WO2023095243A1 - 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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WO2023095243A1
WO2023095243A1 PCT/JP2021/043197 JP2021043197W WO2023095243A1 WO 2023095243 A1 WO2023095243 A1 WO 2023095243A1 JP 2021043197 W JP2021043197 W JP 2021043197W WO 2023095243 A1 WO2023095243 A1 WO 2023095243A1
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support plate
plate
resin film
waveguides
flexible resin
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PCT/JP2021/043197
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English (en)
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知 高杉
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サンコール株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor

Definitions

  • the present invention relates to an airborne ultrasonic transducer, which is composed of a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel and which can be suitably used as a phased array sensor, and a method of manufacturing the same.
  • An ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric elements each acting as a vibrating body are arranged in parallel, controls the direction of the radiated sound waves by controlling the phase of the voltage applied to the plurality of piezoelectric elements. This makes it possible to suitably use it 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 resonance frequency of the piezoelectric element is set according to the drive frequency. Even if the voltage is applied in a phase-controlled state, variations in the phase of vibration occur among the plurality of piezoelectric elements, and it is necessary to precisely control the directivity of the sound waves emitted from the plurality of piezoelectric elements. becomes difficult.
  • the applicant of the present application has found that even if the frequency (driving frequency) of the driving voltage applied to the piezoelectric element acting as a vibrating body is set lower than the resonance frequency of the piezoelectric element, the vibration amplitude of the piezoelectric element can be maintained effectively.
  • a patent application has been filed and a patent has been obtained for an ultrasonic transducer capable of securing a
  • the ultrasonic transducer described in Patent Document 1 includes a rigid substrate provided with a plurality of openings penetrating through the upper surface and the lower surface, and a flexible substrate fixed to the upper surface of the substrate so as to cover the plurality of openings. and a plurality of piezoelectric elements fixed to the upper surface of the flexible resin film so as to overlap with the plurality of openings in a plan view. is lower than the resonance frequency of the piezoelectric element, the vibration amplitude of the piezoelectric element is effectively secured.
  • the detection of the position of the target object (the distance to the target object and the direction of the target object) by the ultrasonic transducer is performed by applying a phase-controlled burst waveform voltage of a predetermined frequency to the plurality of piezoelectric elements.
  • a sound wave is emitted in the direction of an object, and the sound wave that has returned after being reflected by the target object is received. (can be done with an ultrasonic transducer, or with other receive-only ultrasonic transducers).
  • the support plate which serves as a waveguide for sound waves generated by the vibrating body formed by the piezoelectric element and the flexible resin film, stable sound wave radiation and /or reception is not possible, resulting in an inability to accurately locate the target object.
  • the present invention has been devised in view of such prior art, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of effectively preventing or reducing adhesion of foreign matter to the passage of radiated sound waves and/or received sound waves, and a method of manufacturing the same.
  • a first aspect of the present invention is a rigid support plate having a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, wherein the first surface is open. a plurality of cavities and a first end on one end side having an opening width smaller than that of the cavities is opened to the bottom surface of the corresponding cavities, and a second end on the other end side is the second surface; a rigid support plate provided with a plurality of waveguides opened to; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and the same number of piezoelectric elements as the plurality of cavities fixed to the flexible resin film so that the corresponding cavities overlap and the peripheral region overlaps with the first surface of the support plate, and the plurality of An ultrasonic transducer is provided with an air flow path capable of introducing external air into each of a plurality of sound wave paths formed by a cavity and the plurality of waveguides.
  • the external air introduced through the air flow path effectively prevents or reduces adhesion of foreign matter to the passage of the radiated sound wave and/or the received sound wave. It is possible to maintain good sound wave transparency.
  • the air flow path may have an air ejection port opened in the inner wall surface of the support plate forming the sound wave path and facing the plate surface direction of the support plate.
  • the air flow path has a single air inlet opening to the outer surface of the support plate on one end side, and the plurality of sound wave passages on the other end side. It may have multiple air jets, each open.
  • the support plate is formed with grooves that are open on the first surface, and the flexible resin film covers the grooves in addition to the plurality of cavities.
  • the air channel is formed by the groove of the support plate and the flexible resin film.
  • the support plate includes a first plate having a plurality of through holes having the same opening width as that of each of the plurality of cavities, and each of the plurality of waveguides. and a second plate in which a plurality of through holes having the same opening width are formed.
  • the first and second plates are laminated and fixed in the thickness direction.
  • At least one of the first and second plate members is formed with a groove that is open to the contact surface, and the air flow path is defined by the groove and the first and second plate members closing the groove. and the other abutment surface.
  • a second aspect of the present invention is a rigid support plate having a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, wherein the first and second surfaces a rigid support plate provided with a plurality of waveguides penetrating between; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of waveguides; a plurality of waveguides and the same number of piezoelectric elements fixed to the flexible resin film such that regions overlap with corresponding waveguides and peripheral regions overlap with the first surface of the support plate;
  • an ultrasonic transducer provided with an air flow path capable of introducing external air into each of a plurality of waveguides.
  • the external air introduced through the air flow path effectively prevents foreign matter from adhering to the waveguide, which is the passage of the radiated sound wave and/or the received sound wave. It can be prevented or reduced, and good sound wave transparency can be maintained.
  • the air flow path may have an air ejection port opened in the inner wall surface of the support plate that forms the waveguide, facing the plate surface direction of the support plate.
  • the air flow path has a single air inlet opening to the outer surface of the support plate on one end side, and the plurality of waveguides on the other end side. It may have multiple air jets, each open.
  • the support plate is formed with grooves that are open to the first surface, and the flexible resin film is configured to cover the grooves in addition to the plurality of waveguides. and the air flow path is formed by the groove of the support plate and the flexible resin film.
  • the present invention has a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and a plurality of cavities opened in the first surface and an opening width smaller than that of the cavities.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides each of which has a first end opened to the bottom surface of the corresponding cavity and a second end of the other end opened to the second surface; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and a central region overlapping the corresponding cavities in a plan view and a peripheral region of the support plate.
  • a first rigid plate is prepared in which the thickness between the surfaces is the same as the depth of the plurality of cavities, and the first rigid plate is etched to have the same opening width as each of the plurality of cavities.
  • a second rigid plate having a thickness equal to the length of the plurality of waveguides is prepared, and a plurality of through holes having the same opening width as each of the plurality of waveguides are formed by etching in the second rigid plate.
  • the present invention has a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and a plurality of cavities opened in the first surface and an opening width smaller than that of the cavities.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides each of which has a first end opened to the bottom surface of the corresponding cavity and a second end of the other end opened to the second surface; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and a central region overlapping the corresponding cavities in a plan view and a peripheral region of the support plate.
  • a rigid plate having a thickness between the surfaces equal to the total depth of the plurality of cavities and the plurality of waveguides is prepared.
  • the first surface of the first rigid member is open to one surface and has one end opened to the outer surface and the other end branched into a plurality of grooves opened to each of the plurality of cavities. or forming the plurality of waveguides by etching from the second surface to form the support plate; a flexible resin film fixing step of fixing the plurality of piezoelectric elements to the support plate; a piezoelectric element fixing step of fixing the flexible resin film to the flexible resin film with an insulating adhesive, wherein the groove and the flexible resin film are configured to form the air flow path.
  • the present invention has a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and a plurality of cavities opened in the first surface and an opening width smaller than that of the cavities.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides each of which has a first end opened to the bottom surface of the corresponding cavity and a second end of the other end opened to the second surface; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and a central region overlapping the corresponding cavities in a plan view and a peripheral region of the support plate.
  • a third manufacturing method for manufacturing an ultrasonic transducer in which an air flow path capable of introducing external air to each of the passages is provided, wherein the first surface on one side in the thickness direction and the second surface on the other side
  • a first rigid plate is prepared in which the thickness between the surfaces is the same as the depth of the plurality of cavities, and the first rigid plate is etched to have the same opening width as each of the plurality of cavities.
  • a plurality of through-holes passing through between the first and second surfaces are formed, and the second surface of the first rigid plate member is half-etched so that one end side opens to the outer surface while being open to the second surface. and a step of forming a first plate by forming grooves that are branched into a plurality at the other end and open to each of the plurality of through-holes;
  • a second rigid plate having a thickness equal to the length of the plurality of waveguides is prepared, and a plurality of through holes having the same opening width as each of the plurality of waveguides are formed by etching in the second rigid plate.
  • a third manufacturing method is provided, wherein the groove and the first surface of the second plate form the air flow path.
  • the present invention has a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and a plurality of cavities opened in the first surface and an opening width smaller than that of the cavities.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides each of which has a first end opened to the bottom surface of the corresponding cavity and a second end of the other end opened to the second surface; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and a central region overlapping the corresponding cavities in a plan view and a peripheral region of the support plate.
  • a fourth manufacturing method for manufacturing an ultrasonic transducer in which an air flow path capable of introducing external air to each of the passages is provided, wherein the first surface on one side in the thickness direction and the second surface on the other side
  • a first rigid plate is prepared in which the thickness between the surfaces is the same as the depth of the plurality of cavities, and the first rigid plate is etched to have the same opening width as each of the plurality of cavities.
  • a step of forming a plurality of through holes penetrating between the first and second surfaces to form a first plate, and a plate thickness between the first surface on one side in the thickness direction and the second surface on the other side is the same as the length of the plurality of waveguides is prepared, and the second rigid plate is etched to form a plurality of through holes having the same opening width as each of the plurality of waveguides,
  • a second plate is formed by half-etching the first surface of the second rigid member to form a groove that is open to the first surface, one end of which is open to the outer surface and the other end of which is branched into a plurality of grooves.
  • a fourth manufacturing method is provided, wherein a surface is configured to form said air flow path.
  • the present invention has a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and a plurality of cavities opened in the first surface and an opening width smaller than that of the cavities.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides each of which has a first end opened to the bottom surface of the corresponding cavity and a second end of the other end opened to the second surface; a flexible resin film fixed to the first surface of the support plate so as to cover the plurality of cavities; and a central region overlapping the corresponding cavities in a plan view and a peripheral region of the support plate.
  • a fifth manufacturing method for manufacturing an ultrasonic transducer in which an air flow path capable of introducing external air to each of the passages is provided, wherein the first surface on one side in the thickness direction and the second surface on the other side in the thickness direction
  • a first rigid plate is prepared in which the thickness between the surfaces is the same as the depth of the plurality of cavities, and the first rigid plate is etched to have the same opening width as each of the plurality of cavities.
