JP6552149B1 - Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
本発明に係る超音波トランスデューサーは、板厚方向に振動可能な弾性板と、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を覆う高分子材料製の封止部材とを備え、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、複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、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いる。前記封止部材は、複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲む複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で弾性板の第1面に接合された複数の筒状部と、複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している。An ultrasonic transducer according to the present invention includes an elastic plate that can vibrate in a plate thickness direction, a plurality of piezoelectric elements fixed in parallel to a first surface of the elastic plate, and a polymer material that covers the plurality of piezoelectric elements And the elastic plate includes a plurality of vibration regions to which the plurality of piezoelectric elements are respectively attached, a plurality of low rigidity regions surrounding each of the plurality of vibration regions, and a plurality of low rigidity regions. A plurality of constraining regions surrounding each other, and a boundary region that divides one constraining region and an outer region positioned radially outward from the one constraining region, and the boundary region includes the one constraining region and the one constraining region A slit portion for dividing the outer region; and a bridge portion for mechanically connecting the one constraining region to the outer region. The sealing member is a plurality of cylindrical portions surrounding each of the plurality of piezoelectric elements in a plan view, and a plurality of cylindrical shapes joined to the first surface of the elastic plate at a position where the base end surface straddles the slit portion. A plurality of closed portions that respectively close the free ends of the plurality of cylindrical portions, and a filling portion that extends from the base end surface of the cylindrical portion to the inside of the slit portion.
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。 The present invention relates to an ultrasonic transducer that includes a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel and can be suitably used as a phased array sensor, and a manufacturing method thereof.
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。 An ultrasonic transducer in which a plurality of vibrators including a piezoelectric element and a diaphragm are arranged in parallel is suitably used as a phased array sensor for detecting the shape of an object or detecting the presence or absence of an object over a wide range. In this case, the following items are required for the ultrasonic transducer.
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。 That is, in order to suppress the occurrence of the grating lobe phenomenon between the plurality of vibrators, the arrangement pitch of the plurality of vibrators needs to be ½ or less of the wavelength λ of the ultrasonic wave emitted by the vibrators. There is.
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。 On the other hand, in order to detect an object several meters ahead, it is necessary to set the frequency of the ultrasonic wave radiated by the vibrator used for the ultrasonic transducer to a low frequency of about 40 kHz.
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。 Since the wavelength λ of the ultrasonic wave with a frequency of 40 kHz is 8.6 mm, in order to suppress the occurrence of the grating lobe phenomenon while setting the frequency of the ultrasonic wave emitted by the oscillator to 40 kHz, the arrangement pitch of the plurality of oscillators It is necessary to make 8.6 mm / 2 = 4.3 mm or less.
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。 However, at present, the diameter of a vibrating body capable of emitting ultrasonic waves of 40 kHz is about 10 mm, and therefore, it is impossible to satisfy the above-described demand using the current vibrating body.
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。 In this regard, a configuration (hereinafter referred to as a first conventional configuration) in which a waveguide (acoustic tube) is combined with a normal vibrating body that radiates 40 kHz ultrasonic waves has been proposed.
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。 In the first conventional configuration, the one end side opening of the waveguide is connected to each of the plurality of vibrators arranged in parallel, and the vibrator radiates the arrangement pitch of the other end side openings of the waveguide. It is comprised so that it may be set to 1/2 or less of the wavelength of an ultrasonic wave.
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。However, in the first conventional configuration, there is a problem that the overall size of the sensor including the waveguide increases.
Also, there is a problem that the reflection of the ultrasonic waves generated in the waveguide adversely affects the radiation profile of the ultrasonic waves.
前記第1従来構成とは異なる構成として、MEMS(Micro 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)。
As a configuration different from the first conventional configuration, an ultrasonic transducer (hereinafter, referred to as a second conventional configuration) including a plurality of vibrators manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology has been proposed (hereinafter, referred to as a second conventional configuration). For example, see
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。 In the second conventional configuration, the size of the vibrating plate vibrated by the piezoelectric element can be set to 400 to 800 μm, and a plurality of vibrating bodies can be arranged at an arrangement pitch of λ / 2 or less.
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。However, in the second conventional configuration, the size of the diaphragm becomes too small, and it becomes difficult to generate a low frequency ultrasonic wave of about 40 kHz required to detect an object several meters away.
In addition, there is also a problem that the manufacturing cost increases with the complexity of the manufacturing process.
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。The present invention is made in view of such prior art, and is an ultrasonic transducer provided with a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel, and an array of a plurality of vibrators formed by each of the plurality of piezoelectric elements. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of preventing vibration propagation between the plurality of vibrating bodies as much as possible while narrowing the pitch.
Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing the ultrasonic transducer.
前記目的を達成するために、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を覆うように前記弾性板の第1面に設けられた高分子材料製の封止部材とを備え、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、平面視において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、平面視において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低剛性とされ、前記境界領域は、一の拘束領域及び外方領域を分断するスリット部と、一の拘束領域を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、前記封止部材は、前記複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲むように配置された複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で前記弾性板の第1面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填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。 In order to achieve the object, an elastic plate having a first surface and a second surface facing the one side and the other side in the plate thickness direction, respectively, and in parallel with the first surface of the elastic plate can vibrate in the plate thickness direction. A plurality of piezoelectric elements fixed in a state, and a sealing member made of a polymer material provided on the first surface of the elastic plate so as to cover the plurality of piezoelectric elements; A plurality of vibration regions on which the piezoelectric elements are mounted, a plurality of low rigidity regions respectively surrounding the plurality of vibration regions in plan view, and a plurality of restraint regions respectively surrounding the plurality of low rigidity regions in plan view; The low-rigidity region includes the boundary region that defines one restraint region and an outer region located radially outward from the one restraint region, and the low-rigidity region is the vibration region located radially inward of the region. And the restraint area located radially outward of the area The boundary region has a slit portion for dividing one restraint region and the outer region, and a bridge portion for mechanically coupling the one restraint region to the outer region. And the sealing member is a plurality of cylindrical portions disposed so as to surround each of the plurality of piezoelectric elements in plan view, the first end surface of the elastic plate being at a position straddling the slit portion. A plurality of cylindrical portions joined to the surface, a plurality of closed portions respectively closing the free end sides of the plurality of cylindrical portions, and a filling portion extending from the proximal end surface of the cylindrical portion to the inside of the slit portion An ultrasonic transducer is provided.
本発明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、前記境界領域におけるスリット部によって前記複数の振動体間において弾性板を介して振動が伝播することを可及的に防止乃至は低減することができる。
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。According to the ultrasonic transducer in accordance with the present invention, while narrowing the arrangement pitch of the plurality of vibration regions, it is possible to propagate vibrations through the elastic plate between the plurality of vibrators by the slits in the boundary region. It can be prevented or reduced.
Therefore, low frequency ultrasonic waves can be effectively emitted while effectively preventing or reducing mutual interference among the plurality of piezoelectric elements.
さらに、前記超音波トランスデューサーにおいては、前記振動領域が前記低剛性領域を介してフレキシブルに支持されることになり、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。
さらに、前記超音波トランスデューサーにおいては、前記スリット部に高分子材料製封止部材のスリット充填部が充填されているので、前記拘束領域の姿勢安定化を図ることができ、前記超音波トランスデューサーの信頼性を向上させることができる。Furthermore, in the ultrasonic transducer, the vibration area is flexibly supported via the low rigidity area, and a low resonance frequency can be realized even if the area of the vibration area is reduced. Sound pressure can be increased.
Further, in the ultrasonic transducer, since the slit filling portion of the sealing member made of a polymer material is filled in the slit portion, the posture stabilization of the restraint region can be achieved, and the ultrasonic transducer Reliability can be improved.
一形態においては、前記封止部材は、第1高分子材料によって形成され、前記充填部及び前記筒状部を一体形成する第1封止部材と、第2高分子材料によって形成され、前記閉塞部を形成する第2封止部材とを含むものとされる。
好ましくは、前記第1高分子材料は、硬化前の状態を基準にして、前記第2高分子材料よりも低粘度とされる。In one form, the said sealing member is formed with the 1st polymer material, and is formed with the 1st sealing member which integrally forms the said filling part and the said cylindrical part, and a 2nd polymer material, The said obstruction | occlusion And a second sealing member forming the portion.
Preferably, the first polymeric material has a viscosity lower than that of the second polymeric material based on the state before curing.
他形態においては、前記複数の筒状部、前記閉塞部及び前記充填部は同一の高分子材料で一体形成される。 In another embodiment, the plurality of cylindrical parts, the closed part and the filling part are integrally formed of the same polymer material.
一形態においては、前記低剛性領域は、前記弾性板の第1面に開く溝を有するものとされる。
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。In one form, the low stiffness region comprises a groove that opens to the first surface of the elastic plate.
According to such a configuration, the groove can be used as an alignment mark when the piezoelectric element is mounted in the vibration region.
他形態においては、前記低剛性領域は、前記振動領域及び前記拘束領域の間を分断する開口部と、前記振動領域及び前記拘束領域の間を連結する連結部とを含むものとされ、前記開口部及び前記連結部は前記振動領域の外周縁に沿って交互に設けられる。
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。In another embodiment, the low-rigidity region includes an opening that divides the vibration region and the constraining region, and a connection portion that connects the vibration region and the constraining region. The parts and the connection parts are alternately provided along the outer peripheral edge of the vibration area.
According to such a configuration, the opening and the connection can be used as alignment marks when the piezoelectric element is mounted in the vibration area.
さらに他形態においては、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面に近接された凹状薄肉領域とされる。 In still another embodiment, the low-rigidity region is a concave thin region in which the first surface is closer to the second surface than the first surface of the vibration region and the restraining region.
この場合、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合する中央部と、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むものとされ、前記中央部における下面電極層が前記振動領域の第1面に絶縁性接着剤によって固着され、且つ、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面に電気的且つ機械的に接続される。
斯かる構成によれば、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。In this case, the piezoelectric element includes a central portion overlapping with the vibration region in a plan view, and an extending portion extending radially outward from the central portion and terminating in the low rigidity region in a plan view The lower surface electrode layer in the central portion is fixed to the first surface of the vibration region by an insulating adhesive, and the lower surface electrode layer in the extension portion is a first surface of the low rigidity region by a conductive adhesive. Electrically and mechanically connected to the surface.
According to such a configuration, the outer peripheral edge of the low-rigidity region can be used as an alignment mark when the piezoelectric element is mounted on the vibration region.
好ましくは、前記薄肉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、当該薄肉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面とを電気的且つ機械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る。 Preferably, the bottom surface of the thin region is provided with a ridge lower than the first surface of the vibration region, and co-operating with the inner surface of the thin region to form an adhesive retention region. The conductive adhesive that electrically and mechanically connects the lower surface electrode layer in the extending portion and the first surface of the low-rigidity region is provided in the adhesive retention region.
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。 According to such a configuration, the insulating adhesive for mechanically joining the central portion of the piezoelectric element and the vibration region, and the lower electrode layer of the extension portion of the piezoelectric element and the low rigidity region are electrically connected. Mixing against the meaning of the conductive adhesive can be effectively prevented, and the reliability of electrical connection between the lower electrode layer of the piezoelectric element and the elastic plate can be improved.
前記種々の構成において、好ましくは、本発明に係る超音波トランスデューサーは、前記振動領域、前記低剛性領域及び前記境界領域の第1面を開放するように前記弾性板の第1面に固着された質量部材を備えることができる。 In the various configurations, preferably, the ultrasonic transducer according to the present invention is fixed to the first surface of the elastic plate so as to open the first surface of the vibration region, the low rigidity region and the boundary region. Mass members can be provided.
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。 According to such a configuration, it is possible to suppress the vibration of the restraint region, reduce the cross stroke between the plurality of vibration regions, and increase the vibration amplitude of the vibration region to increase the sound pressure of the generated sound wave. .
