專利名稱：超聲波換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波換能器(ultrasonictransducer),特別是涉及作為汽 車的倒車聲納(back sonar)使用的超聲波換能器。
背景技術(shù)：
圖15是表示成為本發(fā)明的背景的超聲波換能器的一個(gè)例子的圖解。 超聲波換能器1包含有底筒狀的外側(cè)殼體2。在外側(cè)殼體2的內(nèi)側(cè)底面安 裝壓電元件3。在外側(cè)殼體2內(nèi)形成筒狀的指向特性控制體4。指向特性 控制體4中，如圖16所示，例如通過形成六邊形的通孔，從而形成厚壁 部和薄壁部。該指向特性控制體4與外側(cè)殼體2的側(cè)面和底面緊貼地嵌入 外側(cè)殼體22內(nèi)。在外側(cè)殼體2的開口部一側(cè)嵌入后板(backplate) 5，將 外側(cè)殼體2的端部折邊以固定后板5。在后板5形成2個(gè)端子6a、 6b，在 這些端子6a、 6b中連接導(dǎo)線7。 一方的端子6a通過后板5上形成的金屬 層和外側(cè)殼體2與壓電元件3的一方一側(cè)連接。此外，另一方的端子6b 通過導(dǎo)線8與壓電元件3的另一方一側(cè)連接。
該超聲波換能器1例如安裝在汽車的保險(xiǎn)杠(bumper)上，能作為倒 車聲納等使用。如果對(duì)導(dǎo)線7輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則壓電元件3被激勵(lì)，隨之， 外側(cè)殼體2的底面振動(dòng)。據(jù)此，在與外側(cè)殼體2的底面正交的朝向放射超 聲波。這時(shí)，根據(jù)指向特性控制體4的通孔的形狀，決定所放射的超聲波 的指向性。如果放射的超聲波被障礙物反射，則反射波就被超聲波換能器 l接收，由壓電元件3變換為電信號(hào)。該電信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線7傳遞給接收電 路，根據(jù)超聲波的發(fā)送和接收的時(shí)間差計(jì)算到達(dá)障礙物的距離。
在該超聲波換能器1中，通過使外側(cè)殼體2和指向特性控制體4為不 同構(gòu)件，能容易進(jìn)行各構(gòu)件的加工。此外，通過使外側(cè)殼體2和指向特性 控制體4為不同構(gòu)件，能用不同的材料形成各構(gòu)件。因此，能根據(jù)所需的特性，選擇外側(cè)殼體2和指向特性控制體4的材料。此外，如圖17所示，還存在填充了硅樹脂9等的超聲波換能器。在 該超聲波換能器1中，外側(cè)殼體2的底面2a和側(cè)面2b由不同構(gòu)件構(gòu)成。 此外，在后板5的中央部形成通孔，通過該通孔，將連接在壓電元件3上 的導(dǎo)線8直接引出到外邊。而且，在外側(cè)殼體2和指向特性控制體4的內(nèi) 側(cè)填充發(fā)泡性的硅樹脂9。通過該硅樹脂9，吸收從外側(cè)殼體傳遞的無用 的振動(dòng)。根據(jù)必要，按照作為目的的各功能，使各零件為不同個(gè)體，能以 高精度，廉價(jià)地制造超聲波換能器l (參照專利文獻(xiàn)l)。在超聲波換能器中，由于壓電元件的振動(dòng)，外側(cè)殼體的底面產(chǎn)生振動(dòng)， 放射超聲波，這時(shí)，在外側(cè)殼體的側(cè)面泄漏振動(dòng)能量。如果在外側(cè)殼體的 側(cè)面泄漏振動(dòng)能量，則底面的振動(dòng)能量就減小，向外側(cè)放射的超聲波的聲 壓降低。知道如果由于在外側(cè)殼體的側(cè)面泄漏振動(dòng)能量，則在外側(cè)殼體會(huì)產(chǎn)生 高次亂真振動(dòng)，即使向壓電元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)闆]有，外側(cè)殼體的振動(dòng)還 會(huì)持續(xù)。這樣的振動(dòng)稱作混響，如果混響長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)，則壓電元件因混響 引起的振動(dòng)而繼續(xù)產(chǎn)生電信號(hào)，所以基于由障礙物反射的超聲波引起的壓 電元件的振動(dòng)的電信號(hào)會(huì)被因混響引起的振動(dòng)的電信號(hào)淹沒，無法檢測(cè)到 由障礙物反射的超聲波。這樣的外側(cè)殼體的振動(dòng)能被在內(nèi)部填充的硅樹脂 等吸收某種程度，但是無法充分吸收無用的振動(dòng)。特別是如圖17所示， 外側(cè)殼體的端部一側(cè)與硅樹脂直接接觸時(shí)，能吸收基于高次亂真的振動(dòng)能 量，但是外側(cè)殼體的端部與指向特性控制體不接觸，所以無法防止因壓電 元件而得到的振動(dòng)能量的泄漏。