(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】2024-10-29
(45)【発行日】2024-11-07
(54)【発明の名称】超音波トランスデューサ
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20241030BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00 330J
H04R17/00 330G
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021037274
(22)【出願日】2021-03-09
(65)【公開番号】P2022137676
(43)【公開日】2022-09-22
【審査請求日】2023-10-24
(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】太田 佳生
(72)【発明者】
【氏名】住吉 三樹夫
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 菜々
(72)【発明者】
【氏名】本間 光尚
(72)【発明者】
【氏名】井尻 博之
【審査官】大野 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－０５８２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４５３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１２２１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１０４５２１（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】
底壁及び側壁を有するケースと、前記ケース内において前記底壁上に配置されている圧電素子と、
前記圧電素子と電気的に接続されている配線部材と、
前記圧電素子上に配置されている発泡部材と、
前記圧電素子と前記発泡部材との間に配置されている制振材と、を備え、
前記発泡部材は、前記圧電素子の厚さ方向で前記圧電素子と対向していると共に、複数の窪みが形成された底面と、前記側壁と対向している側面と、を有し、
前記制振材は、前記圧電素子と前記底面とを接合している第一部分と、前記側壁と前記側面との間に配置された第二部分と、を含んでいる、
超音波トランスデューサ。
【請求項2】
前記制振材の厚さは、前記圧電素子の厚さの０．５倍以上１．５倍以下である、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項3】
前記制振材は、前記底面から前記発泡部材の内部に滲み込んでいる、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項4】
前記底壁は、前記圧電素子が配置されている配置領域と、前記配置領域を囲む周辺領域とを有し、前記周辺領域と前記底面との間には、空洞が形成されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項5】
前記底壁は、前記圧電素子が配置されている配置領域と、前記配置領域を囲む周辺領域とを有し、前記制振材は、前記周辺領域と前記底面との間に充填された第三部分を含んでいる、
請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項6】
前記第二部分は、前記第三部分と接続されている、請求項５に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項7】
前記配線部材は、フレキシブル基板である、請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項8】
前記制振材は、樹脂で構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項9】
前記発泡部材は、連続気泡を含んでいる、請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項10】
前記配線部材は、前記圧電素子の厚さ方向の両側において前記制振材に覆われている、請求項１～９のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項11】
