DE19917862A1 - Ultraschallsensor - Google Patents

Abstract

Ein Ultraschallsensor umfaßt ein Gehäusebauglied und ein piezoelektrisches Element. Das Gehäusebauglied besitzt einen Hohlraum in demselben und einen Bodenabschnitt, der an einem Ende des Hohlraums vorgesehen ist. Der Bodenabschnitt weist einen dicken Abschnitt, der sich entlang einer ersten Richtung erstreckt, und ein Paar von dünnen Abschnitten auf, die eine kleinere Dicke besitzen als der dicke Abschnitt und auf gegenüberliegenden Seiten des Bodenabschnitts entlang einer zweiten Richtung vorgesehen sind. Das piezoelektrische Element strahlt und/oder erfaßt Ultraschallenergie und ist an einem Zentrum des dicken Abschnitts auf einer inneren Oberfläche des Bodenabschnitts vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultra­ schallsensor zum Abstrahlen und/oder Erfassen von Ultra­ schallenergie und spezieller auf einen Ultraschallsensor, um die Existenz von Objekten zu erfassen oder einen Abstand zu einem Objekt zu messen, der beispielsweise als ein Hinder­ niserfassungssensor, ein Fahrzeugrückwärtssonar oder ein Eckensonar, usw., verwendet wird.

Ein Ultraschallsensor ist bekannt, der Ultraschallpulse in­ termittierend abstrahlt (oder sendet) und die Ultraschall­ pulse, die von einem Objekt reflektiert werden, erfaßt (oder empfängt), wodurch die Existenz des Objekts erfaßt wird oder der Abstand zu dem Objekt gemessen wird. Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Ultraschallsensor, der in einem Fahrzeug als ein Rückwärtssonar oder Eckensonar verwendet wird. Der Ul­ traschallsensor 1 umfaßt ein metallisches Gehäusebauglied 2. Das Gehäusebauglied 2 besitzt einen Hohlraum mit einem kreisförmigen Querschnitt, wodurch eine kreisförmige zylin­ drische Form gebildet ist. Ein flaches piezoelektrisches Element 4, das in dem Hohlraum 3 aufgenommen ist, ist an der inneren Oberfläche eines Bodenabschnitts 2a des Gehäusebau­ glieds 2 befestigt. Einer der Signaldrähte 6 eines Verbin­ derkabels 5 ist mit einer der Elektroden des piezoelektri­ schen Elements 4 verbunden, während der andere Signaldraht 6 durch das Gehäusebauglied 2 in einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit der anderen der Elektroden des piezoelektri­ schen Elements 4 ist. Ein schallabsorbierendes Material 7, beispielsweise Filz, bedeckt das piezoelektrische Element 4, während ein isolierendes Harz 8, beispielsweise Silikongummi oder Urethangummi, das piezoelektrische Element und das schallabsorbierende Material 7 abdichtet.

Derartige Ultraschallsensoren sind beispielsweise an einer Automobilstoßstange (nicht gezeigt) angebracht, um als Rück­ wärtssonare oder Eckensonare zur Hinderniserfassung verwen­ det zu werden. Wenn der Ultraschallsensor an der Stoßstange angebracht ist, ist der untere Abschnitt des Gehäusebau­ glieds, an dem das piezoelektrische Element 4 befestigt ist, im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche von Straßen oder dem Untergrund eingestellt, um positioniert zu sein, um ei­ ner Richtung, aus der Ultraschallenergie abgestrahlt wird, zugewandt zu sein. Wenn bei derartigen Ultraschallsensoren der Ultraschall-Abstrahlungsbereich und der -Erfassungsbe­ reich in der horizontalen Richtung zu schmal sind, tritt in dem Erfassungsbereich ein Totwinkel auf, wohingegen, wenn der Ultraschall-Abstrahlungsbereich und der -Erfassungsbe­ reich in der vertikalen Richtung zu breit sind, der reflek­ tierte Ultraschall von dem Untergrund zu verrauscht wird. Daher ist bei dem oben beschriebenen Ultraschallsensor 1 ein Ultraschallhorn 9 an der äußeren Seite des Gehäusebauglieds 2 von außerhalb des Gehäusebauglieds 2 angebracht, um den Ultraschallwellen-Abstrahlungs- und -Erfassungs-Bereich der­ art zu steuern, daß der Ultraschall-Abstrahlungs- und -Er­ fassungs-Bereich in der horizontalen Richtung breit und in der vertikalen Richtung schmal sind.

