JP7436292B2 - 超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサの製造方法に関する。

特許文献１には、超音波プローブの一例が開示されている。特許文献１に開示される超音波プローブは、圧電振動子を有し、圧電素子の両表面にそれぞれ電極が設けられている。特許文献１の技術では、圧電素子の両表面のうちの少なくとも一方の電極が、その電極が存在する圧電振動子の端部に存在しないように形成されている。

特開２００１－２６８６９４号公報

超音波トランスデューサの分野では、圧電素子を音響伝達部材に対して接着等の方法で固定してアッセンブリ状態とする構成が採用されている。この種の超音波トランスデューサでは、音響伝達部材に組み付ける前までに各種加工が施されて圧電素子が形成されるが、従来技術では、圧電素子の両板面を同一の面積に形成した上で一方の板面を音響伝達部材に固定する思想が一般的であった。しかし、単に圧電素子の一方の板面を音響伝達部材に固定するだけでは、音響特性の向上を図る上で十分ではなかった。

本発明は、上述した課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、音響特性を向上し得る超音波トランスデューサを実現することを目的とする。

本発明の一つである超音波トランスデューサは、対向する第１板面および第２板面に導電層が形成されている板状の圧電素子と、前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部材と、を有し、前記第１板面が前記音響伝達部材に接着された超音波トランスデューサであって、前記圧電素子は、前記第２板面の面積よりも前記第１板面の面積のほうが大きい。

上記の超音波トランスデューサは、圧電素子において音響伝達部材に接着される第１板面の面積のほうが反対側の第２板面の面積よりも大きいため、圧電素子において音響伝達部材に接触する面積をより大きく確保することができる。よって、上記の超音波トランスデューサは、音響特性を向上し得る。例えば、上記の超音波トランスデューサは、超音波を放射する際には、音響伝達部材を介して実際に使用できる超音波の音圧がより高くなる。また、上記の超音波トランスデューサは、超音波を受信する際には、音響伝達部材を介して受信する面積がより大きくなるため、送受信利得の特性を向上することができる。

本発明の一つである超音波トランスデューサにおいて、上記圧電素子は、上記第１板面の周りの外縁部に第１面取り部が形成され、上記第２板面の周りの外縁部に第２面取り部が形成されていてもよい。

この種の超音波トランスデューサは、圧電素子に接触等が生じる際（例えば、圧電素子を音響伝達部材に組み付けるときなど）に、圧電素子の角部が欠ける「チッピング」が生じる懸念がある。この点に関し、上記の超音波トランスデューサは、第１板面の周りの外縁部に第１面取り部が形成され、第２板面の周りの外縁部に第２面取り部が形成されているため、チッピングを抑制することができる。但し、このようにチッピングを抑制し得る構成が採用される場合、圧電素子において両板面の面積が低減するため、音響特性の低下が懸念される。しかし、上記の超音波トランスデューサのように音響伝達部材に接着される第１板面の面積のほうが反対側の第２板面の面積よりも大きくなっていれば、音響特性の低下を抑えることができる。

本発明の一つである超音波トランスデューサは、上記圧電素子の厚さ方向と直交する仮想平面に対して上記第１板面を投影した第１図形の内側に、上記仮想平面に対して上記第２板面を投影した第２図形が収まるようになっていてもよい。

上記の超音波トランスデューサは、圧電素子の厚さ方向と直交する方向において、第２板面が第１板面から大きく外れる位置関係にならず、バランスよく第１板面の面積を確保することができる。

本発明の一つである超音波トランスデューサの製造方法は、板状の圧電素子と、前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部材と、を有する超音波トランスデューサの製造方法であって、前記圧電素子において、厚さ方向一方側の板面及び厚さ方向他方側の板面のいずれの面積が大きいかを判定する判定工程と、前記一方側の板面及び前記他方側の板面のうち前記判定工程によって面積が大きいと判定された板面側を前記音響伝達部材に接着するように、前記圧電素子と前記音響伝達部材とを接着する接着工程と、を含む。

