CN117501716A - 换能器和电子设备 - Google Patents

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CN117501716A CN202280043219.2A CN202280043219A CN117501716A CN 117501716 A CN117501716 A CN 117501716A CN 202280043219 A CN202280043219 A CN 202280043219A CN 117501716 A CN117501716 A CN 117501716A
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下地规之
伊达智洋
合田贤司
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Rohm Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种换能器，其具有：膜支撑部；振动膜，其与所述膜支撑部连结，且能够在膜厚方向上位移；基材，其具有与所述振动膜对置的对置面；以及所述振动膜上的第一压电元件，其具备一对电极以及被所述一对电极夹着的压电膜，以将所述振动膜的位移收敛于恒定范围内的方式保持所述基材与所述振动膜之间的空间的压力。

Description

换能器和电子设备
技术领域
本实施方式涉及一种换能器以及电子设备。
背景技术
以往，已知有进行声波或超声波的发送或接收的换能器。例如，换能器被用作发送声波的扬声器，搭载于耳机或可穿戴终端等。
例如，在专利文献1中公开了一种适用于耳机的换能器。该换能器形成有沿下部基板的板厚方向贯通的下部贯通孔，至少具备隔着下空间部与该下部贯通孔相对的振动膜和该振动膜上的压电元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2021-044762号公报
发明内容
发明所要解决的课题
压电元件通过对一对电极反复施加驱动电压，振动膜与压电元件一起交替地反复进行向上侧的位移和向下侧的位移。具体而言，在相对于振动膜的法线方向上位移。通过该振动膜的振动，使振动膜周围的空气振动，空气的振动作为声波输出。在该振动膜振动的空间内，若为了改善空气的流动而在下部基板设置下部贯通孔，则振动膜的位移变大。然而，如果想要通过施加大的驱动电压来获得振动膜的大的位移，则振动膜会相对于振动膜的固有振动频率附近的频率的输入产生共振并机械地反弹，因此在振动膜产生更大的位移。由此，对振动膜施加设想以上的应力，因此产生振动膜的形状的变形或破损，有可能对驱动电压引起的振动膜的位移的精度造成影响。
本实施方式的一个方案提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度良好的换能器。另外，提供具备该换能器的电子设备。
用于解决课题的方案
本实施方式通过保持位于基材与振动膜之间的空间内的压力以使振动膜的位移收敛于恒定范围内，能够抑制空气的流动，使振动膜的共振衰减。本实施方式的一个方案如下。
本实施方式的一个方案是一种换能器，其具有：膜支撑部；振动膜，其与所述膜支撑部连结，且能够在膜厚方向上位移；基材，其具有与所述振动膜对置的对置面；以及所述振动膜上的第一压电元件，其具备一对电极以及被所述一对电极夹着的压电膜，以将所述振动膜的位移收敛于恒定范围内的方式保持所述基材与所述振动膜之间的空间的压力。
本实施方式的另一方案是具备上述换能器的电子设备。
发明效果
根据本实施方式，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度良好的换能器。另外，能够提供具备该换能器的电子设备。
附图说明
图1是第一实施方式的换能器的X方向上的剖视图。
图2是第一实施方式的换能器的俯视图。
图3是第一实施方式的第一变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图4是第一实施方式的第一变形例的换能器的俯视图。
图5是第一实施方式的第二变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图6是第一实施方式的第二变形例的换能器的俯视图。
图7是第一实施方式的第三变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图8是第一实施方式的第四变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图9是第一实施方式的第五变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图10是第一实施方式的第五变形例的换能器的俯视图。
图11是第一实施方式的第六变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图12是第一实施方式的第六变形例的换能器的俯视图。
图13是第一实施方式的第七变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图14是第一实施方式的第七变形例的换能器的俯视图。
