DE112020002262T5

DE112020002262T5 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE112020002262T5
Application number: DE112020002262.5T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Satake; Youhei Suzuki; Kensuke Kobayashi; Dai Kondo; Syoya Ishida; Yudai Yamamoto; Kenji Fukabori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2022-01-27
Also published as: WO2020226081A1; JP7371564B2; US11971479B2; JP2020184753A; US20220057507A1; CN113785221A

Abstract

Ein Ultraschallsensor (1) weist ein Ultraschallelement (5), das eine Umwandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallvibration durchführt, und ein Elementunterbringungsgehäuse (6) auf, das eine zylindrische Gestalt mit Boden aufweist und das Ultraschallelement in sich aufnimmt. Das Elementunterbringungsgehäuse enthält einen Seitenplattenabschnitt (61), der in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, die eine Richtungsmittelachse (DA) umgibt, und einen Bodenplattenabschnitt (62), der eine Endseite des Seitenplattenabschnitts in einer Achsrichtung verschließt, die parallel zu der Richtungsmittelachse ist. Das Ultraschallelement ist an dem Bodenplattenabschnitt angebracht. Der Bodenplattenabschnitt enthält mindestens einen Vorsprung (621). Der mindestens eine Vorsprung vibriert zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt, wenn der Bodenplattenabschnitt als eine Ultraschallvibration vibriert.

Description

Querverweis auf betreffende Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldungen JP 2019-87230 und JP 2020-74424 , die am 6. Mai 2019 bzw. am 17. April 2020 eingereicht wurden, und deren Inhalt ist hiermit durch Bezugnahme darauf enthalten.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor.
Stand der Technik
Es wird beispielsweise ein Ultraschallsensor, der Ultraschallwellen als Testwellen bzw. Prüfwellen zur Außenseite sendet und deren reflektierte Wellen empfängt, für eine Objekterfassungsvorrichtung verwendet, die an einem Fahrzeug montiert ist. Diese Art von Ultraschallsensor ist aus einem zylindrischem Gehäuse mit Boden und einem piezoelektrischen Element ausgebildet, das an einem inneren Bodenabschnitt bzw. Innenbodenabschnitt des Gehäuses angebracht ist. Bei dieser Art von Ultraschallsensor gibt es eine Struktur, bei der ein einzelner Ultraschallsensor mehrere Resonanzfrequenzen aufweist. Die PTL 1 offenbart beispielsweise eine derartige Sensorstruktur. Der in der PTL 1 offenbarte Ultraschallsensor weist beispielsweise zwei zylindrische Gehäuse mit Boden, die unterschiedliche Größen aufweisen, und ein piezoelektrisches Element auf, wobei ein Öffnungsabschnitt des kleineren zylindrischen Gehäuses mit Boden an einer Innenbodenfläche des größeren zylindrischen Gehäuses mit Boden angebracht ist und ein Raum durch das kleinere zylindrische Gehäuse mit Boden ausgebildet wird. Bei diesem Ultraschallsensor ist ein piezoelektrisches Element an einer äußeren Bodenfläche bzw. Außenbodenfläche des kleineren zylindrischen Gehäuses mit Boden angebracht. Außerdem ist dieser Ultraschallsensor derart ausgelegt, dass die Bodenflächen der großen und kleinen Gehäuse in derselben Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen gebogen werden, wodurch sie mehrere Resonanzfrequenzen aufweisen.
Zitierungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2010 - 278 594 A
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Art von Ultraschallsensor ist jedoch derart aufgebaut, dass die kleinen und großen zylindrischen Gehäusekörper mit Boden miteinander verbunden sind, was zu einer signifikanten Verschlechterung der Haltbarkeit führen kann. Folglich erhöhen sich die Herstellungskosten.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der mehrere Resonanzfrequenzen aufweist, wobei die Haltbarkeit gewährleistet wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor ein Ultraschallelement, das eine Wandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallvibration durchführt, und ein Elementunterbringungsgehäuse auf, das eine zylindrische Gestalt mit Boden aufweist und in dem das Ultraschallelement innen untergebracht ist, wobei das Elementunterbringungsgehäuse einen Seitenplattenabschnitt, der in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, die eine Richtmittelachse bzw. Richtungsmittelachse (DA) umgibt, und einen Bodenplattenabschnitt enthält, der ein Ende des Seitenplattenabschnitts in einer axialen Richtung, die parallel zu der Richtungsmittenachse ist, verschließt, wobei das Ultraschallelement an dem Bodenplattenabschnitt angebracht ist und der Bodenplattenabschnitt mindestens einen Vorsprung enthält; und wobei der mindestens eine Vorsprung zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt vibriert, wenn der Bodenplattenabschnitt als eine Ultraschallvibration vibriert.
Somit enthält der Ultraschallsensor ein Elementunterbringungsgehäuse, in dem mindestens ein Vorsprung auf dem Bodenplattenabschnitt zwischen einem Abschnitt, bei dem das Ultraschallelement angebracht ist, und dem Seitenplattenabschnitt angeordnet ist, und ist derart ausgebildet, dass der Vorsprung oder die Vorsprünge zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt vibriert bzw. vibrieren, wenn der Bodenplattenabschnitt als eine Ultraschallvibration vibriert.
Gemäß diesem Ultraschallsensor ändert sich in dem Bodenplattenabschnitt, der den mindestens einen Vorsprung enthält, d.h. in dem Bodenplattenabschnitt, dessen Dicke teilweise unterschiedlich ist, die Impedanz der Ultraschallvibration in dem Bodenplattenabschnitt. Dann treten ein erster Vibrationsmodus und ein zweiter Vibrationsmodus in dem Ultraschallsensor auf, was zu mehreren Resonanzfrequenzen führt. Der erste Vibrationsmodus tritt auf, wenn sich die Ultraschallwellen hauptsächlich zu dem Seitenplattenabschnitt fortpflanzen. Der zweite Vibrationsmodus tritt auf, wenn sich die Ultraschallwellen zu dem Vorsprung des Bodenplattenabschnitts fortpflanzen. Außerdem weist eine Struktur, bei der der mindestens eine Vorsprung an dem Bodenplattenabschnitt vorgesehen bzw. angeordnet sind, im Vergleich zu einer Struktur, bei der zwei zylindrische Gehäuse mit Boden miteinander verbunden sind, eine verbesserte Haltbarkeit auf. Daher weist der erfindungsgemäße Ultraschallsensor mehrere Resonanzfrequenzen auf, während dessen Haltbarkeit gewährleistet wird.
Man beachte, dass die Bezugszeichen in Klammern für die jeweiligen Elemente jeweilige Beispiel einer Entsprechungsbeziehung zwischen den Elementen und speziellen Komponenten in Ausführungsformen, die später beschrieben werden, angeben.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Montagezustands von Ultraschallsensoren gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Gesamtkonfiguration eines Ultraschallsensors.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons zeigt, das in 2 gezeigt ist.
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der 3 zeigt.
5 ist eine Graphik, die akustische Impedanzcharakteristika (Kennlinie) des Ultraschallmikrofons zeigt, das in 3 gezeigt ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons gemäß einer ersten Modifikation zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons gemäß einer zweiten Modifikation zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Gesamtkonfiguration des Ultraschallmikrofons gemäß der zweiten Modifikation zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons gemäß einer dritten Modifikation zeigt.
10 ist eine Graphik, die akustische Impedanzcharakteristika (Kennlinie) des Ultraschallmikrofons zeigt, das in 9 gezeigt ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons in einem Ultraschallsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Abweichung bzw. Verschiebung eines Vorsprungs, die durch Nachhallvibrationen verursacht wird.
13 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Ultraschallmikrofons entlang der Linie XIII-XIII der 11 und eine Steuerungseinheit, die mit einer Vibrationsdämpfungseinheit verbunden ist, zeigt.
14 ist ein Diagramm, das den Querschnitt des Ultraschallmikrofons entsprechend demjenigen in 13 und eine externe Vorrichtung und einen Schalter zeigt, der mit einer Vibrationsdämpfungseinheit verbunden ist.
15 ist ein Diagramm, das Vorsprünge gemäß einem anderen Gestaltsbeispiel und ein Anordnungsbeispiel der Vibrationsdämpfungseinheit entsprechend diesen Vorsprüngen in Entsprechung zu 13 zeigt.
16 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons in einem Ultraschallsensor gemäß einer dritten Ausführungsform in Entsprechung zu 13 zeigt.
17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei dem ein Schutzelement den Vorsprung berührt.
18 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Schutzelementes gemäß einem Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform in Entsprechung zu 13 zeigt.
19 ist eine Ansicht des in 18 gezeigten Ultraschallmikrofons aus Sicht in der Richtung XIX.
20A ist ein Diagramm, das einen Anordnungsprozess eines zylindrischen Elementes, das einen Vorsprung umgibt, in einem Ausbildungsprozess des Schutzelementes zeigt.
20B ist ein Diagramm, das den Ausbildungsprozess des Schutzelementes anschließend an 20A zeigt.
20C ist ein Diagramm, das den Ausbildungsprozess anschließend an 20B zeigt.
21 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons in einem Ultraschallsensor gemäß einer vierten Ausführungsform in Entsprechung zu 13 zeigt.
22 ist eine Querschnittsansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons gemäß einem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform zeigt.
23A ist ein Diagramm, das einen Ausbildungsprozess eines konvexen Abschnittes zum Tragen eines Schaumstoff- bzw. Schaumelementes in dem Ausbildungsprozess des Schutzelementes, das in 22 gezeigt ist, zeigt.
23B ist ein Diagramm, das einen Anordnungsprozess eines Schaumstoff- bzw. Schaumelementes als einen Ausbildungsprozess des Schutzelementes anschließend an 23A zeigt.
