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WO2022168188A1 - 超音波トランスデューサー及びその製造方法 - Google Patents

超音波トランスデューサー及びその製造方法 Download PDF

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WO2022168188A1
WO2022168188A1 PCT/JP2021/003816 JP2021003816W WO2022168188A1 WO 2022168188 A1 WO2022168188 A1 WO 2022168188A1 JP 2021003816 W JP2021003816 W JP 2021003816W WO 2022168188 A1 WO2022168188 A1 WO 2022168188A1
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WO
WIPO (PCT)
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plate
piezoelectric element
ultrasonic transducer
support plate
recesses
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/003816
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English (en)
French (fr)
Inventor
知 高杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suncall Corp
Original Assignee
Suncall Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US18/274,938 priority patent/US20240082877A1/en
Priority to PCT/JP2021/003816 priority patent/WO2022168188A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063—Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer that has a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel and that can be suitably used as a phased array sensor, and a method for manufacturing the same.
  • An ultrasonic transducer in which multiple vibrating bodies, including piezoelectric elements and diaphragms, are arranged in parallel, is suitable for use as a phased array sensor for detecting the shape of an object or for detecting the presence or absence of an object over a wide range. It is possible, but in this case the ultrasonic transducer is required to:
  • the arrangement pitch of the plurality of vibrating bodies should be 1/2 or less of the wavelength ⁇ of the ultrasonic waves radiated by the vibrating bodies.
  • the frequency of the ultrasonic waves emitted by the vibrating body used in the ultrasonic transducer is set to a low frequency of about 30 to 50 kHz.
  • an ultrasonic transducer comprising a rigid elastic plate such as a metal plate and a plurality of piezoelectric elements fixed to the elastic plate in parallel, wherein the elastic plate is: a plurality of vibration regions in which the plurality of piezoelectric elements are mounted respectively; a plurality of restraint regions surrounding the plurality of vibration regions through low-rigidity regions such as grooves; and a boundary region that separates the outer region located radially outward, and the boundary region includes a slit portion that divides the one restraint region and the outer region, and the one restraint region.
  • a patent for an invention relating to an ultrasonic transducer provided with a bridge portion that is mechanically connected to the outer region (see Patent Document 1 below).
  • the presence of the low-rigidity region weakens the rigidity of the vibration region to improve the vibration characteristics of the vibrating body including the piezoelectric element and the vibration region. is useful in that the vibration in one vibration region can be effectively prevented from propagating to another vibration region, but there is room for improvement in the following points.
  • the rigidity of the vibration region in the rigid elastic plate can be weakened by providing the low-rigidity region
  • the piezoelectric element can be stretched and contracted against the rigidity of the vibration region to which the piezoelectric element is mounted.
  • the vibrating body is caused to resonate. Theoretically, it is possible to secure the necessary amount of amplitude by
  • the applicant of the present application has proposed a rigid elastic plate such as a metal plate having a plurality of openings formed in parallel, a flexible resin film provided so as to cover the entire surface of the rigid elastic plate,
  • An invention relating to an ultrasonic transducer provided with a plurality of piezoelectric elements fixed to the upper surface of the flexible resin film so as to overlap with the plurality of openings in plan view has been filed and patented. (See Patent Document 2 below).
  • the resonance frequency of the vibrating body including the piezoelectric element is set to 70 kHz to 80 kHz, which is higher than 40 kHz, which is the frequency of the driving voltage to be applied to the piezoelectric element. It is useful in that it is possible to obtain a high radiated sound pressure by vibrating the vibrating body with a sufficient amount of amplitude. We have discovered that it can be difficult to radiate sound waves in certain directions.
  • the present invention has been made in view of such prior art, and is capable of obtaining sufficiently high radiated sound pressure even if the resonance frequency of a vibrating body including a piezoelectric element is higher than the driving frequency of the vibrating body, Another object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of maintaining a good sound pressure of sound waves emitted by a plurality of vibrating bodies even when the number of the vibrating bodies is increased, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention provides a rigid support plate having a first surface on one side in the thickness direction and a second surface on the other side in the thickness direction, wherein a plurality of recesses are opened in the first surface. and a first end portion on one end side having an opening width smaller than the opening width of the recess portion is opened to the bottom surface of the recess portion, and a second end portion on the other end side is opened to the second surface to radiate sound waves.
  • a rigid support plate provided with a plurality of waveguides forming openings; a flexible resin film fixed to a first surface of the support plate so as to cover the plurality of recesses; piezoelectric elements of the same number as the plurality of recesses fixed to the first surface of the flexible resin film so that the corresponding recesses overlap and the peripheral region overlaps with the first surface of the support plate;
  • the frequency of the lowest-order resonance mode of flexural vibration is higher than the drive frequency of the piezoelectric element
  • the support plate is the entire ultrasonic transducer.
  • an ultrasonic transducer configured so that the frequency of the lowest-order resonance mode of flexural vibration is higher than the driving frequency of the piezoelectric element.
  • the ultrasonic transducer of the present invention it is possible to obtain a sufficiently high radiated sound pressure even if the resonance frequency of the vibrating body including the piezoelectric element is higher than the driving frequency of the vibrating body. Even if the number of vibrating bodies is increased, the sound pressure of the sound waves emitted by the plurality of vibrating bodies can be well maintained.
  • the arrangement pitch of the piezoelectric elements is 4.3 mm or less.
  • the piezoelectric element has a rectangular shape with a maximum vertical and horizontal dimension of 4.0 mm or less in plan view, a circular shape with a diameter of 4.0 mm or less in plan view, or an ellipse with a major axis of 4.0 mm or less in plan view.
  • the recess has a shape similar to that of the piezoelectric element in plan view so that the overlapping width of the peripheral region of the piezoelectric element and the support plate in plan view is 0.05 mm to 0.1 mm.
  • the recess has a depth of 0.05 mm to 0.15 mm.
  • At least the portion of the support plate in which the plurality of waveguides are formed in the thickness direction is made of ceramics.
  • the support plate includes a first plate in which a plurality of through holes having the same opening width as that of each of the plurality of recesses and a plurality of through holes having the same opening width as that of each of the plurality of waveguides are formed. and a second plate having a plurality of through holes formed therein, and the first and second plates are fixed in a layered state in the thickness direction. More preferably, the second plate is made of ceramics.
  • the waveguide includes a cylindrical portion including the first end opened on the bottom surface of the recess, and the second end opened on the second surface of the support plate. and a horn portion including The tubular portion has an opening width smaller than that of the concave portion and the same opening width over the entire thickness direction. It is configured such that the width of the opening increases as it approaches the sound wave emitting opening opened in the second surface.
  • the opening width of the tubular portion has a ratio of 0.15 to 0.2 with respect to the wavelength of the sound wave radiated by the vibrating body.
  • the length of the tubular portion has a ratio of 0.09 or less, more preferably 0.035 or less, to the wavelength of the sound wave radiated by the vibrating body.
  • the opening width of the sound wave emitting port is preferably 0.8 to 0.95 with respect to the arrangement pitch of the piezoelectric elements.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention further includes a lower sealing plate having a plurality of piezoelectric element openings each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements and having a thickness greater than that of the piezoelectric elements. a lower sealing plate fixed to the flexible resin film so that the plurality of piezoelectric elements are positioned within the plurality of piezoelectric element openings in plan view; and a lower sealing plate fixed to the lower sealing plate. and a wiring assembly.
  • the wiring assembly includes an insulating base layer, a conductor layer provided on the base layer and including first and second wirings respectively connected to a pair of first and second electrodes of the piezoelectric element, and the conductor. and an insulating cover layer surrounding the base layer, the base layer having first wire/piezoelectric element connection openings for connecting the first wires to corresponding first electrodes of the piezoelectric elements. and a second wiring/piezoelectric element connection opening for connecting the second wiring to the corresponding second electrode of the piezoelectric element.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention may further include an upper sealing plate fixed to the lower sealing plate and the wiring assembly via flexible resin.
  • the upper sealing plate has openings at positions corresponding to the plurality of piezoelectric elements.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention may further include a sound absorbing material fixed to the upper sealing plate so as to cover the plurality of openings of the upper sealing plate.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention may further include a reinforcing plate fixed to the sound absorbing material.
  • a plurality of recesses opened on a first surface on one side in the thickness direction and a first end portion on one end side having an opening width smaller than the opening width of the recesses are opened on the bottom surface of the recesses.
  • the vibrating body includes the same number of piezoelectric elements as the plurality of recesses fixed to the first surface of the flexible resin film, and the vibrating body formed by the piezoelectric elements and the flexible resin film operates in the lowest-order resonance mode of flexural vibration. is higher than the drive frequency of the piezoelectric element, and the support plate is arranged so that the frequency of the lowest-order resonance mode of flexural vibration of the entire ultrasonic transducer is higher than the drive frequency of the piezoelectric element.
  • a method of manufacturing an ultrasonic transducer comprising: a support plate forming step of forming the support plate; a flexible resin film fixing step of fixing the plurality of piezoelectric elements to a plate; a piezoelectric element fixing step of fixing the film to the film with an insulating adhesive; and a lower side sealing having a plurality of piezoelectric element openings each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements and having a thickness larger than that of the piezoelectric elements.
  • a lower sealing plate is prepared, and the lower sealing plate is fixed to the flexible resin film with an adhesive so that the plurality of piezoelectric elements are positioned within the plurality of piezoelectric element openings in a plan view.
  • a plate installation step an insulating base layer, a conductor layer provided on the base layer and including first and second wirings respectively connected to a pair of first and second electrodes of the piezoelectric element, and the conductor layer and the base layer has a first wire/piezoelectric element connection opening and a second wire/piezoelectric element connection opening exposing portions of the first and second wires, respectively.
  • a wiring assembly preparing step of preparing the provided wiring assembly a wiring assembly fixing step of fixing the base layer to the lower sealing plate with an adhesive; and the first wiring/piezoelectric element of the first wiring.
  • the ultrasonic transducer can be manufactured efficiently.
  • the support plate forming step forms a recess-side plate having a plate thickness equal to the depth of the plurality of recesses and having a plurality of through holes having the same opening width as each of the plurality of recesses.
  • the process of forming the waveguide-side plate includes forming a plurality of through holes having the same mold depth as the length of the plurality of waveguides and the same opening width as each of the plurality of waveguides.
  • a ceramic material is injected into a mold for a waveguide-side plate provided with a structure for sintering.
  • the process for forming the recess side plate includes forming a through hole having the same mold depth as the depth of the plurality of recesses and the same opening width as each of the plurality of recesses.
  • a ceramic material is injected into the recess-side plate mold provided with the structure and fired.
  • the process of forming the recess side plate includes preparing a metal plate having the same plate thickness as the depth of the recess, and etching the metal plate to form the same opening as each of the plurality of recesses. It is configured to form a plurality of width through holes.
  • FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 is a plan view of the piezoelectric assembly (support plate, flexible resin film and a plurality of piezoelectric elements) in the ultrasonic transducer according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a plan view of the support plate.
  • FIG. 4 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5(a) is a plan view of the piezoelectric element
  • FIG. 5(b) is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 5(a).
  • FIG. 6(a) is a plan view of a model (piezoelectric assembly) used for the finite element method (FEM) analysis performed for the first embodiment
  • FIG. 6(b) is a plan view of FIG. ) along the line VI-VI.
  • FIG. 7 shows the thickness L2 of the portion (second plate) where the waveguide is formed and the lowest resonance frequency of the bending vibration of the entire model in the model shown in FIGS. is a graph showing the results of a finite element method analysis performed on the relationship of FIG. 8 is a finite element method performed on the relationship between the opening width D2 of the waveguide and the sound pressure level of the sound wave emitted by the vibrating body including the piezoelectric element in the model shown in FIGS.
  • FIG. 9 shows the relationship between the plate thickness L1 of the recessed portion (first plate) and the sound pressure level of the sound wave radiated by the vibrating body in the model shown in FIGS. It is a graph which shows the result of the finite element method analysis which was performed.
  • FIG. 10(a) is a plan view of another model (piezoelectric assembly) used in the finite element method (FEM) analysis performed for the first embodiment
  • FIG. 10(b) is a plan view of FIG. It is a cross-sectional view along line X-X in (a).
  • FIG. 11 shows, in the model shown in FIGS.
  • FIG. 10(a) and 10(b), the thickness L2 of the portion (second plate) where the waveguide is formed and the lowest resonance frequency of the bending vibration of the entire model. is a graph showing the results of a finite element method analysis performed on the relationship of 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 1.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a support plate formed by a support plate forming step in the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to Embodiment 1.
  • FIG. 14(a) and 14(b) are cross-sectional views of a recess-side plate and a waveguide-side plate, respectively, formed by a support plate forming step in the method of manufacturing an ultrasonic transducer according to a modification of Embodiment 1; is.
  • FIG. 15 shows an ultrasonic transducer support according to a modification of the first embodiment, which is formed by fixing the concave-side plate and the waveguide-side plate shown in FIGS. 14(a) and (b). It is a cross-sectional view of a plate.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state after the flexible resin film fixing step in the manufacturing method.
