(57)【要約】【課題】  製造工程の短縮化を図った超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサの製造方法を提供する。【解決手段】  複数の貫通孔１４が形成された第１の固定電極１０Ａと、第１の固定電極１０Ａと対をなす複数の貫通孔１４が形成された第２の固定電極１０Ｂと、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに挟持され、導電層１２１を有し、該導電層１２１に直流バイアス電圧が印加される振動膜１２と、前記一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂと振動膜１２を保持する部材とを有し、第２の固定電極１０Ｂに形成された複数の貫通孔１４は振動膜１２を介して第１の固定電極１０Ａに形成された複数の貫通孔１４と対向する位置に全て、または大多数が形成され、一対の固定電極間１０Ａ，１０Ｂには交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部１０１を絶縁材料で形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、
前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記絶縁材料は、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかであ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。
【請求項３】
複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項４】
前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第２の工程と、
前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第３の工程と、
前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第４の工程と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項５】
前記感光性レジストは、感光性フィルムあるいは感光性コート材であることを特徴とする請求項４に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項７】
前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、
前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第２の工程と、
前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び前記液状の振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第３の工程と、
前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第４の工程と、
を有す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の製造方法。
【請求項８】
前記液状の前記振動膜挟持部形成部材は、液状ソルダーレジストであ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の製造方法。
【請求項９】
複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁材料は、非導電性塗料であ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の製造方法。
【請求項１１】
複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、
前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁材料は、電着材料であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する静電型の超音波トランスデューサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図８に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図８に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図８に示すバイモルフ型の超音波トランスデューサは、２枚の圧電セラミック６１および６２と、コーン６３と、ケース６４と、リード６５および６６と、スクリーン６７とから構成されている。
【０００３】
圧電セラミック６１および６２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード６５とリード６６が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。
【０００４】
上述した図８に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからＰｕｌｌ型と呼ばれている。
図９に広帯域発振型超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）の具体的構成を示す。
【０００５】
図９に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として３〜１０μm程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体１３１（絶縁体）を用いている。誘電体１３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極１３２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極１３３が誘電体１３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極１３３は、リード１５２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板１３５に固定されている。
【０００６】
また、上電極１３２は、リード１５３が接続されており、このリード１５３は直流バイアス電源１５０に接続されている。この直流バイアス電源１５０により上電極１３２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極１３２が下電極１３３側に吸着されるようになっている。１５１は信号源である。
【０００７】
誘電体１３１および上電極１３２ならびにベース板１３５は、メタルリング１３６、１３７、および１３８、ならびにメッシュ１３９とともに、ケース１３０によってかしめられている。
