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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der aus
einem mit einem Schallanpasselement verbundenen piezoelektrischen
Element aufgebaut ist, und ein Verfahren zur Fertigung des Ultraschallsensors.
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Es
ist ein Ultraschallsensor bekannt, der ein mit einer aus Harz oder
dergleichen aufgebauten Schallanpassschicht verbundenes piezoelektrisches Element
aufweist. Bei solch einem Ultraschallsensor sendet ein Ultraschallsender
eine Ultraschallwelle aus, wird die ausgesendete Ultraschallwelle
von einem zu erfassenden Objekt reflektiert und empfängt der
Ultraschalldetektor die reflektierte Ultraschallwelle. Der Ultraschallsensor
kann den Abstand zum Objekt auf der Grundlage der empfangenen Ultraschallwelle
erfassen.
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Wenn
ein Ultraschallsensor mehrere Ultraschalldetektoren aufweist, die
in einem Array angeordnet sind, können eine Position und
eine Form des Objekts auf der Grundlage von Zeit- und Phasendifferenzen
zwischen den von den jeweiligen Ultraschalldetektoren empfangenen
Ultraschallwellen erfasst werden.
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Die
JP-A-2006-234523 offenbart
beispielsweise einen Ultraschallsensor, bei dem eine Mehrzahl von
Ultraschalldetektoren in einem Gittermuster angeordnet ist. Die
JP-A-S54-61590 offenbart
einen Ultraschallsensor, bei dem ein an eine Schallanpassschicht
geklebter piezoelektrischer Körper durch einen Schlitz
in eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Teilen unterteilt
ist.
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Bei
dem in der
JP-A-2006-234523 offenbarten
Ultraschallsensor ist eine hohe Anzahl von Arbeitsstunden erforderlich,
um die Ultraschalldetektoren in dem Gittermuster anzuordnen. Dabei
ist es ferner schwierig, die Ultraschalldetektoren in genauen Positionen
zueinander anzuordnen. Bei dem in der
JP-A-S54-61590 offenbarten
Ultraschallsensor ist die Schallanpassschicht nicht unterteilt,
obgleich der piezoelektrische Körper in eine Mehrzahl von
Teilen unterteilt ist. Folglich kann eine sich in der Schallanpassschicht
ausbreitende Ultraschallwelle nicht geteilt werden. Dies führt dazu,
dass Rauschen entsteht und eine Schwingung der Ultraschallwelle
gedämpft (d. h. abgeschwächt) wird. Das Rauschen
und die Schwingungsdämpfung können zu einer Verringerung
der Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors führen.
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Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor
mit einer hohen Empfindlichkeit bereitzustellen, der eine Mehrzahl von
Ultraschalldetektoren aufweist, die genau in einem Array angeordnet
ist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Fertigung des Ultraschallsensors bereitzustellen.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor
ein piezoelektrisches Element und ein mit dem piezoelektrischen
Element verbundenes Schallanpasselement auf. Das piezoelektrische
Element erfasst eine von einem zu erfassenden Ziel reflektierte
Ultraschallwelle. Das piezoelektrische Element weist einen piezoelektrischen
Körper und eine erste und eine zweite Elektrode auf, die
auf gegenüberliegenden Oberflächen des piezoelektrischen
Körpers gebildet sind. Das Schallanpasselement weist eine
Befestigungsoberfläche und eine auf der gegenüberliegenden
Seite der Befestigungsoberfläche liegende Empfangsoberfläche
auf. Die erste Elektrode des piezoelektrischen Elements ist mit
der Befestigungsoberfläche des Schallanpasselements verbunden,
um eine Ultraschalldetektorbasis zu bilden. Die Empfangsoberfläche
des Schallanpasselements ist nach Außerhalb des Sensors
freigelegt, um die reflektierte Ultraschallwelle zu empfangen. Das
Schallanpasselement bewirkt, dass sich die an der Empfangsoberfläche
empfangene Ultraschallwelle zum piezoelektrischen Element ausbreitet.
Die Ultraschalldetektorbasis ist durch einen sich in einer Ultraschallwellenausbreitungsrichtung
erstreckenden Zwischenraum in eine Mehrzahl von Ultraschalldetektoren
unterteilt. Die an der Empfangsoberfläche empfangene Ultraschallwelle
wird durch den Zwischenraum geteilt und einzeln von den jeweiligen
Ultraschalldetektoren erfasst. Die Ultraschalldetektoren sind durch
ein Verbindungsstück miteinander verbunden. Das Verbindungsstück
ist durch einen Abschnitt der Ultraschalldetektorbasis gebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zur Fertigung eines Ultraschallsensors die folgenden Schritte auf:
Vorbereiten eines piezoelektrischen Elements, das einen piezoelektrischen
Körper und eine erste und eine zweite Elektrode auf gegenüberliegenden Oberflächen
des piezoelektrischen Körpers aufweist; Vorbereiten eines
Schallanpasselements, das eine Ultraschallwellenempfangsoberfläche
und eine auf der gegenüberliegenden Seite der Empfangsoberfläche
liegende Befestigungsoberfläche aufweist; Verbinden der
ersten Elektrode des piezoelektrischen Elements mit der Befestigungsoberfläche
des Schallanpasselements, um eine Ultraschalldetektorbasis zu bilden;
und Bilden eines Zwischenraums in der Ultraschalldetektorbasis,
um die Ultraschalldetektorbasis in eine Mehrzahl von Ultraschalldetektoren
zu unterteilen. Der Zwischenraum erstreckt sich von wenigstens entweder
der Empfangsoberfläche oder der zweiten Elektrode in einer
Richtung zwischen der Empfangsoberfläche und der zweiten Elektrode.
