CN101258772A - 超声波传感器 - Google Patents

Abstract

一种超声波传感器，其压电元件的振动不易衰减，可以很容易地将接线端子定位于预设位置，且可以使所述压电元件与所述接线端子之间容易连接。超声波传感器(10)包括具有底部的圆柱形的外罩(12)，该外罩(12)的底面形成有压电元件(16)，衬垫元件(20)与外罩(12)的开口的侧面部分相嵌合。基板(34)以及针型端子(36a、36b)嵌入衬垫元件(20)的支持部(26)且由其予以支持固定。在基板(34)上，形成有与针型端子(36a、36b)连接的电极(38a、38b)，衬垫元件(20)的顶面上形成有开口部(32)，与压电元件(16)电连接的引线(42a、42b)从开口部(32)向外延伸且与电极(38a、38b)相连接，外罩(12)的内部填充有从开口部(32)注入的弹性树脂(44)。

Description

超声波传感器

技术领域

本发明涉及一种超声波传感器，特别涉及一种用于汽车尾部声纳的防衰减型超声波传感器。

背景技术

图12是现有技术中的一种超声波传感器的示意图，如图12所示的超声波传感器1包括一个具有底部的圆柱形外罩2，该外罩2由铝材等材料组成。压电元件3的一个表面与外罩2的内部底面相接合，外罩2的内部的几乎全部空间充满了发泡型树脂4，例如发泡硅，且发泡型树脂4覆盖压电元件3，具有两个接线端子5a与5b的基板6位于外罩2的开口部，并覆盖发泡型树脂4，该基板6的两面分别具有与接线端子5a与5b连接的电极7a与7b，接线端子5a通过形成于基板内侧的电极7a以及电线8与压电元件3的背面相连接，接线端子5b经由形成于基板6的外侧的电极7b以及焊料9，通过外罩2与压电元件3的一个面相接。

在通过如图12所示的超声波传感器1测量与被检测物体之间的距离的情况下，向接线端子5a与5b提供驱动电压以激活压电元件3，由于压电元件3被激振，外罩2的底表面也同时振动，从而发射出与该底面垂直的超声波，如图12的箭头所示。当从超声波传感器1所发射的超声波被被测物体反射回该超声波传感器1后，该压电元件3发生振动，且该振动被转换成电信号，并通过接线端子5a与5b输出。通过测量从施加驱动电压至输出电信号之间的时间可以被测量出来，就可测出超声波传感器1到被测物体之间的距离。

在如图12所示的超声波传感器1中，由于外罩2中充满了发泡型树脂4，外罩2整体的振动可以被抑制，此外，产生于外罩2内部的超声波可经形成于该发泡型树脂4中的大量的发泡孔发散之后再吸收，这可以有效抑制外罩2的振动以及超声波在外罩2内部的传播，从而可以改善回响特性(参见专利文件1)。

图13是现有技术中的另一种超声波传感器的示意图，图13所示的超声波传感器1与于图12中所示的传感器1的不同在于，具有接线端子5a与5b的基板6并不直接附在外罩2上，而是被弹性部分4a所覆盖，该弹性部分4a由硅橡胶等材料组成，且填充在外罩2的内部。由高阻气性硅材料组成的密封剂4b形成在弹性部分4a的暴露面上，接线端子5a通过引线8a连接到压电元件3，而接线端子5b通过引线8b以及外罩2连接到压电元件3。

在图13所示的超声波传感器1中，由高阻气性硅材料组成的密封剂4b形成在弹性部分4a的暴露面上，这可以有效防止腐蚀性气体侵入外罩2内，此外，由于可以将硅材料作为密封剂4b，从而即使在温度急剧变化的低温环境下，也可以确保混响特性处于一个较好的水平(参见专利文件2)。

专利文件1：日本专利申请，公开号为特开平11-266498

专利文件2：日本专利申请，公开号为特开2001-197592

发明内容

本发明要解决的问题

在图12所示的现有技术中的超声波传感器1中，具有接线端子5a、5b的基板6直接与外罩2的侧面固接，从而，压电元件3的振动传递给外罩2及基板6，从接线端子5a及5b发生衰减.

