WO2020189740A1 - 超音波センサ - Google Patents

超音波センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2020189740A1
WO2020189740A1 PCT/JP2020/012129 JP2020012129W WO2020189740A1 WO 2020189740 A1 WO2020189740 A1 WO 2020189740A1 JP 2020012129 W JP2020012129 W JP 2020012129W WO 2020189740 A1 WO2020189740 A1 WO 2020189740A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vibration detection
ultrasonic
electrode
coating layer
ultrasonic sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/012129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
邦夫 ▲樋▼山
晃寛 奈良
Original Assignee
ヤマハ株式会社
ヤマハファインテック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ヤマハ株式会社, ヤマハファインテック株式会社 filed Critical ヤマハ株式会社
Publication of WO2020189740A1 publication Critical patent/WO2020189740A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic sensor.
  • Ultrasonic sensors are used to inspect the heat sealability of food packages. This ultrasonic sensor is placed facing the ultrasonic transmitter with the subject in between, and inspects the adhesive state of the heat seal by detecting the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter and transmitted through the subject. It is configured to be possible (see JP-A-2013-127400).
  • the ultrasonic sensor described in the above publication is arranged so as to be in focus with the ultrasonic transmitter. It is said that this ultrasonic sensor can inspect the adhesive state of the subject with high accuracy by arranging the subject in focus.
  • this ultrasonic sensor can inspect the adhesive state of the subject at only one place. Therefore, this ultrasonic sensor takes time and effort to inspect the adhesive state of the subject in a wide range.
  • the present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor having high inspection accuracy and excellent inspection efficiency.
  • the ultrasonic sensor which has been made to solve the above problems, includes a vibration detection element having a plurality of vibration detection units and a coating layer laminated on the vibration detection element, and the coating layer is provided. However, it has a plurality of ultrasonic wave transmitting units that overlap with the plurality of vibration detecting units in a plan view.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the ultrasonic sensor of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of the ultrasonic sensor of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an ultrasonic sensor according to an embodiment different from the ultrasonic sensor of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic side sectional view showing a modified example of the coating layer.
  • FIG. 6 is a schematic side sectional view showing a modified example of the coating layer different from that of FIG. 5.
  • the ultrasonic sensor includes a vibration detection element having a plurality of vibration detection units and a coating layer laminated on the vibration detection element, and the coating layer has the plurality of vibrations in a plan view. It has a plurality of ultrasonic wave transmitting parts that overlap with the detection part.
  • the ultrasonic wave transmitting portion is a through hole.
  • the coating layer is a flexible resin film.
  • the average thickness of the portion of the coating layer other than the ultrasonic wave transmitting portion in the region laminated on the vibration detection element is preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less.
  • the vibration detection element is a film-shaped piezoelectric body, a first electrode arranged on the first surface of the piezoelectric body, and a second electrode arranged on a second surface different from the first surface of the piezoelectric body. It is preferable that the region where the first electrode and the second electrode face each other constitutes the vibration detection unit.
  • At least one of the first electrode and the second electrode is divided into a plurality of pieces, and the coating layer is laminated on the electrode side divided into the plurality of pieces.
  • the average distance between adjacent vibration detection units is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
  • the plurality of vibration detection units are arranged in a grid pattern.
  • the "average thickness” means the average value of the thickness of any 10 points.
  • the “average interval” means the average value of the intervals of any five points.
  • a plurality of vibration detection units are arranged in a grid point pattern” means that a plurality of vibration detection units are arranged at positions corresponding to the grid points.
  • the ultrasonic sensor includes a vibration detection element having a plurality of vibration detection units, it is possible to simultaneously inspect a plurality of locations of a subject. Further, the ultrasonic sensor has a plurality of ultrasonic transmitting portions in which the coating layer laminated on the vibration detecting element overlaps the plurality of vibration detecting portions in a plan view, and the region other than these ultrasonic transmitting portions. It is possible to suppress the transmission of ultrasonic waves in. Therefore, the ultrasonic sensor can suppress crosstalk between a plurality of vibration detection units. Therefore, the ultrasonic sensor has high inspection accuracy and excellent inspection efficiency.
  • the ultrasonic sensor 1 of FIGS. 1 and 2 includes a vibration detection element 2 having a plurality of vibration detection units 2a, and a coating layer 3 laminated on the vibration detection element 2.
  • the coating layer 3 has a plurality of ultrasonic wave transmitting portions 3a that overlap with the plurality of vibration detecting portions 2a in a plan view.
  • the ultrasonic sensor 1 is a two-dimensional array sensor in which a plurality of vibration detection units 2a are formed in the in-plane direction of the vibration detection element 2.
  • the ultrasonic sensor 1 is used, for example, as an inspection device for inspecting the heat sealability of a food package, the presence or absence of air bubbles in a storage battery or a fuel cell, or the like by ultrasonic waves.
  • the front surface of the vibration detection element 2 constitutes an ultrasonic receiving surface that faces an ultrasonic transmitter (not shown) with a subject in between.
  • the "front side surface” means the surface on the ultrasonic wave receiving side
  • the "back side surface” means the surface on the opposite side.
  • the vibration detection element 2 is a film-shaped piezoelectric body 11 and a pair of electrodes laminated on both surfaces of the piezoelectric body 11 (the first electrode 12a arranged on the first surface of the piezoelectric body 11 and the first surface of the piezoelectric body 11). It has a second electrode 12b) arranged on a second surface different from the above.
  • the first electrode 12a is laminated on the front surface of the piezoelectric body 11.
  • the second electrode 12b is laminated on the back surface of the piezoelectric body 11. That is, in the present embodiment, the first surface is the front surface and the second surface is the back surface.
  • the vibration detection element 2 has a sheet shape as a whole.
  • Examples of the piezoelectric material forming the piezoelectric body 11 include lead zirconate titanate (PZT), lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium tantalate niobate (K (Ta, Nb) O 3 ), and barium titanate (BaTIO). 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), strontium tantalate (SrTIO 3 ), and inorganic piezoelectric materials such as crystal can be mentioned.
  • PZT lead zirconate titanate
  • LiNbO 3 lithium niobate
  • BaTIO barium titanate
  • LiTaO 3 lithium tantalate
  • inorganic piezoelectric materials such as crystal can be mentioned.
  • the piezoelectric material a flexible material is also preferably used. This makes it possible to impart flexibility to the piezoelectric body 11. As a result, for example, by bending the piezoelectric body 11 into an arch shape or the like, it is easy to focus the ultrasonic wave transmitting surface of the ultrasonic wave transmitter and the ultrasonic wave receiving surface of the vibration detecting element 2.