Der Schritt zum Bilden des Zwischenraums weist einen Schritt zum
Zurücklassen eines Abschnitts der Ultraschalldetektorbasis
in einer Erstreckungsrichtung des Zwischenraums auf. Der Abschnitt
dient als Verbindungsstück zur Verbindung der Ultraschalldetektoren
miteinander.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zur Fertigung eines Ultraschallsensors die folgenden Schritte auf:
Vorbereiten eines piezoelektrischen Elements, das einen piezoelektrischen
Körper und eine erste und eine zweite Elektrode auf gegenüberliegenden Oberflächen
des piezoelektrischen Körpers aufweist; Bilden eines ersten
Zwischenraums im piezoelektrischen Element, um das piezoelektrische
Element in eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen zu unterteilen;
Vorbereiten eines Schallanpasselements mit einer Ultraschallwellenempfangsoberfläche
und einer auf der gegenüberliegenden Seite der Empfangsoberfläche
liegenden Befestigungsoberfläche; Bilden eines zweiten
Zwischenraums im Schallanpasselement, um das Schallanpasselement
in eine Mehrzahl von Schallanpasselementen zu unterteilen; und Verbinden
der ersten Elektrode des piezoelektrischen Elements derart mit der
Befestigungsoberfläche des Schallanpasselements, dass die
erste und die zweite Öffnung fluchten.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht
wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
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1A eine
Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1B eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB in der 1A;
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2A–2C grafische
Darstellungen eines Verfahrens zur Fertigung des in den 1A, 1B gezeigten
Ultraschallsensors;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform;
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5 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7A–7C grafische
Darstellungen eines Verfahrens zur Fertigung des in der 6 gezeigten
Ultraschallsensors;
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8 eine
Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Ausführungsform; und
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9A eine
Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 9B eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IXB-IXB in der 9A.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Ultraschallsensor 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Der
Ultraschallsensor 10 kann beispielsweise an einem Fahrzeug
befestigt und als Sensor zur Erfassung eines Hindernisses verwendet
werden.
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Der
Ultraschallsensor 10 weist, wie in den 1A, 1B gezeigt,
vier Ultraschalldetektoren (d. h. Ultraschallerfassungselemente) 13p–13s,
eine Schaltvorrichtung 18 und ein Gehäuse 31 auf.
Die Ultraschalldetektoren 13p–13s sind
aus einem piezoelektrischen Element 11 und einem Schallanpasselement 12 aufgebaut.
Die Ultraschalldetektoren 13p–13s sind
in einem Array bestehend aus zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet
und durch ein Verbindungsstück 17 miteinander
verbunden. Die Schaltvorrichtung 18 verarbeitet die von
den Ultraschalldetektoren 13p–13s ausgegebenen
Spannungssignale. Die Ultraschalldetektor 13p–13s und die
Schaltvorrichtung 18 sind im Gehäuse 31 untergebracht.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Ultraschallsensor 10 an
einer Stoßstange 51 des Fahrzeugs befestigt und
dazu ausgelegt, eine dreidimensionale Position des Hindernisses
zu erfassen.
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Da
die Ultraschalldetektoren 13p–13s den gleichen
Aufbau aufweisen, wird nachstehend einzig der Ultraschalldetektor 13p als
Beispiel beschrieben. Der Ultraschalldetektor 13p weist
ein piezoelektrisches Element 11p und ein mit dem piezoelektrischen
Element 11p verbundenes Schallanpasselement 12p auf.
Das Schallanpasselement 12p empfängt eine Ultraschallwelle,
die von einem Ultraschallsender (nicht gezeigt) in einen Bereich
vor dem Fahrzeug ausgesendet und anschließend vom vor dem
Fahrzeug befindlichen Hindernis reflektiert wird. Das Schallanpasselement 12p bewirkt,
dass sich die empfangene Ultraschallwelle zum piezoelektrischen Element 11p ausbreitet.
Das piezoelektrische Element 11p erfasst die sich ausbreitende
Ultraschallwelle. Das piezoelektrische Element 11p weist
eine erste Elektrode 14p und eine zweite Elektrode 15 auf. Die
erste und die zweite Elektrode 14p, 15 sind über entsprechende
elektrische Drähte 19 elektrisch mit der Schaltvorrichtung 18 verbunden.
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Die
Schallanpasselemente 12p–12s der Ultraschalldetektoren 13p–13s sind
aus dem Schallanpasselement 12 gebildet. Das Schallanpasselement 12 weist
eine Empfangsoberfläche 12a zum Empfangen der
Ultraschallwelle auf. Die Empfangsoberfläche 12a weist
eine Öffnung 12b in Form eines Kreuzes auf. Die Öffnung 12b erstreckt
sich in einer Ultraschallwellenausbreitungsrichtung (d. h. in einer Aufwärts- Abwärts-Richtung
in der 1B), um einen schlitzförmigen
Zwischenraum 16 in Form eines Kreuzes zu bilden. Das Schallanpasselement 12 wird durch
den Zwischenraum 16 in die vier Schallanpasselemente 12p–12s unterteilt.
Folglich sind die Schallanpasselemente 12p–12s in
einem Array bestehend aus zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet.
Jedes der Schallanpasselemente 12p–12s weist die
Form eines rechteckigen Zylinders mit einem im Wesentlichen quadratischen
Querschnitt auf. Ein Abstand D zwischen Mitten, d. h. den Mittelpunkten,
benachbarter Schallanpasselemente 12p–12s ist
auf die halbe Wellenlänge der Ultraschallwelle gesetzt.
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Das
Schallanpasselement 12 ist aus einem Material aufgebaut,
das eine höhere akustische Impedanz als Luft und eine geringere
akustische Impedanz als das piezoelektrische Element 11 aufweist. Das
Schallanpasselement 12 kann beispielsweise aus einem Harzmaterial,
wie beispielsweise einem Material aus der Gruppe der Polycarbonate,
das eine hohe Lebensdauer aufweist, gebildet sein. Eine Seitenwand
des Schallanpasselements 12 nahe der Empfangsoberfläche 12a ist über
einen Schwingungsdämpfer 41 an einer inneren Seitenwand
des Gehäuses 31 nahe einer Öffnung des
Gehäuses 31 befestigt. Der Schwingungsdämpfer 41 soll
verhindern, dass die Ultraschallwelle über das Gehäuse 31 auf
das Schallanpasselement 12 übertragen wird.
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Eine
Breite W des Schallanpasselements 12 ist auf einen Wert
von kleiner oder gleich der halben Wellenlänge einer Ultraschallwelle
in Luft gesetzt. Eine Dicke T des Schallanpasselements 12 ist
auf eine viertel Wellenlänge einer Ultraschallwelle im Schallanpasselement 12 gesetzt.
Wenn die Ultraschallwelle beispielsweise eine Frequenz von 65 kHz aufweist,
wird die Breite W auf ungefähr 2,6 mm und die Dicke T auf
ungefähr 5 mm gesetzt.
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Da
die Dicke T des Schallanpasselements 12 auf eine viertel
Wellenlänge der Ultraschallwelle im Schallanpasselement 12 gesetzt
ist, wird im Schallanpasselement 12 eine stehende Welle
erzeugt. Folglich kann eine Interferenz und Auslöschung
zwischen einer einfallenden Ultraschallwelle in das Schallanpasselement 12 und
einer an einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen
Element 11 und dem Schallanpasselement 12 reflektierten
Ultraschallwelle verringert werden. Dies führt dazu, dass
sich die in das Schallanpasselement 12 einfallende Ultraschallwelle
effizient zum piezoelektrischen Element 11 ausbreiten kann.
