JP2006270157A - Ultrasonic transducer and its manufacturing process - Google Patents

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Hiroichi Sekino
博一 関野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic transducer in which manufacturing process is shortened, and to provide its manufacturing process. <P>SOLUTION: The ultrasonic transducer comprises a first fixed electrode 10A having a plurality of through holes 14, a second fixed electrode 10B having a plurality of through holes 14 and paired with the first fixed electrode 10A, an oscillatory membrane 12 sandwiched by the pair of fixed electrodes 10A and 10B and having a conductive layer 121 being applied with a DC bias voltage, and a member for holding the pair of fixed electrodes 10A and 10B and the oscillatory membrane 12. All or the majority of the plurality of through holes 14 formed in the second fixed electrode 10B are located at positions opposing the plurality of through holes 14 formed in the first fixed electrode 10A through the oscillatory membrane 12, and an AC signal is applied to the pair of fixed electrodes 10A and 10B. Oscillatory membrane sandwiching portion 101 of the pair of fixed electrodes is formed of an insulating material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する静電型の超音波トランスデューサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic ultrasonic transducer that generates a constant high sound pressure over a wide frequency band and a method for manufacturing the same.

従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図8に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図8に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換(超音波の送信と受信)の両方を行う。図8に示すバイモルフ型の超音波トランスデューサは、2枚の圧電セラミック61および62と、コーン63と、ケース64と、リード65および66と、スクリーン67とから構成されている。
Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics.
Here, the configuration of a conventional ultrasonic transducer is shown in FIG. Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics as vibration elements. The ultrasonic transducer shown in FIG. 8 performs both conversion from an electric signal to ultrasonic waves and conversion from ultrasonic waves to electric signals (transmission and reception of ultrasonic waves) using a piezoelectric ceramic as a vibration element. The bimorph ultrasonic transducer shown in FIG. 8 includes two piezoelectric ceramics 61 and 62, a cone 63, a case 64, leads 65 and 66, and a screen 67.

圧電セラミック61および62は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード65とリード66が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。
The piezoelectric ceramics 61 and 62 are bonded to each other, and a lead 65 and a lead 66 are connected to a surface opposite to the bonded surface, respectively.
Since the resonance type ultrasonic transducer uses the resonance phenomenon of the piezoelectric ceramic, the transmission and reception characteristics of the ultrasonic wave are good in a relatively narrow frequency band around the resonance frequency.

上述した図8に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからPull型と呼ばれている。
図9に広帯域発振型超音波トランスデューサ(Pull型)の具体的構成を示す。
Unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 8 described above, an electrostatic ultrasonic transducer is conventionally known as a broadband oscillation ultrasonic transducer capable of generating a high sound pressure over a high frequency band. This electrostatic ultrasonic transducer is called a pull type because it works only in the direction in which the vibrating membrane is attracted to the fixed electrode side.
FIG. 9 shows a specific configuration of a broadband oscillation type ultrasonic transducer (Pull type).

図9に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として3〜10μm程度の厚さのPET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)等の誘電体131(絶縁体)を用いている。誘電体131に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極132がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極133が誘電体131の下面部に接触するように設けられている。この下電極133は、リード152が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板135に固定されている。   The electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 9 uses a dielectric 131 (insulator) such as PET (polyethylene terephthalate resin) having a thickness of about 3 to 10 μm as a vibrating body. An upper electrode 132 formed as a metal foil such as aluminum is integrally formed on the upper surface of the dielectric 131 by a process such as vapor deposition, and a lower electrode 133 formed of brass is formed on the lower surface of the dielectric 131. It is provided so that it may contact a part. The lower electrode 133 is connected to a lead 152 and is fixed to a base plate 135 made of bakelite or the like.

また、上電極132は、リード153が接続されており、このリード153は直流バイアス電源150に接続されている。この直流バイアス電源150により上電極132には50〜150V程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極132が下電極133側に吸着されるようになっている。151は信号源である。   The upper electrode 132 is connected to a lead 153, and the lead 153 is connected to the DC bias power supply 150. The DC bias power supply 150 constantly applies a DC bias voltage for attracting the upper electrode of about 50 to 150 V to the upper electrode 132 so that the upper electrode 132 is attracted to the lower electrode 133 side. Reference numeral 151 denotes a signal source.

誘電体131および上電極132ならびにベース板135は、メタルリング136、137、および138、ならびにメッシュ139とともに、ケース130によってかしめられている。
下電極133の誘電体131側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μm程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極133と誘電体131との間の空隙となるので、上電極132および下電極133間の静電容量の分布が微小に変化する。
The dielectric 131, the upper electrode 132, and the base plate 135 are caulked by the case 130 together with the metal rings 136, 137, and 138 and the mesh 139.
On the surface of the lower electrode 133 on the dielectric 131 side, a plurality of minute grooves of about several tens to several hundreds μm having a non-uniform shape are formed. Since this minute groove becomes a gap between the lower electrode 133 and the dielectric 131, the electrostatic capacity distribution between the upper electrode 132 and the lower electrode 133 changes minutely.

このランダムな微小な溝は、下電極133の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図9に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図10において曲線Q1に示すように広帯域となっている。   These random minute grooves are formed by manually roughing the surface of the lower electrode 133 with a file. In the electrostatic ultrasonic transducer, the frequency characteristics of the ultrasonic transducer shown in FIG. 9 are as shown by a curve Q1 in FIG. 10 by forming innumerable capacitors having different gap sizes and depths. It is broadband.

上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極132に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極12と下電極133との間に矩形波信号(50〜150Vp-p)が印加されるようになっている。因みに、図10に曲線Q1で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数(圧電セラミックの共振周波数)が例えば、40kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±5kHzの周波数において最大音圧に対して−30dBである。これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、40kHzから100kHz付近まで平坦で、100kHzで最大音圧に比して±6dB程度である(特許文献1、2参照)。
特開2000−50387号公報 特開2000−50392号公報
In the ultrasonic transducer having the above configuration, a rectangular wave signal (50 to 150 Vp-p) is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 133 in a state where a DC bias voltage is applied to the upper electrode 132. Yes. Incidentally, as shown by a curve Q1 in FIG. 10, the frequency characteristic of the resonance type ultrasonic transducer has a center frequency (resonance frequency of the piezoelectric ceramic) of, for example, 40 kHz, and ± 5 kHz with respect to the center frequency that is the maximum sound pressure. -30 dB with respect to the maximum sound pressure at a frequency of. On the other hand, the frequency characteristics of the broadband oscillation type ultrasonic transducer having the above configuration are flat from 40 kHz to near 100 kHz, and are about ± 6 dB compared to the maximum sound pressure at 100 kHz (see Patent Documents 1 and 2). .
JP 2000-50387 A JP 2000-50392 A

上述したように、図8に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図9に示す静電方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ(Pull型)として知られている。
しかしながら、音圧の最大値は図10に示すように、共振型の超音波トランスデューサが130dB以上(曲線Q2)であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは120dB以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。
As described above, unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 8, the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 9 can generate a relatively high sound pressure over a wide frequency band. It is known as a broadband ultrasonic transducer (Pull type).
However, as shown in FIG. 10, the maximum value of the sound pressure is lower than 120 dB in the electrostatic ultrasonic transducer, compared to 130 dB or higher (curve Q2) in the resonant ultrasonic transducer, and the sound pressure is low. Sound pressure was slightly insufficient for use as an ultrasonic speaker.

ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号(可聴周波数帯の信号)でAM変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、空気の非線形により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。   Here, the ultrasonic speaker will be described. By applying AM modulation to an ultrasonic frequency band signal called a carrier wave with an audio signal (audible frequency band signal) and driving the ultrasonic transducer with this modulation signal, the ultrasonic wave was modulated with the audio signal of the signal source. The sound wave of the state is radiated into the air, and the original audio signal is self-regenerated in the air due to the nonlinearity of air.

つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波)と可聴波(元オーディオ信号)に波形分離され、我々人間は20kHz以下の可聴音(元オーディオ信号)のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。   In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse parts of air appear prominently in the process of propagation of modulated ultrasonic waves. Since the speed of sound is slow in this part, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic wave) and an audible wave (original audio signal). This is the principle that only listening can be heard, and it is generally called the parametric array effect.

