特開 2023-109539 トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイ

(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】P2023109539

(43)【公開日】2023-08-08

(54)【発明の名称】トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20230801BHJP

   H04R 7/04 20060101ALI20230801BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20230801BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20230801BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00

H04R17/00 332Y

H04R17/00 330H

H04R7/04

B81B3/00

H01L41/09

H01L41/047

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011099

(22)【出願日】2022-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】内貴 崇

(72)【発明者】

【氏名】合田 賢司

【テーマコード（参考）】

3C081

5D004

5D016

5D019

【Ｆターム（参考）】

3C081AA13

3C081BA22

3C081BA43

3C081BA46

3C081BA48

3C081BA55

3C081BA72

3C081DA03

3C081DA06

3C081EA21

5D004AA01

5D004CD07

5D004DD01

5D004EE00

5D004FF01

5D004FF09

5D004GG00

5D016AA04

5D016EC21

5D019AA21

5D019BB20

5D019BB25

5D019EE02

5D019FF01

5D019HH03

(57)【要約】

【課題】スピーカとして使用するために十分な音量を発生し、発生した音波を特定の方向に集束できるようにする。
【解決手段】トランスデューサ１は、基板１０と、基板１０の主表面１１に形成されたカンチレバーによる複数の振動膜１２と、複数の振動膜１２に積層され、各振動膜１２を励振する複数の圧電素子２０とを含み、複数の振動膜１２のカンチレバーは、主表面１１上の基準点Ｏから当該カンチレバーに向かう方向に延び、カンチレバーは静止した初期状態で主表面１１より上向きに撓み、撓む大きさは振動膜１２が基準点Ｏから離れるに応じて増加する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の主表面に形成されたカンチレバーによる複数の振動膜と、
前記複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振する電圧を発生する複数の圧電素子と
を含み、
前記複数の振動膜のカンチレバーは、前記主表面上の基準点から当該カンチレバーに向かう方向、又は当該カンチレバーから前記基準点に向かう方向に延びるトランスデューサ。

【請求項2】

前記複数の振動膜のカンチレバーは、前記基準点から当該カンチレバーに向かう方向に延び、静止した初期状態で前記主表面より上向きに撓み、撓む大きさは当該振動膜が前記基準点から離れるに応じて増加する請求項１に記載のトランスデューサ。

【請求項3】

前記複数の振動膜のカンチレバーは、当該カンチレバーから前記基準点に向かう方向に延び、静止した初期状態で前記主表面より下向きに撓み、撓む大きさは当該振動膜が前記基準点から離れるに応じて増加する請求項１に記載のトランスデューサ。

【請求項4】

前記複数の圧電素子の一対の電極層には、当該振動膜を駆動するための電圧が供給される電極パッドからそれぞれ配線が接続された請求項１から３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項5】

前記配線は、前記複数の圧電素子の一対の電極層について共通となる配線を含む請求項４に記載のトランスデューサ。

【請求項6】

前記複数の振動膜は、前記主表面内で前記基準点の周りに回転対称な位置の少なくとも一部に配置された複数の振動膜を含むグループについて、少なくとも１つのグループを含む請求項５に記載のトランスデューサ。

【請求項7】

前記配線は、各グループの振動膜についてそれぞれ共通となる配線を含む請求項６に記載のトランスデューサ。

【請求項8】

前記複数の振動膜の固有振動数は、可聴域よりも高い振動数である請求項１から７のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項9】

前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、同じ形状を有する振動膜を含む請求項１から８のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項10】

前記基板は、シリコン基板で構成された請求項１から９のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項11】

スピーカとして請求項１から１０のいずれか一項に記載のトランスデューサを備える電子機器。

【請求項12】

トランスデューサアレイであって、
基板と、前記基板の主表面に形成され、前記主表面内で一つの方向に延びるカンチレバーによる複数の振動膜と、前記複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振する複数の圧電素子とを含むトランスデューサについて、複数のトランスデューサを含み、
前記複数のトランスデューサは主表面が一側を向くように２次元状に配置され、前記複数のトランスデューサのカンチレバーは、前記２次元状の配置を含む平面上の基準点から当該トランスデューサに向かう方向、又は当該トランスデューサから前記基準点に向かう方向に延びるトランスデューサアレイ。

【請求項13】

前記複数のトランスデューサの振動膜のカンチレバーは、前記基準点から当該トランスデューサに向かう方向に延び、静止した初期状態で前記主表面より上向きに撓み、撓む大きさは当該トランスデューサが前記基準点から離れるに応じて増加する請求項１２に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項14】

前記複数のトランスデューサの振動膜のカンチレバーは、当該トランスデューサから前記基準点に向かう方向に延び、静止した初期状態で前記主表面より下向きに撓み、撓む大きさは当該トランスデューサが前記基準点から離れるに応じて増加する請求項１２に記載のトランスデューサアレイ。

