JP2020077945A - Vibration detection element and ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動検出素子及び超音波センサに関する。 The present invention relates to a vibration detecting element and an ultrasonic sensor.
例えば食品パッケージのヒートシール性、蓄電池や燃料電池等の中の気泡の有無等を検査するために超音波センサが用いられる。この超音波センサは、被検体を挟んで超音波発信器と対向して設けられ、超音波発信器から発信され、被検体を透過した超音波を検出することでヒートシールの接着状態等を検査可能に構成される。 For example, an ultrasonic sensor is used to inspect the heat-sealing property of a food package, the presence or absence of air bubbles in a storage battery, a fuel cell, or the like. This ultrasonic sensor is provided so as to face the ultrasonic transmitter across the subject, and detects the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter and transmitted through the subject to inspect the adhesive state of the heat seal. Configured to be possible.
この超音波センサは、圧電素子から構成され、被検体を挟んで超音波発信器と対向する超音波受信面を有している。この超音波受信面は、例えば被検体に焦点が位置する凹曲面形状を有している(特開2013−127400号公報参照)。 This ultrasonic sensor is composed of a piezoelectric element, and has an ultrasonic wave receiving surface that faces the ultrasonic wave transmitter with the subject interposed therebetween. The ultrasonic wave receiving surface has, for example, a concave curved surface shape whose focus is on the subject (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-127400).
この超音波センサは、例えば一方向に弓なりに凹状に湾曲した背面付加材の上面に圧電素子を積層し、この圧電素子の上方から背面付加材の上面の反転形状を有する加圧板を押圧することで形成される(特開2010−258602号公報参照)。また、この圧電素子としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等から構成される比較的高価な無機圧電体の両面に一対の電極を積層したものが用いられている。 In this ultrasonic sensor, for example, a piezoelectric element is stacked on the upper surface of a back surface addition material curved in a concave shape in one direction, and a pressure plate having an inverted shape of the upper surface of the back surface addition material is pressed from above the piezoelectric element. (Refer to JP 2010-258602 A). As this piezoelectric element, a relatively expensive inorganic piezoelectric body made of lead zirconate titanate (PZT) or the like and having a pair of electrodes laminated on both sides is used.
一方、被検体のヒートシール性等を高精度で検査するためには、超音波発信器の超音波発信面及び超音波センサの超音波受信面をそれぞれ焦点位置が一致する3次元湾曲形状(例えば椀状)に形成することが望まれる。 On the other hand, in order to inspect the heat-sealing property or the like of the subject with high accuracy, the ultrasonic wave transmitting surface of the ultrasonic wave transmitter and the ultrasonic wave receiving surface of the ultrasonic wave sensor have three-dimensional curved shapes (for example, the same focal point). It is desired to form a bowl shape.
しかしながら、前記従来の超音波センサを3次元湾曲形状に形成すると、超音波を検出する領域に皺が生じたりすることで適切な検査を行えないおそれがある。 However, if the conventional ultrasonic sensor is formed in a three-dimensional curved shape, wrinkles may occur in a region where an ultrasonic wave is detected, and an appropriate inspection may not be performed.
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、本発明の課題は、3次元湾曲形状を容易に形成することが可能な振動検出素子及び超音波センサを提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a vibration detection element and an ultrasonic sensor capable of easily forming a three-dimensional curved shape.
前記課題を解決するためになされた本発明は、フィルム状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を備え、その外縁から内側に延びる1又は複数の帯状の低剛性部を有する振動検出素子である。 The present invention made to solve the above-mentioned problems includes a film-shaped piezoelectric body and a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body, and includes one or a plurality of belt-shaped low-rigidity portions extending inward from the outer edge thereof. It is a vibration detecting element having.
当該振動検出素子は、その面内の領域に基部を有し、前記低剛性部がこの基部の外周縁から放射状に延びているとよい。 It is preferable that the vibration detection element has a base portion in an in-plane region thereof, and the low-rigidity portion radially extends from an outer peripheral edge of the base portion.
前記低剛性部が前記圧電体の少なくとも一方の面に前記電極が積層されていない肉薄部であるとよい。 It is preferable that the low-rigidity portion is a thin portion in which the electrode is not laminated on at least one surface of the piezoelectric body.