前記ケース内において、前記発泡部材の前記底面と対向している上面上に配置された充填材を更に備える、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【0002】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－２６０２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超音波トランスデューサには、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。
【0005】
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トランスデューサ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】
【0006】
本発明の一つの形態に係る超音波トランスデューサは、底壁を有するケースと、ケース内において底壁上に配置されている圧電素子と、圧電素子と電気的に接続されている配線部材と、圧電素子上に配置されている発泡部材と、圧電素子と発泡部材との間に配置されている制振材と、を備え、発泡部材は、圧電素子の厚さ方向で圧電素子と対向していると共に、複数の窪みが形成された底面を有し、制振材は、圧電素子と底面とを接合してる。
【0007】
上記一つの態様では、制振材が発泡部材の底面と圧電素子とを接合しているので、圧電素子の振動を制振材により抑制することができる。発泡部材の底面には複数の窪みが形成されいるので、制振材を複数の窪みに入り込ませることができる。これにより、制振材を底面の形状に追従させ、発泡部材と圧電素子とを強く接合することができる。この結果、超音波成分の残響をより一層低減することができる。
【0008】
上記一つの態様では、制振材の厚さは、圧電素子の厚さの０．５倍以上１．５倍以下であってもよい。この場合、超音波成分の残響が更に低減される。
【0009】
上記一つの態様では、制振材は、底面から発泡部材の内部に滲み込んでいてもよい。この場合、超音波成分の残響が確実に低減される。
【0010】
上記一つの態様では、底壁は、圧電素子が配置されている配置領域と、配置領域を囲む周辺領域とを有し、周辺領域と底面との間には、空洞が形成されていてもよい。この場合、圧電素子の振動が拘束され難い。よって、送受信感度が増大する。
【0011】
上記一つの態様では、底壁は、圧電素子が配置されている配置領域と、配置領域を囲む周辺領域とを有し、制振材は、周辺領域と底面との間に充填された第一部分を含んでいてもよい。この場合、第一部分によって超音波成分の残響が更に低減される。
【0012】
上記一つの態様では、ケースは、側壁を有し、発泡部材は、側壁と対向している側面を有し、制振材は、第一部分と接続され、側壁と側面との間に配置された第二部分を含んでいてもよい。この場合、第二部分により側壁を伝わる振動も抑制されるので、超音波成分の残響が更に低減される。
【0013】
上記一つの態様では、配線部材は、フレキシブル基板であってもよい。この場合、配線部材が薄いので、制振材の厚さを適切な範囲に設定し易い。
【0014】
上記一つの態様では、制振材は、樹脂で構成されていてもよい。この場合、超音波成分の残響が確実に低減される。
【0015】
上記一つの態様では、発泡部材は、連続気泡を含んでいてもよい。この場合、制振材が発泡部材の内部まで滲み込み易い。
【0016】
上記一つの態様では、配線部材は、圧電素子の厚さ方向の両側において制振材に覆われていてもよい。この場合、超音波成分の残響が更に低減される。
【発明の効果】
【0017】
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トランスデューサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施形態に係る超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。
【図3】ケース、保持部材、及び、一対のピン端子を示す概略平面図である。
【図4】圧電素子、配線部材、発泡部材、保持部材、及び、一対のピン端子を示す概略斜視図である。
【図5】配線部材が取り付けられた圧電素子を示す概略斜視図である。
【図9】制振材の厚さと残響時間との関係を示すグラフである。
【図10】変形例に係る超音波トランスデューサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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、同一要素また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。
【0020】
【0021】
超音波トランスデューサ１は、外部から入力された電気信号に応じて発振し、超音波信号を出力することができる。また、超音波トランスデューサ１は、外部から超音波信号を受信すると、その信号を電気信号として外部に送信することができる。
【0022】
