CN102353951A - 超声波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声波传感器，防止振动泄漏，改善因振动泄漏引起的混响特性。该超声波传感器(101)具有：有底筒状壳体(31)，其具备底部(31b)和侧壁部(31a)；压电元件(32)，贴装于壳体(31)的内底面；端子保持部件(41)，保持外部端子(43)和内部端子(42)；布线部件(34)、(35)，连接于内部端子向压电元件(32)供电。壳体(31)的侧壁部(31a)在开口侧具有薄壁部(31t)，在底部侧具有厚壁部(31h)。在厚壁部(31h)和端子保持部件(41)之间设有弹性部件(33)。优选厚壁部(31h)所围成的开口区域被弹性部件(33)覆盖。优选在壳体(31)的内部填充填充部件(36)。
Description
技术领域
本发明涉及超声波传感器，特别涉及具有压电元件以及与其电连接的输入输出端子、例如用于汽车的角部声纳(corner sonar)或尾部声纳(backsonar)等的超声波传感器。
背景技术
超声波传感器利用超声波进行探知(sensing)，间歇地发送超声波脉冲信号，通过接收来自周边存在的障碍物的反射波来检测物体。超声波传感器在汽车的尾部声纳、角部声纳中使用，还在检测与纵列停车处的侧壁等障碍物有无空间的停车场传感器等中使用。
这种超声波传感器在专利文献1中有所阐述。图1是专利文献1的超声波传感器10的截面图。超声波传感器10包括壳体12。该壳体12包括：有底筒状壳体部14，具有堵塞面，由铝等金属组成；和筒状壳体部16，嵌入有底筒状壳体部14，由锌等金属组成。筒状壳体部16嵌入有底筒状壳体部14，然后以粘合剂接合。
在壳体12中，在有底筒状壳体部14的内底部利用导电粘合剂接合有压电元件18。
由金属组成的输入输出端子20和22与压电元件18连接。此外，这些输入输出端子20和22，从壳体12的内部引出至壳体12的外部。第1输入输出端子20与压电元件18的上方主面侧的电极电连接，由具有弹性的弹性端子20a、中间部分20b以及针状的引出侧部分20c组成。
第2输入输出端子22经由壳体12与压电元件18的下方主面侧的电极电连接。该输入输出端子22由连接侧部分22a、中间部分22b以及引出侧部分22c组成。
这些输入输出端子20和22，由圆柱状的支撑部件24支撑，该支撑部件24由具有绝缘性的合成树脂组成。对于输入输出端子20和22，其中间部分20b和22b嵌入支撑部件24中并固定，与支撑部件24一体地形成。
支撑部件24在壳体12的内部配置在压电元件18的上方主面侧，被固定于筒状壳体部16。
在壳体12中，在设置有压电元件18的堵塞面侧配置有阻尼部件26。此外，在壳体12的内部，支撑部件24的开口侧由具有发泡性的填充部件密封。
[专利文献1]JP特开2007-318742号公报
在图1所示的现有的超声波传感器中，存在如下问题：由于支撑端子的支撑部件24直接安装于进行振动的筒状壳体部16，因此筒状壳体部26的振动传递至输入输出端子20和22，该振动使装配对象的基板振动(以下，称为“振动泄漏”)。由于该振动泄漏从而混响时间变长(混响特性恶化)。并且，如果混响时间延长，则在近距离的物体检测时，由于会在发送信号(突发波)引起的混响持续着的时间内接收反射信号，因此无法进行近距离的物体检测。此外，在图1所示的构造中，由于在壳体12的侧面露出有底筒状壳体部14和筒状壳体部16的边界部，因此需要采取一些对策用以防止水分的浸入和高湿度下的腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止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。
