(57)【要約】【課題】  主要構成要素である整合層と振動子あるいは振動ＣＡＮとを音響特性を低下させることなく接合する超音波センサの製造方法を提供する。【解決手段】  整合層４と振動ＣＡＮ５と振動子６とを互いの接合面に熱硬化性接着剤を塗布して重ね合わせた複数の接合要素積層体１をヒータ３上に並列配置し、ピストンの下面に低硬度の弾性体２を取り付けたエアシリンダピストン１１を下降させて弾性体２を介して接合要素積層体１を加圧しながらヒータ３により加熱する。弾性体２を介した加圧により接合面に塗布された接着剤は均一厚さの薄膜状に押し広げられて熱硬化するので、接合要素は密着した状態に一体化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数組の振動子と整合層又は振動子と振動ＣＡＮと整合層とを互いの平坦な接合面で接着剤により接合して超音波センサに組み立てる超音波センサの製造方法であって、前記振動子と整合層又は振動子と振動ＣＡＮと整合層とを、それらを接合する接合面に熱硬化性の接着剤を塗布して重ね合わせた接合要素積層体を複数個並列配置し、複数の接合要素積層体それぞれの接合面と直交する方向から圧力変形体を介して加圧手段によって加圧しながら加熱して接着剤を硬化させ、複数個の超音波センサを同時に組み立てることを特徴とする超音波センサの製造方法。
【請求項２】
圧力変形体は、低硬度の弾性体である請求項１に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項３】
圧力変形体は、弾性変形する膜状体である請求項１に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項４】
圧力変形体は、加熱により可撓性を示す膜状体である請求項１に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項５】
加圧手段は、エアシリンダである請求項１〜４いずれか一項に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項６】
加圧手段は、空気圧である請求項１〜４いずれか一項に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項７】
接合要素積層体を真空チャンバ内に配置して加圧及び加熱する請求項１〜６いずれか一項に記載の超音波センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要構成要素である振動子と整合層又は振動子、整合層、振動ＣＡＮを接合してなる超音波センサの製造方法に関し、特に前記主要構成要素を音響特性が損なわれないように接合し、且つ複数個を同時に組み立てることを可能とした超音波センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波超音波センサあるいは空中超音波センサと称される比較的高い周波数の超音波領域で使用される超音波センサでは、空気の音響インピーダンスとのマッチングを図るために整合層が振動子あるいは振動ＣＡＮに接合される。
【０００３】
整合層を振動子又は振動ＣＡＮに接合する従来技術として、整合層と振動子又は振動ＣＡＮとを樹脂モールドにより一体化する組み立て方法が知られているが、樹脂モールドによって一体化して整合層と振動子とを密着させているため、熱影響により熱膨張係数が異なる整合層と振動子との接合面に隙間が生じやすく、密着性低下による音響伝播特性の劣化が著しい課題があった。
【０００４】
整合層は接着剤により振動子あるいは振動ＣＡＮに接合するのが確実であるが、接着剤層が音響伝播の経路となるため、超音波振動の伝播が損なわれたり、不要振動の発生などが生じないように、接着剤層は均一に薄膜化された状態に形成する必要がある。
【０００５】
薄膜化された接着剤層により振動子を振動ケースに接合して超音波センサを組み立てる製造方法として、振動ケースの内部に接着剤を塗布し、その上に振動子を載せ、摩擦抵抗を有する弾性体で振動子に所定の力を加えながら所定運動させることにより、振動子の接着面全体に接着剤を広げた後、加圧手段により振動子を振動ケースに押し付けた状態で接着剤を硬化させるものが知られている（特許文献１参照）。前記弾性体から振動子に加える所定運動は、偏心運動、回転運動、往復運動及び才差運動のいずれか１つ、あるいは複数の運動を組み合わせて行うことにより、接着面の中央に微小量の１点塗布された接着剤が押し広げられて薄膜化された接着剤層となる。本従来技術では、すり回し工法により複数の運動が得られるようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１８８７９９号公報（第３〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術においては振動子に圧力を加えた状態で所定運動が加えられるので、振動子が破損したり振動子の表面に形成された電極膜が剥離するなどの振動子の機能低下が生じる恐れがある。
【０００７】
