(57)【要約】【課題】超音波デバイスの耐久性を向上する技術を提供する。【解決手段】超音波デバイス１００のケース１０は、超音波の振動面となる表面３０と、表面３０を囲む側面３２とを有するとともに、金属材料からなる。転写膜２０は、ケース１０を覆う。接着剤２２は、転写膜２０とケース１０とを接着する。筐体１２は、ケース１０に接続される。転写膜２０は、コート層２４と、コート層２４と接着剤２２との間に配置される着色層２６とを含む多層構造を有し、表面３０と一部側面３６とを覆う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の振動面となる表面と、前記表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、
前記ケースを覆う転写膜と、
前記転写膜と前記ケースとを接着する接着剤と、
前記ケースに接続される筐体とを備え、
前記転写膜は、コート層と、前記コート層と前記接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有し、前記表面と、前記表面から連続する前記側面の一部とを覆うことを特徴とする超音波デバイス。
【請求項２】
前記転写膜における多層構造では、前記着色層の前記接着剤側に接着層が配置され、
前記接着層と前記接着剤は、接着に関して異なった性質を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項３】
超音波の振動面となる表面と、前記表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、前記ケースに接続される筐体とを備える超音波デバイスの前記ケースに対して、前記表面と、前記表面から連続する前記側面の一部とに、接着剤を塗布するステップと、
前記ケースにおいて前記接着剤を塗布した部分に、転写膜が塗工されたフィルムを前記転写膜側から貼り付けるステップと、
前記ケースに前記フィルムを貼り付けた前記超音波デバイスを真空圧空プレス加工するステップと、
前記フィルムを剥がすステップとを備え、
前記転写膜は、コート層と、前記コート層と前記接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有することを特徴とする着色方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波デバイスに関し、特に着色がなされる超音波デバイスおよび着色方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両周辺の障害物を検出するために、車両のバンパーに超音波デバイス（超音波センサ）が取り付けられる。超音波デバイスにおける超音波振動子の表面は、車両の外部に露出するので、車両と同色に塗装される。しかしながら、塗装された表面は、飛び石等による傷から腐食しやすい。そのため、超音波振動子の表面には樹脂製のフィルムが貼り付けられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面だけにフィルムを貼り付けている場合、洗車等によってフィルムが剥がれるおそれがある。フィルムが剥がれることによって超音波センサの耐久性が低下する。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波デバイスの耐久性を向上する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の超音波デバイスは、超音波の振動面となる表面と、表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、ケースを覆う転写膜と、転写膜とケースとを接着する接着剤と、ケースに接続される筐体とを備える。転写膜は、コート層と、コート層と接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有し、表面と、表面から連続する側面の一部とを覆う。
【０００７】
本発明の別の態様は、着色方法である。この方法は、超音波の振動面となる表面と、表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、ケースに接続される筐体とを備える超音波デバイスのケースに対して、表面と、表面から連続する側面の一部とに、接着剤を塗布するステップと、ケースにおいて接着剤を塗布した部分に、転写膜が塗工されたフィルムを転写膜側から貼り付けるステップと、ケースにフィルムを貼り付けた超音波デバイスを真空圧空プレス加工するステップと、フィルムを剥がすステップとを備える。転写膜は、コート層と、コート層と接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有する。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波デバイスの耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例１に係る超音波デバイスの外観を示す図である。