另一方面，在图13所示的超声波传感器中，由于具有接线端子5a与5b的基板被弹性部分4a覆盖，该弹性部分4a由硅橡胶等材料组成，且填充在外罩2的内部，不易通过外罩2产生减振.

然而，在图13所示的超声波传感器1中，由于通过填充硅橡胶等操作来形成弹性部分4a，基板6以及接线端子5a、5b的位置常常发生偏移，从而很难将接线端子5a、5b定位在超声波传感器中的预设位置，而这可能导致安装时的问题。

在图12及图13所示的超声波传感器1中，位于外罩2内部的电线8以及引线8a、8b通过电焊、熔接等方式与接线端子5a、5b相接，然而，在这种连接后，要将基板6和外罩2等装配到一起，该电线8及引线8a、8b的长度就需要很长，此外，在外罩2等组装的过程中，可能会给予电线8及引线8a、8b的焊接部额外的压力，从而，接线端子5a、5b的配线很困难。

从而，本发明的主要目的在于提供一种超声波传感器，该超声波传感器可以使压电元件的振动的衰减更小，可以容易使接线端子配置在预设的位置，且压电元件与接线端子之间可以更容易连接。

解决问题所采用的方案

本发明的超声波传感器，包括：具有底部的圆柱形外罩、形成于该外罩内部底面的压电元件、与外罩开口的侧部相接合的衬垫元件、与该衬垫元件相接合且由该衬垫元件予以支持固定的基板、形成于该基板上且与该接线端子电连接的电极、形成于衬垫元件的顶面的开口部，所述基板上固定有接线端子，所述开口部与外罩的内部以及基板的电极相通。

根据本发明的超声波传感器，还可以包括：与压电元件电连接的连接单元，例如引线或者引导带，该连接单元从开口部向外延伸且与基板上的电极电连接；填充物，例如发泡树脂，通过该开口部注入所述外罩的内部。

根据本发明的超声波传感器，通过将衬垫元件与具有接线端子的基板嵌合形成的接合结构最好是悬臂结构，且上述开口部形成于该悬臂结构的周围。

此外，根据本发明的超声波传感器，在衬垫元件上形成有与接线端子相对应的通孔，该接线端子插入该通孔，从而具有接线端子的基板可通过衬垫元件予以支持固定。

根据本发明的超声波传感器，外罩上形成有压电元件，具有接线端子的基板通过与外罩接合的衬垫元件予以支持固定，从而，基板不直接与外罩相连接，压电元件的振动通过该衬垫元件予以缓冲，不易传递到接线端子，因而不易衰减。

此外，根据本发明的超声波传感器，具有接线端子的基板通过与外罩接合的衬垫元件予以支持固定，从而，该接线端子可以很容易地设置在预定位置上。

此外，根据本发明的超声波传感器，与外罩内部以及基板的电极相通的开口部形成于衬垫元件的顶面上，从而，与压电元件电连接的连接单元，例如引线或者引导带，从开口部向外延伸出来且可以很容易地与基板上的电极电连接，该压电元件与该接线端子也可以很容易地相连接。

根据本发明的超声波传感器，具有弹性的填充物，例如发泡性树脂等，从开口部填充入外罩的内部，从而可以抑制整个外罩引起的震振动。

此外，根据本发明的超声波传感器，由于将衬垫元件与具有接线端子的基板接合构成的接合结构是一个悬臂结构，且所述开口部形成于该悬臂结构的周围，因而可以做成一个较大的开口部，该较大的开口部可以使压电元件与接线端子之间的连接作业以及填充物填充作业更容易。

