JP7031759B2 - 圧電トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、圧電トランスデューサに関する。

圧電トランスデューサの構成を開示した先行文献として、特表２０１４－５１５２１４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された圧電トランスデューサは、基板と、複数の片持ち梁とを備えている。複数の片持ち梁の各々は、互いに隣接し、先細である。複数の片持ち梁の各々は、梁基端部と、梁先端部と、梁本体部とを規定している。梁本体部は、梁基端部と梁先端部との間に配置される。複数の片持ち梁の各々は、梁先端部が共通の仮想点に向けて延びるように配置されている。複数の片持ち梁の各々は、梁基端部に沿って基板に結合されるが、梁本体部に沿って基板に結合されていない。

特表２０１４－５１５２１４号公報

従来の圧電トランスデューサにおいては、基板の表面側に、圧電体層などのパターンが形成される。また、基板の裏面側から、深掘反応性イオンエッチング（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）またはウェットエッチングなどの加工が施されることにより、基板に凹部が設けられる。基板の表面側の加工時と裏面側の加工時とにおいてアライメント誤差が生じた場合、複数の梁部の各々の可動部の長さに差が生じる。これにより、圧電トランスデューサの駆動時に、複数の梁部の各々の共振周波数および変形量などの機械的特性が互いに異なるため、圧電トランスデューサの入出力特性が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の梁部の各々の可動部の長さを均一化することにより、入出力特性が向上された、圧電トランスデューサを提供することを目的とする。

本発明に基づく圧電トランスデューサは、基部と、複数の梁部と、少なくとも１つの固定部とを備えている。複数の梁部の各々は、基部に端部を支持されて、基部より上側の位置にて基部から離れる方向に延在している。複数の梁部の各々は、複数の層からなる。複数の梁部の各々は、圧電体層と、圧電体層の上側に配置された上部電極層と、圧電体層を挟んで上部電極層の少なくとも一部に対向するように配置された下部電極層とを含んでいる。固定部は、複数の梁部の各々の端部を基部と挟むように梁部上に配置されている。固定部は、上下方向において基部の少なくとも一部と重なるように位置しつつ、梁部の延在方向において、基部より突出するように延在している。

本発明によれば、複数の梁部の各々の可動部の長さを均一化することにより、圧電トランスデューサの入出力特性を向上することができる。

本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。 図１に示した圧電トランスデューサについてＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層の上面に下部電極層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に圧電体層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に上部電極層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、上部電極層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に固定部が設けられた状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下側基部に凹部が形成された状態を示す図である。 実施例に係る圧電トランスデューサの断面図である。 比較例に係る圧電トランスデューサの断面図である。 本発明の実施形態１の変形例に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。 図１４に示した圧電トランスデューサをＸＶ－ＸＶ線矢印方向から見た断面図である。 図１４に示した圧電トランスデューサをＸＶＩ－ＸＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態２に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層の上面に下部電極層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に固定部を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に圧電体層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に上部電極層を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、上部電極層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層をパターニングした状態を示す図である。 本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下側基部に凹部が形成された状態を示す図である。 本発明の実施形態４に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。 図２８に示した圧電トランスデューサをＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線矢印方向から見た断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る圧電トランスデューサについて図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。図２は、図１に示した圧電トランスデューサについてＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。

図１および図２に示すように、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００は、基部１１０と、複数の梁部１２０と、少なくとも１つの固定部１３０とを備えている。本実施形態においては、４つの固定部１３０が設けられている。

図２に示すように、基部１１０は、複数の梁部１２０の各々の端部１２１の下側に位置している。このため、基部１１０は、図１に示す複数の梁部１２０の各々の端部１２１と同様に、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに環状の外形を有しており、具体的には、矩形環状の外形を有している。

図２に示すように、本実施形態において、基部１１０は、一定の幅で上下方向に延在する断面形状を有している。なお、基部１１０は、上側に向かうに従って幅が広くなる断面形状を有していてもよい。

基部１１０は、下側基部１１１と上側基部１１２を含んでいる。上側基部１１２は、下側基部１１１の上部に積層されている。本実施形態において、下側基部１１１は、Ｓｉで構成されている。上側基部１１２はＳｉＯ₂で構成されている。

