DE112019006444T5

DE112019006444T5 - Piezoelektrischer wandler

Info

Publication number: DE112019006444T5
Application number: DE112019006444.4T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Ikeuchi; Yoichi Mochida; Fumiya KUROKAWA; Seiji Umezawa; Nobuyoshi ADACHI
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-09-02
Also published as: WO2020136994A1; CN113228708B; CN113228708A

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung ist jeder einer Mehrzahl von Trägerteilen (122) mit einer Außenumfangsseitenoberfläche (122a) eines plattenförmigen Teils (121) verbunden und erstreckt sich, um sich von dem plattenförmigen Teil (121) wegzubewegen. Die Mehrzahl von Trägerteilen (122) ist in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche (121s) in regelmäßigen Abschnitten aufgereiht. Ein proximaler Endteil (123) ist mit einem Endteil der gegenüberliegenden Seite von der Seite des plattenförmigen Teils (121) jedes der Mehrzahl von Trägerteilen (122) verbunden, wenn in der Oben-Unten-Richtung betrachtet, ist konzentrisch mit dem plattenförmigen Teil (121) angeordnet und weist eine Ringform auf. Bei Betrachtung in der Oben-Unten-Richtung weist die Mehrzahl von Trägerteilen (122) von der Seite des plattenförmigen Teils (121) zu der Seite des proximalen Endteils (123) jeweils dieselbe äußere Form zueinander auf, und zumindest ein Teil der äußeren Form ist gekrümmt. Aus der Mehrzahl von Trägerteilen (122) ist zwischen denjenigen Trägerteilen (122), die in der Umfangsrichtung benachbart zueinander sind, ein Schlitz (124) bereitgestellt, der sich entlang der Erstreckungsrichtung der Trägerteile (122) erstreckt, die sich auf beiden Seiten desselben befinden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Wandler.
Hintergrundtechnik
Beispiele für Dokumente im Stand der Technik, die eine Konfiguration eines piezoelektrischen Wandlers offenbaren, umfassen die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2016-536155 (Patentdokument 1), die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-22576 (Patentdokument 2) und die internationale Veröffentlichung Nr. 2013/042316 (Patentdokument 3).
Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen piezoelektrischen Wandler ist ein sich bewegendes Element mit einem mechanischen Träger über zumindest einen Biegeabschnitt verbunden, der auf zumindest ein piezoelektrisches Bauglied bezogen ist. Das piezoelektrische Bauglied agiert, wenn das piezoelektrische Bauglied sich ansprechend auf ein elektrisches Feld, das an das piezoelektrische Bauglied angelegt wird, verformt. Entsprechend wird der Biegeabschnitt, mit dem das piezoelektrische Bauglied verbunden ist, gebogen.
Der in Patentdokument 2 beschriebene piezoelektrische Wandler umfasst ein Substrat, einen piezoelektrischen dünnen Film, eine obere Elektrode und eine untere Elektrode. Das Substrat hat eine Aushöhlung. Der piezoelektrische dünne Film wird durch das Substrat getragen und umfasst einen bewegbaren Filmabschnitt, der der Aushöhlung gegenüberliegt. In dem bewegbaren Filmabschnitt sind Schlitze gebildet. Die Schlitze unterteilen eine Mehrzahl von freitragenden Armen und einen Gewichtsabschnitt in dem bewegbaren Filmabschnitt. Die Mehrzahl von freitragenden Armen ist so angeordnet, dass dieselben sich rotationsmäßig symmetrisch um eine vorbestimmte Symmetriemitte befinden. Der Gewichtsabschnitt ist mit den Endabschnitten der Mehrzahl von freitragenden Armen auf eine gemeinschaftlich verwendete Weise gekoppelt und weist den Schwerpunkt auf der Symmetriemitte auf. Die obere Elektrode ist auf einer Oberfläche des piezoelektrischen dünnen Films angeordnet. Die untere Elektrode ist auf der anderen Oberfläche des piezoelektrischen dünnen Films angeordnet.
Bei dem in Patentdokument 3 beschriebenen piezoelektrischen Wandler ist ein Schwingabschnitt mit einer Membran, einem piezoelektrischen Element, einer Mehrzahl von Trägern und einem Fixierabschnitt bereitgestellt. Das piezoelektrische Element ist auf zumindest einer oberen Oberfläche und/oder einer unteren Oberfläche der Membran gebildet. Die Mehrzahl von Trägern ist auf zumindest einem Teil eines Außenumfangs der Membran bereitgestellt. Der Fixierabschnitt ist auf Außenseitenabschnitten der Mehrzahl von Trägern bereitgestellt. Jeder der Mehrzahl von Trägern ist auf spiralförmige Weise schräg von der Membran zu dem Fixierabschnitt gebildet.
Referenzliste
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2016-536155
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-22576
Patentdokument 3: Internationale Veröffentlichung Nr. 2013/042316

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem piezoelektrischen Wandler, der in jedem von Patentdokument 1 und Patentdokument 2 beschrieben ist, sind fixierende Enden und freie Enden von Trägerabschnitten, die unter einer Mehrzahl von Trägerabschnitten zueinander benachbart sind, auf benachbarte Weise angeordnet. Dies vergrößert einen Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten, wenn der piezoelektrische Wandler angetrieben wird. Wenn der piezoelektrische Wandler eine Eingabe/Ausgabe durch Luftschwingung durchführt, tritt Luft durch Zwischenräume zwischen Trägerabschnitten aus. Somit verschlechtern sich Eingabe-/Ausgabecharakteristika des piezoelektrischen Wandlers aufgrund der Vergrößerung der Zwischenräume zwischen zueinander benachbarten Trägerabschnitten.
Bei dem in Patentdokument 3 beschriebenen piezoelektrischen Wandler gibt es zwischen zueinander benachbarten Trägerabschnitten unter einer Mehrzahl von Trägerabschnitten breitere Bereiche in den Zwischenräumen. Durch die breiteren Bereiche in den Zwischenräumen tritt folglich Luft aus, wenn der piezoelektrische Wandler eine Eingabe/Ausgabe durch Luftschwingung durchführt. Somit sind die Eingabe-/Ausgabecharakteristika des piezoelektrischen Wandlers verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung erfolgte in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, dessen Eingabe-/Ausgabecharakteristika verbessert sind, der eine Eingabe/Ausgabe durch Luftschwingung durchführt.
