(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の積層型圧電素子とを備え、
前記可撓性樹脂膜は膜厚２５〜７５μｍのポリイミドによって形成されていることを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項２】
下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、
前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備え、
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、前記圧電素子における一対の第１及び第２印加電極にそれぞれ接続される第１及び第２導体層であって、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する第１及び第２導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域へのアクセスを許容しつつ前記第１及び第２導体層を覆う絶縁性のカバー層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３】
前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、
前記圧電素子重合部位は、前記圧電素子の第１及び第２印加電極にそれぞれ対応した第１及び第２タブ領域を含み、
前記第１及び第２タブ領域の各々は接続用開口を有し、
前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第１タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第１タブ領域に支持されたブリッジ形状とされており、
前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第２タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第２タブ領域に支持されたブリッジ形状とされており、
前記圧電素子は、上方から前記第１及び第２印加電極に電気接続可能とされており、
前記配線アッセンブリは、平面視において、前記第１タブ領域の接続用開口が前記第１印加電極の電気接続可能部に重合し且つ前記第２タブ領域の接続用開口が前記第２印加電極の電気接続可能部に重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、
前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第１タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第１印加電極の電気接続可能部に電気的に接続され、
前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第２タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第２印加電極の電気接続可能部に電気的に接続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】
前記カバー層は、前記ベース層における前記第１タブ領域、前記第２タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側第１タブ領域、カバー側第２タブ領域及びカバー側先端部位を有してい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ー。
【請求項５】
前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第１印加電極における電気接続可能部との電気的接続、並びに、前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第２印加電極における電気接続可能部との電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われていることを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項６】
前記下側封止板の中央開口によって囲まれる空間のうち、前記複数の圧電素子の側方部分には、柔軟性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項７】
前記下側封止板及び前記配線アッセンブリの上面に柔軟性樹脂を介して固着された上側封止板を備え、
前記上側封止板は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有していることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項８】
前記上側封止板の複数の開口部を覆うように前記上側封止板の上面に固着された吸音材を備え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】
前記吸音材の上面に固着された補強板を備えていることを特徴とする請求項８に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１０】
下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板の下面に固着された防護板とを備え、
前記防護板は、前記基板における前記複数の開口部に対応した複数の開口部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１１】
前記複数の開口部は配列ピッチが４．３ｍｍ以下とされており、
前記圧電素子は、平面視縦横寸法の最大値が４．０ｍｍ以下の平面視矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の平面視円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の平面視楕円形状とされていることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１２】
前記圧電素子は、全周において前記基板に重合されており、
前記圧電素子と前記基板との重合幅は、０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍとされてい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ー。
【請求項１３】
下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、
前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において前記開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、
前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、
前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備え、
前記圧電素子は、圧電素子本体と、前記圧電素子本体を厚み方向に関し上方側の第１圧電部位及び下方側の第２圧電部位に区画する内側電極と、前記第１圧電部位の上面の一部に固着された上面電極と、前記第２圧電部位の下面に固着され、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極と、一端部が前記内側電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極とは絶縁状態で前記第１圧電部位の上面においてアクセス可能な内側電極端子を形成する内側電極用接続部材と、一端部が前記下面電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極及び前記内側電極とは絶縁状態で前記第１圧電部位の上面においてアクセス可能な下面電極端子を形成する下面電極用接続部材とを有し、
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層とを有し、
前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、
前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と、内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含み、
前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、
前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有し、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされており、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされており、
前記配線アッセンブリは、平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に電気的に接続され、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続されていることを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項１４】
前記カバー層は、前記ベース層における前記外側電極用タブ領域、前記内側電極用タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側外側電極用タブ領域、カバー側内側電極用タブ領域及びカバー側先端部位を有していることを特徴とする請求項１３に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１５】
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子との間の電気的接続、並びに、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の内側電極端子との間の電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われていることを特徴とする請求項１３に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１６】
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方は、前記複数の圧電素子の対応する電極にそれぞれ電気的に接続された複数の個別配線であって、互いに対して独立された複数の個別配線を有し、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方は、前記複数の圧電素子の対応する電極に接続された単一配線を有していることを特徴とする請求項１３から１５の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１７】
