KR20120098661A - 유체에 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체(120)에서 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서(110)에 관한 것이다. 초음파 트랜스듀서(110)는 적어도 하나의 트랜스듀서 코어(112)를 포함하고, 상기 트랜스듀서 코어는 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)를 포함한다. 또한 초음파 트랜스듀서(110)는 적어도 하나의 하우징(110)을 포함하고, 상기 하우징은 적어도 2개의 하우징 부분들(122, 124)을 갖는다. 적어도 하나의 제 1 하우징 부분(122)은 트랜스듀서 코어(112)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 유체(120)로부터 떨어져 있는 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 후면은 접근 가능하다. 또한 적어도 하나의 제 2 하우징 부분(124)은 제 1 하우징 부분(122)에 결합된다. 유체(120)로부터 떨어져 있는 초음파 트랜스듀서(110)의 측면은 제 2 하우징 부분(124)에 의해 실질적으로 폐쇄된다.
Description
본 발명은 유체에 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서 및 초음파 트랜스듀서의 제조 방법에 관한 것이다.
선행기술에 다양한 용도의 초음파 트랜스듀서가 공지되어 있다. 예를 들어 차량 기술에서 초음파 유량 측정기에, 예를 들어 내연기관의 배기 매니폴드 및/또는 흡기 매니폴드에 초음파 트랜스듀서가 사용된다. 예컨대 상기와 같은 초음파 트랜스듀서는 DE 10 2007 037 088 A1호 또는 이후에 공개된 출원인의 독일 특허 출원 DE 10 2008 055 126.0에 기술되어 있다. 초음파 유량 측정기는 대부분의 경우에 2개의 초음파 트랜스듀서에 기초하고, 상기 트랜스듀서들은 유동 파이프 내에 유동 방향으로 오프셋 배치되고, 상호 초음파 신호를 송출한다. 또한 예컨대 플러그 인 센서 형태의 적어도 하나의 리플렉터가 배치된 측정 장치가 사용될 수 있다. 초음파 트랜스듀서의 다른 용도는 예를 들어 충전 레벨 측정기 또는 예컨대 소위 파크 파일럿 시스템의 거리 측정기이다.
초음파 트랜스듀서는 대부분의 경우에 압전 세라믹 형태의 전기-음향 트랜스듀서 부재를 포함한다. 임피던스 조정, 즉 특히 초음파 트랜스듀서와 초음파 트랜스듀서가 사용되는 유체 사이의 경계면에서 반사 손실을 줄이기 위해, 대개 소위 조정 바디가 사용되고, 상기 조정 바디는 압전 세라믹과 유체의 임피던스 사이의 적어도 부분적인 임피던스 조정을 제공한다. 예컨대 소위 λ/4-임피던스 조정층과 관련한 압전 세라믹 기반의 초음파 트랜스듀서가 공지되어 있다. 예컨대 본 발명의 범주에서도 사용될 수 있는 상기와 같은 조정 바디는 DE 10 2007 037 088 A1호 또는 DE 10 2008 055 126.0호에 공지되어 있다.
또한 선행기술에 일체형 슬리브 형태의 하우징과 링형의 후면 커버로 이루어진 초음파 트랜스듀서가 공지되어 있다. 상기 초음파 트랜스듀서는 예를 들어 파크 파일럿 시스템에 사용된다. 이러한 경우에 예를 들어 압전 세라믹 및 커버 링에 연결된 콘택 핀에 와이어가 용접됨으로써, 일반적으로 먼저 압전 세라믹이 전기 접촉된다. 후속해서 일반적으로 압전 세라믹은 흡착 그리퍼에 의해 커버 링을 관통해서 지지되고, 커버 링 및 접속 와이어와 함께 슬리브 내로 삽입된다. 이러한 과정 동안 접속 와이어는 최적의 지지력을 위해 추후의 초음파 트랜스듀서 내에서 바람직한 휨 프로파일을 얻는다. 흡착 그리퍼가 분리되기 전에 일반적으로 압전부와 슬리브 사이에 접착이 활성화되어야 하는데, 이는 대개 자외선에 의해 이루어지고, 상기 자외선은 일반적으로 커버 링을 통과해서 제공된다.
그러나 상기와 같은 장착은 실제로 다양한 기술적 요구사항과 단점들을 수반한다. 일반적으로 일체형 트랜스듀서 슬리브는 대부분 매우 깊게 구현되어야 하는데, 그 이유는 트랜스듀서 슬리브의 내부 챔버가 일정한 양의 댐핑 재료로 채워져야 하기 때문이다. 또한, 트랜스듀서 슬리브의 이러한 깊이는 일반적으로, 콘택 핀의 고정 또는 재접촉을 가능하게 하고, 예컨대 플러그 인 센서 하우징에 정확히 정렬하여 삽입하기 위한 적절한 가이드 길이를 보장하거나 또는 전체 트랜스듀서의 일반적인 취급을 용이하게 하는데 필요하다. 트랜스듀서 슬리브의 이러한 깊이에 의해 일반적으로 구성 과정 동안 취급이 어려워지는데, 그 이유는 압전 부재가 트랜스듀서 슬리브 내로 깊이 삽입되어야 하기 때문이다. 그런 경우 슬리브 내에서 압전 세라믹의 대량 생산에 적합한 전기 접촉은 가능하지만 매우 어렵다. 그와 달리 선택적 조정 바디와 결합하기 전에 압전 세라믹의 전기 접촉이 실행되면, 압전 세라믹, 접속 와이어, 콘택 핀 및 트랜스듀서 커버 또는 트랜스듀서 커버 링은 결합 과정 동안 서로 고정되거나 또는 위치 설정되어 유지된다. 이러한 방법은 매우 복잡하다.
본 발명의 과제는 공지된 초음파 트랜스듀서 및 제조 방법의 단점을 적어도 부분적으로 방지하는, 유체에 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서 및 그것의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 초음파 트랜스듀서 및 청구범위 제 10 항에 따른 초음파 트랜스듀서의 제조 방법에 의해 해결된다.
