DE112020003726T5

DE112020003726T5 - Piezoelektrisches Element

Info

Publication number: DE112020003726T5
Application number: DE112020003726.6T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki KUCHIJI; Naoki Masumoto; Hideo Yamada; Akihiko Teshigahara; Atsushi Mizutani
Original assignee: Denso Corp; Nisshinbo Micro Devices Inc
Current assignee: Denso Corp; Nisshinbo Micro Devices Inc
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-04-21
Also published as: CN114207854A; TWI792029B; KR20220043126A; US11770657B2; US20220279285A1; WO2021024865A1; TW202114257A; JPWO2021024865A1

Abstract

Ein piezoelektrisches Element 10 umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil 12, einen Stützteil 18 sowie eine dehnbare Schicht 22. Der piezoelektrische Elemententeil 12 umfasst eine piezoelektrische Schicht 14 sowie Elektroden 16, zwischen denen die piezoelektrische Schicht 14 in einer Dickenrichtung Z angeordnet ist. Der Stützteil 18 stützt einen Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12. Die dehnbare Schicht 22 ist in einem Oszillationsbereich E2 vorgesehen, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet ist. Die dehnbare Schicht 22 hat auch eine höhere Elastizität als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils 12.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Element.
Hintergrund
Es ist ein piezoelektrisches Element bekannt, das eine Verziehung einer piezoelektrischen Schicht, die zwischen Elektrodenschichten angeordnet ist, als eine Spannungsänderung aufnimmt. Auch ist eine Struktur offenbart, bei der Schlitze in einer piezoelektrischen Schicht ausgebildet sind, um eine Restspannung der piezoelektrischen Schicht zu reduzieren, deren Umfangsabschnitt durch eine Stützplatte oder dergleichen fixiert ist.
Jedoch kann der Rauschabstand (englisch: S/N ratio) bei einigen herkömmlichen Technologien sinken.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanisches Patent Nr. 5707323
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts des Vorstehenden und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein piezoelektrisches Element bereitzustellen, das imstande ist, ein Sinken des Rauschabstands zu verhindern.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Ein piezoelektrisches Element gemäß einer Ausführungsform umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil, einen Stützteil sowie eine dehnbare Schicht. Der piezoelektrische Elemententeil umfasst eine piezoelektrische Schicht sowie Elektroden, wobei die piezoelektrische Schicht zwischen den Elektroden in einer Dickenrichtung angeordnet ist. Der Stützteil stützt einen Umfangsabschnitt des piezoelektrischen Elemententeils. Die dehnbare Schicht ist in einem Oszillationsbereich vorgesehen, die innerhalb des Umfangsabschnitts des piezoelektrischen Elemententeils angeordnet ist, wobei die dehnbare Schicht eine höhere Elastizität hat als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Rauschabstand daran gehindert werden, zu sinken.
Figurenliste

1A ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.
1B ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements.
1C ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des piezoelektrischen Elements zeigt.
1D ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel des piezoelektrischen Elements zeigt.
1E ist eine schematische Ansicht, die ein noch anderes Beispiel des piezoelektrischen Elements zeigt.
1F ist eine schematische Ansicht, die ein noch anderes Beispiel des piezoelektrischen Elements zeigt.
1G ist eine schematische Ansicht, die ein noch anderes Beispiel des piezoelektrischen Elements zeigt.
1H ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.
1I ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements.
1J ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Öffnungsdurchmessers eines Durchgangslochs zu dem Durchmesser eines Oszillationsbereichs und der Empfangsempfindlichkeit eines piezoelektrischen Elemententeils zeigt.
2A ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.
2B ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements.
2C ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.
3A ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.
3B ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements.
4 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements.

Genaue Beschreibung
Ausführungsformen werden nachstehend im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgenden Ausführungsformen und Abwandlungen werden Teilen, die dieselben Strukturen und Funktionen haben, dieselben Bezugszeichen gegeben und ihre genauen Beschreibungen können ausgelassen werden.
(Erste Ausführungsform)
1A ist ein Beispiel einer Draufsicht eines piezoelektrischen Elements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 1B ist eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Elements 10 entlang einer Linie A-A', die in 1A gezeigt ist.
Das piezoelektrische Element 10 umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil 12, einen Stützteil 18 sowie eine dehnbare Schicht 22.
Der piezoelektrische Elemententeil 12 hat eine piezoelektrischen Schicht 14 sowie Elektroden 16, zwischen denen die piezoelektrische Schicht 14 in einer Dickenrichtung (Richtung eines Pfeils Z) angeordnet ist.
Die piezoelektrische Schicht 14 ist eine Schicht, die einen elektromechanischen Effekt hat. Die piezoelektrische Schicht 14 ist aus öffentlich bekannten piezoelektrischen Werkstoffen gefertigt. Die Elektroden 16 sind so angeordnet, dass die piezoelektrische Schicht 14 in der Dickenrichtung (Richtung des Pfeils Z) der piezoelektrischen Schicht 14 dazwischen angeordnet ist.
Die Dickenrichtung der piezoelektrischen Schicht 14 kann nachstehend als eine Dickenrichtung Z zum Zwecke der Beschreibung bezeichnet werden. Das heißt, die Dickenrichtung Z entspricht der Dickenrichtung der piezoelektrischen Schicht 14. Richtungen, die senkrecht zu der Dickenrichtung Z sind, werden als eine X-Richtung sowie eine Y-Richtung zum Zwecke der Beschreibung bezeichnet. Eine zweidimensionale Ebene (XY-Ebene), die senkrecht zu der Dickenrichtung Z ist, wird als eine Schnittrichtung der Dickenrichtung Z zum Zwecke der Beschreibung bezeichnet.
Der piezoelektrische Elemententeil 12 kann ein geschichtetes Erzeugnis sein, in dem eine Vielzahl der piezoelektrischen Schichten 14 in der Dickenrichtung Z geschichtet ist. In diesem Fall kann, wie in 1B gezeigt ist, die Struktur so sein, dass jede der piezoelektrischen Schichten 14, die das geschichtete Erzeugnis darstellen, zwischen den Elektroden 16 in der Dickenrichtung Z angeordnet ist. Das heißt, der piezoelektrische Elemententeil 12 kann eine bimorphe Struktur haben.