好ましくは、前記質量部材及び前記筒状部は、上端部が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第1面から離間するように設けられ、前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように前記質量部材及び前記筒状部を覆うものとされ、前記弾性板の第1面、前記質量部材及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填される。 Preferably, the mass member and the cylindrical portion are provided such that the upper end portion is separated from the first surface of the elastic plate than the upper surface of the piezoelectric element, and the closed portion is an upper surface electrode layer of the piezoelectric element A housing space for covering the piezoelectric element, which covers the mass member and the cylindrical portion so as to have a gap therebetween, and is surrounded by the first surface of the elastic plate, the mass member, and the closing portion; Is filled with a sound absorbing material made of foamable resin.
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。 According to such a configuration, sound wave leakage from the side of the first surface of the elastic plate can be effectively suppressed.
一形態においては、本発明に係る超音波トランスデューサーは、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。 In one form, the ultrasonic transducer according to the present invention is a protective member joined to the second surface of the elastic plate, comprising a protective member having an opening that opens the vibration area outward. it can.
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。 According to such a configuration, external contact with the elastic plate can be effectively prevented, and damage to the elastic plate can be effectively prevented.
前記防護部材を備えた一形態においては、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位置に貫通孔を有する剛性の防護板が接合される。 In one form provided with the said protection member, Preferably, the rigid protection board which has a through-hole in the position corresponding to the said opening is joined to the outer end surface of the said protection member.
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。 According to such a configuration, it is possible to effectively prevent damage to the surface of the protective member and to suppress vibration of the surface of the protective member.
前記防護部材を備えた一形態においては、好ましくは、本発明に係る超音波トランスデューサーは、前記閉塞部の外表面に固着された剛性の補強板を備えることができる。 In one mode provided with the protective member, preferably, the ultrasonic transducer according to the present invention can comprise a rigid reinforcing plate fixed to the outer surface of the closed portion.
前記防護部材、前記防護板及び前記補強板を備えた構成において、好ましくは、前記防護板は、前記防護部材の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有するものとされ、前記補強板は、前記閉塞部の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有するものとされる。
そして、前記補強板の延在部及び前記防護板の延在部がスペーサを介して連結される。In the configuration including the protection member, the protection plate, and the reinforcing plate, preferably, the protection plate is fixed to an outer surface of the protection member, and extends outward from the center portion in the plate surface direction. The reinforcing plate is provided with a central portion fixed to the outer surface of the closed portion, and an extended portion extending outward in the plate surface direction from the central portion. .
And the extension part of the said reinforcement board and the extension part of the said guard plate are connected via the spacer.
斯かる構成によれば、外力による前記弾性板の変形をより効果的に抑制でき、前記弾性板及び前記圧電素子の損傷を有効に防止乃至は低減できる。 According to such a configuration, deformation of the elastic plate due to external force can be more effectively suppressed, and damage to the elastic plate and the piezoelectric element can be effectively prevented or reduced.
前記防護板に代えて防護容器を備えることができる。
前記防護容器は、前記防護部材の外表面に沿って延び、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた端壁部と、前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部とを有するものとされる。
この場合、前記補強板は、前記閉塞部の外表面を覆った状態で前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記周壁部に連結される。A protective container can be provided instead of the protective plate.
The protective container extends along the outer surface of the protective member, and surrounds an end wall portion provided with a through hole at a position corresponding to the opening of the protective member, and an outer periphery of the protective member and the elastic plate. And a peripheral wall extending from the end wall.
In this case, the reinforcing plate is connected to the peripheral wall portion so as to close the free end opening of the peripheral wall portion of the protective container while covering the outer surface of the closing portion.
斯かる構成によっても、外力による前記弾性板の変形をより効果的に抑制でき、前記弾性板及び前記圧電素子の損傷を有効に防止乃至は低減できる。 Also with such a configuration, deformation of the elastic plate due to external force can be more effectively suppressed, and damage to the elastic plate and the piezoelectric element can be effectively prevented or reduced.
例えば、前記補強板には、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられる。 For example, the reinforcing plate is provided with a through hole that communicates the inner surface and the outer surface.
前記種々の構成において、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。 In the various configurations, the elastic plate is a conductive metal plate, and the piezoelectric element has a piezoelectric body, and a pair of upper and lower electrode layers disposed on both sides in the thickness direction of the piezoelectric body. It is said.
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。 In this case, preferably, the elastic plate is provided with a wiring body including an insulating layer provided on the first surface and a plurality of wiring conductors stacked on the insulating layer, and the lower surface electrode layer is conductive. The upper surface electrode layer is electrically connected to the corresponding wiring conductor by a conductive adhesive or solder, and is mechanically and electrically bonded to the first surface of the elastic plate by a conductive adhesive.
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。 According to such a configuration, electrical connection between the piezoelectric element and the external voltage can be realized with a simple structure.
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。 Preferably, an insulating adhesive is interposed between the conductive adhesive or solder electrically connecting between the upper surface electrode layer and the corresponding wiring conductor and the first surface of the elastic plate.
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。 According to such a configuration, it is possible to effectively prevent the upper surface electrode layer and the lower surface electrode layer from short circuiting due to the conductive adhesive or the solder unintentionally contacting the first surface of the elastic plate. Can do.
前記種々の構成において、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。 In the above-described various configurations, for example, the plurality of constraining areas is a constraining area group formed by m (m is an integer of 1 or more) constraining areas arranged along the first plate surface direction of the elastic plate. It is assumed that n rows (n is an integer of 1 or more) are provided in the second plate surface direction orthogonal to the first plate surface direction, and m × n constrained regions appear by being provided.
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。 In this case, preferably, the slit portions are located on both sides in the second plate surface direction of one piezoelectric element mounted in the vibration region in the one restraint region, and extend along the first plate surface direction. A first plate surface direction slit, and a pair of second plate surface direction slits located on both sides of the first piezoelectric element in the first plate surface direction and extending along the second plate surface direction, The pair of first plate surface direction slits is longer than the first plate surface direction length of the one piezoelectric element, and the pair of second plate surface direction slits is longer than the second plate surface direction length of the pair of piezoelectric elements It is long, and it is comprised so that four places demarcated by between the end parts of the 1st plate surface direction slit which adjoins the peripheral direction, and the 2nd plate surface direction slit may form the above-mentioned bridge part.
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。 More preferably, a single common slit is provided between adjacent constraining areas, and the single common slit defines the outer peripheral edges of both of the adjacent constraining areas.
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、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子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を含む配線体と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第1面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第2面に固着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が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において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、平面視において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、平面視において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、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第1面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有し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、前記配線体を設置する配線体設置工程と、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及び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圧電素子実装工程と、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、前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第2面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する防護部材設置工程と、前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第1封止部材を設置する第1封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第2封止部材を設置する第2封止部材設置工程とを含み、前記第1封止部材設置工程は、前記筒状部を設けるべき領域を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠を設置する処理と、前記弾性板の第1面の側から前記筒状部用型枠内に第1高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを含む超音波トランスデューサーの第1の製造方法を提供する。 Further, according to the present invention, an elastic plate having first and second surfaces respectively facing one side and the other side in the thickness direction and capable of vibrating in the thickness direction, each having a piezoelectric main body and the thickness direction of the piezoelectric main body A plurality of piezoelectric elements having an upper surface electrode layer and a lower surface electrode layer disposed on both sides, wherein the lower surface electrode layer is fixed to the first surface of the plurality of vibration regions provided in the elastic plate; A wiring body including a plurality of wiring conductors provided on an insulating layer and electrically connected to upper surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements, and a first surface of the elastic plate so as to cover the plurality of piezoelectric elements A sealing member made of a polymer material, and a protective member fixed to the second surface of the elastic plate, the protective member having an opening for opening the vibration area outward. The elastic plate has the plurality of vibration regions in plan view, respectively. A plurality of low rigidity regions, a plurality of restraint regions respectively surrounding the plurality of low rigidity regions in a plan view, a restraint region in a plan view and an outer region radially outward from the one restraint region And a boundary portion that mechanically connects the first restriction region to the outer region, and the slit portion that divides the first restriction region and the outer region. And the sealing member is a plurality of cylindrical portions respectively surrounding the plurality of vibration areas in a plan view, and the base end surface is joined to the first surface of the elastic plate at a position including the boundary area A plurality of cylindrical portions, a plurality of closed portions respectively closing the openings on the free end side of the plurality of cylindrical portions, and a filling portion extending from the proximal end surface of the cylindrical portion to the inside of the slit portion; How to make an ultrasonic transducer A step of preparing a conductive elastic plate forming body for forming the elastic plate, a wiring body setting step for installing the wiring body, and etching the elastic plate forming body to form the slit portion. And an elastic plate etching step of forming the low rigidity region, a piezoelectric element mounting step of adhering lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric devices to the first surface of the plurality of vibration regions with a conductive adhesive, and Electrically connecting the front end portion of the wiring conductor with the upper surface electrode layer of the corresponding piezoelectric element with a conductive adhesive or solder, and opening the vibration area outward through the opening. The method further includes a protection member installation step of fixing the protection member to the second surface of the elastic plate so as to close the second surface side of the slit portion, and a sealing member installation step of mounting the sealing member, Body setting And the elastic plate etching step and the piezoelectric element mounting step can be performed in any order, and the sealing member setting step is a first sealing member integrally forming the filling portion and the cylindrical portion. And a second sealing member installation step of installing a second sealing member forming the closed portion, wherein the first sealing member installation step includes A process of installing a cylindrical part formwork that defines an area where a part is to be provided in a state in which the upper part is open, and a first height in the cylindrical part formwork from the side of the first surface of the elastic plate A first method of manufacturing an ultrasonic transducer is provided which includes the steps of applying and curing a molecular material.
斯かる第1の製造方法によれば、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。 According to such a first manufacturing method, an ultrasonic transducer having the above-described configuration can be manufactured at a low cost and with a high yield.
前記第1の製造方法は、前記第1封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第2封止部材設置工程の前に、前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程を備えることができる。 In the first manufacturing method, before or after the first sealing member installation step, and before the second sealing member installation step, a foamable resin is applied to surround the piezoelectric element. And a sound absorbing material installing step of installing the sound absorbing material by curing.
例えば、前記第1封止部材設置工程は、前記筒状部の上端部が前記圧電素子の上面より上方に位置するように前記第1封止部材を設置するものとした上で、前記吸音材設置工程を、前記第1封止部材設置工程の後で且つ前記第2封止部材設置工程の前に、行うことができる。 For example, in the first sealing member installation step, the first sealing member is installed such that the upper end portion of the cylindrical portion is positioned above the upper surface of the piezoelectric element, and the sound absorbing material The installation step can be performed after the first sealing member installation step and before the second sealing member installation step.
斯かる製造方法によれば、前記第1封止部材を吸音材用型枠として用いることができ、吸音材を制御性良く設置することができる。 According to such a manufacturing method, the first sealing member can be used as a mold for a sound absorbing material, and the sound absorbing material can be installed with good controllability.
前記第1の製造方法において、好ましくは、前記第2封止部材設置工程は、前記筒状部及び前記吸音材の上面に、硬化前の状態を基準にして、第1高分子材料よりも高粘度の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。 In the first manufacturing method, preferably, the second sealing member installation step is higher than the first polymer material on the upper surface of the cylindrical portion and the sound absorbing material on the basis of the state before curing. A second polymeric material of viscosity is applied and configured to cure.