图15是第一实施方式的第八变形例的换能器的X方向上的剖视图。
图16是第一实施方式的第八变形例的换能器中的膜支撑部的狭缝的从空气的流入流出侧观察时的剖视图。
图17A是作为电子设备的一例的耳机的整体图。
图17B是说明作为电子设备的一例的耳机的壳体的图。
图18是说明实施例的扬声器单元的配置的图。
图19是实施例的耳机的剖视图。
具体实施方式
接着，参照附图对本实施方式进行说明。在以下说明的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的附图标记。但是，附图是示意性的，应注意各构成部件的厚度与平面尺寸的关系等与现实不同。因此，具体的厚度、尺寸应该参考以下的说明来判断。另外，当然在附图的相互间也包含彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。
另外，以下所示的实施方式例示用于将技术思想具体化的装置、方法，并不特定各构成部件的材质、形状、构造、配置等。本实施方式在权利要求的范围内能够施加各种变更。
具体的本实施方式的一个方案如下。
<1>一种换能器，其具有：膜支撑部；振动膜，其与所述膜支撑部连结，且能够在膜厚方向上位移；基材，其具有与所述振动膜对置的对置面；以及所述振动膜上的第一压电元件，其具备一对电极以及被所述一对电极夹着的压电膜，以将所述振动膜的位移收敛于恒定范围内的方式保持所述基材与所述振动膜之间的空间的压力。
<2>根据<1>所述的换能器，在所述对置面中，贯通所述基材并且面向所述空间的所有开口部的开口面的第一总面积为所述振动膜中的与所述空间面对的主面的整个区域的第二总面积的5％以下。
<3>根据<1>或<2>所述的换能器，在所述对置面中，贯通所述基材并且面向所述空间的所有开口部的开口面的第一总面积为0.9mm2以下。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的换能器，所述基材具有所述开口部，在与所述对置面相反的一侧的所述基材的主面还具有包围所述开口部的周围的开口部件。
<5>根据<4>所述的换能器，在所述对置面的法线方向上，所述对置面与所述开口部件的主面的距离比将所述第一总面积以圆的面积换算时的所述圆的直径长，该主面是所述开口部件的与所述基材相接的主面的相反侧的主面。
<6>根据<4>或<5>所述的换能器，所述开口部件通过所述空间内的气压的变化而伸缩。
<7>根据<4>～<6>中任一项所述的换能器，所述开口部件由树脂构成。
<8>根据<4>～<7>中任一项所述的换能器，所述基材及所述开口部件一体形成。
<9>根据<1>～<8>中任一项所述的换能器，所述基材还具有与所述对置面的法线方向上的所述开口部的侧壁面连结的突起状的开口阀，所述第一总面积能够利用所述开口阀而变化。
<10>根据<9>所述的换能器，在所述开口阀上还具有第二压电元件，所述第二压电元件具有使所述开口阀变形而使所述第一总面积变化的功能。
<11>根据<1>～<3>中任一项所述的换能器，在所述对置面的法线方向上，所述对置面的整个区域与所述振动膜重叠，所述空间的容积是所述振动膜的投影面积的1.1倍与所述振动膜在所述膜厚方向上位移的位移量的1倍～100倍之积。
<12>根据<11>所述的换能器，所述空间的容积能够利用所述基材的位移而变化。
<13>根据<11>或<12>所述的换能器，在所述基材上且所述空间内还具有第三压电元件，所述第三压电元件具有使所述基材变形而使所述空间的容积变化的功能。
<14>根据<1>～<13>中任一项所述的换能器，所述基材通过所述空间内的气压的变化而伸缩。
<15>根据<1>～<14>中任一项所述的换能器，所述基材由树脂构成。
<16>一种电子设备，具备<1>～<15>中任一项所述的换能器。
(第一实施方式)
<换能器>
使用图1及图2，说明本实施方式的换能器1的结构。图1是换能器1的X方向上的剖视图。图2是换能器1的俯视图。换能器1以压电元件10、膜体15、接触部件18以及基材19为主体而构成。具体而言，膜体15由膜支撑部17及与该膜支撑部17连结且能够在膜厚方向上位移的振动膜16构成。基材19具有与振动膜16对置的对置面19A。压电元件10配置在振动膜16上，具备一对电极11、12以及被该一对电极11、12夹着的压电膜13。换能器1保持基材19与振动膜16之间的空间101的压力，以使振动膜16的位移处于一定范围内。在以下的说明中，以图1所示的换能器1的状态为基准来定义上下方向(Z方向)，但并不限定使用换能器1的方向。另外，在本实施方式中，将基材19的长边方向设为X方向，将基材19的短边方向设为Y方向。
一对电极11、12及压电膜13具有与后述的振动膜16的形状对应的形状，在图1及图2所示的例子中为四边形。
一对电极11、12分别使用例如铂、钼、铱或钛等具有导电性的金属的薄膜而形成。一个电极11位于压电膜13的上侧，与用于对电极11施加驱动电压的电路图案即电极焊盘连接。另一个电极12位于压电膜13的下侧，与用于对电极12施加驱动电压的电路图案即电极焊盘连接。
压电膜13例如由锆钛酸铅(PZT)构成。压电膜13除了锆钛酸铅以外，还可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)或钛酸铅(PbTiO3)等。
