WO2022265050A1 - トランスデューサ及び電子機器 - Google Patents

トランスデューサ及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2022265050A1
WO2022265050A1 PCT/JP2022/024013 JP2022024013W WO2022265050A1 WO 2022265050 A1 WO2022265050 A1 WO 2022265050A1 JP 2022024013 W JP2022024013 W JP 2022024013W WO 2022265050 A1 WO2022265050 A1 WO 2022265050A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
space
transducer
vibrating membrane
base material
opening
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/024013
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
崇 内貴
規之 下地
智洋 伊達
賢司 合田
百合奈 天本
Original Assignee
ローム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ローム株式会社 filed Critical ローム株式会社
Priority to CN202280043219.2A priority Critical patent/CN117501716A/zh
Priority to DE112022003130.1T priority patent/DE112022003130T5/de
Priority to JP2023530382A priority patent/JPWO2022265050A1/ja
Publication of WO2022265050A1 publication Critical patent/WO2022265050A1/ja
Priority to US18/536,551 priority patent/US20240129673A1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H04R1/2807—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
    • H04R1/2811—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements for loudspeaker transducers
    • 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
    • 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
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • 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
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors

Definitions

  • This embodiment relates to transducers and electronic devices.
  • Transducers that transmit or receive sound waves or ultrasound waves are known.
  • Transducers are used, for example, as speakers that transmit sound waves, and are mounted on earphones, wearable terminals, and the like.
  • Patent Document 1 discloses a transducer suitable for earphones. This transducer is formed with a lower through-hole penetrating in the plate thickness direction of the lower substrate. at least have.
  • the vibrating membrane By repeatedly applying a driving voltage to a pair of electrodes of the piezoelectric element, the vibrating membrane alternately repeats upward displacement and downward displacement together with the piezoelectric element. Specifically, it is displaced in the direction normal to the vibrating membrane.
  • the vibration of the vibrating membrane causes the air around the vibrating membrane to vibrate, and the vibration of the air is output as sound waves.
  • a lower through-hole is provided in the lower substrate in order to improve air flow in the space in which the vibrating membrane vibrates, the displacement of the vibrating membrane increases.
  • the vibrating membrane resonates and mechanically bounces with respect to an input of a frequency near the natural frequency of the vibrating membrane. A displacement occurs in the vibrating membrane.
  • more stress than expected is applied to the vibrating membrane, so that the vibrating membrane is deformed or damaged, which may affect the accuracy with respect to the displacement of the vibrating membrane due to the driving voltage.
  • One aspect of the present embodiment provides a transducer with good accuracy with respect to the displacement of the vibrating membrane due to the driving voltage. Further, an electronic device including the transducer is provided.
  • This embodiment suppresses the air flow by maintaining the pressure in the space between the base material and the vibrating membrane so that the displacement of the vibrating membrane is kept within a certain range, thereby damping the resonance of the vibrating membrane. be able to.
  • One aspect of this embodiment is as follows.
  • a membrane supporting portion a vibrating membrane connected to the membrane supporting portion and displaceable in a thickness direction, a substrate having a facing surface facing the vibrating membrane, and a pair of an electrode and a piezoelectric film sandwiched between the pair of electrodes; and a first piezoelectric element on the vibrating film.
  • a transducer that holds the pressure in the space between the material and the diaphragm.
  • Another aspect of the present embodiment is an electronic device including the transducer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in the X direction of the transducer according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the transducer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a first modification of the first embodiment.
  • 4 is a top view of a transducer according to a first modification of the first embodiment;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a top view of a transducer according to a second modification of the first embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in the X direction of the transducer according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the transducer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a first modification of the first embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a third modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a fifth modification of the first embodiment;
  • FIG. 10 is a top view of a transducer according to a fifth modification of the first embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view in the X direction of a transducer according to a sixth modification of the first embodiment;
  • FIG. 12 is a top view of a transducer according to a sixth modification of the first embodiment;
  • FIG. 17B is a diagram illustrating a housing of an earphone, which is an example of the electronic device.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the configuration of a speaker unit in an implementation example.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of an earphone in an example implementation.
  • a specific aspect of this embodiment is as follows.
  • a membrane supporting portion a vibrating membrane connected to the membrane supporting portion and displaceable in the film thickness direction, a substrate having a facing surface facing the vibrating membrane, a pair of electrodes and the pair of a piezoelectric film sandwiched between electrodes, and a first piezoelectric element on the vibrating film, wherein the substrate and the vibrating film are arranged such that the displacement of the vibrating film is contained within a certain range.
  • a transducer that holds the pressure in the space between
  • the first total area of the opening surfaces of all the openings that penetrate the base material and face the space is the main area of the vibrating membrane that faces the space.
  • the transducer according to ⁇ 1> which is 5% or less of the second total area of the total area of the face.
  • a first total area of opening surfaces of all the openings penetrating the base material and facing the space is 0.9 mm 2 or less, ⁇ 1> or The transducer according to ⁇ 2>.
  • the base material has the opening, and further has an opening member surrounding the opening on the main surface of the base material opposite to the facing surface, ⁇ 1> to ⁇ 3>, the transducer according to any one of the items.
  • ⁇ 5> In the normal direction of the facing surface, the distance between the facing surface and the main surface of the opening member opposite to the main surface in contact with the base material is the first total area.
  • the transducer according to ⁇ 4> which is longer than the diameter of the circle when converted to the area of .
  • ⁇ 6> The transducer according to ⁇ 4> or ⁇ 5>, wherein the opening member expands and contracts according to changes in atmospheric pressure in the space.
  • ⁇ 7> The transducer according to any one of ⁇ 4> to ⁇ 6>, wherein the opening member is made of resin.
  • ⁇ 8> The transducer according to any one of ⁇ 4> to ⁇ 7>, wherein the base material and the opening member are integrally formed.
  • the base material is further connected to the side wall surface of the opening in the normal direction of the facing surface and has a projecting opening valve, and the first total area is the opening valve
  • a second piezoelectric element is further provided on the opening valve, and the second piezoelectric element has a function of deforming the opening valve to change the first total area, ⁇ 9> transducer described in .
  • ⁇ 11> In the normal direction of the opposing surface, the entire area of the opposing surface overlaps with the vibrating membrane, and the volume of the space is 1.1 times the projected area of the vibrating membrane.
  • a third piezoelectric element is further provided on the base material and in the space, and the third piezoelectric element has a function of deforming the base material to change the volume of the space.
  • ⁇ 14> The transducer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein the base material expands and contracts due to changes in atmospheric pressure in the space.
  • ⁇ 16> An electronic device comprising the transducer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 15>.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the transducer 1 in the X direction.
  • FIG. 2 is a top view of the transducer 1.
  • the transducer 1 mainly includes a piezoelectric element 10 , a film body 15 , a contact member 18 and a base material 19 .
  • the membrane body 15 is composed of a membrane supporting portion 17 and a vibrating membrane 16 connected to the membrane supporting portion 17 and displaceable in the thickness direction.
  • the base material 19 has a facing surface 19A facing the vibrating membrane 16 .
  • the piezoelectric element 10 is arranged on a vibration film 16 and includes a pair of electrodes 11 and 12 and a piezoelectric film 13 sandwiched between the pair of electrodes 11 and 12 .
  • the transducer 1 maintains the pressure in the space 101 between the base material 19 and the vibrating membrane 16 so that the displacement of the vibrating membrane 16 is kept within a certain range.
  • the vertical direction (Z direction) is defined based on the state of the transducer 1 shown in FIG. 1, but the direction in which the transducer 1 is used is not limited.
  • the longitudinal direction of the substrate 19 is the X direction
  • the lateral direction of the substrate 19 is the Y direction.
  • the pair of electrodes 11 and 12 and the piezoelectric film 13 have a shape corresponding to the shape of the vibrating film 16, which will be described later, and are rectangular in the example shown in FIGS.
  • Each of the pair of electrodes 11 and 12 is formed using a conductive metal thin film such as platinum, molybdenum, iridium, or titanium.
  • One electrode 11 is located above the piezoelectric film 13 and connected to an electrode pad, which is a circuit pattern for applying a drive voltage to the electrode 11 .
  • the other electrode 12 is located below the piezoelectric film 13 and is connected to an electrode pad, which is a circuit pattern for applying drive voltage to the electrode 12 .
  • the piezoelectric film 13 is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT).
  • the piezoelectric film 13 can be made of aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), lead titanate (PbTiO 3 ), or the like, in addition to lead zirconate titanate.
  • An insulating film 20 is provided on part of the upper surface of the piezoelectric element 10 , and the electrode 11 is connected to the wiring 21 through an opening provided in the insulating film 20 .
  • An insulating film 22 is provided on the wiring 21 .
  • the wiring 21 is electrically connected to an electrode pad (not shown) through an opening in the insulating film 22 . That is, the electrodes 11 are electrically connected to the electrode pads through the wirings 21 .
  • “electrically connected” includes the case of being connected via "something that has some electrical effect”.
  • “having some kind of electrical action” is not particularly limited as long as it enables transmission and reception of electrical signals between connection objects.
  • “things having some electrical action” include electrodes, wirings, switching elements, resistive elements, inductors, capacitive elements, and other elements having various functions.
  • the wiring 21 is formed using, for example, a thin film of metal or the like.
  • a thin film of metal or the like For example, aluminum oxide or the like can be used for the insulating films 20 and 22 .
  • the membrane body 15 is composed of a vibrating membrane 16 and a membrane support portion 17 .
  • the film body 15 is made of silicon (Si), for example. By etching the back side of the membrane body 15 (the side on which the substrate 19 is provided) to form the vibration membrane 16, the vibration membrane 16 and the membrane support portion 17 can be integrally formed.
  • the vibrating membrane 16 is composed of a thin film, and in the film thickness direction, that is, in the normal direction to the vibrating membrane 16 (up and down direction of the paper surface in FIG. 1: Z direction, vertical direction to the front and back of the paper surface in FIG. 2: Z direction) It is configured to be displaceable.
  • the vibrating membrane 16 has a main surface 16A facing a space 101, which will be described later.
  • the vibrating membrane 16 has a substantially square shape when observed from the normal direction of a plane parallel to the vibrating membrane 16 .
  • the membrane support portion 17 has a square tubular inner peripheral surface that forms a space (cavity) 101 .
  • One side of the inner peripheral surface of the membrane supporting portion 17 is inscribed with the vibrating membrane 16 , whereby the vibrating membrane 16 is supported by the membrane supporting section 17 .
  • the vibrating membrane 16 is connected to the upper end side of the membrane supporting portion 17 .
  • the film supporting portion 17 has a region that overlaps the end portion of the piezoelectric element 10 , and the vibrating film 16 has a cantilever shape projecting from the film supporting portion 17 .
  • a tip portion of the vibrating membrane 16 is configured as a free end.
  • the base material 19 has a facing surface 19A facing the diaphragm 16, a main surface 19B opposite to the facing surface 19A, and a side wall surface 19C between the facing surface 19A and the main surface 19B. Also, the substrate 19 is in contact with the membrane supporting portion 17 on the facing surface 19A. An opening 19a that penetrates through the base material 19 and faces the space 101 is provided in the facing surface 19A.
  • the facing surface 19A also includes an opening surface 19D of the opening 19a facing the space 101.
  • the air vibrates due to the displacement of the vibrating membrane 16, and the air flows to the outside of the transducer 1 through the opening 19a. Also, as shown in FIG.