24 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Ultraschallmikrofons in einem Ultraschallsensor gemäß einer fünften Ausführungsform in Entsprechung zu 13 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es werden vorzugsweise dieselben Bezugszeichen für dieselben oder äquivalenten Abschnitte oder Teile verwendet.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Ultraschallsensor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Der Ultraschallsensor 1 ist für die Verwendung für eine Objekterfassungsvorrichtung geeignet, die an einem Fahrzeug wie einem Auto montiert ist. Der Ultraschallsensor 1 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in anderen Anwendungen verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ultraschallsensor gemäß einem typischen Beispiel für eine Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet, wie es im Folgenden beschrieben wird.
Beispiel der Montage
Ein Beispiel des Ultraschallsensors 1, der an einem Fahrzeug montiert ist, wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Ultraschallsensor 1 beispielsweise an einem Fahrzeug V montiert, das eine Fahrzeugkarosserie V1 in einer Kastengestalt aufweist. Insbesondere ist der Ultraschallsensor 1 an einem vorderen Stoßfänger V2, der an einem vorderen Endabschnitt der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, und/oder an einem hinteren Stoßfänger V3 montiert, der an einem hinteren Endabschnitt der Fahrzeugkarosserie angebracht ist.
In dem vorderen Stoßfänger V2 bzw. dem hinteren Stoßfänger V3 ist ein Anbringungsloch V4 als ein Einführungsloch zur Montage des Ultraschallsensors 1 ausgebildet. Der Ultraschallsensor 1, der an dem vorderen Stoßfänger V2 bzw. dem hinteren Stoßfänger V3 montiert ist, wird als sog. Fahrzeugabstandsradar bezeichnet.
Konfiguration
Im Folgenden wird eine Konfiguration eines Ultraschallsensors 1 mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
Im Folgenden wird zur Vereinfachung der Erläuterung wie in 2 gezeigt ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem derart festgelegt, dass die Z-Achse parallel zu einer Richtmittelachse bzw. Richtungsmittelachse DA des Ultraschallsensors 1 ist. Hier wird eine Richtung parallel zu der Richtungsmittelachse DA auch als axiale Richtung bzw. Achsrichtung bezeichnet. Man beachte, dass ein Teil der oberen Seite in 2, d.h. die Seite der positiven Richtung der Z-Achse, manchmal auch als obere Endseite in der axialen Richtung bzw. Achsrichtung bezeichnet wird. Auf ähnliche Weise wird ein Teil der unteren Seite in 2, d.h. die negative Seite der Z-Achse, auch manchmal als Basisendseite bezeichnet. Außerdem werden beliebige Richtungen orthogonal zu der Achsrichtung manchmal auch als In-Ebene-Richtung bezeichnet. Mit anderen Worten, die In-Ebene-Richtung ist eine Richtung parallel zu der in 2 gezeigten XY-Ebene. Außerdem ist in 3 ein XYZ-Koordinatensystem angegeben, das dem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem in 2 entspricht.
Der Ultraschallsensor weist ein Sensorgehäuse 2, ein elastisches Trägerelement 3 und ein Ultraschallmikrofon 4 auf. Das Ultraschallmikrofon 4 weist ein Ultraschallelement 5 und ein Elementunterbringungsgehäuse 6 auf. Im Folgenden werden die jeweiligen Bestandteile des Ultraschallsensors 1 beschrieben.
Wie es in 2 gezeigt ist, dient das Sensorgehäuse 2 als ein Gehäuse des Ultraschallsensors 1 und trägt das elastische Trägerelement 3. Das Sensorgehäuse 2 besteht aus einem Gehäusekörper 21, einer Verbindungseinheit 22 und einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 23. Das Sensorgehäuse 2 ist derart ausgebildet, dass diese Abschnitte mittels einem gehärtetem synthetischem Harz wie Polypropylen integriert sind.
Der Gehäusekörper 21 ist ein Kastenteil mit einer Umrissgestalt eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipeds und ist in einer zylindrischen Gestalt mit Boden ausgebildet, bei der die Basisendseite in der Achsrichtung offen ist.
Die Verbindungseinheit 22 erstreckt sich von einem Seitenwandabschnitt des Gehäusekörpers 21 nach außen, um den Ultraschallsensor 1 mit einer externen Ausrüstung wie einer elektronischen Steuerungseinheit zu verbinden.
Der zylindrische Gehäuseabschnitt 23 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt ausgebildet und steht von dem Gehäusekörper 21 zu einer oberen Endseite in der Achsrichtung vor. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 23 ist derart ausgebildet, dass er einen Basisendabschnitt des elastischen Trägerelementes 3 in der Achsrichtung trägt, wobei das elastische Trägerelement 3 im Wesentlichen in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, bei der die Achsmitte bzw. axiale Mitte die Richtungsmittelachse DA ist. Ein zylindrisch gestalteter Raum innerhalb des Gehäusezylinderabschnittes 23 kommuniziert mit einem im Wesentlichen rechteckigen Parallelepiped-Raum innerhalb des Gehäusekörpers 21. Im Folgenden werden der Raum innerhalb des zylindrischen Gehäuseabschnitts 23 und der Raum innerhalb des Gehäusekörpers 21 gemeinsam als Innenraum des Sensorgehäuses 2 bezeichnet.
In dem Innenraum des Sensorgehäuses 2 sind eine Leiterplatte 24, eine Verkabelungs- bzw. Verdrahtungseinheit 25 und eine Abschirmungseinheit 26 untergebracht. Die Leiterplatte 24, die einen Betrieb des Ultraschallsensors 1 steuert, ist in dem Gehäusekörper 21 untergebracht. Die Verdrahtungseinheit 25 verbindet das Ultraschallmikrofon 4 und die Leiterplatte 24 miteinander. Die Abschirmungseinheit 26 ist an der Innenfläche des Sensorgehäuses 2 befestigt und bedeckt die Leiterplatte 24 und den Verdrahtungsabschnitt 25, so dass diese elektromagnetisch abgeschirmt werden.
Ein Füllelement bzw. Dämpfungselement 27 ist ein scheibenförmiges Element, das einen Außendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des elastischen Trägerelementes entspricht. Insbesondere ist das Füllelement 27 in einen zylindrischen Raum innerhalb des elastischen Trägerelementes 3 an einem Abschnitt eingebettet, der in der Achsrichtung näher bei der Basisendseite als ein Abschnitt des Ultraschallmikrofons 4 ist. Das Dämpfungselement 27 dient zum Verhindern einer Fortpflanzung einer Vibration bzw. Schwingung von dem Ultraschallmikrofon 4 zu dem Sensorgehäuse 2. Insbesondere ist das Dämpfungselement 27 beispielsweise aus einem elastischen Schaumelement wie geschäumten Silikon ausgebildet, das isolierende und elastische Eigenschaften aufweist.
Ein Füllmaterial 28 ist in den Innenraum des Sensorgehäuses 2 gefüllt. Das Füllmaterial 28 wird durch ein synthetisches Harzmaterial wie Silikongummi ausgebildet, das isolierende und elastische Eigenschaften aufweist.
Das elastische Trägerelement 3 wird durch ein auf synthetischem Harz basierendes elastisches Material wie Silikongummi ausgebildet, das isolierende und elastische Eigenschaften aufweist. Das auf dem auf synthetischem Harz basierenden elastischen Material wird auch als viskoelastisches Material oder Elastomer bezeichnet. Das elastische Trägerelement 3 trägt das Ultraschallmikrofon 4 durch elastisch Bedecken der Basisendseite des Ultraschallmikrofons 4 in der Achsrichtung, während dessen obere Endseite freiliegt.
Das Ultraschallmikrofon 4 ist aus dem Ultraschallelement 5 und dem Elementunterbringungsgehäuse 6 ausgebildet und dient als ein Ultraschallsender und -empfänger. D.h., das Ultraschallmikrofon 4 ist in der Lage, die Ultraschallwellen auszusenden und zu empfangen.
Mit anderen Worten, das Ultraschallmikrofon 4 ist ausgelegt, Testwellen entlang der Richtungsmittelachse DA auf der Grundlage eines angelegten Ansteuersignals auszusenden. Die Richtungsmittelachse DA ist eine virtuelle halbgerade Linie, die sich in der Sende-Empfangs-Richtung der Ultraschallwellen von dem Ultraschallmikrofon 4 erstreckt, und dient als ein Bezug für den Richtwirkungswinkel bzw. Richtungswinkel. Die Richtungsmittelachse wird auch als Erfassungsachse bezeichnet. Außerdem ist das Ultraschallmikrofon 4 ausgelegt, Reflexionswellen, die an einem Objekt reflektiert werden, das in der Umgebung vorhanden ist, zu empfangen und ein Empfangssignal zu erzeugen.
Das Ultraschallelement 5 ist ausgelegt, eine Umwandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallvibration durchzuführen. Das Ultraschallelement 5 ist beispielsweise ein piezoelektrisches Element und ist als ein Dünnfilm bzw. eine Dünnschicht ausgebildet, der bzw. die eine Dickenrichtung in der Achsrichtung aufweist. Wie es beispielsweise in 3 gezeigt ist, ist das Ultraschallelement 5 an einer Innenfläche eines Bodenplattenabschnitts 62 (wird später beschrieben) in dem Elementunterbringungsgehäuse 6, das eine zylindrische Gestalt mit Boden aufweist, angebracht. Man beachte, dass sich die Innenfläche des Bodenplattenabschnitts 62 auf eine Oberfläche bezieht, die von dem Seitenplattenabschnitt 61 (wird später beschrieben) umgeben ist.
