JP2013511733A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

ダイヤフラムカップとケーシングと減結合要素を含み、
ダイヤフラムカップとケーシングはそれぞれ１つの側面を有し、
減結合要素は少なくとも部分的に弾性材料から形成されており、
減結合要素は、減結合要素の内壁によって画定されている貫通した開口部を有し、
ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングは少なくとも部分的に開口部の中に配置されている
超音波センサにおいて、
前記内壁は、少なくともダイヤフラムカップの側面および／またはダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層および／またはケーシングの側面のうち、ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングを広範囲に取り囲んでいる領域の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって前記領域にて内壁が、ダイヤフラムカップの側面および／または前記ラッカー層および／またはケーシングの側面に同一平面上において当接する。

Description

本発明は、超音波センサおよび超音波センサシステムに関する。

バンパーにおけるダイヤフラムカップ（超音波形成器）とセンサケーシングないしセンサ収容部との間での音響減結合のために、通常は減結合要素としてシリコンリングが使用される。ダイヤフラムカップとセンサケーシングとの間の装置によって寄生的な音波放射を阻止すべきであり、センサダイヤフラムを介して印加された固体伝播音も減衰すべきである。減結合要素を有する超音波センサは、刊行物ＵＳ２００９／０１９６１２１Ａ１、ＷＯ２００７／１４４０４７、ＤＥ１０２３７７２０Ａ１、ＤＥ１０２３７７２１Ａ１、ＤＥ１０２００７０４３５００Ａ１に記載されている。

しかしながら典型的に、減結合要素とダイヤフラムカップないしケーシングとの間において、軸方向に音波を通過させて機能障害をもたらす隙間が存在しないよう保証することは不可能である。とりわけ取り付け後には、減結合要素とケーシングとの間の領域を光学的に制御することはもはや不可能である。このことはとりわけ、見える側にて、減結合要素がダイヤフラムカップと同一平面上に終止している場合にも当てはまる。したがって隙間を介してダイヤフラムカップの音波が漏出し、音波伝播が例えばバンパーの裏側空間のような望まない空間に生じるという状況が発生することがある。さらには固体伝播音が減衰されず、不当な音波放射の効果が強まるという可能性が存在する。平坦でない面も同じく隙間を生じさせることがある。

本発明の超音波センサは、ダイヤフラムカップと、ケーシングと、とりわけ振動を減衰する減結合要素とを含み、前記ダイヤフラムカップと前記ケーシングはそれぞれ１つの側面を有しており、前記減結合要素は少なくとも部分的に弾性材料から形成されており、前記減結合要素は、前記減結合要素の内壁によって画定されている貫通した開口部を有しており、前記ダイヤフラムカップおよび／または前記ケーシングは、少なくとも部分的に前記開口部の中に配置されている。

本発明によれば、前記減結合要素の内壁は、少なくとも、前記ダイヤフラムカップの側面および／または前記ダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層および／または前記ケーシングの側面のうち、前記ダイヤフラムカップおよび／または前記ケーシングを広範囲に取り囲んでいる領域の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって前記領域にて前記内壁が、前記ダイヤフラムカップの側面および／または前記ダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層および／または前記ケーシングの側面に同一平面上において、すなわち隙間無く当接するようになっている。

このことは例えば製造時に減結合要素に開口部を設けて、該開口部の寸法を、ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングを延性無く収容するのに必要な寸法よりも小さく設計することによって実現することができる。

このようにして最終的な取り付け中に、ダイヤフラムカップおよび／またはラッカー層および／またはケーシングと減結合要素との間の早期の形状結合を形成することができる。したがって減結合要素とダイヤフラムカップおよび／またはラッカー層および／またはケーシングとを、形状結合によって、とりわけ形状結合かつ力作用結合によって、解除可能に接続することができる。

このような方法によって不定の残留音波、寄生的な音波放射、および印加された固体伝播音を阻止することができ、これによってセンサ感度を向上させ、きずエコーを生じさせることができる。

