JP6332596B2 - Ultrasonic sensor element, manufacturing method thereof, and ultrasonic sensor - Google Patents

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Description

本発明は、超音波センサー素子及びその製造方法並びに超音波センサーに関する。   The present invention relates to an ultrasonic sensor element, a manufacturing method thereof, and an ultrasonic sensor.

従来、測定対象物に関する各種情報を取得するための検出器の一つとして、超音波センサーが知られている。超音波センサーは、超音波を対象物に向けて発信してから超音波(エコー信号)を受信するまでの所要時間に基づいて、測定対象物の位置、形状及び速度等に関する情報を得るものである。   Conventionally, an ultrasonic sensor is known as one of detectors for acquiring various types of information related to a measurement object. The ultrasonic sensor obtains information on the position, shape, speed, etc. of the measurement object based on the time required from transmitting the ultrasonic wave toward the object until receiving the ultrasonic wave (echo signal). is there.

このような超音波センサーとしては、例えば、振動板及び圧電体を有する超音波センサーユニットから発信された超音波と、検出対象により反射され該超音波センサーユニットにより受信された超音波と、に基づいて、検出対象の位置、形状及び速度を算出する制御演算部を備え、上記の圧電体の周囲を反射室により覆ったものが知られている(例えば特許文献1参照)。   As such an ultrasonic sensor, for example, based on an ultrasonic wave transmitted from an ultrasonic sensor unit having a diaphragm and a piezoelectric body, and an ultrasonic wave reflected by a detection target and received by the ultrasonic sensor unit. In addition, a control operation unit that calculates the position, shape, and speed of a detection target is provided, and the above-described piezoelectric body is covered with a reflection chamber (see, for example, Patent Document 1).

また、この種の圧電体を具備する検出器として、圧力センサーの例ではあるが、開口部を有する支持体と、前記支持体上に設けられた支持膜と、支持膜上に形成された圧力検出部(圧電素子)と、を有し、圧力検出部上に形成される枠体と、枠体を閉塞する封止膜と、を備え、これらによって囲まれる内部空間に圧力媒体(シリコーンオイル)を充填したものが提案されている(例えば特許文献2参照)。特許文献2では、測定対象物が封止膜に当接する際の圧力を圧力媒体によって支持膜上の圧力検出部に伝達する、つまり、支持膜から封止膜側に圧力検出部及び圧力媒体が設けられた構成となっている。   Further, as a detector having this type of piezoelectric body, although it is an example of a pressure sensor, a support body having an opening, a support film provided on the support body, and a pressure formed on the support film A detection unit (piezoelectric element), a frame formed on the pressure detection unit, and a sealing film for closing the frame, and a pressure medium (silicone oil) in an internal space surrounded by the frame Has been proposed (for example, see Patent Document 2). In Patent Document 2, the pressure when the measurement object comes into contact with the sealing film is transmitted to the pressure detection unit on the support film by the pressure medium, that is, the pressure detection unit and the pressure medium are provided from the support film to the sealing film side. It has a provided configuration.

特開2010−164331号公報JP 2010-164331 A 特開2012−215533号公報JP 2012-215533 A

しかしながら、特許文献1では、測定対象物の方向に発信される超音波とは異なる方向(例えば反対方向)に発信された他の超音波が、圧電体の周囲を覆う反射室により反射して測定対象物側でエコー信号等と干渉し、その結果、ノイズが生じて測定分解能が低下する問題があった。   However, in Patent Document 1, measurement is performed by reflecting another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted in the direction of the measurement object (for example, the opposite direction) by a reflection chamber covering the periphery of the piezoelectric body. There is a problem that interference with an echo signal or the like is caused on the object side, resulting in noise and a decrease in measurement resolution.

また、特許文献2でも、測定対象物の方向に発信される超音波とは異なる方向(例えば横方向)に発信された他の超音波が、圧電体の周囲を覆う枠体や封止膜により反射して測定対象物側でエコー信号等と干渉し、その結果、ノイズが生じて測定分解能が低下する問題があった。   Also in Patent Document 2, another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted in the direction of the measurement object (for example, the lateral direction) is caused by a frame body or a sealing film that covers the periphery of the piezoelectric body. Reflecting and interfering with an echo signal or the like on the measurement object side, as a result, there is a problem that noise is generated and the measurement resolution is lowered.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高分解能を有する新規な超音波センサー素子及びその製造方法並びに超音波センサーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a novel ultrasonic sensor element having high resolution, a method for manufacturing the same, and an ultrasonic sensor.

上記課題を解決する本発明の態様は、開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に樹脂を含む整合層が構成されており、前記圧電素子を含む領域が封止板によって包囲されており、前記封止板によって包囲された領域に樹脂を含むとともに、超音波拡散粒が保持されていて、前記整合層としての樹脂及び前記封止板によって包囲された領域に含まれる樹脂が、それぞれ、アクリル、ポリカーボネート、PET、ポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS、ジュラコン、シリコーン樹脂から選ばれる材料からなることを特徴とする超音波センサー素子にある。
かかる態様によれば、測定対象物に発信される超音波とは異なる方向に発信される他の超音波を、超音波拡散粒に衝突させて拡散させることができる。このため、上記の他の超音波が測定対象物側でエコー信号と干渉するのを防止でき、高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。
ここで、前記開口部が、測定対象物への超音波の通過領域とされており、前記圧電素子が、前記振動板の前記開口部とは反対側に形成されることが好ましい。これによれば、振動板の圧電素子とは反対側が、測定対象物への超音波の通過領域となる構成を実現でき、圧電素子と測定対象物との間の漏れ電流等を防止しやすくなる。よって、高分解能を有し、かつ安全性の高い超音波センサー素子を提供できる。
また、前記超音波拡散粒が、気泡又はフィラーの少なくとも一方であることが好ましい。これによれば、超音波拡散粒を樹脂内に保持しやすくなる。よって、高分解能を有する超音波センサー素子を容易に提供できる。
また、前記フィラーが非金属材料からなることが好ましい。これによれば、フィラーとして導電率の低い材料を用い、高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。
また、前記超音波拡散粒の粒径が0.1μm以上30μm以下の範囲内であることが好ましい。これによれば、樹脂内の超音波波長に応じ、例えばレイリー散乱、ミー散乱、及び幾何光学散乱の少なくとも一つの現象に基づいて、上記の他の超音波を確実に拡散させることができる。よって、更に高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。
また、前記封止板の前記圧電素子に対向する面に貫通部が形成されていることが好ましい。これによれば、圧電素子に対向する部分の封止板を除去することができ、封止板の剛性によって圧電素子の変位が阻害されにくくなる。よって、更に高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。また、圧電素子に対向する貫通部を介して該圧電素子を含む領域に樹脂や超音波拡散粒を投入でき、超音波センサー素子の製造も容易となる。
上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記の何れかに記載の超音波センサー素子を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に構成された前記整合層がシリコーン樹脂を含むことが好ましい。これによれば、比較的取り扱い性に優れ、かつ超音波拡散粒を保持しやすいシリコーン樹脂を用い、高分解能を有する超音波センサーを容易に提供できるようになる。
また、前記振動板とは反対側の前記基板の前記開口部を塞ぐレンズ部材を具備することが好ましい。これによれば、レンズ部材、基板及び振動板によって整合層を容易に形成できるため、高分解能を有する超音波センサーを容易に提供できるようになる。
上記課題を解決する本発明の更に他の態様は、開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に樹脂を含む整合層が構成されており、前記圧電素子を含む領域を封止板によって包囲し、前記包囲された領域に樹脂及び超音波拡散粒を保持させる工程を有し、前記整合層としての樹脂及び前記包囲領域に含まれる樹脂として、それぞれ、アクリル、ポリカーボネート、PET、ポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS、ジュラコン、シリコーン樹脂から選ばれる材料を用いることを特徴とする超音波センサー素子の製造方法にある。
かかる態様によれば、測定対象物に発信される超音波とは異なる方向に発信される他の超音波を、超音波拡散粒に衝突させて拡散させることができる。このため、上記の他の超音波が測定対象物側でエコー信号と干渉するのを防止でき、高分解能を有する超音波センサー素子の製造方法を提供できる。
また、上記に関連する態様は、開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、前記圧電素子を含む領域が封止板によって包囲されており、前記封止板によって包囲された領域に樹脂を含むとともに、超音波拡散粒が保持されていることを特徴とする超音波センサー素子にある。
かかる態様によれば、測定対象物に発信される超音波とは異なる方向に発信される他の超音波を、超音波拡散粒に衝突させて拡散させることができる。このため、上記の他の超音波が測定対象物側でエコー信号と干渉するのを防止でき、高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。
An aspect of the present invention for solving the above problems includes a substrate having an opening, a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening, a first electrode laminated on the diaphragm, and a piezoelectric body. A matching element including a resin in a region partitioned by the substrate and the diaphragm, and the region including the piezoelectric element is surrounded by a sealing plate. The resin is contained in the region surrounded by the sealing plate, the ultrasonic diffusion particles are held, and the resin included in the region surrounded by the resin as the matching layer and the sealing plate And an ultrasonic sensor element comprising a material selected from acrylic, polycarbonate, PET, polyethylene, vinyl chloride, polypropylene, ABS, Duracon, and silicone resin, respectively. .
According to this aspect, it is possible to cause another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted to the measurement object to collide with the ultrasonic diffusion particles and diffuse. For this reason, it can prevent that said other ultrasonic wave interferes with an echo signal by the side of a measuring object, and can provide the ultrasonic sensor element which has high resolution.
Here, it is preferable that the opening is a region through which an ultrasonic wave passes to the measurement object, and the piezoelectric element is formed on the side opposite to the opening of the diaphragm. According to this, it is possible to realize a configuration in which the opposite side of the diaphragm to the piezoelectric element is a region through which the ultrasonic wave passes to the measurement object, and it is easy to prevent leakage current between the piezoelectric element and the measurement object. . Therefore, an ultrasonic sensor element having high resolution and high safety can be provided.
Moreover, it is preferable that the said ultrasonic diffusion particle is at least one of a bubble or a filler. According to this, it becomes easy to hold | maintain an ultrasonic diffusion particle in resin. Therefore, an ultrasonic sensor element having high resolution can be easily provided.
Moreover, it is preferable that the said filler consists of nonmetallic materials. According to this, an ultrasonic sensor element having a high resolution can be provided by using a material having low conductivity as the filler.
Moreover, it is preferable that the particle size of the ultrasonic diffusion particle is in the range of 0.1 μm to 30 μm. According to this, according to the ultrasonic wavelength in resin, based on at least one phenomenon of Rayleigh scattering, Mie scattering, and geometric optical scattering, for example, the other ultrasonic waves can be reliably diffused. Therefore, an ultrasonic sensor element having higher resolution can be provided.
Moreover, it is preferable that a through portion is formed on a surface of the sealing plate facing the piezoelectric element. According to this, the sealing plate in a portion facing the piezoelectric element can be removed, and the displacement of the piezoelectric element is hardly hindered by the rigidity of the sealing plate. Therefore, an ultrasonic sensor element having higher resolution can be provided. In addition, resin or ultrasonic diffusion particles can be introduced into the region including the piezoelectric element through the penetrating portion facing the piezoelectric element, and the manufacture of the ultrasonic sensor element is facilitated.
According to another aspect of the present invention for solving the above-described problem, the ultrasonic sensor element according to any one of the above is provided, and the matching layer formed in a region partitioned by the substrate and the diaphragm is made of a silicone resin. It is preferable to include. According to this, it is possible to easily provide an ultrasonic sensor having a high resolution by using a silicone resin that is relatively excellent in handling properties and easily holds ultrasonic diffusion particles.
Moreover, it is preferable to provide a lens member that closes the opening of the substrate on the side opposite to the diaphragm. According to this, since the matching layer can be easily formed by the lens member, the substrate and the diaphragm, an ultrasonic sensor having high resolution can be easily provided.
According to still another aspect of the present invention for solving the above-described problems, a substrate in which an opening is formed, a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening, and a first electrode laminated on the diaphragm. A piezoelectric layer composed of a piezoelectric layer and a second electrode, and a matching layer including a resin is formed in a region partitioned by the substrate and the diaphragm, and the region including the piezoelectric element is sealed A step of enclosing by a plate and holding a resin and ultrasonic diffusion particles in the enclosed region, and the resin as the matching layer and the resin contained in the enclosed region are acrylic, polycarbonate, PET, polyethylene, respectively And a method of manufacturing an ultrasonic sensor element, using a material selected from vinyl chloride, polypropylene, ABS, Duracon, and silicone resin.
According to this aspect, it is possible to cause another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted to the measurement object to collide with the ultrasonic diffusion particles and diffuse. For this reason, it can prevent that said other ultrasonic wave interferes with an echo signal by the side of a measuring object, and can provide the manufacturing method of the ultrasonic sensor element which has high resolution.
In addition, an aspect related to the above includes a substrate in which an opening is formed, a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening, a first electrode laminated on the diaphragm, a piezoelectric layer, and A piezoelectric element including a second electrode, and a region including the piezoelectric element is surrounded by a sealing plate, and the region surrounded by the sealing plate includes a resin and holds ultrasonic diffusion particles. The ultrasonic sensor element is characterized by the above.
According to this aspect, it is possible to cause another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted to the measurement object to collide with the ultrasonic diffusion particles and diffuse. For this reason, it can prevent that said other ultrasonic wave interferes with an echo signal by the side of a measuring object, and can provide the ultrasonic sensor element which has high resolution.

