专利名称：压电传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够利用压电体的机械的振动收发超声波的压电传感器。
背景技术：
该种压电传感器能够用于例如自动门用的感知器，是以超声波为检测介质的非接触的检测传感器。详细地说，压电传感器具备压电体，该压电体具有使机械能量和电气能量相互变换的功能。该功能称为所谓压电效应及逆压电效应。例如压电体在被施加电压时发生伸缩。日本实开昭55-51568号公报公开了组合了压电体和振动板的振子的构造。具体地说，压电体及振动板组成的振子配置于台座，在该台座保持端子。另外，这些振子和端子由导电线导通。在经由端子及导电线向压电体施加电压时，伴随压电体的伸缩，振子弯曲， 通过该弯曲运动而发生机械振动(共振现象)。因此，压电传感器能够发送超声波。该被发送的超声波由物体反射，压电传感器接收该反射的超声波后，振子弯曲。振子通过响应该弯曲的压电效应的发生，获得电压。从而，压电传感器能够检测接近门的物体的有无和到该物体的距离，自动门的控制部能够向门开闭用的马达输出驱动信号。

发明内容
(发明要解决的问题)但是，上述传统技术的振子中，该机械振动的节支撑于台座，该振动的节的全体与台座接触。详细地说，在台座朝向振子突出设置筒状的肋，在该环状地封闭的肋的前端面支撑振子。另外，在该肋的内周侧形成筒状的粘接部，在振动的节处，振子通过粘接剂固定。但是，该构造中，存在振子发生称为伪信号(spurious，寄生信号)的不需要的振动的问题。即，例如振幅为零的节处，即使使台座与振子接触，由于这些台座和振子的接触面积变大时，台座阻碍振子的振动，因此产生伪信号，振子的振动性能劣化。这样，仅仅通过筒状的肋或者粘接部支撑振子的构成未对伪信号的发生进行特别的考虑，需要用于使该伪信号减小的措施。另外，虽然也有使台座和振子不接触而用粘接剂固定的方法，但是需要使振子浮起的治具类等，制造上烦杂。因而，本发明的目的是消除上述问题，提供能够减小振子的伪信号的压电传感器。(解决问题的方案)用于达成上述目的的第I发明，具备振子，包含压电体和振动板，发送或者接收超声波；和台座，在上述振子产生的机械振动的节附近支撑该振子，该台座在上述振动的节附近具备与上述振子点接触，或线接触，或部分地面接触地支撑该振子的肋。根据第I发明，压电传感器具有由压电体及振动板形成的振子，该振子可发送或者接收超声波。这里，该振子在其机械振动的节附近由台座支撑，但是该台座具备与振子点接触或线接触或部分地面接触地支撑该振子的肋。这样，若台座和振子的接触面积比传统小，则台座不阻碍振子的振动，能够减小伪信号。其结果，振子的振动性能良好，有利于压电传感器的可靠性提高。第2发明是在第I发明的构成中，台座具备退避部，在振动的节附近与上述肋并设，从振子离开而不支撑该振子。根据第2发明，除了第I发明的作用外，台座具备肋和退避部，该肋与振子点接触，或线接触，或部分地面接触地支撑该振子。另一方面，退避部虽然与肋同样地设置在振子的振动的节附近，但是不与振子接触，不支撑该振子。从而，台座和振子的接触面积可靠地减小，可进一步减小伪信号。第3发明是在第I、第2发明的构成中，肋沿台座的周边以大致等间隔在3处配置。 根据第3发明，除了第I、第2发明的作用外，肋在大致圆柱状地形成的台座的周方向以大致等间隔配置3处，因此即使与振子的接触面积小，也能够稳定地支撑该振子。另外，若肋彼此之间的间隔相同，则与仅设置3处肋的场合比，可以更容易地将肋设置于台座。第4发明是在第I到第3发明的构成中，肋具有形成为平坦状并与振子面接触的前端面。根据第4发明，除了第I到第3发明的作用外，由于在与振子部分地面接触的肋的场合，若其前端面形成为平坦状，则台座更不会阻碍振子的振动，因此在这方面也有利于振子的振动性能的良好化。第5发明是在第I到第4发明的构成中，还具备导电线，从上述振子引出，使该振子和与电路基板连接的端子导通；和外壳，在保持端子的面的相反侧的面具有台座，在保持端子的面设置有确保该面与电路基板之间的空间的间隔件。根据第5发明，除了第I到第4 发明的作用外，还能够避免外壳侧的振动传达到电路基板侧，另外，能够抑制焊锡对电路基板、夕卜壳的破坏。(发明的效果)根据本发明，能够提供台座和振子的接触面积小、台座不会阻碍振子的振动、能够减小振子的伪信号的压电传感器。


