(57)【要約】【課題】誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成された電極パターンとを有する圧電素子及びそれを用いた超音波装置に関し、小さいスペースで、安定した特性が得られる圧電素子及びそれを用いた超音波装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、誘電体基板（１３１）と、誘電体基板（１３１)表面に形成された電極パターン（１３２、１３３）とを有する圧電素子において、電極パターン（１３２）の内側の一部に半田付け用のランドパターン（１３４）を有することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成された電極パターンとを有する圧電素子において、
前記電極パターンの内側の一部に半田付け用のランドパターンを有することを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記半田付け用のランドパターンは、その周縁部の一部が前記電極パターンに接続され、他が前記電極パターンから絶縁されたパターンであることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
【請求項３】
前記半田付け用ランドパターンは、略円形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の圧電素子を有する超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電素子及びそれを用いた超音波装置に係り、特に、誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成された電極パターンとを有する圧電素子及びそれを用いた超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、超音波センサにおいて振動−電気の互換変換を行なう重要部品である。圧電素子はセラミックの強誘電体の結晶の両端に銀電極を塗布し、高電圧をかけて分極処理をして生成されたもので、送受信兼用超音波センサにおいてはこの素子を有底筒状のアルミケース底面に貼り付けられ、アルミケースと一体で振動させて音波を送受信する。送受信する音波は圧電素子により電圧に変換されるが、この電気信号の外部との配線は極により異なる。ケース底面側に接着剤を塗布し、加圧しながら貼り付けることで、ケースと電極の導通をとる。さらに、ケースとリード線との導通をとることで外部との接続が可能となる。
【０００３】
一方、電極にはリッツ線の一端が直に半田付けされる。リッツ線の他端はリード線の一端に接続され、リード線の他端は外部回路に接続される。
【０００４】
なお、圧電素子としては、半田付けによる振動の緩衝を防ぐために、表面電極の円形部の外周側に突出して突起形状部を設ける構造が提案されている（特許文献１）
【特許文献１】特開２００４−３５６９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、誘電体基板は熱に弱く、また、自身が振動するため、リッツ線の半田付けは適度な時間と適度な量で半田付けしなければならない。しかし、これまでは銀電極は円形で素子と略同一径であるために位置が決まらず、その後の組み立てをする部品の位置がずれるおそれがあり、また、半田付けの量と熱との管理が難しく素子破損のおそれが大きく、特性の不安定要因になっていた。
【０００６】
また、表面電極の円形部の外周側に突出して突起形状部を設ける構造では、圧電素子の外形状が大きくなるなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小さいスペースで、安定した特性が得られる圧電素子及びそれを用いた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】
【０００８】
本発明は、誘電体基板（１３１）と、誘電体基板（１３１)表面に形成された電極パターン（１３２、１３３）とを有する圧電素子において、電極パターン（１３２）の内側の一部に半田付け用のランドパターン（１３４）を有することを特徴とする。
【０００９】
半田付け用のランドパターン（１３４）は、その周縁部の一部が電極パターン（１３２）に接続され、他が電極パターン（１３２）から絶縁されたパターンであることを特徴とする。
【００１０】