  • FIG. 15 shows an ultrasonic transducer support according to a modification of the first embodiment, which is formed by fixing the concave-side plate and the waveguide-side plate shown in FIGS. 14(a) and (b). It is a cross-sectional view of a plate.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing the state after the piezoelectric element fixing step in the manufacturing method.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the state after the step of installing the lower sealing plate in the manufacturing method.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing the state after the electrical connection step in the manufacturing method.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing the state after the upper sealing plate installation step in the manufacturing method.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state after the sound absorbing material installation step in the manufacturing method.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a state after the reinforcing plate installation step in the manufacturing method.
  • FIG. 23 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 24 is a plan view of a piezoelectric assembly (a support plate, a flexible resin film, and a plurality of piezoelectric elements) in the ultrasonic transducer according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 25 is a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 26(a) is a plan view of a model (piezoelectric assembly) used for the finite element method (FEM) analysis performed for the second embodiment
  • FIG. 26(b) is a plan view of FIG. ) along the line XXVI-XXVI.
  • FIG. 27 is an enlarged view of the XXVII portion in FIG. 26(b).
  • FIG. 28 is a finite element analysis performed on the relationship between the opening width D2a of the cylindrical portion of the waveguide and the sound pressure level of the sound wave emitted by the vibrating body in the model shown in FIGS. 26(a) and (b). It is a graph which shows the result of.
  • FIG. 29 is a graph showing the results of a finite element method analysis performed on the relationship between the length L2a of the cylindrical portion and the sound pressure level in the model shown in FIGS. 26(a) and (b).
  • FIG. 30 is a graph showing the results of a finite element method analysis performed on the relationship between the radiation aperture D2b and the sound pressure level in the model shown in FIGS. 26(a) and 26(b).
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 1A according to this embodiment.
  • the ultrasonic transducer 1 includes, as main constituent members, a rigid support plate 10 having a first surface 11 on one side in the thickness direction and a second surface 12 on the other side in the thickness direction, and a first surface 21 on one side in the thickness direction. and a second surface 22 on the other side in the thickness direction, the second surface 22 being fixed to the first surface 11 of the support plate 10; and a plurality of piezoelectric elements 30 affixed to the surface 21 .
  • FIG. 2 shows the support plate 10, the flexible resin film 20 fixed to the first surface 11 of the support plate 10, and the plurality of the flexible resin films 20 fixed to the first surface 21 of the flexible resin film 20.
  • the waveguide 17 has a tubular shape with an opening width smaller than that of the recess 15 and the same opening width throughout the thickness direction.
  • the support plate 10 can be made of various rigid members, and can be made of a metal such as stainless steel, or preferably a ceramic material such as SiC or Al2O3, which has a lower density and a higher Young's modulus than metal. can.
  • the support plate 10 is a single unit integrally including a portion in which the plurality of recesses 15 are formed and a portion in which the plurality of waveguides 17 are formed.
  • the invention is not so limited.
  • FIG. 4 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 1B according to a modification of this embodiment.
  • the ultrasonic transducer 1B differs from the ultrasonic transducer 1A only in that the support plate 10 is changed to a support plate 100.
  • FIG. 4 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 1B according to a modification of this embodiment.
  • the ultrasonic transducer 1B differs from the ultrasonic transducer 1A only in that the support plate 10 is changed to a support plate 100.
  • the support plate 100 includes a first plate 110 in which the plurality of recesses 15 are formed, and a second plate 120 that is separate from the first plate 110 and has a large plate thickness, It has a second plate 120 on which the plurality of waveguides 17 are formed, and the first and second plates 110 and 120 are fixed in a layered state in the thickness direction.
  • the surface of the first plate 110 opposite to the second plate 120 forms the first surface 101 on one side in the thickness direction of the support plate 100, and
  • the surface of the second plate 120 opposite to the first plate 110 forms the second surface 102 of the support plate 100 on the other side in the thickness direction.
  • the support plate 100 has a plurality of recess through holes formed in the first plate 110 and having the same opening width as that of the plurality of recesses 15 , and a plurality of waveguides 17 in the second plate 120 . It can be easily formed by forming a plurality of waveguide through-holes having the same opening width as the opening width, and then fixing the first and second plate bodies 110 and 120 in a state of being laminated in the thickness direction. obtain.
  • the first and second plates 110 and 120 can also be formed of various rigid members such as metals such as stainless steel and ceramics materials such as SiC and Al2O3.
  • the second plate 120 can preferably be made of a ceramic material such as SiC or Al2O3, which has a lower density and a higher Young's modulus than metal.
  • the flexible resin film 20 is fixed to the first surface 11 (101) of the support plate 10 (100) so as to cover the recesses 15.
  • the flexible resin film 20 is formed of an insulating resin such as polyimide having a thickness of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example.
  • the flexible resin film 20 is fixed to the support plate 10 (100) by various methods such as adhesive or thermocompression bonding.
  • the piezoelectric element 30 has a central region 30C overlapping with the corresponding concave portion 15 and a peripheral region 30P overlapping with the first surface 11 (101) of the support plate 10 (100) in plan view. It is fixed to the first surface 21 of the flexible resin film 20 as shown.
  • FIG. 5(a) shows a plan view of the piezoelectric element 30. As shown in FIG. Further, FIG. 5(b) shows a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 5(a).
  • the piezoelectric element 30 has a piezoelectric element main body 32 and a pair of first and second electrodes, and is configured to expand and contract when a voltage is applied between the first and second electrodes.
  • the piezoelectric element 30 is of a laminated type. Compared to a single-layer piezoelectric element, the laminated piezoelectric element can increase the electric field strength when the same voltage is applied, and can increase the expansion/contraction displacement per applied voltage.
  • the piezoelectric element 30 is of a two-layer laminated type.
  • the piezoelectric element 30 includes the piezoelectric element main body 32 formed of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), a first piezoelectric portion 32a on the upper side of the piezoelectric element main body 32 in the thickness direction, and a piezoelectric element 32b.
  • An inner electrode 34 partitioning the lower second piezoelectric portion 32b, an upper surface electrode 36 fixed to a portion of the upper surface of the first piezoelectric portion 32a, and a lower surface electrode fixed to the lower surface of the second piezoelectric portion 32b.
  • an inner electrode terminal 34T one end of which is electrically connected to the inner electrode 34 and the other end of which is insulated from the top electrode 36 and which is accessible on the top surface of the first piezoelectric portion 32a.
  • An electrode connection member 35 one end of which is electrically connected to the lower electrode 37 and the other end of which is insulated from the upper electrode 36 and the inner electrode 34, is accessible on the upper surface of the first piezoelectric portion 32a.
  • a bottom electrode connection member 38 forming a bottom electrode terminal 37T.
  • the outer electrode formed by the upper electrode 36 and the lower electrode 37 acts as one of the first and second electrodes
  • the inner electrode 34 acts as the other of the first and second electrodes
  • the polarization directions of the first and second piezoelectric portions 32a and 32b are the same with respect to the thickness direction.
  • electric fields in opposite directions are applied to the first and second piezoelectric portions 32a and 32b.
  • the top electrode 36 and the bottom electrode 37 are insulated from each other, so that when the piezoelectric element 30 is fabricated, a voltage is applied between the top electrode 36 and the bottom electrode 37. By doing so, the polarization directions of the first and second piezoelectric portions 32a and 32b can be made the same.
  • the piezoelectric element 30 and the flexible resin film 20 act as a vibrating body that generates ultrasonic waves. is higher than the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 30 (driving frequency).
  • a phased array in which a plurality of piezoelectric elements 30 forming a vibrating body are arranged in parallel is used to detect an object several meters away. Therefore, it is necessary to precisely control the phases of sound waves radiated from a plurality of vibrating bodies each having a plurality of piezoelectric elements 30 mounted thereon.
  • the piezoelectric elements are expanded and contracted against the rigidity of the rigid support plate. It is necessary to flexibly vibrate the vibrating body formed by the piezoelectric element and the rigid support plate with a predetermined amplitude to ensure the magnitude of the generated sound pressure.
  • the frequency (driving frequency) of the voltage applied to the piezoelectric element it is necessary to set the frequency (driving frequency) of the voltage applied to the piezoelectric element to the vicinity of the resonance frequency of the bending vibration of the vibrating body on which the piezoelectric element is mounted.
  • the frequency response of the flexural vibration of the vibrating body on which the piezoelectric element is mounted with respect to the voltage applied to the piezoelectric element varies greatly in the vicinity of the resonance frequency of the vibrating body.
  • the ultrasonic transducer 1A (1B) has a plurality of recesses 15 opened in the first surface 11 (101) and the opening width of the recesses 15 is wider than the opening width of the recesses 15.
  • the rigid support plate provided with a plurality of waveguides 17 each of which has a narrowed first end opening to the bottom surface of the recess 15 and a second end opening to the second surface 12 (102).
  • 10 (100) and the flexible resin film 20 fixed to the first surface 11 (101) of the support plate 10 (100) so as to cover the plurality of recesses 15 correspond to the central region 30C in plan view.
  • the plurality of grooves fixed to the first surface 21 of the flexible resin film 20 so as to overlap with the concave portion 15 and the peripheral region 30P overlap with the first surface 11 (101) of the support plate 10 (100). and a piezoelectric element 30 .
  • the resonance frequency of the plurality of vibrating bodies is higher than the driving frequency of the piezoelectric element 30, even if there is "variation" in the resonance frequency among the plurality of vibrating bodies, the vibration of the plurality of vibrating bodies No significant difference occurs in the phase of the frequency response of the flexural vibration. Therefore, it is possible to precisely control the phases of the sound waves generated by the plurality of vibrating bodies.
  • the frequency should be a low frequency of about 30 to 50 kHz.
  • the resonance frequency of the vibrating body is set to a resonance frequency (for example, 70 kHz) sufficiently higher than the driving frequency (30 to 50 kHz) of the piezoelectric element 30, it is better to increase the vertical and horizontal dimensions of the piezoelectric element 30 in plan view. , the sound pressure of the ultrasonic waves generated by the vibrator can be increased.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are mounted respectively.
  • the arrangement pitch of the plurality of piezoelectric elements 30 is set to 1/2 or less of the wavelength ⁇ of the ultrasonic waves radiated by the piezoelectric elements 30.
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are arranged in order to suppress the generation of grating lobes while setting the frequency of the ultrasonic waves radiated by the piezoelectric elements 30 to 40 kHz.
  • the vertical and horizontal dimensions of the piezoelectric element 30 in plan view are preferably 3.0 mm or more from the viewpoint of ensuring sound pressure, and 4.0 mm or less from the viewpoint of suppressing the generation of grating lobes.
  • the piezoelectric element 30 has a square shape in plan view.
  • a rectangular shape including the following rectangles, a circular shape with a diameter of 4.0 mm or less, or an elliptical shape with a major axis of 4.0 mm or less is also possible.
  • the opening width of the recess 15 is such that the frequency of the lowest-order resonance mode of the bending vibration of the vibrating body formed by the piezoelectric element 30 and the flexible resin film 20 is higher than the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element. is set so that
  • the overlapping width of the peripheral region 30P of the piezoelectric element 30 and the support plate 10 (100) in plan view is 0.05 mm to 0.1 mm over the entire circumference of the piezoelectric element 30.
  • the shape is similar to that of the piezoelectric element 30 in plan view.
  • the concave portion 15 preferably has a square shape with a side of 3.8 mm to 3.9 mm in plan view
  • the concave portion 15 preferably has a circular shape with a diameter of 3.8 mm to 3.9 mm in plan view.
  • Nine piezoelectric elements 30 are arranged so as to overlap with the nine openings 15 in a plan view, with each of the nine piezoelectric elements mounted.
  • nine vibrators of three are provided, the invention is of course not limited to such a configuration. In order to sharpen the directivity of the radiated sound waves and increase the intensity, it is desirable to arrange more than 3 ⁇ 3 vibrating bodies.
  • the analysis performed by the inventor of the present invention on the example of the present embodiment will be described.
  • the minimum flexural vibration of the plurality of vibrating bodies is Setting the frequency of the next resonance mode higher than the drive frequency of the plurality of piezoelectric elements 30 is not sufficient, and the support plate 10 (100), the flexible resin film 20, and the plurality of piezoelectric elements 30 Based on a new idea that it is necessary to consider the frequency of the lowest-order resonance mode of the flexural vibration of the piezoelectric assembly, the following analysis was performed.
  • FIG. 6(a) shows a plan view of a model 200 (piezoelectric assembly) used in this analysis. Further, FIG. 6(b) shows a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 6(a).
  • the relationship between the thickness L2 of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed and the lowest-order resonance frequency of the flexural vibration of the entire model is calculated using the finite element method (FEM). It is calculated by analysis.
  • FEM finite element method
  • the shape and dimensions of the piezoelectric element 30, the material and thickness of the flexible resin film 20, the opening width D1 of the recess 15, the opening width D2 of the waveguide 17, and the piezoelectric element 30 The arrangement pitch P of was set as follows.
  • the material of the second plate 120 is SiC
  • the material of the first plate 110 is the second plate It was set to be the same as 120.
