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KR20180028475A - 음향 변환기, 그리고 음향 변환기를 포함한 장착 어셈블리 - Google Patents

음향 변환기, 그리고 음향 변환기를 포함한 장착 어셈블리 Download PDF

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KR20180028475A
KR20180028475A KR1020187003630A KR20187003630A KR20180028475A KR 20180028475 A KR20180028475 A KR 20180028475A KR 1020187003630 A KR1020187003630 A KR 1020187003630A KR 20187003630 A KR20187003630 A KR 20187003630A KR 20180028475 A KR20180028475 A KR 20180028475A
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KR
South Korea
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housing
piezoelectric element
thin film
region
acoustic transducer
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미햐엘 슈나이더
프랑크 회네스
마티아스 칼
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
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Publication date
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Abstract

본 발명은 하우징(15; 15a 내지 15d)의 내부 챔버(18) 내에 진동형 압전 소자(20)를 수용하기 위한 하우징(15; 15a 내지 15d)을 포함하는 음향 변환기(10; 10a 내지 10d)에 관한 것이며, 압전 소자(20)는 박막 부재(16; 16a)와 작동 연결되어 배치되며, 특히 하우징(15; 15a 내지 15d)의 내부 챔버(18)로 향해 있는 박막 부재(16; 16a)의 면에 압전 소자(20)를 안착시키는 것을 통해 배치되며, 박막 부재(16; 16a)는 하우징(15; 15a 내지 15d)의 일부분을 형성한다. 본 발명에 따라서, 하우징(15; 15a 내지 15d)은, 이 하우징(15; 15a 내지 15d)의 종축(22)의 방향으로, 박막 부재(16; 16a)의 방향으로부터 내부 챔버(18)를 향해 관찰할 때, 압전 소자(20)의 평면 내 최솟값에서 출발하여 내부 챔버(18)의 방향으로 갈수록 증가하는 벽 두께(w)를 보유한다.

Description

음향 변환기, 그리고 음향 변환기를 포함한 장착 어셈블리
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 음향 변환기(sound transducer)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 특히 관통 개구부로서 형성되는 자동차 범퍼의 장착 개구부(installation opening)의 영역에서의, 본 발명에 따른 음향 변환기와 수용 부재(receiving element) 간의 장착 어셈블리에도 관한 것이다.
청구항 제1항의 전제부에 따르는 음향 변환기는 DE 10 2009 022 187 A1호로부터 공지되어 있다. 공지된 음향 변환기는 특히 딥드로잉 부품으로서 형성되고 알루미늄으로 구성되는 컵 모양의 하우징을 포함한다. 하우징 내에서, 음파를 생성하도록 형성된 압전 소자는 박막 부재를 형성하는 하우징 바닥부 상에 통상 접착 결합에 의해 고정된다. 그 외에도, 하우징의 내부 챔버는 진동 감쇠 재료로 채워진다. 그 결과, 특히 하우징 바닥부 또는 박막 부재의 여기(excitation) 동안 압전 소자는 진동을 오직 원하는 방출 방향으로만 방출하는 점이 실현된다. 딥드로잉 방법으로 상기 유형의 하우징을 제조할 때, 진동 가능한 바닥부는 통상, 압전 소자를 에워싸는 하우징의 벽부 영역처럼 상대적으로 더 얇은 벽 두께를 보유한다. 또한, 벽 두께는, 통상 원통형으로 형성되어 압전 소자를 에워싸는 벽부 영역에서는 일정하다.
또한, 예컨대 DE 10 2007 043 500 A1호로부터는, 범퍼의 장착 개구부 내 장착 위치에서의 음향 변환기의 디커플링을 위해, 음향 변환기의 하우징과 장착 개구부 사이에 상대적으로 연질인 재료로 구성되는 디커플링 링(decoupling ring) 등을 삽입하는 점이 공지되어 있다. 상기 유형의 외부 디커플링 링은 특히 범퍼 내로 음파의 측면 전파 또는 전달을 방지하기 위해 이용된다. 이와 동시에, 디커플링 링은 장착 개구부와 음향 변환기의 하우징 사이의 (환형) 영역 내로의 오염 입자들 또는 물의 유입을 방지하기 위해서도 이용된다.