上記の超音波トランスデューサの製造方法は、圧電素子において面積が大きいと判定された板面側を音響伝達部材に接着するように圧電素子と音響伝達部材とを接着することができる。よって、上記の製造方法は、音響特性を向上し得る超音波トランスデューサを実現できる。例えば、上記の製造方法によって製造された超音波トランスデューサは、超音波を放射する際には、音響伝達部材を介して実際に使用できる超音波の音圧がより高くなる。また、この超音波トランスデューサは、超音波を受信する際には、音響伝達部材を介して受信する面積がより大きくなるため、ＲＴＩＬ特性を向上することができる。

本発明の一つである超音波トランスデューサの製造方法は、板状の圧電体の厚さ方向一方側の板面の周りに一方側の面取り部を形成し、厚さ方向他方側の板面の周りに他方側の面取り部を形成するように上記圧電素子を形成する圧電素子形成工程を含んでいてもよい。上記圧電素子形成工程は、上記判定工程の前に行われてもよい。

上記の製造方法によって製造された超音波トランスデューサは、一方側の板面の周りに一方側の面取り部が形成され、他方側の板面の周りに他方側の面取り部が形成されるため、チッピングを抑制することができる。但し、このようにチッピングを抑制し得る技術が採用される場合、圧電素子において両板面の面積が低減するため、音響特性の低下が懸念される。しかし、上記の製造方法のように、圧電素子において面積が大きいと判定された板面側を音響伝達部材に接着する方法が採用されれば、音響特性の低下を抑えることができる。しかも、上記の製造方法は、圧電素子形成工程において両面取り部の大きさにバラつきが生じた場合であっても、判定工程によっていずれの板面の面積が大きいかを正確に判定した上で、接着工程を行うことができる。

本発明の一つである超音波トランスデューサの製造方法は、上記圧電素子に対し上記一方側の板面と上記他方側の板面との間に電圧を印加して分極する分極工程を含んでいてもよい。そして、上記分極工程は、上記判定工程の後、上記接着工程の前に行われてもよい。

仮に判定工程の前に分極工程を行う場合、トランスデュ―サ間で圧電素子の分極方向が異なる可能性があるが、上記の製造方法によれば、この問題を解消することができ、トランスデューサ間のバラツキを抑えることができる。

本発明によれば、音響特性を向上し得る超音波トランスデューサを実現することができる。

図１は、第１実施形態の超音波トランスデューサを例示する斜視図である。 図２は、図１の超音波トランスデューサの一部についての分解斜視図である。 図３は、図１の超音波トランスデューサの一部についての断面図である。 図４は、図３の断面図の一部を拡大した拡大図である。 図５は、第１板面の外縁及び第２板面の外縁を仮想平面に投影した投影図形を概念的に示す説明図である。 図６は、第１実施形態の超音波トランスデューサの製造方法を説明する説明図である。 図７は、第１実施形態の超音波トランスデューサに関するシミュレーション結果を示す表である。

＜第１実施形態＞
以下の説明は、第１実施形態の超音波トランスデューサＴに関する。
図１で示される第１実施形態の超音波トランスデューサＴは、医療用または産業用の超音波装置に用いられる。超音波トランスデューサＴは、例えば、使い捨て品（ディスポーザブル品）である。超音波トランスデューサＴは、超音波を送受信する。

図１、図２のように、超音波トランスデューサＴは、支持部５０、素子部１０、導電シート１０２、音響伝達層２０、及びケース９０などを備える。超音波トランスデューサＴは、図示が省略された制御装置に電気的に接続され、この制御装置から電気信号を受信し得る。超音波トランスデューサＴは、上記制御装置に対して電気信号を送信し得る。図２の構成では、音響伝達層２０及びケース９０が音響伝達部材の一例に相当し、圧電素子１４で発生する超音波を伝達する機能を有する。図２の分解斜視図では、支持部５０、基板１１０、内部部品の一部などが省略されている。

以下の説明では、図３のように、圧電素子１４の厚さ方向が上下方向である。圧電素子１４の厚さ方向一方側が下方側であり、圧電素子１４の厚さ方向他方側が上方側である。図３には、超音波トランスデューサＴを中心軸線Ｘに沿って切断した断面が概略的に示される。図３では、ケース９０の一部が省略され、支持部５０やケース９０内の一部部品などが省略されている。また、図３では、導電シート１０２も省略されている。

