KR20220104023A - 압전 소자, 압전 장치 및 압전 소자의 제조 방법 - Google Patents

압전 소자, 압전 장치 및 압전 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR20220104023A
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미네카즈 사카이
유지 고야마
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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

지지체와, 지지체 상에 배치되고, 압전막과, 압전막과 접속되어 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막을 포함하는 구성으로 되고, 지지체에 지지되는 지지 영역(21a)과, 지지 영역(21a)과 연결되어 있고, 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 진동 영역(22)을 갖고, 전하에 기초한 압력 검출 신호를 출력하는 진동부(20)를 구비한다. 전극막은, 제1 영역(R1)에 형성되도록 한다. 그리고, 압력 검출 신호의 검출 정밀도를 향상시키는 향상부(22)를 형성한다.

Description

압전 소자, 압전 장치 및 압전 소자의 제조 방법
본 출원은, 2019년 12월 25일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2019-235224호, 2020년 7월 24일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2020-125990호, 2020년 10월 22일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2020-177170호, 2020년 10월 28일에 출원된 국제 출원 번호 PCT/JP2020/040471호에 기초함으로써 여기에 그 기재 내용이 참조에 의해 포함시킬 수 있다.
본 개시는, 진동 영역이 외팔보 지지된 압전 소자, 압전 장치 및 압전 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터 진동 영역이 외팔보 지지된 압전 소자가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 구체적으로는, 진동 영역은, 압전막과, 압전막과 접속된 전극막을 갖는 구성으로 되어 있다. 그리고, 이러한 압전 소자는, 음향 압력(이하에서는, 단순히 음압이라고도 말함) 등에 의해 진동 영역이 진동함으로써, 압전막이 변형되어 압전막에 전하가 발생한다. 이 때문에, 전극막을 개재시켜 압전막에 발생한 전하를 인출함으로써, 진동 영역에 인가된 음압이 검출된다.
특허 제5936154호 공보
그런데, 현 상황에서는, 이러한 외팔보 지지된 진동 영역을 갖는 압전 소자에 있어서, 검출 정밀도를 향상시키는 것이 요망되고 있다.
본 개시는, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 압전 소자, 압전 장치 및 압전 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 하나의 관점에 의하면, 압전 소자는, 지지체와, 지지체 상에 배치되고, 압전막과, 압전막과 접속되어 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막을 포함하는 구성으로 되고, 지지체에 지지되는 지지 영역과, 지지 영역과 연결되어 있고, 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 진동 영역을 갖고, 전하에 기초한 압력 검출 신호를 출력하는 진동부를 구비하고, 복수의 진동 영역은, 각각 지지 영역과의 경계가 되는 일단부가 고정 단부로 됨과 함께 타단부가 자유 단부로 되고, 일단부측의 영역이 제1 영역으로 됨과 함께, 타단부측의 영역이 제2 영역으로 되어 있고, 전극막은, 제1 영역에 형성되어 있고, 압력 검출 신호의 검출 정밀도를 향상시키는 향상부가 형성되어 있다.
이에 의하면, 압력 검출 신호의 정밀도를 향상시키는 향상부가 형성되어 있으므로, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 개시가 다른 관점에 의하면, 압전 소자는, 지지체와, 지지체 상에 배치되고, 압전막과, 압전막과 접속되어 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막을 갖고, 지지체에 지지되는 지지 영역과, 지지 영역과 연결되어 있고, 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 진동 영역을 갖고, 전하에 기초한 압력 검출 신호를 출력하는 진동부를 구비하고, 복수의 진동 영역은, 각각 지지 영역과의 경계가 되는 일단부가 고정 단부로 됨과 함께 타단부가 자유 단부로 되고, 일단부측의 영역이 제1 영역으로 됨과 함께, 자유 단부측의 영역이 제2 영역으로 되어 있고, 또한, 적어도 일부의 진동 영역에서의 공진 주파수가 서로 다르게 형성되고, 전극막은, 제1 영역에 배치되어 있다.
이에 의하면, 적어도 일부의 진동 영역은, 공진 주파수가 다른 값으로 되어 있으므로, 주파수와 감도의 관계가 각각 다른 파형이 된다. 이 때문에, 압력의 검출에 사용하는 진동 영역을 적절히 전환함으로써, 검출 감도가 높아지는 주파수를 광대역으로 할 수 있고, 예를 들어, 로드 노이즈 등의 저주파 노이즈의 검출 감도도 높게 할 수 있다. 따라서, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 관점에 의하면, 압전 장치는, 상기 압전 소자와, 압전 소자를 탑재하는 피실장 부재와, 압전 소자를 수용하는 상태에서 피실장 부재에 고정되는 덮개부를 갖고, 외부와 연통하여 압력이 도입되는 관통 구멍이 형성된 케이싱을 구비하고 있다.
이에 의하면, 향상부를 갖는 압전 소자를 구비한 압전 장치로 하고 있으므로, 압력 검출 신호의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 다른 관점에 의하면, 압전 소자의 제조 방법에서는, 지지체를 준비하는 것과, 지지체 상에 진동부를 형성하는 것을 행하고, 진동부를 형성하는 것으로는, 지지체에 진동 영역을 부유시키는 오목부를 형성하는 것을 행한다.
이에 의하면, 향상부가 형성된 압전 소자가 제조되므로, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 압전 소자가 제조된다.
또한, 각 구성 요소 등에 붙여진 괄호가 달린 참조 부호는, 그 구성 요소 등과 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적인 구성 요소 등의 대응 관계의 일례를 나타내는 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 압전 소자의 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 변형예에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 4는 제2 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 5는 제3 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 6은 제4 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 7은 제5 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 8은 제6 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 9는 제7 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 10은 각 센싱부의 주파수와 감도의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 제8 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 12는 제9 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 13a는 도 12에 도시하는 압전 소자의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 13b는 도 13a에 이어지는 압전 소자의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 14는 제9 실시 형태에서의 압전 장치의 단면도이다.
도 15는 Cb/Cm과 감도비의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16은 제10 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 17은 제10 실시 형태에서의 압전 장치의 단면도이다.
도 18은 센싱부, 기생 용량 및 회로 기판의 접속 관계를 도시하는 회로도이다.
도 19는 제11 실시 형태에서의 중간 전극막의 형상을 도시하는 평면도이다.
도 20은 제11 실시 형태의 변형예에서의 중간 전극막의 형상을 도시하는 평면도이다.
도 21은 제12 실시 형태에서의 압전 소자의 응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 22는 제12 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 23은 진동 영역에서의 정전 에너지의 사고 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 도 23에 기초하여 진동 영역을 제1 영역과 제2 영역으로 구획한 모식도이다.
도 25는 제12 실시 형태의 변형예에서의 진동 영역을 제1 영역과 제2 영역으로 구획한 모식도이다.
도 26은 제13 실시 형태의 진동 영역에서의 정전 에너지의 사고 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 도 26에 기초하여 진동 영역을 제1 영역과 제2 영역으로 구획한 모식도이다.
도 28은 제14 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 29는 압전 장치를 구성한 경우의 회로도이다.
도 30a는 진동 영역에 음압이 인가된 경우의 모식도이다.
도 30b는 진동 영역에 음압이 인가된 경우의 모식도이다.
도 31은 제14 실시 형태의 변형예에서의 압전 장치를 구성한 경우의 회로도이다.
도 32는 제15 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 33은 압전 소자의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 34는 압전 소자의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 35는 제16 실시 형태에서의 압전 장치의 단면도이다.
도 36은 제16 실시 형태에서의 압전 소자의 평면도이다.
도 37은 제16 실시 형태에서의 압전 장치의 회로도이다.
도 38은 진동 영역에서의 주파수와 공진 배율의 관계를 도시하는 도면이다.
도 39는 제17 실시 형태에서의 압전 소자의 단면도이다.
도 40은 진동 영역에 하중이 인가되었을 때의 모식도이다.
도 41은 도 40에 대응하는 측면에서의 응력을 도시하는 모식도이다.
도 42는 도 40 중의 XXXXII-XXXXII선을 따른 단면에서의 응력을 도시하는 모식도이다.
도 43a는 제18 실시 형태에서의 진동 영역의 길이가 440㎛인 경우의, 전극 영역의 수와 감도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 43b는 제18 실시 형태에서의 진동 영역의 길이가 490㎛인 경우의, 전극 영역의 수와 감도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 43c는 제18 실시 형태에서의 진동 영역의 길이가 540㎛인 경우의, 전극 영역의 수와 감도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 44는 제19 실시 형태에서의 압전 장치의 단면도이다.
도 45는 주파수와 감도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 46은 백 공간의 음향 컴플라이언스와, 필요한 음향 저항의 관계를 도시하는 도면이다.
도 47은 음향 저항과 분리용 슬릿의 폭의 관계를 도시하는 도면이다.
도 48은 수압면 공간의 음향 컴플라이언스에 대한 백 공간의 음향 컴플라이언스의 비와, 신호 강도비의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태 상호에 있어서, 서로 동일 혹은 균등한 부분에는, 동일 부호를 붙여서 설명을 행한다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태의 압전 소자(1)에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 압전 소자(1)는, 예를 들어, 마이크로폰으로서 이용되면 적합하다. 또한, 도 1은, 도 2 중의 I-I선을 따른 단면도에 상당하고 있다. 또한, 도 2에서는, 후술하는 제1 전극부(71) 및 제2 전극부(72) 등을 생략해서 도시하고 있다. 또한, 도 2에 대응하는 각 도면에 있어서도, 제1 전극부(71) 및 제2 전극부(72) 등을 적절히 생략해서 도시하고 있다.
본 실시 형태의 압전 소자(1)는 지지체(10)와, 진동부(20)를 구비하고 있다. 지지체(10)는 지지 기판(11)과, 지지 기판(11) 상에 형성된 절연막(12)을 갖고 있다. 또한, 지지 기판(11)은, 예를 들어, 실리콘 기판 등으로 구성되고, 절연막(12)은 산화막 등으로 구성되어 있다.
진동부(20)는 음압 등의 압력에 따른 압력 검출 신호를 출력하는 센싱부(30)를 구성하는 것이며, 지지체(10) 상에 배치되어 있다. 그리고, 지지체(10)에는, 진동부(20)에서의 내연측을 부유시키기 위한 오목부(10a)가 형성되어 있다. 이 때문에, 진동부(20)는 지지체(10) 상에 배치된 지지 영역(21a)과, 지지 영역(21a)과 연결되어 있음과 함께 오목부(10a) 상에서 부유하는 부유 영역(21b)을 갖는 구성으로 되어 있다. 또한, 오목부(10a)는 진동부(20)측의 개구 단부(이하에서는, 단순히 오목부(10a)의 개구 단부라고도 말함)의 형상이 평면 직사각 형상으로 되어 있다. 따라서, 부유 영역(21b)은 평면 대략 직사각 형상으로 되어 있다.
그리고, 본 실시 형태의 부유 영역(21b)은, 4개의 진동 영역(22)이 구성되도록, 분리용 슬릿(41)과, 응력 증가용 슬릿(42)에 의해 분할되어 있다. 본 실시 형태에서는, 분리용 슬릿(41)은 부유 영역(21b)의 대략 중심을 통과하고, 부유 영역(21b)이 상대하는 코너부를 향하여 연장 설치되도록, 2개 형성되어 있다. 단, 본 실시 형태의 분리용 슬릿(41)은 부유 영역(21b) 내에서 종단되어 있다. 그리고, 부유 영역(21b)은 구체적으로는 후술하지만, 응력 증가용 슬릿(42)이 분리용 슬릿(41)과 연결됨과 함께 부유 영역에서의 지지 영역(21a)측의 단부까지 연장 설치됨으로써, 4개의 진동 영역(22)으로 분할되어 있다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)끼리의 간격(즉, 분리용 슬릿(41)의 폭)은 1㎛ 정도로 되어 있다.
그리고, 각 진동 영역(22)은, 상기와 같이 부유 영역(21b)이 분할되어 구성되므로, 각각 일단부(22a)가 지지체(10)(즉, 지지 영역(21a))로 지지된 고정 단부로 되고, 타단부(22b)측이 자유 단부로 되어 있다. 즉, 각 진동 영역(22)은 지지 영역(21a)과 연결된 상태로 되어 있음과 함께, 외팔보 지지된 상태로 되어 있다. 또한, 각 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)란, 진동부(20)의 면 방향에 대한 법선 방향(이하에서는, 단순히 법선 방향이라고도 말함)에 있어서, 오목부(10a)의 개구 단부와 일치하는 부분이며, 지지 영역(21a)과의 경계가 되는 부분이다. 이 때문에, 각 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)의 형상은, 오목부(10a)의 개구 단부에 의존한 형상이 된다.
진동부(20)는 압전막(50) 및 압전막(50)과 접속되는 전극막(60)을 갖는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 압전막(50)은 하층 압전막(51)과, 하층 압전막(51) 상에 적층되는 상층 압전막(52)을 갖고 있다. 또한, 전극막(60)은 하층 압전막(51)의 하방에 배치된 하층 전극막(61), 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52) 사이에 배치된 중간 전극막(62) 및 상층 압전막(52) 상에 배치된 상층 전극막(63)을 갖고 있다. 즉, 진동부(20)는 하층 압전막(51)이 하층 전극막(61)과 중간 전극막(62)으로 끼워 넣어져 있고, 상층 압전막(52)이 중간 전극막(62)과 상층 전극막(63)으로 끼워 넣어진 상태로 되어 있다. 또한, 압전막(50)은 스퍼터법 등에 의해 형성된다.
또한, 각 진동 영역(22)은 고정 단부측이 제1 영역 R1로 되고, 자유 단부측이 제2 영역 R2로 되어 있다. 그리고, 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63)은, 각각 제1 영역 R1 및 제2 영역 R2에 형성되어 있다. 단, 제1 영역 R1에 형성된 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63)과, 제2 영역 R2에 형성된 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63)은 분리되어 있고, 절연된 상태로 되어 있다. 또한, 제1 영역 R1에 형성된 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63)은 지지 영역(21a)까지 적절히 연장 설치되어 있다.
진동부(20)의 지지 영역(21a)에는, 제1 영역 R1에 형성된 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)과 전기적으로 접속되는 제1 전극부(71)와, 제1 영역 R1에 형성된 중간 전극막(62)과 전기적으로 접속되는 제2 전극부(72)가 형성되어 있다. 또한, 도 1은, 도 2 중의 I-I선을 따른 단면도이며, 지면 좌측의 진동 영역(22)과 지면 우측의 진동 영역(22)은 다른 단면을 도시하고 있다. 그리고, 지지 영역(21a)에는, 제1 영역 R1에 형성된 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)과 전기적으로 접속되는 제1 전극부(71) 및 제1 영역 R1에 형성된 중간 전극막(62)과 전기적으로 접속되는 제2 전극부(72)가 각각 형성되어 있다.
제1 전극부(71)는 상층 전극막(63), 상층 압전막(52), 하층 압전막(51)을 관통하여 하층 전극막(61)을 노출시키는 구멍부(71a)에 형성되고, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)과 전기적으로 접속되는 관통 전극(71b)을 갖고 있다. 또한, 제1 전극부(71)는 관통 전극(71b) 상에 형성되어 관통 전극(71b)과 전기적으로 접속되는 패드부(71c)를 갖고 있다. 제2 전극부(72)는 상층 압전막(52)을 관통하여 중간 전극막(62)을 노출시키는 구멍부(72a)에 형성되고, 중간 전극막(62)과 전기적으로 접속되는 관통 전극(72b)을 갖고 있다. 또한, 제2 전극부(72)는 관통 전극(72b) 상에 형성되어 관통 전극(72b)과 전기적으로 접속되는 패드부(72c)를 갖고 있다.
또한, 본 실시 형태의 센싱부(30)는, 4개의 진동 영역(22)에서의 전하의 변화를 1개의 압력 검출 신호로서 출력하도록 구성되어 있다. 즉, 4개의 진동 영역(22)은 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 보다 상세하게는, 각 진동 영역(22)은 바이모르프 구조로 되어 있고, 각 진동 영역(22)에 형성되는 각 하층 전극막(61), 각 중간 전극막(62), 각 상층 전극막(63)이 각각 병렬로 접속되면서, 각 진동 영역(22) 사이가 직렬로 접속되어 있다.