초음파 트랜스듀서는 특히 본 발명에 따른 방법에 따라 제조될 수 있고, 상기 방법은 특히 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 제조에 이용될 수 있다. 따라서 상기 방법의 가능한 실시예에 대해 초음파 트랜스듀서의 설명이 참조되고 그 반대로도 참조된다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서는 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재를 가진 적어도 하나의 트랜스듀서 코어를 포함한다. 전기-음향 트랜트듀서 부재란 기본적으로 전기 신호를 음향 신호로 또는 그 반대로 변환할 수 있는 임의의 부재이다. 특히 모놀리식 부재일 수 있다. 바람직하게 전기-음향 트랜스듀서 부재는 압전 트랜스듀서 부재를 포함하거나 압전 트랜스듀서 부재로서 형성된다. 따라서 본 발명의 범주에서 전기-음향 트랜스듀서 부재의 가능한 실시예의 제한 없이 용어 "압전", "압전 세라믹" 및 "압전 트랜스듀서 부재" 라는 표현은 "전기-음향 트랜스듀서 부재"의 동의어로도 사용된다. 또한 트랜스듀서 코어는 아래에서 설명되는 바와 같은 다른 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어 트랜스듀서 코어는 유체를 향한 측면에 예를 들어 전술한 선행기술에 따라 적어도 하나의 조정 바디를 포함할 수 있다. 상기 조정 바디는, 전기-음향 트랜스듀서 부재와 유체, 예컨대 공기 또는 액체 사이의 음향 커플링을 개선하기 위해 제공된다. 바람직하게 조정 바디는 전기-음향 트랜스듀서 부재 및 유체의 임피던스의 기하학적 평균에 있는 임피던스를 갖는 재료를 이용한다. 실제 초음파 트랜스듀서에서 및 특히 기체 형태의 유체에서 일반적으로 다른, 대개 더 높은 음향 임피던스를 갖는 조정 바디가 사용된다. 조정 바디는 상이한 음향 임피던스를 갖는 다수의 재료를 포함할 수도 있고 및/또는 음향 임피던스 변화도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 코어는 예를 들어 방출면을 포함할 수 있고, 상기 방출면은 유체에 할당되고 상기 방출면을 통해 초음파 신호가 유체에 전달되고 및/또는 유체로부터 나온 초음파 신호가 수신될 수 있다. 방출면은 예컨대 하우징의 개구에 배치될 수 있고, 상기 하우징은 아래에서 자세히 설명된다. 예를 들어 상기 개구는 하우징의 가장자리에 의해 예컨대 링형으로 둘러싸일 수 있다. 다른 디자인도 고려될 수 있다. 방출면은 하우징의 가장자리와 동일 평면으로 끝나거나 또는 다른 평면으로 배치될 수도 있고, 예컨대 하우징의 내부로 약간 오프셋되거나 또는 가장자리에 대해 유체를 향해 약간 오프셋되어 배치된다.
또한 초음파 트랜스듀서는 적어도 하나의 하우징을 포함한다. 상기 하우징은 특히 슬리브 형태로 형성될 수 있다. 하우징은 초음파 트랜스듀서를 실질적으로 외부에 대해 폐쇄하고 초음파 트랜스듀서 외부의 실제 형태를 부여하는 부재이다. 하우징은 아래에서 자세히 설명되는 바와 같이, 특히 금속 재료 및/또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있고, 초음파 트랜스듀서를 외부로부터의 기계적 및/또는 화학적 작용으로부터 보호할 수 있고 및/또는 온도 및/또는 압력 영향으로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 사상은, 하우징이 적어도 2개의 부분으로 형성되는 경우에 초음파 트랜스듀서의 조립과 구성이 현저히 간단해질 수 있다는 것이다. 따라서 하우징은 적어도 2개의 하우징 부분들을 포함한다. 상기 하우징 부분들은 바람직하게 완전히 분리되어 형성되고 따라서 바람직하게 완전히 서로 무관하게 제조되고 및/또는 취급될 수 있다.
트랜스듀서 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 적어도 하나의 제 1 하우징 부분이 제공된다. 예컨대 하우징 부분은 트랜스듀서 코어의 조정 바디 및/또는 전기-음향 트랜스듀서 부재를 완전히 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 따라서 제 1 하우징 부분은 예컨대 링형이거나 또는 관형으로 형성될 수 있고, 예컨대 원형 또는 다각형 횡단면을 갖는다. 상기 하우징 부분의 내경은 트랜스듀서 코어의 외경에 정확히 상응하거나 또는 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 하우징 부분과 트랜스듀서 코어 사이에 갭이 제공될 수 있다.
제 1 하우징 부분은, 유체로부터 떨어져 있는 전기-음향 트랜스듀서 부재의 후면이 접근 가능하도록 트랜스듀서 코어를 둘러싼다. 접근 가능하다는 표현은, 본 발명의 범주에서 제 1 하우징 부분이 후면에 적어도 하나의 개구, 예컨대 트랜스듀서 코어보다 큰 개구 폭을 갖는 개구를 포함하고, 예를 들어 전기-음향 트랜스듀서 부재의 접촉을 위해 상기 개구를 통해서 전기-음향 트랜스듀서 부재의 후면에 접근할 수 있는 배치를 의미한다. 특히 개구 및/또는 트랜스듀서 코어는, 트랜스듀서 코어가 제 1 하우징 부분 내의 개구를 통해 상기 제 1 하우징 부분 내로 삽입되고 및/또는 상기 제 1 하우징 부분으로부터 분리될 수 있도록 형성될 수 있다. 예컨대 전기-음향 트랜스듀서 부재의 상기 후면은 제 1 하우징 부분의 후면과 동일 평면으로 끝날 수 있거나 또는 상기 제 1 하우징 부분 위로 돌출하므로, 상기 후면은 전기 접촉을 위해 접근 가능하다. 대안으로서 제 1 하우징 부분은 후면 위로 약간 돌출하므로, 전기-음향 트랜스듀서 부재의 후면은 제 1 하우징 부분의 후면에 비해 하우징 내부로 오프셋되고, 이 경우에도 전기-음향 트랜스듀서 부재의 후면은 전기 접촉을 위해 접근 가능하다.
또한, 적어도 하나의 제 2 하우징 부분이 제공되고, 상기 제 2 하우징 부분은 예컨대 재료 결합식 및/또는 압력 끼워맞춤 및/또는 형상 끼워맞춤 방식의 결합에 의해 제 1 하우징 부분에 연결된다. 상기 제 2 하우징 부분은, 유체로부터 떨어져 있는 초음파 트랜스듀서의 측면을 실질적으로 폐쇄하도록 형성되고 배치된다.