ここで、前記開口部が、測定対象物への超音波の通過領域とされており、前記圧電素子が、前記振動板の前記開口部とは反対側に形成されることが好ましい。これによれば、振動板の圧電素子とは反対側が、測定対象物への超音波の通過領域となる構成を実現でき、圧電素子と測定対象物との間の漏れ電流等を防止しやすくなる。よって、高分解能を有し、かつ安全性の高い超音波センサー素子を提供できる。   Here, it is preferable that the opening is a region through which an ultrasonic wave passes to the measurement object, and the piezoelectric element is formed on the side opposite to the opening of the diaphragm. According to this, it is possible to realize a configuration in which the opposite side of the diaphragm to the piezoelectric element is a region through which the ultrasonic wave passes to the measurement object, and it is easy to prevent leakage current between the piezoelectric element and the measurement object. . Therefore, an ultrasonic sensor element having high resolution and high safety can be provided.

また、前記超音波拡散粒が、気泡又はフィラーの少なくとも一方であることが好ましい。これによれば、超音波拡散粒を樹脂内に保持しやすくなる。よって、高分解能を有する超音波センサー素子を容易に提供できる。   Moreover, it is preferable that the said ultrasonic diffusion particle is at least one of a bubble or a filler. According to this, it becomes easy to hold | maintain an ultrasonic diffusion particle in resin. Therefore, an ultrasonic sensor element having high resolution can be easily provided.

また、前記フィラーが非金属材料からなることが好ましい。これによれば、フィラーとして導電率の低い材料を用い、高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。   Moreover, it is preferable that the said filler consists of nonmetallic materials. According to this, an ultrasonic sensor element having a high resolution can be provided by using a material having low conductivity as the filler.

また、前記超音波拡散粒の粒径が0.1μm以上30μm以下の範囲内であることが好ましい。これによれば、樹脂内の超音波波長に応じ、例えばレイリー散乱、ミー散乱、及び幾何光学散乱の少なくとも一つの現象に基づいて、上記の他の超音波を確実に拡散させることができる。よって、更に高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。   Moreover, it is preferable that the particle size of the ultrasonic diffusion particle is in the range of 0.1 μm to 30 μm. According to this, according to the ultrasonic wavelength in resin, based on at least one phenomenon of Rayleigh scattering, Mie scattering, and geometric optical scattering, for example, the other ultrasonic waves can be reliably diffused. Therefore, an ultrasonic sensor element having higher resolution can be provided.

また、前記封止板の前記圧電素子に対向する面に貫通部が形成されていることが好ましい。これによれば、圧電素子に対向する部分の封止板を除去することができ、封止板の剛性によって圧電素子の変位が阻害されにくくなる。よって、更に高分解能を有する超音波センサー素子を提供できる。また、圧電素子に対向する貫通部を介して該圧電素子を含む領域に樹脂や超音波拡散粒を投入でき、超音波センサー素子の製造も容易となる。   Moreover, it is preferable that a through portion is formed on a surface of the sealing plate facing the piezoelectric element. According to this, the sealing plate in a portion facing the piezoelectric element can be removed, and the displacement of the piezoelectric element is hardly hindered by the rigidity of the sealing plate. Therefore, an ultrasonic sensor element having higher resolution can be provided. In addition, resin or ultrasonic diffusion particles can be introduced into the region including the piezoelectric element through the penetrating portion facing the piezoelectric element, and the manufacture of the ultrasonic sensor element is facilitated.

上記に関連する他の態様は、上記の何れかに記載の超音波センサー素子を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に樹脂を含む整合層が構成されていることを特徴とする超音波センサーにある。かかる態様によれば、上記の超音波センサーを具備するため、高分解能を有する超音波センサーを提供できる。
ここで、前記整合層がシリコーン樹脂を含むことが好ましい。これによれば、比較的取り扱い性に優れ、かつ超音波拡散粒を保持しやすいシリコーン樹脂を用い、高分解能を有する超音波センサーを容易に提供できるようになる。
Another aspect related to the above is characterized in that the ultrasonic sensor element according to any one of the above is provided, and a matching layer including a resin is formed in a region partitioned by the substrate and the diaphragm. There is an ultrasonic sensor to do. According to this aspect, since the ultrasonic sensor is provided, an ultrasonic sensor having high resolution can be provided.
Here, it is preferable that the matching layer includes a silicone resin. According to this, it is possible to easily provide an ultrasonic sensor having a high resolution by using a silicone resin that is relatively excellent in handling properties and easily holds ultrasonic diffusion particles.

また、前記振動板とは反対側の前記基板の前記開口部を塞ぐレンズ部材を具備することが好ましい。これによれば、レンズ部材、基板及び振動板によって整合層を容易に形成できるため、高分解能を有する超音波センサーを容易に提供できるようになる。   Moreover, it is preferable to provide a lens member that closes the opening of the substrate on the side opposite to the diaphragm. According to this, since the matching layer can be easily formed by the lens member, the substrate and the diaphragm, an ultrasonic sensor having high resolution can be easily provided.

