用于超聲換能器的膜片以及超聲換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于超聲換能器的膜片以及用于車輛的超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲換能器在機動車中例如用于泊車輔助裝置。泊車輔助裝置例如包括控制裝置和間距傳感器，所述間距傳感器設(shè)有這樣的超聲換能器。這樣的超聲換能器一般由膜片罐和設(shè)置在其中的換能器元件組成。膜片罐通常由金屬材料一一例如鋁模制或銑削。機電換能器元件(例如壓電元件)施加--例如粘接--并且接觸到膜片罐的底部上。換能器元件激勵膜片罐進行振動，由此以已知的方式發(fā)射超聲波。入射的超聲波同樣可以激勵膜片罐的振動，由此又在換能器元件中產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號。
[0003]間距傳感器中的超聲換能器現(xiàn)在自從20年以來用于在泊車過程中支持駕駛員。在此證實，實現(xiàn)了在不同溫度范圍中的應(yīng)用。-40°C的溫度在世界的一些領(lǐng)域中是絕對可行的。
[0004]在超聲換能器的運行中和冷卻期間通過剪應(yīng)力加載換能器元件，該換能器元件激勵膜片進行振動并且通常構(gòu)造為壓電陶瓷。位于壓電陶瓷與膜片之間的粘接層在接合位置處機械地大幅受應(yīng)力。尤其在接合過程之前已經(jīng)受污染的膜片的情況下可能發(fā)生粘接層從膜片面脫落。后果就是傳感器的失效。
[0005]由文獻DE 10 2006 026 674 Al已知，壓電陶瓷具有至少一個金屬化表面，所述至少一個金屬化表面具有至少一個另外的元件或者具有以下連接:該連接具有大于1800攝氏度的熔點。金屬化表面的摻雜導(dǎo)致表面變形，該表面變形支持壓電陶瓷與膜片的連接。顆粒形成金屬化表面上的所謂的“防滑結(jié)構(gòu)(Spikes)”。在膜片面與壓電陶瓷之間的沖壓導(dǎo)致?lián)诫s材料入侵到膜片中以及摻雜材料的固定，同時構(gòu)成膜片面與壓電陶瓷之間的連接，由此改善粘附。
[0006]由文獻DE 10 2011 080 125 Al已知聲換能器電極的有對性的結(jié)構(gòu)化。由此形成具有不同容積的空腔，其中，較大的容積導(dǎo)致膜片的低硬度并且由此得到較低的共振頻率。
[0007]由文獻DE 10 2005 061343 B4已知一種微系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的具有壓電有效的換能器層的超聲換能器，所述換能器層借助于接觸層施加在襯底上，其中，在接觸層與襯底之間設(shè)置匹配層用于與耦合介質(zhì)的聲學(xué)阻抗匹配。不僅壓電有效的換能器層而且接觸層可以結(jié)構(gòu)化用于改善接觸并且限定發(fā)射聲的孔徑。所述結(jié)構(gòu)化例如可以通過光刻標(biāo)記方法、蝕刻方法以及通過機械加工實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，通過簡單的方式改善粘接層在膜片上的粘附強度并且因此提高相應(yīng)地構(gòu)造的超聲傳感器的穩(wěn)定性和壽命。根據(jù)本發(fā)明，這通過膜片的結(jié)構(gòu)化實現(xiàn)。在此，通過相應(yīng)的工藝一一例如涂刷可以實現(xiàn)一種有針對性的結(jié)構(gòu)化和/或統(tǒng)計上的結(jié)構(gòu)化。
[0009]在此提出一種用于超聲換能器的膜片，其尤其用于車輛，其中，所述膜片在內(nèi)面上具有換能器區(qū)段。將換能器區(qū)段理解為膜片的如下區(qū)域，換能器元件例如壓電陶瓷元件可固定到該區(qū)域上。所述換能器區(qū)段優(yōu)選在中央構(gòu)造在膜片上。但也可考慮如下實施方案，其中，換能器區(qū)段關(guān)于膜片面分散地構(gòu)造。也可能的是，提供多個換能器區(qū)段。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，換能器區(qū)段具有結(jié)構(gòu)化部。通過所述結(jié)構(gòu)化部實現(xiàn)了在換能器區(qū)段的區(qū)域中膜片表面的增大。由此實現(xiàn)了粘接層的粘附作用的改善，借助所述粘接層可以連接換能器元件與膜片。可以通過以下方式支持所述效應(yīng)，凹槽的和/或突起部的側(cè)壁優(yōu)選相對于換能器區(qū)段的面法線傾斜地構(gòu)造。
[0011]在另一優(yōu)選實施方案中，結(jié)構(gòu)化部包括凹槽和/或突起部，它們徑向設(shè)置，也就是由換能器區(qū)段的中央?yún)^(qū)域向外朝膜片邊緣的方向延伸。這樣的結(jié)構(gòu)化部可以在膜片制造期間或者后來通過相應(yīng)的方法例如沖壓或刮削來置入?？梢栽O(shè)置任意多個凹槽或突起部，寬度也是可任意選擇的。提高的粘附強度在此通過對于粘接層可用的表面的增大實現(xiàn)。
