(57)【要約】      （修正有）【課題】第一部材及び第二部材を接合し、第一部材及び第二部材の間に設けられる封止空間と外部空間とを連通する連通部を第二部材に設ける場合、第一部材や第二部材が破損するおそれがある。【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１０は、第一部材１１０と、第一部材との間に封止空間を形成する第二部材１２０と、第一部材と第二部材との間に配置され、第一部材及び第二部材に接合される第三部材と、を備える。第三部材は、第一部材及び第二部材よりも剛性が小さく、封止空間と外部空間とを連通する連通部１３２が設けられている。【選択図】図２
2020155928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一部材と、
前記第一部材との間に封止空間を形成する第二部材と、
前記第一部材と前記第二部材との間に配置され、前記第一部材及び前記第二部材に接合される第三部材と、を備え、
前記第三部材は、前記第一部材及び前記第二部材よりも剛性が小さく、
前記第三部材には、前記封止空間と外部空間とを連通する連通部が設けられている
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第一部材及び前記第三部材は、粘弾性部材により接合され、
前記第二部材及び前記第三部材は、粘弾性部材により接合されている
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第三部材は粘弾性を有し、前記第一部材及び前記第二部材に接合されている
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第三部材は、レジスト用樹脂である
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第一部材は、振動部を備え、前記振動部の振動により超音波の送信及び受信の少なくともいずれかを行う基板であり、
前記第二部材は、前記基板を補強する補強板である
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
前記第三部材は、前記振動部の周囲を囲って設けられ、
前記連通部は、前記振動部の外周に沿って配置されている
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスと、
ＭＥＭＳデバイスを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイス、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の基板の間に空間が設けられるＭＥＭＳデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波の送受信を行う超音波デバイスが開示されている。この超音波デバイスは、複数の超音波トランスデューサーが設けられた素子基板と、素子基板に接合される封止板とを備えている。素子基板は、開口部を有する基板本体部と、開口部を覆う振動膜と、振動膜に対応する位置に設けられた圧電素子とを有する。このような素子基板は、外部からの応力に対して弱く、外部からの応力で破損するおそれがある。これに対して、素子基板に封止板を接合することで、素子基板を補強することができる。
また、特許文献１では、封止板と素子基板との間に、超音波トランスデューサーの駆動を許容する封止空間が形成されている。この封止空間が密閉されていると、封止空間と外部空間との圧力差によって、超音波トランスデューサーが破損するおそれがある。このため、特許文献１の超音波デバイスでは、封止板に、封止空間と外部空間とを連通させる連通路が設けられており、内部空間と外部空間とで圧力差が生じないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０９８５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、封止板に連通路を設けると、封止板の強度が大幅に低下し、超音波デバイスに衝撃が加わった場合に、封止板が破損するおそれがある。また、封止板の連通路の開口端を素子基板に対向させて、封止板を素子基板に当接させると、外部から加わった応力が、連通路の開口端近傍に集中し、連通路の開口端近傍に接する素子基板が破損するおそれがある。
【０００５】
なお、上記の課題は、破損しやすい第一部材を、補強用の第二部材により補強し、かつ、第一部材と第二部材との間に封止空間を形成する各種ＭＥＭＳデバイスや、当該ＭＥＭＳデバイスを備える電子機器において共通する課題である。
