JP7418582B2

JP7418582B2 - 超音波センサのためのダイアフラムの製造方法および超音波変換器のためのダイアフラム

Info

Publication number: JP7418582B2
Application number: JP2022535456A
Authority: JP
Inventors: ノイゲバウアー，エーファ－マリア; リーベルト，トビアス; ベッティヒャー，シュテファニー; ユンカー，マルクス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2040-11-18
Also published as: CN114786826A; KR20220110819A; EP4072742A1; WO2021115740A1; JP2023505997A; DE102019219391A1; US20230018337A1

Description

本発明は、車両コンポーネントの製造、とりわけコーティングのための方法および超音波センサのためのダイアフラムに関する。

独国特許出願公開第１０２００９０３４４１８号明細書から、超音波センサのためのダイアフラムの製造方法が知られており、この方法では、透明に形成されたアクリル粉末層の付着を改善させるため、ダイアフラムの外表面領域上に不動態化層が施される。

これを出発点として、本発明の基礎になっている課題は、後続層のより多くの選択肢をダイアフラム上に配置できる、車両コンポーネントの製造、とりわけコーティングのための方法および超音波センサのためのダイアフラムを開発することである。

この課題を解決するため、車両コンポーネントの製造、とりわけコーティングのための方法が説明される。とりわけ、車両コンポーネントとは、車両の外環境に対して露出した状態で配置されている車両のコンポーネントのことである。これに関する例は、車両の装飾カバーまたは車両外面に配置されたセンサである。

この方法では、最初に、金属材料から成る外表面を有する車両コンポーネントが提供される。その次に車両コンポーネントの外表面領域が脱脂される。続いて車両コンポーネントの外表面領域が酸洗い（ピックリング）される。その後、車両コンポーネントの外表面領域上に、第２の層として第２の不動態化層が施される。後から施されるこの第２の不動態化層の予備活性化のため、外表面領域上に第１の層として第１の不動態化層が、とりわけヘキサフルオロチタン酸を使って堆積される。この場合、第１の不動態化層は、酸洗いされた外表面への改質作用を有しており、続いて堆積される第２の不動態化層の成長を促進する。これにより第２の不動態化層は、第１の不動態化層上で明らかに早く成長し、全体として、第１および第２の不動態化層から構成された不動態化層が生じる。この複合的な不動態化層は、表面エネルギーの狙い通りの調整を有している。とりわけ、この複合的な不動態化層は７０ｍＮ／ｍ超の表面エネルギーを有している。この場合、表面エネルギーの分散成分および極性成分は、不動態化層のすぐ上に施される後続層のより多くの選択肢の安定した付着、したがって優れた腐食防止が達成され得るように調整されている。この関連ではとりわけ分散成分が極性成分より大きな値の表面エネルギーを有する。この関連ではとりわけ極性成分が少なくとも２５ｍＮ／ｍの表面エネルギーを、および分散成分が少なくとも４５ｍＮ／ｍの表面エネルギーを有する。好ましいのは、車両コンポーネントとして超音波センサのためのダイアフラムが製造、とりわけコーティングされることである。この場合は最初に例えばアルミニウムのような金属材料から成るダイアフラム本体が提供される。その次にダイアフラム本体の外表面領域が脱脂され、続いてダイアフラム本体の脱脂された外表面領域が酸洗いされる。その次に、後に続いて施される第２の不動態化層の予備活性化のため、第１の層として第１の不動態化層が外表面領域上に堆積される。この第１の層の堆積は、とりわけヘキサフルオロチタン酸を使って行われる。

とりわけダイアフラム本体の、外表面領域の酸洗いおよび外表面領域上への第１の層としての第１の不動態化層の堆積が同時に、とりわけ酸洗い不動態化の際に行われることが好ましい。

第２の不動態化層上に、金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層が施されることが好ましい。このようなプライマー層は、後から施される層のための下塗りとして働き、しかしこの関連ではダイアフラム本体の金属材料の腐食に対する防止作用も有する。