이와 관련해서 폐쇄란 밀봉 폐쇄를 의미하는 것이 아니라 매체로부터 떨어져 있는 초음파 트랜스듀서의 측면의 외형 규정 및/또는 하우징에 수용된 초음파 트랜스듀서의 부품들의 기계적 고정을 의미한다. 또한, 외부 작용에 대해 적어도 부분적인 보호가 보장될 수 있다. 이와 관련해서 "실질적으로"라는 표현은 예를 들어 통과를 위해 또는 트랜스듀서(예를 들어 댐핑 부재)의 부품들을 열 팽창과 관련해서 보상 개구로서 적어도 소수의 개구들이 허용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 "실질적으로 폐쇄"란 특히 유체로부터 떨어져 있는 제 2 하우징 부분의 측면의 형상을 의미할 수 있고, 이러한 형상에서 트랜스듀서 내부, 예컨대 전기-음향 트랜스듀서 부재 및/또는 전체 트랜스듀서 코어 및/또는 디커플링 부재 및/또는 댐핑 부재는 제 2 하우징 부분에 의해 하우징 내부에 고정될 수 있으므로, 상기 부품들은 하우징으로부터 분리될 수 없다. 특히 제 2 하우징 부분은 후면 지지부를 제공할 수 있고, 상기 지지부에서 하나 또는 다수의 부재들, 즉 트랜스듀서 코어, 전기-음향 트랜스듀서 부재, 디커플링 부재, 댐핑 부재, 댐핑 및/또는 디커플링 재료 또는 하우징 내부에 배치된 다른 부재들이 지지될 수 있다. 따라서 예컨대 유체로부터 떨어져 있는 제 2 하우징 부분의 측면은 적어도 하나의 지지 부재, 예컨대 내부로 돌출한 칼라를 포함할 수 있고, 상기 칼라에 하우징 내부의 하나 또는 다수의 상기 부재들이 지지될 수 있으므로, 예컨대 유체의 압력이 흡수될 수 있다. 예를 들어 이로써, 유체를 향하는 초음파 트랜스듀서의 측면에 있는 밀봉 필름은 압력 부하시 가능한 약간만 내측으로 가압되는 것이 보장될 수 있다. 제 2 하우징 부분에 적어도 하나의 후면 개구가 제공되는 경우에, 상기 개구가 너무 작게 선택되어서는 안 되는데, 그 이유는 지지 작용, 즉 트랜스듀서 내부, 예컨대 댐핑 캐스팅 컴파운드의 열 팽창이 개선될수록 선택적 밀봉 필름은 더 많은 부하를 받을 수 있기 때문이다. 경도, 열 팽창계수 및 충전량에 따라 실제로 제 2 하우징 부분의 최적의 개구 크기에 대한 적절한 절충이 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 하우징 부분은 트랜스듀서 코어를 특히 링형으로 둘러쌀 수 있다. 따라서 제 1 하우징 부분은 예컨대 완전히 또는 부분적으로 링으로서 및/또는 링형 슬리브로서 형성될 수 있다. 예를 들어 제 1 하우징 부분은 유체에 할당된 단부면, 특히 원형 단부면을 포함할 수 있다. 트랜스듀서 코어의 방출면, 즉 트랜스듀서 코어의 음향 신호를 유체에 전달하고 및/또는 유체로부터 나온 음향 신호를 트랜스듀서 코어에 의해 수신할 수 있는 면은 상기 단부면에 의해 링형으로 둘러싸일 수 있다. 예를 들어 방출면은 제 1 하우징 부분의 상기 단부면과 동일 평면으로 배치될 수 있다. 이러한 디자인은, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 초음파 트랜스듀서의 하우징 내부 챔버를 유체의 작용, 예를 들어 화학 작용 및/또는 압력 작용에 대해 차단 및/또는 밀봉하는 적어도 하나의 밀봉 필름이 제공되는 경우에 특히 바람직하다. 상기 밀봉 필름은 예를 들어 제 1 하우징 부분의 단부면 및/또는 방출면에 접착될 수 있거나 또는 다른 방식으로 결합될 수 있다.
전기-음향 트랜스듀서 부재는 특히 유체로부터 떨어져 있는 측면에서 제 1 하우징 부분과 동일 평면으로 끝나거나 또는 상기 제 1 하우징 부분 위로 돌출할 수 있다. 이러한 디자인은 특히, 전기-음향 트랜스듀서 부재의 간단한 전기 접촉을 보장하기 위해 바람직하다.
제 2 하우징 부분은 특히 포트형으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 제 2 하우징 부분은 예를 들어 유체로부터 떨어져 있는 측면에 의해 제 1 하우징 부분 위로 씌워질 수 있다. 제 1 하우징 부분과 제 2 하우징 부분은 예를 들어 재료 결합식 결합 방법에 의해, 특히 용접 방법에 의해 결합될 수 있다. 특히 플라스틱 재료인 경우에, 그러나 다른 재료의 경우에도 특히 초음파 용접이 제공된다. 대안으로서 또는 추가로 예를 들어 레이저 용접, 접착 또는 제 2 하우징 부분을 제 1 하우징 부분 위로 또는 그 반대로 클립핑에 의한 압력 끼워맞춤 방식 및/또는 형상 끼워맞춤 방식 및/또는 재료 결합식 결합 기술과 같은 다른 결합 기술이 이용될 수 있다.
또한 초음파 트랜스듀서는 전기-음향 트랜스듀서 부재의 전기 접촉을 위한 적어도 하나의 콘택 브래킷을 포함할 수 있다. 콘택 브래킷은 전기-음향 트랜스듀서 부재의 전극들의 접촉을 위한 예를 들어 하나 또는 2개 이상의 전기 콘택을 포함할 수 있다. 즉 적어도 하나의 콘택 브래킷은 예를 들어 실질적으로 형태 안정적으로, 적어도 고유 무게의 작용 하에 변형되지 않거나 또는 약간만 변형되도록 형성될 수 있다. 콘택 브래킷은 특히 금속 재료로 제조될 수 있다. 콘택 브래킷은 제 2 하우징 부분을 통해서 초음파 트랜스듀서의 내부 챔버 내로 돌출할 수 있고, 거기에서 전기-음향 트랜스듀서 부재에 전기 결합될 수 있다. 콘택 브래킷과 전기-음향 트랜스듀서 부재 사이의 이러한 전기 결합은 예를 들어 콘택 브래킷에 의한 전기-음향 트랜스듀서 부재의 직접 접촉에 의해 이루어질 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 다른 접속 기술, 예컨대 와이어 본딩 기술도 사용될 수 있다. 이러한 본딩 기술은 하우징이 2개의 부분 또는 다수의 부분으로 형성됨으로써 전기-음향 트랜스듀서 부재에 대한 접근이 용이해지기 때문에 기술적으로 특히 간단하게 구현될 수 있다. 콘택 브래킷은 특히 제 1 하우징 부분에 결합될 수 있다. 이로써 콘택 브래킷은 특히 공간적으로 고정될 수 있다. 이러한 결합은 예를 들어 형상 끼워맞춤 및/또는 압력 끼워맞춤 방식의 결합을 포함할 수 있다. 예를 들어 콘택 브래킷은 하나 또는 다수의 결합 부재, 예를 들어 클립을 포함할 수 있고, 상기 클립에 의해 콘택 브래킷이 제 1 하우징 부분 위로 끼워지거나 또는 클립핑 될 수 있다.
콘택 브래킷은 전기-음향 트랜스듀서 부재의 전기 접촉 외에 다른 과제를 수행할 수 있다. 즉 상기 콘택 브래킷은 예컨대 적어도 부분적으로 전자기 차폐부로서 형성될 수 있다. 따라서 콘택 브래킷은 예를 들어 전기-음향 트랜스듀서 부재를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
전술한 바와 같이, 트랜스듀서 코어는 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재 내에 다른 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어 트랜스듀서 코어는 예컨대 상기 선행기술에 따라 적어도 하나의 조정 바디를 포함할 수 있다. 상기 조정 바디는 전기-음향 트랜스듀서 부재와 유체 사이의 음향 커플링을 개선하기 위해 형성될 수 있다. 제 1 하우징 부분은 조정 바디를 적어도 부분적으로 예컨대 링형으로 둘러쌀 수 있다.