Wenn die Richteigenschaften von Ultraschallsensoren durch das Anbringen eines Ultraschallhorns an denselben gesteuert werden, können sich jedoch Regenwasser und Schmutz (der durch die Reifen des Fahrzeugs von der Straße spritzt), Staub oder dergleichen ansammeln und eine Verstopfung in dem Ultraschallhorn bilden, was ein Versagen des Ultraschallsen­ sors zur Folge hat. Außerdem ändern sich die Richteigen­ schaften des Ultraschallsensors, wenn das Ultraschallhorn deformiert wird. Die Verwendung von Ultraschallhörnern hat ferner große Ultraschallsensoren zur Folge.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, offenbart die offengelegte Japanische Patentveröffentlichung 9-284896 eine Struktur zum Steuern der Richteigenschaften ohne die Verwen­ dung von Ultraschallhörnern. Wie in den Fig. 2A und 2B ge­ zeigt ist, besitzt ein Ultraschallsensor 11 ein Gehäusebau­ glied 12, in dem ein länglicher oder elliptischer zylindri­ scher Hohlraum 13 vorgesehen ist. Ein scheibenförmiges pie­ zoelektrisches Element 15 ist an einem unteren Abschnitt 14 des Gehäusebauglieds 12 angebracht. Wenn das Gehäusebauglied 12 mit einer solchen Struktur verwendet wird, breitet sich die Ultraschallenergie in der longitudinalen Richtung des länglichen oder elliptischen Querschnitts breiter aus als in der transversalen Richtung. Daher kann der Ultraschall- Strahlungs- und -Erfassungs-Bereich in der horizontalen Richtung breit und in der vertikalen Richtung schmal gemacht werden.

Wenn der Ultraschallsensor beispielsweise einen äußeren Durchmesser D von 18 mm aufweist, beträgt der Ultraschall­ wellen-Strahlungs- und -Erfassungs-Bereich in der horizon­ talen Richtung 80 Grad und in der vertikalen Richtung 60 Grad, wodurch sich ohne die Verwendung eines Ultraschall­ horns ein anisotroper Strahlungs- und Erfassungs-Bereich zeigt.

Wenn der Ultraschallsensor mit der oben beschriebenen Struk­ tur jedoch klein gemacht wird, wird der Ultraschall-Strah­ lungs- und -Erfassungs-Bereich in der vertikalen Richtung breit, was bewirkt, daß der Unterschied zwischen dem Ultra­ schall-Strahlungs- und -Erfassungs-Bereich in der horizonta­ len Richtung und dem in der vertikalen Richtung klein ist, so daß der kleine Ultraschallsensor nicht sehr anisotrop ist.

In Fig. 2A sind die vertikal gebildeten innenwandoberflächen an den Rändern des Hohlraums 13 ausgebildet, um sich derart in der longitudinalen Richtung des länglichen Körpers zu erstrecken, daß jede eine Gesamtlänge H von 13 mm und eine Breite w von 8 mm aufweist. Das Gehäusebauglied 12, in dem der Hohlraum 13 gebildet ist, besitzt einen äußeren Durch­ messer D von 14 mm. Das piezoelektrische Element 15 mit ei­ nem Durchmesser D von 7 mm ist in das Gehäusebauglied 12 aufgenommen und an der inneren Oberfläche des Bodenab­ schnitts 14 befestigt. In Fig. 2B besitzt der Bodenabschnitt 14 des Gehäusebauglieds 12 eine gleichmäßige Dicke T von 0,7 mm. Die minimale Dicke von jeder der Seitenwände des Gehäu­ sebauglieds 12 beträgt 0,5 mm. Die Richteigenschaften, in der horizontalen und der vertikalen Richtung, eines solchen Ultraschallsensors mit den vorher genannten Abmessungen sind in Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt, daß der Ultraschall-Strah­ lungs- und -Erfassungs-Bereich (Halbabfallwinkel) in der ho­ rizontalen Richtung 80 Grad beträgt, während der in der ver­ tikalen Richtung bei 70 Grad breit ist. Daher ist der Ultra­ schallsensor mit einem äußeren Durchmesser D von 14 mm in der horizontalen und der vertikalen Richtung weniger aniso­ trop als der Ultraschallsensor mit einem äußeren Durchmesser D von 18 mm. Es sei bemerkt, daß der Halbabfallwinkel, der verwendet wird, um den Ultraschall-Strahlungs- und -Erfas­ sung-Bereich auszuwerten, der Winkel zwischen Richtungen ist, bei denen die Ultraschall-Strahlungs- und -Erfassungs- Empfindlichkeit geringer ist als 20 log 0,5 dB (näherungs­ weise 60 dB) der Strahlungs- und Erfassungs-Empfindlichkeit an der Vorderseite (oder in der Null-Grad-Richtung).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der anisotrope Strahlungs- und Erfassungs-Charakteristika bezüglich einer horizontalen und einer vertikalen Richtung aufweist, selbst wenn der Sen­ sor klein ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor gemäß An­ spruch 1 gelöst.