此外，根据本发明的超声波传感器，该衬垫元件上具有与接线端子相适应的通孔，且该接线端子插入该通孔，因此，具有接线端子的基板通过衬垫元件予以支持固定，所以，该接线端子通过该衬垫元件直接支持固定，很容易地定位在预设位置上。

有益效果

本发明的超声波传感器可使压电元件的震动衰减不易发生，可很容易地将接线端子定位在预定位置上，且可以使压电元件与接线端子之间更容易连接。

结合附图，通过下述实施本发明的最佳实施例的描述，本发明的上述发明目的及其它目的以及特征将更显而易见。

附图说明

图1是本发明的超声波传感器的一个实施例的平面示意图；

图2是图1中的超声波传感器的前视图；

图3是图1中的超声波传感器的侧视图；

图4是图1中的超声波传感器的爆炸示意图；

图5是在图1的超声波传感器中，将针型端子加压在基板上的示意图；

图6是一个衬垫元件用于图1中的超声波传感器的示意图；

图7是图5所示的针型端子嵌入图6中的衬垫元件的情况下的示意图；

图8是应用于图1中的超声波传感器的外罩、压电元件等的示意图；

图9是本发明的超声波传感器的另一实施例的平面示意图；

图10是本发明的超声波传感器的再一实施例的平面示意图；

图11是本发明的超声波传感器的又一实施例的前视图；

图12是现有技术中的一种超声波传感器的平面示意图；

图13是现有技术中的另一种超声波传感器的平面示意图；

附图标记说明：

10、超声波传感器；12、外罩；12a、底面部分；12b、侧壁；14、中空部；16、压电元件；18、吸音部；20、衬垫元件；22、安装部；24、阶梯部；26、26a、26b、支持部；28a、28b、凹部；30a、30b、通孔；32、开口部；34、34a、34b、基板；36a、36b、针型端子；38a、38b、电极；40、吸音部；42a、42b、引线；43a、43b、引导带；44、弹性树脂。

本发明的最佳实施方式

图1是本发明的超声波传感器的一个实施例的平面示意图，图2是该超声波传感器的前视图，图3是该超声波传感器的侧视图，图4是该超声波传感器的爆炸示意图，在图1及图4中，填充在外罩内部的发泡型树脂以及用于电连接的引线均没有示出。

如图1所示的超声波传感器10包括一个具有底部的圆柱形外罩12，该外罩12包括底面部分12a及侧壁12b，外罩12由金属材料形成，例如铝等。如图1及图4所示，在该外罩12的内部形成有一个中空部14，其横截面大致为椭圆形，从而，该外罩12的侧壁12b中，有两面相对的部分具有较小的壁厚，而与该较薄的侧壁部分垂直的侧壁部分具有较大的壁厚，由于从该超声波传感器10发射出的超声波的扩散范围由该中空部14的形状来确定，因此，中空部14的形状根据预设特性来进行设定。

在外罩12的内部，压电元件16设置在底面部分12a的内表面上，该压电元件16在压电基板的两个表面上形成有电极，该压电基板具有圆板状等形状。在该压电元件16的一个表面上的电极通过导电胶等材料粘附在底面部分12a上，一个由毡制品等材料制成的吸音部18通过粘合剂与压电元件16的另一个表面的另一个电极粘合，该吸音部18用于吸收从压电元件16向外罩12的内部传播的超声波，并防止如下所述的弹性树脂44防碍压电元件16的振动。

由硅橡胶等材料构成的衬垫元件20与外罩12的开口部分的侧面部分相嵌合，该衬垫元件20作为一个缓冲器来使用，可以防止不必要的振动从外罩12传播到外部，且可以防止不必要的振动从外部侵入到外罩12。该衬垫元件20包括一个圆柱形的安装部22，该安装部22安装在外罩12上，且在其内部沿高度方向的中间处具有一个阶梯部24，使得在高度方向上上半部分的内部直径小于外罩12的外部直径，而沿高度方向上下半部分的内部直径与外罩12的外部直径大体相同，该附加部22的下半部分与外罩12的开口的侧面部分相嵌合，从而该安装部22可以与外罩12相接。