제 1 하우징 부분과 제 2 하우징 부분은 전술한 바와 같이, 전체적으로 또는 부분적으로 금속 재료 및/또는 플라스틱 재료 및/또는 다른 재료로 제조될 수 있다. 양호한 자체 댐핑과 동시에 선조세공(filigree) 구조의 제조 가능성을 갖는 재료가 특히 바람직하다. 즉 예를 들어 액정 고분자(Liquid Crystal Polymers, LCP)가 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 다른 플라스틱 재료, 예컨대 PPA(Polyphtalamide), PBT(Polybuthylenterephtalate) 및/또는 PEEK(Polyetheretherketon) 및/또는 다른 플라스틱이 사용될 수도 있다. 이러한 플라스틱 재료는 채워지지 않거나 또는 예컨대 유리 섬유 충전물, 세라믹, 카본 또는 이와 같은 것들로 채워져서 형성될 수 있다.
제 1 하우징 부분은 특히 유체에 할당된 개구를 포함할 수 있다. 예를 들어 제 1 하우징 부분은 전술한 바와 같이 단부면, 예컨대 개구의 가장자를 따라 뻗어있는 링형 단부면을 포함할 수 있다. 트랜스듀서 코어의 방출면은 상기 개구 내부에 배치될 수 있다. 개구는 적어도 하나의 밀봉 필름에 의해 폐쇄될 수 있다. 밀봉 필름은 예를 들어 제 1 하우징 부분, 예컨대 단부면에 결합될 수 있다.
초음파 트랜스듀서 내부에 특히 적어도 하나의 하우징 내부 챔버가 제공될 수 있다. 상기 하우징 내부 챔버는 예를 들어 적어도 부분적으로 제 2 하우징 부분에 의해 제한될 수 있다. 상기 하우징 내부 챔버는 특히 적어도 부분적으로 충전- 및/또는 댐핑 재료, 예컨대 댐핑 화합물로 채워질 수 있다. 이를 위해 예컨대 실리콘이 제공될 수 있다. 댐핑 재료는 특히 트랜스듀서 코어, 예컨대 전기-음향 트랜스듀서 부재에 직접 결합할 수 있고, 트랜스듀서 코어의 여기 후에 가능한 신속한 댐핑을 제공하도록 설계될 수 있다. 또한, 충전 및/또는 댐핑 재료는 유체로부터 트랜스듀서로 가해진 압력을 트랜스듀서 코어 및 충전 및/또는 댐핑 재료를 통해 제 2 하우징 부분 후면으로 유도하도록 설계될 수 있다.
하나 또는 다수의 전술한 실시예의 초음파 트랜스듀서 외에 유체에서 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서의 제조 방법이 제안된다. 상기 방법은 특히 하나 또는 다수의 전술한 실시예의 초음파 트랜스듀서의 제조에 이용될 수 있고, 이 경우 기본적으로 다른 방식의 초음파 트랜스듀서도 제안된 방법으로 제조될 수 있다. 상기 방법은 다음에 설명되는 단계들을 포함하며, 상기 단계들은 반드시 설명된 순서로 실행되지 않아도 된다. 개별 방법 단계들은 동시에 및/또는 시간적으로 중복되게 실행될 수 있다. 또한 몇 개의 또는 다수의 방법 단계들은 반복해서 실행될 수 있다.
상기 방법에서 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재를 포함하는 트랜스듀서 코어가 형성된다. 또한 다른 방법 단계에서, 적어도 하나의 제 1 하우징 부분은 트랜스듀서 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 제공된다. 이 시점에 트랜스듀서 코어는 이미 완전히 형성될 수 있지만, 예컨대 제 1 하우징 부분에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 트랜스듀서 코어의 조정 바디만 제공됨으로써 부분적으로만 형성될 수도 있다. 제 1 하우징 부분은, 유체로부터 떨어져 있는 전기-음향 트랜스듀서 부재의 후면이 예컨대 전기 접촉 과정을 위해 접근 가능하도록 형성되고 제공된다. 다른 방법 단계에서 적어도 하나의 제 2 하우징 부분이 제공된다. 상기 제 2 하우징 부분은, 유체로부터 떨어져 있는 초음파 트랜스듀서의 측면이 제 2 하우징 부분에 의해 실질적으로 폐쇄되도록 제 1 하우징 부분에 결합된다.
제조 방법은 예컨대 전술한 방식의 적어도 하나의 밀봉 필름이 사용되도록 특히 간단하게 구성될 수 있다. 상기 필름은 예를 들어 플라스틱 필름일 수 있고, 예컨대 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 폴리이미드 필름 또는 다른 필름 재료일 수 있다. 그러나 기본적으로 금속 필름도 가능하다. 상기 방법은, 제 1 하우징 부분과 트랜스듀서 코어 또는 트랜스듀서 코어의 부분, 예를 들어 조정 바디가 밀봉 필름상에 제공되도록 구성될 수 있다. 특히 이들은 예컨대 접착 방법 및/또는 다른 방식의 재료 결합식 방법에 의해 밀봉 필름에 결합될 수 있다. 트랜스듀서 코어 또는 트랜스듀서 코어의 부분과 제 1 하우징 부분 사이의 갭은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 댐핑 및/또는 디커플링 재료로 채워질 수 있다. 예컨대 상기 댐핑 및/또는 디커플링 재료는 플라스틱 재료, 특히 액상 실리콘 고무(Liquid Silicone Rubber, LSR)를 포함할 수 있다. 특히 캐스팅 과정에 의해 충전이 이루어질 수 있다.
제 1 하우징 부분과 제 2 하우징 부분의 결합 전에 특히 전기-음향 트랜스듀서 부재의 접촉을 위한 콘택 브래킷은 제 1 하우징 부분에 결합될 수 있다. 상기 결합은 전술한 바와 같이, 특히 형상 끼워맞춤 및/또는 압력 끼워맞춤 방식의 결합을 포함할 수 있다. 콘택 브래킷은 특히 다수의 결합된 전기 콘택을 포함할 수 있고, 이 경우 전기 콘택은 제 1 하우징 부분과 콘택 브래킷의 결합 후에, 예를 들어 제 2 하우징 부분이 제 1 하우징 부분 상에 제공된 후에 서로 분리될 수 있다.
제안된 초음파 트랜스듀서와 제안된 방법은 공지된 초음파 트랜스듀서와 공지된 방법에 비해 많은 장점을 갖는다. 따라서 저렴하고 대량 생산 기술로 제조 가능한 초음파 트랜스듀서, 예컨대 자동차 분야에서 기체 유량 측정을 위해 사용될 수 있는 것과 같은 에어 초음파 트랜스듀서에 기본이 된다. 초음파 트랜스듀서는 예컨대 초음파 유량계로서, 즉 초음파 유량 측정기로서 과급된 내연기관의 압력측에서 사용될 수 있다.
