JP6984009B2

JP6984009B2 - 音響変換器

Info

Publication number: JP6984009B2
Application number: JP2020517155A
Authority: JP
Inventors: ゲルラッハ，アンドレ; ショイフェレ，ベルント; ヘンネベルク，ヨハネス; リーブラー，マルコ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: EP3688748A1; DE102017216868A1; WO2019057375A1; US20200294481A1; JP2020535710A; CN111133502A

Description

本発明は、ダイアフラム容器、変換器要素およびハウジングを有する音響変換器に関する。ダイアフラム容器は膜部および壁部を有する。さらに音響変換器は分離部を有する。さらに本発明は音響変換器の製造方法に関する。

超音波センサは、とりわけ、環境を記録するために自動車および産業用途で使用される。超音波センサによって超音波信号を送信し、物体で反射された超音波エコーを再び受信することによって周辺の物体を検出することができる。次に超音波信号の送信と超音波エコーの受信との間の経過時間と既知の音速とから物体までの距離を計算することができる。

超音波センサとその設置環境との間の振動・機械的な分離を確実にするために、現在では超音波センサと設置環境との間に分離部が設置されている。分離部は、シリコーンのような高い材料減衰を有する可撓性材料からなる。一例として、文献、ドイツ特許出願公開第１０２０１５１１５４１９号明細書を挙げることができ、この文献によれば、ゴムリング形状の分離部がダイアフラム容器に差し込まれることで、一方では、ダイアフラム容器を設置位置に中心合わせし、他方では、ダイアフラム容器を外側クラッド部分から振動・機械的に分離する。

上記により、本発明の課題は、シンプルな製造プロセスおよびシンプルな構造を有する音響変換器を開発することである。

上記課題を解決するために、ハウジングと、少なくとも１つの分離部と、機能群とを有する特に超音波センサ用の音響変換器が提案される。機能群は、ダイアフラム容器と、電気音響的に動作する少なくとも１つの変換器要素とを有する。ダイアフラム容器は、振動可能な膜部と、周壁部と、電気音響的に動作する少なくとも１つの変換器要素とを備え、変換器要素は、膜部の振動を励起させ、および／または膜部の振動を電気信号に変換するように構成されている。ダイアフラム容器およびハウジングの少なくとも一部は、プラスチック材料から形成されている。分離部は、ダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部を音響変換器の外部の環境から振動力学的に分離するように構成されている。このための良好な減衰特性を有する材料は、例えばシリコーンである。音響変換器の外部の環境は、特に、音響変換器の設置環境である。車両では、超音波センサは、通常、バンパの凹部に取り付けられる。

本発明によれば、少なくとも１つの分離部はダイアフラム容器と一体化されている。この場合、少なくとも１つの分離部は、特にダイアフラム容器の壁部と一体化されている。代替的にまた付加的に、本発明によれば、少なくとも１つの分離部はハウジングの少なくとも一部と一体化されている。分離部を一体化し、これにより機能群および／またはハウジングの少なくとも一部を分離部と一体的に構成することによって、音響変換器の構成は、構成要素が個別に組み立てられるという従来のように製造された音響変換器と比較して著しく単純化される。さらに音響変換器は環境の影響に対するさらなるロバスト性を得る。本発明の好ましい実施形態では、ハウジングの少なくとも一部および音響変換器の機能群は、一体的に、またはプラスチック材料からなる構成要素として形成することができる。このために、熱可塑性または熱硬化性の材料を使用することができる。あるいは、本発明の好ましい実施形態では、ハウジングの少なくとも一部および音響変換器の機能群は、一体的に、または繊維−プラスチック複合構成として構成することができる。炭素、ガラスまたはアラミド繊維強化エポキシ樹脂は、極めて良好な適合性を有する材料として使用することができる。一体化された分離部と、ハウジングの少なくとも一部および音響変換器の機能群の一体的な構成は、単純で特に堅牢な構造を有する音響変換器をも実現する。