Der Stützteil 18 stützt einen Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12. Der Stützteil 18 ist gefertigt, in dem ein Loch 19 in einer plattenförmigen Stützplatte ausgebildet wird, wobei beispielsweise das Loch 19 die Stützplatte in der Dickenrichtung Z durchdringt. Die Stirnfläche des Stützteils 18 in der Dickenrichtung Z ist mit dem Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 in Kontakt angeordnet, wodurch der Stützteil 18 den Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 stützt.
Der Umfangsabschnitt E1 ist durch den Stützteil 18 gestützt, was es einem Oszillationsbereich E2, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 in dem piezoelektrischen Elemententeil 12 angeordnet ist, ermöglicht, zu oszillieren. Der Oszillationsbereich E2, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 angeordnet ist, ist ein Bereich, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 auf der zweidimensionalen Ebene entlang der Schnittrichtung angeordnet ist, die die Dickenrichtung Z des piezoelektrischen Elemententeils 12 schneidet. Anders gesagt, der Oszillationsbereich E2 ist ein Bereich, der das Loch 19 in einer Draufsicht überlappt, wenn der piezoelektrische Elemententeil 12 aus der Richtung entlang der Dickenrichtung Z betrachtet wird. Dementsprechend ist der Oszillationsbereich E2 imstande, zu oszillieren, ohne durch den Stützteil 18 in dem piezoelektrischen Elemententeil 12 gehindert zu werden.
Derweil ist der Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 ein Bereich, der durch den Stützteil 18 fixiert ist, um nicht imstande zu sein, zu oszillieren. Nachstehend wird eine Draufsicht, wenn das piezoelektrische Element 10 aus der Richtung entlang der Dickenrichtung Z des piezoelektrischen Elemententeils 12 betrachtet wird, einfach als eine Draufsicht zum Zwecke der Beschreibung bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Oszillationsbereich E2 in der Draufsicht kreisförmig ist. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird der Stützteil 18 unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Stützteil 18 ein kreisförmiges, rahmenförmiges Element ist, das das kreisförmige Loch 19 in der Draufsicht hat. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform der Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Umfangsabschnitt E1 ein kreisförmiger, rahmenförmiger Bereich in der Draufsicht ist. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Oszillationsbereich E2 ein kreisförmiger Bereich in der Draufsicht ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der piezoelektrische Elemententeil 12 mit einem Schlitz 20 versehen.
Der Schlitz 20 ist in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen. Der Schlitz 20 durchdringt den Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 in der Dickenrichtung Z.
Wie in 1A gezeigt ist, verläuft beispielsweise der Schlitz 20 durch eine Mitte C des Kreises in dem kreisförmigen Oszillationsbereich E2 in der Draufsicht und ist auch entlang einer geraden Linie ausgebildet, die zwei Punkte auf dem Umfang verbindet.
Der Schlitz 20 kann irgendein Durchgangsloch sein, das mindestens in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 ausgebildet ist, und wobei die Position, die Form, der Ausbildungsbereich und die Anzahl des Schlitzes 20 nicht beschränkt sind.
Die Erstreckungsrichtung des Schlitzes 20 ist ebenfalls nicht beschränkt. Beispielsweise kann sich der Schlitz 20 in einer Richtung von dem Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 in Richtung des Oszillationsbereichs E2 erstrecken. Der Schlitz 20 erstreckt sich vorzugsweise in dem piezoelektrischen Elemententeil 12 von der Grenze des Oszillationsbereichs E2 mit dem Umfangsabschnitt E1 in Richtung der Mitte C des Oszillationsbereichs E2.
Beispielsweise kann, wie in 1A gezeigt ist, der Schlitz 20 aus einer Vielzahl von ersten Schlitzen 20A und einem Durchgangsloch 20B gefertigt sein.
Die ersten Schlitze 20A sind die Schlitze 20, die sich an der Grenze zwischen dem Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 und dem Oszillationsbereich E2 von ersten Punkten P1, die entlang einer Umfangsrichtung (siehe einen Pfeil R) des Umfangsabschnitts E1 gleichmäßig beabstandet sind, in Richtung der Mitte C erstrecken. Die Umfangsrichtung des Umfangsabschnitts E1 bezieht sich auf die Richtung entlang der Erstreckungsrichtung des Umfangsabschnitts E1 in der Draufsicht (siehe den Pfeil R). Die Mitte C bezieht sich auf die Mitte der Schnittrichtung (XY-Richtung), die die Dickenrichtung Z in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 schneidet. Der Abstand zwischen den ersten Punkten P1, die in der Umfangsrichtung benachbart zueinander sind, kann gleichmäßig oder voneinander verschieden sein. Jedoch ist der Abstand zwischen den ersten Punkten P1 vorzugsweise gleichmäßig.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Breite L des ersten Schlitzes 20A unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem die Breite L entlang der Erstreckungsrichtung (siehe eine Richtung eines Pfeils W) des ersten Schlitzes 20A einheitlich ist. Die Breite L des ersten Schlitzes 20A zeigt den Abstand einer Richtung an, die senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (der Richtung des Pfeils W) in der Draufsicht in dem ersten Schlitz 20A ist. Anders gesagt, die Breite L des ersten Schlitzes 20A ist die Länge des Spalts zwischen Seitenflächen des Oszillationsbereichs E2, die benachbart zueinander sind, über den ersten Schlitz 20A hinweg, wobei der Oszillationsbereich E2 durch die ersten Schlitze 20A geteilt ist. Die Erstreckungsrichtung des ersten Schlitzes 20A kann nachstehend als eine Erstreckungsrichtung W beschrieben sein.
Das Durchgangsloch 20B ist in der Mitte C des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen und ist mit jedem der ersten Schlitze 20A durchgehend, die sich von dem Umfangsabschnitt E1 in Richtung der Mitte C erstrecken.
Die dehnbare Schicht 22 wird als Nächstes beschrieben.
Die dehnbare Schicht 22 ist eine Schicht, die eine Elastizität hat. Die dehnbare Schicht 22, die eine Elastizität hat, bedeutet, dass die Elastizität der dehnbaren Schicht 22 größer ist als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils 12. Anders gesagt, die dehnbare Schicht 22, die eine Elastizität hat, bedeutet, dass die dehnbare Schicht 22 einen geringeren Youngschen Modul hat als es der piezoelektrische Elemententeil 12 hat, oder, dass sich die dehnbare Schicht 22 einfacher biegt als es der piezoelektrische Elemententeil 12 tut.
