JP6496097B1 - 超音波トランスデューサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る超音波トランスデューサーは、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有している。

Description

本発明は、複数の圧電素子が並列配置されてなり、フェイズドアレイセンサーとして好適に利用可能な超音波トランスデューサー及びその製造方法に関する。

圧電素子及び振動板を含む複数の振動体が並列配置されてなる超音波トランスデューサーは、物体の形状を検知したり又は広範囲に亘って物体の有無を検知する為のフェイズドアレイセンサーとして好適に利用可能であるが、この場合には前記超音波トランスデューサーには下記事項が求められている。

即ち、複数の振動体間においてグレーティングローブ現象が発生することを抑制する為には、前記複数の振動体の配列ピッチを当該振動体が放射する超音波の波長λの１／２以下にする必要がある。

一方、数メートル先の物体を検知する為には、超音波トランスデューサーに用いられる振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚ程度の低周波数に設定する必要がある。

周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚとしつつ、グレーティングローブ現象の発生を抑制する為には、複数の振動体の配列ピッチを８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。

しかしながら、現状、４０ｋＨｚの超音波を放射可能な振動体の直径は１０ｍｍ程度であり、従って、現状の振動体を用いて前記要望を満たすことは不可能である。

この点に関し、４０ｋＨｚの超音波を放射する通常の振動体に導波管（音響管）を組み合わせた構成（以下、第１従来構成という）が提案されている。

前記第１従来構成は、並列配置された複数の振動体のそれぞれに導波管の一端側開口を連結させ、且つ、前記導波管の他端側開口の配列ピッチを前記振動体が放射する超音波の波長の１／２以下とさせ得るように構成されている。

しかしながら、前記第１従来構成においては、導波管を含むセンサーの全体サイズが大きくなるという問題がある。
また、導波管内において生じる超音波の反射が、超音波の放射プロファイルに悪影響を及ぼすという問題もある。

前記第１従来構成とは異なる構成として、ＭＥＭＳ（Mico Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造した複数の振動体を備えた超音波トランスデューサー（以下、第２従来構成という）が提案されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。

前記第２従来構成においては、圧電素子によって振動される振動板のサイズを４００〜８００μｍとすることができ、複数の振動体をλ／２以下の配列ピッチで配列させることが可能となる。

しかしながら、前記第２従来構成においては、振動板のサイズが小さくなり過ぎてしまい、数メートル先の物体を検知する為に必要な４０ｋＨｚ程度の低周波数の超音波を発生させることが困難となる。
また、製造工程の複雑化に伴って製造コストが高騰化するという問題も生じる。

特開２０１０−１６４３３１号公報 特開２０１３−０４６０８６号公報

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、並列配置された複数の圧電素子を備えた超音波トランスデューサーであって、前記複数の圧電素子がそれぞれ形成する複数の振動体の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止し得る超音波トランスデューサーの提供を目的とする。
また、本発明は、前記超音波トランスデューサーを効率良く製造し得る製造方法の提供を他の目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１態様は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有している超音波トランスデューサーを提供する。

前記第１態様に係る超音波トランスデューサーによれば、前記複数の振動領域の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止することができる。
従って、前記複数の圧電素子間の相互干渉を有効に防止乃至は低減しつつ、低周波数の超音波を有効に放射することができる。

前記第１態様においては、好ましくは、前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して剛性が低い低剛性領域とされる。

斯かる構成によれば、前記振動領域が前記低剛性領域によってフレキシブルに支持されることになり、従って、前記振動領域の面積を小さくしても低い共振周波数を実現でき、前記振動領域の音圧を高めることができる。

前記低剛性領域は、前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域に設けられた溝によって形成され得る。

斯かる構成によれば、前記溝を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。

これに代えて、前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域に、当該振動領域の内外を分断する開口部及び当該振動領域の内外を連結する連結部を周方向に交互に設けることができ、前記開口部及び前記連結部によって前記低剛性領域を形成することも可能である。

斯かる構成によれば、前記開口部及び前記連結部を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。

前記目的を達成するために、本発明の第２態様は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な導電性金属板によって形成された弾性板と、それぞれが圧電本体及び前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層を有し、前記下面電極層が前記弾性板の第１面に対向された状態で前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを間隙を存しつつ覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記低剛性領域は、第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接される溝領域とされており、前記圧電素子は、前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含み、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的に接続されている超音波トランスデューサーを提供する。

前記第２態様に係る超音波トランスデューサーによれば、前記複数の振動領域の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止することができる。
従って、前記複数の圧電素子間の相互干渉を有効に防止乃至は低減しつつ、低周波数の超音波を有効に放射することができる。

また、前記振動領域が前記低剛性領域によってフレキシブルに支持されるので、前記振動領域の面積を小さくしても低い共振周波数を実現でき、前記振動領域から放射される音波の音圧を高めることができる。
さらに、前記低剛性領域の外周縁を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。

前記第２態様においては、好ましくは、前記低剛性領域を形成する溝領域の底面に前記振動領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部を設け、前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的に接続する前記導電性接着剤を前記接着剤滞留領域内に設けることができる。

斯かる構成によれば、前記圧電素子の中央部及び前記振動領域を機械的に接合する絶縁性接着剤と、前記圧電素子の延在部の下面電極層及び前記低剛性領域を電気的に接続する導電性接着剤との意に反した混合を有効に防止することができ、前記圧電素子の下面電極層と前記弾性板との電気接続の信頼性を高めることができる。

前記第１及び第２態様の種々の構成において、好ましくは、前記封止部材の内表面のうち前記圧電素子の上面と対向する部分に、前記圧電素子の上面との間に間隙を存する状態で吸音材を固着させることができる。
斯かる構成によれば、前記弾性板の第１面の側からの音波漏洩を効果的に抑制することができる。

これに代えて、前記収容空間には発泡性樹脂によって形成される吸音材を充填することも可能である。
斯かる構成によっても、前記弾性板の第１面の側からの音波漏洩を効果的に抑制することができる。

また、前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーは、好ましくは、さらに、平面視において前記振動領域を囲繞するように前記拘束領域の第１面に固着された質量部材を備えることができる。

