JP7392497B2 - ultrasound device - Google Patents
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Description
本発明は、超音波デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to ultrasound devices.
圧電素子を備えた超音波デバイスが知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載の超音波デバイスでは、圧電素子は一対の電極を有している。各電極には、配線部材が電気的に接続されている。
Ultrasonic devices equipped with piezoelectric elements are known (for example, Patent Document 1). In the ultrasonic device described in
特許文献１に記載の超音波デバイスでは、配線部材が圧電素子の電極に物理的に接続されている。この場合、配線部材が物理的に接続されている部分に圧電素子の変位に起因する振動が伝達され、圧電素子の電極から配線部材が剥落するおそれがあった。圧電素子の電極に対する配線部材の強固な接続によって、圧電素子の電極からの配線部材の剥落を抑制することも考えられる。しかし、圧電素子の電極と配線部材とが強固に接続されれば、圧電素子の変位が阻害される。圧電素子の変位が阻害されれば、超音波の発信又は検出に関する品質が低下する。たとえば、圧電素子の変位が阻害されると、超音波デバイスが超音波を発する場合には超音波デバイスから発せられる超音波の音圧が低下し、超音波デバイスが超音波を検出する場合には受けた超音波の検出限界が低下する。
In the ultrasonic device described in
本発明の一つの態様は、超音波の発信又は検出に関する品質が確保されていると共に圧電素子の電極からの配線部材の剥落が抑制される超音波デバイスを提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide an ultrasonic device in which quality regarding transmission or detection of ultrasonic waves is ensured and peeling of a wiring member from an electrode of a piezoelectric element is suppressed.
本発明の一つの態様に係る超音波デバイスは、圧電素子と、一対の配線部材と、少なくとも一つの導電部材とを備える。圧電素子は、互いに対向する一対の主面を有していると共に一対の電極を有している。一対の配線部材は、それぞれ対応する電極と電気的に接続されている。少なくとも一つの導電部材は、電極と当該電極に対応する配線部材とを電気的に接続する。導電部材は、第一部分と第二部分とを有している。第一部分は、一対の主面と交差する方向に延在していると共に圧電素子から離間している。第二部分は、第一部分と電気的に接続されていると共に電極に物理的に接続されている。配線部材は、圧電素子及び第二部分から離間して第一部分に物理的に接続されている。 An ultrasonic device according to one aspect of the present invention includes a piezoelectric element, a pair of wiring members, and at least one conductive member. The piezoelectric element has a pair of main surfaces facing each other and a pair of electrodes. The pair of wiring members are electrically connected to respective corresponding electrodes. At least one conductive member electrically connects the electrode and a wiring member corresponding to the electrode. The conductive member has a first portion and a second portion. The first portion extends in a direction intersecting the pair of main surfaces and is spaced apart from the piezoelectric element. The second portion is electrically connected to the first portion and physically connected to the electrode. The wiring member is spaced apart from the piezoelectric element and the second portion and physically connected to the first portion.
この超音波デバイスにおいて、配線部材は、圧電素子の電極に物理的に接続されておらず、導電部材を介して圧電素子の電極に接続されている。導電部材の第一部分は圧電素子から離間し、導電部材の第二部分は圧電素子の電極に物理的に接続されている。配線部材は、導電部材の第二部分及び圧電素子から離間して導電部材の第一部分に物理的に接続されている。このため、配線部材が物理的に接続されている部分に伝達される振動が抑制され得る。配線部材の物理的な接続構成が圧電素子の変位に与える影響も低減されるため、配線部材が第一部分に強固に接続されたとしても、圧電素子の変位が阻害され難い。したがって、この超音波デバイスでは、超音波の発信又は検出に関する品質が確保されていると共に圧電素子の電極からの配線部材の剥落が抑制され得る。 In this ultrasonic device, the wiring member is not physically connected to the electrode of the piezoelectric element, but is connected to the electrode of the piezoelectric element via a conductive member. A first portion of the conductive member is spaced apart from the piezoelectric element, and a second portion of the conductive member is physically connected to an electrode of the piezoelectric element. The wiring member is physically connected to the first portion of the conductive member spaced apart from the second portion of the conductive member and the piezoelectric element. Therefore, vibrations transmitted to the portion to which the wiring member is physically connected can be suppressed. Since the influence of the physical connection configuration of the wiring member on the displacement of the piezoelectric element is also reduced, the displacement of the piezoelectric element is hardly inhibited even if the wiring member is firmly connected to the first portion. Therefore, in this ultrasonic device, the quality of ultrasonic transmission or detection is ensured, and peeling of the wiring member from the electrode of the piezoelectric element can be suppressed.
上記一つの態様では、第一部分及び第二部分は、それぞれ板形状を呈する板部を含んでもよい。第一部分の板部と第二部分の板部とは、互いに交差する方向に延在してもよい。第一部分の板部は、配線部材に物理的に接続されていてもよい。第二部分の板部は、電極に接続されていてもよい。この場合、第二部分の板部が圧電素子の電極に物理的に接続されているため、超音波デバイスの製品間における圧電素子の電極と導電部材との接続状態のばらつきがさらに抑制される。 In one aspect, the first portion and the second portion may each include a plate portion having a plate shape. The plate portion of the first portion and the plate portion of the second portion may extend in directions that intersect with each other. The plate portion of the first portion may be physically connected to the wiring member. The plate portion of the second portion may be connected to the electrode. In this case, since the plate portion of the second portion is physically connected to the electrode of the piezoelectric element, variations in the connection state between the electrode of the piezoelectric element and the conductive member among products of ultrasonic devices are further suppressed.
