JP2022167985A - 圧電素子 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本開示の別の観点によれば、複数の振動領域における第1領域および第2領域は、振動領域を一端部と交差する方向に複数に分割した仮想領域において、仮想領域の面積をSとし、仮想領域に発生する応力の和をσsumとすると、向上部として、それぞれの仮想領域における(σsum)2/Sが最大となる領域を繋ぐ境界線で区画されている。
また、本開示の別の観点によれば、複数の振動領域は、平面三角形状とされており、複数の振動領域における第1領域および第2領域は、向上部として、振動領域を一端部が3等分となるように分割して3つの三角形を構成し、3つの三角形の重心位置と、一端部の両端部とを繋ぐ境界線で区画されている。
また、本開示の別の観点によれば、電極膜および圧電膜は、下層電極膜、下層圧電膜、中間電極膜、上層圧電膜、上層電極膜が支持体側から順に積層されて配置され、下層電極膜、中間電極膜、上層電極膜は、向上部として、下層電極膜および上層電極膜の膜厚が中間電極膜の膜厚より薄くされ、下層電極膜と上層電極膜との剛性が等しくされている。
第1実施形態の圧電素子1について、図1および図2を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧電素子1は、例えば、マイクロフォンとして利用されると好適である。また、図1は、図2中のI-I線に沿った断面図に相当している。なお、図2では、後述する第1電極部71および第2電極部72等を省略して示している。また、図2に対応する各図においても、第1電極部71および第2電極部72等を適宜省略して示している。
上記第1実施形態の変形例について説明する。上記第1実施形態において、応力増加用スリット42は、図3に示されるように、分離用スリット41の延設方向に沿って延設されつつ、応力増加用スリット42のみで角部C1が構成されるように折り曲げられた形状とされていてもよい。つまり、応力増加用スリット42は、いわゆる波形状とされていてもよい。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、変形促進構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第2実施形態の変形例について説明する。上記第2実施形態において、角部C2は、凹部10aの開口端において、当該開口端を支持体10の内縁側に突出させる凸部が形成されることで構成されていてもよい。つまり、上記第2実施形態は、振動領域22のうちの第1領域R1である一端部22aに角部C2が形成されるのであれば、凹部10aの開口端側の形状は適宜変更可能である。
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、変形促進構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対し、変形促進構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第3実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第5実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、変形促進構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第6実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、各振動領域22に温度検出素子および発熱素子を備えたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第7実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、複数のセンシング部30が形成されるようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第8実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、支持体10の凹部10aに保護膜を配置したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第9実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、支持体10の形状を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第10実施形態について説明する。本実施形態は、第9実施形態に対し、圧電装置における圧電素子1の配置の仕方を変更したものである。その他に関しては、第9実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第11実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、中間電極膜62の形状を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第11実施形態の変形例について説明する。上記第11実施形態において、図20に示されるように、電荷領域621、623は、矩形状とされていなくてもよい。つまり、ダミー領域624、625は、3つの電荷領域621~623が等しくなるのであれば、形成される位置や形状は適宜変更可能である。さらに、3つの電荷領域621~623の面積が等しくなるのであれば、ダミー領域624、625は形成されていなくてもよい。
第12実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、第1領域R1と第2領域R2との区画の仕方を規定したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
