JP2007082052A - Electrostatic ultrasonic transducer and manufacturing method thereof - Google Patents

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博一 関野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic ultrasonic transducer with a simple configuration for improving an electrostatic force to enhance the sound pressure. <P>SOLUTION: In the electrostatic ultrasonic transducer including: a first fixed electrode 10A formed with a plurality of throughholes 14; a second fixed electrode 10B formed with a plurality of throughholes 14 in pairs with the first fixed electrode; a vibration membrane 12 sandwiched by a pair of the fixed electrodes, on both sides of insulating films 121 of which a conductive layer 120 is formed, wherein a DC bias power supply 16 applies a DC bias voltage between the conductive layers; and a support member for supporting a pair of the fixed electrodes and the vibration membrane, wherein a signal source 18 applies an AC signal between a pair of the fixed electrodes, an insulation film layer is formed to each of the vibration membrane sides of the first and second fixed electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する静電型超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波スピーカに関する。   The present invention relates to an electrostatic ultrasonic transducer that generates a constant high sound pressure over a wide frequency band, and an ultrasonic speaker using the same.

従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図９に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図９に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図９に示すバイモフル型の超音波トランスデューサは、２枚の圧電セラミック６１および６２と、コーン６３と、ケース６４と、リード６５および６６と、スクリーン６７とから構成されている。 Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics.
Here, FIG. 9 shows a configuration of a conventional ultrasonic transducer. Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics as vibration elements. The ultrasonic transducer shown in FIG. 9 performs both the conversion from an electric signal to an ultrasonic wave and the conversion from an ultrasonic wave to an electric signal (transmission and reception of an ultrasonic wave) using a piezoelectric ceramic as a vibration element. The bimofull type ultrasonic transducer shown in FIG. 9 includes two piezoelectric ceramics 61 and 62, a cone 63, a case 64, leads 65 and 66, and a screen 67.

圧電セラミック６１および６２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード６５とリード６６が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。 The piezoelectric ceramics 61 and 62 are bonded to each other, and a lead 65 and a lead 66 are connected to a surface opposite to the bonded surface, respectively.
Since the resonance type ultrasonic transducer uses the resonance phenomenon of the piezoelectric ceramic, the transmission and reception characteristics of the ultrasonic wave are good in a relatively narrow frequency band around the resonance frequency.

上述した図９に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからＰｕｌｌ型と呼ばれている。
図１０に広帯域発振型超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）の具体的構成を示す。 Unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 9 described above, an electrostatic ultrasonic transducer is conventionally known as a broadband oscillation ultrasonic transducer capable of generating a high sound pressure over a high frequency band. This electrostatic ultrasonic transducer is called a pull type because it works only in the direction in which the vibrating membrane is attracted to the fixed electrode side.
FIG. 10 shows a specific configuration of a broadband oscillation type ultrasonic transducer (Pull type).

図１０に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として３〜１０μm程度の厚さのＰＥＴ（ポリ・エチレン・テレフタレート樹脂）等の誘電体１３１（絶縁体）を用いている。誘電体１３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極１３２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極１３３が誘電体１３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極１３３は、リード１５２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板１３５に固定されている。   The electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 10 uses a dielectric 131 (insulator) such as PET (polyethylene terephthalate resin) having a thickness of about 3 to 10 μm as a vibrating body. An upper electrode 132 formed as a metal foil such as aluminum is integrally formed on the upper surface of the dielectric 131 by a process such as vapor deposition, and a lower electrode 133 formed of brass is formed on the lower surface of the dielectric 131. It is provided so that it may contact a part. The lower electrode 133 is connected to a lead 152 and fixed to a base plate 135 made of bakelite or the like.

また、上電極１３２は、リード１５３が接続されており、このリード１５３は直流バイアス電源１５０に接続されている。この直流バイアス電源１５０により上電極１３２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極１３２が下電極１３３側に吸着されるようになっている。１５１は信号源である。   The upper electrode 132 is connected to a lead 153, and the lead 153 is connected to the DC bias power supply 150. The DC bias power supply 150 constantly applies a DC bias voltage for attracting the upper electrode of about 50 to 150 V to the upper electrode 132 so that the upper electrode 132 is attracted to the lower electrode 133 side. Reference numeral 151 denotes a signal source.

誘電体１３１および上電極１３２ならびにベース板１３５は、メタルリング１３６、１３７、および１３８、ならびにメッシュ１３９とともに、ケース１３０によってかしめられている。
下電極１３３の誘電体１３１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極１３３と誘電体１３１との間の空隙となるので、上電極１３２および下電極１３３間の静電容量の分布が微小に変化する。 The dielectric 131, the upper electrode 132, and the base plate 135 are caulked by the case 130 together with the metal rings 136, 137, and 138 and the mesh 139.
On the surface of the lower electrode 133 on the dielectric 131 side, a plurality of minute grooves of about several tens to several hundreds μm having a non-uniform shape are formed. Since this minute groove becomes a gap between the lower electrode 133 and the dielectric 131, the electrostatic capacity distribution between the upper electrode 132 and the lower electrode 133 changes minutely.

このランダムな微小な溝は、下電極１３３の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図１０に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図１１において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。   These random minute grooves are formed by manually roughing the surface of the lower electrode 133 with a file. In the electrostatic ultrasonic transducer, the frequency characteristics of the ultrasonic transducer shown in FIG. 10 are shown by a curve Q1 in FIG. 11 by forming an infinite number of capacitors having different gap sizes and depths. It is broadband.

上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極１３２に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極１２と下電極１３３との間に矩形波信号（５０〜１５０Ｖp-p）が印加されるようになっている。因みに、図１１に曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±５kHzの周波数において最大音圧に対して−３０dＢである。
これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４０kHzから１００kHz付近まで平坦で、１００kHzで最大音圧に比して±６dＢ程度である（特許文献１、２参照）。
特開２０００−５０３８７号公報 特開２０００−５０３９２号公報 In the ultrasonic transducer having the above configuration, a rectangular wave signal (50 to 150 Vp-p) is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 133 in a state where a DC bias voltage is applied to the upper electrode 132. Yes. Incidentally, as shown by the curve Q2 in FIG. 11, the frequency characteristic of the resonance type ultrasonic transducer has a center frequency (resonance frequency of the piezoelectric ceramic) of, for example, 40 kHz, and ± 5 kHz with respect to the center frequency that is the maximum sound pressure. -30 dB with respect to the maximum sound pressure at a frequency of.
On the other hand, the frequency characteristics of the broadband oscillation type ultrasonic transducer having the above configuration are flat from 40 kHz to near 100 kHz, and are about ± 6 dB compared to the maximum sound pressure at 100 kHz (see Patent Documents 1 and 2). .
JP 2000-50387 A JP 2000-50392 A

上述したように、図９に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図１０に示す静電方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）として知られている。
しかしながら、音圧の最大値は図１１に示すように、共振型の超音波トランスデューサが１３０ｄＢ以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは１２０ｄＢ以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。 As described above, unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 9, the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 10 can generate a relatively high sound pressure over a wide frequency band. It is known as a broadband ultrasonic transducer (Pull type).
However, as shown in FIG. 11, the maximum value of the sound pressure is 120 dB or less in the electrostatic ultrasonic transducer as compared with the resonance ultrasonic transducer being 130 dB or more, and the sound pressure is low as an ultrasonic speaker. Sound pressure was slightly insufficient for use.

ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号（可聴周波数帯の信号）でAM変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、空気の非線形により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。   Here, the ultrasonic speaker will be described. By applying AM modulation to an ultrasonic frequency band signal called a carrier wave with an audio signal (audible frequency band signal) and driving the ultrasonic transducer with this modulation signal, the ultrasonic wave was modulated with the audio signal of the signal source. The sound wave of the state is radiated into the air, and the original audio signal is self-regenerated in the air due to the nonlinearity of air.

つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分が顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波）と可聴波（元オーディオ信号）に波形分離され、我々人間は２０kHz以下の可聴音（元オーディオ信号）のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。   In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse parts of the air appear prominently in the process of the modulated ultrasonic waves propagating, and the dense parts have high sound speed and sparseness. Since the speed of sound is slow in this part, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic wave) and an audible wave (original audio signal), and we humans audible sound below 20 kHz (original audio signal) This is the principle that only listening can be heard, and it is generally called the parametric array effect.

上記のパラメトリック効果が十分現れるためには１２０ｄＢ以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱらＰＺＴなどのセラミック圧電素子やＰＶＤＦなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。 In order for the above parametric effect to appear sufficiently, an ultrasonic sound pressure of 120 dB or more is required. However, it is difficult to achieve this value with an electrostatic ultrasonic transducer, and ceramic piezoelectric elements such as PZT, PVDF, etc. The polymer piezoelectric element has been used as an ultrasonic transmitter.
However, since the piezoelectric element has a sharp resonance point regardless of the material, and is practically used as an ultrasonic speaker by being driven at the resonance frequency, the frequency region where a high sound pressure can be secured is extremely narrow. That is, it can be said that it is a narrow band.

一般に、人間の最大可聴周波数帯域は２０Hz〜２０kHzと云われており約２０kHzの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で２０kHzの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この２０kHzという広帯域を忠実に再生（復調）することは困難であることは容易に理解できるであろう。   Generally, the maximum human audible frequency band is said to be 20 Hz to 20 kHz, and has a band of about 20 kHz. That is, in an ultrasonic speaker, it is impossible to faithfully demodulate the original audio signal unless a high sound pressure is ensured over a frequency band of 20 kHz in the ultrasonic region. It can be easily understood that it is difficult to faithfully reproduce (demodulate) this 20 kHz wide band with a conventional resonance type ultrasonic speaker using a piezoelectric element.

実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、（１）帯域が狭く再生音質が悪い、（２）ＡＭ変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも０．５程度までしか変調度を上げられない、（３）入力電圧を上げると（ボリュームを上げると）圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。 さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、（４）アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。   Actually, in an ultrasonic speaker using a conventional resonance type ultrasonic transducer, (1) a narrow band and poor reproduction sound quality, (2) if the AM modulation degree is increased too much, the demodulated sound is distorted, so about 0.5 at the maximum. (3) When the input voltage is increased (when the volume is increased), the vibration of the piezoelectric element becomes unstable and the sound is broken. When the voltage is further increased, the piezoelectric element itself is liable to be destroyed, and (4) it is difficult to make an array, enlargement, and miniaturization.

これに対し図８に示した静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。
また、Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜（図１０における上電極１３２に相当する。）の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。 On the other hand, the ultrasonic speaker using the electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) shown in FIG. 8 can substantially solve the above-mentioned problems of the conventional technology, but can cover a wide band, but has sufficient demodulated sound. However, there was a problem that the absolute sound pressure was insufficient for the sound volume to be high.
Further, in the Pull type ultrasonic transducer, the electrostatic force works only in the direction of attracting only to the fixed electrode side, and the symmetry of vibration of the vibrating membrane (corresponding to the upper electrode 132 in FIG. 10) is not maintained. When used for an acoustic speaker, there has been a problem that the vibration of the diaphragm directly generates an audible sound.

これに対して、我々は、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる超音波トランスデューサを既に提案している。この超音波トランスデューサの構成を図１２に示す。図１２において、超音波トランスデューサは、導電層１２１を有する振動膜１２を対向する位置に貫通穴１４が形成された一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂにより挟持し、振動膜１２に直流電源１６により直流バイアス電圧が印加された状態で一対の固定電極に信号源１８により交流信号１８Ａ，１８Ｂを印加するように構成したものである。なお、１２０は振動膜を形成する絶縁フィルムであり、１７は、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂの一部を成し、振動膜１２を挟持する機能と、振動膜１３との間で静電力が作用する部分である対向電極部１９を形成する機能とを有する対向電極形成体である。   On the other hand, we have already proposed an ultrasonic transducer capable of generating an acoustic signal with a sound pressure level that is sufficiently high to obtain a parametric array effect over a wide frequency band. The configuration of this ultrasonic transducer is shown in FIG. In FIG. 12, the ultrasonic transducer sandwiches the vibrating membrane 12 having the conductive layer 121 by a pair of fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B in which through holes 14 are formed at opposing positions. The AC signals 18A and 18B are applied by a signal source 18 to a pair of fixed electrodes in a state where a voltage is applied. Reference numeral 120 denotes an insulating film that forms a vibration film. Reference numeral 17 denotes a part of the pair of fixed electrodes 10A and 10B, and an electrostatic force is generated between the function of holding the vibration film 12 and the vibration film 13. This is a counter electrode forming body having a function of forming the counter electrode portion 19 which is an acting portion.

この超音波トランスデューサは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサと呼ばれており、一対の固定電極により挟持された振動膜が交流信号の極性に応じた方向において静電吸引力と静電斥力を同方向にかつ同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、従来のＰｕｌｌ型超音波トランスデューサに比して高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   This ultrasonic transducer is called a Push-Pull type ultrasonic transducer, and the vibrating membrane sandwiched between a pair of fixed electrodes has the same electrostatic attraction force and electrostatic repulsive force in the direction corresponding to the polarity of the AC signal. In order to receive the vibration in the direction and at the same time, the vibration of the diaphragm can be made large enough to obtain the parametric array effect, as well as the symmetry of the vibration is ensured, compared with the conventional Pull type ultrasonic transducer High sound pressure can be generated over a wide frequency band.

ところで、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサでは振動膜に作用する静電力の強さは、固定電極面と振動膜側の導電層との距離に大きく依存し、理論的に距離の２乗に反比例する。よって、可能な限り距離を減らすために、固定電極に設ける対向電極部の厚みを減らし、振動膜を薄くすることが効果的であるが、現在、既に提案したＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサ（図１２）の構成では限界があった。
例えば、対向電極部の最小厚みを６μｍ、振動膜の導電層を基準として片側の厚みを９μｍとした場合、固定電極面と振動膜の導電層との距離は１５μｍとなり、この距離が現構成で安定かつ信頼性の高い駆動が可能な条件である。したがって、固定電極と振動膜の導電層との間の距離をこれ以上、短くすることはできない。 By the way, in the Push-Pull type ultrasonic transducer, the strength of the electrostatic force acting on the vibrating membrane greatly depends on the distance between the fixed electrode surface and the conductive layer on the vibrating membrane side, and is theoretically inversely proportional to the square of the distance. To do. Therefore, in order to reduce the distance as much as possible, it is effective to reduce the thickness of the counter electrode portion provided on the fixed electrode and to reduce the thickness of the vibration film. However, at present, the Push-Pull type ultrasonic transducer already proposed ( There was a limit in the configuration of FIG.
For example, if the minimum thickness of the counter electrode portion is 6 μm and the thickness on one side with respect to the conductive layer of the vibrating membrane is 9 μm, the distance between the fixed electrode surface and the conductive layer of the vibrating membrane is 15 μm. This is a condition that enables stable and reliable driving. Therefore, the distance between the fixed electrode and the conductive layer of the vibrating membrane cannot be further shortened.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で静電力を向上させることにより音圧の向上を図った静電型超音波トランスデューサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an electrostatic ultrasonic transducer in which sound pressure is improved by improving electrostatic force with a simple configuration and a method for manufacturing the same. Objective.

