特開 2022-191816 圧電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022191816

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】圧電装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/02 20060101AFI20221221BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20221221BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20221221BHJP

   H01L 41/083 20060101ALI20221221BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20221221BHJP

   H04R 1/22 20060101ALN20221221BHJP

【ＦＩ】

H04R17/02

H01L41/09

H01L41/053

H01L41/083

B06B1/06 Z

H04R1/22 320

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021100270

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 英昭

(72)【発明者】

【氏名】山田 英雄

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 愛美

(72)【発明者】

【氏名】大原 悠希

(72)【発明者】

【氏名】情家 智也

(72)【発明者】

【氏名】川合 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】片上 崇治

(72)【発明者】

【氏名】臼井 孝英

(72)【発明者】

【氏名】掛札 尚

(72)【発明者】

【氏名】桝本 尚己

【テーマコード（参考）】

5D004

5D018

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D004AA02

5D004BB01

5D004CC10

5D004DD03

5D018BA03

5D107AA05

5D107BB08

5D107CC02

(57)【要約】

【課題】検出精度が低下することを抑制できる圧電装置を提供する。
【解決手段】圧電膜４０と電極膜５０とを含んで構成される複数の振動領域２２を備える圧電素子１と、制御部２とを備える。複数の振動領域２２は、互いの振動領域２２の間がスリット３０で分離され、電極膜５０は、圧電膜４０と接続されて圧電膜４０の電荷に応じた圧力検出信号を出力する圧力電極膜５１０と、隣合う振動領域２２の間の容量に応じた容量検出信号を出力する容量電極膜５２０と、振動領域２２における支持領域２１ａと反対側の先端部を、支持体２１ａと振動領域２２との積層方向に沿って変位させる駆動電圧が印加される駆動電極膜５３０と、を有する構成とする。そして、制御部２は、所定のタイミングにおいて、容量検出信号に基づき、容量検出信号が最大となるように、駆動電極膜５３０に印加する駆動電圧を調整する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動部（２０）を有する圧電素子（１）を備えた圧電装置であって、
支持体（１０）と、前記支持体上に配置され、圧電膜（４０）と電極膜（５０）とを含む構成とされ、前記支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、前記支持領域と繋がっていると共に前記支持領域と反対側の部分が前記支持体から浮遊している複数の振動領域（２２）とを有する前記振動部と、を含む前記圧電素子と、
所定の処理を行う制御部（２）と、を備え、
前記複数の振動領域は、互いの前記振動領域の間がスリット（３０）で分離されており、
前記電極膜は、前記圧電膜と接続されて前記圧電膜の電荷に応じた圧力検出信号を出力する圧力電極膜（５１０）と、隣合う前記振動領域の間の容量に応じた容量検出信号を出力する容量電極膜（５２０）と、前記振動領域における前記支持領域と反対側の先端部を、前記支持体と前記振動領域との積層方向に沿って変位させる駆動電圧が印加される駆動電極膜（５３０）と、を有し、
前記制御部は、所定のタイミングにおいて、前記容量検出信号に基づき、前記容量検出信号が最大となるように、前記駆動電極膜に印加する前記駆動電圧を調整する圧電装置。

【請求項2】

前記振動領域は、支持領域側の部分が第１領域（Ｒ１）とされると共に、前記支持領域と反対側の部分が第２領域（Ｒ２）とされ、
前記圧力電極膜は、前記第１領域に形成され、
前記容量電極膜および前記駆動電極膜は、前記第２領域に形成されている請求項１に記載の圧電装置。

【請求項3】

前記圧電膜は、下層圧電膜（４１）と前記下層圧電膜上に配置された上層圧電膜（４２）とを有し、
前記圧力電極膜は、前記下層圧電膜と前記上層圧電膜との間に配置された中間圧力電極膜（５１２）、前記下層圧電膜を挟んで前記中間圧力電極膜と反対側に配置された下層圧力電極膜（５１１）、および前記上層圧電膜を挟んで前記中間圧力電極膜と反対側に配置された上層圧力電極膜（５１３）を有し、
前記容量電極膜は、前記下層圧電膜と前記上層圧電膜との間に配置された中間容量電極膜（５２２）、前記下層圧電膜を挟んで前記中間容量電極膜と反対側に配置された下層容量電極膜（５２１）、および前記上層圧電膜を挟んで前記中間容量電極膜と反対側に配置された上層容量電極膜（５２３）を有し、
前記制御部は、前記スリットを挟んで隣合う前記振動領域にそれぞれ形成された、前記中間容量電極膜の容量検出信号、前記下層容量電極膜の容量検出信号、および前記上層容量電極膜の容量検出信号に基づいて前記駆動電圧を調整する請求項１または２に記載の圧電装置。

【請求項4】

前記圧電膜は、下層圧電膜（４１）と前記下層圧電膜上に配置された上層圧電膜（４２）とを有し、
前記容量電極膜は、前記スリットを挟んで隣合う前記振動領域の互いに対向する側面（２２ｃ）にそれぞれ形成された側面容量電極膜（５２４）を有し、
前記制御部は、隣合う前記振動領域の側面にそれぞれ形成された前記側面容量電極膜の容量検出信号に基づいて前記駆動電圧を調整する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧電装置。