以上説明した本実施形態によれば、第1領域R1と第2領域R2とは、第1領域R1の静電エネルギーEが高くなるように区画されている。このため、検出感度の向上を図ることができ、検出精度の向上を図ることができる。
上記第12実施形態の変形例について説明する。第1領域R1および第2領域R2は、図25に示されるように分割されていてもよい。すなわち、振動領域22が平面三角形状とされているため、一端部22aを3等分するように三角形を分割し、3つの三角形の各重心位置Cと、一端部22aの両端部とを繋ぐ境界線によって第1領域R1と第2領域R2とを分割するようにしてもよい。このように第1領域R1と第2領域R2とを区画するようにしても、上記第12実施形態の近似線に近い領域で第1領域R1と第2領域R2とが区画されて静電エネルギーEが高くなる領域が含まれる。このため、検出感度の向上を図ることができ、検出精度の向上を図ることができる。
第13実施形態について説明する。本実施形態は、第12実施形態に対し、第1領域R1と第2領域R2との区画の仕方を規定したものである。その他に関しては、第12実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
このように、単位面積当たりの発生応力に基づいて第1領域R1と第2領域R2とを区画するようにしても、上記第12実施形態と同様の効果を得ることができる。
第14実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、各振動領域22を反らせつつ、並列に接続したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第14実施形態に変形例について説明する。上記第14実施形態において、図31に示されるように、各振動領域22は、回路基板120に対して並列に接続されつつ、互いに直列にも接続されていてもよい。
第15実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、振動領域22に反射膜を形成したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第16実施形態について説明する。本実施形態は、第9実施形態のように圧電装置を構成した際に自己診断を行うようにしたものである。その他に関しては、第9実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第16実施形態の変形例について説明する。上記第16実施形態において、制御部120aは、自己診断として、異常判定およびバック空間S2の圧力の推定の一方のみを行うようにしてもよい。また、上記第16実施形態において、制御部120aは、バック空間S2の圧力の推定を行う際、通常振動と異なる振動であるのであれば、各振動領域22を共振周波数で振動させなくてもよい。但し、各振動領域22を共振周波数で最大振動させることにより、通常振動との差を大きくでき、バック空間S2の圧力の推定精度を向上できる。
第17実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、下層電極膜61、中間電極膜62、および上層電極膜63の膜厚を規定したものである。その他に関しては、第9実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
上記第17実施形態の変形例について説明する。上記第17実施形態において、下層電極膜61と上層電極膜63とは、中間電極膜62より膜厚が薄くされると共に剛性が等しくされるのであれば次のように構成されていてもよい。すなわち、下層電極膜61と上層電極膜63とは、異なる材料で構成され、膜厚が調整されることによって剛性が等しくなるように構成されていてもよい。
第18実施形態について説明する。本実施形態は、第11実施形態に対し、寄生容量Cpに基づいて電荷領域620の数を規定したものである。その他に関しては、第11実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
なお、寄生容量Cpは、圧電素子1(すなわち、センシング部30)と回路基板120とを接続する部分の容量や、回路基板120の内部に発生する容量等の和である。また、センシング部30の容量Coは、各電荷領域620が直列に接続されるため、1/n2に比例する。
第19実施形態について説明する。本実施形態は、第9実施形態のように圧電装置を構成した際の、受圧面空間S1の音響コンプライアンスCf、バック空間S2の音響コンプライアンスCb、分離用スリット41の音響抵抗Rg等を調整したものである。その他に関しては、第9実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (15)
- 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
それぞれの前記振動領域における前記電極膜および前記圧電膜は、下層電極膜(61)、下層圧電膜(51)、中間電極膜(62)、上層圧電膜(52)、上層電極膜(63)が前記支持体側から順に積層されて配置され、
それぞれの前記振動領域における前記中間電極膜は、前記向上部として、面積が等しくされた複数の電荷領域(620、621~623)に分割されていると共に、前記電荷領域が直列に接続されており、
前記振動部は、前記下層電極膜と前記中間電極膜の電荷領域との間に発生する電荷、および前記上層電極膜と前記中間電極膜の電荷領域との間に発生する電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する圧電素子。 - 前記複数の電荷領域は、最大感度の90%以上となる数とされている請求項1に記載の圧電素子。
