WO2019234854A1 - 超音波トランスデューサー及びその製造方法 - Google Patents

超音波トランスデューサー及びその製造方法 Download PDF

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WO2019234854A1
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高杉　知
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サンコール株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • the following items are required for the ultrasonic transducer.
  • the arrangement pitch of the plurality of vibrators needs to be less than or equal to 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇ of the ultrasonic wave emitted by the vibrators.
  • the frequency of the ultrasonic wave radiated by the vibrator used for the ultrasonic transducer is set to a low frequency of about 40 kHz.
  • the diameter of a vibrating body capable of emitting a 40 kHz ultrasonic wave is about 10 mm. Therefore, it is impossible to satisfy the above-described demand using the current vibrating body.
  • a configuration (hereinafter referred to as a first conventional configuration) in which a waveguide (acoustic tube) is combined with a normal vibrating body that emits an ultrasonic wave of 40 kHz has been proposed.
  • one end side opening of a waveguide is connected to each of a plurality of vibrators arranged in parallel, and the vibration body radiates the arrangement pitch of the other end side opening of the waveguide. It is comprised so that it may be set to 1/2 or less of the wavelength of an ultrasonic wave.
  • the first conventional configuration has a problem that the entire size of the sensor including the waveguide is increased. Another problem is that reflection of ultrasonic waves generated in the waveguide adversely affects the ultrasonic radiation profile.
  • an ultrasonic transducer (hereinafter, referred to as a second conventional configuration) including a plurality of vibrators manufactured using MEMS (Mico Electro Mechanical Systems) technology has been proposed (hereinafter referred to as a second conventional configuration).
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the size of the diaphragm oscillated by the piezoelectric element can be 400 to 800 ⁇ m, and a plurality of vibrators can be arranged at an arrangement pitch of ⁇ / 2 or less.
  • the size of the diaphragm becomes too small, and it becomes difficult to generate ultrasonic waves with a low frequency of about 40 kHz necessary for detecting an object several meters ahead.
  • the problem that manufacturing cost rises with the complexity of a manufacturing process also arises.
  • the present invention has been made in view of such a conventional technique, and is an ultrasonic transducer including a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel, and an array of a plurality of vibrating bodies formed by the plurality of piezoelectric elements, respectively.
  • 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 production method capable of efficiently producing the ultrasonic transducer.
  • the first aspect of the present invention 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, Sealing provided on the first surface of the elastic plate so as to form a plurality of piezoelectric elements fixed in parallel to the first surface of the elastic plate and a plurality of accommodating spaces covering each of the plurality of piezoelectric elements.
  • the elastic plate includes a plurality of vibration regions to which the plurality of piezoelectric elements are respectively attached, a plurality of restriction regions surrounding each of the plurality of vibration regions, one restriction region, and the one restriction region.
  • the ultrasonic transducer With the ultrasonic transducer according to the first aspect, it is possible to prevent vibration propagation between the plurality of vibration bodies as much as possible while narrowing the arrangement pitch of the plurality of vibration regions. Therefore, it is possible to effectively radiate low-frequency ultrasonic waves while effectively preventing or reducing mutual interference between the plurality of piezoelectric elements.
  • a region of the elastic plate along the outer peripheral edge of the vibration region is located on the vibration region located radially inward of the region and on the radially outer side of the region.
  • the low-rigidity region is lower in rigidity than the restraining region.
  • the vibration region is flexibly supported by the low-rigidity region. Therefore, even if the area of the vibration region is reduced, a low resonance frequency can be realized, and the sound pressure of the vibration region can be realized. Can be increased.
  • the low rigidity region may be formed by a groove provided in a region along the outer peripheral edge of the vibration region on the first surface of the elastic plate.
  • the groove can be used as an alignment mark when the piezoelectric element is mounted in the vibration region.
  • an opening that divides the inside and the outside of the vibration region and a connecting portion that connects the inside and the outside of the vibration region are alternately provided in the circumferential direction.
  • the low-rigidity region can be formed by the opening and the connecting portion.
  • the opening and the connecting portion can be used as an alignment mark when the piezoelectric element is mounted in the vibration region.
  • the second aspect of the present invention provides a conductive metal 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.
  • the formed elastic plate has a piezoelectric main body and a pair of upper and lower electrode layers disposed on both sides of the piezoelectric main body in the thickness direction, and the lower electrode layer faces the first surface of the elastic plate.
  • the elastic plate is formed so as to form a plurality of piezoelectric elements fixed in parallel to the first surface of the elastic plate and a plurality of accommodating spaces covering each of the plurality of piezoelectric elements with a gap.
  • a plurality of each surrounding the plurality of low rigidity regions A bundle region, a boundary region that divides the one constrained region and an outer region located radially outward from the one constrained region, and the boundary region includes the one constrained region and the outer region And a bridge portion that mechanically connects the one constraining region to the outer region, and the low-rigidity region has a first surface that includes the vibration region and the constraining region.
  • the groove region is closer to the second surface than the first surface, and the piezoelectric element includes a central portion fixed to the first surface of the vibration region by an insulating adhesive, and a radial direction from the central portion.
  • An extension portion extending outward and ending in the low-rigidity region in plan view, and a lower electrode layer in the extension portion is electrically connected to the first surface of the low-rigidity region by a conductive adhesive Provided is an ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer With the ultrasonic transducer according to the second aspect, it is possible to prevent vibration propagation between the plurality of vibration bodies as much as possible while narrowing the arrangement pitch of the plurality of vibration regions. Therefore, it is possible to effectively radiate low-frequency ultrasonic waves while effectively preventing or reducing mutual interference between the plurality of piezoelectric elements.
  • the vibration region is flexibly supported by the low-rigidity region, a low resonance frequency can be realized even if the area of the vibration region is reduced, and the sound pressure of the sound wave emitted from the vibration region can be increased. it can.
  • 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.
  • a raised portion that is lower than the first surface of the vibration region is attached to the bottom surface of the groove region that forms the low-rigid region, and cooperates with the inner surface of the groove region.
  • Protruding portions that form an agent retention region are provided, and the conductive adhesive that electrically connects the lower electrode layer in the extending portion and the first surface of the low rigidity region is provided in the adhesive retention region.
  • the insulating adhesive that mechanically joins the central portion of the piezoelectric element and the vibration region, and the lower surface electrode layer of the extending 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.
  • a portion of the inner surface of the sealing member facing the upper surface of the piezoelectric element has a gap between the upper surface of the piezoelectric element.
  • the sound absorbing material can be fixed. According to such a configuration, leakage of sound waves from the first surface side of the elastic plate can be effectively suppressed.
  • the accommodation space can be filled with a sound absorbing material formed of a foamable resin. Also with such a configuration, leakage of sound waves from the first surface side of the elastic plate can be effectively suppressed.
  • the ultrasonic transducer according to various configurations of the first and second aspects is preferably further a mass fixed to the first surface of the constraining region so as to surround the vibration region in plan view.
  • a member can be provided.
  • the ultrasonic transducer according to various configurations of the first and second aspects is preferably a protective member joined to the second surface of the elastic plate, and the vibration region is formed outward.
  • a protective member having an opening that is open to the surface can be provided.
  • a rigid protective plate having a through hole corresponding to the opening can be joined to the outer end surface of the protective member.
  • the sealing member is a cylindrical portion that covers the entire circumference of the vibration region, and a base end surface includes the boundary region. Between the cylindrical portion that is joined to the first surface of the elastic plate and whose end surface on the free end side is separated from the first surface of the elastic plate with respect to the upper surface of the piezoelectric element, and the upper surface of the piezoelectric element. And a closed portion that closes the opening on the free end side of the cylindrical portion and forms the accommodation space with a gap.
  • a rigid reinforcing plate is fixed to the outer surface of the blocking portion.
  • the ultrasonic transducer is a cylindrical partition member that surrounds the vibration region in a plan view, wherein one end in the axial direction is connected to the rigid reinforcing plate and the other end in the axial direction is the elastic plate.
  • a partition member embedded in the cylindrical portion with a gap between the first surface and the first surface may be further provided.
  • vibration propagation between adjacent vibration regions can be effectively prevented or reduced without hindering the vibration operation of the vibration region.
  • the elastic plate is a conductive metal plate, and the piezoelectric element is on both sides of the piezoelectric body and the piezoelectric body in the thickness direction. It shall have a pair of upper surface electrode layer and lower surface electrode layer which are arrange
  • the elastic plate is provided with a wiring body including an insulating layer provided on the first surface and a plurality of wiring conductors laminated on the insulating layer, and the lower electrode layer is electrically 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.
  • an insulating adhesive is interposed between the conductive adhesive or solder that electrically connects the upper surface electrode layer and the corresponding wiring conductor and the first surface of the elastic plate.
  • the plurality of constraining regions are m (m is 1) arranged along the first plate surface direction of the elastic plate. Mx which appears by providing n rows (n is an integer of 1 or more) in the second plate surface direction orthogonal to the first plate surface direction. It is assumed that there are n constraint areas.
  • the slit portions are located on both sides in the second plate surface direction of the one piezoelectric element attached to the vibration region in the one constraining 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
  • the pair of second plate surface direction slits is longer than the second plate surface direction length of the pair of piezoelectric elements.
  • the four portions defined by the end portions of the first plate surface direction slit and the second plate surface direction slit adjacent to each other in the circumferential direction form the bridge portion.
  • a single common slit is provided between adjacent constraining areas, and the single common slit defines both outer peripheral edges of the adjacent constraining areas.
  • 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 each having a top electrode layer and a bottom electrode layer disposed on both sides, wherein the bottom electrode layer is fixed to a first surface of a plurality of vibration regions provided on the elastic plate;
  • a sealing member provided on the first surface of the elastic plate so as to form a plurality of accommodating spaces covering each of the elements, and the elastic plate includes a plurality of constraining regions that respectively surround the plurality of vibration regions;
  • a boundary region that divides the one constrained region and an outer region positioned radially outward from the one constrained region, and the boundary region divides the one constrained region and the outer region.
  • the slit portion and the one constraining region are the outer region.
  • a bridge portion that is mechanically coupled, and is laminated on the first surface of the elastic plate on the insulating layer and the insulating layer, and is electrically connected to the upper surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements.
  • An ultrasonic transducer manufacturing method provided with a wiring body including a plurality of wiring conductors, the step of preparing a conductive elastic plate forming body for forming the elastic plate, An insulating layer forming member for forming the insulating layer and a wiring conductor forming member for forming the plurality of wiring conductors are provided on the first surface on one side in the plate thickness direction, and unnecessary portions of the insulating layer forming member and the wiring conductor forming member are provided. Etching to form the insulating layer and the plurality of wiring conductors, etching the elastic plate forming body to form the slit portion, and etching the elastic regions.