前記低剛性部がスリットを有するとよい。 It is preferable that the low-rigidity portion has a slit.
また、前記課題を解決するためになされた本発明は、当該振動検出素子が、前記低剛性部で、この低剛性部の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲している超音波センサである。 Further, the present invention made to solve the above-mentioned problems is an ultrasonic sensor in which the vibration detection element is the low-rigidity portion, and is curved or bent in a direction perpendicular to the extending direction of the low-rigidity portion. is there.
当該超音波センサは、前記振動検出素子が椀状であるとよい。 In the ultrasonic sensor, the vibration detection element may have a bowl shape.
当該超音波センサは、前記低剛性部にひだが形成されるとよい。 The ultrasonic sensor is preferably formed with a fold in the low-rigidity portion.
当該超音波センサは、前記振動検出素子の裏面の反転形状を有し、前記振動検出素子が裏面側から載置される載置面を有する支持部材をさらに備えるとよい。 The ultrasonic sensor may further include a support member having an inverted shape of the back surface of the vibration detection element and having a mounting surface on which the vibration detection element is mounted from the back surface side.
前記支持部材が、厚さ方向に貫通し、前記振動検出素子に至る1又は複数の貫通孔を有するとよい。 It is preferable that the support member has one or a plurality of through holes penetrating in the thickness direction and reaching the vibration detection element.
当該超音波センサは、前記振動検出素子が前記1又は複数の低剛性部で前記載置面と部分的に接着されているとよい。 In the ultrasonic sensor, the vibration detection element may be partially bonded to the mounting surface by the one or more low-rigidity portions.
なお、本発明において、「表」とは振動を受信する側をいい、「裏」とはその反対側をいう。「低剛性部の延在方向」とは、低剛性部の任意の点における幅と垂直な方向をいう。「椀状」とは、3次元で凹状に形成され、底点が尖っていない(底点が丸められた又は平坦な)形状をいう。「ひだ」とは、重なり合い、折り返し等によって形成された皺を意味する。 In the present invention, "front" means the side that receives vibration, and "back" means the opposite side. The "extending direction of the low-rigidity portion" means a direction perpendicular to the width of the low-rigidity portion at any point. The “bowl shape” means a shape that is three-dimensionally concave and has a blunt bottom (rounded or flat bottom). The “fold” means a wrinkle formed by overlapping, folding, or the like.
本発明に係る振動検出素子は、1又は複数の低剛性部を所望の形状に形成及び配置し、この低剛性部で、この低剛性部の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲することによって、3次元湾曲形状に容易に形成することができる。 In the vibration detecting element according to the present invention, one or a plurality of low-rigidity portions are formed and arranged in a desired shape, and the low-rigidity portions bend or bend in a direction perpendicular to the extending direction of the low-rigidity portions. Thus, it can be easily formed into a three-dimensional curved shape.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第一実施形態]