Der Ultraschallsensor weist ein Gehäusebauglied und ein pie­ zoelektrisches Element auf. Das Gehäusebauglied besitzt ei­ nen Hohlraum in demselben und einen Bodenabschnitt, der an einem Ende des Hohlraums vorgesehen ist. Der Bodenabschnitt besitzt einen dicken Abschnitt, der sich entlang einer er­ sten Richtung erstreckt, und ein Paar von dünnen Abschnit­ ten, die eine geringere Dicke aufweisen als der dicke Ab­ schnitt und auf gegenüberliegenden Seiten des Bodenab­ schnitts entlang einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, vorgesehen sind. Das piezo­ elektrische Element strahlt und/oder erfaßt Ultraschall und ist in der Mitte des dicken Abschnitts auf einer inneren Oberfläche des Bodenabschnitts vorgesehen.

Der Bodenabschnitt kann eine kreisförmige Form aufweisen. Alternativ kann der Bodenabschnitt eine längliche oder el­ liptische Form aufweisen. In einem solchen Fall entsprechen eine longitudinale Richtung und eine transversale Richtung der länglichen oder elliptischen Form vorzugsweise der zwei­ ten Richtung bzw. der ersten Richtung des Bodenabschnitts.

Die dünnen Abschnitte können eine Dicke aufweisen, die klei­ ner ist als die Dicke einer Seitenwand, die den Hohlraum um­ gibt. Die äußere Oberfläche des Bodenabschnitts des Gehäuse­ bauglieds kann flach sein. Ferner kann der Ultraschallsensor ein isolierendes Harz aufweisen, das auf den dünnen Ab­ schnitten vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Strahlungs- und Er­ fassungs-Bereich des Ultraschallsensors in der Richtung, entlang der die dünnen Abschnitte des Bodenabschnitts vorge­ sehen sind, aufgrund des Unterschieds der Dicke zwischen den dünnen Abschnitten und dem dicken Abschnitt relativ schmal. Dies wird ohne die Verwendung eines Ultraschallhorns er­ reicht, wodurch ein Ultraschallsensor geschaffen wird, der sehr anisotrope Strahlungs- und Erfassungs-Charakteristika zwischen der horizontalen Richtung und der vertikalen Rich­ tung aufweist. Dies ist der Fall, selbst wenn der Ultra­ schallsensor klein gemacht wird.

Da das piezoelektrische Element an dem dicken Abschnitt, und nicht an dem dünnen Abschnitt, an dem Bodenabschnitt des Ge­ häusebauglieds befestigt ist, bricht der Ultraschallsensor nicht ohne weiteres, wenn derselbe einem äußeren Stoß unter­ worfen wird. Folglich besitzt der stark anisotrope Ultra­ schallsensor eine erhöhte Stoßfestigkeit, was ermöglicht, daß derselbe in Betrieb genommen wird. Überdies kann die Fe­ stigkeit der unteren Oberfläche des Gehäusebauglieds infolge des Bildens des dicken Abschnitts beibehalten werden, so daß die Dicke der dünnen Abschnitte gering gemacht werden kann, was ermöglicht, daß der Ultraschallsensor ausgeprägt aniso­ trop ist.

Falls der Bodenabschnitt eine längliche oder elliptische Form aufweist, und wenn die dünnen Abschnitte in einer lon­ gitudinalen Richtung der länglichen oder elliptischen Form angeordnet ist, kann die Anisotropie des Strahlungs- und Er­ fassungs-Bereichs weiter erhöht sein.

Wenn ein isolierendes Harz auf den dünnen Abschnitten vorge­ sehen ist, ist es möglich, die Nachhallzeit des Ultraschall­ sensors zu reduzieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Struktur eines herkömmli­ chen Ultraschallsensors;

Fig. 2A eine Querschnittdraufsicht der Struktur der Haupt­ abschnitte des herkömmlichen Ultraschallsensors;

Fig. 2B eine Schnittansicht entlang der Linie 2B-2B von Fig. 2A;

Fig. 3 die Richteigenschaften des herkömmlichen Ultra­ schallsensors von Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Struktur eines Ausführungs­ beispiels des Ultraschallsensors gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 5A eine Querschnittdraufsicht des Gehäusebauglieds des Ultraschallsensors;

Fig. 5B eine Schnittansicht entlang der Linie 5B-5B von Fig. 5A (oder eine Querschnittansicht in der verti­ kalen Richtung);

Fig. 5C eine Schnittansicht entlang der Linie 5C-5C von Fig. 5A (oder eine Querschnittansicht in der hori­ zontalen Richtung);

Fig. 6 einen Graphen, der die Schwankungen des Strahlungs- und Erfassungs-Bereich-Winkels in der vertikalen Einstellrichtung über der Dicke des Bodenabschnitts des Gehäusebauglieds bei dem herkömmlichen Ultra­ schallsensor zeigt;

