KR101042041B1 - 초음파 센서 - Google Patents

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엄종학
최선민
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센서텍(주)
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Abstract

압전 소자의 진동이 전달되기 어렵고, 단자의 선단 부위에서 위치 정밀도가 높으며, 나아가 외부의 힘에 의해 단자의 탈락 및 위치 변형이 없는 강한 기계적 특성을 갖는 초음파센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 초음파센서(10)는 바닥이 있는 원통형 상의 케이스(32)를 포함한다. 케이스(32)에는 바닥면에 압전 소자(31)가 형성되고, 그 케이스의 개구부의 내면에는 탄성을 지닌 감쇠 재(33)가 플라스틱 수지 등으로 만든 기판(34)의 외주 면에 둘러 감싸져 있는 형상으로 조합되어, 케이스(32) 의 내면에 형성되어 있는 홈(32a) 까지 끼워진다. 핀 단자(35a,35b)는 기판(34)을 관통하도록 형성되고, 리드 선(36a,36b) 등에 의해 압전 소자(31)에 전기적으로 접속된다. 케이스(32)의 내부에는 발포성 수지로 감쇄 재(33)와 일체화된 기판(34)의 관통 구(34a)를 통하여 기판(34)의 하부부터 기판(34)의 상부까지 연결된 상태로 완전히 밀봉 충전된다.
초음파, 센서, 자동차

Description

초음파 센서{Ultrasonic sensor}
본 발명은 초음파 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 예를 들어 자동차가 후진 시 장애물을 검지하여 사고를 사전에 방지하는 자동차용 후진 안전 장치에 이용되는 초음파 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 4는 종래의 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해 도이다. 초음파 센서(40)는 알루미늄 등으로 형성된 바닥이 있는 통 형상의 케이스(2)를 포함한다. 케이스(2) 내부의 바닥면에는 압전 소자(3)의 한쪽 면이 접합 된다. 이 압전 소자(3)를 덮도록 하여 케이스(2) 내부의 거의 전체에 발포성 실리콘 등의 발포성 수지(4)가 충전돼 있다. 또한, 발포성 수지(4)를 덮도록 하여 케이스(2)의 개구부에, 단자(5a, 5b)를 갖는 기판(6)이 부착된다. 기판(6)의 양면에는 각각 단자(5a,5b)에 접속되는 전극(7a,7b)이 형성된다. 한쪽 단자(5a)는 기판(6)의 내측에 형성된 전극(7a) 및 전선(8)에 의해 압전 소자(3)의 다른 쪽 면에 접속된다. 또한, 다른 쪽 단자(5b)는 기판(6)의 외 측에 형성된 전극(7b) 및 땜납(9)에 의해, 케이스(2)를 개재하여 압전 소자(3)의 한쪽 면에 접속된다. 이 초음파 센서(40)를 이용하여 피 검출 물까지 의 거리를 측정할 경우, 단자(5a,5b)에 구동 전압을 인가함으로써 압전 소자(3)가 여진된다. 압전 소자(3)의 진동에 의해 케이스(2)의 바닥면도 진동하여, 도 4에 화살표로 나타내는 바와 같이 바닥면에 직교하는 방향으로 초음파가 방사된다. 초음파 센서(40)에서 방사된 초음파가 피 검출 물에서 반사하여 초음파 센서(40)에 도달하면, 압전 소자(3)가 진동하여 전기 신호로 변환되고 단자(5a,5b)에서 전기 신호가 출력된다. 따라서, 구동 전압을 인가하고 나서 전기 신호가 출력되기까지의 시간을 측정함으로써 초음파 센서(40)에서 피 검출 물까지의 거리를 측정할 수 있다. 이 초음파 센서(40)에서는, 케이스(2)의 내부에 발포성 수지(4)가 충전되어 있으므로 인해 케이스(2) 전체의 진동을 억제할 수 있다. 또한, 발포성 수지(4)의 내부에 있는 다수의 발포 구멍에 의해 케이스(2)의 내측에 발생하는 초음파가 산란·흡수된다. 그로 인해, 케이스(2) 자체의 진동 및 케이스(2) 내부에 담긴 초음파의 쌍방을 효율적으로 억제할 수 있어 잔향 특성을 개선할 수 있다(특허문헌 1 참조).
