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HINTERGRUND
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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ultraschallsensor.
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[In Beziehung stehender Stand der Technik]
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Ein Ultraschall-Transceiver (Sender/Empfänger), der im Ultraschallfrequenzband sendet und empfängt, wird beispielsweise für industrielle Zwecke als Ultraschallsensor, wie beispielsweise als bordeigener Ecksensor, eingesetzt. Diese Art von Ultraschall-Transceiver beinhaltet ein zylindrisches Gehäuse mit Boden und ein piezoelektrisches Element, das an einem Bodenabschnitt des Gehäuses befestigt ist.
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Für diese Art von Ultraschall-Transceiver ist eine Technologie bekannt, bei der ein einzelner Ultraschall-Transceiver mehrere Resonanzfrequenzen aufweist (siehe beispielsweise
JP 5 276 352 ). Diese Technologie kann die Funktionalität des Ultraschall-Transceivers oder eines Ultraschallsensors mit dem Ultraschall-Transceiver verbessern. So kann beispielsweise ein einzelner Ultraschall-Transceiver eine Nah- und Weitbereichserfassung ausführen.
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Insbesondere beinhaltet der in der
JP 5 276 352 beschriebene Ultraschall-Transceiver zwei zylindrische Gehäuse mit Boden, die verschiedener Größe sind. Der Ultraschall-Transceiver wird durch eine Bodenfläche eines großen zylindrischen Gehäuses mit Boden und einen Öffnungsabschnitt eines kleinen zylindrischen Gehäuses mit Boden, die aneinander befestigt sind, und ein piezoelektrisches Element, das an einer Bodenfläche des kleinen zylindrischen Gehäuses mit Boden befestigt ist, gebildet.
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In der konventionellen Technologie, bei der ein einzelner Ultraschall-Transceiver mehrere Resonanzfrequenzen aufweist, wird die Form des Gehäuses, in dem Ultraschallelemente wie das piezoelektrische Element untergebracht sind, komplex. Daher ergeben sich Probleme in Bezug auf die Herstellungskosten und die Haltbarkeit.
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KURZDARSTELLUNG
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Es besteht daher Bedarf an einer Konfiguration, bei der mehrere Resonanzfrequenzen bereitgestellt werden, während eine Komplexität in der Form so weit wie möglich vermieden wird.
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Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Ultraschallsensor bereit, der aufweist: ein Ultraschallelement, das konfiguriert ist, um eine Wandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallschwingung vorzunehmen; und ein Elementunterbringungsgehäuse, das eine zylindrische Form mit Boden aufweist und konfiguriert ist, um das Ultraschallelement auf einer Innenseite des Elementunterbringungsgehäuses unterzubringen. Das Elementunterbringungsgehäuse weist auf: einen Seitenplattenabschnitt, der zu einer zylindrischen Form geformt ist, die eine gerichtete Mittelachse umgibt; und einen Bodenplattenabschnitt, der eine Endseite des Seitenplattenabschnitts in einer axialen Richtung parallel zur gerichteten Mittelachse schließt. Der Seitenplattenabschnitt weist auf: einen dünnen Abschnitt, der eine Kreiszylinderform oder eine teilweise Kreiszylinderform aufweist, die eine vorbestimmte Dicke in einer radialen Richtung orthogonal zur gerichteten Mittelachse aufweist; und einen dicken Abschnitt, der in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts in einer Umfangsrichtung vorgesehen ist, die die gerichtete Mittelachse umgibt, und eine radiale Dicke (radiale Richtungsabmessung) aufweist, die größer als die vorbestimmte Dicke ist.
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Bei dem gemäß obiger Beschreibung konfigurierten Ultraschallsensor schwingt, wenn ein elektrisches Signal an das Ultraschallelement gegeben wird, das auf der Innenseite des Elementunterbringungsgehäuses mit der zylindrischen Form mit Boden untergebracht ist, das Ultraschallelement ultraschallartig, um das Elementunterbringungsgehäuse zu erregen. Ein Ultraschall-Transceiver (Sender-Empfänger), der durch das Ultraschallelement und das Elementunterbringungsgehäuse konfiguriert werden kann, schwingt dann in einem vorbestimmten Schwingungsmodus.
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In Bezug auf diesen Punkt weist, in der oben beschriebenen Konfiguration, der Seitenplattenabschnitt, der der zylindrische Abschnitt der zylindrischen Form mit Boden ist, den dünnen Abschnitt und den dicken Abschnitt auf. Der dicke Abschnitt ist in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts in Umfangsrichtung vorgesehen. Der dünne Abschnitt weist eine Kreiszylinderform oder eine teilweise Kreiszylinderform auf. Der dicke Abschnitt weist die radiale Dicke auf, die größer ist als die vorbestimmte Dicke des dünnen Abschnitts.
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Infolgedessen tritt im Ultraschall-Transceiver zusätzlich zu einem normalen Schwingungsmodus, wenn der dicke Abschnitt nicht vorhanden ist, ein zusätzlicher Schwingungsmodus auf, der dem Vorhandensein des dicken Abschnitts zugeschrieben wird. Dadurch wird neben einer ersten strukturellen Resonanzfrequenz durch den normalen Schwingungsmodus eine zweite strukturelle Resonanzfrequenz erzeugt, die dem Auftreten des zusätzlichen Schwingungsmodus zugeschrieben wird. Die erste strukturelle Resonanzfrequenz und die zweite strukturelle Resonanzfrequenz weisen ein Verhältnis auf, bei dem keine eine Resonanzfrequenz hoher Ordnung der anderen ist.
