特許 7447747 圧電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020154514

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048613

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2023-04-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】滝 辰哉

(72)【発明者】

【氏名】細川 祐宏

【審査官】大石 剛

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３８１７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開平０２－００５９３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－１４４７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６６４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１３３８９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

収容空間を形成しているケースと、
前記収容空間に配置され、圧電素体と、前記圧電素体に設けられた電極と、を有している圧電素子と、
前記電極と電気的に接続されているリード線と、
前記電極と当該電極に対応する前記リード線とを電気的に接続している導電部材と、
前記導電部材を保持している保持部材と、を備え、
前記導電部材は、前記リード線を保持している保持部を含み、
前記保持部材には、前記リード線の先端が収容されている凹部が設けられている、
圧電デバイス。

【請求項2】

前記導電部材は、前記圧電素体の主面に沿う方向における前記導電部材の動きを制限する第一ストッパを含んでいる、
請求項１に記載の圧電デバイス。

【請求項3】

前記導電部材は、前記圧電素体の主面に交差する方向における前記導電部材の動きを制限する第二ストッパを含んでいる、
請求項１又は２に記載の圧電デバイス。

【請求項4】

前記保持部材は、前記圧電素体の主面に沿う方向に弾性を有し、前記ケースの内面に弾性的に当接した状態で前記収容空間に配置されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項5】

前記ケースは、金属からなる、
請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項6】

前記導電部材は、前記ケースから離間して配置されている、
請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項7】

前記リード線は、前記凹部に収容されている第一部分と、前記保持部に保持されている第二部分と、前記第一部分と前記第二部分とを接続している第三部分と、を含んでおり、
前記第一部分の長さは、前記第三部分の長さ未満、かつ、前記凹部の深さの１／２未満である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項8】

前記保持部は、前記リード線の長さ方向に並んで配置され、それぞれ前記リード線を保持している一対のピン部分を含んでおり、
前記一対のピン部分のうち、前記リード線の先端側に配置された一方のピン部分の長さは、他方のピン部分の長さよりも短い、
請求項１～７のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項9】

前記一対のピン部分の幅は、ぞれぞれ前記リード線の芯線部分の太さよりも長い、
請求項８に記載の圧電デバイス。

【請求項10】

前記他方のピン部分は、前記リード線の被覆部分を保持し、
前記一方のピン部分は、前記リード線の芯線部分のみを保持する、
請求項８又は９に記載の圧電デバイス。
）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子を備えた圧電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に記載の圧電デバイスでは、圧電素子は一対の電極を有している。各電極には、リード線が電気的に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の圧電デバイスでは、リード線が圧電素子の電極に物理的に接続されている。圧電素子の電極に対するリード線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、圧電素子の電極とリード線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、圧電デバイスが超音波を発する場合には圧電デバイスから発せられる超音波の音圧が低下し、圧電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。

【0005】

そこで、リード線と圧電素子の電極とを直接接続するのではなく、導電部材を介して間接的に接続すると共に、導電部材の姿勢を安定させるため、導電部材を保持する保持部材を設ける構成が考えられる。しかし、このような構成では、リードと導電部材とを接続する際に、リード線の位置がずれることにより、接続不良が生じる場合があった。

【0006】

本発明の一つの態様は、接続不良を抑制可能な圧電デバイスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一つの態様に係る圧電デバイスは、収容空間を形成しているケースと、収容空間に配置され、圧電素体と、圧電素体に設けられた一対の電極と、を有している圧電素子と、それぞれ対応する電極と電気的に接続されている一対のリード線と、電極と当該電極に対応するリード線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、導電部材を保持している保持部材と、を備え、導電部材は、リード線を保持している保持部を含み、保持部材には、リード線の先端が収容されている凹部が設けられている。

【0008】

この圧電デバイスでは、保持部材にリード線の先端が収容されている凹部が設けられている。このため、リード線と導電部材とを接続する際に、リード線の先端が保持部材と干渉することにより、リード線の位置がすれることが抑制される。よって、接続不良を抑制することができる。