Fig. 7 einen Graphen, der die Abweichungen des Strahlungs- und Erfassungs-Bereich-Winkels in der vertikalen Einstellrichtung über der Dicke des Bodenabschnitts des Gehäusebauglieds bei einem anderen herkömmli­ chen Ultraschallsensor zeigt;

Fig. 8 eine Schnittansicht des Gehäusebauglieds des Ultra­ schallsensors gemäß der vorliegenden Erfindung, der einer Richteigenschaftsmessung unterworfen ist;

Fig. 9 einen Graphen, der die Abweichungen des Strahlungs- und Erfassungs-Bereich-Winkels zeigt, wenn das L/R-Verhältnis variiert wird, bei dem vorher ge­ nannten Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 einen Vergleich zwischen den Richteigenschaften des herkömmlichen Ultraschallsensors und denen des Ul­ traschallsensors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 einen Vergleich zwischen den Richteigenschaften des Ultraschallsensors gemäß der vorliegenden Erfindung in der horizontalen Einstellrichtung und der verti­ kalen Einstellrichtung;

Fig. 12 eine Querschnittdraufsicht des Gehäusebauglieds ei­ nes Ultraschallsensors gemäß einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13A eine Querschnittdraufsicht des Gehäusebauglieds eines Ultraschallsensors gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13B eine Schnittansicht entlang der Linie 13B-13B von

Fig. 13A (oder eine Querschnittansicht in der ver­ tikalen Richtung); und

Fig. 14 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Nachhallzeit und der Dicke des isolierenden Harzes zeigt.

Wie in Fig. 4 und den Fig. 5A bis 5C gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor 30 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung ein Gehäusebauglied 31 auf. Das Gehäusebauglied 31 besitzt beispielsweise eine kreisför­ mige zylindrische Form, wobei das gesamte Gehäusebauglied 31 aus einem metallischen Material, beispielsweise Aluminium, besteht. Ein Hohlraum 33 ist entlang der Erstreckungsrich­ tung des Gehäusebauglieds 31 in dem Gehäusebauglied 31 ge­ bildet. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, besitzt der Hohlraum 33 einen allgemein länglichen oder elliptischen Querschnitt, der eine longitudinale Richtung und eine transversale Rich­ tung an dem unteren Ende desselben einschließt. Beispiels­ weise zeigt Fig. 5A, daß die Länge des Querschnitts entlang der y-Achse größer ist als die Länge des Querschnitts ent­ lang der x-Achse, so daß die longitudinale Richtung und die transversale Richtung des Querschnitts der y-Achse bzw. der x-Achse entsprechen. Das Gehäusebauglied 31 umfaßt einen Bo­ denabschnitt 32, wobei der Bodenabschnitt 32 eine kreisför­ mige äußere Oberfläche aufweist, die der äußeren Form des zylindrischen Gehäusebauglieds 31 entspricht, und eine läng­ liche oder elliptische innere Oberfläche, die der Form des Hohlraums 33 entspricht.

Ein piezoelektrisches Element 35 ist in dem Hohlraum 33 auf­ genommen und an der inneren Oberfläche des Bodenabschnitts 32 befestigt. Das piezoelektrische Element 35 ist entworfen, um zu schwingen, um basierend auf einem angelegten elektri­ schen Signal Ultraschallenergie zu erzeugen, und um die Ul­ traschallenergie zu erfassen, um ein Erfassungssignal ent­ sprechend dem erfaßten Ultraschall zu erzeugen. Das piezo­ elektrische Element 35 arbeitet beispielsweise bei einer Frequenz von etwa 40 kHz.