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Auf diese Weise kann der einzelne Ultraschall-Transceiver aufgrund der vorstehend beschriebenen Konfiguration durch eine sehr einfache Änderung in der Form, d.h. durch den dicken Abschnitt im dünnen Abschnitt in Umfangsrichtung, mit mehreren strukturellen Resonanzfrequenzen versehen werden. Somit kann in dem mit mehreren strukturellen Resonanzfrequenzen versehenen Ultraschall-Transceiver die Komplexität in der Form so weit wie möglich vermieden werden.
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Bezugszeichen in Klammern können Elementen in jedem Abschnitt der Anmeldeunterlagen angehängt sein. Die Bezugszeichen zeigen jedoch nur Beispiele für entsprechende Verhältnisse zwischen den Elementen und spezifischen Mitteln gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Daher wird die vorliegende Offenbarung durch die oben beschriebenen Bezugszeichen in keiner Weise beschränkt.
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Figurenliste
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In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
- 1 eine Perspektivansicht eines äußeren Erscheinungsbildes eines Fahrzeugs, in dem ein Ultraschallsensor gemäß einer Ausführungsform montiert ist;
- 2 eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration des in 1 gezeigten Ultraschallsensors;
- 3 eine Perspektivansicht einer schematischen Konfiguration eines Ultraschall-Transceivers gemäß 2;
- 4 ein Diagramm einer akustischen Impedanz des in 3 gezeigten Ultraschall-Transceivers;
- 5 eine Draufsicht auf eine schematische Konfiguration des Ultraschall-Transceivers in einem Variationsbeispiel;
- 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5;
- 7 eine Querschnittsansicht einer schematischen Konfiguration des Ultraschall-Transceivers in einem weiteren Variationsbeispiel;
- 8 eine Draufsicht auf eine schematische Konfiguration des Ultraschall-Transceivers in noch einem weiteren Variationsbeispiel;
- 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8;
- 10A eine Perspektivansicht einer schematischen Konfiguration des Ultraschall-Transceivers in noch einem weiteren Variationsbeispiel;
- 10B eine Querschnittsansicht des in 10A gezeigten Ultraschall-Transceivers;
- 11 eine Perspektivansicht einer schematischen Konfiguration des Ultraschall-Transceivers in noch einem weiteren Variationsbeispiel;
- 12 eine Querschnittsansicht des in 11 gezeigten Ultraschallsensors; und
- 13 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend ist eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hier kann, in Bezug auf verschiedene Variationsbeispiele, die auf eine Ausführungsform anwendbar sind, das Verständnis für die Ausführungsform gehemmt werden, wenn die Variationsbeispiele innerhalb einer Reihe von Beschreibungen im Zusammenhang mit der Ausführungsform vorliegen. Daher sind die Variationsbeispiele nicht in die Reihe der Beschreibungen zur Ausführungsform eingefügt, sondern anschließend kollektiv beschrieben.
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(Ausführungsform)
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Fahrzeug V ein sogenanntes vierrädriges Automobil mit einer kastenförmigen Fahrzeugkarosserie V1. Eine vordere Stoßstange V2 ist in einem vorderen Endabschnitt der Fahrzeugkarosserie V1 montiert. Eine hintere Stoßstange V3 ist in einem hinteren Endabschnitt der Fahrzeugkarosserie V1 montiert. Die vordere Stoßstange V2 und die hintere Stoßstange V3 sind Fahrzeugkarosseriekomponenten.
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Befestigungslöcher V4 sind in der vorderen Stoßstange V2 und der hinteren Stoßstange V3 gebildet. Das Befestigungsloch V4 ist ein Durchgangsloch, das zur Befestigung eines Ultraschallsensors 1 verwendet wird. Der Ultraschallsensor 1 ist ein sogenanntes bordeigenes Clearance-Sonar (Abstandssonar). Der Ultraschallsensor 1 ist in der vorderen Stoßstange V2 und der hinteren Stoßstange V3 montiert.
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(Ultraschallsensor)
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2 zeigt eine schematische Konfiguration des Ultraschallsensors 1 in einem Zustand, in dem der Ultraschallsensor 1 in der vorderen Stoßstange V2 montiert ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in 2 ein rechtshändiges orthogonales XYZ-Koordinatensystem so bestimmt, dass eine Z-Achse parallel zu einer gerichteten Mittelachse DA (einer Mittelachse der Richtwirkung) des Ultraschallsensors 1 verläuft. Zu dieser Zeit wird eine Richtung, die parallel zur gerichteten Mittelachse DA verläuft, als axiale Richtung bezeichnet. Eine obere Seite in 2, d.h. eine Seite positiver Richtung auf der Z-Achse, ist auch als Spitzenendseite in axialer Richtung bezeichnet. In ähnlicher Weise ist eine untere Seite in 2, d.h. eine Seite negativer Richtung auf der Z-Achse, auch als Basisendseite in axialer Richtung bezeichnet. Darüber hinaus ist eine beliebige Richtung, die orthogonal zur axialen Richtung verläuft, auch als eine Richtung in der Ebene bezeichnet. D.h., die Richtung in der Ebene ist eine Richtung, die parallel zu einer XY-Ebene in 2 verläuft.
