特開 2023-74487 湾曲した輪郭を有するカンチレバーアームを備えたＭＥＭＳ音響トランスデューサ

(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】P2023074487

(43)【公開日】2023-05-29

(54)【発明の名称】湾曲した輪郭を有するカンチレバーアームを備えたＭＥＭＳ音響トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20230522BHJP

   H04R 1/20 20060101ALI20230522BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00

H04R1/20 330

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022181731

(22)【出願日】2022-11-14

(31)【優先権主張番号】10 2021 130 035.5

(32)【優先日】2021-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】518063492

【氏名又は名称】ユーサウンド ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＵＳＯＵＮＤ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｋｒａｔｋｙｓｔｒａｓｓｅ ２， ８０２０ Ｇｒａｚ （ＡＴ）

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア ルスコーニ クレリチ ベルトラミ

(72)【発明者】

【氏名】フェルッチオ ボトーニ

(72)【発明者】

【氏名】クリスチャン ノボトニー

(72)【発明者】

【氏名】サム ホーヴァス

【テーマコード（参考）】

5D004

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D004CD08

5D004DD01

5D004DD03

5D019AA09

5D019AA21

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＭＥＭＳ音響トランスデューサの性能を高め、製造コストならびに製造スクラップを低減させるＭＥＭＳ音響トランスデューサを提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、キャビティ３の境界を少なくとも部分的に定めるキャビティ壁４ａ・・・を有する支持部２と、少なくとも１つのカンチレバーアーム５・・・と、を備える。カンチレバーアーム５・・・は、支持部２に固定された基部９と、キャビティ壁４ａ・・・を越えて突出する可撓性の振れ部１０と、を有する。振れ部１０は、キャビティ壁４ａ・・・に面した基端１１と、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の往復動軸Ｈの方向において、支持部２に関して振れることができる自由端１２と、を有する。振れ部１０の基端１１は、音響トランスデューサにおいて、湾曲した第１の輪郭２７を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波を生成および／または検出するためのＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）であって、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）のキャビティ（３）の境界を少なくとも部分的に定めるキャビティ壁（４）を有する支持部（２）と、
少なくとも１つのカンチレバーアーム（５、６、７、８）と、を備え、
前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）は、前記支持部（２）に固定された基部（９）と、
前記キャビティ壁（４）を越えて突出する可撓性の振れ部（１０）とを有し、
前記振れ部（１０）は、前記キャビティ壁（４）に面した基端（１１）と、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）の往復動軸（Ｈ）の方向において、前記支持部（２）に関して振れることができる自由端（１２）とを有し、
前記振れ部（１０）の前記基端（１１）は、音響トランスデューサの上面図において、湾曲した第１の輪郭（２７）を有することを特徴とする、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項2】

前記キャビティ壁（４）は、前記音響トランスデューサの上面図において、特に、前記振れ部（１０）の領域に、および／または、前記振れ部（１０）に隣接して、前記振れ部（１０）の前記第１の輪郭（２７）に対応する湾曲した第２の輪郭（２８）を有し、
好ましくは、前記第１の輪郭（２７）は、凸状に湾曲し、前記第２の輪郭（２８）は、凹状に湾曲することを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項3】

前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）は、多層設計を有し、少なくとも１つの支持層（１３）と、１つの特に圧電性のトランスデューサ層（１４）とを有し、
前記支持層（１３）は、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の長手方向に、前記基部（９）および前記振れ部（１０）の特に全体にわたって好ましくは延びる、および／または、
前記トランスデューサ層（１４）は、好ましくは、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の前記長手方向に、前記基部（９）および／または前記振れ部（１０）の特に一部のみにわたって延びる、および／または、前記振れ部（１０）から前記基部（９）へと延びることを特徴とする、請求項１または２に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項4】

前記振れ部（１０）、特に前記支持層（１３）および／または前記トランスデューサ層（１４）は、いずれの場合においても、前記自由端（１２）の方向に一点に集まる２つの長手方向側部（１８、１９、２０、２１）と、１つの横方向側部（２２、２３）とを有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項5】

前記音響トランスデューサの上面図において、前記トランスデューサ層（１４）の前記長手方向側部（２０、２１）は、前記支持層（１３）の前記長手方向側部（１８、１９）から間隔を置いて配置されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項6】

前記音響トランスデューサの上面図において、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の前記第１の輪郭（２７）、および／または、前記キャビティ壁（４）の前記第２の輪郭（２８）は、互いに異なる湾曲（３０、３２）を有する複数の湾曲部分（２９、３１）を有し、
好ましくは、前記第１の輪郭（２７）および／または前記第２の輪郭（２８）は、第１の湾曲（３０）を有する第１の湾曲部分（２９）を有する、および／または、第２の湾曲（３２）を有する少なくとも１つの第２の湾曲部分（３１）を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項7】

前記第１および／または前記第２の湾曲（３０、３２）は、円セグメント（３３、３７）として形成される、および／または、
前記第１の湾曲（３０）の半径は、前記第２の湾曲（３２）の半径より大きいことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項8】

前記音響トランスデューサの上面図において、前記第１の湾曲（３０）の第１の円の中心（３５）は、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の長手方向中心軸（３６）上にある、および／または、前記自由端（１２）よりさらに、前記基端（１１）から離れていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項9】

