JP2009540706A - 超音波センサ、特に自動車用超音波センサ - Google Patents

Abstract

筐体（４）を有し、筐体（４）の一部（１２）内、または上に装着されたダイヤフラム（６）を有し、さらにダイヤフラム（６）と筐体の一部（１２）との間に、少なくとも部分的に延びる分離体（１０）を有する超音波センサ（２）、特に自動車用超音波センサであって、分離体（１０）および筐体の一部（１２）は係止手段（１４）を有し、この係止手段（１４）により、分離体（１０）と筐体の一部（１２）とが互いに接続されている超音波センサ（２）。

Description

本発明は、筐体を有し、筐体の内部または上部にダイヤフラムが設けられ、さらにダイヤフラムと筐体との間に、分離体を有する超音波センサ、特に自動車用超音波センサに関する。

このような超音波センサのダイヤフラムは、通常、ピエゾ素子を用いて振動し、それにより、超音波信号を超音波センサの周囲に放射しうるようになっている。障害物によって反射された超音波信号は、超音波センサにより受信して処理される。

ダイヤフラムまたはその底面が、所定の振動を生じるようにするためには、ダイヤフラムを超音波センサの筐体に直接接続するのではなく、その半径方向の外周を超音波センサの環状の筐体と隣接する分離体によって包囲する。

ダイヤフラムを、環状の筐体内に挿入される分離体と一緒に射出成形することにより、超音波センサの環状の筐体に、封入に用いられる一体射出成形の開口を有する超音波センサは、従来公知である。以下の作製ステップ、例えばダイヤフラム底面へのピエゾ素子の取り付けを確実に行うことができない場合には、この超音波センサは、全く、またはほぼ完全に、不良品として廃棄しなければならなくなる。

これを考慮して、本発明は、できる限りコスト効率よく製造できる超音波センサを提供することを目的としている。

この目的は、分離体および筐体が、係止手段を有し、この係止手段により、分離体と筐体とが互いに接続されているという本発明により達成される。

本発明による超音波センサは、非常に柔軟性があるため、コスト効率のよい作製が可能となる。また、分離体を別体として提供できるため、組み立てプロセス時に容易に一体化できる。以下の作製ステップ、例えばピエゾ素子を、ダイヤフラムに接着する際に欠陥が生じる場合には、既に作製された組立体を再度分割することが可能であり、特に分離体および筐体を再利用することができる。分離体を、超音波センサを組み立てる前に、例えばその表面にコーティングする色に関して、適応させることもできる。

別体として提供される分離体のさらなる利点は、射出成形による隣接構成要素の封入によって作製されるのではなく、別の射出成形プロセスで製造できるため、構造的制約が小さいということである。

ダイヤフラムと筐体を良好に分離しうるようにするため、筐体と分離体とが、環状をなしていると有利である。このようにすると、超音波センサの放射方向と直交する面内の振動により、ダイヤフラムを筐体から分離できる。

本発明の有利な一実施形態では、係止手段は、係止体および係止受けを有し、それらの要素の一方は、分離体上に設けられており、要素の他方は、筐体上に設けられている。もちろん関連する係止受け、および係止体と相互作用する係止体、および係止受けが、それぞれ分離体上および筐体の一部上に設けられるように、上記の代替物を互いに組み合わせることも可能である。本発明の範囲内で、係止手段は、筐体からの分離体の脱離を、少なくとも僅かな抵抗により阻止して、分離体を筐体上に確実に保持しうる手段である。

分離体が、できるだけ確実に筐体に取り付けられるように、複数の係止手段が、筐体および分離体の周囲に沿って設けられている。係止手段は、具体的には、筐体および分離体の周囲に沿って均一に分布されている。

本発明の特に好適な一実施形態によれば、分離体を筐体内に、超音波センサの放射方向と反対の装着方向に挿入できるようにされている。これは、分離体を超音波センサの筐体の上記の筐体内に挿入するだけでよいため、超音波センサの筐体を比較的細く設計しうるという利点を有する。

そのため、分離体を後方から筐体を通して導入する必要はない。このようにして、筐体から離れる方向に面する筐体の領域で、さらなる構成要素、例えばプリント基板または電気接続要素に、空間を提供することが可能となっている。