因此，放射的超聲波的聲壓降低。因此，本申請(qǐng)人在以前提出的特愿2005-262742號(hào)中，提出用比外部殼體密度更高的金屬材料構(gòu)成內(nèi)部殼的發(fā)明。即，密度高的材料是聲阻抗 大的材料，這樣的材料是難以振動(dòng)的材料，所以通過用聲阻抗大的材料形 成內(nèi)部殼，能減少振動(dòng)能量向外側(cè)殼體的側(cè)面的泄漏，能提高被放射的超 聲波的聲壓?？墒牵@時(shí)，如果外部殼體的端部與內(nèi)部殼體不接觸，則在 內(nèi)部殼體的端部會(huì)產(chǎn)生混響。專利文獻(xiàn)l:特開2001-128292號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的主要目的在于，提供能放射聲壓高的超聲波，并且混 響特性良好的超聲波換能器。本發(fā)明是一種超聲波換能器，包括有底筒狀的帽狀體；形成在帽狀 體的底面的壓電元件；由比帽狀體的材料的聲阻抗大的材料形成，按照在帽狀體內(nèi)，與包含帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼的方式形成的內(nèi)部框體；以及按照與帽狀體的側(cè)面的至少一部分直接接觸的方式填充在內(nèi)部框體內(nèi)的減振材料。在有底筒狀的帽狀體內(nèi)部的底面形成壓電元件，通過激勵(lì)該壓電元 件，從而帽狀體的底面振動(dòng)，對(duì)外部放射超聲波。這時(shí)，在帽狀體內(nèi)，按 照與包含帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼的方式形成內(nèi)部框體，從而能抑制 帽狀體側(cè)面的振動(dòng)，能防止振動(dòng)能量的泄漏。特別是通過用比帽狀體的材 料聲阻抗更大的材料形成內(nèi)部框體，從而振動(dòng)能量的泄漏防止效果增大。 通過按照與帽狀體側(cè)面的至少一部分直接接觸的方式填充減振材料，從而 能吸收傳遞到帽狀體側(cè)面的高次亂真引起的振動(dòng)能量，能抑制混響。在這樣的超聲波換能器中，通過在內(nèi)部框體形成通孔，從而減振材料 通過通孔能與帽狀體內(nèi)的側(cè)面的一部分直接接觸。此外，也可以在帽狀體的端部，在帽狀體和內(nèi)部框體之間的一部分形 成間隙，在內(nèi)部框體內(nèi)填充減振材料，并且在帽狀體和內(nèi)部框體之間的間 隙充減振材料。在帽狀體的內(nèi)部，使減振材料直接接觸其側(cè)面，從而能吸收高次亂真 引起的振動(dòng)能量。此外，本發(fā)明是一種超聲波換能器，包括有底筒狀的帽狀體；形成 在帽狀體的底面的壓電元件；由比帽狀體的材料聲阻抗更大的材料形成， 按照在帽狀體內(nèi)與包含帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼的方式形成的內(nèi)部 框體；以及在帽狀體的端部，在帽狀體和內(nèi)部框體之間的一部分形成間隙， 按照與帽狀體的內(nèi)側(cè)面接觸的方式填充在間隙中的減振材料。在帽狀體和內(nèi)部框體之間的一部分形成間隙時(shí)，沒必要一定在內(nèi)部框 體內(nèi)填充減振材料，至少在形成于帽狀體和內(nèi)部框體之間的間隙填充減振 材料，使減振材料直接接觸帽狀體，從而能吸收高次亂真引起的振動(dòng)能量。在內(nèi)部框體形成通孔的超聲波換能器或在帽狀體和內(nèi)部框體之間的 一部分形成間隙的超聲波換能器中，在帽狀體的底面，按照包含其中央部， 并且在一個(gè)方向具有長(zhǎng)軸的方式形成不與內(nèi)部框體的一端側(cè)接觸的部分； 在內(nèi)部框體的側(cè)面，在帽狀體的底面中的不與內(nèi)部框體的一端側(cè)接觸的部 分的長(zhǎng)軸方向和與該長(zhǎng)軸方向正交的方向形成通孔或間隙。在帽狀體的底面，與內(nèi)部框體的一端側(cè)接觸的部分難以振動(dòng)，不與內(nèi) 部框體的一端側(cè)接觸的部分容易振動(dòng)。因此，通過主要振動(dòng)帽狀體的容易 振動(dòng)的部分，從而放出超聲波。在該帽狀體的底面的容易振動(dòng)的部分是具 有長(zhǎng)軸的形狀時(shí)，超聲波產(chǎn)生各向異性，產(chǎn)生如下模式，即按照在該長(zhǎng)軸 方向和與之正交的方向交替產(chǎn)生橢圓形狀的方式帽狀體產(chǎn)生變形。這樣， 成為在帽狀體大幅度變形的部分的附近，在帽狀體的側(cè)面形成通孔或間 隙，使減振材料接觸的結(jié)構(gòu)，從而能更有效地抑制因高次亂真引起的振動(dòng) 能量。進(jìn)而，從帽狀體的底面至側(cè)面形成曲面部，并且按照覆蓋曲面部的方 式形成覆蓋帽狀體的外側(cè)面的外裝材料。在通過擠壓加工從平板形成帽狀體時(shí)，從帽狀體的底面至側(cè)面形成曲 面部。