在压电元件10的上表面的一部分设置有绝缘膜20，电极11经由设置于绝缘膜20的开口部与布线21连接。另外，在布线21上设置绝缘膜22。布线21经由绝缘膜22的开口部与电极焊盘(未图示)电连接。即，电极11经由布线21与电极焊盘电连接。此外，在本说明书等中，“电连接”包括经由“具有某种电气作用的部件”连接的情况。在此，“具有某种电气作用的部件”只要能够进行连接对象间的电信号的收发即可，没有特别限定。例如，“具有某种电气作用的部件”包括电极、布线、开关元件、电阻元件、电感器、电容元件、具有其他各种功能的元件等。
布线21例如使用金属等的薄膜而形成。绝缘膜20、22例如可使用氧化铝等。
膜体15由振动膜16和膜支撑部17构成。例如，膜体15由硅(Si)构成。为了形成振动膜16，通过蚀刻膜体15的背面侧(设置有基材19的一侧)，能够一体形成振动膜16和膜支撑部17。
振动膜16由薄膜构成，构成为能够在膜厚方向、即相对于振动膜16的法线方向(图1中的纸面上下方向：Z方向，与图2中的纸面正反垂直的方向：Z方向)上位移。振动膜16具有面向后述的空间101的主面16A。振动膜16在从与振动膜16平行的平面的法线方向观察时，具有大致四边形状。
膜支撑部17具备形成空间(空腔)101的四角筒状的内周面。振动膜16内接于膜支撑部17的内周面的一边，由此，振动膜16被膜支撑部17支撑。振动膜16与膜支撑部17的上端侧连结。
另外，膜支撑部17具有与压电元件10的端部重叠的区域，振动膜16具有从膜支撑部17伸出的悬臂梁形状。振动膜16的前端部构成为自由端。
基材19具有与振动膜16对置的对置面19A、与对置面19A相反的一侧的主面19B、以及对置面19A与主面19B之间的侧壁面19C。另外，基材19在对置面19A与膜支撑部17接触。另外，在对置面19A设置有贯通基材19且面向空间101的开口部19a。此外，对置面19A也包括面向空间101的开口部19a的开口面19D。另外，在由振动膜16、膜支撑部17及基材19包围的空间101中，空气因振动膜16的位移而振动，空气经由开口部19a向换能器1的外部流通。另外，如图2所示，开口部19a优选端部带有圆角。通过使开口部19a的端部带有圆角，能够缓和该端部的应力集中。基材19例如由硅(Si)、印刷布线基板(PWB)以及印刷电路板(PCB)等印刷基板等构成。
在对置面19A中，若面向空间101的开口部19a的开口面19D的总面积为振动膜16中的与空间101面对的主面16A的整个区域的总面积的5％以下，更优选为4％以下，进一步优选为3％以下(换言之，除了开口面19D之外的基材19的对置面19A的总面积为振动膜16中的与空间101面对的主面16A的整个区域的总面积的95％以上，更优选为96％以上，进一步优选为97％以上)，则空间101内的压力保持在恒定范围内，能够确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间101内的压力逐渐变大，通过空间101内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间101内的空气的流动被调整。另外，由于空间101内的空气从开口部19a向外部流动，因此空间101内的压力具有最大值，该最大值根据振动膜16的位移量及形状、空间101的容积等适当设定。由此，能够将振动膜16的位移控制在恒定范围内。
另外，若面向空间101的开口部19a的开口面19D的总面积为0.9mm2以下，更优选为0.7mm2以下，进一步优选为0.5mm2以下，则能够保持空间101内的压力，确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间101内的压力逐渐变大，通过空间101内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间101内的空气的流动被调整。由此，能够将振动膜16的位移控制在恒定范围内。
接触部件18形成在绝缘膜22上及膜支撑部17上。接触部件18以与振动膜16对置的方式配置。接触部件18具有控制振动膜16的位移的功能。即，接触部件18在振动膜16向空间100侧位移时，通过振动膜16或振动膜16上的压电元件10与接触部件18接触来控制振动膜16的位移。
振动膜16所接触的接触部件18的接触面18A与振动膜16的距离基于对压电元件10施加额定电压时的振动膜16的位移(以下，称为“最大位移”)来设定。即，接触部件18的接触面18A设定为，在产生比最大位移大的位移时，振动膜16或压电元件10(将它们的叠层也称为振动体)与接触面18A接触。由此，不会妨碍由压电元件10引起的振动膜16的通常的位移，在因冲击等而在振动体产生超过最大位移那样的较大的位移时，振动膜16或者压电元件10与接触面18A接触。
接触面18A的形状基于振动膜16位移时的位移形状而形成。由此，在振动膜16与接触面18A接触时，接触面18A以面与振动膜16接触。例如，配置于空间100的接触部件18的接触面18A也可以具有朝向上侧弯曲的半球形状。例如，接触部件18由硅(Si)构成。