前記ベース層は、前記先端部位及び前記複数の圧電素子重合部位に加えて、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の前記外部側端子領域を支持する基端部位と、前記先端部位及び前記基端部位を連結する中間部位とを有し、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の配線は、前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域に加えて、前記先端部位に支持され、前記圧電素子側端子領域の基端側が連結される先端領域と、前記中間部位に支持され、前記先端領域及び前記外部側端子領域の間を連結する中間領域とを含み、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方における前記複数の個別配線は、前記外部側端子領域から前記圧電素子側端子領域へ至る全体に亘って、前記ベース層のうち前記圧電素子と対向する下面及び前記圧電素子とは反対側の上面の一方である基準面に固着されており、
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方における前記単一配線は、前記外部側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着され、前記中間領域においては前記ベース層の基準面とは反対側の裏面に固着され、且つ、前記先端領域及び前記圧電素子側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着されており、前記中間領域は前記ベース層に形成された貫通孔を介して前記外部側端子領域及び前記先端領域に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項１８】
剛性板材にエッチングによって下面及び上面の間を貫通する複数の開口部を有する剛性基板を形成する剛性基板形成工程と、
前記複数の開口部を覆うように可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記基板の上面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
上方から、上面電極、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極に接続された下面電極端子、及び、内側電極に接続された内側電極端子にアクセス可能な２層積層型の複数の圧電素子を用意し、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜の上面に絶縁性接着剤によって固着して、圧電体アッセンブリを形成する圧電体アッセンブリ形成工程と、
前記剛性基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有する剛性の下側封止板を用意し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記下側封止板を接着剤によって前記可撓性樹脂膜の上面に固着する下側封止板設置工程と、
絶縁性のベース層、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層、並びに、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層を有する配線アッセンブリであって、前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合可能な複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と、内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含み、前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有し、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされ、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされている配線アッセンブリを用意する配線アッセンブリ用意工程と、
平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記配線アッセンブリを絶縁性接着剤によって前記下側封止板の上面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方に電気的に接続し、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続する電気接続工程とを備え、
前記配線アッセンブリ用意工程は、少なくとも前記配線アッセンブリ固着工程より前の段階において、前記剛性基板形成工程、前記可撓性樹脂膜固着工程、前記圧電体アッセンブリ形成工程及び前記下側封止板設置工程とは独立して実行され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１９】
前記配線アッセンブリ固着工程及び前記電気接続工程を一括して同時に行う接合工程を備え、
前記接合工程は、
前記下側封止板の上面のうち前記配線アッセンブリが位置する部分に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に跨るように熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、
前記圧電素子の内側電極端子に熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、
前記配線アッセンブリを前記下側封止板の上面の所定位置に配置させてプリアッセンブリを形成する処理と、
前記プリアッセンブリを加熱処理して熱硬化型絶縁性接着剤及び熱硬化型導電性接着剤を硬化させる処理とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項２０】
前記電気接続工程は、
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理と、
前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項２１】
前記下側封止板設置工程の後で且つ前記配線アッセンブリ固着工程の前に、前記下側封止板の中央開口によって画される空間のうち前記複数の圧電素子の側方部分に熱硬化型封止樹脂を流し込み、加熱処理して硬化させる封止樹脂設置工程を備えていることを特徴とする請求項１８から２０の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項２２】
前記圧電体アッセンブリ形成工程の後の任意タイミングにおいて行う防護板固着工程を備え、
前記防護板固着工程は、前記剛性基板における前記複数の開口部に対応した複数の防護板開口部を有する剛性の防護板を接着剤によって前記剛性基板の下面に固着するように構成されていることを特徴とする請求項１８から２１の何れかに記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
【請求項２３】
前記電気接続工程の後に、上側封止板設置工程を備え、
前記上側封止板設置工程は、
前記配線アッセンブリの上面に熱硬化型の柔軟性樹脂を塗布する処理と、
前記柔軟性樹脂の上に、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有する剛性の上側封止板を配置する処理と、
加熱により前記柔軟性樹脂を硬化させる処理とを含むことを特徴とする請求項１８から２２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２４】
前記上側封止板設置工程の後に、吸音材設置工程及び補強板設置工程を備え、
前記吸音材設置工程は、
前記上側封止板の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に吸音材を配置する処理と、
加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含み、
前記補強板設置工程は、
前記吸音材の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、
前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に剛性の補強板を配置する処理と、
加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含む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。
【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空中超音波トランスデューサー及びその製造方法に関する。
【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、複数の振動体によって放射される音波においてグレーティングローブ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】
また、空気中において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】
室温(２０℃)の空気中における周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚとしつつ、グレーティングローブ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】
それに加えて、前記複数の振動体のそれぞれが所望の周波数及び位相の超音波を放射する為には、前記複数の振動体間における振動伝播を可及的に防止することが必要となる。
【０００７】
この点に関し、本願出願人は、板厚方向に振動可能な剛性弾性板と、前記弾性板に並列配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれを覆うように前記弾性板に設けられた封止部材とを備えた超音波トランスデューサーであって、前記弾性板は、前記複数の圧電素子がそれぞれ装着される複数の振動領域と、前記複数の振動領域をそれぞれ囲む複数の拘束領域と、一の拘束領域と当該一の拘束領域より径方向外方に位置する外方領域とを区画する境界領域とを含み、前記境界領域が、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とを有している超音波トランスデューサーに関する出願を行い、特許権を取得している（下記特許文献１〜３参照）。
【０００８】
前記超音波トランスデューサーは、前記圧電素子が装着され、前記圧電素子と共に振動する前記振動領域と前記拘束領域との間に溝等の低剛性領域を設けることで、前記振動領域の剛性を弱めつつ、前記スリット部の存在によって一の振動領域の振動が他の振動領域へ伝播することを有効に防止できる点において有用であるが、下記点において改善の余地がある。
【０００９】
即ち、前記低剛性領域を設けることによって、前記振動領域の剛性を弱めることができるものの、前記圧電素子を、当該圧電素子が装着される前記振動領域の剛性に抗して伸縮動作させる必要がある。
【００１０】
この点に関し、複数の圧電素子が剛性弾性板に装着されているタイプの超音波トランスデューサーにおいては、圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を、前記剛性弾性板とこれに実装された圧電素子とによって形成される前記振動体の共振周波数近傍に設定することで、前記振動体を共振させて必要な振幅量を確保することが行われている。
【００１１】
ここで、前記超音波トランスデューサーをフェイズドアレイセンサーとして用いるためには、複数の振動体から放射される音波の位相を精密に制御する必要があるが、圧電素子に印加する電圧に対する、前記振動体の振動動作の周波数応答は、当該実装状態の圧電素子の共振周波数近傍において位相が大きく変化する。
【００１２】
