JP6692892B2 - ハウジングおよびこのハウジングに配置されたダイヤフラムエレメントを有する音響センサ - Google Patents

Description

本発明は、音響センサに関する。

音響センサの典型的な形態、特に音響センサが超音波センサである典型的な形態において、一般的に、圧電セラミックが鉢形のハウジングの底部に貼り付けられている。この場合、鉢形の底部は、この底部がダイヤフラムとして作用するように、構成されている。

音響センサのこのような構造は、少なくとも、電気音響変換器および場合によっては所属の電子回路が周囲の影響に対して保護されるべきであるという理由によるものである。これは、このような超音波センサにおいては、ダイヤフラムがハウジングの部分領域であって、圧電セラミックがハウジングの内部内に配置されていることによって、保証される。

しかしながら、超音波センサの上記のような構造においては、ハウジングおよびダイヤフラムの形態に関連して僅かな遊びしか存在しない。何故ならば、圧電セラミックをダイヤフラムに配置できるようにするためには、例えばハウジングの内側を介してダイヤフラムにアクセス可能でなければならないからである。これは、特に扁平な音響センサの形成の妨げになる。

本発明による音響センサは、支持部材と、この支持部材の第１の側に配置されたダイヤフラムエレメントと、電気音響変換器と、を有しており、この電気音響変換器が、ダイヤフラムエレメントの、支持部材に面した側に配置されていて、ダイヤフラムエレメントの少なくとも１つの領域を振動させるように、設計されており、この場合、ダイヤフラムエレメントが少なくとも１つの縁部領域に保持領域を有しており、この保持領域が、支持部材の方向に延在していて、支持部材の部分領域を把持している。

ダイヤフラムエレメントの保持領域は支持部材の部分領域を把持しているので、この部分領域は保持領域によって環状に取り囲まれる。これは、言い換えれば、ダイヤフラムエレメントの保持領域の複数の区分が、支持部材の部分領域の様々な側に配置されている、という意味である。この場合、特にダイヤフラムエレメントの保持領域と支持部材との間に形状締結が得られる。この場合、保持領域は支持部材の方向に延在しているので、ダイヤフラムの厚み部が形成される。

このような形式で、支持部材を形成する際に高い自由度が可能であり、それと同時に、電気音響変換器を周囲の影響から確実に保護することができる音響センサが得られる。しかも、閉鎖部とダイヤフラムとからなる組み合わせが形成され、これによって、音響変換器を実現するために必要な構成部品の数が減らされる。

従属請求項は、本発明の好適な実施形態を示す。

ダイヤフラムエレメントの保持領域が、ばね弾性的であって、支持部材の部分領域とスナップ式ロックを形成していれば、好適である。このような形式で、ダイヤフラムエレメントを支持部材に特に簡単に取り付けることができる。このスナップ式ロックは、場合によっては、解除することもできる。

支持部材の部分領域がねじ溝の少なくとも複数の区分を形成していて、ダイヤフラムエレメントの保持領域がねじ溝内に係合するように形成された区分を有していても、好適である。これによって、ダイヤフラムエレメントは、支持部材にねじはめることができる。まさに、このようなねじ結合によって、高度のシール性、およびひいては外部の影響に対する高い保護作用が得られる。

また、ダイヤフラムエレメントの保持領域が、熱収縮性の材料より形成されており、ダイヤフラムエレメントが、ダイヤフラムエレメントを加熱することによって支持部材と結合されていれば、好適である。この場合、特に、ダイヤフラムエレメントは保持領域の加熱によって支持部材に結合されている。言い換えれば、ダイヤフラムエレメントは支持部材に収縮ばめされている。ダイヤフラムエレメントと支持部材との間の、このような結合部は、高いシール性を有している。しかも、このような音響センサの製造は、特に簡単に行うことができる。何故ならば、このような音響センサにおいては、ダイヤフラムエレメントおよび支持部材における製造誤差に関連して高い耐故障性が存在するからである。

ダイヤフラムエレメントが、少なくとも部分的に弾性的であって、ダイヤフラムエレメントの寸法は、保持領域が把持する際に、ダイヤフラムエレメントによって保持領域と支持部材との間に押圧力が発生するように、選定されていれば、好適である。これによって、同様に、ダイヤフラムエレメントと支持部材との間の移行部における音響センサの高いシール性が保証される。

支持部材が空洞を有しており、この空洞が、支持部材の、ダイヤフラムにより張って覆われる側に配置されていても、好適である。空洞は、特に反射領域を形成し、この反射領域によって、ダイヤフラムエレメントから発する音響信号が反射されて、音響センサの一次側の送信方向にはね返される。これによって、音響センサの指向性特性を形成することができる。さらに、これによって、ダイヤフラムエレメントの振動のための自由空間が得られる。

