(57)【要約】【課題】高効率な超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波デバイスを提供する。【解決手段】表面電極１０は、導電層１１と、導電層１１の背面側に配置された絶縁層１２とを備える。背面電極２０は、複数の支持突起２１と、通気口２２とを備える。複数の支持突起２１は、絶縁層１２の背面側に配置されており、かつ絶縁層１２に向けて突出するように形成されている。複数の支持突起２１の間には、表面電極１０の変形を可能とするための間隙２３が形成されている。通気口２２は、内部空気層３０と、背面電極２０の背面側における外部空気層４０とを連通させる。支持突起２１は、表面電極１０と背面電極２０との間にバイアス電圧が印加された状態において、絶縁層１２に当接する構成となっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面電極と、この表面電極の背面側に対向して配置された背面電極と、前記表面電極と前記背面電極との間に形成された内部空気層とを備えており、
前記表面電極は、導電層と、前記導電層の背面側に配置された絶縁層とを備えており、
前記背面電極は、複数の支持突起と、通気口とを備えており、
前記複数の支持突起は、前記絶縁層の背面側に配置されており、かつ前記絶縁層に向けて突出するように形成されており、
前記複数の支持突起の間には、前記表面電極の変形を可能とするための間隙が形成されており、
前記通気口は、前記内部空気層と、前記背面電極の背面側における外部空気層とを連通させる構成となっており、
さらに、前記支持突起は、前記表面電極と前記背面電極との間にバイアス電圧が印加された状態において、前記絶縁層に当接する構成となっている
ことを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記支持突起における、前記絶縁層との対向面は、前記絶縁層に向けて膨出した断面略円弧状とされている
請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記支持突起の側面は、先細りのテーパ状に形成されている
請求項１又は２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記背面電極は、縦方向ワイヤと横方向ワイヤとを用いて構成された略平面上の織構造とされており、
前記複数の支持突起は、前記縦方向ワイヤ及び／又は前記横方向ワイヤの湾曲部によって構成されており、
前記縦方向ワイヤ及び前記横方向ワイヤの両方又は一方は、導電性を有している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサを平面方向に集積して構成された超音波フェイズドアレイ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサと、信号源と、バイアス印加部とを備えており、
前記信号源は、前記表面電極と前記背面電極との間に、信号成分を持つ交流電圧を印加する構成となっており、
前記バイアス印加部は、前記表面電極と前記背面電極との間に、バイアス用の直流電圧を印加する構成となっている
超音波発生デバイス。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサと、検出部と、バイアス印加部とを備えており、
前記検出部は、前記表面電極に加えられた振動を検出する構成となっており、
前記バイアス印加部は、前記表面電極と前記背面電極との間に、バイアス用の直流電圧を印加する構成となっている
超音波検出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波と電気信号とを変換するための超音波トランスデューサ、及び、それを用いた超音波デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空中超音波フェイズドアレイは、多数の超音波振動子を格子状に並べ、各振動子を駆動制御することにより、空間中に任意の超音波波面を生成するデバイスである。この空中超音波フェイズドアレイは、これまでに、各種計測用やパラメトリックスピーカとして利用されてきているが、近年は、非接触で触覚を惹起する触覚提示デバイスとしての利用も検討されている（下記非特許文献１〜３）。
【０００３】
しかし、現在、触覚提示用として開発されているものは、個別素子をアレイ状に配列したものであり、その厚みや重量の問題から、持ち運びや様々な環境への実装が困難となっている。そのため、空中超音波フェイズドアレイを用いたアプリケーションの発展には、デバイスの薄型化が必要となる。
【０００４】
空中用途の一体型フェイズドアレイとして、MEMS技術を用いた静電駆動型デバイスの研究が行われている（下記非特許文献４）。しかし、空中への超音波放射の目的で利用可能な大面積一体型のデバイスの実用例はほぼ皆無である。これまで空中超音波放射用フェイズドアレイの強いニーズが存在しなかったこともあり、実用性の見込まれる一体型フェイズドアレイは実現されていない。
【０００５】
そこで、本発明者らは、MEMS技術を用いずにフレキシブルな材料の積層により製作可能な、静電駆動の薄型デバイスを提案している（下記非特許文献５）。この技術によれば、大面積で一体型のデバイスを提供することができる。しかしながら、強力な超音波を発生させるために高い電圧を印加すると放電してしまうという問題があり、単位面積あたりの音響放射パワーの向上が課題となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Hoshi, M. Takahashi, T. Iwamoto, and H. Shinoda, “Noncontact Tactile Display Based on Radiation Pressure of Airborne Ultrasound,” IEEE Trans. Haptics, vol. 3, no. 3, pp. 155-165, Jul. 2010.
