超声波传感器的制造方法
【专利摘要】超声波传感器(1)具备：具有底板(2B)与侧壁(2A)的有底筒状的箱体(2)；在箱体(2)内被配置于底板(2B)上的压电元件(3)；一前端部被配置在箱体(2)的开口内而另一前端部被配置在箱体(2)的外部的管脚端子(11A、11B)；具有与管脚端子(11A、11B)的一前端部连接的第一端、及与压电元件(3)连接的第二端的带状的挠性基板(9)；和在箱体(2)内对管脚端子(11A、11B)的一前端部与挠性基板(9)进行密封的减振部件(8)。挠性基板(9)被弯曲配置于箱体(2)的开口内，使得第一端沿着与管脚端子(11A、11B)的一前端部相同的方向延伸，从第一端开始弯曲，向箱体(2)的侧壁(2A)侧延伸，直至第二端。
【专利说明】超声波传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声波传感器，尤其涉及具有压电元件及与其电连接的管脚端子(pinterminal)、例如汽车的角声纳(corner sonar)或后声纳(back sonar)等所采用的超声波传感器。
【背景技术】
[0002]超声波传感器间歇地发送超声波脉冲信号，并接收所发送来的超声波脉冲信号到达障碍物或目标后反射的反射波，由此感测障碍物或目标(例如参照专利文献I。)。汽车的后声纳、角声纳、还有纵列泊车之际感测与侧壁等障碍物的距离的停车点传感器(parkingspot sensor)等采用的是超声波传感器。
[0003]图6是表不以往的超声波传感器的构成例的剖视图。超声波传感器101具备箱体102、压电元件103、衰减部件(damping member) 104、基板105、发泡性树脂106、管脚端子107AU07B和引线108A、108B。箱体102是有底筒状，由金属等具有导电性的材料构成。压电元件103由压电陶瓷构成，具有圆板形状的压电基板、和分别设置于压电基板的相互对置的主面上的一对电极。压电元件103通过导电性粘接剂等而被接合于箱体102，以使一方电极与箱体102的开口内底面接触并与箱体102电连接。衰减部件104被设置成堵塞箱体102的开口。基板105设置于衰减部件104上。在基板105及衰减部件104设置有贯通孔。发泡性树脂106从一个贯通孔被注入箱体102的开口内并被填充于箱体102的内部及贯通孔的内部。管脚端子107AU07B分别呈直线棒状，分别经由一个贯通孔而被插入箱体102的开口内。在箱体102的开口内，引线108A通过焊料而被接合至管脚端子107A的前端与箱体102，由此对管脚端子107A与箱体102进行电连接。为此，管脚端子107A经由引线108A与箱体102而与压电元件103电连接。在箱体102的开口内，引线108B通过焊料而被接合至管脚端子107B的前端与压电元件103，由此对管脚端子107B的前端与压电元件103进行电连接。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:国际公开W02007/094184号公报
【发明内容】
[0007]-发明要解决的课题-
[0008]在图6所示出的以往构成的超声波传感器中，通过向管脚端子施加外力，使得引线变形。若向管脚端子多次施加外力而使引线多次变形，则存在管脚端子与引线的连接部断裂，产生管脚端子与压电元件的电连接的断线的可能性。再有，若一次性向管脚端子施加大的外力，存在管脚端子与引线的连接部断裂并产生管脚端子与压电元件的电连接的断线，或者发泡性树脂或衰减部件等部件损坏的可能性。尤其是，若向管脚端子施加将管脚端子自箱体拔出的方向的大的外力，则容易产生管脚端子与引线的连接部的断裂或部件的破坏。因而，期望超声波传感器具有对外力的耐性更高的构成。
[0009]为此，本发明的目的在于，实现一种难以产生管脚端子与压电元件的电连接的断线且对外力的耐性高的超声波传感器。
[0010]-解决课题的手段-
[0011]本发明的超声波传感器具备箱体、压电元件、管脚端子、挠性基板和减振部件。箱体呈有底筒状，具有底板与侧壁。压电元件在箱体内被配置于底板上。管脚端子的一前端部被配置在箱体的开口内而另一前端部被配置在箱体的外部。挠性基板是带状的，具有与管脚端子的一前端部连接的第一端、及与压电元件连接的第二端。减振部件在箱体内对管脚端子的一前端部和挠性基板进行密封。而且，挠性基板被弯曲配置在箱体的开口内，使得第一端沿着与管脚端子的一前端部相同的方向延伸，从第一端开始弯曲向箱体的侧壁侧延伸，直至第二端。
[0012]在上述的超声波传感器中，优选管脚端子的一前端部被焊接于挠性基板的第一端。