前記音響トランスデューサの上面図において、前記第２の湾曲（３２）の第２の円の中心（３９）は、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の縦中心軸（４０）上にある、および／または、前記基端（１１）と前記自由端（１２）との間にあることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項10】

前記音響トランスデューサの上面図において、および／または、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）の横方向において、前記第１の湾曲部分（２９）は、２つの前記第２の湾曲部分（３１）の間に配置されることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項11】

前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）は、複数の、特に４つのカンチレバーアーム（５、６、７、８）を有し、
前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）は、好ましくは、それらの前記自由端（１２）が、前記音響トランスデューサの上面図において、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）の中心（４２）に配置されるよう、互いに関して配置されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項12】

２つの隣接する前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）は、分離溝（４３）によって互いに分離され、
前記分離溝（４３）は、前記音響トランスデューサの上面図において、前記２つのカンチレバーアーム（５、６、７、８）の前記自由端（１２）から前記キャビティ壁（４）の方向に延びる、および／または、前記キャビティ壁（４）に面した前記分離溝（４３）の溝端部（４４）は、前記キャビティ壁（４）から間隔を置いて配置されるので、前記２つの隣接するカンチレバーアーム（５、６、７、８）の前記支持層（１３）は、この領域で接続されていることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項13】

前記分離溝（４３）は、前記溝端部（４４）に、溝の横方向に延びる、および／または、湾曲する逃がし溝（４６）を有することを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項14】

前記音響トランスデューサの上面図において、前記自由端（１２）は、矩形の先端（５０）として形成される、および／または、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）の前記中心（４２）における複数の前記分離溝（４３）は、前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）の前記自由端（１２）を互いに隔てる文字Ｈの形をした分離溝領域を形成する、ことを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【請求項15】

音波を生成および／または検出するための、特に請求項１～１４のいずれか一項に記載されたＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）であって、
前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）のキャビティ（３）の境界を少なくとも部分的に定めるキャビティ壁（４）を有する支持部（２）と、
少なくとも１つのカンチレバーアーム（５、６、７、８）と、を備え、
前記カンチレバーアーム（５、６、７、８）は、前記支持部（２）に固定された基部（９）と、
前記キャビティ壁（４）を越えて突出する可撓性の振れ部（１０）とを有し、
前記振れ部（１０）は、前記キャビティ壁（４）に面した基端（１１）と、前記ＭＥＭＳ音響トランスデューサ（１）の往復動軸（Ｈ）の方向において、前記支持部（２）に関して振れることができる自由端（１２）とを有し、
前記振れ部（１０）の前記自由端（１２）は、音響トランスデューサの上面図において、２つの隅部（４７、４８）を有することを特徴とする、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音波を生成および／または検出するためのＭＥＭＳ音響トランスデューサに関する。ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサのキャビティの境界を少なくとも部分的に定めるキャビティ壁を有する支持部と、該支持部に固定された基部、および、キャビティ壁を越えて突出する可撓性の振れ部を有する少なくとも１つのカンチレバーアームと、を備える。振れ部は、キャビティ壁に面した基端と、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの往復動軸の方向において支持部に対して振れることができる自由端とを有する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、基板と、少なくとも３つの隣接した先細りのトランスデューサ梁とを有するＭＥＭＳ音響トランスデューサを開示している。各梁は、圧電層と電極層とを交互に有し、圧電層は、受けた圧力を電圧に変換する。各梁は、梁基端部と、梁先端部と、梁基端部と梁先端部との間に配置される梁本体部とを有する。各梁は、梁基端部から梁先端部に向けて先細りしている。各梁は、梁基端部に沿って基板に結合されるが、梁本体部に沿って基板に結合されていない。梁は、梁先端部のそれぞれが実質的に一点に集まるよう配置されている。このようなＭＥＭＳ音響トランスデューサの欠点は、局所的な荷重のピークがトランスデューサ梁またはカンチレバーアームで起き、それによってカンチレバーアーム、すなわち、特に圧電トランスデューサ層を高出力で破壊してしまう可能性があるということである。結果として、荷重のピークを許容レベルに保つために、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの製造においては、非常に厳密な製造公差が維持されなければならない。その結果、製造コストが高くなるだけでなく、製造スクラップも増大する。さらに、これまで知られているＭＥＭＳ音響トランスデューサは、局所的な荷重ピークのせいで、低出力レベルでしか動作できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２ ６９２ １５３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明によって取り組まれる課題は、従来技術で知られる欠点を取り除くことであり、特に、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの性能を高める、および／または、製造コストならびに製造スクラップを低減させることである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

課題は、独立請求項に記載された特徴を有するＭＥＭＳ音響トランスデューサによって解決される。

【0006】

音波を生成および／または検出するためのＭＥＭＳ音響トランスデューサが提供される。ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、可聴波長スペクトルにおける音波を生成および／または検出するよう設計され得る。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、好ましくは、ツィーターとして設計される、および／または、オーディオシステムとして設けられる。さらに、または、あるいは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、超音波領域における音波を生成および／または検出するよう設計され得る。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、好ましくは、超音波センサ、および／または、超音波送信器である。さらに、または、あるいは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、オーディオ情報に好ましくはエンコードされた、特に２値のデータを送信および／または受信するよう設計され得る。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、好ましくは、データ送信装置と一体化した部分である。

