-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschallsensoren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Ultraschallsensor, der ein piezoelektrisches Element und mit dem piezoelektrischen Element elektrisch verbundene Eingangs-/Ausgangsklemmen umfasst und beispielsweise als Ecksonar oder als Rücksonar eines Autos verwendet wird.
-
Ein Ultraschallsensor ist ein Sensor, der zum Durchführen eines Erfassens Ultraschallwellen verwendet. Der Ultraschallsensor sendet auf intermittierende Weise Ultraschallpulssignale und empfängt reflektierte Wellen von umgebenden Hindernissen, um ein Objekt zu detektieren. Beispielsweise wird der Ultraschallsensor bei einem Auto als Ecksonar, Rücksonar oder Parkplatzsensor verwendet, der einen Raum zwischen dem Auto und einem Hindernis, beispielsweise einer Seitenwand, beim parallelen Parken detektiert.
-
Ein Ultraschallsensor dieses Typs ist in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2007-318742 offenbart.
1 ist eine Querschnittsansicht eines in diesem Dokument offenbarten Ultraschallsensors
10. Der Ultraschallsensor
10 umfasst ein Gehäuse
12, das einen Bodenabschnitt
14 und einen schlauchförmigen Abschnitt
16 aufweist. Der Bodenabschnitt
14 ist aus Metall wie z. B. Aluminium hergestellt und weist eine geschlossene Oberfläche auf. Der schlauchförmige Abschnitt
16 ist aus Metall wie z. B. Zink hergestellt und in den Bodenabschnitt
14 eingepasst und anhand eines Haftmittels mit demselben verbunden.
-
Mittels eines leitfähigen Haftmittels ist ein piezoelektrisches Element 18 mit einem Innenboden des Bodenabschnitts 14 des Gehäuses 12 verbunden.
-
Die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22, die aus Metall hergestellt sind, sind mit dem piezoelektrischen Element 18 elektrisch verbunden. Die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 werden von dem Inneren des Gehäuses 12 nach außerhalb desselben extrahiert. Die erste Eingangs-/Ausgangsklemme 20 ist mit einer Elektrode auf einer oberen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 18 elektrisch verbunden. Die erste Eingangs-/Ausgangsklemme 20 umfasst eine Federklemme 20a, die Federeigenschaften aufweist, einen mittleren Abschnitt 20b und einen stiftartigen Extraktionsabschnitt 20c.
-
Die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 22 ist durch das Gehäuse 12 hindurch mit einer Elektrode auf einer unteren Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 18 elektrisch verbunden. Die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 22 umfasst einen Verbindungsabschnitt 22a, einen mittleren Abschnitt 22b und einen Extraktionsabschnitt 22c.
-
Die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 werden durch ein im Wesentlichen säulenartiges Tragebauglied 24, das aus einem isolierenden synthetischen Harz hergestellt ist, getragen. Die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 sind an ihrem mittleren Abschnitt 20b und 22b in dem Tragebauglied 24 eingebettet und so befestigt, dass sie mit dem Tragebauglied 24 einstückig sind.
-
Im Inneren des Gehäuses 12 ist das Tragebauglied 24 neben der oberen Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 18 platziert und an dem schlauchförmigen Abschnitt 16 des Gehäuses 12 befestigt.
-
In dem Gehäuse 12 ist ein Dämpfungsbauglied 26 auf der geschlossenen Oberfläche angeordnet, wo das piezoelektrische Element 18 platziert ist. Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine Öffnungsseite des Tragebauglieds 24 mit einem ausdehnungsfähigen Füllstoff (nicht gezeigt) abgedichtet.
