(57)【要約】  アレイスピーカ装置（１Ａ）は、均等な厚みを有する基板上に、それぞれ均等な厚みを有する基材層（１１）、第１の電極層（１２）、圧電素子層（１３）及び第２の電極層（１４）がこの順に積層されて構成された振動子（２０）が基板の一方面に配列されている。基板には、第１の電極層（１２）、第２の電極層（１４）を介して電圧信号が印加された振動子（２０）の振動により発生する音波を基板の厚み方向に出力する孔が、振動子（２０）に対応する位置に設けられている。孔の内周壁には、基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップ（Ｓ）が形成されている。（選択図）図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均等な厚みを有する基板と、
それぞれ均等な厚みを有する基材層、第１の電極層、圧電素子層及び第２の電極層がこの順に積層されて構成され、前記基板の一方面に配列された振動子と、
を備え、
前記基板の他方面には、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記振動子の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔が、前記振動子に対応する位置に設けられ、
前記孔の内周壁には、前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップが形成されている、
スピーカ装置。
【請求項２】
前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子と、
前記孔の中心に設けられ、前記共振子が取り付けられる取り付け部と、
を備え、
前記取り付け部の外周壁には、前記孔の内周壁に形成されたスカロップに対向するスカロップが形成されている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記孔及び前記取り付け部はともに円柱状であり、
前記取り付け部は、前記孔と同心状に配置され、
前記共振子は、前記振動子に向かって先細りとなる円錐様の形状で、かつ、前記孔及び前記取り付け部と同心に配置されている、
請求項２に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記第２の電極層は円形状であり、前記孔、前記取り付け部及び前記共振子と同心に配置されている、
請求項３に記載のスピーカ装置。
【請求項５】
前記振動子は、複数備えられており、
前記孔は、前記複数の前記振動子のそれぞれに対応する位置に設けられている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項６】
前記振動子は、前記基板上の正方形状の格子の交点に配列されている、
請求項５に記載のスピーカ装置。
【請求項７】
１つの振動子を中心とする円の円周上に、周囲の振動子が均等配置されている、
請求項５に記載のスピーカ装置。
【請求項８】
互いに隣接する３つの振動子が前記基板上の正三角形の頂点に位置するように、前記振動子が配列されている、
請求項５に記載のスピーカ装置。
【請求項９】
前記基板を複数敷き詰めた場合に、
隣接する他の基板の外縁と接する外縁に、前記他の基板の凹凸の外縁とかみ合う凹凸が設けられ、
前記基板間に跨がって隣接する３つの振動子が前記正三角形と合同の正三角形の頂点に位置するように、前記外縁の凸部分に前記振動子が設けられている、
請求項８に記載のスピーカ装置。
【請求項１０】
前記第１の電極層の外部端子である第１の外部端子と、
前記基板の一方面に配列された前記振動子を構成する前記第２の電極層を電気接続するように前記基板上に形成された配線パターンと、
前記配線パターンの外部端子である第２の外部端子と、
を備え、
前記第１の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第１の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられ、
前記第２の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第２の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項１１】
前記基板の一方面に露出した前記圧電素子層の一部で固定対象に固定されている、
請求項５に記載のスピーカ装置。
【請求項１２】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子の交点に配置された円形状又は矩形状の部分で、前記固定対象に固定される、
請求項１１に記載のスピーカ装置。
【請求項１３】
前記第２の電極層を避けて形成された部分全体で、前記固定対象に固定される、
請求項１１に記載のスピーカ装置。
【請求項１４】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子状の部分で、前記固定対象に固定される、
請求項１１に記載のスピーカ装置。
【請求項１５】
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層としての基材層上に第１の電極層を成膜するステップと、
前記第１の電極層の上に圧電素子層を成膜するステップと、
前記圧電素子層の上に前記第２の電極層を成膜するステップと、
前記基材層、前記第１の電極層、前記圧電素子層及び前記第２の電極層から成る振動子を、エッチングにより前記基板の一方面に形成するステップと、
前記基板を裏返して、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記圧電素子層の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔を、前記基板の他方面に対する深掘りエッチングにより前記振動子に対応する位置に形成するステップと、
を含むスピーカ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ装置及びスピーカ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、振動により発生する音波を放射する圧電振動子を配列したスピーカ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このスピーカ装置によれば、基板からの高さや向きができるだけ揃うように複数の圧電振動子が支持部材にできるだけ押し当てられた状態で基板に接着されて取り付けられている。これにより、各圧電振動子から放射される音波の向きのばらつき及び位相ずれを低減して、指向性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなスピーカ装置では、各圧電振動子の基板からの高さや向きの均一性が圧電振動子の押し当ての程度に依存する。しかしながら、押し当ての程度にはばらつきが出るため、圧電振動子の形状及び大きさや向きをミクロンオーダで均一にして指向性を高めるのは困難である。【０００５】
本発明は、上記実情の下になされたものであり、より高い指向性を実現することができるスピーカ装置及びスピーカ装置の製造方法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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るアレイスピーカ装置は、
均等な厚みを有する基板と、
それぞれ均等な厚みを有する基材層、第１の電極層、圧電素子層及び第２の電極層がこの順に積層されて構成され、前記基板の一方面に配列された振動子と、
を備え、
前記基板の他方面には、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記振動子の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔が、前記振動子に対応する位置に設けられ、
前記孔の内周壁には、前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップが形成されている。【０００７】
この場合、前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子と、
前記孔の中心に設けられ、前記共振子が取り付けられる取り付け部と、
を備え、
前記取り付け部の外周壁には、前記孔の内周壁に形成されたスカロップに対向するスカロップが形成されている、
