KR101491508B1

KR101491508B1 - 초음파 트랜스듀서

Info

Publication number: KR101491508B1
Application number: KR1020147010002A
Authority: KR
Inventors: 준이치 니시에; 치카시 콘도; 준시 오타
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2015-02-09
Also published as: JP5741703B2; WO2013058297A1; KR20140060582A; CN103797819B; CN103797819A; JPWO2013058297A1

Abstract

초음파 트랜스듀서(1)는 금속 커버(2), 수지 케이스(3), 압전소자(4), 외부접속 단자(5, 6), 및 도전성 고무(7, 8)를 포함하고 있다. 금속 커버(2)는 음파의 송수방향으로 개구하는 통형상이다. 수지 케이스(3)는 정면이 개구하는 바닥이 있는 통형상이며, 좌측면측의 분할부재와 우측면측의 분할부재로 이루어지고 금속 커버(2)에 유지되어 있다. 압전소자(4)는 압전층과 전극층을 포함하며 수지 케이스(3)에 유지되어 있다. 외부접속 단자(5, 6) 및 도전성 고무(7, 8)는 압전소자(4)의 좌우 양 측면과 수지 케이스(3) 사이에 마련되며, 압전소자(4)의 전극층에 도통하고 있다. 금속 커버(2)의 우측면 및 좌측면의 중앙부근에는 수지 케이스(3)에 탄성력을 부여하는 탄성 변형부(2B)가 마련되어 있다.

Description

초음파 트랜스듀서{ULTRASONIC TRANSDUCER}

이 발명은 압전소자를 이용하여 음파를 송파(送波) 또는 수파(受波)하는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다. 특히 인쇄기 등으로 시트의 중송(重送)을 검지하는 중송검지 센서로서 이용되는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.

초음파 트랜스듀서는 인쇄기 등으로 시트의 중송을 검출하는 중송검지 센서로서 이용되고 있다.

어떤 종류의 초음파 트랜스듀서(예를 들면 특허문헌 1 참조)는 진동판과, 압전소자를 포함하고 있다. 통상, 이 종류의 초음파 트랜스듀서에서 진동판은 압전소자에 의해서 굴곡 진동된다.

또 다른 종류의 초음파 트랜스듀서(예를 들면 특허문헌 2 참조)는 케이스 내에 압전소자가 수용되어 있다. 통상, 이 종류의 초음파 트랜스듀서에서 압전소자는 퍼져서 진동하고, 케이스와 압전소자의 접합체가 두께방향으로 굴곡 진동하는 구성으로 되어 있다.

또 초음파 트랜스듀서(예를 들면 특허문헌 3 참조.)에서는 진동자의 전기적 접속을 위해서 이방(異方) 도전성 고무가 마련되는 경우가 있다.

일본국 공개실용신안공보 소62-127195호 일본국 공개특허공보 2003-244793호 일본국 공개실용신안공보 평02-118385호

중송검지 센서로서 이용되는 초음파 트랜스듀서에서는 음압 레벨이나 감도(感度) 레벨을 저하시키지 않고 소형화하는 것이 요구되고 있다. 그러한 관점에서는 케이스와 압전소자의 접합체의 굴곡 진동을 이용하는 구성이 아니라, 압전소자의 두께 진동을 직접 이용하는 구성이 적합하다.

단, 두께 진동하는 압전소자를 이용한 초음파 트랜스듀서에서는 배선 구조의 신뢰성에 과제가 있다. 두께 진동하는 압전소자로는 압전체층과 내부전극을 번갈아 적층한 직방체형상의 적층체와, 적층체 4개의 측면 중 서로 대향하는 2개의 측면에 각각 마련된 측면전극을 포함하는 적층형 압전소자가 일반적이다. 적층형 압전소자에서는 측면에 마련된 측면전극에 솔더나 접착제 등에 의해서 배선이 접속된다. 적층형 압전소자가 두께 진동하면, 진동을 따라서 측면전극에서의 배선이 접속되어 있는 부분이 변위(變位)한다. 이 변위에 의해서 측면전극과 배선의 접속 부분이 파단(破斷)되는 경우가 있다. 또 적층형 압전소자에 솔더나 접착제가 부착됨으로써 적층형 압전소자의 이상적인 진동이 저해되는 경우가 있다.