斯かる構成によれば、前記拘束領域の振動を抑制し、前記複数の振動領域間のクロスストロークを低減できると共に、前記振動領域の振動振幅を増大させて発生音波の音圧を高めることができる。

また、前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーは、好ましくは、さらに、前記弾性板の第２面に接合された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口を有する防護部材を備えることができる。

斯かる構成によれば、前記弾性板への外部からの接触を有効に防止でき、前記弾性板の損傷を有効に防止することができる。

好ましくは、前記防護部材の外端面には、前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板を接合することができる。

斯かる構成によれば、前記防護部材表面の損傷を有効に防止できると共に、前記防護部材の表面の振動を抑制することができる。

前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合され且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間された筒状部と、前記圧電素子の上面との間に間隙を存しつつ前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有し得る。
この場合、好ましくは、前記閉塞部の外表面には剛性補強板が固着される。

より好ましくは、前記超音波トランスデューサーは、平面視において前記振動領域を囲繞する筒状の隔壁部材であって、軸線方向一端側が前記剛性補強板に連結され且つ軸線方向他端側が前記弾性板の第１面との間に間隙を存する状態で前記筒状部内に埋設された隔壁部材をさらに備え得る。

斯かる構成によれば、前記振動領域の振動動作を阻害することなく、隣接する振動領域間における振動伝搬を有効に防止乃至は低減できる。

前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、例えば、前記弾性板は導電性金属板とされ、前記圧電素子は、圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有するものとされる。
この場合において、好ましくは、前記弾性板には、前記第１面上に設けられる絶縁層及び前記絶縁層上に積層される複数の配線導体を含む配線体が設けられ、前記下面電極層は導電性接着剤によって前記弾性板の第１面に機械的且つ電気的に接合され、前記上面電極層は導電性接着剤又ははんだによって対応する前記配線導体に電気的に接続される。

斯かる構成によれば、簡易な構造で前記圧電素子と外部電圧との電気的接続を実現することができる。

好ましくは、前記上面電極層及び対応する前記配線導体の間を電気的に接続する前記導電性接着剤又ははんだと前記弾性板の第１面との間には絶縁性接着剤が介挿される。

斯かる構成によれば、前記導電性接着剤又は前記はんだが前記弾性板の第１面に意に反して接触して前記上面電極層及び前記下面電極層が短絡することを有効に防止することができる。

前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、例えば、前記複数の拘束領域は、前記弾性板の第１板面方向に沿って配列されたｍ個（ｍは１以上整数）の拘束領域によって形成される拘束領域群が前記第１板面方向と直交する第２板面方向にｎ行（ｎは１以上の整数）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個の拘束領域を有するものとされる。

この場合、好ましくは、前記スリット部は、前記一の拘束領域内の振動領域に装着される一の圧電素子の第２板面方向両側に位置し、前記第１板面方向に沿って延びる一対の第１板面方向スリットと、前記一の圧電素子の第１板面方向両側に位置し、前記第２板面方向に沿って延びる一対の第２板面方向スリットとを含むものとされ、前記一対の第１板面方向スリットは前記一の圧電素子の第１板面方向長さよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリットは前記一対の圧電素子の第２板面方向長さよりも長いものとされ、周方向に隣接する前記第１板面方向スリット及び前記第２板面方向スリットの端部同士の間によって画される４箇所が前記ブリッジ部を形成するように構成される。

より好ましくは、隣接する拘束領域の間には単一の共通スリットが設けられ、前記単一の共通スリットが隣接する拘束領域の双方の外周縁を画するものとされる。

また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成する弾性板エッチング工程と、前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含む超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。

斯かる製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。

好ましくは、前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域への溝の形成、又は、前記振動領域の外周縁に沿った複数の開口部であって、周方向に隣接する開口部の間に連結部が残された複数の開口部の形成を行うように構成される。

また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層がそれぞれ固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記低剛性領域は、当該低剛性領域の第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く溝領域とされ、前記溝領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成すると共に、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って溝領域である前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、前記振動領域の第１面及び前記接着剤滞留領域の第１面にそれぞれ塗布された絶縁性接着剤及び導電性接着剤によって前記複数の圧電素子を接着させる圧電素子接着工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含み、溝領域である前記低剛性領域を形成する為のハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く溝領域としつつ、前記溝領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成されている超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。

斯かる製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。

本発明の種々の構成に係る前記製造方法は、好ましくは、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体の先端部及び対応する前記圧電素子の間に絶縁性樹脂を塗布する工程を備え、前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだは、当該導電性接着剤又は当該はんだと前記弾性板の第１面との間に前記絶縁性樹脂が介挿された状態で、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に電気的に接続するように設けられる。

本発明に係る前記製造方法の一態様においては、前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合とされ且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面電極層よりも前記弾性板の第１面から離間されるように形成された筒状部と、前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有するものとされ、前記封止部材設置工程は、前記封止部材を用意する工程と、前記封止部材の閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程と、前記剛性補強板の固着工程の前又は後に、前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着させた状態において前記圧電素子の上面電極層との間に間隙が存するように前記閉塞部の内表面に吸音材を固着させる工程と、前記剛性補強板及び前記吸音材が固着された状態の前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着する工程とを含むものとされる。

他形態においては、前記封止部材設置工程は、前記筒状部を前記弾性板の第１面に接合する工程と、前記筒状部内に吸音材として作用する発泡性シリコーンを充填する工程と、前記閉塞部を形成する工程と、前記閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程とを含むものとされる。

好ましくは、本発明に係る前記製造方法は、前記封止部材設置工程の後に、前記弾性板の第２面に、前記振動領域を外方に開放する開口を有する樹脂製の防護部材を接合させる工程を含み得る。

より好ましくは、本発明に係る製造方法は、さらに、前記防護部材の接合工程の後に、前記防護部材の外端面に前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板を接合する工程を備えることができる。