上記のパラメトリック効果が十分現れるためには120dB以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱらPZTなどのセラミック圧電素子やPVDFなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
In order for the above parametric effect to appear sufficiently, an ultrasonic sound pressure of 120 dB or more is required. However, it is difficult to achieve this value with an electrostatic ultrasonic transducer, and ceramic piezoelectric elements such as PZT, PVDF, etc. The polymer piezoelectric element has been used as an ultrasonic transmitter.
However, since the piezoelectric element has a sharp resonance point regardless of the material, and is practically used as an ultrasonic speaker by being driven at the resonance frequency, the frequency region where a high sound pressure can be secured is extremely narrow. That is, it can be said that it is a narrow band.

一般に、人間の最大可聴周波数帯域は20Hz〜20kHzと云われており約20kHzの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で20kHzの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この20kHzという広帯域を忠実に再生(復調)することは困難であることは容易に理解できるであろう。   Generally, the maximum human audible frequency band is said to be 20 Hz to 20 kHz, and has a band of about 20 kHz. That is, in an ultrasonic speaker, it is impossible to faithfully demodulate the original audio signal unless a high sound pressure is ensured over a frequency band of 20 kHz in the ultrasonic region. It can be easily understood that it is difficult to faithfully reproduce (demodulate) this 20 kHz wide band with a conventional resonance type ultrasonic speaker using a piezoelectric element.

実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、(1)帯域が狭く再生音質が悪い、(2)AM変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも0.5程度までしか変調度を上げられない、(3)入力電圧を上げると(ボリュームを上げると)圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、(4)アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。 In fact, in an ultrasonic speaker using a conventional resonance type ultrasonic transducer, (1) the reproduction frequency is narrow with a narrow band, and (2) the demodulated sound is distorted if the AM modulation degree is increased too much, so the maximum is only about 0.5. The degree of modulation cannot be increased. (3) When the input voltage is increased (when the volume is increased), the vibration of the piezoelectric element becomes unstable and the sound is broken. When the voltage is further increased, the piezoelectric element itself is liable to be destroyed, and (4) it is difficult to make an array, enlargement, and miniaturization.

これに対し図9に示した静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。
また、Pull型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜(図10における上電極132に相当する。)の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。
On the other hand, the ultrasonic speaker using the electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) shown in FIG. 9 can substantially solve the problems of the above-mentioned conventional technology, but can cover a wide band, but has sufficient demodulated sound. However, there was a problem that the absolute sound pressure was insufficient for the sound volume to be high.
Further, in the Pull type ultrasonic transducer, the electrostatic force works only in the direction of attracting only to the fixed electrode side, and the symmetry of vibration of the vibrating membrane (corresponding to the upper electrode 132 in FIG. 10) is not maintained. When used for an acoustic speaker, there has been a problem that the vibration of the diaphragm directly generates an audible sound.

これに対して、上記問題を解決するために既に、我々(本発明者ら)は、図1に示す構造(プッシュプル型)の超音波トランスデューサを提案している。
しかしながら、このプッシュプル型超音波トランスデューサの製造方法については未だ検討されていなかった。
On the other hand, in order to solve the above problem, we (the present inventors) have already proposed an ultrasonic transducer having a structure (push-pull type) shown in FIG.
However, the manufacturing method of this push-pull type ultrasonic transducer has not been studied yet.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製造工程の短縮化を図った超音波トランスデューサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the ultrasonic transducer that can shorten the manufacturing process.

上記目的を達成するために本発明の超音波トランスデューサは、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ultrasonic transducer according to the present invention includes a first fixed electrode having a plurality of through holes and a second fixed hole having a plurality of through holes paired with the first fixed electrode. A fixed electrode, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and a member holding the pair of fixed electrodes and the vibration film And the plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane. An ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film sandwiching portion of the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material. .

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode face each other, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer of the vibrating membrane. In this state, since the AC signal as the drive signal is applied to the pair of fixed electrodes including the first and second fixed electrodes, the vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes is in accordance with the polarity of the AC signal. Since the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force are simultaneously received in the same direction in the direction, not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, but also the symmetry of the vibration is ensured. High sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、この振動膜挟持部(例えば、数μm〜数十μm)だけ、絶縁層の厚みが増大されたことになり、振動膜として10μm以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となり、振動膜のフィルム厚みの選択範囲が拡がるという効果が得られる。
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、製造工程で固定電極における振動膜挟持部のエッジが絶縁層に深く食い込むような状態が発生しても、固定電極における振動膜挟持部の厚みだけ絶縁層の厚さが振動膜の絶縁層の厚さに対して上乗せされるため、振動膜の破損により絶縁破壊に至ることは回避されるという効果がある。
Further, since the vibration film sandwiching portion in the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material, the thickness of the insulating layer is increased by this vibration film sandwiching portion (for example, several μm to several tens μm). As a result, even a thin film having a thickness of 10 μm or less can be used as a vibrating membrane at a high voltage without any problem, and the effect of expanding the selection range of the film thickness of the vibrating membrane is obtained.
In addition, since the vibration film sandwiching portion of the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material, a state occurs in which the edge of the vibration film sandwiching portion of the fixed electrode deeply penetrates into the insulating layer in the manufacturing process. However, since the thickness of the insulating layer is added to the thickness of the insulating layer of the vibrating membrane by the thickness of the vibrating membrane sandwiching portion of the fixed electrode, it is avoided that the dielectric breakdown due to the vibrating membrane is broken. effective.

また、固定電極における振動膜挟持部の一部が完全に振動膜の導電層に接触する、あるいは完全に振動膜を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡の発生を完全に防ぐ事ができる。
さらに、従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を構成すると、振動電極膜に作用する静電力を全く変えずに、静電容量のみを低減でき、静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
In addition, even if a part of the diaphragm sandwiching part of the fixed electrode is completely in contact with the conductive layer of the diaphragm, or if the diaphragm is completely penetrated and contacted with the fixed electrode on the opposite side, the conductive parts are in contact with each other. However, it is possible to completely prevent a decrease in insulation strength and a short circuit due to structural distortion of the fixed electrode.
Furthermore, compared to the conventional case where the fixed electrode is entirely made of a conductive material, if the vibration film sandwiching portion is made of a non-conductive material, the electrostatic force acting on the vibration electrode film is not changed at all, and only the capacitance is changed. The energy efficiency can be improved by reducing the capacitance.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記絶縁材料は、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかであることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、固定電極における
振動膜挟持部を形成する絶縁材料として液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを使用するので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として形成することができる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the insulating material is any one of a liquid solder resist, a photosensitive film, a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material.
In the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, any one of a liquid solder resist, a photosensitive film, a photosensitive coating material, a non-conductive coating material, and an electrodeposition material is used as an insulating material for forming the vibration film sandwiching portion of the fixed electrode. Since it uses, the vibration film clamping part in a fixed electrode can be formed as a permanent structure.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。   The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention includes a first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed, and a second fixed in which a plurality of through holes that are paired with the first fixed electrodes are formed. An electrode, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and a member for holding the pair of fixed electrodes and the vibration film The plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. And

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等(主に強アルカリ溶剤)が不要となり、環境面でも改善できる。
In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.
Further, in the method of manufacturing the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. Since the process after metal electroforming can be made unnecessary, the manufacturing process can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
Further, a solvent or the like (mainly a strong alkali solvent) used in the residual resist peeling step is not required, and the environment can be improved.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第2の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第3の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第4の工程とを有することを特徴とする。   The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention covers a mask member in which a plurality of through-hole patterns are formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming the fixed electrode portions of the pair of fixed electrodes. Then, a first step of forming a plurality of through holes in the conductor plate by an etching process, and a conductive plate in which the plurality of through holes are formed in the first step are used as a vibration film sandwiching portion forming material. A second step of forming a conductive photosensitive resist in a predetermined thickness; and a vibration film sandwiching portion forming mask member in which a pattern of the vibration film sandwiching portion is formed on the surface of the nonconductive photosensitive resist. The method includes a third step of covering and exposing, and a fourth step of peeling off the vibration film sandwiching portion forming mask member and removing the unnecessary photosensitive resist by development.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第2の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第3の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第4の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等(主に強アルカリ溶剤)が不要となり、環境面でも改善できる。
In the method of manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, a mask member in which a pattern of a plurality of through holes is formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming a fixed electrode portion of a pair of fixed electrodes. A first step of covering and forming a plurality of through holes in the conductor plate by etching, and a conductor plate having a plurality of through holes formed in the first step as a vibration film sandwiching portion forming material A second step of forming a non-conductive photosensitive resist in a predetermined thickness; and a vibration film sandwiching portion forming mask member in which a pattern of the vibration film sandwiching portion is formed on the surface of the nonconductive photosensitive resist And a fourth step of removing the unnecessary photosensitive resist by developing and removing the mask member for forming the vibration film sandwiching portion and developing, which has been conventionally required. Processes after metal electroforming Manufacturing process is shortened since it in principal, and the manufacturing cost can be reduced.
Further, a solvent or the like (mainly a strong alkali solvent) used in the residual resist peeling step is not required, and the environment can be improved.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記感光性レジストは、感光性フィルムあるいは感光性コート材であることを特徴とする。   In the method for manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention, the photosensitive resist is a photosensitive film or a photosensitive coating material.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。 The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention includes a first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed, and a second fixed in which a plurality of through holes that are paired with the first fixed electrodes are formed. An electrode, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and a member for holding the pair of fixed electrodes and the vibration film The plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. And

