DE10341900B4

DE10341900B4 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE10341900B4
Application number: DE2003141900
Authority: DE
Inventors: Junshi Nagaokakyo Ota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2004104521A; DE10341900A1; JP4048886B2

Abstract

Ultraschallsensor (10, 20, 30, 40, 50), der folgende Merkmale umfaßt:
ein zylindrisches Gehäuse (1) mit einem Unterteil und einer Öffnung;
ein piezoelektrisches Element (2), das mit der inneren Oberfläche des Unterteils des Gehäuses (1) verbunden ist;
ein Paar von Eingangs-/Ausgangsanschlußstiften (3), die mit dem piezoelektrischen Element (2) elektrisch verbunden sind; und
zumindest eine Basis (5; 15; 25; 55), die in der Öffnung des Gehäuses (1) gebildet ist, wobei die Basis (5; 15; 25; 55) ein ausdehnbares Harz oder ein Harz, das Blasen enthält, die in dasselbe gemischt sind, aufweist, und wobei die einen Enden der Eingangs/Ausgangsanschlußstifte (3) in demselben eingebettet sind, um fest an demselben befestigt zu sein, und wobei die anderen Enden der Eingangs/Ausgangsanschlussstifte (3) sich nach außerhalb des Gehäuses (1) erstrecken,
wobei die Basis (5; 15; 55) vollständig oder im wesentlichen vollständig in ein Harzmaterial (4) eingebettet ist, oder wobei die Basis...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor, in dem ein piezoelektrisches Element eingebaut ist.
In den letzten Jahren werden bei Automobilen eine Vielzahl von Sensoren in Verbindung mit einer Vielzahl von elektronischen Steuerungen verwendet, die bei einem Automobil angewendet werden. Insbesondere wird in einem Ultraschallwandler, wie z. B. einem Rückseitensonar, ein Ultraschallsensor verwendet.
Ein solcher Ultraschallsensor wurde beispielsweise in der japanischen geprüften Gebrauchsmusterregistrierung mit der Anmeldungsveröffentlichungsnummer 7-36261 offenbart. Wie es in 4 gezeigt ist, ist bei einem Ultraschallsensor 40 ein piezoelektrisches Element 32 mit einer Innenoberfläche eines Unterteils 31a eines zylindrischen Metallgehäuses 31 verbunden. Außerdem weist das piezoelektrische Element 32 ein schallabsorbierendes Material 36 auf, das aus Filz besteht und auf demselben angebracht ist, und außerdem ein Silikongummi 34a, das ferner auf demselben angebracht ist. Das Gehäuse 31 weist eine Öffnung auf, mit einer Stufe, die entlang der inneren Oberfläche derselben gebildet ist, in die eine Basis 37 eingebaut ist, die aus einem synthetischen Harz besteht, wobei ein elastisches Bauglied 35, das aus Gummi besteht und einen L-förmigen Querschnitt aufweist, zwischen denselben eingebaut ist. Die obere Oberfläche des Silikongummi 34a liegt auf der gleichen Höhe wie die Oberfläche des elastischen Bauglieds 35 zum Tragen der Basis 37, und ist in Kontakt mit der hinteren Oberfläche der Basis 37.
Das piezoelektrische Element 32 weist zwei Elektroden auf, die an beiden Oberflächen desselben gebildet sind, und die eine und die andere Elektrode sind mit einem Paar von Elektroden, die an der Basis 37 gebildet sind, durch eine Anschlußleitung 38 bzw. eine Anschlußleitung 39, zwischen denen das Gehäuse 31 angeordnet ist, elektrisch verbunden. Außerdem weist das Paar von Elektroden der Basis 37 ein Zwei-Leiter-abgeschirmtes Kabel 33 auf, das an dieselben gelötet ist, das durch Verdrillen von zwei Drähten, mit beispielsweise einem Durchmesser von 0,1 mm gebildet ist und dazu dient, ein Signal zu und von einer externen Platine (nicht gezeigt) einzugeben/auszugeben. Außerdem weist die Basis 37 ein Silikongummi 34b auf, das an der oberen Oberfläche derselben angeordnet ist, um die Öffnung des Gehäuses 31 abzudichten. Die Basis 37 ist durch die beiden Silikongummis 34a und 34b an dem Gehäuse befestigt.