上記に関連する他の態様は、開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、前記圧電素子を含む領域を封止板によって包囲し、前記包囲領域に樹脂及び超音波拡散粒を保持させる工程を有することを特徴とする超音波センサー素子の製造方法にある。
かかる態様によれば、測定対象物に発信される超音波とは異なる方向に発信される他の超音波を、超音波拡散粒に衝突させて拡散させることができる。このため、上記の他の超音波が測定対象物側でエコー信号と干渉するのを防止でき、高分解能を有する超音波センサー素子の製造方法を提供できる。
Other aspects related to the above include a substrate in which an opening is formed, a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening, a first electrode laminated on the diaphragm, a piezoelectric layer, and A piezoelectric element comprising a second electrode, and a step of surrounding a region including the piezoelectric element with a sealing plate and holding the resin and ultrasonic diffusion particles in the surrounding region. It exists in the manufacturing method of a sensor element.
According to this aspect, it is possible to cause another ultrasonic wave transmitted in a direction different from the ultrasonic wave transmitted to the measurement object to collide with the ultrasonic diffusion particles and diffuse. For this reason, it can prevent that said other ultrasonic wave interferes with an echo signal by the side of a measuring object, and can provide the manufacturing method of the ultrasonic sensor element which has high resolution.

実施形態1に係る超音波センサーの概略構成を示す分解斜視図。1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る超音波センサーの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの動作等を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating operations of the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの動作等を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating operations of the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの超音波拡散粒を説明する図。FIG. 3 is a view for explaining ultrasonic diffusion particles of the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの超音波拡散粒を説明する図。FIG. 3 is a view for explaining ultrasonic diffusion particles of the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの製造例を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of manufacturing the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係る超音波センサーの製造例を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of manufacturing the ultrasonic sensor according to the first embodiment. 実施形態2に係る超音波センサーの断面図を示す図。FIG. 5 is a cross-sectional view of an ultrasonic sensor according to a second embodiment. 本発明の一実施形態に係る液体噴射装置の概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a liquid ejecting apparatus according to an embodiment of the invention.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る超音波センサーの概略構成を示す分解斜視図である。図2(a)は、図1の断面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A′線断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 2A is a cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A.

図示するように、本実施形態の超音波センサー10は、開口部11が形成された基板12と、開口部11を塞ぐように基板12に設けられた振動板13と、振動板13に積層された第1電極14、圧電体層15及び第2電極16からなる圧電素子17と、を含んで構成される超音波センサー素子1を具備するものである。   As shown in the figure, the ultrasonic sensor 10 of this embodiment is laminated on a substrate 12 having an opening 11, a diaphragm 13 provided on the substrate 12 so as to close the opening 11, and the diaphragm 13. The ultrasonic sensor element 1 includes the first electrode 14, the piezoelectric layer 15, and the piezoelectric element 17 including the second electrode 16.

超音波センサー素子1の基板12は例えばシリコン単結晶基板を用いることができる。振動板13は例えば二酸化シリコンからなる弾性膜として構成され、圧電素子17への電圧印加によって弾性変形する。これにより、超音波が発生することとなる。   For example, a silicon single crystal substrate can be used as the substrate 12 of the ultrasonic sensor element 1. The diaphragm 13 is configured as an elastic film made of, for example, silicon dioxide, and is elastically deformed by applying a voltage to the piezoelectric element 17. Thereby, an ultrasonic wave will generate | occur | produce.

本実施形態では、開口部11が測定対象物への超音波の通過領域とされており、圧電素子17が、振動板13の開口部11とは反対側に形成されている。つまり本実施形態では、振動板13の圧電素子17とは反対側が、測定対象物に向けて発信される超音波や測定対象物から反射した超音波(エコー信号)の通過領域となる構成を採用できる。これによれば、振動板13の圧電素子17とは反対側の構成を簡素化させ、超音波等の良好な通過領域を確保できる。また、電極や配線等の電気的領域や各部剤の接着固定領域を測定対象物から遠ざけて、これらと測定対象物との間での汚染や漏れ電流を防止しやすくなる。   In the present embodiment, the opening 11 is a region through which ultrasonic waves pass to the measurement object, and the piezoelectric element 17 is formed on the side opposite to the opening 11 of the diaphragm 13. That is, in the present embodiment, a configuration is adopted in which the side opposite to the piezoelectric element 17 of the vibration plate 13 becomes a passage region for ultrasonic waves transmitted toward the measurement object and ultrasonic waves (echo signals) reflected from the measurement object. it can. According to this, the structure on the opposite side to the piezoelectric element 17 of the diaphragm 13 can be simplified, and a good passing region for ultrasonic waves or the like can be secured. In addition, it is easy to prevent the electrical area such as electrodes and wirings and the adhesive fixing area of each component from the object to be measured to prevent contamination and leakage current between them and the object to be measured.

従って、本実施形態は、プリンターに搭載される圧力センサー等として好適に使用できるのはもちろん、安全性等の点から汚染や漏れ電流を特に嫌う医療用の機器、例えば超音波診断装置、血圧計及び眼圧計にも好適に使用できる超音波センサー素子1となる。   Therefore, this embodiment can be suitably used as a pressure sensor or the like mounted on a printer, as well as medical equipment that particularly dislikes contamination and leakage current from the viewpoint of safety and the like, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus, a sphygmomanometer In addition, the ultrasonic sensor element 1 can be suitably used for a tonometer.

このような超音波センサー素子1を具備し、基板12及び振動板13に区画される領域に樹脂を含む整合層(音響整合層)が形成されることで、本実施形態の超音波センサー10が構成される。   The ultrasonic sensor 10 according to this embodiment includes the ultrasonic sensor element 1 and a matching layer (acoustic matching layer) including a resin is formed in a region partitioned by the substrate 12 and the diaphragm 13. Composed.

超音波センサー10において、基板12の振動板13とは反対側には、超音波等を透過可能なレンズ部材18が設けられている。これにより、レンズ部材18、基板12及び振動板13によって区画される領域に、所定の樹脂を充填させて音響整合層19を形成できる。このような音響整合層19によれば、圧電素子17と測定対象物との間の音響インピーダンス差を低減でき、超音波が効率よく測定対象物側に発信されるようになる。   In the ultrasonic sensor 10, a lens member 18 capable of transmitting ultrasonic waves and the like is provided on the opposite side of the substrate 12 from the diaphragm 13. Thus, the acoustic matching layer 19 can be formed by filling a predetermined resin into a region defined by the lens member 18, the substrate 12, and the diaphragm 13. According to such an acoustic matching layer 19, an acoustic impedance difference between the piezoelectric element 17 and the measurement object can be reduced, and ultrasonic waves are efficiently transmitted to the measurement object side.

すなわち、圧電素子17及び測定対象物の間の音響インピーダンス差が大きい場合、超音波が測定対象物に到達する前段階の材料界面で反射しやすくなる。一方、音響整合層19により圧電素子17と測定対象物との音響インピーダンス差を低減することで、音響インピーダンス差が大きいことに起因する材料界面での超音波の反射を防止でき、超音波が効率よく測定対象物側に発信されるようになる。   That is, when the difference in acoustic impedance between the piezoelectric element 17 and the measurement object is large, the ultrasonic wave is likely to be reflected at the material interface before the arrival of the measurement object. On the other hand, by reducing the acoustic impedance difference between the piezoelectric element 17 and the measurement object by the acoustic matching layer 19, it is possible to prevent the reflection of the ultrasonic wave at the material interface due to the large acoustic impedance difference, and the ultrasonic wave is efficient. It is often transmitted to the measurement object side.

従って、音響整合層19として機能する樹脂は、圧電素子17及び測定対象物の間の音響インピーダンス差を低減できる音響インピーダンスを有するものを適宜選択することができる。使用可能な樹脂の例と、その音響インピーダンスの代表値と、を表1に示す。   Therefore, the resin functioning as the acoustic matching layer 19 can be appropriately selected to have an acoustic impedance that can reduce the acoustic impedance difference between the piezoelectric element 17 and the measurement object. Table 1 shows examples of usable resins and typical acoustic impedance values.

Figure 0006332596
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図中、超音波センサー素子1や超音波センサー10は、基板12に開口部11が一つである最小単位の構成により実現されており、小型化に有利な態様となっている。ただし、これを幅方向又は長さ方向に一次元的に並列させ、或いは幅方向及び長さ方向に二次元的に並列させてもよい。この場合、多数の信号に基づいて測定対象物の有無や測定対象物までの距離を検出でき、信頼性が向上する。   In the figure, the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 are realized by the minimum unit configuration in which the substrate 12 has one opening 11, which is an advantageous mode for downsizing. However, they may be arranged one-dimensionally in the width direction or the length direction, or two-dimensionally arranged in the width direction and the length direction. In this case, the presence or absence of the measurement object and the distance to the measurement object can be detected based on a large number of signals, and the reliability is improved.

超音波センサー素子1や超音波センサー10を一次元的又は二次元的に並列させる場合、個々の超音波センサー素子1等を構成した後に接続固定して構成してもよく、複数の開口部11が形成された基板を用い、基板、振動板及びレンズ部材等が共通部材となるように構成してもよい。   When the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally in parallel, the ultrasonic sensor elements 1 and the like may be connected and fixed, and the plurality of openings 11 may be configured. The substrate, the diaphragm, the lens member, and the like may be configured as a common member.

超音波センサー素子1の振動板13の開口部11とは反対側には、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜20と、厚さ30〜50nm程度の酸化チタン等からなり第1電極14の下地との密着性を向上させる密着層21と、が設けられている。絶縁体膜20や密着層21は必要に応じて省略可能である。   On the side opposite to the opening 11 of the diaphragm 13 of the ultrasonic sensor element 1, an insulator film 20 made of zirconium oxide or the like and a base of the first electrode 14 made of titanium oxide or the like having a thickness of about 30 to 50 nm. And an adhesion layer 21 that improves the adhesion of the substrate. The insulator film 20 and the adhesion layer 21 can be omitted as necessary.