  • the thickness L2 of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed and the thickness L1 of the portion (first plate 110) where the recess 15 is formed are set as follows.
  • the first and second plates 110 and 120 are made of stainless steel, the thickness L2 of the second plate 120 is 1.5 mm, and the thickness L1 of the first plate 110 is 0.2 mm.
  • the resonance frequency of Comparative Example 1 was calculated. The results are also shown in FIG.
  • the material of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed is ceramics (SiC), and the thickness L2 is 1.0 mm or more, so that the entire model is It was confirmed that the resonance frequency can be sufficiently higher than 40 kHz, which is the frequency of sound waves to be radiated by the vibrating body including the piezoelectric element 30 (that is, the driving frequency of the piezoelectric element 30).
  • the thickness L2 of the portion where the waveguide 17 is formed (the second plate 120) is 1.5 mm.
  • the resonance frequency of the entire model is set in the vicinity of the driving frequency of the piezoelectric element 30 .
  • the sound wave emitted from the vibrator is adversely affected by the sound wave that can be generated by the vibration of the model (the piezoelectric assembly).
  • This analysis (2) obtains the relationship between the opening width D2 of the waveguide 17 and the sound pressure level of the sound wave radiated from the vibrating body by the finite element method analysis.
  • the centrally arranged piezoelectric element 30X (see FIG. 6(a)) of the nine piezoelectric elements 30 arranged in 3 ⁇ 3 in the model 200 is a sine wave with an amplitude of 10 V and a frequency of 40 kHz. Sound at a position separated from the vibrating body by a distance of 0.3 m on an imaginary vertical line passing through the center of the vibrating body including the piezoelectric element 30X and perpendicular to the plane on which the model 200 is positioned, when driven by a voltage. A pressure distribution was calculated.
  • the thickness L1 of the portion (first plate 110) in which the recess 15 is formed and the thickness L2 of the portion (second plate 120) in which the waveguide 17 is formed are as follows. set.
  • the opening width D2 of the waveguide 17 was set as follows.
  • Example 2a-(1), Example 2b-(1): D2 1.8 mm
  • Example 2a-(2), Example 2b-(2): D2 2.0 mm
  • Example 2a-(3), Example 2b-(3): D2 2.2 mm
  • Example 2a-(4), Example 2b-(4): D2 2.4 mm
  • Example 2a-(5): D2 3.2 mm
  • the opening width D2 of the waveguide 17 is 2.0 mm to 2.0 mm. It is preferably set to 0.5 mm.
  • This analysis (3) obtains the relationship between the plate thickness L1 of the portion (first plate 110) where the recess 15 is formed and the sound pressure level of the sound wave radiated by the vibrating body by the finite element method analysis. .
  • the piezoelectric element 30X (Fig. 6(a) ) is driven by a sine wave voltage with an amplitude of 10 V and a frequency of 40 kHz.
  • the sound pressure distribution was calculated at a position separated by a distance of 0.3 m from the body.
  • the thickness L2 of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed is set to 1.5 mm, and the opening width D2 of the waveguide 17 is set to 2.2 mm. Further, the material of the portion (the second plate 120) where the waveguide 17 is formed is SiC.
  • the thickness L1 of the portion (first plate body 110) where the recess 15 was formed was set as follows.
  • the material of the portion (first plate 110) in which the recess 15 is formed is the same as the material (SiC) of the portion (second plate 120) in which the waveguide 17 is formed.
  • the thickness L1 of the portion (first plate 110) in which the recess 15 is formed that is, the depth of the recess 15 is preferably 0.15 mm or less.
  • the pressure level is maximized, and from the viewpoint of sound pressure, it is more preferable that the depth of the recess 15 is 0.1 mm or less.
  • the concave portion 15 is too shallow, the following problems may occur. In other words, an adhesive or the like used to fix the flexible resin film 20 to the first surface 101 of the support plate 100 may flow into the recess 15 . In such a situation, if the depth of the concave portion 15 is too small, there is a risk that the operation of the vibrating body formed by the piezoelectric element 30 and the flexible resin film 20 will be hindered. Considering this point, the depth of the concave portion 15 is preferably 0.05 mm or more.
  • FIG. 10(a) shows a plan view of a model 210 (piezoelectric assembly) used in this analysis. Also, FIG. 10(b) shows a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 10(a).
  • the thickness L2 of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed and the lowest resonance frequency of the bending vibration of the entire model is calculated by finite element method (FEM) analysis.
  • the depth L1 of the material of the portion (first plate body 110) in which the recess 15 is formed is set to 0.1 mm.
  • the material of the portion (the first plate body 110) where the recess 15 is formed is SUS304.
  • the length of the portion (second plate 120) where the waveguide 17 is formed (second plate 120) and the material are set as follows.
  • the resonance frequency of the entire model including the three piezoelectric elements 30 is sufficiently higher than 40 kHz, which is the frequency of sound waves to be emitted by the vibrating body including the piezoelectric elements 30 (that is, the driving frequency of the piezoelectric elements 30). It was confirmed that the
  • the ultrasonic transducer 1A (1B) according to the present embodiment has a lower sealing plate 40 and a wiring assembly 150 as optional constituent members in addition to the piezoelectric assembly which is a main constituent member.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG.
  • the lower sealing plate 40 has a plurality of piezoelectric element openings 42 each having a size surrounding the plurality of piezoelectric elements 30.
  • the lower sealing plate 40 is The plurality of piezoelectric elements 30 are fixed to the first surface 21 of the flexible resin film 20 by adhesive, thermocompression bonding, or the like so that the plurality of piezoelectric elements 30 are positioned within the plurality of piezoelectric element openings 42 in plan view.
  • the thickness of the lower sealing plate 40 is greater than the thickness of the piezoelectric element 30, and when it is fixed to the first surface of the flexible resin film 20, The first surface of the lower sealing plate 40 is further separated from the flexible resin film 20 than the upper electrode 36, the lower electrode terminal 37T, and the inner electrode terminal 34T (see FIG. 5) of the piezoelectric element 30. It is
  • the lower sealing plate 40 is made of a rigid member such as metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, or ceramics.
  • the lower sealing plate 40 seals the sides of the piezoelectric element group including the plurality of piezoelectric elements 30 and acts as a base to which the wiring assembly 150 is fixed.
  • the wiring assembly 150 is for transmitting an applied voltage supplied from the outside to the plurality of piezoelectric elements 30 .
  • the wiring assembly 150 includes an insulating base layer 160 fixed to the lower sealing plate 40 with an adhesive or the like, a conductor layer 170 fixed to the base layer 160, and the conductors. and an insulating cover layer 180 surrounding layer 170 .
  • the base layer 160 and the cover layer 180 are made of, for example, an insulating resin such as polyimide.
  • the conductor layer 170 is made of, for example, a conductive metal such as Cu.
  • the conductor layer 170 can be formed by etching away unnecessary portions of a Cu foil having a thickness of about 12 to 25 ⁇ m laminated on the base layer 160 .
  • the exposed portion of Cu forming the conductor layer 170 may be plated with Ni/Au.
  • the conductor layer 170 is provided on the first electrode (the outer electrodes 36 and 37 in the present embodiment) and the second electrode (the inner electrode 34 in the present embodiment) of the piezoelectric element 30. It includes a first wiring 170a and a second wiring 170b that are connected to each other.
  • the base layer 160 has a first wiring/piezoelectric element connection opening 161a for connecting the first wiring 170a to the corresponding first electrode of the piezoelectric element 30, and a first wiring/piezoelectric element connection opening 161a for connecting the second wiring 170b to the corresponding piezoelectric element.
  • a second wire/piezoelectric element connection opening 161b for connecting to the second electrode of the element 30 is formed.
  • the upper electrode 36 and the lower electrode 37 act as the first electrode, and the inner electrode 34 acts as the second electrode.
  • the portion of the first wiring 170a exposed through the first wiring/piezoelectric element connection opening 161a is attached to both the part of the upper surface electrode 36 and the lower surface electrode terminal 37T by, for example, a conductive adhesive. or electrically connected by soldering.
  • a portion of the second wiring 170b exposed through the second wiring/piezoelectric element connection opening 161b is electrically connected to the inner electrode terminal 34T by, for example, a conductive adhesive or solder. .
  • the cover layer 180 is provided with first wiring/external connection openings and second wiring/external connection openings for electrically connecting the first and second wirings 170a and 170b to the outside, respectively. .
  • the ultrasonic transducer 1A further includes an upper sealing plate 40 and an upper sealing plate fixed to the upper surfaces of the wiring assembly 150 via a flexible resin 55. It has a stop plate 60 .
  • the upper sealing plate 60 has openings 65 at positions corresponding to the plurality of piezoelectric elements 30 respectively.
  • the upper sealing plate 60 is made of, for example, metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, ceramics, or the like with a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the ultrasonic transducer 1A further includes a sound absorbing material 70 fixed to the upper surface of the upper sealing plate 60 by adhesion or the like so as to cover the plurality of openings 65 of the upper sealing plate 60. I have.
  • the sound absorbing material 70 is made of, for example, silicone resin or other foamable resin having a thickness of about 0.3 mm to 1.5 mm.
  • the ultrasonic transducer 1A further includes a reinforcing plate 75 fixed to the upper surface of the sound absorbing material 70 by adhesion or the like.
  • the reinforcing plate 75 is made of, for example, metal such as stainless steel, carbon fiber reinforced plastic, ceramics, etc., having a thickness of about 0.2 mm to 0.5 mm.
  • the manufacturing method is A ceramic material is placed in a support plate mold having a mold depth equal to the plate thickness of the support plate 10 and having a structure for forming the plurality of recesses 15 and the plurality of waveguides 17.
  • the support plate forming step is performed so that the plate thickness is the same as the depth of the plurality of recesses 15. and formed with a plurality of through holes 116 having the same opening width as each of the plurality of recesses 15 (FIG. 14(a)), and the length of the plurality of waveguides 17
  • the process of forming the waveguide-side plate 125 includes forming a plurality of through holes having the same mold depth as the length of the plurality of waveguides 17 and the same opening width as each of the plurality of waveguides 17.
  • a ceramic material is injected into a mold for a waveguide-side plate provided with a structure for sintering.
  • a metal plate such as SUS304 having the same plate thickness as the depth of the concave portion 15 is prepared, and the metal plate is etched to form the same thickness as each of the plurality of concave portions 15.
  • a plurality of through holes 116 having an opening width are formed.
  • the process of forming the concave portion side plate 115 is performed by forming through holes having the same die depth as the plurality of concave portions 15 and the same opening width as each of the plurality of concave portions 15.
  • a ceramic material is injected into the recess-side plate mold provided with the structure and fired.
  • the manufacturing method is a flexible resin film fixing step (FIG. 16) of fixing the flexible resin film 20 to the first surface 11 of the support plate 10 by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of recesses 15;
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are arranged so that the central region 30C (see FIG. 2) overlaps with the corresponding recess 15 and the peripheral region 30P (see FIG. 2) overlaps with the support plate 10 in plan view.
  • a piezoelectric element fixing step (FIG. 16) of fixing the flexible resin film 20 to the first surface 11 of the support plate 10 by adhesive or thermocompression so as to cover the plurality of recesses 15;
  • the plurality of piezoelectric elements 30 are arranged so that the central region 30C (see FIG. 2) overlaps with the corresponding recess 15 and the peripheral region 30P (see FIG. 2) overlaps with the support plate 10 in plan view.
  • a piezoelectric element fixing step (FIG.
  • the base layer 160 is provided with a first wiring/piezoelectric element connection opening 161a and a second wiring/piezoelectric element connection opening 161b that expose portions of the first and second wirings 170a and 170b, respectively.
  • a wiring assembly preparation step of preparing the wiring assembly 150 that is a wiring assembly fixing step of fixing the base layer 160 to the first surface of the lower sealing plate 40 with an adhesive such as a silicone adhesive;
  • a portion of the first wiring 170a exposed through the first wiring/piezoelectric element connection opening 161a and a portion of the second wiring 170b exposed through the second wiring/piezoelectric element connection opening 161b are electrically connected to the first and second electrodes of the piezoelectric element 30 by a conductive adhesive or solder (FIG. 19).
  • the manufacturing method can include a bonding step in which the wiring assembly fixing step and the electrical connection step are collectively and simultaneously performed.
  • the bonding step includes applying a thermosetting insulating adhesive to a portion of the first surface of the lower sealing plate 40 where the wiring assembly 150 is located, and attaching the first electrode 36 of the piezoelectric element 30.
  • a process of applying a thermosetting conductive adhesive to the electrical connection area in this embodiment, so as to straddle both a part of the upper electrode 36 and the lower electrode terminal 37T (see FIG. 5));
  • a process of applying a thermosetting conductive adhesive to the electrical connection area of the second electrode in the body 30 in this embodiment, to the inner electrode terminal 34T (see FIG. 5)), and attaching the wiring assembly 150 to the lower part.
  • the fixing of the wiring assembly 150 and the lower sealing plate 40 and the electrical connection of the wiring assembly 150 and the piezoelectric element 30 can be performed simultaneously, and efficiency can be improved.