支持部材がプリント配線板であれば、好適である。これによって、音響センサの別の電子素子は支持部材上に直接配置され得る。音響センサの特に簡単かつ扁平な構造が得られる。

さらに、支持部材が、支持部材の、ダイヤフラムとは反対側に、電気音響変換器を励起するための電子回路が配置されている受け部を有していれば、好適である。これによって、支持部材はハウジングとして用いられる。電子回路が、支持部材の、ダイヤフラムとは反対側に配置されていることによって、電子回路の表面構造が、音響センサ内の音響伝播に影響を及ぼすことは避けられる。

さらに、ダイヤフラムエレメントの、支持部材に面した側と支持部材との間に、シールエレメントが配置されていれば、好適である。特に、シールエレメントは、２成分射出成形法によって、ダイヤフラムまたは支持体と一体的に成形されている。これによって、特に、より密閉された音響センサが得られる。

支持部材が保持領域内に空洞を有しており、この空洞内にシールエレメントが配置されていれば、同様に好適である。この場合、シールエレメントは好適にはリップを有しており、このリップは、支持部材とダイヤフラムエレメントとの間の移行部をシールする。これによって、支持部材とダイヤフラムエレメントとの間の、特に密閉された移行部が保証される。

本発明の第１実施例による音響センサの概略図である。 本発明の第２実施例による音響センサの概略図である。 本発明の第３実施例による音響センサの一部を示す図である。 本発明の第４実施例による音響センサの一部を示す図である。 本発明の第５実施例による音響センサの一部を示す図である。

以下に本発明の実施例を、添付の図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の第１実施例による音響センサ１の概略図を示す。音響センサ１の断面図が示されている。音響センサ１は、支持部材２とダイヤフラムエレメント３と電気音響変換器４とを有している。

支持部材２は、この第１実施例では、基本形状として中実円筒の形を有している。この中実円筒は、支持部材２の第１の側、およびこの第１の側に向き合う第２の側に、それぞれ丸い円板状の表面を有している。中実円筒の表面およびひいては、第１の側と第２の側とを接続する支持部材２の表面は、外周面と称呼される。

支持部材２の第１の側、つまり中実円筒の丸い円板状の表面上に、空洞１０が設けられている。この場合、空洞１０は、支持部材２の第１の側の表面の縁部領域を形成するウエブが残存するように、支持部材２の第１の側に延在する。図１に示されているように、空洞１０は、支持部材２の第１の側に沿った方向に亘って様々な深さを有していてよい。従って、空洞１０は、図１に示された第１実施例では、支持部材２の第１の側の中央のまわりを環状に取り囲む環状の窪みである。深さは、第１の側の曲率半径を超えて変化し、また第１の側の周方向に沿って、つまり方位角でも変化する。従ってこの第１実施例では、空洞１０は、図１に示した断面上で、支持部材２の左に位置する側に、右に位置する側と比較して異なる深さを有している。従って、空洞１０の、このような様々な領域内で反射される音波が、様々な距離を進む。これによって、音響センサ１の指向性特性が制御される。

支持部材２の第１の側に向き合う、支持部材２の第２の側で支持部材２内に、受け部８が設けられている。この受け部８は例えば盲孔であって、この盲孔は、支持部材２の第２の側に設けられていて、支持部材２の円筒形軸線に沿って延在している。従って、支持部材２のこの区分は、中空円筒とみなされてよい。支持部材２の第１の側に設けられた空洞１０と受け部８との間に、空洞１０と受け部８とを互いに分離する支持部材の領域が存在する。

支持部材２の外周面は細身部１２を有している。細身部１２は、支持部材２の基本形状を形成する中実円筒の曲率半径が減少されている領域である。細身部１２は、第１の側に対してゼロより大きい間隔が存在するように、外周面の領域内に配置されている。

支持部材２の第１の側にダイヤフラムエレメント３が配置されている。ダイヤフラムエレメント３は、少なくとも１つの縁部領域５に保持領域６を有するフレキシブルなエレメントであって、保持領域６は、支持部材２の方向に延在していて、支持部材２の部分領域７を把持する。この場合、ダイヤフラムエレメント３は完全にまたは部分的にフレキシブルであってよい。