  • the step of bonding the lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements respectively with a conductive adhesive, and electrically connecting the tips of the plurality of wiring conductors to the upper surface electrode layers of the corresponding piezoelectric elements with a conductive adhesive or solder An ultrasonic transducer manufacturing method including an electrical connection step of connecting and a sealing member installation step of providing the sealing member on a first surface of the elastic plate is provided.
  • an ultrasonic transducer having the above-described configuration can be manufactured at a low cost and with a high yield.
  • the elastic plate etching step in addition to the formation of the slit portion, formation of a groove in a region along the outer peripheral edge of the vibration region of the first surface of the elastic plate, or the vibration region A plurality of openings are formed along the outer peripheral edge, and a plurality of openings are left between the openings adjacent in the circumferential direction.
  • 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 each having an upper surface electrode layer and a lower surface electrode layer disposed on both sides, wherein the lower surface electrode layers are respectively fixed to first surfaces of a plurality of vibration regions provided on the elastic plate;
  • a sealing member provided on the first surface of the elastic plate so as to form a plurality of accommodating spaces that cover each of the piezoelectric elements, and the elastic plate includes a plurality of low-rigidities that respectively surround the plurality of vibration regions An area, a plurality of constraining areas respectively surrounding the plurality of low-rigidity areas, and a boundary area that divides one constraining area and an outer area positioned radially outward from the one constraining area,
  • the first surface of the low rigidity area is A groove region that opens closer to the second surface than the first surface of the vibration region and the constraint region is a groove region that opens toward the first surface, and the bottom surface of the groove region includes the first of the vibration region and the constraint region.
  • a raised portion that is lower than the surface and that forms an adhesive staying region in cooperation with the inner surface of the groove region, and the boundary region includes the one constraining region and the outer region.
  • a slit portion for cutting and a bridge portion for mechanically connecting the one constraining region to the outer region, and the piezoelectric element overlaps with the vibration region in a plan view, and is an insulating adhesive.
  • a method of manufacturing an ultrasonic transducer provided with a wiring body including a conductor the step of preparing a conductive elastic plate forming body for forming the elastic plate, and one thickness direction of the elastic plate forming body
  • An insulating layer forming member for forming the insulating layer and a wiring conductor forming member for forming the plurality of wiring conductors are provided on the first surface on the side, and unnecessary portions of the insulating layer forming member and the wiring conductor forming member are removed by etching.
  • Piezoelectric element bonding step for bonding the plurality of piezoelectric elements with an adhesive, and electrical connection for electrically connecting the tip portions of the plurality of wiring conductors to the corresponding upper electrode layers of the piezoelectric elements with a conductive adhesive or solder
  • a half-etching process for forming the low-rigidity region, which is a groove region, includes a step and a sealing member-installing step of providing the sealing member on the first surface of the elastic plate.
  • An ultrasonic transducer manufacturing method configured to leave the raised portion lower than the vibration region and the constraining region on the bottom surface of the groove region while the low rigidity region is a groove region that opens to the first surface side. I will provide a.
  • an ultrasonic transducer having the above-described configuration can be manufactured at a low cost and with a high yield.
  • the manufacturing method preferably includes 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.
  • the conductive adhesive or the solder in the electrical connection step is the plurality of the conductive adhesive or the solder in a state where the insulating resin is interposed between the conductive adhesive or the solder and the first surface of the elastic plate.
  • the tip of the wiring conductor is electrically connected to the corresponding upper electrode layer of the piezoelectric element.
  • the sealing member is a cylindrical portion that covers the entire circumference of the vibration region, and the first end of the elastic plate is located at a position where a base end surface includes the boundary region.
  • a cylindrical portion that is bonded to the surface and has an end surface on the free end side that is separated from the first surface of the elastic plate with respect to the upper surface electrode layer of the piezoelectric element, and a free end side of the cylindrical portion The sealing member installation step includes a step of preparing the sealing member, and an outer surface of the closing portion of the sealing member.
  • the sealing member installation step includes a step of joining the cylindrical portion to the first surface of the elastic plate, a step of filling foamable silicone acting as a sound absorbing material in the cylindrical portion, The step of forming the blocking portion and the step of fixing a rigid reinforcing plate to the outer surface of the blocking portion are included.
  • a resin protective member having an opening that opens the vibration region outward is joined to the second surface of the elastic plate. Steps may be included.
  • the manufacturing method according to the present invention further comprises a step of joining a rigid protective plate having a through hole corresponding to the opening on the outer end surface of the protective member after the joining step of the protective member. Can do.
  • FIG. 1 is a plan view of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention, showing a state in which some components are removed.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a partially enlarged plan view of the ultrasonic transducer according to the first modification of the first embodiment, and shows a state in which some constituent members are removed.
  • FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the ultrasonic transducer according to the second modification of the first embodiment, and shows a state in which some constituent members are removed.
  • FIG. 1 is a plan view of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention, showing a state in which some components are removed.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a partially enlarged plan view of
  • FIG. 6 is a partially enlarged plan view of the ultrasonic transducer according to the third modification of the first embodiment, and shows a state in which some constituent members are removed.
  • FIG. 7 is a plan view of an ultrasonic transducer according to a fourth modification of the first embodiment, showing a state in which some constituent members are removed.
  • FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to a fifth modification of the first embodiment.
  • FIGS. 9A to 9C are process diagrams of the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment.
  • 10 (a) to 10 (c) are process diagrams of the manufacturing method following FIG. 9 (c).
  • 11 (a) to 11 (c) are process diagrams of the manufacturing method following FIG. 10 (c).
  • FIGS. 12 (a) to 12 (c) are process diagrams of the manufacturing method subsequent to FIG. 11 (c).
  • FIGS. 13A to 13C are process diagrams of a method for manufacturing an assembly formed by a sealing member, a reinforcing plate, and a sound absorbing material in the ultrasonic transducer according to the first embodiment.
  • FIGS. 14A to 14C are process diagrams of the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to the fifth modification.
  • 15 (a) to 15 (c) are process diagrams of the manufacturing method following FIG. 14 (c).
  • FIG. 16 is a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view of an ultrasonic transducer according to the fourth embodiment of the present invention, showing a state in which some constituent members are removed.
  • 19 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 20A to 20C are process diagrams of the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the ultrasonic transducer 1A according to the present embodiment, and shows a plan view in a state where the following sealing member 40 and reinforcing plate 60 are removed.
  • 2 and 3 show an enlarged view of a portion II in FIG. 1 and a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, respectively.
  • the ultrasonic transducer 1A is suitably used as a phased array sensor used for detecting the shape of an object or detecting an object over a wide range.
  • the ultrasonic transducer 1A includes an elastic plate 10 having a first surface 10a and a second surface 10b facing the one side and the other side in the plate thickness direction, respectively.
  • a plurality of piezoelectric elements 30 fixed in parallel to the first surface 10a of the elastic plate 10 in the plate surface direction and a plurality of accommodating spaces 40a covering each of the plurality of piezoelectric elements 30 with a gap are formed.
  • a sealing member 40 provided on the first surface 10a of the elastic plate 10 is provided.
  • the elastic plate 10 is made of various materials such as a metal plate such as stainless steel, Ni-Fe alloy, aluminum alloy, titanium alloy, carbon fiber reinforced plastic, and ceramics as long as it has elasticity capable of vibrating in the thickness direction. obtain.
  • the elastic plate 10 has a thickness of 0.05 mm to 0.1 mm, for example.
  • the elastic plate 10 is formed of a conductive metal plate.
  • the piezoelectric element 30 has a piezoelectric main body made of PZT (lead zirconate titanate) and a pair of upper and lower electrode layers disposed on both sides of the piezoelectric main body in the thickness direction.
  • 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 formed of Ag or Au having a thickness of 0.05 ⁇ m to several ⁇ m, for example.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are fixed in parallel to the first surface 10a with the lower electrode layer facing the first surface 10a of the elastic plate 10.
  • the elastic plate 10 has a plurality of vibration regions 12 to which the plurality of piezoelectric elements 30 are respectively attached and a plurality of restraints that respectively surround the plurality of vibration regions 12.
  • a region 14, a boundary region 16 that partitions one constraint region 14 and an outer region positioned radially outward from the one constraint region 14 are provided.
  • the plurality of constraining regions 14 that surround the plurality of vibration regions 12 in plan view are arranged along the first plate surface direction D1 of the elastic plate 10.
  • the plurality of vibration regions 12 respectively surrounded by the plurality of restraint regions 14 have m ⁇ n vibration regions 12.
  • the m ⁇ n plurality of piezoelectric elements 30 are attached to each of the m ⁇ n vibration regions 12.
  • the plurality of vibration regions 12 are arranged in a lattice pattern, but of course, the plurality of vibration regions 12 ( The plurality of constraining regions 14) are not limited to such an arrangement, and may be arranged in a staggered pattern, a radial pattern, or the like.
  • the elastic plate 10 is a conductive metal plate, and the piezoelectric element 30 has the lower electrode layer formed of the elastic plate by a conductive adhesive 38 (see FIG. 3).
  • the first elastic plate 10 is mechanically fixed to the first surface 10a of the elastic plate 10 while being electrically connected to the first surface 10a.
  • the boundary region 16 includes one constraining region 14 that defines the outer peripheral edge, and a slit that divides the outer region adjacent to the outer side in the radial direction of the one constraining region 14. A portion 17 and a bridge portion 18 that maintains mechanical connection of the one constraining region 14 to the outer region.
  • the sealing member 40 is a plurality of cylindrical portions 42 that cover each of the plurality of vibration regions 12 in a plan view, and the base end surface of the sealing member 40 is elastic at a position including the boundary region 16.
  • a plurality of cylindrical portions 42 that are joined to the first surface 10a of the plate 10 and whose end surface on the free end side is separated from the first surface 10a of the elastic plate 10 with respect to the upper surface electrode layer of the piezoelectric element 30;
  • the sealing member 40 does not restrict vibration of the piezoelectric element 30 and the vibration region 12.
  • the sealing member 40 is made of, for example, a polymer material such as silicone, and is bonded to the elastic plate 10 with an adhesive.
  • a plurality of vibrations vibrated by the plurality of piezoelectric elements 30 by mounting the plurality of piezoelectric elements 30 on the single elastic plate 10.
  • the slit portion 17 allows the vibration of one vibration region 12 to propagate to the outer region located radially outward of the one vibration region 12 while realizing as close proximity as possible between the regions 12. It can be effectively prevented or reduced.
  • low-frequency (for example, 30 kHz to 40 kHz) ultrasonic waves can be radiated from the piezoelectric element 30 and the vibration region 12 and that a grating globe phenomenon occurs between the plurality of piezoelectric elements 30. Can be prevented or reduced.
  • the slit portions 17 are positioned on both sides of the second plate surface direction D2 of the one piezoelectric element 30 attached to the vibration region 12 in the one constraining region 14.