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Die Öffnung 12b des
Schallanpasselements 12 ist mit einem Dichtungsmaterial 42 gefüllt,
das einen geringeren Elastizitätskoeffizienten als das Schallanpasselement 12 aufweist.
Das Dichtungsmaterial 42 kann beispielsweise aus Kautschuk,
Gel oder dergleichen aufgebaut sein. Folglich verhindert das Dichtungsmaterial 42,
dass ein Fremdstoff, wie beispielsweise Wasser (Feuchtigkeit) in
den Zwischenraum 16 eindringt, ohne dabei die Ausbreitung der
Ultraschallwelle zu beeinflussen. Alternativ kann nicht nur die Öffnung 12b,
sondern ebenso der Zwischenraum 16 mit dem Dichtungsmaterial 42 gefüllt sein.
Bei solch einem Ansatz wird die strukturelle Festigkeit des Schallanpasselements 12 derart
erhöht, dass die strukturelle Zuverlässigkeit
des Ultraschallsensors 10 verbessert werden kann.
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Das
piezoelektrische Element 11 weist einen piezoelektrischen
Körper und ein Elektrodenpaar bestehend aus einer ersten
und einer zweiten Elektrode 14, 15 auf. Der piezoelektrische
Körper weist die Form eines rechteckigen Zylinders auf
und ist beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) aufgebaut.
Der piezoelektrische Körper weist einen Querschnitt auf,
dessen Form einer Form eines Querschnitts des Schallanpasselements 12 entspricht. Die
erste und die zweite Elektrode 14, 15 sind derart auf
gegenüberliegenden Oberflächen des piezoelektrischen
Körpers gebildet, dass der piezoelektrische Körper
zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 14, 15 angeordnet
ist. Die erste und die zweite Elektrode 14, 15 können
beispielsweise durch eine Plattierung oder durch Sputtern von Platin
(Pt) oder Kupfer (Cu) oder durch eine thermische Behandlung bzw.
Backen einer leitfähigen Paste gebildet werden. Da Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT) eine hohe piezoelektrische Konstante aufweist, kann das piezoelektrische Element
eine Ultraschallwelle selbst dann erfassen, wenn diese einen geringen
Schalldruck aufweist. Folglich kann die Erfassungsempfindlichkeit
des Ultraschallsensors 10 verbessert werden.
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Der
Zwischenraum 16 erstreckt sich vom Schallanpasselement 12 teilweise
in das piezoelektrische Element 11, um so einen oberen
Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 in vier piezoelektrische
Elemente 11p–11s zu unterteilen, die
Form aufweisen, die mit den Schallanpasselementen 12p–12s übereinstimmen.
Der Zwischenraum 16 erreicht einen unteren Abschnitt des
piezoelektrischen Elements 11 nicht, so dass die piezoelektrischen
Elemente 11p–11s durch den unteren Abschnitt
miteinander verbunden werden können. Folglich dient der untere
Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 als das Verbindungsstück 17.
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Die
zwischen dem Schallanpasselement 12 und dem piezoelektrischen
Element 11 angeordnete erste Elektrode 14 wird,
wie in 1B gezeigt, durch den Zwischenraum 16 in
vier erste Elektroden 14p–14s unterteilt,
die Formen entsprechend den Schallanpasselementen 12p–12s aufweisen.
Die Bezugszeichen 14r, 14s sind in der Zeichnung
nicht gezeigt. Da der Zwischenraum 16 nicht bis zum unteren Abschnitt
des piezoelektrischen Elements 11 reicht, wird die zweite
Elektrode 15 im Gegensatz zur ersten Elektrode nicht durch
den Zwischenraum 16 unterteilt. Folglich wird die zweite
Elektrode 15 von den piezoelektrischen Elementen 11p–11s gemeinsam
genutzt, während die ersten Elektroden 14p–14s in
einer 1:1-Verteilung für die piezoelektrischen Elemente 11p–11s vorgesehen
sind.
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Leitfähige
Kontaktstellen 11a sind auf den Seitenoberflächen
der piezoelektrischen Elemente 11p–11s gebildet
und jeweils elektrisch mit den ersten Elektroden 14p–14s der
piezoelektrischen Elemente 11p–11s verbunden.
Die Kontaktstellen 11a sind elektrisch mit den elektrischen
Drähten 19 verbunden, die mit der Schaltvorrichung 18 verbunden sind,
die auf einer inneren Bodenoberfläche des Gehäuses 31 angeordnet
ist. Die zweite Elektrode 15 der piezoelektrischen Elemente 11p–11s ist
ohne die leitfähige Kontaktstelle 11a über
den elektrischen Draht 19 mit der Schaltvorrichtung 18 verbunden. Folglich
sind die piezoelektrischen Elemente 11p–11s elektrisch
mit der Schaltvorrichtung 18 verbunden. Da die zweite Elektrode 15 von
den piezoelektrischen Elementen 11p–11s gemeinsam
genutzt wird, kann die Anzahl der elektrischen Drähte 19,
die zur elektrischen Verbindung der piezoelektrischen Elemente 11p–11s mit
der Schaltvorrichtung 18 benötigt wird, verringert
werden. Gleich der zweiten Elektrode 15 können
die ersten Elektroden 14p–14s ohne die
leitfähigen Kontaktstellen 11a direkt mit den elektrischen
Drähten 19 verbunden werden.
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Der
Ultraschallsensor 10 der ersten Ausführungsform
ist, wie vorstehend beschrieben, derart aufgebaut, dass das Schallanpasselement 12 und das
piezoelektrische Element 11 durch den Zwischenraum 16 unterteilt
werden, um die vier Ultra schalldetektoren 13p–13s zu
bilden, die durch das Verbindungsstück 17 miteinander
verbunden sind. Folglich können die Ultraschalldetektoren 13p–13s derart
einteilig bzw. kombiniert gebildet werden, dass benachbarte Ultraschalldetektoren 13p–13s in
gleicher Weise mit einem vorbestimmten Abstand (d. h. der Breite
des Zwischenraums 16) beabstandet voneinander angeordnet
sind. Folglich können die Ultraschalldetektoren 13p–13s verglichen
mit einem Fall, bei welchem die Ultraschalldetektoren einzeln gebildet
werden, genau in einem Array angeordnet werden.