上記目的を達成するために本発明の静電型超音波トランスデューサは、複数の貫通穴が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通穴が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記第１、第２の固定電極における各々の振動膜側に絶縁皮膜層を形成したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention includes a first fixed electrode having a plurality of through holes and a plurality of through holes paired with the first fixed electrode. A second fixed electrode, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes and having conductive layers on both surfaces of the insulating film, and a DC bias voltage applied to the conductive layer, the pair of fixed electrodes, An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes, each of the vibration films in the first and second fixed electrodes. An insulating film layer is formed on the side.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第１の固定電極と、第２の固定電極の対向する位置に複数の穴が形成され、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第１、第２の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
さらに、前記振動膜は、絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、前記第１、第２の固定電極における各々の振動膜側に絶縁皮膜層を形成したので、固定電極と振動膜の導電層との間の距離をこれまでより短くすることができ、振動膜に作用する静電力の向上が図れ、したがって、音圧の向上が図れる。 In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, a plurality of holes are formed at positions where the first fixed electrode and the second fixed electrode are opposed to each other, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer of the vibrating membrane. In this state, since an alternating current signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes including the first and second fixed electrodes, the vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes has the polarity of the alternating current signal. Since the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force are simultaneously received in the same direction in the corresponding direction, not only can the vibration of the diaphragm be sufficiently large to obtain a parametric effect, but also the symmetry of the vibration is ensured. Therefore, a high sound pressure can be generated over a wide frequency band.
Furthermore, the vibration film has conductive layers on both surfaces of the insulating film, and an insulating film layer is formed on each vibration film side of the first and second fixed electrodes. The distance between the layers can be made shorter than before, the electrostatic force acting on the diaphragm can be improved, and therefore the sound pressure can be improved.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第１、第２の固定電極の前記貫通穴内壁にも絶縁皮膜層が形成されていることを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that an insulating film layer is also formed on the inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記第１、第２の固定電極の前記貫通穴内壁にも絶縁皮膜層が形成される。したがって、振動膜が振動した際に、振動膜の導電層と固定電極とが接触する危険性を回避することができ、信頼性の向上が図れる。   In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, an insulating film layer is also formed on the inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes. Therefore, when the vibrating membrane vibrates, the risk of contact between the conductive layer of the vibrating membrane and the fixed electrode can be avoided, and the reliability can be improved.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記貫通穴内壁を含む前記第１、第２の固定電極全面に絶縁皮膜層が形成されていることを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that an insulating film layer is formed on the entire surface of the first and second fixed electrodes including the inner wall of the through hole.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記貫通穴内壁を含む前記第１、第２の固定電極全面に絶縁皮膜層が形成される。したがって、固定電極における導電部が一切、外部に露出しないようにすることができ、安全性の高い静電型超音波トランスデューサを実現できる。   In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, an insulating film layer is formed on the entire surface of the first and second fixed electrodes including the inner wall of the through hole. Therefore, it is possible to prevent any conductive portion in the fixed electrode from being exposed to the outside, and to realize a highly safe electrostatic ultrasonic transducer.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、上記のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサにおいて、前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかで形成されていることを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is the electrostatic ultrasonic transducer according to any one of the above, wherein the insulating film layer is any one of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. It is formed by.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを用いて形成される。したがって、貫通穴の空いた固定電極（導電体）に蒸着法、スピンコート法、あるいは電着法により固定電極表面あるいは貫通穴内壁を含む固定電極全面に絶縁層を形成することができる。   In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the insulating film layer is formed using any one of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. Accordingly, an insulating layer can be formed on the fixed electrode (conductor) with through holes formed on the entire surface of the fixed electrode including the surface of the fixed electrode or the inner wall of the through hole by vapor deposition, spin coating, or electrodeposition.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、複数の貫通穴が形成された第１の固定電極と、前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通穴が形成された第２の固定電極と、前記一対の固定電極に挟持され絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、前記第１、第２の固定電極は、導電体に前記複数の穴のパターンが形成されたマスク部材を被覆し、エッチング処理により貫通穴を形成する第１の工程と、前記貫通穴が形成された後に前記マスク部材を剥離する第２の工程と、前記貫通穴が形成された導電体の片面に所定の膜厚の絶縁皮膜層を形成する第３の工程と、前記絶縁皮膜層が形成された導電体上の貫通穴及び該貫通穴近傍の領域をマスクするマスク部材を前記導電体表面上に載置し、かつ該導電体表面上に前記振動膜と対向する導電体部分を露出させるための絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材をセットし、スキージを移動させて前記対向電極形成材を前記導電体表面におけるマスク部材によりマスクされていない部分に塗布する第４の工程と、前記第４の工程において、前記対向電極形成材の塗布完了後に前記マスク部材を外し、かつ前記導電体上に形成された対向電極形成体を乾燥させる第５の工程とにより作製されることを特徴とする。   The method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention includes a first fixed electrode having a plurality of through holes and a plurality of through holes having a pair with the first fixed electrode. Two fixed electrodes, a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes and having conductive layers on both surfaces of the insulating film, and a DC bias voltage is applied to the conductive layers, the pair of fixed electrodes and the vibration film A holding member for holding an electrostatic transducer, wherein an alternating current signal is applied between the pair of fixed electrodes, wherein the first and second fixed electrodes are conductors. A first step of covering the mask member on which the plurality of hole patterns are formed and forming a through hole by an etching process; and a second step of peeling the mask member after the through hole is formed; , A piece of conductor in which the through hole is formed And a mask member for masking a through hole on the conductor on which the insulating film layer is formed and a region in the vicinity of the through hole on the surface of the conductor. And setting a counter electrode forming material for forming an insulating counter electrode forming body for exposing a conductor portion facing the vibration film on the surface of the conductor, and moving a squeegee And applying the counter electrode forming material to a portion of the conductor surface that is not masked by the mask member, and removing the mask member after the application of the counter electrode forming material is completed in the fourth step. And a fifth step of drying the counter electrode forming body formed on the conductor.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法では、対を成す前記第１、第２の固定電極は、導電体に前記複数の穴のパターンが形成されたマスク部材を被覆し、エッチング処理により貫通穴を形成する第１の工程と、前記貫通穴が形成された後に前記マスク部材を剥離する第２の工程と、前記貫通穴が形成された導電体の片面に所定の膜厚の絶縁皮膜層を形成する第３の工程と、前記絶縁皮膜層が形成された導電体上の貫通穴及び該貫通穴近傍の領域をマスクするマスク部材を前記導電体表面上に載置し、かつ該導電体表面上に前記振動膜と対向する導電体部分を露出させるための絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材をセットし、スキージを移動させて前記対向電極形成材を前記導電体表面におけるマスク部材によりマスクされていない部分に塗布する第４の工程と、前記第４の工程において、前記対向電極形成材の塗布完了後に前記マスク部材を外し、かつ前記導電体上に形成された対向電極形成体を乾燥させる第５の工程とにより作製される。   In the method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention having the above-described configuration, the first and second fixed electrodes forming a pair cover a mask member in which the pattern of the plurality of holes is formed on a conductor. A first step of forming a through hole by etching, a second step of peeling the mask member after the through hole is formed, and a predetermined film on one side of the conductor having the through hole formed A third step of forming a thick insulating film layer; and a mask member for masking a through hole on the conductor on which the insulating film layer is formed and a region in the vicinity of the through hole is placed on the surface of the conductor. And setting a counter electrode forming material for forming an insulating counter electrode forming body for exposing a conductor portion facing the vibration film on the surface of the conductor, and moving the squeegee to move the counter electrode Forming material on the conductor surface A fourth step of applying to a portion that is not masked by the mask member and a counter formed on the conductor after removing the mask member after the application of the counter electrode forming material is completed in the fourth step. It is produced by the fifth step of drying the electrode forming body.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法によれば、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる静電型超音波トランスデューサが得られる。
また、上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法では、固定電極の導電体片面に絶縁皮膜層が形成される。したがって、上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法によれば、振動膜が振動した際に、振動膜の導電層と固定電極とが接触する危険性を回避することができ、信頼性の向上を図った静電型超音波トランスデューサが得られる。 According to the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, not only can the vibration of the vibration film be sufficiently large to obtain a parametric effect, but also the symmetry of vibration is ensured. An electrostatic ultrasonic transducer capable of generating a high sound pressure over a wide frequency band is obtained.
Moreover, in the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, an insulating film layer is formed on one surface of the conductor of the fixed electrode. Therefore, according to the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, when the vibrating membrane vibrates, the risk of contact between the conductive layer of the vibrating membrane and the fixed electrode can be avoided. An electrostatic ultrasonic transducer with improved reliability can be obtained.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、上記静電型超音波トランスデューサの製造方法において、前記第３の工程の代わりに、前記第１、第２の固定電極の貫通穴内壁にも絶縁皮膜層を形成する第３’の工程を有することを特徴とする。   Further, the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is the above-described manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer, wherein the inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes are used instead of the third step. Further, the method has a third step of forming an insulating film layer.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法では、前記第１、第２の固定電極の貫通穴内壁にも絶縁皮膜層が形成される。したがって、振動膜が振動した際に、振動膜の導電層と固定電極とが接触する危険性を回避することができ、信頼性の向上を図った静電型超音波トランスデューサが得られる。   In the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, an insulating film layer is also formed on the inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes. Therefore, when the vibrating membrane vibrates, the risk of contact between the conductive layer of the vibrating membrane and the fixed electrode can be avoided, and an electrostatic ultrasonic transducer with improved reliability can be obtained.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、上記静電型超音波トランスデューサの製造方法において、前記第３の工程の代わりに、前記貫通穴が形成された導電体に対し、所定の膜厚の絶縁皮膜層を前記貫通穴の内壁を含む導電体全面に形成する第３’’の工程を有することを特徴とする。   Also, the manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is the above-described manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer, in place of the third step, with respect to the conductor in which the through hole is formed. And a third step of forming an insulating film layer having a thickness of 5 mm on the entire surface of the conductor including the inner wall of the through hole.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法では、前記貫通穴が形成された導電体に対し、所定の膜厚の絶縁皮膜層が前記貫通穴の内壁を含む導電体全面に形成される。
したがって、前記貫通穴内壁を含む前記第１、第２の固定電極全面に絶縁皮膜層が形成される。したがって、固定電極における導電部が一切、外部に露出しないようにすることができ、安全性の高い静電型超音波トランスデューサが得られる。 In the method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention having the above-described configuration, an insulating film layer having a predetermined film thickness is formed on the entire surface of the conductor including the inner wall of the through-hole with respect to the conductor having the through-hole formed therein. It is formed.
Therefore, an insulating film layer is formed on the entire surface of the first and second fixed electrodes including the inner wall of the through hole. Therefore, it is possible to prevent any conductive portion in the fixed electrode from being exposed to the outside, and a highly safe electrostatic ultrasonic transducer can be obtained.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法は、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサの製造方法において、前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかで形成することを特徴とする。   The method for manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is the method for manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to any one of the above, wherein the insulating coating layer is formed of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. It is characterized by forming in either.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの製造方法によれば、前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかを用いて形成される。したがって、貫通穴の空いた固定電極（導電体）に蒸着法、スピンコート法、あるいは電着法により固定電極表面あるいは貫通穴内壁を含む固定電極全面に絶縁層を形成することができる。   According to the method for manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the insulating film layer is formed using any one of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. Accordingly, an insulating layer can be formed on the fixed electrode (conductor) with through holes formed on the entire surface of the fixed electrode including the surface of the fixed electrode or the inner wall of the through hole by vapor deposition, spin coating, or electrodeposition.

