专利名称：超声波传感器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于车辆上的超声波传感器。
背景技术：
近年来，超声波传感器广泛用于检测器中，并且出现了带有超声波换能器的超声波传感器，例如在日本专利文献NO.JP-A-2004159351。公开于上述参考文献中的传感器粘在换能器筒壁底部的压电元件以及用于容置换能器的壳体，所述换能器从形成于壳体上的开口端插入。压电元件通过导线与壳体中的电路板电连接。
当主要考虑对提高可操作性有更高要求时，用于连接压电元件和电路板的导线可以用连接销代替。因此，例如在日本专利文献NO.JP-A-H08-130795和NO.JP-A-H11-87491中提出了通过利用连接销将压电元件与电路板进行电连接的可替代结构，该结构具有设置在壳体底部上的隔离基底，连接销从所述壳体中刺穿通过。
当超声波由换能器产生时，为了防止振动传输到盖上，通常将超声波换能器布置在具有粘在其上的振动吸收材料的盖上。即，换能器的外表面及其底部由振动吸收材料覆盖，以防止振动传输到盖开口。
然而，吸振材料的弹性可能会导致吸振材料产生变形，由此造成连接销的断裂，例如由于外界压力而导致盖中换能器在插入方向上的错位导致的断裂。即，由于在插入方向上弯曲连接销而在连接销的焊接部分产生反作用力的压力，连接销与电路板之间的电连接断开。
特别地，当将其它泡沫元件设置在壳体基底之下时，换能器上的压力会使得换能器产生更大的错位，上述问题会变得更为明显。
发明内容
鉴于上述以及其它问题，本发明提供了当将传感器中的超声波换能器推入盖中时，防止压电元件与电路板之间的电连接发生不期望断开的超声波传感器。
本发明的超声波传感器包括位于具有底部和圆柱形主体的壳体内的超声波换能器，覆盖换能器外部圆周表面和连接销拉出表面的圆柱形弹性元件，具有开口端的中空盖，通过该开口端将换能器插入其中，以暴露的方式设置在盖中空空间内的接合销，和以与压电元件电连接的方式设置在盖中空空间内的电路板。在上述结构中，壳体底部具有设置在内表面上的压电元件，和所述压电元件具有与其伸出壳体的一端进行电连接的连接销。此外，所述连接销穿透设置在壳体上的基底。此外，所述盖将换能器容置在开口中，所述换能器带有设置在其中的弹性元件。
此外，连接销的暴露部分在盖中空空间内与接合销电连接，和当在换能器的插入方向上将连接销压入开口中时，接合销在插入方向上弯曲。
此外，电路板与压电元件之间的电连接条件通过使电路板与接合销和连接销进行电连接而得到实现。
在上述结构中，连接销通过接合销间接连接在电路板上，使得将换能器推入盖中的外部作用力被释放为连接销的变形。以这种方式，可以防止压电元件与电路板之间的电连接受到损害。
本发明的其他目的、特征和优点从下面参照附图进行的详细说明中将变的更加明显，其中图1A示出了本发明第一实施方案中的超声波换能器的剖视图；图1B示出了第一实施方案中具有压电元件的超声波换能器壳体的底视图；图1C示出了第一实施方案中的超声波换能器的底视图；图1D示出了第一实施方案中的超声波换能器的侧视图；图2A示出了第一实施方案中的超声波传感器的剖视图；图2B示出了第一实施方案中的超声波传感器盖的底视图；图3A示出了第一实施方案中的超声波换能器的透视分解图；图3B示出了第一实施方案中的超声波换能器的另一透视分解图；图4A示出了第一实施方案中的圆柱形弹性主体的底视图；和图4B示出了第一实施方案中的圆柱形弹性主体的侧视图。
具体实施例方式
本发明的优选实施方案将参照附图进行描述。在这些实施方案中，相同的部件具有相同的附图标记。
(第一实施方案)
第一实施方案中的超声波传感器描述如下。该实施方案中的超声波传感器可以用作，例如，当将其设置在车辆保险杠上时，可以用作后部声纳或转弯声纳。
图1A～1D示出了本发明第一实施方案超声波传感器100中的超声波换能器10的示例。即，图1A是剖视图，图1B是壳体11的底视图，图1C是底视图，和图1D是换能器10的侧视图。图1A中的剖视图是沿图1C中的IA-IA线的。图1B示出了具有将压电元件12设置于其中的壳体11的示例。
