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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6552149
(24)【登録日】2019年7月12日
(45)【発行日】2019年7月31日
(54)【発明の名称】超音波トランスデューサー及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20190722BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20190722BHJP
G01S 7/521 20060101ALI20190722BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00 330H
H04R17/00 330J
H04R17/00 332A
H04R31/00 330
G01S7/521 A
【請求項の数】36
【全頁数】46
(21)【出願番号】特願2019-529658(P2019-529658)
(86)(22)【出願日】2019年2月18日
(86)【国際出願番号】JP2019005744
【審査請求日】2019年5月31日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000175722
【氏名又は名称】サンコール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001597
【氏名又は名称】特許業務法人アローレインターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】高杉 知
【審査官】
大石 剛
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１７−９９５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／０９９６９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０３３６０９５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｓ ７／５２１
Ｈ０４Ｒ １７／００
Ｈ０４Ｒ ３１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材とを備え、
前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、
前記低剛性領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して低剛性とされ、
前記境界領域は、一の拘束領域及び外方領域を分断するスリット部と、一の拘束領域を外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、
前記封止部材は、前記複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲むように配置された複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有していることを特徴とする超音波トランスデューサー。
前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材とを備え、
前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、
前記低剛性領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して低剛性とされ、
前記境界領域は、一の拘束領域及び外方領域を分断するスリット部と、一の拘束領域を外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、
前記封止部材は、前記複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲むように配置された複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有していることを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項2】
前記封止部材は、第１高分子材料によって形成され、前記充填部及び前記筒状部を一体形成する第１封止部材と、第２高分子材料によって形成され、前記閉塞部を形成する第２封止部材とを含む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。
【請求項3】
前記第１高分子材料は、硬化前の状態を基準にして、前記第２高分子材料よりも低粘度とされ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。
【請求項4】
前記複数の筒状部、前記閉塞部及び前記充填部は、同一の高分子材料で一体形成され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。
【請求項5】
前記低剛性領域は、前記弾性板の第１面に開く溝を有していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項6】
前記低剛性領域は、前記振動領域及び前記拘束領域の間を分断する開口部と、前記振動領域及び前記拘束領域の間を連結する連結部とを含み、前記開口部及び前記連結部は前記振動領域の外周縁に沿って交互に設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項7】
前記低剛性領域は、第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された凹状薄肉領域とされており、
前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合する中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含み、
前記中央部における下面電極層が前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着され、且つ、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的且つ機械的に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合する中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含み、
前記中央部における下面電極層が前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着され、且つ、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的且つ機械的に接続されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項8】
前記薄肉領域の底面には前記振動領域の第１面よりも低い隆起部であって、当該薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、
前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的且つ機械的に接続する前記導電性接着剤は前記接着剤滞留領域内に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超音波トランスデューサー。
前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的且つ機械的に接続する前記導電性接着剤は前記接着剤滞留領域内に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項9】
前記振動領域、前記低剛性領域及び前記境界領域の第１面を開放するように前記弾性板の第１面に固着された質量部材を備え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。
【請求項10】
前記質量部材及び前記筒状部は、上端部が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間するように設けられ、
前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように前記質量部材及び前記筒状部を覆っており、
前記弾性板の第１面、前記質量部材及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波トランスデューサー。
前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように前記質量部材及び前記筒状部を覆っており、
前記弾性板の第１面、前記質量部材及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項11】
前記筒状部は、上端部が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間するように設けられ、且つ、前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように設けられており、
前記弾性板の第１面、前記筒状部及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填されていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記弾性板の第１面、前記筒状部及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填されていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項12】
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。
【請求項13】
前記防護部材の外表面には、前記開口に対応した位置に貫通孔が設けられた剛性の防護板が固着され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。
【請求項14】
前記閉塞部の外表面には剛性の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１３の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項15】
前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材と、
前記防護部材の外表面に設けられた剛性の防護板であって、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた防護板と、
前記閉塞部の外表面に設けられた剛性の補強板とを備え、
前記防護板は、前記防護部材の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板は、前記閉塞部の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板の延在部及び前記防護板の延在部がスペーサを介して連結されていることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記防護部材の外表面に設けられた剛性の防護板であって、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた防護板と、
前記閉塞部の外表面に設けられた剛性の補強板とを備え、
前記防護板は、前記防護部材の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板は、前記閉塞部の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有し、
前記補強板の延在部及び前記防護板の延在部がスペーサを介して連結されていることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項16】
前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材と、
前記防護部材の外表面に沿って延び、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた端壁部並びに前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部を含む防護容器と、
前記閉塞部の外表面を覆った状態で前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記周壁部に連結される補強板とを備えることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記防護部材の外表面に沿って延び、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた端壁部並びに前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部を含む防護容器と、
前記閉塞部の外表面を覆った状態で前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記周壁部に連結される補強板とを備えることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項17】
前記補強板には、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項18】
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１７の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記圧電素子は、圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有し、