従って、複数の圧電素子への印加電圧の周波数を当該圧電素子が実装されてなる振動体の共振周波数近傍に設定しつつ、前記複数の振動体から放射される音波の位相を精密に制御する為には、前記振動体の共振周波数の「ばらつき」を極限まで抑制する必要があるが、これは非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第６４９９０９７号公報
【特許文献２】特許第６５５２１４９号公報
【特許文献３】特許第６５９８４１７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に印加する駆動電圧の周波数を、前記圧電素子が実装されてなる振動体の共振周波数近傍に設定することなく、前記振動体の共振周波数より低く設定しても、前記振動体の振動振幅を有効に確保し得る超音波トランスデューサーの提供を第１の目的とする。
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第２の目的とする。
【００１５】
本発明は、前記第１の目的を達成するために、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の積層型圧電素子とを備え、前記可撓性樹脂膜は膜厚２５〜７５μｍのポリイミドによって形成され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、複数の圧電素子に印加する電圧の周波数を、前記複数の圧電素子がそれぞれ実装されてなる複数の振動体の共振周波数近傍に設定することなく、前記振動体の共振周波数より低く設定しても、前記複数の振動体の振動振幅を有効に確保することができる。
従って、前記複数の振動体の共振周波数を厳格に一致させることなく、前記複数の振動体から放射される超音波の位相の精密制御を行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備え、前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、前記圧電素子における一対の第１及び第２印加電極にそれぞれ接続される第１及び第２導体層であって、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する第１及び第２導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域へのアクセスを許容しつつ前記第１及び第２導体層を覆う絶縁性のカバー層とを有している超音波トランスデューサーを提供する。
【００１８】
好ましくは、前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、前記圧電素子重合部位は、前記圧電素子の第１及び第２印加電極にそれぞれ対応した第１及び第２タブ領域を含み、前記第１及び第２タブ領域の各々は接続用開口を有するものとされる。
【００１９】
この場合、前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第１タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第１タブ領域に支持されたブリッジ形状とされ、前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域は、前記第２タブ領域の前記接続用開口を跨いで延び、先端側が前記第２タブ領域に支持されたブリッジ形状とされる。
【００２０】
前記圧電素子は、上方から前記第１及び第２印加電極に電気接続可能に形成され、前記配線アッセンブリは、平面視において、前記第１タブ領域の接続用開口が前記第１印加電極の電気接続可能部に重合し且つ前記第２タブ領域の接続用開口が前記第２印加電極の電気接続可能部に重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第１タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第１印加電極の電気接続可能部に電気的に接続され、前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域のうち前記第２タブ領域の前記接続用開口を跨ぐ部分が、対応する前記圧電素子の前記第２印加電極の電気接続可能部に電気的に接続される。
【００２１】
前記カバー層は、前記ベース層における前記第１タブ領域、前記第２タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側第１タブ領域、カバー側第２タブ領域及びカバー側先端部位を有するものとされ得る。
【００２２】
前記第１導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第１印加電極における電気接続可能部との電気的接続、並びに、前記第２導体層の前記圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の前記第２印加電極における電気接続可能部との電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われ得る。
【００２３】
好ましくは、前記下側封止板の中央開口によって囲まれる空間のうち、前記複数の圧電素子の側方部分には、柔軟性樹脂が充填される。
【００２４】
前記種々の構成に係る超音波トランスデューサーは、好ましくは、さらに、前記下側封止板及び前記配線アッセンブリの上面に柔軟性樹脂を介して固着された上側封止板を備え得る。
前記上側封止板は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有するものとされる。
【００２５】
前記超音波トランスデューサーは、さらに、前記上側封止板の複数の開口部を覆うように前記上側封止板の上面に固着された吸音材を備え得る。
【００２６】
前記超音波トランスデューサーは、さらに、前記吸音材の上面に固着された補強板を備え得る。
【００２７】
また、本発明は、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、前記基板の下面に固着された防護板とを備え、前記防護板は、前記基板における前記複数の開口部に対応した複数の開口部を有するものとされている超音波トランスデューサーを提供する。
【００２８】
本発明に係る前記超音波トランスデューサーの種々の構成において、好ましくは、前記複数の開口部は配列ピッチが４．３ｍｍ以下とされる。
この場合、前記圧電素子は、平面視縦横寸法の最大値が４．０ｍｍ以下の平面視矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の平面視円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の平面視楕円形状とされる。
【００２９】
より好ましくは、前記圧電素子は、全周において前記基板に重合され、前記圧電素子と前記基板との重合幅は、０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍとされる。
【００３０】
また、本発明の第２態様は、前記第１の目的を達成する為に、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子と、前記基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された下側封止板と、前記下側封止板の上面に固着された配線アッセンブリとを備えた超音波トランスデューサーを提供する。
【００３１】
前記第２態様に係る超音波トランスデューサーにおいては、前記圧電素子は、圧電素子本体と、前記圧電素子本体を厚み方向に関し上方側の第１圧電部位及び下方側の第２圧電部位に区画する内側電極と、前記第１圧電部位の上面の一部に固着された上面電極と、前記第２圧電部位の下面に固着され、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極と、一端部が前記内側電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極とは絶縁状態で前記第１圧電部位の上面においてアクセス可能な内側電極端子を形成する内側電極用接続部材と、一端部が前記下面電極に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極及び前記内側電極とは絶縁状態で前記第１圧電部位の上面においてアクセス可能な下面電極端子を形成する下面電極用接続部材とを有するものとされる。
【００３２】
本発明の第２態様に係る超音波トランスデューサーによれば、複数の圧電素子に印加する電圧の周波数を前記複数の圧電素子がそれぞれ実装されてなる複数の振動体の共振周波数近傍に設定することなく、前記振動体の共振周波数より低く設定しても、前記複数の振動体の振動振幅を有効に確保することができる。
従って、前記複数の振動体の共振周波数を厳格に一致させることなく、前記複数の振動体から放射される超音波の位相の精密制御を行うことができる。
【００３３】
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層と、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層とを有するものとされる。
【００３４】
前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位と、前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と、内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含むものとされる。
【００３５】
前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有するものとされる。
【００３６】
前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされ、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされる。
【００３７】
前記配線アッセンブリは、平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記下側封止板の上面に固着され、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に電気的に接続され、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分が対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続されている。
【００３８】
前記第２態様において、好ましくは、前記カバー層は、前記ベース層における前記外側電極用タブ領域、前記内側電極用タブ領域及び前記先端部位にそれぞれ対応したカバー側外側電極用タブ領域、カバー側内側電極用タブ領域及びカバー側先端部位を有し得る。
【００３９】
例えば、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子との間の電気的接続、並びに、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域と対応する前記圧電素子の内側電極端子との間の電気的接続は、導電性接着剤、はんだ又は超音波融合によって行われる。
【００４０】
前記第２態様の種々の構成において、好ましくは、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方は、前記複数の圧電素子の対応する電極にそれぞれ電気的に接続された複数の個別配線であって、互いに対して独立された複数の個別配線を有するものとされる一方で、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方は、前記複数の圧電素子の対応する電極に接続された単一配線を有するものとされる。