Die dehnbare Schicht 22 ist in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet ist. Die dehnbare Schicht 22 kann einen Teil des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 darstellen. Die dehnbare Schicht 22 kann auch auf dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen sein.
In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 auf dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen ist, muss die dehnbare Schicht 22 lediglich in dem Oszillationsbereich E2, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 angeordnet ist, auf mindestens einer Stirnfläche des piezoelektrischen Elemententeils 12 in der Dickenrichtung Z vorgesehen sein.
1B zeigt mittels Beispiels einen Modus, in dem die dehnbare Schicht 22 auf einer Seite, die dem Stützteil 18 entgegengesetzt ist, in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen ist. Jedoch kann die dehnbare Schicht 22 auf der Stirnfläche auf der Seite des Stützteils 18 (d.h., in dem Loch 19) in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen sein.
1C ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10A zeigt. Das piezoelektrische Element 10A ist ein Beispiel des piezoelektrischen Elements 10. Wie in 1C gezeigt ist, kann in dem piezoelektrischen Element 10A die dehnbare Schicht 22 auf der Stirnfläche auf der Seite des Stützteils 18 (d.h., in dem Loch 19) in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet sein. Das piezoelektrische Element 10A hat dieselbe Struktur, wie sie das piezoelektrische Element 10 hat, außer dass die Position der dehnbaren Schicht 22 anders ist. Die dehnbare Schicht 22 kann auf jeder Stirnfläche in der Dickenrichtung Z in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen sein.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die dehnbare Schicht 22 einen Teil des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elements 12 darstellen.
1D ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10A1 zeigt. 1E ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10A2 zeigt. Das piezoelektrische Element 10A1 und das piezoelektrische Element 10A2 sind Beispiele des piezoelektrischen Elements 10.
Wie in 1D und 1E gezeigt ist, kann die dehnbare Schicht 22 einen Teil des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 darstellen. In diesem Fall kann die Struktur so sein, dass die dehnbare Schicht 22 in Kontakt mit einer Seitenfläche der piezoelektrischen Schicht 14 in der Schnittrichtung (XY-Richtung) in Kontakt ist, die die Dickenrichtung Z der piezoelektrischen Schicht 14 schneidet. Anders gesagt, die Struktur kann auch so sein, dass die dehnbare Schicht 22 angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Schlitzes 20 zu füllen, der in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen ist.
1F ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10A3 zeigt. 1G ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10A4 zeigt. Das piezoelektrische Element 10A3 und das piezoelektrische Element 10A4 sind Beispiele des piezoelektrischen Elements 10.
Wie in 1F und 1G gezeigt ist, kann ein Teil der dehnbaren Schicht 22 in dem Schlitz 20 eingebettet sein, um mindestens einen Teil des Schlitzes 20, der in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen ist, zu füllen. Das heißt, die dehnbare Schicht 22 kann in dem Oszillationsbereich E2, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 angeordnet ist, an einer Stirnfläche des piezoelektrischen Elemententeils 12 in der Dickenrichtung Z vorgesehen sein, und kann auch einen Teil des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 darstellen.
Die Beschreibung kehrt zu 1A und 1B zurück, um fortzufahren. In der vorliegenden Ausführungsform wird die dehnbare Schicht 22 unter Verwendung eines Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem die dehnbare Schicht 22 auf einer Seite, die dem Stützteil 18 entgegengesetzt ist, in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen ist und auch nicht in dem Schlitz 20 eingebettet ist.
Die dehnbare Schicht 22 muss lediglich an einer Position angeordnet sein, die den Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 in der Draufsicht überlappt. Jedoch ist die dehnbare Schicht 22 vorzugsweise angeordnet, um einen Bereich zu füllen oder abzudecken, der einen höheren Elastizitätsmodul in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 hat.
Beispielsweise gibt es Fälle, in denen die Dicke der piezoelektrischen Schicht 14, die ein Teilbereich des Oszillationsbereichs E2 ist, kleiner ist als die anderer Bereiche, und in denen die piezoelektrische Schicht 14, die ein Teilbereich des Oszillationsbereichs E2 ist, aus einem Werkstoff besteht, der einen höheren Elastizitätsmodul hat als die anderen Bereiche. In solchen Fällen umfasst der Oszillationsbereich E2 einem Bereich, der einen höheren Elastizitätsmodul hat als die anderen Bereiche des Oszillationsbereichs E2.
Angenommen, dass beispielsweise der Mittelabschnitt C einen höheren Elastizitätsmodul hat als Bereiche, die von der Mitte C in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 verschieden sind. In diesem Fall muss die dehnbare Schicht 22 lediglich in einem Bereich, der mindestens einen Teil der Mitte C abdeckt, in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet sein.
In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Schlitzes 20 zu füllen, der in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen ist, ist ein Bereich des Schlitzes 20, der durch die dehnbare Schicht 22 gefüllt ist, ein Bereich, der einen hohen Elastizitätsmodul hat. Somit kann in diesem Fall die dehnbare Schicht 22 ferner angeordnet sein, um den Bereich des Schlitzes 20, der durch die dehnbare Schicht 22 gefüllt ist, weiter abzudecken.
In einem Fall, in dem irgendein Schlitz 20, der nicht durch die dehnbare Schicht 22 gefüllt ist, in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 vorgesehen ist, entspricht ein Bereich des piezoelektrischen Elemententeils 12, in dem der relevante Schlitz 20 vorgesehen ist, einem Bereich, der einen höheren Elastizitätsmodul hat. Dementsprechend ist in diesem Fall die dehnbare Schicht 22 vorzugsweise an einer Position, die nachstehend beschrieben ist, in dem Oszillationsbereich E2 angeordnet.
Genauer gesagt, die dehnbare Schicht 22 ist angeordnet, um mindestens einen Teil einer Öffnung des Schlitzes 20 in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 abzudecken.
1A zeigt mittels Beispiels einen Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 angeordnet ist, um mindestens einen Teil der Öffnung des Schlitzes 20 in dem Oszillationsbereich E2 abzudecken.
