JP7415847B2

JP7415847B2 - 超音波デバイス

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Publication number: JP7415847B2
Application number: JP2020137414A
Authority: JP
Inventors: 辰哉滝
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Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2024-01-17
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Description

本発明は、超音波デバイスに関する。

特許文献１には、収容ケースと、収容ケース内に配置されている圧電振動素子と、圧電振動素子上に配置されているフェルト等の防音用充填材と、収容ケースを密封するシリコン樹脂等の封止用絶縁樹脂と、を備える超音波送受信器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４－２６０２３９号公報

超音波デバイスには、超音波成分の残響の更なる低減が求められている。しかしながら、上述されたような超音波デバイスは、超音波成分の残響を十分に低減しがたい。

本発明の一つの態様は、超音波成分の残響をより一層低減する超音波デバイスを提供することを目的とする。

一つの態様に係る超音波デバイスは、収容空間を画成するケースと、収容空間内に配置されている圧電素子と、圧電素子上に配置され、発泡体からなる吸音材と、吸音材の周囲に配置され、ケースの内面と接する防振材と、を備え、圧電素子と吸音材との間には第１空間が形成されている。

上記一つの態様では、圧電素子と吸音材との間には第１空間が形成されているので、超音波成分の残響が圧電素子から吸音材の骨格に直接伝わらない。これにより、超音波成分の残響をより一層低減することができる。

上記一つの態様は、収容空間内に吸音材を挟んで圧電素子と対向して配置されており、圧電素子と電気的に接続されている基板を更に備えていてもよい。基板と吸音材との間には第２空間が形成されていてもよい。この場合、超音波成分の残響が吸音材の骨格から基板に直接伝わらない。これにより、超音波成分の残響を更に低減することができる。

上記一つの態様は、吸音材と離間して第１空間に配置されている制振材を更に備えてもよい。この場合、超音波成分の残響が制振材により更に低減される。

上記一つの態様では、圧電素子の厚さ方向から見て、圧電素子は、吸音材の外縁の内側に位置している。この場合、超音波成分の残響が更に低減される。

上記一つの態様では、圧電素子の厚さ方向において、吸音材は、防振材よりも圧電素子側に突出していてもよい。この場合、防振材から露出する吸音材の表面積が増えるので、超音波成分の残響が更に低減される。

本発明の一つの態様によれば、超音波成分の残響をより一層低減する超音波デバイスが提供される。

図１は、一実施形態に係る超音波デバイスの斜視図である。図２は、図１の超音波デバイスの分解斜視図である。図３は、図１のIII－III線に沿っての断面図である。図４は、図１のIV－IV線に沿っての断面図である。図５は、ケース及び圧電素子の平面図である。図６は、図３の一部拡大図である。図７は、圧電素子を示す平面図である。図８は、吸音材による音のエネルギー減衰を示す模式図である。図９は、変形例に係る超音波デバイスの一部拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１～図４を参照して、本実施形態に係る超音波デバイス１の構成を説明する。図１は、一実施形態に係る超音波デバイスの斜視図である。図２は、図１の超音波デバイスの分解斜視図である。図３は、図１のIII－III線に沿っての断面図である。図４は、図１のIV－IV線に沿っての断面図である。

超音波デバイス１は、図１～図４に示されるように、ケース１０と、圧電素子２０と、配線部材３０と、複数のピン４１，４３と、複数のスリーブ４６，４７と、吸音材５０と、基板６０と、複数のピン６５，６７と、防振材７０と、を備えている。ケース１０は、収容空間Ｓ１を画成している。圧電素子２０、圧電素子２０と、配線部材３０と、複数のピン４１，４３と、吸音材５０と、基板６０と、複数のピン６５，６７と、防振材７０とは、収容空間Ｓ１内に配置されている。本実施形態では、超音波デバイス１は、超音波センサを構成する。超音波デバイス１は、たとえば、超音波を送受信する。

