KR20080083208A - 초음파 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

초음파 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

압전 소자의 진동이 감쇠되기 어렵고, 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 가지며, 나아가 외부 응력에 내성을 갖는 초음파 센서를 제공한다. 초음파 센서(10)는 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(12)를 포함한다. 케이스(12)에는 바닥면에 압전 소자(16)가 형성되고, 개구부의 단면에 그 개구부를 덮는 감쇠재(18)를 개재하여 기판(20)이 부착된다. 핀 단자(22a, 22b)는 기판(20) 및 감쇠재(18)를 관통하도록 형성되고, 리드 선(24a, 24b) 등에 의해 압전 소자(16)에 전기적으로 접속된다. 케이스(12)의 내부에는 발포성 수지(26)가 충전된다.
압전 소자, 감쇠재, 위치 정밀도, 케이스, 핀 단자, 기판, 리드 선

Description

초음파 센서 및 그 제조방법{ULTRASONIC SENSOR AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 초음파 센서 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 예를 들어 자동차의 백 소나(back sonar) 등에 이용되는 초음파 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 4는 종래의 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다. 초음파 센서(1)는 알루미늄 등으로 형성된 바닥이 있는 통 형상의 케이스(2)를 포함한다. 케이스(2) 내부의 바닥면에는 압전 소자(3)의 한쪽 면이 접합된다. 이 압전 소자(3)를 덮도록 하여 케이스(2) 내부의 거의 전체에 발포성 실리콘 등의 발포성 수지(4)가 충전되어 있다. 또한, 발포성 수지(4)를 덮도록 하여 케이스(2)의 개구부에, 단자(5a, 5b)를 갖는 기판(6)이 부착된다. 기판(6)의 양면에는 각각 단자(5a, 5b)에 접속되는 전극(7a, 7b)이 형성된다. 한쪽 단자(5a)는 기판(6)의 내측에 형성된 전극(7a) 및 와이어(8)에 의해 압전 소자(3)의 다른쪽 면에 접속된다. 또한, 다른쪽 단자(5b)는 기판(6)의 외측에 형성된 전극(7b) 및 솔더(9)에 의해, 케이스(2)를 개재하여 압전 소자(3)의 한쪽 면에 접속된다.
이 초음파 센서(1)를 이용하여 피검출물까지의 거리를 측정할 경우, 단 자(5a, 5b)에 구동 전압을 인가함으로써 압전 소자(3)가 여진된다. 압전 소자(3)의 진동에 의해 케이스(2)의 바닥면도 진동하여, 도 4에 화살표로 나타내는 바와 같이 바닥면에 직교하는 방향으로 초음파가 방사된다. 초음파 센서(1)에서 방사된 초음파가 피검출물에서 반사하여 초음파 센서(1)에 도달하면, 압전 소자(3)가 진동하여 전기 신호로 변환되고 단자(5a, 5b)에서 전기 신호가 출력된다. 따라서, 구동 전압을 인가하고 나서 전기 신호가 출력되기까지의 시간을 측정함으로써 초음파 센서(1)에서 피검출물까지의 거리를 측정할 수 있다.
이 초음파 센서(1)에서는, 케이스(2)의 내부에 발포성 수지(4)가 충전되어 있음으로 인해 케이스(2) 전체의 진동을 억제할 수 있다. 또한, 발포성 수지(4)의 내부에 존재하는 다수의 발포 구멍에 의해 케이스(2)의 내측에 발생하는 초음파가 산란·흡수된다. 그로 인해, 케이스(2) 자체의 진동 및 케이스(2) 내부에 담긴 초음파의 쌍방을 효율적으로 억제할 수 있어 잔향 특성을 개선할 수 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본국 공개특허 평11-266498호 공보
이 초음파 센서(1)에서는 단자(5a, 5b)를 가지므로 자동 실장이 가능한 반면, 단자(5a, 5b)를 갖는 기판(6)이 케이스(2)의 측면에 직접 접촉하도록 부착되어 있기 때문에, 압전 소자(3)의 진동이 케이스(2) 및 기판(6)을 타고 전해져 단자(5a, 5b)에서 감쇠되어 버린다.