上記一つの態様では、第一部分は、配線部材を把持する把持部を含んでもよい。この場合、ハンダ付けなしで配線部材が物理的に接続され得る。このため、圧電素子の変位の阻害がさらに抑制され得る。 In one aspect, the first portion may include a grip portion that grips the wiring member. In this case, the wiring members can be physically connected without soldering. Therefore, inhibition of displacement of the piezoelectric element can be further suppressed.
上記一つの態様では、第一部分は、一対の主面の対向方向、又は、対向方向から見て圧電素子の重心から離れる方向に延在していてもよい。この場合、導電部材の第一部分における振動波の反射が抑制される。 In one aspect, the first portion may extend in the opposing direction of the pair of main surfaces, or in the direction away from the center of gravity of the piezoelectric element when viewed from the opposing direction. In this case, reflection of vibration waves at the first portion of the conductive member is suppressed.
上記一つの態様では、超音波デバイスは、圧電素子の少なくとも一部及び導電部材の少なくとも一部を覆って当該圧電素子の音響インピーダンスを補整する音響整合部材をさらに備えてもよい。第一部分は、当接部を含んでもよい。当接部は、一対の主面の対向方向と交差する方向に突出していると共に音響整合部材に当接してもよい。この場合、当接部分によって、圧電素子が音響整合部材に対して位置決めされる。 In one aspect, the ultrasonic device may further include an acoustic matching member that covers at least a portion of the piezoelectric element and at least a portion of the conductive member to compensate for the acoustic impedance of the piezoelectric element. The first portion may include an abutment. The contact portion may protrude in a direction intersecting the opposing direction of the pair of main surfaces and may contact the acoustic matching member. In this case, the piezoelectric element is positioned relative to the acoustic matching member by the abutting portion.
上記一つの態様では、超音波デバイスは、一対の主面の縁に沿って延在している枠状の樹脂部材をさらに備えてもよい。少なくとも一つの導電部材は、複数の導電部材を含んでもよい。複数の導電部材は、樹脂部材に固定されていると共に上記縁に沿って設けられていてもよい。この場合、複数の導電部材が樹脂部材を介して接続されているため、圧電素子からの各導電部材の剥落が抑制されている。 In one aspect, the ultrasonic device may further include a frame-shaped resin member extending along the edges of the pair of main surfaces. The at least one conductive member may include a plurality of conductive members. The plurality of conductive members may be fixed to the resin member and provided along the edge. In this case, since the plurality of conductive members are connected via the resin member, peeling of each conductive member from the piezoelectric element is suppressed.
上記一つの態様では、樹脂部材は、一部断絶した枠状を呈していると共に一対の主面の対向方向と直交する方向に弾性を有していてもよい。この場合、樹脂部材及び導電部材を介して圧電素子が位置決めされ得る。 In one aspect of the above, the resin member may have a partially broken frame shape and may have elasticity in a direction perpendicular to the direction in which the pair of main surfaces face each other. In this case, the piezoelectric element can be positioned via the resin member and the conductive member.
本発明の一つの態様は、超音波の発信又は検出に関する品質が確保されていると共に圧電素子の電極からの配線部材の剥落が抑制される超音波デバイスを提供できる。 One aspect of the present invention can provide an ultrasonic device in which quality regarding transmission or detection of ultrasonic waves is ensured and peeling of wiring members from electrodes of piezoelectric elements is suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and redundant description will be omitted.