<超音波センサ>
図1及び図2の超音波センサ1は、それ自体本発明を構成する振動検出素子2と、振動検出素子2を裏面側から支持する支持部材3とを備える。当該超音波センサ1は、食品パッケージのヒートシール性、蓄電池や燃料電池の中の気泡の有無等を超音波によって検査するための検査装置に用いられる。当該超音波センサ1は、振動検出素子2の表面が、被検体を挟んで超音波発信器(不図示)と対向する超音波受信面を構成する。前記超音波発信器の超音波発信面は、被検体の一点に向けて超音波を集束できるよう二次曲線回転面、回転放物面等に形成されている。
[First embodiment]
<Ultrasonic sensor>
The
(振動検出素子)
図3に示すように、振動検出素子2は、フィルム状の圧電体11及び圧電体11の表裏に積層される一対の電極(圧電体11の表面に積層される第1電極12a及び圧電体11の裏面に積層される第2電極12b)を有する。振動検出素子2は、全体としてシート状である。
(Vibration detection element)
As shown in FIG. 3, the
圧電体11を形成する圧電材料としては、可撓性を有する高分子圧電材料が挙げられる。前記高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−3フッ化エチレン共重合体(P(VDF/TrFE))、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体(P(VDCN/VAc))等が挙げられる。また、これらの高分子圧電材料を多孔性フィルムとすることによって、より可撓性が大きくなり、振動検出素子2の湾曲性及び屈曲性を高めることができる。
Examples of the piezoelectric material forming the
また、圧電体11としては、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等に多数の扁平な気孔を形成し、コロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
In addition, as the
圧電体11の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、圧電体11の平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、200μmがより好ましい。圧電体11の平均厚さが前記下限に満たないと、圧電体11の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電体11の平均厚さが前記上限を超えると、振動検出素子2を支持部材3に積層する際に、所望の湾曲又は屈曲形状に形成し難くなるおそれがある。
The lower limit of the average thickness of the
第1電極12a及び第2電極12bは薄膜状である。第1電極12a及び第2電極12bは圧電体11の表裏の電位差を検出するために用いられる。このため、第1電極12a及び第2電極12bは、不図示の検出回路に接続される。
The
第1電極12a及び第2電極12bの材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等が挙げられる。
The
第1電極12a及び第2電極12bの圧電体11への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
The method for laminating the
第1電極12a及び第2電極12bの平均厚さとしては、積層方法にもよるが、例えば0.1μm以上30μm以下とすることができる。前記平均厚さが前記下限に満たないと、第1電極12a及び第2電極12bの強度が不十分となるおそれがある。逆に、前記平均厚さが前記上限を超えると、振動検出素子2を湾曲又は屈曲した状態での曲面形状への追従性が低下するおそれがある。
The average thickness of the
振動検出素子2は、その外縁から内側に延びる複数の帯状の低剛性部13を有する。振動検出素子2は、複数の低剛性部13においてシートの余剰部分を吸収しながら滑らかに低剛性部13の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲している。また、振動検出素子2は、複数の低剛性部13の延在方向に沿う方向でも湾曲又は屈曲している。つまり、振動検出素子2は、複数の低剛性部13で3次元的に湾曲又は屈曲している。なお、「帯状」とは、長さに対して幅が小さい形状をいう。
The