本発明が目的とするところは、振動子に損傷を生じさせることなく整合層を接合し、且つ複数個を同時に組み立てることを可能とした超音波センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、複数組の振動子と整合層又は振動子と振動ＣＡＮと整合層とを互いの平坦な接合面で接着剤により接合して超音波センサに組み立てる超音波センサの製造方法であって、前記振動子と整合層又は振動子と振動ＣＡＮと整合層とを、それらを接合する接合面に膜状に熱硬化性の接着剤を塗布して重ね合わせた接合要素積層体を複数個並列配置し、複数の接合要素積層体それぞれの接合面と直交する方向から圧力変形体を介して加圧手段によって加圧しながら加熱して接着剤を硬化させ、複数個の超音波センサを同時に組み立てることを特徴とする。
【０００９】
上記製造方法によれば、並列配置された接合要素積層体には接合面と直交する方向から圧力変形体を介して加圧されるので、複数の接合要素積層体それぞれに均等な圧力が加わり、接合面に塗布された接着剤は接合面に薄膜状に押し広げられ、加熱により硬化すると積み重ねられた接合要素は均等厚さの接着剤層により密着した状態に接合されるので、接着剤層の不均一になることに起因する音響特性の低下を来すことなく複数個の超音波センサを同時に製造することができる。
【００１０】
上記製造方法において、圧力変形体は、低硬度の弾性体あるいは弾性変形する膜状体で構成すると、接合要素積層体に当接した部分は変形して接合面に均等な加圧を加えることができる。また、加熱により可撓性を示す膜状体を用いると、接着剤を硬化させる加熱により膜状体は加熱により撓む状態となり、接合要素積層体に当接した部分が撓んで接合要素接合体を均等圧力で加圧するので、接合面にある接着剤は均等厚さに展伸される。
【００１１】
また、加圧手段は、エアシリンダや空気圧を適用することが好適で、圧力変形体の各部位に均等加圧することができる。
【００１２】
また、接合要素積層体を真空チャンバ内に配置して加圧及び加熱することが好ましく、接着剤中に含まれた空気を効果的に排除して接着剤を厚さむらがない状態に薄膜化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、振動子と整合層又は振動子と整合層と振動ＣＡＮを均等厚さに薄膜化された接着剤層で接合することができるので、接着剤層が音響特性を低下させることがなく、性能が安定した超音波センサを複数個同時に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、第１の実施形態に係る超音波センサの製造方法を示すもので、整合層４と振動ＣＡＮ５と振動子６とを接合して構成された超音波センサを複数個同時に製造する構成を示している。
【００１５】
整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６の互いに接合する接合面には、スクリーン印刷等の手法により熱硬化性の接着剤を均等厚さに塗布し、図示するように重ね合わせた接合要素積層体１の状態にしてヒータ３上に複数個を配列する。この配列された複数個の接合要素積層体１それぞれの接合面と直交する方向から複数個の接合要素積層体１に当接する当接面に低硬度の弾性体（圧力変形体）２が取り付けられたエアシリンダピストン１１を複数個の接合要素積層体１上に下降させ、所定圧力で加圧すると共に前記ヒータ３に通電して複数個の接合要素積層体１を所定温度に加熱する。
【００１６】
エアシリンダピストン１１に取り付けられた弾性体２は低硬度であるため、エアシリンダピストン１１により加圧されると、各接合要素積層体１に当接した部位が圧縮されて弾性変形するので、複数個の接合要素積層体１の高さ寸法にバラツキがあっても各接合要素積層体１の接合面には均等な加圧力が加えられる。接合面に塗布された接着剤は、スクリーン印刷によって均等厚さに塗布されても、厳密にはスクリーンのメッシュ形状に凹凸が残っているが、これに加圧が加えられると接着剤は接合面に薄膜状に押し広げられ、薄膜状の接着剤層が硬化すると、整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６の間は均一厚さの接着剤によって接合される。
【００１７】
上記製造方法により接合要素積層体１が接合されて組み立てられた超音波センサは、空気中を伝播してきた超音波を整合層４により空気の音響インピーダンスと整合された状態で振動ＣＡＮ５に超音波振動が伝えられ、その超音波振動は振動子６に伝えられて振動検出される。このとき、整合層４と振動ＣＡＮ５との間及び振動ＣＡＮ５と振動子６との間の接合面には接着剤層が介在するが、それが上記製造方法により均一厚さの薄膜化された状態となっているので、超音波の伝播に影響を与えることが少なく、音響特性を低下させることがないので、高品質の超音波センサを品質にバラツキを生じさせることなく製造することができる。
【００１８】
図２は、第２の実施形態に係る超音波センサの製造方法を示すもので、第１の実施形態と同一構成の接合要素積層体１の整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６を互いの接合面で接合する構成を示している。
【００１９】