ケース１０は、底壁１１と、側壁１３とを有している。側壁１３は、底壁１１と交差する方向に延在している。底壁１１と側壁１３とが、収容空間Ｓ１を画成している。底壁１１と交差する方向は、たとえば、底壁１１と直交する方向であってもよい。底壁１１と側壁１３とは、一体形成されている。ケース１０は、一端が開口している有底筒状の部材である。ケース１０は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。ケース１０は、Ａｌ以外の金属からなっていてもよい。ケース１０は、たとえば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、又は銅合金からなっていてもよい。アルミニウム合金は、たとえば、ジュラルミンを含む。銅合金は、たとえば、真鍮を含む。

図５は、ケース及び圧電素子の平面図である。図５では、吸音材５０が破線で示されている。底壁１１は、図５にも示されるように、収容空間に臨む底面１２を有している。底面１２は、底面１２と交差する方向から見て、長径と短径とを有する円形状を呈している。本実施形態では、底面１２は、長円形状を呈している。底面１２では、長径に沿う方向と短径に沿う方向とが互いに交差している。長径に沿う方向と短径に沿う方向とは、たとえば、直交している。底壁１１の厚さは、たとえば、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。本実施形態では、底壁１１の厚さは、０．９ｍｍである。

以下では、底面１２の長径に沿う方向をＸ方向、底面１２の短径に沿う方向をＹ方向、底面１２に直交する方向をＺ方向とする。

底面１２は、直線状を呈している一対の縁１２ａと、円弧状を呈している一対の縁１２ｂとで規定されている。一対の縁１２ａは、Ｘ方向に延在していると共に、Ｙ方向で離間している。一対の縁１２ａは、互いに略平行である。縁１２ｂは、各縁１２ａの端同士を接続している。長径と短径とを有する円形状は、楕円形状であってもよい。底面１２と交差する方向は、たとえば、底面１２と直交する方向であってもよい。底面１２と交差する方向は、底壁１１と交差する方向と一致してもよい。

側壁１３は、内側面１４を有している。底面１２及び内側面１４は、ケース１０の内面を構成している。内側面１４には、複数の段差部１５が形成されている。本実施形態では、３つの段差部１５が形成されている。一つの段差部１５は、一方の縁１２ａに沿って延在している。残りの二つの段差部１５は、他方の縁１２ａに沿って互いに離間して設けられている。段差部１５は、ケース１０に対する防振材７０の位置決めに用いられる。

図６は、図３の一部拡大図である。図７は、圧電素子を示す平面図である。圧電素子２０は、図５～図７にも示されるように、圧電素体２１と、複数の電極２３，２５とを有している。本実施形態では、圧電素子２０は、二つの電極２３，２５を有している。圧電素子２０は、底壁１１上に配置されている。圧電素子２０は、たとえば、接着により底壁１１上に固定されている。

圧電素体２１は、互いに対向している一対の主面２１ａ，２１ｂと、少なくとも一つの側面２１ｃと、を有している。側面２１ｃは、一対の主面２１ａ，２１ｂを連結するように、一対の主面２１ａ，２１ｂが対向している方向（Ｚ方向）に延在している。主面２１ｂは、底面１２と対向している。圧電素子２０は、主面２１ｂと底面１２とが対向するように、底壁１１上に配置されている。一対の主面２１ａ，２１ｂが対向している方向は、底壁１１（底面１２）と交差する方向である。一対の主面２１ａ，２１ｂが対向している方向は、底壁１１（底面１２）と直交する方向であってもよい。

圧電素体２１は、直方体形状（矩形板状）を呈している。一対の主面２１ａ，２１ｂは、矩形状を呈している。圧電素体２１は、側面２１ｃ以外に、三つの側面２１ｄを有している。各側面２１ｄも、一対の主面２１ａ，２１ｂを連結するように、一対の主面２１ａ，２１ｂが対向している方向（Ｚ方向）に延在している。本実施形態では、圧電素体２１は、平面視で、正方形状を呈している。圧電素体２１は、円板状を呈していてもよい。本明細書での「直方体形状」は、角部及び稜線部が面取りされている直方体の形状、及び、角部及び稜線部が丸められている直方体の形状を含む。