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Wie in 2 gezeigt, weist der Ultraschallsensor 1 ein Sensorgehäuse 2, ein elastisches Halteelement 3 und einen Ultraschall-Transceiver (Sender-Empfänger) (auch Ultraschallwandler genannt) 4 auf. Der Ultraschall-Transceiver 4 weist ein Ultraschallelement 5 und ein Elementunterbringungsgehäuse 6 auf. Nachstehend ist eine Konfiguration jedes Abschnitts beschrieben, der den Ultraschallsensor 1 bildet.
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Das Sensorgehäuse 2 bildet ein Gehäuse des Ultraschallsensors 1. Das Sensorgehäuse 2 ist konfiguriert, um das elastische Halteelement 3 zu halten. Das elastische Halteelement 3 weist ein elastisches Kunstharz-Material, wie beispielsweise Silikonkautschuk, das isolierende und elastische Eigenschaften aufweist, auf. Das elastische Kunstharz-Material ist auch als viskoelastisches Material oder Elastomer bezeichnet. Das elastische Halteelement 3 ist konfiguriert, um den Ultraschall-Transceiver 4 elastisch zu halten, indem es die Basisendseite des Ultraschall-Transceivers 4 in axialer Richtung abdeckt, während es die Spitzenendseite in axialer Richtung freilegt. D.h., der Ultraschall-Transceiver 4 wird vom Sensorgehäuse 2 über das elastische Halteelement 3 gehalten.
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Das Sensorgehäuse 2 beinhaltet einen Gehäusehauptkörperabschnitt 21, einen Verbinderabschnitt 22 und einen Gehäusezylinderabschnitt 23. Das Sensorgehäuse 2 ist integral aus einem harten Kunstharz wie Polypropylen gebildet.
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Der Gehäusehauptkörperabschnitt 21 ist ein kastenförmiger Abschnitt, der eine äußere Form aufweist, die annähernd die Form eins Parallelepipeds aufweist. Der Gehäusehauptkörperabschnitt 21 ist zu einer zylindrischen Form mit Boden geformt, die auf der Basisendseite in axialer Richtung offen ist. Der Verbinderabschnitt 22 ist so vorgesehen, dass er sich von einem Seitenwandabschnitt des Gehäusehauptkörperabschnitts 21 zu einer Außenseite hin erstreckt. Der Verbinderabschnitt 22 ist vorgesehen, um den Ultraschallsensor 1 elektrisch mit externen Vorrichtungen, wie beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit, zu verbinden.
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Der Gehäusezylinderabschnitt 23 ist ein annähern kreisförmiger zylindrischer Abschnitt. Der Gehäusezylinderabschnitt 23 ist vorgesehen, um sich von dem Gehäusehauptgehäuseabschnitt 21 in axialer Richtung zur Spitzenendseite zu erstrecken. Der Gehäusezylinderabschnitt 23 ist konfiguriert, um den Basisendabschnitt des elastischen Halteelements 3 in axialer Richtung zu halten. Das elastische Halteelement 3 ist zu einer annähernd kreisförmigen zylindrischen Form geformt, bei der die gerichtete Mittelachse DA eine axiale Mitte ist. Ein zylindrischer Raum auf einer Innenseite des Gehäusezylinderabschnitts 23 ist vorgesehen, um mit einem annähernd rechteckigen Parallelepiped-Raum auf einer Innenseite des Gehäusehauptkörperabschnitts 21 zu kommunizieren. Im Folgenden sind der Raum auf der Innenseite des Gehäusezylinderabschnitts 23 und der Raum auf der Innenseite des Gehäusehauptkörperabschnitts 21 kollektiv als Raum auf einer Innenseite des Sensorgehäuses 2 bezeichnet.
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Eine Leiterplatte 24, ein Verdrahtungsabschnitt 25 und ein Abschirmabschnitt 26 sind in dem Raum auf der Innenseite des Sensorgehäuses 2 untergebracht. Die Leiterplatte 24, die die Abläufe des Ultraschallsensors 1 steuert, ist in dem Gehäusehauptkörperabschnitt 21 untergebracht. Der Verdrahtungsabschnitt 25 ist vorgesehen, um den Ultraschall-Transceiver 4 und die Leiterplatte 24 elektrisch zu verbinden. Der Abschirmabschnitt 26 ist an einer Innenfläche des Sensorgehäuses 2 befestigt, um die Leiterplatte 24 und den Verdrahtungsabschnitt 25 mit einer elektromagnetischen Abschirmung zu versehen, indem die Leiterplatte 24 und der Verdrahtungsabschnitt 25 abgedeckt werden.
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Ein Dämpfungselement 27 ist ein kreisförmiges, scheibenförmiges Element. Das Dämpfungselement 27 weist einen Außendurchmesser auf, der einem Innendurchmesser des elastischen Halteelements 3 entspricht. D.h., das Dämpfungselement 27 ist in einen zylindrischen Raum auf einer Innenseite des elastischen Halteelements 3 weiter in axialer Richtung zur Basisendseite als der Ultraschall-Transceiver 4 eingepasst. Das Dämpfungselement 27 ist vorgesehen, um die Schwingungsübertragung vom Ultraschall-Transceiver 4 auf das Sensorgehäuse 2 zu unterdrücken. Insbesondere wird das Dämpfungselement 27 durch einen geschäumten elastischen Körper gebildet, der aus geschäumtem Silikon oder dergleichen besteht und isolierende und elastische Eigenschaften aufweist.