  • a plurality of through-holes passing through between the first and second surfaces are formed, and the second surface of the first rigid plate member is half-etched so that one end side opens to the outer surface while being open to the second surface. and a step of forming a first plate by forming first grooves that are branched into a plurality on the other end side and open to each of the plurality of through-holes;
  • a second rigid plate having a thickness between the surfaces equal to the length of the plurality of waveguides is prepared, and the second rigid plate is etched to form a plurality of through holes having the same opening width as each of the plurality of waveguides.
  • a hole is formed, and a second groove is formed on the first surface of the second rigid member by half-etching, the second groove having one end open to the outer surface and the other end branching into a plurality of branches while being open to the first surface.
  • forming a second plate bonding a second surface of the first plate to a first surface of the second plate with an adhesive to form the support plate;
  • the flexible resin film fixing step of fixing the flexible resin film to the support plate by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of through-holes formed in the body corresponds to the central region in plan view.
  • the present invention provides a rigid support having a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, and provided with a plurality of waveguides penetrating between the first and second surfaces.
  • a sixth manufacturing method for manufacturing an ultrasonic transducer provided with a plate thickness between the first surface on one side in the thickness direction and the second surface on the other side of the plurality of waveguides A rigid plate having the same length is prepared, the plurality of waveguides are formed by etching on the rigid plate, and the first surface of the rigid plate is half-etched so that one end is outside while being open to the first surface.
  • a sixth manufacturing method is provided configured to form a channel.
  • the various manufacturing methods further comprise preparing a lower sealing plate having a plurality of piezoelectric element openings each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements and having a thickness greater than that of the piezoelectric elements; a lower sealing plate installation step of fixing the lower sealing plate to the flexible resin film with an adhesive so that the plurality of piezoelectric elements are positioned within the plurality of piezoelectric element openings when viewed; a conductive base layer, a conductive layer provided on the base layer and including first and second wirings respectively connected to a pair of first and second electrodes of the piezoelectric element; and an insulating material surrounding the conductive layer.
  • a wiring assembly including a cover layer, wherein the base layer is provided with first wiring/piezoelectric element connection openings and second wiring/piezoelectric element connection openings for exposing portions of the first and second wirings, respectively. and a wiring assembly fixing step of fixing the base layer to the lower sealing plate with an adhesive.
  • the exposed portion and the portion of the second wiring exposed through the second wiring/piezoelectric element connection opening are electrically connected to the first and second electrodes of the piezoelectric element by a conductive adhesive or solder, respectively. and an electrical connection step to allow the electrical connection to occur.
  • FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 is a plan view of a support plate in the ultrasonic transducer according to Embodiment 1.
  • FIG. 3(a) is a plan view of the piezoelectric element in the ultrasonic transducer according to the first embodiment, and
  • FIG. 3(b) is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 3(a).
  • 4 is a partial plan view of the support plate covered with a flexible resin film, taken along line IV-IV in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 7 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7.
  • FIG. FIG. 9 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to another modification of the third embodiment.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 1A according to this embodiment.
  • the ultrasonic transducer 1A includes, as main constituent members, a rigid support plate 10A having a first surface 10-1 on one side in the thickness direction and a second surface 10-2 on the other side in the thickness direction; A flexible resin film 20 having a first surface 20-1 and a second surface 20-2 on the other side in the thickness direction, the second surface 20-2 being fixed to the first surface 10-1 of the support plate 10A. and a plurality of piezoelectric elements 30 fixed to the first surface 20-1 of the flexible resin film 20. As shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a plan view of the support plate 10A.
  • the waveguide 13 has the same opening width over the entire thickness direction of the support plate 10A.
  • the support plate 10A can be formed of various members having rigidity, and is formed of a metal such as stainless steel, preferably a ceramic material such as SiC or Al 2 O 3 having a lower density and a higher Young's modulus than metal. can do. By forming the support plate 10A from a ceramic material, the resonance frequency of the support plate 10A can be increased as much as possible.
  • the flexible resin film 20 is fixed to the first surface 10-1 of the support plate 10A so as to cover the plurality of waveguides 13.
  • the flexible resin film 20 is formed of an insulating resin such as polyimide having a thickness of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example.
  • the flexible resin film 20 is fixed to the support plate 10A by various methods such as adhesive or thermocompression bonding.
  • the piezoelectric element 30 is arranged on the flexible resin film 20 such that the central region overlaps with the corresponding waveguide 13 and the peripheral region overlaps with the first surface 10-1 of the support plate 10A in plan view. It is fixed to one surface 20-1.
  • FIG. 3(a) shows a plan view of the piezoelectric element 30. As shown in FIG. Further, FIG. 3(b) shows a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 3(a).
  • the piezoelectric element 30 has a piezoelectric element main body 32 and a pair of first and second electrodes, and is configured to expand and contract when a voltage is applied between the first and second electrodes.
  • the piezoelectric element 30 is of a two-layer laminate type. Compared to a single-layer piezoelectric element, the laminated piezoelectric element can increase the electric field intensity when the same voltage is applied, and can increase the expansion/contraction displacement per applied voltage.
  • the piezoelectric element 30 includes the piezoelectric element main body 32 formed of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), a first piezoelectric portion 32a on the upper side of the piezoelectric element main body 32 in the thickness direction, and a piezoelectric element 32b.
  • An inner electrode 34 partitioning the lower second piezoelectric portion 32b, an upper surface electrode 36 fixed to a portion of the upper surface of the first piezoelectric portion 32a, and a lower surface electrode fixed to the lower surface of the second piezoelectric portion 32b.
  • an inner electrode terminal 34T one end of which is electrically connected to the inner electrode 34 and the other end of which is insulated from the top electrode 36 and which is accessible on the top surface of the first piezoelectric portion 32a.
  • An electrode connection member 35 one end of which is electrically connected to the lower electrode 37 and the other end of which is insulated from the upper electrode 36 and the inner electrode 34, is accessible on the upper surface of the first piezoelectric portion 32a.
  • a bottom electrode connection member 38 forming a bottom electrode terminal 37T.
  • the outer electrode formed by the upper electrode 36 and the lower electrode 37 acts as one of the first and second electrodes
  • the inner electrode 34 acts as the other of the first and second electrodes
  • the polarization directions of the first and second piezoelectric portions 32a and 32b are the same with respect to the thickness direction. is applied at a predetermined frequency, electric fields are applied to the first and second piezoelectric portions 32a and 32b in directions opposite to each other.
  • the top electrode 36 and the bottom electrode 37 are insulated from each other, so that when the piezoelectric element 30 is fabricated, a voltage is applied between the top electrode 36 and the bottom electrode 37. By doing so, the polarization directions of the first and second piezoelectric portions 32a and 32b can be made the same.
  • the piezoelectric element 30 acts as a vibrating body that generates ultrasonic waves. is configured to be higher than the frequency (driving frequency) of
  • the ultrasonic transducer 1A in order to detect an object several meters away by a phased array in which a plurality of piezoelectric elements 30 forming a vibrating body are arranged in parallel, It is necessary to precisely control the phases of the sound waves emitted from the plurality of piezoelectric elements 30 .
  • the piezoelectric elements are expanded and contracted against the rigidity of the rigid support plate. It is necessary to flexibly vibrate the vibrating body formed by the piezoelectric element and the rigid support plate with a predetermined amplitude to ensure the magnitude of the generated sound pressure.
  • the frequency (driving frequency) of the voltage applied to the piezoelectric element it is necessary to set the frequency (driving frequency) of the voltage applied to the piezoelectric element to the vicinity of the resonance frequency of the flexural vibration of the piezoelectric element.
  • the frequency response of the flexural vibration of the piezoelectric element with respect to the voltage applied to the piezoelectric element greatly changes in phase in the vicinity of the resonance frequency of the vibrating body.
  • the ultrasonic transducer 1A is provided with a plurality of waveguides 13 opened in the first surface 10-1 and the second surface 10-2.
  • support plate 10A a flexible resin film 20 fixed to the first surface 10-1 of the support plate 10A so as to cover the plurality of waveguides 13, and the waveguides 13 corresponding to the central region in plan view.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 fixed to the first surface 20-1 of the flexible resin film 20 so that the peripheral region overlaps with the first surface 10-1 of the support plate 10A. are doing.
  • the resonance frequency of the piezoelectric element is set higher (for example, 70 kHz) than the frequency (for example, 40 kHz) of the driving voltage applied to the piezoelectric element 30, the piezoelectric element acting as a vibrating body A sufficient vibration amplitude of the element 30 can be ensured.
  • FIG. 4 shows a partial plan view of the support plate 10A and the flexible resin film 20 along line IV-IV in FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • the ultrasonic transducer 1A is provided with an air flow path 100 capable of introducing external air to each of the plurality of waveguides 13.
  • the air flow path 100 is formed in the inner wall surface 14 of the support plate 10A forming the waveguide 13 so as to face the plate surface direction L of the support plate 10A. It has an air jet 102 that is designed to
  • the support plate 10A is formed with a groove 105 that opens to the first surface 10-1, and the flexible resin film 20 is formed on the waveguide 13. In addition, it is configured to cover the groove 105 .
  • the groove 105 formed in the first surface 10-1 of the support plate 10A and the flexible resin film 20 form the air flow path 100. As shown in FIG.
  • the external air from the air flow path 100 can be introduced into the waveguide 13 in the vicinity of the flexible resin film 20, and the external air can flow through the entire area of the waveguide 13. It is possible to make the flow of
  • the ultrasonic transducer 1A according to the present embodiment includes the support plate 10A, the flexible resin film 20, and the plurality of piezoelectric elements 30, as well as the lower side as an arbitrary structural member. It has a sealing plate 40 and a wiring assembly 150 .
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • the lower sealing plate 40 has a plurality of piezoelectric element openings 42 each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements 30.
  • the lower sealing plate 40 is The plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the first surface 20-1 of the flexible resin film 20 by adhesive, thermocompression bonding, or the like so that the plurality of piezoelectric elements 30 are positioned within the plurality of piezoelectric element openings 42 in plan view. .
  • the thickness of the lower sealing plate 40 is larger than the thickness of the piezoelectric element 30, and is fixed to the first surface 20-1 of the flexible resin film 20.
  • the first surface of the lower sealing plate 40 is closer to the flexible resin film than the upper surface electrode 36, the lower surface electrode terminal 37T, and the inner electrode terminal 34T (see FIG. 3) of the piezoelectric element 30. 20.
  • the lower sealing plate 40 is made of a rigid member such as metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, or ceramics.
  • the lower sealing plate 40 seals the sides of the piezoelectric element group including the plurality of piezoelectric elements 30 and acts as a base to which the wiring assembly 150 is fixed.