图I图2图3图4图5图6
是本实施例的压电传感器的外观立体图。
是图I的压电传感器的分解立体图，是其组装前的状态示图。 是图I的压电传感器的纵截面图。
是图2的外壳的平面图。
是图2的外壳的侧面图。
是实验结果的说明图。
具体实施例方式以下，参照图面说明本发明的实施方式。图I是从上方观察本实施例的压电传感器I的外观立体图，图2是从下方观察组装前的压电传感器I的分解立体图。该压电传感器I是用于例如自动门用的感知器，是以超声波为检测介质的非接触的检测传感器。如图I、图2所示，压电传感器I主要具备振子2及外壳40，该振子2收容在外壳 40内。另外，图I、图2的下方向与外壳40的底面侧相当，压电传感器I以该外壳40的底面侧与上述感知器的电路基板(未图示)的安装面相向的状态进行安装。以下的压电传感器I相关的说明中，下方侧表示与安装面相向的侧，上方侧表示其相反侧。上方侧的面也称为一面或表面，下方侧的面也称为背面、底面或另一面。本实施例的振子2具有将压电陶瓷(压电体)10与金属制的振动板20重叠而成的单晶(unimorph)构造。详细地说,压电陶瓷10由例如错钛酸铅系陶瓷(PZT)等构成,在外壳40的高度方向(图I、图2的上下方向)上具有规定的厚度(图3)。该压电陶瓷10 的形状没有特别限定，这里作为一例能够列举大致正方形的平板。如图2、图3所示，在压电陶瓷10的另一面14的适当位置，I条导线16通过焊锡 18固定。本实施例的导线(导电线)16是铜线，也可以使用被覆线或者金丝线。另外，在压电陶瓷10的上侧，重叠了振动板20。该振动板20也在外壳40的高度方向上具有规定的厚度，是圆形的平板(图3)。振动板20的大小是可以对振动板20内接压电陶瓷10的大小。然后，为了将压电陶瓷10的振动施加到振动板20而产生大的振动，使压电陶瓷10 和振动板20重叠，振动板20的背面24和压电陶瓷10的一面12通过粘接剂粘接。另外， 该图3为了便于构造的理解，夸大地画出压电陶瓷10和振动板20的厚度。在振动板20的背面24的适当位置，也通过焊锡28固定I条导线(导电线)26 (图
2、3)。该导线26与上述导线16同样，是铜线、被覆线或金丝线。另一方面，在振动板20的表面22载置金属制的喇叭30 (图3)。该喇叭30形成为锥状，随着离开振动板20而扩大。 该喇叭30的缩径而成的下端部分与振动板20的表面22的大致中心位置粘接。另外，在图 I看到的喇叭30的扩大面进行规定的涂装。这里，本实施例的外壳40形成为塑料树脂制的杯状。该杯状的有底部分成为台座 42，台座42与具有开口部分的周壁70 —体地形成。具体地说，如图3及图2的外壳40的平面图即图4所示，首先，台座42形成为大致圆柱状，具备支撑振子2的顶面44。在本实施例的顶面44朝向振子2突出设置了共3条支柱(肋)46。详细地，如图 4所示，支柱46在3处配置。各支柱46从台座42的圆周方向看，以每隔中心角120度的大致等间隔分开。这些支柱46具有小面积且平坦的前端面47。压电陶瓷10的另一面14与该支柱46的前端面47面接触。另外，本实施例的支柱46与顶面44 一体形成(图3)，但是也可以与该顶面44独立地形成。若一体地观察台座42和支柱46，则能够将各支柱46之间表现为欠缺。即，该顶面 44中，在全部支柱46穿过的圆的线上，设置比该支柱46的高度低的欠缺部(退避部)50。 具体地说，本实施例的欠缺部50在这3条支柱46之间分别配置一个，在各支柱46之间形成大的空间。即，欠缺部50从压电陶瓷10的另一面14离开，与该另一面14不接触。另一方面，在该欠缺部50形成有粘接部52 (图4)，压电陶瓷10的另一面14与粘接部52通过粘接剂固定而被支撑。本实施例的粘接部52以各欠缺部50的一部分与支柱 46邻接的方式形成(例如2处)。本实施例中，粘接部42彼此具有相对于台座42的中心线大致对称的位置关系。另外，这些粘接部52也从该支柱46之间向台座42的内周侧扩张， 在该2处的位置与振子2面接触。更详细地说，粘接部52在振子2产生的机械振动的节处形成。机械振动的节是指振幅为零的位置。