KR20090074055A - 초음파 트랜스듀서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘러싸는 벽(3)을 가진 박막 포트(2)를 포함하는, 특히 차량용 초음파 트랜스듀서는, 박막 포트(2) 내부에서 박막(7)의 내측에 있는 변환 섹션(8) 상에 배치되어 초음파 진동을 발생시키는 변환 소자(10), 박막(7) 내의 변환 소자(10)에 배치되고 박막(7)을 댐핑하는 제 1 댐핑 소자(12), 및 변환 소자(10) 둘레에 배치된 박막(7)의 에지 영역(9)에 있는 박막 포트(2)에 배치되고 벽(3)의 진동을 댐핑하는 제 2 댐핑 소자(13)를 포함하고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 에지 섹션(9) 및 벽(3)의 내측(4)에 적어도 부분적으로 넌 포지티브하게 결합된다. 또한 본 발명은 그 제조 방법에 관한 것이다.
박막, 박막 포트, 변환 섹션, 댐핑 소자, 변환 소자
Description
본 발명은 차량용 초음파 트랜스듀서 및 상기 초음파 트랜스듀서의 제조 방법에 관한 것이다.
초음파 트랜스듀서는 차량에서 예컨대 파킹 보조 장치에 사용된다. 파킹 보조 장치는 예컨대 제어장치 및 초음파 센서를 포함하고, 상기 초음파 센서에는 상기와 같은 초음파 트랜스듀서가 배치된다. 이를 위해, 초음파 트래스듀서의 진동 특성은특히 소위 근접 측정 기능에서 중요한 기능적 요구 조건(예컨대 < 20 cm)이다. 초음파 센서는 초음파 트랜스듀서가 장착된 하우징을 포함한다. 상기 초음파 트랜스듀서는 일반적으로 박막 포트와 그 안에 배치된 변환 소자로 이루어진다. 박막 포트는 일반적으로 금속 재료, 예컨대 알루미늄으로 성형 또는 밀링 가공된다. 상기 박막 포트는 부식 방지 또는 래커 코팅을 위해 프라이머로 코팅된다. 전기 기계적 변환 소자(예컨대 압전 소자)는 하우징 베이스에 배치되는데, 예컨대 접착 또는 접촉된다. 하우징은 댐핑 재료로 채워진다. 이를 위한 방법은, 발포 실리콘의 분사이다. 이러한 제조 단계는 여러가지 이유로 기술적으로 일반적이지 않고 따라서 임의의 제조에 이용될 수 없다. 특히, 발포 화학 공정은 정확한 파라미터를 필요로 하고, 제조가 어렵다.
하우징 내부 챔버의 발포 공정 대신 하우징 내로 발포재를 삽입함으로써 댐핑이 이루어질 수 있다. 이로써, 발포 제조 단계는 수동으로 간단하게 처리할 수 있는 단계로 대체될 것이다. 그러나, 이 경우 상기 센서는 발포 공정을 이용한 구현에 비해 바람직하지 않은 진동 특성을 갖는 것으로 밝혀졌고, 이러한 진동 특성은 근접 측정 기능에 대한 중요한 기능적 요구에 불리하게 작용한다. 물론, 노후화 및 온도에 따라 포트 벽과 박막에서의 댐핑 재료의 기계적 마찰 결합이 보장되어야 한다. 이는 삽입부에서 오버사이즈의 부분들과 예비 응력을 이용한 삽입에 의해서만 충족될 수 있는데, 이는 제조에 있어서 그리고 예비 응력을 흡수해야 하는 하우징 구조에 있어서 복잡함을 의미한다. 따라서 마찰 결합은 추후에 경화되는 유동성 재료를 졍확히 형태에 맞게 채움으로써 바람직하게 달성될 수 있다.
진동 과정의 스펙트럼 성분 측정을 통해, 주요 성분은 초음파 센서의 작동 주파수(48 kHz)를 벗어난 공명에 기인하는 것이 밝혀졌고, 이 경우에 특히 30 kHz 내지 70 kHz의 성분이 중요하다. 이는 하우징 벽 내에서 틸팅-및 크럼플(crumple) 운동 과정에 의해 야기된다. 이에 대한 개선책은 지금까지 박막 포트의 두꺼운 부분에서 상부 벽 에지에 있는 비드에 의해 구현되었고, 이로써 포트 벽은 보강되지만, 야기된 진동 모드는 댐핑되지 않는다. 따라서 기계적 임피던스의 오조정에 의한 포트 에지 또는 비드에서의 진동은 반영되지만, 상기 진동은 열 에너지로 변환되지 않으므로 댐핑이 이루어질 수 있다.