こととしてもよい。【０００８】
前記孔及び前記取り付け部はともに円柱状であり、
前記取り付け部は、前記孔と同心状に配置され、
前記共振子は、前記振動子に向かって先細りとなる円錐様の形状で、かつ、前記孔及び前記取り付け部と同心に配置されている、
こととしてもよい。【０００９】
前記第２の電極層は円形状であり、前記孔、前記取り付け部及び前記共振子と同心に配置されている、
こととしてもよい。【００１０】
前記振動子は、複数備えられており、
前記孔は、前記複数の前記振動子のそれぞれに対応する位置に設けられている、
こととしてもよい。【００１１】
前記振動子は、前記基板上の正方形状の格子の交点に配列されている、
こととしてもよい。【００１２】
１つの振動子を中心とする円の円周上に、周囲の振動子が均等配置されている、
こととしてもよい。【００１３】
互いに隣接する３つの振動子が前記基板上の正三角形の頂点に位置するように、前記振動子が配列されている、
こととしてもよい。【００１４】
前記基板を複数敷き詰めた場合に、
隣接する他の基板の外縁と接する外縁に、前記他の基板の凹凸の外縁とかみ合う凹凸が設けられ、
前記基板間に跨がって隣接する３つの振動子が前記正三角形と合同の正三角形の頂点に位置するように、前記外縁の凸部分に前記振動子が設けられている、
こととしてもよい。【００１５】
前記第１の電極層の外部端子である第１の外部端子と、
前記基板の一方面に配列された前記振動子を構成する前記第２の電極層を電気接続するように前記基板上に形成された配線パターンと、
前記配線パターンの外部端子である第２の外部端子と、
を備え、
前記第１の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第１の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられ、
前記第２の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第２の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられている、
こととしてもよい。【００１６】
前記基板の一方面に露出した前記圧電素子層の一部で固定対象に固定されている、
こととしてもよい。【００１７】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子の交点に配置された円形状又は矩形状の部分で、前記固定対象に固定される、
こととしてもよい。【００１８】
前記第２の電極層を避けて形成された部分全体で、前記固定対象に固定される、
こととしてもよい。【００１９】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子状の部分で、前記固定対象に固定される、
こととしてもよい。【００２０】
本発明の第２の観点に係るアレイスピーカ装置の製造方法は、
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層としての基材層上に第１の電極層を成膜するステップと、
前記第１の電極層の上に圧電素子層を成膜するステップと、
前記圧電素子層の上に前記第２の電極層を成膜するステップと、
前記基材層、前記第１の電極層、前記圧電素子層及び前記第２の電極層から成る振動子を、エッチングにより前記基板の一方面に形成するステップと、
前記基板を裏返して、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記圧電素子層の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔を、前記基板の他方面に対する深掘りエッチングにより前記振動子に対応する位置に形成するステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体製造技術を用いて、基板上に、振動子と、振動子の振動により発生する音波を基板の厚み方向に出力する孔とを形成する。これにより、振動子及び孔によって構成されるスピーカの形状、大きさ及び向きの均一性を高めることができる。この結果、より高い指向性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係るアレイスピーカ装置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２】図１Ｂのアレイスピーカ装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】スピーカ部を拡大して示す断面斜視図である。
【図４】アレイスピーカ装置に接続される信号系を示すブロック図である。
【図５Ａ】電圧が加えられた場合の振動子の動作（その１）を示す図である。
【図５Ｂ】電圧が加えられた場合の振動子の動作（その２）を示す図である。
【図６】スピーカ部に設けられたスカロップを示す断面図である。
【図７Ａ】アレイスピーカ装置の指向性（その１）を示す指向特性図である。
【図７Ｂ】アレイスピーカ装置の指向性（その２）を示す指向特性図である。
【図８】アレイスピーカ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図９Ａ】ＳＯＩウエハの断面図である。
【図９Ｂ】第１の電極層が積層された様子を示す図である。
【図９Ｃ】圧電素子層が積層された様子を示す図である。
【図１０Ａ】圧電素子層がパターニングされた様子を示す図である。
【図１０Ｂ】第２の電極層が成膜された様子を示す図である。
【図１０Ｃ】第２の電極層がパターニングされた様子を示す図である。
【図１１Ａ】基板が裏返され、底面が保護された様子を示す図である。
【図１１Ｂ】基板上に深掘りエッチングのためのマスクが形成された様子を示す図である。
【図１１Ｃ】深掘りエッチングが行われた様子を示す図である。
【図１２Ａ】基板がエッチングされた様子を示す図である。
【図１２Ｂ】ＢＯＸ層がエッチングされた様子を示す図である。
【図１２Ｃ】カップが取り付けられた様子を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係るアレイスピーカ装置の斜視図である。
【図１４Ａ】図１３のアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図１４Ｂ】図１３のアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係るアレイスピーカ装置の斜視図である。
【図１６Ａ】図１５のアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図１６Ｂ】図１５のアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係るアレイスピーカ装置の斜視図である。
【図１８Ａ】図１７のアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図１８Ｂ】図１７のアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図１９】本発明の実施の形態５に係るアレイスピーカ装置の斜視図である。
【図２０Ａ】図１９のアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図２０Ｂ】図１９のアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図２１Ａ】本発明の実施の形態６に係るアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２１Ｂ】本発明の実施の形態６に係るアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２２Ａ】複数敷き詰められた図２１Ａのアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２２Ｂ】複数敷き詰められた図２１Ｂのアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２３Ａ】本発明の実施の形態７に係るアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２３Ｂ】本発明の実施の形態７に係るアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２４Ａ】複数敷き詰められた図２３Ａのアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２４Ｂ】複数敷き詰められた図２３Ｂのアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２５Ａ】本発明の実施の形態８に係るアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２５Ｂ】本発明の実施の形態８に係るアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２６Ａ】複数敷き詰められた図２５Ａのアレイスピーカ装置の上面図である。