  • the wiring assembly 150 is for transmitting an applied voltage supplied from the outside to the plurality of piezoelectric elements 30 .
  • the wiring assembly 150 includes an insulating base layer 160 fixed to the lower sealing plate 40 with an adhesive or the like, a conductor layer 170 fixed to the base layer 160, and the conductors. and an insulating cover layer 180 surrounding layer 170 .
  • the base layer 160 and the cover layer 180 are made of, for example, an insulating resin such as polyimide.
  • the conductor layer 170 is made of, for example, a conductive metal such as Cu.
  • the conductor layer 170 can be formed by etching away unnecessary portions of a Cu foil having a thickness of about 12 to 25 ⁇ m laminated on the base layer 160 .
  • the exposed portion of Cu forming the conductor layer 170 may be plated with Ni/Au.
  • the conductor layer 170 is provided on the first electrode (the outer electrodes 36 and 37 in the present embodiment) and the second electrode (the inner electrode 34 in the present embodiment) of the piezoelectric element 30. It includes a first wiring 170a and a second wiring 170b that are connected to each other.
  • the base layer 160 has a first wiring/piezoelectric element connection opening 161a for connecting the first wiring 170a to the corresponding first electrode of the piezoelectric element 30, and a first wiring/piezoelectric element connection opening 161a for connecting the second wiring 170b to the corresponding piezoelectric element.
  • a second wire/piezoelectric element connection opening 161b for connecting to the second electrode of the element 30 is formed.
  • the upper surface electrode 36 and the lower surface electrode 37 act as the first electrode, and the inner electrode 34 acts as the second electrode.
  • the portion of the first wiring 170a exposed through the first wiring/piezoelectric element connection opening 161a is attached to both the part of the upper surface electrode 36 and the lower surface electrode terminal 37T by, for example, a conductive adhesive. or electrically connected by soldering.
  • a portion of the second wiring 170b exposed through the second wiring/piezoelectric element connection opening 161b is electrically connected to the inner electrode terminal 34T by, for example, a conductive adhesive or solder. .
  • the cover layer 180 is provided with first wiring/external connection openings and second wiring/external connection openings for electrically connecting the first and second wirings 170a and 170b to the outside, respectively. .
  • the ultrasonic transducer 1A further includes an upper sealing plate 40 and an upper sealing plate fixed to the upper surfaces of the wiring assembly 150 via a flexible resin 55. It has a stop plate 60 .
  • the upper sealing plate 60 has openings 65 at positions corresponding to the plurality of piezoelectric elements 30 respectively.
  • the upper sealing plate 60 is made of, for example, metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, ceramics, or the like with a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the ultrasonic transducer 1A further includes a sound absorbing material 70 fixed to the upper surface of the upper sealing plate 60 by adhesion or the like so as to cover the plurality of openings 65 of the upper sealing plate 60. I have.
  • the sound absorbing material 70 is made of, for example, silicone resin or other foamable resin having a thickness of about 0.3 mm to 1.5 mm.
  • the ultrasonic transducer 1A further includes a reinforcing plate 75 fixed to the upper surface of the sound absorbing material 70 by adhesion or the like.
  • the reinforcing plate 75 is made of, for example, metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, ceramics, etc., having a thickness of about 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the ultrasonic transducer 1A is A rigid plate having a thickness between the first surface 10-1 on one side in the thickness direction and the second surface 10-2 on the other side in the thickness direction is the same as the length of the plurality of waveguides 13, and is attached to the rigid plate.
  • the plurality of waveguides 13 are formed by etching, and the first surface 10-1 of the rigid plate is half-etched so that one end is opened to the outer surface while the other end is open to the first surface 10-1.
  • the groove 105 and the flexible resin film 20 can be manufactured by a manufacturing method configured to form the air flow path 100 .
  • the manufacturing method further comprises The lower sealing plate 40 having a plurality of piezoelectric element openings 42 each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements 30 and having a thickness larger than that of the piezoelectric elements 30 is prepared.
  • the base layer 160 includes an insulating cover layer 180 surrounding the conductor layer 170.
  • the base layer 160 has first wiring/piezoelectric element connection openings 161a and second wirings 170a and 170b exposing portions of the first and second wirings 170a and 170b, respectively.
  • a portion of the first wiring 170a exposed through the first wiring/piezoelectric element connection opening 161a and a portion of the second wiring 170b exposed through the second wiring/piezoelectric element connection opening 161b are and an electrical connection step of electrically connecting the first and second electrodes of the piezoelectric element 30 with a conductive adhesive or solder, respectively.
  • FIG. 7 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 2A according to this embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same members as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transducer 2A according to the present embodiment differs from the ultrasonic transducer 1A according to the first embodiment in that the support plate 10A is changed to a support plate 110A. are doing.
  • the ultrasonic transducer 2A includes, as main constituent members, the rigid support plate 110A having a first surface 110-1 on one side in the thickness direction and a second surface 110-2 on the other side in the thickness direction; It includes the flexible resin film 20 fixed to the first surface 110-1 of the plate 110A and a plurality of piezoelectric elements 30 fixed to the first surface 20-1 of the flexible resin film 20. .
  • a plurality of cavities 120 opened in the first surface 110-1 and the cavities corresponding to the first end on one end side having an opening width smaller than that of the cavities 120 correspond.
  • a plurality of waveguides 125 are provided which are opened at the bottom surface of the portion 120 and whose second ends on the other end side are opened at the second surface 110-2.
  • the cavity 120 and the waveguide 125 form a passage for sound waves generated and/or received by the piezoelectric element 30 .
  • the opening width of the hollow portion 120 is set so that it overlaps with the central region of the piezoelectric element 30 in plan view, and the peripheral region of the piezoelectric element 30 surrounds the hollow portion 120 in plan view. .
  • the waveguide 125 has a tubular portion 126 opened at the bottom surface of the hollow portion 120 and a horn portion 128 opened at the second surface 110-2 of the support plate 110A.
  • the tubular portion 126 has a tubular shape with an opening width smaller than that of the hollow portion 120 and the same opening width throughout the thickness direction.
  • the opening width of the horn portion 128 increases in the thickness direction from the end portion communicating with the cylindrical portion 126 toward the end portion (sound wave emission port) opened in the second surface 110-2 of the support plate 100A. It has an enlarged horn shape.
  • the sound pressure level of sound waves emitted from the vibrating body formed by the piezoelectric element 30 and the flexible resin film 20 can be increased.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the support plate 101A along line VIII-VIII in FIG.
  • the support plate 110A includes an air flow path through which external air can be introduced into each of a plurality of acoustic wave paths formed by the plurality of cavities 120 and the plurality of waveguides 125. 200 are provided.
  • the air flow path 200 has an air ejection port 202 which is opened in the inner wall surface 114 of the support plate 110A forming the sound wave path in the direction of the plate surface of the support plate 110A. are doing.
  • the air flow can be formed while
  • the support plate 110A has one end opened to the outer surface and the other end opened to the corresponding hollow portion 120 while being open to the first surface.
  • a groove 205 is formed, and the groove 205 and the flexible resin film 20 covering the groove 205 together with the cavity 120 form the air flow path 200 .
  • the external air from the air flow path 200 can be introduced into the cavity 120 in the vicinity of the flexible resin film 20 while facilitating the formation of the air flow path 200. It can reveal the flow of external air introduced by the air channel 200 across the sound wave path formed by the cavity 120 and the waveguide 125 .
  • the support plate 110A has a plate thickness between a first surface 111-1 on one side in the thickness direction and a second surface 111-2 on the other side in the thickness direction.
  • a plurality of through-holes 111a are formed to penetrate between the first and second surfaces 111-1 and 111-2 with the same depth as the cavity 120 and the same opening width as the plurality of cavities 120.
  • the plate thickness between the first plate 111 and the first surface 112-1 on one side in the thickness direction and the second surface 112-2 on the other side in the thickness direction is the same as the length of the plurality of waveguides 125, and the Each of the plurality of waveguides 125 and a second plate 112 formed with a plurality of through holes 112a having the same opening width are formed, and the second surface 111-2 of the first plate 111 is the second plate 112.
  • the first and second plate bodies 111 and 112 are fixed in contact with the first surface 112-1 of the plate.
  • the groove 205 forming the air flow path 200 is provided on the first surface 111-1 of the first plate 111 (the surface opposite to the second plate 112).
  • the first and second plates 111 and 112 can be made of various members having rigidity, and can be made of metal such as stainless steel, preferably SiC or Al 2 O, which has a lower density and a higher Young's modulus than metal. 3 or the like can be used.
  • the ultrasonic transducer 2A is A first rigid plate having a thickness between the first surface 111-1 on one side in the thickness direction and the second surface 111-2 on the other side in the thickness direction is set to be the same as the depth of the plurality of hollow portions 120;
  • a plurality of through holes 111a penetrating between the first and second surfaces 111-1 and 111-2 are formed by etching in one rigid plate in a state of having the same opening width as each of the plurality of cavities 120, and , the first surface of the first rigid plate is half-etched so that one end is opened to the outer surface while being open to the first surface 111-1, and the other end is branched into a plurality of through holes 111a.
  • a second rigid plate is prepared in which the plate thickness between the first surface 112-1 on one side in the thickness direction and the second surface 112-2 on the other side is the same as the length of the plurality of waveguides 125; 2 forming a plurality of through holes 112a having the same opening width as each of the plurality of waveguides 125 in a rigid plate by etching to form the second plate 112; bonding the second surface 111-2 of the first plate 111 to the first surface 112-1 of the second plate 112 with an adhesive to form the support plate 110A;
  • the flexible resin film 20 is fixed to the support plate 110A by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of through holes 111a and the grooves 205 formed in the first plate 111.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the flexible resin film 20 with an insulating adhesive so that the central region overlaps with the corresponding hollow portion 120 and the peripheral region overlaps with the support plate 110A in plan view. and a piezoelectric element fixing step, It can be manufactured by a manufacturing method in which the groove 205 and the flexible resin film 205 form the air flow path 200 .
  • the manufacturing method can also further include the lower sealing plate installation step, the wiring assembly preparation step, the wiring assembly fixing step, and the electrical connection step.
  • the support plate 110A has the first and second plate bodies 111 and 112 which are separate from each other, and the first and second plate bodies 111 and 112 are separated from each other. , 112 are fixed in a laminated state, it is also possible to use a support plate 110B formed of a single rigid plate instead of the support plate 110A.
  • FIG. 9 shows a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer 2B according to a modification of the present embodiment, which includes the support plate.
