超聲波換能器的制造方法
【專利摘要】實現(xiàn)一種超聲波換能器，其具有適于在高頻帶使用的結(jié)構(gòu)，耐久性能高且聲波特性不易受到因各部件間的接合強度、接觸壓力、物性偏差所帶來的影響。超聲波換能器（1A）具備樹脂殼體（3）和振動器（11）。樹脂殼體（3）具有開口部（3A）。振動器（11）具備匹配層（11A）和壓電元件層（11B）。壓電元件層（11B）構(gòu)成為以單體進行厚度振動，且厚度方向的與主面交叉的側(cè)面與開口部（3A）的內(nèi)壁面對置地相接。匹配層（11A）在壓電元件層（11B）的厚度方向上層疊，且在壓電元件層（11B）的厚度方向上從開口部（3A）露出，厚度方向的與主面交叉的側(cè)面相對于開口部（3A）的內(nèi)壁面分隔開。
【專利說明】超聲波換能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及層疊了壓電元件層和匹配層的結(jié)構(gòu)的超聲波換能器。尤其是，涉及壓電元件層在壓電元件層和匹配層的層疊方向上進行厚度振動的超聲波換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波換能器為了聲波的發(fā)送或者接受而構(gòu)成為具備壓電元件層。在超聲波換能器中，為了減少壓電元件層與外部(外部氣體)的界面處的聲波的反射，有時會在壓電元件層與外部之間，設(shè)有用于取得聲阻抗匹配的匹配層(例如參照專利文獻I。)。
[0003]圖8 (A)是說明第I現(xiàn)有技術(shù)例所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。超聲波換能器111具備:壓電元件層112、匹配層113、輸入輸出端子114、和吸音部件115。壓電元件層112構(gòu)成為平板狀。匹配層113具有嵌入壓電元件層112的開口。壓電元件層112與匹配層113的開口的內(nèi)底面接合，且整體被保持在匹配層113的開口內(nèi)。吸音部件115在匹配層113的開口內(nèi)按照覆蓋壓電元件層112的方式進行填充。輸入輸出端子114貫通吸音部件115而與壓電元件層112的電極連接。
[0004]在將這種構(gòu)成的超聲波換能器安裝于安裝基板時，因匹配層的底面與安裝基板接觸，故有可能導(dǎo)致聲波特性不穩(wěn)定化。此外，由于匹配層的整體露出在外部，因此耐候性、耐沖擊性等的耐久性能差，故也有時會發(fā)生匹配層的破損等而使得聲波特性劣化。因而，一般設(shè)置殼體并在此殼體內(nèi)收容匹配層和壓電元件層來構(gòu)成超聲波換能器。
[0005]圖8 (B)是說明第2現(xiàn)有技術(shù)例所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。超聲波換能器121具備:壓電元件層122、匹配層123、輸入輸出端子124、吸音部件125、支承部件126、和殼體127。壓電元件層122構(gòu)成為平板狀。匹配層123具有嵌入壓電元件層122的開口。壓電元件層122與匹配層123的開口的內(nèi)底面接合。吸音部件125配置在壓電元件層122的背面?zhèn)取ＶС胁考?26是圍繞在吸音部件125周圍的筒狀的部件，且與匹配層123的底面接合。殼體127是包圍在支承部件126周圍的筒狀的部件。支承部件126按照匹配層123的一部分從殼體127突出的方式被殼體127保持。殼體127與匹配層123的側(cè)面相接，以提高匹配層123的耐久性能。
[0006]這種構(gòu)成的超聲波換能器構(gòu)成為壓電元件層122在平面方向上進行面積振動。在發(fā)送聲波的情況下，由于匹配層123的側(cè)面受殼體127約束，因此壓電元件層122的面積振動被轉(zhuǎn)換成壓電元件層122和匹配層123的彎曲振動，而從匹配層123的表面發(fā)送聲波。
