超声波传感器及其制造方法
【专利摘要】超声波传感器(101)具备：具有底部(31b)与侧壁部(31a)的有底筒状的外壳(31)；设于外壳(31)的内底面的压电元件(32)；在外壳(31)内经由导通构件与压电元件(32)电连接并向外壳(31)的外部突出的端子(43)；保持端子(43)的端子保持构件(41)；将端子保持构件(41)保持在外壳(31)内的缓冲构件(33)；沿着外壳(31)的侧壁部(31a)的内周面设置的阻尼构件(39)；填充在外壳(31)内的、阻尼构件(39)及缓冲构件(33)的上部的填充构件(36)，在阻尼构件(39)与缓冲构件(33)之间设有间隙(40)。根据该结构，防止向端子的振动泄漏，从而改善由振动泄漏引起的混响特性。
【专利说明】超声波传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及超声波传感器及其制造方法，尤其是涉及具有压电元件及与该压电元件电连接的输入输出端子、例如在机动车的转弯声纳、倒车声纳等中使用的超声波传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]超声波传感器是通过间接性地发送超声波脉冲信号并接收在发送出的超声波脉冲信号到达物体之后反射的反射信号来检测物体的装置。在机动车的倒车声纳、转弯声纳、进而检测纵列式停车时与侧壁等障碍物的距离的停车位置传感器等中采用超声波传感器。这种超声波传感器在专利文献I?3中有公开。
[0003]图9是专利文献I的超声波传感器的局部切断主视图。该超声波传感器具备超声波振子1、缓冲构件2、屏蔽线5、吸音件6及壳体3。缓冲构件2具有超声波发送接收用的开口且围绕超声波振子I。壳体3为成型件，对超声波振子I和缓冲构件2进行收纳。屏蔽线5的一端部在壳体3的内部与超声波振子I连接，另一端部从壳体3向外部引出。并且，在缓冲构件2的内部且与超声波振子I的侧面对应的部分，以包围超声波振子I的方式形成有空气层4。
[0004]在专利文献2中公开有如下所述的超声波传感器的结构，S卩，该超声波传感器具备:超声波振子；具有粘附有超声波振子而形成超声波放射壁的底面部与筒状侧壁的内侧箱体；具有与内侧箱体的筒状侧壁呈同轴状配置的筒状侧壁的外侧箱体，外侧箱体在超声波放射壁侧的多个支承部位对内侧箱体进行支承，在多个支承部位以外处，在内侧箱体的筒状侧壁的外壁与外侧箱体的筒状侧壁的外壁之间形成有间隙。
[0005]在专利文献3中公开有如下所述的超声波传感器的结构，S卩，该超声波传感器具备:超声波振子；具有超声波发送接收用的开口且包围超声波振子的保持构件；为成型件且对超声波振子与保持构件进行收纳的壳体，通过在保持构件的内侧设有凸部，从而在凸部以外的部位产生间隙。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平4一238497号公报
[0009]专利文献2:日本特开2003— 315443号公报
[0010]专利文献3:日本特开平5— 207594号公报
【发明内容】
[0011]发明所要解决的课题
[0012]在专利文献I?3所示的现有的超声波传感器中，在上述空气层及间隙的作用下，超声波振子的振动难以向外壳(壳体、箱体)传递。因此，存在混响时间的缩短效果。
[0013]但是，在进行电信号的输入输出的构件不为引线(或者屏蔽线)而设为销端子的情况下，外壳的振动向销端子传播，产生该振动使安装有超声波传感器的外部电路基板振动的问题(以下，称为“振动泄漏”。)。由于该振动泄漏而使混响时间变长(混响特性恶化)。并且，如果混响时间拖长的话，则在检测位于近距离的物体时，由于在基于发送出的超声波脉冲信号的混响的持续时间内接收反射信号，故无法实现位于近距离的物体的检测。
[0014]本发明的目的在于，提供一种防止向端子的振动泄漏、改善由振动泄漏引起的混响特性的超声波传感器。
[0015]用于解决课题的方式