Bei dem Ultraschallsensor 40 wird über das Zwei-Leiterabgeschirmte Kabel 33 und die Anschlußleitungen 38 und 39 ein Antriebssignal an die Elektroden an beiden Oberflächen des piezoelektrischen Elements 32 angelegt, um das piezoelektrische Element 32 in Schwingung zu versetzen. Diese Schwingung des piezoelektrischen Elements 32 bewirkt, daß das Unterteil 31a des Gehäuses 31 in Schwingung versetzt wird, so daß eine Ultraschallwelle von dem Unterteil 31a nach außen übertragen wird. Wenn außerdem nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer das Unterteil 31a auf den Empfang der Ultraschallwelle hin, die an einem Objekt, das erfaßt werden soll, reflektiert wird, in Schwingung versetzt wird, erzeugt das piezoelektrische Element 32 eine Spannung, um den Empfang der reflektierten Ultraschallwelle durchzuführen.
Zum Zeitpunkt des Übertragens einer Ultraschallwelle in Verbindung mit der Schwingung des Unterteils 31a des Gehäuses 31 wird normalerweise in dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 31 eine unerwünschte Transversalmodusschwingung erzeugt, und außerdem wird in dem Gehäuse 31 eine unerwünschte Longitudinalmodusschwingung erzeugt; als Folge wird eine Reflexions- bzw. Hallwelle erzeugt, die eine Erfassungsleistungsfähigkeit des Superschallsensors 40 nachteilig beeinträchtigt, die einer Superschallwelle folgt, die für die Erfassung notwendig ist. Da die unerwünschte Transversalmodusschwingung hauptsächlich durch die Silikongummis 34a und 34b und das elastische Bauglied 35 unterdrückt wird, und die unerwünschte Longitudinalmodusschwingung des Gehäuses 31 hauptsächlich durch das schallabsorbierende Material 36 absorbiert wird, wird die Hallwelle kleiner, wodurch die Hallwelle mit einer Reflexionswelle überlagert wird, die von einem Objekt reflektiert wird, das in einem Nahbereich liegt, und es wird somit verhindert, daß die Superschallwelle nicht wahrnehmbar wird. Als Folge kann der Ultraschallsensor 40 ein Objekt erfassen, das in einem Nahbereich liegt.
Wie es oben beschrieben ist, wird bei dem bekannten Ultraschallsensor das Zwei-Leiter-abgeschirmte Kabel an einem Signaleingangs-/ausgangsabschnitt verwendet. In den letzten Jahren hat sich die Marktnachfrage nach Ultraschallsensoren, bei denen Stiftanschlüsse an dem Eingangs-/Ausgangsabschnitt verwendet werden, erhöht, um die Funktionsfähigkeit zu verbessern. Um auf diese Nachfrage zu reagieren, entwickelte der Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Ultraschallsensor mit Stiftanschlüssen, die fest an der vorhergehenden Basis befestigt sind. Leider bewirken die Stiftanschlüsse, die das Zwei-Leiter-abgeschirmte Kabel ersetzen, eine verschlechterte Hallcharakteristik, da eine Schallwelle größer wird und auch kontinuierlich in einer langen Zeitperiode bleibt. Es stellte sich heraus, daß der Grund für dieses Problem war, daß die Longitudinalmodusschwingung, die hauptsächlich von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses über das Silikongummi zu der Basis übertragen wurde, nach wie vor erhalten blieb. Obwohl das Zwei-Leiter-abgeschirmte Kabel, das aus verdrillten Drähten hergestellt ist und mit der Basis verbunden ist, es ermöglicht, daß diese Schwingung ohne weiteres abnimmt, ermöglichen es die Stiftanschlüsse nicht, daß diese Schwingung abnimmt, und als Folge breitet sich diese Schwingung von den Stiftanschlüssen zu einer externen Platine aus, die an die Stiftanschlüsse gelötet ist, und bewirkt, daß die externe Platine fortlaufend in Schwingung versetzt wird.