例えば、静電アクチュエーター等の駆動素子が設けられた第一部材である基板に、第二部材である補強板を接合して補強したＭＥＭＳデバイスを例示する。このようなＭＥＭＳデバイスでは、基板と補強板との間に駆動素子を駆動させるための駆動空間を設ける場合がある。この際、駆動空間と外部空間とを連通する連通路を補強板に設けると、上記と同様に、補強板の強度が大幅に低下し、基板や補強板が破損するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一適用例のＭＥＭＳデバイスは、第一部材と、前記第一部材との間に封止空間を形成する第二部材と、前記第一部材と前記第二部材との間に配置され、前記第一部材及び前記第二部材に接合される第三部材と、を備え、前記第三部材は、前記第一部材及び前記第二部材よりも剛性が小さく、前記第三部材には、前記封止空間と外部空間とを連通する連通部が設けられている。
【０００７】
本適用例のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第一部材及び前記第三部材は、粘弾性部材により接合され、前記第二部材及び前記第三部材は、粘弾性部材により接合されていることが好ましい。
【０００８】
本適用例のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第三部材は粘弾性を有し、前記第一部材及び前記第二部材に接合されていてもよい。
【０００９】
本適用例のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第三部材は、レジスト用樹脂であることが好ましい。
【００１０】
本適用例のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第一部材は、振動部を備え、前記振動部の振動により超音波の送信及び受信の少なくともいずれかを行う基板であり、前記第二部材は、前記基板を補強する補強板であることが好ましい。
【００１１】
本適用例のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第三部材は、前記振動部の周囲を囲って設けられ、前記連通部は、前記振動部の外周に沿って配置されている。
【００１２】
第二適用例の電子機器は、上述した第一適用例のＭＥＭＳデバイスと、ＭＥＭＳデバイスを制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態の超音波装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第一実施形態の超音波デバイスを示す概略平面図。
【図３】第一実施形態の超音波デバイスの超音波基板を示す概略平面図。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線で超音波デバイスを切断した際の断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線で超音波デバイスを切断した際の断面図。
【図６】第一実施形態の接合層の概略平面図。
【図７】第二実施形態の超音波デバイスを示す概略断面図。
【図８】第二実施形態の中間部材の概略平面図。
【図９】第三実施形態の超音波デバイスを示す概略平面図。
【図１０】第三実施形態の接合層を示す概略平面図。
【図１１】図９のＣ−Ｃ線で超音波デバイスを切断した際の断面図。
【図１２】図９のＤ−Ｄ線で超音波デバイスを切断した際の断面図。
【図１３】変形例２に係る超音波デバイスの接合層の一例を示す図。
【図１４】変形例２に係る中間部材の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の超音波装置１００の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の超音波装置１００は、ＭＥＭＳデバイスである超音波デバイス１０を備える電子機器である。この超音波装置１００は、図１に示すように、超音波デバイス１０と、超音波デバイス１０を制御する制御部２０とを備える。
本実施形態の超音波装置１００では、制御部２０は、超音波デバイス１０を制御し、超音波デバイス１０から超音波を送信する。そして、対象物により超音波が反射され、超音波デバイス１０により反射波が受信されると、制御部２０は、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングの時間に基づいて、超音波デバイス１０から対象物までの距離を算出する。
以下、このような超音波装置１００の構成について、具体的に説明する。
【００１５】
［超音波デバイス１０の構成］
図２は、超音波デバイス１０を示す概略平面図である。図３は、超音波デバイス１０の超音波基板１１０を示す概略平面図である。図４は、図２におけるＡ−Ａ線で超音波デバイス１０を切断した際の断面図であり、図５は、図２のＢ−Ｂ線で超音波デバイス１０を切断した際の断面図である。