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Der
Ultraschallsensor 10 erfasst ein Hindernis wie folgt. Nachstehend
wird ein Fall als Beispiel aufgezeigt, bei welchem das Schallanpasselement 12p des
Schallanpasselements 12 eine von einem Hindernis reflektierte
Ultraschallwelle empfängt. Eine Ultraschallwelle wird von
einem Ultraschallsender (nicht gezeigt) ausgesendet und von dem
Hindernis reflektiert. Die reflektierte Ultraschallwelle wird an
der Empfangsoberfläche 12a des Schallanpasselements 12p empfangen.
Die empfangene Ultraschallwelle breitet sich durch das Schallanpasselement 12p aus und
erreicht das piezoelektrische Element 11p. Das piezoelektrische
Element 11p erfasst die Ultraschallwelle und wandelt die
Ultraschallwelle in ein Spannungssignal. Das Spannungssignal wird über
die Schaltvorrichtung 18 zu einer Verarbeitungsschaltung,
wie beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des
Fahrzeugs, übertragen. Die Verarbeitungsschaltung führt
Berechnungen auf der Grundlage des vom piezoelektrischen Element 11p ausgegebenen
Spannungssignals aus. Auf diese Weise kann das Hindernis erfasst
werden.
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Im
obigen Fall breitet sich die von der Empfangsoberfläche 12a des
Schallanpasselements 12p empfangene Ultraschallwelle nicht
zu den anderen Schallanpasselementen 12q–12s aus,
da das Schallanpasselement 12p durch den Zwischenraum 16 von
den anderen Schallanpasselementen 12q–12s getrennt
wird. Folglich wird die vom Schallanpasselement 12p empfangene
Ultraschallwelle einzig zum piezoelektrischen Element 11p übertragen.
Das heißt, die vom Schallanpasselement 12p empfangene
Ultraschallwelle wird nicht zu den anderen piezoelektrischen Elementen 11q–11s übertragen.
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Gemäß dem
Ultraschallsensor 10 wird die Empfangsoberfläche 12a zum
Empfangen der reflektierten Ultraschallwelle, wie vorstehend beschrieben, derart
durch den Zwischenraum 16 unterteilt, dass die empfangene
Ultraschallwelle einzeln zu den jeweiligen Ultraschalldetektoren 13p–13s übertragen und
von den jeweiligen Ultraschalldetektoren 13p–13s erfasst
werden kann. Bei solch einem Ansatz wird eine derart gute Übersprechcharakteristik erzielt,
dass die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors 10 verbessert
werden kann.
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Ein
Abstand zum Hindernis und eine Position des Hindernisses können
auf der Grundlage von Zeit- und Phasendifferenzen zwischen den von
den Ultraschalldetektoren 13p–13s empfangenen
Ultraschallwellen gemessen werden. Da der Abstand D zwischen den
Mitten benachbarter Schallanpasselemente 12p–12s auf
die halbe Wellenlänge der Ultraschallwelle gesetzt ist,
können die Zeitdifferenzen auf der Grundlage der Phasendifferenzen
erfasst werden. Folglich können die Zeitdifferenzen derart
genau erfasst werden, dass der Abstand zum Hindernis und die Position
des Hindernisses genau gemessen werden können.
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Die
Anzahl und die Anordnung der Ultraschalldetektoren können
in Abhängigkeit der beabsichtigten Anwendung des Ultraschallsensors 10 variieren.
Wenn der Ultraschallsensor 10 beispielsweise zwei Ultraschalldetektoren
aufweist, kann der Ultraschallsensor 10 eine zweidimensionale
Position eines Hindernisses erfassen. Der Ultraschallsensor 10 kann
ferner beispielsweise sechs Ultraschalldetektoren aufweisen, die
in einem Array bestehend aus drei Reihen und zwei Spalten angeordnet
sind.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Fertigung des Ultraschallsensors 10 unter
Bezugnahme auf die 2A–2C beschrieben.
Zunächst werden, wie in 2A gezeigt,
ein Material 32 für ein Schallanpasselement und
ein Material 36 für ein piezoelektrisches Element
vorbereitet. Das Material 32 für ein Schallanpasselement
kann beispielsweise ein aus Polycarbonat gebildeter Harzblock sein.
Elektroden 34, 35 werden durch eine Plattierung
oder durch Sputtern von Platin (Pt) oder Kupfer (Cu) oder durch eine
thermische Behandlung bzw. Backen einer leitfähigen Paste
auf gegenüberliegenden Oberflächen des Materials 36 für
ein piezoelektrisches Element vorgeformt. Das Material 32 für
ein Schallanpasselement wird beispielsweise unter Verwendung eines Klebemittels
auf eine Oberfläche der Elektrode 34 geklebt.
Auf diese Weise werden das Material 32 für ein
Schallanpasselement und das Material 36 für ein piezoelektrisches
Element miteinander verbunden, um eine Ultraschalldetektorbasis
zu bilden.
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Anschließend
wird, wie in 2B gezeigt, eine Halb-Schnitt-(Half-Cut)-Vereinzelung
von einer Oberfläche des Materials 32 für
ein Schallanpasselement in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung auf
die Ultraschalldetektorbasis ausgeübt, so dass die Ultraschalldetektorbasis
halb geschnitten wird und ein Gittermuster aufweist.
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Auf
diese Weise werden eine Öffnung in der Oberfläche
des Materials 32 für ein Schallanpasselement und
ein sich von der Öffnung in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung
erstreckender Zwischenraum 16 gebildet. Der Zwischenraum 16 erstreckt sich
durch die Elektrode 34 in das Material 36 für
ein piezoelektrisches Element, erreicht die Elektrode 35 jedoch
nicht. Folglich dient ein Abschnitt des Materials 36 für
ein piezoelektrisches Element, der vor dem Zwischenraum 16 angeordnet
ist, als das Verbindungsstück 17, durch welches
die Ultraschalldetektoren 13p–13s miteinander
verbunden werden. Das Verbindungsstück 17 ist
derart ausgebildet, dass die Ultraschalldetektoren 13p–13s derart
miteinander verbunden werden können, dass sie eine angemessene
strukturelle Festigkeit aufweisen.
