DE112021002856T5

DE112021002856T5 - Wandler, verfahren zu dessen ansteuerung und system

Info

Publication number: DE112021002856T5
Application number: DE112021002856.1T
Authority: DE
Inventors: Takashi Naiki; Tomohiro Date; Noriyuki Shimoji
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2023-03-02
Also published as: US12015898B2; WO2021235080A1; US20230051555A1; JPWO2021235080A1

Abstract

Ein Wandler beinhaltet: ein piezoelektrisches Element und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei der Filmkörper das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm gestapelt hat. Das piezoelektrische Element beinhaltet: einen ersten Stapelkörper mit einem ersten Paar von Elektroden und einem ersten piezoelektrischen Film, der sandwichartig zwischen dem ersten Paar von Elektroden aufgenommen ist; und einen zweiten Stapelkörper mit einem zweiten Paar von Elektroden und einem zweiten piezoelektrischen Film, der sandwichartig zwischen dem zweiten Paar von Elektroden aufgenommen ist, wobei der zweite Stapelkörper von dem ersten Stapelkörper getrennt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Ausführungsform betrifft einen Wandler und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung sowie ein System.
STAND DER TECHNIK
Wandler („transducers“) zum Senden oder Empfangen von Schallwellen oder Ultraschallwellen sind allgemein bekannt. Ein Wandler wird bspw. als ein Lautsprecher zum Senden einer Schallwelle verwendet und ist an einem Kopfhörer oder einem tragbaren Terminal montiert.
Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 1 einen Schall- bzw. Soundgenerator, der für einen Kopfhörer („earphone“) geeignet ist. Dieser Schallgenerator beinhaltet eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes und einen Magneten, um eine Membran („diaphragm“) in Vibration zu versetzen, und zwar durch Interaktion mit dem magnetischen Feld, das von der Spule erzeugt ist.
Bei Lautsprechern, die eine Spule und einen Magneten verwenden, ist es notwendig, einen Strom zu der Spule zu führen, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, und folglich wird der Leistungsverbrauch hoch. Demgemäß haben Lautsprecher Beachtung gefunden (siehe bspw. Patentliteratur 2), die ein piezoelektrisches Element verwenden, das gebildet ist, indem ein piezoelektrischer Film von beiden Seiten sandwichartig zwischen einem Paar von Elektroden aufgenommen ist. Derartige Lautsprecher werden hergestellt unter Verwendung von MEMS (mikro-elektro-mechanischen Systemen, „micro-electro-mechanical systems“), bei denen es sich um eine Halbleiterherstellungstechnik handelt, die eine Mikrofabrikation realisiert.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: JP Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2018-170592
Patentliteratur 2: JP Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2012-105170

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In einem piezoelektrischen Element wird eine Ansteuerspannung wiederholt an ein Paar von Elektroden angelegt, und folglich werden ein Vibrationsfilm und ein piezoelektrisches Element alternierend aufwärts und abwärts versetzt bzw. bewegt. Genauer gesagt wird die Seite des distalen Endes des Vibrationsfilms versetzt, so dass dieser gekrümmt bzw. verwunden („warped“) wird. Die Luft um den Vibrationsfilm wird durch die Vibration des Vibrationsfilms in Vibration versetzt, und die Vibration der Luft wird als eine Schallwelle ausgegeben. Die Natur bzw. die Beschaffenheit des Schallwellenausgangs hängt von der Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers (zum Beispiel eines Vibrationsfilms) ab, die durch eine Eigenschaft wie die Festigkeit des Vibrationskörpers und durch die Größe (Durchmesser und Länge) des Vibrationskörpers bestimmt ist.
Wenn die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers auf der Empfangsseite, die eine Ausgangsschallwelle empfängt, nicht optimal ist, ist die Empfangsempfindlichkeit verschlechtert. Zusätzlich hierzu ist es notwendig, das Design bzw. die Konstruktion des Vibrationskörpers zu ändern, um die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers anzupassen bzw. einzustellen. Aus diesem Grund ist die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers festgelegt, wenn das Design des Vibrationskörpers bestimmt ist, und es benötigt viel Zeit und Aufwand, um diese Resonanzfrequenz neu einzustellen.
Ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform stellt einen Wandler bereit, der dazu in der Lage ist, eine Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers zu verändern. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform stellt ferner ein Verfahren zum Ansteuern des Wandlers bereit. Zusätzlich hierzu stellt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ein System zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers bereit, derart, dass der Vibrationskörper sich in einem geeigneten Zustand mit hoher Empfindlichkeit befindet.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform bzw. Offenbarung betrifft einen Wandler, der aufweist: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt bzw. geschichtet ist bzw. wobei der Filmkörper das piezoelektrische Element über dem Vibrationsfilm gestapelt hat. Das piezoelektrische Element weist auf: einen ersten Stapelkörper bzw. Schichtkörper („stacked body“), der ein erstes Paar von Elektroden und einen ersten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem ersten Paar von Elektroden aufgenommen ist; und einen zweiten Stapelkörper, der ein zweites Paar von Elektroden und einen zweiten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem zweiten Paar von Elektroden aufgenommen ist, wobei der zweite Stapelkörper von dem ersten Stapelkörper getrennt bzw. beabstandet ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform betrifft einen Wandler, der aufweist: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine erste Elektrode; einen ersten Stapelkörper mit einem ersten piezoelektrischen Film und einer zweiten Elektrode; und einen zweiten Stapelkörper mit einem zweiten piezoelektrischen Film und einer dritten Elektrode, und zwar getrennt von dem ersten Stapelkörper. Der erste piezoelektrische Film ist sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgenommen, und der zweite piezoelektrische Film ist sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode aufgenommen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform bzw. Offenbarung betrifft einen Wandler, der aufweist: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; einen piezoelektrischen Film, der sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgenommen ist; und eine dritte Elektrode. Der piezoelektrische Film ist sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode aufgenommen, und die dritte Elektrode ist von der zweiten Elektrode getrennt bzw. beabstandet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Wandlers, wobei der Wandler aufweist: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die auf dem piezoelektrischen Film voneinander getrennt sind. Ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden hat eine erste Region, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten kommt bzw. am nächsten daran liegt, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anliegt, oder die obere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert, oder die untere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert, und das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung oder eine Signalverlaufspannung („waveform voltage“) unabhängig an die verbleibenden oberen Elektroden anlegt, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, wodurch eine Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers geändert wird, der das piezoelektrische Element und den Filmkörper beinhaltet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform betrifft a System, das aufweist: einpiezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die voneinander getrennt sind, und zwar über dem bzw. auf dem piezoelektrischen Film. Ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden hat eine erste Region, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten kommt bzw. am nächsten daran liegt, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anlegt, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt ist, um den effizientesten Empfang („reception“) für ein externes Signal zu erreichen, wobei das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung an die verbleibenden oberen Elektroden anlegt, und zwar unabhängig voneinander, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es, einen Wandler („transducer“) anzugeben, der dazu in der Lage ist, eine Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers zu variieren. Ferner ist es möglich, ein Verfahren zum Ansteuern des Wandlers anzugeben. Ferner ist es möglich, ein System zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers bereitzustellen, derart, dass der Vibrationskörper sich in einem geeigneten Zustand mit hoher Empfindlichkeit („sensitivity“) befindet.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Wandlers gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Wandlers während einer Vibration eines Vibrationsfilms.