複数の低剛性部13は、振動検出素子2の外縁をその延在方向の一端として形成されている。複数の低剛性部13は、圧電体11の両面に第1電極12a及び第2電極12bが積層されていない肉薄部である。振動検出素子2は、第1電極12a及び第2電極12bが圧電体11の厚さ方向に対向するよう平面視略同一形状にパターニングされている。振動検出素子2は、第1電極12a及び第2電極12bの非パターニング領域が低剛性部13を構成している。つまり、圧電体11は、厚さ方向に対向する位置に第1電極12a及び第2電極12bがいずれも積層されていない露出領域を有しており、この露出領域が低剛性部13を構成している。当該超音波センサ1は、圧電体11の両面に第1電極12a及び第2電極12bが積層された振動検出部と、圧電体11の両面に第1電極12a及び第2電極12bが積層されておらず、振動を検出しない非振動検出部とを有する。当該超音波センサ1において、複数の低剛性部13は、振動を検出しない非振動検出部である。
The plurality of low-
当該振動検出素子2は、低剛性部13を有することによって、シートの余剰部分を低剛性部13で吸収しつつ(湾曲又は屈曲に伴うシートの余剰部分を低剛性部13で重なり合わせながら)容易に湾曲することができる。詳しく説明すると、展開状態の振動検出素子2は、湾曲又は屈曲した状態に対してシート面方向において余剰部分を有している。この余剰部分は、湾曲又は屈曲した状態でひだとして形成されやすい。この際、低剛性部13が存在しないと、圧電体11に第1電極12a及び第2電極12bが積層された前記振動検出部にランダム(無原則)で複数のひだが生じやすい。これに対し、振動検出素子2が低剛性部13を有する場合、前記振動検出部よりも剛性が小さい低剛性部13に選択的にひだが生じやすくなる。換言すると、振動検出素子2が低剛性部13を有することで、この低剛性部13が前記振動検出部にひだが発生することを抑制する。従って、当該超音波センサ1は、振動検出素子2が低剛性部13を有することで、前記振動検出部にひだが生じることに起因する検出感度の低下を抑制し、振動を適切に検出することができる。前記振動検出部にひだが発生することを更に抑制するには、放射状に配置された低剛性部13が周回方向に均一のピッチで配置されるのが好ましい。均一なピッチで低剛性部13が配置されることで、全ての低剛性部13に同程度のひだを形成することができる。
Since the
また、当該振動検出素子2は、低剛性部13が前述の肉薄部である。これにより、第1電極12a及び第2電極12bは圧電体11によって分離され、第1電極12a及び第2電極12b間の短絡を防止することができる。詳しく説明すると、例えば第1電極12a及び第2電極12bの両方が形成されているところ(つまり、前述の振動検出部)に低剛性部13に代えて振動検出素子の厚さ方向を貫通するスリットを設け、このスリットを挟む両側の部分を重ね合わせることで湾曲又は屈曲形状を形成した場合、重ね合わせた部分で第1電極と第2電極が接続され、短絡を生じる。また、図10に示すように、低剛性部13に代えて振動検出素子102の厚さ方向に貫通する切欠き103を設け、切欠き103を挟む両側の部分を重ね合わせない場合でも、切欠き103による切断端面に導電性の部材が付着したり、導電性のゴミが付着することで第1電極及び第2電極間が短絡するおそれがある。これに対し、当該振動検出素子2は、圧電体11に第1電極12a及び第2電極12bが積層されていない肉薄部を設けることで、第1電極12a及び第2電極12b間の短絡を防止することができる。
Further, in the
振動検出素子2は、前述の超音波発信器の超音波発信面の形状に対応した形状を有する。振動検出素子2は、裏面側に陥没した凹状に形成される。本実施形態において、振動検出素子2は椀状である。当該超音波センサ1は、振動検出素子2が椀状であることによって、接着不良や気泡等の不具合を超音波によって容易かつ確実に検出することができる。
The
図4に示すように、振動検出素子2は、その面内の領域に基部2aを有する。基部2aは、平面視円形、より詳しくは平面視真円状である。基部2aは、圧電体11に第1電極12a及び第2電極12bが積層された振動検出部の一部分を構成する。基部2aは、振動検出素子2の中心部(つまり底部)に位置する。基部2aの外周縁と振動検出素子2の外周縁とは平面視同心円状に形成されている。振動検出素子2は、複数の低剛性部13が基部2aの外周縁から放射状に延びている。複数の低剛性部13は振動検出素子2の径方向に直線状に延びている。当該振動検出素子2は、複数の低剛性部13が基部2aの外周縁から放射状に延びていることによって、複数の低剛性部13の延在方向(本実施形態では当該振動検出素子2の径方向)に亘ってシートの余剰部分を吸収しつつ、複数の低剛性部13の延在方向と垂直な方向に容易に湾曲又は屈曲することができる。なお、「円形」とは、真円形のみならず、楕円形及び長円形を含む。また、基部2aは平面視円形に限らず、多角形、星型等であってもよい。
As shown in FIG. 4, the
基部2aは、湾曲又は屈曲状態でシートの余剰部分を吸収しない領域であり、図4に示すように、振動検出素子2の中心部の比較的小さい範囲に形成される。振動検出素子2の平均半径R1(湾曲又は屈曲面に沿う長さ)に対する基部2aの平均半径R2(湾曲又は屈曲面に沿う長さ)の比の下限としては、0.1が好ましく、0.3がより好ましい。一方、前記比の上限としては、0.5が好ましく、0.4がより好ましい。前記比が前記下限に満たないと、複数の低剛性部13の面積割合が相対的に大きくなることで、振動検出部の面積が不必要に小さくなるおそれがある。逆に、前記比が前記上限を超えると、複数の低剛性部13によってシートの余剰部分を十分に吸収することができず、振動検出部にひだが生じるおそれがある。
The
複数の低剛性部13は、基部2aの外周縁から等角度間隔で配置されることが好ましい。複数の低剛性部13が等角度間隔で配置されることによって、複数の低剛性部13によってシートの余剰部分を効果的に吸収し、振動検出部にひだが生じることを防止しやすい。