本发明的传感器具备：有底筒状壳体，具有底部和侧壁部；压电元件，贴装于所述壳体的内底面；端子，引出至所述壳体的外部；端子保持部件，保持所述端子；和导通部件，连接于所述端子，向所述压电元件供电，所述壳体的侧壁部在开口部具备薄壁部，在所述底部侧具备厚壁部，在所述厚壁部和所述端子保持部件之间设有弹性部件。
通过该构造，从壳体传来的振动在弹性部件中被衰减，几乎不会通过端子保持部件传递至端子，因此，能够大幅降低将端子安装于基板时产生的振动泄漏。
也可以所述厚壁部围成的开口区域被所述弹性部件覆盖。由此，能够缓冲从压电元件放射至壳体内部的声波直接到达端子保持部件，能够进一步减小振动泄漏。
也可以在所述侧壁部的薄壁部和所述弹性部件的侧面之间填充填充部件。这样，与使所述薄壁部与所述弹性部件接触的情况相比，填充部件能与壳体的侧壁部的较宽的范围接触，这样能抑制壳体侧壁部的振动，减小混响。
也可以在所述厚壁部上形成声音阻抗比所述壳体高的加强部件(锤)。通过该构造，壳体底面周围的刚性提高，壳体底面的振动传导至壳体侧壁部被抑制，并且作为传感器的灵敏度得到提高。
也可以在所述压电元件与所述弹性部件之间形成有空间，在所述弹性部件的所述压电元件侧的面设有吸音部件。通过该构造，不必要的声波可被吸音部件吸收，从而能更有效地衰减从压电元件传达至壳体内部的不必要的声波。
此外，优选：在所述壳体的底部具备使其产生长轴方向和短轴方向的各向异性的阶梯部，在所述弹性部件具备与所述阶梯部卡合的第1卡合部，在所述弹性部件具备与所述端子保持部件卡合的第2卡合部，在所述端子保持部件具备与所述第2卡合部卡合的法兰状的卡合部。
通过该构造，由于壳体、弹性部件、端子保持部件彼此定位，因此端子以及端子保持部件可稳定地固定。此外，希望在收发的超声波的定向性中出现各项异性(使纵方向的定向角和横方向的定向角不同)的情况下，在壳体底面形成具有长轴和短轴的薄壁部，但其方向性无法从壳体外观把握。为此，现有技术中在壳体的开口侧的端面上固定有端子保持部件。但是，在所述端面上固定了端子保持部件的情况下，有可能从所述端面与端子保持部件之间的边界例如浸入水分从而灵敏度下降。根据本构造，在使壳体、弹性部件、端子的端子保持部件彼此卡合时，在壳体内部配合壳体振动面的方向性来固定端子。因此，能够基于露出至壳体外部的端子的位置来识别振动面的方向性。
根据本发明，由于从壳体传来的振动在弹性部件中被衰减，几乎不会通过端子保持部件传递至端子，因此能够大幅降低在将端子安装于基板时发生的振动泄漏。因此，能够防止因振动泄漏引起的混响特性的恶化，可以进行近距离的物体检测。
附图说明
图1是专利文献1的超声波传感器10的截面图。
图2(a)是第1实施方式所涉及的超声波传感器101的截面图，图2(b)是在超声波传感器101的壳体31内填充填充部件之前的俯视图。
图3是表示第1实施方式所涉及的超声波传感器的壳体31、弹性部件33以及端子保持部件41的构造的分解立体图。
图4(a)表示第1实施方式所涉及的超声波传感器的混响特性，图4(b)表示作为比较例的图1所示的超声波传感器10的混响特性。
图5(a)是第2实施方式所涉及的超声波传感器102的截面图，图5(b)是在超声波传感器102的壳体31内填充填充部件之前的俯视图。
图6是表示第2实施方式所涉及的超声波传感器102的壳体31、加强部件37、弹性部件33以及端子保持部件41的构造的分解立体图。
图7是第3实施方式所涉及的超声波传感器103的截面图。
图8是表示第4实施方式所涉及的超声波传感器中使用的端子保持部以及端子的形状的立体图。
图中：
31 壳体
31a 侧壁部
31b 底部
31h 厚壁部