如果把使用這樣的帽狀體的超聲波換能器安裝到汽車的保險(xiǎn)杠等 上，則在保險(xiǎn)杠和帽狀體之間形成間隙，垃圾或污垢容易積存。如果在這 樣的間隙中積存垃圾或污垢，則帽狀體的振動(dòng)特性惡化，外觀上也會(huì)帶來 不好的印象。因此，通過按照覆蓋帽狀體的曲面部的方式形成覆蓋帽狀體 的外側(cè)面的外裝材料，從而能消除在汽車等中安裝超聲波換能器時(shí)的間 隙，能防止特性的惡化或外觀上的印象的下降。此外，也可以是減振材料被配置成從內(nèi)部框體的內(nèi)部向外部延伸，減 振材料直接接觸帽狀體的外側(cè)面。這時(shí)，也可以從帽狀體的底面向側(cè)面形成曲面部，并且按照覆蓋曲面 部的方式形成帽狀體的外側(cè)面中的減振材料。減振材料不一定要直接接觸帽狀體的內(nèi)側(cè)，也可以直接接觸帽狀體的 外側(cè)面。這樣，如果減振材料直接接觸帽狀體的側(cè)面，就能吸收高次亂真 引起的振動(dòng)能量。這里，當(dāng)由擠壓加工等形成帽狀體時(shí)，通過按照覆蓋該曲面部的方式形成減振材料，從而能消除超聲波換能器安裝部和帽狀體之間的間隙。在上述的超聲波換能器中，在帽狀體的端部，在內(nèi)部框體的外側(cè)面形 成相當(dāng)于帽狀體的厚度的段差部，使在帽狀體外的內(nèi)部框體的外徑比在帽 狀體內(nèi)的內(nèi)部框體的外徑更大，能消除帽狀體和內(nèi)部框體之間的段差。帽狀體由擠壓加工形成，深擠壓加工的加工技術(shù)難，所以用淺擠壓加 工形成帽狀體。而且，雖然帽狀體底面的壓電元件引起的振動(dòng)會(huì)在淺擠壓 加工的帽狀體的側(cè)面泄漏，但是通過帽狀體的側(cè)面與減振材料接觸，并且 包含帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面與內(nèi)部框體接觸，尤其在內(nèi)部框體設(shè)置段 差，拉向帽狀體的端部地與內(nèi)部框體緊貼，從而形成內(nèi)部框體按壓帽狀體 端部的構(gòu)造，所以即使在淺擠壓加工的帽狀體中，也能抑制振動(dòng)向帽狀體 的側(cè)面的泄漏，難以發(fā)生混響。此外，在內(nèi)部框體設(shè)置相當(dāng)于帽狀體的厚度的段差，在帽狀體的外側(cè) 面和內(nèi)部框體的外側(cè)面之間消除段差，即通過使帽狀體的外側(cè)面和內(nèi)部框 體的外側(cè)面處于同一平面上，從而容易把超聲波換能器安裝到汽車等上， 還能防止外觀上的印象的下降。根據(jù)本發(fā)明，把由比帽狀體聲阻抗更大的材料形成的內(nèi)部框體與包含 帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼，能抑制帽狀體側(cè)面的振動(dòng)，能防止由于壓 電元件而振動(dòng)的從帽狀體底面向側(cè)面的振動(dòng)能量的泄漏。因此，能把從帽 狀體底面向外部放射的超聲波的聲壓保持很高。進(jìn)而，按照與帽狀體的側(cè) 面的至少一部分直接接觸的方式形成減振材料，從而能吸收因帽狀體中產(chǎn) 生的高次亂真引起的振動(dòng)能量，混響特性變得良好。根據(jù)參照附圖進(jìn)行的用于實(shí)施以下發(fā)明的最佳形態(tài)的說明，本發(fā)明的 上述目的、其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更清楚。


圖1是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例1的圖解圖。圖2是表示圖1所示的超聲波換能器的帽狀體(cap menber)和內(nèi)部框體的立體圖。圖3是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例2的帽狀體和內(nèi)部框體的立體圖。圖4是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例3的帽狀體和內(nèi)部框體的圖解圖。圖5 (a)、 (b)是表示本發(fā)明的超聲波換能器的帽狀體的變形模式的 圖解圖。圖6是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例4的圖解圖。圖7是表示圖6所示的超聲波換能器的內(nèi)部框體的立體圖。圖8是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例5的圖解圖。圖9是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例6的立體圖。圖IO是表示本發(fā)明的超聲波換能器的例7的立體圖。圖11是圖10所示的超聲波換能器的圖解圖。圖12是表示使用圖3所示的帽狀體和內(nèi)部框體的超聲波換能器的混 響特性的圖。