【請求項5】

前記容量電極膜は、前記振動領域における前記支持体側と反対側の面を一面（２２ａ）とすると共に前記振動領域における前記支持体側の面を他面（２２ｂ）とすると、前記一面側の一面側容量電極膜（５２４ａ）と、他面側容量電極膜（５２４ｂ）とに分割されており、
前記制御部は、前記一面側容量電極膜の容量検出信号および前記他面側容量電極膜の容量検出信号に基づいて前記振動領域の反りの方向を判定し、判定結果に基づいて前記駆動電圧を調整する請求項４に記載の圧電装置。

【請求項6】

前記圧電膜は、下層圧電膜（４１）と前記下層圧電膜上に配置された上層圧電膜（４２）とを有し、
前記圧力電極膜は、前記下層圧電膜と前記上層圧電膜との間に配置された中間圧力電極膜（５１２）、前記下層圧電膜を挟んで前記中間圧力電極膜と反対側に配置された下層圧力電極膜（５１１）、および前記上層圧電膜を挟んで前記中間圧力電極膜と反対側に配置された上層圧力電極膜（５１３）を有し、
前記容量電極膜は、前記下層圧電膜を挟んで上層圧電膜と反対側に配置された下層容量電極膜（５２１）、前記上層圧電膜を挟んで前記下層圧電膜と反対側に配置された上層容量電極膜（５２３）、および前記スリットを挟んで隣合う前記振動領域の互いに対向する側面にそれぞれ形成された側面容量電極膜（５２４）を有し、
前記制御部は、前記下層容量電極膜の下層容量検出信号、前記上層容量電極膜の容量検出信号、および前記側面容量電極膜の側面容量検出信号に基づいて前記振動領域の反りの方向を判定し、判定結果に基づいて前記駆動電圧を調整する請求項１または２に記載の圧電装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記容量検出信号を最大に近づける所定の基準駆動電圧を記憶しており、前記駆動電圧を調整する際、前記基準駆動電圧を前記駆動電極膜に印加した後、前記容量検出信号に基づいて前記駆動電圧を調整する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動領域を有する圧電素子を備えた圧電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、振動領域を有する圧電素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この圧電素子は、支持体上に、圧電膜と、当該圧電膜と接続された電極膜とが積層された構成とされている。そして、圧電素子は、支持体に凹部が形成されており、圧電膜および電極膜の一部が支持体から浮遊した浮遊領域となっている。また、この圧電素子では、浮遊領域にスリットが形成されることにより、浮遊領域が複数の領域に分割されて振動領域が構成されている。そして、各振動領域は、支持体に片持ち支持された状態となっている。

【0003】

このような圧電素子は、以下のように製造される。すなわち、まず、支持体上に圧電膜および電極膜を形成する。次に、圧電膜にスリットを形成して振動領域構成部分を形成する。その後、支持体に凹部を形成し、振動領域構成部分を浮遊させて振動領域を構成することにより、上記圧電素子が製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許５９３６１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のような圧電素子では、圧電素子を製造する際の残留応力により、振動領域が反ってしまう可能性がある。また、圧電素子は、圧電膜と電極膜との線膨張係数が異なるため、使用環境によって反ってしまう可能性がある。そして、このように振動領域が反ってしまった場合には、隣合う振動領域の間のスリット幅が広くなるため、スリットを介して圧力が抜け易くなり、特に、低周波数での検出精度が低下し易くなる。

【0006】

本発明は上記点に鑑み、検出精度が低下することを抑制できる圧電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための請求項１は、振動部（２０）を有する圧電素子（１）を備えた圧電装置であって、支持体（１０）と、支持体上に配置され、圧電膜（４０）と電極膜（５０）とを含む構成とされ、支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、支持領域と繋がっていると共に支持領域と反対側の部分が支持体から浮遊している複数の振動領域（２２）とを有する振動部と、を含む圧電素子と、所定の処理を行う制御部（２）と、を備えている。そして、複数の振動領域は、互いの振動領域の間がスリット（３０）で分離されており、電極膜は、圧電膜と接続されて圧電膜の電荷に応じた圧力検出信号を出力する圧力電極膜（５１０）と、隣合う振動領域の間の容量に応じた容量検出信号を出力する容量電極膜（５２０）と、振動領域における支持領域と反対側の先端部を、支持体と振動領域との積層方向に沿って変位させる駆動電圧が印加される駆動電極膜（５３０）と、を有し、制御部は、所定のタイミングにおいて、容量検出信号に基づき、容量検出信号が最大となるように、駆動電極膜に印加する駆動電圧を調整する。

【0008】

これによれば、制御部は、所定のタイミングにおいて、容量検出信号に基づき、容量検出信号が最大となるように駆動電極膜に印加する駆動電圧を調整する。つまり、制御部は、所定のタイミングにおいて、振動領域の反りが低減するように駆動電極膜に印加する駆動電圧を調整する。このため、振動領域が反った状態で圧力を検出することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