[0013]由此，能以简易的工序实现管脚端子的连接，还能提高连接可靠性。
[0014]-发明效果-
[0015]根据本发明，通过采用进行弹性变形的挠性基板而不是进行塑性变形的引线，从而可防止挠性基板与管脚端子的连接部断裂而产生管脚端子与压电元件的电连接的断线。再有，通过采用带状的挠性基板，从而挠性基板与减振部件的接触面积增加，即便挠性基板变形，减振部件也难以被破坏。
[0016]再有，即便向管脚端子施加将管脚端子自箱体拔出的方向的外力，由于挠性基板中的向箱体的侧壁侧延伸的部分弯曲，所以因该外力而产生的剪应力也不会集中到挠性基板与管脚端子的连接部。因此，可防止挠性基板与管脚端子的连接部断裂。除此以外，即便向管脚端子施加将管脚端子放倒的横向的外力、将管脚端子向箱体的内部按压的方向的外力，挠性基板也会同样地弯曲，由此可防止挠性基板与管脚端子的连接部断裂。
[0017]还有,通过使挠性基板的第一端延伸的方向和管脚端子的一前端部延伸的方向相同，从而可降低挠性基板的曲率，可减小挠性基板的弹性力。为此，能更可靠地防止管脚端子、挠性基板与管脚端子的连接部的不必要的变形或断裂、树脂破坏等的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明第I实施方式涉及的超声波传感器的构成例的图。
[0019]图2是对施加给本发明第I实施方式涉及的超声波传感器及比较例涉及的超声波传感器各自中的连接部的应力进行说明的图。
[0020]图3是对实际装置试验中的加重方向(loading direction)与破坏模式之间的关系进行说明的图。
[0021]图4是表示本发明第2实施方式涉及的超声波传感器的构成例的图。
[0022]图5是表示本发明第3实施方式涉及的超声波传感器的构成例的图。
[0023]图6是表示以往的超声波传感器的构成例的剖视图。
【具体实施方式】[0024]《第I实施方式》
[0025]图1(A)是本发明第I实施方式涉及的超声波传感器I的剖视图。另外，图1(B)是超声波传感器I的俯视图。其中，图1 (B)表示超声波传感器I的背面。
[0026]超声波传感器I具备箱体2、压电元件3、吸音部件4、加强部件5、支承部件6、缓冲部件7、减振部件8、挠性基板9、端子保持部件10和管脚端子11A、11B。
[0027]箱体2是一端面堵塞而另一端面开口的有底筒状，具备筒状的侧壁2A和圆板状的底板2B。如图1(B)所示，箱体2的开口俯视时呈圆形。在侧壁2A中，开口侧的部分是薄壁且开口的内径大，底板2B侧的部分是厚壁且开口的内径小。底板2B在中央附近具备凹部2B1。凹部2B1具有底面部与侧壁部。箱体2例如是由弹性模量高且轻的铝构成的部件，通过锻造而形成。其中，箱体2的材料并未限于铝这样的导电性材料，也可以是绝缘性材料。
[0028]压电元件3由压电陶瓷构成，具有圆板形状的压电基板和分别设置在压电基板的相互对置的主面上的一对电极。压电元件3呈平板状，通过将驱动电压施加给一对电极而在面内方向进行扩展振动。压电元件3配置于箱体2的凹部2B1的内部且与底板2B接合。具体是，压电元件3按照一对电极的一方与凹部2B1的底面部接触的方式被接合到箱体2。换言之，压电元件3配置于凹部2B1的底面部。压电元件3及底板2B相互接合而构成双晶振动器(bimorph vibrator)。该双晶振动器因压电元件3的扩展振动而进行弯曲振动。因而，凹部2B1的底面部成为箱体2的主要振动区域。
[0029]吸音部件4例如是由聚酯租(polyester felt)等构成的平板状部件,为了吸收从压电元件3向箱体2的开口侧释放的不必要的声波而设置。吸音部件4配置于箱体2的凹部2B1内且被粘接在压电元件3之上。
[0030]加强部件5是中央设置有开口的环状部件，具有较高的声阻抗。加强部件5由不锈钢或锌这样的密度比构成箱体2的材料还高且刚性高的材料构成，作为锤起作用。另外，加强部件5也可以通过调整厚度等尺寸而由与箱体2相同的材料(铝)构成。再有，加强部件5与侧壁2A的厚壁部分的内周面相接并被配置在箱体2的底板2B上。这样，通过设置加强部件5，从而箱体2的包围凹部2B1的周围部分的刚性高，可抑制箱体2的底板2B处的振动向箱体2的侧壁2A传递。
[0031]支承部件6是中央具有开口的环状部件，为了以使缓冲部件7不与箱体2接触的方式进行支承而设置于箱体2的侧壁2A与缓冲部件7之间。在箱体2的内部配置了模具的状态下将树脂填充到模具与箱体2之间的空间内，使树脂固化后取下模具，由此形成支承部件6。另外，支承部件6既可以是这样采用模具与箱体2而形成于箱体2内部的部件，也可以将预先形成为所期望的形状的部件配置于箱体2的内部。通过设置支承部件6，从而可抑制箱体2的底板2B处的振动经由侧壁2A而向缓冲部件7传递，还可抑制箱体2的侧壁2A处的振动。
