JP5837827B2 - ユニモルフ振動子と超音波送受信器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いたユニモルフ振動子およびそれを用いた空中用の超音波送受信器に関するものである。

ユニモルフ振動子を使用した製品が多数製造されている。例えば、ユニモルフ振動子にコーン状の共振子を取り付けた開放型の超音波送受信器が、自動車のセキュリティー用や、ロボットの距離検知システム用に製造されている。現在市販されている開放型超音波送受信器は製品の外径がφ１０のものが最小である。意匠性を向上させるために、より小型の超音波送受信器が求められている。

従来の圧電振動子を用いたユニモルフ振動子は下記の通りである。図２に従来のユニモルフ振動子の構造を示す。円盤形の導波板５に、円形または六角形等多角形の圧電素子２が接着されている。例えば圧電素子２は両面に電極が施された円形である。導波板５は外周に半円形の切り欠け５ａを有する。切り欠け５ａは、圧電素子２に設けられた銀電極に電極となるリード線４ａを半田付けするために設けられている。導波板２の切り欠け部５ａから露出した銀電極にリード線４ａが半田付けされている。反対側の銀電極中央にリード線４ｂが半田付けされている。

特許公開２００２−３５９８９６

より小型の開放型超音波送受信器を作成する為には、構造の基本となる圧電振動子と導波板の外径を小さくする必要がある。圧電素子と導波板を小さくした場合、次の問題が生じる。導波板の径を小さくすると導波板の切りかけ部の面積が狭くなる。切りかけ部の面積が狭くなることで、圧電素子と導波板を接着した後に半田付け部まで接着剤がはみ出し易くなる。接着剤が半田付け部まではみ出した場合は、半田付け出来なくなるため不良品となる。

両面電極が施された圧電素子と、圧電素子に接着された金属からなる一部が欠けた円盤状の導波板と、圧電素子の導波板が接着されていない側の電極に半田つけされた予備リード線と、圧電素子の電導波板の接着された面の導波板の欠けた部分から露出した圧電素子の電極に半田付けされた予備リード線とからなるユニモルフ振動子において、導波板の欠けた部分の周辺が圧電素子を接着する側と逆方向に反っていることで、接着剤溜まりが出来て接着剤が半田付け部にはみ出すことを抑制する。

液状接着剤の這い上がりを防止し、圧電素子への半田付け作業にが容易になった。また接着剤が半田付け部に付着することによる不良が減った。

本発明の実施の形態に関わる開放型超音波送受信器の例 従来の開放型超音波送受信器の例

図１に本発明を実施した導波板を示す。導波板１は、インバー材からなる。導波板１は、例えば外径φ７ｍｍの薄い円盤形状である。この導波板１はつぎの形状的特徴をもつ。この導波板１は外周部に半円形の欠けた部分１ａを有する。この欠けた部分１ａは、導波板１の外周を中心とした直径φ１．２ｍｍの半円形の切りかけである。この切りかけ部１ａは、切りかけ部１ａの全周が一方へ反っている。切りかけ部１ａの中心からφ１．６ｍｍの部分を始まりとし反り部１ｂを有す。

この導波板１を使用したユニモルフ振動子の構造をつぎにしめす。前述の導波板１に圧電素子２を接着する。導波板１の切りかけ部１ａが反り返った方向と反対側の面に圧電素子２が接着される。圧電素子２は、導波板１に内接する薄い正六角形である。または、円形または多角形でもよい。圧電素子２の両面には銀電極が施されている。圧電素子２と導波板１が接着剤で接着されている。圧電素子２と導波板１の中心があうように接着されている。このとき導波板１の切りかけ部１ａから圧電素子２の銀電極の一部が露出している。接着剤は例えば嫌気性アクリル系接着剤が使用できる。圧電素子２の両面にリード線４ａ、４ｂが半田付けされている。導波板１が接着された面は、導波板１の切りかけ部１ａから露出した圧電素子２の銀電極部に半田付けされている。逆の面では圧電素子２の中央部に半田付けされている。

圧電素子２と導波板１の接着は例えばつぎのように行われる。導波板１の中央部に適量の嫌気性アクリル系接着剤を塗布し、接着剤を塗布した導波板１に圧電素子２を置き加圧する。加圧することで中央部に塗布された接着剤が圧電素子２と導波板１の間の隅々まで広がる。導波板１と圧電素子２の間にある接着剤が嫌気反応によって硬化する。（図２に示した）従来の導波板５で有れば、圧電素子２と従来の導波板５を加圧した際に、接着剤が従来の導波板５の切りかけ部５ａの露出した圧電素子２の銀電極まではみ出す事がある。銀電極まで接着剤がはみ出すと、リード線４ａの半田付けが出来なくなる。銀電極まで接着剤がはみ出した場合は、不良として処分される。本発明を実施した（図１の）導波板１では、接着剤が切りかけ部１ａに設けられた反り部１ｂにたまる為に、切りかけ部１ａに露出した圧電素子２の銀電極へ接着剤がはみ出す事が抑制される。

液状接着剤の這い上がりを防止し、圧電素子２への半田付け作業にが容易になった。また接着剤が半田付け部に付着することによる不良が減った。

本発明を実施した導波板１を使用した超音波送受信器と、従来の導波板５を使用した超音波送受信器で超音波特性の比較を行った。従来品と変わらない特性が得られた。

本発明は、開放型超音波送受信器のみならず、他のユニモルフ振動子にも利用できる。

１ 金属導波板
１ａ 金属導波板の切りかけ部
１ｂ 金属導波板の切りかけ部の反り部
２ 圧電セラミック振動子
３ａ 半田
３ｂ 半田
４ａ リード線
４ｂ リード線

５ 従来の導波板
５ａ 従来の導波板の切りかけ部

Claims (2)

1. 両面電極が施された圧電素子と、
   前述圧電素子に接着された金属からなる一部が欠けた円盤状の導波板と、
   前述圧電素子の前述導波板が接着されていない側の電極に半田つけされたリード線と、
   前述圧電素子の前述導波板の接着された面の前述導波板の欠けた部分から露出した前述圧電素子の電極に半田付けされたリード線と
   からなるユニモルフ振動子において、
   前述導波板の欠けた部分の周辺が前述圧電素子を接着する側と逆方向に反っていることを特徴とするユニモルフ振動子
2. 請求項１に記載のユニモルフ振動子を使用した超音波送受信器

Images