圖13是表示使用圖4所示的帽狀體和內(nèi)部框體的超聲波換能器的混 響特性的圖。圖14是表示使用沒有通孔的內(nèi)部框體的超聲波換能器的混響特性的圖。圖15是表示成為本發(fā)明的背景的以往的超聲波換能器的一個(gè)例子的 圖解圖。圖16是表示圖15所示的超聲波換能器的外側(cè)殼體和指向特性控制體 的立體圖。圖17是表示成為本發(fā)明的背景的以往的超聲波換能器的其他例子的 圖解圖。符號(hào)的說明。IO—超聲波換能器；12—帽狀體；12a—帽狀體的底面部；12b—帽狀體的側(cè)面部；12c—帽狀體的曲面部；14一壓電元件；16—內(nèi)部框體；16a 一內(nèi)部框體的段差部；16b—內(nèi)部框體的平面部；22—通孔；26—吸音材 料；28—減振材料；30—間隙；32—槽部；34—外裝材料。
具體實(shí)施方式
圖1是表示本發(fā)明的超聲波換能器的一個(gè)例子的圖解圖。超聲波換能器IO包含有底筒狀的帽狀體12。帽狀體12容易振動(dòng)地由例如鋁等這樣的輕且剛性高的材料形成。帽狀體12使用鋁等平板，通過擠壓加工，形成 有底的圓筒狀。這樣的擠壓加工采用淺擠壓的加工方法，帽狀體12的制 造變得更容易，帽狀體12通過淺的擠壓加工，形成由底面部12a和側(cè)面 部12b以及它們之間的曲面部12c構(gòu)成的圓筒狀。另外，帽狀體12由切 削、鍛造、鑄造等的方法形成。在帽狀體12的內(nèi)面，在底面部12a形成壓電元件14。壓電元件14 例如在圓板狀的壓電體襯底的兩面上形成電極。壓電元件14的一面一側(cè) 由導(dǎo)電粘合劑等粘貼在帽狀體12的底面12a。進(jìn)而，在帽狀體12的內(nèi)側(cè)形成內(nèi)部框體16。內(nèi)部框體16如圖2所示， 形成圓筒狀，與帽狀體12的內(nèi)側(cè)面緊貼地嵌入。在內(nèi)部框體16的一端一 側(cè)，向內(nèi)側(cè)伸出地形成環(huán)狀的伸出部18。在形成伸出部18的內(nèi)部框體16 的端部，在彼此對(duì)置的位置形成凹部20。而且，將形成伸出部18的一端 一側(cè)作為帽狀體12的底面部12a—側(cè)，內(nèi)部框體16嵌入帽狀體12內(nèi)。 因此，在帽狀體12內(nèi)，內(nèi)部框體16的一端一側(cè)與帽狀體12的底面部12a 緊貼，但是在形成凹部20的部分，內(nèi)部框體16不接觸帽狀體12的底面 部12a。在帽狀體12的開放端部一側(cè)，內(nèi)部框體16從帽狀體12向外側(cè)突出 地形成。在與帽狀體12的端部對(duì)應(yīng)的位置，在內(nèi)部框體16形成段差部16a。 而且，按照嵌入帽狀體12內(nèi)部的部分的內(nèi)部框體16的直徑小，從帽狀體 12向外突出的部分的內(nèi)部框體16的直徑增大的方式形成。該段差部16a 與帽狀體12的厚度對(duì)應(yīng)地形成。因此，帽狀體12的端部與內(nèi)部框體16 緊貼，在帽狀體12和內(nèi)部框體16的表面不產(chǎn)生段差。即成為帽狀體12 的外側(cè)面和內(nèi)部框體16的外側(cè)面處于同一平面上的構(gòu)造。通過變?yōu)檫@樣 的構(gòu)造，按照內(nèi)部框體16的段差部16a抓住帽狀體12的端部的方式緊貼， 成為內(nèi)部框體16按壓帽狀體12端部的構(gòu)造。此外，在從內(nèi)部框體16的帽狀體向外側(cè)突出的部分的側(cè)面，在夾著 形成在內(nèi)部框體16的一端一側(cè)的相對(duì)的凹部20的位置形成平面部16b。 通過該平面部16b，能從超聲波換能器10的外側(cè)知道凹部20的位置。向著帽狀體12的內(nèi)側(cè)面，在內(nèi)部框體16形成多個(gè)通孔22。通孔22例如沿著內(nèi)部框體16的側(cè)面的圓周，以等間隔形成。通孔22的形狀為例如按照成為長(zhǎng)孔的方式形成，但是此外也可以是圓孔或角孔。內(nèi)部框體16 由比帽狀體12聲阻抗更大的材料形成。帽狀體12由鋁形成時(shí)，內(nèi)部框體 16由比鋁更重、具有剛性的材料，例如鋅等形成。在壓電元件14的另一面一側(cè)連接導(dǎo)線24a。此外，在內(nèi)部框體16連 接其他導(dǎo)線24b。導(dǎo)線24b經(jīng)由由鋅形成的內(nèi)部框體16和由鋁形成的帽狀 體12，與壓電元件14的一面一側(cè)電連接。在內(nèi)部框體16內(nèi)，在伸出部18的內(nèi)側(cè)的段差部插入吸音材料26。作 為吸音材料26，使用例如氈。在伸出部18的內(nèi)側(cè)形成吸音材料26。通過 在伸出部18的內(nèi)側(cè)配置吸音材料26，在壓電元件14和吸音材料26之間 形成間隙，確保壓電元件14的振動(dòng)區(qū)域。另外，在從吸音材料26部分到 內(nèi)部框體16的開口部一側(cè)填充減振材料28。