专利名称：压电传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及能利用压电体的机械振动来收发超声波的压电传感器。
背景技术：
这种压电传感器例如可用于自动门用的探测器，是将超声波作为检测介质的非接 触检测传感器。具体而言，压电传感器具有压电体，该压电体具有对机械能和电能进行相互转换 的功能(压电效应、反压电效应)，例如当对压电体施加电压时，压电体伸缩。此外，公开了组合有压电体和振动板的振子的结构(例如，参照专利文献1)。具体 而言，由压电体和振动板构成的振子配置在底座上，在该底座上保持有端子。此外，这些振 子和端子利用导电线导通，在经由端子和导电线对压电体施加电压时，振子随着压电体的 伸缩而弯曲从而进行机械振动(谐振现象)，因此压电传感器能发送超声波。在该发送出的超声波被物体反射，并且压电传感器接收到该反射的超声波时，通 过振子的弯曲运动得到电压。由此，可以检测是否有接近门的物体或离该物体的距离，自动 门的控制部可以向用于开闭门的电机输出驱动信号。专利文献1 日本实开昭55-51568号公报但是，在上述的现有技术中，关于削减部件数量的方面依然遗留有问题。S卩，这是 因为，对于在上述专利文献1中记载的压电传感器，在其产品状态下，需要另行覆盖振子周 围的外壳。更具体而言，在操作员对压电传感器进行产品检查时或将压电传感器安装到电路 基板上时，从其性能维持的角度来看，最好不接触到振子，并且，在安装到该电路基板以后， 为了避免尘埃等附着到振子上，该振子也当然要用外壳进行保护。S卩，在上述专利文献1中记载的压电传感器的情况下，筒状的外壳和底座为不同 的部件从而部件数量增加，对此不能实现制造成本的低廉化。此外，在仅利用筒状的外壳覆盖振子周围时，还应该注意到压电传感器的组装和 产品检查变困难这方面。这是因为，在将导电线引出到外壳的外部而在底座的下表面与端 子连接的情况下，该外壳变成障碍物，并且还不能从外部确认振子或导电线的配置状态等。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能实现制造成本低廉化和组装 简便化的压电传感器。用于实现上述目的的第1发明具有压电体；振动板，其与该压电体互相作用而形 成能发送或接收超声波的振子；导电线，其从振子引出，使该振子与连接至电路基板的端子 导通；以及壳体，其分别具有底座和周壁，该底座在与保持端子的面相反侧的面上对振子进 行支承，该周壁沿着该底座的周缘竖立设置并围绕振子，这些底座和周壁一体形成。根据第1发明，压电传感器具有由压电体和振动板形成的振子，该振子能发送或接收超声波，从振子引出导电线。此外，该振子支承在壳体的底座上。另一方面，在该台座上对振子进行支承的面的相反侧的面上，保持有连接电路基 板的端子，这些端子和振子经由导电线电连接。此处，振子被壳体的周壁包围而配置在该周壁的内周侧，但这些周壁与上述底座 是一体形成的壳体。由此，如果将包围振子的周壁和支承振子的底座形成为1个部件，则与 上述的筒状外壳和底座为独立部件的现有结构相比，部件数量减少，能削减压电传感器的 制造成本。并且，压电传感器的组装也变得容易。第2发明的特征在于，在第1发明的结构中，压电传感器还具有均衡器，该均衡器 载置在所述振子上对超声波进行放大，周壁具有如下的窗部其内周侧与外周侧连通，使得 能够目视确认振子相对于底座的配置状态、导电线相对于该振子的配置状态、或者均衡器 相对于该振子的载置状态。在如上述第1发明那样，当利用1个部件形成周壁和底座时，导电线很难引到周壁 的外周侧。这是因为振子配置在周壁的内周侧，另一方面，端子保持在支承该振子的面的相 反侧的面上。但是，根据第2发明，周壁具有窗部，其内周侧和外周侧是连通的。由此，从振子引 出的导电线可以从周壁的内周侧经由窗部引到周壁的外周侧，将该导电线从在壳体的高度 方向上观察到的周壁的上端引到外周侧之后，不用朝周壁的下端进行引绕，能容易地连接 振子和端子。