-
Bei dem Ultraschallsensor 10 der verwandten Technik, der in 1 veranschaulicht ist, ist das Tragebauglied 24, das die erste und die zwei Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 trägt, direkt an dem schlauchförmigen Abschnitt 16, der schwingt, angebracht. Folglich werden Schwingungen des schlauchförmigen Abschnitts 16 auf die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 übertragen und bringen ein Substrat zum schwingen, auf dem die erste und die zweite Eingangs-/Ausgangsklemme 20 und 22 angebracht sind (hiernach als „Schwingungs- bzw. Vibrationsleck” bezeichnet). Dieses Vibrationsleck bewirkt eine lange Nachklingzeit (d. h. verschlechtert Nachklingcharakteristika). Falls ein Nachklingen beim Detektieren eines nahegelegenen Objekts verlängert wird, wird ein reflektiertes Signal empfangen, während ein Nachklingen eines Sendesignals (Burst-Welle) fortdauert. Dadurch wird es schwierig, ein nahegelegenes Objekt zu detektieren. Außerdem ist es bei der in 1 veranschaulichten Struktur, bei der eine Grenze zwischen dem Bodenabschnitt 14 und dem schlauchförmigen Abschnitt 16 bezüglich einer Seitenfläche des Gehäuses 12 freiliegend ist, notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit und eine Korrosion unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit zu verhindern.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der Nachklingcharakteristika aufweist, die durch Verhindern eines Vibrationslecks verbessert werden.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ultraschallsensor ein zylindrisches Gehäuse, das einen Boden und eine Seitenwand aufweist, ein an einer inneren Bodenoberfläche des Gehäuses angebrachtes piezoelektrisches Element, Klemmen, die nach außerhalb des Gehäuses extrahiert sind, eine Klemmenhaltevorrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Klemmen zu halten, und leitfähige Bauglieder, die mit den Klemmen verbunden und dahin gehend konfiguriert sind, dem piezoelektrischen Element Leistung zuzuführen. Die Seitenwand des Gehäuses weist neben einer Öffnung des Gehäuses einen dünnen Abschnitt und neben dem Boden des Gehäuses einen dicken Abschnitt auf. Der Ultraschallsensor umfasst ferner ein zwischen dem dicken Abschnitt und der Klemmenhaltevorrichtung angeordnetes elastisches Bauglied.
-
Bei dieser Struktur werden Schwingungen von dem Gehäuse in dem elastischen Bauglied abgeschwächt und größtenteils daran gehindert, durch die Klemmenhaltevorrichtung hindurch auf die Klemmen übertragen zu werden. Somit ist es möglich, ein Vibrationsleck, das auftritt, wenn die Klemmen an einem Substrat angebracht sind, beträchtlich zu verringern.
-
Eine von dem dicken Abschnitt umgebene Öffnungsregion kann mit dem elastischen Bauglied bedeckt sein. Bei dieser Struktur können Schallwellen, die von dem piezoelektrischen Element zu dem Inneren des Gehäuses hin emittiert werden, davon abgehalten werden, die Klemmenhaltevorrichtung direkt zu erreichen. Somit ist es möglich, ein Vibrationsleck weiter zu verringern.
-
Ein Raum zwischen dem dünnen Abschnitt der Seitenwand und einer Seitenfläche des elastischen Bauglieds kann mit einem Füllstoff gefüllt sein. Bei dieser Struktur ist der Füllstoff über eine große Fläche hinweg mit der Seitenwand des Gehäuses in Kontakt. Somit können im Vergleich zu einer Struktur, bei der der dünne Abschnitt und das elastische Bauglied miteinander in Kontakt stehen, Schwingungen in der Seitenwand des Gehäuses unterdrückt werden, und ein Nachklingen kann verringert werden.
-
Ein Verstärkungsbauglied (Gewicht), das eine höhere akustische Impedanz aufweist als das Gehäuse, kann auf dem dicken Abschnitt gebildet sein. Diese Struktur erhöht die Steifheit eines Abschnitts um die innere Bodenoberfläche des Gehäuses herum, unterdrückt eine Übertragung von Schwingungen von dem Boden auf die Seitenwand des Gehäuses und verbessert somit die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors.
-
Zwischen dem piezoelektrischen Element und dem elastischen Bauglied kann ein Raum erzeugt werden, und ein Schall absorbierendes Bauglied kann auf einer Oberfläche des elastischen Bauglieds neben dem piezoelektrischen Element vorgesehen sein. Bei dieser Struktur werden unerwünschte Schallwellen durch das Schall absorbierende Bauglied absorbiert. Deshalb ist es möglich, unerwünschte Schallwellen, die von dem piezoelektrischen Element zu dem Inneren des Gehäuses hin übertragen werden, effizient abzuschwächen.