【0009】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態における圧電装置の平面模式図である。

【図2A】図１中のIIA－IIA線に沿った断面図である。

【図2B】図１中のIIB－IIB線に沿った断面図である。

【図3A】中間駆動電極膜をグランド電位とし、上層駆動電極膜および下層駆動電極膜に電圧を印加していない場合の振動領域の状態を示す模式図である。

【図3B】中間駆動電極膜をグランド電位とし、上層駆動電極膜および下層駆動電極膜に正の電圧を印加した場合の振動領域の状態を示す模式図である。

【図3C】中間駆動電極膜をグランド電位とし、上層駆動電極膜および下層駆動電極膜に負の電圧を印加した場合の振動領域の状態を示す模式図である。

【図4】第２実施形態における圧電素子の断面図である。

【図5】第３実施形態における圧電素子の断面図である。

【図6】第４実施形態における圧電素子の断面図である。

【図7】振動領域が大きく反った場合の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態の圧電装置について、図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧電装置は、スマートフォンやＡＩ（artificial intelligenceの略）スピーカ等に搭載されて用いられると好適である。なお、図１は、断面図ではないが、理解をし易くするため、後述する圧力電極膜５１０、容量電極膜５２０、駆動電極膜５３０にハッチングを施してある。

【0013】

本実施形態の圧電装置は、圧電素子１と制御部２とを備えている。まず、圧電素子１の構成について説明する。

【0014】

圧電素子１は、支持体１０と、振動部２０とを備え、平面形状が矩形状とされている。支持体１０は、一面１１ａおよび他面１１ｂを有する支持基板１１と、支持基板１１の一面１１ａ上に形成された絶縁膜１２とを有している。なお、支持基板１１は、例えば、シリコン基板等で構成され、絶縁膜１２は、酸化膜等で構成されている。

【0015】

振動部２０は、支持体１０上に配置されている。そして、支持体１０には、振動部２０における内縁側を浮遊させるための凹部１０ａが形成されている。このため、振動部２０は、支持体１０上に配置された支持領域２１ａと、支持領域２１ａと繋がっていると共に凹部１０ａ上で浮遊する浮遊領域２１ｂとを有する構成となっている。なお、本実施形態の凹部１０ａは、振動部２０側の開口端の形状が平面矩形状とされている。したがって、浮遊領域２１ｂの全体は、平面矩形状とされている。

【0016】

浮遊領域２１ｂには、当該浮遊領域２１ｂを厚さ方向に貫通するスリット３０が形成されている。本実施形態のスリット３０は、浮遊領域２１ｂを４分割するように形成されている。詳しくは、スリット３０は、浮遊領域２１ｂの中心部Ｃを通り、浮遊領域２１ｂの相対する角部に向かって延設されるように、２本形成されている。言い換えると、スリット３０は、平面矩形状とされた浮遊領域２１ｂの各角部から中心部Ｃに向かって延設されると共に、中心部Ｃにて各スリット３０が交差するように形成されている。これにより、浮遊領域２１ｂは、略平面三角形状とされた４つの振動領域２２に分離されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、各振動領域２２同士の間隔（すなわち、スリット３０の幅）が１μｍ程度とされている。

【0017】

そして、各振動領域２２は、支持領域２１ａ側の端部が固定端とされ、支持領域２１ａと反対側の先端部（以下では、単に先端部ともいう）が自由端とされたカンチレバーとされている。以下では、振動領域２２における支持体１０と反対側の面を振動領域２２の一面２２ａとし、振動領域２２における支持体１０側の面を振動領域２２の他面２２ｂとして説明する。

【0018】

振動部２０は、圧電膜４０および圧電膜４０と接続される電極膜５０を有する構成とされている。具体的には、圧電膜４０は、下層圧電膜４１と、下層圧電膜４１上に積層される上層圧電膜４２とを有している。なお、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２は、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛フリーの圧電セラミックス等を用いて構成されている。

【0019】

電極膜５０は、圧電膜４０と接続されるように振動領域２２の所定箇所に形成されており、モリブデン、銅、プラチナ、白金、チタン等を用いて構成されている。本実施形態では、電極膜５０として、下層圧電膜４１の下方に形成された下層電極膜５１と、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との間に形成された中間電極膜５２と、上層圧電膜４２の上方に形成された上層電極膜５３とが形成されている。なお、下層電極膜５１と中間電極膜５２とは、下層圧電膜４１を挟んで対向するように配置されている。中間電極膜５２と上層電極膜５３とは、上層圧電膜４２を挟んで対向するように配置されている。そして、下層電極膜５１、中間電極膜５２、および上層電極膜５３は、振動領域２２の一面２２ａに対する法線方向において同様の形状とされている。以下、本実施形態における電極膜５０の配置箇所について、さらに詳しく説明する。