超音波トランスデューサ１は、図２に示すように、超音波を送受信できる構成を有し、具体的には、ケース１０、圧電素子２０、配線部材３０、発泡部材４０、保持部材５０、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂ、充填材７０、及び、制振材８０を備える。
【0023】
ケース１０は、略円筒状の筒部１４（側壁）と、筒部１４の下端開口を塞ぐ底壁部１２（底壁）とを含んで構成されたカップ状部材である。ケース１０は、たとえば金属（一例としてアルミニウム合金）で構成されている。
【0024】
筒部１４の内部には収容空間が画成されており、筒部１４の延在方向に対して直交する断面における収容空間の形状は略楕円状（または角丸長方形状）である。すなわち、収容空間は一方向（図３における上下方向）に延びた断面形状を有する。図３に示すように、筒部１４には、上側開口の縁に、３つの窪み部１５Ａ～１５Ｃが設けられている。３つの窪み部１５Ａ～１５Ｃは、上部開口を挟むように配置された、２つの窪み部１５Ａ、１５Ｂと１つの窪み部１５Ｃとで構成されている。３つの窪み部１５Ａ～１５Ｃは、同じ深さを有するように設計されている。
【0025】
底壁部１２は、略円板状の形状を有している。底壁部１２は、振動領域Ｖを含んでいる。振動領域Ｖは、筒部１４の下側開口を塞ぐ略楕円形板状の領域である。振動領域Ｖの厚さは均一となっている。振動領域Ｖは、図７に示すように、圧電素子２０が配置されている配置領域Ｖ１と、配置領域Ｖ１の周辺領域Ｖ２と、を有している。配置領域Ｖ１は、圧電素子２０の厚さ方向Ｄから見て、圧電素子２０の全体と重なる領域である。厚さ方向Ｄから見て、配置領域Ｖ１の外縁は圧電素子２０の外縁と一致している。周辺領域Ｖ２は、厚さ方向Ｄから見て、圧電素子２０及び配置領域Ｖ１を囲む環状の領域である。
【0026】
圧電素子２０は、ケース１０内に収容されている。圧電素子２０は、ケース１０内において、底壁部１２の底面１１上に配置されている。圧電素子２０は、配置領域Ｖ１に配置されている。圧電素子２０は、図２に示すように、矩形板状の外形を有する。圧電素子２０の厚さは、たとえば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
【0027】
圧電素子２０は、図５に示すように、圧電体層２１と一対の外部電極２２、２３とを備えて構成されている。外部電極２２は、圧電体層２１の上面において、振動領域Ｖの長軸方向に関する両端部以外の全域を覆っている。外部電極２３は、圧電体層２１の下面の全域を覆う下面部分と、外部電極２２から離間して圧電体層２１の上面の一端部を覆う上面部分と、下面部分と上面部分とを接続するように圧電体層２１の一側面を覆う側面部分と、を含んでいる。外部電極２２と外部電極２３の上面部分とは、圧電体層２１の上面において振動領域Ｖの長軸方向で互いに離間している。
【0028】
圧電体層２１は、一層の圧電材料層を含む単層構造であってもよく、複数の圧電材料層と内部電極層とが交互に積層された多層構造であってもよい。圧電材料層は、たとえばＰＺＴ等の圧電セラミックス材料で構成することができる。圧電素子２０は、たとえば、エポキシ系樹脂等の接着材を介してケース１０の底壁部１２に接着されている。圧電素子２０は、ケース１０の底壁部１２に直接接合されていてもよい。
【0029】
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、圧電素子２０と共にケース１０内に収容されている。配線部材３０は、図５に示すように、シート状又は帯状を呈しており、一方の端部３０ａが圧電素子２０上に重ねられるようにして配置されている。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）等のフレキシブル基板である。すなわち、配線部材３０は、たとえば、ポリイミド樹脂等の樹脂からなる樹脂シートと、樹脂シートに設けられた複数の配線とを含んで構成されている。
【0030】
配線部材３０の厚さは、たとえば、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。配線部材３０は、複数の配線により、圧電素子２０の各外部電極２２、２３と後述するピン端子６０Ａ、６０Ｂとを電気的に接続する。配線部材３０の複数の配線のうち、配線３２は外部電極２２及びピン端子６０Ａに接続されており、配線３３は外部電極２３及びピン端子６０Ｂに接続されている。
【0031】
発泡部材４０は、圧電素子２０上に配置されている。発泡部材４０は、ケース１０内に収容されている。発泡部材４０は、厚さ方向Ｄから見て、圧電素子２０の全体と重なるように設けられている。発泡部材４０は、その表面として底面４２、上面４３及び側面４４を有している。底面４２及び上面４３は、厚さ方向Ｄで互いに対向している。底面４２及び上面４３は、たとえば、略楕円形状を有している。底面４２は、厚さ方向Ｄで底壁部１２及び圧電素子２０と対向している。側面４４は、厚さ方向Ｄと交差する方向で筒部１４と対向している。発泡部材４０と圧電素子２０との間には、配線部材３０の端部３０ａ及び制振材８０が介在している。