【非特許文献２】B. Long, S. A. Seah, T. Carter, and S. Subramanian, “Rendering volumetric haptic shapes in mid-air using ultrasound,” ACM Trans. Graph., vol. 33, no. 6, pp. 1-10, 2014.
【非特許文献３】S. Inoue, Y. Makino, and H. Shinoda, “Active touch perception produced by airborne ultrasonic haptic hologram,” in IEEE World Haptics Conference, WHC 2015, 2015, pp. 362-367.
【非特許文献４】M. I. Haller and B. T. Khuri-Yakub, “A surface micromachined electrostatic ultrasonic air transducer,” IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 43, no. 1, pp. 1-6, 1996.
【非特許文献５】神垣, 井上, 門内, 野田, 牧野, 篠田：シート状空中超音波フェイズドアレイ，第33回センシングフォーラム資料, 240/243(2016)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記した状況に基づいてなされたものである。本発明の主な目的は、高効率な超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。
【０００９】
（項目１）
表面電極と、この表面電極の背面側に対向して配置された背面電極と、前記表面電極と前記背面電極との間に形成された内部空気層とを備えており、
前記表面電極は、導電層と、前記導電層の背面側に配置された絶縁層とを備えており、
前記背面電極は、複数の支持突起と、通気口とを備えており、
前記複数の支持突起は、前記絶縁層の背面側に配置されており、かつ前記絶縁層に向けて突出するように形成されており、
前記複数の支持突起の間には、前記表面電極の変形を可能とするための間隙が形成されており、
前記通気口は、前記内部空気層と、前記背面電極の背面側における外部空気層とを連通させる構成となっており、
さらに、前記支持突起は、前記表面電極と前記背面電極との間にバイアス電圧が印加された状態において、前記絶縁層に当接する構成となっている
ことを特徴とする超音波トランスデューサ。
【００１０】
（項目２）
前記支持突起における、前記絶縁層との対向面は、前記絶縁層に向けて膨出した断面略円弧状とされている
項目１に記載の超音波トランスデューサ。
【００１１】
（項目３）
前記支持突起の側面は、先細りのテーパ状に形成されている
項目１又は２に記載の超音波トランスデューサ。
【００１２】
（項目４）
前記背面電極は、縦方向ワイヤと横方向ワイヤとを用いて構成された略平面上の織構造とされており、
前記複数の支持突起は、前記縦方向ワイヤ及び／又は前記横方向ワイヤの湾曲部によって構成されており、
前記縦方向ワイヤ及び前記横方向ワイヤの両方又は一方は、導電性を有している
項目１〜３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【００１３】
（項目５）
項目１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサを平面方向に集積して構成された超音波フェイズドアレイ。
【００１４】
（項目６）
項目１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサと、信号源と、バイアス印加部とを備えており、
前記信号源は、前記表面電極と前記背面電極との間に、信号成分を持つ交流電圧を印加する構成となっており、
前記バイアス印加部は、前記表面電極と前記背面電極との間に、バイアス用の直流電圧を印加する構成となっている
超音波発生デバイス。
【００１５】
（項目７）
項目１〜４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサと、検出部と、バイアス印加部とを備えており、
前記検出部は、前記表面電極に加えられた振動を検出する構成となっており、
前記バイアス印加部は、前記表面電極と前記背面電極との間に、バイアス用の直流電圧を印加する構成となっている
超音波検出デバイス。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高効率な超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波デバイスを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における超音波発生デバイスの概略的な構成を示すための、要部を切断した斜視図である。
【図２】図１のデバイスにおける要部の拡大断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】図１のデバイスに用いる背面電極を平面視した状態での写真である。
