KR20130019473A - 장애물 감지용 초음파 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장애물 감지용 초음파 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전세라믹 소자 및 흡음제의 주변에 형성되는 제1 충전제와, 온도보상용 캐패시터 및 보강용 기판을 감싸도록 형성되는 제2 충전제를 포함하여 구성되고, 보강용 기판이 온도보상용 캐패시터의 적어도 하나의 면에 부착되고, 제2 충전제에는 분말 충전물이 혼합되어 있음으로써, 온도 변화가 심한 조건에서도 잔향 시간의 증가를 최대한으로 억제하며, 케이스의 잔여진동을 줄여 근거리에 있는 장애물 검출 특성을 향상시킬 수 있는 장애물 감지용 초음파 센서를 개시한다.

Description

장애물 감지용 초음파 센서{Ultrasonic Sensor for Sensing Obstacles}
본 발명은 장애물 감지용 초음파 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비흐름성의 제1 충전제와, 흐름성의 제2 충전제와, 보강용 기판이 부착되어 있는 온도보상용 캐패시터를 포함하여 구성되고, 제2 충전제에는 분말 충전물이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서에 관한 것이다.
초음파센서는 압전세라믹 소자의 기계적인 진동에 의해 가청주파수 이상의 주파수를 가진 초음파를 발생하거나 반사체로부터 반사되어 되돌아오는 초음파를 감지하여 전기적 신호로 변환하여 물체의 유무 및 위치식별 정보를 제공하는 것을 말한다.
이러한 초음파 센서는 산업용 자동화기기 및 로봇, 자동차용 후방경보 장치, 자동주차유도시스템 등에 널리 이용되고 있고, 도 1은 종래 초음파 센서의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이 초음파 센서는 금속으로 만들어진 통형상의 케이스(11)와, 케이스(11)의 내부 바닥에 부착되어 초음파 진동을 발생시키는 압전 세라믹 소자(12)와, 방사되는 초음파를 흡수하여 불필요한 음향신호를 차폐하기 위한 흡음제(13)와, 이들을 감싸도록 형성되는 탄성 물질 예를 들어 실리콘 충전제(17)를 포함하여 구성된다. 압전세라믹 소자(12)는 (+)와이어(21)로 전기적으로 연결되고, 리드와이어(23)는 케이스(11) 및 (+)와이어(21)로부터 연결되어 전기적 신호를 초음파 센서에 인가하고 초음파 센서에서 수신되는 전기적 신호를 전달한다. 납땜부(25)로 처리되어 케이스(11)와 리드와이어(18) 및 (+)와이어(21)와 리드와이어(18)를 전기적으로 접속시킨다.
이러한 초음파 센서의 동작 특성에 영향을 주는 요인으로는 크게 두 가지가 있을 수 있다.
첫 번째로 기계적인 진동으로 인해 발생하는 잔여진동 문제이다. 초음파센서는 압전효과 또는 전왜효과에 의해 압전세라믹 소자(12)에 전기적인 신호가 인가되면 금속 케이스(11)와 에폭시 접착제에 의해 접착된 압전세라믹 소자(12)도 굴곡 변형이 발생하여 전방으로 음압을 발생시키는 원리로 동작한다. 이때 초음파 발생을 위한 메인 신호에 의한 동작 이후에도 케이스(11) 자체의 고유 공진주파수에 의해 잔여진동을 계속하게 되고 이 잔여진동은 다시 압전세라믹 소자(12)에 의해 전기적인 신호로 변환되어 수신기로 되돌아가게 된다. 이렇게 되돌아오는 신호는 사실상 장애물 등과 같은 물체 탐지와 무관하게 생성되는 신호이므로 잔여진동이 길어지게 되면, 초음파 센서에 의한 장애물 감지가 어려워진다. 따라서 장애물 감지용 초음파 센서에 있어서 잔여진동을 줄이는 것은 근거리 물체 검출 특성과 매우 밀접한 관계에 있다.
초음파 센서에서 케이스(11)의 잔여진동을 줄이면서 케이스(11) 내부에 위치한 부품들을 보호하기 위해 케이스(11) 내부는 탄성 물질인 에폭시나 우레탄 또는 실리콘 수지 등에 의해 충전되어 밀봉된다. 경화 후 경도가 높은 에폭시 계열의 수지는 충전시 초음파 센서의 고유 공진주파수 감쇄가 크고 음압의 감쇄가 크므로, 일반적으로는 실리콘 수지 계열의 충전제가 많이 사용된다.