【0009】

導電部材は、圧電素体の主面に沿う方向における導電部材の動きを制限する第一ストッパを含んでいてもよい。この場合、導電部材が保持部材により安定して保持される。

【0010】

導電部材は、圧電素体の主面に交差する方向における導電部材の動きを制限する第二ストッパを含んでいてもよい。この場合、導電部材が保持部材により安定して保持される。

【0011】

保持部材は、圧電素体の主面に沿う方向に弾性を有し、ケースの内面に弾性的に当接した状態で収容空間に配置されていてもよい。この場合、保持部材をケースに対して着脱自在に配置することができる。

【0012】

ケースは、金属からなってもよい。この場合、ケースが樹脂からなる場合に比べて、ケースの寸法精度を向上させることができる。

【0013】

導電部材は、ケースから離間して配置されていてもよい。この場合、ケースが金属からなっていても、電気的短絡の発生を抑制できる。

【0014】

リード線は、凹部に収容されている第一部分と、保持部に保持されている第二部分と、第一部分と第二部分とを接続している第三部分と、を含んでおり、第一部分の長さは、第三部分の長さ未満、かつ、凹部の深さの１／２未満であってもよい。この場合、凹部に樹脂が充填され易い。

【0015】

保持部は、リード線の長さ方向に並んで配置され、それぞれリード線を保持している一対のピン部分を含んでおり、一対のピン部分のうち、リード線の先端側に配置された一方のピン部分の長さは、他方のピン部分の長さよりも短くてもよい。この場合、リード線を確実に保持することができる。

【0016】

一対のピン部分の幅は、ぞれぞれリード線の芯線部分の太さよりも長くてもよい。この場合、リード線を確実に保持することができる。

【0017】

他方のピン部分は、リード線の被覆部分を保持し、一方のピン部分は、リード線の芯線部分のみを保持してもよい。この場合、他方のピン部分がリード線を確実に保持する。一方のピン部分がリード線との電気的接続を確実に行いつつ、リード線のずれを確実に抑制する。

【発明の効果】

【0018】

本発明の一つの態様によれば、接続不良を抑制可能な圧電デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本実施形態に係る圧電デバイスを示す斜視図である。

【図2】図２は、圧電デバイスの分解斜視図である。

【図3】図３は、圧電デバイスの断面図である。

【図4】図４は、圧電デバイスの部分拡大図である。

【図5】図５は、圧電デバイスの部分拡大図である。

【図6】図６は、圧電デバイスの部分拡大図である。

【図7】図７（ａ）は圧電素子の底面図であり、図７（ｂ）は圧電素子の側面図であり、図７（ｃ）は圧電素子の平面図である。

【図8】図８は、樹脂部材の斜視図である。

【図9】図９は、圧電デバイスの部分拡大図である。

【図10】図１０は、圧電デバイスの製造方法のフローチャートである。

【図11】図１１（ａ）は、チャック前の樹脂部材の平面図であり、図１１（ｂ）は、チャック後の樹脂部材の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

図１～図９を参照して、本実施形態に係る圧電デバイスの構成を説明する。図１は、本実施形態に係る圧電デバイスの斜視図である。図２は、圧電デバイスの分解斜視図である。図３は、圧電デバイスの断面図である。圧電デバイス１は、音響整合部材２（ケース）と、フレーム部材３と、圧電素子４と、配線部材５と、一対の導電部材６と、樹脂部材７（保持部材）と、充填部材８とを備える。図４は、圧電デバイス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。図９は、導電部材６及び樹脂部材７を示している。

【0022】

圧電デバイス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。圧電デバイス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、圧電デバイス１から超音波が発せられる。圧電デバイス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。

【0023】

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、金属からなる。音響整合部材２を構成する金属は、たとえば、アルミである。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。

【0024】

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、圧電デバイス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以上２．６ｍｍ以下である。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。

【0025】

側部２３は、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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、圧電素体４０に設けられた一対の電極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。なお、図３では、一対の電極４１，４２の図示が省略されている。

【0029】

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）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