半田付け用ランドパターン（１３４）は、略円形状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記圧電素子（１１２）により超音波装置（１００）を構成し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、電極パターンの内側の一部に半田付け用のランドパターンを設けることにより、小さいスペースで安定した特性が得られるなどの特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔全体構成〕
図１は本発明の一実施例の分解斜視図、図２は本発明の一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、ケース１１１、圧電素子１１２、リッツ線１１３、接続部材１１４、リード線１１５、１１６、シリコーンシート１１７、充填材１１８、エポキシ系接着剤１１９から構成されている。
【００１６】
〔ケース１１１〕
図３はケース１１１の構成図を示す。図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は正面図、図３（Ｃ）はＡ−Ａ断面図、図３（Ｄ）は側面図、図３（Ｅ）はＢ−Ｂ断面図を示す。
【００１７】
ケース１１１は、アルミニウム材を切削加工などによって、有底の略円筒状に形成したものである。ケース１１１の内周部に段部１２１が形成されている。段部１２１の上面側、矢印Ｚ１方向側の面には係合部１２２が形成されている。本実施例では、係合部１２２は、ボス状に形成されている。
【００１８】
また、ケース１１１の側面には、溝部１２３、及び、切欠部１２４が形成されている。
さらに、切欠部１２４により形成される断面には矢印Ｚ２方向に孔部１２５が形成されている。溝部１２３、切欠部１２４は、取り付け対象への取り付け時に位置決めなどに用いられる。
【００１９】
さらに、ケース１１１の底面１２６には、溝１２７が形成されている。溝１２７を形成することにより、圧電素子１１２との接着性を向上させることが可能となる。
【００２０】
なお、ケース１１１は、切削加工により各部が形成された後に、全体に対して無電解ニッケルメッキ処理が施されている。
【００２１】
さらに、ケース１１１は、圧電素子１１２が配置される底面１２６方向側、矢印Ｚ２方向側で側面の厚さを厚くしている。これによって、超音波装置に指向性を持たせている。
【００２２】
〔圧電素子１１２〕
図４は圧電素子１１２の斜視図、図５は圧電素子１１２の平面図、図６は圧電素子１１２とリッツ線１１３との接続の様子を示す図である。図４（Ａ）は矢印Ｚ１方向側の斜視図、図４（Ｂ）は矢印Ｚ２方向側の斜視図を示す。
【００２３】
圧電素子１１２は、円形状に成形されたセラミックスなどの強誘電体からなる誘電体基板１３１に電極１３２、１３３を形成した構成とされている。電極１３２は、誘電体基板１３１の矢印Ｚ１方向側の面に形成され、誘電体基板１３１の外形上に沿って略円形状に形成されており、周縁部に半田付け部１３４を有する構成とされている。
【００２４】
電極１３２の内側の一部には、半田付け用のランドパターン１３４を有する。半田付け用のランドパターン１３４は、略円形状であり、その周縁部の一部が電極パターン１３２に接続され、他が電極パターン１３２から絶縁されたパターン形状とされている。
【００２５】
半田付け用のランドパターン１３４には、リッツ線１１３の一端が半田付けや導電ペーストなどにより接続される。
【００２６】
このとき、リッツ線１１３の一端を半田付けする位置が半田付け用のランドパターン１３４に位置決めされるため、その後の部品組み立て時における誤差を防止できる。また、半田を半田付け用のランドパターン１３４上に留めることができるため、半田付けに用いられる半田量などを容易に制御でき、半田付けの習熟度によらず、一定量の半田で半田付けを行なうことが可能となる。よって、熱のかけすぎを防止できるため、圧電素子１１２の特性を安定化することができる。また、確実に半田付けを行なうことができる。
【００２７】
また、半田付け用ランドパターン１３４は、電極１３２の外周円より内側に設けられているため、誘電体基板１３１の電極１３２以外の部分を最小限にすることができる。
【００２８】
なお、リッツ線１１３の他端は、シリコーンシート１１７の切込部１４１を通して矢印Ｚ１方向に延出され、リード線１１５に半田付け或いは導電ペーストなどにより接続される。なお、リード線１１６は、接続部材１１４を介してケース１１１に接続される。