また、本発明の超音波スピーカは、上記いずれかの静電型超音波トランスデューサと、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、前記静電型超音波トランスデューサは、前記第１、第２の固定電極と前記振動膜の導電層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする。   An ultrasonic speaker according to the present invention includes any one of the electrostatic ultrasonic transducers described above, a signal source that generates an audible frequency band signal wave, and a carrier wave that generates and outputs an ultrasonic frequency carrier wave. Supply means; and modulation means for modulating the carrier wave with a signal wave in an audible frequency band output from the signal source, wherein the electrostatic ultrasonic transducer includes the first and second fixed electrodes; It is driven by a modulation signal output from the modulation means applied between the vibrating membrane and the conductive layer.

上記構成からなる本発明の超音波スピーカでは、信号源により可聴周波数帯の信号波が生成され、キャリア波供給手段により超音波周波数帯のキャリア波が生成され、出力される。さらに、変調手段によりキャリア波が前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調され、この変調手段から出力される変調信号が前記固定電極と前記振動膜の電極層との間に印加され、駆動される。   In the ultrasonic speaker of the present invention configured as described above, an audible frequency band signal wave is generated by the signal source, and an ultrasonic frequency band carrier wave is generated and output by the carrier wave supply means. Further, the carrier wave is modulated by the audible frequency band signal wave output from the signal source by the modulation means, and the modulation signal output from the modulation means is applied between the fixed electrode and the electrode layer of the vibrating membrane. And driven.

本発明の超音波スピーカでは、上記構成の静電型超音波トランスデューサを用いて構成したので、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を発生することができる超音波スピーカを実現できる。
さらに、上記構成の静電型超音波トランスデューサを用いて構成したので、すなわち、前記振動膜は、絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、前記第１、第２の固定電極における各々の振動膜側に絶縁皮膜層を形成したので、固定電極と振動膜の導電層との間の距離をこれまでより短くすることができ、振動膜に作用する静電力の向上が図れ、したがって、音圧の向上が図れる。 Since the ultrasonic speaker of the present invention is configured using the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration, an ultrasonic signal that can generate an acoustic signal having a sound pressure level high enough to obtain a parametric array effect over a wide frequency band. A sound wave speaker can be realized.
In addition, since the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration is used, that is, the vibration film has conductive layers on both surfaces of the insulating film, and each vibration in the first and second fixed electrodes. Since the insulating film layer is formed on the membrane side, the distance between the fixed electrode and the conductive layer of the vibrating membrane can be made shorter than before, and the electrostatic force acting on the vibrating membrane can be improved. Can be improved.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成を図１に示す。図１（Ａ）は、静電型超音波トランスデューサの構成を示し、同図（Ｂ）は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図１において、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ１は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂと、一対の固定電極に挟持され、絶縁フィルム１２０の両面に導電層１２１を有する振動膜１２と、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂと振動膜１２を保持する部材（図示せず）とを有している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an electrostatic ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a configuration of an electrostatic ultrasonic transducer, and FIG. 1B shows a plan view in which a part of the ultrasonic transducer is broken.
In FIG. 1, an electrostatic ultrasonic transducer 1 according to an embodiment of the present invention is sandwiched between a pair of fixed electrodes 10A and 10B including a conductive member formed of a conductive material functioning as an electrode, and the pair of fixed electrodes. The insulating film 120 includes a vibration film 12 having conductive layers 121 on both surfaces, a pair of fixed electrodes 10A and 10B, and a member (not shown) that holds the vibration film 12.

振動膜１２は、絶縁フィルム（絶縁体）１２０と、その両面に導電性材料で形成された導電層１２１を有しており、該導電層１２１には、直流バイアス電源１６により単一極性（正極性でも負極性のいずれでもよい。）の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して固定電極１０Ａと固定電極１０Ｂには、信号源１８から出力される相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが導電層１２１との間に印加されるようになっている。
振動膜１２の絶縁フィルム（絶縁体）１２０は、絶縁抵抗性に優れた高分子材料（ポリ・エチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）、アラミド、ポリ・フェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）等）で形成されている。 The vibration film 12 includes an insulating film (insulator) 120 and a conductive layer 121 formed of a conductive material on both sides thereof. The conductive layer 121 is unipolar (positive electrode) by a DC bias power supply 16. DC bias voltage is applied to the fixed electrode 10A and the fixed electrode 10B so as to be superimposed on the DC bias voltage and output from the signal source 18. The AC signals 18A and 18B whose phases are reversed from each other are applied between the conductive layer 121 and the AC signals 18A and 18B.
The insulating film (insulator) 120 of the vibrating membrane 12 is a polymer material (polyethylene terephthalate (PET), polyester, polyethylene naphthalate (PEN), aramid, polyphenylene) having excellent insulation resistance.・ Sulphide (PPS) etc.).

また、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂは振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の穴１４を有しており、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂの導電部材間には信号源１８により相互に位相反転した交流信号１８Ａ、１８Ｂが印加されるようになっている。   Further, the pair of fixed electrodes 10A and 10B have the same number and a plurality of holes 14 at positions facing each other with the vibrating membrane 12 therebetween, and the signal source 18 mutually connects between the conductive members of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. The AC signals 18A and 18B whose phases are inverted are applied to each other.

