JP2002511688A - 超音波センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、缶形ハウジング（１）とハウジングベース（３）を備え、ハウジングの密封が施され、ハウジング内のベース（３）にセンサー素子が配置されている特に車両用および車両室内用の超音波センサー、それも、ハウジング（１）の中に定置固定できる接触装置（９）がハウジングの密封区域に配置され、該接触装置（９）が、該接触装置を縦軸Ａの方向に貫通する切欠部分（３７）を有し、且つ、少なくとも１つの接触点（１９）でセンサー素子（７）の少なくとも１つの電極（１５）と肉太導線ボンディングを介して導電結合されている超音波センサー、ならびに、その超音波センサーの製造方法に関するものである。主たる図面は第１図である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は、特許請求の範囲第１項前文の諸特徴を備えた特に車両用および車両
室内用の超音波センサーとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

公知のこの種の超音波センサーはハウジングが鉢形であり、そのカップ形ハウ
ジングのベース内側に圧電性素子が貼り付けられているので、カップ底部の振動
はその圧電性素子に伝わることができる。圧電性素子の電極ははんだ付けあるい
は溶接された導線を経て外へ案内されているが、そのさい、カップ形ハウジング
は合成樹脂ないしはプラスチックの補助グラウチング(Ｖｅｒｂｕs)によって密
封されている。この密封を通り抜けて外へ案内された導線は、圧電性素子の振動
挙動とそれにより発せられる電流特性を評価できる電子機器への接続に使われて
いる。

【０００３】 この種の公知の超音波センサーには、特に導線の引張ひずみ軽減（Ｚｕｇｅｎ
ｔｌａｓｔｕｎｇ）のためにカップ形ハウジングが補助グラウチングによって密
封されなければならないし、グラウチングを貫通する導線が補助グラウチングに
よって固定されているという欠点がある。さらにこの種の公知のセンサーは、検
出される音波の発生（Ｄａｒｓｔｅｌｌｕｎｇ）におけるより高い感度と精度と
いう要求を満たしていない。

【０００４】 それゆえに本発明の基礎となっている課題は、単純でコスト上有利な組立であ
っても音波ないしは超音波をより良好に検出し且つ電流応答（Ｓｔｒｏｍａｎｔ
ｗｏｒｔ）に変換するのに適している超音波センサーを造り出すこと、そして、
その種の超音波センサーの製造方法を提示することである。この課題は本発明に
より特許請求の範囲の請求項１と１５の諸特徴をもって解決される。

【０００５】 圧電性素子において、その位置が再生産可能に厳密に規定されている接触点は
、圧電性素子の電極とハウジングの中に定置固定できる接触装置との間に施され
た太い導線接続（Ｄｉｃｋｄｒａｈｔｂｏｎｄｅｎ）によって、保証され得る。
さらにこの種の接触点は、圧電性素子における公知の接触点に比べて質量が少な
いのが有利である。これによって、圧電性素子において圧電性素子の振動挙動に
及ぼす影響をできるだけ少なくするのに適している予め規定された点を、容易に
再生産可能に且つ高い精度で、接触点として使用することが可能である。公知の
接触方式に比べて結合点（Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇｓｐｕｎｋｔ）の質量が少ない
ために、本発明による太い導線と結合点によって、質量のできるだけ少ない変化
、したがって圧電性素子の振動挙動が保証され得る。

【０００６】 そのうえ定置式接触装置は、導線の、つまり、接続導線の引張ひずみ軽減を、
公知の超音波センサーの場合のようにそのためにハウジングベースの向かい側に
補助グラウチングを必要とすることなく、保証する。

【０００７】 これ以外の本発明による有利な実施形態は従属的な請求事項から明らかになる
。以下、図面に示された実施例を手がかりに本発明を説明することとする。

【０００８】

【実施例】

図１に示された超音波センサーには、ハウジングベース３と中空円筒形胴部５
を備えたカップ形というより缶形のハウジング１が設けられている。もちろんこ
の缶形は単に例示に過ぎず、その他の考えられ得る容器形のハウジング、例えば
、断面が円形ないしは多角形である真直の壁部ないしは先細状に相互配置された
壁部を備え、真直のベースないしは傾いた平面で互いに位置するベース並びに蓋
を有することのできる中空立方形ハウジングでもよい。

