CN102692624A - 超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

一种超声波传感器，其包括具有用于发送和接收超声波的收发装置的收发单元和安装有用于处理通过收发装置发送和接收的超声波信号的电子电路的电路板。该超声波传感器的外壳具有开口和连通孔，并且电路板通过该开口收纳在外壳中。收发单元附接至外壳。电连接器延伸通过外壳的连通孔以将收发装置和电路板的电子电路电性互连；并且覆盖构件封闭外壳的开口。连通孔由填充材料密封。

Description

超声波传感器
技术领域
本发明涉及安装在例如机动车上以用于障碍物检测等的超声波传感器。
背景技术
常规地，如图4中所示，可用的超声波传感器包括在其一个表面上具有开口的中空外壳101和具有用于发送和接收超声波的收发表面的收发装置(收发单元)102，该收发表面暴露于外壳101的另一表面上。该超声波传感器包括布置在外壳101中并安装有用于处理通过收发装置102发送和接收的超声波的电子电路，以及将收发装置102和电路板103电性互连的布线线缆104。该超声波传感器进一步包括设置成覆盖外壳101的开口的覆盖构件105以及在一端连接至电路板103的电子电路并在另一端连接至电源端子(未示出)的端子106。
当用于机动车中时，超声波传感器安装在对淋湿和严重振动高度敏感的部分，例如缓冲器或前格栅中。因此，在许多常规的超声波传感器中，在容纳电路板103的外壳101中填充有诸如硅或氨甲酸乙酯的具有疏水性和弹性的填充材料107。典型地，通过以此方式在外壳101中填充填充材料107而获得防水特性和抗振性(见例如第2005-24351号日本专利申请公开文件)。
然而在上文所陈述的常规的示例中，由于将填充材料107填充在外壳101中，增大了超声波传感器的重量和成本。此外，有可能由于填充材料107的存在，在布置在外壳101中的电路板103中会产生变形。如果产生该变形，则可能将压力施加至电路板103和安装在电路板103上的电子部件之间的焊料部分，结果在焊料部分中产生裂缝。在填充填充材料107之前和之后，传感器的传感区域特征还有可能改变。其他在电路板103中产生变形的原因包括例如由填充材料107的热膨胀和收缩而产生的外载荷。在填充填充材料107之前和之后传感区域特征中的改变的示例包括传感器的传感区域变窄。
发明内容
考虑到上文所述，本发明提供了一种能够抑制重量和成本的增大同时确保防水特性并能够防止电路板中产生变形的超声波传感器。
根据本发明的一个方面，提供了一种超声波传感器，其包括：收发单元，其具有用于发送和接收超声波的收发装置；电路板，其安装有用于处理通过收发装置发送和接收的超声波信号的电子电路；外壳，其具有开口和连通孔，电路板通过该开口收纳在外壳中，收发单元附接至外壳；电连接器，其延伸通过外壳的连通孔以将收发装置和电路板的电子电路电性互连；以及覆盖构件，其封闭外壳的开口，其中连通孔由填充材料密封。
密封连通孔的填充材料可以填充在收发单元中。
电连接器可以包括电连接至电路板的电子电路的插脚端子和在一端连接至收发装置并在另一端连接至插脚端子的导线。
电连接器可以包括用于将收发装置和电路板的电子电路电性互连的导线。
电连接器可以包括用于将收发装置和电路板的电子电路电性互连的结合线缆。
填充材料可以由硅、氨甲酸乙酯、环氧树脂、橡胶材料或泡沫材料形成。
填充材料可以通过将硅、氨甲酸乙酯、环氧树脂、橡胶材料和泡沫材料中的至少两个相结合而形成。
采用这种构造，可以抑制重量和成本的增大同时确保防水特性并且防止电路板中产生变形。
附图说明
根据下文结合附图给出的实施例的说明，本发明的目的和特性将会更加清楚，在附图中：
图1是示出了根据本发明一个实施例的超声波传感器的剖视图；
图2是示出了图1所示超声波传感器的一个变型示例的剖视图；
图3是示出了图1所示的超声波传感器的另一个变型示例的剖视图；
图4是图示了常规的超声波传感器的剖视图。
具体实施方式
现将结合附图说明本发明的超声波传感器的一个优选实施例。在下文的说明中，图1中的上、下、左和右侧将定义为上、下、左和右方向。
参考图1，本实施例的超声波传感器包括用于发送和接收超声波的收发单元1、覆盖该收发单元1的除其收发表面之外的外周表面的覆盖部2以及安装有用于处理通过收发单元1发送和接收的超声波信号的电子电路的电路板3。该超声波传感器进一步包括外壳4，该外壳4具有用于容纳收发单元1的装置收纳部分40和用于容纳电路板3的板收纳部分41。该板收纳部分41具有开口41A。在外壳4中形成有连通孔42，装置收纳部分40和板收纳部分41通过该连通孔42相互连通。该超声波传感器进一步包括外部连接端子5和覆盖构件6，该外部连接端子5在一端连接至电路板3，并在另一端连接至外部端子(未示出)，该覆盖构件6用于闭合板收纳部分41的开口41A。
如图1中所示，收发单元1包括由压电元件形成的收发装置10，以及用于将该收发装置10收纳在其中的壳体11。该壳体11由例如黑色聚对苯二甲酸丁二酯制成，并形成为其上表面打开且底部封闭的圆柱形形状。该收发装置10布置在壳体11的内底部部分上。壳体11的下表面用作用于发送和接收超声波的收发表面。
该收发单元1包括在一端电连接至收发装置10的导线12以及在一端焊接至该导线12并在另一端突出至壳体11的外侧的杆状插脚端子13。该插脚端子13的所述另一端插入形成在电路板3中的插入孔(未示出)中。在此状态下，插脚端子13的所述另一端焊接至电路板3，由此，该插脚端子13电连接至安装至电路板3的电子电路。换句话说，导线12和插脚端子13构成了用于将收发装置10和电路板3的电子电路电性互连的电连接器。
