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ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER, ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER DEVICE, AND FABRICATION METHOD FOR SAME meetings

Foreign code F120006465
Posted date May 7, 2012
Country WIPO
International application number 2009JP057145
International publication number WO 2009/125773
Date of international filing Apr 7, 2009
Date of international publication Oct 15, 2009
Priority data
  • P2008-099674 (Apr 7, 2008) JP
  • P2008-271288 (Oct 21, 2008) JP
Title ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER, ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER DEVICE, AND FABRICATION METHOD FOR SAME meetings
Abstract An electromechanical transducer is equipped with a vibrating electrode (15b), a vibrating electrode insulating film (15a) that is disposed on the bottom surface of the vibrating electrode (15b), an electret layer (13) opposite the vibrating electrode (15b), an electret insulating layer (14e) that is bonded to the top surface of the electret layer (13), and a back electrode (17) that contacts the bottom surface of the electret layer (13). There is a 10 nm to 100 micron m micro-gap between the vibrating electrode insulating film (15a) and the electret insulating film (14e). The centerline roughness average (Ra) of the vibrating electrode (15b), including deflection, is no more than 1/10 of the gap width, defined as the space between the bottom surface of the vibrating electrode (15b) and the top surface of the electret layer (13).
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】無負荷時において平坦な振動面を有する振動電極と、前記振動電極の下面に設けられた振動層絶縁層と、前記振動電極に対向したエレクトレット層と、前記エレクトレット層の下面に接した背面電極とを備え、前記振動層絶縁層と前記エレクトレット層との間に10nm~100μmのマイクロギャップ部を有し、負荷時の撓みを含めた前記振動電極の中心線平均粗さRaが、前記振動電極の下面と前記エレクトレット層の上面との間で定義されるギャップ幅の1/10以下であることを特徴とする機械電気変換素子。

【請求項2】無負荷時において平坦な振動面を有する振動電極と、前記振動電極に対向したエレクトレット層と、前記エレクトレット層の上面に接合されたエレクトレット絶縁層と、前記エレクトレット層の下面に接した背面電極とを備え、前記振動電極と前記エレクトレット絶縁層との間に10nm~100μmのマイクロギャップ部を有し、負荷時の撓みを含めた前記振動電極の中心線平均粗さRaが、前記振動電極の下面と前記エレクトレット層の上面との間で定義されるギャップ幅の1/10以下であることを特徴とする機械電気変換素子。

【請求項3】無負荷時において平坦な振動面を有する振動電極と、前記振動電極の下面に設けられた振動層絶縁層と、前記振動電極に対向したエレクトレット層と、前記エレクトレット層の上面に接合されたエレクトレット絶縁層と、前記エレクトレット層の下面に接した背面電極とを備え、前記振動層絶縁層と前記エレクトレット絶縁層との間に10nm~100μmのマイクロギャップ部を有し、負荷時の撓みを含めた前記振動電極の中心線平均粗さRaが、前記振動電極の下面と前記エレクトレット層の上面との間で定義されるギャップ幅の1/10以下であることを特徴とする機械電気変換素子。

【請求項4】前記マイクロギャップ部は、前記振動層絶縁層の下面にスペーサとして設けられた突起の高さにより制御されることを特徴とする請求項1又は3に記載の機械電気変換素子。

【請求項5】前記マイクロギャップ部は、前記エレクトレット絶縁層の上面にスペーサとして設けられた突起の高さにより制御されることを特徴とする請求項2又は3に記載の機械電気変換素子。

【請求項6】前記マイクロギャップ部は、前記振動層絶縁層と前記エレクトレット層との間にスペーサとして設けられた微粒子の粒径により制御されることを特徴とする請求項1に記載の機械電気変換素子。

【請求項7】前記マイクロギャップ部は、前記振動電極と前記エレクトレット絶縁層との間にスペーサとして設けられた微粒子の粒径により制御されることを特徴とする請求項2に記載の機械電気変換素子。

【請求項8】前記マイクロギャップ部は、前記振動層絶縁層と前記エレクトレット絶縁層との間にスペーサとして設けられた微粒子の粒径により制御されることを特徴とする請求項3に記載の機械電気変換素子。

【請求項9】前記マイクロギャップ部は、前記振動層絶縁層と前記エレクトレット絶縁層との間に間に設けられた複数の貫通孔を有するスペーサ層の厚さにより制御されることを特徴とする請求項3に記載の機械電気変換素子。

【請求項10】前記振動層絶縁層と前記エレクトレット層との間の周辺部に、前記マイクロギャップ部を囲むスペーサリングを更に備えることを特徴とする請求項1又は6に記載の機械電気変換素子。

【請求項11】前記振動電極と前記エレクトレット絶縁層との間の周辺部に、前記マイクロギャップ部を囲むスペーサリングを更に備えることを特徴とする請求項2又は7に記載の機械電気変換素子。

