特許 7460343 トランスデューサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20240326BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019174030

(22)【出願日】2019-09-25

(65)【公開番号】P2021052305

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-08-08

(73)【特許権者】

【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】長畑 ▲隆▼也

【審査官】間宮 嘉誉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－９８５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１２９９５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２１５７０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１６２７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３７７３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ３０／００－３９／００

Ｈ０４Ｒ １７／００－１７／０２

Ｈ０４Ｒ １７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空部を形成する筒状の内周面を備える膜支持部と、
前記内周面の全周にわたって前記内周面に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、
一対の電極と前記一対の電極の間に挟まれた圧電膜とを備え、前記振動膜上に積層される圧電素子と、
前記振動膜と前記圧電素子とが積層された振動体を厚み方向に貫通し、前記振動膜を複数の振動領域に分割する分割スリットと、を有し、
前記内周面は、
前記中空部が角柱の隅角部が面取りされた多角形状を呈することで、前記筒状の内周面は、前記角柱の平面部分に対応する複数の平面部と、前記角柱の面取り部分に対応する角部とを有し、
前記分割スリットは、
前記振動膜の中心から前記角部に向かって延在する主スリット部と、
前記角部と前記平面部とが連結する連結部から、前記主スリット部における前記角部側の端部まで延在する副スリット部と、
を有する
トランスデューサ。

【請求項2】

前記圧電素子は、
厚み方向に貫通し、前記平面部の垂直方向に沿って前記平面部から前記分割スリットまで延在する圧電スリットを有する
請求項１記載のトランスデューサ。

【請求項3】

前記一対の電極のそれぞれは、前記複数の振動領域毎に、前記電極に駆動電圧を印加するための回路パターンに接続される
請求項１又は２記載のトランスデューサ。

【請求項4】

前記圧電素子は、
前記振動膜の中央に対応する領域に、前記圧電素子を厚さ方向に貫通する開口部を有する
請求項１から３のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項5】

前記複数の振動領域は、
第１の振動領域と、
前記第１の振動領域とは異なる形状に分割された第２の振動領域と、を含む
請求項１から４のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項6】

前記内周面に沿って前記圧電素子上に設けられ、前記振動膜と前記内周面との連結部を保護する膜体保護層をさらに有する
請求項１から５のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項7】

前記分割スリットを覆うように前記圧電素子上に設けられ、前記振動膜の変位に応じて伸縮するカバー層をさらに有する
請求項１から６のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項8】

前記複数の振動領域のそれぞれは、前記振動膜の中心側に位置する先端部の厚さが前記振動膜の中心に向かうに従って減少するように面取りされている
請求項１から７のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項9】

前記複数の振動領域のうち、いずれか１つの振動領域の先端部には、前記振動膜の中心まで延出した円形状の突起部が設けられ、
前記複数の振動領域のうち、前記突起部が設けられた前記振動領域を除く残余の振動領域の先端部には、前記突起部を囲むように円弧状に切り欠かれた切欠部が設けられている
請求項１から７のいずれか一項記載のトランスデューサ。

【請求項10】

中空部を形成する筒状の内周面を備える膜支持部と、
前記内周面の全周にわたって前記内周面に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、
一対の電極と前記一対の電極の間に挟まれた圧電膜とを備え、前記振動膜上に積層される圧電素子と、
前記振動膜と前記圧電素子とが積層された振動体を厚み方向に貫通し、前記振動体を複数の振動領域に分割する分割スリットと、を有し、
前記内周面は、
前記中空部が角柱の隅角部が面取りされた多角形状を呈することで、前記筒状の内周面は、前記角柱の平面部分に対応する複数の平面部と、前記角柱の面取り部分に対応する角部とを有し、
前記分割スリットは、
前記振動膜の中心から前記角部に向かって延在し、
前記圧電素子は、
前記圧電素子を厚み方向に貫通し、前記平面部の垂直方向に沿って前記平面部から前記分割スリットまで延在する圧電スリットを有する
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、トランスデューサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、音波又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。

【0003】

例えば特許文献１には、イヤホンに好適な音発生装置が開示されている。この音発生装置は、磁界を発生させるコイルと、コイルにより発生させた磁界と相互作用して振動板を振動させるマグネットとを備えている。

【0004】

コイルとマグネットとを用いるスピーカは、磁界を発生させるためにコイルに電流を流す必要があり、消費電力が高くなる。そこで、一対の電極によって圧電膜を両側から挟んで構成される圧電素子を利用したスピーカも注目されている（例えば特許文献２参照）。この類のスピーカは、微細加工を実現する半導体製造技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１７０５９２号公報