密着層21上には、第1電極14と、厚さが3μm以下、好ましくは0.3〜1.5μmの薄膜である圧電体層15と、第2電極16と、からなる圧電素子17が形成されている。ここで、圧電素子17は、第1電極14、圧電体層15及び第2電極16を含む部分をいう。   On the adhesion layer 21, there is a piezoelectric element 17 including a first electrode 14, a piezoelectric layer 15 that is a thin film having a thickness of 3 μm or less, preferably 0.3 to 1.5 μm, and a second electrode 16. Is formed. Here, the piezoelectric element 17 refers to a portion including the first electrode 14, the piezoelectric layer 15, and the second electrode 16.

一般的には、圧電素子17では、何れか一方の電極が共通電極とされ、他方の電極及び圧電体層15が開口部11毎のパターニングにより構成される。従って、超音波センサー素子1を一次元的又は二次元的に並列させた態様とする場合には、例えば第1電極14を圧電素子17の共通電極とし、第2電極16を圧電素子17の個別電極とすることができるが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。   In general, in the piezoelectric element 17, one of the electrodes is a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 15 are configured by patterning for each opening 11. Accordingly, when the ultrasonic sensor elements 1 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally in parallel, for example, the first electrode 14 is a common electrode of the piezoelectric element 17 and the second electrode 16 is an individual element of the piezoelectric element 17. Although it can be an electrode, there is no problem even if it is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring.

ここでは圧電素子17と、当該圧電素子17の駆動により変位が生じる振動板13と、を合わせてアクチュエーター装置と称する。上述した例では、振動板13と、必要に応じて設けられる絶縁体膜20及び密着層21と、第1電極14と、が振動板として作用するが、これに限定されるものではない。例えば、振動板13を設けず、圧電素子17自体が実質的に振動板としての機能を兼ねるようにしてもよい。   Here, the piezoelectric element 17 and the diaphragm 13 that is displaced by driving the piezoelectric element 17 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the diaphragm 13, the insulator film 20 and the adhesion layer 21 provided as necessary, and the first electrode 14 function as a diaphragm, but are not limited thereto. For example, the diaphragm 13 may not be provided, and the piezoelectric element 17 itself may substantially function as a diaphragm.

第1電極14や第2電極16は導電性を有するものであれば制限されず、例えば白金(Pt)、イリジウム(Ir)、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ステンレス鋼等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の酸化スズ系導電材料、酸化亜鉛系導電材料、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO)、ニッケル酸ランタン(LaNiO)、元素ドープチタン酸ストロンチウム等の酸化物導電材料や、導電性ポリマー等を用いることができる。ただし、前記の材料に制限されない。 The first electrode 14 and the second electrode 16 are not limited as long as they have conductivity. For example, platinum (Pt), iridium (Ir), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), titanium ( Ti), metal materials such as stainless steel, tin oxide-based conductive materials such as indium tin oxide (ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide-based conductive materials, strontium ruthenate (SrRuO 3 ), lanthanum nickelate ( An oxide conductive material such as LaNiO 3 ) or element-doped strontium titanate, a conductive polymer, or the like can be used. However, the material is not limited.

圧電体層15は、代表的にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のペロブスカイト構造の複合酸化物を用いることができる。これによれば、圧電素子17の変位量を確保しやすくなる。   As the piezoelectric layer 15, a composite oxide having a perovskite structure based on lead zirconate titanate (PZT) is typically used. According to this, it becomes easy to ensure the displacement amount of the piezoelectric element 17.

また、圧電体層15は、鉛を含まないもの、例えば少なくともビスマス(Bi)、バリウム(Ba)、鉄(Fe)及びチタン(Ti)を含むペロブスカイト構造の複合酸化物を用いることもできる。これによれば、環境への負荷が少ない非鉛系材料を用いて超音波センサー素子1や超音波センサー10を実現できる。   The piezoelectric layer 15 may be made of a compound containing no lead, for example, a composite oxide having a perovskite structure including at least bismuth (Bi), barium (Ba), iron (Fe), and titanium (Ti). According to this, the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 can be realized using a lead-free material having a small environmental load.

このようなペロブスカイト型構造、すなわち、ABO型構造のAサイトは、酸素が12配位しており、また、Bサイトは酸素が6配位して8面体(オクタヘドロン)をつくっている。鉛を含まない上記の圧電体層15の例では、AサイトにBi、Ba及びLiが、BサイトにFe、Tiが位置している。 In such a perovskite structure, that is, the A site of the ABO 3 type structure, oxygen is 12-coordinated, and the B site is 6-coordinated of oxygen to form an octahedron. In the example of the piezoelectric layer 15 that does not contain lead, Bi, Ba, and Li are located at the A site, and Fe and Ti are located at the B site.

Bi、Ba、Fe及びTiを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物では、その組成式は(Bi、Ba)(Fe、Ti)Oとして表されるが、代表的な組成としては、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるものである。かかる混晶は、X線回折パターンで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムが単独では検出できないものをいう。混晶の組成から外れる組成も含むものである。 In a composite oxide having a perovskite structure containing Bi, Ba, Fe and Ti, the composition formula is expressed as (Bi, Ba) (Fe, Ti) O 3 , but a typical composition is bismuth ferrate. And a mixed crystal of barium titanate. Such a mixed crystal is an X-ray diffraction pattern in which bismuth ferrate or barium titanate cannot be detected alone. A composition deviating from the composition of the mixed crystal is also included.

ここでのペロブスカイト構造の複合酸化物には、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや、元素の一部が他の元素に置換されたものも含まれる。すなわち、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。   The composite oxide having a perovskite structure includes those that deviate from the stoichiometric composition due to deficiency / excess, and those in which some of the elements are replaced with other elements. That is, as long as a perovskite structure can be obtained, not only inevitable compositional shift due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc., but also partial substitution of elements is allowed.

そして、ペロブスカイト構造の複合酸化物の構成は前記の例に制限されず、他の元素を含んで構成してもよい。例えば圧電体層15は、マンガン(Mn)をさらに含むことが好ましい。これによれば、リーク電流を抑制しやすくなり、例えば非鉛系の材料として信頼性の高い超音波センサー素子1や超音波センサー10を実現できる。   And the structure of the complex oxide of a perovskite structure is not restricted to the said example, You may comprise other elements. For example, the piezoelectric layer 15 preferably further contains manganese (Mn). According to this, it becomes easy to suppress the leak current, and for example, the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 with high reliability can be realized as a lead-free material.

圧電体層15のAサイトのBiをリチウム(Li)、サマリウム(Sm)、セリウム(Ce)等で置換するようにしてもよく、BサイトのFeをアルミニウム(Al)、コバルト(Co)等で置換するようにしてもよい。これによれば、各種特性を向上させて構成や機能の多様化を図りやすくなる。これら他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有するように構成されることが好ましい。   Bi of the A site of the piezoelectric layer 15 may be replaced with lithium (Li), samarium (Sm), cerium (Ce), etc., and Fe of the B site is replaced with aluminum (Al), cobalt (Co), or the like. You may make it replace. According to this, it is easy to diversify configurations and functions by improving various characteristics. Even in the case of a complex oxide containing these other elements, it is preferably configured to have a perovskite structure.

以上説明した圧電素子17では、回路(図3等に示す25)による電圧印加によってたわみ変形させられて、振動板13とともに弾性変形して超音波が発生する。圧電素子17のたわみ変形のしやすさは、圧電素子17や振動板13の構成材料や厚さ、配置位置や大きさによって変わってくるため、用途や使用態様に応じて適宜調節することが可能である。   The piezoelectric element 17 described above is flexibly deformed by voltage application by a circuit (25 shown in FIG. 3 and the like) and elastically deforms together with the diaphragm 13 to generate ultrasonic waves. The ease of bending deformation of the piezoelectric element 17 varies depending on the constituent material, thickness, arrangement position, and size of the piezoelectric element 17 and the diaphragm 13, and can be adjusted as appropriate according to the application and usage. It is.

各材料に固有の共振周波数を利用して、これと圧電素子17に印加する電荷信号の周波数とを一致又は実質的に一致させ、共振を利用して圧電素子17をたわみ変形させるようにしてもよい。   By utilizing the resonance frequency unique to each material, this and the frequency of the charge signal applied to the piezoelectric element 17 are matched or substantially matched, and the piezoelectric element 17 is bent and deformed using resonance. Good.

ここで、本実施形態では、圧電素子17を含む領域が封止板22によって包囲されている。そして、封止板22によって包囲された領域(以下、包囲領域)に樹脂23を含むとともに、超音波拡散粒24が保持されている。   Here, in the present embodiment, the region including the piezoelectric element 17 is surrounded by the sealing plate 22. Then, an area surrounded by the sealing plate 22 (hereinafter referred to as an “enclosed area”) includes the resin 23 and holds the ultrasonic diffusion particles 24.

これによれば、測定対象物に発信される超音波とは異なる方向(例えば反対方向)に発信される他の超音波を、超音波拡散粒24に衝突させて拡散させることができる。拡散した超音波は、測定対象物側に達しにくくなり、測定対象物の方向に発信される超音波や、測定対象物から反射されたエコー信号に対して干渉しにくくなる。その結果、ノイズの生成を防止でき、高分解能を有する超音波センサー素子1や超音波センサー10を提供できる。   According to this, other ultrasonic waves transmitted in a direction (for example, the opposite direction) different from the ultrasonic waves transmitted to the measurement object can be caused to collide with the ultrasonic diffusion particles 24 and diffused. The diffused ultrasonic wave does not easily reach the measurement object side, and does not easily interfere with the ultrasonic wave transmitted in the direction of the measurement object or the echo signal reflected from the measurement object. As a result, generation of noise can be prevented, and the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 having high resolution can be provided.

