專利名稱：超聲波傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)超聲波進(jìn)行發(fā)送或者接收的超聲波傳感器。
背景技術(shù)：
作為汽車的后部聲納，利用超聲波傳感器。以往的超聲波傳感器由主軸方向的端部封閉的有底筒狀的外殼、粘接于上述外殼的內(nèi)底面的壓電元件、以及塞住上述外殼的開口部的樹脂等構(gòu)成。超聲波傳感器通過對(duì)上述壓電元件施加驅(qū)動(dòng)電壓，使上述壓電元件和上述外殼振動(dòng)并朝上述外殼的外側(cè)方向發(fā)送超聲波，接收從對(duì)象物反彈回來的反射波，通過測(cè)量反射時(shí)間來測(cè)定與對(duì)象物的距離。在這樣的超聲波傳感器中，不僅朝外殼的外側(cè)方向發(fā)送超聲波，朝外殼的內(nèi)側(cè)方向也發(fā)送超聲波。朝外殼的內(nèi)側(cè)方向發(fā)送的超聲波若到達(dá)上述樹脂，則會(huì)朝上述壓電元件的方向反彈，再次使上述壓電元件振動(dòng)。這些額外的振動(dòng)被識(shí)別為回聲。一般而言，在這樣的情況下，由于超聲波在上述樹脂與上述壓電元件之間有幾十次的多重反射，因此，超聲波傳感器的回聲時(shí)間有延長(zhǎng)的傾向。若回聲時(shí)間延長(zhǎng)，則會(huì)引起難以進(jìn)行近距離的檢測(cè)的問題?？山鉀Q這樣的問題的超聲波傳感器例如在專利文獻(xiàn)1中有披露。該專利文獻(xiàn)1所披露的超聲波傳感器700如圖12所示，由外殼體71、壓電元件72、基底基板73、引線74、外部連接端子75及吸音材料70構(gòu)成。外殼體71為主軸方向的端部封閉的有底筒狀，由金屬形成。上述外殼體71由有底筒狀的外部外殼76及設(shè)于上述外部外殼76的內(nèi)周面的筒狀的內(nèi)部外殼77構(gòu)成。上述壓電元件72粘接于上述外殼體71的內(nèi)底面。上述吸音材料70與上述壓電元件72相對(duì)設(shè)置，與上述壓電元件72的主面不接觸而隔開距離，配置在上述外殼體71的內(nèi)側(cè)空間。上述吸音材料70由多孔硅形成?；谆?3設(shè)于上述吸音材料70的另一主面。在上述基底基板73連接有2條引線74，一條與上述壓電元件72的一個(gè)電極連接，另一條與上述外殼體71連接。另外，在上述基底基板73連接有2條與上述引線74連接的外部連接端子75。上述外部連接端子 75引出到上述外殼體71的外部。專利文獻(xiàn)1 :W02007/029559號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在圖12所述的現(xiàn)有技術(shù)中，通過在外殼的內(nèi)部設(shè)有吸音材料，對(duì)回聲特性進(jìn)行了改善。然而，即使實(shí)施這些對(duì)策也無法完全消除超聲波的回聲，期望回聲特性能進(jìn)一步改善。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波傳感器，與以往相比可以進(jìn)一步改善回聲特性。為解決所述問題，本發(fā)明的特征在于，包括主軸方向的端部封閉的有底筒狀的外殼；壓電元件，該壓電元件粘接于所述外殼的內(nèi)底部中央；以及成形體，該成形體與所述壓電元件相對(duì)且配置于外殼內(nèi)，所述成形體在與所述壓電元件相對(duì)的一個(gè)主面形成有許多凹凸部，至少所述許多凹凸部與所述壓電元件隔開距離而配置。若這樣構(gòu)成，則可以使在外殼的內(nèi)側(cè)方向產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行漫反射。由于漫反射后的超聲波不易朝壓電元件的方向直接反彈，因此，在成形體與壓電元件之間不易引起多重反射。另外，由于每次反射時(shí)超聲波信號(hào)衰減，因此，可改善外殼的內(nèi)側(cè)方向的回聲特性。另外，本發(fā)明優(yōu)選的是，所述許多凹凸部構(gòu)成為錐體形狀。在這種情況下，成形體及用于形成成形體的金屬模的制造和加工變得簡(jiǎn)單，管理變得容易。另外，本發(fā)明優(yōu)選的是，所述許多凹凸部構(gòu)成為截頂錐體形狀。在這種情況下，成形體的制造和加工變得簡(jiǎn)單。