好ましくは、少なくとも１つの分離部は、音響変換器の外部の環境と、ダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部との間に配置される。音響変換器の外部の環境は、特に音響変換器の設置環境である。ダイアフラム容器の壁部は、音響変換器の設置環境と直接に接している場合が多く、これにより、中間スペースに配置された分離部はダイアフラム容器と設置環境との間の振動の伝達を特に効果的に抑止することができる。ハウジングの少なくとも一部は、特に音響変換器の設置環境に直接に接するハウジングの一部である。したがって、中間スペースに配置された分離部は、ハウジングの少なくとも一部と設置環境との間の振動の伝達を特に効果的に抑止することができる。

好ましくは、分離部は少なくとも１つの凹部を有する。ダイアフラム容器およびハウジングの少なくとも一部を形成するプラスチック材料がその凹部を充填することで、少なくとも１つの分離部が、ダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部と、嵌合により、および／または材料接合により結合される。そのような凹部は、好ましくは、分離部の孔状凹部である。この場合、ダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部は、孔状凹部を貫通するプラスチックのボルトを有し、半径方向の変位に対しては嵌合により分離部を保護することとなる。さらにこの構成は、材料接合による結合をもたらすので、分離部は軸方向にも緩むことがない。これは、ダイアフラム容器内、特にダイアフラム容器の壁部内および／またはハウジングの少なくとも一部内に分離部を一体化するためのシンプルな方法を示している。好ましくは、少なくとも１つの分離部とダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部との間のこの嵌合による結合および材料接合による結合は、解除不能である。したがって、例えば、分離部が対応する構成要素に着脱自在に差し込まれる従来の音響変換器と比較すれば、音響変換器のより堅牢な構造をもたらすこととなる。好ましくは、分離部の凹部は分離部のアンダーカットであってもよい。このアンダーカットはプラスチック材料によって充填されるので、少なくとも１つの分離部がダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部と嵌合により結合される。アンダーカットによる嵌合結合は解除不能である。好ましくは、この場合に材料接合による結合が優勢である。

好ましくは、少なくとも１つの分離部がダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部と嵌合により結合されるように、分離部はダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部に少なくとも部分的に埋め込まれる。このために、環状の分離部が、例えば、当該分離部の残部領域よりも大きな壁厚をもつ部分領域を有する。そのようなより大きな壁厚をもつ部分領域は、プラスチック材料によって完全に囲まれているので、ダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部との嵌合による結合が生じる。

少なくとも１つの分離部は、好ましくは、分離部がハウジングの少なくとも一部および／またはダイアフラム容器の壁部と材料接合により結合されるように音響変換器の機能群のプラスチック材料、特に熱硬化性プラスチックと接着する。プラスチック材料としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。ダイアフラム容器と、分離部および／またはハウジングと分離部の少なくとも一部との間のこの材料接合による結合は、分離部が製造プロセスにおいてプラスチック材料で濡れる場合に実現することができる。このために、好ましくは、熱硬化性材料がプラスチック材料として使用される。当該材料の接着特性は、ダイアフラム容器および／またはハウジングと、少なくとも１つの分離部との間の解除不能な一体的な結合をもたらす。このような一体的な結合は接着結合と対比されうるが、接着剤は使用されず、基材の接着材料特性が当該結合に使用されている。この場合、材料接合による結合が解除不能に保持されるように、ハウジングの原材料および／またはダイアフラム容器の壁部の接着特性は、分離部の原材料の接着特性と互いに適合することに留意されたい。