前記弾性板には、前記第１面上に設けられる絶縁層及び前記絶縁層上に積層される複数の配線導体を含む配線体が設けられ、
前記下面電極層は導電性接着剤によって前記弾性板の第１面に機械的且つ電気的に接合され、前記上面電極層は導電性接着剤又ははんだによって対応する前記配線導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から１７の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項19】
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１８に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項20】
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１９の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
前記スリット部は、前記一の拘束領域内の振動領域に装着される一の圧電素子の第２板面方向両側に位置し、前記第１板面方向に沿って延びる一対の第１板面方向スリットと、前記一の圧電素子の第１板面方向両側に位置し、前記第２板面方向に沿って延びる一対の第２板面方向スリットとを含み、
前記一対の第１板面方向スリットは前記一の圧電素子の第１板面方向長さよりも長く且つ前記一対の第２板面方向スリットは前記一対の圧電素子の第２板面方向長さよりも長いものとされ、
周方向に隣接する前記第１板面方向スリット及び前記第２板面方向スリットの端部同士の間によって画される４箇所が前記ブリッジ部を形成していることを特徴とする請求項１から１９の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項21】
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２０に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項22】
板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、平面視において一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有し、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している超音波トランスデューサーの製造方法であって、
前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、
前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、
前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、
前記第１封止部材設置工程は、前記筒状部を設けるべき領域を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠を設置する処理と、前記弾性板の第１面の側から前記筒状部用型枠内に第１高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを含む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。
前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、
前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、
前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、
前記第１封止部材設置工程は、前記筒状部を設けるべき領域を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠を設置する処理と、前記弾性板の第１面の側から前記筒状部用型枠内に第１高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを含むことを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項23】
前記第１封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第２封止部材設置工程の前に、前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程がさらに備えられていることを特徴とする請求項２２に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項24】
前記第２封止部材設置工程は、前記筒状部及び前記吸音材の上面に、硬化前の状態を基準にして、第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項25】
板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体と、前記弾性板の第１面に固着された質量部材と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、平面視において前記複数の拘束領域の全体を囲むベース領域と、隣接する一の拘束領域及び他の拘束領域の間並びに隣接する拘束領域及びベース領域の間に位置し、前記複数の拘束領域のそれぞれの境界を画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域を周囲から分断するスリット部と、前記一の拘束領域を周囲に機械的に連結するブリッジ部とを有し、前記質量部材は、前記複数の拘束領域にそれぞれ固着される複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域に固着されるベース領域用質量部材とを含み、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している超音波トランスデューサーの製造方法であって、
前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、
前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、
前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
前記複数の拘束領域のそれぞれに前記拘束領域用質量部材を固着する処理及び前記ベース領域に前記ベース領域用質量部材を固着する処理を含む質量部材設置工程と、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、
前記第１封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の間、並びに、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の間に、前記弾性板の第１面の側から第１高分子材料を塗布し、硬化させる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。
前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、
前記配線体を設置する配線体設置工程と、
前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、
前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、
前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、
前記複数の拘束領域のそれぞれに前記拘束領域用質量部材を固着する処理及び前記ベース領域に前記ベース領域用質量部材を固着する処理を含む質量部材設置工程と、
前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、
前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、
前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程は任意の順番に実行可能とされ、
前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、
前記第１封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の間、並びに、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の間に、前記弾性板の第１面の側から第１高分子材料を塗布し、硬化させることを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項26】
前記質量部材設置工程は、前記複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域用質量部材と、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域間ブリッジと、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域／ベース領域間ブリッジとを含む質量板を用意する処理と、前記質量板を前記弾性板の第１面の所定位置に固着する処理と、前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジを切断して、前記複数の拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材を分離させる処理とを有していることを特徴とする請求項２５に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項27】
前記質量板を用意する処理は、前記拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材の高さに応じた厚みを有する板状金属ブロックを用意する処理と、前記金属ブロックの一方側の表面から前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジに対応した領域をハーフエッチングする処理とを含むことを特徴とする請求項２６に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項28】
前記第１封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第２封止部材設置工程の前に、一の拘束領域用質量部材によって囲まれる空間内において前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程がさらに備えられていることを特徴とする請求項２５から２７の何れに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項29】
前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する前、又は、後の何れかに、平面視において前記防護部材に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、前記防護部材の開口を外方に連通させる貫通孔が設けられた防護板を用意し、前記防護板の中央部を、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記防護部材の外表面に固着する防護板設置工程と、
平面視において前記弾性板に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、当該補強板の延在部及び前記防護板の延在部をスペーサを介して連結する補強板設置工程とを備え、
前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項２５から２８の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
平面視において前記弾性板に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、当該補強板の延在部及び前記防護板の延在部をスペーサを介して連結する補強板設置工程とを備え、
前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項２５から２８の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項30】
前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する前、又は、後の何れかに、前記防護部材の外表面に沿って延び前記防護部材の開口に対応した貫通孔が設けられた端壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部とを有する防護容器を用意し、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記端壁部を前記防護部材の外表面に固着させる防護容器設置工程と、
前記弾性板に沿って延び、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記補強板を前記周壁部に連結する補強板設置工程とを備え、
前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項２５から２８の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
前記弾性板に沿って延び、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記補強板を前記周壁部に連結する補強板設置工程とを備え、