【文献】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】

【0006】

ところで、ＭＥＭＳによって製造されるスピーカは微細な形状を有するため、脆弱な構造になりやすい。そのため、外部から入力される衝撃や熱応力などによって、破損が生じてしまう可能性がある。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、破損の発生を抑制することができるトランスデューサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このような課題を解決するために、本発明に係るトランスデューサは、中空部を形成する筒状の内周面を備える膜支持部と、内周面の全周にわたって内周面に連結され、膜厚方向に変位可能な振動膜と、一対の電極と一対の電極の間に挟まれた圧電膜とを備えて振動膜上に積層される圧電素子と、振動膜と圧電素子とが積層された振動体を厚み方向に貫通し、振動体を複数の振動領域に分割する分割スリットと、を有する。内周面は、中空部が角柱の隅角部が面取りされた多角形状を呈することで、筒状の内周面は、角柱の平面部分に対応する複数の平面部と、角柱の面取り部分に対応する角部とを有する。分割スリットは、振動膜の中心から角部に向かって延在する主スリット部と、角部と平面部とが連結する連結部から、主スリット部における角部側の端部まで延在する副スリット部と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、破損に強い構造を備えるトランスデューサ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、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2】図２は、図１の矢視方向の断面図である。

【図3A】図３Ａは、内周面の角部に位置する分割スリットの構造を拡大して示す上面図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図4】図４は、第２の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図5】図５は、第３の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図6】図６は、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7】図７は、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8】図８は、第３の変形例に係るトランスデューサの上面図である。

【図9A】図９Ａは、図８に示すトランスデューサの要部を示す拡大図である。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図10】図１０は、第４の変形例に係るトランスデューサの断面図である。

【図11A】図１１Ａは、図１０に示すトランスデューサの要部を示す拡大図である。

【図11B】図１１Ｂは、図１１Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図11C】図１１Ｃは、図１１Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図12A】図１２Ａは、第５の変形例に係るトランスデューサの要部を拡大して示す断面図である。

【図12B】図１２Ｂは、図１２Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図12C】図１２Ｃは、図１２Ａに示す構造の変形例を説明する図である。

【図13】図１３は、第６の変形例に係るトランスデューサの要部を拡大して示す上面図である。

【図14】図１４は、第４の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図15】図１５は、図１４の矢視方向の断面図である。

【図16】図１６は、図１５の矢視方向の断面図である。

【図17A】図１７Ａは、図１６に示す構造の変形例を説明する図である。

【図17B】図１７Ｂは、図１６に示す構造の変形例を説明する図である。

【図18】図１８は、第５の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図19】図１９は、図１８の矢視方向の断面図である。

【図20】図２０は、第６の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図21】図２１は、図２０の矢視方向の断面図である。

【図22】図２２は、図２０の一点鎖線で囲む領域を拡大して示す上面図である。

【図23】図２３は、第７の実施形態に係るトランスデューサの上面図である。

【図24】図２４は、図２３の矢視方向の断面図である。

【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、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１乃至図３を参照して、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。本実施形態に係るトランスデューサ１は、圧電素子１０と、膜体１５とを主体に構成されている。以下の説明では、図２に示すトランスデューサ１の状態を基準に上下方向を定義するが、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。

【0013】

圧電素子１０は、一対の電極１１、１２と、一対の電極１１、１２の間に挟まれた圧電膜１３とで構成されている。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乃至図３に示す例では四角状を有している。

【0014】

一対の電極１１、１２のそれぞれは、例えばアルミニウム又は銅などの導電性を有する金属の薄膜より形成されている。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１１ａ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１２ａと接続されている。

【0015】

圧電膜１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜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（ＡｌＺ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）などを用いることができる。

【0016】

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。膜体１５の下面側をエッチングすることで、振動膜１６と膜支持部１７とが一体に形成されている。

【0017】

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における紙面垂直方向、図２における紙面上下方向）に変位可能に構成されている。振動膜１６は、振動膜１６と平行な平面で見た場合、略四角状を有している。

【0018】

膜支持部１７は、キャビティ（中空部）１８を形成する四角筒状の内周面を備えている。膜支持部１７の内周面には、振動膜１６が内接するように振動膜１６が全周にわたって連結され、これにより、振動膜１６の周囲が膜支持部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、キャビティ１８の上側は振動膜１６によって閉塞されている。