素子部１０は、超音波を発生させる素子である。素子部１０は、圧電素子１４と第１導電層１１と第２導電層１２とを有する。素子部１０は、所定の厚さの板状をなす。素子部１０は、上面の外縁及び下面の外縁がいずれも円形であり且つ外周面が円筒面である円板状をなす。素子部１０は、中心軸線Ｘを中心とする円柱状である。

圧電素子１４は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる。圧電素子１４は、所定の厚さの円板状をなす。図４で示されるように、圧電素子１４は、互いに対向する第１板面１４Ａ及び第２板面１４Ｂのそれぞれに導電層が形成されている。第１板面１４Ａは圧電素子１４の厚さ方向一方側の板面であり圧電素子１４の下面である。第２板面１４Ｂは圧電素子１４の厚さ方向他方側の板面であり圧電素子１４の上面である。

図４のように、第１導電層１１は、圧電素子１４の第１板面１４Ａに配置される。第１導電層１１は、素子部１０の下面側の第１電極である。第２導電層１２は、圧電素子１４の第２板面１４Ｂに配置される。第２導電層１２は、素子部１０の上面側の第２電極である。第１導電層１１及び第２導電層１２は、金又は銀、銅、錫等の蒸着、メッキ、スパッタリング、ペーストの印刷、焼付け等によって形成された導電性を有する電極層である。第１導電層１１の下面１１Ａは、素子部１０の一方の主面（下面）である。素子部１０の下面（第１導電層１１の下面１１Ａ）は、接着剤１２０を介して音響伝達層２０に固定されている。第２導電層１２の上面１２Ｂは、素子部１０の他方の主面（上面）である。素子部１０の上面１２Ｂと下面１１Ａは平行である。上面１２Ｂ及び下面１１Ａは、いずれも中心軸線Ｘに対して直交する面である。第１導電層１１は、圧電素子１４の第１板面１４Ａの全体を覆う構成で配置される。第２導電層１２は、圧電素子１４の第２板面１４Ｂの全体を覆う構成で配置される。

第１導電層１１は、１以上の導電体を介して上記基板１１０に電気的に接続される。第２導電層１２は、１以上の導電体を介して基板１１０に電気的に接続される。素子部１０は、第１導電層１１及び第２導電層１２を介して図示が省略された制御装置に対して電気信号を送信する動作を行い得る。更に、素子部１０は、上記制御装置からの電気信号を受信する動作を行い得る。素子部１０は、第１導電層１１と第２導電層１２との間に交流電圧が印加されることに応じて超音波を発生させる。

音響伝達層２０は、素子部１０で発生する超音波を伝達する部材である。音響伝達層２０は、素子部１０の下方側に配置されている。音響伝達層２０は、所定厚さの円板状である。音響伝達層２０の上面は、接着剤１２０を介して素子部１０の下面及び導電シート１０２に接着されている。音響伝達層２０は、素子部１０の音響インピーダンスと、音響レンズである底壁９１の音響インピーダンスとの中間の大きさの音響インピーダンスを有する。

音響伝達層２０の一方側の板面である上面は、素子部１０の下面１１Ａを支持する支持面である。音響伝達層２０の上面は、外縁が円形状の平坦面である。音響伝達層２０の上面の面積は、素子部１０の下面１１Ａの面積よりも大きい。音響伝達層２０の上面の外径は、素子部１０の下面の外径よりも大きい。音響伝達層２０は、中心軸線Ｘを中心とする円柱状である。音響伝達層２０及び素子部１０は、中心軸線Ｘを中心とする同軸の位置関係で積層される。

ケース９０は、底壁９１と周壁９２とを有する。底壁９１及び周壁９２は、同一の材料によって一体に形成されている。底壁９１は、略円板状であり、上側から見ると円形状をなしている。底壁９１は、ケース９０の下面の全体を塞いでいる。ケース９０の上端側（底壁９１とは反対側）は開口している。ケース９０の内部には、素子部１０、音響伝達層２０、導電シート１０２などが収容される。