【００２９】
圧電素子１１２は、矢印Ｚ２方向側の面をケース１１１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１１２の矢印Ｚ２方向側の面は、熱硬化型のエポキシ系接着剤１１９によりケース１１１の底面１２６に固定される。このとき、ケース１１１の底面１２６に形成された溝１２７によりケース１１１と圧電素子１１２との接着性を向上させることができる。以上のようにして、エポキシ系接着剤１１９によって電極１３２がケース１１１に電気的に接続される。
【００３０】
本実施例の圧電素子１１２によれば、素子の破壊を防止できるため、歩留まりを向上させ、コストを低減することが可能となる。
【００３１】
〔接続部材１１４〕
図７は接続部材１１４の斜視図を示す。
【００３２】
リード線１１６は、接続部材１１４の貫通孔１５１に絡めて半田付けされている。接続部材１１４は、金属板を打ち抜き加工して製造されており、貫通孔１５１に隣接して、係合部１５２が形成されている。係合部１５２は、十字に切込みが形成された構造とされている。係合部１５２には、ケース１１１に形成された係合部１２２が圧入される。係合部１５２に突起状の係合部１２２が圧入されるとき、係合部１５２を構成する各羽部１５２ａの内周が矢印Ｚ１方向側に変位する。これによって、羽部１５２ａの内周側のエッジ部が係合部１２２に食い込む。よって、接続部材１１４が係合部１２２から、矢印Ｚ１方向に抜けることを防止でき、接続部材１１４をケース１１１に確実に保持できる。
【００３３】
このとき、必要であれば接続部材１１４をケース１１１に半田付けしてもう良く、ケース１１１には、無電解ニッケルメッキ処理が施されているため、通常の共晶半田により半田付け性が良い状態で半田付けを行なうことができる。このため、比較的低温で半田付けを行なえる。よって、組み付け性を向上させることが可能となる
なお、接続部材１１４は端子状、円筒形状としてもよい。
【００３４】
図８は接続部材１１４の変形例の斜視図を示す。図８（Ａ）は第１変形例、図８（Ｂ）は第２変形例の斜視図を示す。
【００３５】
図８（Ａ）に示す第１変形例の接続部材２１１は、圧着部２２１及び係合部２２２から構成されている。
【００３６】
圧着部２２１は、リード線１１６がつば部２３１の間に装着した状態で、つば部２３１を矢印Ａ１、Ａ２方向に折曲することにより、リード線１１６が接続部材２１１に圧着され、リード線１１６が接続部材２１１に固定されるとともに、接続される。
【００３７】
係合部２２２は、係合部１２２の外径と略同等の貫通孔２３２から構成されている。貫通孔２３２に係合部１２２を圧入することにより、貫通孔２３２の内周側エッジが係合部１２２に食い込み、接続部材２１１が係合部１２２に確実に保持される。
【００３８】
図８（Ｂ）に示す第１変形例の接続部材３１１は、円筒係合部３２１及び半田付部３２２から構成されている。
【００３９】
円筒係合部３２１は、導電材を有底状の円筒形状に成形したものであり、内周側にケース１１１に植設された突起状の係合部１２２が圧入される。半田付け部３２２は、外面に設けられており、リード線１１６が半田付けされる。
【００４０】
なお、このとき、接続部材２１１、３１１をケース１１１に半田付けすることにより、さらに、接続部材２１１、３１１をケース１１１に強固に保持できるようになり、信頼性を向上させることができる。
【００４１】
シリコーンシート１１７は、密度が０．５程度の発泡性シリコーン樹脂から構成されており、矢印Ｚ２方向側の面に両面テープが貼付されており、両面テープにより圧電素子１１２の矢印Ｚ１方向側の面に接着される。このとき、圧電素子１１２の電極１３２に半田付けされたリッツ線１１３は、切込部１４１を通してシリコーンシート１１７の矢印Ｚ１方向側の面に引き出される。
【００４２】
充填材１１８は、密度が１．０〜１．５程度の紫外線硬化型のシリコーン樹脂から構成されており、シリコーンシート１１７の矢印Ｚ１方向側に充填される。充填材１１８は、ケース１１１に充填後、紫外線をケース１１１の開口面から照射される紫外線により、硬化する。
【００４３】
なお、上記シリコーン樹脂は、紫外線硬化型に限らず、熱硬化型、２液性または１液性の縮合型であってもよい。
【００４４】
本実施例では、密度の異なるシリコーン樹脂から構成されるシリコーンシート１１７及び充填材１１８を圧電素子１１２上に積層することにより、超音波装置１００の特性を向上させることができる。
【００４５】
図９はシリコーン樹脂の密度に応じた超音波装置の残響及び感度の特性を示す図である。