3 ist eine Draufsicht des Wandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Querschnittsansicht des Wandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Draufsicht eines Wandlers gemäß einer ersten Modifikation.
6 ist eine Querschnittsansicht des Wandlers gemäß der ersten Modifikation.
7 ist eine Draufsicht eines Wandlers gemäß einer zweiten Modifikation.
8 ist eine Querschnittsansicht des Wandlers gemäß der zweiten Modifikation.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Als Nächstes wird die vorliegende Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den nachstehend beschriebenen Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Es ist jedoch anzumerken, dass die Zeichnungen schematischer Natur sind und dass die Beziehungen zwischen den Dicken von jeder Komponente und der ebenen Abmessung („plane dimension“), etc. sich von den tatsächlichen Werten unterscheiden. Demgemäß sollten die genauen Dicken und Abmessungen unter Berücksichtigung der nachstehenden Beschreibung bestimmt werden. Ferner ist es nicht notwendig zu erwähnen, dass in den Zeichnungen Abschnitte enthalten sind, die zwischen den Zeichnungen unterschiedliche dimensionsmäßige Abmessungen und Verhältnisse haben.
Zusätzlich hierzu stellen die folgenden Ausführungsformen Bauteile und Verfahren zum Ausführen von technischen Ideen dar, und sollen das Material, die Form, die Struktur, die Anordnung, etc. von jeder Komponente nicht einschränken. Verschiedene Modifikationen können an den vorliegenden Ausführungsformen im Rahmen der Ansprüche vorgenommen werden.
Ein spezieller Aspekt der vorliegenden Ausführungsformen ergibt sich wie nachstehend.

<1> Ein Wandler beinhaltet: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist bzw. der Filmkörper das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm gestapelt hat. Das piezoelektrische Element beinhaltet: einen ersten Stapelkörper („stacked body“), der ein erstes Paar von Elektroden und einen ersten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem ersten Paar von Elektroden aufgenommen ist; und einen zweiten Stapelkörper, der ein zweites Paar von Elektroden und einen zweiten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem zweiten Paar von Elektroden aufgenommen ist, wobei der zweite Stapelkörper von dem ersten Stapelkörper getrennt bzw. beabstandet ist.
<2> Wandler nach <1>, wobei das piezoelektrische Element ferner einen dritten Stapelkörper aufweist, der ein drittes Paar von Elektroden und einen dritten piezoelektrischen Film beinhaltet, der sandwichartig zwischen dem dritten Paar von Elektroden aufgenommen ist, und wobei der dritte Stapelkörper sandwichartig zwischen dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper aufgenommen ist, und von dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper getrennt ist.
<3> Wandler mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine erste Elektrode; einen ersten Stapelkörper, der einen ersten piezoelektrischen Film und eine zweite Elektrode hat; und einen zweiten Stapelkörper, der einen zweiten piezoelektrischen Film und eine dritte Elektrode hat und von dem ersten Stapelkörper getrennt ist. Der erste piezoelektrische Film ist sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgenommen, und der zweite piezoelektrische Film ist sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode aufgenommen.
<4> Wandler nach <3>, wobei der erste piezoelektrische Film und der zweite piezoelektrische Film über der ersten Elektrode positioniert sind.
<5> Wandler nach <3> oder <4>, wobei das piezoelektrische Element ferner einen dritten Stapelkörper aufweist, der einen dritten piezoelektrischen Film und eine vierte Elektrode hat, und wobei der dritte Stapelkörper sandwichartig zwischen dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper aufgenommen ist, und von dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper getrennt bzw. beabstandet ist.
<6> Wandler nach einem beliebigen von <1> bis <5>, wobei ein Ende des zweiten Stapelkörpers eine Region aufweist, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt.
<7> Wandler nach einem beliebigen von <1> bis <6>, wobei der erste Stapelkörper von dem zweiten Stapelkörper umgeben ist.
<8> Wandler mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist. Das piezoelektrische Element weist auf: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; einen piezoelektrischen Film, der sandwichartig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgenommen ist; und eine dritte Elektrode. Der piezoelektrische Film ist zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode sandwichartig aufgenommen, und die dritte Elektrode ist von der zweiten Elektrode getrennt.
<9> Wandler nach <8>, wobei ein Ende des dritten Stapelkörpers eine Region hat, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt.
<10> Wandler nach <8> oder <9>, wobei der Vibrationsfilm über der ersten Elektrode positioniert ist.
<11> Wandler nach einem beliebigen von <8> bis <10>, wobei das piezoelektrische Element ferner eine vierte Elektrode aufweist, wobei der piezoelektrische Film zwischen der ersten Elektrode und der vierten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist, und wobei die vierte Elektrode sandwichartig zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode aufgenommen ist, und von der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode getrennt ist.
<12> Wandler nach einem beliebigen von <8> bis <11>, wobei die zweite Elektrode von der dritten Elektrode umgeben ist.
<13> Wandler nach einem beliebigen von <1> bis <12>, wobei der Vibrationsfilm eine doppelseitige Holm- bzw. Strahlform („double-sided beam shape“) hat.
<14> Wandler nach einem beliebigen von <1> bis <13>, wobei das piezoelektrische Element eine Funktion des Änderns einer Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers beinhaltet, der das piezoelektrische Element und den Filmkörper aufweist.