封止板22は、例えばシリコン材料から構成できる。基板12や振動板13にもシリコン系材料を用いれば、同種の材料により各部の接合性や製造性が容易となる。封止板22を設けることで、圧電素子17を含む包囲領域を形成でき、また圧電素子17の保護にも資する。圧電素子17が薄膜(例えば30〜200μm)である場合には、その圧電素子17を含む超音波センサー素子1や超音波センサー10のハンドリング性をも向上できる。   The sealing plate 22 can be made of, for example, a silicon material. If a silicon-based material is also used for the substrate 12 and the diaphragm 13, the bonding properties and manufacturability of each part are facilitated by the same type of material. By providing the sealing plate 22, an enclosed region including the piezoelectric element 17 can be formed, and the piezoelectric element 17 can be protected. When the piezoelectric element 17 is a thin film (for example, 30 to 200 μm), the handling properties of the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 including the piezoelectric element 17 can be improved.

圧電素子17を含む包囲領域には、音響整合層として機能する樹脂23が充填されている。ここでの樹脂23は前記の例に制限されず、レンズ部材18、基板12及び振動板13により区画される領域に満たされた、音響整合層19として機能する樹脂と同様のものを用いてもよく、異なるものを用いてもよい。   The surrounding region including the piezoelectric element 17 is filled with a resin 23 that functions as an acoustic matching layer. The resin 23 here is not limited to the above example, and the same resin as the resin functioning as the acoustic matching layer 19 filled in the region defined by the lens member 18, the substrate 12, and the diaphragm 13 may be used. Well, different ones may be used.

すなわち、音響整合層19として機能する樹脂は、超音波が測定対象物に到達する前段階の材料界面で反射するのを防止する機能を有する一方、包囲領域に充填される樹脂23は、そのような機能を必ずしも有する必要はなく、超音波拡散粒24を保持できる機能を有するものであればよい。   That is, the resin functioning as the acoustic matching layer 19 has a function of preventing reflection of ultrasonic waves at the material interface in the previous stage before reaching the measurement target, while the resin 23 filled in the surrounding region is It is not always necessary to have such a function as long as it has a function capable of holding the ultrasonic diffusion particles 24.

一例として、包囲領域に充填される樹脂23としてシリコーン樹脂を用いることができる。このような樹脂23は取り扱い性に優れ、かつ超音波拡散粒24を保持しやすいものであるため、高分解能を有する超音波センサー素子1や超音波センサー10を容易に提供できるようになる。   As an example, a silicone resin can be used as the resin 23 filled in the surrounding region. Since such a resin 23 is excellent in handleability and easily holds the ultrasonic diffusion particles 24, the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 having high resolution can be easily provided.

ここで、超音波拡散粒24は、気泡又はフィラーの少なくとも一方であることが好ましい。これによれば、超音波拡散粒24を保持しやすくなる。   Here, it is preferable that the ultrasonic diffusion particle 24 is at least one of a bubble or a filler. According to this, it becomes easy to hold the ultrasonic diffusion particles 24.

超音波拡散粒24が気泡である場合には、新たな材料を追加することなく超音波拡散粒24を構成でき、例えば低コスト及び製造容易性の点で有利である。ここでの気泡には、樹脂23内に充填させることが予定された気泡のみならず、本発明の要旨を変更しない範囲において、製造過程で樹脂23内に混入してしまう気泡も含まれる。   When the ultrasonic diffusing particles 24 are bubbles, the ultrasonic diffusing particles 24 can be configured without adding a new material, which is advantageous in terms of, for example, low cost and ease of manufacture. The bubbles here include not only bubbles that are expected to be filled in the resin 23 but also bubbles that are mixed into the resin 23 during the manufacturing process within a range that does not change the gist of the present invention.

気泡はバブリング処理により樹脂23内に保持させることができる。ここでのバブリング処理は、不活性ガス、例えば窒素を樹脂23内に吹き込む処理をいう。このようなバブリング処理は、不活性ガスを樹脂23内に送り込む管を設け、また、送り込んだ不活性ガスを樹脂23外から排出する管を必要に応じて設けて、所定の速度で不活性ガスを送り込んで樹脂23を泡立てることで実現される。バブリング処理に用いる装置は公知のものを使用でき、樹脂23の特性や圧電素子17の機能等に悪影響を及ぼさない限りにおいて制限されない。   Bubbles can be held in the resin 23 by bubbling. The bubbling process here refers to a process of blowing an inert gas, for example, nitrogen into the resin 23. Such a bubbling process is provided with a pipe for feeding an inert gas into the resin 23, and a pipe for discharging the fed inert gas from the outside of the resin 23 as necessary, and at a predetermined rate. Is realized by foaming the resin 23. A known apparatus can be used for the bubbling treatment and is not limited as long as it does not adversely affect the characteristics of the resin 23 and the function of the piezoelectric element 17.

一方、超音波拡散粒24がフィラーである場合には、各種材料を適宜選択して超音波拡散粒24を構成でき、例えば多様な用途への適用性の点で有利となる。ただし、超音波拡散粒24として、気泡及びフィラーを組み合わせて用いても構わない。   On the other hand, when the ultrasonic diffusion particle 24 is a filler, the ultrasonic diffusion particle 24 can be configured by appropriately selecting various materials, which is advantageous in terms of applicability to various applications, for example. However, bubbles and fillers may be used in combination as the ultrasonic diffusion particles 24.

フィラーは、金属材料からなるもの、非金属材料からなるもの、又はこれらを組み合わせたものを用いることができるが、非金属材料からなるものを用いることが好ましい。このようなフィラーは導電性が低いため、電気的な悪影響を及ぼしにくく、もれ電流の発生等を回避しやすくなる。   As the filler, a filler made of a metal material, a filler made of a non-metallic material, or a combination thereof can be used, but a filler made of a non-metallic material is preferably used. Since such a filler has low conductivity, it is difficult to cause an adverse electrical effect, and it is easy to avoid the occurrence of leakage current.

非金属材料からなるフィラーとしては、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、シリカ、タルク、マイカ、クレイ、カーボンナノチューブ、炭素繊維、ガラスビーズ、ガラス繊維、又はそれらの混合物が挙げられる。このうち樹脂23としてシリコーン樹脂を用いる場合、電気絶縁性や該シリコーン樹脂との混合性に優れる点から、シリカが好ましい。   Examples of the filler made of a nonmetallic material include titanium oxide, zirconium oxide, silica, talc, mica, clay, carbon nanotube, carbon fiber, glass bead, glass fiber, or a mixture thereof. Among these, when a silicone resin is used as the resin 23, silica is preferable from the viewpoint of excellent electrical insulation and miscibility with the silicone resin.

次に、以上説明した本実施形態の超音波センサー素子1や超音波センサー10の構成について、図3(a)〜(c)を用いて更に詳述する。図3(a)〜(c)は、超音波センサー10の動作等を示す断面図である。   Next, the configurations of the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 according to the present embodiment described above will be described in more detail with reference to FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating the operation of the ultrasonic sensor 10 and the like.

まず本実施形態の超音波センサー10には、図3(a)に示すように、圧電素子17に電圧を印加するための回路25が電気的に接続されている。回路25は、公知の電源装置(図示せず)や公知のマイクロコンピューターを中心に構成された制御手段(図示せず)等を組み合わせて適宜構成することができる。   First, as shown in FIG. 3A, a circuit 25 for applying a voltage to the piezoelectric element 17 is electrically connected to the ultrasonic sensor 10 of the present embodiment. The circuit 25 can be appropriately configured by combining a known power supply device (not shown), a control means (not shown) mainly composed of a known microcomputer, and the like.

回路25は、配線26を介して第1電極14及び第2電極16に接続固定させることができ、これにより構造安定性や電気的信頼性が向上する。一方、回路25は、本発明の要旨を変更しない範囲において第1電極14及び第2電極16とは電気的に分離可能に構成されていてもよく、これによりメンテナンスや修理交換が容易となり、また、超音波センサー素子1や超音波センサー10自体の構成を簡素化させることができるため、多様な用途に用いやすくなる。   The circuit 25 can be connected and fixed to the first electrode 14 and the second electrode 16 via the wiring 26, thereby improving the structural stability and electrical reliability. On the other hand, the circuit 25 may be configured to be electrically separable from the first electrode 14 and the second electrode 16 within a range not changing the gist of the present invention, thereby facilitating maintenance and repair replacement. Since the configuration of the ultrasonic sensor element 1 and the ultrasonic sensor 10 itself can be simplified, it can be easily used for various applications.

図3(b)に示すように、回路25から電荷信号Iinが圧電素子17に印加されると、第1電極14及び第2電極16で挟まれた実質的に駆動部となる圧電体層(圧電体能動部)15がたわみ変形し、振動板13とともに弾性変形して超音波が発生する。上記のように、本実施形態では、振動板13の圧電素子17とは反対側が、測定対象物に向けて発信される超音波等の通過領域となる構成が採用されており、超音波等の良好な通過領域が確保されている。また、電極や配線等の電気的領域や各部材の接着固定領域を測定対象物から遠ざけて、これらと測定対象物との間での汚染や漏れ電流を防止しやすくなっている。 As shown in FIG. 3B, when a charge signal I in is applied from the circuit 25 to the piezoelectric element 17, the piezoelectric layer that substantially becomes a drive unit sandwiched between the first electrode 14 and the second electrode 16. The (piezoelectric active part) 15 is flexibly deformed and elastically deformed together with the diaphragm 13 to generate ultrasonic waves. As described above, in the present embodiment, a configuration is adopted in which the opposite side of the vibration plate 13 from the piezoelectric element 17 is a passing region for ultrasonic waves transmitted toward the measurement object, such as ultrasonic waves. A good passing area is secured. In addition, it is easy to prevent electrical currents such as electrodes and wirings and adhesion / fixing regions of the respective members from the object to be measured to prevent contamination and leakage current between them and the object to be measured.