  • the ultrasonic transducer 2B is A rigid plate material in which the plate thickness between the first surface 110-1 on one side in the thickness direction and the second surface 110-2 on the other side is the same as the total depth of the plurality of cavities 120 and the plurality of waveguides 125.
  • the first surface of the rigid plate is half-etched to form the plurality of cavities 120 and the plurality of cavities 120 with one end opened to the outer surface while being open to the first surface and the other end branched into a plurality of cavities forming a groove 205 opened in each of the portions 120 and forming the plurality of waveguides 125 by etching from the first surface or the second surface of the first rigid member to form the support plate 110B; and, a flexible resin film fixing step of fixing the flexible resin film 20 to the support plate 110B by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of cavities 120 and the grooves 125;
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the flexible resin film 20 with an insulating adhesive so that the central region overlaps with the corresponding hollow portion 125 and the peripheral region overlaps with the support plate 110B in plan view. and a piezoelectric element fixing step, It can be manufactured by a manufacturing method in which the groove 205 and the flexible resin film 20 form the air flow path 200 .
  • the manufacturing method can also further include the lower sealing plate installation step, the wiring assembly preparation step, the wiring assembly fixing step, and the electrical connection step.
  • the horn portion 128 is half-etched from the second surface 110-2 of the rigid member. formed by
  • the cylindrical portion 126 can be formed by etching from the first surface 110-1 when forming the hollow portion 120 by half-etching from the first surface 110-1 of the rigid member, Alternatively, when the horn portion 128 is formed by half-etching from the second surface 110-2 of the rigid member, it can be formed by etching from the second surface 110-2.
  • FIG. 10 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 3A according to this embodiment.
  • the same members as those in Embodiments 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transducer 3A according to the present embodiment differs from the ultrasonic transducer 2A according to the second embodiment in that the support plate 110A is changed to a support plate 210A.
  • the support plate 210A is similar to the support plate 110A in that it has the first plate 111 provided with the plurality of cavities 120 and the second plate 112 provided with the plurality of waveguides 125. common.
  • the support plate 210A differs from the support plate 110A in that the air flow path 200 is provided between the first and second plates 111 and 112.
  • the first plate 111 is opened to the second surface 111-2, one end is opened to the outer surface, and the other end is opened to the corresponding cavity 120.
  • a groove 205 is formed.
  • the groove 205 is formed on the first surface 112-1 of the second plate 112 when the second surface 111-2 of the first plate 111 overlaps the first surface 112-1 of the second plate 112.
  • the groove 205 and the first surface 112 - 1 of the second plate 112 form the air flow path 200 .
  • the ultrasonic transducer 3A is A first rigid plate having a thickness between the first surface 111-1 on one side in the thickness direction and the second surface 111-2 on the other side in the thickness direction is set to be the same as the depth of the plurality of hollow portions 120;
  • a plurality of through holes 111a penetrating between the first and second surfaces 111-1 and 111-2 are formed by etching in one rigid plate in a state of having the same opening width as each of the plurality of cavities 120, and , the second surface 111-2 of the first rigid plate member is half-etched so that one end side is opened to the outer surface while the second surface 111-2 is open, and the other end side is branched into a plurality of through holes.
  • a second rigid plate is prepared in which the plate thickness between the first surface 112-1 on one side in the thickness direction and the second surface 112-2 on the other side is the same as the length of the plurality of waveguides 125; 2 forming a plurality of through holes 112a having the same opening width as each of the plurality of waveguides 125 in a rigid plate by etching to form the second plate 112; bonding the second surface 111-2 of the first plate 111 to the first surface 112-1 of the second plate 112 with an adhesive to form the support plate 210A; a flexible resin film fixing step of fixing the flexible resin film 20 to the support plate 210A by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of through holes 111a formed in the first plate 111; The plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the flexible resin film 20 with an insulating adhesive so that the central region overlaps with the corresponding hollow portion 120 and the peripheral region overlaps with the
  • the manufacturing method can also further include the lower sealing plate installation step, the wiring assembly preparation step, the wiring assembly fixing step, and the electrical connection step.
  • the groove 205 is formed on the second surface 111-2 of the first plate 111, but the groove 205 is formed on the second surface 111-2 of the second plate 112 instead. It is also possible to form it on one side 112-1.
  • FIG. 11 shows a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer 210B according to a modified example of the present embodiment with such a change.
  • the second plate 112 has one end opened to the outer surface and the other end opened to the first surface 112-1.
  • the grooves 205 are formed so that their sides are open to the corresponding cavity 120 or the waveguide 125 .
  • the groove 205 is formed on the second surface 111 of the first plate 111 when the second surface 111-2 of the first plate 111 overlaps the first surface 112-1 of the second plate 112. - 2 , and the groove 205 and the second surface 111 - 2 of the first plate 111 form the air flow path 200 .
  • the ultrasonic transducer 3B is A first rigid plate having a thickness between the first surface 111-1 on one side in the thickness direction and the second surface 111-2 on the other side in the thickness direction is set to be the same as the depth of the plurality of hollow portions 120;
  • a plurality of through holes 111a penetrating between the first and second surfaces 111-1 and 111-2 are formed by etching in one rigid plate with the same opening width as each of the plurality of cavities 120.
  • a second rigid plate is prepared in which the plate thickness between the first surface 112-1 on one side in the thickness direction and the second surface 112-2 on the other side is the same as the length of the plurality of waveguides 125; 2.
  • a plurality of through-holes 112a having the same opening width as that of each of the plurality of waveguides 125 are formed by etching in the rigid plate material, and the first surface 112-1 of the second rigid member is half-etched.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the flexible resin film 20 with an insulating adhesive so that the central region overlaps with the corresponding hollow portion 120 and the peripheral region overlaps with the support plate 210B in plan view.
  • the manufacturing method can also further include the lower sealing plate installation step, the wiring assembly preparation step, the wiring assembly fixing step, and the electrical connection step.
  • the grooves 205 are formed on both the second surface 111-2 of the first plate 111 and the first surface 112-1 of the second plate 112 instead of the supports 210A and 210B. It is also possible to provide a support 210C.
  • FIG. 12 shows a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer 3C according to another modified example of the present embodiment with such a change.
  • the ultrasonic transducer 3C is A first rigid plate having a thickness between the first surface 111-1 on one side in the thickness direction and the second surface 111-2 on the other side in the thickness direction is set to be the same as the depth of the plurality of hollow portions 120;
  • a plurality of through holes 111a penetrating between the first and second surfaces 111-1 and 111-2 are formed by etching in one rigid plate in a state of having the same opening width as each of the plurality of cavities 120, and , the second surface 111-2 of the first rigid plate member is half-etched so that one end side is opened to the outer surface while the second surface 1111-2 is open, and the other end side is branched into a plurality of through holes.
  • a second rigid plate is prepared in which the plate thickness between the first surface 112-1 on one side in the thickness direction and the second surface 112-2 on the other side is the same as the length of the plurality of waveguides 125; 2.
  • a plurality of through-holes 112a having the same opening width as that of each of the plurality of waveguides 125 are formed by etching in the rigid plate material, and the first surface 112-1 of the second rigid member is half-etched.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the flexible resin film 20 with an insulating adhesive so that the central region overlaps with the corresponding hollow portion 120 and the peripheral region overlaps with the support plate 210C in plan view.
  • the first and second grooves 205a and 205b are brought into contact with each other so that the air It can be manufactured by a manufacturing method configured to form the channel 200 .
  • the manufacturing method can also further include the lower sealing plate installation step, the wiring assembly preparation step, the wiring assembly fixing step, and the electrical connection step.