  • the opening 19a preferably has rounded ends. By rounding the ends of the openings 19a, stress concentration at the ends can be alleviated.
  • the base material 19 is made of, for example, silicon (Si), a printed circuit board such as a printed wiring board (PWB), a printed circuit board (PCB), or the like.
  • the total area of the opening surface 19D of the opening 19a facing the space 101 is 5% or less, more preferably 4%, of the total area of the main surface 16A of the vibrating membrane 16 facing the space 101. % or less, more preferably 3% or less (in other words, the total area of the facing surface 19A of the substrate 19 excluding the opening surface 19D is the total area of the main surface 16A facing the space 101 in the vibrating membrane 16. 95% or more, more preferably 96% or more, and still more preferably 97% or more), the pressure in the space 101 is maintained within a certain range, and an appropriate air flow can be ensured.
  • the pressure in the space 101 gradually increases.
  • the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 101, and the airflow in the space 101 is adjusted. Since the air in the space 101 flows to the outside from the opening 19a, the pressure in the space 101 has a maximum value. Appropriately set. As described above, the displacement of the vibrating membrane 16 can be kept within a certain range.
  • the pressure in the space 101 is maintained and proper airflow can be ensured.
  • the vibrating membrane 16 alternately repeats displacement toward the space 100 above the vibrating membrane 16 and displacement toward the space 101 below the vibrating membrane 16, the pressure in the space 101 gradually increases. As a result, the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 101, and the airflow in the space 101 is adjusted. Therefore, it is possible to keep the displacement of the vibrating membrane 16 within a certain range.
  • the contact member 18 is formed on the insulating film 22 and the film supporting portion 17 .
  • the contact member 18 is arranged so as to face the vibrating membrane 16 .
  • the contact member 18 has a function of controlling displacement of the vibrating membrane 16 . That is, the contact member 18 controls the displacement of the vibrating membrane 16 by bringing the vibrating membrane 16 or the piezoelectric element 10 on the vibrating membrane 16 into contact with the contact member 18 when the vibrating membrane 16 is displaced toward the space 100 .
  • the distance between the contact surface 18A of the contact member 18 with which the vibrating membrane 16 contacts and the vibrating membrane 16 is based on the displacement of the vibrating membrane 16 when the rated voltage is applied to the piezoelectric element 10 (hereinafter referred to as "maximum displacement"). is set. That is, the contact surface 18A of the contact member 18 is set so that the vibrating film 16 or the piezoelectric element 10 (a laminate of these is also called a vibrating body) contacts the contact surface 18A when a displacement greater than the maximum displacement occurs. ing.
  • the normal displacement of the vibrating membrane 16 by the piezoelectric element 10 is not hindered, and when a large displacement that exceeds the maximum displacement occurs in the vibrating body due to an impact or the like, the vibrating membrane 16 or the piezoelectric element 10 does not interfere with the contact surface 18A. will come into contact with
  • the shape of the contact surface 18A is formed based on the displacement shape when the vibrating membrane 16 is displaced. As a result, when the vibrating membrane 16 comes into contact with the contact surface 18A, the contact surface 18A contacts the vibrating membrane 16 in a plane.
  • the contact surface 18A of the contact member 18 arranged in the space 100 may have a hemispherical shape that curves upward.
  • the contact member 18 is made of silicon (Si), for example.
  • An opening 18 a is provided in the center of the contact member 18 . Further, in the space 100 between the vibrating membrane 16 and the contact member 18, the air vibrates due to the displacement of the vibrating membrane 16, and the air is circulated to the outside of the transducer 1 through the opening 18a.
  • the distance (gap) between the diaphragm 16 and the contact surface 18A of the contact member 18 is sufficient as long as the diaphragm 16 can be vertically displaced, and is preferably as small as possible.
  • the gap is 5-30 ⁇ m. By reducing the gap, air leakage can be suppressed and the air can be vibrated efficiently.
  • the opening 18a preferably has rounded ends. By rounding the ends of the opening 18a, stress concentration at the ends can be alleviated.
  • the piezoelectric element 10 is provided on the vibrating film 16 of the film body 15 . That is, the lower electrode 12, the piezoelectric film 13, and the upper electrode 11 are laminated in this order on the vibrating film 16. As shown in FIG. When drive voltages are applied to the pair of electrodes 11 and 12 respectively, a potential difference is generated between the pair of electrodes 11 and 12 . The potential difference displaces the vibrating membrane 16 . Specifically, the distal end side of the vibrating film 16 is displaced so as to warp.
  • the vibrating membrane 16 By repeatedly applying a driving voltage to the pair of electrodes 11 and 12, the vibrating membrane 16 alternately repeats displacement toward the space 100 side and displacement toward the space 101 side.
  • the vibration of the vibrating membrane 16 causes the air around the vibrating membrane 16 to vibrate, and the vibration of the air is output as sound waves.
  • the transducer 1 maintains the pressure in the space 101 between the base material 19 and the vibrating membrane 16 so that the displacement of the vibrating membrane 16 is kept within a certain range.
  • the total area of the opening surface 19D of the opening 19a facing the space 101 is 5% or less of the total area of the main surface 16A of the vibrating membrane 16 facing the space 101, or The total area of the opening surface 19D of the facing opening 19a is 0.9 mm 2 or less, so that the pressure in the space 101 between the base material 19 and the vibrating membrane 16 is maintained, and the vibrating membrane 16 Displacement can be kept within a certain range.
  • the transducer according to this embodiment is not limited to the configuration described above, and various modifications are possible. Modifications of the transducer according to this embodiment will be described below.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the transducer 1A in the X direction.
  • FIG. 4 is a top view of the transducer 1A.
  • a difference of the transducer 1A according to this modification from the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 is that an opening member 29 surrounding the opening 19a is newly provided.
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the opening member 29 has a cylindrical shape, and surrounds the opening 19a on the main surface 19B of the base material 19 opposite to the facing surface 19A.
  • the distance D between the opposing surface 19A and the main surface 29A of the opening member 29 opposite to the main surface in contact with the base material 19 faces the space 101. It is preferably longer than the diameter of a circle when the total area of the opening surface 19D of the opening 19a is converted into the area of a circle. With such a configuration, the distance D is increased by the length of the opening member 29 in the Z direction, and the flow of air flowing through the opening 19a and the cylindrical opening member 29 can be reduced. It is possible to keep the pressure in the space 101 and keep the displacement of the vibrating membrane 16 within a certain range.
  • the opening member 29 may be made of, for example, a soft material such as resin. By using such a material, the opening member 29 expands and contracts due to changes in the air pressure in the space 101, thereby increasing the volume of the space 101 and the flow of air. can be dynamically changed, and the vibrating membrane 16 can be displaced by appropriately adjusting the volume of the space 101 and the flow of air.
  • the opening member 29 may be integrally formed with the base material 19 .
  • integrally forming the opening member 29 and the base material 19 using a soft material or the like it is possible to reduce the process of forming the transducer, which is preferable.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the transducer 1B in the X direction.
  • FIG. 6 is a top view of the transducer 1B.
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the base material 39 is the same as the base material 19 except for the description of the openings 19a of the base material 19 in FIG.
  • the base material 39 has a facing surface 39A that faces the vibrating membrane 16 . Further, the base material 39 is in contact with the membrane supporting portion 17 on the facing surface 39A. In a space 101 surrounded by the vibrating membrane 16, the membrane supporting portion 17, and the base material 39, the displacement of the vibrating membrane 16 vibrates the air, and the air flows through the space 100 to the outside of the transducer 1B.
  • the base material 39 is made of, for example, silicon (Si), a printed circuit board such as a printed wiring board (PWB), a printed circuit board (PCB), or the like.
  • the entire area of the opposing surface 39A overlaps the vibrating membrane 16 in the normal direction (Z direction) of the opposing surface 39A. If the volume of the space 101 is the product of 1.1 times the projected area of the vibrating membrane 16 and 1 to 100 times the amount of displacement of the vibrating membrane 16 in the film thickness direction, then the pressure in the space 101 is It is preferable because it can be held within a certain range and an appropriate air flow can be ensured.
  • the base material 39 may be made of a soft material such as a resin, for example. By using such a material, the base material 39 expands and contracts due to changes in the air pressure in the space 101, thereby increasing the volume of the space 101 and the air. can be dynamically changed, and the vibrating membrane 16 can be displaced by appropriately adjusting the volume of the space 101 and the air flow.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the transducer 1C in the X direction.
  • a facing surface 49A of the base material 49 facing the vibration film 16 is provided with an opening 49a that penetrates the base material 49 and faces the space 101 .
  • a projecting opening valve 49b is connected to the side wall surface 49C of the base material 49 .
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the base material 49 is the same as the base material 19 or the base material 39 except for the description of the opening valve 49b described later.
  • the base material 49 has a facing surface 49A facing the diaphragm 16, a main surface 49B opposite to the facing surface 49A, and a side wall surface 49C between the facing surface 49A and the main surface 49B. Also, the base material 49 is in contact with the membrane supporting portion 17 on the facing surface 49A.
  • an opening 49a that penetrates the base material 49 and faces the space 101 is provided in the facing surface 49A.
  • the facing surface 49A also includes an opening surface 49D of the opening 49a facing the space 101. As shown in FIG.
  • the base material 49 has a projecting opening valve 49b which is connected to the side wall surface 49C of the opening 49a in the normal direction (Z direction) of the facing surface 49A.
  • the opening valve 49b has a cylindrical shape surrounding the opening 49a, but is not limited thereto.
  • a piezoelectric element 40 is further provided on the opening valve 49b.
  • the piezoelectric element 40 has a function of deforming the opening valve 49b to change the area of the opening surface 49D of the opening 49a. Specifically, when a driving voltage is applied to a pair of electrodes included in the piezoelectric element 40, the opening valve 49b is displaced upward or downward together with the piezoelectric element 40, and the opening surface of the opening 49a is displaced by the displacement. The area of 49D changes.
  • the piezoelectric element 40 for example, a configuration similar to that of the piezoelectric element 10 described above can be used. By using the substrate 49 having the opening valve 49b and the piezoelectric element 40, the area of the opening surface 49D can be changed to dynamically change the volume of the space 101 and the flow of air.
  • the vibrating membrane 16 can be displaced by adjusting the air flow.
  • the third modification it is possible to provide a transducer with better accuracy with respect to the displacement of the vibrating membrane due to the driving voltage.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the transducer 1D in the X direction.
  • FIGS. 1 and 2 the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the base material 59 is the same as the base material 19 or the base material 39 except for the description of the concave portion 59a described later.
  • the base material 59 has a facing surface 59A facing the diaphragm 16 and a main surface 59B opposite to the facing surface 59A. Also, the base material 59 is in contact with the membrane supporting portion 17 on the facing surface 59A. Further, the base material 59 has a concave portion 59a on the main surface 59B side.
  • a piezoelectric element 60 is further provided on the facing surface 59A overlapping the recess 59a.
  • the piezoelectric element 60 has a function of changing the volume of the space 101 by deforming the base material 59 (specifically, the region where the concave portion 59a exists). Specifically, by applying a driving voltage to a pair of electrodes included in the piezoelectric element 60, the base material 59 (specifically, the region where the recessed portion 59a exists) along with the piezoelectric element 60 is positioned upward or downward. , and the displacement changes the volume of the space 101 .
  • the piezoelectric element 60 for example, a configuration similar to that of the piezoelectric element 10 described above can be used.
  • the substrate 59 By using the substrate 59 having the recess 59a and the piezoelectric element 60, the substrate 59 (specifically, the region where the recess 59a exists) is deformed to dynamically change the volume of the space 101 and the air flow.
  • the vibrating membrane 16 can be displaced by appropriately adjusting the volume of the space 101 and the flow of air.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the transducer 1E in the X direction.
  • FIG. 10 is a top view of the transducer 1E.