[0016](I)本发明的超声波传感器的特征在于，具备:
[0017]有底筒状的外壳，其具有底部与侧壁部；
[0018]压电兀件，其设于所述外壳的内底面；
[0019]端子，其在所述外壳内经由导通构件与所述压电元件电连接，并向所述外壳的外部突出；
[0020]端子保持构件，其对所述端子进行保持；
[0021]缓冲构件，其在所述外壳内对所述端子保持构件进行保持；
[0022]阻尼构件，其沿着所述外壳的侧壁部的内周面设置；
[0023]填充构件，其填充在所述外壳内的、所述阻尼构件及所述缓冲构件的上部，
[0024]在所述阻尼构件与所述缓冲构件之间设有间隙(空气层)。
[0025]根据该结构，从外壳传递来的振动被阻尼构件、缓冲构件及间隙(空气层)衰减(遮断)，几乎无法通过端子保持构件向端子传播，因此，能够大幅地降低将端子安装于外部的电路基板时产生的振动泄漏。
[0026](2)优选的是，所述填充构件的弹性模量比所述阻尼构件小。根据该结构，能够降低从弹性模量比阻尼构件小的填充构件向端子直接传递的振动泄漏。另外，阻尼构件成为不与端子直接相接的结构，阻尼构件的弹性模量难以影响振动泄漏特性，故阻尼构件的选择范围变宽。
[0027](3)优选的是，还具备对所述间隙与所述填充构件的交界部(空气层的开口部)进行闭塞的闭塞构件(添缝树脂)。根据该结构，能够使缓冲构件的结构简单化。
[0028](4)优选的是，所述外壳的侧壁部在开口侧具备薄壁部而在底部侧具备厚壁部，
[0029]在厚壁部上设有声阻抗比外壳高的加强件。根据该结构，外壳的底面的周围的刚性变高，外壳底面的振动向外壳侧壁部的传播受到抑制，并且作为传感器的灵敏度得以提闻。
[0030](5)优选的是，在所述压电元件与所述缓冲构件之间设有吸音构件。根据该结构，利用吸音件吸收无用的声波，能够更加效率良好地使从压电元件向外壳内部传递的无用的声波衰减。
[0031](6)本发明的超声波传感器的制造方法为(I)?(5)任一方面的超声波传感器的制造方法，其特征在于，包括:
[0032]将外径比所述缓冲构件大的圆环状的成型模向所述外壳内插入的工序；
[0033]将所述阻尼构件形成用的弹性树脂向所述外壳内的所述成型模的周围填充的工序;
[0034]将所述成型模从所述外壳除去并在所述外壳内搭载所述缓冲构件的工序。[0035]发明效果
[0036]根据本发明，从外壳传递来的振动被阻尼构件、缓冲构件及间隙(空气层)衰减(遮断)，基本不会通过端子保持构件向端子传播，因此，能够大幅地降低振动泄漏。因此，能够防止由振动泄漏引起的混响特性的恶化，从而能够实现位于更近距离的物体的检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是第一实施方式所涉及的超声波传感器101的剖视图。
[0038]图2是超声波传感器101的去除局部的分解立体图。
[0039]图3中图3(A)是表示第一实施方式所涉及的超声波传感器101的混响特性的图，图3(B)是表示作为比较例的超声波传感器的混响特性的图。
[0040]图4是表示阻尼构件39与缓冲构件33之间的间隙40和振动泄漏时间的关系的图。
[0041]图5是表示形成阻尼构件39及间隙40的工序的图。
[0042]图6是第二实施方式所涉及的超声波传感器102的剖视图。
[0043]图7是第三实施方式所涉及的超声波传感器103的剖视图。
[0044]图8是第四实施方式所涉及的超声波传感器104的剖视图。
[0045]图9是专利文献I的超声波传感器的局部切断主视图。
【具体实施方式】
[0046]《第一实施方式》
[0047]图1是第一实施方式所涉及的超声波传感器101的剖视图。图2是超声波传感器101的去除局部的分解立体图。