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Abstract

本発明の超音波トランスデューサーは、第1面及び第2面を有する剛性の支持板であって、第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている。

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空中超音波トランスデューサー及びその製造方法に関する。
 それぞれが振動体として作用する複数の圧電素子が並列配置されてなる超音波トランスデューサーは、前記複数の圧電素子に印加する電圧の位相を制御することにより、放射される音波の方位を制御することができ、これにより、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。
 従来の空中超音波トランスデューサーでは駆動周波数に合わせて圧電素子の共振周波数が設定され、この場合において、前記複数の圧電素子の共振周波数がばらついていると、前記複数の圧電素子に所定の駆動周波数の電圧を位相制御した状態で印加しても前記複数の圧電素子間で振動の位相にばらつきが発生することになり、前記複数の圧電素子から放射される音波の指向性を精密に制御することが困難になる。
 即ち、超音波トランスデューサーをフェイズドアレイセンサーとして安定して作動させる為には、前記超音波トランスデューサーに備えられる複数の圧電素子の共振周波数の均一性を確保する必要がある。しかしながら、材料や製造工程に起因する様々な理由によって複数の圧電素子の共振周波数を均一にすることは、非常に困難である。
 この点に関し、本願出願人は、振動体として作用する圧電素子に印加する駆動電圧の周波数(駆動周波数)を当該圧電素子の共振周波数よりも低く設定しても、前記圧電素子の振動振幅を有効に確保することが可能な超音波トランスデューサーに関する特許出願を行い、特許を得ている(下記特許文献1参照)。
 前記特許文献1に記載の超音波トランスデューサーは、上面及び下面に貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子とを備えるように構成されており、これにより、駆動周波数を前記圧電素子の共振周波数よりも低くしても、前記圧電素子の振動振幅を有効に確保している。
 ところで、前記超音波トランスデューサーによる対象物体の位置(対象物体までの距離及び対象物の方向)の検知は、前記複数の圧電素子に、位相制御された所定周波数のバースト波形電圧を印加して対象物体の方向へ音波を放射させ、対象物体に反射して戻ってきた音波を受信して、音波放射から反射波受信までの時間差に基づいて行う(なお、反射波の受信は、音波放射を行った超音波トランスデューサーによって行うことも可能であるし、又は、他の受信専用の超音波トランスデューサーによって行うことも可能である)。
 従って、前記圧電素子及び前記可撓性樹脂膜によって形成される振動体が発生する音波の導波路となる前記支持板の開口部内に塵埃や水滴等の異物が付着すると、安定した音波の放射及び/又は受信ができず、結果として、対象物体の正確な位置検出を行うことができなくなる。
 特に、前記超音波トランスデューサーが屋外で設置される場合には、塵埃や雨、雪などに起因する水滴等の異物が前記導波路内に侵入する危険性が高くなる。
特許第6776481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、放射音波及び/又は受信音波の通路への異物の付着を有効に防止乃至は低減できる超音波トランスデューサー及びその製造方法の提供を目的とする。
 前記目的を達成するために、本発明の第1態様は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有する剛性の支持板であって、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを提供する。
 本発明の第1態様に係る超音波トランスデューサーによれば、空気流路を介して導入される外部空気によって、放射音波及び/又は受信音波の通路への異物の付着を有効に防止乃至は低減でき、音波透過性を良好に維持することができる。
 前記第1態様において、好ましくは、前記空気流路は、前記音波通路を形成する前記支持板の内壁面において当該支持板の板面方向を向いて開口された空気噴出口を有し得る。
 前記第1態様において、好ましくは、前記空気流路は、一端側に前記支持板の外表面に開口された単一の空気導入口を有し、且つ、他端側に前記複数の音波通路のそれぞれに開口された複数の空気噴出口を有し得る。
 前記第1態様の第1形態においては、前記支持板には前記第1面に開いた溝が形成され、前記可撓性樹脂膜は、前記複数の空洞部に加えて前記溝を覆うように構成されて、前記空気流路は、前記支持板の溝と前記可撓性樹脂膜とによって形成される。
 前記第1態様の第2形態においては、前記支持板は、前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第1板体と、前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第2板体とを含み、前記第1及び第2板体が厚み方向に積層状態で固着されることによって形成される。
 この場合、前記第1及び第2板体の少なくとも一方には当接面に開いた溝が形成され、前記空気流路は、前記溝と前記溝を閉塞する前記第1及び第2板体の他方の当接面とによって形成される。
 前記目的を達成するために、本発明の第2態様は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有する剛性の支持板であって、前記第1及び第2面の間を貫通する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の導波路を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の導波路と同数の圧電素子とを備え、前記複数の導波路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを提供する。
 本発明の第2態様に係る超音波トランスデューサーによれば、空気流路を介して導入される外部空気によって、放射音波及び/又は受信音波の通路となる導波路への異物の付着を有効に防止乃至は低減でき、音波透過性を良好に維持することができる。
 前記第2態様において、好ましくは、前記空気流路は、前記導波路を形成する前記支持板の内壁面において当該支持板の板面方向を向いて開口された空気噴出口を有し得る。
 前記第2態様において、好ましくは、前記空気流路は、一端側に前記支持板の外表面に開口された単一の空気導入口を有し、且つ、他端側に前記複数の導波路のそれぞれに開口された複数の空気噴出口を有し得る。
 前記第2態様の一形態においては、前記支持板には前記第1面に開いた溝が形成され、前記可撓性樹脂膜は、前記複数の導波路に加えて前記溝を覆うように構成され、前記空気流路は、前記支持板の溝と前記可撓性樹脂膜とによって形成される。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第1の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第1面にハーフエッチングによって第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔のそれぞれに開口された溝を形成して第1板体を形成する工程と、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成して第2板体を形成する工程と、前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔及び前記溝を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された第1の製造方法を提供する。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第2の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部及び前記複数の導波路の合計深さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材の第1面にハーフエッチングによって前記複数の空洞部及び第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の空洞部のそれぞれに開口された溝を形成し、且つ、前記第1剛性部材の第1面又は第2面からエッチングによって前記複数の導波路を形成して前記支持板を形成する工程と、前記複数の空洞部及び前記溝を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された第2の製造方法を提供する。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第3の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面にハーフエッチングによって当該第2面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔のそれぞれに開口する溝を形成して第1板体を形成する工程と、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成して第2板体を形成する工程と、前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、前記溝及び前記第2板体の第1面が前記空気流路を形成するように構成された第3の製造方法を提供する。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第4の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成して第1板体を形成する工程と、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面にハーフエッチングによって当該第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐された溝を形成して第2板体を形成する工程と、前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、 前記溝及び前記第1板体の第2面が前記空気流路を形成するように構成された第4の製造方法を提供する。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第5の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面にハーフエッチングによって当該第2面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐して前記複数の貫通孔のそれぞれに開口する第1溝を形成して第1板体を形成する工程と、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面にハーフエッチングによって当該第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐する第2溝を形成して第2板体を形成する工程と、前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、前記第1板体の第2面を前記第2板体の第1面に固着させた状態において、前記第1及び第2溝が突き合わされて前記空気流路を形成するように構成された第5の製造方法を提供する。
 また、本発明は、厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1及び第2面の間を貫通する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の導波路を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の導波路と同数の圧電素子とを備え、前記複数の導波路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられている超音波トランスデューサーを製造する為の第6の製造方法であって、厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路を形成すると共に、前記剛性板材の第1面にハーフエッチングによって第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の導波路のそれぞれに開口された溝を形成して前記支持板を形成する支持板形成工程と、前記複数の導波路及び前記溝を覆うように可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板の第1面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された第6の製造方法を提供する。
 前記種々の製造方法は、さらに、前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子より厚みが大とされた下側封止板を用意し、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置するように前記下側封止板を接着剤によって前記可撓性樹脂膜に固着する下側封止板設置工程と、絶縁性ベース層、前記ベース層に設けられ、前記圧電素子における一対の第1及び第2電極にそれぞれ接続される第1及び第2配線を含む導体層、並びに、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層を含み、前記ベース層には前記第1及び第2配線の一部をそれぞれ露出させる第1配線/圧電素子接続用開口及び第2配線/圧電素子接続用開口が設けられている配線アッセンブリを用意する配線アッセンブリ用意工程と、前記ベース層を接着剤によって前記下側封止板に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、前記第1配線のうち前記第1配線/圧電素子接続用開口を介して露出する部分及び前記第2配線のうち前記第2配線/圧電素子接続用開口を介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子の第1及び第2電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程とを備え得る。
図1は、本発明の実施の形態1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における支持板の平面図である。 図3(a)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圧電素子の平面図であり、図3(b)は、図3(a)におけるIII-III線に沿った断面図である。 図4は、図1におけるIV-IV線に沿った、可撓性樹脂膜で覆われた状態の前記支持板の部分平面図である。 図5は、図4におけるV-V線に沿った断面図である。 図6は、図1におけるVI-VI線に沿った断面図である。 図7は、本発明の実施の形態2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8は、図7におけるVIII-VIII線に沿った断面図である。 図9は、前記実施の形態2の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10は、本発明の実施の形態3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11は、前記実施の形態3の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12は、前記実施の形態3の他の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。
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の部分縦断面図を示す。
 前記超音波トランスデューサー1Aは、主要構成部材として、厚み方向一方側の第1面10-1及び厚み方向他方側の第2面10-2を有する剛性の支持板10Aと、厚み方向一方側の第1面20-1及び厚み方向他方側の第2面20-2を有し、第2面20-2が前記支持板10Aの第1面10-1に固着された可撓性樹脂膜20と、前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に固着された複数の圧電素子30とを備えている。
 図2に、前記支持板10Aの平面図を示す。
 図1及び図2に示すように、前記支持板10Aには、一端側が第1面10-1に開口され且つ他端側が第2面10-2に開口された複数(本実施の形態においては3×11の33個)の導波路13が設けられている。
 本実施の形態においては、前記導波路13は、前記支持板10Aの厚み方向全域に亘って同一開口幅を有している。
 前記支持板10Aは、剛性を有する種々の部材によって形成することができ、ステンレス等の金属、好ましくは、金属よりも密度が小さく且つヤング率の高いSiC、Al等のセラミックス材料によって形成することができる。
 前記支持板10Aをセラミックス材料によって形成することにより、前記支持板10Aの共振周波数を可及的に高めることができる。
 前記可撓性樹脂膜20は、前記複数の導波路13を覆うように前記支持板10Aの第1面10-1に固着されている。
 前記可撓性樹脂膜20は、例えば、厚さ20μm~100μmのポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
 前記可撓性樹脂膜20は、接着剤又は熱圧着等の種々の方法によって前記支持板10Aに固着される。
