(57)【要約】【課題】固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応でき、製造コストを大幅に削減することができる、静電型超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】固定電極母材１、２として、導電性パイプ１１をハニカム状に並べ、外周を保持部材１２で結束し、導電性パイプ１１の間の空隙を固定材１３で固めて一体化した結束パイプを製作する。そして、固定電極母材１、２を所望の厚みで切断して固定電極部材（固定電極を製作するための基礎部材）を製作する。この際に、導電性パイプ１１の内径を固定電極の貫通孔径と合わせ、導電性パイプ１１の外径を貫通孔のピッチ長さに合わせる。また、固定材１３には樹脂系のモールド材または導電性樹脂を使用する。【選択図】図１
2007158889.tif 000002
【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支持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、
前記第１、第２の固定電極の母材を導電性パイプとし、
前記導電性パイプを複数並べた状態で結束するように外周を保持部材で保持し、
前記結束された導電性パイプ間の空隙を固定材で固定して形成された固定電極母材を所望の厚さで切断することにより、
前記第１、第２の固定電極が形成されていること
を特徴とする静電型超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記導電性パイプをハニカム状に並べた状態で結束すること
を特徴とする請求項１に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と一致させ、前記導電性パイプの外径を前記貫通孔のピッチ長と一致させること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記固定材は、樹脂系のモールド材あるいは接着剤で形成されていること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。
【請求項５】
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支持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、
前記第１、第２の固定電極は、
母材を導電性パイプとし、該導電性パイプを複数並べた状態で結束するように外周を保持部材で保持し、該結束された導電性パイプ間の空隙を固定材で固定して形成された固定電極母材を所望の厚さに切断することにより固定電極部材を形成する第１の工程と、
前記固定電極部材の貫通孔及び該貫通孔の近傍の領域をマスクするマスク部材を前記固定電極部材の一方の面に載置し、かつ該固定電極部材の前記マスク部材が載置された面上に絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材をセットし、前記対向電極形成材を、前記固定電極部材の面上における前記マスク部材によりマスクされていない部分に塗布する第２の工程と、
前記第２の工程において、前記対向電極形成材の塗布完了後に前記マスク部材を外し、かつ前記固定電極部材の面上に形成された対向電極形成体を乾燥させる第３の工程と、
により作製されることを特徴とする静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
前記導電性パイプをハニカム状に並べた状態で結束すること
を特徴とする請求項５に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項７】
前記導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と一致させ、前記導電性パイプの外径を前記貫通孔のピッチ長と一致させること
を特徴とする請求項５または請求項６に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項８】
前記固定材は、樹脂系のモールド材あるいは接着剤で形成されていること
を特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを有すること
を特徴とする超音波スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型超音波トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサの製造方法、および超音波スピーカに関し、特に、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応でき、製造コストを大幅に削減することができる、静電型超音波トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサの製造方法、および超音波スピーカに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサは、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の音響信号によって変調した変調波を出力することで、鋭い指向性を有する音を再生することができるというものである。
【０００３】
図８は、従来の超音波トランスデューサの構成例を示す図である。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。図８（Ａ）に示す圧電型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（Ａ）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。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。
【０００４】