下電極１３３の誘電体１３１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極１３３と誘電体１３１との間の空隙となるので、上電極１３２および下電極１３３間の静電容量の分布が微小に変化する。
【０００８】
このランダムな微小な溝は、下電極１３３の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図９に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図１０において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。
【０００９】
上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極１３２に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極１２と下電極１３３との間に矩形波信号（５０〜１５０Ｖp-p）が印加されるようになっている。因みに、図１０に曲線Ｑ１で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±５kHzの周波数において最大音圧に対して−３０dＢである。これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４０kHzから１００kHz付近まで平坦で、１００kHzで最大音圧に比して±６dＢ程度である（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−５０３８７号公報
【特許文献２】特開２０００−５０３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図８に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図９に示す静電方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）として知られている。
しかしながら、音圧の最大値は図１０に示すように、共振型の超音波トランスデューサが１３０ｄＢ以上（曲線Ｑ２）であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは１２０ｄＢ以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。
【００１１】
ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号（可聴周波数帯の信号）でAM変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、空気の非線形により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。
【００１２】
つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波）と可聴波（元オーディオ信号）に波形分離され、我々人間は２０kHz以下の可聴音（元オーディオ信号）のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。
【００１３】
上記のパラメトリック効果が十分現れるためには１２０ｄＢ以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱらＰＺＴなどのセラミック圧電素子やＰＶＤＦなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
【００１４】
一般に、人間の最大可聴周波数帯域は２０Hz〜２０kHzと云われており約２０kHzの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で２０kHzの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この２０kHzという広帯域を忠実に再生（復調）することは困難であることは容易に理解できるであろう。
【００１５】
実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、（１）帯域が狭く再生音質が悪い、（２）ＡＭ変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも0.5程度までしか変調度を上げられない、（３）入力電圧を上げると（ボリュームを上げると）圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、（４）アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。
【００１６】
これに対し図９に示した静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。
また、Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜（図１０における上電極１３２に相当する。）の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。
【００１７】
これに対して、上記問題を解決するために既に、我々（本発明者ら）は、図１に示す構造（プッシュプル型）の超音波トランスデューサを提案している。
しかしながら、このプッシュプル型超音波トランスデューサの製造方法については未だ検討されていなかった。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製造工程の短縮化を図った超音波トランスデューサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明の超音波トランスデューサは、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００２１】
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、この振動膜挟持部（例えば、数μｍ〜数十μｍ）だけ、絶縁層の厚みが増大されたことになり、振動膜として１０μｍ以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となり、振動膜のフィルム厚みの選択範囲が拡がるという効果が得られる。
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、製造工程で固定電極における振動膜挟持部のエッジが絶縁層に深く食い込むような状態が発生しても、固定電極における振動膜挟持部の厚みだけ絶縁層の厚さが振動膜の絶縁層の厚さに対して上乗せされるため、振動膜の破損により絶縁破壊に至ることは回避されるという効果がある。
【００２２】