  • a pair of first plate surface direction slits 17a extending along the first plate surface direction D1 and the first plate surface direction D1 of the one piezoelectric element 30 are located on both sides of the first plate surface direction D1, and in the second plate surface direction D2. It includes a pair of second plate surface direction slits 17b extending along.
  • the pair of first plate surface direction slits 17 a is longer than the first plate surface direction length 30 a of the one piezoelectric element 30, and the pair of second plate surface direction slits 17 b is the second of the one piezoelectric element 30.
  • the plate surface direction length is longer than 30b, and is defined at four locations defined between the ends of the first plate surface direction slit 17a and the second plate surface direction slit 17b adjacent in the circumferential direction.
  • the bridge portion 18 is provided.
  • the single common slit 17 is provided between the adjacent constraining area
  • the installation area of the plurality of constraining regions 14 can be reduced as much as possible while effectively preventing vibration propagation between the plurality of piezoelectric elements 30.
  • FIG. 4 shows a partially enlarged plan view of an ultrasonic transducer 1B according to a modification including a slit portion 21 and a bridge portion 22 having different configurations.
  • the slit portion 21 has an arc shape. And the four said slit parts 21 are comprised so that the one restraint area
  • FIG. 5 shows a partially enlarged plan view of an ultrasonic transducer 1C according to another modified example provided with a slit portion 23 and a bridge portion 24 having different configurations.
  • the slit portion 23 is substantially L-shaped in plan view. And the four said slit parts 23 are comprised so that the one restraint area
  • two L-shaped slits 23 adjacent to each other in the circumferential direction overlap in the circumferential direction in a state in which a part 23a of one slit 23 is located radially inward from a part 23b of the other slit 23.
  • a radial gap between a portion 23 a of the one slit 23 and a portion 23 b of the other slit 23 forms the bridge portion 24.
  • the total length La in the circumferential direction satisfies La ⁇ 0.9 ⁇ L.
  • the region along the outer peripheral edge of the vibration region 12 of the elastic plate 10 is further in the radial direction of the region.
  • the vibration region 12 is configured to be a low rigidity region 26 having a low rigidity.
  • the vibration characteristics of the vibration region 12 can be enhanced. Therefore, it is possible to generate low-frequency sound waves while reducing the size of the vibration region 12 and reducing the arrangement pitch of the plurality of vibration regions 12.
  • the outer shape of the vibration region 12 and the outer shape of the piezoelectric element 30 are the same, and the first surface 10a of the elastic plate 10 is A groove 27 is provided in a region along the outer peripheral edge of the vibration region 12, and the low rigidity region 26 is formed by the groove 27.
  • the groove 27 can be used as an alignment mark when the piezoelectric element 30 is mounted on the vibration region 12 while the low rigidity region 26 is formed by the groove 27.
  • FIG. 6 shows a partially enlarged plan view of an ultrasonic transducer 1D according to a modification in which the low-rigidity region 26 is formed with a different structure.
  • an opening 28 a that divides the inside and outside of the vibration region 12 and the inside and outside of the vibration region 12 are connected to a region along the outer peripheral edge of the vibration region 12 of the elastic plate 10.
  • the connecting portions 28b are alternately provided in the circumferential direction, and the low rigidity region 26 is formed by the openings 28a and the connecting portions 28b.
  • the opening 28a and the connecting portion 28b can also be used as alignment marks when the piezoelectric element 30 is mounted in the vibration region 12.
  • the vibration region 12 has a circular shape in a plan view
  • the piezoelectric element 30 has a circular shape in a plan view having the same shape as the above. It is not limited to such a form.
  • FIG. 7 shows a plan view of an ultrasonic transducer 1E according to a modification including the vibration region 12 and the piezoelectric element 30 having a rectangular shape in plan view.
  • the ultrasonic transducer 1 ⁇ / b> A further includes the piezoelectric element 30 on a portion of the inner surface of the sealing member 40 that faces the upper electrode layer of the piezoelectric element 30.
  • the sound-absorbing material 50 fixed in a state where there is a gap between the upper electrode layer and the upper electrode layer.
  • the sound absorbing material 50 is formed of, for example, foamable silicone.
  • the sound absorbing material 50 By providing the sound absorbing material 50, it is possible to prevent or reduce leakage of ultrasonic waves from the vibration region 12 to the rear side (the first surface 10a side with respect to the thickness direction of the elastic plate 1), and burst-like ultrasonic waves. After radiating, the reverberation of the ultrasonic wave can be effectively suppressed.
  • FIG. 8 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 1F according to a modification in which a sound absorbing material 55 is provided instead of the sound absorbing material 50.
  • the sound absorbing material 55 formed of foamable silicone is filled in the accommodation space 40a.
  • the ultrasonic transducer 1 ⁇ / b> A further includes a reinforcing plate 60 fixed to the outer surface of the closing portion 44 of the sealing member 40.
  • the reinforcing plate 60 is formed of a rigid plate such as stainless steel.
  • the strength of the ultrasonic transducer 1A can be increased without impairing vibration characteristics.
  • the ultrasonic transducer 1A further includes a protective member 70 joined to the second surface 10b of the elastic plate 10 and has an opening 72 that opens the vibration region 12 outward.
  • a member 70 is provided.
  • the protective member 70 is made of, for example, silicone.
  • the elastic plate 10 By providing the protective member 70, the elastic plate 10 can be protected without impairing vibration characteristics.
  • the ultrasonic transducer 1 ⁇ / b> A further includes a rigid protective plate 75 joined to the outer end surface of the protective member 70.
  • the protective plate 75 is provided with a through hole 77 corresponding to the opening 72 of the protective member 70.
  • the protection plate 75 is formed of a metal plate such as stainless steel, Ni—Fe alloy, aluminum alloy, titanium alloy, or the like.
  • the protective plate 75 By providing the protective plate 75, it is possible to effectively prevent the protective member 70 from vibrating unexpectedly while effectively preventing or reducing damage to the protective member 70.
  • the ultrasonic transducer 1A is integrally provided with a wiring body 80 for applying a voltage to the upper surface electrode layer of the piezoelectric element 30, as shown in FIGS. ing.
  • the wiring body 80 includes an insulating layer 82 fixed on the first surface 10 a of the elastic plate 10 and a conductor layer 84 laminated on the insulating layer 82.
  • the insulating layer 82 is made of polyimide, for example.
  • the conductor layer 84 is made of, for example, Cu / Au.
  • the conductor layer 84 has a plurality of wiring conductors 85 that are electrically connected to the upper surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements 30, respectively.
  • the plurality of wiring conductors 85 are electrically connected to the upper surface electrode layer of the piezoelectric element 30 corresponding to the distal ends via a conductive adhesive or solder 87, and the proximal end portions Forms a pad 86 (see FIG. 1) for connection to the outside.
  • the conductive adhesive or the solder 87 and the elastic plate 10 that electrically connect the tip end portion of the wiring conductor 85 and the upper electrode layer of the piezoelectric element 30.
  • Insulating resin 88 is interposed between the first surface 10a and the wiring conductor 85 and the upper electrode layer are effectively prevented from being short-circuited to the elastic plate 10.
  • the lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements 30 are electrically connected to the conductive elastic plate 10 via the conductive adhesive 38.
  • the elastic plate 10 is provided with a lower electrode layer pad 89 in a state of being electrically connected to the elastic plate 10.
  • the wiring body 80 may be provided with an insulating cover layer (not shown) surrounding the conductor layer 84 in order to effectively prevent the conductor layer 84 from contacting the outside.
  • a method for manufacturing the ultrasonic transducer 1A will be described.
  • a conductive elastic plate forming body 110 for forming the elastic plate 10 is prepared, and the insulating layer 82 is formed on the first surface of the elastic plate forming body 110 on one side in the plate thickness direction.
  • a step of providing a wiring body forming member 180 including an insulating layer forming member 182 and a wiring conductor forming member 185 for forming the plurality of wiring conductors 85 (FIG. 9A), and etching unnecessary portions of the wiring body forming body 180 And removing the insulating layer 82 and the wiring body 80 including the plurality of wiring conductors 85 (FIGS. 9B and 9C).
  • step of forming the wiring body 80 first, unnecessary portions of the wiring conductor forming member 185 are removed by etching to form the plurality of wiring conductors 85 (FIG. 9B). Thereafter, the insulating layer 82 is formed by etching away unnecessary portions of the insulating layer forming member 182 (FIG. 9C).
  • the manufacturing method further includes an elastic plate etching step (FIGS. 10A and 10B) in which the elastic plate forming body 110 is etched to form the slit portion 17.
  • the groove 27 into the region along the outer peripheral edge of the vibration region 12 in the first surface 10 a of the elastic plate 10. Is formed (see FIG. 10A).
  • the groove 27 is formed by half etching, and then the slit portion 17 is formed.
  • the order of forming the groove 27 and the slit portion 17 is not limited.
  • the elastic plate etching step is performed in place of the formation of the groove 27 instead of the vibration region 12.
  • a plurality of openings 28 a along the outer peripheral edge of the first and second openings 28 a are formed such that the connection portions 28 b remain between the openings 28 a adjacent in the circumferential direction.
  • the manufacturing method further includes a piezoelectric element mounting step in which the lower surface electrode layers of the plurality of piezoelectric elements 30 are respectively adhered to the first surfaces 10a of the plurality of vibration regions 12 by the conductive adhesive 38.
  • the piezoelectric element mounting step includes a step (FIG. 10 (c)) of applying a conductive adhesive 38 to the first surface 10a of the plurality of vibration regions 12, and a top of the conductive adhesive 38. And attaching the piezoelectric element 30 to cure the conductive adhesive 38 (11 (a)).
  • 10 (a) to 10 (c) is a gold plating provided on the first surface 10a of the vibration region 12 before the application of the conductive adhesive 38. This is to improve the reliability of electrical connection with the first surface 10a of the vibration region 12.
  • the manufacturing method further includes an electrical connection step of electrically connecting the tip portions of the plurality of wiring conductors 85 to the corresponding upper surface electrode layers of the piezoelectric elements 30 with a conductive adhesive or solder 87 (FIG. 11C). )have.
  • the manufacturing method in order to effectively prevent the conductive adhesive 87 from coming into contact with the elastic plate 10 and short-circuiting the upper electrode layer and the lower electrode layer, the manufacturing method is used.
  • the conductive adhesive or the solder 87 in the electrical connection step has the insulating adhesive 88 interposed between the conductive adhesive or the solder 87 and the first surface 10 a of the elastic plate 10. In the inserted state, it is applied so that the tip portions of the plurality of wiring conductors 85 are electrically connected to the corresponding upper surface electrode layers of the piezoelectric elements 30.
  • the manufacturing method further includes a sealing member installation step (FIG. 12A) in which the sealing member 40 is provided on the first surface 10 a of the elastic plate 10.
