KR20060049485A

KR20060049485A - 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060049485A
Application number: KR1020050047027A
Authority: KR
Inventors: 긴야 마츠자와; 무츠토 데즈카
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-05-19
Also published as: JP2005348122A; US20050269899A1; CN1704177A; CN100540154C; US7224098B2; KR100676024B1; JP4123192B2

Abstract

본 발명은 고정 전극(하부 전극)의 표면 상에 요철을 마련하여, 주파수 특성의 광 대역화와, 전기 신호와 음파 신호의 변환 효율을 높이는 정전형 초음파 변환기에 있어서, 출력 음압 레벨을 더욱 향상시키고, 또한 그로 인해 필요한 고정 전극(하부 전극)에 실시하는 미세한 가공 처리를 용이하게 실행할 수 있는 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법을 제공하는 것으로, 절연체에 전극층이 형성된 진동막과, 해당 진동막에 대향하는 면에 요철부가 복수 형성된 고정 전극을 갖고, 상기 진동막에 형성된 전극층과 상기 고정 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 초음파를 발생시키는 초음파 변환기로서, 상기 고정 전극의 요철부의 볼록부 상면에 홈부가 형성되어 이루어진다.

Description

초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법{ULTRASONIC TRANSDUCER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 초음파 변환기의 고정 전극의 구성예를 나타내는 도면,

도 2는 고정 전극의 평면도,

도 3은 볼록부 상의 홈부를 구멍(트렌치) 형상으로 형성한 예를 나타내는 도면,

도 4는 잉크젯법에 의한 액적(液滴)의 도포 상태의 예를 나타내는 도면,

도 5는 볼록부 상에 연속한 홈이 형성되도록 액적을 도포하는 예를 나타내는 도면,

도 6은 고정 전극의 다른 구성예를 나타내는 도면,

도 7은 액적 토출 장치의 개략 구성을 나타내는 도면,

도 8은 잉크젯 헤드의 구성예를 나타내는 도면,

도 9는 다른 방법에 의한 뱅크의 형성 방법을 나타내는 도면,

도 10은 종래의 공진형 초음파 변환기의 구성예를 나타내는 도면,

도 11은 종래의 정전형 초음파 변환기의 구성예를 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정 전극(하부 전극) 2 : 오목부

3 : 볼록부 4 : 뱅크

5 : 볼록부 상의 홈부 6 : 구멍(트렌치)

7 : 액적(液滴)

본 발명은 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 정전형 초음파 변환기에 있어서, 전기 신호와 음파 신호의 변환 효율을 높여 출력 음압 레벨을 향상시키고, 또한 그로 인해 필요한 고정 전극(하부 전극)에 실시하는 미세한 가공을 용이하게 실행할 수 있는 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 초음파 변환기는 압전 세라믹을 이용한 공진형이 대부분이다. 여기서, 종래의 공진형 초음파 변환기의 구성예를 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타내는 초음파 변환기는 진동 소자로서 압전 세라믹을 이용하여 전기 신호로부터 초음파로의 변환과, 초음파로부터 전기 신호로의 변환(초음파의 송신과 수신)의 양쪽을 행한다.

도 10에 나타내는 바이몰프형(Bimorph-Type) 초음파 변환기는 두 장의 압전 세라믹(61, 62)과, 콘(cone)(63)과, 케이스(64)와, 리드(65, 66)와, 스크린(67)으로 구성되어 있다. 압전 세라믹(61, 62)은 서로 접합되어 있고, 그 접합면과 반대측의 면에 각각 리드(65)와 리드(66)가 접속되어 있다. 공진형 초음파 변환기는 압전 세라믹의 공진 현상을 이용하고 있으므로, 초음파의 송신 및 수신 특성이 그 공진 주파수 주변의 비교적 좁은 주파수 대역에서 양호하게 된다.

상술한 도 10에 나타내는 공진형 초음파 변환기와 달리, 종래부터 정전 방식의 초음파 변환기는 고주파수 대역에 걸쳐 높은 음압을 발생시킬 수 있는 광대역 발진형 초음파 변환기로 알려져 있다. 도 11에 광대역 발진형 초음파 변환기의 구체적 구성예를 나타낸다.

도 11에 나타내는 정전형 초음파 변환기는 진동체로서 3∼10㎛ 정도 두께의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지) 등의 유전체(131)(절연체)를 이용하고 있다. 유전체(131)에 대해서는, 알루미늄 등의 금속박으로 형성되는 상부 전극(132)이 그 상면부에 증착 등의 처리에 의해 일체 형성되고, 또한 놋쇠 등으로 형성된 고정 전극(하부 전극)(133)이 유전체(131)의 하면부에 접촉하도록 마련된다.