【図２６Ｂ】複数敷き詰められた図２５Ｂのアレイスピーカ装置の底面図である。
【図２７Ａ】アレイスピーカ装置の固定方法（その１）を示す図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図２７Ｃ】図２７Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図２８Ａ】アレイスピーカ装置の固定方法（その２）を示す図である。
【図２８Ｂ】図２８Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図２８Ｃ】図２８Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図２９Ａ】アレイスピーカ装置の固定方法（その３）を示す図である。
【図２９Ｂ】図２９Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図２９Ｃ】図２９Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図３０Ａ】アレイスピーカ装置の固定方法（その４）を示す図である。
【図３０Ｂ】図３０Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図３０Ｃ】図３０Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【図３１Ａ】アレイスピーカ装置の固定方法（その５）を示す図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その１）である。
【図３１Ｃ】図３１Ａのアレイスピーカ装置の指向特性図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、アレイスピーカ装置１Ａは、装置全体の支持基板である基板２と、基板２上に２行２列で配列された複数のスピーカ部３と、を備える。各スピーカ部３は、基板２の厚み方向、すなわち＋Ｚ方向を音波の出力方向としている。各スピーカ部３は、半導体製造技術であるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて同じ形状及び大きさ、同じ向きで製造されており、高い指向性を有している。なお、音波とは、音声、楽音の他、超音波を含んでいる。
【００２６】
基板２は、均等な厚みを有する正方形状の平板であり、例えば、シリコン（Ｓｉ）等で形成されている。基板２の厚みは、例えば、５００μｍ程度である。
【００２７】
図１Ｂに示すように、スピーカ部３は、基板２上に、基板２と相似な正方形の頂点にそれぞれ配列されている。したがって、Ｘ軸方向におけるスピーカ部３の配置間隔とＹ軸方向におけるスピーカ部３の配置間隔は同じである。
【００２８】
各スピーカ部３に対応する位置には、孔４が設けられている。各孔４は円柱状であり、スピーカ部３で発生した音波を基板２の厚み方向に出力する。各孔４の中心には、後述するカップ１５を取り付けるための取り付け部５が設けられている。取り付け部５は、孔４と同心状に配置された円柱状の部材である。
【００２９】
図１ＢのＡ−Ａ断面である図２に示すように、基板２は、支持層１０Ａ、ＢＯＸ（Buried Oxide）層１０Ｂ及び基材層１１から構成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から形成されている。支持層１０Ａはシリコン（Ｓｉ）で形成されており、厚みは例えば５２５μｍである。ＢＯＸ層１０Ｂは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成されており、厚みは例えば数μｍである。基材層１１は、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。基材層１１は、Ｓｉ活性層とも呼ばれており、厚みは例えば１５０μｍである。ＳＯＩ基板は、半導体製造に用いられるものであり、各層の厚みは均一である。
【００３０】
図２に示すように、アレイスピーカ装置１Ａは、支持層１０Ａと、取り付け部５と、ＢＯＸ層１０Ｂと、基材層１１に加え、第１の電極層１２と、圧電素子層１３と、第２の電極層１４と、カップ１５と、を備える。図２では、下から、第２の電極層１４、圧電素子層１３、第１の電極層１２、基材層１１、ＢＯＸ層１０Ｂ及び支持層１０Ａ（取り付け部５）の順に積層されている。第２の電極層１４、圧電素子層１３、第１の電極層１２、基材層１１、ＢＯＸ層１０Ｂ及び支持層１０Ａ（取り付け部５）は、それぞれ厚みが均一である。
【００３１】
第１の電極層１２は、白金、金等の導電性のある部材で形成されており、その厚みは１μｍ以下である。この第１の電極層１２は、基板２全体に形成されている。
【００３２】
圧電素子層１３は、電圧を加えることによって電歪する圧電材料で形成されており、その厚みは数μｍである。圧電素子層１３は、電圧信号が加えられると伸縮する。圧電材質としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）等が採用されている。
【００３３】
第２の電極層１４は、白金、金等の導電性のある部材で形成されており、その厚みは１μｍ以下である。この第２の電極層１４は、スピーカ部３毎に設けられている。第２の電極層１４は円形状であり、孔４、取り付け部５及びカップ１５と同心に配置されている。
【００３４】
本実施の形態では、図３に示すように、それぞれ均等な厚みを有する基材層１１、第１の電極層１２、圧電素子層１３及び第２の電極層１４がこの順に積層されて振動子２０が構成されている。振動子２０は、基板２の一方面（−Ｚ面）側に取り付けられている。スピーカ部３は、この振動子２０の上に、ＢＯＸ層１０Ｂ、支持層１０Ａ（取り付け部５を含む）及びカップ１５が取り付けられて、構成されている。
【００３５】
カップ１５は、振動子２０の振動に共振して、基板２の厚み方向に出力される音波の波面を基板２に平行な平面に近づける共振子である。カップ１５は、孔４が深くなるに連れて先細りとなる。言い換えると、振動子２０に向かって先細りとなる円錐様の形状となっており、孔４及び取り付け部５と同心に配置されている。カップ１５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されており、共振周波数は４０ｋＨｚである。４０ｋＨｚ周辺の帯域は、人の可聴域から外れており、音響に影響を与えない帯域であるとされている。
【００３６】
スピーカ部３には、再生する音に対応する電圧信号を供給する信号系が接続されている。信号系は、図４に示すように、音声信号出力部３０と、信号変調部３１とを備える。
【００３７】
音声信号出力部３０は、アレイスピーカ装置１Ａに再生させる音に対応する電圧信号を出力する。この電圧信号の周波数は可聴域である。
【００３８】
信号変調部３１は、音声信号出力部３０から出力された電圧信号を、所定の変調周波数で変調する。所定の変調周波数としては、カップ１５の共振周波数である４０ｋＨｚ近辺の周波数が用いられる。信号変調部３１の変調方式としては例えばＡＭ変調（振幅変調）が用いられる。
【００３９】
信号変調部３１で変調された電圧信号は、第２の電極層１４及び第１の電極層１２の間の電圧信号として振動子２０に印加される。この電圧信号により、振動子２０が振動して音波が発生する。
【００４０】
例えば、図５Ａに示すように、第２の電極層１４に正の電圧が印加され、第１の電極層１２に負の電圧が印加されると、圧電素子層１３は、矢印に示すようにＸＹ方向に伸張する。しかしながら、基材層１１は伸張しないため、振動子２０は、−Ｚ方向に凸に湾曲する。
【００４１】
一方、図５Ｂに示すように、第２の電極層１４に負の電圧を印加し、第１の電極層１２に正に電圧を印加すると、圧電素子層１３は、矢印に示すようにＸＹ方向に収縮する。しかしながら、基材層１１は伸縮しないため、振動子２０は＋Ｚ方向に凸に湾曲する。
【００４２】