具有长方体等形状的支持部26从安装部22的上部部分向安装部的中心延伸而形成，支持部26用于支持后述的基板34以及针型端子36a和36b，支持部26的下部具有阶梯部，该阶梯部包括凹部28a及凹部28b，如下所述的基板34与凹部28a相接合，如下所述的吸音部40的一部分与凹部28b相接合。凹部28a形成于支持部26的终端处，凹部28b形成于凹部28a的下面，且比凹部28a更靠近安装部22。该支持部26还包括大致位于该衬垫元件20的中心的两个通孔30a与30b，这两个通孔30a与30b沿上下方向延展，且在支持部26的宽度方向上相间隔，通孔30a与30b与针型端子36a与36b相对应，如下所述的针型端子36a与36b可分别插入通孔30a与30b。

衬垫元件20还包括一个位于其顶面的大致为C型的开口部32，该开口部32位于安装部22的内部、支持部26的外部，即位于支持部26的悬臂结构的周围，该开口部32用于如下所述的将引线42a和42b与电极38a与38b电连接，或者用于以弹性树脂44填充外罩12的内部，且与外罩12的内部或者下述基板34的电极38a和38b相通。

基板34以及针型端子36a、36b嵌入衬垫元件20的支持部26，由该支持部26予以支持固定。该基板34可以是矩形的环氧玻璃基板，而两个针型端子36a与36b被压入且固定于该基板34，且在宽度方向上相间隔。在基板34的顶面上，设有两个电极38a与38b，且这两个电极在宽度方向上相互分离，该电极38a、38b分别与针型端子36a、36b电连接。

该针型端子36a与36b从下部分别插入支持部26的通孔30a与30b，且该基板34的一部分嵌入该支持部26的凹部28a。从而，该基板34、针型端子36a与36b通过衬垫元件20的支持部26加以支持固定，在这种情况下，通过将衬垫元件20的支持部26与基板34、及针型端子36a与36b嵌合构成的接合结构是一个悬臂结构，且针型端子36a与36b基本位于衬垫元件20的中心。

由毡制品等制成的矩形板状的吸音部40通过粘合剂与基板34的下表面粘合，且该吸音部40的一部分嵌入支持部26的凹部28b，该吸音部40用于吸收从基板34向外罩12的内部传播的超声波。

作为连接单元，由聚氨基甲酸酯铜线等制成的引线42a的一端，与外罩12的侧壁12b的内表面相接，从而引线42a通过外罩12与压电元件16的第一表面的电极电连接，引线42a的另一端从开口部32向外延伸，且与基板上的电极38a相连接，从而，位于压电元件16的第一表面的电极通过外罩12、引线42a及电极38a，与针型端子36a电连接。

作为连接单元，由聚氨基甲酸酯铜线等制成的引线42b的一端与压电元件16的第二表面上的电极连接，引线42b的另一端从开口部32向外延伸，且与基板34上的电极38b连接，从而，位于压电元件16的第二表面的电极通过引线42b及电极38b，与针型端子36b电连接。

弹性树脂44由发泡硅等材料组成，该弹性树脂44通过开口部32注入，填满外罩12的内部以及衬垫元件20的开口部32。

下面针对制造该超声波传感器10的方法的一个实施例进行描述。

首先，如图5所示，准备基板34，该基板34由环氧玻璃基板组成，在其上表面印刷有电极38a与38b，且在将针型端子36a、36b压入预制通孔后与该电极38a、38b分别电连接，然后，由毡制品组成的吸音部40通过粘合剂粘附在基板34的下表面上。

其次，如图6所示，形成衬垫元件20，该衬垫元件20由硅橡胶组成，且具有安装部22及支持部26。

然后，如图7所示，针型端子36a、36b分别插入通孔30a、30b，该通孔30a、30b形成于衬垫元件20上的支持部26上。而且，基板34的一部分、吸音部40的一部分分别与形成于支持部26的凹部28a、28b相接合，从而，基板34与针型端子36a、36b可与衬垫元件20的支持部26相嵌合，且通过支持部26予以固定。