在接触部件18的中央设置有开口部18a。另外，在振动膜16与接触部件18之间的空间100中，空气因振动膜16的位移而振动，空气经由开口部18a向换能器1的外部流通。空气在空间100内流动时，振动膜16与接触部件18的接触面18A的距离(间隙)只要是振动膜16能够上下位移的程度即可，优选较小。例如，间隙为5μm～30μm。通过减小间隙，能够抑制空气泄漏，高效地使空气振动。另外，如图2所示，开口部18a优选端部带有圆角。通过使开口部18a的端部带有圆角，能够缓和该端部的应力集中。
在这样构成的换能器1中，在膜体15的振动膜16上设置有压电元件10。即，在振动膜16上依次层叠有下侧的电极12、压电膜13以及上侧的电极11。当对一对电极11、12分别施加驱动电压时，在一对电极11、12之间产生电位差。通过该电位差，振动膜16位移。具体而言，振动膜16的前端侧以翘曲的方式位移。
通过对一对电极11、12反复施加驱动电压，振动膜16交替地反复进行向空间100侧的位移和向空间101侧的位移。通过振动膜16的振动，振动膜16的周围的空气振动，空气的振动作为声波输出。
在本实施方式中，换能器1保持基材19与振动膜16之间的空间101的压力，以使振动膜16的位移收敛于恒定范围内。具体而言，通过满足面向空间101的开口部19a的开口面19D的总面积为振动膜16中的与空间101面对的主面16A的整个区域的总面积的5％以下、和面向空间101的开口部19a的开口面19D的总面积为0.9mm2以下中的至少一个，能够保持基材19与振动膜16之间的空间101的压力，将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
根据这样的结构，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度良好的换能器。
本实施方式的换能器不限于上述的结构，能够进行各种变更。以下，说明本实施方式的换能器的变形例。
<第一变形例>
使用图3及图4，说明本变形例的换能器1A的结构。图3是换能器1A的X方向上的剖视图。图4是换能器1A的俯视图。本变形例的换能器1A与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，新设置包围开口部19a的周围的开口部件29。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
开口部件29为筒状，在与对置面19A相反的一侧的基材19的主面19B包围开口部19a的周围。在对置面19A的法线方向(Z方向)上，对置面19A与开口部件29的主面29A的距离D优选比将面向空间101的开口部19a的开口面19D的总面积以圆的面积换算时的圆的直径长，该主面29A是与基材19接触的主面的相反侧的开口部件29的主面29A。通过设为这样的结构，距离D增大与开口部件29的Z方向的长度相应的量，能够减小在开口部19a内及筒状的开口部件29内流动的空气的流动，能够保持空间101内的压力，将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
开口部件29例如也可以由树脂等软质材料构成，通过使用这样的材料，开口部件29根据空间101内的气压的变化而伸缩，能够使空间101的容积及空气的流动动态地变化，能够适当调整空间101的容积及空气的流动而使振动膜16位移。
另外，开口部件29也可以与基材19一体形成。通过使用软质材料等一体形成开口部件29及基材19，能够削减换能器的形成工序，因此优选。
根据第一变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第二变形例>
使用图5及图6，说明本变形例的换能器1B的结构。图5是换能器1B的X方向上的剖视图。图6是换能器1B的俯视图。本变形例的换能器1B与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，代替基材19而使用不具有开口部的基材39。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
在基材39中，除了关于图1的基材19的开口部19a的说明以外，与基材19相同。基材39具有与振动膜16对置的对置面39A。另外，基材39在对置面39A与膜支撑部17接触。在由振动膜16、膜支撑部17及基材39包围的空间101中，空气因振动膜16的位移而振动，空气经由空间100向换能器1B的外部流通。基材39例如由硅(Si)、印刷布线基板(PWB)以及印刷电路板(PCB)等印刷基板等构成。
在对置面39A的法线方向(Z方向)上，对置面39A的整个区域与振动膜16重叠。若空间101的容积为振动膜16的投影面积的1.1倍与振动膜16在膜厚方向上位移的位移量的1倍～100倍之积，则空间101内的压力保持在恒定范围内，能够确保适当的空气的流动，因此优选。
另外，基材39例如也可以由树脂等软质材料构成，通过使用这样的材料，基材39根据空间101内的气压的变化而伸缩，能够使空间101的容积以及空气的流动动态地变化，能够适当地调整空间101的容积以及空气的流动而使振动膜16位移。
根据第二变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第三变形例>