It is preferable that the plurality of low-
前述のように、低剛性部13は帯状であり、一定の幅を有する。低剛性部13は一定の幅を有することで、シートの余剰部分を吸収することができる。複数の低剛性部13の平均幅としては、振動検出素子2のサイズに対応して設定可能であるが、例えば0.5mm以上3mm以下とすることができる。
As described above, the low-
図4に示すように、低剛性部13にはひだ13aが形成されていることが好ましい。ひだ13aは、振動検出素子2を展開状態から曲面形状に形成する際に、余剰なシート部分が重なり合うこと等によって形成される。当該超音波センサ1は、低剛性部13にひだ13aが形成されることで、振動検出素子2を所望の曲面形状に形成しやすい。また、当該超音波センサ1は、低剛性部13にひだが形成されることで、前記振動検出部の表面を平滑な所望の曲面形状に保つことが容易となり、前記振動検出部の検出感度の低下を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, it is preferable that the low-
(支持部材)
支持部材3は、図2に示すように、振動検出素子2の裏面の反転形状を有し、振動検出素子2が裏面側から載置される載置面3aを有する。また、支持部材3は厚さ方向(表裏方向)に貫通する複数の貫通孔3bを有する。当該超音波センサ1は、支持部材3を備えることによって、振動検出素子2を載置面3aの曲面形状に沿った形状に容易に形成することができる。
(Support member)
As shown in FIG. 2, the
支持部材3は、例えば合成樹脂を主成分として形成される。この合成樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等が挙げられる。なお、「主成分」とは、質量換算で最も含有量の大きい成分をいう。
The
図5に示すように、当該超音波センサ1は、振動検出素子2及び支持部材3を接着する複数の接着部14(複数の第1接着部14a及び複数の第2接着部14b)を有する。複数の接着部14は、例えば公知の両面テープや接着剤によって形成することができる。
As shown in FIG. 5, the
複数の第1接着部14aは、複数の低剛性部13に積層されている。これにより、振動検出素子2は、複数の低剛性部13で載置面3aと部分的に接着されている。当該超音波センサ1は、振動検出素子2が複数の低剛性部13で載置面3aと部分的に接着されていることによって、振動検出素子2の共振周波数が支持部材3の影響を受けて変化することを抑制することができる。
The plurality of first
複数の第2接着部14bは、振動検出素子2の外周縁部に積層されている。本実施形態では、複数の第2接着部14bは、第2電極12b(つまり振動検出部)の外周縁部に積層されている。これにより、振動検出素子2は、複数の低剛性部13に加え、振動検出素子2の外周縁部でも載置面3aと部分的に接着されている。当該超音波センサ1は、振動検出素子2が振動検出素子2の外周縁部で載置面3aと部分的に接着されることによって、振動検出素子2の共振周波数が支持部材3の影響を受けて変化することを抑制しつつ、振動検出素子2の載置面3aからの剥離を容易に抑制することができる。
The plurality of second
複数の貫通孔3bは、振動検出素子2に至るよう設けられている。特に、本実施形態では、図5に示すように、複数の貫通孔3bは、複数の低剛性部13と重ならない位置で振動検出素子2に至るよう設けられている。これにより、当該超音波センサ1は、振動検出素子2の前記振動検出部の裏面側の空間を支持部材3の裏面側の空間に連通することができる。その結果、当該超音波センサ1は、振動検出素子2の共振周波数が載置面3aとの密閉によって影響を受けることを抑制することができる。
The plurality of through
図6を参照して、複数の貫通孔3bの配置について詳説する。まず、前述のように、当該超音波センサ1は、非振動検出部である複数の低剛性部13と、圧電体11の両面に第1電極12a及び第2電極12bが積層された振動検出部15とを有している。この振動検出部15は、基部2aと、基部2aの外周縁の外側で複数の低剛性部13によって区画される複数の周縁部2bとを有している。当該超音波センサ1は、基部2a及び複数の周縁部2bに対応して貫通孔3bが設けられている。詳しくは、基部2a及び各周縁部2bに対して貫通孔3bが設けられており、好ましくは基部2a及び各周縁部2bに対して1対1対応で貫通孔3bが設けられている。これにより、当該超音波センサ1は、振動検出部15の各区画の裏面側の空間を支持部材3の裏面側の空間に連通することができる。その結果、当該超音波センサ1は、振動検出素子2の共振周波数が載置面3aとの密閉によって影響を受けることをより確実に抑制することができる。
The arrangement of the plurality of through
<超音波センサの製造方法>
当該超音波センサ1は、平膜状(展開状態)の振動検出素子2を支持部材3の載置面3aの曲面形状に追従させつつ、この振動検出素子2を載置面3a上に固定することで形成される。当該超音波センサ1の製造方法は、振動検出素子2を支持部材3の載置面3aに積層する工程(積層工程)と、この積層工程後又はこの積層工程と同時に、振動検出素子2を載置面3aの曲面形状に沿った形状に形成する工程(形成工程)とを備える。前記形成工程では、支持部材3の裏面側からの吸引により振動検出素子2を載置面3aの曲面形状に沿った形状に形成することができる。また、前記形成工程では、支持部材3の裏面側からの吸引に代えて、振動検出素子2を表面側から凸部材で押さえ付けてもよい。
