(57)【要約】【課題】圧電素子と共振回路を構成する部品とを有する超音波発生装置に関し、温度に対して安定した特性が得られる超音波発生装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、超音波を発生する超音波発生装置において、圧電素子（１１１）と、圧電素子（１１１）と共振回路を構成する部品（１１５）とを有し、圧電素子（１１１）と部品（１１５）とをケース（１１８）に一体に収納したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する超音波装置において、
圧電素子と、
前記圧電素子と共振回路を構成する部品とを有し、
前記圧電素子と前記部品とをケースに一体に収納したことを特徴とする超音波装置。
【請求項２】
前記超音波を受信する受信手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波装置。
【請求項３】
前記圧電素子に接続された内部配線を前記ケースから引き出される線材に接続する中継基板を有し、
前記部品は、前記中継基板に搭載されたことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波装置。
【請求項４】
前記部品は、コイルから構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の超音波装置。
【請求項５】
前記コイルは、前記圧電素子の温度に応じた周波数特性の変化を相殺するように、そのインダクタンスの温度による変化が設定されていることを特徴とする請求項４記載の超音波装置。
【請求項６】
前記コイルは、前記ケース内に収納後、そのインダクタンスが調整可能に搭載されたことを特徴とする請求項４又は５記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波装置に係り、特に、圧電素子と共振回路を構成する部品とを有する超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の超音波発生システムの一例のブロック構成図を示す。
【０００３】
従来の超音波発生システム１は、超音波を用いた測距システムなどに用いられる。超音波発生システム１は、主に、超音波発生装置１１と駆動回路１２とから構成されている。超音波発生装置１１は、駆動回路１２から供給される駆動電圧に応じて駆動されて超音波を発生する。駆動回路１２は、マイコン３１、ドライブ回路３２、昇圧トランス３３などから構成されている。
【０００４】
マイコン３１は、超音波発生装置１１に超音波を送信させるためのパルスを発生する。マイコン３１で発生されたパルスは、ドライブ回路３２に供給される。ドライブ回路３２は、マイコン３１から供給されたパルスを増幅する。ドライブ回路３２で増幅されたパルスは、昇圧トランス３３の１次コイルＬ１に供給される。昇圧トランス３３は、２次コイルＬ２に１次コイルＬ１に印加された電圧を昇圧した電圧を発生する。昇圧トランス３３の２次コイルＬ２に発生した電圧は、超音波発生装置１１を構成するリード線４１に供給される。超音波発生装置１１は、圧電素子４２をケース４３に収納した構成とされており、リード線４１を介して印加された電圧は圧電素子４２に印加される。圧電素子４２は、リード線４１から印加された電圧により駆動され、ケース４３の底面から超音波を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、従来の超音波発生システムでは、圧電素子４２と昇圧トランス３３とを離して配置していた。このため、圧電素子４２と昇圧トランス３３との周辺温度が異なることになる。周辺温度が異なると、共振周波数がずれて効率よく超音波を出力できないなどの課題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、温度に対して安定した特性が得られる超音波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、超音波を送信する超音波装置において、圧電素子（１１１）と、圧電素子（１１１）と共振回路を構成する部品（１１５）とを有し、圧電素子（１１１）と部品（１１５）とをケース（１１８）に一体に収納したことを特徴とする。
【０００８】
また、超音波を受信する受信手段（１１６）を有することを特徴とする。さらに、圧電素子（１１１）に接続された内部配線（１１２、１１３）をケース（１１８）から引き出される線材（１１６、１１７）に接続する中継基板（１１４）を有し、部品（１１５）は中継基板（１１４）に搭載されたことを特徴とする。
【０００９】
部品（１１５）は、コイル（Ｌ１、Ｌ２）を含むことを特徴とする。
【００１０】
コイル（Ｌ１、Ｌ２）は、圧電素子（１１１）の温度に応じた周波数特性の変化を相殺するように、そのインダクタンスの温度による変化が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