【０００９】 ハウジング１の内部では、圧電性セラミックとしてたいていは設計されている
センサー素子７がベース３に定置式に導電状態で固定されている。構造が平板コ
ンデンサに似ているセンサー素子７はその下側に下部電極が設けられており、該
電極は、例えばアルミニウムのような導電性材料でできているハウジング１とそ
のように導電結合されている。センサー素子７の上側には、図示されていない下
側に設けられた下部電極と平行に配置される上部電極１５が設けられている。し
かし、この種の円板形センサー素子の平板形状は、円形の平面図ではなく、別の
形状、例えば長円形、多角形などにすることもできる。そのさい上部電極１５は
、図示されていない下部電極と全く同様に、圧電性セラミック上に蒸着させられ
た導電性層、例えば銀あるいは金の層によって形成することができる。上部電極
１５は、太い導線接続（Ｄｉｃｋｄｒａｈｔｂｏｎｄｅｎ）を介して、容器内の
相対式密封の区域に配置された接触装置９とは接触面１９で導電結合されている
。同じく円板形の構造が可能である接触装置９の上方には蓋１１が配置されてお
り、該蓋は、ハウジング胴部５のうちフランジとして設計された上部範囲によっ
て接触装置の方向へ加圧されるので、該接触装置９を、図６に詳しく示されてい
るようなハウジング胴部の内壁部に施された真直の肩２０に押し当てる。蓋１１
の外側には、例えばソケット管（Ｓｔｕｔｚｕｅｎ）としての構造が可能である
プラグ受け区域１３が設けられている。

【００１０】 そのソケット管の平面図は、例えば長方形であったり（図１）、例えば角の丸
められた長方形（図２）であり、高さは、その中に差し込めるプラグを十分に機
械的に固定するのに適している高さである。もちろんこの種のプラグ受け区域１
３にはノッチ要素または逆ノッチ要素（Ｒａｓｔ−ｏｄｅｒ Ｇｅｇｅｎｒａｓ
ｔｅｌｅｍｅｎｔｅ）が施されていることも可能であり、該要素は、差し込まれ
たプラグないしはそのプラグの逆ノッチあるいはノッチとともに安定した（しか
し分離可能な）結合を保証する。図１で見て取れるようにプラグ受け区域１３の
内部には接触装置９の第一接触ピン２１と第二接触ピン２３が突き出ている。そ
のさい図２で見て取れるように、ハウジングの縦軸の縦方向に垂直に上向きに立
っているそれらの接触ピン２１および２３は、プラグ受け区域１３の範囲におい
て蓋１１を、それらの接触ピンの外周に合わせられたそれぞれの詳しく示されて
はいない切欠部分を介して貫通している。しかし、蓋１１にプラグ受け区域１３
の内周の全範囲に切欠部分があって、そのためプラグ受け区域１３の下部密封が
、接触ピン２１と２３をその区域で取り囲む接触装置９の上側の部分区域によっ
て、形成されることも考えられ得る。接触装置９のさらに別の接触のために接触
装置９の周縁範囲には、図５に詳しく示された切欠部分３７が例えば丸い穴の形
で施されており、該切欠部分は、図６と図７に示されているようにハウジング胴
部５の肩に同じく縦軸方向に例えばボーリング穴２２として形成された切欠部分
と心合わせになっている。第２図に示されているように、ハウジング胴部５の肩
の切欠部分にも嵌まり込むリベット２７を用いて、接触装置はその切欠部分を介
してさらに別の接触面でハウジングと導電結合される。

【００１１】 図３から図５までには、接触装置９の組み立てが個々の部品および連続の作業
処置において示されている。図３には、互いに平行な接触ピン２１と２３を備え
た打抜きグリッド（Ｓｔａｎｚｇｉｔｔｅｒ）３１が示されている。該接触ピン
はブリッジ３３を介して結合されており、下方の三分の一のところで該接触ピン
に接して配置されている向き合った円セグメント３２と３４は、正反対の方向に
略直角三角形の形で広がっている。四分の一円セグメント３２には円周３９の方
向に開いているＵ形の切欠部分３５がある。円セグメント３４に接して円周３９
に沿って円環部分区域４１が配置されている。

