JP4123192B2 - 超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法 - Google Patents
超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法に関し、特に、静電型の超音波トランスデューサにおいて、電気信号と音波信号の変換効率を高め出力音圧レベルを向上させると共に、そのために必要な固定電極（下電極）に施す微細な加工を容易に行うことができる、超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法に関する。
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、従来の共振型の超音波トランスデューサの構成例を図１０に示す。図１０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１０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。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。
上述した図１０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渡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。図１１に広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成例を示す。
図１１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、真鍮などで形成された固定電極（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。
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程度のランダムな微小な凹凸部が形成されている。この凹凸部は、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。このランダムな微小な凹凸部は、例えば、下電極１３３の表面を手作業でヤスリで荒らすことで形成することができる。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして凹凸部を設け、多数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサ１２２の周波数特性を、図１１（ｂ）において曲線Ｑ１に示すように広帯域特性とすることができる。また、凹凸部を設けることにより、音波信号と電気信号の変換効率を高める（出力音圧レベルを向上させる）効果もある。
このように、静電型の超音波トランスデューサの固定電極に凹凸部を設けて、超音波トランスデューサの特性を改善するのであるが、凹凸部の凸部の表面（上面）が平面である場合には、振動膜との間に強い静電力が作用し、振動膜が凸部平面に張り付くなどして、振動膜が凸部に拘束され振動しにくくなることがあり、音波信号と電気信号の変換効率を低下させる場合がある。静電型の超音波トランスデューサでは、この問題の改善が求められていた。
なお、静電型の超音波トランスデューサの振動膜と固定電極（下電極）の間に凹凸部（空隙）を設ける発明がいくつか開示されており、例えば、誘電性スペーサで空隙形成を形成する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、固定電極の構造について、溝に重ねて連通穴を設け、共振周波数を低下するととともに、音波信号と電気信号の変換効率を高める発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上記先行技術を利用しても、振動膜が凸部平面に張り付くなどして、振動膜が凸部に拘束され振動しにくくなるという問題点を解決することはできない。
特開２０００−５０３９２号公報
特開昭５８−４６８００号公報
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、固定電極（下電極）の表面上に凹凸を設けて、周波数特性の広帯域化と、電気信号と音波信号の変換効率を高め出力音圧レベルを向上させる静電型の超音波トランスデューサにおいて、さらに出力音圧レベルを向上させるとともに、そのために必要な固定電極（下電極）に施す微細な加工を容易に行うことができる、超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法を提供することにある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の超音波トランスデューサは、絶縁体に電極層が形成された振動膜と、該振動膜に対向する面に凹凸部が複数形成された固定電極とを有し、前記振動膜に形成された電極層と前記固定電極との間に交流信号を印加することにより、超音波を発生させる超音波トランスデューサであって、前記固定電極の凹凸部の凸部上面に溝部が形成されてなることを特徴とする。
このような構成により、静電型の超音波トランスデューサにおいて、上電極が形成された振動膜に対向する固定電極（下電極）の面を凹凸構造とし、かつ、固定電極（下電極）の凸部の表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、振動膜が固定電極（下電極）に吸着する（張り付く）ことを防止でき、電気信号を音波信号に変換する効率を向上でき、出力音圧レベルを向上させることができる。また、上電極と固定電極（下電極）間の静電容量を減少させ、超音波トランスデューサの駆動電流を軽減することができる。