如图中1所示，覆盖部2由弹性材料制成并形成为其下表面打开且底部打开的圆柱形形状。该覆盖部2固定至壳体11的外周表面以覆盖收发单元1。用于允许收发单元1的插脚端子13经过的通孔20形成在覆盖部2的上表面中。
如图1中所示，电路板3通过开口41A收纳在板收纳部分41中。延伸通过该通孔20和连通孔42的插脚端子13通过焊接而连接至电路板3。
如图1中所示，外壳4包括具有形成在其上表面中的开口41A的中空的盒状板收纳部分41以及圆柱形的底部封闭的装置收纳部分40，该装置收纳部分40与板收纳部分41毗邻，分隔壁43形成介入板收纳部分41和装置收纳部分40之间的板收纳部分41的内底部部分。装置收纳部分40具有形成在其下表面中的开口40A。用于使板收纳部分41的下区域和装置收纳部分40的上区域相互连通的连通孔42形成在外壳4的分隔壁43中。
如图1中所示，组装有覆盖部2的收发单元1插入装置收纳部分40中，到达收发单元1与分隔壁43接触的位置。收发单元1收纳在装置收纳部分40中，且其收发表面通过开口40A暴露至外侧。
如图1中所示，一对支撑肋41B和一对焊接肋41C(图1中仅示出了其中一个)以向上突出的型式形成在板收纳部分41的底部表面上。支撑肋41B形成在板收纳部分41的底部表面的左端部部分和右端部部分处。电路板3的左端部部分和右端部部分置于支撑肋41B上。与支撑肋41B相似，焊接肋41C形成在板收纳部分41的底部表面的左端部部分和右端部部分。当焊接肋41C焊接至电路板3时，焊接肋41C的梢端部分弯曲并焊接至电路板3的上表面。因此，电路板3由支撑肋41B和焊接肋41C夹紧并固定。
如图1中所示，在板收纳部分41的底部中，凹进部分41D形成在对应于装置收纳部分40的位置中。连通孔42的一端在该凹进部分41D的底部表面中开口。
如图1中所示，外部连接端子5通过嵌入成型而与外壳4模制成一件，以使得外部连接端子5延伸通过外壳4的外壁。外连接端子5的一端突出至从外壳4的外表面突出的圆柱形连接器部分44中。该外部连接端子5的另一端突出至板收纳部分41中。在这点上，外部连接端子5的所述一端连接至外部端子(未示出)。外部连接端子5的所述另一端从板收纳部分41的底部表面突出，并通过焊接等电连接至电路板3。
电路板3的电子电路通过外部连接端子5从外部电源(未示出)供给电力。该电子电路输出驱动脉冲信号至收发装置10。响应于该驱动脉冲信号，收发装置10发送超声波至外侧。如果收发装置10接收到从障碍物反射的超声波，则收发装置10输出波接收信号至电路板3的电子电路。电路板3的电子电路通过测量从输出驱动脉冲信号之后直到被输入波接收信号所占的时间而计算到障碍物的距离。然后，该电子电路通过外部连接端子5输出表示计算结果的信号至外部控制电路(未示出)。
覆盖构件6由例如透明白色聚对苯二甲酸丁二酯制成，并附接至板收纳部分以覆盖开口41A。该覆盖构件6的外围边缘部分和板收纳部分41的开口41A的外围边缘部分通过超声波焊接或激光焊接而相互邻接。因为板收纳部分41的开口41A通过覆盖构件6封闭，所以可以防止水通过板收纳部分41的开口41A从外侧渗透入板收纳部分41中。该焊接方法并不限于超声波焊接或激光焊接，而是可以为例如振动焊接或其他焊接方法。此外，可以使用粘合剂代替焊接。尽管在本实施例中，覆盖构件6用作用于封闭板收纳部分41的开口41A的装置，但封闭装置并不限于覆盖构件6，只要其能够封闭开口41A即可。
本文中使用的收发单元1是封闭类型的。由具有疏水性和弹性的硅制成的填充材料7填充在收发单元1的壳体11中。通过将填充材料7填充在壳体11中，可以抑制在壳体11中振动的产生，并且防止水或灰尘从外侧渗透入壳体11中。
在本实施例中，如图1中所示，填充材料7还填充在连通孔42、通孔20和凹进部分41D中，由此封闭连通孔42。通过用覆盖构件6封闭开口41A并用填充材料7密封连通孔42，板收纳部分41相对于外侧密闭地密封。这使得可以防止水通过装置收纳部分40和连通孔42从外侧渗透入板收纳部分41中。
在本实施例中，如上文所说明，连通孔42通过填充材料7密封，这使得可以在不需要将填充材料7填充在板收纳部分41中的情况下封闭板收纳部分41。由此，可能施加压力至电路板3的填充材料7将不会围绕电路板3存在。因此，可以抑制重量和成本的增大同时确保防水特性并防止电路板3中的变形的产生。因为填充在收发单元1的壳体11中的填充材料7的还用作用于密封连通孔42的填充材料，所以仅有必要一次填充填充材料7。这使得可以减小制造过程中的步骤的数量。
关于填充材料7，可以使用例如氨甲酸乙酯、环氧树脂、橡胶材料或泡沫材料代替硅。此外，上文所陈述的材料的至少两个的结合也可以用作填充材料7。
在本实施例中，如图1中所示，收发装置10和电路板3的电子电路通过导线12和插脚端子13相互电连接。可替换地，如图2中所示，收发装置10和电路板3的电子电路可以通过仅使用导线12而相互连接。代替导线12和插脚端子13的是，可以使用结合线缆以将收发装置10和电路板3的电子电路电连接。
在本实施例中，收发单元1收纳在装置收纳部分40中。可替换地，如图3中所示，可以采用收发单元1附接至外壳4而不是装置收纳部分40的构造。在此构造中，通过将保持收发单元1的覆盖部2附接至外壳4的下表面上的连通孔42的外围边缘，并将收发单元1用填充材料7固定而将收发单元1附接至外壳4。
尽管本发明是关于各实施例示出和说明的，但本领域技术人员应当理解，在不脱离在后附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以做出多种改变和变型。