【００１２】 図４には、引き続いての作業処置の後の打抜きグリッド３１が示されている。
その処置では接触ピン２１と２３が打抜きグリッド３１の平面から上へ垂直に曲
げられている。

【００１３】 図５には、引き続いての作業工程、つまり、プラスチックないしは合成樹脂に
よる注型被覆（Ｕｍｇｉｅsｅｎ）または射出被覆（Ｕｍｓｐｒｉｔｚｅｎ）、
の後の図４による打抜きグリッド３１が示されている。こうして製造された接触
装置９の平面図は、内部に一体成形された打抜きグリッド３１の範囲の外に切欠
部分２５が空けられている円板形の平面図である。このように成立する切欠部分
２５の平面図は、その環状側が厚みの均等な円環によって囲まれている1/2-月形
かあるいはまた3/4-月形の平面図であり、そのさい真直の縁は、本質的には、円
セグメント３２と３４によってというより、切欠部分２５に面した側のその直線
とその注型被覆部によって形成される。さらに接触装置９には打抜きグリッド３
１の切欠部分３５と心合わせになっている穴３７がある。上に述べたように、こ
の穴３７によって接触装置は この穴３７と心合わせになるようにハウジング胴
部の肩に施された切欠部分２２に嵌まり込むリベット２７を介して、導電結合さ
れ得る。

【００１４】 ブリッジ３３は接触装置９内で、注型工程（Ｇｉｅsｖｏｒｇａｎｇ）の間に
特殊工具によって分離されるので、接触ピン２３はもはや円セグメント３２と結
合されているにすぎず、接触ピン２１は円セグメント３４および環状周縁部分４
１と結合されている。もちろんブリッジ３３の分離は注型工程の前または後でも
行うことができる。

【００１５】 このようにして、図２で見て取れるように、センサー素子７の下部電極はハウ
ジングベース３（例えば導電性接着剤を用いる）とハウジング胴部５とリベット
２７とを経て結合されており、該リベットの頭部が打抜きグリッドの円セグメン
ト３２の切欠部分３５の範囲で電気的に接触する。これに対して接触ピン２１は
、打抜きグリッド３１を取り囲む注型樹脂層によってハウジング１とは隔離され
ている。接触ピン２１はこのようにただ円セグメント３４と、表面が部分範囲で
接触面１９を成す環状部分周縁４１とだけを経て、ボンディング導線（Ｂｏｎｄ
ｄｒａｈｔ）１７による肉太導線ボンディングを介して、センサー素子７の上部
電極と導電結合されている。センサーハウジング１内にはベース３と肩２０まで
の間ないしはその肩の上に配置された接触装置９までの間のスペースに減衰発泡
体２９を入れておくことが可能である。その減衰発泡体２９は一方においてセン
サーの振動挙動を所望の仕方で変化させ（例えば、より広帯域、より少ない残振
動、等々）、他方においてボンディング導線１７の位置安定化に役立つ。ボンデ
ィング導線１７の望ましくない断裂とか折損の危険はこの方法で防止され得る。

【００１６】 以下、上述の超音波センサーの製造方法を説明する。センサー素子７がハウジ
ング１のベース３に接着させられた後、その次の作業処置で、接触装置９が、ハ
ウジング胴部５の内側の肩２０に支えられながら、該肩に施された切欠部分２２
と心合わせになっているボーリング穴３７によって取り付けられる。その接着は
例えば導電性特殊接着剤を用いて行うことができる。もっとも例えば瞬間接着剤
（Ｓｅｋｕｎｄｅｎｋｌｅｂｅｒ）のような非導電性接着剤を使用することもで
きるが、この場合に接触は、接触されるべき表面のうちの少なくとも一方の表面
の粗さによる接触であって、大部分非常に薄い接着層を部分的に突き出る粗い表
面の高い個所とか尖った個所を介して行われる接触である。続いてあるいは同時
に、接触装置９というよりその接触ピン２３がリベット２７を介してハウジング
１と、したがってセンサー素子７の下部電極と導電結合される。引き続いての作
業工程で接触装置９の接触面１９がセンサー素子７の上部電極１５と太い導線で
接続される。縦方向に見て二つの平面を経ているこの接続は切欠部分２５によっ
て可能になるのであり、該切欠部分を横切って接続装置は事実、上部電極１５に
達することができる。このようにして接触ピン２１は接続導線１７を介してセン
サー素子の上部電極１５と結合されている。