특허 문헌 1: 일본국 공개 특허 평 11-266498호 공보
한편 상기의 제시된 방법의 문제점을 개선하는 방법으로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0083208에 도 3과 같은 방법이 제시되어 있다. 도 3은 바닥이 있는 통 형상의 케이스와, 케이스(12) 내부의 바닥면에 형성되는 압전 소자(11)와, 압전 소자(11)에 전기적으로 접속되는 단자(25a)와, 단자가 고정되는 기판(24)을 구비하고, 기판(24)은 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠 재(23)를 개재하여 케이스에 부착되고, 감쇠 재(23)는 케이스의 개구부를 덮도록 케이스의 단면(端面)과 기판의 주면(主面) 사이에 형성된 초음파 센서이다. 본 발명에 따른 초음파 센서의 제조 방법은, 바닥이 있는 통 형상의 케이스(12) 내부의 바닥면에 압전 소자(11)를 배치하는 공정과, 압전 소자(11)와 기판(24)에 고정되는 단자(25a, 25b)를 전기적으로 접속하는 공정과, 기판(24) 및 진동의 전파를 억제하기 위한 감쇠 재(23)에, 충전재를 충전하기 위한 관통 구멍(24a)을 형성하는 공정과, 기판(24)이 감쇠 재(23)를 개재하여 케이스에 부착되고, 또한 감쇠 제(23)이 케이스의 개구부를 덮도록 케이스(12) 의 개구부의 단면과 기판의 주면 사이에 감쇠 재(23)를 형성하는 공정과, 기판(24) 및 감쇠 재(23)를 관통하는 관통 구멍(24a)을 통하여 케이스 내부에 충전재를 충전하는 공정을 구비한 초음파 센서의 제조방법에 관한 것이다(특허문헌 2 참조)
특허문헌 2: 대한민국 공개특허공보 10-2008-0083208
특허문헌 1 : 일본국 공개특허 평11-266498호 공보
특허문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 10-2008-0083208
일본국 공개특허 평 11-266498호에서 제시된 초음파 센서(40)에서는 단자(5a, 5b)를 가지므로 자동 실장이 가능했지만, 단자(5a,5b)를 갖는 기판(6)이 케이스 (2)의 측면에 직접 접촉하도록 부착되어 있기 때문에, 압전 소자(3)의 진동이 케이스(2) 및 기판(6)을 타고 전해져 단자(5a,5b)에서 감쇄되므로, 잔향 진동이 크게 되어 근거리 측정에 어려움이 있다. 또한 상기 대한민국 공개특허공보 10-2008-0083208에서 제시된 도 3에 의한 초음파 센서는 일본국 공개특허 평 11-266498에서 제시된 초음파 센서(40)와 비교하여 특히, 단자(25a,25b)를 갖는 원판 형상의 기판(24)이 케이스(12)에 직접 접촉하도록 부착되는 것이 아니라, 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(12)의 개구부의 단면에 그 개구부를 덮는 감쇠 재(23)를 개재하여 기판(24)이 부착되며, 핀 단자 (25a,25b)는 기판(24) 및 감쇄 재(23)를 관통하도록 형성되고, 리드 선(26a,26b)에 의해 압전소자(11)에 전기적으로 접속한 후, 케이스(12) 내부에는 발포성 수지(22)가 충전되도록 제안하여 압전 소자(11)의 진동이 기판(24)과 단자(25a,25b)에 전해지기 어려운 구조로 제시되었다. 또한 단자(25a, 25b)의 선단 부분의 위치 정밀도를 향상하고, 나아가 외부 응력에 대한 내성을 갖는 초음파 센서를 제공할 수 있음을 제시하였다. 그러나 도 3에 나타내는 초음파 센서는 기판(24) 및 단자(25a,25b)의 위치 정밀도를 높이기 위해서는 초음파 센서의 조립 작업 시 별도의 소정의 위치 결정용 장치가 필요하므로 조립 작업이 어려우며, 기판이 조립된 후 발포성 수지(22)를 충전하여 센서를 제작한 후에는 케이스 (12)의 개구부 단면과 감쇄 재(23)의 부착력에 의해 센서의 기계적 강도가 결정되나, 부착부위의 접착 강도의 저하로 센서를 자동 실장 하는 경우 또는 외부의 응력이 센서의 단자(25a,25b) 또는 기판(24), 감쇄 재(23) 에 가해질 경우, 케이스(12)의 개구부에 부착되어 있는 감쇄 재(23)가 떨어지거나 위치 변동이 발생하여 초음파 단자 핀의 위치 정밀도가 떨어지며, 나아가 외형의 변형 및 단선 등으로 인하여 센서가 고장 날 염려가 있다.