なお、圧電素子層１３の極性によっては、印加される電圧に対する伸縮が逆になる場合もある。この場合、振動子２０は、図５Ａ及び図５Ｂに示す方向とは逆に湾曲する。
【００４３】
上記電圧信号は、正負を繰り返して振動する信号であるため、その電圧信号に応じて振動子２０は、図５Ａ及び図５Ｂの状態を繰り返し、振動する。この振動により、音波が発生する。
【００４４】
孔４は、振動子２０に対応する位置に設けられている。第１の電極層１２、第２の電極層１４を介して電圧信号が印加された振動子２０の振動により発生した音波は、孔４の中を、基板２の厚み方向に進む。このとき、取り付け部５に取り付けられたカップ１５は、振動子２０の振動に共振して、振動子２０の振動によって発生した音波を、球面波からＸＹ面に平行な波面を有する平面波に変換する。カップ１５で波面が変換された音波（平面波）は、孔４から出力され、＋Ｚ方向に進む。
【００４５】
ところで、基板２の孔４は、後述のように、深掘りエッチングにより形成される。孔４の内周壁には、図６に示すように、基板２の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップＳが形成される。スカロップＳは、深掘りエッチングにおけるエッチングの繰り返しに応じて形成される深さ方向の凹凸であり、その数は、後述のエッチング繰り返し回数に依存する。孔４の内周璧に形成されたスカロップＳに対向して取り付け部５の外周壁にもスカロップＳが形成されている。
【００４６】
図７Ａに示すように、電圧信号の変調周波数を４０ｋＨｚとした場合の指向特性では、＋Ｚ方向（０度の方向）のピークが鋭くなっている。このことは、指向性が高くなっていることを示している。これは、各スピーカが、半導体製造技術により、形状、大きさが同一となり、向きも同じとなるように形成されているためである。
【００４７】
また、図７Ｂに示すように、電圧信号の変調周波数を４３．６ｋＨｚとした場合の指向特性では、＋Ｚ方向のピークがさらに鋭くなっている。このことは、指向性がさらに高くなっていることを示している。これは、アレイスピーカ装置１Ａの全体の共振周波数が、４３．６ｋＨｚに近いためであると考えられる。
【００４８】
次に、アレイスピーカ装置１Ａの製造方法について説明する。アレイスピーカ装置１Ａは、上述のようにＭＥＭＳ技術を用いて製造される。
【００４９】
アレイスピーカ装置１Ａを製造する際には、図８に示すように、まず、ＳＯＩウエハを準備する（ステップＳ１）。図９Ａに示すように、ＳＯＩ基板とは、半導体基板から成る支持基板（支持層１０Ａとなる）と、支持基板上の埋込酸化膜であるＢＯＸ層（ＢＯＸ層１０Ｂとなる）と、ＢＯＸ層上の半導体層であるシリコン（ＳＯＩ）層（基材層１１）とから成る積層構造を有する基板であり、酸化膜を内包するウエハである。
【００５０】
ＳＯＩウエハは、以下の手順で形成される。まず、厚みが均一なバルクシリコンのウエハに酸素分子をイオン注入によりシリコン結晶表面から埋め込み、それを高熱で酸化させることでシリコン結晶中に酸化シリコンの絶縁膜を形成する。そして、もう一枚の加工されていない厚みが均一なバルクウエハと表面同士で貼り合わせ、先のウエハを剥離して作成する。剥離厚は、酸化膜より深部に事前に注入された水素イオンの表面からの距離によって制御され、剥離面は化学機械研磨（ＣＭＰ）により表面仕上げされる。このようにして、支持層１０Ａ，ＢＯＸ層１０Ｂ及び基材層１１に対応する部分の厚みが均一なＳＯＩウエハが形成される。
【００５１】
続いて、ＳＯＩウエハの活性層（基材層１１）の上に、例えば、スパッタ装置を用いたスパッタ法により、第１の電極層１２を成膜する（ステップＳ２）。図９Ｂには、基材層１１の上に第１の電極層１２が成膜された様子が示されている。
【００５２】
続いて、例えばスパッタ装置を用いたスパッタ法により、ＰＺＴの膜である圧電素子層１３を成膜する（ステップＳ３）。図９Ｃには、第１の電極層１２の上に圧電素子層１３が成膜された様子が示されている。
【００５３】
続いて、フォトリソグラフィ法により圧電素子層１３のパターニングを行う（ステップＳ４）。ここでは、圧電素子層１３の四隅がエッチングにより取り除かれ、取り除かれた部分から第１の電極層１２が露出するように圧電素子層１３がパターニングされる。
【００５４】
より具体的には、コータ等を用いて圧電素子層１３上にフォトレジストが塗布され、フォトレジスト上に圧電素子層１３の形状のパターンが露光装置により転写される。転写されたパターンはデベロッパ等で現像され、エッチング装置においてエッチングされて、圧電素子層１３のパターニングが完了する。これにより、図１０Ａに示すように、第１の電極層１２の四隅に、外部端子１２Ａが形成される。
【００５５】
続いて、スパッタ装置を用いたスパッタ法により、圧電素子層１３の上に第２の電極層１４を成膜する（ステップＳ５）。図１０Ｂに示すように、第２の電極層１４は、圧電素子層１３及び第１の電極層１２の一部の上に成膜される。
【００５６】
続いて、第２の電極層１４をフォトリソグラフィ法でパターニングする（ステップＳ６）。ここでは、第２の電極層１４の周辺がエッチングにより取り除かれ、第２の電極層１４がパターニングされ、振動子２０に対応する位置に第２の電極層１４が形成される。
【００５７】
より具体的には、コータ等を用いて第２の電極層１４上にフォトレジストが塗布され、第２の電極層１４の形状のパターンが、露光装置によりフォトレジストに転写される。転写されたパターンはデベロッパ等で現像され、エッチング装置においてエッチングされ、パターンニングが完了し、第２の電極層１４が形成される。これにより、図１０Ｃに示すように、円形状の第２の電極層１４が形成される。
【００５８】
続いて、基板２を裏返し、活性層（基材層１１）側の保護を行う（ステップＳ７）。このとき、図１１Ａに示すように、下側となる第１の電極層１２、圧電素子層１３及び第２の電極層１４の上には保護膜１６が形成される。
【００５９】
続いて、深掘りエッチング用のマスク１７を形成し、支持層１０Ａの上に取り付ける（ステップＳ８）。このようなマスク１７には、例えば石英（ＳｉＯ２）が用いられる。これにより、図１１Ｂに示すように、支持層１０Ａ及び取り付け部５が形成される領域のみ孔が空いたマスク１７が支持層１０Ａ上に設置される。
【００６０】
続いて、支持層１０Ａに対して深掘りエッチングを行う（ステップＳ９）。深掘りエッチングは、ボッシュプロセスとも呼ばれる。ボッシュプロセスでは、等方性エッチング、保護膜形成（パッシベーション）、異方性エッチングを複数回繰り返すことにより、図１１Ｃに示すように、深い（アスペクト比が高い）孔４が形成されるとともに取り付け部５が形成される。この過程で、孔４の内周璧、取り付け部５の外周壁にスカロップ（スカロプス）Ｓが形成される。
【００６１】
等方性エッチングでは、例えば、ＳＦ６ガスが用いられる。このＳＦ６ガスから発生するＦ系ラジカルにより、マスク１７で覆われていない支持層１０Ａの部分（孔４の部分）がエッチングされる。
【００６２】
また、保護膜形成には、Ｃ４Ｆ８プラズマが用いられ、Ｃ４Ｆ８が保護膜として堆積する。これにより孔４を含む支持層１０Ａの全体に保護膜が形成される。
【００６３】
また、異方性エッチングでは、Ｆ系の反応性のイオン（Ｆ＋イオン）を孔４の底部に高速で当てることにより、等方性エッチングの底部に形成された保護膜が除去される。
【００６４】
この保護膜が除去された部分に、再び等方性エッチングが行われ、孔４を深さ方向に広げていく。このような工程が繰り返されて、深堀エッチングが進められる。深さがＢＯＸ層１０Ｂまで到達すると、深堀エッチングを終了する。なお、スカロップＳのピッチや凹凸の深さは、各工程での反応時間の調整等により決定することが可能である。
【００６５】
続いて、活性層（基材層１１）側を覆っていた保護膜１６を除去する（ステップＳ１０）。これにより、スピーカ部３の周辺の断面は、図１２Ａに示されるような状態となる。
【００６６】
続いて、深掘りエッチングのストッパとなっていた孔４の底面のＢＯＸ層１０Ｂを、エッチング装置を用いたエッチングにより除去する（ステップＳ１１）。これにより、スピーカ部３の周辺の断面は、図１２Ｂに示されるような状態となる。
【００６７】
続いて、カップ（共振子）１５を接着剤により取り付け部５に取り付ける（ステップＳ１２）。これにより、スピーカ部３の周辺は、図１２Ｃに示されるような状態となる。この後、ＳＯＩウエハをダイシングして、正方形状にカットする。これにより、アレイスピーカ装置１Ａがほぼ完成する。
【００６８】