또한, 제2 영역 R2에 형성된 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63)은, 각 전극부(71, 72)와 전기적으로 접속되어 있지 않고, 플로팅 상태로 되어 있다. 이 때문에, 제2 영역 R2에 형성되는 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63)은 반드시 필요하지는 않지만, 본 실시 형태에서는, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52) 중 제2 영역 R2에 위치하는 부분을 보호하기 위해 마련하고 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)은 질화스칸듐알루미늄(ScAlN)이나, 질화알루미늄(AlN) 등의 납 프리의 압전 세라믹스 등을 사용하여 구성되어 있다. 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63), 제1 전극부(71) 및 제2 전극부(72) 등은, 몰리브덴, 구리, 백금, 백금, 티타늄 등을 사용하여 구성되어 있다.
이상이 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 기본적인 구성이다. 이러한 압전 소자(1)는, 각 진동 영역(22)(즉, 센싱부(30))에 음압이 인가되면, 각 진동 영역(22)이 진동한다. 이 경우, 예를 들어, 진동 영역(22)의 타단부(22b)측(즉, 자유 단부측)이 상방으로 변위된 경우, 하층 압전막(51)에는 인장 응력이 발생하고, 상층 압전막(52)에는 압축 응력이 발생한다. 따라서, 제1 전극부(71) 및 제2 전극부(72)로부터 당해 전하를 인출함으로써, 음압이 검출된다.
이때, 진동 영역(22)(즉, 압전막(50))에 발생하는 응력은, 자유 단부측(즉, 타단부측)에서는 응력이 해방되므로, 고정 단부측의 쪽이 자유 단부측보다 커진다. 즉, 자유 단부측은 전하의 발생이 적어지고, 신호와 노이즈의 비인 SN비가 작아지기 쉽다. 이 때문에, 본 실시 형태의 압전 소자(1)에서는, 상기한 바와 같이 각 진동 영역(22)은 응력이 커지기 쉬운 제1 영역 R1과, 응력이 작아지기 쉬운 제2 영역 R2로 나뉘어져 있다. 그리고, 압전 소자(1)에서는, 제1 영역 R1에 배치되어 있는 하층 전극막(61), 상층 전극막(63), 중간 전극막(62)이 제1, 제2 전극부(71, 72)와 접속되고, 제1 영역 R1에 위치하는 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)에 발생하는 전하가 인출되도록 하고 있다. 이에 의해, 노이즈의 영향이 커지는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)에는, 음압이 인가되었을 때, 제1 영역 R1에 위치하는 압전막(50)의 변형을 촉진시키는 변형 촉진 구조가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 변형 촉진 구조가 향상부에 상당하고 있다.
본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)에는, 음압이 인가되었을 때에 제1 영역 R1에 발생하는 응력을 크게 하기 위한 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 응력 증가용 슬릿(42)은 제1 영역 R1에서 분리용 슬릿(41)과 연결됨과 함께, 분리용 슬릿(41)과의 연결부에 코너부 C1이 구성되도록 형성되어 있다. 이 때문에, 진동 영역(22)은 제1 영역 R1 중 지지체(10)로부터 부유하고 있는 부분에 코너부 C1이 형성된 상태로 되고, 코너부 C1에 응력이 집중되기 쉬워짐과 함께 응력이 증가되기 쉬워진다. 이에 의해, 진동 영역(22)은 일단부(22a)측에 발생할 수 있는 응력도 커지고, 전체의 변형이 커진다. 따라서, 압전막(50)의 변형이 커짐으로써 압력 검출 신호의 증가를 도모할 수 있고, 검출 감도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 분리용 슬릿(41)과 응력 증가용 슬릿(42)의 연결 부분에 구성되는 코너부 C1은, 분리용 슬릿(41)과 응력 증가용 슬릿(42) 사이가 이루는 각도가 예각으로 되어 있어도 되고, 둔각으로 되어 있어도 되고, 직각으로 되어 있어도 된다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)은, 제1 영역 R1 중 지지체(10)로부터 부유하고 있는 부분에 코너부 C1이 형성되어 있다. 그리고, 당해 코너부 C1에서는, 응력이 집중되기 쉬워짐과 함께 응력이 증가되기 쉬워진다. 이 때문에, 진동 영역(22)에서의 제1 영역 R1의 변형을 촉진할 수 있어, 압력 검출 신호의 증가를 도모할 수 있다. 따라서, 검출 감도의 향상을 도모할 수 있어, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
그런데, 상기와 같이 외팔보 지지되어 있는 진동 영역(22)에서는, 지지체(10)에 지지되는 일단부(22a)는, 당해 지지체(10)에 지지되어 구속된다. 이 때문에, 진동 영역(22)에 발생하는 응력은, 일단부(22a)보다도 조금 내연측으로 어긋난 부분의 영역이 가장 커지기 쉽다. 그러나, 상기와 같이 진동 영역(22)에 코너부 C1을 형성함으로써, 응력이 최대가 되는 부분을 일단부(22a)측으로 어긋나도록 할 수도 있다. 따라서, 이 점에 있어서도, 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)의 전체의 변형을 크게 할 수 있어, 검출 감도의 향상을 도모할 수 있다.
(제1 실시 형태의 변형예)
상기 제1 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제1 실시 형태에 있어서, 응력 증가용 슬릿(42)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 분리용 슬릿(41)의 연장 설치 방향을 따라서 연장 설치되면서, 응력 증가용 슬릿(42)만으로 코너부 C1이 구성되도록 절곡된 형상으로 되어 있어도 된다. 즉, 응력 증가용 슬릿(42)은, 소위 파형상으로 되어 있어도 된다.
또한, 응력 증가용 슬릿(42)은, 당해 응력 증가용 슬릿(42)에 의해 구성되는 코너부 C1에 발생하는 응력이 너무 커짐으로써 진동부(20)가 파괴될 가능성이 있는 경우에는, 코너부 C1이 곡률을 갖는 만곡 형상으로 되어 있어도 된다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 변형 촉진 구조의 구성을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 진동 영역(22)에는, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않고, 분리용 슬릿(41)이 부유 영역(21b)의 코너부에 도달하도록 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 부유 영역(21b)은 분리용 슬릿(41)만에 의해 4개의 진동 영역(22)으로 분할되어 있다. 그리고, 각 진동 영역(22)에는, 일단부(22a)에 코너부 C2가 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 코너부 C2가 변형 촉진 구조에 상당하고 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 지지체(10)에서의 오목부(10a)의 개구 단부는, 진동 영역(22)의 일단부(22a) 중 양단부의 사이에 위치하는 부분에, 당해 개구 단부를 지지체(10)의 외측 에지측에 오목하게 하는 오목부(10b)가 형성되어 있다. 또한, 진동 영역(22)의 일단부(22a)에서의 양단부란, 바꿔 말하면, 일단부(22a) 중 분리용 슬릿(41)이 도달하는 부분의 것이다.
그리고, 오목부(10a)의 개구 단부는, 당해 개구 단부를 따른 방향으로, 오목부(10b)에 의해 요철 구조가 형성된 상태로 되어 있다. 이에 의해, 진동 영역(22)의 일단부(22a)는 오목부(10a)의 개구 단부의 형상에 의존하는 요철 구조가 구성된 상태로 되므로, 코너부 C2가 형성된 상태로 되어 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)은 일단부(22a)에 코너부 C2가 구성되어 있으므로, 당해 일단부(22a)의 응력이 커진다. 이 때문에, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)의 코너부 C2 근방의 변형을 촉진할 수 있어, 압력 검출 신호의 증가를 도모할 수 있다. 따라서, 감도의 향상을 도모할 수 있다.
(제2 실시 형태의 변형예)
상기 제2 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제2 실시 형태에 있어서, 코너부 C2는, 오목부(10a)의 개구 단부에 있어서, 당해 개구 단부를 지지체(10)의 내연측으로 돌출시키는 볼록부가 형성됨으로써 구성되어 있어도 된다. 즉, 상기 제2 실시 형태는, 진동 영역(22) 중 제1 영역 R1인 일단부(22a)에 코너부 C2가 형성되는 것이면, 오목부(10a)의 개구 단부측의 형상은 적절히 변경 가능하다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서도, 상기 제1 실시 형태의 변형예와 같이, 코너부 C2에 발생하는 응력이 너무 커짐으로써 진동부(20)가 파괴될 가능성이 있는 경우에는, 코너부 C2가 곡률을 갖는 만곡 형상으로 되도록 해도 된다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 변형 촉진 구조의 구성을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지체(10)에 형성되는 오목부(10a)의 개구 단부는, 2개의 분리용 슬릿(41)의 교차점을 중심으로 하는 평면 원 형상으로 되어 있다. 또한, 오목부(10a)의 개구 단부는, 법선 방향에 있어서, 응력 증가용 슬릿(42)의 연장 설치 방향에서의 양단부와 교차하도록 형성되어 있다.
이 때문에, 진동 영역(22) 중 부유하고 있는 영역의 외형선에서의 지지 영역(21a)측의 2개의 단부는, 일단부(22a)에 도달한 상태로 되어 있다. 그리고, 진동 영역(22)은 2개의 단부끼리의 사이를 연결하는 가상선 K1에 대해, 일단부(22a)가 타단부(22b)와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 오목부(10a)의 개구 단부가 평면 원 형상으로 되어 있으므로, 진동 영역(22)의 일단부(22a)는 원호 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 각 진동 영역(22)은, 상기 제1 실시 형태와 같이 오목부(10a)의 개구 단부가 직사각 형상으로 되어 있고, 일단부(22a)가 가상선 K1과 일치하는 경우와 비교하면, 제1 영역 R1이 크게 되어 있다.
또한, 진동 영역(22)의 외형선이란, 진동 영역(22)의 외형을 구성하는 단부의 선이다. 그리고, 진동 영역(22) 중 부유하고 있는 영역의 외형선이란, 진동 영역(22)의 외형선 중 지지체(10)에 지지되는 일단부(22a)를 제외한 부분의 선의 것이다. 또한 본 실시 형태에서는, 일단부(22a)의 형상이 변형 촉진 구조에 상당하고 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)은 일단부(22a)가 가상선 K1보다도 타단부(22b)와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있으므로, 오목부(10a)의 개구 단부를 직사각 형상으로 하는 경우와 비교하여, 제1 영역 R1을 크게 할 수 있다. 그리고, 상기와 같이 진동 영역(22)은 일단부(22a)보다도 조금 내측의 부분의 변형이 커지기 쉬우므로, 가상선 K1 근방의 변형도 크게 할 수 있다. 즉, 오목부(10a)의 개구 단부가 직사각 형상으로 되어 있는 경우의 일단부(22a)가 되는 부분의 변형도 크게 할 수 있다. 이 때문에, 압력 검출 신호의 증가를 도모할 수 있어, 감도의 향상을 도모할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제3 실시 형태에 대해, 변형 촉진 구조의 구성을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제3 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 진동부(20)에는, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않다. 그리고, 지지체(10)에 형성되는 오목부(10a)의 개구 단부는, 2개의 분리용 슬릿(41)의 교차점을 중심으로 하는 평면 원 형상으로 되어 있다. 단, 본 실시 형태에서는, 오목부(10a)의 개구 단부는, 분리용 슬릿(41)과 교차하지 않도록 형성되어 있다.
즉, 진동 영역(22) 중 부유하고 있는 영역의 외형선에서의 지지 영역(21a)측의 2개의 단부는, 각각 부유하고 있는 영역에서 종단한 상태로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)은 일단부(22a)측의 부분이 서로 연결된 상태로 되어 있다.
그리고, 진동 영역(22)은 2개의 단부끼리의 사이를 연결하는 가상선 K2에 대해, 일단부(22a)측이 타단부(22b)와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 각 진동 영역(22)은, 상기 제1 실시 형태와 같이 오목부(10a)의 개구 단부가 직사각 형상으로 되어 있고, 일단부가 가상선 K2와 일치하는 경우와 비교하면, 제1 영역 R1이 크게 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 일단부(22a)의 형상이 변형 촉진 구조에 상당하고 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)은 일단부(22a)가 가상선 K2보다도 타단부(22b)와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있으므로, 오목부(10a)의 개구 단부를 직사각 형상으로 하는 경우와 비교하여, 제1 영역 R1을 크게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 변형 촉진 구조의 구성을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 영역 R2에는, 상층 전극막(63), 상층 압전막(52), 중간 전극막(62) 및 하층 압전막(51)을 관통하여 하층 전극막(61)에 도달하는 구멍부(81)가 형성되어 있다. 그리고, 구멍부(81)에는, 압전막(50)보다도 영률이 높은 경막(82)이 매립되어 있다.
본 실시 형태에서는, 경막(82)은, 제1, 제2 전극부(71, 72)나 전극막(60)과 동일한 재료로 구성되어 있다. 또한, 제2 영역 R2에 형성되는 하층 전극막(61), 중간 전극막(62), 상층 전극막(63)은, 제1, 제2 전극부(71, 72)와는 전기적으로 접속되어 있지 않으므로, 이들이 서로 접속되었다고 해도 문제는 없다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 경막(82)이 변형 촉진 구조에 상당하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 구멍부(81) 및 경막(82)은, 제2 영역 R2에 있어서, 제1 영역 R1측보다도 타단부(22b)측의 쪽이 밀하게 되도록 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에서는, 경막(82)은, 제2 영역 R2에 있어서, 제1 영역 R1측으로부터 타단부(22b)측을 향하여 점차 밀하게 되도록 형성되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제2 영역 R2에 경막(82)이 배치되어 있다. 이 때문에, 제2 영역 R2에 경막(82)이 배치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 음압이 인가되었을 때, 제2 영역 R2가 딱딱하게 되어 있음으로써 제2 영역 R2가 변형되기 어려워진다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 응력이 제1 영역 R1에 집중되기 쉬워져서 제1 영역 R1이 변형되기 쉬워진다. 이에 의해, 압력 검출 신호의 증가를 도모할 수 있어, 감도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 경막(82)은, 제2 영역 R2측 중 제1 영역 R1측보다도 타단부(22b)측의 쪽이 밀하게 되도록 형성되어 있다. 이 때문에, 예를 들어, 경막(82)이 제2 영역 R2측 중 제1 영역 R1측보다도 타단부(22b)측의 쪽이 성기게 되도록 형성되어 있는 경우와 비교하여, 경막(82)에 의해 제1 영역 R1의 변형이 저해되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 경막(82)을 배치한 것에 의한 효과를 쉽게 얻을 수 있다.
또한, 경막(82)은, 제1, 제2 전극부(71, 72)나 전극막(60)과 동일한 재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 예를 들어, 제1, 제2 관통 전극(71b, 72b)을 형성할 때에 동시에 경막(82)을 형성할 수 있어, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
(제6 실시 형태)
제6 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 각 진동 영역(22)에 온도 검출 소자 및 발열 소자를 구비한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
먼저, 상기와 같은 압전 소자(1)는 외기에 노출되는 상태나, 소정의 오일에 노출되는 상태에서 사용되는 경우가 있다. 이 경우, 사용 환경이 저온인 경우에는, 외기에 노출됨으로써 진동 영역(22)이 동결되거나, 진동 영역(22)과 접촉하는 오일의 점성이 저하되는 등에 의해, 진동 영역(22)의 진동이 저해될 가능성이 있다. 즉, 상기와 같은 압전 소자(1)는 사용 환경이 저온인 경우에는, 검출 감도가 저하될 가능성이 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)에는, 온도에 따른 온도 검출 신호를 출력하는 온도 검출 소자(91) 및 통전됨으로써 발열하는 발열 소자(92)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)에는, 제2 영역 R2에 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)가 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에서는, 제2 영역 R2에는, 중간 전극막(62)이 형성되어 있지 않다. 그리고, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52) 사이에 위치하는 부분에 형성되어 있다. 즉, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는, 상기 제1 실시 형태에서의 중간 전극막(62)이 형성되어 있었던 부분에 형성되어 있다.
또한, 특별히 도시하지 않지만, 제1 영역 R1 및 지지 영역(21a)에는, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)와 전기적으로 접속되는 인출 배선이 형성되어 있다. 그리고, 지지 영역(21a)에는, 당해 인출 배선과 전기적으로 접속되는 전극부가 형성되어 있다. 이에 의해, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)와, 외부 회로의 접속이 도모된다.