Die DE 198 08 994 C2 betrifft einen Ultraschallsensor mit einem Gehäuse, welches eine Öffnung aufweist, in dem an einer Unterseite der piezoelektrische Vibrationskörper angeordnet ist, oberhalb dessen ein schallabsorbierendes Bauglied vorgesehen ist. Ferner ist ein elastisches Harz, beispielsweise ein Silikonharz, in der Öffnung vorgesehen, wobei innerhalb dieses Harzes ein Temperaturkompensationskondensator angeordnet ist. Anschlußleitungen sind mit Elektroden des Temperaturkompensationskondensators verbunden, die wiederum über weitere Anschlußleitungen mit dem piezoelektrischen Element bzw. dem Gehäuse verbunden sind.
Weitere Ultraschallsensoren bzw. -wandler und deren Aufbau sind in der DE 296 11 679 U1 , der DE 101 59 679 A1 , der US-A-6,069,433 , der DE 198 16 456 C1 , der DE 35 05 872 C2 und der EP 0 470 639 B1 beschrieben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor mit Anschlußstiften zu schaffen, dessen Charakteristika aufgrund des Vorsehens der Anschlußstifte nicht verschlechtert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezugnahme auf die oben erwähnten Probleme durchgeführt. Folglich ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der Stiftanschlüsse an einem Signaleingangs/ausgangsabschnitt aufweist und außerdem eine hervorragende Hallcharakteristik bietet.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, umfaßt ein Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ein zylindrisches Gehäuse mit einem Unterteil und einer Öffnung; ein piezoelektrisches Element, das mit der inneren Oberfläche des Unterteils des Gehäuses verbunden ist; zumindest eine Basis, die an der Öffnung des Gehäuses gebildet ist; und ein Paar von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen. Die Basis besteht aus einem ausdehnbaren Harz oder einem Harz, das Blasen enthält, die in dasselbe gemischt sind, und in dem die einen Enden der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse vergraben sind, um fest mit derselben verbunden zu sein, und wobei sich die anderen Enden des Anschlusses außerhalb des Gehäuses erstrecken. Außerdem sind das piezoelektrische Element und die Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden.
Der Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Harzbauglied umfassen, das eine andere Dichte aufweist als die des ausdehnbaren Harzes oder des Harzes, das Blasen enthält, die in dasselbe gemischt sind, und das die Basis vollständig oder beinahe vollständig bedeckt.
Der Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein schallabsorbierendes Material umfassen, das das piezoelektrische Element bedeckt.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es oben beschrieben ist, die Stiftanschlüsse, die zum Eingeben/Ausgeben eines Signals des Ultraschallsensors verwendet werden, durch das ausdehnbare Harz bedeckt sind, wird eine Ausbreitung der Longitudinalmodusschwingung von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses zu den Stiftanschlüssen verhindert, wodurch ein Ultraschallsensor erreicht wird, der eine hervorragende Hallcharakteristik aufweist, die zum Erfassen eines Objekts, das im Nahbereich liegt, wesentlich ist. Außerdem werden die Stiftanschlüsse verwendet, wodurch die Funktionsfähigkeit zum Befestigen des Ultraschallsensors verbessert wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht, die die Struktur eines Ultraschallsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
2 eine Schnittansicht, die die Struktur eines Ultraschallsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
3 eine Schnittansicht, die die Struktur eines Ultraschallsensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
4 eine Schnittansicht, die die Struktur eines bekannten Ultraschallsensors schematisch darstellt; und
5 eine Schnittansicht, die die Struktur eines Ultraschallsensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
Ein Ultraschallsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, ist bei einem Ultraschallsensor 10 ein piezoelektrisches Element 2, das aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellt ist und in der Draufsicht beispielsweise eine runde Form aufweist, mit der inneren Oberfläche eines Unterteils 1a eines zylindrischen Gehäuses 1 verbunden, das beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist. Außerdem ist eine Basis 5, die beispielsweise aus einem Silikonschaum gebildet ist, in der Öffnung des Gehäuses 1 vorgesehen. Die Basis 5 besteht aus einem Silikon mit Blasen, Luftblasen oder Gasblasen. Die Basis 5 kann aus einem nachgiebigen Material, wie z. B. Schaumstoff, hergestellt sein. Die Größe des Gehäuses 1 ist beispielsweise 14 mm im Außendurchmesser und 8 mm hoch. Die Basis 5 ist beispielsweise 4 mm dick. Die Basis 5 weist die einen Enden eines Paars von Stiftanschlüssen 3 auf, die beispielsweise aus Kupfer hergestellt sind, die in derselben vergraben sind, um fest an derselben befestigt zu sein. Die anderen Enden der Stiftanschlüsse 3 erstrecken sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses 1, um als Signaleingangs-/ausgangsabschnitt zu dienen. Der Querschnitt des Stiftanschlusses 3 ist beispielsweise 0,6 mm × 0,6 mm. Der Stiftanschluß 3 weist eine Balken-Stab-Form auf und ist ein dünnes gerades starres Teil. Das piezoelektrische Element 2 weist zwei Elektroden auf, die an beiden Oberflächen desselben gebildet sind. Die eine Elektrode des Elements 2 ist über eine Anschlußleitung 8 mit einem des Paars von Stiftanschlössen 3 elektrisch verbunden. Die andere Elektrode des Elements 2 ist mit dem anderen des Paares von Stiftanschlüssen 3 über das Gehäuse 1 und eine Anschlußleitung 9 elektrisch verbunden.