这里，本实施例的振子2为圆形，因此通过大致正方形的压电陶瓷10的宽度方向及长度方向的伸缩而弯曲，由其固有共振频率的电压驱动。此时的振动的节位于从直径φ的圆周上向中心偏移φ/4的位置，换言之，位于离振子2的中心约直径φ/2的圆周上。因此，本实施例中，粘接部52部分地支撑振子2的从直径φ的圆周上向中心偏移φ/4的位置。另外，虽然比压电陶瓷10的宽度方向和长度方向产生的伸缩小，但是在该压电陶瓷 10的厚度方向也产生伸缩。相对地，台座42具备与上述电路基板的安装面对峙的底面54。如图3所示,在该底面54的适宜位置形成端子保持部56、56。端子保持部56、56保持截面圆形状的端子80、 82，并且向上述安装面突出。另外，即使端子80、82的形状为截面四角形状也没问题。另外，在底面54的周缘附近设置间隔件58、60(图2、图5)。这些间隔件58、60形成为大致长方体，其长度方向沿底面54延伸。一对间隔件58、60相对于底面54的中心在对称位置分别配置，可与上述安装面抵接。间隔件58、60确保底面54和上述安装面之间的空间，实现外壳40及上述电路基板的保护。因此，由于底面54与电路基板不接触，能够避免外壳40侧的振动传达到电路基板侧。另外，本实施例的导线16、26通过焊锡86、88固定在端子80、82的场合，能够通过该间隔件58、60使焊锡86、88部分从电路基板离开。而且， 端子80、82通过焊锡固定于电路基板的场合，通过该间隔件58、60能够使该端子固定用的焊锡部分从底面54离开，因此能够抑制树脂制的外壳40熔化。另外，图5(a)是从下方观察图4得到的外壳40的侧面图。另外，图5(b)是从左方观察图5 (a)得到的外壳40的侧面图，能够分别观察到在图4位于左方的支柱46、在图4 位于该支柱46的下方的粘接部52 (图5(b)中位于支柱46的右侧)和在图4位于右方的粘接部52 (图5 (b)中位于支柱46的左内侧)。而且，在上述间隔件58、60中的一方的间隔件60，突出地设置了识别端子80、82的极性的销62。另外，本实施例的销62设置于间隔件60，但是也可以设置于底面54。而且，本实施例的台座42在其周缘附近具备保护部64、64(图4)。具体地说，保护部64、64是在外壳40的高度方向上从底面54通过台座42贯通外壳40的内部的孔。该保护部64的与外壳40的高度方向正交的截面为大致长方形。这些保护部64、64中，长方形截面的长边不向顶面44、底面54的中心延伸，而向上述间隔件58、60中的例如另一方的间隔件58以与台座42的径方向倾斜的方向延伸(图2、图4)。该保护部64、64可以拉住并保持导线16、26。接着，周壁70从该台座42的周缘向上方延伸地竖立设置。详细地，如图3 图5 所示，本实施例的周壁70的下端74位于与台座42的底面54大致相同高度，从该下端74 向上方延伸。然后，周壁70覆盖台座42的顶面44、振子2及喇叭30的侧方并进一步向上方延伸，其上端具有圆形的上方开口 72。该周壁70的内周侧和外周侧具有在外壳40的整个高度方向上完全地连通的位置。具体地说，本实施例的周壁70具有导电线收纳开口 76、76(图2)。导电线收纳开口 76、 76与上述保护部64、64的位置对应地分别设置(图3 图5)，至少具有能够收容各导线 16,26的宽度，从上方开口 72至下端74贯通周壁70的内周侧和外周侧。导电线收纳开口 76在与台座42对峙的位置，与离保护部64中的底面54的周缘最近的角部连接(图3、图4)，保护部64经由导电线收纳开口 76与周壁70的外周侧连通。 另一方面，本实施例的导电线收纳开口 76、76在与振子2、喇叭30对峙的位置分别具有喇叭窗部78、78。该喇叭窗部78、78以比能够收容上述各导线16、26的宽度充分大的宽度开口，在将导电线收纳开口 76的窄幅部分跨越了周壁70的周方向的范围内形成(图4、图5(b))。