  • Examples of the flexible material include polymer piezoelectric materials.
  • Examples of the polymer piezoelectric material include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-3 ethylene fluoride copolymer (P (VDF / TrFE)), and vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (P (VDCN /)). VAc)) and the like can be mentioned. Further, by using these polymer piezoelectric materials as a porous film, the flexibility can be further increased, and the curvature and flexibility of the vibration detection element 2 can be enhanced.
  • a large number of flat pores are formed in a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyethylene (PE), or polyethylene terephthalate (PET) which does not have piezoelectric properties. It is also possible to use a material in which the facing surface of these pores is polarized and charged by corona discharge or the like to impart piezoelectric characteristics.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the lower limit of the average thickness of the piezoelectric body 11 is preferably 10 ⁇ m, more preferably 50 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the piezoelectric body 11 is preferably 500 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ m. If the average thickness of the piezoelectric body 11 does not reach the lower limit, the strength of the piezoelectric body 11 may be insufficient. On the contrary, if the average thickness of the piezoelectric body 11 exceeds the upper limit, it may be difficult to form a desired curved shape or bent shape.
  • the first electrode 12a and the second electrode 12b are thin films.
  • the first electrode 12a and the second electrode 12b are used to detect the potential difference between the front and back surfaces of the piezoelectric body 11. Therefore, the first electrode 12a and the second electrode 12b are connected to a detection circuit (not shown).
  • the material of the first electrode 12a and the second electrode 12b may be any material having conductivity, and examples thereof include metals such as aluminum, copper and nickel, carbon and the like.
  • the method of laminating the first electrode 12a and the second electrode 12b on the piezoelectric body 11 is not particularly limited, and examples thereof include metal deposition, printing of carbon conductive ink, application and drying of silver paste, and the like.
  • the average thickness of the first electrode 12a and the second electrode 12b can be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, although it depends on the laminating method. If the average thickness is less than the lower limit, the strength of the first electrode 12a and the second electrode 12b may be insufficient. On the contrary, if the average thickness exceeds the upper limit, the followability to the curved surface shape in the curved or bent state of the vibration detection element 2 may decrease.
  • the first electrode 12a is divided into a plurality of line-shaped pieces (first fragment 12c).
  • the first fragment 12c is linear.
  • the plurality of first fragment pieces 12c are arranged in parallel.
  • the second electrode 12b is divided into a plurality of line-shaped pieces (second fragment 12d) orthogonal to the plurality of first fragment 12c in a plan view.
  • the second fragment 12d is linear.
  • the plurality of second fragment 12d are arranged in parallel.
  • the plurality of first fragment pieces 12c and the plurality of second fragment pieces 12d partially overlap in a plan view.
  • the region where the first fragment 12c and the second fragment 12d overlap in a plan view functions as the vibration detection unit 2a.
  • the first electrode 12a is divided into a first fragment 12c corresponding to each column of the plurality of vibration detection units 2a
  • the second electrode 12b is a second fragment corresponding to each row of the plurality of vibration detection units 2a. It is divided into 12d.
  • the vibration detection unit 2a is formed in a two-dimensional array shape because the plurality of first fragment pieces 12c and the plurality of second fragment pieces 12d are orthogonal to each other in a plan view.
  • the vibration detection units 2a formed in a two-dimensional array can independently measure the intensity of ultrasonic waves.
  • the lower limit of the average interval D between the adjacent vibration detection units 2a is preferably 0.5 mm, more preferably 0.8 mm.
  • the upper limit of the average interval D is preferably 2.0 mm, more preferably 1.5 mm. If the average interval D is less than the lower limit, crosstalk between adjacent vibration detection units 2a may not be sufficiently suppressed. On the contrary, when the average interval D exceeds the upper limit, the interval between the adjacent vibration detection units 2a becomes too large, and it may be difficult to sufficiently improve the detection efficiency.
  • a plurality of vibration detection units 2a are arranged in a grid pattern.
  • the plurality of first fragment pieces 12c and the plurality of second fragment pieces 12d overlap in a grid pattern in a plan view.
  • the plurality of vibration detection units 2a are arranged at each grid point of a quadrangular grid, more specifically, a regular quadrangular grid.
  • the plurality of vibration detection units 2a are arranged in a grid pattern, so that the plurality of vibration detection units 2a are arranged at high density while suppressing crosstalk between adjacent vibration detection units 2a. It's easy to do. As a result, the ultrasonic sensor 1 can easily improve the inspection efficiency while suppressing the deterioration of the inspection accuracy.
  • the coating layer 3 has a plurality of ultrasonic wave transmitting units 3a that overlap with the plurality of vibration detecting units 2a in a plan view, and an ultrasonic shielding unit 3b that overlaps with a region other than the plurality of vibration detecting units 2a in a plan view.
  • the coating layer 3 selectively transmits ultrasonic waves in the thickness direction by a plurality of ultrasonic wave transmitting portions 3a. It is preferable that the number of ultrasonic wave transmitting units 3a and the number of vibration detecting units 2a match. That is, it is preferable that the ultrasonic wave transmitting portion 3a is formed in a one-to-one correspondence with the vibration detecting portion 2a.
  • the coating layer 3 suppresses crosstalk between the plurality of ultrasonic detection units 2a. Therefore, the coating layer 3 is laminated on the ultrasonic wave receiving surface side of the vibration detection element 2. That is, the coating layer 3 is laminated on the front side (outside) of the first electrode 12a of the vibration detection element 2. As described above, in the present embodiment, the first electrode 12a is divided into a plurality of first fragment pieces 12c so as to correspond to the plurality of vibration detection units 2a. The coating layer 3 is laminated on the first electrode 12a side of the vibration detection element 2.
  • the ultrasonic waves irradiated to the regions other than the plurality of vibration detection units 2a are emitted in the ultrasonic irradiation direction rather than the plurality of first fragment 12c. It can be shielded on the upstream side of.
  • the ultrasonic sensor 1 can suppress interference with the vibration detection unit 2a due to ultrasonic waves irradiating a region other than the plurality of vibration detection units 2a, and can sufficiently suppress crosstalk.
  • the coating layer 3 is, for example, a resin layer containing a synthetic resin as a main component.
  • the synthetic resin include polyolefin, polyester, polyamide, polyethylene terephthalate, silicone resin, polyimide and the like.