使用图7，说明本变形例的换能器1C的结构。图7是换能器1C的X方向上的剖视图。本变形例的换能器1C与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，代替基材19而使用基材49。在基材49的与振动膜16对置的对置面49A设置有贯通基材49且面向空间101的开口部49a。在基材49的侧壁面49C连结有突起状的开口阀49b。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
在基材49中，除了关于后述的开口阀49b的说明以外，其余与基材19或基材39相同。基材49具有与振动膜16对置的对置面49A、与对置面49A相反的一侧的主面49B、以及对置面49A与主面49B之间的侧壁面49C。另外，基材49在对置面49A与膜支撑部17接触。另外，在对置面49A设置有贯通基材49且面向空间101的开口部49a。此外，对置面49A也包括面向空间101的开口部49a的开口面49D。
而且，基材49具有与对置面49A的法线方向(Z方向)上的开口部49a的侧壁面49C连结且突起状的开口阀49b。开口阀49b为包围开口部49a的筒状，但不限于此。
在开口阀49b上还设置有压电元件40。压电元件40具有使开口阀49b变形而使开口部49a的开口面49D的面积变化的功能。具体而言，通过对压电元件40所包含的一对电极施加驱动电压，开口阀49b与压电元件40一起向上侧或下侧位移，通过该位移，开口部49a的开口面49D的面积发生变化。作为压电元件40，例如能够使用与上述的压电元件10相同的结构。通过使用具有开口阀49b的基材49及压电元件40，能够使开口面49D的面积变化而使空间101的容积及空气的流动动态地变化，能够适当调整空间101的容积及空气的流动而使振动膜16位移。
根据第三变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第四变形例>
使用图8，说明本变形例的换能器1D的结构。图8是换能器1D的X方向上的剖视图。本变形例的换能器1D与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，代替基材19而使用具有凹部59a的基材59。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
在基材59中，除了关于后述的凹部59a的说明以外，其余与基材19或基材39相同。基材59具有与振动膜16对置的对置面59A和与对置面59A相反的一侧的主面59B。另外，基材59在对置面59A与膜支撑部17接触。另外，基材59在主面59B侧具有凹部59a。在与凹部59a重叠的对置面59A上还设置有压电元件60。压电元件60具有使基材59(具体而言，凹部59a所存在的区域)变形而使空间101的容积变化的功能。具体而言，通过对压电元件60所包含的一对电极施加驱动电压，基材59(具体而言，凹部59a所存在的区域)与压电元件60一起向上侧或下侧位移，通过该位移，空间101的容积发生变化。作为压电元件60，例如能够使用与上述的压电元件10相同的结构。通过使用具有凹部59a的基材59及压电元件60，能够使基材59(具体而言，凹部59a存在的区域)变形而使空间101的容积及空气的流动动态地变化，能够适当调整空间101的容积及空气的流动而使振动膜16位移。
根据第四变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第五变形例>
使用图9及图10，说明本变形例的换能器1E的结构。图9是换能器1E的X方向上的剖视图。图10是换能器1E的俯视图。本变形例的换能器1E与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，代替接触部件18而使用接触部件28。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
接触部件28形成在绝缘膜22上以及膜支撑部17上。接触部件28以与振动膜16对置的方式配置。接触部件28具有与上述基材19相同的功能。具体而言，通过对面向空间100的、接触部件28的开口部28a的开口面28D的总面积进行调节，从而能够使振动膜16的共振衰减。即，接触部件28具有控制振动膜16的位移的功能。进而，接触部件28在振动膜16向空间100侧位移时，通过振动膜16或振动膜16上的压电元件10与接触部件28接触来控制振动膜16的位移。
振动膜16所接触的接触部件28的接触面28A与振动膜16的距离基于对压电元件10施加额定电压时的振动膜16的位移(以下，称为“最大位移”)来设定。即，接触部件28的接触面28A被设定为，在产生了比最大位移大的位移时，振动膜16或压电元件10(也将它们的叠层称为振动体)与接触面28A接触。由此，不会妨碍由压电元件10引起的振动膜16的通常的位移，在因冲击等而在振动体产生超过最大位移那样的较大的位移时，振动膜16或者压电元件10与接触面28A接触。
接触面28A的形状基于振动膜16位移时的位移形状而形成。由此，在振动膜16与接触面28A接触时，接触面28A以面与振动膜16接触。例如，配置于空间100的接触部件28的接触面28A也可以具有朝向上侧弯曲的半球形状。接触部件28例如由硅(Si)构成。