此外，操作员能经由窗部从周壁的外周侧以目视方式确认均衡器相对于振子的载 置状态、导电线相对于该振子的配置状态、或振子相对于底座的配置状态。结果，能缩短检 查压电传感器产品所需的时间，这一点也助于压电传感器的制造成本的低廉化。此外，由于 能始终从周壁的外周侧以目视方式确认，因此还提高了出货的压电传感器的可靠性。第3发明的特征在于，在第1或第2发明的结构中，周壁具有如下的侧面开口 其 内周侧和外周侧在所述壳体的高度方向上完全连通，容纳从振子引出的导电线，将该导电 线导向端子。根据第3发明，除了第1或第2发明的作用以外，由于侧面开口的内周侧和外周侧 在壳体的高度方向上完全连通，因此即使在沿着壳体的高度方向放下具有导电线的振子的 情况下，也能以导电线不接触周壁的方式将振子配置在底座上。结果，防止导电线的破损， 并大幅提高压电传感器的组装性。第4发明的特征在于，在第2或第3发明的结构中，底座具有如下的导电线保持 孔在壳体的高度方向上贯穿，并且与侧面开口连通，对容纳在该侧面开口中的导电线进行 保持。根据第4发明，除了第2或第3发明的作用以外，导电线从振子经由侧面开口引到 周壁的外周侧后，在由导电线保持孔进行保持的状态下朝向端子。由此，能避免从周壁的外 周侧朝向端子的导电线进行反弹而返回到周壁的外周侧，从而压电传感器的组装作业变得
各易ο而且，可以使导电线不露出到周壁的外周侧，因此这点也助于防止导电线的破损， 并且，导电线能用最短的长度连接振子和端子。第5发明的特征在于，在第1至第4发明的结构中，在保持端子的面上，设置有确保该面与电路基板之间的空间的间隔用肋。根据第5发明，除了第1至第4发明的作用以外，间隔用肋对保持端子的面与电路 基板之间的空间进行确保。由此，壳体不与电路基板接触，因此能够避免壳体侧的振动传递 到电路基板侧。此外，在用焊料将导电线固定在端子的情况下，能使该焊料部分离开电路基 板，并且，在用焊料将端子固定在电路基板上的情况下，能够使该焊料部分与壳体隔开，因 此能抑制对电路基板或壳体的损害。第6发明的特征在于，在第1至第5发明的结构中，在保持端子的面上，设置有对 该端子的极性进行识别的极性识别用突起。根据第6发明，除了第1至第5发明的作用以外，能缩短将压电传感器组装到上述 电路基板所需的时间。此外，还能避免极性错误地安装压电传感器，因此还助于提高搭载有 压电传感器的模块的可靠性。根据本发明，能够提供一种包围振子的周壁和支承振子的底座一体形成的压电传 感器，该压电传感器能实现制造成本的低廉化和组装的简便化。
图1是本实施例的压电传感器的外观立体图。图2是图1的压电传感器的分解立体图，是示出其组装前的状态的图。图3是图1的压电传感器的纵剖视图。图4是图2的壳体的后视图。图5是图2的壳体的侧视图。图6是图1的压电传感器的侧视图。标号说明1 压电传感器；2 单层(unimorph)压电振子(振子)；10 压电陶瓷(压电体)； 16、26 导线(导电线)；20 振动板；30 喇叭(均衡器)；40:壳体；42:底座；44:上表面; 54 下表面；58,60 间隔体(间隔用肋)；62 销(极性识别用突起)；64 保护部(导电线保 持孔)；70:周壁；76:导电线容纳开口 (侧面开口)；79:喇叭窗部(窗部)；80、82:端子。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。图1是从上方观察本实施例的压电传感器1的外观立体图，图2是从下方观察组 装前的压电传感器1的分解立体图。而且，该压电传感器1例如用于自动门用的探测器，是 将超声波作为检测介质的非接触检测传感器。如图1或图2所示，压电传感器1主要具有振子2和壳体40，该振子2收纳在壳 体40内。此外，图1或图2的下方相当于壳体40的底面侧，压电传感器1以该壳体40的 底表面侧面对准上述探测器的电路基板(未图示)的安装面的状态进行安装。本实施例的振子2形成为将压电陶瓷(压电体)10重叠在金属制的振动板20上