【００４１】
より好ましくは、前記ベース層は、前記先端部位及び前記複数の圧電素子重合部位に加えて、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の前記外部側端子領域を支持する基端部位と、前記先端部位及び前記基端部位を連結する中間部位とを有するものとされる。
【００４２】
前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の配線は、前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域に加えて、前記先端部位に支持され、前記圧電素子側端子領域の基端側が連結される先端領域と、前記中間部位に支持され、前記先端領域及び前記外部側端子領域の間を連結する中間領域とを含むものとされる。
【００４３】
この場合において、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の一方における前記複数の個別配線は、前記外部側端子領域から前記圧電素子側端子領域へ至る全体に亘って、前記ベース層のうち前記圧電素子と対向する下面及び前記圧電素子とは反対側の上面の一方である基準面に固着される。
【００４４】
一方、前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層の他方における前記単一配線は、前記外部側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着され、前記中間領域においては前記ベース層の基準面とは反対側の裏面に固着され、且つ、前記先端領域及び前記圧電素子側端子領域においては前記ベース層の基準面に固着されており、前記中間領域は前記ベース層に形成された貫通孔を介して前記外部側端子領域及び前記先端領域に電気的に接続される。
【００４５】
また、本発明は、前記第２の目的を達成する為に、剛性板材にエッチングによって下面及び上面の間を貫通する複数の開口部を有する剛性基板を形成する剛性基板形成工程と、前記複数の開口部を覆うように可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記基板の上面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、上方から、上面電極、前記上面電極と共に外側電極を形成する下面電極に接続された下面電極端子、及び、内側電極に接続された内側電極端子にアクセス可能な２層積層型の複数の圧電素子を用意し、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜の上面に絶縁性接着剤によって固着して、圧電体アッセンブリを形成する圧電体アッセンブリ形成工程と、前記剛性基板のうち前記複数の開口部が形成された開口部形成領域を囲む大きさの中央開口を有する剛性の下側封止板を用意し、平面視において前記中央開口が前記開口部形成領域を囲むように前記下側封止板を接着剤によって前記可撓性樹脂膜の上面に固着する下側封止板設置工程と、絶縁性のベース層、前記ベース層に設けられ、それぞれが外部側端子領域及び圧電素子側端子領域を有する外側電極用導体層及び内側電極用導体層、並びに、少なくとも前記外部側端子領域及び前記圧電素子側端子領域がアクセス可能な状態で前記外側電極用導体層及び前記内側電極用導体層を覆うカバー層を有する配線アッセンブリであって、前記ベース層は、前記複数の圧電素子のそれぞれに平面視において部分的に重合可能な複数の圧電素子重合部位と前記複数の圧電素子重合部位を一体的に保持する先端部位とを有し、前記圧電素子重合部位は、外側電極接続用開口を有する外側電極用タブ領域と内側電極接続用開口を有する内側電極用タブ領域とを含み、前記外側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の外側電極用延在片と、前記一対の外側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の外側電極用延在片と共働して前記外側電極接続用開口を形成する外側電極用連結片とを有し、前記内側電極用タブ領域は、前記先端部位から延びる一対の内側電極用延在片と、一対の内側電極用延在片の自由端側を連結し、前記先端部位及び前記一対の内側電極用延在片と共働して前記内側電極接続用開口を形成する内側電極用連結片とを有し、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記外側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされ、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域は、前記内側電極接続用開口を跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片に支持されたブリッジ形状とされている配線アッセンブリを用意する配線アッセンブリ用意工程と、平面視において、前記外側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子と重合し且つ前記内側電極接続用開口が対応する前記圧電素子の内側電極端子と重合した状態で、前記配線アッセンブリを絶縁性接着剤によって前記下側封止板の上面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方に電気的に接続し、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子に電気的に接続する電気接続工程とを備え、前記配線アッセンブリ用意工程は、少なくとも前記配線アッセンブリ固着工程より前の段階において、前記剛性基板形成工程、前記可撓性樹脂膜固着工程、前記圧電体アッセンブリ形成工程及び前記下側封止板設置工程とは独立して実行される超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。
【００４６】
本発明に係る前記製造方法によれば、複数の圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を、前記複数の振動体がそれぞれ実装されてなる複数の振動体の共振周波数近傍に設定することなく、前記振動体の共振周波数より低く設定しても、前記複数の振動体の振動振幅を有効に確保することができ、前記複数の振動体の共振周波数を厳格に一致させることなく、前記複数の振動体から放射される超音波の位相の精密制御を行うことができる超音波トランスデューサーを、効率良く製造することができる。
【００４７】
前記製造方法は、前記配線アッセンブリ固着工程及び前記電気接続工程を一括して同時に行う接合工程を備え得る。
前記接合工程は、前記下側封止板の上面のうち前記配線アッセンブリが位置する部分に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子に跨るように熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記圧電素子の内側電極端子に熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記配線アッセンブリを前記下側封止板の上面の所定位置に配置させてプリアッセンブリを形成する処理と、前記プリアッセンブリを加熱処理して熱硬化型絶縁性接着剤及び熱硬化型導電性接着剤を硬化させる処理とを含む。
【００４８】
前記製造方法において、前記電気接続工程は、前記外側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記外側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の上面電極の一部及び下面電極端子の双方にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理と、前記内側電極用導体層の圧電素子側端子領域のうち前記内側電極接続用開口を跨ぐ部分を対応する前記圧電素子の内側電極端子にはんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理とを含むことができる。
【００４９】
本発明に係る製造方法は、好ましくは、前記下側封止板設置工程の後で且つ前記配線アッセンブリ固着工程の前に、前記下側封止板の中央開口によって画される空間のうち前記複数の圧電素子の側方部分に熱硬化型封止樹脂を流し込み、加熱処理して硬化させる封止樹脂設置工程を備え得る。
【００５０】
本発明に係る製造方法は、好ましくは、前記圧電体アッセンブリ形成工程の後の任意タイミングにおいて行う防護板固着工程を備えることができる。
前記防護板固着工程は、前記剛性基板における前記複数の開口部に対応した複数の防護板開口部を有する剛性の防護板を接着剤によって前記剛性基板の下面に固着するように構成される。
【００５１】
本発明に係る製造方法は、好ましくは、前記電気接続工程の後に、上側封止板設置工程を備え得る。
前記上側封止板設置工程は、前記配線アッセンブリの上面に熱硬化型柔軟性樹脂を塗布する処理と、前記柔軟性樹脂の上に、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部を有する剛性の上側封止板を配置する処理と、加熱により前記柔軟性樹脂を硬化させる処理とを含むものとされる。
【００５２】
本発明に係る製造方法は、好ましくは、さらに、前記上側封止板設置工程の後に、吸音材設置工程及び補強板設置工程を備え得る。
【００５３】
前記吸音材設置工程は、前記上側封止板の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に吸音材を配置する処理と、加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含むものとされる。
【００５４】
前記補強板設置工程は、前記吸音材の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に剛性の補強板を配置する処理と、加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含むものとされる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波トランスデューサーの平面図である。
【図２】図２は、図１におけるII-II線に沿った前記超音波トランスデューサーの部分縦断正面図である。
【図３】図３(a)〜(e)は、それぞれ、前記超音波トランスデューサーの構成部材である、防護板、剛性基板、可撓性樹脂膜、複数の圧電素子及び下側封止板の平面図であり、図２に示す状態において、図３(a)〜(e)の構成部材は下から上に順に積層されている。
【図４】図４(a)〜(e)は、それぞれ、前記超音波トランスデューサーの構成部材である、カバー層、導体層、ベース層、前記導体層における外側電極用導体層の中間領域及び裏面側カバー層の平面図であり、図２に示す状態において、図４(a)〜(e)の構成部材は下から上に順に積層されている。
【図５】図５(a)〜(c)は、それぞれ、前記超音波トランスデューサーの構成部材である、上側封止板、吸音材及び補強板の平面図であり、図２に示す状態において、図５(a)〜(c)の構成部材は下から上に順に積層されている。
【図６】図６(a)は、前記超音波トランスデューサーの主要構成部材である前記剛性基板、前記可撓性樹脂及び前記複数の圧電素子が組付けられてなる圧電体アッセンブリの平面図であり、図６(b)は、図６(a)におけるVI部拡大図である。
【図７】図７(a)は、前記圧電素子の平面図であり、図７(b)は、図７(a)におけるVII-VII線に沿った断面図である。