<15> Verfahren zum Ansteuern eines Wandlers, wobei der Wandler aufweist: ein piezoelektrisches Element; und einen Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm beinhaltet, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist. Das piezoelektrische Element weist auf: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die voneinander getrennt sind, und zwar über dem bzw. auf dem piezoelektrischen Film. Ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden hat eine erste Region, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten ist, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anlegt, oder die obere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert („opens the upper electrode“), oder die untere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert, wobei das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung oder eine Signalverlaufspannung („wave form voltage“) an die verbleibenden oberen Elektroden anlegt, und zwar unabhängig, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, wodurch eine Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers geändert wird, der das piezoelektrische Element und den Filmkörper beinhaltet.
<16> Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach <15>, wobei die erste Region bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm mit dem Filmträgerabschnitt überlappt, und wobei eine Signalverlaufspannung an eine obere Elektrode angelegt wird, die eine zweite Region hat, die von der ersten Region am weitesten entfernt ist.
<17> Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach <16>, wobei eine obere Elektrode in der zweiten Region von einer oberen Elektrode in der ersten Region umgeben ist.
<18> Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach <16> oder <17>, wobei die Steuerspannung an sämtliche jener oberen Elektroden angelegt wird, die sandwichartig zwischen einer oberen Elektrode, an die die Steuerspannung angelegt ist, und die der zweiten Region am nächsten ist („closest from the second region“), und einer oberen Elektrode in der ersten Region sandwichartig aufgenommen sind.
<19> Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach einem beliebigen von <15> bis <18>, wobei eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen derart vorgesehen sind, dass sie voneinander getrennt bzw. beabstandet sind.
<20> Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach <19>, wobei eine Vielzahl von unteren Elektroden derart vorgesehen sind, dass sie voneinander getrennt bzw. beabstandet sind.
<21> Ein System weist auf: ein piezoelektrisches Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm beinhaltet, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist. Das piezoelektrische Element beinhaltet: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die voneinander getrennt sind, und zwar über dem piezoelektrischen Film. Ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden hat eine erste Region, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten kommt ist, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anlegt, oder die obere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert, oder die untere Elektrode öffnet bzw. nicht ansteuert, oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt ist, um den effizientesten Empfang für ein externes Signal zu erreichen, wobei das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung an die verbleibenden oberen Elektroden anlegt, und zwar unabhängig, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt ist.
<22> System nach <21>, wobei die erste Region bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt, und wobei das Signal, das aufgrund der Vibration des Filmkörpers erzeugt ist, in jener zweiten Region extrahiert wird, die weitesten entfernt von der ersten Region liegt.
<23> System nach <22>, wobei eine obere Elektrode in der zweiten Region von einer oberen Elektrode in der ersten Region umgeben ist.
<24> System nach <22> oder <23>, wobei die Steuerspannung an sämtliche jener oberen Elektroden angelegt wird, die sandwichartig zwischen einer oberen Elektrode, an die die Steuerspannung angelegt ist und die am nächsten an der zweiten Region liegt („closest from the second region“), und einer oberen Elektrode in der ersten Region aufgenommen sind.
<25> System nach einem beliebigen von <21> bis <24>, wobei eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen derart vorgesehen ist, dass sie voneinander getrennt sind.
<26> System nach <25>, wobei eine Vielzahl von unteren Elektroden vorgesehen ist, und zwar derart, dass sie voneinander getrennt sind.

(Erste Ausführungsform)
Die Konfiguration des Wandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Wandler 10 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich aufgebaut aus einem piezoelektrischen Element 50 und einem Filmkörper 15. In der nachstehenden Beschreibung soll trotz der Tatsache, dass die Richtung aufwärts und abwärts in Bezug auf den Zustand des Wandlers 10 definiert ist, der in 1 dargestellt ist, dies nicht bedeuten, dass die Richtung, in der der Wandler 10 verwendet wird, eingeschränkt ist.
Das piezoelektrische Element 50 beinhaltet eine Vielzahl von Paaren von Elektroden 11 und 12 sowie piezoelektrische Filme 13, die sandwichartig zwischen den Paaren von Elektroden 11 und 12 aufgenommen sind. Die Paare von Elektroden 11 und 12 und die piezoelektrischen Filme 13 haben eine Form, die der Form eines Vibrationsfilms 16 entspricht, der nachstehend beschrieben wird, und haben in den nachstehend beschriebenen, in den 3 und 4 dargestellten Beispielen eine Kreisform.
Jedes Paar von Elektroden 11 und 12 ist gebildet unter Verwendung eines Dünnfilms aus einem Metall, das Leitfähigkeit besitzt, wie Platin, Molybdän, Iridium, oder Titan. Eine Elektrode 11 ist oberhalb des piezoelektrischen Films 13 positioniert, und ist mit einem Elektroden-Pad verbunden, bei dem es sich um ein Schaltungsmuster zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Elektrode 11 handelt. Die andere Elektrode 12 ist unterhalb des piezoelektrischen Films 13 positioniert, und ist mit einem Elektroden-Pad verbunden, bei dem es sich um ein Schaltungsmuster zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Elektrode 12 handelt.
Der piezoelektrische Film 13 ist bspw. hergestellt aus Bleizirkonattitanat („lead zirconate titanate“, PZT). Der piezoelektrische Film 13 kann aus Aluminiumnitrid (AlN), aus Zinkoxid (ZnO), aus Bleititanat (PbTiO₃) oder dergleichen, hergestellt sein, und zwar zusätzlich bzw. anstelle von Bleizirkonattitanat.
Der Filmkörper 15 beinhaltet den Vibrationsfilm 16 und einen Filmträgerabschnitt 17. Der Filmkörper 15 ist bspw. aus Silicium (Si) hergestellt. Der Vibrationsfilm 16 und der Filmträgerabschnitt 17 sind einstückig ausgebildet, und zwar durch Ätzen der Rückflächenseite des Filmkörpers 15.
Der Vibrationsfilm 16 ist aus einem Dünnfilm hergestellt und ist dazu konfiguriert, um in der Filmdickenrichtung versetzbar zu sein, d.h., in der Richtung senkrecht bzw. normal auf den Vibrationsfilm 16 (die Richtung aufwärts und abwärts in der Seitendarstellung von 1). Der Vibrationsfilm 16 hat bei einer Betrachtung aus einer Ebene parallel zu dem Vibrationsfilm 16 eine im Wesentlichen eine kreisförmige Gestalt bzw. Kreisform.