【0019】

内周面は、４つの平面部１７ａと、隣り合う平面部１７ａ同士を連結する４つの角部１７ｂとで構成されている。それぞれの角部１７ｂは、四角形の内角に応じた形状ではなく、面取りされた形状を有している。角部１７ｂの面取り形状は、振動膜１６と平行な平面で見た場合、直線形状に形成されており、面取りされた角部１７ｂの端部に平面部１７ａの端部が連結している。隣り合う平面部１７ａが、面取りされた角部１７ｂを介して連結することで、隣り合う平面部１７ａがなす角度（四角形の内角）よりも大きな角度（鈍角）で平面部１７ａと角部１７ｂとが連結している。また、振動膜１６と平行な平面で見た場合、角部１７ｂは、１つの直線から形成される以外にも、複数の直線を組み合わせて形成したり、曲線から形成してもよい。

【0020】

また、トランスデューサ１は、分割スリット２を備えている。分割スリット２は、圧電素子１０と振動膜１６とが積層された振動体を厚み方向に貫通する切り込みである。分割スリット２により、振動体が複数の振動領域１００に分割される。

【0021】

分割スリット２は、振動膜１６の中心から角部１７ｂに向かって延在する主スリット部２ａを備えている。本実施形態では、内周面が四角形状であるため、分割スリット２は、４つの主スリット部２ａを備える。４つの主スリット部２ａにより、圧電素子１０と振動膜１６とが積層された振動体が４つの振動領域１００に分割される。

【0022】

分割された振動膜１６のそれぞれは、膜支持部１７から振動膜１６の中心に向かって張り出した片持ち梁形状を有している。各振動膜１６の先端部は、自由端に構成されている。

【0023】

また、図３Ａに示すように、分割スリット２は、副スリット部２ｂを備えている。副スリット部２ｂは、角部１７ｂと平面部１７ａとが連結する連結部、すなわち、角部１７ｂと平面部１７ａとのコーナー（角）から、主スリット部２ａの角部１７ｂ側の端部まで延在している。コーナーは、角部１７ｂの両側にそれぞれ存在しているため、１つの主スリット部２ａに対して、２つの副スリット部２ｂが設けられている。

【0024】

例えば、主スリット部２ａの端部が角部１７ｂまで到達している場合、図３Ａに示すように、副スリット部２ｂは、直線で形成されており、Ｔ字形状をなすように主スリット部２ａと接続されている。もっとも、主スリット部２ａは角部１７ｂに到達している必要は無い。この場合、図３Ｂに示すように、副スリット部２ｂは、Ｙ字形状をなすように主スリット部２ａと接続される。なお、副スリット部２ｂは、直線以外で形成してもよい。例えば、振動膜１６と平行な平面で見た場合に、角部１７ｂが複数の直線を組み合わせて形成されたり、曲線から形成されたりする場合、副スリット部２ｂは、角部１７ｂに沿った形状で形成してもよい。

【0025】

なお、分割スリット２によって電極１１、１２が分断されることがないように、角部１７ｂに対応する位置には、隣り合う振動領域１００に位置する電極１１、１２を相互に接続するための配線部が設けられている。

【0026】

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。この電位差により、振動膜１６が変位する。具体的には、分割された振動膜１６の先端側が反るように変位する。

【0027】

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、上側への変位と下側への変位を交互に繰り返す。この振動膜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。

【0028】

このように本実施形態において、キャビティ１８を形成する内周面は、面取りされた角部１７ｂを介して４つの平面部１７ａが連結された四角形状を有している。分割スリット２は、振動膜１６の中心から角部１７ｂに向かって延在する主スリット部２ａと、角部１７ｂと平面部１７ａとが連結する連結部（コーナー）から、主スリット部２ａにおける角部１７ｂ側の端部まで延在する副スリット部２ｂとを有している。

【0029】

この構成によれば、内周面の角部１７ｂが面取りされているので、平面部１７ａが角部１７ｂに対して連結する角度が大きくなる。これにより、角部１７ｂに集中する応力を緩和することができる。その結果、膜支持部１７の強度を高めることができる。

【0030】

角部１７ｂが面取りされた場合、分割された振動膜１６と膜支持部１７との連結部位は、１つの平面部１７ａに沿った直線と、角部１７ｂに沿った直線とを含み、屈曲した形状となっている。平面部１７ａと角部１７ｂとの間に屈曲点（コーナー）が存在するため、分割された振動膜１６が変位した場合には、屈曲点に応力が集中し、亀裂などが発生する可能性がある。