図１～図８を参照して、本実施形態に係る超音波デバイスの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る超音波デバイスの斜視図である。図２は、超音波デバイスの分解斜視図である。図３は、超音波デバイスの断面図である。超音波デバイス１は、音響整合部材２と、フレーム部材３と、圧電素子４と、一対の配線部材５と、少なくとも１つの導電部材６と、樹脂部材７と、充填部材８とを備える。図４は、超音波デバイス１からフレーム部材３及び充填部材８を除いた状態を示している。図５は、図４に示した状態から音響整合部材２をさらに除いた状態を示している。図６は、図５に示した状態から樹脂部材７をさらに除いた状態を示している。図７（ａ）～図７（ｃ）は、圧電素子４を示している。図８は、樹脂部材７を示している。
The configuration of the ultrasonic device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 is a perspective view of an ultrasound device according to this embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the ultrasound device. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ultrasound device. The
超音波デバイス１は、圧電素子４によって、超音波を発する、又は、受けた超音波を検出する超音波送受装置である。超音波デバイス１が超音波を発する場合には、たとえば、圧電素子４に交流電圧が印加され、当該交流電圧によって圧電素子４が連続的に変位する。圧電素子４の変位に応じて、超音波デバイス１から超音波が発せられる。超音波デバイス１が超音波を検出する場合には、たとえば、受けた超音波に起因する圧電素子４の変位によって圧電素子４に起電力が発生する。起電力の発生によって超音波を受けたか否かが検出され、発生した起電力の大きさによって超音波の音圧又は音圧レベルなどが検出される。
The
音響整合部材２は、圧電素子４を収容している収容空間Ｓを形成している。音響整合部材２は、少なくとも圧電素子４の一部及び導電部材６の少なくとも一部を覆って当該圧電素子４の音響インピーダンスを補整する。音響整合部材２は、その形状、構造、及び材料によって、圧電素子４の音響インピーダンスと、空気やガス等の媒質の音響インピーダンスとの整合を図る。音響整合部材２は、たとえば、エポキシ樹脂で形成されている。音響整合部材２は、たとえば、エポキシ樹脂にガラスビーズを混入した複合材料の発泡成形によって形成されている。音響整合部材２は、有底筒状を呈している。音響整合部材２は、底部２２と、側部２３と、を有している。底部２２及び側部２３は、一体に形成されている。
The
底部２２は、円板形状を呈している。底部２２は、圧電素子４の変位に応じて超音波を発する、又は、外部からの超音波を受けて圧電素子４に振動を伝達する部分である。底部２２は、互いに対向している第一主面２２ａ及び第二主面２２ｂを有している。第一主面２２ａ及び第二主面２２ｂは、第一主面２２ａと第二主面２２ｂとの対向方向から見て、たとえば、円形状を呈している。第一主面２２ａは、音響整合部材２の収容空間Ｓを形成している。第二主面２２ｂは、超音波デバイス１における超音波の発信面及び受信面を構成している。底部２２には、テーパー部２２ｃが設けられている。テーパー部２２ｃは、第一主面２２ａ側から第二主面２２ｂ側に向かって先細りになっている。底部２２の厚さは、たとえば、２．３ｍｍ～２．６ｍｍである。底部２２の厚さは、第一主面２２ａと第二主面２２ｂとの間の最短距離である。
The
側部２３は、有底円筒形状を呈している。側部２３は、底部２２の第一主面２２ａから、第一主面２２ａと第二主面２２ｂとの対向方向に沿って延在している。側部２３の内面２３ａは、底部２２の第一主面２２ａと共に収容空間Ｓを形成している。
The
フレーム部材３は、音響整合部材２に取り付けられている。フレーム部材３は、たとえば、ゴムで形成されている。フレーム部材３は、音響整合部材２と共に収容空間Ｓを形成している。フレーム部材３は、本体部３１と、フランジ部３２と、を有している。本体部３１及びフランジ部３２は、一体に形成されている。
The
本体部３１は、略円筒形状を呈している。本体部３１は、音響整合部材２の側部２３に取り付けられている。本体部３１は、側部２３の上部の外周面を取り囲むと共に、側部２３の上部に配置されている。本体部３１は、収容空間Ｓに連通する開口部Ｋを形成している。本体部３１の内径は、音響整合部材２の側部２３の内径よりも小さい。フランジ部３２は、本体部３１の上端部に設けられている。フランジ部３２は、円枠状を呈している。フランジ部３２は、本体部３１の外周面から径方向の外側に張り出している。
The
図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示されるように、圧電素子４は、圧電素体４０と、一対の電極４１，４２と、を有している。圧電素体４０は、円板形状を呈している。圧電素体４０は、互いに対向している一対の主面４０ａ，４０ｂと、主面４０ａと主面４０ｂとを連結している側面４０ｃと、を有している。主面４０ａ，４０ｂは、円形状を呈している。
As shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the
圧電素体４０は、複数の圧電体層（不図示）が積層されて構成されている。各圧電体層は、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、たとえば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）が用いられる。各圧電体層は、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の圧電素体４０では、各圧電体層は、各圧電体層の間の境界が認識できない程度に一体化されている。圧電素体４０内には、複数の内部電極（不図示）が配置されている。各内部電極は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。
The
電極４１は、主面４０ａ、主面４０ｂ、及び側面４０ｃに配置されている。電極４１は、主面４０ａ、側面４０ｃ及び主面４０ｂにわたって配置されている。電極４１のうち主面４０ａに配置されている部分は、略円形状を呈している。電極４２は、主面４０ｂに配置されている。電極４２は、円形が一部切り欠かれた形状を呈している。
The