초음파 트랜스듀서는 간단하고 저렴하게 구성될 수 있다. 따라서 초음파 트랜스듀서는 압전 세라믹을 기초로, 선택적으로 임피던스 조정층, 예컨대 2개의 부분으로 이루어진 슬리브 형태의 하우징을 포함하도록 제조될 수 있다. 제 1 하우징 부분은 슬리브의 전방측 부분으로 형성될 수 있고, 조정층에 결합될 수 있다. 이러한 결합은 예컨대 적어도 하나의 디커플링 부재 및/또는 적어도 하나의 밀봉 필름 및/또는 코팅 및/또는 상기 부재들의 조합에 의해 이루어질 수 있다. 제 1 하우징 부분, 예를 들어 전체 슬리브의 전방측 부분은, 압전부의 후면이 후방 슬리브 가장자리와 대략 동일 평면으로 놓이도록 평평하게 형성될 수 있다. 따라서 압전부는 장착, 접착 및 접촉 과정 동안 양호하게 접근할 수 있다. 제 2 하우징 부분은 특히 후면 슬리브부로서 형성될 수 있다. 상기 제 2 하우징 부분은 제 1 하우징 부분보다 더 깊은 슬리브부로서 형성될 수 있다. 제 2 하우징 부분은 전술한 바와 같이, 댐핑 및/또는 디커플링 및/또는 예컨대 캐스팅 재료와 같은 지지 재료를 포함할 수 있다.
하우징이 적어도 2개의 부분으로 형성됨으로써, 예컨대 슬리브가 2개의 부분으로 형성됨으로써, 바람직하게 비교적 평평한 전방부에 의해 압전 후면의 양호한 접근성이 보장된다. 이로써 바람직한 제조 순서가 구현될 수 있다. 본 발명은 예컨대 접촉 기술의 선택과 관련해서 전체적으로 디자인의 더 많은 자유도를 가능하게 한다. 따라서 초음파 트랜스듀서에 대한 특수한 요구 조건, 예컨대 자동차 분야의 요구 조건, 특히 엔진 장착 조건이 충족될 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예들의 다른 세부 사항 및 특징들은 바람직한 실시예의 하기 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 트랜드듀서의 실시예의 단면도.
도 2는 도 1의 절단면에 대해 수직으로 절단한 도 1의 실시예의 단면도.
도 3은 콘택 브래킷의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 절단면에 대해 수직으로 절단한 도 1의 실시예의 단면도.
도 3은 콘택 브래킷의 실시예를 도시한 도면.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서(110)의 가능한 실시예가 도시된다. 도 1은 측면의 단면도를 도시한 반면, 도 2는 위에서 본, 도 1의 절단면에 대해 수직인 단면도를 도시한다. 초음파 트랜스듀서(110)는 트랜스듀서 코어(112)를 포함하고, 상기 트랜스듀서 코어는 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 조정 바디(116)를 포함한다. 조정 바디(116)는 예컨대 λ/4 임피던스 조정층으로 형성될 수 있다. 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)는 예컨대 압전 부재로서 형성될 수 있고, 직접 또는 적어도 하나의 중간층(예를 들어 열역학적 응력 조정을 위한 중간층)에 의해 조정 바디(116)에 결합될 수 있다. 도시된 실시예에서 조정 바디(116)는 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)보다 약간 큰 직경(d1)을 갖는다. 예를 들어 전체 트랜스듀서 코어(112)는 직경(d1), 예컨대 8 mm의 직경을 가질 수 있다.
트랜스듀서 코어(112)는 하우징(118) 내에 삽입되고, 상기 하우징은 도시된 실시예에서 2개의 부분으로 형성된다. 또한 기본적으로 2개의 이상의 부분도 제공될 수 있다. 따라서 하우징(118)은 유체(120;도 1 참조)에 할당된 전방측 제 1 하우징 부분(122) 및 유체(120)로부터 떨어져 있는 후면측 제 2 하우징 부분(124)을 포함한다. 하기에서 제 1 하우징 슬리브 또는 전방측 슬리브라고도 하는 제 1 하우징 부분(122)는 예컨대 실질적으로 대칭 원통형 슬리브로서 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서 제 1 하우징 부분(122)은 대체로 각이 지도록 형성되고, 축(126)에 대해 평행하게 연장된 축 부분(128)과 실질적으로 축(126)에 대해 수직으로 연장된 방사방향 부분(130)을 포함한다. 방사방향 부분(130)은 유체(120)에 할당된 단부면(132)을 갖는다. 상기 단부면(132)은 예를 들어 원형 링 형태로 형성된다. 상기 단부면은 예컨대 12 mm의 내경(d2)을 갖는다. 따라서 트랜스듀서 코어(112)와 상기 트랜스듀서 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 1 하우징 부분(122) 사이에 갭(134)이 형성될 수 있다. 상기 갭(134)은 예컨대 본 경우에 예컨대 1 mm 두께를 갖는 실질적으로 원통형 슬리브 형태로 형성될 수 있다. 갭(134)은 도 1 및 도 2의 실시예에서처럼 예를 들어 전체적으로 또는 부분적으로 디커플링 부재(136)로 채워질 수 있고, 상기 디커플링 부재는 하우징(118)에서 트랜스듀서 코어(112)의 양호한 기계적 고정을 제공하지만, 하우징(118)과 트랜스듀서 코어(112) 사이로 고체음 전달을 부분적으로 댐핑한다. 예컨대 디커플링 부재(136)의 재료로서 캐스팅 재료, 예를 들어 액상 실리콘 고무((Liquid Silicone Rubber, LSR)가 사용될 수 있다.
유체(120)에 할당된 트랜스듀서 코어(112)의 측면은 방출면(138)을 포함한다. 상기 방출면은 도시된 실시예에서 제 1 하우징 부분(122)의 단부면(132)과 동일 평면으로 배치된다. 또한 매체(120)에 할당된 디커플링 부재(136)의 측면은 바람직하게 면들(136, 138)의 상기 공동의 평면 위로 돌출하지 않는다. 초음파 트랜스듀서(110)는 적어도 하나의 밀봉 부재(140), 예를 들어 밀봉 필름(142)을 통해 유체(120)에 대해 밀봉될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 다른 방식의 밀봉 부재들(140), 예컨대 코팅이 고려된다. 밀봉 필름은 예를 들어 넓은 면에 걸쳐 방출면(138) 및/또는 단부면(132)에 예컨대 접착에 의해 결합될 수 있다.
제 1 하우징 부분(122)은 후면측으로, 즉 유체(120)로부터 떨어져 있는 측면에서 비교적 짧게 형성되므로, 도시된 실시예에서 트랜스듀서 코어(112)의 후면은 제 1 하우징 부분(122)의 후면과 동일 평면으로 끝나거나 또는 상기 제 1 하우징 부분 위로 돌출한다. 따라서 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)는 바람직하게 후면으로부터 자유롭게 접근 가능하다.