超音波デバイス１０は、図４及び図５に示すように、第一部材である超音波基板１１０と、第二部材である封止板１２０と、第三部材である接合層１３０と、を備え、超音波基板１１０及び封止板１２０が接合層１３０により接合されることで構成されている。
なお、以降の説明にあたり、封止板１２０から超音波基板１１０に向かう方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に関し、向きを含まない場合も方向という場合がある。
【００１６】
［超音波基板１１０の構成］
超音波基板１１０は、図４及び図５に示すように、基板本体１１１と、振動板１１２と、圧電素子１１３とを備えて構成されている。
基板本体１１１は、Ｓｉ等の半導体基板で構成され、振動板１１２を支持する所定の厚みを有する基板である。
基板本体１１１には、Ｘ方向及びＹ方向に沿った２次元アレイ状に配置される複数の開孔１１１Ａが設けられている。これらの開孔１１１Ａは、基板本体１１１をＺ方向に貫通する貫通孔である。また、基板本体１１１の−Ｚ側には、振動板１１２が設けられており、開孔１１１Ａの−Ｚ側の開口端は、振動板１１２により閉塞されている。つまり、基板本体１１１のうち、開孔１１１Ａが設けられていない部分は、壁部１１１Ｂを構成し、この壁部１１１Ｂ上に振動板１１２が配置されている。
【００１７】
振動板１１２は、上記のように、基板本体１１１の−Ｚ側に設けられている。振動板１１２の厚み寸法は、基板本体１１１に対して十分小さい厚み寸法となる。ここで、振動板１１２のうち開孔１１１Ａを閉塞する部分は閉塞部１１２Ａを構成し、この閉塞部１１２Ａと圧電素子１１３とにより超音波トランスデューサーＴｒが構成される。
【００１８】
圧電素子１１３は、各閉塞部１１２Ａの−Ｚ側に配置されている。この圧電素子１１３は、図４及び図５に示すように、第一電極１１３Ａ、圧電膜１１３Ｂ、及び第二電極１１３Ｃを順に積層することで構成されている。なお、圧電素子１１３と振動板１１２との間に、他の膜層が設けられていてもよい。
【００１９】
圧電素子１１３は、第一電極１１３Ａ及び第二電極１１３Ｃの間に電圧が印加されることで伸縮する。圧電素子１１３が伸縮することで、当該圧電素子１１３が設けられた振動板１１２の閉塞部１１２Ａが振動し、超音波トランスデューサーＴｒから超音波が送信される。
また、開孔１１１Ａから閉塞部１１２Ａに超音波が入力されると、閉塞部１１２Ａが振動し、圧電素子１１３の圧電膜１１３Ｂの上下で電位差が発生する。したがって、第一電極１１３Ａ及び第二電極１１３Ｃの間に発生する電位差を検出することにより、超音波の受信を検出することが可能となる。
【００２０】
上記のような超音波基板１１０では、図３に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数の超音波トランスデューサーＴｒがアレイ状に配置されている。また、以降の説明において、超音波基板１１０のうち、複数の超音波トランスデューサーＴｒが配置される領域、つまり、図３に示す一点鎖線にて囲われる領域を振動部１１４と称する。
本実施形態では、第一電極１１３Ａは、Ｙ方向に沿って直線状に形成され、±Ｙ端部に設けられた駆動端子１１３Ｄに接続されている。つまり、Ｙ方向に隣り合う超音波トランスデューサーＴｒでは、第一電極１１３Ａが共通となり、１つのチャンネルＣＨを構成する。また、Ｘ方向に沿って、複数のチャンネルＣＨが配置されている。このため、各チャンネルＣＨに対応する駆動端子１１３Ｄに対して、それぞれ独立した駆動信号を入力することができ、各チャンネルＣＨを、それぞれ個別に駆動させることが可能となる。
【００２１】
一方、第二電極１１３Ｃは、図３に示すように、Ｘ方向に直線状に形成されており、各第二電極１１３Ｃの±Ｘ側端部が、互いに結線されて共通端子１１３Ｅに接続されている。これらの第二電極１１３Ｃは、共通端子１１３Ｅを介して駆動回路３０に電気接続され、同一の共通電位が印加される。
【００２２】
［封止板１２０の構成］
封止板１２０は、超音波基板１１０を補強する補強板であり、本開示の第二部材を構成する。封止板１２０は、図２に示すように、Ｚ方向から見た平面視で、超音波基板１１０と略同一サイズで同一形状に構成されている。
図４及び図５に示すように、封止板１２０の＋Ｚ側の面で、超音波基板１１０の振動部１１４に対向する部分には、凹部１２１が設けられている。封止板１２０の凹部１２１と、超音波基板１１０と、後述する接合層１３０の開口部１３１により挟まれる封止空間Ｓは、各超音波トランスデューサーＴｒの閉塞部１１２Ａの振動を許容する空間となる。
【００２３】
封止空間Ｓを形成する凹部１２１の深さは、超音波基板１１０から出力される超音波の波長に応じて設定される。具体的には、超音波の波長をλとして、超音波基板１１０から凹部１２１の底面までの距離が、λ／４の奇数倍となるように設定されていることが好ましい。つまり、本実施形態では、超音波基板１１０から＋Ｚ側に超音波を送信するが、超音波トランスデューサーＴｒを駆動させると、閉塞部１１２Ａの−Ｚ側にも超音波（背面波）が送出される。ここで、上記のように凹部１２１の深さが設定されていることで、凹部１２１の底面で反射される背面波と、超音波トランスデューサーＴｒから＋Ｚ側に送出される超音波との位相をずらすことができ、超音波を減衰させることができる。