減結合要素の形状の最適化もさらに有利である。なぜなら、センサ収容部の形状の最適化は、とりわけセンサ収容部がバンパーに打ち抜かれた孔部または穿孔された孔部の形態をしている場合には、相当の技術的コスト無しには不可能だからである。

１つの実施形態においては、側面によって画定されているダイヤフラムカップの外部寸法は、側面によって画定されているケーシングの外部寸法よりも小さく、ダイヤフラムカップは、ケーシングの上および／または中に、該ケーシングがダイヤフラムカップを取り囲む階段状の頂面を有するように配置／形成されている。減結合要素の内壁は、有利には、第１領域ではダイヤフラムカップの側面に対して実質的に相補的に形成されており、および／または、第２領域ではケーシングの階段状の頂面に対して実質的に相補的に形成されており、および／または、第３領域ではケーシングの側面のうちケーシングの階段状の頂面と隣接する領域に対して実質的に相補的に形成されている。このことは、減結合要素がダイヤフラム表面に対して外側から制御可能に同一平面となることによって、裏側空間におけるダイヤフラムカップとケーシングとの超音波システムの正常な機能を阻害し得る隙間を形成しないよう保証することができるという利点がある。本発明において「実質的に相補的」という表現は、とりわけ、収縮力を形成するために開口部をより小さく寸法設定することに基づく誤差が含まれていることを理解されたい。

ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングおよび／または減結合要素は、有利には回転対称に形成されている。とりわけダイヤフラムカップおよび／またはケーシングは、円筒形または切頭円錐形に形成することができる。

ダイヤフラムカップは側面に加えて頂面を有することができる。

ダイヤフラムカップは頂面の上、および／または、側面のうち前記頂面と隣接する領域の上に、ラッカー層を有することができる。この場合には減結合要素の内壁は、ダイヤフラムカップの側面のうちダイヤフラムカップを広範囲に取り囲んでいてラッカー層が設けられている領域の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けることができ、したがってこの領域にて減結合要素の内壁が、ダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層の少なくとも一部に同一平面上において、したがって隙間無く当接するようになっている。

第１領域では、減結合要素は、中空円筒または孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成することができる。センサの位置決めおよび取り付けを容易にするために、減結合要素は第１領域において有利には孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている。

したがって別の１つの実施形態においては、減結合要素は、第１領域では、孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている。

別の１つの実施形態においては、減結合要素は、第３領域では、リップの形態または回転軸に沿った孔部を備える回転対称体の形態で、例えば中空円筒または孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている。このようにして減結合要素の大きな構造公差を達成することができる。さらに内壁が、第３領域において回転軸に沿った孔部を備える回転対称体の形態で形成されている場合には、ケーシングにおける寄生振動の減衰を改善することができる。なぜなら回転対称体がケーシングにて大きな領域を含むからである。

別の１つの実施形態においては、ケーシングの領域であって、かつケーシングの階段状の頂面がケーシングの側面と隣接する領域が、丸み付けられた縁部の形態で形成されている。減結合要素の内壁は、とりわけ第４領域において、ケーシングの丸み付けられた縁部に対して実質的に相補的に形成されている。この丸み付けられた縁部の基礎円は、有利には減結合要素のうち丸み付けられた縁部に対して相補的な部分が、減結合要素の本来の正しい位置に到達する前にケーシングの上に置かれるように選択されている。このようにしてダイヤフラムカップの側面と減結合要素の内壁との間、ないし、ケーシングの頂面と該頂面に載置された減結合要素の底面との間に存在する音波成分が、側方に漏出できないように保証することができる。

取り付けの際に減結合要素がセンサ縁部の上に「載置」されるのを有利に阻止することができ、減結合要素は軽い押圧で正しい位置に滑り込む。

別の１つの実施形態においては、減結合要素の内壁の第１領域が、ダイヤフラムカップの側面および／またはダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって少なくとも、第１領域のうちダイヤフラムカップを取り囲んでいる部分にて内壁が、ダイヤフラムカップの側面および／またはダイヤフラムカップの側面に被着されたラッカー層に同一平面上において（隙間無く）当接するようになっている。