Der Filmträgerabschnitt 17 hat eine zylindrische Innenumfangsfläche, die einen Hohlraum (hohlen Abschnitt) bildet. Der Vibrationsfilm 16 ist mit der Innenumfangsfläche des Filmträgerabschnittes 17 über den gesamten Umfang verbunden, derart, dass der Vibrationsfilm 16 darin eingelassen bzw. eingeschrieben bzw. davon umgeben ist, und folglich ist der Umfang des Vibrationsfilms 16 von dem Filmträgerabschnitt 17 getragen bzw. gelagert. Der Vibrationsfilm 16 ist mit der oberen Endseite des Filmträgerabschnittes 17 verbunden.
Zusätzlich hierzu hat der Filmträgerabschnitt 17 eine Region, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 mit einem Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 (Elektrode 11, Elektrode 12, und piezoelektrischer Film 13) überlappt, und der Vibrationsfilm 16 hat eine doppelseitige Holm- bzw. Strahlform („double-sided beam shape“), wobei beide Enden an dem Filmträgerabschnitt 17 festgelegt sind. Der Vibrationsfilm 16 kann jedoch eine freitragende bzw. kragarmartige Form haben, die gegenüber dem Filmträgerabschnitt 17 vorsteht, wobei das distale Ende des Vibrationsfilms 16 als ein freies Ende gebildet ist. Ferner kann der Vibrationsfilm 16 ringförmig sein, und die Außenseite des ringförmigen Vibrationsfilms 16 kann durch den Filmträgerabschnitt 17 festgelegt sein, oder die Außenseite des Vibrationsfilms 16 kann mittels des Filmträgerabschnittes 17 festgelegt sein und der Vibrationsfilm 16 kann eines oder mehrere Löcher haben. Bei der vorliegenden Spezifikation bezieht sich der Begriff „Ende“ auf den gemusterten Abschnitt („patterned portion“), der von der Mitte in jeder einzelnen Richtung am weitesten entfernt liegt.
Zusätzlich hierzu muss der Filmträgerabschnitt 17 nicht mit dem Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 überlappen, wenn aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 betrachtet, solange die Wirkung des Wandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die später beschrieben wird, nicht gehemmt wird. Beispielsweise können das Ende des Filmträgerabschnittes 17 und das Ende 51 des piezoelektrischen Elementes miteinander ausgerichtet sein, oder das Ende 51 des piezoelektrischen Elementes 50 kann etwas bzw. leicht hin zu der Mitte des Filmträgerabschnittes 17 positioniert sein. Wenn das Ende 51 des piezoelektrischen Elementes 50 bspw. ausgehend von dem Filmträgerabschnitt 17 hin zu der Mitte positioniert ist, kann das Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 um etwas das 10-fache der Filmdicke des Vibrationsfilms 16 ausgehend von dem Ende des Filmträgerabschnittes 17 hin zu der Mitte positioniert sein.
Vorliegend stellt 2 eine Querschnittsansicht um jene Region herum dar, die bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 das Ende des piezoelektrischen Elements 50 überlappt, und zwar während einer Vibration bzw. Auslenkung des Vibrationsfilms 16. Der Vibrationsfilm 16 hat einen Wendungspunkt bzw. Biegungspunkt („inflection point“) 18, und das Ende des piezoelektrischen Elements 50 ist ausgehend von dem Wendungspunkt bzw. Wendepunkt 18 auf der Seite des Filmträgerabschnittes 17 angeordnet. Bei dieser Anordnung kann die Peripherie des Vibrationsfilms 16 durch Anlegen einer Steuerspannung effektiv zurückgehalten bzw. beschränkt („restrained“) werden. Zusätzlich hierzu müssen das Ende des piezoelektrischen Elements 50 und der Filmträgerabschnitt 17 einander bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 nicht überlappen, solange die obige Wirkung nicht gehemmt wird.
Der Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 in größerer Genauigkeit beschrieben. Das piezoelektrische Element 50 hat eine Vielzahl von Elektroden 11 (in der vorliegenden Ausführungsform bspw. obere Elektroden 11a, 11b, 11c und 11d), eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen 13 (in der vorliegenden Ausführungsform bspw. piezoelektrische Filme 13a, 13b, 13c und 13d) und eine Vielzahl von Elektroden 12 (in der vorliegenden Ausführungsform bspw. untere Elektroden 12a, 12b, 12c und 12d). In der vorliegenden Ausführungsform werden die Elektrode 11, der piezoelektrische Film 13 und die Elektrode 12 gemeinschaftlich als ein Stapelkörper (bspw. Stapelkörper 30a und 30d) bezeichnet.
Der Stapelkörper 30d, bei dem es sich um das Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 handelt, ist dem Filmträgerabschnitt 17 am nächsten und ist ausgehend von dem Wendungspunkt des Vibrationsfilms 16 auf der Seite des Filmträgerabschnittes 17 angeordnet. Zusätzlich hierzu ist der Stapelkörper 30a jener Stapelkörper, der von dem Stapelkörper 30d am weitesten entfernt und der bei der vorliegenden Ausführungsform in der Mitte des Vibrationsfilms 16 angeordnet ist. Wenn der Vibrationsfilm 16 eine annähernd kreisförmige Gestalt bzw. eine Kreisform hat, hat der Stapelkörper 30a eine annähernd kreisförmige Struktur, und die anderen Stapelkörper als der Stapelkörper 30a (bspw. der Stapelkörper 30d) haben eine ringförmige Struktur. Mit anderen Worten ist der Stapelkörper 30a von den sich von dem Stapelkörper 30a unterscheidenden Stapelkörpern (bspw. der Stapelkörper 30d) umgeben.
Jeder der Stapelkörper ist voneinander getrennt bzw. die Stapelkörper sind jeweils voneinander beabstandet. Das heißt, die oberen Elektroden sind voneinander getrennt, die piezoelektrischen Filme sind voneinander getrennt, und die unteren Elektroden sind voneinander getrennt. Zusätzlich hierzu hat der Stapelkörper 30d, bei dem es sich um das Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 handelt, eine (in 3 und in 4 bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 überlappende) Region, die dem Filmträgerabschnitt 17 am nächsten liegt. In 3 und 4 sind die vier Stapelkörper dargestellt, und die Anzahl an Stapelkörpern ist nicht auf vier eingeschränkt und kann zwei oder mehr betragen. Beispielsweise können in dem piezoelektrischen Element zwei, drei oder fünf Stapelkörper enthalten sein. Zusätzlich hierzu müssen das Ende 51 des piezoelektrischen Elements 50 und der Filmträgerabschnitt 17 einander bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 nicht überlappen, solange die obige Wirkung nicht gehemmt ist.
