JPS6027507Y2 - 超音波振動子と振動板との接着構造体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波洗浄機等に用いられる超音波振動子と振
動板との接着に関する。

超音波洗浄機あるいは魚群探知機等に用いられるフェラ
イト等のセラミック質の超音波振動子を、水又は液体に
接しこれに超音波振動を伝達するための振動板に接着す
るに当っては、従来は、合成樹脂接着剤を用いていた。

第１図は、超音波洗浄機の１例を示し、ここで１は容器
、２は洗浄機、３は容器の底板であって振動板として機
能する。

４は、フェライト磁歪振動子を示し、振動板３に接着剤
層５によって接着されている。

６はマグネット、７はコイル、８は駆動回路をそれぞれ
示す。

第２図は他の型式の超音波洗浄機を示し、ここでは、超
音波振動子４は振動板３と接着剤層４によって接着され
、かつカバー９の中に収容された状態で洗浄液２の中に
浸漬されている。

従来、これらのセラミック質の超音波振動子と振動板と
は合成樹脂接着剤により接着されていたが、長期間の使
用により接着部が劣化腰振動の伝播効率が著しく低下し
あるいは剥離によって振動子が脱落する難点があった。

本考案は、セラミック質超音波振動子と振動板との接着
を、Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだによって行なうこと
により上記難点を解消したものである。

来者考案に用いられる合金はんだは超音波振動子熔融状
態でセラミックに直接接着しうる特異な性能を有し、従
ってセラミック同志あるいはセラミックと金属とを強固
に接着でき、耐久性、耐湿性も優れている。

はんだの組成は、Ｐｂ２〜９８．５％、 Ｓｎｌ〜９７
．５％。

Ｚｎ０．０５〜３０％、Ｓｂ０〜３０％から主としてな
る。

ｐｂが２％より少な（Ｓｎが９７．５％より多いときは
、はんだ付けの際熔融した液状のはんだは半熔融状態す
なわち液体と固溶体結晶との混合した状態の温度範囲が
狭くなり、直接固化する恐れがあってはんだ付けの作業
性を著しく制約する。

他方ｐｂが９８．５％より多く、Ｓｎが１％より少ない
ときには、はんだの融点が高くなるので作業性が低くな
る。

上記範囲中Ｐｂ４Ｑ〜９８％、Ｓｎ１．８〜５０％が特
に好ましい。

Ｚｎはセラミック表面に対する接着力を付与する機能を
有し、０．０５％以上で効果を生ずるが、３０％を越え
るときには偏析が生じやすく不適当である。

Ｚｎの含有量は好ましくは上記範囲中１〜１０％とする
。

ｓｂは必ずしも必要ではないが、０．０５％以上含有さ
せるとはんだの耐水性、耐候性を増大させる。

３０％を越えるときは、偏析が生ずるので不適当である
。

望ましくは１０％以下とする。

以上の成分の外に、はんだの熔融時スケールの発生を防
止するためＮを０．１％以下含有させてもよい。

又、はんだ層表面の曇りを防止するため、Ｓｉ、 Ｔｉ
又はＢｅの少くとも１を、含量で０．５％以下含有させ
てもよい。

更に又、Ｃｕの如く合金の特性に余り影響のない成分を
１〜３％程度含有させても差しつかえない。

上記Ｐｂ −Ｓｎ −Ｚｎ系合金はんだを超音波はんだ
ごてによりセラミック質超音波振動子の接着箇所即ち振
動放射面に溶着し、ついで振動板を合着させて両者を直
接接着できる。

好適な接着のプロセスを以下に説明する。

最初に超音波振動子表面にＰｂ −Ｓｎ −Ｚｎ系合金
はんだを一様に接着する。

この場合、振動子を２５０〜３５０°Ｃに予熱しておく
のが好ましい。

はんだ付けに当っては超音波はんだごてを用い、チップ
先端に２０〜６０ＫＨｚの超音波振動を与え、３５０〜
４５０℃の温度に保った状態で使用する。

接着されたはんだ層の厚みは０．３〜１．５ｍｍとする
。

このはんだ層が０．３７ｒＩＩｒＬより薄い場合は、通
常のＰｂ−３ｎはんだによる後の接着時に両はんだが合
金をつくり、振動子との接着力を弱める。

更に、Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだは、柔軟性がある
ため振動子と振動板との間に生じる応力を緩和する作用
があるが、かかるはんだ層が上記０．３ｍ／ｍより薄い
場合は、振動子と振動板との熱膨張差に基づき振動板に
反りが発生したり、振動子に歪の発生した振動子面は、
供給電力を超音波振動エネルギーに変換する効率が悪く
なるばかりでなく、電力供給によって破損する恐れがあ
り好ましくない。

