JP2014511055A5

JP2014511055A5 -

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Publication number: JP2014511055A5
Application number: JP2013554545A
Authority: JP
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2015-05-14
Anticipated expiration: 2032-02-14

Description

いくつかの実施態様において、付着して静止したままとなる周囲部分２３８は、湾曲部分２１８の横寸法に対して極小さい幅を占めるものでもよい。本明細書において後に示すが、湾曲部分２１８の小さい周囲部分２３８を動作中に静止したままとすることにより、圧電素子２１０の湾曲部分２１８と平面部分２２０との間の移行点での応力を低減させることができ、振動素子２０２の寿命を延長させることができる。

いくつかの実施態様では、図２Ａに示した振動素子２０２と同様、圧電素子２５０の平面部分２６０に加えて圧電素子２５０の湾曲部分２５８の周囲部分２７８も動作中に静止したままとし、一方湾曲部分２５８の中心部分２８０のみが時変駆動電圧に応じて振動する。

Claims

圧電トランスデューサにおいて、
駆動電極と、基準電極と、該駆動電極および基準電極の間に配置された、圧電素子とを備えている振動素子、および、
基部であって、該基部の第１表面上で前記振動素子を支持し、かつ前記振動素子の前記駆動電極と前記基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、
を備え、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の夫々が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記第１表面の同じエリアの上に懸架され、かつ前記駆動電極と前記基準電極との間に電圧が印加されていないときに、前記基部の前記第１表面に対して第１方向に湾曲しているものであり、
前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記駆動電極と前記基準電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記トランスデューサが、前記基部から前記振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ前記トランスデューサの該露出外面が、前記振動素子の外面、または前記振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記トランスデューサの前記露出外面が、前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とする圧電トランスデューサ。
前記振動素子が、実質的に同一の振動素子から成る線形アレイの中の１つであり、さらに前記線形アレイの振動素子が夫々、前記基部の前記第１表面上で各環状支持体により支持されかつ前記基部内の回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記振動素子が、実質的に同一の振動素子から成る２次元アレイの中の１つであり、さらに前記２次元アレイの振動素子が夫々、前記基部の前記第１表面上で各支持体により支持されかつ前記基部内の回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記２次元アレイが多角形アレイであることを特徴とする請求項３記載の圧電トランスデューサ。
前記基部内の前記回路が、前記２次元アレイの前記振動素子の真下エリアの実質的に範囲内にあることを特徴とする請求項３記載の圧電トランスデューサ。
前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、環状の前記支持体の中心部分の上に懸架されていることを特徴とする請求項３記載の圧電トランスデューサ。
前記支持体が金属製リングであり、該金属製リングの第１面側が前記基部の前記第１表面に取り付けられ、かつ該金属製リングの第２面側が、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第１表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の圧電トランスデューサ。
前記支持体が金属製リングであり、該金属製リングが、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第１表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に、前記基部の前記第１表面を共晶接合させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項６記載の圧電トランスデューサ。
前記基部が、前記第１表面内に形成されたキャビティを備え、かつ前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記キャビティの上に懸架されていることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記基準電極の位置よりも前記駆動電極の位置の方が、前記基部の前記第１表面に近いことを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が夫々、前記基部の前記第１表面から離れるように湾曲していることを特徴とする請求項１０記載の圧電トランスデューサ。
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が夫々、前記基部の前記第１表面に向かって湾曲していることを特徴とする請求項１０記載の圧電トランスデューサ。