Lösung des Problems
Ein piezoelektrischer Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Basisabschnitt und einen Membranabschnitt. Der Membranabschnitt wird indirekt durch den Basisabschnitt getragen und ist oberhalb des Basisabschnitts positioniert. Der Membranabschnitt ist nicht mit dem Basisabschnitt überlappt. Der Membranabschnitt umfasst einen plattenähnlichen Abschnitt, eine Mehrzahl von Trägerabschnitten und einen Basisendabschnitt. Der plattenähnliche Abschnitt weist eine Außenumfangsseitenoberfläche auf, die sich bei Betrachtung in der vertikalen Richtung kreisförmig erstreckt. Jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten ist mit der Außenumfangsseitenoberfläche des plattenähnlichen Abschnitts verbunden und erstreckt sich von dem plattenähnlichen Abschnitt weg. Die Mehrzahl von Trägerabschnitten ist in einer Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche in regelmäßigen Abständen angeordnet. Der Basisendabschnitt ist mit einem Endabschnitt, der ein gegenüberliegender Endabschnitt zu einem Endabschnitt auf einer Seite des plattenähnlichen Abschnitts ist, jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten verbunden und weist eine Ringform auf, um konzentrisch mit dem plattenähnlichen Abschnitt positioniert zu sein, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Zumindest einer des plattenähnlichen Abschnitts und der Mehrzahl von Trägerabschnitten umfasst eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht, eine obere Elektrodenschicht und eine untere Elektrodenschicht. Die obere Elektrodenschicht ist auf einem oberen Seitenabschnitt der Piezoelektrischer-Körper-Schicht angeordnet. Die untere Elektrodenschicht ist so angeordnet, dass dieselbe zumindest einem Teil der oberen Elektrodenschicht mit der Piezoelektrischer-Körper-Schicht dazwischen angeordnet gegenüberliegt. Die Mehrzahl von Trägerabschnitten weist von der Seite des plattenähnlichen Abschnitts zu einer Seite des Basisendabschnitts eine identische äußere Form zueinander auf, und zumindest ein Teil der äußeren Form ist gekrümmt, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Ein Schlitz, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung von Trägerabschnitten erstreckt, die auf beiden Seiten des Schlitzes positioniert sind, ist zwischen den Trägerabschnitten gebildet, die in der Umfangsrichtung benachbart zueinander sind, unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Bei einem piezoelektrischen Wandler, der eine Eingabe/Ausgabe durch Luftschwingung durchführt, können Eingabe-/Ausgabecharakteristika verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Schnittansicht, die den piezoelektrischen Wandler von 1 bei Betrachtung in einer Pfeilrichtung der Linie II-II veranschaulicht.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ohne Darstellung eines Teils der Bauglieder veranschaulicht.
4 ist eine Schnittansicht, die den piezoelektrischen Wandler von 3 bei Betrachtung in einer Pfeilrichtung der Linie IV-IV veranschaulicht.
5 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die den piezoelektrischen Wandler gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine untere Elektrodenschicht, untere Verdrahtungsschichten und eine untere Elektrodenanschlussfläche auf einer oberen Oberfläche einer Isolierschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
7 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht auf oberen Oberflächen der unteren Elektrodenschicht, der unteren Verdrahtungsschicht, der unteren Elektrodenanschlussfläche und der Isolierschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine obere Elektrodenschicht, obere Verdrahtungsschichten und eine obere Elektrodenanschlussfläche auf einer oberen Oberfläche der Piezoelektrischer-Körper-Schicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
9 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Schlitze in jeder der Piezoelektrischer-Körper-Schicht und der Isolierschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
10 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Schlitze in der Tragschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
11 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein konkaver Abschnitt in einem unteren Basisabschnitt während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
12 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht.
13 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht.
14 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein piezoelektrischer Wandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird weiter unten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Komponenten, die identisch sind oder einander in den Zeichnungen entsprechen, erhalten dieselben Bezugszeichen und die Beschreibung derselben wird in der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels nicht wiederholt.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine Schnittansicht, die den piezoelektrischen Wandler von 1 bei Betrachtung in einer Pfeilrichtung der Linie II-II veranschaulicht. In 1 ist die Schnittlinie des Segments, das in der Pfeilrichtung der Linie II-II betrachtet wird, als eine Strich-Doppelter-Bindestrich-Linie gezeichnet.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, umfasst ein piezoelektrischer Wandler 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Basisabschnitt 110 und einen Membranabschnitt 120.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst der Basisabschnitt 110 einen unteren Basisabschnitt 111 und einen oberen Basisabschnitt 112. Der obere Basisabschnitt 112 ist auf dem unteren Basisabschnitt 111 laminiert. Ein konkaver Abschnitt 130 ist in dem unteren Basisabschnitt 111 gebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der untere Basisabschnitt 111 aus Si hergestellt. Der obere Basisabschnitt 112 ist aus SiO₂ hergestellt. 1 veranschaulicht hier weder den unteren Basisabschnitt 111 noch den oberen Basisabschnitt 112.
Wie in 2 veranschaulicht ist, ist der Membranabschnitt 120 oberhalb des Basisabschnitts 110 positioniert. Der Membranabschnitt 120 hat einen virtuellen Außenumfangsrand 120s.
Wie in 2 veranschaulicht ist, weist der Basisabschnitt 110 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung eine Innenumfangsseitenoberfläche 110s auf. Die Innenumfangsseitenoberfläche 110s des Basisabschnitts 110 ist direkt unter dem virtuellen Außenumfangsrand 120s des Membranabschnitts 120 positioniert. Daher ist der Membranabschnitt 120 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung nicht mit dem Basisabschnitt 110 überlappt.
Der Membranabschnitt 120 ist aus einem Mehrschichtkörper gebildet, der später beschrieben wird. Der Mehrschichtkörper ist von dem Membranabschnitt 120 auf der Außenumfangsseite erweitert, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Der Abschnitt des Mehrschichtkörpers, der erweitert ist, ist auf einer oberen Oberfläche des Basisabschnitts 110 angeordnet. Somit wird der Membranabschnitt 120 indirekt durch den Basisabschnitt 110 getragen.