又このはんだ層が１．５ｍｍより厚の場合、超音波エネ
ルギーが該はんだ層に吸収され振動板へのエネルギー伝
達効率が悪くなり、好ましくない。

次に振動子のはんだ接着層と金属製振動板との間にＰｂ
−３ｎはんだ片、即ち通常の金属はんだ付は用はんだ片
（例えばフラックスペースト入りのリボン状のＰｂ−３
ｎ共晶はんだ片）を挾み、２００〜２８０℃に加熱腰は
んだ片を熔融する。

はんだ片を挾む代りに前記Ｐｂ −Ｓｎ −Ｚｎ系合金
はんだ接着層の表面に予めＰｂ−３ｎはんだをコートし
ておいてもよい。

金属製振動片としてはステンレス鋼板等を用いるが、接
着面に前以ってＮｉ、 Ｐｎ、 Ｃｕ等の金属メッキを
施しあるいは前以ってＰｂ−５ｎ系の通常はんだをコー
トしておくのが適当である。

次に、Ｐｂ−３ｎはんだを熔融した状態で超音波振動子
と金属製振動板とを相互にこすり合わせるように動かし
て接着界面に入り込んだ気泡を除去する。

次いで接着部を常温まで冷却する。常温に達したならば
、接着部に残存するフラックスを有機溶剤で洗浄する。

以上の工程で得られた超音波振動子と金属製振動板の接
着構造体の断面が第３図に示され、ここで３は振動板、
４は振動子、１０はＰｂ−８ｎ−Ｚｎ系はんだ層、１１
はＰｂ−３ｎはんだ層をそれぞれ示す。

実施例 第３図に示す如き形体のフェライト製の超音波振動子の
表面に、ｐｂｇ１％、 Ｓｎ５％、 Ｚｎ３％、 ｓｂ
１％の合金はんだの層を接着した。

振動子を前以って約３００℃に予熱し、先端が約４００
°Ｃに加熱された超音波はんだごてを用い、超音波振動
をはんだに付与しつつ、約０．５ｍｍの厚みではんだ層
を形成した。

次にＰｂ３３％、Ｓｎ６２％の共晶はんだのフラックス
入りリボンをあらかじめＮｉストライクメッキをしたス
テンレス鋼製振動板と振動子との間に挾み、これら全体
を約２５０℃に加熱し、はんだリボンが熔融した後振動
子の方を水平方向に往復動させて、はんだ中の気泡を除
去し次いで接着完了した振動子及び振動板を室温まで放
冷した。

冷却後接着部を有機溶剤で洗浄した。

以上説明した如く、本考案による振動子と振動面の接着
構造体は特定の厚さのＰｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだ層
を介して接着されているので、次のような作用効果を奏
する。

■ Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだは、Ｐｂ−５ｎ共晶
はんだより柔軟性を有するので、接着部に生じる応力が
緩和される。

その結果、振動子及び振動板には歪が生じないので、供
給された電力は効率よく超音波振動に変換され、かつ超
音波振動は効率よく振動板へ伝達される。

＠Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだ層が０．３Ｔｒｒ！Ｉ
Ｌより厚いため、Ｐｂ−３ｎ共晶はんだでの接着時に両
はんだが合金をつくり接着力を弱めることはない。

０Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はんだ層が１．５Ｒ以下であ
るため、超音波振動ははんだ層でほとんど吸収されるこ
とがなく、効率よく振動面へ伝達される。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波洗浄機の１例の断面図。 第２図は他のタイプの超音波洗浄機の断面図。 第３図は本考案に係る超音波振動子と金属製振動板の接
着構造体の断面図。 １・・・・・・容器、２・・・・・・洗浄液、３・・・
・・・振動板、４・・・・・・超音波振動子、５・・・
・・・接着剤層、６・・・・・・マグネット、７・・・
・・・コイル、８・・・・・・駆動回路、９・・・・・
・カバー、ｌ Ｑ −−−−−−Ｐｂ−３ｎ−Ｚｎ系は
んだ層、１１・・・・・・Ｐｂ−３ｎはんだ層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属製振動板とセラミック質超音波振動子とを接着した
   構造体に於て、該振動子面に形成した０、３ｗＩＬ〜１
   ．５ｒＩｒｆＩＬの範囲のＰｂ−３ｎ−Ｚｎ系合金はん
   だ層と該振動板とをＰｂ−３ｎ合金はんだで接着したこ
   とを特徴とする超音波振動子と振動板との接着構造体。