【請求項15】

前記トランスデューサアレイは、前記２次元状の配置を含む平面内で前記基準点の周りに回転対称な位置の少なくとも一部に配置された複数のトランスデューサを含むグループについて、少なくとも１つのグループを含む請求項１２から１４のいずれか一項に記載のトランスデューサアレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施の形態は、トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイに関する。

【背景技術】

【0002】

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。例えば、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製され、一対の電極によって圧電膜を両側から挟んだ圧電素子で振動板を駆動するタイプのトランスデューサが、音波を発生するスピーカとして提供されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１０５１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＭＥＭＳ技術を用いて作製した振動板を圧電素子で駆動するタイプのトランスデューサは、振動板のサイズが小さく、振動板の振幅も小さいため、スピーカとして用いるために十分な音量を発生することができないことがあった。また、発生する音波を特定の方向に集束させることもできないことがあった。

【0005】

本実施の形態は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した振動板を圧電体で駆動するタイプのトランスデューサであって、スピーカとして用いるにも十分な音量を発生し、発生した音波を特定の方向に集束することができるようなトランスデューサ、このようなトランスデューサを備える電子機器及びトランスデューサアレイ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】

【0006】

本実施の形態の一態様は、基板と、基板の主表面に形成されたカンチレバーによる複数の振動膜と、複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振する電圧を発生する複数の圧電素子とを含み、複数の振動膜のカンチレバーは、主表面上の基準点から当該カンチレバーに向かう方向、又は当該カンチレバーから基準点に向かう方向に延びるトランスデューサである。

【0007】

本実施の形態の一態様は、スピーカとして本実施の形態のトランスデューサを備える電子機器である。

【0008】

本実施の形態の一態様は、トランスデューサアレイであって、基板と、基板の主表面に形成され、主表面内で一つの方向に延びるカンチレバーによる複数の振動膜と、複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振するとともに、各振動膜の振動によって電圧を発生する複数の圧電素子とを含むトランスデューサについて、複数のトランスデューサを含み、複数のトランスデューサは主表面が一側を向くように２次元状に配置され、複数のトランスデューサのカンチレバーは、２次元状の配置を含む平面上の基準点から当該トランスデューサに向かう方向、又は当該トランスデューサから基準点に向かう方向に延びるトランスデューサアレイである。

【発明の効果】

【0009】

本実施の形態によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造した振動板を圧電体で駆動するタイプのトランスデューサであって、スピーカとして使用するために十分な音量を発生することができ、発生する音波を特定の方向に集束することができるようなトランスデューサを提供することができる。また、十分な音量を発生することができ、発生する音波を特定の方向に集束することができるような電子機器及びトランスデューサアレイを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施の形態のトランスデューサの平面図である。

【図2】図２は、本実施の形態のトランスデューサの断面図である。

【図3A】図３Ａは、振動膜のカンチレバーから発生した音波の進む方向を示す模式図である。

【図3B】図３Ｂは、振動膜のカンチレバーから発生した音波の進む方向を示す模式図である。

【図3C】図３Ｃは、振動膜のカンチレバーから発生した音波の進む方向を示す模式図である。

【図3D】図３Ｄは、比較例として両持ち梁の振動膜から発生した音波の進む方向を示す模式図である。

【図4】図４は、本実施の形態のトランスデューサの主表面における振動膜の配置を示す平面図である。

【図5】図５は、トランスデューサから発生した音波の進む方向を説明する断面図である。

【図6】図６は、変形例のトランスデューサの平面図である。

【図7】図７は、変形例のトランスデューサに主表面おける振動膜の配置を示す平面図である。

【図8】図８は、電子機器のブロック図である。

【図9】図９は、本実施の形態のトランスデューサアレイを構成するトランスデューサの平面図である。

【図10】図１０は、本実施の形態のトランスデューサアレイの平面図である。

【図11】図１１は、トランスデューサアレイから発生して収束する音波を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、図面を参照して、本実施の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。

【0012】

また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するために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。実施の形態は、特許請求の範囲に規定された構成に基づいて、種々の変更を加えることができる。

【0013】

（トランスデューサ）
本実施の形態のトランスデューサは、ＭＥＭＳ技術を用いて製造され、音波を発生するスピーカとして使用されることを想定している。本実施の形態のトランスデューサは、次のような構成を有している。

【0014】

本実施の形態のトランスデューサは、基板と、基板の主表面に形成されたカンチレバーによる複数の振動膜と、複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振する電圧を発生する複数の圧電素子とを含み、複数の振動膜のカンチレバーは、主表面上の基準点から当該カンチレバーに向かう方向、又は当該カンチレバーから基準点に向かう方向に延びる。振動膜のカンチレバーから発生する音波の進む方向を制御することができ、トランスデューサから発生した音波を集束させることができる。