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、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子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を含む配線体と、前記弾性板の第1面に固着された質量部材と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第1面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第2面に固着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が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において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、平面視において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、平面視において前記複数の拘束領域の全体を囲むベース領域と、隣接する一の拘束領域及び他の拘束領域の間並びに隣接する拘束領域及びベース領域の間に位置し、前記複数の拘束領域のそれぞれの境界を画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域を周囲から分断するスリット部と、前記一の拘束領域を周囲に機械的に連結するブリッジ部とを有し、前記質量部材は、前記複数の拘束領域にそれぞれ固着される複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域に固着されるベース領域用質量部材とを含み、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第1面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有し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、前記配線体を設置する配線体設置工程と、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及び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圧電素子実装工程と、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、前記複数の拘束領域のそれぞれに前記拘束領域用質量部材を固着する処理及び前記ベース領域に前記ベース領域用質量部材を固着する処理を含む質量部材設置工程と、前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第2面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する防護部材設置工程と、前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程は任意の順番に実行可能とされ、前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第1封止部材を設置する第1封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第2封止部材を設置する第2封止部材設置工程とを含み、前記第1封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の間、並びに、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の間に、前記弾性板の第1面の側から第1高分子材料を塗布し、硬化させるように構成された超音波トランスデューサーの第2の製造方法を提供する。 The present invention also includes an elastic plate having a first surface and a second surface facing the one side and the other side in the plate thickness direction, respectively, and capable of vibrating in the plate thickness direction, respectively, the piezoelectric body, and the thickness direction of the piezoelectric body. A plurality of piezoelectric elements having an upper surface electrode layer and a lower surface electrode layer disposed on both sides, wherein the lower surface electrode layer is fixed to the first surface of the plurality of vibration regions provided in the elastic plate; A wiring body including a plurality of wiring conductors provided on the insulating layer and electrically connected to the upper surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements; a mass member fixed to the first surface of the elastic plate; A sealing member made of a polymer material provided on the first surface of the elastic plate so as to cover a plurality of piezoelectric elements, and a protective member fixed to the second surface of the elastic plate, wherein the vibration region is A protective member provided with an opening that opens to the outside, the elastic plate, A plurality of low rigidity regions respectively surrounding the plurality of vibration regions in a planar view, a plurality of constrained regions respectively surrounding the plurality of low rigid regions in a planar view, and a base region surrounding the entire plurality of constrained regions in a planar view And a boundary area located between one adjacent restriction area and the other restriction area and between the adjacent restriction area and the base area, which demarcates the plurality of restriction areas, and the boundary area Has a slit portion for dividing the one constraining region from the periphery and a bridge portion for mechanically connecting the one constraining region to the periphery, and the mass members are respectively fixed to the plurality of constraining regions A plurality of restraining area mass members and a base area mass member fixed to the base area, wherein the sealing member surrounds the plurality of vibration areas in plan view. A plurality of cylindrical portions joined to the first surface of the elastic plate at a position where the base end surface includes the boundary area, and an opening on the free end side of the plurality of cylindrical portions. What is claimed is: 1. A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: a plurality of closed parts that close and a filling part extending from the proximal end face of the cylindrical part to the inside of the slit part, wherein the conductive plate forms the elastic plate. A step of preparing an elastic plate forming body, a wiring body installing step of installing the wiring body, and an elastic plate etching step of etching the elastic plate forming body to form the slit portion and the low rigidity region And a piezoelectric element mounting step of adhering lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements to the first surface of the plurality of vibration regions with a conductive adhesive, and the piezoelectric element corresponding to the tips of the plurality of wiring conductors Conductive on top electrode layer An electrical connection step of electrically connecting by an adhesive or a solder, a process of fixing the mass member for the restriction area to each of the plurality of restriction areas, and a process for fixing the mass element for the base area to the base area A mass member installation step, and a protection member fixed to the second surface of the elastic plate so as to close the second surface side of the slit portion while opening the vibration area outward through the opening And a sealing member setting step of setting the sealing member, wherein the wiring member setting step, the elastic plate etching step and the piezoelectric element mounting step can be performed in any order, the mass member The installing step and the protecting member installing step can be performed in any order, and the sealing member installing step installs a first sealing member integrally forming the filling portion and the cylindrical portion. And a second sealing member installing step of installing a second sealing member forming the closed portion, wherein the first sealing member installing step includes a mass member for one restraint region adjacent to the first sealing member installing step. The first polymeric material is applied from the side of the first surface of the elastic plate between the other mass members for the restriction area and between the adjacent mass elements for the restriction area and the mass members for the base area, and cured. A second method of manufacturing an ultrasonic transducer configured to be provided is provided.
斯かる第2の製造方法によれば、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。 According to the second manufacturing method, the ultrasonic transducer having the above-described configuration can be manufactured at a low cost and with a high yield.
前記第2の製造方法において、好ましくは、前記質量部材設置工程は、前記複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域用質量部材と、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域間ブリッジと、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域/ベース領域間ブリッジとを含む質量板を用意する処理と、前記質量板を前記弾性板の第1面の所定位置に固着する処理と、前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジを切断して、前記複数の拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材を分離させる処理とを有するものとされる。 In the second manufacturing method, preferably, in the mass member installation step, the plurality of restraint region mass members, the base region mass member, and one adjacent restraint region mass member and another restraint region. A mass plate is provided that includes an inter-restraint area bridge that connects upper ends of mass members, and an inter-base area bridge that connects upper ends of adjacent restraining area mass members and base area mass members. Processing, securing the mass plate at a predetermined position on the first surface of the elastic plate, cutting the inter-restraint area bridge and the restraining area / base area bridge, the plurality of restraining area masses And a process of separating the member and the mass member for the base region.
斯かる構成によれば、前記複数の拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材の設置処理の簡素化及び高速化を図ることができる。 According to such a configuration, it is possible to simplify and speed up the installation process of the plurality of restriction region mass members and the base region mass member.
例えば、前記質量板を用意する処理は、前記拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材の高さに応じた厚みを有する板状金属ブロックを用意する処理と、前記金属ブロックの一方側の表面から前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジに対応した領域をハーフエッチングする処理とを含むものとされる。 For example, the process of preparing the mass plate includes the process of preparing a plate-like metal block having a thickness corresponding to the height of the restraint area mass member and the base area mass member, and one side of the metal block And a process of half-etching a region corresponding to the bridge between the constrained regions and the bridge between the constrained regions / base regions from the surface.
前記第2の製造方法は、前記第1封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第2封止部材設置工程の前に、一の拘束領域用質量部材によって囲まれる空間内において前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程を備えることができる。 In the second manufacturing method, before or after the first sealing member installing step, and before the second sealing member installing step, the second manufacturing method is performed in the space surrounded by one restraint area mass member. A sound absorbing material installing step of installing a sound absorbing material by applying and curing a foamable resin so as to surround the piezoelectric element can be provided.
例えば、前記拘束領域用質量部材は、上端部が前記圧電素子の上面より上方に位置するものとした上で、前記吸音材設置工程を、前記第1封止部材設置工程の後で且つ前記第2封止部材設置工程の前に、行うことができる。 For example, the restraint region mass member has an upper end portion located above the upper surface of the piezoelectric element, and the sound absorbing material installation step is performed after the first sealing member installation step and the second sealing member installation step. 2 It can carry out before a sealing member installation process.
一形態においては、前記第2の製造方法は、前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する前、又は、後の何れかに、平面視において前記防護部材に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、前記防護部材の開口を外方に連通させる貫通孔が設けられた防護板を用意し、前記防護板の中央部を、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記防護部材の外表面に固着する防護板設置工程と、平面視において前記弾性板に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、当該補強板の延在部及び前記防護板の延在部をスペーサを介して連結する補強板設置工程とを備えることができる。 In one form, the second manufacturing method is characterized in that the central portion polymerizes to the protective member in plan view, either before or after the protective member is fixed to the second surface of the elastic plate. A protective plate is provided which has an extending portion extending outward in the plate surface direction from the central portion, and provided with a through hole communicating the opening of the protective member outward, and the central portion of the protective plate is A protective plate installation step of fixing to the outer surface of the protective member in a state where the hole and the opening are aligned, a central portion overlapping with the elastic plate in plan view and an extension extending outward in the plate surface direction from the central portion A reinforcing plate is provided which has a recessed portion and is provided with a through hole communicating the inner surface and the outer surface, and connects the extending portion of the reinforcing plate and the extending portion of the protective plate via a spacer An installation step.
この場合、前記第2封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第1高分子材料よりも高粘度の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。 In this case, in the second sealing member installation step, the second polymer material whose viscosity before curing is higher than that of the first polymer material is applied and cured through the through hole of the reinforcing plate. Configured.
他形態においては、前記第2の製造方法は、前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する前、又は、後の何れかに、前記防護部材の外表面に沿って延び前記防護部材の開口に対応した貫通孔が設けられた端壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部とを有する防護容器を用意し、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記端壁部を前記防護部材の外表面に固着させる防護容器設置工程と、前記弾性板に沿って延び、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記補強板を前記周壁部に連結する補強板設置工程とを備えることができる。 In another embodiment, the second manufacturing method extends along the outer surface of the protective member either before or after the protective member is fixed to the second surface of the elastic plate. Providing a protective container having an end wall portion provided with a through hole corresponding to the opening and a peripheral wall portion extending from the end wall portion so as to surround the outer periphery of the protective member and the elastic plate; A protective container setting step of fixing the end wall portion to the outer surface of the protective member with the opening aligned, and a through hole extending along the elastic plate and connecting the inner surface and the outer surface And a reinforcing plate installation step of connecting the reinforcing plate to the peripheral wall portion so as to close a free end opening of the peripheral wall portion of the protective container.
この場合、前記第2封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第1高分子材料よりも高粘度の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。 In this case, in the second sealing member installation step, the second polymer material whose viscosity before curing is higher than that of the first polymer material is applied and cured through the through hole of the reinforcing plate. Configured.
前記他形態において、前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周との間に間隙を存する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するものとされえる。 In the other embodiment, the peripheral wall portion of the protective container may surround the outer periphery of the protective member and the elastic plate in a state where there is a gap between the protective member and the outer periphery of the elastic plate.
この場合、前記第2封止部材設置工程は、第2高分子材料を、平面視において前記弾性板の上方に位置する領域に加えて、前記防護容器の周壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周との間の間隙にも塗布するように構成される。 In this case, in the second sealing member installation step, the second polymer material is added to the region located above the elastic plate in plan view, and the peripheral wall portion of the protective container, the protective member, and the elastic plate It is comprised so that it may apply | coat also to the clearance gap between the outer periphery of.
これに代えて、前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周に接する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するものとされ得る。 Alternatively, the peripheral wall portion of the protective container may surround the outer periphery of the protective member and the elastic plate in a state of being in contact with the outer periphery of the protective member and the elastic plate.
前記第1及び第2の製造方法の種々の構成において、前記低剛性領域は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられた前記第1面の側に開く溝、又は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられ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とされ得る。 In various configurations of the first and second manufacturing methods, the low rigidity region may be a groove opened to the side of the first surface provided along the outer peripheral edge of the vibration region, or the outside of the vibration region. It may be a plurality of openings provided along the peripheral edge, wherein a plurality of openings are left between the openings adjacent in the circumferential direction.
この場合、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、前記低剛性領域の前記溝又は前記複数の開口部を形成するように構成される。 In this case, the elastic plate etching step is configured to form the groove or the plurality of openings in the low rigidity region in addition to the formation of the slit portion.
これに代えて、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面側に開く凹状の薄肉領域とされ、前記薄肉領域の底面には、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、前記薄肉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するものとされる。 Instead, the low-rigidity region has a concave thin wall that opens to the first surface side where the first surface of the low-rigidity region is closer to the second surface than the first surface of the vibration region and the restraining region. The bottom surface of the thin area is a raised portion lower than the vibration area and the first surface of the constraining area, and forms an adhesive retention area in cooperation with the inner side surface of the thin area. A protruding portion is provided, and the piezoelectric element is overlapped with the vibration region in a plan view, and a central portion joined to the first surface of the vibration region by the insulating adhesive, and radially outward from the central portion And extending in the planar view and end in the low rigidity region, the extension portion being joined to the first surface of the low rigidity region by the conductive adhesive disposed in the adhesive retention region. The
この場合、前記弾性板エッチング工程は、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フルエッチング処理と、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凹状薄肉領域である前記低剛性領域を形成するハーフエッチング処理とを含むものとされる。 In this case, the elastic plate etching step includes a full etching process in which the elastic plate forming body is etched to form the slit portion, and a region corresponding to the low rigidity region from the first surface side. A half etching process is performed which performs half etching to form the low rigidity area which is a concave thin area.