作為減振材料28，使用例如 發(fā)泡性的硅樹脂。這里，在內(nèi)部框體16形成通孔22，所以通過通孔22， 減振材料28直接與帽狀體12內(nèi)的側(cè)面接觸。通過這些吸音材料26和減 振材料28，吸收對(duì)帽狀體12和內(nèi)部框體16的內(nèi)側(cè)放射的聲波或振動(dòng)。該超聲波換能器IO例如安裝在汽車的保險(xiǎn)杠上，作為倒車聲納使用。 對(duì)導(dǎo)線24a、 24b輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，激勵(lì)壓電元件14，隨之，帽狀體12的底 面部12a掘動(dòng)。帽狀體12的底面部12a產(chǎn)生振動(dòng)，從而在與底面部12a 正交的朝向放射超聲波。放射的超聲波由障礙物反射，再度由超聲波換能 器10接收。通過所接收的超聲波，帽狀體12的底面部12a振動(dòng)，隨之， 壓電元件14也振動(dòng)。然后，壓電元件14的振動(dòng)變換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng) 由導(dǎo)線24a、 24b傳遞給接收電路。因此，通過測(cè)定從超聲波的發(fā)送到接 收的時(shí)間，能計(jì)算從超聲波換能器IO到障礙物的距離。在該超聲波換能器10中，在帽狀體12的底面部12a，內(nèi)部框體16 的一端側(cè)接觸的部分難以振動(dòng)。而在形成凹部20的部分，內(nèi)部框體16不 與帽狀體12的底面部12a接觸，所以底面部12a容易振動(dòng)。因此，根據(jù) 帽狀體12的底面部12a的方向，容易振動(dòng)的部分的寬度不同。如果帽狀 體12的底面部12a的容易振動(dòng)的部分窄，則放射的超聲波的擴(kuò)展大，如 果底面部12a的容易振動(dòng)的部分寬，則放射的超聲波的擴(kuò)展就小。因此， 如果將夾著凹部20的方向、即在內(nèi)部框體16上形成的平面部16b所形成的方向配置在汽車的寬度方向，則超聲波就在汽車的寬度方向擴(kuò)展，但是 能使超聲波在上下方向不擴(kuò)展。通過這樣在內(nèi)部框體16形成凹部20，從
而能調(diào)整超聲波換能器10的指向特性。通過這樣調(diào)整超聲波換能器10的
指向特性，在汽車的寬度方向，能檢測(cè)障礙物，不能檢測(cè)路面的輪胎止動(dòng)
器等上下方向的障礙物。在此，通過在內(nèi)部框體16的側(cè)面形成的平面部 16b，考慮超聲波換能器10的指向特性的安裝成為可能。
此外，在該超聲波換能器10中，由聲阻抗大的材料即難以振動(dòng)的材 料形成的內(nèi)部框體16緊貼帽狀體12的內(nèi)側(cè)面地嵌入，所以能抑制帽狀體 12的側(cè)面部12b的振動(dòng)。因此，帽狀體12的底面部12a的振動(dòng)能量難以 泄漏到側(cè)面部12b，能把從底面部12a放射的超聲波的聲壓保持很高。尤 其，因?yàn)槭莾?nèi)部框體16與帽狀體12的端部也緊貼，內(nèi)部框體16的段差 部16a按壓帽狀體12的端部的構(gòu)造，所以能抑制容易振動(dòng)的帽狀體12的 端部的振動(dòng)，能有效降低振動(dòng)能量的泄漏。
進(jìn)而，如果因壓電元件14因而帽狀體12的底面部12a振動(dòng)，則會(huì)產(chǎn) 生高次亂真振動(dòng)，即使沒有用于驅(qū)動(dòng)壓電元件14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，帽狀體 12的振動(dòng)還會(huì)持續(xù)。如果這樣的混響長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)，則壓電元件14因混響 引起的振動(dòng)而繼續(xù)產(chǎn)生電信號(hào)，因此基于由障礙物反射的超聲波而引起的 壓電元件的振動(dòng)的電信號(hào)被由混響引起的振動(dòng)的電信號(hào)淹沒，無法檢測(cè)到 由障礙物反射的超聲波?？墒牵诒境暡〒Q能器10中，通過形成在內(nèi) 部框體16的通孔22，減振材料28直接接觸帽狀體12的側(cè)面部12b，所 以因帽狀體12的高次亂真引起的振動(dòng)能量被減振材料28吸收。因此，在 本超聲波換能器10中，能使混響特性良好。
通過把由聲阻抗大的材料形成的內(nèi)部框體16緊貼帽狀體12的內(nèi)側(cè) 面，能放射聲壓高的超聲波，通過使減振材料28與帽狀體12的內(nèi)側(cè)面的 一部分直接接觸，能使混響特性良好。
另外，如圖3所示，可以沿著內(nèi)部框體16的側(cè)面的圓周，等間隔地 形成圓孔狀的通孔22。這樣，無論通孔22的形狀如何，通過通孔22，減 振材料28直接接觸帽狀體12內(nèi)的側(cè)面，由減振材料28吸收因帽狀體12 的高次亂真引起的振動(dòng)能量。