【0015】

複数の振動膜のカンチレバーは、基準点から当該カンチレバーに向かう方向に延び、静止した初期状態で主表面より上向きに撓み、撓む大きさは当該振動膜が基準点から離れるに応じて増加してもよい。振動膜のカンチレバーから発生する音波を集束させることができる。

【0016】

複数の振動膜のカンチレバーは、当該カンチレバーから基準点に向かう方向に延び、静止した初期状態で主表面より下向きに撓み、撓む大きさは当該振動膜が基準点から離れるに応じて増加してもよい。振動膜のカンチレバーから発生する音波を集束させることができる。

【0017】

複数の圧電素子の一対の電極層には、当該振動膜を駆動するための電圧が供給される電極パッドからそれぞれ配線が接続されてもよい。複数の圧電素子は、それぞれ一対の電極層に接続された配線から供給された電圧によって駆動される。

【0018】

配線は、複数の圧電素子の一対の電極層について共通となる配線を含んでもよい。共通の配線に接続された圧電素子を同期して駆動することができる。

【0019】

複数の振動膜は、主表面内で基準点の周りに回転対称な位置の少なくとも一部に配置された複数の振動膜を含むグループについて、少なくとも１つのグループを含んでもよい。回転対称に配置された複数の振動膜によって、収束するための音波を効率的に発生することができる。

【0020】

配線は、各グループの振動膜についてそれぞれ共通となる配線を含んでもよい。各グループの振動膜を同期して駆動することができる。

【0021】

複数の振動膜の固有振動数は、可聴域よりも高い振動数であってもよい。固有振動数が可聴域の周波数範囲にないため、可聴域においては振動膜の固有振動数に由来する音質の劣化が発生しない。

【0022】

複数の振動膜は、主表面の面内において、同じ形状を有する振動膜を含んでもよい。トランスデューサの設計、製造などを容易にすることができる。

【0023】

基板は、シリコン基板で構成されてもよい。ＭＥＭＳ技術を用いてトランスデューサを
作製することができる。

【0024】

図１は、本実施の形態のトランスデューサ１を示す平面図である。図２は、本実施の形態のトランスデューサ１を示す断面図である。図２の断面図は、図１の平面図における切断線ＩＩ－ＩＩによる切断面を示している。本実施の形態のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。

【0025】

基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は平面視で略矩形状の形状を有し、この略矩形状の振動膜１２は一辺でのみ主表面１１と連結され、他の三辺は主表面１１との間にスリットが形成されて切り離されてカンチレバー、すなわち片持ち梁を形成している。

【0026】

複数の振動膜１２のカンチレバーの延びる方向、すなわち、カンチレバーの固定端から自由端に向かう方向は、主表面１１の略中央にある基準点Ｏから各振動膜１２に向かう方向とされている。複数の振動膜１２は、主表面１１において略同一のサイズの略矩形状のカンチレバーに形成されている。また、複数の振動膜１２のカンチレバーは、スピーカの音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。

【0027】

複数の振動膜１２には、下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された圧電素子２０が積層されている。圧電素子２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２を基板１０の厚さ方向に励振する。複数の振動膜１２に積層される圧電素子２０も、略矩形状のカンチレバーである複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略矩形状の形状を有している。

【0028】

図３Ａから図３Ｃは、振動膜１２のカンチレバーから発生した音波の進む方向を説明する模式図である。これら図３Ａから図３Ｃは、個別の振動膜１２のカンチレバーを模式的に描いたものである。振動膜１２のカンチレバーは、圧電素子２０に供給された電圧によって駆動され、振動膜１２のカンチレバーは基板１０の深さ方向に振動する。カンチレバーの振幅は固定端から自由端に向けて次第に大きくなり、自由端で最大になる。図中には、静止した初期状態のカンチレバーが描かれている。また、振動により上方向に最も撓んだカンチレバーと、下方向に最も撓んだカンチレバーが描かれている。なお、下方向とは基板１０の深さ方向、上方向とは基板１０の主表面１１から離れる方向をいうものとする。

【0029】

図３Ａにおいて、静止した初期状態のカンチレバーは主表面１１の面内にあり、上下方向にカンチレバーが撓む振幅は略同じである。振動膜１２のカンチレバーから発生した音波は、初期状態のカンチレバーの法線方向、すなわち、主表面１１の法線方向に進む。このような主表面１１内にあるカンチレバーの初期状態は、製造時に設定することもできるし、圧電素子２０に印加する電圧によって制御することもできる。