Der Bodenabschnitt 32 besitzt einen dicken Abschnitt 32a und dünne Abschnitte 32b. Der dicke Abschnitt 32a befindet sich in der Mitte des Bodenabschnitts 32 und erstreckt sich in der transversalen Richtung des Bodenabschnitts 32. Die dün­ nen Abschnitte 32b besitzen jeweils eine Halbmondform und befinden sich in der longitudinalen Richtung des Bodenab­ schnitts 32. Die dünnen Abschnitte 32b besitzen eine Dicke, die geringer ist als die des dicken Abschnitts 32a.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist unter Verwendung eines elek­ trisch leitfähigen Haftmittels oder dergleichen eine der Elektrodenoberflächen des piezoelektrischen Elements 35 an der inneren Oberfläche des Dickenabschnitts 32a in dem mitt­ leren Abschnitt des Bodenabschnitts 32 befestigt. Folglich sind, wie in Fig. 5B gezeigt ist, die dünnen Abschnitte 32b auf beiden Seiten des dicken Abschnitts 32a, an dem das pie­ zoelektrische Element 35 befestigt ist, angeordnet. Die Dicke des dicken Abschnitts 32a ist größer als die minimale Dicke der äußeren peripheren Seitenwand 34 des Gehäusebau­ glieds 31. Die Dicke der dünnen Abschnitte 32b ist geringer als die minimale Dicke der äußeren peripheren Seitenwand 34 des Gehäusebauglieds 31.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, bedeckt ein schallabsorbierendes Material 36, beispielsweise Filz, das piezoelektrische Ele­ ment 35 in dem Ultraschallsensor 30, wobei ein isolierendes Harz 37 mit elastischen Eigenschaften, beispielsweise Sili­ kongummi oder Urethangummi, in das Gehäusebauglied 31 ge­ füllt ist, um den Hohlraum 33 abzudichten. Ein Einzelplat­ tenkondensator 38 des Temperaturkompensationstyps ist in das isolierende Harz 37 eingebettet. Eine der äußeren Elektroden des Kondensators 38 ist durch einen der Anschlußleitungs­ drähte 39 mit dem Gehäusebauglied 31, das in elektrisch leitfähiger Verbindung mit einer der Elektrodenoberflächen des piezoelektrischen Elements 35 ist, verbunden, während die andere der äußeren Elektroden des Kondensators 38 durch den anderen der Anschlußleitungsdrähte 39 mit der anderen der Elektrodenoberflächen des piezoelektrischen Elements 35 verbunden ist. Zwei Signaldrähte 41 eines Kabels 40 zum Ein­ geben und Ausgeben von Signalen sind mit jeder der äußeren Elektroden des Kondensators 38 verbunden.

Der Ultraschallsensor 30 wird beispielsweise verwendet, in­ dem derselbe an einem Fahrzeug befestigt wird. Wenn der Ul­ traschallsensor 30 an einem Fahrzeug angebracht ist, ist die longitudinale Richtung (y-Achsenrichtung) des Hohlraums 33 in der Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Straßen­ oberfläche oder dem Untergrund anzuordnen, während die transversale Richtung (die x-Achsenrichtung) im wesentlichen horizontal zu der Straßenoberfläche anzuordnen ist. Der Bo­ denabschnitt 32 des Gehäusebauglieds 31 ist in der Erfas­ sungsrichtung auszurichten.

Der Ultraschallsensor 30, der die oben beschriebene Struktur aufweist, macht es möglich, den Strahlungs- und Erfassungs- Bereich in der vertikalen Richtung schmaler zu machen. Selbst wenn der Ultraschallsensor 30 klein gemacht wird, wird der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich in der vertika­ len Richtung nicht ohne weiteres breiter, wodurch es möglich ist, daß der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich in der ver­ tikalen Richtung schmal gehalten wird. Folglich ist der Un­ terschied zwischen dem Strahlungs- und Erfassungs-Bereich in der horizontalen Richtung und dem in der vertikalen Richtung groß, wodurch das Ausmaß, in dem der Ultraschallsensor an­ isotrop ist, stark erhöht ist, selbst für einen kleinen Ul­ traschallsensor.

Um den Strahlungs- und Erfassungs-Bereich in der vertikalen Richtung zur Erhöhung des Grades, zu dem der Ultraschallsen­ sor anisotrop ist, zu schmaler zu machen, kann der gesamte Bodenabschnitt des Gehäusebauglieds des Ultraschallsensors dünn gemacht werden, ohne einen dicken Abschnitt an dem Bo­ denabschnitt des Gehäusebauglieds 31 vorzusehen. Fig. 6 und Tabelle 1 zeigen die Abweichungen des Strahlungs- und Er­ fassungs-Winkels in der vertikalen Richtung, wenn die Dicke des Bodenabschnitts des Gehäusebauglieds (die durch den ge­ samten Bodenabschnitt gleichmäßig ist) für einen herkömmli­ chen Ultraschallsensor mit einem äußeren Durchmesser D von 18 mm von 0,7 mm auf 0,3 mm verringert wird.

Tabelle 1

Fig. 7 und Tabelle 2 zeigen die Abweichungen des Strahlungs- und Erfassungs-Bereich-Winkels in der vertikalen Einstell­ richtung, wenn die Dicke des Bodenabschnitts des Gehäusebau­ glieds (die über den gesamten Bodenabschnitt gleichmäßig ist) für einen anderen herkömmlichen Ultraschallsensor mit einem äußeren Durchmesser D von 14 mm von 0,7 mm auf 0,3 mm verringert wird.