的单层结构。具体而言，压电陶瓷10例如由锆钛酸铅类陶瓷(PZT)等构成，在壳体40的高度方 向(图1和图2的上下方向)上具有预定的厚度(图幻。该压电陶瓷10的形状没有特别限定，这里可以列举大致正方形状的平板作为一例。如图2和图3所示，在压电陶瓷10的另一面14的适当位置利用焊料18固定有1 根导线(导电线)16。本实施例的导线16是金线，但也可以使用包覆线或铜线。此外，在压电陶瓷10的上侧重叠有振动板20。具体而言，该振动板20也是在壳体40的高度方向上具有预定厚度的圆形平板 (图3)，以能够内接压电陶瓷10的四角的尺寸形成。并且，为了对振动板20施加压电陶瓷 10的振动而得到较大的振动，重叠压电陶瓷10和振动板20，利用粘接剂粘接振动板20的 背面M和压电陶瓷10的一面12。此外，在该图3中，为了助于理解结构，夸张地绘制了压 电陶瓷10和振动板20的厚度。在振动板20的背面M的适当位置还利用焊料观固定有1根导线(导电线)26 (图 2、图3)。该导线沈与上述导线16同样为金线。另一方面，在振动板20的表面22载置有金属制的喇叭(均衡器)30(图幻。该喇 叭30形成为大致碗状，在从振动板20离开的方向上扩展开。该喇叭30的直径缩小的下端 部分粘接在振动板20的表面22的大致中心位置。此外，在图1中能看到的喇叭30的扩展 开的面上实施预定的涂敷。此处，本实施例的壳体40以塑料树脂制的杯状形成，构成该杯状的有底部分的底 座42和具有开口部分的周壁70 —体形成。具体而言，如图3所示，首先，底座42形成为大致圆柱状，具有支承振子2的上表 面44。在本实施例的上表面44上，以朝向振子2的方式突出地设置有支承肋46。支承肋 46形成为筒状，闭合成环状并具有平坦的末端面47，该末端面47与压电陶瓷10的另一面 14接触。在支承肋46的内周侧，形成有同样筒状的粘接部48，利用粘接剂对压电陶瓷10的 另一面14进行固定支承。具体而言，粘接部48形成在振子2中产生的机械振动的节(振幅为零的位置)上。 在如本实施例的圆形的振子2的情况下，由于大致正方形的压电陶瓷10的宽度方向和长度 方向的伸缩而发生弯曲，因此粘接部48支承从振子2的直径Φ的圆周上偏向中心Φ/4的位置。这是因为本实施例的振子2利用其固有谐振频率的电压驱动，此时振动的节是从 直径Φ的圆周上偏向中心Φ/4的位置，换言之，相对于振子2的中心位于大约直径Φ/2 的圆周上。此外，虽然比在压电陶瓷10的宽度方向和长度方向上产生的伸缩小，但是在该压 电陶瓷10的厚度方向上也产生伸缩。另一方面，底座42具有与上述的电路基板的安装面对置的下表面Μ。如图3所示，在该下表面M的适当位置形成有端子保持部56、56，其对截面为四角 形状的端子80、82进行保持以朝向上述安装面的方式凸出。此外，在下表面M的周缘附近设置有间隔体(间隔用肋)58、60(图2、图4、图5)。 这些间隔体58、60形成为大致长方体，其长度方向沿着下表面M延伸，并相对于该下表面 54的中心分别配置在对称位置上，可与上述安装面抵接。由此，确保下表面M与上述安装面之间的空间。由此，下表面M不与电路基板接触，因此可以避免壳体40侧的振动传递到 电路基板侧。此外，在如本实施例的利用焊料86、88将导线16、26固定到端子80、82的情 况下，可以使该焊料86、88部分相对于电路基板隔开，并且，在利用焊料将端子80、82固定 到电路基板的情况下，可以使该端子固定用的焊料部分与下表面M隔开，因此能够抑制树 脂制的壳体40产生熔化等。此外，该图4是图2的壳体40的后视图，图5 (a)是从上方观察图4的壳体40的 侧视图。此外，图5(b)是从左方同样观察图4 (从左方观察图5(a))的壳体40的侧视图。