超声波换能器10包括，具有圆柱形底部的壳体11，压电元件12，设置在具有衬垫13的壳体11开口中的基底14，和一端与压电元件12电连接的连接销15。连接销15的另一端刺穿基底14，从而向壳体11外部伸出。
壳体11由导电材料(例如金属或者具有形成在其上的金属涂层的绝缘材料)制成。壳体11具有形成在其中的内部空间16。壳体11的底部11a具有粘在内表面上的压电元件12。底部11a的外表面为振动面11b。在本实施方案中，导电材料为铝，和振动面11b呈圆形。内部空间16的上侧为分别具有不同长度和宽度的矩形(该矩形的角为圆形)，如图1B所示。内部空间16的形状限定了换能器10的方向性，即，在水平和垂直方向上分别具有方向性。在此情形中，换能器10的方向性为在水平方向上较宽，而在垂直方向上较窄。
压电元件12包括在其前表面和后表面带有电极(图中未显示)的压电陶瓷元件(例如，锆钛酸铅)，并且表面上的一个电极通过利用，例如导电粘合剂，连接在壳体11的底部11a上。其中一个电极通过导线17a与一对连接销15的其中之一电连接，以及另一个电极利用导电粘合剂粘附在壳体11底部上，从而在通过由导电材料制成的壳体11与导线17b连接之后，与一对连接销15中的另外一个进行连接。壳体11的内部空间16从压电元件12侧开始依次填充有毛毡和硅，这些毛毡和硅由设置在衬垫13和基底14上的孔(图中未显示)中倒入，以抑制从振动表面传递到连接销15的不必要振动。
设置在壳体11的开口端和基底14之间的衬垫13是弹性主体，用于控制将由壳体11底部11a在壳体11圆柱形部分11c上引起的不期望振动传递到容置有连接销15的基底上。衬垫13由例如硅橡胶制成。在本实施方案中使用的衬垫13可以略去。
基底14由绝缘材料制成，设置成可使连接销15刺穿通过其中，并且围绕壳体11的开口侧外表面设置，壳体11具有插入其间的衬垫13。本发明的绝缘材料为，例如，合成材料，比如ABS树脂。连接销15的部分通过插入模制设置在基底14中。在基底14中，保护部分18沿连接销15的纵向方向延伸，以用于保护销15。所述保护部分18保护向壳体11外部延伸的连接销15的预定部分。一个保护部分18主体覆盖一对连接销15。
此外，在基底14中，第一标记器14a以凸出的方式形成在连接销15的凸出方向上。第一标记器14a的末端，如图1C和1D所示，在径向向外方向上部分凸出于基底14的外表面。
连接销15，例如，主要由铜制成，并且在直径上具有0.5mm的厚度。在该实施方案中，由于换能器10在水平和垂直方向上分别具有不同方向性的构造，保护部分18和连接销15定位于偏离换能器10(即，壳体11)中心的位置上。
保护部分18可以与基底14分开成形，并且可以，例如利用粘合剂连接在基底14上。此外，还可以对各个销15单独进行覆盖和保护。可以通过使用粘合剂而非通过插入模制的方式将销15连接在基底14和保护部分18的预定位置上。
超声波换能器10在基底14上包括作为阻尼器的泡沫弹性主体19。本发明所述的泡沫弹性主体19为，例如，泡沫硅。连接销15刺穿泡沫弹性主体19。所述泡沫弹性主体19可以略去。通过使用粘合剂(例如硅粘合剂)可以将壳体11、衬垫13、基底14和泡沫弹性主体19彼此粘合起来，从而形成换能器10。
图2A和2B示出了图1A实施方案中的超声波传感器100的示例。即，图2A显示了剖视图，和图2B显示了从盖30相反侧观察盖30的底视图，盖30用于容置传感器100的电路板20。在图2A中，出于例证说明的目的，将电路板20上的电子元件略去。
超声波传感器100包括超声波换能器10和电路板20，所述电路板20用于向换能器10施加电压，从而产生超声波，以及用于处理由换能器反作用而引发的电压。换能器10和电路板20都设置在由合成树脂制成的盖30内。
盖30具有引导部分31，该引导部分用于相对于电路板20的连接部分定位销15和保护部分18。引导部分31形成为盖30的一部分。