另外，本發(fā)明優(yōu)選的是，所述成形體在所述許多凹凸部的外周部形成有多個(gè)腳部， 所述腳部與所述外殼的內(nèi)底部接觸。在這種情況下，由于可以利用腳部來抑制外殼的振動(dòng)，因此，可以使回聲衰減。另外，可以提高從外殼的底面到成形體的許多凹凸部的距離的精度。另外，本發(fā)明優(yōu)選的是，所述成形體在所述許多凹凸部的外周部形成有突起，所述突起與所述壓電元件的主面接觸。在這種情況下，由于可以在某種程度上抑制壓電元件的振動(dòng)的水平，因此，也可以同樣地抑制回聲的水平。另外，本發(fā)明優(yōu)選的是，在所述成形體中，所述許多凹凸部中距離所述壓電元件最遠(yuǎn)的部位與所述壓電元件的距離是所使用的超聲波的1/4波長(zhǎng)以下。在這種情況下，由于在外殼的內(nèi)側(cè)方向產(chǎn)生的超聲波與反射波進(jìn)行相互抵消的動(dòng)作，因此，超聲波的衰減變快， 可以進(jìn)一步抑制回聲。根據(jù)本發(fā)明，可以使在外殼的內(nèi)側(cè)方向產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行漫反射。由于漫反射后的超聲波不易朝壓電元件的方向直接反彈，因此，在成形體與壓電元件之間不易引起多重反射。另外，由于每次反射時(shí)超聲波信號(hào)衰減，因此，根據(jù)本發(fā)明，可改善外殼的內(nèi)側(cè)方向的回聲特性。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的超聲波傳感器的剖視圖。圖2是實(shí)施方式1所涉及的超聲波傳感器的外殼的立體圖。圖3是實(shí)施方式1所涉及的超聲波傳感器的成形體的立體圖。圖4是實(shí)施方式1所涉及的超聲波傳感器的成形體的仰視圖。圖5是實(shí)驗(yàn)例1及比較例1的超聲波傳感器的截面概要圖。圖6是表示基于圖5的實(shí)驗(yàn)例1及比較例1的回聲特性的圖。圖7是表示基于實(shí)驗(yàn)例2 5及比較例2的回聲特性及綜合靈敏度的圖。圖8是表示基于實(shí)驗(yàn)例2及實(shí)驗(yàn)例6 10的回聲特性及綜合靈敏度的圖。圖9是實(shí)施方式1的變形例1所涉及的超聲波傳感器的截面概要圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的超聲波傳感器的截面概要圖。圖11是實(shí)施方式2的變形例1所涉及的超聲波傳感器的截面概要圖。圖12是現(xiàn)有技術(shù)的截面概要圖。標(biāo)號(hào)說明100...超聲波傳感器1...外殼2...壓電元件3...基底基板4a、4b...弓丨線 5a,5b...外部連接端子10...成形體IOa...錐體形狀的凹部IOb...腳部IOc...突起11...凹凸部
具體實(shí)施例方式下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的超聲波傳感器。(實(shí)施方式1)下面，參照?qǐng)D1 4說明實(shí)施方式1。本實(shí)施方式1的超聲波傳感器100包括外殼 1、壓電元件2、基底基板3、引線^、4b、外部連接端子5ajb及成形體10。如圖1及圖2所示，外殼1為主軸方向的端部封閉的有底筒狀，例如由鋁等金屬材料形成。外殼1的內(nèi)底面構(gòu)成為近似橢圓狀，在長(zhǎng)軸方向的兩端部分分別形成凹部lb。另外，在外殼1的外周面的開口側(cè)，在短軸方向的兩端部分分別相對(duì)設(shè)置有切除部la。壓電元件2在兩面設(shè)有電極(未圖示)，粘接于外殼1的內(nèi)底面中央。如圖3所示，成形體10構(gòu)成為近似橢圓狀，為嵌入外殼1的形狀。成形體10例如由硅樹脂形成。如圖4所示，成形體10的下部形成為近似橢圓柱形，設(shè)有許多錐體形狀的凹部 10a、腳部IOb及突起10c。具體而言，許多錐體形狀的凹部IOa設(shè)于成形體10的下部中央的圓形區(qū)域，以等間隔形成為柵格狀。如圖1所示，成形體10設(shè)置于外殼1的內(nèi)部，使得許多凹凸部11不觸碰壓電元件2。錐體形狀的凹部IOa的形狀是四棱錐。腳部IOb在凹凸部11的外周部的2處設(shè)為凸形狀。腳部IOb嵌入到設(shè)于外殼1 的內(nèi)底部的凹部Ib而形成。