前記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面側に開く凹状薄肉領域としつつ、前記凹状薄肉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る。 In the half etching process, the region corresponding to the vibration region and the region corresponding to the restricted region are covered with a mask, and the region corresponding to the raised portion is covered with a mask having a width smaller than twice the side etching amount. In this state, the raised portion lower than the vibration region and the constraining region is left on the bottom surface of the concave thin region while the low rigidity region is a concave thin region that opens to the first surface side. The
前記第1及び第2の製造方法の種々の構成において、好ましくは、前記配線体設置工程は、前記弾性板の第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ように構成される。 In various configurations of the first and second manufacturing methods, preferably, the wiring body installation step includes an insulating layer forming member that forms the insulating layer on the first surface of the elastic plate and the plurality of wiring conductors. A wiring conductor forming member to be formed is provided, and the insulating layer forming member and unnecessary portions of the wiring conductor forming member are etched away to form the insulating layer and the plurality of wiring conductors.
より好ましくは、前記第1及び第2の製造方法は、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得る。 More preferably, the first and second manufacturing methods may include a step of applying an insulating resin between tip portions of the plurality of wiring conductors and the corresponding piezoelectric elements before the electrical connection step. .
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ものとされる。 In this case, the conductive adhesive or the solder in the electrical connection step is in a state in which the insulating resin is interposed between the conductive adhesive or the solder and the first surface of the elastic plate. The tip portions of the plurality of wiring conductors are electrically connected to the top electrode layer of the corresponding piezoelectric element.
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の縦断面図を示す。
また、図2及び図3に、それぞれ、図1におけるII-II線に沿った断面図及びIII部拡大図を示す。
Hereinafter, an embodiment of an ultrasonic transducer according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an
2 and 3 show a cross-sectional view and an enlarged view of a portion III, respectively, along the line II-II in FIG.
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。
The
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を覆うように前記弾性板10の第1面10aに設けられた封止部材40とを備えている。
Specifically, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the
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0.03mm〜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。The
The
In the present embodiment, the
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。The
The piezoelectric body has a thickness of 0.05 mm to 0.3 mm, for example, and the upper electrode layer and the lower electrode layer are made of Ag or Au having a thickness of 0.05 μm to several μm, for example.
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。
The plurality of
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、平面視において前記複数の振動領域12をそれぞれ囲む複数の低剛性領域26と、平面視において前記複数の低剛性領域26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。
Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー1Aは、図2に示すように、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)の前記拘束領域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)の前記拘束領域14を有している。
As shown in FIG. 2, m (five in the illustrated embodiment) of the
前記複数の拘束領域14がそれぞれ囲繞する前記複数の低剛性領域26も同様にm×n個、設けられ、前記複数の低剛性領域26がそれぞれ囲繞する前記複数の振動領域12も同様にm×n個、設けられている。
そして、前記m×n個の振動領域12のそれぞれに圧電素子30が装着されている。Similarly, m × n of the plurality of low-
The
本実施の形態においては、図2に示すように、前記弾性板10は、平面視において前記複数の拘束領域14の全体を囲むベース領域11を有している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
この場合、複数の拘束領域14のうち、最外周に位置する拘束領域14、例えば、図2において上から1行目で且つ左から1列目に位置する拘束領域14(1-1)にとっては、右側に隣接する拘束領域14(上から1行目で且つ左から2列目に位置する拘束領域14(1-2))、下側に隣接する拘束領域14(上から2行目で且つ左から1列目に位置する拘束領域14(2-1))、並びに、上側及び左側に隣接する前記ベース領域11が、前記境界領域16を挟んで対向する前記外方領域となる。
In this case, among the plurality of constraining
そして、周囲が他の拘束領域で囲まれている拘束領域14、例えば、図2において上から2行目で且つ左から2列目に位置する拘束領域14(2-2)にとっては、上側に隣接する拘束領域14(上から1行目で且つ左から2列目の拘束領域14(1-2))、右側に隣接する拘束領域14(上から2行目で且つ左から3列目の拘束領域14(2-3))、下側に隣接する拘束領域14(上から3行目(最下行)で且つ左から2列目の拘束領域14(3-2))、及び、左側に隣接する拘束領域14(上から2行目で且つ左から1列目の拘束領域14(2-1))が、前記境界領域16を挟んで対向する前記外方領域となる。
And, for the constraint area 14 (2-2) located in the second row from the top and the second column from the left in FIG. Adjacent restraint region 14 (the first row from the top and the second restraint column 14 (1-2) from the left), and a
なお、本実施の形態においては、図2に示すように、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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the plurality of
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。
In the present embodiment, as described above, the
図4に、図2におけるIV部拡大図であって、前記封止部材40を削除した状態の拡大図を示す。
前記境界領域16は、図4に示すように、当該境界領域16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。FIG. 4 is an enlarged view of a portion IV in FIG. 2 and is an enlarged view of the state where the sealing
As shown in FIG. 4, the
前記封止部材40は、図3に示すように、平面視において前記複数の振動領域12をそれぞれ囲む複数の筒状部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に接合された複数の筒状部42と、前記複数の筒状部42の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部44と、前記筒状部42の基端面から前記スリット部17の内部へ延びる充填部41とを有している。
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る。The sealing
The sealing
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。
Thus, in the
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。
Therefore, ultrasonic waves of low frequency (for example, 30 kHz to 40 kHz) can be emitted from the
さらに、前記超音波トランスデューサー1Aにおいては、前述の通り、高分子材料製の前記封止部材40における前記充填部41が前記スリット部17に充填されており、これにより、一の振動領域12の振動が隣接する他の振動領域12に伝播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という効果を得つつ、拘束領域14の姿勢安定化、延いては前記振動領域12の動作安定化を図ることができる。
Furthermore, in the
本実施の形態においては、図4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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
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。
The pair of first plate surface direction slits 17 a is longer than the first plate
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。
According to such a configuration, it is possible to stably hold the plurality of constraining
また、本実施の形態においては、前述の通り、隣接する拘束領域14の間には単一の境界領域16のみが存在しており、前記単一の境界領域16のスリット17が隣接する拘束領域14の双方の外周縁を画している。
Further, in the present embodiment, as described above, only a
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。
According to such a configuration, the installation area of the plurality of constraining
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5に、異なる構成のスリット部21及びブリッジ部22を備えた第1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。The
FIG. 5 shows a partially enlarged plan view of an
図5に示す前記第1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。In the
The four
また、図6に、さらに異なる構成のスリット部23及びブリッジ部24を備えた第2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。
Further, FIG. 6 shows a partially enlarged plan view of an
図6に示す前記第2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。In the
The four
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。
Specifically, two L-shaped
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。
In the slit portion 17 (21, 23) and the bridge portion 18 (22, 24) of various configurations, preferably, when the circumferential direction length of the
前述の通り、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、前記振動領域12の周囲には、前記振動領域12及び前記拘束領域14に比して低剛性の前記低剛性領域26が設けられている。
As described above, in the
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。By providing such a configuration, the vibration characteristic of the
Therefore, it is possible to generate low-frequency sound waves while reducing the size of the
本実施の形態においては、図2及び図4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。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the outer shape of the
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。
According to such a configuration, the
図7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第3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。
FIG. 7 shows a partially enlarged plan view of an ultrasonic transducer 1D according to a third modification in which the
図7に示す第3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。In a third modification 1D shown in FIG. 7, an opening 28 a for dividing the inside and the outside of the
Similarly to the
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8に、平面視矩形状の振動領域12及び圧電素子30を備えた第4変形例に係る超音波トランスデューサー1Eの平面図であって、前記封止部材40及び前記吸音材50を削除した状態の平面図を示す。In the present embodiment, the
FIG. 8 is a plan view of an
図1及び図3等に示すように、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、前記圧電素子30の上面電極層を覆う吸音材50を備えている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 3 etc., the
詳しくは、本実施の形態においては、図3に示すように、前記筒状部42は、上端部が前記圧電素子30の上面よりも前記弾性板10の第1面10aから離間するように設けられ、且つ、前記閉塞部44は、前記圧電素子30の上面電極層との間に間隙を存するように設けられている。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
その上で、前記弾性板10の第1面10a、前記筒状部42及び前記閉塞部44によって囲まれる、前記圧電素子30を収容する収容空間には、発泡性シリコーン等の発泡性樹脂によって形成された吸音材50が充填されている。
In addition, in the housing space for housing the
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。
By providing the
図1及び図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。As shown in FIGS. 1 and 3, the
The reinforcing
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。
By providing the reinforcing
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、厚さ0.5mm〜1.5mm程度のシリコーンによって形成される。The
The
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。
By providing the
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の外表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に対応した位置に貫通孔77が設けられている。
前記防護板75は、例えば、厚さ0.1mm〜0.5mm程度のステンレス、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。The
The
The
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。
By providing the
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4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を備えている。
Furthermore, as shown in FIGS. 1 to 4, the
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、厚さ18μm〜25μm程度のポリイミドによって形成される。
前記導体層84は、例えば、厚さ12μm〜18μm程度のCu/Auによって形成される。The
The insulating
The
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。
The
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2参照)を形成している。
As shown in FIG. 3, the plurality of
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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the conductive adhesive or the
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(図2参照)が設けられている。As described above, the lower surface electrode layers of the plurality of
The
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。
The
次に、前記超音波トランスデューサー1Aの製造方法の一例について説明する。
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、前記配線体80を設ける配線体設置工程とを有している。Next, an example of a method of manufacturing the
The manufacturing method includes a step of preparing a conductive elastic
前記製造方法においては、前記配線体設置工程は、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))とを含んでいる。
In the manufacturing method, the wiring body installation step includes the insulating
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))。
In the present embodiment, in the step of forming the
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。
The manufacturing method further includes an elastic plate etching step (FIGS. 10A and 10B) of etching the elastic
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)。
In the present embodiment, in the elastic plate etching step, in addition to the formation of the
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。
In the present embodiment, first, the
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。
Further, when the low-
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。
The manufacturing method further includes a piezoelectric element mounting step of adhering lower surface electrode layers of the plurality of
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(図11)とを有している。
Specifically, the piezoelectric element mounting step includes a step (FIG. 10 (c)) of applying a conductive adhesive 38 to the
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。
10 (a) to 10 (c),
なお、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は、任意の順番で実施可能である。 In addition, the said wiring body installation process, the said elastic board etching process, and the said piezoelectric element mounting process can be implemented in arbitrary order.