【図５】図１のデバイスを用いた実験例の実験方法を説明するための説明図である。
【図６】実験例における実験結果を示すグラフであって、横軸は印加交流電圧の周波数、縦軸は発生した超音波の観測音圧である。
【図７】実験例における実験結果を示すグラフであって、横軸は印加交流電圧の周波数、縦軸は交流電圧と超音波との間の位相差である。
【図８】実験例における実験結果を示すグラフであって、横軸は印加交流電圧の周波数、縦軸は電気エネルギーから音響エネルギーへの変換効率である。
【図９】実験例における実験結果を示すグラフであって、横軸は交流電圧（振幅値）、縦軸は発生した超音波の音圧である。
【図１０】変形例１における超音波トランスデューサの概略的な構成を示すための、要部断面図である。
【図１１】変形例２における超音波トランスデューサの概略的な構成を示すための、要部断面図である。
【図１２】変形例３における超音波トランスデューサの概略的な構成を示すための、要部断面図である。
【図１３】図１２の背面電極における一つの支持突起を上方から見た状態での概略的な説明図である。
【図１４】変形例４における超音波検出デバイスの概略的な構成を示すための、要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る超音波発生デバイスを、添付の図面を参照しながら説明する。この超音波発生デバイスは、本発明の一実施例に係る超音波トランスデューサを用いた超音波デバイスの一例に相当する。
【００１９】
（本実施形態の構成）
本例の超音波発生デバイス（以下単に「デバイス」と略称することがある）は、表面電極１０と、この表面電極１０の背面側に対向して配置された背面電極２０と、表面電極１０と背面電極２０との間に形成された内部空気層３０とを備えている（図１参照）。また、このデバイスは、外部空気層４０と、信号源５０と、バイアス印加部６０と、背面層７０とを備えている。本例では、表面電極１０と、背面電極２０と、内部空気層３０とが超音波トランスデューサの一例に対応している。
【００２０】
（表面電極）
表面電極１０は、導電層１１と、導電層１１の背面側に配置された絶縁層１２とを備えている（図１参照）。また、本例の表面電極は、表面層１３と中間層１４とを追加的に備えている。
【００２１】
導電層１１としては、導電性のある材質、例えば金薄膜を用いることができる。
【００２２】
絶縁層１２の材質としては、アラミドフィルムやポリイミドフィルムのように、電気的な耐圧が大きく、機械的に丈夫で軽いフィルムを用いることが好ましいが、必要な特性を備える他の適宜な材質を用いることができる。本例の絶縁層１２は、超音波の発生（又は検出）のための振動膜として機能する。絶縁層１２の周縁部は、導電層１１と共に、表面層１３と中間層１４との間に支持されており、これにより、絶縁層１２の振動に必要な張力が維持されている。
【００２３】
表面層１３は、導電層１１の表面側（図１において上面側）に配置されて、導電層１１及び絶縁層１２を保護できるようになっている。表面層１３の材質としては、本例では、特に制約されないが、アクリル板が用いられている。表面層１３は、開口部１３１を備えており、この開口部１３１を介して、外部空間の弾性波と絶縁層１２との間でのエネルギ交換を行うことができるようになっている。つまり、この例では、開口部１３１の内側における絶縁層１２が、超音波トランスデューサとして機能するための可動部（振動部）となっている。表面層１３の材質としては、絶縁層１２を保護及び固定するために必要な機械的強度を備える材質であることが好ましい。表面層１３としては、アクリル板にかえて薄い金属板を用いてもよいし、表面層１３を省略してデバイスの表面を平坦にすることもできる。あるいは表面層１３を非常に薄い膜として導電層１１の全面を被覆し、保護層とすることもできる。
【００２４】
中間層１４は、絶縁層１２と背面電極２０との間に配置されている。中間層１４の材質としては、本例では、絶縁フィルムが用いられている。中間層１４の厚さとしては、導電層１１と背面電極２０の辺縁部での放電を防ぐことができる厚さであればよい。
【００２５】
（背面電極）
背面電極２０は、複数の支持突起２１と、通気口２２とを備えている（図２参照）。なお、図２においては、表面電極１０と背面電極２０との間に、バイアス印加部６０からのバイアス電圧を印加することにより生じた引力により、両者が接近又は接触した状態を示している（図３参照）。すなわち、本例の支持突起２１は、表面電極１０と背面電極２０との間にバイアス電圧が印加された状態において、絶縁層１２に当接する構成となっている。複数の支持突起２１は、絶縁層１２の背面側（図２において下面側）に配置されており、かつ絶縁層１２に向けて突出するように形成されている。複数の支持突起２１の間には、表面電極１０の変形を可能とするための間隙２３が形成されている。
【００２６】
本実施形態の支持突起２１における、絶縁層１２との対向面は、絶縁層１２に向けて膨出した断面略円弧状とされている（図２参照）。
【００２７】
通気口２２は、内部空気層３０と、背面電極２０の背面側における外部空気層４０とを連通させる構成となっている。図２では、矢印により、通気方向を示した。
【００２８】