このような構成により、静電型の超音波トランスデューサにおいて、上電極が形成された振動膜に対向する固定電極（下電極）の面を凹凸構造とし、かつ、固定電極（下電極）の凸部の表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、振動膜が固定電極（下電極）に吸着する（張り付く）ことを防止でき、電気信号を音波信号に変換する効率を向上でき、出力音圧レベルを向上させることができる。また、上電極と固定電極（下電極）間の静電容量を減少させ、超音波トランスデューサの駆動電流を軽減することができる。
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記凸部の上面にインクジェット法により液滴を塗布して、バンクを形成することにより溝部が形成されてなることを特徴とする。
このような構成により、超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の凸部の上面に、インクジェット法により液滴材料を塗布し、微少な高さのバンクを形成し、凸部表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部上に形成する微小高さのバンクと溝部を極めて容易に形成できる。また、インクジェット法は、回転を含めた塗布方向の自由度が高いため、例えば、円形状の凸部の上に、連続した溝形状または独立した窪み形状を容易に形成できる。さらに、通常は、微小な深さの溝または窪みをエッチングで形成する必要があるため、エッチングマスクとエッチング液が必要となり、コストアップと廃液処理の環境問題が発生するが、インクジェット法では必要な量のみを必要な場所のみに塗布できるので、コスト、環境面でも優位である。
このような構成により、超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の凸部の上面に、インクジェット法により液滴材料を塗布し、微少な高さのバンクを形成し、凸部表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部上に形成する微小高さのバンクと溝部を極めて容易に形成できる。また、インクジェット法は、回転を含めた塗布方向の自由度が高いため、例えば、円形状の凸部の上に、連続した溝形状または独立した窪み形状を容易に形成できる。さらに、通常は、微小な深さの溝または窪みをエッチングで形成する必要があるため、エッチングマスクとエッチング液が必要となり、コストアップと廃液処理の環境問題が発生するが、インクジェット法では必要な量のみを必要な場所のみに塗布できるので、コスト、環境面でも優位である。
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記バンクにより形成される溝部が、連続した溝状に形成されてなることを特徴とする。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し、連続した溝部を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部に溝部を容易に形成でき、超音波トランスデューサの特性を向上させることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に微小高さのバンクを極めて容易に形成できる。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し、連続した溝部を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部に溝部を容易に形成でき、超音波トランスデューサの特性を向上させることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に微小高さのバンクを極めて容易に形成できる。
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記バンクにより形成される溝部が、独立した窪み状に形成されてなることを特徴とする。
このような構成により、例えば、最初に固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し連続した溝部を形成し、その後に連続した溝部に仕切りとなるバンクを形成し、溝部を穴（窪み）状に形成する。
これにより、超音波トランスデューサの音圧レベルの向上と駆動電流の低減をさらに図ることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に形成する微小高さのバンクと穴（窪み）を極めて容易に形成できる。
このような構成により、例えば、最初に固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し連続した溝部を形成し、その後に連続した溝部に仕切りとなるバンクを形成し、溝部を穴（窪み）状に形成する。
これにより、超音波トランスデューサの音圧レベルの向上と駆動電流の低減をさらに図ることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に形成する微小高さのバンクと穴（窪み）を極めて容易に形成できる。