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Der Raum auf der Innenseite des Sensorgehäuses 2 ist mit einem Füllmaterial 28 gefüllt. Das Füllmaterial 28 ist aus einem Kunstharzmaterial mit isolierenden und elastischen Eigenschaften, wie beispielsweise Silikonkautschuk, aufgebaut.
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(Ultraschall-Transceiver)
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt der Ultraschall-Transceiver 4, der durch das Ultraschallelement 5 und das Elementunterbringungsgehäuse 6 gebildet wird, eine Funktion als Ultraschall-Transceiver bereit. D.h., der Ultraschall-Transceiver 4 ist konfiguriert, um Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen.
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Mit anderen Worten, der Ultraschall-Transceiver 4 ist konfiguriert, um Ultraschallwellen (Prüfwellen) entlang der gerichteten Mittelachse DA zu senden, basierend auf einem an den Ultraschall-Transceiver 4 gegebenen Ansteuersignal. Die gerichtete Mittelachse DA ist eine virtuelle Halblinie, die sich vom Ultraschall-Transceiver 4 entlang einer Sende-/Empfangsrichtung der Ultraschallwellen erstreckt. Die gerichtete Mittelachse DA dient als Referenz für den Richtwinkel. Die gerichtete Mittelachse DA ist auch als Erfassungsachse bezeichnet. Darüber hinaus ist der Ultraschall-Transceiver 4 konfiguriert, um Ultraschallwellen zu empfangen, die von einem in der Peripherie befindlichen Objekt reflektiert werden, und ein Empfangssignal zu erzeugen.
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Das Ultraschallelement 5 ist konfiguriert, um eine Wandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallschwingung vorzunehmen. Das Ultraschallelement 5 wandelt ein dem angelegten Ansteuersignal entsprechendes elektrisches Signal in eine Ultraschallschwingung, wodurch die Ultraschallwellen ausgesendet werden, und wandelt Ultraschallschwingungen, die durch empfangene Ultraschallwellen hervorgerufen werden, in das Empfangssignal. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Ultraschallelement 5 ein piezoelektrisches Element und wird zu einem dünnen Film geformt, dessen Dickenrichtung in axialer Richtung liegt.
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(E lementunterbringungsgehäuse)
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Das Elementunterbringungsgehäuse 6 weist eine zylindrische Form mit Boden auf, bei der die gerichtete Mittelachse DA die axiale Mitte ist. Das Elementunterbringungsgehäuse 6 ist konfiguriert, um das Ultraschallelement 5 im Inneren des Elementunterbringungsgehäuses 6 unterzubringen. Nachstehend ist die Konfiguration des Elementunterbringungsgehäuses unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher beschrieben. Hier entspricht das in 3 gezeigte rechtshändige orthogonale XYZ-Koordinatensystem dem in 2 gezeigten rechtshändigen orthogonalen XYZ-Koordinatensystem.
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Das Elementunterbringungsgehäuse 6 beinhaltet einen Seitenplattenabschnitt 61 und einen Bodenplattenabschnitt 62. Der Seitenplattenabschnitt 61 und der Bodenplattenabschnitt 62 sind aus dem gleichen Material aufgebaut. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Elementunterbringungsgehäuse 6 nahtlos integral aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, gebildet.
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Der Seitenplattenabschnitt 61 ist zu einer zylindrischen Form geformt, die die gerichtete Mittelachse DA umgibt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Seitenplattenabschnitt 61 zu einer Kreiszylinderform geformt, die eine axiale Mittellinie aufweist, die annähernd parallel zur gerichteten Mittelachse DA verläuft.
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Der Bodenplattenabschnitt 62 ist ein flachplatten- oder dünnfilmartiger Abschnitt, von dem eine Dickenrichtung in axialer Richtung verläuft. Der Bodenplattenabschnitt 62 ist vorgesehen, um eine Endseite des Seitenplattenabschnitts 61 in axialer Richtung zu schließen. Insbesondere ist der Bodenplattenabschnitt 62 nahtlos integral mit dem Spitzenendabschnitt des Seitenplattenabschnitts 61 in axialer Richtung verbunden.
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Das Ultraschallelement 5 ist am Bodenplattenabschnitt 62 befestigt. D.h., das Ultraschallelement 5 ist mit dem Bodenplattenabschnitt 62 verbunden, während es in einem Innenraum 63 untergebracht ist, der ein Raum auf einer Innenseite des Seitenplattenabschnitts 61 ist. Wenn das Ultraschallelement 5 Ultraschallwellen sendet oder empfängt, schwingt der Bodenplattenabschnitt 62 ultraschallartig in axialer Richtung, während er sich biegt, wobei ein äußerer Kantenabschnitt davon, der mit dem Seitenplattenabschnitt 61 verbunden ist, als ein festes Ende dient.