【図８】図８(a)〜(c)は、それぞれ、前記実施の形態に係る超音波トランスデューサーにおける前記圧電体アッセンブリに対して行った解析に用いたモデルの縦断面図、平面図及び底面図である。
【図９】図９は、図８に示すモデルを用いて行った圧電素子の位置ずれに関する解析結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、図８に示すモデルを用いて行った、剛性基板に形成された開口部の開口幅に関する解析結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、図８に示すモデルを用いて行った、可撓性樹脂膜の厚さに関する解析結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、前記実施の形態に係る超音波トランスデューサーにおける配線アッセンブリの平面図であり、一部の構成部材の図示を省略している。
【図１３】図１３は、前記配線アッセンブリの底面図であり、一部の構成部材の図示を省略している。
【図１４】図１４は、前記圧電体アッセンブリに前記配線アッセンブリを固着させたプリアッセンブリの部分平面図であり、図２におけるXIV−XIV線に沿って視た状態に相当する。
【図１５】図１５は、図１４におけるXV部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
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１の平面図を示す。
なお、図１においては、理解容易化の為に一部の構成部材の図示を省略している。
また、図２に、図１におけるII-II線に沿った前記超音波トランスデューサー１の部分縦断正面図を示す。
さらに、図３〜図５に、前記超音波トランスデューサー１の構成部材毎の平面図を示す。
【００５７】
詳細は後述するが、前記超音波トランスデューサー１においては、図２の断面図を基準にして下から上に順に、図３(a)に示す防護板８０、図３(b)に示す剛性基板１０、図３(c)に示す可撓性樹脂膜２０、図３(d)に示す複数の圧電素子３０、図３(e)に示す下側封止板４０、図４(a)に示すカバー層１５０、図４(b)に示す導体層１２０、図４(c)に示すベース層１０、図４(d)に示す前記導体層１２０における外側電極用導体層１３０ａの一部である中間領域１３７ａ、図４(e)に示す裏面側カバー層１６０、図５(a)に示す上側封止板６０、図５(b)に示す吸音材７０、及び、図５(c)に示す補強板７５が配置されている。
なお、図３(a)〜(e)、図４(a)〜(e)及び図５(a)〜(c)において、各構成部材の相対位置関係の理解容易化の為に平面視同一位置に中心線を記載している。
【００５８】
図１〜図５に示すように、前記超音波トランスデューサー１は、主要構成部材として、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部１５（図３(b)参照）が設けられた前記剛性基板１０と、前記複数の開口部１５を覆うように前記基板１０の上面に固着された前記可撓性樹脂膜２０と、平面視において前記複数の開口部１５とそれぞれ重合するように前記樹脂膜２０の上面に固着された複数の前記圧電素子３０とを備えている。
【００５９】
図６(a)に、前記超音波トランスデューサー１の主要構成部材である前記剛性基板１０、前記可撓性樹脂２０及び前記複数の圧電素子３０が組付けられてなる圧電体アッセンブリ３の平面図を示す。
また、図６(b)に、図６(a)におけるVI部拡大図を示す。
【００６０】
図３等に示すように、本実施の形態においては、前記剛性基板１０には前記開口部１５が３×３の９か所において設けられ、前記可撓性樹脂膜２０を挟んだ状態で９か所の開口部１５とそれぞれ平面視において重合するように９個の圧電素子３０が配列されており、これにより、前記９個の圧電素子がそれぞれ実装されてなる３×３の９個の振動体が備えられているが、当然ながら、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
放射音波の指向性を鋭くし、強度を高めるためには ３×３ より多い振動体を配列することが望ましい。
【００６１】
前記剛性基板１０は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのステンレス等の金属基板や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【００６２】
前記可撓性樹脂膜２０は、例えば、厚さ２０μｍ〜１００μｍのポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
前記可撓性樹脂膜２０は、接着剤又は熱圧着等の種々の方法によって前記剛性基板１０に固着される。
【００６３】
図７(a)に、前記圧電素子３０の平面図を示す。
また、図７(b)に、図７(a)におけるVII-VII線に沿った断面図を示す。
前記圧電素子３０は、圧電素子本体３２と、一対の第１及び第２印加電極とを有し、前記第１及び第２印加電極の間に電圧が印加されると伸縮するように構成されている。
【００６４】
好ましくは、前記圧電素子３０は積層型とされている。
積層型圧電素子は、単層型圧電素子に比して、同一電圧印加時に電界強度を高めることができ、印加電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
【００６５】
図７(b)に示すように、本実施の形態においては、前記圧電素子３０は、２層の積層型とされている。
【００６６】
詳しくは、前記圧電素子３０は、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）等の圧電材によって形成される前記圧電素子本体３２と、前記圧電素子本体３２を厚み方向に関し上方側の第１圧電部位３２ａ及び下方側の第２圧電部位３２ｂに区画する内側電極３４と、前記第１圧電部位３２ａの上面の一部に固着された上面電極３６と、前記第２圧電部位３２ｂの下面に固着された下面電極３７と、一端部が前記内側電極３４に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極３６とは絶縁状態で前記第１圧電部位３２ａの上面においてアクセス可能な内側電極端子３４Ｔを形成する内側電極用接続部材３５と、一端部が前記下面電極３７に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極３６及び前記内側電極３４とは絶縁状態で前記第１圧電部位３２ａの上面においてアクセス可能な下面電極端子３７Ｔを形成する下面電極用接続部材３８とを有している。
【００６７】
この場合、前記上面電極３６及び前記下面電極３７によって形成される外側電極が第１印加電極として作用し、前記内側電極３４が第２印加電極として作用する。
【００６８】
前記圧電素子３０においては、前記第１及び第２圧電部位３２ａ、３２ｂは、分極方向が厚み方向に関し同一とされており、これにより、前記外側電極及び前記内側電極３４の間に所定の電圧を所定周波数で印加することによって、前記第１及び第２圧電部位３２ａ、３２ｂには互いに対して逆方向の電界が加わるようになっている。
【００６９】
前述の通り、前記上面電極３６及び前記下面電極３７は互いに対して絶縁されており、従って、前記圧電素子３０を作成する際には、前記上面電極３６及び前記下面電極３７の間に電圧を印加することによって、前記第１及び第２圧電部位３２ａ、３２ｂの分極方向を同一とすることができる。
【００７０】
前記圧電体アッセンブリ３構成を備えた前記超音波トランスデューサー１は下記効果を有する。
即ち、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１におけるように、振動体を形成する複数の圧電素子が並列配置されているフェイズドアレイによって、数メートル先の物体を検知する為には、前記複数の圧電素子３０がそれぞれ実装されてなる複数の振動体から放射される音波の位相を精密に制御する必要がある。
【００７１】
ここで、ステンレス等の剛性基板に直接的に複数の圧電素子が並列配置されている従来のフェイズドアレイにおいては、前記剛性基板の剛性に抗して前記圧電素子を伸縮させ、それによって前記振動体を所定の振幅でたわみ振動させて、発生音圧の大きさを確保する必要がある。
【００７２】
その為には、前記圧電素子への印加電圧の周波数（駆動周波数）を、当該圧電素子が実装されてなる振動体の共振周波数の近傍に設定する必要がある。
【００７３】
しかしながら、前記圧電素子への印加電圧に対する、当該圧電素子が実装されてなる振動体の振動動作の周波数応答は、当該振動体の共振周波数近傍において位相が大きく変化する。
【００７４】
従って、フェイズドアレイセンサーとして機能させるべく、前記複数の圧電素子が発生する音波の位相を精密に制御する為には、前記複数の振動体間における共振周波数に関する「ばらつき」を極限まで抑制する必要があるが、これは非常に難しい。
【００７５】
この点に関し、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１は、前述の通り、前記複数の開口部１５が設けられた前記剛性基板１０と、前記複数の開口部１５を覆うように前記基板１０の上面に固着された前記可撓性樹脂膜２０と、平面視において前記複数の開口部１５とそれぞれ重合するように前記樹脂膜２０の上面に固着された前記複数の圧電素子３０とを有している。
【００７６】
斯かる構成によれば、前記圧電素子３０が実装されてなる前記振動体のたわみ振動の共振周波数を、当該圧電素子３０へ印加する駆動電圧の周波数の近傍に設定することなく、前記振動体の共振周波数を駆動電圧の周波数よりも高くなるように設定しても、前記振動体の振動振幅を十分に確保することができる。
【００７７】
しかも、前記複数の振動体の共振周波数が前記圧電素子３０への印加電圧の周波数よりも高いと、前記複数の振動体間において共振周波数の「ばらつき」があったとしても、前記複数の振動体のたわみ振動の周波数応答の位相に大きな差異は生じない。
従って、前記複数の振動体が発生する音波の位相を精密に制御することができる。
【００７８】
以下、この効果に関し、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて行った解析の結果を説明する。
図８(a)〜(c)に、それぞれ、本解析に用いたモデル３００の縦断面図、平面図及び底面図を示す。
【００７９】
図８(a)〜(c)に示すように、前記モデル３００は下記構成を有している。
圧電素子３３０：一層の厚さが０．１３ｍｍの２層積層型（合計厚さ０．２６ｍｍ）
一辺長さａ１＝３．４ｍｍ×３．４ｍｍの平面視正方形状
不感領域幅ａ２＝０．２ｍｍ
可撓性樹脂膜３２０：ポリイミドフィルム
剛性基板３１０：開口部３１５を有する厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ板
一辺長さｂ＝４．４ｍｍ×４．４ｍｍの平面視正方形状
【００８０】
前述の通り、前記超音波トランスデューサー１をフェイズドアレイセンサーとして用いて、数メートル先の物体を検知する為には、前記圧電素子３０が実装されてなる振動体が放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚ程度の低周波数とする必要がある。
【００８１】
前記振動体の共振周波数を、前記圧電素子３０へ印加する電圧の周波数（４０ｋＨｚ）よりも十分に高い共振周波数（例えば、７０ｋＨｚ）とした場合、前記圧電素子３０の平面視縦横寸法を大きくした方が、前記振動体が発生する超音波の音圧を高くすることができる。
【００８２】
しかしながら、その一方で、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１におけるように、複数の圧電素子３０が並列配置されてなる場合においては、前記複数の圧電素子３０がそれぞれ実装されてなる複数の振動体から放射される音波においてグレーティングローブの発生を抑制する為に、前記複数の圧電素子３０の配列ピッチを当該圧電素子３０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。
