WO2021124611A1 - トランスデューサ - Google Patents

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WO2021124611A1
WO2021124611A1 PCT/JP2020/031101 JP2020031101W WO2021124611A1 WO 2021124611 A1 WO2021124611 A1 WO 2021124611A1 JP 2020031101 W JP2020031101 W JP 2020031101W WO 2021124611 A1 WO2021124611 A1 WO 2021124611A1
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WO
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beam portions
slit
transducer
base
electrode layer
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Application number
PCT/JP2020/031101
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French (fr)
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伸介 池内
青司 梅澤
勝之 鈴木
文弥 黒川
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Publication of WO2021124611A1 publication Critical patent/WO2021124611A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H10N30/088—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by cutting or dicing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2400/00—Loudspeakers
    • H04R2400/01—Transducers used as a loudspeaker to generate sound aswell as a microphone to detect sound
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates

Definitions

  • the present invention can be used as a transmitter for transmitting sound waves and a sound wave receiver (microphone) for receiving sound waves with respect to a transducer, particularly an acoustic transducer.
  • the present invention relates to an ultrasonic transmitter / receiver capable of transmitting and receiving ultrasonic waves.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-150499
  • the transducer described in Patent Document 1 is a split type piezoelectric diaphragm.
  • the split type piezoelectric diaphragm includes a piezoelectric diaphragm.
  • An electrode surface is adhered to the surface of the piezoelectric diaphragm.
  • the piezoelectric diaphragm includes a thin piezoelectric ceramic plate and a thin metal plate.
  • the piezoelectric ceramic plate is bonded to one side or both sides of a thin metal plate.
  • a remaining portion is provided on the outer peripheral portion of the piezoelectric diaphragm.
  • the piezoelectric ceramic plate in the portion other than the remaining portion is provided with a plurality of radial gap grooves. Insulating viscoelastic resin is filled in each of the narrow grooves.
  • the insulating viscoelastic resin located in the gap groove may be peeled off by the vibration of the diaphragm. This reduces the device characteristics of the transducer.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the device characteristics are improved by stably holding the connecting member portion located in the slit formed between the plurality of beam portions adjacent to each other. It is an object of the present invention to provide a transducer that can be used.
  • the transducer based on the present invention includes a base portion, a plurality of beam portions, and a coupling material portion.
  • the base is annular.
  • Each of the plurality of beam portions has a fixed end portion and a tip portion. The fixed end is connected to the inner peripheral edge of the base. The tip is located on the opposite side of the fixed end.
  • Each of the plurality of beam portions extends from the fixed end portion toward the tip portion so as to be separated from the inner peripheral edge.
  • Each of the plurality of beam portions includes a piezoelectric layer, a first electrode layer, and a second electrode layer. The first electrode layer is arranged on one side of the piezoelectric layer in the axial direction of the central axis of the base.
  • the second electrode layer is arranged so as to face at least a part of the first electrode layer with the piezoelectric layer interposed therebetween.
  • the connecting member portion connects the plurality of beam portions to each other in a slit formed between the plurality of adjacent beam portions.
  • the binder portion is provided so as to be continuous from the upper portion of the base portion to the inside of the slit.
  • the binder portion is made of a material having a Young's modulus lower than that of the material constituting the piezoelectric layer. In the axial direction of the central axis of the base, the maximum thickness of the binder portion located at the upper part of the base is thicker than the thickness of each of the plurality of beam portions.
  • the coupling material portion located in the slit formed between the plurality of beam portions adjacent to each other can be stably held, so that the device characteristics can be improved.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the transducer according to the first embodiment of the present invention is vibrating in the basic vibration mode by simulation.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a slit is formed from a side opposite to the support layer side of the piezoelectric layer until it reaches the upper surface of the substrate layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a through hole is formed from a side opposite to the support layer side of the piezoelectric layer to the upper surface of the second electrode layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state at a certain temporary point after applying a liquid binder portion in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the transducer which concerns on 4th modification of Embodiment 1 of this invention. It is a top view which shows the transducer which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a plan view of the transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transducer of FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow along line II-II.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the transducer of FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow along line III-III.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the transducer of FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow along line IV-IV.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the transducer of FIG. 1 as viewed from the direction of the arrow along the VV line.
  • the transducer 100 includes a base portion 110, a plurality of beam portions 120, and a binder portion 130.
  • each of the plurality of beam portions 120 can bend and vibrate, and can be used as an ultrasonic transducer.
  • the base 110 is annular.
  • a plurality of recesses 112 are formed in the upper part of the base 110. Details of the members constituting the base 110 and the plurality of recesses 112 will be described later.
  • the upper portion of the base 110 is a portion facing one side of the base 110 in the axial direction of the central axis of the annular base 110, and is located on the most one side of the base 110 in the axial direction. It is not limited to the part that is being used. Further, the upper part of the base 110 is not limited to the upper part of a specific member among the members constituting the base 110.
  • the base 110 in the axial direction of the central axis of the annular base 110, includes an upper base 110A located on one side and a lower base 110B located on the other side. Includes.
  • the inner peripheral edge 111 of the base 110 is formed so that the inner peripheral edge 111A of the upper base 110A and the inner peripheral edge 111B of the lower base 110B are continuous with each other, except for the portion where the recess 112 shown in FIGS. 1 and 2 is formed. Has been done. More specifically, in the present embodiment, the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A and the inner peripheral edge 111B of the lower base portion 110B overlap each other except for the portion where the recess 112 is formed when viewed from the axial direction.
  • the inner peripheral edge 111B of the lower base portion 110B may be located on the inner peripheral side (the central axis side) of the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A.
  • the portion of the inner peripheral edge 111B of the lower base portion 110B located on the upper base portion 110A side overlaps with the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A excluding the portion where the recess 112 is formed when viewed from the axial direction.
  • the portion of the inner peripheral edge 111B of the lower base portion 110B that is located and located on the side opposite to the upper base portion 110A side is the inner peripheral side (the center) of the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A when viewed from the axial direction. It may be located on the shaft side).
  • each of the plurality of beam portions 120 has a fixed end portion 121 and a tip portion 122.
  • the fixed end 121 is connected to the inner peripheral edge 111 of the base 110.
  • the fixed end portion 121 is connected only to the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A, and is not connected to the inner peripheral edge of the lower base portion 110B.
  • the fixed end portion 121 is located in the same plane along the direction orthogonal to the axial direction of the central axis of the base portion 110.
  • the tip portion 122 is located on the opposite side of the fixed end portion 121.
  • Each of the plurality of beam portions 120 extends from the fixed end portion 121 toward the tip portion 122 so as to be separated from the inner peripheral edge 111. In the present embodiment, each of the plurality of beam portions 120 extends along the plane in a state where the transducer 100 is not driven.
  • each of the plurality of beam portions 120 has a tapered outer shape in the extending direction when viewed from the axial direction of the central axis.
  • each of the plurality of beam portions 120 has a triangular outer shape when viewed from the axial direction of the central axis.
  • this triangular shape is an isosceles triangle shape in which the fixed end portion 121 is the base and the apex is located at the tip portion 122. That is, the extending direction of each of the plurality of beam portions 120 is the direction connecting the midpoint and the apex of the base of the isosceles triangle shape which is the outer shape of each beam portion 120.
  • the length of each of the plurality of beam portions 120 in the extending direction is the dimension of the thickness of each of the plurality of beam portions 120 in the axial direction from the viewpoint of facilitating bending vibration. It is preferable that the amount is at least 5 times or more.
  • the transducer 100 includes four beam portions 120. Further, when viewed from the axial direction of the central axis of the base portion 110, the tip portions 122 of each of the plurality of beam portions 120 are located so as to face the central axis. More specifically, each of the plurality of beam portions 120 is arranged so as to be point-symmetrical with respect to the virtual center point of the transducer 100 when viewed from the axial direction of the central axis. In the present embodiment, each of the four beam portions 120 is adjacent to each other while extending in different directions in a plane along the direction orthogonal to the axial direction when viewed from the axial direction of the central axis. They are arranged so that their extending directions differ from each other by 90 °.
  • a slit 123 is formed between the plurality of beam portions 120 adjacent to each other.
  • a plurality of slits 123 are formed as the slits 123.
  • the plurality of slits 123 are connected to each other on the tip portion 122 side of the plurality of beam portions 120.
  • the width of the slit 123 is preferably as narrow as possible.
  • the slit width of the slit 123 is preferably, for example, 10 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less.
  • each of the plurality of beam portions 120 includes a piezoelectric layer 10, a first electrode layer 20, and a second electrode layer 30.
  • the piezoelectric layer 10 is made of a single crystal.
  • the cut orientation of the piezoelectric layer 10 is appropriately selected so as to exhibit the desired device characteristics.
  • the piezoelectric layer 10 is a thinned single crystal substrate, and the single crystal substrate is specifically a rotating Y-cut substrate. Further, the cutting direction of the rotating Y-cut substrate is specifically 30 °.
  • the thickness of the piezoelectric layer 10 is, for example, 0.3 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric layer 10 is made of an inorganic material. Specifically, the piezoelectric layer 10 is composed of an alkaline niobate compound or an alkaline tantalate compound. In the present embodiment, the alkali metal contained in the alkali niobate compound or the alkali tantalate compound comprises at least one of lithium, sodium and potassium. In the present embodiment, the piezoelectric layer 10 is composed of lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ).
  • the first electrode layer 20 is arranged on one side of the piezoelectric layer 10 in the axial direction of the central axis of the base 110.
  • the second electrode layer 30 is arranged on the other side of the piezoelectric layer 10 in the axial direction.
  • the second electrode layer 30 is arranged in each of the plurality of beam portions 120 so as to face at least a part of the first electrode layer 20 with the piezoelectric layer 10 interposed therebetween in the axial direction.
  • an adhesion layer (not shown) is arranged between the first electrode layer 20 and the piezoelectric layer 10 and between the second electrode layer 30 and the piezoelectric layer 10.
  • each of the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 is composed of Pt.
  • Each of the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 may be made of another material such as Al.
  • the adhesion layer is made of Ti.
  • the adhesion layer may be made of another material such as NiCr.
  • Each of the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, and the adhesion layer may be an epitaxial growth film.
  • the piezoelectric layer 10 is composed of lithium niobate (LiNbO 3 )
  • the material constituting the adhesion layer is prevented from diffusing into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30.
  • the adhesion layer is preferably composed of NiCr. This improves the reliability of the transducer 100.
  • the thickness of each of the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 is, for example, 0.05 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less.
  • the thickness of the adhesion layer is, for example, 0.005 ⁇ m or more and 0.05 ⁇ m or less.
  • Each of the plurality of beam portions 120 further includes a support layer 40.
  • the support layer 40 is arranged on the side of the piezoelectric layer 10 opposite to the first electrode layer 20 side and on the side of the second electrode layer 30 opposite to the piezoelectric layer 10 side.
  • the support layer 40 has a first support portion 41 and a second support portion 42 laminated on the side of the first support portion 41 opposite to the piezoelectric layer 10 side.
  • the first support portion 41 is made of SiO 2
  • the second support portion 42 is made of single crystal Si.
  • the thickness of the support layer 40 is preferably thicker than that of the piezoelectric layer 10 from the viewpoint of bending vibration of the plurality of beam portions 120. The mechanism of bending vibration of the plurality of beam portions 120 will be described later.
  • the base 110 includes a piezoelectric layer 10, a first electrode layer 20, a second electrode layer 30, and a support layer 40, similarly to each of the plurality of beam portions 120. ..
  • the base 110 further includes a substrate layer 50, a first connection electrode layer 60, and a second connection electrode layer 70.
  • the upper base portion 110A includes the piezoelectric layer 10, the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, the support layer 40, the first connection electrode layer 60, and the first. 2
  • the connection electrode layer 70 is included, and the lower base portion 110B includes a substrate layer 50.
  • the substrate layer 50 is connected to the side opposite to the piezoelectric layer 10 side of the support layer 40 in the axial direction of the central axis.
  • the substrate layer 50 includes a first substrate layer 51 and a second substrate layer 52 laminated on the side opposite to the support layer 40 side of the first substrate layer 51 in the axial direction of the central axis. That is, in the present embodiment, the portion of the lower base portion 110B located on the upper base portion 110A side is composed of the first substrate layer 51, and the portion of the lower base portion 110B opposite to the upper base portion 110A side. The located portion is composed of the second substrate layer 52.
  • the first substrate layer 51 is composed of SiO 2
  • the second substrate layer 52 is composed of single crystal Si.
  • the first connection electrode layer 60 is exposed to the outside while being electrically connected to the first electrode layer 20 via an adhesion layer (not shown). Specifically, the first connection electrode layer 60 is arranged on the side of the base 110 opposite to the piezoelectric layer 10 side of the first electrode layer 20.