【0007】

ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサのキャビティの境界を少なくとも部分的に定める少なくとも１つのキャビティ壁を含む支持部を有する。さらに、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは、支持部に固定された基部と、キャビティ壁を越えて突出する可撓性の振れ部とを含む少なくとも１つのカンチレバーアームを有する。用語「カンチレバーアーム」は、固定された端部と自由に振れる端部とを有する梁形状の構成要素を意味すると理解されたい。振れ部は、キャビティ壁に面した基端と、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの往復動軸の方向において、支持部に対して振れることができる自由端とを有する。音響トランスデューサの上面図において、振れ部の基端は、湾曲した第１の輪郭を有する。

【0008】

湾曲した第１の輪郭は、振れ部、つまり、特に基端の領域で荷重が均等に分散されるという効果をもたらす。これによって、局所的な荷重のピークによるカンチレバーアームの損傷を防ぐことができる。カンチレバーアームの横方向における荷重の均等な分散により、カンチレバーアームは、全体としてより大きい力を吸収することができる。結果として、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの性能は、湾曲した第１の輪郭によって高められ得る。さらに、湾曲した第１の輪郭は、カンチレバーアームの中心と隅部の領域との間の構造差を縮小し、このことにより、ＭＥＭＳ音響トランスデューサのさらに安定した動作が保証される。湾曲した第１の輪郭の別の利点は、カンチレバーアーム、特にその自由端が往復動軸に沿ってより鮮明な往復動作をするということである。有利には、このことは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの製造公差を拡大することができる。したがって、例えば、支持部および／または他のカンチレバーアームに対するカンチレバーアームの許容される調整誤差をより大きくできる。製造精度への要求が引き下げられることにより、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの製造コストを低減することができる。

【0009】

音響トランスデューサの上面図における振れ部の基端が湾曲した第１の輪郭を有しているという上記特徴に加えて、または、上記特徴の他に、音響トランスデューサの上面図における振れ部の自由端は、２つの隅部を有し、それらは、自由端の横方向において好ましくは互いに距離を置いて配置される。さらに、カンチレバーアーム、特に、その自由端の横方向において、自由端の２つの隅部が端側を介して互いに接続されれば有利である。有利には、カンチレバーアームのその自由端の領域における性能が結果として向上し得る。

【0010】

キャビティ壁が、音響トランスデューサの上面図において、特に、振れ部の領域に、および／または、振れ部と隣接して、振れ部の第１の輪郭に対応する湾曲した第２の輪郭を有すると有利である。好ましくは、キャビティ壁の湾曲した第２の輪郭は、振れ部の第１の輪郭の湾曲形状を規定する。

【0011】

第１の輪郭がプラス形状を有し、第２の輪郭が対応するマイナス形状を有すると有利である。

【0012】

また、第１の輪郭が凸状であり、第２の輪郭が凹状に湾曲していると有利である。これによって、カンチレバーアームの振れ部において非常に良好な荷重分散が保証される。さらに、第２の輪郭の凹状湾曲によって、キャビティの容積を増大させることができる。

【0013】

本発明の有利な改良された実施形態では、湾曲した第１の輪郭が、特に勾配を変えられる曲線として、および／または、折れ線として形成されていると有利である。用語「曲線」とは、滑らかな、すなわち、ねじれや段のない湾曲した輪郭であると理解されたい。用語「折れ線」とは、まっすぐな接続線によって互いに接続された複数の点によって形成された輪郭であると理解されたい。まっすぐな接続線は、それぞれ隣接する接続線に対する角度を有し、したがって「より粗い格子」では、第１の湾曲した輪郭の理想的な曲線に従うようになる。折れ線は、段を有する、および／または、不連続な曲線であるかもしれない。

【0014】

少なくとも振れ部がその全長にわたり可撓性および／または弾性であると有利である。その結果、カンチレバーアームは、支持部に固定されていない振れ部の全長にわたって均等に曲がるようになる。さらに、または、あるいは、音響トランスデューサの上面図において、少なくとも振れ部が基端から自由端の方向に、特に、台形または三角形に先細りしていれば有利である。

【0015】

また、音響トランスデューサの上面図において自由端が矩形の先端として形成され、矩形の先端の両側が好ましくはまっすぐまたは湾曲していれば有利である。用語「矩形の先端」とは、自由端の先端が矩形を有することを意味すると理解されたい。２つの隅部および自由端の端側がこの矩形の自由な側となる。有利には、２つの隅部を有する自由端は、構造的に単純に形成され得る。