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Der Seitenplattenabschnitt 61 beinhaltet einen dünnen Abschnitt 611, einen Richtwirkungsanpassabschnitt 612 und einen dicken Abschnitt 613. Der dünne Abschnitt 611 ist zu einer teilweisen Kreiszylinderform geformt, die eine vorbestimmte Dicke in einer radialen Richtung aufweist, die orthogonal zur gerichteten Mittelachse DA verläuft. Die radiale Richtung ist eine Richtung, die sich radial von der gerichteten Mittelachse DA erstreckt. D.h., die radiale Richtung ist eine radiale Richtung eines virtuellen Kreises, wenn der virtuelle Kreis auf einer Ebene gezeichnet wird, deren Normale die gerichtete Mittelachse DA ist. In diesem Fall ist der Mittelpunkt des virtuellen Kreises ein Schnittpunkt zwischen der Ebene und der gerichteten Mittelachse DA. Darüber hinaus kann eine radiale Dicke (radiale Richtungsabmessung) jedes Abschnitts des Seitenplattenabschnitts 61 als Dicke bezeichnet werden. Mit anderen Worten, der dünne Abschnitt 611 hat eine feste Dicke, die dünner ist als der Richtwirkungsanpassabschnitt 612 und der dicke Abschnitt 613.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die vorbestimmte Dicke des dünnen Abschnitts 611 eine Abmessung auf, die der Dicke des Bodenplattenabschnitts 62 in axialer Richtung am nächsten liegt, unter den Abmessungen des Seitenplattenabschnitts 61 und des Bodenplattenabschnitts 62 in radialer Richtung und in axialer Richtung. Insbesondere ist der dünne Abschnitt 611 so geformt, dass er eine Dicke aufweist, die das 0,3- bis 2,0-fache, vorzugsweise das 0,5- bis 1,5-fache und insbesondere bevorzugt das 0,7- bis 1,2-fache der Dicke, d.h. einer axialen Richtungsabmessung, des Bodenplattenabschnitts 62 beträgt. Der dünne Abschnitt 611 kann typischerweise so geformt sein, dass er eine Dicke aufweist, die annähernd identisch mit der des Bodenplattenabschnitts 62 ist.
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Der Richtwirkungsanpassabschnitt 612 weist eine Dicke auf, d.h. eine radiale Dicke (radiale Richtungsabmessung), die größer ist als die des dünnen Abschnitts 611. Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei einer Betrachtung von einer Sichtlinie aus, die parallel zur gerichteten Mittelachse DA verläuft, der Richtwirkungsanpassabschnitt 612 zu einer Bogenform geformt, die von einem Trägerflansch umgeben ist, der entlang der X-Achsenrichtung und eines Bogens erstreckt. Darüber hinaus ist der Richtwirkungsanpassabschnitt 612 in Umfangsrichtung um die Richtwirkungsmittelachse DA benachbart zu dem dünnen Abschnitt 611 angeordnet. Die Umfangsrichtung ist eine Umfangsrichtung des oben beschriebenen virtuellen Kreises.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Paar dünner Abschnitte 611 angeordnet, um sich über die gerichtete Mittelachse DA gegenüberliegen. In ähnlicher Weise ist ein Paar von Richtwirkungsanpassabschnitten 612 angeordnet, um sich über die gerichtete Mittelachse DA gegenüberliegen. D.h., bei einer Betrachtung von einer Sichtlinie parallel zur gerichteten Mittelachse DA aus, ist der Innenraum 63 zu einer rechteckigen Form mit abgerundeten Ecken geformt, die durch ein Paar Halbkreise und ein Paar Liniensegmente oder eine elliptische Form gebildet ist. Darüber hinaus beinhaltet der Seitenplattenabschnitt 61 das Paar von dünnen Abschnitten 611, das entsprechend den Halbkreisen vorgesehen ist, und das Paar von Richtwirkungsanpassabschnitten 612, das entsprechend den Liniensegmenten vorgesehen ist. Infolgedessen ist der Ultraschall-Transceiver 4 so konfiguriert, dass er einen Richtwinkel aufweist, der in der Y-Achsen-Richtung kleiner ist als in der X-Achsen-Richtung.
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Der dicke Abschnitt 613 weist eine Dicke auf, d.h. eine radiale Dicke (radiale Richtungsabmessung), die größer ist als die vorbestimmte Dicke des dünnen Abschnitts 611. Der dicke Abschnitt 613 ist an einer Position entsprechend dem dünnen Abschnitt 611 in Umfangsrichtung angeordnet. Darüber hinaus ist der dicke Abschnitt 613 in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in Umfangsrichtung vorgesehen. Unterdessen ist der dicke Abschnitt 613 in mindestens einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in axialer Richtung vorgesehen.
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D.h., der dicke Abschnitt 613 ist so ausgebildet, dass der Ultraschall-Transceiver 4 mit einer ersten strukturellen Resonanzfrequenz und einer zweiten strukturellen Resonanzfrequenz versehen ist, die aus der Schwingung des Ultraschallelements 5 resultieren, das durch Eingabe eines elektrischen Signals erregt wird. Die erste strukturelle Resonanzfrequenz und die zweite strukturelle Resonanzfrequenz liegen beide in einem Ultraschallbereich. Die erste strukturelle Resonanzfrequenz und die zweite strukturelle Resonanzfrequenz weisen ein Verhältnis auf, bei dem keine eine Resonanzfrequenz hoher Ordnung der anderen ist. Insbesondere ist F2 ≠ n x F1 und ist F2 ≠ (r/s) x F1, wobei: F1 ist die erste strukturelle Resonanzfrequenz; F2 ist die zweite strukturelle Resonanzfrequenz; F1 < F2; n ist eine natürliche Zahl; und r und s sind beliebige einstellige natürliche Zahlen.