그래서, 본 발명은 압전소자의 진동 전달이 어렵고, 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 가지면서, 나아가 초음파 센서의 용이한 조립 작업 방법을 제공하고, 외부에서 인가되는 강력한 응력에 대한 초음파 센서의 기계적 강도를 높여 고장의 염려가 없는 초음파 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 이 발명에 의해 제작된 신규 초음파 센서의 일례를 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 초음파센서의 제조방법은 도 1에서 바닥이 있는 통 형상의 케이스(32) 내부의 바닥면에 압전소자(31)를 배치하는 공정과, 기판(34)으로 전달되는 압전 소자(31)의 진동을 차단하기 위해 감쇄 재(33)를 단자(35a,35b)가 삽입되어 있는 기판(34)의 외주면 전체 또는 일부분에 둘러 쌓거나, 기판(34) 하부에 하나 이상의 홈(34b)을 형성하고, 이 부분에 감쇄 재(33)를 끼우거나 부착하는 방법으로 감쇄 재(33)를 일체화하는 공정과, 상기 일체화된 기판(34) 및 감쇄 재(33)를 케이 스(32) 의 내부로 밀어넣어 케이스(32) 내부에 형성되어 있는 예를 들면 하나 이상의 홈(32a) 가 있는 지점에 위치하는 공정과, 압전소자(31)와 기판(34)에 고정되는 단자(35a,35b)를 리드 선(36a,36b)과 전기적으로 접속하는 공정과, 상기 기판(34)에 하나 이상의 관통 구멍(34a)을 형성하여 그 관통 구멍을 통하여 케이스(32) 내부에 충전재로 케이스(32) 내부 바닥면부터 충전을 시작하여 기판(34)의 상부까지 충전재가 덮이도록 충전하여 기판(34) 및 감쇄 재(33)를 밀봉하여 충전하는 공정을 구비한 초음파센서의 제조 방법이다. 여기서 케이스(32)의 내부에는 상기 기판(34) 와 일체화된 감쇄 재(33)가 기판(34)의 외주 면과 케이스(32)의 내부 면 사이에서 일정한 압력을 받으며 균일한 깊이까지만 들어갈 수 있도록 케이스 (32) 내부의 안지름 치수를 조정하고, 케이스 내부 면에 하나 이상의 홈을 형성하는 공정이 포함된다.
본 발명에 따른 초음파 센서의 제조 방법에 있어서 일체화된 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 높이가 케이스(32) 내부 공간으로 완전히 들어갈 수 있도록 크기가 제한되는 것이 바람직하나 도 2와 같이 일체화된 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 높이가 케이스의 높이보다 커서 케이스 후면 부를 덮는 구조로 제작되어도 된다.
본 발명에 따른 초음파 센서의 제조 방법에 있어서 기판(34)에 감쇄 재(33)를 일체화시키는 공정에서는 기판(34) 외 주부 전면에 감쇄 재(33)를 둘러 끼우거나 접착제로 붙여도 되며, 기판 외주면 일부분에 감쇄 재(33) 이 끼워져 움직이지 못하도 록 홈을 만들어, 그 홈에 감쇄 재(33)의 일부를 끼움으로써 감쇄 재(33)를 기판과 일체화시켜도 된다.
본 발명에 따른 초음파 센서의 제조 방법에 있어서 기판(34)에 감쇄 재(33)를 일체화한 후 케이스(32)의 내부에 끼워 넣을 때, 케이스(32)의 내부 면과 감쇄 재(33) 사이의 미끄럼 마찰력을 줄여 조립작업을 용이하게 하고, 케이스(32)의 진동이 기판에 전달되기 어렵게 하도록 감쇄 재(33)의 외부 면에 한 개 이상의 홈을 형성하여도 된다.
본 발명에 따른 초음파 센서의 제조 방법에 있어서 핀 단자의 위치가 회전되지않고 일정하게 조립되도록 기판(34) 와 조립되는 감쇄 재(33)에 예를 들면 길이 방향으로 볼록 홈을 형성하고, 케이스(32)의 내부 면에 상기 감쇄 재(33)에 대응하는 오목 홈을 형성하여도 된다.
본 발명에 따른 초음파센서에서는 케이스(32)에 압전 소자(31)가 형성되고, 단자가 고정되어 있는 기판(34)이 그 외주 면의 전체 또는 일부분이 감쇄 재(33)로 싸여 상기 케이스(32) 내부에 삽입되므로, 기판(34)의 어느 일부분이라도 상기 케이스(32) 내면에 접촉되기 어렵고, 따라서 압전 소자(31)의 진동이 기판(34)이나 단자(35a,35b)에 전달되기 어려우므로 진동 전달에 의한 초음파 센서의 잔향 진동이 증가하는 현상이 방지되므로 가까운 거리 측정이 가능한 초음파 센서를 제작할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 초음파 센서는 감쇄 재(33)가 기판의 외주면 전체 또는 일부분에 형성되어 있으므로 기판(34)을 케이스 내부에 삽입해도 압전 소자(31)의 진동이 기판(34) 및 단자 핀(35a,35b)에 전달되지 않으면서 케이스(32) 내면의 크기 및 홈(32a) 높이 및 깊이를 제어함으로써 항상 균일한 위치에 기판 (32)가 조립된 감쇄 재(33)를 조립할 수 있으며, 따라서 단자의 정밀한 수직 및 수평 위치정밀도를 얻을 수 있으며, 나아가 단자 선단의 높이의 정밀 제어도 가능하다.