好ましくは、分離部の一体化のための嵌合の種々の例を、材料結合の種々の例と組み合わせることもできる。

本発明による製造方法は、ダイアフラム容器と一体化された少なくとも１つの分離部に基づいて、例えば超音波センサ用の音響変換器のシンプルかつ低廉な製造を可能にするものである。これにより、分離部をダイアフラム容器に結合するための労働集約度の高い組立工程を製造時に省略することができ、組立工程が単純化される。製造プロセスにおいては、最初に、少なくとも１つの分離部を、射出成形機のツールの第１のキャビティ内に導入する。続いて、第１のキャビティ内にプラスチック材料を注入して、分離部をプラスチック材料に少なくとも部分的に接触させる。代替的または付加的には、注入されたプラスチック材料で分離部を少なくとも部分的に充填する。さらに、代替的にまたは付加的には、分離部をプラスチック材料によって少なくとも部分的に取り囲み、プラスチック材料の硬化後、当該プラスチック材料で分離部を少なくとも部分的に埋め込む。結果として、壁部と振動可能な膜部と分離部とを有する独立請求項に記載のダイアフラム容器が得られる。少なくとも１つの分離部は、ダイアフラム容器、特にダイアフラム容器の壁部と一体化される。あるいは、プラスチック材料を注入せずに、好ましくは、金型に流し込んでもよい。

好ましくは、音響変換器の機能群とハウジングとは、１つの作業工程で全体として一体的な構成として製造可能である。したがって、音響変換器の構造はさらに単純化され、より堅牢に構成される。さらに好ましくは、電気音響的に動作する少なくとも１つの変換器要素を１つの方法ステップにおいて射出成形機のツールの第２のキャビティ内に導入する。次の方法ステップでは、第２のキャビティ内にプラスチック材料を注入して、少なくとも１つの変換器要素をプラスチック材料で少なくとも部分的に取り囲み、変換器要素を振動可能な膜部と一体化する。これにより、環境の影響、例えば湿気または汚染物質の侵入に対するロバスト性が向上した、封止された一体的な構成が得られる。

コネクタハウジングを有する本発明の第１の実施形態による音響変換器を示す概略的図である。コネクタハウジングを有する本発明の第２の実施形態による音響変換器を示す概略図である。本発明の第３の実施形態による音響変換器を示す概略図である。本発明の第４の実施形態による音響変換器を示す概略図である。本発明の第５の実施形態による音響変換器を示す概略図である。本発明の第６の実施形態による音響変換器を示す概略図である。音響変換器を製造するための本発明による方法の可能な実施形態を概略的に示すフロー図である。

図１は、本発明の第１の実施形態による音響変換器１の断面を概略的に示す。音響変換器は、コネクタハウジング１１を有するハウジング５を備える。音響変換器は、ハウジングと一体的に構成された機能群２を備えている。この機能群は、振動可能な膜部８および周壁部７を有するダイアフラム容器６を含む。膜部８は、例えば、円形または楕円形であってもよい。膜部は、薄い厚みまたは薄い壁厚をもつ部分領域を有する。音響変換器１の振動特性および共振周波数は、これらの領域の幾何学的構成によって決定される。ダイアフラム容器６は、この例では１つの部材で構成されている。さらに周壁部７はハウジング５と直接連続しており、コネクタハウジング１１はハウジング５とともに一体的に形成されている。音響変換器１は、この例では膜部８と一体化された変換器素子３を有する。この実施形態では、分離部９ａは、ダイアフラム容器６の壁部７と材料接合により結合されており、これによりダイアフラム容器７の壁部と一体化されている。この例では、分離部９ａは壁部７の外部に接合している。

この第１の実施形態では、音響変換器１は構成要素１２ａに挿入されている。構成要素１２ａは、例えば、車両のバンパを表すことができる。分離部９ａは、ダイアフラム容器６から構成要素への伝達、およびその逆を抑止することができる。

図２は、図１とは異なり、ダイアフラム容器６の壁部７とハウジング５の一部との双方と材料接合により一体化された分離部９ｂを示す。分離部９ｂは、振動がダイヤフラムカップ６から、またはハウジング５の一部から音響変換器の外部の環境へ、およびその逆に伝達されることを抑止することができる。

図３は、図１とは異なり、分離部９ｃが一方の側でダイアフラム容器７に埋め込まれている実施形態を示している。したがって、分離部は周方向の縁部１３に当接しており、導入された剪断力による滑りに対してより良好に保護されている。