[0007]在先技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻I JP特開平4 - 336799公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011 ] 在使壓電元件層的面積振動轉(zhuǎn)換成壓電元件層和匹配層的彎曲振動的現(xiàn)有構(gòu)成的超聲波換能器中，因各部的接合強度、接觸壓力、物性偏差、位置偏差而產(chǎn)生聲波特性(聲壓或者靈敏度)的偏差。
[0012]此外，超聲波換能器也被用作在印刷機等中檢測紙張的多重供給的多重供給探測用傳感器。由于在多重供給探測用傳感器中利用在較薄的紙張?zhí)幍穆暡ǖ奈栈蚍瓷洌虼溯^之于其他用途的傳感器而需要利用更高頻帶的聲波。為了利用更高頻帶的聲波，需要使超聲波換能器小型化，但是如果使現(xiàn)有技術(shù)例所涉及的超聲波換能器直接小型化，則振動面中心的振動面積顯著變小，因此無法避免聲波特性下降。此外，在諧振頻率附近的頻率下會發(fā)生不必要的振動，諧振頻率因材料偏差等而發(fā)生偏差的情況下，因不必要的振動的影響會導(dǎo)致聲波特性劣化。
[0013]因而，本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)具有適于在高頻帶使用的結(jié)構(gòu)的耐久性能高且聲波特性不易受到因各部件間的接合強度、接觸壓力、材料偏差等所帶來的影響的、超聲波換能器。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的超聲波換能器具備殼體部和振動器。殼體部具有開口部。振動器具備匹配層和壓電元件層。壓電元件層構(gòu)成為進行厚度振動，且厚度方向的與主面交叉的側(cè)面與開口部的內(nèi)壁面對置地相接。匹配層在壓電元件層的厚度方向上層疊，且在壓電元件層的厚度方向上，該匹配層的一部分從開口部露出，且厚度方向的與主面交叉的側(cè)面相對于開口部的內(nèi)壁面分隔開。
[0016]在該構(gòu)成中，由于壓電元件層進行厚度振動，因此匹配層的整個表面在厚度方向上幾乎一致地位移(振動)。因此，在匹配層的表面不會發(fā)生振動的節(jié)點，能夠增大振動面積。由此，即便使超聲波換能器的整體尺寸小型化，也不易產(chǎn)生因厚度振動所引起的聲波的聲壓、靈敏度的下降。此外，由于壓電元件層與殼體部的內(nèi)壁面對置地配置，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高的耐久性能。此外，雖然振動器在壓電元件層被殼體部的內(nèi)壁面支承，但是因壓電元件層的側(cè)面方向受到約束給聲波特性造成的影響，比匹配層受到約束的構(gòu)成小，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定化的聲波特性。
[0017]在上述的超聲波換能器中，優(yōu)選匹配層的側(cè)面與開口部的內(nèi)壁面對置。由此，壓電元件層的整體和匹配層的側(cè)面的一部分配置在殼體部的開口部內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的耐久性倉泛。
[0018]在上述的超聲波換能器中，優(yōu)選壓電元件層的與開口部的內(nèi)壁面的接觸位置是成為振動的節(jié)點的位置。由此，能夠可靠地防止壓電元件層的厚度振動被殼體部阻礙，能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的聲波特性。