ケース９０の底壁９１は、超音波を集束する音響レンズである。ケース９０の底壁９１と音響伝達層２０とは、接着剤１２０によって接着されている。ケース９０の底壁９１及び音響伝達層２０は、中心軸線Ｘ（図３）を中心とする同軸の位置関係で積層される。ケース９０の底壁９１と素子部１０との間に音響伝達層２０が介在することによって、超音波が底壁９１へ効率良く伝播される。ケース９０の周壁９２は、底壁９１の外縁部の全周に亘って連結され、底壁９１から上方に向かって筒状に配されている。周壁９２の内周面９２Ａは、円筒状の内面である。周壁９２の上端部には、支持部５０（図１）が固定されている。

図１に示されるように、支持部５０は、蓋部として機能し、ケース９０の上端部に形成された開口を塞ぐように配置される。支持部５０は、基板１１０を保持する基板保持部としても機能する。

図２、図４のように、導電シート１０２は、素子部１０の内周側を横切る帯状をなしている。導電シート１０２は、中心軸線Ｘ（図３）と直交する平面の方向に沿って所定の向きに延びる。導電シート１０２は、帯状であることによって、素子部１０の第１導電層１１と同じ大きさの円形状をなす導電シートと比べて、第１導電層１１との接圧が増す。導電シート１０２は、図示されていない導電体に接続され、この導電体を介して基板１１０（図１）に電気的に接続されている。

図３、図４のように、圧電素子１４は、第１板面１４Ａが音響伝達層２０に接着されている。第１板面１４Ａは、第１導電層１１を介して音響伝達層２０に接着されている。第１板面１４Ａの一部分と音響伝達層２０との間には、第１導電層１１及び接着剤１２０が介在する。第１板面１４Ａにおける上記一部分とは異なる他部分と音響伝達層２０との間には、第１導電層１１、導電シート１０２及び接着剤１２０が介在する。音響伝達層２０は音響伝達部材の一部をなす。第１板面１４Ａの外縁は、中心軸線Ｘを中心とする円形である。第１板面１４Ａは、中心軸線Ｘと直交する平坦面である。第２板面１４Ｂは、圧電素子１４の厚さ方向において第１板面１４Ａとは反対側に設けられる。第２板面１４Ｂの外縁は、中心軸線Ｘを中心とする円形である。第２板面１４Ｂは、中心軸線Ｘと直交する平坦面である。第１板面１４Ａと第２板面１４Ｂとは平行である。第１板面１４Ａの面積は、第２板面１４Ｂの面積よりも大きい。

図４のように、圧電素子１４において第１板面１４Ａの周りの外縁部には、第１面取り部１５Ａが形成されている。第１面取り部１５Ａは、第１板面１４Ａの周りの外縁部において、周方向全体（全周）に亘るように連続した環状に形成されている。第１面取り部１５Ａの表面は、中心軸線Ｘに対する角度が第１所定角度のテーパ面である。より具体的には、中心軸線Ｘを通り且つ第１板面１４Ａの周りの周方向のいずれの位置を通る切断面でも、第１面取り部１５Ａの表面の角度は所定角度（例えば４５°）である。第１面取り部１５Ａの表面を通り且つ中心軸線Ｘと直交するいずれの切断面でも、第１面取り部１５Ａの形状は円形をなす。第１面取り部１５Ａの表面は、上下方向において第１導電層１１に近づくにつれて径が小さくなるテーパ面である。

圧電素子１４において第２板面１４Ｂの周りの外縁部には、第２面取り部１５Ｂが形成されている。第２面取り部１５Ｂは、第２板面１４Ｂの周りの外縁部において、周方向全体（全周）に亘るように連続した環状に形成されている。第２面取り部１５Ｂの表面は、中心軸線Ｘに対する角度が第２所定角度のテーパ面である。より具体的には、中心軸線Ｘを通り且つ第２板面１４Ｂの周りの周方向のいずれの位置を通る切断面でも、第２面取り部１５Ｂの表面の角度は所定角度（例えば４５°）である。第２面取り部１５Ｂの表面を通り且つ中心軸線Ｘと直交するいずれの切断面でも、第２面取り部１５Ｂの形状は円形をなす。第２面取り部１５Ｂの表面は、上下方向において第２導電層１２に近づくにつれて径が小さくなるテーパ面である。中心軸線Ｘを通るいずれの向きの切断面でも、第１面取り部１５Ａの表面の長さは一定であり、第２面取り部１５Ｂの表面の長さは一定であり、第１面取り部１５Ａの表面の長さは第２面取り部１５Ｂの表面の長さよりも小さい。