図3(c)に示すように、測定対象物に反射した超音波はエコー信号として振動板13に入射して、これにより振動板13とともに圧電素子17が弾性変形し、発生した電荷信号Ioutが回路25にて測定される。そして、図示しない制御手段で所定の演算がなされ、電荷信号Iin及び電荷信号Ioutの時差や強度等により、測定対象物の有無や測定対象物までの距離が検出される。 As shown in FIG. 3C, the ultrasonic wave reflected by the measurement object is incident on the diaphragm 13 as an echo signal, whereby the piezoelectric element 17 is elastically deformed together with the diaphragm 13, and the generated charge signal I out is generated. Is measured by the circuit 25. Then, a predetermined calculation is performed by a control means (not shown), and the presence / absence of the measurement object and the distance to the measurement object are detected based on the time difference and the intensity of the charge signal I in and the charge signal I out .

ここで、本実施形態では、封止板22によって形成される包囲領域に充填された樹脂23内に、超音波拡散粒24が保持されている。従って、図4に示すように、測定対象物とは異なる方向(例えば反対方向)に発信される超音波を、超音波拡散粒24で散乱させることができる。散乱した超音波は、測定対象物側に達しにくくなり、測定対象物の方向に発信される超音波や、測定対象物から反射されたエコー信号に対して干渉を及ぼしにくくなる。   Here, in this embodiment, the ultrasonic diffusion particles 24 are held in the resin 23 filled in the surrounding region formed by the sealing plate 22. Therefore, as shown in FIG. 4, ultrasonic waves transmitted in a direction different from the measurement object (for example, the opposite direction) can be scattered by the ultrasonic diffusion particles 24. Scattered ultrasonic waves are less likely to reach the measurement object side, and are less likely to interfere with ultrasonic waves transmitted in the direction of the measurement object and echo signals reflected from the measurement object.

超音波拡散粒24の構成について更に詳述する。図5(a)〜(c)は、それぞれ異なる粒径の超音波拡散粒24によって超音波が拡散される状態を示す模式図であり、矢印によって超音波の方向が示されている。   The configuration of the ultrasonic diffusion particle 24 will be further described in detail. FIGS. 5A to 5C are schematic views showing a state in which ultrasonic waves are diffused by the ultrasonic diffusion particles 24 having different particle sizes, and the directions of the ultrasonic waves are indicated by arrows.

式(1)で表される超音波拡散粒24の粒径αが、包囲領域の樹脂23における超音波の波長λよりも十分小さい場合、図5(a)に示すようなレイリー散乱により、超音波を散乱させることができる。この場合、超音波は、その進行方向に垂直な方向を境にほぼ対称に散乱する。よって、超音波の強度を、衝突する超音波拡散粒24を境に約2分の1に低下できる。   When the particle size α of the ultrasonic diffusing particle 24 represented by the formula (1) is sufficiently smaller than the wavelength λ of the ultrasonic wave in the resin 23 in the surrounding region, the supersonic wave diffusion particle 24 is supersonic by Rayleigh scattering as shown in FIG. Sound waves can be scattered. In this case, the ultrasonic waves are scattered almost symmetrically with respect to a direction perpendicular to the traveling direction. Therefore, the intensity of the ultrasonic wave can be reduced to about a half with respect to the colliding ultrasonic diffusion particle 24 as a boundary.

[式1]
超音波拡散粒の粒径α=D×π/λ
(D:超音波拡散粒の直径、λ:包囲領域の樹脂における超音波波長)
[Formula 1]
Ultrasonic diffusion particle diameter α = D × π / λ
(D: Diameter of ultrasonic diffusion particle, λ: Ultrasonic wavelength in resin in surrounding region)

また、式(1)で表される超音波拡散粒24の粒径αが、包囲領域の樹脂23における超音波の波長λと同等である場合、図5(b)に示すようなミー散乱により、超音波を散乱させることができる。この場合でも、上記のレイリー散乱の場合と比べ、超音波の進行方向側の散乱が大きくなるが、レイリー散乱の場合と同様に、超音波の強度を、衝突する超音波拡散粒24を境に低減できる。   Further, when the particle diameter α of the ultrasonic diffusion particle 24 represented by the formula (1) is equal to the wavelength λ of the ultrasonic wave in the resin 23 in the surrounding region, the Mie scattering as shown in FIG. Can scatter ultrasonic waves. Even in this case, compared with the case of the Rayleigh scattering described above, the scattering in the traveling direction side of the ultrasonic wave is increased. However, as in the case of the Rayleigh scattering, the intensity of the ultrasonic wave is separated from the colliding ultrasonic diffusion particle 24 as a boundary. Can be reduced.

さらに、式(1)で表される超音波拡散粒24の粒径αが、包囲領域の樹脂23における超音波の波長λよりも十分大きい場合、図5(c)に示すような幾何光学散乱により、超音波を散乱させることができる。この場合、超音波の超音波拡散粒24への入射角に基づいて超音波を散乱させ、その強度を低減できる。   Further, when the particle size α of the ultrasonic diffusion particle 24 represented by the formula (1) is sufficiently larger than the wavelength λ of the ultrasonic wave in the resin 23 in the surrounding region, the geometric optical scattering as shown in FIG. Thus, the ultrasonic waves can be scattered. In this case, it is possible to scatter the ultrasonic wave based on the incident angle of the ultrasonic wave to the ultrasonic diffusion particle 24 and reduce the intensity thereof.

このように本実施形態によれば、超音波拡散粒24の粒径や樹脂23内の超音波波長に応じ、例えばレイリー散乱、ミー散乱、及び幾何光学散乱の少なくとも一つの現象に基づいて、上記の他の超音波を拡散させることができる。このような超音波拡散粒24の粒径としては、0.1μm以上30μm以下の範囲内であることが好ましく、0.5μm以上20μm以下の範囲内であることが好ましい。   As described above, according to the present embodiment, according to the particle diameter of the ultrasonic diffusion particle 24 and the ultrasonic wavelength in the resin 23, for example, based on at least one phenomenon of Rayleigh scattering, Mie scattering, and geometric optical scattering, the above-mentioned Other ultrasonic waves can be diffused. The particle size of the ultrasonic diffusion particle 24 is preferably in the range of 0.1 μm to 30 μm, and preferably in the range of 0.5 μm to 20 μm.

このような超音波拡散粒24Aは、図6(a)に示すように球状のものを用いることができる。このような超音波拡散粒24Aによれば、粒径を正確に算出できるため、超音波拡散粒24Aの粒径を上記の範囲内に調節しやすくなる。   As such ultrasonic diffusing particles 24A, spherical particles can be used as shown in FIG. According to such an ultrasonic diffusing particle 24A, the particle size can be accurately calculated, so that the particle size of the ultrasonic diffusing particle 24A can be easily adjusted within the above range.

また超音波拡散粒24がフィラーである場合は、図6(b)に示すように板状のものを用いることができる。このような超音波拡散粒24Bによれば、超音波を比較的広い側面部分に衝突させ、好適に散乱させることができるようになる。   Further, when the ultrasonic diffusion particle 24 is a filler, a plate-like one can be used as shown in FIG. According to such an ultrasonic diffusing particle 24B, the ultrasonic wave can collide with a relatively wide side surface portion and can be suitably scattered.

また超音波拡散粒24がフィラーである場合は、図6(c)に示すように繊維状のものを用いることができる。このような超音波拡散粒24Cによれば、超音波拡散粒24Cの取り扱い性が向上する。   When the ultrasonic diffusion particle 24 is a filler, a fibrous one can be used as shown in FIG. According to such an ultrasonic diffusion particle 24C, the handleability of the ultrasonic diffusion particle 24C is improved.

更に超音波拡散粒24がフィラーである場合は、図6(d)に示すように棒状のものを用いることができる。このような超音波拡散粒24Dによれば、上記の図6(a)に示す球状の超音波拡散粒24Aと、図6(b)に示す板状の超音波拡散粒24Bと、の特性を兼ね備えた超音波拡散粒24Dを実現できる。   Furthermore, when the ultrasonic diffusion particle 24 is a filler, a rod-shaped one can be used as shown in FIG. According to such an ultrasonic diffusion particle 24D, the characteristics of the spherical ultrasonic diffusion particle 24A shown in FIG. 6A and the plate-like ultrasonic diffusion particle 24B shown in FIG. It is possible to realize the ultrasonic diffusing particle 24D having both.

超音波拡散粒24の全てを同一態様にする必要性はないが、超音波拡散粒24の全てを同一態様にすることで製造容易性が向上する。   Although it is not necessary to make all the ultrasonic diffusing grains 24 the same mode, making all the ultrasonic diffusing grains 24 the same mode improves the manufacturability.

樹脂23に対する超音波拡散粒24の密度は、超音波拡散粒24の種類によって適宜変更することができる。例えば超音波拡散粒24が気泡である場合には、樹脂23に対し、30〜80体積%の範囲内で充填させることができる。超音波拡散粒24がフィラーである場合も同様の密度で充填させることができる。   The density of the ultrasonic diffusion particles 24 with respect to the resin 23 can be appropriately changed depending on the type of the ultrasonic diffusion particles 24. For example, when the ultrasonic diffusion particles 24 are bubbles, the resin 23 can be filled in a range of 30 to 80% by volume. When the ultrasonic diffusion particle 24 is a filler, it can be filled with the same density.