[0012]在另一優(yōu)選實施方案中，結(jié)構(gòu)化部包括構(gòu)造為尤其同心的環(huán)的凹槽和/或突起部。換言之，構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)化部的凹槽和/或突起部切向地設(shè)置。除了增大對于粘接層可用的表面之外，在此還出現(xiàn)如下效應(yīng)，即通過在超聲傳感器運行中并且在溫度變化情況下的應(yīng)力而發(fā)生作用的力大多沿徑向發(fā)生作用。在通過凹槽和/或突起部沿切向定向的結(jié)構(gòu)化部的情況下，在粘接層與膜片之間發(fā)生作用的剪力在凹槽或突起部上部分地轉(zhuǎn)換為法向力(參見圖5b)。由此將法向力施加到結(jié)構(gòu)化部的側(cè)壁上，所述側(cè)壁引起粘接層在膜片上的粘附強度的附加提尚。
[0013]在另一優(yōu)選實施方案中，所述結(jié)構(gòu)化部不僅具有切向設(shè)置的而且具有徑向設(shè)置的凹槽和/或突起部。
[0014]在本發(fā)明的一個替代的實施方案中，結(jié)構(gòu)化部構(gòu)造為換能器區(qū)段的經(jīng)隨機結(jié)構(gòu)化的、局部或完全的粗糙結(jié)構(gòu)。這樣的粗糙結(jié)構(gòu)例如可以通過涂刷方法或激光方法以簡單的方式引入到膜片中。
[0015]在本發(fā)明的范圍中同樣可以考慮，在膜片的換能器區(qū)段上不僅設(shè)置經(jīng)隨機結(jié)構(gòu)化的區(qū)域而且設(shè)置以凹槽和/或突起部形式的結(jié)構(gòu)化部。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的膜片優(yōu)選構(gòu)造為膜片罐的一部分，其中，膜片構(gòu)成膜片罐的底部。這樣的膜片罐通常應(yīng)用在車輛中的超聲傳感器中，從而可以以有利的方式借助根據(jù)本發(fā)明的膜片使用已經(jīng)存在的保持裝置或殼體結(jié)構(gòu)，或者可以沒有困難地將根據(jù)本發(fā)明的膜片安裝在通常的超聲傳感器中。
[0017]此外，本發(fā)明涉及一種用于制造如上所述構(gòu)造的膜片的方法。在此設(shè)置，所述結(jié)構(gòu)化部后來例如通過涂刷方法和/或刮削工具和/或沖壓引入到膜片的換能器區(qū)段中。替代地或附加地，結(jié)構(gòu)化部可以已經(jīng)在膜片的制造中構(gòu)造，例如在沖壓由鋁制成的膜片罐的過程中。此外，膜片可以替代地或附加地后續(xù)通過激光方法構(gòu)造。
[0018]此外，本發(fā)明涉及一種超聲換能器，其包括如上所述構(gòu)造的膜片并且包括換能器元件，其中，換能器元件借助于在具有結(jié)構(gòu)化部的換能器區(qū)段上的粘接層固定在膜片的內(nèi)面上。換能器元件例如可以構(gòu)造為壓電陶瓷換能器元件。換能器元件將所施加的電壓信號轉(zhuǎn)換為振動，換能器元件將所述振動傳遞到膜片。膜片發(fā)出相應(yīng)的聲信號。入射的超聲波同樣可以激勵膜片罐的振動，由此又在換能器元件中產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號。這樣的超聲換能器例如可以有利地用于超聲傳感器，其中，在經(jīng)常的溫度變化和大的溫度波動的情況下?lián)Q能器元件可靠地粘附在膜片上。
[0019]優(yōu)選地，膜片包括鋁作為重要組成部分。粘接層優(yōu)選包括粘合劑，所述粘合劑厭氧硬化或者通過有針對性的激活硬化，換能器元件在膜片的經(jīng)結(jié)構(gòu)化的換能器區(qū)段上與粘接層連接。在此，熱工藝可以支持硬化。典型的代表是環(huán)氧樹脂。
【附圖說明】
[0020]圖1:示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的一個實施例的截面，所述超聲換能器具有膜片罐和壓電陶瓷換能器元件；
[0021]圖2:示意性地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的用于超聲換能器的膜片的第一實施例的俯視圖；
[0022]圖3:示意性地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的用于超聲換能器的膜片的第二實施例的俯視圖；
[0023]圖4:示意性地示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的用于超聲換能器的膜片的第三實施例的俯視圖；
[0024]圖5a):示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲換能器的截面；
[0025]圖5b):示意地性示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的超聲換能器的截面。
【具體實施方式】