[0048]超声波传感器101包括:具有圆板状的底部31b与筒状的侧壁部31a的铝制的有底筒状的外壳31、贴附于外壳31的内底面的压电元件32、加强件(锭子)37、端子43、保持端子43的端子保持构件41等。端子43与压电元件32由图1未示出的配线件(导通构件)电连接。配线件(导通构件)例如为引线、柔性基板等。压电元件32呈平板状，当被施加驱动电压时沿着面内方向扩展振动。压电元件32与外壳31的底部31b接合。压电元件32例如由压电陶瓷构成，具有圆板形状的压电基板和分别设于压电基板的相互对置的主面上的电极。
[0049]如图2所示，外壳31为底部31b侧闭塞、底部31b侧的相反侧开口的有底筒状，外壳31的开口在俯视观察下呈圆形。外壳31的侧壁部31a在开口侧具备薄壁部31t而在底部侧具有厚壁部31h。在外壳31的侧壁部31a形成有台阶部31ST。
[0050]加强件(锭子)37为在中央具有开口 37h的环状构件，配置在外壳31的厚壁部31h上且配置在与侧壁部31a的薄壁部31t的内周面不相接的位置处。加强件37为声阻抗较高而作为锭子发挥功能的构件即可。因此，加强件37可以为通过调整厚度等尺寸而由与外壳31相同的材料、即由铝构成的构件，但优选由如不锈钢、锌那样的与构成外壳31的材料相比密度高且刚性高的材料构成。
[0051]如图2所示，底部31b中的由台阶部31ST围绕的区域为主要的振动区域。外壳31主要的振动区域在俯视观察下呈长方形，y轴方向长故I轴方向为长轴，X轴方向短故X轴方向为短轴。这样，主要的振动区域具有各向异性的形状，故超声波的指向性产生各向异性。即，所述长轴方向(y轴方向)的指向角窄，所述短轴方向(X轴方向)的指向角宽。
[0052]在压电元件32之上设有平板状的吸音件38。吸音件38配置在外壳31的内部的由台阶部31ST围绕的空间内。吸音件38由例如聚酯毡、多孔质硅酮等构成，对从压电元件32向外壳31的开口侧释放的无用的超声波进行吸收。在加强件37及吸音件38与端子保持构件41之间设有由硅酮橡胶、聚氨酯橡胶等弹性体构成的缓冲构件33。缓冲构件33在外壳31内保持端子保持构件41。沿着外壳31的侧壁部31a的内周面而设有由聚氨酯橡胶、硅酮橡胶等弹性体构成且作为在中央具有开口的筒状构件的阻尼构件39。并且，在阻尼构件39与缓冲构件33之间形成有间隙(空气层)40。具体而言，缓冲构件33具有与阻尼构件39接触的凸缘状(凸边状)的部分，通过该凸缘状(凸边状)的部分而在阻尼构件39与缓冲构件33之间形成间隙(空气层)40。
[0053]在外壳31的内部中，在阻尼构件39及缓冲构件33的上部的空间中填充有由硅酮橡胶、聚氨酯橡胶等弹性体构成的填充构件36。填充构件36和阻尼构件39可以采用相同的材料。
[0054]外壳31可以通过例如锻造来形成。缓冲件33为杯状的构件，包括具有与加强件37的开口 37h卡合的卡合部33e的底部和筒状的侧壁部。通过设置缓冲件33，能够抑制外壳31的底部31b中的振动向端子保持件41传递的情况。
[0055]端子保持构件41由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等树脂构成，对两根销状的端子43进行保持。端子保持构件41具有与缓冲构件33的筒状的侧壁部的内表面卡合的凸缘状的卡合部(以下，称为“凸缘部”。)41f。端子保持构件41的凸缘部41f的上表面41s由填充构件36覆盖。
[0056]如此，由于设有与外壳31的侧壁部31a的内周面相接的阻尼构件39，故外壳31的侧壁部31a的振动被阻尼构件39衰减。并且，通过在阻尼构件39与缓冲构件33之间形成有间隙(空气层)40，外壳31的侧壁部31a的振动难以经由阻尼构件39而向缓冲构件33传播。即，几乎不会按照缓冲构件33 —端子保持构件41 —端子43的路径传播振动，可有效地抑减振动泄漏。另外，经由间隙(空气层)40以外的部分从外壳31传播的振动在填充构件36之中衰减，几乎不经由端子保持构件41向端子43传播。
[0057]根据上述作用，能够大幅降低将超声波传感器101安装于外部的电路基板时所产生的振动泄漏。