電極４１と電極４２とは、互いに離間している。主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て、電極４１のうち主面４０ｂに配置されている部分の面積は、電極４２のうち主面４０ｂに配置されている部分の面積よりも小さい。電極４１及び電極４２は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ－Ｐｄ合金が用いられる。電極４１及び電極４２は、たとえば、上記導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体として構成されている。
圧電素子４は、音響整合部材２の底部２２に配置されている。圧電素子４は、圧電素体４０の主面４０ａが底部２２の第一主面２２ａと対向するように配置されている。すなわち、圧電素子４は、電極４１が第一主面２２ａと対向するように配置されている。本実施形態では、圧電素子４の主面４０ａが底部２２の第一主面２２ａに直接接している。
The
一対の配線部材５は、それぞれ対応する圧電素子４の電極４１，４２に電気的に間接的に接続されている。一対の配線部材５のそれぞれは、リード線５１，５２を含む。リード線５１，５２は、音響整合部材２及びフレーム部材３によって形成される収容空間Ｓからフレーム部材３の開口部Ｋを介して収容空間Ｓの外部に延在している。リード線５１は、電極４１に電気的に間接的に接続されている。リード線５２は、電極４２に電気的に間接的に接続されている。
The pair of
導電部材６は、圧電素子４に接合されている。本実施形態では、導電部材６は、２つの導電部材６１，６２を含む。導電部材６１，６２は、圧電素子４の主面４０ｂに主面４０ｂの縁に沿って設けられている。導電部材６１及び導電部材６２の各々は、第一部分６３及び第二部分６４を有している。第一部分６３及び第二部分６４は、互いに電気的に接続されている。本実施形態では、第一部分６３及び第二部分６４は、一体的に接続されている。導電部材６１，６２の材料は、たとえば、金属である。導電部材６１，６２を構成する金属は、たとえば、リン青銅、無酸素銅、又は銅合金などである。
The
第一部分６３は、配線部材５に物理的に接続され、圧電素子４から離間している。第一部分６３は、主面４０ａ，４０ｂと交差する方向に延在している。第一部分６３は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向、又は、当該対向方向から見て圧電素子４の重心から離れる方向に延在している。本実施形態では、第一部分６３は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在している。
The
配線部材５は、圧電素子４及び第二部分６４から離間して第一部分６３に物理的に接続されている。本実施形態では、導電部材６１の第一部分６３がリード線５１の導線部分に物理的に接続されており、導電部材６２の第一部分６３がリード線５２の導線部分に物理的に接続されている。導電部材６１の第二部分６４は電極４１に物理的に接続されており、導電部材６２の第二部分６４は電極４２に物理的に接続されている。本明細書において、「物理的に接続されている」とは、直接的に当接している場合に加えてハンダ又は導電性樹脂などの導電性接着材料を介して接続されている場合を含むが、導電性接着材料以外の他の部材を介する場合を含まない。
The
第一部分６３及び第二部分６４は、それぞれ板形状を呈する板部６５，６６を含む。第一部分６３は板部６５を含み、第二部分６４は板部６６を含む。板部６５と板部６６とは、互いに交差する方向に延在している。板部６５は、電極４１，４２から離れる方向に延在している。本実施形態において、板部６５と板部６６とは、互いに直交する方向に延在している。換言すれば、本実施形態において、導電部材６１，６２は、Ｌ字形状を呈している。板部６５は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在している。板部６６は、主面４０ｂに沿って延在している。第二部分６４の板部６６は、平面視で矩形状である。主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て、板部６６の面積は、電極４１のうち主面４０ｂに配置された部分の面積よりも小さい。導電部材６１の板部６６は電極４１にハンダによって物理的に接続されており、導電部材６２の板部６６は電極４２にハンダによって物理的に接続されている。
The
第一部分６３は、板部６５に接続された把持部６７と、係合部６８と、チェック端子部６９と、当接部７０とをさらに含む。把持部６７、係合部６８、チェック端子部６９、及び、当接部７０は、板部６５に対して一体に接続されており、板部６５に対して折れ曲がっている。換言すれば、把持部６７、係合部６８、チェック端子部６９、及び、当接部７０は、板部６５から突出している。
The
把持部６７は、配線部材５を把持する。導電部材６１の把持部６７はリード線５１の先端部分を把持し、導電部材６２の把持部６７はリード線５２の先端部分を把持する。本実施形態では、把持部６７は、カシメ加工によって、配線部材５を把持する。把持部６７は、複数のピン部分を含み、各ピン部分が折れ曲がることで配線部材５を把持する。配線部材５のリード線５１の導線部分は、把持部６７によって導電部材６１の板部６５に物理的に接続される。配線部材５のリード線５２の導線部分は、把持部６７によって導電部材６２の板部６５に接続されている。本実施形態では、把持部６７は、少なくとも一つのピン部分によって配線部材５の導線部分を把持し、当該導線部分が少なくとも一つのピン部分にも接続されている。
The
係合部６８は、一対のピン部分を含み樹脂部材７に係合している。樹脂部材７と係合部６８との係合によって、導電部材６１，６２は樹脂部材７に固定されている。本明細書において、「固定」とは、ガタを有するように係合されている状態を含む。
The engaging
チェック端子部６９は、配線部材５の通電をチェックするための端子である。導電部材６１，６２が圧電素子４に配置された後にチェック端子部６９にテスターなどの端子を接触させることで、導電部材６１，６２が電極４１，４２に接続されているか否かが確認され得る。
The
当接部７０は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向と交差する方向に突出している。当接部７０は、音響整合部材２に向かって突出し、音響整合部材２に弾性的に当接する。本実施形態では、当接部７０と音響整合部材２の内面２３ａとの当接によって、音響整合部材２に対して圧電素子４が導電部材６１，６２を介して位置決めされる。
The
樹脂部材７は、音響整合部材２及びフレーム部材３によって形成された収容空間Ｓに収容されている。図８に示されているように、樹脂部材７は、枠状を呈している。樹脂部材７の厚さ方向は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向と一致する。樹脂部材７は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在する軸周りに形成されている。樹脂部材７は、当該樹脂部材７の外周を音響整合部材２に囲まれている。樹脂部材７は、圧電素子４の外周に沿って設けられている。樹脂部材７は、圧電素子４の主面４０ｂの縁に沿って延在している。樹脂部材７は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て主面４０ｂの重心を囲うように延在している。