より詳しくは、本実施形態の背面電極２０は、縦方向ワイヤ２４と横方向ワイヤ２５とを用いて構成された略平面上の織構造とされている。本例における複数の支持突起２１は、縦方向ワイヤ２４と横方向ワイヤ２５との交差位置におけるそれぞれの湾曲部によって構成されている。また、縦方向ワイヤ２４及び横方向ワイヤ２５の両方は、導電性を有する素材（例えば導電性の繊維又は金属）により構成されている。
【００２９】
図４は、背面電極２０の具体例の写真を示しており、この図において白色部分は縦方向ワイヤ２４及び横方向ワイヤ２５を示し、黒色部分は、これらのワイヤ間に形成された通気口２２を示している。
【００３０】
（信号源）
信号源５０は、表面電極１０と背面電極２０との間に、超音波の周波数に対応する信号成分を持つ交流電圧を印加する構成となっている。具体的には、本例の信号源５０は、周波数及び印加電圧が可変の交流電圧源が用いられている。
【００３１】
（バイアス印加部）
バイアス印加部６０は、表面電極１０と背面電極２０との間に、バイアス用の直流電圧を印加する構成となっている。具体的には、本例の信号源５０は、印加電圧可変の直流電圧源が用いられている。なお図１においては信号源５０とバイアス印加部６０が直列接続されている構成が示されているが、等価的に直流電圧と交流電圧が加算されて印加されていればよく、例えば高い内部抵抗を有する直流電源の２つの出力端子が表面電極１０と背面電極２０に接続され、そこに並列接続されるかたちで、信号源とコンデンサを直列接続した回路の両端子が接続される構成でもよい。また、本例におけるバイアス電圧としては、直流バイアスに限るものではない。例えば、信号源とバイアス印加部を独立に用意するのではなく、矩形波（０Ｖと最大値Ｖｍａｘの間を切り替わる波形）を印加したときの平均値が直流バイアスと等価な働きをする電源をバイアス印加部と信号源を兼ねたものとして用いることも可能である。
【００３２】
（背面層）
背面層７０としては、絶縁体が用いられている。背面層７０において、内部空気層３０に対応する位置には、外部空気層４０を形成するための開口７１が設けられている。
【００３３】
（本実施形態の動作）
次に、前記した本実施形態の超音波発生デバイスの動作について説明する。
【００３４】
まず、バイアス印加部６０により、所定のバイアス電圧を表面電極１０と背面電極２０との間に印加する。これにより、表面電極１０と背面電極２０との間には、静電気力に基づく引力が作用し、両者が接近又は接触した状態となる（図２及び図３参照）。これと同時に又は前後して、信号源５０から、所定の周波数を持つ交流電圧を表面電極１０と背面電極２０との間に印加する。
【００３５】
これにより、本実施形態では、信号源５０からの交流電圧の周波数に応じた周波数で表面電極１０の絶縁層１２を振動させることができ、所定周波数の超音波を発生させることができる。信号源５０からの交流電圧の周波数を変動させることにより、発生する超音波の周波数を変更することもできる。
【００３６】
本実施形態では、背面電極２０に支持突起２１を形成しているので、支持突起２１の先端は、表面電極１０に接近する。一般に、電極間の距離が近いほど、強い電界のもとでも放電しにくく、そのため強い引力を生じることができるので、本実施形態では、発生できる最大音圧を向上させることができる。しかも、本実施形態では、支持突起２１の間に、表面電極１０の変形を可能にする間隙２３を設けているので、表面電極１０は、交流電圧の周波数に対応した周波数で振動することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、表面電極１０の振動により押圧された内部空気層３０内の空気は、背面電極２０の通気口２２から容易に外部空気層４０に移動できる。したがって、本実施形態によれば、内部空気層３０による振動への抵抗を軽減することができるという利点もある。
【００３８】
さらに、本実施形態のデバイスでは、所定の素材を積層するだけで、比較的に簡易に製造することができるので、製造コストを低く抑えることができるという利点がある。
【００３９】
また、本実施形態のデバイスを平面方向に配列することで、超音波フェイズドアレイを形成することもできる。
【００４０】
また、このフェイズドアレイを用いて、機器にワイヤレス給電を行うことも可能である（参考：馬 少翔, 吉本 東天, 井上 碩, 長谷川 圭介, 牧野 泰才, 篠田 裕之: 「空中超音波による無線給電とその応用, 第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集, pp. 206-208, December 14-16 2015.）。
【００４１】
（本実施形態のデバイスを用いた実験例）
次に、前記した実施形態のデバイスについての、具体的な実験例について説明する。具体的な実験条件は下記の通りである。
【００４２】
（実験条件）
絶縁層：厚さ２．３μｍのアラミドフィルム（製品名：ミクトロン, TORAY INDUSTRIES, INC.）
導電層：スパッタリングにより絶縁層表面に蒸着した、厚さ１０ｎｍの金薄膜
縦方向ワイヤ及び横方向ワイヤ：直径２５μｍの導電性繊維
背面電極：直径２５μｍの導電性繊維を２６μｍの間隔をあけて編み込まれた金属メッシュ（製品名：ファインメッシュ#500, Sogyo Co.Ltd.)