하부 전극(133)의 유전체(131) 측의 면에는 불균일 형상을 갖는 수십∼수백㎛ 정도의 임의적인 미소한 요철부가 형성되어 있다. 이 요철부는 하부 전극(133)과 유전체(131) 사이의 공간으로 되므로, 상부 전극(132) 및 하부 전극(133) 사이의 정전 용량의 분포가 미소하게 변화된다. 이 임의적인 미소한 요철부는, 예컨대, 하부 전극(133)의 표면을 수작업으로 줄로 거칠게 형성할 수 있다. 정전 방식의 초음파 변환기에서는, 이와 같이 하여 요철부를 마련하고, 다수의 콘덴서를 형 성함으로써, 초음파 변환기(122)의 주파수 특성을, 도 11(b)에서 곡선 Q1로 나타내는 바와 같이, 광대역 특성으로 할 수 있다. 또한, 요철부를 마련함으로써, 음파 신호와 전기 신호의 변환 효율을 높이는(출력 음압 레벨을 향상시키는) 효과도 있다.

이와 같이, 정전형 초음파 변환기의 고정 전극에 요철부를 마련하여, 초음파 변환기의 특성을 개선하는 것이지만, 요철부의 볼록부의 표면(상면)이 평면인 경우에는, 진동막과의 사이에 강한 정전력이 작용하고, 진동막이 볼록부 평면에 접착되는 등 하여, 진동막이 볼록부에 구속되어 진동되기 어렵게 되는 경우가 있어, 음파 신호와 전기 신호의 변환 효율을 저하시키는 경우가 있다. 정전형 초음파 변환기에서는, 이 문제의 개선이 요구되고 있었다.

또, 정전형 초음파 변환기의 진동막과 고정 전극(하부 전극) 사이에 요철부(공간)를 마련하는 발명이 몇 개인가 개시되어 있고, 예컨대, 유전성 스페이서로 공간을 형성하는 발명이 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 또한, 고정 전극의 구조에 대하여, 홈에 겹쳐 연결 구멍을 마련하여, 공진 주파수를 저하하고, 또한 음파 신호와 전기 신호의 변환 효율을 높이는 발명이 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 상기 선행 기술을 이용하더라도, 진동막이 볼록부 평면에 접착되는 등 하여, 진동막이 볼록부에 구속되어 진동되기 어렵게 된다고 하는 문제점을 해결할 수는 없다.

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 공보 제2000-50392호

(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 소화 제58-46800호

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 고정 전극(하부 전극)의 표면상에 요철을 마련하여, 주파수 특성의 광대역화와, 전기 신호와 음파 신호의 변환 효율을 높여 출력 음압 레벨을 향상시키는 정전형 초음파 변환기에 있어서, 출력 음압 레벨을 더욱 향상시키고, 또한 그로 인해 필요한 고정 전극(하부 전극)에 실시하는 미세한 가공을 용이하게 실행할 수 있는 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 본 발명의 초음파 변환기는 절연체에 전극층이 형성된 진동막과, 해당 진동막에 대향하는 면에 요철부가 복수 형성된 고정 전극을 갖고, 상기 진동막에 형성된 전극층과 상기 고정 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 초음파를 발생시키는 초음파 변환기로서, 상기 고정 전극의 요철부의 볼록부 상면에 홈부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 정전형 초음파 변환기에 있어서, 상부 전극이 형성된 진동막에 대향하는 고정 전극(하부 전극)의 면을 요철 구조로 하고, 또한, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부의 표면에 홈부(연속 홈 또는 트렌치)를 형성한다.

이에 의해, 진동막이 고정 전극(하부 전극)에 흡착되는(접착되는) 것을 방지할 수 있고, 전기 신호를 음파 신호로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있어, 출력 음압 레벨을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 전극과 고정 전극(하부 전극)간의 정전 용량을 감소시켜, 초음파 변환기의 구동 전류를 경감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기는 상기 볼록부의 상면에 잉크젯법에 의해 액적을 도포하여, 뱅크를 형성함으로써 홈부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 초음파 변환기의 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상면에, 잉크젯법에 의해 액적 재료를 도포하고, 미소한 높이의 뱅크를 형성하여, 볼록부 표면에 홈부(연속 홈 또는 트렌치)를 형성한다.

