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公開番号2025164538
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024068567
出願日2024-04-19
発明の名称圧電デバイス
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ,日清紡マイクロデバイス株式会社
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H04R 17/00 20060101AFI20251023BHJP(電気通信技術)
要約【課題】片持ち梁状の梁状部の振動を阻害する湾曲を抑制することができる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】梁状部32は凹凸構造部36を有し、その凹凸構造部36は複数の第1凹凸部37と複数の第2凹凸部38とを有している。その第1凹凸部37には、梁状部32の一面32cに設けられた第1の凹形状371と、梁状部32の他面32dのうち第1の凹形状371に対し指向軸方向Daの他方側に重なる部位に設けられた第1の凸形状372とが形成されている。一方、第2凹凸部38には、梁状部32の一面32cに設けられた第2の凸形状381と、梁状部32の他面32dのうち第2の凸形状381に対し指向軸方向Daの他方側に重なる部位に設けられた第2の凹形状382とが形成されている。そして、第1、第2の凹形状371、382と第1、第2の凸形状372、381はそれぞれ、第2方向D2へ直線的に延伸している。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
マイクロフォンまたはスピーカーとして機能する圧電デバイスであって、
圧電材料によって構成された圧電層（３５、３５１、３５２）を含み、指向軸（Ｌc）の軸方向（Ｄa）に直交する板状に形成され、前記軸方向に垂直な第１方向（Ｄ１）の一方側に設けられた固定端部（３２ａ）と前記第１方向の他方側に設けられた自由端部（３２ｂ）と前記軸方向の一方側に形成された一面（３２ｃ）と前記軸方向の他方側に形成された他面（３２ｄ）とを有し、前記自由端部が前記固定端部に対し前記軸方向に往復変位可能な片持ち梁状に構成された梁状部（３２）と、
前記固定端部が固定され該固定端部を支持する支持部（２）とを備え、
前記梁状部は、第１凹凸部（３７）と第２凹凸部（３８）との少なくとも何れかから構成された凹凸構造部（３６、３６１、３６２、３６３）を有し、
前記第１凹凸部には、前記軸方向と前記第１方向とに垂直な第２方向（Ｄ２）へ直線的に延伸し前記一面に設けられた第１の凹形状（３７１）と、前記他面のうち前記第１の凹形状に対し前記軸方向の前記他方側に重なる部位に設けられ前記第２方向へ直線的に延伸した第１の凸形状（３７２）とが形成され、
前記第２凹凸部には、前記第２方向へ直線的に延伸し前記一面に設けられた第２の凸形状（３８１）と、前記他面のうち前記第２の凸形状に対し前記軸方向の前記他方側に重なる部位に設けられ前記第２方向へ直線的に延伸した第２の凹形状（３８２）とが形成されている、圧電デバイス。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記一面からの前記第１の凹形状の凹み量（Ｈ１）と、前記他面からの前記第２の凹形状の凹み量（Ｈ２）はそれぞれ、前記軸方向における前記梁状部の板厚（ｔｂ）の半分未満である、請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記梁状部は、外部へつながる配線（５）に電気的に接続され前記圧電層に対し互いに異なる層に積層された複数のセンサ電極（３４１ａ、３４２ａ、３４３ａ）を有し、
前記凹凸構造部は、前記梁状部のうち、前記センサ電極が前記第１方向に占める前記センサ電極毎の範囲（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が全て重複する重複範囲内に配置されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記梁状部は、前記第１方向の前記一方側ほど前記第２方向に拡幅するように形成され、
前記梁状部は、導電性材料によって構成され前記圧電層に対して積層された電極層（３４、３４１、３４２、３４３）を含み、
前記電極層は、外部へつながる配線（５）に電気的に接続されたセンサ電極（３４１ａ、３４２ａ、３４３ａ）と、前記配線から離れると共に前記センサ電極に対し前記第１方向の前記他方側に離れて配置された浮遊電極（３４１ｂ、３４２ｂ、３４３ｂ）とを有し、
前記凹凸構造部は、前記梁状部のうち、前記センサ電極が前記第１方向に占める範囲（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）内にのみ配置されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記梁状部は、前記第１方向の前記一方側ほど前記第２方向に拡幅するように形成され、
前記梁状部は、導電性材料によって構成され前記圧電層に対して積層された電極層（３４、３４１、３４２、３４３）を含み、
前記電極層は、外部へつながる配線（５）に電気的に接続されたセンサ電極（３４１ａ、３４２ａ、３４３ａ）と、前記配線から離れると共に前記センサ電極に対し前記第１方向の前記他方側に離れて配置された浮遊電極（３４１ｂ、３４２ｂ、３４３ｂ）とを有し、
前記凹凸構造部は、前記梁状部のうち前記センサ電極と前記浮遊電極との間に配置されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記圧電層は２層以上設けられ、
前記梁状部は、導電性材料によって構成された３層以上の電極層（３４）を含み、