図４は、本発明による音響変換器の第４の実施形態を示す。分離部９ｄは、少なくとも部分的にダイアフラム容器６に埋め込まれており、少なくとも１つの分離部９ｄがダイアフラム容器６と嵌合により結合されている。この場合、環状の分離部９ｄは、当該分離部の残部領域よりも厚い壁厚をもつ部分領域１４を有している。この部分領域１４は、プラスチック材料によって完全に取り囲まれているので、分離部はダイアフラム容器および／またはハウジングの少なくとも一部と強固に結合される。

図５は、本発明による音響変換器の第５の実施形態を示す。ここで、環状の分離部９ｅは、アンダーカット形状の凹部１５を有する。ダイアフラム容器７のプラスチック材料は、分離部９ｅがダイアフラム容器７と嵌合で結合されるように、このアンダーカットに充填されている。

図６は、本発明による音響変換器の第６の実施形態を示し、分離部９ｆは、孔状凹部形状の凹部１６を有する。この凹部１６には、分離部９ｆがダイアフラム容器７と嵌合で結合されるように、ダイアフラム容器７のプラスチック材料が充填されている。

また、上記第４、第５、および第６の実施形態では、分離部が、ダイアフラム容器、特にダイアフラム容器の壁部と材料接合により結合されていてもよい。異なる種類の嵌合結合の組み合わせもありうる。

図７は、本発明に係る音響変換器のための本発明に係る製造方法のフローを示す図である。

ステップ１００では、音響変換器の所望の形状に適合する第１のキャビティを有するプラスチック加工手段を用意する。

ステップ１１０において、少なくとも１つの分離部を第１のキャビティ内に導入する。

ステップ１３０において、例えばエポキシ樹脂のようなプラスチック材料を第１のキャビティ内に注入することにより、壁部、振動可能な膜部、および分離部を有するダイアフラム容器を形成する。この場合、当該少なくとも１つの分離部は、ダイアフラム容器、特にダイアフラム容器の壁部と一体化される。一体化のために、分離部は、少なくとも部分的にプラスチック材料と接し、および／またはプラスチック材料で少なくとも部分的に充填され、および／またはプラスチック材料によって少なくとも部分的に取り囲まれる。第１のキャビティが適当に構成されれば、壁部、振動可能な膜部、および少なくとも１つの分離部を有するダイアフラム容器とともにハウジングを単一構成で形成することもできる。

ステップ１４０では、必要に応じた固形化期間の後に、当該部品が分離される。

方法ステップ１１０に続く任意の方法ステップ１２０として、少なくとも１つの電気音響変換素子を射出成形機のツールの第２のキャビティ内に導入してよい。続いて、プラスチック材料を注入するときに、当該少なくとも１つの変換器要素を、プラスチック材料で少なくとも部分的に取り囲み、振動可能な膜部と一体化する。