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記液滴が導電性の液滴材料であることを特徴とする。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、導電性の液滴材料を使用する。そして、導電性の液滴材料を使用する場合は、振動膜が絶縁体である場合には、振動膜はそのままでよいが、振動膜が絶縁体でない場合には、振動膜の固定電極（下電極）に対抗する面に絶縁膜を形成する。
これにより、バンクを形成する液滴材料に導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、導電性の液滴材料を使用する。そして、導電性の液滴材料を使用する場合は、振動膜が絶縁体である場合には、振動膜はそのままでよいが、振動膜が絶縁体でない場合には、振動膜の固定電極（下電極）に対抗する面に絶縁膜を形成する。
これにより、バンクを形成する液滴材料に導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記液滴が非導電性の液滴材料であることを特徴とする。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、非導電性の液滴材料を使用する。これにより、バンクを形成する液滴材料に非導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
このような構成により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、非導電性の液滴材料を使用する。これにより、バンクを形成する液滴材料に非導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、絶縁体に電極層が形成された振動膜と、該振動膜に対向する面に凹凸部が複数形成された固定電極とを有し、前記振動膜に形成された電極層と前記固定電極との間に交流信号を印加することにより、超音波を発生させる超音波トランスデューサの製造方法であって、予め固定電極の振動膜の対向面に複数の凹凸からなる凹凸部を形成しておき、前記固定電極の凸部上面に溝部を形成することを特徴とする。
このような方法により、静電型の超音波トランスデューサにおいて、上電極が形成された振動膜に対向する固定電極（下電極）の面を凹凸構造とし、かつ、固定電極（下電極）の凸部の表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、振動膜が固定電極（下電極）に吸着する（張り付く）ことを防止でき、電気信号を音波信号に変換する効率を向上でき、出力音圧レベルを向上させることができる。また、上電極と固定電極（下電極）間の静電容量を減少させ、超音波トランスデューサの駆動電流を軽減することができる。
このような方法により、静電型の超音波トランスデューサにおいて、上電極が形成された振動膜に対向する固定電極（下電極）の面を凹凸構造とし、かつ、固定電極（下電極）の凸部の表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、振動膜が固定電極（下電極）に吸着する（張り付く）ことを防止でき、電気信号を音波信号に変換する効率を向上でき、出力音圧レベルを向上させることができる。また、上電極と固定電極（下電極）間の静電容量を減少させ、超音波トランスデューサの駆動電流を軽減することができる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記凸部の上面にインクジェット法により液滴を塗布して、バンクを形成することにより溝部を形成することを特徴とする。
このような方法により、超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の凸部の上面に、インクジェット法により液滴材料を塗布し、微少な高さのバンクを形成し、凸部表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部上に形成する微小高さのバンクと溝部を極めて容易に形成できる。また、インクジェット法は、回転を含めた塗布方向の自由度が高いため、例えば、円形状の凸部の上に、連続した溝形状または独立した窪み形状を容易に形成できる。さらに、通常は、微小な深さの溝または窪みをエッチングで形成する必要があるため、エッチングマスクとエッチング液が必要となり、コストアップと廃液処理の環境問題が発生するが、インクジェット法では必要な量のみを必要な場所のみに塗布できるので、コスト、環境面でも優位である。
このような方法により、超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の凸部の上面に、インクジェット法により液滴材料を塗布し、微少な高さのバンクを形成し、凸部表面に溝部（連続溝または窪み）を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部上に形成する微小高さのバンクと溝部を極めて容易に形成できる。また、インクジェット法は、回転を含めた塗布方向の自由度が高いため、例えば、円形状の凸部の上に、連続した溝形状または独立した窪み形状を容易に形成できる。さらに、通常は、微小な深さの溝または窪みをエッチングで形成する必要があるため、エッチングマスクとエッチング液が必要となり、コストアップと廃液処理の環境問題が発生するが、インクジェット法では必要な量のみを必要な場所のみに塗布できるので、コスト、環境面でも優位である。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記バンクにより形成される溝部が、連続した溝状に形成されることを特徴とする。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し、連続した溝部を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部に溝部を容易に形成でき、超音波トランスデューサの特性を向上させることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に微小高さのバンクを極めて容易に形成できる。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し、連続した溝部を形成する。