此外，在这些间隔体58、60中的一个间隔体60上突出地设置有对端子80、82的极 性进行识别的销(极性识别用突起)62。此外，本实施例的销62设置在间隔体60上，但只 要不仅仅是印记而是具有形状且能识别端子80、82的极性，则也可以设置在下表面M上。此处，在底座42的周缘附近具有保护部(导电线保持孔)64、64(图4)。具体而言，保护部64、64是在壳体40的高度方向上贯穿上表面44和下表面M而 贯穿设置的平面视图为大致长方形的孔。这些保护部64、64的长度方向不朝着上表面44 或下表面M的中心延伸，而是朝着上述间隔体58、60中的例如一个间隔体58在倾斜方向 上延伸(图2、图4)，可以保持导线16、26并进行保护。将该导线16 J6保持在保护部64、 64中的方面，在后文描述。接着，周壁70从该底座42的周缘以向上方延伸的方式竖立设置。具体而言，如图3 图5所示，本实施例的周壁70的下端74与底座42的下表面 54位于大致相同的高度，周壁70从其下端74朝上方延伸。并且，覆盖底座42的上表面44、 振子2和喇叭30的侧方而向上方进一步延伸，在周壁70的上端具有圆形的上方开口 72。但是，该周壁70具有其内周侧和外周侧在壳体40的高度方向上完全连通的部位。具体而言，本实施例的周壁70具有导电线容纳开口(侧面开口)76、76(图2)。导 电线容纳开口 76、76分别与上述的保护部64、64的位置对应地设置(图3 图5)，分别以 至少能容纳各导线16、26的宽度形成为从上方开口 72到下端74贯穿周壁70的内周侧和 外周侧。此外，导电线容纳开口 76在与底座42对置的位置上，与保护部64的角部分中最 接近下表面M周缘的角部分相连(图3、图4)，保护部64经由导电线容纳开口 76与周壁 70的外周侧连通。另一方面，本实施例的导电线容纳开口 76、76在与振子2或喇叭30对置的位置 上，分别具有喇叭窗部(窗部)78、78。这些喇叭窗部78、78以比能容纳上述各导线16、26的宽度大得多的宽度进行开 口，形成在周壁70的圆向上跨越导电线容纳开口 76的宽度较窄部分的范围(图5(b))。再次回到图2，在该压电传感器1的组装中，首先准备保持有端子80、82的壳体 40，使具有导线16、26的振子2朝着底座42降下。此时，导线16 J6分别容纳在位于上方开口 72的导电线容纳开口 76、76的宽度较 宽部分(即喇叭窗部78、78)中，并分别从喇叭窗部78、78向周壁70的外周侧引出。接着，朝着上表面44放下振子2，使该振子2的另一面14与支承肋46接触，利用 粘接部48来粘接固定振子2。接着，操作员握住经由喇叭窗部78引出到周壁70的外周侧的导线16，从附近的导
7电线容纳开口 76的宽度较窄部分引到保护部64内。由此，如图3所示，导线16的侧面部 分保持在保护部64的内壁，导线16的末端部分引出到下表面M的下方。对于经由喇叭窗部78引出到周壁70的外周侧的导线26，从其附近的导电线容纳 开口 76的宽度较窄部分引到保护部64内。由此，导线沈的侧面部分保持在保护部64的 内壁，导线沈的末端部分引出到下表面M的下方(图3、图6)。此外，该图6示出了在从 图5 (b)的方向观察到的壳体40中配置有振子2等的状态。接着，在下表面M的附近将导线16卷绕到端子80的周面81上并利用焊料86进 行固定(图3)，并且，在下表面M的附近还将导线沈卷绕到端子82的周面83上并利用焊 料88进行固定时(图3、图6)，振子2与端子80、82导通。之后，如果将喇叭30粘接到振动板20的表面22，则压电传感器1完成。如上所述那样构成的压电传感器1可以收发超声波，间隔体58、60载置在上述探 测器的电路基板的安装面上，端子80、82与其电路部分电连接。在经由端子80、82以及导线16、26对压电陶瓷10施加电压时，压电陶瓷10的厚 度方向、与该厚度方向正交的压电陶瓷10的宽度方向和长度方向产生伸缩(反压电效应)。