전기-음향 트랜스듀서 부재(114)는 콘택 브래킷(144)에 의해 접촉된다. 상기 콘택 브래킷(133)은 예컨대 다른 경우에 실질적으로 원통형으로 형성된 제 2 하우징 부분(124)의 방사방향 확장부(146)에 예컨대 포트형으로 안내된다. 콘택 브래킷(144)의 상단부는 제 2 하우징 부분(124) 내의 개구(150)를 통해 외부로 안내되고, 그 하단부는 바람직하게 제 1 하우징 부분(122)과의 결합을 위한 결합 부재(148)를 포함한다. 상기 결합 부재(148)는 도시된 실시예에서 예컨대 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 클립 형태 또는 후크 형태로 형성될 수 있고, 제 1 하우징 부분(122)의 축방향 부분(128)의 후면 단부 위로 씌워질 수 있고 및/또는 클램핑될 수 있다. 이로써 예를 들어 형상 끼워맞춤 방식 및/또는 압력 끼워맞춤 방식의 결합이 달성될 수 있다.
콘택 브래킷(144)은 도 3에 도시된다. 도 3에 따라 콘택 브래킷(144)은 도시된 실시예에서 2개의 전기 콘택(152, 154)을 포함하고, 상기 전기 콘택은 예를 들어 그 상단부에서 브리지(156)를 통해 서로 결합될 수 있는 것을 알 수 있다. 상기 브리지(156)는 초음파 트랜스듀서(110)의 장착 후에 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 분리될 수 있다. 결합 부재들(148)은 실질적으로 축방향으로 연장된 전기 콘택(152, 154)을 통해 측면으로 예컨대 2.2 mm 만큼 돌출할 수 있다. 전기 콘택(152, 154)은 예컨대 2.2 mm의 폭을 가질 수 있고, 예컨대, 1.4 mm 만큼 이격될 수 있다. 전기 콘택(152, 154)은 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 콘택면(158)을 제공할 수 있다. 상기 콘택면(158)을 통해 예컨대 와이어 본딩에 의해 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 해당 콘택에 대한 접촉부(160)가 제공될 수 있다. 트랜스듀서 코어(112)의 후면은 제 2 하우징 부분(124)이 제공되기 전에 제 1 하우징 부분(122) 내로 트랜드듀서 코어(112)가 삽입된 경우에도 비교적 자유롭게 접근 가능하기 때문에, 상기와 같은 접촉은 예를 들어 와이어 설치에 의해 또는 다른 본딩 기술 또는 클램핑 기술 또는 다른 접촉 기술에 의해 간단히 가능하다.
이러한 접촉 후에 예를 들어 포트형의 제 2 하우징 부분(124)이 제 1 하우징 부분(122) 위에 제공되고, 예컨대 초음파 용접에 의해 상기 제 1 하우징 부분에 결합된다. 도 1에서 결합은 도면부호 162로 도시된다. 이로써 유체(120)로부터 떨어져 있는 트랜스듀서 코어(112)의 측면에 내부 챔버(164)가 형성된다. 상기 내부 챔버(164)는 예컨대 면적이 크게 형성될 수 있으므로, 상기 내부 챔버는 예컨대 완전히 또는 부분적으로 적어도 하나의 충전 재료 및/또는 댐핑 재료(166), 예컨대 댐핑 캐스팅 컴파운드로 채워질 수 있다. 이를 위해 제 1 하우징 부분(122)은 예컨대 하나 또는 다수의 개구들(168)을 포함할 수 있고, 상기 개구는 추후에 폐쇄될 수 있거나 또는 하우징(118) 내에 남겨질 수 있다.
도 1 및 도 2에 따른 도시된 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(110)는 2개의 부분으로 이루어진 하우징(118), 예를 들어 2개의 부분으로 이루어진 슬리브로 형성된다. 트랜스듀서 전방은 도 1에서는 아래로, 즉 유체(120)를 향한다. 해당 전방측 슬리브 부분은 예컨대 링형으로 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 따른 초음파 트랜스듀서(110)의 제조를 위해 예컨대 제 1 하우징 부분(122)의 단부면(132)은 밀봉 필름(142) 상에 부착될 수 있다. 또한 조정 바디(116)는 상기 밀봉 필름(142) 상에 부착될 수 있으므로, 상기 부재들은 고정된다. 밀봉 필름(142)으로서 예컨대 폴리이미드-필름(예를 들어 캡톤)이 사용될 수 있다. 사출 공구에서 디커플링 부재(136)는 음향 디커플링부로서 예컨대 LSR-재료가 사출 및/또는 캐스팅될 수 있다. 후속해서 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)가 부착될 수 있고, 결합 부재(148), 예컨대 콘택 브래킷(144)의 콘택 핀이 축방향 부분(128) 상에 결합될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 결합된 콘택 브래킷(144)이 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 콘택 핀이 사용될 수도 있다. 콘택 브래킷(144)은 예컨대 초음파 트랜스듀서의 장착 후에 개방될 수 있다. 후속해서 접촉부(160)가 제공될 수 있다. 예컨대 구리 스트립 또는 밴드가 열압착 용접에 의해 압전 전극 및/또는 콘택면(158)에, 예컨대 콘택 브래킷(144)의 콘택 핀의 콘택 영역에 고정될 수 있다. 대안으로서 콘택 브래킷(144)의 적어도 하나의 부분은 직접, 예컨대 용접에 의해 압전 전극 및/또는 콘택면(158)에 고정될 수 있다. 후속해서 제 2 하우징 부분(124) 형태의 후면 슬리브 부분이 배치될 수 있고, 제 1 하우징 부분(122)에, 예를 들어 슬리브 링에 특히 초음파 용접에 의해 결합될 수 있다. 계속해서 댐핑 캐스팅 컴파운드 및/또는 다른 충전- 또는 댐핑 재료(166)가 충전되고 경화될 수 있다. 후면 개구(168)는 충전 또는 댐핑 재료(166)의 충전에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 센서 작동 영역 내에서 댐핑 캐스팅 컴파운드의 열 팽창의 조정도 가능하게 할 수 있다. 다른 한편으로 상기 개구(168)는, 트랜스듀서 내부, 즉 내부 챔버(164)가 측정될 유체(122), 예컨대 공기의 역압에서도 슬리브에서 후방으로 충분히 지지될 수 있는 크기로만 치수 설계될 수 있다. 이를 위해 개구(168)의 크기 및/또는 상기 개구의 기하학적 형상은, 유체를 향한 방출면이 압력 부하시에는 물론 열 부하시에도 가능한 거의 이동되지 않도록 충전량 또는 충전 구조 및 관련 재료들의 경도와 열 팽창 계수에 따라 설계될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 초음파 트랜스듀서(110)는 다수의 실시예들 중 하나일 뿐이다. 실시예는 본 발명의 다른 실시예에서처럼 다양한 방법으로 바람직하게 개선되고 및/또는 변형될 수 있다. 예를 들어 내부에 배치된 디커플링이 제공될 수 있고, 상기 디커플링은 외부에 대해 잘 규정된 경질의 쉽게 밀봉될 수 있는 기계적 인터페이스를 제공한다. 하우징(118)의 재료는 바람직하게 플라스틱으로 제조될 수 있는데, 그 이유는 플라스틱은 특히 양호한 디커플링 특성을 갖기 때문이다. 예컨대 댐핑 재료(166), 디커플링 부재(136) 또는 밀봉 필름(142)을 통해 전달되는 고체음 성분은 플라스틱의 흡음으로 인해 충분히 댐핑된다.