ダイヤフラムエレメント３は、支持部材２の第１の側を張って覆っていて、この第１の側を張って覆う領域で面状に形成されている。ダイヤフラムエレメント３の縁部領域５内で、ダイヤフラムエレメント３は保持領域６を有している。保持領域６は、この第１実施例では、ダイヤフラムエレメント３がその外周領域で以って、支持部材２の円筒形軸線に対して平行に支持部材２に沿って延在し、少なくとも細身部１２までの距離を越えて延在し、再び、支持部材２を張って覆う表面に対して平行に支持部材２の中心の方向に、つまり内方に延在することによって、形成される。この場合、ダイヤフラムエレメント３の保持領域６は、この保持領域６が少なくとも細身部１２内に突入する程度に大きく、支持部材２の中心の方向に向かって延在する。これによって、保持領域６はその横断面が、図１でもダイヤフラムエレメント３の縁部領域５でわかるように、Ｕ字形を形成する。

従って、支持部材２は、ダイヤフラムエレメント３によって把持される部分領域７を有している。この部分領域７に、特に細身部１２と支持部材２の第１の側との間に位置する、支持部材２の領域が所属する。従って、支持部材２は、互いに向き合う２つの側にダイヤフラムエレメント３のそれぞれ１つの区分が配置されている領域を有する。

支持部材２に面した、ダイヤフラムエレメント３の側４ａに、電気音響変換器４が配置されている。電気音響変換器４は丸い円板状の部材であって、支持部材２の第１の側を張って覆う、ダイヤフラムエレメント３の表面の中央に配置されている。

電気音響変換器４は、ダイヤフラムエレメント３の少なくとも１つの領域を振動させるために設けられている。電気音響変換器４は、この第１実施例ではダイヤフラムエレメント３に溶接されている。選択的な実施例では、ダイヤフラムエレメント３は支持部材２に固定されていてもよく、ダイヤフラムエレメント３と緩く接触しているだけでもよい。電気音響変換器４は、この第１実施例では圧電素子である。圧電素子は、電気信号を印加することによって機械的な運動が生ぜしめられる。

支持部材２の受け部８内に電子回路９が配置されており、この電子回路９は、この電気信号を要求に応じて提供し、従って、電気音響変換器４を励起させるために適している。従って、電子回路９は支持部材２の内部に配置されており、それによって、支持部材２はハウジングとみなされてよい。電子回路９は、複数の導線を介して電気音響変換器４に接続されている。

前述したように、ダイヤフラムエレメント３は、支持部材２の第１の側を張って覆っている。この場合、ダイヤフラムエレメント３は、この第１実施例では、支持部材２上に直に載っているのではなく、シールエレメント１１上に載っており、このシールエレメント１１は、ダイヤフラムエレメントの、支持部材２に面した側４ａと支持部材２との間に配置されている。シールエレメント１１は、この第１実施例では、弾性的な材料から形成されたリングであり、支持部材２の第１の側に載っている。この場合、シールエレメント１１の内側範囲および外側範囲は、空洞１０の外側に位置する支持部材２の領域内に載るように選定されている。従って、シールエレメント１１は、空洞１０と支持部材の外周面との間のウエブ上に載っている。これによって、支持部材２とダイヤフラムエレメント３との間の移行領域内の音響センサ１のシール性は改善される。選択的な実施例では、シールエレメントは省かれる。

好適には、ダイヤフラムエレメント３の内側寸法は、支持部材２の外側寸法よりも小さい。この場合、ダイヤフラムエレメント３が少なくとも部分的に弾性的であれば有利である。従って、ダイヤフラムエレメント３の寸法は、保持領域６が把持する際に、ダイヤフラムエレメント３によって保持領域６と支持部材２との間に押圧力が発生するように選定されている。

図２は、本発明の第２実施例による音響センサ１の概略図を示す。音響センサ１の断面図が示されている。

この第２実施例において、支持部材２は丸い円板状のプリント配線板である。丸い円板状のプリント配線板２は、そのダイヤフラムエレメント２に面した丸い円板状の表面上に空洞１０を有している。このために、第１の側上に位置する、支持部材２の円形表面が内方に湾曲されていて、それによって窪みが形成されている。この場合、窪みの深さは、電気音響変換器４により励起されたときに、ダイヤフラムエレメント２の自由な振動が可能であるように、選定されている。