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Anschließend
wird die Ultraschalldetektorbasis, wie in 2C gezeigt,
durch eine Vereinzelung entlang der Mitte zwischen benachbarten
Zwischenräumen 16 geschnitten. Auf diese Weise
wird die Ultraschalldetektorbasis in vier Ultraschalldetektoren 13p–13s unterteilt,
die in einem Array angeordnet und durch das Verbindungsstück 17 miteinander
verbunden sind. Obgleich die 2A–2C einen
Fall aufzeigen, bei welchem der Ultraschallsensor 10 mit vier
Ultraschalldetektoren 13p–13s gebildet
wird, kann die Anzahl der Ultraschalldetektoren im Ultraschallsensor 10 geändert
werden, indem eine Schnittposition, an welcher die Ultraschalldetektorbasis
geschnitten wird, geändert wird.
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Anschließend
werden die Ultraschalldetektoren 13p–13s über
die elektrischen Drähte 19 elektrisch mit der
Schaltvorrichtung 18 verbunden und im Gehäuse 31 untergebracht.
Anschließend wird die Seitenwand des Schallanpasselements 12 nahe
der Empfangsoberfläche 12a über den Schwingungsdämpfer 41 an
der inneren Sei tenwand des Gehäuses 31 nahe der Öffnung
des Gehäuses 31 befestigt. Auf diese Weise wird
der in der 1 gezeigte Ultraschallsensor 10 gebildet.
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Gemäß dem
Verfahren zur Fertigung des Ultraschallsensors 10 wird
der Zwischenraum 16, wie vorstehend beschrieben, gebildet,
indem die Halb-Schnitt-Vereinzelung auf den Verbundkörper bestehend
aus dem Material 32 für ein Schallanpasselement
und dem Material 36 für ein piezoelektrisches
Element angewandt wird. Anschließend wird der den Zwischenraum 16 aufweisende
Verbundkörper durch eine Vereinzelung getrennt. Bei solch
einem Ansatz können auf einfache Weise vier Ultraschalldetektoren 13p–13s,
die durch das Verbindungsstück 17 miteinander
verbunden werden, gebildet werden, so dass die Kosten zur Fertigung
des Ultraschallsensors 10 verringert werden können.
Ferner können die Ultraschalldetektoren 13p–13s verglichen
mit einem Fall, bei welchem die Ultraschalldetektoren einzeln gebildet
werden, genau in einem Array angeordnet werden.
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Der
Ultraschallsensor 10 kann auf verschiedene Weise ausgestaltet
werden. Der Zwischenraum 16 kann beispielsweise nur das
Schallanpasselement 12 unterteilen, so dass das piezoelektrische Element 11 nicht
durch den Zwischenraum 16 unterteilt wird. In diesem Fall
wird die erste Elektrode 14 in getrennten Verdrahtungsmustern
gemäß den jeweiligen Ultraschalldetektoren 13p–13s vorgeformt.
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Das
Schallanpasselement 12 kann aus einem von Harz verschiedenen
Material gebildet sein. Das Schallanpasselement 12 kann
beispielsweise aus Keramik, Glas oder dergleichen, die gegenüber Umwelteinflüssen
beständig sind, gebildet sein.
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Das
piezoelektrische Element 11 kann aus einem von Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT) verschiedenen Material gebildet sein. Das piezoelektrische
Element 11 kann beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid (PVDF),
Quarz, Zinkoxid, Lithiumniobat, Lithiumtantalit oder dergleichen
gebildet sein. Insbesondere ist eine Differenz der akustischen Impedanz
zwischen dem piezoelektrischen Element 11 und dem Schallanpasselement 12 gering,
wenn das piezoelektrische Element 11 aus Polyvinylidenfluorid (PVDF)
gebildet ist, so dass die Ultraschallwelle wirksam vom Schallanpasselement 12 zum
piezoelektrische Element 11 übertragen werden
kann.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform weist der Ultraschallsensor 10 eine
Mehrzahl von Ultraschalldetektoren 13p–13s auf,
die in einem Array angeordnet sind. Die Ultraschalldetektoren 13p–13s sind
aus dem piezoelektrischen Element 11 und dem Schallanpasselement 12 aufgebaut,
die durch den sich in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung
erstreckenden Zwischenraum 16 unterteilt sind. Bei solch
einem Ansatz kann die an der Empfangsoberfläche 12a des
Schallanpasselements 12 empfangene Ultraschallwelle einzeln
zu den jeweiligen Ultraschalldetektoren 13p–13s übertragen
und einzeln von den jeweiligen Ultraschalldetektoren 13p–13s erfasst
werden. Folglich kann eine derart gute Übersprechcharakteristik
erzielt werden, dass die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors 10 verbessert
werden kann. Ferner sind die Ultraschalldetektoren 13p–13s durch
das Verbindungsstück 17 miteinander verbunden.
Folglich können die Ultraschalldetektoren 13p–13s derart
einteilig gebildet werden, dass benachbarte Ultraschalldetektoren 13p–13s in
gleicher Weise in dem vorbestimmten Abstand beabstandet voneinander
angeordnet sind. Folglich können die Ultraschalldetektoren 13p–13s verglichen
mit einem Fall, bei welchem die Ultraschalldetektoren einzeln gebildet
werden, genau in einem Array angeordnet werden.
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Der
Abstand D zwischen den Mitten benachbarter Schallanpasselemente 12p–12s ist
auf die halbe Wellenlänge der Ultraschallwelle gesetzt.
Bei solch einem Ansatz können die Zeitdifferenzen zwischen
den empfangenen Ultraschallwellen auf der Grundlage der Phasendifferenzen
zwischen den empfangenen Ultraschallwellen erfasst werden. Folglich
können die Zeitdifferenzen derart genau erfasst werden,
dass der Abstand zum Hindernis und die Position des Hindernisses
genau gemessen werden können.
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Da
die zweite Elektrode 15 von den Ultraschalldetektoren 13p–13s gemeinsam
genutzt wird, kann die Anzahl der elektrischen Drähte 19,
die benötigt wird, um die Ultraschalldetektoren 13p–13s elektrisch
mit der Schaltvorrichtung 18 zu verbinden, reduziert werden.
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Die Öffnung 12b des
Schallanpasselements 12 ist mit dem Dichtungsmaterial 42 gefüllt,
das einen geringeren Elastizitätskoeffizienten als das
Schallanpasselement 12 aufweist. Folglich verhindert das Dichtungsmaterial 42,
dass ein Fremdstoff, wie beispielsweise Wasser, in den Zwischenraum 16 eindringt,
ohne dabei die Ausbreitung der Ultraschallwelle zu beeinflussen.