  • the second connection electrode layer 70 is exposed to the outside while being electrically connected to the second electrode layer 30 via an adhesion layer (not shown). Specifically, the second connection electrode layer 70 is arranged on the side of the base 110 opposite to the support layer 40 side of the second electrode layer 30.
  • each of the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
  • the thickness of the adhesion layer connected to each of the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70 is, for example, 0.005 ⁇ m or more and 0.1 ⁇ m or less.
  • each of the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70 is composed of Au.
  • the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70 may be made of another conductive material such as Al.
  • Each of the adhesion layer connected to the first connection electrode layer 60 and the adhesion layer connected to the second connection electrode layer 70 is made of, for example, Ti. These adhesion layers may be made of NiCr.
  • the piezoelectric layer 10, the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, and the support layer 40 constituting the base 110 are arranged in a direction along a virtual plane orthogonal to the axial direction of the central axis of the base 110. It is configured to be continuous with the piezoelectric layer 10, the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, and the support layer 40, which form the plurality of beam portions 120, respectively. More specifically, the piezoelectric layer 10, the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, and the support layer 40 constituting the upper base portion 110A are the piezoelectric layers constituting the plurality of beam portions 120 in the above-mentioned directions. 10, the first electrode layer 20, the second electrode layer 30, and the support layer 40 are configured to be continuous with each other.
  • the transducer 100 is formed with an opening 101 that opens on the side opposite to the piezoelectric layer 10 side in the axial direction of the central axis.
  • the opening 101 is a space surrounded by a base 110, a plurality of beam portions 120, and a slit 123.
  • the opening 101 is a space surrounded by a lower base portion 110B, a plurality of beam portions 120, and a slit 123. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the upper base portion 110A is partitioned from the lower base portion 110B by forming the opening 101. Further, as shown in FIGS.
  • the slit 123 is formed so that the plurality of beam portions 120 are partitioned from the upper base portion 110A and the fixed end portion 121 is formed.
  • the portion where the fixed end portion 121 is formed becomes the inner peripheral edge 111A of the upper base portion 110A.
  • each of the plurality of recesses 112 is continuous with the slit 123.
  • the maximum width dimension of the recess 112 orthogonal to the extending direction of the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis of the base 110 is larger than the width dimension of the slit 123.
  • the maximum width of the recess 112 when viewed from the axial direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • each of the plurality of recesses 112 has an inner recess 112A located on the slit 123 side and an outer recess 112B located on the opposite side of the slit and connected to the inner recess 112A. And have.
  • the width dimension of the inner recess 112A orthogonal to the extending direction of the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis is substantially the same as the width dimension of the slit 123.
  • the maximum width dimension of the outer recess 112B orthogonal to the extending direction of the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis is larger than the width dimension of the slit 123.
  • the outer recess 112B has a substantially circular outer shape when viewed from the axial direction of the central axis.
  • the inner diameter of the outer recess 112B when viewed from the axial direction is, for example, 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • a part of the piezoelectric layer 10 and the support layer 40 is cut out from the inner peripheral edge 111 of the base portion 110 toward the outer peripheral side of the base portion 110, whereby a concave portion is formed.
  • 112 is formed. That is, in the present embodiment, the recess 112 is formed on the piezoelectric layer 10 side of the base 110, and the bottom surface 112a of the recess 112 is the surface of the substrate layer 50 on the support layer 40 side.
  • a part of the piezoelectric layer 10, the first support portion 41, and the second support portion 42 on the first support portion 41 side is notched from the inner peripheral edge 111 of the base portion 110 toward the outer peripheral side of the base portion 110. It may be formed by piezoelectricity.
  • the bottom surface 112a of the recess 112 may be the surface of the stepped portion of the second support portion 42 formed by being cut out as described above. Further, the recess 112 may be formed by cutting out the piezoelectric layer 10 and the first support portion 41 from the inner peripheral edge 111 of the base portion 110 toward the outer peripheral side.
  • the bottom surface 112a of the recess 112 is the surface of the second support portion 42 on the side of the first support portion 41. Further, the recess 112 is formed by cutting out a part of the piezoelectric layer 10 and the first support portion 41 on the piezoelectric layer 10 side from the inner peripheral edge 111 of the base portion 110 toward the outer peripheral side of the base portion 110. May be good. In this case, the bottom surface 112a of the recess 112 may be the surface of the stepped portion of the first support portion 41 formed by being cut out as described above.
  • the bottom surface 112a of the recess 112 may be the surface of the stepped portion of the substrate layer 50 formed by being cut out as described above.
  • the coupling member portion 130 has a plurality of adjacent beams so that each of the plurality of beam portions 120 can be displaced in the axial direction of the central axis starting from the fixed end portion 121.
  • a plurality of beam portions 120 are connected to each other in the slit 123 formed between the portions 120.
  • the slit width of the slit 123 located between the plurality of beam portions 120 is formed as narrow as possible.
  • the connecting member portion 130 facilitates connecting the plurality of beam portions 120 to each other.
  • the binder portion 130 located in the slit 123 may be continuously positioned from the inside of the slit 123 so as to overlap each of the plurality of adjacent beam portions 120 when viewed from the axial direction of the central axis.
  • the area of the coupling member portion 130 overlapping each of the plurality of beam portions 120 is as small as possible when viewed from the axial direction of the central axis. Smaller is preferable.
  • the coupling member portion 130 is not in contact with the first electrode layer 20 of each of the plurality of beam portions 120.
  • the binder portion 130 is not located in the central gap portion 124, which is a portion where the plurality of slits 123 are connected to each other. Therefore, in the present embodiment, the tip portions 122 of each of the plurality of beam portions 120 are not connected by the connecting member portion 130 and are separated from each other. As shown in FIG. 5, the central gap 124 is connected to the opening 101.
  • the minimum width dimension of the central gap portion 124 is larger than the slit width dimension of the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis of the slit.
  • FIG. 6 is a plan view of the transducer according to the first modification of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the transducer 100a according to the first modification of the first embodiment of the present invention, each of the plurality of beam portions 120 has a substantially trapezoidal outer shape. In this modification, the minimum width dimension of the central gap portion 124 when viewed from the axial direction of the central axis is, for example, 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the thickness of the binder portion 130 located in the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis is the thickness of each of the plurality of beam portions 120. It is almost the same as the thickness in the axial direction.
  • the axial thickness dimension of the binder portion 130 located in the slit 123 may be larger than the thickness dimension of each of the plurality of beam portions 120.
  • the dimension of the axial thickness of the coupling member portion 130 located in the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis is as small as possible. Is preferable.
  • the dimension of the thickness of the coupling material portion 130 in the axial direction is specifically the depth of the slit 123 in the axial direction from the viewpoint of suppressing vibration due to the coupled vibration mode of the plurality of beam portions 120. It is preferable that the size is twice or more, that is, twice or more the size of each thickness of the plurality of beam portions 120.
  • the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the upper portion of the base portion 110 to the inside of the slit 123. Specifically, the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the inside of the recess 112 to the inside of the slit 123. More specifically, the binder portion 130 is provided so as to be continuous in the direction along the virtual plane orthogonal to the axial direction from the inside of the outer recess 112B to the inside of the slit 123 through the inner recess 112A.
  • the dimension of the maximum thickness of the binder portion 130 located on the bottom surface 112a of the recess 112 in the axial direction of the central axis of the base portion 110 is larger than the dimension of the height of the side wall portion 114 of the recess 112. Further, in the axial direction of the central axis of the base portion 110, the maximum thickness of the connecting member portion 130 located above the base portion 110 is thicker than the thickness of each of the plurality of beam portions 120.
  • the thickest portion of the binder portion 130 in the axial direction of the central axis is located on the bottom surface 112a of the outer recess 112B.
  • the surface of the binder portion 130 located on the bottom surface 112a of the outer recess 112B is curved in a convex shape on the side opposite to the bottom surface 112a side.
  • the binder portion 130 is made of a material having a Young's modulus lower than that of the material constituting the piezoelectric layer 10.
  • the Young's modulus of the material constituting the binder portion 130 is preferably 1 GPa or less, for example. Further, the Young's modulus of the material constituting the binder portion 130 is more preferably 100 MPa or less.
  • the Young's modulus of the material constituting the binder portion 130 is preferably 0.1 MPa or more.
  • the Young's modulus of each of the material constituting the piezoelectric layer 10 and the material constituting the binder portion 130 the physical property values described in the known material database for each of these materials can be adopted.
  • the Young's modulus of each of the material constituting the piezoelectric layer 10 and the material constituting the binder portion 130 is nano-sized with respect to the measurement sample collected from each of the piezoelectric layer 10 and the binder portion 130 in the transducer 100. It can also be calculated by measuring the deformation rate when pressure is applied by the indentation method. Further, in the present embodiment, it is preferable that the binder portion 130 is made of a material having reflow resistance and relatively high heat resistance.
  • the binder portion 130 is made of an organic material.
  • examples of the material constituting the binder portion 130 include a silicone resin, a fluoroelastomer, and the like from the viewpoint of the Young's modulus described above.
  • the silicone resin has a lower Young's modulus at low temperatures than the fluoroelastomer. Therefore, it is preferable that the binder portion 130 is made of a silicone resin.
  • the binder portion 130 is made of silicone resin, the transducer 100 can be used in a relatively wide temperature range.
  • polyimide resin and parylene are hard resins having a relatively high Young's modulus of more than 1 GPa. Therefore, depending on the Young's modulus of the material constituting the piezoelectric layer 10, the polyimide resin and parylene may not be adopted as the material constituting the binder portion 130.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a transducer according to a second modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, it is shown in the same cross-sectional view as in FIG. As shown in FIG. 7, a part of the side wall portion 114b of the recess 112 of the transducer 100b according to the second modification of the first embodiment of the present invention is the inner peripheral edge of the base portion 110 from the upper portion of the base portion 110 toward the bottom surface 112a.
  • the maximum thickness of the binder portion 130 located above the base portion 110 in the axial direction of the central axis of the base portion 110 is thicker than the thickness of each of the plurality of beam portions 120.
  • the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the inside of the recess 112 to the inside of the slit 123.
  • FIG. 8 is a plan view showing a transducer according to a third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the transducer of FIG. 8 as viewed from the direction of the IX-IX line arrow.
  • the transducer 100c according to the third modification of the first embodiment of the present invention has a recess formed by being cut out from the inner peripheral edge 111 side to the outer peripheral side of the base 110.
  • a plurality of wall portions 114c located on the piezoelectric layer 10 side of the base portion 110 in the axial direction of the central axis may be provided.
  • Each of the plurality of wall portions 114c is provided so as to extend toward the piezoelectric layer 10 side of the base portion 110 in the axial direction. Further, each of the plurality of wall portions 114c is located so as to be in contact with the binder portion 130 on the base portion 110 when viewed from the axial direction. Each of the plurality of wall portions 114c is not located at a portion facing the slit 123 when viewed from the axial direction. Also in this modification, the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the upper portion of the base portion 110 to the inside of the slit 123.
  • each of the plurality of beam portions 120 is configured to be able to bend and vibrate.
  • the mechanism of bending vibration of the plurality of beam portions 120 will be described.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a part of a beam portion of the transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a part of a beam portion when the transducer according to the first embodiment of the present invention is driven.
  • the first electrode layer and the second electrode layer are not shown in FIGS. 10 and 11.
  • the piezoelectric layer 10 functions as an in-plane stretchable layer orthogonal to the axial direction of the central axis.
  • a layer other than the piezoelectric layer 10 functions as a restraining layer.
  • the support layer 40 mainly functions as a restraint layer. In this way, the restraint layer is laminated in the direction orthogonal to the expansion / contraction direction of the expansion / contraction layer with respect to the expansion / contraction layer.
  • the plurality of beam portions 120 have reverse stretchable layers that can shrink in the in-plane direction when the stretchable layer stretches in the in-plane direction and can stretch in the in-plane direction when the stretchable layer shrinks in the in-plane direction. , May be included in place of the restraint layer.
  • the support layer 40 which is a main part of the restraining layer restrains the expansion and contraction of the piezoelectric layer 10 at the joint surface with the piezoelectric layer 10.
  • the piezoelectric layer 10 which is an expansion / contraction layer is located only on one side of each stress neutral plane N of the plurality of beam portions 120.
  • the position of the center of gravity of the support layer 40, which mainly constitutes the restraint layer, is located on the other side of the stress neutral plane N.
  • each of the plurality of beam portions 120 bends in a direction orthogonal to the in-plane direction. To do.
  • the amount of displacement of each of the plurality of beam portions 120 when each of the plurality of beam portions 120 is bent increases as the distance between the stress neutral plane N and the piezoelectric layer 10 increases. Further, the amount of displacement increases as the stress at which the piezoelectric layer 10 tries to expand and contract increases. In this way, each of the plurality of beam portions 120 bends and vibrates starting from the fixed end portion 121 in the direction orthogonal to the in-plane direction.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state in which the transducer according to the first embodiment of the present invention is vibrating in the basic vibration mode by simulation. Specifically, FIG. 12 shows the transducer 100 in a state in which each of the plurality of beam portions 120 is displaced toward the first electrode layer 20. Further, in FIG. 12, the color becomes lighter as the amount of displacement in which each of the plurality of beam portions 120 is displaced toward the first electrode layer 20 increases. The first electrode layer 20 is not shown in FIG.