  • the ultrasonic transducer 1A includes the sound absorbing material 50 and the rigid reinforcing plate 60 fixed to the sealing member 40, as shown in FIG.
  • the sealing member installation step includes a step of preparing the sealing member 40 integrally including the cylindrical portion 42 and the closing portion 44 (FIG. 13A), Before or after the step of fixing the rigid reinforcing plate 60 to the outer surface of the closing portion 44 (FIG. 13B) and the fixing step of the rigid reinforcing plate 60, the sealing member 40 is attached to the elastic plate 10 at the second position.
  • a step (FIG. 13A)
  • the said sealing member installation process is the said 1st surface 10a of the said elastic board 10, and said A step of joining the tubular portion 42 (FIG. 14A), a step of filling the tubular portion 42 with foamable silicone acting as a sound absorbing material 55 (FIG. 14B), and the closing portion 44. And a step (FIG. 15 (a)) of fixing the rigid reinforcing plate 60 to the outer surface of the closing portion 44.
  • a resin protective member 70 having an opening 72 that opens the vibration region 12 outward is joined to the second surface 10b of the elastic plate 10 after the sealing member installation step.
  • Step (FIGS. 12 (b) and 15 (b)) and a step of joining a rigid protective plate 75 having a through hole 77 corresponding to the opening 72 to the outer end surface of the protective member 70 (FIG. 12 (c)). And FIG. 15 (c)).
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic transducer 2 according to the present embodiment, and shows a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 3 in the first embodiment.
  • the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transducer 2 As shown in FIG. 16, the ultrasonic transducer 2 according to the present embodiment further surrounds the vibration region 12 in a plan view as compared with the ultrasonic transducer 1A according to the first embodiment.
  • the mass member 210 fixed to the first surface 10a of the restraining region 14 is provided.
  • the mass member 210 has a cylindrical shape surrounding the vibration region 12 in a plan view, and is formed of a metal member such as stainless steel.
  • the mass member 210 is joined to the first surface 10a by spot welding with an adhesive or a laser in a state where the base end surface is in contact with the first surface 10a of the restraining region 14.
  • the mass member 210 is joined to the restraining region 14 before the sealing member installation step.
  • the resonance frequency of the vibration region 12 may be affected due to variations in the distribution of the adhesive.
  • the mass member 210 when the mass member 210 is joined to the restraining region 14 by spot welding, the installation posture of the mass member 210 can be stabilized, and the resonance frequency of the vibration region 12 can be reduced. Variations can be effectively suppressed.
  • a recess that covers the wiring body 80 can be formed in a portion of the base end surface of the mass member 210 located on the wiring body 80.
  • the outer peripheral surface and the upper end surface of the mass member 210 are brought into contact with the inner surface of the sealing member 40.
  • the mass member 210 is configured such that the outer peripheral edge of the mass member 210 and the inner peripheral edge of the boundary region 16 coincide with each other.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic transducer 3 according to the present embodiment, and shows longitudinal sectional views corresponding to FIG. 3 in the first embodiment and FIG. 16 in the second embodiment.
  • 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.
  • the ultrasonic transducer 3 further includes a partition wall member 230 as compared with the ultrasonic transducer 1A according to the first embodiment.
  • the partition member 230 has a cylindrical shape surrounding the vibration region 12 in a plan view, and one axial end is connected to the rigid reinforcing plate 60 and the other axial end is the elastic member. It is embedded in the cylindrical portion 42 of the sealing member 40 with a gap between the plate 10 and the first surface 10a.
  • the partition member 230 can be formed integrally with the rigid reinforcing plate 60, or can be formed separately from the rigid reinforcing plate 60 and joined to the rigid reinforcing plate 60 by bonding or welding. It is.
  • the partition member 230 may be formed by casting using aluminum, or cutting or etching into an iron-based member such as stainless steel.
  • the partition member 230 By providing the partition member 230, it is possible to improve the closing property of the sealing member 40 due to the tubular portion 42, and to prevent or reduce vibration propagation from the vibration region 12, while preventing the restraint region 14 from being transmitted. The movement can be suppressed, and the vibration characteristics of the vibration region 12 can be improved.
  • the partition member 230 may be provided in the ultrasonic transducer 2 according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a plan view of the ultrasonic transducer 4 according to the present embodiment, and shows a plan view in a state where the sealing member 40 and the reinforcing plate 60 are removed.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line IXX-IXX in FIG. In the figure, the same members as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transducer 4 mainly includes the elastic plate 310 and the plurality of piezoelectric elements 330 instead of the elastic plate 10 and the plurality of piezoelectric elements 30. 1 is different from the ultrasonic transducer 1A.
  • the elastic plate 310 has a first surface 310a and a second surface 310b facing the one side and the other side in the plate thickness direction, respectively, and is formed of a conductive metal plate that can vibrate in the plate thickness direction.
  • the elastic plate 310 is provided in parallel in the plate surface direction, and a plurality of vibration regions 312 to which the plurality of piezoelectric elements 330 are respectively attached, and the plurality of vibration regions 312.
  • a plurality of low-rigidity regions 326 that surround each of the low-rigidity regions 326 in a plan view, a constraining region 314 that surrounds the low-rigidity region 326 in a plan view, and one constraining region 314 that And a boundary region 316 that divides the region.
  • the boundary region 316 includes the slit portion 17 and the bridge portion 18 in the same manner as the boundary region 16.
  • the low-rigidity region 326 is a groove region having a groove that opens on the first surface 310 a side, and is made thinner than the corresponding vibration region 312 and the corresponding restraining region 314, thereby causing the vibration region 312.
  • the rigidity is lower than that of the restraining region 314.
  • the second surface 310 b of the elastic plate 310 is flush with the vibration region 312, the low rigidity region 326, and the restraining region 314, while the first surface 310 a is the low rigidity region 326. Is recessed. That is, the low-rigidity region 326 is a groove region that opens to the first surface side in which the first surface of the low-rigidity region 326 is closer to the second surface than the first surface of the vibration region 312 and the restraining region 314. It is said that.
  • the piezoelectric element 330 has an outer diameter larger than the vibration area 312 and smaller than the low rigidity area 326. That is, the piezoelectric element 330 includes a central portion 331 that is fixed to the first surface of the vibration region 312 with an insulating adhesive 340, and extends radially outward from the central portion 331. And an extension 333 that terminates in 326.
  • the vibration region 312 has a circular shape in plan view
  • the piezoelectric element 330 has a rectangular shape in plan view
  • the low rigidity region 326 has a plan view.
  • the present invention is of course not limited to such a shape.
  • the vibration area 312 the piezoelectric element 330, and the low diameter are reduced.
  • the vibration area 312, the piezoelectric element 330, and the low diameter are reduced.
  • all of the rigid region 326 is circular in plan view.
  • the low-rigidity region 326 has the same outer shape as the piezoelectric element 330 and an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the piezoelectric element 330. According to such a configuration, the outer peripheral edge of the low-rigidity region 326 can be used as an alignment mark when the piezoelectric element 330 is mounted on the vibration region 312.
  • the lower surface electrode layer of the extending portion 333 is electrically connected to the first surface 310 a of the low rigidity region 326 by a conductive adhesive 345.
  • the wiring conductor 85 corresponding to the upper electrode layer of the piezoelectric element 330 is made of a conductive adhesive or solder 87, as in the first embodiment, and the conductive adhesive or solder.
  • An insulating adhesive 88 is interposed between the first surface 310 a of the elastic plate 310 and the conductive adhesive 345.
  • the vibration region 312 and the central portion 331 of the piezoelectric element 330 are mechanically joined by the insulating adhesive 340 to stabilize the support of the piezoelectric element 330.
  • the low-rigidity region 326 and the lower electrode layer of the extending portion 333 of the piezoelectric element 330 are connected by a conductive adhesive 345 to electrically connect the lower electrode layer of the piezoelectric element 330 and the elastic plate 310.
  • the bottom surface of the groove region forming the low rigidity region 326 has a raised portion 328 lower than the first surface 310 a of the vibration region 312.
  • a raised portion 328 is provided that cooperates with the inner surface of the groove region to form an adhesive retention region.
  • the conductive adhesive 345 that electrically connects the lower surface electrode layer in the extending portion 333 and the first surface 310a of the low rigidity region 326 is provided in the adhesive staying region.
  • the insulating adhesive 340 that mechanically joins the central portion 331 of the piezoelectric element 330 and the vibration region 312, the lower surface electrode layer of the extending portion 333 of the piezoelectric element 330, and the low rigidity
  • the conductive adhesive 345 that electrically connects the region 326 is mixed unexpectedly and effectively prevents the reliability of the electrical connection between the lower electrode layer of the piezoelectric element 330 and the elastic plate 310 from being impaired. can do.
  • the raised portions 328 are provided at two locations, but the present invention is naturally not limited to such a configuration, and the raised portions are provided. It is also possible to provide 328 at only one place or three or more places.
  • the ultrasonic transducer 4 according to the present embodiment can be suitably manufactured by, for example, a manufacturing method with the following changes compared to the manufacturing method of the ultrasonic transducer 1A according to the first embodiment.
  • the elastic plate etching step for forming the slit portion 17 is performed by half-etching the low-rigidity region 326 in addition to etching and removing the slit portion 17. It is configured (FIG. 20 (a)).
  • the region corresponding to the raised portion 328 is covered with a resist mask having a width slightly narrower than twice the side etching amount.
  • the raised portion 328 can be left so that the position of the top of the raised portion 328 is lower than the first surface 310a of the vibration region 312 and the constraining region 314, and contact with the lower surface of the piezoelectric element 330 can be prevented. it can.
  • a conductive adhesive 328 is applied to the adhesive staying region, and an insulating adhesive 340 is applied to the vibration region 312 (FIG. 20B), and after the piezoelectric element 330 is mounted (FIG. 20 ( c)), the conductive adhesive 328 and the insulating adhesive 340 are cured.
