超声波振动装置 |
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| 申请号 | CN201180006965.6 | 申请日 | 2011-01-25 | 公开(公告)号 | CN102726064B | 公开(公告)日 | 2015-07-15 |
| 申请人 | 株式会社村田制作所; | 发明人 | 松尾研志; | ||||
| 摘要 | 在壳体(31)的内底面通过具有长轴和短轴的大致长圆形的凹部(40)来形成振动区域(VA)。在凹部(40)的中央粘接有压电元件(37)。在振动区域(VA)的两侧配置有厚度比振动区域(VA)厚的振动抑制区域(SVA)。壳体(31)的侧部遍及整周形成为薄壁。在振动抑制区域(SVA)的上部粘接有比壳体(31)刚性高的加强材料(41)。加强材料(41)的底面与振动抑制区域(SVA)的形状大致相等，且具有规定高度。在加强材料(41)与壳体(31)的内侧面的间隙也填充有填充材料(35)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超声波振动装置，其具备有底圆筒状的壳体、粘接于该壳体的内底面的压电元件，其中， |
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| 说明书全文 | 超声波振动装置技术领域背景技术[0003] 例如，在专利文献1、2中公开有一种作为车载后部声纳用超声波传感器的超声波振动装置。专利文献1、2的超声波振动装置都在有底圆筒状的壳体上粘接压电元件，在壳体的内部具备吸收背面声音的吸声材料，且为了使振动收敛而填充有具有弹性的减振材料。 [0005] 图1是专利文献2所示的超声波振动装置的剖视图。超声波振动装置10包括有底筒状的盖体12。在盖体12内部的底面部12a通过导电性粘接剂等粘接有压电元件14。在盖体12的内侧嵌入有比盖体12声阻抗高的内部框体16。内部框体16以与盖体12的包括端部的侧面部12b密接的方式嵌入侧面部12b。在内部框体16的侧面形成有贯通孔22。 在压电元件14及内部框体16上连接有配线件24a、24b。在内部框体16的内侧填充有吸声材料26及减振材料28。减振材料28通过内部框体16的贯通孔22与盖体12的侧面部 12a直接接触。 [0006] 在先技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1：日本特开平9-284896号公报 [0009] 专利文献2：国际公开2007/069609号小册子 发明内容[0010] 在专利文献1的结构中，壳体侧部的壁厚在大致椭圆形状的短轴侧厚，在长轴侧薄，因此压电元件进行弯曲振动所产生的振动从壳体底面向壳体侧壁部的薄壁侧传播。该传播的振动由具有弹性的减振材料等衰减，从而使混响时间降低。但是，在该结构中，为了得到实用上所需要的特性，需要使在壳体底面即声波放射面侧产生的振动本身衰减。 [0011] 然而，当在壳体底面附近设置使振动衰减的构件(例如，填充材料等)时，混响能够降低，但同时承担着灵敏度降低这样的课题。即，灵敏度与混响存在折衷的关系。 [0012] 在专利文献2的结构中，可知由于在开口部形成有内部框体，从而从盖体的底面向盖体的侧壁部的振动的传出被抑制，但为了得到实用上所需要的特性，即使使减振材料通过内部框体的贯通孔而与盖体的侧面部直接接触，也难以充分抑制混响。另外，在内部框体上局部地设置贯通孔，并通过填充材料完全覆盖贯通孔的情况在制造方法上困难。 [0013] 因此，本发明的目的在于提供一种实现了高灵敏度、低混响且低成本化的超声波振动装置。 [0014] (1)本发明的超声波振动装置具备有底圆筒状的壳体、粘接于该壳体的内底面的压电元件，其中，在所述壳体的内底部设有包括所述压电元件的粘接位置的振动区域、比所述振动区域靠外侧配置且厚度比所述振动区域厚的振动抑制区域，在所述振动抑制区域上配置有比所述壳体的内底部刚性高的加强材料，所述壳体的侧部的厚度均匀，在所述壳体的内部填充有弹性树脂。 [0015] (2)优选所述弹性树脂到达所述内底部的周缘部。 [0016] (3)优选所述弹性树脂到达所述壳体的侧部与所述加强材料之间。 [0017] (4)优选所述振动抑制区域由所述振动区域分隔，所述加强材料以跨被分隔的振动抑制区域的方式形成。 [0018] (5)当所述壳体的高度由t0表示，所述振动抑制区域的厚度由t1表示，且所述加强材料的厚度由t2表示时，优选以使 [0019] 0.67≤t2/t1≤1.5、 [0020] 0.11≤t1/t0≤0.25、 [0021] t1+t2＜t0 [0022] 的关系成立的方式构成。 [0023] 发明效果 [0024] 根据本发明，由于在壳体的底面附近设有振动抑制区域及对其进行加强的加强材料，因此与振动抑制区域相当的壳体底面及壳体侧部的刚性提高，从而能够进一步抑制壳体底面的振动向壳体侧部传递，且能够形成发送/接收必要的超声波的振动面。 [0025] 另外，通过上述那样的结构，且使壳体的侧部的整周为薄壁来降低其刚性，并且在壳体内部填充填充材料，从而能够使填充材料与壳体直接接触的区域变宽，从而使壳体侧部的振动容易衰减。因此，不会像现有结构那样需要向壳体底部的衰减，因此能够在不比以往降低音响性能的情况下得到混响性能。 [0027] 图1是专利文献2所示的超声波振动装置的剖视图。 [0028] 图2(A)是在填充填充材料35之前的状态下，第一实施方式涉及的超声波振动装置101的从壳体31的开口面侧观察到的俯视图。图2(B)是超声波振动装置101的剖视图，图2(C)是从壳体31的开口面侧观察壳体31而得到的俯视图。 [0029] 图3(A)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101的混响特性的波形图，图3(B)是表示专利文献1所示的结构的超声波振动装置的混响特性的波形图。 [0030] 图4(A)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101及专利文献1所示的超声波振动装置的灵敏度的图。图4(B)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101及专利文献1所示的超声波振动装置的混响时间的图。 [0031] 图5(A)是在加强材料41的厚度尺寸由t2表示且振动抑制区域的 厚度由t1表示的情况下，使尺寸比t2/t1变化时的灵敏度的变化的图。图5(B)是表示使尺寸比t2/t1变化时的混响时间的变化的图。 [0032] 图6(A)是表示使振动抑制区域的厚度t1相对于壳体31的高度尺寸t0的尺寸比t1/t0变化时的灵敏度的变化的图。图6(B)是表示使尺寸比t1/t0变化时的混响时间的变化的图。 [0033] 图7(A)是在填充填充材料35之前的状态下，第二实施方式涉及的超声波振动装置102的从壳体31的开口面侧观察到的俯视图。图7(B)是超声波振动装置102的剖视图，图7(C)是从壳体31的开口面侧观察壳体31而得到的俯视图。 [0034] 图8(A)、图8(B)、图8(C)是第三实施方式涉及的超声波振动装置中使用的三种加强材料的俯视图。 具体实施方式[0035] 《第一实施方式》 [0036] 图2(A)是在填充填充材料35之前的状态下，第一实施方式涉及的超声波振动装置101的从壳体31的开口面侧观察到的俯视图。图2(B)是超声波振动装置101的剖视图，图2(C)是从壳体31的开口面侧观察壳体31而得到的俯视图。 [0037] 如图2(B)、图2(C)所示，壳体31为有底圆筒状的壳体。在壳体31的内底面形成有具有长轴和短轴的大致长圆形的凹部40。在该凹部40的中央(为壳体31的内底面的中央。)粘接有压电元件37。壳体31的内底面的大致长圆形的凹部40为主要的振动区域VA。并且，在壳体31的内底面的振动区域VA的两侧配置有厚度比振动区域厚的振动抑制区域SVA。壳体31的侧部为薄壁，其厚度均匀。需要说明的是，这里所说的厚度均匀并不是指完全的均匀，只要大致均匀即可。