【図２】図２（ａ）−（ｂ）は、図１の超音波デバイスの構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）−（ｃ）は、図１の超音波デバイスの着色手順の概要を示す図である。
【図４】図４（ａ）−（ｄ）は、図３（ａ）−（ｃ）に続く超音波デバイスの着色手順の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る超音波デバイスの構成を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
本発明を具体的に説明する前に、基礎となった知見を述べる。本発明の実施例１は、車両に搭載される超音波センサに使用される超音波デバイスに関する。超音波デバイスは、車両において外部に露出した部分、例えばバンパーに設置される。具体的には、超音波デバイスの振動面となる表面は、バンパーと面一になるように配置され、当該表面が外部に露出する。当該表面は、超音波デバイスにおけるケースに含まれており、ケースはアルミニウム等の金属材料によって形成される。ケースの表面は外部に露出するので、バンパーと同色に塗装されるべきである。
【００１２】
これまでは、タンクに塗料を注入したスプレーガンを作業者が使用することによって、手噴き作業により着色がなされていた。この手順は、次のように示される。
（ｉ）アルミニウム加工により形成されたケースに対して、化成処理がなされる。化成処理では、化成処理液にケースを浸漬させて、ケースの表面に被膜を形成させる。この皮膜により、塗料の密着性が向上する。
（ｉｉ）１回目の下地処理として、作業者がケースにプライマ塗装を実行する。プライマは、塗料の付着性を高めるための下地であり、接着剤ともいえる。
（ｉｉｉ）プライマ塗装をしたケースが、硬化炉において約１６０℃で硬化される。
【００１３】
（ｉｖ）ケースを使用して圧電素子等を組み込んで超音波デバイスが組み立てられる。
（ｖ）２回目の下地処理として、超音波デバイスのケースに作業者がプライマ塗装を実行した後、超音波デバイスが硬化炉において約８０℃で硬化される。
（ｖｉ）超音波デバイスのケースに作業者が着色剤塗装を実行した後、超音波デバイスが硬化炉において約８０℃で硬化される。
（ｖｉｉ）超音波デバイスのケースに作業者がクリア塗装を実行した後、超音波デバイスが硬化炉において約８０℃で硬化される。クリア塗装は、表面硬化剤を塗布することに相当する。
（ｖｉｉｉ）超音波デバイスを使用して超音波センサが組み立てられる。
【００１４】
このような作業のうち、（ｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉ）、（ｖｉｉ）において前述のスプレーガンが使用される。その塗装現場の状況は、次の通りである。
（Ａ）作業者によるスプレーガンの手噴き作業がなされるので、塗装膜が不均一になりやすく、かつ実際に塗布される塗料の量が少なくなる。
（Ｂ）シンナー等の希釈溶剤が蒸発することによって塗装材料の粘度が安定しない。
（Ｃ）プライマ、着色剤、表面硬化剤を塗布してから、硬化炉で硬化させることを繰り返し実行するので、生産性が悪い。
（Ｄ）超音波デバイスの内部に備えられた圧電素子が、（ｖ）から（ｖｉｉ）において熱履歴ダメージを受ける。
【００１５】
（Ｅ）着色剤の調合工程、各塗布工程、乾燥工程が続くので、工程が長くなる。また、色を変更する際に洗浄が必要になるので、ゴミによる不良、色差不良、強度不良が発生しやすくなる。
（Ｆ）各着色剤の廃液処理が大掛かりになる。
（Ｇ）ケースのアルミニウム剤は、塗料がのりにくいので、圧電素子を貼り付ける前にケース単体での化成処理と、硬化処理とが必要になる。
このような塗装現場により、塗装品質が安定せず、塗装不良率が向上し、生産性が悪化する。その結果、生産コストが向上する。一方、前述のように、超音波デバイスの塗装を保護するために、超音波デバイスの表面にはフィルムが貼り付けられるが、このフィルムには剥がれるおそれがあり、フィルムが剥がれることによって超音波センサの耐久性が低下する。そのため、本実施例は、超音波デバイスのケースを着色する場合の課題を解決するとともに、超音波デバイスの耐久性を向上させることを目的とする。
【００１６】