  • the basic vibration mode is a mode in which the phases when each of the plurality of beam portions 120 bends and vibrates are aligned, and the entire plurality of beam portions 120 are displaced to either the top or bottom.
  • the coupled vibration mode is a mode in which at least one phase of the plurality of beam portions 120 is not aligned with the phase of the other beam portions 120 when each of the plurality of beam portions 120 bends and vibrates.
  • the coupling material portion 130 is made of a material having a Young's modulus lower than that of the material constituting the piezoelectric layer 10, the plurality of beam portions 120 are connected to each other to suppress the generation of coupled vibration. It can be easily deformed. Therefore, the coupling member portion 130 suppresses the inhibition of bending vibration of the plurality of beam portions 120 by the basic vibration modes, and the basic vibration mode becomes superior to the coupled vibration mode in the transducer 100.
  • the coupling material portion 130 located above the base portion 110 since the maximum thickness of the coupling material portion 130 located above the base portion 110 is relatively thick, the coupling material portion 130 located above the base portion 110 and the base portion 110 are bonded by the frictional force. The material portion 130 and the base portion 110 are firmly connected to each other. As a result, even if each of the plurality of beam portions 120 vibrates, the coupling member portion 130 in the slit 123 is stably held by the base portion 110. Further, in the present embodiment, since the coupling material portion 130 is provided so as to be continuous from the inside of the recess 112 to the inside of the slit 123, the frictional force between the coupling material portion 130 located in the recess 112 and the inner surface of the recess 112.
  • the binder portion 130 and the base portion 110 are firmly connected to each other. As a result, even if each of the plurality of beam portions 120 vibrates, the coupling member portion 130 in the slit 123 is stably held by the base portion 110.
  • the transducer 100 according to the present embodiment tends to vibrate in the basic vibration mode, and the occurrence of the coupled vibration mode is suppressed, so that the device characteristics are particularly improved when used as an ultrasonic transducer. ..
  • the functional operation of the transducer 100 when the transducer 100 according to the present embodiment is used as an ultrasonic transducer will be described.
  • a voltage is applied between the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70.
  • a voltage is applied between the first electrode layer 20 connected to the first connection electrode layer 60 and the second electrode layer 30 connected to the second connection electrode layer 70. ..
  • a voltage is also applied between the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 facing each other via the piezoelectric layer 10 in each of the plurality of beam portions 120.
  • each of the plurality of beam portions 120 bends along the axial direction of the central axis by the above mechanism. Vibrate. As a result, a force is applied to the medium around the plurality of beam portions 120 of the transducer 100, and the medium vibrates to generate ultrasonic waves.
  • each of the plurality of beam portions 120 has a unique mechanical resonance frequency. Therefore, when the applied voltage is a sinusoidal voltage and the frequency of the sinusoidal voltage is close to the value of the resonance frequency, the amount of displacement when each of the plurality of beam portions 120 is bent becomes large.
  • the medium around each of the plurality of beam portions 120 is vibrated by the ultrasonic waves, and a force is applied to each of the plurality of beam portions 120 from the peripheral media to form a plurality of beams.
  • Each of the beam portions 120 bends and vibrates.
  • stress is applied to the piezoelectric layer 10.
  • an electric charge is induced in the piezoelectric layer 10.
  • Due to the electric charge induced in the piezoelectric layer 10 a potential difference is generated between the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 facing each other via the piezoelectric layer 10.
  • This potential difference is detected by the first connection electrode layer 60 connected to the first electrode layer 20 and the second connection electrode layer 70 connected to the second electrode layer 30.
  • the transducer 100 can detect ultrasonic waves.
  • the ultrasonic wave to be detected contains a large amount of a specific frequency component and this frequency component is close to the value of the resonance frequency, the displacement amount when each of the plurality of beam portions 120 bends and vibrates. Becomes larger. As the amount of displacement increases, the potential difference increases.
  • each of the plurality of beam portions 120 has the same resonance frequency as each other. For example, when the thicknesses of the plurality of beam portions 120 are different from each other, the lengths of the plurality of beam portions 120 in the extending direction are adjusted so that the plurality of beam portions 120 are the same as each other. To have the resonance frequency of.
  • the piezoelectricity is obtained for each of the plurality of beam portions 120.
  • the constituent material of the body layer 10 is lithium niobate
  • the thickness of the piezoelectric layer 10 is 1 ⁇ m
  • the thickness of each of the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30 is 0.1 ⁇ m
  • the thickness of the first support portion 41 is the thickness of the first support portion 41.
  • the thickness of the second support portion 42 is 1.4 ⁇ m
  • the shortest distance from each fixed end portion 121 to the tip portion 122 of the plurality of beam portions 120 is 400 ⁇ m, as viewed from the axial direction of the central axis.
  • the length of the fixed end portion 121 at the time may be set to 800 ⁇ m.
  • the transducer 100 since the coupling member portion 130 stably held by the base portion 110 is provided in the slit 123, vibration in the basic vibration mode is generated as described above. It is easy and the generation of coupled vibration mode is suppressed. Therefore, when the transducer 100 is used as an ultrasonic transducer, it is suppressed that the phases of vibrations of the plurality of beam portions 120 are different even when detecting ultrasonic waves having the same frequency component as the resonance frequency. To. As a result, the phases of vibrations of the plurality of beam portions 120 are different, so that the charges generated in the piezoelectric layer 10 of each of the plurality of beam portions 120 cancel each other out in the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30. Is suppressed.
  • the device characteristics as an ultrasonic transducer are improved.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which the second electrode layer is provided on the piezoelectric single crystal substrate in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention. 13 and 14 to 18 and 20 shown below are shown in the same cross-sectional view as in FIG.
  • an adhesion layer (not shown) is provided on the lower surface of the piezoelectric single crystal substrate 10a, and then a second electrode layer 30 is provided on the side of the adhesion layer opposite to the piezoelectric single crystal substrate 10a side.
  • the second electrode layer 30 is formed so as to have a desired pattern by a vapor deposition lift-off method.
  • the second electrode layer 30 may be formed by laminating over the entire lower surface of the piezoelectric single crystal substrate 10a by sputtering and then forming a desired pattern by an etching method.
  • the second electrode layer 30 and the close contact layer may be epitaxially grown.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which the first support portion is provided in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • a first support portion 41 is provided on the lower surfaces of the piezoelectric single crystal substrate 10a and the second electrode layer 30 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method, or the like.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state in which a laminated body is joined to a first support portion in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • the laminated body 50a composed of the second support portion 42 and the substrate layer 50 is bonded to the lower surface of the first support portion 41 by surface activation bonding or atomic diffusion bonding.
  • the laminated body 50a is an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state in which a piezoelectric single crystal substrate is scraped to form a piezoelectric layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • the upper surface of the piezoelectric single crystal substrate 10a is thinned by grinding with a grinder.
  • the top surface of the thinned piezoelectric single crystal substrate 10a is further polished by CMP or the like to form the piezoelectric single crystal substrate 10a into the piezoelectric layer 10.
  • the piezoelectric single crystal substrate 10a is formed into the piezoelectric layer 10 by forming a peeling layer by injecting ions into the upper surface side of the piezoelectric single crystal substrate 10a in advance and peeling the peeling layer. Good. Further, the piezoelectric single crystal substrate 10a may be formed into the piezoelectric layer 10 by further polishing the upper surface of the piezoelectric single crystal substrate 10a after the release layer is peeled off by CMP or the like.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state in which the first electrode layer is provided on the piezoelectric layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • the first electrode layer 20 is provided on the side of the adhesion layer opposite to the piezoelectric layer 10 side.
  • the first electrode layer 20 is formed so as to have a desired pattern by a vapor deposition lift-off method.
  • the first electrode layer 20 may be formed by laminating over the entire upper surface of the piezoelectric layer 10 by sputtering and then forming a desired pattern by an etching method.
  • the first electrode layer 20 and the close contact layer may be epitaxially grown.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which a slit is formed from a side opposite to the support layer side of the piezoelectric layer to reach the upper surface of the substrate layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state in which a through hole is formed from a side opposite to the support layer side of the piezoelectric layer to the upper surface of the second electrode layer in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention. is there. In FIG. 19, it is shown in the same cross-sectional view as in FIG.
  • slits are formed in the piezoelectric layer 10 and the first support portion 41 by dry etching with RIE (Reactive Ion Etching) or the like.
  • the slit may be formed by wet etching with fluorine nitric acid or the like.
  • DRIE Deep Reactive Ion Etching
  • the second support portion 42 exposed to the slit is etched so that the slit reaches the upper surface of the substrate layer 50.
  • the slit 123 is formed.
  • 1, 2 and 5 is also formed by forming the slit 123 and at the same time removing a part of the base 110 by the dry etching or the wet etching and then removing it by DRIE. .. Further, as shown in FIG. 19, in the portion corresponding to the base portion 110, the piezoelectric layer 10 is etched by the dry etching or the wet etching so that a part of the second electrode layer 30 is exposed.
  • an adhesion layer (not shown) is provided on each of the first electrode layer 20 and the second electrode layer 30, and then the adhesion layer is subjected to a vapor deposition lift-off method.
  • a first connection electrode layer 60 and a second connection electrode layer 70 are provided on the upper surface.
  • the first connection electrode layer 60 and the second connection electrode layer 70 are laminated over the entire surfaces of the piezoelectric layer 10, the first electrode layer 20, and the exposed second electrode layer 30 by sputtering, and then a desired pattern is formed by an etching method. It may be formed by etching.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a state in which an opening is formed in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • a part of the second substrate layer 52 of the substrate layer 50 is removed by DRIE, and then a part of the first substrate layer 51 is removed by RIE.
  • the base 110, the plurality of beam portions 120, and the opening 101 are formed.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state immediately before the coupling material portion is provided in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a state of a certain temporary point after the liquid binder portion is applied in the method for manufacturing a transducer according to the first embodiment of the present invention. 21 and 22 are shown in the same cross-sectional view as in FIG.
  • the binder portion 130 first places the liquid binder portion 130 on the bottom surface 112a of each of the plurality of recesses 112 formed in the base 110 by a dispensing method, a transfer method, or the like. Is applied so as to fill the recess 112.
  • the coating is applied on the bottom surface 112a of the outer recess 112B formed in the base 110 so as to fill the outer recess 112B.
  • the liquid binder portion 130 provided so as to fill the plurality of recesses 112 due to the capillary phenomenon in the slit 123 having a relatively narrow width is formed from each of the plurality of recesses 112. It wets and spreads toward the slit 123 connected to each of the plurality of recesses 112 regardless of an external force.
  • each of the plurality of outer recesses 112B of the base 110 is directed toward the slit 123 connected to the inner recess 112A through the inner recess 112A connected to each of the plurality of outer recesses 112B. It spreads wet regardless of external force.
  • the liquid binder portion 130 is arranged in the slit 123. After the liquid binder portion 130 is arranged in the slit, the liquid binder portion 130 is cured.
  • the binder portion 130 By providing the binder portion 130 by the above method, it is possible to suppress the generation of an undesired liquid pool in the binder portion 130 arranged in the slit 123. As a result, the difference in weight between the plurality of beam portions 120 can be reduced, and the symmetry of the vibration of each of the plurality of beam portions 120 can be increased. As a result, the device characteristics of the transducer 100 are improved.
  • the transducer 100 according to the first embodiment of the present invention as shown in FIGS. 1 to 5 is manufactured.
  • the binder portion 130 may be provided before forming the opening 101. As shown in FIG. 18, before forming the opening 101, the substrate layer 50 is located below the slit 123 in the axial direction of the central axis. Therefore, even if the width in the direction orthogonal to the extending direction of the slit 123 when viewed from the axial direction is relatively wide, the connecting member portion 130 is located between the plurality of beam portions 120 without falling off.
  • the binder portion 130 can be provided in the slit 123.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the transducer according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • the slit 123 of the transducer 100d according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention has a width as compared with the slit 123 of the transducer 100 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is getting wider.
  • the binder portion 130 is provided before the opening 101 is formed, so that the binder portion 130 is provided. It is possible to suppress the dropout of 130.
  • the transducer 100 includes a base 110, a plurality of beam portions 120, and a coupling material portion 130.
  • the base 110 is annular.
  • Each of the plurality of beam portions 120 has a fixed end portion 121 and a tip end portion 122.
  • the fixed end 121 is connected to the inner peripheral edge 111 of the base 110.
  • the tip portion 122 is located on the opposite side of the fixed end portion 121.