Die dehnbare Schicht 22, die angeordnet ist, um mindestens einen Teil der Öffnung des Schlitzes 20 in dem Oszillationsbereich E2 abzudecken, ermöglicht es einem Bereich des Schlitzes 20, der durch die dehnbare Schicht 22 nicht abgedeckt ist, als ein Loch zu fungieren, durch das die Luft in dem Loch 19 strömt. Dementsprechend kann der piezoelektrische Elemententeils 12 in diesem Fall daran gehindert werden, zu reißen.
Aus der Sicht hinsichtlich eines effektiven Verhinderns eines Reduzierens von Empfindlichkeitseigenschaften, das aus einem Reduzieren eines akustischen Widerstands resultiert, und eines Verhinderns eines Reduzierens eines Rauschabstands, ist die dehnbare Schicht 22 vorzugsweise angeordnet, um die gesamte Öffnung des Schlitzes 20 in dem Oszillationsbereich E2 abzudecken.
Obwohl die dehnbare Schicht 22 lediglich in dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet sein muss, deckt die dehnbare Schicht 22 vorzugsweise mindestens eine Stirnfläche des Umfangsabschnitts E1 in der Dickenrichtung Z nicht ab.
Auch ist die dehnbare Schicht 22 vorzugsweise angeordnet, um das Durchgangsloch 20B, das in der Mitte C des Oszillationsbereichs E2 vorgesehen ist, sowie einen Teil von jedem der ersten Schlitze 20A, der mit dem Durchgangsloch 20A durchgehend ist, durchgehend abzudecken. Die dehnbare Schicht 22 deckt einen Teil der Öffnung des Schlitzes 20 ab, wobei sie dadurch dem piezoelektrischen Elemententeil 12, der durch den Schlitz 20 geteilt ist, ermöglicht, verbunden zu sein. In diesem Fall ist ein Öffnungsbereich D des ersten Schlitzes 20A, der durch die dehnbare Schicht 22 nicht abgedeckt ist, vorzugsweise ein Ende des ersten Schlitzes 20A auf der Seite des Umfangsabschnitts E1.
Ein Anordnen der dehnbaren Schicht 22, um das Durchgangsloch 20B, das in der Mitte C des Oszillationsbereichs E2 vorgesehen ist, abzudecken, kann die Oszillation des Oszillationsbereichs E2, die durch einen Schalldruck bewirkt wird, oder die Oszillation des Oszillationsbereichs E2, die durch eine wechselnde Spannung bewirkt wird, die auf die Elektroden 16 aufgebracht wird, verglichen mit einem Fall vergrößern, in dem sie dehnbare Schicht 22 angeordnet ist, um Bereiche abzudecken, die von der Mitte C verschieden sind.
Die dehnbare Schicht 22 kann irgendeine Dicke haben, solange wie sie den Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 nicht daran hindert, zu oszillieren, und wobei die Dicke bei Bedarf in Übereinstimmung mit dem Komponentenwerkstoff und dergleichen der dehnbaren Schicht 22 angepasst werden kann.
Der Komponentenwerkstoff der dehnbaren Schicht 22 kann irgendeiner sein, so lange wie der Werkstoff eine höhere Elastizität hat als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils 12, und ist nicht beschränkt. Beispielsweise kann die dehnbare Schicht 22 aus einer organischen Schicht oder einer metallischen Schicht bestehen.
In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 aus einer organischen Schicht besteht, wird beispielsweise vorzugsweise Polyurethan für die dehnbare Schicht 22 verwendet.
Der Youngsche Modul einer organischen Schicht ist sehr gering, verglichen mit dem piezoelektrischen Elemententeil 12. Somit kann die dehnbare Schicht 22, die aus einer organischen Schicht besteht, Restspannungen der dehnbaren Schicht 22 reduzieren, die die Resonanzfrequenz des Oszillationsbereichs E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 beeinträchtigen.
In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 aus einer metallischen Schicht besteht, ist beispielsweise ein Werkstoff, der im Allgemeinen bei dem Herstellungsverfahren von Halbleitern verwendet wird, für die dehnbare Schicht 22 bevorzugt, und wobei unter anderem Al, Ti, Au, Ag, Cu, Ni, Mo, Pt oder eine diese enthaltende Legierung vorzuziehen ist.
Die dehnbare Schicht 22, die aus einer metallischen Schicht besteht, kann die Breite L des Schlitzes 20 verglichen mit dem Fall vergrößern, in dem die dehnbare Schicht 22 aus einer organischen Schicht besteht. Zusätzlich hat eine metallische Schicht eine hohe Kompatibilität mit dem Herstellungsverfahren des piezoelektrischen Elemententeils 12 (beispielsweise ein Verfahren aus mikroelektromechanischen Systemen (MEMS)), was eine Flexibilität bei einer Auslegung des Verfahrens erhöht. In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 aus einer metallischen Schicht besteht kann eine Altersverschlechterung aufgrund von Hydrolyse und dergleichen verhindert werden, und wobei eine Wärmebeständigkeit und Lichtbeständigkeit ebenfalls ausgezeichnet sind, verglichen mit dem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 aus einer organischen Schicht besteht. In diesem Fall kann somit die Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Elemententeils 12 erhöht werden. Um eine gewünschte Elastizität zu erreichen, können/kann die Dicke und/oder die Form der dehnbaren Schicht 22 ferner angepasst werden.
Aus der Sicht hinsichtlich eines Verhinderns eines Ablösens der dehnbaren Schicht 22 von dem piezoelektrischen Elemententeil 12, hat eine Kontaktfläche S des piezoelektrischen Elemententeils 12 mit der dehnbaren Schicht 22 vorzugsweise eine Unebenheit. Die Oberflächenrauigkeit der Kontaktfläche S mit einer Unebenheit kann bei Bedarf in Übereinstimmung mit dem Komponentenwerkstoff und dergleichen der dehnbaren Schicht 22 angepasst werden, sodass die dehnbare Schicht 22 daran gehindert werden kann, sich von dem piezoelektrischen Elemententeil 12 zu lösen. Die Unebenheit der Kontaktfläche S kann ausgebildet werden, indem eine Vielzahl von Löchern, Vertiefungen oder Öffnungen in der Kontaktfläche S vorgesehen wird.
Die Betriebe des piezoelektrischen Elements 10 werden als Nächstes beschrieben.
