(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と金属とを接着剤で貼り合わせてなる圧電振動体、および
前記圧電振動体に固着される漏斗状の共振子を含む超音波トランスジューサであって、
前記接着剤は前記圧電体よりも大きい線膨張係数を有し、かつ、前記金属は前記圧電体よりも小さい線膨張係数を有する、超音波トランスジューサ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波トランスジューサを備えた、電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はたとえば超音波センサなどの電子部品の要素として用いられる超音波トランスジューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば実開平３−５９７９８号公報に開示されているように、圧電振動体の節点近傍に円錐漏斗状の共振子を固着して形成された超音波トランスジューサがある。この圧電振動体は、圧電体板と金属板とを接着剤で貼り合わせてなるものである。圧電体としては、たとえば圧電セラミックスが用いられ、金属としてはたとえば４２アロイが用いられ、接着剤としてはたとえばエポキシ系接着剤が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４２アロイの線膨張係数は、一般的に圧電セラミックスの線膨張係数よりも大きい。また、合成樹脂を主成分とする接着剤の線膨張係数は、一般的に４２アロイなどの金属や圧電セラミックスなどの圧電体よりもさらに大きい。そのため、これらの材料を貼り合わせてなる従来の圧電振動体は、圧電セラミックスの一方面側が一方向に大きく伸びようとするので、温度変化した際に厚み方向の一方に反ろうとする応力が圧電セラミックスに加わりやすく、その結果、温度変化の際の共振周波数変化が大きくなりやすかった。圧電振動体の温度による共振周波数変化が大きいと、該圧電振動体を用いた超音波トランスジューサの温度−感度変化特性や温度−音圧変化特性が悪化する不都合がある。
【０００４】
それゆえに、本願発明の主たる目的は、温度−感度特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トランスジューサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明にかかる超音波トランスジューサは、圧電体と金属とを接着剤で貼り合わせてなる圧電振動体と、圧電振動体に固着される漏斗状の共振子とを含む超音波トランスジューサであって、接着剤は圧電体よりも大きい線膨張係数を有し、かつ、金属は圧電体よりも小さい線膨張係数を有するものである。また、この超音波トランスジューサは電子部品の要素として用いることができる。
本願発明にかかる超音波トランスジューサでは、圧電体よりも線膨張係数の大きい接着剤で、該圧電体と該圧電体よりも線膨張係数の小さい金属とを一体に貼り合わしてなることにより、温度変化による接着剤の伸びが金属によって抑制され、結果として圧電体を反らそうとする応力が低減される。この結果、超音波トランスジューサの温度による周波数変化量が低減され、温度−感度特性や温度−音圧変化特性が改善される。
【０００６】
本願発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本願発明にかかる超音波トランスジューサは、障害物探知などのための超音波センサや医療用エコー装置などの電子部品の要素として用いることができるが、以下に超音波センサに用いた実施例を説明する。
【０００８】
図１は本願発明にかかる超音波トランスジューサを用いた超音波センサの一実施例を示す断面図解図である。
この超音波センサ１０はベース部材１２を含む。ベース部材１２はたとえば合成樹脂などの絶縁材料から形成される。ベース部材１２上には圧電振動体の振動をできるだけ妨げないようにするための緩衝材１４を介して超音波トランスジューサ１６が固定される。緩衝材１４としては、たとえばシリコーン樹脂が用いられる。
【０００９】
超音波トランスジューサ１６は、圧電振動体２４を含む。圧電振動体２４は、圧電体板１８と金属板２０とを接着剤２２で貼り合わせてなるものである。圧電体板１８は、たとえば圧電セラミックスで形成される。金属板２０は、圧電体板１８の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する金属で形成される。かかる金属としては、たとえばインバーなどが選択される。接着剤２２としては、一般的な合成樹脂系接着剤を用いることができ、たとえばエポキシ系接着剤を用いることができる。さらに、金属板２０には円錐漏斗状の共振子（ホーン）２６が圧電振動体２４の節点近傍に固着される。
【００１０】
ベース部材１２には入出力端子２８ａ，２８ｂが取り付けられる。一方の入出力端子２８ａはリード線を介して金属板２０に電気的に接続され、他方の入出力端子２８ｂはリード線を介して圧電体板１８に接続される。さらに、ベース部材１２上には超音波トランスジューサ１６を保護するためのカバー部材３０が取り付けられる。
【００１１】
図２は、圧電振動体の温度と共振周波数変化量との関係を示すグラフである。図２において、本願実施例とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に加工し、該セラミックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃のエポキシ系接着剤で線膨張係数１．２ｐｐｍ／℃、直径８．４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状のインバーに貼り付けてなる圧電振動体２４である。
また、セラミックス単体とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に加工してなるものである。
さらに、従来例とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に加工し、該セラミックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃のエポキシ系接着剤で線膨張係数４．０〜４．７ｐｐｍ／℃、直径８．４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状の４２アロイに貼り付けてなる圧電振動体である。
【００１２】
図２から明らかなように、１１０℃においてセラミックス単体の共振周波数の変化量は−１％であるが、金属板として４２アロイを用いた従来例の圧電振動体の共振周波数の変化量は−２％という大きな値を示す。これは、圧電セラミックス板の線膨張係数（２．０ｐｐｍ／℃）よりも４２アロイの線膨張係数（４．０〜４．７ｐｐｍ／℃）の方が大きいことに加えて、エポキシ系接着剤が４２アロイよりもさらに１ケタ大きい線膨張係数（６０ｐｐｍ／℃）を有することの影響であると考えられる。
それに対して本願実施例の圧電振動体２４の１１０℃における共振周波数変化量は、−１．５％であり、従来例の圧電振動体よりも共振周波数変化量が低減される。これは本願実施例の圧電振動体２４では、温度変化時のエポキシ系接着剤の伸びが圧電セラミックスよりも線膨張係数の小さいインバーによって抑制され、結果として圧電セラミックスを反らそうとする応力が低減されるからであると考えられる。
【００１３】
図３は超音波センサの温度と感度変化との関係を示すグラフである。図３において、本願実施例とは、図２のデータを測定するために用いた上述の本願実施例の圧電振動体２４を用いた超音波トランスジューサ１６を備えた超音波センサ１０である。一方、従来例とは、図２のデータを測定するために用いた上述の従来例の圧電振動体を用いた超音波センサである。図３から明らかなように、本願実施例の超音波センサ１０は従来例の超音波センサに比べて、たとえば１１０℃で感度変化が２ｄＢ改善される。
【００１４】
図４は超音波センサの温度と音圧変化との関係を示すグラフである。図４において、本願実施例および比較例とはそれぞれ図３のデータを測定するために用いたものと同じである。図４から明らかなように、本願実施例の超音波センサ１０は従来例の超音波センサに比べて、たとえば１１０℃で音圧変化が２ｄＢ改善される。
【００１５】
【発明の効果】
本願発明によれば、温度変化による圧電振動体の共振周波数変化が低減されるので、温度−感度特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トランスジューサおよびそれを備えた超音波センサなどの電子部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明にかかる超音波トランスジューサを用いた超音波センサの一例を示す断面図解図である。
【図２】圧電振動体の温度と共振周波数変化量との関係を示すグラフである。
【図３】超音波センサの温度と感度変化との関係を示すグラフである。
【図４】超音波センサの温度と音圧変化との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  超音波センサ
１２  ベース部材
１４  緩衝材
１６  超音波トランスジューサ
１８  圧電体板
２０  金属板
２２  接着剤
２４  圧電振動体
２６  共振子
２８ａ，２８ｂ  入出力端子
３０  カバー部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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