別の１つの実施形態においては、減結合要素の内壁の第３領域が、ケーシングの側面の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがってこの領域にて内壁が、ケーシングの側面に同一平面上において（隙間無く）当接するようになっている。リップの幾何学的形状は、所定の予圧が与えられるように設計することができる。この所定の予圧は、リップないし回転軸に沿った孔部を備える回転対称体がセンサケーシングの角部／縁部の上に載るよう保証するものである。したがってケーシングの階段状の頂面の上には、内壁の第２領域の軸上の被覆面の他に、半径方向に付加的な要素が形成される。

別の１つの実施形態においては、減結合要素の内壁の第４領域が、ケーシングの丸み付けられた縁部の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがってこの領域にて内壁が、ケーシングの丸み付けられた縁部に同一平面上において（隙間無く）当接するようになっている。

とりわけ減結合要素は、ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングを収容するための開口部に付加的にさらなる開口部は有さない。有利には減結合要素は、ダイヤフラムカップおよび／またはケーシングを収容するための開口部から出発して半径方向に減結合要素を貫通して伸長するような開口部は有さない。

別の１つの実施形態においては、減結合要素をケーシングに係止させるために、ケーシングの側面が少なくとも１つの開口部を有していて、かつ減結合要素の内壁が少なくとも１つの隆起部を有している、および／または、ケーシングの側面が少なくとも１つの隆起部を有していて、かつ減結合要素の内壁が少なくとも１つの、とりわけ減結合要素を貫通しない開口部を有している。このようにして隙間の形成を阻止しつつ、減結合要素とダイヤフラムカップないしケーシングとの間の結合を強化することができる。

有利には減結合要素は、外側には、減結合要素をセンサ収容部に係止させるための開口部および隆起部を有さない。なぜならこのような係止は、減結合要素とダイヤフラムカップないしケーシングとの間で隙間の形成を促進し得るからである。

本願の別の請求対象は、本発明の超音波センサおよび超音波センサを収容するためのセンサ収容部を有する超音波センサシステムである。

センサ収容部は、例えば自動車用のバンパーとすることができる。とりわけセンサ収容部は、開口部が設けられた自動車用のバンパーとすることができる。例えばセンサ収容部は、超音波センサの収容を改善するために開口部の中に取り付けられたプラスチック射出成形部材である、開口部が設けられたバンパーとすることができる。

本発明のさらなる利点および有利な実施形態を図面を用いて示し、以下の記載にて説明する。ただし図面は説明するためだけのものであり、本発明を何らかの形で限定することを意図したものではないことに留意されたい。

図１ａは、本発明の１つの実施形態による超音波センサの断面を概略的に示した部分拡大図である。 図１ｂは、図１で図示した超音波センサの断面を概略的に示した縮小図である。 図２は、本発明の別の１つの実施形態による超音波センサの断面を概略的に示した縮小図である。

図１ａおよびｂは、ダイヤフラムカップ１とケーシング２と減結合要素３とを含む本発明による超音波センサの１つの実施形態を図示している。ダイヤフラムカップ１およびケーシング２はそれぞれ側面４，５を有する。ダイヤフラムカップ１の頂面２０およびダイヤフラムカップ１の側面４の一部、とりわけダイヤフラムカップ１の側面４のうち頂面２０と隣接する領域には、ラッカー層１１が被着されている。減結合要素３は少なくとも部分的に弾性材料から形成されており、貫通した開口部６を有する。開口部６は、減結合要素３の内壁７によって画定されている。ダイヤフラムカップ１とケーシング２は少なくとも部分的にこの開口部６の中に配置されている。減結合要素３の内壁７は、ケーシング２の側面５のうちケーシング２を広範囲に取り囲んでいる２つの領域９，１０と、ダイヤフラムカップ１の側面４のうちダイヤフラムカップ１を広範囲に取り囲んでいてラッカー層１１が設けられている領域８の周囲とを、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがってこれらの領域８，９，１０にて減結合要素３の内壁７が、ケーシング２の側面５およびダイヤフラムカップ１の側面４に被着されたラッカー層１１に同一平面上において、すなわち隙間無く当接するようになっている。