前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成されていることを特徴とする請求項２５から２８の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項31】
前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周との間に間隙を存する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞しており、
前記第２封止部材設置工程は、第２高分子材料を、平面視において前記弾性板の上方に位置する領域に加えて、前記防護容器の周壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周との間の間隙にも塗布するように構成されていることを特徴とする請求項３０に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
前記第２封止部材設置工程は、第２高分子材料を、平面視において前記弾性板の上方に位置する領域に加えて、前記防護容器の周壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周との間の間隙にも塗布するように構成されていることを特徴とする請求項３０に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項32】
前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周に接する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞していることを特徴とする請求項３０に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項33】
前記低剛性領域は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられた前記第１面の側に開く溝、又は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられた複数の開口部であって、周方向に隣接する開口部の間に連結部が残された複数の開口部とされており、
前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記低剛性領域の前記溝又は前記複数の開口部を形成することを特徴とする請求項２２から３２の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記低剛性領域の前記溝又は前記複数の開口部を形成することを特徴とする請求項２２から３２の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項34】
前記低剛性領域は、当該低剛性領域の第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く凹状の薄肉領域とされており、
前記薄肉領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、
前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有しており、
前記弾性板エッチング工程は、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成するフルエッチング処理と、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って凹状薄肉領域である前記低剛性領域を形成するハーフエッチング処理とを含み、
前記ハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く凹状薄肉領域としつつ、前記凹状薄肉領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成されていることを特徴とする請求項２２から３２の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
前記薄肉領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、
前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有しており、
前記弾性板エッチング工程は、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成するフルエッチング処理と、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って凹状薄肉領域である前記低剛性領域を形成するハーフエッチング処理とを含み、
前記ハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く凹状薄肉領域としつつ、前記凹状薄肉領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成されていることを特徴とする請求項２２から３２の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項35】
前記配線体設置工程は、前記弾性板の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成するように構成されていることを特徴とする請求項２２から３４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。
【請求項36】
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２２から３５の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだは、当該導電性接着剤又は当該はんだと前記弾性板の第１面との間に前記絶縁性樹脂が介挿された状態で、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に電気的に接続していることを特徴とする請求項２２から３５の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。【背景技術】
【0002】
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。【0003】
即ち、複数の振動体間においてグレーティングローブ現象が発生することを抑制する為には、前記複数の振動体の配列ピッチを当該振動体が放射する超音波の波長λの１／２以下にする必要がある。【0004】
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。【0005】
周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚとしつつ、グレーティングローブ現象の発生を抑制する為には、複数の振動体の配列ピッチを８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。【0006】
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。【0007】
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。【0008】
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。【0009】
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。
【0010】
前記第１従来構成とは異なる構成として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造した複数の振動体を備えた超音波トランスデューサー（以下、第２従来構成という）が提案されている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。【0011】
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。【0012】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開２０１０−１６４３３１号公報
【特許文献2】特開２０１３−０４６０８６号公報
【発明の概要】
【0014】
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。
【0015】
前記目的を達成するために、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、前記弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記低剛性領域は、当該領域の径方向内方に位置する前記振動領域及び当該領域の径方向外方に位置する前記拘束領域に比して低剛性とされ、前記境界領域は、一の拘束領域及び外方領域を分断するスリット部と、一の拘束領域を外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有しており、前記封止部材は、前記複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲むように配置された複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している超音波トランスデューサーを提供する。【0016】
本発明に係る超音波トランスデューサーによれば、前記複数の振動領域の配列ピッチを狭めつつ、前記境界領域におけるスリット部によって前記複数の振動体間において弾性板を介して振動が伝播することを可及的に防止乃至は低減することができる。従って、前記複数の圧電素子間の相互干渉を有効に防止乃至は低減しつつ、低周波数の超音波を有効に放射することができる。
【0017】
さらに、前記超音波トランスデューサーにおいては、前記振動領域が前記低剛性領域を介してフレキシブルに支持されることになり、前記振動領域の面積を小さくしても低い共振周波数を実現でき、前記振動領域の音圧を高めることができる。さらに、前記超音波トランスデューサーにおいては、前記スリット部に高分子材料製封止部材のスリット充填部が充填されているので、前記拘束領域の姿勢安定化を図ることができ、前記超音波トランスデューサーの信頼性を向上させることができる。
【0018】
一形態においては、前記封止部材は、第１高分子材料によって形成され、前記充填部及び前記筒状部を一体形成する第１封止部材と、第２高分子材料によって形成され、前記閉塞部を形成する第２封止部材とを含むものとされる。好ましくは、前記第１高分子材料は、硬化前の状態を基準にして、前記第２高分子材料よりも低粘度とされる。
【0019】
他形態においては、前記複数の筒状部、前記閉塞部及び前記充填部は同一の高分子材料で一体形成される。【0020】
一形態においては、前記低剛性領域は、前記弾性板の第１面に開く溝を有するものとされる。斯かる構成によれば、前記溝を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
【0021】
他形態においては、前記低剛性領域は、前記振動領域及び前記拘束領域の間を分断する開口部と、前記振動領域及び前記拘束領域の間を連結する連結部とを含むものとされ、前記開口部及び前記連結部は前記振動領域の外周縁に沿って交互に設けられる。斯かる構成によれば、前記開口部及び前記連結部を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
【0022】
さらに他形態においては、前記低剛性領域は、第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された凹状薄肉領域とされる。【0023】
この場合、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合する中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域内において終焉する延在部とを含むものとされ、前記中央部における下面電極層が前記振動領域の第１面に絶縁性接着剤によって固着され、且つ、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に電気的且つ機械的に接続される。斯かる構成によれば、前記低剛性領域の外周縁を、前記振動領域に前記圧電素子を実装させる際のアライメントマークとして利用することができる。
【0024】
好ましくは、前記薄肉領域の底面には前記振動領域の第１面よりも低い隆起部であって、当該薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、前記延在部における下面電極層と前記低剛性領域の第１面とを電気的且つ機械的に接続する前記導電性接着剤は前記接着剤滞留領域内に設けられる。【0025】
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。【0026】
前記種々の構成において、好ましくは、本発明に係る超音波トランスデューサーは、前記振動領域、前記低剛性領域及び前記境界領域の第１面を開放するように前記弾性板の第１面に固着された質量部材を備えることができる。【0027】
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。【0028】
好ましくは、前記質量部材及び前記筒状部は、上端部が前記圧電素子の上面よりも前記弾性板の第１面から離間するように設けられ、前記閉塞部は、前記圧電素子の上面電極層との間に間隙を存するように前記質量部材及び前記筒状部を覆うものとされ、前記弾性板の第１面、前記質量部材及び前記閉塞部によって囲まれる、前記圧電素子を収容する収容空間には、発泡性樹脂製の吸音材が充填される。【0029】