나아가 본 발명에 의한 초음파센서는 일체화된 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 삽입 공정만으로 조립이 완성되므로 위치 결정을 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없고, 케이스(32)와의 접착 공정이 필요 없게 되므로 초음파 센서의 조립작업이 쉬워진다.
나아가 본 발명에 의한 초음파 센서는 상기 감쇄 재(33)가 일체화된 기판을 상기 케이스 (32)에 밀어 넣어 조립한 상태에서 상기 기판(34)에 형성된 충전용 관통 구멍(34a)을 통하여 압전 소자(31)의 (+) 리드 선(35a) 및 (-) 리드 선(35b)을 삽입 고정된 단자 핀(35a) 및 단자 핀 (35b)의 기판(34)의 바깥쪽 부분 또는 안쪽 부분에 직접 납땜 작업을 할 수 있어 작업 공정이 쉬워져서 단선, 냉 땜 등에 의한 불량 위험이 적어진다.
나아가 본 발명에 의한 초음파센서는 상기 감쇄 재(33)가 끼워진 기판(34)을 케이스 내부에 끼워 조립한 상태에서, 상기 기판(34)에 하나 이상 형성된 관통 구멍(34a)을 통하여 충전재를 기판의 하부 부위부터 충전하기 시작하여 기판의 상부가 완전히 덮이도록 충전하고, 기판(34) 상하 부는 충전재용 구멍(34a)에 의해 경화된 충전재가 연결되어 접착되므로, 완성된 초음파 센서는 단자 부분의 응력이 매우 커 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 위치가 변경되거나 부착이 떨어질 염려가 없으므로 단선 등의 불량이 발생하기 어렵고, 나아가 외부 응력에 높은 신뢰성을 지닌 초음파센서를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 초음파 센서는 감쇄 재(33)가 기판(34)의 외주면 전체 또는 일부분에 형성되어 있으므로 기판(34)을 케이스(32) 내부에 끼워 조립해도 압전소자의 진동이 기판(34)에 전달되지 않으면서 동시에 상기 케이스(32)와 기판(34) 사이에서 탄성이 있는 감쇄 재(33)가 일정 압력으로 케이스 밀어주게 되므로 이로 인하여 케이스의 진동 억제 효과를 얻을 수 있어서 잔향 진동이 적은 초음파 센서를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 초음파센서의 제조 방법에서는 기판(34) 및 감쇄 재(33)가 케이스 내부에 배치되고 나서, (+)선과 (-)선을 납땜할 수 있으므로 작업 중 기판에 고정된 단자의 위치를 변경하지 않고서도 작업을 할 수 있어 단자가 원하는 위치에 위치하도록 하는데 용이하고, 충전재가 기판의 관통구멍을 통해 기판 하부부터 상부까지 빈틈없이 충전이 가능할 뿐만 아니라 작업 중 케이스 내면의 위치 변경을 초래하지 않으므로 조립된 기판의 수직 수평을 정확히 유지할 수 있으며, 나아가 기판의 상하 부가 연결되도록 충전재가 충전됨으로써 기판 및 감쇄 재가 강하게 밀봉 접착되므로 완성된 초음파 센서는 외부 응력에 의한 기계적 강도가 매우 강해진다. 따라서 외부의 응력에 의한 센서의 불량 발생 염려가 적고 핀 단자의 위치 정밀도를 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 핀 단자를 가지는 초음파 센서의 잔향 진동의 증가를 억제하고 단자의 선단 부분에서 높은 위치 정밀도를 가지며, 나아가 외부 응력에 대한 불량이 발생할 염려가 적고, 조립이 용이한 초음파 센서 및 그 제조방법이 얻어진다.
본 발명의 상술한 목적, 그 밖의 목적, 특징 및 이점은 도면을 참조하여 행하는 이하의 실시 예의 설명으로부터 한층 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해 도이다. 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)는 예를 들면 바닥이 있는 원통형 상의 케이스(32) 및 측벽으로 구성된다. 케이스(32)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 형성된다. 케이스(32)의 형상은 방사되는 초음파의 퍼짐 형식에 따라 예를 들면 단면이 대략 타원 형상으로 설계 변경되어도 된다.