本構成では、図５のように、圧電素子１４の厚さ方向と直交する仮想平面に対して第１板面１４Ａを投影した第１図形Ｃ１の内側に、上記仮想平面に対して第２板面１４Ｂを投影した第２図形Ｃ２が収まるようになっている。図５の図形は、上記仮想平面に第１板面１４Ａ及び第２板面１４Ｂを垂直投影（正投影）によって投影した図形（具体的には各板面の外縁を投影した図形）であり、第１板面１４Ａを投影した図形が第１図形Ｃ１であり、第２板面１４Ｂを投影した図形が第２図形Ｃ２である。上記仮想平面に対して中心軸線Ｘを垂直投影（正投影）によって投影した位置は点Ｐ１である。

次の説明は、上述された超音波トランスデューサＴの製造方法の一例に関する。
本実施形態に係る超音波トランスデューサＴの製造方法では、主に、第１工程～第７工程が行われる。

第１工程は、プレス成型工程である。プレス成型工程では、予め準備された圧電材料の粉末がプレス金型に充填され、成形体１３Ｘが成形される。即ち、プレス成型工程では、プレス成型によって成形体１３Ｘが得られる。プレス成型工程に用いられるプレス金型の内部形状は、成形体１３Ｘにおいて面取り部が形成される形状である。具体的には、上記プレス金型の内部形状は、「所定の厚さの円板状であって且つ両板面の外縁部に面取り部が形成された成形体１３Ｘ」が形成される形状である。

第１工程の後には、第２工程が行われる。第２工程は、焼成工程である。焼成工程では、第１工程（プレス成型工程）によって成形された成形体１３が焼成され、焼成後の圧電体１３Ｙが得られる。圧電体１３Ｙは、焼成後のセラミックである。

第２工程の後には、第３工程が行われる。第３工程は、研磨工程である。研磨工程では、第２工程（焼成工程）によって得られた焼成後の圧電体１３Ｙの両板面が研磨され、圧電素子１４が得られる。研磨工程に用いられる研磨装置は、セラミックを研磨し得る公知の研磨装置であり、種類は特に限定されない。研磨工程では、当該工程後の圧電素子１４が所望の厚さとなるように両板面の研磨を行う。例えば、研磨工程では、片方の板面が研磨された後、この片方の板面を基準として、所望の厚さとなるようにもう片方の板面が研磨される方法が用いられてもよい。研磨工程では、当該研磨工程後の圧電素子１４の一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚが平行となるように両板面を研磨する。

上述された第１工程、第２工程、第３工程は、圧電素子形成工程の一例に相当する。この圧電素子形成工程は、板状の圧電体の厚さ方向一方側の板面１４Ｙの周りに一方側の面取り部１５Ｙを形成し、厚さ方向他方側の板面１４Ｚの周りに他方側の面取り部１５Ｚを形成するように圧電素子１４を形成する工程である。そして、圧電素子形成工程は、後述される判定工程の前に行われる。

第３工程の後には第４工程が行われる。第４工程は、判定工程である。判定工程では、研磨工程で得られた圧電素子１４において厚さ方向一方側の板面１４Ｙ及び厚さ方向他方側の板面１４Ｚのいずれの面積が大きいかを判定する。判定方法としては、例えば、カメラなどの撮像部が一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚを撮像し、マイクロコンピュータなどの制御部が撮像画像を解析して一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚの面積を算出してもよい。そして、制御部が、一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚの面積の算出結果に基づいて一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚのいずれの面積が大きいかを判定してもよい。そして、制御部は、その判定結果を記憶部に記憶したり、表示部による表示や音声装置による出力によって報知したりしてもよい。

第４工程の後には、第５工程が行われる。第５工程は、電極形成工程である。電極形成工程は、判定工程を経た圧電素子１４の一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚに対して導電体のペースト（例えばＡｇペースト）を印刷などの方法で形成し、その後、焼成を行うことで、圧電素子１４の両板面に電極としての導電層１９を形成する。両板面の導電層１９は、いずれか一方が第１導電層１１となり、他方が第２導電層１２となるものである。