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.
Further, in the manufacturing method of the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. The steps after metal electroforming can be eliminated, and further, the development step performed by photolithography is not required at all. Therefore, the production process can be greatly shortened and the production cost can be greatly reduced.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第2の工程と、前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び液状の前記振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第3の工程と、前記振動膜挟持部形成部材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第4の工程とを有することを特徴とする。   The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention covers a mask member in which a plurality of through-hole patterns are formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming the fixed electrode portions of the pair of fixed electrodes. Then, a first step of forming a plurality of through holes in the conductor plate by an etching process, and forming the vibration film sandwiching portion on the surface of the conductor plate in which the plurality of through holes are formed in the first step. A second step of setting a screen printing plate in which a mask member is arranged and a liquid vibration film sandwiching portion forming material, and the screen printing plate and the liquid on the surface of the conductor plate on which the plurality of through holes are formed A third step of applying the vibration film holding portion forming material to a portion where the mask member is not applied while moving a squeegee, and setting the vibration film holding portion forming member. trout After coating the portion member is not applied, removing the screen printing plate, and having a fourth step of drying the oscillation Makukyo sandwiching member forming material remaining on the conductive plate surface.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の前記振動膜挟持部形成材をセットする第2の工程と、前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び液状のをセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成部材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第3の工程と、前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第4の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。   In the method of manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, a mask member in which a pattern of a plurality of through holes is formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming the fixed electrode portions of the pair of fixed electrodes. A first step of forming a plurality of through holes in the conductive plate by etching, and the vibration film sandwiching portion on the surface of the conductive plate in which the plurality of through holes are formed in the first step. A second step of setting a screen printing plate in which mask members for forming are arranged and the liquid diaphragm holding member forming material in liquid form, and the screen printing on the surface of the conductor plate in which the plurality of through holes are formed After setting the plate and the liquid, a third step of applying the vibration film sandwiching portion forming member to a portion where the mask member is not applied while moving the squeegee, and the vibration film sandwiching portion forming material as the mask member A fourth step of removing the screen printing plate after being applied to the uncovered portion and drying the vibration film sandwiching portion forming material remaining on the surface of the conductive plate. Subsequent steps can be dispensed with, and further, a development step performed by a photolithography method is not required at all. Therefore, the production process can be greatly shortened and the production cost can be greatly reduced.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記液状の前記振動膜挟持部形成材は、液状ソルダーレジストであることを特徴とする。   In the method for manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention, the liquid vibration film holding portion forming material may be a liquid solder resist.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。   The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention includes a first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed, and a second fixed in which a plurality of through holes that are paired with the first fixed electrodes are formed. An electrode, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, and a member for holding the pair of fixed electrodes and the vibration film The plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by an inkjet method. To do.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。   Further, in the method for manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by an ink jet method. The part can be easily formed as a permanent structure.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記絶縁材料は、非導電性塗料であることを特徴とする。   In the method for manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention, the insulating material is a non-conductive paint.

また、本発明の超音波トランスデューサ製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。   The ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention includes a first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed, and a second fixed electrode in which a plurality of through holes paired with the first fixed electrode are formed. And a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer, and a member holding the pair of fixed electrodes and the vibration film, The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by an electrodeposition method. To do.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。   Further, in the method of manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by an electrodeposition method. The sandwiching portion can be easily formed as a permanent structure.

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記絶縁材料は、電着材料であることを特徴とする。   In the method for manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention, the insulating material is an electrodeposition material.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[超音波トランスデューサの実施形態]
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図1に示す。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサは、複数の貫通孔14が形成された第1の固定電極10Aと、第1の固定電極10Aと対をなす複数の貫通孔14が形成された第2の固定電極10Bと、一対の固定電極10A,10Bに挟持され、導電層121を有し、該導電層121に直流バイアス電圧が印加される振動膜12と、前記一対の固定電極10A,10Bと振動膜12を保持する部材とを有し、第2の固定電極10Bに形成された複数の貫通孔14は振動膜12を介して第1の固定電極10Aに形成された複数の貫通孔14と対向する位置に全て、または大多数が形成され、一対の固定電極間10A,10Bには交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部101を絶縁材料で形成したことを特徴としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Embodiment of Ultrasonic Transducer]
FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
The ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention includes a first fixed electrode 10A having a plurality of through holes 14 and a second fixed hole having a plurality of through holes 14 paired with the first fixed electrode 10A. A fixed electrode 10B, a pair of fixed electrodes 10A and 10B, a conductive layer 121, a vibrating membrane 12 to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer 121, and the pair of fixed electrodes 10A and 10B. A plurality of through-holes 14 formed in the second fixed electrode 10B and a plurality of through-holes 14 formed in the first fixed electrode 10A via the vibration film 12. All or most of the opposing positions are formed, and an ultrasonic transducer to which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes 10A and 10B is the vibration of the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film. The clamping portion 101 is characterized by the formation of an insulating material.

図1(A)は、超音波トランスデューサの構成を示し、図1(B)は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図1において、本実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極10A、10Bと、一対の固定電極に挟持され、導電層121を有する振動膜12と、一対の固定電極10A、10Bと振動膜を保持する部材(図示せず)とを有している。
FIG. 1A shows a configuration of an ultrasonic transducer, and FIG. 1B shows a plan view in which a part of the ultrasonic transducer is broken.
In FIG. 1, the ultrasonic transducer 1 according to the present embodiment is sandwiched between a pair of fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B including a conductive member formed of a conductive material that functions as an electrode, and a pair of fixed electrodes, and a conductive layer 121. And a pair of fixed electrodes 10A, 10B and a member (not shown) for holding the vibration membrane.

一対の固定電極10A、10Bは、それぞれ、導電体で形成された固定電極部100と、振動膜12を挟持する振動膜挟持部101とから構成されている。この振動膜挟持部101は絶縁材料で形成されている。この絶縁材料としては、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを使用することができる。振動膜挟持部101を液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかの絶縁材料で形成することにより、、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として形成することができる。   Each of the pair of fixed electrodes 10A and 10B includes a fixed electrode portion 100 made of a conductor and a vibration film holding portion 101 that holds the vibration film 12. The vibration film sandwiching portion 101 is made of an insulating material. As this insulating material, any of a liquid solder resist, a photosensitive film, a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material can be used. By forming the vibration film sandwiching portion 101 with an insulating material of any one of a liquid solder resist, a photosensitive film, a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material, the vibration film sandwiching portion in the fixed electrode has a permanent structure. It can be formed as a body.

振動膜12は、絶縁体で形成された絶縁層120と、導電性材料で形成された導電層121を有しており、該導電層121には、直流バイアス電源16により単一極性(正極性でも負極性のいずれでもよい。)の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して信号源18から出力される交流信号が印加されるようになっている。 The vibration film 12 includes an insulating layer 120 formed of an insulator and a conductive layer 121 formed of a conductive material. The conductive layer 121 is unipolar (positive polarity) by a DC bias power supply 16. DC bias voltage may be applied), and an AC signal output from the signal source 18 may be applied superimposed on the DC bias voltage. Yes.