본 발명의 과제는, 설명한 종래 기술을 기반으로, 부착 부재(add-on element)(범퍼) 내의 장착 개구부와 음향 변환기의 하우징 사이에 배치되는 종래 기술로부터 공지된 디커플링 링을 생략할 때에도, 향상된 디커플링이 달성될 수 있도록, 청구항 제1항의 전제부에 따르는 음향 변환기를 개량하는 것에 있다. 특히 본 발명의 과제는 수용 부재의 영역 내로 압전 소자의 진동의 전달이 방지되게 하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 갖는 음향 변환기에서, 하우징이, 이 하우징의 종축의 방향으로, 박막 부재의 방향으로부터 내부 챔버를 향해 관찰할 때, 압전 소자의 평면 내 최솟값에서 출발하여 내부 챔버의 방향으로 갈수록 증가하는 벽 두께를 보유하는 것을 통해 해결된다.
하우징을 상기 유형으로 형성할 때는, 하우징이 수용 부재의 장착 개구부와 접촉하거나 작동 연결되어 배치되는 영역에서, 하우징은 상대적으로 두꺼운 벽 두께를 보유할 수 있으며, 그럼으로써 수용 부재 내로의 진동의 커플링의 문제점은 적어도 감소된다는, 그리고 최선의 경우에서는 완전하게 방지된다는 장점이 있다. 특히 음향 변환기의 상기 유형의 형성에 의해, 하우징의 외주면과 장착 개구부 사이에서 형성되는 특히 환형인 간극이 습기의 발생 시 여타의 경우 통상적인 디커플링 링의 존재 시 가능할 수 있는 것처럼 음향 브리지(sound bridge)의 유형으로 작용하지 않는 점도 가능해진다. 오히려 습기 또는 물은 상기 유형의 간극으로부터 스스로 유출될 수 있으며, 그럼으로써 습기 또는 오염물의 축적은 방지될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 음향 변환기의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
한편으로 하우징의 증가된 벽 두께를 통해 하우징 내부의 장착 공간을 감소시키지 않도록 하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 일측에서 하우징의 단부면이 하우징을 위한 축 방향 정지부로서 이용되고 타측에서는 하우징이 수용 부재 또는 범퍼와의 동일 표면에서 종결되는 것인 수용 부재의 장착 개구부 내로의 하우징의 특히 간단한 장착을 가능하게 하기 위해, 특히 바람직하게는 하우징은 압전 소자의 평면에 대해 수직으로 연장되는 방향으로 서로 상이한 외경들을 보유하며, 이때 박막 부재의 영역 내 외경이 가장 작다.
하우징과 장착 개구부 간의 오직 점 또는 선 형태일 뿐인 접촉의 달성을 위해, 하우징은 장착 개구부 상의 영역에서 반경 방향으로 향하는 외벽부를 포함하며, 이 외벽부는 하우징의 종축에 대해 경사져 배치된다. 상기 유형의 형성은, 특히, 하우징과 장착 개구부 간의 원하는 점 또는 선 형태 접촉을 달성하기 위해, 장착 개구부의 영역에서 수용 부재를 상대적으로 간단하게, 그리고 모서리가 뾰족한 전이부들 없이 형성할 수 있게 한다.
부착 부재 내로의 진동의 전달 시 디커플링의 추가 향상은, 박막 부재가 박막 부재의 종축과 관련하여 반경 방향 바깥쪽 영역에 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 하나 이상의 요홈(groove)을 포함하고 이 요홈의 영역 내에서 박막 부재의 벽 두께는 감소될 때 달성된다.
더 나아가, 박막 부재의 영역에서, 또는 컵 모양 영역의 영역에서 상이한 벽 두께들을 보유하는 상기 유형의 하우징을 제조 기술 측면에서 특히 간단하게 적은 비용으로 제조할 수 있도록 하기 위해, 바람직하게는 박막 부재는 나머지 하우징으로부터 분리된 구조부재로서 형성된다. 상기 유형의 형성의 경우, 특히 박막 부재 역시도, 앞에서 설명한 것처럼, 특히 간단한 유형 및 방식으로 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 비드부들(bead) 등을 구비하여 형성될 수 있다. 따라서, 더 나아가, 박막 부재 및 하우징의 나머지 부분을 예컨대 상이한 재료들로 제조할 수 있고 박막 부재와 나머지 하우징 사이에는 추가 디커플링 조치들을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 특히 관통 개구부로서 형성되는 자동차 범퍼의 장착 개구부의 영역에서의, 지금까지 기재한 본 발명에 따른 음향 변환기와 수용 부재 간의 장착 어셈블리 역시도 포함하며, 음향 변환기의 하우징은 장착 개구부의 돌출부를 향해 축력을 인가받는다.
