(57)【要約】【課題】銀電極を有する圧電セラミックを有底筒状ケースの底面に接着した超音波送受信器において、より耐久性の高い超音波送受信器を実現することを目的とする。圧電セラミックの破壊を防ぎ耐久性の高い超音波送受信器を実現する。【解決手段】銀電極を有する圧電セラミックをエポキシ接着剤またはアクリル接着剤でコーティングする。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックと、
圧電セラミックの両面に設けられた導電ペーストを焼結してなる銀電極と、
前述銀電極を有する圧電セラミックを底面に固着した金属または樹脂からなる有底筒状ケースと、
前述銀電極に半田付けされたリード線と、
前述リード線を通す貫通穴が設けられた前述銀電極を有する圧電セラミックを覆うように設置された吸音材と、
前述有底筒状ケース内部に充填された封止材と、
前述リードの一端に接続された外部との導通を確保するために金属ワイヤまたは金属端子の少なくとも一方と、
からなる超音波送受信器において、
前述圧電セラミックに設けられた銀電極の少なくとも前述リード線半田付け部の縁を含む周辺が
エポキシ接着剤またはアクリル接着剤の少なくともいずれかの一方でコーティングされていることを特徴とする前述超音波送受信器
【請求項２】
圧電セラミックと、
圧電セラミックの両面に設けられた導電ペーストを焼結してなる銀電極と、
前述銀電極を有する圧電セラミックを底面に固着した金属または樹脂からなる有底筒状ケースと、
前述銀電極に半田付けされたリード線と、
前述リード線を通す貫通穴が設けられた前述銀電極を有する圧電セラミックを覆うように設置された吸音材と、
前述有底筒状ケース内部に充填された封止材と、
前述リードの一端に接続された外部との導通を確保するために金属ワイヤまたは金属端子の少なくとも一方と、
からなる超音波送受信器において、
前述圧電セラミックの前述有底筒状ケースに接着された面と反対の面の少なくとも中央部が
エポキシ接着剤またはアクリル接着剤の少なくともいずれか一方でコーティングされていることを特徴とする前述超音波送受信器
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子を用いた空中用の超音波送受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
両面に銀電極を有する圧電セラミックを有底筒状ケースの底面に接着した超音波送受信器が、さまざまな分野で使用されている。特に、車のバックソナー用に大量に生産されている。ここで使用される超音波送受信器は、車の外装部品として使用される為に、意匠面（振動面）にはさまざまな負荷が加わる。超音波送受信器にはこれらの負荷に耐える耐久性が求められている。
【０００３】
図１に一般的に使用されている超音波送受信器の構造を示す。アルミ合金からなる有底筒状ケース２の底面に両面に銀電極１ａを有する圧電セラミック１が接着剤によって接着されている。例えばここで使用される圧電セラミック１はジルコン・チタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）系圧電セラミックである。圧電セラミック１の両面には、銀を主成分とした導電ペーストを焼成した銀電極１ａが設けられている。
【０００４】
有底筒状ケース２と圧電セラミック１に設けられた銀電極１ａは接触することで電気的に接続されている。圧電セラミック１の片面の銀電極１ａにリード線９が半田付けされている。リード線９は有底筒状ケース２の底面に対して垂直な向きで圧電セラミック１に半田付けされている。リード線半田５の形状は逆さにした釣り鐘を銀電極１ａの上に置いたような形状になっている。有底筒状ケース２の側面に半田７でＧＮＤ側リード線１０が半田付けされている。
【０００５】
リード線９とＧＮＤ側リード線１０の一端は、ワイヤハーネス１２の＋側とＧＮＤ側の一端にそれぞれ半田付けされている。銀電極１ａの設けられた圧電セラミック１の上には、シリコーン発泡体からなる吸音材６が敷かれている。吸音材６にはリード線９を通すための貫通穴が設けられている。リード線９を貫通穴に通した後、貫通穴はシリコーン８で塞がれる。有底筒状ケース２の内部はシリコーンなどの封止材１１が充填されている。