図１は、本発明の第１実施の形態に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図２は、図１におけるII部拡大図である。 図３は、図２におけるIII-III線に沿った断面図である。 図４は、前記実施の形態１の第１変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図５は、前記実施の形態１の第２変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図６は、前記実施の形態１の第３変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図７は、前記実施の形態１の第４変形例に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図８は、前記実施の形態１の第５変形例に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図９(a)〜(c)は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。 図１０(a)〜(c)は、図９(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１１(a)〜(c)は、図１０(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１２(a)〜(c)は、図１１(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１３(a)〜(c)は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサーにおける封止部材、補強板及び吸音材によって形成されるアッセンブリの製造方法の工程図である。 図１４(a)〜(c)は、前記第５変形例に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。 図１５(a)〜(c)は、図１４(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１６は、本発明の第２実施の形態に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図１７は、本発明の第３実施の形態に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図１８は、本発明の第４実施の形態に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図１９は、図１８におけるIX-IX線に沿った断面図である。 図２０(a)〜(c)は、前記実施の形態４に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。

実施の形態１
以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａの平面図であって、下記封止部材４０及び補強板６０を取り除いた状態の平面図を示す。
また、図２及び図３に、それぞれ、図１におけるII部拡大図及び図２におけるIII-III線に沿った断面図を示す。

本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、物体の形状の検知や広範囲に渡る物体の検知等に用いられるフェイズドアレイセンサーとして好適に利用される。

具体的には、図１〜図３に示すように、前記超音波トランスデューサー１Ａは、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する弾性板１０と、前記弾性板１０の第１面１０ａに板面方向に並列状態で固着された複数の圧電素子３０と、前記複数の圧電素子３０のそれぞれを間隙を存しつつ覆う複数の収容空間４０ａを形成するように前記弾性板１０の第１面１０ａに設けられた封止部材４０とを備えている。

前記弾性板１０は、板厚方向に振動可能な弾性を有する限り、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板や、炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等の種々の材質で形成され得る。
前記弾性板１０は、例えば、厚さ０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとされる。
本実施の形態においては、前記弾性板１０は導電性金属板によって形成されている。

前記圧電素子３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジリコン酸鉛）からなる圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有している。
前記圧電本体は、例えば厚さ０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとされ、前記上面電極層及び前記下面電極層は、例えば厚さ０．０５μｍ〜数μｍのＡｇやＡｕによって形成される。

前記複数の圧電素子３０は、前記下面電極層が前記弾性板１０の第１面１０ａに対向された状態で前記第１面１０ａに並列状態で固着されている。

詳しくは、図１〜図３に示すように、前記弾性板１０には、前記複数の圧電素子３０がそれぞれ装着される複数の振動領域１２と、前記複数の振動領域１２をそれぞれ囲む複数の拘束領域１４と、一の拘束領域１４と当該一の拘束領域１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域１６とが設けられている。

本実施の形態においては、図１に示すように、前記複数の振動領域１２をそれぞれ平面視において囲繞する前記複数の拘束領域１４は、前記弾性板１０の第１板面方向Ｄ１に沿って配列されたｍ個（図示の形態においては５個）の拘束領域１４によって形成される拘束領域群１４Ａが前記第１板面方向Ｄ１と直交する第２板面方向Ｄ２にｎ行（図示の形態においては３行）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個（図示の形態においては、５×３＝１５個）の拘束領域１４を有している。

前記複数の拘束領域１４によってそれぞれ囲繞される前記複数の振動領域１２も、同様に、ｍ×ｎ個の振動領域１２を有している。
そして、前記ｍ×ｎ個の複数の圧電素子３０が、前記ｍ×ｎ個の振動領域１２のそれぞれに装着されている。

なお、本実施の形態においては、図１に示すように、前記複数の振動領域１２（前記複数の拘束領域１４）は格子状に配列されているが、当然ながら、前記複数の振動領域１２（前記複数の拘束領域１４）は斯かる配置に限定されるものではなく、千鳥状や放射状等に配置され得る。

本実施の形態においては、前述の通り、前記弾性板１０は導電性金属板とされており、前記圧電素子３０は、導電性接着剤３８（図３参照）によって前記下面電極層が前記弾性板１０の第１面１０ａに電気的に接続された状態で当該弾性板１０の第１面１０ａに機械的に固着されている。

前記境界領域１６は、図２に示すように、当該境界領域が外周縁を画する一の拘束領域１４及び当該一の拘束領域１４の径方向外方に隣接する前記外方領域を分断するスリット部１７と、前記一の拘束領域１４の前記外方領域に対する機械的連結を維持するブリッジ部１８とを有している。

前記封止部材４０は、図３に示すように、前記複数の振動領域１２のそれぞれを平面視において覆う複数の筒状部４２であって、基端面が前記境界領域１６を含む位置で前記弾性板１０の第１面１０ａに接合され且つ自由端側の端面が前記圧電素子３０の上面電極層よりも前記弾性板１０の第１面１０ａから離間された複数の筒状部４２と、前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙を存しつつ前記複数の筒状部４２の自由端側の開口を閉塞して前記複数の圧電素子３０を収容する複数の収容空間４０ａを形成する閉塞部４４とを有している。

前記閉塞部４４の内表面と前記圧電素子３０との間に間隙を設けることにより、前記封止部材４０が前記圧電素子３０及び前記振動領域１２の振動を制約しないようになっている。

前記封止部材４０は、例えば、シリコーン等の高分子材料によって形成され、接着剤によって前記弾性板１０に接合される。

このように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａにおいては、一枚の前記弾性板１０上に複数の圧電素子３０を装着することによって当該複数の圧電素子３０によって振動される複数の振動領域１２間の可及的な近接配置を実現しつつ、一の振動領域１２の振動が当該一の振動領域１２の径方向外方に位置する外方領域に伝搬することを前記スリット部１７によって有効に防止乃至は低減することができる。

従って、前記圧電素子３０及び前記振動領域１２から低周波数（例えば、３０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ）の超音波を放射させることができ、且つ、前記複数の圧電素子３０の間でグレーティングローブ現象が生じることを有効に防止乃至は低減できる。