Die jeweiligen Elektroden 11 und die jeweiligen Elektroden 12 sind unabhängig voneinander und elektrisch verbunden mit dem Elektroden-Pad über eine Verdrahtung bzw. jeweilige Verdrahtung. Genauer gesagt ist die obere Elektrode 11a elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21a verbunden, die obere Elektrode 11b ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21b verbunden, die obere Elektrode 11c ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21c verbunden, die obere Elektrode 11d ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21d verbunden, die untere Elektrode 12a ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 22a verbunden, die untere Elektrode 12b ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 22b verbunden, die untere Elektrode 12c ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 22c verbunden, und die untere Elektrode 12d ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 22d verbunden. Die Verdrahtung ist geroutet und symmetrisch in Bezug auf die Schwerpunktmitte des Vibrationsfilms 16 angeordnet. Bei der vorliegenden Spezifikation beinhaltet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine Verbindung durch „etwas, das eine gewisse Art von elektrischer Wirkung hat“. Vorliegend ist das „etwas, das eine gewisse Art von elektrischer Wirkung hat“ nicht besonders eingeschränkt, solange es das Senden bzw. die Übertragung und den Empfang von elektrischen Signalen zwischen den Verbindungsobjekten ermöglicht. Beispielsweise beinhaltet „etwas, das eine gewisse Art von elektrischer Wirkung hat“ Elektroden, eine Verdrahtung, Schaltelemente, Widerstandselemente, Induktoren, kapazitive Elemente und die anderen Elemente mit verschiedenen Funktionen.
Wenn eine Ansteuerspannung an jede von der Elektrode 11 und der Elektrode 12 angelegt wird, wird zwischen der Elektrode 11 und der Elektrode 12 eine Potentialdifferenz erzeugt. Der Vibrationsfilm 16 wird aufgrund dieser Potentialdifferenz versetzt.
Durch wiederholtes Anlegen einer Ansteuerspannung an die Elektrode 11 und die Elektrode 12 wiederholt der Vibrationsfilm 16 alternierend einen Aufwärtsversatz und einen Abwärtsversatz. Die Luft um den Vibrationsfilm 16 herum wird durch die Vibration des Vibrationsfilms 16 in Vibration versetzt, und die Vibration der Luft wird als eine Schallwelle ausgegeben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hat das piezoelektrische Element 50 eine Vielzahl von Stapelkörpern, die die Elektrode 11 und die Elektrode 12 beinhalten, und eine Ansteuerspannung wird an jeden der Stapelkörper angelegt. Es ist in jedem der Stapelkörper möglich, die physikalischen Charakteristika wie die effektive Größe und Härte des Vibrationskörpers, der das piezoelektrische Element 50 und den Vibrationsfilm 16 beinhaltet, zu verändern, und zwar durch geeignetes Einstellen der Ansteuerspannung, wodurch es möglich wird, die Resonanzfrequenz (natürliche Frequenz) des Vibrationskörpers zu verändern.
Genauer gesagt legt das piezoelektrische Element 50 eine Signalverlaufspannung an den Stapelkörper 30a an und legt eine Steuerspannung an den Stapelkörper 30d an, oder öffnet die obere Elektrode 11d des Stapelkörpers 30d bzw. steuert diese nicht an, und legt eine Steuerspannung oder eine Signalverlaufspannung an die verbleibenden Stapelkörper an, und zwar, unabhängig voneinander, oder öffnet die obere Elektrode des Stapelkörpers bzw. steuert die obere Elektrode des Stapelkörpers nicht an. Die Steuerspannung kann bspw. 0 V oder eine beliebige Spannung sein. Die Signalverlaufspannung kann ein beliebiger gewünschter Signalverlauf sein, bspw. eine Sinuswelle von 0 bis 5 V, ein unipolarer Puls, ein bipolarer Puls, eine Burst-Welle, eine kontinuierliche Welle („continuous wave“), oder dergleichen. Ein „Öffnen der Elektrode“ besteht darin, den Pfad eines Stromes zu blockieren, der zu der Elektrode fließt.
Zusätzlich hierzu ist das obige Beispiel nicht auf jenen Fall eingeschränkt, bei dem das piezoelektrische Element 50 die obere Elektrode öffnet. Beispielsweise kann das piezoelektrische Element 50 die untere Elektrode öffnen, oder kann die obere Elektrode und die untere Elektrode öffnen.
Hinsichtlich der an die Elektrode anzulegenden Spannung kann eine Spannung verwendet werden, die von einem Filter oder dergleichen moduliert ist. Beispielsweise wird eine an eine Elektrode anzulegende Spannung moduliert, und die modulierte Spannung wird an die andere Elektrode angelegt. Dies ermöglicht es, die Anzahl von Elektroden-Pads und des Typs der Ansteuerspannung, die anzulegen ist, zu reduzieren, was den Herstellungsprozess zweckmäßiger ausgestaltet.
Zusätzlich hierzu ist es bevorzugt, wenn eine Steuerspannung an sämtliche jener Stapelkörper angelegt wird, die sandwichartig zwischen dem Stapelkörper 30d und jenem Stapelkörper aufgenommen sind, an den eine Steuerspannung angelegt wird und der den Stapelkörper 30a am nächsten liegt. Dies ermöglicht es, die Anzahl von Typen der Ansteuerspannung zu reduzieren, die anzulegen ist, wodurch der Herstellungsprozess zweckmäßiger ausgestaltet werden kann.
Diese Konfiguration ermöglicht es, einen Wandler („transducer“) bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers zu verändern bzw. zu variieren. Zusätzlich hierzu ist es möglich, die Anzahl von Gradationen bzw. Abstufungen („gradations“) der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers zu erhöhen, wenn die Anzahl von in dem piezoelektrischen Element enthaltenen Stapelkörpern zunimmt. Aus diesem Grund können Schallwellen unter Verwendung jener Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers ausgegeben werden, die auf der Empfangsseite optimaler ist. Zusätzlich hierzu kann durch Anlegen von verschiedenen Spannungen für eine Steuerspannung eine Einstellung auch in einem Scan-Vorgang vorgenommen werden, bei dem nach einem optimalen Wert für die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers gesucht wird, und zwar durch kontinuierliches und graduelles Ändern der Steuerspannung.