【0032】
発泡部材４０は、たとえば、図７及び図８に示すように、気泡構造体からなる。発泡部材４０は、気泡により振動を吸収する吸音体である。本実施形態では、発泡部材４０は、独立気泡４６及び連続気泡４７を含む半独立半連続気泡構造体からなる。連続気泡４７は、気泡同士が連続してなる。連続気泡４７では、気泡同士が互いに接続されて、三次元的に連続している。連続気泡４７は、図７及び図８に示す断面において連続しているだけでなく、当該断面に交差する方向にも連続している。発泡部材４０は、たとえば、シリコンスポンジである。発泡部材４０は、熱可塑性樹脂を主体とする発泡体であってもよい。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。
【0033】
発泡部材４０の表面（底面４２、上面４３及び側面４４）には、気泡に起因する複数の窪み４８が形成されている。窪み４８は、発泡部材４０の表面に露出した気泡により形成されている。発泡部材４０の表面は、窪み４８からなる凹部と、窪み４８が設けられていない部分からなる凸部とが交互に連続する凹凸形状を呈している。
【0034】
発泡部材４０の気泡は、発泡部材４０が圧縮されることにより、圧縮方向に対して扁平である形状を有していてもよい。この場合、気泡の平均アスペクト比は、たとえば、１．２以上２．５以下であってもよい。平均アスペクト比は、たとえば、独立気泡４６の圧縮方向における最大長さＬａと、圧縮方向に直交する方向における最大長さＬｂとの比率（Ｌｂ／Ｌａ）の平均値である。圧縮方向は、厚さ方向Ｄであってもよいし、厚さ方向Ｄと直交する方向であってもよい。
【0035】
平均アスペクト比は、たとえば、以下のようにして求められる。まず、圧縮されている発泡部材４０の断面写真が取得される。断面写真は、発泡部材４０を圧縮方向に沿う平面で切断したときの断面を撮影した写真である。取得した断面写真は、ソフトウェアにより画像処理される。この画像処理により、気泡の境界が判別される。断面写真に含まれる全ての独立気泡４６（断面写真において独立気泡４６に見える気泡）について、最大長さＬａ及び最大長さＬｂが求められ、比率（Ｌｂ／Ｌａ）の平均値が平均アスペクト比として算出される。
【0036】
配線部材３０は、図６及び図７に示すように、発泡部材４０の表面に沿って這い回されている。具体的には、配線部材３０は、発泡部材４０の底面４２側から側面４４側を通って上面４３側まで引き出されている。そのため、配線部材３０の一方の端部３０ａは発泡部材４０の底面４２側に位置し、他方の端部３０ｂは発泡部材４０の上面４３側に位置している。
【0037】
配線部材３０の端部３０ｂには、一対のピン端子（導電性端子）６０Ａ、６０Ｂが接続されている。一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂは、図示しない外部基板と電気的に接続されており、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂを介して外部基板と超音波トランスデューサ１との間で信号の送受信が行われる。一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂはいずれも、厚さ方向Ｄに沿って延在している。各ピン端子６０Ａ、６０Ｂの下端部６０ａは、発泡部材４０の上側において起立された配線部材３０の端部３０ｂと電気的に接続されている。より詳しくは、一方のピン端子６０Ａの下端部６０ａが配線部材３０に設けられた配線３２に接続されており、他方のピン端子６０Ｂの下端部６０ａが配線３３に接続されている。ピン端子６０Ａ、６０Ｂの下端部６０ａと、配線部材３０の配線３２、３３とは、たとえば、はんだ接合されている。
【0038】
保持部材５０は、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂをケース１０に対して保持している。保持部材５０は、発泡部材４０の上側に位置しており、ケース１０の底壁部１２から離間している。保持部材５０は、本体部５２と、３本の脚部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃとを備えて構成されている。保持部材５０は、たとえば樹脂（一例として、ＰＢＴ樹脂）によって構成されている。保持部材５０は、ＰＢＴ樹脂に限らず、ＰＰＳ樹脂やＡＢＳ樹脂等であってもよく、ガラス繊維を含有していてもよい。
【0039】