表面電極（絶縁層）の可動部（振動部）：直径６．４ｍｍの円形状
中間層：厚さ１２．５μｍの絶縁フィルム（製品名：カプトン50EN, DU PONT-TORAY INDUSTRIES, INC.）
表面層：厚さ１ｍｍのアクリル板
背面層：厚さ８０μｍの粘着性絶縁スペーサ
【００４３】
（発生音圧と電気−音響エネルギー変換効率の測定）
試作したデバイスが生成する音圧及び電気−音響エネルギー変換効率を、確実に放電が生じない印加電圧のもとで測定した。音圧測定は、標準マイクロホン８０（製品名：4138-A015, Bruel&Kjaer）を用い、増幅器（製品名：NEXUSコンディショニングアンプ, Bruel&Kjaer）を介してオシロスコープ上に表示される電圧波形を目測により測定した。音圧取得時には、マイクロホンが周囲からの反射音を拾わないよう、図５に示すように、デバイスの２０cm直上にマイクロホン８０を吊るした。図５では、本例のデバイスを符号１で示した。
【００４４】
一般に、振動子の電気−音響エネルギー変換効率ηは、入力された交流信号の有効電力ＰＥと、振動子で発生した音圧ｐ０から以下のように求められる。
【００４５】
2019029862.tif 000003
【００４６】
式（１）のＺは、振動膜が一様に振動すると仮定したときの、振動膜前面における平均音響インピーダンスである。ｐ０は、球面状に伝搬した音場の標準マイクでの実測値ｐから振動面表面の音圧実効値を推定したものであり、式（３）により与えられる。
【００４７】
ここで、Ｓ［ｍ２］は振動膜の面積、Ｕ［Ｖ］は振動子に印加される交流電圧の実効値、Ｉ［Ａ］は振動子に流れる交流電流実効値、θ［°］は 電圧Ｕと電流Ｉの位相差である。音圧ｐ［Ｐａ］は振動子の面に対して垂直な方向にｚ［ｍ］離れた位置で取得されたものとし、ｋは空気中の音の波数（ｋ=２πｆ／Ｃ、ｆは時間周波数、Ｃ［ｍ／ｓ］は音速）、ａ［ｍ］は振動子の半径を意味する（参照：早坂 寿雄, 吉川 昭吉郎 著  「音響振動論」 p.616, 丸善, 1974）。
【００４８】
前記条件において、振動子（つまり表面電極１０）に印加した交流電圧波形、及び振動子に流れる電流波形の測定を行い、変換効率η［％］を求めた。具体的には、振動子に６５０Ｖのバイアス電圧Ｖｄｃと振幅値１５Ｖの交流電圧Ｖａｃとを印加した。交流電圧の周波数は２０ｋＨｚから１３０ｋＨｚとした。取得した音圧ｐの実効値を図６に示す。この結果によれば、試作した振動子は、Ｑ値が低く、広帯域をカバーしていることが分かる。
【００４９】
また、図７に、印加交流電圧と電流の位相差θを示し、図８に式（１）〜（３）に基づき算出したエネルギー変換効率η［％］を示す。図８より、駆動周波数が４４ｋＨｚのとき、６９．４％の変換効率が確認された。
【００５０】
次に、上記実験でエネルギー変換効率の最も高かった４４ｋＨｚにおいて、交流電圧の音圧への寄与を調べた。バイアス電圧Ｖ０を５００Ｖに固定し、交流電圧の振幅値Ｖ１を０Ｖから１５０Ｖまで１５Ｖずつ増加させ、音圧実効値を取得した。図９に交流電圧に関する実験結果を示す。これらの結果は、印加電圧の増加に伴い音圧が増加することを示している。また、交流電圧が最大のときに観測された音圧実効値８．７Ｐａは、圧電型の超音波発生デバイスに比較して、放射面の単位面積あたり同等の値であり、このときのエネルギー変換効率は、６６．４％であった。本例では、交流電圧を増加させても、エネルギー変換効率の低下は見られなかった。
【００５１】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１に係る超音波トランスデューサを、図１０に基づいて説明する。この変形例１では、前記した実施形態と基本的に同様の構成要素については、同一符号を用いることにより、説明の煩雑を避ける。
【００５２】
前記した実施形態では、背面電極２０を、縦方向ワイヤ２４及び横方向ワイヤ２５の上面により形成した。これに対して、変形例１では、基板２６の上面に、断面円弧状の支持突起２１を離散的に形成した。各支持突起２１における、表面電極１０との対向面２１１は、球面状とされている。
【００５３】
また、変形例１においては、基板２６を厚さ方向に貫通する貫通穴により、通気口２２を形成している。
【００５４】
変形例１における他の構成及び利点は、前記した実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００５５】