<Method of manufacturing ultrasonic sensor>
The
前記形成工程では、例えば支持部材3の複数の貫通孔3bからの真空引きにより振動検出素子2を載置面3a側に吸引する。この際、振動検出素子2の複数の低剛性部13に選択的に複数のひだ13aが形成され、これによりシートの余剰な部分を吸収しつつ振動検出素子2を所望の曲面形状に形成することができる。
In the forming step, for example, the
<利点>
当該振動検出素子2は、その外縁から内側に延びる複数の帯状の低剛性部13を有しており、複数の低剛性部13で、これらの低剛性部13の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲することができる。さらに、当該振動検出素子2は、複数の帯状の低剛性部13を有することで、これらの低剛性部13の延在方向に沿う方向にも湾曲又は屈曲しやすい。そのため、当該振動検出素子2は、3次元湾曲形状に容易に形成することができる。
<Advantages>
The
当該超音波センサ1は、振動検出素子2が、その外縁から内側に延びる複数の帯状の低剛性部13を有しているので、振動検出素子2を、複数の低剛性部13で、これらの低剛性部13の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲することができる。さらに、当該超音波センサ1は、振動検出素子2が複数の帯状の低剛性部13を有することで、振動検出素子2をこれらの低剛性部13の延在方向に沿う方向にも湾曲又は屈曲しやすい。そのため、当該超音波センサ1は、3次元湾曲形状の振動検出素子2を容易に形成することができる。
In the
当該超音波センサ1は、振動検出素子2を超音波発信器の超音波発信面に対応する所望の3次元湾曲形状に形成することが容易であるので、超音波発信器と対として用いられる超音波検出用のセンサとして好適に用いられる。
In the
当該超音波センサの製造方法は、振動検出素子2を3次元湾曲形状に容易に形成可能な当該超音波センサ1を容易かつ確実に製造することができる。
The method of manufacturing the ultrasonic sensor can easily and reliably manufacture the
[第二実施形態]
図7の超音波センサ21は、それ自体本発明を構成する振動検出素子22と、振動検出素子22を裏面側から支持する支持部材3とを備える。振動検出素子22は、その外縁から内側に延びる複数の帯状の低剛性部23を有する。低剛性部23はスリット13bを有する。当該超音波センサ21は、低剛性部23がスリット13bを有する以外、図1の超音波センサ1と同様の構成とすることができる。そのため、以下ではスリット13bについてのみ説明する。
[Second embodiment]
The
スリット13bは、振動検出素子22の外縁から内側に延びている。スリット13bは、低剛性部23の幅方向の中間位置(幅方向の両端を含まない位置)で低剛性部23の延在方向に沿って延びている。スリット13bは、一部の低剛性部23にのみ設けられてもよいが、各低剛性部23に1対1対対応で設けられることが好ましい。
The
<利点>
当該振動検出素子22は、低剛性部23がスリット13bを有するので、このスリット13bで湾曲又は屈曲させやすい。当該振動検出素子22は、スリット13bが低剛性部23の幅方向の中間位置に形成されているので、スリット13bを挟む両側の一定範囲には少なくとも第1電極12a及び第2電極12bのいずれか一方が存在しない非振動検出部が形成される。そのため、当該振動検出素子22は、第1電極12a及び第2電極12b間の短絡を抑制しやすい。
<Advantages>
Since the low-
当該超音波センサ21は、振動検出素子22が低剛性部23にスリット13bを有するので、振動検出素子22をこのスリット13bで湾曲又は屈曲させやすい。当該超音波センサ21は、スリット13bが低剛性部23の幅方向の中間位置に形成されているので、第1電極12a及び第2電極12b間の短絡を抑制しやすい。
In the
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The above embodiment does not limit the configuration of the present invention. Therefore, in the above-described embodiment, it is possible to omit, replace, or add the constituent elements of each part of the embodiment based on the description and technical common sense of the present specification, and all of them are construed as belonging to the scope of the present invention. Should be.