また、一対の固定電極10A、10Bは振動膜12を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通孔14を有しており、一対の固定電極10A、10Bの導電部材間には信号源18により交流信号が印加されるようになっている。
固定電極10Aと導電層121、固定電極10Bと導電層121により、それぞれコンデンサが形成されている。
Further, the pair of fixed electrodes 10A and 10B have the same number and a plurality of through holes 14 at positions facing each other with the vibrating membrane 12 therebetween, and a signal source 18 is provided between the conductive members of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. An AC signal is applied.
The fixed electrode 10A and the conductive layer 121, and the fixed electrode 10B and the conductive layer 121 form a capacitor, respectively.

上記構成において、超音波トランスデューサ1は、振動膜12の電極層に、直流バイアス電源16により単一極性の(本実施形態では正極性の)直流バイアス電圧に信号源18から出力される交流信号が重畳された状態で印加される。
一方、一対の固定電極10A、10Bには、信号源18より交流信号が印加される。
In the above configuration, the ultrasonic transducer 1 receives an AC signal output from the signal source 18 to the electrode layer of the vibrating membrane 12 to a DC bias voltage having a single polarity (positive polarity in this embodiment) by the DC bias power supply 16. Applied in a superimposed state.
On the other hand, an AC signal is applied from the signal source 18 to the pair of fixed electrodes 10A and 10B.

この結果、信号源18から出力される交流信号の正の半サイクルでは、固定電極10Aに正の電圧が印加されるために、振動膜12の固定電極で挟持されていない表面部分12Aには、静電反発力が作用し、表面部分部分12Aは、図1(a)上、下方に引っ張られる。
また、このとき、対向する固定電極10Bには、負の電圧が印加されるために、振動膜12の前記表面部分12Aの裏面側である裏面部分12Bには、静電吸引力が作用し、裏面部分12Bは、図1(b)上、さらに下方に引っ張られる。
As a result, in the positive half cycle of the AC signal output from the signal source 18, since a positive voltage is applied to the fixed electrode 10A, the surface portion 12A not sandwiched between the fixed electrodes of the vibrating membrane 12 The electrostatic repulsive force acts, and the surface portion 12A is pulled downward in FIG.
Further, at this time, since a negative voltage is applied to the opposed fixed electrode 10B, an electrostatic attraction force acts on the back surface portion 12B which is the back surface side of the surface portion 12A of the vibration film 12, The back surface portion 12B is pulled further downward in FIG.

したがって、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源18から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜12の表面部分12Aには図1(a)上、上方に静電吸引力が、また裏面部分12Bには、図1(b)上、上方に静電反発力が作用し、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜12が同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。   Therefore, the membrane portion of the vibrating membrane 12 that is not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives an electrostatic repulsive force and an electrostatic repulsive force in the same direction. Similarly, also in the negative half cycle of the AC signal output from the signal source 18, the surface portion 12A of the vibration film 12 has an electrostatic attraction force upward in FIG. 1A and the back surface portion 12B. In FIG. 1B, the electrostatic repulsive force acts on the upper side, and the film portion not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B of the vibrating membrane 12 has the electrostatic repulsive force and the electrostatic force in the same direction. Receive repulsion. In this way, the direction in which the electrostatic force changes alternately while the vibrating membrane 12 receives the electrostatic repulsive force and the electrostatic repulsive force in the same direction according to the change in polarity of the AC signal. An acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain a parametric array effect can be generated.

このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、振動膜12が一対の固定電極10A、10Bから力を受けて振動することからプッシュプル(Push―Pull)型と呼ばれている。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
Thus, the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention is called a push-pull type because the vibrating membrane 12 vibrates by receiving a force from the pair of fixed electrodes 10A and 10B.
The ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention has a wide band and high sound pressure at the same time as compared with the conventional electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) in which only the electrostatic attraction force acts on the vibration membrane. Have the ability to meet.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を図10に示す。同図において、曲線Q3が本実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、20kHz〜120kHzの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる120dB以上の音圧レベルが得られることが分かる。   FIG. 10 shows frequency characteristics of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention. In the figure, a curve Q3 is a frequency characteristic of the ultrasonic transducer according to the present embodiment. As can be seen from the figure, a higher sound pressure level can be obtained over a wider frequency band than the frequency characteristics of the conventional broadband electrostatic ultrasonic transducer. Specifically, it can be seen that a sound pressure level of 120 dB or more that can obtain a parametric effect in a frequency band of 20 kHz to 120 kHz can be obtained.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は一対の固定電極10A、10Bに挟持された薄膜の振動膜12が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。   In the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention, the thin vibration film 12 sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives both the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force. In addition, since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide band.

すなわち、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   That is, in the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer of the vibrating membrane. In this state, since an alternating current signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes including the first and second fixed electrodes, the vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes has the polarity of the alternating current signal. Since the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force are simultaneously received in the same direction in the corresponding direction, not only can the vibration of the diaphragm be sufficiently large to obtain a parametric effect, but also the symmetry of the vibration is ensured. Therefore, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、この振動膜挟持部(例えば、数μm〜数十μm)だけ、絶縁層の厚みが増大されたことになり、振動膜として10μm以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となり、振動膜のフィルム厚みの選択範囲が拡がるという効果が得られる。
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、製造工程で固定電極における振動膜挟持部のエッジが絶縁層に深く食い込むような状態が発生しても、固定電極における振動膜挟持部の厚みだけ絶縁層の厚さが振動膜の絶縁層の厚さに対して上乗せされるため、振動膜の破損により絶縁破壊に至ることは回避されるという効果がある。
Further, since the vibration film sandwiching portion in the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material, the thickness of the insulating layer is increased by this vibration film sandwiching portion (for example, several μm to several tens μm). As a result, even a thin film having a thickness of 10 μm or less can be used as a vibrating membrane at a high voltage without any problem, and the effect of expanding the selection range of the film thickness of the vibrating membrane is obtained.
In addition, since the vibration film sandwiching portion of the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material, a state occurs in which the edge of the vibration film sandwiching portion of the fixed electrode deeply penetrates into the insulating layer in the manufacturing process. However, since the thickness of the insulating layer is added to the thickness of the insulating layer of the vibrating membrane by the thickness of the vibrating membrane sandwiching portion of the fixed electrode, it is avoided that the dielectric breakdown due to the vibrating membrane is broken. effective.

また、固定電極における振動膜挟持部の一部が完全に振動膜の導電層に接触する、あるいは完全に振動膜を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡の発生を完全に防ぐ事ができる。
さらに、従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を構成すると、振動電極膜に作用する静電力を全く変えずに、静電容量のみを低減でき、静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
In addition, even if a part of the diaphragm sandwiching part of the fixed electrode is completely in contact with the conductive layer of the diaphragm, or if the diaphragm is completely penetrated and contacted with the fixed electrode on the opposite side, the conductive parts are in contact with each other. However, it is possible to completely prevent a decrease in insulation strength and a short circuit due to structural distortion of the fixed electrode.
Furthermore, compared to the conventional case where the fixed electrode is entirely made of a conductive material, if the vibration film sandwiching portion is made of a non-conductive material, the electrostatic force acting on the vibration electrode film is not changed at all, and only the capacitance is changed. The energy efficiency can be improved by reducing the capacitance.

次に本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極部分をフォトリソグラフィー法により、従来の手法で製造する場合の製造工程について図4を参照して説明する。同図において、まず、導電体板(銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。)10に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材11を被せ、エッチング処理により導電体板10に貫通孔14を形成する(図4(a),(b))。
次いで、導電体板10に貫通孔14が形成された後にマスク部材11を剥離して、貫通孔14の空いた導電体板10が得られる(図4(c))。
Next, a manufacturing process in a case where the fixed electrode portion of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is manufactured by a photolithography method by a conventional method will be described with reference to FIG. In the figure, first, a conductor plate (copper, stainless steel is used, but copper is suitable for nickel electroforming) 10 is covered with a mask member 11 in which a plurality of through hole patterns are formed. Through holes 14 are formed in the conductor plate 10 by etching (FIGS. 4A and 4B).
Next, after the through hole 14 is formed in the conductor plate 10, the mask member 11 is peeled off to obtain the conductor plate 10 having the through hole 14 (FIG. 4C).