또 두께 진동하는 압전소자를 이용한 초음파 트랜스듀서에서는 일반적으로 압전소자와 외부접속 단자를 고정하기 위해서 플라스틱제의 케이스가 필요하게 된다. 플라스틱제의 케이스가 어느 정도 복잡한 형상일 경우에는 사출 성형 등으로 성형된 플라스틱제인 복수의 부재를 접착제나 초음파 접합 등에 의해서 접착함으로써 케이스를 제조할 필요가 있다. 그러나, 그 플라스틱제의 부재들 간의 접착에 접착제를 이용할 경우, 접착제가 압전소자에 부착되어서 압전소자의 진동 저해가 생길 가능성이 있다. 또 초음파 접합이나 열경화성 수지로 이루어지는 접착제를 이용할 경우, 가열 설비나 가열 시간이 필요하고, 또 열에 의해서 케이스가 변형되어서 문제가 생길 가능성이 있다. 게다가 플라스틱제의 케이스는 경시적(經時的)으로 소성(塑性) 변형이 생기기 쉽고, 압전소자와 외부접속 단자의 접촉 저항에 변동이 야기되어 문제가 생기는 경우도 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 두께 진동하는 압전소자의 진동 저해나, 케이스의 변형에 의한 문제 등을 초래하지 않는 초음파 트랜스듀서를 실현하는 것에 있다.

본 발명의 초음파 트랜스듀서는 금속 커버와, 수지 케이스, 압전소자, 도통(conductive)부를 포함하고 있다. 금속 커버는 음파의 송수(送受)방향을 향하는 제1단면(端面)이 적어도 개구(開口)하여 내부공간을 가지는 형상이다. 수지 케이스는 바닥이 있는 통형상이며, 적어도 2개의 분할부재로 이루어지고 금속 커버에 유지되어 있다. 압전소자는 압전층과 전극층을 포함하며 수지 케이스에 유지되어 있다. 도통부는 압전소자의 측면과 수지 케이스의 내측면에 접하여 마련되어 있으며 압전소자의 전극층에 도통하고 있다. 이 초음파 트랜스듀서는 수지 케이스의 외측면과 금속 커버의 내측면에 탄성력을 부여하고 있는 탄성 변형부를 포함하고 있다.

이 구성에서는 두께 진동하는 압전소자를, 압전소자의 측면에 접하는 도통부로부터 적절한 가압력으로 가압하여 지지할 수 있다. 따라서, 압전소자의 두께 진동을 저해하지 않으면서, 접속 신뢰성이 높은 배선 구조 및 지지 구조를 실현할 수 있다. 또 금속 커버가 전자 실드(shield)로서 기능하여 초음파 트랜스듀서의 노이즈 내성이 높아진다. 또한 분할 가능하게 구성된 수지 케이스가 금속 커버에 의해서 유지되므로, 수지 케이스의 접착이 불필요하면서, 열변형 등에 의해서 수지 케이스가 과대하게 소성 변형되는 것을 막을 수 있다. 게다가 탄성 변형부가 수지 케이스의 외측면에 탄성력을 부여하므로 수지 케이스의 소성 변형을 대폭 저감하여 압전소자와 단자부의 접촉 저항이 현저하게 저하되는 것을 막을 수 있다.

상술한 초음파 트랜스듀서에 있어서, 탄성 변형부는 금속 커버와 일체로 형성되고, 수지 케이스측으로 굴곡된 상태로 소성 변형되어 있는 설상(舌狀)의 부위라면 적합하다.

이 구성에서는 탄성 변형부를 독립된 부재로 할 필요가 없고 금속 커버와 일체로 형성하기 때문에, 부품점수를 억제하여 초음파 트랜스듀서를 구성할 수 있고, 또 제조 공정의 간이화를 도모할 수 있다.

상술한 초음파 트랜스듀서에 있어서, 수지 케이스는 음파의 송수방향을 따라서 서로 대면하여 배치되는 제1 단부(段部) 및 제2 단부를 포함하고 있고, 금속 커버는 설상의 탄성 변형부의 선단면(先端面)이 제1 단부 또는 제2 단부에 접촉하여, 제1 단부와 제2 단부 사이에 고정되어 있으면 적합하다.

이 구성에서는 금속 커버에 수지 케이스를 끼워 넣는 것만으로 수지 케이스의 고정(빠짐 방지)을 실현할 수 있어서 제조 공정의 간이화를 도모할 수 있다.

상술한 초음파 트랜스듀서에 있어서, 도통부는 압전소자와의 접촉 부분에 탄성 변형 가능한 외부접속 단자를 가지면 적합하다. 또한 상술한 초음파 트랜스듀서에 있어서, 도통부는 외부접속 단자와 압전소자 사이에 도전성 고무를 가지면 적합하다. 특히 상술한 초음파 트랜스듀서에 있어서, 압전소자는 양 측면 각각에 각 전극층이 노출되고, 도전성 고무는 두께방향으로만 도통성을 가지는 이방 도전성 고무이며, 외부접속 단자는 압전소자의 전극층에 대면하는 위치에서 이방 도전성 고무에 선택적으로 접촉하면 적합하다.