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Insbesondere ist der dicke Abschnitt 613 so geformt, dass er eine Dicke aufweist, die größer oder gleich als das 1,1 -fache, vorzugsweise größer oder gleich als das 1,2-fache und insbesondere bevorzugt größer oder gleich als das 2-fache der Dicke des dünnen Abschnitts 611 ist. Darüber hinaus ist der dicke Abschnitt 613 vorzugsweise so geformt, dass er eine Dicke aufweist, die kleiner oder gleich als das 5-fache der Dicke des dünnen Abschnitts 611 ist. Ferner ist der dicke Abschnitt 613 so ausgebildet, dass eine Breite oder eine Umfangsrichtungsabmessung größer oder gleich als die Hälfte (d.h. 1/2) der Dickenabmessung des dicken Abschnitts 613 ist.
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Die Breite des dicken Abschnitts 613 ist eine Abmessung des dicken Abschnitts 613 in einer Richtung, die orthogonal zu der axialen Richtung und der radialen Richtung verläuft. In ähnlicher Weise ist der dicke Abschnitt 613 so ausgebildet, dass eine axiale Richtungsabmessung größer oder gleich als die Hälfte (d.h. 1/2) der Dickenabmessung des dicken Abschnitts 613 ist. Der dicke Abschnitt 613 weist typischerweise eine Breite und eine axiale Richtungsabmessung auf, die größer oder gleich als das 2-fache der Dicke des dünnen Abschnitts 611 ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der dicke Abschnitt 613 über den gesamten dünnen Abschnitt 611 in axialer Richtung vorgesehen. In dem in 3 gezeigten Beispiel weist der dicke Abschnitt 613 eine Form auf, bei der ein achteckiges Prisma, das sich in axialer Richtung erstreckt, entlang der axialen Richtung halbiert ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der dicke Abschnitt 613 in einem annähernd mittleren Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in Umfangsrichtung angeordnet. Darüber hinaus ragt der dicke Abschnitt 613 zur Seite der gerichteten Mittelachse DA hervor. D.h., um die strukturellen Resonanzfrequenzen wie die vorstehend beschriebenen zu realisieren, ist der dicke Abschnitt 613 als ein vorstehender Abschnitt bereitgestellt, der von dem dünnen Abschnitt 611 zur gerichteten Mittelachse DA vorsteht. Ferner ist ein Paar von dicken Abschnitten 613 angeordnet, um sich über die gerichtete Mittelachse DA gegenüberzuliegen.
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(Effekte)
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Nachstehend sind durch die vorliegende Ausführungsform erzielte Effekte unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Bei dem gemäß obiger Beschreibung konfigurierten Ultraschallsensor 1 schwingt das Ultraschallelement 5 ultraschallartig, wenn ein elektrisches Signal an das Ultraschallelement 5 gegeben wird, das sich auf der Innenseite des Elementunterbringungsgehäuses 6 befindet, das eine zylindrische Form mit Boden aufweist. Dadurch wird das Elementunterbringungsgehäuse 6 erregt. Der Ultraschall-Transceiver 4, der durch das Ultraschallelement 5 und das Elementunterbringungsgehäuse 6 gebildet wird, schwingt dann in einem vorbestimmten Schwingungsmodus.
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In Bezug auf diesen Punkt weist, in der oben beschriebenen Konfiguration, der Seitenplattenabschnitt 61, der der zylindrische Abschnitt der zylindrischen Form mit Boden ist, die dünnen Abschnitte 611 und die dicken Abschnitte 613 auf. Der dicke Abschnitt 613 ist in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in Umfangsrichtung vorgesehen. Der dünne Abschnitt 611 weist eine teilweise Kreiszylinderform auf. Der dicke Abschnitt 613 weist eine radiale Dicke (radiale Richtungsabmessung) auf, die größer ist als die vorbestimmte Dicke des dünnen Abschnitts 611. Darüber hinaus ist der dicke Abschnitt 613 in mindestens einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in axialer Richtung vorgesehen.
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Daher tritt im Ultraschall-Transceiver 4, zusätzlich zu einem normalen Schwingungsmodus, wenn die dicken Abschnitte 613 nicht vorhanden sind, ein zusätzlicher Schwingungsmodus auf, der auf das Vorhandensein der dicken Abschnitte 613 zurückzuführen ist. Dadurch wird, neben der ersten strukturellen Resonanzfrequenz durch den normalen Schwingungsmodus, die zweite strukturelle Resonanzfrequenz erzeugt, die dem Auftreten des zusätzlichen Schwingungsmodus zugeschrieben wird. Die erste strukturelle Resonanzfrequenz und die zweite strukturelle Resonanzfrequenz weisen ein Verhältnis auf, bei dem keine eine Resonanzfrequenz hoher Ordnung der anderen ist.
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4 zeigt die Ergebnisse einer Rechensimulation eines Schwingungszustandes des in 3 gezeigten Ultraschall-Transceivers 4. In 4 zeigt eine horizontale Achse F die Frequenz und eine vertikale Achse Ω die akustische Impedanz. Wie in 4 gezeigt, werden bei dem in 3 gezeigten Ultraschall-Transceiver 4 zwei auffällige strukturelle Resonanzfrequenzen in einem Bereich von 10 bis 100 kHz erzeugt. Eine strukturelle Resonanzfrequenz, die bei etwa 52 kHz erzeugt wird, entspricht dem normalen Schwingungsmodus, wenn die dicken Abschnitte 613 nicht vorhanden sind. Die andere strukturelle Resonanzfrequenz, die bei etwa 67 kHz erzeugt wird, ist auf das Auftreten des zusätzlichen Schwingungsmodus zurückzuführen. Insbesondere wird der zusätzliche Schwingungsmodus als eine Kombination aus Vibrationswellen durch den normalen Schwingungsmodus und reflektierten Wellen von dem dicken Abschnitt 613 geschätzt.