図１ａおよび１ｂはさらに、側面４によって画定されたダイヤフラムカップ１の外部寸法１２が、側面５によって画定されたケーシング２の外部寸法１３よりも小さい様子を図示している。ケーシング２が、ダイヤフラムカップ１を取り囲んでいる階段状の、とりわけ環形の頂面１４を有するように、ダイヤフラムカップ１がケーシング２の上に配置されている。

さらに図１ａおよび１ｂは、減結合要素３の内壁７が第１領域８ではダイヤフラムカップ１の側面４に対して実質的に相補的であり、第２領域１５ではケーシング２の階段状の頂面１４に対して実質的に相補的であり、第３領域９ではケーシング２の側面５のうちケーシング２の階段状の頂面１４と隣接する領域に対して実質的に相補的であるように形成されている様子を図示している。

減結合要素３は、第１領域８では、孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている。この形態はとりわけセンサの位置決めおよび取り付けを容易にするのに有利である。第３領域９では、減結合要素３の内壁７はリップ１７の形態で形成されている。減結合要素３の内壁７の第３領域９は、ケーシング２の側面５の周囲を弾性材料の収縮によって締め付けており、したがってこの第３領域９にて内壁７が、ケーシング２の側面５に同一平面上において（隙間なしに）当接するようになっている。

ケーシング２の領域であって、かつケーシング２の階段状の頂面１４がケーシング２の側面５と隣接する領域は、丸み付けられた縁部１６の形態で形成されている。減結合要素３の内壁７は、第４領域１０において、このケーシング２の丸み付けられた縁部１６に対して実質的に相補的に形成されている。減結合要素３の内壁７の第４領域１６は、ケーシング２の丸み付けられた縁部１６の周囲を弾性材料の収縮によって締め付けており、したがってこの第４領域１０にて内壁７が、ケーシング２の丸み付けられた縁部１６に同一平面上において（隙間なしに）当接するようになっている。

さらに図１ｂは、超音波センサがセンサ収容部１９によって収容されている様子を図示している。ここではセンサ収容部は開口部が設けられた自動車用のバンパー２１のことであり、この開口部に、超音波センサの収容を改善するためのプラスチック射出成形部材２２が取り付けられている。図１ｂはさらに、減結合要素３が取り付け完了後に材料の弾性によって変形して、センサ収容部１９とケーシング２との間、とりわけセンサ収容部１９のプラスチック射出成形部材２２とケーシング２との間に存在する自由空間へと、とりわけセンサ軸に平行な方向でしなっている様子を図示している。階段状の頂面１４に対して相補的に形成された減結合要素３の第２領域１５の表面２３は、センサ収容部１９に対して、とりわけセンサ収容部１９のプラスチック射出成形部材２２に対して、さらにとりわけセンサ収容部１９ないしプラスチック射出成形部材２２の内側の頂面２４に対して押圧される。このようにして、センサ収容部１９、とりわけセンサ収容部１９のプラスチック射出成形部材２２と減結合要素３との間の音波の進行を阻止することができる。

図２に図示した超音波センサは、減結合要素３が第３領域９にて回転軸に沿った孔部を備える回転対称体の形態で形成されている点で、図１ａおよび１ｂに図示した超音波センサとは異なっている。

Claims (10)