本発明のさらなる有利な実施形態では、分離体および／または筐体は、装着方向に関して漸減する少なくとも１つの挿入部を有している。挿入部を用いることにより、接合プロセス中に、分離体と筐体が、互いに位置合わせすることができるため、この挿入部を用いることにより、分離体と筐体との接合が容易になる。

本発明の１つの展開は、筐体上に形成された停止面と相互作用する少なくとも１つの停止要素が、分離体上に形成されていることである。これにより、圧縮力が前記分離体に印加された場合、分離体が超音波センサの筐体の内側に容易に押し込まれないようにすることが可能となる。

さらに、ダイヤフラムを係止状に挿入できる少なくとも１つのアンダーカット領域が、分離体上に形成されていると有利である。前述のように、分離体を別の射出成形プロセスによって製造できるため、それによる構造的自由度を利用して、分離体が射出成形によって他の構成要素を封入することにより製造される場合には、不可能と思われる外形を、分離体に与えることができる。分離体は、通常、弾性材料で形成されるため、アンダーカット領域も、スライダ工具の使用を必要とせずに製造しうる。このようにして製造されるアンダーカット領域において、ダイヤフラムが分離体内に確実に保持されるように、係止状に挿入することができる。

アンダーカット領域が、停止手段によって、少なくとも部分的に境界が定められている場合には、分離体はここでは特に小型に設計しうる。停止手段は、そのため、分離体内に、ダイヤフラムを固定する役目をする部分を同時に形成する。

本発明の１つの特に有利な展開では、分離体は、ダイヤフラムに面する側に、少なくとも１つの切欠きを有している。この切欠きは、例えばポケットの形状で具現化され、ダイヤフラムが分離体内に装着される場合、前記切欠きは、振動が、ダイヤフラムから分離体を介して、筐体へ、およびダイヤフラムへ戻る反対方向への伝達を防止する空隙を形成する。

この状況では、切欠きが、ダイヤフラムの縁部と半径方向に位置合わせされている場合には、特に有利な分離効果を達成することが可能であり、縁部は、ダイヤフラムを半径方向に強化する。この領域内の振動による分離は、超音波センサの測定挙動を大幅に改善する。

さらにまた、分離体がアンダーカット部を有し、アンダーカット部が、超音波センサの筐体内に突出するとともに、筐体の内部を充填している密封材料によって包囲されていることが提案される。このようにして、ほぼ完全に組み立てられた超音波センサが、周知の態様で密封材料で充填されることが可能であり、その結果、密封材料が導入された後、分離体は筐体に対して固定される。

液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）が、分離体の材料に特に適切であることが分かっている。この材料は、概して一定の力学的特性を有するため、広い温度範囲にわたって、概ね一定の振動を有する。

また本発明は、ピエゾ素子が、ダイヤフラムの底面に取り付けられた第１の組立体を最初に形成するステップを有することを特徴とする、超音波センサの組立方法にも関する。この第１の組立体を、係止状に分離体内に挿入して、第２の組立体を形成する。この組立体を、係止状に超音波センサの筐体に挿入して、第３の組立体を形成する。このように、例えばピエゾ素子をダイヤフラムの底面へ取り付けて、小型組立体にするなどの、比較的重要な装着プロセスを限定することが可能である。互いに係止することによる超音波センサの個々の構成要素の装着により、超音波センサの製造も、申し分のない状態で自動化できる。

分離体を筐体内に、超音波センサの放射方向と反対の装着方向に挿入すると、特に有利である。このようにすると、分離体を超音波センサの筐体を通して導入する必要はなく、その代わり、短くてより好適な接合線にわたって、筐体に接続することができる。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、図面を参照して、特に好適な例示的実施形態を詳細に説明する以下の説明から明らかになると思う。図面に示され、特許請求の範囲および説明に記載される特徴は、それ自体、個々に、または任意の所望の組み合わせで、本発明に必須の事項となりうるものである。

図１において、２は超音波センサの全体を示す。この超音波センサ２は、円筒形（図２も参照）の筐体４を有する。基本的に円筒状であり、かつ円盤状の頂壁８を有するダイヤフラム６が、筐体４上に装着されている。ダイヤフラム６の外周は、ダイヤフラム６を振動に対して筐体４から分離する筒状の分離体１０によって包囲されている。分離体１０は、筐体側で環状体１２に装着されており、環状体１２は、筐体４に面する分離体１０の一部を、外側で半径方向に包囲している。