Bei dem piezoelektrischen Elemententeil 12 oszilliert der aus Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12. Der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 wird dazu gebracht, durch Schalldruck, wie beispielsweise einen hörbaren Schall oder einen Ultraschallbereich, zu oszillieren. Der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 wird auch dazu gebracht, durch eine wechselnde Spannung zu oszillieren, die auf die Elektroden 16 aufgebracht wird. Die Frequenz der wechselnden Spannung ist beispielsweise die Frequenz eines hörbaren Schalls oder eines Ultraschallbereichs. Der Schalldruck ist nicht auf einen Schalldruck beschränkt, der durch einen hörbaren Schall oder einen Ultraschallbereich bewirkt wird. Ähnlich ist die Frequenz der wechselnden Spannung, die auf die Elektroden 16 aufgebracht wird, nicht auf eine Frequenz eines hörbaren Schalls oder eines Ultraschallbereichs beschränkt.
Wenn der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 durch einen Schalldruck oder dergleichen verbogen wird, bewirkt ein transversaler piezoelektrischer Effekt eine Polarisation in seinem Inneren, und wobei ein elektrisches Signal durch die Elektroden 16 aufgenommen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 mit der dehnbaren Schicht 22 versehen. Ein Vorsehen der dehnbaren Schicht 22 kann den Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 12 daran hindern, sich zu biegen. Dementsprechend wird eine Restspannung der dehnbaren Schicht 22 reduziert. Der Rauschabstand des piezoelektrischen Elements 10 kann somit daran gehindert werden, zu sinken. In einem Fall, in dem die dehnbare Schicht 22 mit dem Schlitz 20 versehen wird, kann eine Reduzierung eines akustischen Widerstands, die aus einem vergrößerten Spalt zwischen Bereichen hervorgeht, die einander über den Spalt 20 hinweg in dem Oszillationsbereich E2 gegenüberliegen, verhindert werden. Dementsprechend kann auch in einem Fall, in dem der Oszillationsbereich E2 mit dem Schlitz 20 versehen ist, ein Vorsehen der dehnbaren Schicht 22 den Rauschabstand des piezoelektrischen Elements 10 daran hindern, zu sinken.
Wie vorstehend beschrieben wurde, umfasst das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform: den piezoelektrischen Elemententeil 12, der die piezoelektrische Schicht 14 und die Elektroden 16 hat, zwischen denen die piezoelektrische Schicht 14 in der Dickenrichtung Z angeordnet ist; den Stützteil 18, der den Umfangsabschnitt E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 stützt; sowie die dehnbare Schicht 22. Die dehnbare Schicht 22 ist in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 des piezoelektrischen Elemententeils 12 angeordnet ist. Die dehnbare Schicht 22 hat auch eine höhere Elastizität als der piezoelektrische Elemententeil 12.
Herkömmlich variiert in einer piezoelektrischen Schicht, deren Umfangsabschnitt fixiert ist, die Resonanzfrequenz in Übereinstimmung mit der Restspannung, was zu einem Reduzieren des Rauschabstands sowie einem Reduzieren von Empfindlichkeitseigenschaften führen kann. In einem herkömmlichen piezoelektrischen Element, in dem ein Schlitz in einer piezoelektrischen Schicht vorgesehen ist, um eine auskragende Struktur zu haben, erhöht ein Biegen einer piezoelektrischen Schicht oder von Elektrodenschichten einen wesentlichen Spalt zwischen Balken, was einen akustischen Widerstand reduzieren kann. Somit gibt es einige Fälle, in denen der Rauschabstand bei herkömmlichen piezoelektrischen Elementen sinken kann. Es gibt auch einige Fälle, in denen die Empfindlichkeitseigenschaften bei herkömmlichen piezoelektrischen Elementen sinken können.
Derweil ist bei dem piezoelektrischen Element 10 der vorliegenden Ausführungsform in dem piezoelektrischen Elemententeil 12 die dehnbare Schicht 22, die eine höhere Elastizität hat als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils 12, in dem Oszillationsbereich E2 vorgesehen, der innerhalb des Umfangsabschnitts E1 angeordnet ist, der durch den Stützteil 18 gestützt ist.
Dementsprechend ermöglicht das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform ein Reduzieren einer Restspannung auf den piezoelektrischen Elemententeil 12 und kann den Rauschabstand daran hindern, zu sinken.
Daher kann das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform den Rauschabstand daran hindern, zu sinken.
Zusätzlich zu der vorstehend genannten Wirkung, kann das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform auch die Empfindlichkeitseigenschaften daran hindern, zu sinken.
Bei dem piezoelektrischen Element 10 der vorliegenden Ausführungsform kann ein Vorsehen der dehnbaren Schicht 22 den Oszillationsbereich E2 daran hindern, sich zu biegen, auch in einem Fall, in dem der Oszillationsbereich E2 mit dem Schlitz 20 versehen ist. Dementsprechend kann der Spalt (d.h., die Breite L) zwischen Bereichen, die einander über den Schlitz 20 hinweg in dem Oszillationsbereich E2 gegenüberliegen, daran gehindert werden, sich zu vergrößern. Auch in einem Fall, in dem sich der Oszillationsbereich E2 biegt, kann ein Anordnen der dehnbaren Schicht 22, um mindestens einen Teil des Schlitzes 20 abzudecken, einen akustischen Widerstand daran hindern, zu sinken.
Dementsprechend kann das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform einen akustischen Widerstand daran hindern, zu sinken, und kann den Rauschabstand und die Empfindlichkeitseigenschaften daran hindern, zu sinken.
Die dehnbare Schicht 22 hat eine höhere Elastizität als der piezoelektrische Elemententeil 12. Dementsprechend kann eine Restspannung der dehnbaren Schicht 22 daran gehindert werden, die Resonanzfrequenz nachteilig zu beeinträchtigen. Eine Oszillation des Oszillationsbereichs E2 bei dem piezoelektrischen Elemententeil 12 hindert die dehnbare Schicht 22 daran, zu brechen.
Bei dem piezoelektrischen Element 10 der vorliegenden Ausführungsform kann ein Vorsehen der dehnbaren Schicht 22 an dem Oszillationsbereich E2 den Rauschabstand und die Empfindlichkeitseigenschaften einfach daran hindern, zu sinken, was es auch ermöglicht, eine Ausbeute des piezoelektrischen Elemententeils 12 während einer Herstellung daran zu hindern, sich zu verringern.