도 5는 이 발명의 배경이 되는 신규 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다. 도 5에 나타내는 초음파 센서(1')는 도 4에 나타내는 초음파 센서(1)와 비교하여 특히, 단자(5a, 5b)를 갖는 원판 형상의 기판(6a)이 케이스(2)에 직접 접촉하도록 부착되는 것이 아니라, 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(2)의 개구부에 끼워 넣어지는 실리콘 고무로 이루어지는 감쇠재(damping member)(6b)의 중앙의 구멍에 끼워 넣어짐으로써 발포성 수지(4)에 접촉하도록 부착되어 있다. 또한, 한쪽 단자(5a)는 와이어(8a)를 개재하여, 다른쪽 단자(5b)는 와이어(8b) 및 케이스(2)를 개재하여 각각 압전 소자(3)에 접속되어 있다.
도 5에 나타내는 초음파 센서(1')에서는, 기판(6a)이 케이스(2)에 직접 접촉하지 않으므로, 압전 소자(3)로부터 케이스(2)를 개재하여 기판(6a)이나 단자(5a, 5b)에의 진동의 전파가 감쇠재(6b)로 억제된다. 즉, 이 초음파 센서(1')에서는 압전 소자(3)의 진동이 기판(6a)이나 단자(5a, 5b)에 전해지기 어려워 감쇠되기 어렵다.
그러나 자동 실장화를 위해서는 단자에 대하여 매우 높은 위치 제어도가 요구되는데, 도 5에 나타내는 초음파 센서(1')에서는 단자(5a, 5b)를 갖는 기판(6a)이 감쇠재(6b)의 중앙의 구멍에 끼워 넣어지는 구조이기 때문에, 케이스(2)나 압전 소자(3)에 대하여 단자(5a, 5b)의 수직성이 나빠져, 케이스(2)나 압전 소자(3)에 대하여 단자(5a, 5b)의 선단 부분의 위치 정밀도가 저하해 버린다.
또한, 도 5에 나타내는 초음파 센서(1')에서는 실장된 후에 외부로부터의 응력이 인가되는 것을 상정한 경우, 예를 들면 천장면(압전 소자(3)측)으로부터 밀려 들어가면 유연한 발포성 수지(4)가 크게 변형되고, 내부에서 단자(5a, 5b)와 리드 선(8a, 8b)의 전기적인 접속 부분에 큰 응력이나 변위가 생겨 단선 등의 불량이 발생하기 쉽다.
그래서, 본 발명의 주된 목적은 압전 소자의 진동이 감쇠되기 어렵고, 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 가지며, 나아가 외부 응력에 내성을 갖는 초음파 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 바닥이 있는 통 형상의 케이스와, 케이스 내부의 바닥면에 형성되는 압전 소자와, 압전 소자에 전기적으로 접속되는 단자와, 단자가 고정되는 기판을 구비하고, 기판은 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠재를 개재하여 케이스에 부착되고, 감쇠재는 케이스의 개구부를 덮도록 케이스의 단면(端面)과 기판의 주면(主面) 사이에 형성된 초음파 센서이다.
본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 감쇠재는 케이스의 일부분 및 기판의 일부분을 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 단자는 기판 내부의 부분에 벤딩(bending) 가공이 실시되어 있는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 기판은 단자의 적어도 선단 근방 부분을 지지하기 위한 지지부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초음파 센서의 제조방법은, 바닥이 있는 통 형상의 케이스 내부의 바닥면에 압전 소자를 배치하는 공정과, 압전 소자와 기판에 고정되는 단자를 전기적으로 접속하는 공정과, 기판 및 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠재에, 충전재를 충전하기 위한 관통 구멍을 형성하는 공정과, 기판이 감쇠재를 개재하여 케이스에 부착되고, 또한 감쇠재가 케이스의 개구부를 덮도록 케이스의 개구부의 단면과 기판의 주면 사이에 감쇠재를 형성하는 공정과, 기판 및 감쇠재를 관통하는 관통 구멍을 통하여 케이스 내부에 충전재를 충전하는 공정을 구비한 초음파 센서의 제조방법이다.
한편, 본 발명에 따른 초음파 센서의 제조방법에 있어서 관통 구멍을 형성하는 공정에서는, 기판 및 감쇠재가 포개진 후에 그들에 동시에 관통 구멍을 형성해도 되고, 또는 기판 및 감쇠재에 따로따로 관통 구멍을 형성해도 된다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서의 제조방법에 있어서 감쇠재를 형성하는 공정에서는, 기판 및 감쇠재가 포개진 후에 감쇠재가 케이스의 개구부에 형성되어도 되고, 또는 감쇠재가 케이스의 개구부에 형성된 후에 기판이 감쇠재에 포개져도 된다.