-
Es kann vorzuziehen sein, dass der Boden des Gehäuses stufenförmige Abschnitte aufweist, die in einer Hauptachsenrichtung und einer Nebenachsenrichtung eine Anisotropie erzeugen, dass das elastische Bauglied erste Ineingriffnahmeabschnitte aufweist, die mit den jeweiligen stufenförmigen Abschnitten in Eingriff gelangen, dass das elastische Bauglied einen zweiten Ineingriffnahmeabschnitt aufweist, der mit der Klemmenhaltevorrichtung in Eingriff gelangt, und dass die Klemmenhaltevorrichtung einen Ineingriffnahmeabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Ineingriffnahmeabschnitt in Eingriff gelangt.
-
Bei dieser Struktur, bei der das Gehäuse, das elastische Bauglied und die Klemmenhaltevorrichtung in Bezug zueinander positioniert sind, können die Klemmen und die Klemmenhaltevorrichtung stabil befestigt werden. Um Anisotropie in Richtwirkung von zu sendenden und zu empfangenden Ultraschallwellen zu erzeugen (d. h. um einen Richtwirkungswinkel in einer vertikalen Richtung zu machen, der sich von dem in einer horizontalen Richtung unterscheidet), wird an dem Boden des Gehäuses üblicherweise ein dünner Abschnitt mit Haupt- und Nebenachsen erzeugt. Jedoch kann die Richtwirkung des dünnen Abschnitts von außerhalb des Gehäuses nicht identifiziert werden. Deshalb ist die Klemmenhaltevorrichtung bei der verwandten Technik an einer Endfläche des Gehäuses neben der Öffnung des Gehäuses befestigt. Falls jedoch die Klemmenhaltevorrichtung an der Endfläche des Gehäuses befestigt ist, kann beispielsweise ein Eindringen von Feuchtigkeit durch eine Grenze zwischen der Endfläche und der Klemmenhaltevorrichtung eine Verschlechterung der Empfindlichkeit bewirken. Bei der oben beschriebenen Struktur werden die Klemmen denn, wenn das Gehäuse, das elastische Bauglied und die Klemmenhaltevorrichtung in eine Ineingriffnahme miteinander gebracht werden, gemäß der Richtungseigenschaft einer schwingenden Oberfläche des Gehäuses im Inneren des Gehäuses befestigt. Deshalb kann die Richtungseigenschaft der schwingenden Oberfläche auf der Basis der Positionen der Klemmen, die bezüglich des Äußeren des Gehäuses freiliegend sind, identifiziert werden.
-
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Schwingungen von dem Gehäuse in dem elastischen Bauglied abgeschwächt und größtenteils daran gehindert, durch die Klemmenhaltevorrichtung auf die Klemmen übertragen zu werden. Somit ist es möglich, ein Vibrationsleck, das auftritt, wenn die Klemmen an einem Substrat angebracht werden, beträchtlich zu verringern. Deshalb kann eine Verschlechterung von Nachklingeigenschaften, die durch ein Vibrationsleck bewirkt wird, verhindert werden, und eine Detektion eines nahegelegenen Objekts wird möglich.