Ferner verbessert das Dichtungsmaterial 42 die strukturelle
Festigkeit des Schallanpasselements 12.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Ultraschallsensor 20 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Der Ultraschallsensor 20 der
zweiten Ausführungsform unterscheidet sich dabei wie folgt
vom Ultraschallsensor 10 der ersten Ausführungsform.
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Bei
der ersten Ausführungsform dient der untere Abschnitt des
piezoelektrischen Elements 11 als das Verbindungsstück 17,
durch welches die Ultraschalldetektoren 13p–13s miteinander
verbunden werden. Bei der zweiten Ausführungsform dient
demgegenüber der obere Abschnitt des piezoelektrischen
Elements 11 als das Verbindungsstück 17.
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Die
Empfangsoberfläche 12a des Schallanpasselements 12 weist,
wie in 3 gezeigt, eine Öffnung 12b in
Form eines Kreuzes auf. Die Öffnung 12b erstreckt
sich in einer Ultraschallwellenausbreitungsrichtung (d. h. in einer
Aufwärts-Abwärts-Richtung in der 3),
um einen ersten Zwischenraum 16a zu bilden. Der erste Zwischenraum 16a erstreckt sich
bis kurz oberhalb der ersten Elektrode 14 des piezoelektrischen
Elements 11. Das Schallanpasselement 12 wird durch
den ersten Zwischenraum 16a in vier Schallanpasselemente 12p–12s unterteilt.
Die Bezugszeichen 12r, 12s sind in der 3 nicht
gezeigt.
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Die
zweite Elektrode 15 des piezoelektrischen Elements 11 weist
eine Öffnung 15b in Form eines Kreuzes entsprechend
der Öffnung 12b auf. Die zweite Elektrode 15 wird
durch die Öffnung 15b in vier zweite Elektroden 15p–15s unterteilt.
Die zweiten Elektroden 15p–15s sind über
die elektrischen Drähte 19 jeweils mit der Schaltvorrichtung verbunden.
Die Bezugszeichen 15r, 15s sind in der 3 nicht
gezeigt.
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Die Öffnung 15b erstreckt
sich in einer Richtung (d. h. in einer Abwärts-Aufwärts-Richtung
in der 3) entgegengesetzt zur Ultraschallwellenausbreitungs richtung,
um einen zweiten Zwischenraum 16b zu bilden. Der erste
und der zweite Zwischenraum 16a, 16b fluchten
in der Ultraschallwellenausbreitungsrichtung. Der zweite Zwischenraum 16b erstreckt
sich teilweise in das piezoelektrische Element 11, um so
einen unteren Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 in
vier piezoelektrische Elemente 11p–11s zu
unterteilen. Der zweite Zwischenraum 16b reicht nicht bis
zu einem oberen Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11,
so dass die piezoelektrischen Elemente 11p–11s durch
den oberen Abschnitt miteinander verbunden werden können.
Folglich dient der obere Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 als
das Verbindungsstück 17, durch welches die Ultraschalldetektoren 13p–13s miteinander verbunden
werden.
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Das
Verbindungsstück 17 grenzt an die erste Elektrode 14.
Weder der erste noch der zweite Zwischenraum 16a, 16b unterteilt
die erste Elektrode 14, die zwischen dem Schallanpasselement 12 und
dem piezoelektrischen Element 11 angeordnet ist. Während
die zweiten Elektroden 15p–15s in einer 1:1-Verteilung
bezüglich der piezoelektrischen Elemente 11p–11s vorgesehen
sind, wird die erste Elektrode 14 von den piezoelektrischen
Elementen 11p–11s gemeinsam genutzt.
Auf diese Weise kann die Anzahl der elektrischen Drähte 19,
die benötigt wird, um die piezoelektrischen Elemente 11p–11s elektrisch
mit der Schaltvorrichtung 18 zu verbinden, verringert werden.
Es ist schwieriger, den elektrischen Draht 19 mit der ersten
Elektrode 14 als mit der zweiten Elektrode 15 zu
verbinden, da die erste Elektrode zwischen dem Schallanpasselement 12 und
dem piezoelektrischen Element 11 angeordnet ist. Da die
erste Elektrode 14 gemeinsam genutzt wird, kann die erste
Elektrode 14 auf einfache Weise über den elektrischen
Draht 19 mit der Schaltvorrichtung 18 verbunden
werden. Die zweiten Elektroden 15p–15s sind über
die elektrischen Drähte 19 jeweils mit der Schaltvorrichtung 18 verbunden.
Auf diese Weise werden die piezoelektrischen Elemente 11p–11s mit
der Schaltvorrichtung 18 verbunden.
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Der
Ultraschallsensor 20 kann auf verschiedene Weise ausgestaltet
werden. Die Ultraschalldetektoren 13p–13s können
beispielsweise, wie in 4 gezeigt, durch einen Knotenabschnitt
der Ultraschalldetektoren 13p–13s miteinander
verbunden werden. Der Knotenabschnitt ist ein Abschnitt, an dem
ein Knoten N einer stehenden Welle in den Ultraschalldetektoren 13p–13s auftritt.
In dem in der 4 gezeigten Fall befindet sich
er Knotenabschnitt im Schallanpasselement 12. Das heißt, das Schallanpasselement 12 weist
das Verbindungsstück 17 auf. Der erste Zwischenraum 16a reicht
nicht bis zur ersten Elektrode 14, und der zweite Zwischenraum 16b erstreckt
sich in das Schallanpasselement 12, indem er durch die
erste Elektrode 14 dringt. Folglich ist das Verbindungsstück 17 zwischen
dem ersten und dem zweiten Zwischenraum 16a, 16b im Schallanpasselement 12 angeordnet.
Der zweite Zwischenraum 16b unterteilt nicht nur die zweite Elektrode 15 in
die zweiten Elektroden 15p–15s, sondern
ebenso die erste Elektrode 14 in vier erste Elektroden 14p–14s.
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Gemäß dem
in der 4 gezeigten Aufbau werden die Ultraschalldetektoren 13p–13s durch
das Verbindungsstück 17, das nur an dem Knotenabschnitt
der Ultraschalldetektoren 13p–13s angeordnet
ist, miteinander verbunden. Bei solch einem Ansatz beeinflusst das
Verbindungsstück 17 die Ultraschallwelle in den
Ultraschalldetektoren 13p–13s derart
geringfügig, dass die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors 20 verbessert
werden kann.