[0019]在上述的超聲波換能器中，優(yōu)選匹配層的側(cè)面相對于厚度方向而具有錐形，匹配層和壓電元件層的界面部分的邊緣與開口部的內(nèi)壁面點接觸。由此，在對匹配層進行鑄模成形的情況下，匹配層的脫模變得容易。此外，能夠更高精度地完成匹配層的水平方向的定位。
[0020]在上述的超聲波換能器中，優(yōu)選匹配層的側(cè)面與壓電元件層的側(cè)面相平齊。由此，以一體的狀態(tài)制造多個振動器，并通過切塊分割等方式進行分割，從而可以一次性制造多個振動器，可以削減制造工序數(shù)。
[0021]發(fā)明的效果[0022]根據(jù)本發(fā)明，由于壓電元件層進行厚度振動，因此在匹配層的表面不會發(fā)生振動的節(jié)點，能夠增大振動面積，即便使超聲波換能器的整體尺寸小型化，也不易產(chǎn)生因厚度振動所引起的聲波的聲壓、靈敏度的下降。此外，由于壓電元件層與殼體部的內(nèi)壁面對置地配置，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高的耐久性能。此外，雖然振動器在壓電元件層被殼體部的內(nèi)壁面支承，但是因壓電元件層的側(cè)面方向受到約束給聲波特性造成的影響比匹配層受到約束的構(gòu)成小，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定化的聲波特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是說明本發(fā)明的第I實施方式所涉及的超聲波換能器、振動器、以及多重供給探測用傳感器的構(gòu)成例的圖。
[0024]圖2是說明本發(fā)明的第I實施方式所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。
[0025]圖3是說明因振動器和樹脂殼體的接觸位置所帶來的音響特性的影響的圖。
[0026]圖4是說明因振動器和樹脂殼體的接觸位置所帶來的音響特性的影響的圖。
[0027]圖5是說明本發(fā)明的第2實施方式所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。
[0028]圖6是說明本發(fā)明的第3實施方式所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。
[0029]圖7是說明本發(fā)明的第4實施方式所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的圖。
[0030]圖8是表示現(xiàn)有技術(shù)例所涉及的超聲波換能器的構(gòu)成例的截面圖。
【具體實施方式】
[0031]《第I實施方式》
[0032]以下，基于圖1，對本發(fā)明的第I實施方式所涉及的超聲波換能器、振動器、以及多重供給探測用傳感器的構(gòu)成進行說明。
[0033]圖1 (A)是本發(fā)明的第I實施方式所涉及的利用了超聲波換能器1A、1B的多重供給探測用傳感器101的概念圖。
[0034]多重供給探測用傳感器101具備:送波用的超聲波換能器1A、和受波用的超聲波換能器1B。此外，具備:與超聲波換能器IA連接的振蕩器102、與超聲波換能器IB連接的示波器104、以及連接在超聲波換能器IB與示波器104之間的放大器103。超聲波換能器IA和超聲波換能器IB在印刷機等中的紙張搬送路徑109的兩側(cè)彼此對置地配置。振蕩器102使得用于驅(qū)動超聲波換能器IA的頻率脈沖信號進行振蕩。超聲波換能器IA接受該頻率脈沖信號，并對紙張搬送路徑109發(fā)送IOOkHz以上的超聲波脈沖。IOOkHz以上的超聲波脈沖適于針對各式各樣的厚度、種類的紙張的多重供給狀態(tài)的檢測。在紙張搬送路徑109上，超聲波脈沖透過所搬送的紙張而到達超聲波換能器1B。此時，如果紙張為多重供給狀態(tài)，則聲波的衰減顯著變大。超聲波換能器IB接受超聲波脈沖并輸出檢測信號。放大器103放大從超聲波換能器IB輸入的檢測信號。不波器104根據(jù)被放大器103放大后的檢測信號來進行判定，即，如果聲波的衰減顯著變大，則判定出在紙張搬送路徑109上紙張被多重供給，否則，判定出在紙張搬送路徑109上紙張被單頁進紙。
