超声波传感器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请基于在2017年11月30日申请的日本专利申请编号2017-230722号，其记载内容通过参照并入本申请。

本发明涉及超声波传感器。

背景技术：

已知有通过超声波的收发来探测物体的超声波传感器。具体而言，这种超声波传感器通过压电元件等振动元件激励膜片部来发送超声波。另外，这种超声波传感器通过将伴随着发送出的超声波的来自物体的反射波的接收的、膜片部的振动转换成电信号，来探测物体。

在这种超声波传感器中，若在低温时膜片部被冰或者雪覆盖，则探测性能降低。因此，以往已知有设置了加热膜片部的加热器的结构(例如参照专利文献1等)。

专利文献1：美国专利申请公开第2009/0211360号说明书。

技术实现要素：

若如在专利文献1等中记载的那样，对超声波传感器追加用于防止或者消除冻结以及雪附着的加热器，则存在因结构部件的增加而制造成本增大的缺点。本公开是鉴于在上述中例示的事情等而完成的。

根据本公开的一个观点，超声波传感器具备：

超声波收发器，具有振动元件和收发器壳体，上述振动元件具有机械振动与电信号之间的转换功能，上述收发器壳体被设置成覆盖上述振动元件；

传感器壳体，收纳与上述超声波收发器电连接的控制基板，并且支承上述超声波收发器；以及

屏蔽部，将包括上述振动元件以及上述控制基板的电路的至少一部分电磁屏蔽。

上述屏蔽部被构成为：通过一端与接地线始终电连接来将上述电路的上述至少一部分电磁屏蔽，并且通过另一端与电源选择性地电连接来根据通电而发热。

在上述结构中，上述屏蔽部通过上述一端与上述接地线始终电连接，来将上述电路的上述至少一部分电磁屏蔽。另外，上述屏蔽部通过上述另一端与上述电源选择性地电连接，来根据通电而发热。

即，在上述结构中，能够使将上述电路的上述至少一部分电磁屏蔽的上述屏蔽部作为用于防止或者消除冻结以及雪附着的加热器发挥作用。因此，根据所涉及的结构，能够尽可能地抑制因结构部件的增加而使制造成本增大，并且能够防止或者消除上述超声波传感器中的冻结以及雪附着。

此外，对各要素标记的带括弧的参照附图标记示出该要素与后述的实施方式中记载的具体单元的对应关系的一个例子。由此，本公开并不由上述的参照附图标记的记载进行任何限定。

附图说明

图1是表示一实施方式所涉及的超声波传感器的概略的装置结构的侧剖视图。

图2是表示图1所示的超声波传感器的主要部分中的概略的电路结构的图。

图3是表示图2所示的控制部的动作例的流程图。

图4是表示一变形例所涉及的超声波传感器的概略的装置结构的侧剖视图。

图5是表示另一变形例所涉及的超声波传感器的主要部分中的概略的电路结构的图。

图6是表示图5所示的控制部的动作例的流程图。

具体实施方式

(实施方式)

以下，基于附图对实施方式进行说明。此外，对于能够对一个实施方式应用的各种变形例，由于若被插入至关于该实施方式的一系列的说明的中途，则存在该实施方式的理解被妨碍的担忧，因此在该实施方式的说明之后集中记载。

(整体结构)

首先参照图1，对本实施方式所涉及的超声波传感器1的整体结构进行说明。如图1所示，超声波传感器1具备超声波收发器2、弹性保持部件3、减振部件4、传感器壳体5、电路6、屏蔽部7以及填充材料8。

超声波收发器2构成为能够收发超声波。即，超声波收发器2构成为基于外加的驱动信号将探查波沿着指向轴da发送，并且接收基于存在于周围的物体的反射波来产生接收信号。以下，存在将与指向轴da平行的方向称为“轴向”的情况。“轴向上的前端侧”对应于图1中的上侧。“轴向上的基端侧”对应于图1中的下侧。另外，存在将与轴向正交的方向称为“面内方向”的情况。