脱脂された表面領域が、酸洗いプロセスの際に、とりわけフッ化水素および／または硫酸二水素塩および／またはリン酸三水素塩をベースとして合成されたクロムフリーの酸洗い剤で処理されることが好ましい。この処理は、浸漬プロセスにおいてまたはその代わりにスプレープロセスにおいて行われ得る。このようなクロムフリーの酸洗い剤は、健康への害が比較的少ない。

さらに、プライマー層上に第４の層としてとりわけポリウレタンベースで合成された液状塗料が施されることが好ましい。このような液状塗料は、機能的特性（例えば耐薬品性および防キズ性）ならびに美的特性（例えば色調および光沢）を有する。液状塗料は、とりわけ表面仕上げとしての単層トップコートである。その代わりに液状塗料は、ベース塗料とその上に施された透明塗料系でもあり得る。

第２の不動態化層上に第５の層として粉末塗料が施されることがさらに好ましい。このような粉末塗料も、機能的特性（例えば耐薬品性および防キズ性）ならびに美的特性（例えば色調および光沢）を有する。さらにその代わりに、第２の不動態化層上に第６の層として２成分系ハイドロ塗料が施される。

本発明のさらなる対象は、金属材料から成るダイアフラム本体を備えた超音波変換器のためのダイアフラムである。このダイアフラムは、とりわけ、超音波センサのためのダイアフラムの製造、とりわけコーティングのための前述の方法を使って製造されている。この場合、ダイアフラム本体の、前もって酸洗いされ、とりわけ脱脂もされた外表面領域のすぐ上に、第１の層として第１の不動態化層が、第２の不動態化層の予備活性化のために配置されている。これに加え、第１の不動態化層のすぐ上に第２の不動態化層が配置されている。第１の不動態化層および第２の不動態化層から構成されたこのような不動態化層は、この複合的な不動態化層のすぐ上に、層のより多くの選択肢が配置され得るという利点を提供する。

不動態化層上に、金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層が配置されていることが好ましい。このようなプライマー層は、後から施される層のための下塗りとして働くだけでなく、この関連では、ダイアフラム本体の金属材料の腐食に対する防止作用も有する。プライマー層は、この関連では、エポキシベースまたはポリウレタンベースで合成されることが好ましい。とりわけこれはハイドロベースの２成分系である。プライマー層が、３０μｍ～４０μｍの範囲内の層厚を有することがさらに好ましい。プライマー層上に、第４の層として液状塗料層が配置されていることが好ましい。

ダイアフラム本体が外側面および内側面を有することが好ましい。この場合、外側面は、とりわけ超音波センサの超音波信号の送信方向に配置されている。この関連ではダイアフラムの内側面は、とりわけ超音波センサのダイアフラムカップの内部空間の方向に配置されている。この場合、ダイアフラムの外側面の外表面領域上にも内側面の外表面領域上にも、第１および第２の不動態化層を有する複合的な不動態化層がある。したがってこの複合的な不動態化層の比較的強い付着作用により、ダイアフラム本体の外側面は様々な防止層および有色層を備え得る。複合的な不動態化層の比較的強い付着作用により、ダイアフラム本体の内側面には例えば圧電セラミクスがより簡単に固定され得る。

第２の不動態化層が、ジルコニア－シラン（Zirkonsilan）化合物または有機金属化合物として形成されていることが好ましい。これらの化合物は、強い腐食防止と、後続の塗料層に対するおよび／または上に接着すべき圧電素子の接着剤に対する十分な付着媒介とを提供する。

第１および第２の不動態化層が、併せて３０ｎｍ～１００ｎｍの範囲内の層厚、とりわけ４５ｎｍ～５５ｎｍの範囲内の層厚を有することが好ましい。これにより、第１の不動態化層上での第２の不動態化層のより早い成長によって複合的な不動態化層が生じ、この複合的な不動態化層には、後続層のより多くの選択肢が付着する。とりわけ、例えば腐食防止塗料層のような有機被膜への結合が増強される。これに加え、第１および第２の不動態化層から構成された層が腐食防止を改善させている。