31ST 阶梯部
31t 薄壁部
32 压电元件
33 弹性部件
33b 突起部
33d 第2卡合部
33e 第1卡合部
34、35 布线部件
36 填充部件
37 加强部件
37h 开口
38 吸音部件
41 端子保持部件
41d 凹部
41f 法兰部(法兰状的卡合部)
41s 上面
42 内部端子
43 外部端子
101～103 超声波传感器
具体实施方式
【第1实施方式】
图2(a)是第1实施方式所涉及的超声波传感器101的截面图，图2(b)是在超声波传感器101的壳体31内填充填充部件之前的俯视图。超声波传感器101包括：有底筒状壳体31，其具有底部31b、侧壁部31a；压电元件32，贴装于壳体31的内底面；端子保持部41，保持外部端子43和内部端子42；以及布线部件(导通部件)34、35，连接于内部端子42，向压电元件32供电。
上述壳体31的侧壁部31a，在开口侧具备薄壁部31t，在底部侧具备厚壁部31h。在壳体的侧壁部31a形成有阶梯部31ST。图2(b)的虚线表示壳体底部的阶梯部31ST的位置。在厚壁部31h和端子保持部41之间设有弹性部件33。也就是说，厚壁部31h所围成的开口区域被弹性部件33覆盖。
由壳体底部的阶梯部31ST(图2(b)所示的虚线)、未形成阶梯部31ST的壳体31的内周所包围的区域是主振动区域，实质上是壳体31的内底面形状。壳体31的主振动区域中，由于平行于图2(b)所示虚线的方向较长因此该方向是长轴，由于垂直于虚线的方向较短因此该方向是短轴。这样，由于主振动区域具有各向异性，因此超声波的定向性中产生各向异性。也就是说，上述长轴方向(朝向图2(b)的情况下为纵向)的定向角较窄，上述短轴方向(朝向图2(b)的情况下为横方向)的定向角较宽。
在壳体31的内部填充由硅树脂或聚氨酯树脂等的弹性体组成的填充部件36，与壳体31的内面接合。其中，由于厚壁部31h所包围的开口区域被弹性部件33覆盖，因此在压电元件32与弹性部件33之间形成空间。
由于弹性部件33的外径小于壳体31的侧壁部的薄壁部31t的内径，因此在薄壁部31t与弹性部件33的侧面之间存在填充部件36。
壳体31例如是铝的锻造成形体。弹性部件33是硅胶或聚氨酯树脂等的弹性体的成形体，在其下部形成由与壳体31的侧的阶梯部31ST卡合的第1卡合部33e。此外，在弹性部件33的上部形成有卡合端子保持部件41的第2卡合部33d。该弹性部件33的中央部未开口。
端子保持部件41是由PBT等树脂构成的成形体，保持着2个管脚(pin)。这些管脚的一端是外部端子43，另一端是内部端子42。在端子保持部件41的下端形成有法兰状的卡合部(以下，称为“法兰部”)41f。该法兰部41f与弹性部件33的上面的第2卡合部33d卡合。端子保持部件41的法兰部41f的上面41s由填充部件36覆盖。
这样，通过在壳体31的厚壁部31h与端子保持部件41之间设有弹性部件33，由此从壳体31传递来的振动在弹性部件33中被衰减，几乎不会通过端子保持部件41传递至外部端子43，因此，能够大幅降低将外部端子43安装于基板时发生的振动泄漏。特别是，由于弹性部件33的中央部没有开口，因此从压电元件32放射至壳体31内部的声波不会直接抵达端子保持部件41，而抵达弹性部件33，因此从压电元件32放射至壳体31内的声波在弹性部件33中被衰减，能够更有效地防止振动泄漏。
此外，端子保持部件41的法兰部41f的上面41s由填充部件36覆盖，由此阻止端子保持部件41的脱落，可提高端子保持部件41相对于脱离或剥离的耐久性。