なお、本実施形態では、超音波装置１００は、超音波の送信タイミングから、対象物で反射された超音波を受信した際の受信タイミングまでの時間に基づいて、超音波デバイス１０から対象物までの距離を算出するため、上記のように凹部１２１の深さを設定しているが、超音波測定の目的に応じて、適宜凹部１２１の深さを設定すればよい。例えば、対象物に対して超音波を送信し、対象物を透過した超音波の音圧を測定して、対象物の厚みを検出する場合では、送信する超音波の音圧を上げる必要がある。この場合、例えば、超音波基板１１０から凹部１２１の底面までの距離を、λ／４の偶数倍として、送信超音波を増幅してもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、封止空間Ｓを形成するために、封止板１２０に凹部１２１を形成したが、凹部１２１が設けられない構成としてもよい。詳細は後述するが、本実施形態では、超音波基板１１０と封止板１２０との間に、所定の厚みを有する接合層１３０を設ける。接合層１３０の厚みが十分大きく、超音波トランスデューサーＴｒが十分に駆動可能な封止空間Ｓを形成できる場合は、凹部１２１が設けられない構成としてもよい。つまり、接合層１３０の厚みによって、超音波基板１１０と封止板１２０との間に封止空間Ｓを形成するように構成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態の封止板１２０は、Ｚ方向から見た平面視で、封止板１２０の周縁のうち、超音波基板１１０に設けられた駆動端子１１３Ｄ及び共通端子１１３Ｅに対向する一部に切り欠き部１２２が設けられている。切り欠き部１２２により、駆動端子１１３Ｄや共通端子１１３Ｅが露出される構成となり、超音波基板１１０に対して信号線を容易に接続することが可能となる。
【００２６】
さらに、封止板１２０には、Ｚ方向から見た平面視で、振動部１１４と重なる領域から所定寸法離れた位置に、連通孔１２３が設けられている。連通孔１２３は、封止板１２０をＺ方向に沿って貫通する貫通孔である。詳細は後述するが、図２及び図５に示すように、連通孔１２３は、接合層１３０に形成される流路溝１３２と連通する。
【００２７】
［接合層１３０の構成］
図６は、本実施形態の接合層１３０をＺ方向に沿って見た平面図である。
接合層１３０は、超音波基板１１０よりも小さい剛性を有し、かつ、封止板１２０よりも小さい剛性を有する素材により構成されている。本実施形態では、接合層１３０として、粘弾性を有するレジスト用樹脂により形成されている。よって、図４及び図５に示すように、接合層１３０の＋Ｚ側の面は、当該接合層１３０の粘性により超音波基板１１０に接合され、接合層１３０の−Ｚ側の面は、当該接合層１３０の粘性により封止板１２０に接合されている。つまり、接合層１３０により、超音波基板１１０と封止板１２０とが接合されている。
【００２８】
接合層１３０は、図２、図４及び図５に示すように、Ｚ方向から見た平面視で、超音波基板１１０の振動部１１４と重なる位置には形成されず、振動部１１４と重なる領域（封止空間Ｓ）の周囲を囲って設けられる。つまり、接合層１３０は、Ｚ方向から見た平面視で、振動部１１４と重なる位置に、封止空間Ｓの一部を形成する開口部１３１が設けられている。
また、接合層１３０には、図６に示すように、流路溝１３２が形成されている。この流路溝１３２は、図４又は図５に示すように、接合層１３０の超音波基板１１０側の面から、接合層１３０の封止板１２０側の面までを貫通する溝である。また、Ｚ方向から見た平面視で流路溝１３２の一端Ｐ１は、開口部１３１に接続されて封止空間Ｓと連通する。また、流路溝１３２の他端Ｐ３は、封止板１２０に設けられた連通孔１２３に対向する位置に設けられ、連通孔１２３に接続される。つまり、流路溝１３２は、封止空間Ｓと、外部空間に連通する連通孔１２３とを繋ぎ、封止空間Ｓを外部空間に連通させる連通部を構成する。
【００２９】
より具体的には、流路溝１３２は、図６に示すように、Ｚ方向から見た平面視において、開口部１３１に接続される一端Ｐ１から、開口部１３１の周縁よりも所定距離だけ外側の位置Ｐ２まで延設され、さらに、位置Ｐ２から開口部１３１の周縁に沿って開口部１３１の周りを約１周し、連通孔１２３に対向する他端Ｐ３まで延設されている。つまり、流路溝１３２は、超音波デバイス１０をＺ方向から見た際に、振動部１１４の周縁を囲って配置されている。
このような流路溝１３２を備える接合層１３０は、例えばレジスト用樹脂等のエラストマーにより容易に形成することができる。例えば、ポジ型フォトレジストを用いる場合、超音波基板１１０の振動板１１２上にポジ型フォトレジストを形成し、開口部１３１及び流路溝１３２の形成位置に対して、レーザー光源等により所定波長の光を照射して除去することで形成できる。