이에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상에 형성하는 미소 높이의 뱅크와 홈부를 매우 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 잉크젯법은 회전을 포함한 도포 방향의 자유도가 높기 때문에, 예컨대, 원형상의 볼록부 상에, 연속한 홈 형상 또는 독립된 트렌치 형상을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 통상은 미소한 깊이의 홈 또는 트렌치를 에칭으로 형성해야 하기 때문에, 에칭 마스크와 에칭액이 필요하게 되어, 비용 상승과 폐액 처리의 환경 문제가 발생하지만, 잉크젯법에서는 필요한 양만을 필요한 장소에만 도포할 수 있으므로, 비용, 환경면에서도 우수하다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기는 상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부가 연속한 홈 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상에 미소 높이의 뱅크 를 병렬로 배치하여, 연속한 홈부를 형성한다.

이에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 홈부를 용이하게 형성할 수 있어, 초음파 변환기의 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 잉크젯법을 사용함으로써, 볼록부 상에 미소 높이의 뱅크를 매우 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기는 상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부가 독립된 트렌치 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 예컨대, 최초에 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상에 미소 높이의 뱅크를 병렬로 배치하여 연속한 홈부를 형성하고, 그 후에 연속한 홈부에 칸막이로 되는 뱅크를 형성하여, 홈부를 구멍(트렌치) 형상으로 형성한다.

이에 의해, 초음파 변환기의 음압 레벨의 향상과 구동 전류의 저감을 더욱 도모할 수 있다. 특히, 잉크젯법을 사용함으로써, 볼록부 상에 형성하는 미소 높이의 뱅크와 구멍(트렌치)을 매우 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기는 상기 액적이 도전성 액적 재료인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 도포하는 액적 재료로서, 도전성 액적 재료를 사용한다. 그리고, 도전성 액적 재료를 사용하는 경우는, 진동막이 절연체인 경우에는, 진동막은 그대로라도 좋지만, 진동막이 절연체가 아닌 경우에는, 진동막의 고정 전극(하부 전극)에 대항하는 면에 절연막을 형성한다.

이에 의해, 뱅크를 형성하는 액적 재료에 도전성 액적 재료를 사용하는 것이 가능하게 되어, 볼록부 상에 뱅크를 형성하는 액적 재료의 선택의 폭이 넓어진다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기는 상기 액적이 비도전성 액적 재료인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 도포하는 액적 재료로서, 비도전성 액적 재료를 사용한다. 이에 의해, 뱅크를 형성하는 액적 재료에 비도전성 액적 재료를 사용하는 것이 가능하게 되어, 볼록부 상에 뱅크를 형성하는 액적 재료의 선택의 폭이 넓어진다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 절연체에 전극층이 형성된 진동막과, 해당 진동막에 대향하는 면에 요철부가 복수 형성된 고정 전극을 갖고, 상기 진동막에 형성된 전극층과 상기 고정 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 초음파를 발생시키는 초음파 변환기의 제조 방법으로서, 미리 고정 전극의 진동막의 대향면에 복수의 요철로 이루어지는 요철부를 형성하여 두고, 상기 고정 전극의 볼록부 상면에 홈부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 정전형 초음파 변환기에 있어서, 상부 전극이 형성된 진동막에 대향하는 고정 전극(하부 전극)의 면을 요철 구조로 하고, 또한, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부의 표면에 홈부(연속 홈 또는 트렌치)를 형성한다.

이에 의해, 진동막이 고정 전극(하부 전극)에 흡착되는(접착되는) 것을 방지할 수 있어, 전기 신호를 음파 신호로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있어, 출력 음압 레벨을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 전극과 고정 전극(하부 전극)간 정전 용량을 감소시켜, 초음파 변환기의 구동 전류를 경감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 볼록부의 상면에 잉크젯법에 의해 액적을 도포하여, 뱅크를 형성함으로써 홈부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 초음파 변환기의 고정 전극(하부 전극)의 볼록부의 상면에, 잉크젯법에 의해 액적 재료를 도포하고, 미소한 높이의 뱅크를 형성하며, 볼록부 표면에 홈부(연속 홈 또는 트렌치)를 형성한다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부가 연속한 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상에 미소 높이의 뱅크를 병렬로 배치하여, 연속한 홈부를 형성한다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부가 독립된 트렌치 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 예컨대, 최초에 고정 전극(하부 전극)의 볼록부 상에 미소 높이의 뱅크를 병렬로 배치하여 연속한 홈부를 형성하고, 그 후에 연속한 홈부에 칸막이로 되는 뱅크를 형성하며, 홈부를 구멍(트렌치) 형상으로 형성한다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 잉크젯법에 의한 뱅크의 형성의 후에, 소성 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부로의 액적 재료의 도포 후에, 소성 공정에 의해, 용매를 증발시켜 액적 재료를 고착시킨다.