若比较弹性部件33和填充部件36的物理性质，则弹性部件33是难于传递振动的部件，而填充部件36是抑制壳体31的振动(抑制振动)的部件。也就是说，优选弹性部件33的弹性率比填充部件36低。更加具体而言，弹性率存在贮藏弹性率和损耗弹性率，优选弹性部件33的贮藏弹性率较小，填充部件36的损耗弹性率较大。例如，优选弹性部件33是硅脂(硅胶)，填充部件36是聚氨酯树脂。
此外，通过在壳体的侧壁部的薄壁部31t与弹性部件33的侧面之间填充了填充部件36，由此填充部件36会在壳体的侧壁部31a的更宽的范围(深的范围)中接合，这样壳体的侧壁部31a的抑制振动效果得到提高。因此，能够减小混响。
图3是表示壳体31、弹性部件33和端子保持部件41的构造的分解立体图。如上所述，为了使壳体31的主振动区域中具有各向异性，在壳体31的底部具备一对的阶梯部31ST。图3中表示了一个阶梯部31ST。在弹性部件33的下部具备与壳体底部的阶梯部31ST卡合的一对第1卡合部33e。在弹性部件33的上部形成有卡合端子保持部件41的法兰部41f的第2卡合部33d。在该第2卡合部33d的一部形成有突起部33b。
在端子保持部件41的法兰部41f的一部份，形成有卡合上述弹性部件33的突起部33b的凹部41d。
在壳体31的阶梯部31ST卡合弹性部件33的第1卡合部33e，在弹性部件33的第2卡合部33d卡合端子保持部件41的法兰部41f。这样，通过依次卡合三个物体，从而能够使端子保持部件41相对于壳体31的朝向固定。因此，即便没有将端子保持部件41设置在壳体31的开口侧的端面上，也能够基于在壳体31的外部露出的外部端子43的位置识别振动面的方向性。
此外，如果壳体31的阶梯部31ST与弹性部件33的第1卡合部33e之间的卡合、弹性部件33的第2卡合部33d与端子保持部件41的法兰部41f之间的卡合是嵌入，则由于壳体31、弹性部件33、以及端子保持部件41是被临时固定，因此该状态下能够容易填充填充部件36。
此外，由于端子保持部件41所保持的2个管脚(一端为外部端子43、另一端为内部端子42的管脚)形成为“L”字形状，因此在填充部件36的填充之前，内部端子42的周围空间较宽阔，从而布线部件相对于该内部端子42的连接较容易。
图4(a)表示第1实施方式所涉及的超声波传感器的混响特性，图4(b)表示作为比较例的图1所示的超声波传感器10的混响特性。两个图中都以500μs/div表示横轴，以1V/div表示纵轴。此外，都是利用锡焊将外部端子43固定在基板(未图示)上，在发送时间内发送8个突发波，并放大压电元件上出现的电压波形然后进行观测。实际上在发送结束之后振幅的衰减会马上开始，不久就会超出放大电路的动态范围，因此此期间波形饱和。
对比图4(a)和(b)可知，在第1实施方式所涉及的超声波传感器101中振幅收敛较快，振动泄漏得到抑制从而混响较少。
此外，根据第1实施方式，由于与图1所示的构造不同，在壳体31的外周不存在边界面，因此不存在水从边界部浸入内部从而灵敏度下降、或者在不同种类金属间发生腐蚀的问题。
【第2实施方式】
图5(a)是第2实施方式所涉及的超声波传感器102的截面图，图5(b)是在超声波传感器102的壳体31内填充填充部件36之前的俯视图。
该超声波传感器102在壳体31的厚壁部31h上，在不接触侧壁部31a的薄壁部31t的内周面的位置，形成有加强部件(锤)37。该加强部件(锤)37，只要是声音阻抗较高的成形体即可，通过调整厚度等尺寸从而可以使用与壳体31相同材料(铝)的成形体，但例如优选SUS、锌等材料密度高于壳体31的成形体。此外，图5(b)的虚线表示壳体底部的阶梯部31ST的位置。由壳体底部的阶梯部31ST的虚线、未形成阶梯部31ST的壳体31的内周所包围的区域是主振动区域，实质上是壳体31的内底面部。对于壳体31的主振动区域，由于具有平行于图5(b)所示虚线的方向上较长、垂直于虚线的方向上较短的形状，因此在超声波的定向性上出现各向异性。