【0020】

まず、上記のような振動領域２２が片持ち支持されている場合、振動領域２２（すなわち、圧電膜４０）が振動した際に発生する応力は、振動領域２２が支持されている固定端側が自由端側より大きくなり易い。このため、振動領域２２は、応力が大きくなり易い第１領域Ｒ１と、応力が小さくなり易い第２領域Ｒ２とに分けられている。そして、本実施形態では、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれに電極膜５０が形成されている。なお、第１領域Ｒ１に形成される電極膜５０と第２領域Ｒ２に形成される電極膜５０とは、それぞれ異なる機能を発揮するため、互いに絶縁された状態となっている。

【0021】

第１領域Ｒ１に形成されている電極膜５０は、振動領域２２の振動を検出する圧力電極膜５１０として機能する。以下では、第１領域Ｒ１に形成されている下層電極膜５１を下層圧力電極膜５１１とし、中間電極膜５２を中間圧力電極膜５１２とし、上層電極膜５３を上層圧力電極膜５１３として説明する。そして、圧力電極膜５１０は、振動領域２２が振動することで上層圧電膜４２および下層圧電膜４１の電荷が変化するため、当該電荷の変化に応じた圧力検出信号を出力する。具体的には、下層圧力電極膜５１１、中間圧力電極膜５１２、上層圧力電極膜５１３は、特に図示しないが、支持領域２１ａに形成された配線等を介し、制御部２と接続されるための電極と接続されている。そして、本実施形態では、各振動領域２２の第１領域Ｒ１における電荷の変化を１つの圧力検出信号として出力するように、各振動領域２２におけるそれぞれの下層圧力電極膜５１１、中間圧力電極膜５１２、上層圧力電極膜５１３が電極と接続されている。

【0022】

第２領域Ｒ２には、外縁部側および内縁部側に電極膜５０が形成されている。但し、外縁部側に形成されている電極膜５０と内縁部側に形成されている電極膜５０とは絶縁されている。

【0023】

第２領域Ｒ２の外縁部側に形成されている電極膜５０は、隣合う振動領域２２の間の容量を検出する容量電極膜５２０として機能する。なお、本実施形態における隣合う振動領域２２とは、中心部Ｃを基準として、周方向に隣合う振動領域２２のことを意味している。言い換えると、本実施形態における隣合う振動領域２２とは、中心部Ｃを挟まずに隣合う振動領域２２のことを意味している。以下では、第２領域Ｒ２の外縁部に形成されている下層電極膜５１を下層容量電極膜５２１とし、中間電極膜５２を中間容量電極膜５２２とし、上層電極膜５３を上層容量電極膜５２３として説明する。

【0024】

そして、隣合う振動領域２２に形成されて対向する下層容量電極膜５２１、中間容量電極膜５２２、上層容量電極膜５２３は、隣合う振動領域２２の間の容量に応じた容量検出信号を出力する。具体的には、下層容量電極膜５２１、中間容量電極膜５２２、上層容量電極膜５２３は、振動領域２２に形成された引出配線６１および支持領域２１ａに形成された図示しない配線等を介し、制御部２と接続されるための電極と接続されている。そして、本実施形態では、各振動領域２２の間の容量が容量検出信号として出力されるように、各振動領域２２に形成された下層容量電極膜５２１、中間容量電極膜５２２、上層容量電極膜５２３が接続されている。なお、容量検出信号は、下層容量電極膜５２１の間の容量、中間容量電極膜５２２の間の容量、上層容量電極膜５２３の間の容量の合計が出力されるようになっていてもよいし、各容量がそれぞれ別に出力されるようになっていてもよい。

【0025】

また、第２領域Ｒ２の内縁部側に形成されている電極膜５０は、振動領域２２を変位させる（すなわち、駆動させる）駆動電圧が印加される駆動電極膜５３０として機能する。以下では、第２領域Ｒ２の内縁部に形成されている下層電極膜５１を下層駆動電極膜５３１とし、中間電極膜５２を中間駆動電極膜５３２とし、上層電極膜５３を上層駆動電極膜５３３として説明する。

【0026】

下層駆動電極膜５３１、中間駆動電極膜５３２、上層駆動電極膜５３３は、振動領域２２に形成された引出配線６２および支持領域２１ａに形成された図示しない配線等を介し、制御部２と接続されるための電極と接続されている。そして、各駆動電極膜５３１～５３３には、後述するように、容量検出信号に基づいて所定の駆動電圧が印加される。

【0027】

なお、本実施形態では、下層圧力電極膜５１１、下層容量電極膜５２１、および下層駆動電極膜５３１は、それぞれ下層圧電膜４１の下方に配置されており、共通の金属膜がパターニングされることで構成される。同様に、中間圧力電極膜５１２、中間容量電極膜５２２、および中間駆動電極膜５３２は、それぞれ下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との間に配置されており、共通の金属膜がパターニングされることで構成される。また、上層圧力電極膜５１３、上層容量電極膜５２３、および上層駆動電極膜５３３は、それぞれ上層圧電膜４２の上方に配置されており、共通の金属膜がパターニングされることで構成される。