【００１７】 引き続いての作業工程では、上述のように振動特性に所望の影響を与えるため
に減衰発泡体２９を組み込んだり、発泡させたりすることが可能である。接触装
置９の外部周囲より上に突き出ているハウジング胴部５の周縁区域ないしは中空
円筒区域の中に蓋１１をはめ込んだ後、蓋１１よりさらに上に突き出ているハウ
ジング胴部５の上部周縁区域を、プレス工具（Ｐｒｅｓｓｗｅｒｋｚｅｕｇ）あ
るいは成形工具（Ｆｏｒｍｗｅｒｋｚｅｕｇ）を用いて、ハウジングの中心の方
向に曲げる。図１で見て取れるフランジは、このようにして作られ、該蓋を確実
に固定的につかみ、頑丈な密封を形成している。

【００１８】 図１で見て取れるように、蓋１１のプラグ受け範囲１３と、そのプラグ受け範
囲１３の中に下から突き出ている接触ピン２１、２３とによって、プラグ受けが
接触と一緒に形成される。したがってセンサーの接続のためには図示されていな
いプラグをそのプラグ受けの中に差し込んで、接触させることができる。

【００１９】 もちろん、受け区域１３と接触を運動学的に逆転させて設計し、接触ピン２１
、２３の代わりに接触ブッシュ（Ｋｏｎｔａｋｔｂｕｃｈｓｅ）を用いることも
考えられ得る。全く同様に、プラグを中に差し込めるソケット管としての受け区
域１３を、接続素子のソケット管ないしは端部を押しかぶせることのできるプラ
グ本体として設計することも考えられ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による超音波センサーの部分破断面透視図である。

【図２】 蓋を組み込む前の図１による超音波センサーの部分破断面透視図である。

【図３】 打抜きグリッドの透視図である。

【図４】 後続の作業処置後の第３図による打抜きグリッドの透視図である。

【図５】 図４による打抜きグリッドを備えた接触装置の透視図である。

【図６】 超音波センサーハウジングの側断面図である。

【図７】 図６によるハウジングの平面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年５月１５日（２０００．５．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ．２−８， 78315 Ｒａｄｏｌｆｚｅｌｌ，Ｇｅｒｍ ａｎｙ (72)発明者 ハッケ，フランク ドイツ連邦共和国デー−78256 シュタイ スリンゲン，コリスシュトラーセ ８ (72)発明者 ペーター，コルネリウス ドイツ連邦共和国デー−77815 ブリュー ル，トラオベンヴェーク ３ Ｆターム(参考） 5D019 AA21 AA25 AA26 BB02 BB25 BB28 EE01 EE02 FF01 GG09 HH01 5J083 AA02 AB13 AC32 AF05 CA01 CA14 CA17 CA35 CB18