Außerdem ist die Basis 5 vollständig bedeckt, beispielsweise durch ein Silikongummi 4, das eine Harzdichte aufweist, die sich von der des Silikonschaums der Basis 5 unterscheidet. Das Silikongummi 4 dient auch dazu, die Öffnung des Gehäuses 1 abzudichten, wodurch die Basis 5 in dem Silikongummi 4 ist und in dem Gehäuse 1 befestigt ist. Außerdem ist ein schallabsorbierendes Material 6, das beispielsweise aus Filz hergestellt ist, zwischen dem Silikongummi 4 und dem Unterteil 1a des Gehäuses 1 gebildet, und das schallabsorbierende Material 6 bedeckt das piezoelektrische Element 2. Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, ist der Ultraschallsensor durch ein Synthetikharzgehäuse bedeckt, das ein Gummigehäuse aufweist, das zwischen denselben angeordnet ist. Durch Ineingriffnehmen einer Eingriffnahmeklammer, die an der Öffnung des Synthetikharzgehäuses gebildet ist, in eine externe Platine, oder durch eine andere Einrichtung, wird der Ultraschallsensor an der externen Platine befestigt, um dessen Ineingriffnahmestärke beizubehalten. Somit erfahren die Stiftanschlüsse keine übermäßige Last.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen dieses Ultraschallsensors wird beschrieben. Zunächst wird das Gehäuse 1 vorbereitet, und das piezoelektrische Element 2 wird mit dem Unterteil 1a des Gehäuses 1 verbunden. Dann wird das schallabsorbierende Material 6 auf dem piezoelektrischen Element 2 angebracht, um eine vorbestimmte Dicke zu liefern. Danach wird die Basis 5, die aus einem Silikonschaum gebildet ist und eine vorbestimmte Form aufweist, vorbereitet, und Schnitte oder Perforationen werden gebildet, um sich durch die Basis 2 in der Dickerichtung derselben zu erstrecken. Außerdem werden die Anschlußleitungen 8 und 9 mit jeweiligen vorbestimmten Längen vorbereitet, und die einen Enden der Anschlußleitungen 8 und 9 werden an eine obere Oberflächenelektrode des piezoelektrischen Elements 2 bzw. des Gehäuses 1 gelötet. Außerdem wird das Paar von Stiftanschlüssen 3 vorbereitet und durch Verwendung einer Haltevorrichtung in hängender Weise in dem oberen Abschnitt der Öffnung des Gehäuses 1 gehalten, in dem das schallabsorbierende Material 6 angebracht ist. Danach werden die anderen Enden der Anschlußleitungen 8 und 9 an das Paar von Stiftanschlüssen 3 gelötet, nachdem dieselben durch die Schnitte oder Perforationen der Basis 5 geleitet wurden. Dann werden die einen Enden der Stiftanschlüsse 3 durch Bewegen der Basis 5 in der Basis 5 vergraben. Danach wird die Basis 5 durch Einstellen der Haltevorrichtung an einer vorbestimmten Position in der Öffnung des Gehäuses 1 gehalten. Dann wird in diesem Zustand das Silikongummi 4 angebracht und gehärtet. Die Stiftanschlüsse 3 sind über Anschlußleitungen 8 bzw. 9 mit dem Gehäuse 1 und dem piezoelektrischen Element 2 verbunden. Die verbundenen Abschnitte der Stiftanschlüsse 3 und Anschlußleitungen 8 und 9 sind in der Basis 5 vergraben. Es ist zu bevorzugen, daß Enden der Stiftanschlüsse 3 in der Basis 5 vergraben sind, die aus Silikon hergestellt ist, das Luftblasen aufweist, da Schwingungen von dem piezoelektrischen Element 2 durch die Anschlußleitungen 8 und 9 früher zu den Enden der Stiftanschlüsse 3 übertragen werden als zu anderen Abschnitten der Stiftanschlüsse, dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1 oder dergleichen. Somit sind die Enden der Stiftanschlüsse 3 nicht in dem Silikongummi 4 positioniert.