【0016】

カンチレバーアームは、特に、往復動軸の方向に多層設計を有し、少なくとも１つの、特に可撓性の支持層と、１つの、特に可撓性および／または圧電性のトランスデューサ層とを備える。また、カンチレバーアームが少なくとも１つの電極層を有していると有利である。好ましくは、断面図において、２つの電極層の間に少なくとも１つの圧電層が挟まれている。カンチレバーアームの長手方向において、支持層が、基部および振れ部にわたって、特に完全にわたって延びていれば有利である。さらに、または、あるいは、カンチレバーアームの長手方向において、トランスデューサ層が、基部および／または振れ部にわたって、および／または基部および／または振れ部へと、特に一部のみに延びていれば有利である。さらに、または、あるいは、カンチレバーアームの長手方向において、トランスデューサ層が、振れ部から基部へと延びていれば有利である。その結果として強い往復動力が生じ得る。しかしながら、これによってキャビティ壁の領域でトランスデューサ層にストレスがかかり、トランスデューサ層を破壊してしまう可能性があるという問題がある。しかしながら、このようなストレスを、第１の湾曲した輪郭によって低減することができる。

【0017】

トランスデューサ層がアクチュエータ層および／またはセンサ層として設計されていれば有利である。アクチュエータ層としてのトランスデューサ層は、カンチレバーアームの振れ部を印可電圧によって積極的に振れさせるために用いられる。センサ層としてのトランスデューサ層は、カンチレバーアームの振れ部の振れを電圧に変換するために用いられる。

【0018】

また、振れ部、特に、支持層および／またはトランスデューサ層が音響トランスデューサの上面図において矩形を有していれば有利である。さらに、または、あるいは、振れ部、特に支持層および／またはトランスデューサ層が、いずれの場合においても、自由端の方向に一点に集まる、好ましくは直線の２つの長手方向側部を有していれば有利である。さらに、または、あるいは、振れ部、特に支持層および／またはトランスデューサ層が、いずれの場合においても、自由端の反対方向を向いた端部に横方向側部を有していれば有利である。好ましくは、横方向側部は、カンチレバーアームの横方向に延びる、および／または、２つの長手方向側部を互いに接続させると有利である。横方向側部とそれぞれの長手方向側部との間に結果として生じる隅部は、丸みを帯び得る。トランスデューサ層は、音響トランスデューサの上面図において、支持層よりも小さく、特に面積という点から見て小さく、特に、横方向に狭い、および／または、長手方向に短いと有利である。さらに、音響トランスデューサの上面図において、トランスデューサ層の長手方向側部が支持層の長手方向側部から間隔を置いて配置されており、この間隔は、全長にわたり好ましくは一定であると有利である。このようにして、トランスデューサ層の材料を節約できるので、カンチレバーアームの製造コストを低減できる。

【0019】

また、トランスデューサ層の少なくとも１つの長手方向側部が支持層の対応する長手方向側部と平行であれば有利である。

【0020】

また、第１の輪郭および／または第２の輪郭が少なくとも部分的に円セグメントとして形成されていれば有利である。

【0021】

また、音響トランスデューサの上面図において、カンチレバーアームの第１の輪郭、および／または、キャビティ壁の第２の輪郭が、互いに異なる湾曲を有する複数の湾曲部分を有すれば有利である。この点において、好ましくはカンチレバーアームの第１の輪郭、および／または、キャビティ壁の第２の輪郭が、第１の湾曲を有する第１の湾曲部分、および／または、第２の湾曲を有する少なくとも１つの第２の湾曲部分を有すればさらに有利である。

【0022】

また、第１および／または第２の湾曲は、円セグメントとして形成されると有利である。さらに、または、あるいは、第１の湾曲は、第２の湾曲より大きい半径を有すれば有利である。

【0023】

音響トランスデューサの上面図において、第１の湾曲の第１の円の中心が、カンチレバーアームの長手方向中心軸上にある、および／または、自由端からよりもさらに、基端から離れていると有利である。さらに、音響トランスデューサの上面図において、第２の湾曲の第２の円の中心が、カンチレバーアームの長手方向外側軸上にある、および／または、基端と自由端との間にあれば有利である。

【0024】

また、音響トランスデューサの上面図および／または、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの横方向において、第１の湾曲部分が第２の湾曲部分の間に配置されると有利である。

【0025】

ＭＥＭＳ音響トランスデューサが、複数の、特に、４つのカンチレバーアームを有し、音響トランスデューサの上面図において、それらの自由端がキャビティおよび／またはＭＥＭＳ音響トランスデューサの中心にくるように各々に対して好ましくは配置されると有利である。

【0026】

また、２つの隣接したカンチレバーアームの２つの第２の湾曲部分が同じ第２の湾曲を有することによって、共通の円セグメントを形成すれば有利である。

【0027】

２つの隣接したカンチレバーアームが分離溝によって互いに分離され、この分離溝がカンチレバーアームの上側から下側まで全体にわたって好ましくは延びていると有利である。

【0028】

また、音響トランスデューサの上面図において、分離溝が２つのカンチレバーアームの自由端からキャビティ壁の方向に延びると有利である。さらに、または、あるいは、キャビティ壁に面した分離溝の溝端部はキャビティ壁から離れているため、２つの隣接したカンチレバーアームの支持層はこの領域でつながっている、および／または、一体となっていると有利である。

【0029】

また、分離溝が、その溝端部において、溝の横方向に延びるおよび／または湾曲する逃がし溝を有すれば有利である。これによって、溝の端部が裂けることを防止する。

【0030】

また、ＭＥＭＳ音響トランスデューサの中心において、複数の分離溝が、カンチレバーアームの自由端を互いに隔てる文字Ｈの形をした分離溝領域を形成すれば有利である。

【0031】

本発明のさらなる利点は、以下の実施形態に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】湾曲した第１の輪郭を有するカンチレバーアームを備えたＭＥＭＳ音響トランスデューサの上面図である。