上述のように、アレイスピーカ装置１Ａは、複数のスピーカ部３が、均一な厚みの層が積層されて形成される。これにより、各スピーカ部３の大きさ及び形状や向きは、ほぼ同一となる。したがって、各スピーカ部３に同じ電圧信号を入力すれば、発生する音波は、すべて同じ方向に出力される。この結果、より高い指向性を実現することができる。
【００６９】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、半導体製造技術を用いて、基板２上に振動子２０と、振動子２０の振動により発生する音波を基板２の厚み方向に出力する孔４とを形成する。これにより、振動子２０及び孔４によって構成されるスピーカ部３の形状、大きさ及び向きの均一性を高めることができる。この結果、各スピーカ部３から出力される音波の向きのばらつきや位相差を低減して、より高い指向性を実現することができる。
【００７０】
また、本実施の形態によれば、アレイスピーカ装置１Ａの薄膜化も可能である。例えば、全体の厚みを６００μｍ程度にすることができる。
【００７１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１３に示すように、本実施の形態２に係るアレイスピーカ装置１Ｂは、９つのスピーカ部３（振動子２０）を備えている。９つのスピーカ部３（振動子２０）は、正方形状の格子の交点上に配置している。本実施の形態でも、各スピーカ部３の取り付け部５にカップ１５が取り付けられている。
【００７２】
本実施の形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のスピーカ部３の配列間隔は均一である。したがって、アレイスピーカ装置１Ｂで発生する音波は、基板２の厚み方向に均一であり、高い指向性を実現することができる。
【００７３】
図１４Ａには、電圧信号の変調周波数を４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図１４Ｂには、電圧信号の変調周波数を４３．６ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、この実施の形態に係るアレイスピーカ装置１Ｂも、＋Ｚ方向のピークが鋭くなっている。また、変調周波数をアレイスピーカ装置１Ｂ全体の共振周波数に近い４３．６ｋＨｚとしたときの方が、＋Ｚ方向のピークが鋭くなっている。
【００７４】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図１５に示すように、本実施の形態３に係るアレイスピーカ装置１Ｃは、上記実施の形態２と同様に、９つのスピーカ部３（振動子２０）を備えているが、スピーカ部３には、カップ１５が取り付けられていない。
【００７５】
この場合でも、図１６Ａ（変調周波数４０ｋＨｚ）及び図１６Ｂ（変調周波数４５．４ｋＨｚ）に示すように、基板２の厚み方向の指向性は極めて鋭くなっている。ここでも、変調周波数を、アレイスピーカ装置１Ｃ全体の共振周波数に近い４５．４ｋＨｚとしたときの方が、＋Ｚ方向のピークが大きくなっている。
【００７６】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１７に示すように、本実施の形態４に係るアレイスピーカ装置１Ｄは、７個のスピーカ部３（振動子２０）を備えている。１つのスピーカ部３（振動子２０）を中心とする円の円周上に、周囲の残りのスピーカ部３（振動子２０）が均等配置されている。
【００７７】
この場合でも、図１８Ａ（変調周波数４０ｋＨｚ）及び図１８Ｂ（変調周波数３７．６ｋＨｚ）に示すように、基板２の厚み方向（＋Ｚ方向）の音波の指向性は極めて鋭くなっている。
【００７８】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図１９に示すように、本実施の形態５に係るアレイスピーカ装置１Ｅは、基板２が円形状となっている。１つのスピーカ部３（振動子２０）を中心とする円の円周上に、残りのスピーカ部３（振動子２０）が均等配置されている点は、上記実施の形態４と同じである。
【００７９】
この場合でも、図２０Ａ（変調周波数４０ｋＨｚ）及び図２０Ｂ（変調周波数３８．２ｋＨｚ）に示すように、基板２の厚み方向の指向性は極めて鋭くなっている。ここでも、変調周波数を、アレイスピーカ装置１Ｅ全体の共振周波数に近い周波数３８．２ｋＨｚとした場合の方が、指向性は鋭くなっている。
【００８０】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図２１Ａに示すように、本実施の形態６に係るアレイスピーカ装置１Ｆでは、基板２上に２７個のスピーカ部３（振動子２０）が配列されている。本実施の形態６に係るアレイスピーカ装置１Ｆでは、図２１Ｂに示すように、互いに隣接する３つのスピーカ部３（振動子２０）が基板２上の正三角形の頂点に位置するように、スピーカ部３（振動子２０）が配列されている。
【００８１】
図２１Ｂに示すように、アレイスピーカ装置１Ｆの底面では、圧電素子層１３上の振動子２０に対応する位置に、円形状の第２の電極層１４が形成されており、第２の電極層１４間を結ぶ配線パターン１４Ａが接続されている。配線パターン１４Ａは、基板２の四隅に配設された外部端子１４Ｂに接続されている。この外部端子１４Ｂに、図４の信号変調部３１に接続されており、外部端子１４Ｂ、配線パターン１４Ａを介して電圧信号が第２の電極層１４に印加される。
【００８２】
図２１Ｂに示すように、ＸＹ面内において、隣接するスピーカ部３（振動子２０）の間の距離は均等であるため、基板２の厚み方向への指向性をさらに高めることができる。
【００８３】
このアレイスピーカ装置１Ｆでは、図２２Ａに示すように、スピーカ部３を同じ方向に向けて基板２をＸＹ面に複数敷き詰めることができる。このようにすれば、全体の音量をより大きくすることができる。この場合、図２２Ｂに示すように、外部端子１２Ａは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１２Ａに対向する基板２上の位置（基板２の四隅）に設けられている。
【００８４】
同じく、外部端子１４Ｂは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１４Ｂに対向する基板２上の位置（基板２の四隅）に設けられている。これらの外部端子１２Ａ、１４Ｂを基板２間でジャンパ線等を用いて電気的に接続すれば、基板２間にまたがって、圧電素子層１３の並列回路を構築することができる。これにより、電圧信号を送るための回路を簡素化することができる。
【００８５】
実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７について説明する。図２３Ａに示すように、本実施の形態７に係るアレイスピーカ装置１Ｇには、基板２上に２５個のスピーカ部３が配列されている。スピーカ部３は、基板２上の正方形状の格子の交点に配列されている。
【００８６】
図２３Ｂに示すように、アレイスピーカ装置１Ｇの−Ｚ面では、圧電素子層１３上に、振動子２０に対応する位置に、円形状の第２の電極層１４が形成され、第２の電極層１４間を結ぶ配線パターン１４Ａが接続されている。配線パターン１４Ａは外部端子１４Ｂに接続されている。この外部端子１４Ｂに、図４の信号変調部３１が接続されており、外部端子１４Ｂ、配線パターン１４Ａを介して電圧信号が第２の電極層１４に印加される。
【００８７】
ＸＹ面内において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣接するスピーカ部３（振動子２０）の距離は均等であるため、基板２の厚み方向への指向性をさらに高めることができる。
【００８８】
このアレイスピーカ装置１Ｇでは、図２４Ａに示すように、スピーカ部３を同じ方向に向けて基板２をＸＹ面に複数敷き詰めることができる。このようにすれば、全体の音量をより大きくすることができる。この場合、図２４Ｂに示すように、外部端子１２Ａは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１２Ａに対向する基板２上の位置（基板２の四隅）に設けられている。
【００８９】
同じく、外部端子１４Ｂは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１４Ｂに対向する基板２上の位置（基板２の四隅）に設けられている。隣接する基板２の外部端子１２Ａ、１４Ｂ同士をジャンパ線等で接続すれば、基板２間に跨がって圧電素子層１３の並列回路を構築することができる。したがって、電圧信号を送るための回路を簡素化することができる。
【００９０】