이 구성들에서는 탄성 변형 가능한 외부접속 단자나 도전성 고무에 의해서도 압전소자의 가압 지지가 실현되기 때문에 보다 안정된 가압력의 배선 구조 및 지지 구조를 실현할 수 있다. 또 이방 도전성 고무에 의해서 압전소자의 배선을 실현하면 압전소자를 양 측면 각각에 각 전극층이 노출되는 간이한 구성으로 할 수 있다.

이 발명에 따르면 두께 진동하는 압전소자를, 압전소자의 측면에 접하는 도통부로부터 적절한 가압력으로 가압하여 지지함으로써 압전소자의 두께 진동을 저해하지 않으면서, 접속 신뢰성이 높은 배선 구조 및 지지 구조를 실현할 수 있다. 또 금속 커버가 전자 실드로서 기능하여 초음파 트랜스듀서의 노이즈 내성을 높일 수 있다. 또한 분할 가능하게 구성된 수지 케이스가 금속 커버에 의해서 유지되므로 수지 케이스의 접착이 불필요하면서, 열변형 등에 의해서 수지 케이스가 과대하게 소성 변형되는 것을 막을 수 있다. 게다가 탄성 변형부가 수지 케이스의 외측면에 탄성력을 부여하므로 수지 케이스의 분할면에 직교하는 방향에서의 수지 케이스의 소성 변형을 대폭 저감하고, 압전소자와 단자부의 접촉 저항이 현저하게 저하되는 것을 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성예를 나타내는 전개도 및 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 초음파 트랜스듀서의 사시도(斜視圖)이다.
도 3은 도 2에 도시하는 압전소자의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시하는 수지 케이스의 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시하는 금속 커버의 사시도이다.
도 6은 도 2에 도시하는 외부접속 단자의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서의 구성예를 나타내는 도면이다.

《제1 실시형태》

다음으로 본 발명의 제1 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(1)에 대해서 설명한다.

도 1(A)는 본 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 정면도, 도 1(B)는 초음파 트랜스듀서(1) 상측면도, 도 1(C)는 초음파 트랜스듀서(1)의 배면도, 도 1(D)는 초음파 트랜스듀서(1)의 좌측면도, 도 1(E)는 초음파 트랜스듀서(1)의 상측면측에서 본 단면도이다. 또 도 2는 정면을 윗방향으로 배치하고, 좌측면을 오른쪽 방향으로 배치하고, 상측면을 왼쪽 방향으로 배치한 상태에서의 초음파 트랜스듀서(1)의 사시도이다.

또한 도 1(A)에 도시하는 정면은 특허청구범위에 기재된 제1단면에 상당하고, 도 1(C)에 도시하는 배면은 특허청구범위에 기재된 제2단면에 상당하고 있다. 즉, 이 초음파 트랜스듀서(1)는 정면 법선방향을 초음파의 송수방향으로 하는 것이다.

초음파 트랜스듀서(1)는 금속 커버(2)와, 수지 케이스(3), 압전소자(4), 외부접속 단자(5, 6), 도전성 고무(7, 8)를 포함하고 있다. 외부접속 단자(5, 6)와, 도전성 고무(7, 8)는 본 실시형태에서의 도통부를 구성하고 있다.

압전소자(4)는 도 3에 도시하는 바와 같이 대략 직방체형상이며, 정면-배면 사이의 두께가 변화(두께 진동)하도록 구성되어 있다. 또 압전소자(4)는 우측면과 좌측면 각각이 전극접속부가 되도록 구성되어 있다.

수지 케이스(3)는 도 4에 도시하는 바와 같이 플라스틱 수지의 사출 성형품이며, 정면에 개구를 가지는 바닥이 있는 통형상으로서 우측면측의 부재와 좌측면측의 부재로 분할 가능하게 구성되어 있다. 수지 케이스(3)는 개구로부터 정면측으로 압전소자(4)의 단부(端部)가 돌출되도록 압전소자(4)를 유지하고 있다.

금속 커버(2)는 도 5에 도시하는 바와 같이 도전성을 가지는 금속재료로 이루어지며, 정면 및 배면이 개구하는 통형상으로 구성되어 있다. 금속 커버(2)는 수지 케이스(3)을 유지하고 있다.