【請求項12】前記振動層絶縁層と前記エレクトレット絶縁層との間の周辺部に、前記マイクロギャップ部を囲むスペーサリングを更に備えることを特徴とする請求項3又は8に記載の機械電気変換素子。

【請求項13】前記振動電極の上面に、音響インピーダンスの整合性を高めるための整合層を更に備えることを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の機械電気変換素子。

【請求項14】前記エレクトレット層は、強誘電体の単結晶若しくは多結晶、又は結晶性高分子のいずれかであることを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の機械電気変換素子。

【請求項15】振動層絶縁層上に振動電極を積層して振動層を構成する工程と、前記振動層を裏返し、前記振動層絶縁層上にスペーサを設ける工程と、前記スペーサを介して前記振動層絶縁層上にエレクトレット絶縁層を積層する工程と、背面電極を有するエレクトレット層を用意する工程と、前記背面電極を有するエレクトレット層と、前記振動層の上に前記スペーサを介してエレクトレット絶縁層を積層した構造物とを、前記エレクトレット絶縁層と前記エレクトレット層が接するようにしてケースに組み込む工程とを含むことを特徴とする機械電気変換素子の製造方法。

【請求項16】振動電極と、前記振動電極との間にエレメント空間を設けるように対向したエレクトレット層と、前記エレクトレット層の下面に接した背面電極と、前記エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記エレメント空間の内部に、それぞれの間隔が10nm~40μmのマイクロギャップを複数積層するギャップ絶縁層と、前記振動電極と前記背面電極との間に電気的に接続された増幅回路とを備え、前記複数のマイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記エレメント空間のギャップ幅の1/10以下であることを特徴とするフィルム状機械電気変換装置。

【請求項17】前記ギャップ絶縁層を複数枚備えることを特徴とする請求項16に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項18】前記振動電極の下面に設けられた振動電極絶縁フィルムを更に備えることを特徴とする請求項16又は17に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項19】前記エレクトレット層の上面に接合されたエレクトレット絶縁フィルムを更に備えることを特徴とする請求項16~18のいずれか1項に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項20】増幅回路を備える基体と、前記基体の下面に少なくとも一部を接し、前記増幅回路に電気的に接続された下側振動電極、前記下側振動電極との間に下側エレメント空間を設けるように対向した下側エレクトレット層、前記下側エレクトレット層の下面に接した下側背面電極、前記下側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記下側エレメント空間の内部にそれぞれの間隔が10nm~40μmの下側マイクロギャップを複数積層する下側ギャップ絶縁層を有するフィルム状下側エレメントと、前記基体の上面に少なくとも一部を接し、前記増幅回路に電気的に接続された上側背面電極、前記上側背面電極の上面に接した上側エレクトレット層、前記上側エレクトレット層との間に上側エレメント空間を設けるように対向した上側振動電極、前記上側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記上側エレメント空間の内部にそれぞれの間隔が10nm~40μmの上側マイクロギャップを複数積層する上側ギャップ絶縁層を有するフィルム状上側エレメントとを備え、前記上側マイクロギャップ及び前記下側マイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記下側エレメント空間及び上側エレメント空間のそれぞれのギャップ幅の1/10以下であることを特徴とする機械電気変換装置。

【請求項21】前記下側ギャップ絶縁層及び前記上側ギャップ絶縁層を、それぞれ複数枚備えることを特徴とする請求項20に記載の機械電気変換装置。

【請求項22】増幅回路に接続された共通背面電極と、前記共通背面電極の下面に接した下側エレクトレット層、下側エレクトレット層との間に下側エレメント空間を設けるように対向した下側振動電極、前記下側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記下側エレメント空間の内部にそれぞれの間隔が10nm~40μmの下側マイクロギャップを複数積層する下側ギャップ絶縁層を有する下側エレメントと、前記共通背面電極上面に接した上側エレクトレット層、前記上側エレクトレット層との間に上側エレメント空間を設けるように対向した上側振動電極、前記上側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記上側エレメント空間の内部にそれぞれの間隔が10nm~40μmの上側マイクロギャップを複数積層する上側ギャップ絶縁層を有する上側エレメントとを備え、前記上側マイクロギャップ及び前記下側マイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記下側エレメント空間及び上側エレメント空間のそれぞれのギャップ幅の1/10以下であることを特徴とするフィルム状機械電気変換装置。

【請求項23】振動電極と、前記振動電極との間にエレメント空間を設けるように対向したエレクトレット層と、前記エレクトレット層の下面に接した背面電極と、前記エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記エレメント空間の内部に、それぞれの間隔が10nm~40μmのマイクロギャップを複数積層するギャップ絶縁層とを備えるエレメントの複数個を、各エレメントの振動電極及び各エレメントの背面電極がそれぞれ共通電位となるように互いに接続して共通のスペーサフィルム上に配列し、前記背面電極を共通の増幅回路に接続したフィルム状機械電気変換装置であって、前記各エレメントにおいて、前記複数のマイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記エレメント空間のギャップ幅の1/10以下であることを特徴とするフィルム状機械電気変換装置。