In dem Ultraschallsensor 10 wird ein Antriebssignal über die Stiftanschlüsse 3 und die Anschlußleitungen 8 und 9 an die Elektroden angelegt, die an beiden Oberflächen des piezoelektrischen Elements 2 gebildet sind, um zu bewirken, daß das piezoelektrische Element 2 in Schwingung versetzt wird. Diese Schwingung des piezoelektrischen Elements 2 bewirkt, daß das Unterteil 1a des Gehäuses 1 in Schwingung versetzt wird, so daß eine Ultraschallwelle von dem Unterteil 1a nach außen übertragen wird. Wenn außerdem nach dem Verstreichen eines vorbestimmten Zeitintervalls das Unterteil 1a auf das Empfangen der Ultraschallwelle hin, die an einem Objekt, das erfaßt werden soll, reflektiert wird, in Schwingung versetzt wird, erzeugt das piezoelektrische Element 2 eine Spannung, um das Empfangen der reflektierten Ultraschallwelle durchzuführen.
Zum Zeitpunkt des Übertragens einer Ultraschallwelle wird normalerweise in Verbindung mit der Schwingung des Unterteils 1a des Gehäuses 1 in dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1 eine unerwünschte Transversalmodusvibration erzeugt, und außerdem wird in dem Gehäuse 1 eine unerwünschte Longitudinalmodusschwingung erzeugt; als Folge wird eine Hallwelle erzeugt, die eine Erfassungsleistungsfähigkeit des Superschallsensors nachteilig beeinträchtigt, die einer Superschallwelle folgt, die für die Erfassung notwendig ist. Die unerwünschte Transversalmodusschwingung des zylindrischen Abschnitts des Gehäuses 1 wird jedoch hauptsächlich durch eine elastische Kraft des Silikongummis 4 unterdrückt, die das Gehäuse 1 nach außen drückt. Außerdem wird die unerwünschte Longitudinalmodusschwingung von dem Unterteil 1a des Gehäuses 1 zu den Stiftanschlüssen 3 hauptsächlich durch das schallabsorbierende Material 6 absorbiert, da die Schwingung des schallabsorbierenden Materials 6 hauptsächlich in Wärme umgewandelt wird.
Die unerwünschte Longitudinalmodusschwingung von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1 wird ferner auf die folgende Weise unterdrückt. Im allgemeinen ist es wahrscheinlich, daß eine Longitudinalmodusschwingung ausgebreitet wird, wenn akustische Impedanzen benachbarter Komponenten nahe zueinander liegen. Das Silikongummi gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine akustische Impedanz von etwa 1 × 10⁶ (N·s/m³) auf. Da Luft eine sehr kleine akustische Impedanz von etwa 400 (N·s/m³) aufweist, weist der Silikonschaum, der Luft enthält, dagegen eine sehr geringe akustische Impedanz auf. Da das Silikongummi und der Silikonschaum, die akustische Impedanzen aufweisen, die sich wesentlich voneinander unterscheiden, benachbart zueinander angeordnet sind, wird die Longitudinalmodusschwingung von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1 an dem Silikonschaum reflektiert und unterdrückt dadurch die Ausbreitung derselben zu den Stiftanschlüssen 3.