  • Each of the plurality of beam portions 120 extends from the fixed end portion 121 toward the tip portion 122 so as to be separated from the inner peripheral edge 111.
  • Each of the plurality of beam portions 120 includes a piezoelectric layer 10, a first electrode layer 20, and a second electrode layer 30.
  • the first electrode layer 20 is arranged on one side of the piezoelectric layer 10 in the axial direction of the central axis of the base 110.
  • the second electrode layer 30 is arranged so as to face at least a part of the first electrode layer 20 with the piezoelectric layer 10 interposed therebetween.
  • the connecting member portion 130 connects the plurality of beam portions 120 to each other in the slit 123 formed between the plurality of adjacent beam portions 120.
  • the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the upper portion of the base portion 110 to the inside of the slit 123.
  • the binder portion 130 is made of a material having a Young's modulus lower than that of the material constituting the piezoelectric layer 10.
  • the maximum thickness of the binder portion 130 located above the base portion 110 in the axial direction of the central axis of the base portion 110 is thicker than the thickness of each of the plurality of beam portions 120.
  • the binder portion 130 located in the slit 123 formed between the plurality of beam portions 120 adjacent to each other is relatively thickly located above the base portion 110 provided so as to be continuous with the coupling material portion 130. Since it can be stably held by the frictional force acting on the thick coupling material portion 130 and the upper portion of the base portion 110, it is possible to prevent the coupling material portion 130 from falling off from the slit 123 due to the vibration of the plurality of beam portions 120. ..
  • the coupling member 130 can continuously and stably suppress the occurrence of a mode in which at least one of the plurality of beam portions 120 vibrates in a phase different from that of the other beam portions, that is, a so-called coupled vibration mode.
  • the device characteristics of the transducer 100 can be improved.
  • a recess 112 continuous with the slit 123 is formed in the upper part of the base 110.
  • the binder portion 130 is provided so as to be continuous from the inside of the recess 112 to the inside of the slit 123.
  • the binder portion 130 located in the slit 123 formed between the plurality of beam portions 120 adjacent to each other can be stably held by the frictional force with the inner surface of the recess 112, so that the plurality of beam portions 120 can be stably held. It is possible to prevent the binder portion 130 from falling off from the slit 123 due to vibration.
  • the device characteristics of the transducer 100 can be improved.
  • the dimension of the maximum thickness of the binder portion 130 located on the bottom surface 112a of the recess 112 in the axial direction of the central axis of the base 110 is the dimension of the height of the side wall portion 114 of the recess 112. Greater.
  • the frictional force between the binder portion 130 located in the recess 112 and the inner surface of the recess 112 becomes larger, and the binder portion 130 located in the slit 123 can be held more stably, so that the device of the transducer 100 can be held.
  • the characteristics can be further improved.
  • the maximum width dimension of the recess 112 orthogonal to the extending direction of the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis of the base 110 is larger than the width dimension of the slit 123.
  • the volume of the binder portion 130 located on the base 110 can be made sufficiently larger than the volume of the binder portion 130 located in the slit 123.
  • the frictional force between the binder portion 130 located in the recess 112 and the inner surface of the recess 112 is further increased, and the binder portion 130 located in the slit 123 can be held more stably. Therefore, the device characteristics of the transducer 100. Can be further improved.
  • the Young's modulus of the material constituting the binder portion 130 is 1 GPa or less.
  • the Young's modulus is 1 GPa or less, it is possible to prevent each of the plurality of beam portions 120 from being excessively and firmly connected by the coupling member portion 130, so that resonance of the plurality of beam portions 120 for improving device characteristics can be suppressed.
  • the frequency can be easily controlled. Further, even when external stress such as thermal stress is generated in the plurality of beam portions 120, the influence of the external stress on the device characteristics of the transducer 100 can be reduced.
  • the piezoelectric layer 10 is made of an inorganic material.
  • the binder portion 130 is made of an organic material. As a result, since most of the organic materials have a Young's modulus lower than that of the inorganic materials, it becomes easy to adopt the materials constituting each of the piezoelectric layer 10 and the binder portion 130, and the design of the transducer 100 becomes easy.
  • the material constituting the binder portion 130 is a silicone resin or a fluoroelastomer. This makes it easy to design the binder portion 130 to be made of a material having a Young's modulus lower than that of the material constituting the piezoelectric layer 10.
  • the piezoelectric layer 10 is composed of lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ).
  • the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 10 can be improved, so that the device characteristics of the transducer 100 can be improved.
  • the tip portions 122 of each of the plurality of beam portions 120 are not connected by the connecting member portion 130 and are separated from each other.
  • the connecting member portion 130 can easily displace the tip portion 122 while connecting each of the plurality of beam portions 120 to each other, so that the device characteristics of the transducer 100 can be improved.
  • a vent hole capable of suppressing a large difference between the pressure on the upper side and the pressure on the lower side of the plurality of beam portions 120 can be provided by a simple process.
  • the transducer according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • the point that the coupling material portion is arranged in the entire slit and the point that the through holes are provided in the plurality of beam portions are mainly the embodiments of the present invention. It is different from the transducer 100 according to the first embodiment. Therefore, the description of the same configuration as that of the transducer 100 according to the first embodiment of the present invention will not be repeated.
  • FIG. 24 is a plan view showing the transducer according to the second embodiment of the present invention.
  • the transducer 200 according to the second embodiment of the present invention at least one of the plurality of beam portions 220 has a through hole 225.
  • the through hole 225 penetrates at least one of the plurality of beam portions 220 along the axial direction of the central axis of the base portion 110.
  • the through hole 225 is separated from the slit 123.
  • the transducer 200 according to the second embodiment of the present invention when the plurality of beam portions 220 vibrate due to the through holes 225, the pressure on the upper side of each of the plurality of beam portions 220 in the axial direction of the central axis. It is possible to suppress a large difference between the pressure and the pressure on the lower side. As a result, deterioration of the device characteristics of the transducer 200 can be suppressed.
  • each of the plurality of beam portions 220 has a through hole 225 penetrating along the axial direction of the central axis of the base portion 110.
  • the plurality of through holes 225 are arranged point-symmetrically with respect to the central axis.