Claims (11)

1.一种超声波传感器，包括：
收发单元，其具有用于发送和接收超声波的收发装置；
电路板，其安装有用于处理通过所述收发装置发送和接收的超声波信号的电子电路；
外壳，其具有开口和连通孔，所述电路板通过所述开口收纳在所述外壳中，所述收发单元附接至所述外壳；
电连接器，其延伸通过所述外壳的所述连通孔以将所述收发装置和所述电路板的所述电子电路电性互连；以及
覆盖构件，其封闭所述外壳的所述开口，
其中所述连通孔由填充材料密封。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，密封所述连通孔的所述填充材料填充在所述收发单元中。
3.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述电连接器包括电连接至所述电路板的所述电子电路的插脚端子以及在一端连接至所述收发装置并在另一端连接至所述插脚端子的导线。
4.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述电连接器包括用于将所述收发装置和所述电路板的所述电子电路电性互连的导线。
5.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述电连接器包括用于将所述收发装置和所述电路板的所述电子电路电性互连的结合线缆。
6.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料由硅形成。
7.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料由氨甲酸乙酯形成。
8.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料由环氧树脂形成。
9.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料由橡胶材料形成。
10.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料由泡沫材料形成。
11.根据权利要求1或2所述的超声波传感器，其特征在于，所述填充材料通过将硅、氨甲酸乙酯、环氧树脂、橡胶材料和泡沫材料中的至少两个相结合而形成。
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