  • the "main component" refers to the component having the highest content in terms of mass.
  • the coating layer 3 is preferably a flexible resin film. According to this configuration, a plurality of ultrasonic wave transmitting portions 3a can be easily formed on the coating layer 3. Further, when the vibration detecting element 2 is bent or bent when the piezoelectric body 11 is made of a flexible material, the coating layer 3 can be easily made to follow the shape of the vibration detecting element 2.
  • the coating layer 3 When the coating layer 3 is the above-mentioned resin film, the coating layer 3 can be laminated on the vibration detection element 2 with, for example, an adhesive or an adhesive. According to this configuration, an adhesive layer or an adhesive layer is arranged between the coating layer 3 and the vibration detection element 2. These layers are filled, for example, in the region between the plurality of first fragment pieces 12c to increase the adhesion strength between the coating layer 3 and the vibration detecting element 2.
  • the ultrasonic wave transmitting portion 3a is a through hole. Since the ultrasonic wave transmitting portion 3a is a through hole, the ultrasonic sensor 1 can easily and highly accurately receive the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmitter by the plurality of vibration detecting units 2a.
  • the through hole can be rectangular. As shown in FIGS. 2 and 3, the width W1 of the through hole in the width direction of the plurality of first fragment 12c may be larger than the width W2 of the plurality of first fragment 12c. Further, the width W3 of the through hole in the width direction of the plurality of second fragment 12d may be larger than the width W4 of the plurality of second fragment 12d. According to this configuration, it is easy to visually align the ultrasonic wave transmitting unit 3a so as to correspond to the vibration detecting unit 2a.
  • the through hole may be formed by, for example, a puncher, or may be formed by etching after patterning the photoresist.
  • the lower limit of the average thickness T of the portion (that is, the ultrasonic shielding portion 3b) other than the ultrasonic transmitting portion 3a in the region laminated on the vibration detecting element 2 of the coating layer 3 is preferably 0.5 mm, more preferably 1 mm. preferable.
  • the upper limit of the average thickness T 5 mm is preferable, and 3 mm is more preferable. If the average thickness T does not reach the lower limit, ultrasonic waves may not be sufficiently shielded. On the contrary, if the average thickness T exceeds the upper limit, the flexibility of the coating layer 3 may be insufficient.
  • the ultrasonic sensor 1 includes a vibration detection element 2 having a plurality of vibration detection units 2a, it is possible to simultaneously inspect a plurality of locations of the subject. Further, the ultrasonic sensor 1 has a plurality of ultrasonic transmission units 3a in which the coating layer 3 laminated on the vibration detection element 2 overlaps with the plurality of vibration detection units 2a in a plan view, and these ultrasonic transmissions are transmitted. It is possible to suppress the transmission of ultrasonic waves in a region other than the portion 3a. Therefore, the ultrasonic sensor 1 can suppress crosstalk between a plurality of vibration detection units 2a. Therefore, the ultrasonic sensor 1 has high inspection accuracy and excellent inspection efficiency.
  • the ultrasonic sensor 21 of FIG. 4 includes a vibration detection element 22 having a plurality of vibration detection units 22a, and a coating layer 23 laminated on the vibration detection element 22.
  • the coating layer 23 is laminated on the front side of the vibration detection element 22.
  • the ultrasonic sensor 21 includes a base 24 that supports the vibration detection element 22 from the back side.
  • the coating layer 23 has a plurality of ultrasonic wave transmitting portions 23a that overlap with the plurality of vibration detecting portions 22a in a plan view.
  • the ultrasonic sensor 21 is an array sensor in which a plurality of vibration detection units 22a are formed in the in-plane direction of the vibration detection element 22.
  • the ultrasonic sensor 21 is used, for example, as an inspection device for inspecting the heat sealability of a food package, the presence or absence of air bubbles in a storage battery or a fuel cell, or the like by ultrasonic waves.
  • the front surface of the vibration detection element 22 constitutes an ultrasonic receiving surface that faces the ultrasonic transmitter (not shown) with the subject in between.
  • the vibration detection element 22 is a film-shaped piezoelectric body 31 and a pair of electrodes laminated on both surfaces of the piezoelectric body 31 (the first electrode 32a arranged on the first surface of the piezoelectric body 31 and the second surface of the piezoelectric body 31). It has a second electrode 32b) arranged in.
  • the first electrode 32a is laminated on the front surface of the piezoelectric body 31.
  • the second electrode 32b is laminated on the back surface of the piezoelectric body 31. That is, in the present embodiment, the first surface is the front surface and the second surface is the back surface.
  • the vibration detection element 22 has a sheet shape as a whole. The vibration detection element 22 is held in an arched state by being supported by the base 24 on the back side.
  • the piezoelectric material for forming the piezoelectric body 31 a flexible material is used.
  • the flexible material include the above-mentioned polymer piezoelectric material and a synthetic resin having no piezoelectric property in which a large number of flat pores are formed and the facing surfaces of the pores are polarized and charged. Be done.
  • the first electrode 32a and the second electrode 32b are thin films.
  • the materials of the first electrode 32a and the second electrode 32b can be the same as those of the first electrode 12a and the second electrode 12b in FIG.
  • the average thickness of the piezoelectric body 31 and the average thickness of the first electrode 32a and the second electrode 32b can be the same as those of the vibration detection element 2 of the ultrasonic sensor 1 of FIG.
  • the first electrode 32a is divided into a plurality of pieces (first fragment 32c).
  • the second electrode 32b is laminated as one thin film body on the back surface of the piezoelectric body 31 so as to include the plurality of first fragment pieces 32c in a plan view.
  • the region where the first electrode 32a and the second electrode 32b overlap in the thickness direction of the piezoelectric body 31 functions as the vibration detection unit 22a. That is, the region where the first electrode 32a and the second electrode 32b face each other across the piezoelectric body 31 constitutes the vibration detection unit 23a.
  • the first fragment 32c of the first electrode 32a corresponds to the vibration detection unit 22a in the body 1.
  • the vibration detection unit 22a (that is, the first fragment 32c) is linear.
  • the longitudinal directions of the plurality of vibration detection units 22a are parallel. That is, the plurality of vibration detection units 22a are arranged in a stripe shape. More specifically, the plurality of vibration detection units 22a are arranged in parallel in the width direction in a state of being curved in an arch shape along the longitudinal direction.
  • the average distance between the adjacent vibration detection units 22a can be the same as the average distance D between the adjacent vibration detection units 2a of the ultrasonic sensor 1 in FIG.