超声波收发器2具有振动元件21与收发器壳体22。振动元件21是具有机械振动与电信号之间的转换功能的电气元件，由压电元件等构成。

收发器壳体22设置成覆盖振动元件21。在本实施方式中，收发器壳体22具有以指向轴da为中心轴线的有底圆筒状的外形形状。具体而言，收发器壳体22具有膜片支承部23与膜片部24。在本实施方式中，收发器壳体22由铝等金属无接缝地一体形成。

膜片支承部23形成为沿着指向轴da延伸设置的圆筒状。膜片部24被设置成是将膜片支承部23的轴向上的前端侧封闭的薄板状的部分，并且构成收发器壳体22的顶板部。

在膜片部24的内侧表面亦即膜片内表面25的面内方向上的大致中央部固定有振动元件21。即，振动元件21设置于超声波收发器2的轴向上的前端侧。膜片部24通过由驱动信号的外加引起的振动元件21的振动或者反射波的接收，而以由膜片支承部23固定地支承的外缘部作为固定端来激励振动。

弹性保持部件3由具有绝缘性且具有弹性的硅橡胶等合成树脂系弹性材料形成。合成树脂系弹性材料也被称为粘弹性材料或者弹性体。弹性保持部件3具有大致圆筒状。弹性保持部件3构成为通过使超声波收发器2的轴向上的前端侧露出并覆盖基端侧，从而将超声波收发器2弹性支承。

减振部件4是圆盘状的部件，具有与弹性保持部件3的内径对应的外径。即，减振部件4在轴向上的比将超声波收发器2弹性支承的部分靠基端侧，嵌入至弹性保持部件3的内侧的圆柱状的空间内。减振部件4由具有绝缘性且具有弹性的发泡硅等发泡弹性体形成，以便抑制从超声波收发器2向传感器壳体5的振动传递。

构成超声波传感器1的框体的传感器壳体5构成为保持弹性保持部件3的轴向上的基端部。即，超声波收发器2经由弹性保持部件3而被传感器壳体5支承。

在本实施方式中，传感器壳体5具有壳体主体部51、连接器部52以及壳体筒部53。传感器壳体5由聚丙烯等硬质的合成树脂一体形成。

壳体主体部51是形成为大致长方体状的箱状部分，形成为轴向上的基端侧开口的有底筒状。连接器部52为了将超声波传感器1与电子控制单元等外部机器电连接，而从壳体主体部51中的侧壁部朝着外侧延伸设置。

壳体筒部53是大致圆筒状的部分，从壳体主体部51向轴向上的前端侧突出地设置。壳体筒部53的内侧的圆柱状的空间设置为与壳体主体部51的内侧的大致长方体状的空间连通。以下，将壳体筒部53的内侧的空间中的除了被减振部件4占有的部分以外的部分、和壳体主体部51的内侧的空间统称为传感器壳体5的内侧的空间。

在传感器壳体5的内侧的空间收纳有构成电路6的控制基板60及布线部61和屏蔽部7。即，传感器壳体5构成为收纳布线部61和经由所涉及布线部61与超声波收发器2电连接的控制基板60，并且将超声波收发器2弹性地支承。

形成于超声波传感器1的内部的电路6由振动元件21、控制基板60以及布线部61构成。在控制基板60安装有包括控制电路部62和温度传感器63的多个电路元件。

控制电路部62设置为控制超声波传感器1的动作。即，控制电路部62基于从电子控制单元等外部机器接收到的控制信号，来控制超声波收发器2中的收发动作。另外，控制电路部62将与通过超声波收发器2中的收发动作而得到的接收信号对应的物体探测信号向外部机器发送。温度传感器63设置成产生与超声波传感器1的温度对应的输出(例如电压)。

在本实施方式中，屏蔽部7设置于传感器壳体5以便将电路6的至少一部分电磁屏蔽。具体而言，屏蔽部7固定于传感器壳体5的内表面以便覆盖控制基板60和在传感器壳体5的内侧的空间从减振部件4向轴向上的基端侧延伸突出的布线部61。