第５工程の後には、第６工程が行われる。第６工程は、分極工程である。分極工程では、判定工程及び電極形成工程を経た圧電素子１４に対し両導電層１９間に電圧が印加されて分極処理が施される。即ち、分極工程では、一方側の板面１４Ｙと他方側の板面１４Ｚとの間に電圧が印加されて分極される。なお、判定工程において一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚのいずれの面積が大きいかが判定されているので、分極工程では、この判定結果に基づいて分極方向を決定する。例えば、一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚのうち面積が大きい方（面取り加工量が小さい側）をプラス側、面積が小さい方（面取り加工量が大きい側）をマイナス側とし、両板面間に電圧を印加して分極する。分極工程により、分極済みの素子部１０が得られる。このように分極工程は、上述の判定工程の後、後述の接着工程の前に行われる。

第６工程の後には、第７工程が行われる。第７工程は、接着工程である。接着工程では、圧電素子１４における一方側の板面１４Ｙ及び他方側の板面１４Ｚのうち上述の判定工程によって面積が大きいと判定された板面側が音響伝達部材に接着されるように、圧電素子１４と音響伝達部材とが接着される。具体的には、接着工程では、まず、ケース９０の底壁９１と音響伝達層２０との間に接着剤を介在させた状態で底壁９１上に音響伝達層２０が接着される。その後、分極工程によって得られた素子部１０と音響伝達層２０との間に接着剤を介在させた状態で音響伝達層２０上に素子部１０が接着される。素子部１０と音響伝達層２０との接着の際には、素子部１０と音響伝達層２０との間に導電シート１０２が介在した形態で素子部１０、音響伝達層２０、導電シート１０２が接着される。このようにして、素子部１０、音響伝達層２０、導電シート１０２、ケース９０が一体的に組み付けられた構造体が得られる。

次の説明は、本実施形態の超音波トランスデューサＴの効果の一例に関する。
上述の超音波トランスデューサＴは、圧電素子１４において音響伝達部材（具体的には、音響伝達層２０）に接着される第１板面１４Ａの面積のほうが反対側の第２板面１４Ｂの面積よりも大きい。ゆえに、圧電素子１４において音響伝達部材に接触する面積をより大きく確保することができる。よって、超音波トランスデューサＴは、音響特性を向上し得る。例えば、超音波トランスデューサＴは、超音波を放射する際には、音響伝達部材を介して実際に使用できる超音波の音圧がより高くなる。また、超音波トランスデューサＴは、超音波を受信する際には、音響伝達部材を介して受信する面積がより大きくなるため、ＲＴＩＬ特性を向上することができる。

超音波トランスデューサＴは、製造時において圧電素子に接触等が生じる際（例えば、圧電素子を音響伝達部材に組み付けるときなど）に、圧電素子の角部が欠ける「チッピング」が生じる懸念がある。しかし、上述の超音波トランスデューサＴは、第１板面１４Ａの周りの外縁部に第１面取り部１５Ａが形成され、第２板面１４Ｂの周りの外縁部に第２面取り部１５Ｂが形成されているため、チッピングを抑制することができる。但し、このようにチッピングを抑制し得る構成が採用される場合、圧電素子１４において両板面の面積が低減するため、音響特性の低下が懸念される。しかし、超音波トランスデューサＴのように音響伝達部材に接着される第１板面１４Ａの面積のほうが反対側の第２板面１４Ｂの面積よりも大きくなっていれば、音響特性の低下を抑えることができる。

超音波トランスデューサＴは、圧電素子１４の厚さ方向と直交する仮想平面に対して第１板面１４Ａを投影した第１図形Ｃ１の内側に、上記仮想平面に対して第２板面１４Ｂを投影した第２図形Ｃ２が収まるようになっている。この超音波トランスデューサＴは、第２板面１４Ｂが第１板面１４Ａから大きく外れる位置関係にならず、バランスよく第１板面１４Ａの面積を確保することができる。

上述された超音波トランスデューサＴの製造方法では、圧電素子１４において面積が大きいと判定された板面側を音響伝達部材に接着するように圧電素子１４と音響伝達部材とを接着することができる。よって、この製造方法は、音響特性を向上し得る超音波トランスデューサＴをより確実に実現できる。