【0030】

図３Ｂにおいて、初期状態のカンチレバーは主表面１１から上向きに撓んでいる。カンチレバーの初期状態から上下方向への振幅は略同じである。この振動膜１２のカンチレバーから発生した音波は、初期状態で主表面１１から上向きに撓んだカンチレバーの法線方向に進み、したがって、主表面１１の法線方向から基準点Ｏに向かって傾斜した方向に進む。このような主表面内から上向きに撓んだカンチレバーの初期状態は、製造時に設定することもできるし、圧電素子２０に印加する電圧によって制御することもできる。カンチレバーの撓みの大きさも圧電素子２０に印加する電圧によって制御することができる。

【0031】

図３Ｃにおいて、初期状態のカンチレバーは主表面１１から下向きに撓んでいる。カンチレバーの初期状態から上下方向への振幅は略同じである。この振動膜１２のカンチレバーから発生した音波は、初期状態で主表面１１から下向きに撓んだカンチレバーの法線方向に進み、したがって、主表面１１の法線方向から基準点Ｏとは逆の方向、換言すると基準点Ｏから離れる方向に傾斜した方向に進む。このような主表面内から下向きに撓んだカンチレバーの初期状態は、製造時に設定することもできるし、圧電素子２０に印加する電圧によって制御することもできる。カンチレバーの撓みの大きさも圧電素子２０に印加する電圧によって制御することができる。

【0032】

図３Ｄは、比較例として両持ち梁の振動膜による音波の発生を説明する図である。両持ち梁の振動膜は、両側の固定端によって支持されている。振動膜は、静止した初期状態では固定端を含む平面内にあり、振動膜は上下方向に略同じ振幅で振動する。両持ち梁の振動膜から発生した音波は、固定端を含む平面の法線方向に進む。

【0033】

図４は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。複数の振動膜１２は、主表面１１の略中央にある基準点Ｏに隣接し、基準点Ｏを取り囲むように基準点Ｏから所定の間隔を有する周上であって基準点Ｏについて４回回転対称な位置に固定端が配置された４個の振動膜１２を有している。４個の振動膜１２のカンチレバーは、平面視で略矩形状の基板１０の縦方向又は横方向に沿って延びている。これら４個の振動膜１２を第１周の振動膜１２_１と称することにする。

【0034】

複数の振動膜１２は、基準点Ｏから第１周の振動膜１２_１のカンチレバーの固定端までの間隔よりも大きく、第１周の振動膜１２_１のカンチレバーの自由端までの間隔よりも小さい間隔を有する周上であって基準点Ｏについて４回回転対称な位置に固定端が配置された４個の振動膜１２を有している。４個の振動膜１２のカンチレバー延びる方向は、隣接する第１周の振動膜１２_１のカンチレバーの延びる方向と略４５度の角度をなしている。これら４個の振動膜１２を第２周の振動膜１２_２と称することにする。

【0035】

複数の振動膜１２は、基準点Ｏから第１周の振動膜１２_１のカンチレバーの自由端までの間隔よりも大きく、第２周の振動膜１２_２のカンチレバーの自由端までの間隔よりも小さい間隔を有する周上であって基準点Ｏについて４回回転対称な位置に固定端が配置された４個の振動膜１２を有している。４個の振動膜１２のカンチレバーは、基板１０の縦方向又は横方向に沿って延びている。４個の振動膜１２のカンチレバー延びる方向は、隣接する第２周の振動膜１２_２のカンチレバーの延びる方向と略４５度の角度をなしている。これら４個の振動膜１２を第３周の振動膜１２_３と称することにする。

【0036】

複数の振動膜１２は、基準点Ｏから第２周の振動膜１２_２のカンチレバーの自由端までの間隔よりも大きく、第３周の振動膜１２_３のカンチレバーの自由端までの間隔よりも小さい間隔を有する周上であって基準点Ｏについて１６回回転対称な位置であって、第３周の振動膜１２_３と重なる４つの方向を除いた１２の方向に固定端が配置された１２個の振動膜１２を有している。１２個の振動膜１２の内で４個の振動膜１２のカンチレバーが延びる方向は、第２周の振動膜１２_２が延びる方向と同じである。残りの８個の４個の振動膜１２のカンチレバーは第３周の振動膜１２_３と隣接し、隣接する第３周の振動膜１２_３のカンチレバーと略２２．５度の角度をなす。これら１２個の振動膜１２を第４周の振動膜１２_４と称することにする。

【0037】

平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の大部分は、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２、第３周の振動膜１２_３及び第４周の振動膜１２_４によって占められている。主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ基板１０の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、主表面１１に配置された第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２、第３周の振動膜１２_２及び第４周の振動膜１２_４のそれぞれについて振動膜１２を駆動する圧電素子２０に向けた配線が共通とされ、第１周の振動膜１２_１、第２周の振動膜１２_２、第３周の振動膜１２_３及び第４周の振動膜１２_４のそれぞれを独立に同期して駆動できるように接続されている。