図１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施例１に係る超音波デバイス１００の外観を示す。超音波デバイス１００は、ケース１０、筐体１２、端子１４と総称される第１端子１４ａ、第２端子１４ｂ、転写膜２０を含む。ケース１０は、超音波の振動面となる円形状の表面３０と、表面３０を囲むように表面３０の縁部から立設される側面３２とが一体的に形成されることによって、有底円筒形状を有する。ケース１０は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなる。
【００１７】
筐体１２は、円形状の裏面３４を含む円盤形状を有する。ここで、裏面３４は、表面３０の反対側を向いた面である。筐体１２は、表面３０の反対側からケース１０に接続される。筐体１２は、例えば樹脂などの絶縁体からなる。筐体１２の裏面３４には、外部に突出される第１端子１４ａと第２端子１４ｂが設けられる。転写膜２０は、ケース１０を表面３０側から覆う。ここで、転写膜２０は、表面３０だけではなく、表面３０から続く側面３２の一部も覆う。転写膜２０の詳細については後述する。
【００１８】
図１（ｂ）は、超音波デバイス１００を車両に取り付けた場合の側面図である。車両のバンパー８０には開口部８２が設けられる。超音波デバイス１００は、開口部８２から外部に向かって転写膜２０を露出するように設置される。前述のごとく、転写膜２０によって覆われているケース１０の表面３０は円形状であるので、開口部８２も円形状を有する。バンパー８０は、車体の色と同色に着色され、転写膜２０は、バンパー８０の色と同色に着色される。
【００１９】
図２（ａ）−（ｂ）は、超音波デバイス１００の構成を示す断面図である。図２（ａ）において超音波デバイス１００は、図１（ａ）−（ｂ）に示した構成要素に加えて、接着剤２２、圧電素子５０、リード線５２と総称される第１リード線５２ａ、第２リード線５２ｂを含む。
【００２０】
圧電素子５０は、ケース１０の内側の壁面４０に取り付けられる。圧電素子５０は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）等の圧電材料からなる平板状の圧電体層と、圧電体層の両面の平面に積層された１対の電極とを有する。ケース１０の壁面４０、特に表面３０は超音波の振動面の役割を果たす。圧電素子５０の一方の電極は、接着剤または溶融はんだ等を用いて第２リード線５２ｂに電気的に接続される。圧電素子５０の他方の電極はケース１０の内側の導体部分に電気的に接続され、さらにケース１０の内側の導体部分には、第１リード線５２ａが電気的に接続される。当該接続は、例えば、溶接、ボンディング、はんだ付け、導電性接着剤等によりなされる。第１リード線５２ａと第２リード線５２ｂは、筐体１２に向かって延びる。
【００２１】
ケース１０の開口を覆うように、筐体１２がケース１０に接続されることによって、ケース１０の内部に空洞部３８が形成される。空洞部３８は、発振または受信する超音波を反響させるための空間である。空洞部３８の内部には、シリコンゴム等の充填材（図示せず）が充填される。充填材は、筐体１２に設けられた開口部４２から注入される。このような空洞部３８内において、圧電素子５０は、超音波の受信または発信またはその両方を行なっており、入力信号に応じて振動することにより超音波を発信し、または受信した超音波振動に応じて出力信号を出力する。圧電素子５０は超音波振動子であるといえる。
【００２２】
リード線５２は、空洞部３８内で圧電素子５０と端子１４とを電気的に接続する。リード線５２は、圧電素子５０の振動に対する機械的抵抗が小さくなるように、柔軟性を有する。リード線５２は、端子１４よりも機械的な柔軟性が高い。リード線５２は、例えば、銅の撚り線からなる。第１リード線５２ａと第１端子１４ａは筐体１２において接続されるとともに、第２リード線５２ｂと第２端子１４ｂも筐体１２において接続される。端子１４は、円柱形状を有し、超音波デバイス１００の外部入出力端子であると同時に、超音波デバイス１００を外部の配線基板等に固定する場合の支持部材であり、リード線５２よりも変形に対する機械的強度が強い。
【００２３】
接着剤２２は、転写膜２０とケース１０とを接着する。前述のごとく、転写膜２０は、表面３０と、表面３０から続く側面３２の一部も覆うので、接着剤２２は、ケース１０の表面３０と一部側面３６に塗布される。一部側面３６は、表面３０から続く側面３２の一部であり、例えば、側面３２の上端から１ｍｍ以上の部分である。接着剤２２は、後述するように、下地処理においてプライマとしてケース１０に塗布される。接着剤２２は、例えば、ケース１０を形成するアルミニウム表面への浸透型の接着部材である。アルミニウムは、一般的に塗料の密着が弱く剥離が起きやすいので、このようなタイプの接着剤２２が使用される。
【００２４】