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the contact member 28 is formed on the insulating film 22 and the film supporting portion 17 .
  • the contact member 28 is arranged so as to face the vibrating membrane 16 .
  • Contact member 28 has the same function as base material 19 described above. Specifically, by adjusting the total area of the opening surface 28D of the opening 28a of the contact member 28 facing the space 100, the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped. In other words, the contact member 28 has the function of controlling the displacement of the vibrating membrane 16 . Further, the contact member 28 controls the displacement of the vibrating membrane 16 by bringing the vibrating membrane 16 or the piezoelectric element 10 on the vibrating membrane 16 into contact with the contact member 28 when the vibrating membrane 16 is displaced toward the space 100 .
  • the distance between the contact surface 28A of the contact member 28 with which the vibrating membrane 16 contacts and the vibrating membrane 16 is based on the displacement of the vibrating membrane 16 when the rated voltage is applied to the piezoelectric element 10 (hereinafter referred to as "maximum displacement"). is set. That is, the contact surface 28A of the contact member 28 is set so that the vibrating membrane 16 or the piezoelectric element 10 (a laminate of these is also referred to as a vibrating body) comes into contact with the contact surface 28A when a displacement larger than the maximum displacement occurs. ing.
  • the normal displacement of the vibrating membrane 16 by the piezoelectric element 10 is not hindered, and when a large displacement exceeding the maximum displacement occurs in the vibrating body due to an impact or the like, the vibrating membrane 16 or the piezoelectric element 10 will not interfere with the contact surface 28A. will come into contact with
  • the shape of the contact surface 28A is formed based on the displacement shape when the vibrating membrane 16 is displaced. As a result, when the vibrating membrane 16 comes into contact with the contact surface 28A, the contact surface 28A comes into contact with the vibrating membrane 16. As shown in FIG.
  • the contact surface 28A of the contact member 28 arranged in the space 100 may have a hemispherical shape that curves upward.
  • the contact member 28 is made of silicon (Si), for example.
  • the contact surface 28A is provided with an opening 28a that penetrates the contact member 28 and faces the space 100.
  • the contact surface 28A also includes an opening surface 28D of the opening 28a facing the space 100.
  • the air vibrates due to the displacement of the vibrating membrane 16, and the air is circulated to the outside of the transducer 1E through the opening 28a.
  • the distance (gap) between the vibrating membrane 16 and the contact surface 28A of the contact member 28 is sufficient as long as the vibrating membrane 16 can be vertically displaced, and is preferably as small as possible.
  • the gap is 5-30 ⁇ m.
  • the opening 28a preferably has rounded ends. By rounding the ends of the openings 28a, stress concentration at the ends can be alleviated.
  • the total area of the opening surface 28D of the opening 28a facing the space 100 is 5% or less of the total area of the main surface 16B of the vibrating membrane 16 facing the space 100, more preferably 4%. % or less, more preferably 3% or less (in other words, the total area of the contact surface 28A of the contact member 28 excluding the opening surface 28D is the total area of the main surface 16B of the vibrating membrane 16 facing the space 100. 95% or more, more preferably 96% or more, still more preferably 97% or more), the pressure in the space 100 is maintained within a certain range, and an appropriate air flow can be ensured.
  • the pressure in the space 100 gradually increases.
  • the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 100, and the airflow in the space 100 is adjusted. Since the air in the space 100 flows to the outside from the opening 28a, the pressure in the space 100 has a maximum value. Appropriately set. As described above, the displacement of the vibrating membrane 16 can be kept within a certain range.
  • the pressure in the space 100 is maintained and proper airflow can be ensured.
  • the vibrating membrane 16 alternately repeats displacement toward the space 100 above the vibrating membrane 16 and displacement toward the space 101 below the vibrating membrane 16, the pressure in the space 100 gradually increases. As a result, the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 100, and the airflow in the space 100 is adjusted. Therefore, it is possible to keep the displacement of the vibrating membrane 16 within a certain range.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the transducer 1F in the X direction.
  • FIG. 12 is a top view of the transducer 1F.
  • a transducer 1F according to this modification differs from the transducer 1A shown in FIGS. 3 and 4 described above in that a contact member 28 is used instead of the contact member 18.
  • the points common to the transducer 1A shown in FIGS. 3 and 4 refer to the above description, and different points will be described below.
  • the transducer 1F holds the pressure in the space 100 between the contact member 28 and the vibrating membrane 16 so that the displacement of the vibrating membrane 16 is kept within a certain range.
  • the total area of the opening surface 28D of the opening 28a facing the space 100 is 5% or less of the total area of the main surface 16B of the vibrating membrane 16 facing the space 100, or The total area of the opening surface 28D of the facing opening 28a is 0.9 mm 2 or less, so that the pressure in the space 100 between the contact member 28 and the vibrating membrane 16 is maintained and the vibrating membrane 16 Displacement can be kept within a certain range.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the transducer 1G in the X direction.
  • FIG. 14 is a top view of the transducer 1G.
  • a difference of the transducer 1G according to this modification from the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 is that the base material 19 is replaced with a base material 69 having a plurality of openings 69a.
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the base material 69 is the same as the base material 19 or the base material 39 except for the description of the plurality of openings 69a which will be described later.
  • the base material 69 has a facing surface 69A facing the diaphragm 16 and a main surface 69B opposite to the facing surface 69A. Also, the base material 69 is in contact with the membrane supporting portion 17 on the facing surface 69A.
  • a plurality of openings 69a that penetrate the base material 69 and face the space 101 are provided in the facing surface 69A.
  • the facing surface 69A also includes an opening surface 69D of the opening 69a facing the space 101. As shown in FIG.
  • the total area of the plurality of opening surfaces 69D facing the space 101 is 5% or less, more preferably 4% or less, of the total area of the main surface 16A of the vibrating membrane 16 facing the space 101. , and more preferably 3% or less (in other words, the total area of the facing surface 69A of the base material 69 excluding the opening surface 69D is 95% of the total area of the main surface 16A of the vibrating membrane 16 facing the space 101. above, more preferably 96% or more, still more preferably 97% or more), the pressure in the space 101 is maintained within a certain range, and an appropriate air flow can be ensured.
  • the pressure in the space 101 gradually increases.
  • the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 101, and the air flow in the space 101 is adjusted. Since the air in the space 101 flows to the outside from the opening 69a, the pressure in the space 101 has a maximum value. Appropriately set. As described above, the displacement of the vibrating membrane 16 can be kept within a certain range.
  • the pressure in the space 101 can be maintained. to ensure proper airflow.
  • the vibrating membrane 16 alternately repeats displacement toward the space 100 above the vibrating membrane 16 and displacement toward the space 101 below the vibrating membrane 16, the pressure in the space 101 gradually increases. As a result, the resonance of the vibrating membrane 16 can be damped by increasing the pressure in the space 101, and the airflow in the space 101 is adjusted. Therefore, it is possible to keep the displacement of the vibrating membrane 16 within a certain range.
  • the seventh modification it is possible to provide a transducer with better accuracy with respect to the displacement of the vibrating membrane due to the drive voltage.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the transducer 1H in the X direction.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the slit 33 in the region 31 of the membrane support portion 27 of the transducer 1H as viewed from the air inflow/outflow side.
  • the points common to the transducer 1 shown in FIGS. 1 and 2 refer to the above description, and the different points will be described below.
  • the base material 39 is the same as the base material 19 except for the description of the openings 19a of the base material 19 in FIG.
  • the base material 39 has a facing surface 39A that faces the vibrating membrane 16 . Further, the base material 39 is in contact with the membrane supporting portion 27 on the facing surface 39A.
  • the membrane body 25 is composed of the vibrating membrane 16 and the membrane supporting portion 27 . Therefore, by etching the back side of the membrane body 25, the vibrating membrane 16 and the membrane supporting portion 27 are integrally formed.
  • the back side of the film body 25 is etched to form a groove serving as the space 101, and then a part of the inner side surface of the groove is etched to form the slit 33, thereby forming the film supporting portion 27. doing.
  • the step of etching the back side of the film body 25 to form the groove portion to be the space 101 and the step of etching the back side of the film body 25 to form the slit 33 are performed in separate steps.
  • the back side of the film body 25 may be etched to form grooves that become the spaces 101 and the slits 33 may be formed at the same time. At this time, the height of the groove forming the space 101 and the height of the slit 33 are the same. From the viewpoint of the number of steps and cost, it is preferable to simultaneously form the groove portion that becomes the space 101 and the slit 33 using one photomask.
  • the slits 33 provided in the membrane supporting portion 27 have a comb-like structure. With such a structure, it is possible to prevent foreign matter (dust, liquid, etc.) from entering the internal space 101 from the outside. Further, the slits 33 need not have a comb-like structure, and may have a lattice-like structure, for example, as long as the slits 33 can prevent foreign matter from entering the internal space 101 from the outside. It is preferable that the position of the slit 33 and the position of the opening of the insulating film 22 where the wiring 21 and the electrode pad are connected do not overlap when viewed from the film thickness direction (Z direction).
  • the wiring 21 and the electrode pad are electrically connected by die bonding using ultrasonic waves, if there is a slit 33 as a cavity below the connecting portion of the wiring 21 and the electrode pad, the ultrasonic wave does not work well, and the wire This is because it may be difficult to connect the ball to the pad.
  • the slit 33 has the same function as the opening 19a described above. Specifically, the pressure in the space 101 is held by the slit 33 so that the displacement of the vibrating membrane 16 is kept within a certain range, and the displacement of the vibrating membrane 16 can be kept within a certain range.
  • the transducer may include both the substrate 19 having the opening 19 a and the membrane support 27 having the slit 33 .
  • the contact member 18 may not have the opening 18a, and instead of the opening 18a, a slit may be provided on the side surface of the contact member 18. FIG.
  • An electronic device has a speaker unit and a housing that accommodates the speaker unit.
  • An example of an electronic device is an earphone.
  • An earphone 50 shown in FIG. 17A has an earpiece 51 and a housing 52 .
  • FIG. 17B is a diagram with the earpiece 51 removed from the earphone 50, and is a diagram for explaining the shape of the housing 52.
  • the housing 52 has a cylindrical shape with a bottom, and has a cylindrical portion 52a and a bottom portion 52b in contact with the cylindrical portion 52a.
  • a speaker unit is arranged on a portion of the cylindrical portion 52a and a portion of the bottom portion 52b. The arrangement of the housing 52 and the speaker unit (mounting of the speaker unit) will be described below.
  • the speaker unit (transducer 1) has a configuration in which a film body 15 and a contact member 18 are provided on a base material 19. As shown in FIG. Ventilation holes (specifically, the opening 18a and the opening shown in FIGS. A portion 19a) is provided.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of an earphone in which the transducer 1 is mounted on the housing 52.
  • the base material 19 is arranged on a portion of the cylindrical portion 52 a and a portion of the bottom portion 52 b , and the film body 15 and the contact member 18 are provided on the base material 19 .
  • the substrate 19 has an opening 19a and the contact member 18 has an opening 18a.
  • the membrane body 15 is composed of a vibrating membrane 16 and a membrane supporting portion 17 .
  • the bottom portion 52b is separated from the cylindrical portion 52a via the transducer 1, and the space of the bottom portion 52b and the outside of the housing 52 are communicated via the openings 18a and 19a.
  • the transducer 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can be used as the transducer 1 in this implementation example.
  • the space of the bottom portion 52b and the outside of the housing 52 communicate with each other.
  • the housing 52 can be utilized as a space for mounting other devices, a battery, and the like, and the housing 52 can be miniaturized.
  • the transducer may be applied to receive sound waves in addition to transmitting sound waves.
  • the transducer may be applied to applications for transmitting or receiving not only sound waves but also ultrasonic waves.
  • the present invention relates to the subject matter of Japanese Patent Application No. 2021-101437 filed on June 18, 2021, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