【0038】

図５は、トランスデューサ１から発生した音波の進む方向を説明する断面図である。基板の１０の主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーは、主表面１１の略中央の基準点Ｏから各振動膜１２に向かう方向に延び、静止した初期状態のカンチレバーは振動膜１２が点Ｏから離れるほど主表面１１より上向きに撓んでいる。例えば、図４に示した第１周の振動膜１２_１から第４周の振動膜１２_４では、各周の初期状態の振動膜１２のカンチレバーは第１周の振動膜１２_１から第４周の振動膜１２_４に向かう順に上向きに撓む大きさが次第に増加している。

【0039】

このように、振動膜１２の初期状態のカンチレバーの主表面１１から上向きに撓む大きさは、振動膜１２が基準点Ｏから離れるほど増加する。振動膜１２のカンチレバーから発生する音波は、振動膜１２の初期状態のカンチレバーの法線方向に進み、振動膜１２が基準点Ｏから離れるほど主表面１１の基準点Ｏにおける法線に向かって傾斜した方向に進む。したがって、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーから発生した音波は、基準点Ｏにおける主表面１１の法線に向かって収束するように進む。収束の程度は、振動膜１２のカンチレバーの撓みの大きさを制御することによって調整することができる。

【0040】

本実施の形態のトランスデューサ１においては、複数の振動膜１２のカンチレバーの延びる方向は主表面１１の基準点Ｏから当該振動膜１２に向かう方向であるとしたが、これに限らず振動膜１２から基準点Ｏに向かう方向であってもよい。この場合、トランスデューサ１の複数の振動膜１２のカンチレバーから発生した音波が主表面１１の基準点Ｏにおける法線に向かって収束するように進むようにするために、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーは、振動膜１２が基準点Ｏから離れるに応じて、初期状態で主表面１１から下方向に撓む大きさが増加するようにすればよい。

【0041】

本実施の形態のトランスデューサ１においては、略同一のサイズを有する略円板状のカンチレバーの振動膜１２が、主表面１１の略中央の基準点Ｏについて回転対称な位置の少なくとも一部に配置された振動膜１２を含むグループについて、第１周の振動膜１２_１から第４周の振動膜１２_４までの４つのグループに従い配置されるようにしている。このため、主表面１１の大部分が第１周の振動膜１２_１から第４周の振動膜１２_４までの複数の振動膜１２によって占められている。このような配置により、主表面１１に複数の振動膜１２を高い密度で配置することができる。したがって、主表面１１の大部分は振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。

【0042】

本実施の形態のトランスデューサ１においては、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーの初期状態における撓みの大きさを適切に設定することにより、発生した音波を集束するようにしている。このようにトランスデューサ１から発生した音波に指向性を持たせることにより、トランスデューサ１で発生した音波を有効に利用することができる。た、本実施の形態のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。

【0043】

図６は、変形例のトランスデューサ２の平面図である。図６に示す変形例のトランスデューサ２は、図１に示した本実施の形態のトランスデューサ１とは主表面１１における振動膜１２のカンチレバーの配置が相違しているが、他は同様の構成を有している。このため、本実施の形態のトランスデューサ１と共通する構成要素については対応関係を明らかにするため同様の参照番号を附すことにする。

【0044】

変形例のトランスデューサ２において、本実施の形態のトランスデューサ１と同様に、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有する基板１０の主表面１１には、複数の振動膜１２が形成されている。複数の振動膜１２は平面視で略矩形状の形状を有し、この略矩形状の振動膜１２は一辺でのみ主表面１１と連結され、他の三辺は主表面１１との間にスリットが形成されて切り離されてカンチレバーを形成している。振動膜１２のカンチレバーの延びる方向は、主表面１１の略中央にある基準点Ｏから各振動膜１２に向かう方向とされている。複数の振動膜１２は、主表面１１において略同一のサイズの略矩形状のカンチレバーに形成されている。

【0045】

図７は、変形例のトランスデューサの主表面における振動膜の配置を示す平面図である。複数の振動膜１２は、主表面１１の略中央にある基準点Ｏに隣接し、基準点Ｏを取り囲むように基準点から所定の間隔を有する周上であって基準点Ｏについて６回回転対称な位置に固定端が配置された６個の振動膜１２を有している。６個の振動膜１２のカンチレバーの内で基準点Ｏを挟んで対向する一対のカンチレバーは、平面視で略矩形状の基板１０の縦方向に沿って延びている。これら６個の振動膜１２を第１周の振動膜１２_１と称することにする。