图6是表示图5所示的超声波传感器102的壳体31、加强部件37、弹性部件33以及端子保持部件41的构造的分解立体图。加强部件37是在中央处具有矩形开口37h的环状成形体。在弹性部件33的下部具有与加强部件37的开口37h卡合的卡合部33e。其他的结构如第1实施方式所示。
通过上述加强部件37的作用，壳体31的内底面周围的刚性得到提高，抑制壳体31的底面的振动传达至壳体31的侧壁部31a侧，并且作为振动面的壳体31的底面部31b可有效进行振动，因此，作为传感器的灵敏度得到提高。
此外，由于加强部件37的开口37h以及弹性部件33的第1卡合部33e是非圆形的，因此能够确保端子保持部件41相对于壳体31的方向性。
【第3实施方式】
图7是第3实施方式所涉及的超声波传感器103的截面图。该超声波传感器103具备：有底筒状的壳体31、压电元件32、保持外部端子43和内部端子42的端子保持部件41、连接于内部端子42向压电元件32供电的布线部件(导通部件)34、35、加强部件37、吸音部件38、填充部件36。该超声波传感器103在图5所示的超声波传感器102的弹性部件33的下面(压电元件32侧的面)设有吸音部件38。吸音部件38例如是聚酯毡等，利用粘合剂与弹性部件33接合。
这样，通过在弹性部件33的压电元件32侧设有吸音部件38，从而在不必要的声波到达弹性部件33在弹性部件33内部衰减之前，被吸音部件38吸收进而衰减，因此，能够更有效地使从压电元件32传递至壳体31内部的不必要的声波衰减。此外，吸音部件38也容易定位。
【第4实施方式】
图8是表示第4实施方式所涉及的超声波传感器中使用的端子保持部和端子形状的立体图。端子保持部件41所保持的2个管脚的一端是外部端子43，另一端是内部端子42。这样，内部端子42不需要在端子保持部41的内部弯曲，并且以能连接布线部件的方式露出即可。
Claims (6)
1.一种超声波传感器，其具备：
有底筒状壳体，具有底部和侧壁部；
压电元件，贴装于所述壳体的内底面；
端子，引出至所述壳体的外部；
端子保持部件，保持所述端子；和
导通部件，连接于所述端子，向所述压电元件供电，
所述壳体的侧壁部在开口部具备薄壁部，在所述底部侧具备厚壁部，
在所述厚壁部和所述端子保持部件之间设有弹性部件。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，
所述厚壁部围成的开口区域被所述弹性部件覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，
在所述侧壁部的薄壁部和所述弹性部件的侧面之间填充填充部件。
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，
在所述厚壁部上形成声音阻抗比所述壳体高的加强部件。
5.根据权利要求1至4任意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弹性部件之间形成有空间，在所述弹性部件的所述压电元件侧的面设有吸音部件。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的超声波传感器，其特征在于，
在所述壳体的底部具备产生长轴方向和短轴方向的各向异性的阶梯部，
在所述弹性部件具备与所述阶梯部卡合的第1卡合部，
在所述弹性部件具备与所述端子保持部件卡合的第2卡合部，
在所述端子保持部件具备与所述第2卡合部卡合的法兰状的卡合部。
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