【０００６】
前述した構造の超音波送受信器では、車の外装部品として使用される為に高い耐久性が求められている。その中で、圧電セラミック１の銀電極１ａと導通を確保するための部材強度が比較的弱い構造になっている。これは、圧電セラミック１の収縮膨張を利用して超音波を発生させるために、圧電セラミック１の収縮膨張をなるべく妨げないように構造設計されているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４０２５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
耐久性を高めるために、圧電セラミック１の銀電極１ａに半田付けするリード線９の改良を行った。その結果、リード線９を引っ張った場合のリード線断線は無くなったが、代わりにリード線半田５の外周を起点として圧電セラミック１にクラックが生じた。より高い耐久性を有する超音波送受信器を実現するために、リード線半田付け部の圧電セラミック１または銀電極１ａの強度を高める改良を行ってきた。
【０００９】
銀電極１ａの設けられた圧電セラミック１のリード線半田付け部にクラックが入る原因を調べた。その結果、半田形状による応力集中が原因の１つであることがわかった。銀電極１ａの設けられた圧電セラミック１にリード線９を垂直に半田付けするために、半田５は釣り鐘を逆さにして銀電極１ａの上におかれた形状に仕上がっている。この形状では、リード線９に引っ張り荷重が加わった場合、圧電セラミック１の半田付け部外周に応力集中がおきる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明では、
圧電セラミックと、圧電セラミックの両面に設けられた導電ペーストを焼結してなる銀電極と、前述銀電極を有する圧電セラミックを底面に固着した金属または樹脂からなる有底筒状ケースと、前述銀電極に半田付けされたリード線と、前述リード線を通す貫通穴が設けられた前述銀電極を有する圧電セラミックを覆うように設置された吸音材と、前述吸音材の上から有底筒状ケース内部に充填された封止材と、前述リードの一端に接続された外部との導通を確保するためにワイヤと、
からなる超音波送受信器において、前述圧電セラミックに設けられた銀電極の前述リード線半田付け部の周辺が熱硬化性のエポキシ接着剤によってコーティングされている。エポキシ接着剤でコーティングすることで銀電極を有する圧電セラミックの強度を高めることが出来た。
【００１１】
請求項２の発明では、圧電セラミックと、圧電セラミックの両面に設けられた導電ペーストを焼結してなる銀電極と前述銀電極を有する圧電セラミックを底面に固着した金属または樹脂からなる有底筒状ケースと、前述銀電極に半田付けされたリード線と、前述リード線を通す貫通穴が設けられた前述銀電極を有する圧電セラミックを覆うように設置された吸音材と前述有底筒状ケース内部に充填された封止材と、前述リードの一端に接続された外部との導通を確保するために金属ワイヤまたは金属端子の少なくとも一方と、からなる超音波送受信器において、前述圧電セラミックの前述有底筒状ケースに接着された面と反対の面の少なくとも中央部がエポキシ接着剤またはアクリル接着剤の少なくともいずれか一方でコーティングされていることで、銀電極を有する圧電セラミックの強度を高めることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の超音波送受信器の断面図
【図２】本発明を実施した形態の超音波送受信器の断面図
【図３】従来の超音波送受信器の拡大断面図
【図４】本発明を実施した形態の超音波送受信器の拡大断面図
【図５】コーティング後のリード線引張強度の測定結果（コーティング無しの状態からの強度の増加割合）
【図６】本発明を実施した形態の超音波送受信器の拡大断面図
【実施例１】