-
Andere Merkmale, Elemente, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlicher.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht eines in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2007-318742 offenbarten Ultraschallsensors;
-
2A eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2B eine Draufsicht eines Zustands, bevor ein Gehäuse des Ultraschallsensors der 2A innen mit einem Füllstoff gefüllt wird;
-
3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Struktur des Gehäuses, eines elastischen Bauglieds und einer Klemmenhaltevorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
-
4A einen Graphen, der Nachklingeigenschaften des Ultraschallsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt; 4B einen Graphen, der Nachklingcharakteristika des als Vergleichsbeispiel in 1 veranschaulichten Ultraschallsensors zeigt;
-
5A eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5B eine Draufsicht eines Zustands, bevor das Gehäuse des Ultraschallsensors der 5A innen mit einem Füllstoff gefüllt wird;
-
6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Struktur des Gehäuses, eines Verstärkungsbauglieds, des elastischen Bauglieds und der Klemmenhaltevorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
-
7 eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
-
8 eine perspektivische Ansicht, die Gestalten der Klemmenhaltevorrichtung und der Klemmen veranschaulicht, die in einem Ultraschallsensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
-
2A ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors 101 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2B ist eine Draufsicht eines Zustands, bevor ein Gehäuse 31 des Ultraschallsensors 101 innen mit einem Füllstoff gefüllt wird. Der Ultraschallsensor 101 umfasst das Gehäuse 31 einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt, das einen Boden 31b und eine Seitenwand 31a aufweist, ein piezoelektrisches Element 32, das an einer inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 31 angebracht ist, eine Klemmenhaltevorrichtung 41, die dahin gehend konfiguriert ist, Außenklemmen 43 und Innenklemmen 42 zu halten, sowie Drähte (leitfähige Bauglieder) 34 und 35, die mit den Innenklemmen 42 verbunden sind und dahin gehend konfiguriert sind, dem piezoelektrischen Element 32 Leistung zuzuführen.
-
Die Seitenwand 31a des Gehäuses 31 weist einen dünnen Abschnitt 31t neben einer Öffnung des Gehäuses 31 und einen dicken Abschnitt 31h neben dem Boden 31b des Gehäuses 31 auf. Der Boden 31b des Gehäuses 31 weist stufenförmige Abschnitte 31ST auf. Unterbrochene Linien in 2B geben Positionen der stufenförmigen Abschnitte 31ST an dem Boden 31b des Gehäuses 31 an. Ein elastisches Bauglied 33 ist zwischen dem dicken Abschnitt 31h und der Klemmenhaltevorrichtung 41 angeordnet. Mit anderen Worten ist eine von dem dicken Abschnitt 31h umgebene Öffnungsregion mit dem elastischen Bauglied 33 bedeckt.
-
Eine von den stufenförmigen Abschnitten 31ST (durch die unterbrochenen Linien in 2B angegeben) an dem Boden 31b des Gehäuses 31 und dort, wo die abgestuften Abschnitte 31ST nicht vorliegen, von der inneren Peripherie des Gehäuses 31 umgebene Region ist eine Hauptschwingungsregion, die im Wesentlichen äquivalent zu der inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 31 ist. Die Hauptschwingungsregion des Gehäuses 31 weist eine Hauptachse (längere Achse), die einer zu den unterbrochenen Linien in 2B parallelen Richtung entspricht, und eine Nebenachse (kürzere Achse), die einer zu den unterbrochenen Linien in 2B senkrechten Richtung entspricht, auf. Da die Hauptschwingungsregion anisotrop ist, wird somit in Richtwirkung von Ultraschallwellen Anisotropie erzeugt. Im Einzelnen ist der Richtwirkungswinkel von Ultraschallwellen in der Hauptachsenrichtung (d. h. in 2B in der vertikalen Richtung) schmal und in der Nebenachsenrichtung (d. h. in 2B in der horizontalen Richtung) breit.
-
Das Gehäuse 31 ist innen mit einem Füllstoff 36 gefüllt, der ein aus Silikonharz, Urethanharz oder dergleichen hergestellter elastischer Körper ist. Der Füllstoff 36 ist mit der Innenoberfläche des Gehäuses 31 verbunden. Da die von dem dicken Abschnitt 31h umgebene Öffnungsregion mit dem elastischen Bauglied 33 bedeckt ist, wird zwischen dem piezoelektrischen Element 32 und dem elastischen Bauglied 33 ein Raum erzeugt.
-
Da der Außendurchmesser des elastischen Bauglieds 33 geringer ist als der Innendurchmesser des dünnen Abschnitts 33t der Seitenwand 31a des Gehäuses 31, liegt der Füllstoff 36 zwischen dem dünnen Abschnitt 31t und der Seitenfläche des elastischen Bauglieds 33 vor.