Claims

音響変換器（１）であって、
ハウジング（５）と、少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）と、ダイアフラム容器（７）および電気音響的に動作する少なくとも１つの変換器要素（３）を含む機能群（２）とを備え、
前記ダイアフラム容器（７）が、振動可能な膜部（８）と壁部（６）とを有し、
前記少なくとも１つの変換器要素（３）が、前記膜部（８）の振動を励起させ、および／または前記膜部（８）の振動を電気信号に変換するように構成され、
少なくとも、前記ダイアフラム容器（７）および前記ハウジング（５）の少なくとも一部がプラスチック材料で形成され、
少なくとも、前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）が、前記ダイアフラム容器（７）および／または前記ハウジング（５）の少なくとも一部を当該音響変換器（１）の外部の環境から、特に当該音響変換器（１）の設置環境から振動力学的に分離するように構成され、
前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、前記ダイアフラム容器（７）、特に前記ダイアフラム容器（７）の壁部（６）と一体化され、および／または、前記ハウジング（５）の少なくとも一部と一体化され、
前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、一方の側で前記ダイアフラム容器（７）に埋め込まれ、前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、剪断力による滑りに対して保護するように周方向の縁部に当接する、
ことを特徴とする音響変換器（１）。
請求項１に記載の音響変換器（１）において、前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、前記音響変換器（１）の外部の環境と、前記ダイアフラム容器（７）および／または前記ハウジング（５）の少なくとも一部との間に配置されていることを特徴とする音響変換器（１）。
請求項１または２に記載の音響変換器（１）において、
前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は少なくとも１つの凹部（１５、１６）を有し、
前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）が前記ダイアフラム容器（７）および／または前記ハウジング（５）の少なくとも一部と嵌合によりおよび／または材料接合により結合されるように、前記凹部（１５、１６）にプラスチック材料が充填されている、
ことを特徴とする音響変換器（１）。
請求項３に記載の音響変換器（１）において、前記少なくとも１つの凹部（１５）はアンダーカットを示す音響変換器（１）。
請求項３または４に記載の音響変換器（１）において、前記少なくとも１つの凹部（１６）は孔状凹部を示すことを特徴とする音響変換器（１）。
請求項１から５までのいずれか１項に記載の音響変換器（１）において、前記少なくとも一つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）が前記ダイアフラム容器（７）および／または前記ハウジング（５）の少なくとも一部と嵌合により結合されるように、前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は前記ダイアフラム容器（７）および／または前記ハウジング（５）の少なくとも一部に少なくとも部分的に埋め込まれていることを特徴とする音響変換器（１）。
請求項１から６までのいずれか１項に記載の音響変換器（１）において、当該音響変換器（１）の前記機能群（２）と前記ハウジング（５）の少なくとも一部とは、プラスチック材料で一体的に構成されているか、または、繊維−プラスチック複合構成として構成されていることを特徴とする音響変換器（１）。
請求項７に記載の音響変換器（１）において、前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、前記音響変換器（１）の前記機能群（２）のプラスチック材料、特に熱硬化性プラスチックと接着し、前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、前記ハウジング（５）の少なくとも一部および／または前記ダイアフラム容器（７）の前記壁部（６）と材料接合により結合されていることを特徴とする音響変換器（１）。
請求項１から８までのいずれか１項に記載の音響変換器を製造する方法であって、
少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）を射出成形機のツールの第１のキャビティ内に導入するステップ（１００）と、
プラスチック材料を前記第１のキャビティ内に注入して、前記分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）を少なくとも部分的に、
プラスチック材料と接着させ、および／または、
プラスチック材料で充填させ、および／または、
プラスチック材料によって取り囲む、
ことにより、壁部（６）と振動可能な膜部（８）と分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）とを有するダイアフラム容器（７）を形成するステップ（１１０）と
を備え、
前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）を前記ダイアフラム容器（７）、特に前記ダイアフラム容器（７）の前記壁部（６）と一体化することを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、前記射出成形機のツールの第１のキャビティは、
当該第１のキャビティへのプラスチック材料の注入により前記ダイアフラム容器（７）が前記音響変換器（１）のハウジング（５）と一体的に成形されるように構成されており、前記少なくとも１つの分離部（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ）は、前記ダイアフラム容器（７）、特にダイアフラム容器（７）の前記壁部（６）と一体化することを特徴とする方法。
請求項９または１０に記載の方法において、電気音響的に動作する少なくとも１つの変換器要素（３）を前記射出成形機の当該ツールの第２のキャビティ内に導入するステップ（１２０）と、
プラスチック材料を前記第２のキャビティ内に注入するステップ（１１０）と
をさらに備え、
前記少なくとも１つの変換器要素（３）をプラスチック材料によって少なくとも部分的に取り囲み、前記変換器要素（３）を振動可能な膜部（８）と一体化することを特徴とする方法。
請求項１から８までのいずれかに記載の音響変換器（１）を備える超音波センサ。