本体部５２は、厚さ方向Ｄに沿って延在する部分であり、直方体状の外形形状を呈する。本体部５２は、ケース１０の上部開口付近に位置している。本体部５２には、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂが取り付けられている。具体的には、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂは本体部５２を貫き、下端部６０ａが本体部５２から露出している。一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂは、互いに平行な姿勢で振動領域Ｖの長軸方向に並んでおり、所定距離だけ離間された状態で、本体部５２に取り付けられている。
【0040】
３本の脚部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃはいずれも、本体部５２と一体的に設けられており、圧電素子２０の厚さ方向Ｄに対して直交する方向に本体部５２から延びている。３本の脚部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃのうち、２本の脚部５４Ａ、５４Ｂは、振動領域Ｖの短軸方向に沿って延びる長尺状を呈し、互いに平行である。各脚部５４Ａ、５４Ｂの端部５４ａは、ケース１０の窪み部１５Ａ、１５Ｂに入り込んで、ケース１０の筒部１４により下方から支持されている。脚部５４Ｃも、脚部５４Ａ、５４Ｂと同様に振動領域Ｖの短軸方向に沿って延びているが、脚部５４Ｃは、本体部５２に関して、脚部５４Ａ、５４Ｂとは反対側に延びている。脚部５４Ｃは、脚部５４Ａ、５４Ｂより短く設計されており、ケース１０の窪み部１５Ｃに全体的に入り込んで、ケース１０の筒部１４により下方から支持されている。
【0041】
図３に示すように、ケース１０の窪み部１５Ｃ及び保持部材５０の脚部５４Ｃは、振動領域Ｖの長軸方向に関する略中間に位置しており、脚部５４Ａ、５４Ｂとは振動領域Ｖの長軸方向に関して略等距離だけずれて配置されている。そのため、ケース１０によって脚部５４Ａ～５４Ｃが支持される３点（すなわち、窪み部１５Ａ～１５Ｃが設けられた３箇所）の位置関係は、脚部５４Ｃが支持される点を頂点とする二等辺三角形の位置関係となっている。
【0042】
保持部材５０のケース１０への取り付けは、保持部材５０の各脚部５４Ａ～５４Ｃを窪み部１５Ａ～１５Ｃ内に圧入することにより行われる。窪み部１５Ａ～１５Ｃを、同じ深さになるように設計することで、脚部５４Ａ～５４Ｃの高さ位置（たとえば底面１１を基準にした高さ位置）が互いに同じになり、保持部材５０の姿勢が安定する。保持部材５０がケース１０に取り付けられた状態で、ピン端子６０Ａ、６０Ｂは厚さ方向Ｄに延在している。
【0043】
保持部材５０をケース１０に取り付ける前に、保持部材５０にピン端子６０Ａ、６０Ｂを取り付けることができる。ピン端子６０Ａ、６０Ｂの保持部材５０への取り付けは、たとえばインサート成形によって行われる。
【0044】
充填材７０は、保持部材５０がケース１０へ取り付けられた後にケース１０の収容空間に充填される。充填材７０により収容空間内の隙間が埋められている。図１に示すように、保持部材５０の本体部５２の一部はケース１０の上部開口よりも上側に位置しており充填材７０から露出する。充填材７０は、たとえば、樹脂で構成されている。充填材７０は、たとえば、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）シリコーンゴム、ウレタンフォーム、又は、エポキシ樹脂で構成されている。
【0045】
制振材８０は、圧電素子２０と発泡部材４０との間に配置されている。制振材８０は、圧電素子２０と発泡部材４０の底面４２とを接合している。制振材８０は、たとえば、樹脂で構成されている。制振材８０は、たとえば、ＲＴＶシリコーンゴム、ウレタンフォーム、又は、ゴム（ＮＢＲ等）で構成されている。制振材８０は、たとえば、充填材７０と同じ材料で構成されている。制振材８０は、図７に示すように、圧電素子２０と底面４２との間に充填された部分８１と、周辺領域Ｖ２と底面４２との間に充填された部分８２（第一部分）と、筒部１４と側面４４との間に配置された部分８３（第二部分）と、を含んでいる。
【0046】
部分８１は、配線部材３０の端部３０ａと圧電素子２０との間にも配置されている。配線部材３０では、配線３２、３３が圧電素子２０との接合部を構成している。部分８１は、配線部材３０の端部３０ａにおける接合部以外の部分と、圧電素子２０との間にも回り込んでいる。これにより、配線部材３０の端部３０ａでは、接合部以外の部分が厚さ方向Ｄの両側において制振材８０に覆われている。
【0047】
部分８１～８３は、互いに一体的に形成されている。具体的には、部分８１と部分８２とが互いに直接接続されている。部分８２と部分８３とが互いに直接接続されている。部分８１の厚さ（平均厚さ）は、例えば、圧電素子２０の厚さ（平均厚さ）と同等である。部分８１の厚さは、圧電素子２０の上面と、発泡部材４０の底面４２を含む仮想面との間の厚さ方向Ｄにおける長さである。底面４２は、窪み４８が設けられていない部分、すなわち、凹凸形状の凸部に相当する部分である。部分８１の厚さは、例えば、圧電素子２０の厚さの０．５倍以上１．５倍以下である。部分８１の厚さは、たとえば、断面写真から求められる。