Abstract

膜支持部と、前記膜支持部に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、前記振動膜と対向している対向面を有する基材と、一対の電極及び前記一対の電極に挟まれている圧電膜を備え、かつ、前記振動膜上の第１の圧電素子と、を有し、前記振動膜の変位を一定範囲内に収めるように、前記基材と前記振動膜との間の空間の圧力を保持する、トランスデューサ。

Description

トランスデューサ及び電子機器
　本実施形態は、トランスデューサ及び電子機器に関する。
　従来、音波若しくは超音波の送信又は受信を行うトランスデューサが知られている。トランスデューサは、例えば、音波を送信するスピーカとして利用され、イヤホン又はウェアラブル端末などに搭載されている。
　例えば、特許文献１には、イヤホンに好適なトランスデューサが開示されている。このトランスデューサは、下部基板の板厚方向に貫通する下部貫通孔が形成されており、当該下部貫通孔と下空間部を隔てて対向している振動膜と、当該振動膜上の圧電素子とを少なくとも備えている。
特開２０２１－０４４７６２号公報
　圧電素子は一対の電極に対して駆動電圧を繰り返し印加することで、圧電素子と共に振動膜が上側への変位と下側への変位を交互に繰り返す。具体的には、振動膜に対する法線方向に変位する。当該振動膜の振動により、振動膜の周囲の空気が振動させられ、空気の振動が音波として出力される。当該振動膜が振動する空間内において、空気の流れをよくするために下部基板に下部貫通孔を設けると振動膜の変位は大きくなる。しかしながら、大きな駆動電圧を印加することにより振動膜の大きな変位を得ようとすると、振動膜の固有振動数付近の周波数の入力に対して、振動膜が共振して機械的に弾むため、より大きな変位が振動膜に生じる。これによって、想定以上の応力が振動膜にかかるため、振動膜の形状の変形又は破損が生じてしまい、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度に影響を及ぼす可能性がある。
　本実施形態の一態様は、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度が良好なトランスデューサを提供する。また、当該トランスデューサを備える電子機器を提供する。
　本実施形態は、振動膜の変位を一定範囲内に収めるように基材と振動膜との間にある空間内の圧力を保持することにより空気の流れを抑制し、振動膜の共振を減衰させることができる。本実施形態の一態様は以下のとおりである。
　本実施形態の一態様は、膜支持部と、前記膜支持部に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、前記振動膜と対向している対向面を有する基材と、一対の電極及び前記一対の電極に挟まれている圧電膜を備え、かつ、前記振動膜上の第１の圧電素子と、を有し、前記振動膜の変位を一定範囲内に収めるように、前記基材と前記振動膜との間の空間の圧力を保持する、トランスデューサである。
　本実施形態の他の一態様は、上記トランスデューサを備える電子機器である。
　本実施形態によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度が良好なトランスデューサを提供することができる。また、当該トランスデューサを備える電子機器を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図２は、第１の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。 図３は、第１の実施形態の第１の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図４は、第１の実施形態の第１の変形例に係るトランスデューサの上面図である。 図５は、第１の実施形態の第２の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図６は、第１の実施形態の第２の変形例に係るトランスデューサの上面図である。 図７は、第１の実施形態の第３の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図８は、第１の実施形態の第４の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図９は、第１の実施形態の第５の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図１０は、第１の実施形態の第５の変形例に係るトランスデューサの上面図である。 図１１は、第１の実施形態の第６の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図１２は、第１の実施形態の第６の変形例に係るトランスデューサの上面図である。 図１３は、第１の実施形態の第７の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図１４は、第１の実施形態の第７の変形例に係るトランスデューサの上面図である。 図１５は、第１の実施形態の第８の変形例に係るトランスデューサのＸ方向における断面図である。 図１６は、第１の実施形態の第８の変形例に係るトランスデューサにおける膜支持部のスリットの空気の流入出側から見た際の断面図である 図１７Ａは、電子機器の一例であるイヤホンの全体図である。 図１７Ｂは、電子機器の一例であるイヤホンの筐体を説明する図である。 図１８は、実装例におけるスピーカユニットの構成を説明する図である。 図１９は、実装例におけるイヤホンの断面図である。
　次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
　具体的な本実施形態の一態様は、以下の通りである。
　＜１＞　膜支持部と、前記膜支持部に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、前記振動膜と対向している対向面を有する基材と、一対の電極及び前記一対の電極に挟まれている圧電膜を備え、かつ、前記振動膜上の第１の圧電素子と、を有し、前記振動膜の変位を一定範囲内に収めるように、前記基材と前記振動膜との間の空間の圧力を保持する、トランスデューサ。
　＜２＞　前記対向面において、前記基材を貫通し、かつ、前記空間に面する、全ての開口部の開口面の第１の総面積は、前記振動膜における前記空間と面している主面の全領域の第２の総面積の５％以下である、＜１＞に記載のトランスデューサ。
　＜３＞　前記対向面において、前記基材を貫通し、かつ、前記空間に面する、全ての開口部の開口面の第１の総面積は、０．９ｍｍ２以下である、＜１＞又は＜２＞に記載のトランスデューサ。
　＜４＞　前記基材は、前記開口部を有し、前記対向面と反対側の前記基材の主面において、前記開口部の周囲を囲っている開口部材をさらに有する、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜５＞　前記対向面の法線方向において、前記対向面と、前記基材と接している主面とは反対側の前記開口部材の主面との距離は、前記第１の総面積を円の面積で換算したときの前記円の直径より長い、＜４＞に記載のトランスデューサ。
　＜６＞　前記開口部材は、前記空間内の気圧の変化によって伸縮する、＜４＞又は＜５＞に記載のトランスデューサ。
　＜７＞　前記開口部材は、樹脂からなる、＜４＞～＜６＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜８＞　前記基材及び前記開口部材は、一体形成されている、＜４＞～＜７＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜９＞　前記基材は、さらに、前記対向面の法線方向における前記開口部の側壁面に連結され、かつ、突起状の開口弁を有し、前記第１の総面積は、前記開口弁により変化可能である、＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜１０＞　前記開口弁上に、さらに第２の圧電素子を有し、前記第２の圧電素子は、前記開口弁を変形させて前記第１の総面積を変化させる機能を有する、＜９＞に記載のトランスデューサ。
　＜１１＞　前記対向面の法線方向において、前記対向面の全領域は、前記振動膜と重畳しており、前記空間の容積は、前記振動膜の投影面積の１．１倍と、前記振動膜が前記膜厚方向に変位する変位量の１～１００倍と、の積である、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜１２＞　前記空間の容積は、前記基材の変位により変化可能である、＜１１＞に記載のトランスデューサ。
　＜１３＞　前記基材上、かつ、前記空間内にさらに第３の圧電素子を有し、前記第３の圧電素子は、前記基材を変形させて前記空間の容積を変化させる機能を有する、＜１１＞又は＜１２＞に記載のトランスデューサ。
　＜１４＞　前記基材は、前記空間内の気圧の変化によって伸縮する、＜１＞～＜１３＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜１５＞　前記基材は、樹脂からなる、＜１＞～＜１４＞のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
　＜１６＞　＜１＞～＜１５＞のいずれか１項に記載のトランスデューサを備える電子機器。
（第１の実施形態）
＜トランスデューサ＞
　図１及び図２を用いて、本実施形態に係るトランスデューサ１の構成を説明する。図１は、トランスデューサ１のＸ方向における断面図である。図２は、トランスデューサ１の上面図である。トランスデューサ１は、圧電素子１０と、膜体１５と、接触部材１８と、基材１９と、を主体に構成されている。具体的には、膜体１５は、膜支持部１７及び当該膜支持部１７に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜１６で構成されている。基材１９は、振動膜１６と対向している対向面１９Ａを有する。圧電素子１０は、振動膜１６上に配置され、一対の電極１１、１２及び当該一対の電極１１、１２に挟まれている圧電膜１３を備える。トランスデューサ１は、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めるように、基材１９と振動膜１６との間の空間１０１の圧力を保持する。以下の説明では、図１に示すトランスデューサ１の状態を基準に上下方向（Ｚ方向）を定義するが、トランスデューサ１を使用する方向を限定するものではない。また、本実施形態において、基材１９の長手方向をＸ方向、基材１９の短手方向をＹ方向とする。
　一対の電極１１、１２及び圧電膜１３は、後述する振動膜１６の形状と対応する形状を有しており、図１及び図２に示す例では四角状である。
　一対の電極１１、１２のそれぞれは、例えば、プラチナ、モリブデン、イリジウム、又はチタンなどの導電性を有する金属の薄膜を用いて形成されている。一方の電極１１は、圧電膜１３の上側に位置し、電極１１に駆動電圧を印加するための回路パターンである電極パッドと接続されている。他方の電極１２は、圧電膜１３の下側に位置し、電極１２に駆動電圧を印加するための回路パターンである電極パッドと接続されている。
　圧電膜１３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって構成されている。圧電膜１３は、チタン酸ジルコン酸鉛以外にも、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）などを用いることができる。