  • the coupling member portions 230 located in the slits 123 when viewed from the axial direction of the central axis are arranged in the entire plurality of slits 123. That is, in this embodiment, the central gap is not provided.
  • the through hole 225 functions as a vent hole as described above, so that deterioration of the device characteristics of the transducer 200 can be suppressed.
  • a portion where the coupling member portion 230 is not located may be provided in the slit 123 when viewed from the axial direction of the central axis. ..
  • the maximum thickness of the coupling member portion 230 located above the base portion 110 in the axial direction of the central axis of the base portion 110 is the maximum thickness of each of the plurality of beam portions 220. Thicker than the thickness.
  • the binder portion 230 is provided so as to be continuous from the inside of the recess 112 to the inside of the slit 123. As a result, the binder portion 230 is stably held, and the device characteristics of the transducer 200 are improved.
  • Piezoelectric layer 10a Piezoelectric single crystal substrate, 20 1st electrode layer, 30 2nd electrode layer, 40 support layer, 41 1st support part, 42 2nd support part, 50 substrate layer, 50a laminate, 51st 1st Substrate layer, 52 second substrate layer, 60 first connection electrode layer, 70 second connection electrode layer, 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 200 transducer, 101 opening, 110 base, 110A upper base, 110B lower side Base, 111, 111A, 111B inner peripheral edge, 112 recess, 112A inner recess, 112B outer recess, 112a bottom surface, 114, 114b side wall, 114c wall, 120, 220 beam, 121 fixed end, 122 tip, 123 Slit, 124 central gap, 130, 230 binder, 225 through hole.

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Abstract

トランスデューサ(１００)は、基部(１１０)と、複数の梁部(１２０)と、結合材部(１３０)とを備えている。複数の梁部(１２０)の各々は、圧電体層(１０)と、第１電極層(２０)と、第２電極層(３０)とを含んでいる。結合材部(１３０)は、隣り合う複数の梁部(１２０)の間に形成されたスリット(１２３)内において複数の梁部(１２０)同士を互いに接続している。結合材部(１３０)は、基部(１１０)の上部からスリット(１２３)内にかけて連続するように設けられている。結合材部(１３０)は、圧電体層(１０)を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されている。基部(１１０)の中心軸の軸方向において、基部(１１０)の上部に位置する結合材部(１３０)の最大厚さは、複数の梁部(１２０)の各々の厚さより厚い。

Description

トランスデューサ
　本発明は、トランスデューサに関し、特に、音響トランスデューサに関し、音波を発信する発信器、および、音波を受信する音波受信器(マイクロフォン)として利用できる。特に、超音波の発信と受信が可能な超音波送受信器に関する。
　トランスデューサの構成を開示した文献として、特開昭６１－１５０４９９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたトランスデューサは、分割形圧電振動板である。分割形圧電振動板は、圧電振動板を備えている。圧電振動板の表面には、電極面が被着されている。圧電振動板は、薄い圧電性セラミック板と、金属薄板とを備えている。圧電性セラミック板は、金属薄板の片面もしくは両面に貼り合わされている。圧電振動板の外周部には、残置部が設けられている。残置部を除く部分の前記圧電性セラミック板には、複数の放射状の細隙溝が設けられている。細隙溝内には、それぞれ絶縁性粘弾性樹脂が充てんされている。
特開昭６１－１５０４９９号公報
　特許文献１に記載されたトランスデューサにおいては、細隙溝内に位置する絶縁性粘弾性樹脂が、振動板の振動により剥がれる場合がある。これにより、トランスデューサのデバイス特性が低下する。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、互いに隣り合う複数の梁部の間に形成されたスリット内に位置する結合材部を安定的に保持することで、デバイス特性を向上できる、トランスデューサを提供することを目的とする。
　本発明に基づくトランスデューサは、基部と、複数の梁部と、結合材部とを備えている。基部は、環状である。複数の梁部の各々は、固定端部と、先端部とを有している。固定端部は、基部の内周縁に接続されている。先端部は、固定端部とは反対側に位置している。複数の梁部の各々は、固定端部から先端部に向かって内周縁から離れるように延在している。複数の梁部の各々は、圧電体層と、第１電極層と、第２電極層とを含んでいる。第１電極層は、圧電体層の、基部の中心軸の軸方向における一方側に配置されている。第２電極層は、圧電体層を挟んで第１電極層の少なくとも一部に対向するように配置されている。結合材部は、隣り合う複数の梁部の間に形成されたスリット内において複数の梁部同士を互いに接続している。結合材部は、基部の上部からスリット内にかけて連続するように設けられている。結合材部は、圧電体層を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されている。基部の中心軸の軸方向において、基部の上部に位置する結合材部の最大厚さは、複数の梁部の各々の厚さより厚い。
　これにより、互いに隣り合う複数の梁部の間に形成されたスリット内に位置する結合材部を安定的に保持できるため、デバイス特性を向上できる。
本発明の実施形態１に係るトランスデューサの平面図である。 図１のトランスデューサをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図１のトランスデューサをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図１のトランスデューサをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 図１のトランスデューサをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１の第１変形例に係るトランスデューサの平面図である。 本発明の実施形態１の第２変形例に係るトランスデューサを示す断面図である。 本発明の実施形態１の第３変形例に係るトランスデューサを示す平面図である。 図８のトランスデューサをＩＸ－ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの梁部の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの駆動時における梁部の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサについて、基本振動モードで振動している状態をシミュレーションによって示した斜視図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電単結晶基板に第２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に係るトランスデューサの製造方法において、第１支持部を設けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、第１支持部に、積層体を接合させた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電単結晶基板を削って圧電体層を形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層に、第１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に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層の支持層側とは反対側から基板層の上面に達するまでスリットを形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層の支持層側とは反対側から第２電極層の上面に達するまで貫通孔を形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、開口部を形成した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、結合材部を設ける直前の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、液状の結合材部を塗布した後のある一時点の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１の第４変形例に係るトランスデューサの断面図である。 本発明の実施形態２に係るトランスデューサを示す平面図である。
　以下、本発明の各実施形態に係る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に係るトランスデューサの平面図である。図２は、図１のトランスデューサをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、図１のトランスデューサをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図１のトランスデューサをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図５は、図１のトランスデューサをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。
　図１から図５に示すように、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００は、基部１１０と、複数の梁部１２０と、結合材部１３０とを備えている。本実施形態に係るトランスデューサ１００は、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動可能であり、超音波トランスデューサとして用いることができる。
　図１から図５に示すように、基部１１０は、環状である。基部１１０の上部には、複数の凹部１１２が形成されている。基部１１０を構成する部材および複数の凹部１１２の詳細については後述する。なお、基部１１０の上部とは、環状である基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０のうち一方側に面している部分であり、上記軸方向において基部１１０のうち最も一方側に位置している部分に限定されない。また、基部１１０の上部とは、基部１１０を構成する部材のうちの特定の部材の上部に限定されるものではない。
　図３に示すように、本実施形態においては、環状である基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０は、一方側に位置する上側基部１１０Ａと、他方側に位置する下側基部１１０Ｂとを含んでいる。基部１１０の内周縁１１１は、図１および図２に示す凹部１１２が形成されている部分を除き、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａと下側基部１１０Ｂの内周縁１１１Ｂとが互いに連続するように形成されている。より具体的には、本実施形態においては、上記軸方向から見て、凹部１１２が形成されている部分を除き、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａと下側基部１１０Ｂの内周縁１１１Ｂとは互いに重なるように位置している。なお、上記軸方向から見て、下側基部１１０Ｂの内周縁１１１Ｂの少なくとも一部が、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａより、内周側(上記中心軸側)に位置していてもよい。たとえば、下側基部１１０Ｂの内周縁１１１Ｂのうち上側基部１１０Ａ側に位置する部分が、上記軸方向から見て、凹部１１２が形成されている部分を除く上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａと重なるように位置し、かつ、下側基部１１０Ｂの内周縁１１１Ｂのうち上側基部１１０Ａ側とは反対側に位置する部分が、上記軸方向から見て、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａより内周側(上記中心軸側)に位置していてもよい。
　図１および図３に示すように、複数の梁部１２０の各々は、固定端部１２１と、先端部１２２とを有している。固定端部１２１は、基部１１０の内周縁１１１に接続されている。具体的には、固定端部１２１は、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａにのみ接続されており、下側基部１１０Ｂの内周縁には接続されていない。本実施形態において、固定端部１２１は、基部１１０の中心軸の軸方向に直交する方向に沿う同一の平面内に位置している。先端部１２２は、固定端部１２１とは反対側に位置している。複数の梁部１２０の各々は、固定端部１２１から先端部１２２に向かって内周縁１１１から離れるように延在している。本実施形態においては、複数の梁部１２０の各々が、トランスデューサ１００が駆動していない状態において上記平面に沿うように延在している。
　図１に示すように、本実施形態において、複数の梁部１２０の各々は、上記中心軸の軸方向から見たときに、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、上記中心軸の軸方向から見たときに、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、固定端部１２１を底辺とし、先端部１２２に頂点が位置する、二等辺三角形状である。すなわち、複数の梁部１２０の各々の延在方向は、各梁部１２０の外形形状である二等辺三角形状の底辺の中点と頂点とを結ぶ方向である。本実施形態において、複数の梁部１２０の各々の延在方向の長さは、屈曲振動を容易にするという観点から、複数の梁部１２０の各々の上記中心軸の軸方向における厚さの寸法の少なくとも５倍以上であることが好ましい。
　図１に示すように、本実施形態に係るトランスデューサ１００は、４つの梁部１２０を備えている。また、基部１１０の中心軸の軸方向から見て、複数の梁部１２０の各々の先端部１２２は、上記中心軸に向かうように位置している。より具体的には、複数の梁部１２０の各々は、上記中心軸の軸方向から見て、トランスデューサ１００の仮想中心点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、上記中心軸の軸方向から見て、当該軸方向に直交する方向に沿う平面内で互いに異なる方向に延在しつつ隣り合う梁部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。
　複数の梁部１２０のうち、互いに隣り合う複数の梁部１２０の間には、スリット１２３が形成されている。本実施形態においては、スリット１２３として複数のスリット１２３が形成されている。複数のスリット１２３は、複数の梁部１２０の先端部１２２側において互いに接続されている。
　スリット１２３の幅は、できるだけ狭いことが好ましい。スリット１２３のスリット幅は、たとえば１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下にすることがより好ましい。
　図１から図５に示すように、複数の梁部１２０の各々は、圧電体層１０と、第１電極層２０と、第２電極層３０とを含んでいる。