【0046】

複数の振動膜１２は、基準点Ｏから第１周の振動膜１２_１のカンチレバーの自由端までの間隔よりも大きい間隔を有する周上であって基準点Ｏについて１２回回転対称な位置に固定端が配置された１２個の振動膜１２を有している。１２個の振動膜１２のカンチレバーの内で周に沿って交互に配置された６個の振動膜１２のカンチレバーは、第１周の振動膜１２_１の６個のカンチレバーと同じ方向に延びている。これら１２個の振動膜１２を第２周の振動膜１２_２と称することにする。

【0047】

平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の大部分は、第１周の振動膜１２_１及び第２周の振動膜１２_２によって占められている。主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ基板１０の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、主表面１１に配置された第１周の振動膜１２_１及び第２周の振動膜１２_２のそれぞれについて振動膜１２を駆動する圧電素子２０に向けた配線が共通とされ、第１周の振動膜１２_１及び第２周の振動膜１２_２のそれぞれを独立に同期して駆動できるように接続されている。

【0048】

基板の１０の主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーは、主表面の略中央の基準点Ｏから各振動膜１２に向かう方向に延び、静止した初期状態のカンチレバーは基準点Ｏから離れるほど主表面１１から上向きに撓む大きさが増加する。図７に示した第１周の振動膜１２_１から第２周の振動膜１２_２では、初期状態の振動膜１２のカンチレバーは第１周の振動膜１２_１から第２周の振動膜１２_４に向かう順に主表面１１から上向きに撓む大きさが次第に増加している。

【0049】

振動膜１２のカンチレバーから発生する音波は、振動膜１２の初期状態のカンチレバーの法線方向に進み、振動膜１２が基準点Ｏから離れるほど主表面１１の法線方向から基準点Ｏに向かって傾斜した方向に進む。したがって、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーから発生した音波は、基準点Ｏにおける主表面１１の法線に向かって収束するように進む。収束の程度は、振動膜１２のカンチレバーの撓みの大きさを制御することによって調整することができる。

【0050】

変形例のトランスデューサ２においては、複数の振動膜１２のカンチレバーの延びる方向は主表面１１の基準点Ｏから当該振動膜１２に向かう方向であるとしたが、これに限らず振動膜１２から基準点Ｏに向かう方向であってもよい。この場合、トランスデューサ２の複数の振動膜１２のカンチレバーから発生した音波が主表面１１の基準点Ｏにおける法線に向かって収束するように進むようにするために、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーは、振動膜１２が基準点Ｏから離れるに応じて、初期状態で主表面１１から下方向に撓む大きさが増加するようにすればよい。

【0051】

変形例のトランスデューサ２においては、主表面１１にける複数の振動膜１２のカンチレバーは、本実施の形態のトランスデューサ１とは異なる配置で形成されている。このような変形例のトランスデューサ２においても、主表面１１に複数の振動膜１２を高い密度で配置することができ、トランスデューサ２はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。また、本実施の形態のトランスデューサ１と同様に、変形例のトランスデューサ２においても、発生した音波を集束させ、指向性を持たせることができる。さらにまた、変形例のトランスデューサ２も、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。

【0052】

（電子機器）
本実施の形態の電子機器は、スピーカとして本実施の形態のトランスデューサ１を備え ている。本実施の電子機器は、本実施のトランスデューサ１をスピーカとして備えること により十分な音量を発生し、発生する音波を集束することができる。

【0053】

図８は、本実施の形態の電子機器を示すブロック図である。本実施の形態の電子機器は、前述の本実施の形態のトランスデューサ１をスピーカとして備えるものであり、信号源４１から入力した音声信号に従いトランスデューサ１から一定の音質の音波を発生することができるように、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）４２、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）４３、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４４及び増幅器４５をさらに備えている。

【0054】

電子機器において、信号源４１からアナログ信号として入力した音声信号は、アナログ デジタルコンバータ４２によってデジタル信号に変換された後、デジタル信号プロセッサ ４３によって、所定の処理が施される。例えば、デジタル信号プロセッサ４３は、トランスデューサ１の周波数特性を補償したり、トランスデューサ１間の位相を制御したり、必要に応じてイコライザー、サラウンドなどの処理を施したりする。デジタル信号プロセッサ４３で処理された音声信号は、デジタルアナログコンバータ４４でアナログ信号に変換された後、増幅器４５によって増幅されてトランスデューサ１に供給される。

【0055】

本実施の形態の電子機器は、スピーカとして本実施の形態のトランスデューサ１を備えるので、スピーカが小型であるにもかかわらず十分な音量を提供することができる。また、トランスデューサ１で発生した音波を集束させ、指向性を持たせることができる。さらにまた、電子機器に備えられるトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。