또한, 하우징 벽 진동을 댐핑하기 위해, 댐핑 재료로 이루어지고 및/또는 그러한 재료를 추가로 포함하는 하우징 충전재가 사용된다. 이로 인해, 박막 포트의 내부 챔버를 거의 균일한 컨시스턴시로 채우는 재료, 예컨대 강력하게 댐핑하는 발포 재료는 벽 진동뿐 아니라 박막 포트의 박막의 유효 진동의 상당 부분을 댐핑한다. 이는, 초음파 트랜스듀서의 작은 전기음향적 효율을 야기한다. 제어 전자장치, 즉 송신 전류원과 트랜스포머는 댐핑이 너무 높으면 포화 효과를 나타내기 시작하고, 포화 효과는 동조된 시스템, 즉 트랜스듀서/회로의 대역폭을 감소시킨다.
다른 개선책은 박막 포트의 벽에 배치된 외부 커플링 분리 링이다. 측정 기술적으로, 대량 생산된 트랜스듀서 구조에서 벽 모드는 거의 완전히 억제되는 것으로 나타났다. 박막 포트의 외부 벽과 커플링 분리 링의 기계적 접촉은 예컨대 오염, 센서 홀더에서 센서의 틸팅, 커플링 분리 링의 취성 또는 유입되는 물과 같은 외부 환경 영향에 노출된다.
DE 199 12 772 A1 호에는 변환 소자 위에 타원형 및 원형인 리세스를 가진 박막 포트에 다수의 절연체가 제공되고, 상기 절연체가 차례로 코팅되고, 링 홈 내의 보어 고정 링에 의해 박막 포트 내에 기계적으로 고정된, 거리 측정을 위한 초음파 센서가 기술되어 있다. 내벽에 대한 연결은 공지되어 있지 않다. 상기 절연체는 예컨대 상이한 댐핑 재료, 예컨대 실리콘 디스크, 펠트 및 코르크 등으로 이루어진다. 절연체는 타원형 리세스의 형태를 가지며 변환 소자를 완전히 커버한다.
DE 199 17 862 A1 호에는 흡음 재료로 커버된 압전 변환 소자를 가진 초음파 센서가 공지되어 있다. 상기 재료는 예컨대 펠트일 수 있다. 예컨대 실리콘- 또는 우레탄 고무와 같은 절연 수지는 압전 변환 소자와 흡음 재료를 밀봉한다. 박막 포트의 내부 챔버는 타원형 및 원형 윤곽을 갖는다. 변환 소자는 박막 위에 고정되 고, 예컨대 변환 소자가 배치된 섹션보다 얇은 벽 두께를 가진 링 섹션으로 둘러싸인다. 실시예에서 변환 소자와 링 섹션은 흡음 재료로 완전히 커버된다. 다른 실시예에서, 변환 소자를 둘러싸는 박막의 링 섹션은 얇은 층 두께를 가진 절연 수지로 커버된다. 상기 수지는 예컨대 실리콘 또는 우레탄 수지일 수 있다. 이로써, 얇은 벽 두께를 가진 링 섹션의 의도치 않은 진동이 댐핑된다. 절연 수지의 이러한 얇은 댐핑 층과 박막 포트의 내벽과의 연결은 설명되어 있지 않다.
DE 103 41 900 A1 에 따른 초음파 센서는 박막 포트의 내부 챔버를 포함하고, 상기 내부 챔버는 변환 소자 위에 층 형태로 펠트로 그리고 그 위에 실리콘 고무로 채워진다. 실리콘 고무 내에 기포를 가진 발포 실리콘으로 이루어진 섹션이 배치된다. 실리콘 고무는 박막 포트를 밀봉한다. 펠트 층은 변환 소자를 완전히 커버하고, 실리콘 고무에 의해 완전히 커버된다.
그와 달리, 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서는 박막 포트가 하부 영역에서 규정될 수 있는 높이까지 균질 재료로 이루어진 동심 구조를 가지며, 상기 구조의 내부 영역은 유효 진동 면 상의 압전 세라믹 위에 약한 댐핑 재료로 채워지는 장점을 갖는다. 다른 장점은, 초음파 센서의 제조는 취급이 어려운 공정을 포함하지않고, 간단하게 수동 제조가 가능해지도록 부품들이 형성되는 것이다.
본 발명의 핵심은, 초음파 트랜스듀서가 박막 포트를 갖고, 상기 박막 포트는 에지 영역 또는 링 섹션 내부에, 변환 소자 주변에 강한 댐핑 작용을 하는 댐핑 소자를 포함하고, 상기 댐핑 소자는 박막 및 내벽에 넌 포지티브하게 결합되고, 변환 소자 위에 동심으로, 약하게 댐핑 작용을 하는 다른 댐핑 소자를 포함하는 것이다.