圧電素子４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に配置されている。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、電気絶縁性を有する接着層（不図示）により底部２２に接合されている。圧電素子４と底部２２とは、接着層により電気的に絶縁されている。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。

【0033】

配線部材５は、一対のリード線５１を含む。一対のリード線５１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。リード線５１は、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。一方のリード線５１は、電極４１に電気的に間接的に接続されている。他方のリード線５１は、電極４２に電気的に間接的に接続されている。リード線５１は、芯線が被覆に覆われてなる被覆部分５１ｂと、リード線５１の先端部分において被覆から露出した芯線からなる芯線部分５１ｃとを含む。

【0034】

一対の導電部材６は、樹脂部材７に保持された状態で、収容空間Ｓに配置されている。一対の導電部材６は、音響整合部材２から離間して配置されている。一対の導電部材６は、圧電素子４と電気的に接続されている。一方の導電部材６は、電極４１と、電極４１に対応する一方のリード線５１とを電気的に接続している。他方の導電部材６は、電極４２と、電極４２に対応する他方のリード線５１とを電気的に接続している。導電部材６は、圧電素子４に接合されている。導電部材６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。一対の導電部材６は、主面４０ｂに沿う方向で互いに離間すると共に、互いに対向している。

【0035】

各導電部材６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６は、たとえば、金属からなる。導電部材６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。

【0036】

第一部分６３は、リード線５１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。

【0037】

リード線５１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、一方の導電部材６の第一部分６３が、一方のリード線５１の芯線部分５１ｃに物理的に接続されている。他方の導電部材６の第一部分６３が、他方のリード線５１の芯線部分５１ｃに物理的に接続されている。一方の導電部材６の第二部分６４は電極４１に物理的に接続されている。他方の導電部材６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。

【0038】

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６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。

【0039】

板部６５は、図３に示されるように、樹脂部材７の外側に配置され、音響整合部材２の側部２３と対向している。板部６５及び側部２３とは、主面４０ｂに沿う方向において互いに離間している。板部６５と側部２３の内面２３ａとの間には、充填部材８が配置されている。板部６５と側部２３とは、充填部材８によって電気的に絶縁されている。

【0040】

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。一方の導電部材６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いる。他方の導電部材６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。

【0041】

第一部分６３は、板部６５に接続された保持部６７と、係合部６８と、をさらに含む。保持部６７及び係合部６８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、保持部６７及び係合部６８は、板部６５から突出している。

【0042】

保持部６７は、各リード線５１の先端部分を保持している。本実施形態では、保持部６７は、カシメ加工によって、各リード線５１を固定している。保持部６７は、各リード線５１の長さ方向に並んで配置されている一対のピン部分６７ａ，６７ｂを含んでいる。一対のピン部分６７ａ，６７ｂのうち、一方のピン部分６７ａは、他方のピン部分６７ｂよりもリード線５１の先端５１ａ側に配置されている。

【0043】

ピン部分６７ａ，６７ｂが折れ曲がることで各リード線５１が保持される。リード線５１の芯線部分５１ｃは、保持部６７によって導電部材６の板部６５に物理的に接続されている。本実施形態では、保持部６７は、少なくとも一つのピン部分６７ａによって各リード線５１の芯線部分５１ｃを保持し、当該芯線部分５１ｃが少なくとも一つのピン部分６７ａにも接続されている。ピン部分６７ｂは、リード線５１の被覆部分５１ｂを保持している。ピン部分６７ａは、リード線５１の芯線部分５１ｃのみを保持している。

【0044】

係合部６８は、一対のピン部分６８ａ，６８ｂを含み、樹脂部材７に係合している。一対のピン部分６８ａ，６８ｂは、主面４０ｂに沿う方向で互いに離間している。一対のピン部分６８ａ，６８ｂは、主面４０ｂに沿う方向で互いに対向している。一対のピン部分６８ａ，６８ｂの対向方向は、一対の導電部材６の対向方向と交差している。樹脂部材７と係合部６８との係合によって、導電部材６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。