屏蔽部7构成为兼具电磁屏蔽功能和发热功能。具体而言，在本实施方式中，屏蔽部7由镍-铬合金等金属电阻体形成为薄板状或金属丝网状。对于屏蔽部7的电连接关系，在后叙述。

在传感器壳体5的内侧的空间填充有具有绝缘性且具有弹性的硅橡胶等的填充材料8。

(电路结构)

图2示出本实施方式所涉及的超声波传感器1与电源b电连接的状态下的电路6的电路结构的概略。若参照图2，则屏蔽部7的电流流通路径中的一端亦即第一端子71与接地的接地线g始终电连接。另外，屏蔽部7的电流流通路径中的另一端亦即第二端子72被设置成与电源b选择性地电连接。具体而言，第二端子72在屏蔽部7的发热时与电源b电连接，在屏蔽部7的非发热时与接地线g电连接。

像这样，屏蔽部被构成为通过第一端子71与接地线g始终电连接来将电路6的至少一部分电磁屏蔽，并且通过第二端子72与电源b选择性地电连接来根据通电而发热。以下，对将第二端子72择一地与电源b和接地线g中的一方电连接的结构的具体例进行说明。

在本实施方式中，控制电路部62具有控制部620、发送电路621、接收电路622以及加热器开关623。

控制部620与发送电路621电连接，以便通过控制发送电路621而使发送电路621输出驱动信号。发送电路621与振动元件21电连接，以便在控制部620的控制下向振动元件21输出驱动信号。收发器壳体22通过与振动元件21中的基准电极即接地侧电极始终电连接，从而与接地线g始终电连接。

接收电路622与振动元件21电连接，以便对通过超声波收发器2中的反射波的接收而在振动元件21产生的接收信号进行放大等信号处理。控制部620与接收电路622电连接，以便从接收电路622接收由接收电路622进行信号处理后的接收信号。

控制部620与温度传感器63电连接，以便从温度传感器63接收与超声波传感器1的温度对应的输出。控制部620与加热器开关623电连接，以便根据由温度传感器63检测到的超声波传感器1的温度来控制屏蔽部7中的通电状态。加热器开关623被设置成在控制部620的控制下将第二端子72择一地与电源b和接地线g中的一方电连接。

(效果)

以下，参照各附图，对基于本实施方式的结构的动作的概要及由该结构起到的效果进行说明。

在本实施方式中，屏蔽部7的第一端子71与接地线g始终电连接。由此，屏蔽部7通过覆盖电路6的至少一部分，具体而言，覆盖控制基板60以及布线部61，从而将它们电磁屏蔽。此外，电路6中的振动元件21被接地的金属制的收发器壳体22电磁屏蔽。另外，屏蔽部7通过第二端子72与电源b选择性地电连接，来根据通电而发热。

即，在上述结构中，能够使将电路6的至少一部分电磁屏蔽的屏蔽部7作为用于防止或者消除冻结以及雪附着的加热器发挥作用。因此，根据所涉及的结构，能够尽可能地抑制因结构部件的增加而使制造成本增大，并且能够防止或者消除超声波传感器1中的冻结以及雪附着。

在本实施方式中，屏蔽部7中的第二端子72在发热时与电源b电连接，而在非发热时与接地线g电连接。即，屏蔽部7在非发热时，第一端子71以及第二端子72双方与接地线g电连接。因此，根据所涉及的结构，即使使用由电阻体形成的屏蔽部7，控制基板60等也能够被良好地电气屏蔽。

超声波传感器1在规定的物体探测动作条件成立的状况下，通过超声波收发器2中的超声波的收发来探测周围的物体。关于这一点，在本实施方式中，控制部620在超声波传感器1的物体探测动作条件不成立的状况下，使屏蔽部7通电。由此，能够不对超声波传感器1的物体探测动作带来负面影响，并且能够良好地防止或者消除超声波传感器1中的冻结以及雪附着。