Die Konfiguration des Membranabschnitts 120 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf Zeichnungen, die eine Darstellung eines Teils der Bauglieder, die den Mehrschichtkörper bilden, weglassen, ausführlich beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ohne Darstellung eines Teils der Bauglieder veranschaulicht. 4 ist eine Schnittansicht, die den piezoelektrischen Wandler von 3 bei Betrachtung in einer Pfeilrichtung der Linie IV-IV veranschaulicht. In 3 ist die Schnittlinie des Segments, das in der Pfeilrichtung der Linie IV-IV betrachtet wird, als eine Strich-Doppelter-Bindestrich-Linie gezeichnet.
Wie in 3 und 4 veranschaulicht ist, umfasst der Membranabschnitt 120 einen plattenähnlichen Abschnitt 121, eine Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 und einen Basisendabschnitt 123. Ferner weist der Membranabschnitt 120 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung eine äußere Form auf, die eine virtuelle Kreisform ist, wie in 3 veranschaulicht ist.
Der plattenähnliche Abschnitt 121 weist eine Außenumfangsseitenoberfläche 121s auf, die sich bei Betrachtung in der vertikalen Richtung kreisförmig erstreckt, wie in 3 veranschaulicht ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Außenumfangsseitenoberfläche 121s bei Betrachtung in der vertikalen Richtung ringförmig. Dabei muss sich die Außenumfangsseitenoberfläche 121s nicht streng ringförmig erstrecken, solange Verschiebungsbeträge der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 beim Antreiben im Wesentlichen äquivalent zueinander sind, wie später beschrieben wird. Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verschiebt sich der plattenähnliche Abschnitt 121 in der vertikalen Richtung, wenn der piezoelektrische Wandler 100 angetrieben wird. Ein Vorgang des piezoelektrischen Wandlers 100, wenn derselbe angetrieben wird, wird später beschrieben.
Jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 ist mit der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 verbunden und erstreckt sich von dem plattenähnlichen Abschnitt 121 weg. Die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 ist in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in regelmäßigen Abständen angeordnet.
Der Basisendabschnitt 123 ist mit einem Endabschnitt, der ein gegenüberliegender Endabschnitt zu dem auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 ist, jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 verbunden und ist bei Betrachtung in der vertikalen Richtung konzentrisch mit dem plattenähnlichen Abschnitt 121 positioniert. Der Basisendabschnitt 123 weist bei Betrachtung in der vertikalen Richtung eine Ringform auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Basisendabschnitt 123, wie in 4 veranschaulicht ist, bei Betrachtung in der vertikalen Richtung auf der Innenseite der Innenumfangsseitenoberfläche 110s positioniert.
Wie in 3 veranschaulicht ist, weist die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 von der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu der Seite des Basisendabschnitts 123 identische äußere Formen zueinander auf und zumindest ein Teil der äußeren Form ist gekrümmt, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 die identischen äußeren Formen zueinander auf, so dass die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 bezüglich einer Mitte O des plattenähnlichen Abschnitts 121 punktsymmetrisch sind. Hier müssen die äußeren Formen der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 nicht streng punktsymmetrisch zueinander sein, solange die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 beim Antreiben im Wesentlichen äquivalent zueinander verschoben wird, wie später beschrieben wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung mit einer konstanten Krümmung über die gesamte Länge von dem Endabschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu dem Endabschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts 123 gekrümmt. Ferner ist, wenn der piezoelektrische Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der oberen Seite betrachtet wird, jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 in einer Richtung konvex gekrümmt. Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 im Uhrzeigersinn gekrümmt, wenn von der Seite des Basisendabschnitts 123 betrachtet. Der Krümmungsaspekt der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht auf den oben beschriebenen Aspekt beschränkt. Modifikationen zum Ändern der äußeren Form der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 werden später beschrieben.
Ein Schlitz 124 ist zwischen Trägerabschnitten 122 gebildet, die in der Umfangsrichtung unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 zueinander benachbart sind. Der Schlitz 124 erstreckt sich entlang einer Erstreckungsrichtung der Trägerabschnitte 122, die auf beiden Seiten des Schlitzes 124 positioniert sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Schlitz 124 von der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu dem Basisendabschnitt 123. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Schlitz 124 unter Beibehaltung eines konstanten Abstands. Der Schlitz 124 muss hier nicht streng einen konstanten Abstand beibehalten, solange die Trägerabschnitte 122 beim Antreiben auf den beiden Seiten des Schlitzes 124 im Wesentlichen äquivalent zueinander verschoben werden, wie später beschrieben wird. Der Schlitz 124 ist mit einer konstanten Krümmung über die gesamte Länge von der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu dem Basisendabschnitt 123 gekrümmt.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die äußere Form jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 dahin gehend bestimmt, dass dieselbe eine Verschiebungsdifferenz in einer radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s zwischen Trägerabschnitten, die mit dem Schlitz 124 zwischen denselben angeordnet zueinander benachbart sind, nicht erhöht, wenn der piezoelektrische Wandler 100 angetrieben wird.
5 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht, die den piezoelektrischen Wandler gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht. Wie in 5 veranschaulicht ist, erstreckt sich jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 in einer Erstreckungsrichtung Ep an einem Abschnitt 122p, der in der radialen Richtung in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 angeordnet ist. Ferner erstreckt sich jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 in einer Erstreckungsrichtung Eq an einem Abschnitt 122q, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 befindet.
Bei Betrachtung in der vertikalen Richtung liegt eine Richtung jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 näher zu der radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 auf dem Abschnitt 122q, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 befindet, als auf dem Abschnitt 122p, der in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 in der radialen Richtung positioniert ist. Insbesondere ist ein Winkel, der durch eine virtuelle Gerade Rq und die Erstreckungsrichtung Eq an dem Abschnitt 122q gebildet wird, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 befindet, kleiner als ein Winkel, der durch eine virtuelle Gerade Rp und die Erstreckungsrichtung Ep an dem Abschnitt 122p gebildet wird, der in der radialen Richtung in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 positioniert ist. Die virtuelle Gerade Rq wird erhalten, indem der Abschnitt 122q, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 befindet, und die Mitte O des plattenähnlichen Abschnitts 121 miteinander verbunden werden, und erstreckt sich in der radialen Richtung. Die virtuelle Gerade Rp wird erhalten, indem der Abschnitt 122p, der in der radialen Richtung in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 positioniert ist, und die Mitte O des plattenähnlichen Abschnitts 121 miteinander verbunden werden, und erstreckt sich in der radialen Richtung.