　圧電体層１０は、単結晶からなる。圧電体層１０のカット方位は、所望のデバイス特性を発現するように適宜選択される。本実施形態において、圧電体層１０は単結晶基板を薄化したものであり、当該単結晶基板は具体的には回転Ｙカット基板である。また、当該回転Ｙカット基板のカット方位は具体的には３０°である。また、圧電体層１０の厚さは、たとえば０．３μｍ以上５．０μｍ以下である。
　圧電体層１０を構成する材料は、トランスデューサ１００が所望のデバイス特性を発現するように適宜選択される。本実施形態においては、圧電体層１０は、無機材料で構成されている。具体的には、圧電体層１０は、ニオブ酸アルカリ系の化合物またはタンタル酸アルカリ系の化合物で構成されている。本実施形態においては、上記ニオブ酸アルカリ系の化合物または上記タンタル酸アルカリ系の化合物に含まれるアルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムの少なくとも１つからなる。本実施形態において、圧電体層１０は、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ3)、または、タンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ3)で構成されている。
　図３に示すように、第１電極層２０は、基部１１０の中心軸の軸方向における圧電体層１０の一方側に配置されている。第２電極層３０は、上記軸方向における圧電体層１０の他方側に配置されている。第２電極層３０は、複数の梁部１２０の各々において、上記軸方向において圧電体層１０を挟んで第１電極層２０の少なくとも一部に対向するように配置されている。また、本実施形態においては、第１電極層２０と圧電体層１０との間、および、第２電極層３０と圧電体層１０との間には、図示しない密着層が配置されている。
　本実施形態において、第１電極層２０および第２電極層３０の各々はＰｔで構成されている。第１電極層２０および第２電極層３０の各々は、Ａｌなどの他の材料で構成されていてもよい。密着層は、Ｔｉで構成されている。密着層は、ＮｉＣｒなど他の材料で構成されていてもよい。第１電極層２０、第２電極層３０および上記密着層の各々は、エピタキシャル成長膜であってもよい。圧電体層１０がニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ3)で構成されている場合には、密着層を構成する材料が第１電極層２０または第２電極層３０に拡散することを抑制するという観点から、密着層は、ＮｉＣｒで構成されることが好ましい。これにより、トランスデューサ１００の信頼性が向上する。
　本実施形態においては、第１電極層２０および第２電極層３０の各々の厚さは、たとえば０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である。密着層の厚さは、たとえば０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下である。
　複数の梁部１２０の各々は、支持層４０をさらに含んでいる。支持層４０は、圧電体層１０の第１電極層２０側とは反対側、および、第２電極層３０の圧電体層１０側とは反対側に配置されている。支持層４０は、第１支持部４１と、第１支持部４１の圧電体層１０側とは反対側に積層された第２支持部４２とを有している。本実施形態において、第１支持部４１は、ＳｉＯ2で構成され、第２支持部４２は、単結晶Ｓｉで構成されている。本実施形態において、支持層４０の厚さは、複数の梁部１２０の屈曲振動の観点から、圧電体層１０より厚いことが好ましい。なお、複数の梁部１２０の屈曲振動のメカニズムについては後述する。
　さらに、基部１１０を構成する部材について説明する。図４に示すように、基部１１０は、複数の梁部１２０の各々と同様に、圧電体層１０と、第１電極層２０と、第２電極層３０と、支持層４０とを含んでいる。そして、基部１１０は、基板層５０と、第１接続電極層６０と、第２接続電極層７０とをさらに含んでいる。具体的には、本実施形態においては、上側基部１１０Ａは、圧電体層１０と、第１電極層２０と、第２電極層３０と、支持層４０と、第１接続電極層６０と、第２接続電極層７０とを含み、下側基部１１０Ｂは、基板層５０を含んでいる。
　基板層５０は、上記中心軸の軸方向において、支持層４０の圧電体層１０側とは反対側に接続されている。基板層５０は、第１基板層５１と、上記中心軸の軸方向において第１基板層５１の支持層４０側とは反対側に積層された第２基板層５２とを含んでいる。すなわち、本実施形態においては、下側基部１１０Ｂのうち上側基部１１０Ａ側に位置する部分が、第１基板層５１で構成されており、下側基部１１０Ｂのうち上側基部１１０Ａ側とは反対側に位置する部分が、第２基板層５２で構成されている。本実施形態において、第１基板層５１は、ＳｉＯ2で構成されており、第２基板層５２は、単結晶Ｓｉで構成されている。
　図４に示すように、第１接続電極層６０は、図示しない密着層を介して、第１電極層２０に電気的に接続されつつ外部に露出している。具体的には、第１接続電極層６０は、基部１１０における第１電極層２０の圧電体層１０側とは反対側に配置されている。
　第２接続電極層７０は、図示しない密着層を介して、第２電極層３０に電気的に接続されつつ外部に露出している。具体的には、第２接続電極層７０は、基部１１０における第２電極層３０の支持層４０側とは反対側に配置されている。
　第１接続電極層６０および第２接続電極層７０の各々の厚さは、たとえば０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。第１接続電極層６０と接続している密着層および第２接続電極層７０の各々と接続している密着層の厚さはたとえば０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である。
　本実施形態において、第１接続電極層６０および第２接続電極層７０の各々は、Ａｕで構成されている。第１接続電極層６０および第２接続電極層７０は、Ａｌなどの他の導電材料で構成されていてもよい。第１接続電極層６０と接続している密着層および第２接続電極層７０と接続している密着層の各々は、たとえばＴｉで構成されている。これらの密着層はＮｉＣｒで構成されていてもよい。
　本実施形態において、基部１１０を構成する圧電体層１０、第１電極層２０、第２電極層３０および支持層４０は、基部１１０の中心軸の軸方向に直交する仮想平面に沿う方向において、複数の梁部１２０を構成する圧電体層１０、第１電極層２０、第２電極層３０および支持層４０にそれぞれ連続するように構成されている。より具体的には、上側基部１１０Ａを構成する圧電体層１０、第１電極層２０、第２電極層３０および支持層４０は、上述の方向において、複数の梁部１２０を構成する圧電体層１０、第１電極層２０、第２電極層３０および支持層４０にそれぞれ連続するように構成されている。
　本実施形態に係るトランスデューサ１００には、上記中心軸の軸方向において、圧電体層１０側とは反対側に開口する、開口部１０１が形成されている。開口部１０１は、基部１１０、複数の梁部１２０およびスリット１２３によって囲まれた空間である。本実施形態においては、具体的には、開口部１０１は、下側基部１１０Ｂ、複数の梁部１２０およびスリット１２３によって囲まれた空間である。すなわち、本実施形態においては、図３に示すように、開口部１０１が形成されていることで、上側基部１１０Ａが下側基部１１０Ｂから区画される。さらに、図１および図３に示すように、スリット１２３が形成されていることで、複数の梁部１２０が上側基部１１０Ａから区画されるとともに、固定端部１２１が形成される。結果として、固定端部１２１が形成された部分が、上側基部１１０Ａの内周縁１１１Ａとなる。
　ここで、基部１１０の上部に形成された複数の凹部１１２の詳細について説明する。図１から図３および図５に示すように、複数の凹部１１２の各々は、スリット１２３と連続している。基部１１０の中心軸の軸方向から見て、スリット１２３の延在方向に直交する凹部１１２の最大幅の寸法は、スリット１２３の幅寸法より大きい。上記軸方向から見て凹部１１２の最大幅の寸法は、たとえば５０μｍ以上２００μｍ以下である。
　より具体的には、本実施形態において、複数の凹部１１２の各々は、スリット１２３側に位置する内側凹部１１２Ａと、スリット側とは反対側に位置して内側凹部１１２Ａと互いに接続する外側凹部１１２Ｂとを有している。上記中心軸の軸方向から見て、スリット１２３の延在方向に直交する内側凹部１１２Ａの幅寸法は、スリット１２３の幅寸法と略同一である。上記中心軸の軸方向から見て、スリット１２３の延在方向に直交する外側凹部１１２Ｂの最大幅の寸法は、スリット１２３の幅寸法より大きい。
　上記中心軸の軸方向から見て、外側凹部１１２Ｂは、略円形状の外形を有している。上記軸方向から見たときの外側凹部１１２Ｂの内径は、たとえば５０μｍ以上２００μｍ以下である。
　また、図５に示すように、本実施形態においては、圧電体層１０および支持層４０の一部が、基部１１０の内周縁１１１から基部１１０の外周側に向かって切り欠かれることにより、凹部１１２が形成されている。すなわち、本実施形態において、凹部１１２は、基部１１０の圧電体層１０側に形成されており、凹部１１２の底面１１２ａは、基板層５０の支持層４０側の表面である。
　なお、凹部１１２は、圧電体層１０、第１支持部４１および第２支持部４２の第１支持部４１側の一部分が、基部１１０の内周縁１１１から基部１１０の外周側に向かって切り欠かれることで形成されていてもよい。この場合、凹部１１２の底面１１２ａは、上記のように切り欠かれることで形成された第２支持部４２の段部の表面であってもよい。また、凹部１１２は、圧電体層１０および第１支持部４１が、基部１１０の内周縁１１１から外周側に向かって切り欠かれることで形成されていてもよい。この場合、凹部１１２の底面１１２ａは、第２支持部４２の第１支持部４１側の表面である。さらに、凹部１１２は、圧電体層１０および第１支持部４１の圧電体層１０側の一部分が、基部１１０の内周縁１１１から基部１１０の外周側に向かって切り欠かれることで形成されていてもよい。この場合、凹部１１２の底面１１２ａは、上記のように切り欠かれることで形成された第１支持部４１の段部の表面であってもよい。
　凹部１１２は、圧電体層１０、支持層４０および基板層５０の支持層４０側の一部分が、基部１１０の内周縁１１１から基部１１０の外周側に向かって切り欠かれることで形成されていてもよい。この場合、凹部１１２の底面１１２ａは、上記のように切り欠かれることで形成された基板層５０の段部の表面であってもよい。
　図１および図３に示すように、結合材部１３０は、複数の梁部１２０の各々が固定端部１２１を起点として上記中心軸の軸方向において変位可能となるように、隣り合う複数の梁部１２０の間に形成されたスリット１２３内において複数の梁部１２０同士を互いに接続している。
　このため、上述したように、複数の梁部１２０同士の間に位置するスリット１２３のスリット幅は、できるだけ狭く形成することが好ましい。これにより、結合材部１３０をスリット１２３内に形成する際に、スリット１２３内に位置する結合材部１３０の一部が開口部１０１側などに脱落することを抑制できる。ひいては、結合材部１３０によって複数の梁部１２０を互いに接続することが容易となる。
　スリット１２３内に位置する結合材部１３０は、上記中心軸の軸方向から見て、隣接する複数の梁部１２０の各々と重なるようにスリット１２３内から連続して位置してもよい。ただし、複数の梁部１２０の各々の重量の差を小さくするという観点から、上記中心軸の軸方向から見て、複数の梁部１２０の各々と重なっている結合材部１３０の面積は、できるだけ小さいほうが好ましい。たとえば、上記中心軸の軸方向から見て、結合材部１３０は、複数の梁部１２０の各々の第１電極層２０と接触していないことが好ましい。
　図１に示すように、本実施形態においては、スリット１２３内には、上記中心軸の軸方向から見て、結合材部１３０が位置していない部分がある。本実施形態においては、具体的には、複数のスリット１２３が互いに接続している部分である中央間隙部１２４において、結合材部１３０が位置していない。このため、本実施形態においては、複数の梁部１２０の各々の先端部１２２同士が、結合材部１３０によって接続されておらず互いに離間している。図５に示すように、中央間隙部１２４は、開口部１０１と接続されている。
　また、本実施形態においては、前記スリット上記中心軸の軸方向から見て、中央間隙部１２４の最小幅寸法は、スリット１２３のスリット幅の寸法より大きいことが好ましい。これにより、中央間隙部１２４において、結合材部１３０によって複数の梁部１２０が互いに接続されずに離間している部分を容易に形成できる。
　なお、本実施形態においては、複数の梁部１２０の各々の先端部１２２を切り欠くことにより、中央間隙部１２４をさらに大きくしてもよい。図６は、本発明の実施形態１の第１変形例に係るトランスデューサの平面図である。図６に示すように、本発明の実施形態１の第１変形例に係るトランスデューサ１００ａにおいては、複数の梁部１２０の各々が、略台形状の外形を有している。本変形例においては、上記中心軸の軸方向から見て、中央間隙部１２４の最小幅寸法は、たとえば１０μｍ以上３０μｍ以下である。
　図３に示すように、本実施形態においては、上記中心軸の軸方向から見てスリット１２３内に位置する結合材部１３０の上記軸方向の厚さは、複数の梁部１２０の各々の上記軸方向の厚さと略同一である。スリット１２３内に位置する結合材部１３０の上記軸方向の厚さの寸法は、複数の梁部１２０の各々の厚さの寸法より大きくてもよい。ただし、複数の梁部１２０の各々を振動させやすくするという観点から、上記中心軸の軸方向から見てスリット１２３内に位置する結合材部１３０の上記軸方向の厚さの寸法は、できるだけ小さいほうが好ましい。一方、結合材部１３０の上記軸方向の厚さの寸法は、複数の梁部１２０の連成振動モードによる振動を抑制するという観点から、具体的には、上記軸方向におけるスリット１２３の深さの寸法の２倍以上、すなわち、複数の梁部１２０の各々の厚さの寸法の２倍以上であることが好ましい。
　図１および図５に示すように、結合材部１３０は、基部１１０の上部からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。具体的には、結合材部１３０は、凹部１１２内からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。より具体的には、結合材部１３０は、外側凹部１１２Ｂ内から内側凹部１１２Ａ内を通ってスリット１２３内にかけて、上記軸方向に直交する仮想平面に沿う方向において連続するように設けられている。
　基部１１０の中心軸の軸方向における、凹部１１２の底面１１２ａ上に位置する結合材部１３０の最大厚さの寸法は、凹部１１２の側壁部１１４の高さの寸法より大きい。また、基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０の最大厚さは、複数の梁部１２０の各々の厚さより厚い。上記中心軸の軸方向における結合材部１３０の厚さの最も厚い部分は、外側凹部１１２Ｂの底面１１２ａ上に位置している。外側凹部１１２Ｂの底面１１２ａ上に位置している結合材部１３０は、底面１１２ａ側とは反対側の面が凸状に湾曲している。
　結合材部１３０は、圧電体層１０を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されている。結合材部１３０を構成する材料のヤング率は、たとえば１ＧＰａ以下であることが好ましい。また、結合材部１３０を構成する材料のヤング率は、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。結合材部１３０を構成する材料のヤング率は、０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。圧電体層１０を構成する材料および結合材部１３０を構成する材料の各々のヤング率としては、これらの材料の各々について公知の材料データベースに記載された物性値を採用できる。また、圧電体層１０を構成する材料および結合材部１３０を構成する材料の各々のヤング率は、トランスデューサ１００における圧電体層１０および結合材部１３０の各々から採取した測定サンプルに対して、ナノインデンテーション法により圧力を加えたときの変形率を測定することでも算出することができる。また、本実施形態において、結合材部１３０は、リフロー耐性を有している耐熱性が比較的高い材料で構成されていることが好ましい。
　結合材部１３０は、有機材料で構成されている。本発明の実施形態においては、結合材部１３０を構成する材料としては、上述したヤング率の観点から、たとえばシリコーン樹脂またはフッ素エラストマー等が挙げられる。また、シリコーン樹脂は、フッ素エラストマーと比較して低温時のヤング率が低い。このため、結合材部１３０は、シリコーン樹脂で構成されていることが好ましい。結合材部１３０がシリコーン樹脂で構成されていれば、トランスデューサ１００を比較的広い温度範囲で使用できる。なお、たとえばポリイミド樹脂およびパリレン(パラキシリレン系ポリマー)は、ヤング率が１ＧＰａ超と比較的高く、硬い樹脂である。このため、圧電体層１０を構成する材料のヤング率によっては、ポリイミド樹脂およびパリレンは、結合材部１３０を構成する材料として採用することができない場合がある。
　なお、本実施形態において、凹部１１２の側壁部１１４は、上記中心軸の軸方向に沿うように位置しているが、凹部１１２の側壁部１１４は、上記中心軸の軸方向に対して交差するように位置していてもよい。図７は、本発明の実施形態１の第２変形例に係るトランスデューサを示す断面図である。図７においては、図５と同様の断面視にて図示している。図７に示すように、本発明の実施形態１の第２変形例に係るトランスデューサ１００ｂの凹部１１２の側壁部１１４ｂの一部は、基部１１０の上部から底面１１２ａに向かうに従って、基部１１０の内周縁１１１側に向かって傾斜している。本変形例においても、基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０の最大厚さは、複数の梁部１２０の各々の厚さより厚い。また、本変形例においても、結合材部１３０は、凹部１１２内からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。