ここでエッチングによって導電板10に空けられる貫通孔14の口径には、導電板10の厚みとの関係で制約がある。例えば、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用している貫通孔14の最小口径は0.25mmであり、この径の貫通孔14が空けられる板厚みは0.25mm以下とされている。よって、0.25mm以上の厚みの固定電極を必要とする場合には、厚み0.25mmの金属板にエッチングで貫通孔14を空けたものを予め数枚用意しておき、これらを必要枚数重ねて熱圧着または拡散接合により金属結合させ、所望の厚みの固定電極を製作する。   Here, the diameter of the through-hole 14 vacated in the conductive plate 10 by etching is limited by the relationship with the thickness of the conductive plate 10. For example, the minimum diameter of the through hole 14 used in the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is 0.25 mm, and the thickness of the through hole 14 having this diameter is 0.25 mm or less. Therefore, when a fixed electrode with a thickness of 0.25 mm or more is required, several sheets of 0.25 mm-thick metal plates with through-holes 14 formed by etching are prepared in advance, and the necessary number of sheets are stacked and heated. A fixed electrode having a desired thickness is manufactured by metal bonding by pressure bonding or diffusion bonding.

次に、貫通孔14の空いた導電体板10に、固定電極を構成する振動膜挟持部(段差部)を形成するため、前処理材としての感光性レジスト(液体の場合はコーティング、フィルムの場合はラミネート)20Aを付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材21Aを被せて露光する(図4(d))。
感光性レジスト20Aとしては、一般的にエッチングやメッキ等で一時的な中間構造体を形成するために使用される液体レジストやドライフィルムを用いるが、本構成品では貫通孔14を封止する事を目的とするため、ドライフィルムを用いる方がより有効である。
Next, in order to form the vibration film sandwiching portion (step portion) constituting the fixed electrode on the conductor plate 10 with the through hole 14 formed therein, a photosensitive resist (a coating or film in the case of liquid) is used as a pretreatment material. In this case, after laminating) 20A, exposure is performed by covering the vibration film sandwiching portion forming mask member 21A (FIG. 4D).
As the photosensitive resist 20A, a liquid resist or a dry film that is generally used for forming a temporary intermediate structure by etching or plating is used. In this configuration, the through hole 14 is sealed. Therefore, it is more effective to use a dry film.

現像により不要なレジストを除去すると、固定電極の振動膜挟持部(段差部)を形成させる部分の導電板10表面のみが露出する(図4(e))。
次いで、導電板10の上記露出面に対し、電鋳法により金属(例えばニッケル)を所望の高さまで積層させる(図4(f))。
電鋳処理が完了後、残留レジスト20A’を剥離すると、所望の固定電極が出来上がる(図4(g))。
When unnecessary resist is removed by development, only the surface of the conductive plate 10 where the vibration film sandwiching portion (step portion) of the fixed electrode is formed is exposed (FIG. 4E).
Next, a metal (for example, nickel) is laminated on the exposed surface of the conductive plate 10 to a desired height by electroforming (FIG. 4F).
When the residual resist 20A ′ is removed after the electroforming process is completed, a desired fixed electrode is completed (FIG. 4G).

以上の従来の製造工程により製造した場合の固定電極の問題点を以下に示す。
(1)振動膜に薄いフィルムが使えない
上述した従来の製造工程で固定電極を製造する場合、すなわち固定電極の振動膜挟持部を導電材で構成する場合、振動膜の金属蒸着層(=導電層)と固定電極の最大クリアランスは、振動膜の絶縁層の厚みとなる。
ここで、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用する振動電極膜の絶縁層はポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンサルファイド(PPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)などで構成される。
Problems of the fixed electrode when manufactured by the above conventional manufacturing process are shown below.
(1) A thin film cannot be used for the vibrating membrane When a fixed electrode is manufactured in the conventional manufacturing process described above, that is, when the vibrating membrane sandwiching portion of the fixed electrode is made of a conductive material, a metal vapor deposition layer (= conductive) The maximum clearance between the layer) and the fixed electrode is the thickness of the insulating layer of the vibrating membrane.
Here, the insulating layer of the vibrating electrode film used in the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is made of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfide (PPS), polypropylene (PP), polyimide (PI), or the like.

ここで各材料の絶縁破壊強度は下記の通りである。
PET、PPS、PI:200V/μm
PP:300V/μm
また、本トランスデューサに印加する電圧は、固定電極、振動電極膜ともに、数100V〜数kVである。
よって、従来の構成において、例えば振動膜の絶縁層にPETを用いた場合、2kVの電圧を印加するためには少なくとも10μmの膜厚が必要となり、振動膜としてこれより薄いフィルムは使えない事になる。
Here, the dielectric breakdown strength of each material is as follows.
PET, PPS, PI: 200V / μm
PP: 300V / μm
The voltage applied to this transducer is several hundred volts to several kilovolts for both the fixed electrode and the vibrating electrode film.
Therefore, in the conventional configuration, for example, when PET is used for the insulating layer of the vibration film, a film thickness of at least 10 μm is necessary to apply a voltage of 2 kV, and a film thinner than this cannot be used as the vibration film. Become.

(2)絶縁破壊を起こし易い。
エッチング処理により成形された固定電極のエッジ部は非常に鋭利である。また追加工(機械加工)を行った箇所には、数〜10数ミクロンのバリ等が発生する。また、エッチング処理した金属には歪みが起こり易く、熱圧着または拡散接合を行っても、少なくとも10数μmの反りが残る事が確認されている。
このように、固定電極に反りがある状態で振動電極膜を確実に挟持させようとすると、図5に示すように固定電極における振動膜挟持部20のエッジ部が振動膜12の絶縁層120に食い込む。
(2) Easily causes dielectric breakdown.
The edge portion of the fixed electrode formed by the etching process is very sharp. In addition, burrs of several to several tens of microns or the like are generated at locations where additional machining (machining) has been performed. In addition, it has been confirmed that the etched metal is easily distorted, and even when thermocompression bonding or diffusion bonding is performed, a warp of at least 10 and several μm remains.
As described above, when the vibration electrode film is securely clamped in a state where the fixed electrode is warped, the edge portion of the vibration film sandwiching portion 20 in the fixed electrode is formed on the insulating layer 120 of the vibration film 12 as shown in FIG. Bite.

従来構成では、振動膜挟持部20が導電材料で形成されているため、振動膜12の導電層121と固定電極の導電部との最小ギャップは図中d1となり、食い込んだ分だけギャップが狭くなり、絶縁破壊強度が低下する。
例えば、絶縁層120がPETであった場合、d1が1μm程度まで小さくなると、200V以上の電圧を印加する事は困難となる。
In the conventional configuration, since the diaphragm sandwiching portion 20 is made of a conductive material, the minimum gap between the conductive layer 121 of the diaphragm 12 and the conductive portion of the fixed electrode is d1 in the figure, and the gap is narrowed by the amount of intrusion. The dielectric breakdown strength is reduced.
For example, when the insulating layer 120 is PET, it is difficult to apply a voltage of 200 V or more when d1 is reduced to about 1 μm.

(3)静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される。
投入電力は静電容量で決まり、振動膜12の導電層121と固定電極間のギャップが狭くなるほど、すなわち振動電極膜の絶縁層120が薄くなるほど静電容量は大きくなり、投入電力が増加する。
一方、超音波トランスデューサの主特性(=音圧)に最も寄与する振動膜12に作用する静電力は、振動膜挟持部として露出している固定電極の金属面の面積と振動膜挟持部の段差(=導電体と振動膜間のギャップ)によって決まる。
よって、絶縁層の薄い振動膜を用いれば静電力は増えるが、同時に静電容量も大幅に増えるため、エネルギー効率が良くない。
(3) The capacitance is large, and energy is wasted.
The input power is determined by the electrostatic capacity, and as the gap between the conductive layer 121 of the vibrating membrane 12 and the fixed electrode is narrowed, that is, as the insulating layer 120 of the vibrating electrode film is thinner, the electrostatic capacity increases and the input power increases.
On the other hand, the electrostatic force acting on the vibrating membrane 12 that contributes most to the main characteristics (= sound pressure) of the ultrasonic transducer is that the area of the metal surface of the fixed electrode exposed as the vibrating membrane sandwiching portion and the level difference of the vibrating membrane sandwiching portion (= Gap between conductor and diaphragm).
Therefore, if a vibrating membrane with a thin insulating layer is used, the electrostatic force increases, but at the same time, the capacitance increases significantly, so that the energy efficiency is not good.