このような超音波センサー素子1や超音波センサー10では、圧電素子17が、超音波を発信させる発信装置及び反射するエコー信号を受信する受信装置を兼ねることが好ましい。これによれば、小型化に有利な超音波センサー素子1等を提供できる。ただし、超音波を発信させる発信装置と、反射するエコー信号を受信する受信装置と、を別個に具備しても構わない。   In such an ultrasonic sensor element 1 and ultrasonic sensor 10, it is preferable that the piezoelectric element 17 also serves as a transmitting device that transmits ultrasonic waves and a receiving device that receives reflected echo signals. According to this, the ultrasonic sensor element 1 etc. advantageous for miniaturization can be provided. However, you may provide separately the transmission apparatus which transmits an ultrasonic wave, and the receiver which receives the echo signal to reflect.

次に、本実施形態の超音波センサーの製造方法の一例について、図7〜図8を参照して説明する。図7〜図8は、超音波センサーの製造例を示す断面図である。尚、ここでは超音波センサー素子を具備し、音響整合層が形成された超音波センサーの製造方法の一例を説明するが、かかる音響整合層を形成する工程を省略し、超音波センサー素子の製造方法とすることもできる。   Next, an example of the manufacturing method of the ultrasonic sensor of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 7-8 is sectional drawing which shows the manufacture example of an ultrasonic sensor. Here, an example of a method of manufacturing an ultrasonic sensor having an ultrasonic sensor element and having an acoustic matching layer formed will be described. However, the step of forming the acoustic matching layer is omitted, and the ultrasonic sensor element is manufactured. It can also be a method.

まず、図7(a)に示すように、基板12上に振動板13を熱酸化等で形成後、振動板13上に、ジルコニウムを成膜して例えば500〜1200℃の拡散炉で熱酸化し、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜20を形成する。そして、絶縁体膜20上に、密着層21をスパッタリング法や熱酸化等で形成する。   First, as shown in FIG. 7A, after the diaphragm 13 is formed on the substrate 12 by thermal oxidation or the like, a zirconium film is formed on the diaphragm 13 and then thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Then, the insulator film 20 made of zirconium oxide is formed. Then, the adhesion layer 21 is formed on the insulator film 20 by sputtering or thermal oxidation.

その後、図7(b)に示すように、密着層21上に、第1電極14をスパッタリング法や蒸着法等により形成し、この密着層21及び第1電極14が所定の形状となるように同時にパターニングする。   Thereafter, as shown in FIG. 7B, the first electrode 14 is formed on the adhesion layer 21 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, so that the adhesion layer 21 and the first electrode 14 have a predetermined shape. Patterning is performed at the same time.

次いで、図7(c)に示すように、第1電極14上に圧電体層15を積層する。圧電体層15は、例えば金属錯体を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電材料を得る、CSD(Chemical Solution Deposition)法を用いて形成できる。尚、CSD法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法や、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、CVD法、エアロゾル・デポジション法等を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 7C, the piezoelectric layer 15 is laminated on the first electrode 14. The piezoelectric layer 15 is formed using, for example, a CSD (Chemical Solution Deposition) method in which a solution in which a metal complex is dissolved / dispersed in a solvent is applied, dried, and then fired at a high temperature to obtain a piezoelectric material made of a metal oxide. it can. The method is not limited to the CSD method, and for example, a sol-gel method, a laser ablation method, a sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD method), a CVD method, an aerosol deposition method, or the like may be used. .

その後、図7(d)に示すように、圧電体層15に、第2電極16をスパッタリング法や熱酸化等により形成する。これにより、密着層21上に、第1電極14、圧電体層15及び第2電極16からなる圧電素子17が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 7D, the second electrode 16 is formed on the piezoelectric layer 15 by a sputtering method, thermal oxidation, or the like. As a result, the piezoelectric element 17 including the first electrode 14, the piezoelectric layer 15, and the second electrode 16 is formed on the adhesion layer 21.

次に、図8(a)に示すように、基板12上の全周にマスク膜27を形成する。そして、図8(b)に示すように、マスク膜27を介して基板12をKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、基板12の圧電素子17に対向する領域を除去する。   Next, as shown in FIG. 8A, a mask film 27 is formed on the entire periphery of the substrate 12. Then, as shown in FIG. 8B, the substrate 12 is opposed to the piezoelectric element 17 of the substrate 12 by performing anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 27. Remove region.

そして、図8(c)に示すように、圧電素子17に対向する領域が除去された空間を樹脂で満たし、基板12の振動板13とは反対側にレンズ部材18を接合する。その後、例えばシリコン材料からなる封止板形成基板に対し、圧電素子17を包囲する領域をエッチング等により形成する。さらに、封止板22の必要箇所に孔を形成し、封止板22を振動板13に接合する。可能であれば封止板22を振動板13に接合した後に孔を形成してもよい。また、封止板22と樹脂23は完全に密着させる必要はなく、その間に空気層を入り込ませるようにしてもよい。その後、形成した孔から樹脂23及び超音波拡散粒24を包囲領域内に充填させ、超音波拡散粒24を保持させる。以上のように、超音波センサー10を製造することができる。   Then, as shown in FIG. 8C, the space from which the region facing the piezoelectric element 17 is removed is filled with resin, and the lens member 18 is bonded to the side of the substrate 12 opposite to the diaphragm 13. Thereafter, a region surrounding the piezoelectric element 17 is formed by etching or the like on a sealing plate forming substrate made of, for example, a silicon material. Furthermore, a hole is formed in a necessary portion of the sealing plate 22, and the sealing plate 22 is joined to the vibration plate 13. If possible, the hole may be formed after the sealing plate 22 is joined to the diaphragm 13. Further, the sealing plate 22 and the resin 23 do not need to be completely in close contact with each other, and an air layer may enter between them. Thereafter, the resin 23 and the ultrasonic diffusion particles 24 are filled into the surrounding region from the formed holes, and the ultrasonic diffusion particles 24 are held. As described above, the ultrasonic sensor 10 can be manufactured.

(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係る超音波センサー素子及びその製造方法並びに超音波センサーについて図9を用いて説明する。図9は、実施形態1の図2に対応する断面図である。以下、同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略し、実施形態1と異なる部分を中心に詳述する。
(Embodiment 2)
Next, an ultrasonic sensor element, a manufacturing method thereof, and an ultrasonic sensor according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of the first embodiment. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same members, and repeated description is omitted, and detailed description will be made with a focus on differences from the first embodiment.

樹脂23は、その剛性が低くなるように構成することが容易であり、この場合、圧電素子17を取り囲む樹脂23によっては該圧電素子17の変位は実質的に阻害されない。一方、封止板22Aの剛性は圧電素子17よりも高いものとなりやすい。封止板22Aの剛性が高くなると、振動板13との接着性や超音波センサーの構造安定性等の観点では有利となるが、圧電素子の変位量の観点で不利となることがある。   The resin 23 can be easily configured to have low rigidity. In this case, the displacement of the piezoelectric element 17 is not substantially hindered by the resin 23 surrounding the piezoelectric element 17. On the other hand, the rigidity of the sealing plate 22 </ b> A tends to be higher than that of the piezoelectric element 17. Increasing the rigidity of the sealing plate 22A is advantageous in terms of adhesion to the vibration plate 13 and structural stability of the ultrasonic sensor, but may be disadvantageous in terms of the amount of displacement of the piezoelectric element.

そこで、本実施形態の超音波センサー10Aは超音波センサー素子1Aを具備し、この超音波センサー素子1Aでは、封止板22Aの圧電素子17に対向する面に貫通部28が形成されている。これによれば、圧電素子17に対向する部分の封止板を除去することができ、封止板22Aの剛性によって圧電素子17の変位が阻害されにくくなる。よって、更に高分解能を有する超音波センサー素子1Aや超音波センサー10Aを提供できる。   Therefore, the ultrasonic sensor 10A according to the present embodiment includes the ultrasonic sensor element 1A. In the ultrasonic sensor element 1A, a through portion 28 is formed on the surface of the sealing plate 22A facing the piezoelectric element 17. According to this, the part of the sealing plate facing the piezoelectric element 17 can be removed, and the displacement of the piezoelectric element 17 is hardly hindered by the rigidity of the sealing plate 22A. Therefore, the ultrasonic sensor element 1A and the ultrasonic sensor 10A having higher resolution can be provided.

貫通部28の形状は特に制限されないが、図示するように長方形状とすることで、封止板22Aの圧電素子17に対応する部分を好適に除去できる。よって、圧電素子17に対して貫通部28が大き過ぎ、超音波センサー10Aの構造安定性等が低下することや、圧電素子17に対して貫通部28が小さ過ぎ、圧電素子17の変位を確保できないこと等が防止される。   The shape of the penetrating portion 28 is not particularly limited, but the portion corresponding to the piezoelectric element 17 of the sealing plate 22A can be suitably removed by making it a rectangular shape as illustrated. Therefore, the penetration part 28 is too large with respect to the piezoelectric element 17, and the structural stability of the ultrasonic sensor 10 </ b> A is reduced, or the penetration part 28 is too small with respect to the piezoelectric element 17, thereby ensuring the displacement of the piezoelectric element 17. What cannot be done is prevented.

図示しないものの、貫通部28は正方形状、円形状、及び楕円形状としてもよい。複数の超音波センサー10Aを配置する場合、すべての超音波センサー10Aについて同一形状の貫通部28を採用する必要はなく、貫通部28の形状を異ならせてもよい。   Although not shown, the penetrating portion 28 may have a square shape, a circular shape, or an elliptical shape. When a plurality of ultrasonic sensors 10A are arranged, it is not necessary to use the penetrating portions 28 having the same shape for all the ultrasonic sensors 10A, and the penetrating portions 28 may have different shapes.