  • the manufacturing method further includes an upper sealing plate installation step (FIG. 20) for installing the upper sealing plate 60 after the electrical connection step.
  • the upper sealing plate installation process includes a process of applying a thermosetting flexible resin 55 such as a silicone resin on the upper surface of the wiring assembly 150 and placing the upper sealing plate 60 on the flexible resin 55 . and curing the flexible resin 55 by heating at, for example, about 100° C. to 150° C. for several tens of minutes.
  • a thermosetting flexible resin 55 such as a silicone resin
  • the manufacturing method further includes a step of installing the sound absorbing material 70 (FIG. 21) and a step of installing the reinforcing plate 75 (FIG. 22) after the upper sealing plate installing step.
  • the sound-absorbing material installation process includes a process of applying a thermosetting insulating adhesive to the upper surface of the upper sealing plate 60, and a process of applying a silicone resin or other foaming resin on the thermosetting insulating adhesive. It includes a process of disposing the sound absorbing material 70 and a process of curing the thermosetting insulating adhesive by heating, for example, at about 120° C. to 150° C. for several tens of minutes.
  • the reinforcing plate installing step includes a process of applying a thermosetting insulating adhesive to the upper surface of the sound absorbing material 70, a process of placing the reinforcing plate 75 on the thermosetting insulating adhesive, and, for example, and curing the thermosetting insulating adhesive by heating at about 120° C. to 150° C. for several tens of minutes.
  • FIG. 23 shows a partial longitudinal sectional view of an ultrasonic transducer 2A according to this embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same members as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transducer 2A has a support plate 300 instead of the support plate 10 described above.
  • the ultrasonic transducer 2A includes, as main constituent members, the rigid support plate 300 having a first surface 301 on one side in the thickness direction and a second surface 302 on the other side in the thickness direction, and a second surface of the support plate 300. It includes the flexible resin film 20 fixed to one surface 301 and a plurality of piezoelectric elements 30 fixed to the first surface 21 of the flexible resin film 20 .
  • FIG. 24 shows a plan view of a piezoelectric assembly including the support plate 300, the flexible resin film 20, and the plurality of piezoelectric elements 30.
  • FIG. 24 shows a plan view of a piezoelectric assembly including the support plate 300, the flexible resin film 20, and the plurality of piezoelectric elements 30.
  • the support plate 300 differs from the support plate 10 in that the plurality of waveguides 17 are changed to a plurality of waveguides 317 .
  • the support plate 300 has the plurality of recesses 15 , one end of which is opened to the bottom surface of the plurality of recesses 15 , and the other end of which is the second recess of the support plate 300 .
  • a plurality of waveguides 317 are provided that are open to the surface 302 .
  • the waveguide 317 has a tubular portion 320 opened at the bottom surface of the recess 15 and a horn portion 330 opened at the second surface 302 of the support plate 300 .
  • the tubular portion 320 has a tubular shape with an opening width smaller than that of the concave portion 15 and the same opening width throughout the thickness direction.
  • the horn portion 330 is opened in the thickness direction from the end portion communicating with the cylindrical portion 320 to the end portion (sound wave emitting port) opened in the second surface 302 of the support plate 300 . It has a horn shape with a large width.
  • the sound pressure level of the sound waves emitted from the vibrating body formed by the piezoelectric element 30 and the flexible resin film 20 can be increased.
  • the support plate 300 is divided into a portion (first plate 360 described below) in which the recess 15 is formed and a portion (second plate 360 described below) in which the waveguide 317 is formed. 370) can be changed to a separate support plate 350.
  • FIG. 25 shows a partial vertical cross-sectional view of an ultrasonic transducer 2B according to a modification of the present embodiment, which includes the support plate 350. As shown in FIG.
  • FIG. 26(a) shows a plan view of a model 220 (piezoelectric assembly) used in this analysis. Also, FIG. 26(b) shows a cross-sectional view taken along line XXVI-XXVI in FIG. 26(a). Furthermore, FIG. 27 shows an enlarged view of the XXVII part in FIG. 26(b).
  • the cylindrical portion 320 has the same opening width throughout the thickness direction, and the opening width increases as it approaches the sound wave emission opening opened in the second surface 302 of the support plate 350 in the thickness direction.
  • the relationship between the opening width D2a of the cylindrical portion 320 and the sound pressure level of the sound wave radiated by the vibrating body is analyzed by a finite element method. is obtained by
  • the shape and dimensions of the piezoelectric element 30, the material and thickness of the flexible resin film 20, the opening width D1 of the recess 15, the portion where the recess 15 is formed (first plate 360) and the arrangement pitch P of the piezoelectric elements 30 were set as follows.
  • the material of the portion (first plate 360) where the recess 15 is formed is SUS304, and the material of the portion (second plate 370) where the waveguide 317 is formed is SiC.
  • the length L2a of the cylindrical portion 320 is set to a constant value (0.25 mm), and the opening width D2a is set as follows. set in the street.
  • Example 5-(1): D2a 1.2 mm
  • Example 5-(2): D2a 1.35 mm
  • Example 5-(3): D2a 1.5 mm
  • Example 5-(4): D2a 1.65 mm
  • Example 5-(5): D2a 1.8 mm
  • Example 5-(6): D2a 2.2 mm
  • Example 5-(7): D2a 2.5 mm
  • the opening width D2 of the waveguide 17 and the vibrating body The relationship between the radiated sound wave and the sound pressure level was obtained by the finite element method analysis.
  • the opening width D2 (see FIG. 10(b)) is set as follows, and the other conditions are set as in Examples 5-(1) to 5-(4). Same as Example 5-(7).
  • Fig. 28 shows the calculation results of this analysis (5).
  • the configuration in which the waveguide 317 including the horn portion 330 is formed (Embodiment 5-(1) to Embodiment 5-(7)) has an opening width of The sound pressure level is remarkably high compared to the configuration (reference examples 5-(1) to 5-(4)) in which the tubular waveguide 17 having a constant .DELTA.
  • the cylindrical portion 320 When the opening width D2a is 1.35 mm to 1.65 mm (that is, the opening width of the cylindrical portion 320 with respect to the wavelength ⁇ of the sound wave emitted by the vibrating body including the piezoelectric element 30 (wavelength 8.6 mm at a driving frequency of 40 kHz) When the ratio D2a/ ⁇ of D2a is 0.15 to 0.2), the sound pressure level was maximized.
  • Fig. 29 shows the calculation results of this analysis (6).
  • the length L2a of the cylindrical portion 320 is 0.75 mm or less (that is, the ratio L2a/ ⁇ of L2a to the wavelength ⁇ of the sound wave emitted by the vibrating body including the piezoelectric element 30 (wavelength 8.6 mm at a driving frequency of 40 kHz). 0.09 or less), and more preferably set L2a to 0.3 mm or less (that is, L2a/L ⁇ 0.035).
  • Example 7-(1): D2b 1.5 mm
  • Example 7-(2): D2b 2.0 mm
  • Example 7-(3): D2b 3.0 mm
  • Example 7-(4): D2b 3.7 mm
  • Fig. 30 shows the calculation results of this analysis (7).
  • the ratio of the radiation diameter D2b to the arrangement pitch P is preferably 0.8 to 0.95. That is, when the arrangement pitch P is set to 4.0 mm, it is preferable to set the radiation aperture D2b to 3.2 mm to 3.8 mm.

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Abstract

本発明の超音波トランスデューサーは、第１面に開口された複数の凹部及び第２面に開口された複数の導波路を有する支持板と、前記支持板に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が凹部と重合し且つ周縁領域が支持板と重合するように可撓性樹脂膜に固着された複数の圧電素子とを備え、圧電素子及び可撓性樹脂膜が形成する振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が圧電素子の駆動周波数よりも大とされ、支持板は、超音波トランスデューサー全体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が圧電素子の駆動周波数よりも高くなるように構成されている。

Description

超音波トランスデューサー及びその製造方法
　本発明は、複数の圧電素子が並列配置されてなり、フェイズドアレイセンサーとして好適に利用可能な超音波トランスデューサー及びその製造方法に関する。
　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。
　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。
　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３０～５０ｋＨｚ程度の低周波数に設定する必要がある。
　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。
　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。