【0031】

そこで、本実施形態では、副スリット部２ｂを、主スリット部２ａの端部からコーナーまで繋げている。これにより、分割された振動膜１６と膜支持部１７との連結部位は、平面部１７ａに対応する直線領域のみで構成されることとなる。振動膜１６が変位した場合であっても、特定の箇所への応力の集中を抑制することができる。その結果、振動膜１６及び膜支持部１７の強度を高めることができるので、破損の発生を抑制することができる。

【0032】

上述した実施形態では、キャビティ１８を形成する内周面は四角形状に構成されている。しかしながら、内周面は多角形に構成されていればよく、例えば六角形又は八角形、若しくは五角形又は七角形に構成されていてもよい。

【0033】

（第２の実施形態）
図４を参照し、第２の実施形態に係るトランスデューサ１について説明する。この第２の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、圧電素子１０の構成である。第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

【0034】

圧電素子１０は、圧電素子１０を厚み方向に貫通する圧電スリット１４を備えている。圧電スリット１４は、振動領域１００毎に設けられている。具体的には、圧電スリット１４は、平面部１７ａの垂直方向に沿って、平面部１７ａから分割スリット２（主スリット部２ａ）まで延在している。この圧電スリット１４により、個々の振動領域１００は、複数の小領域に分割される。そして、個々の小領域は、平面部１７ａと平行な方向（横方向）にかけて不連続となる。

【0035】

分割スリット２により分割された振動膜１６の変位は、平面部１７ａから先端側に向かう程大きくなる。そして、横方向に沿って振動膜１６を見た場合、どの位置でも変位が同じであることが理想である。しかしながら、振動膜１６が振動を繰り返すうちに、横方向への反りが発生し、振動膜１６に歪み発生してしまうことがある。

【0036】

本実施形態では、圧電スリット１４により、振動膜１６が横方向にかけて分割されているので、振動膜１６における横方向への反りの発生を抑制することができる。これより、振動膜１６における歪みの発生を抑制し、振動膜１６を適切に振動させることができる。

【0037】

なお、圧電スリット１４は、１つの振動領域１００に対して４つ設けられているが、１つ以上設けられていればよい。また、振動領域１００毎に、圧電スリット１４の数が異なっていてもよい。

【0038】

（第３の実施形態）
図５を参照し、第３の実施形態に係るトランスデューサ１について説明する。この第３の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、電極１１、１２と電極パッド１１ａ、１２ａとの接続形態である。以下、電極１１と電極パッド１１ａとの接続形態を説明するが、電極１２と電極パッド１２ａとの接続形態についても同様である。また、第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、相違点を中心に説明を行う。

【0039】

電極パッド１１ａは、分割スリット２によって分割される振動領域１００毎に設けられている。具体的には、上側の電極１１と接続される電極パッド１１ａは、４つ設けられている。１つの振動領域１００に対して１つの電極パッド１１ａが配置され、個々の電極パッド１１ａは、該当する振動領域１００の電極１１に接続されている。

【0040】

外力などが作用し、膜体１５に歪みが発生した場合、分割スリット２の端部から亀裂が発生し、この亀裂が電極１１に及ぶことがある。例えば、対向する角部１７ｂのそれぞれに亀裂が発生した場合、電極１１が２つに分断されてしまい、電流の経路が遮断されてしまうことがある。このため、トランスデューサ１を駆動させることができなくなる。

【0041】

この点、本実施形態によれば、４つの分割領域１００毎に電極パッド１１ａが用意されている。このため、電極１１は、４つの振動領域１００毎に、電極パッド１１ａに接続することができる。電極１１が２つに分断されるような場合であっても、分断された後の領域毎に、駆動電圧の印加を継続することができる。これにより、トランスデューサ１の動作を継続させることができる。

【0042】

なお、本実施形態では、１つの振動領域１００に対して電極パッド１１ａを１つ設けている。しかしながら、１つの振動領域１００に対して一対の電極パッド１１ａを設けてもよい。これにより、振動領域１００毎に、電極１１と一対の電極パッド１１ａとが接続されるので、電極１１が亀裂によって分断されたとしても、個別の振動領域１００毎に振動膜１６を振動させることができる。