このような超音波センサー10Aは、例えば以下のように製造できる。すなわち、実施形態1の図8(b)以降、例えばシリコン材料からなる封止板形成基板に対して、圧電素子17を包囲する領域をエッチング等により形成し、さらに、圧電素子17に対応する面を除去して貫通部28を形成する。これを先に振動板13に接合した後、貫通部28から樹脂23及び超音波拡散粒24を投入し、超音波拡散粒24を保持させることができる。このように、実施形態2の製造方法によれば、包囲領域内に樹脂23及び超音波拡散粒24を投入しやすくなり、実施形態1と比べて包囲領域内に確実かつ容易に樹脂23を充填できる。   Such an ultrasonic sensor 10A can be manufactured as follows, for example. That is, after FIG. 8B of the first embodiment, a region surrounding the piezoelectric element 17 is formed by etching or the like on the sealing plate forming substrate made of, for example, a silicon material, and the surface corresponding to the piezoelectric element 17 is further formed. Is removed to form the penetrating portion 28. After this is bonded to the diaphragm 13 first, the resin 23 and the ultrasonic diffusing particles 24 can be introduced from the penetrating portion 28 to hold the ultrasonic diffusing particles 24. As described above, according to the manufacturing method of the second embodiment, the resin 23 and the ultrasonic diffusing particles 24 can be easily put into the surrounding region, and the resin 23 can be reliably and easily filled in the surrounding region as compared with the first embodiment. it can.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、その基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the fundamental structure is not limited to what was mentioned above.

本発明の一実施形態である超音波センサー10は、種々の圧力センサーとして用いることができるため、プリンター等の液体噴射装置にも適用できる。図10は、インクジェット式記録装置(液体噴射装置)の一例を示す概略図である。   Since the ultrasonic sensor 10 according to the embodiment of the present invention can be used as various pressure sensors, it can also be applied to a liquid ejecting apparatus such as a printer. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of an ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus).

図10に示すインクジェット式記録装置IIにおいて、インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニットIA及びIBは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニットIA及びIBを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニットIA及びIBは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。   In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 10, the recording head units IA and IB having the ink jet recording head I are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting the ink supply means. The recording head units IA and IB Is mounted on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units IA and IB are, for example, configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニットIA及びIBを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートSが搬送ローラー8により搬送されるようになっている。なお、記録シートSを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。   Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 through a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units IA and IB are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a conveyance roller 8 as a conveyance means, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper is conveyed by the conveyance roller 8. Note that the conveyance means for conveying the recording sheet S is not limited to the conveyance roller, and may be a belt, a drum, or the like.

また、本発明の一実施形態である超音波センサー10は、優れた変位特性を示すことから、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限られず、圧電モーター、超音波モーター、圧電トランス、振動式ダスト除去装置、圧力−電気変換機、超音波発信機及び加速度センサー等に好適に適用することができる。   Further, since the ultrasonic sensor 10 according to an embodiment of the present invention exhibits excellent displacement characteristics, the ultrasonic sensor 10 is not limited to a liquid ejecting head typified by an ink jet recording head, and includes a piezoelectric motor, an ultrasonic motor, a piezoelectric transformer, The present invention can be suitably applied to a vibration dust removing device, a pressure-electric converter, an ultrasonic transmitter, an acceleration sensor, and the like.

そのほか、上記のとおり超音波センサー10では、振動板13の圧電素子17とは反対側が、測定対象物に向けて発信される超音波や測定対象物からのエコー信号の通過領域となる構成が採用されており、電極や配線等の電気的領域や各部剤の接着固定領域を測定対象物から遠ざけて、これらと測定対象物との間での汚染や漏れ電流を防止しやすくなる。従って、汚染や漏れ電流を特に嫌う医療用の機器、例えば超音波診断装置、血圧計及び眼圧計にも好適に適用できる。   In addition, as described above, the ultrasonic sensor 10 has a configuration in which the side opposite to the piezoelectric element 17 of the diaphragm 13 is a transmission region for ultrasonic waves transmitted toward the measurement object and echo signals from the measurement object. Thus, it is easy to prevent the electrical area such as electrodes and wirings and the adhesive fixing area of each component from the measurement object, and to prevent contamination and leakage current between these and the measurement object. Accordingly, the present invention can be suitably applied to medical devices that particularly dislike contamination and leakage current, such as ultrasonic diagnostic apparatuses, blood pressure monitors, and tonometers.

1,1A 超音波センサー素子、 10,10A 超音波センサー、 11 開口部、 12 基板、 13 振動板、 14 第1電極、 15 圧電体層、 16 第2電極、 17 圧電素子、 18 レンズ部材、 19 音響整合層、 20 絶縁体膜、 21 密着層、 22,22A 封止板、 23 樹脂、 24 超音波拡散粒、 25 回路、 26 配線、 27 マスク膜、28 貫通部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ultrasonic sensor element, 10,10A ultrasonic sensor, 11 opening part, 12 board | substrate, 13 diaphragm, 14 1st electrode, 15 piezoelectric material layer, 16 2nd electrode, 17 piezoelectric element, 18 lens member, 19 Acoustic matching layer, 20 insulator film, 21 adhesion layer, 22, 22A sealing plate, 23 resin, 24 ultrasonic diffusion particle, 25 circuit, 26 wiring, 27 mask film, 28 penetration part

Claims (9)

開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、
前記基板及び前記振動板に区画される領域に樹脂を含む整合層が構成されており、
前記圧電素子を含む領域が封止板によって包囲されており、
前記封止板によって包囲された領域に樹脂を含むとともに、超音波拡散粒が保持されていて、
前記整合層としての樹脂及び前記封止板によって包囲された領域に含まれる樹脂が、それぞれ、アクリル、ポリカーボネート、PET、ポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS、ジュラコン、シリコーン樹脂から選ばれる材料からなることを特徴とする超音波センサー素子。
A substrate in which an opening is formed; a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening; a piezoelectric element including a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode stacked on the diaphragm; Comprising
A matching layer including a resin is configured in a region partitioned by the substrate and the diaphragm,
A region including the piezoelectric element is surrounded by a sealing plate;
While containing resin in the region surrounded by the sealing plate, the ultrasonic diffusion particles are held ,
Resin that is included in the surrounding region by the resin and the sealing plate as the matching layer, respectively, that Do from a material selected acrylic, polycarbonate, PET, polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, ABS, Duracon, a silicone resin An ultrasonic sensor element.
前記開口部が、測定対象物への超音波の通過領域とされており、前記圧電素子が、前記振動板の前記開口部とは反対側に形成されることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサー素子。   The said opening part is made into the passage area | region of the ultrasonic wave to a measurement object, The said piezoelectric element is formed in the opposite side to the said opening part of the said diaphragm. Ultrasonic sensor element. 前記超音波拡散粒が、気泡又はフィラーの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波センサー素子。   The ultrasonic sensor element according to claim 1, wherein the ultrasonic diffusion particles are at least one of bubbles or fillers. 前記フィラーが非金属材料からなることを特徴とする請求項3に記載の超音波センサー素子。 The ultrasonic sensor element according to claim 3, wherein the filler is made of a nonmetallic material. 前記超音波拡散粒の粒径が0.1μm以上30μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の超音波センサー素子。   The ultrasonic sensor element according to any one of claims 1 to 4, wherein a particle diameter of the ultrasonic diffusion particles is in a range of 0.1 µm to 30 µm. 前記封止板の前記圧電素子に対向する面に貫通部が形成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の超音波センサー素子。   The ultrasonic sensor element according to claim 1, wherein a through portion is formed on a surface of the sealing plate facing the piezoelectric element. 請求項1〜6の何れか一項に記載の超音波センサー素子を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に構成された整合層がシリコーン樹脂を含むことを特徴とする超音波センサー。 Comprising an ultrasonic sensor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate and the diaphragm matching layer formed in a region which is partitioned into the you characterized the early days containing a silicone resin ultrasonic sensor. 前記振動板とは反対側の前記基板の前記開口部を塞ぐレンズ部材を具備することを特徴とする請求項7に記載の超音波センサー。 The ultrasonic sensor according to claim 7, further comprising a lens member that closes the opening of the substrate on the side opposite to the diaphragm. 開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板に設けられた振動板と、前記振動板に積層された第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子と、を具備し、前記基板及び前記振動板に区画される領域に樹脂を含む整合層が構成されており、
前記圧電素子を含む領域を封止板によって包囲し、前記包囲された領域に樹脂及び超音波拡散粒を保持させる工程を有し、
前記整合層としての樹脂及び前記包囲領域に含まれる樹脂として、それぞれ、アクリル、ポリカーボネート、PET、ポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS、ジュラコン、シリコーン樹脂から選ばれる材料を用いることを特徴とする超音波センサー素子の製造方法。
A substrate in which an opening is formed; a diaphragm provided on the substrate so as to close the opening; a piezoelectric element including a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode stacked on the diaphragm; A matching layer including a resin is formed in a region partitioned by the substrate and the diaphragm,
Wherein a region including a piezoelectric element is surrounded by a sealing plate, it has a step of holding the resin and ultrasonic diffusing particle in the enclosed area,
Ultrasonic waves characterized by using materials selected from acrylic, polycarbonate, PET, polyethylene, vinyl chloride, polypropylene, ABS, Duracon, and silicone resin as the matching layer resin and the resin contained in the surrounding region, respectively. A method for manufacturing a sensor element.
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