JP2008005334A

JP2008005334A - 超音波装置

Info

Publication number: JP2008005334A
Application number: JP2006174333A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Furukawa; 憲一古河; Hiroshi Matsuda; 浩史松田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】超音波センサにおいて、安定した特性を示すように製造することが可能である構造を実現することを課題とする。
【解決手段】ケース（１１１）の底面上に配置された圧電素子（１１２）を覆って配置してあるシリコーンシート（１１７）をその上面に反射膜（１１７ａ）を有する構成とし、このシリコーンシート（１１７）の上側に、紫外線の照射によって硬化された硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部（１７０Ａ）を有する。紫外線は反射膜（１１７ａ）で反射され、充填紫外線照射硬化性樹脂部（１７０）の紫外線硬化が促進される。
【選択図】図２

Description

本発明は超音波装置に係り、特に、超音波を送信すると共に対象物で反射して戻ってきた超音波を受信する超音波センサであって、防滴型の超音波センサに関する。

従来の超音波センサは、超音波を発生し、発生した超音波を受信する。超音波センサは、例えば、対象物までの距離を測定する測距システムに用いられている。測距システムでは、超音波センサの信号を検出して、超音波を送信してから受信するまでの時間を計測し、計測した時間から対象物までの距離を測定する。

図１０は従来の防滴型の超音波センサの一例の構成図を示す。

超音波センサ１は、主に、ケース１１と、ケース１１の底面上に配置された圧電素子１２と、圧電素子１２をケース１１の外部に引き出す端子板１３と、端子板１３と圧電素子１２とを接続するワイヤ１４と、ケース１１に充填されて硬化されている硬化済み樹脂部１５とから構成されている（特許文献１、２参照）。ケース１１の内部を占める硬化済み樹脂部１５が緩衝材として且つ防滴部材として機能する。硬化済み樹脂部１５の密度が超音波センサ１の特性と関係する。
特開平１１−２６６４９８号公報特開平１０−２５７５９５号公報

超音波センサについては、特性の改善が求められており、且つ、超音波センサを大量に生産するに当たっては、特性のばらつきが少なくて歩留まりが高いことが求められている。

本発明は上記の点に鑑みてなされた超音波装置を提供することを目的とする。

本発明は、ケース（１１１）と、該ケースの底面（１２７）上に配置された圧電素子（１１２）と、該圧電素子を覆って配置してある樹脂シートと、該ケース内に充填されて硬化してあり前記樹脂シートの上側に配してある樹脂部とを有し、超音波を送信及び／又は受信する超音波装置において、
前記樹脂シート（１１７）は、その上面が紫外線を反射する反射面（１１７ａ）である構成であり、
且つ、前記樹脂部は、前記樹脂シート上に、紫外線の照射によって硬化された硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部（１７０Ａ）を有する構成としたことを特徴とする。

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。

本発明によれば、硬化用の紫外線が樹脂シートの上面の反射面で反射されるため、紫外線硬化樹脂部の硬化が促進され、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部のうち硬化し難い部分である樹脂シートとの境界面の部分も確実に硬化させることが出来、よって、超音波装置を大量生産する場合に、超音波装置を特性のばらつきを少なくして製造することが出来、歩留まりを上げることが出来る。

次に本発明の実施例について説明する。

［全体構成］
図１は本発明の実施例１になる超音波センサ１００の分解斜視図、図２はこの超音波センサ１００の断面図である。

超音波センサ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であり、且つ、防滴型である。超音波センサ１００は、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、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａ、硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａ等から構成されている。

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、防錆処理を施したものである。ケース１１１の内周部のうちケース１１１の高さ方向の略中間に、段部１２１が形成されている。段部１２１よりボス１２２がＺ１方向に突き出て形成してある。

１２６はケース１１１の底板部、１２７は底面、１２８は底側の周囲の筒部、１２９は段部１２１よりＺ１側の筒部である。底板部１２６は十分に薄く、筒部１２８は十分に厚い。

圧電素子１１２は、円形状に成形されたセラミックス基板１３１の上下面に電極１３２、１３３が形成してある構成であり、電極１３２、１３３に印加される電圧変化に応じて厚さ方向に繰り返し歪み、また、厚さ方向に歪んで電極１３２、１３３間に電圧を発生させる。圧電素子１１２は、熱硬化済みエポキシ系接着剤１６０Ａによって、底板部１２６の底面１２７に接着してあり、底面１２７上に配置してある。電極１３３は底板部１２６と電気的に接続されている。

樹脂シートとしてのシリコーンシート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、上面に蒸着によって銀色の反射膜１１７ａが形成してある。反射膜１１７ａは後述する紫外線硬化をより確実にする機能を有する。このシリコーンシート１１７は、その下面に貼付してある両面接着テープ１１７ｂでもって、圧電素子１１２の上面に貼り付けてあり圧電素子１１２の上面を覆っている。

リッツ線１１３は、一端が半田付けや導電ペーストなどにより圧電素子１１２の接続してあり、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してある。