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 缶形ハウジング（１）とハウジングベース（３）を備え、ハ
   ウジングの密封が施され、ハウジング内のベース（３）にセンサー素子が配置さ
   れている特に車両用および車両室内用の超音波センサーにおいて、 ハウジング（１）の中に定置固定できる接触装置（９）がハウジングの密封区
   域に配置され、該接触装置（９）が、該接触装置を縦軸Ａの方向に貫通する切欠
   部分（３７）を有し、且つ、少なくとも１つの接触点（１９）でセンサー素子（
   ７）の少なくとも１つの電極（１５）と太い導線接続を介して導電結合されてい
   ることを特徴とする超音波センサー。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波センサーにおいて、接触装置（９）
   がプレート（Ｐｌａｔｉｎｅ）または打抜きグリッド（３１）として設計されて
   いることを特徴とする超音波センサー。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の超音波センサーにおいて、接触装
   置（９）が円板形の構造になっていることを特徴とする超音波センサー。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波センサーにおい
   て、ハウジングベース（３）への方向に接触装置（９）がハウジング内側に設け
   られた肩（２０）で支えられていることを特徴とする超音波センサー。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の超音波センサーにおいて、接触装置（９）
   が固定要素を介してハウジングに固定されていることを特徴とする超音波センサ
   ー。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の超音波センサーにおいて、固定要素が導電
   性材料でできたリベット（２７）として設計されており、該リベットがハウジン
   グ（１）の縦軸Ａと平行な方向で接触装置（９）の切欠部分（３７）と肩（２０
   ）に施された切欠部分（２２）とに嵌まり込むことを特徴とする超音波センサー
   。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波センサーにおい
   て、接触装置（９）がその外側に接触素子を有することを特徴とする超音波セン
   サー。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の超音波センサーにおいて、接触素子が外へ
   向けられた接触ピン（２１、２３）として設計されていることを特徴とする超音
   波センサー。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波センサーにおい
   て、ハウジングの密封が、ハウジング（１）の中の接触装置（９）上に組み込み
   可能な蓋（１１）としての構造であり、該蓋が、少なくともハウジング胴部（５
   ）のうち蓋（１１）より上に突き出ていて且つ該蓋の周囲より上で該蓋に向けて
   曲げられた部分区域によってハウジング縦軸Ａの方向の外への動きに抗して固定
   されており、該蓋が逆方向に接触装置（９）へと加圧されることを特徴とする超
   音波センサー。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の超音波センサーにおいて、該部分区域が
    周辺フランジ（４３）として設計されていることを特徴とする超音波センサー。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載の超音波センサーにおいて、蓋
    （１１）が接触素子の区域に切欠部分を有することを特徴とする超音波センサー
    。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の超音波センサーにおいて、該切欠部分
    を取り囲むプラグ受け区域（１３）が蓋（１１）の外側に連結していることを特
    徴とする超音波センサー。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の超音波センサーにおいて、プラグ受け
    区域（１３）がソケット管として設計されていることを特徴とする超音波センサ
    ー。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３のいずれかに記載の超音波センサーを
    製造するための方法において、 ａ）センサー素子（７）をハウジング（１）の内部でハウジングベース（３）に
    固定すること、 ｂ）接触装置（９）を、ベース（３）と向き合っているハウジング開口部の区域
    に組み込んで、固定すること、 ｃ）接触装置（９）に施された切欠部分（２５）を通じてかまたは接触装置とハ
    ウジング壁の間の自由空間を通して接触装置（９）とセンサー素子（７）を接続
    によって電気的に結合すること、 を特徴とする超音波センサー製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の超音波センサー製造方法において、接
    触装置（９）が、プラスチック内に一体成形される打抜きグリッド（３１）とし
    て設計されていることを特徴とする超音波センサー製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４または１５に記載の超音波センサー製造方法に
    おいて、接触装置（９）が少なくとも１つの固定要素かまたは圧力ばめ（Ｐｒｅ
    sｓｉｔｚ）によってハウジング（１）の中で機械的に定置保持され、該ハウジ
    ングと導電結合されることを特徴とする超音波センサー製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１４ないし１６のいずれかに記載の超音波センサー
    製造方法において、ハウジングの密封として接触装置（９）の上に蓋（１１）が
    配置、固定されることを特徴とする超音波センサー製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の超音波センサー製造方法において、少
    なくともハウジング胴部（５）の部分区域が、蓋（１１）より上に突き出ていて
    、蓋（１１）の外周より上で蓋の中心方向に内側へ曲げられることを特徴とする
    超音波センサー製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の超音波センサー製造方法において、ハ
    ウジング胴部（５）が周囲を取り囲む形で蓋（１１）より上に周縁として突き出
    ており、その周縁が成形工具を用いてフランジ（４３）の形に蓋（１１）より上
    で蓋の中心方向に内側へ曲げられることを特徴とする超音波センサー製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１７ないし１９のいずれかに記載の超音波センサー
    製造方法において、接触装置（９）と蓋（１１）によってプラグ受けがプラグの
    ために形成されることを特徴とする超音波センサー製造方法。