Das Elementunterbringungsgehäuse 6 ist in einer zylindrischen Gestalt mit Boden ausgebildet, dessen Achsmitte die Richtungsmittelachse DA ist, und weist einen Innenraum 63 auf, der das Ultraschallelement 5 aufnehmen kann. Das Elementunterbringungsgehäuse 6 weist den Seitenplattenabschnitt 61 und den Bodenplattenabschnitt 62 auf, und diese Abschnitte sind aus demselben Material ausgebildet. Das Elementunterbringungsgehäuse 6 ist einstückig ohne jegliche Verbindungen aus einem Metall wie Aluminium ausgebildet. Das Elementunterbringungsgehäuse 6 kann mittels eines beliebigen Verfahrens wie beispielsweise Schneiden, Verfahren mittels elektrischer Entladung oder Gießen ausgebildet werden.
Der Seitenplattenabschnitt 61 ist beispielsweise in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet, die die Richtungsmittelachse DA umgibt, d.h. in einer zylindrischen Gestalt, deren Mittelachsenlinie im Wesentlichen parallel zu der Richtungsmittelachse DA ist. Der Seitenplattenabschnitt 61 enthält einen dünnen Wandabschnitt 611 und einen dicken Wandabschnitt 612.
Der dünne Wandabschnitt 611 ist in einer zylindrischen Teilgestalt ausgebildet, die eine vorbestimmte Dicke in einer radialen Richtung orthogonal zu der Richtungsmittelachse DA aufweist. Die radiale Richtung bezieht sich auf eine Richtung, die sich radial von der Richtungsmittelachse DA aus erstreckt. D.h., in dem Fall, in dem ein virtueller Kreis auf einer Ebene gezogen wird, deren Normale die Richtungsmittelachse DA ist, ist die Mitte des virtuellen Kreises ein Kreuzungspunkt zwischen der Ebene und der Richtungsmittelachse, und die radiale Richtung ist als eine Radiusrichtung des virtuellen Kreises definiert. Außerdem wird eine Abmessung in der Radiusrichtung der jeweiligen Abschnitte auch als Dicke bezeichnet. Mit anderen Worten, der dünne Wandabschnitt 611 weist eine vorbestimmte Dicke auf, die kleiner als diejenige des dicken Wandabschnittes 612 ist.
Die vorbestimmte Dicke des dünnen Wandabschnittes 611 weist eine Dicke auf, die unter den Abmessungen des Seitenplattenabschnittes 61 und des Bodenplattenabschnittes 62 in der radialen Richtung oder der Achsrichtung die am nächsten kommende Abmessung zu der Dicke des Bodenplattenabschnitts 62 in der Achsrichtung ist. Insbesondere ist der dünne Wandabschnitt 611 derart ausgebildet, dass dessen Dicke gleich dem 0,3- bis 2,0-fachen der Abmessung des Bodenplattenabschnittes 62 in der Achsrichtung, vorzugsweise dem 0,5- bis 1,5-fachen des Bodenplattenabschnittes 62 in der Achsrichtung, und weiter vorzugsweise dem 0,7- bis 1 ,2-fachen des Bodenplattenabschnittes 62 in der Achsrichtung ist. Typischerweise kann der dünne Wandabschnitt 611 derart ausgebildet sein, dass dessen Dicke im Wesentlichen dieselbe wie diejenige des Bodenplattenabschnittes 62 ist.
Der dicke Wandabschnitt 612 weist eine Dicke (d.h. eine Abmessung in der Radiusrichtung) auf, die größer als diejenige des dünnen Wandabschnitts 611 ist. Insbesondere ist der dicke Wandabschnitt 612 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Bogengestalt ausgebildet, die von einer Kreissehne und einem Bogen umgeben ist, der sich in der X-Richtung erstreckt, wenn diese entlang einer Sichtlinie parallel zu der Richtungsmittelachse DA betrachtet wird. Außerdem ist der dicke Wandabschnitt 612 in einer Umfangsrichtung, die die Richtungsmittelachse DA umgibt, benachbart zu dem dünnen Wandabschnitt 611 angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Paar dünner Wandabschnitte 611 in Bezug auf die Richtungsmittelachse DA einander gegenüberliegend angeordnet. Auf ähnliche Weise ist ein Paar dicker Wandabschnitte 612 in Bezug auf die Richtungsmittelachse DA einander gegenüberliegend angeordnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Innenraum 63 in einer abgerundeten rechteckigen Gestalt ausgebildet, die aus Sicht entlang einer Sichtlinie parallel zu der Richtungsmittelachse DA aus einem Paar Halbkreise oder einer elliptischen Gestalt ausgebildet wird. Außerdem enthält der Seitenplattenabschnitt 61 ein Paar dünner Wandabschnitte 611, die in Entsprechung zu den Halbkreisen angeordnet sind, und ein Paar dicker Wandabschnitte 612, die in Entsprechung zu einem Liniensegment angeordnet sind. Somit weist das Ultraschallmikrofon 4 in der Y-Achse einen kleineren Richtwirkungswinkel bzw. Richtungswinkel im Vergleich zu demjenigen in der X-Achse auf. Man beachte, dass der dicke Wandabschnitt 612 auch als Richtwirkungseinstellabschnitt bezeichnet werden kann, da der dicke Wandabschnitt 612 als ein Abschnitt zum Einstellen der Richtwirkung der Ultraschallwellen ausgelegt werden kann.
Der Bodenplattenabschnitt 62 ist ein Abschnitt, der in einer flachen Plattengestalt oder einer dünnen Plattengestalt mit einer Dickenrichtung in der Achsrichtung ausgebildet ist, und ist angeordnet in der Achsrichtung eine Endseite des Seitenplattenabschnitts 61 zu verschließen. Insbesondere ist der Bodenplattenabschnitt 62 einstückig mit einem distalen Endabschnitt des Seitenplattenabschnittes 61 in der Achsrichtung ohne jegliche Verbindungen bzw. Verbindungspunkte gekoppelt bzw. verbunden. Wie es in 3 gezeigt ist, ist der Bodenplattenabschnitt 62 durch Anbringen des Ultraschallelementes 5 als Reaktion auf ein Aussenden oder Empfangen der Ultraschallwellen durch das Ultraschallelement 5 in der Lage, eine Ultraschallvibration in der Achsrichtung durchzuführen, während ein Außenumfangsabschnitt, der mit dem Seitenplattenabschnitt 61 gekoppelt ist, als ein fixiertes Ende abgelenkt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei Vorsprünge 621 auf einer Innenfläche des Bodenplattenabschnittes 62, d.h. einer Oberfläche in dem Innenraum 63, in dem das Ultraschallelement 5 untergebracht ist, angeordnet.
Die Vorsprünge 621 sind jeweils als ein Stabkörper ausgebildet, der entlang der Richtungsmittelachse DA von der Innenfläche des Bodenplattenabschnittes 62 vorstehen, und sind beispielsweise als eine zylindrische Gestalt ausgebildet. Die Vorsprünge 621 vibrieren bzw. schwingen als eine Ultraschallvibration zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt 62 als Reaktion auf ein Aussenden oder Empfangen der Ultraschallwellen durch das Ultraschallelement 5. Die Vorsprünge 621 erzeugen mehrere Vibrationsmodi. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind wie in 3 gezeigt zwei Vorsprünge 621 zwischen dem Ultraschallelement 5 und dem Seitenplattenabschnitt 61 auf der Innenfläche des Bodenplattenabschnitts 62 ausgebildet.
Insbesondere sind zwei Vorsprünge 621 an Abschnitten in einem Abstand zu dem Seitenplattenabschnitt 61 und dem Ultraschallelement 5 angeordnet und auf beiden Seiten des Ultraschallelementes 5 positioniert. Die beiden Vorsprünge 621 können vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf das Ultraschallelement 5 als Mitte angeordnet sein, wenn eine Richtwirkungssteuerung der Ultraschallwellen berücksichtigt wird. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf. Außerdem sind die zwei Vorsprünge 621 an Abschnitten angeordnet, bei denen ein Bauch oder ein Knoten in der Vibration bzw. Schwingung in den Vorsprüngen 621 während einer Vibration ausgebildet wird, wenn der Bodenplattenabschnitt 62 als eine Ultraschallvibration vibriert. Somit vibrieren die beiden Vorsprünge 621 wie eine Stimmgabel, wenn der Bodenplattenabschnitt 62 als eine Ultraschallvibration vibriert, und die Vibration pflanzt sich zu dem Bodenplattenabschnitt 62 fort, wodurch zwei Vibrationsmodi, die später beschrieben werden, und mehrere Resonanzfrequenzen erzeugt werden.
Man beachte, dass ein Vibrationsbauch bzw. ein Bauch einer Vibration bzw. Schwingung sich in einem Zustand, in dem eine stehende Welle in dem Bodenplattenabschnitt 62 aufgrund der Ultraschallvibration auftritt, auf einen Teil des Bodenplattenabschnittes 62 bezieht, bei dem die größte Schwingungsbewegung der stehenden Welle auftritt. Außerdem bezieht sich der Knoten der Vibration bzw. Schwingung auf einen Teil des Bodenplattenabschnittes 62, bei dem, wenn eine stehende Welle in dem Bodenplattenabschnitt 62 aufgrund der Ultraschallvibration auftritt, die stehende Welle sich nicht zu bewegen scheint.
Für die beiden Vorsprünge werden die Länge und die Breitenabmessung des Vorsprungs geeignet in Abhängigkeit von der Abmessung und dem Material des Elementunterbringungsgehäuses 6 geändert. Diese Länge und die Breitenabmessung des Vorsprungs können mittels Simulationen oder Ähnlichem berechnet werden.
Die Basiskonfiguration des Ultraschallsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde insoweit beschrieben.
Wirkungen und Vorteile
Im Folgenden werden die Wirkungen und Vorteile des Ultraschallsensors 1 mit Bezug auf 5 beschrieben.
