(57)【要約】【課題】超音波トランスデューサにおいて、ケースに対する固定板の位置精度が高く、且つ、ケースと固定板部との間にがたつきが生じ難くする。【解決手段】超音波トランスデューサ１０はケース１と固定部材３と圧電体２とを備える。ケース１は主軸方向の端部が閉塞した有底筒状である。圧電体２はケース１の底面部に主軸方向の逆方向から接合された状態でケース１に収容される。固定部材３はケース１に主軸方向の逆方向から３点で接触する状態でケース１に収容される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸方向の端部が閉塞した有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面部に形成される圧電体と、
前記ケースの内底面部から離間して配置され、前記ケースに主軸方向の逆方向から３点で接触する状態で前記ケースに収容される固定部材と、
を備える超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記ケースは、固定部材を保持する保持部を内部に備え、
前記固定部材は、先端に返し部が設けられた係止爪を主軸方向の主面に備え、主軸方向の逆方向から前記保持部に接触するとともに、前記返し部が主軸方向から前記保持部に接触する、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記ケースに収容される吸音部材を備え、前記固定部材は、前記吸音部材を支持する受け部を備えた、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電体を駆動することで超音波の送信または受信を行う超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波トランスデューサとして、圧電体や吸音部材、弾性材などをケース内に挿入し、外部接続端子である金属ピンを固定板に固定し、固定板を弾性材に接触させた状態でケースに固定するものがある（例えば、特許文献１参照。）。またケース内部に設けた段部に固定板を接触させて、固定板の位置決めを行うものがある。
【０００３】
図１は、従来の超音波トランスデューサの構成例を説明する断面図である。
超音波トランスデューサ１００はケース１０１、圧電体１０２、固定板１０３、充填剤１０４、および金属ピン１０５を備える。
【０００４】
圧電体１０２はケース１０１の内底面に接着剤（不図示）で接着される。ケース１０１は有底筒状である。電気信号を外部へ伝達する外部接続端子金属ピン１０５を固定するための固定板１０３はケース１０１の筒内部に挿入され、ケース１０１の内径が部分的に小さい段部１０１Ａに接触して位置決めされる。充填剤１０４は、ケース１０１の固定板１０３よりも外側の空間に充填され、固定板１０３をケース１０１に固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１３４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波トランスデューサでは、ケースの内底面と固定板との間の内側空間で音波の多重反射が生じる。多重反射に伴い音波は減衰していくが、音波の残響時間が長ければ、超音波トランスデューサの送信波の波形が残響により鈍ったり、受信波が残響に隠れたりして問題となる。超音波トランスデューサの残響特性は内側空間の形状に大きな影響を受け、残響特性を安定化するにはケースの内底面と固定板との間の距離や平行度を高精度に設定することが要求される。また外部接続端子のセット基板への実装性の面からも、外部接続端子および固定板には高い位置精度が要求される。
【０００７】
上述の従来構成では、ケース内周に沿って設けられた段部全体に固定板が接触して固定板が位置決めされる。このため、段部および固定板それぞれの接触面における平面度のわずかな狂いが、ケースに対する固定板の位置精度を低下させ、ケースと固定板部との間にがたつきが生じ易くなるなどの影響を与え、残響特性の低下を招来する。
【０００８】