本実施の形態においては、図２に示すように、前記スリット部１７は、前記一の拘束領域１４内の振動領域１２に装着される一の圧電素子３０の第２板面方向Ｄ２両側に位置し、前記第１板面方向Ｄ１に沿って延びる一対の第１板面方向スリット１７ａと、前記一の圧電素子３０の第１板面方向Ｄ１両側に位置し、前記第２板面方向Ｄ２に沿って延びる一対の第２板面方向スリット１７ｂとを含んでいる。

前記一対の第１板面方向スリット１７ａは前記一の圧電素子３０の第１板面方向長さ３０ａよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリット１７ｂは前記一の圧電素子３０の第２板面方向長さ３０ｂよりも長いものとされ、且つ、周方向に隣接する前記第１板面方向スリット１７ａ及び前記第２板面方向スリット１７ｂの端部同士の間によって画される４箇所に前記ブリッジ部１８が設けられている。

斯かる構成によれば、矩形配置された前記複数の圧電素子３０の間で振動が伝搬することを有効に防止しつつ、前記複数の拘束領域１４を安定的に保持することができる。

また、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、隣接する拘束領域１４の間には単一の共通スリット１７が設けられており、前記単一の共通スリット１７が隣接する拘束領域１４の双方の外周縁を画するように構成されている。

斯かる構成によれば、前記複数の圧電素子３０間の振動伝搬を有効に防止しつつ、前記複数の拘束領域１４の設置面積を可及的に低減することができる。

なお、前記スリット部１７及び前記ブリッジ部１８は、種々の構成を取り得る。
図４に、異なる構成のスリット部２１及びブリッジ部２２を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｂの部分拡大平面図を示す。

図４に示す前記変形例１Ｂにおいては、前記スリット部２１は円弧状とされている。
そして、一の拘束領域１４を４つの前記スリット部２１が囲繞するように構成されており、周方向に隣接する２つの前記スリット部２１の間に前記ブリッジ部２２が設けられている。

また、図５に、さらに異なる構成のスリット部２３及びブリッジ部２４を備えた他の変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｃの部分拡大平面図を示す。

図５に示す前記変形例１Ｃにおいては、前記スリット部２３は平面視略Ｌ字状とされている。
そして、一の拘束領域１４を４つの前記スリット部２３が囲繞するように構成されている。

詳しくは、周方向に隣接する２つのＬ字状スリット２３は、一方のスリット２３の一部２３ａが他方のスリット２３の一部２３ｂよりも径方向内方に位置する状態で周方向に関しオーバーラップするように配置されており、前記一方のスリット２３の一部２３ａ及び前記他方のスリット２３の一部２３ｂの間の径方向間隙が前記ブリッジ部２４を形成している。

種々の構成のスリット部１７（２１、２３）及びブリッジ部１８（２２、２４）において、好ましくは、前記境界領域１６の周方向長さをＬとした場合に、前記複数のスリット部１７（２１、２３）の周方向の合計長さＬａがＬａ≧０．９×Ｌを満たすように構成することができる。

図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記弾性板１０のうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域が、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域１２及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域１４に比して低剛性の低剛性領域２６となるように、構成されている。

斯かる構成を備えることにより、前記振動領域１２の振動特性を高めることができる。
従って、前記振動領域１２のサイズを小さくして前記複数の振動領域１２の配列ピッチを小さくしつつ、低周波数の音波を発生させることができる。

本実施の形態においては、図２及び図３に示すように、前記振動領域１２の外形状と前記圧電素子３０の外形状とを同一としつつ、前記弾性板１０の第１面１０ａのうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に溝２７を設け、前記溝２７によって前記低剛性領域２６を形成している。

斯かる構成によれば、前記溝２７によって前記低剛性領域２６を形成しつつ、前記溝２７を前記振動領域１２に前記圧電素子３０を実装させる際のアライメントマークとしても利用することができる。

図６に、前記低剛性領域２６が異なる構造によって形成されている変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｄの部分拡大平面図を示す。

図６に示す変形例１Ｄにおいては、前記弾性板１０のうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に、当該振動領域１２の内外を分断する開口部２８ａ及び当該振動領域１２の内外を連結する連結部２８ｂが周方向に交互に設けられており、前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂによって前記低剛性領域２６が形成されている。
前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂも、前記溝２７と同様に、前記振動領域１２に前記圧電素子３０を実装させる際のアライメントマークとしても利用することができる。

なお、本実施の形態においては、前記振動領域１２は平面視円形状とされ、且つ、前記圧電素子３０はこれと同一形状の平面視円形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
図７に、平面視矩形状の振動領域１２及び圧電素子３０を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｅの平面図を示す。

図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記封止部材４０の内表面のうち前記圧電素子３０の上面電極層と対向する部分に、前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙を存する状態で固着された吸音材５０を備えている。
前記吸音材５０は、例えば、発泡性シリコーンによって形成される。

前記吸音材５０を備えることにより、前記振動領域１２から後方（前記弾性板１の板厚方向に関し第１面１０ａ側）への超音波の漏洩を防止乃至は低減できると共に、バースト状の超音波が放射された後において、当該超音波の残響を有効に抑制することができる。

図８に、前記吸音材５０に代えて吸音材５５が備えられた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｆの部分縦断面図を示す。
図８に示す変形例１Ｆにおいては、例えば、発泡性シリコーンによって形成される前記吸音材５５が前記収容空間４０ａ内に充填されている。

図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記封止部材４０の閉塞部４４の外表面に固着された補強板６０を有している。
前記補強板６０はステンレス等の剛性板によって形成される。

前記補強板６０を備えることにより、振動特性を阻害することなく前記超音波トランスデューサー１Ａの強度を高めることができる。

本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記弾性板１０の第２面１０ｂに接合された防護部材７０であって、前記振動領域１２を外方に開放する開口７２を有する防護部材７０を備えている。
前記防護部材７０は、例えば、シリコーンによって形成される。

前記防護部材７０を備えることにより、振動特性を阻害することなく前記弾性板１０を保護することができる。

前記超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記防護部材７０の外端面に接合された剛性の防護板７５を有している。
前記防護板７５には、前記防護部材７０の前記開口７２に対応した貫通孔７７が設けられている。
前記防護板７５は、例えば、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板によって形成される。