본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 케이스에 압전 소자가 형성되고, 단자가 고정되어 있는 기판이 케이스의 개구부를 덮는 감쇠재를 개재하여 케이스에 부착되어 있으므로 기판이 케이스에 직접 접촉하지 않으며, 압전 소자로부터 기판이나 단자에의 진동의 전파가 감쇠재로 억제되어, 즉 압전 소자의 진동이 기판이나 단자에 전해지기 어려워 감쇠되기 어렵다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 감쇠재가 케이스의 단면과 기판의 주면 사이에 형성되어 있으므로, 기판의 주면이 감쇠재를 개재하여 비교적 단단한 케이스의 단면에 대향하게 되어 케이스나 압전 소자에 대하여 기판의 양호한 수평성이 얻어지고, 나아가서는 케이스나 압전 소자에 대하여 단자의 수직성이 향상하여 케이스나 압전 소자에 대하여 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도가 얻어진다.
나아가, 본 발명에 따른 초음파 센서에서는, 실장된 후에 예를 들면 천장면(압전 소자측)으로부터 밀려 들어가도 기판이나 단자에 대하여 케이스나 압전 소자가 거의 변위되지 않으므로, 내부에서 단자의 전기적인 접속 부분에 큰 응력이나 변위가 생기지 않아 단선 등의 불량이 발생하기 어렵다.
본 발명에 따른 초음파 센서에 있어서, 감쇠재가 케이스의 일부분 및 기판의 일부분을 덮도록 형성되면 케이스, 감쇠재 및 기판이 서로 위치 결정하기 쉬워지므로 초음파 센서의 조립이 용이해진다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서에 있어서, 단자는 기판 내부의 부분에 벤딩 가공이 실시되어 있을 경우, 단자가 기판에 대하여 강고하게 고정되므로 기판에 대하여 단자가 약간이라도 밀려 들어가거나 뽑히기 어려워져 단자의 선단 부분의 위치 정밀도가 향상한다. 게다가, 이 경우 단자의 위치를 기판의 한쪽 주면측과 다른쪽 주면측에 있어서 다르게 할 수 있으므로, 단자의 배치나 초음파 센서를 실장하는 배치의 자유도도 향상한다.
나아가, 본 발명에 따른 초음파 센서에 있어서, 기판이 단자의 적어도 선단 근방 부분을 지지하기 위한 지지부를 가지면, 지지부에 의해 단자의 선단 근방 부분이 지지되므로 단자의 선단 부분의 위치 정밀도가 향상한다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서의 제조방법에서는, 기판 및 감쇠재가 케이스에 배치되고 나서, 충전재가 기판 및 감쇠재에 형성되어 있는 관통 구멍을 통해 케이스의 내부에 충전된다. 그로 인해, 감쇠재가 케이스의 뚜껑재가 되어 케이스의 내부에 충전재를 빈틈없이 충전할 수 있을 뿐 아니라, 기판 및 감쇠재를 케이스의 단면에 배치한 수평성을 유지한 상태로 충전재가 충전되므로 핀 단자의 선단 부분의 위치 어긋남 등을 방지할 수 있다. 또한, 감쇠재가 케이스의 개구부의 단면측에 있어서 충전재에 의해 케이스의 내부로부터 지지 고정되게 되어, 감쇠재의 수평성을 유지하는 동시에, 예를 들면 외부에서 응력이 가해진다고 해도 핀 단자의 위치 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 압전 소자의 진동이 감쇠되기 어렵고 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 가지며, 나아가 외부 응력에 내성을 갖는 초음파 센서 및 그 제조방법이 얻어진다.
본 발명의 상술한 목적, 그 밖의 목적, 특징 및 이점은 도면을 참조하여 행하는 이하의 실시예의 설명으로부터 한층 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 센서의 다른 예를 나타내는 도해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 센서의 또 다른 예를 나타내는 도해도이다.
도 4는 종래의 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다.
도 5는 본 발명의 배경이 되는 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다.
<부호의 설명>
10 초음파 센서
12 케이스
14 공동부(空洞部)
16 압전 소자
18 감쇠재
20 기판
21 지지부
22a, 22b 핀 단자
24a, 24b 리드 선
26 발포성 수지
도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해도이다. 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)는 예를 들면 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(12)를 포함한다. 이 케이스(12)는 원판 형상의 바닥면부(12a)와 원통 형상의 측벽(12b)으로 구성된다. 케이스(12)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 형성된다. 케이스(12)의 내측의 공동부(14)는 예를 들면 단면 원 형상이 되도록 형성된다. 한편, 공동부(14)의 형상에 따라, 초음파 센서(10)에서 방사되는 초음파의 퍼짐 방식이 결정되기 때문에, 소망하는 특성에 따라 공동부(14)의 형상은 예를 들면 단면이 대략 타원 형상 등 다른 형상으로 설계 변경되어도 된다.