　この点に関し、本願出願人は、金属板等の剛性の弾性板と、前記弾性板に並列状態で固着される複数の圧電素子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、溝等の低剛性領域を介して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有し、前記境界領域には、前記一の拘束領域及び前記外方領域を分断するスリット部と、前記一の拘束領域を前記外方領域に機械的に連結するブリッジ部とが設けられている超音波トランスデューサーに係る発明を出願し、特許権を取得している（下記特許文献１参照）。
　前記特許文献１に記載の超音波トランスデューサーは、前記低剛性領域の存在によって前記振動領域の剛性を弱めて圧電素子及び振動領域を含む振動体の振動特性を向上させつつ、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。
　即ち、前記低剛性領域を設けることによって、前記剛性弾性板における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。
　例えば、前記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理論上においては可能である。
　しかしながら、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。
　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。
　この点に関し、本願出願人は、複数の開口部が並列状態で形成された金属板等の剛性の弾性板と、前記剛性弾性板の全面を覆うように設けら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た超音波トランスデューサーに係る発明を出願し、特許を取得している（下記特許文献２参照）。
　前記特許文献２に記載の超音波トランスデューサーは、前記圧電素子を含む振動体の共振周波数を、当該圧電素子に印加すべき駆動電圧の周波数である４０ｋＨｚより高い７０ｋＨ～８０ｋＨｚに設定しても、前記振動体を十分な振幅量で振幅させて高い放射音圧を得ることができる点において有用であるが、本願発明者は、鋭意努力の結果、前記圧電素子を含む振動体の数量を増やすと所定の方向には音波を放射することが困難となり得ることを発見した。
特許第６４９９０９７号公報 特許第６７７６４８１号公報
　本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、圧電素子を含む振動体の共振周波数を当該振動体の駆動周波数よりも高くしても十分に高い放射音圧を得ることができ、さらに、前記振動体の数量を増加させた場合であっても複数の振動体が放射する音波の音圧を良好に維持し得る超音波トランスデューサー、及び、その製造方法の提供を目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明は、厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、前記第１面に開口された複数の凹部及び前記凹部の開口幅よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記第２面に開口されて音波放射口を形成する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の凹部を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜の第１面に固着された前記複数の凹部と同数の圧電素子とを備え、前記圧電素子及び前記可撓性樹脂膜が形成する振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子の駆動周波数よりも大とされ、前記支持板は、前記超音波トランスデューサー全体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が前記圧電素子の駆動周波数よりも高くなるように構成されている超音波トランスデューサーを提供する。
　本発明に係る超音波トランスデューサーによれば、圧電素子を含む振動体の共振周波数を当該振動体の駆動周波数よりも高くしても十分に高い放射音圧を得ることができ、さらに、前記振動体の数量を増加させた場合であっても複数の振動体が放射する音波の音圧を良好に維持することができる。
　好ましくは、前記圧電素子の配列ピッチは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、前記凹部は、前記圧電素子の周縁領域及び前記支持板の平面視重合幅が０．０５ｍｍ～０．１ｍｍとなるように、前記圧電素子の平面視相似形状とされる。
　より好ましくは、前記凹部は、深さ０．０５ｍｍ～０．１５ｍｍとされる。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記支持板のうち厚み方向に関し少なくとも前記複数の導波路が形成された部分はセラミックスで形成される。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記支持板は、前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第１板体と、前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第２板体とを含むものとされ、前記第１及び第２板体は厚み方向に積層状態で固着される。
　より好ましくは、前記第２板体は、セラミックスで形成される。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記導波路は、前記凹部の底面に開口された前記第１端部を含む筒状部と、前記支持板の第２面に開口された前記第２端部を含むホーン部とを有するものとされる。
　前記筒状部は、開口幅が前記凹部の開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされ、前記ホーン部は、前記筒状部に連通する基端側から前記支持面の第２面に開口された前記音波放射口に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成される。
　より好ましくは、前記筒状部の開口幅は、前記振動体による放射音波の波長に対する比率が０．１５～０．２とされる。
　より好ましくは、前記筒状部の長さは、前記振動体による放射音波の波長に対する比率が０．０９以下とされ、さらに好ましくは、０．０３５以下とされる。
　前記種々の構成において、好ましくは、前記音波放射口の開口幅は、前記圧電素子の配列ピッチに対して０.８～０．９５とされる。
　本発明に係る超音波トランスデューサーは、さらに、前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子よりも厚みが大とされた下側封止板であって、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置するように前記可撓性樹脂膜に固着された下側封止板と、前記下側封止板に固着された配線アッセンブリとを備え得る。
　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電極にそれぞれ接続される第１及び第２配線を含む導体層と、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層とを有するものとされ、前記ベース層には、前記第１配線を対応する前記圧電素子の第１電極に接続する為の第１配線／圧電素子接続用開口と、前記第２配線を対応する前記圧電素子の第２電極に接続する為の第２配線／圧電素子接続用開口とが設けられる。
　本発明に係る超音波トランスデューサーは、さらに、前記下側封止板及び前記配線アッセンブリ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。
　本発明に係る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に固着された吸音材を備え得る。
　本発明に係る超音波トランスデューサーは、さらに、前記吸音材に固着された補強板を備え得る。
　また、本発明は、厚み方向一方側の第１面に開口された複数の凹部及び前記凹部の開口幅よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が厚み方向他方側の第２面に開口されて音波放射口を形成する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の凹部を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように、前記可撓性樹脂膜の第１面に固着された前記複数の凹部と同数の圧電素子とを備え、前記圧電素子及び前記可撓性樹脂膜が形成する振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子の駆動周波数よりも大とされ、前記支持板は、前記超音波トランスデューサー全体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が前記圧電素子の駆動周波数よりも高くなるように構成されている超音波トランスデューサーの製造方法であって、前記支持板を形成する支持板形成工程と、前記複数の凹部を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、平面視において中央領域が対応する前記凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように、前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程と、前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子より厚みが大とされた下側封止板を用意し、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置する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に固着する下側封止板設置工程と、絶縁性ベース層、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電極にそれぞれ接続される第１及び第２配線を含む導体層、並びに、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層を含み、前記ベース層には前記第１及び第２配線の一部をそれぞれ露出させる第１配線／圧電素子接続用開口及び第２配線／圧電素子接続用開口が設けら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、前記ベース層を接着剤によって前記下側封止板に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、前記第１配線のうち前記第１配線／圧電素子接続用開口を介して露出する部分及び前記第２配線のうち前記第２配線／圧電素子接続用開口を介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子の第１及び第２電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程とを備えている超音波トランスデューサーの製造方法を提供する。
　本発明に係る超音波トランスデューサーの製造方法によれば、前記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。
　好ましくは、前記支持板形成工程は、前記複数の凹部の深さと同一の板厚を有し且つ前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された凹部側プレートを形成する処理と、前記複数の導波路の長さと同一の板厚を有し且つ前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を有する導波路側プレートを形成する処理と、前記凹部側プレート及び前記導波路側プレートを接着剤によって固着する板体固着工程とを有し得る。
　好ましくは、前記導波路側プレートを形成する処理は、前記複数の導波路の長さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成する為の構造が設けられた導波路側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するように構成される。
　一形態においては、前記凹部側プレートを形成する処理は、前記複数の凹部の深さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の貫通孔を形成する為の構造が設けられた凹部側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するように構成される。
　他形態においては、前記凹部側プレートを形成する処理は、前記凹部の深さと同一の板厚を有する金属板を用意し、前記金属板に対してエッチング加工によって前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成するように構成される。
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図２は、実施の形態１に係る超音波トランスデューサーにおける圧電体アッセンブリ（支持板、可撓性樹脂膜及び複数の圧電素子）の平面図である。 図３は、前記支持板の平面図である。 図４は、前記実施の形態１の変形例に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図５(a)は、前記圧電素子の平面図であり、図５(b)は、図５(a)におけるV-V線に沿った断面図である。 図６(a)は、前記実施の形態１に対して行った有限要素法（ＦＥＭ）解析に用いたモデル（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-VI線に沿った断面図である。 図７は、図６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、導波路が形成された部分（第２板体）の厚さＬ２と前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数との関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図８は、図６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、前記導波路の開口幅Ｄ２と前記圧電素子を含む振動体による放射音波の音圧レベルとの関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図９は、図６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、凹部が形成された部分（第１板体）の板厚Ｌ１と前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図１０(a)は、前記実施の形態１に対して行った有限要素法（ＦＥＭ）解析に用いた他のモデル（圧電体アッセンブリ）の平面図であり、図１０(b)は、図１０(a)におけるX-X線に沿った断面図である。 図１１は、図１０(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、導波路が形成された部分（第２板体）の厚さＬ２と前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数との関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図１２は、図１におけるXII-XII線に沿った断面図である。 図１３は、前記実施の形態１に係る超音波トランスデューサーの製造方法における支持板形成工程によって形成される支持板の断面図である。 図１４(a)及び(b)は、それぞれ、前記実施の形態１の変形例に係る超音波トランスデューサーの製造方法における支持板形成工程によって形成される凹部側プレート及び導波路側プレートの断面図である。 図１５は、図１４(a)及び(b)に示された凹部側プレート及び導波路側プレートを固着させることによって形成される、前記実施の形態１の変形例に係る超音波トランスデューサーの支持板の断面図である。 図１６は、前記製造方法における可撓性樹脂膜固着工程後の状態を示す断面図である。 図１７は、前記製造方法における圧電素子固着工程後の状態を示す断面図である。 図１８は、前記製造方法における下側封止板設置工程後の状態を示す断面図である。 図１９は、前記製造方法における電気接続工程後の状態を示す断面図である。 図２０は、前記製造方法における上側封止板設置工程後の状態を示す断面図である。 図２１は、前記製造方法における吸音材設置工程後の状態を示す断面図である。 図２２は、前記製造方法における補強板設置工程後の状態を示す断面図である。 図２３は、本発明の実施の形態２に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図２４は、実施の形態２に係る超音波トランスデューサーにおける圧電体アッセンブリ（支持板、可撓性樹脂膜及び複数の圧電素子）の平面図である。 図２５は、前記実施の形態の変形例に係る超音波トランスデューサーの部分縦断面図である。 図２６(a)は、前記実施の形態２に対して行った有限要素法（ＦＥＭ）解析に用いたモデル（圧電体アッセンブリ）の平面図であり、図２６(b)は、図２６(a)におけるXXVI-XXVI線に沿った断面図である。 図２７は、図２６(b)におけるXXVII部拡大図である。 図２８は、図２６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、導波路における筒状部の開口幅Ｄ２ａと前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図２９は、図２６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、前記筒状部の長さＬ２ａと音圧レベルとの関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。 図３０は、図２６(a)及び(b)に示す前記モデルにおいて、放射口径Ｄ２ｂと音圧レベルとの関係について行った有限要素法解析の結果を示すグラフである。
実施の形態１
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
　図１に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａの部分縦断面図を示す。
　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、厚み方向一方側の第１面１１及び厚み方向他方側の第２面１２を有する剛性の支持板１０と、厚み方向一方側の第１面２１及び厚み方向他方側の第２面２２を有し、第２面２２が前記支持板１０の第１面１１に固着された可撓性樹脂膜２０と、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された複数の圧電素子３０とを備えている。
　図２に、前記支持板１０、前記支持板１０の第１面１１に固着された前記可撓性樹脂膜２０及び前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された前記複数（本実施の形態においては３×３の９個）の圧電素子３０を含む圧電体アッセンブリの平面図を示す。
　また、図３に、前記支持板１０の平面図を示す。