그러나 이러한 실리콘 수지를 사용할 경우 밀봉성 및 충전의 용이성을 고려해 흐름성이 좋은 저점도의 실리콘을 사용하면, 압전세라믹 소자(12)와 흡음제(13) 사이로 실리콘 수지가 침투하게 된다는 문제점이 있었다. 이렇게 침투한 실리콘 수지는 전체 초음파 센서에 대해 진동의 감소 및 고유진동 주파수의 감쇄를 일으키게 된다. 일본공개특허 2004-146879호에서는 하우징 내부에 충전되는 밀봉용 실리콘 수지의 경도를 소정의 범위 이내로 함으로써 잔향특성의 불균형을 억제하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 방법은 제조 공정상에 있어서 불편하고 까다로울 뿐만 아니라 실리콘 수지의 흐름성 제어가 어려워, 균일한 동작 조건을 만족하는 다수 개의 완성품 제조가 어렵다는 문제가 있었다. 또한 경화 후에도 경도가 낮은 특성을 나타내므로 잔여진동의 제거에 충분히 기여하지 못하는 단점이 있었다.
한편, 두 번째로 초음파 센서의 특성에 영향을 주는 요인은 구동회로와의 회로적인 조화이다. 초음파 센서의 구동회로에서는 압전세라믹 소자(12)에 충분한 전압을 공급하기 위해 인덕턴스를 갖는 트랜스포머를 사용하는데 이 트랜스포머의 인덕턴스와 초음파센서의 정전용량이 잘 조화되지 않으면 송신음압과 수신감도의 변화 및 잔향신호가 길어져 근거리 물체를 검출하는 성능의 저하를 가져올 수 있다.
일반적으로 구동회로 설계시 초음파 센서의 정전용량을 고려하여 인덕턴스 값을 조절하므로 평상시에는 문제가 없으나 저온 또는 고온으로 사용 환경이 변화될 때는 압전세라믹 소자(12)의 정전용량이 변화하여 이러한 회로적인 조화가 틀어지게 된다. 이에 따라 초음파 센서의 잔향 시간이 급격하게 증가하고, 실제로 검출물체가 없어도 물체가 있는 것처럼 초음파 센서가 오동작을 일으키기도 한다.
초음파센서의 온도보상용 캐패시터(14)를 포함하고 구동회로부분의 인덕턴스 값에 대한 고유주파수(f0)의 함수는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
도 2는 초음파 센서의 회로 구성에 대한 개략도로서, 위 수식에 대한 이해를 돕기 위한 회로이다. 점선의 네모안에 표현된 회로(121)는 압전세라믹 소자(12)에 대한 등가회로 표현을 나타낸 것이다. 구동회로부의 트랜스포머에 대해 인덕턴스 L1 및 L2의 값은 압전세라믹(12) 소자에 공급되는 전압의 크기를 조절하기 위해 적절한 비율로 권선비를 조절하고 그 권선비 조절에 있어서 L2에 대해서는 [수학식 1]에 의해 압전세라믹 소자(12)의 정전용량 Cd와 온도보상용 캐패시터(14)의 정전용량 C1에 대해 고유진동수가 [수학식 2]에 표현된 압전세라믹 소자(12)의 고유진동수와 유사하도록 L2를 정의함으로써 같은 공진주파수 범위 내에서 구동이 되도록 한다. 도 3도 초음파 센서의 회로 구성에 대한 개략도로서, 압전세라믹 소자(12)가 등가회로로 표현되어 있고, 직렬공진 회로를 나타내고 있으며, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다. 여기서, C0와 L0는 직렬공진 회로에서의 캐패시터, 인덕턴스 값이다.
Figure pat00002
초음파 센서용으로 사용되는 압전세라믹 소자(12)는 온도가 상승하면 정전용량이 증가하는 특성이 있으며 이러한 특성은 환경온도의 상승 또는 하강에 있어서 [수학식 1]과 [수학식 2]에 있어서의 조화를 위배하는 결과를 초래하게 되고 그 결과는 초음파 센서에 인가되는 전압신호의 변형으로 나타나며 그 결과로 초음파 센서의 송신음압 및 수신감도의 변화와 잔향시간의 증가로 나타나게 된다.