케이스(12)의 내부에 있어서, 바닥면부(12a)의 내면에는 압전 소자(16)가 부 착된다. 압전 소자(16)는 예를 들면 원판 형상의 압전체 기판의 양 주면에 전극을 형성한 것이다. 그리고, 압전 소자(16)의 한쪽 주면측의 전극이 도전성 접착제 등에 의해 바닥면부(12a)에 접착된다.
케이스(12)의 개구부의 단면에는 예를 들면 실리콘 고무로 이루어지는 감쇠재(18)가 부착된다. 감쇠재(18)는 케이스(12)나 압전 소자(16)로부터 외부에의 불필요한 진동의 전파와 외부로부터 케이스(12)나 압전 소자(16)에의 불필요한 진동의 침입을 억제하기 위한 것이다. 감쇠재(18)는 예를 들면 케이스(12)의 외경보다 약간 작지만 케이스(12)의 내경보다 약간 큰 외경을 갖는 원판 형상으로 형성된다. 또한, 감쇠재(18)는 그 한쪽 주면에서의 바깥둘레 부분이 케이스(12)의 개구부의 단면에 대향하면서 동시에 그 중심이 케이스(12)의 중심과 동일 직선상이 되도록 배치된다. 즉, 감쇠재(18)는 케이스(12)의 개구부를 덮도록 형성된다. 감쇠재(18)에는 그 양쪽 주면을 수직으로 관통하면서 동시에 케이스(12)의 공동부(14)에 통하도록 2개의 단자용 구멍(18a, 18b)과, 관통 구멍으로서의 1개의 수지용 구멍(18c)이 서로 간격을 두고 형성된다.
감쇠재(18)의 다른쪽 주면에는 예를 들면 유리 에폭시 기판을 이용한 원판 형상의 기판(20)이 부착된다. 기판(20)은 감쇠재(18)의 외경과 동일한 외경을 가지며, 그 한쪽 주면이 감쇠재(18)의 다른쪽 주면에 대향하면서 동시에 그 중심이 케이스(12)의 중심 및 감쇠재(18)의 중심과 동일 직선상이 되도록 배치된다. 그로 인해, 감쇠재(18)는 케이스(12)의 개구부의 단면과 기판(20)의 한쪽 주면 사이에 형성된다. 또한, 기판(20)에는 그 양쪽 주면을 수직으로 관통하도록 2개의 단자용 구 멍(20a, 20b)과, 관통 구멍으로서의 1개의 수지용 구멍(20c)이 형성된다. 이들 단자용 구멍(20a, 20b)과 수지용 구멍(20c)은 감쇠재(18)에 형성된 단자용 구멍(18a, 18b)과 수지용 구멍(18c)에 각각 대응하도록 형성된다.
기판(20)에는 직선 형상의 2개의 핀 단자(22a, 22b)가 단자용 구멍(20a, 20b)에 각각 압입됨으로써 고정된다. 이 경우, 이들 핀 단자(22a, 22b)는 그들의 한쪽끝측 부분이 기판(20)의 한쪽 주면측 즉, 내측에 배치되고, 그들의 다른쪽끝측 부분이 기판(20)의 다른쪽 주면측 즉 외측에 배치된다. 또한, 핀 단자(22a, 22b)의 한쪽끝측 부분은 감쇠재(18)에 형성된 단자용 구멍(18a, 18b)에 삽입되고, 그들의 선단부가 케이스(12)의 공동부(14)에 배치된다.
케이스(12)의 측벽(12b)의 내면에는, 접속부재로서 예를 들면 폴리우레탄 구리선으로 이루어지는 한쪽 리드 선(24a)의 한쪽 끝이 솔더링된다. 그로 인해, 이 리드 선(24a)은 케이스(12)를 개재하여 압전 소자(16)의 한쪽 주면측의 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 리드 선(24a)의 다른쪽 끝은 한쪽 핀 단자(22a)의 한쪽끝측 부분의 선단부에 솔더링된다. 따라서, 압전 소자(16)의 한쪽 주면측의 전극은 케이스(12) 및 리드 선(24a)을 개재하여 한쪽 핀 단자(22a)에 전기적으로 접속된다.
또한, 접속부재로서 예를 들면 폴리우레탄 구리선으로 이루어지는 다른쪽 리드 선(24b)의 한쪽 끝이 압전 소자(16)의 다른쪽 주면측의 전극에 솔더링된다. 이 리드 선(24b)의 다른쪽 끝은 다른쪽 핀 단자(22b)의 다른쪽끝측 부분의 선단부에 솔더링된다. 따라서, 압전 소자(16)의 다른쪽 주면측의 전극은 리드 선(24b)을 개 재하여, 다른쪽 핀 단자(22b)에 전기적으로 접속된다.