【0043】

以下、上述した各実施形態に適用可能な変形例について説明する。なお、以下に示す変形例は、特に断らない限り、第１から第３の実施形態のいずれにも適用可能である。

【0044】

（第１の変形例）
図６を参照し、第１の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。この第１の変形例において、圧電素子１０は、振動膜１６の中央に対応する中央領域に、圧電素子１０を厚さ方向に貫通する開口部２０を備えている。図６において、開口部２０は、振動膜１６と同様、四角形状に形成されている。すなわち、振動膜１６の中央領域には、圧電素子１０が設けられておらず、開口部２０の外側に位置する外側領域にのみ、圧電素子１０が設けられている。

【0045】

分割された振動膜１６の自由端側が反ることで、振動膜１６の膜厚方向に隙間が発生する。この隙間を介して空気が移動するため、空気を振動させる際に空気の漏れが発生してしまう。第１の変形例の構成によれば、振動膜１６の自由端側の反りを抑制することができる。これにより、振動膜１６の反りによって生じる空気の移動を抑制することができるので、空気を効率よく振動させることができる。

【0046】

（第２の変形例）
図７を参照し、第２の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。この第２の変形例において、分割スリット２は、振動膜１６と圧電素子１０とが積層された振動体を分割する第３スリット部２ｄをさらに備えている。第３スリット部２ｄは、振動膜１６の中心から平面部１７ａの中央位置に向かって延在している。第３スリット部２ｄは、４つの平面部１７ａの全部に設けられておらず、図７に示す例では、互いに対向する２つの平面部１７ａにのみ設けられている。

【0047】

このように、主スリット部２ａ及び第３スリット部２ｄにより、振動膜１６と圧電素子１０とが積層された振動体が、６つの振動領域に分割されている。具体的には、６つの振動領域は、一対の主スリット部２ａの間に位置する第１の振動領域１０１と、主スリット部２ａと第３スリット部２ｄとの間に位置する第２の振動領域１０２とを備えている。第２の振動領域１０２は、第１の振動領域１０１とは異なる形状、具体的には、第１の振動領域１０１よりも先端側の角度が小さい三角形状に分割されている。

【0048】

この構成によれば、第１の振動領域１０１と、第２の振動領域１０２とで形状が相違しているため、各振動領域１０１、１０２の共振周波数がずれることとなる。これにより、全ての振動領域の形状が同一である場合と比べ、幅広い出力特性を得ることができる。

【0049】

なお、本実施形態では、複数の振動領域を、２種類の形状から構成しているが、３種類以上の形状で構成してもよい。また、複数の振動領域の全てで形状が相違してもよい。

【0050】

（第３の変形例）
図８、図９Ａ及び図９Ｂを参照し、第３の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。この第３の変形例において、トランスデューサ１は、圧電素子１０上に積層された膜体保護層３０を備えている。この膜体保護層３０は、振動膜１６と内周面との連結部を保護する機能を担っている。膜体保護層３０は、弾性を備える軟質の素材、例えば樹脂から形成された薄膜である。膜体保護層３０は、キャビティ１８を形成する膜支持部１７の内周面（平面部１７ａ及び角部１７ｂ）に沿って所定幅で設けられているが、圧電素子１０の全面を覆うように設けてもよい。

【0051】

振動膜１６に大きな変位が与えられたり、膜体１５に衝撃などが入力したりした場合には、振動膜１６と内周面との連結部に亀裂などが生じることがある。しかしながら、本実施形態によれば、膜体保護層３０が連結部を覆っているので、膜体１５の破損を保護することができる。

【0052】

なお、膜体保護層３０は、振動膜１６と内周面との連結部を保護するものであるから、少なくとも連結部において保護性能が得られればよい。よって、膜体保護層３０は、内周面よりも内側に向かう程、膜体保護層３０の一部が間引かれた形状となってもよい。例えば、図９Ｂに示す例では、膜体保護層３０は、三角形状のスリットが周方向に沿って連続的に設けられている。

【0053】

（第４の変形例）
図１０、図１１Ａ乃至図１１Ｃを参照し、第４の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。この第４の変形例において、トランスデューサ１は、圧電素子１０上に積層されたカバー層４０を備えている。カバー層４０は、例えば圧電素子１０の全域を覆うように設けられているが、少なくとも分割スリット２を覆う範囲に存在していればよい。このカバー層４０は、振動膜１６の変位に応じて伸縮する軟質な素材、例えば樹脂などで形成された薄膜である。図１１Ａにおいて、分割スリット２上に位置するカバー層４０は、分割スリット２の上部を塞ぐように平面的に設けられている。