這里，通孔22在內(nèi)部框體16的側(cè)面，沒必要一定以等間隔形成。特別是如圖4所示，理想的是在內(nèi)部框體16的一端一側(cè)的對(duì)置部形成的凹
部20所對(duì)應(yīng)的側(cè)面和與連接凹部20的方向正交的方向的側(cè)面集中形成通 孔22。通過這樣的配置，在內(nèi)部框體16的側(cè)面，在帽狀體12的底面中的 不與內(nèi)部框體16接觸的部分的長(zhǎng)軸方向、和與該長(zhǎng)軸方向正交的方向集 中配置通孔22。
在帽狀體12的底面，如上所述，不與內(nèi)部框體16接觸的部分是容易 振動(dòng)的部分。該帽狀體12的底面的容易振動(dòng)的部分成為包含帽狀體12的 底面的中央部，并且具有長(zhǎng)軸的形狀。通過變?yōu)檫@樣的形狀，從而在帽狀 體12的底面的振動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生各向異性。即，帽狀體12的底面的容易振動(dòng) 的部分中、向長(zhǎng)軸方向的振動(dòng)區(qū)域擴(kuò)大，向與長(zhǎng)軸方向正交的方向的振動(dòng) 區(qū)域變窄，從而在帽狀體12的振動(dòng)面產(chǎn)生各向異性，放出的超聲波扁平 化。這樣，通過在帽狀體12的振動(dòng)面產(chǎn)生各向異性，從而傳遞到帽狀體 12的底面和側(cè)面的振動(dòng)不是同等于同心圓狀地傳播，而是在容易振動(dòng)的部 分的長(zhǎng)軸方向和與之正交的方向特別大地傳播，產(chǎn)生在這些方向帽狀體12 交替變形的模式。圖5 (a)、 (b)是為了容易理解帽狀體12的變形模式， 而夸張地表示變形了的形狀。如圖5 (a)、 (b)所示，產(chǎn)生如下模式，即 在帽狀體12的容易振動(dòng)的部分的長(zhǎng)軸方向和與它正交的方向，按照橢圓 形狀交替產(chǎn)生的方式帽狀體12產(chǎn)生變形。
因此，在內(nèi)部框體16的側(cè)面形成通孔22，且該通孔22形成于對(duì)置于 帽狀體12的側(cè)面特別大地變形的部分，即帽狀體12的底面容易振動(dòng)的部 分的長(zhǎng)軸方向和與它正交的方向。因此，在帽狀體12的特別大地彎曲的 部分所對(duì)應(yīng)的位置，減振材料28直接接觸帽狀體12的側(cè)面。據(jù)此，能更 有效地抑制高次亂真引起的振動(dòng)能量，能夠抑制混響。通過在帽狀體12 的底面容易振動(dòng)的部分的長(zhǎng)軸方向和與該長(zhǎng)軸方向正交的方向，在內(nèi)部框 體16的側(cè)面集中形成通孔22，能更有效地提高混響特性。
此外，如圖6所示，按照從帽狀體12的端部向底面部12a延伸的方 式，在側(cè)面部12b和內(nèi)部框體16之間形成間隙30，在該間隙30填充減振 材料28。為了形成這樣的間隙30，如圖7所示，從內(nèi)部框體16的外側(cè)面 的端部向軸向延伸地形成槽部32。槽部32在內(nèi)部框體16的周圍，例如以 等間隔在4處形成。通過在帽狀體12內(nèi)嵌入該內(nèi)部框體16，在帽狀體12的開放端部，在帽狀體12的側(cè)面部12b和內(nèi)部框體16之間形成間隙30。
在這樣的超聲波換能器10中，在槽部32以外的部分，內(nèi)部框體16 緊貼直到帽狀體12的端部，所以能減小振動(dòng)能量向帽狀體12的側(cè)面部12b 的泄漏。因此，能保證從超聲波換能器10放射的超聲波的聲壓很高。此 外，在內(nèi)部框體16的形成槽部32的部分，在帽狀體12的側(cè)面部12b和 內(nèi)部框體16之間形成間隙30，通過填充在該間隙30的減振材料28，吸 收帽狀體12的高次亂真引起的振動(dòng)能量。因此，能使超聲波換能器10的 混響特性良好，能有效檢測(cè)由障礙物反射的超聲波。另外，按照必要，也 可以改變填充在內(nèi)部框體16內(nèi)部的減振材料28和填充在間隙30中的減 振材料28的材料。在這樣的間隙30中填充著減振材料28時(shí)，帽狀體12 的高次亂真引起的振動(dòng)能量被間隙30內(nèi)的減振材料28吸收，所以也可以 在內(nèi)部框體16內(nèi)不填充減振材料28。
另外，在這樣的超聲波換能器10中，優(yōu)選在內(nèi)部框體16的側(cè)面中、 在帽狀體12的底面的不與內(nèi)部框體16接觸的部分的長(zhǎng)軸方向和與它正交 的方向，形成槽部32。通過在這樣的位置形成槽部32，在帽狀體12的振 動(dòng)部的大幅度彎曲的位置所對(duì)應(yīng)的部分，在帽狀體12和內(nèi)部框體16之間 形成間隙30。這樣，通過填充在該間隙30中的減振材料28，能有效吸收 帽狀體12的高次亂真引起的振動(dòng)能量。