[0035]圖1 (B)是本實施方式所涉及的超聲波換能器IA的側(cè)面圖。圖1 (B)中的紙面內(nèi)的上方向為發(fā)送超聲波的方向，為超聲波換能器IA的正面方向。
[0036]另外，超聲波換能器IB是與超聲波換能器IA幾乎相同的構(gòu)成，在此省略詳細說明。超聲波換能器IB與超聲波換能器IA不同之處在于，振動器11中的壓電體層和電極層的層疊數(shù)、以及整體尺寸。
[0037]超聲波換能器IA具備:金屬蓋罩2、樹脂殼體3、振動器11、和金屬端子5、6。金屬蓋罩2由具有導(dǎo)電性的金屬材料構(gòu)成，是正面以及背面開口的筒狀。金屬蓋罩2保持樹脂殼體3，作為電磁屏蔽部發(fā)揮功能。樹脂殼體3通過塑料樹脂的注塑成型而形成，是正面?zhèn)乳_口的有底筒狀。樹脂殼體3按照振動器11的端部從開口向正面?zhèn)韧怀龅姆绞奖３终駝悠?1。樹脂殼體3相當于本實施方式中的殼體部。金屬端子5、6的背面?zhèn)鹊亩瞬繌臉渲瑲んw3的背面突出，向振動器11施加驅(qū)動電壓。
[0038]圖1 (C)是本實施方式所涉及的振動器11的立體圖。另外，圖1 (C)中的紙面內(nèi)的上方向是收發(fā)超聲波的方向，是振動器11的正面方向。振動器11具備匹配層IlA和壓電元件層11B。匹配層IlA是正面以及背面為正方形的柱狀。壓電元件層IlB也同樣是正面以及背面為正方形的柱狀。壓電元件層IlB的正面以及背面中的縱橫尺寸稍大于匹配層IlA的正面以及背面中的縱橫尺寸。另外，如果振動器11的正面以及背面的形狀為正方形或者圓形，則能夠提高振動效率，并且能夠防止不必要振動的發(fā)生，故優(yōu)選。其中，為了控制聲波的指向性，也可以是長方形或橢圓形。
[0039]匹配層IlA由對可以實現(xiàn)灌封和熱固化進行接合的環(huán)氧樹脂混合了玻璃球的低比重材料構(gòu)成，位于振動器11的正面?zhèn)龋菫榱巳〉脡弘娫覫lB和外部(外部氣體)的聲阻抗的匹配而設(shè)置的。
[0040]壓電元件層IlB位于振動器11的背面?zhèn)龋哉嬉槐趁骈g的方向為層疊方向，層疊多個電極層IlBl和多個壓電體層11B2而構(gòu)成。壓電體層11B2由機電耦合系數(shù)和壓電d常數(shù)大、且機械品質(zhì)因數(shù)小的鋯鈦酸鉛系陶瓷構(gòu)成。振動器11構(gòu)成為與層疊方向平行的2側(cè)面(圖1 (B)中的位于紙面內(nèi)的左右方向上的右側(cè)面以及左側(cè)面)成為電極連接部，由未圖示的側(cè)面電極和絕緣膜來選擇性連接第偶數(shù)個或者第奇數(shù)個電極層IlBl彼此，并且與金屬端子5或者金屬端子6連接。
[0041]以下，對超聲波換能器IA的詳細構(gòu)成進行說明。圖2是超聲波換能器IA的截面圖。圖2 (A)是通過圖2 (B)所示的單點劃線B— B’的位置處的截面圖。圖2 (B)是通過圖2 (A)中所示的單點劃線A— A’的位置處的截面圖。
[0042]金屬蓋罩2具備筒狀部位2A和舌狀部位2B。筒狀部位2A是無底筒狀的部位，正面以及背面的外部形狀以及內(nèi)部形狀是正方形。舌狀部位2B是從筒狀部位2A的背面?zhèn)妊刂趁娣较蜓由煸O(shè)置的細長的舌狀的部位，被用作接地端子。
[0043]樹脂殼體3是有底筒狀，以與金屬蓋罩2的內(nèi)部尺寸大致相等的外部尺寸來形成，在背面附近的外側(cè)面設(shè)有使外部尺寸部分增大形成的臺階部3D。臺階部3D因接觸金屬蓋罩2的筒狀部位2A而卡止樹脂殼體3。此外，在臺階部3D的一部分形成有舌狀部位2B所通過的溝槽。