따라서 변환 소자 위의 영역은 약하게만 댐핑되고, 상기 변환 소자 둘레에 동심으로 배치된 박막의 링 섹션은 그 위에 넌 포지티브하게 배치된, 높은 댐핑 작용을 하는 댐핑 소자에 의해 강하게 댐핑되고, 박막 포트의 내벽은 높은 댐핑 작용을 하는 댐핑 소자에 넌 포지티브하게 결합된다. 이로써, 평행사변형을 보강하는 대각선과 유사하게, 박막 평면과 관련해서 박막 포트 벽의 틸팅-및 크럼플 운동이 댐핑 소자에 의해 흡수된다. 원치않는 진동의 운동 에너지는 댐핑 소자에서 열로 변환된다.
제 2 댐핑 소자는 제 1 댐핑 소자 둘레에 동심으로 배치되고, 제 1 댐핑 소자는 실질적으로 박막 포트의 내벽과 접촉하지 않는다.
이러한 구조는, 기능적 요구에 따라 선택적 댐핑, 즉 유효 진동의 낮은 댐핑과 벽 진동의 높은 댐핑이 주어지기 때문에 바람직하다.
특별한 장점은, 박막 포트가 대량 생산된 박막 포트의 형상을 가짐으로써 새로운 구조가 필요 없고, 높은 품질을 갖는 것으로 입증된 부품들이 사용될 수 있다는 것이다.
초음파 트랜스듀서는 작동 주파수(48 kHz)에서 낮은 임피던스를 갖기 때문에, 바람직하게 효율적이다. 초음파 트랜스듀서는 더 작은 송출 전압으로 제어될 수 있고, 마이크로폰 작동시 더 높은 제너레이터 전압을 갖는다. 전자는 변환 소자의 압전 세라믹의 느리게 진행되는 탈분극(depolarization) 위험의 감소와, 트랜스포머 및 송출 전류원과 관련해서 더 높은 과도 제어 한계를 의미한다. 후자는 마이크로폰 작동시 또는 수신시 더 큰 신호 대 잡음 비를 의미한다.
내부 댐핑 구조를 포함하는 초음파 트랜스듀서는 초음파 센서의 하우징과 무관하게 제조될 수 있고, 상기 초음파 트랜스듀서의 파라미터에 대해서 테스트될 수 있다. 이로써 프로세스 과정들은 바람직하게 분산될 수 있고(예컨대 트랜스듀서와 센서의 분리되 제조 위치), 센서 테스트시 불량률이 감소될 수 있다.
본 발명에 따라, 둘러싸는 벽을 가진 박막 포트를 포함하는, 특히 차량용 초음파 트랜스듀서는, 박막 포트 내부에서 박막의 내측면에 있는 변환 섹션 상에 장착되고 초음파 진동을 발생시키는 변환 소자, 박막 포트 내부에서 변환 소자 상에 배치되고 박막을 댐핑하는 제 1 댐핑 소자, 및 박막 포트 내부에서 변환 소자의 주변에 배치된 박막의 에지 섹션에 배치되고 벽의 진동을 댐핑하는 제 2 댐핑 소자를 포함하고, 상기 제 2 댐핑 소자는 에지 섹션 및 벽의 내측면에 적어도 부분적으로 넌 포지티브하게 결합된다.
벽 모드의 댐핑은 바람직하게 외부 커플링 분리 링이 작용하지 않고 외부 커플링이 필요 없이 거의 측정 기술적으로 더 이상 입증될 수 없는 정도로 이루어진다. 따라서, 바람직하게 커플링 분리 링과 박막 포트 벽 사이의 이행부에 미치는 환경 영향의 위험이 제거된다.
다른 실시예에서, 박막 포트 내에서 제 1 및 제 2 댐핑 소자 위에, 박막 포트를 추가로 댐핑하고 및/또는 밀봉하기 위한 제 3 댐핑 소자가 배치된다.
바람직한 실시예에서, 제 1 댐핑 소자와 제 2 댐핑 소자는 삽입부로 형성된다. 이로써, 자동화 제조 및 수공 제조가 바람직하게 가능하다. 박막 또는 벽에 대한 마찰 결합은 오버사이즈 또는 기계적 응력에 의해 또는 접착에 의해 달성될 수 있다.
또한, 실시예에서, 제 2 댐핑 소자는 박막 포트의 윤곽에 대해 상보적인 윤곽과 제 1 댐핑 소자의 수용을 위한 관통 개구를 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 2개의 댐핑 소자들의 동심 구조가 가능하고, 2개의 소자들은 삽입부로서 다른 곳에서 바람직하게 사전 제조될 수 있다.
대안 실시예에서, 제 1 댐핑 소자는 삽입부로 형성되고, 제 2 댐핑 소자는 캐스팅 재료, 바람직하게 마이크로 발룬(micro balloon)을 가진 엘라스토머로 박막 포트 내에 제조된다. 이 경우에, 바람직하게 제 2 댐핑 소자를 박막 및 박막 포트의 내벽에 매칭하여 연결하는 것이 가능하다. 캐스팅시 박막과 벽에 정확히 전체면의 마찰 결합이 이루어지고 재료 선택에 따라 접착이 이루어진다. 엘라스토머 내의 마이크로 발룬은 벽 진동을 추가로 댐핑하고, 상기 진동은 열 에너지로 변환된다.