本願発明の目的は、ケースに対する固定板の位置精度が高く、且つ、ケースと固定板部との間にがたつきが生じ難い超音波トランスデューサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の超音波トランスデューサはケースと固定部材と圧電体とを備える。ケースは主軸方向の端部が閉塞した有底筒状である。圧電体はケースの内底面部に形成される。固定部材はケースの内底面部から離間して配置され、ケースに対して主軸方向の逆方向から３点で接触する状態でケースに収容される。
この構成では、固定部材が３点で支持されるので、従来のように接触面全体の平面度を高めなくても、接触部分の形状精度を高めることでケースに対する固定板の位置精度を高められる。樹脂成型などによる固定部材やケースなどの成形時には、接触部分の形状精度を高めることは接触面の平面度を高めることよりも容易である。また、固定部材におけるケースとの３点の接触位置は面接触時のようにずれることがなく、ケース内での固定部材のがたつきを抑制できる。
【００１０】
この発明のケースは、固定部材を保持する保持部を備え、固定部材は、先端に返し部が設けられた係止爪を主軸方向の主面に備え、主軸方向の逆方向から前記保持部に接触するとともに返し部が主軸方向から前記保持部に接触すると好適である。
この構成では、係止爪により、主軸方向の逆方向への固定部材の浮き上がりを規制でき、固定部材の位置精度をさらに高められ、ケース内での固定部材のがたつきを抑制できる。
【００１１】
この発明の超音波トランスデューサは、ケースに収容される吸音部材を備え、固定部材は、吸音部材を支持する受け部を備えると好適である。
この構成では、吸音部材がケース内部の空洞における残響を抑制し、この吸音部材の位置精度も残響特性に影響を与える。そのため、高い位置精度の固定部材によって吸音部材を位置決めさせることで、吸音部材の位置精度も高まり残響特性の安定性を高められる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、固定部材が３点で支持されるため、面接触時のように接触面の平面度を高めることなく接触部分の形状精度を高めることで、ケースに対する固定板の位置精度を高められる。したがって、固定部材やケースの成形時の精度管理が容易になる。また、固定部材はケースに対して３点で接触するため、ケース内での固定部材のがたつきを無くすことができる。これにより、残響特性の安定性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来構成の超音波トランスデューサの構成例を示す概略の図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成例を示す概略の図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成例を示す概略の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１０について説明する。
【００１５】
図２（Ａ）は超音波トランスデューサ１０の直交座標系X-Z面の中心断面図であり、図２（Ｂ）は超音波トランスデューサ１０の直交座標系Y-Z面の中心断面図である。
超音波トランスデューサ１０は、ケース１、圧電体２、固定部材３、充填剤４、外部接続端子５、導電性接着剤６、内部配線７、および、吸音部材８を備える。
【００１６】
この超音波トランスデューサ１０を送波器として利用する際には、外部接続端子５に駆動信号を印加することで、圧電体２がX-Y面で広がり振動し、ケース１の底面にZ軸に沿ったベンディング振動が励起して超音波を送波する。受波器として利用する際には、ケース１の底面が超音波を受波してZ軸に沿って振動することで、圧電体２が広がり振動して外部接続端子５に受波信号が生じる。
【００１７】
ケース１は、Z軸正方向を主軸方向とする有底筒状であり、Z軸正方向の端部が閉塞する。ケース１の筒内部には、固定部材３を保持するための保持部１Ａを備える。保持部１ＡはX-Y面でケース中心軸方向に突出する。