Weil das piezoelektrische Element 10 der vorliegenden Ausführungsform die dehnbare Schicht 22 umfasst, kann insbesondere eine Empfindlichkeit für eine wechselnde Spannung in dem Niederfrequenzbereich oder Schalldruck verbessert werden.
Die Öffnungsform und die Öffnungsmaße des Durchgangslochs 20B können wie gewünscht angepasst werden.
1H ist eine Draufsicht eines Beispiels eines piezoelektrischen Elements 10A5. 1I ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements 10A5 entlang einer Linie A-A', die in 1H gezeigt ist. Das piezoelektrische Element 10A5 ist ein Beispiel des piezoelektrischen Elements 10.
Wie in 1H und 1I gezeigt ist, hat das Durchgangsloch 20B des piezoelektrischen Elements 10A5 eine größere Öffnungsform als das Durchgangsloch 20B des piezoelektrischen Elements 10, das in 1A und 1B gezeigt ist. Genauer gesagt, in dem in 1H und 1I gezeigten Beispiel, hat das Durchgangsloch 20B eine kreisförmige Öffnungsform und einen Öffnungsdurchmesser LO.
Der Öffnungsdurchmesser LO des Durchgangslochs 20B kann wie gewünscht angepasst werden.
In einem Beispiel kann der Öffnungsdurchmesser LO in Übereinstimmung mit der Größe des Oszillationsbereichs E2 und den Empfindlichkeitseigenschaften eingestellt werden. Genauer gesagt, ein Entwerfer kann den Öffnungsdurchmesser LO basierend auf der Beziehung zwischen dem Verhältnis des Öffnungsdurchmessers LO zu der Größe des Oszillationsbereichs E2, das heißt, vorliegend eines Durchmessers LD des Oszillationsbereichs E2, und der Empfangsempfindlichkeit des piezoelektrischen Elemententeils 12 bestimmen.
1J ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Verhältnis LO/LD des Öffnungsdurchmessers LO des Durchgangslochs 20B zu dem Durchmesser LD des Oszillationsbereichs E2 und der Empfangsempfindlichkeit des piezoelektrischen Elemententeils 12 darstellt. 1J zeigt, dass wenn das Verhältnis LO/LD in einem Bereich von 0,01 bis 0,1 ist, die Empfangsempfindlichkeit im Wesentlichen konstant ist, das heißt, wenn das Verhältnis LO/LD außerhalb des Bereichs von 0,01 bis 0,1 fällt, sich die Empfangsempfindlichkeit signifikant verringert. Wenn daher der Entwerfer den Öffnungsdurchmesser LO so festlegt, dass das Verhältnis LO/LD in den Bereich von 0,01 bis 0,1 fällt, kann das piezoelektrische Element 10A5 mit hohen Empfindlichkeitseigenschaften erlangt werden.
Obwohl 1H die kreisförmige Öffnungsform mittels Beispiels zeigt, kann dieselbe Wirkung erreicht werden, indem eine polygone Form vorhanden ist und LO als der Durchmesser ihres Umkreises verstanden wird. Außerdem ist die dehnbare Schicht 22 nicht in dem Inneren des Durchgangslochs 20B in 1I eingebettet, sondern kann in dem Durchgangsloch 20B eingebettet sein.
Ein Verfahren zum Bestimmen des Öffnungsdurchmessers LO des Durchgangslochs 20B ist nicht auf das Vorstehende beschränkt. Das Verhältnis LO/LD des Öffnungsdurchmessers LO des Durchgangslochs 20B zu dem Durchmesser LD des Oszillationsbereichs E2 muss nicht in den Bereich von 0,01 bis 0,1 fallen. Die Öffnungsform des Durchgangslochs 20B ist ebenfalls nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt.
(Zweite Ausführungsform)
Die vorstehende Ausführungsform wurde unter Verwendung des Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem die Breite L des ersten Schlitzes 20A entlang der Erstreckungsrichtung (Richtung eines Pfeils W) des ersten Schlitzes 20A einheitlich ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Breite L des ersten Schlitzes 20A von derjenigen in der vorstehenden Ausführungsform verschieden ist.
2A ist ein Beispiel einer Draufsicht eines piezoelektrischen Elements 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2B ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements 10B entlang einer Linie A-A' die in 2A gezeigt ist.
Das piezoelektrische Element 10B hat die gleiche Struktur wie das piezoelektrische Element 10 der ersten Ausführungsform, außer dass die Breite L des Schlitzes 20 von derjenigen in der ersten Ausführungsform verschieden ist.
Das piezoelektrische Element 10B umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil 13B, den Stützteil 18 und die dehnbare Schicht 22. Der piezoelektrische Elemententeil 13B hat die piezoelektrische Schicht 14 und die Elektroden 16. Der piezoelektrische Elemententeil 13B ist mit einem Schlitz 21 versehen. Der piezoelektrische Elemententeil 13B ist der Gleiche wie der piezoelektrische Elemententeil 12 in der vorstehenden Ausführungsform, außer dass der piezoelektrische Elemententeil 13B den Schlitz 21 anstatt des Schlitzes 20 umfasst.
Der Schlitz 21 besteht aus einer Vielzahl von ersten Schlitzen 21A und dem Durchgangsloch 20B. Das Durchgangsloch 20B ist das Gleiche wie das in der vorstehenden Ausführungsform. Die ersten Schlitze 21A sind die Gleichen wie die ersten Schlitze 20A in der vorstehenden Ausführungsform, außer dass die Breite L verschieden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die dehnbare Schicht 22 angeordnet, um einen Teil von jedem der ersten Schlitze 21A und das Durchgangsloch 20B durchgehend abzudecken.
Vorliegend, in der vorliegenden Ausführungsform, ist die Schlitzbreite L1 eines abgedeckten Bereichs 21A1 des ersten Schlitzes 21A, der durch die dehnbare Schicht 22 abgedeckt ist, größer als eine Schlitzbreite L2 eines nicht abgedeckten Bereichs 21A2, der durch die dehnbare Schicht 22 nicht abgedeckt ist.
Das Vergrößern der Schlitzbreite L1 des abgedeckten Bereichs 21A1 des Schlitzes 21 gegenüber der Schlitzbreite L2 des nicht abgedeckten Bereichs 21A2 ermöglicht ein Reduzieren einer Spannung auf die dehnbare Schicht 22.