【００３０】
［制御部２０の構成］
図１に戻り、制御部２０について説明する。
制御部２０は、超音波デバイス１０を駆動させる駆動回路３０と、演算部４０とを含んで構成されている。また、制御部２０には、その他、超音波装置１００を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。
【００３１】
駆動回路３０は、超音波デバイス１０の駆動を制御するためのドライバー回路であり、例えば図１に示すように、基準電位回路３１、切替回路３２、送信回路３３、及び受信回路３４等を備える。
基準電位回路３１は、超音波デバイス１０の第二電極１１３Ｃの共通端子１１３Ｅに接続され、第二電極１１３Ｃに基準電位を印加する。
切替回路３２は、駆動端子１１３Ｄと、送信回路３３と、受信回路３４とに接続される。この切替回路３２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動端子１１３Ｄのそれぞれと送信回路３３とを接続する送信接続、及び、各駆動端子１１３Ｄのそれぞれと受信回路３４とを接続する受信接続を切り替える。
【００３２】
送信回路３３は、切替回路３２及び演算部４０に接続される。そして、送信回路３３は、切替回路３２が送信接続に切り替えられた際に、演算部４０の制御に基づいて、各超音波トランスデューサーＴｒにパルス波形の駆動信号を出力し、超音波デバイス１０から超音波を送信させる。
【００３３】
演算部４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成され、駆動回路３０を介して超音波デバイス１０を制御し、超音波デバイス１０により超音波の送受信処理を実施させる。
すなわち、演算部４０は、切替回路３２を送信接続に切り替え、送信回路３３から超音波デバイス１０を駆動させて、超音波の送信処理を実施する。また、演算部４０は、超音波を送信した直後に、切替回路３２を受信接続に切り替えさせ、対象物で反射された反射波を超音波デバイス１０で受信させる。そして、演算部４０は、例えば、超音波デバイス１０から超音波を送信した送信タイミングから、受信信号が受信されるまでの時間と、空気中における音速とを用いて、ＴｏＦ（Time of Flight）法により、超音波デバイス１０から対象物までの距離を算出する。
【００３４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波装置１００は、超音波デバイス１０と、超音波デバイス１０を制御する制御部２０とを備える。そして、超音波デバイス１０は、超音波基板１１０と、超音波基板１１０との間に封止空間Ｓを形成する封止板１２０と、超音波基板１１０及び封止板１２０の間に配置され、超音波基板１１０及び封止板１２０に接合される接合層１３０と、を備える。そして、この接合層１３０は、超音波基板１１０及び封止板１２０よりも剛性が小さく、接合層１３０には、封止空間Ｓと外部空間とを連通する流路溝１３２が設けられている。
【００３５】
このため、本実施形態では、封止板１２０に連通部が設けられていないので、封止板１２０の強度が強く、衝撃等によって応力が加わったとしても、封止板１２０が破損しにくい。よって、封止板１２０の破損による水分等の侵入や、侵入した水分等による超音波トランスデューサーＴｒの性能低下を抑制できる。
また、従来のように、超音波基板側が開口する凹溝が設けられた封止板を超音波基板に当接させる場合、応力が加わった際に、凹溝の開口端近傍に当該応力が集中して超音波基板が破損するおそれがある。これに対して、本実施形態では、超音波基板１１０や封止板１２０よりも剛性が小さい接合層１３０に流路溝１３２が設けられる。この場合、接合層１３０の流路溝１３２の開口端に沿って応力が集中した場合でも、接合層１３０により応力が吸収される。よって、超音波基板１１０や封止板１２０の破損を抑制することができる。
【００３６】
本実施形態では、接合層１３０が粘弾性を有し、超音波基板１１０及び封止板１２０に接合されている。
この場合、接合層１３０と超音波基板１１０との間の接合、及び、接合層１３０と封止板１２０との間の接合を、別の接合材料を用いて接合する必要がない。これにより、構成の簡略化を図れる。
【００３７】
また、本実施形態では、接合層１３０は、レジスト用樹脂により構成されている。
このようなレジスト用樹脂は、エッチング等により、容易に所望の形状にパターニングすることができ、製造効率性が優れている。よって、封止空間Ｓを形成する空間や、流路溝１３２を高精度に形成することができる。
【００３８】
本実施形態の超音波基板１１０は、振動部１１４を備え、振動部１１４に設けられた超音波トランスデューサーＴｒの閉塞部１１２Ａの振動により超音波の送受信を行う基板であり、封止板１２０は、超音波基板１１０を補強する補強板である。