在本实施方式中，控制部620基于温度传感器63的输出来控制屏蔽部7中的通电状态。具体而言，控制部620控制屏蔽部7中的通电状态，以便屏蔽部7中的发热量w根据由温度传感器63检测到的超声波传感器1的温度t与规定的基准温度tf之间的差而变化。由此，能够根据超声波传感器1的温度、即周围温度来适当地进行屏蔽部7中的发热控制。

图3是表示基于控制部620的屏蔽部7的通电控制动作的一个例子的流程图。此外，在附图以及说明书中的以下的说明中，将“步骤”简记为“s”。对于后述的图6的流程图也相同。

控制部620从搭载了超声波传感器1的系统的电源被接通的时刻，例如车辆的点火开关接通的时刻起，以规定时间间隔反复启动图3所示的通电控制程序。若图3所示的通电控制程序被启动，则首先，在s310中，控制部620判定物体探测动作条件是否成立。

在物体探测动作条件成立的情况下(即s310＝是)，控制部620在使处理进入s320后，将本程序暂时结束。在s320中，控制部620将屏蔽部7与电源b的电连接设为不允许。由此，基于屏蔽部7的加热器动作变为关闭(off)。另一方面，在物体探测动作条件不成立的情况下(即s310＝否)，控制部620使处理进入s330以及s331。

在s330中，控制部620基于温度传感器63的输出来获取超声波传感器1的温度t。在s331中，控制部620判定在s330中获取的温度t是否比基准温度tf低。

在温度t为基准温度tf以上的情况下(即s331＝否)，控制部620在使处理进入s320后，将本程序暂时结束。即，在该情况下，控制部620将屏蔽部7与电源b的电连接设为不允许。由此，基于屏蔽部7的加热器动作变为关闭。

在温度t比基准温度tf低的情况下(即s331＝是)，控制部620使处理进入s340及其之后。即，在s340中，控制部620允许屏蔽部7与电源b的电连接。由此，基于屏蔽部7的加热器动作变为开启(on)。另外，控制部620通过s341及其之后的处理，来执行根据超声波传感器1的温度t的发热控制。

具体而言，首先，在s341中，控制部620判定温度t是否比温度tl1低。tl1<tf。

在温度t为温度tl1以上的情况下(即s341＝否)，控制部620在使处理进入s342后，将本程序暂时结束。在s342中，控制部620将发热量w设定为w1。具体而言，控制部620调整在屏蔽部7中流通的电流的大小或占空比，以便屏蔽部7中的发热量w变为w1。

在温度t比温度tl1低的情况下(即s341＝是)，控制部620使处理进入s343。在s343中，控制部620判定温度t是否比温度tl2低。tl2<tl1。

在温度t为温度tl2以上的情况下(即s343＝否)，控制部620在使处理进入s344后，将本程序暂时结束。在s344中，控制部620将发热量w设定为w2。w1<w2。

在温度t比温度tl2低的情况下(即s343＝是)，控制部620在使处理进入s345后，将本程序暂时结束。在s345中，控制部620将发热量w设定为w3。w2<w3。

(变形例)

本公开并不限定于上述实施方式。因此，能够对上述实施方式进行适当的变更。以下，对代表性的变形例进行说明。在以下的变形例的说明中，以与上述实施方式的不同点为主进行说明。另外，在上述实施方式与变形例中，对相互相同或等同的部分标记相同的附图标记。因此，在以下的变形例的说明中，关于具有与上述实施方式相同的附图标记的构成要素，只要没有技术矛盾或者特别的追加说明，能够适当地引用上述实施方式中的说明。

超声波传感器1不限定于能够收发超声波的结构。即，例如，也可以超声波传感器1具有仅能够进行超声波的发送的结构。或者也可以超声波传感器1仅具有接收从其他的超声波发送器发送的超声波亦即探查波的基于存在于周围的物体的反射波的功能。

超声波传感器1中的各部的结构也不限定于上述具体例。具体而言，例如，超声波收发器2的外形形状不限定于大致圆柱状，也可以为大致正六棱柱状、大致正八棱柱状等。另外，振动元件21不限定于压电元件，也可以是静电电容型。