Somit ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Richtung jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 näher zu der radialen Richtung auf dem Abschnitt 122q, der auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 liegt, als auf dem Abschnitt 122p, der 121 in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt in der radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 positioniert ist, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Der Mehrschichtkörper, der den plattenähnlichen Abschnitt 121 und jeden der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 bildet, wird nun beschrieben.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst zumindest einer des plattenähnlichen Abschnitts 121 und der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, eine obere Elektrodenschicht 102 und eine untere Elektrodenschicht 103. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der plattenähnliche Abschnitt 121 die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, die obere Elektrodenschicht 102 und die untere Elektrodenschicht 103.
Die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 ist bei Betrachtung in der vertikalen Richtung auf dem Gesamtteil des plattenähnlichen Abschnitts 121 angeordnet. Die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 kann aus einem polykristallinen Material oder einem einkristallinen Material hergestellt sein. Die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 ist aus einem piezoelektrischen Material aus piezoelektrischem Zirkonattitanat (PZT), aus Aluminiumnitrid (AIN), Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃) oder dergleichen hergestellt.
Wie in 2 veranschaulicht ist, ist die obere Elektrodenschicht 102 auf dem oberen Seitenabschnitt der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 angeordnet. Wie in 1 veranschaulicht ist, weist die obere Elektrodenschicht 102 eine kreisförmige äußere Form auf und ist konzentrisch mit dem plattenähnlichen Abschnitt 121 positioniert, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Die obere Elektrodenschicht 102 ist aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Pt hergestellt. Eine Enger-Kontakt-Schicht aus Ti oder dergleichen kann zwischen der oberen Elektrodenschicht 102 und der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 angeordnet sein.
Wie in 2 veranschaulicht ist, ist die untere Elektrodenschicht 103 so angeordnet, dass dieselbe zumindest einem Teil der oberen Elektrodenschicht 102 mit der dazwischen angeordneten Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 gegenüberliegt. Die untere Elektrodenschicht 103 weist eine kreisförmige äußere Form auf und ist konzentrisch mit dem plattenähnlichen Abschnitt 121 angeordnet, wie in 1 veranschaulicht ist. Der Radius der unteren Elektrodenschicht 103 kann länger als, kürzer als oder gleich dem Radius der oberen Elektrodenschicht 102 sein, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Die untere Elektrodenschicht 103 ist aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Pt hergestellt. Eine Enger-Kontakt-Schicht aus Ti oder dergleichen kann zwischen der unteren Elektrodenschicht 103 und der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 angeordnet sein.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst der plattenähnliche Abschnitt 121 ferner eine Isolierschicht 104 und eine Tragschicht 105. Die Isolierschicht 104 ist unterhalb der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 und der unteren Elektrodenschicht 103 angeordnet. Ein Material der Isolierschicht 104 ist nicht in besonderer Weise eingeschränkt, solange das Material Isoliereigenschaften aufweist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Isolierschicht 104 aus SiO₂ hergestellt.
Die Tragschicht 105 ist auf der untersten Seite in dem plattenähnlichen Abschnitt 121 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Tragschicht 105 aus Si hergestellt.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest ein oder mehrere Trägerabschnitte 122 unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 zumindest eine obere Verdrahtungsschicht 102x und/oder eine untere Verdrahtungsschicht 103x. Die obere Verdrahtungsschicht 102x ist von der oberen Elektrodenschicht 102 erweitert, und die untere Verdrahtungsschicht 103x ist von der unteren Elektrodenschicht 103 erweitert.
Wie in 1 veranschaulicht ist, sind bei der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 die oberen Verdrahtungsschichten 102x und die unteren Verdrahtungsschichten 103x jeweils so angeordnet, dass dieselben bezüglich der Mitte O punktsymmetrisch sind, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 unterscheiden sich ein Trägerabschnitt 122, der die obere Verdrahtungsschicht 102x umfasst, und ein Trägerabschnitt 122, der die untere Verdrahtungsschicht 103x umfasst, voneinander. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 die obere Verdrahtungsschicht 102x oder die untere Verdrahtungsschicht 103x. Die oberen Verdrahtungsschichten 102x und die unteren Verdrahtungsschichten 103x sind auf der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 so angeordnet, dass die oberen Verdrahtungsschichten 102x und die unteren Verdrahtungsschichten 103x sich in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 abwechseln, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Die obere Verdrahtungsschicht 102x erstreckt sich entlang des Trägerabschnitts 122. Wie in 1 und 3 veranschaulicht ist, ist die obere Verdrahtungsschicht 102x auf eine Weise so angeordnet, dass dieselbe sich im Vergleich zu dem Trägerabschnitt 122 bis zu der Seite des Basisendabschnitts 123 erstreckt.
Die obere Verdrahtungsschicht 102x, die sich entlang jedes von einem oder mehreren Trägerabschnitten 122 unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 erstreckt, ist mit einer oberen Verdrahtungsschicht 102y verbunden, die sich entlang der Umfangsrichtung des Basisabschnitts 123 auf der weiter außen gelegenen Seite des Basisabschnitts 123 erstreckt.
Die obere Verdrahtungsschicht 102y, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist mit einer oberen Elektrodenanschlussfläche 102z verbunden, die auf der in der Umfangsrichtung weiter außen gelegenen Seite als die obere Verdrahtungsschicht 102y angeordnet ist.
Die untere Verdrahtungsschicht 103x erstreckt sich entlang des Trägerabschnitts 122. Wie in 1 und 3 veranschaulicht ist, ist die untere Verdrahtungsschicht 103x auf eine Weise so angeordnet, dass dieselbe sich im Vergleich zu dem Trägerabschnitt 122 bis zu der Seite des Basisendabschnitts 123 erstreckt.