-
Das Gehäuse 31 ist beispielsweise ein aus Aluminium geschmiedeter Körper. Das elastische Bauglied 33 ist ein elastischer Formkörper, der aus Silikongummi, Urethanharz oder dergleichen hergestellt ist. Erste Ineingriffnahmeabschnitte 33e, die mit den jeweiligen stufenförmigen Abschnitten 31ST des Gehäuses 31 in Eingriff gelangen, sind in dem unteren Teil des elastischen Bauglieds 33 gebildet. Ein zweiter Ineingriffnahmeabschnitt 33d, mit dem die Klemmenhaltevorrichtung 41 in Eingriff gelangt, ist in dem oberen Teil des elastischen Bauglieds 33 gebildet. Das elastische Bauglied 33 ist in der Mitte nicht offen.
-
Die Klemmenhaltevorrichtung 41 ist ein Formkörper aus Harz, z. B. Polybutylenterephthalat (PBT). Die Klemmenhaltevorrichtung 41 hält etwa zwei Stifte, die an einem Ende als Außenklemmen 43 und an dem anderen Ende als Innenklemmen 42 dienen. Die Klemmenhaltevorrichtung 41 weist an einem unteren Ende derselben einen flanschartigen Ineingriffnahmeabschnitt (hiernach als „Flansch” bezeichnet) 41f auf. Der Flansch 41f gelangt mit dem zweiten Ineingriffnahmeabschnitt 33d in der oberen Oberfläche des elastischen Bauglieds 33 in Eingriff. Eine obere Oberfläche 41s des Flansches 41f der Klemmenhaltevorrichtung 41 ist mit dem Füllstoff 36 bedeckt.
-
Da, wie oben beschrieben wurde, das elastische Bauglied 33 zwischen dem dicken Abschnitt 31h des Gehäuses 31 und der Klemmenhaltevorrichtung 41 vorliegt, werden Schwingungen von dem Gehäuse 31 in dem elastischen Bauglied 33 abgeschwächt und größtenteils daran gehindert, durch die Klemmenhaltevorrichtung 41 hindurch auf die Außenklemmen 43 übertragen zu werden. Somit ist es möglich, ein Vibrationsleck, das auftritt, wenn die Außenklemmen 43 auf einem Substrat angebracht sind, beträchtlich zu verringern. Insbesondere da das elastische Bauglied 33 in der Mitte nicht offen ist, treffen Schallwellen, die aus dem piezoelektrischen Element 32 zu dem Inneren des Gehäuses 31 hin emittiert werden, auf das elastische Bauglied 33 auf, statt direkt auf die Klemmenhaltevorrichtung 41 aufzutreffen. Somit werden Schallwellen, die aus dem piezoelektrischen Element 32 zu dem Inneren des Gehäuses 31 hin emittiert werden, in dem elastischen Bauglied 33 abgeschwächt. Deshalb ist es möglich, ein Vibrationsleck effektiv zu verhindern.
-
Da außerdem die obere Oberfläche 41s des Flansches 41f der Klemmenhaltevorrichtung 41 mit dem Füllstoff 36 bedeckt ist, kann die Klemmenhaltevorrichtung 41 fest in ihrer Position gehalten werden. Somit wird die Klemmenhaltevorrichtung 41 widerstandsfähiger gegenüber einer Beseitigung und eines Abschälens gemacht.
-
Bezüglich der Materialbeschaffenheit, wobei das elastische Bauglied 33 weniger anfällig dafür ist, Schwingungen zu übertragen, unterdrückt (dämpft) der Füllstoff 36 Schwingungen des Gehäuses 31. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass der Elastizitätsmodul des elastischen Bauglieds 33 geringer ist als der des Füllstoffs 36. Insbesondere kann der Elastizitätsmodul in einen Speichermodul und einen Verlustmodul unterteilt werden. Das elastische Bauglied 33 weist vorzugsweise einen niedrigeren Speichermodul auf, und der Füllstoff 36 weist vorzugsweise einen höheren Verlustmodul auf. Beispielsweise ist das elastische Bauglied 33 vorzugsweise aus Silikonharz (Silikongummi) hergestellt, und der Füllstoff 36 ist vorzugsweise aus Urethanharz hergestellt.