이에 의해, 볼록부에의 액적 재료의 고착을, 단 시간에 또한 확실하게 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 액적이 도전성 액적 재료인 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 도포하는 액적 재료로서, 도전성 액적 재료를 사용한다. 그리고, 도전성 액적 재료를 사용하는 경우는, 진동막이 절연체인 경우에는, 진동막은 그대로라도 좋지만, 진동막이 절연체가 아닌 경우에는, 진동막의 고정 전극(하부 전극)에 대항하는 면에 절연막을 형성한 다.

또한, 본 발명의 초음파 변환기의 제조 방법은 상기 액적이 비도전성 액적 재료인 것을 특징으로 한다.

이러한 방법에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 도포하는 액적 재료로서, 비도전성 액적 재료를 사용한다. 이에 의해, 뱅크를 형성하는 액적 재료에 비도전성 액적 재료를 사용하는 것이 가능하게 되어, 볼록부 상에 뱅크를 형성하는 액적 재료의 선택의 폭이 넓어진다.

다음에 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 변환기의 고정 전극(하부 전극)의 예를 나타내는 도면이고, 초음파 변환기의 고정 전극(하부 전극)의 단면도이다.

도 1에 있어서, 고정 전극(1)에는, 오목부(2)와 볼록부(3)가 형성되고, 볼록부(3)의 상면에는, 잉크젯법에 의해 액적(에폭시계의 액적 재료 등)을 도포하여 뱅크(4)가 형성된다. 또한, 뱅크(4)에 의해 홈부(연속 홈 또는 구멍(트렌치))(5)가 형성된다. 이와 같이, 볼록부(3)의 표면에 뱅크(4)와 홈부(5)를 마련함으로써, 진동막이 고정 전극(하부 전극)(1)에 흡착되는(접착되는) 것을 방지할 수 있고, 전기 신호를 음파 신호로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있어, 출력 음압 레벨을 향상시 킬 수 있다. 또한, 상부 전극과 고정 전극(하부 전극)간 정전 용량을 감소시켜, 초음파 변환기의 구동 전류를 경감할 수 있다.

또, 도 1에 나타내는 고정 전극(1)의 예에서는, 오목부(2)는 깊이가 0.6㎜, 폭이 0.3㎜이다. 볼록부(3)는 폭이 0.2㎜, 높이가 0.6㎜이다. 그리고, 볼록부(3)의 상면의 뱅크(4)는 0.1㎜의 간격으로 병렬로 형성되고, 뱅크(4)의 폭은 50㎛이며, 그 높이는 10㎛이다.

또한, 뱅크(4) 사이에 형성되는 홈부(5)는 간격이 0.1㎜이며, 그 폭은 뱅크(4)의 형성 위치를 변경함으로써, 0.05㎜ 내지 0.15㎜의 범위로 설정할 수 있다. 또한, 뱅크(4)의 높이는 5㎛∼20㎛의 범위로 설정할 수 있다.

또한, 고정 전극(1)의 재료로는, 예컨대, Ni(니켈), SUS, 황동, 놋쇠, 구리, 알루미늄 등을 사용할 수 있다. 또, 고정 전극(1)에 알루미늄을 사용하는 경우에는, 예컨대, 볼록부(3)의 상면에 Cr(크롬) 도금 처리를 함으로써, 액적 재료와의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 볼록부(3)의 상면에 친액 처리를 실시하여, 액적 재료와의 밀착성을 향상시킬 수도 있다.

또한, 도 2는 고정 전극의 평면도를 나타내는 것이고, 볼록부(3)의 상면에 뱅크를 형성한 상태를 모식적으로 나타내는 것이다. 도 2에 나타내는 예에 있어서는, 볼록부(3) 상에는, 뱅크(4)가 0.1㎜ 폭의 간격으로 평행하게 형성되고, 볼록부 상에 홈(연속 홈 또는 구멍(트렌치))(5)이 형성된 예를 나타내고 있다. 또, 도 2나타내는 예에서는, 볼록부(3)가 세 개인 경우를 나타내고 있지만, 실제로는, 필요에 따라 보다 많은 볼록부(3)가 형성된다.