【0054】

この構成によれば、カバー層４０によって分割スリット２が覆われるため、振動膜１６の片側から反対側への空気の移動を抑制することができる。これにより、分割スリット２を介した空気の移動を抑制することができるので、空気を効率よく振動させることができる。また、片持ち梁形状の先端部が互いに接続されているため、強い外的衝撃の入力時に先端部の急激な変位を抑制することができる。これにより、振動膜１６が折れてしまうような破損を抑制することができる。

【0055】

ここで、図１１Ｂに示すように、分割スリット２の縦溝に沿うように、カバー層４０を設けてもよい。この構成の場合、振動膜１６が変位した際には、分割スリット２の縦溝から、カバー層４０が剥がれることで、振動膜１６の変位を許容することができる。このカバー層４０は、振動膜１６と圧電素子１０とが積層された振動体に分割スリット２を形成した上で、カバー層４０を薄膜状に堆積させることで形成することができる。また、図１１Ｂに示すように、振動領域１００の先端側は、振動膜１６の中心に向かう程厚さが減少するように面取りされていてもよい。

【0056】

（第５の変形例）
図１２Ａ乃至図１２Ｃを参照し、第５の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。図１２Ａには、互いに対向する一対の振動領域１００の先端部側がそれぞれ示されている。この第５の変形例では、４つの振動領域１００のそれぞれは、振動膜１６の中心に向かうに従って先端部の厚さが減少するように面取りされている。図１２Ａに示す例では、振動領域１００の先端部の上面側が面取りされている。

【0057】

対向する一対の振動領域１００が互いに変位した際、振動領域１００の先端部同士が衝突してしまうことがある。そこで、振動領域１００の先端部を面取りすることで、先端部を逃がす隙間が生じるので、衝突を抑制することができる。これにより、振動膜１６の破損を抑制することができる。

【0058】

なお、面取りする部位は、振動領域１００の先端部の上面側に限らず、先端部の上面側と下面側との両方であってもよい（図１２Ｂ参照）。また、先端部の面取り方法は、上面から下面にかけて連続的に面取りを行う方法であってもよい（図１２Ｃ参照）。

【0059】

（第６の変形例）
図１３を参照し、第６の変形例に係るトランスデューサ１を説明する。この第６の変形例は、振動領域１００の先端形状に特徴を備えている。

【0060】

第６の変形例において、４つの振動領域１００のうち、いずれか１つの振動領域１００の先端部には、振動膜１６の中心まで延出した円形状の突起部１００ａが設けられている。一方、４つの振動領域１００のうち、残余の振動領域１００の先端部には、突起部１００ａを囲むように円弧状に切り欠かれた切欠部１００ｂが設けられている。

【0061】

突起部１００ａの形状に合わせて切欠部１００ｂが設けられているので、振動領域１００の先端部同士が衝突することを抑制することができる。これにより、振動膜１６の破損を抑制することができる。また、突起部１００ａが存在することで、振動膜１６の中心の隙間を塞ぐことができる。その結果。振動膜１６の片側から反対側への空気の移動を抑制することができ、振動膜１６によって空気を効果的に振動させることができる。

【0062】

このように第１から第６の変形例を説明したが、第１から第６の変形例は、それぞれの変形例に示す技術的な特徴を組み合わせて利用することもできる。

【0063】

（第４の実施形態）
以下、図１４乃至図１６を参照し、第４の実施形態に係るトランスデューサ１を説明する。第４の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、膜支持部１７の構造である。第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

【0064】

本実施形態では、キャビティ１８を形成する角部１７ｂが、四角形の内角に応じた形状となっている。すなわち、隣り合う平面部１７ａが角部１７ｂを介して９０°に連結されている。このような膜支持部１７において、角部１７ｂの周囲には、振動膜１６の膜厚方向に延在する中空部である小キャビティ１７ｃが３つ設けられている。個々の小キャビティ１７ｃは、それぞれ独立しており、また、キャビティ１８とは繋がらない位置に設けられている。

【0065】

小キャビティ１７ｃは、膜支持部１７の下面側から上面側に向かって延在しており、膜支持部１７を貫通しない程度の高さ（深さ）に形成されている。振動膜１６と平行な平面でみた場合、小キャビティ１７ｃは、円形状又は楕円形状を有している。