また１７は、一対の固定電極１０Ａ，１０Ｂの一部を成し、振動膜１２を挟持する機能と、振動膜１３との間で静電力が作用する部分である対向電極部（導電部が露出した部分）１９を形成する機能とを有する対向電極形成体であり、固定電極１０Ａまたは１０Ｂの貫通穴１４と対向電極形成体１９とで、段付き穴が形成されている。
固定電極１０Ａの対向電極部１９と電極層１２１、固定電極１０Ｂの対向電極部１９と電極層１２１は、それぞれコンデンサが形成されている。 Reference numeral 17 denotes a part of the pair of fixed electrodes 10A and 10B, a function of sandwiching the vibrating membrane 12, and a counter electrode portion (a conductive portion is exposed) which is a portion where an electrostatic force acts between the vibrating membrane 13. The counter electrode forming body having a function of forming a portion 19, and a stepped hole is formed by the through hole 14 of the fixed electrode 10 </ b> A or 10 </ b> B and the counter electrode forming body 19.
Capacitors are formed in the counter electrode portion 19 and the electrode layer 121 of the fixed electrode 10A and the counter electrode portion 19 and the electrode layer 121 of the fixed electrode 10B, respectively.

図１におけるＸ部の拡大図を図２に示す。図１では示されていないが、図２に示すように対向電極部２０を含む固定電極１０Ａ，１０Ｂの導電部１０の表面に絶縁皮膜層２０が形成されている。これにより振動膜１２が振動し、その導電層１２１が固定電極１０Ａ，１０Ｂの導電部１０に接近した際の放電（絶縁破壊）を防止し、振動膜１２と固定電極１０Ａ，１０Ｂとの絶縁性を確保することができるようになっている。   An enlarged view of a portion X in FIG. 1 is shown in FIG. Although not shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, an insulating film layer 20 is formed on the surface of the conductive portion 10 of the fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B including the counter electrode portion 20. As a result, the vibrating membrane 12 vibrates and discharge (dielectric breakdown) when the conductive layer 121 approaches the conductive portion 10 of the fixed electrodes 10A and 10B is prevented, and the insulating property between the vibrating membrane 12 and the fixed electrodes 10A and 10B is prevented. Can be secured.

また、振動膜１２を挟持する対向電極形成体は、従来通り絶縁材料（液状ソルダーレジスト、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料等）で形成する。
絶縁皮膜層２０を構成する材料としてはポリイミドやエポキシ系高分子材料等が有効であり、その厚み２〜３μｍで、約５００Ｖの絶縁破壊耐圧が確保できる。
また、さらに高い絶縁性を得るために、図３に示すように、固定電極１０Ａ，１０Ｂの貫通穴１４内部の側面を含む固定電極片面（対向電極部２０として構成される面）に絶縁皮膜層２０Ａを形成してもよいし、また、図４に示すように、固定電極１０Ａ，１０Ｂの貫通穴１４内部の側面を含む固定電極全面に絶縁皮膜層２０Ｂを形成しても良い。 Further, the counter electrode forming body sandwiching the vibration film 12 is formed of an insulating material (liquid solder resist, photosensitive coating material, non-conductive paint, electrodeposition material, etc.) as usual.
As a material constituting the insulating film layer 20, polyimide, an epoxy-based polymer material, or the like is effective, and a dielectric breakdown voltage of about 500 V can be secured with a thickness of 2 to 3 μm.
Further, in order to obtain higher insulation, as shown in FIG. 3, an insulating film layer is formed on one surface of the fixed electrode (the surface configured as the counter electrode portion 20) including the side surface inside the through hole 14 of the fixed electrodes 10A and 10B. 20A may be formed, and as shown in FIG. 4, the insulating film layer 20B may be formed on the entire surface of the fixed electrode including the side surfaces inside the through holes 14 of the fixed electrodes 10A and 10B.

上記構成において、超音波トランスデューサ１は、振動膜１２の導電層１２１、１２１に、直流バイアス電源１６により単一極性の（本実施形態では正極性の）直流バイアス電圧に信号源１８から出力される相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが重畳された状態で印加される。
一方、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂには、信号源１８より相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが印加される。 In the above-described configuration, the ultrasonic transducer 1 is output from the signal source 18 to the conductive layers 121 and 121 of the vibration film 12 by the DC bias power supply 16 as a single polarity (positive polarity in this embodiment) DC bias voltage. The AC signals 18A and 18B whose phases are reversed from each other are applied in a superimposed state.
On the other hand, AC signals 18A and 18B whose phases are inverted from each other are applied from the signal source 18 to the pair of fixed electrodes 10A and 10B.

この結果、信号源１８から出力される交流信号１８Ａの正の半サイクルでは、固定電極１０Ａに正の電圧が印加されるために、振動膜１２の固定電極で挟持されていない表面側の導電層１２１には、静電反発力が作用し、表面側の導電層１２１は、図１上、下方に引っ張られる。
また、このとき、交流信号１８Ｂが負のサイクルとなり、対向する固定電極１０Ｂには負の電圧が印加されるために、振動膜１２の裏面側の導電層１２１には、静電吸引力が作用し、裏面側の導電層１２１は、図１上、さらに下方に引っ張られる。 As a result, in the positive half cycle of the AC signal 18A output from the signal source 18, since a positive voltage is applied to the fixed electrode 10A, the conductive layer on the surface side that is not sandwiched between the fixed electrodes of the vibrating membrane 12 An electrostatic repulsive force acts on 121, and the conductive layer 121 on the surface side is pulled downward in FIG.
At this time, the AC signal 18B becomes a negative cycle, and a negative voltage is applied to the opposing fixed electrode 10B. Therefore, an electrostatic attractive force acts on the conductive layer 121 on the back surface side of the vibration film 12. Then, the conductive layer 121 on the back surface side is pulled further downward in FIG.

したがって、振動膜１２の一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない膜部分は、同時にかつ同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源１８から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜１２の表面側の導電層１２１には図１上、上方に静電吸引力が、また裏面側の導電層１２１には、図１上、上方に静電反発力が作用し、一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂにより挟持されていない振動膜１２における膜部分は、同時にかつ同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜１２が同時にかつ同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。   Therefore, the film portion of the vibration film 12 that is not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives the electrostatic repulsive force and the electrostatic repulsive force simultaneously and in the same direction. Similarly, in the negative half cycle of the AC signal output from the signal source 18, the conductive layer 121 on the front surface side of the vibration film 12 has an electrostatic attraction force on the upper side in FIG. An electrostatic repulsive force acts on the conductive layer 121 in the upper direction in FIG. 1, and the film portion of the vibration film 12 that is not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B has an electrostatic repulsive force simultaneously and in the same direction. Receives electrostatic repulsion. In this way, the direction in which the electrostatic force changes alternately while the vibrating membrane 12 receives the electrostatic repulsive force and the electrostatic repulsive force simultaneously and in the same direction according to the change in the polarity of the AC signal. That is, an acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain the parametric array effect can be generated.

このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、振動膜１２が一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂから力を受けて振動することからプッシュプル（Ｐｕｓｈ―Ｐｕｌｌ）型と呼ばれている。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。 Thus, the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention is called a push-pull type because the vibrating membrane 12 vibrates by receiving a force from the pair of fixed electrodes 10A and 10B.
The ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention has a wide band and high sound pressure at the same time as compared with the conventional electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) in which only the electrostatic attraction force acts on the vibrating membrane. Have the ability to meet.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を図１１に示す。同図において、曲線Ｑ３が本実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、２０kHz〜１２０kHzの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる１２０ｄＢ以上の音圧レベルが得られることが分かる。   FIG. 11 shows frequency characteristics of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention. In the figure, a curve Q3 is a frequency characteristic of the ultrasonic transducer according to the present embodiment. As is apparent from the figure, it can be seen that a higher sound pressure level can be obtained over a wider frequency band than the frequency characteristics of a conventional broadband electrostatic ultrasonic transducer. Specifically, it can be seen that a sound pressure level of 120 dB or higher that can obtain a parametric effect in a frequency band of 20 kHz to 120 kHz can be obtained.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ１は一対の固定電極１０Ａ、１０Ｂに挟持された薄膜の振動膜１２が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。   In the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention, the thin vibration film 12 sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives both the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force. In addition, since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide band.