【図2】１つのカンチレバーアームの領域における図１に示されたＭＥＭＳ音響トランスデューサの縦断面図である。

【図3】図１および２に示されたＭＥＭＳ音響トランスデューサにおける湾曲の幾何配置を視覚化した底面図である。

【図4】図１、２、３に示されたＭＥＭＳ音響トランスデューサの中心領域の詳細を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１～４は、音波を生成および／または検出するＭＥＭＳ音響トランスデューサ１を示す。ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、可聴波長スペクトルにおける音波を生成および／または検出するよう設計され得る。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、好ましくは、ツィーターとして設計される、および／または、オーディオシステムとして設けられる。さらに、または、あるいは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、超音波領域における音波を生成および／または検出するよう設計されてよい。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサは１、好ましくは、超音波センサ、および／または、超音波送信器である。さらに、または、あるいは、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、オーディオ情報に好ましくはエンコードされたデータを送信および／または受信するよう設計されてよい。この場合、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、好ましくは、データ送信装置と一体化した部分である。

【0034】

図１、２、３によれば、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、支持部２を有する。支持部２は、シリコン基板であってよい。あるいは、支持部２は、ＰＣＢ回路基板でもあり得る。さらに、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、キャビティ３を有する。このキャビティ３は、その前側で音圧を生成および／または検出し得る音響部材の後側に好ましくは形成される音響空洞である。

【0035】

支持部２は、キャビティ３の境界を少なくとも部分的に定める少なくとも１つのキャビティ壁４を有する。図１に示された実施形態では、支持部２は、複数の、特に４つのキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。これらの２つが互いに対向するよう配置されている。このようにして、キャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、特に、四角形の、および／または、周方向に閉じたフレームを形成している。音圧を生成および／または検出するために、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、本例ではカンチレバーアーム５、６、７、８として設計される少なくとも１つの音響部材を有する。

【0036】

図２は、上記カンチレバーアーム５、６、７、８の縦断面図であり、図中、長手方向に基部９および振れ部１０が示されている。カンチレバーアーム５、６、７、８は、基部９で支持部２に固定されている。その結果、カンチレバーアーム５、６、７、８は、その片側が、つまり、基部９が支持部２に固定されるので、基部９は支持部２に関して動くことはできない。これに対し、振れ部１０は、キャビティ壁４を越えて突出しているか、または、キャビティ壁４から突き出ている。その結果、カンチレバーアーム５、６、７、８の振れ部１０は支持部２によって支持されないので、振れ部１０の長さに沿って曲がることができる。カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向において、振れ部１０は、キャビティ壁４に面した基端１１と、キャビティ壁４の反対側を向いた自由端１２とを有する。基端１１は、キャビティ壁４の間近に形成されているので、キャビティ壁４に対応する形状を有する。振れ部１０全体、および、特に自由端１２は、完全に独立しており、すなわち、他のいかなる構成要素とも接続されていない。

【0037】

カンチレバーアーム５、６、７、８の振れ部１０は、好ましくは、その全長にわたり可撓性であるよう設計されているので、振れ部１０の、または、カンチレバーアーム５、６、７、８の自由端１２は、振れ部１０を曲げることにより、特に、振れ部１０をその全長にわたり曲げることにより、往復動軸Ｈの方向に振れ得る。これは、入ってくる音波に反応して、または、音波を生成するために積極的になされ得る。

【0038】

特に図２からわかるように、カンチレバーアーム５、６、７、８は、多層設計を有する。よって、カンチレバーアーム５、６、７、８は、往復動軸Ｈの方向に重なり合う複数の層を含む。これらの層の１つは、支持層１３であり、好ましくは、シリコンまたはポリマーなどの可撓性材料からなる。この場合、支持層１３は、少なくとも１つ上の層に対しての荷重支持機能を担う。また、支持層１３に加えて、カンチレバーアーム５、６、７、８は、少なくとも１つのトランスデューサ層１４をさらに有する。このトランスデューサ層１４によって、音波が検出および／または生成され得る。これは、運動エネルギーを電気に、および／または、電気を運動エネルギーに変換することによってなされる。トランスデューサ層１４も、振れることができるように、特に全長にわたり可撓性に設計される。トランスデューサ層１４は、好ましくは、圧電層である。したがって、トランスデューサ層１４は、音波を生成するために、アクチュエータ層、特に、圧電アクチュエータ層として設計され得る。さらに、または、あるいは、トランスデューサ層１４は、音波を検出するためのセンサ層、特に、圧電センサ層として設計され得る。トランスデューサ層１４に隣接して追加の電子層が配置され得る。