또한, 제2 영역 R2에서는, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)은, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 압전막(50)을 사이에 두도록 형성되어 있다. 또한, 온도 검출 소자(91)는 온도에 따라서 저항값이 변화되는 감온 저항체를 사용하여 구성되고, 발열 소자(92)는 통전됨으로써 발열하는 발열 저항체를 사용하여 구성된다. 본 실시 형태에서는, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는, 예를 들어, 백금으로 구성된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)가 향상부에 상당하고 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)가 형성되어 있다. 이 때문에, 온도 검출 소자(91)로 검출되는 온도에 기초하여 발열 소자(92)로의 통전량이 조정되도록 함으로써, 진동 영역(22)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다. 따라서, 진동 영역(22)이 동결되거나, 진동 영역(22)과 접촉하는 오일의 점성이 저하되는 것 등을 억제할 수 있어, 검출 감도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는, 제2 영역 R2에 형성되어 있다. 이 때문에, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)를 제1 영역 R1에 형성하는 경우와 비교하여, 전하를 인출하기 위한 중간 전극막(62)을 배치하는 부분이 감소되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 제2 영역 R2를 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는, 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52) 사이에 형성되어 있고, 외기에 노출되지 않는다. 이 때문에, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)의 내환경성의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52) 사이에 형성되고, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)은 제1 실시 형태와 마찬가지로, 압전막(50)을 사이에 두도록 형성되어 있다. 이 때문에, 압전막(50)에 대한 내환경성이 저하되는 것도 억제할 수 있다.
(제7 실시 형태)
제7 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 복수의 센싱부(30)가 형성되도록 한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
먼저, 상기와 같은 압전 소자(1)는, 각 진동 영역(22)을 구획하기 위한 부분(즉, 분리용 슬릿(41)이나 응력 증가용 슬릿(42))을 개재시켜 음압이 누설될 가능성이 있고, 음향 임피던스와 병렬로 들어가는 분리용 슬릿(41)의 음향 저항이 작아지기 쉽다. 그리고, 음향 저항이 작아짐으로써, 저주파 롤 오프 주파수가 증대되므로, 저주파에서의 감도가 작아지기 쉽다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1)는 복수의 센싱부(30)(즉, 부유 영역(21b))가 일체화되어 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 지지체(10)에는, 진동부(20)에서의 내연측을 부유시키기 위한 오목부(10a)가 4개 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 진동부(20)에는, 4개의 부유 영역(21b)이 형성되어 있다. 그리고, 각 부유 영역(21b)은, 각각 분리용 슬릿(41)이 각각 형성됨으로써 4개의 진동 영역(22)으로 분리되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 응력 증가용 슬릿(42)은 형성되어 있지 않다. 즉, 본 실시 형태에서는, 분리용 슬릿(41)이 부유 영역(21b)의 코너부에 도달하도록 형성되어 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 각 센싱부(30)에서의 각각의 진동 영역(22)은 공진 주파수가 다르게 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 센싱부(30)에서의 각각의 진동 영역(22)은 일단부(22a)와 타단부(22b) 사이의 길이, 즉 빔의 길이가 다르게 형성되어 있다. 이 때문에, 도 10에 도시된 바와 같이, 각 센싱부(30)의 주파수와 감도의 관계는, 센싱부(30)마다 다른 파형이 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 공진 주파수의 다른 진동 영역(22)의 구성이 향상부에 상당한다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)는 센싱부(30)가 복수 형성되어 구성되어 있다. 그리고, 각 센싱부(30)는 공진 주파수가 다른 값으로 되어 있으므로, 주파수와 감도의 관계가 각각 다른 파형이 된다. 이 때문에, 본 실시 형태의 압전 소자(1)에 의하면, 음압의 검출에 사용하는 진동 영역(22)을 적절히 전환함으로써, 감도가 높아지는 주파수를 광대역으로 할 수 있고, 예를 들어, 로드 노이즈 등의 저주파 노이즈의 검출 감도도 높게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 압전 소자(1)는 센싱부(30)가 복수 형성되어 있고, 복수의 센싱부(30)가 공통인 지지체(10)에 지지되어 구성되어 있다. 이 때문에, 예를 들어, 1개의 센싱부(30)가 형성된 압전 소자(1)를 복수 배치하는 경우와 비교하여, 인접하는 센싱부(30)의 간격을 좁게 하기 쉬워진다. 여기서, 예를 들어, 20㎑의 음파에서는, 파장이 약 17㎜가 된다. 이 때문에, 본 실시 형태와 같이 복수의 센싱부(30)가 공통인 지지체(10)에 지지된 상태로 함으로써, 각 센싱부(30)를 파장보다도 충분히 좁은 간격으로도 배치하기 쉬워진다. 따라서, 각 센싱부(30)의 사이에 음압이 감쇠되는 것을 억제할 수 있어, 감쇠되기 쉬운 고주파 영역의 음압 검출 감도가 저하되는 것도 억제할 수 있다.
또한, 각 진동 영역(22)은 일단부(22a)와 타단부(22b) 사이의 길이가 다른 것으로 됨으로써 공진 주파수가 다른 값으로 되어 있다. 여기서, 각 진동 영역(22)은 부유 영역(21b)이 에칭 등으로 됨으로써 구성된다. 이 경우, 일단부(22a)와 타단부(22b) 사이의 길이는, 에칭 등의 마스크를 변경함으로써 용이하게 변경 가능하다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따르면, 제조 공정이 복잡화되는 것을 억제하면서, 다른 공진 주파수를 갖는 복수의 진동 영역(22)을 용이하게 형성할 수 있다.
(제8 실시 형태)
제8 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 지지체(10)의 오목부(10a)에 보호막을 배치한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
먼저, 상기와 같은 압전 소자(1)는, 지지체(10)에 형성되는 오목부(10a)가 에칭에 의해 형성된다. 예를 들어, 오목부(10a)는 지지체(10)에 습식 에칭을 행하는 공정, 습식 에칭한 벽면을 보호하는 보호막을 형성하는 공정, 습식 에칭한 벽면을 더욱 파고드는 건식 에칭을 행하는 공정 등을 반복함으로써 형성된다. 이 경우, 오목부(10a)는 측면에 미세한 요철이 형성된 상태로 되기 쉽다. 따라서, 상기와 같은 압전 소자(1)에서는, 오목부(10a)의 측면에 형성되어 있는 미세한 요철에 의해, 난류가 발생함으로써 검출 감도가 저하될 가능성이 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 지지체(10)에는, 오목부(10a)의 측면(10c)이 되는 부분에, 미세한 요철을 매립함과 함께, 오목부(10a)와 반대측의 노출면(100a)이 오목부(10a)의 측면(10c)보다도 평탄화된 보호막(100)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 보호막(100)은 각 진동 영역(22)에서의 지지체(10)측의 부분 및 각 진동 영역(22)에서의 인접하는 진동 영역(22)과 대향하는 부분에도 형성되어 있다.
보호막(100)은, 본 실시 형태에서는, 수적이나 유적 등의 이물이 부착되기 어려워지도록, 발수성 및 발유성을 갖는 재료를 사용하여 구성하고, 예를 들어, 불소계 폴리머 등으로 구성되어 있다. 그리고, 보호막(100)은 도포법, 침지법, 증착법 등에 의해 오목부(10a)의 측면(10c)을 포함하는 부분에 배치된다. 이에 의해, 보호막(100)은 노출면(100a)이 오목부(10a)의 측면(10c)보다도 평탄화된 상태에서 배치된다.
또한, 보호막(100)은 진동 영역(22)의 진동을 저해하기 어려운 재료를 사용하여 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 압전막(50)을 질화스칸듐알루미늄으로 구성하는 경우에는 영률이 250㎬ 정도가 된다. 이 때문에, 보호막(100)은 약 1/500 이하의 영률인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 0.1 내지 0.5㎬ 정도의 영률인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 지지체(10)에는 오목부(10a)의 측면(10c)에, 노출면(100a)이 오목부(10a)의 측면(10c)보다도 평탄화된 보호막(100)이 배치되어 있다. 이 때문에, 오목부(10a) 내에서 난류가 발생하는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 보호막(100)은 진동 영역(22)에도 형성되어 있고, 발수성 및 발유성을 갖는 재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 보호막(100)에 물 등의 이물이 부착되는 것을 억제할 수 있어, 당해 이물에 의해 난류가 발생하는 것도 억제할 수 있다.
또한, 보호막(100)은 진동 영역(22)의 진동을 저해하기 어려운 재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 보호막(100)을 배치함으로써 진동 영역(22)이 진동하기 어려워지는 것을 억제할 수 있어, 검출 감도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
(제9 실시 형태)
제9 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 지지체(10)의 형상을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 지지 기판(11)은, 상기와 같이 실리콘 기판으로 구성되어 있고, 절연막(12)측의 일면(11a) 및 일면(11a)과 반대측의 타면(11b)을 갖고 있다. 그리고, 지지 기판(11)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 오목부(10a)를 구성하는 측면(11c)이 오목 구조로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 측면(11c)의 오목부 구조가 향상부에 상당한다.
구체적으로는, 지지 기판(11)의 측면(11c)은, 이하의 구성으로 되어 있다. 먼저, 절연막(12)과 반대측의 개구부를 제1 개구부(11d)로 하고, 절연막(12)측의 개구부를 제2 개구부(11e)로 한다. 이 경우, 측면(11c)은, 제1 개구부(11d)로부터 제2 개구부(11e)측을 향하여 측면이 깍여진 제1 테이퍼부(11f)와, 제2 개구부(11e)로부터 제1 개구부(11d)측을 향하여 측면이 깍여진 제2 테이퍼부(11g)가 연결된 구성으로 되어 있다. 즉, 지지 기판(11)의 측면(11c)은 제1 개구부(11d)와 제2 개구부(11e)를 연결하는 가상선 K3에 대해, 제1 개구부(11d)와 제2 개구부(11e) 사이의 부분이 오목해진 오목 구조로 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 지지 기판(11)은 일면(11a) 및 타면(11b)이 (100)면으로 되고, 제1 개구부(11d) 및 제2 개구부(11e)가 직사각 형상으로 되어 있다. 그리고, 제1 테이퍼부(11f) 및 제2 테이퍼부(11g)는, 각각 (111)면으로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 압전 소자(1)는, 상기 제7 실시 형태와 같이, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않다. 즉, 본 실시 형태에서는, 분리용 슬릿(41)이 부유 영역(21b)의 코너부에 도달하도록 형성되어 있다. 또한, 후술하는 각 실시 형태에서는, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않은 예를 설명한다. 단, 본 실시 형태 및 후술하는 각 실시 형태에 있어서도, 응력 증가용 슬릿(42)이 적절히 형성되어 있어도 된다.
이상이 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 구성이다. 다음에, 상기 압전 소자(1)의 제조 방법에 대해서, 도 13a 및 도 13b를 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 13a에 도시된 바와 같이, 지지 기판(11) 상에 절연막(12)이 배치되고, 절연막(12) 상에 압전막(50), 전극막(60), 제1 전극부(71), 제2 전극부(72) 등이 형성된 것을 준비한다. 또한, 지지 기판(11)은 실리콘 기판으로 구성되어 있고, 일면(11a) 및 타면(11b)이 (100)면으로 되어 있다. 또한, 압전막(50), 전극막(60), 제1 전극부(71), 제2 전극부(72) 등은, 일반적인 스퍼터법이나 에칭법 등을 적절히 행함으로써 구성된다.
그리고, 도시하지 않은 마스크를 사용하고, 지지 기판(11)의 타면(11b)으로부터 절연막(12)을 관통하도록 이방성 건식 에칭을 행한다. 또한, 이 공정이 종료된 후에는, 지지 기판(11)의 측면(11c)은 제1 개구부(11d)와 제2 개구부(11e)를 연결하는 가상선 K3과 일치하고 있다.
계속해서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 도시하지 않은 마스크를 사용하고, 지지 기판(11)의 측면(11c)에 대하여 이방성 습식 에칭을 행함으로써, 지지 기판(11)의 측면(11c)에 오목 구조를 형성한다. 상세하게는, 지지 기판(11)은 실리콘 기판으로 구성되어 있고, 일면(11a) 및 타면(11b)이 (100)면으로 되어 있다. 이 때문에, 이방성 습식 에칭을 행함으로써, 실리콘의 면 방위 중에서 가장 에칭 레이트가 늦은 (110)면으로 구성되는 제1 테이퍼부(11f) 및 제2 테이퍼부(11g)가 형성된다.
그 후는 특별히 도시하지 않지만, 적절히 분리용 슬릿(41)을 형성함으로써, 도 12에 도시하는 압전 소자(1)가 제조된다.
그런데, 상기와 같은 압전 소자(1)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 케이싱(130)에 수용되어 압전 장치를 구성한다. 구체적으로는, 케이싱(130)은 압전 소자(1) 및 소정의 신호 처리 등을 행하는 회로 기판(120)이 탑재되는 프린트 기판(131)과, 압전 소자(1) 및 회로 기판(120)을 수용하도록 프린트 기판(131)에 고정되는 덮개부(132)를 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 프린트 기판(131)이 피실장 부재에 상당한다.
프린트 기판(131)은 특별히 도시하지 않지만, 배선부나 스루홀 전극 등이 적절히 형성된 구성으로 되어 있고, 필요에 따라서 도시하지 않은 콘덴서 등의 전자 부품 등도 탑재되어 있다. 압전 소자(1)는 지지 기판(11)의 타면(11b)이 접착제 등의 접합 부재(2)를 개재시켜 프린트 기판(131)의 일면(131a)에 탑재되어 있다. 회로 기판(120)은 도전성 부재로 구성되는 접합 부재(121)를 개재시켜 프린트 기판(131)의 일면(131a)에 탑재되어 있다. 그리고, 압전 소자(1)의 패드부(72c)와 회로 기판(120)은, 본딩와이어(133)를 개재시켜 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 압전 소자(1)의 패드부(71c)는, 도 14와는 다른 단면에 있어서, 본딩와이어(133)를 개재시켜 회로 기판(120)과 전기적으로 접속되어 있다. 덮개부(132)는 금속, 플라스틱, 수지 등으로 구성되어 있고, 압전 소자(1) 및 회로 기판(120)을 수용하도록, 도시하지 않은 접착제 등의 접합 부재를 개재시켜 프린트 기판(131)에 고정되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 덮개부(132) 중 센싱부(30)와 대향하는 부분에 관통 구멍(132a)이 형성되어 있다.
이러한 압전 장치에서는, 관통 구멍(132a)으로부터 센싱부(30)와 덮개부(132) 사이의 공간을 통하여 센싱부(30)에 음압(즉, 압력)이 인가됨으로써 음압이 검출된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 지지 기판(11)은 오목 구조로 되어 있다. 이 때문에, 도 14에 도시된 바와 같은 압전 장치를 구성한 경우에는, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
즉, 케이싱(130)에 있어서, 음압을 도입하는 관통 구멍(132a)이 형성되는 부분과 센싱부(30) 사이의 공간을 수압면 공간 S1로 한다. 또한, 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간을 포함하고, 당해 공간과 분리용 슬릿(41)을 개재시키지 않고 연속된 공간을 백 공간 S2로 한다. 또한, 백 공간 S2는, 케이싱(130) 내의 공간에 있어서, 수압면 공간 S1과 다른 공간이라고도 할 수 있고, 수압면 공간 S1을 제외한 공간이라고 할 수도 있다. 또한 바꿔 말하면, 수압면 공간 S1은, 진동 영역(22)에서의 케이싱(130)에 형성된 관통 구멍(132a)측의 면을 압박하는데 영향을 미치는 공간이라고도 할 수 있다. 백 공간 S2는, 진동 영역(22)에서의 케이싱(130)에 형성된 관통 구멍(132a)측과 반대측의 면을 압박하는데 영향을 미치는 공간이라고도 할 수 있다.