次に、本発明の実施形態に係るＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサにおける固定電極の製造工程について図５及び図６を参照して説明する。
ここでは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサにおける一対の固定電極のうち、一方の固定電極の製造工程について説明する。
これらの図において、固定電極の母材である導電体１００に複数の穴のパターンが形成されたマスク部材１０２を被覆し、エッチング処理により貫通穴を形成する（第１の工程：図５（ａ），（ｂ））。ここで、導電体１００としては、銅、ステンレスが用いられるが、ニッケル電鋳に対しては銅が好適である。 Next, a manufacturing process of the fixed electrode in the Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, a manufacturing process of one of the pair of fixed electrodes in the Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer will be described.
In these drawings, the conductor 100 which is a base material of the fixed electrode is covered with a mask member 102 in which a plurality of hole patterns are formed, and a through hole is formed by an etching process (first step: FIG. ), (B)). Here, copper and stainless steel are used as the conductor 100, but copper is suitable for nickel electroforming.

次いで、貫通穴１０４が形成された後にマスク部材１０２を剥離して、貫通穴１０４の空いた導電体１００が得られる（第２の工程：図５（ｃ））。
ここでエッチング処理によって空けられる貫通穴１０４の口径には、厚みとの関係で制約がある。例えば、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサで使用している貫通孔の最小口径は０．２５ｍｍであり、この径の貫通孔が空けられる板厚は０．２５ｍｍ以下とされている。よって、０．２５ｍｍ以上の、厚みの固定電極を必要とする場合には、厚み０．２５ｍｍ金属板にエッチング処理で貫通穴を空けたものを予め数枚、用意しておき、これらを必要枚数重ねて熱圧着または拡散接合により金属結合させ、所望の厚みの固定電極を製作する。 Next, after the through hole 104 is formed, the mask member 102 is peeled off to obtain the conductor 100 having the through hole 104 (second process: FIG. 5C).
Here, the diameter of the through hole 104 vacated by the etching process is limited in relation to the thickness. For example, the minimum diameter of the through hole used in the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is 0.25 mm, and the thickness of the through hole having this diameter is set to 0.25 mm or less. Therefore, when a fixed electrode having a thickness of 0.25 mm or more is required, several sheets of 0.25 mm thick metal plates with through holes formed by etching are prepared in advance, and these are necessary numbers. A fixed electrode having a desired thickness is manufactured by overlapping and metal bonding by thermocompression bonding or diffusion bonding.

次に、貫通穴１０４が形成された導電体（金属板）１００の片面に、蒸着法またはスピンコート法を用いて、所定の膜厚の絶縁皮膜層１０６を形成する（第３の工程：図５（ｄ−１））。
または、貫通穴１０４が形成された導電体１００に対し、電着法を用いて所定の膜厚の絶縁皮膜層を貫通穴１０４の内壁を含む導電体１００全面に形成する（第３’’の工程：図５（ｄ−２））。
以降の工程では、図５（ｄ−１）に示した貫通穴１０４が形成された導電体（金属板）１００の片面に、蒸着法またはスピンコート法を用いて、所定の膜厚の絶縁皮膜層１０６を形成する工程が行われたものとして、固定電極完成までの工程について説明を続ける。 Next, an insulating film layer 106 having a predetermined thickness is formed on one surface of the conductor (metal plate) 100 in which the through-hole 104 is formed by using a vapor deposition method or a spin coat method (third step: FIG. 5 (d-1)).
Alternatively, an insulating film layer having a predetermined film thickness is formed on the entire surface of the conductor 100 including the inner wall of the through hole 104 by using an electrodeposition method on the conductor 100 in which the through hole 104 is formed (third ″ Process: FIG. 5 (d-2)).
In the subsequent steps, an insulating film having a predetermined film thickness is formed on one surface of the conductor (metal plate) 100 in which the through-hole 104 shown in FIG. 5D-1 is formed by using a vapor deposition method or a spin coating method. Assuming that the step of forming the layer 106 has been performed, the description of the steps up to the completion of the fixed electrode will be continued.

次に、絶縁皮膜層１０６が形成された導電体１００上の貫通穴１０４及び該貫通穴１０４近傍の領域をマスクするマスク部材１０８を導電体１００表面上に載置し、かつ該導電体１００表面上に振動膜と対向する導電体部分を露出させるための絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材１１０をセットし、スキージ１１２をマスク部材１０８に沿って移動させて対向電極形成材１１０を導電体１００表面におけるマスク部材１０８によりマスクされていない部分に塗布する（第４の工程：図６（ｅ），（ｆ））。   Next, a through hole 104 on the conductor 100 on which the insulating film layer 106 is formed and a mask member 108 for masking a region in the vicinity of the through hole 104 are placed on the surface of the conductor 100, and the surface of the conductor 100 A counter electrode forming material 110 for forming an insulating counter electrode forming body for exposing a conductor portion facing the vibration film is set thereon, and the squeegee 112 is moved along the mask member 108 to counter the counter electrode. The forming material 110 is applied to a portion of the surface of the conductor 100 that is not masked by the mask member 108 (fourth step: FIGS. 6E and 6F).

有効と考えられる対向電極形成材は、永久的に対向電極形成体として構成でき、かつ非導電性のもので、例えば回路基板で一般的に使用されるパッケージ用の液状ソルダーレジストやサンドプラスト用レジストとして使用されるマスキングインクなどである。
特にフレキシブルプリント基板用のソルダーレジストは比較的柔らかい（鉛筆の硬さでＨＢ〜３Ｈ程度）ため、金属をはじめ、様々な導電体（導電性樹脂など）との密着強度にも優れ、高分子膜から成る振動膜の挟持性に非常に有効である。 The counter electrode forming material considered to be effective can be configured as a counter electrode forming body permanently and is non-conductive, for example, a liquid solder resist or a sand plast resist generally used for circuit boards. As a masking ink, etc.
In particular, the solder resist for flexible printed circuit boards is relatively soft (pencil hardness is about HB to 3H), so it has excellent adhesion strength with metals and various conductors (such as conductive resins), and is a polymer film. It is very effective for sandwiching a vibrating membrane made of

前記第４の工程において、対向電極形成材１１０の塗布完了後にマスク部材１０８を外し、かつ導電体１００上に形成された対向電極形成体１１４を乾燥させ、所望の固定電極が完成する（第５の工程：図６（ｇ））。   In the fourth step, after the application of the counter electrode forming material 110 is completed, the mask member 108 is removed, and the counter electrode forming body 114 formed on the conductor 100 is dried to complete a desired fixed electrode (fifth). Step: FIG. 6 (g)).

次に、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサを用いた場合の効果について図７を参照して説明する。
（1）静電力向上による音圧の改善が図れる。
図７（ｂ）に示す構成（本願出願以前に提案されている静電型超音波トランスデューサの構成）では、固定電極１０Ａ（または１０Ｂ）における導電部１０の振動膜１２側の面と振動膜１２の導電層１２１との距離は、振動膜１２の絶縁層１２０の厚みＴ１と対向電極形成体１７の厚みＴ２で決まる。
例えば、絶縁層１２０の厚みＴ１= ９μｍ、対向電極形成体１７の厚みＴ２=６μｍの場合、電極間距離は１５μｍとなる。 Next, the effect when the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is used will be described with reference to FIG.
(1) Sound pressure can be improved by improving electrostatic force.
In the configuration shown in FIG. 7B (configuration of the electrostatic ultrasonic transducer proposed before the present application), the surface of the conductive portion 10 on the vibrating membrane 12 side and the vibrating membrane 12 in the fixed electrode 10A (or 10B). The distance from the conductive layer 121 is determined by the thickness T1 of the insulating layer 120 of the vibration film 12 and the thickness T2 of the counter electrode formation body 17.
For example, when the thickness T1 of the insulating layer 120 is 9 μm and the thickness T2 of the counter electrode forming body 17 is 6 μm, the distance between the electrodes is 15 μm.