Die untere Verdrahtungsschicht 103x, die sich entlang jedes von einem oder mehreren Trägerabschnitten 122 unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 erstreckt, ist mit einer unteren Verdrahtungsschicht 103y verbunden, die sich entlang der Umfangsrichtung des Basisendabschnitts 123 auf der weiter außen gelegenen Seite des Basisendabschnitts 123 erstreckt.
Die untere Verdrahtungsschicht 103y, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist mit einer unteren Elektrodenanschlussfläche 103z verbunden, die auf der entfernteren Außenumfangsseite als die untere Verdrahtungsschicht 103y angeordnet ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die untere Elektrodenanschlussfläche 103z nicht an der Oberfläche freiliegend, kann jedoch an der Oberfläche freiliegend sein, um mit einer Au-ßenelektrode verbunden zu werden.
Wie in 2 und 4 veranschaulicht ist, umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 ferner die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, die Isolierschicht 104 und die Tragschicht 105. Abschnitte, die den Trägerabschnitt 122 in diesen Schichten bilden, setzen sich bis zu Abschnitten fort, die den plattenähnlichen Abschnitt 121 bilden.
In jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 ist die obere Verdrahtungsschicht 102x auf dem oberen Seitenabschnitt der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 angeordnet. Die untere Verdrahtungsschicht 103x ist auf dem unteren Seitenabschnitt der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 angeordnet. Bei der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 sind die oberen Verdrahtungsschichten 102x und die unteren Verdrahtungsschichten 103x so angeordnet, dass dieselben einander in der vertikalen Richtung nicht gegenüberliegen.
Wie in 1 bis 4 veranschaulicht ist, umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Basisendabschnitt 123 die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, die obere Verdrahtungsschicht 102x, die untere Verdrahtungsschicht 103x, die Isolierschicht 104 und die Tragschicht 105. Abschnitte, die den Basisendabschnitt 123 in diesen Schichten bilden, setzen sich bis zu den Abschnitten fort, die den Trägerabschnitt 122 bilden.
Wie in 1 bis 4 veranschaulicht ist, erstreckt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Mehrschichtkörper, der aus der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, der oberen Verdrahtungsschicht 102x, der unteren Verdrahtungsschicht 103x, der Isolierschicht 104 und der Tragschicht 105 gebildet ist, bis zu der entfernteren Außenumfangsseite als der Basisendabschnitt 123 und wird durch den Basisabschnitt 110 getragen.
Ein Vorgang beim Antreiben des piezoelektrischen Wandlers 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben. An dem Ausgang des piezoelektrischen Wandlers 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Spannung an jede der oberen Elektrodenanschlussfläche 102z und der unteren Elektrodenanschlussfläche 103z angelegt. Danach wird die Spannung an die obere Elektrodenschicht 102 und die untere Elektrodenschicht 103 jeweils über die obere Verdrahtungsschichten 102x und 102y und die unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y angelegt. Als Ergebnis wird die Spannung an die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 des plattenähnlichen Abschnitts angelegt, die zwischen der oberen Elektrodenschicht 102 und der unteren Elektrodenschicht 103 angeordnet ist. Dementsprechend führt der plattenähnliche Abschnitt 121, der die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 umfasst, die durch die obere Elektrodenschicht 102, die untere Elektrodenschicht 103 und die Isolierschicht 104 gehalten wird, eine Biegeschwingung in der vertikalen Richtung durch.
Wenn der plattenähnliche Abschnitt 121 sich auf diese Weise biegt, verformt sich die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122, die um den plattenähnlichen Abschnitt 121 angeordnet sind, ebenfalls in derselben Richtung, und der plattenähnliche Abschnitt 121 verschiebt sich wesentlich und schwingt in der vertikalen Richtung. Auf diese Weise wird der piezoelektrische Wandler 100 angetrieben.
Ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird weiter unten beschrieben.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine untere Elektrodenschicht, untere Verdrahtungsschichten und eine untere Elektrodenanschlussfläche während eines Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer oberen Oberfläche einer Isolierschicht gebildet werden. Wie in 6 veranschaulicht ist, werden die untere Elektrodenschicht 103, die unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y und die untere Elektrodenanschlussfläche 103z auf einer oberen Oberfläche der Isolierschicht 104 durch ein Lift-Off-Verfahren, ein Plattierungsverfahren, ein Ätzverfahren oder dergleichen gebildet. 6 veranschaulicht nicht die untere Elektrodenanschlussfläche 103z.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Mehrschichtkörper, der den unteren Basisabschnitt 111, den oberen Basisabschnitt 112 und die Tragschicht 105 umfasst, vorab als ein so genanntes Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat hergestellt. Die Isolierschicht 104 wird auf einer oberen Oberfläche der Tragschicht 105 in dem SOI-Substrat durch das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) oder dergleichen gebildet.
7 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht auf oberen Oberflächen der unteren Elektrodenschicht, der unteren Verdrahtungsschicht, der unteren Elektrodenanschlussfläche und der Isolierschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Wie in 7 veranschaulicht ist, wird die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 auf den oberen Oberflächen der unteren Elektrodenschicht 103, der unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y, der unteren Elektrodenanschlussfläche 103z und der Isolierschicht 104 durch das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) oder dergleichen gebildet. 7 veranschaulicht nicht die untere Elektrodenanschlussfläche 103z.
Hier können die untere Elektrodenschicht 103, die unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y, die untere Elektrodenanschlussfläche 103z, die Isolierschicht 104 und die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 über einen Prozess, der sich von dem oben beschriebenen Prozess unterscheidet, bei dem Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel laminiert werden.