이 경우, 별도의 디커플링 링을 생략할 수 있도록 하기 위해, 바람직하게는 음향 변환기의 하우징은 장착 개구부의 영역에서 수용 부재 상에 직접적으로 안착된다. 수용 부재의 방향으로의 진동 전파의 최적화 또는 최소화를 위해, 하우징과 수용 부재 간의 접촉은 (오직) 점 또는 선 형태로 형성된다.
상기 유형의 점 또는 선 형태의 접촉의 형성을 위해, 특히 수용 부재는 접촉 영역에 점 또는 선 형태의 윤곽부(contour)를 구비하여 형성되며, 그리고 하우징은 접촉 영역에서 평면으로 형성된다.
또한, 장착 개구부에 대한 하우징의 특히 간단한 포지셔닝 또는 센터링은, 수용 부재가 장착 개구부의 영역에서 하우징으로 향해 있는 면에 함몰부(depression)를 구비할 때 달성된다. 따라서 특히 상대적으로 협폭으로 형성되어 반경 방향으로 하우징 상에 안착되는 접촉 영역 역시도 수용 부재 상에 형성된다.
마지막으로, 수용 부재와 하우징 사이에는, 압전 소자의 평면에 비해 후퇴된 하우징의 단부면 상에 축 방향으로 안착되는 댐핑 부재를 배치할 수 있다. 상기 유형의 댐핑 부재는, 이 댐핑 부재가 특히 하우징과 부착 부재 내 장착 개구부 사이에 환형으로 형성되는 간극을 채우지 않거나 메우지도 않는다는 점에서, 종래 기술에서 공지된 디커플링 링과 구분된다.
본 발명의 추가 장점들, 특징들 및 상세내용들은 바람직한 실시예들의 하기 기재내용에서, 그리고 도면에 따라서 제시된다.
도 1은 범퍼의 장착 개구부 내에 삽입되는 음향 변환기의 부분 영역을 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1에 따르지만, 하우징의 내벽부 상에 형성되어 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 리세스를 포함하는 변형된 실시형태에서의 음향 변환기를 동일하게 도시한 종단면도이다.
도 3은 박막 부재의 영역에서 하우징의 부분 영역을 도시한 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 장착 위치에서 또 다른 변형된 음향 변환기를 각각 도시한 종단면도이다.
도 7은 부착 부재와 하우징 간의 연결부를 상세하게 도시한 종단면도이다.
동일한 요소들 또는 동일한 기능을 갖는 요소들에는 도면에서 동일한 도면부호들이 부여된다.
도 1에는, 차량의 전방 또는 후방 방향에 존재하는 객체들의 검출 및 거리 측정을 위한 운전자 보조 시스템의 구성부품으로서 이용되는 음향 변환기(10)의 부분 영역이 도시되어 있다. 이 경우, 특히 복수의 상기 유형의 음향 변환기(10)는 정해진 이격 간격들로 서로 나란히 배치되는 범퍼(100)의 각각의 장착 개구부(1) 내에 측면으로 서로 나란히 배치된다. 바람직하게는, 음향 변환기(10)의 일측 단부면(11)은 범퍼(100)의 (외부) 표면(2)과 동일 표면에서 연결된다.
본원의 음향 변환기(10)는 단일 부재형으로, 또는 다중 부재형으로 형성되는 하우징(15)을 포함하며, 이 하우징은 특히 알루미늄과 같은 금속으로 구성되고 바람직하게는 딥드로잉 방법으로 제조된다. 하우징(15)은 단부면(11)을 형성하는 박막 부재(16)를 포함하고, 이 박막 부재의 두께(d)는 적어도 실질적으로 균일하게 형성되며, 박막 부재 자체는 진동 가능한 박막의 형태로 작용한다. 하우징(15)의 내부 챔버(18)의 내부에는, 미도시한 전자 장치에 추가로, 디스크형 또는 판형으로 형성되는 압전 소자(20)도 배치된다. 특히 압전 소자(20)는 내부 챔버(18)의 반대 방향으로 향해 있는 면에서 박막 부재(16)와 연결되며, 바람직하게는 접착 결합에 의해 연결된다. 또한, 압전 소자(20)는 미도시한 유형 및 방식으로 하우징(15) 내에서, 활성화된 전자 장치와 전기 연결된다. 그 외에도, 내부 챔버(18)의 내부에서, 박막 부재(16)의 반대 방향으로 향해 있는 압전 소자(20)의 면에서는 편의상 오직 일부 영역에만 도시되어 있는 진동 감쇠 질량(21)으로 내부 챔버(18)를 채우는 점이 선택적으로 제공된다.