前記防護板７５を備えることにより、前記防護部材７０の損傷を有効に防止乃至は低減しつつ、前記防護部材７０が意に反して振動することを有効に抑制することができる。

さらに、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、図１〜図３等に示すように、前記圧電素子３０の前記上面電極層に電圧を印可する為の配線体８０を一体的に備えている。

前記配線体８０は、前記弾性板１０の第１面１０ａ上に固着された絶縁層８２と、前記絶縁層８２上に積層される導体層８４とを有している。
前記絶縁層８２は、例えば、ポリイミドによって形成される。
前記導体層８４は、例えば、Ｃｕ／Ａｕによって形成される。

前記導体層８４は、前記複数の圧電素子３０の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体８５を有している。

図３に示すように、前記複数の配線導体８５は、先端部が対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７を介して電気的に接続され、且つ、基端部が外部との接続用パッド８６（図１参照）を形成している。

本実施の形態においては、図３に示すように、前記配線導体８５の先端部及び前記圧電素子３０の上面電極層を電気的に接続する前記導電性接着剤又は前記はんだ８７と前記弾性板１０の第１面１０ａとの間には絶縁性樹脂８８が介挿されており、これにより、前記配線導体８５及び上面電極層が前記弾性板１０に短絡することを有効に防止している。

なお、前述の通り、前記複数の圧電素子３０の下面電極層は、導電性接着剤３８を介して導電性の前記弾性板１０に電気的に接続されている。
そして、前記弾性板１０には、当該弾性板１０に電気的に接続された状態の下面電極層用パッド８９が設けられている。

前記配線体８０には、前記導体層８４が外部に接触することを有効に防止する為に前記導体層８４を囲繞する絶縁性カバー層（図略）が設けられ得る。

次に、前記超音波トランスデューサー１Ａの製造方法について説明する。
前記製造方法は、前記弾性板１０を形成する導電性の弾性板形成体１１０を用意する工程と、前記弾性板形成体１１０の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層８２を形成する絶縁層形成部材１８２及び前記複数の配線導体８５を形成する配線導体形成部材１８５を含む配線体形成部材１８０を設ける工程（図９(a)）と、前記配線体形成体１８０の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層８２及び前記複数の配線導体８５を含む前記配線体８０を形成する工程（図９(b)及び(c)）とを有している。

本実施の形態においては、前記配線体８０を形成する工程は、まず、前記配線導体形成部材１８５の不要部分をエッチング除去して前記複数の配線導体８５を形成し（図９(b)）、その後に、前記絶縁層形成部材１８２の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層８２を形成するように構成されている（図９(c)）。

前記製造方法は、さらに、前記弾性板形成体１１０に対してエッチングを行って前記スリット部１７を形成する弾性板エッチング工程（図１０(a)及び(b)）を有している。

本実施の形態においては、前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部１７の形成に加えて、前記弾性板１０の第１面１０ａのうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域への溝２７の形成を行うように構成されている（図１０(a)参照）。

なお、本実施の形態においては、まず、ハーフエッチングによって前記溝２７を形成し、その後に、前記スリット部１７を形成しているが、前記溝２７及び前記スリット部１７の形成順序は問わない。

また、前記変形例１Ｄにおけるように、前記低剛性領域２６を前記複数の開口部２８ａによって現出させる場合には、前記弾性板エッチング工程は、前記溝２７の形成に代えて、前記振動領域１２の外周縁に沿った複数の開口部２８ａであって、周方向に隣接する開口部２８ａの間に前記連結部２８ｂが残された複数の開口部２８ａの形成を行うように構成される。

前記製造方法は、さらに、前記複数の振動領域１２の第１面１０ａに前記複数の圧電素子３０の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤３８によって接着させる圧電素子実装工程を有している。

具体的には、前記圧電素子実装工程は、前記複数の振動領域１２の第１面１０ａに導電性接着剤３８を塗布する工程（図１０(c)）と、前記導電性接着剤３８の上に前記圧電素子３０を装着させ、前記導電性接着剤３８を硬化させる工程（１１(a)）とを有している。

なお、図１０(a)〜(c)中の符号３９は、前記導電性接着剤３８の塗布前に前記振動領域１２の第１面１０ａに設けられる金メッキであり、前記導電性接着剤３８と前記振動領域１２の第１面１０ａとの電気的接続の信頼性を向上させる為のものである。

前記製造方法は、さらに、前記複数の配線導体８５の先端部を対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７によって電気的に接続する電気接続工程（図１１(c)）を有している。

ここで、本実施の形態においては、前記導電性接着剤８７が前記弾性板１０に接触して、前記上面電極層及び前記下面電極層が短絡することを有効に防止する為に、前記製造方法は、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体８５の先端部及び対応する前記圧電素子３０の間に絶縁性接着剤８８を塗布する工程（図１１(b)）を有している。

この場合、前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだ８７は、当該導電性接着剤又は当該はんだ８７と前記弾性板１０の第１面１０ａとの間に前記絶縁性接着剤８８が介挿された状態で、前記複数の配線導体８５の先端部を対応する前記圧電素子３０の上面電極層に電気的に接続するように、塗布される。

前記製造方法は、さらに、前記封止部材４０を前記弾性板１０の第１面１０ａ上に設ける封止部材設置工程（図１２(a)）を有している。

ここで、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１Ａは、図３に示すように、前記封止部材４０に固着された前記吸音材５０及び前記剛性補強板６０を有している。

この場合、前記封止部材設置工程は、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を一体的に備えた封止部材４０を用意する工程（図１３(a)）と、前記封止部材４０の閉塞部４４の外表面に前記剛性補強板６０を固着する工程（図１３(b)）と、前記剛性補強板６０の固着工程の前又は後に、前記封止部材４０を前記弾性板１０の第１面１０ａに固着させた状態において前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙が存するように前記閉塞部４４の内表面に前記吸音材５０を固着させる工程（図１３(c)）と、前記剛性補強板６０及び前記吸音材５０が固着された状態の前記封止部材４０を前記弾性板の第１面に固着する工程（図１２(a)とを含むものとされる。