　圧電素子１０の上面の一部には絶縁膜２０が設けられており、電極１１は、絶縁膜２０に設けられた開口部を介して配線２１と接続している。また、配線２１上には、絶縁膜２２が設けられる。配線２１は絶縁膜２２の開口部を介して電極パッド（図示せず）と電気的に接続している。つまり、電極１１は、配線２１を介して電極パッドと電気的に接続している。なお、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に限定されない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、スイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
　配線２１は、例えば、金属などの薄膜を用いて形成されている。絶縁膜２０、２２は、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることができる。
　膜体１５は、振動膜１６と、膜支持部１７と、で構成されている。膜体１５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）より構成されている。振動膜１６を形成するために膜体１５の裏面側（基材１９が設けられている側）をエッチングすることで、振動膜１６と膜支持部１７とを一体形成することができる。
　振動膜１６は、薄膜から構成されており、膜厚方向、すなわち、振動膜１６に対する法線方向（図１における紙面上下方向：Ｚ方向、図２における紙面を裏表に垂直方向：Ｚ方向）に変位可能なように構成されている。振動膜１６は、後述する空間１０１に面している主面１６Ａを有する。振動膜１６は、振動膜１６と平行な平面の法線方向から観察する際、略四角状を有している。
　膜支持部１７は、空間（キャビティ）１０１を形成する四角筒状の内周面を備えている。膜支持部１７の内周面の一辺には、振動膜１６が内接し、これにより、振動膜１６が膜支持部１７によって支持される。振動膜１６は膜支持部１７の上端側に連結されている。
　また、膜支持部１７は圧電素子１０の端部と重畳する領域を有しており、振動膜１６は膜支持部１７から張り出した片持ち梁形状を有している。振動膜１６の先端部は、自由端に構成されている。
　基材１９は、振動膜１６と対向している対向面１９Ａと、対向面１９Ａと反対側の主面１９Ｂと、対向面１９Ａと主面１９Ｂとの間の側壁面１９Ｃと、を有する。また、基材１９は、対向面１９Ａにおいて膜支持部１７と接している。また、対向面１９Ａには、基材１９を貫通し、かつ、空間１０１に面する開口部１９ａが設けられている。なお、対向面１９Ａは、空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄも含む。また、振動膜１６、膜支持部１７、及び基材１９で囲まれる空間１０１において、振動膜１６の変位により空気が振動し、開口部１９ａを介してトランスデューサ１の外部へ空気が流通される。また、図２に示すように、開口部１９ａは、端部が丸みを帯びていることが好ましい。開口部１９ａの端部が丸みを帯びることにより、当該端部における応力集中を緩和することができる。基材１９は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、及びプリント配線基板（ＰＷＢ）並びにプリント回路基板（ＰＣＢ）等のプリント基板などにより構成されている。
　対向面１９Ａにおいて、空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄの総面積が振動膜１６における空間１０１と面している主面１６Ａの全領域の総面積の５％以下、より好ましくは４％以下、さらに好ましくは３％以下（言い換えると、開口面１９Ｄを除く基材１９の対向面１９Ａの総面積が振動膜１６における空間１０１と面している主面１６Ａの全領域の総面積の９５％以上、より好ましくは９６％以上、さらに好ましくは９７％以上）であると、空間１０１内の圧力が一定範囲内に保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１０１内の圧力が徐々に大きくなり、空間１０１内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１０１内の空気の流れが調整される。なお、空間１０１内の空気が開口部１９ａから外部に流れるため、空間１０１内の圧力は、最大値を有し、その最大値は、振動膜１６の変位量及び形状、空間１０１の容積等により適宜設定される。上記によって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　また、空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄの総面積が０．９ｍｍ２以下、より好ましくは０．７ｍｍ２以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ２以下であると、空間１０１内の圧力が保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１０１内の圧力が徐々に大きくなり、空間１０１内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１０１内の空気の流れが調整される。よって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　接触部材１８は、絶縁膜２２上及び膜支持部１７上に形成されている。接触部材１８は、振動膜１６と対向するように配置されている。接触部材１８は、振動膜１６の変位を制御する機能を有する。すなわち、接触部材１８は、振動膜１６が空間１００側に変位するときに、振動膜１６又は振動膜１６上の圧電素子１０が接触部材１８に接することで振動膜１６の変位を制御する。
　振動膜１６が接する接触部材１８の接触面１８Ａと、振動膜１６との距離は、圧電素子１０に定格電圧が印加されるときの振動膜１６の変位（以下、「最大変位」という）に基づいて設定されている。すなわち、接触部材１８の接触面１８Ａは、最大変位よりも大きな変位が生じた際に、振動膜１６又は圧電素子１０（これらの積層を振動体ともいう）が接触面１８Ａに接するように設定されている。これにより、圧電素子１０による振動膜１６の通常の変位を妨げることなく、衝撃などによって最大変位を超えるような大きな変位が振動体に生じたときに、振動膜１６又は圧電素子１０が接触面１８Ａに接することになる。
　接触面１８Ａの形状は、振動膜１６が変位したときの変位形状に基づいて形成されている。これにより、振動膜１６が接触面１８Ａに接したときに、接触面１８Ａが振動膜１６を面で接する。例えば、空間１００に配置される接触部材１８の接触面１８Ａは、上側に向かって湾曲するような半球形状を有していてもよい。接触部材１８は、例えば、シリコン（Ｓｉ）より構成されている。
　接触部材１８の中央には、開口部１８ａが設けられている。また、振動膜１６と接触部材１８との間の空間１００において、振動膜１６の変位により空気が振動し、開口部１８ａを介してトランスデューサ１の外部へ空気が流通される。空気が空間１００内を流れる際、振動膜１６と接触部材１８の接触面１８Ａとの距離（隙間）は、振動膜１６が上下に変位できる程度であればよく、小さい方が好ましい。例えば、隙間が５～３０μｍである。隙間を小さくすることにより、空気漏れを抑制し、効率よく空気を振動させることができる。また、図２に示すように、開口部１８ａは、端部が丸みを帯びていることが好ましい。開口部１８ａの端部が丸みを帯びることにより、当該端部における応力集中を緩和することができる。
　このような構成のトランスデューサ１において、膜体１５の振動膜１６上には、圧電素子１０が設けられている。すなわち、振動膜１６上には、下側の電極１２、圧電膜１３及び上側の電極１１が順番に積層されている。一対の電極１１、１２に駆動電圧がそれぞれ印加されると、一対の電極１１、１２の間に電位差が生じる。当該電位差により、振動膜１６が変位する。具体的には、振動膜１６の先端側が反るように変位する。
　一対の電極１１、１２に対して駆動電圧を繰り返し印加することで、振動膜１６は、空間１００側への変位と空間１０１側への変位を交互に繰り返す。振動膜１６の振動により、振動膜１６の周囲の空気が振動させられ、空気の振動が音波として出力される。
　本実施形態において、トランスデューサ１は、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めるように、基材１９と振動膜１６との間の空間１０１の圧力を保持する。具体的には、空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄの総面積が振動膜１６における空間１０１と面している主面１６Ａの全領域の総面積の５％以下、又は空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄの総面積が０．９ｍｍ２以下の少なくとも１つを満たすことにより、基材１９と振動膜１６との間の空間１０１の圧力を保持し、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることができる。
　このような構成によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度が良好なトランスデューサを提供することができる。
　本実施形態に係るトランスデューサは、上述した構成に限られず、様々な変更が可能である。以下に、本実施形態に係るトランスデューサの変形例を説明する。
＜第１の変形例＞
　図３及び図４を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ａの構成を説明する。図３は、トランスデューサ１ＡのＸ方向における断面図である。図４は、トランスデューサ１Ａの上面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ａが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、開口部１９ａの周囲を囲っている開口部材２９を新たに設ける点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　開口部材２９は、筒状であり、対向面１９Ａと反対側の基材１９の主面１９Ｂにおいて、開口部１９ａの周囲を囲っている。対向面１９Ａの法線方向（Ｚ方向）において、対向面１９Ａと、基材１９と接している主面とは反対側の開口部材２９の主面２９Ａとの距離Ｄは、空間１０１に面する開口部１９ａの開口面１９Ｄの総面積を円の面積で換算したときの円の直径より長いことが好ましい。このような構成にすることにより、開口部材２９のＺ方向の長さ分、距離Ｄが大きくなり、開口部１９ａ内及び筒状の開口部材２９内に流れる空気の流れを小さくすることができ、空間１０１内の圧力を保持し、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることができる。
　開口部材２９は、例えば、樹脂などの軟質材料からなってもよく、このような材料を用いることにより、空間１０１内の気圧の変化によって開口部材２９が伸縮し、空間１０１の容積及び空気の流れを動的に変化させることができ、適宜空間１０１の容積及び空気の流れを調整して振動膜１６を変位させることができる。
　また、開口部材２９は、基材１９と一体形成されていてもよい。開口部材２９及び基材１９を、軟質材料等を用いて一体形成することにより、トランスデューサの形成工程を削減することができるため好ましい。
　第１の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第２の変形例＞