- 前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記振動領域を前記一端部と交差する方向に複数に分割した仮想領域(M)において、前記仮想領域の容量をCとし、当該仮想領域に発生する応力の平均値をσとすると、前記向上部として、それぞれの前記仮想領域におけるC×σ2が最大となる領域を繋ぐ境界線で区画されている請求項1または2に記載の圧電素子。
- 前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記振動領域を前記一端部と交差する方向に複数に分割した仮想領域(M)において、前記仮想領域の面積をSとし、前記仮想領域に発生する応力の和をσsumとすると、前記向上部として、それぞれの前記仮想領域における(σsum)2/Sが最大となる領域を繋ぐ境界線で区画されている請求項1または2に記載の圧電素子。
- 前記複数の振動領域は、平面三角形状とされており、
前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記向上部として、前記振動領域を前記一端部が3等分となるように分割して3つの三角形を構成し、3つの三角形の重心位置(C)と、前記一端部の両端部とを繋ぐ境界線で区画されている請求項1または2に記載の圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記振動領域を前記一端部と交差する方向に複数に分割した仮想領域(M)において、前記仮想領域の容量をCとし、当該仮想領域に発生する応力の平均値をσとすると、前記向上部として、それぞれの前記仮想領域におけるC×σ2が最大となる領域を繋ぐ境界線で区画されている圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記振動領域を前記一端部と交差する方向に複数に分割した仮想領域(M)において、前記仮想領域の面積をSとし、前記仮想領域に発生する応力の和をσsumとすると、前記向上部として、それぞれの前記仮想領域における(σsum)2/Sが最大となる領域を繋ぐ境界線で区画されている圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記複数の振動領域は、平面三角形状とされており、
前記複数の振動領域における第1領域および第2領域は、前記向上部として、前記振動領域を前記一端部が3等分となるように分割して3つの三角形を構成し、3つの三角形の重心位置(C)と、前記一端部の両端部とを繋ぐ境界線で区画されている圧電素子。 - 前記複数の振動領域は、前記向上部として、前記他端部が前記一端部に対して反っており、
前記振動部は、前記向上部として、前記複数の振動領域からそれぞれ前記圧力検出信号を出力する請求項1ないし8のいずれか1つに記載の圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記複数の振動領域は、前記向上部として、前記他端部が前記一端部に対して反っており、
前記振動部は、前記向上部として、前記複数の振動領域からそれぞれ前記圧力検出信号を出力する圧電素子。 - 前記複数の振動領域は、前記第2領域に、前記向上部として、前記圧電膜よりも反射率の高い反射膜(140)が配置されている請求項1ないし10のいずれか1つに記載の圧電素子。
- 前記反射膜は、前記圧電膜よりもヤング率の低い材料で構成されている請求項11に記載の圧電素子。
- 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記複数の振動領域は、前記第2領域に、前記向上部として、前記圧電膜よりも反射率の高い反射膜(140)が配置されており、
前記反射膜は、前記圧電膜よりもヤング率の低い材料で構成されている圧電素子。 - 前記電極膜および前記圧電膜は、下層電極膜(61)、下層圧電膜(51)、中間電極膜(62)、上層圧電膜(52)、上層電極膜(63)が前記支持体側から順に積層されて配置され、
前記下層電極膜、前記中間電極膜、前記上層電極膜は、前記向上部として、前記下層電極膜および前記上層電極膜の膜厚が前記中間電極膜の膜厚より薄くされ、前記下層電極膜と前記上層電極膜との剛性が等しくされている請求項1ないし13のいずれか1つに記載の圧電素子。 - 圧力に応じた圧力検出信号を出力する振動部(20)を有する圧電素子であって、
支持体(10)と、
前記支持体上に配置され、圧電膜(50)と、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜が変形することによって発生する電荷を取り出す電極膜(60)とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持領域と繋がっており、前記支持体から浮遊している複数の振動領域(22)とを有し、前記電荷に基づいた前記圧力検出信号を出力する前記振動部と、を備え、
前記複数の振動領域は、それぞれ前記支持領域との境界となる一端部(22a)が固定端とされると共に他端部(22b)が自由端とされ、前記一端部側の領域が第1領域(R1)とされると共に、前記他端部側の領域が第2領域(R2)とされており、
前記電極膜は、前記第1領域に形成されており、
前記圧力検出信号の検出精度を向上させる向上部(61~63、140、R1、R2)を備え、
前記電極膜および前記圧電膜は、下層電極膜(61)、下層圧電膜(51)、中間電極膜(62)、上層圧電膜(52)、上層電極膜(63)が前記支持体側から順に積層されて配置され、
前記下層電極膜、前記中間電極膜、前記上層電極膜は、前記向上部として、前記下層電極膜および前記上層電極膜の膜厚が前記中間電極膜の膜厚より薄くされ、前記下層電極膜と前記上層電極膜との剛性が等しくされている圧電素子。
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