接続部材１１４は、その開口１１４ａをボス１２２に嵌合した状態で、段部１２１上に熱硬化済みエポキシ系接着剤１６１によって接着してある。リード線１１６の一端が接続部材１１４に接続してある。リード線１１５とリード線１１６とが紫外線硬化済みエポキシ系接着剤１６２Ａによって接着してある。

硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａと硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａとは共にケース１１１の内部にあって、シリコーンシート１１７の上側に配してある。

硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａは、ケース１１１の内部のうち、シリコーンシート１１７と段部１２１との間の空間を占めている。この硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａは、充填された紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射することのよって硬化させたものである。

硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａは、ケース１１１の内部のうち、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａの上側の空間を占めている。この硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａは、二液硬化性樹脂を充填して放置しておくことによって硬化させたものである。

シリコーンシート１１７、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａ、及び硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａの全部が、ダンパーとして機能する。

［製造工程］
図３は超音波センサ１００の製造工程図である。図４乃至図７は各工程の状態を示す。各図において、接着剤及び樹脂に関して、硬化前のものは、梨地パターン無しで示し、硬化済みのものは、梨地パターンを付して示す。

１．圧電素子・接続部材接着工程１９０
図４に示すように、圧電素子１１２の電極１３２を熱硬化性接着剤であるエポキシ接着剤１６０を使用してケース１１１の底板部１２６の底面１２７に接着する。また、接続部材１１４の開口１１４をボス１２２に嵌合させて段部１２１上に支持し、熱硬化性接着剤であるエポキシ接着剤１６１を使用して接続部材１１４を段部１２１上に接着する。また、リード線１１５とリード線１１６とを紫外線硬化性エポキシ接着剤１６２使用して接着する。

なお、圧電素子１１２の電極１３２にはリッツ線１１３の一端が接続してあり、リッツ線１１３の他端がリード線１１５に接続してある。また、接続部材１１４にリード線１１６の一端が接続してある。

２．エポキシ接着剤硬化工程１９１
全体を加熱して、図５（Ａ）に示すように、エポキシ接着剤１６０，１６１を硬化させる。圧電素子１１２は、硬化済みエポキシ接着剤１６０Ａによって底板部１２６の底面１２７に接着固定され、電極１３２が底板部１２６と電気的に接続された状態となる。接続部材１１４は硬化済みエポキシ接着剤１６１Ａによって段部１２１上に接着固定される。

リード線１１５とリード線１１６とは硬化済みエポキシ接着剤１６２Ａによって接着固定される。

３．シリコーンシート接着工程１９２
図１に示すように、シリコーンシート１１７の切込部１４１内にリッツ線１１３に嵌合させ、シリコーンシート１１７を圧電素子１１２上に載せ、押し付け、図５（Ｂ）に示すように、シリコーンシート１１７を両面接着テープ１１７ｂによって圧電素子１１２の電極１３３及び圧電素子１１２の周辺の底板部１２６の底面１２７に接着する。これによって、圧電素子１１２はシリコーンシート１１７によって覆われた状態となる。

４．紫外線硬化性樹脂充填工程１９３
図６（Ａ）に示すように、ケース１１１内に紫外線硬化性樹脂を段部１２１のレベルまで充填して、充填紫外線硬化性樹脂部１７０を形成する。

５．紫外線照射工程１９４
充填紫外線硬化性樹脂部１７０が形成されたケース１１１を紫外線硬化装置の内部に入れて、図６（Ｂ）に示すように、ケース１１１の上方の紫外線ランプ２００を点燈させ、紫外線２０１を充填紫外線硬化性樹脂部１７０に照射させる。

シリコーンシートが通常のものである場合には、充填紫外線硬化性樹脂部１７０を透過した紫外線２０１はシリコーンシートに吸収されてしまい、充填紫外線硬化性樹脂部１７０の硬化の進行は遅く、特に充填紫外線硬化性樹脂部１７０のうち最も深い部分であるシリコーンシートとの境界面の部分の硬化の進行は遅く、十分に硬化しない虞れもある。このため、紫外線の照射時間を長くするとか、出力の高い紫外線硬化装置を使用することが必要となる。

しかし、本実施例のシリコーンシート１１７は、上面が反射膜１１７ａであるため、充填紫外線硬化性樹脂部１７０を透過してシリコーンシート１１７に至った紫外線２０１は反射膜１１７ａで符号２０２で示すように反射され、反射紫外線２０２は充填紫外線硬化性樹脂部１７０をシリコーンシート１１７の側から充填紫外線硬化性樹脂部１７０を照射し、特に充填紫外線硬化性樹脂部１７０のうち最も深い部分、即ち、充填紫外線硬化性樹脂部１７０のうちシリコーンシート１１７との境界部分を照射する。

よって、充填紫外線硬化性樹脂部１７０の紫外線硬化が促進されて、充填紫外線硬化性樹脂部１７０は、通常は硬化し難いシリコーンシート１１７との境界部分も確実に硬化された状態となって、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａとなる。