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D.h., der dicke Abschnitt 613 ist nicht nur ein winziger Vorsprung, der zur Positionierung zwischen Komponenten und dergleichen verwendet wird. Insbesondere weist der dicke Abschnitt 613 eine Größe von einem vorbestimmten Ausmaß auf, so dass die erste strukturelle Resonanzfrequenz und die zweite strukturelle Resonanzfrequenz, von denen keine die Resonanzfrequenz hoher Ordnung der anderen ist, merklich erzeugt werden.
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Auf diese Weise kann der einzelne Ultraschall-Transceiver 4 aufgrund der vorstehend beschriebenen Konfiguration durch eine sehr einfache Änderung in der Form, d.h. dadurch, dass der dicke Abschnitt 613 in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 611 in Umfangsrichtung vorgesehen ist, mit mehreren strukturellen Resonanzfrequenzen versehen werden. Somit kann in dem mit mehreren strukturellen Resonanzfrequenzen versehenen Ultraschall-Transceiver 4 die Komplexität in der Form so weit wie möglich vermieden werden.
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(Variationsbeispiele)
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Daher können in der oben beschriebenen Ausführungsform, wie jeweils anwendbar, Modifikationen vorgenommen werden. In den Beschreibungen der folgenden Variationsbeispiele sind im Wesentlichen Unterschiede zur oben beschriebenen Ausführungsform dargelegt. Darüber hinaus sind Abschnitte gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und in den Variationsbeispielen, die identisch oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Daher gelten in den Beschreibungen der folgenden Variationsbeispiele für die Bestandteile, deren Bezugszeichen mit denen der oben beschriebenen Ausführungsform übereinstimmen, die Beschreibungen gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, es sei denn, es liegen technische Unstimmigkeiten vor oder es sind insbesondere zusätzliche Beschreibungen gegeben.
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Der Ultraschallsensor 1 ist nicht auf denjenigen beschränkt, der an einem Fahrzeug montiert wird. D.h., der Ultraschallsensor 1 kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, zusätzlich zu seiner Verwendung als bordeigenes Clearance-Sonar (Abstandssonar), Ecksensor und dergleichen.
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Der Ultraschallsensor 1 ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der der Ultraschallsensor 1 in der Lage ist, Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen. D.h., beispielsweise kann der Ultraschallsensor 1 so konfiguriert sein, dass er nur Ultraschallwellen senden kann. Alternativ kann der Ultraschallsensor 1 nur mit einer Funktion zum Empfangen von reflektierten Wellen von Objekten in der Peripherie ausgestattet sein, wobei die reflektierten Wellen diejenigen von Prüfwellen sind, die von einem anderen Ultraschallsender ausgesendete Ultraschallwellen sind. Mit anderen Worten, der Ultraschall-Transceiver 4 kann wie oben beschrieben zum Senden und Empfangen verwendet werden. Alternativ kann der Ultraschall-Transceiver 4 zum Senden verwendet werden (z.B. als Ultraschallsender oder Ultraschall-Lautsprecher). Als weitere Alternative kann der Ultraschall-Transceiver 4 für den Empfang verwendet werden (z.B. als Ultraschall-Empfänger oder Ultraschallmikrofon).
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Die Konfiguration der Abschnitte des Ultraschall-Transceivers 4 ist ebenfalls nicht auf das oben beschriebene spezifische Beispiel beschränkt. Insbesondere ist beispielsweise die äußere Form des Ultraschall-Transceivers 4, d.h. des Elementunterbringungsgehäuses 6, nicht auf eine etwa kreisförmige Säulenform beschränkt und kann eine etwa hexagonale Säulenform, eine etwa achteckige Säulenform oder dergleichen sein.
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Der Richtwirkungsanpassabschnitt 612 kann entfallen. D.h., der dünne Abschnitt 611 kann zu einer Kreiszylinderform geformt sein, die eine feste Dicke aufweist und die die gerichtete Mittelachse DA umgibt.
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Die Form des dicken Abschnitts 613 ist ebenso nicht auf das oben beschriebene spezifische Beispiel beschränkt. D.h., wie beispielsweise in den 5 und 6 gezeigt, kann der dicke Abschnitt 613 zu einer rechteckigen Säulenform geformt sein, die sich in axialer Richtung erstreckt.
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Der dicke Abschnitt 613 kann in einem Abschnitt des dünnen Abschnitts 612 in axialer Richtung vorgesehen sein. Insbesondere kann beispielsweise, wie in 7 gezeigt, der dicke Abschnitt 613 so vorgesehen sein, dass er vom Bodenplattenabschnitt 62 getrennt ist.
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Alternativ kann, wie in den 8 und 9 gezeigt, der dicke Abschnitt 613 benachbart zum Bodenplattenabschnitt 62 vorgesehen sein. In diesem Fall kann der dicke Abschnitt 613 nahtlos integral mit dem Bodenplattenabschnitt 62 verbunden sein.
