JP2018101924A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波振動子に関し、特に、ケース外部に接続ピンが導出された超音波振動子に関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer, and more particularly to an ultrasonic transducer in which a connection pin is led out of a case.
超音波を送信して、その反射波を受信する超音波振動子が様々な用途で利用されている。例えば、医療分野における被検体の検査や、自動車を駐車場に駐車する際の障害物の検出等に超音波振動子が利用されている。 Ultrasonic transducers that transmit ultrasonic waves and receive the reflected waves are used in various applications. For example, ultrasonic transducers are used for examination of a subject in the medical field and detection of an obstacle when a car is parked in a parking lot.
この超音波振動子は、外部の回路基板との間で信号の入出力を行っている。回路基板との接続には、超音波振動子から導出されたリード線を回路基板に接続する構成(例えば、特許文献1参照)や、超音波振動子の接続ピンを回路基板に直接接続する構成(例えば、特許文献2参照)等が知られている。 This ultrasonic transducer inputs and outputs signals with an external circuit board. For connection to the circuit board, a configuration in which the lead wire derived from the ultrasonic transducer is connected to the circuit substrate (for example, see Patent Document 1), or a configuration in which the connection pin of the ultrasonic transducer is directly connected to the circuit board. (For example, see Patent Document 2) and the like are known.
特許文献1に記載の構成では、超音波振動子と回路基板との間にリード線が必要であり、超音波振動子と回路基板との間にリード線が介在することから小型化を図ることが困難である。また、特許文献2に記載の構成では、リード線が不要であり、小型化を図ることが可能である。 In the configuration described in Patent Document 1, a lead wire is required between the ultrasonic vibrator and the circuit board, and the lead wire is interposed between the ultrasonic vibrator and the circuit board, so that downsizing is achieved. Is difficult. Further, the configuration described in Patent Document 2 does not require a lead wire and can be downsized.
しかし、一般的に超音波振動子をケース等で基板上に固定するが、この際、超音波振動子と回路基板との位置関係に、製造誤差や組立誤差等により位置ずれが生じた場合、この位置ずれ状態において超音波振動子の接続ピンと回路基板とを接続すると、接続部分に応力が作用し、接続ピンと回路基板との接続不良が発生する可能性がある。また、超音波振動子の振動や、外部からの振動(衝撃を含む)によって、超音波振動子の接続ピンと回路基板と間に応力が作用することもある。 However, in general, the ultrasonic transducer is fixed on the substrate with a case or the like. At this time, if a positional deviation occurs due to a manufacturing error or an assembly error in the positional relationship between the ultrasonic transducer and the circuit board, When the connection pin of the ultrasonic transducer and the circuit board are connected in this misalignment state, stress is applied to the connection portion, and connection failure between the connection pin and the circuit board may occur. Further, stress may act between the connection pins of the ultrasonic vibrator and the circuit board due to vibration of the ultrasonic vibrator or external vibration (including impact).
なお、特許文献1に記載の構成であれば、超音波振動子と回路基板との位置関係に製造誤差や組立誤差等による位置ずれが発生しても、超音波振動子のリード線により位置ずれによる応力は吸収されるが、上述したように小型化を図ることは困難である。 With the configuration described in Patent Document 1, even if a positional shift due to a manufacturing error or an assembly error occurs in the positional relationship between the ultrasonic transducer and the circuit board, the positional shift is caused by the lead wire of the ultrasonic transducer. Although the stress due to is absorbed, it is difficult to reduce the size as described above.
そこで、本発明では、超音波振動子の小型化と、超音波振動子の接続部分への応力集中の抑制とを両立する超音波振動子を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer that achieves both miniaturization of the ultrasonic transducer and suppression of stress concentration on the connection portion of the ultrasonic transducer.
本発明の超音波振動子は、筒状のケースと、前記ケースの内部の一端側に配置された圧電素子と、前記ケースの内部の他端側に配置され、前記圧電素子と電気的に接続された基板と、前記基板に固定されて、一端が前記ケースの外部に導出された接続ピンと、前記ケースの内部に充填された樹脂とを備えた超音波振動子であって、前記基板が、前記ケースに対して非接触状態で前記樹脂により保持されていることを特徴とする。 The ultrasonic transducer according to the present invention includes a cylindrical case, a piezoelectric element disposed at one end inside the case, and the other end within the case, and is electrically connected to the piezoelectric element. An ultrasonic vibrator comprising a substrate, a connection pin fixed to the substrate and having one end led out of the case, and a resin filled in the case, wherein the substrate comprises: The resin is held by the resin in a non-contact state with respect to the case.
また、前記樹脂は、前記圧電素子の周囲に充填される第1の樹脂と、前記基板の周囲に充填される第2の樹脂とを有し、前記第1の樹脂の弾性率は前記第2の樹脂の弾性率よりも小さい。 The resin includes a first resin filled around the piezoelectric element and a second resin filled around the substrate, and the elastic modulus of the first resin is the second resin. Smaller than the elastic modulus of the resin.