该壳体31由于壳体整体的壁厚差(尤其是侧部的壁厚差)小，因此可以选择锻造加工等生产率高的加工方法，从而能够降低加工成本。 [0038] 如图2(A)、图2(B)所示，在振动抑制区域SVA的上部通过粘接等接合有环状的加强材料41。加强材料41的底面与振动抑制区域SVA的宽度大致相等，且具有规定高度。加强材料41由比壳体31刚性高的材 料构成。壳体31例如为铝，加强材料41为锌、黄铜、不锈钢等。 [0039] 如图2(B)所示，吸声材料36与压电元件37之间隔开一定的间隙而配置在与振动区域VA对置的位置。作为该吸声材料36，可以使用海绵、毛毡、弹性发泡体等。在壳体31的内部例如填充有硅酮树脂或聚氨酯树脂等弹性树脂材料的填充材料35。加强材料41未与壳体31的内侧面粘接而具有间隙，因此在该间隙中也填充填充材料35。因而将填充材料填充到壳体31的内底部的周缘部(内底部附近的壳体侧部)，从而壳体31的侧部的整周由填充材料35衰减。 [0040] 在压电元件37的一面形成的电极(未图示)与壳体31的内底面电导通。在压电元件37的另一面形成的电极(未图示)上连接有配线件38。另外，在壳体31上连接有配线件39。上述的配线件38、39通过由填充材料35填充的部位而向外部引出。 [0041] 这样，通过将振动抑制区域SVA及对其进行加强的加强材料41构成在壳体31的内底面，从而振动抑制区域SVA的刚性高，能够进一步抑制壳体31的底面的振动向壳体31的侧部传递，从而能够形成发送/接收必要的超声波的振动面。另外，使壳体31的侧部遍及整周形成为薄壁来降低其刚性，使填充材料35与壳体31直接接触的区域增大，由此能够得到通过填充材料35产生的高的衰减效果。 [0042] 提高壳体31的底面侧的刚性来极力防止在壳体31的底部产生的振动向壳体13的侧部传播，且使从壳体31的底部朝向壳体31的开口侧的壳体31侧部的厚度极力变薄，并且极力增大壳体31的侧部与填充到壳体31的内部的填充材料35的接触面积，由此发现能够效率良好地衰减向壳体31的侧部传播的振动。 [0043] 图3(A)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101的混响特性的波形图，图3(B)是表示专利文献1所示的结构的超声波振动装置的混响特性的波形图。都是横轴由 200μs/div表示，纵轴由5V/div表示。并且，都在发送时间Ttx内发动八个脉冲波，且为观测在压电元件37上表现出的电压波形的图。实际上振幅的衰减在刚发送结束之后开始，不久超过放大电路的动态范围，因此该期间波形饱和。 [0044] 另外，对于第一实施方式涉及的超声波振动装置101，在壳体31的高度尺寸为t0，振动抑制区域SVA的厚度为t1，且加强材料41的厚度尺寸为t2时，各部分的尺寸如下这样。 [0045] t0＝9mm [0046] t1＝1.5mm [0047] t2＝1.5mm [0048] t2/t1＝1 [0049] t1/t0＝0.17 [0050] 若对图3(A)和图3(B)进行对比则清楚可知，在第一实施方式涉及的超声波振动装置101中，振幅规整地衰减，且混响少。 [0051] 图4(A)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101及专利文献1所示的超声波振动装置的灵敏度的图。图4(B)是表示第一实施方式涉及的超声波振动装置101及专利文献1所示的超声波振动装置的混响时间的图。取样数n都为三个。 [0052] 专利文献1所示的现有结构的超声波振动装置的灵敏度约为4.9Vpp，与此相对，第一实施方式涉及的超声波振动装置101的灵敏度较高，约为6.4Vpp。另外，专利文献1所示的现有结构的超声波振动装置的混响时间约为900μs，与此相对，第一实施方式涉及的超声波振动装置101的混响时间较短，约为720μs。在此，混响时间是从开始发送时到信号的包络线与1V0p(绝对值电压1V)交叉的时刻为止的时间。 [0053] 这样，将存在折衷的关系的灵敏度与混响特性这两方同时改善。 [0054] 根据第一实施方式，起到以下这样的效果。 [0055] 通过将壳体31的底面的振动抑制区域SVA及对其加强的加强材料41构成在壳体31的内底面，从而振动抑制区域SVA的刚性变高，能够进一步抑制壳体41的底面的振动向壳体41的侧部传递，从而能够构成发送/接收必要的声波的振动面。并且，使壳体31的侧部的整周形成为薄壁来降低其刚性，使填充材料35与壳体31直接接触的区域增大，由此能够提高填充材料35产生的衰减效果。其结果是，能够在不降低灵敏度的情况下得到低混响特性。 [0056] 另外，在本发明中，提高振动抑制区域SVA的效果的加强材料41的形状简单，因此能够通过廉价的冲压等加工，从而整体地实现低成本化。 [0057] 需要说明的是，加强材料41配置在壳体31的振动抑制区域SVA，通过填充填充材料35来密封。因此，即使壳体31和加强材料41为离子化倾向背离的异种金属，由于壳体31的振动抑制区域SVA与加强材料41的接合面的外周通过填充剂35密封，因此不会产生壳体31及加强材料41的接合面处的腐蚀。 [0059] 接着，示出图2所示的各部分的尺寸与作为超声波传感器的特性的关系。 [0060] 图5(A)是在加强材料41的厚度尺寸由t2表示，振动抑制区域SVA的厚度由t1表示的情况下，求出使尺寸比t2/t1变化时的灵敏度的变化的结果。另外，图5(B)是求出使所述尺寸比t2/t1变化时的混响时间的变化的结果。当壳体31的高度尺寸由t0表示时，都表示t1/t0＝0.17的情况。 [0061] 由图5(A)、图5(B)清楚可知，确认了在t2/t1＝0.67以上时，灵敏度、混响都比专利文献1改善。在t2/t1＝0.67附近，虽然灵敏度比专利文献2略有降低，但实用上能够得到充分的混响特性。因此，为了得到相对于现有技术的混响改善效果，使t2/t1成为0.67以上且1.50以下的范围有效。 [0062] 通过加强材料41的厚度t2的增加，而壳体振动抑制区域SVA的刚性提高，但当t2/t1超过1.50时，填充材料(弹性树脂)35对壳体31的侧面产生的混响抑制效果降低而混响时间变长。 [0063] 需要说明的是，当t2/t1比0.67小时，填充材料(弹性树脂)35产生的混响抑制效果提高，但壳体振动抑制效果减弱而振动向壳体31的侧面传出，从而灵敏度降低。 [0064] 图6(A)是求出在使振动抑制区域的厚度t1相对于壳体31的高度尺寸t0的尺寸比t1/t0变化时的灵敏度的变化的结果。另外，图6(B)是求出在使所述尺寸比t1/t0变化时的混响时间的变化的结果。都表示t2/t1＝1.0的情况。 [0065] 由图6(A)、图6(B)清楚可知，若t1/t0为0.11以上且0.25以下，则灵敏度及混响都比专利文献1及专利文献2优良。 [0066] 为了得到良好的混响特性，只要t1/t0为0.6以上即可，但是为了得到比专利文献1的结构更高的灵敏度，需要使t1/t0为0.11以上。 [0067] 这是由于在t1/t0比0.11小的情况下，壳体振动抑制效果弱，振动向壳体31的侧面传出，由此虽然可通过填充材料(弹性树脂)35来抑制混响，但同时灵敏度也降低。 [0068] 另一方面，在t1/t0比0.25大的情况下，填充材料少且配线件的加强可能不充分。因此，使t1/t0成为0.11以上且0.25以下的范围有效。 [0069] 需要说明的是，通过满足t1+t2＜t0的条件，可在壳体31的侧部确保填充材料35直接接触的区域，从而能够衰减壳体侧部的振动。 [0070] 《第二实施方式》 [0071] 图7(A)是在填充填充材料35之前的状态下，第二实施方式涉及的超声波振动装置102的从壳体31的开口面侧观察到的俯视图。图7(B)是超声波振动装置102的剖视图，图7(C)是从壳体31的开口面侧观察壳体31而得到的俯视图。 [0072] 壳体31的结构与第一实施方式中图2所示的结构相同。如图7(C)所示，在壳体31的内底面形成有具有长轴和短轴的大致长圆形的凹部40。在该凹部40的中央粘接有压电元件37。壳体31的内底面的大致长圆形的凹部40为主要的振动区域VA。并且，在壳体 31的内底面的振动区域VA的两侧配置有厚度比振动区域厚的振动抑制区域SVA。