[0032]缓冲部件7是由硅橡胶或聚氨酯树脂等弹性体构成的杯状部件。缓冲部件7具有:设置于下部且与加强部件5的开口卡合的凸部；以及设置于上部且端子保持部件10与之卡合的开口。通过设置缓冲部件7，从而可抑制箱体2的底板2B处的振动经由侧壁2A而向端子保持部件10传递。
[0033]端子保持部件10是由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等树脂构成的L字状部件，以沿着通过箱体2的开口的中心的轴的姿势保持着管脚端子11A、11B。端子保持部件10的下部弯曲成与设置于缓冲部件7的上部的开口卡合。端子保持部件10具有设置于底面的凸部。再有，在端子保持部件10的中央部设置有被插通管脚端子IlAUlB的2个贯通孔。
[0034]管脚端子IlAUlB是被施加压电元件3的驱动电压的金属制的直线状管脚，由端子保持部件10来保持。具体是，管脚端子IlAUlB分别被插入到端子保持部件10的贯通孔中。管脚端子IlAUlB的一前端部从端子保持部件10的贯通孔露出而被配置于箱体2的开口内。管脚端子IlAUlB的另一前端部从端子保持部件10的上端突出而被配置在箱体2的外部。
[0035]挠性基板9呈宽幅的带状，将管脚端子IlAUlB与压电元件3电连接起来。挠性基板9具有第一端与第二端。第一端沿着与管脚端子IlAUlB的一前端部相同的方向延伸并与管脚端子IlAUlB连接。第二端通过导电性粘接剂而被连接至压电元件3的电极。挠性基板9弯曲配置于箱体2的开口内，以使从第一端开始弯曲并向箱体2的侧壁2A侧延伸，通过支承部件6的内部后直至第二端。在压电元件3或挠性基板9被配置在箱体2的开口内的状态下，将支承部件6填充及固化后进行设置。另外，在图1(A)中虽然仅图示了管脚端子11A，但管脚端子IlB也与管脚端子IlA同样，与挠性基板9相连接。
[0036]减振部件8由硅树脂或聚氨酯树脂等弹性体构成。减振部件8被填充在箱体2的内部，对配置于箱体2的开口内的管脚端子11A、IIB的一前端部及挠性基板9进行密封。其中，因为利用支承部件6与缓冲部件7来覆盖箱体2的底板2B侧的空间，所以减振部件8仅被填充于箱体2的开口侧的空间内。减振部件8具有抑制箱体2的侧壁2A的振动的功能，并且具有防止支承部件6或缓冲部件7自箱体2脱离的功能。
[0037]在这种构成的超声波传感器I中，由于箱体2的底板2B处的振动因吸音部件4或支承部件6、缓冲部件7而衰减，故几乎不会传播至端子保持部件10及管脚端子11A、11B。因此，可大幅地降低将超声波传感器I安装到外部基板之际发生的从管脚端子IlAUlB向外部基板的振动泄漏。
[0038]另外，优选支承部件6或缓冲部件7难以传播振动而减振部件8抑制(减振)箱体2的侧壁2A的振动。优选支承部件6或缓冲部件7与减振部件8相比弹性模量低。更详细的是，弹性模量有储藏弹性模量和损耗弹性模量，优选支承部件6或缓冲部件7的储藏弹性模量小而减振部件8的损耗弹性模量大。例如，优选支承部件6或缓冲部件7由硅树脂(硅橡胶)构成而减振部件8由聚氨酯树脂构成。
[0039]再有，因为利用挠性基板9来连接管脚端子IlAUlB与压电元件3，所以即便向管脚端子IlAUlB多次施加外力，在每次向管脚端子IlAUlB施加外力时挠性基板9弹性变形，挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部也不会断裂，管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线不会产生。还有，因为挠性基板9是带状的，且与引线相比，挠性基板与减振部件8的接触面积大，所以即便一次性向管脚端子IlAUlB施加大的外力，也不会向减振部件8施加局部的加重(load)，减振部件8不会损坏。
[0040]在此，针对在向管脚端子IlAUlB施加外力的情况下施加给挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部的应力进行说明。
[0041]图2(A)是对在本实施方式涉及的超声波传感器I中向连接部施加的应力进行说明的图。再有，图2(B)是对在比较例涉及的超声波传感器111中向连接部施加的应力进行说明的图。其中，在图2(A)、(B)中虽然仅图示了管脚端子11A，但管脚端子IlB也与管脚端子IlA同样，与挠性基板9相连接。