　図５及び図６を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｂの構成を説明する。図５は、トランスデューサ１ＢのＸ方向における断面図である。図６は、トランスデューサ１Ｂの上面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｂが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、基材１９の代わりに開口部を有さない基材３９を用いる点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　基材３９において、図１の基材１９の開口部１９ａに関する説明以外は、基材１９と同様である。基材３９は、振動膜１６と対向している対向面３９Ａを有する。また、基材３９は、対向面３９Ａにおいて膜支持部１７と接している。振動膜１６、膜支持部１７、及び基材３９で囲まれる空間１０１において、振動膜１６の変位により空気が振動して空間１００を介してトランスデューサ１Ｂの外部へ空気が流通される。基材３９は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、及びプリント配線基板（ＰＷＢ）並びにプリント回路基板（ＰＣＢ）等のプリント基板などにより構成されている。
　対向面３９Ａの法線方向（Ｚ方向）において、対向面３９Ａの全領域は、振動膜１６と重畳している。空間１０１の容積は、振動膜１６の投影面積の１．１倍と、振動膜１６が膜厚方向に変位する変位量の１～１００倍と、の積であると、空間１０１内の圧力が一定範囲内に保持され、適切な空気の流れを確保することができるため好ましい。
　また、基材３９は、例えば、樹脂などの軟質材料からなってもよく、このような材料を用いることにより、空間１０１内の気圧の変化によって基材３９が伸縮し、空間１０１の容積及び空気の流れを動的に変化させることができ、適宜空間１０１の容積及び空気の流れを調整して振動膜１６を変位させることができる。
　第２の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第３の変形例＞
　図７を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｃの構成を説明する。図７は、トランスデューサ１ＣのＸ方向における断面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｃが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、基材１９に代えて基材４９を用いる点である。基材４９の振動膜１６と対向している対向面４９Ａには、基材４９を貫通し、かつ、空間１０１に面する開口部４９ａが設けられている。基材４９の側壁面４９Ｃに、突起状の開口弁４９ｂが連結されている。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　基材４９において、後述の開口弁４９ｂに関する説明以外は、基材１９又は基材３９と同様である。基材４９は、振動膜１６と対向している対向面４９Ａと、対向面４９Ａと反対側の主面４９Ｂと、対向面４９Ａと主面４９Ｂとの間の側壁面４９Ｃと、を有する。また、基材４９は、対向面４９Ａにおいて膜支持部１７と接している。また、対向面４９Ａには、基材４９を貫通し、かつ、空間１０１に面する開口部４９ａが設けられている。なお、対向面４９Ａは、空間１０１に面する開口部４９ａの開口面４９Ｄも含む。
　さらに、基材４９は、対向面４９Ａの法線方向（Ｚ方向）における開口部４９ａの側壁面４９Ｃに連結され、かつ、突起状の開口弁４９ｂを有する。開口弁４９ｂは、開口部４９ａを囲う筒状であるがこれに限られない。
　開口弁４９ｂ上には、さらに圧電素子４０が設けられている。圧電素子４０は、開口弁４９ｂを変形させて開口部４９ａの開口面４９Ｄの面積を変化させる機能を有する。具体的には、圧電素子４０に含まれる一対の電極に対して駆動電圧を印加することで、圧電素子４０と共に開口弁４９ｂが上側又は下側へ変位し、当該変位により開口部４９ａの開口面４９Ｄの面積が変化する。圧電素子４０としては、例えば、上述の圧電素子１０と同様の構成を用いることができる。開口弁４９ｂを有する基材４９及び圧電素子４０を用いることにより、開口面４９Ｄの面積を変化させて空間１０１の容積及び空気の流れを動的に変化させることができ、適宜空間１０１の容積及び空気の流れを調整して振動膜１６を変位させることができる。
　第３の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第４の変形例＞
　図８を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｄの構成を説明する。図８は、トランスデューサ１ＤのＸ方向における断面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｄが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、基材１９に代えて凹部５９ａを有する基材５９を用いる点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　基材５９において、後述の凹部５９ａに関する説明以外は、基材１９又は基材３９と同様である。基材５９は、振動膜１６と対向している対向面５９Ａと、対向面５９Ａと反対側の主面５９Ｂと、を有する。また、基材５９は、対向面５９Ａにおいて膜支持部１７と接している。また、基材５９は、主面５９Ｂ側に凹部５９ａを有する。凹部５９ａと重畳している対向面５９Ａ上には、さらに圧電素子６０が設けられている。圧電素子６０は、基材５９（具体的には、凹部５９ａが存在する領域）を変形させて空間１０１の容積を変化させる機能を有する。具体的には、圧電素子６０に含まれる一対の電極に対して駆動電圧を印加することで、圧電素子６０と共に基材５９（具体的には、凹部５９ａが存在する領域）が上側又は下側へ変位し、当該変位により空間１０１の容積が変化する。圧電素子６０としては、例えば、上述の圧電素子１０と同様の構成を用いることができる。凹部５９ａを有する基材５９及び圧電素子６０を用いることにより、基材５９（具体的には、凹部５９ａが存在する領域）を変形させて空間１０１の容積及び空気の流れを動的に変化させることができ、適宜空間１０１の容積及び空気の流れを調整して振動膜１６を変位させることができる。
　第４の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第５の変形例＞
　図９及び図１０を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｅの構成を説明する。図９は、トランスデューサ１ＥのＸ方向における断面図である。図１０は、トランスデューサ１Ｅの上面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｅが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、接触部材１８に代えて接触部材２８を用いる点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　接触部材２８は、絶縁膜２２上及び膜支持部１７上に形成されている。接触部材２８は、振動膜１６と対向するように配置されている。接触部材２８は、上述の基材１９と同様の機能を有する。具体的には、空間１００に面する、接触部材２８の開口部２８ａの開口面２８Ｄの総面積を調整することにより、振動膜１６の共振を減衰させることができる。つまり、接触部材２８は、振動膜１６の変位を制御する機能を有する。さらに、接触部材２８は、振動膜１６が空間１００側に変位するときに、振動膜１６又は振動膜１６上の圧電素子１０が接触部材２８に接することで振動膜１６の変位を制御する。
　振動膜１６が接する接触部材２８の接触面２８Ａと、振動膜１６との距離は、圧電素子１０に定格電圧が印加されるときの振動膜１６の変位（以下、「最大変位」という）に基づいて設定されている。すなわち、接触部材２８の接触面２８Ａは、最大変位よりも大きな変位が生じた際に、振動膜１６又は圧電素子１０（これらの積層を振動体ともいう）が接触面２８Ａに接するように設定されている。これにより、圧電素子１０による振動膜１６の通常の変位を妨げることなく、衝撃などによって最大変位を超えるような大きな変位が振動体に生じたときに、振動膜１６又は圧電素子１０が接触面２８Ａに接することになる。
　接触面２８Ａの形状は、振動膜１６が変位したときの変位形状に基づいて形成されている。これにより、振動膜１６が接触面２８Ａに接したときに、接触面２８Ａが振動膜１６を面で接する。例えば、空間１００に配置される接触部材２８の接触面２８Ａは、上側に向かって湾曲するような半球形状を有していてもよい。接触部材２８は、例えば、シリコン（Ｓｉ）より構成されている。
　また、接触面２８Ａには、接触部材２８を貫通し、かつ、空間１００に面する開口部２８ａが設けられている。なお、接触面２８Ａは、空間１００に面する開口部２８ａの開口面２８Ｄも含む。また、振動膜１６と接触部材２８との間の空間１００において、振動膜１６の変位により空気が振動し、開口部２８ａを介してトランスデューサ１Ｅの外部へ空気が流通される。空気が空間１００内を流れる際、振動膜１６と接触部材２８の接触面２８Ａとの距離（隙間）は、振動膜１６が上下に変位できる程度であればよく、小さい方が好ましい。例えば、隙間が５～３０μｍである。隙間を小さくすることにより、空気漏れを抑制し、効率よく空気を振動させることができる。また、図１０に示すように、開口部２８ａは、端部が丸みを帯びていることが好ましい。開口部２８ａの端部が丸みを帯びることにより、当該端部における応力集中を緩和することができる。
　接触面２８Ａにおいて、空間１００に面する開口部２８ａの開口面２８Ｄの総面積が振動膜１６における空間１００と面している主面１６Ｂの全領域の総面積の５％以下、より好ましくは４％以下、さらに好ましくは３％以下（言い換えると、開口面２８Ｄを除く接触部材２８の接触面２８Ａの総面積が振動膜１６における空間１００と面している主面１６Ｂの全領域の総面積の９５％以上、より好ましくは９６％以上、さらに好ましくは９７％以上）であると、空間１００内の圧力が一定範囲内に保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１００内の圧力が徐々に大きくなり、空間１００内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１００内の空気の流れが調整される。なお、空間１００内の空気が開口部２８ａから外部に流れるため、空間１００内の圧力は、最大値を有し、その最大値は、振動膜１６の変位量及び形状、空間１００の容積等により適宜設定される。上記によって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　また、空間１００に面する開口部２８ａの開口面２８Ｄの総面積が０．９ｍｍ２以下、より好ましくは０．７ｍｍ２以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ２以下であると、空間１００内の圧力が保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１００内の圧力が徐々に大きくなり、空間１００内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１００内の空気の流れが調整される。よって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　第５の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第６の変形例＞