圧電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。しかし、圧電型のトランスデューサは素子の鋭い共振特性を利用していることから、高い音圧が得られるが周波数帯域は非常に狭い。このため、圧電型のトランスデューサを用いた超音波スピーカでは再生可能な周波数帯域が狭く、ラウドスピーカと比較して再生音質が悪いという傾向がある。
【０００５】
上述した圧電型の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。図８（Ｂ）に広帯域発振型の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す。この静電型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に働くことからプル型（Ｐｕｌｌ型）と呼ばれている。
【０００６】
図８（Ｂ）に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体（振動膜）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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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（凹凸部）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。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、周波数特性が広帯域となっている（特許文献１、２）。
【００１０】
上述したように、図８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。
【００１１】
しかしながら、音圧の最大値はやや低く、例えば、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。超音波スピーカにおける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（プル型）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。
【００１２】
このような問題を解決するために、本願出願人は、図９に示すような、静電型超音波トランスデューサを先に提案している（特願２００４−１７３９４６号）。このような構造は一般にプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）型と呼ばれており、プル（Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサに比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
【００１３】
図９において、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサは、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２０、２１と、一対の固定電極に挟持され、導電層（振動膜電極）２２１を有する振動膜２２と、一対の固定電極２０、２１と振動膜２２を保持する支持部材２５とを有している。
【００１４】
振動膜２２は、絶縁層２２０と、導電性材料で形成された導電層２２１とを有しており、該導電層２２１には、直流バイアス電源２６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いる。
【００１５】
また、一対の固定電極２０、２１は振動膜２２を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通孔２４Ａ、２４Ｂを有しており、一対の固定電極２０、２１の導電部材間には信号源２８Ａ、２８Ｂ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２０と導電層２２１、固定電極２１と導電層２２１には、それぞれコンデンサが形成されている。
【００１６】
上記構成において、静電型超音波トランスデューサは、振動膜２２の導電層２２１に、直流バイアス電源２６により単一極性の（本例では正極性の）直流バイアス電圧が印加される。一方、一対の固定電極２０、２１には、信号源２８Ａ、２８Ｂにより交流信号が印加される。この結果、信号源２８Ａ、２８Ｂ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２０に正の電圧が印加されるために、振動膜２２の固定電極で挟持されていない表面部分２３Ａには、静電反発力が作用し、表面部分２３Ａは、図９上、下方に引っ張られる。また、このとき、対向する固定電極２１には、負の電圧が印加されるために、振動膜２２の前記表面部分２３Ａの裏面側である裏面部分２３Ｂには、静電吸引力が作用し、裏面部分２３Ｂは、図９上、さらに下方に引っ張られる。
【００１７】
したがって、振動膜２２の一対の固定電極２０、２１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２８Ａ、２８Ｂ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２２の表面部分２３Ａには図９上、上方に静電吸引力が、また裏面部分２３Ｂには、図９上、上方に静電反発力が作用し、振動膜２２の一対の固定電極２０、２１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２２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。
【００１８】