케이스(12)의 내부, 감쇠재(18)의 수지용 구멍(18c) 및 기판(20)의 수지용 구멍(20c)에는 충전재로서 예를 들어 발포성 실리콘 등의 발포성 수지(26)가 충전된다.
다음으로 이 초음파 센서(10)의 제조방법의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 케이스(12) 및 압전 소자(16)가 준비되고 케이스(12)에 압전 소자(16)가 접착된다.
그리고, 케이스(12) 및 압전 소자(16)에는 리드 선(24a, 24b)이 각각 솔더링된다.
또한, 핀 단자(22a, 22b)를 갖는 기판(20)과 감쇠재(18)가 준비되고 그들이 조합된다.
그 후, 핀 단자(22a, 22b)에 리드 선(24a, 24b)이 솔더링됨으로써 압전 소자(16)와 핀 단자(22a, 22b)가 전기적으로 접속된다.
그리고, 기판(20) 및 감쇠재(18) 등이 케이스(12)의 개구부의 단면에 포개져 형성되어 임시 접착된다.
또한, 이 제조방법의 예에서는 기판(20) 및 감쇠재(18)는 그들에 단자용 구멍(20a, 20b) 및 수지용 구멍(20c)과 단자용 구멍(18a, 18b) 및 수지용 구멍(18c)이 따로따로 형성된 후에 그들이 포개지고, 그 후에 감쇠재(18)가 케이스(12)의 개구부의 단면에 임시 접착됨으로써 케이스(12)에 배치되어 있다. 그러나 기판(20) 및 감쇠재(18)는 이 제조방법의 예에 한정되지 않으며, 그들이 포개진 후에 그들에 동시에 관통 구멍을 형성함으로써 단자용 구멍(20a, 20b, 18a, 18b)과 수지용 구멍(20c, 18c)이 동시에 형성되어도 된다. 또한, 감쇠재(18)가 케이스(12)의 개구부의 단면에 배치된 후에 기판(20)이 감쇠재(18)에 포개져도 된다.
또한, 이 제조방법의 예에서는, 핀 단자(22a, 22b)는 기판(20)의 단자용 구멍(20a, 20b)에 완전히 압입된 후에 감쇠재(18)의 단자용 구멍(18a, 18b)에 삽입되어 있다. 그러나, 핀 단자(22a, 22b)는 감쇠재(18)의 단자용 구멍(18a, 18b)에 완전히 삽입된 후에 기판(20)의 단자용 구멍(20a, 20b)에 압입되어도 된다. 또한, 핀 단자(22a, 22b)는 기판(20)과 감쇠재(18)가 포개진 후에, 기판(20) 및 감쇠재(18)의 단자용 구멍(20a, 20b, 18a, 18b)에 동시에 압입 내지 삽입되어도 된다.
그 후, 케이스(12)의 내부에는 수지용 구멍(20c,18c)을 통하여 발포 전의 발포성 실리콘이 유입되고, 유입된 발포성 실리콘을 가열 발포 경화시킴으로써 케이스(12)의 내부 등에 발포성 수지(26)가 충전된다. 이 경우, 여분의 발포성 실리콘은 수지용 구멍(18c, 20c)에서 외측으로 밀려나오므로, 케이스(12)의 내부에서는 적당한 내부압력으로 발포성 수지(26)가 밀려 퍼져, 케이스(12) 내부의 구석부까지 발포성 수지(26)를 충전할 수 있는 동시에, 케이스(12) 내부에 균일하게 발포성 수지(26)를 충전할 수 있다.
이와 같이 하여 초음파 센서(10)가 제조된다.
이 초음파 센서(10)의 제조방법에서는, 기판(20) 및 감쇠재(18)가 케이스(12)에 배치되고 나서, 발포성 수지(26)가 기판(20) 및 감쇠재(18)에 형성되어 있는 수지용 구멍(20c, 18c)을 통하여 케이스(12)의 내부에 충전된다. 그로 인해, 감쇠재(18)가 케이스(12)의 뚜껑재가 되고, 케이스(12)의 내부에 발포성 수지(26)를 빈틈없이 충전할 수 있을 뿐 아니라, 기판(20) 및 감쇠재(18)를 케이스(12)의 단면에 배치한 수평성을 유지한 상태에서 발포성 수지(26)가 충전되므로, 핀 단자(22a, 22b)의 선단 부분의 위치 어긋남 등을 막을 수 있다. 또한, 감쇠재(18)가 케이스(12)의 개구부의 단면측에 있어서 발포성 수지(26)에 의해 케이스(12)의 내부로부터 지지 고정되게 되어, 감쇠재(18)의 수평성을 유지하는 동시에, 예를 들면 외부에서 응력이 가해진다고 해도 핀 단자(22a, 22b)의 위치 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있다.