  • the covering layer 23 has a plurality of ultrasonic wave transmitting portions 23a that overlap with the plurality of vibration detecting portions 22a in a plan view, and an ultrasonic shielding portion 23b that overlaps with a region other than the plurality of vibration detecting portions 22a in a plan view.
  • the ultrasonic wave transmitting portion 23a is a through hole. It is preferable that the number of ultrasonic wave transmitting units 23a and the number of vibration detecting units 22a match. That is, it is preferable that the ultrasonic wave transmitting portion 23a is formed in a one-to-one correspondence with the vibration detecting portion 22a.
  • the ultrasonic wave shielding portions 23b arranged so as to sandwich the ultrasonic wave transmitting portion 23a may be partially connected so that the positional relationship with respect to the vibration detecting element 22 is fixed.
  • the coating layer 23 is laminated on the ultrasonic wave receiving surface side of the vibration detection element 22.
  • the first electrode 32a is divided into a plurality of first fragment 32c corresponding to the plurality of vibration detection units 22a, and the coating layer 23 is laminated on the first electrode 32a side.
  • the specific configuration of the coating layer 23 can be the same as that of the coating layer 3 of FIG. 1 except that the shape of the ultrasonic wave transmitting portion 23a is formed in a stripe shape corresponding to the vibration detecting portion 22a.
  • the coating layer 23 can be a flexible resin film.
  • the average thickness of the ultrasonic shielding portion 23b of the coating layer 23 can be the same as the average thickness of the ultrasonic shielding portion 3b of the coating layer 3 of FIG.
  • the ultrasonic shielding portion 23b may be formed to the outside of the side edge of the piezoelectric body 31. As a result, it is possible to suppress the wraparound of ultrasonic waves to the back side of the vibration detection element 22. Further, according to this configuration, the ultrasonic wave shielding portions 23b adjacent to each other with the ultrasonic wave transmitting portion 23a interposed therebetween can be easily and integrally held by connecting them on the outside of the piezoelectric body 31.
  • the base 24 is a base that holds the vibration detection element 22.
  • the shape of the front surface of the base 24 is formed, for example, corresponding to the shape of the ultrasonic transmitting surface of the ultrasonic transmitter.
  • the front surface of the base 24 has an arch shape with a recessed central portion.
  • the material of the base 24 a material having conductivity such as metal can be used, but a material having insulation is preferable.
  • examples of the main component of the base 24 include synthetic resins such as polyethylene terephthalate and polypropylene.
  • the ultrasonic sensor 21 is arranged in parallel in the width direction in a state where the plurality of vibration detection units 22a are curved in an arch shape along the longitudinal direction, the focus is on the ultrasonic reception surface of the vibration detection element 22. It is possible to receive a wide area of ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmitter so as to converge on the subject in a state where the focal point of the ultrasonic transmitting surface of the ultrasonic transmitter is aligned. As a result, the ultrasonic sensor 21 can easily improve the inspection accuracy.
  • the embodiment does not limit the configuration of the present invention. Therefore, it is possible to omit, replace or add components of each part of the embodiment based on the description of the present specification and common general technical knowledge, and all of them are construed to belong to the scope of the present invention. Should be.
  • the coating layer 43 of FIG. 5 is a resin film in which a material is directly patterned on the front surface of the piezoelectric body 11. According to this configuration, after the entire surface of the front surface of the piezoelectric body 11 is covered with a synthetic resin, a through hole 43a (ultrasonic wave transmitting portion) can be easily formed in accordance with the vibration detecting portion 42a by a photoresist. Further, the coating layer 43 may be formed by patterning a synthetic resin by a printing method such as screen printing.
  • the cross section of the through hole 43a in the depth direction is not vertical, and the width of the end portion on the piezoelectric body 11 side can be narrowed (that is, the skirt is provided at the end portion of the ultrasonic shielding portion 43b on the piezoelectric body 11 side. Can be formed).
  • the coating layer 43 contains a synthetic resin as a main component and has flexibility.
  • the ultrasonic shielding portion 43b may be partially laminated on the first electrode 44a.
  • the coating layer 53 of FIG. 6 has a plurality of through holes 53a (ultrasonic wave transmitting portions) widened in a reverse taper shape toward the ultrasonic wave transmitter side. According to this configuration, since the ultrasonic wave incident side is widened, it is possible to efficiently measure ultrasonic waves while preventing crosstalk.
  • the ultrasonic sensor may form an alignment mark so that the coating layer can be easily aligned with the vibration detection element.
  • a circular pattern in a plan view is formed at four corners of the piezoelectric body by the first electrode, and through holes having a diameter larger than these patterns are formed at positions corresponding to these patterns in the coating layer. You may. According to this configuration, the vibration detection element and the coating layer can be easily aligned by confirming the position of the pattern through the through hole of the coating layer.
  • through holes can be formed in the piezoelectric body, through holes are formed in the four corners of the piezoelectric body, and alignment marks corresponding to these through holes are formed in the coating layer. May be good.
  • the arrangement, shape, etc. of the alignment mark are not particularly limited.
  • the plan view shape of the pattern may be a polygonal shape, a cross shape, an X shape, or the like.
  • the ultrasonic wave transmitting portion it is possible to adopt a configuration other than the through hole.
  • the ultrasonic wave transmitting portion may be a thin-walled portion having a thickness smaller than that of the ultrasonic shielding portion.
  • the ultrasonic wave transmitting portion may be made of a material having a higher ultrasonic wave transmittance than the ultrasonic shielding portion.
  • the arrangement of the plurality of vibration detection units can be set according to the purpose of use and the like, and is not limited to the above-mentioned grid dots and stripes. Further, even when the plurality of vibration detection units are arranged in a grid pattern, these vibration detection units may be arranged at positions corresponding to grid points having a grid shape other than a quadrangular grid.