本実施形態のように、振動部１１４の閉塞部１１２Ａを振動させて超音波を送信する超音波デバイス１０では、省電力で閉塞部１１２Ａの振動変位を大きくするために、閉塞部１１２Ａの厚みを薄くする必要がある。この場合、超音波基板１１０の剛性が小さく、破損しやすい。これに対して、本実施形態では、封止板１２０を接合することで、超音波基板１１０を補強することができ、超音波基板１１０の破損をより好適に抑制することができる。
【００３９】
本実施形態では、接合層１３０は、振動部１１４の周囲を囲って設けられ、流路溝１３２は、振動部１１４の外周に沿って配置されている。
このような構成では、封止空間Ｓから連通孔１２３まで直線状の溝が設けられる構成に比べて、流路溝１３２の流路長が長くなる。このため、連通孔１２３から水分等の異物が侵入しても、封止空間Ｓの中まで到達しにくく、封止空間Ｓ内に配置される各圧電素子１１３を異物から保護することができる。
【００４０】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、第三部材である接合層１３０により、超音波基板１１０と封止板１２０とを接合した。これに対して、第二実施形態では、第一部材である超音波基板１１０と、第二部材である封止板１２０との間に配置される第三部材が、十分な接合強度が得られる程度の粘性を有さない点で、上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００４１】
図７は、第二実施形態の超音波デバイス１０Ａの概略断面図である。図８は、超音波デバイス１０Ａを構成する中間部材１４０の概略平面図である。なお、図７に示す断面図は、図８のＰ１−Ｐ２を結ぶ直線に対応した断面図である。
本実施形態では、超音波デバイス１０Ａは、超音波基板１１０と、封止板１２０とを備えており、これらの超音波基板１１０及び封止板１２０の間に、第三部材である中間部材１４０が設けられている。この中間部材１４０は、超音波基板１１０及び封止板１２０よりも剛性が小さい弾性体により構成されており、例えばエラストマーにより構成されている。
【００４２】
中間部材１４０の形状は、図８に示すように、第一実施形態の接合層１３０と同様であり、Ｚ方向からの平面視において、振動部１１４と重なる位置に、封止空間Ｓを形成するための開口部１４１が設けられている。また、中間部材１４０は、開口部１４１と連通孔１２３とに接続され、封止空間Ｓと外部空間とを連通させる流路溝１４２が設けられている。この流路溝１４２の流路形状は、第一実施形態と同様であり、一端Ｐ１が開口部１４１に接続され、開口部１４１から外側の位置Ｐ２まで延設され、位置Ｐ２から開口部１４１の周縁に沿って振動部１１４を囲うように約１周して、連通孔１２３に対向する他端Ｐ３まで延設されている。
【００４３】
また、本実施形態では、中間部材１４０と、超音波基板１１０とは、粘弾性部材である第一接合層１５０により接合されている。同様に、中間部材１４０と、封止板１２０とは、粘弾性部材である第二接合層１６０により接合されている。第一接合層１５０及び第二接合層１６０としては、第一実施形態と同様、パターニングが容易なレジスト用樹脂等を用いることができる。
また、これらの第一接合層１５０及び第二接合層１６０は、中間部材１４０よりも剛性が小さいことが好ましい。第一接合層１５０及び第二接合層１６０に応力を吸収させることで、例えば中間部材１４０に加わる応力が弾性限度を超えて、変形が残る不都合を抑制できる。
【００４４】
以上のような本実施形態の超音波デバイス１０Ａでは、超音波基板１１０と、封止板１２０との間に、超音波基板１１０や封止板１２０よりも剛性が小さい中間部材１４０が設けられ、この中間部材１４０に封止空間Ｓと外部空間とを連通する流路溝１４２が設けられている。このため、本実施形態の超音波デバイス１０Ａでは、第一実施形態と同様、封止板１２０に連通部が設けられないので、封止板１２０の強度を強くできる。また、応力が加わった際に、第一接合層１５０及び第二接合層１６０により応力を吸収できるので、超音波基板１１０や封止板１２０の破損を抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態では、超音波基板１１０及び中間部材１４０が、粘弾性部材である第一接合層１５０により接合され、封止板１２０及び中間部材１４０が、粘弾性部材である第二接合層１６０により接合されている。このような構成では、流路溝１４２を形成する中間部材１４０として、粘性が高くないものを選択してもよく、設計自由度の向上を図ることができる。
【００４６】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上述した第一実施形態及び第二実施形態では、流路溝１３２，１４２が、封止板１２０に設けられた連通孔１２３に接続される構成とした。この場合、封止板１２０に貫通孔を設ける構成となるので、封止板１２０の強度が僅かに低下する。