引导部分31形成为隔离体，用于将盖30的空间隔离成一个容置换能器10的空间和一个容置电路板20的空间。引导部分31具有将保护部分18插入其中的定位孔31a。所述孔31a具有与保护部分18相同的外部形状(例如，在该实施方案中为椭圆形)，并且具有与上述保护部分18相同或者稍稍大于保护部分18的尺寸。通过将保护部分18以及连接销15插入引导部分31的定位孔31a中，换能器10相对于盖30得到定位，以及换能器10的连接销15相对于电路板得到定位。
此外，引导部分31具有另外一个与定位孔31a分离的孔。所述另外一个孔命名为刺穿孔31b，并且该孔31b是用于与下述圆柱形弹性主体33的钩33d相接合的孔。
相对于引导部分31的盖30的电路板20侧具有用作接合销的插入销21。插入销21的数量与连接销15的数量相等。在本实施方案中，两个插入销21成对对应于连接销15。将插入销21插入模制在盖30中，从而与盖30一体成形。插入销21的一端在盖30的空间中露出，并且该末端延伸至与引导部分31的定位孔31a相对应的位置上。至少将从盖30凸出的插入销21的末端成形为具有细柱形的可变形形状。插入销21的末端具有孔21a，和连接销15的尖端插入到孔21a中。插入销21的另一端21b在与电路板20在盖30中的插入方向平行的方向上以凸出的方式露在盖30中。末端21b插入到成形在电路板20上的第一穿孔20a上。
在与连接销15相连的一端上，插入销21在盖30上的凸出量可以任意进行设置，只要当由于施加在换能器上用于将换能器压入盖30中的压力引起的换能器错位产生反作用力时，插入销21的末端能够弯曲吸收连接销15上的反作用力即可。
盖30的上侧具有圆形开口32，和具有粘合在外表面上的圆柱形弹性主体33与在基底14之下用于抑制振动的泡沫弹性主体34的换能器10从开口32中插入，从而与盖30组装起来。盖30的开口32暴露了换能器11的振动表面11B，并且从开口32传向盖30外的换能器10的超声波得到消除。
盖30的开口32的内表面具有第三标记器38，用于定位第二标记器33C在圆柱形弹性主体33上的位置。所述第三标记器38沿换能器10插入盖30的方向形成为凹槽，用于插入在环形方向上定位换能器10的第二标记器33C。
图3A和3B显示了透视分解视图。即，图3A示出了超身波换能器10和圆柱形弹性主体的透视分解视图，和图3B示出了盖30和具有连接在其上的弹性主体33的超声波换能器10。图4A和4B示出了圆柱形弹性主体33的示例。即，图4A示出了圆柱形弹性主体33的底视图(即，面向侧面)，和图4B示出了圆柱形弹性主体33的侧视图。
圆柱形弹性主体33由硅酮橡胶制成，并且覆盖换能器10中壳体11的圆柱形部分11c的外表面，用于防止不必要的振动由换能器10传递到盖30。
如图3A、3B、4A和4B所示，圆柱形弹性主体33在盖30的开口32侧具有凸出形状的凸缘33a，用于覆盖换能器33c外表面的外壁33b，在弹性主体33插入盖30开口32中的插入端上的钩33d，和在弹性主体33外壁33b内表面上的用于接收第一标记器14a的切口33e。
当换能器10被插入开口32中时，凸缘33a和钩33d在换能器10插入方向的两端都连接在开口32的壁上。更具体而言，在凸缘33a的反作用力的协助下，通过形成在与定位孔31a不同位置上的孔，钩33d与引导部分31的反侧(即，电路板侧)啮合。
外壁33b的内径基本上等同于或者稍稍大于换能器10的直径。由此，换能器10能够被圆柱形弹性主体33的外壁33b覆盖，不会有任何缝隙。
第二标记器33c与换能器10插入盖30开口端32中的插入方向平行成形。当圆柱形弹性主体33覆盖换能器10时，第二标记器33c的高度稍稍低于第一标记14a在换能器径向上的顶端位置。
切口33e形成在弹性主体33上，用于使得第一标记器14a满足使得换能器10被弹性主体33覆盖的条件。
当换能器10插入圆柱形弹性主体33，同时第一标记器14a与第二标记器33c对准时，第一标记器14a的前端暴露于弹性主体33的外壁33b，同时第一标记器14a和第二标记器33c对准于相同直线。然后，第一标记器14a的前端由第三标记器38进行引导，用于将换能器10插入盖30的开口32中。照此方式，保护部分18进入引导部分31的定位孔31a中，和连接销15进入插入销21的孔21a中。由此，换能器10利用凸缘33a和钩33d固定在盖30上。