케이스(32) 내부의 바닥면에는 압전 소자(31)가 부착된다. 압전 소자(31)의 한 면은 접착제 등에 의해 케이스(32)의 바닥면 부에 접착된다.
케이스(32)의 바닥면에 부착되어 있는 압전 소자(31)의 바로 윗면에는 발생 된 초음파 에너지를 분산 흡수하기 위해 부직포 등으로 제작된 흡음재(30)가 실리콘 접착제 등으로 접착된다.
케이스(32)의 내부에는 실리콘 고무로 이루어지는 감쇄 재(33)가 끼워진다. 감쇄 재(33)는 케이스(32)나 압전 소자(31)로부터 발생한 진동이 전달되기 어렵게 제작되어 기판이나 단자 핀 등에 진동 전달을 억제하기 위함이다. 감쇄 재(33)는 예를 들면 케이스(32)의 외경보다 최소한 같거나 큰 원형 링 모양으로 형성된다. 또한 감쇄 재(33)는 그 안지름 형상이 기판(34)의 외부 면에 형성되어 있는 홈(34b)에 대응되는 형상으로 만들어 예를 들면 기판(34)의 홈(34a)에 접착제로 붙이거나, 기판을 제작할 때 예를 들면 플라스틱 재료로 제작할 경우에는 이종 사출 방법을 적용하여 제작해도 된다.
기판(34)은 예를 들면 플라스틱 재료를 이용한 원형 기둥 모양으로 형성된다. 기판의 중앙에는 단자 핀(35a,35b)의 고정에 사용되는 관통 구멍(31a,31b)이 형성되어 있고, 관통 구멍이 있는 부분은 그 외 다른 부분의 기판(34)의 두께보다 얇게 형성해도 된다.
또한 기판의 주 면에는 충전제를 충전할 수 있는 관통 구멍이 한 개 이상 형성되어 있으며, 기판(34)의 외주 면에는 예를 들면 외 주면 전체 또는 일부분에 상 기 감쇄 재(33)를 끼워넣거나 접착하는데 편리하고, 감쇄 재(33)의 위치 변경이 어렵게 하기 위하여 한 개 이상의 홈을 형성할 수 있다.
기판(34)에는 직선 형상의 2개의 핀 단자(35a,35b)가 단자용 구멍(31a,31b)에 각각 삽입 고정된다. 이 경우, 이들 핀 단자(35a,35b)는 그들의 한쪽 끝 부분이 기판(34)의 한쪽 주면 측 즉, 하측에 배치되고, 그들의 다른 쪽 부분이 기판(34)의 다른 쪽 주면 측 즉 상측에 배치된다.
기판(34)의 외부 면에 형성되어 있는 홈(34b)에 감쇄 재(33)를 끼우거나 접착하고, 기판(34)의 상부 면에 형성되어 있는 구멍(31a,31b)을 통하여 단자 핀(35a, 35b)을 조립 고정한 기판(34) 는 케이스(32)의 개구부 선단 면으로부터 케이스(32) 내부 방향으로 감쇄 재(33)가 아래쪽으로 향하도록 삽입하기 시작하여, 예를 들면 감쇄 재(33)의 외부 측면 또는 바닥면이 케이스(32) 내부 면에 형성되어 있는 예를 들면 홈(32a)에 받쳐 더 이상 밀려들어가지 않을 때까지 삽입한다. 즉, 이로써 핀 단자(35a,35b) 및 기판(34)이 케이스(32)의 내부 면과 감쇄 재(33)로 이루어진 가이드 라인을 기준으로 일직선상으로 수평 및 수직 방향으로 정렬되며, 나아가 단자 핀의 정밀한 높이 조절도 가능하다.
압전 소자(31)의 (+) 극에 연결되어 있는 리드 선(36b) 와 압전 소자(31)의 (-)에 해당하는 케이스(32)의 내부 면에 예를 들면 도전성 접착제 등으로 접착되어있는 리드 선(36a)은 기판(34) 및 핀 단자(35a,35b), 감쇄 재(33)의 결합체의 기판 상부 면에 하나 이상으로 형성되어 있는 구멍을 통과하여 기판(34)의 주 면의 바깥쪽 방향에서 단자 핀(35a,35b)에 각각 납땜 된다. 여기서 리드 선(36a,36b)의 납땜 위치는 기판의 바깥쪽 주면 상부에 형성되어 있는 단자 핀(35a,35b)에 납땜하는 것으로 한정된 것이 아니며, 조립의 편리성에 따라 기판 안쪽 주면 하부 방향으로 통과된 단자 핀(35a,35b)의 하부 선단에 납땜해도 된다.