【００８３】
ここで、周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、前記圧電素子３０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の発生を抑制する為に、前記複数の圧電素子３０の配列ピッチＰ（図６(a)参照）を８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。
【００８４】
従って、好ましくは、前記圧電素子３０の平面視縦横寸法は、音圧の確保の観点では３．０ｍｍ以上で、且つ、グレーティングローブの発生を抑制する観点では４．０ｍｍ以下とされる。
【００８５】
この点を踏まえて、本解析に用いた前記モデル３００は、一辺長さａ１が３．４ｍｍの平面視正方形状としている。
なお、当然ながら、これに代えて、前記圧電素子３０を、平面視縦横寸法の最大値が４．０ｍｍ以下の長方形を含む平面視矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の平面視円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の平面視楕円形状とすることも可能である。
【００８６】
（１）圧電素子３３０の位置ずれに関する解析（以下、解析１という）
前記開口部３１５の開口幅ｃを３．３ｍｍとし且つ前記可撓性樹脂膜３２０の厚さを０．０５ｍｍとした状態で、前記圧電素子３３０の平面視一方向（図８においてｙ方向）へ変位量がゼロの場合（モデル１−１）、０．０５ｍｍの場合（モデル１−２）及び０．１ｍｍの場合（モデル１−３）における、前記圧電素子３３０を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子３３０への印加電圧の周波数４０ｋＨｚ時における発生音圧（ＳＰＬ）とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図９に示す。
【００８７】
モデル１−１は、圧電素子３３０のｙ方向一方側への変位量がゼロであるから、圧電素子３３０のｙ方向一方側の辺及びｙ方向他方側の辺のそれぞれが０．０５ｍｍの幅で剛性基板３１０に重合されている状態を意味している。
【００８８】
モデル１−２は、圧電素子３３０のｙ方向一方側への変位量が０．０５ｍｍであるから、圧電素子１３０のｙ方向一方側の辺が０．１ｍｍの幅で剛性基板３１０に重合する一方で、ｙ方向他方側の辺は開口部３１５のエッジに沿っている状態を意味している。
【００８９】
モデル１−３は、圧電素子３３０のｙ方向一方側への変位量が０．１ｍｍであるから、圧電素子３３０のｙ方向一方側の辺が０．１５ｍｍの幅で剛性基板３１０に重合する一方で、ｙ方向他方側の辺と開口部３１５のエッジとの間に０．０５ｍｍの幅の隙間が生じている状態を意味している。
【００９０】
解析１の結果から、平面視において前記圧電素子３３０の全周が前記剛性基板３１０に重合するように、前記圧電素子３３０を配置させることが好ましいと考えられる。
【００９１】
（２）開口部３１５の開口幅ｃの大きさに関する解析（以下、解析２という）
前記可撓性樹脂膜３２０の厚さを０．０５ｍｍとした状態で、前記開口部３１５の開口幅ｃを３．２ｍｍとした場合（モデル２−１）、３．３ｍｍとした場合（モデル２−２）及び３．４ｍｍとした場合（モデル３−３）における、前記圧電素子３３０を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子３３０への印加電圧の周波数４０ｋＨｚ時における発生音圧（ＳＰＬ）とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図１０に示す。
【００９２】
モデル２−１は、圧電素子３３０の周縁が全周に亘って幅０．１ｍｍで剛性基板３１０に重合されている状態を意味している。
【００９３】
モデル２−２は、圧電素子３３０の周縁が全周に亘って幅０．０５ｍｍで剛性基板３１０に重合されている状態を意味している。
【００９４】
モデル２−３は、圧電素子３３０の周縁が全周に亘って開口部３１５のエッジに沿っている状態を意味している。
【００９５】
解析２の結果から、圧電素子３３０と剛性基板３１０との重合幅が０．１ｍｍの場合（モデル２−１）においては、音圧レベルが低下し過ぎており、又、前記重合幅がゼロ（モデル２−３）においては、共振周波数が目標値に達しておらず、前記重合幅が０．０５ｍｍ（モデル２−２）において共振周波数及び音圧レベルの双方のバランスが取れている。
【００９６】
解析１及び２の結果から、前記圧電素子３３０は全周に亘って剛性基板３１０に重合し、且つ、その重合幅は０．０５ｍｍであることが好ましいと考えられる。
【００９７】
さらに、前記圧電素子３３０を接着剤によって前記可撓性樹脂膜３２０に実装する際には、製造誤差として最大で０．０３ｍｍの位置ずれが生じ得ると考えられる。
これを踏まえると、前記圧電素子３３０の全周が重合幅０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍで前記剛性基板３１０に重合するように設計を行うことが好ましい。
【００９８】
（３）可撓性樹脂膜３２０の厚さに関する解析（以下、解析３という）
前記開口部３１５の開口幅ｃを３．３ｍｍとした状態で、前記可撓性樹脂膜３２０の厚さを０．０１３ｍｍとした場合（モデル３−１）、０．０２５ｍｍとした場合（モデル３−２）、０．０５ｍｍとした場合（モデル３−３）及び０．０７５ｍｍとした場合（モデル３−４）における、前記圧電素子３３０を含む振動体の共振周波数と前記圧電素子３３０への印加電圧の周波数４０ｋＨｚ時における発生音圧（ＳＰＬ）とを、有限要素法解析を用いて算出した。
算出結果を図１１に示す。
【００９９】
解析３の結果から、可撓性樹脂膜１２０としてポリイミド膜を用いる場合には、膜厚を０．０２５ｍｍ以上で且つ０．０７５ｍｍ以下とすることが好ましいと考えられる。
【０１００】
これは、膜厚が薄すぎると（０．０２５ｍｍ未満では）、圧電素子１３０の周縁部に対する前記剛性基板１１０の剛性の影響が強くなり過ぎて圧電素子１３０の振動振幅が小さくなる一方で、膜厚が厚すぎると（膜厚０．０７５ｍｍを超えると）、ポリイミド膜自体の剛性が強くなり過ぎて、圧電素子１３０の振動振幅が小さくなる為、と考えられる。
【０１０１】
本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１は、図１〜図４に示すように、前記圧電体アッセンブリ３に加えて、下側封止板４０及び配線アッセンブリ１００を有している。
【０１０２】
前記下側封止板４０は、前記剛性基板１０のうち前記複数の開口部１５が形成された開口部形成領域１２（図３(b)参照）を囲む大きさの中央開口４２を有しており、平面視において前記中央開口４２が前記複数の開口部１５を囲むように前記可撓性樹脂膜２０の上面に固着されている。
【０１０３】
前記下側封止板４０は、図２に示すように、前記圧電素子３０と略同一の厚さを有しており、接着剤又は熱圧着等によって前記可撓性樹脂膜２０の上面に固着される。
【０１０４】
前記下側封止板４０は、好ましくは、ステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【０１０５】
前記下側封止板４０は、前記複数の圧電素子３０を含む圧電素子群の側方を封止するとともに、前記配線アッセンブリ１００が固着される基台として作用する。
【０１０６】
本実施の形態においては、図２に示すように、前記下側封止板４０の中央開口４２によって囲まれる空間のうち、前記複数の圧電素子３０の側方部分には、柔軟性樹脂５０が充填されている。
前記柔軟性樹脂５０は、例えば、シリコーンとされる。
【０１０７】
前記柔軟性樹脂５０を備えることにより、前記複数の圧電素子３０に対する外部からの影響を効果的に遮断することができる。
また、前記圧電素子３０の振動減衰を大きくすることができ、前記複数の圧電素子３０によってバースト状に発生した音波の残響を抑制して、反射波による物体の距離検知可能範囲を可及的に広げることができる。
【０１０８】
前記配線アッセンブリ１００は、外部から供給される印加電圧を前記複数の圧電素子３０へ伝達する為のものである。
【０１０９】
図１２及び図１３に、それぞれ、前記配線アッセンブリ１００の平面図（前記圧電素子３０とは反対側から視た図）及び底面図（前記圧電素子３０の側から視た図）を示す。
なお、理解容易化の為に、図１２及び図１３においては下記カバー層１５０の図示を省略している。
【０１１０】
図４、図１２及び図１３等に示すように、前記配線アッセンブリ１００は、絶縁性ベース層１１０と、前記ベース層１１０に固着された導体層１２０と、導体層１２０における基端側の外部接続領域１３８ａ、１３８ｂ及び先端側の圧電素子接続領域１３１ａ、１３１ｂを外方に開放させた状態で前記導体層１２０を囲繞する絶縁性のカバー層１５０とを有している。
【０１１１】
前記ベース層１１０及び前記カバー層１５０は、例えば、ポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
【０１１２】
図４、図１２及び図１３等に示すように、前記ベース層１１０は、前記複数の圧電素子３０のそれぞれに平面視において部分的に重合する複数の圧電素子重合部位１１１と、前記複数の圧電素子重合部位１１１を一体的に保持する先端部位１１６とを有している。
【０１１３】
本実施の形態においては、前記ベース層１１０は、さらに、基端部位１１８と、前記先端部位１１６及び前記基端部位１１８の間を連結する中間部位１１７とを有している。
【０１１４】
本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１は、第１〜第９の９個の圧電素子３０を有している。従って、前記ベース層１１０は、前記９個の圧電素子３０にそれぞれ対応する９個の圧電素子重合部位１１１を有している。
【０１１５】
前記複数の圧電素子重合部位１１１の各々は、対応する圧電素子３０における一対の印加電極の一方及び他方にそれぞれ対応した第１及び第２タブ領域１１２ａ、１１２ｂを有している。
【０１１６】
前述の通り、本実施の形態においては、前記圧電素子３０は２層積層型とされており、上面電極３６及び下面電極３７によって形成される外側電極と圧電素子本体３２の厚み方向中間に介挿された内側電極３４とが、一対の第１及び第２印加電極として作用する。
この場合、前記第１及び第２タブ領域１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、外側電極用タブ領域及び内側電極用タブ領域として作用する。
【０１１７】
図１４に、前記圧電体アッセンブリ３に前記配線アッセンブリ１００を固着させたプリアッセンブリの部分平面図を示す。図１４は、図２におけるXIV−XIV線に沿って視た状態に相当する。
図１５に、図１４におけるXV部拡大図を示す。
【０１１８】
図１５に示すように、前記外側電極用タブ領域１１２ａは、前記先端部位１１６から延びる一対の外側電極用延在片１１３ａと、一対の外側電極用延在片１１３ａの自由端側を連結し、前記先端部位１１６及び前記一対の外側電極用延在片１１３ａと共働して外側電極接続用開口１１５ａを形成する外側電極用連結片１１４ａとを有している。
【０１１９】
同様に、前記内側電極用タブ領域１１２ｂは、前記先端部位１１６から延びる一対の内側電極用延在片１１３ｂと、一対の内側電極用延在片１１３ｂの自由端側を連結し、前記先端部位１１６及び前記一対の内側電極用延在片１１３ｂと共働して内側電極接続用開口１１５ｂを形成する内側電極用連結片１１４ｂとを有している。
【０１２０】
前記導体層１２０は、例えば、Ｃｕ等の導電性金属によって形成される。