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。【0030】
一形態においては、本発明に係る超音波トランスデューサーは、前記弾性板の第２面に接合された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口を有する防護部材を備えることができる。【0031】
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。【0032】
前記防護部材を備えた一形態においては、好ましくは、前記防護部材の外端面には、前記開口に対応した位置に貫通孔を有する剛性の防護板が接合される。【0033】
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。【0034】
前記防護部材を備えた一形態においては、好ましくは、本発明に係る超音波トランスデューサーは、前記閉塞部の外表面に固着された剛性の補強板を備えることができる。【0035】
前記防護部材、前記防護板及び前記補強板を備えた構成において、好ましくは、前記防護板は、前記防護部材の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有するものとされ、前記補強板は、前記閉塞部の外表面に固着される中央部と、前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部とを有するものとされる。そして、前記補強板の延在部及び前記防護板の延在部がスペーサを介して連結される。
【0036】
斯かる構成によれば、外力による前記弾性板の変形をより効果的に抑制でき、前記弾性板及び前記圧電素子の損傷を有効に防止乃至は低減できる。【0037】
前記防護板に代えて防護容器を備えることができる。前記防護容器は、前記防護部材の外表面に沿って延び、前記防護部材の開口に対応した位置に貫通孔が設けられた端壁部と、前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部とを有するものとされる。
この場合、前記補強板は、前記閉塞部の外表面を覆った状態で前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記周壁部に連結される。
【0038】
斯かる構成によっても、外力による前記弾性板の変形をより効果的に抑制でき、前記弾性板及び前記圧電素子の損傷を有効に防止乃至は低減できる。【0039】
例えば、前記補強板には、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられる。【0040】
前記種々の構成において、前記弾性板は導電性金属板とされ、前記圧電素子は、圧電本体と、前記圧電本体の厚み方向両側に配置された一対の上面電極層及び下面電極層とを有するものとされる。【0041】
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。【0042】
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。【0043】
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。【0044】
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。【0045】
前記種々の構成において、例えば、前記複数の拘束領域は、前記弾性板の第１板面方向に沿って配列されたｍ個（ｍは１以上整数）の拘束領域によって形成される拘束領域群が前記第１板面方向と直交する第２板面方向にｎ行（ｎは１以上の整数）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個の拘束領域を有するものとされる。【0046】
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。【0047】
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。【0048】
また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、平面視において一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有し、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記配線体を設置する配線体設置工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、前記第１封止部材設置工程は、前記筒状部を設けるべき領域を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠を設置する処理と、前記弾性板の第１面の側から前記筒状部用型枠内に第１高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを含む超音波トランスデューサーの第１の製造方法を提供する。【0049】
斯かる第１の製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。【0050】
前記第１の製造方法は、前記第１封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第２封止部材設置工程の前に、前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程を備えることができる。【0051】
例えば、前記第１封止部材設置工程は、前記筒状部の上端部が前記圧電素子の上面より上方に位置するように前記第１封止部材を設置するものとした上で、前記吸音材設置工程を、前記第１封止部材設置工程の後で且つ前記第２封止部材設置工程の前に、行うことができる。【0052】
斯かる製造方法によれば、前記第１封止部材を吸音材用型枠として用いることができ、吸音材を制御性良く設置することができる。【0053】
前記第１の製造方法において、好ましくは、前記第２封止部材設置工程は、前記筒状部及び前記吸音材の上面に、硬化前の状態を基準にして、第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。【0054】
また、本発明は、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面及び第２面を有し、板厚方向に振動可能な弾性板と、それぞれが圧電本体並びに前記圧電本体の厚み方向両側に配置された上面電極層及び下面電極層を有し、前記弾性板に設けられた複数の振動領域の第１面に前記下面電極層が固着された複数の圧電素子と、絶縁層及び前記絶縁層上に設けられ、前記複数の圧電素子の上面電極層にそれぞれ電気的に接続される複数の配線導体を含む配線体と、前記弾性板の第１面に固着された質量部材と、前記複数の圧電素子を覆うように前記弾性板の第１面に設けられた高分子材料製の封止部材と、前記弾性板の第２面に固着された防護部材であって、前記振動領域を外方に開放する開口が設けられた防護部材とを備え、前記弾性板は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、平面視において前記複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、平面視において前記複数の拘束領域の全体を囲むベース領域と、隣接する一の拘束領域及び他の拘束領域の間並びに隣接する拘束領域及びベース領域の間に位置し、前記複数の拘束領域のそれぞれの境界を画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域を周囲から分断するスリット部と、前記一の拘束領域を周囲に機械的に連結するブリッジ部とを有し、前記質量部材は、前記複数の拘束領域にそれぞれ固着される複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域に固着されるベース領域用質量部材とを含み、前記封止部材は、平面視において前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の筒状部であって、基端面が前記境界領域を含む位置で前記弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、前記複数の筒状部の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記弾性板を形成する導電性の弾性板形成体を用意する工程と、前記配線体を設置する配線体設置工程と、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部及び前記低剛性領域を形成する弾性板エッチング工程と、前記複数の振動領域の第１面に前記複数の圧電素子の下面電極層をそれぞれ導電性接着剤によって接着させる圧電素子実装工程と、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続する電気接続工程と、前記複数の拘束領域のそれぞれに前記拘束領域用質量部材を固着する処理及び前記ベース領域に前記ベース領域用質量部材を固着する処理を含む質量部材設置工程と、前記開口を介して前記振動領域を外方へ開放しつつ前記スリット部の第２面側を閉塞するように前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する防護部材設置工程と、前記封止部材を設置する封止部材設置工程とを備え、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は任意の順番に実行可能とされ、前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程は任意の順番に実行可能とされ、前記封止部材設置工程は、前記充填部及び前記筒状部を一体的に形成する第１封止部材を設置する第１封止部材設置工程と、前記閉塞部を形成する第２封止部材を設置する第２封止部材設置工程とを含み、前記第１封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の間、並びに、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の間に、前記弾性板の第１面の側から第１高分子材料を塗布し、硬化させるように構成された超音波トランスデューサーの第２の製造方法を提供する。【0055】
斯かる第２の製造方法によれば、前記構成を備えた超音波トランスデューサーを低コストで歩留まり良く製造することができる。【0056】
前記第２の製造方法において、好ましくは、前記質量部材設置工程は、前記複数の拘束領域用質量部材と、前記ベース領域用質量部材と、隣接する一の拘束領域用質量部材及び他の拘束領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域間ブリッジと、隣接する拘束領域用質量部材及びベース領域用質量部材の上端部同士を連結する拘束領域／ベース領域間ブリッジとを含む質量板を用意する処理と、前記質量板を前記弾性板の第１面の所定位置に固着する処理と、前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジを切断して、前記複数の拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材を分離させる処理とを有するものとされる。【0057】
斯かる構成によれば、前記複数の拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材の設置処理の簡素化及び高速化を図ることができる。【0058】
例えば、前記質量板を用意する処理は、前記拘束領域用質量部材及び前記ベース領域用質量部材の高さに応じた厚みを有する板状金属ブロックを用意する処理と、前記金属ブロックの一方側の表面から前記拘束領域間ブリッジ及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジに対応した領域をハーフエッチングする処理とを含むものとされる。【0059】
前記第２の製造方法は、前記第１封止部材設置工程の前又は後で、且つ、前記第２封止部材設置工程の前に、一の拘束領域用質量部材によって囲まれる空間内において前記圧電素子を囲繞するように発泡性樹脂を塗布して硬化させることによって吸音材を設置する吸音材設置工程を備えることができる。【0060】
例えば、前記拘束領域用質量部材は、上端部が前記圧電素子の上面より上方に位置するものとした上で、前記吸音材設置工程を、前記第１封止部材設置工程の後で且つ前記第２封止部材設置工程の前に、行うことができる。【0061】
一形態においては、前記第２の製造方法は、前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する前、又は、後の何れかに、平面視において前記防護部材に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、前記防護部材の開口を外方に連通させる貫通孔が設けられた防護板を用意し、前記防護板の中央部を、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記防護部材の外表面に固着する防護板設置工程と、平面視において前記弾性板に重合する中央部及び前記中央部から板面方向外方へ延びる延在部を有し、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、当該補強板の延在部及び前記防護板の延在部をスペーサを介して連結する補強板設置工程とを備えることができる。【0062】
この場合、前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。【0063】