케이스(32)의 내부는 기판(34)의 충전용 관통 구멍(34a)을 통하여 충전재를 케이스(32) 내부 하측 면부터 충전하기 시작하여, 감쇄 재(33) 및 기판(34)의 윗부분까지 충전하여 감쇄 재(33) 및 기판(34)이 완전 밀봉 되도록 충전한다.
다음으로 이 초음파 센서(10)의 제조방법의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 케이스(32) 및 압전 소자(31)가 준비되고 케이스(32)에 압전 소자(31)가 접착된다.
그리고, 케이스(32) 및 압전 소자(31)에는 리드 선(36a,36b)이 각각 납땜 된다.
또한, 핀 단자(35a,35b)와 기판(34) 와 감쇄 재(33)가 준비되고 그들이 조합된다.
그리고, 기판(34) 및 감쇄 재(33) 등이 케이스(32)의 개구부 선단 면으로부터 케이스(32) 내부 방향으로 감쇄 재(33)가 아래쪽으로 향하도록 끼워 넣고, 이때, 예를 들면 감쇄 재(33)의 외부 측면이나 바닥면이 케이스(32) 내부 면에 형성되어 있는 예를 들면 홈(32a)에 받쳐 더 이상 밀려들어가지 않을 때까지 끼워 넣는다.
또한 제조방법의 예에서는 기판(34)의 하단부에 감쇄 재(33)를 끼울 수 있는 홈을 형성한 후 그들이 포개지는 방식으로 조합하여 케이스(32)의 개구부를 통해 끼워넣었다. 그러나 기판(34) 및 감쇄 재(33)는 이 제조방법의 예에 한정되지 않으며, 기판 외주 면에 홈을 형성하는 방법 및 이 홈에 대항하여 조합되는 감쇄 재(33)의 모양은 기판(34)에 감쇄 재(33)가 조합되고, 기판과 조립된 형태에서 감쇄 재의 외경의 크기가 케이스(32)의 안지름의 크기보다 최소한 더 커서, 감쇄 재가 케이스(32)의 내부에 바깥방향으로 소정의 압력이 가해지면서 밀려들어 갈 때, 조합된 조립체 원형의 변형 없이 케이스 내부에 형성된 홈에 의하여 소정의 위치에 도달할 수 있는 다수의 방안에 대해서도 적용된다.
그 후, 케이스(32)의 내부에는 충전용 관통 구멍(34a)을 통하여 충전용 실리콘이 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 조립체 하부 면부터 충전하기 시작하여 충전용 관통 구멍(34a)을 통과하여 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 상부 면까지 연속하여 충전한다.
이와 같이 하여 초음파 센서가 완성된다.
이 초음파 센서(10)의 제조방법에서는, 기판(34) 및 감쇄 재(33)가 케이스(32) 의 내부에 배치되고 나서, 충전용 수지가 기판(34)에 형성되어 있는 충전용 관통 구멍(34a)을 통하여 케이스(32)의 내부의 하측 면부터 기판(34)의 충전용 관통 구멍(34a)을 지나 케이스(32)의 상층부까지 연결되어 충전된다. 그로 인해 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 조립체가 충전재에 의해 완전 밀봉된다. 그로 인해, 기판 및 감쇄 재 조립체가 케이스 내부에서 수직 및 수평을 유지한 상태에서 충전재가 충전되므로 핀 단자(35a 35b)의 선단 부분의 위치 어긋남을 막을 수 있다. 또한, 감쇄 재(33)가 케이스(32)의 내부 단면에 소정의 힘으로 압력을 주면서 끼워져 고 정되므로, 감쇄 재(33)가 수평을 유지함과 동시에, 압전 소자(31)의 진동에 의한 케이스(32) 의 진동을 억제하는 효과가 있어, 초음파 센서의 잔향 진동이 작은 초음파 센서를 제작할 수 있으며, 충전제가 기판(34)의 충전제 구멍을 통하여 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 조립체 아래 윗면을 통과하여 충전하므로, 상기 기판(34) 및 충전재(33)의 조립체가 충전제에 의하여 완전 밀봉되어, 예를 들면 외부에서 응력이 가해진다 해도 단자 핀(35a 35b)의 위치 정밀도를 유지할 수 있으며, 나아가 단선의 염려가 적고, 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 위치 변동에 의한 특성 변화의 염려가 적어 초음파 센서의 신뢰성이 높아진다.