また、前記基板は、弾性部材を介して前記ケースに保持されている。さらに、前記弾性部材は、環状のシリコーンゴムである。 The substrate is held by the case via an elastic member. Further, the elastic member is an annular silicone rubber.
本発明によれば、超音波振動子の小型化と、超音波振動子の接続部分への応力集中の抑制とを両立することができる。その結果、小型化により超音波振動子の適用範囲を拡げることができ、また、超音波振動子の接続ピンと回路基板との接続不良の発生を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to achieve both miniaturization of an ultrasonic transducer and suppression of stress concentration on a connection portion of the ultrasonic transducer. As a result, the application range of the ultrasonic vibrator can be expanded by downsizing, and the occurrence of poor connection between the connection pins of the ultrasonic vibrator and the circuit board can be suppressed.
第1の実施形態について図1を参照して説明する。図1に示すように、超音波振動子10は、PBT樹脂(ポリブチレンテレフタレート樹脂)からなる円筒形状のケース11と、ケース11の一端に固定された整合層12と、ケース11の内部において、整合層12と対向して配置された圧電素子13と、圧電素子13に隣接して配置されたバッキング材14と、ケース11の内部において、ケース11の他端側に配置されたピンヘッダー15と、ケース11の内部に充填されたシリコーン樹脂16とを備えている。
A first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the
圧電素子13の両面には、図示しない電極が形成されている。これら電極は、リード線17a,17bによりピンヘッダー15に接続されている。ピンヘッダー15は、リード線17a,17bが接続される基板15aと、この基板15aに接続される複数の接続ピン15bと、接続ピン15bを基板15aに固定する固定樹脂15cとを備えている。
Electrodes (not shown) are formed on both surfaces of the
接続ピン15bは、ケース11の外部に導出する長さを有しており、超音波振動子10が取り付けられる回路基板KBに、例えば、はんだ付け等により固定される。また、回路基板KBは回路基板固定部FPaに固定されている。
The
ケース11の内部には、圧電素子13、バッキング材14、ピンヘッダー15が配置された後に、シリコーン樹脂16が充填される。シリコーン樹脂16には硬化後も弾性を有するものを使用する。すなわち、シリコーン樹脂16の硬化後もピンヘッダー15がシリコーン樹脂16において動くことが可能な弾性を有するものを使用する。また、シリコーン樹脂16の充填時には、冶具等を用いてピンヘッダー15をケース11の内周面から離間させた位置に保持して、ケース11の内部にシリコーン樹脂16を充填する。そして、シリコーン樹脂16の硬化後に、超音波振動子10を回路基板KBに取り付ける。
The
超音波振動子10を回路基板KBに取り付けたときに、ピンヘッダー15の接続ピン15bと回路基板KBとの位置関係に製造誤差や組立誤差等により位置ずれが生じた場合や、外部から、超音波振動子10を固定している超音波振動子固定部FPbを介して超音波振動子10に振動が加わって位置ずれが生じた場合、あるいは、超音波振動子10が振動して位置ずれが生じた場合でも、ピンヘッダー15がケース11の内部で動くことができるので、それら位置ずれを吸収することができ、接続部分への応力集中が抑制される。
When the
このため、接続ピン15bと回路基板KBとの接続不良の発生を抑制することができる。また、超音波振動子10は、回路基板KBに直接取り付けられるので、超音波振動子10と回路基板KBとの間のリード線を不要にすることができ、部品点数を削減して小型化を図ることができる。
For this reason, it is possible to suppress the occurrence of connection failure between the
なお、圧電素子13とピンヘッダー15との間のリード線17a,17bの長さは、ピンヘッダー15が動いても、このリード線17a,17bに張力が作用しないように、余裕を持った長さとすることが好ましい。
The lengths of the
次に、第2の実施形態について図2を参照して説明する。以下に説明する各実施形態において、第1の実施形態において説明した構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図2に示すように、超音波振動子20では、ケース11に充填するシリコーン樹脂に、第1のシリコーン樹脂18と第2のシリコーン樹脂19との2種類のシリコーン樹脂を使用している。
As shown in FIG. 2, in the
ケース11の内部において、圧電素子13及びバッキング材14の周囲には、第1のシリコーン樹脂18が充填されている。また、ケース11の内部において、ピンヘッダー15の基板15aの周囲には、第2のシリコーン樹脂19が充填されている。
Inside the
第1のシリコーン樹脂18の弾性率は、第2のシリコーン樹脂19の弾性率よりも小さい。すなわち、第1のシリコーン樹脂18及び第2のシリコーン樹脂19の充填後、圧電素子13及びバッキング材14の周囲の第1のシリコーン樹脂18の方が、ピンヘッダー15の基板15aの周囲の第2のシリコーン樹脂19よりも柔らかくなっている。
The elastic modulus of the
このように、圧電素子13及びバッキング材14の周囲の第1のシリコーン樹脂18と、ピンヘッダー15の基板15aの周囲の第2のシリコーン樹脂19とを異なる弾性率とすることによって、ケース11の内部において、圧電素子13やピンヘッダー15の基板15aに対して最適な保持を行うことができる。
As described above, the first silicone resin 18 around the
すなわち、外部から、超音波振動子10を固定している超音波振動子固定部FPbを介して超音波振動子10に振動が作用した場合、第1のシリコーン樹脂18によって、圧電素子13及びバッキング材14への振動の伝達が抑制される。圧電素子13はそれ自身が振動するため、外部からの振動伝達の抑制により、超音波振動子20の動作精度の向上に繋がる。