由于這樣構(gòu)成，因此，可以利用腳部IOb來抑制外殼1的振動(dòng)， 可以抑制回聲。另外，可以提高從外殼1的內(nèi)底部到錐體形狀的凹部IOa的距離的精度。突起IOc設(shè)于凹凸部11的外周，在本實(shí)施例中，例如設(shè)于4處。突起IOc的高度被設(shè)定為與壓電元件2的外周部的一部分接觸。由于這樣構(gòu)成，因此，盡管會(huì)使超聲波傳感器100的綜合靈敏度下降實(shí)用上不會(huì)產(chǎn)生問題的程度，但同時(shí)使回聲特性提高。如圖1所示，基底基板3設(shè)置于成形體10的另一主面中央。壓電元件2和基底基板3由引線如連接，外殼1和基底基板3由引線4b連接。引線如與外部連接端子如連接，引線4b與外部連接端子恥連接。這些連接端子fe和恥引出到外殼1的外部。另外，從成形體10的另一主面到外殼1的開口部的空間由填充劑(未圖示)填充， 構(gòu)成作為防止水滴或異物等侵入的防滴型。下面示出超聲波傳感器100的動(dòng)作。本發(fā)明的超聲波傳感器100具有發(fā)送功能和接收功能。通過對(duì)壓電元件2施加固有振動(dòng)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓，使壓電元件2激勵(lì)。在本實(shí)施方式中，假定40KHz 400KHz的頻率。首先，從外殼1的底面朝外殼1的外側(cè)方向發(fā)送超聲波。若發(fā)送的超聲波到達(dá)障礙物， 則其一部分作為反射波朝超聲波傳感器100的方向反射。若外殼1的底面接收反射波，則底面進(jìn)行固有振動(dòng)，壓電元件2振動(dòng)，從而可以得到電動(dòng)勢(shì)。這樣，根據(jù)從發(fā)送超聲波到接收反射波的時(shí)間，檢測(cè)到障礙物的距離。另一方面，在使壓電元件2激勵(lì)時(shí)，在外殼1的內(nèi)側(cè)方向也產(chǎn)生超聲波。若該超聲波以壓電元件2上部的空氣作為介質(zhì)到達(dá)成形體10，則利用空氣與成形體10的音響阻抗的差異，在成形體10的與壓電元件2相對(duì)的一個(gè)主面發(fā)揮反射及吸收作用。由于在這樣構(gòu)成的成形體10的一個(gè)主面形成有許多凹凸部，因此，對(duì)由外殼1產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行漫反射的比例較高。在本實(shí)施方式中，在與壓電元件2相對(duì)的一個(gè)主面形成有許多錐體狀的凹部10a， 至少許多凹凸部11與壓電元件2隔開距離而配置。由于這樣構(gòu)成，因此，在外殼1的內(nèi)側(cè)方向產(chǎn)生的超聲波以壓電元件2上部的空氣作為介質(zhì)到達(dá)成形體10，在成形體10的表面反射時(shí)，可以使超聲波漫反射。由于漫反射的超聲波難以朝壓電元件的方向直接反彈，因此，在成形體與壓電元件之間難以引起多重反射。另外，由于每次反射時(shí)超聲波信號(hào)衰減，因此， 改善了外殼的回聲特性。另外，成形體及用于形成成形體的金屬模的制造和加工變得簡(jiǎn)單， 管理變得容易。另外，以往是將成形體10形成得比外殼1大一圈，將其壓入外殼1來調(diào)整高度的， 但根據(jù)本實(shí)施方式，由于在成形體10的許多凹凸部11的外周部形成多個(gè)腳部10b，腳部 IOb與外殼1的內(nèi)底部接觸，因此，可以抑制外殼1的振動(dòng)，可以抑制回聲。另外，可以提高從外殼1的內(nèi)底部到錐體形狀的凹部IOa的距離的精度。在本實(shí)施方式中，在成形體10的許多凹凸部11的外周形成突起10c，突起IOc與壓電元件2的主面接觸。由于這樣構(gòu)成，因此，可以在某種程度上抑制壓電元件2的振動(dòng)的水平，也可以同樣抑制從壓電元件2產(chǎn)生的回聲的水平。在本實(shí)施方式中，成形體10的許多凹凸部11中距離壓電元件2最遠(yuǎn)的部位、與上述壓電元件2的距離是所使用的超聲波的1/4波長(zhǎng)以下。由于這樣構(gòu)成，因此，所產(chǎn)生的超聲波與反射波進(jìn)行相互抵消的動(dòng)作，從而超聲波的衰減變快，可以進(jìn)一步抑制回聲。在本實(shí)施方式中，將成形體10成形為圖2那樣的近似橢圓形，但不限于此。