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12及び図13)を有している。
The manufacturing method further includes an electrical connection step of electrically connecting the tip portions of the plurality of
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13)を有している。
Here, in the present embodiment, in order to effectively prevent the upper surface electrode layer and the lower surface electrode layer from shorting when the conductive adhesive 87 contacts the
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。
In this case, the conductive adhesive or the
前記製造方法は、さらに、前記防護部材70を設置する防護部材設置工程及び前記防護板75を設置する防護板設置工程(図14)を有している。
The manufacturing method further includes a protective member installation step of installing the
前記防護部材70は、前記開口72を介して前記振動領域12を外方に開放しつつ、前記スリット部17の第2面側を閉塞するように、前記弾性板10の第2面10bに固着される。
The
本実施の形態においては、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記防護部材70を用意する処理と、前記防護板70の外表面に予め前記防護板75を接着して防護プリアッセンブリを形成する処理と、前記防護プリアッセンブリを前記弾性板10の第2面10bに接着させる処理と有している。
In the present embodiment, the protective member installation step and the protective plate installation step include a process of preparing the
当然ながら、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記防護部材70を前記弾性板10の第2面10bに接着させる処理と、前記防護部材70の外表面に前記防護板75を接着させる処理とを有するように変形することも可能である。
Needless to say, the protective member installation step and the protective plate installation step are performed by bonding the
次いで、前記製造方法は、前記封止部材40を設置する封止部材設置工程を有している。
本実施の形態においては、前記封止部材設置工程は、前記充填部41及び前記筒状部42を一体的に形成する第1封止部材40aの設置工程と、前記閉塞部44を形成する第2封止部材40bの設置工程とを有している。Next, the manufacturing method includes a sealing member installation step of installing the sealing
In the present embodiment, in the sealing member installation step, the installation step of the first sealing
本実施の形態においては、前記第1封止部材設置工程は、図15に示すように、前記筒状部42を設けるべき領域(筒状部設置領域)を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠49を設置する処理と、前記弾性板10の第1面10aの側から前記筒状部用型枠49内にシリコーン等の第1高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを有している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, in the first sealing member installation step, the area where the
前記第1高分子材料は、例えば、硬化前の粘度が400mPa・s〜1000mPa・s程度の比較的低粘度の液状シリコーンを好適に用いることができる。 As the first polymer material, for example, a liquid silicone having a relatively low viscosity of about 400 mPa · s to about 1000 mPa · s before curing can be suitably used.
このように、前記第1高分子材料として、硬化前の状態において低粘度の液状シリコーンを用いることによって、前記スリット部17の内部及び前記筒状部設置領域に、隙間の発生を有効に防止乃至は低減しつつ第1高分子材料を充填することができる。
As described above, by using a liquid silicone with low viscosity in the state before curing as the first polymer material, generation of a gap is effectively prevented in the inside of the
なお、この際、前記スリット部17の下側(前記弾性板の第2面側)の開口は、前記防護部材70によって閉塞されている。
従って、前記スリット部17に注入された第1高分子材料の硬化前の粘度が低粘度であったとしても、第1高分子材料が前記スリット部17の下側(第2面の側)の開口から流出することは有効に防止される。At this time, the opening on the lower side (the second surface side of the elastic plate) of the
Therefore, even if the viscosity before curing of the first polymer material injected into the
前記第1高分子材料が熱硬化型である場合には、前記筒状部設置領域への前記第1高分子材料の塗布後に、硬化温度(例えば、100℃〜150℃)の加熱を行うことにより、硬化処理を行うことができる。 When the first polymer material is a thermosetting type, heating at a curing temperature (for example, 100 ° C. to 150 ° C.) is performed after the application of the first polymer material to the tubular portion installation region. The curing process can be carried out.
本実施の形態においては、前記製造方法は、前記第1封止部材設置工程の後であって、前記第2封止部材設置工程の前に、前記吸音材50を設置する吸音材設置工程を有している(図16)。
In the present embodiment, the manufacturing method includes a sound absorbing material installing step of installing the
この際、前記吸音材50を設置すべき領域は前記筒状部42によって囲まれており、従って、前記吸音材設置工程は、前記筒状部42によって囲まれる空間内に前記吸音材55を形成する発泡性シリコーン等の発泡性樹脂を塗布し、硬化させるように構成されており、これにより、前記吸音材を安定して設置することができる。
At this time, the region where the
前述の通り、本実施の形態においては、前記吸音材設置工程を前記第1封止部材設置工程の後に実行するように構成されているが、前記吸音材設置工程を前記第1封止部材設置工程の前に実行するように構成することも可能である。
この場合、前記筒状部材用型枠49は省略される。As described above, in the present embodiment, the sound absorbing material installation process is configured to be performed after the first sealing member installation process, but the sound absorbing material installation process is performed as the first sealing member installation. It is also possible to configure it to run before the process.
In this case, the
本実施の形態においては、前記第2封止部材設置工程は、前記第1封止部材設置工程及び前記吸音材設置工程の後に実施される。 In the present embodiment, the second sealing member installation step is performed after the first sealing member installation step and the sound absorbing material installation step.
前記第2封止部材設置工程は、前記筒状部42及び前記吸音材50が設置された後に、前記筒状部42及び前記吸音材50の上面に、シリコーン等の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される(図1及び図3参照)。
In the second sealing member installation step, after the
この場合、前記第2高分子材料は、硬化前の粘度が前記第1高分子材料よりも高粘度の液状シリコーン、例えば、硬化前の粘度が1000mPa・s〜100000mPa・s程度の高粘度の液状シリコーンを用いることができる。 In this case, the second polymer material is a liquid silicone having a viscosity before curing higher than that of the first polymer material, for example, a high viscosity liquid having a viscosity before curing of about 1000 mPa · s to 100,000 mPa · s. Silicone can be used.
前記第2高分子材料が熱硬化型である場合には、前記筒状部42及び前記吸音材50の上面への前記第2高分子材料の塗布後に、硬化温度(例えば、100℃〜150℃)の加熱を行うことにより、硬化処理を行うことができる。
When the second polymer material is a thermosetting type, a curing temperature (for example, 100 ° C. to 150 ° C.) is applied after the second polymer material is applied to the upper surface of the
前記製造方法は、前記閉塞部44(前記第2封止部材40b)が設置された後に、前記閉塞部44の外表面に前記補強板60を接着する補強板設置工程を含んでいる(図1及び図3参照)。
The manufacturing method includes a reinforcing plate installation step of bonding the reinforcing
これに代えて、前記第2封止部材40bの設置及び前記補強板60の設置を同時に行うことも可能である。
即ち、前記閉塞部44を形成する第2封止部材40bを別途に用意し、前記第2封止部材40bの外表面に前記補強板60を接着して、補強板付き第2封止部材を予め形成し、前記補強板付き第2封止部材を前記筒状部42及び前記吸音材50の上面に接着することによって、前記第2封止部材40b及び前記補強板60を設置することも可能である。Instead of this, the installation of the second sealing
That is, the
本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー1Aは平板状の防護板75を有しているが(図1等参照)、前記防護板75に代えて防護容器175を備えることも可能である。
Although the
図17に、前記防護容器175を備えた第5変形例に係る超音波トランスデューサー1Fの縦断面図を示す。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of an
前記防護容器175は、前記防護部材70の外表面に固着され、前記防護部材70の前記開口72に対応した位置に貫通孔177が設けられた端壁部176と、前記防護部材70、前記弾性板10及び前記封止部材44の側壁を囲繞するように前記端壁部176から延びる周壁部178とを有している。
The
前記変形例1Fにおいては、前記補強板60は前記周壁部178の自由端側開口を閉塞するように前記周壁部178に固着される。
In the
前記防護容器175は、前記筒状部42及び前記閉塞部44を塗布する際の型枠としても作用する。
前記防護容器175は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料、又は、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属によって好適に形成される。The
The
図18に、他の防護容器175’を備えた第6変形例に係る超音波トランスデューサー1Gの縦断面図を示す。
FIG. 18 is a longitudinal sectional view of an
図17に示す変形例1Fにおいては、前記防護容器175の前記周壁部178は、前記防護部材70、前記弾性板10及び前記筒状部42の側面と接するように構成されている。
In
これに代えて、図18に示す変形例1Gの防護容器175’は、前記防護容器175に比して、前記周壁部178の代わりに周壁部178’を有している。
前記周壁部178’は、前記防護部材70、前記弾性板10及び前記筒状部42の側面との間に間隙が存するように構成されている。
前記間隙には、前記閉塞部44を形成する前記第2高分子材料が充填されている。Instead of this, a
The
The gap is filled with the second polymeric material forming the
なお、本実施の形態1A、前記第5変形例1F及び前記第6変形例1Gにおいては、前記圧電素子30の上面には前記吸音材50が設けられ、且つ、前記封止部材40は前記充填部41及び前記筒状部42を形成する第1封止部材40aと前記閉塞部44を形成する第2封止部材40bとを有しているが、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
In
例えば、前記吸音材50、前記第1封止部材40a及び前記第2封止部材40bに代えて単一の封止部材40’を備えることも可能である。
For example, it is possible to provide a single sealing member 40 'instead of the
図19、図20及び図21に、それぞれ、本実施の形態(図1)、第5変形例(図17)及び第6変形例(図18)に係る超音波トランスデューサー1A、1F、1Gにおいて、前記吸音材50、前記第1封止部材40a及び前記第2封止部材40bに代えて、前記充填部41、前記筒状部42及び前記閉塞部44を一体的に有する単一の封止部材40’を備えた超音波トランスデューサー1A’、1F’、1G’の縦断面図を示す。
前記単一の封止部材40は’、前記第1封止部材40aと同一材料の前記第1高分子材料で形成され得る。19, 20 and 21 show
The
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22に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aの縦断面図を示す。
また、図23及び図24に、それぞれ、図22におけるXXIII-XXIII線に沿った断面図及びXXIV部拡大図を示す。
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。
Hereinafter, other embodiments of the ultrasonic transducer according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
FIG. 22 shows a longitudinal sectional view of an
Further, FIGS. 23 and 24 respectively show a cross-sectional view along line XXIII-XXIII in FIG. 22 and an enlarged view of a portion XXIV.
In the figure, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is appropriately omitted.
図22〜図24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2Aは、主として、前記弾性板10の第1面10aに固着された質量部材210を備えている点、並びに、前記補強板60及び前記防護板75に代えて、スペーサ250を介して互いに対して連結される補強板260及び防護板275を備えている点において、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。
As shown in FIGS. 22 to 24, the
前記質量部材210は、前記振動領域12、前記低剛性領域26及び前記境界領域16の第1面を開放するように前記弾性板10の第1面10aに固着されている。
The mass member 210 is fixed to the
本実施の形態においては、図22〜図24に示すように、前記質量部材210は、平面視において前記振動領域12及び前記低剛性領域26を囲むように前記拘束領域14の第1面に固着された振動領域用質量部材210aと、平面視において前記複数の拘束領域14の全体を囲むように前記ベース領域11に固着されたベース領域用質量部材210bとを含んでいる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 22 to 24, the mass member 210 is fixed to the first surface of the constraining
前記質量部材210は、ステンレス、Ni-Fe合金等の厚さ0.1mm〜1.0mm程度の金属とされる。
前記質量部材210は、接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって前記弾性板の所望位置に固着される。The mass member 210 is a metal such as stainless steel, Ni-Fe alloy or the like with a thickness of about 0.1 mm to 1.0 mm.
The mass member 210 is fixed to a desired position of the elastic plate by spot welding with an adhesive or a laser.
