CN102331574A - 超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善残响特性和振动泄漏双方且能够以高灵敏度进行近距离探测的超声波传感器。超声波传感器(101)由具有底部(51b)和侧壁部(51a)的带底筒状的箱体(51)、和配置于该箱体内的多个构件构成。箱体由侧壁部和底部构成。箱体的厚段部(51h)上不与侧壁部的薄段部(51t)的内圆周表面接触的位置嵌合有环状加强材料(砝码)(57)。箱体的内底面贴附有压电元件(52)。加强材料的上部嵌入有弹性构件(53)以覆盖加强材料的环状开口区域。且弹性构件的周围与箱体的内圆周表面的间隙处填充有第一填充材料(55)。端子保持构件(61)载置于弹性构件的上部，该端子保持构件的周围填充有第二填充材料(56)。

Description

超声波传感器
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器，特别是涉及具有压电元件以及与该压电元件电连接的输入输出端子、且用于诸如机动车的角落声纳(cornersonar)或后部声纳(back sonar)等的超声波传感器。
背景技术
超声波传感器利用超声波进行传感，通过间歇地发送超声波脉冲信号并接收从存在于周边的障碍物反射回来的反射波来探测物体。超声波传感器用于机动车的后部声纳、角落声纳、甚至探测在与并排停车中的侧壁等障碍物之间是否存在空间的停车传感器等。
这种超声波传感器在专利文献1中示出。图1是专利文献1中的超声波传感器30的截面图。该超声波传感器30具备：具有底部32和侧壁部34的箱体31、压电元件35、吸音材料36、绝缘性材料37、以及电缆(cable)40等。压电元件35固定于箱体31的底部32的内表面，压电元件35的一个电极与箱体31电连接。在箱体31的内部填充有吸音材料36以及具有弹性的绝缘性材料37。绝缘性材料37内部嵌入有温度补偿用的单板电容器38，单板电容器38的一个外部电极与箱体31连接，单板电容器38的另一外部电极通过导线39与压电元件35的另一电极连接。构成电缆40的信号输入输出用的两根信号线41与单板电容器38的各外部电极连接。
专利文献1：JP特开2000-32594号公报
在图1所示的现有的超声波传感器中，通过填充具有弹性的绝缘性材料37而得到良好的残响特性。但是，在从箱体使引线端子伸出的引线端子构造的超声波传感器中产生以下两个问题。
(1)为了抑制箱体的侧壁部的振动，并得到良好的残响特性，需要填充能有效地抑制箱体侧壁部振动且弹性模量(modulus of elasticity)高的绝缘性材料(以下称为“填充材料”)。但是，若填充弹性模量高的填充材料，则从箱体侧壁部向填充材料传递的振动不能被填充材料吸收干净，振动将传递到引线端子。此振动经由引线端子而泄漏到安装处的基板。以下，将经由端子的振动的泄漏仅称为“振动泄漏”。若有这样的振动泄漏，则不需要的信号成分(伪噪声)会被检出，从而对于探测物体的超声波传感器而言成为严重的问题。
(2)与上述的现象相反，为了形成阻止振动传递到引线端子从而不产生振动泄漏的结构，需要填充弹性模量低的填充材料。但是，若填充弹性模量低的填充材料，则不能充分地抑制箱体侧壁部的振动，从而导致残响时间变长。而若残响时间变长，则不能探测近距离的障碍物。
在此，图2表示对于填充材料的弹性模量的残响特性和振动泄漏特性的概念图。在图2中，曲线R是残响特性，曲线V是振动泄漏特性。横轴是弹性模量，纵轴是时间。振动泄漏特性是在超声波传感器单件状态和在基板上的安装状态下的残响时间的变化部分。如此，残响时间随着填充材料的弹性模量变高而变短，而振动泄漏随着弹性模量变高而增大。