Der Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die oben beschriebene Konfiguration eingeschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Die Modifikationen des Wandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
<Erste Modifikation>
Die Konfiguration des Wandlers gemäß der vorliegenden Modifikation wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. Ein Wandler 10A der vorliegenden Modifikation unterscheidet sich von dem in 3 und in 4 oben dargestellten Wandler 10 darin, dass eine untere Elektrode 12e anstelle der unteren Elektroden 12a, 12b, 12c und 12d verwendet wird. Bei der vorliegenden Modifikation sind die jene Punkte, die gemeinsam sind mit dem in 3 und 4 dargestellten Wandler 10, oben beschrieben, und die Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
Ein piezoelektrisches Element 50A beinhaltet eine Vielzahl von Elektroden 11 (bei der vorliegenden Modifikation bspw. obere Elektroden 11a, 11b, 11c und 11d), eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen 13 (in der vorliegenden Modifikation bspw. die piezoelektrischen Filme 13a, 13b, 13c und 13d), und die untere Elektrode 12e. Die untere Elektrode 12e kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie die Elektrode 12. Bei der vorliegenden Modifikation werden die Elektrode 11 und der piezoelektrischer Film 13 gemeinschaftlich als ein Stapelkörper bezeichnet (z.B. Stapelkörper 40a und 40d).
Der Stapelkörper 40d ist ein Ende 51A des piezoelektrischen Elements 50A und ist ausgehend von dem Wendungspunkt des Vibrationsfilms 16 auf der Seite des Filmträgerabschnittes 17 angeordnet. Zusätzlich hierzu handelt es sich bei dem Stapelkörper 40a um jenen Stapelkörper, der von dem Stapelkörper 40d am weitesten entfernt ist und der bei der vorliegenden Modifikation in der Mitte des Vibrationsfilms 16 angeordnet ist. Wenn der Vibrationsfilm 16 eine annähernd kreisförmige Gestalt hat, hat der Stapelkörper 40a eine annähernd kreisförmige Struktur, und die anderen Stapelkörper als der Stapelkörper 40a (bspw. der Stapelkörper 40d) haben eine ringförmige Struktur. Mit anderen Worten ist der Stapelkörper 40a von den anderen Stapelkörpern als dem Stapelkörper 40a umgeben (bspw. dem Stapelkörper 40d).
Jeder der Stapelkörper ist voneinander getrennt bzw. die Stapelkörper sind voneinander getrennt bzw. sind voneinander beabstandet. Das heißt, jede der oberen Elektroden ist von jeder anderen getrennt, und jeder der piezoelektrischen Filme ist von dem jeweiligen anderen getrennt. Zusätzlich hierzu hat der Stapelkörper 40d, bei dem es sich um das Ende 51A des piezoelektrischen Elements 50A handelt, eine Region, die bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 mit dem Filmträgerabschnitt 17 überlappt. Zusätzlich hierzu müssen das Ende 51A des piezoelektrischen Elements 51 und der Filmträgerabschnitt 17 bei einer Betrachtung aus der Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 nicht miteinander überlappen, solange die obige Wirkung nicht gehemmt wird.
Die jeweiligen Elektroden 11 sind unabhängig voneinander elektrisch mit dem bzw. einem jeweiligen Elektroden-Pad über eine Verdrahtung verbunden. Genauer gesagt ist die obere Elektrode 11a elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21a verbunden, die obere Elektrode 11b ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21b verbunden, die obere Elektrode 11c ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21c verbunden, die obere Elektrode 11d ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 21d verbunden, und die untere Elektrode 12e ist elektrisch mit dem Elektroden-Pad 22e verbunden. Die Verdrahtung ist in Bezug auf den Schwerpunkt („center of gravity“) des Vibrationsfilms 16 symmetrisch geroutet und angeordnet.
Bei einer derartigen Konfiguration wird eine Potentialdifferenz zwischen den oberen Elektroden und der unteren Elektrode 12e der Vielzahl von Stapelkörpern erzeugt. Die untere Elektrode 12e ist mit den jeweiligen oberen Elektroden der Vielzahl von Stapelkörper gepaart, und die untere Elektrode 12e wird in den jeweiligen Paaren gemeinsam genutzt. Da die untere Elektrode 12e gemeinsam genutzt wird, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Anzahl von Elektroden-Pads und den Typ bzw. die Typen von anzulegender Ansteuerspannung zu reduzieren, wodurch der Herstellungsprozess zweckmäßiger ausgebildet wird.
<Zweite Modifikation>
Die Konfiguration des Wandlers gemäß der vorliegenden Modifikation wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Ein Wandler 10B der vorliegenden Modifikation unterscheidet sich von dem in 5 und 6 dargestellten Wandler 10A, der oben beschrieben wurde, dahingehend, dass ein piezoelektrischer Film 13e anstelle der piezoelektrischen Filme 13a, 13b, 13c und 13d verwendet wird. Bei der vorliegenden Modifikation sind Punkte, die sie gemeinsam hat mit dem in den 5 und 6 dargestellten Wandler 10A, oben beschrieben, und die Unterschiede sind nachstehend beschrieben.
Ein piezoelektrisches Element 50B hat eine Vielzahl von Elektroden 11 (bei der vorliegenden Modifikation bspw. die oberen Elektroden 11a, 11b, 11c und 11d), den piezoelektrischen Film 13e und die untere Elektrode 12e. Der piezoelektrische Film 13e kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie der piezoelektrische Film 13.
Die obere Elektrode 11d ist ein Ende 51B des piezoelektrischen Elements 50B und ist ausgehend von dem Wendungspunkt des Vibrationsfilms 16 auf der Seite des Filmträgerabschnittes 17 angeordnet. Zusätzlich hierzu ist die obere Elektrode 11a bei der vorliegenden Modifikation jene obere Elektrode, die von der oberen Elektrode 11d am weitesten entfernt liegt und die in der Mitte des Vibrationsfilms 16 angeordnet ist. Wenn der Vibrationsfilm 16 eine annähernd kreisförmige Gestalt hat, hat die obere Elektrode 11a eine annähernd kreisförmige Struktur, und die anderen oberen Elektroden als die obere Elektrode 11a (bspw. die obere Elektrode 11d) haben eine ringförmige Struktur. Mit anderen Worten ist die obere Elektrode 11a von den anderen oberen Elektroden als der oberen Elektrode 11a umgeben (bspw. von der oberen Elektrode 11d).