【００１３】
図２に本発明を実施した形態の超音波送受信器を示す。アルミ合金からなる有底筒状ケース２の底面に、両面電極１ａの施された圧電セラミック１が接着剤で接着されている。ここで使用される圧電セラミック１はジルコン・チタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）系圧電セラミックである。圧電セラミック１の両面に設けられた銀電極１ａは、銀を主成分とした導電ペーストを両面に塗布し、焼成することで圧電セラミック１に固着されている。両面の銀電極１ａは電気的に独立している。圧電セラミック１と有底筒状ケース２を接着する接着剤にはエポキシ接着剤が使用されている。圧電セラミック１の銀電極１ａとアルミ合金からなる有底筒状ケース２は接触して導通が確保されている。（有底筒状ケース２の材料としてアルミ合金などの金属の他に、エポキシ樹脂をベースとした複合材料などが使用出来る電気抵抗の高い材料を有底筒状ケースの材料として使用する場合は、圧電セラミック１に設ける銀電極１ａを折返し電極にする場合が多い。銀電極１ａの形状は両面電極でも折返し電極でもよい。）圧電セラミック１の銀電極１ａにリード線９が半田付けされている。リード線９は有底筒状ケース２の底面に対して垂直な向きで圧電セラミック１の銀電極１ａに半田付けされている。半田５は、逆さにした釣り鐘を銀電極１ａの上に置いたような形状をしている。
【００１４】
リード線９を圧電セラミック１の銀電極１ａに半田付けした後、半田５と圧電セラミック１の銀電極１ａの境界付近に熱硬化性のエポキシ接着剤４を塗布し、熱を加えて接着剤を硬化させる。これによって、半田外周の圧電セラミック１の銀電極表面はエポキシ接着剤４で覆われることになる。シリコーン発泡体からなる吸音材６が銀電極１ａを有する圧電セラミック１の上に敷かれている。吸音材６はリード線９を通す貫通穴が設けられている。貫通穴にリード線９を通した後で、貫通穴の部分はシリコーン８で目止めされている。有底筒状ケース２の側面にＧＮＤ側リード１０が半田７で半田付けされている。有底筒状ケース２に半田付けされたＧＮＤリード線１０と、圧電セラミック１の銀電極１ａに半田付けされたリード線９の一端は外部の回路と接続するためにワイヤハーネス１２に半田付けされている。
【００１５】
エポキシ接着剤４がリード線半田付け部の周辺をコーティングすることで、リード線９に引張方向の荷重が加わった場合に半田付け部外周に発生する応力集中が緩和されて耐久性の高い超音波送受信器を実現する。
【００１６】
熱硬化性のエポキシ接着剤を採用することで次の効果が得られている。熱硬化性のエポキシ接着剤は、温度が高くなると粘度がいったん低下し、硬化温度に達すると急速に効果が始まる特性をもつ。この特性の為、常温では粘度が高く、狙った位置に局所的に塗布することが可能である。熱を加えると粘度が低下するため、加熱硬化の過程で粘度低下したエポキシ接着剤４が銀電極の広い範囲にしみわたる。
【００１７】
圧電セラミックの銀電極１ａに物質を付加することは、圧電セラミック１の収縮膨張を妨げるために、超音波送受信器の特性面（反射感度、残響または、反射感度、残響の温度特性）では好ましくない。例えば、反射感度が低下する。低温で残響が長くなるといった現象が起こる。しかし、少量のエポキシ接着剤であれば超音波特性への影響はほとんど見られない。超音波送受信器の特性を妨げることなく、耐久性の高い超音波送受信器を実現出来る。
【００１８】
図５に接着剤を塗布していない場合の破壊強度の測定結果を示す。強度の測定は、リード線９に引っ張り荷重を加えて、銀電極１ａを有する圧電セラミック１が破壊されて半田付け部がもげた際の引っ張り荷重を万能試験機で測定した。エポキシ接着剤４でコーティングした場合、コーティングしない場合に比べて平均して１．２５倍の強度が得られた。バラツキも少なくなった。接着剤４によるコーティングの効果が得られていることがわかる。加熱によって粘度が低下する熱硬化性のエポキシ接着剤が望ましいが、同様の特性が得られればエポキシ接着剤のコーティング効果を得ることが出来る。