なお、前記収容空間４０ａが前記吸音材５５によって充填されている図８に示す前記変形例１Ｆを製造する場合には、前記封止部材設置工程は、前記弾性板１０の第１面１０ａに前記筒状部４２を接合する工程（図１４(a)）と、前記筒状部４２内に吸音材５５として作用する発泡性シリコーンを充填する工程（図１４(b)）と、前記閉塞部４４を形成する工程（図１４(c)）と、前記閉塞部４４の外表面に剛性補強板６０を固着する工程（図１５(a)）とを含むものとされる。

前記製造方法は、さらに、前記封止部材設置工程の後に、前記弾性板１０の第２面１０ｂに、前記振動領域１２を外方に開放する開口７２を有する樹脂製の防護部材７０を接合させる工程（図１２(b)及び図１５(b)）と、前記防護部材７０の外端面に前記開口７２に対応した貫通孔７７を有する剛性の防護板７５を接合する工程（図１２(c)及び図１５(c)）とを有している。

実施の形態２
以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１６に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２の縦断面図であって、前記実施の形態１における図３に対応した縦断面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。

図１６に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー２は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａに比して、さらに、平面視において前記振動領域１２を囲繞するように前記拘束領域１４の第１面１０ａに固着された質量部材２１０を備えている。
前記質量部材２１０は、前記振動領域１２を平面視において囲繞する筒状とされており、ステンレス等の金属部材によって形成される。

前記質量部材２１０を備えることにより、前記振動領域１２の振動が前記拘束領域１４に伝搬して当該拘束領域１４が振動することを有効に有効乃至は低減することができる。

前記質量部材２１０は、基端面が前記拘束領域１４の第１面１０ａに当接された状態で接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって当該第１面１０ａに接合される。
前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合は、前記封止部材設置工程の前に行われる。

前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合が接着剤によって行われる場合には、接着剤の分布のバラツキに起因して前記振動領域１２の共振周波数に影響を与えるおそれがある。

これに対し、前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合がスポット溶接によって行われる場合には、前記質量部材２１０の設置姿勢の安定化を図ることができ、前記振動領域１２の共振周波数のバラツキを有効に抑制することができる。

前記質量部材２１０の基端面のうち前記配線体８０上の位置する部分には、前記配線体８０を覆うような凹みを形成することができる。
斯かる構成を備えることにより、前記質量部材２１０を前記振動領域１２の全周に亘って設けつつ、前記質量部材２１０と前記配線体８０との接触を有効に防止することができる。

本実施の形態においては、図１６に示すように、前記質量部材２１０の外周面及び上端面が前記封止部材４０の内表面に当接される。
斯かる構成を備えることにより、前記質量部材２１０による前記拘束領域１４の振動防止効果をより向上させることができる。

なお、図１６に示すように、本実施の形態においては、前記質量部材２１０の外周縁と前記境界領域１６の内周縁とが一致するように、前記質量部材２１０が構成されている。

実施の形態３
以下、本発明に係る超音波トランスデューサーのさらに他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１７に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー３の縦断面図であって、前記実施の形態１における図３及び前記実施の形態２における図１６に対応した縦断面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１及び２におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。

図１７に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー３は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａに比して、さらに、隔壁部材２３０を備えている。

図１７に示すように、前記隔壁部材２３０は、平面視において前記振動領域１２を囲繞する筒状とされており、軸線方向一端側が前記剛性補強板６０に連結され且つ軸線方向他端側が前記弾性板１０の第１面１０ａとの間に間隙を存する状態で前記封止部材４０の筒状部４２内に埋設されている。

前記隔壁部材２３０は、前記剛性補強板６０と一体形成することも可能であるし、前記剛性補強板６０とは別体形成し、前記剛性補強板６０に接着又は溶接等によって接合させることも可能である。
前記隔壁部材２３０は、アルミニウムを用いた鋳造や、ステンレス等の鉄系部材への切削又はエッチングによって形成され得る。

前記隔壁部材２３０を備えることにより、前記封止部材４０の筒状部４２による閉塞性を向上させることができると共に、前記振動領域１２からの振動伝搬を防止乃至は低減しつつ前記拘束領域１４の動きを抑制でき、前記振動領域１２の振動特性を向上させることができる。

なお、当然ながら、前記実施の形態２に係る超音波トランスデューサー２に前記隔壁部材２３０を備えることも可能である。

実施の形態４
以下、本発明に係る超音波トランスデューサーのさらに他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１８に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４の平面図であって、前記封止部材４０及び前記補強板６０を取り除いた状態の平面図を示す。
また、図１９に、図１８におけるIXX-IXX線に沿った断面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１〜３におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。

本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４は、主として、前記弾性板１０及び前記複数の圧電素子３０の代わりに弾性板３１０及び複数の圧電素子３３０を有している点において、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａと相違している。

前記弾性板３１０は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面３１０ａ及び第２面３１０ｂを有し、板厚方向に振動可能な導電性金属板によって形成されている。

図１８及び図１９に示すように、前記弾性板３１０は、板面方向に並列状態で設けられ、前記複数の圧電素子３３０がそれぞれ装着される複数の振動領域３１２と、前記複数の振動領域３１２をそれぞれ平面視において囲む複数の低剛性領域３２６と、前記低剛性領域３２６を平面視において囲む拘束領域３１４と、一の拘束領域３１４と当該一の拘束領域３１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域３１６とを有している。

前記境界領域３１６は、前記境界領域１６と同様、前記スリット部１７及び前記ブリッジ部１８を有している。

前記低剛性領域３２６は、第１面３１０ａの側に開く溝を有する溝領域とされており、対応する前記振動領域３１２及び対応する前記拘束領域３１４よりも薄肉とされることで当該振動領域３１２及び拘束領域３１４よりも低剛性とされている。

即ち、前記弾性板３１０の第２面３１０ｂは、前記振動領域３１２、前記低剛性領域３２６及び前記拘束領域３１４に亘って面一とされる一方で、前記第１面３１０ａは前記低剛性領域３２６において凹まされている。
即ち、前記低剛性領域３２６は、当該低剛性領域３２６の第１面が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く溝領域とされている。