다른 실시예에서, 제 3 댐핑 소자는 캐스팅 재료, 바람직하게 2성분 엘라스토머로 형성된다. 상기 댐핑 소자는 바람직하게 간단하게 삽입될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제 1 댐핑 소자는 발포제, 바람직하게 폐포형 발포제를 포함한다. 이로 인해 제 1 및 제 2 댐핑 소자 사이의 이행 영역이 개선되는데, 그 이유는 유동성 상태의 제 2 댐핑 소자는 제 1 댐핑 소자 내로 흡수되지 않고, 따라서 상기 댐핑 소자들 사이에서 음향 임피던스의 바람직하게 개선된 이행이 달성되기 때문이다. 예컨대 펠트 재료에서처럼 흡수가 저지됨으로써 댐핑 소자들의 임피던스 이행의 경계층의 위치는 더 양호하게 재현가능하다.
다른 대안 실시예에서, 제 1 댐핑 소자의 상측면은 하측면보다 큰 너비를 갖고, 상기 상측면의 너비는 제 2 댐핑 소자의 관통 개구의 너비보다 큰다. 이로써, 제 1 댐핑 소자는 예컨대 예컨대 접착층과 같은 다른 보조 수단 없이 상기 댐핑 소자의 원추 형태에 의한 예비 응력에 의해 간단하게 제 2 댐핑 소자의 관통 개구 내에 고정될 수 있다.
다른 대안 실시예에서, 제 3 댐핑 소자는 제 2 댐핑 소자와 일체형으로 형성된다. 이러한 경우에 동일한 재료가 사용되고 제조 단계가 바람직하게 절감될 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 댐핑 소자는 박막의 내측면으로부터 수직으로 측정되어 미리 정해진 높이를 갖는다. 이 경우에, 바람직하게 2개의 소자들에서 높이는 동일하다. 이로써, 바람직한 동심 구조가 얻어지고, 제 3 댐핑 소자는 제 1 및 제 2 댐핑 소자 상에 바람직하게 평면으로 놓인다.
이러한 댐핑 구조의 원리는 압전 변환기가 플랫폼 상에 놓이거나 또는 리세스 내에 장착된 박막 구조를 포함한다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은 하기 방법 단계를 포함한다:
(S1) 제 2 댐핑 소자가 박막 포트의 내벽 및 박막 포트의 박막 내측면의 에지 영역에 넌 포지티브하게 결합되도록, 제 2 댐핑 소자를 박막 포트에 삽입하는 단계;
(S2) 제 2 댐핑 소자의 관통 개구 내로 제 1 댐핑 소자를 삽입하는 단계 또는 제 2 댐핑 소자의 관통 개구 내로 제 1 댐핑 소자를 삽입하는 단계 및 초음파 트랜스듀서의 제조를 위해 제 3 댐핑 소자로 박막 포트를 폐쇄하는 단계.
이 경우 바람직하게, 간단하고 소수의 제조 단계로 시간을 절약하여 요구에 부합하는 진동 특성을 갖는 초음파 트랜스듀서가 제조될 수 있다. 박막 포트의 복잡한 신규 구조는 필요 없다. 이 경우 바람직하게, 취급이 어려운 발포 공정은 간단한 기계적 충전 공정으로 대체된다. 충전될 엘라스토머의 음향 특성은 그 파라미터(밀도, 쇼어 경도, 마이크로 발룬의 직경)에 의해 미리 규정되고, 예컨대 열 경화 공정에 의해서 더 이상 변동되지 않는다.
대안 실시예에서, 제 2 댐핑 소자를 장착하기 전에 제 1 댐핑 소자의 형태와 치수를 가진 코어가 변환 소자에 분리 가능하게 배치되고, 제 2 댐핑 소자는 상기 코어와 박막 포트 내벽 사이의 영역에 캐스팅 가능한 재료로서 제공되고, 제 2 댐핑 소자가 경화된 후에 상기 코어는 관통 개구의 형성을 위해 분리된다. 이로써, 바람직하게 공지된 간단한 충전 공정이 적용될 수 있다. 제 2 댐핑 소자와 박막 및 박막 포트 내벽 사이의 넌 포지티브한 결합은 바람직하게 예컨대 접착제와 같은 추가 결합 재료를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은 하기 단계를 포함한다:
(S1) 제 1 댐핑 소자가 변환 소자에 고정되도록, 제 1 댐핑 소자를 박막 포트에 제공하는 단계;
(S2) 제 1 댐핑 소자와 박막 포트 내벽 사이의 영역에 제 2 댐핑 소자를 주입하는 단계 또는 제 1 댐핑 소자와 박막 포트의 내벽 사이의 영역에 제 1 댐핑 소자를 주입하는 단계 및 초음파 트랜스듀서의 제조를 위해 제 3 댐핑 소자로 박막 포트를 폐쇄하는 단계.