このように図９に示す超音波トランスデューサは、振動膜２２が一対の固定電極２０、２１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。プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサは、振動膜に静電吸引力のみしか作用しないプル型（Ｐｕｌｌ）型の静電型超音波トランスデューサに比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
【００１９】
図９に示す静電型超音波トランスデューサにおいて、固定電極２０、２１は、その材質が導電性であればよく、例えば、ＳＵＳや真鍮、鉄、ニッケルの単体構成も可能である。また、軽量化をはかる必要があるため、回路基板などで一般的に用いられるガラスエポシキ基板や紙フェノール基板に所望の孔加工を施した後、ニッケルや金、銀、銅などでメッキ処理をすることなども可能である。またこの場合成型後のソリを防止するために基板へのメッキ加工は両面に施すなどの工夫も有効である。ただし絶縁性を考慮すると、各々の固定電極の振動膜側には何らかの絶縁処理が施される事が望ましい。例えば、液状ソルダーレジスト、感光性フイルム、感光性コート材、非導電性塗料、電着材料などで絶縁された凸部を形成する。
【００２０】
上述したように、プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサにおいては、振動膜には高電圧の直流バイアス電圧が印加され、固定電極には交流電圧が印加されることにより、固定電極−振動膜に働く静電力（引力及び斥力）により膜部分が振動する。この場合、超音波帯の振動を実現する為には振動部分の孔径を数ｍｍ以下にする必要があり、多数の振動孔を設けることにより、追従性が高くて出力が大きいトランスデューサを構成する必要がある。
【００２１】
図１０は、図９に示す、プッシュプル方式の静電型超音波トランスデューサに使用される固定電極の構成及びその製造工程を説明するための図である。
【００２２】
上述したように固定電極には音波を放射させるための貫通孔が必要であり、多いものでは１０００個以上必要である。加工精度上は機械加工が適切ではあるが、コスト的に妥当ではないため、エッチングによる加工を適用している。しかしながら、エッチングにより空けられる貫通孔の口径には、厚みとの関係で制約がある。例えば、貫通孔口径０．７５ｍｍ、厚み１．５ｍｍで所望の加工精度を満足する固定電極を、エッチング加工のみで製作することは困難である。
【００２３】
そこで、図１０（Ａ）に示すように、貫通孔口径よりも十分に薄い、例えば０．２５ｍｍの厚みの導電体（通常は金属で、銅やステンレスを使用）２０２に所望の貫通孔２０３を形成するためのマスク部材２０１を被せてエッチング加工を行い、貫通孔２０３の空いた導電体２０２を複数枚用意する。
【００２４】
そして、図１０（Ｂ）に示すように、総厚み１．５ｍｍとする場合には、これらの導電体２０２を６枚、全ての貫通孔２０３の位置が一致するよう積層する。それから、図１０（Ｃ）に示すように、積層した導電体２０２を両面から加圧した状態で、熱圧着または拡散接合処理を行い、結果１．５ｍｍ厚みで一体化（金属結合）した固定電極が出来上がる。（なお、図１０に示す例では、方形の固定電極を製作する例を示したが、図９に示すような、円形の固定電極を製作する場合には、導電体２０２を円形とする。）
【００２５】
しかしながら、上記工程において、固定電極のサイズや貫通孔の個数を変更する場合には、その都度エッチング用のマスク部材を製作する必要がある。また、積層の際には全ての貫通孔の中心位置を揃えるための位置決め治具や位置合わせ工程が必要である。さらに、熱圧着または拡散接合処理では、一回の処理数に制約があり、かつ処理費用も高価なため、製造コストが大きくかかっていた。また、厚みを変更する場合には、厚み修正用に幾つか厚み水準を用意する必要があり、また、その都度、積層治具の製作及び接合処理が必要となっていた。（接合処理では、厚みの異なるものを同時に製作する事が非常に困難である。）
【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】
【００２６】
上述したように、エッチングによる固定電極の製造工程においては、固定電極のサイズや貫通孔の個数を変更する場合には、その都度エッチング用のマスク部材を製作する必要があった。また、積層の際には全ての貫通孔の中心位置を揃えるための位置決め治具や位置合わせ工程が必要であった。さらに、熱圧着または拡散接合処理では、一回の処理数に制約があり、かつ処理費用も高価なため、製造コストが大きくかかっていた。また、厚みを変更する場合には、厚み修正用に幾つか厚み水準を用意する必要があり、また、その都度、積層治具の製作及び接合処理が必要となるなどの問題があった。
【００２７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応でき、製造コストを大幅に削減できる、静電型超音波トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサの製造方法、および超音波スピーカを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の静電型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支持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記第１、第２の固定電極の母材を導電性パイプとし、前記導電性パイプを複数並べた状態で結束するように外周を保持部材で保持し、前記結束された導電性パイプ間の空隙を固定材で固定して形成された固定電極母材を所望の厚さで切断することにより、前記第１、第２の固定電極が形成されていることを特徴とする。
このような構成により、静電型超音波トランスデューサの固定電極を製作する場合に、固定電極母材を、所望の導電性パイプを並列（例えば、ハニカム状）に並べ、外周を保持部材で結束し、導電性パイプの間の空隙を固定材で固めて一体化した結束パイプにより構成する。そして、固定電極母材（結束パイプ）を所望の厚みで切断して固定電極を製作する。