하우징(15)은, 자신의 종축(22)의 방향으로 관찰할 때, 서로 상이한 직경 영역들을 포함한다. 박막 부재(16)의 영역에서 하우징(15)은 가장 작은 외경(d1)을 보유한다. 외경은 원뿔대 형태로 형성되는 하우징(15)의 외부 윤곽의 결과로서 외경(d2) 쪽으로 갈수록 확대된다. 상기 영역에서는 외경(d3)으로의 급격한 직경 증가가 발생하며, 그럼으로써 하우징(15)은 두 외경(d2 및 d3) 간의 전이 영역에서, 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 접촉면(23)을 형성하며, 이 접촉면 상에서 하우징(15)은 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 장착 개구부(1)의 제1 돌출부(3) 상에 축 방향으로 안착된다. 이 경우, 제1 돌출부(3) 상에서의 하우징(15)의 축 방향 안착은 특히 하우징(15) 또는 음향 변환기(10)를 위한 미도시한 파지 부재(holding element) 등을 통해 달성되며, 이는 제1 돌출부(3)의 방향으로 음향 변환기(10)에 축력(F)을 인가한다.
특히, 하우징(15)은 내부 챔버(18)의 영역에서 적어도 거의 일정한 내경(a)을 보유한다. 따라서 벽 두께(w)는, 종축(22)의 방향으로 관찰할 때, 압전 소자(20)의 평면으로부터 이격 방향으로 갈수록 증가하며, 그럼으로써 벽 두께(w)는 외경(d3)의 영역에서 자신의 최댓값을 갖는다.
도시된 실시예에서, 하우징(15)은 두 외경(d1 및 d3) 사이의 영역에서 하우징(15)의 원뿔대형 형태를 통해 소정의 각도(α)로 경사져 배치되는 외벽부(24)를 포함한다. 또한, 장착 개구부(1)는 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 제2 돌출부(4)를 포함하며, 이 제2 돌출부는 하우징(15)의 외벽부(24) 상에서 점 또는 선 형태의 안착을 형성하도록 형성된다.
장착 개구부(1)는 하우징(15)으로 향해 있는 면에 단차형 함몰부(5)를 구비한다. 함몰부(5)와 하우징(15) 사이에서 제1 돌출부(3)의 영역에서만 안착 접촉(resting contact)이 형성되고 그 외 영역에서는 형성되지 않는다.
도 2에 도시된 음향 변환기(10a)는, 하우징(15a)이 압전 소자(20)의 평면에서 자신의 내벽부(25) 상에 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 리세스(26)를 구비하여 형성된다는 점에서, 도 1의 음향 변환기(10)와 구분된다. 그에 따라, 리세스(26)의 영역에서, 하우징(15a)의 벽 두께(w)는 하우징(15)에 비해 감소되고, 리세스(26)의 영역에서 자신의 최솟값을 갖는다.
도 3에는, 박막 부재(16) 대신 음향 변환기들(10, 10a)에서 이용될 수 있는 박막 부재(16a)의 한 절단 부분이 상세하게 도시되어 있다. 박막 부재(16a)는 반경 방향의 바깥쪽 영역에서 내부 챔버(18)로 향해 있는 면에 하우징(15, 15a)의 종축(22)에 대해 동심으로 배치되고 예시로서 3개인 요홈 유형의 함몰부(27)를 포함하며, 이 함몰부들의 영역에서 박막 부재(16, 16a)의 두께(d)는 감소된다.
도 4에는, 접촉면(23)과 장착 개구부(1)의 제1 돌출부(3) 사이에, 환형으로 형성되어, 하우징(15b) 내에 환형으로 형성되고 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 요홈(31) 내에서 파지되는 댐핑 부재(30)가 배치된다는 점에서, 도 1에 따른 음향 변환기(10)와 구분되는 음향 변환기(10b)가 도시되어 있다.
도 5에 따른 음향 변환기(10c)의 경우, 댐핑 부재(30a)는 하우징(15c)의 접촉면(23)과 장착 개구부(1)의 평면 내면(6) 사이에 배치된다. 여기서 핵심은, 장착 개구부(1)가 오직 제2 돌출부(4)만을 포함하고, 이 제2 돌출부는 하우징(15c)의 경사져 배치되는 외벽부(24) 상에 안착된다는 점이다.