【0048】
制振材８０は、圧電素子２０が配置領域Ｖ１に配置された後に圧電素子２０上に塗布される。制振材８０は、発泡部材４０の底面４２により押圧され、押し広げられることにより、部分８１～８３が一体的に形成される。樹脂の塗布量及び押圧力は、制振材８０の所望の厚さ及び形状に応じて適宜設定される。本実施形態では、筒部１４と側面４４との間には、底面４２側から制振材８０（部分８３）が入り込んでいると共に、上面４３側から充填材７０が入り込んでいる。本実施形態では、制振材８０（部分８３）と充填材７０とが互いに接続されているが、互いに離間していてもよい。
【0049】
充填材７０及び制振材８０は、図７及び図８に示すように、発泡部材４０の内部に滲み込んでいる。充填材７０及び制振材８０は、発泡部材４０の表面の凹凸形状に追従した形状を有している。充填材７０は、上面４３から発泡部材４０の内部に滲み込んでいる。充填材７０は、上面４３の窪み４８内に入り込んでいる。充填材７０は、窪み４８の全体に隙間なく充填されていてもよいし、窪み４８に部分的に充填されていてもよい。制振材８０は、底面４２から発泡部材４０の内部に滲み込んでいる。制振材８０は、底面４２の窪み４８内に入り込んでいる。制振材８０は、窪み４８の全体に隙間なく充填されていてもよいし、窪み４８に部分的に充填されていてもよい。
【0050】
圧電素子２０は、ピン端子６０Ａ、６０Ｂから入力された信号に応じて振動する。圧電素子２０が振動した際、板厚方向に超音波周期の機械的振動が生じると共に、板厚方向及び板厚方向に直交する方向に超音波振動が生じる。圧電素子２０の超音波振動に伴い、ケース１０の底壁部１２の振動領域Ｖも超音波振動して、底壁部１２側からケース外部に超音波が出力される。
【0051】
以下、超音波トランスデューサ１の製造方法の一例について説明する。
【0052】
圧電素子２０に配線部材３０を取り付ける。配線部材３０は、たとえば、はんだ接合により圧電素子２０に取り付けられる。続いて、ケース１０の形状に応じて配線部材３０を折り曲げる。続いて、ケース１０の底面１１の配置領域Ｖ１に接着剤を塗布する。接着剤は、たとえば、熱硬化性樹脂である。続いて、配線部材３０付きの圧電素子２０を配置領域Ｖ１に配置し、接着剤をなじませる。続いて、加熱により接着剤を硬化させ、圧電素子２０を配置領域Ｖ１に固定する。
【0053】
続いて、圧電素子２０上に制振材８０となる樹脂を塗布する。続いて、圧電素子２０上に発泡部材４０を配置し、発泡部材４０を圧電素子２０に向けて加圧する。制振材８０となる樹脂は、発泡部材４０の底面４２により押し広げられながら、底面４２の凹凸形状に追従するように底面４２の窪み４８内に入り込む。このとき、配線部材３０の端部３０ａ以外の部分をケース１０の筒部１４の内面に沿わせた状態としておく。続いて、たとえば、インサート成形により保持部材５０に一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂを取り付ける。続いて、発泡部材４０の上面４３上において、一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂの下端部６０ａを、たとえば、はんだ接合により配線部材３０の配線３２、３３に接続する。
【0054】
続いて、保持部材５０をケース１０に取り付ける。具体的には、保持部材５０の脚部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃをケース１０の窪み部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに圧入する。これにより、保持部材５０と共に一対のピン端子６０Ａ、６０Ｂがケース１０に取り付けられる。続いて、充填材７０となる樹脂をケース１０に充填した後、室温で所定時間以上放置する。これにより、樹脂が硬化し、充填材７０及び制振材８０となる。以上により、超音波トランスデューサ１が得られる。
【0055】
以下、実施形態に係る超音波トランスデューサ１の効果について説明する。
【0056】
超音波トランスデューサ１では、制振材８０が発泡部材４０の底面４２と圧電素子２０とを接合しているので、圧電素子２０の振動を制振材８０により抑制することができる。圧電素子２０の振動は、発泡部材４０により吸収されることで、更に抑制される。底面４２には複数の窪み４８が形成されているので、制振材８０を複数の窪み４８に入り込ませることができる。これにより、制振材８０を底面４２の形状に追従させ、発泡部材４０と圧電素子２０とを強く接合することができる。この結果、超音波成分の残響をより一層低減することができる。なお、制振材８０を発泡部材４０と接合させない場合、超音波成分の残響が低減されないことが本発明者らの実験により確認された。