외부접속 단자(5, 6)는 도 6에 도시하는 바와 같이 도전성을 가지는 금속재료로 이루어지며, 음파의 송수방향을 길이방향으로 하는 봉형상으로 구성되어 있다. 외부접속 단자(5, 6)에서는 정면측의 단부가 수지 케이스(3)의 개구 내에 배치되어 있으며, 배면측의 단부가 수지 케이스(3)의 배면으로부터 돌출되어 있다. 외부접속 단자(5)는 압전소자(4)의 좌측면측에 배치되어 있다. 외부접속 단자(6)는 압전소자(4)의 우측면측에 배치되어 있다.

도전성 고무(7, 8)는 높은 도전성을 가지는 고무 시트이다. 도 1(E)에 도시하는 바와 같이 도전성 고무(7)는 압전소자(4)의 좌측면측, 즉 외부접속 단자(5)와 압전소자(4) 사이에 배치되어 있다. 도전성 고무(8)는 압전소자(4)의 우측면측, 즉 외부접속 단자(6)와 압전소자(4) 사이에 배치되어 있다. 이 도전성 고무(7, 8)들을 통해서 외부접속 단자(5, 6)는 압전소자(4)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 3은 정면을 윗방향으로 배치하고, 좌측면을 오른쪽 방향으로 배치하며, 상측면을 왼쪽 방향으로 배치한 상태에서의 압전소자(4)의 사시도이다.

압전소자(4)는 정합층(整合層)(4A)과, 진동층(4B), 측면전극(4C1, 4C2)을 포함하고 있다. 정합층(4A)은 압전소자(4)의 정면측에 위치하는 부재이며, 진동층(4B)은 압전소자(4)의 배면측에 위치하는 부재이다. 정합층(4A)과 진동층(4B)은 서로 접합되어 있다. 정합층(4A)은 외계(外界)(공기)와 진동층(4B) 사이에서 음향 임피던스의 정합을 맞추기 위해서 마련되어 있다. 진동층(4B)은 두께 진동하는 영역이다. 측면전극(4C1)은 외부접속 단자(5)와 접속되는 전극이며 진동층(4B)의 좌측면에 형성되어 있다. 측면전극(4C2)은 외부접속 단자(6)와 접속되는 전극이며 진동층(4B)의 우측면에 형성되어 있다.

진동층(4B)은 5개의 전극층(4B1)과, 4개의 압전층(4B2)과, 절연재(4B3)를 포함하고 있다. 또한 전극층(4B1)과 압전층(4B2)의 수는 이 실시형태의 예에 한정되는 것이 아니다. 전극층(4B1)과 압전층(4B2)은 음파의 송수방향으로 번갈아 적층되어 있다. 압전층(4B2)은 음파의 송수방향의 양측에 배치되는 전극층(4B1)으로부터 구동 전압이 인가됨으로써 두께가 변화(두께 진동)한다. 전극층(4B1)은 압전층(4B2)의 구동 전극으로서 기능한다. 짝수층의 전극층(4B1)은 좌측면의 측면전극(4C1)에 전기적으로 접속되어 있다. 홀수층의 전극층(4B1)은 우측면의 측면전극(4C2)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 홀수층의 전극층(4B1)과 좌측면의 측면전극(4C1)의 도통을 막기 위해서 홀수층의 전극층(4B1) 좌측면에 대한 노출 부분에는 절연재(4B3)가 마련되어 있다. 또 짝수층의 전극층(4B1)과 우측면의 측면전극(4C2)의 도통을 막기 위해서 짝수층의 전극층(4B1) 우측면에 대한 노출 부분에도 절연재(4B3)가 마련되어 있다.

도 4(A) 및 도 4(B)는 정면을 윗방향으로 배치하고, 좌측면을 오른쪽 방향으로 배치하며, 상측면을 왼쪽 방향으로 배치한 상태에서의 수지 케이스(3)의 사시도이다. 도 4(A)에 도시하는 수지 케이스(3)는 좌측면측의 부재(분할부재(3A1))와 우측면측의 부재(분할부재(3A2))를 조합시켜서 배치한 상태이다. 도 4(B)에 도시하는 수지 케이스(3)는 분할부재(3A1)와 분할부재(3A2)를 분리하여 배치한 상태이다.