圧電素体２１は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料は、たとえば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を含む。圧電素体２１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により構成される。圧電素体２１の厚さは、たとえば、１５０～５００μｍである。本実施形態では、圧電素体２１の厚さは、２００μｍである。

電極２３は、主面２１ｂと側面２１ｃと主面２１ａとに設けられている。電極２３は、主面２１ｂ上に位置している部分２３ａと、側面２１ｃ上に位置している部分２３ｂと、主面２１ａ上に位置している部分２３ｃと、を有している。部分２３ａと部分２３ｂとは、主面２１ｂと側面２１ｃとの間に位置している稜部で互いに連結されている。部分２３ｂと部分２３ｃとは、主面２１ａと側面２１ｃとの間に位置している稜部で互いに連結されている。各部分２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、一体に形成されている。電極２３の部分２３ａが底壁１１（底面１２）に接合されている。

圧電素子２０（圧電素体２１）の厚さ方向（Ｚ方向）から見て、電極２３の部分２３ａは、側面２１ｃと対向している側面２１ｄと主面２１ｂとの間に位置している稜部から離間している。主面２１ｂは、側面２１ｃと対向している側面２１ｄと主面２１ｂとの間に位置している稜部に沿って、露出している。電極２３の部分２３ｂは、側面２１ｃ全体を覆っている。各側面２１ｄは、電極２３から露出している。

電極２５は、主面２１ａに設けられている。電極２５は、主面２１ａ上のみに配置されている。電極２５は、電極２３の部分２３ｃと離間している。主面２１ａは、電極２３の部分２３ｃと電極２５との間で露出している。主面２１ａに直交する方向から見て、電極２５は、側面２１ｃと対向している側面２１ｄと主面２１ａとの間に位置している稜部から離間している。主面２１ａは、側面２１ｃと対向している側面２１ｄと主面２１ａとの間に位置している稜部に沿って、露出している。各側面２１ｄは、電極２５からも露出している。圧電素体２１は、Ｚ方向において電極２３の部分２３ａと電極２５とに重なる領域を有している。この領域は、Ｚ方向において、電極２３の部分２３ａと電極２５とで挟まれている。圧電素子２０では、この領域が、圧電的に活性な領域を構成する。

各電極２３，２５は、圧電素体２１の表面と接している。各電極２３，２５の厚さは、１．５μｍ以下である。各電極２３，２５は、たとえば、クロム（Ｃｒ）層、ニッケル銅合金（Ｎｉ－Ｃｕ）層、及び金（Ａｕ）層からなる積層体を含む。各電極２３，２５は、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、銀パラジウム合金（Ａｇ－Ｐｄ）、又はニッケルクロム合金（Ｎｉ－Ｃｒ）を含んでいてもよい。各電極２３，２５は、たとえば、スパッタリング法により圧電素体２１の表面に形成される。

圧電素子２０は、図５にも示されるように、側面２１ｃがＹ方向に沿うように、底壁１１（底面１２）上に配置されている。主面２１ａにおける、各電極２３，２５から露出している領域は、Ｙ方向に延在している。圧電素子２０がケース１０に配置されている状態では、電極２５と、電極２３の部分２３ｃとは、Ｘ方向で離間している。本実施形態では、側面２１ｃと側面２１ｄとが対向している方向が、Ｘ方向である。圧電素子２０は、たとえば、底面１２での、Ｘ方向及びＹ方向での略中央に配置されている。

本実施形態では、圧電素体２１は、平面視で、正方形状を呈しているが、圧電素体２１は、平面視で長方形状を呈していてもよい。この場合、圧電素体２１の長辺に沿う方向が長手方向であり、圧電素体２１の短辺に沿う方向が短手方向である。圧電素子２０は、圧電素体２１の長手方向がＸ方向に沿うように、底壁１１上に配置されていてもよい。

配線部材３０は、圧電素子２０上に配置されている。配線部材３０は、圧電素子２０と電気的に接続されている。配線部材３０は、たとえば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）又はフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）である。配線部材３０は、ベース３１と、二つの脚部３３，３５を有している。

