KR101250539B1 - 초음파센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

제조가 용이하게 이루어질 수 있도록 구조가 개선된 초음파센서를 제공한다. 이를 위한 초음파센서는 초음파를 발생시키는 진동부재와, 상면은 개구되도록 형성되고, 내부공간이 형성되도록 진동부재의 상면의 가장자리를 따라 형성된 것으로, 진동부재의 상면으로부터 상방으로 특정 높이로 단이지도록 형성된 단턱부와, 단턱부의 상면으로부터 일정 깊이 인입되도록 형성된 수용부를 포함하는 하우징과, 하우징의 내부공간에 채워진 것으로, 진동부재의 상면으로부터 하우징의 개구된 상면보다 낮은 높이까지 채워진 흡음제와, 하우징의 내부공간에서 흡읍재가 채워지지 않은 나머지 공간에 채워진 충진제와, 진동부의 상면에 접착된 압전부재와, 하우징의 수용부에 전기적으로 연결된 제1리드선과, 압전부재에 전기적으로 연결된 제2리드선을 포함한다. 이에 따라, 하우징에 수용부가 형성되어 있으므로, 제1리드선을 하우징에 전기적으로 연결하는 과정에서 제1리드선이 수용부에 안정적으로 수용된 상태에서 은으로 열융착하여 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 제조가 용이하게 이루어질 수 있으므로, 제조시간을 감소시켜서 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

초음파센서 및 그 제조방법{Ultrasonic Sensor and method of manufacturing the same}

본 발명은 초음파센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 후면 또는 측면에 장착되어 인접한 부재와의 거리를 측정하는데 사용되는 초음파센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 초음파센서는 차량의 후면 또는 측면에 장착되어 벽면이나 차량 등에 차량이 인접하게 되었음을 감지한다. 이를 위한 초음파센서는 전압이 인가되면 초음파가 출력된 다음 인접한 물체에 반사되었다가 입사될 때까지의 시간을 측정하여 인접한 물체까지의 거리를 간접적으로 측정한다.

한국등록특허 10-0501677(공개일 2004. 12. 16)에는 거리 측정을 위해 차량의 후방 경보기용으로 사용되는 진동장지용 초음파 센서 구조가 개시되어 있다.

종래의 초음파센서의 구조의 일예로 진동판이 형성된 하우징과, 압전 세라믹 소자와, 복수개의 리드선들을 포함할 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 초음파센서를 제조하는 과정에서 리드선을 하우징에 전기적으로 연결하는 방법으로, 용융된 은을 리드선의 금속부에 접촉시켜서 하우징의 내벽면에 접촉시키고 경화시킨다. 즉, 작업자가 리드선을 특정 위치에 고정시킨 상태에서 용융액의 경화가 이루어지게 해야 함으로써, 제조가 용이하지 않아 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 제조가 용이하게 이루어질 수 있도록 구조가 개선된 초음파센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파센서는, 초음파를 발생시키는 진동부재와, 상면은 개구되도록 형성되고, 내부공간이 형성되도록 상기 진동부재의 상면의 가장자리를 따라 형성된 것으로, 상기 진동부재의 상면으로부터 상방으로 특정 높이로 단이지도록 형성된 단턱부와, 상기 단턱부의 상면으로부터 일정 깊이 인입되도록 형성된 수용부를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 내부공간에 채워진 것으로, 상기 진동부재의 상면으로부터 상기 하우징의 개구된 상면보다 낮은 높이까지 채워진 흡음제와, 상기 하우징의 내부공간에서 상기 흡읍재가 채워지지 않은 나머지 공간에 채워진 충진제와, 상기 진동부의 상면에 접착된 압전부재와, 상기 하우징의 수용부에 전기적으로 연결된 제1리드선과, 상기 압전부재에 전기적으로 연결된 제2리드선을 포함한다.