泡沫弹性主体34由例如泡沫橡胶或者硅酮橡胶等制成。所述泡沫弹性主体34具有连接销15和设置在其中的保护部分18。泡沫弹性主体34具有切口，和该切开接收保护部分18。此外，换能器10、弹性主体33和泡沫弹性主体34通过硅酮粘合剂彼此粘合起来。
由引导部分31分离的盖30部分填充有防潮元件35。更具体而言，定位盖30侧面的电路板20填充有用于防止潮湿的防潮元件35。所述防潮元件35为，例如，硅酮树脂或者尿烷树脂。本实施方案中的防潮元件35为硅酮树脂。在这种情形中，如图2A和2B所示，电路板20具有用于输出信号的向外输出末端36，所述输出末端36的一端从形成在盖30的一个面上的连接器37中露出。
换能器10以以下方式与盖30进行组装。即，由圆柱形弹性主体33和泡沫弹性主体34覆盖的换能器10插入盖30的开口32中。在插入换能器10的过程中，保护部分18与连接销15一起插入引导部分31的定位孔31a中。然后，弹性主体33的钩33d进入引导部分31的通孔31b中，从而与引导部分31的反侧相接合。
照此方式，换能器10定位在盖30的预定位置上，和连接销15插入插入销21的孔21a中。此外，具有粘合在其上的弹性主体的换能器10固定在盖30的开口中。将插入销21和连接销15焊接在一起以用于电连接。
此外，电路板20设置在盖30内。照此方式，插入销21的末端21b插入到电路板20的通孔20a中，和外部输出末端36插入到电路板20的通孔20b(即，第一通孔)中。然后，末端/销与孔的焊接使得压电元件12能够与电路板20通过插入销31进行电连接，以及外部输出末端36能够与电路板20进行电连接。
在焊接末端和销之后，向盖30的内部空间填充防潮元件35。在此情形中，在定位换能器10之后，将电路板20设置在盖30中。然而，电路板20可以在将换能器10定位于盖30中之前进行设置于盖30中。
本发明的超声波传感器100具有连接销15，所述连接销由基底14的预定位置伸出并且由保护部分18覆盖，从而使得超声波换能器能够相对于盖30的定位孔31a轻易定位。照此方式，在插入插入销21的孔21a以及将插入销21插入电路板20的通孔20a的过程中，连接销15可以免受损害。由此，超声波传感器100的组装运转可操作性得到了提高。
本发明的优点可以由连接销15与电路板20的连接结构推导得到。即，连接销15通过插入销21连接在电路板20上，而不是直接连接在电路板20上，由此可以使得将换能器10过度插入盖30中而产生的反作用力向插入销21释放。此外，通过使孔21a与连接销15对准，相对于盖30更容易进行换能器10的定位。此外，插入销21和外部输出末端36与孔20a、20b得到了对准，由此使得超声波传感器100的组装运转可操作性的得到了改进。
尽管本发明已经参照附图并结合优选实施例进行了充分描述，但也应当注意，对于本领域熟练技术人员而言，不同的变化和修改也是很明显的。
例如，在上述实施例中，将插入销21与盖30进行插入模制。然而，所述插入销21可以以不同的方式进行成形，只要它们可以与盖30一体形成即可。此外，插入销21的形状可以不同于以上实施方案。即，在上述实施方案中插入销21露于盖30中的部分总体成形为细的部分也可以成形为部分细形的部分，它们具有在施加过度作用力时同样易于弯曲的相同效果。
这些改变和修改应理解为在如所附权利要求中限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种超声波传感器(100)，包括超声波换能器(101)，其位于具有底部(11a)和圆柱形主体的壳体(11)中，其中所述壳体(11)的底部(11a)具有设置在内表面上的压电元件(12)，其中所述压电元件(12)具有连接销(15)，连接销(15)与所述元件(12)电连接并且其一端伸出壳体(11)，并且其中连接销(15)穿透设置在壳体(11)上的基底(14)上；圆柱形弹性元件(33)，覆盖换能器(10)的外部周边表面和连接销拉出表