図１および図２に示すように、複数の梁部１２０の各々は、基部１１０に端部１２１を支持されて、基部１１０より上側の位置にて基部１１０から離れる方向に延在している。

複数の梁部１２０の各々は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、梁部１２０の延在方向において先細の外形を有している。具体的には、複数の梁部１２０の各々は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、三角形状の外形を有している。本実施形態において、この三角形状は、二等辺三角形状である。

なお、複数の梁部１２０の各々は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、梁部１２０の延在方向において幅が一定となる外形を有してもよいし、梁部１２０の延在方向において幅が徐々に広くなるような外形を有してもよい。複数の梁部１２０の各々は、矩形状の外形を有していてもよい。梁部１２０の形状および配置が異なる変形例に係る圧電トランスデューサについては、後述する。

図１に示すように、本実施形態においては、圧電トランスデューサは４つの梁部１２０を備えている。複数の梁部１２０の各々は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、圧電トランスデューサ１００の仮想中心点Ｃに関して互いに点対称となるように配置されている。本実施形態においては、４つの梁部１２０の各々は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、互いに異なる方向に延在しつつ隣接する梁部１２０同士の延在方向が互いに９０°異なるように、配置されている。

本実施形態において、複数の梁部１２０の延在方向は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、仮想中心点Ｃに向かって延在している。なお、複数の梁部１２０の各々の延在方向は、仮想中心点から離れるように延在してもよいし、仮想中心点Ｃに向かっていなくてもよい。

図１および図２に示すように、複数の梁部１２０の各々は、隣接する梁部１２０の端部１２１同士が互いに連続するように構成されている。このように、複数の梁部１２０の各々の端部１２１は、連続するように構成されており、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、環状の外形を有しており、具体的には、矩形環状の外形を有している。

複数の梁部１２０の各々は、隙間１０１を挟んで、互いに離れて位置している。本実施形態において、複数の梁部１２０同士の間に位置する隙間１０１は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、仮想中心点Ｃから放射状に延在している。隙間１０１の延在する方向において、隙間１０１の幅は略一定である。

図１および図２に示すように、本実施形態において、複数の梁部１２０の各々の先端部は、基部１１０から離間した自由端である。なお、複数の梁部１２０の各々の先端部は、圧電トランスデューサ１００の駆動時に上下に振動する板状部と互いに接続されていてもよい。板状部を備える、変形例に係る圧電トランスデューサについては、後述する。

図２に示すように、複数の梁部１２０の各々は、複数の層からなる。複数の梁部１２０の各々は、圧電体層１２２と、上部電極層１２３と、下部電極層１２４とを含んでいる。

本実施形態において、圧電体層１２２は、梁部１２０の延在方向において端部１２１側から先端部側までの全長にわたって配置されている。また、圧電体層１２２は、梁部１２０の延在方向に直交する幅方向の全体にわたって配置されている。

圧電体層１２２は、多結晶材料で構成されてもよいし、単結晶材料で構成されていてもよい。圧電体層１２２は、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ)系のセラミックス、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ₃)またはタンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ₃)などで構成されている。

本実施形態において、上部電極層１２３は、圧電体層１２２の上側に配置されている。上部電極層１２３は、梁部１２０の延在方向において、梁部１２０の端部１２１より先端部側の部分から、先端部にかけて配置されている。また、上部電極層１２３は、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、梁部１２０の延在方向に直交する幅方向の全体にわたって配置されている。

上部電極層１２３は、Ｐｔなどの導電性を有する材料で構成されている。上部電極層１２３と圧電体層１２２との間に、Ｔｉなどで構成された密着層が配置されていてもよい。

下部電極層１２４は、圧電体層１２２を挟んで上部電極層１２３の少なくとも一部に対向するように配置されている。本実施形態において、下部電極層１２４は、梁部１２０の延在方向において、梁部１２０の端部１２１側から先端部側までの全長にわたって配置されている。また、下部電極層１２４は、梁部１２０の延在方向に直交する幅方向の全体にわたって位置している。