以上のように、従来の製造工程により超音波トランスデューサの固定電極を製造した場合には、(1)振動膜に薄いフィルムが使えない、(2)固定電極と振動膜の導電層との間で絶縁破壊を起こし易い、(3)振動膜の導電層と固定電極との間で形成される静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される、という問題がある。
これらの問題は、既に説明した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサと、以下に説明する超音波トランスデューサの製造方法により解決される。
As described above, when the fixed electrode of the ultrasonic transducer is manufactured by the conventional manufacturing process, (1) a thin film cannot be used for the vibrating membrane, and (2) between the fixed electrode and the conductive layer of the vibrating membrane. There is a problem that dielectric breakdown is likely to occur, and (3) the capacitance formed between the conductive layer of the vibrating membrane and the fixed electrode is large, and energy is wasted.
These problems are solved by the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention described above and the method for manufacturing the ultrasonic transducer described below.

[超音波トランスデューサの製造方法の実施形態]
〈第1実施形態〉(フォトリソグラフィー法)
次に、本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第1実施形態を図2に示す。本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
すなわち、図1に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
[Embodiment of manufacturing method of ultrasonic transducer]
First Embodiment (Photolithography method)
Next, a first embodiment of a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention is shown in FIG. In the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention, a first fixed electrode having a plurality of through holes and a plurality of through holes paired with the first fixed electrode are formed. A second fixed electrode; a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer; and a member holding the pair of fixed electrodes and the vibration film The plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane. In which an alternating current signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. It is characterized by There.
That is, the ultrasonic transducer manufacturing method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is characterized in that the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. Yes.

図2において、まず、導電体板(銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。)10に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材11を被せ、エッチング処理により導電体板10に貫通孔14を形成する(図2(a),(b))。
次いで、導電体板10に貫通孔14が形成された後にマスク部材11を剥離して、貫通孔14の空いた導電体板10が得られる(図2(c))。
In FIG. 2, first, a conductor plate (copper, stainless steel is used, but copper is suitable for nickel electroforming) 10 is covered with a mask member 11 in which a plurality of through hole patterns are formed. Through holes 14 are formed in the conductor plate 10 by etching (FIGS. 2A and 2B).
Next, after the through hole 14 is formed in the conductor plate 10, the mask member 11 is peeled off, and the conductor plate 10 having the through hole 14 is obtained (FIG. 2C).

次に貫通孔14の空いた導電体板10に、振動膜挟持部を構成する段差を形成するための感光性レジスト(液体の場合はコーティング処理、フィルムの場合はラミネート処理)20を付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材21を被せて露光する(図2(d))。
ここで使用する振動膜挟持部形成材としての感光性レジスト20は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、かつ非導電性の物でなければならない。有効と考えられる材料には、液体の場合では感光性ポリイミドコーティング材(=半導体製造で使用される感光性のコーティング材で、スピンコート法により金属板をコーティングして使用)、フィルムの場合では回路基板のパッケージ用に使用される感光性ソルダーレジストフィルムや感光性ポリイミドフィルムなどがある。
Next, after applying a photosensitive resist (a coating process in the case of a liquid, a lamination process in the case of a film) 20 to form a step constituting the vibration film sandwiching portion to the conductor plate 10 in which the through hole 14 is vacant. Then, exposure is performed by covering the mask member 21 for forming the vibration film sandwiching portion (FIG. 2D).
The photosensitive resist 20 as the vibration film sandwiching portion forming material used here must be able to be permanently configured as the vibration film sandwiching portion and be non-conductive. In the case of liquid, photosensitive polyimide coating material (= photosensitive coating material used in semiconductor manufacturing, coated with a metal plate by spin coating) is used in the case of liquid, and in the case of film, the material is considered to be effective. There are a photosensitive solder resist film, a photosensitive polyimide film, and the like used for a substrate package.

振動膜挟持部形成用マスク部材21を剥離し、現像により不要な感光性レジスト20を除去すると固定電極部となる導電体板10の表面のみが露出し、その他の部分に非導電性の感光性レジスト20が残り、所望の固定電極が出来上がる(図2(e))。   When the vibration film sandwiching portion forming mask member 21 is peeled off and unnecessary photosensitive resist 20 is removed by development, only the surface of the conductive plate 10 serving as the fixed electrode portion is exposed, and the other portions are non-conductive photosensitive. The resist 20 remains, and a desired fixed electrode is completed (FIG. 2E).

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等(主に強アルカリ溶剤)が不要となり、環境面でも改善できる。
Further, in the method of manufacturing the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. Since the process after metal electroforming can be made unnecessary, the manufacturing process can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
Further, a solvent or the like (mainly a strong alkali solvent) used in the residual resist peeling step is not required, and the environment can be improved.

〈第2実施形態〉(スクリーン印刷法) Second Embodiment (Screen Printing Method)

次に、本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法(製造工程)の第2実施形態を図3に示す。
本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。すなわち、図1に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of a method (manufacturing process) for manufacturing an ultrasonic transducer according to the present invention.
In the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention, a first fixed electrode having a plurality of through holes and a plurality of through holes paired with the first fixed electrode are formed. A second fixed electrode; a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer; and a member holding the pair of fixed electrodes and the vibration film The plurality of through holes formed in the second fixed electrode are all or most at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane. In which an alternating current signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. It is characterized by That is, the ultrasonic transducer manufacturing method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is characterized in that the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. Yes.

図3において、まず、導電体板(銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。)10に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材11を被せ、エッチング処理により導電体板10に貫通孔14を形成する(図2(a),(b))。
次いで、導電体板10に貫通孔14が形成された後にマスク部材11を剥離して、貫通孔14の空いた導電体板10が得られる(図2(c))。
In FIG. 3, first, a conductor plate (copper, stainless steel is used, but copper is suitable for nickel electroforming) 10 is covered with a mask member 11 in which a plurality of through hole patterns are formed. Through holes 14 are formed in the conductor plate 10 by etching (FIGS. 2A and 2B).
Next, after the through hole 14 is formed in the conductor plate 10, the mask member 11 is peeled off, and the conductor plate 10 having the through hole 14 is obtained (FIG. 2C).

貫通孔14の空いた導電体板10の上に、固定電極における振動膜挟持部を形成するためのスクリーン印刷版30および液状の振動膜挟持部形成材32をセットし、スキージ31を移動させて振動膜挟持部形成材32をスクリーン印刷版30におけるマスク部材のかかっていない部分に塗り込む(図3(d))。
ここで、有効と考えられる振動膜挟持部形成材32は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、かつ非導電性のもので、例えば回路基板で一般的に使用されるパッケージ用の液状ソルダーレジストやサンドブラスト用レジストとして使用されるマスキングインクなどである。特にフレキシブルプリント基板用のソルダーレジストは比較的柔らかい(鉛筆の硬さでHB〜3H程度)ため、振動電極膜をしっかりと挟持するには有効である。
A screen printing plate 30 and a liquid vibration film sandwiching portion forming material 32 for forming a vibration film sandwiching portion in the fixed electrode are set on the conductor plate 10 having the through holes 14 and the squeegee 31 is moved. The vibration film sandwiching portion forming material 32 is applied to the portion of the screen printing plate 30 where the mask member is not applied (FIG. 3D).
Here, the diaphragm holding portion forming material 32 considered to be effective can be configured as a diaphragm holding section permanently and is non-conductive. For example, a liquid solder for a package generally used in a circuit board Masking ink used as a resist or a resist for sandblasting. In particular, a solder resist for a flexible printed circuit board is relatively soft (having a pencil hardness of about HB to 3H), and thus is effective for firmly holding the vibrating electrode film.

振動膜挟持部形成材32をスクリーン印刷版30におけるマスク部材のかかっていない部分への塗布完了後にスクリーン印刷版30を外すと、導電板10上における振動膜挟持部を除く他の部分に非導電性の層(=振動膜挟持部形成材32)が残り、これを乾燥させて所望の固定電極が出来上がる(図3(e))。   If the screen printing plate 30 is removed after the application of the vibration film sandwiching portion forming material 32 to the portion of the screen printing plate 30 where the mask member is not applied, the conductive plate 10 is non-conductive to other portions except for the vibration film sandwiching portion. The remaining layer (= vibration film sandwiching portion forming material 32) remains, and is dried to obtain a desired fixed electrode (FIG. 3E).