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Ferner alternativ kann, wie in den 10A und 10B gezeigt, der dicke Abschnitt 613 an einer Zwischenposition des dünnen Abschnitts 6 in axialer Richtung vorgesehen sein. D.h., der dicke Abschnitt 613 kann an einer Position angeordnet sein, die um einen vorbestimmten Abstand von beiden Enden des dünnen Abschnitts 611 in axialer Richtung getrennt ist. In diesem Fall ist der dünne Abschnitt 611 sowohl auf der Spitzenendseite als auch auf der Basisendseite des dicken Abschnitts 613 in axialer Richtung gebildet.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform und in den Variationsbeispielen ist die Dicke, d.h. die radiale Dicke des dicken Abschnitts 613 festgesetzt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. D.h., der dicke Abschnitt 613 kann so geformt sein, dass sich seine radiale Dicke entlang der axialen Richtung ändert.
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Die 11 bis 13 zeigen ein Beispiel für das vorstehende Variationsbeispiel. Im vorliegenden Variationsbeispiel ist der dünne Abschnitt 611 zu einer Kreiszylinderform geformt, die eine feste Dicke aufweist und die gerichtete Mittelachse DA umgibt. Ferner ist der dicke Abschnitt 613 über den gesamten dünnen Abschnitt 611 in axialer Richtung vorgesehen. Darüber hinaus weist der dicke Abschnitt 613 einen kleinen vorstehenden Abschnitt 614, einen großen vorstehenden Abschnitt 615 und einen Abmessungsänderungsabschnitt 616 auf.
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Der kleine vorstehende Abschnitt 614 ist an jedem Endabschnitt des dicken Abschnitts 613 in axialer Richtung vorgesehen. Der große vorstehende Abschnitt 615 weist eine größere radiale Dicke als der kleine vorstehende Abschnitt 614 auf. Der große vorstehende Abschnitt 615 ist zwischen dem Paar von kleinen vorstehenden Abschnitten 614 angeordnet. D.h., der große vorstehende Abschnitt 615 ist an einer Zwischenposition des dicken Abschnitts 613 in axialer Richtung vorgesehen. Der Abmessungsänderungsabschnitt 616 ist ein Abschnitt, bei dem sich die radiale Dicke ändert. Der Abmessungsänderungsabschnitt 616 ist zwischen dem kleinen vorstehenden Abschnitt 614 und dem großen vorstehenden Abschnitt 615 vorgesehen.
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Hier kann der kleine vorstehende Abschnitt 614 nur auf einer Endseite des dicken Abschnitts 613 in axialer Richtung vorgesehen sein. In diesem Fall kann der große vorstehende Abschnitt 615 auf der anderen Endseite des Seitenplattenabschnitts 61 in axialer Richtung vorgesehen sein. Insbesondere kann beispielsweise der große vorstehende Abschnitt 615 nahtlos integral mit dem Bodenplattenabschnitt 62 verbunden sein.
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Das Ultraschallelement 5 ist nicht auf das piezoelektrische Element beschränkt. D.h., als das Ultraschallelement 5 kann beispielsweise ein sogenanntes kapazitives Element verwendet werden.
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In den vorstehenden Beschreibungen können mehrere Bestandteile, die gebildet sind, um nahtlos miteinander integriert zu sein, durch Zusammenfügen einzelner Komponenten gebildet werden. In ähnlicher Weise können mehrere Bestandteile, die durch Zusammenfügen einzelner Komponenten gebildet werden, nahtlos miteinander integriert sein.
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In den obigen Beschreibungen können mehrere Bestandteile, die aus dem gleichen Material aufgebaut sind, aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein. In ähnlicher Weise können mehrere Bestandteile, die aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, aus dem gleichen Material aufgebaut sein.
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Mit Ausnahme von Fällen, in denen ein Element, das die oben beschriebene Ausführungsform bildet, klar als besonders notwendig beschrieben ist, grundsätzlich klar als notwendig angesehen wird oder dergleichen, versteht es sich von selbst, dass die Elemente, die die oben beschriebene Ausführungsform bilden, nicht unbedingt erforderlich sind. Darüber hinaus ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die spezifischen Zahlen beschränkt, wenn ein Zahlenwert, wie beispielsweise eine Menge, ein Zahlenwert, ein Betrag, ein Bereich oder dergleichen eines Bestandteils erwähnt ist, mit Ausnahme von Fällen, in denen der Zahlenwert eindeutig als besonders notwendig bezeichnet ist, grundsätzlich eindeutig auf eine bestimmte Zahl beschränkt ist oder dergleichen.
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In ähnlicher Weise ist, wenn eine Form, eine Richtung, eine Positionsbeziehung oder dergleichen eines Bestandteils oder dergleichen erwähnt ist, mit Ausnahme von Fällen, in denen die Form, die Richtung, die Positionsbeziehung oder dergleichen eindeutig als besonders notwendig beschrieben ist, grundsätzlich eindeutig auf eine bestimmte Form, Richtung, Positionsbeziehung oder dergleichen beschränkt ist oder dergleichen, die vorliegende Offenbarung nicht auf die Form, Richtung, Positionsbeziehung oder dergleichen beschränkt.
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Die Variationsbeispiele sind ebenso nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Darüber hinaus können mehrere Variationsbeispiele kombiniert werden. Ferner können die vorstehend beschriebene Ausführungsform ganz oder teilweise und ein Variationsbeispiel ganz oder teilweise kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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