これにより、固定電極（下電極）の凸部に溝部を容易に形成でき、超音波トランスデューサの特性を向上させることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に微小高さのバンクを極めて容易に形成できる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記バンクにより形成される溝部が、独立した窪み状に形成されることを特徴とする。
このような方法により、例えば、最初に固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し連続した溝部を形成し、その後に連続した溝部に仕切りとなるバンクを形成し、溝部を穴（窪み）状に形成する。
これにより、超音波トランスデューサの音圧レベルの向上と駆動電流の低減をさらに図ることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に形成する微小高さのバンクと穴（窪み）を極めて容易に形成できる。
このような方法により、例えば、最初に固定電極（下電極）の凸部上に微小高さのバンクを並列に配置し連続した溝部を形成し、その後に連続した溝部に仕切りとなるバンクを形成し、溝部を穴（窪み）状に形成する。
これにより、超音波トランスデューサの音圧レベルの向上と駆動電流の低減をさらに図ることができる。特に、インクジェット法を使用することにより、凸部上に形成する微小高さのバンクと穴（窪み）を極めて容易に形成できる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記インクジェット法によるバンクの形成の後に、焼成工程を有することを特徴とする。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部への液滴材料の塗布後に、焼成工程により、溶媒を蒸発させ液滴材料を固着させる。
これにより、凸部への液滴材料の固着を、短時間でかつ確実に行うことができる。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部への液滴材料の塗布後に、焼成工程により、溶媒を蒸発させ液滴材料を固着させる。
これにより、凸部への液滴材料の固着を、短時間でかつ確実に行うことができる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記液滴が導電性の液滴材料であることを特徴とする。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、導電性の液滴材料を使用する。そして、導電性の液滴材料を使用する場合は、振動膜が絶縁体である場合には、振動膜はそのままでよいが、振動膜が絶縁体でない場合には、振動膜の固定電極（下電極）に対抗する面に絶縁膜を形成する。
これにより、バンクを形成する液滴材料に導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、導電性の液滴材料を使用する。そして、導電性の液滴材料を使用する場合は、振動膜が絶縁体である場合には、振動膜はそのままでよいが、振動膜が絶縁体でない場合には、振動膜の固定電極（下電極）に対抗する面に絶縁膜を形成する。
これにより、バンクを形成する液滴材料に導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記液滴が非導電性の液滴材料であることを特徴とする。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、非導電性の液滴材料を使用する。これにより、バンクを形成する液滴材料に非導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
このような方法により、固定電極（下電極）の凸部に塗布する液滴材料として、非導電性の液滴材料を使用する。これにより、バンクを形成する液滴材料に非導電性の液滴材料を使用することが可能になり、凸部上にバンクを形成する液滴材料の選択の幅が広がる。
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明による超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の例を示す図であり、超音波トランスデューサの固定電極（下電極）の断面図である。
図１において、固定電極１には、凹部２と凸部３が形成され、凸部３の上面には、インクジェット法により液滴（エポキシ系の液滴材料など）を塗布してバンク４が形成される。また、バンク４により溝部（連続溝または穴（窪み））５が形成される。このように、凸部３の表面にバンク４と溝部５を設けることにより、振動膜が固定電極（下電極）１に吸着（張り付く）ことを防止でき、電気信号を音波信号に変換する効率を向上でき、出力音圧レベルを向上させることができる。また、上電極と固定電極（下電極）間の静電容量を減少させ、超音波トランスデューサの駆動電流を軽減することができる。