　図１１及び図１２を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｆの構成を説明する。図１１は、トランスデューサ１ＦのＸ方向における断面図である。図１２は、トランスデューサ１Ｆの上面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｆが前述の図３及び図４に示すトランスデューサ１Ａと異なる点は、接触部材１８に代えて接触部材２８を用いる点である。本変形例において図３及び図４に示すトランスデューサ１Ａと共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　第５の変形例に係るトランスデューサ１Ｅと同様、トランスデューサ１Ｆは、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めるように、接触部材２８と振動膜１６との間の空間１００の圧力を保持する。具体的には、空間１００に面する開口部２８ａの開口面２８Ｄの総面積が振動膜１６における空間１００と面している主面１６Ｂの全領域の総面積の５％以下、又は空間１００に面する開口部２８ａの開口面２８Ｄの総面積が０．９ｍｍ２以下の少なくとも１つを満たすことにより、接触部材２８と振動膜１６との間の空間１００の圧力を保持し、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることができる。
　第６の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第７の変形例＞
　図１３及び図１４を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｇの構成を説明する。図１３は、トランスデューサ１ＧのＸ方向における断面図である。図１４は、トランスデューサ１Ｇの上面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｇが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、基材１９に代えて複数の開口部６９ａを有する基材６９を用いる点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　基材６９において、後述の複数の開口部６９ａに関する説明以外は、基材１９又は基材３９と同様である。基材６９は、振動膜１６と対向している対向面６９Ａと、対向面６９Ａと反対側の主面６９Ｂと、を有する。また、基材６９は、対向面６９Ａにおいて膜支持部１７と接している。また、対向面６９Ａには、基材６９を貫通し、かつ、空間１０１に面する開口部６９ａが複数設けられている。なお、対向面６９Ａは、空間１０１に面する開口部６９ａの開口面６９Ｄも含む。
　対向面６９Ａにおいて、空間１０１に面する複数の開口面６９Ｄの総面積が振動膜１６における空間１０１と面している主面１６Ａの全領域の総面積の５％以下、より好ましくは４％以下、さらに好ましくは３％以下（言い換えると、開口面６９Ｄを除く基材６９の対向面６９Ａの総面積が振動膜１６における空間１０１と面している主面１６Ａの全領域の総面積の９５％以上、より好ましくは９６％以上、さらに好ましくは９７％以上）であると、空間１０１内の圧力が一定範囲内に保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１０１内の圧力が徐々に大きくなり、空間１０１内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１０１内の空気の流れが調整される。なお、空間１０１内の空気が開口部６９ａから外部に流れるため、空間１０１内の圧力は、最大値を有し、その最大値は、振動膜１６の変位量及び形状、空間１０１の容積等により適宜設定される。上記によって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　また、空間１０１に面する複数の開口面６９Ｄの総面積が０．９ｍｍ２以下、より好ましくは０．７ｍｍ２以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ２以下であると、空間１０１内の圧力が保持され、適切な空気の流れを確保することができる。具体的には、振動膜１６が、振動膜１６の上方の空間１００側への変位と振動膜１６の下方の空間１０１側への変位を交互に繰り返す際、空間１０１内の圧力が徐々に大きくなり、空間１０１内の圧力の増大により振動膜１６の共振を減衰させることができ、また、空間１０１内の空気の流れが調整される。よって、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることが可能となる。
　第７の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜第８の変形例＞
　図１５及び図１６を用いて、本変形例に係るトランスデューサ１Ｈの構成を説明する。図１５は、トランスデューサ１ＨのＸ方向における断面図である。図１６は、トランスデューサ１Ｈの膜支持部２７の領域３１におけるスリット３３の空気の流入出側から見た際の断面図である。本変形例に係るトランスデューサ１Ｈが前述の図１及び図２に示すトランスデューサ１と異なる点は、基材１９の代わりに開口部を有さない基材３９を用いる点、及びスリット３３を有する膜支持部２７を用いる点である。本変形例において図１及び図２に示すトランスデューサ１と共通する点は前述の説明を援用し、以下、異なる点について説明する。
　基材３９において、図１の基材１９の開口部１９ａに関する説明以外は、基材１９と同様である。基材３９は、振動膜１６と対向している対向面３９Ａを有する。また、基材３９は、対向面３９Ａにおいて膜支持部２７と接している。
　膜支持部２７は、膜支持部１７と同じ材料を用いることができる。つまり、膜体２５は、振動膜１６と、膜支持部２７とで構成されている。このため、膜体２５の裏面側をエッチングすることで、振動膜１６と膜支持部２７とが一体形成されている。本変形例では、膜体２５の裏面側をエッチングして空間１０１となる溝部を形成し、その後、溝部の内側面の一部をエッチングしてスリット３３を形成することで膜支持部２７を形成している。つまり、膜体２５の裏面側をエッチングして空間１０１となる溝部を形成する工程と、膜体２５の裏面側をエッチングしてスリット３３形成する工程と、をそれぞれ別工程で行っているがこれに限られず、例えば、膜体２５の裏面側をエッチングして空間１０１となる溝部を形成するのと同時にスリット３３を形成してもよい。このとき、空間１０１となる溝部の高さとスリット３３の高さは同じになる。工程数やコストの観点から、１つのフォトマスクを用いて空間１０１となる溝部及びスリット３３を同時に形成することが好ましい。
　図１６に示すように、膜支持部２７に設けられたスリット３３は櫛歯状構造である。このような構造であると、外部から異物（粉塵又は液体など）が内部の空間１０１に入り込むことを抑制することができる。また、スリット３３は、外部から異物が内部の空間１０１に入り込むことを抑制することができる構成であれば、櫛歯状構造でなくてもよく、例えば、格子状構造であってもよい。膜厚方向（Ｚ方向）から見て、スリット３３の位置と、配線２１と電極パッドが接続する絶縁膜２２の開口部の位置は、重ならないことが好ましい。超音波を使用するダイボンディングにより配線２１と電極パッドを電気的に接続する場合に、配線２１と電極パッドの接続箇所の下方に空洞としてスリット３３が存在すると、超音波がうまく作用せず、ワイヤボールのパッドへの接続が困難になる可能性があるためである。
　スリット３３は、上述の開口部１９ａと同様の機能を有する。具体的には、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めるように、スリット３３により空間１０１の圧力を保持し、振動膜１６の変位を一定範囲内に収めることができる。また、開口部１９ａを有する基材１９及びスリット３３を有する膜支持部２７の両方を備えるトランスデューサであってもよい。さらに接触部材１８に開口部１８ａを設けず、開口部１８ａの代わりに接触部材１８の側面にスリットを設けてもよい。
　第８の変形例によれば、駆動電圧による振動膜の変位に対する精度がより良好なトランスデューサを提供することができる。
＜電子機器＞
　本実施形態における電子機器について説明する。本実施形態に係る電子機器は、スピーカユニットと、スピーカユニットを収容する筐体を有する。電子機器の一例として、イヤホンが挙げられる。図１７Ａに示すイヤホン５０は、イヤーピース５１と、筐体５２と、を有する。
　図１７Ｂは、イヤホン５０からイヤーピース５１を取り外した図であり、筐体５２の形状を説明する図である。筐体５２は、有底筒状であり、筒部５２ａと、筒部５２ａと接する底部５２ｂと、を有する。筒部５２ａの一部と底部５２ｂの一部にスピーカユニットが配置されている。以下、筐体５２とスピーカユニットとの配置（スピーカユニットの実装）について説明する。
（実装例）
　図１８に示すように、スピーカユニット（トランスデューサ１）は、基材１９上に膜体１５及び接触部材１８が設けられている構成である。トランスデューサ１（基材１９、膜体１５、及び接触部材１８）の膜厚方向（図中の矢印で示す方向）に通気口（具体的には、図１８及び図１９に示す開口部１８ａ及び開口部１９ａ）が設けられている。
　図１９は、筐体５２にトランスデューサ１が実装されたイヤホンの断面図である。基材１９は筒部５２ａの一部と底部５２ｂの一部に配置され、基材１９上に膜体１５及び接触部材１８が設けられている。基材１９は開口部１９ａを有し、接触部材１８は開口部１８ａを有する。膜体１５は振動膜１６と膜支持部１７とで構成されている。底部５２ｂは、トランスデューサ１を介して筒部５２ａと隔てられており、開口部１８ａ及び開口部１９ａを介して底部５２ｂの空間と筐体５２の外部とを連通させる。本実装例のおけるトランスデューサ１は、例えば、図１及び図２に示す第１の実施形態に係るトランスデューサ１を用いることができ、開口部１８ａ、空間１００、空間１０１、及び開口部１９ａを介して底部５２ｂの空間と筐体５２の外部とが連通する。
　トランスデューサ１を介して筒部５２ａと底部５２ｂとを隔てる構造にすることにより、筒部５２ａと底部５２ｂとの間の気流が遮断される。これにより、筐体５２内に他のデバイスやバッテリーなどを搭載するスペースに活用することができ、筐体５２を小型化することができる。
（その他の実施形態）
　上述のように、いくつかの実施形態及びについて記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
　例えば、トランスデューサは、音波を送信する以外にも、音波を受信する用途に適用してもよい。また、トランスデューサは、音波に限らず、超音波の送信又は受信を行う用途に適用してもよい。
　本発明は２０２１年６月１８日出願の日本特許出願番号２０２１－１０１４３７の主題に関連し、その全開示内容を参照により本明細書に取り込む。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ　　トランスデューサ
１０、４０、６０　　圧電素子
１１、１２　　電極
１３　　圧電膜
１５、２５　　膜体
１６　　振動膜
１６Ａ、１６Ｂ、１９Ｂ、２９Ａ、４９Ｂ、５９Ｂ、６９Ｂ　　主面
１７、２７　　膜支持部
１８、２８　　接触部材
１８ａ、１９ａ、２８ａ、４９ａ、６９ａ　　開口部
１８Ａ、２８Ａ　　接触面
１９、３９、４９、５９、６９　　基材
１９Ａ、３９Ａ、４９Ａ、５９Ａ、６９Ａ　　対向面
１９Ｃ、４９Ｃ　　側壁面
１９Ｄ、２８Ｄ、４９Ｄ　　開口面
２０、２２　　絶縁膜
２１　　配線
２９　　開口部材
３３　　スリット
４９ｂ　　開口弁
５０　　イヤホン
５１　　イヤーピース
５２　　筐体
５２ａ　　筒部
５２ｂ　　底部
５９ａ　　凹部
１００、１０１　空間