在上述实施方式中，屏蔽部7设置于传感器壳体5以便主要加热传感器壳体5。具体而言，屏蔽部7固定于传感器壳体5的内表面。然而，本公开不限定于所涉及的形式。

在图4所示的一变形例所涉及的超声波传感器1中，收发器壳体22由绝缘性合成树脂无接缝地一体形成。在所涉及的绝缘性合成树脂制的收发器壳体22埋设有收发器屏蔽部700。

在本变形例中，收发器屏蔽部700是由镍-铬合金等金属电阻体形成的、包围指向轴da的螺旋状的电热线，设置于膜片支承部23。

在本变形例的结构中，超声波传感器1中的接近寒冷的外部空气的可能性最高的超声波收发器2被收发器屏蔽部700良好地加热。因此，根据所涉及的结构，能够良好地防止或者消除超声波传感器1中的冻结以及雪附着。

此外，在图4所示的变形例的结构中，可以省略设置于传感器壳体5侧的屏蔽部7。即，也可以加热超声波传感器1的结构仅是收发器屏蔽部700。

也可以在不对超声波收发器2中的超声波的收发功能产生负面影响的范围内，将收发器屏蔽部700设置于膜片部24。具体而言，例如，收发器屏蔽部700可以设置于膜片部24中的与膜片支承部23的连接部分亦即外缘部。

收发器屏蔽部700可以设置于膜片支承部23与膜片部24中的一方。或者，收发器屏蔽部700可以设置为横跨膜片支承部23与膜片部24。

也可以屏蔽部7被分割为多个分割屏蔽部。此外，在图4所示的变形例的结构中，设置于传感器壳体5侧的屏蔽部7和收发器屏蔽部700也可以被解释为分别是构成多个分割屏蔽部的部件。对于屏蔽部7的分割数n，无特别的限定。n为2以上的整数。即，图4所示的变形例的结构相当于n＝2的情况。

图5示出屏蔽部7被分割为三个分割屏蔽部，即第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703后的情况下的电路结构例。如图5所示，在控制电路部62中，与分割屏蔽部的个数相同数目即三个加热器开关623在电源b与接地线g之间并联设置。

控制部620被设置成分别独立地控制多个分割屏蔽部、即第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的每一个中的通电状态。即，控制部620根据由温度传感器63检测到的超声波传感器1的温度t与规定的基准温度tf之间的差，来控制第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的每一个中的通电的有无。

图6示出图5所示的结构的动作例。在图6中，“加热器h1”对应于第一屏蔽部701，“加热器h2”对应于第二屏蔽部702，“加热器h3”对应于第三屏蔽部703。

若图6所示的通电控制程序被启动，则首先，在s610中，控制部620判定物体探测动作条件是否成立。

在物体探测动作条件成立的情况下(即s610＝是)，控制部620在使处理进入s615后，将本程序暂时结束。在s615中，控制部620将第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的每一个中的与电源b的电连接设为不允许。由此，基于各个第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的加热器动作变为关闭。

在物体探测动作条件不成立的情况下(即s610＝否)，控制部620使处理进入s630以及s631。

在s630中，控制部620基于温度传感器63的输出来获取超声波传感器1的温度t。在s631中，控制部620判定在s630中获取的温度t是否比基准温度tf低。

在温度t为基准温度tf以上的情况下(即s631＝否)，控制部620在使处理进入s615后，将本程序暂时结束。即，在该情况下，控制部620将第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的每一个中的与电源b的电连接设为不允许。由此，基于各个第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的加热器动作变为关闭。

在温度t比基准温度tf低的情况下(即s631＝是)，控制部620使处理进入s650以及s651。在s650中，控制部620将第一屏蔽部701与电源b电连接。由此，基于第一屏蔽部701的加热器动作变为开启。接下来，在s651中，控制部620判定温度t是否比温度tl1低。tl1<tf。

在温度t为温度tl1以上的情况下(即s651＝否)，控制部620在使处理进入s652后，将本程序暂时结束。在s652中，控制部620将第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的每一个中的与电源b的电连接设为不允许。由此，基于各个第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703的加热器动作变为关闭。即，在温度t比基准温度tf低且为温度tl1以上的情况下，仅第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703中的第一屏蔽部701被通电。