The
樹脂部材７は、欠落部７ａ，７ｂを有している。導電部材６１の係合部６８が欠落部７ａの縁に係合する。導電部材６２の係合部６８が欠落部７ｂの縁に係合する。これによって、複数の導電部材６１，６２は、樹脂部材７に固定される。本実施形態では、樹脂部材７は、係合部６８と板部６６とに挟まれている。係合部６８によって導電部材６に対する樹脂部材７の外周方向における動きが制限されると共に、係合部６８と板部６６とによって樹脂部材７の厚さ方向における動きが制限される。樹脂部材７の材料は、たとえば、ＰＢＴ、ＬＣＰなどの熱可塑性成形材料を含む。
The
本実施形態の変形例として、樹脂部材７は、図９に示されているように、一部断絶した枠状を呈していてもよい。樹脂部材７は、圧電素子４の主面４０ａ，４０ｂの縁に沿って枠状に延在している。樹脂部材７は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て主面４０ｂの重心を囲うように延在している。樹脂部材７は、互いに離間し、かつ、互いに対向している両端７ｃ，７ｄを有している。両端７ｃ，７ｄは、主面４０ａ，４０ｂの対向方向と直交する方向に離間している。本変形例において、樹脂部材７は、Ｃ字形状を呈している。この場合も、樹脂部材７は、収容空間Ｓに収容され、外周を音響整合部材２に囲まれている。この場合、樹脂部材７は、その形状によって圧電素子４の主面４０ａ，４０ｂの対向方向と直交する方向に弾性を有している。樹脂部材７は、外周を囲む音響整合部材２の内面２３ａに弾性的に当接する。上述した実施形態と同様に樹脂部材７には、導電部材６が固定されている。本変形例では、樹脂部材７が音響整合部材２に当接することで、音響整合部材２に対して圧電素子４が樹脂部材７及び導電部材６を介して位置決めされる。本変形例における樹脂部材７が超音波デバイス１に用いられる場合、導電部材６は当接部７０を含んでいなくてもよい。
As a modification of the present embodiment, the
充填部材８は、音響整合部材２及びフレーム部材３によって形成された収容空間Ｓに充填されている。したがって、収容空間Ｓには、圧電素子４、配線部材５の一部、導電部材６、樹脂部材７、充填部材８が収容されている。充填部材８は、音響整合部材２、フレーム部材３、圧電素子４、配線部材５の一部、導電部材６、及び樹脂部材７に接する。充填部材８は、収容空間Ｓに圧電素子４、配線部材５の一部、導電部材６、及び樹脂部材７が収容された後に充填される。充填部材８は、圧電素子４、配線部材５の一部、導電部材６、樹脂部材７を覆っている。充填部材８は、例えば、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂の少なくとも一つを含む。
The filling
次に、本実施形態及び変形例に係る超音波デバイス１の作用効果について説明する。
Next, the effects of the
超音波デバイス１において、配線部材５は、圧電素子４の電極４１，４２に物理的に接続されておらず、導電部材６を介して圧電素子４の電極４１，４２に接続されている。導電部材６の第一部分６３は圧電素子４から離間し、導電部材６の第二部分６４は圧電素子４の電極４１，４２に物理的に接続されている。配線部材５は、導電部材６の第二部分６４及び圧電素子４から離間して導電部材６の第一部分６３に物理的に接続されている。このため、配線部材５が物理的に接続されている部分に伝達される振動が抑制され得る。配線部材５の物理的な接続構成が圧電素子４の変位に与える影響も低減されるため、配線部材５が第一部分６３に強固に接続されたとしても、圧電素子４の変位が阻害され難い。したがって、この超音波デバイス１では、超音波の発信又は検出に関する品質が確保されていると共に圧電素子４の電極４１，４２からの配線部材５の剥落が抑制され得る。
In the
配線部材５が圧電素子４の電極４１，４２に物理的に接続されている場合、圧電素子４の電極４１，４２に対する配線部材の物理的な接続構成によって、圧電素子４の変位が変わる。たとえば、配線部材５が圧電素子４の電極４１，４２にハンダ付けによって物理的に接続されている場合、圧電素子４の電極４１，４２に接するハンダの量又は形状が変われば、圧電素子４の変位も変わる。圧電素子４の変位が変わると、超音波デバイス１が超音波を発する場合には超音波デバイス１から発せられる超音波の波形が変わり、超音波デバイス１が超音波を検出する場合には受けた超音波の検出結果が変わる。圧電素子４の電極４１，４２に対する接続構成の製造精度が向上すれば、超音波デバイス１の製品間における圧電素子の変位のばらつきが解決される。
When the
超音波デバイス１において、導電部材６の第二部分６４が圧電素子４の電極４１，４２に物理的に接続されている。この場合、配線部材５が電極４１，４２に物理的に接続されている場合よりも、電極４１，４２に対する接続構成の製造精度が向上する。したがって、超音波デバイス１の製品間における圧電素子の変位のばらつきも低減される。
In the
第一部分６３及び第二部分６４は、それぞれ板形状を呈する板部６５，６６を含んでいる。第一部分６３の板部６５と第二部分６４の板部６６とは、互いに交差する方向に延在している。第一部分６３の板部６５は、配線部材５に物理的に接続されている。第二部分６４の板部６６は、電極４１，４２に物理的に接続されている。この場合、第二部分６４の板部６６が圧電素子４の電極４１，４２に物理的に接続されているため、超音波デバイス１の製品間における圧電素子４の電極４１，４２と導電部材６１，６２との接続状態のばらつきがさらに抑制される。
The
第一部分６３は、配線部材５を把持する把持部６７を含んでいる。この場合、ハンダ付けなしで配線部材５が物理的に接続され得る。このため、圧電素子４の変位の阻害がさらに抑制され得る。
The
第一部分６３は、一対の主面４０ａ，４０ｂの対向方向、又は、対向方向から見て圧電素子４の重心から離れる方向に延在している。この場合、導電部材６の第一部分６３における振動波の反射が抑制される。
The
超音波デバイス１は、圧電素子４の少なくとも一部及び導電部材６の少なくとも一部を覆って当該圧電素子４の音響インピーダンスを補整する音響整合部材２を備えている。第一部分６３は、当接部７０を含んでいる。当接部７０は、一対の主面４０ａ，４０ｂの対向方向と交差する方向に突出していると共に音響整合部材２に当接している。この場合、当接部７０によって、圧電素子４が音響整合部材２に対して位置決めされる。
The