이 경우, 이러한 압전 장치에서의 저주파 롤 오프 주파수는, 분리용 슬릿(41)에 의한 음향 저항(즉, 공기 저항)을 Rg로 하고, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스를 Cb로 하면, 1/(2π×Rg×Cb)로 나타내어진다. 이 때문에, 저주파 롤 오프 주파수를 작게 하기 위해서는, 음향 저항 Rg 또는 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb를 크게 하면 된다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 지지 기판(11)에 오목 구조가 형성되어 있으므로, 백 공간 S2의 공간을 크게 함으로써 음향 컴플라이언스를 크게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 압전 장치에서는, 저주파 롤 오프 주파수를 작게 함으로써 저주파 대역에서의 검출 감도의 향상을 도모할 수 있어, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 이러한 압전 장치에서의 감도는, 압전 소자(1)의 음향 컴플라이언스를 Cm으로 하고, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스를 Cb로 하면, 1/{(1/Cm)+(1/Cb)}로 나타내어진다. 이 때문에, 감도를 크게 하기 위해서는 음향 컴플라이언스 Cb를 크게 하면 되고, 음향 컴플라이언스 Cb는, 백 공간 S2의 공간 크기에 비례한다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 지지 기판(11)에 오목 구조를 형성하고 있으므로, 백 공간 S2의 공간을 크게 함으로써 용량을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 압전 장치에서는, 감도를 크게 함으로써 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
구체적으로는, 도 15에 도시된 바와 같이, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb를 크게 함으로써 감도비가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 감도비는, Cb/Cm이 2 이하이면 급준하게 저하되지만, 오목부 구조가 형성됨으로써 감도비의 저하를 완만하게 할 수 있다. 즉, 이렇게 지지 기판(11)에 오목 구조를 형성하는 것은, Cb/Cm이 2 이하가 되는 압전 장치에 특히 유효하다. 또한, 도 15는, Cb/Cm이 매우 큰 경우를 기준으로 하고 있다.
또한, 지지 기판(11)은 측면(11c)이 제1 테이퍼부(11f)와 제2 테이퍼부(11g)를 갖는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 예를 들어, 측면(11c)이 제2 테이퍼부(11g)만으로 구성되어 있는 경우와 비교하여, 지지 기판(11)의 타면(11b)과 프린트 기판(131)의 접착 면적을 향상할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 프린트 기판(131)에 대한 접착성이 저하되는 것을 억제하면서, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 측면(11c)이 제2 테이퍼부(11g)만으로 구성된다고는, 바꿔 말하면, 제2 테이퍼부(11g)가 제1 개구부(11d)까지 형성된 구성이다.
또한, 지지 기판(11)의 측면(11c)은, 이방성 습식 에칭으로 구성되어 (111)면으로 되어 있고, 형상이 변동되는 것이 억제된다. 이 때문에, 진동 영역(22)에 발생하는 응력이 변동되는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도가 변동되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 개구부(11d) 및 제2 개구부(11e)가 직사각 형상인 것을 설명했지만, 제1 개구부(11d) 및 제2 개구부(11e)의 형상은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 지지 기판(11)의 일면(11a) 및 타면(11b)을 (110)면으로 하고, 제1 개구부(11d) 및 제2 개구부(11e)를 8각 형상으로 하도록 해도 된다.
(제10 실시 형태)
제10 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제9 실시 형태에 대해, 압전 장치에서의 압전 소자(1)의 배치 방법을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제9 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)는 도 16에 도시된 바와 같이, 상층 압전막(52) 상에 8개의 패드부(701 내지 708)가 형성되어 구성되어 있다. 구체적으로는, 2개의 패드부는, 센싱부(30)와 전기적으로 접속되는 접속 패드부(701, 702)로 되어 있다. 또한, 접속 패드부(701, 702)는, 상기 제1 실시 형태에서의 패드부(71c, 72c)에 상당하는 것이다. 나머지의 6개의 패드부는, 센싱부(30)와 전기적으로 접속되지 않는 더미 패드부(703 내지 708)로 되어 있다.
그리고, 8개의 패드부(701 내지 708)는, 법선 방향으로부터 보았을 때, 압전 소자(1)의 중심에 대하여 대칭이 되도록 배치되어 있다. 즉, 8개의 패드부(701 내지 708)는, 지지 기판(11)의 일면(11a)의 면 방향과 평행한 면의 중심을 기준으로 하여, 대칭으로 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 8개의 패드부(701 내지 708)는, 압전 소자(1)가 프린트 기판(131)에 탑재되었을 때, 압전 소자(1)에서의 프린트 기판(131)의 면 방향과 평행한 면의 중심을 기준으로 하여, 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 접속 패드부(701, 702)는, 서로 근접하도록 배치되어 있다.
이상이 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 구성이다. 그리고, 압전 장치는, 도 17에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1)가 프린트 기판(131)에 플립 칩 실장되어 구성되어 있다. 구체적으로는, 압전 소자(1)는, 각 패드부(701 내지 708)가 프린트 기판(131)과 땜납 등의 도전성 부재로 구성되는 접합 부재(3)를 개재시켜 접속되어 있다. 또한, 압전 소자(1)는 접속 패드부(701, 702)가 회로 기판(120)측에 위치하도록, 프린트 기판(131)에 배치되어 있다. 그리고, 압전 소자(1)는 접속 패드부(701, 702)가 프린트 기판(131)에 형성된 배선부(131c)를 개재시켜 회로 기판(120)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 배선부(131c)는, 패드부(701, 702)와 회로 기판(120)을 최단으로 연결하도록 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 각 패드부(701 내지 708)는, 모두 프린트 기판(131)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 각 패드부(701 내지 708)는, 모두 플로팅 상태가 되지 않도록 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 프린트 기판(131)에 관통 구멍(131b)이 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 관통 구멍(131b)을 통하여 센싱부(30)에 음압이 인가됨으로써 음압이 검출된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 케이싱(130) 내에 있어서, 관통 구멍(131b)이 형성되는 부분과 센싱부(30) 사이의 공간이 수압면 공간 S1이 되고, 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간이 백 공간 S2가 된다.
또한, 백 공간 S2는, 상기한 바와 같이 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간을 포함하고, 당해 공간과 분리용 슬릿(41)을 개재시키지 않고 연속된 공간이라고도 할 수 있다. 이 때문에, 도 17과 같은 압전 장치에서는, 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간 및 당해 공간과 분리용 슬릿(41)을 개재시키지 않고 연속되는 압전 소자(1)의 주위 공간을 포함한 공간이 된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 기생 용량의 저감을 도모함으로써 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 압전 장치는, 센싱부(30)의 전체의 용량을 Co로 하고, 압전 소자(1)와 회로 기판(120) 사이에 구성되는 기생 용량을 Cp로 하면, 용량 Co와 회로 기판(120) 사이에 기생 용량 Cp가 배치된 구성으로 된다. 그리고, 기생 용량 Cp가 큰 경우에는, 센싱부(30)로부터 기생 용량 Cp에 흐르는 전하의 비율이 커져, 검출 정밀도가 저하된다. 또한, 기생 용량 Cp는, 압전 소자(1)(즉, 센싱부(30))와 회로 기판(120)을 접속하는 부분의 용량이나, 회로 기판(120)의 내부에 발생하는 용량 등의 합이다.
이 때문에, 본 실시 형태의 압전 소자(1)는 프린트 기판(131)에 플립 칩 실장되고, 프린트 기판(131)에 형성된 배선부(131c)를 개재시켜 회로 기판(120)과 접속되어 있다. 그리고, 압전 소자(1)는 접속 패드부(701, 702)가 회로 기판(120)측이 되도록 프린트 기판(131)에 배치되어 있다. 이 때문에, 압전 소자(1)와 회로 기판(120)을 본딩와이어(133)로 접속하는 경우와 비교하여, 압전 소자(1)와 회로 기판(120)을 접속하는 배선부(131c)를 짧게 하기 쉬워진다. 이 때문에, 기생 용량 Cp의 저감을 도모함으로써 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)를 프린트 기판(131)에 플립 칩 실장하고, 프린트 기판(131)에 관통 구멍(131b)을 형성하고 있다. 이 때문에, 상기 제9 실시 형태와 같이 덮개부(132)에 관통 구멍(132a)을 형성하는 경우와 비교하여, 수압면 공간 S1을 작게 할 수 있고, 수압면 공간 S1에서의 공기 스프링을 크게 할 수 있다. 따라서, 관통 구멍(132a)으로부터 유도된 음압이 분산되는 것을 억제할 수 있어, 검출 감도의 향상을 도모함으로써 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 제9 실시 형태와 같이 덮개부(132)에 관통 구멍(132a)을 형성하도록 해도 된다. 이러한 압전 장치로 해도, 수압면 공간 S1을 작게 하기 어려워지지만, 기생 용량 Cp의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 패드부(701 내지 708)는, 압전 소자(1)의 중심에 대하여 대칭으로 배치되어 있다. 이 때문에, 압전 소자(1)를 플립 칩 실장했을 때, 압전 소자(1)가 프린트 기판(131)에 대하여 기울어지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 더미 패드부(703 내지 708)는, 센싱부(30)와 접속되지 않으므로, 접착제 등으로 프린트 기판(131)과 접합되어 있어도 된다. 단, 더미 패드부(703 내지 708)를 프린트 기판(131)에 땜납 등의 접합 부재(3)로 접속함으로써, 더미 패드부(703 내지 708)도 소정 전위에 유지할 수 있다. 이 때문에, 더미 패드부(703 내지 708)가 플로팅 상태로 되어 있는 경우와 비교하여, 불필요한 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 각 패드부(701 내지 708)와 프린트 기판(131) 사이에 동일한 재료를 배치함으로써, 압전 소자(1)가 기울어지기 어렵게 될 수 있다. 이 때문에, 더미 패드부(703 내지 708)와 프린트 기판(131) 사이에는, 동일한 접합 부재(3)를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 더미 패드부(703 내지 708)를 배치하는 대신에 언더필재 등을 배치함으로써, 압전 소자(1)가 기울어지는 것을 억제하도록 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)가 기울어지는 것도 억제할 수 있도록 하고 있지만, 예를 들어, 더미 패드부(703 내지 708) 등은 배치되어 있지 않아도 된다. 이러한 압전 장치로 해도, 압전 소자(1)가 기울어지기 쉽지만, 기생 용량 Rp를 저감할 수 있다.
(제11 실시 형태)
제11 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 중간 전극막(62)의 형상을 변경한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 19에 도시된 바와 같이, 중간 전극막(62)은 제1 영역 R1에 형성되는 제1 중간 전극막(62a)과, 제2 영역 R2에 형성되는 제2 중간 전극막(62b)으로 분할되어 있다. 그리고, 제1 중간 전극막(62a)은, 또한, 복수의 전하 영역(620)과, 더미 영역(624, 625)으로 분할되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 전하 영역(620)은, 3개의 전하 영역(621 내지 623)으로 되어 있다. 이 때문에, 압전 소자(1)는, 각 진동 영역(22)에 있어서, 복수의 전하 영역(620)과, 당해 전하 영역(620)과 대향하는 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63) 사이에 각각 용량이 구성된 상태로 된다.
또한, 도 19에서는, 진동 영역(22)에 위치하는 중간 전극막(62)의 형상을 도시하고 있지만, 지지 영역(21a)에도 중간 전극막(62)이 적절히 연장 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 복수의 전하 영역(621 내지 623)으로 분할된 중간 전극막(62)이 향상부에 상당한다.
복수의 전하 영역(621 내지 623)은, 각각 동일한 면적으로 되어 있다. 즉, 더미 영역(624, 625)은, 각 전하 영역(621 내지 623)이 동일한 면적이 되도록 구성되어 있다. 그리고, 복수의 전하 영역(621 내지 623)은, 특별히 도시하지 않지만, 지지 영역(21a) 상에 위치하는 부분에 있어서, 도시하지 않은 배선 등을 개재시켜 서로 직렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 각 진동 영역(22)에서는, 복수의 용량이 직렬로 접속된 상태로 되어 있다. 이에 반해, 더미 영역(624, 625)은, 전하 영역(621 내지 623)과는 접속되어 있지 않고, 플로팅 상태로 되어 있다.
또한, 특별히 도시하지 않지만, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)은, 제1 중간 전극막(62a) 및 제2 중간 전극막(62b)과 대향하도록 각각 형성되어 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 제1 중간 전극막(62a)은, 복수의 전하 영역(621 내지 623)으로 분할되어 있다. 그리고, 복수의 전하 영역(621 내지 623)은, 직렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 1개의 제1 영역 R1에서는, 복수의 용량이 직렬로 접속된 상태로 되고, 용량의 증가를 도모함으로써 검출 감도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 복수의 전하 영역(621 내지 623)은, 동일한 면적으로 되어 있다. 이 때문에, 1개의 제1 영역 R1에 구성되는 복수의 용량은, 서로 동등해진다. 따라서, 각 용량간에서 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 중간 전극막(62a)을 3개의 전하 영역(621 내지 623)으로 분할하는 예에 대해서 설명했지만, 전하 영역(621 내지 623)은, 2개여도 되고, 4개 이상의 복수 구비되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 중간 전극막(62a)을 복수의 전하 영역(621 내지 623)으로 분할하는 예에 대해서 설명했지만, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)을 복수의 전하 영역과 더미 영역으로 분할하도록 해도 된다. 또한, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)을 복수의 전하 영역과 더미 영역으로 분할하도록 해도 마찬가지의 효과를 얻어진다. 단, 상기와 같이 중간 전극막(62)이 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63) 사이에 배치되어 있고, 중간 전극막(62)을 분할하는 경우에는, 중간 전극막(62)만을 분할하면 되므로, 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
(제11 실시 형태의 변형예)
제11 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제11 실시 형태에 있어서, 도 20에 도시된 바와 같이, 전하 영역(621, 623)은, 직사각 형상으로 되어 있지 않아도 된다. 즉, 더미 영역(624, 625)은, 3개의 전하 영역(621 내지 623)이 동등해지는 것이면, 형성되는 위치나 형상은 적절히 변경 가능하다. 또한, 3개의 전하 영역(621 내지 623)의 면적이 동등해지는 것이면, 더미 영역(624, 625)은 형성되어 있지 않아도 된다.
(제12 실시 형태)
제12 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법을 규정한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
먼저, 상기와 같은 압전 소자(1)에서는, 센싱부(30)에 음압이 인가되었을 때, 도 21에 도시된 바와 같은 응력 분포가 된다. 구체적으로는, 응력은, 일단부(22a)측의 중심부 근방이 가장 높아지기 쉽고, 타단부(22b)측을 향하여 점차 작아진다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2는, 응력 분포에 기초하여 구획되어 있다.
이하, 본 실시 형태에서의 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서의 구획의 방법은, 특히 감도 출력을 전압으로 표기하는 경우에 유효하다. 먼저, 압전 소자(1)에서의 감도를 향상시키기 위해서는, 제1 영역 R1에 발생하는 정전 에너지 E가 증가하도록 하면 된다. 여기서, 도 23에 도시된 바와 같이, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)를 따른 방향을 Y 방향으로 하고, Y 방향과 직교하는 방향을 X 방향으로 한다. 그리고, 진동 영역(22)을 X 방향을 따라서 복수로 분할한 미소의 가상 영역 M에 있어서, 가상 영역 M의 용량을 C로 하고, 가상 영역 M에 발생하는 응력의 평균값을 σ로 한다. 또한, 정전 에너지 E는, 가상 영역 M에 발생하는 전압을 V로 하면, 1/2×C×V2로 나타내어진다. 또한, 발생 전압 V는, 발생 응력 σ에 비례한다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 각 가상 영역 M의 C×σ2가 최대가 되는 영역을 산출하고, 각 가상 영역 M의 최대가 되는 영역을 연결하는 경계선에 의해 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획한다. 이 경우, 도 24에 도시된 바와 같이, 산출값을 연결한 산출선을 경계선으로서 제1 영역과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도 되고, 산출선에 기초하는 근사선을 경계선으로서 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법이 향상부에 상당한다. 또한, 도 24에서는, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)의 Y 방향을 따른 길이를 850㎛로 하고, 일단부(22a)로부터 타단부(22b)까지의 길이를 425㎛로 한 예를 나타내고 있다. 이 경우, 근사식은, 하기 수학식 1로 나타내어진다.