Jede der oberen Elektroden ist voneinander getrennt bzw. beabstandet ausgebildet. Zusätzlich hierzu hat die obere Elektrode 11d, bei der es sich um das Ende 51B des piezoelektrischen Elements 50B handelt, eine Region, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm 16 mit dem Filmträgerabschnitt 17 überlappend ausgebildet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration wird eine Potentialdifferenz zwischen den oberen Elektroden und der unteren Elektrode 12e erzeugt. Die untere Elektrode 12e ist mit den jeweiligen oberen Elektroden gepaart, und die untere Elektrode 12e wird in den jeweiligen Paaren gemeinsam genutzt. Da die untere Elektrode 12e gemeinsam genutzt wird, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Anzahl von Elektroden-Pads und des Typs von Ansteuerspannung zu reduzieren, die anzulegen ist, wodurch der Herstellungsprozess zweckmäßiger ausgestaltet wird.
Wie oben beschrieben, obgleich einige Modifikationen beschrieben worden sind, sind die Angaben und Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden, beispielhaft und sollten nicht als einschränkend verstanden werden. Eine Vielfalt von alternativen Modifikationen und Operationstechniken werden sich für Fachleute aus der vorliegenden Offenbarung ergeben.
(Zweite Ausführungsform)
Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr beschrieben. Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das oben beschriebene piezoelektrische Element und den Filmkörper 15. Der Vibrationskörper, der das oben beschriebene piezoelektrische Element und den Filmkörper 15 beinhaltet, kann hinsichtlich der Resonanzfrequenz variieren bzw. unterschiedlich eingestellt werden.
Das System hat eine Funktion des Auswählens der jeweiligen Ansteuerspannungen, die an jede von der Elektrode 11 und der Elektrode 12 des piezoelektrischen Elements 50 anzulegen sind, und des Auswählens jener Kombination, die für externe Eingänge (Schallwellen oder dergleichen) am effizientesten ist. Beispielsweise wird bei dem piezoelektrischen Element der ersten Ausführungsform aufgrund dessen, dass der Vibrationskörper, bei dem die Elektrode 11 und die Elektrode 12, an die jeweils eine Sinuswelle von 0 bis 5 V angelegt ist, übereinander gestapelt sind, mittels eines externen Eingangs in Vibration versetzt wird, ein Signal (elektrisches Signal) zwischen der Elektrode 11 und der Elektrode 12 erzeugt, und zwar aufgrund des positiven piezoelektrischen Effekts beim Empfangen der obigen Vibration, und das Signal wird extrahiert. Das heißt, die Elektrode 11 und die Elektrode 12 werden als ein Vibrationssensor zum Erfassen des elektrischen Signals verwendet. Generell ist eine Empfangsfrequenz mit der höchsten Empfindlichkeit in einem Vibrationssensor die Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers, der als ein Erfassungsbauteil dient. Das System ermöglicht es, den Vibrationskörper in einen optimaleren Zustand zu versetzen, und zwar mit der höchsten Empfindlichkeit für einen externen Eingang, und zwar durch Einstellen der Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers, bei dem es sich um den Vibrationssensor handelt.
Hinsichtlich eines Verfahrens zum Kombinieren von Ansteuerspannungen (Auswahlverfahren) wird bspw. die sendeseitige Information (z.B. Sendefrequenz oder dergleichen) in das System mittels eines Benutzers eingegeben, und die Steuereinheit des Systems wählt die optimale Kombination aus. Diese Auswahl ermöglicht es, den Vibrationskörper in einen optimaleren Zustand mit der höchsten Empfindlichkeit zu versetzen.
Diese Konfiguration ermöglicht es, ein System bereitzustellen, das die Resonanzfrequenz des Vibrationskörpers derart einstellt, so dass sich der Vibrationskörper in einem optimaleren Zustand mit der höchsten Empfindlichkeit für einen externen Eingang befindet.
(Andere Ausführungsformen)
Wie oben beschrieben, obgleich einige Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind die Angaben und Zeichnungen, die Teil der Offenbarung bilden, beispielhaft und sollten nicht als einschränkend verstanden werden. Eine Vielzahl von alternativen Ausführungsformen, Beispielen und Operations- bzw. Betriebstechniken ergeben sich für Fachleute aus der vorliegenden Offenbarung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Gegenstand der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2020-088169 , die am 20. Mai 2020 eingereicht worden ist, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt hiervon vorliegend durch Bezugnahme enthalten ist.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B: Wandler
11: Elektrode
11a, 11b, 11c, 11d: Obere Elektrode
12: Elektrode
12a, 12b, 12c, 12d, 12e: Untere Elektrode
13, 13a, 13b, 13c, 13d, 13e: Piezoelektrischer Film
15: Filmkörper
16: Vibrationsfilm
17: Filmträgerabschnitt
18: Wendungspunkt
21a, 21b, 21c, 21d, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e: Elektroden-Pad
30a, 30d, 40a, 40d: Stapelkörper
50, 50A, 50B: Piezoelektrisches Element
51, 51A, 51B: Ende

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 2018170592 [0004]
JP 2012105170 [0004]
JP 2020088169 [0057]

Claims

Wandler mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm des Filmkörpers gestapelt ist, wobei das piezoelektrische Element aufweist: einen ersten Stapelkörper, der ein erstes Paar von Elektroden und einen ersten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem ersten Paar von Elektroden aufgenommen ist; und einen zweiten Stapelkörper, der ein zweites Paar von Elektroden und einen zweiten piezoelektrischen Film aufweist, der sandwichartig zwischen dem zweiten Paar von Elektroden aufgenommen ist, wobei der zweite Stapelkörper von dem ersten Stapelkörper getrennt ist.
Wandler nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Element ferner einen dritten Stapelkörper aufweist, der ein drittes Paar von Elektroden und einen dritten piezoelektrischen Film hat, der sandwichartig zwischen dem dritten Paar von Elektroden aufgenommen ist, und wobei der dritte Stapelkörper zwischen dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper sandwichartig aufgenommen ist und von dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper getrennt ist.
Wandler mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt aufweist mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist, wobei das piezoelektrische Element aufweist: eine erste Elektrode; einen ersten Stapelkörper, der einen ersten piezoelektrischen Film und eine zweite Elektrode aufweist; und einen zweiten Stapelkörper, der einen zweiten piezoelektrischen Film und eine dritte Elektrode aufweist und der von dem ersten Stapelkörper getrennt ist, wobei der erste piezoelektrische Film zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist, und wobei der zweite piezoelektrische Film zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist.