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Gleich
dem Ultraschallsensor 10 der ersten Ausführungsform
ist die Öffnung 12b mit einem Dichtungsmaterial 42 gefüllt,
das einen geringeren Elastizitätskoeffizienten als das
Schallanpasselement 12 aufweist. Zusätzlich zur Öffnung 12b kann
ferner der zweite Zwischenraum 16b mit dem Dichtungsmaterial 42 gefüllt
werden. Bei solch einem Ansatz kann die strukturelle Festigkeit
des piezoelektrischen Elements 11 verbessert werden.
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Der
Ultraschallsensor 20 der zweiten Ausführungsform
kann die gleiche Wirkung wie der Ultraschallsensor 10 der
ersten Ausführungsform erzielen. Ferner kann der in der 4 gezeigte
Aufbau die Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors 20 verbessern.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Ultraschallsensor 30 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 5 beschrieben. Der Ultraschallsensor 30 unterscheidet sich
wie folgt von den vorhergehenden Ausführungsformen.
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Bei
dem Ultraschallsensor 30 der dritten Ausführungsform
werden die Ultraschalldetektoren 13p–13s,
wie in 5 gezeigt, durch einen oberen Abschnitt des Schallanpasselements 12 miteinander verbunden.
Folglich dient der obere Abschnitt des Schallanpasselements 12 als
das Verbindungsstück 17. Insbesondere weist die
Empfangsoberfläche 12a keine Öffnung
auf, so dass das Verbindungsstück 17 nahe der
Empfangsoberfläche 12a gebildet sein kann. Der
erste Zwischenraum 16a ist nicht gebildet, und der zweite
Zwischenraum 16b erstreckt sich in einem Bereich nahe der
Empfangsoberfläche 12a des Schallanpasselements 12,
indem er durch die erste Elektrode 14 dringt. Das Verbindungsstück 17 wird
vorzugsweise so dünn wie möglich ausgebildet, um
eine Schwingungsdämpfung und ein Übersprechen
im Schallanpasselement 12 zu verhindern. Die Dicke des
Verbindungsstücks 17 kann beispielsweise auf 1
mm gesetzt werden.
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Der
Ultraschallsensor 30 der dritten Ausführungsform
kann die gleiche Wirkung wie der Ultraschallsensor 10 der
ersten Ausführungsform erzielen. Ferner kann ein Fremdstoff,
wie beispielsweise Wasser, nicht in den Ultraschallsensor 30 eindringen, da
die Empfangsoberfläche 12a des Schallanpasselements 12 keine Öffnung
aufweist. Folglich kann der Ultraschallsensor 30 vor einem
Fremdstoff geschützt werden. Ferner wird das Erscheinungsbild
eines Fahrzeugs, an welchem der Ultraschallsensor 30 befestigt
wird, nicht beeinträchtigt, da die nach außerhalb
des Fahrzeugs freiliegende Empfangsoberfläche 12a keine Öffnung
aufweist.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Ultraschallsensor 40 gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 6 beschrieben. Der Ultraschallsensor 40 unterscheidet sich
wie folgt von den vorhergehenden Ausführungsformen.
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Bei
dem Ultraschallsensor 40 der vierten Ausführungsform
weist, wie in 6 gezeigt, weder die Empfangsoberfläche 12a des
Schallanpasselements 12 noch die zweite Elektrode 15 des
piezoelektrischen Elements 11 eine Öffnung auf.
Folglich sind die Ultraschalldetektoren 13p–13s durch
sowohl den oberen Abschnitt des Schallanpasselements 12 als
auch den unteren Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 miteinander
verbunden. Sowohl der obere Abschnitt des Schallanpasselements 12 als auch
der untere Abschnitt des piezoelektrischen Elements 11 dient
als das Verbindungsstück 17. Folglich ist das
Verbindungsstück 17 sowohl in der Nähe
der Empfangsoberfläche 12a als auch in der Nähe
der zweiten Elektrode 15 angeordnet. Der Zwischenraum 16 ist
im Ultraschallsensor 40 angeordnet. Das in der Nähe
der Empfangsoberfläche 12a angeordnete Verbindungsstück 17 wird,
wie bei der dritten Ausführungsform beschrieben, vorzugsweise
so dünn wie möglich ausgebildet, um eine Schwingungsdämpfung
und ein Übersprechen im Schallanpasselement 12 zu
verhindern. Die Dicke des Verbindungsstücks 17 nahe
der Empfangsoberfläche 12a kann beispielsweise
auf 1 mm gesetzt werden. Während die erste Elektrode 14 durch
den Zwischenraum 16 in die ersten Elektroden 14p–14s unterteilt
wird, ist die zweite Elektrode 15 nicht unterteilt. Folglich
sind die ersten Elektroden 14p–14s in
einer 1:1-Verteilung bezüglich der piezoelektrischen Elemente 11p–11s vorgesehen
und wird die zweite Elektrode 15 von den piezoelektrischen
Elementen 11p–11s gemeinsam genutzt.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Fertigung des Ultraschallsensors 40 unter
Bezugnahme auf die 7A–7C beschrieben.
Zunächst wird, wie in 7A gezeigt,
ein piezoelektrisches Element 11 mit einer vorgeformten
ersten und einer vorgeformten zweiten Elektrode 14, 15 vorbereitet.
Anschließend wird eine Öffnung 14a in
Form eines Kreuzes in der ersten Elektrode 14 gebildet.
Ferner wird ein Zwischenraum 16c in Form eines Schlitzes, der
sich annähernd senkrecht zur ersten Elektrode 14 erstreckt,
gebildet, indem das piezoelektrische Element 11 entlang
der Öffnung 14a vereinzelt wird. Folglich wird
das piezoelektrische Element 11 durch den Zwischenraum 16c in
vier piezoelektrische Elemente 11p–11s unterteilt.
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Anschließend
wird, wie in 7B gezeigt, ein Schallanpasselement 12 vorbereitet.
Anschließend wird eine Öffnung 12c in
Form eines Kreuzes, welche die gleiche Form wie die Öffnung 14a aufweist,
in einer auf der gegenüberliegenden Seite einer Empfangsoberfläche 12a liegenden
Oberfläche gebildet. Ferner wird ein Zwischenraum 16d in
Form eines Schlitzes, der sich annähernd senkrecht zu der gegenüberliegenden
Oberfläche erstreckt, gebildet, indem das Schallanpasselement 12 entlang der Öffnung 12c vereinzelt
wird. Auf diese Weise wird das Schallanpasselement 12 durch
den Zwischenraum 16d in vier Schallanpasselemente 12p–12s unterteilt.