Die Breite L des ersten Schlitzes 21A erhöht sich vorzugsweise stufenweise oder stufenlos bei einem Annähern an die Mitte C von der Grenze zwischen dem Oszillationsbereich E2 und dem Umfangsabschnitt E1.
2C ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10C zeigt. Das piezoelektrische Element 10C umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil 13C, den Stützteil 18 und die dehnbare Schicht 22. Der piezoelektrische Elemententeil 13C hat die piezoelektrische Schicht 14 und die Elektroden 16. Der piezoelektrische Elemententeil 13C ist mit einem Schlitz 23 versehen. Der piezoelektrische Elemententeil 13C ist der Gleiche wie der piezoelektrische Elemententeil 13B (siehe 2A und 2B), außer dass der piezoelektrische Elemententeil 13C den Schlitz 23 anstatt des Schlitzes 21 umfasst.
Der Schlitz 23 besteht aus einer Vielzahl von ersten Schlitzen 23A und dem Durchgangsloch 20B. Das Durchgangsloch 20B ist das Gleiche wie das in der vorstehenden Ausführungsform. Die ersten Schlitze 23A sind die Gleichen wie die ersten Schlitze 20A in der vorstehenden Ausführungsform, außer dass die Breite L verschieden ist.
Wie in 2C gezeigt ist, kann die Breite L des ersten Schlitzes 23A bei einem Annähern an die Mitte C größer sein.
Die Beschreibung kehrt zu 2A und 2B zurück, um fortzufahren. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist bei dem piezoelektrischen Element 10B der vorliegenden Ausführungsform die Schlitzbreite L1 des abgedeckten Bereichs 21A1 des ersten Schlitzes 21A, der durch die dehnbare Schicht 22 abgedeckt ist, größer als die Schlitzbreite L2 des nicht abgedeckten Bereichs 21A2, der nicht durch die dehnbare Schicht 22 abgedeckt ist.
Zusätzlich zu der vorstehenden Wirkung können die piezoelektrischen Elemente 10B, 10C der vorliegenden Ausführungsform eine Spannung auf die dehnbare Schicht 22 reduzieren, wenn die Schlitzbreite L1 des abgedeckten Bereichs 21A1 des ersten Schlitzes 21A gegenüber der Schlitzbreite L2 des nicht abgedeckten Bereichs 21A2 vergrößert wird.
(Erste Abwandlung)
Die Form der dehnbaren Schicht 22 ist nicht auf eine ebene Form entlang der Schnittrichtung (Richtung entlang der XY-Ebene) beschränkt, die die Dickenrichtung Z schneidet. Beispielsweise kann mindestens ein Teilbereich der dehnbaren Schicht 22 eine Balgform haben.
3A ist ein Beispiel einer Draufsicht eines piezoelektrischen Elements 10D gemäß der vorliegenden Abwandlung. 3B ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Elements 10D entlang einer Linie A-A' die in 3A gezeigt ist.
Das piezoelektrische Element 10D umfasst einen piezoelektrischen Elemententeil 13D, den Stützteil 18 und die dehnbare Schicht 25. Das piezoelektrische Element 10D umfasst die dehnbare Schicht 25 anstatt der dehnbaren Schicht 22 des piezoelektrischen Elements 10C (siehe 2C) gemäß der vorstehenden zweiten Ausführungsform. Die dehnbare Schicht 25 ist gleich der dehnbaren Schicht 22, außer dass sich die Form von derjenigen der dehnbaren Schicht 22 unterscheidet.
Mindestens ein Teilbereich der dehnbaren Schicht 25 ist ein Balg, um in der Schnittrichtung (XY-Richtung) dehnbar zu sein, die die Dickenrichtung Z schneidet.
Beispielsweise besteht die dehnbare Schicht 25 aus einem Balgbereich 25A und einem ebenen Bereich 25B. Der Balgbereich 25A ist ein Bereich, der durch ein Wiederholen von Bergfalten und Talfalten in der Art eines Balgs gefaltet ist, um in der Schnittrichtung (XY-Richtung) dehnbar zu sein. Der ebene Abschnitt 25B ist ein Bereich, der eine zweidimensionale ebene Form entlang der Schnittrichtung (XY-Richtung) hat. In der dehnbaren Schicht 25 ist ein Bereich, der eine Öffnung des Schlitzes 23 in der Draufsicht überlappt, der Balgbereich 25A, und ist ein Bereich, der mit dem Oszillationsbereich E2 des piezoelektrischen Elemententeils 13D in Kontakt ist, der ebene Bereich 25B.
Auf diese Weise ermöglicht ein Konfigurieren der dehnbaren Schicht 25, um den Balgbereich 25A zu umfassen, der eine Balgform hat, auf einfache Weise der dehnbaren Schicht 25, eine größere Elastizität zu erlangen.
Auch in einem Fall, in dem es die dehnbare Schicht 25 nicht schafft, eine gewünschte Elastizität zu haben, aufgrund eines Verwendens einer metallischen Schicht oder dergleichen, kann die gewünschte Elastizität durch Anpassen der Form der dehnbaren Schicht 25 auf den Balg erreicht werden.
Auch indem der Balgbereich 25A in dem Bereich angeordnet wird, der die Öffnung des Schlitzes 23 in der Draufsicht in dem Oszillationsbereich E2 überlappt, können Empfindlichkeitseigenschaften des piezoelektrischen Elemententeils 13D effektiv verbessert werden.
Die dehnbare Schicht 25 kann irgendeine gewünschte Form haben, so lange wie es möglich ist, die Elastizität der dehnbaren Schicht 25 zu verbessern, und ist nicht darauf beschränkt, eine Balgform zu haben. Das heißt, mindestens ein Teilbereich der dehnbaren Schicht 25 muss lediglich eine Form haben, die in der Schnittrichtung (XY-Richtung) dehnbar ist, die die Dickenrichtung Z schneidet.