他形態においては、前記第２の製造方法は、前記防護部材を前記弾性板の第２面に固着する前、又は、後の何れかに、前記防護部材の外表面に沿って延び前記防護部材の開口に対応した貫通孔が設けられた端壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するように前記端壁部から延びる周壁部とを有する防護容器を用意し、前記貫通孔及び前記開口を位置合わせさせた状態で前記端壁部を前記防護部材の外表面に固着させる防護容器設置工程と、前記弾性板に沿って延び、内表面及び外表面を連通する貫通孔が設けられた補強板を用意し、前記防護容器の周壁部の自由端開口を閉塞するように前記補強板を前記周壁部に連結する補強板設置工程とを備えることができる。【0064】
この場合、前記第２封止部材設置工程は、前記補強板の貫通孔を介して、硬化前の粘度が第１高分子材料よりも高粘度の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される。【0065】
前記他形態において、前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周との間に間隙を存する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するものとされえる。【0066】
この場合、前記第２封止部材設置工程は、第２高分子材料を、平面視において前記弾性板の上方に位置する領域に加えて、前記防護容器の周壁部と前記防護部材及び前記弾性板の外周との間の間隙にも塗布するように構成される。【0067】
これに代えて、前記防護容器の周壁部は、前記防護部材及び前記弾性板の外周に接する状態で当該防護部材及び前記弾性板の外周を囲繞するものとされ得る。【0068】
前記第１及び第２の製造方法の種々の構成において、前記低剛性領域は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられた前記第１面の側に開く溝、又は、前記振動領域の外周縁に沿って設けられた複数の開口部であって、周方向に隣接する開口部の間に連結部が残された複数の開口部とされ得る。【0069】
この場合、前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部の形成に加えて、前記低剛性領域の前記溝又は前記複数の開口部を形成するように構成される。【0070】
これに代えて、前記低剛性領域は、当該低剛性領域の第１面が前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く凹状の薄肉領域とされ、前記薄肉領域の底面には、前記振動領域及び前記拘束領域の第１面よりも低い隆起部であって、前記薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部が設けられ、前記圧電素子は、平面視において前記振動領域と重合し、絶縁性接着剤によって前記振動領域の第１面に接合される中央部と、前記中央部から径方向外方へ延び且つ平面視において前記低剛性領域内において終焉し、前記接着剤滞留領域に配設された導電性接着剤によって前記低剛性領域の第１面に接合される延在部とを有するものとされる。【0071】
この場合、前記弾性板エッチング工程は、前記弾性板形成体に対してエッチングを行って前記スリット部を形成するフルエッチング処理と、前記低剛性領域に相当する領域に対して第１面の側からハーフエッチングを行って凹状薄肉領域である前記低剛性領域を形成するハーフエッチング処理とを含むものとされる。【0072】
前記ハーフエッチング処理は、前記振動領域に対応した領域及び前記拘束領域に対応した領域をマスクで覆うと共に、前記隆起部に対応した領域をサイドエッチング量の２倍よりも狭い幅を有するマスクで覆った状態で行うことにより、前記低剛性領域を第１面側に開く凹状薄肉領域としつつ、前記凹状薄肉領域の底面に前記振動領域及び前記拘束領域よりも低い前記隆起部を残すように構成される。【0073】
前記第１及び第２の製造方法の種々の構成において、好ましくは、前記配線体設置工程は、前記弾性板の第１面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成部材及び前記複数の配線導体を形成する配線導体形成部材を設け、前記絶縁層形成部材及び前記配線導体形成部材の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層及び前記複数の配線導体を形成するように構成される。【0074】
より好ましくは、前記第１及び第２の製造方法は、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体の先端部及び対応する前記圧電素子の間に絶縁性樹脂を塗布する工程を備え得る。【0075】
この場合、前記電気接続工程における前記導電性接着剤又は前記はんだは、当該導電性接着剤又は当該はんだと前記弾性板の第１面との間に前記絶縁性樹脂が介挿された状態で、前記複数の配線導体の先端部を対応する前記圧電素子の上面電極層に電気的に接続するものとされる。【図面の簡単な説明】
【0076】
【発明を実施するための形態】
【0077】
実施の形態１以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａの縦断面図を示す。
また、図２及び図３に、それぞれ、図１におけるII-II線に沿った断面図及びIII部拡大図を示す。
【0078】
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。【0079】
具体的には、図１〜図３に示すように、前記超音波トランスデューサー１Ａは、板厚方向一方側及び他方側をそれぞれ向く第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有する弾性板１０と、前記弾性板１０の第１面１０ａに板面方向に並列状態で固着された複数の圧電素子３０と、前記複数の圧電素子３０を覆うように前記弾性板１０の第１面１０ａに設けられた封止部材４０とを備えている。【0080】
前記弾性板１０は、板厚方向に振動可能な弾性を有する限り、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板や、炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等の種々の材質で形成され得る。前記弾性板１０は、例えば、厚さ０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍとされる。
本実施の形態においては、前記弾性板１０は導電性金属板によって形成されている。
【0081】
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。
【0082】
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。【0083】
詳しくは、図１〜図３に示すように、前記弾性板１０には、前記複数の圧電素子３０がそれぞれ装着される複数の振動領域１２と、平面視において前記複数の振動領域１２をそれぞれ囲む複数の低剛性領域２６と、平面視において前記複数の低剛性領域２６をそれぞれ囲む複数の拘束領域１４と、一の拘束領域１４と当該一の拘束領域１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域１６とが設けられている。【0084】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、図２に示すように、前記弾性板１０の第１板面方向Ｄ１に沿って配列されたｍ個（図示の形態においては５個）の前記拘束領域１４によって形成される拘束領域群１４Ａが前記第１板面方向Ｄ１と直交する第２板面方向Ｄ２にｎ行（図示の形態においては３行）、設けられることによって現出されるｍ×ｎ個（図示の形態においては、５×３＝１５個）の前記拘束領域１４を有している。【0085】
前記複数の拘束領域１４がそれぞれ囲繞する前記複数の低剛性領域２６も同様にｍ×ｎ個、設けられ、前記複数の低剛性領域２６がそれぞれ囲繞する前記複数の振動領域１２も同様にｍ×ｎ個、設けられている。そして、前記ｍ×ｎ個の振動領域１２のそれぞれに圧電素子３０が装着されている。
【0086】
本実施の形態においては、図２に示すように、前記弾性板１０は、平面視において前記複数の拘束領域１４の全体を囲むベース領域１１を有している。【0087】
この場合、複数の拘束領域１４のうち、最外周に位置する拘束領域１４、例えば、図２において上から１行目で且つ左から１列目に位置する拘束領域１４(1-1)にとっては、右側に隣接する拘束領域１４（上から１行目で且つ左から２列目に位置する拘束領域１４(1-2)）、下側に隣接する拘束領域１４（上から２行目で且つ左から１列目に位置する拘束領域１４(2-1)）、並びに、上側及び左側に隣接する前記ベース領域１１が、前記境界領域１６を挟んで対向する前記外方領域となる。【0088】
そして、周囲が他の拘束領域で囲まれている拘束領域１４、例えば、図２において上から２行目で且つ左から２列目に位置する拘束領域１４(2-2)にとっては、上側に隣接する拘束領域１４（上から１行目で且つ左から２列目の拘束領域１４(1-2)）、右側に隣接する拘束領域１４（上から２行目で且つ左から３列目の拘束領域１４(2-3)）、下側に隣接する拘束領域１４（上から３行目（最下行）で且つ左から２列目の拘束領域１４(3-2)）、及び、左側に隣接する拘束領域１４（上から２行目で且つ左から１列目の拘束領域１４(2-1)）が、前記境界領域１６を挟んで対向する前記外方領域となる。【0089】
なお、本実施の形態においては、図２に示すように、前記複数の拘束領域１４は格子状に配列されているが、当然ながら、前記複数の振動領域１２は斯かる配置に限定されるものではなく、千鳥状や放射状等に配置され得る。【0090】
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。【0091】
図４に、図２におけるIV部拡大図であって、前記封止部材４０を削除した状態の拡大図を示す。前記境界領域１６は、図４に示すように、当該境界領域１６が外周縁を画する一の拘束領域１４及び当該一の拘束領域１４の径方向外方に隣接する前記外方領域を分断するスリット部１７と、前記一の拘束領域１４の前記外方領域に対する機械的連結を維持するブリッジ部１８とを有している。
【0092】
前記封止部材４０は、図３に示すように、平面視において前記複数の振動領域１２をそれぞれ囲む複数の筒状部４２であって、基端面が前記境界領域１６を含む位置で前記弾性板１０の第１面１０ａに接合された複数の筒状部４２と、前記複数の筒状部４２の自由端側の開口をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部４４と、前記筒状部４２の基端面から前記スリット部１７の内部へ延びる充填部４１とを有している。前記封止部材４０は、例えば、シリコーン等の高分子材料によって形成される。
【0093】
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。【0094】
従って、前記圧電素子３０及び前記振動領域１２から低周波数（例えば、３０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ）の超音波を放射させることができ、且つ、前記複数の圧電素子３０の間でグレーティングローブ現象が生じることを有効に防止乃至は低減できる。【0095】
さらに、前記超音波トランスデューサー１Ａにおいては、前述の通り、高分子材料製の前記封止部材４０における前記充填部４１が前記スリット部１７に充填されており、これにより、一の振動領域１２の振動が隣接する他の振動領域１２に伝播することを前記スリット部１７によって有効に防止乃至は低減するという効果を得つつ、拘束領域１４の姿勢安定化、延いては前記振動領域１２の動作安定化を図ることができる。【0096】
本実施の形態においては、図４に示すように、前記スリット部１７は、前記一の拘束領域１４内の振動領域１２に装着される一の圧電素子３０の第２板面方向Ｄ２両側に位置し、前記第１板面方向Ｄ１に沿って延びる一対の第１板面方向スリット１７ａと、前記一の圧電素子３０の第１板面方向Ｄ１両側に位置し、前記第２板面方向Ｄ２に沿って延びる一対の第２板面方向スリット１７ｂとを含んでいる。【0097】
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。【0098】
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。【0099】
また、本実施の形態においては、前述の通り、隣接する拘束領域１４の間には単一の境界領域１６のみが存在しており、前記単一の境界領域１６のスリット１７が隣接する拘束領域１４の双方の外周縁を画している。【0100】
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。【0101】
なお、前記スリット部１７及び前記ブリッジ部１８は、種々の構成を取り得る。図５に、異なる構成のスリット部２１及びブリッジ部２２を備えた第１変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｂの部分拡大平面図を示す。
【0102】
図５に示す前記第１変形例１Ｂにおいては、前記スリット部２１は円弧状とされている。そして、一の拘束領域１４を４つの前記スリット部２１が囲繞するように構成されており、周方向に隣接する２つの前記スリット部２１の間に前記ブリッジ部２２が設けられている。
【0103】
また、図６に、さらに異なる構成のスリット部２３及びブリッジ部２４を備えた第２変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｃの部分拡大平面図を示す。【0105】
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。【0106】
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。【0107】
前述の通り、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａにおいては、前記振動領域１２の周囲には、前記振動領域１２及び前記拘束領域１４に比して低剛性の前記低剛性領域２６が設けられている。【0108】