圧電体２はZ軸に沿った分極軸を有し、ケース１の内底面に接着剤（不図示）で接着されている。固定部材３はケース１の筒内部に収容されていて、Z軸正方向の主面に突起部３Ａ〜３Ｃと係止爪３Ｄ，３Ｅと受け部３Ｆとが設けられている。突起部３Ａ〜３Ｃは保持部１ＡのZ軸負方向の主面に接触する。係止爪３Ｄ，３Ｅは先端に返し部が設けられていて、返し部が保持部１ＡのZ軸正方向の主面に接触する。これにより、突起部３Ａ〜３Ｃと係止爪３Ｄ，３Ｅとが保持部１Ａを挟持し、固定部材３はケース１に対して位置決めされる。充填剤４は、ケース１の筒内部における固定部材３よりもZ軸負方向の空間に充填される。外部接続端子５はZ軸正方向の端部が固定部材３に挿入および固定され、Z軸負方向の端部がケース１の筒内部から突出する。吸音部材８はフェルトなどからなり、Z軸正方向の主面が受け部３Ｆに接触しZ軸負方向の面が充填剤４に接触して支持される。内部配線７は外部接続端子５と圧電体２とを導通させる。導電性接着剤６は、内部配線７と圧電体２とを接続する。
【００１８】
以上の構成では、突起部３Ａ〜３Ｃの形状精度を高めることで、固定部材３の位置精度を高めることができる。また、固定部材３において突起部３Ａ〜３ＣのみがZ軸正方向からケース１に接触して固定部材３が位置決めされるので、ケース１内での固定部材３のぐらつきを抑制できる。係止爪３Ｄ，３ＥがZ軸負方向からケース１に接触して固定部材３の浮き上がりを抑制できる。これらの構成によって、超音波トランスデューサ１０のケース内底面と固定部材との間の空間形状が安定し、残響特性も安定したものになる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサ２０を説明する。
【００２０】
図３（Ａ）は、超音波トランスデューサ２０における直交座標系Y-Z面の断面図である。図３（B）は、超音波トランスデューサ２０の備える固定部材１３の斜視図である。
【００２１】
超音波トランスデューサ２０は、上部カバー１１、圧電体１２、固定部材１３、ウェイト１４、外部接続端子１５、ワッシャ１６、バネ状金属端子１７Ａ，１７Ｂ、吸音部材１８Ａ，１８Ｂ、および充填剤１９を備える。
【００２２】
この超音波トランスデューサ２０を送波器として利用する際には、外部接続端子１５に駆動信号を印加することで、圧電体１２がX-Y面で広がり振動する。すると、上部カバー１１の底面にZ軸に沿ったベンディング振動が励起して超音波を送波する。受波器として利用する際には、上部カバー１１の底面が超音波を受波して振動することで、圧電体１２が広がり振動して外部接続端子１５に受波信号が生じる。
【００２３】
上部カバー１１はZ軸正方向の端部が閉塞する有底筒状である。ウェイト１４は中心軸がZ軸に沿う筒状であり、Z軸正方向の端部が上部カバー１１の筒内に挿入および嵌合される。このウェイト１４は固定部材１３を保持するための保持部１４Ａと、ワッシャ１６を配置するための凹部１４Ｂとを備える。保持部１４Ａは、X-Y面でケース中心軸方向に突出する。これらの上部カバー１１およびウェイト１４は組み合わされて有底筒状のケースを構成する。なお、上部カバー１１はケースの内底面部に相当する。ワッシャ１６は開口を備える平板であり、ウェイト１４の凹部１４Ｂに挿入される。
【００２４】
上部カバー１１は例えばアルミニウムなどの金属材料が使用され、ウェイト１４は例えば亜鉛や鉄、ステンレスなど、前記上部カバー１１に用いられた材料よりも比重の高い金属材料が使用されることが好ましい。上部カバー１１の作製には、予め高分子ポリエステル塗装された板材の絞り加工や鍛造といった方法を用いることで塗装品質向上やコスト削減が可能となる。また上部カバー１１とウェイト１４とは溶接、熱圧着、かしめ、接着、嵌合などの方法で接続されるが、例えば接着嵌合の場合にはウェイト１４の表面はメッキ、プライマーコーティングを行うことで耐食性の向上を図ってもよい。またウェイト１４の表面をサンドブラスト処理することにより接着性向上を図ってもよい。また、図示しないが、ウェイトのZ軸正方向のヘッド部分にRやテーパを設けることで嵌合のしやすさを改善してもよい。なお、ウェイト１４の表面に施されるメッキの種類には銅下地ニッケル、または上部カバー１１との間で異種金属接触腐食が起こりにくい材料、例えばクロムやスズ系が適している。ウェイト１４のZ軸負方向側には組み立て時の搬送用チャッキングや実装後の抜け防止のためにフランジ部を設けてもよい。このフランジ部は、ウェイト１４の開口と同心円状の円形状でもよいし、多角形状としてもよい。また、ウェイト１４はZ軸方向もしくはX-Y軸方向に2ピース構造等、複数ピースに分割してもよい。ウェイト１４はバネ状金属端子１７Ｂを介してグランド電極に接続されるが、その他の接続方法として溶接、熱圧着、かしめ、接着等、種々の方法を用いてもよい。