ベース３１は、平面視で底面１２と略同形状を呈する板状部材である。ベース３１は、平面視で底面１２よりも一回り小さく、内側面１４から離間して配置されている。ベース３１は、図６にも示されるように、Ｚ方向において互いに対向している一対の主面３１ａ，３１ｂを有している。配線部材３０は、主面３１ｂが圧電素体２１と対向するように、収容空間Ｓ１に配置されている。

ベース３１には、圧電素子２０の一部を露出させる開口３１ｃが形成されている。本実施形態では、開口３１ｃは矩形状を呈している。開口３１ｃの縁部は、Ｘ方向で互いに対向する直線状の一対の縁部３１ｄと、Ｙ方向で互いに対向する直線状の一対の縁部３１ｅと、を有している。一方の縁部３１ｄは、電極２３の部分２３ｃの全体を覆っている。他方の縁部３１ｄは、電極２５の一部を覆っている。

ベース３１は、たとえば、ポリイミド樹脂等の樹脂からなる樹脂層である。ベース３１には、複数の導体層（不図示）が配置されている。複数の導体層は、ベース３１に接着されている。本実施形態では、２つの導体層が配置されている。一方の導体層は、電極２３とピン４１とを接続している。他方の導体層は、電極２５とピン４３とを接続している。

脚部３３，３５は、主面３１ｂ（図６参照）に設けられ、底面１２と接している。脚部３３，３５は、底面１２に直交する方向（Ｚ方向）から見て、Ｘ方向において圧電素子２０を挟むように、圧電素子２０の両側に配置されている。脚部３３，３５は、底面１２の一対の縁１２ｂ（図５参照）に沿ってＹ方向に延在している。脚部３３は、電極２３の部分２３ｂ（側面２１ｃ）と対向している。脚部３５は、側面２１ｃと対向する側面２１ｄと対向している。

配線部材３０は、絶縁性のホットメルト樹脂３７，３９によって底壁１１（底面１２）に固定されている。ホットメルト樹脂３７は、主面３１ｂにおいて、脚部３３と部分２３ｂとの間に配置されている。ホットメルト樹脂３９は、主面３１ｂにおいて、脚部３５と側面２１ｄの間に配置されている。ホットメルト樹脂３７，３９は、主面３１ｂと底面１２とに接着されている。

ピン４１は、ベース３１に設けられた一方の導電層にはんだ接続されている。ピン４１は、一方の導電層に導電性接着剤により接続されていてもよい。ピン４１は、一方の導体層を通じて、電極２３と電気的に接続されている。ピン４３は、ベース３１に設けられた他方の導電層にはんだ接続されている。ピン４３は、他方の導電層に導電性接着剤により接続されていてもよい。ピン４３は、他方の導体層を通じて、電極２５と電気的に接続されている。

ピン４１，４３は、Ｘ方向において互いに離間した状態で主面３１ａに配置されている。ピン４１，４３は、主面３１ａからＺ方向に延在している。本実施形態では、ピン４１，４３は、互いに同形状を呈している。各ピン４１，４３は、たとえば、金属からなる。各ピン４１，４３は、たとえば、真鍮からなる。各ピン４１，４３の表面には、めっき層（不図示）が形成されていてもよい。めっき層は、たとえば、ニッケルめっき及び錫めっきにより形成されていてもよい。この場合、めっき層は、二層構造である。

ピン４１は、スリーブ４５に保持されている。ピン４３は、スリーブ４７に保持されている。各スリーブ４５，４７は、両端にフランジを有する円筒部材である。本実施形態では、スリーブ４５，４７は、互いに同形状を呈している。各スリーブ４５，４７は、樹脂からなる。各スリーブ４５，４７は、たとえば、リン脱酸銅（ＰＤＣ）、又は黄銅などの金属からなる。スリーブ４５，４７が金属からなる場合、ピン４１，４３だけではなくスリーブ４５，４７も配線部材３０の導電層と接合させることができるので、接続信頼性が増す。各スリーブ４５，４７は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂からなってもよい。

各スリーブ４５，４７の一端側のフランジは、主面３１ａと接合されている。スリーブ４５は、軸方向（Ｚ方向）から見て、脚部３３と重なる位置に配置されている。スリーブ４７は、軸方向（Ｚ方向）から見て、脚部３５と重なる位置に配置されている。各スリーブ４５，４７の軸方向の長さは、各ピン４１，４３の軸方向の長さよりも短い。各ピン４１，４３は、各スリーブ４５，４７から突出している。

吸音材５０は、圧電素子２０上に配置されている。吸音材５０は、ピン４１，４３の間に配置されている。吸音材５０は、収容空間Ｓ１に配置されている。吸音材５０は、たとえば、直方体形状を呈している。吸音材５０は、Ｚ方向において互いに対向している一対の主面５０ａ，５０ｂと、Ｘ方向において互いに対向している一対の側面５０ｃと、Ｙ方向において互いに対向している一対の側面５０ｄとを有している。

主面５０ａは、基板６０と対向している。主面５０ｂは、圧電素子２０と対向している。本実施形態では、各主面５０ａ，５０ｂは、一対の長辺及び一対の短辺を有する長方形状を呈している。各主面５０ａ，５０ｂの長辺は、Ｘ方向に延在している。各主面５０ａ，５０ｂの短辺は、Ｙ方向に延在している。各側面５０ｃは、ピン４１，４３と対向している。各側面５０ｃは、ピン４１，４３から離間している。各側面５０ｄは、防振材７０と接している。

吸音材５０は、圧電素子２０から離間している。圧電素子２０と吸音材５０（主面５０ｂ）との間には、空間Ｓ２が形成されている。空間Ｓ２は、収容空間Ｓ１の一部である。空間Ｓ２の厚さ（Ｚ方向の長さ）は、たとえば０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。つまり、吸音材５０と圧電素子２０とは、Ｚ方向において０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下で互いに離間している。吸音材５０は、配線部材３０からも離間している。

吸音材５０は、図５にも示されるように、圧電素子２０の厚さ方向（Ｚ方向）から見て、圧電素子２０の全体と重なっている。すなわち、圧電素子２０は、Ｚ方向から見て、吸音材５０の外縁５１の内側に位置している。これにより、超音波成分の残響が更に低減される。圧電素子２０は、Ｚ方向から見て、吸音材５０のＸ方向及びＹ方向の略中央に位置している。

吸音材５０は、たとえば、熱可塑性樹脂を主体とする発泡体（気泡構造体）からなる。熱可塑性樹脂は、たとえば、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を含む。吸音材５０は、図８に示されるように、骨格５３と、複数の空孔（気泡）５５とを含んでいる。

図８は、吸音材による音のエネルギー減衰を示す模式図である。吸音材５０による音のエネルギー減衰には、空気伝搬音のエネルギー減衰と、固体伝搬音のエネルギー減衰とがある。図８（ａ）には、空気伝搬音のエネルギー減衰が模式的に示されている。図８（ａ）に示されるように、音波Ｗが吸音材の空孔５５をすり抜ける際、空気の摩擦（または粘性）により音波Ｗのエネルギーが減衰する。図８（ｂ）には、固体伝搬音のエネルギー減衰が模式的に示されている。図８（ｂ）に示されるように、音波Ｗが吸音材の骨格５３を伝搬する際、骨格５３により音波Ｗのエネルギーが減衰する。空気伝搬音のエネルギー減衰は、固体伝搬音のエネルギー減衰よりも大きい。

基板６０は、吸音材５０を挟んで圧電素子２０と対向して配置されている。基板６０は、主面５０ａ上に配置されている。基板６０は、収容空間Ｓ１内に配置されている。基板６０は、板状部材である。基板６０は、Ｚ方向において互いに対向している一対の主面６０ａ，６０ｂを有している。主面６０ｂは、主面５０ａと対向している。