Eine Hallcharakteristik des Ultraschallsensors beim Betrieb wird beschrieben. Der Ultraschallsensor wurde auf einer vorbestimmten Schaltungsplatine befestigt und wurde durch Anlegen eines vorbestimmten Antriebssignals mit einer Betriebsfrequenz von 40 kHz an denselben betrieben. Dann wurde eine übertragene Welle an einem vorbestimmten Punkt der Schaltung der Schaltungsplatine gemessen. Mit dieser Anordnung wurde bei dem Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ultraschallwelle, die für die Erfassung notwendig ist, in einem Übertragungszeitintervall von 1,0 ms übertragen. Sie war kaum begleitet von einer Hallwelle, die der Ultraschallwelle folgt. Andererseits wurde bei einem bekannten Ultraschallsensor mit Stiftanschlüssen, die in demselben eingebaut sind, eine Ultraschallwelle, die für die Erfassung notwendig ist, in einem Übertragungszeitintervall von 1,0 ms übertragen. Sie war begleitet von einer Hallwelle, die der Ultraschallwelle in einem Zeitintervall von etwa 1,0 ms folgt. Die oben gemessenen Ergebnisse offenbaren, daß das Abdecken der Stiftanschlüsse mit einem Silikonschaum wirksam ist, um die Hallcharakteristik zu verbessern.
Da die Signaleingangs/ausgangsstiftanschlüsse durch den Silikonschaum bedeckt sind, wenn der Ultraschallsensor in Betrieb ist, wird mit der Struktur des Ultraschallsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Ausbreitung der Longitudinalmodusschwingung von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuse zu den Stiftanschlüssen verhindert, wobei ein Ultraschallsensor mit einer hervorragenden Hallcharakteristik erreicht wird, die wesentlich ist, um ein Objekt zu erfassen, das in einem Nahbereich liegt. Außerdem sind die Stiftanschlüsse leichter zu verarbeiten und weniger aufwendig als ein abgeschirmtes Kabel, wodurch ein weniger aufwendiger Ultraschallsensor erreicht wird. Außerdem werden die Stiftanschlüsse verwendet, wodurch ein Ultraschallsensor erreicht wird, der Platz sparen kann und die Funktionsfähigkeit verbessern kann, wenn derselbe an einer Kundenstelle befestigt ist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Gleiche Teile in 2 sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor 20 ein Paar von Basen 15 auf, die beispielsweise aus Silikonschaum bestehen und an beinahe der gleichen Höhe in der Öffnung des Gehäuses 1 aneinander grenzen. Das Paar von Basen 15 weist die einen Enden der entsprechenden Stiftanschlüsse 3 auf, die beispielsweise aus Kupfer hergestellt sind und in denselben vergraben sind, um fest an denselben befestigt zu sein. Die anderen Enden der Stiftanschlüsse 3 erstrecken sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses 1, um als der Signaleingangs-/ausgangsabschnitt zu dienen.
Außerdem sind die Basen 15 beispielsweise durch das Silikongummi 4 vollständig bedeckt, das eine andere Dichte aufweist als der Silikonschaum. Das Silikongummi 4 dient auch dazu, die Öffnung des Gehäuses 1 abzudichten, und dadurch die Basen 15 an dem Gehäuse 1 zu befestigen. Dieses Herstellungsverfahren ist ähnlich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Mit der Struktur des Ultraschallsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Stiftanschlüsse als Signaleingangs-/ausgangsabschnitt angeordnet, und außerdem sind das Silikongummi und der Silikonschaum, die akustische Impedanzen aufweisen, die sich wesentlich voneinander unterscheiden, benachbart zueinander angeordnet, und liefern dadurch die gleichen Vorteile wie diejenigen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 3 beschrieben. Gleiche Teile wie in 3 sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in 1, und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor 30 eine Basis 25 auf, die beispielsweise aus einem Silikonschaum hergestellt ist, die in der Öffnung des Gehäuses 1, das aus Aluminium hergestellt ist, gebildet ist, um die Öffnung abzudichten. Die Basis 25 weist die einen Enden des Paars der Stiftanschlüsse 3 auf, die beispielsweise aus Kupfer hergestellt sind, und in derselben vergraben sind, um fest an derselben befestigt zu sein. Die anderen Enden der Stiftanschlüsse 3 erstrecken sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses 1, um als Signaleingangs/ausgangsabschnitt zu dienen. Außerdem weisen die Basis 25, die aus Silikonschaum hergestellt ist, und das Unterteil 1a des Gehäuses 1 das schallabsorbierende Material 6 auf, das beispielsweise aus Filz hergestellt ist, und zwischen denselben angeordnet ist, um das piezoelektrische Element 2 abzudecken.