【0045】

一対のピン部分６８ａ，６８ｂは、樹脂部材７に対し、一対のピン部分６８ａ，６８ｂの対向方向（すなわち、主面４０ｂに沿う方向）における導電部材６の動きを制限している。つまり、係合部６８は、主面４０ｂに沿う方向における導電部材６の動きを制限する第一ストッパとして機能している。さらに、一対のピン部分６８ａ，６８ｂは、板部６５と共に、樹脂部材７に対し、主面４０ａに交差する方向（すなわち、主面４０ａ，４０ｂの対向方向）における導電部材６の動きを制限している。つまり、係合部６８及び板部６６は、主面４０ｂに交差する方向における導電部材６の動きを制限する第二ストッパとして機能している。

【0046】

樹脂部材７は、収容空間Ｓに配置されている。樹脂部材７は、圧電素子４上に配置されている。樹脂部材７は、一対の導電部材６を保持している保持部材である。樹脂部材７は、一対の導電部材６を保持し、一対の導電部材６の姿勢を安定させている。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、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。

【0047】

樹脂部材７は、厚さ方向における圧電素子４と反対側の端部７ａに一対の欠落部７１を有している。一方の導電部材６の係合部６８が一方の欠落部７１の縁に係合する。他方の導電部材６の係合部６８が他方の欠落部７１の縁に係合する。これによって、一対の導電部材６は、樹脂部材７に固定される。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は、導電部材６に対し、樹脂部材７の外周方向における動きを制限しているとも言える。係合部６８及び板部６６は、導電部材６に対し、樹脂部材７の厚さ方向における動きを制限しているとも言える。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。

【0048】

各欠落部７１には、対応する各リード線５１の先端５１ａが収容されている凹部７３が設けられている。凹部７３は、圧電素子４側に窪んだ窪みである。凹部７３の深さ方向は、主面４０ａ，４０ｂの対向方向と一致している。一方のリード線５１の先端５１ａは、一方の欠落部７１に設けられた凹部７３に収容されている。他方のリード線５１の先端５１ａは、他方の欠落部７１に設けられた凹部７３に収容されている。

【0049】

図９に示されるように、各リード線５１は、凹部７３に収容されている第一部分５３と、保持部に保持されている第二部分５４と、第一部分５３と第二部分５４とを接続している第三部分５５と、を含んでいる。第一部分５３の長さＬ１は、凹部７３の深さＬ２の１／２未満である。つまり、凹部７３の深さ方向において、先端５１ａは凹部７３の底よりも入口の近くに位置している。長さＬ１は、第三部分５５の長さＬ３の長さ未満でもある。

【0050】

ピン部分６７ａの長さＬ４は、ピン部分６７ｂの長さＬ５よりも短い。長さＬ４，Ｌ５は、ピン部分６７ａ，６７ｂがリード線５１に交差する方向に延びる長さである。ピン部分６７ａの幅Ｌ６、及び、ピン部分６７ｂの幅Ｌ７は、いずれもリード線５１の芯線部分５１ｃの太さＬ８よりも長い。幅Ｌ６，Ｌ７は、リード線５１の長さ方向におけるピン部分６７ａ，６７ｂの長さである。太さＬ８は、具体的には、リード線５１の芯線部分５１ｃの断面の最大長さである。芯線部分５１ｃの断面が円形状である場合は、太さＬ８は芯線部分５１ｃの断面の直径である。

【0051】

樹脂部材７には、スリット７５が設けられている。樹脂部材７は、スリット７５によって一部断絶した枠状を呈している。樹脂部材７は、平面視でＣ字形状を呈している。樹脂部材７は、スリット７５が設けられた形状によって、主面４０ｂに沿う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に弾性的に当接した状態で、収容空間Ｓに配置されている。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。

【0052】

樹脂部材７の外周面には、主面４０ａ，４０ｂの対向方向に延びる複数の溝７７が設けられている。溝７７は、樹脂部材７をチャック装置によりチャックする際に用いられる。複数の溝７７は、樹脂部材７の周方向において互いに等間隔で設けられている。本実施形態では、４つの溝７７が設けられている。４つの溝７７は、各欠落部７１の両側に設けられている。