基板６０は、吸音材５０から離間している。基板６０（主面６０ｂ）と吸音材５０（主面５０ａ）との間には、空間Ｓ３が形成されている。空間Ｓ３は、収容空間Ｓ１の一部である。空間Ｓ３は、基板６０、吸音材５０、及び防振材７０によって画成されている。空間Ｓ３の厚さ（Ｚ方向の長さ）は、空間Ｓ２の厚さよりも薄い。空間Ｓ３の厚さは、たとえば０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下である。つまり、基板６０と吸音材５０とは、Ｚ方向において０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下で互いに離間している。

各主面６０ａ，６０ｂは、長円形状を呈している。各主面６０ａ，６０ｂの長径方向は、Ｙ方向に沿っている。各主面６０ａ，６０ｂの短径方向は、Ｘ方向に沿っている。各主面６０ａ，６０ｂの短径方向の一対の縁は、外側に膨らむように湾曲し、円弧状を呈している。基板６０には、ピン４１，４３が挿通される挿通孔６１，６３が設けられている。挿通孔６１，６３は、基板６０のＸ方向の両端部に形成され、円形状を呈している。各主面６０ａ，６０ｂの短径方向の一対の縁は、挿通孔６１，６３に沿って湾曲している。

基板６０は、圧電素子２０と電気的に接続されている。基板６０は、たとえば、ガラスエポキシ基板からなる。基板６０には、複数の導体層（不図示）が配置されている。複数の導体層は、基板６０に接着されている。本実施形態では、２つの導体層が配置されている。一方の導体層は、ピン４１とピン６５とを接続している。他方の導体層は、ピン４３とピン６７とを接続している。

ピン４１，６５は、基板６０の一方の導電層にはんだ接続されている。ピン４１，６５は、基板６０の一方の導電層に導電性接着剤により接続されていてもよい。ピン４１，６５は、基板６０の一方の導体層を通じて、互いに電気的に接続されている。ピン４３，６７は、基板６０の他方の導電層にはんだ接続されている。ピン４３，６７は、基板６０の他方の導電層に導電性接着剤により接続されていてもよい。ピン４３，６７は、基板６０の他方の導体層を通じて、互いに電気的に接続されている。

ピン６５，６７は、Ｘ方向において互いに離間した状態で主面６０ａに配置されている。ピン６５，６７は、主面６０ａからＺ方向に延在し、防振材７０を貫通している。ピン６５，６７は、Ｘ方向においてピン４１，４３の間に配置されている。本実施形態では、ピン６５，６７は、互いに同形状を呈している。

ピン６５，６７は、たとえば、金属からなる。ピン６５，６７は、たとえば、真鍮からなる。各ピン６５，６７の表面には、めっき層（不図示）が形成されていてもよい。めっき層は、たとえば、ニッケルめっき及び錫めっきにより形成されていてもよい。この場合、めっき層は、二層構造である。

防振材７０は、ケース１０の内面（内側面１４）と接して配置され、ケース１０の振動を抑制する。防振材７０は、吸音材５０の周囲に配置されている。防振材７０は、蓋体７１と、枠体７３と、を有している。蓋体７１は、圧電素子２０、配線部材３０、ピン４１，４３、スリーブ４５，４７、吸音材５０、及び基板６０がケース１０内に収容されている状態で、ケース１０の開口を封止している。蓋体７１は、収容空間Ｓ１を封止している。蓋体７１からは、各ピン６５，６７の先端が突出している。

蓋体７１の内面７１ａには、図４に示されるように、基板６０が配置される凹部７１ｂが設けられている。基板６０は、主面６０ａを凹部７１ｂの底面と対向させた状態で凹部７１ｂ内に配置されている。凹部７１ｂの底面は、主面６０ａに対応する形状を有している。凹部７１ｂの底面は、主面６０ａと同形状を呈している。超音波デバイス１が組み立てられる際は、たとえば、凹部７１ｂの底面に基板６０が配置された後、内面７１ａに吸音材５０が配置される。凹部７１ｃの深さは、基板６０の厚さよりも深いため、基板６０と吸音材５０との間には空間Ｓ３が形成される。