 前記超音波トランスデューサー1Aは、前記複数の導波路13と同数(本実施の形態においては3×11の33個)の前記圧電素子30を有している。
 前記圧電素子30は、平面視において中央領域が対応する導波路13と重合し且つ周縁領域が前記支持板10Aの第1面10-1と重合するように、前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に固着されている。
 図3(a)に、前記圧電素子30の平面図を示す。
 また、図3(b)に、図3(a)におけるIII-III線に沿った断面図を示す。
 前記圧電素子30は、圧電素子本体32と、一対の第1及び第2電極とを有し、前記第1及び第2電極の間に電圧が印可されると伸縮するように構成されている。
 図3(a)及び(b)に示すように、本実施の形態においては、前記圧電素子30は2層の積層型とされている。
 積層型圧電素子は、単層型圧電素子に比して、同一電圧印可時に電界強度を高めることができ、印可電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
 詳しくは、前記圧電素子30は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材によって形成される前記圧電素子本体32と、前記圧電素子本体32を厚み方向に関し上方側の第1圧電部位32a及び下方側の第2圧電部位32bに区画する内側電極34と、前記第1圧電部位32aの上面の一部に固着された上面電極36と、前記第2圧電部位32bの下面に固着された下面電極37と、一端部が前記内側電極34に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極36とは絶縁状態で前記第1圧電部位32aの上面においてアクセス可能な内側電極端子34Tを形成する内側電極用接続部材35と、一端部が前記下面電極37に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極36及び前記内側電極34とは絶縁状態で前記第1圧電部位32aの上面においてアクセス可能な下面電極端子37Tを形成する下面電極用接続部材38とを有している。
 この場合、前記上面電極36及び前記下面電極37によって形成される外側電極が第1及び第2電極の一方として作用し、前記内側電極34が第1及び第2電極の他方として作用する。
 前記圧電素子30においては、前記第1及び第2圧電部位32a、32bは、分極方向が厚み方向に関し同一とされており、これにより、前記外側電極36、37及び前記内側電極34の間に所定の電圧を所定周波数で印可することによって、前記第1及び第2圧電部位32a、32bには互いに対して逆方向の電界が加わるようになっている。
 前述の通り、前記上面電極36及び前記下面電極37は互いに対して絶縁されており、従って、前記圧電素子30を作成する際には、前記上面電極36及び前記下面電極37の間に電圧を印可することによって、前記第1及び第2圧電部位32a、32bの分極方向を同一とすることができる。
 前記超音波トランスデューサー1Aにおいては、前記圧電素子30が超音波を発生する振動体として作用するが、この振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子30への印加電圧の周波数(駆動周波数)よりも大となるように構成されている。
 即ち、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー1Aにおけるように、振動体を形成する複数の圧電素子30が並列配置されているフェイズドアレイによって、数メートル先の物体を検知する為には、前記複数の圧電素子30から放射される音波の位相を精密に制御する必要がある。
 例えば、ステンレス等の剛性の支持板に直接的に複数の圧電素子が並列配置されている構成のフェイズドアレイにおいては、前記剛性支持板の剛性に抗して前記圧電素子を伸縮させ、それによって前記圧電素子及び前記剛性支持板によって形成される振動体を所定の振幅でたわみ振動させて、発生音圧の大きさを確保する必要がある。
 その為には、前記圧電素子への印可電圧の周波数(駆動周波数)を、当該圧電素子のたわみ振動の共振周波数の近傍に設定する必要がある。
 しかしながら、前記圧電素子への印可電圧に対する、当該圧電素子のたわみ振動の周波数応答は、当該振動体の共振周波数近傍において位相が大きく変化する。
 従って、フェイズドアレイセンサーとして機能させるべく、前記複数の圧電素子が発生する音波の位相を精密に制御する為には、前記複数の振動体間における共振周波数に関する「ばらつき」を極限まで抑制する必要があるが、これは非常に難しい。
 この点に関し、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、前述の通り、第1面10-1及び第2面10-2に開口された複数の導波路13が設けられた前記剛性の支持板10Aと、前記複数の導波路13を覆うように前記支持板10Aの第1面10-1に固着された可撓性樹脂膜20と、平面視において中央領域が対応する導波路13と重合し且つ周縁領域が前記支持板10Aの第1面10-1と重合するように前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に固着された前記複数の圧電素子30とを有している。
 斯かる構成によれば、前記圧電素子の共振周波数を、前記圧電素子30に印加する駆動電圧の周波数(例えば40kHz)よりも高く(例えば70kHzに)設定しても、振動体として作用する前記圧電素子30の振動振幅を十分に確保することができる。
 しかも、前記複数の振動体の共振周波数が前記圧電素子30に印加する駆動電圧の駆動周波数よりも高い場合には、前記複数の振動体間において共振周波数の「ばらつき」があったとしても、前記複数の振動体のたわみ振動の周波数応答の位相に大きな差異は生じない。
 従って、振動体として作用する前記複数の圧電素子30が発生する音波の位相を精密に制御することができる。
 図4に、図1におけるIV-IV線に沿った、前記支持板10A及び前記可撓性樹脂膜20の部分平面図を示す。
 また、図5に、図4におけるV-V線に沿った断面図を示す。
 図1、図2及び図4~図5に示すように、前記超音波トランスデューサー1Aには、前記複数の導波路13のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路100が設けられている。
 前記空気流路100を設けることにより、外部空気を前記複数の導波路13のそれぞれに導入して、前記導波路13内に塵埃や水分等の異物が付着す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5に示すように、前記空気流路100は、前記導波路13を形成する前記支持板10Aの内壁面14において当該支持板10Aの板面方向Lを向いて開口された空気噴出口102を有している。
 斯かる構成によれば、前記空気流路100を介して前記導波路13内に導入される外部空気によって、前記振動体が発生する音波の透過性が悪化することを有効に防止乃至は低減しつつ、前記空気流れを形成することができる。
 さらに、本実施の形態においては、図2、図4及び図5に示すように、前記空気流路100は、一端側に前記支持板10Aの外表面に開口された単一の空気導入口101を有し、且つ、他端側が分岐されて前記複数(本実施の形態においては3×11の33個)の導波路のそれぞれに開口された複数(本実施の形態においては33個)の空気噴出口102を有している。
 斯かる構成によれば、前記支持板10Aの大型化を防止しつつ、前記複数の導波路13のそれぞれへの外部空気の導入を行うことができる。
 また、ポンプ等の空気圧送手段からの空気を前記複数の導波路13のそれぞれに供給する場合において、単一の空気圧送手段からの空気を前記複数の導波路13へ効率的に供給することができる。
 本実施の形態においては、図5に示すように、前記支持板10Aには第1面10-1に開く溝105が形成されており、前記可撓性樹脂膜20は、前記導波路13に加えて、前記溝105を覆うように構成されている。
 即ち、本実施の形態においては、前記支持板10Aの第1面10-1に形成された溝105及び前記可撓性樹脂膜20が前記空気流路100を形成している。
 斯かる構成によれば、前記空気流路100の形成容易化を図ることができる。
 また、この構成によれば、前記空気流路100からの外部空気を前記可撓性樹脂膜20の近傍において前記導波路13内に導入させることができ、前記導波路13の全域に亘る外部空気の流れを現出させることができる。
 以下、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー1Aの任意構成部材について説明する。
 図1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1Aは、前記支持板10A、前記可撓性樹脂膜20及び前記複数の圧電素子30に加えて、任意構成部材として下側封止板40及び配線アッセンブリ150を有している。
 図6に、図1におけるVI-VI線に沿った断面図を示す。
 図6に示すように、前記下側封止板40は、前記複数の圧電素子30をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口42を有しており、前記下側封止板40は、平面視において前記複数の圧電素子30が前記複数の圧電素子用開口42内に位置するように前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に接着剤又は熱圧着等によって固着されている。
 図1に示すように、前記下側封止板40の厚さは、前記圧電素子30の厚さよりも大とされており、前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に固着された状態において前記下側封止板40の第1面が、前記圧電素子30における前記上面電極36、前記下面電極端子37T及び前記内側電極端子34T(図3参照)よりも前記可撓性樹脂膜20から離間されている。
 前記下側封止板40は、ステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等の剛性部材によって形成される。
 前記下側封止板40は、前記複数の圧電素子30を含む圧電素子群の側方を封止するとともに、前記配線アッセンブリ150が固着される基台として作用する。
 前記配線アッセンブリ150は、外部から供給される印可電圧を前記複数の圧電素子30へ伝達する為のものである。
 図1に示すように、前記配線アッセンブリ150は、前記下側封止板40に接着剤等によって固着される絶縁性ベース層160と、前記ベース層160に固着された導体層170と、前記導体層170を囲繞する絶縁性のカバー層180とを有している。
 前記ベース層160及び前記カバー層180は、例えば、ポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
 前記導体層170は、例えば、Cu等の導電性金属によって形成される。
 前記導体層170は、前記ベース層160上に積層された厚さ12~25μm程度のCu箔に対して不要部分をエッチング除去することによって形成可能である。
 好ましくは、前記導体層170を形成するCuの露出部分にNi/Auメッキを施すことができる。
 本実施の形態においては、前記導体層170は、前記圧電素子30の第1電極(本実施の形態においては外側電極36、37)及び第2電極(本実施の形態においては内側電極34)にそれぞれ接続される第1配線170a及び第2配線170bを含んでいる。
 前記ベース層160には、前記第1配線170aを対応する前記圧電素子30の第1電極に接続する為の第1配線/圧電素子接続用開口161aと、前記第2配線170bを対応する前記圧電素子30の第2電極に接続する為の第2配線/圧電素子接続用開口161bとが形成されている。
 本実施の形態においては、前述の通り、前記上面電極36及び前記下面電極37が前記第1電極として作用し且つ前記内側電極34が前記第2電極として作用している。
 従って、前記第1配線170aのうち前記第1配線/圧電素子接続用開口161aを介して露出する部分が前記上面電極36の一部及び前記下面電極端子37Tの双方に、例えば、導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続されている。
 そして、前記第2配線170bのうち前記第2配線/圧電素子接続用開口161bを介して露出する部分が前記内側電極端子34Tに、例えば、導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続されている。
 前記カバー層180には、前記第1及び第2配線170a、170bをそれぞれ外部に電気的に接続させる為の第1配線/外部接続用開口及び第2配線/外部接続用開口が設けられている。
 図1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1Aは、さらに、前記下側封止板40及び前記配線アッセンブリ150の上面に柔軟性樹脂55を介して固着された上側封止板60を有している。
 前記上側封止板60は、前記複数の圧電素子30のそれぞれに対応した位置に開口部65を有している。
 前記上側封止板60を備えることにより、前記振動体のたわみ振動動作への影響を可及的に防止しつつ、前記配線アッセンブリ150の支持安定化を図ることができる。
 前記上側封止板60は、例えば、厚さ0.1mm~0.3mmのステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
 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、前記上側封止板60の複数の開口部65を覆うように前記上側封止板60の上面に接着等によって固着された吸音材70を備えている。
 前記吸音材70は、例えば、厚さ0.3mm~1.5mm程度のシリコーン樹脂又は他の発泡性樹脂によって形成される。
 前記吸音材70を備えることにより、前記圧電素子30によって生成される音波が放射されるべき側(図1において下側)とは反対側へ放射されることを有効に抑制することができる。
 前記超音波トランスデューサー1Aは、さらに、前記吸音材70の上面に接着等によって固着された補強板75を備えている。
 前記補強板75は、例えば、厚さ0.2mm~0.5mm程度のステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
 前記補強板75を備えることにより、外力が前記基板10及び前記圧電素子30に影響を与えることを可及的に防止することができる。
 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、例えば、
 厚み方向一方側の第1面10-1及び他方側の第2面10-2の間の板厚が前記複数の導波路13の長さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路13を形成すると共に、前記剛性板材の第1面10-1にハーフエッチングによって第1面10-1に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の導波路13のそれぞれに開口された溝105を形成して前記支持板10Aを形成する支持板形成工程と、
 前記複数の導波路13及び前記溝105を覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板10Aの第1面10-1に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記導波路13と重合し且つ周縁領域が前記支持板10Aと重合するように複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記溝105及び前記可撓性樹脂膜20が前記空気流路100を形成するように構成された製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法は、さらに、
 前記複数の圧電素子30をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口42を有し且つ前記圧電素子30より厚みが大とされた前記下側封止板40を用意し、平面視において前記複数の圧電素子30が前記複数の圧電素子用開口42内に位置するように前記下側封止板40を接着剤によって前記可撓性樹脂膜20に固着する下側封止板設置工程と、
 絶縁性ベース層160、前記ベース層160に設けられ、前記圧電素子30における一対の第1及び第2電極にそれぞれ接続される第1及び第2配線170a、170bを含む導体層170、並びに、前記導体層170を囲繞する絶縁性のカバー層180を含み、前記ベース層160には前記第1及び第2配線170a、170bの一部をそれぞれ露出させる第1配線/圧電素子接続用開口161a及び第2配線/圧電素子接続用開口161bが設けられている前記配線アッセンブリ150を用意する配線アッセンブリ用意工程と、
 前記ベース層160を接着剤によって前記下側封止板40に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
 前記第1配線170aのうち前記第1配線/圧電素子接続用開口161aを介して露出する部分及び前記第2配線170bのうち前記第2配線/圧電素子接続用開口161bを介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子30の第1及び第2電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程とを備えることができる。
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7に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aの部分縦断面図を示す。