이 경우에, 주입될 제 2 댐핑 소자를 위한 코어가 소위 "소실 형태"를 형성하고, 제 1 댐핑 소자이며, 상기 코어는 바람직하게 제 위치를 유지할 수 있는 장점이 주어진다.
다른 바람직한 실시예에서, 제 3 댐핑 소자를 형성하기 위해 제 2 댐핑 소자의 재료가 박막 포트 내로 주입됨으로써 박막 포트는 폐쇄된다. 이 경우에 바람직하게, 제 2 댐핑 소자의 재료는 제 3 댐핑 소자에도 사용된다. 제 2 및 제 3 댐핑 소자의 캐스팅은 바람직하게 단 하나의 제조 단계에서 이루어진다.
발포 공정에서 발포제 팽창과 실리콘 접착 사이의, 제어하기 어려운 반응 평형은 간단한 기계적 삽입 공정 또는 삽입 및 충전 공정으로 대체된다. 충전제의, 쇼어 경도, 밀도등과 같은 음향 관련 데이터는 특히 미리 규정되고 가류(vulcanization) 공정에 의존한다.
삽입부 형태의 제 1 및 제 2 댐핑 소자는 예컨대 스탬핑에 의해 간단히 제조될 수 있다.
하우징에서 비드를 생략하는 것은 압출에 의한 하우징의 제조시 바람직하다.
높은 송출 효율과 수신시 개선된 신호 대 잡음 비에 의해 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서는 주차 공간의 측정, 사각 모니터링, LSF 등과 같은 확장된 기능을 위한 더 큰 범위를 구현하는데 적합하다.
본 발명의 다른 장점 및 특징들은 상세한 설명 및 도면에 제시된다.
본 발명은 하기에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된다.
도 1은 초음파 트랜스듀서의 예시적인 박막 포트의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 제 1 실시예의 개략적인 단면도.
도 3은 도 2의 절단선 X-X를 따른 제 1 실시예의 개략적인 단면도.
도 4는 도 2의 절단선 Y-Y를 따른 제 1 실시예의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 제 2 실시예의 개략적인 단면도.
도 6은 예시적인 댐핑 소자의 사시도.
도 7은 다른 예시적인 댐핑 소자의 사시도.
도면들에서 동일하거나 또는 유사한 기능을 하는, 동일하거나 또는 유사한 부분들은 동일한 도면부호를 갖는다.
도 1은 댐핑 소자로 채워지기 전 단계의 일반적인 실시예로서 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 단면도를 도시한다. 바람직하게 실린더 형태의 박막 포트(2)는 둘러싸는 벽(3)을 갖고, 상기 벽은 하부에 놓인 박막(7)을 포함한다. 또한, 박막 포트(2)의 상측면은 개구(6)를 갖고, 상기 개구는 예컨대 정해진 윤 곽(11';도 4참조)을 갖는다. 박막 포트(2)의 외측면에 개구에 가깝게 두꺼운 부분(5)이 배치되고, 상기 두꺼운 부분은 예컨대 도시되지 않은 지지 소자 및/또는 커플링 분리 링과의 결합을 위해 제공된다. 이 실시예에서 박막 포트(2)는 압출 가공된 알루미늄 부분이다.
박막 포트(2)의 둘러싸는 벽은 내부 챔버(19)를 둘러싸고, 상기 내부 챔버 내부에서 박막(7) 내측면 상에 변환 소자(10), 예컨대 압전 변환기가 변환 섹션(8) 내에 예컨대 접착제에 의해 장착된다. 변환 섹션(8)은 박막 포트(2)의 중심축을 중심으로 동심으로 배치되고 에지 섹션(9)으로 둘러싸인다.