これに対して、第三実施形態では、封止板１２０に連通孔１２３が設けられない点で上記第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
【００４７】
図９は、本実施形態の超音波デバイス１０Ｂの概略平面図であり、図１０は、超音波デバイス１０Ｂの接合層１３０Ａの概略平面図である。また、図１１は、図９の超音波デバイス１０ＢをＣ−Ｃ線で切断した際の断面図であり、図１２は、図９の超音波デバイス１０ＢをＤ−Ｄ線で切断した際の断面図である。
本実施形態では、第一実施形態と同様に、超音波デバイス１０Ｂは、超音波基板１１０と、封止板１２０Ａと、を備え、これらの超音波基板１１０及び封止板１２０Ａが、粘弾性を有する接合層１３０Ａにより接合されている。
【００４８】
ここで、本実施形態では、図９に示すように、封止板１２０Ａには、封止板１２０ＡをＺ方向に貫通する連通孔１２３が設けられていない。
そして、本実施形態では、接合層１３０Ａに、図９から図１２に示すような流路溝１３２Ａが設けられている。この流路溝１３２Ａは、Ｚ方向から見た平面視で、封止空間Ｓを構成する開口部１３１から、接合層１３０Ａの外縁までを連通させる溝である。
つまり、図１０に示すように、流路溝１３２Ａは、開口部１３１に接続される一端Ｐ１から、開口部１３１の周縁より所定距離だけ外側の位置Ｐ２まで延設され、位置Ｐ２から開口部１３１の周縁に沿って開口部１３１の周りを約１周し、さらに、接合層１３０Ａの外周縁に向かって延設されて、他端Ｐ４が接合層１３０Ａの外周縁から外部空間に連通する。
【００４９】
以上のような本実施形態では、封止板１２０Ａに貫通孔が設けられないので、封止板１２０の強度をより強くでき、衝撃等により応力が加わった際の封止板１２０の破損をより抑制できる。
【００５０】
なお、上記例では、接合層１３０Ａに、封止空間Ｓを構成する開口部１３１から、接合層１３０Ａの外縁までを連通させる流路溝１３２Ａを設ける構成を例示したが、同様の構成の流路溝を第二実施形態に対して適用してもよい。つまり、第二実施形態の超音波デバイス１０Ａの中間部材１４０は、封止空間Ｓを構成する開口部１４１から、外部空間に面する中間部材１４０の外縁までを連通させる流路溝を備える構成としてもよい。
【００５１】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００５２】
［変形例１］
第一実施形態及び第三実施形態では、接合層１３０に設けられる連通部として流路溝１３２を例示し、当該流路溝１３２は、Ｚ方向に対して、接合層１３０の超音波基板１１０に接合される面から、接合層１３０の封止板１２０に接合される面までを貫通する溝である例を示した。しかしながら、流路溝１３２の溝深さは、これに限定されるものではない。例えば、流路溝１３２は、超音波基板１１０に接合される面から所定深さの凹溝に形成されていてもよい。あるいは、流路溝１３２は、封止板１２０に接合される面から所定深さの凹溝に形成されていてもよい。
第二実施形態においても同様であり、流路溝１４２は、中間部材１４０のうち、超音波基板１１０に対向する面、及び封止板１２０に対向する面のいずれか一方が開口した凹溝としてもよい。
また、中間部材１４０は、３Ｄプリンター等の造形装置によって製造されてもよく、この場合、中間部材１４０の内部に管状の流路孔を連通部として形成してもよい。
【００５３】
［変形例２］
上記各実施形態では、連通部である流路溝１３２，１３２Ａ，１４２は、封止空間Ｓを形成する開口部１３１から所定距離の位置まで延設され、さらに、その位置から振動部１４の周縁を周方向に沿って約１周した後、外部空間に連通される構成を例示した。
これに対して、連結部は、封止空間Ｓから外部空間に至るまでの流路長が長くなるように形成されていれば、いかなる形状であってもよい。
図１３は、変形例２に係る接合層１３０Ｂの一例を示す図である。例えば、図１３に示すように、流路溝１３２Ｂは、封止空間Ｓを形成する開口部１３１から、接合層１３０Ｂの外周縁に向かって蛇行形状に形成されてもよい。図１３では、接合層１３０Ｂに流路溝１３２Ｂを形成する例であるが、第二実施形態に示したような中間部材１４０の流路溝１４２を、図１３に示すような蛇行形状としてもよい。
【００５４】
また、上記変形例１で示したように、中間部材１４０を３Ｄプリンターにより形成し、連通部として環状の流路孔を設ける場合、流路孔を立体構造に形成してもよい。
図１４は、変形例２に係る中間部材１４０Ａの一例を示す図である。