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。
【0109】
本実施の形態においては、図２及び図４に示すように、前記振動領域１２の外形状と前記圧電素子３０の外形状とを同一としつつ、前記弾性板１０の第１面１０ａのうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に溝２７を設け、前記溝２７によって前記低剛性領域２６を形成している。【0110】
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。【0111】
図７に、前記低剛性領域２６が異なる構造によって形成されている第３変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｄの部分拡大平面図を示す。【0112】
図７に示す第３変形例１Ｄにおいては、前記弾性板１０のうち前記振動領域１２の外周縁に沿った領域に、当該振動領域１２の内外を分断する開口部２８ａ及び当該振動領域１２の内外を連結する連結部２８ｂが周方向に交互に設けられており、前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂによって前記低剛性領域２６が形成されている。前記開口部２８ａ及び前記連結部２８ｂも、前記溝２７と同様に、前記振動領域１２に前記圧電素子３０を実装させる際のアライメントマークとしても利用することができる。
【0113】
なお、本実施の形態においては、前記振動領域１２は平面視円形状とされ、且つ、前記圧電素子３０はこれと同一形状の平面視円形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。図８に、平面視矩形状の振動領域１２及び圧電素子３０を備えた第４変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｅの平面図であって、前記封止部材４０及び前記吸音材５０を削除した状態の平面図を示す。
【0115】
詳しくは、本実施の形態においては、図３に示すように、前記筒状部４２は、上端部が前記圧電素子３０の上面よりも前記弾性板１０の第１面１０ａから離間するように設けられ、且つ、前記閉塞部４４は、前記圧電素子３０の上面電極層との間に間隙を存するように設けられている。【0116】
その上で、前記弾性板１０の第１面１０ａ、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４によって囲まれる、前記圧電素子３０を収容する収容空間には、発泡性シリコーン等の発泡性樹脂によって形成された吸音材５０が充填されている。【0117】
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。【0118】
図１及び図３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記封止部材４０の閉塞部４４の外表面に固着された補強板６０を有している。前記補強板６０はステンレス等の剛性板によって形成される。
【0119】
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。【0120】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記弾性板１０の第２面１０ｂに接合された防護部材７０であって、前記振動領域１２を外方に開放する開口７２を有する防護部材７０を備えている。前記防護部材７０は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のシリコーンによって形成される。
【0121】
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。【0122】
前記超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記防護部材７０の外表面に接合された剛性の防護板７５を有している。前記防護板７５には、前記防護部材７０の前記開口７２に対応した位置に貫通孔７７が設けられている。
前記防護板７５は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属板によって形成される。
【0123】
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。【0125】
前記配線体８０は、前記弾性板１０の第１面１０ａ上に固着された絶縁層８２と、前記絶縁層８２上に積層される導体層８４とを有している。前記絶縁層８２は、例えば、厚さ１８μｍ〜２５μｍ程度のポリイミドによって形成される。
前記導体層８４は、例えば、厚さ１２μｍ〜１８μｍ程度のＣｕ／Ａｕによって形成される。
【0126】
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。【0127】
図３に示すように、前記複数の配線導体８５は、先端部が対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７を介して電気的に接続され、且つ、基端部が外部との接続用パッド８６（図２参照）を形成している。【0128】
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。【0129】
なお、前述の通り、前記複数の圧電素子３０の下面電極層は、導電性接着剤３８を介して導電性の前記弾性板１０に電気的に接続されている。そして、前記弾性板１０には、当該弾性板１０に電気的に接続された状態の下面電極層用パッド８９（図２参照）が設けられている。
【0130】
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。【0131】
次に、前記超音波トランスデューサー１Ａの製造方法の一例について説明する。前記製造方法は、前記弾性板１０を形成する導電性の弾性板形成体１１０を用意する工程と、前記配線体８０を設ける配線体設置工程とを有している。
【0132】
前記製造方法においては、前記配線体設置工程は、前記弾性板形成体１１０の板厚方向一方側の第１面に前記絶縁層８２を形成する絶縁層形成部材１８２及び前記複数の配線導体８５を形成する配線導体形成部材１８５を含む配線体形成部材１８０を設ける工程（図９(a)）と、前記配線体形成体１８０の不要部分をエッチング除去して前記絶縁層８２及び前記複数の配線導体８５を含む前記配線体８０を形成する工程（図９(b)及び(c)）とを含んでいる。【0133】
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)）。【0134】
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。【0135】
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）。【0136】
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。【0137】
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。【0138】
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。【0139】
具体的には、前記圧電素子実装工程は、前記複数の振動領域１２の第１面１０ａに導電性接着剤３８を塗布する工程（図１０(c)）と、前記導電性接着剤３８の上に前記圧電素子３０を装着させ、前記導電性接着剤３８を硬化させる工程（図１１）とを有している。【0140】
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。【0141】
なお、前記配線体設置工程、前記弾性板エッチング工程及び前記圧電素子実装工程は、任意の順番で実施可能である。【0142】
前記製造方法は、さらに、前記複数の配線導体８５の先端部を対応する前記圧電素子３０の上面電極層に導電性接着剤又ははんだ８７によって電気的に接続する電気接続工程（図１２及び図１３）を有している。【0143】
ここで、本実施の形態においては、前記導電性接着剤８７が前記弾性板１０に接触して、前記上面電極層及び前記下面電極層が短絡することを有効に防止する為に、前記製造方法は、前記電気接続工程の前に、前記複数の配線導体８５の先端部及び対応する前記圧電素子３０の間に絶縁性接着剤８８を塗布する工程（図１３）を有している。【0144】
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。【0145】
前記製造方法は、さらに、前記防護部材７０を設置する防護部材設置工程及び前記防護板７５を設置する防護板設置工程（図１４）を有している。【0146】
前記防護部材７０は、前記開口７２を介して前記振動領域１２を外方に開放しつつ、前記スリット部１７の第２面側を閉塞するように、前記弾性板１０の第２面１０ｂに固着される。【0147】
本実施の形態においては、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記防護部材７０を用意する処理と、前記防護板７０の外表面に予め前記防護板７５を接着して防護プリアッセンブリを形成する処理と、前記防護プリアッセンブリを前記弾性板１０の第２面１０ｂに接着させる処理と有している。【0148】
当然ながら、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記防護部材７０を前記弾性板１０の第２面１０ｂに接着させる処理と、前記防護部材７０の外表面に前記防護板７５を接着させる処理とを有するように変形することも可能である。【0149】
次いで、前記製造方法は、前記封止部材４０を設置する封止部材設置工程を有している。本実施の形態においては、前記封止部材設置工程は、前記充填部４１及び前記筒状部４２を一体的に形成する第１封止部材４０ａの設置工程と、前記閉塞部４４を形成する第２封止部材４０ｂの設置工程とを有している。
【0150】
本実施の形態においては、前記第１封止部材設置工程は、図１５に示すように、前記筒状部４２を設けるべき領域（筒状部設置領域）を、上方が開放された状態で画する筒状部用型枠４９を設置する処理と、前記弾性板１０の第１面１０ａの側から前記筒状部用型枠４９内にシリコーン等の第１高分子材料を塗布し、硬化させる処理とを有している。【0151】
前記第１高分子材料は、例えば、硬化前の粘度が４００mPa・s〜１０００mPa・s程度の比較的低粘度の液状シリコーンを好適に用いることができる。【0152】
このように、前記第１高分子材料として、硬化前の状態において低粘度の液状シリコーンを用いることによって、前記スリット部１７の内部及び前記筒状部設置領域に、隙間の発生を有効に防止乃至は低減しつつ第１高分子材料を充填することができる。【0153】
なお、この際、前記スリット部１７の下側（前記弾性板の第２面側）の開口は、前記防護部材７０によって閉塞されている。従って、前記スリット部１７に注入された第１高分子材料の硬化前の粘度が低粘度であったとしても、第１高分子材料が前記スリット部１７の下側（第２面の側）の開口から流出することは有効に防止される。
【0154】
前記第１高分子材料が熱硬化型である場合には、前記筒状部設置領域への前記第１高分子材料の塗布後に、硬化温度（例えば、１００℃〜１５０℃）の加熱を行うことにより、硬化処理を行うことができる。【0155】
本実施の形態においては、前記製造方法は、前記第１封止部材設置工程の後であって、前記第２封止部材設置工程の前に、前記吸音材５０を設置する吸音材設置工程を有している（図１６）。【0156】
この際、前記吸音材５０を設置すべき領域は前記筒状部４２によって囲まれており、従って、前記吸音材設置工程は、前記筒状部４２によって囲まれる空間内に前記吸音材５５を形成する発泡性シリコーン等の発泡性樹脂を塗布し、硬化させるように構成されており、これにより、前記吸音材を安定して設置することができる。【0157】
前述の通り、本実施の形態においては、前記吸音材設置工程を前記第１封止部材設置工程の後に実行するように構成されているが、前記吸音材設置工程を前記第１封止部材設置工程の前に実行するように構成することも可能である。この場合、前記筒状部材用型枠４９は省略される。
【0158】
本実施の形態においては、前記第２封止部材設置工程は、前記第１封止部材設置工程及び前記吸音材設置工程の後に実施される。【0159】
前記第２封止部材設置工程は、前記筒状部４２及び前記吸音材５０が設置された後に、前記筒状部４２及び前記吸音材５０の上面に、シリコーン等の第２高分子材料を塗布し、硬化させるように構成される（図１及び図３参照）。【0160】
この場合、前記第２高分子材料は、硬化前の粘度が前記第１高分子材料よりも高粘度の液状シリコーン、例えば、硬化前の粘度が１０００mPa・s〜１０００００mPa・s程度の高粘度の液状シリコーンを用いることができる。【0161】
前記第２高分子材料が熱硬化型である場合には、前記筒状部４２及び前記吸音材５０の上面への前記第２高分子材料の塗布後に、硬化温度（例えば、１００℃〜１５０℃）の加熱を行うことにより、硬化処理を行うことができる。【0163】
これに代えて、前記第２封止部材４０ｂの設置及び前記補強板６０の設置を同時に行うことも可能である。即ち、前記閉塞部４４を形成する第２封止部材４０ｂを別途に用意し、前記第２封止部材４０ｂの外表面に前記補強板６０を接着して、補強板付き第２封止部材を予め形成し、前記補強板付き第２封止部材を前記筒状部４２及び前記吸音材５０の上面に接着することによって、前記第２封止部材４０ｂ及び前記補強板６０を設置することも可能である。
【0164】
本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１Ａは平板状の防護板７５を有しているが（図１等参照）、前記防護板７５に代えて防護容器１７５を備えることも可能である。【0165】
図１７に、前記防護容器１７５を備えた第５変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｆの縦断面図を示す。【0166】