  • the ultrasonic sensor according to one aspect of the present invention has high inspection accuracy and excellent inspection efficiency, and is therefore suitable for inspecting the heat sealability of food packages.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本発明は、検査精度が高く、かつ検査効率に優れる超音波センサを提供することを課題とする。本発明の一態様に係る超音波センサは、複数の振動検出部２ａを有する振動検出素子２と、振動検出素子２に積層される被覆層３とを備え、被覆層３が、平面視で複数の振動検出部２ａと重なり合う複数の超音波透過部３ａを有する。

Description

超音波センサ
　本発明は、超音波センサに関する。
　食品パッケージのヒートシール性の検査等のために超音波センサが用いられている。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配置され、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（特開２０１３－１２７４００号公報参照）。
特開２０１３－１２７４００号公報
　前記公報に記載の超音波センサは、超音波発信器と焦点が一致するよう配置される。この超音波センサは、焦点に合わせて被検体を配置することで、この被検体の接着状態等を高精度で検査できるとされている。
　しかしながら、この超音波センサは、被検体の接着状態等を１箇所でしか検査することができない。そのため、この超音波センサは、被検体の接着状態等を広い範囲で検査するのに手間がかかる。
　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、検査精度が高く、かつ検査効率に優れる超音波センサを提供することにある。
　前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る超音波センサは、複数の振動検出部を有する振動検出素子と、前記振動検出素子に積層される被覆層とを備え、前記被覆層が、平面視で前記複数の振動検出部と重なり合う複数の超音波透過部を有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波センサを示す模式的側面断面図である。 図２は、図１の超音波センサの模式的平面図である。 図３は、図１の超音波センサのＡ－Ａ線断面図である。 図４は、図１の超音波センサとは異なる実施形態に係る超音波センサを示す模式的斜視図である。 図５は、被覆層の変形例を示す模式的側面断面図である。 図６は、被覆層の図５とは異なる変形例を示す模式的側面断面図である。
　本発明の一態様に係る超音波センサは、複数の振動検出部を有する振動検出素子と、前記振動検出素子に積層される被覆層とを備え、前記被覆層が、平面視で前記複数の振動検出部と重なり合う複数の超音波透過部を有する。
　前記超音波透過部が貫通孔であるとよい。
　前記被覆層が可撓性を有する樹脂フィルムであるとよい。
　前記被覆層の前記振動検出素子に積層される領域における前記超音波透過部以外の部分の平均厚さとしては０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
　前記振動検出素子が、フィルム状の圧電体と、この圧電体の第１面に配置される第１電極と、前記圧電体の前記第１面とは異なる第２面に配置される第２電極とを有し、前記第１電極と前記第２電極とが対向する領域が前記振動検出部を構成しているとよい。
　少なくとも前記第１電極及び前記第２電極の一方が複数の片に分断されており、前記被覆層がこの複数の片に分断された電極側に積層されているとよい。
　隣接する前記振動検出部間の平均間隔としては０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。
　前記複数の振動検出部が格子点状に配置されるとよい。
　なお、本発明において、「平均厚さ」とは任意の１０点の厚さの平均値をいう。「平均間隔」とは、任意の５点の間隔の平均値をいう。「複数の振動検出部が格子点状に配置される」とは、複数の振動検出部が格子点に対応する位置に配置されることをいう。
　本発明の一態様に係る超音波センサは、複数の振動検出部を有する振動検出素子を備えるので、被検体の複数箇所の検査を同時に行うことができる。また、当該超音波センサは、前記振動検出素子に積層される被覆層が平面視で複数の振動検出部と重なり合う複数の超音波透過部を有しており、これらの超音波透過部以外の領域における超音波の透過を抑制できる。そのため、当該超音波センサは、複数の振動検出部間のクロストークを抑制することができる。従って、当該超音波センサは、検査精度が高く、かつ検査効率に優れる。
　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。
［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、複数の振動検出部２ａを有する振動検出素子２と、振動検出素子２に積層される被覆層３とを備える。被覆層３は、平面視で複数の振動検出部２ａと重なり合う複数の超音波透過部３ａを有する。当該超音波センサ１は、振動検出素子２の面内方向に複数の振動検出部２ａが形成された２次元アレイセンサである。当該超音波センサ１は、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の表側の面が、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。なお、以下の記載において「表側の面」とは、超音波受信側の面をいい、「裏側の面」とは、その反対側の面をいう。
（振動検出素子）
　振動検出素子２は、フィルム状の圧電体１１と、圧電体１１の両面に積層される一対の電極（圧電体１１の第１面に配置される第１電極１２ａ及び圧電体１１の第１面とは異なる第２面に配置される第２電極１２ｂ）とを有する。第１電極１２ａは、圧電体１１の表側の面に積層されている。第２電極１２ｂは、圧電体１１の裏側の面に積層されている。つまり、本実施形態において、第１面は表側の面であり、第２面は裏側の面である。振動検出素子２は、全体としてシート状である。
　圧電体１１を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、水晶等の無機圧電材料が挙げられる。
　また、前記圧電材料としては、可撓性を有する材料も好適に用いられる。これにより、圧電体１１に可撓性を付与することができる。その結果、例えば圧電体１１をアーチ状等に湾曲させることで、前記超音波発信器の超音波発信面と振動検出素子２の超音波受信面との焦点を合わせやすい。
　前記可撓性を有する材料としては、例えば高分子圧電材料が挙げられる。この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。
　また、前記可撓性を有する材料としては、圧電特性を有しない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）等の合成樹脂に多数の扁平な気孔を形成したうえ、コロナ放電等によってこれらの気孔の対向面を分極して帯電させることで圧電特性を付与したものを使用することもできる。
　圧電体１１が可撓性を有する場合、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が可撓性を有する場合、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、所望の湾曲形状又は屈曲形状に形成し難くなるおそれがある。
　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。
　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。
　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。