下部電極層１２４は、Ｐｔなどの導電性を有する材料で構成されている。下部電極層１２４と基部１１０との間に、Ｔｉなどで構成された密着層が配置されていてもよい。

本実施形態において、複数の梁部１２０の各々は、下部電極層１２４の下側に、活性層１２５をさらに含んでいる。活性層１２５は、梁部１２０の延在方向において、梁部１２０の端部１２１側から先端部側までの全長にわたって配置されている。また、活性層１２５は、梁部１２０の延在方向に直交する幅方向の全体にわたって位置している。

本実施形態において、活性層１２５はＳｉで構成されている。活性層１２５は、電気絶縁性を有する材料で構成されていてもよい。下部電極層１２４と活性層１２５との間に、Ｔｉなどで構成された密着層が配置されていてもよい。

図１および図２に示すように、固定部１３０は、複数の梁部１２０の各々の端部１２１を基部１１０と挟むように梁部１２０上に配置されている。固定部１３０は、上下方向において基部１１０の少なくとも一部と重なるように位置しつつ、梁部１２０の延在方向において、基部１１０より突出するように延在している。複数の固定部１３０の各々は、上下方向から見て、隙間１０１を挟んで互いに離れて位置しつつ、仮想環上に延在するように配置されている。

本実施形態においては、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、梁部１２０の先端部側とは反対側に位置する固定部１３０の端面は、梁部１２０の先端部側とは反対側に位置する梁部１２０の端面より、梁部１２０の先端部側に位置しているが、梁部１２０の当該端面と重なるように位置していてもよい。

本実施形態においては、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、梁部１２０において、梁部１２０の先端部側の固定部１３０の端面が位置する部分から、梁部１２０の先端部までの領域が、可動部１２６となる。

また、本実施形態において、固定部１３０は、圧電体層１２２上に配置されている。さらに、圧電トランスデューサ１００を上側から見たときに、固定部１３０は、上部電極層１２３と重ならないように配置されている。固定部１３０における梁部１２０の先端部側の端面と、上部電極層１２３の基部１１０側の端面とは、互いに接触している。

なお、固定部１３０は、上部電極層１２３上に配置されていてもよい。この場合、固定部１３０における梁部１２０の先端部側の端面と、上部電極層１２３の基部１１０側の端面との位置合わせを不要とすることができる。

本実施形態において、固定部１３０は、上部電極層１２３を構成する材料とは異なる材料で構成されている。上部電極層１２３を構成する材料とは反応しないエッチャントを用いて固定部１３０をエッチングすることにより、上部電極層１２３の形状を変化させることなく、固定部１３０をパターニングすることができる。

また、固定部１３０を構成する材料は複数の梁部１２０を構成する材料より硬く、本実施形態において、固定部１３０を構成する材料は、圧電体層１２２を構成する材料および上部電極層１２３を構成する材料の各々よりヤング率が高い。具体的には、固定部１３０を構成する材料のヤング率は２００ＧＰａ以上である。固定部１３０は、金属材料から構成されていてもよいし、非金属材料で構成されていてもよい。ただし、固定部１３０が上部電極層１２３または下部電極層１２４に接する場合は、固定部１３０は非金属材料で構成される。

図２に示すように、本実施形態に係る圧電トランスデューサ１００は、後述する積層体に対して下面側から凹部１０２が設けられることで、基部１１０と梁部１２０とが形成される。以下、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００の製造方法について説明する。

図３は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層の上面に下部電極層を設けた状態を示す断面図である。図３に示すように、リフトオフ法、めっき法、または、エッチング法などにより、活性層１２５の上面に下部電極層１２４を設ける。

なお、本実施形態において、下側基部１１１、上側基部１１２および活性層１２５を有する積層体は、いわゆるＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板として予め準備される。

図４は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に圧電体層を設けた状態を示す断面図である。図４に示すように、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法またはＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)法などにより、下部電極層１２４の上面に、圧電体層１２２を設ける。

図５は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に上部電極層を設けた状態を示す断面図である。図６は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、上部電極層をパターニングした状態を示す図である。

図５および図６に示すように、リフトオフ法、めっき法、または、エッチング法などにより、圧電体層１２２の上面に上部電極層１２３を設けるとともに、上部電極層１２３をパターニングする。これにより、上部電極層１２３において隙間１０１が形成される。

図７は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層をパターニングした状態を示す図である。図７に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、圧電体層１２２をパターニングする。これにより、圧電体層１２２において隙間１０１が形成される。