前記防護容器１７５は、前記防護部材７０の外表面に固着され、前記防護部材７０の前記開口７２に対応した位置に貫通孔１７７が設けられた端壁部１７６と、前記防護部材７０、前記弾性板１０及び前記封止部材４４の側壁を囲繞するように前記端壁部１７６から延びる周壁部１７８とを有している。【0167】
前記変形例１Ｆにおいては、前記補強板６０は前記周壁部１７８の自由端側開口を閉塞するように前記周壁部１７８に固着される。【0168】
前記防護容器１７５は、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を塗布する際の型枠としても作用する。前記防護容器１７５は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料、又は、ステンレス、Ni-Fe合金、アルミ合金、チタン合金等の金属によって好適に形成される。
【0169】
図１８に、他の防護容器１７５’を備えた第６変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｇの縦断面図を示す。【0170】
図１７に示す変形例１Ｆにおいては、前記防護容器１７５の前記周壁部１７８は、前記防護部材７０、前記弾性板１０及び前記筒状部４２の側面と接するように構成されている。【0171】
これに代えて、図１８に示す変形例１Ｇの防護容器１７５’は、前記防護容器１７５に比して、前記周壁部１７８の代わりに周壁部１７８’を有している。前記周壁部１７８’は、前記防護部材７０、前記弾性板１０及び前記筒状部４２の側面との間に間隙が存するように構成されている。
前記間隙には、前記閉塞部４４を形成する前記第２高分子材料が充填されている。
【0172】
なお、本実施の形態１Ａ、前記第５変形例１Ｆ及び前記第６変形例１Ｇにおいては、前記圧電素子３０の上面には前記吸音材５０が設けられ、且つ、前記封止部材４０は前記充填部４１及び前記筒状部４２を形成する第１封止部材４０ａと前記閉塞部４４を形成する第２封止部材４０ｂとを有しているが、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。【0173】
例えば、前記吸音材５０、前記第１封止部材４０ａ及び前記第２封止部材４０ｂに代えて単一の封止部材４０’を備えることも可能である。【0174】
図１９、図２０及び図２１に、それぞれ、本実施の形態（図１）、第５変形例（図１７）及び第６変形例（図１８）に係る超音波トランスデューサー１Ａ、１Ｆ、１Ｇにおいて、前記吸音材５０、前記第１封止部材４０ａ及び前記第２封止部材４０ｂに代えて、前記充填部４１、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を一体的に有する単一の封止部材４０’を備えた超音波トランスデューサー１Ａ’、１Ｆ’、１Ｇ’の縦断面図を示す。前記単一の封止部材４０は’、前記第１封止部材４０ａと同一材料の前記第１高分子材料で形成され得る。
【0175】
実施の形態２以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図２２に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａの縦断面図を示す。
また、図２３及び図２４に、それぞれ、図２２におけるXXIII-XXIII線に沿った断面図及びXXIV部拡大図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
【0176】
図２２〜図２４に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー２Ａは、主として、前記弾性板１０の第１面１０ａに固着された質量部材２１０を備えている点、並びに、前記補強板６０及び前記防護板７５に代えて、スペーサ２５０を介して互いに対して連結される補強板２６０及び防護板２７５を備えている点において、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａと相違している。【0177】
前記質量部材２１０は、前記振動領域１２、前記低剛性領域２６及び前記境界領域１６の第１面を開放するように前記弾性板１０の第１面１０ａに固着されている。【0178】
本実施の形態においては、図２２〜図２４に示すように、前記質量部材２１０は、平面視において前記振動領域１２及び前記低剛性領域２６を囲むように前記拘束領域１４の第１面に固着された振動領域用質量部材２１０ａと、平面視において前記複数の拘束領域１４の全体を囲むように前記ベース領域１１に固着されたベース領域用質量部材２１０ｂとを含んでいる。【0179】
前記質量部材２１０は、ステンレス、Ni-Fe合金等の厚さ０．１mm〜１．０mm程度の金属とされる。前記質量部材２１０は、接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって前記弾性板の所望位置に固着される。
【0180】
前記質量部材２１０を備えることにより、前記振動領域１２から伝播する振動によって前記拘束領域１４が振動することを有効に有効乃至は低減することができる。【0181】
なお、図２４に示すように、前記拘束領域用質量部材２１０ａの基端面のうち前記配線体８０上の位置する部分には、前記配線体８０との干渉を防止する凹み又は切り欠き２１１が設けられている。【0182】
斯かる構成を備えることにより、前記拘束領域用質量部材２１０ａを前記振動領域１２の全周に亘って設けつつ、前記拘束領域用質量部材２１０と前記配線体８０との接触を有効に防止することができる。【0184】
本実施の形態においては、前記充填部４１及び前記筒状部４２を一体形成する前記第１封止部材４０ａは、一の低剛性領域２６を囲繞する一の拘束領域１４に固着された拘束領域用質量部材２１０ａと、前記一の拘束領域１４に対して前記境界領域１６を挟んで対向する外方領域（隣接する他の拘束領域１４、又は、隣接する前記ベース領域１１）に固着された質量部材２１０（拘束領域用質量部材２１０ａ又はベース領域用質量部材２１０ｂ）とによって挟まれる空間内に充填されており、上端部が前記質量部材２１０と同一位置とされている。【0185】
また、前記吸音材５０は、対応する圧電素子３０が固着された振動領域１２を囲繞する拘束領域１４に固着された拘束領域用質量部材２１０ａを型枠として、当該質量部材２１０ａ内において前記圧電素子３０を覆うように充填されており、上端部が前記質量部材２１０ａと同一位置とされている。【0186】
図２２に示すように、前記防護板２７５は、平面視において前記防護部材７０に重合し且つ前記貫通孔７７が設けられた中央部２７６と、前記中央部２７６から板面方向外方へ延びる延在部２７８とを有しており、前記貫通孔７７及び前記開口７２が位置合わせされた状態で前記中央部２７６が前記防護部材７０の外表面に固着されている。【0187】
前記補強板２６０は、平面視において前記弾性板１０に重合する中央部２６２と、前記中央部２６２から板面方向外方へ延びる延在部２６４とを有している。【0188】
そして、前記補強板２６０の延在部２６４及び前記防護板２７５の延在部２７８が所定長さを有するスペーサ２５０を介して互いに対して連結されている。前記スペーサ２５０は、例えば、ステンレス等の金属製とすることができる。
ここで、前記スペーサ２５０の所定長さは、前記超音波トランスデューサー２Ａの厚みに応じて設定される。
【0189】
本実施の形態においては、図２２に示すように、前記スペーサ２５０は中空の筒状体とされており、前記スペーサ２５０の中空部に内挿されるネジ部材２５５を介して前記補強板２６０の延在部２６４及び前記防護板２７５の延在部２７８が連結されている。【0190】
これに代えて、前記スペーサ２５０を前記補強板２６０の延在部２６４及び前記防護板２７５の延在部２７８に接着することも可能である。【0191】
このように、前記スペーサ２５０を介して前記補強板２６０及び前記防護板２７５を連結することによって、前記超音波トランスデューサー２Ａの強度を向上させることができる。【0192】
なお、当然ながら、前記スペーサ２５０を介して前記補強板２６０及び前記防護板２７５を連結する構成は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａに適用することも可能である。【0193】
次に、前記超音波トランスデューサー２Ａの製造方法の一例について説明する。前記製造方法は、前記電気接続工程（図１２及び図１３）までは前記実施の形態１における製造方法と同一工程を有している。
【0194】
前記製造方法は、前記電気接続工程の後に、前記質量部材２１０を前記拘束領域１４及び前記ベース領域１１の所定箇所に固着する質量部材設置工程を有している（図２５）。【0195】
本実施の形態においては、前記質量部材設置工程は、図２３に示すように、前記複数の拘束領域１４にそれぞれ前記拘束領域用質量部材２１０ａを固着する処理と、前記複数の拘束領域１４の全体を囲繞する前記ベース領域１１の所定箇所に前記ベース領域用質量部材２１０ｂを固着する処理とを含んでいる。【0196】
前記質量部材２１０を構成する前記拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂは、前述の通り、ステンレス、Ni-Fe合金等の厚さ０．１mm〜１．０mm程度の金属とされ、接着剤又はレーザーによるスポット溶接によって、それぞれの所定位置に固着される。【0197】
次いで、前記製造方法は、前記吸音材５０を設置する吸音材設置工程を有している（図２６）。この際、前記吸音材５０を設置すべき領域は前記拘束領域用質量部材２１０ａによって囲まれており、従って、前記拘束領域用質量部材２１０ａによって囲まれる空間内において前記圧電素子３０を覆うように発泡性シリコーン等の発泡性樹脂を充填することによって、前記吸音材５０を安定して設置することができる。
【0198】
前記製造方法は、さらに、前記防護部材７０を設置する防護部材設置工程及び前記防護板２７５を設置する防護板設置工程（図２７）を有している。【0199】
本実施の形態においては、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記防護部材７０を用意する処理と、前記防護部材７０の外表面に予め前記防護板２７５を接着して防護プリアッセンブリを形成する処理と、前記防護プリアッセンブリを前記弾性板１０の第２面１０ｂに接着させる処理と有している。【0200】
当然ながら、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記防護部材７０を前記弾性板１０の第２面１０ｂに接着させる処理と、前記防護部材７０の外表面に前記防護板２７５を接着させる処理とを有するように変形することも可能である。【0201】
なお、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程は、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の後に行うこともできるし、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の前に行うこともできる。若しくは、前記防護部材設置工程及び前記防護板設置工程を、前記質量部材設置工程及び前記吸音材設置工程の間に行うことも可能である。
【0202】
前記製造方法は、少なくとも前記質量部材設置工程及び前記防護部材設置工程が終了した後に、前記封止部材４０を設置する封止部材設置工程を有している。【0203】
前記封止部材設置工程は、前記充填部４１及び前記筒状部４２を一体的に形成する第１封止部材４０ａの設置工程と、前記閉塞部４４を形成する第２封止部材４０ｂの設置工程とを有している。【0204】
前記第１封止部材設置工程は、前記質量部材２１０ａ、２１０ｂを型枠として用いて、前記筒状部４２を設けるべき領域に第１高分子材料を塗布し且つ硬化させるように構成されている（図２８）。【0205】
詳しくは、前記第１封止部材設置工程は、隣接する一の拘束領域用質量部材２１０ａ及び他の拘束領域用質量部材２１０ａの間、並びに、隣接する拘束領域用質量部２１０ａ材及びベース領域用質量部材２１０ｂの間に、第１高分子材料を塗布し、硬化させることにより、前記充填部４１及び前記筒状部４２を一体的に形成する第１封止部材４０ａを設置するように構成されている。【0206】
前記製造方法は、前記第２封止部材設置工程の前で、且つ、少なくとも前記防護板２７５が設置された後に、前記補強板２６０を設置する工程を有している（図２９）。【0207】
前記補強板設置工程は、前記スペーサ２５０を介して前記防護板２７５の延在部２７８及び前記補強板２６０の延在部２６４を連結することで、前記補強板２６０を設置するように構成されている。【0208】
前記製造方法は、前記補強板設置工程の後に、前記第２封止部材設置工程を実行する（図２２）。【0209】
本実施の形態においては、図２２、図２４及び図２９に示すように、前記補強板２６０には、内表面及び外表面を連通する貫通孔２６３が設けられており、前記第２封止部材設置工程は、前記補強板２６０の貫通孔２６３を介して外方から前記第２高分子材料を注入するように構成されている。斯かる構成によれば、前記閉塞部４４の厚みを制御性良く形成することができる。
【0210】
前述の通り、本実施の形態においては、前記質量部材設置工程は、前記複数の拘束領域１４にそれぞれ拘束領域用質量部材２１０ａを固着する処理と、前記ベース領域１１の所定位置に前記ベース領域用質量部材２１０ｂを固着する処理とを含んでいる。【0211】
なお、前述の通り、本実施の形態においては、前記吸音材設置工程の後に前記第１封止部材設置工程を実行するように構成されているが、これに代えて、前記第１吸音材設置工程を前記第１封止部材設置工程の後に行うことも可能である。【0212】
即ち、前記質量部材２１０ａ、２１０ｂが設置され且つ前記防護部材７０が設置された後に、前記吸音材５０より先に前記第１封止部材４０ａを設置し、その後に、前記吸音材５０を設置することも可能である。【0213】
ここで、前記複数の拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂは、それぞれ、別体とされており、従って、前記複数の拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂのそれぞれについて、位置合わせ処理及び固着処理が必要となる。【0214】