이 초음파 센서(10)는 예를 들면 자동차의 백 소나 등으로서 이용되는 경우, 핀 단자(22a, 22b)에 구동 전압을 인가함으로써 압전 소자(16)가 여진된다. 압전 소자(16)의 진동에 의해 케이스(12)의 바닥면부(12a)도 진동하여 바닥면부(12a)에 직교하는 방향으로 초음파가 방사된다. 초음파 센서(10)로부터 방사된 초음파가 피검출물에서 반사하여 초음파 센서(10)에 도달하면, 압전 소자(16)가 진동하여 전기 신호로 변환되고 핀 단자(22a, 22b)로부터 전기 신호가 출력된다. 따라서, 구동 전압을 인가하고 나서 전기 신호가 출력되기까지의 시간을 측정함으로써 초음파 센서(10)에서 피검출물까지의 거리를 측정할 수 있다.
이 초음파 센서(10)에서는, 케이스(12)의 내부에 균일하게 충전되어 있는 발포성 수지(26)에 의해 케이스(12) 전체의 진동을 억제할 수 있다.
또한, 이 초음파 센서(10)에서는, 케이스(12)로부터 핀 단자(22a, 22b)에의 진동의 전파 등 케이스(12)와 핀 단자(22a, 22b)의 진동 간섭이 감쇠재(18) 및 발 포성 수지(26)로 저감 내지는 차단되기 때문에, 물체 검지시의 잔향 신호나 수신 신호에의 진동 누설 신호의 영향 등이 억제되고, 즉 진동 누설 등에 따른 잔향 특성 열화가 없고, 나아가 외부에서 핀 단자(22a, 22b)를 경유한 불필요 진동 등의 전파의 영향도 억제된다.
또한, 이 초음파 센서(10)에서는, 케이스(12)에 압전 소자(16)가 형성되고, 핀 단자(22a, 22b)가 고정되어 있는 기판(20)이 감쇠재(18)를 개재하여 케이스(12)에 부착되어 있으므로, 기판(20)이 케이스(12)에 직접 접촉하지 않으며, 압전 소자(16)로부터 케이스(12)를 개재하여 기판(20)이나 핀 단자(22a, 22b)에의 진동의 전파가 감쇠재(18)로 억제된다. 즉, 압전 소자(16)의 진동이 기판(20)이나 핀 단자(22a, 22b)에 전해지기 어려워 감쇠되기 어렵다.
또한, 이 초음파 센서(10)에서는 감쇠재(18)가 케이스(12)의 개구부의 단면과 기판(20)의 한쪽 주면 사이에 형성되어 있으므로, 기판(20)의 한쪽 주면이 감쇠재(18)를 개재하여 비교적 단단한 케이스(12)의 개구부의 단면에 대향하게 된다. 그로 인해, 케이스(12)나 압전 소자(16)에 대하여 기판(20)의 양호한 수평성이 얻어지고, 나아가서는 핀 단자(22a, 22b)의 수직성이 향상하여 핀 단자(22a, 22b)의 다른쪽끝측 부분의 선단 부분(실장측 부분의 선단 부분)에서 높은 위치 정밀도가 얻어진다.
또한, 이 초음파 센서(10)에서는 실장된 후에 예를 들면 천장면(압전 소자(16)측)으로부터 밀려 들어가도, 기판(20)이나 핀 단자(22a, 22b)에 대하여 케이스(12)나 압전 소자(16)가 거의 변위되지 않으므로, 내부에서 핀 단자(22a, 22b)의 전기적인 접속 부분에 큰 응력이나 변위가 생기지 않아, 단선 등의 불량이 발생하기 어렵다.
(실험예)
실험예에서는, 먼저 실시예로서 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)를 20개 제조하고, 또한 비교예로서 도 5에 나타내는 초음파 센서(1')를 20개 제조하였다. 이 경우, 케이스(12, 2)의 외경 및 내경과, 기판(20, 6a)의 외경과, 감쇠재(18, 6b)의 외경을 각각 표 1에 나타내는 치수로 하였다. 또한, 비교예의 초음파 센서(1')에는 단자(5a, 5b)로서, 실시예의 초음파 센서(10)에 이용되는 핀 단자(22a, 22b)와 동일한 구조의 핀 단자를 이용하였다.