【0056】

（トランスデューサアレイ）
本実施の形態のトランスデューサアレイは、基板と、基板の主表面に形成され、主表面内で一つの方向に延びるカンチレバーによる複数の振動膜と、複数の振動膜に積層され、各振動膜を励振する複数の圧電素子とを含むトランスデューサについて、複数のトランスデューサを含み、複数のトランスデューサは主表面が一側を向くように２次元状に配置され、複数のトランスデューサのカンチレバーは、２次元状の配置を含む平面上の基準点から当該トランスデューサに向かう方向、又は当該トランスデューサから基準点に向かう方向に延びる。ここで、一側とは、２次元状に配置された複数のトランスデューサを含む平面に対する一方の側をいうものとする。トランスデューサから発生する音波の進む方向を制御することができ、トランスデューサアレイから発生した音波を集束させることができる。

【0057】

複数のトランスデューサの振動膜のカンチレバーは、基準点から当該トランスデューサに向かう方向に延び、静止した初期状態で主表面より上向きに撓み、撓む大きさは当該トランスデューサが基準点から離れるに応じて増加してもよい。トランスデューサから発生する音波を集束させることができる。

【0058】

複数のトランスデューサの振動膜のカンチレバーは、当該トランスデューサから基準点に向かう方向に延び、静止した初期状態で主表面より下向きに撓み、撓む大きさは当該トランスデューサが基準点から離れるに応じて増加してもよい。トランスデューサから発生する音波を集束させることができる。

【0059】

トランスデューサアレイは、２次元状の配置を含む平面内で基準点の周りに回転対称な位置の少なくとも一部に配置された複数のトランスデューサを含むグループについて、少なくとも１つのグループを含んでもよい。回転対称に配置された複数のトランスデューサによって、収束するための音波を効率的に発生することができる。

【0060】

図９は、本実施の形態のトランスデューサアレイを構成するトランスデューサの平面図である。本実施の形態のトランスデューサアレイを構成するトランスデューサ３は、図１に示した本実施の形態のトランスデューサ１とは主表面１１における振動膜１２のカンチレバーの配置が相違しているが、他は同様の構成を有している。このため、本実施の形態のトランスデューサ１と共通する構成要素については対応関係を明らかにするため同様の参照番号を附すことにする。

【0061】

トランスデューサ３において、本実施の形態のトランスデューサ１と同様に、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有する基板１０の主表面１１には、複数の振動膜１２が形成されている。複数の振動膜１２は平面視で略矩形状の形状を有し、この略矩形状の振動膜１２は一辺でのみ主表面１１と連結され、他の三辺は主表面１１との間にスリットが形成されて切り離されてカンチレバーを形成している。複数の振動膜１２は主表面１１に縦方向に６行、横方向に４列で等間隔で配列され、複数の振動膜１２のカンチレバーは主表面１１の横方向に沿って一方向に延びている。複数の振動膜１２は、主表面１１において、略同一のサイズの略矩形状のカンチレバーに形成されている。

【0062】

平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の大部分は、縦方向に６行、横方向に４列で等間隔で配列された複数の振動膜１２によって占められている。主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２に向けた配線が共通とされ、複数の振動膜１２を駆動できるように接続されている。

【0063】

基板１０の主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーは、基板１０の横方向に沿って一方向に延びて、静止した初期状態のカンチレバーは主表面１１における振動膜１２の位置にかかわらず主表面１１から上向きの撓みが同じ大きさであるように設定されている。このようなカンチレバーの撓みは、製造時に設定することもできるし、圧電素子２０に印加する電圧によって制御してもよい。

【0064】

トランスデューサ３において、振動膜１２のカンチレバーは初期状態から上下方向に略同じ振幅で振動して音波を発生する。トランスデューサ３から発生する音波は、一方向に延びて初期状態で主表面から上向きに撓むように設定された振動膜１２のカンチレバーの法線方向である所定の方向に進む。

【0065】

図１０は、本実施の形態のトランスデューサアレイ４を示す平面図である。図１１は、本実施の形態のトランスデューサアレイ４を示す断面図である。図１１の断面図は、図１０の平面図における切断線ＸＩ－ＸＩによる切断面を示している。本実施の形態のトランスデューサアレイ４において、支持基板３０の平坦な主表面３１に、複数のトランスデューサ３が、その主表面１１が支持基板の主表面３１と平行であって、支持基板３０の主表面３１から離れる側を向くように２次元状に配置されている。

【0066】

図９に示したように、トランスデューサ３において、複数の振動膜１２のカンチレバーは平面視で略矩形状の基板１０の主表面１１に縦方向に６行、横方向に４列で等間隔で配列されているが、図１０では２行２列のカンチレバーによって複数の振動膜１２のカンチレバーを代表させて示すことにする。支持基板３０は、所定の厚さを有する略板状の形状であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。支持基板３０は、基板１０と同様にシリコン基板であってもよいし、ガラス、有機材料など他の種類の素材で構成してもよく、プリント基板であってもよい。