Claims (16)

  1. 　膜支持部と、
    　前記膜支持部に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、
    　前記振動膜と対向している対向面を有する基材と、
    　一対の電極及び前記一対の電極に挟まれている圧電膜を備え、かつ、前記振動膜上の第１の圧電素子と、を有し、
    　前記振動膜の変位を一定範囲内に収めるように、前記基材と前記振動膜との間の空間の圧力を保持する、トランスデューサ。
  2. 　前記対向面において、前記基材を貫通し、かつ、前記空間に面する、全ての開口部の開口面の第１の総面積は、前記振動膜における前記空間と面している主面の全領域の第２の総面積の５％以下である、請求項１に記載のトランスデューサ。
  3. 　前記対向面において、前記基材を貫通し、かつ、前記空間に面する、全ての開口部の開口面の第１の総面積は、０．９ｍｍ２以下である、請求項１又は２に記載のトランスデューサ。
  4. 　前記基材は、前記開口部を有し、
    　前記対向面と反対側の前記基材の主面において、前記開口部の周囲を囲っている開口部材をさらに有する、請求項２又は３に記載のトランスデューサ。
  5. 　前記対向面の法線方向において、
    　前記対向面と、前記基材と接している主面とは反対側の前記開口部材の主面との距離は、前記第１の総面積を円の面積で換算したときの前記円の直径より長い、請求項４に記載のトランスデューサ。
  6. 　前記開口部材は、前記空間内の気圧の変化によって伸縮する、請求項４又は５に記載のトランスデューサ。
  7. 　前記開口部材は、樹脂からなる、請求項４～６のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  8. 　前記基材及び前記開口部材は、一体形成されている、請求項４～７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  9. 　前記基材は、さらに、前記対向面の法線方向における前記開口部の側壁面に連結され、かつ、突起状の開口弁を有し、
    　前記第１の総面積は、前記開口弁により変化可能である、請求項２～８のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  10. 　前記開口弁上に、さらに第２の圧電素子を有し、
    　前記第２の圧電素子は、前記開口弁を変形させて前記第１の総面積を変化させる機能を有する、請求項９に記載のトランスデューサ。
  11. 　前記対向面の法線方向において、前記対向面の全領域は、前記振動膜と重畳しており、
    　前記空間の容積は、前記振動膜の投影面積の１．１倍と、前記振動膜が前記膜厚方向に変位する変位量の１～１００倍と、の積である、請求項１～３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  12. 　前記空間の容積は、前記基材の変位により変化可能である、請求項１１に記載のトランスデューサ。
  13. 　前記基材上、かつ、前記空間内にさらに第３の圧電素子を有し、
    　前記第３の圧電素子は、前記基材を変形させて前記空間の容積を変化させる機能を有する、請求項１１又は１２に記載のトランスデューサ。
  14. 　前記基材は、前記空間内の気圧の変化によって伸縮する、請求項１～１３のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  15. 　前記基材は、樹脂からなる、請求項１～１４のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
  16. 　請求項１～１５のいずれか１項に記載のトランスデューサを備える電子機器。
PCT/JP2022/024013 2021-06-18 2022-06-15 トランスデューサ及び電子機器 WO2022265050A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280043219.2A CN117501716A (zh) 2021-06-18 2022-06-15 换能器和电子设备
DE112022003130.1T DE112022003130T5 (de) 2021-06-18 2022-06-15 Wandler und elektronische vorrichtung
JP2023530382A JPWO2022265050A1 (ja) 2021-06-18 2022-06-15
US18/536,551 US20240129673A1 (en) 2021-06-18 2023-12-12 Transducer and electronic device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021101437 2021-06-18
JP2021-101437 2021-06-18

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/536,551 Continuation US20240129673A1 (en) 2021-06-18 2023-12-12 Transducer and electronic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022265050A1 true WO2022265050A1 (ja) 2022-12-22

Family

ID=84527544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/024013 WO2022265050A1 (ja) 2021-06-18 2022-06-15 トランスデューサ及び電子機器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240129673A1 (ja)
JP (1) JPWO2022265050A1 (ja)
CN (1) CN117501716A (ja)
DE (1) DE112022003130T5 (ja)
WO (1) WO2022265050A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116996821A (zh) * 2023-09-26 2023-11-03 地球山(苏州)微电子科技有限公司 一种像素发声单元及数字扬声器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005012644A (ja) * 2003-06-20 2005-01-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピーカそれを用いたモジュールおよび電子機器
WO2020230358A1 (ja) * 2019-05-16 2020-11-19 株式会社村田製作所 圧電デバイスおよび音響トランスデューサ
JP2021044762A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 ローム株式会社 トランスデューサ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111656087A (zh) 2018-02-02 2020-09-11 日东电工株式会社 Led背光源用膜、led背光源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005012644A (ja) * 2003-06-20 2005-01-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピーカそれを用いたモジュールおよび電子機器
WO2020230358A1 (ja) * 2019-05-16 2020-11-19 株式会社村田製作所 圧電デバイスおよび音響トランスデューサ
JP2021044762A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 ローム株式会社 トランスデューサ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116996821A (zh) * 2023-09-26 2023-11-03 地球山(苏州)微电子科技有限公司 一种像素发声单元及数字扬声器
CN116996821B (zh) * 2023-09-26 2024-01-02 地球山(苏州)微电子科技有限公司 一种像素发声单元及数字扬声器

Also Published As

Publication number Publication date
DE112022003130T5 (de) 2024-04-11
JPWO2022265050A1 (ja) 2022-12-22
CN117501716A (zh) 2024-02-02
US20240129673A1 (en) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101697786B1 (ko) 마이크로폰
KR101573517B1 (ko) 압전형 마이크로 스피커
US7586241B2 (en) Electroacoustic transducer
CN1813487B (zh) 压电致动器
US9257631B2 (en) Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibration device, and portable terminal
KR101561661B1 (ko) 진동막에 부착된 질량체를 가진 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조 방법
US20090175477A1 (en) Vibration transducer
EP1032244A2 (en) Electroacoustic transducer
US20060152112A1 (en) Piezoelectric ceramic element and portable device
CN108513240B (zh) 电声转换装置
US20240129673A1 (en) Transducer and electronic device
JP2008532370A (ja) マイクロフォンダイアフラムおよびマイクロフォンダイアフラムを有するマイクロフォン
EP2884765B1 (en) Acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus
EP2592844A1 (en) Microphone unit
US9848268B2 (en) Acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus
JP4244885B2 (ja) エレクトレットコンデンサー
CN114501267B (zh) 像素发声单元及其制造方法、数字发声芯片和电子终端
JP4515348B2 (ja) 音響信号発生用圧電装置
CN116320941A (zh) 一种像素发声单元及其制造方法、数字发声芯片
JP7449661B2 (ja) トランスデューサ
JP2023055326A (ja) トランスデューサ及び電子機器
WO2021157486A1 (ja) トランスデューサ及び電子機器
US20230131845A1 (en) Mounting component, transducer, and electronic device
US20100322439A1 (en) Capacitor microphone unit and capacitor microphone
US20230051555A1 (en) Transducer and driving method thereof, and system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22825038

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023530382

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112022003130

Country of ref document: DE