본 발명에 따른 초음파센서 제조방법은 하우징을 마련하는 단계와, 진동부재를 마련하는 단계와, 압전부재를 마련하는 단계와, 상기 압전부재의 하면 또는 진동부재의 상면에 접착액을 도포하고, 상기 압전부재를 진동부재 상에 배치하는 단계와, 일단에 열융착액이 형성된 제1리드선을 하우징의 수용부에 배치하는 단계와, 상기 압전부재를 상기 진동부재 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선의 융착액을 경화시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 초음파센서는 하우징에 수용부가 형성되어 있으므로, 제1리드선을 하우징에 전기적으로 연결하는 과정에서 제1리드선이 수용부에 안정적으로 수용된 상태에서 은으로 열융착하여 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 제조가 용이하게 이루어질 수 있으므로, 제조시간을 감소시켜서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1리드선이 하우징의 수용부에 수용된 상태에서 흡음제와 충진제가 하우징의 내부공간에 채워져 있으므로, 외부의 수분에 의해 제1리드선이 부식되어 파손되는 것이 방지될 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서 제조방법은 압전부재를 상기 진동부재 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선의 융착액을 경화시킨다. 따라서, 제조시간을 크게 단축시킬 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 제1리드선을 하우징의 수용부에 수용시킨 상태에서 경화가 이루어질 수 있으므로, 제1리드선이 하우징의 특정 위치에 정확하게 고정될 수 있다. 그러므로, 제조의 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서에서 압전부재와 제1및 제2리드선을 하우징으로부터 분리하여 도시한 분해사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서의 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서 제조방법의 각 단계를 순차적으로 도시한 단면도.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서(100)는, 진동부재(110)와, 하우징(120)과, 흡음제(130)와, 충진제(140)와, 압전부재(150)와, 제1리드선(160)과, 제2리드선(170)을 포함한다.

진동부재(110)는 초음파를 발생시킨다.

하우징(120)은 초음파센서(100)의 몸체가 된다. 하우징(120)의 상면은 개구되도록 형성되고, 내부공간이 형성되도록 상기 진동부재(110)의 상면의 가장자리를 따라 형성된다. 이러한 하우징(120)은 단턱부(121)와, 수용부(122)를 포함한다. 단턱부(121)는 상기 진동부재(110)의 상면으로부터 상방으로 특정 높이로 단이지도록 형성된다. 수용부(122)는 상기 단턱부(121)의 상면으로부터 일정 깊이 인입되도록 형성된다.

하우징(120)과 진동부재(110)는 일체로 형성되는 것도 가능하고, 진동부재(110)는 하우징(120)과 별도로 제조되어 하우징(120)에 결합시키는 것도 가능하다. 하우징(120)의 소재의 일예로 알루미늄일 수 있다.

흡음제(130)는 상기 하우징(120)의 내부공간에 채워진 것으로, 상기 진동부재(110)의 상면으로부터 상기 하우징(120)의 개구된 상면보다 낮은 높이까지 채워진다. 흡음제(130)는 진동부재(110)에서 발생되는 진동이 하우징(120)의 상측으로 전달되는 것을 방지한다. 흡음제(130)의 소재일 일예로 톱밥일 수 있다. 톱밥은 0.5㎜ 내지 2.5㎜의 크기로 이루어질 수 있다.

충진제(140)는 상기 하우징(120)의 내부공간에서 상기 흡음제(130)가 채워지지 않은 나머지 공간에 채워진다. 충진제(140)의 소재의 일예로 에폭시, 실리콘 및 고무 중 선택된 하나일 수 있다. 충진제(140)는 외부의 접촉이나 수분으로부터 하우징(120) 내부의 압전부재(150), 제1리드선(160), 제2리드선(170)을 보호하는 역할을 한다.

압전부재(150)는 상기 진동부재(110)의 상면에 접착된다. 압전부재(150)에 전기가 인가되면 압전부재(150)가 진동하여 초음파를 송신한다. 압전부재(150)의 일예로 압전 세라믹 소자일 수 있다.

제1리드선(160)은 상기 하우징(120)의 수용부(122)에 전기적으로 연결된다.

제2리드선(170)은 상기 압전부재(150)에 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 초음파센서(100)는 하우징(120)의 단턱부(121)에 수용부(122)가 형성되어 있으므로, 제1리드선(160)을 하우징(120)에 전기적으로 연결하는 과정에서 제1리드선(160)이 수용부(122)에 안정적으로 수용된 상태에서 은으로 열융착하여 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 제조가 용이하게 이루어질 수 있으므로, 제조시간을 감소시켜서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1리드선(160)이 하우징(120)의 수용부(122)에 수용된 상태에서 흡음제와 충진제(140)가 하우징(120)의 내부공간에 채워져 있으므로, 외부의 수분에 의해 제1리드선(160)이 부식되어 파손되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 초음파센서(100)는 공진주파수 보정부재(180)를 더 포함할 수 있다. 공진주파수 보정부재(180)는 온도에 의해 변화된 공진주파수를 보정하는 역할을 한다. 공진주파수 보정부재(180)는 하우징(120)의 내부공간에 채워진 상기 흡음제(130) 또는 충진제(140)에 수용되도록 형성된다. 공진주파수 보정부재(180)의 일부는 흡음제(130)에 수용되고, 나머지 일부는 충진제(140)에 수용되는 것도 가능하다.