또한, 도 3은 볼록부 상의 홈부를 구멍(트렌치) 형상으로 형성한 예를 모식적으로 나타낸 도면이며, 이해를 쉽게 하기 위해, 뱅크(4)와 구멍(트렌치)(6)를 확대 강조하여 나타낸 것이다. 도 3(a)는 원형의 고정 전극(하부 전극)의 예를 나타내고, 도 3(b)는 타원형의 고정 전극(하부 전극)의 예를 나타내고 있다. 도 3에 예시하는 바와 같이, 볼록부의 표면상에는, 뱅크(4)가 구멍(트렌치)(6)을 형성하도록, 잉크젯법에 의해 액적 재료를 도포하여 형성된다. 또, 액적 재료로는, 예컨대, 절연성 뱅크의 형성이 필요할 때는, 접착성을 갖는 에폭시계의 액적 재료 등을 사용한다.

도 4는 잉크젯법에 의한 액적의 도포 상태의 예를 나타내는 도면이다. 도 4(a)는, 볼록부 상에 구멍(트렌치)(6)을 마련하도록 하여 뱅크(4)를 형성한 예를 나타내고 있다. 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 볼록부(3)의 상면에 잉크젯법으로 액적(7)을 연속하여 토출하고, 미소 높이의 뱅크를 연속하여 형성하며, 또한 뱅크를 액적(7)으로 분할하여 깊이 10㎛ 정도의 구멍(트렌치)(6)을 마련한다. 또, 구멍(트렌치)(6)을 형성하기 위한 액적에 의해 칸막이는 0.1㎜∼0.2㎜의 간격으로 행해진다.

또한, 액적 도포 공정에 의한 뱅크 형성 후에는, 용매를 증발시켜 도포된 액적 재료를 고체화하기 위한 소성 공정을 행한다. 예컨대, 100도 내지 200도 정도의 온도로 소성 공정을 행한다. 이에 의해, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에의 액적 재료의 도포 후에, 소성 공정에 의해 용매를 증발시켜, 액적 재료를 단시간에 확실하게 볼록부(3)에 고착시킬 수 있다.

또한, 볼록부(3)에 도포하는 액적 재료는 도전성 액적 재료라도 좋고, 비도전성 액적 재료라도 좋다. 도전성 액적 재료를 사용하는 경우, 진동막이 절연체인 경우에는, 그대로라도 좋지만, 진동막이 절연체가 아닌 경우에는, 진동막의 고정 전극(하부 전극)에 대항하는 면에 절연막을 형성해야 한다.

또, 액적의 도포 방법에 대해서는, 몇 가지인가의 방법이 있고, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 액적(7)을 순차적으로 중첩시켜 도포하는 방법이 있다. 또한, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 최초에 간격을 두어 액적 a를 도포한 후에, 액적 b를 도포하는 것과 같은 건너뛰기에 의한 도포 방법이 있다. 또한, 도 4(d)는 구멍(트렌치)(6)을 마련하는 경우의 액적 도포 방법을 나타내는 도면이고, 최초에 액적 a를 도포하여 한쪽 뱅크를 형성하고, 다음에 액적 b를 도포하여 다른 쪽 뱅크를 형성하며, 최후에 액적 c를 도포하여, 구멍(트렌치)(6)을 형성한다.

또한, 도 5는 뱅크에 구멍(트렌치)을 형성하지 않고서, 볼록부(3) 상에 연속한 홈이 형성되도록 액적(7)을 도포하는 예를 나타내는 도면이다.

또한, 도 6은 고정 전극의 다른 구성예를 나타내는 도면이며, 도 6(a)는 직사각형 형상으로 볼록부(3)를 마련하고, 볼록부(3) 상에 뱅크(4)와 구멍(트렌치)(6)을 형성한 예를 나타내고 있고, 도 6(b)는 직선 상에 볼록부(3)를 배열하고, 볼록부(3) 상에 뱅크(4)와 구멍(트렌치)(6)을 형성한 예를 나타내고 있다.

이와 같이, 고정 전극(하부 전극)(1)과 볼록부(3)의 형상은 임의의 형상으로 할 수 있다.

또한, 구멍(트렌치)(6)을 형성하지 않고서, 연속한 홈으로 하여도 좋다.

도 7은 액적 토출 장치(100)(이하, 잉크젯 장치(100)라고도 함)의 개략 구성 예를 나타내는 도면이다. 이 잉크젯 장치(100)는 베이스(31), 기판 이동 수단(32), 헤드 이동 수단(33), 잉크젯 헤드(헤드)(34), 잉크(액상체) 공급 수단(35) 등을 갖고 구성된 것이다. 베이스(31)는 그 위에 상기 기판 이동 수단(32), 헤드 이동 수단(33)을 설치한 것이다.