  • reference numeral 346 in FIG. 19 indicates that before applying the conductive adhesive 345 to the adhesive staying region, It is Au plating provided in the 1st surface of the said adhesive agent retention area

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Abstract

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

Description

超音波トランスデューサー及びその製造方法
　本発明は、複数の圧電素子が並列配置されてなり、フェイズドアレイセンサーとして好適に利用可能な超音波トランスデューサー及びその製造方法に関する。
　圧電素子及び振動板を含む複数の振動体が並列配置されてなる超音波トランスデューサーは、物体の形状を検知したり又は広範囲に亘って物体の有無を検知する為のフェイズドアレイセンサーとして好適に利用可能であるが、この場合には前記超音波トランスデューサーには下記事項が求められている。
　即ち、複数の振動体間においてグレーティンググローブ現象が発生することを抑制する為には、前記複数の振動体の配列ピッチを当該振動体が放射する超音波の波長λの１／２以下にする必要がある。
　一方、数メートル先の物体を検知する為には、超音波トランスデューサーに用いられる振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚ程度の低周波数に設定する必要がある。
　周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚとしつつ、グレーティンググローブ現象の発生を抑制する為には、複数の振動体の配列ピッチを８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。
　しかしながら、現状、４０ｋＨｚの超音波を放射可能な振動体の直径は１０ｍｍ程度であり、従って、現状の振動体を用いて前記要望を満たすことは不可能である。
　この点に関し、４０ｋＨｚの超音波を放射する通常の振動体に導波管（音響管）を組み合わせた構成（以下、第１従来構成という）が提案されている。
　前記第１従来構成は、並列配置された複数の振動体のそれぞれに導波管の一端側開口を連結させ、且つ、前記導波管の他端側開口の配列ピッチを前記振動体が放射する超音波の波長の１／２以下とさせ得るように構成されている。
　しかしながら、前記第１従来構成においては、導波管を含むセンサーの全体サイズが大きくなるという問題がある。
　また、導波管内において生じる超音波の反射が、超音波の放射プロファイルに悪影響を及ぼすという問題もある。
　前記第１従来構成とは異なる構成として、ＭＥＭＳ（Mico Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造した複数の振動体を備えた超音波トランスデューサー（以下、第２従来構成という）が提案されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
　前記第２従来構成においては、圧電素子によって振動される振動板のサイズを４００～８００μｍとすることができ、複数の振動体をλ／２以下の配列ピッチで配列させることが可能となる。
　しかしながら、前記第２従来構成においては、振動板のサイズが小さくなり過ぎてしまい、数メートル先の物体を検知する為に必要な４０ｋＨｚ程度の低周波数の超音波を発生させることが困難となる。
　また、製造工程の複雑化に伴って製造コストが高騰化するという問題も生じる。
特開２０１０－１６４３３１号公報 特開２０１３－０４６０８６号公報
　本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、並列配置された複数の圧電素子を備えた超音波トランスデューサーであって、前記複数の圧電素子がそれぞれ形成する複数の振動体の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止し得る超音波トランスデューサーの提供を目的とする。
　また、本発明は、前記超音波トランスデューサーを効率良く製造し得る製造方法の提供を他の目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明の第１態様は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有している超音波トランスデューサーを提供する。
　前記第１態様に係る超音波トランスデューサーによれば、前記複数の振動領域の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止することができる。
　従って、前記複数の圧電素子間の相互干渉を有効に防止乃至は低減しつつ、低周波数の超音波を有効に放射することができる。
　前記第１態様においては、好ましくは、前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して剛性が低い低剛性領域とされる。
　斯かる構成によれば、前記振動領域が前記低剛性領域によってフレキシブルに支持されることになり、従って、前記振動領域の面積を小さくしても低い共振周波数を実現でき、前記振動領域の音圧を高めることができる。
　前記低剛性領域は、前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域に設けられた溝によって形成され得る。
　斯かる構成によれば、前記溝を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
　これに代えて、前記弾性板のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域に、当該振動領域の内外を分断する開口部及び当該振動領域の内外を連結する連結部を周方向に交互に設けることができ、前記開口部及び前記連結部によって前記低剛性領域を形成することも可能である。
　斯かる構成によれば、前記開口部及び前記連結部を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
　前記目的を達成するために、本発明の第２態様は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な導電性金属板によって形成された弾性板と、それぞれが圧電本体及び前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層を有し、前記下面電極層が前記弾性板の第１面に対向された状態で前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを間隙を存しつつ覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記低剛性領域は、第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接される溝領域とされており、前記圧電素子は、前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含み、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的に接続されている超音波トランスデューサーを提供する。
　前記第２態様に係る超音波トランスデューサーによれば、前記複数の振動領域の配列ピッチを狭めつつ、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止することができる。
　従って、前記複数の圧電素子間の相互干渉を有効に防止乃至は低減しつつ、低周波数の超音波を有効に放射することができる。
　また、前記振動領域が前記低剛性領域によってフレキシブルに支持されるので、前記振動領域の面積を小さくしても低い共振周波数を実現でき、前記振動領域から放射される音波の音圧を高めることができる。
　さらに、前記低剛性領域の外周縁を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
　前記第２態様においては、好ましくは、前記低剛性領域を形成する溝領域の底面に前記振動領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部を設け、前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的に接続する前記導電性接着剤を前記接着剤滞留領域内に設けることができる。
　斯かる構成によれば、前記圧電素子の中央部及び前記振動領域を機械的に接合する絶縁性接着剤と、前記圧電素子の延在部の下面電極層及び前記低剛性領域を電気的に接続する導電性接着剤との意に反した混合を有効に防止することができ、前記圧電素子の下面電極層と前記弾性板との電気接続の信頼性を高めることができる。
　前記第１及び第２態様の種々の構成において、好ましくは、前記封止部材の内表面のうち前記圧電素子の上面と対向する部分に、前記圧電素子の上面との間に間隙を存する状態で吸音材を固着させることができる。
　斯かる構成によれば、前記弾性板の第１面の側からの音波漏洩を効果的に抑制することができる。
　これに代えて、前記収容空間には発泡性樹脂によって形成される吸音材を充填することも可能である。
　斯かる構成によっても、前記弾性板の第１面の側からの音波漏洩を効果的に抑制することができる。
　また、前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーは、好ましくは、さらに、平面視において前記振動領域を囲繞するように前記拘束領域の第１面に固着された質量部材を備えることができる。
　斯かる構成によれば、前記拘束領域の振動を抑制し、前記複数の振動領域間のクロスストロークを低減できると共に、前記振動領域の振動振幅を増大させて発生音波の音圧を高めることができる。
　また、前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーは、好ましくは、さらに、前記弾性板の第２面に接合された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口を有する防護部材を備えることができる。
　斯かる構成によれば、前記弾性板への外部からの接触を有効に防止でき、前記弾性板の損傷を有効に防止することができる。
　好ましくは、前記防護部材の外端面には、前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板を接合することができる。
　斯かる構成によれば、前記防護部材表面の損傷を有効に防止できると共に、前記防護部材の表面の振動を抑制することができる。
　前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合され且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間された筒状部と、前記圧電素子の上面との間に間隙を存しつつ前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有し得る。
　この場合、好ましくは、前記閉塞部の外表面には剛性補強板が固着される。
　より好ましくは、前記超音波トランスデューサーは、平面視において前記振動領域を囲繞する筒状の隔壁部材であって、軸線方向一端側が前記剛性補強板に連結され且つ軸線方向他端側が前記弾性板の第１面との間に間隙を存する状態で前記筒状部内に埋設された隔壁部材をさらに備え得る。
　斯かる構成によれば、前記振動領域の振動動作を阻害することなく、隣接する振動領域間における振動伝搬を有効に防止乃至は低減できる。
　前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、例えば、前記弾性板は導電性金属板とされ、前記圧電素子は、圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有するものとされる。
　この場合において、好ましくは、前記弾性板には、前記第１面上に設けられる絶縁層及び前記絶縁層上に積層される複数の配線導体を含む配線体が設けられ、前記下面電極層は導電性接着剤によって前記弾性板の第１面に機械的且つ電気的に接合され、前記上面電極層は導電性接着剤又ははんだによって対応する前記配線導体に電気的に接続される。
　斯かる構成によれば、簡易な構造で前記圧電素子と外部電圧との電気的接続を実現することができる。
　好ましくは、前記上面電極層及び対応する前記配線導体の間を電気的に接続する前記導電性接着剤又ははんだと前記弾性板の第１面との間には絶縁性接着剤が介挿される。
　斯かる構成によれば、前記導電性接着剤又は前記はんだが前記弾性板の第１面に意に反して接触して前記上面電極層及び前記下面電極層が短絡することを有効に防止することができる。
　前記第１及び第２態様の種々の構成に係る前記超音波トランスデューサーにおいて、例えば、前記複数の拘束領域は、前記弾性板の第１板面方向に沿って配列されたｍ個（ｍは１以上整数）の拘束領域によって形成される拘束領域群が前記第１板面方向と直交する第２板面方向にｎ行（ｎは１以上の整数）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個の拘束領域を有するものとされる。
　この場合、好ましくは、前記スリット部は、前記一の拘束領域内の振動領域に装着される一の圧電素子の第２板面方向両側に位置し、前記第１板面方向に沿って延びる一対の第１板面方向スリットと、前記一の圧電素子の第１板面方向両側に位置し、前記第２板面方向に沿って延びる一対の第２板面方向スリットとを含むものとされ、前記一対の第１板面方向スリットは前記一の圧電素子の第１板面方向長さよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリットは前記一対の圧電素子の第２板面方向長さよりも長いものとされ、周方向に隣接する前記第１板面方向スリット及び前記第２板面方向スリットの端部同士の間によって画される４箇所が前記ブリッジ部を形成するように構成される。
　より好ましくは、隣接する拘束領域の間には単一の共通スリットが設けられ、前記単一の共通スリットが隣接する拘束領域の双方の外周縁を画するものとされる。
　また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成する弾性板エッチング工程と、前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含む超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。
　斯かる製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。