图3表示弹性模量分别不同的三个超声波传感器的振动特性。图3的(a)是填充了弹性模量相对较低的弹性树脂的超声波传感器的特性，(c)是填充了弹性模量相对较高的弹性树脂的超声波传感器的特性，(b)是填充了弹性模量介于(a)和(c)之间的弹性树脂的超声波传感器的特性。根据(a)的例子可知，因为是简单的衰减模式，所以虽然没有振动泄漏发生但残响时间较长。根据(c)的例子可知，因为多重振动相互干扰而形成复杂的衰减模式，所以发生振动泄漏。根据(b)的例子可知，因为是介于(a)和(c)之间的衰减模式，所以振动泄漏发生且残响时间也较长。
如此，仅选择适当的弹性模量并不能充分地改善残响特性和振动泄漏双方。
发明内容
为此，本发明的目的在于，提供一种超声波传感器，其能够改善残响特性和振动泄漏双方，并能够以高灵敏度进行近距离探测。
本发明的超声波传感器具有：带底筒状的箱体，其具有底部和侧壁部；压电元件，其贴附于所述箱体的内底面；端子，其延伸到所述箱体的外部；导通构件(conductive member)，其接连所述端子与所述压电元件的电极；和填充材料，其填充于所述箱体内，
其中，所述填充材料由与所述箱体的侧壁部接触的第一填充材料、以及与所述端子的周围接触的第二填充材料构成，且第一填充材料的弹性模量比第二填充材料的弹性模量高。
通过此构成，第二填充材料吸收从箱体侧壁部受到的振动，对于引线端子等箱体内的端子抑制振动的传播并抑制振动泄漏。另外，第一填充材料抑制箱体侧壁部的振动，并得到良好的残响特性。
可以在所述第二填充材料与所述压电元件之间的、与所述侧壁部不接触的位置处配置弹性构件，且所述第一填充材料至少填充于所述侧壁部与所述弹性构件之间。
通过此构造，从箱体传递的振动在弹性构件中衰减，且几乎不会传播到端子，因此振动泄漏的抑制效果将提高。
可以在所述压电元件与所述弹性构件之间形成空间，在所述弹性构件的所述压电元件一侧的表面上设置吸音材料。
通过此构造，不需要的声波被吸音材料吸收，因此能够使从压电元件向箱体内部传递的不需要的声波更有效率地衰减。
通过本发明，得到残响时间短且振动泄漏少的超声波传感器，并能够构成能以高灵敏度进行近距离探测的超声波传感器。
附图说明
图1是专利文献1涉及的超声波传感器30的截面图。
图2是对于填充材料的弹性模量的振动特性和振动泄漏特性的概念图。
图3是表示弹性模量分别不同的三个超声波传感器的振动特性的图。
图4是第一实施方式涉及的超声波传感器101的截面图。
图5是表示第一实施方式涉及的超声波传感器101的振动特性的图。
图6是第二实施方式涉及的超声波传感器102的截面图。
图7是第三实施方式涉及的超声波传感器103的截面图。
图8是第四实施方式涉及的超声波传感器104的截面图。
图9是第五实施方式涉及的超声波传感器105的截面图。
图10是第六实施方式涉及的超声波传感器106的截面图。
(附图标记说明)
51箱体
52a侧壁部
51b底部
51h厚段部
51t薄段部
52压电元件
53弹性构件
54布线材料(导通构件)
55第一填充材料
56第二填充材料
57加强材料
58吸音材料
61端子保持构件
62内部端子
63外部端子
101～106超声波传感器
具体实施方式
(第一实施方式)
图4是第一实施方式涉及的超声波传感器101的截面图。超声波传感器101由具有底部51b和侧壁部51a的带底筒状的箱体51、以及配置于该箱体51内的多个构件构成。例如，箱体51是铝材的成形体。箱体51由侧壁部51a和底部51b构成。侧壁部51a分别在开口部一侧具备薄段部51t，在底部一侧具备厚段部51h。底部51b是具有长轴和短轴的中空椭圆形状，中空部分的短轴方向的两端是厚段部51h。