Tabelle 2

Die Fig. 6 und 7 und die Tabellen 1 und 2 zeigen, daß der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich durch das Dünnen des Bo­ denabschnitts des Gehäusebauglieds sowohl für den Ultra­ schallsensor mit einem äußeren Durchmesser von 18 mm als auch für den mit einem äußeren Durchmesser von 14 mm schmal gemacht werden kann. Je kleiner der äußere Durchmesser des Ultraschallsensors ist, desto breiter ist der Strahlungs- und Erfassungsbereich. Bei dem herkömmlichen Ultraschallsen­ sor beträgt der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich bei­ spielsweise 60 Grad für einen äußeren Durchmesser von 18 mm und 70 Grad für einen äußeren Durchmesser von 14 mm, wenn die Dicke des Bodenabschnitts 0,7 mm beträgt. Wenn die Dicke des Bodenabschnitts 0,3 mm beträgt, beträgt der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich für einen äußeren Durchmesser von 18 mm 30 Grad und für einen äußeren Durchmesser von 14 mm 40 Grad. Um den Strahlungs- und Erfassungs-Bereich in der ver­ tikalen Einstellrichtung schmaler zu machen, ist alles, was notwendig ist, den Bodenabschnitt des Gehäusebauglieds so dünn wie möglich zu machen. Wenn jedoch der gesamte Boden­ abschnitt des Gehäusebauglieds als dünner Abschnitt ausge­ bildet wird und das piezoelektrische Element an dem dünnen Abschnitt befestigt wird, tendiert das piezoelektrische Ele­ ment dazu, einem äußeren Stoß unterworfen zu werden und so­ mit zu brechen. Wenn daher der gesamte Bodenabschnitt als ein dünner Abschnitt ausgebildet wird, ist es in der Praxis schwierig, einen kleinen Ultraschallsensor mit einer hohen Anisotropie herzustellen. Wenn außerdem der Stoßwiderstand des Ultraschallsensors berücksichtigt wird, existiert eine Grenze dahingehend, wie dünn der Bodenabschnitt des Gehäuse­ bauglieds gemacht werden kann, so daß der Ultraschallsensor nicht ausreichend anisotrop gemacht werden kann.

Im Gegensatz dazu ist der Bodenabschnitt 32 gemäß dem Ultra­ schallsensor 30 der vorliegenden Erfindung ausgebildet, um einen dicken Abschnitt 32a und einen dünnen Abschnitt 32b aufzuweisen, wobei das piezoelektrische Element 35 an dem dickwandigen Abschnitt 32a befestigt ist, so daß der Boden­ abschnitt 32 des Gehäusebauglieds nicht ohne weiteres durch die Schwingung des piezoelektrischen Elements 35 bricht, wo­ durch es möglich ist, daß die Dicke des dünnwandigen Ab­ schnitts 32b klein gemacht wird. Daher ist es in der Praxis möglich, einen Ultraschallsensor 30 zu erzeugen, der stark anisotrope Strahlungs- und Erfassungseigenschaften zwischen der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung auf­ weist. Bei dem Ultraschallsensor, der in Fig. 8 gezeigt ist, beträgt der äußere Durchmesser D des Gehäusebauglieds 31 14 mm, die minimale Dicke T der äußeren peripheren Wand 34 be­ trägt 0,5 mm, die Dicke T2 des dickwandigen Abschnitts 32a beträgt 0,7 mm und die Dicke T1 des dünnwandigen Abschnitts 32b beträgt 0,3 mm. Wenn der Radius R des Bodenabschnitts 32 6,5 mm beträgt und der Radius des dickwandigen Abschnitts 32a (R-L) mm beträgt, wobei L die Länge des dünnwandigen Ab­ schnitts 32b ist, nehmen die Abweichungen des Strahlungs- und Erfassungs-Bereichs über dem Verhältnis der Länge L des dünnwandigen Abschnitts 32b zu dem Radius R des Bodenab­ schnitts 32, L/R, die in Fig. 9 und Tabelle 3 gezeigten Wer­ te an.

Tabelle 3

Fig. 9 und Tabelle 3 zeigen, daß das Verhältnis L/R zunimmt, wenn der Strahlungs- und Erfassungs-Bereich des Ultraschall­ sensors 30 schmaler wird. Da der Durchmesser des piezoelek­ trischen Elements 35 0,7 mm beträgt, ermöglicht ein L/R-Ver­ hältnisbereich von 0 bis 0,4, daß der piezoelektrische Wand­ ler 35 an dem dicken Abschnitt 32a befestigt wird. Speziell wenn das L/R-Verhältnis 0,4 beträgt, kann ein Strahlungs- und Erfassungs-Verhältnis erreicht werden, das dem, das er­ halten wird, wenn der gesamte Bodenabschnitt 32 als dünner Abschnitt 32a ausgebildet wird, nahekommt.