【0028】

さらに、本実施形態の振動部２０は、下層圧電膜４１および下層電極膜５１が配置される下地膜７０を有している。つまり、支持体１０上には、下地膜７０を介して圧電膜４０および電極膜５０が配置されている。下地膜７０は、必ずしも必要なものではないが、下層圧電膜４１等を成膜する際の結晶成長をし易くするために備えられている。なお、本実施形態では、下地膜７０は窒化アルミニウム等で構成される。また、圧電膜４０は、厚さが１μｍ程度とされており、下地膜７０は、厚さが数十ｎｍ程度とされている。つまり、下地膜７０は、圧電膜４０に対して極めて薄くされている。

【0029】

以上が本実施形態における圧電素子１の構成である。制御部２は、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等の記憶部を備えたマイクロコンピュータ等で構成されており、圧電素子１と接続されている。そして、制御部２は、ＣＰＵがＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭからプログラムを読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。なお、ＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭには、プログラムの実行の際に用いられる各種のデータ（例えば、初期値、ルックアップテーブル、マップ等）が予め格納されている。また、ＲＯＭ等の記憶媒体は、非遷移的実体的記憶媒体である。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略であり、ＲＯＭは、Read Only Memoryの略であり、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略である。

【0030】

具体的には、制御部２は、容量電極膜５２０からの容量検出信号に基づき、振動領域２２の反りの状態を把握する。詳しくは、隣合う振動領域２２の間の容量は、隣合う振動領域２２が反っていない場合に最も各容量電極膜５２０の間隔が短くなるため、最大となる。そして、隣合う振動領域２２の間の容量は、振動領域２２が反ると各容量電極膜５２０の間隔が長くなるため、小さくなる。このため、制御部２は、容量検出信号の大きさに基づいて振動領域２２の反りの状態を把握する。

【0031】

そして、制御部２は、容量検出信号に基づき、駆動電極膜５３０に駆動電圧を印加することで圧電膜４０を変位させることにより、振動領域２２の反りを低減する低減処理を行う。以下、振動領域２２の反りを低減する方法について、図３Ａ～図３Ｃを参照しつつ説明する。なお、図３Ａ～図３Ｃでは、圧力電極膜５１０および容量電極膜５２０を省略した模式図を示している。また、図３Ａ～図３Ｃでは、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との積層方向に沿った方向をＹ軸方向とし、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２の面方向に沿った方向をＸ軸方向とする。また、以下では、Ｙ軸方向において、下層圧電膜４１から上層圧電膜４２に向かう側を正側とし、上層圧電膜４２から下層圧電膜４１に向かう側を負側とする。

【0032】

まず、図３Ａに示されるように、中間駆動電極膜５３２がグランド電位とされ、下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に駆動電圧が印加されていない場合について説明する。この場合、下層圧電膜４１における双極子Ｄ、および上層圧電膜４２における双極子Ｄは、中立状態となっている。

【0033】

そして、図３Ｂに示されるように、下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に正の駆動電圧を印加すると、上層圧電膜４２では、双極子Ｄの正極側が上層駆動電極膜５３３と反発すると共に負極側が上層駆動電極膜５３３に引き寄せられる。このため、上層圧電膜４２は、双極子Ｄが図中の矢印のようにＹ軸方向における負側に回転し、Ｘ軸方向に延びようとする。これに対し、下層圧電膜４１では、双極子Ｄの正極側が下層駆動電極膜５３１と反発すると共に負極側が下層駆動電極膜５３１に引き寄せられる。このため、下層圧電膜４１は、双極子Ｄが図中の矢印のようにＹ軸方向における正側に回転し、Ｘ軸方向に縮もうとする。したがって、振動領域２２の先端部は、Ｙ軸方向における負側に変位する。つまり、下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に正の駆動電圧を印加した場合、振動領域２２の先端部は、振動領域２２の他面２２ｂ側に変位する。

【0034】

また、図３Ｃに示されるように、下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に負の駆動電圧を印加すると、上層圧電膜４２では、双極子Ｄの正極側が上層駆動電極膜５３３に引き寄せられ、負極側が上層駆動電極膜５３３と反発する。このため、上層圧電膜４２は、双極子Ｄが図中の矢印のようにＹ軸方向における正側に回転し、Ｘ軸方向に縮もうとする。これに対し、下層圧電膜４１では、双極子Ｄの正極側が下層駆動電極膜５３１に引き寄せられると共に負極側が下層駆動電極膜５３１と反発する。このため、下層圧電膜４１は、双極子Ｄが図中の矢印のようにＹ軸方向における負側に回転し、Ｘ軸方向に延びようとする。したがって、振動領域２２の先端部は、Ｙ軸方向における正側に変位する。つまり、下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に負の駆動電圧を印加した場合、振動領域２２の先端部は、振動領域２２の一面２２ａ側に変位する。

【0035】

このため、制御部２は、容量電極膜５２０からの容量検出信号に基づいて振動領域２２が反っていると判定した場合には、駆動電極膜５３０に印加する電圧を調整して振動領域２２の反りを低減する低減処理を行う。なお、本実施形態では、４つの振動領域２２が構成されている。このため、制御部２は、各振動領域２２の反りが低減するように、各振動領域２２に対して低減処理を行う。例えば、制御部２は、まず、所定の隣合う２つの振動領域２２に対し、印加する駆動電圧を増減させることで反りを低減する低減処理を行う。次に、反りを低減する処理を行った一方の振動領域２２と、当該振動領域２２と隣合う振動領域２２であって、反りの低減処理を行っていない振動領域２２とに対し、印加する駆動電圧を増減させることで反りを低減する低減処理を行う。その後、制御部２は、残りの振動領域２２に対しても順次同様の処理を行い、全ての振動領域２２に対し、印加する駆動電圧を増減させることで反りを低減する低減処理を行う。