支持部材２は、第１の側に向き合う側である第２の側に溝１３を有しており、この溝１３は、第２の側上における支持部材の円形表面の外周領域に環状に延在する。

ダイヤフラムエレメント３は、その外周領域に、つまりその縁部領域５に複数のクリップエレメントを有している。これらのクリップエレメントは、保持領域６を形成する。保持領域６を形成するダイヤフラムエレメント３の部分は、ばね弾性的である。音響センサ１を取り付ける際に、ダイヤフラムエレメント３が支持部材２に押し付けられると、ダイヤフラムエレメント３の保持領域５はばね弾性的であるので広がり、支持部材２はダイヤフラムエレメント３のクリップ内に差し込むことができる。これによって、ダイヤフラムエレメント３と支持部材２の部分領域７との間にスナップ式ロックが形成される。この場合、支持部材２の部分領域７は、支持部材２の外周領域である。溝１３は、支持部材２の第２の側の部分領域７内に延在している。クリップエレメントは、ダイヤフラムエレメント３が支持部材２に結合されるときに、このクリップエレメントが溝１３内に係合する領域を有するように、形成されている。

支持部材２は、この第２実施例ではプリント配線板であるので、電気音響変換器４を励起するための電子回路９は、支持部材２に直に、例えば支持部材２の第２の側に直に配置されている。この場合、電気音響変換器４は、支持部材２の第２の側から支持部材２の第１の側に通じている導体路を介して接触接続されている。

電気音響変換器４は、この第２実施例ではリング状の構造を有している。この構造は、支持部材２の円形表面の外周領域に相当する外周領域を有している。電気音響変換器４と支持部材２との間にシールエレメント１１が配置されており、このシールエレメント１１は、この第２実施例では同様にリング状に構成されていて、そのリング状の表面は、電気音響変換器４のリング状の表面に相当する。電気音響変換器４は、ダイヤフラムエレメント３上に載っている。シールエレメント１１は、電気音響変換器４と支持部材２との間に配置されている。

これによって、電気音響変換器４は、ダイヤフラムエレメント３と支持部材２との間で締め付けられている。これによって、電気音響変換器４は、ダイヤフラムエレメント３または支持部材２に特別に固定する必要はない。ダイヤフラムエレメント３への押圧力は、フレキシブルなシールエレメント１１によってさらに高められる。

図２に示されているように、ダイヤフラムエレメント３は、支持部材２を張って覆う領域に薄い箇所を有しており、この薄い箇所は、電気音響変換器４によって描かれるリング内に位置している。これによって、ダイヤフラムエレメント３の振動抵抗は最小化される。

この第２実施例では、支持部材２の高さは、ダイヤフラムエレメント２の内方に向けられた複数の区分が支持部材２に後ろからスナップ係合する程度に僅かである。ダイヤフラムエレメント３は、例えば１６ｍｍの直径を有している。ダイヤフラムエレメント２の縁部は支持部材２に後ろからスナップ係合して、機械的な凹部内に係合するので、縁部を押しずらすことは、著しく強い力によってのみ可能である。何故ならば、そのためには、ダイヤフラム縁部を凹部からずらさなければならないからである。プリント配線板は例えば２ｍｍの厚さを有している。

図３は、第３実施例による音響センサ１の区分の断面の概略図を示す。この第３実施例は、概ね前記第１または第２実施例に相当する。この第３実施例においても、ダイヤフラムエレメント３と支持部材２とによって、スナップ式ロックが形成される。この場合、支持部材２内に係止する、ダイヤフラムエレメント３の部分は、特に尖って構成されている。細身部１２は、外周面に対して傾斜した面を有している。これによって、ダイヤフラムエレメント２は、保持領域がその弾性に基づいてこの細身部１２の面に圧力を加えると、支持部材２に押し付けられる。

図３ａに関連して同様に、保持領域６によって把持される、支持部材の部分領域７がねじ溝１４を形成する、本発明の選択的な実施例が記載される。支持部材２の部分領域７が１つのねじ溝１４を形成する、例えば音響センサ１の断面は、同様に図３ａに示された断面に相当する。しかしながらこの場合、断面のための選択された切断軸線に応じて、窪みと、支持部材２の第１の側に設けられた支持部材２の表面との間の間隔は変化する。従って、ダイヤフラムエレメント３は支持部材２にねじはめ固定され得る。この場合、保持領域６がばね弾性的であることは必ずしも必要ではない。従って、ダイヤフラムエレメント３は、蓋として支持部材２にねじはめ固定され、ジャムの瓶にねじはめられる蓋に類似している。このために、ダイヤフラムエレメント３の保持領域６は、ねじ溝１４内に係合するように形成された区分を有するように形成されている。ねじ溝１４はその輪郭線において中断部を有していてもよい。