再次返回图2，关于该压电传感器I的组装，首先准备保持了端子80、82的外壳 40，使具备导线16、26的振子2朝向台座42下降。此时，导线16、26分别容纳于位于上方开口 72的导电线收纳开口 76、76的宽幅部分即喇叭窗部78、78，从喇叭窗部78、78分别向周壁70的外周侧引出。接着，振子2朝向顶面44下降，使该振子2的另一面14仅仅与各支柱46接触，在2处的粘接部52，将振子2粘接并固定。接着，经由喇叭窗部78向周壁70的外周侧引出的导线16被操作者抓住并从附近的导电线收纳开口 76的窄幅部分向保护部64内绕回。从而，如图3所示，导线16的侧面部分被保持在保护部64的内壁，导线16的前端部分从底面54的下方引出。经由喇叭窗部78向周壁70的外周侧引出的导线26从其附近的导电线收纳开口 76的窄幅部分引回到保护部64内。因此，导线26的侧面部分被保护部64的内壁保持，导线26的前端部分从底面54的下方引出(图3)。然后，导线16在底面54的附近卷绕在端子80的周面81，由焊锡86固定，另外，导线26也在底面54的附近卷绕到端子82的周面 83并由焊锡88固定后,振子2和端子80、82导通。然后，若将喇叭30粘接到振动板20的表面22，则压电传感器I完成。上述那样构成的压电传感器I能够收发超声波。间隔件58、60载置于上述感知器的电路基板的安装面，端子80、82与其电路部分电气连接。端子80、82及经由导线16、26向压电陶瓷10施加电压后，由于逆压电效应，压电陶瓷10在其厚度方向、与该厚度方向正交的宽度方向、长度方向伸缩。该压电陶瓷10的宽度方向和长度方向的伸缩形成使振子2全体弯曲的力，由于由该振子2的弯曲运动导致的机械振动而生成超声波。另外，该生成的超声波由喇叭30放大。这样，压电传感器I能够将电气信号变换为超声波，使该超声波从上方开口 72侧向物体发送。另一方面，该发送的超声波在空中传播，与物体碰撞后向压电传感器I反射。该压电传感器I能够将接收的超声波变换为电气信号。详细地说，压电传感器I经由喇叭30接收上述反射的超声波后，伴随振子2的弯曲运动，压电陶瓷10伸缩，通过压电效应能够获得电压。这样，压电传感器I利用压电效应及逆压电效应可进行超声波的收发。在采用该压电传感器I的自动门的控制部中，能够检测接近门的物体的有无和到该物体的距离，可向门的开闭用的马达输出驱动信号。以上，根据本实施例，压电传感器I具有由压电陶瓷10及振动板20形成的单晶振子2，该振子2可收发超声波。这里，该振子2在其机械振动的节附近由台座42支撑，但是该台座42具备与振子2部分地面接触地支撑该振子2的支柱46。这样,若使台座42和振子2的接触面积比传统小，则台座42不会阻碍振子2的振动，可以减小伪信号。其结果，振子2的振动性能良好，有利于压电传感器I的可靠性的提高。若详述该点，则图6表示了采用了 3种压电传感器的振动特性的实验结果。首先， 比较例1、2(图6用I点划线、2点划线表示)都是由具有筒状的肋和粘接部的台座以完全的面接触支撑振子，可知在比共振频率低的低频域侧(图6的共振频率的左方)呈现朝上的峰值，共振阻尼Z ( Ω )变高。可以推测，这是由于台座以完全的面接触支撑振子，该振子难以振动，而产生伪信号的结果。另外，这些比较例1、2中，在共振频率处不出现向上的峰值，而在比该共振频率稍高的高频域侧(图6的共振频率的右方)出现朝上的峰值。可以认为，这是由于本来应该在共振频率出现的峰值受到上述低频域侧出现的峰值的影响而偏移。而且，可知用I点划线表示的比较例I中，上述稍高的频域侧出现的朝上的峰值比用2点划线表示的比较例2的同位置的峰值小。可以认为，这是在上述低频域侧，受到该比较例I的朝上的峰值比比较例2的同位置的峰值大的影响。与此相对地，本实施例的压电传感器I中，台座42具备支柱46和欠缺部50，该支柱46与振子2部分地面接触地支撑该振子2。另一方面,欠缺部50虽然与支柱46同样地设置在振子2的振动的节附近，但是不与振子2接触，不支撑该振子2。S卩，由于除去了上述筒状的肋中的作为支柱46而留下的以外的部分，因此如图6 中实线所示，在上述低频域侧，不出现如比较例1、2那样的向上的峰值。而且，根据本实施例，在共振频率处出现向上的峰值。即，可知台座42不阻碍振子2的振动，伪信号减小。另外，根据台座42和振子2的接触面积小的本实施例，在该共振频率出现的向下的峰值到向上的峰值的范围比上述比较例1、2的从向下的峰值到向上的峰值的范围宽。 即，可知获得了良好的振动、共振阻尼Z的范围广、效率高的压电传感器I。而且，支柱46在形成为大致圆柱状的台座42的周方向上大致等间隔地配置在3 处。