第１および第２および／または第３および／または第４の層が併せて最大で１２０μｍの全層厚を有することがさらに好ましい。これにより超音波センサの機能が保証される。

第５の層としての粉末塗料が、第２の不動態化層上に、とりわけすぐ上に配置されていることがさらに好ましい。その代わりに第６の層としての２成分系ハイドロ塗料が、第２の不動態化層上に、とりわけすぐ上に配置されていることが好ましい。

ダイアフラム本体が、とりわけ超音波センサのダイアフラムカップとして形成されていることがさらに好ましい。このダイアフラムカップは、とりわけダイアフラムカップの底を形成している振動可能なダイアフラム面を有する。

本発明のさらなる対象は、前述のダイアフラムを備えた超音波センサである。この超音波センサは、超音波信号を送信および／または受信するために形成されており、とりわけ車両の駐車補助において使用され得る。

車両コンポーネントとしての超音波センサのためのダイアフラムの製造方法の第１の実施形態を示す図である。金属材料から成るダイアフラム本体を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第１の実施形態を示す図である。金属材料から成るダイアフラム本体を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第２の実施形態を示す図である。金属材料から成るダイアフラム本体を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第３の実施形態を示す図である。金属材料から成るダイアフラム本体を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第４の実施形態を示す図である。ダイアフラムを備えた超音波センサのダイアフラムカップの一実施形態を示す図である。

図１は、車両コンポーネントの製造、とりわけコーティングのための方法の一実施形態をフローチャートの形態で示している。より良い説明のため、ここでは超音波センサのためのダイアフラムの製造が示される。この場合、第１のステップ１０では、金属材料から成る、例えばアルミニウムから成るダイアフラム本体が提供される。次のステップ２０では、金属ダイアフラム本体の外表面領域が脱脂される。この脱脂は、例えばアルカリ浸漬脱脂を用いた処理によって実施される。しかしその代わりに、脱脂は酸脱脂またはスプレー脱脂によっても実施され得る。表面の脱脂に続いて、付着している浴溶液を洗い落とすためにダイアフラム本体が洗浄される。次のステップ３０では、ダイアフラム本体の外表面領域が酸洗いされ、これによりダイアフラム本体の外表面領域の一部が除去される。脱脂された表面領域の酸洗いでは、例えばフッ化水素および／または硫酸二水素塩および／またはリン酸三水素塩をベースとするとりわけクロムフリーの酸洗い剤が使用される。酸洗いプロセスは、とりわけ浸漬プロセスにおいてまたはスプレープロセスにおいて実施される。これに加え、脱脂された表面領域は酸洗いの際に表面酸化物が除去される。この表面酸化物除去では、酸洗い剤が、脱脂プロセスに従ってアルカリ性の脱脂された表面領域が酸洗いの際に中和されるように調整される。次のステップ４０では、外表面領域上に第１の層として第１の不動態化層が堆積される。この場合、第１の不動態化層はとりわけヘキサフルオロチタン酸を使って堆積される。それに続いてダイアフラム本体が再び洗浄される。第１の不動態化層は、次のステップ５０で第１の不動態化層上に施される第２の不動態化層の形成の予備活性化に役立つ。これにより、第１および第２の不動態化層から構成された不動態化層が生じる。それに続いてダイアフラム本体が再び洗浄され、続いて乾燥される。その後、この方法が終了される。

任意選択で、ステップ３０およびステップ４０が同時に、とりわけ共通の浸漬浴内で、酸洗い不動態化ステップにおいて行われる。

ステップ５０の次にくる任意選択のステップ６０では、第２の不動態化層上にさらに、ダイアフラム本体の金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層が施される。さらなる任意選択のステップ７０では、プライマー層上に第４の層としてとりわけポリウレタンベースの液状塗料が施される。液状塗料は、とりわけ表面仕上げとしての単層トップコートである。その代わりに液状塗料は、ベース塗料とその上に施された透明塗料系でもあり得る。