図３ｂは、第４実施例による音響センサ１の１区分の断面の概略図を示す。第４実施例は、概ね前記実施例に相当する。前記第１および第２実施例と同様に、この第４実施例でも、シールエレメント１１は、支持部材２とダイヤフラムエレメント３との間に配置されている。このために、支持部材２は空洞を有しており、この空洞内にシールエレメント１１が配置されている。この場合、シールエレメント１１は、独立したエレメントであるか、またはダイヤフラムエレメント３もしくは支持部材２と一体的に形成されている。シールエレメント１１が内部に配置されている空洞は、この第４実施例では窪みであって、この窪みは支持部材２の外周領域を環状に巡っている。

ダイヤフラムエレメント３の縁部は、側方で、つまり支持部材２の外周面の側で、ダイヤフラムエレメント３の内方に向けられた区分が、支持部材２の外方に向けられた区分内に係合し、この場合、保持領域によって把持された、支持部材２の部分領域内でシールエレメント１１が締め付けられている。この実施例では、シールエレメント１１がシールリップを備えており、このシールリップは好適には、逆鉤のように、ダイヤフラムエレメント２と支持部材２との圧着をほぼ阻止するように斜めに配向されている。ダイヤフラムエレメント３と支持部材２とを分離させようとすると、ダイヤフラム３および支持部材２の運動は妨げられる。

好適には、支持部材２の縁部は、ダイヤフラムエレメント３と支持部材２との組立時にダイヤフラムエレメント３の縁部が最初にハウジング縁部に接触する箇所に、プレスばめの克服を軽減するためのはめ込み補助手段を有している。

図３ｃは、本発明の第５実施例による音響センサ１の断面概略図を示す。本発明の第５実施例は、シールエレメント１１の選択的な配置を示す。この場合、シールエレメント１１は空洞内に配置されており、この空洞は同様に、支持部材２の外周領域を巡って環状に設けられているが、支持部材２の、第１の側とは反対側に配置されている。

選択的な別の実施例では、ダイヤフラムエレメント３は、熱収縮可能な材料より形成されていて、支持部材２に熱による加熱によって収縮ばめされる。

上記開示と共に、図１乃至３ｃの開示が明示的に参照される。

１ 音響センサ
２ 支持部材
３ ダイヤフラムエレメント
４ 電気音響変換器
４ａ 支持部材２に面した側
５ 縁部領域
６ 保持領域
７ 部分領域
８ 受け部
９ 電子回路
１０ 空洞
１１ シールエレメント
１２ 細身部
１３ 溝
１４ ねじ溝

Claims (7)

1. 音響センサ（１）において、
   支持部材（２）と、
   前記支持部材（２）の第１の側に配置されたダイヤフラムエレメント（３）と、
   電気音響変換器（４）と、を有しており、
   前記電気音響変換器（４）が、前記ダイヤフラムエレメント（３）の、前記支持部材（２）に面した側（４ａ）に配置されていて、前記ダイヤフラムエレメント（３）の少なくとも１つの領域を振動させるように、設計されており、
   前記ダイヤフラムエレメント（３）が少なくとも１つの縁部領域（５）に保持領域（６）を有しており、該保持領域（６）が、前記支持部材（２）の方向に延在していて、前記支持部材（２）の部分領域（７）を把持していて、
   前記支持部材の前記部分領域（７）が、ねじ溝（１４）の少なくとも複数の区分を形成していて、前記ダイヤフラムエレメント（３）の前記保持領域（６）が、前記ねじ溝（１４）内に係合するように形成された区分を有している
   音響センサ（１）。
2. 前記ダイヤフラムエレメント（３）が、少なくとも部分的に弾性的であって、前記ダイヤフラムエレメントの寸法は、前記保持領域（６）が把持する際に、前記ダイヤフラムエレメント（３）によって前記保持領域（６）と前記支持部材（２）との間に押圧力が発生するように、選定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
3. 前記支持部材（２）が空洞（１０）を有しており、該空洞（１０）が、前記支持部材（２）の、前記ダイヤフラムにより張って覆われる側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の音響センサ。
4. 前記支持部材（２）がプリント配線板である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の音響センサ。
5. 前記支持部材（２）が、前記ダイヤフラム（３）とは反対側に、前記電気音響変換器（４）を励起するための電子回路（９）が配置されている受け部（８）を有している
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の音響センサ。
6. 前記ダイヤフラムエレメントの、前記支持部材（２）に面した側（４ａ）と前記支持部材（２）との間に、シールエレメント（１１）が配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の音響センサ。
7. 前記支持部材（２）が前記保持領域内に空洞を有しており、該空洞内に前記シールエレメントが配置されている
   ことを特徴とする請求項６記載の音響センサ。

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