分離体１０と框体の一部である環状体１２とは、図１および図２に示すように、環状体１２および分離体１０の下部の周囲にわたって分布されている係止手段１４により、互いに接続されている。係止手段１４は、図示の実施形態においては、分離体１０に設けられた係止突起１６と、環状体１２に設けられた係止孔１８とからなっている。

図２に示すように、ダイヤフラム６の頂壁８の下面中央には、ピエゾ素子２０が設けられ、ピエゾ素子２０は、前記ダイヤフラム６の頂壁８が、矢印２２により示す外方向に超音波信号を生成することができるように、ダイヤフラム６の頂壁８を振動させることができる。ダイヤフラム６およびピエゾ素子２０から形成されている組立体を、分離体１０内に、前記外方向２２とは反対の内方向２４に挿入することができる。分離体１０は、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）で形成されている。分離体１０は弾性を有しているため、ダイヤフラム６を分離体１０内に内方向２４に挿入すると、分離体１０は変形して、装着プロセスが完了し、ダイヤフラム６は確実に保持される。

このように形成され、かつダイヤフラム６および分離体１０により構成されている組立体を、超音波センサ２の筐体４に内方向２４に密着することができる。この際、分離体１０の係止突起１６は、環状体１２の係止孔１８に係止する。

分離体１０の筐体４に面する側には、分離体１０の周囲に沿って分布されている停止片２６が設けられている。この停止片２６は、筐体４内に形成された停止面２８と相互作用し、その結果、筐体４または環状体１２内の分離体１０の装着位置が、係止手段１４だけでなく、停止片２６と停止面２８との接触によっても規制されることになる。

停止片２６は、分離体１０の隣接する環状壁３０と一緒に、アンダーカット部３２を形成し、アンダーカット部３２には、ダイヤフラム６を半径方向に強化する外向縁３４が設けられている。このようにしてダイヤフラム６は、分離体１０内に確実に固定されている。

分離体１０は、筐体４に面し、かつ例えばクリップまたはアイレットとして具体化しうる舌片３６を有する。超音波センサ２、およびその電気部品を、水分および汚れから保護するために、筐体４の内部空間３７が密封材料で充填されている場合には、密封材料は、舌片３６を包囲し、分離体１０を筐体４に対して固着する。

分離体１０は、図３にも示されている。図３は、停止片２６を上方とする斜視図である。停止片２６に隣接する個所で、分離体１０は、停止片２６の方向に厚さが漸減するとともに、筐体４の環状体１２への分離筒１０の挿入を容易にする挿入部３８が設けられている。

分離体１０の内面には、その周囲に沿って分布する角形のポケット状切込み４０が設けられている。これらの切込み４０は、分離体１０を振動によりダイヤフラム６から分離する役目をするため、ダイヤフラム６の振動は、分離体１０を介して、環状体１２に、従って筐体４に伝達されることはない。

図４に示す別の分離体１０’は、ポケット状切込み４０を有し、この切込み４０は、環状部４２によって、境界が定められ、超音波センサ２’（図５参照）内に配置したときに、ダイヤフラム６の頂壁８に隣接する。各切込み４０’の周方向の境界は、ウェブ４３により定められている。切込み４０’は、環状部４２と反対側にある環状部４４よって境界が定められている。

図５は、切込み４０’の位置と、分離体１０’が超音波センサ２’内に装着された状態を、断面図で示している。分離体１０’には、切込み４０’に加えて、別の切込み４６および４８が設けられている。切込み４６は、ダイヤフラム６に対して半径方向に外側に向いている。切込み４８は、ダイヤフラム６を筐体４から軸方向に分離している。

分離体を有する本発明による超音波センサの側面図である。 図１に示す超音波センサの断面図である。 図１および図２に示す超音波センサの分離体の斜視図である。 別の分離体の斜視図である。 本発明による超音波センサのさらなる実施形態を示す断面図である。