[0058]另外，通过端子保持构件41的凸缘部41f的上表面41s由填充构件36覆盖，能够防止端子保持构件41从外壳31脱离的情况。
[0059]缓冲构件33是难以传播振动的结构，阻尼构件39及填充构件36是抑制(减振)外壳31的侧壁部31a的振动的结构。即阻尼构件39及填充构件36优选弹性模量比缓冲构件33高。更详细而言，弹性模量包括储能弹性模量和损耗弹性模量，优选阻尼构件39及填充构件36的损耗弹性模量大而缓冲构件33的储能弹性模量小。
[0060]图3 (A)是表示第一实施方式所涉及的超声波传感器101的混响特性的图，图3 (B)是表示作为比较例的超声波传感器的混响特性的图。该比较例的超声波传感器没有图1所示的间隙40，在该部分中扩展有缓冲构件33，除了不具有间隙40这一方面以外为与第一实施方式所涉及的超声波传感器101相同的结构。在图3(A)和图3(B)中，均由ys / div表示横轴500、由IV / div表示纵轴。另外，均是利用钎焊将端子43固定在外部的电路基板上，按照发送时间0.13ms发送八波的脉冲串波，对在压电元件中显现的电压波形进行放大来进行观测。虽然实际而言是从发送刚刚结束后开始振幅的衰减，但由于暂时超过放大电路的动态范围，故其时间的波形饱和。
[0061]从将图3(A)和图3(B)对比可清楚得到，在第一实施方式所涉及的超声波传感器101中，振幅较早收敛，振动泄漏得到抑制且混响时间短。
[0062]图4是表示阻尼构件39与缓冲构件33之间的间隙40和振动泄漏时间的关系的图。在此，“振动泄漏时间”是作为在将端子43利用钎焊固定于外部的电路基板上的状态下的通常的混响时间和在利用硅酮橡胶等夹持向端子43泄漏的振动来抑制振动泄漏的状态下的混响时间的、混响的变动量来进行定义的时间。在未设置间隙40的情况下、即在比较例的情况下振动泄漏时间的偏差较大，通过设置间隙40，振动泄漏时间变得非常小，且偏差也变小。根据其结果可知，通过设有超过Omm的间隙，振动泄漏时间被抑制成作为能够使用的等级的、小于0.1ms。
[0063]需要说明的是，根据第一实施方式，由于外壳31的开口部由端子保持构件41与填充构件36密闭，因此，在外壳31的内部，没有水浸入到内部导致灵敏度降低、或在异种金属间产生腐蚀的问题。
[0064]关于以上示出的用于在超声波传感器101内设置间隙40的制造方法参考图5进行说明。
[0065]图5是表示形成阻尼构件39及间隙40的工序的图。首先，如图5(A)所示，在外壳31内接合压电元件32，安装加强件37，将吸音构件38配置在压电元件32上，装配成型模51。成型模51以在其与外壳31的侧壁部31a之间存在具有与阻尼构件39相同形状的间隙的方式配置。接着，如图5(B)所示，将添缝树脂39P涂布在成型模51与外壳31的侧壁部31a间的间隙的局部中并使之硬化。添缝树脂39P由与阻尼构件39相同的材料构成，之后成为阻尼构件39的一部分。接着，如图5(C)所示，将阻尼构件39用的树脂涂布(填充)在成型模51与外壳31的侧壁部31a间的间隙中并使之硬化。之后，如图5(D)所示，拆除成型模51，如图5(E)那样装配缓冲构件33。
[0066]根据以上的工序，在阻尼构件39与缓冲构件33之间设有间隙40。
[0067]《第二实施方式》
[0068]图6是第二实施方式所涉及的超声波传感器102的剖视图。超声波传感器102的结构与第一实施方式所不的超声波传感器101相同。不过，填充构件36由与阻尼构件39不同的材料构成。在第二实施方式的超声波传感器102中，填充构件36的弹性模量比阻尼构件39的弹性模量小。
[0069]例如阻尼构件39由聚氨酯橡胶构成，填充构件36由硅酮橡胶构成。另外，只要使填充构件36的弹性模量与阻尼构件39的弹性模量不同，两者也可为聚氨酯橡胶。阻尼构件39为相对于外壳31的侧壁部31a减振性高的弹性件，填充构件36为难以将侧壁部31a的振动向端子保持构件41传播的弹性件即可。