该压电陶瓷10的宽度方向和长度方向的伸缩成为使振子2整体挠曲的力，由于该 振子2的弯曲运动产生的机械振动，生成超声波。此外，该所生成的超声波被喇叭30放大。 由此，压电传感器1可以将电信号转换为超声波，从上方开口 72侧朝向物体发送该超声波。另一方面，该发送的超声波在空中传播，当与物体碰撞时，朝压电传感器1反射。该压电传感器1可以将所接收的超声波转换成电信号。具体而言，这是因为，在压 电传感器1经由喇叭30接收到上述反射的超声波时，压电陶瓷10随着振子2的弯曲运动 而伸缩，可以得到电压(压电效应)。由此，压电传感器1可以利用压电效应和反压电效应来收发超声波。此外，在使用该压电传感器1的自动门的控制部中，可以检测是否有接近门的物 体或离该物体的距离，可以向用于开闭门的电机输出驱动信号。如上所述，根据本实施例，压电传感器1具有由压电陶瓷10及振动板20形成的单 层振子2，该振子2能收发超声波，从振子2引出导线16、26。此外，该振子2支承在底座42 的上表面44上。另一方面，在该底座42的下表面讨上，保持有与上述电路基板连接的端子80、82， 这些端子80、82与振子2之间经由导线16、26电连接。此处，振子2配置在周壁70的内周侧，但这些周壁70与上述底座42是一体形成 的壳体40。由此，如果将包围振子2的周壁70和支承振子2的底座42形成为1个部件，则 与现有结构(即，筒状的壳体和底座是独立部件的结构)相比，部件数量减少，能削减压电 传感器1的制造成本。此外，该外壳可以不载置在底座上，因此压电传感器1的组装也变得
各易ο此外，在利用1个部件形成周壁70和底座42时，导线16、26很难引到周壁70的 外周侧。这是因为，振子2配置在周壁70的内周侧，另一方面，端子80、82保持在底座42 的下表面讨。但是，在该周壁70中形成有导电线容纳开口 76、76，连通其内周侧和外周侧。由此，从振子2引出的导线16、26可以从周壁70的内周侧经由导电线容纳开口76、76引到周壁70的外周侧，无需将这些导线16 J6从上方开口 72经由周壁70的外周侧 朝下端74引出，能够容易地连接振子2和端子80、82。此外，导电线容纳开口 76、76的内周侧和外周侧在壳体40的高度方向上完全连 通，因此即使在将具有导线16、26的振子2沿着壳体40的高度方向放下的情况下，也能以 导线16 J6不接触周壁70的方式将振子2配置在底座42上。结果，防止导线16、26的破 损，并且大幅度提高压电传感器1的组装性。此外，在压电传感器1的结构部件中，导线16 J6和喇叭30是性质方面强度稍差 的部件，但如图6所示，对于喇叭30相对于振子2的载置状态、导线16 J6相对于该振子2 的配置状态、振子2相对于底座42的配置状态，操作员可以经由喇叭窗部78、78从周壁70 的外周侧以目视的方式进行确认。结果，可以缩短检查压电传感器1的产品所需的时间，这 一点也有助于压电传感器1的制造成本的低廉化。此外，由于可以始终从周壁的外周侧以 目视的方式进行确认，因此还提高出货的压电传感器1的可靠性。此外，导线16 J6在从振子2经由导电线容纳开口 76、76被引到周壁70的外周侧 后，在由保护部64、64保持的状态下朝向端子80、82。由此，可以避免从周壁70的外周侧朝 向端子80、82的导线16、26反弹而返回到周壁70的外周侧，容易进行压电传感器1的组装 作业。而且，可以使导线16、26完全不露出在周壁70的外周侧，因此这一点也有助于防 止导线16、26的破损，并且，导线16、沈可以利用最短的长度连接振子2和端子80、82。此外，在间隔体60上突出地设置有对端子80、82的极性进行识别的销62。由此， 可以缩短将压电传感器1组装到上述电路基板所需的时间。此外，由于避免极性错误地安 装压电传感器1，因此还有助于提高搭载有压电传感器1的模块的可靠性。