凹部７１ｂの底面には、ピン４１が収容される凹部７１ｃと、ピン４３が収容される凹部７１ｄと、が設けられている。凹部７１ｃ，７１ｄは、たとえば断面円形状を呈している。凹部７１ｃ，７１ｄの直径は、ピン４１，４３の直径よりも長い。凹部７１ｃ，７１ｄの内面は、ピン４１，４３から離間している。凹部７１ｃ，７１ｄは、凹部７１ｂの底面のＸ方向における両端部に設けられている。

枠体７３は、蓋体７１と交差する方向に延在している。蓋体７１と交差する方向は、たとえば、蓋体７１と直交する方向であってもよい。蓋体７１と枠体７３とは、一体形成されている。防振材７０は、軸方向の一端が塞がれ、他端が開口している筒状の部材である。防振材７０は、ケース１０の内部に嵌め込まれている。防振材７０は、ケース１０の内部に圧入されている。枠体７３は、蓋体７１からＺ方向に沿ってケース１０の内側に延在している。枠体７３は、底面１２から離間している。枠体７３は、ケース１０の内側面１４と接している。

枠体７３は、吸音材５０の周りを取り囲んでいる。吸音材５０は、圧電素子２０の厚さ方向（Ｚ方向）において、防振材７０（枠体７３）よりも圧電素子２０側に突出している。枠体７３と圧電素子２０との間のＺ方向における距離は、吸音材５０と圧電素子２０との間のＺ方向における距離（空間Ｓ２の厚さ）よりも長い。

枠体７３は、一対の側部７５と、一対の側部７７とを有している。一対の側部７５は、吸音材５０を挟んでＸ方向において互いに対向している。一対の側部７７は、吸音材５０を挟んでＹ方向において互いに対向している。各側部７５は、吸音材５０の各側面５０ｃと互いに対向している。各側部７５は、吸音材５０から離間している。

一対の側部７７は、吸音材５０を挟み込んで保持している。一対の側部７７の間には、吸音材５０がはめ込まれている。一対の側部７７は、吸音材５０を圧縮している。吸音材５０は、圧縮に対する反発力によって一対の側部７７を押圧している。各側部７７は、吸音材５０の各側面５０ｄと接している。

防振材７０は、蓋体７１から内側面１４側に張り出す複数の張出部７９を更に有している。張出部７９は、蓋体７１において、ケース１０の段差部１５に対応する位置に設けられている。張出部７９は、対応する段差部１５に配置される。防振材７０は、張出部７９が段差部１５に係止されることで、ケース１０に対して位置決めされている。

防振材７０は、弾性体であり、弾性により残響を抑制する。防振材７０は、樹脂からなる。防振材７０は、非発泡体であり、吸音材５０の密度よりも高い密度を有している。防振材７０は、たとえば、シリコーンゴムからなる。防振材７０は、たとえば、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）シリコーンゴムからなる。

超音波センサは、出力波を発信し、検査対象物から跳ね返ってきた出力波を受信する。超音波センサが検査対象物に近接し、超音波センサから検査対象物までの距離がわずかである場合、出力波の発信時に生じる残響成分の電圧と、検査対象物から跳ね返ってきた出力波の受信電圧とが干渉する。これにより、超音波センサでは、受信電圧を検出することが困難になる場合がある。

超音波デバイス１では、圧電素子２０と吸音材５０との間には空間Ｓ２が形成されている。このため、超音波成分の残響が圧電素子２０から吸音材５０の骨格５３に直接伝わらない。これにより、超音波成分の残響をより一層低減することができる。

上述のように、骨格５３によっても音波Ｗのエネルギーは減衰するが、固体伝搬音のエネルギー減衰は、空気伝搬音のエネルギー減衰よりも小さい。したがって、圧電素子２０と吸音材５０とを互いに接触させた場合よりも、圧電素子２０と吸音材５０とを互いに離間させた場合の方が、超音波成分の残響が低減され易い。