紫外線ランプ２００はその出力が例えば２５０Ｗと低いもので足り、照射時間は約１分と短くて足りる。よって、紫外線照射工程１９４は、出力が高くない紫外線硬化装置を使用して、且つ、短時間で終了する。

また、前記の紫外線２０１の照射によって、エポキシ系接着剤１６２が硬化されて、リード線１１５とリード線１１６とは硬化済みエポキシ接着剤１６２Ａによって接着固定される。

６．二液硬化性樹脂充填工程１９５
図７（Ａ）に示すように、ケース１１１内に、直前に硬化促進剤が混合された二液硬化性樹脂を充填し、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａの上側に、充填二液硬化性樹脂部１８０を形成する。

７．硬化工程１９６
約４８時間放置しておく。この間に、充填二液硬化性樹脂部１８０が完全に硬化して、硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａとなる。

以上によって、図２に示す超音波センサ１００が完成する。硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａは通常は硬化し難いシリコーンシート１１７との境界部分も確実に硬化された状態となっているため、大量に生産された超音波センサ１００は特性が安定してばらつきが小さくなり、歩留まり良く生産される。

シリコーンシート１１７の密度をρ１、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａの密度をρ２、硬化済み二液硬化性樹脂部１８０Ａの密度をρ３とすると、ρ１＜ρ２＜ρ３の関係にある。圧電素子１１２に近い側の密度が低く、圧電素子１１２から離れるにつれて、密度が順に高くなっている。この構成は、超音波センサ１００の特性の改善に効果がある。

なお、紫外線硬化性エポキシ接着剤１６２に代えて、紫外線硬化性アクリル接着剤を使用してもよい。

［超音波センサ１００の動作］
図２において、高周波の電圧がリード線１１５，１１６間に印加されると、これが、圧電素子１１２の電極１３２、１３３間に印加されて、圧電素子１１２が厚さ方向に繰り返し歪み、ケース１１１の底板部１２６が撓まされて、底板部１２６から超音波が発射される。対象物で反射して戻ってきた超音波によって底板部１２６を介して圧電素子１１２が厚さ方向に繰り返し歪まされ、圧電素子１１２が高周波の電圧を発生し、これがリード線１１５，１１６を通して送り出される。

シリコーンシート１１７と接触している硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａは通常は硬化し難いシリコーンシート１１７との境界部分も確実に硬化された状態となっているため、超音波センサ１００は良好な特性を有する。

図８は本発明の実施例２になる超音波センサ１００Ａの分解斜視図、図９はこの超音波センサ１００Ａの断面図である。

この超音波センサ１００Ａは、シリコーンシート１１７に形成してある反射膜１１７ａに代えて、反射シート部材２１０を使用し、これを通常のシリコーンシート２１１の上側に重ねて設けた構成である。シリコーンシート２１１自身の上面は反射面ではない。

反射シート部材２１０が前記実施例における反射膜１１７ａと同様に機能して紫外線を反射させ、硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部１７０Ａが効率良く且つ確実に硬化される。

また、本発明の構造は、超音波を送信するだけの超音波装置及び超音波を受信するだけの超音波装置にも適用が可能であり、本発明の超音波装置は、超音波を送信するだけの超音波装置及び超音波を受信するだけの超音波装置も包含するものである。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の実施例１になる超音波センサの分解斜視図である。図１の超音波センサの断面図である。超音波センサの製造工程図である。圧電素子及び接続部材の接着を説明する図である。（Ａ）は接着剤硬化、（Ｂ）はシリコーンシート接着を説明する図である。（Ａ）は紫外線照射硬化性樹脂の充填、（Ｂ）は充填紫外線照射硬化性樹脂部の紫外線硬化を説明する図である。（Ａ）は二液硬化性樹脂の充填、（Ｂ）は充填二液硬化性樹脂部の硬化を説明する図である。本発明の実施例２になる超音波センサの分解斜視図である。図８の超音波センサの断面図である。従来の超音波センサの断面図である。

符号の説明

１００，１００Ａ超音波センサ
１１１ケース
１１２圧電素子
１１７シリコーンシート
１１７ａ反射膜
１７０Ａ硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部
１８０Ａ硬化済み二液硬化性樹脂部
２０１紫外線
２０２反射紫外線
２１０反射シート部材

Claims

ケースと、該ケースの底面上に配置された圧電素子と、該圧電素子を覆って配置してある樹脂シートと、該ケース内に充填されて硬化してあり前記樹脂シートの上側に配してある樹脂部とを有し、超音波を送信及び／又は受信する超音波装置において、
前記樹脂シートは、その上面が紫外線を反射する反射面である構成であり、
且つ、前記樹脂部は、前記樹脂シート上に、紫外線の照射によって硬化された硬化済み紫外線照射硬化性樹脂部を有する構成としたことを特徴とする超音波装置。
請求項１に記載の超音波装置において、
前記反射面は、前記樹脂シートの上面に形成してある反射膜である構成としたことを特徴とする超音波装置。
請求項１に記載の超音波装置において、
前記反射面は、前記樹脂シートの上側に重ねて設けられた反射シート部材の上面である構成としたことを特徴とする超音波装置。