これに対し、図７（ａ）に示す本発明の構成では、固定電極１０Ａ（または１０Ｂ）における導電部１０の振動膜１２側の面と振動膜１２の導電層１２１との距離は、対向電極形成体１７の厚みｔ１と絶縁皮膜層２０の厚みｔ２で決まる。
対向電極形成体１７の厚みｔ１は図７（ａ）の構成と同様に６μｍとした場合でも、絶縁皮膜層２０の厚みｔ２が３μｍ程度で済むため、電極間距離を９μｍに抑えられる。
その結果得られる静電力は、従来構成に対し２．７７倍（距離の比の二乗）となり、音圧としては４ｄＢ以上向上する。 On the other hand, in the configuration of the present invention shown in FIG. 7A, the distance between the surface of the conductive portion 10 on the vibration film 12 side of the fixed electrode 10A (or 10B) and the conductive layer 121 of the vibration film 12 is equal to the counter electrode. It is determined by the thickness t1 of the formed body 17 and the thickness t2 of the insulating coating layer 20.
Even when the thickness t1 of the counter electrode forming body 17 is 6 μm as in the configuration of FIG. 7A, the thickness t2 of the insulating coating layer 20 is about 3 μm, so the distance between the electrodes can be suppressed to 9 μm.
The resulting electrostatic force is 2.77 times that of the conventional configuration (distance ratio squared), and the sound pressure is improved by 4 dB or more.

（２）信頼性の向上が図れる。
図７（ｂ）に示す構成では、振動膜１２の絶縁層１２０が破損（傷、亀裂など）すると内側の導電層（金属蒸着膜）１２１が剥き出しとなり、振動によって上記破損部が、導電部１０が剥き出しの対向電極部に接近すると絶縁破壊が生じることがあった。
これに対し、本発明の構成では、固定電極１０Ａ（または１０Ｂ）を構成する導電部１０の表面全体に絶縁皮膜処理を施したことにより、対向電極部を含め、振動膜１２の導電層１２１が直接、固定電極１０Ａ（または１０Ｂ）の導電部１０に接触する危険性が回避され、絶縁破壊が起きにくい。したがって、信頼性の向上が図れる。 (2) The reliability can be improved.
In the configuration shown in FIG. 7B, when the insulating layer 120 of the vibration film 12 is damaged (scratches, cracks, etc.), the inner conductive layer (metal vapor deposition film) 121 is exposed, and the damaged portion is exposed to the conductive portion 10 by vibration. However, when approaching the exposed counter electrode, dielectric breakdown may occur.
On the other hand, in the configuration of the present invention, the conductive layer 121 including the counter electrode portion includes the conductive layer 121 by performing the insulating film treatment on the entire surface of the conductive portion 10 constituting the fixed electrode 10A (or 10B). The risk of directly contacting the conductive portion 10 of the fixed electrode 10A (or 10B) is avoided, and dielectric breakdown is unlikely to occur. Therefore, the reliability can be improved.

（３）安全性（絶縁）の確保が図れる。
図７（ｂ）に示す構成では、固定電極１０Ａ（または１０Ｂ）を構成する導電部１０が、外側両面に剥き出しの状態となるため、安全ネットを張ったケースなどに収める必要があった。
これに対し、本発明の固定電極の製造工程で説明したように、電着法を用いて、貫通穴の内壁を含む導電体全面に絶縁皮膜層を形成すれば、固定電極の導電部が一切外部に露出しない構成が容易に実現でき、安全性の高い静電型超音波トランスデューサを実現できる。このように本実施形態に係る静電型超音波トランスデューサによれば、安全性（絶縁）の確保が図れる。 (3) Safety (insulation) can be ensured.
In the configuration shown in FIG. 7B, the conductive portion 10 that constitutes the fixed electrode 10A (or 10B) is exposed on both outer surfaces, so that it must be housed in a case with a safety net.
On the other hand, as described in the manufacturing process of the fixed electrode of the present invention, if the insulating film layer is formed on the entire surface of the conductor including the inner wall of the through hole using the electrodeposition method, the conductive portion of the fixed electrode is completely free A configuration that is not exposed to the outside can be easily realized, and a highly safe electrostatic ultrasonic transducer can be realized. As described above, according to the electrostatic ultrasonic transducer according to this embodiment, safety (insulation) can be ensured.

次に、本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を図８に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ（図１）を超音波トランスデューサ５５として用いたものである。   Next, the configuration of the ultrasonic speaker according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. The ultrasonic speaker according to this embodiment uses the above-described electrostatic ultrasonic transducer (FIG. 1) according to the embodiment of the present invention as the ultrasonic transducer 55.

図８において、本実施形態に係る超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源（信号源）５１と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波発振源（キャリア波供給手段）５２と、変調器（変調手段）５３と、パワーアンプ５４と、超音波トランスデューサ５５とを有している。
変調器５３は、キャリア波発振源５２から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源５１から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ５４を介して超音波トランスデューサ５５に供給する。 In FIG. 8, the ultrasonic speaker according to the present embodiment includes an audio frequency wave oscillation source (signal source) 51 that generates an audio frequency band signal wave, and a carrier wave that generates and outputs an ultrasonic frequency band carrier wave. A wave oscillation source (carrier wave supply means) 52, a modulator (modulation means) 53, a power amplifier 54, and an ultrasonic transducer 55 are included.
The modulator 53 modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 52 with the signal wave of the audio frequency band output from the audio frequency wave oscillation source 51, and supplies the modulated wave to the ultrasonic transducer 55 via the power amplifier 54. To do.

上記構成において、可聴周波数波発振源５１より出力される信号波によってキャリア波発振源５２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器５３により変調し、パワーアンプ５４で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ５５を駆動する。この結果、上記変調信号が超音波トランスデューサ５５により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。   In the above configuration, the carrier wave in the ultrasonic frequency band output from the carrier wave oscillation source 52 by the signal wave output from the audible frequency wave oscillation source 51 is modulated by the modulator 53 and the modulated signal amplified by the power amplifier 54 is used. The ultrasonic transducer 55 is driven. As a result, the modulated signal is converted into a sound wave of a finite amplitude level by the ultrasonic transducer 55, and this sound wave is radiated into the medium (in the air), and the signal sound in the original audible frequency band due to the nonlinear effect of the medium (air) Is self-regenerating.

すなわち、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波周波数帯）とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波（信号音）が再生される。   In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse portions of the air appear prominently in the process of propagation of the modulated ultrasonic waves, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the sound speed of such a portion is slow, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic frequency band), and a signal wave (signal sound) in an audible frequency band is reproduced.

以上のように高音圧の広帯域性が確保されると様々な用途にスピーカとして利用することが可能となる。超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数（超音波）が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届く超音波スピーカを提供することができる。
逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がる超音波スピーカを提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。 As described above, when a high sound pressure broadband property is ensured, it can be used as a speaker for various purposes. Ultrasound is strongly attenuated in the air and attenuates in proportion to the square of its frequency. Therefore, when the carrier frequency (ultrasonic wave) is low, it is possible to provide an ultrasonic speaker in which the sound reaches far as a beam with little attenuation.
On the contrary, if the carrier frequency is high, the attenuation is severe, so that the parametric array effect does not occur sufficiently and an ultrasonic speaker in which the sound spreads can be provided. These are very effective functions because the same ultrasonic speaker can be used according to the application.

また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は４０kHzまで、猫は１００kHzまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数をもちいれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。   Also, dogs who often live with humans as pets can listen to sounds up to 40kHz and cats can listen to sounds up to 100kHz, so if you use a higher carrier frequency, there will be no effect on your pet. There are also advantages. In any case, the fact that it can be used at various frequencies brings many advantages.