在温度t比温度tl1低的情况下(即s651＝是)，控制部620使处理进入s653以及s654。在s653中，控制部620将第二屏蔽部702与电源b电连接。由此，基于第二屏蔽部702的加热器动作变为开启。接下来，在s654中，控制部620判定温度t是否比温度tl2低。tl2<tl1。

在温度t为温度tl2以上的情况下(即s654＝否)，控制部620在使处理进入s655后，将本程序暂时结束。在s655中，控制部620将第三屏蔽部703中的与电源b的电连接设为不允许。由此，基于各个第一屏蔽部701以及第二屏蔽部702的加热器动作变为开启，而基于第三屏蔽部703的加热器动作变为关闭。即，在温度t比温度tl1低且为温度tl2以上的情况下，第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703中的第一屏蔽部701与第二屏蔽部702被通电。

在温度t比温度tl2低的情况下(即s654＝是)，控制部620在使处理进入s656后，将本程序暂时结束。在s656中，控制部620将第三屏蔽部703与电源b电连接。由此，基于第三屏蔽部703的加热器动作变为开启。即，在该情况下，第一屏蔽部701、第二屏蔽部702以及第三屏蔽部703全部被通电。

若将图4的结构与图5的结构组合，则控制部620可以构成为根据温度t来控制设置于传感器壳体5侧的屏蔽部7和收发器屏蔽部700的通电状态。具体而言，控制部620可以构成为根据温度t，来切换仅使设置于传感器壳体5侧的屏蔽部7发热的第一模式、仅使收发器屏蔽部700发热的第二模式、以及使双方发热的第三模式。

也可以超声波传感器1不具备温度传感器63。在该情况下，温度传感器63可以搭载于搭载了超声波传感器1的系统(例如车辆)中的与超声波传感器1不同的部位。具体而言，例如，也可以温度传感器63是车辆的空调中的外部气温传感器。或者，也可以温度传感器63是搭载了内燃机的车辆中的进气温度传感器。

在上述的各具体例中，控制屏蔽部7中的通电状态即发热状态的控制部620搭载于超声波传感器1。由此，能够执行与在上述系统中搭载有多个超声波传感器1的情况下的多个超声波传感器1的每一个中的状况的不同相符的良好的加热器控制。即，例如，能够在位于车辆中的日光照射的部分的超声波传感器1、和位于背阴的部分的超声波传感器1的每一个中，自主地执行与各自的周围温度的不同对应的加热器控制。

然而，本公开不限定于上述形式。具体而言，例如，也可以控制屏蔽部7中的通电状态即发热状态的控制部620设置于与多个超声波传感器1电连接的电子控制单元等外部机器。即，也可以多个超声波传感器1的每一个中的加热器控制由电子控制单元等外部机器集中地执行。

在上述的说明中，也可以通过使相互分体的部件贴合来形成相互无接缝地一体形成的多个构成要素。同样地，也可以相互无接缝地一体形成通过使相互分体的部件贴合而形成的多个构成要素。

在上述的说明中，也可以通过相互不同的材料形成通过彼此相同的材料形成的多个构成要素。同样地，也可以通过彼此相同的材料形成通过相互不同的材料形成的多个构成要素。

除了特别明示了必需的情况以及在原理上明确认为必需的情况等之外，构成上述实施方式的要素当然并不一定是必需的。另外，在提及构成要素的个数、数值、量、范围等数值的情况下，除了特别明示了必需的情况以及在原理上明确限定为特定的数目的情况等之外，本公开并不限定于该特定的数目。同样地，在提及构成要素等的形状、方向、位置关系等的情况下，除了特别明示了必需的情况以及在原理上限定于特定的形状、方向、位置关系等的情况等之外，本公开并不限定于该形状、方向、位置关系等。

变形例也并不限定于上述的例示。另外，能够相互组合多个变形例。并且，能够相互组合上述实施方式的全部或者一部分与变形例的全部或者一部分。