선조세공 구조를 형성하기 위해 액정 고분자(Liquid Crystal Polymers, LCP)가 특히 적합하고, 이때 상기 액정 고분자는 동시에 양호한 자체 댐핑을 갖는다. 다른 재료로 예컨대 PPA, PBT, PEEK 또는 다른 플라스틱이 있다. 플라스틱 재료는 예컨대 유리 섬유, 세라믹, 카본 또는 이와 유사한 것으로 이루어진 충전물로 충전되거나 또는 충전되지 않은 채로 사용될 수 있다. 또한 대안으로서 또는 추가로 하우징(118) 및/또는 하우징 부분(122, 124)의 재료로서 금속 및/또는 화합물 재료가 선책되 수도 있다. 예를 들어 슬리브 재료로서 금속 및/또는 플라스틱에 삽입된 금속 부분은 EMV-차폐를 가능하게 한다. 금속은 자체 진동을 더 지속시키는 경향이 있고, 상기 자체 진동은 디커플링 특성을 약화시킬 수 있다. 플라스틱이 슬리브 재료로서 또는 하우징(118)의 재료인 경우에 콘택 브래킷(144)은 예컨대 3개의 세그먼트 또는 전기 콘택(152)으로 분할되는 대신 2개의 세그먼트 또는 전기 콘택으로 분할될 수도 있고, 상기 세그먼트들 중 예컨대 2개의 세그먼트만 압전 접촉에 이용되고, 제 3 세그먼트는 전기-음향 트랜스듀서 부재(114) 및/또는 초음파 트랜스듀서(11)의 다른 부분들의 링형 또는 부분 링형 차폐부를 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 밀봉 필름(142)의 재료로서 예컨대 폴리이미드(예를 들어 캡톤)이 고려될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 사용될 수 있는 다른 재료는 예컨대 불화탄화수소, 예컨대 테플론 및/또는 PEEK, 다른 종류의 열가소성 플라스틱, 듀로 플라스틱 또는 필름으로서 제공되지 않는 코팅, 예컨대 파릴렌, 래커 또는 이와 유사한 재료이다.
제 1 하우징 부분(122)과 밀봉 필름(142)의 면 접착에 대안으로서 또는 추가로 다른 결합 기술도 고려된다. 또한, 밀봉 필름(142)의 필름 가장자리는 별도로 더 밀봉될 수도 있다. 이것은 도시되지 않은 상위의 센서 하우징 내로 예컨대 초음파 트랜스듀서(110)의 접착과 동시에 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 언급된 선행기술 및/또는 DE 10 2004 061404 A1에 설명된 바와 같이, 상기와 같은 상위 센서 하우징에 예를 들어 상기와 같은 다수의 초음파 트랜스듀서(116)가 배치될 수도 있다. 상기 간행물에 설명된 센서 배치는 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서(110)의 사용시에도 구현될 수 있다.
밀봉 필름(142)은 자체 공정 단계에서 제 1 하우징 부분(122)의 슬리브 링 및 조정 바디(116)에 접착될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 밀봉 필름(142)과 제 1 하우징 부분(122) 및/또는 조정 바디(116) 사이의 결합이 다른 방식으로, 예컨대 LSR-공구와 같은 사출 성형 공구에 디커플링 부재(136)가 제공되는 단계에서 이루어질 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 상기 결합은 예컨대 LSR 공구와 같은 공구를 폐쇄 또는 밀봉하는 균일한 압력에 의해 디커플링 부재(136)의 제공을 위한 LSR-공정 및/또는 다른 사출 성형 공정과 동시에 이루어질 수 있다.
대안으로서 또는 추가로 다른 종류의 디커플링 부재(136)가 사용될 수도 있다. 따라서 디커플링 부재(136)는 전체적으로 또는 부분적으로 성형부로서 형성될 수 있고 및/또는 장착될 수 있다. 상기 방법의 장점은 조정층 재료의 더 작은 부하일 수 있다. 그러나 상기 방법의 단점은 낮은 컨시스턴시로 인한 기본적으로 더 높은 공차이다. 대안으로서 또는 추가로 사용될 수 있는 다른 변형예는 조정 바디(116)가 별도의 공정 단계에서 장착되는, 예컨대 접착되는 동안 제 1 하우징 부분(122)에 대해서만 그리고 선택적으로는 밀봉 필름(142)에 대한 디커플링 부재(136)의 재료, 예컨대 LSR의 압착이다.
LSR-공정에 대한 대안으로서 캐스팅 기술에 의해 댐핑- 및/또는 디커플링 재료가 사용될 수도 있다. 실리콘 대신 다른 재료가 사용될 수도 있다. 디커플링 부재(136)는 별도의 재료로서 생략될 수도 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 댐핑 재료(166)와 결합될 수 있다. 예를 들어 댐핑과 디커플링을 절충하는 하나의 캐스팅 재료가 사용될 수 있다. 이는 예컨대 실리콘 재료일 수 있다. 기본 재료로서 예컨대 다른 충전 물질을 포함하는 플렉시블해진 에폭시드도 고려될 수 있다.
다른 변형예 및/또는 개선예는 조정 바디(116)와 관련된다. 예컨대 상기 조정 바디는 전술한 선행기술에 따라 형성될 수 있다. 특히 조정 바디(116)는 유리 중공구체 충전된 에폭시드 및/또는 다공질로 소결된 폴리이미드, 예컨대 DuPont사의 Vespel 유형의 폴리이미드 또는 다른 재료 및/또는 변화 재료(gradient materials)로 이루어질 수도 있고, 상기 재료의 음향 임피던스 또는 상기 재료의 임피던스 변화는 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 유체(120) 사이에 바람직한 커플링이 주어지도록 선택된다. 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 조정 바디(116) 사이에 하나 또는 다수의 추가 층이 배치될 수 있고, 상기 층은 예컨대 압전 재료와 유사한 열 팽창 계수를 갖고(즉 예컨대 10 ppm/K 또는 그 미만의 값) 충분한 두께를 가짐으로써, 전기-음향 트랜스듀서 부재(114), 예컨대 압전부를 응력으로부터 보호한다. 상기 적어도 하나의 층은 동시에 조정 바디(116)의 개방된 다공을 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)를 고정하는 접착제에 대해 밀봉하는데 이용될 수 있다. 상기 적어도 하나의 선택적인 추가 층은 예컨대 접착될 수 있거나 또는 몰딩 방법에 의해 제공될 수 있고 및/또는 조정 바디(116)의 부분은 예컨대 특히 다른 열/음향 특성을 갖는 조정층일 수 있다.