前記圧電素子３３０は、前記振動領域３１２よりも大きく且つ前記低剛性領域３２６よりも小さい外径を有している。
即ち、前記圧電素子３３０は、前記振動領域３１２の第１面に絶縁性接着剤３４０によって固着される中央部３３１と、前記中央部３３１から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域３２６内において終焉する延在部３３３とを有している。

なお、本実施の形態においては、図１８に示すように、前記振動領域３１２は平面視円形状とされ、前記圧電素子３３０は平面視矩形状とされ、且つ、前記低剛性領域３２６は平面視矩形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形状に限定されるものではない。

即ち、前記圧電素子３３０の外径が、前記振動領域３１２の外径よりも大で且つ前記低剛性領域３２６の外径よりも小である限り、前記振動領域３１２、前記圧電素子３３０及び前記低剛性領域３２６の全てを平面視円形状とする等、種々の形状が可能である。

好ましくは、前記低剛性領域３２６は、前記圧電素子３３０と同一外形状で且つ前記圧電素子３３０の外径より若干大きい外径を有するものとされる。
斯かる構成によれば、前記低剛性領域３２６の外周縁を、前記振動領域３１２に前記圧電素子３３０を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。

さらに、図１９に示すように、前記延在部３３３の下面電極層が導電性接着剤３４５によって前記低剛性領域３２６の第１面３１０ａに電気的に接続されている。

なお、前記圧電素子３３０の上面電極層と対応する前記配線導体８５とは、前記実施の形態１におけると同様に、導電性接着剤又ははんだ８７によって行われており、前記導電性接着剤又ははんだ８７と前記弾性板３１０の第１面３１０ａ及び前記導電性接着剤３４５との間には絶縁性接着剤８８が介挿されている。

このように、本実施の形態においては、前記振動領域３１２と前記圧電素子３３０の中央部３３１との機械的接合を絶縁性接着剤３４０によって行うことで前記圧電素子３３０の支持安定化を図りつつ、前記低剛性領域３２６と前記圧電素子３３０の延在部３３３の下面電極層とを導電性接着剤３４５によって連結することで前記圧電素子３３０の下面電極層と前記弾性板３１０との電気的連結を得ている。

さらに、前記超音波トランスデューサー４においては、図１９に示すように、前記低剛性領域３２６を形成する溝領域の底面には、前記振動領域３１２の第１面３１０ａよりも低い隆起部３２８であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部３２８が設けられている。

そして、前記延在部３３３における下面電極層と前記低剛性領域３２６の第１面３１０ａとを電気的に接続する前記導電性接着剤３４５は前記接着剤滞留領域内に設けられている。

斯かる構成によれば、前記圧電素子３３０の中央部３３１及び前記振動領域３１２を機械的に接合する絶縁性接着剤３４０と、前記圧電素子３３０の延在部３３３の下面電極層及び前記低剛性領域３２６を電気的に接続する導電性接着剤３４５とが意に反して混合し、前記圧電素子３３０の下面電極層と前記弾性板３１０との電気接続の信頼性が損なわれることを有効に防止することができる。

なお、本実施の形態においては、図１８に示すように、前記隆起部３２８は２箇所において設けられているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものでは無く、前記隆起部３２８を１箇所のみ又は３箇所以上設けることも可能である。

本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４は、例えば、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａの製造方法に比して、下記変更を加えた製造方法によって好適に製造され得る。

即ち、本実施の形態の製造方法においては、前記スリット部１７を形成する前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部１７をエッチング除去することに加えて、前記低剛性領域３２６をハーフエッチングするように構成される（図２０(a)）。

この際、前記隆起部３２８に対応した領域については、サイドエッチング量の２倍よりも若干狭い幅を有するレジストマスクで覆っておく。これにより、前記隆起部３２８をその頂上の位置が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面３１０ａより低くなるように残すことができ、圧電素子３３０の下面との接触を防止することができる。

次に、前記接着剤滞留領域内に導電性接着剤３２８を、前記振動領域３１２に絶縁性接着剤３４０をそれぞれ塗布し（図２０(b)）、前記圧電素子３３０を装着後（図２０(c)）、導電性接着剤３２８及び絶縁性接着剤３４０の硬化処理を行う。

なお、図１９中の符号３４６は、導電性接着剤３４５及び前記弾性板３１０間の電気接続の信頼性を向上させる為に、前記接着剤滞留領域への導電性接着剤３４５の塗布前に、前記接着剤滞留領域の第１面に設けられるＡｕメッキである。

１Ａ〜１Ｆ、２〜４ 超音波トランスデューサー
１０、３１０ 弾性板
１０ａ、３１０ａ 第１面
１０ｂ、３１０ｂ 第２面
１２、３１２ 振動領域
１４、３１４ 拘束領域
１６、３１６ 境界領域
１７ スリット部
１７ａ、１７ｂ 第１及び第２板面方向スリット
１８ ブリッジ部
２６、３２６ 低剛性領域
２７ 溝
２８ａ 開口部
２８ｂ 連結部
３０、３３０ 圧電素子
４０ 封止部材
４２ 筒状部
４４ 閉塞部
５０、５５ 吸音材
６０ 剛性補強板
７０ 防護部材
７２ 開口
７５ 防護板
７７ 貫通孔
８０ 配線体
８２ 絶縁層
８５ 配線導体
８７ 導電性接着剤又ははんだ
８８ 絶縁性接着剤
１１０ 弾性板形成体
１８２ 絶縁層形成部材
１８５ 配線導体形成部材
２１０ 質量部材
２３０ 隔壁部材
３２８ 隆起部
３３１ 中央部
３３３ 延在部
３４０ 絶縁性接着剤
３４５ 導電性接着剤

Claims (25)