面；中空盖(30)，其具有开口(32)，换能器(10)通过该开口(32)插入盖(30)中，其中所述盖(30)将换能器(10)和设置在其上的弹性元件(33)容置在开口(32)中；接合销(21)，以露出的方式设置在盖(30)的中空空间内，其中接合销(21)的露出部分在盖(30)的中空空间中与连接销(15)电连接，并且其中当在换能器(10)插入开口(32)的插入方向上挤压连接销(15)时，接合销(21)在插入方向上进行弯曲；和电路板(20)，在与压电元件(12)电连接的条件下设置在盖(30)的中空空间内，其中电路板(20)与压电元件(12)的电连接条件通过使用接合销(21)与连接销(15)电连接电路板(20)而得到实现。
2.如权利要求1所述的超声波传感器(100)，其中所述连接销(21)为通过插入模制于盖(30)内得到成形的插入销，和所述插入销具有露于盖(30)内中空空间中的一端(21b)。
3.如权利要求2所述的超声波传感器(100)，其中所述插入销(21)在一端具有孔(21a)，和所述连接销(15)和插入销(21)上的孔(21a)被构造成当换能器(10)设置在盖(30)中时，具有使得从壳体(11)伸出的连接销(15)一端构成进入孔(21a)的位置关系的形状。
4.如权利要求3所述的超声波传感器(100)，进一步包括引导部分(31)，用于分离具有换能器(10)的开口(32)和具有电路板(20)的中空空间，其中所述引导部分(31)具有形成于其中的定位孔(31a)，其中所述定位孔(31a)具有插入于其中的连接销(15)，其中所述连接销(15)的一端被构造成当从壳体(11)中伸出的连接销(15)的一端插入定位孔(31a)中时，连接销(15)的这一端进入插入销(21)的孔(21a)中。
5.如权利要求3所述的超声波传感器(100)，进一步包括第一标记器(14a)，设置在换能器(10)上，其中所述第一标记器(14a)径向凸出换能器(10)的外部周边表面；第二标记器(33c)，形成在圆柱形弹性主体(33)的外部周边表面(33b)上；和第三标记器(38)，形成于盖(30)开口(32)的内壁上，其中换能器(10)的第一标记器(14a)和弹性元件(33)上的第二标记器(33c)彼此对准，以用弹性元件(33)覆盖换能器(10)，和第一标记器(14a)和第二标记器(33c)与第三标记器(38)对准，以将换能器(10)插入开口(32)中。
6.如权利要求2所述的超声波传感器(100)，其中所述插入销(21)的另一端(21b)在将电路板(20)插入盖(30)中空空间的插入方向上延伸，和所述插入销(21)的另一端(21b)和电路板(20)上的第一通孔(20a)被构造成当电路板(20)插入盖(30)的中空空间时，具有使得所述插入销(21)的另一端(21b)构成插入第一通孔(20a)中的位置关系的形状。
7.如权利要求6所述的超声波传感器(100)，进一步包括在盖(30)内的外部连接末端(36)，用于通过插入电路板(20)的第二通孔(20b)电连接电路板，其中与电路板(20)相连的末端(36)的一端(36a)在电路板(20)插入盖(30)内中空空间中的方向上延伸，和末端(36)的一端(36a)和电路板(20)的第二通孔(20b)被构造成当电路板(20)插入盖(30)的中空空间中时，具有使得末端(36)的一端(36a)构成插入第二通孔(20b)中的位置关系的形状。
全文摘要
超声波传感器(100)具有用于在超声波换能器(10)和电路板(20)之间实现电连接的中间连接元件(21)。当在换能器(10)上施加过度压力将换能器(10)推入盖(30)中时，由所述中间连接元件(21)支撑的换能器(10)的连接销(15)避免受到损害，这是由于连接元件(21)的变形释放了作用力，不会对换能器(10)和电路板(20)之间的连接造成损害。
文档编号B06B3/00GK101055313SQ20071009603
公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者川岛康裕, 可儿博之 申请人:株式会社电装