또한 이 초음파 센서(10)에서는 기판(34) 및 감쇄 재(33)의 조립체가 케이스(32) 의 내부에 끼워질 경우, 케이스(32) 내부에 미리 형성되어 있는 예를 들면 홈(32a)에 의하여 자연스럽게 끼워짐 깊이가 결정되기 때문에, 조립 작업이 간편해 지고, 나아가 항상 일정한 위치에 감쇄 재(33)가 놓이게 되므로 케이스(32)의 전체 진동을 항상 일정한 수준에서 줄이는 효과가 있으므로 특성이 균일한 초음파 센서를 제작할 수 있다.
또한 이 초음파 센서(10)에서는 케이스(32)로부터 핀 단자(35a,35b)로 진동의 전파 등 케이스(32)와 핀 단자(35a,35b)의 진동 간섭이 감쇄 재(33) 및 충전재용 수지로 줄어지거나 차단되기 때문에, 물체 검지시의 잔향 신호나 수신 신호의 진동 누설 신호의 영향 등이 억제되고, 즉 진동 누설 등에 따른 잔향 특성 열화가 없고, 나아가 외부에서 핀 단자(35a,35b)를 경유한 불필요한 진동 등의 전파의 영향도 억제된다.
또한, 이 초음파 센서(10)에서는 케이스(32)에 압전 소자(31)가 형성되고, 핀 단자(35a, 35b)가 고정되어 있는 기판(34)의 외주면 전체 또는 일부가 감쇄 재(33)에 의하여 부착되거나 기판(34)의 외주 면에 하나 이상 형성되어 있는 홈(34b)으로 둘러싸인 상태로 케이스(32)의 내부에 삽입되므로, 기판(34)이 케이스(32) 에 직접 접촉하지 않으며, 압전 소자(31)로부터 케이스(32)를 개재하여 기판(34) 나 핀 단자(35a, 35b)에의 진동 전파가 감쇄 재(33)로 억제된다. 즉, 압전 소자(31)의 진동이 기판(34)이나 핀 단자(35a 35b)에 전해지기 어렵다.
또한 이 초음파 센서(10)에서는 감쇄 재(33)가 케이스(32)의 내부의 면에 밀착하여 케이스 내부 면에 수평으로 형성된 예를 들면 하나 이상의 홈(32a) 까지 예를 들면 수직으로 형성된 하나 이상의 홈(32b)을 가이드 라인으로 하여 삽입되고, 감쇄 재가 케이스(32)의 내부 면에서 기판(34)과 사이에서 압력을 받으며 끼워지게 형성된다. 그로 인하여 케이스 내부의 수평 홈(32a)에 의해 양호한 수평이 얻어지고, 케이스(320의 내부의 수직 홈(32b)에 의해서 양호한 수직이 얻어지며,따라서 케이스(32)나 압전 소자(31)에 대하여 기판(34)의 양호한 수평 성 및 수직 성이 얻어지고, 나아가서는 핀 단자(35a 35b)의 다른 쪽 끝 부분의 선단 부분(실장 측 부분의 선단 부분)에서 높은 위치 정밀도가 얻어진다.
또한 이 초음파 센서(10)에서는 실장 된 후에, 예를 들면 초음파 센서에 횡 방향으로 힘이 가해져도, 기판(34)이나 감쇄 재(33)에 힘이 전달되지 않으므로 초음파 센서가 특성 변형이나 파괴될 염려가 없으며, 나아가 기판(34) 및 감쇄 재(33) 및 핀 단자 핀(35a,35b)에 전기적으로 접속되어 있는 리드 선에 큰 응력이 가해 지지 않으므로 특성이 변화되기 어렵다.
도 2, 도 3은 이 발명에 따른 초음파 센서의 다른 예를 나타내는 도해 도이다. 도 2 에 나타낸 초음파 센서(20)는 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)에 비해, 감쇄 재(33)의 길이가 길어, 감쇄 재(33)의 끝단 부분에 케이스를 덮도록 단을 형성하게 제작하고, 기판(34)의 크기는 감쇄 재의 끝 단면과 일치하거나 작게 제작하여 조립한다. 이후 기판의 중앙에 하나 이상의 충전용 구멍을 두어 충전용 수지를 충전 하 센서를 제작한다.
도 2에 나타내는 초음파 센서(20)에서는 도 1에 나타내는 초음파 센서(10)에 비해, 감쇄 재(33)가 케이스(32)의 내부 면뿐만 아니라 케이스(32)의 개구부 끝 단면에 걸쳐 접착되도록 형성되어 있으므로, 감쇄 재가 케이스에 닿는 면적이 넓어져 진동 저하의 효과가 커지며, 나아가 기판(34) 및 단자 핀(35a 35b)의 위치 결정이 쉬워져 초음파 센서의 조립이 쉬워진다는 효과도 발휘한다.