しかも、この製造方法は、圧電素子形成工程において両面取り部の大きさにバラつきが生じた場合であっても、判定工程によっていずれの板面の面積が大きいかを正確に判定した上で、接着工程を行うことができる。

更に、上述された製造方法では、判定工程の後、接着工程の前に分極工程を行うことでのメリットも享受し得る。仮に判定工程の前に分極工程を行う場合、当該製造方法によって製造される複数の超音波トランスデュ―サにおいて圧電素子の分極方向が統一されない懸念がある。具体的には、この製造方法では、何らかの対策を講じないと、第１の分極方向の超音波トランスデュ―サと第２の分極方向の超音波トランスデュ―サとが製造されてしまい、音響強度が異なる複数種類の製造がなされてしまうことになる。しかし、上述された製造方法は、判定工程の後、接着工程の前に分極工程を行うことで、この問題を解消することができ、トランスデューサ間のバラツキを抑えることができる。

次の説明は、本実施形態の効果を確認するためのシミュレーション結果に関する。図７においてＣ面長とは、面取り部における径方向（中心軸線Ｘを中心とする径方向）の長さである。図４では、第１面取り部１５ＡのＣ面長がＬ１で示され、第２面取り部１５ＢのＣ面長がＬ２で示される。なお、面取り部のＣ面長は、面取り部の内側に位置する板面の面積を決定する値であり、Ｃ面長が小さいほど内側の板面の面積は大きくなる。

シミュレーションでは、本実施形態の超音波トランスデューサＴにおいて第１面取り部１５Ａ及び第２面取り部１５ＢのＣ面長さの組み合わせを様々に変更した場合の特性が確認された。超音波トランスデューサＴの特性としては、送信特性を示す音圧（ｋＰａ）と、送受信特性を示すＲＴＩＬ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ）とが評価された。ＲＴＩＬ（ｄＢ）は、送受信利得である。上記音圧は、底壁９１から所定距離（焦点距離）の位置の音圧である。上記ＲＴＩＬは、超音波トランスデューサＴの駆動周波数を予め定められた所定周波数にした場合の値である。なお、圧電素子１４の寸法は、上記所定周波数の駆動で、音圧及びＲＴＩＬが最大となるように最適化した。

実施例１では、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．４ｍｍであり、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．１ｍｍである。比較例１では、実施例１とは逆に設定され、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．４ｍｍであり、第２面取り部のＣ面長が０．１ｍｍである。実施例１と比較例１の比較では、第２板面１４Ｂの面積よりも第１板面１４Ａの面積のほうが大きい組み合わせのほうが音圧が高く、ＲＴＩＬが良好となった。

実施例２及び比較例２では、Ｃ面長の短い方の長さが、実施例１及び比較例１よりも少し長く設定された。実施例２では、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．４ｍｍであり、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．２ｍｍである。比較例２では、実施例２とは逆に設定され、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．４ｍｍであり、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．２ｍｍである。実施例２と比較例２の比較では、第２板面１４Ｂの面積よりも第１板面１４Ａの面積のほうが大きい組み合わせのほうが音圧が高く、ＲＴＩＬが良好となった。

実施例３及び比較例３では、Ｃ面長の長い方の長さが、実施例１及び比較例１よりも少し短く設定された。実施例３では、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．２ｍｍであり、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．１ｍｍである。比較例３では、実施例３とは逆に設定され、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．２ｍｍであり、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．１ｍｍである。実施例３と比較例３の比較では、第２板面１４Ｂの面積よりも第１板面１４Ａの面積のほうが大きい組み合わせのほうが音圧が高く、ＲＴＩＬが良好となった。

実施例４及び比較例４では、Ｃ面長の長い方の長さが、実施例２及び比較例２よりも少し短く設定された。実施例４では、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．３ｍｍであり、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．２ｍｍである。比較例４では、実施例４とは逆に設定され、第１面取り部１５ＡのＣ面長が０．３ｍｍであり、第２面取り部１５ＢのＣ面長が０．２ｍｍである。実施例４と比較例４の比較では、第２板面１４Ｂの面積よりも第１板面１４Ａの面積のほうが大きい組み合わせのほうが音圧が高く、ＲＴＩＬが良好となった。