Gemäß dem Ultraschallsensor 1, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, vibriert das Ultraschallelement 5 als eine Ultraschallvibration als Reaktion auf die Eingabe eines elektrischen Signals über die Verdrahtung (nicht gezeigt). Wenn das Ultraschallelement 5 als eine Ultraschallvibration vibriert, wird das Elementunterbringungsgehäuse 6 aufgrund von dessen Vibration angeregt. Somit vibriert das Ultraschallmikrofon 4, das aus dem Ultraschallelement 5 und dem Elementunterbringungsgehäuse 6 ausgebildet wird, in einem vorbestimmten Vibrationsmodus.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration für den Bodenplattenabschnitt 62 ist das Ultraschallelement 5 an dem Bodenplattenabschnitt 62 angebracht, und die beiden Vorsprünge 621 sind symmetrisch in Bezug auf das Ultraschallelement 5 als deren Mitte angeordnet. Dann vibrieren die beiden Vorsprünge 621 als eine Ultraschallvibration zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt 62, wenn das Ultraschallelement 5 angesteuert wird.
Es wurde eine Computersimulation für einen Vibrationszustand des oben beschriebenen Ultraschallmikrofons 4 durchgeführt. Als Ergebnis wurden die in 5 gezeigten akustischen Impedanzcharakteristika (Kennlinie) erhalten. In dem Ultraschallmikrofon 4 treten zwei signifikante Resonanzfrequenzen in einem Frequenzbereich von 40 kHz bis 70 kHz auf. Insbesondere ist das Ultraschallmikrofon 4 derart ausgebildet, dass die Resonanzfrequenzen bei etwa 47 kHz und 67 kHz liegen. D.h., dass das in 5 gezeigte Ergebnis angibt, dass das Ultraschallmikrofon 4 durch die Bereitstellung der Vorsprünge an dem Bodenplattenabschnitt 62 mehrere Resonanzfrequenzen aufweist. Man beachte, dass die erste Resonanzfrequenz und die zweite Resonanzfrequenz eine Beziehung zueinander aufweisen, gemäß der die eine von diesen keine Frequenz höherer Ordnung der anderen aufweist.
Die beiden strukturellen Resonanzfrequenzen, die in 5 gezeigt sind, werden aufgrund von zwei Vibrationsmodi erzeugt, die bei dem Elementunterbringungsgehäuse 6 auftreten. Insbesondere tritt der erste Vibrationsmodus auf, wenn sich die Ultraschallwellen von dem Bodenplattenabschnitt 62 zu dem Seitenplattenabschnitt 61 fortpflanzen. Der zweite Vibrationsmodus tritt auf, wenn sich die Ultraschallwellen von dem Bodenplattenabschnitt 62 zu dem Vorsprung 621 fortpflanzen. Die Resonanzfrequenz bei 47 kHz entspricht dem oben beschriebenen ersten Vibrationsmodus. Hinsichtlich der Resonanzfrequenz bei etwa 67 kHz wird geschätzt, dass die Vibrationswellen des oben beschriebenen ersten Vibrationsmodus und die Vibrationswellen des zweiten Vibrationsmodus kombiniert werden.
Genauer gesagt wird die Dicke des Bodenplattenabschnittes 62, durch die sich die Ultraschallwellen fortpflanzen, nur an einem Abschnitt, bei dem ein Vorsprung 621 ausgebildet ist, größer (ändert sich), wodurch sich die Impedanz der Ultraschallfortpflanzung in dem Bodenplattenabschnitt 62 teilweise ändert. Außerdem wird die Ultraschallvibration an den beiden Vorsprüngen 621 reflektiert, die Impedanzfehlanpassungspunkte sind, wodurch eine Resonanz bewirkt wird, d.h. der zweite Vibrationsmodus. Somit wird geschätzt, dass der erste Vibrationsmodus und der zweite Vibrationsmodus in dem Bodenplattenabschnitt 62 kombiniert werden, sodass sie die zweite Resonanzfrequenz bewirken.
Die Simulation gemäß 5 wurde für eine Konfiguration verwendet, bei der zwei Vorsprünge 621 zu dem Ultraschallmikrofon 4 hinzugefügt wurden, das gewöhnlich eine Resonanzfrequenz von etwa 45 kHz aufweist, wenn die Vorsprünge 621 nicht in dem Bodenplattenabschnitt 62 vorhanden bzw. angeordnet sind. Das oben beschriebene Simulationsergebnis wird in dem Fall erhalten, in dem der Durchmesser des Bodenplattenabschnittes 62 gleich d (Einheit: mm) ist, die beiden Vorsprünge 621 symmetrisch in Bezug auf das Ultraschallelement 5 als deren Mitte angeordnet sind, und der Abstand gleich d x 2/3 ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein einzelnes Ultraschallmikrofon 4 mehrere Resonanzfrequenzen aufzuweisen, indem dessen Gestalt einfach derart geändert wird, bei der die Vorsprünge 621 auf der Innenfläche des Bodenplattenabschnittes 62 angeordnet sind. Außerdem können eine Verschlechterung der Haltbarkeit und eine Erhöhung der Kosten im Vergleich zu einer herkömmlichen Struktur verringert werden, bei der zwei zylindrische Gehäuse mit Boden, wobei das eine Gehäuse eine große Größe und das andere Gehäuse eine kleine Größe aufweist, angebracht sind. Dementsprechend weist ein einzelner Ultraschallsensor 1 mehrere Resonanzfrequenzen auf, während gleichzeitig dessen Haltbarkeit gewährleistet wird.
Erste Modifikation
In dem Ultraschallsensor 1 kann das Elementunterbringungsgehäuse 6 derart ausgebildet sein, dass der Seitenplattenabschnitt 611 nur durch den dünnen Wandabschnitt 611 ausgebildet wird. Auch bei dieser Struktur sind die Vorsprünge 621 an dem Bodenplattenabschnitt 62 ausgebildet, der der Fortpflanzungspfad der Ultraschallvibration ist, so dass ein Änderungspunkt für die Impedanz der Vibration verursacht wird. Somit kann die Wirkung einer Struktur, die mehrere Resonanzfrequenzen aufweist, erhalten werden.
Zweite Modifikation
In dem Ultraschallsensor 1 sind die Vorsprünge 621 nicht auf eine zylindrische Gestalt begrenzt, wenn diese in einer Stangengestalt ausgebildet sind, sondern können eine sich von der zylindrischen Gestalt unterscheidende Gestalt aufweisen. Die Vorsprünge sind beispielsweise in einem rechtwinkligen, quadratischen Prisma wie in 7 gezeigt ausgebildet. Außerdem können die Vorsprünge 621 nicht nur in einer Stangengestalt, sondern auch in einer Plattengestalt wie einer rechteckigen quadratischen Säulengestalt ausgebildet werden. Weiterhin können die Vorsprünge 621 in einer polygonalen säulenförmigen Gestalt oder einer elliptischen Zylindergestalt ausgebildet werden, und somit kann die Gestalt der Vorsprünge 621 geeignet geändert werden. Gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel wird ein einzelner Ultraschallsensor 1 mit mehreren Resonanzfrequenzen geschaffen, da ein Änderungspunkt für die Impedanz der Vibration in dem Bodenplattenabschnitt 62 erzeugt wird.
Dritte Modifikation
Wie es in 9 gezeigt ist, kann der Ultraschallsensor 1 beispielsweise derart ausgelegt sein, dass der Bodenplattenabschnitt 62 nur einen einzelnen Vorsprung 621 aufweist. Als Ergebnis einer Simulation des Vibrationszustands des Ultraschallmikrofons 4 werden die in 10 gezeigten akustischen Impedanzcharakteristika (Kennlinie) erhalten. In dem Ultraschallmikrofon 4 treten in einem Bereich von 40 kHz bis 70 kHz zwei signifikante strukturelle Resonanzfrequenzen bei etwa 47 kHz und etwa 65 kHz auf. Da gemäß der vorliegenden Modifikation die Vibrationsimpedanz in dem Bodenplattenabschnitt 62 sich aufgrund des Vorsprungs 621 teilweise ändert, wird ein einzelner Ultraschallsensor 1 mit zwei Resonanzfrequenzen geschaffen.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Ultraschallsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die 11 bis 14 beschrieben.
Wie es in 11 gezeigt ist, unterscheidet sich das Ultraschallmikrofon 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, dass eine jeweilige Vibrationsdämpfungseinheit 64 an den Vorsprüngen 621 in dem Elementunterbringungsgehäuse 6 angebracht ist.
Man beachte, dass ein Fall als typisches Beispiel beschrieben wird, bei dem zwei Vorsprünge 621 eine rechteckige Plattengestalt aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben können die Anzahl der Vorsprünge 621, deren Gestalt sowie deren Anordnung geeignet geändert werden. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann das Elementunterbringungsgehäuse 6 außerdem den dünnen Wandabschnitt 611 und den dicken Wandabschnitt 612 aufweisen, ist aber nicht auf dieses typische Konfigurationsbeispiel beschränkt.
Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 ist ein Element, das nach dem Aussenden von Ultraschallwellen nach außen von dem Ultraschallelement 5 eine unbeabsichtigte Vibration bzw. Schwingung (im Folgenden als Nachhallvibration bezeichnet), die an dem Vorsprung 621 aufgrund des Aussendens des Ultraschalls auftritt, dämpft, um reflektierte Wellen früher zu empfangen.
Insbesondere wurde als Ergebnis einer Untersuchung durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckt, dass eine unbeabsichtigte Nachhallvibration möglicherweise in dem Ultraschallmikrofon 4 auftritt, das die Vorsprünge 621 aufweist, wenn Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden. In dem Fall, in dem eine Nachhallvibration an den Vorsprüngen 621 auftritt, ist ein Empfang der reflektierten Wellen der Ultraschallwellen, die nach außen ausgesendet werden, gestört, bis die Nachhallvibration konvergiert bzw. abklingt, wodurch eine Verschlechterung des Leistungsvermögens des Ultraschallsensors bewirkt wird. Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 dämpft die Vibrationsenergie dieser Nachhallvibration durch Auslöschung oder Absorbieren, wodurch die Nachhallvibration früher konvergiert bzw. abklingt.
Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 ist als ein bekanntes Element oder eine elektronische Komponente wie ein piezoelektrisches Element, ein Thermistor oder ein Widerstand ausgebildet und ist an den Vorsprüngen 621 mittels eines Klebemittels oder Ähnlichem, das nicht gezeigt ist, angebracht. Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 löscht die Vibrationsenergie aus oder absorbiert diese.
In dem Fall beispielsweise, in dem die Vibrationsdämpfungseinheit 64 ein piezoelektrisches Element ist, werden die Vorsprünge 621 veranlasst, gemäß einer sog. Umkehrphasenvibration in einer Richtung zu vibrieren, in der die Nachhallvibration der Vorsprünge 621 ausgelöscht wird, wenn eine Nachhallvibration auftritt. In diesem Fall ist die Vibrationsdämpfungseinheit 64 über eine nicht gezeigte Verdrahtung bzw. Verkabelung mit der Steuerungseinheit 7 verbunden, die außerhalb des Ultraschallmikrofons 4 angeordnet ist, und vibriert auf der Grundlage des Steuersignals von der Steuerungseinheit 7.
Die Steuerungseinheit 7 ist eine elektronische Steuerungseinheit, die eine CPU, einen ROM, einen RAM, die auf deren Leiterplatte (nicht gezeigt) montiert sind, enthält und eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) ist. Die Steuerungseinheit 7 führt eine Antriebssteuerung der Vibrationsdämpfungseinheit 64 in Abhängigkeit von einem Zustand des Ultraschallmikrofons 4 durch.
In einem Fall beispielsweise, in dem das Ultraschallmikrofon 4 die Ultraschallwellen nach außen aussendet, steuert die Steuerungseinheit 7 die Vibrationsdämpfungseinheit 64 zum Vibrieren derart, dass die Vorsprünge 621 in derselben Richtung wie die Vibrationsrichtung der Vorsprünge 621 aufgrund der Ultraschallwellen vibrieren, d.h. die Vorsprünge 621 nicht vibrieren, um die Ultraschallwellen nicht auszulöschen. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden, führt die Steuerungseinheit 7 eine Steuerung durch, bei der die Vibrationsdämpfungseinheit 64 in derselben Richtung wie die Vibrationsrichtung der Vorsprünge 621 vibriert, d.h., dass die Vibrationsdämpfungseinheit 64 in derselben Phase vibriert.
Nachdem das Ultraschallmikrofon 4 die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet hat und bis die reflektierten Wellen empfangen werden, führt die Steuerungseinheit 7 andererseits eine Vibrationssteuerung einer Umkehrphasenvibration aus, bei der die Vibrationsdämpfungseinheit 64 veranlasst wird, in einer Richtung zum Auslöschen der Nachhallvibration, die in den Vorsprüngen 621 auftritt, zu vibrieren.
Somit bewirkt die Vibrationsdämpfungseinheit 64 in einem Fall, in dem die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden, dass die Vorsprünge 621 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Nachhallvibration vibrieren, wodurch die Energie der Nachhallvibration ausgelöscht wird und die Nachhallvibration früher konvergiert bzw. abklingt. Gemäß der Simulation ist eine maximale Verschiebung bzw. Ablenkung der Vorsprünge 621 in dem Fall, in dem die Nachhallvibration in den Vorsprüngen 621 auftritt, die mit der Vibrationsdämpfungseinheit 64 ausgebildet sind, die durch das piezoelektrische Element gebildet wird, gleich 2,38 µm, wenn die Vibrationsdämpfungseinheit 64 nicht veranlasst wird, zu vibrieren, und ist gleich 1,68 µm, wenn die Vibrationsdämpfungseinheit 64 veranlasst wird, zu vibrieren. Somit vibriert die Vibrationsdämpfungseinheit 64 mit der umgekehrten Phase, wodurch die Ablenkung durch die Vibration der Vorsprünge 621 um 30% verringert wird und die Nachhallvibration früher konvergiert.
Wenn die Vibrationsdämpfungseinheit 64 durch einen Thermistor ausgebildet ist, wird, wenn eine Nachhallvibration an den Vorsprüngen 621 auftritt, die Vibrationsenergie absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt, wodurch die Energie der Nachhallvibration verringert wird und die Nachhallvibration früher konvergiert. Diesbezüglich ist die Vibrationsdämpfungseinheit 64 wie in 14 gezeigt beispielsweise über eine Verdrahtung bzw. Verkabelung (nicht gezeigt) mit einem externen Element 8 verbunden, das außerhalb des Ultraschallmikrofons 4 angeordnet ist, und dieses bewirkt, dass das externe Element 8 die elektrische Energie, die durch Absorbieren der Energie aufgrund der Nachhallvibration erzeugt wird, verbraucht. Außerdem kann in diesem Fall ein Schalter 81 zwischen der Vibrationsdämpfungseinheit 64 und dem externen Element 8 angeordnet sein, um den Verbindungszustand zwischen diesen zu ändern.
In dem Fall beispielsweise, in dem die Vibrationsdämpfungseinheit 64 durch einen Thermistor ausgebildet ist, wird, wenn die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden, auch diese Vibrationsenergie in der Vibrationsdämpfungseinheit 64 in elektrische Energie umgewandelt. Wenn zu dieser Zeit die Dämpfung der Vibrationsenergie unterdrückt werden soll, ändert der Schalter 81 den Verbindungszustand in ausgeschaltet, so dass keine elektrische Energie durch das externe Element 8 verbraucht wird, da sich ansonsten die Sendeleistung der Ultraschallwellen verringern kann. Wenn somit die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden, wird eine Dämpfung der Vibration bei der Vibrationsdämpfungseinheit 64 unterdrückt, so dass sich die Sendeleistung der Ultraschallwellen nicht verringert.
Nachdem das Ultraschallmikrofon 4 die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet hat, ändert andererseits der Schalter 81 den Zustand der Verbindung in eingeschaltet, um zu ermöglichen, dass das externe Element 8 die elektrische Energie, die bei der Vibrationsdämpfungseinheit 64 aufgrund der Nachhallvibration erzeugt wird, verbraucht. Nach dem Aussenden der Ultraschallwellen nach außen dämpft somit die Vibrationsdämpfungseinheit 64 die Nachhallvibration, wodurch die Nachhallvibration früher konvergiert bzw. abklingt.
Man beachte, dass das externe Element 8 eine beliebige elektronische Komponente sein kann, die in der Lage ist, elektrische Energie zu verbrauchen. Der Schalter 81 ist mit einer Steuerungseinheit (nicht gezeigt) verbunden und wird in Abhängigkeit von einem Ansteuerzustand des Ultraschallmikrofons 4 ein- und ausgeschaltet. Für den Schalter 81 kann jedoch ein bekanntes Element oder eine bekannte elektronische Komponente verwendet werden, so lange wie das Einschalten und Ausschalten des Schalters gesteuert werden kann.
Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 ist an beliebigen Positionen zwischen einem Wurzelabschnitt 6211 zu dem Bodenplattenabschnitt 62 und der oberen Endseite 6212 in den Vorsprüngen 621 angeordnet. Die Vibrationsdämpfungseinheit 64 ist in einem vorbestimmten Bereich in den Vorsprüngen 621 angebracht, der mindestens einen Abschnitt enthält, der die größte Ablenkung aufgrund der Nachhallvibration aufweist, um die Nachhallvibration zu verringern.
In dem Fall, in dem die Vorsprünge 621 jeweils in einer Plattengestalt mit einer konstanten Dicke ausgebildet sind, wie es in 11 gezeigt ist, ist insbesondere der Endabschnitt 6212 jedes Vorsprungs 621 ein Abschnitt, der die größte Verschiebung bzw. Ablenkung aufgrund der Nachhallvibration aufweist. In einem derartigen Fall wird die Vibrationsdämpfungseinheit 64 in einem vorbestimmten Bereich in den Vorsprüngen 621 angebracht, der mindestens den oberen Endabschnitt 6212 enthält, wie es in 12 gezeigt ist. Dieses korrespondiert mit einer beliebigen Gestalt, die für die Vorsprünge 621 verwendet wird, wobei die Dicke der Vorsprünge 612 von dem Wurzelabschnitt 6211 bis zu dem oberen Endabschnitt 6212 dünner wird, und wobei die größte Verschiebung bzw. Ablenkung an den oberen Endabschnitten 6212 auftritt.
Wie es in 15 gezeigt ist, weisen in dem Fall, in dem die Vorsprünge 621 Beschränkungsabschnitte 6213 aufweisen, bei denen die Dicke von dem Wurzelabschnitt 6211 zu dem oberen Endabschnitt 6212 am kleinsten ist, die Vorsprünge 621 während der Nachhallvibration die größte Vibrationsverschiebung bzw. -ablenkung bei den Beschränkungsabschnitten 6213 auf. Wie es in 15 gezeigt ist, wird in einem derartigen Fall die Vibrationsdämpfungseinheit 64 in einem vorbestimmten Bereich angebracht, der mindestens die Beschränkungsabschnitte 6213 enthält. Somit kann die Vibrationsdämpfungseinheit 64 vorzugsweise unter Berücksichtigung der Vibrationsverschiebung der Vorsprünge 621 während der Nachhallvibration angeordnet werden.