따라서 이러한 환경온도에 대한 변화를 제어하기 위해, 예를 들어 온도가 상승할 때 정전용량이 감쇄하는 부 특성을 갖는 온도보상용 캐패시터(14)를 채용함으로써 이러한 문제를 해결하는 수단으로 삼고 있다.
그러나 이러한 온도보상용 캐패시터(14)는 일반적으로 얇은 평판형태를 취하게 되어 충격에 약해 제조공정에서 초음파센서 내부에 장착될 때 별도의 지지 기반을 필요로 하게 된다. 즉, 초음파 센서의 정전용량에 대응해서 보상해 줄 만큼의 정전용량을 확보함에 있어서, 정전용량이 큰 값이 필요할 경우 온도보상용 캐패시터(14)의 두께는 더욱 얇아지게 된다. 도 4와 도 5는 종래 초음파 센서의 일부 구성에 대한 각각의 예를 나타내는 사시도이다.
종래의 초음파 센서 내부에 있는 온도보상용 캐패시터(14)는 미국등록특허 5,987,992에서 개시하는 것처럼 보강용 기판(15)이 없거나, 도 4와 미국등록특허 6,593,680에서 개시하고 있는 것처럼 지지용 고무수지(16)을 제공하고 있다. 또는 도 5에서 도시하는 것과 같은 끼움 형태의 보강용 기판(15) 구조가 있었다.
그러나 이들 지지구조는 온도보상용 캐패시터(14)의 두께가 얇은 경우에 대해 충분한 기계적 충격의 보호를 제공하지 못하는 단점이 있다. 얇은 형태의 온도보상용 캐패시터(14)는 쉽게 파손될 수 있으므로 제조공정상의 세심한 주의가 필요하다는 불편함이 있었고, 초음파 센서에 진동 및 충격의 외력이 작용할 경우 파손의 우려 및 전체 초음파 센서 신뢰성 문제도 가져올 수 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 연구된 결과물로서, 캐패시터에 대한 보강 구조를 통해 제조 공정이 용이해지고 기계적 충격에도 보호되는 장애물 감지용 초음파센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 케이스의 잔여진동을 줄이면서 내부에 위치하는 부품들을 보호할 수 있는 충전제/밀봉제가 적용되는 장애물 감지용 초음파 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 바닥이 있는 통형상의 케이스; 상기 케이스 내부의 바닥 면에 부착되는 압전세라믹 소자; 상기 압전세라믹 소자 위에 배치되는 흡음제; 상기 압전세라믹 소자 및 상기 흡음제의 주변에 형성되는 제1 충전제; 상기 흡음제 위에 배치되는 온도보상용 캐패시터; 상기 온도보상용 캐패시터의 적어도 하나의 면에 부착되는 보강용 기판; 상기 온도보상용 캐패시터 및 상기 보강용 기판을 감싸도록 형성되는 제2 충전제;를 포함하여 구성되고, 상기 제2 충전제에는 분말 충전물이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서를 제공한다.
이때, 상기 흡음제의 상기 제2 충전제 측 면에 부착되는 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 보강용 기판은 보강용 기판이 부착된 상기 온도보상용 캐패시터 면의 절반 이상을 커버하도록 부착되는 것을 특징으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 온도보상용 캐패시터 및 상기 보강용 기판은 상기 케이스 내부의 바닥 면에 대해 수직인 형태로 배치된 것을 특징으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 충전제는 실리콘 수지와 분말 충전물이 혼합된 것을 특징으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 실리콘 수지의 점도가 1~1000 Pa.s인 것을 특징으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 분말 충전물의 입자 크기가 1~200 ㎛인 것을 특징으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2 충전제 내 분말 충전물의 중량비가 10~80 wt%인 것을 특징으로 구성될 수 있다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
온도보상 캐패시터의 적어도 하나의 면에 부착되는 보강용 기판을 사용함으로써, 본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서 제조시에 매우 얇은 두께의 캐패시터 취급을 용이하게 하고, 온도 변화가 심한 조건에서도 잔향 시간의 증가를 최대한으로 억제하며, 기계적인 진동 및 충격에 대해 높은 신뢰성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 센서는 비흐름성의 제1 충전제와 흐름성의 제2 충전제 즉, 2층 구조를 이루도록 형성되고 특히, 온도보상 캐패시터를 감싸도록 형성되는 제2 충전제에는 추가적인 분말 충전물을 혼합되어 있음으로써, 케이스의 잔여진동을 줄여 근거리에 있는 장애물 검출 특성을 향상시킬 수 있으면서, 케이스 내부의 부품들을 효과적으로 밀봉시켜 이들을 보호할 수 있다.