なお、図１に示す固定電極１の例では、凹部２は、深さが０．６ｍｍ、幅が０．３ｍｍである。凸部３は、幅が０．２ｍｍ、高さが０．６ｍｍである。そして、凸部３の上面のバンク４は０．１ｍｍの間隔で並列に形成され、バンク４の幅は５０μｍであり、その高さは１０μｍである。
また、バンク４の間に形成される溝部５は隔の０．１ｍｍであり、その幅は、バンク４の形成位置を変更することにより、０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲に設定することができる。また、バンク４の高さは５μｍ〜２０μｍの範囲に設定することができる。
また、固定電極１の材料としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、ＳＵＳ、黄銅、真鍮、銅、アルミなどが使用できる。なお、固定電極１にアルミを使用する場合には、例えば、凸部３の上面にＣｒ（クローム）メッキ処理を施すことにより、液滴材料との密着性を向上させることができる。また、凸部３の上面に親液処理を施し、液滴材料との密着性を向上させることもできる。
また、図２は、固定電極の平面図を示したものであり、凸部３の上面にバンクを形成した状態を模式的に示したものである。図２に示す例おいては、凸部３上には、バンク４が０．１ｍｍ幅の間隔で平行して形成され、凸部上に溝（連続溝または穴（窪み））５が形成された例を示している。なお、図２示す例では、凸部３が３つの場合を示しているが、実際には、必要に応じてより多くの凸部３が形成される。
また、図３は、凸部上の溝部を穴（窪み）状に形成した例を模式的に示した図であり、理解を容易にするために、バンク４と穴（窪み）６を拡大強調して示したものである。図３（ａ）は、円形の固定電極（下電極）の例を示し、図３（ｂ）は楕円形の固定電極（下電極）の例を示している。図３に例示するように、凸部の表面上には、バンク４が穴（窪み）６を形成するように、インクジェット法により液滴材料が塗布して形成される。なお、液滴材料としては、例えば、絶縁性のバンクの形成が必要な時は、接着性を有するエポキシ系の液滴材料などを使用する。
図４は、インクジェット法による液滴の塗布状態の例を示す図である。図４（ａ）は、凸部上に穴（窪み）６を設けるようにしてバンク４を形成した例を示している。図４（ａ）に示すように、凸部３の上面に、インクジェット法にて液滴７を連続して吐出し、微小高さのバンクを連続して形成するともに、バンクを液滴７で仕切り、深さ１０μｍ程度の穴（窪み）６を設ける。なお、穴（窪み）６を形成するための液滴により仕切は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの間隔で行われる。
また、液滴塗布工程によるバンク形成後は、溶媒を蒸発させて塗布された液滴材料を固化するための焼成工程を行う。例えば、１００度から２００度程度の温度で焼成工程を行う。これにより、固定電極（下電極）の凸部への液滴材料の塗布後に、焼成工程により溶媒を蒸発させ、液滴材料を短時間で確実に凸部３に固着させることができる。
また、凸部３に塗布する液滴材料は、導電性の液滴材料でもよいし、非導電性の液滴材料でもよい。導電性の液滴材料を使用する場合は、振動膜が絶縁体である場合には、そのままでよいが、振動膜が絶縁体でない場合には、振動膜の固定電極（下電極）に対抗する面に絶縁膜を形成する必要がある。
なお、液滴の塗布方法については、いくつかの方法があり、図４（ｂ）に示すように、液滴７を順次重ね合わせて塗布する方法がある。また、図４（ｃ）に示すように、最初に間隔をあけて液滴ａを塗布した後に、液滴ｂを塗布するような、飛び越しによる塗布方法がある。また、図４（ｄ）は、穴（窪み）６を設ける場合の液滴の塗布の方法を示す図であり、最初に液滴ａを塗布して一方のバンクを形成し、次に液滴ｂを塗布して他方のバンクを形成し、最後に液滴ｃを塗布して、穴（窪み）６を形成する。
また、図５は、バンクに穴（窪み）を形成せずに、凸部３上に連続した溝が形成されるように液滴７を塗布する例を示す図である。
また、図６は、固定電極の他の構成例を示す図であり、図６（ａ）は矩形状に凸部３を設け、凸部３上にバンク４と穴（窪み）６を形成した例を示しており、図６（ｂ）は、直線上に凸部３を配列し、凸部３上にバンク４と穴（窪み）６を形成した例を示している。このように、固定電極（下電極）１と凸部３の形状は、任意の形状とすることができる。また、穴（窪み）６を形成せずに、連続した溝としてもよい。
図７は、液滴吐出装置１００（以下、インクジェット装置１００とも言う）の概略構成例を示す図である。このインクジェット装置１００は、ベース３１、基板移動手段３２、ヘッド移動手段３３、インクジェットヘッド（ヘッド）３４、インク（液状体）供給手段３５等を有して構成されたものである。ベース３１は、その上に前記基板移動手段３２、ヘッド移動手段３３を設置したものである。
基板移動手段３２は、ベース３１上に設けられたもので、Ｙ軸方向（主走査方向）に沿って配置されたガイドレール３６を有したものである。この基板移動手段３２は、例えばリニアモータにより、スライダ３７をガイドレール３６、３６に沿って移動させるよう構成されたものである。スライダ３７には、θ軸用のモータ（図示せず）が備えられている。このモータは、例えばダイレクトドライブモータからなるものであり、これのロータ（図示せず）はテーブル３９に固定されている。このような構成のもとに、モータに通電するとロータおよびテーブル３９は、θ方向に沿って回転し、テーブル３９をＹ軸に対して所定の角度θ回転固定するようになっている。