Beim Laminieren dieser Schichten über einen Prozess, der sich von dem oben beschriebenen Prozess unterscheidet, wird jede der unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y und der unteren Elektrodenanschlussfläche 103z zunächst auf einem piezoelektrischen einkristallinen Substrat, das getrennt von dem SOI-Substrat hergestellt wird, durch das Lift-Off-Verfahren, das Plattierungsverfahren, das Ätzverfahren oder dergleichen laminiert. Die Isolierschicht 104 wird auf jeweiligen unteren Oberflächen des piezoelektrischen einkristallinen Substrats, der unteren Verdrahtungsschichten 103x und 103y und der unteren Elektrodenanschlussfläche 103z durch das CVD-Verfahren, das PVD-Verfahren oder dergleichen laminiert. Die untere Oberfläche der Isolierschicht 104 wird durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder dergleichen planarisiert und anschließend mit der oberen Oberfläche der Tragschicht 105 verbunden. Anschließend wird die Dicke des piezoelektrischen einkristallinen Substrats durch Schleifen der oberen Oberfläche des piezoelektrischen einkristallinen Substrats mittels CMP oder dergleichen an eine gewünschte Dicke angepasst. Auf diese Weise wird der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 gebildet.
8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem eine obere Elektrodenschicht, obere Verdrahtungsschichten und eine obere Elektrodenanschlussfläche auf einer oberen Oberfläche der Piezoelektrischer-Körper-Schicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Wie in 8 veranschaulicht ist, werden die obere Elektrodenschicht 102, die oberen Verdrahtungsschichten 102x und 102y und die obere Elektrodenanschlussfläche 102z auf der oberen Oberfläche der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 durch das Lift-Off-Verfahren, das Plattierungsverfahren, das Ätzverfahren oder dergleichen gebildet.
9 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Schlitze in jeder der Piezoelektrischer-Körper-Schicht und der Isolierschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Wie in 9 veranschaulicht ist, wird jede der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 und der Isolierschicht 104 durch das Lift-Off-Verfahren, das Ätzverfahren oder dergleichen strukturiert. Auf diese Weise werden die Schlitze 124 in jeder der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101 und der Isolierschicht 104 gebildet.
10 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Schlitze in der Tragschicht während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Wie in 10 veranschaulicht ist, wird jede Tragschicht 105 durch das Lift-Off-Verfahren, das Ätzverfahren oder dergleichen strukturiert. Auf diese Weise werden die Schlitze 124 in der Tragschicht 105 gebildet.
11 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein konkaver Abschnitt in einem unteren Basisabschnitt während des Verfahrens zum Herstellen des piezoelektrischen Wandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Wie in 11 veranschaulicht ist, wird der konkave Abschnitt 130 in dem unteren Basisabschnitt 111 gebildet, indem reaktives lonentiefätzen (deep reactive ion etching, deep RIE) von der unteren Oberflächenseite des unteren Basisabschnitts 111 auf den unteren Basisabschnitt 111 angewendet wird.
Das reaktive Ionenätzen wird ferner von der unteren Oberfläche des oberen Basisabschnitts 112 auf den oberen Basisabschnitt 112 angewendet, wodurch der konkave Abschnitt 130 in dem oberen Basisabschnitt 112 gebildet wird. Durch den oben beschriebenen Prozess wird der Membranabschnitt 120 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gebildet, und der in 2 veranschaulichte piezoelektrische Wandler 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird hergestellt.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in regelmäßigen Abständen angeordnet, wie oben beschrieben ist. Ferner weist die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 von der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu der Seite des Basisendabschnitts 123 die identischen äußeren Formen zueinander um die Mitte O des plattenähnlichen Abschnitts 121 auf und zumindest ein Teil der äußeren Form ist gekrümmt, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Der Schlitz 124 ist zwischen Trägerabschnitten 122, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 gebildet. Der Schlitz 124 erstreckt sich entlang der Erstreckungsrichtung der Trägerabschnitte 122, die auf beiden Seiten des Schlitzes 124 positioniert sind.
Dementsprechend sind Verschiebungsbeträge der Trägerabschnitte 122, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 im Wesentlichen äquivalent zueinander, wenn der piezoelektrische Wandler 100 angetrieben wird. Das heißt, ein Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten 122 ist bei Betrachtung aus der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 nicht vergrößert. Dies unterdrückt ein Austreten von Luft aus einem Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten 122 beim Antreiben des piezoelektrischen Wandlers 100, wodurch Eingabe-/Ausgabecharakteristika des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden können.
Ferner erstreckt sich der Schlitz 124 zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten 122 entlang der Erstreckungsrichtung der Trägerabschnitte 122, die auf beiden Seiten des Schlitzes 124 positioniert. Dies kann das Erzeugen eines großen Zwischenraumteils in einem Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten 122 unterdrücken, wodurch ein Austreten von Luft aus dem Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Trägerabschnitten 122 unterdrückt werden kann.
Somit können bei dem piezoelektrischen Wandler 100, der eine Eingabe/Ausgabe durch Luftschwingung durchführt, die Eingabe-/Ausgabecharakteristika des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der plattenähnliche Abschnitt 121 die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 101, die obere Elektrodenschicht 102 und die untere Elektrodenschicht 103. Zumindest ein oder mehrere Trägerabschnitte 122 unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 umfassen zumindest die obere Verdrahtungsschicht 102x und/oder die untere Verdrahtungsschicht 103x. Die obere Verdrahtungsschicht 102x ist von der oberen Elektrodenschicht 102 erweitert, und die untere Verdrahtungsschicht 103x ist von der unteren Elektrodenschicht 103 erweitert.
Dementsprechend kann ein Antreiben nur durchgeführt werden, indem eine Elektrode auf dem plattenähnlichen Abschnitt 121 angeordnet wird, ohne eine Elektrode auf jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 anzuordnen. Somit kann der elektromechanische Umwandlungswirkungsgrad des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die oberen Verdrahtungsschichten 102x und die unteren Verdrahtungsschichten 103x jeweils so angeordnet, dass dieselben bezüglich der Mitte O punktsymmetrisch sind, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Dementsprechend wird die Symmetrie des Membranabschnitts 120 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung verbessert, wodurch verhindert werden kann, dass sich beim Antreiben des piezoelektrischen Wandlers 100 ein Verschiebungsbetrag in einem Teil des plattenähnlichen Abschnitts 121 von anderen Teilen unterscheidet. Die Schwingungssymmetrie des plattenähnlichen Abschnitts 121 kann so beibehalten werden, und folglich kann der elektromechanische Umwandlungswirkungsgrad des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheiden sich der Trägerabschnitt 122, der die obere Verdrahtungsschicht 102x umfasst, und der Trägerabschnitt 122, der die unteren Verdrahtungsschicht 103x umfasst, unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 voneinander.