케이스의 외경(mm) 케이스의 내경(mm) 기판의 외경(mm) 감쇠재의 외경(mm)
실시예 14.0 12.0 13.0 13.0
비교예 14.0 12.0 6.0 16.0
그리고, 20개씩의 실시예 및 비교예에 대하여, 핀 단자의 수직성 및 하중 인가시의 변화량을 측정하여 그 측정 결과를 표 2에 나타내었다. 이 경우, 핀 단자의 수직성으로서는, 케이스의 바닥면부에 대한 수선상에서의 핀 단자의 선단부와 핀 단자의 기판부의 위치 차이를 측정하여, 그들 위치 차이의 평균치 및 표준편차(σn-1)을 표 2에 나타내고, 또한 하중 인가시의 변화량으로서는 기판측에 10N의 하중을 인가했을 때의 케이스의 바닥면부에 대한 기판면의 변화량을 측정하여, 그 변화량의 평균값을 표 2에 나타내었다.
핀 단자의 선단부와 핀 단자의 기판부의 위치 차이(평균치) (mm) 핀 단자의 선단부와 핀 단자의 기판부의 위치 차이(σn-1) (mm) 100N 하중 인가시의 기판면의 변위량 (mm)
실시예 0.14 0.09 0.13
비교예 0.35 0.23 0.20
표 2에 나타내는 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예에서는 비교예에 비해 기판의 외경 주변에 단단한 금속으로 이루어지는 케이스가 존재하기 때문에, 양호한 기판의 수평성이 얻어지고, 나아가서는 핀 단자의 수직성이 향상하여 핀 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
또한, 같은 이유로 인해, 실시예에서는 비교예에 비해 외부에서의 응력에 대하여 케이스의 바닥면부에 대한 기판면의 변화량을 작게 할 수 있고, 내부의 핀 단자와 리드 선의 전기적인 접속부에 응력이나 변위가 작아, 단선 등의 불량이 발생하기 어려운 구조로 할 수 있다.
도 2는 이 발명에 따른 초음파 센서의 다른 예를 나타내는 도해도이다. 도 2에 나타내는 초음파 센서(10)는 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)에 비해, 원판 형상의 기판(20)이 케이스(12)의 외경과 동일한 크기의 외경을 갖도록 형성된다. 또한, 감쇠재(18)는 그 외경이 케이스(12)의 외경보다 크게 형성되어, 그 바깥둘레 부분의 한쪽 주면측에 케이스(12)의 외경과 동일한 크기의 내경을 갖는 원통 부분(19a)이 형성되고, 또한 그 바깥둘레 부분의 다른쪽 주면측에 기판(20)의 외경과 동일한 크기의 내경을 갖는 원통 부분(19b)이 형성된다. 그로 인해, 이 감쇠재(18)는 케이스(12)의 개구부(특히 측벽(12b)의 끝 부분에 있어서의 단면 및 외측면을 포함함)와 기판(20)의 한쪽 주면 및 측면을 덮도록 형성되어 있다.
도 2에 나타내는 초음파 센서(10)에서는 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)에 비해, 감쇠재(18)가 케이스(12)의 개구부의 특히 측벽(12b)의 끝 부분에 있어서의 단면 및 외측면과 기판(20)의 한쪽 주면 및 측면을 덮도록 형성되어 있으므로, 케이스(12), 감쇠재(18) 및 기판(20)이 서로 위치 결정하기 쉬워져 초음파 센서의 조립이 용이해진다는 효과도 발휘된다.
도 3은 이 발명에 따른 초음파 센서의 또 다른 예를 나타내는 도해도이다. 도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는, 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)에 비해, 핀 단자(22a, 22b)가 각각 크랭크(crank) 형상으로 형성된다. 이들 핀 단자(22a, 22b)는 예를 들면, 평판을 프레스 가공한 후에 금형에서 벤딩 가공함으로써 형성된다.
또한, 도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는, 감쇠재(18) 및 기판(20)의 중앙에, 핀 단자(22a, 22b)를 통과시키는 동시에 발포성 수지(26)를 충전하기 위한 겸용 구멍(18d, 20d)이 각각 형성된다.
또한, 도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는, 기판(20)의 다른쪽 주면측에, 핀 단자(22a, 22b)의 중간 부분에서부터 선단 부분의 근방인 선단 근방 부분까지를 지지하기 위한 지지부(21)가 형성된다.