【0053】

充填部材８は、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、一対の導電部材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、一対の導電部材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、一対の導電部材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、凹部７３にも充填されている。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。

【0054】

次に、図１０を参照して、圧電デバイス１の製造方法について説明する。図１０は、圧電デバイス１の製造方法のフローチャートである。

【0055】

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。

【0056】

続いて、樹脂部材７に一対の導電部材６を配置する（工程Ｓ２）。樹脂部材７の各欠落部７１に導電部材６の係合部６８が係合する。これによって、一対の導電部材６が、樹脂部材７に取り付けられ、固定される。

【0057】

続いて、一対の導電部材６に配線部材５を配置する（工程Ｓ３）。各リード線５１は導電部材６にカシメ加工によって固定され、リード線５１の芯線部分５１ｃは導電部材６の板部６５に物理的に接続される。

【0058】

続いて、圧電素子４に一対の導電部材６を配置する（工程Ｓ４）。導電部材６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６が同時に位置決めされる。本実施形態では、一方の導電部材６の板部６６が電極４１にハンダ付けされ、他方の導電部材６の板部６６が電極４２にハンダ付けされる。

【0059】

樹脂部材７は、たとえば、チャック装置によりチャックされ、収容空間Ｓに挿入される。これにより、樹脂部材７に保持された一対の導電部材６も、樹脂部材７と共に収容空間Ｓに挿入される。

【0060】

図１１（ａ）は、チャック前の樹脂部材７の平面図であり、図１１（ｂ）は、チャック後の樹脂部材７の平面図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）では、樹脂部材７及びチャック装置のチャック部９以外の図示が省略されている。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、複数のチャック部９が樹脂部材７の複数の溝７７に１つずつ挿入され、樹脂部材７を径方向に押圧する。各チャック部９は、樹脂部材７の厚さ方向に延在する棒状部材である。樹脂部材７は、スリット７５の幅が狭まるように弾性変形する。樹脂部材７は、弾性変形した状態で収容空間Ｓに挿入される。

【0061】

樹脂部材７の外形寸法は、チャック前の状態において、音響整合部材２の側部２３の内径寸法よりも大きくなるように形成されている。樹脂部材７がチャックされることにより、樹脂部材７の外形寸法が側部２３の内径寸法よりも小さくなる。これにより、チャック装置は、樹脂部材７を収容空間Ｓにスムーズに挿入することができる。チャック部９は、樹脂部材７を収容空間Ｓに挿入した後、軸方向に移動し、樹脂部材７から離間する。チャック部９が取り外されると、樹脂部材７は、スリット７５の幅が広がるように弾性変形し、チャック前の形状に戻ろうとする。その結果、樹脂部材７は、音響整合部材２の側部２３と弾性的に当接する。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

以上の工程Ｓ１～工程Ｓ６によって、圧電デバイス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。

【0065】

次に、本実施形態に係る圧電デバイス１の作用効果について説明する。

【0066】

圧電デバイス１では、樹脂部材７にリード線５１の先端５１ａが収容されている凹部７３が設けられている。このため、リード線５１と導電部材６とを接続する際に、リード線５１の先端５１ａが樹脂部材７と干渉することにより、リード線５１の位置がすれることが抑制される。よって、接続不良を抑制することができる。

【0067】

導電部材６は、主面４０ｂに沿う方向における導電部材６の動きを制限する係合部６８を含んでいる。このため、導電部材６が樹脂部材７により安定して保持される。

【0068】

導電部材６は、主面４０ｂに交差する方向における導電部材６の動きを制限する係合部６８及び板部６５を含んでいる。このため、導電部材６が樹脂部材７により安定して保持される。

【0069】

樹脂部材７は、主面４０ｂに沿う方向に弾性を有し、音響整合部材２の内面２３ａに弾性的に当接した状態で収容空間Ｓに配置されている。このように接着剤を用いないので、樹脂部材７を音響整合部材２に対して着脱自在に配置することができる。