另外，在接触面28A设置有贯通接触部件28且面向空间100的开口部28a。此外，接触面28A也包括面向空间100的开口部28a的开口面28D。另外，在振动膜16与接触部件28之间的空间100中，空气因振动膜16的位移而振动，空气经由开口部28a向换能器1E的外部流通。空气在空间100内流动时，振动膜16与接触部件28的接触面28A的距离(间隙)只要是振动膜16能够上下位移的程度即可，优选较小。例如，间隙为5μm～30μm。通过减小间隙，能够抑制空气泄漏，高效地使空气振动。另外，如图10所示，开口部28a优选端部带有圆角。通过使开口部28a的端部带有圆角，能够缓和该端部的应力集中。
在接触面28A中，当面向空间100的开口部28a的开口面28D的总面积为振动膜16中的与空间100面对的主面16B的整个区域的总面积的5％以下，更优选为4％以下，进一步优选为3％以下(换言之，除了开口面28D之外的接触部件28的接触面28A的总面积为振动膜16中的与空间100面对的主面16B的整个区域的总面积的95％以上，更优选为96％以上，进一步优选为97％以上)时，空间100内的压力被保持在恒定范围内，从而能够确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间100内的压力逐渐变大，通过空间100内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间100内的空气的流动被调整。另外，由于空间100内的空气从开口部28a向外部流动，因此空间100内的压力具有最大值，该最大值根据振动膜16的位移量及形状、空间100的容积等适当设定。由此，能够将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
另外，若面向空间100的开口部28a的开口面28D的总面积为0.9mm2以下，更优选为0.7mm2以下，进一步优选为0.5mm2以下，则能够保持空间100内的压力，确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间100内的压力逐渐变大，通过空间100内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间100内的空气的流动被调整。由此，能够将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
根据第五变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第六变形例>
使用图11及图12，说明本变形例的换能器1F的结构。图11是换能器1F的X方向上的剖视图。图12是换能器1F的俯视图。本变形例的换能器1F与前述的图3及图4所示的换能器1A的不同点在于，代替接触部件18而使用接触部件28。在本变形例中，与图3及图4所示的换能器1A共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
与第五变形例的换能器1E同样地，换能器1F保持接触部件28与振动膜16之间的空间100的压力，以使振动膜16的位移收敛于恒定范围内。具体而言，通过满足面向空间100的开口部28a的开口面28D的总面积为振动膜16中的与空间100面对的主面16B的整个区域的总面积的5％以下、和面向空间100的开口部28a的开口面28D的总面积为0.9mm2以下中的至少一个，能够保持接触部件28与振动膜16之间的空间100的压力，将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
根据第六变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第七变形例>
使用图13及图14，说明本变形例的换能器1G的结构。图13是换能器1G的X方向上的剖视图。图14是换能器1G的俯视图。本变形例的换能器1G与前述的图1及图2所示的换能器1的不同点在于，代替基材19而使用具有多个开口部69a的基材69。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
在基材69中，除了关于后述的多个开口部69a的说明以外，其余与基材19或基材39相同。基材69具有与振动膜16对置的对置面69A和与对置面69A相反的一侧的主面69B。另外，基材69在对置面69A与膜支撑部17接触。另外，在对置面69A设置有多个贯通基材69且面向空间101的开口部69a。此外，对置面69A也包括面向空间101的开口部69a的开口面69D。