【0066】

内周面が多角形状の場合、膜体１５に生じる応力は角部１７ｂに集中する。そこで、本実施形態では、角部１７ｂの周囲に小キャビティ１７ｃを設けることで、角部１７ｂに集中する応力を緩和している。また、角部１７ｂに割れが発生した場合であっても、角部１７ｂに周囲に、曲面で形成された小キャビティ１７ｃが存在することで、割れの進行を受け止めることができる。これにより、膜支持部１７が大きく破損することを抑制することができる。

【0067】

なお、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、小キャビティ１７ｃとキャビティ１８とを繋げるように形成してもよい。図１７Ａに示す例では、小キャビティ１７ｃとキャビティ１８とが直接連通しており、図１７Ｂに示す例では、小キャビティ１７ｃとキャビティ１８とが、スリット状の連通部１７ｃ１を介して連通している。

【0068】

（第５の実施形態）
以下、図１８及び図１９を参照し、第５の実施形態に係るトランスデューサ１を説明する。第５の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、膜支持部１７の構造である。第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。なお、図１８では、電極パッド１１ａ、１２ａの一部が省略されている。

【0069】

本実施形態において、膜支持部１７は、キャビティ１８を形成する内周面を備えている。内周面は、１つの曲面部１７ｄで構成されており、円形状を有している。そして、膜支持部１７の上面側には、貫通しない程度の深さを有する溝部１７ｅが形成されている。溝部１７ｅは、曲面部１７ｄよりも外側に位置し、曲面部１７ｄの周囲を囲むように形成されている。

【0070】

また、電極１１、１２と電極パッド１１ａ、１２ａとを接続する配線を保護するため、この配線箇所では溝部１７ｅを形成していない。その代わり、配線箇所では、配線の外周側に溝部１７ｅを設け、溝部１７ｅが二重となるように構成している。

【0071】

このような構成によれば、振動膜１６の周囲を囲むように、膜支持部１７の上面に溝部１７ｅが形成されている。これにより、膜支持部１７のうち、溝部１７ｅよりも内側の領域を内側へと撓ませることができる。その結果、振動膜１６の変位に応じて、溝部１７ｅよりも内側の領域を内側へと変位させることができ、ひいては、振動膜１６の撓み量を増やすことができる。したがって、振動膜１６を大きく変位させることができるので、空気を効率よく振動させることができる。

【0072】

（第６の実施形態）
以下、図２０乃至図２２を参照し、第６の実施形態に係るトランスデューサ１を説明する。第６の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、分割スリット２の構造である。第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

【0073】

本実施形態において、膜支持部１７は、キャビティ１８を形成する内周面を備えている。内周面は、１つの曲面部１７ｄで構成されており、円形状を有している。また、トランスデューサ１は、圧電素子１０と振動膜１６とが積層された振動体を複数の振動領域１００に分割する分割スリット２を備えている。

【0074】

分割スリット２は、振動膜１６の中心から曲面部１７ｄに向かって延在する、４つの主スリット部２ａを備えている。４つの主スリット部２ａは、放射形状に分布しており、これにより、圧電素子１０と振動膜１６とが積層された振動体が、４つの振動領域１００に分割される。図２２に示すように、主スリット部２ａにおける曲面部１７ｄ側の端部は、曲線形状に形成されている。

【0075】

また、図２２に示すように、主スリット部２ａにおける曲面部１７ｄ側の端部には、スリット保護層５０が設けられている。スリット保護層５０は、主スリット部２ａの端部を囲む程度の大きさを有している。スリット保護層５０は、軟質な素材より形成された薄膜である。なお、スリット保護層５０は、電極１１、１２、圧電膜１３のいずれかと同一の素材で形成してもよい。この場合、スリット保護層５０として固有の素材を用意する必要がないので、トランスデューサ１の製造工程が煩雑となることを抑制することができる。

【0076】

主スリット部２ａの端部が直角な角部で形成されている場合、角部に応力が集中する恐れがある。しかしながら、本実施形態によれば、主スリット部２ａの端部が曲線形状に形成されている。これにより、主スリット部２ａの端部の特定箇所に応力が集中するといった事態を抑制することができる。これにより、主スリット部２ａの端部から割れが発生することを抑制することができる。

【0077】

なお、主スリット部２ａの端部は、曲線形状以外の形状であってもよい。例えば、３つ以上の直線を組み合わせた多角形状であってもよい。また、曲線形状と多角形状とを組み合わせた形状、例えば、２つ以上の曲線と１つ以上の直線との組み合わせであったり、１つ以上の曲線と２つ以上の直線との組み合わせであったりしてもよい。