-
Wie oben beschrieben wurde, ist ein Raum zwischen dem dünnen Abschnitt 31t der Seitenwand 31a des Gehäuses 31 und der Seitenfläche des elastischen Bauglieds 33 mit dem Füllstoff 36 gefüllt. Da der Füllstoff 36 über eine große Fläche hinweg (große Tiefenbandbreite) mit der Seitenwand 31a des Gehäuses 31 verbunden ist, wird der Schwingungsdämpfungseffekt der Seitenwand 31a des Gehäuses 31 verbessert. Somit ist es möglich, ein Nachklingen zu verringern.
-
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Struktur des Gehäuses 31, des elastischen Bauglieds 33 und der Klemmenhaltevorrichtung 41 des Ultraschallsensors 101 veranschaulicht. Wie oben beschrieben wurde, weist das Gehäuse 31 ein Paar der stufenförmigen Abschnitte 31ST an dem Boden 31b auf, um die Hauptschwingungsregion des Gehäuses 31 anisotrop zu machen. 3 zeigt lediglich einen der stufenförmigen Abschnitte 31ST. In dem unteren Teil des elastischen Bauglieds 33 befindet sich ein Paar der ersten Ineingriffnahmeabschnitte 33e, die mit den jeweiligen stufenförmigen Abschnitten 31ST an dem Boden 31b des Gehäuses 31 in Eingriff gelangen. In dem oberen Teil des elastischen Bauglieds 33 befindet sich der zweite Ineingriffnahmeabschnitt 33d, mit dem der Flansch 41f der Klemmenhaltevorrichtung 41 in Eingriff gelangt. In einem Teil des zweiten Ineingriffnahmeabschnitts 33d ist ein Vorsprung 33b gebildet.
-
Eine Aussparung 41d, mit der der Vorsprung 33b des elastischen Bauglieds 33 in Eingriff gelangt, ist in einem Teil des Flansches 41f der Klemmenhaltevorrichtung 41 gebildet.
-
Die ersten Ineingriffnahmeabschnitte 33e des elastischen Bauglieds 33 gelangen mit den stufenförmigen Abschnitten 31STT des Gehäuses 31 in Eingriff, und der Flansch 41f der Klemmenhaltevorrichtung 41 gelangt mit dem zweiten Ineingriffnahmeabschnitt 33d des elastischen Bauglieds 33 in Eingriff. Indem diese drei Teile nacheinander in Eingriff gebracht werden, wird also die Orientierung der Klemmenhaltevorrichtung 41 bezüglich des Gehäuses 31 stabil. Somit kann die Richtungseigenschaft einer schwingenden Oberfläche des Gehäuses 31 sogar dann anhand der Positionen der Außenklemmen 43, die bezüglich des Äußeren des Gehäuses 31 freiliegend sind, identifiziert werden, wenn die Klemmenhaltevorrichtung 41 nicht auf der Endfläche des Gehäuses 31 neben der Öffnung positioniert ist.
-
Falls das Gehäuse 31, das elastische Bauglied 33 und die Klemmenhaltevorrichtung 41 mittels einer Ineingriffnahme der stufenförmigen Abschnitte 31ST mit den ersten Ineingriffnahmeabschnitten 33e und mittels einer Ineingriffnahme des zweiten Ineingriffnahmeabschnitts 33d mit dem Flansch 41f vorübergehend aneinander befestigt werden, kann der Füllstoff 36 ohne weiteres in dem Gehäuse 31 platziert werden.
-
Da die etwa zwei Stifte (die an einem Ende als Außenklemmen 43 und an dem anderen Ende als Innenklemmen 42 dienen), die durch die Klemmenhaltevorrichtung 41 gehalten werden, zu einer im Wesentlichen L-Form geformt werden, liegt um die Innenklemmen 42 herum ein großer Raum vor, bevor das Gehäuse 31 mit dem Füllstoff 36 gefüllt wird. Dies ermöglicht eine problemlose Verbindung von Drähten mit den Innenklemmen 42.