(수학식 1)
Figure pct00001
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2는, 제1 영역 R1의 정전 에너지 E가 높아지도록 구획되어 있다. 이 때문에, 검출 감도의 향상을 도모할 수 있어, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
(제12 실시 형태의 변형예)
상기 제12 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 제1 영역 R1 및 제2 영역 R2는, 도 25에 도시된 바와 같이 분할되어 있어도 된다. 즉, 진동 영역(22)이 평면 삼각 형상으로 되어 있으므로, 일단부(22a)를 3등분하도록 삼각형을 분할하고, 3개의 삼각형의 각 무게 중심 위치 C와, 일단부(22a)의 양단부를 연결하는 경계선에 의해 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 분할하도록 해도 된다. 이렇게 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도, 상기 제12 실시 형태의 근사선에 가까운 영역에서 제1 영역 R1과 제2 영역 R2가 구획되어 정전 에너지 E가 높아지는 영역이 포함된다. 이 때문에, 검출 감도의 향상을 도모할 수 있어, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제12 실시 형태에서는, 진동 영역(22)이 평면 삼각 형상인 예에 대해서 설명했지만, 진동 영역(22)의 형상은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 진동 영역(22)은 평면 직사각 형상으로 되어 있어도 되고, 평면 부채 형상으로 되어 있어도 된다. 이들과 같은 진동 영역(22)으로서도, 상기 제12 실시 형태와 마찬가지의 방법으로 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획함으로써, 상기 제12 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제13 실시 형태)
제13 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제12 실시 형태에 대해, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법을 규정한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제12 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
이하, 본 실시 형태에서의 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 구획 방법은, 특히 감도 출력을 전하로 표기하는 경우에 유효하다. 본 실시 형태는, 상기 제12 실시 형태에 대해, 가상 영역 M의 면적을 S로 하고, 가상 영역 M에 발생하는 응력의 합을 σsum으로 한다. 그리고, 1/2×C×V2는, S×(σsum/S)2에 비례한다. 즉, 1/2×C×V2는, 단위 면적당의 발생 응력에 비례한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 각 가상 영역 M의 (σsum)2/S가 최대가 되는 영역을 산출하고, 각 가상 영역 M의 최대가 되는 영역을 연결하는 경계선에 의해 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획한다. 이 경우, 도 27에 도시된 바와 같이, 산출값을 연결한 산출선을 경계선으로서 제1 영역과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도 되고, 산출선에 기초하는 근사선을 경계선으로서 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도 된다. 또한, 도 27에서는, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)의 Y 방향을 따른 길이를 850㎛로 하고, 일단부(22a)로부터 타단부(22b)까지의 길이를 425㎛로 한 예를 나타내고 있다. 이 경우, 근사식은, 하기 수학식 2로 나타내어진다.
(수학식 2)
Figure pct00002
이와 같이, 단위 면적당의 발생 응력에 기초하여 제1 영역 R1과 제2 영역 R2를 구획하도록 해도, 상기 제12 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제14 실시 형태)
제14 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 각 진동 영역(22)을 휘게 하면서, 병렬로 접속한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 28에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1)는, 각 진동 영역(22)에서의 타단부(22b)(즉, 자유 단부)가 휘어진 상태로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)에서의 타단부(22b)는, 지지 기판(11)측과 반대측을 따른 상태로 되어 있다. 또한, 각 진동 영역(22)에서의 휨량은, 동일하게 되어 있고, 예를 들어, 압전막(50)의 두께 이상으로 휘어지도록 구성되어 있다.
또한, 각 진동 영역(22)은, 상기한 바와 같이, 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52)이 적층된 바이모르프 구조로 되어 있고, 도 29에 도시되는 회로 구성으로 파악할 수 있다. 그리고, 압전 장치를 구성하는 경우, 각 진동 영역(22)에서의 각 전극막(60)은 회로 기판(120)에 병렬로 접속된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 각 진동 영역(22)으로부터 각각 압력 검출 신호가 회로 기판(120)에 출력된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)이 휜 형상이며, 각 진동 영역(22)으로부터 압력 검출 신호가 회로 기판(120)에 출력되는 것이 향상부에 상당한다.
이상이 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 구성이다. 또한, 이러한 압전 소자(1)는 다음과 같이 제조된다. 즉, 절연막(12) 상에 압전막(50)을 스퍼터법 등으로 성막할 때, 지지 기판(11)을 통하여 압전막(50)에 소정의 전압이 인가되도록 하고, 성막한 압전막(50)에 소정의 잔류 응력이 발생하도록 한다. 그 후, 분리용 슬릿(41)을 형성하여 각 진동 영역(22)을 분리하고, 잔류 응력에 의해 각 진동 영역(22)의 타단부(22b)를 휘게 함으로써 도 28에 도시하는 압전 소자(1)가 제조된다.
이러한 압전 소자(1)는, 상기와 같이 각 진동 영역(22)으로부터 압력 검출 신호를 출력한다. 이 기회, 예를 들어 도 30a에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)에 음압이 법선 방향과 일치하는 방향으로부터 인가된 경우에는, 각 진동 영역(22)의 변형 방법은 동등해지고, 각 진동 영역(22)으로부터 출력되는 압력 검출 신호도 동등해진다. 한편, 예를 들어 도 30b에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)에 음압이 법선 방향과 교차하는 방향으로부터 인가되는 경우에는, 각 진동 영역(22)으로 변형의 방법이 다르며, 각 진동 영역(22)으로부터 출력되는 압력 검출 신호가 다르다. 즉, 각 진동 영역(22)으로부터 음압이 인가되는 방향에 따른 압력 검출 신호가 출력된다. 이 때문에, 본 실시 형태의 압전 소자(1)에서는, 음압이 인가되는 방향도 검출할 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 압전 소자(1)는 지향성을 갖는 구성으로 되어 있다.
이때, 본 실시 형태에서는, 진동 영역(22)이 휜 상태로 되어 있다. 이 때문에, 각 진동 영역(22)에서는, 음압이 인가되는 방향에 따른 변형의 차가 커지기 쉽다. 따라서, 지향성에 관한 감도의 향상을 도모할 수도 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 압전 소자(1)는, 각 진동 영역(22)이 휜 상태로 배치되어 있다. 그리고, 회로 기판(120)과 접속되는 경우에는, 각 진동 영역(22)이 회로 기판(120)과 병렬로 접속된다. 이 때문에, 지향성을 구비하면서, 또한 지향성에 관한 감도의 향상을 도모할 수 있다.
(제14 실시 형태의 변형예)
제14 실시 형태에 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제14 실시 형태에 있어서, 도 31에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)은 회로 기판(120)에 대하여 병렬로 접속되면서, 서로 직렬로도 접속되어 있어도 된다.
(제15 실시 형태)
제15 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 진동 영역(22)에 반사막을 형성한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 32에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)에는, 압전막(50)이나 전극막(60), 패드부(71c, 72c)보다도 반사율이 높은 반사막(140)이 최표층에 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 반사막(140)은 상층 전극막(63) 상에 형성되어 있다. 또한, 반사율이 높다고 함은, 바꿔 말하면, 흡수율이 낮다고도 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반사막(140)은 압전막(50)보다 영률이 작은 재료로 구성되고, 예를 들어, 알루미늄의 단층막 또는 다층막으로 구성된다. 그리고, 반사막(140)은 제2 영역 R2에 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반사막(140)이 향상부에 상당한다.
이상이 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 구성이다. 다음에, 본 실시 형태에서의 압전 소자(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
압전 소자(1)를 제조할 때에는, 지지 기판(11) 상에 절연막(12), 압전막(50), 전극막(60), 반사막(140) 등을 차례로 성막하여 적절히 패터닝한다. 그리고, 오목부(10a)를 형성한 후, 분리용 슬릿(41)을 형성한다.
그 후, 본 실시 형태에서는, 양부 판정을 행한다. 구체적으로는, 도 33에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 L을 조사하는 레이저 광원(151)과, 수신한 레이저 빔 L의 강도를 검출하는 검출기(152)를 구비하는 검출 장치(150)를 준비한다. 검출기(152)는 역치에 기초한 판정을 행하는 도시하지 않은 제어부를 갖고 있고, 제어부는 CPU나, ROM, RAM, 플래시 메모리, HDD 등의 비전이적 실체적 기억 매체로 구성되는 기억부 등을 구비한 마이크로컴퓨터 등으로 구성되어 있다. CPU는, Central Processing Unit의 약칭이며, ROM은, Read Only Memory의 약칭이며, RAM은, Random Access Memory의 약칭이며, HDD는 Hard Disk Drive의 약칭이다. ROM 등의 기억 매체는, 비전이적 실체적 기억 매체이다.
기억부에는, 진동 영역(22)에 휨이 발생하고 있지 않은 경우에 레이저 빔 L을 수신했을 때의 강도가 역치로서 기억되어 있다. 그리고, 제어부는, 검출기(152)로 수신한 레이저 빔 L의 강도와 역치를 비교하여 양부 판정을 행한다.
구체적으로는, 진동 영역(22)에 배치된 반사막(140)에 대한 법선 방향을 따른 면을 기준면 T로 하고, 기준면 T에 대하여 기운 방향으로부터 레이저 빔 L을 반사막(140)에 조사한다. 그리고, 검출기(152)로 반사한 레이저 빔 L을 검출한다. 그 후, 검출기(152)는 검출한 레이저 빔 L의 강도와, 역치를 비교하여 양부 판정을 행한다. 예를 들어, 검출기(152)는 검출한 레이저 빔 L의 강도가 역치의 50％ 미만인 경우, 진동 영역(22)의 상태가 이상하다고 판정하는 양부 판정을 행한다. 이 경우, 예를 들어 도 34에 도시된 바와 같이, 진동 영역(22)의 휨이 커서 검출기(152)로 레이저 빔 L이 검출되지 않은 경우도, 진동 영역(22)의 상태가 이상하다고 판정한다. 또한, 레이저 빔 L은, 반사율이 가장 커지는 것을 선정하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 반사막(140)을 알루미늄으로 구성한 경우에는, 1㎛ 이하인 가시광 영역의 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반사막(140)을 다른 금속막으로 구성한 경우에는, 적외 영역의 파장을 사용하는 편이 바람직한 경우도 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 진동 영역(22)에 반사막(140)이 배치되어 있으므로, 진동 영역(22)의 양부 판정을 행할 수 있다. 이 때문에, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있는 압전 소자(1)를 제조할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반사막(140)에 레이저 빔 L을 조사함으로써 양부 판정을 행하고 있으므로, 비접촉에서의 양부 판정으로 할 수 있다.
또한, 반사막(140)은 압전막(50)보다 영률이 작은 재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 반사막(140)이 압전막(50)의 변형을 저해하는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 반사막(140)은, 제2 영역 R2에 배치되어 있다. 이 때문에, 진동 영역(22) 중 응력이 커지기 쉬운 제1 영역 R1에 반사막(140)이 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태를 제14 실시 형태에 적용할 수도 있다. 이 경우, 판정에 사용되는 역치는, 진동 영역(22)의 휨량이 원하는 값이 되는 경우의 강도에 설정되면 된다.
(제16 실시 형태)
제16 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제9 실시 형태와 같이 압전 장치를 구성했을 때에 자기 진단을 행하도록 한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제9 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 압전 장치에서는, 도 35에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1)는 지지 기판(11)의 타면(11b)이 접합 부재(2)를 개재시켜 프린트 기판(131)의 일면(131a)에 탑재되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 상기 제10 실시 형태의 도 17을 참조하여 설명한 압전 장치와 마찬가지로, 프린트 기판(131)에 관통 구멍(131b)이 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 관통 구멍(131b)을 통하여 센싱부(30)에 음압이 인가됨으로써 음압이 검출된다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 케이싱(130) 내에 있어서, 관통 구멍(131b)이 형성되는 부분과 센싱부(30) 사이의 공간이 수압면 공간 S1이 된다. 또한, 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간을 포함하고, 당해 공간과 분리용 슬릿(41)을 개재시키지 않고 연속된 공간이 백 공간 S2가 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 35와 같이 구성된 압전 장치를 예로 들어 설명하지만, 제9 실시 형태나 제10 실시 형태와 같이 구성된 압전 장치에 대해서도 하기의 구성을 적용할 수 있다.
본 실시 형태의 압전 소자(1)는, 도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이, 각 진동 영역(22)과 전기적으로 접속되는 제1 내지 제5 패드부(701 내지 705)를 갖고 있다. 또한, 제1 내지 제5 패드부(701 내지 705)는, 상기 제1 실시 형태에서의 패드부(71c, 72c)에 상당하는 것이다. 그리고, 압전 소자(1)는, 상기 제14 실시 형태의 변형예에서 설명한 도 31과 마찬가지로, 각 진동 영역(22)이 회로 기판(120)에 대하여 제1 내지 제5 패드부(701 내지 705)를 개재시켜 병렬로 접속되면서, 서로 직렬로 접속된 구성으로 되어 있다.
회로 기판(120)은, 소정의 신호 처리를 행하는 것이며, 본 실시 형태에서는, 제어부(120a)가 배치되어 있다. 또한, 제어부(120a)는 회로 기판(120)과는 별도로 배치되어 있어도 된다.
제어부(120a)는, 상기 제15 실시 형태의 제어부와 마찬가지로, CPU나, ROM, RAM, 플래시 메모리, HDD 등의 비전이적 실체적 기억 매체로 구성되는 기억부 등을 구비한 마이크로컴퓨터 등으로 구성되어 있다. 그리고, 본 실시 형태의 제어부(120a)는 압전 장치의 자기 진단을 행한다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 제어부(120a)는 압전 소자(1)의 이상 판정을 행한다. 상세하게는, 제어부(120a)는 이상 판정 신호를 제1 패드부(701)와 제5 패드부(705) 사이에 소정의 전압을 인가하여 각 진동 영역(22)을 진동시킨다. 보다 상세하게는, 제어부(120a)는 실제의 음압 검출로 진동 영역(22)에 인가될 수 있는 음압의 주파수로 각 진동 영역(22)을 통상 진동시킨다. 본 실시 형태에서는, 도 38에 도시된 바와 같이, 공진 주파수가(13㎑)가 되도록 진동 영역(22)이 형성되어 있고, 압전 소자(1)에 인가될 수 있는 음압의 주파수로서 수㎑를 상정하고 있다.
따라서, 제어부(120a)는, 각 진동 영역(22)이 수㎑로 통상 진동하도록, 제1 패드부(701)와 제5 패드부(705) 사이에 소정 전압을 인가한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 공진 주파수가 13㎑로 되어 있음과 함께 압전 소자(1)에 인가될 수 있는 음압의 주파수를 수㎑로 상정하고 있다. 이 때문에, 제어부(120a)는 공진 주파수보다 낮은 주파수로 통상 진동하도록, 제1 패드부(701)와 제5 패드부(705) 사이에 소정 전압을 인가한다고도 할 수 있다.
이에 의해, 각 진동 영역(22)이 정상적인 경우에는, 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)로부터 소정 전압에 대응하는 분압이 인가된다. 이에 반해, 각 진동 영역(22)의 사이에 쇼트 등의 이상이 발생하는 경우에는, 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)로부터 출력되는 전압이 변화된다. 또한, 각 진동 영역(22)의 사이에 단선 등의 이상이 발생하는 경우에는, 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)로부터 전압이 출력되지 않는다. 따라서, 제어부(120a)는 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압을 소정의 역치 범위와 비교하여 이상 판정을 행한다.
또한, 본 실시 형태의 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력을 추정하는 자기 진단을 행한다. 그리고, 제어부(120a)는 추정한 압력에 기초하여 압전 소자(1)로부터 출력되는 압력 검출 신호에 대하여 보정을 행한다.
즉, 상기와 같은 압전 장치에서는, 백 공간 S2의 압력이 변동됨으로써, 진동 영역(22)의 진동 방법이 변화된다. 구체적으로는, 백 공간 S2의 압력은, 주위의 온도, 습도 및 사용되는 고도(즉, 장소) 등에 따라서 변화한다. 그리고, 진동 영역(22)은 백 공간 S2의 압력이 높을수록 진동하기 어려워지고, 백 공간 S2의 압력이 낮을수록 진동하기 쉬워진다. 즉, 상기와 같은 압전 장치에서는, 사용 환경에 의해 검출 감도가 변화될 가능성이 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 백 공간 S2의 압력을 추정하고, 추정한 압력에 기초하여 압전 소자(1)로부터 출력되는 압력 검출 신호에 대하여 보정을 행한다.
구체적으로는, 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력을 추정하기 위해, 압전 소자(1)에 압력 추정 신호를 인가하여 각 진동 영역(22)을 추정 진동시킨다. 이 경우, 제어부(120a)는, 각 진동 영역(22)의 진동이 커지도록, 각 진동 영역(22)을 공진 주파수로 최대 진동시킨다. 그리고, 제어부(120a)는, 압력 추정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압과, 이상 판정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압의 차에 기초하여, 다음 작동을 행한다. 즉, 제어부(120a)는 공진 배율로서의 Q치를 산출함과 함께 Q치로부터 백 공간 S2의 압력을 추정하는 자기 진단을 행한다.