　図１～図３に示すように、前記支持板１０には、当該支持板１０の第１面１１に開口された複数（本実施の形態においては３×３の９個）の凹部１５と、一端側の第１端部が前記複数の凹部１５の底面にそれぞれ開口され且つ他端側の第２端部が当該支持板１０の第２面１２に開口された複数（本実施の形態においては３×３の９個）の導波路１７とが設けられている。
　本実施の形態においては、前記導波路１７は、開口幅が前記凹部１５の開口幅よりも小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅の筒状とされている。
　前記支持板１０は、剛性を有する種々の部材によって形成することができ、ステンレス等の金属、好ましくは、金属よりも密度が小さく且つヤング率の高いＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料によって形成することができる。
　図１に示すように、本実施の形態においては、前記支持板１０は、前記複数の凹部１５が形成された部分及び前記複数の導波路１７が形成された部分を一体的に備えた単一板とされているが、本発明は斯かる形態に限定されるものではない。
　図４に、本実施の形態の変形例に係る超音波トランスデューサー１Ｂの部分縦断面図を示す。
　前記超音波トランスデューサー１Ｂは、前記支持板１０が支持板１００に変更されている点においてのみ、前記超音波トランスデューサー１Ａと相違している。
　前記支持板１００は、前記複数の凹部１５が形成された第１板体１１０と、前記第１板体１１０とは別体で且つ板厚が大とされた第２板体１２０であって、前記複数の導波路１７が形成された第２板体１２０とを有しており、前記第１及び第２板体１１０、１２０が厚み方向に積層状態で固着されている。
　即ち、前記支持板１００においては、前記第１板体１１０における前記第２板体１２０とは反対側の面が当該支持板１００の厚み方向一方側の第１面１０１を形成し、且つ、前記第２板体１２０における前記第１板体１１０とは反対側の面が当該支持板１００の厚み方向他方側の第２面１０２を形成する。
　前記支持板１００は、前記第１板体１１０に前記複数の凹部１５の開口幅と同一開口幅の複数の凹部用貫通孔を形成し且つ前記第２板体１２０に前記複数の導波路１７の開口幅と同一開口幅の複数の導波路用貫通孔を形成し、その後に、前記第１及び第２板体１１０、１２０を厚み方向に積層させた状態で固着することによって、容易に形成され得る。
　前記第１及び第２板体１１０、１２０も、ステンレス等の金属やＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料などの剛性を有する種々の部材によって形成することができるが、板厚が大とされる前記第２板体１２０は、好ましくは、金属よりも密度が小さく且つヤング率の高いＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料によって形成することができる。
　前記可撓性樹脂膜２０は、前記複数の凹部１５を覆うように前記支持板１０（１００）の第１面１１（１０１）に固着されている。
　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支持板１０（１００）に固着される。
　図２に示すように、前記圧電素子３０は、平面視において中央領域３０Ｃが対応する凹部１５と重合し且つ周縁領域３０Ｐが前記支持板１０（１００)の第１面１１（１０１）と重合するように、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着されている。
　図５(a)に、前記圧電素子３０の平面図を示す。
　また、図５(b)に、図５(a)におけるV-V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電極とを有し、前記第１及び第２電極の間に電圧が印可されると伸縮するように構成されている。
　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、同一電圧印可時に電界強度を高めることができ、印可電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
　図５(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。
　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。
　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及び第２電極の一方として作用し、前記内側電極３４が第１及び第２電極の他方として作用する。
　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可することによって、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。
　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の間に電圧を印可することによって、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。
　前記超音波トランスデューサー１Ａ（１Ｂ）においては、前記圧電素子３０及び前記可撓性樹脂膜２０が超音波を発生する振動体として作用するが、この振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子３０への印加電圧の周波数（駆動周波数）よりも大となるように構成されている。
　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１Ａ（１Ｂ）におけるように、振動体を形成する複数の圧電素子３０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。
　例えば、ステンレス等の剛性の支持板に直接的に複数の圧電素子が並列配置されている構成のフェイズドアレイにおいては、前記剛性支持板の剛性に抗して前記圧電素子を伸縮させ、それによって前記圧電素子及び前記剛性支持板によって形成される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。
　その為には、前記圧電素子への印可電圧の周波数（駆動周波数）を、当該圧電素子が実装されてなる振動体のたわみ振動の共振周波数の近傍に設定する必要がある。
　しかしながら、前記圧電素子への印可電圧に対する、当該圧電素子が実装されてなる振動体のたわみ振動の周波数応答は、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。
　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。
　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１Ａ（１Ｂ）は、前述の通り、第１面１１（１０１）に開口された複数の凹部１５及び前記凹部１５の開口幅よりも開口幅が小とされた第１端部が前記凹部１５の底面に開口され且つ第２端部が第２面１２（１０２）に開口された複数の導波路１７が設けられた前記剛性の支持板１０（１００）と、前記複数の凹部１５を覆うように前記支持板１０（１００）の第１面１１（１０１）に固着された可撓性樹脂膜２０と、平面視において中央領域３０Ｃが対応する凹部１５と重合し且つ周縁領域３０Ｐが前記支持板１０（１００）の第１面１１(１０１）と重合するように前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された前記複数の圧電素子３０とを有している。
　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が、当該圧電素子３０の駆動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。
　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の駆動周波数よりも高い場合には、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。
　詳しくは、前記超音波トランスデューサー１Ａ（１Ｂ）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３０～５０ｋＨｚ程度の低周波数とする必要がある。
　前記振動体の共振周波数を、前記圧電素子３０の駆動周波数（３０～５０ｋＨｚ）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。
　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１Ａ（１Ｂ）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。
　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２参照）を８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。
　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。
　なお、本実施の形態においては、前記圧電素子３０は、平面視正方形状とされているが、これに代えて、前記圧電素子の平面視形状を、平面視縦横寸法の最大値が４．３０ｍｍ以下の長方形を含む矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の楕円形状とすることも可能である。
　前記凹部１５の開口幅は、前記圧電素子３０及び前記可撓性樹脂膜２０が形成する振動体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子への印加電圧の周波数よりも大となるように、設定される。
　好ましくは、前記凹部１５は、前記圧電素子３０の周縁領域３０Ｐと前記支持板１０（１００）との平面視重合幅が前記圧電素子３０の全周に亘って０．０５ｍｍ～０．１ｍｍとなるように、前記圧電素子３０の平面視相似形状とされる。
　即ち、仮に、前記圧電素子３０が一辺４．０ｍｍの平面視正方形状とされている場合には、前記凹部１５は、好ましくは、一辺３．８ｍｍ～３．９ｍｍの平面視正方形状とされ、前記圧電素子３０が直径４．０ｍｍの平面視円形状とされている場合には、前記凹部１５は、好ましくは、直径３．８ｍｍ～３．９ｍｍの平面視円形状とされる。
　図２及び図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（１００）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。
　ここで、本願発明者が本実施の形態の実施例に対して行った解析について説明する。
　本願発明者は、前記複数の圧電素子３０及び前記可撓性樹脂膜２０が形成する複数の振動体の発生音波の位相を精密に制御する為には、前記複数の振動体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数を前記複数の圧電素子３０の駆動周波数より大とするだけでは不十分であり、前記支持板１０（１００）、前記可撓性樹脂膜２０及び前記複数の圧電素子３０を含む前記圧電体アッセンブリのたわみ振動の最低次の共振モードの周波数を考慮する必要があるのではないかという新規な着想を得て、下記解析を行った。
解析（１）
　図６(a)に、本解析に用いたモデル２００（圧電体アッセンブリ）の平面図を示す。
　また、図６(b)に、図６(a)におけるVI-VI線に沿った断面図を示す。
　図６(a)及び(b)に示すように、前記モデル２００は、前記超音波トランスデューサー１Ｂに対応した構成を有している。
　即ち、前記モデル２００は、第１板体１１０及び第２板体１２０を含む支持板１００と、前記支持板１００の第１面１０１に固着された可撓性樹脂膜２０と、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された３×３＝９個の圧電素子３０とを有している。
　本解析（１）は、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚さＬ２と前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数との関係を有限要素法（ＦＥＭ）解析によって算出するものである。
　本解析（１）において、前記圧電素子３０の形状寸法、前記可撓性樹脂膜２０の材質及び厚み、前記凹部１５の開口幅Ｄ１、前記導波路１７の開口幅Ｄ２、並びに、前記圧電素子３０の配列ピッチＰは、下記の通りに設定した。
　圧電素子３０：一層の厚さが０．１３ｍｍの２層積層型（合計厚さ０．２６ｍｍ）
　　　　　　　　一辺長さＡ＝３．４ｍｍ×３．４ｍｍの平面視正方形状
　可撓性樹脂膜２０：厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
　凹部：開口幅Ｄ１＝３．３ｍｍの平面視正方形状
　導波路：開口幅Ｄ２＝２．２ｍｍの平面視円形状
　配列ピッチ：Ｐ＝４．０ｍｍ
　本解析（１）の実施例1-(1)～1-(6)においては、前記第２板体１２０の材質をＳｉＣとし、且つ、前記第１板体１１０の材質は前記第２板体１２０と同じに設定した。
　その上で、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚みＬ２及び前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の厚みＬ１を下記の通りに設定した。
　実施例1-(1)：Ｌ２＝０．３ｍｍ、Ｌ１＝０．３ｍｍ
　実施例1-(2)：Ｌ２＝０．６ｍｍ、Ｌ１＝０．３ｍｍ
　実施例1-(3)：Ｌ２＝１．０ｍｍ、Ｌ１＝０．３ｍｍ
　実施例1-(4)：Ｌ２＝１．２ｍｍ、Ｌ１＝０．３ｍｍ
　実施例1-(5)：Ｌ２＝１．５ｍｍ、Ｌ１＝０．２ｍｍ
　実施例1-(6)：Ｌ２＝２．０ｍｍ、Ｌ１＝０．１ｍｍ
　実施例1-(1)～1-(6)において、前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数を算出した。
　その結果を図７に示す。
　前記第１及び第２板体１１０、１２０の材質をステンレスとし、前記第２板体１２０の板厚Ｌ２を１．５ｍｍで、且つ、前記第１板体１１０の板厚Ｌ１を０．２ｍｍとした比較例1の共振周波数を算出した。
　その結果を図７に併せて示す。
　図７に示すように、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の材質をセラミックス（ＳｉＣ）とし、且つ、厚みＬ２を１．０ｍｍ以上とすることにより、前記モデル全体の共振周波数を、前記圧電素子３０を含む振動体が放射すべき音波の周波数（即ち、前記圧電素子３０の駆動周波数）である４０ｋＨｚよりも十分に高くできることが確認された。
　斯かる構成によれば、前記振動体から放射される音波が、前記モデル（前記圧電体アッセンブリ）の全体の振動によって生じ得る音波によって干渉されることを有効に防止乃至は低減できる。
　なお、前記第１及び第２板体１１０、１２０の材質がステンレスとされた比較例1においては、前記導波路１７が形成された部分（前記第２板体１２０）の厚みＬ２を１．５ｍｍとしているにも拘わらず、前記モデル全体の共振周波数が、前記圧電素子３０の駆動周波数近傍とされている。
　この比較例1においては、前記振動体から放射される音波が、前記モデル（前記圧電体アッセンブリ）の振動によって生じ得る音波によって悪影響を受けることになる。
解析（２）
　本解析（２）は、前記導波路１７の開口幅Ｄ２と前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって求めるものである。
　詳しくは、前記モデル２００における３×３で配置された９個の圧電素子３０のうち中央に配置された圧電素子３０Ｘ（図６(a)参照）のみを、振幅１０Ｖ且つ周波数４０ｋＨｚの正弦波の電圧で駆動した場合の、当該圧電素子３０Ｘを含む振動体の中心を通り且つ前記モデル２００が位置する平面に直交する仮想垂直線上で前記振動体から距離０．３ｍだけ離間された位置での音圧分布を算出した。
　本解析（２）において、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の厚みＬ１及び前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚みＬ２は下記の通りに設定した。
　実施例2a：第２板体１２０　材質ＳｉＣ　Ｌ２＝１．２ｍｍ
　　　　　　第１板体１１０　材質ＳＵＳ３０４　Ｌ１＝０．２ｍｍ
　実施例2b：第２板体１２０　材質ＳｉＣ　Ｌ２＝１．５ｍｍ
　　　　　　第１板体１１０　材質ＳＵＳ３０４　Ｌ１＝０．１ｍｍ
　前記導波路１７の開口幅Ｄ２は下記の通りに設定した。
　実施例2a-(1)、実施例2b-(1)：Ｄ２＝１．８ｍｍ
　実施例2a-(2)、実施例2b-(2)：Ｄ２＝２．０ｍｍ
　実施例2a-(3)、実施例2b-(3)：Ｄ２＝２．２ｍｍ
　実施例2a-(4)、実施例2b-(4)：Ｄ２＝２．４ｍｍ
　実施例2a-(5)：Ｄ２＝３．２ｍｍ
　その他の条件は前記解析（１）と同一とした。
　本解析（２）の結果を図８に示す。
　図８に示すように、実施例2a及び2bの双方において、前記導波路１７の開口幅Ｄ２が２．０ｍｍ～２．５ｍｍの領域で音圧レベルが極大化されている。
　即ち、前記第２板体１２０の板厚Ｌ２によって画される前記導波路１７の長さが１．２ｍｍ～１．５ｍｍの構成においては、前記導波路１７の開口幅Ｄ２を２．０ｍｍ～２．５ｍｍに設定するのが好ましい。
解析（３）
　本解析（３）は、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の板厚Ｌ１と前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって求めるものである。
　本解析（３）においても、前記解析（２）におけると同様に、前記モデル２００における３×３で配置された９個の圧電素子のうち中央に配置された圧電素子３０Ｘ（図６(a)参照）のみを、振幅１０Ｖ且つ周波数４０ｋＨｚの正弦波の電圧で駆動した場合の、当該圧電素子３０Ｘを含む振動体の中心を通り且つ前記モデル２００が位置する平面に直交する仮想垂直線上で前記振動体から距離０．３ｍだけ離間された位置での音圧分布を算出した。
　本解析（３）においては、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚みＬ２を＝１．５ｍｍとし且つ前記導波路１７の開口幅Ｄ２＝２．２ｍｍとした。
　また、前記導波路１７が形成された部分（前記第２板体１２０）の材質をＳｉＣとした。
　本解析（３）における実施例3-(1)～実施例3-(4)においては前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の厚みＬ１を下記の通りに設定した。
　なお、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の材質は前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の材質（ＳｉＣ）と同じとした。
　実施例3-(1)：Ｌ１＝０．０５ｍｍ
　実施例3-(2)：Ｌ１＝０．１０ｍｍ
　実施例3-(3)：Ｌ１＝０．２０ｍｍ
　実施例3-(4)：Ｌ１＝０．３０ｍｍ
　本解析（３）の結果を図９に示す。
　図９から、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の厚みＬ１、即ち、前記凹部１５の深さは０．１５ｍｍ以下が好ましく、さらには、０．１ｍｍ以下の領域で音圧レベルが極大化されており、音圧の観点からは前記凹部１５の深さが０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。