図２ａは、金属材料から成るダイアフラム本体１００を備えた超音波変換器のためのダイアフラム１０１ａを概略的に示している。このダイアフラム本体１００は、金属材料から成る、とりわけアルミニウムから成る振動可能なダイアフラム面として形成されている。このダイアフラム本体１００を使って送信される超音波信号１５０ａおよび受信される超音波信号１５０ｂが概略的に図示されている。ダイアフラム本体１００の酸洗いされた外表面領域１０６上には第１の不動態化層１０５が配置されている。この第１の不動態化層１０５は、第１の不動態化層１０５のすぐ上に配置される第２の不動態化層１１０の結晶形成の予備活性化に役立つ。これにより、第１の不動態化層１０５および第２の不動態化層１１０から構成された不動態化層１０７が生じる。この場合、第２の不動態化層１１０はジルコニア－シラン化合物として形成されている。その代わりに、第２の不動態化層１１０が有機金属化合物として形成されていてもよい。この実施形態では、第１の不動態化層１０５および第２の不動態化層１１０から構成された不動態化層１０７が、実質的に４０ｎｍの層厚１１１を有している。

ダイアフラム本体１００を備えた超音波変換器のためのダイアフラムのこの第１の実施形態１０１ａでは、第２の不動態化層１１０上に、ダイアフラム本体１００の金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層１２０が配置されている。このプライマー層は、この場合はエポキシベースで合成されている。しかしその代わりに、プライマー層がポリウレタンベースで合成されていてもよい。プライマー層１２０は、この実施形態では３０μｍ～４０μｍの範囲内の層厚１１２を有している。

さらに、この第１の実施形態ではプライマー層１２０上に液状塗料層１３５が施されており、液状塗料層１３５はベース塗料層１３０および透明塗料層１４０から構成されている。ベース塗料層１３０は、この場合は１０～２５μｍの範囲内の層厚１１３を有している。透明塗料層１４０は、この場合は２５～３５μｍの範囲内の層厚１１４を有している。

図２ｂは、金属材料から成るダイアフラム本体１００を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第２の実施形態１０１ｂを示している。このダイアフラム本体１００の内側面１０９ａには、第１の実施形態と同じ層が配置されている。この場合、第１の実施形態とは異なりダイアフラム本体１００の外側面１０９ｂにさらなる第１の不動態化層１５１が配置されている。そのうえこの場合はさらなる第１の不動態化層１５１上にさらなる第２の不動態化層１５２が配置されており、これにより第１の不動態化層１５１および第２の不動態化層１５２から構成されたさらなる不動態化層１０８に圧電セラミクス１２５がより良好に付着している。

図２ｃは、金属材料から成るダイアフラム本体１００を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第３の実施形態１０１ｃを示している。この場合、前出の実施形態とは異なり、第２の不動態化層１１０のすぐ上には粉末塗料層１６０が配置されている。

図２ｄは、金属材料から成るダイアフラム本体１００を備えた超音波変換器のためのダイアフラムの第４の実施形態１０１ｄを示している。この場合、前出の実施形態とは異なり、第２の不動態化層１１０のすぐ上には２成分系ハイドロ塗料層１７０が配置されている。

図３は、超音波センサのダイアフラム２００のダイアフラム本体としてのダイアフラムカップ２０１を示している。このダイアフラムカップ２０１の底２０４が、振動可能なダイアフラム面を有している。この振動可能なダイアフラム面は、車両の外装に取り付けた状態では車両の外面に空間をあけて配置されている。

ダイアフラムカップ２０１は、金属材料、とりわけアルミニウムから形成されている。このダイアフラムカップ２０１の外側面２０２の酸洗いされた外表面領域２０３は、第１の層としての第１の不動態化層２１０で直接的に覆われている。この第１の不動態化層２１０は、第２の層としての第２の不動態化層２１５の予備活性化に役立ち、第２の不動態化層２１５はここでもまた第１の不動態化層２１０のすぐ上に堆積されている。第２の不動態化層２１５のすぐ上にはここでもまた、ダイアフラムカップ２０１の金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層２２０が堆積されている。