実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８について説明する。図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、本実施の形態８に係るアレイスピーカ装置１Ｈには、３０個のスピーカ部３が配列されている。本実施の形態８に係るアレイスピーカ装置１Ｈでは、互いに隣接する３つのスピーカ部３（振動子２０）が基板２上の正三角形の頂点に位置するように、スピーカ部３（振動子２０）が配列されている。
【００９１】
本実施の形態では、図２６Ａに示すように、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２の外縁と接する外縁に、他の基板２の凹凸の外縁とかみ合う凹凸が設けられている。また、本実施の形態では、基板２間に跨がって隣接する３つのスピーカ部３（振動子２０）が、１つの基板２上に配置された隣接する３つのスピーカ部３（振動子２０）が形成する正三角形と合同の正三角形の頂点に位置するように、外縁の凸部分にスピーカ部３（振動子２０）が設けられている。
【００９２】
図２５Ｂ及び図２６Ｂに示すように、外部端子１２Ａは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１２Ａに対向する基板２上の位置（四隅）に設けられている。同じく、外部端子１４Ｂは、基板２を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板２に設けられた外部端子１４Ｂに対向する基板２上の位置（基板２の外縁の中点及び凹凸の角部）に設けられている。隣接する基板２の外部端子１４Ｂ同士をジャンパ線等で接続し、基板２間に跨がる圧電素子層１３の並列回路を構築することができる。したがって、複数のアレイスピーカ装置１Ｈに電圧信号を送るための回路を簡素化することができる。
【００９３】
このように、隣接する複数の基板２に跨がって、スピーカ部３（振動子２０）の配置間隔が均等になっているので、音量を大きくすることができるとともに、指向性を高めることができる。
【００９４】
実施の形態９．
次に、本発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態９に係るアレイスピーカ装置は、固定対象へ装置を固定する部分に特徴を有する。固定対象には、金属製（例えばアルミや真鍮）、樹脂製の台座などがある。
【００９５】
図２７Ａに示すように、本実施の形態９に係るアレイスピーカ装置１Ｉでは、基板２の一方面（−Ｚ面）に露出した圧電素子層１３の一部に固定部４０が形成されている。本実施の形態に係るアレイスピーカ装置１Ｉでは、固定部４０は、第２の電極層１４を避けて形成される２次元格子の交点に配置されている。各固定部４０の形状は円形状である。この固定部４０で、アレイスピーカ装置１Ｈは、固定対象に接着剤又はねじ止めされて固定される。
【００９６】
図２７Ｂは、電圧信号の変調周波数を４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図２７Ｃには、電圧信号の変調周波数をアレイスピーカ装置１Ｉ全体の共振周波数である３９．６ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図２７Ｂ及び図２７Ｃに示すように、＋Ｚ方向への音の指向性は、極めて鋭くなっている。
【００９７】
実施の形態１０．
次に、本発明の実施の形態１０について説明する。本実施の形態１０に係るアレイスピーカ装置は、固定対象へ装置を固定する部分に特徴を有する。
【００９８】
図２８Ａに示すように、本実施の形態１０に係るアレイスピーカ装置１Ｊは、基板２の一方面（−Ｚ面）に露出した圧電素子層１３の一部に固定部４１が形成されている。本実施の形態に係るアレイスピーカ装置１Ｊでは、固定部４１は、第２の電極層１４を避けて形成される２次元格子の交点に配置されている。各固定部４１の形状は矩形状である。この固定部４１で、アレイスピーカ装置１Ｊは、固定対象に接着剤等で接着されて固定される。
【００９９】
図２８Ｂは、電圧信号の変調周波数を４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図２８Ｃには、電圧信号の変調周波数をアレイスピーカ装置１Ｊ全体の共振周波数である３９．６ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図２８Ｂ及び図２８Ｃに示すように、＋Ｚ方向への音の指向性は鋭くなっている。変調周波数を３９．６ｋＨｚとした図２８Ｃの方が、ピークは若干鋭くなっている。
【０１００】
実施の形態１１．
次に、本発明の実施の形態１１について説明する。本実施の形態に係るアレイスピーカ装置は、固定対象へ装置を固定する部分に特徴を有する。
【０１０１】
図２９Ａに示すように、本実施の形態で係るアレイスピーカ装置１Ｋでは、基板２の一方面に露出した圧電素子層１３の一部で固定部４２が形成される。固定部４２は、第２の電極層１４を避けて形成された圧電素子層１３の全体を覆っている。固定部４２と第２の電極層１４との間には、若干のマージンが設けられている。
【０１０２】
図２９Ｂは、電圧信号の変調周波数を４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図２９Ｃには、電圧信号の変調周波数をアレイスピーカ装置１Ｋ全体の共振周波数である３９．６ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図２９Ｂ及び図２９Ｃに示すように、＋Ｚ方向への音の指向性は、極めて鋭くなっている。変調周波数を３９．６ｋＨｚとしたときの方が、若干ピークが鋭くなっている。
【０１０３】
実施の形態１２．
次に、本発明の実施の形態１２について説明する。本実施の形態１２に係るアレイスピーカ装置は、固定対象へ装置を固定する部分に特徴を有する。
【０１０４】
図３０Ａに示すように、本実施の形態に係るアレイスピーカ装置１Ｌでは、基板２の一方面（−Ｚ面）に露出した圧電素子層１３の一部で固定部４３が形成され、固定部４３が固定対象に接着されて固定されている。固定部４３は、第２の電極層１４を避けて形成された正方形格子状となっている。
【０１０５】
図３０Ｂは、音声信号の変調周波数を、４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図３０Ｃには、音声信号の変調周波数を、アレイスピーカ装置１Ｌ全体の共振周波数である３７ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図３０Ｂ及び図３０Ｃに示すように、＋Ｚ方向への音の指向性は極めて鋭くなっている。変調周波数を３７ｋＨｚとしたときの方が、ピークは鋭くなっている。
【０１０６】
実施の形態１３．
次に、本発明の実施の形態１３について説明する。本実施の形態１３に係るアレイスピーカ装置は、固定対象へ装置を固定する部分に特徴を有する。
【０１０７】
図３１Ａに示すように、本実施の形態１３に係るアレイスピーカ装置１Ｍでは、基板２の一方面に露出した圧電素子層１３の一部で固定部４４が形成され、固定部４４が固定対象に接着されて固定されている。固定部４４は、第２の電極層１４を避けて形成された正方形格子状の交点に形成されており、その形状は円形状となっている。固定部４４の大きさは、第２の電極層１４との隙間（マージン）を最小限としてできるだけ大きくなっている。
【０１０８】
図３１Ｂには、電圧信号の変調周波数を、４０ｋＨｚとしたときの指向特性が示され、図３１Ｃには、電圧信号の変調周波数を、アレイスピーカ装置１Ｍ全体の共振周波数である４０．６ｋＨｚとしたときの指向特性が示されている。図３１Ｂ及び図３１Ｃに示すように、＋Ｚ方向への音の指向性は、極めて鋭くなっている。
【０１０９】
固定方法が異なるアレイスピーカ装置１Ｉ〜１Ｍにおける指向特性をそれぞれ比較すると、上記実施の形態９に係るアレイスピーカ装置１Ｊにおける固定部４０により固定対象に固定した場合に、最も出力する音の指向性が高くなるという結果が得られた。
【０１１０】
上記各実施の形態に係るアレイスピーカ装置の製造方法における各工程で用いる具体的な加工方法、例えば各層の成膜、パターニング、エッチング方法などについては、適宜変更が可能である。例えば、用いる材料に応じて、その材料に適した半導体ウエハ上への成膜方法を採用することが可能である。
【０１１１】
上述したアレイスピーカ装置の１Ａ〜１Ｍにおける各種材質及び寸法は、あくまで例示であり、これに限定されない。そのサイズは、実装する各種機器に応じて適宜調整可能である。