 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7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2Aは、前記支持板10Aが支持板110Aに変更されている点において、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。
 即ち、前記超音波トランスデューサー2Aは、主要構成部材として、厚み方向一方側の第1面110-1及び厚み方向他方側の第2面110-2を有する剛性の前記支持板110Aと、前記支持板110Aの第1面110-1に固着された前記可撓性樹脂膜20と、前記可撓性樹脂膜20の第1面20-1に固着された複数の圧電素子30とを備えている。
 前記支持板110Aには、前記第1面110-1に開口された複数の空洞部120と、前記空洞部120よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部120の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面110-2に開口された複数の導波路125とが設けられている。
 前記空洞部120及び前記導波路125が、前記圧電素子30が発生及び/又は受信する音波の通路を形成している。
 前記空洞部120は、平面視において前記圧電素子30の中央領域と重合し、且つ、平面視において前記圧電素子30の周縁領域が当該空洞部120を囲繞するように、開口幅が設定されている。
 前記導波路125は、前記空洞部120の底面に開口された筒状部126と、前記支持板110Aの第2面110-2に開口されたホーン部128とを有している。
 図7に示すように、前記筒状部126は、開口幅が前記空洞部120より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされた筒状とされている。
 前記ホーン部128は、厚み方向に関し前記筒状部126に連通する端部から前記支持板100Aの第2面110-2に開口された端部(音波放射口)へ近接するに従って、開口幅が大とされたホーン形状とされている。
 斯かる構成の前記超音波トランスデューサー2Aによれば、前記圧電素子30及び前記可撓性樹脂膜20によって形成される振動体から放射される音波の音圧レベルを高くすることができる。
 図8に、図7におけるVIII-VIII線に沿った前記支持板101Aの断面図を示す。
 図7及び図8に示すように、前記支持板110Aには、前記複数の空洞部120及び前記複数の導波路125によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路200が設けられている。
 本実施の形態に係る超音波トランスデューサー2Aにおいても、前記実施の形態1におけると同様、前記空気流路200を介して導入される外部空気によって、前記音波通路内に塵埃や水分等の異物が付着することを有効に防止乃至は低減できる。
 図7に示すように、前記空気流路200は、前記音波通路を形成する前記支持板110Aの内壁面114において当該支持板110Aの板面方向?を向いて開口された空気噴出口202を有している。
 斯かる構成によれば、前記空気流路200を介して前記音波通路内に導入される外部空気によって、前記振動体が発生又は受信する音波の透過性が悪化することを有効に防止乃至は低減しつつ、前記空気流れを形成することができる。
 前記実施の形態1における前記空気流路100と同様に、前記空気流路200は、一端側に前記支持板110Aの外表面に開口された単一の空気導入口201を有し、且つ、他端側が分岐されて前記複数(本実施の形態においては3×11の33個)の音波通路のそれぞれに開口された複数(本実施の形態においては33個)の空気噴出口202を有している。
 図7に示すように、本実施の形態においては、前記支持板110Aには第1面に開いた状態で、一端側が外側面に開口され且つ他端側が対応する前記空洞部120に開口された溝205が形成されており、前記溝205と前記空洞部120と共に当該溝205を覆う前記可撓性樹脂膜20とが前記空気流路200を形成している。
 斯かる構成によれば、前記空気流路200の形成容易化を図りつつ、前記空気流路200からの外部空気を前記可撓性樹脂膜20の近傍において前記空洞部120内に導入させることができ、前記空洞部120及び前記導波路125によって形成される音波通路の全域に亘るような前記空気流路200によって導入される外部空気の流れを現出させることができる。
 図7に示すように、本実施の形態においては、前記支持板110Aは、厚み方向一方側の第1面111-1及び他方側の第2面111-2の間の板厚が前記複数の空洞部120の深さと同一とされ、前記複数の空洞部120と同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面111-1、111-2の間を貫通する複数の貫通孔111aが形成された第1板体111と、厚み方向一方側の第1面112-1及び他方側の第2面112-2の間の板厚が前記複数の導波路125の長さと同一とされ、前記複数の導波路125のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔112aが形成された第2板体112とを有し、前記第1板体111の第2面111-2が第2板体112の第1面112-1に当接された状態で前記第1及び第2板体111、112が固着されて形成されている。
 そして、前記第1板体111の第1面111-1(前記第2板体112とは反対側の表面)に前記空気流路200を形成する前記溝205が設けられている。
 前記第1及び第2板体111、112は、剛性を有する種々の部材によって形成することができ、ステンレス等の金属、好ましくは、金属よりも密度が小さく且つヤング率の高いSiC、Al等のセラミックス材料によって形成することができる。
 前記超音波トランスデューサー2Aは、例えば、
 厚み方向一方側の第1面111-1及び他方側の第2面111-2の間の板厚が前記複数の空洞部120の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部120のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面111-1、111-2の間を貫通する複数の貫通孔111aを形成すると共に、前記第1剛性板材の第1面にハーフエッチングによって第1面111-1に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔111aのそれぞれに開口された溝205を形成して前記第1板体111を形成する工程と、
 厚み方向一方側の第1面112-1及び他方側の第2面112-2の間の板厚が前記複数の導波路125の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路125のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔112aを形成して前記第2板体112を形成する工程と、
 前記第1板体111の第2面111-2を接着材によって前記第2板体112の第1面112-1に接着して、前記支持板110Aを形成する工程と、
 前記第1板体111に形成された前記複数の貫通孔111a及び前記溝205を覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板110Aに固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記空洞部120と重合し且つ周縁領域が前記支持板110Aと重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記溝205及び前記可撓性樹脂膜205が前記空気流路200を形成している製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法も、さらに、前記下側封止板設置工程と、前記配線アッセンブリ用意工程と、前記配線アッセンブリ固着工程と、前記電気接続工程とを備えることができる。
 なお、本実施の形態においては、前述の通り、前記支持板110Aは、互いに対して別体とされた第1及び第2板体111、112を有し、前記第1及び第2板体111、112が積層状態で固着されることによって形成されているが、前記支持板110Aに代えて、単一の剛性板材によって形成された支持板110Bを用いることも可能である。
 図9に、前記支持板を備えた、本実施の形態の変形例に係る超音波トランスデューサー2Bの部分縦断面図を示す。
 前記変形例に係る超音波トランスデューサー2Bは、例えば、
 厚み方向一方側の第1面110-1及び他方側の第2面110-2の間の板厚が前記複数の空洞部120及び前記複数の導波路125の合計深さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材の第1面にハーフエッチングによって前記複数の空洞部120及び第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の空洞部120のそれぞれに開口された溝205を形成し、且つ、前記第1剛性部材の第1面又は第2面からエッチングによって前記複数の導波路125を形成して前記支持板110Bを形成する工程と、
 前記複数の空洞部120及び前記溝125を覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板110Bに固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記空洞部125と重合し且つ周縁領域が前記支持板110Bと重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記溝205及び前記可撓性樹脂膜20が前記空気流路200を形成するように構成された製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法も、さらに、前記下側封止板設置工程と、前記配線アッセンブリ用意工程と、前記配線アッセンブリ固着工程と、前記電気接続工程とを備えることができる。
 図9に示す前記超音波トランスデューサー2Bの製造方法においては、前記導波路125が前記ホーン部128を有する場合には、前記ホーン部128は前記剛性部材の第2面110-2からのハーフエッチングによって形成される。
 前記筒状部126は、前記剛性部材の第1面110-1からのハーフエッチングによって前記空洞部120を形成する際に第1面110-1からのエッチングによって形成することも可能であるし、又は、前記剛性部材の第2面110-2からのハーフエッチングによって前記ホーン部128を形成する際に第2面110-2からのエッチングによって形成することも可能である。
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10に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー3Aの部分縦断面図を示す。
 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。
 本実施の形態に係る超音波トランスデューサー3Aは、前記支持板110Aが支持板210Aに変更されている点において、前記実施の形態2に係る超音波トランスデューサー2Aと相違している。
 前記支持板210Aは、前記複数の空洞部120が設けられた前記第1板体111及び前記複数の導波路125が設けられた前記第2板体112を有する点においては、前記支持板110Aと共通している。
 その一方で、前記支持板210Aは、前記空気流路200が前記第1及び第2板体111、112の間に設けられている点において、前記支持板110Aと相違している。
 即ち、本実施の形態においては、前記第1板体111に、第2面111-2に開いた状態で、一端側が外側面に開口され且つ他端側が対応する前記空洞部120に開口された溝205が形成されている。
 そして、前記溝205は、前記第1板体111の第2面111-2が前記第2板体112の第1面112-1に重合された状態において、前記第2板体112の第1面112-1によって覆われるようになっており、前記溝205及び前記第2板体112の第1面112-1が前記空気流路200を形成している。
 前記超音波トランスデューサー3Aは、例えば、
 厚み方向一方側の第1面111-1及び他方側の第2面111-2の間の板厚が前記複数の空洞部120の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部120のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面111-1、111-2の間を貫通する複数の貫通孔111aを形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面111-2にハーフエッチングによって当該第2面111-2に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔111aのそれぞれに開口された溝205を形成して前記第1板体111を形成する工程と、
 厚み方向一方側の第1面112-1及び他方側の第2面112-2の間の板厚が前記複数の導波路125の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路125のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔112aを形成して前記第2板体112を形成する工程と、
 前記第1板体111の第2面111-2を接着材によって前記第2板体112の第1面112-1に接着して、前記支持板210Aを形成する工程と、
 前記第1板体111に形成された前記複数の貫通孔111aを覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板210Aに固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記空洞部120と重合し且つ周縁領域が前記支持板210Aと重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記溝205及び前記第2板体112の第1面112-1が前記空気流路200を形成している製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法も、さらに、前記下側封止板設置工程と、前記配線アッセンブリ用意工程と、前記配線アッセンブリ固着工程と、前記電気接続工程とを備えることができる。
 なお、本実施の形態においては、前記溝205が前記第1板体111の第2面111-2に形成されているが、これに代えて、前記溝205を前記第2板体112の第1面112-1に形成することも可能である。
 図11に、斯かる変更を加えた、本実施の形態の変形例に係る超音波トランスデューサー210Bの部分縦断面図を示す。
 図11に示すように、前記変形例に係る超音波トランスデューサー210Bにおいては、前記第2板体112に、第1面112-1に開いた状態で、一端側が外側面に開口され且つ他端側が対応する前記空洞部120又は前記導波路125に開口するように前記溝205が形成されている。
 前記溝205は、前記第1板体111の第2面111-2が前記第2板体112の第1面112-1に重合された状態において、前記第1板体111の第2面111-2によって覆われるようになっており、前記溝205及び前記第1板体111の第2面111-2が前記空気流路200を形成している。
 前記超音波トランスデューサー3Bは、例えば、
 厚み方向一方側の第1面111-1及び他方側の第2面111-2の間の板厚が前記複数の空洞部120の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部120のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面111-1、111-2の間を貫通する複数の貫通孔111aを形成して前記第1板体111を形成する工程と、
 厚み方向一方側の第1面112-1及び他方側の第2面112-2の間の板厚が前記複数の導波路125の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路125のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔112aを形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面112-1にハーフエッチングによって当該第1面112-1に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐された溝205を形成して前記第2板体112を形成する工程と、
 前記第1板体111の第2面111-2を接着材によって前記第2板体112の第1面112-1に接着して、前記支持板210Bを形成する工程と、
 前記第1板体111に形成された前記複数の貫通孔111aを覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板210Bに固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記空洞部120と重合し且つ周縁領域が前記支持板210Bと重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記溝205及び前記第1板体111の第2面111-2が前記空気流路200を形成するように構成されている製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法も、さらに、前記下側封止板設置工程と、前記配線アッセンブリ用意工程と、前記配線アッセンブリ固着工程と、前記電気接続工程とを備えることができる。
 なお、前記支持体210A、210Bに代えて、前記溝205が前記第1板体111の第2面111-2及び前記第2板体112の第1面112-1の双方に形成されてなる支持体210Cを備えることも可能である。