超音波デバイス１は、一対の主面４０ａ，４０ｂの縁に沿って延在している枠状の樹脂部材７を備える。導電部材６は、複数の導電部材６１，６２を含んでいる。複数の導電部材６１，６２は、樹脂部材７に固定されていると共に、主面４０ａ，４０ｂの縁に沿って設けられている。この場合、複数の導電部材６１，６２が樹脂部材７を介して接続されているため、圧電素子４からの各導電部材６１，６２の剥落が抑制されている。
The
樹脂部材７は、一部断絶した枠状を呈していると共に一対の主面４０ａ，４０ｂの対向方向と直交する方向に弾性を有している。この場合、樹脂部材７及び導電部材６を介して圧電素子４が位置決めされ得る。
The
次に、図１０を参照して、超音波デバイス１の製造方法について説明する。図１０は、超音波デバイス１の製造方法のフローチャートである。
Next, with reference to FIG. 10, a method for manufacturing the
まず、音響整合部材２に圧電素子４を配置する（工程Ｓ１）。圧電素子４は、音響整合部材２の収容空間Ｓに配置される。
First, the
続いて、導電部材６１，６２に配線部材５を配置する（工程Ｓ２）。リード線５１は導電部材６１にカシメ加工によって固定され、リード線５１の導線部分は導電部材６１の板部６５に物理的に接続される。リード線５２は導電部材６２にカシメ加工によって固定され、リード線５２の導線部分は導電部材６２の板部６５に物理的に接続される。
Subsequently, the
続いて、樹脂部材７に導電部材６１，６２を配置する（工程Ｓ３）。樹脂部材７の欠落部７ａに導電部材６１の係合部６８が係合し、樹脂部材７の欠落部７ｂに導電部材６２の係合部６８が係合する。これによって、導電部材６１，６２が、樹脂部材７に固定される。
Subsequently, the
続いて、圧電素子４に導電部材６１，６２を配置する（工程Ｓ４）。導電部材６１，６２は、樹脂部材７に固定された状態で樹脂部材７と共に収容空間Ｓに挿入され、圧電素子４の電極４１及び電極４２に物理的に接続されている。これによって、圧電素子４に対して、導電部材６１，６２が同時に位置決めされる。本実施形態では、導電部材６１の板部６６が電極４１にハンダ付けされ、導電部材６２の板部６６が電極４２にハンダ付けされる。
Subsequently,
樹脂部材７と共に導電部材６１，６２が挿入されると、導電部材６１，６２の当接部７０が音響整合部材２の内面２３ａに弾性的に当接する。このため、導電部材６１，６２が圧電素子４に物理的に接続されれば、音響整合部材２に対して圧電素子４が導電部材６１，６２を介して位置決めされる。図９に示した変形例の場合、樹脂部材７が音響整合部材２の内面２３ａに弾性的に当接する。このため、導電部材６が圧電素子４に物理的に接続されれば、音響整合部材２に対して圧電素子４が樹脂部材７及び導電部材６を介して位置決めされる。
When the
続いて、フレーム部材３を配置する（工程Ｓ５）。フレーム部材３の開口部Ｋに配線部材５を通した状態において、フレーム部材３が音響整合部材２に取り付けられる。
Subsequently, the
続いて、収容空間Ｓに充填材を充填する（工程Ｓ６）。収容空間Ｓに充填された充填材によって、収容空間Ｓに収容された充填部材８が形成される。
Subsequently, the accommodation space S is filled with a filler (step S6). The filling material filled in the accommodation space S forms the filling
以上の工程Ｓ１～工程Ｓ６によって、超音波デバイス１が製造される。工程Ｓ１～工程Ｓ６の順序は、上述した説明の順序に限定されない。たとえば、工程Ｓ１と工程Ｓ２及び工程Ｓ３とは同時に行われてもよいし、工程Ｓ２又は工程Ｓ３の後に工程Ｓ１が行われてもよい。工程Ｓ３又は工程Ｓ４の後に工程Ｓ２が行われてもよい。
The
本実施形態の変形例として、図１１に示す順序で、超音波デバイス１が製造されてもよい。この場合、まず、導電部材６に配線部材５を配置する（工程Ｓ１１）。工程Ｓ１１は、上述した工程Ｓ２と同一である。
As a modification of this embodiment, the
続いて、樹脂部材７に導電部材６１，６２を配置する（工程Ｓ１２）。工程Ｓ１２は、上述した工程Ｓ３と同一である。
Subsequently, the
続いて、圧電素子４に導電部材６１，６２を配置する（工程Ｓ１３）。導電部材６１，６２は、樹脂部材７に固定された状態で圧電素子４の電極４１及び電極４２に物理的に接続されている。工程Ｓ１３は上述した工程Ｓ４に相当するが、工程Ｓ１３では収容空間Ｓの外部で圧電素子４と導電部材６とが物理的に接続されている点において工程Ｓ４と異なる。
Subsequently,
続いて、音響整合部材２に圧電素子４、導電部材６、及び樹脂部材７を配置する（工程Ｓ１４）。圧電素子４、導電部材６、及び樹脂部材７は、互いに物理的に接続された状態で収容空間Ｓに挿入され、音響整合部材２に配置される。圧電素子４及び樹脂部材７と共に導電部材６１，６２が挿入されると、導電部材６１，６２の当接部７０が音響整合部材２の内面２３ａに弾性的に当接する。この結果、音響整合部材２に対して圧電素子４が導電部材６１，６２を介して位置決めされる。
Subsequently, the
続いて、フレーム部材３を配置する（工程Ｓ１５）。工程Ｓ１５は、上述した工程Ｓ５と同一である。続いて、収容空間Ｓに充填材を充填する（工程Ｓ１６）。工程Ｓ１６は、上述した工程Ｓ６と同一である。
Subsequently, the
本変形例では、工程Ｓ１１～工程Ｓ１６によって、超音波デバイス１が製造される。工程Ｓ１１～工程Ｓ１６の順序は、上述した説明の順序に限定されない。たとえば、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３、又は工程Ｓ１４の後に工程Ｓ１１が行われてもよい。
In this modification, the
上述した実施形態又は変形例における製造方法では、枠状の樹脂部材７に導電部材６１，６２が配置された後に、導電部材６１，６２が圧電素子４に配置されている。この場合、圧電素子４に対して複数の導電部材６１，６２を容易に位置決めすることができる。
In the manufacturing method in the embodiment or modified example described above, the
以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 Although the embodiments and modified examples of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the embodiments and modified examples described above, and various changes can be made without departing from the gist thereof.