아울러, 흡음제의 제2 충전제 측 일면에 보호필름이 부착되어 있는 경우에는 본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서 제조시에 흐름성 있는 제2 충전제가 흡음제와 압전세라믹 소자 사이에 흘러들어오지 못하게 막음으로써, 케이스의 잔여진동 문제를 줄이고 용이하게 제품을 제조할 수 있으며 제조 후의 제품 균일성도 확보할 수 있게 된다.
도 1은 종래 초음파 센서의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 초음파 센서의 회로 구성에 대한 개략도이다.
도 3은 초음파 센서의 회로 구성에 대한 개략도이다.
도 4는 종래 초음파 센서의 일부 구성에 대한 하나의 예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 종래 초음파 센서의 일부 구성에 대한 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초음파 센서의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 초음파 센서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 케이스 구조를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 케이스 구조의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 일부 구성에 대해 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 온도보상용 캐패시터 및 보강용 기판에 대해 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서는 바닥이 있는 통형상의 케이스; 케이스 내부의 바닥 면에 부착되는 압전세라믹 소자; 압전세라믹 소자 위에 배치되는 흡음제; 압전세라믹 소자 및 흡음제의 주변에 형성되는 제1 충전제; 흡음제 위에 배치되는 온도보상용 캐패시터; 온도보상용 캐패시터의 적어도 하나의 면에 부착되는 보강용 기판; 온도보상용 캐패시터 및 상기 보강용 기판을 감싸도록 형성되는 제2 충전제; 를 포함하여 구성되고, 제2 충전제에는 분말 충전물이 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명 각각의 실시 예에 따른 초음파 센서의 단면도이다.
케이스(11)는 본 발명에 따른 초음파 센서에서 바닥이 있는 통형상인 것이 적용된다. 도 6, 도 7 및 도 8의 실시 예에 도시된 바와 같이, 케이스(11) 내부에는 초음파 센서로서의 기능을 구현할 수 있도록 동작하는 부품들이 내장된다. 그 부품들은 케이스(11) 내부에서 후술할 제1 충전제(18) 및 제2 충전제(19)에 의해 밀봉된다.
케이스(11)는 바닥면과, 바닥면 둘레에 수직인 형태로 형성되는 측벽으로 구성된다. 케이스(11) 내부를 위에서 바라다보면 바닥면은 대략 원형 혹은 대략 타원형의 형상을 이룰 수 있다. 또는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 초음파 센서의 케이스 구조를 나타내는 평면도인 도 9에 도시된 바와 같이, 바닥면이 방사되는 초음파의 방사각 및 주파수를 조절하여 예를 들어, 자동차용 후방경보기 등의 응용분야에서 본 발명에 따른 초음파 센서가 사용되는 경우, 더욱 명확한 장애물 검출을 위하여 서로 다른 장축, 단축을 갖는 2개의 타원형 형상이 겹쳐진 형태일 수 있다. 즉, 도 9에 표시된 R1과 R2와 같이 바닥면이 서로 다른 장축을 갖는 2개의 다원형 형상으로 될 수 있고, 이와 같은 설계 형태를 통해 지면에 수직한 방향으로 비대칭적인 검출폭을 얻을 수 있다. 아울러 도 10은 도 9에 도시된 초음파 센서의 케이스 구조의 단면도에서 나타난 바와 같이 본 발명의 하나의 실시 예에 다른 초음파 센서의 케이스(11)의 바닥면은 평평하게 제작될 수 있고, 바닥면에 높이가 다른 단차를 두는 구성일 수도 있다. 이를 통해 지면에 수직한 방향과 수평한 방향의 검출각의 차이를 크게 하고, 초음파 센서 자체의 잔향시간을 줄일 수 있다. 덧붙여서, 케이스(11)는 금속 재료로 형성될 수 있고, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
압전세라믹 소자(12)는 상술한 케이스(11) 내부의 바닥 면에 부착되도록 설치된다. 케이스(11) 내부의 바닥 면과 부착되는 압전세라믹 소자(12)의 한 면과 반대되는 면에는 흡음제(13)가 위치한다. 압전세라믹 소자(12)의 한 면은 에폭시 등의 접착제에 의해 케이스(11) 내부의 바닥면에 부착될 수 있고, 압전세라믹 소자(12)가 케이스(11) 내부의 바닥면 중앙에 위치하도록 부착될 수 있다. 압전세라믹 소자(12)의 외부 형태는 한정되지 않으나, 바람직하게는 위에서 바라다보았을 때 원형의 위, 아래 면을 갖는 원기둥 형태를 이룰 수 있다.