コイル（Ｌ１、Ｌ２）は、ケース（１１８）内に収納後、そのインダクタンスが調整可能に搭載されたことを特徴とする。
【００１２】
なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電素子と、圧電素子と共振回路を構成する部品とをケースに一体に収納することにより、周辺温度を同じすることができるため、温度に対して安定した特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の分解斜視図、図２は本発明の第１実施例の断面図を示す。
【００１５】
本実施例の超音波発生装置１００は、超音波を発生し、外部に出力するとともに、外部からの反射波を受信する送受信型の超音波センサであり、圧電素子１１１、リッツ線１１２、１１３、中継基板１１４、昇圧トランス１１５、リード線１１６、１１７、ケース１１８、充填材１１９から構成されている。
【００１６】
ケース１１８は、アルミニウム材を有底円筒状に形成したものであり、内周部に中継基板１１４を位置決めするための段部１６１が形成されている。段部１６１は、底面側の径ｒ１を開口面側の径ｒ２より小さくすることにより形成されている。
【００１７】
圧電素子１１１は、略直径ｒ１の円形状に成形されたセラミックス基板１２１に電極１２２、１２３を形成した構成とされている。電極１２２は、セラミックス基板１２１の矢印Ｚ１方向側の面に形成され、電極１２３は、セラミックス基板１２１の矢印Ｚ２方向側の面に形成されている。圧電素子１１１は、矢印Ｚ２方向側の面をケース１１８の底面に対向するようにケース１１８内に収納される。このとき、圧電素子１１１の矢印Ｚ２方向側の面は、導電ペーストによりケース１１８の底面に固定される。なお、導電ペーストによって電極１２３がケース１１８に電気的に接続される。
【００１８】
リッツ線１１２の一端は、半田付けや導電ペーストなどにより圧電素子１１１の電極１２２に接続され、他端は中継基板１１４に接続されている。リッツ線１１３の一端は、ケース１１８の内側面に半田付けや導電ペーストなどにより固定される。また、リッツ線１１３の他端は、中継基板１１４のプリント配線パターンに半田付けや導電ペーストなどにより固定される。これにより、圧電素子１１１の電極１２３は、ケース１１８及びリッツ線１１３を介して中継基板１１４に接続される。
【００１９】
中継基板１１４は、ガラスエポキシ樹脂などから構成され、配線パターンが形成されている。中継基板１１４には、昇圧トランス１１５が搭載されるとともに、リッツ線１１２、１１３及びリード線１１６、１１７が接続されている。
【００２０】
図３は中継基板１１４の配線パターンを説明するための図を示す。図３（Ａ）は中継基板１１４の矢印Ｚ１方向側の面、図３（Ｂ）は中継基板１１４の矢印Ｚ２方向側の面を示す。
【００２１】
中継基板１１４は、直径ｒ２の円形状の互いに対向する部分を切り欠いた構成とされており、ビアホール１３１〜１３４、ランドパターン１３５〜１４８及び配線パターン１４９〜１５２が形成されている。ビアホール１３１、１３２は、中継基板１１４を貫通しており、その矢印Ｚ１方向側の周囲にランドパターン１３９、１４０が形成され、矢印Ｚ２方向側の周囲にランドパターン１３５、１３６が形成されている。
【００２２】
ビアポール１３１、１３２には、矢印Ｚ１方向側の面からリード線１１６が貫通する。リード線１１６は、中継基板１１４の矢印Ｚ２方向側の面でランド１３５、１３６に半田付けされる。ビアホール１３１、１３２の矢印Ｚ１方向側の周囲に形成されたランドパターン１３９、１４０は配線パターン１４９、１５０を介してランドパターン１４３、１４４に接続されている。
【００２３】
ランドパターン１４３、１４４、１４５、１４６に昇圧トランス１１５が半田付けされる。なお、ランドパターン１４３、１４４には昇圧トランス１１５の１次コイルＬ１が接続され、ランドパターン１４５、１４６には昇圧トランス１１５の２次コイルＬ２が接続される。ランドパターン１４５、１４６は、配線パターン１５１、１５２によりランドパターン１４１、１４２及びランドパターン１４７、１４８に接続されている。昇圧トランス１１５は、調整部１１５ａが矢印Ｚ１方向に設けられており、ケース１１８の開口面からインダクタンスの調整が可能な構成とされている。
【００２４】
ランドパターン１４１、１４２は、ビアホール１３３、１３４の周囲に形成されている。ビアホール１３３、１３４は、中継基板１１４を貫通しており、矢印Ｚ２方向側の周囲にランドパターン１３７、１３８が形成されている。ビアホール１３３、１３４には、矢印Ｚ１方向側からリード線１１７が貫通する。リード線１１７は、中継基板１１４の矢印Ｚ２方向側の面でランドパターン１３７、１３８に半田付けされる。
【００２５】
また、配線パターン１５１、１５２に接続されたランドパターン１４７、１４８には、リッツ線１１２、１１３が半田付けあるいは導電ペーストにより接続される。なお、リッツ線１１２、１１３は、中継基板１１４の矢印Ｚ２方向側から切欠部１５３、１５４を通って中継基板１１４の矢印Ｚ２方向側の面に引き出される。
【００２６】