【００４６】
超音波装置１００の残響は図９に実線で示すようにケース１１１に充填するシリコーン樹脂の密度が高くなるにしたがって小さくなり、感度は図７に破線で示すようにケース１１１に充填するシリコーン樹脂の密度が高くなるにしたがって大きくなる傾向にある。
【００４７】
本実施例では、密度が低いシリコーンシート１１７と密度が高い充填材１１８とを組み合わせてケース１１１に敷設、及び、充填することにより、シリコーンシート１１７により感度を向上させ、充填材１１８によって残響を抑制することができ、よって、残響が小さく、かつ、感度が高くすることができる。
【００４８】
〔組付工程〕
次に本実施例の超音波装置１００の組み付け工程について説明する。
【００４９】
まず、圧電素子１１２のランドパターン１３４に半田付け、或いは、導電性ペーストによって、リッツ線１１３の一端を接続する。
【００５０】
次に、圧電素子１１２の電極１３３及び／又はケース１１１の底面１２６にエポキシ系接着剤１１９を塗布して、圧電素子１１２をケース１１１の底面１２６に接着する。
【００５１】
次に、シリコーンシート１１７の矢印Ｚ２方向側の面に両面テープを貼付し、リッツ線１１３の他端をシリコーンシート１１７の切込部１４１を通してシリコーンシート１１７の矢印Ｚ１方向側の面に延出させ、シリコーンシート１１７を両面テープによって圧電素子１１２に接着させる。
【００５２】
これにより、シリコーンシート１１７は圧電素子１１２にしっかり接着されるため、シリコーンシート１１７の浮きを防止することができ、圧電素子１１２の安定した特性を得ることができる。
【００５３】
次に、リッツ線１１３の他端をリード線１１５に半田付けする。また、リード線１１６を接続部材１１４の貫通孔１５１に絡めた後に接続部材１１４に半田付けする。次に、接続部材１１４の係合部１５２をケース１１１の係合部１２２に係合させる。なお、必要であれば接続部材１１４とケース１１１とを半田付けし、これによって、ケース１１１にリード線１１６を接続するようにしてもよい。
【００５４】
次に、ケース１１１に充填材１１８を充填し、ケース１１１の開口面から紫外線を照射するなどして充填材１１８を硬化させる。
【００５５】
これにより充填材１１８は、接続部材１１４、リード線１１５、１１６の抜け止め防止をも兼ねている。
【００５６】
以上によって、図２に示すような超音波装置１００が完成する。
【００５７】
〔その他〕
なお、本実施例では、圧電素子１１２に密着する部分のシリコーン樹脂としてシリコーンシート１１７を用いたが、発泡性のシリコーン樹脂を硬化させることにより、密度の低いシリコーン樹脂層を形成するようにしてもよい。
【００５８】
また、ケース１１１の形状などに応じてシリコーンシート１１７の厚さや密度を調整することにより、容易に残響及び感度の特性を最適化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施例の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の断面図である。
【図３】ケース１１１の構成図である。
【図４】圧電素子１１２の斜視図である。
【図５】圧電素子１１２の平面図である。
【図６】圧電素子１１２とリッツ線１１３との接続の様子を示す図である。
【図７】接続部材１１４の斜視図である。
【図８】接続部材１１４の変形例の斜視図である。
【図９】シリコーン樹脂の密度に応じた超音波装置の残響及び感度の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００、２００  超音波発生装置
１１１  ケース、１１２  圧電素子、１１３  リッツ線、１１４  接続部材
１１５、１１６  リード線、１１７  シリコーンシート、１１８  充填材
１１９  エポキシ系接着剤
１２１  段部、１２２  係合部、１２３  溝部、１２４  切欠部、１２５  孔部
１２６  底面、１２７  溝
１３１  誘電体基板、１３２、１３３  電極、１３４  ランドパターン、１３５  半田
１４１  切込部
１５１  貫通孔、１５２  係合部
【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】
2007067575.tif 000009
【図８】
2007067575.tif 000010
【図９】
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