転写膜２０は、接着剤２２によってケース１０に接着される。転写膜２０は、一部側面３６も覆うので、表面３０だけを覆っている場合よりも剥がれにくくなる。転写膜２０が剥がれにくくなることによって、超音波デバイス１００の耐久性の低下が抑制される。ここでは、転写膜２０をさらに詳細に説明するために、図２（ｂ）を使用する。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるケース１０の表面３０近傍を拡大した断面図である。転写膜２０は、コート層２４と着色層２６とを含む多層構造を有する。コート層２４は、最も外側に配置され、着色層２６を保護する。コート層２４は、例えば、透明の樹脂フィルムである。着色層２６は、図１（ｂ）のバンパー８０と同色を有した着色フィルムであり、樹脂材料からなる。着色層２６は、コート層２４と接着剤２２との間に配置される。
【００２５】
以上のような構造を有する超音波デバイス１００に着色する手順を説明する。図３（ａ）−（ｃ）は、超音波デバイス１００の着色手順、特にアルミニウム用の下地処理の概要を示す。なお、図３（ａ）を実行する前に、これまでの着色手順のうち、（ｉ）から（ｉｉｉ）は省略され、（ｉｖ）においてケース１０を使用して圧電素子等を組み込んで超音波デバイス１００が組み立てられる。図３（ａ）では、容器６０に、液状の接着剤２２が入れられる。超音波デバイス１００は、ケース１０の表面３０側を接着剤２２に向けて、接着剤２２に近づけられる。
【００２６】
図３（ｂ）では、ケース１０の表面３０および一部側面３６が接着剤２２に一定期間にわたって漬けられる。一部側面３６のサイズは、最終的に転写膜２０を接着すべき部分となるように決められる。図３（ｃ）では、超音波デバイス１００が接着剤２２から出される。このようにして、ケース１０の表面３０および一部側面３６に接着剤２２が塗布される。この後、塗布された接着剤２２に対する乾燥がなされる。
【００２７】
図４（ａ）−（ｄ）は、図３（ａ）−（ｃ）に続く超音波デバイス１００の着色手順の概要を示す。図４（ａ）では、図示しない真空圧空プレス装置内に設置された治具６２の断面が示される。治具６２には、超音波デバイス１００を載置可能な溝部６４が設けられる。なお、複数の溝部６４が設けられてもよい。溝部６４には、超音波デバイス１００が端子１４から嵌め込まれる。嵌め込まれた状態において、ケース１０の表面３０および一部側面３６が治具６２から露出する。これは、接着剤２２が溝部６４から露出することに相当する。
【００２８】
図４（ｂ）では、超音波デバイス１００とは別に、転写膜２０が塗工されたフィルム６６が用意される。フィルム６６は、超音波デバイス１００を載置させた治具６２の上方に配置される。特に、着色層２６側（図示せず）が接着剤２２および治具６２に対向するように配置される。フィルム６６が治具６２の方に下げられることによって、接着剤２２および治具６２に、転写膜２０を塗工したフィルム６６が、転写膜２０側から貼り付けられる。
【００２９】
図４（ｃ）では、ケース１０にフィルム６６を貼り付けた超音波デバイス１００が真空圧空プレス加工される。これにより、接着剤２２および治具６２に転写膜２０が密着する。ケース１０と転写膜２０との間には接着剤２２が配置されているので、密着によって転写膜２０は接着剤２２に接着される。一方、治具６２において溝部６４が設けられてない部分の表面には、離形処理がなされているので、密着によっても転写膜２０は治具６２に接着されない。
【００３０】
図４（ｄ）では、真空圧空プレス加工の終了後、フィルム６６が剥がされる。転写膜２０は、接着剤２２に接着し、治具６２に接着しないので、フィルム６６が剥がされた結果、ケース１０の表面３０および一部側面３６に転写膜２０が残る。
【００３１】
本発明の実施例によれば、転写膜が、表面と一部側面とを覆うので、転写膜を剥がれにくくできる。また、転写膜が剥がれにくくなるので、耐久性を向上できる。また、転写膜が塗工されたフィルムをケースに貼り付け、表面と一部側面とに転写膜を残してフィルムを剥がすので、耐久性を向上できる。また、コート層と着色層とを含む多層構造を有する転写膜をケースに貼り付けるので、ケースに対する塗装を不要にしながら、ケースを着色できる。
【００３２】
また、塗装が不要になるので、塗装膜を均一にできる。また、転写膜を貼り付けるので、材料の無駄を低減できる。また、転写膜を貼り付けるので、材料の粘度を安定化できる。また、フィルムを貼り付けて、真空圧空プレス加工して、フィルムを剥がすだけなので、工程を少なくできる。また、工程が少なくなるので、生産性を向上できる。また、熱硬化工程が不要になるので、圧電素子に対する熱履歴ダメージを低減できる。また、塗装が不要になるので、色を変更する際の洗浄を不要にできる。また、色を変更する際の洗浄が不要になるので、ゴミによる不良、色差不良、強度不良の発生を抑制できる。また、塗装が不要になるので、各塗装剤の廃液処理を不要にできる。
【００３３】
（実施例２）