これにより、静電型超音波トランスデューサの固定電極を製造する場合に、導電性パイプのサイズと並列に並べる本数を選定することにより、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応できる。また、静電型超音波トランスデューサの製造コストを大幅に削減できる。
【００２９】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記導電性パイプをハニカム状に並べた状態で結束することを特徴とする。
このような構成により、導電性パイプをハニカム状（蜂の巣状）に並べた状態で結束するようにしたので、これにより、導電性パイプのサイズと本数を選定し、この導電性パイプをハニカム状に並べて結束し固定するだけで、所望のサイズ、貫通孔の数、電極厚みを持つ固定電極を容易に製作することができる。
【００３０】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と一致させ、前記導電性パイプの外径を前記貫通孔のピッチ長と一致させることを特徴とする。
このような構成により、導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と合わせ、導電性パイプの外径を貫通孔のピッチ長さに合わせるようにしたので、これにより、所望の内径と外径を有する導電性パイプを選定することで、所望の貫通孔径と貫通孔のピッチ長を有する固定電極を容易に製作することができる。
【００３１】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記固定材は、樹脂系のモールド材あるいは接着剤で形成されていることを特徴とする。
このような構成により、導電性パイプの固定材には樹脂系のモールド材（または導電性樹脂）あるいは接着剤を使用するようにしたので、これにより、複数の導電性パイプを容易に固定することができる。また、導電性パイプの空隙を密度の低い樹脂で埋めるので固定電極の軽量化を図ることができる。さらに、導電性の樹脂を使用した場合には、固定電極への電気接点を容易に設けることができる。
【００３２】
また、本発明の静電型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支持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、前記第１、第２の固定電極は、母材を導電性パイプとし、該導電性パイプを複数並べた状態で結束するように外周を保持部材で保持し、該結束された導電性パイプ間の空隙を固定材で固定して形成された固定電極母材を所望の厚さに切断することにより固定電極部材を形成する第１の工程と、前記固定電極部材の貫通孔及び該貫通孔の近傍の領域をマスクするマスク部材を前記固定電極部材の一方の面に載置し、かつ該固定電極部材の前記マスク部材が載置された面上に絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材をセットし、前記対向電極形成材を、前記固定電極部材の面上における前記マスク部材によりマスクされていない部分に塗布する第２の工程と、前記第２の工程において、前記対向電極形成材の塗布完了後に前記マスク部材を外し、かつ前記固定電極部材の面上に形成された対向電極形成体を乾燥させる第３の工程と、により作製されることを特徴とする。
このような方法により、複数の導電性パイプを結束した固定電極母材を、所定の厚みで切断した固定電極部材（固定電極を製作するため基礎部材）を準備する。そして、貫通孔及び該貫通孔の近傍の領域をマスクするスクリーン版（対向電極形成用のマスク部材）を固定電極部材の一方の面にセットし、スキージを移動させて対向電極形成材をマスクされていない部分に塗り込む。この対向電極形成材は、永久的に対向電極形成体として構成でき、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。そして、塗布完了後に対向電極形成用のスクリーン版を外し、対向電極形成体を乾燥させて所望の固定電極が出来上がる。
これにより、静電型超音波トランスデューサの固定電極を製造する場合に、導電性パイプのサイズと並列に並べる本数を選定することにより、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応できる。また、固定電極部材の面上に対向電極形成体を容易に形成できる。このため、静電型超音波トランスデューサの製造コストを大幅に削減できる。
【００３３】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記導電性パイプをハニカム状に並べた状態で結束することを特徴とする。
このような方法により、導電性パイプをハニカム状（蜂の巣状）に並べた状態で結束するようにしたので、これにより、導電性パイプのサイズと本数を選定し、この導電性パイプをハニカム状に並べて結束し固定するだけで、所望のサイズ、貫通孔の数、電極厚みを持つ固定電極を容易に製作することができる。
【００３４】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と一致させ、前記導電性パイプの外径を前記貫通孔のピッチ長と一致させることを特徴とする。
このような方法により、導電性パイプの内径を固定電極の貫通孔径と合わせ、導電性パイプの外径を貫通孔のピッチ長さに合わせるようにしたので、これにより、所望の内径と外径を有する導電性パイプを選定することで、所望の貫通孔径と貫通孔のピッチ長を有する固定電極を容易に製作することができる。
【００３５】
また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、前記固定材は、樹脂系のモールド材あるいは接着剤で形成されていることを特徴とする。
このような方法により、導電性パイプの固定材には樹脂系のモールド材（または導電性樹脂）あるいは接着剤を使用するようにしたので、これにより、複数の導電性パイプを容易に固定することができる。また、導電性パイプの空隙を密度の低い樹脂で埋めるので固定電極の軽量化を図ることができる。さらに、導電性の樹脂を使用した場合には、固定電極への電気接点を容易に設けることができる。