도 2는 댐핑 소자들(12, 13, 14)을 가진 본 발명에 따른 초음파 변환기(1)의 제 1 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
변환 소자(10) 위에 박막 포트(2)의 중심축에 대해 동심으로 제 1 댐핑 소자(12)가 배치되고, 이 실시예에서 변환 소자(10)의 상측면의 특정 에지 영역은 제 1 댐핑 소자(12)로 커버되지 않는다. 제 1 댐핑 소자(12)는 예컨대 스탬핑된 삽입부일 수 있고, 상기 삽입부는 변환 소자(10) 상에 접착제 또는 양면 접착 밴드에 의해 고정된다. 상기 제 1 댐핑 소자는 예컨대 펠트 재료 또는 발포제 부분이고, 낮은 댐핑값을 갖는다. 제 1 댐핑 소자(12) 둘레에 박막(7)의 에지 섹션(9) 위에 높은 댐핑값을 갖는 제 2 댐핑 소자(13)가 동심으로 배치되고, 상기 제 2 댐핑 소자는 제 1 고정 소자(15)를 포함하는 에지 섹션(9) 및 제 2 고정 소자(16)를 포함하는 박막 포트(2) 내벽에 넌 포지티브하게 결합된다. 이러한 넌 포지티브한 결합부는 평면으로 형성되는 것이 바람직하다. 고정 소자들(15, 16)은 실시예에서 예컨 대 특정 접착제일 수 있다. 이러한 고정에 의해 벽(3)과 박막(7) 사이의 대각선 보강이 이루어지고, 이로써 초음파 트랜스듀서(1)의 작동시 박막(7)의 평면과 관련한 벽(3)의 틸팅-및 크럼플 운동은 제 2 댐핑 소자(13)에 의해 흡수되고 댐핑을 위해 열 에너지로 변환된다.
제 1 및 제 2 댐핑 소자들(12, 13)은 박막 포트(2)의 중심축의 방향으로 박막(7)의 내측면에서부터 측정되어 사전에 정해질 수 있는 높이로 연장되고, 상기 댐핑 소자들에서 상기 높이는 동일하다. 그렇게 형성된 댐핑 소자들(12, 13)의 상측면에 제 3 댐핑 소자(14)가 배치되고, 상기 제 3 댐핑 소자는 박막 포트(2)의 상부 내부 챔버(19)를 개구(6)의 상부 에지까지 채우고 밀봉한다. 실시예에서 제 3 댐핑 소자(14)는 2성분-엘라스토머이다.
따라서, 이러한 구조는 기능적인 요구에 따른 선택적 댐핑을 갖는다: 변환 섹션(8) 내의 박막(7)의 유효 진동은 제 1 댐핑 소자(12)에 의해 약하게 댐핑되고, 박막에 대한 벽의 진동 또는 틸팅-/크럼플 운동 모드는 제 2 댐핑 소자(13)에 의해 강하게 댐핑된다.
도 3은 절단선 X-X를 따른 도 2의 제 1 실시예의 단면도를 도시한다. 여기에서, 박막 포트(2)의 내부 횡단면은 특수한 형상을 갖고, 상기 형상은 도 4에서 도 2의 절단선 Y-Y를 따른 단면도로 도시된다. 상기 형상은 이 실시예에서 타원형 및 원형 리세스로 이루어진 윤곽(11')을 갖는다. 이 경우에 제 1 댐핑 소자(12)는 원형 횡단면으로 구현되고, 제 2 댐핑 소자(13)로 둘러싸이고, 상기 제 2 댐핑 소자의 외부 형상의 윤곽(11;도 6 참조)은 박막 포트(2)의 내벽의 윤곽(11')을 갖는다. 이 실시예에서, 윤곽(11)은 박막 포트의 횡축선으로는 타원형으로 그리고 이에 대해 수직으로 배치된 횡축선으로는 원호형태로 연장되는 것을 알 수 있고, 이로써 초음파 트랜스듀서(1)의 조정 특성에 영향을 미치는, 박막 포트(2)의 상이한 벽 두께가 주어진다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 제 2 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다. 제 2 댐핑 소자(13)는 제 3 댐핑 소자(14)와 일체형으로 형성된다.
도 6 및 도 7은 삽입부로서 댐핑 소자들(13, 12)을 도시한다. 이 실시예에서, 엘라스토머 재료로 이루어진 제 2 댐핑 소자(13)는 박막 포트(2)의 내부 챔버(19)의 치수로 정해진 높이로 스탬핑되고, 이 실시예에서 실린더 형상인 제 1 댐핑 소자(12)용 관통 개구(18)를 갖는다.
다른 실시예에서, 제 1 댐핑 소자(12)의 상측면(17)은 그 하측면보다 큰 직경을 갖고, 이로써 제 2 댐핑 소자(13)의 관통 개구(18) 내에 제 1 댐핑 소자(12)를 삽입할 때 바람직한 클램핑이 이루어질 수 있다.
초음파 트랜스듀서(1)의 제조를 위해 3개의 상이한 방법이 제시되지만, 이 방법에만 제한되지 않는다.