例えば当該振動検出素子は、基部が平面視円形である場合でも、この基部は必ずしも平面視真円状でなくてもよい。例えば図8に示すように、当該超音波センサは、振動検出素子32が椀状である場合、基部32aは長円状であってもよい。またこの場合、複数の低剛性部33は、基部32aの外周縁の円周部分のみから放射状に延びていてもよい。
For example, even when the base portion of the vibration detecting element has a circular shape in plan view, the base portion does not necessarily have to be a perfect circle shape in plan view. For example, as shown in FIG. 8, in the ultrasonic sensor, when the
当該振動検出素子は、その外縁から内側に延びる前記低剛性部を1つのみ有していてもよい。例えば図9の振動検出素子42は、その外縁から内側に延びる1つの低剛性部43のみを有している。この低剛性部43は、振動検出素子42の外縁から内側に向けて渦巻き状に形成されている。つまり、この低剛性部43は、平面視円形の基部の外周縁から放射状に延びていない。当該振動検出素子は、この構成によっても、低剛性部43で、この低剛性部43の延在方向と垂直な方向に湾曲又は屈曲することができる。
The vibration detection element may have only one low-rigidity portion that extends inward from the outer edge thereof. For example, the
当該超音波センサにおいて、振動検出素子の曲面形状は用途に応じて設定可能であり、振動検出素子は必ずしも椀状でなくてもよい。例えば振動検出素子は、表面側に隆起したドーム状等に構成されてもよい。 In the ultrasonic sensor, the curved surface shape of the vibration detecting element can be set according to the application, and the vibration detecting element does not necessarily have to be bowl-shaped. For example, the vibration detection element may be configured in a dome shape or the like that is raised on the front surface side.
前記1又は複数の低剛性部は、圧電体の一方の面にのみ電極が積層された肉薄部から構成されてもよい。但し、1又は複数の低剛性部に選択的にひだを形成する観点からは、低剛性部とその他の部分(振動検出部)とで剛性の差が大きい方が好ましい。そのため、低剛性部は、圧電体の両面に電極が積層されていない肉薄部であることがより好ましい。 The one or more low-rigidity portions may be composed of a thin portion in which electrodes are laminated only on one surface of the piezoelectric body. However, from the viewpoint of selectively forming a fold in one or a plurality of low-rigidity portions, it is preferable that the difference in rigidity between the low-rigidity portion and the other portion (vibration detection portion) is large. Therefore, it is more preferable that the low-rigidity portion is a thin portion in which electrodes are not laminated on both surfaces of the piezoelectric body.
当該振動検出素子は、前記一対の電極が平面視同一形状でパターニングされていなくてもよい。この場合、少なくとも一方の電極が圧電体に積層されていない領域を肉薄部として構成することができる。 In the vibration detecting element, the pair of electrodes may not be patterned in the same shape in plan view. In this case, a region where at least one electrode is not laminated on the piezoelectric body can be configured as a thin portion.
当該振動検出素子は、例えば図8及び図9の構成において、低剛性部にスリットが形成されてもよい。また、前記スリットは、当該振動検出素子の外縁から離れた内側の領域に形成されてもよい。さらに、当該振動検出素子は、1つの低剛性部に対して2以上のスリットが形成されてもよい。 In the vibration detecting element, for example, in the configuration of FIGS. 8 and 9, a slit may be formed in the low rigidity portion. Further, the slit may be formed in an inner region apart from the outer edge of the vibration detecting element. Further, in the vibration detecting element, two or more slits may be formed for one low rigidity portion.