図７のように、シミュレーションでは、いずれの比較でも、第２板面１４Ｂの面積よりも第１板面１４Ａの面積のほうが大きい組み合わせのほうが音圧が高く、ＲＴＩＬが良好となった。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記実施形態では、第１面取り部１５Ａの表面及び第２面取り部１５Ｂの表面のいずれもが中心軸線Ｘに対して一定角度で傾斜したテーパ面（例えばＣ面）であったが、この例に限定されない。第１面取り部１５Ａの表面及び第２面取り部１５Ｂの表面のいずれか一方又は両方が、Ｒ面などの湾曲面であってもよい。

上記の実施形態では、第１導電層１１は、圧電素子１４の第１板面１４Ａの全体を覆う構成で配置されるが、第１導電層１１は、第１板面１４Ａの一部を覆う構成で配置されてもよい。上記の実施形態では、第２導電層１２は、圧電素子１４の第２板面１４Ｂの全体を覆う構成で配置されるが、第２導電層１２は、第２板面１４Ｂの一部を覆う構成で配置されてもよい。

上記実施形態では第１導電層１１が導電シート１０２を介して外部の導電体と電気的に接続されるが、この構成に限定されない。例えば、導電シート１０２に換えて、例えば音響伝達層２０の上面にスパッタリングやめっき処理によって導電膜が形成され、この導電膜によって第１導電層１１と外部の導電体とが電気的に接続されていてもよい。

上記実施形態では、ケース９０の底壁９１は音響レンズである。これに限らず、ケースの底壁は、音響レンズでなくてもよい。

上記実施形態では、音響伝達層２０及びケース９０の両方が音響伝達部材の一例に相当したが、音響伝達層及びケースの少なくとも一方が音響伝達部材に相当すればよい。例えば、ケースが音響伝達部材として機能しない構成又はケースが存在しない構成で、上記実施形態と同様の音響伝達層が音響伝達部材として機能してもよい。或いは、音響伝達層が存在しない構成で、上記実施形態と同様のケースが音響伝達部材として機能してもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

Ｔ…超音波トランスデューサ
１１…第１導電層（導電層）
１２…第２導電層（導電層）
１４…圧電素子
１４Ａ…第１板面
１４Ｂ…第２板面
２０…音響伝達層（音響伝達部材）
９０…ケース（音響伝達部材）

Claims (5)

1. 対向する第１板面および第２板面に導電層が形成されている板状の圧電素子と、
   前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部材と、
   を有し、
   前記第１板面が前記音響伝達部材に接着された超音波トランスデューサであって、
   前記圧電素子は、前記第１板面の周りの外縁部に第１面取り部が形成され、前記第２板面の周りの外縁部に第２面取り部が形成されており、
   前記圧電素子の前記第１面取り部の表面の長さは、前記第２面取り部の表面の長さよりも小さく、
   前記圧電素子は、前記第２板面の面積よりも前記第１板面の面積のほうが大きい
   超音波トランスデューサ。
2. 前記圧電素子の厚さ方向と直交する仮想平面に対して前記第１板面を投影した第１図形の内側に、前記仮想平面に対して前記第２板面を投影した第２図形が収まる
   請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
3. 板状の圧電素子と、前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部材と、を有する超音波トランスデューサの製造方法であって、
   前記圧電素子において、厚さ方向一方側の板面及び厚さ方向他方側の板面のいずれの面積が大きいかを判定する判定工程と、
   前記一方側の板面及び前記他方側の板面のうち前記判定工程によって面積が大きいと判定された板面側を前記音響伝達部材に接着するように、前記圧電素子と前記音響伝達部材とを接着する接着工程と、
   を含む超音波トランスデューサの製造方法。
4. 前記一方側の板面の周りに一方側の面取り部を形成し、前記他方側の板面の周りに他方側の面取り部を形成するように前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程を含み、
   前記圧電素子形成工程を、前記判定工程の前に行う
   請求項３に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
5. 前記圧電素子に対し前記一方側の板面と前記他方側の板面との間に電圧を印加して分極する分極工程を含み、
   前記分極工程を、前記判定工程の後、前記接着工程の前に行う
   請求項３または４に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

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