(Zweite Abwandlung)
Die vorstehenden Ausführungsformen und die Abwandlung wurden unter Verwendung des Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Oszillationsbereich E2 in der Draufsicht kreisförmig ist. Die vorstehenden Ausführungsformen und die Abwandlung wurden auch unter Verwendung des Falls als ein Beispiel beschrieben, in dem der Stützteil 18 das kreisförmige Loch 19 in der Draufsicht hat und ein kreisförmiges, rahmenförmiges Element ist. Somit wurden die vorstehenden Ausführungsformen und die Abwandlung unter Verwendung des Falls das ein Beispiel beschrieben, in dem der Umfangsabschnitt E1 ein kreisförmiger, rahmenförmiger Bereich in der Draufsicht ist und der Oszillationsbereich E2 ein kreisförmiger Bereich in der Draufsicht ist.
Jedoch sind der Stützbereich 18, das Loch 19 des Stützteils 18, der Umfangsabschnitt E1 und der Oszillationsbereich E2 nicht darauf beschränkt, kreisförmige Formen zu haben.
Beispielsweise kann der Oszillationsbereich E2 rechteckig oder polygon in der Draufsicht sein. 4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines piezoelektrischen Elements 10E zeigt.
Das piezoelektrische Element 10E umfasst den piezoelektrischen Elemententeil 12, den Stützteil 18 und die dehnbare Schicht 22. Die dehnbare Schicht 22 ist mit den Schlitzen 20 versehen. Das piezoelektrische Element 10E ist das Gleiche wie das piezoelektrische Element 10 der vorstehenden Ausführungsform, außer dass die Form anders ist.
Wie in 4 gezeigt ist, kann das piezoelektrische Element 10E Folgendes umfassen: den piezoelektrischen Elemententeil 12, der eine rechteckige Form in der Draufsicht hat; den Umfangsabschnitt E1, der eine rechteckige Form hat und der durch den Stützteil 18 gestützt ist, der ein Rahmenelement mit einer rechteckigen Form in der Draufsicht ist; den Oszillationsbereich E2, der eine rechteckige Form in der Draufsicht hat; und die dehnbare Schicht 22, die eine rechteckige Form in der Draufsicht hat.
Der Umfang der Anwendbarkeit des piezoelektrischen Elements 10, des piezoelektrischen Elements 10B, des piezoelektrischen Elements 10C, des piezoelektrischen Elements 10D und des piezoelektrischen Elements 10E, die in den vorstehenden Ausführungsformen und Abwandlungen beschrieben wurden, ist nicht beschränkt. Beispielsweise können das piezoelektrische Element 10, das piezoelektrische Element 10B, das piezoelektrische Element 10C, das piezoelektrische Element 10D und das piezoelektrische Element 10E, die in den vorstehenden Ausführungsformen und Abwandlungen beschrieben wurden, auf geeignete Weise bei mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) verwendet werden.
Obwohl die Ausführungsformen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen und Abwandlungen lediglich zu Darstellungszwecken präsentiert und sollen nicht den Umfang der Erfindung beschränken. Diese neuen Ausführungsformen und Abwandlungen können in verschiedenen anderen Formen implementiert werden, und wobei verschiedene Auslassungen, Ergänzungen und Abwandlungen erfolgen können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsformen und Abwandlungen sind in dem Umfang und dem Grundgedanken der Erfindung umfasst und sind auch in den Erfindungen, die in den Ansprüchen beschrieben sind, und ihren Äquivalenten umfasst.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10A1, 10A2,10B, 10C, 10D, 10E: piezoelektrisches Element
12, 13B, 13C, 13D: piezoelektrischer Elemententeil
14: piezoelektrische Schicht
16: Elektrode
18: Stützteil
20, 21, 23: Schlitz
20A, 21A, 23A: erster Schlitz
20B: Durchgangsloch
22: dehnbare Schicht
E1: Umfangsabschnitt
E2: Oszillationsbereich

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 5707323 [0004]

Claims

Piezoelektrisches Element, mit: einem piezoelektrischen Elemententeil, der eine piezoelektrische Schicht und Elektroden umfasst, wobei die piezoelektrische Schicht zwischen den Elektroden in einer Dickenrichtung angeordnet ist; einem Stützteil, der einen Umfangsabschnitt des piezoelektrischen Elemententeils stützt; und einer dehnbaren Schicht, die in einem Oszillationsbereich vorgesehen ist, der innerhalb des Umfangsabschnitts des piezoelektrischen Elemententeils angeordnet ist, wobei die dehnbare Schicht eine höhere Elastizität hat als diejenige des piezoelektrischen Elemententeils.
Piezoelektrisches Element nach Anspruch 1, wobei die dehnbare Schicht an mindestens einer Stirnfläche des Oszillationsbereichs des piezoelektrischen Elemententeils in der Dickenrichtung vorgesehen ist.
Piezoelektrisches Element nach Anspruch 2, wobei die dehnbare Schicht mindestens eine Stirnfläche des Umfangsabschnitts in der Dickenrichtung nicht bedeckt.
Piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einem Schlitz, der in dem Oszillationsbereich des piezoelektrischen Elemententeils vorgesehen ist, wobei der Schlitz den Oszillationsbereich in der Dickenrichtung durchdringt, wobei die dehnbare Schicht mindestens einen Teil einer Öffnung des Schlitzes in dem Oszillationsbereich abdeckt und angeordnet ist, um den Oszillationsbereich zu verbinden, der durch den Schlitz geteilt ist.
Piezoelektrisches Element nach Anspruch 4, wobei sich der Schlitz von dem Umfangsabschnitt in Richtung einer Mitte des Oszillationsbereichs erstreckt.
Piezoelektrisches Element nach Anspruch 5, wobei der Schlitz eine größere Schlitzbreite eines abgedeckten Bereichs hat, der durch die dehnbare Schicht abgedeckt ist, als eine Schlitzbreite eines nicht abgedeckten Bereichs, der durch die dehnbare Schicht nicht abgedeckt ist.
Piezoelektrisches Element nach Anspruch 5 oder 6, wobei sich eine Schlitzbreite des Schlitzes bei einem Annähern an die Mitte von dem Umfangsabschnitt erhöht.
Piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die dehnbare Schicht eine organische Schicht oder eine metallische Schicht ist.
Piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Teilbereich der dehnbaren Schicht eine Balgform hat, um in einer Schnittrichtung dehnbar zu sein, die die Dickenrichtung schneidet.
Piezoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Kontaktfläche des piezoelektrischen Elemententeils mit der dehnbaren Schicht eine Unebenheit hat.