【0078】

また、本実施形態では、主スリット部２ａの端部に、スリット保護層５０が配置されている。このスリット保護層５０により、主スリット部２ａの端部が保護される。これにより、主スリット部２ａの端部から割れが発生することを抑制することができる。

【0079】

なお、第５の実施形態に示す手法では、キャビティ１８を形成する内周面を円形状としているが、内周面の形状は多角形状であってもよい。

【0080】

（第７の実施形態）
以下、図２３乃至図２４を参照し、第７の実施形態に係るトランスデューサ１を説明する。第７の実施形態に係るトランスデューサ１が、第１の実施形態に係るトランスデューサ１と相違する点は、振動膜１６の動作構造である。第１の実施形態と重複する内容の説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。なお、図２３では、電極パッド１１ａ、１２ａの一部について省略されている。

【0081】

本実施形態において、膜体１５は、カンチレバー型の振動膜１６と、膜支持部１７とで構成されている。振動膜１６は、振動膜１６と平行な平面で見た場合、略四角状を有している。膜支持部１７は、振動膜１６の周囲を囲み、振動膜１６の１辺と連結されている。振動膜１６の残余の３辺と膜支持部１７との間には、隙間１９が設定されている。すなわち、振動膜１６は片持ち梁形状に支持されている。

【0082】

圧電素子１０は、振動膜１６の自由端側には設けられておらず、膜支持部１７と連結される基端部側に配置されている。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。この電位差により、振動膜１６の自由端側が膜厚方向に変位する。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、上側への変位と下側への変位を交互に繰り返する。この振動膜１６の振動により、振動膜１６の周囲の空気を振動させられ、空気の振動が音波として出力される。

【0083】

本実施形態の特徴の一つとして、隙間１９によって膜支持部１７と隔てられた振動膜１６の３辺には、衝立１６ｂが設けられている。衝立１６ｂは、圧電素子１０とは反対側の面に設けられており、キャビティ１８に向かって延出している。自由端側に位置する辺に設けられる衝立１６ｂは、辺に沿って連続的に形成されている。一方、自由端側と基端部側との間をつなぐ２つの辺に設けられる衝立１６ｂは、所定の間隔（スリット）をあけながら断続的に設けられている。

【0084】

また、膜支持部１７のうち、振動膜１６の自由端側と向き合う面には、空間部１７ｆが形成されている。空間部１７ｆは、膜支持部１７の上部を残すように形成されている。

【0085】

振動膜１６の自由端側が反ることで、振動膜１６の膜厚方向に隙間が発生する。この隙間を介して空気が移動するため、空気を振動させる際に空気の漏れが大きくなる。しかしながら、本実施形態によれば、振動膜１６の下面に衝立１６ｂが設けられている。この衝立１６ｂにより隙間の形成が抑制されるので、空気の抜けを抑制することができる。

【0086】

また、振動膜１６が反り上がる辺では、衝立１６ｂが断続的に形成されている。これにより、衝立１６ｂが振動膜１６の変位を阻害することがない。その結果、振動膜１６の振動を許容することができる。

【0087】

加えて、膜支持部１７に空間部１７ｆを設けることで、自由端側に設けた衝立１６ｂと、膜支持部１７とが干渉することを防止することができる。これにり、振動膜１６の自由な変位を許容することができる。また、空間部１７ｆは、膜支持部１７の上部を残すように形成されているため、振動膜１６と膜支持部１７との隙間１９が大きくなることを抑制することができる。これにより、隙間１９を介した空気の流れを抑制することができる。

【0088】

以上、第４から第７の実施形態を説明したが、第４から第７の実施形態は、それぞれの実施形態に示される技術的な特徴を互いに組み合わせて利用することができる。また、第４から第７の実施形態は、第１から第３の実施形態及び第１から第６の変形例に示される技術的な特徴を組み合わせて利用することができる。

【0089】

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を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実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0090】

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。

【符号の説明】

【0091】

１ トランスデューサ
２ 分割スリット
２ａ 主スリット部
２ｂ 副スリット部
１０ 圧電素子
１１、１２ 電極
１３ 圧電膜
１４ 圧電スリット
１５ 膜体
１６ 振動膜
１６ｂ 衝立
１７ 膜支持部
１７ａ 平面部
１７ｂ 角部
１７ｃ 小キャビティ
１７ｄ 曲面部
１７ｅ 溝部
１８ キャビティ
１９ 隙間
２０ 開口部
３０ 膜体保護層
４０ カバー層
５０ スリット保護層
１００ 振動領域

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】