在本實(shí)施方式中，在成形體10的與壓電元件相對(duì)的一個(gè)主面設(shè)有錐體形狀的凹部IOa以形成許多凹凸部11，但不限于此。例如，也可以設(shè)有半圓形的凹部，也可以設(shè)有凸部以形成許多凹凸部11。在本實(shí)施方式中，錐體形狀的凹部IOa的形狀為四棱錐，但不限于此。例如，也可以是圓錐或三棱錐、八棱錐等。(實(shí)驗(yàn)例1與比較例1)作為實(shí)驗(yàn)例1使用圖5 (A)所示的傳感器100A、作為比較例1使用圖5⑶所示的傳感器400以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此處，實(shí)驗(yàn)例1是在上述的實(shí)施方式1的成形體10中省略突起IOc的結(jié)構(gòu)。對(duì)于成形體10以外的與實(shí)施方式1相同的部分，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)并省略重復(fù)說明。如圖5(A)所示，實(shí)驗(yàn)例1的傳感器100A與實(shí)施方式1同樣，在成形體20形成有腳部20b，在成形體20的主面設(shè)有許多錐體形狀的凹部20a以形成許多凹凸部21。錐體形狀的凹部20a設(shè)為四棱錐形狀。另外，距離hi表示從許多凹凸部21的距離壓電元件2最遠(yuǎn)的部位到壓電元件2的距離。此時(shí)的距離是0. 65mm。如圖5 (B)所示，比較例1的傳感器400在成形體40形成有腳部40b，成形體40的主面是沒有凹凸的平面。距離h2表示從成形體40的與壓電元件42相對(duì)的主面到壓電元件42的距離。此時(shí)的距離是0. 65mm。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種超聲波傳感器，其特征在于，包括主軸方向的端部封閉的有底筒狀的外殼；壓電元件，該壓電元件粘接于所述外殼的內(nèi)底部中央；以及成形體，該成形體與所述壓電元件相對(duì)且配置于外殼內(nèi)，所述成形體在與所述壓電元件相對(duì)的一個(gè)主面形成有許多凹凸部，至少所述許多凹凸部與所述壓電元件隔開距離而配置。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述許多凹凸部構(gòu)成為錐體形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述許多凹凸部構(gòu)成為截頂錐體形狀。
4.如權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述成形體在所述許多凹凸部的外周部形成有多個(gè)腳部，所述腳部與所述外殼的內(nèi)底部接觸。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述成形體在所述許多凹凸部的外周部形成有突起，所述突起與所述壓電元件的主面接觸。
6.如權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)所述的超聲波傳感器，其特征在于，在所述成形體中，所述許多凹凸部中距離所述壓電元件最遠(yuǎn)的部位與所述壓電元件的距離是所使用的超聲波的1/4波長(zhǎng)以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)超聲波進(jìn)行發(fā)送或者接收的超聲波傳感器，其目的在于提供一種與以往相比可以進(jìn)一步改善回聲特性的超聲波傳感器。包括主軸方向的端部封閉的有底筒狀的外殼；壓電元件，該壓電元件粘接于所述外殼的內(nèi)底部中央；以及成形體，該成形體與所述壓電元件相對(duì)且配置于外殼內(nèi)，所述成形體在與所述壓電元件相對(duì)的一個(gè)主面形成有許多凹凸部，至少所述許多凹凸部與所述壓電元件隔開距離而配置。
文檔編號(hào)H04R17/00GK102438198SQ201110285330
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者酒井博紀(jì) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所