此外，如圖8所示，填充在內(nèi)部框體16內(nèi)部的減振材料28也可以超 過內(nèi)部框體16的端部，蔓延到帽狀體12以及內(nèi)部框體16的外側(cè)面。在 該超聲波換能器10中，減振材料28與帽狀體12的側(cè)面部12b的外側(cè)接 觸。減振材料28即使直接接觸帽狀體12的側(cè)面部12b的外側(cè)，也能吸收 帽狀體12的高次亂真引起的振動(dòng)能量。當(dāng)然，在帽狀體12的內(nèi)部，內(nèi)部 框體16緊貼直到帽狀體12的端部，能抑制帽狀體12的端部的振動(dòng)，能 有效防止振動(dòng)能量的泄漏。
另外，帽狀體12的側(cè)面部12b的外側(cè)的減振材料28也可以覆蓋帽狀 體12的側(cè)面部12b全體地形成。把超聲波換能器10安裝到汽車等時(shí)，通 常覆蓋超聲波換能器10的側(cè)面地設(shè)置用橡膠形成的外裝材料。因此，如 果用減振材料28覆蓋超聲波換能器10的外側(cè)面，則在帽狀體12的無用 振動(dòng)的吸收的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)外裝材料的任務(wù)。此外，在這些超聲波換能器10中，如圖2 圖4和圖7所示，通過在 內(nèi)部框體16的側(cè)面形成段差部16a，如圖9所示，把內(nèi)部框體16嵌入帽 狀體12內(nèi)時(shí)，用內(nèi)部框體16的段差部16a按壓帽狀體12的端部，并且 能在帽狀體12和內(nèi)部框體16之間消除段差。因此，能抑制帽狀體12端 部的振動(dòng)，防止振動(dòng)能量的泄漏，并且能使超聲波換能器10的外觀上的 印象良好。在內(nèi)部框體16形成段差部16a，如果降低帽狀體12的側(cè)面部 12b的高度，側(cè)面部12b的剛性就提高，側(cè)面部12b難以振動(dòng)。此外，如 果帽狀體12的側(cè)面部12b的高度降低，難以振動(dòng)的內(nèi)部框體16的體積比 例增大，能進(jìn)一步增大抑制振動(dòng)的效果。
如上所述，在汽車等中安裝超聲波換能器10時(shí)，按照覆蓋帽狀體12 和內(nèi)部框體16的側(cè)面的方式設(shè)置由橡膠形成的外裝材料。這時(shí)，如圖IO 和圖11所示，覆蓋超聲波換能器10的整個(gè)側(cè)面的方式形成外裝材料34， 如果把外裝材料34緊貼帽狀體12的曲面部12c，則在帽狀體12和外裝材 料34之間不產(chǎn)生間隙。因此，在把超聲波換能器10安裝到汽車的保險(xiǎn)杠 等上時(shí)，在帽狀體12和保險(xiǎn)杠之間不產(chǎn)生間隙。如果在帽狀體12和保險(xiǎn) 杠之間產(chǎn)生間隙，則垃圾或污染就容易在該間隙中積存，有可能對(duì)超聲波 換能器10的特性帶來不良影響，外觀上也非優(yōu)選。因此，通過按照覆蓋 帽狀體12的曲面部12c的方式設(shè)置外裝材料34，能消除這樣的間隙，能 防止特性或外觀的惡化。此外，在由圖8所示的減振材料28覆蓋的超聲 波換能器10中，在其整個(gè)側(cè)面設(shè)置減振材料28時(shí)，覆蓋帽狀體12的曲 面部12c地形成減振材料28。
在本發(fā)明的超聲波換能器10中，由比帽狀體12聲阻抗更大的材料形 成的內(nèi)部框體16嵌入帽狀體12中。而且，使內(nèi)部框體16緊貼直到帽狀 體12的側(cè)面部12b的端部，從而能抑制振動(dòng)能量的泄漏，能把放射的超 聲波的聲壓水平保持很高。通過使減振材料28與帽狀體12的側(cè)面部12b 的至少一部分直接接觸，能夠吸收帽狀體12的高次亂真引起的振動(dòng)能量， 能使混響特性良好。
實(shí)施例1
作為實(shí)施例1和實(shí)施例2，分別制作具有圖3和圖4所示的帽狀體和內(nèi)部框體的超聲波換能器。此外，作為比較例，制作與圖3和圖4所示的 內(nèi)部框體相同形狀，并且沒有通孔的內(nèi)部框體的超聲波換能器。關(guān)于這些
超聲波換能器，以驅(qū)動(dòng)時(shí)間0.60ms，對(duì)壓電元件作用60V的電壓，測(cè)定 混響特性。然后，關(guān)于實(shí)施例1和實(shí)施例2以及比較例，分別在圖12、圖 13、圖14中表示。在圖12~圖14中，橫軸的1刻度是0.2ms。
從施加驅(qū)動(dòng)電壓到混響平息的時(shí)間在實(shí)施例1中是0.78ms，在實(shí)施例 2中是0.69ms，在比較例中是1.23ms。從該結(jié)果可知，在使用形成了通孔 的內(nèi)部框體的超聲波傳感器中，混響特性提高。特別是在帽狀體的底面的 不與內(nèi)部框體接觸的部分的長(zhǎng)軸方向和與它正交的方向，集中在內(nèi)部框體 的側(cè)面形成通孔，從而能取得更優(yōu)異的混響特性。