前記質量部材210を備えることにより、前記振動領域12から伝播する振動によって前記拘束領域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。
By providing the mass member 210, it is possible to effectively or reduce the vibration of the
なお、図24に示すように、前記拘束領域用質量部材210a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との干渉を防止する凹み又は切り欠き211が設けられている。
As shown in FIG. 24, a portion of the base end surface of the restraining
斯かる構成を備えることにより、前記拘束領域用質量部材210aを前記振動領域12の全周に亘って設けつつ、前記拘束領域用質量部材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。
By providing such a configuration, it is possible to effectively prevent contact between the restraint region mass member 210 and the
図22及び図24に示されるように、本実施の形態においては、前記質量部材210は、上端部が前記圧電素子30の上面よりも前記弾性板10の第1面10aから離間するように設けられている。
As shown in FIGS. 22 and 24, in the present embodiment, the mass member 210 is provided such that the upper end portion is separated from the
本実施の形態においては、前記充填部41及び前記筒状部42を一体形成する前記第1封止部材40aは、一の低剛性領域26を囲繞する一の拘束領域14に固着された拘束領域用質量部材210aと、前記一の拘束領域14に対して前記境界領域16を挟んで対向する外方領域(隣接する他の拘束領域14、又は、隣接する前記ベース領域11)に固着された質量部材210(拘束領域用質量部材210a又はベース領域用質量部材210b)とによって挟まれる空間内に充填されており、上端部が前記質量部材210と同一位置とされている。
In the present embodiment, the first sealing
また、前記吸音材50は、対応する圧電素子30が固着された振動領域12を囲繞する拘束領域14に固着された拘束領域用質量部材210aを型枠として、当該質量部材210a内において前記圧電素子30を覆うように充填されており、上端部が前記質量部材210aと同一位置とされている。
Further, the
図22に示すように、前記防護板275は、平面視において前記防護部材70に重合し且つ前記貫通孔77が設けられた中央部276と、前記中央部276から板面方向外方へ延びる延在部278とを有しており、前記貫通孔77及び前記開口72が位置合わせされた状態で前記中央部276が前記防護部材70の外表面に固着されている。
As shown in FIG. 22, the
前記補強板260は、平面視において前記弾性板10に重合する中央部262と、前記中央部262から板面方向外方へ延びる延在部264とを有している。
The reinforcing
そして、前記補強板260の延在部264及び前記防護板275の延在部278が所定長さを有するスペーサ250を介して互いに対して連結されている。
前記スペーサ250は、例えば、ステンレス等の金属製とすることができる。
ここで、前記スペーサ250の所定長さは、前記超音波トランスデューサー2Aの厚みに応じて設定される。The extending
The
Here, the predetermined length of the
本実施の形態においては、図22に示すように、前記スペーサ250は中空の筒状体とされており、前記スペーサ250の中空部に内挿されるネジ部材255を介して前記補強板260の延在部264及び前記防護板275の延在部278が連結されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 22, the
これに代えて、前記スペーサ250を前記補強板260の延在部264及び前記防護板275の延在部278に接着することも可能である。
Alternatively, the
このように、前記スペーサ250を介して前記補強板260及び前記防護板275を連結することによって、前記超音波トランスデューサー2Aの強度を向上させることができる。
Thus, by connecting the reinforcing
なお、当然ながら、前記スペーサ250を介して前記補強板260及び前記防護板275を連結する構成は、前記実施の形態1に係る超音波トランスデューサー1Aに適用することも可能である。
As a matter of course, the configuration in which the reinforcing
次に、前記超音波トランスデューサー2Aの製造方法の一例について説明する。
前記製造方法は、前記電気接続工程(図12及び図13)までは前記実施の形態1における製造方法と同一工程を有している。Next, an example of a method of manufacturing the
The manufacturing method has the same steps as the manufacturing method in the first embodiment up to the electrical connection step (FIGS. 12 and 13).
前記製造方法は、前記電気接続工程の後に、前記質量部材210を前記拘束領域14及び前記ベース領域11の所定箇所に固着する質量部材設置工程を有している(図25)。
The manufacturing method includes a mass member installation step of fixing the mass member 210 to predetermined positions of the restraining
本実施の形態においては、前記質量部材設置工程は、図23に示すように、前記複数の拘束領域14にそれぞれ前記拘束領域用質量部材210aを固着する処理と、前記複数の拘束領域14の全体を囲繞する前記ベース領域11の所定箇所に前記ベース領域用質量部材210bを固着する処理とを含んでいる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 23, the mass member installation step includes a process of fixing the restraint
前記質量部材210を構成する前記拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bは、前述の通り、ステンレス、Ni-Fe合金等の厚さ0.1mm〜1.0mm程度の金属とされ、接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって、それぞれの所定位置に固着される。
As described above, the restraint
次いで、前記製造方法は、前記吸音材50を設置する吸音材設置工程を有している(図26)。
この際、前記吸音材50を設置すべき領域は前記拘束領域用質量部材210aによって囲まれており、従って、前記拘束領域用質量部材210aによって囲まれる空間内において前記圧電素子30を覆うように発泡性シリコーン等の発泡性樹脂を充填することによって、前記吸音材50を安定して設置することができる。Next, the manufacturing method has a sound absorbing material installation step of installing the sound absorbing material 50 (FIG. 26).
At this time, the area where the
前記製造方法は、さらに、前記防護部材70を設置する防護部材設置工程及び前記防護板275を設置する防護板設置工程(図27)を有している。
The manufacturing method further includes a protective member installation step of installing the
本実施の形態においては、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記防護部材70を用意する処理と、前記防護部材70の外表面に予め前記防護板275を接着して防護プリアッセンブリを形成する処理と、前記防護プリアッセンブリを前記弾性板10の第2面10bに接着させる処理と有している。
In the present embodiment, the protective member installation step and the protective plate installation step include a process of preparing the
当然ながら、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記防護部材70を前記弾性板10の第2面10bに接着させる処理と、前記防護部材70の外表面に前記防護板275を接着させる処理とを有するように変形することも可能である。
Needless to say, the protective member installation step and the protective plate installation step are performed by bonding the
なお、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の後に行うこともできるし、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の前に行うこともできる。
若しくは、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の間に行うことも可能である。The protective member installation step and the protective plate installation step may be performed after the mass member installation step and the sound absorbing material installation step, or may be performed before the mass member installation step and the sound absorption material installation step. You can also.
Alternatively, the protective member installation step and the protective plate installation step may be performed between the mass member installation step and the sound absorbing material installation step.
前記製造方法は、少なくとも前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程が終了した後に、前記封止部材40を設置する封止部材設置工程を有している。
The manufacturing method includes a sealing member installation step of installing the sealing
前記封止部材設置工程は、前記充填部41及び前記筒状部42を一体的に形成する第1封止部材40aの設置工程と、前記閉塞部44を形成する第2封止部材40bの設置工程とを有している。
In the sealing member installation step, the installation step of the
前記第1封止部材設置工程は、前記質量部材210a、210bを型枠として用いて、前記筒状部42を設けるべき領域に第1高分子材料を塗布し且つ硬化させるように構成されている(図28)。
The first sealing member installation step is configured to apply and cure the first polymer material in a region where the
詳しくは、前記第1封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材210a及び他の拘束領域用質量部材210aの間、並びに、隣接する拘束領域用質量部210a材及びベース領域用質量部材210bの間に、第1高分子材料を塗布し、硬化させることにより、前記充填部41及び前記筒状部42を一体的に形成する第1封止部材40aを設置するように構成されている。
Specifically, the first sealing member installation step is performed between the adjacent constraining
前記製造方法は、前記第2封止部材設置工程の前で、且つ、少なくとも前記防護板275が設置された後に、前記補強板260を設置する工程を有している(図29)。
The manufacturing method includes a step of installing the reinforcing
前記補強板設置工程は、前記スペーサ250を介して前記防護板275の延在部278及び前記補強板260の延在部264を連結することで、前記補強板260を設置するように構成されている。
The reinforcing plate installation step is configured to install the reinforcing
前記製造方法は、前記補強板設置工程の後に、前記第2封止部材設置工程を実行する(図22)。 The said manufacturing method performs a said 2nd sealing member installation process after the said reinforcement board installation process (FIG. 22).
本実施の形態においては、図22、図24及び図29に示すように、前記補強板260には、内表面及び外表面を連通する貫通孔263が設けられており、前記第2封止部材設置工程は、前記補強板260の貫通孔263を介して外方から前記第2高分子材料を注入するように構成されている。
斯かる構成によれば、前記閉塞部44の厚みを制御性良く形成することができる。In the present embodiment, as shown in FIG. 22, FIG. 24 and FIG. 29, the reinforcing
According to such a configuration, the thickness of the
前述の通り、本実施の形態においては、前記質量部材設置工程は、前記複数の拘束領域14にそれぞれ拘束領域用質量部材210aを固着する処理と、前記ベース領域11の所定位置に前記ベース領域用質量部材210bを固着する処理とを含んでいる。
As described above, in the present embodiment, the mass member installation step includes a process of fixing the restraint
なお、前述の通り、本実施の形態においては、前記吸音材設置工程の後に前記第1封止部材設置工程を実行するように構成されているが、これに代えて、前記第1吸音材設置工程を前記第1封止部材設置工程の後に行うことも可能である。 As described above, in the present embodiment, the first sealing member installation step is performed after the sound absorption member installation step, but instead of this, the first sound absorption member installation step is performed. It is also possible to carry out the process after the first sealing member installation process.
即ち、前記質量部材210a、210bが設置され且つ前記防護部材70が設置された後に、前記吸音材50より先に前記第1封止部材40aを設置し、その後に、前記吸音材50を設置することも可能である。
That is, after the
ここで、前記複数の拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bは、それぞれ、別体とされており、従って、前記複数の拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bのそれぞれについて、位置合わせ処理及び固着処理が必要となる。
Here, the plurality of restraint
この点に関し、前記複数の拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bが下記ブリッジ215、216を介して一体的に連結されている質量板200を用いれば、前記質量部材設置工程の簡素化及び高速化を図ることができる。
In this regard, if the
図30に、前記電気接続工程後の前記弾性板10に前記質量板200を固着したプリアッセンブリの平面図を示す。
また、図31及び図32に、それぞれ、図30におけるXXXI-XXXI線に沿った断面図及び図31におけるXXXII部拡大図を示す。FIG. 30 shows a plan view of a pre-assembly in which the
31 and 32 show a cross-sectional view along the line XXXI-XXXI in FIG. 30 and an enlarged view of the XXXII part in FIG. 31, respectively.