　また、本実施形態においては、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０の最大厚さが、複数の梁部１２０の各々の厚さより厚いものである場合には、基部１１０に凹部１１２が設けられていなくてもよい。図８は、本発明の実施形態１の第３変形例に係るトランスデューサを示す平面図である。図９は、図８のトランスデューサをＩＸ－ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。図８および図９に示すように、本発明の実施形態１の第３変形例に係るトランスデューサ１００ｃは、基部１１０の内周縁１１１側から外周側に向かって切り欠かれることで形成された凹部が設けられていない代わりに、上記中心軸の軸方向において基部１１０の圧電体層１０側に位置する複数の壁部１１４ｃが設けられていてもよい。
　複数の壁部１１４ｃの各々は、上記軸方向において基部１１０の圧電体層１０側に延出するように設けられている。また、複数の壁部１１４ｃの各々は、上記軸方向から見て基部１１０上の結合材部１３０と接するように位置している。複数の壁部１１４ｃの各々は、上記軸方向から見てスリット１２３に面する部分には位置していない。本変形例においても、結合材部１３０は、基部１１０の上部からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。
　本実施形態に係るトランスデューサ１００は、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動可能に構成されている。ここで、複数の梁部１２０の屈曲振動のメカニズムについて説明する。
　図１０は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの梁部の一部を模式的に示した断面図である。図１１は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの駆動時における梁部の一部を模式的に示した断面図である。なお、図１０および図１１において第１電極層および第２電極層は図示していない。
　図１０および図１１に示すように、本実施形態においては、複数の梁部１２０において、圧電体層１０が上記中心軸の軸方向に直交する面内方向に伸縮可能な伸縮層として機能し、圧電体層１０以外の層が、拘束層として機能する。本実施形態においては、主に支持層４０が拘束層として機能する。このように、拘束層が、伸縮層に対して、伸縮層の伸縮方向の直交方向に積層されている。なお、複数の梁部１２０は、伸縮層が面内方向に伸びたときに面内方向に縮み、伸縮層が面内方向に縮んだときに面内方向に伸びることができる逆方向伸縮層を、拘束層の代わりに含んでいてもよい。
　そして、伸縮層である圧電体層１０が上記面内方向に伸縮しようとすると、拘束層の主要部分である支持層４０は、圧電体層１０との接合面において圧電体層１０の伸縮を拘束する。また、本実施形態では、複数の梁部１２０の各々において、伸縮層である圧電体層１０が、複数の梁部１２０の各々の応力中立面Ｎの一方側にのみ位置している。拘束層を主に構成する支持層４０の重心の位置は、応力中立面Ｎの他方側に位置している。これにより、図１０および図１１に示すように、伸縮層である圧電体層１０が上記面内方向に伸縮したときには、複数の梁部１２０の各々が上記面内方向に対して直交方向に屈曲する。なお、複数の梁部１２０の各々が屈曲したときの複数の梁部１２０の各々の変位量は、応力中立面Ｎと圧電体層１０との離間距離が長くなるほど大きくなる。また、上記変位量は、圧電体層１０が伸縮しようとする応力が大きくなるほど、大きくなる。このようにして、複数の梁部１２０の各々は、上記面内方向の直交方向において、固定端部１２１を起点として屈曲振動する。
　さらに、本実施形態に係るトランスデューサ１００においては、結合材部１３０が設けられていることにより、基本振動モードでの振動が生じやすく、連成振動モードでの振動の発生が抑制される。図１２は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサについて、基本振動モードで振動している状態をシミュレーションによって示した斜視図である。具体的には、図１２においては、複数の梁部１２０の各々が第１電極層２０側に変位している状態のトランスデューサ１００を示している。また、図１２においては、複数の梁部１２０の各々が第１電極層２０側に変位する変位量が大きくなるほど色が薄くなっている。なお、図１２においては第１電極層２０は図示していない。
　図１２に示すように、基本振動モードとは、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動するときの位相が揃っており、複数の梁部１２０全体が上下いずれか一方に変位するモードである。
　一方、連成振動モードとは、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動するときに、複数の梁部１２０の少なくとも１つの位相が他の梁部１２０の位相と揃っていないモードである。本実施形態においては、図１２に示すように、結合材部１３０により、スリット１２３内において複数の梁部１２０同士を互いに接続しているため、連成振動モードの発生が抑制されている。さらに、結合材部１３０は、圧電体層１０を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されていることにより、複数の梁部１２０同士を互いに接続して連成振動の発生を抑制しつつ容易に変形できる。このため、結合材部１３０によって複数の梁部１２０の基本振動モードによる屈曲振動を阻害することが抑制され、トランスデューサ１００において基本振動モードが連成振動モードより優位になる。
　さらに、本実施形態においては、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０の最大厚さが比較的厚いため、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０と基部１１０との摩擦力により、結合材部１３０と基部１１０とが互いに強固に接続される。これにより、複数の梁部１２０の各々が振動しても、スリット１２３内の結合材部１３０が基部１１０によって安定的に保持される。また、本実施形態においては、結合材部１３０が凹部１１２内からスリット１２３内にかけて連続するように設けられているため、凹部１１２内に位置する結合材部１３０と凹部１１２の内面との摩擦力により、結合材部１３０と基部１１０とが互いに強固に接続される。これにより、複数の梁部１２０の各々が振動しても、スリット１２３内の結合材部１３０が基部１１０によって安定的に保持される。
　そして、本実施形態に係るトランスデューサ１００は、基本振動モードでの振動が生じやすく、連成振動モードの発生が抑制されているため、特に超音波トランスデューサとして用いたときのデバイス特性が向上している。以下、本実施形態に係るトランスデューサ１００を超音波トランスデューサとして用いたときのトランスデューサ１００の機能作用について説明する。
　まず、図１に示すように、トランスデューサ１００によって超音波を発生させる場合には、第１接続電極層６０と、第２接続電極層７０との間に電圧を印加する。そして、図４に示すように、第１接続電極層６０に接続された第１電極層２０と、第２接続電極層７０に接続された第２電極層３０との間に電圧が印加される。さらに、図３に示すように、複数の梁部１２０の各々においても、圧電体層１０を介して互いに対向する第１電極層２０と第２電極層３０との間に電圧が印加される。そうすると、圧電体層１０は、上記中心軸の軸方向に直交する面内方向に沿って伸縮するため、上述のメカニズムにより、複数の梁部１２０の各々が上記中心軸の軸方向に沿って屈曲振動する。これにより、トランスデューサ１００の複数の梁部１２０の周辺の媒質に力が加えられ、さらに媒質が振動することにより、超音波が発生する。
　また、本実施形態に係るトランスデューサ１００において、複数の梁部１２０の各々は固有の機械的な共振周波数を有している。そのため、印加した電圧が正弦波電圧であり、かつ、正弦波電圧の周波数が上記共振周波数の値に近い場合には、複数の梁部１２０の各々が屈曲したときの変位量が大きくなる。
　トランスデューサ１００によって超音波を検知する場合には、超音波によって複数の梁部１２０の各々の周辺の媒質が振動し、当該周辺の媒質から複数の梁部１２０の各々に力が加えられ、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動する。複数の梁部１２０の各々が屈曲振動すると、圧電体層１０に応力が加わる。圧電体層１０に応力が加わることで、圧電体層１０中に電荷が誘起される。圧電体層１０に誘起された電荷によって、圧電体層１０を介して対向する第１電極層２０と第２電極層３０との間に電位差が発生する。この電位差を、第１電極層２０に接続された第１接続電極層６０と、第２電極層３０に接続された第２接続電極層７０とで検知する。これにより、トランスデューサ１００において超音波を検知することができる。
　また、検知の対象となる超音波が特定の周波数成分を多く含み、かつ、この周波数成分が上記共振周波数の値に近い場合には、複数の梁部１２０の各々が屈曲振動するときの変位量が大きくなる。当該変位量が大きくなることで、上記電位差が大きくなる。
　このように、本実施形態に係るトランスデューサ１００を超音波トランスデューサとして用いる場合には、複数の梁部１２０の共振周波数の設計が重要となる。複数の梁部１２０の各々の延在方向の長さ、上記中心軸の軸方向における厚さおよび当該軸方向から見たときの固定端部１２１の長さ、および、複数の梁部１２０を構成する材料の密度および弾性率によって、上記共振周波数は変化する。また、複数の梁部の各々が互いに同一の共振周波数を有していることが好ましい。たとえば、複数の梁部１２０の各々の上記厚さが互いに異なる場合には、複数の梁部１２０の各々の延在方向の長さを調整することで、複数の梁部１２０の各々が互いに同一の共振周波数を有するようにする。
　たとえば、図１から図５に示す本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００において、複数の梁部１２０の各々の共振周波数を４０ｋＨｚ近傍に設計する場合は、複数の梁部１２０の各々について、圧電体層１０の構成材料をニオブ酸リチウム、圧電体層１０の厚さを１μｍ、第１電極層２０および第２電極層３０の各々の厚さを０．１μｍ、第１支持部４１の厚さを０．８μｍ、第２支持部４２の厚さを１．４μｍ、複数の梁部１２０の各々の固定端部１２１から先端部１２２までの最短距離を４００μｍ、上記中心軸の軸方向から見たときの固定端部１２１の長さを８００μｍにすればよい。
　なお、本実施形態に係るトランスデューサ１００においては、基部１１０により安定的に保持された結合材部１３０がスリット１２３内に設けられていることにより、上述したように基本振動モードでの振動が発生しやすく、連成振動モードの発生が抑制されている。このため、トランスデューサ１００を超音波トランスデューサとして用いる場合においては、共振周波数と同一の周波数成分を有する超音波を検知する際にも、複数の梁部１２０の各々の振動の位相が異なることが抑制される。ひいては、複数の梁部１２０の各々の振動の位相が異なることで、複数の梁部１２０の各々の圧電体層１０で発生した電荷が、第１電極層２０または第２電極層３０で打ち消し合うことが抑制される。
　このように、トランスデューサ１００においては、超音波トランスデューサとしてのデバイス特性が向上している。
　以下、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００の製造方法について説明する。図１３は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電単結晶基板に第２電極層を設けた状態を示す断面図である。図１３および以下に示す図１４から図１８および図２０においては、図３と同様の断面視にて図示している。
　図１３に示すように、まず、圧電単結晶基板１０ａの下面に図示しない密着層を設けた後、密着層の圧電単結晶基板１０ａ側とは反対側に第２電極層３０を設ける。第２電極層３０は、蒸着リフトオフ法により、所望のパターンを有するように形成する。第２電極層３０は、スパッタリングにより圧電単結晶基板１０ａの下面の全面にわたって積層した後に、エッチング法により所望のパターンを形成することで形成してもよい。第２電極層３０および密着層は、エピタキシャル成長させてもよい。
　図１４は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、第１支持部を設けた状態を示す断面図である。図１４に示すように、ＣＶＤ(Chemical　Vapor　Deposition)法またはＰＶＤ(Physical　Vapor　Deposition)法などにより、圧電単結晶基板１０ａおよび第２電極層３０の各々の下面に、第１支持部４１を設ける。第１支持部４１を設けた直後においては、第１支持部４１の下面のうち第１支持部４１の第２電極層３０側とは反対側に位置する部分が盛り上がっている。このため、化学機械研磨(ＣＭＰ：Chemical　Mechanical　Polishing)などにより第１支持部４１の下面を削って、平坦化する。
　図１５は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、第１支持部に、積層体を接合させた状態を示す断面図である。図１５に示すように、表面活性化接合または原子拡散接合により、第２支持部４２と基板層５０とからなる積層体５０ａを、第１支持部４１の下面に接合する。本実施形態において、積層体５０ａは、ＳＯＩ(Silicon　on　Insulator)基板である。なお、第２支持部４２の上面を予めＣＭＰなどにより平坦化しておくことにより、トランスデューサ１００の歩留まりが向上する。
　図１６は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電単結晶基板を削って圧電体層を形成した状態を示す断面図である。図１５および図１６に示すように、圧電単結晶基板１０ａの上面をグラインダで研削することにより、薄くする。薄くした圧電単結晶基板１０ａの上面をＣＭＰなどによりさらに研磨することにより、圧電単結晶基板１０ａを圧電体層１０に成形する。
　なお、圧電単結晶基板１０ａの上面側に、予めイオンを注入することにより、剥離層を形成し、上記剥離層を剥離することで、圧電単結晶基板１０ａを圧電体層１０に成形してもよい。また、上記剥離層を剥離した後の圧電単結晶基板１０ａの上面を、ＣＭＰなどによりさらに研磨することで、圧電単結晶基板１０ａを圧電体層１０に成形してもよい。
　図１７は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層に、第１電極層を設けた状態を示す断面図である。図１７に示すように、圧電体層１０の上面に図示しない密着層を設けた後、密着層の圧電体層１０側とは反対側に第１電極層２０を設ける。第１電極層２０は、蒸着リフトオフ法により、所望のパターンを有するように形成する。第１電極層２０は、スパッタリングにより圧電体層１０の上面の全面にわたって積層した後に、エッチング法により所望のパターンを形成することで形成してもよい。第１電極層２０および密着層は、エピタキシャル成長させてもよい。
　図１８は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層の支持層側とは反対側から基板層の上面に達するまでスリットを形成した状態を示す断面図である。図１９は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、圧電体層の支持層側とは反対側から第２電極層の上面に達するまで貫通孔を形成した状態を示す断面図である。図１９においては、図４と同様の断面視にて図示している。
　図１８に示すように、ＲＩＥ(Reactive　Ion　Etching)などでドライエッチングすることにより、圧電体層１０および第１支持部４１にスリットを形成する。上記スリットは、フッ硝酸などを用いてウェットエッチングすることにより形成してもよい。さらに、ＤＲＩＥ(Deep　Reactive　Ion　Etching)によって、上記スリットが基板層５０の上面まで達するように、上記スリットに露出した第２支持部４２を、エッチングする。これにより、スリット１２３が形成される。また、図１、図２および図５に示す凹部１１２も、スリット１２３を形成する際と同時に、基部１１０の一部を上記ドライエッチングまたは上記ウェットエッチングした後、ＤＲＩＥによって除去することで形成される。さらに、図１９に示すように、基部１１０に相当する部分においては、上記ドライエッチングまたは上記ウェットエッチングにより、第２電極層３０の一部が露出するように、圧電体層１０をエッチングする。
　そして、図４に示すように、基部１１０に相当する部分においては、第１電極層２０および第２電極層３０の各々に図示しない密着層を設けた後、蒸着リフトオフ法により、各密着層の上面に第１接続電極層６０および第２接続電極層７０を設ける。第１接続電極層６０および第２接続電極層７０は、スパッタリングにより圧電体層１０、第１電極層２０および露出した第２電極層３０の全面にわたって積層した後に、エッチング法により所望のパターンを形成することで形成してもよい。
　図２０は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、開口部を形成した状態を示す断面図である。図２０に示すように、基板層５０のうち第２基板層５２の一部をＤＲＩＥにより除去した後、第１基板層５１の一部をＲＩＥにより除去する。これにより、基部１１０、複数の梁部１２０、および開口部１０１が形成される。
　そして最後に、結合材部１３０を設ける。図２１は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、結合材部を設ける直前の状態を示す断面図である。図２２は、本発明の実施形態１に係るトランスデューサの製造方法において、液状の結合材部を塗布した後のある一時点の状態を示す断面図である。図２１および図２２においては、図５と同一の断面視にて図示している。