【０１１２】
上記各実施の形態では、圧電材料をＰＺＴとしたが、他の圧電材料を用いてもよい。ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３等の他の圧電材料であってもよいし、水晶やニオブ酸リチウム等の圧電単結晶を用いてもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ化ビニリデン、三フッ化エチレン重合体等の圧電高分子膜を用いてもよい。
【０１１３】
上記各実施の形態では、孔４は円形状であったが、矩形等、その他の形状であってもよい。取り付け部５、カップ１５も、音波の波面を平面波に変換できるのであれば、多角形等、その他の形状であってもよい。
【０１１４】
上記各実施の形態では、音声信号の変調方式をＡＭ変調としたが、ＦＭ方式（周波数変調方式）を採用するようにしてもよい。
【０１１５】
上記各実施の形態では、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される対象を、単体のスピーカ部３がアレイ化されたアレイスピーカ装置としたが、これに限られるものではない。本発明のスピーカ装置は、スピーカを１つだけ有する装置であってもよい。
【０１１６】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【０１１７】
なお、本願については、２０１５年１２月２５日に出願された日本国特許出願２０１５−２５４８６０号を基礎とする優先権を主張し、本明細書中に日本国特許出願２０１５−２５４８６０号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、スマートフォン等の携帯機器などの各種電気機器に取り付けられ、高い指向性が要求される音声等を発生させるスピーカに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ  アレイスピーカ装置、２  基板、３  スピーカ部、４  孔、５  取り付け部、１０Ａ  支持層、１０Ｂ  ＢＯＸ層、１１  基材層、１２  第１の電極層、１２Ａ  外部端子、１３  圧電素子層、１４  第２の電極層、１４Ａ  配線パターン、１４Ｂ  外部端子、１５  カップ、１６  保護膜、１７  マスク、２０  振動子、３０  音声信号出力部、３１  信号変調部、４０，４１，４２，４３，４４  固定部、Ｓ  スカロップ
【図１Ａ】
2017110666.tif 000003
【図１Ｂ】
2017110666.tif 000004
【図２】
2017110666.tif 000005
【図３】
2017110666.tif 000006
【図４】
2017110666.tif 000007
【図５Ａ】
2017110666.tif 000008
【図５Ｂ】
2017110666.tif 000009
【図６】
2017110666.tif 000010
【図７Ａ】
2017110666.tif 000011
【図７Ｂ】
2017110666.tif 000012
【図８】
2017110666.tif 000013
【図９Ａ】
2017110666.tif 000014
【図９Ｂ】
2017110666.tif 000015
【図９Ｃ】
2017110666.tif 000016
【図１０Ａ】
2017110666.tif 000017
【図１０Ｂ】
2017110666.tif 000018
【図１０Ｃ】
2017110666.tif 000019
【図１１Ａ】
2017110666.tif 000020
【図１１Ｂ】
2017110666.tif 000021
【図１１Ｃ】
2017110666.tif 000022
【図１２Ａ】
2017110666.tif 000023
【図１２Ｂ】
2017110666.tif 000024
【図１２Ｃ】
2017110666.tif 000025
【図１３】
2017110666.tif 000026
【図１４Ａ】
2017110666.tif 000027
【図１４Ｂ】
2017110666.tif 000028
【図１５】
2017110666.tif 000029
【図１６Ａ】
2017110666.tif 000030
【図１６Ｂ】
2017110666.tif 000031
【図１７】
2017110666.tif 000032
【図１８Ａ】
2017110666.tif 000033
【図１８Ｂ】
2017110666.tif 000034
【図１９】
2017110666.tif 000035
【図２０Ａ】
2017110666.tif 000036
【図２０Ｂ】
2017110666.tif 000037
【図２１Ａ】
2017110666.tif 000038
【図２１Ｂ】
2017110666.tif 000039
【図２２Ａ】
2017110666.tif 000040
【図２２Ｂ】
2017110666.tif 000041
【図２３Ａ】
2017110666.tif 000042
【図２３Ｂ】
2017110666.tif 000043
【図２４Ａ】
2017110666.tif 000044
【図２４Ｂ】
2017110666.tif 000045
【図２５Ａ】
2017110666.tif 000046
【図２５Ｂ】
2017110666.tif 000047
【図２６Ａ】
2017110666.tif 000048
【図２６Ｂ】
2017110666.tif 000049
【図２７Ａ】
2017110666.tif 000050
【図２７Ｂ】
2017110666.tif 000051
【図２７Ｃ】
2017110666.tif 000052
【図２８Ａ】
2017110666.tif 000053
【図２８Ｂ】
2017110666.tif 000054
【図２８Ｃ】
2017110666.tif 000055
【図２９Ａ】
2017110666.tif 000056
【図２９Ｂ】
2017110666.tif 000057
【図２９Ｃ】
2017110666.tif 000058
【図３０Ａ】
2017110666.tif 000059
【図３０Ｂ】
2017110666.tif 000060
【図３０Ｃ】
2017110666.tif 000061
【図３１Ａ】
2017110666.tif 000062
【図３１Ｂ】
2017110666.tif 000063
【図３１Ｃ】
2017110666.tif 000064
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月19日(2018.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るアレイスピーカ装置は、
均等な厚みを有する基板と、
それぞれ均等な厚みを有する基材層、第１の電極層、圧電素子層及び第２の電極層がこの順に積層されて構成され、前記基板の一方面に配列された振動子と、
前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子と、
を備え、
前記基板の他方面には、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記振動子の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔が、前記振動子に対応する位置に設けられ、
前記孔の中心に設けられ、前記共振子が取り付けられる取り付け部が設けられ、
前記孔の内周壁には、前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップが形成されており、
前記取り付け部の外周壁には、前記孔の内周壁に形成されたスカロップに対向するスカロップが形成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記振動子は、複数備えられており、
前記孔は、複数の前記振動子のそれぞれに対応する位置に設けられている、
こととしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の第２の観点に係るアレイスピーカ装置の製造方法は、
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層としての基材層上に第１の電極層を成膜するステップと、
前記第１の電極層の上に圧電素子層を成膜するステップと、
前記圧電素子層の上に第２の電極層を成膜するステップと、
前記基材層、前記第１の電極層、前記圧電素子層及び前記第２の電極層から成る振動子を、エッチングにより前記基板の一方面に形成するステップと、