壳体31的侧部为薄壁，其厚度均匀或大致均匀。 [0073] 如图7(B)所示，在振动抑制区域SVA的上部粘接有环状的加强材料41。上述的加强材料41也与第一实施方式中图2所示的加强材料相同。 [0074] 如图7(B)所示，海绵、毛毡、弹性发泡体等形成的吸声材料36与压电元件37之间隔开一定的间隙而配置在与振动区域VA对置的位置。中继基板43由该吸声材料36的上表面承载。中继基板43将内部配线件48、49与配线件38、39电连接。需要说明的是，配线件38、39可以为引线，但也可以由针状端子形成。 [0075] 在压电元件37的一面形成的电极与壳体31的内底面电导通。在压电元件37的另一面形成的电极与中继基板上的电极通过内部配线件48连接。另外，壳体31与中继基板上的电极通过内部配线件49连接。 [0076] 在壳体31的内部填充有填充材料35。加强材料41未与壳体31的内侧面粘接而具有间隙，因此在该间隙中也填充填充材料35。 [0077] 这样，通过将振动抑制区域SVA及对其进行加强的加强材料41构成在壳体31的内底面，从而振动抑制区域SVA的刚性高，能够进一步抑制壳体31的底面的振动向壳体31的侧部传递，从而能够形成发送/接收必要的超声波的振动面。另外，使壳体31的侧部遍及整周形成为薄壁来降低其刚性，使填充材料35与壳体31直接接触的区域增大，由此能够得到通过填充材料35产生的高的衰减效果。 [0078] 《第三实施方式》 [0079] 图8(A)、图8(B)、图8(C)是在第三实施方式涉及的超声波振动装置中使用的三种加强材料的俯视图。 [0080] 在第一、第二实施方式中，设有环状的加强材料41，但加强材料只要为对两个振动抑制区域SVA进行加强的结构即可。例如，可以如图8(A)所示的加强材料51、52那样将加强材料分离成两体。这种情况下，通过使在振动抑制区域SVA上成为重物的加强材料跨两个振动抑制区域SVA，从而加强材料不会与振动抑制区域SVA一起变位，能够提高加强材料的效果。另外，也可以如图8(B)所示的加强材料52那样一体化成圆板状。并且，也可以如图8(C)所示的加强材料53那样，为将对两个振动抑制区域SVA进行加强的部分局部地连结的形状。 [0081] 这样，在加强材料以跨各振动抑制区域SVA的方式形成的情况下，能够抑制振动抑制区域SVA的振动，因此更加能够构成发送/接收必要的声波的振动面。 [0082] 另外，在第一、第二实施方式中，振动抑制区域SVA在振动区域的两侧各设有一段，但也可以形成多段。 [0083] 需要说明的是，若如图2(A)及图7(A)所示的加强材料51那样，加强材料51为具有开口部的环形状，则能够将该开口部作为吸声材料36的保持及配线件的通路利用。同样，若如图8(C)所示的加强材料53那样，加强材料为具有切口部的形状，则能够将该切口部作为吸声材料36的保持及配线件的通路利用。 [0084] 《其它实施方式》 [0085] 在第一、第二实施方式中，在振动抑制区域SVA配置有比壳体31的内底部刚性高的加强材料41，但也可以在壳体31的内底部还设置厚度不同的高低差部，而将高低差部的厚度厚的区域作为振动抑制区域SVA。 [0086] 另外，在本发明的第一、第二实施方式中，作为振动区域VA的形状，利用内底面的具有长轴和短轴的大致长圆形状进行了说明，但振动区域VA不局限于大致长圆形，也可以为大致椭圆形状、大致长方形状等具有长轴和短轴的形状或大致圆形状。 [0087] 符号说明： [0088] SVA振动抑制区域 [0089] VA振动区域 [0090] 31壳体 [0091] 35填充材料 [0092] 36吸声材料 [0093] 37压电元件 [0094] 38、39配线件 [0095] 40凹部 [0096] 41加强材料 [0097] 43中继基板 [0098] 48、49内部配线件 [0099] 51、52、53加强材料 [0100] 101、102超声波振动装置 |
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