【0057】
制振材８０の部分８１の厚さは、圧電素子２０の厚さの０．５倍以上１．５倍以下である。これにより、超音波成分の残響が更に低減される。図９に示すように、制振材８０の部分８１の厚さが０．３ｍｍ付近で最も残響時間が短くなることが本発明者らの実験により確認された。この実験で用いられた圧電素子２０の厚さは、０．２ｍｍである。
【0058】
制振材８０は、底面４２から発泡部材４０の内部に滲み込んでいる。つまり、制振材８０が底面４２の複数の窪み４８に入り込んでいる。これにより、超音波成分の残響が確実に低減される。
【0059】
底壁部１２は、圧電素子２０が配置されている配置領域Ｖ１と、配置領域Ｖ１を囲む周辺領域Ｖ２とを有する。制振材８０は、周辺領域Ｖ２と底面４２との間に充填された部分８２を含んでいる。部分８２によれば、超音波成分の残響が更に低減される。
【0060】
制振材８０は、部分８２と接続され、ケース１０の筒部１４と発泡部材４０の側面４４との間に配置された部分８３を含んでいる。部分８３によれば、筒部１４を伝わる圧電素子２０の振動も抑制されるので、超音波成分の残響が更に低減される。
【0061】
配線部材３０は、フレキシブル基板である。配線部材３０の端部３０ａは、圧電素子２０と発泡部材４０との間に介在している。配線部材３０が厚い場合、圧電素子２０と発泡部材４０との間の距離が大きくなるので、この距離にあわせて、制振材８０の厚さを厚くする必要がある。よって、制振材８０の厚さを、超音波成分の残響を抑制する上で適切な範囲に設定し難い。本実施形態では、配線部材３０が薄いので、制振材８０の厚さを適切な範囲に設定し易い。
【0062】
制振材８０は、樹脂で構成されている。このため、超音波成分の残響が確実に低減される。
【0063】
発泡部材４０は、連続気泡を含んでいる。このため、制振材８０が発泡部材４０のより内部まで滲み込み易い。
【0064】
配線部材３０は、圧電素子２０の厚さ方向Ｄの両側において制振材８０に覆われている。これにより、超音波成分の残響が更に低減される。
【0065】
超音波トランスデューサ１では、ピン端子６０Ａ、６０Ｂを保持する保持部材５０がケース１０によって直接的に保持されている。保持部材５０によれば、ケース１０に対するピン端子６０Ａ、６０Ｂの相対位置ズレを抑制することができる。特に、保持部材５０は、ケース１０の窪み部１５Ａ～１５Ｃに圧入されているため、保持部材５０はケース１０に対して強固に固定されている。そのため、保持部材５０はケース１０に対して相対位置ズレし難い。その結果、ケース１０に対するピン端子６０Ａ、６０Ｂの相対位置ズレがより効果的に抑制されている。なお、保持部材５０は、圧入以外に、接着によってケース１０に保持されてもよい。
【0066】
以上、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。たとえば、配線部材３０は、フレキシブル基板に限らず、リードフレーム又はリード線であってもよい。また、圧電素子２０は、矩形板状に限らず、たとえば円形板状や楕円形板状であってもよい。
【0067】
上述した実施形態では、保持部材５０が３点でケース１０に支持された態様を示し、３点支持によれば、ケース１０に対するピン端子６０Ａ、６０Ｂの相対位置ズレが効果的に抑制される。ただし、保持部材５０は、１点、２点または４点以上でケース１０に支持された態様であってもよい。また、超音波トランスデューサ１は、保持部材５０を備えなくてもよい。
【0068】
図１０に示すように、変形例に係る超音波トランスデューサ１Ａでは、周辺領域Ｖ２と底面４２との間に空洞Ｃが形成されている。また、制振材８０が部分８１を含み、部分８２，８３を含まない。制振材８０のこのような形状は、制振材８０となる樹脂の塗布量及び押圧力を適宜設定することにより実現される。超音波トランスデューサ１Ａにおいても、発泡部材４０の底面４２と圧電素子２０とが制振材８０により接合されているので、超音波成分の残響をより一層低減することができる。超音波トランスデューサ１Ａでは、圧電素子２０の周りに空洞Ｃが形成されているので、圧電素子２０の振動が制振材８０により拘束され難い。これにより、送受信感度が増大する。
【符号の説明】
【0069】
１…超音波トランスデューサ、１０…ケース、１２…底壁部（底壁）、１４…筒部（側壁）、２０…圧電素子、３０…配線部材、４０…発泡部材、４２…底面、４４…側面、４６…独立気泡、４７…連続気泡、４８…窪み、５０…保持部材、６０Ａ、６０Ｂ…ピン端子、８０…制振材、８２…部分（第一部分）、８３…部分（第二部分）、Ｃ…空洞、Ｄ…厚さ方向、Ｖ１…配置領域、Ｖ２…周辺領域。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】