小さなノイズであっても増幅前に生じたノイズは大きな問題となる。ノイズが大きな場合、つぎの様な問題が生じる。通常、回路側では下記のような処理を行う。超音波の受信によって生じる起電力を増幅し、増幅した電圧が一定値を越えた場合に検知と判断する。ノイズが大きく、設定した値を超えてしまった場合、検知と判断してしまい、誤検知が起こる。ノイズが大きいと予め予想される場合は、検知と判断する設定値を高く設定する。これは結果として装置の感度を落とす事になる。
上記の様に、これらの装置ではノイズが大きな問題である。特に、増幅前に生じたノイズが問題となる。そのため装置全体でノイズをとるための工夫が幾層にも行われている。
【非特許文献１】谷腰欣司著  「超音波とその使い方−超音波送受信器・超音波モータ」  日刊工業新聞  １９９４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
残響を短くし、より近距離の測定を可能にするために、必ず必要となる可変トランスであるが、２つの問題点がある。
１つは、回路を構成する部材の中で体積が大きい。可変トランスがあるために回路が大きくなり、装置全体が大きくなっている。
２つ目は、ノイズの問題である。可変トランスが外部の電波を受信し、それが大きなノイズ成分となっている。
一般的にセンサ内部に生じた起電力を最初に増幅するのは、この可変トランスである。センサと可変トランスの間に生じたノイズは、回路によって数百倍に増幅されるために、ここで生じたノイズは大きな問題になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、金属、または金属成分を含む樹脂からなる有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を接着してなる超音波センサと、超音波の送受信を制御する回路を組み合わせた装置において、従来は回路側に取り付けられている可変トランス3を、超音波センサを構成するケース2の内部に納めたものである。例えば、図１の様なセンサが考えられる。
【発明の効果】
【０００５】
可変トランスを、超音波を構成するケース内部に納めた事で、つぎの２つの効果が得られる。
まず、回路を構成する部材の中で大きなスペースをとっていた可変トランスを回路から取り除けることで、回路が小さくなり、装置全体の省スペース化が実現した。例えば、従来の方法で設計された超音波装置図３と本発明を用いて設計した超音波装置図４を比較すると、従来の方法では可変トランス16が回路基盤18に設置されているために、装置を納めるハウジング15が大きくなっている。一方、本発明を使用して、センサ内部に可変トランス16を納めた場合、従来の方法に比べてハウジング20を小さく設計できる。
つぎに、可変トランスを、金属または金属成分を含む樹脂からなるケースに納めることで、外部ノイズの遮断効果が生じた。さらに可変トランスをセンサから最も近い位置に設置出来たために、センサと可変トランス間に生じるノイズを最小限に抑えることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の実地例を図１に基づいて説明する。図１に示すように超音波センサは、有底筒状ケース2の例えばアルミニウムからなるケースの底面内部に、例えば外径7mm、厚さ0.2mmの円盤状の圧電セラミックからなる圧電素子4が接着されている。ケース2の内部は例えばシリコーン1で充填されており、ケース底面に例えばシリコーン材質の吸音材5が覆われている。圧電素子4の両面は、例えば銀電極で覆われている。リード線6の一端が圧電素子4の上部に例えば半田付けによって電気的に接続されている。リード線6のもう一端は可変トランス3に例えば半田付けによって電気的に接続されている。リード線7の一端は、可変トランス3に例えば半田付けによって電気的に接続されており、もう一端はセンサ外部に出されている。リード線8の一端がアルミケースに例えばアルミット半田によって接続されており、もう一端はトランス3のGND側に接続されている。リード線９はトランス3のGND側に例えば半田付けによって接続されており、もう一端はセンサの外部にとりだしてある。センサの外部に取り出されたリード線９は、超音波センサを制御する回路に例えば半田付けによって接続されている。
つぎにこのセンサの製造法について説明する。まずケース2を準備し、アルミット半田を使用してリード線8をケース2に半田付けする。つぎに、圧電素子4をケース内側の底部に接着する。リード線6の一端を圧電素子4の上部の電極に半田つけする。リード線が通る用に穴を開けた吸音材5をケース底面に圧電素子4を覆うように入れる。リード線6のもう一端とリード線7の一端をトランスの電極に半田付けする。リード線8の一端とリード線9の一端を可変トランス３のGND側に半田付けする。可変トランス3の全体と半田つけ部分をシリコーンで薄くコーティングする。可変トランス3をケース内側に入れる。このときケース2と可変トランス3が接触しないように治具で固定しておく。シリコーン10を充填し硬化を待つ。シリコーン10硬化後にセンサを制御回路に接続し、センサに内蔵されたトランス3をまわして、残響を短く調整する。
この超音波センサを回路に取り付けて使用することで、省スペースで、ノイズ遮断性の高い超音波投装置を提供する。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
本発明は、車のバックセンサのみならず、防滴型超音波送受信器が利用できる様々な分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に関わる超音波センサの概略図
【図２】従来の形態に係る超音波センサの概略図
【図３】従来の形態に係る超音波装置の概略図
【図４】本発明の実施の形態に関わる超音波装置の概略図
【符号の説明】
【０００９】
１  封止剤
２  ケース
３  可変トランス
４  圧電素子
５  吸音材
６  リード線
７  リード線
８  リード線
９  リード線
１０  リード線
１１  リード線
１２  従来の超音波センサ
１３  ダンパ
１４  クッション
１５  ハウジング
１６  可変トランス
１７  ピン
１８  回路基板
１９  本発明を実施した超音波センサ
２０  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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