Dementsprechend wird an die Piezoelektrischer-Körper-Schicht in den Trägerabschnitten 122 keine Spannung angelegt, wodurch die Erzeugung einer unerwünschten parasitären Kapazität in den Trägerabschnitten 122 unterdrückt werden kann.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Basisabschnitt 110 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung die Innenumfangsseitenoberfläche 110s auf. Der Basisendabschnitt 123 ist bei Betrachtung in der vertikalen Richtung auf der Innenseite der Innenumfangsseitenoberfläche 110s positioniert.
Dementsprechend kann, auch falls ein Ausrichtungsfehler auftritt, wenn der konkave Abschnitt 130 in dem Basisabschnitt 110 gebildet wird, die Länge jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 beibehalten werden. Die Schwingungssymmetrie des plattenähnlichen Abschnitts 121 kann so beibehalten bleiben, und folglich kann der elektromechanische Umwandlungswirkungsgrad des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Richtung jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 näher zu der radialen Richtung auf dem Abschnitt 122q, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 befindet, als auf dem Abschnitt 122p, der in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 in der radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 positioniert ist, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Dies kann die Vergrößerung eines Zwischenraums zwischen den Abschnitten 122q, die auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 liegen, der Trägerabschnitte 122, die in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche zueinander benachbart sind, unterdrücken. Der Abschnitt 122q ist weiter von dem Basisendabschnitt 123 entfernt, und der Verschiebungsbetrag desselben ist größer. Dementsprechend kann beim Antreiben eine Vergrößerung des Zwischenraums zwischen den Trägerabschnitten 122, die in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche zueinander benachbart sind, in einer Zone von dem Abschnitt, der in der Mitte zwischen dem Basisendabschnitt 123 und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 in der radialen Richtung positioniert ist, bis zu dem plattenähnlichen Abschnitt 121 unterdrückt werden. Folglich können die Eingabe-/Ausgabecharakteristika des piezoelektrischen Wandlers 100 verbessert werden.
Bei dem piezoelektrischen Wandler 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die äußere Form jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 bei Betrachtung in der vertikalen Richtung nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt. Modifikationen der äußeren Form jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122 werden weiter unten beschrieben.
12 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht. Wie in 12 veranschaulicht ist, ist bei einem piezoelektrischen Wandler 100a gemäß der ersten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung jeder einer Mehrzahl von Trägerabschnitten 122a in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 in der anderen Richtung konvex gekrümmt, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Das heißt, bei der vorliegenden Modifikation ist jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122a gegen den Uhrzeigersinn gekrümmt, wenn von der Seite des Basisendabschnitts 123 betrachtet.
13 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht. Wie in 13 veranschaulicht ist, umfasst ein piezoelektrischer Wandler 100b gemäß der zweiten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b, bei denen ein Abschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in der anderen Richtung konvex gekrümmt ist und ein Abschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts 123 in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in einer Richtung konvex gekrümmt ist, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet. Das heißt, bei der vorliegenden Modifikation ist, wenn von der Seite des Basisendabschnitts 123 betrachtet, jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b auf seinem Endabschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts 123 im Uhrzeigersinn gekrümmt und auf seinem Endabschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 gegen den Uhrzeigersinn gekrümmt.
Diese Konfiguration der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b kann die Beanspruchung reduzieren, die auf einem Verbindungsabschnitt zwischen jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 und auf einem Verbindungsabschnitt zwischen jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b und dem Basisendabschnitt 123 konzentriert ist, wodurch die Haltbarkeit der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b verbessert werden kann.
14 ist eine Draufsicht, die einen piezoelektrischen Wandler gemäß einer dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von einer oberen Seite veranschaulicht. Wie in 14 veranschaulicht ist, umfasst ein piezoelektrischer Wandler 100c gemäß der dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Trägerabschnitten 122c, bei denen ein Abschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 in der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in der anderen Richtung konvex gekrümmt ist und ein Abschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts 123 in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s in einer Richtung konvex gekrümmt ist. Das heißt, bei der vorliegenden Modifikation ist, wenn von der Seite des Basisendabschnitts 123 betrachtet, jeder der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122c an seinem Endabschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts 123 im Uhrzeigersinn gekrümmt und an seinem Endabschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 gegen den Uhrzeigersinn gekrümmt.
Ein Krümmungsradius auf einem gekrümmten Abschnitt jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122c gemäß der dritten Modifikation ist kleiner als ein Krümmungsradius auf einem gekrümmten Abschnitt jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122b gemäß der zweiten Modifikation. Folglich sind bei jedem der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122c gemäß der dritten Modifikation ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Trägerabschnitt 122c und dem plattenähnlichen Abschnitt 121 und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Trägerabschnitt 122c und dem Basisendabschnitt 123 in der radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche 121s des plattenähnlichen Abschnitts 121 ausgerichtet. Dementsprechend kann die Schwingungssymmetrie des plattenähnlichen Abschnitts 121 beim Antreiben des piezoelektrischen Wandlers 100c beibehalten werden. Folglich kann der elektromechanische Umwandlungswirkungsgrad des piezoelektrischen Wandlers 100c verbessert werden.
Bei jedem der piezoelektrischen Wandler 100a bis 100c gemäß der ersten, zweiten und dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl von Trägerabschnitten 122a bis 122c von der Seite des plattenähnlichen Abschnitts 121 zu der Seite des Basisendabschnitts 123 jeweils die identischen äußeren Formen zueinander auf, und zumindest ein Teil der äußeren Form ist wie oben beschrieben gekrümmt. Der Schlitz 124 ist zwischen Trägerabschnitten 122a, zwischen Trägerabschnitten 122b und zwischen Trägerabschnitten 122c gebildet, die jeweils in der Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten 122a bis 122c jeweilig benachbart zueinander sind. Der Schlitz 124 erstreckt sich in der Erstreckungsrichtung der Trägerabschnitte 122a, Trägerabschnitte 122b und Trägerabschnitte 122c, die jeweils auf beiden Seiten des Schlitzes 124 positioniert sind. Dementsprechend sind die Eingabe-/Ausgabecharakteristika bei einem der piezoelektrischen Wandler 100a bis 100c gemäß der ersten, zweiten und dritten Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verbessert.