Fig. 10 zeigt einen Vergleich zwischen den Richteigenschaf­ ten des herkömmlichen Ultraschallsensors und denen des Ul­ traschallsensors 30 der vorliegenden Erfindung. Spezieller zeigt Fig. 10 den Strahlungs- und Erfassungs-Bereich des herkömmlichen Ultraschallsensors mit einem Durchmesser von 18 mm (dessen Bodenabschnitt 0,7 mm dick ist) in der verti­ kalen Richtung; den Strahlungs- und Erfassungs-Bereich des herkömmlichen Ultraschallsensors mit einem Durchmesser von 14 mm (dessen Bodenabschnitt 0,7 mm dick ist) in der verti­ kalen Richtung; und den Strahlungs- und Erfassungs-Bereich des Ultraschallsensors 30 der vorliegenden Erfindung mit ei­ nem L/R-Verhältnis von näherungsweise 0,4. Aus Fig. 10 ist zu sehen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein Strah­ lungs- und Erfassungs-Bereich erreicht werden kann, der schmaler ist als der des herkömmlichen Ultraschallsensors mit einem Durchmesser von 18 mm, selbst wenn der Ultra­ schallsensor 30 einen Durchmesser von 14 mm aufweist.

Fig. 11 zeigt die Richteigenschaften des Ultraschallsensors 30 unter Verwendung des Gehäusebauglieds 31 von Fig. 5 in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung. Hier beträgt der Durchmesser des Ultraschallsensors 30 14 mm, die Dicke des dicken Abschnitts 32a beträgt 0,75 mm, die Dicke des dünnen Abschnitts 32b beträgt 0,3 mm und L/R beträgt 2,5/6,5 mm = 0,38. Es ist zu sehen, daß der Ultraschallsen­ sor 30 in der Richtung des Strahlungs- und Erfassungs-Be­ reichs ziemlich stark anisotrop ist.

Der Ultraschallsensor 30 kann auf verschiedene Arten modi­ fiziert werden. Obwohl bei dem Ultraschallsensor 30, der ge­ mäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt wurde, der Hohlraum 33 an dem unteren Ende einen länglichen oder ellip­ tischen Querschnitt aufweist, kann der Hohlraum einen kreis­ förmigen Querschnitt aufweisen. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, besitzt ein Ultraschallsensor 50 gemäß einem weiteren Aus­ führungsbeispiel ein Gehäusebauglied 51, bei dem ein Hohl­ raum 53 mit einem kreisförmigen Querschnitt vorgesehen ist. Ein Bodenabschnitt 52 des Gehäusebauglieds 51 umfaßt einen dicken Abschnitt 52a und dünne Abschnitte 52b, wobei der dicke Abschnitt 52a in der Mitte des Bodenabschnitts 52 an­ geordnet ist und sich in einer ersten Richtung erstreckt, während die dünnen Abschnitte 52b auf den gegenüberliegenden Seiten des dicken Abschnitts 52a in der Richtung senkrecht zu der ersten Richtung vorgesehen sind. Eine Seitenwand 54 des Gehäusebauglieds 51 besitzt eine gleichmäßige Dicke um den gesamten Umfang des Bodenabschnitts 52. Es sei bemerkt, daß ein schallabsorbierendes Material, ein isolierendes Harz, Anschlußleitungsdrähte oder dergleichen, die in Fig. 4 gezeigt sind, zu Zwecken der Klarheit in Fig. 12 nicht ge­ zeigt sind. Gemäß dieser Struktur kann das Gehäusebauglied 31 einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden, da der Hohlraum 53 eine einfache Kreisform aufweist. Trotzdem stellt der Ultraschallsensor 50 aufgrund der dünnen Ab­ schnitte 52b den anisotropen Strahlungs- und Erfassungs-Be­ reich sicher.

Die Fig. 13A und 13B zeigen einen Ultraschallsensor 60 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung. Der Ultraschallsensor 60 ist identisch zu dem Ul­ traschallsensor 30, mit der Ausnahme, daß der Ultraschall­ sensor 60 ferner ein isolierendes Harz 61 auf den dünnen Ab­ schnitten 32b aufweist. Das isolierende Harz 61 kann aus ei­ nem Material wie z. B. Silikonharz oder Urethanharz bestehen und dämpft eine ungewollte Schwingung der dünnen Abschnitte 32b. Die ungewollte Schwingung des dünnen Abschnitts 32b er­ höht in gleicher Weise einen Nachhall des Ultraschallsensors 60, was das Problem verursacht, daß der Ultraschallsensor 60 die Existenz des Objekts in nächster Nähe zu dem Ultra­ schallsensor 60 nicht erfassen kann, oder eine sehr kurze Distanz zu dem naheliegenden Objekt nicht messen kann, da der Nachhall des Ultraschallsensors 60 mit der Ultraschall­ energie, die durch das naheliegende Objekt reflektiert wird, interferiert.