상기 공진주파수 보정부재(180)는 연성필름(181)과, 패턴부(182)를 포함한다. 연성필름(Flexible Film, 181)은 상기 하우징(120)의 내부공간에 수용 가능하도록 형성되고 적어도 하나의 층으로 형성된다. 연성필름(181)의 소재의 일예로 폴리에스테르(PET, Polyester) 또는 폴리이미드(PI, Polyimide)와 같은 내열성 플라스틱 필름일 수 있다. 연성필름(181)은 하우징(120) 내부에 휘어진 상태로 수용될 수 있다.

패턴부(182)는 상기 연성필름(181)에 특정 패턴으로 적어도 하나의 층을 이루도록 형성된다. 그리고, 패턴부(182)는 제2리드선(170) 상에 전기적으로 연결된다. 패턴부(182)의 소재의 일예로 구리 등의 금속재질로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구조로 이루어진 공진주파수 보정부재(180)에 의래 공진주파수가 보정되는 것은 수학식 1을 통해 설명될 수 있다.

여기서 f는 공진주파수, L은 인덕턴스, C는 커패시턴스이다

일반적인 초음파센서는 외부의 온도에 의해 공진주파수가 변경되는데, 이러한 공진주파수의 변경에 따라 초음파센서로부터 출력되는 초음파의 출력이 감소되어 인접한 물체와의 거리를 정확하게 측정하기 어려워질 수 있다.

그러나, 상기와 같은 구조로 이루어진 초음파센서(100)는 외부 온도에 의해 공진주파수가 변화되더라도, 공진주파수 보정부재(180)에 의해 커패시턴스(C) 값이 변화되어 변화된 공진주파수가 초기의 공진주파수로 보정될 수 있다. 따라서, 초음파센서(100)로부터 출력되는 초음파의 출력이 감소되지 않으므로, 인접한 물체의 거리를 안정적으로 측정할 수 있다.

전술한 구조와 달리 커패시턴스를 조절하여 공진주파수를 보정하기 위해 적어도 하나의 콘덴서(condenser)가 실장된 별도의 회로기판을 배치하는 경우, 초음파센서 내부의 구조가 본 발명의 초음파센서(100)보다 복잡해져서, 제조 공정이 단순해지기 어려운 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 초음파센서(100)는 공진주파수 보정부재만 제2리드선 상에 설치하여 간단하게 제조할 수 있으므로, 제조 공정이 단순해질 수 있다.

이하에서는 전술한 구조로 이루어진 초음파센서 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서 제조방법은 하우징을 마련하는 단계와, 진동부재를 마련하는 단계와, 압전부재를 마련하는 단계와, 상기 압전부재의 하면 또는 진동부재의 상면에 접착액을 도포하고, 상기 압전부재를 진동부재 상에 배치하는 단계와, 일단에 열융착액이 형성된 제1리드선을 하우징의 수용부에 배치하는 단계와, 상기 압전부재를 상기 진동부재 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선의 융착액을 경화시키는 단계를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서 제조방법의 각단계를 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 도 3을 참조하면, 하우징(120)을 마련한다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 진동부재(110)를 마련하고, 압전부재(150)를 마련하며, 압전부재(150)의 하면 또는 진동부재(110)의 상면에 접착액(151)을 도포한다. 그리고, 상기 압전부재(150)를 진동부재(110) 상에 배치한다. 다음으로, 일단에 열융착액이 형성된 제1리드선(160)을 하우징(120)의 수용부(122)에 배치한다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 별도의 지그(200)를 이용하여 상기 압전부재(150)를 상기 진동부재(110) 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착한다. 이와 동시에 상기 제1리드선(160)의 융착액을 경화시킨다.

최종적으로, 도 2로 되돌아가서, 상기 압전부재(150)를 상기 진동부재(110) 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선(160)의 융착액을 경화시키는 단계 이후에는, 상기 하우징(120) 내부에 흡음제(130)와 충진제(140)를 순차적으로 채워 넣는다. 흡음제(130)와 충진제(140)는 전술하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.