此外，如图8所示，准备外罩12，且位于压电元件16的第一表面的电极通过导电粘合剂粘贴在外罩12的底面部分12a的内表面上，此外，由聚氨基甲酸酯铜线制成的引线42a的一端，焊接在外罩12的侧壁12b的内表面上，由聚氨基甲酸酯铜线制成的引线42b的一端，与压电元件16的第二表面上的电极焊接。此外，在外罩12的内部，由毡制品组成的吸音部18通过粘合剂与压电元件16的第二表面上的电极相粘接。

然后，如图2和图3所示，衬垫元件20的安装部22与外罩12的开口的侧面部分相嵌合，引线42a的另一端从开口部32向外延伸且焊接在电极38a上，此外，引线42b的另一端从开口部32向外延伸且焊接在电极38b上。

于是，外罩12的内部以及衬垫元件20的开口部32填充了弹性树脂44，例如发泡硅。在这种情况下，将未发泡的树脂通过衬垫元件20的开口部32注入外罩12的内部，然后通过加热、发泡硬化，就完成了弹性树脂44的填充。超声波传感器10就被制造出来了。

在该超声波传感器10被用作汽车的尾部声纳等情况下，向针型端子36a、36b施加驱动电压，压电元件16就被激振。即使压电元件16的周围被弹性树脂44所覆盖，粘贴在压电元件16的吸音部18确保了压电元件16的振动范围。由于压电元件16产生了振动，外罩12的底面部分12a也产生了振动，从而发射出与底面部分12a垂直的方向的超声波。当从超声波传感器10发射出的超声波被探测物反射回该超声波传感器10时，压电元件16产生振动，且该振动被转换成电信号，该电信号通过针型端子36a、36b输出。通过测量从施加驱动电压到输出电信号的时间，可测量出从超声波传感器10到被测物之间的距离。

在该超声波传感器10中，由于外罩12的内部充满了弹性树脂44，从而整个外罩12的振动可被抑制。

此外，在该超声波传感器10中，外罩12与针型端子36a、36b之间的振动干扰，例如，从外罩12到针型端子36a、36b的振动的传播，可被吸音部18、衬垫元件20、吸音部40以及弹性树脂44减少或阻挡。从而，在探测物体时，可以抑制振动泄露信号对反射信号或者接收信号的影响等，即，由于不会发生振动泄露等造成的回响特性下降。此外，从外部通过针型端子36a、36b的不必要的振动传播等等的影响也可被抑制。

此外，在该超声波传感器10中，针型端子36a、36b插入通孔30a、30b且与该通孔30a、30b相嵌合，该通孔30a、30b形成于与外罩12相嵌合的衬垫元件20，从而，针型端子30a、30b相对于外罩12的位置的精确度可以得到改善，即，由于针型端子36a、36b的底部与形成于衬垫元件20的通孔30a、30b相配对，且外罩12的中心部分与衬垫元件20的中心部分相对齐，从而可以获得针型端子36a、36b相对于外罩12的位置的高精确度。

此外，在该超声波传感器10中，在不使用粘合剂或者特殊的定位工具的情况下，通过嵌合等方式即可将外罩12、衬垫元件20、基板34以及针型端子36a、36b进行组合且获得高位置精确度。

此外，在该超声波传感器10中，在将衬垫元件20与外罩12嵌合后，引线42a、42b可经过衬垫元件20的开口部焊接到基板34上的电极38a、38b，因此，可以很容易地将压电元件16连接到针型端子36a、36b，且操作步骤可以简化。