분할부재(3A1, 3A2)를 조합시킨 상태에서 수지 케이스(3)는 측면부(3B)와 배면부(3C)를 포함하고 있다. 측면부(3B)는 수지 케이스(3)의 정면측에 위치하는 부위이며, 정면 및 배면에 개구가 형성된 통형상으로 구성되어 있다. 배면부(3C)는 수지 케이스(3)의 배면측에 위치하는 부위이며, 측면부(3B)의 배면측을 폐쇄하는 판상(板狀)으로 구성되어 있다.

측면부(3B)는 플랜지(flange)부(3B1)와 걸어맞춤부(3B2), 내강부(內腔部)(3B3)를 포함하고 있다. 플랜지부(3B1)는 측면부(3B)의 정면측 단부의 둘레에 마련된 바깥둘레측으로 돌출된 볼록부이다. 이 플랜지부(3B1)는 특허청구범위에 기재된 제1 단부 또는 제2 단부이며, 배면측 단면에서 금속 커버(2)에 접촉하여 금속 커버(2)의 위치를 규제하기 위해서 마련되어 있다. 걸어맞춤부(3B2)는 수지 케이스(3)의 우측면 및 좌측면 각각의 거의 중앙부근에 마련된 오목부이며, 정면측으로부터 배면측에 걸쳐서 점점 깊이가 깊어지도록 테이퍼를 부여하여 형성되어 있다. 이 걸어맞춤부(3B2)는 특허청구범위에 기재된 제1 단부 또는 제2 단부이며, 후술하는 금속 커버(2)의 탄성 변형부가 걸어맞춰서 금속 커버(2)의 빠짐을 방지하기 위해서 마련되어 있다. 내강부(3B3)는 측면부(3B)의 우측면 및 좌측면에 대향하는 내측면에 마련된 오목부이다. 이 내강부(3B3)는 후술하는 외부접속 단자(5, 6)의 정면측 단부를 수용하기 위해서 마련되어 있다.

배면부(3C)는 관통 홈(3C1)을 포함하고 있다. 관통 홈(3C1)은 압전소자(4)의 우측면-좌측면 사이의 방향을 긴 쪽으로 하는 홈이다. 이 관통 홈(3C1)은 후술하는 외부접속 단자(5, 6)의 배면측 단부를 수지 케이스(3)로부터 돌출시키기 위해서 마련되어 있다.

도 5는 정면을 윗방향으로 배치하고, 좌측면을 오른쪽 방향으로 배치하며, 상측면을 왼쪽 방향으로 배치한 상태에서의 금속 커버(2)의 사시도이다.

금속 커버(2)는 하측면의 배면측으로 돌출하는 돌출부(2A)와, 우측면 및 좌측면의 거의 중앙부근에 마련된 탄성 변형부(2B)를 포함하고 있다. 돌출부(2A)는 금속 커버(2) 전체를 그라운드 전위에 접속하기 위한 단자로서 마련되어 있다. 탄성 변형부(2B)는 선단이 배면측을 향하는 설상의 부위이며, 안쪽으로 굴곡(소성 변형)되어서 전술한 수지 케이스(3)의 걸어맞춤부(3B2)에 걸어맞추도록 구성되어 있다. 이 탄성 변형부(2B)는 걸어맞춤부(3B2)의 테이퍼각(Taper Angle)보다도 큰 테이퍼각이 되도록 굴곡되어 있다. 이렇기 때문에 금속 커버(2)에 수지 케이스(3)가 끼워맞춰져 있는 상태에서는, 탄성 변형부(2B)에서 수지 케이스(3)로 안쪽방향의 탄성력이 부여되게 된다.

도 6은 정면측 단부를 윗방향으로 배치하고, 좌측면측을 오른쪽 방향으로 배치하며, 상측면측을 왼쪽 방향으로 배치한 상태에서의 외부접속 단자(6)의 사시도이다. 또한 외부접속 단자(6)와 외부접속 단자(5)는 같은 구성이다.

외부접속 단자(6)(외부접속 단자(5))는 탄성 접촉부(6A)(탄성 접촉부(5A))와, 협애부(狹隘部; narrowing part)(6B)(협애부(5B)), 돌출부(6C)(돌출부(5C))를 포함하고 있다. 돌출부(6C)(돌출부(5C))는 수지 케이스(3)의 배면부(3C)로부터 배면측으로 돌출하는 부위이다. 협애부(6B)(협애부(5B))는 수지 케이스(3)의 관통 홈(3C1)에 걸어맞추는 부위이다. 탄성 접촉부(6A)(탄성 접촉부(5A))는 수지 케이스(3)의 내강부(3B3)에 수용되는 X자 형상의 부위이며, 압전소자(4)측으로 돌출하도록 볼록형상으로 구성되어 있다. 이 탄성 접촉부(6A)(탄성 접촉부(5A))는 도전성 고무(8)(도전성 고무(7))에 접촉하여 도전성 고무(8)(도전성 고무(7))에 안쪽 방향의 탄성력을 부여하고, 도전성 고무(8)(도전성 고무(7))를 통해서 압전소자(4)의 측면전극(4C2)(측면전극(4C1))에 도통하게 된다.