圧電素子２０と吸音材５０とを互いに接触させた場合、圧電素子２０が過度に拘束される結果、圧電素子２０の振動特性が低下するおそれもある。本実施形態では、圧電素子２０と吸音材５０とが互いに離間しているので、圧電素子２０がこのように過度に拘束されることがない。よって、良好な振動特性が得られる。

超音波デバイス１では、基板６０と吸音材５０との間には空間Ｓ３が形成されている。このため、超音波成分の残響が吸音材５０の骨格５３から基板６０に直接伝わらない。これにより、超音波成分の残響を更に低減することができる。

超音波デバイス１では、圧電素子２０の厚さ方向（Ｚ方向）において、吸音材５０は、防振材７０よりも圧電素子２０側に突出している。このため、防振材７０から露出する吸音材５０の表面積が増えるので、吸音材５０による吸音効果を高めることができる。この結果、超音波成分の残響が更に低減される。

以上、本発明の実施形態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。

図９は、変形例に係る超音波デバイスの断面図である。図９に示されるように、超音波デバイス１は、吸音材５０と離間して空間Ｓ２に配置されている制振材４０を更に備えてもよい。制振材４０は、圧電素子２０上に配置されている。制振材４０は、電極２５上に配置（塗布）されている。制振材４０は、配線部材３０の開口３１ｃ内に配置されている。制振材４０は、圧電素子２０の厚さ方向（Ｚ方向）から見て、配線部材３０から離間している。制振材４０は、開口３１ｃの内側面と接していない。制振材４０の厚さは、配線部材３０のベース３１の厚さと同等である。制振材４０は、たとえば、ゴムなどの弾性体である。

超音波デバイス１は、超音波の送信のみを行ってもよい。超音波デバイス１は、超音波の受信のみを行ってもよい。

圧電素子２０は、圧電素体２１内に配置される一つ又は複数の内部電極を有していてもよい。この場合、圧電素体２１は複数の圧電体層を有していてもよく、内部電極と圧電体層とが交互に配置されていてもよい。

圧電素子２０の厚さ方向（Ｚ方向）において、吸音材５０は、防振材７０よりも圧電素子２０と反対側に凹んでいてもよい。吸音材５０の主面５０ｂは、防振材７０のＺ方向の先端と同一面内に位置していてもよい。

空間Ｓ３の厚さは、空間Ｓ２の厚さよりも厚くてもよいし、空間Ｓ２の厚さと同等であってもよい。超音波デバイス１では、少なくとも空間Ｓ２が形成されていればよく、空間Ｓ３が形成されていなくてもよい。

１…超音波デバイス、１０…ケース、１４…内側面、２０…圧電素子、４０…制振材、５０…吸音材、５１…外縁、６０…基板、７０…防振材、Ｓ１…収容空間、Ｓ２…空間、Ｓ３…空間。

Claims

収容空間を画成するケースと、
前記収容空間内に配置されている圧電素子と、
前記圧電素子上に配置され、発泡体からなる吸音材と、
前記吸音材の周囲に配置され、前記ケースの内面と接する防振材と、
前記収容空間内に前記吸音材を挟んで前記圧電素子と対向して配置されており、前記圧電素子と電気的に接続されている基板と、を備え、
前記圧電素子と前記吸音材との間には第１空間が形成されており、
前記基板と前記吸音材との間には第２空間が形成されており、
前記第２空間の厚さは、前記第１空間の厚さよりも薄い、
超音波デバイス。
前記吸音材と離間して前記第１空間に配置されている制振材を更に備える、
請求項１に記載の超音波デバイス。
前記制振材は、前記圧電素子の側面から離間して前記圧電素子上に配置されている、
請求項２に記載の超音波デバイス。
前記圧電素子の厚さ方向から見て、前記圧電素子は、吸音材の外縁の内側に位置している、
請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波デバイス。
前記圧電素子の厚さ方向において、前記吸音材は、前記防振材よりも前記圧電素子側に突出している、
請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波デバイス。