本構成においては、整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６それぞれの接合面にスクリーン印刷等により接着剤を塗布して積み重ねられた複数個の接合要素積層体１はヒータ３を内装した真空チャンバ９内の前記ヒータ３上に並列配置される。接合要素積層体１を収容した真空チャンバ９上に下面に低硬度の弾性体２が取り付けられた高圧チャンバ７を下降させると、前記弾性体２は各接合要素積層体１に当接すると共に、高圧チャンバ７は真空チャンバ９の接合要素積層体１の収容空間１０を閉じて密閉状態にする。真空チャンバ９の収容空間１０内から真空排気して収容空間１０内を所定の真空度にすると共に、高圧チャンバ７内に所定圧力の空気圧が加えられる。高圧チャンバ７から加えられる空気圧により弾性体２は下面に当接する接合要素積層体１を加圧するので、低硬度の弾性体２は接合要素積層体１に当接する部位で弾性変形し、接合要素積層体１にはその接合面に直交する方向から加圧が加えられ、接合面に塗布された接着剤は薄膜状に押し広げられる。この加圧が加えられた状態でヒータ３により加熱されることにより、熱硬化性接着剤は硬化するので、整合層４、振動ＣＡＮ５，振動子６は薄膜化された接着剤によって一体に接合される。
【００２０】
上記構成では、真空チャンバ９内で接合要素積層体１に加圧と加熱が加えられるので、接着剤からの脱泡が促進され接着剤に含まれた空気が抜けやすく、気泡を含んだ状態で接着剤が硬化することがなく、均一厚さに薄膜化された接着剤層により整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６が接合される。
【００２１】
図３は、第３の実施形態に係る超音波センサの製造方法を示すもので、前述した第２の実施形態の構成における弾性体２に代えて圧力変形自在のフィルム（圧力変形体）１２を高圧チャンバ７の下面に取り付けた構成を示している。
【００２２】
整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６それぞれの接合面にスクリーン印刷等により熱硬化性の接着剤を塗布して積み重ねられた複数個の接合要素積層体１をヒータ３上に配列し、その上に下面にフィルム（膜状体）１２を取り付けた高圧チャンバ（図２参照）７を下降させ、接合要素積層体１の整合層４にフィルム１２が当接した状態とし、高圧チャンバ７から所定圧力の空気圧を印加すると、図示するように圧力変形自在のフィルム１２は変形し、接合要素積層体１にはその接合面に均等な圧力が加わる。この加圧状態でヒータ３により加熱されると、加圧により均一な厚さに薄膜化された接着剤は硬化するので、整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６は互いに密着した状態に接合される。
【００２３】
本構成においても複数個の接合要素積層体１は、図２に示したようにヒータ３を内装した真空チャンバ９内に並列配置して、真空チャンバ９の収容空間１０内から真空排気して高圧チャンバ７から加えられる空気圧により加圧すると、接着剤からの脱泡が促進され接着剤に含まれた空気が抜けやすく、気泡を含んだ状態で接着剤が硬化することがなく、均一厚さに薄膜化された接着剤層により整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６が接合される。
【００２４】
図４は、第４の実施形態に係る超音波センサの製造方法を示すもので、接合要素積層体１に当接する部位に空洞１１ａが形成され、空洞１１ａを閉じるように熱可撓性フィルム（圧力変形体／膜状体）１３を取り付けたエアシリンダピストン１１によって接合要素積層体１を加圧するように構成している。
【００２５】
ヒータ３上に配列された複数の接合要素積層体１をヒータ３により所定温度に加熱しながらエアシリンダピストン１１を下降させると、熱可撓性フィルム１３は加熱と加圧により変形し、接合要素積層体１には接合面と直交する方向に圧力が加わるので、接合面に塗布された熱硬化性の接着剤は均一厚さの薄膜化され、加熱によって硬化すると、整合層４、振動ＣＡＮ５、振動子６の間は密着した状態に接合される。
【００２６】
本構成においても複数個の接合要素積層体１は、図２に示したようにヒータ３を内装した真空チャンバ９内に並列配置して、真空チャンバ９の収容空間１０内から真空排気してエアシリンダピストン１１により加圧するように構成すると、接着剤からの脱泡が促進され接着剤に含まれた空気が抜けやすく、ヒータ３による加熱が効率よくなされるので、熱可撓性フィルム１３が熱変形する状態が得やすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上の説明の通り本発明によれば、振動子と整合層又は振動子と整合層と振動ＣＡＮを均等厚さに薄膜化された接着剤層で接合することができるので、接着剤層が音響特性を低下させることがなく、性能が安定した超音波センサを複数個同時に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態に係る超音波センサの製造方法を説明する模式図。
【図２】第２の実施形態に係る超音波センサの製造方法を説明する模式図。
【図３】第３の実施形態に係る超音波センサの製造方法を説明する模式図。
【図４】第４の実施形態に係る超音波センサの製造方法を説明する模式図。
【符号の説明】
【００２９】
１  接合要素積層体
２  弾性体（圧力変形体）
３  ヒータ
４  整合層
５  振動ＣＡＮ
６  振動子
７  高圧チャンバ
９  真空チャンバ
１１  エアシリンダピストン（加圧手段）
１２  フィルム（圧力変形体／膜状体）
１３  熱可撓性フィルム（圧力変形体／膜状体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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