[0044]此外，樹脂殼體3在正面設(shè)有矩形的開口部3A。開口部3A內(nèi)插振動器11。此外，樹脂殼體3在背面設(shè)有長方形的孔3B?？?B與開口部3A的內(nèi)底面連通，內(nèi)插金屬端子5、6的背面?zhèn)榷瞬俊４送?，在開口部3A的內(nèi)部形成有從孔3B沿著內(nèi)底面以及內(nèi)壁面延伸設(shè)置的溝槽3C。溝槽3C卡止金屬端子5、6。開口部3A從正面到內(nèi)底面為止的距離(開口部3A的深度)被設(shè)定得淺于振動器11的厚度尺寸。由此，振動器11的端部從開口部3A突出、SP匹配層IlA從開口部3A部分地突出。
[0045]金屬端子5、6是由具有導(dǎo)電性的金屬材料構(gòu)成的大致棒狀的部件，在中央附件兩次彎曲以設(shè)置臺階部分。較之于金屬端子5、6的臺階部分，正面?zhèn)鹊亩瞬恳约芭_階部分被嵌合到樹脂殼體3的溝槽3C內(nèi)，且被設(shè)置在開口部3A的內(nèi)部。較之于金屬端子5、6的臺階部分，背面?zhèn)鹊亩瞬繌目?B向背面?zhèn)韧怀龅卦O(shè)置。金屬端子5、6的正面?zhèn)鹊亩瞬吭跇渲瑲んw3的開口部3A內(nèi)被夾持在振動器11的側(cè)面與樹脂殼體3的內(nèi)壁面之間，在此位置處形成有彎曲成向振動器11側(cè)突出的“ < ”字狀的部位。因該部位發(fā)生彈性變形，故金屬端子
5、6構(gòu)成為始終與振動器11接觸。另外，金屬端子5、6也可使用導(dǎo)電性粘接劑等而將“ < ”字狀的部位等粘接在振動器11的側(cè)面。此外，也可使用絕緣性粘接劑等將振動器11粘接在樹脂殼體3的內(nèi)底面。
[0046]振動器11從壓電兀件層IlB側(cè)向開口部3A內(nèi)插，匹配層IlA側(cè)從開口部3A向正面突出。開口部3A按照除了溝槽3C的形成區(qū)域之外的內(nèi)壁面與壓電元件層IlB的外壁面彈性接觸的方式設(shè)定其尺寸。另一方面，如前所述，因為匹配層IlA的縱橫尺寸小于壓電元件層IlB的縱橫尺寸，所以側(cè)面與開口部3A的內(nèi)壁面相分離(分隔開)。因而，振動器11在壓電元件層IlB的外側(cè)面被樹脂殼體3支承。
[0047]在具備匹配層和壓電元件層的振動器中，如果匹配層的熱膨脹系數(shù)和構(gòu)成壓電元件層的壓電體層的熱膨脹系數(shù)較大程度不同，則有時會在匹配層與壓電元件層之間發(fā)生剝離。尤其是，在匹配層的縱橫尺寸和壓電元件層的縱橫尺寸相同的情況下，熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)集中在匹配層與壓電元件層之間的部分，從而導(dǎo)致易于發(fā)生匹配層與壓電元件層之間的剝離，或者在壓電元件層易于發(fā)生裂紋。在超聲波換能器中，如果發(fā)生匹配層與壓電元件層之間的剝離，則會導(dǎo)致諧振頻率變低、靈敏度變低。為了防止匹配層與壓電元件層之間的剝離，雖然考慮使用彈性粘接劑來接合匹配層和壓電元件層，但是壓電元件層的振動不易在匹配層中傳播，導(dǎo)致靈敏度變低。
[0048]因此，如本實施方式那樣，如果匹配層IlA的縱橫尺寸小于壓電元件層IlB的縱橫尺寸，則施加給壓電元件層IlB的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)分散，從而施加給匹配層IlA與壓電元件層IlB之間的部分的熱應(yīng)力變小，不易發(fā)生匹配層IlA與壓電元件層IlB之間的剝離。因而，在超聲波換能器IA中，不易引起諧振頻率的下降以及靈敏度的下降。