 図12に、斯かる変更を加えた、本実施の形態の他の変形例に係る超音波トランスデューサー3Cの部分縦断面図を示す。
 前記超音波トランスデューサー3Cは、例えば、
 厚み方向一方側の第1面111-1及び他方側の第2面111-2の間の板厚が前記複数の空洞部120の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部120のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面111-1、111-2の間を貫通する複数の貫通孔111aを形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面111-2にハーフエッチングによって当該第2面1111-2に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔111aのそれぞれに開口された第1溝205aを形成して前記第1板体111を形成する工程と、
 厚み方向一方側の第1面112-1及び他方側の第2面112-2の間の板厚が前記複数の導波路125の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路125のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔112aを形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面112-1にハーフエッチングによって当該第1面112-1に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐された第2溝205bを形成して前記第2板体112を形成する工程と、
 前記第1板体111の第2面111-2を接着材によって前記第2板体112の第1面112-1に接着して、前記支持板210Cを形成する工程と、
 前記第1板体111に形成された前記複数の貫通孔111aを覆うように前記可撓性樹脂膜20を接着剤又は熱圧着によって前記支持板210Cに固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
 平面視において中央領域が対応する前記空洞部120と重合し且つ周縁領域が前記支持板210Cと重合するように前記複数の圧電素子30を前記可撓性樹脂膜20に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
 前記第1板体111の第2面111-2を前記第2板体112の第1面112-1に固着させた状態において、前記第1及び第2溝205a、205bが突き合わされて前記空気流路200を形成するように構成された製造方法によって製造することができる。
 前記製造方法も、さらに、前記下側封止板設置工程と、前記配線アッセンブリ用意工程と、前記配線アッセンブリ固着工程と、前記電気接続工程とを備えることができる。
1A~3C    超音波トランスデューサー
10A、110A~110B、210A~210C  支持板
10-1、110-1     支持板の第1面
10-2、110-2     支持板の第2面
13、125         導波路
20       可撓性樹脂膜
30       圧電素子
40       下側封止板
100、200  空気流路
101、201  空気導入口
102、202  空気噴出口
105、205  溝
111      第1板体
112      第2板体
120      空洞部
160      ベース層
161a     第1配線/圧電素子接続用開口
161b     第2配線/圧電素子接続用開口
170      導体層
170a、b   第1及び第2配線
180      カバー層

Claims (16)

  1.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有する剛性の支持板であって、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、
     前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、
     平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、
     前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられていることを特徴とする超音波トランスデューサー。
  2.  前記空気流路は、前記音波通路を形成する前記支持板の内壁面において当該支持板の板面方向を向いて開口された空気噴出口を有し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.  前記空気流路は、一端側に前記支持板の外表面に開口された単一の空気導入口を有し、且つ、他端側に前記複数の音波通路のそれぞれに開口された複数の空気噴出口を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波トランスデューサー。
  4.  前記支持板には前記第1面に開いた溝が形成され、
     前記可撓性樹脂膜は、前記複数の空洞部に加えて前記溝を覆うように構成されており、
     前記空気流路は、前記支持板の溝と前記可撓性樹脂膜とによって形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  5.  前記支持板は、前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第1板体と、前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第2板体とを含み、前記第1及び第2板体が厚み方向に積層状態で固着されており、
     前記第1及び第2板体の少なくとも一方には当接面に開いた溝が形成されており、
     前記空気流路は、前記溝と前記溝を閉塞する前記第1及び第2板体の他方の当接面とによって形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  6.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有する剛性の支持板であって、前記第1及び第2面の間を貫通する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、
     前記複数の導波路を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、
     平面視において中央領域が対応する導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の導波路と同数の圧電素子とを備え、
     前記複数の導波路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路が設けられていることを特徴とする超音波トランスデューサー。
  7.  前記空気流路は、前記導波路を形成する前記支持板の内壁面において当該支持板の板面方向を向いて開口された空気噴出口を有していることを特徴とする請求項6に記載の超音波トランスデューサー。
  8.  前記空気流路は、一端側に前記支持板の外表面に開口された単一の空気導入口を有し、且つ、他端側に前記複数の導波路のそれぞれに開口された複数の空気噴出口を有していることを特徴とする請求項6又は7に記載の超音波トランスデューサー。
  9.  前記支持板には前記第1面に開いた溝が形成され、
     前記可撓性樹脂膜は、前記複数の導波路に加えて前記溝を覆うように構成されており、
     前記空気流路は、前記支持板の溝と前記可撓性樹脂膜とによって形成されていることを特徴とする請求項6から8の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  10.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第1面にハーフエッチングによって第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔のそれぞれに開口された溝を形成して第1板体を形成する工程と、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成して第2板体を形成する工程と、
     前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、
     前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔及び前記溝を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された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。
  11.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部及び前記複数の導波路の合計深さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材の第1面にハーフエッチングによって前記複数の空洞部及び第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の空洞部のそれぞれに開口された溝を形成し、且つ、前記第1剛性部材の第1面又は第2面からエッチングによって前記複数の導波路を形成して前記支持板を形成する工程と、
     前記複数の空洞部及び前記溝を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された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。
  12.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面にハーフエッチングによって当該第2面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の貫通孔のそれぞれに開口する溝を形成して第1板体を形成する工程と、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成して第2板体を形成する工程と、
     前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、
     前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記溝及び前記第2板体の第1面が前記空気流路を形成するように構成された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。
  13.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成して第1板体を形成する工程と、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面にハーフエッチングによって当該第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐された溝を形成して第2板体を形成する工程と、
     前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、
     前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記溝及び前記第1板体の第2面が前記空気流路を形成するように構成された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。
  14.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1面に開口された複数の空洞部及び前記空洞部よりも開口幅が小とされた一端側の第1端部が対応する前記空洞部の底面に開口され且つ他端側の第2端部が前記第2面に開口された複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の空洞部を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の空洞部と同数の圧電素子とを備え、前記複数の空洞部及び前記複数の導波路によって形成される複数の音波通路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の空洞部の深さと同一とされた第1剛性板材を用意し、前記第1剛性板材にエッチングによって前記複数の空洞部のそれぞれと同一開口幅を有する状態で前記第1及び第2面の間を貫通する複数の貫通孔を形成すると共に、前記第1剛性板材の第2面にハーフエッチングによって当該第2面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐して前記複数の貫通孔のそれぞれに開口する第1溝を形成して第1板体を形成する工程と、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた第2剛性板材を用意し、前記第2剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成すると共に、前記第2剛性部材の第1面にハーフエッチングによって当該第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口し且つ他端側が複数に分岐する第2溝を形成して第2板体を形成する工程と、
     前記第1板体の第2面を接着材によって前記第2板体の第1面に接着して、前記支持板を形成する工程と、
     前記第1板体に形成された前記複数の貫通孔を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記空洞部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記第1板体の第2面を前記第2板体の第1面に固着させた状態において、前記第1及び第2溝が突き合わされて前記空気流路を形成するように構成された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。
  15.  厚み方向一方側の第1面及び厚み方向他方側の第2面を有し、前記第1及び第2面の間を貫通する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の導波路を覆うように前記支持板の第1面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第1面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の導波路と同数の圧電素子とを備え、前記複数の導波路のそれぞれへ外部空気を導入可能な空気流路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、
     厚み方向一方側の第1面及び他方側の第2面の間の板厚が前記複数の導波路の長さと同一とされた剛性板材を用意し、前記剛性板材にエッチングによって前記複数の導波路を形成すると共に、前記剛性板材の第1面にハーフエッチングによって第1面に開いた状態で一端側が外側面に開口され且つ他端側が複数に分岐されて前記複数の導波路のそれぞれに開口された溝を形成して前記支持板を形成する支持板形成工程と、
     前記複数の導波路及び前記溝を覆うように可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板の第1面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
     平面視において中央領域が対応する前記導波路と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程とを備え、
     前記溝及び前記可撓性樹脂膜が前記空気流路を形成するように構成された超音波トランスデューサーの製造方法。
  16.  前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子より厚みが大とされた下側封止板を用意し、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置するように前記下側封止板を接着剤によって前記可撓性樹脂膜に固着する下側封止板設置工程と、
     絶縁性ベース層、前記ベース層に設けられ、前記圧電素子における一対の第1及び第2電極にそれぞれ接続される第1及び第2配線を含む導体層、並びに、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層を含み、前記ベース層には前記第1及び第2配線の一部をそれぞれ露出させる第1配線/圧電素子接続用開口及び第2配線/圧電素子接続用開口が設けられている配線アッセンブリを用意する配線アッセンブリ用意工程と、
     前記ベース層を接着剤によって前記下側封止板に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
     前記第1配線のうち前記第1配線/圧電素子接続用開口を介して露出する部分及び前記第2配線のうち前記第2配線/圧電素子接続用開口を介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子の第1及び第2電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程とを備えることを特徴とする請求項10から15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。
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