在箱体51的厚段部51h上的不与侧壁部51a的薄段部51t的内圆周表面接触的位置处嵌合有环状的加强材料(砝码(weight))57。该加强材料(砝码)57只要是比箱体51具有更高的声阻抗的构件即可。例如，可以是这样的成形体，即是与箱体51相同的材料(铝)，并调整厚度及形状来使得比箱体51具有更高的声阻抗而成形。另外，可以使用诸如SUS(不锈钢)、锌等密度比箱体51高的材料，来使得声阻抗增高。
箱体51的内底面贴附有压电元件52。
在加强材料57的上部嵌入有弹性构件53，以覆盖加强材料57的环状开口区域。在弹性构件53的周围与箱体51的内圆周表面之间的间隙处填充有第一填充材料55。
端子保持构件61保持两根引线。该端子保持构件61保持的两根引线的一端是外部端子63，另一端是内部端子62。内部端子62与压电元件52的电极之间由布线材料(导通构件)54连接。端子保持构件61载置于弹性构件53的上部，在该端子保持构件61的周围填充有第二填充材料56。如此，通过将端子保持构件61的一部分嵌入第二填充材料56中，端子保持构件61由第二填充材料固定于箱体51内。
在弹性构件53的邻近压电元件一侧的表面上设置有吸音材料58。吸音材料38是例如聚酯毡(polyester felt)，并用粘接剂粘接到弹性构件53。
第一填充材料55按照与箱体51的侧壁部51a接触的方式而构成，所述第二填充材料56按照与端子保持构件61的周围接触的方式而构成。此处，有效地避免第一填充材料55与端子保持构件61的周围接触。在此情况下，能够更加可靠地抑制从箱体51的侧壁部51a传递来的振动传递到端子保持构件61，从而能够抑制振动泄漏。此外，在振动泄漏的效果并不那么严格要求的情况下，若端子保持构件61的周围的大部分被第二填充材料56覆盖，则第一填充材料55也可以与端子保持构件61有一些接触。第一填充材料55是弹性模量比第二填充材料56的弹性模量更高的弹性材料。例如，第一填充材料55是聚氨酯树脂，而第二填充材料56是硅树脂。另外，若使弹性模量不同，则两者也可以都是聚氨酯树脂。第一填充材料55只要是对于箱体的侧壁部51a具有高减振性的弹性材料，第二填充材料56只要是使侧壁部的振动难以传播到端子保持构件61的弹性材料即可。
图5是表示第一实施方式涉及的超声波传感器101的振动特性的图。图5与图3的横轴及纵轴的刻度比例相同。测量条件也与得到了图3的结果的条件相同，是对发送冲击波(burst wave)后的压电元件中出现的电压波形进行观测的图。实际上，虽然振幅从发送结束后不久起就开始衰减，但在一段期间内还超过放大电路的动态范围，因此，该期间内的波形是饱和的。
将图5与图3相比可知，由于其衰减模式与图3的(a)同样简单，因此振动泄漏没有发生。另外，其残响时间与图3的(a)相比较短，因此可知残响特性也很出色。
(第二实施方式)
图6是第二实施方式涉及的超声波传感器102的截面图。在该超声波传感器102中，在弹性构件53的上面形成有凹陷部，并将端子保持构件61配置于此凹陷部内。由于端子保持构件61的底部到达箱体51内的较深的位置，因此该超声波传感器102具备的端子保持构件61比图4所示的端子保持构件61更长。其他的构成与在第一实施方式所示的超声波传感器101相同。
根据图6所示的构造，虽然端子保持构件61经过长距离与第二填充材料56接触，但是其接触的填充材料56使来自箱体51的侧壁部的振动几乎传播不到端子保持构件61以及该端子保持构件61内部的引线。因此，没有振动泄漏发生，能够提高端子保持构件61的抗脱落及抗剥离的耐久性。
(第三实施方式)
图7是第三实施方式涉及的超声波传感器103的截面图。在该超声波传感器103中，遍布箱体侧壁部的薄段部51t的全表面填充有第一填充材料55。而且，在该第一填充材料55与端子保持构件61之间填充有第二填充材料56。其他的构成与在第一实施方式所示的超声波传感器101相同。
根据图7所示的构造，第一填充材料与箱体的侧壁部51a的较宽范围接触，因此能够构成残响特性更出色的超声波传感器。