-
4A ist ein Graph, der Nachklingcharakteristika des Ultraschallsensors 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. 4B ist ein Graph, der Nachklingcharakteristika des als Vergleichsbeispiel in 1 veranschaulichten Ultraschallsensors 10 zeigt. In den Graphen stellt jede Teilung der horizontalen Achse etwa 500 μs dar, und jede Teilung der vertikalen Achse stellt etwa 1 V dar. Sowohl bei dem ersten Ausführungsbeispiel als auch bei dem Vergleichsbeispiel wurden die Außenklemmen mittels Lötens an einem (nicht gezeigten) Substrat befestigt, etwa acht Burst-Wellen wurden während der Übertragungszeit übertragen, und ein Spannungssignalverlauf, der in dem piezoelektrischen Element auftrat, wurde verstärkt und beobachtet. Obwohl eine Amplitudenabschwächung in der Tat unmittelbar nach dem Ende der Übertragung begann, war der Signalverlauf über einen Zeitraum hinweg gesättigt, während dessen der dynamische Bereich der Verstärkungsschaltung übertroffen wurde.
-
Wie aus dem Vergleich zwischen 4A und 4B hervorgeht, werden bei dem Ultraschallsensor 101 des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die Amplitude schneller konvergiert, ein Vibrationsleck und ein Nachklingen unterdrückt.
-
Anders als bei der Struktur der 1 liegt bei dem ersten Ausführungsbeispiel keine Grenze in der äußeren Peripherie des Gehäuses 31 vor. Deshalb ist es möglich, eine Empfindlichkeitsverschlechterung, die durch Eindringen von Wasser durch eine derartige Grenze bewirkt wird, zu verhindern und eine Korrosion zwischen unterschiedlichen Metallen zu verhindern.
-
5A ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors 102 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5B ist eine Draufsicht eines Zustands, bevor das Gehäuse 31 des Ultraschallsensors 102 innen mit dem Füllstoff 36 gefüllt wird.
-
Der Ultraschallsensor 102 umfasst ein Verstärkungsbauglied (Gewicht) 37 auf dem dicken Abschnitt 31h des Gehäuses 31. Das Verstärkungsbauglied 37 befindet sich in einer Position, die nicht mit der inneren Peripherie des dünnen Abschnitts 31t der Seitenwand 31a in Kontakt ist. Das Verstärkungsbauglied 37 kann ein beliebiger Formkörper mit einer hohen akustischen Impedanz sein. Beispielsweise kann als Verstärkungsbauglied 37 ein Formkörper verwendet werden, der aus demselben Material hergestellt ist wie das Gehäuse 31 (Aluminium), indem die Größe, beispielsweise die Dicke, angepasst wird. Jedoch ist es vorzuziehen, dass das Verstärkungsbauglied 37 ein Formkörper ist, der aus einem Material (beispielsweise Edelstahl (SUS) oder Zink) hergestellt ist, das eine höhere Dichte aufweist als das Material des Gehäuses 31. Unterbrochene Linien in 5B zeigen Positionen der stufenförmigen Abschnitte 31ST an dem Boden 31b des Gehäuses 31 an. Eine von den stufenförmigen Abschnitten 31ST (durch die unterbrochenen Linien in 5B angegeben) an dem Boden 31b des Gehäuses 31 und dort, wo die abgestuften Abschnitte 31ST nicht vorliegen, von der inneren Peripherie des Gehäuses 31 umgebene Region ist eine Hauptschwingungsregion, die im Wesentlichen äquivalent zu der inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 31 ist. Die Hauptschwingungsregion des Gehäuses 31 ist in einer zu den unterbrochenen Linien in 5B parallelen Richtung langer und in einer zu den unterbrochenen Linien in 5B senkrechten Richtung kürzer. Somit wird in Richtwirkung von Ultraschallwellen Anisotropie erzeugt.