또한, Q치를 산출하는 경우, 구체적인 산출 방법은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 압력 추정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압과, 이상 판정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압 중 어느 1개의 차에 기초하여 Q치를 산출하도록 해도 된다. 또한, 압력 추정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압과, 이상 판정 신호를 인가했을 때의 제2 내지 제4 패드부(702 내지 704)의 전압의 차의 평균값에 기초하여 Q치를 산출하도록 해도 된다.
그리고, 제어부(120a)는 음압을 검출하는 경우, 추정한 백 공간 S2의 압력에 기초하여 압전 소자(1)로부터 출력되는 압력 검출 신호에 대하여 보정을 행한다. 구체적으로는, 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력이 대기압인 경우를 기준으로 하여, 백 공간 S2의 압력에 따른 보정 계수를 압력 검출 신호에 대하여 승산한다. 예를 들어, 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력이 대기압보다 큰 경우에는 진동 영역(22)이 진동하기 어려워지므로, 보정 계수로서 1보다 큰 값을 압력 검출 신호에 승산하여 보정한다. 한편, 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력이 대기압보다 작은 경우에는 진동 영역(22)이 진동하기 쉬워지므로, 보정 계수로서 1보다 작은 값을 압력 검출 신호에 승산하여 보정한다. 이에 의해, 압력 검출 신호는, 백 공간 S2의 압력(즉, 진동 영역(22)의 진동의 용이함)에 따른 값이 된다. 또한, 보정 계수는, 예를 들어, 미리 실험 등에 의해 도출되고, 백 공간 S2의 압력과 대응지어서 제어부(120a)에 기억된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 자기 진단을 행하고 있으므로, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 구체적으로는, 압전 소자(1)의 이상 판정을 행하고 있으므로, 이상이 있을 경우에는 음압의 검출을 정지 등으로 함으로써, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 백 공간 S2의 압력을 추정하고 있으므로, 추정한 압력에 기초한 보정을 행함으로써 검출 정밀도의 향상을 향상시킬 수 있다.
(제16 실시 형태의 변형예)
상기 제16 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제16 실시 형태에 있어서, 제어부(120a)는 자기 진단으로서, 이상 판정 및 백 공간 S2의 압력 추정의 한쪽만을 행하도록 해도 된다. 또한, 상기 제16 실시 형태에 있어서, 제어부(120a)는 백 공간 S2의 압력 추정을 행할 때, 통상 진동과 다른 진동인 것이라면, 각 진동 영역(22)을 공진 주파수로 진동시키지 않아도 된다. 단, 각 진동 영역(22)을 공진 주파수로 최대 진동시킴으로써, 통상 진동과의 차를 크게 할 수 있고, 백 공간 S2의 압력 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(제17 실시 형태)
제17 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 대해, 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63)의 막 두께를 규정한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제9 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서의 압전 소자(1)는, 도 39에 도시된 바와 같이, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 단, 본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)에 응력 증가용 슬릿(42)은 형성되어 있지 않다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 하층 전극막(61)의 막 두께 및 상층 전극막(63)의 막 두께가 중간 전극막(62)의 막 두께보다 얇게 되어 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)의 막 두께가 25㎚로 되고, 중간 전극막(62)의 막 두께가 100㎚로 되어 있다. 또한, 하층 압전막(51)에서의 하층 전극막(61)과 중간 전극막(62) 사이의 막 두께 및 상층 압전막(52)에서의 중간 전극막(62)과 상층 전극막(63) 사이의 막 두께는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 되어, 예를 들어, 50㎛로 된다.
또한, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)은, 강성이 동등하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)은, 동일한 재료로 구성됨과 함께, 막 두께가 동등하게 됨으로써 강성이 동등하게 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 영역 R1 및 제2 영역 R2에 배치되어 있는 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63) 각각이 상기 구성으로 되어 있다. 단, 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63)은 적어도 제1 영역 R1에 형성되어 있는 부분이 상기 구성으로 되어 있으면 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하층 전극막(61), 중간 전극막(62) 및 상층 전극막(63)의 구성이 향상부에 상당한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 하층 전극막(61)의 막 두께 및 상층 전극막(63)의 막 두께가 중간 전극막(62)의 막 두께보다 얇게 되고, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)의 강성이 동등하게 되어 있다. 이 때문에, 감도의 향상을 도모함으로써 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
즉, 각 진동 영역(22)은, 상기와 같이 일단부(22a)가 고정 단부로 되어 있음과 함께, 타단부(22b)가 자유 단부로 되어 있다. 이 때문에, 도 40에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각 진동 영역(22)에 있어서, 상층 전극막(63)측으로부터 하층 전극막(61)측에 하중(즉, 음압)이 인가되었을 때, 하층 압전막(51)측에 압축 응력이 인가되고, 상층 압전막(52)측에 인장 응력이 인가된다. 그리고, 각 진동 영역(22)은 두께 방향에서의 중심부가 압축 응력도 인장 응력도 인가되지 않는 중립면 Cs가 된다.
이 경우, 도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 하층 압전막(51)에 인가되는 압축 응력은, 중립면 Cs로부터 이격될수록 커진다. 마찬가지로, 상층 압전막(52)에 인가되는 인장 응력은, 중립면 Cs로부터 이격될수록 커진다. 따라서, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)은 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 형성됨으로써, 응력이 큰 부분을 포함하는 구성으로 할 수 있다. 즉, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)은 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 형성됨으로써, 전하가 발생하기 쉬운 부분을 포함하는 구성으로 할 수 있다. 단, 하층 압전막(51)의 막 두께를 단순하게 두껍게 함으로써 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 한 경우, 하층 전극막(61)과 중간 전극막(62)의 간격이 넓어지므로, 하층 전극막(61)과 중간 전극막(62) 사이의 용량이 저하된다. 마찬가지로, 상층 압전막(52)의 막 두께를 단순하게 두껍게 함으로써 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 한 경우, 중간 전극막(62)과 상층 전극막(63)의 간격이 넓어지므로, 중간 전극막(62)과 상층 전극막(63) 사이의 용량이 저하된다.
따라서, 본 실시 형태와 같이, 중간 전극막(62)을 두껍게 하면서, 하층 전극막(61)을 얇게 함으로써, 하층 압전막(51)은 하층 압전막(51)의 막 두께를 변경하지 않고 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 중간 전극막(62)을 두껍게 하면서, 상층 전극막(63)을 얇게 함으로써, 상층 압전막(52)은 상층 압전막(52)의 막 두께를 변경하지 않고, 중립면 Cs로부터 이격된 위치를 포함하도록 할 수 있다. 따라서, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)에 발생하는 전하를 많게 할 수 있어, 감도를 향상시킴으로써 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)은 몰리브덴, 구리, 백금, 백금, 티타늄 등을 사용하여 구성되어 있고, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)을 구성하는 질화스칸듐알루미늄 등보다도 영률이 크다. 이 때문에, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)이 두꺼울수록 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)의 변형이 저해되기 쉬워진다. 따라서, 본 실시 형태와 같이, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)의 막 두께를 중간 전극막(62)의 막 두께보다 얇게 함으로써, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)의 막 두께가 중간 전극막(62)의 막 두께와 동일한 경우와 비교하여, 하층 압전막(51) 및 상층 압전막(52)의 변형이 저해되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 감도가 저하되는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)은 강성이 동등하게 되어 있다. 이 때문에, 음압이 인가되었을 때 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52)의 변형 방법이 다른 것을 억제할 수 있어, 전체의 변형이 저해되는 것을 억제할 수 있다.
(제17 실시 형태의 변형예)
상기 제17 실시 형태의 변형예에 대해서 설명한다. 상기 제17 실시 형태에 있어서, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)은, 중간 전극막(62)보다 막 두께가 얇게 됨과 함께 강성이 동등하게 되는 것이라면 다음과 같이 구성되어 있어도 된다. 즉, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)은, 다른 재료로 구성되고, 막 두께가 조정됨으로써 강성이 동등해지도록 구성되어 있어도 된다.
(제18 실시 형태)
제18 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제11 실시 형태에 대해, 기생 용량 Cp에 기초하여 전하 영역(620)의 수를 규정한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제11 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 압전 소자(1)는, 상기 제11 실시 형태와 마찬가지로, 제1 중간 전극막(62a)이 복수의 전하 영역(620)으로 분할됨과 함께, 각 전하 영역(620)이 직렬로 접속되어 있다. 또한, 각 전하 영역(620)은, 각각 동일한 면적으로 되고, 서로 직렬로 접속되어 있다.
여기서, 압전 소자(1)에서의 감도(즉, 출력 전압)를 ΔV로 하고, 센싱부(30)의 전체의 용량을 Co로 하고, 기생 용량을 Cp로 하고, 음압을 전압으로 변환할 때의 음향 전기 변환 계수를 Γ로 하고, 전하 영역(620)의 수를 n으로 하면, 하기 수학식 3이 성립된다.
(수학식 3)
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또한, 기생 용량 Cp는, 압전 소자(1)(즉, 센싱부(30))와 회로 기판(120)을 접속하는 부분의 용량이나, 회로 기판(120)의 내부에 발생하는 용량 등의 합이다. 또한, 센싱부(30)의 용량 Co는, 각 전하 영역(620)이 직렬로 접속되므로, 1/n2에 비례한다.
이 때문에, 도 43a 내지 도 43c에 도시된 바와 같이, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)로부터 타단부(22b)까지의 길이를 길이 d로 하면, 감도는, 길이 d, 전하 영역(620)의 수 및 기생 용량 Cp에 따라서 변화한다. 그리고, 현 상황에서는, 감도를 높게 하는 것이 요망되어 있고, 최대 감도로부터 90％ 정도까지의 범위가 실용적으로 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 최대 감도의 90％ 이상이 되도록, 전하 영역(620)의 수가 설정되어 있다. 예를 들어, 도 43b에 도시된 바와 같이, 진동 영역(22)에서의 일단부(22a)로부터 타단부(22b)까지의 길이 d가 490㎛이며, 기생 용량 Cp가 2.0×10-12F인 경우, 전체의 전하 영역(620)의 수가 8 내지 16이 되도록 형성됨으로써, 감도의 저하를 도모할 수 있다. 즉, 각 진동 영역(22)에서의 전하 영역(620)의 수가 2 내지 4로 됨으로써, 감도의 저하를 도모할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태에서는, 전하 영역(620)의 수가 최대 감도의 90％ 이상이 되도록 규정된다. 이 때문에, 감도의 향상을 도모함으로써 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
(제19 실시 형태)
제19 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태는, 제9 실시 형태와 같이 압전 장치를 구성했을 때의, 수압면 공간 S1의 음향 컴플라이언스 Cf, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb, 분리용 슬릿(41)의 음향 저항 Rg 등을 조정한 것이다. 그 밖에 관해서는, 제9 실시 형태와 마찬가지이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 압전 장치는, 도 44에 도시된 바와 같이, 압전 소자(1)에서의 지지 기판(11)의 타면(11b)이 접합 부재(2)를 개재시켜 프린트 기판(131)의 일면(131a)에 탑재되어 구성되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 상기 제10 실시 형태의 도 17을 참조하여 설명한 압전 장치와 마찬가지로, 프린트 기판(131)에 관통 구멍(131b)이 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 관통 구멍(131b)을 통하여 센싱부(30)에 음압이 인가됨으로써 음압이 검출된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 케이싱(130) 내에 있어서, 관통 구멍(131b)이 형성되는 부분과 센싱부(30) 사이의 공간이 수압면 공간 S1이 된다. 센싱부(30)를 사이에 두고 수압면 공간 S1과 반대측에 위치하는 공간을 포함하고, 당해 공간과 분리용 슬릿(41)을 개재시키지 않고 연속된 공간이 백 공간 S2가 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 압전 소자(1)의 지지 기판(11)에 오목 구조가 형성되어 있지 않지만, 지지 기판(11)에 오목 구조가 형성되어 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태의 압전 소자(1)에는, 상기 제1 실시 형태와 같은 응력 증가용 슬릿(42)도 형성되어 있지 않지만, 응력 증가용 슬릿(42) 등이 형성되어 있어도 된다. 이하, 도 44와 같이 구성된 압전 장치를 예로 들어 설명하지만, 상기 각 실시 형태의 압전 소자(1)를 사용한 압전 장치에 대해서도 하기의 구성을 적용할 수 있다.
먼저, 압전 장치의 감도는, 저주파 롤 오프 주파수, 압전 소자(1)의 공진 주파수, 헬름홀츠 주파수에 의존한다. 구체적으로는, 저주파 롤 오프 주파수를 fr로 하면, 저주파 롤 오프 주파수 fr은, 하기 수학식 4로 나타내어진다. 압전 소자(1)의 공진 주파수를 fmb로 하면, 공진 주파수 fmb는, 하기 수학식 5로 나타내어진다. 헬름홀츠 주파수를 fh로 하면, 헬름홀츠 주파수 fh는, 하기 수학식 6으로 나타내어진다.
[수학식 4]
Figure pct00004
[수학식 5]
Figure pct00005
[수학식 6]
Figure pct00006
또한, 수학식 5에서의 Lm은, 압전 소자(1)의 각 진동 영역(22)에서의 전체의 질량에 비례하는 상수이다. 수학식 6에서의 Lf는, 관통 구멍(132a)의 이너튼스이다.
그리고, 관통 구멍(132a)의 이너튼스 Lf는, 하기 수학식 7로 나타내어진다. 또한, 수압면 공간 S1의 음향 컴플라이언스 Cf는, 하기 수학식 8로 나타내어진다. 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb는, 하기 수학식 9로 나타내어진다. 분리용 슬릿(41)의 음향 저항 Rg는, 하기 수학식 10으로 나타내어진다.
[수학식 7]
Figure pct00007
[수학식 8]
Figure pct00008
[수학식 9]
Figure pct00009
[수학식 10]
Figure pct00010
또한, 수식 7 내지 10에 있어서, ρ0은 공기 밀도이며, a는 관통 구멍(132a)의 반경이며, L1은 프린트 기판(131)의 두께(즉, 관통 구멍(132a)의 길이)이다. 또한, Vf는, 수압면 공간 S1의 용적이며, Vb는 백 공간 S2의 용적이며, c는 음속이다. μ는, 공기의 마찰 저항이며, h는 진동 영역(22)의 두께이며, g는 분리용 슬릿(41)의 폭이며, L2는 각 진동 영역(22)에서의 분리용 슬릿(41)의 길이이다. 분리용 슬릿(41)의 폭 g는, 각 진동 영역(22)의 측면끼리가 대향하는 부분의 간격이며, 예를 들어 도 36 중에 도시되는 부분의 폭이 된다. 분리용 슬릿(41)의 길이 L2는, 예를 들어 도 36 중에 도시되는 부분의 길이가 된다.
그리고, 본 실시 형태의 압전 장치는, 도 45에 도시된 바와 같이, 저주파 롤 오프 주파수 fr, 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb, 헬름홀츠 주파수 fh의 순으로 주파수가 커지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 각 주파수는, 상기 수학식 4 내지 6에 나타내어진 바와 같이, 수압면 공간 S1의 음향 컴플라이언스 Cf, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb, 분리용 슬릿(41)의 음향 저항 Rg에 기초한 값이 된다. 이 때문에, 각 주파수는, 수압면 공간 S1의 음향 컴플라이언스 Cf, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb, 분리용 슬릿(41)의 음향 저항 Rg가 조정됨으로써 값이 조정되어 있다.