【0067】

支持基板３０の主表面３１に配置された複数のトランスデューサ３は、主表面３１の略中央にある基準点Ｐに隣接し、基準点Ｐを取り囲むように基準点Ｐから所定の間隔を有する周上であって基準点Ｐについて６回回転対称な位置に配置された６個のトランスデューサ３を含んでいる。ここで、トランスデューサ３の位置は、トランスデューサ３の主表面１１の重心のような主表面１１における適切な基準点であればよい。トランスデューサ３の平面視で略矩形状の基板１０の横方向の辺は、支持基板３０の主表面３１の略中央の基準点Ｐから各トランスデューサ３に向かう方向に延び、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーもこの方向に延びている。基準点Ｐを挟んで対向する一対のトランスデューサ３は、平面視で略矩形状の支持基板３０の縦方向に沿って延びている。これら６個のトランスデューサ３を第１周のトランスデューサ３_１と称することにする。

【0068】

支持基板３０の主表面３１に配置された複数のトランスデューサ３は、第１周のトランスデューサ３_１を取り囲むように配置され、基準点Ｐから所定の間隔を有する周上であって基準点Ｐについて１２回回転対称な位置に配置された１２個のトランスデューサ３を含んでいる。第１周のトランスデューサ３_１と同様に、トランスデューサ３の平面視で略矩形状の基板１０の横方向の辺は、支持基板３０の主表面３１の略中央の基準点Ｐから各トランスデューサ３に向かう方向に延び、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーもこの方向に延びている。１２個のトランスデューサ３の内で周に沿って交互に配置された６個のトランスデューサ３は、第１周のトランスデューサ３_１の６個のトランスデューサの３と平面視で略矩形状の基板１０の横方向の辺が同じ方向に延び、主表面１１に形成された複数の振動膜１２のカンチレバーも同じ方向に延びている。これら１２個のトランスデューサ３を第２周のトランスデューサ３_２と称することにする。

【0069】

支持基板３０の主表面３１に配置された複数のトランスデューサ３において、複数の振動膜１２の静止した初期状態のカンチレバーはトランスデューサ３ごとに主表面３１から上向きに撓み、トランスデューサ３の位置が支持基板３０の主表面３１の基準点Ｐから離れるほどカンチレバーが撓む大きさは増加するように構成されている。例えば、第１周のトランスデューサ３_１から第２周のトランスデューサ３_２では、振動膜１２のカンチレバーは第１周のトランスデューサ３_１から第２周のトランスデューサ３_２に向かって初期状態における撓みの大きさが次第に増加している。

【0070】

このように、各トランスデューサ３の振動膜１２の静止しているカンチレバーの主表面１１から上向きに撓む大きさは、トランスデューサ３が支持基板３０の主表面３１の基準点Ｐから離れるほど増加する。トランスデューサ３から発生する音波は、各トランスデューサ３の振動膜１２の静止しているカンチレバーの法線方向に進み、トランスデューサ３が基準点Ｐから離れるほど支持基板３０の主表面３１の法線方向から基準点Ｐに向かって傾斜した方向に進む。したがって、主表面３１に配置された複数のトランスデューサ３から発生した音波は、基準点Ｐにおける主表面３１の法線に向かって収束するように進む。収束の程度は、振動膜１２のカンチレバーの撓みの大きさを制御することによって調整することができる。

【0071】

なお、本実施の形態のトランスデューサアレイ４においては、複数のトランスデューサ３の振動膜１２のカンチレバーの延びる方向は支持基板３０の主表面３１の基準点Ｐから当該トランスデューサ３に向かう方向であるとしたが、これに限らずトランスデューサ３から基準点Ｐに向かう方向であってもよい。この場合、トランスデューサアレイ４の複数のトランスデューサ３から発生した音波が主表面１１の基準点Ｐにおける法線に向かって収束するように進むようにするために、支持基板３０の主表面３１に配置された複数のトランスデューサ３は、振動膜１２のカンチレバーが初期状態でトランスデューサ３が基準点Ｐから離れるほど主表面１１から下方向に撓む大きさが増加するようにすればよい。

【0072】

本実施の形態のトランスデューサアレイ４においては、トランスデューサ３がスピーカとして十分な音量を発生することができるため、複数のトランスデューサ３を備える本実施の形態のトランスデューサアレイ４も十分な音量を発生することができる。また、本実施の形態のトランスデューサアレイ４においては、トランスデューサ３の発生する音波を集束することにより、指向性を持たせることができる。

【符号の説明】

【0073】

１、２、３ トランスデューサ
４ トランスデューサアレイ
１０ 基板
１１ 主表面
１２ 振動膜
１４ 電極パッド
１５ 背面
１６ 凹部
２０ 圧電素子

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】