在对置面69A中，若面向空间101的多个开口面69D的总面积为振动膜16中的与空间101面对的主面16A的整个区域的总面积的5％以下，更优选为4％以下，进一步优选为3％以下(换言之，除了开口面69D之外的基材69的对置面69A的总面积为振动膜16中的与空间101面对的主面16A的整个区域的总面积的95％以上，更优选为96％以上，进一步优选为97％以上)，则空间101内的压力保持在恒定范围内，能够确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间101内的压力逐渐变大，通过空间101内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间101内的空气的流动被调整。另外，由于空间101内的空气从开口部69a向外部流动，因此空间101内的压力具有最大值，该最大值根据振动膜16的位移量及形状、空间101的容积等适当设定。由此，能够将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
另外，若面向空间101的多个开口面69D的总面积为0.9mm2以下，更优选为0.7mm2以下，进一步优选为0.5mm2以下，则能够保持空间101内的压力，确保适当的空气的流动。具体而言，在振动膜16交替地反复进行振动膜16向上方的空间100侧的位移和振动膜16向下方的空间101侧的位移时，空间101内的压力逐渐变大，通过空间101内的压力的增大，能够使振动膜16的共振衰减，另外，空间101内的空气的流动被调整。由此，能够将振动膜16的位移收敛在恒定范围内。
根据第七变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<第八变形例>
使用图15以及图16，对本变形例的换能器1H的结构进行说明。图15是换能器1H的X方向上的剖视图。图16是换能器1H的膜支撑部27的区域31中的狭缝33的从空气的流入流出侧观察时的剖视图。本变形例的换能器1H与上述的图1以及图2所示的换能器1的不同点在于，代替基材19而使用不具有开口部的基材39这一点、以及使用具有狭缝33的膜支撑部27这一点。在本变形例中，与图1及图2所示的换能器1共通的点引用前述的说明，不同点则在以下进行说明。
在基材39中，除了关于图1的基材19的开口部19a的说明以外，其余与基材19相同。基材39具有与振动膜16对置的对置面39A。另外，基材39在对置面39A与膜支撑部27接触。
膜支撑部27可使用与膜支撑部17相同的材料。即，膜体25由振动膜16和膜支撑部27构成。因此，通过对膜体25的背面侧进行蚀刻，振动膜16与膜支撑部27一体形成。在本变形例中，对膜体25的背面侧进行蚀刻而形成成为空间101的槽部，之后，对槽部的内侧面的一部分进行蚀刻而形成狭缝33，从而形成膜支撑部27。即，分别在不同的工序中进行对膜体25的背面侧进行蚀刻而形成成为空间101的槽部的工序和对膜体25的背面侧进行蚀刻而形成狭缝33的工序，但不限于此，例如，也可以在对膜体25的背面侧进行蚀刻而形成成为空间101的槽部的同时形成狭缝33。此时，成为空间101的槽部的高度与狭缝33的高度相同。从工序数、成本的观点出发，优选使用一个光掩模同时形成成为空间101的槽部和狭缝33。
如图16所示，设置于膜支撑部27的狭缝33为梳齿状结构。若是这样的构造，则能够抑制异物(粉尘或者液体等)从外部进入内部的空间101。另外，狭缝33只要是能够抑制异物从外部进入内部的空间101的结构即可，也可以不是梳齿状构造，例如，也可以是格子状构造。从膜厚方向(Z方向)观察，优选狭缝33的位置与布线21和电极焊盘连接的绝缘膜22的开口部的位置不重叠。这是因为，在通过使用超声波的芯片接合将布线21与电极焊盘电连接的情况下，如果在布线21与电极焊盘的连接部位的下方作为空洞而存在狭缝33，则超声波不能良好地作用，导线球与焊盘的连接有可能变得困难。
狭缝33具有与上述的开口部19a相同的功能。具体而言，为了使振动膜16的位移收敛于恒定范围内，通过狭缝33保持空间101的压力，从而能够使振动膜16的位移收敛于恒定范围内。另外，也可以是具备具有开口部19a的基材19以及具有狭缝33的膜支撑部27双方的换能器。并且，也可以不在接触部件18设置开口部18a，而在接触部件18的侧面设置狭缝来代替开口部18a。
根据第八变形例，能够提供针对由驱动电压引起的振动膜的位移的精度更良好的换能器。
<电子设备>
对本实施方式中的电子设备进行说明。根据本实施例的电子设备包括扬声器单元和容纳扬声器单元的壳体。作为电子设备的一例，可列举耳机。图17A所示的耳机50具有耳塞51和壳体52。
图17B是从耳机50取下耳塞51后的图，是说明壳体52的形状的图。壳体52为有底筒状，具有筒部52a和与筒部52a相接的底部52b。在筒部52a的一部分和底部52b的一部分配置有扬声器单元。以下，对壳体52和扬声器单元的配置(扬声器单元的安装)进行说明。
(安装例)
如图18所示，扬声器单元(换能器1)是在基材19上设置有膜体15及接触部件18的结构。在换能器1(基材19、膜体15及接触部件18)的膜厚方向(图中的箭头所示的方向)上设置有通气口(具体而言，图18及图19所示的开口部18a及开口部19a)。
图19是在壳体52安装有换能器1的耳机的剖视图。基材19配置于筒部52a的一部分和底部52b的一部分，在基材19上设有膜体15和接触部件18。基材19具有开口部19a，接触部件18具有开口部18a。膜体15由振动膜16和膜支撑部17构成。底部52b经由换能器1而与筒部52a隔开，经由开口部18a及开口部19a而使底部52b的空间与壳体52的外部连通。本安装例中的换能器1例如能够使用图1及图2所示的第一实施方式的换能器1，底部52b的空间与壳体52的外部经由开口部18a、空间100、空间101及开口部19a而连通。