[0070]《第三实施方式》
[0071]图7是第三实施方式所涉及的超声波传感器103的剖视图。在超声波传感器103中具备对间隙40与填充构件36的交界部进行闭塞的闭塞构件34。其他的结构与第一实施方式所示的超声波传感器101相同。
[0072]闭塞构件34可以通过利用分配器涂布触变性高达不会浸入到间隙40内的程度的树脂来设置。
[0073]如此，通过利用闭塞构件34对间隙40与填充构件36的交界部(空气层的开口部)进行闭塞(添缝)，防止了在填充构件36的填充时填充树脂的向间隙40的流入。
[0074]另外，通过如此采用闭塞构件34，无需在缓冲构件33形成与阻尼构件39接触的凸缘状(凸边状)的部分，因此，能够使缓冲构件33的形状简单化。
[0075]《第四实施方式》
[0076]图8是第四实施方式所涉及的超声波传感器104的剖视图。在超声波传感器104中，利用填充构件36对阻尼构件39与缓冲构件33之间的间隙40的开口进行闭塞。其他的结构与第一实施方式所不的超声波传感器101相同。
[0077]在填充构件36中采用触变性高达在其填充时树脂不会流入到间隙40内的程度的树脂材料。
[0078]附图符号说明
[0079]31…外壳
[0080]31a…侧壁 部
[0081]31b…底部
[0082]31h…厚壁部
[0083]31ST…台阶部
[0084]31t…薄壁部
[0085]32…压电元件
[0086]33…缓冲构件
[0087]33e…卡合部
[0088]34…闭塞构件
[0089]36…填充构件
[0090]37…加强件
[0091]37h …开口
[0092]38…吸音构件
[0093]39…阻尼构件
[0094]40…间隙
[0095]41…端子保持构件
[0096]41f…凸缘部
[0097]41s…上表面
[0098]43…端子
[0099]51...成型模
[0100]101~104…超声波传感器
【权利要求】
1.一种超声波传感器,其特征在于,具备: 有底筒状的外壳，其具有底部与侧壁部； 压电元件，其设于所述外壳的内底面； 端子，其在所述外壳内经由导通构件与所述压电元件电连接，并向所述外壳的外部突出； 端子保持构件，其对所述端子进行保持； 缓冲构件，其在所述外壳内对所述端子保持构件进行保持； 阻尼构件，其沿着所述外壳的侧壁部的内周面设置； 填充构件，其填充在所述外壳内的、所述阻尼构件及所述缓冲构件的上部， 在所述阻尼构件与所述缓冲构件之间设有间隙。
2.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于， 所述填充构件的弹性模量比所述阻尼构件小。
3.如权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于， 还具备闭塞构件，其对所述间隙与所述填充构件的交界部进行闭塞。
4.如权利要求1?3中任一项所述的超声波传感器,其特征在于， 所述外壳的侧壁部在开口侧具备薄壁部而在所述底部侧具备厚壁部， 在所述厚壁部上设有声阻抗比所述外壳高的加强件。
5.如权利要求1?4中任一项所述的超声波传感器,其特征在于， 在所述压电元件与所述缓冲构件之间设有吸音构件。
6.—种超声波传感器的制造方法,该方法为权利要求1?5中任一项所述的超声波传感器的制造方法，其特征在于，包括: 将外径比所述缓冲构件大的圆环状的成型模向所述外壳内插入的工序； 将所述阻尼构件形成用的弹性树脂填充于所述外壳内的所述成型模的周围的工序； 将所述成型模从所述外壳除去并在所述外壳内搭载所述缓冲构件的工序。
【文档编号】H04R31/00GK103843366SQ201280048808
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】矶元真弓 申请人:株式会社村田制作所