図８は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層をパターニングした状態を示す図である。図８に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、下部電極層１２４をパターニングする。これにより、下部電極層１２４において隙間１０１が形成される。

図９は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層をパターニングした状態を示す図である。図９に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、活性層１２５をパターニングする。これにより、活性層１２５において隙間１０１が形成される。

図１０は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に固定部が設けられた状態を示す図である。図１０に示すように、リフトオフ法、メッキ法またはエッチング法などにより、圧電体層１２２の上面に固定部１３０を設ける。

図１１は、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下側基部に凹部が形成された状態を示す図である。図１１に示すように、下側基部１１１の下面側から下側基部１１１に対して深掘反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングなどをすることにより、下側基部１１１において凹部１０２が形成される。

さらに、上側基部１１２の下面側から上側基部１１２に対して深掘反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングなどをすることにより、上側基部１１２において凹部１０２が形成される。これらの工程により、図２に示すような本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００が製造される。

図２においては、隙間１０１を形成する加工時と、凹部１０２を形成する加工時とのアライメント誤差が生じていない状態を図示している。そのため、図２においては、圧電トランスデューサ１００の上下方向から見たときに、複数の梁部１２０の各々の基部１１０の上方からの延出長さＬａが互いに略同一となっており、複数の梁部１２０の各々の可動部の長さＬｂが互いに略同一となっている。

本実施形態に係る圧電トランスデューサ１００においては、仮に、隙間１０１を形成する加工時と、凹部１０２を形成する加工時とのアライメント誤差によって、複数の梁部１２０の各々の基部１１０の上方からの延出長さに差が生じた場合においても、複数の梁部１２０の各々の可動部の長さに差が生じることを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態１の実施例に係る圧電トランスデューサと、固定部１３０が設けられていない点のみ本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサとは異なる比較例に係る圧電トランスデューサとについて、上記アライメント誤差による影響の違いについて説明する。

図１２は、実施例に係る圧電トランスデューサの断面図である。図１２に示す圧電トランスデューサ１００ｘの断面図は、図２に示す圧電トランスデューサ１００の断面図と同一の断面視にて図示している。

図１２に示すように、実施例に係る圧電トランスデューサ１００ｘにおいては、隙間１０１を形成する加工時と、凹部１０２ｘを形成する加工時とのアライメント誤差が生じているため、複数の梁部１２０ｘの各々について、基部１１０ｘの上方からの延出長さが互いに異なる。たとえば、複数の梁部１２０ｘのうち、一の梁部１２０ｘにおける基部１１０ｘの上方からの延出長さがＬｃであり、他の梁部１２０ｘにおける基部１１０ｘの上方からの延出長さがＬｄであり、Ｌｃ＜Ｌｄである。

実施例に係る圧電トランスデューサ１００ｘは、固定部１３０ｘを備えている。固定部１３０ｘは、上下方向において基部１１０ｘの少なくとも一部と重なるように位置しつつ、梁部１２０ｘの延在方向において、基部１１０ｘより突出するように延在している。図１２に示すように、複数の梁部１２０ｘの各々において固定部１３０ｘが設けられている部分は、固定部１３０ｘによって固定されるため、梁部１２０ｘの先端部側の固定部１３０ｘの端面の位置が可動部１２６ｘの固定端となる。

固定部１３０ｘを形成する加工時には、隙間１０１を形成する加工時と同様に、圧電トランスデューサ１００ｘの表面側からアライメントするため、凹部１０２ｘを形成する加工時の両面アライナする場合に比較して、アライメント誤差が生じにくい。そのため、アライメント誤差によって固定部１３０ｘの形成位置にばらつきが生じることを抑制することができる。その結果、仮に、複数の梁部１２０ｘの各々について、基部１１０ｘの上方からの延出長さが互いに異なっている場合においても、複数の梁部１２０ｘの各々の可動部の長さＬｂを互いに略同一に維持することができる。

これにより、図１２に示すように、実施例に係る圧電トランスデューサ１００ｘの駆動時においては、点線で囲んだ領域で示したように、複数の梁部１２０ｘの可動部１２６ｘの各々を均一に変形させることができる。