1. ダイヤフラムカップ（１）と、ケーシング（２）と、減結合要素（３）とを含む超音波センサであって、
   前記ダイヤフラムカップ（１）と前記ケーシング（２）はそれぞれ１つの側面（４，５）を有しており、
   前記減結合要素（３）は少なくとも部分的に弾性材料から形成されており、
   前記減結合要素（３）は、前記減結合要素（３）の内壁（７）によって画定されている貫通した開口部（６）を有しており、
   前記ダイヤフラムカップ（１）および／または前記ケーシング（２）は、少なくとも部分的に前記開口部（６）の中に配置されている
   超音波センサにおいて、
   前記減結合要素（３）の内壁（７）は、少なくとも、前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）および／または前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）に被着されたラッカー層（１１）および／または前記ケーシング（２）の側面（５）のうち、前記ダイヤフラムカップ（１）および／または前記ケーシング（２）を広範囲に取り囲んでいる領域（８，９，１０）の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって前記領域にて前記内壁（７）が、前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）および／または前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）に被着されたラッカー層（１１）および／または前記ケーシング（２）の側面（５）に同一平面上において当接するようになっている、
   ことを特徴とする超音波センサ。
2. 前記側面（４）によって画定されている前記ダイヤフラムカップ（１）の外部寸法（１２）は、前記側面（５）によって画定されている前記ケーシング（２）の外部寸法（１３）よりも小さく、
   前記ダイヤフラムカップ（１）は、前記ケーシング（２）の上および／または中に、該ケーシング（２）が前記ダイヤフラムカップ（１）を取り囲む階段状の頂面（１４）を有するように設けられており、
   前記減結合要素（３）の内壁（７）は、
   第１領域（８）では前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）および／または前記ダイヤフラムカップ（１）の前記側面（４）に被着されたラッカー層（１１）に対して実質的に相補的に形成されており、および／または、
   第２領域（１５）では前記ケーシング（２）の階段状の頂面（１４）に対して実質的に相補的に形成されており、および／または、
   第３領域（９）では前記ケーシング（２）の側面（５）のうち前記ケーシング（２）の階段状の頂面（１４）と隣接する領域に対して実質的に相補的に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
3. 前記減結合要素（３）の内壁（７）の前記第３領域（９）は、前記ケーシング（２）の側面（５）の周囲を弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって前記領域（９）にて前記内壁（７）は、前記ケーシング（２）の側面（５）に同一平面上において当接するようになっている、
   ことを特徴とする請求項２記載の超音波センサ。
4. 前記ケーシング（２）の領域であって、かつ前記ケーシング（２）の階段状の頂面（１４）が前記ケーシング（２）の側面（５）と隣接する領域は、丸み付けられた縁部（１６）の形態で形成されており、
   前記減結合要素（３）の内壁（７）は、第４領域（１０）において、前記ケーシング（２）の丸み付けられた縁部（１６）に対して実質的に相補的に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２または３記載の超音波センサ。
5. 前記減結合要素（３）の内壁（７）の前記第４領域（１０）は、前記ケーシング（２）の丸み付けられた縁部（１６）の周囲を弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって前記領域（１８）にて前記内壁（７）は、前記ケーシング（２）の丸み付けられた縁部（１６）に同一平面上において当接するようになっている、
   ことを特徴とする請求項４記載の超音波センサ。
6. 前記減結合要素を前記ケーシング（２）に係止させるために、
   前記ケーシング（２）の側面（５）は少なくとも１つの開口部を有していて、かつ前記減結合要素（３）の内壁（７）が少なくとも１つの隆起部を有している、
   および／または、
   前記ケーシング（２）の側面（５）が少なくとも１つの隆起部を有していて、かつ前記減結合要素（３）の内壁（７）が少なくとも１つの開口部を有している、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の超音波センサ。
7. 前記減結合要素（３）は、前記第３領域（９）では、リップ（１７）の形態または回転軸（１８）に沿った孔部を備える回転対称体の形態で、例えば中空円筒または孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている、
   ことを特徴とする請求項２から６のいずれか一項記載の超音波センサ。
8. 前記減結合要素（３）は、前記第１領域（８）では、孔部が設けられた切頭円錐の形態で形成されている、
   ことを特徴とする請求項２から７のいずれか一項記載の超音波センサ。
9. 前記減結合要素（３）の内壁（７）の第１領域（８）は、前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）および／または前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）に被着されたラッカー層（１１）の周囲を、弾性材料の収縮によって締め付けており、したがって少なくとも、前記第１領域（８）のうち前記ダイヤフラムカップ（１）を取り囲んでいる部分にて前記内壁（７）が、前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）および／または前記ダイヤフラムカップ（１）の側面（４）に被着されたラッカー層（１１）に同一平面上において当接するようになっている、
   ことを特徴とする請求項２から８のいずれか一項記載の超音波センサ。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載の超音波センサと、該超音波センサを収容するためのセンサ収容部（１９）とを含む超音波センサシステム。

Images