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。   Further, in the manufacturing method of the ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. The steps after metal electroforming can be eliminated, and further, the development step performed by photolithography is not required at all. Therefore, the production process can be greatly shortened and the production cost can be greatly reduced.

また、その他の超音波トランスデューサの製造方法としては、予めコーティングすべき部分(=対向電極形成体を形成する部分)のみ導電部が露出するようにレジストを形成しておき、非導電性インク(非導電性塗料)をインクジェットヘッドで飛ばして塗布する、あるいは電着ポリイミド材に浸して電着コーティングして、塗布あるいは電着後にレジストを剥離する方法でも可能である。   As another method for manufacturing an ultrasonic transducer, a resist is formed in advance so that a conductive portion is exposed only in a portion to be coated (= a portion where a counter electrode forming body is formed), and a non-conductive ink (non-conductive ink) It is also possible to apply the conductive paint) by flying it with an inkjet head, or by dipping it in an electrodeposited polyimide material for electrodeposition coating and peeling the resist after application or electrodeposition.

インクジェット法による超音波トランスデューサの製造方法は、図1に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、超音波トランスデューサの振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴している。   The ultrasonic transducer manufacturing method by the ink jet method is a manufacturing method of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and includes a vibrating membrane holding portion in a fixed electrode that holds the vibrating membrane of the ultrasonic transducer. It is characterized by being formed of an insulating material by an ink jet method.

すなわち、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。   In other words, the first fixed electrode formed with a plurality of through holes, the second fixed electrode formed with a plurality of through holes paired with the first fixed electrode, and the pair of fixed electrodes. And having a conductive layer, a vibration film to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer, the pair of fixed electrodes, and a member for holding the vibration film, and formed on the second fixed electrode The plurality of through holes are all or most formed at positions facing the plurality of through holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, and an AC signal is transmitted between the pair of fixed electrodes. A method of manufacturing an applied ultrasonic transducer is characterized in that a vibration film holding portion in a fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by an ink jet method.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。   Further, in the method for manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by an ink jet method. The part can be easily formed as a permanent structure.

また、電着法による超音波トランスデューサの製造方法は、図1に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、超音波トランスデューサの振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴している。   Further, the ultrasonic transducer manufacturing method by the electrodeposition method is the ultrasonic transducer manufacturing method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and the vibrating membrane in the fixed electrode that sandwiches the vibrating membrane of the ultrasonic transducer. The sandwiching portion is formed of an insulating material by an electrodeposition method.

すなわち、本発明の超音波トランスデューサ製造方法は、複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。     That is, in the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention, the first fixed electrode having a plurality of through holes and the second fixed electrode having a plurality of through holes paired with the first fixed electrode. And a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer, and a member holding the pair of fixed electrodes and the vibration film, The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by an electrodeposition method. To do.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   In the ultrasonic transducer manufactured by the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention having the above-described configuration, a plurality of through holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other. In the state where a DC bias voltage is applied to the conductive layer, an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes formed of the first and second fixed electrodes, so that the vibration sandwiched between the pair of fixed electrodes In the direction according to the polarity of the AC signal, the membrane receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force simultaneously in the same direction, so that not only can the vibration of the vibrating membrane be sufficiently large to obtain a parametric effect, Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.

また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。   Further, in the method of manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the vibration film holding portion in the fixed electrode that holds the vibration film is formed of an insulating material by an electrodeposition method. The sandwiching portion can be easily formed as a permanent structure.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ及び本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサの固定電極における振動膜挟持部を非導電性材料(絶縁材料)で形成したことにより、以下の効果が得られる。
(1)振動膜を形成するフィルム厚みの選択範囲が拡がる。
非導電性材料にて形成した固定電極における振動膜挟持部の段差分(数μm〜数十μm)だけ、絶縁層の厚みが増大された事になり、振動膜として10μm以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となる。
Forming a vibration film sandwiching portion in a fixed electrode of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention and an ultrasonic transducer manufactured by an ultrasonic transducer manufacturing method according to an embodiment of the present invention with a non-conductive material (insulating material) As a result, the following effects can be obtained.
(1) The selection range of the film thickness for forming the vibration film is expanded.
The thickness of the insulating layer is increased by the level difference (several μm to several tens of μm) of the vibration film sandwiching portion of the fixed electrode formed of a non-conductive material, and even a thin film of 10 μm or less as a vibration film is a problem. And can be used at high voltage.

例えば、振動電極膜の絶縁層に3μmのPETフィルムを用いた場合、従来の固定電極の構成(固定電極全体を導電性材料で形成)では600Vが印加できる電圧の上限値となるが、非導電性材料を適用する事により、例えば振動膜挟持部の段差を3μmとした場合でも、固定電極面と振動膜の導電層とのクリアランスが6μmになるため、1kV以上の電圧を印加する事が可能となる。
また、例えば固定電極における振動膜挟持部の段差を20μmとして、3kVの電圧を印加したい場合、従来の固定電極の構成では15μmの絶縁層(PET)が必要となるが、固定電極の振動膜挟持部を形成するのに非導電性材料を用いると1μmのPETフィルム(クリアランス:21μm)で十分となる。
For example, when a 3 μm PET film is used for the insulating layer of the vibrating electrode film, the conventional fixed electrode configuration (where the entire fixed electrode is formed of a conductive material) is an upper limit value of a voltage that can be applied with 600 V, but is not electrically conductive. By applying a conductive material, for example, even when the step of the vibration film sandwiching portion is 3 μm, the clearance between the fixed electrode surface and the conductive layer of the vibration film is 6 μm, so a voltage of 1 kV or more can be applied. It becomes.
Further, for example, when a voltage of 3 kV is applied with a step of the vibration film holding portion of the fixed electrode being 20 μm, a conventional fixed electrode configuration requires a 15 μm insulating layer (PET). If a non-conductive material is used to form the part, a 1 μm PET film (clearance: 21 μm) is sufficient.

(2)振動膜の破損によるの固定電極と振動膜の導電層との間における絶縁破壊が生じるのを回避できる。
すなわち、固定電極10A,10Bの振動膜挟持部20を非導電性材料にて構成した場合、図5において、振動膜挟持部20の段差d2(数μm〜数十μm)分が絶縁層として上乗せされるため、振動膜12の導電層121と固定電極の固定電極部(導電部)10との最小ギャップは(d1+d2)となるため、エッジ部が振動膜12の絶縁層120に深く食い込んでも絶縁破壊強度が十分確保され、従来のような不具合が発生する事は無く、薄い振動電極膜でも問題なく扱う事が可能となる。
(2) It is possible to avoid dielectric breakdown between the fixed electrode and the conductive layer of the vibration film due to the breakage of the vibration film.
That is, when the diaphragm holding portion 20 of the fixed electrodes 10A and 10B is made of a non-conductive material, the step d2 (several μm to several tens μm) of the diaphragm holding portion 20 is added as an insulating layer in FIG. Therefore, since the minimum gap between the conductive layer 121 of the vibrating membrane 12 and the fixed electrode portion (conductive portion) 10 of the fixed electrode is (d1 + d2), insulation is achieved even if the edge portion penetrates deeply into the insulating layer 120 of the vibrating membrane 12. Breaking strength is sufficiently ensured, there is no occurrence of problems as in the prior art, and even a thin vibrating electrode film can be handled without problems.

また、固定電極10Aまたは10Bの一部が完全に振動膜12の導電層121に接触する、あるいは完全に振動膜12を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡を完全に防ぐ事ができる。   In addition, even when a part of the fixed electrode 10A or 10B completely contacts the conductive layer 121 of the vibration film 12, or completely penetrates the vibration film 12 and contacts the fixed electrode on the opposite side, the conductive parts contact each other. There is nothing, and a decrease in insulation strength and a short circuit due to structural distortion of the fixed electrode can be completely prevented.