That is, when vibration is applied to the
なお、第2のシリコーン樹脂19は、基板15aと回路基板KBとの位置ずれを吸収できればよく、また、基板15aがケース11の内部において所定位置に保持されるだけの弾性率があれば良い。
The
次に、第3の実施形態について図3を参照して説明する。図3に示すように、超音波振動子30のケース31の内周面には段部32が形成されている。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a
ケース31は、圧電素子13及びバッキング材14を収容する第1の収容部31aと、ピンヘッダー15を収容する第2の収容部31bとを有している。第1の収容部31aの内径R1は、第2の収容部31bの内径R2より小さく設定されている。すなわち、第1の収容部31aと第2の収容部31bとの境において段部32が形成されている。この段部32には、シリコーンゴムからなるOリング33が載置されている。Oリング33の弾性率としては、ケース31の内部に充填するシリコーン樹脂16よりも低いものを選択することが好ましい。なお、Oリング33の材質をシリコーン樹脂16と同様のものとしてもよい。
The
Oリング33の上には、ピンヘッダー15の基板15aが載置されている。この状態で、ケース31の内部にシリコーン樹脂16が充填される。すなわち、第3の実施形態では、ピンヘッダー15が、Oリング33を介してケース31の段部32に載置されている。
On the O-
このように、ピンヘッダー15を、Oリング33を介してケース31の段部32に載置することによって、ピンヘッダー15の接続ピン15bと回路基板KBとの位置関係に製造誤差や組立誤差等により位置ずれが生じた場合や、外部から、超音波振動子10を固定している超音波振動子固定部FPbを介して超音波振動子10に振動が加わって位置ずれが生じた場合、あるいは、超音波振動子10が振動して位置ずれが生じた場合でも、ピンヘッダー15がOリング33を押し潰すことによりケース31の内部で動くことができるので、それらの位置ずれを吸収することができ、接続ピン15bへの応力集中が抑制される。その結果、接続ピン15bと回路基板KBとの接続不良の発生を抑制することができる。
In this manner, by placing the
また、ピンヘッダー15をOリング33に載置することでピンヘッダー15の位置決めを行うことができ、シリコーン樹脂16の充填時に冶具を不要とすることができる。
Further, the
10,20,30 超音波振動子、11,31 ケース、12 整合層、13 圧電素子、14 バッキング材、15 ピンヘッダー、15a 基板、15b 接続ピン、15c 固定樹脂、16 シリコーン樹脂、17a,17b リード線、18 第1のシリコーン樹脂、19 第2のシリコーン樹脂、31a 第1の収容部、31b 第2の収容部、32 段部、33 Oリング、KB 回路基板、FPa 回路基板固定部、FPb 超音波振動子固定部。
10, 20, 30 Ultrasonic vibrator, 11, 31 case, 12 matching layer, 13 piezoelectric element, 14 backing material, 15 pin header, 15a substrate, 15b connection pin, 15c fixing resin, 16 silicone resin, 17a, 17b lead Wire, 18 1st silicone resin, 19 2nd silicone resin, 31a 1st accommodation part, 31b 2nd accommodation part, 32 steps, 33 O-ring, KB circuit board, FPa circuit board fixing part, more than FPb Sound wave oscillator fixing part.
Claims (4)
前記基板が、前記ケースに対して非接触状態で前記樹脂により保持されていることを特徴とする超音波振動子。 A cylindrical case, a piezoelectric element disposed on one end side inside the case, a substrate disposed on the other end side inside the case and electrically connected to the piezoelectric element, and fixed to the substrate An ultrasonic transducer comprising a connection pin with one end led out of the case and a resin filled in the case;
The ultrasonic vibrator, wherein the substrate is held by the resin in a non-contact state with respect to the case.
前記樹脂は、前記圧電素子の周囲に充填される第1の樹脂と、前記基板の周囲に充填される第2の樹脂とを有し、
前記第1の樹脂の弾性率は、前記第2の樹脂の弾性率よりも小さいことを特徴とする超音波振動子。 The ultrasonic transducer according to claim 1,
The resin has a first resin filled around the piezoelectric element and a second resin filled around the substrate,
The ultrasonic vibrator according to claim 1, wherein an elastic modulus of the first resin is smaller than an elastic modulus of the second resin.
前記基板は、弾性部材を介して前記ケースに保持されていることを特徴とする超音波振動子。 The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the substrate is held by the case via an elastic member.
前記弾性部材は、環状のシリコーンゴムであることを特徴とする超音波振動子。
The ultrasonic transducer according to claim 3,
The ultrasonic vibrator is characterized in that the elastic member is an annular silicone rubber.
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