【0039】

図２に示された１つのカンチレバーアーム５、６、７、８の縦断面図によれば、支持層１３は、カンチレバーアーム５、６、７、８の全長にわたり延びている。それに対し、トランスデューサ層１４は、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向において支持層１３より短い。このようにして、キャビティ壁４の反対側を向いたトランスデューサ層１４の第１の端部１５は、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向において、カンチレバーアーム５、６、７、８の自由端１２から間隔を置いて配置されている。トランスデューサ層１４の反対側の第２の端部１６は、カンチレバーアーム５、６、７、８、または、支持層１３の外端部１７から間隔を置いて配置されている。トランスデューサ層１４は、カンチレバーアーム５、６、７、８の基部９および振れ部１０のどちらにも位置している。基部９に位置するトランスデューサ層１４の部分は、支持部２に固定されているため、曲げられない。
振れ部１０に位置するトランスデューサ層１４の部分は、キャビティ壁４を越えて突出している。その結果、振れ部１０が振れると、往復動軸Ｈの方向に、その長さ、特に、その全長にわたって曲がる。

【0040】

図１の上面図、および、図３のＭＥＭＳ音響トランスデューサ１のキャビティ側の底面図では、カンチレバーアーム５、６、７、８は、自由端の方向に先細りしていることがわかる。したがって、カンチレバーアーム５、６、７、８は、自由端１２の領域よりも基部９の領域において幅広くなっている。本例示的実施形態では、カンチレバーアーム５、６、７、８は、三角形に先細りしている。したがって、自由端１２は、往復動軸Ｈの方向に自由に振れるカンチレバーアーム５、６、７、８の先端を成す。

【0041】

カンチレバーアーム５、６、７、８は、２つの長手方向側部１８および１９を有する。図１によれば、それらは、自由端１２の方向に互いに向かって延びている。２つの長手方向側部１８および１９は、直線である。外端部１７において、カンチレバーアーム５、６、７、８は、好ましくはカンチレバーアーム５、６、７、８の最も幅広い個所を形成する横方向側部２２を有する。図１の上面図によれば、トランスデューサ層１４は、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向側部１８および１９に対応する長手方向側部２０および２１を有する。しかしながら、トランスデューサ層１４は、支持層１３より狭いので、トランスデューサ層１４の長手方向側部２０および２１は、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向側部１８および１９から間隔を置いて配置されている。好ましくは、トランスデューサ層１４の長手方向側部２０および２１は、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向側部１８および１９と平行に形成されている。さらに、トランスデューサ層１４は、トランスデューサ層１４の第２の端部１６に形成された、および／または、第２の端部１６を形成する横方向側部２３も有する。トランスデューサ層１４の横方向側部２３は、図１の上面図によると、凸状に湾曲している。さらに、トランスデューサ層１４は、横方向側部２３とそれぞれの長手方向側部２０および２１との間に、好ましくは丸みを帯びた隅部２４を有する。

【0042】

図１および３に示されるように、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、上述のように形成された複数のカンチレバーアーム５、６、７、８を有する。さらに、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、複数のキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、これらは、特に図３で見ることができる。好ましくは、これらキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれは、カンチレバーアーム５、６、７、８に関連付けられている。キャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、キャビティ３の横方向の境界を定める、および／または、周方向に閉じたフレーム２５を形成する。フレーム２５は、往復動軸Ｈの方向において少なくとも一端が開口することによって、フレーム開口部２６が形成されている。カンチレバーアーム５、６、７、８は、このフレーム開口部２６の領域内で往復動軸Ｈの方向に配置される、および／または、フレーム開口部２６を少なくとも部分的に閉鎖する。

【0043】

本実施形態では、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１は、４つのカンチレバーアーム５、６、７、８、および／または、４つのキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。４つのキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、四角い、特に正方形のフレーム２５を形成する。２つのカンチレバーアーム５、６、７、８が互いに対向するよう配置される。その結果、それらの基端１１は、フレーム２５の２つの対向するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに位置する。

【0044】

図１および３に特に示されるように、少なくとも１つのカンチレバーアーム５、６、７、８の振れ部１０の基端１１は、湾曲した第１の輪郭２７を有する。この第１の輪郭２７は、間近のおよび／または対応するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによって規定される。したがって、図１および３の音響トランスデューサの上面図によるキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、特に、少なくとも往復動軸Ｈの方向における振れ部１０に隣接した領域では、振れ部１０の第１の輪郭２７に対応する湾曲した第２の輪郭２８を有する。その結果として、基端１１の第１の輪郭２７は、プラスの形状を成し、キャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの第２の輪郭２８は、対応するマイナスの形状を成す。カンチレバーアーム５、６、７、８の基端１１の第１の輪郭２７は、図１および３によると、凸状に湾曲している。キャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの第２の輪郭２８は、凹状に湾曲している。

【0045】

例示された実施形態では、湾曲した第１の輪郭２７および湾曲した第２の輪郭２８は、特に、図１および３に示されるように、曲線として設計されている。この曲線は、滑らかまたは段がないよう勾配を変えることができる。
あるいは、湾曲した第１の輪郭２７および湾曲した第２の輪郭２８は、折れ線として形成されてもよい。その場合、第１の輪郭２７の湾曲および第２の輪郭２８の湾曲は、まっすぐな連続する部分を介して互いに接続された複数の点によって形成されるだろう。折れ線は、段を有する、および／または、不連続な曲線として設計されてもよい。