　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。
　図３に示すように、第１電極１２ａは、複数のライン状の片（第１分断片１２ｃ）に分断されている。第１分断片１２ｃは直線状である。複数の第１分断片１２ｃは、並列に配置されている。また、第２電極１２ｂは、平面視で複数の第１分断片１２ｃと直交する複数のライン状の片（第２分断片１２ｄ）に分断されている。第２分断片１２ｄは直線状である。複数の第２分断片１２ｄは、並列に配置されている。複数の第１分断片１２ｃ及び複数の第２分断片１２ｄは平面視で部分的に重なり合っている。振動検出素子２は、第１分断片１２ｃと第２分断片１２ｄとが平面視で重なり合った領域が振動検出部２ａとして機能する。つまり、圧電体１１を挟んで第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂが対向する領域が振動検出部２ａを構成している。第１電極１２ａは、複数の振動検出部２ａの各列に対応する第１分断片１２ｃに分断されており、第２電極１２ｂは、複数の振動検出部２ａの各行に対応する第２分断片１２ｄに分断されている。振動検出部２ａは、複数の第１分断片１２ｃと複数の第２分断片１２ｄとが平面視で直交していることで、２次元アレイ状に形成される。そして、２次元アレイ状に形成された振動検出部２ａは、それぞれ独立して超音波の強度の測定が可能である。
　隣接する振動検出部２ａ間の平均間隔Ｄの下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましい。一方、前記平均間隔Ｄの上限としては、２．０ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましい。前記平均間隔Ｄが前記下限に満たないと、隣接する振動検出部２ａ間のクロストークを十分に抑制することができないおそれがある。逆に、前記平均間隔Ｄが前記上限を超えると、隣接する振動検出部２ａ間の間隔が大きくなり過ぎて、検出効率を十分に高め難くなるおそれがある。
　図２に示すように、複数の振動検出部２ａは格子点状に配置されている。換言すると、複数の第１分断片１２ｃ及び複数の第２分断片１２ｄは平面視で格子点状に重なり合っている。具体的には、複数の振動検出部２ａは、四角形格子、より詳しくは正四角形格子の各格子点に配置されている。当該超音波センサ１は、複数の振動検出部２ａが格子点状に配置されることで、隣接する振動検出部２ａ間のクロストークを抑制しつつ、複数の振動検出部２ａを高密度で配置しやすい。その結果、当該超音波センサ１は、検査精度の低下を抑えつつ、検査効率を容易に高めることができる。
（被覆層）
　被覆層３は、平面視で複数の振動検出部２ａと重なり合う複数の超音波透過部３ａと、平面視で複数の振動検出部２ａ以外の領域と重なり合う超音波遮蔽部３ｂとを有する。被覆層３は、複数の超音波透過部３ａによって厚さ方向に超音波を選択的に透過させる。超音波透過部３ａの個数と振動検出部２ａの個数とは一致していることが好ましい。つまり、超音波透過部３ａは振動検出部２ａと１対１対応で形成されることが好ましい。
　被覆層３は、複数の超音波検出部２ａ間のクロストークを抑制する。そのため、被覆層３は、振動検出素子２の超音波受信面側に積層される。つまり、被覆層３は、振動検出素子２の第１電極１２ａの表側（外側）に積層される。前述のように本実施形態では、第１電極１２ａは、複数の振動検出部２ａと対応するように複数の第１分断片１２ｃに分断されている。被覆層３は振動検出素子２のこの第１電極１２ａ側に積層されている。被覆層３は、複数の第１分断片１２ｃの表側に積層されることで、複数の振動検出部２ａ以外の領域に照射される超音波を複数の第１分断片１２ｃよりも超音波照射方向の上流側で遮蔽可能である。これにより、当該超音波センサ１は、複数の振動検出部２ａ以外の領域に照射される超音波による振動検出部２ａへの干渉を抑制し、クロストークを十分に抑制することができる。
　被覆層３は、例えば合成樹脂を主成分とする樹脂層である。前記合成樹脂としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコーン樹脂、ポリイミド等が挙げられる。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。
　被覆層３は可撓性を有する樹脂フィルムであることが好ましい。この構成によると、被覆層３に複数の超音波透過部３ａを容易に形成することができる。また、圧電体１１が可撓性のある材料である場合に振動検出素子２を湾曲又は屈曲させた際に、振動検出素子２の形状に被覆層３を容易に追従させることができる。
　被覆層３が前述の樹脂フィルムである場合、被覆層３は、例えば接着剤、粘着剤等によって振動検出素子２に積層することができる。この構成によると、被覆層３と振動検出素子２との間には接着剤層又は粘着剤層が配置される。これらの層は、例えば複数の第１分断片１２ｃの間の領域に充填され、被覆層３と振動検出素子２との密着強度を高める。
　図１及び図２に示すように、超音波透過部３ａは貫通孔である。当該超音波センサ１は、超音波透過部３ａが貫通孔であることによって、超音波発信器から照射される超音波を複数の振動検出部２ａによって容易かつ高精度に受信することができる。
　前記貫通孔は矩形状とすることができる。図２及び図３に示すように、複数の第１分断片１２ｃの幅方向にける前記貫通孔の幅Ｗ１は、複数の第１分断片１２ｃの幅Ｗ２より大きくてもよい。また、複数の第２分断片１２ｄの幅方向における前記貫通孔の幅Ｗ３は、複数の第２分断片１２ｄの幅Ｗ４よりも大きくてもよい。この構成によると、目視にて超音波透過部３ａを振動検出部２ａに対応するよう位置合わせしやすい。
　前記貫通孔は、例えばパンチャーによって形成されてもよく、フォトレジストのパターニング後にエッチングすることで形成されてもよい。
　被覆層３の振動検出素子２に積層される領域における超音波透過部３ａ以外の部分（つまり、超音波遮蔽部３ｂ）の平均厚さＴの下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。一方、前記平均厚さＴの上限としては、５ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。前記平均厚さＴが前記下限に満たないと、超音波を十分に遮蔽することができないおそれがある。逆に、前記平均厚さＴが前記上限を超えると、被覆層３の可撓性が不十分となるおそれがある。
＜利点＞
　当該超音波センサ１は、複数の振動検出部２ａを有する振動検出素子２を備えるので、被検体の複数箇所の検査を同時に行うことができる。また、当該超音波センサ１は、振動検出素子２に積層される被覆層３が平面視で複数の振動検出部２ａと重なり合う複数の超音波透過部３ａを有しており、これらの超音波透過部３ａ以外の領域における超音波の透過を抑制することができる。そのため、当該超音波センサ１は、複数の振動検出部２ａ間のクロストークを抑制することができる。従って、当該超音波センサ１は、検査精度が高く、かつ検査効率に優れる。
［第二実施形態］
＜超音波センサ＞
　図４の超音波センサ２１は、複数の振動検出部２２ａを有する振動検出素子２２と、振動検出素子２２に積層される被覆層２３とを備える。被覆層２３は、振動検出素子２２の表側に積層される。また、当該超音波センサ２１は、振動検出素子２２を裏側から支持する基台２４を備える。被覆層２３は、平面視で複数の振動検出部２２ａと重なり合う複数の超音波透過部２３ａを有する。当該超音波センサ２１は、振動検出素子２２の面内方向に複数の振動検出部２２ａが形成されたアレイセンサである。当該超音波センサ２１は、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２１は、振動検出素子２２の表側の面が、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。
（振動検出素子）