마지막으로, 도 6에는, 도시된 영역에서 원통형으로 형성되는 하우징(15d)의 한 절단 부분이 도시되어 있다. 장착 개구부(1)는 경사져 배치되는 내부 에지부(7)(inner edge)를 포함하며, 이 내부 에지부는 장착 개구부(1)의 표면(2)의 높이에서 하우징(15d)의 외벽부(32) 상에 점 또는 선 형태로 안착된다.
지금까지 기재한 음향 변환기들(10, 10a 내지 10d)은, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서, 다양한 유형 및 방식으로 변형되고 수정될 수 있다.

Claims (12)

  1. 하우징(15; 15a 내지 15d)의 내부 챔버(18) 내에 진동형 압전 소자(20)를 수용하기 위한 하우징(15; 15a 내지 15d)을 포함하는 음향 변환기(10; 10a 내지 10d)로서, 압전 소자(20)는 박막 부재(16; 16a)와 작동 연결되어 배치되며, 특히 하우징(15; 15a 내지 15d)의 내부 챔버(18)로 향해 있는 박막 부재(16; 16a)의 면에 압전 소자(20)를 안착시키는 것을 통해 배치되며, 박막 부재(16; 16a)는 하우징(15; 15a 내지 15d)의 일부분을 형성하는, 상기 음향 변환기에 있어서,
    하우징(15; 15a 내지 15d)은, 하우징(15; 15a 내지 15d)의 종축(22)의 방향으로, 박막 부재(16; 16a)의 방향으로부터 내부 챔버(18)를 향해 관찰할 때, 압전 소자(20)의 평면 내 최솟값에서 출발하여 내부 챔버(18)의 방향으로 갈수록 증가하는 벽 두께(w)를 보유하는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 하우징(15; 15a 내지 15d)은, 압전 소자(20)의 평면에 대해 수직으로 연장되는 방향으로, 서로 상이한 외경들(d1 내지 d3)을 보유하며, 박막 부재(16; 16a)의 영역 내 외경(d1)이 가장 작은 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(15; 15a 내지 15c)은, 압전 소자(20)의 영역에서, 종축(22)에 대해 소정의 각도(α)로 경사져 배치되는 외벽부(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(15a)은, 압전 소자(20)의 평면에서, 자신의 내벽부(25) 상에 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 요홈 유형의 리세스(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 박막 부재(16a)는, 압전 소자(20)의 반경 방향 외부에 배치되는 영역에서, 반경 방향으로 외주를 따라 연장되는 하나 이상의 함몰부(27)를 포함하며, 상기 함몰부의 영역에서 박막 부재(16a)의 두께(d)는 감소되는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 박막 부재(16; 16a)는 나머지 하우징(15; 15a 내지 15d)으로부터 분리된 구조부재로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
  7. 특히 관통 개구부로서 형성되는 자동차 범퍼의 장착 개구부(1)의 영역에서의, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따라 형성되는 음향 변환기(10; 10a 내지 10d)와 수용 부재(100) 간의 장착 어셈블리에 있어서, 음향 변환기(10; 10a 내지 10d)의 하우징(15; 15a 내지 15d)은 장착 개구부(1)의 돌출부(3, 4)를 향해 축력(F)을 인가받는, 장착 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 음향 변환기(10; 10a; 10d)의 하우징(15; 15a; 15d)은 장착 개구부(1)의 영역에서 수용 부재(100) 상에 직접적으로 안착되는 것을 특징으로 하는, 장착 어셈블리.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 하우징(15; 15a 내지 15d)과 수용 부재(100) 간의 접촉은 점 또는 선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 장착 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 수용 부재(100)는 상기 접촉 영역에서, 바람직하게는 돌출부(3, 4)의 형태인 점 또는 선 형태의 윤곽부를 구비하여 형성되며, 그리고 음향 변환기(10; 10a 내지 10d)의 하우징(15; 15a 내지 15d)은 수용 부재(100) 상의 접촉 영역에서 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 장착 어셈블리.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 수용 부재(100)는, 장착 개구부(1)의 영역에서, 하우징(15; 15a 내지 15d)으로 향해 있는 면에 함몰부(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 장착 어셈블리.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 수용 부재(100)와 하우징(15; 15a 내지 15d) 사이에는, 압전 소자(20)의 평면에 비해 후퇴된 하우징(15; 15a 내지 15d)의 표면(23) 상에 축 방향으로 안착되는 댐핑 부재(30; 30a)가 배치되는 것을 특징으로 하는, 장착 어셈블리.
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