JP5362597B2 - 圧電センサ - Google Patents
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Description
詳しくは、圧電センサは圧電体を備え、この圧電体は機械エネルギーと電気エネルギーとを相互変換する機能を有しており(圧電効果、逆圧電効果)、例えば圧電体に電圧を印加すると、圧電体は伸縮する。
より詳しくは、作業者が圧電センサを製品検査する際や圧電センサを回路基板に実装する際に、振動子に触れるのはその性能維持上好ましくなく、また、この回路基板への実装後においても、塵埃等が振動子に付着するのを避けるために、この振動子は当然にハウジングで保護されている。
また、振動子の周囲を筒状のハウジングで単に覆うと、圧電センサの組み立てや製品検査が困難になる点にも留意しなければならない。導電線をハウジングの外部に引き回して台座の下面で端子に接続する場合には当該ハウジングが邪魔になるし、さらに、振動子や導電線の配置状態なども外部から確認できないからである。
一方、この台座において振動子を支持した面の反対側の面には、回路基板に接続する端子が保持されており、これら端子と振動子とは導電線を介して電気的に接続されている。
上述した如く、周壁と台座とを1部品で形成すると、導電線は周壁の外周側に引き回し難くなる。振動子が周壁の内周側に配置される一方、端子は、この振動子を支持した面の反対側の面に保持されているからである。
第2の発明によれば、第1の発明の作用に加えてさらに、側面開口は、その内周側と外周側とがケースの高さ方向に亘って総て連通しているので、導電線を有した振動子がケースの高さ方向に沿って降ろされる場合にも、導電線が周壁に触れることなく振動子を台座に配置できる。この結果、導電線の破損を防止しつつ、圧電センサの組み立て性が大幅に向上する。
第3の発明によれば、第1や第2の発明の作用に加えてさらに、導電線は、振動子から側面開口を経由して周壁の外周側に引き回された後、導電線保持孔で保持された状態で端子に向かう。したがって、周壁の外周側から端子に向かう導電線が反発して周壁の外周側に戻ってくるのを回避でき、圧電センサの組み立て作業が容易になる。
第4の発明は、第1から第3の発明の構成において、端子を保持する面には、この面と回路基板との空間を確保するスペース用リブが設けられていることを特徴とする。
第5の発明によれば、第1から第4の発明の作用に加えてさらに、圧電センサを上記回路基板に組み付けに要する時間を短縮できる。さらに、極性の誤った圧電センサの実装も回避されるため、圧電センサを搭載したモジュールの信頼性向上にも寄与する。
図1は、本実施例の圧電センサ1を上方から視た外観斜視図であり、図2は、組み立て前の圧電センサ1を下方から視た分解斜視図である。そして、この圧電センサ1は、例えば自動ドア用の感知器に使用され、超音波を検出媒体とした非接触の検出センサである。
詳しくは、圧電セラミックス10は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT)等で構成され、ケース40の高さ方向(図1や図2の上下方向)に所定の厚みを有している(図3)。この圧電セラミックス10の形状については特に限定しないが、ここでは一例として略正方形の平板を挙げることができる。
具体的には、この振動板20もケース40の高さ方向に所定の厚みを有した円形の平板であり(図3)、圧電セラミックス10の四隅を内接可能な大きさで形成されている。そして、圧電セラミックス10の振動を振動板20に与えて大きな振動を得るべく、圧電セラミックス10と振動板20とを重ね合わせ、振動板20の裏面24と圧電セラミックス10の一面12とを接着剤で接着している。なお、この図3では構造の理解を助けるために、圧電セラミックス10や振動板20の厚みを誇張して描いている。
具体的には、図3に示されるように、まず、台座42は略円柱状に形成されており、振動子2を支持する上面44を備える。
支持リブ46の内周側には、同じく筒状の接着部48が形成されており、圧電セラミックス10の他面14を接着剤で固定して支持する。
なお、圧電セラミックス10の幅方向や長さ方向に生ずる伸縮よりは小さいものの、この圧電セラミックス10の厚み方向にも伸縮は生じている。
図3に示される如く、この下面54の適宜位置には端子保持部56,56が形成され、断面四角形状の端子80,82を保持して上記実装面に向けて突出させる。
さらに、これらスペーサ58,60のうち一方のスペーサ60には端子80,82の極性を識別するピン(極性識別用突起)62が突設されている。なお、本実施例のピン62はスペーサ60に設けられているが、単なる捺印ではなく形状を有して端子80,82の極性を識別できる限り、下面54に設けられていても良い。
具体的には、保護部64,64は、ケース40の高さ方向に亘って上面44と下面54とを貫通して穿設された平面視略長方形の孔である。これら保護部64,64の長手方向は、上面44や下面54の中心に向けて延びておらず、上述したスペーサ58,60のうち例えば他方のスペーサ58に向けて斜め方向に延びており(図2,図4)、リード線16,26を保持しつつ、保護することができる。このリード線16,26を保護部64,64に保持する点については後述する。