また、固定電極における振動膜挟持部の一部が完全に振動膜の導電層に接触する、あるいは完全に振動膜を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡の発生を完全に防ぐ事ができる。
さらに、従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を構成すると、振動電極膜に作用する静電力を全く変えずに、静電容量のみを低減でき、静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
【００２３】
また、本発明の超音波トランスデューサは、前記絶縁材料は、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかであることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、固定電極における
振動膜挟持部を形成する絶縁材料として液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを使用するので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として形成することができる。
【００２４】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００２５】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等（主に強アルカリ溶剤）が不要となり、環境面でも改善できる。
【００２６】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第２の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第３の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板に振動膜挟持部形成材としての非導電性の感光性レジストを所定の厚さに形成する第２の工程と、前記非導電性の感光性レジスト表面に前記振動膜挟持部のパターンが形成された振動膜挟持部形成用マスク部材を被覆し、露光する第３の工程と、前記振動膜挟持部形成用マスク部材を剥離し、現像により不要な前記感光性レジストを除去する第４の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等（主に強アルカリ溶剤）が不要となり、環境面でも改善できる。
【００２８】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記感光性レジストは、感光性フィルムあるいは感光性コート材であることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００３０】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
【００３１】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の振動膜挟持部形成材をセットする第２の工程と、前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び液状の前記振動膜挟持部形成材をセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第３の工程と、前記振動膜挟持部形成部材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第４の工程とを有することを特徴とする。
【００３２】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記一対の固定電極の固定電極部を形成するための所定の厚さの導電体板上に複数の貫通孔のパターンを形成したマスク部材を被覆し、エッチング処理により前記導電体板に複数の貫通孔を形成する第１の工程と、前記第１の工程で複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記振動膜挟持部を形成するためのマスク部材が配列されてなるスクリーン印刷板及び液状の前記振動膜挟持部形成材をセットする第２の工程と、前記複数の貫通孔が形成された導電体板表面に前記スクリーン印刷板及び液状のをセットした後、スキージを移動させながら前記振動膜挟持部形成部材をマスク部材がかかっていない部分に塗布する第３の工程と、前記振動膜挟持部形成材をマスク部材がかかっていない部分に塗布した後、前記スクリーン印刷版を外し、前記導電板表面に残存する前記振動膜挟持部形成材を乾燥させる第４の工程とを有するので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
【００３３】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記液状の前記振動膜挟持部形成材は、液状ソルダーレジストであることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００３５】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００３６】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。
【００３７】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記絶縁材料は、非導電性塗料であることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の超音波トランスデューサ製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００３９】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００４０】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。
【００４１】
また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、前記絶縁材料は、電着材料であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[超音波トランスデューサの実施形態]