Gemäß dem Ultraschallsensor 60 verringert das isolierende Harz 61 auf dem dünnen Abschnitt 32b des Bodenabschnitts 32 des Gehäusebauglieds 31 die Nachhallzeit wirksam. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Nachhallzeit entsprechend der Zunahme der Dicke des isolierenden Harzes 61 verringert. Folglich besitzt das isolierende Harz 61 eine derart aus­ reichende Dicke, daß die Nachhallzeit auf einen Wert be­ grenzt wird, der durch die erforderlichen Charakteristika für den bestimmungsgemäßen Zweck des Ultraschallsensors 60 bestimmt ist. In der Praxis ist es bevorzugt, daß die Nach­ hallzeit gleich oder kleiner 1 ms gemacht wird. Folglich be­ trägt die Dicke des isolierenden Harzes 61 vorzugsweise etwa 0,9 mm oder darüber. Wenn das isolierende Harz 61 zu dick ist, wird die Schwingung des Bodenabschnitts 32 während des Abstrahlens von Ultraschall nachteilig gedämpft. Daher ist die Dicke des isolierenden Harzes 61 vorzugsweise geringer als 2,1 mm.

Obwohl bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Grenze zwischen dem dicken Abschnitt und dem dünnen Abschnitt eine stufenartige Form aufweist, kann dieselbe eine glatte Nei­ gung aufweisen. Es ist jedoch bevorzugt, daß die äußere Oberfläche des Gehäusebauglieds in eine ebene Oberfläche ge­ bildet ist, so daß die Strahlungs- und Erfassungs-Eigen­ schaft des Ultraschallsensors nicht verloren geht.

Es sei ferner bemerkt, daß, obwohl der Ultraschallsensor der vorliegenden Erfindung als eine Vorrichtung für eine duale Verwendung zum Abstrahlen und Erfassen von Ultraschall er­ klärt wurde, der Ultraschallsensor der vorliegenden Erfin­ dung auch als entweder nur eine Ultraschallabstrahlvorrich­ tung oder eine Ultraschallerfassungsvorrichtung verwendet werden kann. In diesem Fall ist der Ultraschallsensor der vorliegenden Erfindung als eine Ultraschallabstrahlungsvor­ richtung mit einem anisotropen Abstrahlungsbereich oder eine Ultraschallerfassungsvorrichtung mit einem anisotropen Er­ fassungsbereich wirksam.

Claims (8)

1. Ultraschallsensor (30; 50; 60), mit folgenden Merkma­ len:
einem Gehäusebauglied (31; 51) mit einem Hohlraum (33; 53) in demselben und einem Bodenabschnitt (32; 52), der an einem Ende des Hohlraums (33; 53) vorgesehen ist, wobei der Bodenabschnitt (32; 52) einen dicken Ab­ schnitt (32a; 52a), der sich entlang einer ersten Rich­ tung erstreckt und ein Paar von dünnen Abschnitten (32b; 52b), die eine kleinere Dicke aufweisen als der dicke Abschnitt (32a; 52a) und die auf gegenüberlie­ genden Seiten des Bodenabschnitts (32; 52) entlang ei­ ner zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, vorgesehen sind, aufweist; und
einem piezoelektrischen Element (35) zum Abstrahlen und/oder Erfassen von Ultraschall, wobei das piezoelek­ trische Element (35) in einem Zentrum des dicken Ab­ schnitts (32a; 52a) auf einer inneren Oberfläche des Bodenabschnitts (32; 52) vorgesehen ist.

2. Ultraschallsensor (50) nach Anspruch 1, bei dem der Bodenabschnitt (52) eine kreisförmige Form aufweist.

3. Ultraschallsensor (30; 60) nach Anspruch 1, bei dem der Bodenabschnitt (32) eine längliche oder elliptische Form aufweist.

4. Ultraschallsensor (30; 60) nach Anspruch 3, bei dem ei­ ne longitudinale Richtung und eine transversale Rich­ tung der länglichen oder elliptischen Form der zweiten Richtung bzw. der ersten Richtung des Bodenabschnitts (32) entsprechen.

5. Ultraschallsensor (30; 50; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Gehäusebauglied (31; 51) eine Sei­ tenwand (34; 54) aufweist, die den Hohlraum (33; 53) umgibt, wobei die dünnen Abschnitte (32b; 52b) eine Dicke aufweisen, die geringer ist als die Dicke der Seitenwand (34; 54).

6. Ultraschallsensor (30, 50; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die äußere Oberfläche des Bodenab­ schnitts (32; 52) des Gehäusebauglieds (31; 51) flach ist.

7. Ultraschallsensor (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner ein isolierendes Harz (61) aufweist, das auf den dünnen Abschnitten (32b) vorgesehen ist.

8. Ultraschallsensor (30; 50; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die erste und die zweite Richtung senkrecht zueinander sind.