또한, 도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는, 단자용 구멍(20a, 20b)이, 기판(20)의 다른쪽 주면측에 형성되는 지지부(21)의 선단면에서 겸용 구멍(20d)에 걸쳐 각각 L자 형상으로 형성된다. 또한, 도 3에 나타내는 핀 단자(22a, 22b)를 갖는 기판(20)을 형성하기 위해서는, 예를 들면 크랭크 형상으로 형성된 핀 단자(22a, 22b)의 소정 부분의 주위에 기판의 재료를 몰드성형함으로써 기판(20)이 형성된다.
도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는 핀 단자(22a, 22b)는 기판(20) 내부의 부분에 벤딩 가공이 실시되어 있으므로, 핀 단자(22a, 22b)가 기판(20)에 대하여 강고하게 고정되어, 기판(20)에 대하여 핀 단자(22a, 22b)가 약간이라도 눌려 들어가거나 뽑히기 어려워져 핀 단자(22a, 22b)의 선단 부분의 위치 정밀도가 향상한다. 나아가, 핀 단자(22a, 22b)의 위치를 기판(20)의 한쪽 주면측과 다른쪽 주면측에 있어서 다르게 할 수 있으므로, 핀 단자(22a, 22b)의 배치나 초음파 센서를 실장하는 배치의 자유도도 향상한다.
또한, 도 3에 나타내는 초음파 센서(10)에서는 기판(20)이 핀 단자(22a, 22b)의 선단 근방 부분 등을 지지하기 위한 지지부(21)를 가지므로, 지지부(21)에 의해 핀 단자(22a, 22b)의 선단 근방 부분이 지지되어 핀 단자(22a, 22b)의 선단 부분의 위치 정밀도가 향상한다. 한편, 이와 같이 핀 단자(22a, 22b)의 선단 부분의 위치 정밀도를 향상시키기 위해서는 지지부(21)가 핀 단자(22a, 22b)의 선단 근방 부분만을 지지하도록 형성해도 된다.
또한, 상술한 각 초음파 센서(10)에서는 감쇠재(18)의 재료로서 실리콘 고무가 이용되고 있지만, 실리콘 고무 이외에 발포 스폰지 등, 감쇠 효과가 있는 것이라면 다른 재료를 이용해도 된다.
또한, 상술한 각 초음파 센서(10)에 있어서, 압전 소자(16)로부터 케이스(12)의 내측에 향하는 초음파를 흡수하는 동시에, 발포성 수지(26)에 의해 압전 소자(16)의 진동이 방해받지 않도록 하기 위하여, 압전 소자(16)의 다른쪽 주면측의 전극상에 예를 들면 펠트로 시트 형상의 흡음재가 형성되어도 된다.
또한, 상술한 각 초음파 센서(10)에서는 각 부가 특정한 크기, 형상, 배치, 재료 및 수로 규정되어 있지만, 이 발명에서는 그들을 임의로 변경해도 된다.
본 발명에 따른 초음파 센서는 예를 들면 자동차의 백 소나 등에 이용된다.

Claims (5)

  1. 바닥이 있는 통 형상의 케이스,
    상기 케이스 내부의 바닥면에 형성되는 압전 소자,
    상기 압전 소자에 전기적으로 접속되는 단자, 및
    상기 단자가 고정되는 기판을 포함하고,
    상기 기판은 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠재를 개재하여 상기 케이스에 부착되고,
    상기 감쇠재는 상기 케이스의 개구부를 덮도록 상기 케이스의 단면과 상기 기판의 주면 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감쇠재는 상기 케이스의 일부분 및 상기 기판의 일부분을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단자는 상기 기판 내부의 부분에 벤딩 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 단자의 적어도 선단 근방 부분을 지지하기 위한 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
  5. 바닥이 있는 통 형상의 케이스 내부의 바닥면에 압전 소자를 배치하는 공정과,
    상기 압전 소자와 기판에 고정되는 단자를 전기적으로 접속하는 공정과,
    상기 기판 및 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠재에 충전재를 충전하기 위한 관통 구멍을 형성하는 공정과,
    상기 기판이 상기 감쇠재를 개재하여 상기 케이스에 부착되고, 또한 상기 감쇠재가 상기 케이스의 개구부를 덮도록, 상기 케이스의 개구부의 단면과 상기 기판의 주면 사이에 상기 감쇠재를 형성하는 공정과,
    상기 기판 및 상기 감쇠재를 관통하는 상기 관통 구멍을 통하여 상기 케이스 내부에 충전재를 충전하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 제조방법.
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