전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 직경은, 실질적으로 초음파 형성 및/또는 초음파 검출을 위해 평면 공명이 이용되도록 선택될 수 있다. 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 두께는 절충될 수 있다. 예컨대 압전부가 얇게 선택될수록, 상기 압전부는 더 플랙시블해지고, 이는 상기 압전부를 열 충격에 대해 더 안정적으로 만든다. 다른 한편으로 더 얇은 압전부는 너무 강한 휨 진동을 실행하고, 상기 진동은 조정 바디(116)와 함께 초음파 트랜스듀서의 심한 온도 변화를 일으킬 수 있다. 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 조정 바디(116) 또는 보상층 사이의 결합은, 예컨대 압전 부재가 직접 조정 바디(116) 내로 및/또는 적어도 하나의 중간 바디 내로 매립됨으로써 별도의 접착제 없이도 실시될 수 있다. 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 조정 바디(116) 및/또는 선택적 보상층 사이의 결합은, 압전 기능이 조정 바디(16) 또는 보상층의 열 변형에 의해 또는 열 충격에 의해 손상되지 않도록 플랙시블해질 수 있다. 다른 한편으로 상기 결합은 바람직하게, 충분한 음향 커플링이 제공되도록 충분히 견고하게 선택된다. 일반적으로 이를 위해 에폭시 기반 재료가 사용될 수 있다.
전기-음향 트랜스듀서 부재(114), 예컨대 압전부의 전극과 일반적으로 하나 또는 다수의 콘택 핀을 포함할 수 있는 콘택 브래킷 사이의 전기 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예컨대 전술한 바와 같이, 결합은 와이어, 밴드, 필름 또는 전선에 의해 이루어질 수 있다. 접촉으로서 상기 열압축 용접 대신에 기본적으로 다른 기술이 고려된다. 예를 들어 도전 접착, 납땜 또는 와이어 본딩이 제공된다. 콘택 위치 또는 전기-음향 트랜스듀서 부재와 콘택 브래킷(144) 및/또는 상기 콘택 브래킷(144)의 개별 콘택 핀 사이의 모든 결합은, 이들을 부식으로부터 보호하기 위해 경질 보호 재료, 예컨대 글롭 탑(Glop top) 재료 및/또는 연질 실리콘 겔로 커버될 수 있다. 콘택 핀은 기본적으로 하우징(118)의 하우징 부분들 중 하나와 예컨대 인서트로서 또는 리드 프레임 및/또는 사출 성형부로서 결합될 수도 있다.
110 초음파 트랜스듀서
112 트랜스듀서 코어
114 트랜스듀서 부재
118 하우징
120 유체
122 제 1 하우징 부분
124 제 2 하우징 부분
112 트랜스듀서 코어
114 트랜스듀서 부재
118 하우징
120 유체
122 제 1 하우징 부분
124 제 2 하우징 부분
Claims (12)
- 유체(120)에 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서(110)로서, 적어도 하나의 트랜스듀서 코어(112)를 포함하고, 상기 트랜스듀서 코어(112)는 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)를 포함하고, 상기 초음파 트랜스듀서(110)는 적어도 하나의 하우징(118)을 포함하고, 상기 하우징(118)은 적어도 2개의 하우징 부분들(122, 124)을 갖고, 적어도 하나의 제 1 하우징 부분(122)이 제공되고, 상기 제 1 하우징 부분(122)은 상기 트랜스듀서 코어(112)를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 후면은 접근 가능하고, 적어도 하나의 제 2 하우징 부분(124)이 제공되고, 상기 제 2 하우징 부분(124)은 상기 제 1 하우징 부분(122)에 결합되고, 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 상기 초음파 트랜스듀서(110)의 측면은 상기 제 2 하우징 부분(124)에 의해 실질적으로 폐쇄되는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 부분(122)은 상기 트랜스듀서 코어(112)를 링형으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 측면은 상기 제 1 하우징 부분(122)과 동일 평면으로 끝나거나 또는 상기 제 1 하우징 부분(122) 위로 돌출하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 하우징 부분(124)은 포트형으로 형성되고, 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 측면에 의해 상기 제 1 하우징 부분(122) 위로 씌워지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 부분(122)과 상기 제 2 하우징 부분(124)은 재료 결합식 결합 방법, 특히 용접 방법에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 전기 접촉을 위한 적어도 하나의 콘택 브래킷(144), 특히 실질적으로 형태 안정적인 콘택 브래킷(144)을 포함하고, 상기 콘택 브래킷(144)은 상기 제 2 하우징 부분(124)을 통해 상기 초음파 트랜스듀서(110)의 내부 챔버 내로 돌출하고, 거기에서 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)와 전기 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘택 브래킷(144)은 상기 제 1 하우징 부분(122)에 특히 형상 끼워맞춤 및/또는 압력 끼워맞춤 방식 결합에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘택 브래킷(144)은 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 전자기 차폐부를 제공하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 부분(122)과 상기 제 2 하우징 부분(124)은 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
- 유체(120)에서 사용하기 위한 초음파 트랜스듀서(110), 특히 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 초음파 트랜스듀서(110)의 제조 방법으로서,
- 적어도 하나의 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)를 포함하는 트랜스듀서 코어(112)를 제조하는 단계;
- 제 1 하우징 부분(122)이 상기 트랜스듀서 코어(112)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 후면은 접근 가능하도록 적어도 하나의 제 1 하우징 부분(122)을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 제 2 하우징 부분(124)을 제공하는 단계; 및
- 상기 유체(120)로부터 떨어져 있는 상기 초음파 트랜스듀서(110)의 측면이 상기 제 2 하우징 부분(124)에 의해 실질적으로 폐쇄되도록 상기 제 1 하우징 부분(122)과 상기 제 2 하우징 부분(124)을 결합하는 단계를 포함하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 부분(122)과 상기 트랜스듀서 코어(112) 또는 상기 트랜스듀서 코어(112)의 부분, 특히 조정 바디(116)는 밀봉 필름(142) 상에 제공되고, 특히 접착되고, 상기 트랜스듀서 코어(112) 또는 상기 트랜스듀서 코어(112)의 부분과 상기 제 1 하우징 부분(122) 사이의 갭(134)은 적어도 하나의 댐핑 및/또는 디커플링 재료(136)에 의해 적어도 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 부분(122)과 상기 제 2 하우징 부분(124) 사이의 결합 전에 상기 전기-음향 트랜스듀서 부재(114)의 접촉을 위한 콘택 브래킷(144)이 특히 형상 끼워맞춤 방식 및/또는 압력 끼워맞춤 방식의 결합에 의해 상기 제 1 하우징 부분(122)에 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서의 제조 방법.
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