Wandler nach Anspruch 3, wobei der erste piezoelektrische Film und der zweite piezoelektrische Film über der ersten Elektrode positioniert sind.
Wandler nach Anspruch 3 oder 4, wobei das piezoelektrische Element ferner einen dritten Stapelkörper aufweist, der einen dritten piezoelektrischen Film und eine vierte Elektrode hat, und wobei der dritte Stapelkörper zwischen dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper sandwichartig aufgenommen ist und von dem ersten Stapelkörper und dem zweiten Stapelkörper getrennt ist.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Ende des zweiten Stapelkörpers eine Region aufweist, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Stapelkörper von dem zweiten Stapelkörper umgeben ist.
Wandler mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt aufweist, der einen hohlen Abschnitt hat, und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den Vibrationsfilm gestapelt ist, wobei das piezoelektrische Element aufweist: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; einen piezoelektrischen Film, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist; und eine dritte Elektrode, wobei der piezoelektrische Film zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist, und wobei die dritte Elektrode von der zweiten Elektrode getrennt ist.
Wandler nach Anspruch 8, wobei ein Ende des dritten Stapelkörpers eine Region hat, die bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt.
Wandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Vibrationsfilm über der ersten Elektrode positioniert ist.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 10, wobei das piezoelektrische Element ferner eine vierte Elektrode aufweist, wobei der piezoelektrische Film zwischen der ersten Elektrode und der vierten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist, und wobei die vierte Elektrode zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode sandwichartig aufgenommen ist und von der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode getrennt ist.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 11, wobei die zweite Elektrode von der dritten Elektrode umgeben ist.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Vibrationsfilm eine doppelseitige Holmform hat.
Wandler nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 13, wobei das piezoelektrische Element eine Funktion des Änderns einer Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers hat, der das piezoelektrische Element und den Filmkörper beinhaltet.
Verfahren zum Ansteuern eines Wandlers, wobei der Wandler versehen ist mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei das piezoelektrische Element des Filmkörpers über den bzw. auf den Vibrationsfilm gestapelt ist, wobei das piezoelektrische Element aufweist: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die voneinander getrennt sind, und zwar auf dem piezoelektrischen Film, wobei ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden eine erste Region hat, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten ist, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anlegt, oder die obere Elektrode öffnet, oder die untere Elektrode öffnet, und wobei das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung oder eine Signalverlaufspannung an die verbleibenden Elektroden anlegt, und zwar unabhängig voneinander, oder die obere Elektrode öffnet oder die untere Elektrode öffnet, wodurch eine Resonanzfrequenz eines Vibrationskörpers geändert wird, der das piezoelektrische Element und den Filmkörper beinhaltet.
Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach Anspruch 15, wobei die erste Region bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt, und wobei eine Signalverlaufspannung an jene obere Elektrode angelegt wird, die eine zweite Region hat, die am weitesten von der ersten Region entfernt ist.
Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach Anspruch 16, wobei eine obere Elektrode in der zweiten Region von einer oberen Elektrode in der ersten Region umgeben ist.
Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Steuerspannung an sämtliche der oberen Elektroden angelegt wird, die zwischen einer oberen Elektrode, an die die Steuerspannung angelegt ist und die am nächsten an der zweiten Region liegt, und einer oberen Elektrode in der ersten Region sandwichartig aufgenommen ist.
Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach einem beliebigen der Ansprüche 15 bis 18, wobei eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen derart vorgesehen ist, dass sie voneinander getrennt sind.
Verfahren zum Ansteuern des Wandlers nach Anspruch 19, wobei eine Vielzahl von unteren Elektroden derart vorgesehen ist, dass diese voneinander getrennt sind.
System mit: einem piezoelektrischen Element; und einem Filmkörper, der einen Filmträgerabschnitt mit einem hohlen Abschnitt und einen Vibrationsfilm aufweist, der mit dem Filmträgerabschnitt verbunden ist und der in einer Filmdickenrichtung versetzbar ist, wobei der Filmkörper das piezoelektrische Element über den Vibrationsfilm gestapelt hat, wobei das piezoelektrische Element aufweist: eine untere Elektrode; einen piezoelektrischen Film über der unteren Elektrode; und eine Vielzahl von oberen Elektroden, die voneinander getrennt sind, und zwar über dem piezoelektrischen Film, wobei ein Ende von einer der Vielzahl von oberen Elektroden eine erste Region hat, die dem Filmträgerabschnitt am nächsten ist, wobei das piezoelektrische Element entweder eine Steuerspannung an eine obere Elektrode in der ersten Region anlegt oder die obere Elektrode öffnet oder die untere Elektrode öffnet oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt wird, um den effizientesten Empfang für ein externes Signal bzw. um die effizienteste Aufnahme für ein externes Signal zu erreichen, wobei das piezoelektrische Element ferner entweder eine Steuerspannung an die verbleibenden oberen Elektroden anlegt, und zwar unabhängig voneinander, oder die obere Elektrode öffnet oder die untere Elektrode öffnet oder ein Signal extrahiert, das aufgrund einer Vibration des Filmkörpers erzeugt wird.
System nach Anspruch 21, wobei die erste Region bei einer Betrachtung aus einer Richtung senkrecht auf den Vibrationsfilm den Filmträgerabschnitt überlappt, und wobei das Signal, das aufgrund der Vibration des Filmkörpers erzeugt wird, in einer zweiten Region extrahiert wird, die am weitesten von der ersten Region entfernt ist.
System nach Anspruch 22, wobei eine obere Elektrode in der zweiten Region von einer oberen Elektrode in der ersten Region umgeben ist.
System nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Steuerspannung an sämtliche der oberen Elektroden angelegt wird, die zwischen einer oberen Elektrode, an die die Steuerspannung angelegt ist und die am nächsten an bzw. von der zweiten Region liegt, und einer oberen Elektrode in der ersten Region sandwichartig aufgenommen sind.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 21 bis 24, wobei eine Vielzahl von piezoelektrischen Filmen derart vorgesehen ist, dass diese voneinander getrennt sind.
System nach Anspruch 25, wobei eine Vielzahl von unteren Elektroden derart vorgesehen ist, dass diese voneinander getrennt sind.