전술한 초음파센서 제조방법과 다르게 제1리드선을 경화시키는 과정과, 압전부재를 가열 압착하는 과정이 별도로 이루어지는 경우, 제1리드선을 경화시키는 동안 다른 작업을 수행할 수 없으므로, 생산성이 떨어진다. 그러나, 상기와 같은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파센서 제조방법은 압전부재(150)를 상기 진동부재(110) 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선(160)의 융착액을 경화시킨다. 따라서, 제조시간을 크게 단축시킬 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 제1리드선(160)을 하우징(120)의 수용부(122)에 수용시킨 상태에서 경화가 이루어질 수 있으므로, 제1리드선(160)이 하우징(120)의 특정 위치에 정확하게 고정될 수 있다. 그러므로, 제조의 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 제1리드선(160)이 하우징(120)의 수용부(122)에 수용된 이후에 흡음제(130)와 충진제(140)(140)가 채워져서 외부의 접촉이나 수분에 제1리드선(160)이 영향을 받지 않게 됨으로써, 초음파센서(100)의 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 압전부재(150)를 마련하는 단계는 상기 압전부재(150)에 제2리드선(170)을 열융착시키는 단계를 포함할 수 있다. 압전부재에 제2리드선이 결합되지 않은 상태에서 압전부재를 진동부재에 결합시키고, 압전부재에 제2리드선을 결합하는 경우에는 협소한 하우징 내부에 제2리드선을 결합해야 하므로, 제조가 어려울 수 있다. 그러나, 상기와 같이 제2리드선(170)이 압전부재(150)에 결합된 상태에서 압전부재(150)를 진동부재(110)에 결합시키면 제2리드선(170)을 압전부재(150)에 용이하게 결합시킬 수 있으므로, 초음파센서(100)를 더욱 용이하게 제조할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 초음파센서 110: 진동부재
120: 하우징 121: 단턱부
122: 수용부 130: 흡음제
140: 충진제 150: 압전부재
160: 제1리드선 170: 제2리드선
180: 공진주파수 보정부재 181: 연성필름
182: 패턴부

Claims (6)

1. 초음파를 발생시키는 진동부재;
   상면은 개구되도록 형성되고, 내부공간이 형성되도록 상기 진동부재의 상면의 가장자리를 따라 형성된 것으로, 상기 진동부재의 상면으로부터 상방으로 특정 높이로 단이지도록 형성된 단턱부와, 상기 단턱부의 상면으로부터 일정 깊이 인입되도록 형성된 수용부를 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 내부공간에 채워진 것으로, 상기 진동부재의 상면으로부터 상기 하우징의 개구된 상면보다 낮은 높이까지 채워져서, 상기 진동부재로부터 일방향으로 발생되는 초음파 에너지를 흡수하는 흡음제;
   상기 하우징의 내부공간에서 상기 흡음제가 채워지지 않은 나머지 공간에 채워진 충진제;
   상기 진동부의 상면에 접착된 압전부재;
   상기 하우징의 수용부에 전기적으로 연결된 제1리드선; 및
   상기 압전부재에 전기적으로 연결된 제2리드선;을 포함하고,
   상기 하우징의 내부공간에 채워진 상기 흡음제 또는 충진제에 수용되도록 형성된 것으로, 적어도 하나의 층으로 형성된 연성필름과, 상기 연성필름에 특정 패턴으로 적어도 하나의 층을 이루도록 형성되고 상기 제2리드선에 전기적으로 연결된 패턴부를 포함하는 공진주파수 보정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 흡음제는 0.5㎜ 내지 2.5㎜의 크기로 이루어진 톱밥인 것을 특징으로 하는 초음파센서.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 구조로 이루어진 초음파센서를 제조하는 방법에 있어서,
   하우징을 마련하는 단계;
   진동부재를 마련하는 단계;
   압전부재를 마련하는 단계;
   상기 압전부재의 하면 또는 진동부재의 상면에 접착액을 도포하고, 상기 압전부재를 진동부재 상에 배치하는 단계;
   일단에 열융착액이 형성된 제1리드선을 하우징의 수용부에 배치하는 단계; 및
   상기 압전부재를 상기 진동부재 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선의 융착액을 경화시키는 단계;
   를 포함하는 초음파센서 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 압전부재를 마련하는 단계는,
   상기 압전부재에 제2리드선을 열융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파센서 제조방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 압전부재를 상기 진동부재 방향으로 특정 온도로 가열하면서 압착함과 동시에 상기 제1리드선의 융착액을 경화시키는 단계 이후에는,
   상기 하우징 내부에 흡음제와 충진제를 순차적으로 채워 넣는 것을 특징으로 하는 초음파센서 제조방법.

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