前記基板を裏返して、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記圧電素子層の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔と、前記孔の中心に設けられ、前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子が取り付けられる取り付け部とを、前記基板の他方面に対する深掘りエッチングにより前記振動子に対応する位置に形成し、前記孔の内周壁及び前記取り付け部の外周壁に前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップを形成するステップと、
前記取り付け部に前記共振子を取り付けるステップと、
を含む。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
続いて、深掘りエッチング用のマスク１７を形成し、支持層１０Ａの上に取り付ける（ステップＳ８）。このようなマスク１７には、例えば石英（ＳｉＯ２）が用いられる。これにより、図１１Ｂに示すように、支持層１０Ａ及び取り付け部５が形成される領域以外の領域のみ孔が空いたマスク１７が支持層１０Ａ上に設置される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
図２１Ｂに示すように、アレイスピーカ装置１Ｆの底面では、圧電素子層１３上の振動子２０に対応する位置に、円形状の第２の電極層１４が形成されており、第２の電極層１４間を結ぶ配線パターン１４Ａが接続されている。配線パターン１４Ａは、基板２の四隅に配設された外部端子１４Ｂに接続されている。この外部端子１４Ｂに、図４の信号変調部３１が接続されており、外部端子１４Ｂ、配線パターン１４Ａを介して電圧信号が第２の電極層１４に印加される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
図２７Ａに示すように、本実施の形態９に係るアレイスピーカ装置１Ｉでは、基板２の一方面（−Ｚ面）に露出した圧電素子層１３の一部に固定部４０が形成されている。本実施の形態に係るアレイスピーカ装置１Ｉでは、固定部４０は、第２の電極層１４を避けて形成される２次元格子の交点に配置されている。各固定部４０の形状は円形状である。この固定部４０で、アレイスピーカ装置１Ｉは、固定対象に接着剤又はねじ止めされて固定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
固定方法が異なるアレイスピーカ装置１Ｉ〜１Ｍにおける指向特性をそれぞれ比較すると、上記実施の形態９に係るアレイスピーカ装置１Ｉにおける固定部４０により固定対象に固定した場合に、最も出力する音の指向性が高くなるという結果が得られた。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
均等な厚みを有する基板と、
それぞれ均等な厚みを有する基材層、第１の電極層、圧電素子層及び第２の電極層がこの順に積層されて構成され、前記基板の一方面に配列された振動子と、
前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子と、
を備え、
前記基板の他方面には、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記振動子の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔が、前記振動子に対応する位置に設けられ、
前記孔の中心に設けられ、前記共振子が取り付けられる取り付け部が設けられ、
前記孔の内周壁には、前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップが形成されており、
前記取り付け部の外周壁には、前記孔の内周壁に形成されたスカロップに対向するスカロップが形成されている、
スピーカ装置。
【請求項２】
前記孔及び前記取り付け部はともに円柱状であり、
前記取り付け部は、前記孔と同心状に配置され、
前記共振子は、前記振動子に向かって先細りとなる円錐様の形状で、かつ、前記孔及び前記取り付け部と同心に配置されている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記第２の電極層は円形状であり、前記孔、前記取り付け部及び前記共振子と同心に配置されている、
請求項２に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記振動子は、複数備えられており、
前記孔は、複数の前記振動子のそれぞれに対応する位置に設けられている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項５】
前記振動子は、前記基板上の正方形状の格子の交点に配列されている、
請求項４に記載のスピーカ装置。
【請求項６】
１つの振動子を中心とする円の円周上に、周囲の振動子が均等配置されている、
請求項４に記載のスピーカ装置。
【請求項７】
互いに隣接する３つの振動子が前記基板上の正三角形の頂点に位置するように、前記振動子が配列されている、
請求項４に記載のスピーカ装置。
【請求項８】
前記基板を複数敷き詰めた場合に、
隣接する他の基板の外縁と接する外縁に、前記他の基板の凹凸の外縁とかみ合う凹凸が設けられ、
前記基板間に跨がって隣接する３つの振動子が前記正三角形と合同の正三角形の頂点に位置するように、前記外縁の凸部分に前記振動子が設けられている、
請求項７に記載のスピーカ装置。
【請求項９】
前記第１の電極層の外部端子である第１の外部端子と、
前記基板の一方面に配列された前記振動子を構成する前記第２の電極層を電気接続するように前記基板上に形成された配線パターンと、
前記配線パターンの外部端子である第２の外部端子と、
を備え、
前記第１の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第１の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられ、
前記第２の外部端子は、
前記基板を複数敷き詰めた場合に、隣接する他の基板に設けられた第２の外部端子に対向する前記基板上の位置に設けられている、
請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項１０】
前記基板の一方面に露出した前記圧電素子層の一部で固定対象に固定されている、
請求項４に記載のスピーカ装置。
【請求項１１】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子の交点に配置された円形状又は矩形状の部分で、前記固定対象に固定される、
請求項１０に記載のスピーカ装置。
【請求項１２】
前記第２の電極層を避けて形成された部分全体で、前記固定対象に固定される、
請求項１０に記載のスピーカ装置。
【請求項１３】
前記第２の電極層を避けて形成される２次元格子状の部分で、前記固定対象に固定される、
請求項１０に記載のスピーカ装置。
【請求項１４】
ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層としての基材層上に第１の電極層を成膜するステップと、
前記第１の電極層の上に圧電素子層を成膜するステップと、
前記圧電素子層の上に第２の電極層を成膜するステップと、
前記基材層、前記第１の電極層、前記圧電素子層及び前記第２の電極層から成る振動子を、エッチングにより前記基板の一方面に形成するステップと、
前記基板を裏返して、前記第１の電極層、前記第２の電極層を介して電圧信号が印加された前記圧電素子層の振動により発生する音波を前記基板の厚み方向に出力する孔と、前記孔の中心に設けられ、前記振動子の振動に共振して、前記基板の厚み方向に出力される音波を前記基板に平行な平面に近づける共振子が取り付けられる取り付け部とを、前記基板の他方面に対する深掘りエッチングにより前記振動子に対応する位置に形成し、前記孔の内周壁及び前記取り付け部の外周壁に前記基板の厚み方向に凹凸が繰り返されたスカロップを形成するステップと、
前記取り付け部に前記共振子を取り付けるステップと、
を含むスピーカ装置の製造方法。
【国際調査報告】
2017110666.tif 000065
2017110666.tif 000066
2017110666.tif 000067
2017110666.tif 000068