　好ましくは、前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記弾性板の第１面のうち前記振動領域の外周縁に沿った領域への溝の形成、又は、前記振動領域の外周縁に沿った複数の開口部であって、周方向に隣接する開口部の間に連結部が残された複数の開口部の形成を行うように構成される。
　また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層がそれぞれ固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆う複数の収容空間を形成するように前記弾性板の第１面に設けられた封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記低剛性領域は、当該低剛性領域の第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く溝領域とされ、前記溝領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有しており、前記弾性板の第１面には、絶縁層及び前記絶縁層上に積層され、前記複数の圧電素子の上面電極層に電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体が設けられている超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記弾性板形成体の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成する工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成すると共に、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って溝領域である前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、前記振動領域の第１面及び前記接着剤滞留領域の第１面にそれぞれ塗布された絶縁性接着剤及び導電性接着剤によって前記複数の圧電素子を接着させる圧電素子接着工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記封止部材を前記弾性板の第１面上に設ける封止部材設置工程とを含み、溝領域である前記低剛性領域を形成する為のハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く溝領域としつつ、前記溝領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成されている超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。
　斯かる製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。
　本発明の種々の構成に係る前記製造方法は、好ましくは、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体の先端部及び対応する前記圧電素子の間に絶縁性樹脂を塗布する工程を備え、前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだは、当該導電性接着剤又は当該はんだと前記弾性板の第１面との間に前記絶縁性樹脂が介挿された状態で、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に電気的に接続するように設けられる。
　本発明に係る前記製造方法の一態様においては、前記封止部材は、前記振動領域の全周を覆う筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合とされ且つ自由端側の端面が前記圧電素子の上面電極層よりも前記弾性板の第１面から離間されるように形成された筒状部と、前記筒状部の自由端側の開口を閉塞して前記収容空間を形成する閉塞部とを有するものとされ、前記封止部材設置工程は、前記封止部材を用意する工程と、前記封止部材の閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程と、前記剛性補強板の固着工程の前又は後に、前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着させた状態において前記圧電素子の上面電極層との間に間隙が存するように前記閉塞部の内表面に吸音材を固着させる工程と、前記剛性補強板及び前記吸音材が固着された状態の前記封止部材を前記弾性板の第１面に固着する工程とを含むものとされる。
　他形態においては、前記封止部材設置工程は、前記筒状部を前記弾性板の第１面に接合する工程と、前記筒状部内に吸音材として作用する発泡性シリコーンを充填する工程と、前記閉塞部を形成する工程と、前記閉塞部の外表面に剛性補強板を固着する工程とを含むものとされる。
　好ましくは、本発明に係る前記製造方法は、前記封止部材設置工程の後に、前記弾性板の第２面に、前記振動領域を外方に開放する開口を有する樹脂製の防護部材を接合させる工程を含み得る。
　より好ましくは、本発明に係る製造方法は、さらに、前記防護部材の接合工程の後に、前記防護部材の外端面に前記開口に対応した貫通孔を有する剛性の防護板を接合する工程を備えることができる。
図１は、本発明の第１実施の形態に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図２は、図１におけるII部拡大図である。 図３は、図２におけるIII-III線に沿った断面図である。 図４は、前記実施の形態１の第１変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図５は、前記実施の形態１の第２変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図６は、前記実施の形態１の第３変形例に係る超音波トランスデューサーの部分拡大平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図７は、前記実施の形態１の第４変形例に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図８は、前記実施の形態１の第５変形例に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図９(a)～(c)は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。 図１０(a)～(c)は、図９(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１１(a)～(c)は、図１０(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１２(a)～(c)は、図１１(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１３(a)～(c)は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサーにおける封止部材、補強板及び吸音材によって形成されるアッセンブリの製造方法の工程図である。 図１４(a)～(c)は、前記第５変形例に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。 図１５(a)～(c)は、図１４(c)に続く前記製造方法の工程図である。 図１６は、本発明の第２実施の形態に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図１７は、本発明の第３実施の形態に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図１８は、本発明の第４実施の形態に係る超音波トランスデューサーの平面図であり、一部の構成部材を取り除いた状態を示している。 図１９は、図１８におけるIX-IX線に沿った断面図である。 図２０(a)～(c)は、前記実施の形態４に係る超音波トランスデューサーの製造方法の工程図である。
実施の形態１
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａの平面図であって、下記封止部材４０及び補強板６０を取り除いた状態の平面図を示す。
　また、図２及び図３に、それぞれ、図１におけるII部拡大図及び図２におけるIII-III線に沿った断面図を示す。
　本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、物体の形状の検知や広範囲に渡る物体の検知等に用いられるフェイズドアレイセンサーとして好適に利用される。
　具体的には、図１～図３に示すように、前記超音波トランスデューサー１Ａは、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する弾性板１０と、前記弾性板１０の第１面１０ａに板面方向に並列状態で固着された複数の圧電素子３０と、前記複数の圧電素子３０のそれぞれを間隙を存しつつ覆う複数の収容空間４０ａを形成するように前記弾性板１０の第１面１０ａに設けられた封止部材４０とを備えている。
　前記弾性板１０は、板厚方向に振動可能な弾性を有する限り、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板や、炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等の種々の材質で形成され得る。
　前記弾性板１０は、例えば、厚さ０．０５ｍｍ～０．１ｍｍとされる。
　本実施の形態においては、前記弾性板１０は導電性金属板によって形成されている。
　前記圧電素子３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジリコン酸鉛）からなる圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有している。
　前記圧電本体は、例えば厚さ０．０５ｍｍ～０．３ｍｍとされ、前記上面電極層及び前記下面電極層は、例えば厚さ０．０５μｍ～数μｍのＡｇやＡｕによって形成される。
　前記複数の圧電素子３０は、前記下面電極層が前記弾性板１０の第１面１０ａに対向された状態で前記第１面１０ａに並列状態で固着されている。
　詳しくは、図１～図３に示すように、前記弾性板１０には、前記複数の圧電素子３０がそれぞれ装着される複数の振動領域１２と、前記複数の振動領域１２をそれぞれ囲む複数の拘束領域１４と、一の拘束領域１４と当該一の拘束領域１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域１６とが設けられている。
　本実施の形態においては、図１に示すように、前記複数の振動領域１２をそれぞれ平面視において囲繞する前記複数の拘束領域１４は、前記弾性板１０の第１板面方向Ｄ１に沿って配列されたｍ個（図示の形態においては５個）の拘束領域１４によって形成される拘束領域群１４Ａが前記第１板面方向Ｄ１と直交する第２板面方向Ｄ２にｎ行（図示の形態においては３行）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個（図示の形態においては、５×３＝１５個）の拘束領域１４を有している。
　前記複数の拘束領域１４によってそれぞれ囲繞される前記複数の振動領域１２も、同様に、ｍ×ｎ個の振動領域１２を有している。
　そして、前記ｍ×ｎ個の複数の圧電素子３０が、前記ｍ×ｎ個の振動領域１２のそれぞれに装着されている。
　なお、本実施の形態においては、図１に示すように、前記複数の振動領域１２（前記複数の拘束領域１４）は格子状に配列されているが、当然ながら、前記複数の振動領域１２（前記複数の拘束領域１４）は斯かる配置に限定されるものではなく、千鳥状や放射状等に配置され得る。
　本実施の形態においては、前述の通り、前記弾性板１０は導電性金属板とされており、前記圧電素子３０は、導電性接着剤３８（図３参照）によって前記下面電極層が前記弾性板１０の第１面１０ａに電気的に接続された状態で当該弾性板１０の第１面１０ａに機械的に固着されている。
　前記境界領域１６は、図２に示すように、当該境界領域が外周縁を画する一の拘束領域１４及び当該一の拘束領域１４の径方向外方に隣接する前記外方領域を分断するスリット部１７と、前記一の拘束領域１４の前記外方領域に対する機械的連結を維持するブリッジ部１８とを有している。
　前記封止部材４０は、図３に示すように、前記複数の振動領域１２のそれぞれを平面視において覆う複数の筒状部４２であって、基端面が前記境界領域１６を含む位置で前記弾性板１０の第１面１０ａに接合され且つ自由端側の端面が前記圧電素子３０の上面電極層よりも前記弾性板１０の第１面１０ａから離間された複数の筒状部４２と、前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙を存しつつ前記複数の筒状部４２の自由端側の開口を閉塞して前記複数の圧電素子３０を収容する複数の収容空間４０ａを形成する閉塞部４４とを有している。
　前記閉塞部４４の内表面と前記圧電素子３０との間に間隙を設けることにより、前記封止部材４０が前記圧電素子３０及び前記振動領域１２の振動を制約しないようになっている。
　前記封止部材４０は、例えば、シリコーン等の高分子材料によって形成され、接着剤によって前記弾性板１０に接合される。
　このように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａにおいては、一枚の前記弾性板１０上に複数の圧電素子３０を装着することによって当該複数の圧電素子３０によって振動される複数の振動領域１２間の可及的な近接配置を実現しつつ、一の振動領域１２の振動が当該一の振動領域１２の径方向外方に位置する外方領域に伝搬することを前記スリット部１７によって有効に防止乃至は低減することができる。
　従って、前記圧電素子３０及び前記振動領域１２から低周波数（例えば、３０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ）の超音波を放射させることができ、且つ、前記複数の圧電素子３０の間でグレーティンググローブ現象が生じることを有効に防止乃至は低減できる。
　本実施の形態においては、図２に示すように、前記スリット部１７は、前記一の拘束領域１４内の振動領域１２に装着される一の圧電素子３０の第２板面方向Ｄ２両側に位置し、前記第１板面方向Ｄ１に沿って延びる一対の第１板面方向スリット１７ａと、前記一の圧電素子３０の第１板面方向Ｄ１両側に位置し、前記第２板面方向Ｄ２に沿って延びる一対の第２板面方向スリット１７ｂとを含んでいる。
　前記一対の第１板面方向スリット１７ａは前記一の圧電素子３０の第１板面方向長さ３０ａよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリット１７ｂは前記一の圧電素子３０の第２板面方向長さ３０ｂよりも長いものとされ、且つ、周方向に隣接する前記第１板面方向スリット１７ａ及び前記第２板面方向スリット１７ｂの端部同士の間によって画される４箇所に前記ブリッジ部１８が設けられている。