이상의 각 부재, 금속 커버(2), 수지 케이스(3), 압전소자(4), 외부접속 단자(5, 6), 및 도전성 고무(7, 8)에 의해서 초음파 트랜스듀서(1)는 구성되게 된다. 금속 커버(2)가 초음파 트랜스듀서(1)의 전자 실드로서도 기능하기 때문에 초음파 트랜스듀서(1)는 노이즈 내성이 높은 것이 된다. 또 수지 케이스(3)를 구성하는 분할부재(3A1, 3A2)가 금속 커버(2)에 끼워맞춰지므로 수지 케이스(3)의 소성 변형이 과대해지는 것을 막을 수 있다. 또한 분할부재(3A1, 3A2)의 접착이 불필요하여, 접착제 등이 압전소자(4)에 부착되어서 두께 진동이 저해되는 것도 막을 수 있다. 게다가 탄성 변형부(2B)와 탄성 접촉부(5A, 6A)가 수지 케이스(3)의 분할면에 대하여 수직한 방향으로 탄성 변형되어서 각 부분을 가압하므로, 수지 케이스(3)에 경시적인 소성 변형이 생겨도 압전소자(4)와 외부접속 단자(5, 6)를 일정 이상의 가압력으로 가압 접촉시킨 상태를 유지할 수 있다. 이것에 의해서 접촉 저항을 안정시켜서 높은 접속 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

또 이 초음파 트랜스듀서(1)의 제조는 분할부재(3A1, 3A2) 각각의 관통 홈(3C1)에 외부접속 단자(5, 6)를 끼워 넣고 분할부재(3A1, 3A2)를 조합시켜서 금속 커버(2)에 끼워맞추고, 도전성 고무(7, 8)로 끼워 넣은 압전소자(4)를 수지 케이스(3)의 개구 내에 끼워맞춤으로써 제조할 수 있다. 따라서 초음파 트랜스듀서(1)의 제조 공정에서는 높은 작업성과, 조립의 확실성을 실현할 수 있다.

≪제2 실시형태≫

다음으로 본 발명의 제2 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서에 대해서 설명한다. 도 7(A)는 본 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(11)의 평면단면도이다. 도 7(B)는 초음파 트랜스듀서(11)가 포함하는 압전소자(14)의 사시도이다.

초음파 트랜스듀서(11)는 전술한 초음파 트랜스듀서(1)와 상이한 구성의 압전소자(14)와, 외부접속 단자(15, 16), 이방 도전성 고무(17, 18)를 포함하고 있다. 이방 도전성 고무(17, 18)는 두께방향으로만 도통성을 가지고, 면내방향의 도통성을 가지지 않는 특성을 가지고 있다. 압전소자(14)는 전술한 압전소자(4)의 구성으로부터 측면전극과 절연재를 생략한 구성이며, 각 전극층(4B1)이 4측면 모두에 노출되는 구성이다. 외부접속 단자(15)는 압전소자(14)에서의 짝수층 전극층(4B1)에 대향하는 위치가 볼록하게 되고, 그 이외의 위치가 오목하게 되도록 굴곡된 형상으로 구성되어 있다. 외부접속 단자(16)는 압전소자(14)에서의 홀수층 전극층(4B1)에 대향하는 위치가 볼록하게 되고, 그 이외의 위치가 오목하게 되도록 굴곡된 형상으로 구성되어 있다.

이러한 구성의 초음파 트랜스듀서(11)에서는 외부접속 단자(15, 16)의 볼록부만이 이방 도전성 고무(17, 18)에 접촉하고, 홀수층의 전극층(4B1) 또는 짝수층의 전극층(4B1)에 선택적으로 접속되게 된다. 따라서 압전소자(14)로서 측면전극도 절연재도 마련하지 않는 간이하며 대칭성이 높은 구성의 것을 채용할 수 있다. 이러한 압전소자(14)는 제조가 용이할 뿐만 아니라 소자 변형의 발생도 작아서 양호한 진동 특성을 얻을 수 있다.