흡음제(13)는 압전세라믹 소자(12) 위에 배치된다. 흡음제(13)는 상술한 압전세라믹 소자(12)와의 관계에서 완전히 부착되어 있을 필요는 없으나, 둘 사이의 공간이 크지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 후술할 제1 충전제(18)이 흡음제(13)와 압전세라믹 소자(12) 사이 공간에 흘러들어가면 초음파 강도를 감쇄시키고 고유 주파수가 달라질 수 있다. 아울러, 흡음제(13)는 발생된 초음파의 에너지를 분산하여 흡수하는 역할을 하며, 이러한 흡음제(13)는 스폰지, 솜 또는 부직포 등으로 제작될 수 있고, 바람직하게는 펠트로 제작될 수 있다. 덧붙여서, 흡음제(13)의 외부 형태도 한정되지는 않으나, 바람직하게는 위에서 바라다보았을 때 원형의 위, 아래 면을 갖는 원기둥 형태를 이룰 수 있다. 또한, 흡음제(13)의 윗면인 후술할 제2 충전제(19) 측 면에는 보호필름(20)이 부착될 수 있다.
제1 충전제(18)는 압전세라믹 소자(12) 및 흡음제(13)의 주변에 형성된다. 압전세라믹 소자(12), 흡음제(13)와 케이스(11) 내부의 측벽 사이 공간에 제1 충전제(18)가 채워지는 형태로 형성된다. 제1 충전제(18)는 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 케이스(11) 내부 바닥면으로부터 압전세라믹 소자(12) 및 흡음제(13)가 형성하는 층 구조물의 높이 이상까지 채워질 수 있다.
제1 충전제(18)는 압전세라믹 소자(12) 및 흡음제(13)를 감싸는 형태로 충전될 수 있다. 구체적으로, 제1 충전제(18)는 케이스(11) 내부 측벽과 압전세라믹 소자(12) 및 흡음제(13)가 형성하는 구조물 사이에 빈틈이 없도록 충전될 수 있고, 그 상태로 경화된다. 제1 충전제(18)가 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 흡음제(13)의 윗면을 덮는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 압전세라믹 소자(12)의 진동 특성 불균형을 막고 완성품의 노이즈를 억제하기 위하여, 흡음제(13) 윗면 상에 충전되는 제1 충전제(18)가 얇고 고르게 펴지도록 충전시킬 수 있다.
또한, 제1 충전제(18)는 압전세라믹 소자(12) 및 흡음제(13)를 둘러싸는 형태가 되도록 충전될 수 있다. 이때에는 도 8의 구조 또는 상술한 바와 같이, 흡음제(13) 윗면인 제2 충전제(19) 측 면에 보호필름(20)이 부착될 수 있다. 보호필름(20)은 후술할 흐름성 있는 제2 충전제(19)를 막기 위한 것으로, PET 필름 등의 연질의 플라스틱 필름, 실리콘 코팅된 종이 재질로 된 필름이 사용될 수 있다.
이러한 제1 충전제(18)는 초음파 발생을 위한 진동신호가 멈추었을 때, 잔여진동에 의해 불필요한 잔향신호가 나타나는 것을 줄여주는 역할을 할 수 있다. 아울러, 제1 충전제(18)는 탄성을 가지는 실리콘 수지 계열의 충전제인 것이 바람직하다. 또한 상술한 바와 같이, 이러한 실리콘 수지 등의 제1 충전제(18)가 압전세라믹 소자(12)와 흡음제(13) 사이에 존재할 수 있는 공간에 침투되지 않도록 하는 것이 좋다. 따라서 초음파 센서의 송수신 특성 저하를 방지하기 위하여 제1 충전제(18)로 사용되는 실리콘 수지 등은 흐름성이 없고 점도가 높은 것을 사용할 수 있다.