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図１に示す。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサは、複数の貫通孔１４が形成された第１の固定電極１０Ａと、第１の固定電極１０Ａと対をなす複数の貫通孔１４が形成された第２の固定電極１０Ｂと、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂに挟持され、導電層１２１を有し、該導電層１２１に直流バイアス電圧が印加される振動膜１２と、前記一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂと振動膜１２を保持する部材とを有し、第２の固定電極１０Ｂに形成された複数の貫通孔１４は振動膜１２を介して第１の固定電極１０Ａに形成された複数の貫通孔１４と対向する位置に全て、または大多数が形成され、一対の固定電極間１０Ａ，１０Ｂには交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部１０１を絶縁材料で形成したことを特徴としている。
【００４３】
図１（Ａ）は、超音波トランスデューサの構成を示し、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図１において、本実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂと、一対の固定電極に挟持され、導電層１２１を有する振動膜１２と、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂと振動膜を保持する部材（図示せず）とを有している。
【００４４】
一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、導電体で形成された固定電極部１００と、振動膜１２を挟持する振動膜挟持部１０１とから構成されている。この振動膜挟持部１０１は絶縁材料で形成されている。この絶縁材料としては、液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを使用することができる。振動膜挟持部１０１を液状ソルダーレジスト、感光性フィルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料のいずれかの絶縁材料で形成することにより、、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として形成することができる。
【００４５】
振動膜１２は、絶縁体で形成された絶縁層１２０と、導電性材料で形成された導電層１２１を有しており、該導電層１２１には、直流バイアス電源１６により単一極性（正極性でも負極性のいずれでもよい。）の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して信号源１８から出力される交流信号が印加されるようになっている。
【００４６】
また、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂは振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通孔１４を有しており、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂの導電部材間には信号源１８により交流信号が印加されるようになっている。
固定電極１０Ａと導電層１２１、固定電極１０Ｂと導電層１２１により、それぞれコンデンサが形成されている。
【００４７】
上記構成において、超音波トランスデューサ１は、振動膜１２の電極層に、直流バイアス電源１６により単一極性の（本実施形態では正極性の）直流バイアス電圧に信号源１８から出力される交流信号が重畳された状態で印加される。
一方、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂには、信号源１８より交流信号が印加される。
【００４８】
この結果、信号源１８から出力される交流信号の正の半サイクルでは、固定電極１０Ａに正の電圧が印加されるために、振動膜１２の固定電極で挟持されていない表面部分１２Ａには、静電反発力が作用し、表面部分部分１２Ａは、図１（ａ）上、下方に引っ張られる。
また、このとき、対向する固定電極１０Ｂには、負の電圧が印加されるために、振動膜１２の前記表面部分１２Ａの裏面側である裏面部分１２Ｂには、静電吸引力が作用し、裏面部分１２Ｂは、図１（ｂ）上、さらに下方に引っ張られる。
【００４９】
したがって、振動膜１２の一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源１８から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜１２の表面部分１２Ａには図１（ａ）上、上方に静電吸引力が、また裏面部分１２Ｂには、図１（ｂ）上、上方に静電反発力が作用し、振動膜１２の一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜１２が同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。
【００５０】
このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、振動膜１２が一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂから力を受けて振動することからプッシュプル（Push―Pull）型と呼ばれている。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ（Pull型）に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
【００５１】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を図１０に示す。同図において、曲線Ｑ３が本実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、２０kHz〜１２０kHzの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる１２０ｄＢ以上の音圧レベルが得られることが分かる。
【００５２】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂに挟持された薄膜の振動膜１２が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。
【００５３】
すなわち、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００５４】
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、この振動膜挟持部（例えば、数μｍ〜数十μｍ）だけ、絶縁層の厚みが増大されたことになり、振動膜として１０μｍ以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となり、振動膜のフィルム厚みの選択範囲が拡がるという効果が得られる。