【0036】

また、制御部２が低減処理を行う場合には、記憶部等に基準駆動電圧を記憶させると共に基準駆動電圧を最初に印加するようにし、その後に印加する駆動電圧を微調整するようにしてもよい。基準駆動電圧は、例えば、圧電素子１が製造された際の残留応力等での反りを最小にする駆動電圧とされる。言い換えると、基準駆動電圧は、例えば、圧電素子１が製造された直後の容量検出信号が最大となる駆動電圧とされる。これによれば、低減処理に関する時間を短くできると共に、制御部２側のプログラムを簡素化できる。

【0037】

なお、基準駆動電圧は、次のように設定してもよい。まず、隣合う振動領域２２における一方の容量電極膜５２０に正電圧を印加すると共に他方の容量電極膜５２０に負電圧を印加する。これにより、隣合う振動領域２２の間に静電引力が発生し、振動領域２２が反っている場合には、振動領域２２が変位して反りが低減する。そして、振動領域２２が変位した場合には、駆動電極膜５３０から当該変位に基づく調整信号が出力される。また、振動領域２２が反っていない場合には、隣合う振動領域２２の容量電極膜５２０に印加する電圧を大きくしても調整信号が変化しない。このため、隣合う容量電極膜５２０に印加する電圧の大きさを調整し、調整信号が変化しなくなった際の電圧に基づいて基準駆動電圧を設定するようにしてもよい。

【0038】

さらに、基準駆動電圧は、後述するように低減処理を定期的に行う場合、振動領域２２の低減処理を行う毎に更新されるようにしてもよく、前回の低減処理で設定した駆動電圧を基準駆動電圧とするようにしてもよい。これによれば、振動領域２２における経時的な反りに対しても、基準駆動電圧を設定することによる効果を得ることができる。

【0039】

以上が本実施形態における圧電装置の構成である。次に、上記圧電装置における作動について説明する。

【0040】

まず、制御部２は、音圧等の圧力を検出する前の所定のタイミングにおいて、上記のように振動領域２２の低減処理を行う。なお、この処理は、例えば、圧電装置が工場等で生産された際に行われる。また、この処理は、例えば、圧電装置が搭載される機器がオフ状態からオン状態にされた直後や所定期間毎等、定期的に行われる。

【0041】

そして、圧電装置は、振動領域２２の反りが低減された状態において、振動領域２２に印加される圧力（例えば、音圧）の検出を行う。具体的には、振動領域２２に圧力が印加されると、振動領域２２が振動する。そして、下層圧電膜４１および上層圧電膜４２には、振動領域２２の変位に応じた応力に基づく電荷が発生する。このため、圧電装置は、圧力電極膜５１０からの圧力検出信号に基づき、振動領域２２に印加されている圧力を検出する。この際、振動領域２２の反りが低減されているため、検出精度が低下することを抑制できる。

【0042】

以上説明した本実施形態によれば、制御部２は、容量検出信号に基づき、振動領域２２の反りを低減する低減処理を行う。このため、振動領域２２が反った状態で圧力を検出することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。また、このように振動領域２２の反りを低減するため、制御部２が低減処理を定期的に行うことにより、振動領域２２の経時的な反りを抑制することもできる。

【0043】

（１）本実施形態では、圧力電極膜５１０、容量電極膜５２０、および駆動電極膜５３０は、それぞれ圧電膜４０に対して同様に配置されている。すなわち、下層圧力電極膜５１１、下層容量電極膜５２１、および下層駆動電極膜５３１は、それぞれ下層圧電膜４１の下方に配置されている。中間圧力電極膜５１２、中間容量電極膜５２２、および中間駆動電極膜５３２は、それぞれ下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との間に配置されている。上層圧力電極膜５１３、上層容量電極膜５２３、および上層駆動電極膜５３３は、それぞれ上層圧電膜４２の上方に配置されている。このため、下層圧力電極膜５１１、下層容量電極膜５２１、および下層駆動電極膜５３１を配置する際には、金属膜を配置した後に当該金属膜をパターニングすることにより、下層圧力電極膜５１１、下層容量電極膜５２１、および下層駆動電極膜５３１を同時に配置できる。同様に、中間圧力電極膜５１２、中間容量電極膜５２２、および中間駆動電極膜５３２を配置する際には、金属膜を配置した後に当該金属膜をパターニングすることにより、中間圧力電極膜５１２、中間容量電極膜５２２、および中間駆動電極膜５３２を同時に配置できる。上層圧力電極膜５１３、上層容量電極膜５２３、および上層駆動電極膜５３３を配置する際には、金属膜を配置した後に当該金属膜をパターニングすることにより、上層圧力電極膜５１３、上層容量電極膜５２３、および上層駆動電極膜５３３を同時に配置できる。したがって、圧電素子１を製造する際の工程の簡略化を図ることができる。