(3)静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を形成すると、振動膜に作用する静電力を全く変えずに、固定電極の導電部(固定電極部100)との間における静電容量のみを低減する事ができる。
例えば、本発明のトランスデューサの構造(図6)において、振動膜12の絶縁層120をPET(比誘電率3.2)とし、その厚みをt1、また振動膜挟持部20をポリイミド(比誘電率3.5)とし、その厚み(=振動膜挟持部20の段差)をt2、振動膜挟持部20の外径をφD1、内径は外径の半分とした場合の、従来の固定電極の構成に対する静電容量の比を図7(a),(b)に示す。
同図から明らかなように振動膜12の絶縁層120の厚みt1が薄くなるほど、振動膜挟持部20を絶縁材料で形成することによる静電容量の低減効果は大きく、また振動膜挟持部20の厚みt2が厚くなるほど、静電容量の低減効果がおおきい。
以上のことから静電力を変えずに投入電力のみを低減できるため、エネルギー効率の改善された超音波トランスデューサを実現できる。
(3) The energy efficiency can be improved by reducing the capacitance.
Compared to the case where the fixed electrode is entirely made of a conductive material as in the past, when the diaphragm holding part is made of a non-conductive material, the conductive part (fixed) of the fixed electrode is not changed without changing the electrostatic force acting on the diaphragm. Only the capacitance between the electrode part 100) and the electrode part 100) can be reduced.
For example, in the structure of the transducer of the present invention (FIG. 6), the insulating layer 120 of the vibration film 12 is PET (relative dielectric constant 3.2), the thickness is t1, and the vibration film sandwiching portion 20 is polyimide (relative dielectric constant). 3.5), the thickness (= step difference of the diaphragm sandwiching section 20) is t2, the outer diameter of the diaphragm sandwiching section 20 is φD1, and the inner diameter is half the outer diameter. The capacitance ratio is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
As is clear from the figure, as the thickness t1 of the insulating layer 120 of the vibration film 12 becomes thinner, the effect of reducing the electrostatic capacitance by forming the vibration film holding part 20 with an insulating material becomes larger. The greater the thickness t2, the greater the capacitance reduction effect.
From the above, since only the input power can be reduced without changing the electrostatic force, an ultrasonic transducer with improved energy efficiency can be realized.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ及び本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。   The ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention and the ultrasonic transducer manufactured by the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention can be used for various sensors, for example, a distance measuring sensor, etc. As described above, the present invention can be used for a sound source for a directional speaker, an ideal impulse signal generation source, and the like.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第1実施形態を示す製造工程図。The manufacturing process figure which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the ultrasonic transducer based on this invention. 本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第2実施形態を示す製造工程図。The manufacturing process figure which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the ultrasonic transducer based on this invention. 超音波トランスデューサの従来の製造方法を示す製造工程図。The manufacturing process figure which shows the conventional manufacturing method of an ultrasonic transducer. 図4に示した超音波トランスデューサの製造方法により製造した超音波トランスデューサの構造上の問題を示す説明図。Explanatory drawing which shows the problem on the structure of the ultrasonic transducer manufactured by the manufacturing method of the ultrasonic transducer shown in FIG. 本発明による超音波トランスデューサの特性改善を示す説明図。Explanatory drawing which shows the characteristic improvement of the ultrasonic transducer by this invention. 本発明に係る超音波トランスデューサの従来構成による超音波トランスデューサとの、固定電極と振動膜の桐伝送との間における静電容量の比を示す説明図。Explanatory drawing which shows the ratio of the electrostatic capacitance between a fixed electrode and paulownia transmission of a diaphragm with the ultrasonic transducer by the conventional structure of the ultrasonic transducer which concerns on this invention. 従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional resonance type ultrasonic transducer. 従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。The figure which shows the specific structure of the conventional electrostatic broadband oscillation type ultrasonic transducer. 本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。The figure which showed the frequency characteristic of the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on embodiment of this invention with the frequency characteristic of the conventional ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波トランスデューサ、10…導電体板、10A,10B…固定電極、11…マスク部材、12…振動膜、14…貫通孔、16…直流バイアス電源、18…信号源、20…感光性レジスト、21…振動膜挟持部形成用マスク部材、30…スクリーン印刷板、31…スキージ、32…振動膜挟持部形成材、100…固定電極部、101…振動膜挟持部、120…絶縁層、121…導電層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic transducer, 10 ... Conductor board, 10A, 10B ... Fixed electrode, 11 ... Mask member, 12 ... Vibration film, 14 ... Through-hole, 16 ... DC bias power supply, 18 ... Signal source, 20 ... Photosensitive resist , 21... Mask member for forming a diaphragm holding portion, 30... Screen printing plate, 31 .. squeegee, 32 .. forming member for diaphragm holding, 100 .. fixed electrode portion, 101. ... Conductive layer

Claims (12)

複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、
前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサ。
A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a member for holding the vibrating membrane;
The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, An ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes,
2. An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the vibration film sandwiching portion of the pair of fixed electrodes that sandwich the vibration film is formed of an insulating material.
前記絶縁材料は、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。   The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the insulating material is any one of a liquid solder resist, a photosensitive film, a photosensitive coating material, a nonconductive paint, and an electrodeposition material. 複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a member for holding the vibrating membrane;
The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by a photolithography method. A method of manufacturing an ultrasonic transducer.
前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、
前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第2の工程と、
前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第3の工程と、
前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第4の工程と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
A mask member in which a pattern of a plurality of through holes is formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming a fixed electrode portion of the pair of fixed electrodes is covered, and a plurality of through holes are formed in the conductor plate by etching. A first step of forming a hole;
A second step of forming a non-conductive photosensitive resist as a vibration film sandwiching portion forming material in a predetermined thickness on the conductor plate having a plurality of through holes formed in the first step;
A third step of covering and exposing a vibration film sandwiching portion forming mask member in which the pattern of the vibration film sandwiching portion is formed on the surface of the non-conductive photosensitive resist; and
A fourth step of peeling the vibration film sandwiching portion forming mask member and removing the unnecessary photosensitive resist by development;
The manufacturing method of the ultrasonic transducer of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
前記感光性レジストは、感光性フィルムあるいは感光性コート材であることを特徴とする請求項4に記載の超音波トランスデューサの製造方法。   The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 4, wherein the photosensitive resist is a photosensitive film or a photosensitive coating material. 複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a member for holding the vibrating membrane;
The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an alternating current signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by a screen printing method. A method of manufacturing an ultrasonic transducer.
前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第1の工程と、
前記第1の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第2の工程と、
前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び前記液状の振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第3の工程と、
前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第4の工程と、
を有することを特徴とする請求項6に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
A mask member in which a pattern of a plurality of through holes is formed on a conductor plate having a predetermined thickness for forming a fixed electrode portion of the pair of fixed electrodes is covered, and a plurality of through holes are formed in the conductor plate by etching. A first step of forming a hole;
A screen printing plate in which a mask member for forming the vibration film sandwiching portion is arranged on the surface of the conductor plate having a plurality of through holes formed in the first step and a liquid vibration film sandwiching portion forming material are set. A second step of:
After setting the screen printing plate and the liquid vibration film sandwiching portion forming material on the surface of the conductor plate in which the plurality of through holes are formed, a mask member is applied to the vibration film sandwiching portion forming material while moving a squeegee. A third step of applying to the part that is not,
A fourth step of applying the vibration film sandwiching portion forming material to a portion where no mask member is applied, then removing the screen printing plate and drying the vibration film sandwiching portion forming material remaining on the surface of the conductive plate;
The method of manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 6.
前記液状の前記振動膜挟持部形成部材は、液状ソルダーレジストであることを特徴とする請求項7に記載の超音波トランスデューサの製造方法。   The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the liquid vibration film sandwiching portion forming member is a liquid solder resist. 複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a member for holding the vibrating membrane;
The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode for holding the vibration film is formed of an insulating material by an ink jet method. Manufacturing method of ultrasonic transducer.
前記絶縁材料は、非導電性塗料であることを特徴とする請求項9に記載の超音波トランスデューサの製造方法。   The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the insulating material is a non-conductive paint. 複数の貫通孔が形成された第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第2の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第2の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第1の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes, having a conductive layer, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a member for holding the vibrating membrane;
The plurality of through-holes formed in the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of through-holes formed in the first fixed electrode through the vibrating membrane, A method of manufacturing an ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between a pair of fixed electrodes, wherein the vibration film holding portion of the fixed electrode holding the vibration film is formed of an insulating material by an electrodeposition method. A method of manufacturing an ultrasonic transducer.
前記絶縁材料は、電着材料であることを特徴とする請求項11に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 11, wherein the insulating material is an electrodeposition material.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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