该等间隔的设置虽然对上述伪信号的减小没有贡献，但是若等间隔地设置，则即使与振子2的接触面积小也能够稳定支撑该振子2。另外，若使支柱46彼此的间隔相同，则与仅在 3处设置支柱46的场合相比，更容易将支柱46设置于台座42，有利于压电传感器I的制造成本的削减。另外，在振动的节附近支撑振子2时，在欠缺部50也能够涂布粘接剂，因此，从台座42的径向观察，与仅仅在支柱46的内周侧设置粘接部的场合比，粘接部52的表面积大。 因此，即使减小台座42与振子2的接触面积，也能够使振子2在振动的节附近与台座42粘接。另外，为与上述振子2部分地面接触的支柱46的场合，其前端面47若形成为平坦状，则台座42更不会阻碍振子2的振动，因此这点也有利于振子2的振动性能的良好化。而且，本实施例中，还具备从振子2引出并使该振子2和与电路基板连接的端子80、82导通的导线16、26以及在保持端子80、82的底面54的相反侧的顶面44具有台座42的外壳40，在该底面54设置了确保这些底面54和电路基板之间的空间的间隔件58、60。因此，能够避免外壳40侧的振动传达到电路基板侧，另外，能够抑制焊锡对电路基板和外壳40的损坏。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能够收发超声波，但是本发明的压电传感器也可以具有发送或者接收中的某一种的功能。另外，除了上述自动门用的感知器外，也可以搭载到利用物体的有无和到物体的距离的检测结果而动作的各种模块。更详细地说，利用到物体的距离的检测结果的模块是例如液面水平计、汽车的倒车声纳、距离计测或交通信号的自动切换等。另外，利用物体的有无的模块是侵入者警报装置和自动点亮开关等。这是因为，通过超声波的反射时间的计测和振动数的观测(多普勒效应)能够检测到物体的距离和物体的有无。而且，上述实施例是兼顾了压电传感器I的制造的最佳例的说明。更详细地说，上述实施例中，说明了台座42和振子2部分地面接触的例子。但是，本发明不是以传统的筒状的肋或者粘接部形成的大接触面积，而是以减少与振子2的接触面积为重点。换言之，这些台座42和振子2除了上述部分地面接触的构成外，还可以是以多个位置点接触或多个位置线接触，或，只要可减少与振子2的接触面积，则也可以将它们组合来支撑振子2。而且，另外，上述实施例中设置了 3处的肋46，但是不必限定于该实施例的构成， 只要设置2处以上就可以保持振子的平衡。并且，这些情况下也与上述同样地，具有能够减小振子的伪信号的效果。
权利要求
1.一种压电传感器，其特征在于，具备振子，包含压电体和振动板，发送或者接收超声波；和台座，在上述振子产生的机械振动的节附近支撑该振子，该台座在上述振动的节附近具备与上述振子点接触，或线接触，或部分地面接触地支撑该振子的肋。
2.如权利要求I所述的压电传感器，其特征在于，上述台座具备退避部，在上述振动的节附近与上述肋并设，从上述振子离开而不支撑该振子。
3.如权利要求I所述的压电传感器，其特征在于，上述肋沿着台座的周边大致等间隔地在3处配置。
4.如权利要求I所述的压电传感器，其特征在于，上述肋具有形成为平坦状并与上述振子面接触的前端面。
5.如权利要求I所述的压电传感器，其特征在于，还具备导电线，从上述振子引出，使该振子和与电路基板连接的端子导通；和外壳，在保持上述端子的面的相反侧的面具有上述台座，在保持上述端子的面设置有确保该面与上述电路基板之间的空间的间隔件。
全文摘要
提供一种压电传感器，该压电传感器能够减小振子的伪信号。该压电传感器具备振子(2)，包含压电体(10)和振动板(20)，发送或者接收超声波；和台座(42)，在上述振子产生的机械振动的节附近支撑该振子，该台座具备在上述振动的节附近与上述振子点接触、或线接触、或部分地面接触地支撑该振子的肋(46)；和退避部(50)，在上述振动的节附近与上述肋并设，从上述振子离开而不支撑该振子。
文档编号G01D5/48GK102607625SQ20121001581
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月24日
发明者松尾泰秀, 清水大辅 申请人:株式会社田村制作所