【００２５】
充填剤１９は、ウェイト１４の筒内部における固定部材１３及び吸音部材１８ＡよりもZ軸負方向の空間に充填される。
【００２６】
圧電体１２はZ軸正方向に沿った分極軸を有し、上部カバー１１の内底面に接着剤で接合される。圧電体１２の駆動電極（不図示）は、バネ状金属端子１７Ａ，１７Ｂを介して外部接続端子１５に接続される。
【００２７】
図３（Ｂ）に詳細構成を示す固定部材１３は、上部ベース１３Ａ、下部ベース１３Ｂ、端子保持部１３Ｃ、突起部２１Ａ〜２１Ｃ、係止爪２２Ａ，２２Ｂ、および受け部２３Ａ，２３Ｂを備える。下部ベース１３Ｂは一部に欠けのある略円板状である。上部ベース１３Ａは下部ベース１３ＢよりもX-Y面での外形が小さな略角板状であり、下部ベース１３ＢのZ軸正方向に設けられる。端子保持部１３Ｃは下部ベース１３Ｂおよび上部ベース１３ＡよりもX-Y面での外形が小さい角柱状であり、下部ベース１３ＢのZ軸負方向に設けられる。これら上部ベース１３Ａ、下部ベース１３Ｂ、および端子保持部１３ＣのX-Y面での中心は略一致する。
【００２８】
突起部２１Ａ〜２１Ｃは下部ベース１３ＢにおけるZ軸正方向の主面の外周付近の３点に設ける。係止爪２２Ａ，２２Ｂは下部ベース１３ＢにおけるZ軸正方向の主面の上部ベース１３Ａとの接続部付近から、先端が上部ベース１３ＡよりもZ軸正方向の位置へ突出するように設け、Z軸正方向の先端に返し部を備える。受け部２３Ａ，２３Ｂは、Y軸正方向に延びる三角柱状であり、上部ベース１３ＡのZ軸正方向の主面に設ける。
【００２９】
この固定部材１３はウェイト１４の筒内に収容され、突起部２１Ａ〜２１Ｃの先端が保持部１４ＡのZ軸負方向の主面に接触して、ウェイト１４に対して位置決めされる。係止爪２２Ａ，２２Ｂは、保持部１４ＡよりもZ軸正方向の位置へ挿入され、返し部が保持部１４ＡのZ軸正方向の主面に接触する。これにより、突起部２１Ａ〜２１Ｃと係止爪２２Ａ，２２Ｂとが保持部１４Ａを挟持する。端子保持部１３Ｃは、ワッシャ１６の開口内を通過してZ軸負方向に突出する。
【００３０】
外部接続端子１５はZ軸正方向の端部が固定部材１３の端子保持部１３Ｃに挿入および固定され、Z軸負方向の端部が固定部材１３から突出する。吸音部材１８ＡはZ軸正方向の主面が受け部２３Ａ，２３Ｂに接触し、Z軸負方向の主面が固定部材１３の下部ベース１３Ｂに接触して支持される。吸音部材１８ＢはZ軸負方向の主面が固定部材１３の上部ベース１３Ａに接着される。
【００３１】
このような構成でも、固定部材１３はケースに対して３点で接触し、位置決めがなされる。また、固定部材１３は、係止爪２２Ａ，２２Ｂの返し部と保持部１４Ａとの接触によって、Z軸負方向への浮き上がりが防がれる。したがって、突起部２１Ａ〜２１Ｃの形状精度を高めることで、固定部材１３の位置精度を高めることができる。突起部２１Ａ〜２１Ｃによる３点による支持であれば、ケース内で固定部材１３のぐらつきを無くすことができる。さらには、吸音部材１８Ａ，１８Ｂが固定部材１３に接触して位置決めされるので、吸音部材１８Ａ，１８Ｂの位置精度を高めることもできる。したがってこの超音波トランスデューサ２０のケース内部空間の形状精度が高まり、残響特性が改善される。
【符号の説明】
【００３２】
１０，２０…超音波トランスデューサ
１…ケース
２，１２…圧電体
３，１３…固定部材
３Ａ，２１Ａ…突起部
３Ｄ，３Ｅ，２２Ａ，２２Ｂ…係止爪
３Ｆ，２３Ａ，２３Ｂ…受け部
１３Ａ…上部ベース
１３Ｂ…下部ベース
１３Ｃ…端子保持部
４，１９…充填剤
５，１５…外部接続端子
６…導電性接着剤
７…内部配線
８，１８Ａ，１８Ｂ…吸音部材
１１…上部カバー
１４…ウェイト
１Ａ，１４Ａ…保持部
１４Ｂ…凹部
１６…ワッシャ
１７Ａ，１７Ｂ…バネ状金属端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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