テーブル３９は、基板Ｓ（加工対象の固定電極１に相当）を位置決めし、保持するものである。すなわち、このテーブル３９は、公知の吸着保持手段（図示せず）を有し、この吸着保持手段を作動させることにより、基板Ｓをテーブル３９の上に吸着保持するようになっている。基板Ｓは、テーブル３９の位置決めピン（図示せず）により、テーブル３９上の所定位置に正確に位置決めされ、保持されるようになっている。テーブル３９には、インクジェットヘッド３４がインク（液状組成物）を捨打ちあるいは試し打ちするための捨打ちエリア４１が設けられている。この捨打ちエリア４１は、Ｘ軸方向（副走査方向）に延びて形成されたもので、テーブル３９の後端部側に設けられたものである。
ヘッド移動手段３３は、ベース３１の後部側に立てられた一対の架台３３ａ、３３ａと、これら架台３３ａ、３３ａ上に設けられた走行路３３ｂとを備えてなるもので、該走行路３３ｂをＸ軸方向（副走査方向）、すなわち前記の基板移動手段３２のＹ軸方向（主走査方向）と直交する方向に沿って配置したものである。走行路３３ｂは、架台３３ａ、３３ａ間に渡された保持板３３ｃと、この保持板３３ｃ上に設けられた一対のガイドレール３３ｄ、３３ｄとを有して形成されたもので、ガイドレール３３ｄ、３３ｄの長さ方向にインクジェットヘッド３４を保持させるスライダ４２を移動可能に保持したものである。スライダ４２は、リニアモータ（図示せず）等の作動によってガイドレール３３ｄ、３３ｄ上を走行し、これによりインクジェットヘッド３４をＸ軸方向に移動させるよう構成されたものである。
インクジェットヘッド３４には、揺動位置決め手段としてのモータ４３、４４、４５、４６が接続されている。そして、スライダ４２とインクジェットヘッド３４とに接続されているモータ４３を作動させると、インクジェットヘッド３４はＺ軸に沿って上下動し、Ｚ軸上での位置決めが可能になっている。なお、このＺ軸は、前記のＸ軸、Ｙ軸に対しそれぞれに直交する方向（上下方向）である。また、モータ４４を作動させると、インクジェットヘッド３４は図７中のβ方向に沿って揺動し、位置決め可能になり、モータ４５を作動させると、インクジェットヘッド３４はγ方向に揺動し、位置決め可能になり、モータ４６を作動させると、インクジェットヘッド３４はα方向に揺動し、位置決め可能になる。
このようにインクジェットヘッド３４は、スライダ４２上において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能となり、かつ、α、β、γに沿って揺動し、位置決め可能となっている。したがって、インクジェットヘッド３４のインク吐出面を、テーブル３９側の基板Ｓ（加工対象の固定電極１）に対する位置あるいは姿勢を、正確にコントロールすることができるようになっている。
ここで、インクジェットヘッド３４は、図８（ａ）に示すように例えばステンレス製のノズルプレート１１２と振動板１１３とを備え、両者を仕切部材（リザーバプレート）１１４を介して接合したものである。ノズルプレート１１２と振動板１１３との間には、仕切部材１１４によって複数の空間１１５と液溜まり１１６とが形成されている。各空間１１５と液溜まり１１６の内部はインク（凸部組成物）で満たされており、各空間１１５と液溜まり１１６とは供給口１１７を介して連通したものとなっている。また、ノズルプレート１１２には、空間１１５からインク（凸部組成物）を噴射するためのノズル孔１１８が一列に配列された状態で複数形成されている。一方、振動板１１３には、液溜まり１１６にインク（凸部組成物）を供給するための孔１１９が形成されている。
また、振動板１１３の空間１１５に対向する面と反対側の面上には、図８（ｂ）に示すように圧電素子（ピエゾ素子）１２０が接合されている。この圧電素子１２０は、一対の電極１２１の間に位置し、通電するとこれが外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたものである。そして、このような構成のもとに圧電素子１２０が接合されている振動板１１３は、圧電素子１２０と一体になって同時に外側へ撓曲するようになっており、これによって空間１１５の容積が増大するようになっている。したがって、空間１１５内に増大した容積分に相当するインク（凸部組成物）が、液溜まり１１６から供給口１１７を介して流入する。また、このような状態から圧電素子１２０への通電を解除すると、圧電素子１２０と振動板１１３はともに元の形状に戻る。したがって、空間１１５も元の容
積に戻ることから、空間１１５内部のインク（凸部組成物）の圧力が上昇し、ノズル孔１１８から基板に向けてインク（凸部組成物）の液滴１２２が吐出される。なお、インクジェットヘッド３４のインクジェット方式としては、前記の圧電素子１２０を用いたピエゾジェットタイプ以外の方式のものとしてもよい。例えば、バブルジェット（登録商標）方式でも良い。
積に戻ることから、空間１１５内部のインク（凸部組成物）の圧力が上昇し、ノズル孔１１８から基板に向けてインク（凸部組成物）の液滴１２２が吐出される。なお、インクジェットヘッド３４のインクジェット方式としては、前記の圧電素子１２０を用いたピエゾジェットタイプ以外の方式のものとしてもよい。例えば、バブルジェット（登録商標）方式でも良い。
図７に戻り、インク供給手段３５は、インクジェットヘッド３４にインク（凸部組成物）を供給するインク供給源４７と、このインク供給源４７からインクジェットヘッド３４にインク（凸部組成物）を送るためのインク供給チューブ４８とからなるものである。すなわちステンレス製等の容器からなるインク供給源４７にインク（凸部組成物）を一時保管して、そこよりインク（凸部組成物）をインク供給チューブ４８によりヘッドまで供給する方式を採用している。