（変形例２）
次に、本発明の変形例２に係る超音波トランスデューサを、図１１に基づいて説明する。この変形例２では、前記した変形例１と基本的に同様の構成要素については、同一符号を用いることにより、説明の煩雑を避ける。
【００５６】
前記した変形例１では、支持突起２１の上端を断面円弧状（すなわち、滑らかな凸形状）とした。これに対して、この変形例２では、支持突起２１の上端を平面状とし、その側面を先細りのテーパ状とした。つまり、変形例２の支持突起２１は、断面台形状をなすように形成されている。変形例２では、支持突起２１の側面と表面電極１０との間に狭い間隙２３を形成でき、これにより、表面電極１０の振動を許容しつつ、かつ、高い放電開始電界の下で、強い駆動力を表面電極１０に作用させることができる。
【００５７】
変形例２における他の構成及び利点は、前記した実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００５８】
（変形例３）
次に、本発明の変形例３に係る超音波トランスデューサを、図１２に基づいて説明する。この変形例３では、前記した変形例２と基本的に同様の構成要素については、同一符号を用いることにより、説明の煩雑を避ける。
【００５９】
この変形例３では、支持突起２１の側面に複数の小さな突出部２７を形成した。この例では、一つの支持突起２１に四つの突出部２７を形成した（図１３参照）。各突出部２７の間には、図中矢印方向に空気の移動を許容する間隙が形成されている。
【００６０】
変形例３のデバイスでは、支持突起２１の側面と表面電極１０との間の間隙２３を、突出部２７により、さらに狭めることができるので、変形例２のデバイスよりもさらに強い駆動力を表面電極１０に作用させることが可能になる。
【００６１】
変形例３における他の構成及び利点は、前記した実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００６２】
（変形例４）
次に、本発明の超音波トランスデューサを超音波検出デバイスに応用した例を、図１４に基づいて説明する。この変形例４では、表面電極１０の導電層１１と背面電極２０との間に、直流電圧Ｖｄｃを印加するバイアス印加部６０が接続され、このバイアス印加部６０と直列に、電圧検出用の抵抗Ｒが接続されている。また、この例では信号源が省略されているので、ここで「バイアス」とは、信号源を前提とせずに直流電圧を印加するという意味で用いている。
【００６３】
この例では、絶縁層１２（つまり振動膜）の静電容量をＣ（ｔ）、表面電極と背面電極との間の電圧（電極間電圧）を
2019029862.tif 000004
として
【００６４】
2019029862.tif 000005
【００６５】
が成り立つ。なお、すでに述べたように、直流電圧印加時には、表面電極１０と背面電極２０とがほぼ接触状態となる。ｆおよびｄＣ／ｄｔについて１次まで考慮して整理すると、
【００６６】
2019029862.tif 000006
【００６７】
となる。したがって、抵抗Ｒで観測される電圧Ｖから、振動膜の振動を計測できる。変形例４における他の基本的な構成及び利点は、前記した実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００６８】
なお、本発明の内容は、前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、具体的な構成に対して種々の変更を加えうるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１  超音波発生デバイス
１０  表面電極
１１  導電層
１２  絶縁層
１３  表面層
１３１  開口部
１４  中間層
２０  背面電極
２１  支持突起
２１１  対向面
２２  通気口
２３  間隙
２４  縦方向ワイヤ
２５  横方向ワイヤ
２６  基板
２７  突出部
３０  内部空気層
４０  外部空気層
５０  信号源
６０  バイアス印加部
７０  背面層
７１  開口
８０  標準マイクロホン
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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