符号の説明

２、２’ 超音波センサ
４ 筐体
６ ダイヤフラム
８ 頂壁
１０、１０’ 分離体
１２ 環状体（筐体の一部）
１４ 係止手段
１６ 係止突起
１８ 係止孔
２０ ピエゾ素子
２２ 外方向
２４ 内方向
２６ 停止片
２８ 停止面
３０ 環状壁
３２ アンダーカット部
３４ 外向縁
３６ 舌片
３７ 内部空間
３８ 挿入部
４０、４０’ 切込み
４２ 環状部
４３ ウェブ
４４ 環状部
４６、４８ 切込み

Claims (17)

1. 筐体（４）を有し、前記筐体（４）の一部（１２）内、または上面に装着されたダイヤフラム（６）を有し、さらに前記ダイヤフラム（６）と筐体の一部（１２）との間に、少なくとも部分的に延びる分離体（１０）を有する超音波センサ（２）、特に自動車用超音波センサであって、前記分離体（１０）および前記筐体の一部（１２）は係止手段（１４）を有し、この係止手段（１４）により、前記分離体（１０）と前記筐体の一部（１２）とが、互いに接続されていることを特徴とする超音波センサ（２）。
2. 前記筐体の一部（１２）と、前記分離体（１０）とが、環状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ（２）。
3. 前記係止手段（１４）は、係止突起（１６）および係止孔（１８）要素を有し、それらの要素の一方は、前記分離体（１０）上に設けられ、前記要素の他方は、前記筐体の一部（１２）に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波センサ（２）。
4. 複数の係止手段（１４）が、前記筐体の一部（１２）、および前記分離体（１０）の周囲に沿って設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
5. 前記係止手段（１４）は、前記筐体の一部（１２）、および前記分離体（１０）の周囲に沿って、均一に分布されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波センサ（２）。
6. 前記分離体（１０）を前記筐体の一部（１２）内に、前記超音波センサ（２）の放射方向（２２）と反対の装着方向（２４）に挿入できるようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
7. 前記分離体（１０）、および／または前記筐体の一部（１２）は、前記装着方向（２４）に関して漸減する少なくとも１つの挿入部（３８）を有することを特徴とする請求項６に記載の超音波センサ（２）。
8. 前記筐体（４）上、または前記筐体の一部（１２）上に形成された停止面（２８）と相互作用する少なくとも１つの停止片（２６）が、前記分離体（１０）上に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
9. 前記ダイヤフラム（６）を係止可能に挿入できる少なくとも１つのアンダーカット部（３２）が、前記分離体（１０）に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
10. 前記アンダーカット部（３２）は、前記停止片（２６）によって、少なくとも部分的に境界が定められていることを特徴とする請求項９に記載の超音波センサ（２）。
11. 前記分離体（１０）は、前記ダイヤフラム（６）に面する側に、少なくとも１つの切込み（４０、４０’、４６、４８）を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
12. 前記切込み（４０、４０’、４６、４８）は、前記ダイヤフラム（６）の外向縁（３４）と半径方向に位置合わせされており、その外向縁（３４）は、前記ダイヤフラム（６）を半径方向に強化していることを特徴とする請求項１０に記載の超音波センサ（２）。
13. 前記分離体（１０）は舌片（３６）を有し、この舌片（３６）は、前記超音波センサ（２）の筐体（４）内に突出するとともに、前記筐体（４）の内部空間（３７）を充填している埋封材料によって包囲されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
14. 前記分離体（１０）は、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）。
15. 超音波センサ（２）、特に請求項１〜１４のいずれか一項に記載の超音波センサ（２）の装着方法であって、ピエゾ素子（２０）をダイヤフラム（６）の頂壁（８）に取り付けることにより、第１の組立体を形成するステップと、前記第１の組立体を分離体（１０）内に挿入して、第２の組立体を形成するステップと、前記超音波センサ（２）の筐体（４）の一部（１２）内に係止することにより、前記第２の組立体を用いて、第３の組立体を形成するステップを有することを特徴とする方法。
16. 前記第１の組立体を、前記分離体（１０）内に挿入して係止することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記分離体（１０）を前記筐体の一部（１２）内に、前記超音波センサ（２）の放射方向（２２）と反対の方向（２４）に挿入することを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。

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