Man beachte, dass die Vibrationsverschiebung bzw. -ablenkung der Vorsprünge 621 während der Nachhallvibration mittels irgendeines Simulationsprogrammes wie einer Ultraschallanalysesoftware berechnet werden kann. Außerdem wird das Objekt, an dem die Vibrationsdämpfungseinheit 64 angebracht wird, geeignet in Abhängigkeit von der Vibrationsverschiebung während der Nachhallvibration bestimmt, so dass die jeweilige Vibrationsdämpfungseinheit 64 an sämtlichen Vorsprüngen 621 angebracht werden kann, wenn mehrere Vorsprünge 621 ausgebildet sind, oder so, dass diese an einem Teil der Vorsprünge 621 angebracht werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können zusätzlich zu den Wirkungen und Vorteilen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform Wirkungen und Vorteile erzielt werden, gemäß denen die Nachhallvibration, die in den Vorsprüngen 621 erzeugt wird, durch die Vibrationsdämpfungseinheit 64 verringert wird, wodurch die reflektierten Wellen früher empfangen werden können. Gemäß dem Ultraschallsensor der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere eine Verbesserung einer Erfassungsgrenzentfernung bzw. Erfassungsgrenzstrecke in dem Kurzstreckenbereich erwartet.
Dritte Ausführungsform
Ein Ultraschallsensor gemäß einer dritten Ausführungsform wird mit Bezug auf 16 beschrieben. Man beachte, dass 16 eine Querschnittsansicht in Entsprechung zu 12 ist.
Wie es in 16 gezeigt ist, unterscheidet sich der Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, dass ein Schutzelement 65 zum Schließen eines Öffnungsabschnittes bzw. offenen Abschnitts auf einer zu dem Bodenplattenabschnitt 62 entgegengesetzten Seite in dem Elementunterbringungsgehäuse 6 angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich dieser sich unterscheidende Abschnitt beschrieben.
Wie es in 16 gezeigt ist, verschließt das Schutzelement 65 die andere Endseite, die entgegengesetzt zu der Seite ist, die durch den Bodenplattenabschnitt 62 in dem Seitenplattenabschnitt 61 verschlossen wird, und schützt eine Schaltung (nicht gezeigt), die mit dem Ultraschallelement 5 verbunden ist, vor der Außenluft. Das Schutzelement 65 besteht beispielsweise aus Silikonharz. Außerdem ist das Schutzelement 65 in einem Abstand zu den Vorsprüngen 621 derart angeordnet, dass das Schutzelement 65 die Vorsprünge 621 nicht berührt, so dass nicht verhindert wird, dass die Vorsprünge 621 vibrieren, wenn sie die reflektierten Wellen empfangen. Als Ergebnis wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein geschlossener Raum 631 in dem Ultraschallmikrofon 4 ausgebildet, wobei eine Schaltung (nicht gezeigt) in dem Elementunterbringungsgehäuse 6 nicht der Feuchtigkeit in der Außenluft ausgesetzt ist. Somit erzielt diese Konfiguration einen Schaltungsschutz in dem Ultraschallmikrofon 4 und hält die Vibrationscharakteristika der Vorsprünge 621 bei.
Wie es beispielsweise in 17 gezeigt ist, wird insbesondere ein Fall angenommen, bei dem der Ultraschallsensor derart angeordnet ist, dass das Schutzelement 65 den Innenraum 63 des Elementunterbringungsgehäuses 6 füllt. Da der Innenraum 63 des Elementunterbringungsgehäuses 6 von dem Schutzelement 65 bedeckt ist, kann auch in diesem Fall die die nicht gezeigte Schaltung vor der Außenluft geschützt werden.
Gemäß dieser Struktur berühren jedoch die Vorsprünge 621 das Schutzelement 65, so dass die Vibration der Vorsprünge 621 verringert wird, wenn diese die reflektierten Wellen der Ultraschallwellen, die nach außen ausgesendet werden, empfangen. Somit können sich die Vibrationscharakteristika der Vorsprünge 621 verschlechtern.
Im Gegensatz dazu verschließt das Schutzelement 65 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Endabschnitt des Seitenplattenabschnitts 61 auf der gegenüberliegenden Seite des Bodenplattenabschnitts 62, wodurch ein geschlossener Raum 631 ausgebildet wird, in dem eine Schaltung (nicht gezeigt), die mit dem Ultraschallelement 5 verbunden ist und von den Vorsprüngen 621 getrennt angeordnet ist, angeordnet ist. Somit wird die nicht gezeigte Schaltung vor der Außenluft geschützt, und da die Schaltung die Vorsprünge 621 nicht berührt und eine Vibration der Vorsprünge 621, wenn diese die reflektierten Wellen der Ultraschallwellen von außen empfangen, nicht verhindert bzw. behindert wird, können die Vibrationscharakteristika beibehalten werden.
Das Schutzelement 65 wird beispielsweise in den folgenden Prozessen ausgebildet. Das Schutzelement 65 wird derart angeordnet, dass der Öffnungsabschnitt des Elementunterbringungsgehäuses 6, das das Ultraschallelement 5 und die nicht gezeigte Schaltung enthält, vertikal angeordnet wird, Silikonharz in den Innenraum 63 von der Bodenseite aus eingespritzt wird, um den Öffnungsabschnitt mit einer ausreichenden Menge zum vollständigen Füllen des Innenraums 63 abzudichten, und dieses Silikonharz dann gehärtet wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Ultraschallsensor erhalten werden, der die obigen Wirkungen und Vorteile zusätzlich zu den oben beschriebenen Wirkungen und Vorteilen der ersten Ausführungsform aufweist, d.h. sowohl einen Schaltungsschutz in dem Ultraschallmikrofon 4 als auch die Vermeidung einer übermäßigen Vibrationsverringerung der Vorsprünge 621.
Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform
Im Folgenden werden Modifikationsbeispiele des Ultraschallsensors gemäß der dritten Ausführungsform mit Bezug auf die 18 bis 20C beschrieben. Um eine Anordnung der Bestandteile in 19 einfacher erkennen zu können, sind die Umrisse des Ultraschallelementes 5 und der Vorsprünge 621 mit gestrichelten Linien angegeben, da deren Umrisse in der Draufsicht aufgrund dessen, dass das Schutzelement 65 diese bedeckt, normalerweise nicht sichtbar sind.
Wie es in den 18 und 19 gezeigt ist, wird hier ein Ultraschallmikrofon 4 als typisches Beispiel beschrieben, das zwei zylindrisch gestaltete Vorsprünge 621 aufweist. Eine Beschränkung auf diese Struktur besteht jedoch nicht.
Wie es in 18 gezeigt ist, ist das Schutzelement 65 gemäß der vorliegenden Modifikation aus einem Basisabschnitt 651, der so viele Durchgangslöcher 651a wie Vorsprünge 621 enthält, und jeweiligen Schließelementen 652 ausgebildet, die einen Abschnitt in den Durchgangslöchern 651a des Basisabschnitts 651, der entgegengesetzt zu dem Bodenplattenabschnitt 62 ist, verschließt.
In dem Basisabschnitt 651 sind die Durchgangslöcher 651a ausgebildet, in denen die Vorsprünge 621 untergebracht sind. Der Basisabschnitt 651 füllt einen Bereich ausschließlich der Vorsprünge 621 und eines Abschnitts in der Nähe der Vorsprünge 621 in dem Innenraum 63 des Elementunterbringungsgehäuses 6. Das Durchgangsloch 651a kann in einer Säulengestalt ausgebildet sein, das zu dem Umriss der Vorsprünge 621 passt. Es besteht jedoch keine Beschränkung darauf, so lange wie die Vorsprünge 621 den Basisabschnitt 651 nicht berühren. In der Draufsicht sind die Vorsprünge 621 in der Nähe der Mitte der Durchgangslöcher 651a angeordnet, und der Basisabschnitt 651 kontaktiert die Vorsprünge 621 nicht. Das Schließelement 652 ist in einem Endabschnitt in den Durchgangslöchern 651a entgegengesetzt zu den Vorsprüngen 621 angeordnet.
Das Schließelement 652 verschließt den Endabschnitt der Durchgangslöcher 651a und bildet den geschlossenen Raum 631, in dem die Vorsprünge 621 untergebracht sind. Das Schließelement 652 kann aus einem Silikonharzmaterial ähnlich wie dasjenige des Basisabschnittes 651 ausgebildet sein oder kann aus einem anderen Material als dasjenige des Basisabschnittes 651 ausgebildet sein, so lange wie das Schließelement 652 den Endabschnitt der Durchgangslöcher 651a verschließt.
Gemäß der vorliegenden Modifikation wird das Schutzelement 65 beispielsweise durch die in den 20A bis 20C gezeigten Prozesse ausgebildet. Wie es in 20A gezeigt ist, werden zunächst zylindrische Elemente 100, die die jeweiligen Vorsprünge 621 umgeben, an dem Elementunterbringungsgehäuse 6 angebracht, das die Vorsprünge 621 und das Ultraschallelement 5 aufweist. Anschließend wird, wie es in 20B gezeigt ist, Silikonharzmaterial in einen Abschnitt außerhalb der zylindrischen Elemente 100 gefüllt und gehärtet, wodurch der Basisabschnitt 651 gebildet wird. Anschließend werden wie in 20C gezeigt durch Entfernen der zylindrischen Elemente 100 die Durchgangslöcher 651 a, in denen die Vorsprünge 621 untergebracht werden, ausgebildet. Danach wird beispielsweise das Elementunterbringungsgehäuse 6 derart angeordnet, dass der Öffnungsabschnitt des Durchgangsloches 651 in der vertikalen Richtung angeordnet wird und Silikonharz von der Bodenseite aus in einer vorbestimmten Menge zum Füllen eines Teils des Durchgangsloches 651a eingespritzt wird und dann gehärtet wird, wodurch das Schließelement 652 ausgebildet wird. Gemäß der vorliegenden Modifikation wird ein Ultraschallsensor geschaffen, der ähnliche Wirkungen wie die oben beschriebene dritte Ausführungsform erzielt.
Vierte Ausführungsform
Ein Ultraschallsensor gemäß einer vierten Ausführungsform wird mit Bezug auf 21 beschrieben.