【0044】

（２）本実施形態では、制御部２が振動領域２２の反りに関する低減処理を行う際、基準駆動電圧を用いることにより、低減処理に関する時間を短くできると共に、制御部２側のプログラムを簡素化できる。

【0045】

（３）本実施形態では、容量検出信号に基づき、制御部２が振動領域２２の反りに関する低減処理を行う。このため、例えば、振動領域２２を形成する際に圧電膜４０や電極膜５０等の厚さを調整して振動領域２２の反りを低減しようとする場合と比較して、製造工程の簡略化を図ることができ、歩留まりが低下することも抑制できる。

【0046】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、容量電極膜５２０の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0047】

本実施形態の圧電素子１では、図４に示されるように、振動領域２２におけるスリット３０から露出する面を側面２２ｃとすると、振動領域２２の第２領域Ｒ２における各側面２２ｃに、容量電極膜５２０としての側面容量電極膜５２４が形成されている。なお、本実施形態では、下層圧電膜４１の下方、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との間、および上層圧電膜４２の上方に容量電極膜５２０が形成されていない。また、図４は、図１中のIIB－IIB線に沿った断面図に相当している。

【0048】

そして、本実施形態の制御部２は、隣合う振動領域２２における側面容量電極膜５２４の間の容量に応じた容量検出信号に基づき、振動領域２２の反りを低減する低減処理を行う。

【0049】

以上説明した本実施形態によれば、容量検出信号に基づいて振動領域２２の反りを低減するため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0050】

（１）本実施形態では、容量電極膜５２０が振動領域２２の第２領域Ｒ２における各側面２２ｃに形成されている。このため、隣合う振動領域２２における対向する容量電極膜５２０の面積を大きくし易くなり、対向する容量電極膜５２０の間の容量を大きくできる。したがって、信号とノイズとの比であるＳＮ比を大きくでき、ノイズの影響を小さくできる。

【0051】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対し、容量電極膜５２０の構成を変更したものである。その他に関しては、第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0052】

本実施形態の圧電素子１では、図５に示されるように、側面容量電極膜５２４は、振動領域２２の一面２２ａ側に位置する一面側容量電極膜５２４ａと、振動領域２２の他面２２ｂ側に位置する他面側容量電極膜５２４ｂとに分割されている。そして、圧電素子１は、隣合う振動領域２２に形成された一面側容量電極膜５２４ａの間の容量に応じた第１容量検出信号を出力すると共に、隣合う振動領域２２に形成された他面側容量電極膜５２４ｂの間の容量に応じた第２容量検出信号を出力する。

【0053】

なお、図５は、図１中のIIB－IIB線に沿った断面図に相当している。また、特に限定されるものではないが、本実施形態では、一面側容量電極膜５２４ａと他面側容量電極膜５２４ｂとは、下層圧電膜４１と上層圧電膜４２との境界で分割されている。

【0054】

制御部２は、第１容量検出信号および第２容量検出信号に基づき、振動領域２２の反りの方向を判定して駆動電極膜５３０に印加する駆動電圧を調整する。具体的には、振動領域２２が一面２２ａ側に反った場合、隣合う振動領域２２における対向する一面側容量電極膜５２４ａの間隔は、対向する他面側容量電極膜５２４ｂの間隔よりも長くなる。このため、第１容量検出信号は第２容量検出信号より小さくなる。これに対し、振動領域２２が他面２２ｂ側に反った場合、隣合う振動領域２２における対向する一面側容量電極膜５２４ａの間隔は、対向する他面側容量電極膜５２４ｂの間隔よりも短くなる。このため、第１容量検出信号は第２容量検出信号よりも大きくなる。

【0055】

したがって、制御部２は、第１容量検出信号および第２容量検出信号に基づいて振動領域２２の反っている方向を判定し、判定結果に基づいて駆動電極膜５３０に印加する駆動電圧を調整する。具体的には、制御部２は、第１容量検出信号が第２容量検出信号より小さい場合には、振動領域２２の先端部が一面２２ａ側に反っていると判定する。そして、制御部２は、上記図３Ｂを参照して説明したように、上層駆動電極膜５３３および下層駆動電極膜５３１に正の駆動電圧を印加することにより、振動領域２２の先端部を他面２２ｂ側に変位させる。また、制御部２は、第１容量検出信号が第２容量検出信号より大きい場合には、振動領域２２の先端部が他面２２ｂ側に反っていると判定する。そして、制御部２は、上記図３Ｃを参照して説明したように、上層駆動電極膜５３３および下層駆動電極膜５３１に負の駆動電圧を印加することにより、振動領域２２の先端部を一面２２ａ側に変位させる。

【0056】

以上説明した本実施形態によれば、容量検出信号に基づいて振動領域２２の反りを低減するため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0057】