權(quán)利要求
1.一種超聲波換能器，包括有底筒狀的帽狀體；壓電元件，其形成在所述帽狀體內(nèi)部的底面；內(nèi)部框體，其由比所述帽狀體的材料聲阻抗大的材料形成，且按照在所述帽狀體內(nèi)與包含所述帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼的方式形成；以及減振材料，其按照與所述帽狀體的側(cè)面的至少一部分直接接觸的方式被填充在所述內(nèi)部框體內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于， 通過在所述內(nèi)部框體形成通孔，從而通過所述通孔將所述減振材料與所述帽狀體內(nèi)的側(cè)面的一部分直接接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于， 在所述帽狀體的端部，在所述帽狀體與所述內(nèi)部框體之間的一部分形成間隙，在所述內(nèi)部框體內(nèi)填充所述減振材料，并且在所述間隙填充所述 減振材料。
4. 一種超聲波換能器，包括 有底筒狀的帽狀體；壓電元件，其形成在所述帽狀體內(nèi)部的底面；內(nèi)部框體，其由比所述帽狀體的材料聲阻抗大的材料形成，按照在所 述帽狀體內(nèi)與包含所述帽狀體的端部在內(nèi)的側(cè)面緊貼的方式形成；以及在所述帽狀體的端部，在所述帽狀體和所述內(nèi)部框體之間的一部分形 成間隙，按照與所述帽狀體的內(nèi)側(cè)面接觸的方式填充在所述間隙中的減振 材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的超聲波換能器，其特征在于， 在所述帽狀體的底面，按照包含其中央部，并且在一個(gè)方向具有長(zhǎng)軸的方式，形成不與所述內(nèi)部框體的一端側(cè)接觸的部分，在所述內(nèi)部框體的側(cè)面，在所述帽狀體的底面中的不與所述內(nèi)部框體 的一端側(cè)接觸的部分的長(zhǎng)軸方向以及與所述長(zhǎng)軸方向正交的方向，形成所述通孔或所述間隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的超聲波換能器，其特征在于，從所述帽狀體的底面至側(cè)面形成曲面部，并且按照覆蓋所述曲面部的 方式形成覆蓋所述帽狀體的外側(cè)面的外裝材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于，所述減振材料被配置成從所述內(nèi)部框體的內(nèi)部向外部延續(xù)，使所述減 振材料直接接觸所述帽狀體的外側(cè)面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波換能器，其特征在于， 從所述帽狀體的底面至側(cè)面形成曲面部，并且按照覆蓋所述曲面部的方式形成所述帽狀體的外側(cè)面中的所述減振材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中的任意一項(xiàng)所述的超聲波換能器，其特征在于，在所述帽狀體的端部，在所述內(nèi)部框體的外側(cè)面形成相當(dāng)于所述帽狀 體的厚度的段差部，使在所述帽狀體外的所述內(nèi)部框體的外徑比在所述帽 狀體內(nèi)的所述內(nèi)部框體的外徑大，使所述帽狀體和所述內(nèi)部框體之間消除 段差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能放射聲壓高的超聲波，并且混響特性良好的超聲波換能器。超聲波換能器(10)包含有底筒狀的帽狀體(12)。在帽狀體(12)內(nèi)部的底面部(12a)用導(dǎo)電性粘合劑接合壓電元件(14)。在帽狀體(12)的內(nèi)側(cè)嵌入由比帽狀體聲阻抗更大的材料形成的內(nèi)部框體(16)。內(nèi)部框體(16)按照與包含帽狀體(12)的端部在內(nèi)的側(cè)面部(12b)緊貼的方式嵌入。在內(nèi)部框體(16)的側(cè)面形成通孔(22)。在壓電元件(14)和內(nèi)部框體(16)連接導(dǎo)線(24a、24b)。在內(nèi)部框體(16)的內(nèi)側(cè)填充吸音材料(26)和減振材料(28)。通過內(nèi)部框體(16)的通孔(22)，使減振材料(28)直接接觸帽狀體(12)的底面部(12a)。
文檔編號(hào)H04R17/00GK101297591SQ20068003966
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者古谷未央, 島本隆之, 村田好司, 淺田隆昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所