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen dieses Ultraschallsensors wird beschrieben. Zunächst wird das Gehäuse 1 vorbereitet und das piezoelektrische Element 2 wird mit dem Unterteil 1a des Gehäuses 1 verbunden. Dann wird das schallabsorbierende Material 6 auf dem piezoelektrischen Element angebracht, um eine vorbestimmte Dicke zu liefern. Dann werden die Anschlußleitungen 8 und 9 mit jeweiligen vorbestimmten Längen vorbereitet, und die einen Enden der Anschlußleitungen 8 und 9 werden an die obere Oberflächenelektrode des piezoelektrischen Elements 2 bzw. das Gehäuses 1 gelötet. Außerdem wird das Paar von Stiftanschlüssen 3 vorbereitet und unter Verwendung einer Haltevorrichtung in hängender Weise gehalten, in dem oberen Abschnitt der Öffnung des Gehäuses 1, in dem das schallabsorbierende Material 6 angebracht ist. Dann werden die anderen Enden der Anschlußleitungen 8 und 9 an das Paar von entsprechenden Stiftanschlüssen 3 gelötet. Danach wird durch Einstellen der Haltevorrichtung die Basis 5 an einer vorbestimmten Position in der Öffnung des Gehäuses 1 gehalten. Dann wird das Silikongummi 4 in diesem Zustand angebracht und gehärtet. Somit sind die einen Enden der Stiftanschlüsse 3 in der Basis 5 vergraben, die aus einem Silikonschaum hergestellt ist.
Das Aluminium, das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gehäuse bildet, weist eine akustische Impedanz von etwa 17 × 10⁶ (N·s/m³) auf. Da das Aluminium und der Silikonschaum akustische Impedanzen aufweisen, die sich wesentlich voneinander unterscheiden, und dieselben benachbart zueinander angeordnet sind, wird die Longitudinalmodusschwingung von dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 1, wenn der Ultraschallsensor in Betrieb ist, an dem Silikonschaum reflektiert, wodurch die Ausbreitung derselben zu den Stiftanschlüssen 3 unterdrückt wird. Da der Silikonschaum aufgrund seiner Ausdehnung außerdem ein erhöhtes Volumen aufweist, wird das Gehäuse 1 durch den Silikonschaum nach außen gedrückt, wodurch die unerwünschte Transversalmodusschwingung des zylindrischen Abschnitts des Gehäuses 1 unterdrückt wird, wenn der Ultraschallsensor in Betrieb ist.
Mit der Struktur des Ultraschallsensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Stiftanschlüsse an dem Signaleingangs-/ausgangsabschnitt angeordnet, und außerdem sind das Aluminium und der Silikonschaum, die akustische Impedanzen aufweisen, die sich wesentlich voneinander unterscheiden, benachbart zueinander angeordnet, wodurch die gleichen Vorteile geliefert werden wie diejenigen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Basis beispielsweise aus einem Silikonschaum hergestellt ist, kann dieselbe aus einem anderen ausdehnbaren Harz oder einem Harz, das Blasen enthält, die in dasselbe gemischt sind, hergestellt sein, wie z. B. hohle Glasteilchen, die Luft enthalten. Vorzugsweise hat ein solches Material eine Harzdichte in dem Bereich von 0,01 g/cm³ bis 0,9 g/cm³, selektiv bestimmt abhängig von Anforderungen für dasselbe und dergleichen.
Obwohl bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die Basis beispielsweise vollständig durch das Silikongummi bedeckt ist, kann der Ultraschallsensor eine Struktur aufweisen, bei der ein Teil der Basis nicht durch das Silikongummi bedeckt ist, d. h. beispielsweise daß der obere Abschnitt der Basis zur Öffnung des Gehäuses freigelegt ist.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. Gleiche Teile in 5 sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in 1 und die Beschreibung derselben ist ausgelassen.