【実施例２】
【００１９】
他の形態として、エポキシ接着剤４のかわりにＵＶ硬化のアクリル接着剤を使用した超音波送受信器がある。前述の構造の超音波送受信器と半田付け部周辺に塗布した接着剤以外は同じ構成である。
【００２０】
ＵＶ硬化性のアクリル接着剤は、エポキシ接着剤に比べて強度が低い場合が多い為、銀電極を補強する効果がエポキシ接着剤に比べて低い。しかし、熱効果のエポキシ接着剤に比べて、高温に加熱するすることなくＵＶを照射することで硬化する特性を有するため高温を加えることが出来ない構造の場合に利便性がある。
【００２１】
接着剤の粘度が高い場合は、接着剤を圧電セラミックの銀電極１ｂに塗布した後、しばらく放置する時間を置くことが有効である。接着剤が圧電セラミックの銀電極１ｂに染み込むことでより高い効果を得ることが出来る。
【実施例３】
【００２２】
図６に本発明を実施した別の形態の超音波送受信器を示す。エポキシ樹脂にシリカを大量に配合した複合素材からなる有底筒状ケース１５の底面に、折返し電極１３ａの施された圧電セラミック１３が接着剤で接着されている。ここで使用される圧電セラミック１３はジルコン・チタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）系圧電セラミックである。圧電セラミック１３の両面に設けられた折り返し銀電極１３ａは、銀を主成分とした導電ペーストを両面に塗布し、焼成することで圧電セラミック１３に固着されている。銀電極１３ａには有底筒状ケース１５に接着された面と反対の面に境界があり、両面の銀電極１３ａは境界を境にして電気的に独立している。圧電セラミック１３と有底筒状ケース１５を接着する接着剤にはエポキシ接着剤が使用されている。リード線１０が有底筒状ケースに接着された面に繋がる銀電極１３ａに半田付けされている。一方の銀電極にもリード線９が半田付けされている。２つのリード線９、１０は有底筒状ケース１５の底面に対して垂直な向きで圧電セラミックの銀電極１３ａに半田付けされている。
【００２３】
２本のリード線９、１０を圧電セラミックの折返し銀電極１３ａに半田付けした後、半田と圧電セラミックの銀電極１３ａの前面に熱硬化性のエポキシ接着剤４を塗布し、熱を加えて接着剤を硬化させる。これによって、圧電セラミックの銀電極１３ａ表面はエポキシ接着剤４，１４で覆われることになる。銀電極１３ａがエポキシ接着剤でコーティングされることで実施例１で述べたように応力集中を緩和出来る。有底筒状ケース１５に接着された面と反対の面の中央をコーティングすることで、リード線９、１０の引っ張りに対して強い構造を実現する。エポキシ接着剤を塗布する場所は、全面である必要はない。一番変形量の大きい、有底筒状ケースの意匠面中央部にあたる位置に塗布することが効果的である。シリコーン発泡体からなる吸音材６が折返し銀電極１３ａを有する圧電セラミック１３の上に敷かれている。吸音材６はリード線９、１０を通す貫通穴が設けられている。貫通穴にリード線９、１０を通した後で、貫通穴の部分はシリコーン８で目止めされている、１０の一端は外部の回路と接続するためにワイヤハーネス１２に半田付けされている。最近では、ワイヤハーネス１２の代わりに、金属端子が用いられることが多い。半田付けは端子でもワイヤハーネス１２でもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  圧電セラミック
１ａ  銀電極
２  有底筒状ケース
４  エポキシ接着剤
５  半田
６  吸音材
７  半田
８  シリコーン
９  リード線
１０  ＧＮＤ側リード線
１１  封止剤
１２  ワイヤハーネス
１３  折返し銀電極が設けられた圧電セラミック
１３ａ  折返し電極
１３ｂ  応力の高い部分
１４  中央をコーティングする接着剤
１５  樹脂からなる有底筒状ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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