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Anschließend
werden das piezoelektrische Element 11 und das Schallanpasselement 12,
wie in 7 gezeigt, beispielsweise unter
Verwendung eines Klebemittels derart miteinander verbunden, dass die Öffnung 14a des
piezoelektrischen Elements 11 mit der Öffnung 12c des
Schallanpasselements 12 fluchtet. Auf diese Weise werden
vier Ultraschalldetektoren 13p–13s, die
miteinander verbunden und in einem Array angeordnet sind, aus dem
piezoelektrischen Element 11 und dem Schallanpasselement 12 aufgebaut.
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Anschließend
werden die Ultraschalldetektoren 13p–13s unter
Verwendung elektrischer Drähte 19 elektrisch mit
der Schaltvorrichtung 18 verbunden. Die Ultraschalldetektoren 13p–13s und
die Schaltvorrichtung 18 werden in einem Gehäuse 31 untergebracht.
Die Ultraschalldetektoren 13p–13s werden über
einen Schwingungsdämpfer 41 am Gehäuse 31 befestigt.
Auf diese Weise wird der in der 6 gezeigte
Ultraschallsensor 40 gebildet.
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Der
Ultraschallsensor 40 der vierten Ausführungsform
kann die gleiche Wirkung wie der Ultraschallsensor 10 der
ersten Ausführungsform erzielen. Ferner kann ein Fremdstoff,
wie beispielsweise Wasser, nicht in den Ultraschallsensor 40 eindringen, da
die Empfangsoberfläche 12a des Schallanpasselements 12 keine Öffnung
aufweist. Folglich kann der Ultraschallsensor 40 vor dem
Fremdstoff geschützt werden. Ferner wird das Erscheinungsbild
eines Fahrzeugs, an welchem der Ultraschallsensor 40 befestigt
wird, nicht beeinträchtigt, da die nach außerhalb
des Fahrzeugs freiliegende Empfangsoberfläche 12a keine Öffnung
aufweist.
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(Ausgestaltungen)
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können
auf verschiedene Weise ausgestaltet werden. Der Ultraschallsensor
kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, eine Ultraschallwelle auszusenden.
In diesem Fall kann der Ultraschallsensor eine Mehrzahl von geschichteten
piezoelektrischen Elementen 11 aufweisen, die übereinandergeschichtet sind.
Der Ultraschallsensor kann beispielsweise, wie in 8 gezeigt,
zwei piezoelektrische Elemente 11 aufweisen, die übereinandergeschichtet
angeordnet sind. Eine zwischen den geschichteten piezoelektrischen
Elementen 11 angeordnete Elektrode dient sowohl als erste
Elektrode 14 des unteren piezoelektrischen Elements 11 als
auch als zweite Elektrode 15 des oberen piezoelektrischen
Elements 11. Jedes der geschichteten piezoelektrischen
Elemente 11 wird durch einen Zwischenraum 16 unterteilt.
Durch den in der 8 gezeigten Aufbau kann der
Schalldruck der vom Ultraschallsensor ausgesendeten Ultraschallwelle
verglichen mit einem Aufbau, bei welchem die piezoelektrischen Elemente 11 nicht
geschichtet angeordnet sind, erhöht werden.
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Im
Falle der 8 ist ein Verbindungsstück 17 an
einem unteren Abschnitt des unteren piezoelektrischen Elements 11 angeordnet.
Die Position des Verbindungsstücks 17 kann gemäß der
obigen Ausführungsformen variieren. Im Falle der 8 sind
zwei piezoelektrische Elemente 11 übereinandergeschichtet
angeordnet. Die Anzahl der übereinandergeschichteten piezoelektrischen
Elemente 11 kann variieren.
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Bei
den obigen Ausführungsformen ist der Zwischenraum 16 in
Form eines Schlitzes ausgebildet. Die Form des Zwischenraums 16 kann
jedoch variieren. Es kann beispielsweise, wie in den 9A und 9B gezeigt,
eine Mehrzahl von kreisrunden zylindrischen Zwischenräumen 16 derart
in Form eines Kreuzes angeordnet werden, dass das Schallanpasselement 12 und
das piezoelektrische Element 11 durch die Zwischenräume 16 unterteilt
werden können, um vier Ultraschalldetektoren 13p–13s zu
bilden. Bei solch einem Ansatz dienen Abschnitte zwischen benachbarten
Zwischenräumen 16 ebenso als das Verbindungsstück 17,
wodurch das Volumen des Verbindungsstücks 17 erhöht
werden kann. Folglich kann die Festigkeit des Ultraschallsensors
durch den in den 9A und 9B gezeigten
Aufbau verglichen mit dem Aufbau, bei welchem der Zwischenraum 16 in
Form eines Schlitzes vorgesehen ist, erhöht werden. Alternativ
können zylindrische Zwischenräume 16,
die sich von den kreisrunden zylindrischen Zwischenräumen 16 unterscheiden,
verwendet werden. So können beispielsweise rechteckige zylindrische
Zwischenräume 16 verwendet werden.
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In
den 9A und 9B erstrecken
sich die kreisrunden zylindrischen Zwischenräume 16 von der
Empfangsoberfläche 12a aus und dringen einzig durch
die erste Elektrode 14. Alternativ können sich die
kreisrunden zylindrischen Zwischenräume 16 von der
Empfangsoberfläche 12a aus erstrecken und sowohl
durch die erste Elektrode 14 als auch die zweite Elektrode 15 dringen.
Alternativ können sich die kreisrunden zylindrischen Zwischenräume 16 von der
zweiten Elektrode 15 aus erstrecken.
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Solche Änderungen
und Ausgestaltungen sollen als mit im Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
wird, beinhaltet verstanden werden.
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Vorstehend
wurden ein Ultraschallsensor und ein Verfahren zu dessen Fertigung
offenbart.
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Ein
Ultraschallsensor weist ein piezoelektrisches Element 11 und
ein Schallanpasselement 12 auf, die miteinander verbunden
sind, um eine Ultraschalldetektorbasis zu bilden. Die Ultraschalldetektorbasis
wird durch einen sich in einer Ultraschallwellenausbreitungsrichtung
erstreckenden Zwischenraum 16 unterteilt, um eine Mehrzahl
von in einem Array angeordneten Ultraschalldetektoren 13p–13s zu bilden.
Der Zwischenraum 16 unterteilt die Ultraschalldetektorbasis
derart nicht vollständig, dass die Ultraschalldetektoren 13p–13s durch
einen Abschnitt 17 der Ultraschalldetektorbasis miteinander
verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-234523
A [0004, 0005]
- - JP 54-61590 A [0004, 0005]