[0042]在超声波传感器I中，挠性基板9的第一端和管脚端子IlAUlB的前端部沿着相同的方向延伸并通过焊料(未图示)等连接。挠性基板9由于从作为与管脚端子IlAUlB的连接部的第一端开始向箱体2的侧壁2A侧延伸，故以一定的曲率弯曲。
[0043]在这种超声波传感器I的构成中，若向管脚端子11A、IIB施加将管脚端子11A、IIB自箱体2拔出的方向的外力，则在挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部，向挠性基板9施加与外力相同的方向的力。如此，挠性基板9中的向箱体2的侧壁2A侧延伸的部分弯曲，挠性基板9的曲率发生变化。此时，施加给挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部的剪应力被挠性基板9的弹簧弹性抵消(降低)。
[0044]在比较例涉及的超声波传感器111中，挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部和本实施方式涉及的超声波传感器I不同，除此以外的构成相同。在超声波传感器111中，挠性基板9的第一端和管脚端子IlAUlB的前端部沿着相反方向延伸并通过焊料(未图示)等连接。挠性基板9从作为与管脚端子IlAUlB的连接部的第一端向箱体2的轴方向延伸。
[0045]在这种超声波传感器111的构成中，若向管脚端子IlAUlB施加将管脚端子11A、IlB自箱体2拔出的方向的外力，则在挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部，向挠性基板9施加与外力相反方向的力。如此，剪应力集中施加给挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部。为此，挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部容易断裂且容易产生管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线。
[0046]这样，本实施方式的超声波传感器I与比较例的超声波传感器111相比，难以产生挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部断裂而引起的管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线。
[0047]在此，对为了确认管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线难以产生而进行的实际装置试验进行说明。在实际装置试验中，分别针对本实施方式的超声波传感器I和比较例的超声波传感器111，向管脚端子IlAUlB施加一点载荷直到产生任何破坏为止，按每个加重方向调查了破坏模式(破坏场所)。
[0048]图3是对加重方向与破坏模式之间的关系进行说明的图。图3(A)是对向管脚端子IlAUlB施加的加重方向进行说明的图。图3(B)是表示关于本实施方式涉及的超声波传感器I的加重方向与破坏模式之间的关系的图。图3(C)是表示关于比较例涉及的超声波传感器111的加重方向与破坏模式之间的关系的图。在此，加重相当于外力。
[0049]以将管脚端子11A、11B放倒的方式向管脚端子11A、11B施加了横向(+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向)的加重的情况下，超声波传感器I与超声波传感器111的任一个均在管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线之前先产生了树脂破坏。树脂破坏指的是减振部件8等由树脂构成的部件被破坏的现象。
[0050]再有，在向管脚端子IlAUlB施加了将管脚端子IlAUlB向箱体2的内部按压的方向(-Z方向)的加重的情况下，超声波传感器I与超声波传感器111的任一个也都在管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线之前先产生了树脂破坏。
[0051]另一方面，在向管脚端子IlAUlB施加了将管脚端子IlAUlB自箱体2拔出的方向(+Z方向)的加重的情况下，在超声波传感器I中，在管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线之前先产生了树脂破坏。相对于此，在超声波传感器111中，在树脂破坏之前先产生了管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线。