例えば、図１４に示すように、中間部材１４０Ａは、封止空間Ｓを形成する開口部１４１と、接続部１４２Ａ１、螺旋部１４２Ａ２、及び外部連通部１４２Ａ３を含む流路孔１４２Ａとを備える。接続部１４２Ａ１は、開口部１４１に接続される接続端Ｑ１から、開口部１４１の外側に所定距離だけ離れた位置Ｑ２まで延設される部位である。螺旋部１４２Ａ２は、位置Ｑ２から、開口部１４１の周方向に沿って螺旋形状を為して位置Ｑ３まで延設される部位である。外部連通部１４２Ａ３は、位置Ｑ３から中間部材１４０Ａの外周の位置Ｑ４まで延設される部位であり、外部空間に連通する。このような流路孔１４２Ａでは、流路長をさらに長くでき、封止空間Ｓへの異物の侵入をより抑制できる。
【００５５】
［変形例３］
上記実施形態では、中間部材１４０をエラストマー等により構成することで、中間部材１４０の剛性が、超音波基板１１０及び封止板１２０よりも小さくなるようにした。これに対して、中間部材１４０の内部に複数の空孔を形成し、スポンジ状とすることで、中間部材１４０の剛性を、超音波基板１１０や封止板１２０の剛性よりも小さくする構成としてもよい。
【００５６】
［変形例４］
第一実施形態において、超音波基板１１０は、Ｙ方向に並ぶ１列の超音波トランスデューサーＴｒによって１つのチャンネルＣＨが構成されたが、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサーＴｒによりチャンネルＣＨが構成されていてもよい。
また、チャンネルＣＨが、Ｘ方向に沿って複数配置されているが、チャンネルＣＨが、Ｙ方向に沿って複数配置される構成としてもよく、Ｘ方向及びＹ方向に複数配置される構成としてもよい。
さらに、複数の超音波トランスデューサーＴｒにより、１つのチャンネルＣＨが構成される例を示しているが、複数の超音波トランスデューサーＴｒのそれぞれを独立して駆動可能な構成としてもよい。
【００５７】
［変形例５］
上記各実施形態において、超音波基板１１０として、開孔１１１Ａを有する基板本体１１１と、開孔１１１Ａを閉塞する振動板１１２と、振動板１１２の閉塞部１１２Ａに配置される圧電素子１１３とを備える構成としたが、これに限定されない。
例えば、超音波基板は、基板と、基板に対してエアギャップを介して対向して配置される振動膜と、基板の振動膜に対向する位置に配置される下電極と、振動膜の下電極に対向する位置に配置される上電極とを備える構成としてもよい。この場合、上電極と下電極とにより静電アクチュエーターが構成され、静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加することで、振動膜を振動させて、超音波を出力することが可能となる。
【００５８】
［変形例６］
上記実施形態では、ＭＥＭＳデバイスとして、超音波の送信及び受信の少なくとも一方を行う超音波デバイス１０を例示したが、これに限定されない。
例えば、ＭＥＭＳデバイスとして、圧力室に貯留された液体を、圧力室に設けられたノズルから吐出させる駆動デバイスを例示することができる。このような駆動デバイスでは、第一部材として、上記各実施形態において説明した超音波基板１１０と略同一の駆動基板を用いることができる。すなわち、駆動基板は、開孔を有する基板本体と、開孔を閉塞する振動板と、振動板の閉塞部に配置される圧電素子とを備える。また、基板本体の振動板とは反対側が圧力室内に臨むように駆動デバイスを配置する。
この場合、上記各実施形態における超音波トランスデューサーＴｒは、液体と吐出させる吐出素子として機能する。つまり、圧電素子に電圧を印加することで、圧力室の圧力を上げて、ノズルから液体を吐出させることができる。各チャンネルがそれぞれ別の圧力室に臨むように駆動デバイスを配置することで、複数の圧力室から液体の吐出を制御することが可能となる。このような駆動デバイスは、例えば、インクジェットプリンターのインクヘッドに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…超音波デバイス（ＭＥＭＳデバイス）、１３…圧電素子、１４…振動部、２０…制御部、１００…超音波装置（電子機器）、１１０…超音波基板（第一部材）、１１１…基板本体、１１１Ａ…開孔、１１１Ｂ…壁部、１１２…振動板、１１２Ａ…閉塞部、１１３…圧電素子、１１３Ａ…第一電極、１１３Ｂ…圧電膜、１１３Ｃ…第二電極、１１３Ｄ…駆動端子、１１３Ｅ…共通端子、１１４…振動部、１２０，１２０Ａ…封止板（第二部材）、１２１…凹部、１２２…切り欠き部、１２３…連通孔、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ…接合層（第三部材）、１３１…開口部、１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ…流路溝（連通部）、１４０，１４０Ａ…中間部材（第三部材）、１４１…開口部、１２…流路溝（連通部）、１４２Ａ…流路孔（連通部）、１５０…第一接合層、１６０…第二接合層、Ｓ…封止空間、Ｔｒ…超音波トランスデューサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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