前記基準電極が動作中、地電位で維持されることを特徴とする請求項１０記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子が、各平面部分によって包囲されている各湾曲部分を含み、かつ前記圧電素子の前記各平面部分と前記各湾曲部分の周囲部分とが、前記圧電素子の前記各静止部分を形成していることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、少なくとも０．５μｍであることを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、０．５から１０μｍであることを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の厚さが、３から６μｍの間であることを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の高さが、１．５から１０μｍの間であることを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の横寸法が、前記第１方向に対して垂直な平面内において１５から８０μｍであることを特徴とする請求項１４記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子の結晶粒構造が、円柱状でありかつ実質的に整列したものであり、さらに全てのまたは実質的に全ての、該円柱状結晶粒が、前記圧電素子の前記柔軟部分と前記静止部分との両方に及ぶ前記圧電素子の表面に対し、局所的に垂直であることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記駆動電圧が、１０ボルト以下であることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
前記基部内の前記集積回路が、複数の前記振動素子の前記圧電素子夫々に前記トランスデューサの前記露出外面を通して加えられた該圧電素子夫々での圧力変化を、個々に感知するための、感知回路を含んでいることを特徴とする請求項１記載の圧電トランスデューサ。
媒体内に圧力波を生じさせるデバイスにおいて、
第１遠心端を有しているハンドル部分、および、
前記ハンドル部分の前記第１遠心端に近接して該ハンドル部分に取り付けられた、振動部分、を備え、前記振動部分が、
共通基準電極を共有している複数の振動素子であって、該振動素子の夫々が、各駆動電極と、該各駆動電極および前記共通基準電極の間に配置された、各圧電素子とを備えている、複数の振動素子、および、
基部であって、該基部の第１表面上で前記複数の振動素子を支持し、かつ前記複数の振動素子の前記駆動電極と前記共通基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記各圧電素子が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、前記第１表面の上に懸架され、かつ前記振動素子の前記各駆動電極と前記共通基準電極との間に駆動電圧が印加されていないときに、前記基部の前記第１表面に対して第１方向に湾曲しているものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、該圧電素子を間に配置している前記共通基準電極と前記各駆動電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記デバイスが、前記基部から前記複数の振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ該露出外面が、前記複数の振動素子の各外面、または前記複数の振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記デバイスの前記露出外面が、前記複数の振動素子の前記各圧電素子の前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とするデバイス。
前記複数の振動素子が、振動素子の線形アレイを形成していることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記複数の振動素子が、振動素子の２次元アレイを形成していることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記２次元アレイが多角形アレイであることを特徴とする請求項２５記載のデバイス。
前記基部内の前記回路が、前記２次元アレイの前記振動素子の真下エリアの実質的に範囲内にあることを特徴とする請求項２５記載のデバイス。
前記振動素子夫々が、前記基部の前記第１表面の上方で各支持体により懸架され、かつ前記圧電素子の前記各柔軟部分が、前記各支持体の中心部分の上に懸架されていることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記振動素子夫々の前記各支持体が金属製リングであり、該金属製リングの第１面側が前記基部の前記第１表面に取り付けられ、かつ該金属製リングの第２面側が、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第１表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に取り付けられていることを特徴とする請求項２８記載のデバイス。
前記各支持体が金属製リングであり、該金属製リングが、前記駆動電極および前記基準電極のうちの、前記基部の前記第１表面により近づいて位置している一方の、前記各静止部分に、前記基部の前記第１表面を共晶接合させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項２８記載のデバイス。
前記基部が、前記振動素子夫々の下方で前記第１表面内に形成された各キャビティを備え、かつ前記圧電素子の前記柔軟部分が、該各キャビティの上に懸架されていることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記共通基準電極の位置よりも前記振動素子夫々の前記各駆動電極の位置の方が、前記基部の前記第１表面に近いことを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各柔軟部分が、前記基部の前記第１表面から離れるように湾曲していることを特徴とする請求項３２記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各柔軟部分が、前記基部の前記第１表面に向かって湾曲していることを特徴とする請求項３２記載のデバイス。
前記共通基準電極が動作中、地電位で維持されることを特徴とする請求項３２記載のデバイス。
前記各圧電素子が、各平面部分によって包囲されている各湾曲部分を含み、かつ前記圧電素子の前記各平面部分と前記各湾曲部分の周囲部分とが、前記圧電素子の前記各静止部分を形成していることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、少なくとも０．５μｍであることを特徴とする請求項３６記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各湾曲部分の前記周囲部分の幅が、０．５から１０μｍであることを特徴とする請求項３６記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各湾曲部分の厚さが、３から６μｍの間であることを特徴とする請求項３６記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各湾曲部分の高さが、１．５から１０μｍの間であることを特徴とする請求項３６記載のデバイス。