図１３は、比較例に係る圧電トランスデューサの断面図である。図１３に示す圧電トランスデューサ９００の断面図は、図２に示す圧電トランスデューサ１００の断面図と同一の断面視にて図示している。

図１３に示すように、比較例に係る圧電トランスデューサ９００においては、隙間１０１を形成する加工時と、凹部９０２を形成する加工時とのアライメント誤差が生じているため、複数の梁部９２０の各々について、基部９１０の上方からの延出長さが互いに異なる。たとえば、複数の梁部９２０のうち、一の梁部９２０における基部９１０の上方からの延出長さがＬｅであり、他の梁部９２０における基部９１０の上方からの延出長さがＬｆであり、Ｌｅ＜Ｌｆである。

比較例に係る圧電トランスデューサ９００においては、梁部９２０のうち、基部９１０の上方から延出している部分の全てが可動部９２６となる。このため、梁部９２０の先端部側の基部９１０の端面の位置が可動部９２６の固定端となる。その結果、複数の可動部９２６の各々の長さが互いに異なる。よって、上記の一の梁部９２０の可動部９２６の長さはＬｅとなり、他の梁部９２０の可動部９２６の長さはＬｆとなり、Ｌｅ＜Ｌｆである。

これにより、図１３に示すように、比較例に係る圧電トランスデューサ９００の駆動時においては、点線で囲んだ領域で示したように、複数の梁部９２０の可動部９２６の各々を互いに均一に変形させることができない。

上記のように、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００においては、固定部１３０は、複数の梁部１２０の各々の端部１２１を基部１１０と挟むように梁部１２０上に配置されている。固定部１３０は、上下方向において基部１１０の少なくとも一部と重なるように位置しつつ、梁部１２０の延在方向において、基部１１０より突出するように延在している。

複数の梁部１２０の各々の可動部１２６の長さを均一化することにより、複数の梁部１２０の各々の共振周波数および変形量などの機械的特性を互いに均一にして、圧電トランスデューサ１００の入出力特性を向上することができる。

本実施形態に係る圧電トランスデューサ１００においては、固定部１３０は、圧電体層１２２上に配置されている。

これにより、固定部１３０の下方に上部電極層１２３と下部電極層１２４とに挟まれた圧電体層１２２が位置していないため、固定部１３０によって複数の梁部１２０の各々の端部１２１を安定して固定することができる。その結果、圧電トランスデューサ１００の入出力特性を安定して向上することができる。

本実施形態に係る圧電トランスデューサ１００においては、固定部１３０を構成する材料は、圧電体層１２２を構成する材料および上部電極層１２３を構成する材料の各々よりヤング率が高い。

これにより、圧電トランスデューサ１００の駆動時において、梁部１２０の可動部１２６が変位する際に、固定部１３０によって梁部１２０の端部１２１をより強固に固定することができる。

次に、本発明の実施形態１の変形例に係る圧電トランスデューサについて図を参照して説明する。なお、本発明の実施形態１の変形例に係る圧電トランスデューサは、板状部を備えるとともに、複数の梁部の各々が、矩形状であり、仮想中心点Ｃに向かって延在していない点が主に、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と異なるため、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１４は、本発明の実施形態１の変形例に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。図１５は、図１４に示した圧電トランスデューサをＸＶ－ＸＶ線矢印方向から見た断面図である。図１６は、図１４に示した圧電トランスデューサをＸＶＩ－ＸＶＩ線矢印方向から見た断面図である。

図１４から図１６に示すように、本発明の実施形態１の変形例に係る圧電トランスデューサ１００ａは、基部１１０ａと、複数の梁部１２０ａと、固定部１３０ａと、板状部１４０ａとを備えている。

図１４に示すように、複数の梁部１２０ａの各々は、圧電トランスデューサ１００ａを上側から見たときに、延在方向において幅が一定となる外形を有している。具体的には、複数の梁部１２０ａの各々は、圧電トランスデューサ１００ａを上側から見たときに、矩形状の外形を有している。