図４は本発明の第１実施例の等価回路図を示す。
【００２７】
昇圧トランス１１５は、例えば、ＩＦＴと呼ばれる中間周波数（ＩＦ）の信号を増幅するトランスが用いられる。昇圧トランス１１５の１次コイルＬ１は入力用リード線１１６に接続され、２次コイルＬ２はリッツ線１１２を介して圧電素子１１１の電極１２２に一端を接続されるとともに、リッツ線１１３、ケース１１８を介して圧電素子１１１の電極１２３に他端を接続されている。また、２次コイルＬ２と圧電素子１１１との接続点は、リード線１１７に接続されている。なお、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との巻線比は、例えば、１：１０程度である。また、昇圧トランス１１５としては、圧電素子１１１の共振周波数が温度によって変化しないような温度特性を持つものが選択されている。すなわち、圧電素子１１１のキャパシタンスの温度特性を相殺するような温度特性を持つインダクタンスをもつ部品が選択される。
【００２８】
なお、リード線１１６には、外部からパルスが供給される。リード線１１６に供給されたパルスは、昇圧トランス１１５の１次コイルＬ１に供給される。昇圧トランス１１５は、１次コイルＬ１に供給されたパルスを昇圧した電圧を２次コイルＬ２に発生する。２次コイルＬ２に発生した電圧は、圧電素子１１１に印加される。圧電素子１１１は、２次コイルＬ２に発生した電圧に応じて変位して、ケース１１８の底面から超音波を出力する。
【００２９】
ケース１１８には、圧電素子１１１及び中継基板１１４の収納後、充填材１１９が充填される。充填材１１９は、例えば、紫外線硬化樹脂などから構成されている。充填材１１９は、充填時に、中継基板１１４の切欠部１５３、１５４を通って圧電素子１１１と中継基板１１４との間に流れ込む。充填材１１１は、充填後、紫外線をケース１１８の開口面から紫外線を照射することにより、硬化する。
【００３０】
〔効果〕
本実施例によれば、圧電素子１１１と昇圧トランス１１５とをケース１１８に一体的に収納することにより、圧電素子１１１と昇圧トランス１１５との環境温度を同じにできる。このとき、圧電素子１１１の温度特性と昇圧トランス１１５の温度特性とを互いに相殺するような温度特性を持つように設定しておくことにより、温度によらず共振周波数を一定に保持でき、安定して超音波を発生することができる。
【００３１】
〔その他〕
なお、中継基板１１４の配線パターンは、図３に示すパターンに限定されるものではなく、図４に示すパターンであれば、これに限定されるものではない。
【００３２】
また、本実施例では、昇圧トランス１１５を圧電素子１１１と一体にケース１１８に搭載したが、搭載する部品は昇圧トランスに限定されるものではなく、コイルなどの他の部品であってもよい。また、昇圧トランス１１５は、圧電トランスであってもよい。圧電トランスを搭載することにより、電磁波の影響を最小限に押させることが可能となる。
【００３３】
〔第２実施例〕
図５は本発明の第２実施例の分解斜視図、図６は本発明の第２実施例の断面図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
本実施例の超音波発生装置２００は、中継基板２１４の配線、及び、昇圧トランス２１５の構成並びに配置が第１実施例とは相違する。
【００３５】
本実施例の中継基板２１４は、略中央部に貫通孔２１４ａを有する。昇圧トランス２１５は、中継基板２１４の矢印Ｚ２方向側に、貫通孔２１４ａに対向して搭載される。昇圧トランス２１５は、矢印Ｚ１方向側の面に調整部２１５ａが設けられている。調整部２１５ａは、貫通孔２１４ａを通してケース１１８の開口面から表出する。これによって、昇圧トランス２１５のインダクタンスの調整が可能となる。
【００３６】
なお、中継基板２１４の配線パターンは、図４に示すような接続が行なわれれば、特に限定されるものではない。
【００３７】
本実施例によれば、中継基板２１４の矢印Ｚ２方向側に昇圧トランス２１５を配置することにより矢印Ｚ１方向の突出量を低減でき、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の等価回路図である。
【図４】本発明の第１実施例の動作説明図である。
【図５】本発明の第２実施例の分解斜視図である。
【図６】本発明の第２実施例の断面図である。
【図７】従来の超音波発生システムの一例のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００  超音波発生装置
１１１  圧電素子、１１２、１１３  リッツ線、１１４、２１４  中継基板
１１５、２１５  昇圧トランス、１１６、１１７  リード線、１１８  ケース
１１９  充填材
【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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【図７】
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