Es wird darauf hingewiesen, dass das in dieser Spezifikation offenbarte Ausführungsbeispiel an allen Stellen ein Beispiel darstellt und nicht einschränkend ist. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung beschrieben, und es ist beabsichtigt, dass Bedeutungen, die den Ansprüchen entsprechen, und alle Änderungen im Schutzumfang beinhaltet sind.
Bezugszeichenliste

100, 100a, 100b, 100c: piezoelektrischer Wandler
101: Piezoelektrischer-Körper-Schicht
102: obere Elektrodenschicht
102x, 102y: obere Verdrahtungsschicht
102z: obere Elektrodenanschlussfläche
103: untere Elektrodenschicht
103x, 103y: untere Verdrahtungsschicht
103z: untere Elektrodenanschlussfläche
104: Isolierschicht
105: Tragschicht
110: Basisabschnitt
110s: Innenumfangsseitenoberfläche
111: unterer Basisabschnitt
112: oberer Basisabschnitt
120: Membranabschnitt
120s: virtueller Außenumfangsrand
121: plattenähnlicher Abschnitt
121s: Außenumfangsseitenoberfläche
122, 122a, 122b, 122c: Trägerabschnitt
122p: Abschnitt auf der Seite des Basisendabschnitts
122q: Abschnitt auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts
123: Basisendabschnitt
124: Schlitz
130: konkaver Abschnitt
Ep, Eq: Erstreckungsrichtung
O: Mitte
Rp, Rq: virtuelle Gerade

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016536155 [0002, 0005]
JP 201722576 [0002, 0005]
WO 2013/042316 [0002]

Claims

Ein piezoelektrischer Wandler, der folgende Merkmale aufweist: einen Basisabschnitt; und einen Membranabschnitt, der indirekt durch den Basisabschnitt getragen wird und oberhalb des Basisabschnitts positioniert ist, wobei der Membranabschnitt nicht mit dem Basisabschnitt überlappt ist und Folgendes umfasst: einen plattenähnlichen Abschnitt, der eine Außenumfangsseitenoberfläche aufweist, die sich bei Betrachtung in einer vertikalen Richtung kreisförmig erstreckt, eine Mehrzahl von Trägerabschnitten, die mit der Außenumfangsseitenoberfläche des plattenähnlichen Abschnitts verbunden sind, sich von dem plattenähnlichen Abschnitt weg erstrecken und in einer Umfangsrichtung der Außenumfangsseitenoberfläche in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, und einen Basisendabschnitt, der mit einem Endabschnitt, wobei der Endabschnitt ein gegenüberliegender Endabschnitt zu einem Endabschnitt auf einer Seite des plattenähnlichen Abschnitts ist, jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten verbunden ist und eine Ringform aufweist, um konzentrisch mit dem plattenähnlichen Abschnitt positioniert zu sein, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet, zumindest einer des plattenähnlichen Abschnitts und der Mehrzahl von Trägerabschnitten eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht, eine obere Elektrodenschicht, wobei die obere Elektrodenschicht auf einem oberen Seitenabschnitt der Piezoelektrischer-Körper-Schicht angeordnet ist, und eine untere Elektrodenschicht umfasst, wobei die untere Elektrodenschicht so angeordnet ist, dass dieselbe zumindest einem Teil der oberen Elektrodenschicht mit der Piezoelektrischer-Körper-Schicht dazwischen angeordnet gegenüberliegt, die Mehrzahl von Trägerabschnitten von der Seite des plattenähnlichen Abschnitts zu einer Seite des Basisendabschnitts eine identische äußere Form zueinander aufweist und zumindest ein Teil der äußeren Form gekrümmt ist und ein Schlitz, wobei der Schlitz sich entlang einer Erstreckungsrichtung von Trägerabschnitten erstreckt, die auf beiden Seiten des Schlitzes positioniert sind, zwischen den Trägerabschnitten gebildet ist, wobei die Trägerabschnitte in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten.
Der piezoelektrische Wandler gemäß Anspruch 1, wobei der plattenähnliche Abschnitt die Piezoelektrischer-Körper-Schicht, die obere Elektrodenschicht und die untere Elektrodenschicht umfasst und zumindest ein oder mehrere Trägerabschnitte unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten zumindest eine einer oberen Verdrahtungsschicht, wobei die obere Verdrahtungsschicht sich von der oberen Elektrodenschicht erstreckt, und einer unteren Verdrahtungsschicht umfasst, wobei die untere Verdrahtungsschicht sich von der unteren Elektrodenschicht erstreckt.
Der piezoelektrische Wandler gemäß Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von oberen Verdrahtungsschichten und eine Mehrzahl von unteren Verdrahtungsschichten bereitgestellt sind und die oberen Verdrahtungsschichten und die unteren Verdrahtungsschichten jeweils so angeordnet sind, dass dieselben bezüglich einer Mitte des plattenähnlichen Abschnitts punktsymmetrisch sind, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.
Der piezoelektrische Wandler gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei ein Trägerabschnitt, der die obere Verdrahtungsschicht umfasst, und ein Trägerabschnitt, der die untere Verdrahtungsschicht umfasst, sich unter der Mehrzahl von Trägerabschnitten voneinander unterscheiden.
Der piezoelektrische Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Basisabschnitt bei Betrachtung in der vertikalen Richtung eine Innenumfangsseitenoberfläche aufweist und der Basisendabschnitt bei Betrachtung in der vertikalen Richtung auf einer Innenseite der Innenumfangsseitenoberfläche positioniert ist.
Der piezoelektrische Wandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Richtung jedes der Mehrzahl von Trägerabschnitten näher zu einer radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche des plattenähnlichen Abschnitts auf einem Abschnitt liegt, der sich auf der Seite des plattenähnlichen Abschnitts befindet, als auf einem Abschnitt, der in einer Mitte zwischen dem Basisendabschnitt und dem plattenähnlichen Abschnitt in der radialen Richtung der Außenumfangsseitenoberfläche positioniert ist, wenn in der vertikalen Richtung betrachtet.