[0052]如根据实际装置试验可确认的那样，超声波传感器I在挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部的构成方面和比较例的超声波传感器111不同，与超声波传感器111相比，更难以产生管脚端子11A、IIB与压电元件3的电连接的断线。
[0053]另外，在本实施方式中，使挠性基板9的第一端延伸的方向和管脚端子IlAUlB的前端部延伸的方向相同，并将挠性基板9的第一端和管脚端子IlAUlB的前端部连接在一起，但是即便在将这些部件延伸的方向设为相互相反的方向的情况下，通过按照从作为与管脚端子IlAUlB的连接部的第一端开始向箱体2的侧壁2A侧延伸并以一定的曲率弯曲的方式配置挠性基板9，从而挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部不会断裂，不会产生管脚端子IlAUlB与压电元件3的电连接的断线。然而，该情况下，需要使挠性基板9以更大的曲率弯曲，挠性基板9的弹性力增大。如此，有可能发生管脚端子11A、11B、或挠性基板9与管脚端子IlAUlB的连接部的不必要的变形或断裂、树脂破坏等。因而，优选使挠性基板9的第一端延伸的方向和管脚端子IlAUlB的前端部延伸的方向相同,且将挠性基板9的第一端和管脚端子IlAUlB的前端部连接在一起。
[0054]《第2实施方式》
[0055]接着，对本发明第2实施方式涉及的超声波传感器21的构成例进行说明。
[0056]图4是本发明第2实施方式涉及的超声波传感器21的剖视图。超声波传感器21具备2个挠性基板29A、29B。挠性基板29A对管脚端子IlA与压电元件3的一对电极的一方进行电连接。挠性基板29B对管脚端子IlB (未图示)与压电元件3的一对电极的另一方进行电连接。这样，也可以设置多个挠性基板29A、29B并将这些挠性基板分别与压电元件3的电极电连接。
[0057]《第3实施方式》
[0058]接下来，对本发明第3实施方式涉及的超声波传感器31的构成例进行说明。
[0059]图5是本发明第3实施方式涉及的超声波传感器31的剖视图。超声波传感器31具备2个挠性基板39A、39B。挠性基板39A对管脚端子IlA与压电元件3的一对电极的一方进行电连接。挠性基板39B对管脚端子IlB (未图示)和箱体2进行电连接。管脚端子IlB经由挠性基板39B与箱体102而被电连接至压电元件3的一对电极的另一方(接地电位)。
[0060]虽然如以上各实施方式所说明的那样可实施本发明，但超声波传感器的具体构成并未限于上述内容。例如，缓冲部件、支承部件、加强部件、支承部件、吸音部件等的具体形状或材料可以是任意的，还有，关于缓冲部件、支承部件、加强部件、支承部件、吸音部件，各个部件并非一定要设置。
[0061]-符号说明-
[0062]1、21、31...超声波传感器
[0063]2...箱体
[0064]2A...侧壁
[0065]2B...底板
[0066]2B1...凹部[0067]3...压电元件
[0068]4...吸音部件
[0069]5...加强部件
[0070]6...支承部件
[0071]7...缓冲部件
[0072]8...减振部件
[0073]9>29A>29B.39A>39B...挠性基板
[0074]10...端子保持部件
[0075]11Α、11Β...管脚端子
【权利要求】
1.一种超声波传感器,具备: 有底筒状的箱体，其具有底板与侧壁； 压电元件，其在所述箱体内被配置在所述底板上； 管脚端子，其一前端部被配置于所述箱体的开口内，另一前端部被配置于所述箱体的外部； 带状的挠性基板，其具有与所述管脚端子的一前端部连接的第一端、及与所述压电元件连接的第二端；和减振部件，其在所述箱体内对所述管脚端子的一前端部与所述挠性基板进行密封，所述挠性基板被弯曲配置于所述箱体的开口内，使得所述第一端沿着与所述管脚端子的一前端部相同的方向延伸，且从所述第一端开始弯曲向所述箱体的侧壁侧延伸，直至所 述第二端。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中， 所述管 脚端子的一前端部被焊接于所述挠性基板的第一端。
【文档编号】H04R17/00GK103858445SQ201280048814
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2011年10月5日
【发明者】川妻雅人 申请人:株式会社村田制作所