기판 이동 수단(32)은 베이스(31) 상에 마련된 것으로, Y축 방향(주주사 방향)을 따라 배치된 가이드 레일(36)을 갖은 것이다. 이 기판 이동 수단(32)은, 예컨대, 리니어 모터에 의해, 슬라이더(37)를 가이드 레일(36, 36)을 따라 이동시키도록 구성된 것이다. 슬라이더(37)에는, θ축용 모터(도시하지 않음)가 구비되어 있다. 이 모터는, 예컨대, 디렉트 구동 모터(direct drive motor)로 이루어지는 것이고, 이것의 로터(도시하지 않음)는 테이블(39)에 고정되어 있다. 이러한 구성 하에, 모터에 통전하면 로터 및 테이블(39)은 θ방향을 따라 회전하여, 테이블(39)을 Y축에 대하여 소정 각도 θ만큼 회전 고정하게 되어 있다.

테이블(39)은 기판 S(가공 대상의 고정 전극(1)에 상당)를 위치 결정하여 유지하는 것이다. 즉, 이 테이블(39)은 공지의 흡착 유지 수단(도시하지 않음)을 갖고, 이 흡착 유지 수단을 작동시킴으로써, 기판 S를 테이블(39) 상에 흡착 유지하게 되어 있다. 기판 S는 테이블(39)의 위치 결정 핀(도시하지 않음)에 의해, 테이블(39) 상의 소정 위치에 정확하게 위치 결정되어, 유지되게 되어 있다. 테이블(39)에는, 잉크젯 헤드(34)가 잉크(액상 조성물)를 버리거나 또는 시험하기 위한 버림 영역(41)이 마련된다. 이 버림 영역(41)은 X축 방향(부주사 방향)으로 연장 하여 형성된 것으로, 테이블(39)의 후단부 쪽에 마련된 것이다.

헤드 이동 수단(33)은 베이스(31)의 후부 측에 세워진 한 쌍의 가대(33a, 33a)와, 이들 가대(33a, 33a) 상에 마련된 주행로(33b)를 구비하여 이루어지는 것으로, 해당 주행로(33b)를 X축 방향(부주사 방향), 즉 상기한 기판 이동 수단(32)의 Y축 방향(주주사 방향)과 직교하는 방향을 따라 배치한 것이다. 주행로(33b)는, 가대(33a, 33a) 사이를 가로지르는 유지판(33c)과, 이 유지판(33c) 상에 마련된 한 쌍의 가이드 레일(33d, 33d)을 가져 형성된 것으로, 가이드 레일(33d, 33d)의 길이 방향으로 잉크젯 헤드(34)를 유지시키는 슬라이더(42)를 이동 가능하게 유지한 것이다. 슬라이더(42)는 리니어 모터(도시하지 않음) 등의 작동에 의해 가이드 레일(33d, 33d) 상을 주행하고, 이에 의해 잉크젯 헤드(34)를 X축 방향으로 이동시키도록 구성된 것이다.

잉크젯 헤드(34)에는, 요동 위치 결정 수단으로서의 모터(43, 44, 45, 46)가 접속되어 있다. 그리고, 슬라이더(42)와 잉크젯 헤드(34)에 접속되어 있는 모터(43)를 작동시키면, 잉크젯 헤드(34)는 Z축에 따라 상하 이동하고, Z축 상에서의 위치 결정이 가능하게 되어 있다. 또, 이 Z축은 상기한 X축, Y축에 대하여 각각 직교하는 방향(상하 방향)이다. 또한, 모터(44)를 작동시키면, 잉크젯 헤드(34)는 도 7 중 β방향을 따라 요동하여, 위치 결정 가능하게 되고, 모터(45)를 작동시키면, 잉크젯 헤드(34)는 γ 방향으로 요동하여, 위치 결정 가능하게 되며, 모터(46)를 작동시키면, 잉크젯 헤드(34)는 α 방향으로 요동하여, 위치 결정 가능하게 된다.

이와 같이, 잉크젯 헤드(34)는 슬라이더(42) 상에 있어, Z축 방향으로 직선 이동하여 위치 결정 가능해지고, 또한, α, β, γ를 따라 요동하여, 위치 결정이 가능해지고 있다. 따라서, 잉크젯 헤드(34)의 잉크 토출면을, 테이블(39) 측의 기판 S(가공 대상의 고정 전극(1))에 대한 위치 또는 자세를, 정확하게 제어할 수 있게 되어 있다.