此外，在该超声波传感器10中，只有针型端子36a、36b从衬垫元件20的顶面伸出，即，用于固定支持针型端子36a、36b等的衬垫元件20的支持部26只有相当小的区域，开口部32就可以占有一个相当大的区域，从该开口部32注入发泡硅等弹性树脂44的填充操作就很容易，因此，可以防止弹性树脂44的不必要的发泡，且可以得到反射特性等的稳定性。

此外，在该超声波传感器10中，弹性树脂44同时填充于基板34上以及支持部26的周围，其中基板34以及针型端子36a、36b通过支持部26予以支持固定。从而，支持部26、基板34以及针型端子36a、36b通过弹性树脂44被加固。

图9是本发明的超声波传感器的另一实施例的平面示意图，在图9所示的超声波传感器10中，与图1所示的超声波传感器10相比，衬垫元件20的支持部26较短，这可使得针型端子36a、36b可位于衬垫元件20的中心与安装部22之间，从而可以增加衬垫元件20的开口部32的尺寸。

图10是本发明的超声波传感器的再一实施例的平面示意图，在图10所示的超声波传感器10，与图9所示的超声波传感器10的不同在于，衬垫元件20包括两个分割的支持部26a、26b，而不是单个的支持部26，以及原来的一个基板34也被分成两个基板34a、34b，此外，衬垫元件20的开口部32较宽，且具有一个大致为T形的形状。

如图9所示的超声波传感器10以及图10所示的超声波传感器10也可以达到如图1所示的超声波传感器10的有益效果。

此外，在图9所示的超声波传感器10以及图10所示的超声波传感器10中，衬垫元件20的开口部32的尺寸比图1中的超声波传感器10中的都要大，这可以使向电极38a、38b的电连接以及弹性树脂44的材料的填充更容易。

图11是本发明的超声波传感器的再一实施例的前视图，在图11所示的超声波传感器10，与图1中所示的超声波传感器10的不同在于，使用通过将金属板材冲压成型而制造的条状引导带43a、43b作为连接单元，而不是由聚氨基甲酸酯铜线形成的线状的引线42a、42b。

图11所示的超声波传感器10也可以达到如上所述的各超声波传感器10所能达到的有益效果。

根据图12及图13所示的现有技术中的超声波传感器1的结构，其使用线状的电线8及引线8a、8b，很难使用条状引导带。相比较而言，在图11所示的超声波传感器10中，由于配线是从衬垫元件20的开口部32装配到基板34的电极38a、38b的，所以可以使用条状的引导带43a与43b的可能性。该配线可通过自动机械等进行，增加了配线自动化等可选方式。

在前述超声波传感器中，各部分指定了明确的尺寸、形状、排列、材料以及数量，在本发明中，这些参数可以根据需要予以改变。

工业实用性

本发明的超声波传感器可用于汽车的尾部声纳等设备。

Claims (4)

1、一种超声波传感器，其特征在于，包括：

具有底部的圆柱形的外罩；

压电元件，该压电元件形成于所述外罩内部的底面；

衬垫元件，该衬垫元件与所述外罩开口的侧面部分相接合；

基板，该基板与所述衬垫元件相嵌合且由所述衬垫元件支持固定，所述基板上固定有接线端子；

形成于所述基板上的电极，该电极与所述接线端子电连接；

形成于所述衬垫元件的顶面的开口部，该开口部与所述外罩的内部以及所述基板的电极相通。

2、根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，还包括：

连接单元，该连接单元与所述压电元件电连接，从所述开口部向外延伸，且与所述基板上的电极电连接；

填充物，该填充物从所述开口部注入所述外罩的内部。

3、根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，

所述衬垫元件与固定有接线端子的基板相嵌合的接合机构是一个悬臂结构，且所述开口部形成于所述悬臂结构的周围。

4、根据权利要求1至3任意一项所述的超声波传感器，其特征在于，

在所述衬垫元件上形成与所述接线端子相对应的通孔，所述接线端子插入所述通孔，从而固定有所述接线端子的所述基板被所述衬垫元件支持固定。

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