[0049]由以上的各部件、金屬蓋罩2、樹脂殼體3、振動器11、以及金屬端子5、6構(gòu)成了超聲波換能器1A。振動器11構(gòu)成為沿著正面一背面間的方向進行厚度振動。因而，振動器11的整個正面成為振動區(qū)域，即便小型化，也不易發(fā)生諧振頻率的變化、聲壓、靈敏度的下降。因此，作為多重供給探測用傳感器101，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的聲波特性。此外，振動器11中，因為匹配層IlA的一部分和壓電元件層IlB配置在樹脂殼體3的開口部3A的內(nèi)部，所以不易受到來自外部的沖擊等影響，能夠?qū)崿F(xiàn)高的耐久性能。
[0050]此外，因為振動器11在壓電元件層IlB的外側(cè)面被樹脂殼體3的開口部3A的內(nèi)壁面支承，匹配層IlA的外側(cè)面相對于開口部3A的內(nèi)壁面分隔開，所以較之于開口部3A的內(nèi)壁面與匹配層IlA的外側(cè)面相接觸的情況，能夠防止聲波特性的劣化、不穩(wěn)定化。
[0051]圖3以及圖4是基于頻率一阻抗特性而對于因振動器和樹脂殼體的接觸位置所帶來的音響特性的影響進行說明的圖。圖3表示比較例所涉及的超聲波換能器，圖4表示本發(fā)明的實施例所涉及的超聲波換能器。另外，在此，比較例所涉及的超聲波換能器是利用具有在匹配層和壓電元件層平齊的外側(cè)面的振動器、和開口部的內(nèi)壁面以均勻間隔而與振動器的外側(cè)面對置的樹脂殼體，并用粘接劑使匹配層和樹脂殼體接合的構(gòu)成。此外，本發(fā)明的實施例所涉及的超聲波換能器是利用與超聲波換能器IA相同構(gòu)成的振動器和樹脂殼體，并用粘接劑使壓電元件層和樹脂殼體接合的構(gòu)成。
[0052]如圖3所示，在匹配層被固定于樹脂殼體的比較例(接觸時)中，約171kHz、約268kHz、約 302kHz、約 375kHz 成為諧振頻率，約 176kHz、約 295kHz、約 326kHz、約 396kHz 成為反諧振頻率。關(guān)于各諧振頻率下的電阻值(諧振電阻)與各反諧振頻率下的電阻值之差，如果與匹配層和樹脂殼體非接觸的構(gòu)成(非接觸時)相比較，則非接觸時的差大，接觸時的差小。
[0053]另一方面，如圖4所示，在壓電元件層被固定于樹脂殼體的實施例(接觸時)中，約168kHz、約 267kHz、約 303kHz、約 374kHz 成為諧振頻率，約 173kHz、約 293kHz、約 322kHz、約398kHz成為反諧振頻率。關(guān)于各諧振頻率下的電阻值(諧振電阻)與各反諧振頻率下的電阻值之差，如果與壓電元件層和樹脂殼體非接觸的構(gòu)成(非接觸時)相比較，則在約267kHz以上的極值的附近，接觸時的電阻值的差小，在約168kHz和約173kHz的附近，電阻值的差幾乎沒有變化。
[0054]另外，在該超聲波換能器的構(gòu)成中，在圖3的情況下，以約171kHz的諧振頻率進行驅(qū)動、在圖4的情況下以約168kHz的諧振頻率進行驅(qū)動之際，厚度振動以及聲波最大化。
[0055]鑒于上述內(nèi)容，在匹配層固定于樹脂殼體的比較例中，難以實現(xiàn)振動器的原本的聲波特性，會發(fā)生某種程度的劣化，但是在壓電元件層固定于樹脂殼體的實施例中，可以原樣且不發(fā)生劣化地實現(xiàn)振動器的原本的聲波特性。
[0056]另外，在本實施方式中，利用使振動器的外側(cè)面變得非平坦、使開口部的內(nèi)壁面變得平坦的構(gòu)成，說明了本發(fā)明的超聲波換能器，但是本發(fā)明的超聲波換能器即便是其他構(gòu)成也能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0057]《第2實施方式》
[0058]圖5是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的超聲波換能器21的截面圖。圖5 (A)是通過圖5 (B)所示的單點劃線B— B’的位置處的截面圖。圖5 (B)是通過圖5 (A)中所示的單點劃線A — A’的位置處的截面圖。