この点に関し、前記複数の拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂが下記ブリッジ２１５、２１６を介して一体的に連結されている質量板２００を用いれば、前記質量部材設置工程の簡素化及び高速化を図ることができる。【0215】
図３０に、前記電気接続工程後の前記弾性板１０に前記質量板２００を固着したプリアッセンブリの平面図を示す。また、図３１及び図３２に、それぞれ、図３０におけるXXXI-XXXI線に沿った断面図及び図３１におけるXXXII部拡大図を示す。
【0216】
図３０〜図３２に示すように、前記質量板２００は、前記複数の拘束領域用質量部材２１０ａと、前記ベース領域用質量部材２１０ｂと、隣接する一の拘束領域用質量部材２１０ａ及び他の拘束領域用質量部材２１０ａの上端部同士を連結する拘束領域間ブリッジ２１５と、隣接する拘束領域用質量部材２１０ａ及びベース領域用質量部材２１０ｂの上端部同士を連結する拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６とを有している。【0217】
前記拘束領域間ブリッジ２１５及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６は、破断容易なように、前記拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂよりも薄肉とされている。【0218】
前記質量板２００は、例えば、前記拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂの高さに応じた厚み（例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ）を有するステンレス等の板状金属ブロックを用意し、前記金属ブロックの一方側の表面から前記拘束領域間ブリッジ２１５及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６に対応した領域をハーフエッチングすることによって効率的に形成することができる。【0219】
前記拘束領域間ブリッジ２１５及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６は、例えば、０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍ程度の厚みとすることができる。【0220】
前記質量板２００を用いた質量部材設置工程は、前記質量板２００を所定位置で前記弾性板１０の第１面１０ａに固着する処理と、前記拘束領域間ブリッジ２１５及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６を切断して、前記複数の拘束領域用質量部材２１０ａ及び前記ベース領域用質量部材２１０ｂを分離させる処理とを有するものとされる。【0222】
前記拘束領域間ブリッジ２１５及び前記拘束領域／ベース領域間ブリッジ２１６の切断は、例えば、レーザー光の照射によって行うことができる。【0223】
前記質量板２００を用いた質量部材設置工程によれば、質量部材２１０ａ、２１０ｂの設置に際し、位置合わせ処理及び固着処理を１回行うだけでよく、質量部材２１０ａ、２１０ｂの設置の簡素化及び高速化を図ることができる。【0224】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａに対しても種々の変形が可能である。図３４に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａに比して、前記防護板２７５に代えて前記防護容器１７５を、前記補強板２６０に代えて補強板６０’を、それぞれ備えた変形例に係る超音波トランスデューサー２Ｂの縦断面図を示す。
【0225】
前記補強板６０’は、内表面及び外表面を連通する貫通孔６３が設けられている点を除き、前記補強板６０と同一構成とされている。【0226】
また、図３５に、前記変形例２Ｂに比して、前記防護容器１７５に代えて前記他の防護容器１７５’を備えた変形例に係る超音波トランスデューサー２Ｃの縦断面図を示す。【0227】
なお、前記防護容器１７５又は前記防護容器１７５’を備えた構成においては、前記充填部４１、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を一体的に有する前記封止部材４０’を備えることができる。【0228】
図３６に、前記変形例２Ｃにおいて、前記充填部４１、前記筒状部４２及び前記閉塞部４４を一体的に有する前記封止部材４０’を備えた変形例２Ｃ’の縦断面図を示す。前記封止部材４０’は、前記スリット部１７への前記充填部４１の充填を考慮して、硬化前の状態において低粘度の前記第１高分子材料を用いても、前記防護容器１７５’の存在によって、前記第１高分子材料が硬化前に流れ出ることを防止できる。
【0229】
さらに、図３７に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａに比して、前記防護板２７５に代えて前記防護板７５を備え、且つ、前記補強板２６０を削除した変形例に係る超音波トランスデューサー２Ｄの縦断面図を示す。【0230】
実施の形態３以下、本発明に係る超音波トランスデューサーのさらに他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図３８に、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー３Ａの部分縦断面図を示す。
また、図３９に、図３８おけるXXXIX-XXXIX線に沿った前記超音波トランスデューサー３Ａの横断平面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１及び２におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
【0231】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー３Ａは、主として、前記弾性板１０及び前記複数の圧電素子３０の代わりに弾性板３１０及び複数の圧電素子３３０を有している点において、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａと相違している。【0232】
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。【0233】
図３８及び図３９に示すように、前記弾性板３１０は、板面方向に並列状態で設けられ、前記複数の圧電素子３３０がそれぞれ装着される複数の振動領域３１２と、平面視において前記複数の振動領域３１２をそれぞれ囲む複数の低剛性領域３２６と、平面視において前記複数の低剛性領域３２６をそれぞれ囲む拘束領域３１４と、一の拘束領域３１４と当該一の拘束領域３１４より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域３１６とを有している。【0234】
前記弾性板３１０は、前記弾性板１０と同様に、前記複数の拘束領域３１４の全体を囲むベース領域３１１を有している。従って、一の拘束領域３１４にとっては、隣接する他の拘束領域３１４及び隣接するベース領域３１１が前記外方領域となる。
【0235】
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。【0236】
前記低剛性領域３２６は、第１面が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面よりも第２面に近接された、第１面側に開く凹状の薄肉領域とされている。【0237】
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。【0238】
前記圧電素子３３０は、前記振動領域３１２よりも大きく且つ前記低剛性領域３２６よりも小さい外径を有している。即ち、前記圧電素子３３０は、平面視において前記振動領域３１２と重合する中央部３３１と、前記中央部３３１から径方向外方へ延び、平面視において前記低剛性領域３２６内において終焉する延在部３３３とを有している。
【0239】
図３８に示すように、前記中央部３３１における下面電極層が前記振動領域３１２の第１面に絶縁性接着剤３４０によって固着され、且つ、前記延在部おける下面電極層が導電性接着剤３４５によって前記低剛性領域３２６の第１面に電気的且つ機械的に接続されている。【0240】
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。【0241】
本実施の形態においては、図３９に示すように、前記振動領域３１２は平面視円形状とされ、前記圧電素子３３０は平面視矩形状とされ、且つ、前記低剛性領域３２６は平面視矩形状とされているが、当然ながら、本発明は斯かる形状に限定されるものではない。【0242】
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。【0243】
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。
【0244】
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。【0245】
さらに、前記超音波トランスデューサー３Ａにおいては、図３８に示すように、前記低剛性領域３２６を形成する薄肉領域の底面（第１面）には、前記振動領域３１２の第１面３１０ａよりも低い隆起部３２８であって、前記薄肉領域の内側面と共働して接着剤滞留領域を形成する隆起部３２８が設けられている。【0246】
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。【0247】
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。【0248】
なお、本実施の形態においては、図３８及び図３９に示すように、前記隆起部３２８は２箇所において設けられているが、当然ながら、本発明は斯かる形態に限定されるものでは無く、前記隆起部３２８を１箇所のみ又は３箇所以上設けることも可能である。【0249】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー３Ａは、例えば、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサー１Ａの製造方法に比して、下記変更を加えた製造方法によって好適に製造され得る。【0250】
即ち、本実施の形態の製造方法においては、前記スリット部１７を形成する前記弾性板エッチング工程は、前記スリット部１７をエッチング除去するフルエッチング処理に加えて、前記低剛性領域３２６をハーフエッチングするハーフエッチング処理を有している（図４０(a)）。【0251】
前記ハーフエッチング処理に際し、前記隆起部３２８に対応した領域については、サイドエッチング量の２倍よりも若干狭い幅を有するレジストマスクで覆っておく。これにより、前記隆起部３２８をその頂上の位置が前記振動領域３１２及び前記拘束領域３１４の第１面３１０ａより低くなるように残すことができ、圧電素子３３０の下面との接触を防止することができる。【0252】
次に、前記接着剤滞留領域内に導電性接着剤３２８を、前記振動領域３１２に絶縁性接着剤３４０をそれぞれ塗布し（図４０(b)）、前記圧電素子３３０を装着後（図４０(c)）、導電性接着剤３２８及び絶縁性接着剤３４０の硬化処理を行う。【0253】
なお、図３８中の符号３４６は、導電性接着剤３４５及び前記弾性板３１０間の電気接続の信頼性を向上させる為に、前記接着剤滞留領域への導電性接着剤３４５の塗布前に、前記接着剤滞留領域の第１面に設けられるＡｕメッキである。【符号の説明】
【0254】
１Ａ〜１Ｇ、２Ａ〜２Ｄ、３Ａ 超音波トランスデューサー１０、３１０ 弾性板
１０ａ、３１０ａ 第１面
１０ｂ、３１０ｂ 第２面
１１、３１１ ベース領域
１２、３１２ 振動領域
１４、３１４ 拘束領域
１６、３１６ 境界領域
１７ スリット部
１７ａ、１７ｂ 第１及び第２板面方向スリット
１８ ブリッジ部
２６、３２６ 低剛性領域
２７ 溝
２８ａ 開口部
２８ｂ 連結部
３０、３３０ 圧電素子
４０ 封止部材
４０ａ 第１封止部材
４０ｂ 第２封止部材
４１ 充填部
４２ 筒状部
４４ 閉塞部
５０ 吸音材
６０、２６０ 剛性補強板
７０ 防護部材
７２ 開口
７５、１７５、２７５ 防護板
７７、１７７ 貫通孔
８０ 配線体
８２ 絶縁層
８５ 配線導体
８７ 導電性接着剤又ははんだ
８８ 絶縁性接着剤
１１０ 弾性板形成体
１８２ 絶縁層形成部材
１８５ 配線導体形成部材
２１０ 質量部材
２１０ａ 拘束領域用質量部材
２１０ｂ ベース領域用質量部材
２１５ 拘束領域間ブリッジ
２１６ 拘束領域／ベース領域間ブリッジ
２５０ スペーサ
２６２ 中央部
２６３ 貫通孔
２６４ 延在部
２７６ 中央部
２７８ 延在部
３２８ 隆起部
３３１ 中央部
３３３ 延在部
３４０ 絶縁性接着剤
３４５ 導電性接着剤
【要約】
本発明に係る超音波トランスデューサーは、板厚方向に振動可能な弾性板と、弾性板の第１面に並列状態で固着された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子を覆う高分子材料製の封止部材とを備え、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の低剛性領域と、複数の低剛性領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域は、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有している。前記封止部材は、複数の圧電素子のそれぞれを平面視において囲む複数の筒状部であって、基端面が前記スリット部を跨ぐ位置で弾性板の第１面に接合された複数の筒状部と、複数の筒状部の自由端側をそれぞれ閉塞する複数の閉塞部と、前記筒状部の基端面から前記スリット部の内部へ延びる充填部とを有している。