前記導体層１２０は、前記ベース層１１０上に積層された厚さ１２〜２５μｍ程度のＣｕ箔に対して不要部分をエッチング除去することによって形成可能である。
好ましくは、前記導体層１２０を形成するＣｕの露出部分にＮｉ／Ａｕメッキを施すことができる。
【０１２１】
本実施の形態においては、前記導体層１２０は、前記複数の圧電素子３０の外側電極及び内側電極３４にそれぞれ接続される外側電極用導体層１３０ａ及び内側電極用導体層１３０ｂを含んでいる。
【０１２２】
図４、図１２及び図１３に示すように、前記外側電極用導体層１３０ａは、前記ベース層の基端部位１１８に支持され、外部からの電圧供給を受ける外部側端子領域１３８ａと、前記の圧電素子３０の対応する電極に接続される圧電素子側端子領域１３１ａと、前記外部側端子領域１３８ａ及び前記圧電素子側端子領域１３１ａの間に延びる連結領域１３５ａとを有している。
【０１２３】
同様に、前記内側電極用導体層１３０ｂは、前記ベース層の基端部位１１８に支持され、外部からの電圧供給を受ける外部側端子領域１３８ｂと、前記の圧電素子３０の対応する電極に接続される圧電素子側端子領域１３１ｂと、前記外部側端子領域１３８ｂ及び前記圧電素子側端子領域１３１ｂの間に延びる連結領域１３５ｂとを有している。
【０１２４】
本実施の形態においては、前記連結領域１３５ａ、１３５ｂは、前記ベース層１１０の先端部位１１６に支持されて、前記圧電素子側端子領域１３１ａ、１３１ｂが連結される先端領域１３６ａ、１３６ｂと、前記先端領域１３６ａ、１３６ｂ及び前記外部側端子領域１３８ａ、１３８ｂの間に延びる中間領域１３７ａ、１３７ｂとを有している。
【０１２５】
図１５等に示すように、前記外側電極用導体層１３０ａの圧電素子側端子領域１３１ａは、前記外側電極接続用開口１１５ａを跨いで延び、先端側が前記外側電極用連結片１１４ａに固着されたブリッジ形状とされている。
【０１２６】
同様に、前記内側電極用導体層１３０ｂの圧電素子側端子領域１３１ｂは、前記内側電極接続用開口１１５ｂを跨いで延び、先端側が前記内側電極用連結片１１４ｂに固着されたブリッジ形状とされている。
【０１２７】
図２、図１４及び図１５等に示すように、前記配線アッセンブリ１００は、平面視において、前記外側電極接続用開口１１５ａが対応する前記圧電素子３０の前記下面電極端子３７Ｔ及び前記上面電極３６の一部と重合し且つ前記内側電極用接続開口１１５ｂが前記内側電極端子３４Ｔと重合した状態で、接着剤によって前記下側封止板４０の上面に固着されている。
【０１２８】
本実施の形態においては、図２、図４及び図１４等に示すように、前記配線アッセンブリ１００は、前記カバー層１５０が前記下側封止板４０と対向する状態で、接着剤によって前記下側封止板４０の上面に固着されている。
【０１２９】
これに代えて、前記ベース層１１０が前記下側封止板４０と対向する状態で、前記配線アッセンブリ１００を前記下側封止板４０の上面に固着することも可能である。
【０１３０】
前記圧電体アッセンブリ３及び前記配線アッセンブリ１００が固着されてなるプリアッセンブリにおいて、図１４及び図１５に示すように、前記外側電極用導体層１３０ａの圧電素子側端子領域１３１ａのうち前記外側電極接続用開口１１５ａを跨ぐ部分（以下、外側電極用導体ブリッジ部という）が対応する前記圧電素子３０の外側電極に電気的に接続され、且つ、前記内側電極用導体層１３０ｂの圧電素子側端子領域１３１ｂのうち前記内側電極接続用開口１１５ｂを跨ぐ部分（以下、内側電極用導体ブリッジ部という）が対応する前記圧電素子３０の内側電極３７に電気的に接続されている。
【０１３１】
詳しくは、図１４及び図１５に示すように、前記外側電極用導体ブリッジ部が、前記外側電極接続用開口１１５ａ内において前記上面電極３６の一部及び前記下面電極端子37Ｔの双方に電気的に接続され、且つ、前記内側電極用導体ブリッジ部が前記内側電極接続用開口１１５ｂ内において前記内側電極端子３４Ｔにのみ電気的に接続されている。
【０１３２】
前記外側電極用導体ブリッジ部の電気的接続は、例えば、前記外側電極用導体ブリッジ部、前記上面電極３６の一部及び前記下面電極端子３７Ｔをつなぐように前記外側電極接続用開口１１５ａ内において導電性接着剤又ははんだを塗布することや、又は、前記外側電極用導体ブリッジ部及び前記上面電極３６の一部の間並びに前記外側電極用導体ブリッジ部及び前記下面電極端子３７Ｔの間をそれぞれ前記外側電極接続用開口１１５ａ内において超音波ボンディングすることによって行うことができる。
【０１３３】
前記内側電極用導体ブリッジ部の電気的接続は、例えば、前記内側電極用導体ブリッジ部を前記上面電極３６には絶縁状態で前記内側電極端子３４Ｔにつなぐように前記内側電極接続用開口１１５ｂ内において導電性接着剤又ははんだを塗布することや、又は、前記内側電極用導体ブリッジ部を前記上面電極３６には絶縁状態で前記内側電極接続用開口１１５ｂ内において前記内側電極端子３４Ｔに超音波ボンディングによって接続することによって行うことができる。
【０１３４】
このように、前記外側電極用導体ブリッジ部及び前記内側電極用導体ブリッジ部の電気的接続を、前記対応する接続用開口１１５ａ、１１５ｂ内で行うことによって、前記圧電素子側端子領域１３１ａ、１３１ｂの損傷を有効に防止しつつ、電気的接続の状態を視覚的に確認することが可能となる。
【０１３５】
即ち、導電性接着剤又ははんだの塗布位置、拡がり状態、前記ブリッジ部との接触状態、もしくは、超音波ボンディング痕の状態等を容易に確認することができ、接触不良の発生を可及的に低減することができる。
【０１３６】
本実施の形態においては、図４等に示すように、前記カバー層１５０は、前記ベース層１１０と実質的に同一構成を有している。
【０１３７】
詳しくは、前記カバー層１５０は、前記外部側端子領域１３８ａ、１３８ｂの一部を覆うカバー側基端部位１５８と、前記先端領域１３６ａ、１３６ｂを覆うカバー側先端部位１５６と、前記中間領域１３５ｂを覆うカバー側中間部位１５５と、前記圧電素子重合部位１１１に重合されるカバー側圧電素子重合部位１５１とを有している。
【０１３８】
前記カバー側圧電素子重合部位１５１は、前記圧電素子重合部位１１１と同一構成を有している。
即ち、前記カバー側圧電素子重合部位１５１は、平面視において前記外側電極用タブ領域１１２ａ及び内側電極用タブ領域１１２ｂにそれぞれ重合するカバー側外側電極用タブ領域１５２ａ及びカバー側内側電極用タブ領域１５２ｂを有している。
【０１３９】
この場合、前記外側電極用導体ブリッジ部の前記電気的接続は、前記ベース層１１０における前記外側電極用タブ領域１１２ａの前記外側電極接続用開口１１５ａ及び前記カバー層１５０における前記カバー側外側電極用タブ領域１５２ａの外側電極接続用開口１５５ａ（図４参照）を介して行われる。
【０１４０】
同様に、前記内側電極用導体ブリッジ部の前記電気的接続は、前記ベース層１１０における前記内側電極用タブ領域１１２ｂの前記内側電極接続用開口１１５ｂ及び前記カバー層１５０における前記カバー側内側電極用タブ領域１５２ｂの内側電極接続用開口１５５ｂ（図４参照）を介して行われる。
【０１４１】
好ましくは、前記外側電極用導体層１３０ａ及び前記内側電極用導体層１３０ｂの一方は、前記複数の圧電素子３０の対応する電極にそれぞれ電気的に接続される複数の個別配線であって、互いに対して独立された複数の個別配線を有するものとされ、前記外側電極用導体層１３０ａ及び前記内側電極用導体層１３０ｂの他方は、前記複数の圧電素子３０の対応する電極に接続された単一配線を有するものとされる。
斯かる構成によれば、導体層の小型化を図ることができる。
【０１４２】
図４、図１２及び図１３に示すように、本実施の形態においては、前記外側電極用導体層１３０ａが前記複数の圧電素子３０の全ての外側電極に接続される単一配線を有するものとされ、前記内側電極用導体層１３０ｂが前記複数の圧電素子３０の内側電極３４にそれぞれ独立して接続される複数の個別配線を有するものとされている。
【０１４３】
なお、本実施の形態においては、前記外側電極用導体層１３０ａは、２つの外部側端子領域１３８ａを有しているが、そのうちの一つを削除することも可能である。
【０１４４】
さらに、前記外側電極用導体層１３０ａ及び前記内側電極用導体層１３０ｂの一方（本実施の形態においては前記内側電極用導体層１３０ｂ）における前記複数の個別配線は、前記外部側端子領域１３８ｂから前記圧電素子側端子領域１３１ｂへ至る全体に亘って、前記ベース層１１０のうち前記圧電素子３０と対向する下面及び前記圧電素子３０とは反対側の上面の一方（本実施の形態においては下面）である基準面に固着されている。
【０１４５】
そして、前記外側電極用導体層１３０ａ及び前記内側電極用導体層１３０ｂの他方（本実施の形態においては外側電極用導体層１３０ａ）における前記単一の配線は、前記外部側端子領域１３８ａにおいては前記ベース層１１０の基準面に固着され、前記中間領域１３７ａにおいては前記ベース層１１０の基準面とは反対側の裏面に固着され、且つ、前記先端領域１３６ａ及び前記圧電素子側端子領域１３１ａにおいては前記ベース層１１０の基準面に固着されており、前記中間領域１３７ａは前記ベース層１１０に形成された貫通孔１０８、１０９を介して前記外部側端子領域１３８ａ及び前記先端領域１３６ａに電気的に接続されている。
【０１４６】
斯かる構成によれば、前記外側電極用導体層１３０ａ及び前記内側電極用導体層１３０ｂの抵触を防止しつつ、前記配線アッセンブリ１００の小型化を図ることができる。
【０１４７】
なお、この場合、前記配線アッセンブリ１００には、前記導体層１３０ａ、１３０ｂのうち、前記ベース層１１０の裏面上に設けられた部分を覆う裏面側カバー層１６０（図４参照）が備えられる。
【０１４８】
図２及び図５等に示すように、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１は、さらに、前記下側封止板４０及び前記配線アッセンブリ１００の上面に柔軟性樹脂５５を介して固着された上側封止板６０を有している。
前記上側封止板６０は、前記複数の圧電素子３０のそれぞれに対応した位置に開口部６５を有している。
【０１４９】
前記上側封止板６０を備えることにより、前記振動体のたわみ振動動作への影響を可及的に防止しつつ、前記配線アッセンブリ１００の支持安定化を図ることができる。
【０１５０】
前記上側封止板６０は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍのステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【０１５１】
本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１は、さらに、前記上側封止板６０の複数の開口部６５を覆うように前記上側封止板６０の上面に接着等によって固着された吸音材７０を備えている。
【０１５２】
前記吸音材７０は、例えば、厚さ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のシリコーン樹脂又は他の発泡性樹脂によって形成される。
【０１５３】
前記吸音材７０を備えることにより、前記圧電素子３０によって生成される音波が放射されるべき側（図２において下側）とは反対側へ放射されることを有効に抑制することができる。
【０１５４】
前記超音波トランスデューサー１は、さらに、前記吸音材７０の上面に接着等によって固着された補強板７５を備えている。
【０１５５】
前記補強板７５は、例えば、厚さ０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【０１５６】
前記補強板７５を備えることにより、外力が前記基板１０及び前記圧電素子３０に影響を与えることを可及的に防止することができる。
【０１５７】
前記超音波トランスデューサー１は、さらに、前記基板１０の下面に接着等によって固着された防護板８０を備えている。
前記防護板８０は、前記基板１０における前記複数の開口部１５に対応した複数の開口部８２を有している。