また、前記振動膜を挟持する前記一対の固定電極における振動膜挟持部を絶縁材料で形成したので、製造工程で固定電極における振動膜挟持部のエッジが絶縁層に深く食い込むような状態が発生しても、固定電極における振動膜挟持部の厚みだけ絶縁層の厚さが振動膜の絶縁層の厚さに対して上乗せされるため、振動膜の破損により絶縁破壊に至ることは回避されるという効果がある。
【００５５】
また、固定電極における振動膜挟持部の一部が完全に振動膜の導電層に接触する、あるいは完全に振動膜を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡の発生を完全に防ぐ事ができる。
さらに、従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を構成すると、振動電極膜に作用する静電力を全く変えずに、静電容量のみを低減でき、静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
【００５６】
次に本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極部分をフォトリソグラフィー法により、従来の手法で製造する場合の製造工程について図４を参照して説明する。同図において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０に貫通孔１４を形成する（図４（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０に貫通孔１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通孔１４の空いた導電体板１０が得られる（図４（ｃ））。
【００５７】
ここでエッチングによって導電板１０に空けられる貫通孔１４の口径には、導電板１０の厚みとの関係で制約がある。例えば、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用している貫通孔１４の最小口径は0.25mmであり、この径の貫通孔１４が空けられる板厚みは0.25mm以下とされている。よって、0.25mm以上の厚みの固定電極を必要とする場合には、厚み0.25mmの金属板にエッチングで貫通孔１４を空けたものを予め数枚用意しておき、これらを必要枚数重ねて熱圧着または拡散接合により金属結合させ、所望の厚みの固定電極を製作する。
【００５８】
次に、貫通孔１４の空いた導電体板１０に、固定電極を構成する振動膜挟持部（段差部）を形成するため、前処理材としての感光性レジスト（液体の場合はコーティング、フィルムの場合はラミネート）２０Ａを付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材２１Ａを被せて露光する（図４（ｄ））。
感光性レジスト２０Ａとしては、一般的にエッチングやメッキ等で一時的な中間構造体を形成するために使用される液体レジストやドライフィルムを用いるが、本構成品では貫通孔１４を封止する事を目的とするため、ドライフィルムを用いる方がより有効である。
【００５９】
現像により不要なレジストを除去すると、固定電極の振動膜挟持部（段差部）を形成させる部分の導電板１０表面のみが露出する（図４（ｅ））。
次いで、導電板１０の上記露出面に対し、電鋳法により金属（例えばニッケル）を所望の高さまで積層させる（図４（ｆ））。
電鋳処理が完了後、残留レジスト２０Ａ’を剥離すると、所望の固定電極が出来上がる（図４（ｇ））。
【００６０】
以上の従来の製造工程により製造した場合の固定電極の問題点を以下に示す。
（１）振動膜に薄いフィルムが使えない
上述した従来の製造工程で固定電極を製造する場合、すなわち固定電極の振動膜挟持部を導電材で構成する場合、振動膜の金属蒸着層（＝導電層）と固定電極の最大クリアランスは、振動膜の絶縁層の厚みとなる。
ここで、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用する振動電極膜の絶縁層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）などで構成される。
【００６１】
ここで各材料の絶縁破壊強度は下記の通りである。
ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＩ：２００Ｖ／μｍ
ＰＰ：３００Ｖ／μｍ
また、本トランスデューサに印加する電圧は、固定電極、振動電極膜ともに、数１００Ｖ〜数ｋＶである。
よって、従来の構成において、例えば振動膜の絶縁層にＰＥＴを用いた場合、２ｋＶの電圧を印加するためには少なくとも１０μｍの膜厚が必要となり、振動膜としてこれより薄いフィルムは使えない事になる。
【００６２】
（２）絶縁破壊を起こし易い。
エッチング処理により成形された固定電極のエッジ部は非常に鋭利である。また追加工（機械加工）を行った箇所には、数〜１０数ミクロンのバリ等が発生する。また、エッチング処理した金属には歪みが起こり易く、熱圧着または拡散接合を行っても、少なくとも１０数μmの反りが残る事が確認されている。
このように、固定電極に反りがある状態で振動電極膜を確実に挟持させようとすると、図５に示すように固定電極における振動膜挟持部２０のエッジ部が振動膜１２の絶縁層１２０に食い込む。
【００６３】
従来構成では、振動膜挟持部２０が導電材料で形成されているため、振動膜１２の導電層１２１と固定電極の導電部との最小ギャップは図中ｄ１となり、食い込んだ分だけギャップが狭くなり、絶縁破壊強度が低下する。
例えば、絶縁層１２０がＰＥＴであった場合、ｄ１が１μｍ程度まで小さくなると、２００Ｖ以上の電圧を印加する事は困難となる。
【００６４】
（３）静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される。
投入電力は静電容量で決まり、振動膜１２の導電層１２１と固定電極間のギャップが狭くなるほど、すなわち振動電極膜の絶縁層１２０が薄くなるほど静電容量は大きくなり、投入電力が増加する。
一方、超音波トランスデューサの主特性（＝音圧）に最も寄与する振動膜１２に作用する静電力は、振動膜挟持部として露出している固定電極の金属面の面積と振動膜挟持部の段差（＝導電体と振動膜間のギャップ）によって決まる。
よって、絶縁層の薄い振動膜を用いれば静電力は増えるが、同時に静電容量も大幅に増えるため、エネルギー効率が良くない。
【００６５】
以上のように、従来の製造工程により超音波トランスデューサの固定電極を製造した場合には、（１）振動膜に薄いフィルムが使えない、（２）固定電極と振動膜の導電層との間で絶縁破壊を起こし易い、（３）振動膜の導電層と固定電極との間で形成される静電容量が大きく、無駄にエネルギーが消費される、という問題がある。
これらの問題は、既に説明した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサと、以下に説明する超音波トランスデューサの製造方法により解決される。
【００６６】
[超音波トランスデューサの製造方法の実施形態]
〈第１実施形態〉（フォトリソグラフィー法）