【００３６】
また、本発明の超音波スピーカは、前記のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサを有することを特徴とする。
これにより、超音波スピーカに使用する静電型超音波トランスデューサの固定電極を製造する場合に、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更に対し柔軟かつ容易に対応でき、製造コストを大幅に削減できる。また、固定電極を軽量化できるので、超音波スピーカ全体の軽量化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、固定電極母材の構成例を示す図（断面図）であり、固定電極母材１、２は、本発明の静電型超音波トランスデューサの固定電極を製作するための母材となるものである。図１（Ａ）は、断面形状が四角の固定電極母材１、図１（Ｂ）は、断面形状が円形の固定電極母材２の例を示している。固定電極母材１、２では、導電性パイプ１１をハニカム（Honeycomb）状に並べて、その外周に保持部材１２を配して、導電性パイプ１１が径方向に位置ズレしないように結束して保持する。保持部材１２としては適度な機械的強度を有する材料であれば、金属でも樹脂（ガラスエポキシ、ＰＥＥＫなど）でも良い。
【００３９】
さらに、導電性パイプ１１の間の空隙には固定材１３を配して完全固定する。ここで固定材１３としては樹脂系のモールド材あるいは接着剤等が適切であるが、導電性樹脂の適用も有効である。例えば、保持部材１２に絶縁材料である樹脂を使用した場合、固定電極の電極接点を導電性パイプ１１に配する事が面倒であるが、導電性樹脂を用いる場合には、前記の空隙に予め導線を配して、これを導電性樹脂で埋めて固めれば容易に電気接点を取ることもできる。
【００４０】
図２は、固定電極母材２から固定電極部材（固定電極を製作するための基礎となる部材）３を切り出す方法を示す図である。図２（Ａ）に固定電極母材２の概観、図２（Ｂ）に固定電極部材３として使用する形態に切断した状態を示す。
【００４１】
固定電極母材２は、導電性パイプ１１が製造可能な限り長尺で構成でき、この固定電極母材２から所望の厚みで切り出して固定電極部材３を製作するため、１本の固定電極母材２から、複数の厚み水準で、多数の固定電極部材３を切り出す事ができる。切り出した固定電極部材３の切断面は、両面ポリッシュ処理を施せば、バリの無い電極面を形成する事ができる。
【００４２】
図３は、固定電極の対向電極形成体について説明するための図である。図３（Ａ）は固定電極母材から切り出した状態の固定電極部材（固定電極を製作するための基礎となる部材）、図３（Ｂ）は対向電極形成体１４を配した後の固定電極（固定電極部材を加工した後の完成状態）の上視図である。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、固定電極部材に対向電極形成体１４を配した状態では、導電性パイプ１１の内周側の所定の範囲が対向電極部１５として導電体が露出するのみで、その他の領域は全て絶縁材料から成る対向電極形成体１４で覆われる。また、導電性パイプ１１の孔は、それ自体が音波を放射する貫通孔１６として機能するように構成されている。
【００４４】
図４は、本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図である。図４（Ａ）は、静電型超音波トランスデューサの断面図、図４（Ｂ）は、対向電極部１５の詳細を示した図である。
【００４５】
図４（Ａ）に示すように、対向電極形成体１４、対向電極形成体１４に覆われて形成された対向電極部１５、貫通孔１６、保持部材１２および固定材１３により構成される固定電極２０、２１を、互いに対向電極形成体１４を配した面が対向するように配置している。また、固定電極２０、２１の全ての貫通孔１６の中心位置が一致するように配置している。そして、これら一対の固定電極２０、２１により振動膜２２（導電層２２１と絶縁層２２０とで構成される振動膜）を挟持して静電型超音波トランスデューサを構成している。なお、この静電型超音波トランスデューサの動作原理については、図９に示した静電型超音波トランスデューサと同様であり、その説明については省略する。
【００４６】
ここで、対向電極部１５を構成する各部寸法値の一例としては、図４（Ｂ）に示すように、対向電極部１５の外周径をＤ１、貫通孔径をＤ２、隣接する対向電極部１５の外周間距離をＧ、貫通孔１６の中心ピッチをＰとした場合、
Ｄ１＝Ｄ２×２、Ｐ＝Ｄ１＋Ｇ（単位：ｍｍ）、といった関係で定義している。
ここで外周間距離Ｇは、対向電極部１５の外周径Ｄ１に対し、おおよそ１０％前後の値となっている。
【００４７】
図５は、導電性パイプの外径寸法について説明するための図である。図５に示すように、上述した、Ｄ１、Ｄ２、Ｇ、Ｐの関係を維持した固定電極２０、２１を実現するために必要となる導電性パイプ１１の外径Ｄ３は、
Ｄ３＝Ｄ２×２＋Ｇ＝Ｐ（単位：ｍｍ）となり、外径を貫通孔のピッチに合わせて導電性パイプ１１を製作すれば良い。
【００４８】
図６は、本発明による静電型超音波トランスデューサの固定電極の製造工程を説明するための図である。以下、図６を参照して、固定電極の製造工程について説明する。
【００４９】
最初に、図６（Ａ）に示すように、図２（Ｂ）で示したような、所定の厚みで切断され、切断面が表面処理された固定電極部材３を準備する。
【００５０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、固定電極部材３の一方の面上に、対向電極形成体１４を形成するためのスクリーン版（対向電極形成用のマスク部材）１９および液状の対向電極形成材１８をセットし、スキージ１７を移動させて対向電極形成材１８をマスクのかかっていない部分に塗り込む。
【００５１】
有効と考えられる対向電極形成材１８は、永久的に対向電極形成体１４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、金属をはじめ、様々な導電体（導電性樹脂など）との密着強度にも優れ、高分子膜から成る振動膜の挟持性に非常に有効である。