삽입부의 경우에 먼저 제 2 댐핑 소자(13)는, 상기 제 2 댐핑 소자의 하측면이 에지 섹션(9)에 있는 박막(7)의 내측면에 넌 포지티브하게 결합되고, 상기 제 2 댐핑 소자의 외측면은 박막 포트(2)의 벽(3)의 내측면에 넌 포지티브하게 결합되도록 박막 포트(2)의 내부 챔버(19)의 하부 영역에 접착된다. 제 1 댐핑 소자(12)는 제 2 댐핑 소자의 관통 개구(18) 내에 삽입되고, 상기 제 2 댐핑 소자의 하측면은 변환 소자(10)의 상측면에 예컨대 접착 밴드에 의해 결합된다. 제 2 댐핑 소자(13)의 관통 개구(18)에 제 1 댐핑 소자(12)의 외측면을 접착하는 것도 고려될 수 있다. 제 1 댐핑 소자(12)용 재료가 펠트인 경우에, 제 2 댐핑 소자(13) 또는 박막(7)의 방향으로 접착은 완전히 생략된다. 이 실시예에서, 펠트로 이루어진 제 1 댐핑 소자(12)는 예컨대 간단히 오버사이즈 또는 테이퍼링과 같은 성형에 의해서만 관통 개구(18) 내에 고정된다.
다른 변형예에서, 전술한 바와 같이 제 1 댐핑 소자(12)는 상이한 직경 또는 너비로 인해 관통 개구(18)에 고정된다. 이는 관통 개구(18)에 대해서 약간 확대된 직경을 갖는 펠트 재료에도 적용된다.
제 3 댐핑 소자(14)는 박막 포트(2)의 나머지 체적 내로 삽입되고, 예컨대 2성분 엘라스토머 형태로 캐스팅된다. 이로써 박막 포트(2)의 내부 챔버도 동시에 밀봉된다.
다른 제조 방법에서, 먼저 제 1 댐핑 소자(12) 형상의 모울드 또는 코어가 변환 소자(10)에 분리 가능하게 장착된다. 유동성 엘라스토머 형태의 제 2 댐핑 소자(13)는 코어 주변 에지 영역을 채우고 열에 의해 경화된다. 이 경우, 유동성 엘라스토머의 충전 레벨은 제 1 댐핑 소자(12)의 치수를 갖는 코어의 상측면의 높이에 상응한다. 제 2 댐핑 소자(13)가 경화된 후에 제 1 댐핑 소자(12)용 관통 개구(18)를 형성하는 코어는 다시 분리되고, 전술한 바와 같이 삽입된 제 1 댐핑 소자(12)로 대체된다. 제 2 댐핑 소자(13)와 박막(7)의 에지 섹션(9) 및 박막 포 트(2) 벽(3)의 내측면과의 넌 포지티브한 결합은 제 2 댐핑 소자(13)의 엘라스토머로 자체로 형성된다. 제 3 댐핑 소자(14)는 전술한 바와 같이 박막 포트(2)의 나머지 체적 내로 삽입된다.
특히 바람직한 제조 방법에서 "소실 코어"로서 제 1 댐핑 소자(12)는 양면 접착 밴드 또는 전달 접착제에 의해 변환 소자(10)상에 동심으로 고정된다. 엘라스토머는 제 2 댐핑 소자(13)로서 제 1 댐핑 소자(12) 둘레에 에지 영역에 주입되어 경화되고, 박막(7)과 벽(3)의 전술한 넌 포지티브한 결합이 형성된다. 제 3 댐핑 소자(14)는 전술한 바와 같이 박막 포트(2)의 나머지 체적에 삽입된다. 후속 단계에서 제 2 및 제 3 댐핑 소자들(13, 14)은 동일한 캐스팅 단계에서 동일한 재료로 제조된다.
테스트에서, 초음파 트랜스듀서(1)의 박막 포트(2)의 대각선 보강 및 선택적 댐핑의 이러한 구조에 의해 진동값이 바람직하게 20 cm 미만으로 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 이 경우, 외부 커플링 분리 링(도시되지 않음)이 필요 없는데, 그 이유는 벽 모드가 본 발명에 의해 거의 측정 기술적으로 거의 입증 불가능한 레벨로 댐핑되기 때문이다.
상기 댐핑 구조의 원리는 압전 변환 소자(10)가 예컨대 박막(7)에 있는 플랫폼 상에 놓이거나 또는 박막(7)의 리세스 내에 배치되는 박막 구조를 포함한다.
본 발명은 전술한 실시예에 제한되는 것이 아니라 다양한 방식으로 변형될 수 있다.
전술한 윤곽(11, 11')은 물론 다른 형태, 예컨대 물방울 형태일 수 있다.
제 2 댐핑 소자(13)에 유동성 재료를 사용할 경우, 제 1 댐핑 소자(12)는 폐포형 발포제로 형성되는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 이로써 관통 개구(18) 내의 제 1 댐핑 소자(12) 외벽과 제 2 댐핑 소자(13) 사이의 규정된 이행 영역이 바람직하게 가능해지기 때문이다.
제 2 댐핑 소자(13)용 재료로서 마이크로 발룬을 가진 엘라스토머가 바람직한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 이로써 바람직한 댐핑 파라미터가 사전 설정될 수 있기 때문이다.