[0059]本實施方式的超聲波換能器21具備與第I實施方式不同構(gòu)成的振動器31。振動器31具備匹配層31A和壓電元件層31B。匹配層31A是正面以及背面為正方形，正面的縱橫尺寸小于背面的縱橫尺寸，且在側(cè)面帶有錐形的柱狀。匹配層31A的背面中的縱橫尺寸與壓電元件層31B的正面中的縱橫尺寸相等。
[0060]在該構(gòu)成中，因為匹配層3IA和壓電元件層3IB的界面部分的邊緣與開口部3A的內(nèi)壁面點接觸，所以匹配層31A的水平方向的位置以更高的精度被固定，可進一步提高聲波特性。此外，在對匹配層31A的部件進行鑄模成形的情況下，匹配層31A的脫模變得容易。因而，超聲波換能器21的制造也變得更容易。
[0061]《第3實施方式》
[0062]圖6是本發(fā)明的第3實施方式所涉及的超聲波換能器41的截面圖。圖6 (A)是通過圖6 (B)所示的單點劃線B— B’的位置處的截面圖。圖6 (B)是通過圖6 (A)中所示的單點劃線A — A’的位置處的截面圖。[0063]本實施方式的超聲波換能器41具備與第I實施方式不同構(gòu)成的振動器51和樹脂殼體43。振動器51具備匹配層51A和壓電元件層51B。匹配層51A是正面以及背面為正方形，縱橫尺寸與壓電元件層51B的縱橫尺寸相同，匹配層51A的外側(cè)面和壓電元件層51B的外側(cè)面被構(gòu)成為相平齊的構(gòu)成。樹脂殼體43形成有開口部43A、孔43B、溝槽43C和臺階部43D。開口部43A按照正面?zhèn)鹊膬?nèi)徑尺寸大于背面?zhèn)鹊膬?nèi)徑尺寸的方式以帶臺階的形狀構(gòu)成。
[0064]在該構(gòu)成中，即便振動器51中，匹配層51A和壓電元件層51B的外部尺寸相等，因帶臺階的形狀的開口部43A，也會防止開口部43A的內(nèi)壁面與匹配層51A的側(cè)面相接觸。這樣，即便振動器的外側(cè)面平坦，本發(fā)明的超聲波換能器也能構(gòu)成為使開口部的內(nèi)壁面非平坦。
[0065]由于該振動器51整體上為長方體狀，因此可以在制造時一體式構(gòu)成多個振動器51之后再通過切塊分割等方式進行分割，來一次性制造多個振動器51。因此，可以降低振動器51的制造成本。
[0066]《第4實施方式》
[0067]圖7是本發(fā)明的第4實施方式所涉及的超聲波換能器61的截面圖。圖7 (A)是通過圖7 (B)所示的單點劃線B— B’的位置處的截面圖。圖7 (B)是通過圖7 (A)中所示的單點劃線A — A’的位置處的截面圖。
[0068]本實施方式的超聲波換能器61具備與第I實施方式不同構(gòu)成的振動器71和樹脂殼體63。振動器71具備匹配層71A和壓電元件層71B。匹配層71A是正面以及背面為正方形，且縱橫尺寸與壓電元件層71B的縱橫尺寸相同的構(gòu)成。樹脂殼體63形成有開口部63A、孔63B、溝槽63C、和臺階部63D，開口部63A形成有從內(nèi)壁面突出的突起部63E。突起部63E在與開口部63A的內(nèi)底面相距規(guī)定距離的位置處，形成為大致繞著開口部63A旋轉(zhuǎn)。而且，構(gòu)成為只有突起部63E和開口部63A的內(nèi)底面與振動器71相接觸。突起部63E按照在壓電元件層71B的成為厚度振動的節(jié)點的位置處與振動器71接觸的方式設(shè)定其形成位置。
[0069]在該構(gòu)成中，即便振動器71中，匹配層71A和壓電元件層71B的外形尺寸相等，通過使設(shè)于開口部63A的突起部63E與振動器71的壓電元件層71B相接觸，從而也可防止開口部63A的內(nèi)壁面與匹配層7IA的側(cè)面相接觸。因為突起部63E在壓電元件層71B的成為厚度振動的節(jié)點的位置處接觸，所以能夠可靠地防止壓電元件層71B的厚度振動受到阻礙，可以實現(xiàn)更穩(wěn)定的聲波特性。這樣也可構(gòu)成本發(fā)明的超聲波換能器。