【００５２】
そして、図６（Ｃ）に示すように、対向電極形成材１８の塗布完了後に対向電極形成用のスクリーン版（対向電極形成用マスク部材）１９を外すと、対向電極部１５を除く他の部分に非導電性の層（＝対向電極形成体１４）が残り、これを乾燥させて所望の固定電極が出来上がる。
【００５３】
また、図７は、本発明の静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例を示す図である。超音波スピーカは、キャリア波と呼ばれる超音波にオーディオ信号（可聴領域信号）でＡＭ変調をかけ、これを空中に放出すると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。つまり音波は空気を媒体として伝挿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とが顕著に表れ、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、一般にはパメトリックアレイ効果と呼ばれている。
【００５４】
図７に示す超音波スピーカ３０は、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数信号源（オーディオ信号源）３１と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波信号源３２と、変調器３３と、パワーアンプ３４と、静電型超音波トランスデューサ３５とを有している。
【００５５】
上記構成において、可聴周波数信号源３１より出力されるオーディオ信号波により、キャリア波信号源３２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器３３により変調し、パワーアンプ３４で増幅した変調信号により静電型超音波トランスデューサ３５を駆動する。この結果、上記変調信号が静電型超音波トランスデューサ３５により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した本発明の静電型超音波トランスデューサ、およびその製造方法を用いる場合には、以下に述べる効果がある。
【００５７】
第１の効果として、固定電極のサイズ、貫通孔の数、電極厚みの変更が容易である。
すなわち、現在の製造方法（エッチング＋拡散接合）では、電極のサイズや貫通孔の数を変更する場合には、エッチング用のマスク部材を製作し直す必要があったが、本発明の製造方法を用いれば、導電性パイプの束ねる本数を変えれば良いだけなので、柔軟に対応できる。
【００５８】
また、現在の製造方法（エッチング＋拡散接合）では、例えば、エッチング加工済みのものが厚み０．２５ｍｍのサイズしか用意されていない場合、電極厚みをその倍数値の中間の厚み（例えば、０．９ｍｍ、１．２ｍｍ等）に変更するには、厚み０．１ｍｍのものを追加製作しなくてはならないが、本発明の製造方法を用いれば、固定電極母材を切断する際に如何様にも厚みを変更できる。また、拡散接合で積層板を製作する際には、一回の処理で厚みが異なるものを同時に製作することはできない。よって、数種類の厚み水準を用意するには、その水準の数だけ拡散接合を行う必要が生じ、非常にコスト高ともなるが、本発明の製造方法を用いればこの間題も解消できる。
【００５９】
第２の効果として、製造コストを安くできる。
導電性パイプは一般材料として用いられている炭素鋼またはステンレス等で良く、材料費が安く抑えられ、これらを束ねてモールドした後に切断するのみで固定電極部材(固定電極を製作するための基礎部材)が製作できるので、現在の製造方法（エッチング＋拡散接合）のような拡散接合するための積層固定治具や、コストの高い拡散接合そのものが不要となるため、製造コストを大幅に削減できる。
【００６０】
第３の効果として、固定電極が軽量化できる。
現在の製造方法（エッチング＋拡散接合）では固定電極全体が金属で構成されているが、本発明による固定電極では導電性パイプの空隙部を密度の低い樹脂で埋めるので軽量化でき、トランスデューサ全体の軽量化に大きく寄与する。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型超音波トランスデューサは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】固定電極母材の構成例を示す図。
【図２】固定電極母材から固定電極部材を切り出す方法を示す図。
【図３】固定電極の対向電極形成体について説明するための図。
【図４】本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図５】導電性パイプの外径寸法について説明するための図。
【図６】固定電極の製造工程を説明するための図。
【図７】超音波スピーカの構成例を示す図。
【図８】従来の超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図９】プッシュプル型の静電型超音波トランスデューサの構成例を示す図。
【図１０】固定電極の構成及びその製造工程を説明するための図。
【符号の説明】
【００６３】
１、２…固定電極母材、３…固定電極部材（固定電極を製作するための基礎部材）、１１…導電性パイプ、１２…保持部材、１３…固定材、１４…対向電極形成体、１５…対向電極部、１６…貫通孔、１７…スキージ、１８…対向電極形成材、２０、２１…固定電極、２２…振動膜、２４Ａ、２４Ｂ…貫通孔、２５…支持部材、２６…直流バイアス電源、２８Ａ、２８Ｂ…信号源、２２０…絶縁層、２２１…導電層、３０…超音波スピーカ、３１…可聴周波数信号源、３２…キャリア波信号源、３３…変調器、３４…パワーアンプ、３５…静電型超音波トランスデューサ
【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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