Claims (18)
- 둘러싸는 벽(3)을 가진 박막 포트(2)를 포함하는, 특히 차량용 초음파 트랜스듀서(1)로서,- 상기 박막 포트(2) 내부에서 박막(7)의 내측면에 있는 변환 섹션(8) 상에 배치되고 초음파 진동을 발생시키는 변환 소자(10),- 상기 박막 포트(2) 내부에서 상기 변환 소자(10) 상에 배치되고 상기 박막(7)을 댐핑하는 제 1 댐핑 소자(12) 및,- 상기 박막 포트(2) 내부에서 상기 변환 소자(10) 주변에 배치된, 상기 박막(7)의 에지 섹션(9) 내에 배치되고 상기 벽(3)의 진동을 댐핑하는 제 2 댐핑 소자(13)를 포함하고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 상기 에지 섹션(9) 및 상기 벽(3)의 내측면(4)에 적어도 부분적으로 넌 포지티브하게 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 박막 포트(2)의 추가 댐핑 및/또는 밀봉을 위해 상기 박막 포트(2) 내부에서 상기 제 1 및 제 2 댐핑 소자들(12, 13) 위에 제 3 댐핑 소자(14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 댐핑 소자(12)는 낮은 댐핑값을 갖는 재료를 포함하고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 높은 댐핑값을 갖는 재료를 포 함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 댐핑 소자(12) 및 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 삽입부로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 상기 박막 포트(2)의 윤곽(11')에 대해 상보적인 윤곽(11)을 갖고, 상기 제 1 댐핑 소자(12)를 수용하기 위한 관통 개구(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 댐핑 소자(12)는 삽입부로 형성되고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 상기 박막 포트(2) 내에 캐스팅 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 마이크로 발룬을 가진 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 댐핑 소자(14)는 캐스팅 재료, 바람직하게 2성분 엘라스토머로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 댐핑 소자(12)는 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 9 항에 있어서, 상기 발포제는 폐포형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 댐핑 소자(12)의 상측면(17)은 하측면보다 큰 너비를 갖고, 상기 상측면(17)의 너비는 상기 제 2 댐핑 소자(13)의 상기 관통 개구(18)의 너비보다 큰 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 댐핑 소자(14)는 상기 제 2 댐핑 소자(13)와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 댐핑 소자들(12, 13)은 상기 박막(7)의 내측면에서부터 수직으로 측정되어 미리 정해진 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 댐핑 소자들(12, 13)은 상기 박막(7)의 내측면에서부터 수직으로 측정되어 미리 정해진 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 5 항 또는 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 제조 방법으로서,(S1) 상기 제 2 댐핑 소자(13)가 상기 박막 포트(2)의 내벽(4) 및 상기 박막 포트(2)의 상기 박막(7) 내측면의 에지 영역(9)에 넌 포지티브하게 결합되도록, 제 1 박막 포트(2)에 제 2 댐핑 소자(13)를 삽입하는 단계,(S2) 제 2 댐핑 소자(13)의 관통 개구(18) 내로 상기 제 1 댐핑 소자(12)를 삽입하는 단계 또는 상기 제 2 댐핑 소자(13)의 상기 관통 개구(18) 내로 상기 제 1 댐핑 소자(12)를 삽입하는 단계 및 초음파 트랜스듀서(1)의 제조를 위해 상기 박막 포트(2)를 상기 제 3 댐핑 소자(14)로 폐쇄하는 단계를 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 댐핑 소자(13)를 삽입하기 전에 상기 제 1 댐핑 소자(12)의 형태와 치수를 가진 코어가 변환 소자(10) 상에 분리 가능하게 배치되고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)는 캐스팅 가능한 재료로서 상기 코어와 상기 박막 포트(2)의 내벽(4) 사이의 영역에 제공되고, 상기 제 2 댐핑 소자(13)가 경화된 후에 상기 관통 개구(18)의 형성을 위해 상기 코어가 분리되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 6 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 제조 방법으로서,(S1) 상기 제 1 댐핑 소자(12)는 변환 소자(10) 상에 고정되도록, 상기 박막 포트(2)에 상기 제 1 댐핑 소자(12)를 삽입하는 단계,(S2) 상기 제 1 댐핑 소자(12)와 상기 박막 포트(2)의 내벽(4) 사이의 영역에 상기 제 2 댐핑 소자(13)를 주입하는 단계 또는 상기 제 1 댐핑 소자(12)와 상기 박막 포트(2)의 상기 내벽(4) 사이의 영역에 상기 제 2 댐핑 소자(13)를 주입하는 단계 및 상기 초음파 트랜스듀서(1)의 제조를 위해 상기 박막 포트(2)를 상기 제 3 댐핑 소자(14)로 폐쇄하는 단계를 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 제 3 댐핑 소자(14)의 형성을 위해 상기 박막 포트(2) 내로 상기 제 2 댐핑 소자(13)의 재료가 주입됨으로써 상기 박막 포트(2)가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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