[0070]由于該振動器71整體上為長方體狀，因此可以在制造時一體式構(gòu)成多個振動器71之后再通過切塊分割等方式進行分割，來一次性制造多個振動器71。因此，可以降低振動器71的制造成本。此外，關(guān)于突起部，除了與樹脂殼體一體式構(gòu)成之外，還可以與振動器一體式構(gòu)成，此外還可以與樹脂殼體以及振動器非一體式構(gòu)成。
[0071]如在以上的實施方式中所說明過的那樣，能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但是本發(fā)明的超聲波換能器也能夠用于多重供給探測用傳感器之外的其他器件。此外，振動器、超聲波換能器的具體構(gòu)成及材料并不限于上述內(nèi)容，如果壓電元件層至少以匹配層的側(cè)面分隔開的狀態(tài)被殼體部支承，則可以采用其他構(gòu)成及材料。
[0072]符號說明[0073]1A、1B、21、41、61…超聲波換能器
[0074]2…金屬蓋罩
[0075]2A…筒狀部位
[0076]2B…舌狀部位
[0077]3、43、63…樹脂殼體
[0078]3A、43A、63A …開口部
[0079]3B、43B、63B …孔
[0080]3C、43C、630.溝槽
[0081]3D、43D…臺階部
[0082]5、6…金屬端子
[0083]11、31、51、71 …振動器
[0084]11A、31A、51A、71A …匹配層
[0085]11B、31B、51B、71B …壓電元件層
[0086]I IBl…電極層
[0087]11B2…壓電體層
[0088]63E…突起部
[0089]101…多重供給探測用傳感器
[0090]102…振蕩器
[0091]103…放大器
[0092]104…示波器
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波換能器,具備: 殼體部，其具有開口部；和 振動器，其被插入到所述開口部， 所述振動器具備: 壓電元件層，其構(gòu)成為進行厚度振動，且厚度方向的與主面交叉的側(cè)面與所述開口部的內(nèi)壁面對置地相接；和 匹配層，其在所述壓電元件層的厚度方向上層疊，且在所述壓電元件層的所述厚度方向上，該匹配層的一部分從所述開口部露出，且所述厚度方向的與主面交叉的側(cè)面相對于所述開口部的內(nèi)壁面分隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其中， 所述匹配層的側(cè)面與所述開口部的內(nèi)壁面對置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器，其中， 所述壓電元件層的與所述開口部的內(nèi)壁面的接觸位置是成為振動的節(jié)點的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器，其中， 所述匹配層的側(cè)面相對于所述厚度方向而具有錐形， 所述匹配層和所述壓電元件層的界面部分的邊緣與所述開口部的內(nèi)壁面點接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波換能器，其中， 所述匹配層的側(cè)面與所述壓電元件層的側(cè)面相平齊。
【文檔編號】H01L41/083GK103875257SQ201280049791
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月6日
【發(fā)明者】西江純一, 近藤親史, 太田順司 申請人:株式會社村田制作所