　振動検出素子２２は、フィルム状の圧電体３１と、圧電体３１の両面に積層される一対の電極（圧電体３１の第１面に配置される第１電極３２ａ及び圧電体３１の第２面に配置される第２電極３２ｂ）を有する。第１電極３２ａは、圧電体３１の表側の面に積層されている。第２電極３２ｂは、圧電体３１の裏側の面に積層されている。つまり、本実施形態において、第１面は表側の面であり、第２面は裏側の面である。振動検出素子２２は、全体としてシート状である。振動検出素子２２は、裏側が基台２４によって支持されることでアーチ状に湾曲した状態で保持されている。
　圧電体３１を形成する圧電材料としては、可撓性を有する材料が用いられる。この可撓性を有する材料としては、前述の高分子圧電材料や、圧電特性を有しない合成樹脂に多数の扁平な気孔を形成し、この気孔の対向面を分極して帯電させたものが挙げられる。
　第１電極３２ａ及び第２電極３２ｂは薄膜状である。第１電極３２ａ及び第２電極３２ｂの材質としては、図１の第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂと同様とすることができる。
　圧電体３１の平均厚さ、並びに第１電極３２ａ及び第２電極３２ｂの平均厚さとしては、図１の超音波センサ１の振動検出素子２と同様とすることができる。
　第１電極３２ａは、複数の片（第１分断片３２ｃ）に分断されている。一方、第２電極３２ｂは、平面視で複数の第１分断片３２ｃを含むよう、圧電体３１の裏側の面に１枚の薄膜体として積層されている。振動検出素子２２は、第１電極３２ａと第２電極３２ｂが圧電体３１の厚さ方向に重なり合った領域が振動検出部２２ａとして機能する。つまり、圧電体３１を挟んで第１電極３２ａ及び第２電極３２ｂが対向する領域が振動検出部２３ａを構成している。第１電極３２ａの第１分断片３２ｃは、振動検出部２２ａと１体１で対応している。
　振動検出部２２ａ（つまり第１分断片３２ｃ）は直線状である。複数の振動検出部２２ａの長手方向は平行である。すなわち、複数の振動検出部２２ａは、ストライプ状に配置されている。より詳しくは、複数の振動検出部２２ａは、長手方向に沿ってアーチ状に湾曲した状態で、幅方向に並列に配置されている。隣接する振動検出部２２ａ間の平均間隔としては、図１の超音波センサ１の隣接する振動検出部２ａ間の平均間隔Ｄと同様とすることができる。
（被覆層）
　被覆層２３は、平面視で複数の振動検出部２２ａと重なり合う複数の超音波透過部２３ａと、平面視で複数の振動検出部２２ａ以外の領域と重なり合う超音波遮蔽部２３ｂとを有する。超音波透過部２３ａは貫通孔である。超音波透過部２３ａの個数と振動検出部２２ａの個数とは一致していることが好ましい。つまり、超音波透過部２３ａは振動検出部２２ａと１対１対応で形成されることが好ましい。なお、超音波透過部２３ａを挟んで配置される超音波遮蔽部２３ｂ同士は、振動検出素子２２に対する位置関係が固定されるよう部分的に連結されていてもよい。
　被覆層２３は、振動検出素子２２の超音波受信面側に積層される。本実施形態では、第１電極３２ａが複数の振動検出部２２ａと対応する複数の第１分断片３２ｃに分断されており、被覆層２３はこの第１電極３２ａ側に積層されている。
　被覆層２３の具体的構成としては、超音波透過部２３ａの形状が振動検出部２２ａに対応してストライプ状に形成される以外、図１の被覆層３と同様とすることができる。例えば被覆層２３は可撓性を有する樹脂フィルムとすることができる。被覆層２３の超音波遮蔽部２３ｂの平均厚さとしては、図１の被覆層３の超音波遮蔽部３ｂの平均厚さと同様とすることができる。超音波遮蔽部２３ｂは、圧電体３１の側縁よりも外側まで形成されてもよい。これにより、振動検出素子２２の裏側への超音波の回り込みを抑制できる。また、この構成によると、超音波透過部２３ａを挟んで隣接する超音波遮蔽部２３ｂ同士を圧電体３１の外側で連結することで容易に一体的に保持することができる。
（基台）
　基台２４は、振動検出素子２２を保持する土台である。基台２４の表側の面の形状は、例えば超音波発信器の超音波発信面の形状に対応して形成される。本実施形態では、基台２４の表側の面は中央部が窪んだアーチ状である。
　基台２４の材質としては、金属等の導電性を有するものを用いることもできるが、絶縁性を有するものが好ましい。基台２４が絶縁性を有する場合、基台２４の主成分としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等の合成樹脂が挙げられる。
＜利点＞
　当該超音波センサ２１は、複数の振動検出部２２ａが長手方向に沿ってアーチ状に湾曲した状態で、幅方向に並列に配置されているので、振動検出素子２２の超音波受信面の焦点と超音波発信器の超音波発信面の焦点とが一致する状態で超音波発信器から被検体に収束するように発せられた超音波を広い面積で受信することができる。これにより、当該超音波センサ２１は、検査精度をさらに向上しやすい。
［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。
　図５及び図６を参照して、前記被覆層の変形例について説明する。図５の被覆層４３は、圧電体１１の表側の面に直接材料をパターニングした樹脂フィルムである。この構成によると、圧電体１１の表側の面全面を合成樹脂で被覆した後、フォトレジストによって振動検出部４２ａに合わせて貫通孔４３ａ（超音波透過部）を容易に形成することができる。また、この被覆層４３は、スクリーン印刷等の印刷法によって合成樹脂をパターニングして形成されたものであってもよい。この場合、貫通孔４３ａの深さ方向の断面は垂直にならず圧電体１１側の端部を縮幅させることができる（つまり、超音波遮蔽部４３ｂの圧電体１１側の端部に裾野を形成することができる）。被覆層４３は、合成樹脂を主成分としており可撓性を有する。超音波遮蔽部４３ｂは、第１電極４４ａに部分的に積層されてもよい。
　図６の被覆層５３は、超音波発信器側に向けて逆テーパー状に拡幅された複数の貫通孔５３ａ（超音波透過部）を有する。この構成によると、超音波入射側が広がっていることで、クロストークを防ぎつつ、超音波を効率よく測定することができる。
　当該超音波センサは、振動検出素子に対して被覆層を容易に位置合わせできるようアライメントマークを形成してもよい。例えば当該超音波センサは、圧電体の４隅に第１電極によって平面視円形のパターンを形成し、被覆層のこれらのパターンに対応する位置にこれらのパターンよりも大径の貫通孔を形成してもよい。この構成によると、被覆層の貫通孔を介して前記パターンの位置を確認することで、振動検出素子と被覆層とを容易に位置合わせすることができる。また、当該超音波センサは、圧電体に貫通孔を形成可能な場合であれば、圧電体の４隅に貫通孔を形成し、被覆層にこれらの貫通孔に対応するアライメントマークを形成してもよい。なお、アライメントマークの配置、形状等は特に限定されるものではない。例えば前記パターンの平面視形状は、多角形状、十字状、Ｘ形状等であってもよい。
　前記超音波透過部としては、貫通孔以外の構成を採用することも可能である。例えば前記超音波透過部は、超音波遮蔽部よりも厚さが小さい薄肉部であってもよい。また、前記超音波透過部は、超音波遮蔽部よりも超音波透過率の大きい材質で形成されたものであってもよい。
　前記複数の振動検出部の配置は、使用目的等に応じて設定可能であり、前述の格子点状及びストライプ状に限定されるものではない。また、前記複数の振動検出部が格子点状に配置される場合でも、これらの振動検出部は、四角形格子以外の格子形状の格子点に対応する位置に配置されてもよい。
　以上説明したように、本発明の一態様に係る超音波センサは、検査精度が高く、かつ検査効率に優れるので、食品パッケージのヒートシール性等を検査するのに適している。
１，２１　超音波センサ
２，２２　振動検出素子
２ａ，２２ａ，４２ａ　振動検出部
３，２３，４３，５３　被覆層
３ａ，２３ａ　超音波透過部
３ｂ，２３ｂ，４３ｂ　超音波遮蔽部
１１，３１　圧電体
１２ａ，３２ａ，４４ａ　第１電極
１２ｂ，３２ｂ　第２電極
１２ｃ，３２ｃ　第１分断片
１２ｄ　第２分断片
２４　基台
４３ａ，５３ａ　貫通孔

Claims (8)

  1. 　複数の振動検出部を有する振動検出素子と、
    　前記振動検出素子に積層される被覆層と
    　を備え、
    　前記被覆層が、平面視で前記複数の振動検出部と重なり合う複数の超音波透過部を有する超音波センサ。
  2. 　前記超音波透過部が貫通孔である請求項１に記載の超音波センサ。