　斯かる構成によれば、矩形配置された前記複数の圧電素子３０の間で振動が伝搬することを有効に防止しつつ、前記複数の拘束領域１４を安定的に保持することができる。
　また、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、隣接する拘束領域１４の間には単一の共通スリット１７が設けられており、前記単一の共通スリット１７が隣接する拘束領域１４の双方の外周縁を画するように構成されている。
　斯かる構成によれば、前記複数の圧電素子３０間の振動伝搬を有効に防止しつつ、前記複数の拘束領域１４の設置面積を可及的に低減することができる。
　なお、前記スリット部１７及び前記ブリッジ部１８は、種々の構成を取り得る。
　図４に、異なる構成のスリット部２１及びブリッジ部２２を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｂの部分拡大平面図を示す。
　図４に示す前記変形例１Ｂにおいては、前記スリット部２１は円弧状とされている。
　そして、一の拘束領域１４を４つの前記スリット部２１が囲繞するように構成されており、周方向に隣接する２つの前記スリット部２１の間に前記ブリッジ部２２が設けられている。
　また、図５に、さらに異なる構成のスリット部２３及びブリッジ部２４を備えた他の変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｃの部分拡大平面図を示す。
　図５に示す前記変形例１Ｃにおいては、前記スリット部２３は平面視略Ｌ字状とされている。
　そして、一の拘束領域１４を４つの前記スリット部２３が囲繞するように構成されている。
　詳しくは、周方向に隣接する２つのＬ字状スリット２３は、一方のスリット２３の一部２３ａが他方のスリット２３の一部２３ｂよりも径方向内方に位置する状態で周方向に関しオーバーラップするように配置されており、前記一方のスリット２３の一部２３ａ及び前記他方のスリット２３の一部２３ｂの間の径方向間隙が前記ブリッジ部２４を形成している。
　種々の構成のスリット部１７（２１、２３）及びブリッジ部１８（２２、２４）において、好ましくは、前記境界領域１６の周方向長さをＬとした場合に、前記複数のスリット部１７（２１、２３）の周方向の合計長さＬａがＬａ≧０．９×Ｌを満たすように構成することができる。
　図１～図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記弾性板１０のうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域が、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域１２及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域１４に比して低剛性の低剛性領域２６となるように、構成されている。
　斯かる構成を備えることにより、前記振動領域１２の振動特性を高めることができる。
　従って、前記振動領域１２のサイズを小さくして前記複数の振動領域１２の配列ピッチを小さくしつつ、低周波数の音波を発生させることができる。
　本実施の形態においては、図２及び図３に示すように、前記振動領域１２の外形状と前記圧電素子３０の外形状とを同一としつつ、前記弾性板１０の第１面１０ａのうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に溝２７を設け、前記溝２７によって前記低剛性領域２６を形成している。
　斯かる構成によれば、前記溝２７によって前記低剛性領域２６を形成しつつ、前記溝２７を前記振動領域１２に前記圧電素子３０を実装させる際のアライメントマークとしても利用することができる。
　図６に、前記低剛性領域２６が異なる構造によって形成されている変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｄの部分拡大平面図を示す。
　図６に示す変形例１Ｄにおいては、前記弾性板１０のうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に、当該振動領域１２の内外を分断する開口部２８ａ及び当該振動領域１２の内外を連結する連結部２８ｂが周方向に交互に設けられており、前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂによって前記低剛性領域２６が形成されている。
　前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂも、前記溝２７と同様に、前記振動領域１２に前記圧電素子３０を実装させる際のアライメントマークとしても利用することができる。
　なお、本実施の形態においては、前記振動領域１２は平面視円形状とされ、且つ、前記圧電素子３０はこれと同一形状の平面視円形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
　図７に、平面視矩形状の振動領域１２及び圧電素子３０を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｅの平面図を示す。
　図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記封止部材４０の内表面のうち前記圧電素子３０の上面電極層と対向する部分に、前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙を存する状態で固着された吸音材５０を備えている。
　前記吸音材５０は、例えば、発泡性シリコーンによって形成される。
　前記吸音材５０を備えることにより、前記振動領域１２から後方（前記弾性板１の板厚方向に関し第１面１０ａ側）への超音波の漏洩を防止乃至は低減できると共に、バースト状の超音波が放射された後において、当該超音波の残響を有効に抑制することができる。
　図８に、前記吸音材５０に代えて吸音材５５が備えられた変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｆの部分縦断面図を示す。
　図８に示す変形例１Ｆにおいては、例えば、発泡性シリコーンによって形成される前記吸音材５５が前記収容空間４０ａ内に充填されている。
　図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記封止部材４０の閉塞部４４の外表面に固着された補強板６０を有している。
　前記補強板６０はステンレス等の剛性板によって形成される。
　前記補強板６０を備えることにより、振動特性を阻害することなく前記超音波トランスデューサー１Ａの強度を高めることができる。
　本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記弾性板１０の第２面１０ｂに接合された防護部材７０であって、前記振動領域１２を外方に開放する開口７２を有する防護部材７０を備えている。
　前記防護部材７０は、例えば、シリコーンによって形成される。
　前記防護部材７０を備えることにより、振動特性を阻害することなく前記弾性板１０を保護することができる。
　前記超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記防護部材７０の外端面に接合された剛性の防護板７５を有している。
　前記防護板７５には、前記防護部材７０の前記開口７２に対応した貫通孔７７が設けられている。
　前記防護板７５は、例えば、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板によって形成される。
　前記防護板７５を備えることにより、前記防護部材７０の損傷を有効に防止乃至は低減しつつ、前記防護部材７０が意に反して振動することを有効に抑制することができる。
　さらに、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、図１～図３等に示すように、前記圧電素子３０の前記上面電極層に電圧を印可する為の配線体８０を一体的に備えている。
　前記配線体８０は、前記弾性板１０の第１面１０ａ上に固着された絶縁層８２と、前記絶縁層８２上に積層される導体層８４とを有している。
　前記絶縁層８２は、例えば、ポリイミドによって形成される。
　前記導体層８４は、例えば、Ｃｕ／Ａｕによって形成される。
　前記導体層８４は、前記複数の圧電素子３０の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体８５を有している。
　図３に示すように、前記複数の配線導体８５は、先端部が対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７を介して電気的に接続され、且つ、基端部が外部との接続用パッド８６（図１参照）を形成している。
　本実施の形態においては、図３に示すように、前記配線導体８５の先端部及び前記圧電素子３０の上面電極層を電気的に接続する前記導電性接着剤又は前記はんだ８７と前記弾性板１０の第１面１０ａとの間には絶縁性樹脂８８が介挿されており、これにより、前記配線導体８５及び上面電極層が前記弾性板１０に短絡することを有効に防止している。
　なお、前述の通り、前記複数の圧電素子３０の下面電極層は、導電性接着剤３８を介して導電性の前記弾性板１０に電気的に接続されている。
　そして、前記弾性板１０には、当該弾性板１０に電気的に接続された状態の下面電極層用パッド８９が設けられている。
　前記配線体８０には、前記導体層８４が外部に接触することを有効に防止する為に前記導体層８４を囲繞する絶縁性カバー層（図略）が設けられ得る。
　次に、前記超音波トランスデューサー１Ａの製造方法について説明する。
　前記製造方法は、前記弾性板１０を形成する導電性の弾性板形成体１１０を用意する工程と、前記弾性板形成体１１０の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層８２を形成する絶縁層形成部材１８２及び前記複数の配線導体８５を形成する配線導体形成部材１８５を含む配線体形成部材１８０を設ける工程（図９(a)）と、前記配線体形成体１８０の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層８２及び前記複数の配線導体８５を含む前記配線体８０を形成する工程（図９(b)及び(c)）とを有している。
　本実施の形態においては、前記配線体８０を形成する工程は、まず、前記配線導体形成部材１８５の不要部分をエッチング除去して前記複数の配線導体８５を形成し（図９(b)）、その後に、前記絶縁層形成部材１８２の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層８２を形成するように構成されている（図９(c)）。
　前記製造方法は、さらに、前記弾性板形成体１１０に対してエッチングを行って前記スリット部１７を形成する弾性板エッチング工程（図１０(a)及び(b)）を有している。
　本実施の形態においては、前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部１７の形成に加えて、前記弾性板１０の第１面１０ａのうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域への溝２７の形成を行うように構成されている（図１０(a)参照）。
　なお、本実施の形態においては、まず、ハーフエッチングによって前記溝２７を形成し、その後に、前記スリット部１７を形成しているが、前記溝２７及び前記スリット部１７の形成順序は問わない。
　また、前記変形例１Ｄにおけるように、前記低剛性領域２６を前記複数の開口部２８ａによって現出させる場合には、前記弾性板エッチング工程は、前記溝２７の形成に代えて、前記振動領域１２の外周縁に沿った複数の開口部２８ａであって、周方向に隣接する開口部２８ａの間に前記連結部２８ｂが残された複数の開口部２８ａの形成を行うように構成される。
　前記製造方法は、さらに、前記複数の振動領域１２の第１面１０ａに前記複数の圧電素子３０の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤３８によって接着させる圧電素子実装工程を有している。
　具体的には、前記圧電素子実装工程は、前記複数の振動領域１２の第１面１０ａに導電性接着剤３８を塗布する工程（図１０(c)）と、前記導電性接着剤３８の上に前記圧電素子３０を装着させ、前記導電性接着剤３８を硬化させる工程（１１(a)）とを有している。
　なお、図１０(a)～(c)中の符号３９は、前記導電性接着剤３８の塗布前に前記振動領域１２の第１面１０ａに設けられる金メッキであり、前記導電性接着剤３８と前記振動領域１２の第１面１０ａとの電気的接続の信頼性を向上させる為のものである。
　前記製造方法は、さらに、前記複数の配線導体８５の先端部を対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７によって電気的に接続する電気接続工程（図１１(c)）を有している。
　ここで、本実施の形態においては、前記導電性接着剤８７が前記弾性板１０に接触して、前記上面電極層及び前記下面電極層が短絡することを有効に防止する為に、前記製造方法は、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体８５の先端部及び対応する前記圧電素子３０の間に絶縁性接着剤８８を塗布する工程（図１１(b)）を有している。
　この場合、前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだ８７は、当該導電性接着剤又は当該はんだ８７と前記弾性板１０の第１面１０ａとの間に前記絶縁性接着剤８８が介挿された状態で、前記複数の配線導体８５の先端部を対応する前記圧電素子３０の上面電極層に電気的に接続するように、塗布される。
　前記製造方法は、さらに、前記封止部材４０を前記弾性板１０の第１面１０ａ上に設ける封止部材設置工程（図１２(a)）を有している。
　ここで、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１Ａは、図３に示すように、前記封止部材４０に固着された前記吸音材５０及び前記剛性補強板６０を有している。
　この場合、前記封止部材設置工程は、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を一体的に備えた封止部材４０を用意する工程（図１３(a)）と、前記封止部材４０の閉塞部４４の外表面に前記剛性補強板６０を固着する工程（図１３(b)）と、前記剛性補強板６０の固着工程の前又は後に、前記封止部材４０を前記弾性板１０の第１面１０ａに固着させた状態において前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙が存するように前記閉塞部４４の内表面に前記吸音材５０を固着させる工程（図１３(c)）と、前記剛性補強板６０及び前記吸音材５０が固着された状態の前記封止部材４０を前記弾性板の第１面に固着する工程（図１２(a)とを含むものとされる。