次に、本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第１実施形態を図２に示す。本発明の第１実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
すなわち、図１に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
【００６７】
図２において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０に貫通孔１４を形成する（図２（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０に貫通孔１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通孔１４の空いた導電体板１０が得られる（図２（ｃ））。
【００６８】
次に貫通孔１４の空いた導電体板１０に、振動膜挟持部を構成する段差を形成するための感光性レジスト（液体の場合はコーティング処理、フィルムの場合はラミネート処理）２０を付けた後、振動膜挟持部形成用マスク部材２１を被せて露光する（図２（ｄ））。
ここで使用する振動膜挟持部形成材としての感光性レジスト２０は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、かつ非導電性の物でなければならない。有効と考えられる材料には、液体の場合では感光性ポリイミドコーティング材（＝半導体製造で使用される感光性のコーティング材で、スピンコート法により金属板をコーティングして使用）、フィルムの場合では回路基板のパッケージ用に使用される感光性ソルダーレジストフィルムや感光性ポリイミドフィルムなどがある。
【００６９】
振動膜挟持部形成用マスク部材２１を剥離し、現像により不要な感光性レジスト２０を除去すると固定電極部となる導電体板１０の表面のみが露出し、その他の部分に非導電性の感光性レジスト２０が残り、所望の固定電極が出来上がる（図２（ｅ））。
【００７０】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００７１】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をフォトリソグラフィー法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にできるため製造工程が短縮され、かつ製造コストを削減できる。
また、残留レジストの剥離工程で使用する溶剤等（主に強アルカリ溶剤）が不要となり、環境面でも改善できる。
【００７２】
〈第２実施形態〉（スクリーン印刷法）
【００７３】
次に、本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法（製造工程）の第２実施形態を図３に示す。
本発明の第１実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。すなわち、図１に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
【００７４】
図３において、まず、導電体板（銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が適している。）１０に複数の貫通孔のパターンが形成されたマスク部材１１を被せ、エッチング処理により導電体板１０に貫通孔１４を形成する（図２（ａ），（ｂ））。
次いで、導電体板１０に貫通孔１４が形成された後にマスク部材１１を剥離して、貫通孔１４の空いた導電体板１０が得られる（図２（ｃ））。
【００７５】
貫通孔１４の空いた導電体板１０の上に、固定電極における振動膜挟持部を形成するためのスクリーン印刷版３０および液状の振動膜挟持部形成材３２をセットし、スキージ３１を移動させて振動膜挟持部形成材３２をスクリーン印刷版３０におけるマスク部材のかかっていない部分に塗り込む（図３（ｄ））。
ここで、有効と考えられる振動膜挟持部形成材３２は、永久的に振動膜挟持部として構成でき、かつ非導電性のもので、例えば回路基板で一般的に使用されるパッケージ用の液状ソルダーレジストやサンドブラスト用レジストとして使用されるマスキングインクなどである。特にフレキシブルプリント基板用のソルダーレジストは比較的柔らかい（鉛筆の硬さでＨＢ〜３Ｈ程度）ため、振動電極膜をしっかりと挟持するには有効である。
【００７６】
振動膜挟持部形成材３２をスクリーン印刷版３０におけるマスク部材のかかっていない部分への塗布完了後にスクリーン印刷版３０を外すと、導電板１０上における振動膜挟持部を除く他の部分に非導電性の層（＝振動膜挟持部形成材３２）が残り、これを乾燥させて所望の固定電極が出来上がる（図３（ｅ））。
【００７７】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００７８】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をスクリーン印刷法により絶縁材料で形成するようにしたので、従来必要とされた金属電鋳以降の工程が不要にでき、さらにフォトリソグラフィー法で行う現像といった工程も全く必要ないため、製造工程が大幅に短縮され、かつ製造コストを大幅に削減できる。
【００７９】
また、その他の超音波トランスデューサの製造方法としては、予めコーティングすべき部分（＝対向電極形成体を形成する部分）のみ導電部が露出するようにレジストを形成しておき、非導電性インク（非導電性塗料）をインクジェットヘッドで飛ばして塗布する、あるいは電着ポリイミド材に浸して電着コーティングして、塗布あるいは電着後にレジストを剥離する方法でも可能である。
【００８０】
インクジェット法による超音波トランスデューサの製造方法は、図１に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、超音波トランスデューサの振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴している。
【００８１】
すなわち、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成したことを特徴としている。
【００８２】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００８３】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部をインクジェット法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。
【００８４】
また、電着法による超音波トランスデューサの製造方法は、図１に示した本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法であって、超音波トランスデューサの振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴している。
【００８５】