図30〜図32に示すように、前記質量板200は、前記複数の拘束領域用質量部材210aと、前記ベース領域用質量部材210bと、隣接する一の拘束領域用質量部材210a及び他の拘束領域用質量部材210aの上端部同士を連結する拘束領域間ブリッジ215と、隣接する拘束領域用質量部材210a及びベース領域用質量部材210bの上端部同士を連結する拘束領域/ベース領域間ブリッジ216とを有している。
As shown in FIGS. 30 to 32, the
前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216は、破断容易なように、前記拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bよりも薄肉とされている。
The
前記質量板200は、例えば、前記拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bの高さに応じた厚み(例えば、0.2mm〜1.0mm)を有するステンレス等の板状金属ブロックを用意し、前記金属ブロックの一方側の表面から前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216に対応した領域をハーフエッチングすることによって効率的に形成することができる。
The
前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216は、例えば、0.03mm〜0.07mm程度の厚みとすることができる。
The
前記質量板200を用いた質量部材設置工程は、前記質量板200を所定位置で前記弾性板10の第1面10aに固着する処理と、前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216を切断して、前記複数の拘束領域用質量部材210a及び前記ベース領域用質量部材210bを分離させる処理とを有するものとされる。
In the mass member installation step using the
図33に、前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216が切断された状態の図32に対応した縦断面図を示す。
FIG. 33 shows a longitudinal cross-sectional view corresponding to FIG. 32 in a state where the
前記拘束領域間ブリッジ215及び前記拘束領域/ベース領域間ブリッジ216の切断は、例えば、レーザー光の照射によって行うことができる。
The cutting between the
前記質量板200を用いた質量部材設置工程によれば、質量部材210a、210bの設置に際し、位置合わせ処理及び固着処理を1回行うだけでよく、質量部材210a、210bの設置の簡素化及び高速化を図ることができる。
According to the mass member installation process using the
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aに対しても種々の変形が可能である。
図34に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aに比して、前記防護板275に代えて前記防護容器175を、前記補強板260に代えて補強板60’を、それぞれ備えた変形例に係る超音波トランスデューサー2Bの縦断面図を示す。Various modifications can be made to the
In FIG. 34, compared to the
前記補強板60’は、内表面及び外表面を連通する貫通孔63が設けられている点を除き、前記補強板60と同一構成とされている。
The reinforcing plate 60 'has the same configuration as the reinforcing
また、図35に、前記変形例2Bに比して、前記防護容器175に代えて前記他の防護容器175’を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー2Cの縦断面図を示す。
Further, FIG. 35 shows a longitudinal cross-sectional view of an
なお、前記防護容器175又は前記防護容器175’を備えた構成においては、前記充填部41、前記筒状部42及び前記閉塞部44を一体的に有する前記封止部材40’を備えることができる。
In addition, in the structure provided with the said
図36に、前記変形例2Cにおいて、前記充填部41、前記筒状部42及び前記閉塞部44を一体的に有する前記封止部材40’を備えた変形例2C’の縦断面図を示す。
前記封止部材40’は、前記スリット部17への前記充填部41の充填を考慮して、硬化前の状態において低粘度の前記第1高分子材料を用いても、前記防護容器175’の存在によって、前記第1高分子材料が硬化前に流れ出ることを防止できる。FIG. 36 shows a longitudinal sectional view of a
The sealing
さらに、図37に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aに比して、前記防護板275に代えて前記防護板75を備え、且つ、前記補強板260を削除した変形例に係る超音波トランスデューサー2Dの縦断面図を示す。
Further, in FIG. 37, as compared with the
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38に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー3Aの部分縦断面図を示す。
また、図39に、図38おけるXXXIX-XXXIX線に沿った前記超音波トランスデューサー3Aの横断平面図を示す。
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。Third Embodiment
Hereinafter, still another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
FIG. 38 shows a partial longitudinal sectional view of an
Further, FIG. 39 shows a cross-sectional plan view of the
In the figure, the same members as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー3A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。
The
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。
The
図38及び図39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、平面視において前記複数の振動領域312をそれぞれ囲む複数の低剛性領域326と、平面視において前記複数の低剛性領域326をそれぞれ囲む拘束領域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。
As shown in FIGS. 38 and 39, the
前記弾性板310は、前記弾性板10と同様に、前記複数の拘束領域314の全体を囲むベース領域311を有している。
従って、一の拘束領域314にとっては、隣接する他の拘束領域314及び隣接するベース領域311が前記外方領域となる。Similar to the
Therefore, for one
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。
The
前記低剛性領域326は、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面側に開く凹状の薄肉領域とされている。
The
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。
That is, the
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、平面視において前記振動領域312と重合する中央部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。The
That is, the
図38に示すように、前記中央部331における下面電極層が前記振動領域312の第1面に絶縁性接着剤340によって固着され、且つ、前記延在部おける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面に電気的且つ機械的に接続されている。
As shown in FIG. 38, the lower surface electrode layer in the
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。
Note that the
本実施の形態においては、図39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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 39, the
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。
That is, as long as the outer diameter of the
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。Preferably, the low-
According to such a configuration, the outer peripheral edge of the low-
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。
As described above, in the present embodiment, mechanical stability between the
さらに、前記超音波トランスデューサー3Aにおいては、図38に示すように、前記低剛性領域326を形成する薄肉領域の底面(第1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、前記薄肉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。
Furthermore, in the
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。
The
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。
According to such a configuration, the insulating
なお、本実施の形態においては、図38及び図39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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 38 and FIG. 39, the raised
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー3A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。
The
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フルエッチング処理に加えて、前記低剛性領域326をハーフエッチングするハーフエッチング処理を有している(図40(a))。
That is, in the manufacturing method of the present embodiment, the elastic plate etching step of forming the
前記ハーフエッチング処理に際し、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。
In the half etching process, the region corresponding to the raised
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40(b))、前記圧電素子330を装着後(図40(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。
Next, the
なお、図38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。
Note that
1A〜1G、2A〜2D、3A 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
11、311 ベース領域
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
40a 第1封止部材
40b 第2封止部材
41 充填部
42 筒状部
44 閉塞部
50 吸音材
60、260 剛性補強板
70 防護部材
72 開口
75、175、275 防護板
77、177 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
210a 拘束領域用質量部材
210b ベース領域用質量部材
215 拘束領域間ブリッジ
216 拘束領域/ベース領域間ブリッジ
250 スペーサ
262 中央部
263 貫通孔
264 延在部
276 中央部
278 延在部
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1A to 1 G, 2A to 2D,
Claims (36)
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を覆うように前記弾性板の第1面に設けられた高分子材料製の封止部材とを備え、
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、平面視において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、平面視において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低剛性とされ、
前記境界領域は、一の拘束領域及び外方領域を分断するスリット部と、一の拘束領域を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、
前記封止部材は、前記複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲むように配置された複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で前記弾性板の第1面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填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。An elastic plate having a first surface and a second surface respectively facing the thickness direction one side and the other side, and capable of vibrating in the thickness direction;
A plurality of piezoelectric elements fixed in parallel to the first surface of the elastic plate;
A sealing member made of a polymer material provided on the first surface of the elastic plate so as to cover the plurality of piezoelectric elements;
The elastic plate includes a plurality of vibration regions in which the plurality of piezoelectric elements are mounted, a plurality of low rigidity regions respectively surrounding the plurality of vibration regions in plan view, and a plurality of low rigidity regions in plan view A plurality of constraining regions that surround, and a boundary region that divides one constraining region and an outer region located radially outward from the one constraining region,
The low-rigidity region is low-rigidity compared to the vibration region located radially inward of the region and the restraining region located radially outward of the region,
The boundary region has a slit portion that divides one constraining region and an outer region, and a bridge portion that mechanically connects the one constraining region to the outer region,
The sealing member is a plurality of cylindrical portions disposed so as to surround each of the plurality of piezoelectric elements in a plan view, and the first end face of the elastic plate crosses the slit portion on the first surface of the elastic plate A plurality of joined cylindrical portions, a plurality of closed portions respectively closing the free end sides of the plurality of cylindrical portions, and a filling portion extending from the proximal end surface of the cylindrical portion to the inside of the slit portion An ultrasonic transducer characterized by being.
前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合する中央部と、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、
前記中央部における下面電極層が前記振動領域の第1面に絶縁性接着剤によって固着され、且つ、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面に電気的且つ機械的に接続されていることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の超音波トランスデューサー。The low-rigidity region is a concave thin-walled region in which the first surface is closer to the second surface than the first surface of the vibration region and the constraint region,
The piezoelectric element includes a central portion that overlaps with the vibration region in a plan view, and an extending portion that extends radially outward from the central portion and ends in the low-rigidity region in a plan view,
The lower surface electrode layer in the central portion is fixed to the first surface of the vibration region by an insulating adhesive, and the lower surface electrode layer in the extension portion is electrically connected to the first surface of the low rigidity region by a conductive adhesive. The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the ultrasonic transducer is mechanically and mechanically connected.
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面とを電気的且つ機械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7に記載の超音波トランスデューサー。The bottom surface of the thin region is provided with a raised portion that is lower than the first surface of the vibration region and forms an adhesive retention region in cooperation with the inner surface of the thin region,
The conductive adhesive for electrically and mechanically connecting the lower surface electrode layer in the extension portion and the first surface of the low rigidity region is provided in the adhesive retention region. Item 8. The ultrasonic transducer according to Item 7.
前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように前記質量部材及び前記筒状部を覆っており、
前記弾性板の第1面、前記質量部材及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填されてい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ー。The mass member and the cylindrical portion are provided such that the upper end portion is separated from the first surface of the elastic plate than the upper surface of the piezoelectric element,
The closing portion covers the mass member and the cylindrical portion so that there is a gap between the upper surface electrode layer of the piezoelectric element,
A sound absorbing material made of a foamable resin is filled in a housing space for housing the piezoelectric element, which is surrounded by the first surface of the elastic plate, the mass member, and the closing portion. Ultrasonic transducer as described in.
前記弾性板の第1面、前記筒状部及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の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8の何れかに記載の超音波トランスデューサー。The cylindrical portion is provided such that the upper end portion is separated from the first surface of the elastic plate than the upper surface of the piezoelectric element, and the closed portion is a gap between the upper surface and the upper electrode layer of the piezoelectric element Provided to be
A sound absorbing material made of a foamable resin is filled in a housing space for housing the piezoelectric element, which is surrounded by the first surface of the elastic plate, the cylindrical portion, and the closing portion. The ultrasonic transducer according to any one of 1 to 8.
前記防護部材の外表面に設けられた剛性の防護板であって、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた防護板と、
前記閉塞部の外表面に設けられた剛性の補強板とを備え、
前記防護板は、前記防護部材の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板は、前記閉塞部の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板の延在部及び前記防護板の延在部がスペーサを介して連結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。A protective member fixed to the second surface of the elastic plate, wherein the protective member is provided with an opening for opening the vibration area outward;
A rigid protective plate provided on the outer surface of the protective member, the protective plate having a through hole at a position corresponding to the opening of the protective member;
And a rigid reinforcing plate provided on the outer surface of the closed portion,
The protective plate has a central portion fixed to the outer surface of the protective member, and an extending portion extending outward in the plate surface direction from the central portion,
The reinforcing plate has a central portion fixed to the outer surface of the closed portion, and an extending portion extending outward in the plate surface direction from the central portion.
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 11, wherein the extension portion of the reinforcing plate and the extension portion of the protective plate are connected via a spacer.
前記防護部材の外表面に沿って延び、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた端壁部並びに前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部を含む防護容器と、
前記閉塞部の外表面を覆った状態で前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記周壁部に連結される補強板とを備え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。A protective member fixed to the second surface of the elastic plate, wherein the protective member is provided with an opening for opening the vibration area outward;
An end wall portion extending along the outer surface of the protection member and provided with a through hole at a position corresponding to the opening of the protection member, and the end wall portion surrounding the periphery of the protection member and the elastic plate A protective container including an extending peripheral wall portion;
The reinforcing plate connected to the peripheral wall portion so as to close the free end opening of the peripheral wall portion of the protective container in a state of covering the outer surface of the closed portion. Ultrasonic transducer described in.
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17の何れかに記載の超音波トランスデューサー。The elastic plate is a conductive metal plate,
The piezoelectric element has a piezoelectric body and a pair of upper surface electrode layers and lower surface electrode layers disposed on both sides in the thickness direction of the piezoelectric body,
The elastic plate is provided with a wiring body including an insulating layer provided on the first surface and a plurality of wiring conductors stacked on the insulating layer,
The lower electrode layer is mechanically and electrically bonded to the first surface of the elastic plate by a conductive adhesive, and the upper electrode layer is electrically connected to the corresponding wiring conductor by a conductive adhesive or solder. The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 17, characterized in that:
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19の何れかに記載の超音波トランスデューサー。The plurality of constraining regions are a constraining region group formed by m constraining regions (m is an integer of 1 or more) arranged along the first plate surface direction of the elastic plate, and orthogonal to the first plate surface direction. Having n rows (n is an integer of 1 or more) in the second plate surface direction, and m.times.n number of constrained regions developed by being provided,
The slit portion is positioned on both sides of the second plate surface direction of one piezoelectric element mounted in the vibration region in the one restraint region, and the pair of first plate surface directions extending along the first plate surface direction Including a slit and a pair of second plate surface direction slits located on both sides in the first plate surface direction of the one piezoelectric element and extending along the second plate surface direction,
The pair of first plate surface direction slits is longer than the first plate surface direction length of the one piezoelectric element, and the pair of second plate surface direction slits is longer than the second plate surface direction length of the pair of piezoelectric elements Long and
The bridge portion is formed at four locations defined by the end portions of the first plate surface direction slit and the second plate surface direction slit adjacent in the circumferential direction. The ultrasonic transducer in any one of 19.