　なお、前記収容空間４０ａが前記吸音材５５によって充填されている図８に示す前記変形例１Ｆを製造する場合には、前記封止部材設置工程は、前記弾性板１０の第１面１０ａに前記筒状部４２を接合する工程（図１４(a)）と、前記筒状部４２内に吸音材５５として作用する発泡性シリコーンを充填する工程（図１４(b)）と、前記閉塞部４４を形成する工程（図１４(c)）と、前記閉塞部４４の外表面に剛性補強板６０を固着する工程（図１５(a)）とを含むものとされる。
　前記製造方法は、さらに、前記封止部材設置工程の後に、前記弾性板１０の第２面１０ｂに、前記振動領域１２を外方に開放する開口７２を有する樹脂製の防護部材７０を接合させる工程（図１２(b)及び図１５(b)）と、前記防護部材７０の外端面に前記開口７２に対応した貫通孔７７を有する剛性の防護板７５を接合する工程（図１２(c)及び図１５(c)）とを有している。
実施の形態２
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１６に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２の縦断面図であって、前記実施の形態１における図３に対応した縦断面図を示す。
　なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
　図１６に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー２は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａに比して、さらに、平面視において前記振動領域１２を囲繞するように前記拘束領域１４の第１面１０ａに固着された質量部材２１０を備えている。
　前記質量部材２１０は、前記振動領域１２を平面視において囲繞する筒状とされており、ステンレス等の金属部材によって形成される。
　前記質量部材２１０を備えることにより、前記振動領域１２の振動が前記拘束領域１４に伝搬して当該拘束領域１４が振動することを有効に有効乃至は低減することができる。
　前記質量部材２１０は、基端面が前記拘束領域１４の第１面１０ａに当接された状態で接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって当該第１面１０ａに接合される。
　前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合は、前記封止部材設置工程の前に行われる。
　前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合が接着剤によって行われる場合には、接着剤の分布のバラツキに起因して前記振動領域１２の共振周波数に影響を与えるおそれがある。
　これに対し、前記質量部材２１０の前記拘束領域１４への接合がスポット溶接によって行われる場合には、前記質量部材２１０の設置姿勢の安定化を図ることができ、前記振動領域１２の共振周波数のバラツキを有効に抑制することができる。
　前記質量部材２１０の基端面のうち前記配線体８０上の位置する部分には、前記配線体８０を覆うような凹みを形成することができる。
　斯かる構成を備えることにより、前記質量部材２１０を前記振動領域１２の全周に亘って設けつつ、前記質量部材２１０と前記配線体８０との接触を有効に防止することができる。
　本実施の形態においては、図１６に示すように、前記質量部材２１０の外周面及び上端面が前記封止部材４０の内表面に当接される。
　斯かる構成を備えることにより、前記質量部材２１０による前記拘束領域１４の振動防止効果をより向上させることができる。
　なお、図１６に示すように、本実施の形態においては、前記質量部材２１０の外周縁と前記境界領域１６の内周縁とが一致するように、前記質量部材２１０が構成されている。
実施の形態３
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーのさらに他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１７に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー３の縦断面図であって、前記実施の形態１における図３及び前記実施の形態２における図１６に対応した縦断面図を示す。
　なお、図中、前記実施の形態１及び２におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
　図１７に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー３は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａに比して、さらに、隔壁部材２３０を備えている。
　図１７に示すように、前記隔壁部材２３０は、平面視において前記振動領域１２を囲繞する筒状とされており、軸線方向一端側が前記剛性補強板６０に連結され且つ軸線方向他端側が前記弾性板１０の第１面１０ａとの間に間隙を存する状態で前記封止部材４０の筒状部４２内に埋設されている。
　前記隔壁部材２３０は、前記剛性補強板６０と一体形成することも可能であるし、前記剛性補強板６０とは別体形成し、前記剛性補強板６０に接着又は溶接等によって接合させることも可能である。
　前記隔壁部材２３０は、アルミニウムを用いた鋳造や、ステンレス等の鉄系部材への切削又はエッチングによって形成され得る。
　前記隔壁部材２３０を備えることにより、前記封止部材４０の筒状部４２による閉塞性を向上させることができると共に、前記振動領域１２からの振動伝搬を防止乃至は低減しつつ前記拘束領域１４の動きを抑制でき、前記振動領域１２の振動特性を向上させることができる。
　なお、当然ながら、前記実施の形態２に係る超音波トランスデューサー２に前記隔壁部材２３０を備えることも可能である。
実施の形態４
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーのさらに他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１８に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４の平面図であって、前記封止部材４０及び前記補強板６０を取り除いた状態の平面図を示す。
　また、図１９に、図１８におけるIXX-IXX線に沿った断面図を示す。
　なお、図中、前記実施の形態１～３におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
　本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４は、主として、前記弾性板１０及び前記複数の圧電素子３０の代わりに弾性板３１０及び複数の圧電素子３３０を有している点において、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａと相違している。
　前記弾性板３１０は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面３１０ａ及び第２面３１０ｂを有し、板厚方向に振動可能な導電性金属板によって形成されている。
　図１８及び図１９に示すように、前記弾性板３１０は、板面方向に並列状態で設けられ、前記複数の圧電素子３３０がそれぞれ装着される複数の振動領域３１２と、前記複数の振動領域３１２をそれぞれ平面視において囲む複数の低剛性領域３２６と、前記低剛性領域３２６を平面視において囲む拘束領域３１４と、一の拘束領域３１４と当該一の拘束領域３１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域３１６とを有している。
　前記境界領域３１６は、前記境界領域１６と同様、前記スリット部１７及び前記ブリッジ部１８を有している。
　前記低剛性領域３２６は、第１面３１０ａの側に開く溝を有する溝領域とされており、対応する前記振動領域３１２及び対応する前記拘束領域３１４よりも薄肉とされることで当該振動領域３１２及び拘束領域３１４よりも低剛性とされている。
　即ち、前記弾性板３１０の第２面３１０ｂは、前記振動領域３１２、前記低剛性領域３２６及び前記拘束領域３１４に亘って面一とされる一方で、前記第１面３１０ａは前記低剛性領域３２６において凹まされている。
　即ち、前記低剛性領域３２６は、当該低剛性領域３２６の第１面が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く溝領域とされている。
　前記圧電素子３３０は、前記振動領域３１２よりも大きく且つ前記低剛性領域３２６よりも小さい外径を有している。
　即ち、前記圧電素子３３０は、前記振動領域３１２の第１面に絶縁性接着剤３４０によって固着される中央部３３１と、前記中央部３３１から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域３２６内において終焉する延在部３３３とを有している。
　なお、本実施の形態においては、図１８に示すように、前記振動領域３１２は平面視円形状とされ、前記圧電素子３３０は平面視矩形状とされ、且つ、前記低剛性領域３２６は平面視矩形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形状に限定されるものではない。
　即ち、前記圧電素子３３０の外径が、前記振動領域３１２の外径よりも大で且つ前記低剛性領域３２６の外径よりも小である限り、前記振動領域３１２、前記圧電素子３３０及び前記低剛性領域３２６の全てを平面視円形状とする等、種々の形状が可能である。
　好ましくは、前記低剛性領域３２６は、前記圧電素子３３０と同一外形状で且つ前記圧電素子３３０の外径より若干大きい外径を有するものとされる。
　斯かる構成によれば、前記低剛性領域３２６の外周縁を、前記振動領域３１２に前記圧電素子３３０を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
　さらに、図１９に示すように、前記延在部３３３の下面電極層が導電性接着剤３４５によって前記低剛性領域３２６の第１面３１０ａに電気的に接続されている。
　なお、前記圧電素子３３０の上面電極層と対応する前記配線導体８５とは、前記実施の形態１におけると同様に、導電性接着剤又ははんだ８７によって行われており、前記導電性接着剤又ははんだ８７と前記弾性板３１０の第１面３１０ａ及び前記導電性接着剤３４５との間には絶縁性接着剤８８が介挿されている。
　このように、本実施の形態においては、前記振動領域３１２と前記圧電素子３３０の中央部３３１との機械的接合を絶縁性接着剤３４０によって行うことで前記圧電素子３３０の支持安定化を図りつつ、前記低剛性領域３２６と前記圧電素子３３０の延在部３３３の下面電極層とを導電性接着剤３４５によって連結することで前記圧電素子３３０の下面電極層と前記弾性板３１０との電気的連結を得ている。
　さらに、前記超音波トランスデューサー４においては、図１９に示すように、前記低剛性領域３２６を形成する溝領域の底面には、前記振動領域３１２の第１面３１０ａよりも低い隆起部３２８であって、前記溝領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部３２８が設けられている。
　そして、前記延在部３３３における下面電極層と前記低剛性領域３２６の第１面３１０ａとを電気的に接続する前記導電性接着剤３４５は前記接着剤滞留領域内に設けられている。
　斯かる構成によれば、前記圧電素子３３０の中央部３３１及び前記振動領域３１２を機械的に接合する絶縁性接着剤３４０と、前記圧電素子３３０の延在部３３３の下面電極層及び前記低剛性領域３２６を電気的に接続する導電性接着剤３４５とが意に反して混合し、前記圧電素子３３０の下面電極層と前記弾性板３１０との電気接続の信頼性が損なわれることを有効に防止することができる。
　なお、本実施の形態においては、図１８に示すように、前記隆起部３２８は２箇所において設けられているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものでは無く、前記隆起部３２８を１箇所のみ又は３箇所以上設けることも可能である。
　本実施の形態に係る超音波トランスデューサー４は、例えば、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａの製造方法に比して、下記変更を加えた製造方法によって好適に製造され得る。
　即ち、本実施の形態の製造方法においては、前記スリット部１７を形成する前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部１７をエッチング除去することに加えて、前記低剛性領域３２６をハーフエッチングするように構成される（図２０(a)）。
　この際、前記隆起部３２８に対応した領域については、サイドエッチング量の２倍よりも若干狭い幅を有するレジストマスクで覆っておく。これにより、前記隆起部３２８をその頂上の位置が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面３１０ａより低くなるように残すことができ、圧電素子３３０の下面との接触を防止することができる。
　次に、前記接着剤滞留領域内に導電性接着剤３２８を、前記振動領域３１２に絶縁性接着剤３４０をそれぞれ塗布し（図２０(b)）、前記圧電素子３３０を装着後（図２０(c)）、導電性接着剤３２８及び絶縁性接着剤３４０の硬化処理を行う。
　なお、図１９中の符号３４６は、導電性接着剤３４５及び前記弾性板３１０間の電気接続の信頼性を向上させる為に、前記接着剤滞留領域への導電性接着剤３４５の塗布前に、前記接着剤滞留領域の第１面に設けられるＡｕメッキである。
１Ａ～１Ｆ、２～４　　　超音波トランスデューサー
１０、３１０　　　　　　弾性板
１０ａ、３１０ａ　　　　第１面
１０ｂ、３１０ｂ　　　　第２面
１２、３１２　　　　　　振動領域
１４、３１４　　　　　　拘束領域
１６、３１６　　　　　　境界領域
１７　　　　　　　　　　スリット部
１７ａ、１７ｂ　　　　　第１及び第２板面方向スリット
１８　　　　　　　　　　ブリッジ部
２６、３２６　　　　　　低剛性領域
２７　　　　　　　　　　溝
２８ａ　　　　　　　　　開口部
２８ｂ　　　　　　　　　連結部
３０、３３０　　　　　　圧電素子
４０　　　　　　　　　　封止部材
４２　　　　　　　　　　筒状部
４４　　　　　　　　　　閉塞部
５０、５５　　　　　　　吸音材
６０　　　　　　　　　　剛性補強板
７０　　　　　　　　　　防護部材
７２　　　　　　　　　　開口
７５　　　　　　　　　　防護板
７７　　　　　　　　　　貫通孔
８０　　　　　　　　　　配線体
８２　　　　　　　　　　絶縁層
８５　　　　　　　　　　配線導体
８７　　　　　　　　　　導電性接着剤又ははんだ
８８　　　　　　　　　　絶縁性接着剤
１１０　　　　　　　　　弾性板形成体
１８２　　　　　　　　　絶縁層形成部材
１８５　　　　　　　　　配線導体形成部材
２１０　　　　　　　　　質量部材
２３０　　　　　　　　　隔壁部材
３２８　　　　　　　　　隆起部
３３１　　　　　　　　　中央部
３３３　　　　　　　　　延在部
３４０　　　　　　　　　絶縁性接着剤
３４５　　　　　　　　　導電性接着剤

Claims (25)

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