Der Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, dass ein Schaumelement 66, das Vertiefungen (Einschnitte) 661 zwischen dem Schutzelement 65 und den Vorsprüngen 621 enthält, zusätzlich zu dem Schutzelement 65 bereitgestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden hauptsächlich diese sich unterscheidenden Aspekte beschrieben.
Das Schaumelement 66 weist die Vertiefung 661 auf, der die Vorsprünge 621 bedeckt, und ist beispielsweise aus einem geschäumten elastischen Element wie geschäumten Silikon ausgebildet, das isolierende und elastische Eigenschaften aufweist. Das Schaumelement 66 weist eine größere Höhe als der Seitenplattenabschnitt 61 und einen Außendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des Seitenplattenabschnitts 61 ist, um zu verhindern, dass das Material des Schutzelementes 65, das später ausgebildet wird, zu den Vorsprüngen 621 fließt. Mit anderen Worten, das Schaumelement 66 dient als eine Unterschicht zum Ausbilden des Schutzelementes 65, während die Vorsprünge 621 geschützt werden. Außerdem weist das Schaumelement 66 eine Funktion zum Verhindern, dass sich eine Vibration von dem Ultraschallmikrofon 4 zu dem Sensorgehäuse 2, das in 21 nicht gezeigt ist, fortpflanzt, auf.
Die Vertiefung 661 ist derart ausgebildet, dass sie mindestens größer als der Umriss des Vorsprungs 621 ist, und weist eine beliebige Gestalt auf, gemäß der der Vorsprung 621 und das Schaumelement 66 einander nicht kontaktieren. Die Vertiefung 661 ist derart angeordnet, dass sie den Vorsprung 621 bedeckt bzw. umhüllt und den geschlossenen Raum 631 ausbildet, in dem der Vorsprung untergebracht ist. Vertiefung 661 wird durch ein beliebiges Verfahren wie beispielsweise Zurückschneiden ausgebildet.
Der Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise durch Einpassen des Schaumelementes 66, in dem die konkaven Abschnitte 661 ausgebildet sind, in das Elementunterbringungsgehäuse 6, um die Vorsprünge 621 mit den Vertiefungen 661 zu bedecken, und durch Füllen und Aufbringen des Silikonharzmaterials auf das Schaumelement 66 und anschließendes Härten dieses Materials hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können zusätzlich zu den Wirkungen und Vorteilen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform eine Wirkung und ein Vorteil einer Kostenverringerung bei der Herstellung erzielt werden, da der Ausbildungsprozess des Schutzelementes vereinfacht wird.
Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform
Wie es in 22 gezeigt ist, ist das Schaumelement 66 als ein plattenförmiges Element ausgebildet, das keine Vertiefung aufweist, und kann an einem konvexen Abschnitt angeordnet sein, der an einem Abschnitt in dem Seitenplattenabschnitt 61 ausgebildet ist, der in Bezug auf den Bodenplattenabschnitt 62 höher als eine Höhe eines oberen Endabschnittes der Vorsprünge 621 ist. Das Schaumelement 66 weist einen Außendurchmesser auf, der derselbe wie der Innendurchmesser des Seitenplattenabschnitts 61 ist, ist in Kontakt zu einem konvexen Abschnitt bzw. vorstehenden Abschnitt 613 angeordnet und verschließt einen vorbestimmten Bereich, der die Vorsprünge 621 enthält, wodurch der geschlossene Raum 631 ausgebildet wird.
Der konvexe Abschnitt 613 wird aus einem beliebigen Material wie beispielsweise Silikonharzmaterial ausgebildet. Wie es in 23A gezeigt ist, kann der konvexe Abschnitt 613 durch Beschichten mit einem Klebemittel (nicht gezeigt) auf einem Abschnitt einer Innenwand des Seitenplattenabschnittes 61, der höher als der obere Endabschnitt der Vorsprünge 621 ist, und Anbringen des konvexen Abschnittes 613 auf den Abschnitt der Innenwand des Seitenplattenabschnittes 61 ausgebildet werden. Der konvexe Abschnitt 613 kann in einer Ringgestalt ausgebildet werden, die kontinuierlich auf dem Außenumfang der Innenwand des Seitenplattenabschnittes 61 ausgebildet ist, oder kann intermittierend ausgebildet werden, so lange wie das Schaumelement daran gehindert wird, auf den Bodenplattenabschnitt 62 zu fallen. Außerdem können die Gestalt, die Größe und die Abmessung des konvexen Abschnittes 613 geeignet geändert werden.
Gemäß der vorliegenden Modifikation wird der konvexe Abschnitt 613 ausgebildet, und dann wird das Schaumelement 66 auf dem konvexen Abschnitt 613 angeordnet, wie es in 23B gezeigt ist. Somit wird der geschlossene Raum 631 ausgebildet, in dem die Vorsprünge 621 untergebracht sind, wobei das Schaumelement 66, das von dem konvexen Abschnitt 613 getragen wird, die Vorsprünge 621 nicht kontaktiert. Somit erzielt diese Konfiguration sowohl einen Schutz einer Schaltung (nicht gezeigt) als auch das Aufrechterhalten von Vibrationscharakteristika der Vorsprünge 621.
Gemäß der vorliegenden Modifikation wird ein Ultraschallsensor geschaffen, der ähnliche Wirkungen wie die oben beschriebene vierte Ausführungsform erzielt.
Fünfte Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Ultraschallsensor gemäß einer fünften Ausführungsform mit Bezug auf 24 beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, dass ein Gehäuse bzw. Behälter 9 an einer Außenwandfläche des Seitenplattenabschnittes 61 des Elementunterbringungsgehäuses 6 über ein nicht gezeigtes Klebemittel und ein wasserdichtes Element 10 angebracht ist und der Innenraum 63 zusammen mit dem Innenraum 91 des Behälters 9 durch den Behälter 9 verschlossen wird.
Der Behälter 9 ist beispielsweise aus irgendeinem Metallmaterial ausgebildet und ist an der Außenwandfläche, die eine Außenumfangsseite des Seitenplattenabschnittes 61 ist, über ein nicht gezeigtes Klebemittel und das wasserdichte Element 10 angebracht. D.h., der Behälter 9 ist außerhalb des Elementunterbringungsgehäuses 6 angeordnet und bedeckt eine Schaltung (nicht gezeigt), die mit dem Ultraschallelement 6 verbunden ist, um zu verhindern, dass diese der Außenluft ausgesetzt ist, wodurch ein geschlossener Raum für den Schutz der Schaltung ausgebildet wird.
Man beachte, dass ein anderes Element wie eine nicht gezeigte Leiterplatte in dem Innenraum 91 des Behälters 9 angeordnet sein kann. In diesem Fall ist jedoch das andere Element derart angeordnet, dass es zumindest die Vorsprünge 621 nicht kontaktiert.
Das wasserdichte Element 10 besteht beispielsweise aus einem beliebigen Harzmaterial wie wasserdichtem Gummi. Das wasserdichte Element 10 verhindert, dass Feuchtigkeit in der Luft von der Außenseite nach innerhalb des Behälters 9 eindringt. Das wasserdichte Element 10 wird an dem Behälter 9 mittels irgendeines Verfahrens angebracht und wird durch ein Klebemittel (nicht gezeigt) oder Ähnlichem an dem Elementunterbringungsgehäuse 6 angebracht.
Gemäß dem Ultraschallsensor der vorliegenden Ausführungsform können ein Schaltungsschutz als auch die Beibehaltung der Vibrationseigenschaften bzw. -charakteristika erzielt werden, da dieser derart ausgebildet ist, dass eine nicht gezeigte Schaltung in dem Elementunterbringungsgehäuse 6 nicht der Außenluft ausgesetzt ist und andere Elemente die Vorsprünge 621 nicht kontaktieren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ähnlich wie bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ein Ultraschallsensor geschaffen, bei dem zusätzlich zu den Wirkungen und Vorteilen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sowohl ein Schaltungsschutz als auch die Beibehaltung der Vibrationscharakteristika erzielt werden.
[104] Weitere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wurde anhand der obigen Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen und deren Strukturen beschränkt. Die vorliegende Erfindung enthält verschiedene Modifikationsbeispiele und Modifikationen innerhalb des Äquivalenzbereiches. Außerdem sind verschiedene Kombinationen und Modi zusätzlich zu den folgenden anderen Kombinationen und Modi einschließlich einem Element oder mehr oder weniger Elementen dieser verschiedenen Kombinationen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung möglich.

(1) Der Ultraschallsensor 1 ist beispielsweise nicht auf eine Konfiguration beschränkt, die in der Lage ist, die Ultraschallwellen auszusenden und zu empfangen, sondern kann eine Konfiguration aufweisen, die in der Lage ist, nur die Ultraschallwellen auszusenden. Alternativ kann der Ultraschallsensor 1 derart ausgebildet sein, dass er nur eine Funktion zum Empfangen von reflektierten Wellen von Testwellen als Ultraschallwellen, die von einem anderen Ultraschallsender ausgesendet werden, aufweist, wobei die reflektierten Wellen an einem Objekt reflektiert werden, das in der Umgebung des anderen Ultraschallsenders vorhanden ist. Das Ultraschallmikrofon 4 kann zum Aussenden und Empfangen oder nur zum Aussenden oder nur zum Empfangen ausgebildet sein.
[2] Die Umrissgestalt des Ultraschallmikrofons 4, d.h. des Elementunterbringungsgehäuses 6, ist nicht auf eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt beschränkt, sondern kann im Wesentlichen eine regelmäßige hexagonale Säulengestalt, eine im Wesentlichen regelmäßige achteckige Säulengestalt oder Ähnliches sein.