　図２１および図２２に示すように、結合材部１３０は、まず、液状の結合材部１３０を、ディスペンス法または転写法などにより、基部１１０に形成された複数の凹部１１２の各々の底面１１２ａ上に、凹部１１２を埋めるように塗布する。本実施形態においては、具体的には、基部１１０に形成された外側凹部１１２Ｂの底面１１２ａ上に、外側凹部１１２Ｂを埋めるように塗布する。
　そうすると、図２２に示すように、比較的狭い幅を有するスリット１２３内の毛細管現象により、複数の凹部１１２を埋めるように設けられた液状の結合材部１３０は、複数の凹部１１２の各々から、複数の凹部１１２の各々と接続するスリット１２３に向かって、外力によらず濡れ広がる。本実施形態においては、具体的には、基部１１０の複数の外側凹部１１２Ｂの各々から、複数の外側凹部１１２Ｂの各々と接続する内側凹部１１２Ａを通って、内側凹部１１２Ａと接続するスリット１２３に向かって、外力によらず濡れ広がる。このようにして、スリット１２３内に液状の結合材部１３０が配置される。スリット内に液状の結合材部１３０が配置された後、液状の結合材部１３０は硬化する。
　上記の方法により結合材部１３０を設けることで、スリット１２３内に配置された結合材部１３０について、不所望な液だまりの発生を抑制することができる。ひいては、複数の梁部１２０の各々の重量の差を小さくすることができ、複数の梁部１２０の各々の振動の対称性を高くすることができる。結果として、トランスデューサ１００のデバイス特性が向上する。
　上記の工程により、図１から図５に示すような本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００が製造される。
　なお、結合材部１３０は、開口部１０１を形成する前に設けてもよい。図１８に示すように、開口部１０１を形成する前においては、スリット１２３の上記中心軸の軸方向における下方に基板層５０が位置している。このため、上記軸方向から見たときのスリット１２３の延在方向に直交する方向の幅が比較的に広くても、結合材部１３０が脱落することなく複数の梁部１２０の間に位置するスリット１２３内に結合材部１３０を設けることができる。
　図２３は、本発明の実施形態１の第４変形例に係るトランスデューサの断面図である。図２３においては、図３と同一の断面視にて図示している。図２３に示すように、本発明の実施形態１の第４変形例に係るトランスデューサ１００ｄのスリット１２３は、図３に示す本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００のスリット１２３と比較して幅が広くなっている。このように本発明の実施形態１の第４変形例に係るトランスデューサ１００ｄを製造する場合には、上述のように、開口部１０１を形成する前に結合材部１３０を設けることで、結合材部１３０の脱落を抑制できる。
　上記のように、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００は、基部１１０と、複数の梁部１２０と、結合材部１３０とを備えている。基部１１０は、環状である。複数の梁部１２０の各々は、固定端部１２１と、先端部１２２とを有している。固定端部１２１は、基部１１０の内周縁１１１に接続されている。先端部１２２は、固定端部１２１とは反対側に位置している。複数の梁部１２０の各々は、固定端部１２１から先端部１２２に向かって内周縁１１１から離れるように延在している。複数の梁部１２０の各々は、圧電体層１０と、第１電極層２０と、第２電極層３０とを含んでいる。第１電極層２０は、基部１１０の中心軸の軸方向における圧電体層１０の一方側に配置されている。第２電極層３０は、圧電体層１０を挟んで第１電極層２０の少なくとも一部に対向するように配置されている。結合材部１３０は、隣り合う複数の梁部１２０の間に形成されたスリット１２３内において複数の梁部１２０同士を互いに接続している。結合材部１３０は、基部１１０の上部からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。結合材部１３０は、圧電体層１０を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されている。基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０の上部に位置する結合材部１３０の最大厚さは、複数の梁部１２０の各々の厚さより厚い。
　これにより、互いに隣り合う複数の梁部１２０の間に形成されたスリット１２３内に位置する結合材部１３０を、これに連続するように設けられた基部１１０の上部に位置する比較的厚さの厚い結合材部１３０と、基部１１０の上部とに作用する摩擦力により、安定的に保持できるため、複数の梁部１２０の振動により結合材部１３０がスリット１２３内から脱落剥離することを抑制できる。ひいては、複数の梁部１２０の少なくとも１つが他の梁部と異なる位相で振動するモード、いわゆる連成振動モードの発生を、結合材部１３０により継続して安定的に抑制することができるため、トランスデューサ１００のデバイス特性を向上できる。
　本発明の実施形態においては、基部１１０の上部には、スリット１２３と連続する凹部１１２が形成されている。結合材部１３０は、凹部１１２内からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。
　これにより、互いに隣り合う複数の梁部１２０の間に形成されたスリット１２３内に位置する結合材部１３０を凹部１１２の内面との摩擦力により安定的に保持できるため、複数の梁部１２０の振動により結合材部１３０がスリット１２３内から脱落剥離することを抑制できる。トランスデューサ１００のデバイス特性を向上できる。
　本発明の実施形態においては、基部１１０の中心軸の軸方向における、凹部１１２の底面１１２ａ上に位置する結合材部１３０の最大厚さの寸法は、凹部１１２の側壁部１１４の高さの寸法より大きい。
　これにより、凹部１１２内に位置する結合材部１３０と凹部１１２の内面との摩擦力がより大きくなり、スリット１２３内に位置する結合材部１３０をより安定的に保持できるため、トランスデューサ１００のデバイス特性をさらに向上できる。
　本発明の実施形態においては、基部１１０の中心軸の軸方向から見て、スリット１２３の延在方向に直交する凹部１１２の最大幅の寸法は、スリット１２３の幅寸法より大きい。
　これにより、本発明の実施形態においては、基部１１０上に位置する結合材部１３０の体積を、スリット１２３内に位置する結合材部１３０の体積より十分大きくできる。ひいては、凹部１１２内に位置する結合材部１３０と凹部１１２の内面との摩擦力がさらに大きくなり、スリット１２３内に位置する結合材部１３０をさらに安定的に保持できるため、トランスデューサ１００のデバイス特性をさらに向上できる。
　本発明の実施形態においては、結合材部１３０を構成する材料のヤング率は、１ＧＰａ以下である。当該ヤング率が、１ＧＰａ以下であれば、複数の梁部１２０の各々が結合材部１３０により過剰に強固に接続されることを抑制できるため、デバイス特性向上のための複数の梁部１２０の共振周波数の制御が容易となる。また、複数の梁部１２０に熱応力などの外部応力が生じた場合においても、外部応力がトランスデューサ１００のデバイス特性に与える影響を低減できる。
　本発明の実施形態においては、圧電体層１０は、無機材料で構成されている。結合材部１３０は、有機材料で構成されている。これにより、有機材料の多くは無機材料よりヤング率が低いため、圧電体層１０および結合材部１３０の各々を構成する材料の採用が容易となり、トランスデューサ１００の設計が容易となる。
　本発明の実施形態においては、結合材部１３０を構成する材料は、シリコーン樹脂またはフッ素エラストマーである。これにより、結合材部１３０を、圧電体層１０を構成する材料よりヤング率が低い材料で構成されるように設計することが容易となる。
　本発明の実施形態においては、圧電体層１０は、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ3)、または、タンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ3)で構成されている。これにより、圧電体層１０の圧電特性を向上できるため、トランスデューサ１００のデバイス特性を向上できる。
　本発明の実施形態においては、スリット１２３内には、結合材部１３０が位置していない部分がある。これにより、複数の梁部１２０が振動することで、複数の梁部１２０の各々の上部側の圧力と下部側の圧力との差が大きくなることを抑制できる。
　本発明の実施形態においては、複数の梁部１２０の各々の先端部１２２同士は、結合材部１３０によって接続されておらず互いに離間している。これにより、結合材部１３０により複数の梁部１２０の各々を互いに接続しつつ先端部１２２を変位しやすくすることができるため、トランスデューサ１００のデバイス特性を向上できる。また、複数の梁部１２０の上部側の圧力と下部側の圧力との差が大きくなることを抑制できるベントホールを、簡易なプロセスで設けることができる。
　(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に係るトランスデューサにおいては、結合材部がスリット内の全体に配置されている点、および、複数の梁部に貫通孔が設けられている点が主に、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００と異なる。このため、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００と同様の構成については、説明を繰り返さない。
　図２４は、本発明の実施形態２に係るトランスデューサを示す平面図である。図２４に示すように、本発明の実施形態２に係るトランスデューサ２００においては、複数の梁部２２０の少なくとも１つは、貫通孔２２５を有している。貫通孔２２５は、基部１１０の中心軸の軸方向に沿って複数の梁部２２０の少なくとも１つを貫通する。貫通孔２２５は、スリット１２３と離間している。これにより、本発明の実施形態２に係るトランスデューサ２００においては、貫通孔２２５によって、複数の梁部２２０が振動した際に上記中心軸の軸方向における複数の梁部２２０の各々の上部側の圧力と下部側の圧力との差が大きくなることを抑制できる。ひいては、トランスデューサ２００のデバイス特性の低下を抑制できる。
　さらに、本発明の実施形態２においては、複数の梁部２２０の各々は、基部１１０の中心軸の軸方向に沿って貫通する貫通孔２２５を有している。複数の貫通孔２２５は、中心軸に対して点対称に配置されている。これにより、複数の貫通孔２２５の各々がベントホールとして機能しつつ、上記中心軸の軸方向から見たときの複数の梁部２２０の対称性が向上するため、複数の梁部２２０の振動が揃いやすくなり、トランスデューサ２００のデバイス特性が向上する。
　本実施形態においては、上記中心軸の軸方向から見て、スリット１２３内に位置する結合材部２３０が、複数のスリット１２３内の全体に配置されている。すなわち、本実施形態においては、中央間隙部が設けられていない。本実施形態においては、結合材部２３０が上記のように配置されていても、貫通孔２２５が上述のようにベントホールとして機能するため、トランスデューサ２００のデバイス特性の低下を抑制できる。なお、本実施形態においても、本発明の実施形態１に係るトランスデューサ１００と同様に、上記中心軸の軸方向から見てスリット１２３内において結合材部２３０が位置していない部分を設けてもよい。
　なお、本発明の実施形態２に係るトランスデューサ２００においても、基部１１０の中心軸の軸方向において、基部１１０の上部に位置する結合材部２３０の最大厚さは、複数の梁部２２０の各々の厚さより厚い。結合材部２３０は、凹部１１２内からスリット１２３内にかけて連続するように設けられている。これにより、結合材部２３０が安定的に保持され、トランスデューサ２００のデバイス特性が向上している。
　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。
　１０　圧電体層、１０ａ　圧電単結晶基板、２０　第１電極層、３０　第２電極層、４０　支持層、４１　第１支持部、４２　第２支持部、５０　基板層、５０ａ　積層体、５１　第１基板層、５２　第２基板層、６０　第１接続電極層、７０　第２接続電極層、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，２００　トランスデューサ、１０１　開口部、１１０　基部、１１０Ａ　上側基部、１１０Ｂ　下側基部、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ　内周縁、１１２　凹部、１１２Ａ　内側凹部、１１２Ｂ　外側凹部、１１２ａ　底面、１１４，１１４ｂ　側壁部、１１４ｃ　壁部、１２０，２２０　梁部、１２１　固定端部、１２２　先端部、１２３　スリット、１２４　中央間隙部、１３０，２３０　結合材部、２２５　貫通孔。

Claims (14)

  1. 　環状の基部と、
    　前記基部の内周縁に接続された固定端部と、該固定端部とは反対側に位置する先端部とを有し、該固定端部から前記先端部に向かって前記内周縁から離れるように延在する複数の梁部と、
    　隣り合う前記複数の梁部の間に形成されたスリット内において前記複数の梁部同士を互いに接続し、かつ、前記基部の上部から前記スリット内にかけて連続するように設けられた結合材部とを備え、
    　前記複数の梁部の各々は、圧電体層と、該圧電体層の、前記基部の中心軸の軸方向における一方側に配置された第１電極層と、前記軸方向において前記圧電体層を挟んで前記第１電極層の少なくとも一部に対向するように配置された第２電極層とを含み、
    　前記結合材部は、前記圧電体層を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されており、
    　前記基部の中心軸の軸方向において、前記基部の上部に位置する前記結合材部の最大厚さは、前記複数の梁部の各々の厚さより厚い、トランスデューサ。
  2. 　前記基部の上部には、前記スリットと連続する凹部が形成されており、
    　前記結合材部は、前記凹部内から前記スリット内にかけて連続するように設けられている、請求項１に記載のトランスデューサ。
  3. 　前記基部の中心軸の軸方向における、前記凹部の底面上に位置する前記結合材部の最大厚さの寸法は、前記凹部の側壁部の高さの寸法より大きい、請求項２に記載のトランスデューサ。
  4. 　環状の基部と、
    　前記基部の内周縁に接続された固定端部と、該固定端部とは反対側に位置する先端部とを有し、該固定端部から前記先端部に向かって前記内周縁から離れるように延在する複数の梁部と、
    　隣り合う前記複数の梁部の間に形成されたスリット内において前記複数の梁部同士を互いに接続し、かつ、前記基部の上部から前記スリット内にかけて連続するように設けられた結合材部とを備え、
    　前記複数の梁部の各々は、圧電体層と、該圧電体層の一方側に配置された第１電極層と、前記圧電体層を挟んで前記第１電極層の少なくとも一部に対向するように配置された第２電極層とを含み、
    　前記結合材部は、前記圧電体層を構成する材料よりヤング率の低い材料で構成されており、
    　前記基部の上部には、前記スリットと連続する凹部が形成されており、
    　前記結合材部は、前記凹部内から前記スリット内にかけて連続するように設けられている、トランスデューサ。
  5. 　前記基部の中心軸の軸方向における、前記凹部の底面上に位置する前記結合材部の最大厚さの寸法は、前記凹部の側壁部の高さの寸法より大きい、請求項４に記載のトランスデューサ。
  6. 　前記基部の中心軸の軸方向から見て、前記スリットの延在方向に直交する前記凹部の最大幅の寸法は、前記スリットの幅寸法より大きい、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  7. 　前記結合材部を構成する材料のヤング率が、１ＧＰａ以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  8. 　前記圧電体層は、無機材料で構成され、
    　前記結合材部は、有機材料で構成されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  9. 　前記結合材部を構成する材料は、シリコーン樹脂またはフッ素エラストマーである、請求項８に記載のトランスデューサ。
  10. 　前記圧電体層は、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ3)、または、タンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ3)で構成されている、請求項８または請求項９に記載のトランスデューサ。
  11. 　前記スリット内には、前記結合材部が位置していない部分がある、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  12. 　前記複数の梁部の各々の前記先端部同士は、前記結合材部によって接続されておらず互いに離間している、請求項１１に記載のトランスデューサ。
  13. 　前記複数の梁部の少なくとも１つは、前記基部の中心軸の軸方向に沿って前記複数の梁部の少なくとも１つを貫通する貫通孔を有しており、
    　前記貫通孔は、前記スリットと離間している、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  14. 　前記基部の中心軸の軸方向から見て、前記複数の梁部の各々の前記先端部は、前記中心軸に向かうように位置しており、
    　前記複数の梁部の各々は、前記中心軸の軸方向に沿って貫通する貫通孔を有しており、
    　複数の前記貫通孔は、前記中心軸に対して点対称に配置されている、請求項１３に記載のトランスデューサ。
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