1. 板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、
   前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、
   前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、
   前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有していることを特徴とする超音波トランスデューサー。
2. 前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して剛性が低い低剛性領域とされてい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ー。
3. 前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域には溝が設けられており、前記溝が前記低剛性領域を形成していることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサー。
4. 前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域には、当該振動領域の内外を分断する開口部及び当該振動領域の内外を連結する連結部が周方向に交互に設けられており、前記開口部及び前記連結部が前記低剛性領域を形成していることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサー。
5. 板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な導電性金属板によって形成された弾性板と、
   それぞれが圧電本体及び前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層を有し、前記下面電極層が前記弾性板の第１面に対向された状態で前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子のそれぞれを間隙を存しつつ覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、
   前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、
   前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、
   前記低剛性領域は、第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接される溝領域とされており、
   前記圧電素子は、前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含み、
   前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的に接続されていることを特徴とする超音波トランスデューサー。
6. 前記低剛性領域を形成する溝領域の底面には前記振動領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、
   前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的に接続する前記導電性接着剤は前記接着剤滞留領域内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の超音波トランスデューサー。
7. 前記封止部材の内表面のうち前記圧電素子の上面と対向する部分には、前記圧電素子の上面との間に間隙を存する状態で吸音材が固着されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
8. 前記収容空間には発泡性樹脂によって形成される吸音材が充填されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
9. 平面視において前記振動領域を囲繞するように前記拘束領域の第１面に固着された質量部材を備えていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
10. 前記弾性板の第２面には、前記振動領域を外方に開放する開口を有する防護部材が接合されていることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
11. 前記防護部材の外端面には、前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板が接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波トランスデューサー。
12. 前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合され且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間された筒状部と、前記圧電素子の上面との間に間隙を存しつつ前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有し、
    前記閉塞部の外表面には剛性補強板が固着されていることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
13. 平面視において前記振動領域を囲繞する筒状の隔壁部材であって、軸線方向一端側が前記剛性補強板に連結され且つ軸線方向他端側が前記弾性板の第１面との間に間隙を存する状態で前記筒状部内に埋設された隔壁部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波トランスデューサー。
14. 前記弾性板は導電性金属板とされており、
    前記圧電素子は、圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有し、
    前記弾性板には、前記第１面上に設けられる絶縁層及び前記絶縁層上に積層される複数の配線導体を含む配線体が設けられ、
    前記下面電極層は導電性接着剤によって前記弾性板の第１面に機械的且つ電気的に接合され、前記上面電極層は導電性接着剤又ははんだによって対応する前記配線導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から１３の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
15. 前記上面電極層及び対応する前記配線導体の間を電気的に接続する前記導電性接着剤又ははんだと前記弾性板の第１面との間には絶縁性接着剤が介挿されていることを特徴とする請求項１４に記載の超音波トランスデューサー。
16. 前記複数の拘束領域は、前記弾性板の第１板面方向に沿って配列されたｍ個（ｍは１以上整数）の拘束領域によって形成される拘束領域群が前記第１板面方向と直交する第２板面方向にｎ行（ｎは１以上の整数）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個の拘束領域を有し、
    前記スリット部は、前記一の拘束領域内の振動領域に装着される一の圧電素子の第２板面方向両側に位置し、前記第１板面方向に沿って延びる一対の第１板面方向スリットと、前記一の圧電素子の第１板面方向両側に位置し、前記第２板面方向に沿って延びる一対の第２板面方向スリットとを含み、
    前記一対の第１板面方向スリットは前記一の圧電素子の第１板面方向長さよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリットは前記一対の圧電素子の第２板面方向長さよりも長いものとされ、
    周方向に隣接する前記第１板面方向スリット及び前記第２板面方向スリットの端部同士の間によって画される４箇所が前記ブリッジ部を形成していることを特徴とする請求項１から１５の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
17. 隣接する拘束領域の間には単一の共通スリットが設けられており、前記単一の共通スリットが隣接する拘束領域の双方の外周縁を画していることを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサー。
18. 板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、
    前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
    前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、
    前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成する弾性板エッチング工程と、
    前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる工程と、
    前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
    前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含むことを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
19. 前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域への溝の形成、又は、前記振動領域の外周縁に沿った複数の開口部であって、周方向に隣接する開口部の間に連結部が残された複数の開口部の形成を含むことを特徴とする請求項１８に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
20. 板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層がそれぞれ固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記低剛性領域は、当該低剛性領域の第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く溝領域とされ、前記溝領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、
    前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
    前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、
    前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成すると共に、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って溝領域である前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、
    前記振動領域の第１面及び前記接着剤滞留領域の第１面にそれぞれ塗布された絶縁性接着剤及び導電性接着剤によって前記複数の圧電素子を接着させる圧電素子接着工程と、
    前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
    前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含み、
    溝領域である前記低剛性領域を形成する為のハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く溝領域としつつ、前記溝領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成されていることを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
21. 前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体の先端部及び対応する前記圧電素子の間に絶縁性樹脂を塗布する工程を備え、
    前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだは、当該導電性接着剤又は当該はんだと前記弾性板の第１面との間に前記絶縁性樹脂が介挿された状態で、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に電気的に接続していることを特徴とする請求項１８から２０の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
22. 前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合とされ且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面電極層よりも前記弾性板の第１面から離間されるように形成された筒状部と、前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有するものとされ、
    前記封止部材設置工程は、前記封止部材を用意する工程と、前記封止部材の閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程と、前記剛性補強板の固着工程の前又は後に、前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着させた状態において前記圧電素子の上面電極層との間に間隙が存するように前記閉塞部の内表面に吸音材を固着させる工程と、前記剛性補強板及び前記吸音材が固着された状態の前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着する工程とを含むことを特徴とする請求項１８から２１の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
23. 前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合とされ且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面電極層よりも前記弾性板の第１面から離間されるように形成された筒状部と、前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有するものとされ、
    前記封止部材設置工程は、前記筒状部を前記弾性板の第１面に接合する工程と、前記筒状部内に吸音材として作用する発泡性シリコーンを充填する工程と、前記閉塞部を形成する工程と、前記閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程とを含むことを特徴とする請求項１８から２１の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
24. 前記封止部材設置工程の後に、前記弾性板の第２面に、前記振動領域を外方に開放する開口を有する樹脂製の防護部材を接合させる工程を含むことを特徴とする請求項１８から２３の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
25. 前記防護部材の外端面に前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板を接合する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項２４に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。