한편, 온도보상용 캐패시터(14)는 도 11 및 도 12에서 도시된 바와 같이 흡음제(13) 위에 배치되고, 온도보상용 캐패시터(14)의 적어도 하나의 면에는 보강용 기판(15)이 부착된다. 보강용 기판(15)은, 보강용 기판(15)이 부착된 온도보상용 캐패시터(14) 면의 절반 이상을 커버하도록 부착될 수 있다. 보강용 기판(15)는 온도보상용 캐패시터(14) 전체를 감싸는 형태로 부착될 수 있고, 보강용 기판(15)의 크기가 케이스(11) 내부에 삽입이 가능할 정도까지 커질 수도 있다. 아울러, 온도보상용 캐패시터(14)는 환경온도의 변화에 대한 초음파 센서의 특성 변화를 제어할 수 있다. 이러한 도 12에 도시된 온도보상용 캐패시터(14)의 두께 t는 매우 얇아 손상입기 쉬운 구조이므로, 보강용 기판(15)에 의해서 기계적인 충격 및 제조공정상의 납땜 등과 같은 열충격에 대해 보호될 수 있다. 여기서, 온도보상용 캐패시터(14)는 양면이 있는 평판형태면서 극성은 있되, 양면에 전극이 있는 대칭형인 것이 바람직하고, 보강용 기판(15)은 인쇄용회로기판(PCB) 또는 알루미나 판과 같은 단단한 재질의 기판일 수도 있다. 덧붙여서, 온도보상용 캐패시터(14) 및 보강용 기판(15)은 케이스(11) 내부의 바닥 면에 대해 수직인 형태로 배치될 수 있다.
도 6 내지 도 8, 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 압전세라믹 소자(12)와 온도보상용 캐패시터(14)의 한 면은 (+)와이어(21)에 의해서 전기적으로 연결되고, 케이스(11)와 온도보상용 캐패시터(14)의 반대 면은 (-)와이어(22)에 의해서 전기적으로 연결될 수 있다. 리드와이어(23)는 초음파 센서와 외부 구동회로의 연결을 위하여 온도보상용 캐패시터(14) 또는 보강용 기판(15)과 전기적으로 연결될 수 있고, 이러한 리드와이어(23)는 도 7 및 도 8과 같이 리드핀(24)으로 대체되어 외부 구동회로와 용이하게 연결될 수도 있다. 이와 같은 전기적 연결은 납땜부(25)에 의해 이루어질 수 있다.
제2 충전제(19)는 상술한 온도보상용 캐패시터(14) 및 보강용 기판(15)을 감싸도록 형성되고, 제2 충전제(19)에는 분말 충전물이 혼합된다. 이러한 제2 충전제(19)는 온도보상용 캐패시터(14) 및 보강용 기판(15)을 케이스(11) 안에 고정시키면서, 초음파 센서 구동시 구동신호가 중단된 이후에 일어나는 기구적인 잔여진동을 줄이고, 초음파 센서의 잔향시간을 제어할 수 있다.
여기서, 제2 충전제(19)는 실리콘 수지와 분말 충전물이 혼합된 것이 바람직하다. 실리콘 수지는 본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서 제조시 균일성과 용이성을 위해 흐름성 있는 것이 바람직하고, 이를 위해 실리콘 수지의 점도가 1~1000 Pa.s인 것을 사용할 수 있다. Pa.s는 Pascal second를 의미하고, 점도를 나타내는 SI단위이다. 또한 효과적인 잔향제어를 위해 실리콘 수지와 혼합하는 분말 충전물의 입자 크기는 1~200 ㎛일 수 있고, 분말 충전물로는 이산화 티타늄과 같은 무기 산화물이나 탄화물 혹은 그래스 파이버 등이 사용될 수 있으나 가격이나 수급 측면에서 유리한 이산화규소가 사용되는 것이 바람직하다.