本发明不限于上述实施例，可以在不脱离权利要求的范围内进行各种变更。例如，上述实施例的压电传感器构成为可收发超声波，但本发明的压电传感器也 可以具有发送或接收的任意一种功能。此外，除了上述自动门用的探测器以外，还可以搭载 到使用是否有物体或离物体的距离的检测结果来动作的各种模块上。更具体而言，作为利用离物体的距离的检测结果的模块，例如有液位计、汽车的倒 车报警器、距离计测或交通信号的自动切换等。此外，作为利用是否有物体的模块，有入侵 者警报装置和自动亮灯开关等。这是因为，可以通过计测超声波的反射时间或观测振动频 率(多普勒效应)来检测离物体的距离或是否有物体。此外，上述实施例是最优例的说明，本发明的压电传感器如果是底座42和周壁70 一体化，则也可以不是从上方开口 72到下端74完全连通。这是因为，如果在周壁70上形 成相当于上述的喇叭窗部78的孔，则可以将导线16 J6从振子2引到周壁70的外周侧。此 外，在周壁70上至少设置1个相当于该喇叭窗部78的孔即可。这是因为，从任意一个相同 的孔中引出这些导线16、26即可。此外，在这些情况的任意一种情况下，与上述同样起到如下效果能够实现压电传 感器的制造成本低廉化和组装简便化。
权利要求
1.一种压电传感器，其特征在于，所述压电传感器具有 压电体；振动板，其与该压电体互相作用而形成能发送或接收超声波的振子； 导电线，其从所述振子引出，使该振子与连接至电路基板的端子导通；以及 壳体，其分别具有底座和周壁，该底座在与保持所述端子的面相反侧的面上支承所述 振子，该周壁沿着该底座的周缘竖立设置并围绕所述振子，这些底座和周壁一体形成。
2.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，所述压电传感器还具有均衡器，该均衡器载置在所述振子上，对所述超声波进行放大， 所述周壁具有如下的窗部其内周侧与外周侧连通，使得能够目视确认所述振子相对 于所述底座的配置状态、所述导电线相对于该振子的配置状态、或者所述均衡器相对于该 振子的载置状态。
3.根据权利要求1或2所述的压电传感器，其特征在于，所述周壁具有如下的侧面开口 其内周侧和外周侧在所述壳体的高度方向上完全连 通，容纳从所述振子引出的所述导电线，将所述导电线导向所述端子。
4.根据权利要求2或3所述的压电传感器，其特征在于，所述底座具有如下的导电线保持孔在所述壳体的高度方向上贯穿，并且与所述侧面 开口连通，对容纳在该侧面开口中的所述导电线进行保持。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的压电传感器，其特征在于，在保持所述端子的面上，设置有确保该面与所述电路基板之间的空间的间隔用肋。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的压电传感器，其特征在于，在保持所述端子的面上，设置有对该端子的极性进行识别的极性识别用突起。
全文摘要
本发明提供一种压电传感器，其制造成本低且易于组装。该压电传感器具有压电体(10)；振动板(20)，其与该压电体互相作用而形成能发送或接收超声波的振子(2)；导电线(16、26)，其从振子引出，使该振子与连接至电路基板的端子(80、82)导通；以及壳体(40)，其分别具有底座(42)和周壁(70)，该底座在与保持端子的面(54)相反侧的面(44)上支承振子，该周壁沿着该底座的周缘竖立设置并围绕振子，这些底座和周壁一体形成。
文档编号H01L41/053GK102136546SQ20101028107
公开日2011年7月27日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年1月21日
发明者松尾泰秀, 清水大辅 申请人:株式会社田村制作所