すなわち、本発明の超音波トランスデューサ製造方法は、複数の貫通孔が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通孔が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する部材とを有し、前記第２の固定電極に形成された複数の貫通孔は前記振動膜を介して前記第１の固定電極に形成された複数の貫通孔と対向する位置に全て、または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される超音波トランスデューサの製造方法であって、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成したことを特徴とする。
【００８６】
上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の貫通孔が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
【００８７】
また、上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサの製造方法では、前記振動膜を挟持する固定電極における振動膜挟持部を電着法により絶縁材料で形成するようにしたので、固定電極における振動膜挟持部を永久構造体として容易に形成することができる。
【００８８】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ及び本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサの固定電極における振動膜挟持部を非導電性材料（絶縁材料）で形成したことにより、以下の効果が得られる。
（１）振動膜を形成するフィルム厚みの選択範囲が拡がる。
非導電性材料にて形成した固定電極における振動膜挟持部の段差分（数μｍ〜数十μｍ）だけ、絶縁層の厚みが増大された事になり、振動膜として１０μｍ以下の薄肉フィルムでも問題なく高電圧で使用可能となる。
【００８９】
例えば、振動電極膜の絶縁層に３μｍのＰＥＴフィルムを用いた場合、従来の固定電極の構成（固定電極全体を導電性材料で形成）では６００Ｖが印加できる電圧の上限値となるが、非導電性材料を適用する事により、例えば振動膜挟持部の段差を３μｍとした場合でも、固定電極面と振動膜の導電層とのクリアランスが６μｍになるため、１ｋＶ以上の電圧を印加する事が可能となる。
また、例えば固定電極における振動膜挟持部の段差を２０μｍとして、３ｋＶの電圧を印加したい場合、従来の固定電極の構成では１５μｍの絶縁層（ＰＥＴ）が必要となるが、固定電極の振動膜挟持部を形成するのに非導電性材料を用いると１μｍのＰＥＴフィルム（クリアランス：２１μｍ）で十分となる。
【００９０】
（２）振動膜の破損によるの固定電極と振動膜の導電層との間における絶縁破壊が生じるのを回避できる。
すなわち、固定電極１０Ａ，１０Ｂの振動膜挟持部２０を非導電性材料にて構成した場合、図５において、振動膜挟持部２０の段差ｄ２（数μｍ〜数十μｍ）分が絶縁層として上乗せされるため、振動膜１２の導電層１２１と固定電極の固定電極部（導電部）１０との最小ギャップは（ｄ１＋ｄ２）となるため、エッジ部が振動膜１２の絶縁層１２０に深く食い込んでも絶縁破壊強度が十分確保され、従来のような不具合が発生する事は無く、薄い振動電極膜でも問題なく扱う事が可能となる。
【００９１】
また、固定電極１０Ａまたは１０Ｂの一部が完全に振動膜１２の導電層１２１に接触する、あるいは完全に振動膜１２を突き破り、反対側の固定電極と接触した場合でも、導電部同士が接触する事は無く、固定電極の構造的歪みによる絶縁強度の低下および短絡を完全に防ぐ事ができる。
【００９２】
（３）静電容量の低減によるエネルギー効率の改善が図れる。
従来のように固定電極を全て導電材料で構成した場合に比べ、非導電性材料で振動膜挟持部を形成すると、振動膜に作用する静電力を全く変えずに、固定電極の導電部（固定電極部１００）との間における静電容量のみを低減する事ができる。
例えば、本発明のトランスデューサの構造（図６）において、振動膜１２の絶縁層１２０をＰＥＴ（比誘電率３．２）とし、その厚みをｔ１、また振動膜挟持部２０をポリイミド（比誘電率３．５）とし、その厚み（＝振動膜挟持部２０の段差）をｔ２、振動膜挟持部２０の外径をφＤ１、内径は外径の半分とした場合の、従来の固定電極の構成に対する静電容量の比を図７（ａ），（ｂ）に示す。
同図から明らかなように振動膜１２の絶縁層１２０の厚みｔ１が薄くなるほど、振動膜挟持部２０を絶縁材料で形成することによる静電容量の低減効果は大きく、また振動膜挟持部２０の厚みｔ２が厚くなるほど、静電容量の低減効果がおおきい。
以上のことから静電力を変えずに投入電力のみを低減できるため、エネルギー効率の改善された超音波トランスデューサを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ及び本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法により製造された超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図２】本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第１実施形態を示す製造工程図。
【図３】本発明に係る超音波トランスデューサの製造方法の第２実施形態を示す製造工程図。
【図４】超音波トランスデューサの従来の製造方法を示す製造工程図。
【図５】図４に示した超音波トランスデューサの製造方法により製造した超音波トランスデューサの構造上の問題を示す説明図。
【図６】本発明による超音波トランスデューサの特性改善を示す説明図。
【図７】本発明に係る超音波トランスデューサの従来構成による超音波トランスデューサとの、固定電極と振動膜の桐伝送との間における静電容量の比を示す説明図。
【図８】従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図９】従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【図１０】本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。
【符号の説明】
【００９５】
１…超音波トランスデューサ、１０…導電体板、１０Ａ，１０Ｂ…固定電極、１１…マスク部材、１２…振動膜、１４…貫通孔、１６…直流バイアス電源、１８…信号源、２０…感光性レジスト、２１…振動膜挟持部形成用マスク部材、３０…スクリーン印刷板、３１…スキージ、３２…振動膜挟持部形成材、１００…固定電極部、１０１…振動膜挟持部、１２０…絶縁層、１２１…導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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