詳しくは、図3〜図5に示される如く、本実施例の周壁70は、その下端74が台座42の下面54と略同じ高さに位置し、この下端74から上方に向けて延びている。そして、台座42の上面44や、振動子2及びホーン30の側方を覆ってさらに上方に延びており、その上端に円形の上方開口72を有している。
具体的には、本実施例の周壁70は導電線受容開口(側面開口)76,76を有している(図2)。導電線受容開口76,76は、上述した保護部64,64の位置に対応してそれぞれ設けられ(図3〜図5)、少なくとも各リード線16,26を受容可能な幅にて、上方開口72から下端74に至るまで周壁70の内周側と外周側とを貫通してそれぞれ形成されている。
一方、本実施例の導電線受容開口76,76は、振動子2やホーン30に対峙した位置に、ホーン窓部(窓部)78,78をそれぞれ有している。
再び図2に戻り、当該圧電センサ1の組み立ては、まず、端子80,82を保持したケース40を準備し、リード線16,26を備えた振動子2を台座42に向けて下降させる。
続いて、振動子2を上面44に向けて降ろし、その振動子2の他面14を支持リブ46に接触させ、接着部48で振動子2を接着して固定する。
その後、ホーン30を振動板20の表面22に接着すれば圧電センサ1が完成する。
端子80,82及びリード線16,26を介して圧電セラミックス10に電圧を印加すると、圧電セラミックス10の厚み方向や、この厚み方向に直交する圧電セラミックス10の幅方向や長さ方向は伸縮する(逆圧電効果)。
この圧電センサ1は受信した超音波を電気信号に変換できる。詳しくは、圧電センサ1がホーン30を介して上記反射した超音波を受信すると、振動子2の屈曲運動に伴って圧電セラミックス10が伸縮し、電圧を得ることができるからである(圧電効果)。
そして、この圧電センサ1を用いた自動ドアの制御部では、ドアに接近する物体の有無やこの物体までの距離を検出でき、ドア開閉用のモータに駆動信号を出力可能になる。
一方、この台座42の下面54には、上記回路基板に接続する端子80,82が保持されており、これら端子80,82と振動子2とはリード線16,26を介して電気的に接続されている。
しかしながら、この周壁70には導電線受容開口76,76が形成されており、その内周側と外周側とを連通している。
また、スペーサ60には、端子80,82の極性を識別するピン62が突設されている。よって、圧電センサ1を上記回路基板に組み付けに要する時間を短縮できる。さらに、極性の誤った圧電センサ1の実装も回避されるため、圧電センサ1を搭載したモジュールの信頼性向上にも寄与する。
例えば、上記実施例の圧電センサは超音波を送受信可能に構成されているが、本発明の圧電センサは、送信或いは受信のいずれかの機能を有していても良い。また、上述した自動ドア用の感知器の他、物体の有無や物体までの距離の検出結果を用いて作動する種々のモジュールに搭載可能である。
そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、圧電センサの製造コストの低廉化や組み立ての容易化を達成できるとの効果を奏する。
2 ユニモルフ振動子(振動子)
10 圧電セラミックス(圧電体)
16,26 リード線(導電線)
20 振動板
30 ホーン(イコライザ)
40 ケース
42 台座
44 上面
54 下面
58,60 スペーサ(スペース用リブ)
62 ピン(極性識別用突起)
64 保護部(導電線保持孔)
70 周壁
76 導電線受容開口(側面開口)
78 ホーン窓部(窓部)
80,82 端子
Claims (5)
- 圧電体と、
この圧電体と相俟って超音波を送信或いは受信可能な振動子を形成する振動板と、
前記振動子から引き出されており、この振動子と回路基板に接続する端子とを導通させる導電線と、
前記端子を保持する面とは反対側の面にて前記振動子を支持する台座、及び、この台座の周縁に沿って立設され、前記振動子を囲繞する周壁をそれぞれ有し、これら台座及び周壁を一体形成したケースと、
前記振動子に載置され、前記超音波を増幅するイコライザとを具備し、
前記周壁は、その内周側と外周側とが連通し、前記台座に対する前記振動子の配置状態、若しくは、この振動子に対する前記導電線の配置状態、又は、この振動子に対する前記イコライザの載置状態を視認可能な窓部を有していることを特徴とする圧電センサ。 - 請求項1に記載の圧電センサであって、
前記周壁は、その内周側と外周側とが前記ケースの高さ方向に亘って完全に連通し、前記振動子から引き出された前記導電線を受容して前記端子に導く側面開口を備えることを特徴とする圧電センサ。 - 請求項1又は2に記載の圧電センサであって、
前記台座は、前記ケースの高さ方向に亘って貫通するとともに、前記側面開口に連通してこの側面開口にて受容された前記導電線を保持する導電線保持孔を備えることを特徴とする圧電センサ。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電センサであって、
前記端子を保持する面には、この面と前記回路基板との空間を確保するスペース用リブが設けられていることを特徴とする圧電センサ。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電センサであって、
前記端子を保持する面には、この端子の極性を識別する極性識別用突起が設けられていることを特徴とする圧電センサ。
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