(第四实施方式)
图8是第四实施方式涉及的超声波传感器104的截面图。在该超声波传感器104中，遍布箱体侧壁部的薄段部51t的全表面填充有第一填充材料55。另外，在弹性构件53的上面形成有凹陷部，并将端子保持构件61配置于该凹陷部内。端子保持构件61的底部到达箱体51内的较深的位置，因此该超声波传感器104具备的端子保持构件61比图4所示的端子保持构件61更长。在未被第一填充材料55填充的剩余部分即端子保持构件61的周围，填充有第二填充材料56。其他的构成与在第一实施方式所示的超声波传感器101相同。
根据图8所示的构造，第一填充材料与箱体的侧壁部51a的较宽范围接触，因此能够构成残响特性出色的超声波传感器。另外，端子保持构件61经过长距离与填充材料接触，因此没有振动泄漏发生而能够提高端子保持构件61的抗脱落及抗剥离的耐久性。
(第五实施方式)
图9是第五实施方式涉及的超声波传感器105的截面图。该超声波传感器105由具有底部51b和侧壁部51a的带底筒状的箱体51、以及配置于该箱体51内的多个构件构成。
箱体51的内底面贴附有压电元件52。箱体51的内底面设置有规定厚度的吸音材料58。在该吸音材料58的上部填充有规定厚度的第一填充材料55。第一的填充材料55的上部填充有第二填充材料56。端子保持构件61保持两根引线。此两根引线的一端是外部端子63，另一端是内部端子62。端子保持构件61不与第一填充材料55接触，且一部分嵌入第二填充材料56之中。
如此，也能够适用于第二填充材料56与压电元件52之间没有配置弹性构件的类型。即，按照与端子保持构件61不接触而与箱体51的侧壁部51a接触的方式填充第一填充材料55，并按照与端子保持构件61的周围接触的方式填充第二填充材料56即可。
(第六实施方式)
图10是第六实施方式涉及的超声波传感器106的截面图。该超声波传感器106由具有底部51b和侧壁部51a的带底筒状的箱体51、以及配置于该箱体51内的多个构件构成。
箱体51的内底面贴附有压电元件52。箱体51的内底面设置有规定厚度的吸音材料58。该吸音材料58的上部填充与箱体的侧壁部51a接触的第一填充材料55。但是，箱体51的开口面一侧形成有未填充第一填充材料55的凹陷部。在该凹陷部内填充有第二填充材料56。端子保持构件61保持两根引线，其一端是外部端子63，另一端是内部端子62。该端子保持构件61不与第一填充材料55连接，且一部分嵌入第二填充材料56之中。
如此，第一填充材料与箱体的侧壁部51a的较宽范围连接，因此能够构成残响特性更出色的超声波传感器。
此外，在以上所述的例子中，虽然端子保持构件61是为保持引线端子而构成，但是第二填充材料56也可以直接接触引线端子的周围。

Claims (3)

1.一种超声波传感器，具有：
带底筒状的箱体，其具有底部和侧壁部；
压电元件，其贴附于所述箱体的内底面；
端子，其延伸到所述箱体的外部；
导通构件，其连接所述端子与所述压电元件的电极；和
填充材料，其填充于所述箱体内，
该超声波传感器的特征在于，
所述填充材料由与所述箱体的侧壁部接触的第一填充材料、以及与所述端子的周围接触的第二填充材料构成，
第一填充材料的弹性模量比第二填充材料的弹性模量高。
2.如权利要求1所述的超声波传感器，其中，
在所述第二填充材料与所述压电元件之间的、与所述侧壁部不接触的位置处配置弹性构件，
所述第一填充材料至少填充于所述侧壁部与所述弹性构件之间。
3.如权利要求1或2所述的超声波传感器，其中，
在所述压电元件与所述弹性构件之间形成空间，在所述弹性构件的所述压电元件一侧的表面上设置吸音材料。
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