또한 이 구성에서는 외부접속 단자(15, 16)와 이방 도전성 고무(17, 18)의 접촉 압력에 따라서 접촉 저항이 크게 변화하는 경우가 있어서, 외부접속 단자(15, 16)와 이방 도전성 고무(17, 18)의 접촉 위치별로 접촉 압력이 편차가 생기기 쉽다. 이렇기 때문에 본 발명의 특징이 되는 탄성 변형부(2B)를 마련하여 외부접속 단자(15, 16)와 이방 도전성 고무(17, 18)의 접촉 압력을 안정되게 하는 것의 효용이 큰 것이 된다.

≪제3 실시형태≫

다음으로 본 발명의 제3 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서에 대해서 설명한다. 도 8(A)는 본 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(21)의 평면단면도이다. 도 8(B)는 초음파 트랜스듀서(21)가 포함하는 압전소자(24)의 사시도이다.

초음파 트랜스듀서(21)는 전술한 초음파 트랜스듀서(1)와 상이한 구성으로서 압전소자(24)와, 플렉시블 기판(24A, 24B)을 포함하고 있다. 압전소자(24)는 전술한 압전소자(14)와 마찬가지로 측면전극 및 절연재를 생략하여 각 전극층이 4측면 모두에 노출되는 구성이다. 플렉시블 기판(24A, 24B)은 압전소자(14)와 도전성 고무(7, 8) 사이에 배치되어 있다. 플렉시블 기판(24A, 24B)은 압전소자(14)와의 접촉면에, 홀수층의 전극층(4B1)에 접촉하는 표면전극 또는 짝수층의 전극층(4B1)에 접촉하는 표면전극이 형성되어 있다. 그 표면전극들은 비아 전극(via electrode)을 통해서 도전성 고무(7, 8)와의 접촉면까지 인출되어서 그 면에서 서로 도통하도록 구성되어 있다.

이러한 구성의 초음파 트랜스듀서(21)에서도 플렉시블 기판(24A, 24B)이 홀수층의 전극층(4B1) 또는 짝수층의 전극층(4B1)에 선택적으로 접속되게 된다. 따라서 압전소자(24)로서 측면전극도 절연재도 마련하지 않는 간이하며 대칭성이 높은 구성의 것을 채용할 수 있다.

또한 이 구성에서는 외부접속 단자(5, 6)가 도전성 고무(7, 8)와 한점에서 접촉하므로 외부접속 단자(5, 6)와 도전성 고무(7, 8)의 접촉 압력이 크게 안정된 것이 된다. 이로 인해서 외부접속 단자(5, 6)와 압전소자(24)의 접촉 저항을 보다 안정되게 할 수 있다.

≪제4 실시형태≫

다음으로 본 발명의 제4 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서에 대해서 설명한다. 도 9(A)는 본 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(31)의 좌측면측에서 본 단면도이다. 도 9(B)는 초음파 트랜스듀서(31)의 상측면도이다. 도 9(C)는 초음파 트랜스듀서(31)의 배면도이다. 도 9(D)는 초음파 트랜스듀서(31)가 포함하는 플렉시블 기판의 압전소자측에서 본 하측면측의 평면도이다.

본 실시형태는 압전소자의 동일 측면을 전극인출 위치로 한 점을, 전술한 실시형태에 대한 주된 상이점으로 하고 있다.

초음파 트랜스듀서(31)는 금속 커버(32)와, 수지 케이스(33), 압전소자(34), 외부접속 단자(35, 36), 플렉시블 기판(37)을 포함하고 있다.

압전소자(34)는 전술한 압전소자(14, 24)와 마찬가지로 측면전극 및 절연재를 생략하여 각 전극층이 4측면 모두에 노출되는 구성이다. 수지 케이스(33)는 정면에 개구를 가지는 바닥이 있는 통형상으로, 상측면측의 분할부재(33A)와 하측면측의 분할부재(33B)로 분할 가능하게 구성되어 있다. 분할부재(33A)는 플렉시블 기판(37)을 유지하는 대략 평판상의 구성이다. 분할부재(33B)는 압전소자(34)를 유지하는 오목부(컷아웃(cutout))를 가지는 형상이다. 분할부재(33A, 33B)의 서로 대향하는 외측면(분할부재(33A)의 상측면 및 분할부재(33B)의 하측면)의 중앙부근에는 걸어맞춤부(33C)가 마련되어 있다. 금속 커버(32)는 정면 및 배면이 개구하는 통형상으로 구성되어 있다. 금속 커버(32)의 상측면 및 하측면의 중앙부근에는 수지 케이스(33)의 걸어맞춤부(33C)에 걸어맞추는 탄성 변형부(32A)가 형성되어 있다.