여기서, 잉크젯 헤드(34)는, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 예컨대, 스테인레스제의 노즐 플레이트(112)와 진동판(113)을 구비하여, 양자를 경계 부재(리저버 플레이트)(114)를 거쳐 접합한 것이다. 노즐 플레이트(112)와 진동판(113) 사이에는 경계 부재(114)에 의해 복수 공간(115)과 액체 저장소(116)가 형성되어 있다. 각 공간(115)과 액체 저장소(116)의 내부는 잉크(볼록부 조성물)로 채워져 있고, 각 공간(115)과 액체 저장소(116)는 공급구(117)를 거쳐 연결된 것으로 된다. 또한, 노즐 플레이트(112)에는, 공간(115)으로부터 잉크(볼록부 조성물)을 분사하기 위한 노즐 구멍(118)이 일렬로 배열된 상태로 복수 형성되어 있다. 한편, 진동판(113)에는, 액체 저장소(116)에 잉크(볼록부 조성물)를 공급하기 위한 구멍(119)이 형성되어 있다.

또한, 진동판(113)의 공간(115)에 대향하는 면과 반대측의 면상에는, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(피에조 소자)(120)가 접합되어 있다. 이 압전 소자(120)는 한 쌍의 전극(121) 사이에 위치하고, 통전하면 이것이 외측으로 돌출되도록 하여 휘어지도록 구성된 것이다. 그리고, 이러한 구성 하에 압전 소자(120)가 접합되어 있는 진동판(113)은 압전 소자(120)와 일체적으로 되고, 또한 외 측으로 휘어지게 되어 있으며, 이에 의해 공간(115)의 용적이 증대되게 된다. 따라서, 공간(115) 내에 증대한 용적 분량에 상당하는 잉크(볼록부 조성물)가 액체 저장소(116)로부터 공급구(117)를 거쳐 유입된다. 또한, 이러한 상태로부터 압전 소자(120)로의 통전을 해제하면, 압전 소자(120)와 진동판(113)은 모두 본래의 형상으로 되돌아간다. 따라서, 공간(115)도 본래의 용적으로 되돌아가기 때문에, 공간(115) 내부의 잉크(볼록부 조성물)의 압력이 상승하고, 노즐 구멍(118)으로부터 기판을 향해 잉크(볼록부 조성물)의 액적(122)이 토출된다. 또, 잉크젯 헤드(34)의 잉크젯 방식으로는, 상기한 압전 소자(120)를 이용한 피에조젯 타입 이외의 방식인 것으로 하여도 좋다. 예컨대, 버블젯(등록 상표) 방식이라도 좋다.

도 7로 되돌아가, 잉크 공급 수단(35)은 잉크젯 헤드(34)에 잉크(볼록부 조성물)를 공급하는 잉크 공급원(47)과 이 잉크 공급원(47)으로부터 잉크젯 헤드(34)에 잉크(볼록부 조성물)를 보내기 위한 잉크 공급 튜브(48)로 이루어지는 것이다. 즉, 스테인레스제 등의 용기로 이루어지는 잉크 공급원(47)에 잉크(볼록부 조성물)를 일시 보관하고, 거기로부터 잉크(볼록부 조성물)를 잉크 공급 튜브(48)에 의해 헤드까지 공급하는 방식을 채용하고 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 잉크젯 장치(100)를 이용하여, 고정 전극(하부 전극)의 볼록부에 홈 또는 구멍(트렌치)을 형성하므로, 이에 의해, 고정 전극(하부 전극) 상에 형성되는 미소 높이의 뱅크를 매우 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 잉크젯법은 회전을 포함한 도포 방향의 자유도가 높기 때문에, 예컨대, 본 발명의 실시예에 나타내는 바와 같은, 원형상의 볼록부 상에, 연속한 홈 형상 또는 독립된 트렌치 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 워크(고정 전극)를 스테이지 상에 복수 배치하고, 순차적으로 복수의 고정 전극에 액적 재료를 도포해 갈 수 있으므로, 생산성이 높다. 또한, 종래 예(특허 문헌 1 참조)와 같은 복잡한 형상의 스페이서를 준비할 필요가 없으므로, 비용이 저렴하다. 또한, 정전형 초음파 변환기가 대형일수록, 재료를 낭비하지 않는 점 및 가공성의 자유도가 높아져, 발명의 효과가 커진다.