【0046】

図３から特にわかるように、第１の輪郭２７およびそれに対応する第２の輪郭２８は、少なくとも１つの円３４、３８の一部として、または、少なくとも１つの円セグメント３３、３７として少なくとも部分的に形成される。図３の音響トランスデューサの上面図において、第１の輪郭２７およびそれに対応する第２の輪郭２８は、互いに異なる湾曲３０および３２を有する複数の湾曲部分２９および３１を有する。よって、第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８は、第１の湾曲３０を有する第１の湾曲部分２９を有する。第１の湾曲３０は、第１の円の中心３５を有する第１の円３４の第１の円セグメント３３として形成される。第１の円の中心３５は、対応するカンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向中心軸３６上にある。さらに、第１の円の中心３５は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の自由端１２からよりもさらに、振れ部１０の基端１１から離れている。第１の湾曲部分２９は、カンチレバーアーム５、６、７、８の横方向に、トランスデューサ層１４全体の幅にわたって延びている。

【0047】

上面図においてキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが直線であると、カンチレバーアーム５、６、７、８内で局所的な荷重のピークが起き、それによってカンチレバーアーム５、６、７、８、すなわち、特にカンチレバーアーム５、６、７、８のトランスデューサ層１４を破壊してしまう可能性がある。このような局所的な荷重のピークは、特に、基端１１の領域、とりわけ、カンチレバーアーム５、６、７、８の長手方向中心軸３６の領域で起きる。湾曲した第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８は、振れ部１０、すなわち、特に基端１１の領域で、カンチレバーアーム５、６、７、８の横方向に荷重を均等に分散させる。これによって、過荷重によるカンチレバーアーム５、６、７、８の損傷を防止することができる。荷重を横方向に均等に分散させることにより、カンチレバーアーム５、６、７、８は全体としてより大きい力を吸収できる。結果として、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の性能も、第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８によって向上し得る。さらに、湾曲した第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８は、カンチレバーアーム５、６、７、８の中心と、その隅の領域との間の構造差を縮小する。その結果、カンチレバーアーム５、６、７、８のトランスデューサ層１４を有する領域と支持部２との結合がより良くなるので、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１のより安定した動作が保証される。湾曲した第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８のさらなる利点は、カンチレバーアーム５、６、７、８、特に、その自由端１２が往復動軸Ｈに沿ってより鮮明な往復動作を行うことである。有利には、これによってＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の製造公差を拡大できるので、製造コストを低減できるようになる。したがって、例えば、支持部２および／または他のカンチレバーアーム５、６、７、８に対するカンチレバーアーム５、６、７、８の調整誤差がより大きくなっても、湾曲した第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８のおかげで許容できるようになる。

【0048】

第１の湾曲部分２９に加え、図３による第１の輪郭および２７／または第２の輪郭２８は、第２の湾曲３２を有する少なくとも第２の湾曲部分３１を有する。第２の湾曲３２は、第１の湾曲３０より大きい。第２の湾曲３２は、第２の円の中心３９を有する第２の円３８の第２の円セグメント３７として形成される。第２の円の中心３９は、カンチレバーアーム５、６、７、８の縦横軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｌａｔｅｒａｌ ａｘｉｓ）４０上にある。縦横軸４０は、周方向に互いに隣接した２つのカンチレバーアーム５、６、７、８の間に配置される。第２の円の中心３９は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の振れ部１０の基端１１と自由端１２との間に配置される。その結果、第２の円の中心３９の方が、第１の円の中心３５よりも基端１１に近くなる。このようにして、第２の円セグメント３７の半径は、第１の円セグメント３３の半径より小さくなる。

【0049】

図３に示すように、第１の輪郭２７および／または第２の輪郭２８は、２つの第２の湾曲部分３１を有し、これら２つの第２の湾曲部分３１の間に、第１の湾曲部分２９がカンチレバーアーム５、６、７、８の横方向に配置される。

【0050】

対応するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ第２の輪郭２８は、第１の輪郭２７に対応する上述の記載のとおりに形成される。その結果、第２の輪郭２８も第１の湾曲部分２９、および、２つの横に隣接した湾曲部分３１を有する。ここでは、第１の湾曲部分２９は、実質的にキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの１つを形成する。上述のように、支持部２は、このような複数の、つまり、本例示的実施形態によれば４つのキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。２つの周方向に隣接したキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの間にはそれぞれのキャビティ隅部４１が形成される。本例示的実施形態によれば、支持部２のそれらキャビティ隅部４１は、丸みを帯びている。その結果、２つの隣接する第１の湾曲部分２９は、丸みを帯びたキャビティ隅部４１を通じてなだらかに１つになる。それぞれのキャビティ隅部４１の丸みは、関連付けられた第２の湾曲部分３１によって形成される。結果として、上面図におけるキャビティ隅部４１の丸みは、第２の湾曲３２と合致するようになる。図３によれば、上面図において、支持部２のキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、湾曲しており、特に凹状である。さらに、２つの隣接したキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの間に形成されたキャビティ隅部４１は、丸みを帯びている。