【０１５８】
前記防護板８０は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度のステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【０１５９】
前記防護板８０を備えることにより、外力によって前記基板１０及び前記可撓性樹脂膜２０が損傷することを有効に防止することができる。
【０１６０】
前記基板１０及び前記可撓性樹脂膜２０の保護の観点では、前記防護板８０の開口部８２の開口幅は、前記基板１０の開口部１５の開口幅よりも小さく、例えば、６０％〜９０％とすることが好ましい。
【０１６１】
例えば、前記基板１０の開口部が一辺３．３ｍｍの正方形状である場合には、前記防護板８０の開口部８２は、一辺が２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の正方形状又は直径２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の円形状とすることができる。
【０１６２】
前記圧電素子３０の振動振幅は、当該圧電素子３０の周縁では小さく、中央部が最も大きくなり、音波は主として中央部の振動によって発生する。従って、前記防護板８０の開口部８２の開口幅を前記基板１０の開口部１５の開口幅よりも小さくしても、圧電素子３０によって発生されて放射される音波の音圧に実質的な影響は与えない。
【０１６３】
以下、本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１の製造方法について説明する。
【０１６４】
前記製造方法は、
・剛性板材にエッチングによって、前記複数の開口部１５を有する前記剛性基板１０を形成する剛性基板形成工程と、
・前記複数の開口部１５を覆うように前記可撓性樹脂膜２０を接着剤又は熱圧着によって前記剛性基板１０の上面に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
・平面視において前記複数の開口部１５とそれぞれ重合するように前記複数の圧電素子３０を前記可撓性樹脂膜２０の上面に絶縁性接着剤によって固着して、前記圧電体アッセンブリ３を形成する圧電体アッセンブリ形成工程と、
・平面視において前記中央開口４２が前記開口部形成領域１２を囲むように前記下側封止板４０を接着剤によって前記可撓性樹脂２０の上面に固着する下側封止板設置工程と、
・前記配線アッセンブリ１００を用意する配線アッセンブリ用意工程と、
・平面視において、前記外側電極接続用開口１１５ａが対応する前記圧電素子３０の上面電極３６の一部及び下面電極端子３７Ｔと重合し且つ前記内側電極接続用開口１１５ｂが対応する前記圧電素子３０の内側電極端子３４Ｔと重合した状態で、前記配線アッセンブリ１００を絶縁性接着剤によって前記下側封止板４０の上面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
・前記外側電極用導体層１３０ａの圧電素子側端子領域１３１ａの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子３０の上面電極３６の一部及び下面電極端子３７Ｔの双方に電気的に接続し、前記内側電極用導体層１３０ｂの圧電素子側端子領域１３１ｂの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子３０の内側電極端子３４Ｔに電気的に接続する電気接続工程と
を備えている。
【０１６５】
好ましくは、前記製造方法は、前記配線アッセンブリ固着工程及び前記電気接続工程を一括して同時に行う接合工程を備えることができる。
【０１６６】
前記接合工程は、前記下側封止板４０の上面のうち前記配線アッセンブリ１００が位置する部分に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記圧電素子３０の上面電極３６の一部及び下面電極端子３７Ｔに跨るように熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記圧電体３０の内側電極端子３４Ｔに熱硬化型導電性接着剤を塗布する処理と、前記配線アッセンブリ１００を前記下側封止板４０の上面の所定位置に配置させてプリアッセンブリを形成する処理と、前記プリアッセンブリを、例えば、１２０℃〜１５０℃程度で数十分間、加熱処理して熱硬化型絶縁性接着剤及び熱硬化型導電性接着剤を硬化させる処理とを含むものとされる。
【０１６７】
前記接合工程を備えることにより、前記配線アッセンブリ１００及び前記下側封止板４０の固着と、前記配線アッセンブリ１００及び前記圧電素子３０の電気接続を同時に行うことができ、効率化を図ることができる。
【０１６８】
当然ながら、前記電気接続工程を、前記配線アッセンブリ固着工程の後に行うことも可能である。
【０１６９】
この場合、前記電気接続工程は、前記配線アッセンブリ１００が接着剤によって前記下側封止板４０に接着された状態において、前記外側電極用導体層１３０ａの圧電素子側端子領域１３１ａの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子３０の上面電極３６の一部及び下面電極端子３７Ｔの双方に導電性接着剤、はんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理と、前記内側電極用導体層１３０ｂの圧電素子側端子領域１３１ｂの前記ブリッジ部を対応する前記圧電素子３０の内側電極端子３４Ｔに導電性接着剤、はんだ又は超音波ボンディングによって電気的に接続する処理とを含むものとされる。
【０１７０】
前記製造方法は、さらに、前記下側封止板設置工程の後で且つ前記配線アッセンブリ固着工程の前に、前記下側封止板の中央開口によって画される空間のうち前記複数の圧電素子の側方部分に液状のシリコーン樹脂等の熱硬化型封止樹脂を流し込み、例えば、１００℃〜１５０℃程度で数十分間、加熱処理して硬化させる封止樹脂設置工程を備えている。
【０１７１】
前記製造方法は、さらに、前記圧電体形成アッセンブリ形成工程の後の任意タイミングにおいて、前記防護板８０を固着する防護板固着工程を備えている。
前記防護板固着工程は、前記防護板８０を接着剤によって前記剛性基板１０の下面に固着するように構成される。
【０１７２】
前記製造方法は、さらに、前記電気接続工程の後に、前記上側封止板６０を設置する上側封止板設置工程を備えている。
【０１７３】
前記上側封止板設置工程は、前記配線アッセンブリ１００の上面にシリコーン樹脂等の熱硬化型の柔軟性樹脂を塗布する処理と、前記柔軟性樹脂の上に前記上側封止板６０を配置する処理と、例えば、１００℃〜１５０℃程度で数十分間、加熱により前記柔軟性樹脂を硬化させる処理とを含む。
【０１７４】
前記製造方法は、さらに、前記上側封止板設置工程の後に、前記吸音材７０を設置する工程及び前記補強板７５を設置する工程を備えている。
【０１７５】
前記吸音材設置工程は、前記上側封止板６０の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記熱硬化型絶縁性接着剤の上にシリコーン樹脂又は他の発泡性樹脂等の前記吸音材７０を配置する処理と、例えば、１２０℃〜１５０℃程度で数十分間、加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含む。
【０１７６】
前記補強板設置工程は、前記吸音材７０の上面に熱硬化型絶縁性接着剤を塗布する処理と、前記熱硬化型絶縁性接着剤の上に前記補強板７５を配置する処理と、例えば、１２０℃〜１５０℃程度で数十分間、加熱により前記熱硬化型絶縁性接着剤を硬化させる処理とを含む。
【符号の説明】
【０１７７】
１                超音波トランスデューサー
１０              剛性基板
１２              開口部形成領域
１５              開口部
２０              可撓性樹脂
３０              圧電素子
４０              下側封止板
４２              中央開口
５０、５５        柔軟性樹脂
６０              上側封止板
６５              開口部
７０              吸音材
７５              補強板
８０              防護板
８２              開口部
１００            配線アッセンブリ
１０８、１０９    貫通孔
１１０            ベース層
１１１            圧電素子重合部位
１１６            先端部位
１１２ａ          外側電極用タブ領域（第１タブ領域）
１１２ｂ          内側電極用タブ領域（第２タブ領域）
１１５ａ          外側電極接続用開口（第１タブ領域の接続用開口）
１１５ｂ          内側電極接続用開口（第２タブ領域の接続用開口）
１１６            先端部位
１１７            中間部位
１１８            基端部位
１２０            導体層
１３０ａ          外側電極用導体層（第１導体層）
１３０ｂ          内側電極用導体層（第２導体層）
１３１ａ、１３１ｂ          圧電素子側端子領域
１３６ａ、１３６ｂ          先端領域
１３７ａ、１３７ｂ          中間領域
１３８ａ、１３８ｂ          外部側端子領域
１５０            カバー層
１５２ａ          カバー側外側電極用タブ領域（カバー側第１タブ領域）
１５２ｂ          カバー側内側電極用タブ領域（カバー側第２タブ領域）
１５６            カバー側先端部位
１６０            裏面側カバー層
【要約】
本発明に係る超音波トランスデューサーは、下面及び上面の間を貫通する複数の開口部が設けられた剛性基板と、前記複数の開口部を覆うように前記基板の上面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において前記複数の開口部とそれぞれ重合するように前記可撓性樹脂膜の上面に固着された複数の圧電素子とを備える。好ましくは、前記複数の開口部は配列ピッチが４．３ｍｍ以下とされ、前記圧電素子は、平面視縦横寸法の最大値が４．０ｍｍ以下の平面視矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の平面視円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の平面視楕円形状とされる。好ましくは、前記圧電素子は、全周において前記剛性基板に重合され、前記圧電素子と前記基板との重合幅は、０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍとされる。【図１】
0006776481.tif 000002
【図２】
0006776481.tif 000003
【図３】
0006776481.tif 000004
【図４】
0006776481.tif 000005
【図５】
0006776481.tif 000006
【図６】
0006776481.tif 000007
【図７】
0006776481.tif 000008
【図８】
0006776481.tif 000009
【図９】
0006776481.tif 000010
【図１０】
0006776481.tif 000011
【図１１】
0006776481.tif 000012
【図１２】
0006776481.tif 000013
【図１３】
0006776481.tif 000014
【図１４】
0006776481.tif 000015
【図１５】
0006776481.tif 000016