たとえば、本実施形態及び変形例では、圧電素子４の主面４０ａが底部２２の第一主面２２ａに直接接しているが、主面４０ａと第一主面２２ａとは別部材を介して間接的に接合されていてもよい。
For example, in the present embodiment and the modified example, the
本実施形態及び変形例では、超音波デバイス１が２つの導電部材６を備える場合について説明した。しかし、超音波デバイス１が備える導電部材６は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。導電部材６が１つの場合は、リード線５１，５２の一方の導線部分が導電部材６に物理的に接続され、他方が圧電素子４の電極に物理的に接続されてもよい。
In the present embodiment and the modified example, the case where the
本実施形態及び変形例では、導電部材６における把持部６７によって、リード線５１，５２の導線部分が板部６５に物理的に接続されている構成について説明した。しかし、リード線５１，５２の導線部分は、ハンダ付けなどによって板部６５に物理的に接続されてもよい。
In the present embodiment and the modified example, a configuration has been described in which the conductive wire portions of the
導電部材６の構造は、上述した構成に限定されない。以下、図１２～図１４を参照して、本実施形態の変形例における導電部材６について説明する。図１２～図１４は、圧電素子４と導電部材６とを示している。以下、上述した実施形態との相違点を主として説明する。
The structure of the
図１２に示した変形例では、導電部材６は、２つの導電部材７１，７２を含む。導電部材７１及び導電部材７２の各々は、互いに電気的に接続された第一部分７３及び第二部分７４を有している。第一部分７３及び第二部分７４は、一体的に接続されている。導電部材７１，７２の材料は、導電部材６１，６２と同様であり、たとえば、金属である。
In the modification shown in FIG. 12, the
第一部分７３は、配線部材５に物理的に接続され、圧電素子４から離間している。導電部材７１の第一部分７３は、リード線５１の導線部分に物理的に接続されている。導電部材７２の第一部分７３は、リード線５２の導線部分に物理的に接続されている。本変形例では、導電部材７１の第二部分７４が電極４１に物理的に接続され、導電部材７２の第二部分７４が電極４２に物理的に接続されている。
The
第一部分７３及び第二部分７４は、それぞれ板形状を呈する板部７５，７６を含む。第一部分７３は板部７５を含み、第二部分７４は板部７６を含む。板部７５と板部７６とは、互いに交差する方向に延在している。本変形例では、板部７５と板部７６とは、互いに直交する方向に延在している。板部７５は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在している。板部７６は、主面４０ｂに沿って延在している。
The
本変形例に係る超音波デバイス１は、板部７６と圧電素子４との間に配置された絶縁部材７７をさらに備えている。導電部材７１の板部７６は、絶縁部材７７上に配置されていると共に圧電素子４から離間した離間部７６ａと、電極４１に接続された接続部７６ｂとを含む。導電部材７２の板部７６は、絶縁部材７７上に配置されていると共に圧電素子４から離間した離間部７６ａと、電極４２に接続された接続部７６ｂとを含む。導電部材７１の接続部７６ｂは電極４１にハンダによって物理的に接続され、導電部材７２の接続部７６ｂは電極４２にハンダによって物理的に接続されている。
The
第一部分７３は、板部７５に接続された把持部７８をさらに含む。把持部７８は、板部７５に対して一体に接続されており、板部７５に対して折れ曲がっている。換言すれば、把持部７８は、板部７５から突出している。把持部７８は、配線部材５を把持する。導電部材７１の把持部７８はリード線５１の先端部分を把持し、導電部材７２の把持部７８はリード線５２の先端部分を把持する。把持部７８もまた、把持部６７と同様に、カシメ加工によって、配線部材５を把持する。
The
図１３に示した変形例では、導電部材６は、２つの導電部材８１，８２を含む。導電部材８１及び導電部材８２の各々は、互いに電気的に接続された第一部分８３及び第二部分８４を有している。第一部分８３及び第二部分８４は、一体的に接続されている。導電部材８１，８２の材料は、導電部材６１，６２と同様であり、たとえば、金属である。
In the modification shown in FIG. 13, the
第一部分８３は、配線部材５に物理的に接続され、圧電素子４から離間している。導電部材８１の第一部分８３は、リード線５１の導線部分に物理的に接続されている。導電部材８２の第一部分８３は、リード線５２の導線部分に物理的に接続されている。
The
本変形例では、圧電素子４の主面４０ａに電極４１のみが配置されている。圧電素子４の主面４０ｂに電極４２のみが配置されている。本変形例では、導電部材８１の第二部分８４が電極４１に物理的に接続され、導電部材８２の第二部分８４が電極４２に物理的に接続されている。
In this modification, only the
第一部分８３及び第二部分８４は、それぞれ板形状を呈する板部８５，８６を含む。第一部分８３は板部８５を含み、第二部分８４は板部８６を含む。板部８５と板部８６とは、互いに交差する方向に延在している。本変形例では、板部８５と板部８６とは、互いに直交する方向に延在している。板部８５は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在している。板部８６は、主面４０ｂに沿って延在している。導電部材８１の板部８６は、電極４１にハンダによって物理的に接続されている。導電部材８１の板部８６は、円形状であり、主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て、電極４１及び主面４０ａの全体と重なっている。導電部材８２の板部８６は、電極４２にハンダによって物理的に接続されている。導電部材８２の板部８６は、円形状であり、主面４０ａ，４０ｂの対向方向から見て、電極４２及び主面４０ｂの全体と重なっている。
The
第一部分８３は、板部８５に物理的に接続された把持部８８をさらに含む。把持部８８は、板部８５に対して一体に接続されており、板部８５に対して折れ曲がっている。換言すれば、把持部８８は、板部８５から突出している。把持部８８は、配線部材５を把持する。導電部材８１の把持部８８はリード線５１の先端部分を把持し、導電部材８２の把持部８８はリード線５２の先端部分を把持する。把持部８８もまた、把持部６７と同様に、カシメ加工によって、配線部材５を把持する。
図１４に示した変形例では、導電部材６は、２つの導電部材９１，９２を含む。導電部材９１及び導電部材９２の各々は、互いに電気的に接続された第一部分９３及び第二部分９４を有している。第一部分９３及び第二部分９４は、一体的に接続されている。導電部材９１，９２の材料は、導電部材６１，６２と同様であり、たとえば、金属である。
In the modification shown in FIG. 14, the
第一部分９３は、配線部材５に物理的に接続され、圧電素子４から離間している。導電部材９１の第一部分９３は、リード線５１の導線部分にハンダによって物理的に接続されている。導電部材９２の第一部分９３は、リード線５２の導線部分にハンダによって物理的に接続されている。
The
本変形例では、圧電素子４の側面４０ｃに電極４１が配置されている。圧電素子４の主面４０ｂに電極４２が配置されている。本変形例では、導電部材９１の第二部分９４が電極４１に物理的に接続され、導電部材９２の第二部分９４が電極４２に物理的に接続されている。
In this modification, an
第一部分９３及び第二部分９４は、それぞれ板形状を呈する板部９５，９６を含む。第一部分９３は板部９５を含み、第二部分９４は板部９６を含む。板部９５と板部９６とは、互いに交差する方向に延在している。本変形例では、導電部材９１の板部９６は、圧電素子４の側面４０ｃに沿って延在しており、電極４１にハンダによって物理的に接続されている。導電部材９１の板部９５は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に、導電部材９１の板部９６から延在している。導電部材９２の板部９５と板部９６は、互いに直交する方向に延在している。導電部材９２の板部９５は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延在している。導電部材９２の板部９６は、主面４０ｂに沿って延在している。導電部材９２の板部９６は、電極４２にハンダによって物理的に接続されている。
The