本実施形態の変形例に係る圧電トランスデューサ１００ａは、４つの梁部１２０ａを備えている。図１４および図１６に示すように、４つの梁部１２０ａの各々は、圧電トランスデューサ１００ａを上側から見たときに、矩形環状の外形を有する基部１１０ａの内側において、上記矩形環状を構成する複数の辺のうち対応する辺に沿うように延在している。複数の梁部１２０ａの各々は、基部１１０ａに対して略一定の幅の隙間１０１ａを空けつつ延在している。複数の梁部１２０ａの各々は、梁部１２０ａの先端部において、隣接する梁部１２０ａに対して略一定の幅の隙間１０１ａを空けて位置している。

図１４に示すように、本実施形態の変形例に係る圧電トランスデューサ１００ａにおいては、複数の梁部１２０ａの各々の基部１１０ａ側とは反対側の先端部が、板状部１４０ａと互いに接続されている。

本実施形態の変形例においては、圧電トランスデューサ１００ａを上側から見たときに、板状部１４０ａが複数の梁部１２０ａより内側に位置している。板状部１４０ａは、略矩形状の外形を有している。板状部１４０ａは、上記略矩形形状の頂点において梁部１２０ａと接続されている。

図１５に示すように、本実施形態の変形例においては、板状部１４０ａは、梁部１２０ａの端部１２１ａと同様に、圧電体層１２２ａと、下部電極層１２４ａと、活性層１２５ａとを含んでいる。下部電極層１２４ａは、圧電体層１２２ａの下側に配置されている。活性層１２５ａは、下部電極層１２４ａの下側に配置されている。

本実施形態の変形例において、板状部１４０ａに含まれる圧電体層１２２ａは、複数の梁部１２０ａの各々に含まれる圧電体層１２２ａと連続している。板状部１４０ａに含まれる下部電極層１２４ａは、複数の梁部１２０ａの各々に含まれる下部電極層１２４ａと連続している。板状部１４０ａに含まれる活性層１２５ａは、複数の梁部１２０ａの各々に含まれる活性層１２５ａと連続している。このように、板状部１４０ａは、複数の梁部１２０ａの各々と連続している。

板状部１４０ａは、圧電トランスデューサ１００ａの駆動時に上下に変位する梁部１２０ａの可動部１２６と共に上下に振動する。なお、図１６に示すように、本実施形態の変形例に係る圧電トランスデューサ１００ａにおいても、固定部１３０ａは、複数の梁部１２０ａの各々の端部１２１ａを基部１１０ａと挟むように梁部１２０ａ上に配置されている。固定部１３０ａは、上下方向において基部１１０ａの少なくとも一部と重なるように位置しつつ、梁部１２０ａの延在方向において、基部１１０ａより突出するように延在している。

複数の梁部１２０ａの各々の基部１１０ａの上方からの延出長さはＬｇであり、複数の梁部１２０ａの各々の可動部１２６の長さはＬｈである。

本実施形態の変形例に係る圧電トランスデューサ１００ａにおいても、仮に、隙間１０１ａを形成する加工時と、凹部１０２を形成する加工時とのアライメント誤差によって、複数の梁部１２０ａの各々の基部１１０ａの上方からの延出長さＬｇに差が生じた場合においても、複数の梁部１２０ａの各々の可動部１２６の長さＬｈに差が生じることを抑制することができる。

複数の梁部１２０ａの各々の可動部１２６の長さＬｈを均一化することにより、複数の梁部１２０ａの各々の共振周波数および変形量などの機械的特性を互いに均一にして、圧電トランスデューサ１００ａの入出力特性を向上することができる。

(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係る圧電トランスデューサについて説明する。本発明の実施形態２に係る圧電トランスデューサは、固定部の構成が、実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と異なる。よって、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１７は、本発明の実施形態２に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。図１７に示すように、複数の梁部２２０の各々の上に位置する固定部２３０は、互いに連続するように１つの部材で構成され、かつ、上下方向から見て、環状の形状を有している。これにより、固定部２３０によって複数の梁部２２０の各々の端部１２１を安定してより強固に固定することができる。その結果、圧電トランスデューサ２００の入出力特性を安定して向上することができる。

(実施形態３)
以下、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサについて説明する。本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサは、固定部が配置される位置が、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と異なる。よって、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１８は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの構成を示す断面図である。図１８に示す圧電トランスデューサ３００の断面図は、図２に示す圧電トランスデューサ１００の断面図と同一の断面視にて図示している。