보다 상세하게는, 저주파 롤 오프 주파수 fr은, 음향 컴플라이언스 Cb 및 음향 저항 Rg를 크게 할수록 작아진다. 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb는, 음향 컴플라이언스 Cm 및 음향 컴플라이언스 Cb를 크게 할수록 작아진다. 본 실시 형태에서는, 음향 컴플라이언스 Cb를 조정함으로써 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb가 조정된다. 헬름홀츠 주파수 fh는, 이너튼스 Lf 및 음향 컴플라이언스 Cf를 크게 할수록 작아진다. 본 실시 형태에서는, 음향 컴플라이언스 Cf를 조정함으로써 헬름홀츠 주파수 fh가 조정된다. 이에 의해, 헬름홀츠 주파수 fh가 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb보다 작게 되어 있는 경우와 비교하여, 압전 장치가 일반적으로는 저주파 롤 오프 주파수 fr과 공진 주파수 fmb 사이에서의 주파수의 음압을 검출하는데 이용되므로, 감도를 유지할 수 있는 주파수를 증가할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 저주파 롤 오프 주파수가 20㎐ 이하로 됨과 함께 헬름홀츠 주파수가 20㎑가 되도록, 음향 컴플라이언스 Cf, 음향 컴플라이언스 Cb, 음향 저항 Rg가 조정된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 저주파 롤 오프 주파수 fr 및 헬름홀츠 주파수 fh는, 가청역으로부터 벗어나는 값으로 되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 압전 장치에서는, 가청역에서의 감도를 유지할 수 있는 주파수를 증가할 수 있다. 또한, 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb는, 예를 들어, 13㎑로 된다.
여기서, 저주파 롤 오프 주파수를 20㎐ 이하로 하기 위해서는, 이하와 같이 하면 된다. 즉, 저주파 롤 오프 주파수 fr에 영향을 미치는 음향 저항 Rg는, 상기의 수학식 10과 같이 나타내어진다. 이 때문에, 저주파 롤 오프 주파수를 20㎐ 이하로 하기 위해서는, 상기의 수학식 4를 20㎐ 이하가 되도록 하면 되고, 음향 저항 Rg가 Rg≥1/(40π×Cb)을 충족하도록 하면 된다. 따라서, 분리용 슬릿(41)의 폭 g는, 하기 수학식 11을 충족되도록 형성되면 된다.
[수학식 11]
Figure pct00011
그리고, 저주파 롤 오프 주파수 fr을 20㎐ 이하로 하기 위해 필요한 음향 저항 Rg는, 백 공간 S2의 음향 컴플라이언스 Cb와의 관계에서 도 46에 도시된 바와 같다. 이 경우, 현실적인 진동 영역(22)의 두께 h 및 분리용 슬릿(41)의 길이 L2와, 분리용 슬릿(41)의 폭 g의 관계는, 도 47에 도시된 바와 같다. 이 때문에, 도 47에 도시된 바와 같이, 분리용 슬릿(41)의 폭 g는, 3㎛ 이하이면, 저주파 롤 오프 주파수를 20㎐ 이하로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 압전 장치에서는, 수압면 공간 S1에 음압이 도입되었을 때, 백 공간 S2의 용적이 클수록 감도가 높아지기 쉽고, 신호와 노이즈의 비인 SN비가 커지기 쉽다. 이 경우, 도 48에 도시된 바와 같이, 신호 강도비(dB)는 음향 컴플라이언스 Cf에 대한 음향 컴플라이언스 Cb의 비인 Cb/Cf가 14 이하로 되면, 기준에 대하여 일반적으로 노이즈가 크다고 되는 -3dB 이하가 된다. 또한, 여기서의 기준이란, 신호가 가장 커지는 경우의 SN비를 기준으로 하고 있다. 또한, 기준에 대하여 -3dB 이하란, 인간의 청력으로 변화를 감지하는 것이 곤란한 범위이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, Cb/Cf가 14 이하로 되어 있다. 이에 의해, 노이즈의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기와 같은 압전 장치에서는, 진동 영역(22)이 진동함으로써 검출이 행해진다. 또한, 상기와 같은 압전 장치에서는, 수압면 공간 S1에 음압이 도입되어 있지 않은 상태에 있어서도, 브라운 운동에 의해, 진동 영역(22)에 대하여 수압면 공간 S1측 및 백 공간 S2측으로부터 공기 입자가 충돌한다. 이 경우, 수압면 공간 S1측으로부터의 공기 입자의 충돌과 백 공간 S2측으로부터의 공기 입자의 충돌 방법이 다르면, 진동 영역(22)이 불필요 진동하여 노이즈의 요인이 된다.
이 때문에, 불필요 진동에 관한 노이즈를 저감하기 위해서는, 수압면 공간 S1의 용적과 백 공간 S2의 용적을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 불필요 진동에 관한 노이즈의 저감을 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 저주파 롤 오프 주파수 fr, 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb, 헬름홀츠 주파수 fh가 차례로 주파수가 커지도록, 음향 컴플라이언스 Cf, 음향 컴플라이언스 Cb, 음향 저항 Rg가 조정되어 있다. 이 때문에, 헬름홀츠 주파수 fh가 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb보다 작게 되어 있는 경우와 비교하여, 감도를 유지할 수 있는 주파수를 증가할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 저주파 롤 오프 주파수 fr이 20㎐ 이하로 되고, 헬름홀츠 주파수 fh가 20㎑ 이상으로 되어 있다. 이 때문에, 가청역에서의 감도를 유지할 수 있다. 이 경우, 분리용 슬릿(41)의 폭 g가 3㎛ 이하로 되어 있음으로써, 저주파 롤 오프 주파수 fr을 20㎐ 이하로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, Cb/Cf가 14 이하로 되어 있다. 이 때문에, 노이즈의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 수압면 공간 S1의 용적과 백 공간 S2의 용적을 동등하게 함으로써, 불필요 진동에 관한 노이즈의 저감을 도모할 수 있다.
(다른 실시 형태)
본 개시는, 실시 형태에 준거하여 기술되었지만, 본 개시는 당해 실시 형태나 구조에 한정되는 것은 아니라고 이해된다. 본 개시는, 다양한 변형예나 균등 범위 내의 변형도 포함한다. 덧붙여, 다양한 조합이나 형태, 나아가, 그들에 1요소만, 그 이상, 혹은 그 이하를 포함하는 다른 조합이나 형태도, 본 개시의 범주나 사상 범위에 들어가는 것이다.
예를 들어, 상기 각 실시 형태에 있어서, 진동부(20)는 적어도 1층의 압전막(50)과, 1층의 전극막(60)을 갖는 구성으로 되어 있으면 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 진동부(20) 중 부유 영역(21b)은 4개의 진동 영역(22)으로 분할되는 것이 아니며, 3개 이하의 진동 영역(22)으로 분할되도록 해도 되고, 5개 이상의 진동 영역(22)으로 분할되도록 해도 된다.
그리고, 상기 각 실시 형태에 있어서, 센싱부(30)는 1개의 진동 영역(22)으로 구성되도록 해도 된다. 즉, 예를 들어, 상기 제1 실시 형태에서는, 1개의 부유 영역(21b)에 의해 구성되는 4개의 진동 영역(22)에 의해, 4개의 센싱부(30)가 구성되도록 해도 된다. 이 경우, 상기 제7 실시 형태에서는, 1개의 부유 영역(21b)만을 갖는 구성으로 함과 함께 당해 부유 영역(21b)에 복수의 진동 영역(22)이 구성되도록 하고, 각 진동 영역(22)의 공진 주파수가 다르도록 해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되지 않고 분리용 슬릿(41)이 부유 영역(21b)의 코너부에 도달하도록 형성되고, 코너부 C1은, 제1 영역 R1에서의 분리용 슬릿(41)이 내측으로 오목하게 됨으로써 구성되어 있어도 된다.
또한, 상기 제3 실시 형태에 있어서, 진동 영역(22)의 일단부(22a)는 가상선 K1에 대하여 타단부(22b)측과 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있으면 되고, 원호 형상으로 되어 있지 않아도 된다. 마찬가지로, 상기 제4 실시 형태에 있어서, 진동 영역(22)의 일단부(22a)는, 가상선 K2에 대하여 타단부(22b)측과 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있으면 되고, 원호 형상으로 되어 있지 않아도 된다.
또한, 상기 제5 실시 형태에 있어서, 경막(82)은 제2 영역 R2에서의 제1 영역 R1측과 타단부(22b)측 사이에서 균등하게 형성되어 있어도 되고, 타단부(22b)측에서 제1 영역 R1측의 쪽이 밀하게 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 제5 실시 형태에 있어서, 경막(82)이 매립되는 구멍부(81)는 상층 전극막(63), 상층 압전막(52), 중간 전극막(62) 및 하층 압전막(51)을 관통하도록 형성되어 있지 않아도 된다. 예를 들어, 구멍부(81)는 상층 전극막(63) 및 상층 압전막(52)만을 관통하도록 형성되어 있어도 된다. 즉, 제2 영역 R2에 형성되는 경막(82)의 깊이는, 적절히 변경 가능하다. 또한, 상기 제5 실시 형태에 있어서, 경막(82)은 제1, 제2 전극부(71, 72)와 동일한 재료가 아니어도 되고, 압전막(50)보다도 영률이 높은 재료라면, 구성되는 재료는 특별히 한정되지는 않는다.
그리고, 상기 제6 실시 형태에 있어서, 응력 증가용 슬릿(42)은 형성되어 있지 않아도 된다. 이러한 압전 소자(1)로 해도, 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 제6 실시 형태에 있어서, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는 하층 전극막(61)이 형성되어 있는 부분에 배치되어 있어도 되고, 상층 전극막(63)이 형성되어 있는 부분에 배치되어 있어도 된다. 또한, 상기 제6 실시 형태에 있어서, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)는 제1 영역 R1에 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 제7 실시 형태 등으로 기재한 바와 같이, 상기 제7 실시 형태 이후의 각 실시 형태에서는, 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않다. 단, 응력 증가용 슬릿(42)은 적절히 각 실시 형태에 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 제16 실시 형태에 있어서는, 제어부(120a)의 작동에 의해 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 상기 제16 실시 형태에 있어서는, 압전 소자(1)에 향상부가 형성되어 있지 않아도 된다.
또한, 상기 제7 실시 형태에 있어서, 각 센싱부(30)에서의 각각의 진동 영역(22)의 공진 주파수가 다른 것이라면, 진동 영역(22)의 구성은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 각 센싱부(30)에서의 각각의 진동 영역(22)은 막 두께나, 재료가 다른 것으로 됨으로써 공진 주파수가 다르게 되어 있어도 된다.
또한, 각 센싱부(30)에서의 각각의 진동 영역(22)의 막 두께나 재료를 다른 것으로 하는 경우에는, 예를 들어, 진동 영역(22)을 구성하는 압전막(50)을 성막할 때 등에 적절히 마스크를 배치함으로써 막 두께나 재료를 다른 것으로 하도록 해도 된다. 또한, 예를 들어, 압전막(50)을 성막한 후에 에칭 등으로 막 두께를 조정하거나, 에칭한 부분에 다시 다른 압전막(50)을 성막함으로써 막 두께나 재료를 다른 것으로 하도록 해도 된다. 단, 에칭한 부분에 다시 다른 압전막(50)을 성막하는 경우에는, 예를 들어, 에칭한 부분의 측면을 테이퍼로 함으로써, 새롭게 성막하는 다른 압전막(50)과의 사이에 보이드가 형성되기 어려워지므로 바람직하다. 이와 같이, 막 두께나 재료를 다르게 하는 경우에는, 사용 용도에 따라서 최적의 것을 선택하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 각 진동 영역(22)은 일단부(22a)와 타단부(22b) 사이의 길이를 다르게 하면서, 막 두께나 재료도 변경하도록 해도 된다.
그리고, 상기 각 실시 형태를 적절히 조합할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 제1 영역 R1 중 지지체(10)로부터 부유하고 있는 부분에 코너부 C1이 형성되도록 해도 된다. 상기 제2 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 제1 영역 R1의 일단부에 코너부 C2가 형성되도록 해도 된다. 상기 제3 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 오목부(10a)의 개구 단부를 원 형상으로 해도 된다. 상기 제4 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 오목부(10a)의 개구 단부를 원 형상으로 함과 함께, 부유 영역(21b)에 분리용 슬릿(41)을 형성하고, 당해 분리용 슬릿(41)이 부유 영역(21b) 내에서 종단하도록 해도 된다. 상기 제5 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 제2 영역 R2에 경막(82)을 배치하도록 해도 된다. 상기 제6 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 온도 검출 소자(91) 및 발열 소자(92)를 배치하도록 해도 된다. 상기 제7 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 복수의 센싱부(30)를 구비하는 구성으로 해도 된다. 상기 제8 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 오목부(10a)의 측면에 보호막(100)을 구비하도록 해도 된다. 상기 제9 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 지지 기판(11)의 측면(11c)에 오목 구조를 형성하도록 해도 된다. 상기 제10 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 조합하고, 압전 소자(1)를 프린트 기판(131)에 플립 칩 실장하도록 해도 된다. 상기 제11 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 적절히 조합하고, 중간 전극막(62)의 형상을 변경하도록 해도 된다. 상기 제12, 제13 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 조합하고, 제1 영역 R1과 제2 영역 R2의 구획의 방법을 변경하도록 해도 된다. 상기 제14 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 조합하고, 각 진동 영역(22)을 휘게 하면서, 각 진동 영역(22)이 회로 기판(120)에 병렬로 접속되도록 해도 된다. 상기 제15 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 조합하고, 반사막(140)을 구비하는 구성으로 해도 된다. 상기 제16 실시 형태를 상기 각 실시 형태에 조합하고, 압전 장치를 구성했을 때에 자기 진단을 행하도록 해도 된다. 상기 제17 실시 형태를 각 실시 형태에 조합하고, 하층 전극막(61) 및 상층 전극막(63)이 중간 전극막(62)보다 막 두께가 얇게 됨과 함께, 하층 전극막(61)과 상층 전극막(63)의 강성이 동등하게 되도록 해도 된다. 상기 제18 실시 형태를 각 실시 형태에 조합하고, 전하 영역(620)의 수를 최대 감도의 90％ 이상이 되도록 조정하도록 해도 된다. 상기 제19 실시 형태를 각 실시 형태에 조합하고, 저주파 롤 오프 주파수 fr, 압전 소자(1)의 공진 주파수 fmb, 헬름홀츠 주파수 fh가 차례로 커지도록 조정되어 있어도 된다. 그리고, 상기 각 실시 형태를 조합한 것끼리를 더 조합할 수도 있다. 또한, 상기 각 실시 형태나 각 실시 형태를 조합한 것에 있어서, 필요에 따라서 구성 요건의 일부를 제외한 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 상기 제6 실시 형태 등에서는 응력 증가용 슬릿(42)이 형성되어 있지 않아도 된다.

Claims (51)

  1. 압력에 따른 압력 검출 신호를 출력하는 진동부(20)를 갖는 압전 소자이며,
    지지체(10)와,
    상기 지지체 상에 배치되고, 압전막(50)과, 상기 압전막과 접속되어 상기 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막(60)을 포함하는 구성으로 되고, 상기 지지체에 지지되는 지지 영역(21a)과, 상기 지지 영역과 연결되어 있고, 상기 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 진동 영역(22)을 갖고, 상기 전하에 기초한 상기 압력 검출 신호를 출력하는 상기 진동부를 구비하고,
    상기 복수의 진동 영역은, 각각 상기 지지 영역과의 경계가 되는 일단부(22a)가 고정 단부로 됨과 함께 타단부(22b)가 자유 단부로 되고, 상기 일단부측의 영역이 제1 영역(R1)으로 됨과 함께, 상기 타단부측의 영역이 제2 영역(R2)으로 되어 있고,
    상기 전극막은, 상기 제1 영역에 형성되어 있고,
    상기 압력 검출 신호의 검출 정밀도를 향상시키는 향상부(11c, 22, 22a, 61 내지 63, 82, 91, 92, 140, R1, R2, C1, C2)를 구비하고 있는 압전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역은, 상기 향상부로서, 상기 제1 영역의 변형을 촉진시키는 변형 촉진 구조(C1, C2, 22a, 82)가 형성되어 있는 압전 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변형 촉진 구조는, 상기 제1 영역 중의 상기 지지체로부터 부유하고 있는 부분에 형성된 코너부(C1)인 압전 소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 변형 촉진 구조는, 상기 제1 영역의 일단부가 코너부(C2)를 갖는 형상이 됨으로써 구성되어 있는 압전 소자.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 코너부는, 곡률을 갖는 만곡 형상으로 되어 있는 압전 소자.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 영역 중의 부유하고 있는 영역의 외형선에서의 상기 지지 영역측의 2개의 단부는, 상기 일단부에 도달하고 있고,
    상기 진동 영역은, 상기 변형 촉진 구조로서, 상기 2개의 단부끼리의 사이를 연결하는 가상선(K1)에 대해, 상기 일단부가 상기 타단부와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 형상으로 되어 있는 압전 소자.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 영역 중의 부유하고 있는 영역의 외형선에서의 상기 지지 영역측의 2개의 단부는, 각각 상기 부유하고 있는 영역에서 종단되어 있고,
    상기 진동 영역은, 상기 변형 촉진 구조로서, 상기 2개의 단부끼리의 사이를 연결하는 가상선(K2)에 대해, 상기 일단부가 상기 타단부와 반대측으로 부풀어 오른 부분을 갖는 압전 소자.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 영역에는, 구멍부(81)가 형성되어 있음과 함께, 상기 구멍부에 상기 압전막보다 영률이 높은 상기 변형 촉진 구조로서의 경막(82)이 배치되어 있는 압전 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경막은, 상기 제1 영역측보다 상기 타단부측의 쪽이 밀하게 형성되어 있는 압전 소자.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 경막은, 상기 전극막과 같은 재료로 구성되어 있는 압전 소자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 영역에는, 상기 향상부로서, 온도에 따른 온도 검출 신호를 출력하는 온도 검출 소자(91)와, 통전됨으로써 발열하는 발열 소자(92)가 형성되어 있는 압전 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도 검출 소자 및 상기 발열 소자는, 상기 제2 영역에 형성되어 있는 압전 소자.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 압전막은, 상기 지지체측으로부터 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52)이 적층되어 구성되어 있고,
    상기 온도 검출 소자 및 상기 발열 소자는, 상기 하층 압전막과 상기 상층 압전막 사이에 배치되어 있는 압전 소자.