　その一方で、前記凹部１５を浅くし過ぎると、下記不都合が生じ得る。
　即ち、前記凹部１５内には前記可撓性樹脂膜２０を前記支持板１００の第１面１０１に固着させる際の接着剤等が流入する事態が生じ得る。このような事態が生じた場合、前記凹部１５の深さが小さすぎると、前記圧電素子３０及び前記可撓性樹脂膜２０によって形成される振動体の動作が阻害される危険性がある。
　この点を考慮すると、前記凹部１５の深さは０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
解析（４）
　図１０(a)に、本解析に用いたモデル２１０（圧電体アッセンブリ）の平面図を示す。
　また、図１０(b)に、図１０(a)におけるX-X線に沿った断面図を示す。
　図１０(a)及び(b)に示すように、前記モデル２１０は、第１板体１１０及び第２板体１２０を含む支持板１００と、前記支持板１００の第１面１０１に固着された可撓性樹脂膜２０と、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された１１×３＝３３個の圧電素子３０とを有している。
　本解析（４）は、前記解析（１）と同様に、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚さＬ２と前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数との関係を有限要素法（ＦＥＭ）解析によって算出するものである。
　本解析（４）において、前記圧電素子３０の形状寸法、前記可撓性樹脂膜２０の材質及び厚み、前記凹部１５の開口幅Ｄ１、前記導波路１７の開口幅Ｄ２、並びに、前記圧電素子３０の配列ピッチＰは、前記解析（１）と同一に設定した。
　本解析（４）において、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の材質の深さＬ１を０．１ｍｍとした。
　なお、前記凹部１５が形成された部分（第１板体１１０）の材質はＳＵＳ３０４とした。
　その上で、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の長さ?２及び材質を下記の通りに設定した。
　実施例4-(1)：Ｌ２＝１．５ｍｍ、材質ＳｉＣ
　実施例4-(2)：Ｌ２＝２．０ｍｍ、材質ＳｉＣ
　実施例4-(3)：Ｌ２＝２．５ｍｍ、材質ＳｉＣ
　実施例4-(4)：Ｌ２＝３．０ｍｍ、材質ＳｉＣ
　実施例4-(5)：Ｌ２＝３．０ｍｍ、材質Ａｌ２Ｏ３
　実施例4-(1)～4-(5)において、前記モデル全体のたわみ振動の最低次の共振周波数を算出した。
　その結果を図１１に示す。
　図１１から明らかなように、前記導波路１７が形成された部分（第２板体１２０）の厚みＬ２を２．０ｍｍ以上とし、且つ、材質をセラミックス（ＳｉＣ又はＡｌ２Ｏ３）とすることにより、１１×３個の前記圧電素子３０を含む前記モデル全体の共振周波数を、前記圧電素子３０を含む振動体が放射すべき音波の周波数（即ち、前記圧電素子３０の駆動周波数）である４０ｋＨｚよりも十分に高くできることが確認された。
　斯かる構成によれば、前記振動体から放射される音波が、前記モデル（前記圧電体アッセンブリ）の全体の振動によって生じ得る音波によって干渉されることを有効に防止乃至は低減できる。
　以下、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａ（１Ｂ）の任意構成部材について説明する。
　本実施の形態に係る前記超音波トランスデューサー１Ａ（１Ｂ）は、主要構成部材である前記圧電体アッセンブリの他に、任意構成部材として下側封止板４０及び配線アッセンブリ１５０を有している。
　図１２に、図１におけるXII-XII線に沿った断面図を示す。
　図１２に示すように、前記下側封止板４０は、前記複数の圧電素子３０をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開４２口を有しており、前記下側封止板４０は、平面視において前記複数の圧電素子３０が前記複数の圧電素子用開口４２内に位置するように前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に接着剤又は熱圧着等によって固着されている。
　図１に示すように、前記下側封止板４０の厚さは、前記圧電素子３０の厚さよりも大とされており、前記可撓性樹脂膜２０の第１面に固着された状態において前記下側封止板４０の第１面が、前記圧電素子３０における前記上面電極３６、前記下面電極端子３７Ｔ及び前記内側電極端子３４Ｔ（図５参照）よりも前記可撓性樹脂膜２０から離間されている。
　前記下側封止板４０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の剛性部材によって形成される。
　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１５０が固着される基台として作用する。
　前記配線アッセンブリ１５０は、外部から供給される印可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。
　図１に示すように、前記配線アッセンブリ１５０は、前記下側封止板４０に接着剤等によって固着される絶縁性ベース層１６０と、前記ベース層１６０に固着された導体層１７０と、前記導体層１７０を囲繞する絶縁性のカバー層１８０とを有している。
　前記ベース層１６０及び前記カバー層１８０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。
　前記導体層１７０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１７０は、前記ベース層１６０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１７０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。
　本実施の形態においては、前記導体層１７０は、前記圧電素子３０の第１電極（本実施の形態においては外側電極３６、３７）及び第２電極（本実施の形態においては内側電極３４）にそれぞれ接続される第１配線１７０ａ及び第２配線１７０ｂを含んでいる。
　前記ベース層１６０には、前記第１配線１７０ａを対応する前記圧電素子３０の第１電極に接続する為の第１配線／圧電素子接続用開口１６１ａと、前記第２配線１７０ｂを対応する前記圧電素子３０の第２電極に接続する為の第２配線／圧電素子接続用開口１６１ｂとが形成されている。
　本実施の形態においては、前述の通り、前記上面電極３６及び前記下面電極３７が前記第１電極として作用し且つ前記内側電極３４が前記第２電極として作用している。
　従って、前記第１配線１７０ａのうち前記第１配線／圧電素子接続用開口１６１ａを介して露出する部分が前記上面電極３６の一部及び前記下面電極端子３７Ｔの双方に、例えば、導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続されている。
　そして、前記第２配線１７０ｂのうち前記第２配線／圧電素子接続用開口１６１ｂを介して露出する部分が前記内側電極端子３４Ｔに、例えば、導電性接着剤又ははんだによって電気的に接続されている。
　前記カバー層１８０には、前記第１及び第２配線１７０ａ、１７０ｂをそれぞれ外部に電気的に接続させる為の第１配線／外部接続用開口及び第２配線／外部接続用開口が設けられている。
　図１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１Ａは、さらに、前記下側封止板４０及び前記配線アッセンブリ１５０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。
　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１５０の支持安定化を図ることができる。
　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。
　本実施の形態に係る超音波トランスデューサー１Ａは、さらに、前記上側封止板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。
　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。
　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１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。
　前記超音波トランスデューサー１Ａ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。
　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。
　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。
　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１Ａの製造方法について説明する。
　前記製造方法は、
・前記支持板１０の板厚と同一の金型深さを有し且つ前記複数の凹部１５及び前記複数の導波路１７を形成する為の構造が設けられた支持板用金型にセラミックス材料を注入し、焼成を行うことによって前記複数の凹部１５及び前記複数の導波路１７を備えた前記支持板１０を形成する支持板形成工程（図１３）
を備えている。
　前記支持板１０に代えて、前記第１及び第２板体１１０、１２０を有する前記支持板１００を有する場合には、前記支持板形成工程は、前記複数の凹部１５の深さと同一の板厚を有し且つ前記複数の凹部１５のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔１１６が形成された凹部側プレート１１５（図１４(a)）を形成する処理と、前記複数の導波路１７の長さと同一の板厚を有し且つ前記複数の導波路１７のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔１２６を有する導波路側プレート１２５（図１４(b)）を形成する処理と、前記凹部側プレート１１５及び前記導波路側プレート１２５をエポキシ接着剤等の接着剤によって固着して前記支持板１００を形成する板体固着工程（図１５）とを有するものとされる。
　前記導波路側プレート１２５を形成する処理は、前記複数の導波路１７の長さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の導波路１７のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成する為の構造が設けられた導波路側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するものとされる。
　前記凹部側プレート１１５を形成する処理は、前記凹部１５の深さと同一の板厚を有するＳＵＳ３０４等の金属板を用意し、前記金属板に対してエッチング加工によって前記複数の凹部１５のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔１１６を形成するものとされる。
　若しくは、前記凹部側プレート１１５を形成する処理は、前記複数の凹部１５の深さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の凹部１５のそれぞれと同一開口幅の貫通孔を形成する為の構造が設けられた凹部側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するものとされる。
　前記製造方法は、
・前記複数の凹部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支持板１０の第１面１１に固着する可撓性樹脂膜固着工程（図１６）と、
・平面視において中央領域３０Ｃ（図２参照）が対応する前記凹部１５と重合し且つ周縁領域３０Ｐ（図２参照）が前記支持板１０と重合するように、前記複数の圧電素子３０を前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程（図１７）と、
・前記複数の圧電素子用開口４２を有する前記下側封止板４０を用意し、平面視において前記複数の圧電素子３０が前記複数の圧電素子用開口４２内に位置する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の第１面に固着する下側封止板設置工程（図１８）と、
・前記絶縁性ベース層１６０、前記ベース層１６０に設けられた導体層１７０及び前記導体層１７０を囲繞する前記絶縁性カバー層１５０を含み、前記導体層１７０は第１及び第２配線１７０ａ、１７０ｂを有し、前記ベース層１６０には前記第１及び第２配線１７０ａ、１７０ｂの一部をそれぞれ露出させる第１配線／圧電素子接続用開口１６１ａ及び第２配線／圧電素子接続用開口１６１ｂが設けられている前記配線アッセンブリ１５０を用意する配線アッセンブリ用意工程と、
・前記ベース層１６０をシリコーン接着剤等の接着剤によって前記下側封止板４０の第１面に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
・前記第１配線１７０ａのうち前記第１配線／圧電素子接続用開口１６１ａを介して露出する部分及び前記第２配線１７０ｂのうち前記第２配線／圧電素子接続用開口１６１ｂを介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子３０の第１及び第２電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程（図１９）とを備えている。
　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。
　前記接合工程は、前記下側封止板４０の第１面のうち前記配線アッセンブリ１５０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における第１電極３６の電気接続領域に（本実施の形態においては前記上面電極３６の一部及び下面電極端子３７Ｔの双方（図５参照）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における第２電極の電気接続領域に（本実施の形態においては前記内側電極端子３４Ｔ（図５参照）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１５０を前記下側封止板４０の第１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。
　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１５０及び前記下側封止板４０の固着と、前記配線アッセンブリ１５０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。
　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。
　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（図２０）を備えている。
　前記上側封止板設置工程は、前記配線アッセンブリ１５０の上面にシリコーン樹脂等の熱硬化型の柔軟性樹脂５５を塗布する処理と、前記柔軟性樹脂５５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５５を硬化させる処理とを含む。
　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（図２１）及び前記補強板７５を設置する工程（図２２）を備えている。
　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。
　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。
実施の形態２
　以下、本発明に係る超音波トランスデューサーの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２３に本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａの部分縦断面図を示す。
　なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
　図２３に示すように、本実施の形態に係る超音波トランスデューサー２Ａは、前記支持板１０に代えて支持板３００を有している。
　即ち、前記超音波トランスデューサー２Ａは、主要構成部材として、厚み方向一方側の第１面３０１及び厚み方向他方側の第２面３０２を有する剛性の前記支持板３００と、前記支持板３００の第１面３０１に固着された前記可撓性樹脂膜２０と、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された複数の圧電素子３０とを備えている。
　図２４に、前記支持板３００、前記可撓性樹脂膜２０及び前記複数の圧電素子３０を含む圧電体アッセンブリの平面図を示す。
　前記支持板３００は、前記複数の導波路１７が複数の導波路３１７に変更されている点において前記支持板１０と相違している。
　即ち、図２３及び図２４に示すように、前記支持板３００には、前記複数の凹部１５と、一端側が前記複数の凹部１５の底面にそれぞれ開口され且つ他端側が当該支持板３００の第２面３０２に開口された複数の導波路３１７とが設けられている。
　前記導波路３１７は、前記凹部１５の底面に開口された筒状部３２０と、前記支持板３００の第２面３０２に開口されたホーン部３３０とを有している。
　図２３及び図２４に示すように、前記筒状部３２０は、開口幅が前記凹部１５より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされた筒状とされている。
　これに対し、前記ホーン部３３０は、厚み方向に関し前記筒状部３２０に連通する端部から前記支持板３００の第２面３０２に開口された端部（音波放射口）へ近接するに従って、開口幅が大とされたホーン形状とされている。
　斯かる構成の前記超音波トランスデューサー２Ａによれば、前記圧電素子３０及び前記可撓性樹脂膜２０によって形成される振動体から放射される音波の音圧レベルを高くすることができる。
　なお、前記実施の形態１におけると同様に、前記支持板３００を、前記凹部１５が形成された部分（下記第１板体３６０）と前記導波路３１７が形成された部分（下記第２板体３７０）とが別体とされた支持板３５０に変更することも可能である。
　図２５に、前記支持板３５０を備えた、本実施の形態の変形例に係る超音波トランスデューサー２Ｂの部分縦断面図を示す。
　ここで、本願発明者が本実施の形態の実施例に対して行った解析について説明する。
（５）解析５
　図２６(a)に、本解析に用いたモデル２２０（圧電体アッセンブリ）の平面図を示す。
　また、図２６(b)に、図２６(a)におけるXXVI-XXVI線に沿った断面図を示す。
　さらに、図２７に、図２６(b)におけるXXVII部拡大図を示す。
　図２６(a)、図２６(b)及び図２７に示すように、前記モデル２２０は、第１板体３６０及び第２板体３７０を含む支持板３５０と、前記支持板３５０の第１面３０１に固着された可撓性樹脂膜２０と、前記可撓性樹脂膜２０の第１面２１に固着された１１×３＝３３個の圧電素子３０とを有している。
　本解析（５）は、厚み方向全域に亘って同一開口幅の前記筒状部３２０及び厚み方向に関し前記支持板３５０の第２面３０２に開口された音波放射口に近接するに従って開口幅が大とされた前記ホーン部３３０を含む前記導波路３１７が設けられた前記モデル２２０において、前記筒状部３２０の開口幅Ｄ２ａと前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって求めるものである。