또한 도 3의 초음파센서(21)에서는 기판(34)에 감쇄 재(33)를 일체화한 후 케이스(32)의 내부에 끼워 넣을 때, 감쇄 재(33)의 외부 면에 예를 들면 동심원 모양을 한 한 개 이상의 홈을 형성하여 케이스(32)의 내부 면과 감쇄 재(33) 사이의 미끄럼 마찰력을 줄여 조립작업을 용이하게 하고, 케이스(32)의 진동이 기판에 전달되기 어렵게 하여 잔향 진동이 작은 초음파 센서를 제작할 수 있다.
또한 도 4의 초음파 센서(22)에서는 기판(34)과 조립되는 감쇄 재(33)에 예 를 들면 깊이 방향으로 오목 또는 볼록 홈을 형성하고, 그 홈과 상대되는 볼록 또는 오목 홈을 케이스의 내부의 깊이 방향에 형성하여 예를 들면 기판 또는 감쇄 재가 원형일 경우에도 기판 및 감쇄 재를 케이스 내부에 조립할 때 핀 단자의 위치가 항상 일정한 각도를 갖으면서도 별도의 장치 없이 쉽게 조립할 수 있다.
또한 상술한 각 초음파 센서에서는 감쇄 재(33)의 재료로서 실리콘 고무가 이용되고 있지만, 실리콘 고무 이외에 발포 우레탄, 발포 스펀지 등 감쇄 효과가 있는 것이라면 다른 재료를 이용해도 된다.
또한, 상술한 각 초음파 센서에서는 각 부위가 특정한 크기, 형상, 배치, 재료의 수로 규정되어 있지만, 이 발명에서는 그들을 임의로 변경해도 된다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해 도이다.
도 2, 도 3, 도 4 는 본 발명에 따른 초음파 센서의 다른 예를 나타내는 도해 도이다.
도 5는 본 발명의 배경이 되는 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해 도이다.
도 6은 종래의 초음파 센서의 일례를 나타내는 도해 도이다.
<부호의 설명>
10 본 발명에 따른 초음파 센서
20 본 발명에 따른 다른 예의 초음파 센서
21 본 발명에 따른 또 다른 예의 초음파 센서
22 본 발명에 따른 또 다른 예의 초음파 센서
30 종래의 초음파 센서
40 종래의 또 다른 초음파 센서

Claims (8)

  1. 바닥이 있는 통 형상의 케이스;
    상기 케이스 내부의 바닥 면에 형성되는 압전 소자;
    상기 압전 소자에 전기적으로 접속되는 단자;
    상기 압전 소자를 덮도록 하여 상기 케이스 내에 충전되는 충전용 수지;
    상기 단자가 고정되는 구멍이 형성되고 진동 감쇄 재를 끼우거나 부착용 홈이 형성된 기판;
    상기 단자가 삽입된 기판을 감싸고 정 위치 끼움이 쉽도록 수평 및 수직으로 오목 또는 볼록 형상의 조립용 홈이 있는 감쇄 재; 및
    상기 감쇄 제에 대응하여 감쇄 재가 일정 위치에 끼워질 수 있도록 수직 및 수평 방향으로 형성된 오목 또는 볼록 홈을 갖는 케이스;를 포함하되,
    상기 단자 및 기판 및 감쇄 재의 조립체가 단자 및 기판이 케이스에 닿지 않고 케이스 내부 면에 끼워지며, 상기 기판은 상기 케이스의 바닥면에서부터 내부 높이가 H일 때 그 높이가 H 보다 0.9배 이하의 크기로 제작되어 충전용 수지로 밀봉 충전되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 감쇄 재의 바깥 지름의 크기는 상기 케이스 내부 지름의 크기를 a라 했을 때 그 크기가 a보다 최소한 같거나 1.3배 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서
  3. 청구항 2 에 있어서
    상기 감쇄 재는 그 외주 면에 길이방향 또는 수평 방향으로 하나 이상의 오목 또는 볼록 홈 모양의 조립 가이드를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 센서
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 감쇄 재는 그 외주 면에 다수의 요철 또는 돌기를 형성하여 케이스 내부면 과의 닿는 접촉 면을 최소로 한 것을 특징으로 한 초음파 센서
  5. 청구항 4에 있어서
    상기 감쇄 재는 기판 부 및 케이스보다 연질인 재료인 탄성 라버 재질로 구성되고 그 경도가 15 - 80 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서
    상기 기판에서 충전용 관통 구멍이 하나 이상 형성되고, 기판의 외주 면에 상기 감쇄 재를 끼워 맞추거나 접착할 수 있는 수평 또는 수직 홈이 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 센서
  8. 삭제
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