  14. 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 영역은, 복수 형성되고, 적어도 일부는, 상기 향상부로서, 서로의 공진 주파수가 다르게 형성되어 있는 압전 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 일단부와 상기 타단부 사이의 길이가 다른 압전 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 진동 영역의 두께가 다른 압전 소자.
  17. 제14항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 진동 영역을 구성하는 재료가 다른 압전 소자.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체는, 지지 기판(11)과, 상기 지지 기판 상에 배치되고, 상기 진동부가 배치되는 절연막(12)을 갖고, 상기 진동 영역을 부유시키는 오목부(10a)가 상기 지지 기판 및 상기 절연막에 형성되어 있고,
    상기 지지 기판에 형성된 오목부에서의 상기 절연막측과 반대측의 개구부를 제1 개구부(11d)로 함과 함께 상기 절연막측의 개구부를 제2 개구부(11e)로 하면, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 측면(11c)은, 상기 향상부로서, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 가상선(K3)에 대하여 오목해진 오목 구조로 되어 있는 압전 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지지 기판은, 실리콘 기판이며, 상기 절연막측의 일면(11a)이 (110)면이 되고,
    상기 지지 기판의 측면은, (111)면이 되어 있는 압전 소자.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극막 및 상기 압전막은, 하층 전극막(61), 하층 압전막(51), 중간 전극막(62), 상층 압전막(52), 상층 전극막(63)이 상기 지지체측으로부터 차례로 적층되어 배치되고,
    상기 중간 전극막은, 상기 향상부로서, 면적이 동등하게 된 복수의 전하 영역(620, 621 내지 623)으로 분할되어 있음과 함께, 상기 전하 영역이 직렬로 접속되어 있고,
    상기 진동부는, 상기 하층 전극막과 상기 중간 전극막의 전하 영역 사이에 발생하는 전하 및 상기 상층 전극막과 상기 중간 전극막의 전하 영역 사이에 발생하는 전하에 기초한 상기 압력 검출 신호를 출력하는 압전 소자.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 전하 영역은, 최대 감도의 90％ 이상이 되는 수로 되어 있는 압전 소자.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역에서의 제1 영역 및 제2 영역은, 상기 진동 영역을 상기 일단부와 교차하는 방향으로 복수로 분할한 가상 영역(M)에 있어서, 상기 가상 영역의 용량을 C로 하고, 당해 가상 영역에 발생하는 응력의 평균값을 σ로 하면, 상기 향상부로서, 각각의 상기 가상 영역에서의 C×σ2가 최대가 되는 영역을 연결하는 경계선으로 구획되어 있는 압전 소자.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역에서의 제1 영역 및 제2 영역은, 상기 진동 영역을 상기 일단부와 교차하는 방향으로 복수로 분할한 가상 영역(M)에 있어서, 상기 가상 영역의 면적을 S로 하고, 상기 가상 영역에 발생하는 응력의 합을 σsum으로 하면, 상기 향상부로서, 각각의 상기 가상 영역에서의 (σsum)2/S가 최대가 되는 영역을 연결하는 경계선으로 구획되어 있는 압전 소자.
  24. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역은, 평면 삼각 형상으로 되어 있고,
    상기 복수의 진동 영역에서의 제1 영역 및 제2 영역은, 상기 향상부로서, 상기 진동 영역을 상기 일단부가 3등분이 되도록 분할하여 3개의 삼각형을 구성하고, 3개의 삼각형의 무게 중심 위치(C)와, 상기 일단부의 양단부를 연결하는 경계선으로 구획되어 있는 압전 소자.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역은, 상기 향상부로서, 상기 타단부가 상기 일단부에 대하여 휘어져 있고,
    상기 진동부는, 상기 향상부로서, 상기 복수의 진동 영역으로부터 각각 상기 압력 검출 신호를 출력하는 압전 소자.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 진동 영역은, 상기 제2 영역에, 상기 향상부로서, 상기 압전막보다도 반사율이 높은 반사막(140)이 배치되어 있는 압전 소자.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 반사막은, 상기 압전막보다도 영률이 낮은 재료로 구성되어 있는 압전 소자.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극막 및 상기 압전막은, 하층 전극막(61), 하층 압전막(51), 중간 전극막(62), 상층 압전막(52), 상층 전극막(63)이 상기 지지체측으로부터 차례로 적층되어 배치되고,
    상기 하층 전극막, 상기 중간 전극막, 상기 상층 전극막은, 상기 향상부로서, 상기 하층 전극막 및 상기 상층 전극막의 막 두께가 상기 중간 전극막의 막 두께보다 얇아지고, 상기 하층 전극막과 상기 상층 전극막의 강성이 동등하게 되어 있는 압전 소자.
  29. 압력에 따른 압력 검출 신호를 출력하는 진동부(20)를 갖는 압전 소자이며,
    지지체(10)와,
    상기 지지체 상에 배치되고, 압전막(50)과, 상기 압전막과 접속되어 상기 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막(60)을 갖고, 상기 지지체에 지지되는 지지 영역(21a)과, 상기 지지 영역과 연결되어 있고, 상기 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 상기 진동 영역(22)을 갖고, 상기 전하에 기초한 상기 압력 검출 신호를 출력하는 상기 진동부를 구비하고,
    복수의 상기 진동 영역은, 각각 상기 지지 영역과의 경계가 되는 일단부(22a)가 고정 단부로 됨과 함께 타단부(22b)가 자유 단부로 되고, 상기 일단부측의 영역이 제1 영역(R1)으로 됨과 함께, 상기 자유 단부측의 영역이 제2 영역(R2)으로 되어 있고, 또한, 적어도 일부의 상기 진동 영역에서의 공진 주파수가 서로 다르게 형성되고,
    상기 전극막은, 상기 제1 영역에 배치되어 있는 압전 소자.
  30. 제29항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 일단부와 상기 타단부 사이의 길이가 다른 압전 소자.
  31. 제29항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 진동 영역의 두께가 다른 압전 소자.
  32. 제29항에 있어서,
    공진 주파수가 다른 적어도 일부의 상기 진동 영역은, 상기 진동 영역을 구성하는 재료가 다른 압전 소자.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 영역에는, 온도에 따른 온도 검출 신호를 출력하는 온도 검출 소자(91)와, 통전됨으로써 발열하는 발열 소자(92)가 형성되어 있는 압전 소자.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 온도 검출 소자 및 상기 발열 소자는, 상기 제2 영역에 형성되어 있는 압전 소자.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 압전막은, 상기 지지체측으로부터 하층 압전막(51)과 상층 압전막(52)이 적층되어 구성되어 있고,
    상기 온도 검출 소자 및 상기 발열 소자는, 상기 하층 압전막과 상기 상층 압전막 사이에 배치되어 있는 압전 소자.
  36. 압력에 따른 압력 검출 신호를 출력하는 진동부(20)를 갖는 압전 소자를 구비한 압전 장치이며,
    제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 기재된 압전 소자와,
    상기 압전 소자를 탑재하는 피실장 부재(131)와, 상기 압전 소자를 수용하는 상태에서 상기 피실장 부재에 고정되는 덮개부(132)를 갖고, 외부와 연통하여 상기 압력이 도입되는 관통 구멍(131b, 132a)이 형성된 케이싱(130)을 구비하는 압전 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 피실장 부재에 탑재되는 회로 기판(120)을 구비하고,
    상기 압전 소자는, 상기 압전막 상에 상기 전극막과 전기적으로 접속된 접속 패드부(701, 702)가 형성되고, 상기 피실장 부재에 플립 칩 실장되어 있고, 상기 접속 패드부가 상기 회로 기판과 상기 피실장 부재에 형성된 배선부(131c)를 개재시켜 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 접속 패드부는, 상기 회로 기판측에 배치되어 있는 압전 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 압전 소자는, 상기 압전막 상에 플로팅 상태로 된 더미 패드부(703 내지 708)를 갖고,
    상기 접속 패드부 및 상기 더미 패드부는, 상기 압전 소자에서의 상기 피실장 부재의 면 방향과 평행한 면의 중심을 기준으로 하여 대칭으로 배치되어 있는 압전 장치.
  39. 제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 내의 공간에서의 상기 관통 구멍과 상기 진동부 사이에 위치하는 수압면 공간(S1)과 다른 공간을 백 공간(S2)으로 하고, 상기 압전 소자의 음향 컴플라이언스를 Cm으로 하고, 상기 백 공간의 용량을 Cb로 하면, Cb/Cm이 2 이하로 되어 있는 압전 장치.
  40. 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동부에는, 상기 복수의 진동 영역을 구획하는 분리용 슬릿(41)이 형성되어 있고,
    상기 케이싱 내의 공간에서의 상기 관통 구멍과 상기 진동부 사이에 위치하는 공간을 수압면 공간(S1)으로 함과 함께 상기 수압면 공간과 다른 공간을 백 공간(S2)으로 하면, 상기 압전 소자의 음향 컴플라이언스, 상기 수압면 공간의 음향 컴플라이언스, 상기 백 공간의 음향 컴플라이언스 및 상기 슬릿의 음향 저항은, 저주파 롤 오프 주파수, 상기 압전 소자의 공진 주파수, 헬름홀츠 주파수의 순으로 주파수가 커지도록 조정되어 있는 압전 장치.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 저주파 롤 오프 주파수는, 20㎐ 이하로 되고,
    상기 헬름홀츠 주파수는, 20㎑ 이상으로 되어 있는 압전 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 분리용 슬릿은, 폭이 3㎛ 이하로 되어 있는 압전 장치.
  43. 제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수압면 공간의 음향 컴플라이언스를 Cf로 함과 함께, 상기 백 공간의 음향 컴플라이언스를 Cb로 하면, Cb/Cf가 14 이하로 되어 있는 압전 장치.
  44. 제36항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 내의 공간에서의 상기 관통 구멍과 상기 진동부 사이에 위치하는 공간을 수압면 공간(S1)으로 함과 함께 상기 수압면 공간과 다른 공간을 백 공간(S2)으로 하면, 상기 수압면 구간의 용적과, 상기 백 공간의 용적이 동등하게 되어 있는 압전 장치.
  45. 제36항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    소정의 처리를 행하는 제어부(120a)를 구비하고,
    상기 압전 소자는, 상기 제어부에 대하여 상기 복수의 진동 영역이 병렬로 접속되어 있음과 함께, 상기 복수의 진동 영역이 직렬로 접속되어 있고,
    상기 제어부는, 소정 전압을 인가하여 상기 복수의 진동 영역을 진동시킴으로써 상기 압전 소자의 자기 진단을 행하는 압전 장치.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 자기 진단으로서, 상기 압전 소자에 인가될 수 있는 압력에 기초한 통상 진동이 되도록 상기 복수의 진동 영역을 진동시키고, 직렬로 접속된 상기 진동 영역의 사이 전압에 기초하여 상기 압전 소자의 이상 판정을 행하는 압전 장치.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    상기 케이싱 내의 공간에서의 상기 관통 구멍과 상기 진동부 사이에 위치하는 공간(S1)과 다른 공간을 백 공간(S2)으로 하고,
    상기 제어부는,
    상기 자기 진단으로서, 상기 압전 소자에 인가될 수 있는 압력에 기초한 통상 진동이 되도록 상기 복수의 진동 영역을 진동시켰을 때의 상기 진동 영역의 사이의 전압과, 상기 통상 진동과 다른 추정 진동이 되도록 상기 복수의 진동 영역을 진동시켰을 때의 상기 진동 영역의 사이의 전압의 차를 산출하여 공진 배율을 도출함과 함께, 상기 공진 배율에 기초하여 상기 백 공간의 압력을 추정하고,
    추정한 상기 백 공간의 압력에 기초하여 상기 압력 검출 신호의 보정을 행하는 압전 장치.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 추정 진동으로서, 상기 복수의 진동 영역을 공진 주파수로 진동시키는 압전 장치.
  49. 지지체(10)와,
    상기 지지체 상에 배치되고, 압전막(50)과, 상기 압전막과 접속되어 상기 압전막이 변형됨으로써 발생하는 전하를 인출하는 전극막(60)을 포함하는 구성으로 되고, 상기 지지체에 지지되는 지지 영역(21a)과, 상기 지지 영역과 연결되어 있고, 상기 지지체로부터 부유하고 있는 복수의 진동 영역(22)을 갖고, 상기 전하에 기초한 상기 압력 검출 신호를 출력하는 진동부(20)를 구비하고,
    상기 복수의 진동 영역은, 각각 상기 지지 영역과의 경계가 되는 일단부(22a)가 고정 단부로 됨과 함께 타단부(22b)가 타단부로 되고, 상기 일단부측의 영역이 제1 영역(R1)으로 됨과 함께, 상기 타단부측의 영역이 제2 영역(R2)으로 되어 있고,
    상기 전극막은, 상기 제1 영역에 형성되어 있고,
    상기 압력 검출 신호의 검출 정밀도를 향상시키는 향상부(11c, 22, 22a, 62, 82, 91, 92, 140, R1, R2, C1, C2)가 형성되어 있는 압전 소자의 제조 방법이며,
    상기 지지체를 준비하는 것과,
    상기 지지체 상에 상기 진동부를 형성하는 것을 행하고,
    상기 진동부를 형성하는 것으로는, 상기 지지체에 상기 진동 영역을 부유시키는 오목부(10a)를 형성하는 것을 행하는 압전 소자의 제조 방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 지지체를 준비하는 것으로는, 실리콘 기판으로 구성되는 지지 기판(11)과, 상기 지지 기판 상에 배치되는 절연막(12)을 갖는 상기 지지체를 준비하고,
    상기 오목부를 형성하는 것으로는, 이방성 건식 에칭을 행함으로써, 상기 지지 기판 및 상기 절연막을 관통하여 상기 진동 영역을 부유시키는 것과, 이방성 습식 에칭을 행함으로써, 상기 지지 기판에 형성된 오목부에서의 상기 절연막측과 반대측의 개구부를 제1 개구부(11d)로 함과 함께 상기 절연막측의 개구부를 제2 개구부(11e)로 하면, 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 측면(11c)이 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부를 연결하는 가상선(K3)에 대하여 오목해진 구성으로 하는 것을 행하는 압전 소자의 제조 방법.
  51. 제49항 또는 제50항에 있어서,
    상기 진동부를 형성하는 것으로는, 상기 제2 영역에, 상기 압전막보다도 반사율이 높은 반사막(140)을 배치하는 것을 행하고,
    상기 진동부를 형성하는 것의 후에, 레이저 빔(L)을 상기 반사막에 조사하여 반사한 상기 레이저 빔의 강도에 기초하여, 상기 진동 영역의 휨을 판정하는 것을 행하는 압전 소자의 제조 방법.
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