図１８に示すように、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサ３００においては、圧電体層３２２は、梁部３２０の延在方向において、端部３２１より梁部３２０の先端部側の位置から、梁部３２０の先端部にかけて位置している。すなわち、圧電体層３２２は、基部３１０の上方には配置されていない。

また、本実施形態に係る圧電トランスデューサ３００においては、固定部３３０は、下部電極層３２４上に配置されている。固定部３３０における梁部３２０の先端部側の端面と、圧電体層３２２の端部３２１側の端面とは、互いに接触している。

以下、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサ３００の製造方法について説明する。

図１９は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層の上面に下部電極層を設けた状態を示す断面図である。図１９に示すように、リフトオフ法、めっき法、または、エッチング法などにより、活性層３２５の上面に下部電極層３２４を設ける。なお、本実施形態において、下側基部３１１、上側基部３１２および活性層３２５を有する積層体は、いわゆるＳＯＩ基板として予め準備される。

図２０は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に固定部を設けた状態を示す断面図である。図２０に示すように、リフトオフ法、メッキ法またはエッチング法などにより、下部電極層３２４の上面に固定部３３０を設ける。

図２１は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層の上面に圧電体層を設けた状態を示す断面図である。図２１に示すように、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法などにより、下部電極層３２４の上面に圧電体層３２２を設ける。

図２２は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層の上面に上部電極層を設けた状態を示す断面図である。図２３は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、上部電極層をパターニングした状態を示す図である。

図２２および図２３に示すように、リフトオフ法、めっき法、または、エッチング法などにより、圧電体層３２２の上面に、上部電極層３２３を設けるとともに、上部電極層３２３に隙間３０１を形成する。

図２４は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、圧電体層をパターニングした状態を示す図である。図２４に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、圧電体層３２２をパターニングする。これにより、圧電体層３２２において隙間３０１が形成される。

図２５は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下部電極層をパターニングした状態を示す図である。図２５に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、下部電極層３２４をパターニングする。これにより、下部電極層３２４において隙間３０１が形成される。

図２６は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、活性層をパターニングした状態を示す図である。図２６に示すように、リフトオフ法またはエッチング法などにより、活性層３２５をパターニングする。これにより、活性層３２５において隙間３０１が形成される。

図２７は、本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサの製造方法において、下側基部に凹部が形成された状態を示す図である。図２７に示すように、下側基部３１１の下面側から下側基部３１１に対して深掘反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングなどをすることにより、下側基部３１１において凹部３０２が形成される。

さらに、上側基部３１２の下面側から上側基部３１２に対して深掘反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングなどをすることにより、上側基部３１２において凹部３０２が形成される。これらの工程により、図１８に示すような本発明の実施形態３に係る圧電トランスデューサ３００が製造される。

上記のように、本実施形態に係る圧電トランスデューサ３００においては、固定部３３０は、下部電極層３２４上に配置されている。これにより、固定部３３０の下方に圧電体層３２２が位置していないため、固定部３３０によって複数の梁部３２０の各々の端部３２１を安定して固定することができる。その結果、圧電トランスデューサ３００の入出力特性を安定して向上することができる。

本実施形態に係る圧電トランスデューサ３００においても、仮に、隙間３０１を形成する加工時と、凹部３０２を形成する加工時とのアライメント誤差によって、複数の梁部３２０の各々の基部３１０の上方からの延出長さＬｉに差が生じた場合においても、複数の梁部３２０の各々の可動部１２６の長さＬｊに差が生じることを抑制することができる。

複数の梁部３２０の各々の可動部１２６の長さＬｊを均一化することにより、複数の梁部３２０の各々の共振周波数および変形量などの機械的特性を互いに均一にして、圧電トランスデューサ３００の入出力特性を向上することができる。

(実施形態４)
以下、本発明の実施形態４に係る圧電トランスデューサについて説明する。本発明の実施形態４に係る圧電トランスデューサは、複数の梁部の各々における可動部の形状が、実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と異なる。よって、本発明の実施形態１に係る圧電トランスデューサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図２８は、本発明の実施形態４に係る圧電トランスデューサの構成を示す平面図である。図２９は、図２８に示した圧電トランスデューサをＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線矢印方向から見た断面図である。