또, 도 9는 다른 방법에 의한 뱅크의 형성 방법을 나타내는 도면이다. 도 9(a)는 종래의 에칭법에 의한 뱅크의 형성 방법을 나타내는 도면이다. 또한, 도 9(b)는 전주에 의한 뱅크의 형성 방법을 나타내는 도면이다.

도 9(a)에 나타내는 에칭법에 의해 뱅크를 형성하는 경우는, 최초에 볼록부(3) 표면의 홈(6a)으로 되는 부분을 형성하기 위한 레지스트(8)를 작성하고(단계 S1), 이 레지스트(8)와 에칭액에 의해 고정 전극(1)의 상면을 에칭 처리하여, 볼록부(3) 상의 홈(6a)으로 되는 부분을 형성한다(단계 S2). 다음에 방전 가공에 의해, 오목부(2)를 마련한다(단계 S3). 또한, 도 9(b)에 나타내는 전기 주조에 의한 방법에서는, 최초에 고정 전극(1)에 전기 주조에 의해 Ni 도금(9) 등을 실시하고, 뱅크(4)와 홈(6a)이 되는 부분을 형성한다(단계 S11). 다음에, 방전 가공에 의해, 오목부(2)를 마련한다(단계 S12).

이와 같이, 종래의 에칭법에 의한 경우에는, 미소한 깊이의 홈 또는 트렌치를 에칭으로 형성해야 하기 때문에, 에칭 마스크가 필요하고, 또한 에칭액도 필요하게 되어, 비용 상승과 폐액 처리의 환경 문제가 발생하지만, 본 발명에 의한 잉 크젯법에서는 필요한 양만을 필요한 장소에만 도포할 수 있으므로, 비용, 환경면에서도 우수하다. 또한, 전기 주조에 의한 방법은 가공 상 많은 수고를 요하므로, 본 발명의 잉크젯법에 의한 방법과 비교해서, 비용과 공수가 많이 들어간다.

이상 설명한 바와 같이, 대음향 출력의 스피커로서 정전형 초음파 변환기가 대형화되면, 본 발명의 잉크젯법에 의한 뱅크 형성법은 점점 더 유용하게 된다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명의 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법은 상술한 도시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.

본 발명에 의하면, 고정 전극(하부 전극)의 표면상에 요철을 마련하여, 주파수 특성의 광대역화와, 전기 신호와 음파 신호의 변환 효율을 높여 출력 음압 레벨을 향상시키는 정전형 초음파 변환기에 있어서, 출력 음압 레벨을 더욱 향상시키고, 또한 그로 인해 고정 전극(하부 전극)에 실시하는 미세한 가공을 용이하게 실행할 수 있는 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

절연체에 전극층이 형성된 진동막과, 해당 진동막에 대향하는 면에 요철부가 복수 형성된 고정 전극을 갖고, 상기 진동막에 형성된 전극층과 상기 고정 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 초음파를 발생시키는 초음파 변환기로서,

상기 고정 전극의 요철부의 볼록부 상면에 홈부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
제 1 항에 있어서,

상기 볼록부의 상면에 잉크젯법에 의해 액적(液滴)을 도포하고, 뱅크를 형성함으로써 홈부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
제 2 항에 있어서,

상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부는 연속한 홈 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
제 2 항에 있어서,

상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부는 독립된 트렌치 형상으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액적은 도전성의 액적 재료인 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액적은 비도전성의 액적 재료인 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
절연체에 전극층이 형성된 진동막과, 해당 진동막에 대향하는 면에 요철부가 복수 형성된 고정 전극을 갖고, 상기 진동막에 형성된 전극층과 상기 고정 전극 사이에 교류 신호를 인가함으로써, 초음파를 발생시키는 초음파 변환기의 제조 방법으로서,

미리 고정 전극의 진동막의 대향면에 복수의 요철로 이루어지는 요철부를 형성하여 두고,

상기 고정 전극의 볼록부 상면에 홈부를 형성하는 것

을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 볼록부의 상면에 잉크젯법에 의해 액적을 도포하고, 뱅크를 형성하는 것에 의해 홈부를 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부는 연속한 홈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 뱅크에 의해 형성되는 홈부는 독립된 트렌치 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크젯법에 의한 뱅크의 형성 후에, 소성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 액적은 도전성의 액적 재료인 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 액적은 비도전성의 액적 재료인 것을 특징으로 하는 초음파 변환기의 제조 방법.