【0070】

音響整合部材２は、金属からなる。このため、音響整合部材２が樹脂からなる場合に比べて、音響整合部材２の成形が容易となり、音響整合部材２の寸法精度を向上させることができる。よって、音響整合部材２の特性のばらつきが生じ難い。

【0071】

導電部材６は、音響整合部材２から離間して配置されている。このため、金属からなる音響整合部材２との間で電気的短絡が発生することを抑制できる。

【0072】

リード線５１は、凹部７３に収容されている第一部分５３と、保持部６７に保持されている第二部分５４と、第一部分５３と第二部分５４とを接続している第三部分５５と、を含んでいる。第一部分５３の長さＬ１は、第三部分５５の長さＬ３未満、かつ、凹部７３の深さＬ２の１／２未満である。このため、凹部７３に樹脂が充填され易い。

【0073】

保持部６７では、リード線５１の先端５１ａ側に配置されたピン部分６７ａの長さＬ４は、もう一方のピン部分６７ｂの長さＬ５よりも短い。このため、リード線５１を確実に保持することができる。

【0074】

ピン部分６７ａの幅Ｌ６及びピン部分６７ｂの幅Ｌ７は、ぞれぞれリード線５１の芯線部分５１ｃの太さＬ８よりも長い。このため、リード線５１を確実に保持することができる。

【0075】

ピン部分６７ｂは、被覆部分５１ｂを保持し、ピン部分６７ａは、芯線部分５１ｃのみを保持している。このため、ピン部分６７ｂがリード線５１を確実に保持する。ピン部分６７ａがリード線５１との電気的接続を確実に行いつつ、リード線５１のずれを確実に抑制する。

【0076】

圧電デバイス１において、リード線５１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。リード線５１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、リード線５１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。リード線５１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、リード線５１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、この圧電デバイス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からのリード線５１の剥落が抑制され得る。

【0077】

リード線５１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、リード線５１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、圧電デバイス１が超音波を発する場合には圧電デバイス１から発せられる超音波の波形が変わり、圧電デバイス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、圧電デバイス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。

【0078】

圧電デバイス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。このため、リード線５１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、圧電デバイス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。

【0079】

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、リード線５１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。このため、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、圧電デバイス１の製品間における圧電素子４の電極４１，４２と導電部材６との接続状態のばらつきがさらに抑制される。

【0080】

第一部分６３は、リード線５１を把持する保持部６７を含んでいる。このため、ハンダ付けなしでリード線５１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。

【0081】

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。このため、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。

【0082】

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。

【0083】

音響整合部材２は、金属以外の材料からなってもよい。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てもよい。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てもよい。音響整合部材２では、たとえば、底部２２及び側部２３が異なる材料からなってもよい。この場合、たとえば、底部２２が金属以外の材料からなり、側部２３が金属からなってもよい。

【0084】

たとえば、本実施形態では、圧電素子４が接着層を介して第一主面２２ａ上に配置されているが、底部２２が絶縁性材料からなる場合、圧電素子４が第一主面２２ａ上に配置されていてもよい。

【0085】

本実施形態では、圧電デバイス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、圧電デバイス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、一方のリード線５１が導電部材６に物理的に接続され、他方のリード線５１が圧電素子４の電極に物理的に接続されてもよい。

【0086】

本実施形態では、導電部材６における保持部６７によって、リード線５１の芯線部分５１ｃ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の芯線部分５１ｃ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。

【符号の説明】

【0087】

１…圧電デバイス、２…音響整合部材（ケース）、４…圧電素子、６…導電部材、７…樹脂部材（保持部材）、２３ａ…内面、４０…圧電素体、４０ｂ…主面、４１，４２…電極、５１…リード線、５１ａ…先端、５１ｂ…被覆部分、５１ｃ…芯線部分、５３…第一部分、５４…第二部分、５５…第三部分、６３…第一部分、６４…第二部分、６７…保持部、６７ａ，６７ｂ…ピン部分、６８…係合部、７３…凹部、Ｓ…収容空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】