本発明の実施形態に係る超音波スピーカによれば、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる。
また、上記構成の静電型超音波トランスデューサを用いて構成したので、すなわち、前記振動膜は、絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、前記第１、第２の固定電極における各々の振動膜側に絶縁皮膜層を形成したので、固定電極と振動膜の導電層との間の距離をこれまでより短くすることができ、振動膜に作用する静電力の向上が図れ、したがって、音圧の向上が図れる。 The ultrasonic speaker according to the embodiment of the present invention can generate an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.
In addition, since the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration is used, that is, the vibration film has conductive layers on both surfaces of the insulating film, and each vibration in the first and second fixed electrodes is provided. Since the insulating film layer is formed on the membrane side, the distance between the fixed electrode and the conductive layer of the vibrating membrane can be made shorter than before, and the electrostatic force acting on the vibrating membrane can be improved. Can be improved.

本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。     The electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention can be used for various sensors, for example, a distance measuring sensor, and as described above, a sound source for a directional speaker and an ideal impulse. It can be used as a signal generation source.

本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサにおけるＸ部の拡大図。The enlarged view of the X section in the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention shown in FIG. 本発明の他の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of the electrostatic type ultrasonic transducer which concerns on further another embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの製造工程の一例を示す流れ図。The flowchart which shows an example of the manufacturing process of the electrostatic type ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの製造工程の一例を示す流れ図。The flowchart which shows an example of the manufacturing process of the electrostatic type ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサを使用することによる得られる効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect acquired by using the electrostatic type ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the ultrasonic speaker which concerns on embodiment of this invention. 従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional resonance type ultrasonic transducer. 従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。The figure which shows the specific structure of the conventional electrostatic broadband oscillation type ultrasonic transducer. 本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。The figure which showed the frequency characteristic of the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention with the frequency characteristic of the conventional ultrasonic transducer. Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of a Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

１…静電型超音波トランスデューサ、１０Ａ，１０Ｂ…固定電極、１２…振動膜、１４…貫通穴、１６…直流バイアス電源、１８…信号源、５１…可聴周波数波発振源、５２…キャリア波発振源、５３…変調器、５４…パワーアンプ、５５…超音波トランスデューサ、１２０…絶縁フィルム、１２１…導電層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic ultrasonic transducer, 10A, 10B ... Fixed electrode, 12 ... Vibration film, 14 ... Through-hole, 16 ... DC bias power supply, 18 ... Signal source, 51 ... Audio frequency wave oscillation source, 52 ... Carrier wave oscillation Source 53. Modulator 54 Power amplifier 55 Ultrasonic transducer 120 Insulating film 121 Conductive layer

Claims (9)

複数の貫通穴が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通穴が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、
前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、
前記第１、第２の固定電極における各々の振動膜側に絶縁皮膜層を形成したことを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes and having a conductive layer on both surfaces of the insulating film, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a holding member that holds the vibrating membrane;
An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes,
An electrostatic ultrasonic transducer, wherein an insulating film layer is formed on each vibration film side of the first and second fixed electrodes. 前記第１、第２の固定電極の前記貫通穴内壁にも絶縁皮膜層が形成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。   The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein an insulating film layer is also formed on inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes. 前記貫通穴内壁を含む前記第１、第２の固定電極全面に絶縁皮膜層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型超音波トランスデューサ。   2. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein an insulating film layer is formed on the entire surface of the first and second fixed electrodes including the inner wall of the through hole. 前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。   4. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the insulating film layer is formed of any one of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. 複数の貫通穴が形成された第１の固定電極と、
前記第１の固定電極と対をなす複数の貫通穴が形成された第２の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟持され絶縁性フィルムの両面に導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、
前記一対の固定電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、
前記一対の固定電極間には交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの製造方法であって、
前記第１、第２の固定電極は、
導電体に前記複数の穴のパターンが形成されたマスク部材を被覆し、エッチング処理により貫通穴を形成する第１の工程と、
前記貫通穴が形成された後に前記マスク部材を剥離する第２の工程と、
前記貫通穴が形成された導電体の片面に所定の膜厚の絶縁皮膜層を形成する第３の工程と、
前記絶縁皮膜層が形成された導電体上の貫通穴及び該貫通穴近傍の領域をマスクするマスク部材を前記導電体表面上に載置し、かつ該導電体表面上に前記振動膜と対向する導電体部分を露出させるための絶縁性の対向電極形成体を形成するための対向電極形成材をセットし、スキージを移動させて前記対向電極形成材を前記導電体表面におけるマスク部材によりマスクされていない部分に塗布する第４の工程と、
前記第４の工程において、前記対向電極形成材の塗布完了後に前記マスク部材を外し、かつ前記導電体上に形成された対向電極形成体を乾燥させる第５の工程と、
により作製されることを特徴とする静電型超音波トランスデューサの製造方法。 A first fixed electrode in which a plurality of through holes are formed;
A second fixed electrode having a plurality of through-holes paired with the first fixed electrode;
A vibrating membrane sandwiched between the pair of fixed electrodes and having a conductive layer on both surfaces of the insulating film, and a DC bias voltage applied to the conductive layer;
A pair of fixed electrodes and a holding member that holds the vibrating membrane;
A method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of fixed electrodes,
The first and second fixed electrodes are:
A first step of covering the conductor with a mask member on which the pattern of the plurality of holes is formed and forming a through hole by an etching process;
A second step of peeling the mask member after the through hole is formed;
A third step of forming an insulating film layer having a predetermined thickness on one side of the conductor in which the through hole is formed;
A mask member for masking a through hole on the conductor on which the insulating film layer is formed and a region in the vicinity of the through hole is placed on the surface of the conductor, and faces the vibration film on the conductor surface. A counter electrode forming material for forming an insulating counter electrode forming body for exposing the conductor portion is set, and a squeegee is moved to mask the counter electrode forming material with a mask member on the surface of the conductor. A fourth step of applying to a non-existing part;
In the fourth step, a fifth step of removing the mask member after the application of the counter electrode forming material is completed and drying the counter electrode forming body formed on the conductor;
The manufacturing method of the electrostatic ultrasonic transducer characterized by the above-mentioned. 前記第３の工程の代わりに、前記第１、第２の固定電極の貫通穴内壁にも絶縁皮膜層を形成する第３’の工程を有することを特徴とする請求項５に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。   6. The electrostatic process according to claim 5, further comprising a third ′ step of forming an insulating film layer on inner walls of the through holes of the first and second fixed electrodes instead of the third step. Method of manufacturing type ultrasonic transducer. 前記第３の工程の代わりに、前記貫通穴が形成された導電体に対し、所定の膜厚の絶縁皮膜層を前記貫通穴の内壁を含む導電体全面に形成する第３’’の工程を有することを特徴とする請求項５に記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。   Instead of the third step, a third ″ step of forming an insulating film layer having a predetermined film thickness on the entire surface of the conductor including the inner wall of the through hole is formed on the conductor in which the through hole is formed. 6. The method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 5, comprising: 前記絶縁皮膜層は、感光性コーティング材、非導電性塗料、電着材料のいずれかで形成することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの製造方法。   8. The method of manufacturing an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 5, wherein the insulating film layer is formed of any one of a photosensitive coating material, a non-conductive paint, and an electrodeposition material. . 請求項１乃至４のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサと、
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、
超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、
前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、
前記静電型超音波トランスデューサは、前記第１、第２の固定電極と前記振動膜の導電層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする超音波スピーカ。

The electrostatic ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4,
A signal source for generating a signal wave in an audible frequency band;
A carrier wave supply means for generating and outputting a carrier wave in an ultrasonic frequency band;
Modulation means for modulating the carrier wave with an audible frequency band signal wave output from the signal source;
The electrostatic ultrasonic transducer is driven by a modulation signal output from the modulation means applied between the first and second fixed electrodes and the conductive layer of the vibrating membrane. Ultrasonic speaker.

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