次に、実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、ケースの表面および一部側面を転写膜が覆う超音波デバイスに関する。実施例２は、実施例１と比較して転写膜の構造が異なる。実施例２に係る超音波デバイス１００は、図１（ａ）−（ｂ）、図２（ａ）と同様のタイプであり、実施例２における着色手順は、図３（ａ）−（ｃ）、図４（ａ）−（ｄ）と同様のタイプである。ここでは、実施例１との差異を中心に説明する。
【００３４】
図５は、本発明の実施例２に係る超音波デバイス１００の構成を示す拡大断面図である。図５は、図２（ｂ）と同様に示される。転写膜２０は、実施例１と同様に多層構造を有する。しかしながら、転写膜２０の多層構造には、コート層２４、着色層２６、接着層２８が含まれる。コート層２４と着色層２６は実施例１と同一である。一方、接着層２８は、着色層２６に対してコート層２４とは反対側に配置される。接着層２８は、接着剤２２に接着されるので、着色層２６の接着剤２２側に配置されるともいえる。接着層２８は、表面荒し型の接着部材であり、接着剤２２とは接着に関して異なった性質を有する。表面荒し型の接着部材は、アルミニウムを接着しにくいが、接着剤２２および着色層２６を強力に接着する。そのため、接着層２８を追加することによって、転写膜２０と接着剤２２との接着力が増加する。
【００３５】
本発明の実施例によれば、互いに接着に関して異なった性質を有した接着層と接着剤を使用するので、接着力をさらに増加できる。また、接着力がさらに増加するので、耐久性を向上できる。
【００３６】
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様の超音波デバイスは、超音波の振動面となる表面と、表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、ケースを覆う転写膜と、転写膜とケースとを接着する接着剤と、ケースに接続される筐体とを備える。転写膜は、コート層と、コート層と接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有し、表面と、表面から連続する側面の一部とを覆う。
【００３７】
この態様によると、転写膜が、表面と、表面から連続する側面の一部とを覆うので、耐久性を向上できる。
【００３８】
転写膜における多層構造では、着色層の接着剤側に接着層が配置され、接着層と接着剤は、接着に関して異なった性質を有してもよい。この場合、互いに接着に関して異なった性質を有した接着層と接着剤を使用するので、接着力をさらに増加できる。
【００３９】
本発明の別の態様は、着色方法である。この方法は、超音波の振動面となる表面と、表面を囲む側面とを有するとともに、金属材料からなるケースと、ケースに接続される筐体とを備える超音波デバイスのケースに対して、表面と、表面から連続する側面の一部とに、接着剤を塗布するステップと、ケースにおいて接着剤を塗布した部分に、転写膜が塗工されたフィルムを転写膜側から貼り付けるステップと、ケースにフィルムを貼り付けた超音波デバイスを真空圧空プレス加工するステップと、フィルムを剥がすステップとを備える。転写膜は、コート層と、コート層と接着剤との間に配置される着色層とを含む多層構造を有する。
【００４０】
この態様によると、転写膜が塗工されたフィルムをケースに貼り付け、表面と、表面から連続する側面の一部とに転写膜を残してフィルムを剥がすので、耐久性を向上できる。
【００４１】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４２】
実施例１、２において、ケース１０はアルミニウムにより形成されている。しかしながらこれに限らず例えば、ケース１０はアルミニウム以外の金属材料によって形成されてもよい。その際、接着剤２２の種類は、金属材料に応じて選択されればよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
【００４３】
本実施例１、２において、接着剤２２は、転写膜２０とは別に構成されている。しかしながらこれに限らず例えば、接着剤２２は、転写膜２０の積層構造に加えられもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ケース、  １２  筐体、  １４  端子、  ２０  転写膜、  ２２  接着剤、  ２４  コート層、  ２６  着色層、  ３０  表面、  ３２  側面、  ３４  裏面、  ３６  一部側面、  ３８  空洞部、  ４０  壁面、  ４２  開口部、  ５０  圧電素子、  ５２  リード線、  １００  超音波デバイス。
【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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