이때, 실리콘 수지와 분말 충전물간의 혼합비는 사용하고자 하는 제2 충전제(19)의 점도에 따라 달라질 수 있고, 제2 충전제(19) 내 분말 충전물의 중량비가 10~80 wt% 되도록 배합할 수 있다. 분말 충전물의 중량비가 10 wt% 이하이면 원하는 효과를 얻을 수 없고, 80 wt% 이상이면 과충전되어 흐름성이 없어지며 섞는 공정 자체가 어려워진다. 특히, 제2 충전제(19) 내 실리콘 수지의 점도가 대략 20 Pa.s이고, 분말 충전물의 입자 크기가 1~200 ㎛인 이산화규소를 사용했을 때, 충전되는 분말 충전물의 중량비는 30~70 wt%가 가장 바람직하다. 아울러, 제2 충전제(19)는 흐름성을 지니고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 제2 충전제(19)가 압전세라믹 소자(12)와 흡음제(13) 사이로 스며드는 것을 억제하고 흡음제(13) 내부로 흘러들어가는 것을 방지해야 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서는 흡음제(13) 윗면에 얇고 고르게 펴진 형태로 형성되는 제1 충전제(18) 구조가 있을 수 있고, 흡음제(13) 윗면에 보호필름(20)을 채용하여 부착시킬 수도 있다.
한편 본 발명에 따른 장애물 감지용 초음파 센서는 다음과 같이 제조될 수 있다. 통형상의 케이스 내부의 바닥 면에 에폭시 수지 등을 사용하여 압전세라믹 소자를 부착한다. 케이스 내부에 압전세라믹 소자 주위로 있는 공간에 비흐름성 제1 충전제를 충전시킨 후 경화시킨다. 이때 제1 충전제가 압전세라믹 소자 윗면의 일부 또는 전부를 덮지 않도록 주의한다. 압전세라믹 소자 위에 흡음재를 배치시키고, 제2 충전제의 침투를 막기 위해 흡음제와 제1 충전제 사이 빈틈 또는 공간을 제1 충전제로 메운다. 만약 흡음제의 제2 충전제 측 면에 보호필름이 있는 경우라면, 보호필름과 제1 충전제 사이 빈틈 또는 공간을 제1 충전제로 메우면 충분하지만, 그렇지 않은 경우라면 제1 충전제가 흡음제 윗면에 균일하면서 얇은 층을 형성할 수 있도록 충전시킨 후 경화시킨다. 이어서 흡음제 혹은 흡음제 윗면의 보호필름 위에 보강용 기판이 부착된 온도보상용 캐패시터를 배치시키고, 이들을 감싸도록 흐름성 있는 제2 충전제를 충전시킨다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 케이스 12 : 압전세라믹 소자
13 : 흡음제 14 : 온도보상용 캐패시터
15 : 보강용 기판 16 : 고무수지
17 : 실리콘 충전제 18 : 제1 충전제
19 : 제2 충전제 20 : 보호필름
21 : (+)와이어 22 : (-)와이어
23 : 리드와이어 24 : 리드핀
25 : 납땜부

Claims (8)

  1. 초음파 센서에 있어서,
    바닥이 있는 통형상의 케이스;
    상기 케이스 내부의 바닥 면에 부착되는 압전세라믹 소자;
    상기 압전세라믹 소자 위에 배치되는 흡음제;
    상기 압전세라믹 소자 및 상기 흡음제의 주변에 형성되는 제1 충전제;
    상기 흡음제 위에 배치되는 온도보상용 캐패시터;
    상기 온도보상용 캐패시터의 적어도 하나의 면에 부착되는 보강용 기판;
    상기 온도보상용 캐패시터 및 상기 보강용 기판을 감싸도록 형성되는 제2 충전제; 를 포함하여 구성되고,
    상기 제2 충전제에는 분말 충전물이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡음제의 상기 제2 충전제 측 면에 부착되는 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보강용 기판은 보강용 기판이 부착된 상기 온도보상용 캐패시터 면의 절반 이상을 커버하도록 부착되는 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 온도보상용 캐패시터 및 상기 보강용 기판은 상기 케이스 내부의 바닥 면에 대해 수직인 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제2 충전제는 실리콘 수지와 분말 충전물이 혼합된 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 실리콘 수지의 점도가 1~1000 Pa.s인 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 분말 충전물의 입자 크기가 1~200 ㎛인 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 충전제 내 분말 충전물의 중량비가 10~80 wt%인 것을 특징으로 하는 장애물 감지용 초음파 센서.
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