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、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
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及び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圧電素子実装工程と、
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、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第2面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第1封止部材を設置する第1封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第2封止部材を設置する第2封止部材設置工程とを含み、
前記第1封止部材設置工程は、前記筒状部を設けるべき領域を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠を設置する処理と、前記弾性板の第1面の側から前記筒状部用型枠内に第1高分子材料を塗布し、硬化させる処理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。An elastic plate having a first surface and a second surface respectively facing one side and the other side in the thickness direction and capable of vibrating in the thickness direction, and an upper surface disposed on both sides of the piezoelectric main body and the piezoelectric main body in the thickness direction A plurality of piezoelectric elements having an electrode layer and a lower surface electrode layer, wherein the lower surface electrode layer is fixed to the first surface of the plurality of vibration regions provided on the elastic plate, and provided on an insulating layer and the insulating layer A wiring body including a plurality of wiring conductors electrically connected to the upper electrode layers of the plurality of piezoelectric elements, and a polymer provided on the first surface of the elastic plate so as to cover the plurality of piezoelectric elements A sealing member made of a material, and a protective member fixed to the second surface of the elastic plate, wherein the protective member is provided with an opening for opening the vibration region outward, A plurality of low stiffnesses respectively surrounding the plurality of vibration regions in plan view A boundary that defines a region, a plurality of constrained regions respectively surrounding the plurality of low rigidity regions in a plan view, a constrained region in a plan view, and an outer region located radially outward from the constrained region The boundary region includes a slit portion separating the one constraining region and the outer region, and a bridge portion mechanically coupling the one constraining region to the outer region; The sealing member is a plurality of cylindrical portions respectively surrounding the plurality of vibration regions in plan view, and the plurality of cylinders joined to the first surface of the elastic plate at a position where the base end surface includes the boundary region. , A plurality of closed sections respectively closing the openings on the free end side of the plurality of cylindrical sections, and a filling section extending from the proximal end surface of the cylindrical section to the inside of the slit section. A method of manufacturing an acoustic transducer, comprising
Preparing a conductive elastic plate-forming body for forming the elastic plate;
A wiring body installation step of installing the wiring body;
An elastic plate etching step of etching the elastic plate forming body to form the slit portion and the low rigidity region;
A piezoelectric element mounting step in which the lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements are respectively bonded to the first surfaces of the plurality of vibration regions by a conductive adhesive;
Electrically connecting the tip portions of the plurality of wiring conductors to a corresponding upper surface electrode layer of the piezoelectric element with a conductive adhesive or solder;
A protection member installation step of fixing the protection member to the second surface of the elastic plate so as to close the second surface side of the slit portion while opening the vibration region outward through the opening;
And a sealing member installation step of installing the sealing member,
The wiring body installation step, the elastic plate etching step, and the piezoelectric element mounting step can be performed in any order.
The sealing member installation step includes a first sealing member installation step of installing a first sealing member that integrally forms the filling portion and the cylindrical portion, and a second sealing member that forms the blocking portion. And a second sealing member installation step of installing
In the first sealing member installation step, a process for installing a cylindrical part form frame that defines the area where the cylindrical part should be provided in a state where the upper part is open, and the side of the first surface of the elastic plate A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: applying a first polymer material to the inside of the cylindrical part form and curing it.
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、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
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及び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圧電素子実装工程と、
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、
前記複数の拘束領域のそれぞれに前記拘束領域用質量部材を固着する処理及び前記ベース領域に前記ベース領域用質量部材を固着する処理を含む質量部材設置工程と、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第2面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第2面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第1封止部材を設置する第1封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第2封止部材を設置する第2封止部材設置工程とを含み、
前記第1封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の間、並びに、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の間に、前記弾性板の第1面の側から第1高分子材料を塗布し、硬化させ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。An elastic plate having a first surface and a second surface respectively facing one side and the other side in the thickness direction and capable of vibrating in the thickness direction, and an upper surface disposed on both sides of the piezoelectric body and the thickness direction of the piezoelectric body A plurality of piezoelectric elements having an electrode layer and a lower surface electrode layer, wherein the lower surface electrode layer is fixed to the first surface of the plurality of vibration regions provided on the elastic plate, and provided on an insulating layer and the insulating layer A wiring body including a plurality of wiring conductors electrically connected to upper surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements, a mass member fixed to the first surface of the elastic plate, and the plurality of piezoelectric elements A sealing member made of a polymer material provided on the first surface of the elastic plate, and a protection member fixed to the second surface of the elastic plate, the opening opening the vibration area outward And the elastic plate has a front surface in a plan view. A plurality of low rigidity regions respectively surrounding a plurality of vibration regions, a plurality of constrained regions respectively surrounding the plurality of low rigid regions in plan view, and a base region surrounding the entire plurality of constrained regions in plan view; A boundary region that is located between one constraining region and another constraining region and between adjacent constraining regions and a base region, and that delimits each of the plurality of constraining regions, A plurality of restraints respectively fixed to the plurality of restraint regions, and a slit portion that divides the restraint region from the periphery and a bridge portion that mechanically connects the one restraint region to the periphery; A mass member for a region and a mass member for a base region fixed to the base region, and the sealing member is a plurality of cylindrical portions that respectively surround the plurality of vibration regions in a plan view. A plurality of cylindrical portions joined to the first surface of the elastic plate at a position where the base end surface includes the boundary area, and a plurality of closed portions respectively closing openings on the free end side of the plurality of cylindrical portions A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: a filling portion extending from the proximal end surface of the cylindrical portion to the inside of the slit portion,
Preparing a conductive elastic plate-forming body for forming the elastic plate;
A wiring body installation step of installing the wiring body;
An elastic plate etching step of etching the elastic plate forming body to form the slit portion and the low rigidity region;
A piezoelectric element mounting step in which the lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements are respectively bonded to the first surfaces of the plurality of vibration regions by a conductive adhesive;
Electrically connecting the tip portions of the plurality of wiring conductors to a corresponding upper surface electrode layer of the piezoelectric element with a conductive adhesive or solder;
A mass member installation step including a process of fixing the mass member for the restraint area to each of the plurality of restraint areas and a process of fixing the mass member for the base area to the base area;
A protection member installation step of fixing the protection member to the second surface of the elastic plate so as to close the second surface side of the slit portion while opening the vibration region outward through the opening;
And a sealing member installation step of installing the sealing member,
The wiring body installation step, the elastic plate etching step, and the piezoelectric element mounting step can be performed in any order.
The mass member installation step and the protection member installation step can be performed in any order,
The sealing member installation step includes a first sealing member installation step of installing a first sealing member that integrally forms the filling portion and the cylindrical portion, and a second sealing member that forms the blocking portion. And a second sealing member installation step of installing
In the first sealing member installation step, the adjacent one of the mass member for the restraint area and the mass member for the other restraint area, and the space between the mass member for the restraint area and the mass member for the base area adjacent to each other, A method of manufacturing an ultrasonic transducer, comprising applying and curing a first polymer material from the side of a first surface of an elastic plate.
平面視において前記弾性板に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、当該補強板の延在部及び前記防護板の延在部をスペーサを介して連結する補強板設置工程とを備え、
前記第2封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第1高分子材料よりも高粘度の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項25から28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。Before or after the protective member is fixed to the second surface of the elastic plate, a central portion overlapping with the protective member in plan view and an extension portion extending outward in the plate surface direction from the central portion either in plan view A protective plate provided with a through hole communicating the opening of the protective member outward, and the protective plate in a state where the central portion of the protective plate is aligned with the through hole and the opening A protective plate setting step of fixing to the outer surface of the member;
Providing a reinforcing plate having a central portion overlapping with the elastic plate in plan view and an extending portion extending outward in the plate surface direction from the central portion, and provided with a through hole communicating the inner surface and the outer surface; And a reinforcement plate installation step of connecting the extension portion of the reinforcement plate and the extension portion of the protection plate via a spacer,
The second sealing member installation step is configured to apply and cure a second polymer material whose viscosity before curing is higher than that of the first polymer material through the through hole of the reinforcing plate. A method of manufacturing an ultrasonic transducer according to any of claims 25 to 28, characterized in that
前記弾性板に沿って延び、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記補強板を前記周壁部に連結する補強板設置工程とを備え、
前記第2封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第1高分子材料よりも高粘度の第2高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項25から28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。An end wall provided along the outer surface of the protective member either before or after the protective member is fixed to the second surface of the elastic plate and provided with a through hole corresponding to the opening of the protective member And a protective container having a peripheral wall portion extending from the end wall portion so as to surround the outer periphery of the protective member and the elastic plate, and the end wall portion in a state where the through hole and the opening are aligned. Attaching a protective container to the outer surface of the protective member.
A reinforcing plate extending along the elastic plate and provided with a through-hole communicating the inner surface and the outer surface is prepared, and the reinforcing plate is attached to the peripheral wall portion so as to close a free end opening of the peripheral wall portion of the protective container. And a reinforcement plate installation process connected to the
The second sealing member installation step is configured to apply and cure a second polymer material whose viscosity before curing is higher than that of the first polymer material through the through hole of the reinforcing plate. A method of manufacturing an ultrasonic transducer according to any of claims 25 to 28, characterized in that
前記第2封止部材設置工程は、第2高分子材料を、平面視において前記弾性板の上方に位置する領域に加えて、前記防護容器の周壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周との間の間隙にも塗布するように構成されていることを特徴とする請求項30に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。The peripheral wall portion of the protective container surrounds the outer periphery of the protective member and the elastic plate with a gap between the protective member and the outer periphery of the elastic plate,
In the second sealing member installation step, the second polymer material is added to the region located above the elastic plate in plan view, and the peripheral wall portion of the protective container and the outer periphery of the protective member and the elastic plate 31. The method of manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 30, wherein the ultrasonic transducer is also applied to a gap between the two.
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、前記低剛性領域の前記溝又は前記複数の開口部を形成することを特徴とする請求項22から32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。The low rigidity region is a groove opened to the side of the first surface provided along the outer peripheral edge of the vibration region, or a plurality of openings provided along the outer peripheral edge of the vibration region, Between the openings adjacent in the circumferential direction, there are a plurality of openings in which connection parts are left,
The ultrasonic wave according to any one of claims 22 to 32, wherein the elastic plate etching step forms the groove or the plurality of openings in the low rigidity region in addition to the formation of the slit portion. Method of manufacturing a transducer.
前記薄肉領域の底面には、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、前記薄肉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、
前記弾性板エッチング工程は、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フルエッチング処理と、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凹状薄肉領域である前記低剛性領域を形成するハーフエッチング処理とを含み、
前記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面側に開く凹状薄肉領域としつつ、前記凹状薄肉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請求項22から32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。The low-rigidity area is a concave thin-walled area open toward the first surface side, in which the first surface of the low-rigidity area is closer to the second surface than the vibration area and the first surface of the restraint area. ,
The bottom of the thin region is provided with a ridge which is lower than the vibration region and the first surface of the restraint region and which forms an adhesive retention region in cooperation with the inner surface of the thin region. And
The piezoelectric element overlaps with the vibration region in a plan view, and is joined to the first surface of the vibration region by an insulating adhesive, and extends radially outward from the center portion and in the plan view. And an extension portion terminating in the low rigidity area and joined to the first surface of the low rigidity area by the conductive adhesive disposed in the adhesive retention area;
In the elastic plate etching step, the elastic plate forming body is etched to form the slit portion, and half etching from the first surface side is performed on the region corresponding to the low rigidity region. And performing a half etching process to form the low rigidity area which is a concave thin area.
In the half etching process, the region corresponding to the vibration region and the region corresponding to the restricted region are covered with a mask, and the region corresponding to the raised portion is covered with a mask having a width smaller than twice the side etching amount. By performing in a fixed state, the low rigidity region is configured to be a concave thin region that opens to the first surface side, while leaving the protrusion lower than the vibration region and the restraint region on the bottom of the concave thin region. 33. A method of manufacturing an ultrasonic transducer according to any of claims 22 to 32, characterized in that:
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22から35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。A step of applying an insulating resin between the tips of the plurality of wiring conductors and the corresponding piezoelectric elements prior to the electrical connection step,
The conductive adhesive or the solder in the electrical connection step is a state in which the insulating resin is interposed between the conductive adhesive or the solder and the first surface of the elastic plate. 36. The method of manufacturing an ultrasonic transducer according to any one of claims 22 to 35, wherein a front end portion of the wiring conductor is electrically connected to a corresponding upper surface electrode layer of the piezoelectric element.
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