Wie es in 5 gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor 50 eine Basis 55 auf, die beispielsweise aus einem Silikonschaum gebildet ist, der in der Öffnung des Gehäuses 1 vorgesehen ist, das aus Aluminium hergestellt ist. Das Paar der Stiftanschlüsse 3 ist in ein Substrat 51 eingefügt, wie z. B. ein Kunststoff-/Harzsubstrat oder ein gedrucktes Schaltungssubstrat. Die Basis 55 ist um das Substrat 51 vorgesehen, um die Schwingung von dem piezoelektrischen Element 2 zu den Stiftanschlüssen 3 zu unterdrücken, und das Substrat 51 trägt die Basis 55. Bei diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die Basis 55 die Seitenoberflächen und die untere Oberfläche des Substrats 51. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die einen Enden des Paars der Stiftanschlüsse 3, die beispielsweise aus Kupfer hergestellt sind, in dem Substrat 51 vergraben und befestigt sein, oder die einen Enden der Stiftanschlüsse 3 können in der Basis 55 vergraben und befestigt sein. Die anderen Enden der Stiftanschlüsse 3 erstrecken sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses 1, um als der Signaleingangs-/ausgangsabschnitt zu dienen.
Außerdem sind das Substrat 51 und die Basis 55 vollständig bedeckt, beispielsweise durch ein Silikongummi 4, das eine Harzdichte aufweist, die sich von der des Silikonschaums der Basis 55 unterscheidet. Das Silikongummi 4 dient auch dazu, die Öffnung des Gehäuses 1 abzudichten, wodurch das Substrat 51 und die Basis 55 in dem Silikongummi 4 enthalten und in dem Gehäuse 1 befestigt sind. Außerdem ist ein schallabsorbierendes Material 6, das beispielsweise aus Filz hergestellt ist, zwischen dem Silikongummi 4 und dem Unterteil 1a des Gehäuses 1 gebildet, um das piezoelektrische Element 2 zu bedecken.

Claims

Ultraschallsensor (10, 20, 30, 40, 50), der folgende Merkmale umfaßt: ein zylindrisches Gehäuse (1) mit einem Unterteil und einer Öffnung; ein piezoelektrisches Element (2), das mit der inneren Oberfläche des Unterteils des Gehäuses (1) verbunden ist; ein Paar von Eingangs-/Ausgangsanschlußstiften (3), die mit dem piezoelektrischen Element (2) elektrisch verbunden sind; und zumindest eine Basis (5; 15; 25; 55), die in der Öffnung des Gehäuses (1) gebildet ist, wobei die Basis (5; 15; 25; 55) ein ausdehnbares Harz oder ein Harz, das Blasen enthält, die in dasselbe gemischt sind, aufweist, und wobei die einen Enden der Eingangs/Ausgangsanschlußstifte (3) in demselben eingebettet sind, um fest an demselben befestigt zu sein, und wobei die anderen Enden der Eingangs/Ausgangsanschlussstifte (3) sich nach außerhalb des Gehäuses (1) erstrecken, wobei die Basis (5; 15; 55) vollständig oder im wesentlichen vollständig in ein Harzmaterial (4) eingebettet ist, oder wobei die Basis (25) mit einer Innenwand der Öffnung des Gehäuses (1) in Kontakt ist, und wobei die akustische Impedanz des Harzmaterials (4) bzw. des Gehäuses (1) deutlich größer ist als die akustische Impedanz der Basis (5; 15; 25; 55).
Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1, der ferner ein schallabsorbierendes Material (6) umfaßt, das das piezoelektrische Element (2) bedeckt.
Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Eingangs-/Ausgangsanschlußstifte (3) eine Stabform aufweisen.
Ultraschallsensor gemäß Anspruch 3, bei dem die stabförmigen Eingangs-/Ausgangsanschlußstifte (3) über jeweilige Anschlußleitungen (8, 9) mit dem Gehäuse (1) und dem piezoelektrischen Element (2) verbunden sind.
Ultraschallsensor gemäß Anspruch 4, bei dem verbundene Abschnitte der stabförmigen Eingangs-/Ausgangsanschlußstifte (3) und der Leitungsanschlüsse in der Basis (5; 15; 25; 55) eingebettet sind.