  3. 　前記被覆層が可撓性を有する樹脂フィルムである請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。
  4. 　前記被覆層の前記振動検出素子に積層される領域における前記超音波透過部以外の部分の平均厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の超音波センサ。
  5. 　前記振動検出素子が、フィルム状の圧電体と、この圧電体の第１面に配置される第１電極と、前記圧電体の前記第１面とは異なる第２面に配置される第２電極とを有し、
    　前記第１電極と前記第２電極とが対向する領域が前記振動検出部を構成している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波センサ。
  6. 　少なくとも前記第１電極及び前記第２電極の一方が複数の片に分断されており、前記被覆層がこの複数の片に分断された電極側に積層されている請求項５に記載の超音波センサ。
  7. 　隣接する前記振動検出部間の平均間隔が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波センサ。
  8. 　前記複数の振動検出部が格子点状に配置される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波センサ。
PCT/JP2020/012129 2019-03-20 2020-03-18 超音波センサ WO2020189740A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019052424A JP2020155919A (ja) 2019-03-20 2019-03-20 超音波センサ
JP2019-052424 2019-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020189740A1 true WO2020189740A1 (ja) 2020-09-24

Family

ID=72520308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/012129 WO2020189740A1 (ja) 2019-03-20 2020-03-18 超音波センサ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020155919A (ja)
WO (1) WO2020189740A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115753979A (zh) * 2022-10-26 2023-03-07 南开大学 一种基于声学时域波形的飞秒激光光丝空间特征表征装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015040714A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 学校法人東洋食品工業短期大学 可撓性材料から成る被検体の接着部の検査方法、及び検査装置
JP2015097733A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイスおよびその製造方法並びに電子機器および超音波画像装置
JP2017174209A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 グローリー株式会社 紙葉類状態検出装置及び紙葉類状態検出方法
JP2018141813A (ja) * 2013-09-24 2018-09-13 ヤマハファインテック株式会社 超音波検査装置及び超音波検査方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015040714A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 学校法人東洋食品工業短期大学 可撓性材料から成る被検体の接着部の検査方法、及び検査装置
JP2018141813A (ja) * 2013-09-24 2018-09-13 ヤマハファインテック株式会社 超音波検査装置及び超音波検査方法
JP2015097733A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイスおよびその製造方法並びに電子機器および超音波画像装置
JP2017174209A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 グローリー株式会社 紙葉類状態検出装置及び紙葉類状態検出方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115753979A (zh) * 2022-10-26 2023-03-07 南开大学 一种基于声学时域波形的飞秒激光光丝空间特征表征装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020155919A (ja) 2020-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5384678B2 (ja) 超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置
JP5738671B2 (ja) 超音波トランスデューサ、超音波プローブおよび超音波トランスデューサの製造方法
WO2020189740A1 (ja) 超音波センサ
KR101617923B1 (ko) 재료 웨브의 에지를 검출하는 장치
US20100244812A1 (en) Ultrasound probe, method for manufacturing the same, and ultrasound diagnostic apparatus
WO2009050881A1 (ja) 超音波探触子
US6483228B2 (en) Sensor array and transmitting/receiving device
JP2008119318A (ja) 超音波探触子及び超音波診断装置
US6671230B1 (en) Piezoelectric volumetric array
JP2023500772A (ja) ２チャンネル検出器
JP6324803B2 (ja) 感圧センサ及びその製造方法
JPH04245899A (ja) 超音波センサ
JP5866891B2 (ja) 力センサー、力検出装置、ロボットハンド、およびロボット
WO2020085390A1 (ja) 超音波センサ及び超音波検査装置
CN111950324A (zh) 一种超声波传感器及其制作方法和显示面板
US11322676B2 (en) Multilayer ultrasonic transducer and ultrasonic inspection device
CA2707672A1 (en) Acoustic transducer
US6561034B2 (en) Ultrasonic sparse imaging array
JP4915104B2 (ja) 超音波探触子とこれを用いた超音波診断装置および超音波探傷装置ならびに超音波探触子の製造方法
WO2020049934A1 (ja) 生体センサ
WO2020095930A1 (ja) 超音波センサ及び超音波センサの製造方法
JP7211030B2 (ja) 超音波センサー、及び超音波装置
WO2014077061A1 (ja) 超音波振動子およびその製造方法
JPS6031436B2 (ja) アレイ型超音波送受信素子
CN116197102A (zh) 一种超声换能器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20774037

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20774037

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1