【0051】

図１および３によれば、カンチレバーアーム５、６、７、８は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の中心４２の方向において、支持部２のキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから延びている。よって、カンチレバーアーム５、６、７、８の自由端１２は、中心４２の領域に位置する。２つの隣接したカンチレバーアーム５、６、７、８の間にはそれぞれ分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄが形成され、少なくとも１つの領域において２つのカンチレバーアーム５、６、７、８を互いに分離する。ここでは、分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、カンチレバーアーム５、６、７、８の全層、すなわち、カンチレバーアームの上側から下側まで全体にわたって延びている。図１および３によれば、音響トランスデューサの上面図において、それぞれの分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、支持部２のそれぞれ対応するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの方向に、２つの隣接するカンチレバーアーム５、６、７、８の自由端１２から延びている。結果として、カンチレバーアーム５、６、７、８は、自由端１２の領域では完全に切り離される、および／または、相隔てられる。分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、それぞれの対応する縦横軸４０に沿って延びている。

【0052】

分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄのそれぞれは、対応するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに面した溝端部４４を有する。溝端部４４は、特に、縦横軸４０の方向において、対応するキャビティ壁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから間隔を置いて配置される。その結果、２つの隣接するカンチレバーアーム５、６、７、８の支持層１３は、この溝のない領域では互いに接続され、一つながりの材料で形成される。有利には、周方向に閉じた支持層縁４５が、カンチレバーアーム５、６、７、８の振れ部１０の領域に結果として形成される。これによって、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の安定性および堅牢性が向上する。

【0053】

溝端部４４の領域が裂けることを防ぐべく、分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、それらの溝端部４４に逃がし溝４６を有する。これらの逃がし溝４６は、溝の横方向に延び、好ましくは、湾曲している。

【0054】

図４は、ＭＥＭＳ音響トランスデューサ１の中心４２の詳細を示す図である。カンチレバーアーム５、６、７、８の自由端１２は、それらの間に配置された分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄによって互いに完全に分離されていることがはっきりわかる。さらに、それらの上側または下側のいかなる構成要素にも接続されていない。結果として、自由端１２は完全に露出している。カンチレバーアーム５、６、７、８の間、特に、それらの自由端１２の間の空隙を可能な限り狭くできるよう、自由端１２は、この音響トランスデューサの上面図において、２つの隅部４７および４８を有している。２つの隅部４７および４８は、端側４９を介して互いに接続されている。端側４９は、自由端１２の前側を形成する。好ましくは、端側４９は、直線である。図４からわかるように、２つの隅部４７および４８、および、端側４９は、矩形を成す一体部分であるため、自由端１２は、矩形の先端５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとして形成される。空隙を可能な限り狭くできるよう、２つの相対向するカンチレバーアーム５および７の矩形先端５０ａおよび５０ｃを含む、矩形先端の第１の対である矩形先端５０ａおよび５０ｃは、矩形先端の第２の対である矩形先端５０ｂおよび５０ｄより狭い。好ましくは、上面図または下面図において、矩形先端の第１の対は、矩形先端の第２の対に関して９０°にオフセットされる。さらに、矩形先端の第１の対である狭い方の矩形先端５０ａおよび５０ｃは、矩形先端の第２の対である矩形先端５０ｂおよび５０ｄの２つの端側４９の間に配置される。分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、自由端１２の領域で互いに接続されて共通の連続した分離溝となる。このようにして、分離溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、矩形先端５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄと共に、中心４２に文字Ｈの形をした分離溝領域を形成する。

【0055】

本発明は、図示および記載した実施形態に限定されない。特徴は、異なる例示的実施形態で図示および記載されたとしても、それらの組み合わせとして、請求項の範囲内での変更が可能である。

【符号の説明】

【0056】

１ ＭＥＭＳ音響トランスデューサ
２ 支持部
３ キャビティ
４ キャビティ壁
５ 第１のカンチレバーアーム
６ 第２のカンチレバーアーム
７ 第３のカンチレバーアーム
８ 第４のカンチレバーアーム
９ 基部
１０ 振れ部
１１ 基端
１２ 自由端
１３ 支持層
１４ トランスデューサ層
１５ トランスデューサ層の第１の端部
１６ トランスデューサ層の第２の端部
１７ 外端部
１８ カンチレバーアームの第１の長手方向側部
１９ カンチレバーアームの第２の長手方向側部
２０ トランスデューサ層の第１の長手方向側部
２１ トランスデューサ層の第２の長手方向側部
２２ カンチレバーアームの横方向側部
２３ トランスデューサ層の横方向側部
２４ トランスデューサ層の隅部
２５ フレーム
２６ フレーム開口部
２７ 第１の輪郭
２８ 第２の輪郭
２９ 第１の湾曲部分
３０ 第１の湾曲
３１ 第２の湾曲部分
３２ 第２の湾曲
３３ 第１の円セグメント
３４ 第１の円
３５ 第１の円の中心
３６ 長手方向中心軸
３７ 第２の円セグメント
３８ 第２の円
３９ 第２の円の中心
４０ 縦横軸
４１ キャビティの隅部
４２ 中心
４３ 分離溝
４４ 溝端部
４５ 支持層縁
４６ 逃がし溝
４７ 自由端の第１の隅部
４８ 自由端の第２の隅部
４９ 端側
５０ 矩形の先端
Ｈ 往復動軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】