-
6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Struktur des Gehäuses 31, des Verstärkungsbauglieds 37, des elastischen Bauglieds 33 und der Klemmenhaltevorrichtung 41 des in 5A veranschaulichten Ultraschallsensors 102 veranschaulicht. Das Verstärkungsbauglied 37 ist ein im Wesentlichen ringförmiger Formkörper, der eine im Wesentlichen rechteckige Öffnung 37h in der Mitte desselben aufweist. In dem unteren Teil des elastischen Bauglieds 33 befinden sich die ersten Ineingriffnahmeabschnitte 33e, die mit der Öffnung 37h des Verstärkungsbauglieds 37 in Eingriff gelangen. Die andere Konfiguration ist dieselbe wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene.
-
Der Effekt des Verstärkungsbauglieds 37 verstärkt die Steifheit eines um die innere Bodenoberfläche des Gehäuses 31 herum befindlichen Abschnitts. Dies kann nicht nur eine Übertragung von Schwingungen von dem Boden 31b auf die Seitenwand 31a des Gehäuses 31 unterdrücken, sondern kann auch ermöglichen, dass der Boden 31b (schwingende Oberfläche) des Gehäuses 31 effizient schwingt. Die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 102 kann somit verbessert werden.
-
Da die Öffnung 37h des Verstärkungsbauglieds 37 und die ersten Ineingriffnahmeabschnitte 33e des elastischen Bauglieds 33 im Wesentlichen nicht-kreisförmig sind, ist es möglich, die Richtungseigenschaft der Klemmenhaltevorrichtung 41 bezüglich des Gehäuses 31 aufrechtzuerhalten.
-
7 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors 103 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Ultraschallsensor 103 umfasst das Gehäuse 31, das piezoelektrische Element 32, die Klemmenhaltevorrichtung 41, die die Außenklemmen 43 und die Innenklemmen 42 hält, die Drähte (leitfähige Bauglieder) 34 und 35, die mit den Innenklemmen 42 verbunden sind und dahin gehend konfiguriert sind, dem piezoelektrischen Element 32 Leistung zuzuführen, das Verstärkungsbauglied 37, ein Schall absorbierendes Bauglied 38 und den Füllstoff 36. Der Ultraschallsensor 103 wird erhalten, indem das Schall absorbierende Bauglied 38 zu der unteren Oberfläche des elastischen Bauglieds 33 (d. h. der Oberfläche neben dem piezoelektrischen Element 32) des in 5A veranschaulichten Ultraschallsensors 102 hinzugefügt wird. Das Schall absorbierende Bauglied 38 ist beispielsweise ein Polyesterfilz und ist anhand eines Haftmittels mit dem elastischen Bauglied 33 verbunden.
-
Wie oben beschrieben wurde, werden unerwünschte Schallwellen durch das Schall absorbierende Bauglied 38 absorbiert und abgeschwächt, bevor sie das elastische Bauglied 33 erreichen und in dem elastischen Bauglied 33 abgeschwächt werden, da das Schall absorbierende Bauglied 38 auf der unteren Oberfläche des elastischen Bauglieds 33 neben dem piezoelektrischen Element 32 vorgesehen ist. Deshalb ist es möglich, unerwünschte Schallwellen, die von dem piezoelektrischen Element 32 zu dem Inneren des Gehäuses 31 hin übertragen werden, effizient abzuschwächen. Auch eine Positionierung des Schall absorbierenden Bauglieds 38 kann ohne weiteres vorgenommen werden.
-
8 ist eine perspektivische Ansicht, die Gestalten der Klemmenhaltevorrichtung 41 und der Innen- und der Außenklemmen 42 und 43, die in einem Ultraschallsensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind, veranschaulicht. Etwa zwei Stifte, die durch die Klemmenhaltevorrichtung 41 gehalten werden, dienen an einem Ende als Außenklemmen 43 und an dem anderen Ende als Innenklemmen 42. Wie in 8 veranschaulicht ist, ist es nicht notwendig, dass die Innenklemmen 42 in der Klemmenhaltevorrichtung 41 gebogen sind, solange sie freiliegend sind, um eine Verbindung von Drähten mit denselben zu ermöglichen.
-
Obwohl oben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass Fachleuten Variationen und Modifikationen einleuchten werden, ohne von dem Schutzumfang und der Wesensart der Erfindung abzuweichen. Somit wird der Schutzumfang der Erfindung allein durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2007-318742 [0003, 0024]