以上、説明したように、本インクジェット装置１００を用いて、固定電極（下電極）の凸部に溝または穴（窪み）を形成するので、これにより、固定電極（下電極）上に形成する微小高さのバンクを極めて容易に形成できる。また、インクジェット法は、回転を含めた塗布方向の自由度が高い為、例えば、本発明の実施の形態に示したような、円形状の凸部の上に、連続した溝形状または独立した窪み形状を容易に形成出来る。
また、ワーク(固定電極)をステージ上に複数配置して、順次に複数の固定電極に液滴材料を塗布していけるので、生産性が高い。さらに、従来例（特許文献１参照）のような複雑な形状のスペーサを用意する必要がないので、コストが安い。またさらに、静電型の超音波トランスデューサが大型になればなるほど、材料を無駄にしない点および加工性の自由度が高くなり、発明の効果が大きくなる。
なお、図９は、他の方法によるバンクの形成方法を示す図である。図９（ａ）は従来のエッチング法によるバンクの形成方法を示す図である。また、図９（ｂ）は、電鋳によるバンクの形成方法を示す図である。
図９（ａ）に示すエッチング法によりバンクを形成する場合は、最初に凸部３の表面の溝６ａとなる部分を形成するためのレジスト８を作成し（ステップＳ１）、このレジスト８とエッチング液により固定電極１の上面のエッチング処理を行い、凸部３上の溝６ａとなる部分を形成する（ステップＳ２）。次に放電加工により、凹部２を設ける（ステップＳ３）。また、図９（ｂ）に示す電鋳による方法では、最初に固定電極１に電鋳によりＮｉメッキ９などを施し、バンク４と溝６ａになる部分を形成する（ステップＳ１１）。次に、放電加工により、凹部２を設ける（ステップＳ１２）。
このように、従来のエッチング法による場合では、微小な深さの溝または窪みをエッチングで形成する必要があるため、エッチングマスクが必要であり、またエッチング液も必要となり、コストアップと廃液処理の環境問題が発生するが、本発明によるインクジェット法では必要な量のみを必要な場所のみに塗布できるので、コスト、環境面でも優位である。また、電鋳による方法は、加工上の手間がかかり、本発明のインクジェット法による方法に比べて、コストと加工の手間がかかる。
以上説明したように、大音響出力のスピーカとして静電型の超音波トランスデューサが大型化してくると、本発明のインクジェット法によるバンク形成法は、ますます有用になる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 固定電極（下電極）、 ２ 凹部、 ３ 凸部、 ４ バンク
５ 凸部上の溝部、 ６ 穴（窪み）、 ７ 液滴
５ 凸部上の溝部、 ６ 穴（窪み）、 ７ 液滴
Claims (11)
- 絶縁体に電極層が形成された振動膜と、前記振動膜に対向する面に凹凸部が複数形成された固定電極とを含み、前記振動膜に形成された電極層と前記固定電極との間に交流信号を印加することにより、超音波を発生させる超音波トランスデューサであって、
前記固定電極の凹凸部の凸部上面にインクジェット法により液滴を塗布して、バンクを形成することにより溝部が形成されてなること
を特徴とする超音波トランスデューサ。 - 前記溝部が、連続した溝状に形成されてなること
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。 - 前記溝部が、独立した窪み状に形成されてなること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波トランスデューサ。 - 前記液滴が導電性の液滴材料であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波トランスデューサ。 - 前記液滴が非導電性の液滴材料であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波トランスデューサ。 - 絶縁体に電極層が形成された振動膜と、該振動膜に対向する固定電極とを含み、前記振動膜に形成された電極層と前記固定電極との間に交流信号を印加することにより、超音波を発生させる超音波トランスデューサの製造方法であって、
前記固定電極の前記振動膜との対向面に複数の凹凸からなる凹凸部を形成し、
前記凹凸部の凸部上面にインクジェット法により液滴を塗布して、バンクを形成することにより溝部を形成すること
を特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。 - 前記溝部が、連続した溝状に形成されること
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。 - 前記溝部が、独立した窪み状に形成されること
を特徴とする請求項６または請求項７に記載の超音波トランスデューサの製造方法。 - 前記インクジェット法による前記バンクの形成の後に、焼成工程を有すること
を特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の超音波トランスデューサの製造方法。 - 前記液滴が導電性の液滴材料であること
を特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の超音波トランスデューサの製造方法。 - 前記液滴が非導電性の液滴材料であること
を特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の超音波トランスデューサの製造方法。
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