前記各圧電素子の前記各湾曲部分の横寸法が、前記第１方向に対して垂直な平面内において１５から８０μｍであることを特徴とする請求項３６記載のデバイス。
前記各圧電素子の結晶粒構造が、円柱状でありかつ実質的に整列したものであり、さらに全てのまたは実質的に全ての、該円柱状結晶粒が、前記圧電素子の前記柔軟部分と前記静止部分との両方に及ぶ前記圧電素子の表面に対し、局所的に垂直であることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記ハンドル部分の長さ寸法のサイズが、該長さ寸法に垂直な幅寸法のサイズよりも大きいことを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に垂直な第１平面内に配列していることを特徴とする請求項４３記載のデバイス。
前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に平行な第１平面内に配列していることを特徴とする請求項４３記載のデバイス。
前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に実質的に垂直な平面内の、さらに環状エリアの範囲内に配列していることを特徴とする請求項４３記載のデバイス。
前記複数の振動素子が、前記ハンドル部分の前記長さ寸法に平行でありかつ共通の軸から等距離にある、複数の平面上に、配列していることを特徴とする請求項４３記載のデバイス。
前記基部内の前記集積回路が、前記複数の振動素子の夫々を個々に駆動するための駆動回路を含んでいることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの１以上を、２０ｋＨｚから３０ＭＨｚの間の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項４８記載のデバイス。
前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの１以上を、１ＭＨｚから１５ＭＨｚの間の周波数で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項４８記載のデバイス。
前記駆動回路が、前記複数の振動素子のうちの１以上を、１０ボルト以下の駆動電圧で駆動するように構成されていることを特徴とする請求項４８記載のデバイス。
前記基部内の前記集積回路が、前記デバイスの前記露出外面を通して前記複数の振動素子の前記各圧電素子に加えられた該各圧電素子上の圧力変化を、個々に感知する、感知回路を含んでいることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
前記デバイスの最大サイズが、少なくとも２つの直交方向の夫々において、２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項２３記載のデバイス。
媒体内に圧力波を生じさせるデバイスにおいて、
第１遠心端を有しているハンドル部分、および、
前記ハンドル部分の前記第１遠心端に近接して該ハンドル部分に取り付けられた、振動部分、を備え、前記振動部分が、
共通基準電極を共有している複数の振動素子であって、該振動素子の夫々が、各駆動電極と、該各駆動電極および前記共通基準電極の間に配置された、各圧電素子とを備えている、複数の振動素子、および、
基部であって、該基部の第１表面上で前記複数の振動素子を支持し、かつ鉛直に延在している電気的接続部によって前記複数の振動素子の前記駆動電極と前記共通基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記各圧電素子が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、前記第１表面の上に懸架されているものであり、
前記各圧電素子の前記柔軟部分が、該圧電素子を間に配置している前記共通基準電極と前記各駆動電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記デバイスが、前記基部から前記複数の振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ該露出外面が、前記複数の振動素子の各外面、または前記複数の振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記デバイスの前記露出外面が、前記複数の振動素子の前記各圧電素子の前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とするデバイス。
前記振動素子が平坦なものであることを特徴とする請求項５４記載のデバイス。
前記各圧電素子が、円柱状結晶粒構造を有するスパッタ圧電層を備えていることを特徴とする請求項５４記載のデバイス。
前記円柱状結晶粒構造が、前記スパッタ圧電層の表面に対して垂直であることを特徴とする請求項５６記載のデバイス。
圧電トランスデューサにおいて、
駆動電極と、基準電極と、該駆動電極および基準電極の間に配置された、圧電素子とを備えている振動素子、および、
基部であって、該基部の第１表面上で前記振動素子を支持し、かつ鉛直に延在している電気的接続部によって前記振動素子の前記駆動電極と前記基準電極とに電気的に接続されている集積回路を含んでいる、基部、を備え、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の夫々が、各柔軟部分と、該各柔軟部分に接続した各静止部分とを含むものであり、
前記駆動電極、前記基準電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記第１表面の同じエリアの上に懸架されているものであり、
前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分が、前記駆動電極と前記基準電極との間に印加された駆動電圧に応じて偏向するものであり、
前記トランスデューサが、前記基部から前記振動素子を指し示す方向へと向いた露出外面を備え、かつ前記トランスデューサの該露出外面が、前記振動素子の外面、または前記振動素子の外面を覆っている柔軟なフィルムの外面、を含むものであり、さらに、
前記トランスデューサの前記露出外面が、前記基準電極、前記駆動電極、および前記圧電素子の、前記柔軟部分の偏向に合わせて偏向するものであることを特徴とする圧電トランスデューサ。
前記振動素子が平坦なものであることを特徴とする請求項５８記載の圧電トランスデューサ。
前記圧電素子が、円柱状結晶粒構造を有するスパッタ圧電層を備えていることを特徴とする請求項５８記載の圧電トランスデューサ。
前記円柱状結晶粒構造が、前記スパッタ圧電層の表面に対して垂直であることを特徴とする請求項６０記載の圧電トランスデューサ。