図２８および図２９に示すように、本発明の実施形態４に係る圧電トランスデューサ４００においては、複数の梁部４２０の各々に、梁部４２０を上下方向に貫通する複数の貫通孔４２７が形成されている。複数の貫通孔４２７の各々は、梁部４２０の延在方向において、固定部４３０より梁部４２０の先端部側に位置している。

すなわち、複数の貫通孔４２７の各々は、梁部４２０の可動部４２６に位置している。これにより、複数の梁部４２０の各々において、可動部４２６の剛性が低くなり、固定部４３０によって複数の梁部４２０の各々の端部４２１を安定して固定することができる。その結果、圧電トランスデューサ４００の入出力特性を安定して向上することができる。

複数の貫通孔４２７は、複数の梁部４２０の各々において、梁部４２０の延在方向に関して対称となるように配置されている。複数の梁部４２０の各々における複数の貫通孔４２７は、複数の梁部４２０の形状が、圧電トランスデューサ４００の仮想中心点Ｃに関して互いに点対称となるように、配置されている。

本実施形態において、複数の貫通孔４２７は、隙間４０１のパターニング加工時に形成されるが、複数の貫通孔４２７の形成方法は、上記の方法に限定されず、隙間４０１のパターニング加工とは別工程の孔開け加工によって形成されてもよい。

本実施形態に係る圧電トランスデューサ４００においても、仮に、隙間４０１を形成する加工時と、凹部１０２を形成する加工時とのアライメント誤差によって、複数の梁部４２０の各々の基部４１０の上方からの延出長さＬｋに差が生じた場合においても、複数の梁部４２０の各々の可動部４２６の長さＬｍに差が生じることを抑制することができる。

複数の梁部４２０の各々の可動部４２６の長さＬｍを均一化することにより、複数の梁部４２０の各々の共振周波数および変形量などの機械的特性を互いに均一にして、圧電トランスデューサ４００の入出力特性を向上することができる。

上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００，１００ａ，１００ｘ，２００，３００，４００，９００ 圧電トランスデューサ、１０１，１０１ａ，３０１，４０１ 隙間、１０２，１０２ｘ，３０２，９０２ 凹部、１１０，１１０ａ，１１０ｘ，３１０，４１０，９１０ 基部、１１１，３１１ 下側基部、１１２，３１２ 上側基部、１２０，１２０ａ，１２０ｘ，２２０，３２０，４２０，９２０ 梁部、１２１，１２１ａ，３２１，４２１ 端部、１２２，１２２ａ，３２２ 圧電体層、１２３，３２３ 上部電極層、１２４，１２４ａ，３２４ 下部電極層、１２５，１２５ａ，３２５ 活性層、１２６，１２６ｘ，４２６，９２６ 可動部、１３０，１３０ａ，１３０ｘ，２３０，３３０，４３０ 固定部、１４０ａ 板状部、４２７ 貫通孔、Ｃ 仮想中心点。

Claims (6)

1. 基部と、
   前記基部に端部を支持されて、前記基部より上側の位置にて前記基部から離れる方向に延在し、複数の層からなる複数の梁部と、
   前記複数の梁部の各々の前記端部を前記基部と挟むように前記梁部上に配置された少なくとも１つの固定部と、を備え、
   前記複数の梁部の各々は、圧電体層と、該圧電体層の上側に配置された上部電極層と、前記圧電体層を挟んで前記上部電極層の少なくとも一部に対向するように配置された下部電極層とを含み、
   前記固定部は、上下方向において前記基部の少なくとも一部と重なるように位置しつつ、前記梁部の延在方向において、前記基部より突出するように延在している、圧電トランスデューサ。
2. 前記固定部は、前記上部電極層上に配置されている、請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
3. 前記固定部は、前記圧電体層上に配置されている、請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
4. 前記固定部は、前記下部電極層上に配置されている、請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
5. 前記複数の梁部の各々の上に位置する前記固定部は、互いに連続するように１つの部材で構成され、かつ、上下方向から見て、環状の形状を有している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。
6. 前記固定部を構成する材料は、前記圧電体層を構成する材料および前記上部電極層を構成する材料の各々よりヤング率が高い、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。

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