Claims

少なくとも１つの車両コンポーネントの製造方法であって、前記方法が、
－金属材料から成る外表面領域（１０６、２０３）を有する前記車両コンポーネントを提供するステップ（１０）と、
－前記車両コンポーネントの前記外表面領域（１０６、２０３）を脱脂するステップ（２０）と、
－前記車両コンポーネントの前記外表面領域（１０６、２０３）を酸洗いするステップ（３０）と、
－前記車両コンポーネントの前記外表面領域（１０６、２０３）上に第２の層として第２の不動態化層（１１０、２１５）を施すステップ（５０）とを有し、
－後に続いて施される前記第２の不動態化層（１１０、２１５）の予備活性化のため、前記外表面領域（１０６、２０３）上に第１の層として第１の不動態化層（１０５、２１０）が、ヘキサフルオロチタン酸を使って堆積される（４０）ことを特徴とする方法。
前記車両コンポーネントとして超音波センサのためのダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）が製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記車両コンポーネントとして超音波センサのためのダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）がコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ダイアフラム本体（１００、２０１）の、前記外表面領域（１０６、２０３）の前記酸洗い（３０）および前記外表面領域（１０６、２０３）上への第１の層としての前記第１の不動態化層（１０５、２１０）の堆積（４０）が同時であって、酸洗い不動態化ステップで行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の不動態化層（１１０、２１５）上に、前記金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層（１２０、２２０）が施される（６０）ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
前記脱脂された外表面領域（１０６、２０３）が、前記酸洗い（３０）の際に、フッ化水素および／または硫酸二水素塩および／またはリン酸三水素塩をベースとするクロムフリーの酸洗い剤で、浸漬プロセスにおいてまたはスプレープロセスにおいて処理されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
さらに、前記プライマー層（１２０、２２０）上に第４の層としてポリウレタンベースの液状塗料（１３５）が施される（７０）ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
金属材料から成るダイアフラム本体（１００、２０１）を備えた超音波変換器のためのダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）であって、前記ダイアフラム本体（１００、２０１）の酸洗いされた外表面領域（１０６、２０３）上に、第２の層として第２の不動態化層（１１０、２１５）が配置されているダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）であって、
前記酸洗いされた外表面領域（１０６、２０３）上に、第１の層として第１の不動態化層（１０５、２１０）が、前記第２の不動態化層（１１０、２１５）の予備活性化のために配置されていることを特徴とするダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記第２の不動態化層（１１０、２１５）上に、前記金属材料の腐食防止のために第３の層としてプライマー層（１２０、２２０）が配置されていることを特徴とする請求項８に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記プライマー層（１２０、２２０）が、エポキシベースまたはポリウレタンベースで合成されていることを特徴とする請求項９に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記ダイアフラム本体（１００、２０１）が外側面（１０９ｂ、２０２）および内側面（１０９ａ）を有しており、かつ前記第１の不動態化層（１０５、２１０）および前記第２の不動態化層（１１０、２１５）が、前記ダイアフラム本体（１００、２０１）の前記外側面（１０９ｂ、２０２）および前記内側面（１０９ａ）の前記外表面領域（１０６、２０３）上に配置されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記第２の不動態化層（１１０、２１５）が、ジルコニア－シラン化合物または有機金属化合物として形成されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記第１の不動態化層（１０５、２１０）および前記第２の不動態化層（１１０、２１５）が、併せて３０ｎｍ～１００ｎｍの範囲内の層厚（１１１、１１２）を有することを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記プライマー層（１２０、２２０）が、３０μｍ～４０μｍの範囲内の層厚（１１３）を有することを特徴とする請求項９または１０に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記プライマー層（１２０、２２０）上に、第４の層として液状塗料層（１３５）が配置されていることを特徴とする請求項９、１０、および１４のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
前記ダイアフラム本体（１００、２０１）が、超音波センサのダイアフラムカップとして形成されており、前記ダイアフラムカップが、振動可能なダイアフラム面（２０４）を有することを特徴とする請求項８から１５のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）。
請求項８から１６のいずれか一項に記載のダイアフラム（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、２００）を備えた超音波センサ。