또 외부접속 단자(35)는 압전소자(34)의 상측면측의 좌측면쪽으로 배치되어 있다. 외부접속 단자(36)는 압전소자(34)의 상측면측의 우측면쪽으로 배치되어 있다. 플렉시블 기판(37)은 압전소자(34)의 상측면측에서 분할부재(33A)와의 사이에 마련되어 있고, 평행하는 2열로 마련된 배선부(37A, 37B)가 형성되어 있다. 배선부(37A)는 좌측면쪽으로 마련되어 있고 외부접속 단자(35)에 접속되어 있다. 배선부(37B)는 우측면쪽으로 마련되어 있고 외부접속 단자(36)에 접속되어 있다. 또 플렉시블 기판(37)의 압전소자(34)측의 주면(主面)에는 배선부(37A)의 2개의 표면전극과, 배선부(37B)의 3개의 표면전극이 형성되어 있다. 배선부(37A)의 2개의 표면전극은 압전소자(34)의 짝수층 전극층에 접속됨과 동시에, 비아 전극을 통해서 플렉시블 기판(37)의 뒤쪽으로 인출되어서 서로 접속되어 있다. 배선부(37B)의 3개의 표면전극은 압전소자(34)의 홀수층 전극층에 접속됨과 동시에, 비아 전극을 통해서 플렉시블 기판(37)의 뒤쪽으로 인출되어서 서로 접속되어 있다.

이상의 각 실시형태에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실시할 수 있지만, 초음파 트랜스듀서의 구체적인 구성은 상술한 것에 한정되는 것이 아니다.

1, 11, 21, 31: 초음파 트랜스듀서
2, 32: 금속 커버
2A: 돌출부
2B, 32A: 탄성 변형부
3, 33: 수지 케이스
3A1, 3A2, 33A, 33B: 분할부재
3B: 측면부
3B1: 플랜지부
3B2, 33C: 걸어맞춤부
3B3: 내강부
3C: 배면부
3C1: 관통 홈
4, 14, 24, 34: 압전소자
4A: 정합층
4B: 진동층
4B1: 전극층
4B2: 압전층
4B3: 절연재
4C1, 4C2: 측면전극
5, 6, 15, 16, 35, 36: 외부접속 단자
5A, 6A: 탄성 접촉부
5B, 6B: 협애부
5C, 6C: 돌출부
7, 8: 도전성 고무
17, 18: 이방 도전성 고무
24A, 24B, 37: 플렉시블 기판
37A, 37B: 배선부

Claims

음파의 송수(送受)방향을 향하는 제1단면(端面)이 적어도 개구(開口)하여 내부공간을 가지는 금속 커버와,
바닥이 있는 통형상이며, 적어도 2개의 분할부재로 이루어지고, 상기 금속 커버에 유지되어 있는 수지 케이스와,
압전층과 전극층을 포함하고, 상기 수지 케이스에 유지되어 있는 압전소자와,
상기 압전소자의 측면과 상기 수지 케이스의 내측면에 접하여 마련되어 있으며, 상기 압전소자의 전극층에 도통(conductive)하고 있는 도통부를 포함하고,
수지 케이스의 외측면과 금속 커버의 내측면에 탄성력을 부여하고 있는 탄성 변형부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
제1항에 있어서,
상기 탄성 변형부는 상기 금속 커버와 일체로 형성되고, 상기 수지 케이스측으로 굴곡된 상태로 소성(塑性) 변형되어 있는 설상(舌狀)의 부위인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
제2항에 있어서,
상기 수지 케이스는, 상기 음파의 송수방향을 따라서 서로 대면하여 배치되는 제1 단부(段部) 및 제2 단부를 포함하고 있으며,
상기 금속 커버는, 상기 설상의 탄성 변형부의 선단면(先端面)이 상기 제1 단부 또는 상기 제2 단부에 접촉하여, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도통부는, 상기 압전소자와의 접촉 부분에 탄성 변형 가능한 외부접속 단자를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
제4항에 있어서,
상기 도통부는, 상기 외부접속 단자와 상기 압전소자 사이에 도전성 고무를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
제5항에 있어서,
상기 압전소자는, 상기 2개의 분할부재의 분할면에 평행하는 양 측면 각각 각 전극층이 노출되고,
상기 도전성 고무는, 두께방향으로만 도통성을 가지는 이방 도전성 고무이며,
상기 외부접속 단자는, 상기 압전소자의 전극층에 대면하는 위치에서 상기 이방 도전성 고무에 선택적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.