(3) Das Ultraschallelement 5 ist nicht auf ein piezoelektrisches Element beschränkt, sondern es kann beispielsweise ein elektrostatisches Kapazitätselement verwendet werden.
(4) In der obigen Beschreibung können mehrere Bestandteile, die einstückig ohne jegliche Verbindungen bzw. Verbindungsstellen ausgebildet sind, auch durch Anbringen von separaten Elementen ausgebildet werden. Auf ähnliche Weise können die Bestandteile, die durch Anbringen von separaten Elementen ausgebildet werden, einstückig ohne jegliche Verbindungen ausgebildet werden. Das Elementunterbringungsgehäuse 6 kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass mehrere getrennte Elemente mittels Schweißen oder eines anderen Verbindungsverfahrens miteinander verbunden werden.
(5) In der obigen Beschreibung können mehrere Bestandteile, die aus demselben Material ausgebildet sind, auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet werden. Auf ähnliche Weise können mehrere Bestandteile, die aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, aus demselben Material ausgebildet werden.
(6) Die Vorsprünge 621 sind einstückig mit dem Elementunterbringungsgehäuse 6 unter Verwendung desselben Materials wie dasjenige des Elementunterbringungsgehäuses 6 ausgebildet. Die Vorsprünge 621 können jedoch aus einem sich von demjenigen des Elementunterbringungsgehäuses 6 unterscheidenden Material ausgebildet werden. In diesem Fall können die Vorsprünge 621 separat mit einem anderen Teil des Elementunterbringungsgehäuses 6, das durch irgendein Klebematerial angebracht werden kann, ausgebildet werden oder können mit dem Bodenplattenabschnitt 62 mittels Schweißen oder Ähnlichem einstückig ausgebildet werden. Somit können die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Vorsprünge 621 einstückig mit dem Elementunterbringungsgehäuse 6 unter Verwendung desselben Materials ausgebildet werden, verringert werden. Außerdem können die Vorsprünge 621 durch ein sich von demjenigen des Bodenplattenabschnittes 62 unterscheidenden Material ausgebildet werden, d.h. einem Material, bei dem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallvibration anders ist, wodurch eine Fortpflanzung der Vibration des Ultraschallmikrofons 4 gesteuert werden kann.
(7) In dem Fall, in dem zwei Vorsprünge 621 an dem Bodenplattenabschnitt 62 ausgebildet sind, können die beiden Vorsprünge 621 Gestalten und Abmessungen aufweisen, die sich von einem Fall unterscheiden, in dem dieselben Gestalten und Abmessungen verwendet werden.
(8) Die Anzahl der Vorsprünge 621 ist nicht auf die Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können drei oder mehr Vorsprünge 621 vorhanden bzw. angeordnet sein.
(9) Die Gestalt der Vorsprünge ist nicht auf eine einfache Säulengestalt oder Plattengestalt beschränkt, sondern es können andere Gestalten anstatt der oben beschriebenen Gestalten, beispielsweise eine Spindelgestalt wie eine konische Gestalt verwendet werden, oder es kann ein Kerbenabschnitt an den Vorsprüngen ausgebildet sein. Durch Ändern der Gestalt der Vorsprünge 621 kann ein Gleichgewicht zwischen dem Gewicht und der Dicke eingestellt werden, um die Frequenz der Resonanzvibration oder die Stärke der Vibration zu ändern.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019087230 [0001]
JP 2020074424 [0001]
JP 2010 [0004]
JP 278594 A [0004]

Claims

Ultraschallsensor (1), der aufweist: ein Ultraschallelement (5), das eine Wandlung zwischen einem elektrischen Signal und einer Ultraschallvibration durchführt; und ein Elementunterbringungsgehäuse (6), das eine zylindrische Gestalt mit Boden aufweist und in dem das Ultraschallelement untergebracht ist, wobei das Elementunterbringungsgehäuse einen Seitenplattenabschnitt (61), der in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, die eine Richtungsmittelachse (DA) umgibt, und einen Bodenplattenabschnitt (62) enthält, der eine Endseite des Seitenplattenabschnitts in einer Achsrichtung, die parallel zu der Richtungsmittelachse ist, verschließt; das Ultraschallelement an dem Bodenplattenabschnitt angebracht ist; der Bodenplattenabschnitt mindestens einen Vorsprung (621) enthält; und der mindestens eine Vorsprung zusammen mit dem Bodenplattenabschnitt vibriert, wenn der Bodenplattenabschnitt als eine Ultraschallvibration vibriert.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Vorsprung an einem Abschnitt angeordnet ist, bei dem ein Bauch oder ein Knoten einer stehenden Welle ausgebildet wird, wenn der Bodenplattenabschnitt als eine Ultraschallvibration vibriert, die die stehende Welle verursacht.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Seitenplattenabschnitt einen dünnen Wandabschnitt (611), der in einer zylindrischen Gestalt oder in einer teilweise zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, die eine vorbestimmte Dicke in einer radialen Richtung orthogonal zu der Richtungsmittelachse aufweist, und einen dicken Wandabschnitt (612) enthält, der in einem Teil des dünnen Wandabschnitts in einer Umfangsrichtung, die die Richtungsmittelachse umgibt, angeordnet ist, und der eine Abmessung in der radialen Richtung aufweist, die größer als die vorbestimmte Dicke ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bodenplattenabschnitt zwei Vorsprünge aufweist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 4, wobei die Vorsprünge symmetrisch in Bezug auf das Ultraschallelement in dem Bodenplattenabschnitt angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine Vorsprung aus einem Material ausgebildet ist, das sich von einem Material unterscheidet, das den Bodenplattenabschnitt ausbildet.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorsprünge in einer Stangengestalt, einer Plattengestalt oder einer Spindelgestalt ausgebildet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Vorsprung eine Vibrationsdämpfungseinheit (64) enthält, die eine Nachhallvibration dämpft, die eine unbeabsichtigte Vibration ist, die in dem mindestens einen Vorsprung nach dem Aussenden der Ultraschallwellen nach außen auftritt.
Ultraschallsensor nach Anspruch 8, wobei die Vibrationsdämpfungseinheit ein piezoelektrisches Element ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 9, wobei die Vibrationsdämpfungseinheit mit einer Steuerungseinheit (7) verbunden ist, die einen Zustand einer Vibration der Vibrationsdämpfungseinheit steuert.
Ultraschallsensor nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinheit ausgelegt ist, die Vibrationsdämpfungseinheit zum Vibrieren in einer Richtung, in der eine Vibration des mindestens einen Vorsprungs auftritt, zu steuern, wenn die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet werden, und die Vibrationsdämpfungseinheit zum Vibrieren in einer Richtung, in der die Nachhallvibration des mindestens einen Vorsprungs aufgehoben wird, während einer vorbestimmten Periode bis reflektierte Wellen der Ultraschallwellen, die nach außen ausgesendet werden, empfangen werden, nachdem die Ultraschallwellen nach außen ausgesendet wurden, zu steuern.
Ultraschallsensor nach Anspruch 8, wobei die Vibrationsdämpfungseinheit ausgelegt ist, die Nachhallvibration in elektrische Energie umzuwandeln, und mit einem externen Element (8) verbunden ist, das die umgewandelte elektrische Energie verbraucht; und ein Schalter (81) zwischen der Vibrationsdämpfungseinheit und dem externen Element angeordnet ist, um einen Verbindungszustand zwischen diesen zu schalten.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Vibrationsdämpfungseinheit in einem vorbestimmten Bereich in dem mindestens einen Vorsprung angebracht ist, der mindestens einen Abschnitt enthält, der die größte Ablenkung aufgrund der Nachhallvibration aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Elementunterbringungsgehäuse ein Schutzelement (65) enthält, das eine andere Endseite entgegengesetzt zu dem Bodenplattenabschnitt in dem Seitenplattenabschnitt verschließt und den mindestens einen Vorsprung schützt; und das Schutzelement in einem Abstand zu dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 14, wobei das Schutzelement aus einem Basisabschnitt (651), der ein Durchgangsloch (651 a) enthält, und einem Schließelement (652) ausgebildet ist, das eine Endabschnittsseite entgegengesetzt zu dem Bodenplattenabschnitt 62 in dem Durchgangsloch verschließt; das Durchgangsloch größer als ein Umriss des mindestens einen Vorsprungs ausgebildet ist und der Basisabschnitt an dem Elementunterbringungsgehäuse derart angebracht ist, dass der mindestens eine Vorsprung innerhalb des Durchgangsloches angeordnet ist; und das Schließelement in einem Abstand zu dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 14, der außerdem ein Schaumelement (66) aufweist, das zwischen dem Schutzelement und dem Bodenplattenabschnitt derart angeordnet ist, dass das Schaumelement in einem Abstand zu dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist; und das Schaumelement eine Vertiefung (661) enthält, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein Umriss des mindestens einen Vorsprungs ist, wobei die Vertiefung den mindestens einen Vorsprung in sich aufnimmt.
Ultraschallsensor nach Anspruch 14, wobei der Seitenplattenabschnitt einen konvexen Abschnitt (613) enthält, der an einem Abschnitt angeordnet ist, dessen Höhe in Bezug auf den Bodenplattenabschnitt größer als diejenige den mindestens einen Vorsprungs ist; der Ultraschallsensor außerdem ein Schaumelement (66) aufweist, das an dem konvexen Abschnitt in einem Abstand zu dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist, wobei das Schaumelement den mindestens einen Vorsprung und das Schutzelement voneinander trennt; und das Schutzelement das Schaumelement kontaktiert.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Ultraschallsensor außerdem einen Behälter (9) aufweist, der an einem Teil des Seitenplattenabschnitts auf dessen Außenumfangsseite angebracht ist; und ein Innenraum (63) des Elementunterbringungsgehäuses, in dem das Ultraschallelement angeordnet ist, und ein Innenraum des Behälters durch den Behälter verschlossen werden.