前記電極層と前記圧電層は前記軸方向へ交互に積層されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記支持部は、前記梁状部に対し前記軸方向の前記他方側に配置され、
前記梁状部は、導電性材料によって構成され前記圧電層に対して積層され前記他面を形成する電極層（３４１）を含み、
前記電極層は、外部へつながる配線（５）に電気的に接続されたセンサ電極（３４１ａ）と、前記配線から離れると共に前記センサ電極に対し前記第１方向の前記他方側に離れて配置された浮遊電極（３４１ｂ）とを有し、
前記凹凸構造部（３６２）は、前記第２凹凸部を有さずに前記第１凹凸部を有し、前記梁状部のうち前記センサ電極と前記浮遊電極との間に配置されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記凹凸構造部は、前記第２方向に直交する断面において均一な厚み（ｔｗ）を有するように形成されている、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記圧電材料は、AlN、ScAlN、ZnO、PZT、KLN、KNN、BaTiO
3
のうちの何れかである、請求項１または２に記載の圧電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロフォンまたはスピーカーとして機能する圧電デバイスに関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
片持ち梁構造の圧電ＭＥＭＳマイクロフォンでは、片持ち梁状に支持されると共に板状に形成され圧電層を有する梁状部が音波または超音波を受けることによって振動する。そして、その梁状部の振動が電気信号に変換される。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。
【０００３】
このような片持ち梁構造の圧電ＭＥＭＳマイクロフォンでは、板状に形成された梁状部の厚み方向の応力分布によりその梁状部に湾曲が発生する場合がある。その梁状部の湾曲は、梁状部の固定端部から自由端部に延びる梁延設方向と厚み方向とに沿う断面だけでなく、その梁延設方向に直交する横断面にも表れるように発生する。特に、その横断面に表れる梁状部の湾曲は梁状部の振動を阻害し、結果として、マイクロフォンの感度を低下させる要因となる。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、圧電ＭＥＭＳマイクロフォンの梁状部を厚み方向に層状に分割し、これにより梁状部における応力分布を調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願公開第２０２２／０１９９８９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で提案された方法によって梁状部における応力分布を調整したとしても、梁状部の各層の成膜における応力分布の面内ばらつきやロット間での応力分布のばらつきにより、梁状部の湾曲を抑制するのは難しい。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
【０００７】
本開示は上記点に鑑みて、片持ち梁状の梁状部の振動を阻害しないようにしつつ、上記横断面に表れる梁状部の湾曲を抑制することができる圧電デバイス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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本開示の１つの観点による圧電デバイスは、
マイクロフォンまたはスピーカーとして機能する圧電デバイスであって、
圧電材料によって構成された圧電層（３５、３５１、３５２）を含み、指向軸（Ｌc）の軸方向（Ｄa）に直交する板状に形成され、軸方向に垂直な第１方向（Ｄ１）の一方側に設けられた固定端部（３２ａ）と第１方向の他方側に設けられた自由端部（３２ｂ）と軸方向の一方側に形成された一面（３２ｃ）と軸方向の他方側に形成された他面（３２ｄ）とを有し、自由端部が固定端部に対し軸方向に往復変位可能な片持ち梁状に構成された梁状部（３２）と、
固定端部が固定されその固定端部を支持する支持部（２）とを備え、
梁状部は、第１凹凸部（３７）と第２凹凸部（３８）との少なくとも何れかから構成された凹凸構造部（３６、３６１、３６２、３６３）を有し、
第１凹凸部には、軸方向と第１方向とに垂直な第２方向（Ｄ２）へ直線的に延伸し一面に設けられた第１の凹形状（３７１）と、他面のうち第１の凹形状に対し軸方向の他方側に重なる部位に設けられ第２方向へ直線的に延伸した第１の凸形状（３７２）とが形成され、
第２凹凸部には、第２方向へ直線的に延伸し一面に設けられた第２の凸形状（３８１）と、他面のうち第２の凸形状に対し軸方向の他方側に重なる部位に設けられ第２方向へ直線的に延伸した第２の凹形状（３８２）とが形成されている。
【０００９】
このようにすれば、梁状部に凹凸構造部が設けられることにより、上記第２方向に垂直な断面に表れる梁状部の湾曲に対し梁状部の曲げ剛性は高まらないが、上記第１方向に垂直な断面に表れる梁状部の湾曲に対し梁状部の曲げ剛性が高くなる。そのため、梁状部の振動を阻害しないようにしつつ、上記第１方向に垂直な断面に表れる梁状部の湾曲を、例えば凹凸構造部が無く梁状部の全体が平板状である場合に比べて抑制することができる。なお、上記第１方向に垂直な断面は上記横断面に対応する。
【００１０】
なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合がある。この場合、参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の単なる一例を示すものであるにすぎない。よって、本開示は、その参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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