（１）本実施形態では、制御部２は、振動領域２２が反っている方向を判定し、判定結果に基づいて下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に印加する駆動電圧を調整する。このため、反りの低減処理に関する時間を短くできる。

【0058】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に、第１実施形態の下層容量電極膜５２１および上層容量電極膜５２３を組み合わせたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0059】

本実施形態の圧電素子１は、第２実施形態に、第１実施形態の下層容量電極膜５２１および上層容量電極膜５２３を組み合わせたものである。具体的には、容量電極膜５２０は、図６に示されるように、下層容量電極膜５２１、上層容量電極膜５２３、および側面容量電極膜５２４を有する構成とされている。そして、圧電素子１は、隣合う振動領域２２に形成された側面容量電極膜５２４の間の容量に関する側面側容量検出信号を出力する。圧電素子１は、隣合う振動領域２２に形成された上層容量電極膜５２３の間の容量に関する上層側容量検出信号を出力する。圧電素子１は、隣合う振動領域２２に形成された下層容量電極膜５２１の間の容量に関する下層容量検出信号を出力する。なお、図６は、図１中のIIB－IIB線に沿った断面図に相当している。また、本実施形態では、中間容量電極膜５２２が形成されていない。

【0060】

制御部２は、側面側容量検出信号、上層容量検出信号、および下層容量検出信号に基づき、振動領域２２の反りの方向を判定して駆動電極膜５３０に印加する駆動電圧を調整する。

【0061】

具体的には、図７に示されるように、振動領域２２が大きく反った場合には、側面容量電極膜５２４の対向する面積が小さくなることにより、側面容量電極膜５２４の間の容量が小さくなる。この場合、図７の例では、振動領域２２が一面２２ａ側に大きく反っているため、下層容量電極膜５２１の対向する面積が大きくなることで下層容量検出信号が大きくなる。これに対し、特に図示しないが、振動領域２２が他面２２ｂ側に大きく反った場合には、上層容量電極膜５２３の対向する面積が大きくなることで上層容量検出信号が大きくなる。

【0062】

したがって、制御部２は、側面容量検出信号、上層容量検出信号、および下層容量検出信号に基づいて振動領域２２の反っている方向を判定し、判定結果に基づいて駆動電極膜５３０に印加する駆動電圧を調整する。具体的には、制御部２は、上記第３実施形態と同様に、振動領域２２の先端部が一面２２ａ側に反っていると判定した場合には、上層駆動電極膜５３３および下層駆動電極膜５３１に正の駆動電圧を印加することにより、振動領域２２の先端部を他面２２ｂ側に変位させる。また、制御部２は、振動領域２２の先端部が他面２２ｂ側に反っていると判定した場合には、上層駆動電極膜５３３および下層駆動電極膜５３１に負の駆動電圧を印加することにより、振動領域２２の先端部を一面２２ａ側に変位させる。

【0063】

以上説明した本実施形態によれば、容量検出信号に基づいて振動領域２２の反りを低減するため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0064】

（１）本実施形態では、制御部２は、振動領域２２が反っている方向を判定し、判定結果に基づいて下層駆動電極膜５３１および上層駆動電極膜５３３に印加する駆動電圧を調整する。このため、上記第３実施形態と同様に、反りの低減処理に関する時間を短くできる。

【0065】

（２）本実施形態では、側面容量電極膜５２４に加え、下層容量電極膜５２１および上層容量電極膜５２３も形成されている。このため、振動領域２２が大きく反ることで側面容量検出信号が小さくなる場合においても、好適に振動領域２２の反りを低減できる。

【0066】

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0067】

例えば、上記各実施形態において、浮遊領域２１ｂは、平面形状が矩形状ではなく、五角形状、六角形状、八角形状等の多角形状とされていてもよい。また、浮遊領域２１ｂに形成される振動領域２２の数は適宜変更可能である。さらに、圧電素子１は、平面形状が矩形状ではなく、五角形状や六角形状等の多角形状とされていてもよい。

【0068】

さらに、上記各実施形態において、圧力電極膜５１０、容量電極膜５２０、駆動電極膜５３０の形成される位置は適宜変更可能である。例えば、圧力電極膜５１０は、第２領域Ｒ２に形成されていてもよいし、容量電極膜５２０および駆動電極膜５３０は、第１領域Ｒ１に形成されていてもよい。また、容量電極膜５２０は、各振動領域２２における自由端側に形成されていてもよい。この場合、制御部２は、浮遊領域２１ｂにおける中心部Ｃを挟んで隣合う各振動領域２２の間の容量検出信号に基づいて振動領域２２の反りを低減する低減処理を行うようにしてもよい。

【0069】

そして、上記各実施形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。例えば、上記第３実施形態を上記第４実施形態に組み合わせ、側面容量電極膜５２４は、一面側容量電極膜５２４ａと他面側容量電極膜５２４ｂとを有する構成としてもよい。

【0070】

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１ 圧電素子
２ 制御部
１０ 支持体
２１ａ 支持領域
２２ 振動領域
３０ スリット
４０ 圧電膜
５０ 電極膜
５１０ 圧力電極膜
５２０ 容量電極膜
５３０ 駆動電極膜

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】