通过设为经由换能器1将筒部52a与底部52b隔开的结构，从而阻断筒部52a与底部52b之间的气流。由此，能够应用于在壳体52内搭载其他设备、电池等的空间，且能够使壳体52小型化。
(其他实施方式)
如上所述，对几个实施方式进行了记载，但构成公开的一部分的论述及附图是例示性的，不应理解为限定。根据本公开，本领域技术人员能够明确各种代替的实施方式、实施例以及运用技术。
例如，换能器除了发送声波以外，也可以应用于接收声波的用途。另外，换能器不限于声波，也可以应用于进行超声波的发送或接收的用途。
本发明涉及2021年6月18日申请的日本专利申请号2021-101437的主题，将其全部公开内容通过参照并入本说明书中。
符号说明
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H—换能器；10、40、60—压电元件；11、12—电极；13—压电膜；15、25—膜体；16—振动膜；16A、16B、19B、29A、49B、59B、69B—主面；17、27—膜支撑部；18、28—接触部件；18a、19a、28a、49a、69a—开口部；18A、28A—接触面；19、39、49、59、69—基材；19A、39A、49A、59A、69A—对置面；19C、49C—侧壁面；19D、28D、49D—开口面；20、22—绝缘膜；21—布线；29—开口部件；33—狭缝；49b—开口阀；50—耳机；51—耳塞；52—壳体；52a—筒部；52b—底部；59a—凹部；100、101—空间。

Claims (16)

1.一种换能器，其特征在于，具有：
膜支撑部；
振动膜，其与所述膜支撑部连结，且能够在膜厚方向上位移；
基材，其具有与所述振动膜对置的对置面；以及
所述振动膜上的第一压电元件，其具备一对电极以及被所述一对电极夹着的压电膜，
以将所述振动膜的位移收敛于恒定范围内的方式保持所述基材与所述振动膜之间的空间的压力。
2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，
在所述对置面中，贯通所述基材并且面向所述空间的所有开口部的开口面的第一总面积为所述振动膜中的与所述空间面对的主面的整个区域的第二总面积的5％以下。
3.根据权利要求1或2所述的换能器，其特征在于，
在所述对置面中，贯通所述基材并且面向所述空间的所有开口部的开口面的第一总面积为0.9mm2以下。
4.根据权利要求2或3所述的换能器，其特征在于，
所述基材具有所述开口部，
在与所述对置面相反的一侧的所述基材的主面还具有包围所述开口部的周围的开口部件。
5.根据权利要求4所述的换能器，其特征在于，
在所述对置面的法线方向上，
所述对置面与所述开口部件的主面的距离比将所述第一总面积以圆的面积换算时的所述圆的直径长，该主面是所述开口部件的与所述基材相接的主面的相反侧的主面。
6.根据权利要求4或5所述的换能器，其特征在于，
所述开口部件通过所述空间内的气压的变化而伸缩。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的换能器，其特征在于，
所述开口部件由树脂构成。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的换能器，其特征在于，
所述基材及所述开口部件一体形成。
9.根据权利要求2～8中任一项所述的换能器，其特征在于，
所述基材还具有与所述对置面的法线方向上的所述开口部的侧壁面连结的突起状的开口阀，
所述第一总面积能够利用所述开口阀而变化。
10.根据权利要求9所述的换能器，其特征在于，
在所述开口阀上还具有第二压电元件，
所述第二压电元件具有使所述开口阀变形而使所述第一总面积变化的功能。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的换能器，其特征在于，
在所述对置面的法线方向上，所述对置面的整个区域与所述振动膜重叠，
所述空间的容积是所述振动膜的投影面积的1.1倍与所述振动膜在所述膜厚方向上位移的位移量的1倍～100倍之积。
12.根据权利要求11所述的换能器，其特征在于，
所述空间的容积能够利用所述基材的位移而变化。
13.根据权利要求11或12所述的换能器，其特征在于，
在所述基材上且所述空间内还具有第三压电元件，
所述第三压电元件具有使所述基材变形而使所述空间的容积变化的功能。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的换能器，其特征在于，
所述基材通过所述空间内的气压的变化而伸缩。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的换能器，其特征在于，
所述基材由树脂构成。
16.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1～15中任一项所述的换能器。
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