当該振動検出素子は、前記基部と複数の周縁部との間に低剛性部を設けてもよい。換言すると、前記基部と複数の周縁部との間に、圧電体に少なくとも一方の電極が積層されていない肉薄部を形成してもよい。この構成によると、複数の振動検出部を低剛性部で分割したアレイ状のセンサを形成することができる。 The vibration detecting element may be provided with a low-rigidity portion between the base portion and the plurality of peripheral portions. In other words, a thin portion where at least one electrode is not laminated on the piezoelectric body may be formed between the base portion and the plurality of peripheral portions. With this configuration, it is possible to form an array sensor in which the plurality of vibration detection units are divided by the low-rigidity portion.
前記1又は複数の低剛性部は、延在方向に沿って幅が一定でなくてもよい。例えば当該振動検出素子が放射状に配設される複数の低剛性部を有する場合、これらの低剛性部は、放射方向外側に向けて幅が漸減してもよく、漸増してもよく、幅が漸減する領域と幅が漸増領域とを共に有していてもよい。 The one or more low-rigidity portions may not have a constant width along the extending direction. For example, when the vibration detection element has a plurality of low-rigidity portions radially arranged, the width of these low-rigidity portions may be gradually reduced toward the outer side in the radial direction, may be gradually increased, and the width may be gradually increased. Both the gradually decreasing area and the gradually increasing area may be included.
当該超音波センサは、前記振動検出素子の曲面形状が適切に維持可能な場合であれば、前記1又は複数の低剛性部には必ずしもひだが形成されていなくてもよい。 The ultrasonic sensor does not necessarily need to have a fold formed on the one or more low-rigidity portions as long as the curved surface shape of the vibration detection element can be appropriately maintained.
当該超音波センサは、前記振動検出素子の曲面形状が維持できる限り、必ずしも前述の支持部材を有していなくてもよい。 The ultrasonic sensor does not necessarily have to have the support member described above as long as the curved surface shape of the vibration detection element can be maintained.
当該超音波センサは、前記支持部材を有する場合、前記1又は複数の低剛性部でのみ前記載置面と部分的に接着されていてもよい。また、当該超音波センサがこの支持部材を有する場合、検出精度が不十分とならない場合であれば、前記振動検出素子と支持部材とを電極の任意の積層領域で接着固定することも可能である。 When the ultrasonic sensor includes the support member, the ultrasonic sensor may be partially bonded to the mounting surface only at the one or more low-rigidity portions. Further, in the case where the ultrasonic sensor has this supporting member, the vibration detecting element and the supporting member can be adhered and fixed at an arbitrary laminated region of the electrode if the detection accuracy is not insufficient. ..
当該超音波センサは、支持部材上に複数の振動検出素子が積層された構成とすることも可能である。 The ultrasonic sensor may have a configuration in which a plurality of vibration detection elements are laminated on a support member.
以上説明したように、本発明に係る振動検出素子は、3次元湾曲形状に容易に形成することができるので、超音波検出用のセンサとして好適に用いられる。 As described above, since the vibration detecting element according to the present invention can be easily formed into a three-dimensional curved shape, it is preferably used as a sensor for detecting ultrasonic waves.
1,21 超音波センサ
2,22,32,42 振動検出素子
2a,32a 基部
2b 周縁部
3 支持部材
3a 載置面
3b 貫通孔
11 圧電体
12a 第1電極
12b 第2電極
13,23,33,43 低剛性部
13a ひだ
13b スリット
14 接着部
14a 第1接着部
14b 第2接着部
15 振動検出部
102 振動検出素子
103 切欠き
1, 21
Claims (10)
その外縁から内側に延びる1又は複数の帯状の低剛性部を有する振動検出素子。 A film-shaped piezoelectric body and a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body,
A vibration detecting element having one or a plurality of belt-shaped low-rigidity portions extending inward from its outer edge.
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