１…超音波デバイス、２…音響整合部材、４…圧電素子、５…配線部材、６，６１，６２，７１，７２，８１，８２，９１，９２…導電部材、７…樹脂部材、７０…当接部、４０ａ，４０ｂ…主面、６３，７３，８３，９３…第一部分、６４，７４，８４，９４…第二部分、６５，６６，７５，７６，８５，８６，９５，９６…板部、６７，７８，８８…把持部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
それぞれ対応する前記電極と電気的に接続されている一対の配線部材と、
前記電極と当該電極に対応する前記配線部材とを電気的に接続している少なくとも一つの導電部材と、を備え、
前記導電部材は、前記一対の主面と交差する方向に延在していると共に前記圧電素子から離間した第一部分と、前記第一部分と電気的に接続されていると共に前記電極に物理的に接続されている第二部分とを有しており、
前記配線部材は、前記圧電素子及び前記第二部分から離間して前記第一部分に物理的に接続されており、
前記圧電素子の少なくとも一部及び前記導電部材の少なくとも一部を覆って当該圧電素子の音響インピーダンスを補整する音響整合部材をさらに備え、
前記第一部分は、前記一対の主面の対向方向と交差する方向に突出していると共に前記音響整合部材に当接する当接部を含む、超音波デバイス。 a piezoelectric element having a pair of principal surfaces facing each other and a pair of electrodes;
a pair of wiring members each electrically connected to the corresponding electrode;
at least one conductive member electrically connecting the electrode and the wiring member corresponding to the electrode,
The conductive member has a first portion that extends in a direction intersecting the pair of main surfaces and is spaced apart from the piezoelectric element, and is electrically connected to the first portion and physically connected to the electrode. and a second part that is
The wiring member is physically connected to the first portion apart from the piezoelectric element and the second portion,
further comprising an acoustic matching member that covers at least a portion of the piezoelectric element and at least a portion of the conductive member to compensate for acoustic impedance of the piezoelectric element;
The first portion is an ultrasonic device, wherein the first portion includes a contact portion that protrudes in a direction intersecting the opposing direction of the pair of main surfaces and that contacts the acoustic matching member .
それぞれ対応する前記電極と電気的に接続されている一対の配線部材と、 a pair of wiring members each electrically connected to the corresponding electrode;
前記電極と当該電極に対応する前記配線部材とを電気的に接続している少なくとも一つの導電部材と、を備え、 at least one conductive member electrically connecting the electrode and the wiring member corresponding to the electrode,
前記導電部材は、前記一対の主面と交差する方向に延在していると共に前記圧電素子から離間した第一部分と、前記第一部分と電気的に接続されていると共に前記電極に物理的に接続されている第二部分とを有しており、 The conductive member has a first portion that extends in a direction intersecting the pair of main surfaces and is spaced apart from the piezoelectric element, and is electrically connected to the first portion and physically connected to the electrode. and a second part that is
前記配線部材は、前記圧電素子及び前記第二部分から離間して前記第一部分に物理的に接続されており、 The wiring member is physically connected to the first portion apart from the piezoelectric element and the second portion,
前記一対の主面の縁に沿って延在している枠状の樹脂部材をさらに備え、 further comprising a frame-shaped resin member extending along the edges of the pair of main surfaces,
前記少なくとも一つの導電部材は、複数の前記導電部材を含み、 The at least one electrically conductive member includes a plurality of the electrically conductive members,
前記複数の導電部材は、前記樹脂部材に固定されていると共に前記縁に沿って設けられている、超音波デバイス。 The plurality of conductive members are fixed to the resin member and provided along the edge of the ultrasonic device.
前記少なくとも一つの導電部材は、複数の前記導電部材を含み、 The at least one electrically conductive member includes a plurality of the electrically conductive members,
前記複数の導電部材は、前記樹脂部材に固定されていると共に前記縁に沿って設けられている、請求項１に記載の超音波デバイス。 The ultrasonic device according to claim 1, wherein the plurality of conductive members are fixed to the resin member and provided along the edge.
前記第一部分の前記板部と前記第二部分の前記板部とは、互いに交差する方向に延在し、
前記第一部分の前記板部は、前記配線部材に物理的に接続されており、
前記第二部分の前記板部は、前記電極に物理的に接続されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波デバイス。 The first portion and the second portion each include a plate portion having a plate shape,
The plate portion of the first portion and the plate portion of the second portion extend in a direction that intersects with each other,
The plate portion of the first portion is physically connected to the wiring member,
The ultrasonic device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the plate portion of the second portion is physically connected to the electrode.
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