　本解析（５）においては、前記モデル２２０における３×１１で配置された３３個の圧電素子のうち中央に配置された圧電素子３０Ｘ（図２６(a)参照）のみを、振幅１０Ｖ且つ周波数４０ｋＨｚの正弦波の電圧で駆動した場合の、当該圧電素子３０Ｘを含む振動体の中心を通り且つ前記モデル２２０が位置する平面に直交する仮想垂直線上で前記振動体から距離０．３ｍだけ離間された位置での音圧分布を算出した。
　本解析（５）において、前記圧電素子３０の形状寸法、前記可撓性樹脂膜２０の材質及び厚み、前記凹部１５の開口幅Ｄ１、前記凹部１５が形成された部分（第１板体３６０）の厚みＬ１、並びに、前記圧電素子３０の配列ピッチＰは、下記の通りに設定した。
　圧電素子３０：一層の厚さが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
　可撓性樹脂膜２０：厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
　凹部１５が形成された部分（第１板体３６０）の板厚：Ｌ１＝０．１ｍｍ
　凹部１５：開口幅Ｄ１＝３．３ｍｍの平面視正方形状、
　導波路３１７が形成された部分（第２板体３７０）の板厚：Ｌ２＝３．０ｍｍ
　放射口径：開口幅Ｄ２ｂ＝３.７ｍｍの平面視円形状
　配列ピッチ：Ｐ＝４．０ｍｍ
　前記凹部１５が形成された部分（第１板体３６０）の材質はＳＵＳ３０４とし、前記導波路３１７が形成された部分（第２板体３７０）の材質をＳｉＣとした。
　前記音波放射口領域の放射口径Ｄ２ｂについては、前記圧電体の配列ピッチ（Ｐ＝４．０ｍｍ）を超えない範囲で可及的に大きくすることを考慮して、３.７ｍｍとした。
　本解析（５）における実施例5-(1)～実施例5-(7)においては、前記筒状部３２０の長さＬ２ａを一定値（０．２５ｍｍ）としつつ、開口幅Ｄ２ａを下記の通りに設定した。
　実施例5-(1)：Ｄ２ａ＝１．２ｍｍ
　実施例5-(2)：Ｄ２ａ＝１．３５ｍｍ
　実施例5-(3)：Ｄ２ａ＝１．５ｍｍ
　実施例5-(4)：Ｄ２ａ＝１．６５ｍｍ
　実施例5-(5)：Ｄ２ａ＝１．８ｍｍ
　実施例5-(6)：Ｄ２ａ＝２．２ｍｍ
　実施例5-(7)：Ｄ２ａ＝２．５ｍｍ
　参考例として、厚み方向全域に亘って開口幅が一定とされた導波路を有する前記モデル２１０（図１０(a)及び(b)）において、前記導波路１７の開口幅Ｄ２と前記振動体による放射音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって求めた。
　参考例5-(1)～参考例5-(4)においては、開口幅Ｄ２（図１０(b)参照）を下記の通りに設定し、その他の条件は実施例5-(1)～実施例5-(7)と同一とした。
　参考例5-(1)：Ｄ２＝１．２ｍｍ
　参考例5-(2)：Ｄ２＝１．５ｍｍ
　参考例5-(3)：Ｄ２＝１．８ｍｍ
　参考例5-(4)：Ｄ２＝２．２ｍｍ
　参考例5-(5)：Ｄ２＝２．５ｍｍ
　本解析（５）の算出結果を図２８に示す。
　図２８から明らかなように、前記ホーン部３３０を含む前記導波路３１７が形成された構成（実施例5-(1)～実施例5-(7)）は、厚み方向全域に亘って開口幅が一定とされた筒状の前記導波路１７が形成された構成（参考例5-(1)～参考例5-(4)）に比して、格段に音圧レベルが高くなっている。
　また、図２８から明らかなように、前記ホーン部を含む前記導波路３１７が形成された構成（実施例5-(1)～実施例5-(7)）においては、前記筒状部３２０の開口幅Ｄ２ａが１．３５ｍｍ～１．６５ｍｍの場合（即ち、前記圧電素子３０を含む振動体が放射する音波の波長λ（駆動周波数４０ｋＨｚの波長８．６ｍｍ）に対する前記筒状部３２０の開口幅Ｄ２ａの比Ｄ２ａ／λが０．１５～０．２の場合）に、音圧レベルが最大となった。
（６）解析６
　本解析（６）は、図２６(a)、図２６(b)及び図２７に示す前記モデル２２０において、前記筒状部３２０の長さＬ２ａ（図２７参照）と音圧レベルとの関係を有限要素法（ＦＥＭ）解析によって算出するものである。
　本解析（６）における実施例6-(1)～実施例6-(4)においては、前記筒状部３２０の開口幅Ｄ２ａを一定値（１．５ｍｍ）としつつ、前記筒状部３２０の長さＬ２ａを下記の通りに設定した。
　その他の条件は、前記解析（５）と同じとした。
　実施例6-(1)：?２ａ＝０．１５ｍｍ（即ち、Ｌ２ｂ＝２．８５ｍｍ）
　実施例6-(2)：?２ａ＝０．２５ｍｍ（即ち、Ｌ２ｂ＝２．７５ｍｍ）
　実施例6-(3)：Ｌ２ａ＝０．７５ｍｍ（即ち、Ｌ２ｂ＝２．１５ｍｍ）
　実施例6-(4)：Ｌ２ａ＝１．２ｍｍ（即ち、Ｌ２ｂ＝１．８ｍｍ）
　本解析（６）においても、前記解析（５）におけると同様に、前記モデル２２０における中央の圧電素子３０Ｘ（図２６(a)参照）のみを、振幅１０Ｖ且つ周波数４０ｋＨｚの正弦波の電圧で駆動した場合の、当該圧電素子３０Ｘを含む振動体の中心を通り且つ前記モデル２２０が位置する平面に直交する仮想垂直線上で前記振動体から距離０．３ｍだけ離間された位置での音圧分布を算出した。
　本解析（６）の算出結果を図２９に示す。
　図２９から明らかなように、前記筒状部３２０の長さＬ２ａが短いほど（即ち、前記ホーン部３３０の長さＬ２ｂが長いほど）、音圧レベルが高くなる。
　前記筒状部３２０の長さＬ２ａを０．７５ｍｍ以下（即ち、前記圧電素子３０を含む振動体が放射する音波の波長λ（駆動周波数４０ｋＨｚの波長８．６ｍｍ）に対するＬ２ａの比Ｌ２ａ／λを０．０９以下）に設定するのが好ましく、さらには、Ｌ２ａを０．３ｍｍ以下（即ち、Ｌ２ａ／Ｌ＜０．０３５）に設定するのがより好ましい。
（７）解析７
　本解析（７）は、図２６(a)、図２６(b)及び図２７に示す前記モデル２２０において、前記放射口径Ｄ２ｂ（図２７参照）と音圧レベルとの関係を有限要素法（ＦＥＭ）解析によって算出するものである。
　本解析（７）における実施例7-(1)～実施例7-(4)においては、前記筒状部３２０の長さＬ２ａ及び開口幅Ｄ２ａを一定値（Ｌ２ａ＝０．２５ｍｍ及びＤ２ａ＝１．５ｍｍ）としつつ、前記放射口径Ｄ２ｂを下記の通りに設定した。
　その他の条件は、前記解析（５）と同じとした。
　実施例7-(1)：Ｄ２ｂ＝１．５ｍｍ
　実施例7-(2)：Ｄ２ｂ＝２．０ｍｍ
　実施例7-(3)：Ｄ２ｂ＝３．０ｍｍ
　実施例7-(4)：Ｄ２ｂ＝３．７ｍｍ
　なお、実施例7-(1)（Ｄ２ｂ＝１．５ｍｍ）は、前記放射口径Ｄ２ｂと前記筒状部３２０の開口幅Ｄ２ａとが同一、即ち、筒状の導波路１７を備えた、図１０に示す前記モデル２１０の構成である。
　本解析（７）においても、前記解析（５）及び（６）におけると同様に、前記モデル２２０における中央の圧電素子３０Ｘ（図２６(a)参照）のみを、振幅１０Ｖ且つ周波数４０ｋＨｚの正弦波の電圧で駆動した場合の、当該圧電素子３０Ｘを含む振動体の中心を通り且つ前記モデル２２０が位置する平面に直交する仮想垂直線上で前記振動体から距離０．３ｍだけ離間された位置での音圧分布を算出した。
　本解析（７）の算出結果を図３０に示す。
　図３０から明らかなように、放射口径Ｄ２ｂを大きくするほど、音圧レベルを高くできる。
　しかしながら、放射口径Ｄ２ｂを前記圧電素子３０の配列ピッチＰよりも大きくすることはできない為、好ましくは、配列ピッチＰに対する放射口径Ｄ２ｂに比は０．８～０．９５とするのが好ましい。
　即ち、配列ピッチＰが４．０ｍｍとされている場合には、放射口径Ｄ２ｂは、３．２ｍｍ～３．８ｍｍに設定するのが好ましい。
１Ａ～１Ｂ、２Ａ～２Ｂ　　　　　超音波トランスデューサー
１０、１００、３００、３５０　　支持板
１１、３０１　　　支持板の第１面
１２、３０２　　　支持板の第２面
１５　　　　　　　凹部
１７　　　　　　　導波路
２０　　　　　　　可撓性樹脂膜
３０　　　　　　　圧電素子
３０Ｃ　　　　　　圧電素子の平面視中央領域
３０Ｐ　　　　　　圧電素子の平面視周縁領域
４０　　　　　　　下側封止板
４２　　　　　　　圧電素子用開口
５５　　　　　　　柔軟性樹脂
６０　　　　　　　上側封止板
６５　　　　　　　上側封止板の開口部
７０　　　　　　　吸音材
７５　　　　　　　補強板
１１０、３６０　　第１板体
１２０、３７０　　第２板体
１５０　　　　　　配線アッセンブリ
１６０　　　　　　ベース層
１６１ａ　　　　　第１配線／圧電素子接続用開口
１６１ｂ　　　　　第２配線／圧電素子接続用開口
１７０　　　　　　導体層
１７０ａ　　　　　第１配線
１７０ｂ　　　　　第２配線
３１７　　　　　　導波路
３２０　　　　　　筒状部
３３０　　　　　　ホーン部

Claims (20)

  1. 　厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、前記第１面に開口された複数の凹部及び前記凹部の開口幅よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記第２面に開口されて音波放射口を形成する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、
    　前記複数の凹部を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、
    　平面視において中央領域が対応する凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜の第１面に固着された前記複数の凹部と同数の圧電素子とを備え、
    　前記圧電素子及び前記可撓性樹脂膜が形成する振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子の駆動周波数よりも大とされ、
    　前記支持板は、前記超音波トランスデューサー全体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が前記圧電素子の駆動周波数よりも高くなるように構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。
  2. 　前記圧電素子の配列ピッチは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、
    　前記凹部は、前記圧電素子の周縁領域及び前記支持板の平面視重合幅が０．０５ｍｍ～０．１ｍｍとなるように、前記圧電素子の平面視相似形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
  3. 　前記凹部は、深さ０．０５ｍｍ～０．１５ｍｍとされていることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサー。
  4. 　前記支持板のうち厚み方向に関し少なくとも前記複数の導波路が形成された部分はセラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  5. 　前記支持板は、前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第１板体と、前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された第２板体とを含み、
    　前記第１及び第２板体は厚み方向に積層状態で固着されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  6. 　前記第２板体は、セラミックスで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波トランスデューサー。
  7. 　前記導波路は、前記凹部の底面に開口された前記第１端部を含む筒状部と、前記支持板の第２面に開口された前記第２端部を含むホーン部とを有し、
    　前記筒状部は、開口幅が前記凹部の開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされており、
    　前記ホーン部は、前記筒状部に連通する基端側から前記支持面の第２面に開口された前記音波放射口に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  8. 　前記筒状部の開口幅は、前記振動体による放射音波の波長に対する比率が０．１５～０．２とされていることを特徴とする請求項７に記載の超音波トランスデューサー。
  9. 　前記筒状部の長さは、前記振動体による放射音波の波長に対する比率が０．０９以下とされていることを特徴とする請求項７又は８に記載の超音波トランスデューサー。
  10. 　前記筒状部の長さは、前記振動体による放射音波の波長に対する比率が０．０３５以下とされていることを特徴とする請求項７又は８に記載の超音波トランスデューサー。
  11. 　前記音波放射口の開口幅は、前記圧電素子の配列ピッチに対して０.８～０．９５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。
  12. 　前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子よりも厚みが大とされた下側封止板であって、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置するように前記可撓性樹脂膜に固着された下側封止板と、
    　前記下側封止板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電極にそれぞれ接続される第１及び第２配線を含む導体層と、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層とを有し、
    　前記ベース層には、前記第１配線を対応する前記圧電素子の第１電極に接続する為の第１配線／圧電素子接続用開口と、前記第２配線を対応する前記圧電素子の第２電極に接続する為の第２配線／圧電素子接続用開口とが設けられていることを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の超音波トランスデューサー。
  13. 　前記下側封止板及び前記配線アッセンブリ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１２に記載の超音波トランスデューサー。
  14. 　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１３に記載の超音波トランスデューサー。
  15. 　前記吸音材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１４に記載の超音波トランスデューサー。
  16. 　厚み方向一方側の第１面に開口された複数の凹部及び前記凹部の開口幅よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が厚み方向他方側の第２面に開口されて音波放射口を形成する複数の導波路が設けられた剛性の支持板と、前記複数の凹部を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように、前記可撓性樹脂膜の第１面に固着された前記複数の凹部と同数の圧電素子とを備え、前記圧電素子及び前記可撓性樹脂膜が形成する振動体は、たわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該圧電素子の駆動周波数よりも大とされ、前記支持板は、前記超音波トランスデューサー全体のたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が前記圧電素子の駆動周波数よりも高くなるように構成されている超音波トランスデューサーの製造方法であって、
    　前記支持板を形成する支持板形成工程と、
    　前記複数の凹部を覆うように前記可撓性樹脂膜を接着剤又は熱圧着によって前記支持板に固着する可撓性樹脂膜固着工程と、
    　平面視において中央領域が対応する前記凹部と重合し且つ周縁領域が前記支持板と重合するように、前記複数の圧電素子を前記可撓性樹脂膜に絶縁性接着剤によって固着する圧電素子固着工程と、
    　前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記圧電素子より厚みが大とされた下側封止板を用意し、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置する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に固着する下側封止板設置工程と、
    　絶縁性ベース層、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電極にそれぞれ接続される第１及び第２配線を含む導体層、並びに、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層を含み、前記ベース層には前記第１及び第２配線の一部をそれぞれ露出させる第１配線／圧電素子接続用開口及び第２配線／圧電素子接続用開口が設けら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、
    　前記ベース層を接着剤によって前記下側封止板に固着させる配線アッセンブリ固着工程と、
    　前記第１配線のうち前記第１配線／圧電素子接続用開口を介して露出する部分及び前記第２配線のうち前記第２配線／圧電素子接続用開口を介して露出する部分を導電性接着剤又ははんだによって前記圧電素子の第１及び第２電極にそれぞれ電気的に接続させる電気接続工程とを備えてい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。
  17. 　前記支持板形成工程は、
    　前記複数の凹部の深さと同一の板厚を有し且つ前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔が形成された凹部側プレートを形成する処理と、
    　前記複数の導波路の長さと同一の板厚を有し且つ前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を有する導波路側プレートを形成する処理と、
    　前記凹部側プレート及び前記導波路側プレートを接着剤によって固着する板体固着工程とを有し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の製造方法。
  18. 　前記導波路側プレートを形成する処理は、前記複数の導波路の長さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の導波路のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成する為の構造が設けられた導波路側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
  19. 　前記凹部側プレートを形成する処理は、前記複数の凹部の深さと同一の金型深さを有し且つ前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の貫通孔を形成する為の構造が設けられた凹部側プレート用金型にセラミックス材料を注入し、焼成するように構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
  20. 　前記凹部側プレートを形成する処理は、前記凹部の深さと同一の板厚を有する金属板を用意し、前記金属板に対してエッチング加工によって前記複数の凹部のそれぞれと同一開口幅の複数の貫通孔を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の超音波トランスデューサーの製造方法。
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