【請求項24】前記振動電極の平面パターンが前記背面電極の平面パターンとは異なることを特徴とする請求項23に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項25】前記スペーサフィルム、前記振動電極、前記エレクトレット層、前記背面電極及び前記ギャップ絶縁層が、透明な材料からなることを特徴とする請求項23又は24に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項26】増幅回路に接続され、マトリクス状に空隙部を有する内部電極膜と、前記内部電極膜の下面に接した下側エレクトレット層と、前記下側エレクトレット層との間に下側エレメント空間を設けるように対向し、前記内部電極膜の平面パターンとは異なる空隙部のパターンを有する下側外部電極膜と、前記下側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記下側エレメント空間の内部に、それぞれの間隔が10nm~40μmの下側マイクロギャップを複数積層する下側ギャップ絶縁層と、前記内部電極膜上面に接した上側エレクトレット層と、前記上側エレクトレット層との間に上側エレメント空間を設けるように対向し、前記内部電極膜の平面パターンとは異なる空隙部のパターンを有する上側外部電極膜と、前記上側エレメント空間の内部を上下方向に分離するように挿入され、前記上側エレメント空間の内部に、それぞれの間隔が10nm~40μmの上側マイクロギャップを複数積層する上側ギャップ絶縁層とを備え、前記上側マイクロギャップ及び前記下側マイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記下側エレメント空間及び上側エレメント空間のそれぞれのギャップ幅の1/10以下であることを特徴とするフィルム状機械電気変換装置。

【請求項27】前記内部電極膜、前記下側エレクトレット層、前記上側エレクトレット層、前記下側外部電極膜、前記上側外部電極膜、前記下側ギャップ絶縁層、前記内部電極膜上面に接した上側エレクトレット層、前記上側ギャップ絶縁層が、透明な材料からなることを特徴とする請求項26に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項28】前記下側ギャップ絶縁層及び前記上側ギャップ絶縁層を、それぞれ複数枚備えることを特徴とする請求項22,26、27のいずれか1項に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項29】垂直方向に走行する複数の垂直信号線と、前記複数の垂直信号線と絶縁され、前記複数の垂直信号線に直交する方向に走行する複数の垂直選択信号配線と、前記複数の垂直信号線、前記複数の垂直選択信号配線の上方に設けられ、前記複数の垂直信号線と前記複数の垂直選択信号配線が構成する格子のパターンの内部となる位置に、貫通孔をそれぞれ配列したスペーサフィルムと、センサアレイ部の全面に設けられ、前記スペーサフィルムの上面に接した共通のエレクトレット層と、前記貫通孔の内部のそれぞれにおいて、前記エレクトレット層の下面の一部に接するように、互いに独立して配列された背面電極と、前記貫通孔の内部にそれぞれ独立して配列され、前記背面電極、前記複数の垂直信号線のいずれか、前記複数の垂直選択信号配線のいずれかにそれぞれ接続された増幅回路と、前記貫通孔のそれぞれの上方に、互いに独立したエレメント空間を配列するように、前記エレクトレット層に対向した振動電極と、前記エレメント空間のそれぞれの内部を上下方向に分離するように挿入され、前記エレメント空間のそれぞれの内部に、それぞれの間隔が10nm~40μmのマイクロギャップを複数積層するように設けられたギャップ絶縁層とを備え、前記複数のマイクロギャップをそれぞれ定義する面のそれぞれの実効的な表面粗さが、前記エレメント空間のギャップ幅の1/10以下であることを特徴とするフィルム状機械電気変換装置。

【請求項30】前記複数の垂直信号線、前記複数の垂直選択信号配線、前記スペーサフィルム、前記エレクトレット層、前記背面電極、前記振動電極、前記ギャップ絶縁層が、透明な材料からなることを特徴とする請求項29に記載のフィルム状機械電気変換装置。

【請求項31】前記ギャップ絶縁層を複数枚備えることを特徴とする請求項29又は30に記載のフィルム状機械電気変換装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • National University Corporation Saitama University
  • Inventor
  • KAGEYAMA, Kensuke
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE(UTILITY MODEL),AG,AL(UTILITY MODEL),AM(PROVISIONAL PATENT)(UTILITY MODEL),AO(UTILITY MODEL),AT(UTILITY MODEL),AU,AZ(UTILITY MODEL),BA,BB,BG(UTILITY MODEL),BH(UTILITY MODEL),BR(UTILITY MODEL),BW(UTILITY MODEL),BY(UTILITY MODEL),BZ(UTILITY MODEL),CA,CH,CN(UTILITY MODEL),CO(UTILITY MODEL),CR(UTILITY MODEL),CU(INVENTOR'S CERTIFICATE),CZ(UTILITY MODEL),DE(UTILITY MODEL),DK(UTILITY MODEL),DM(UTILITY MODEL),DO(UTILITY MODEL),DZ,EC(UTILITY MODEL),EE(UTILITY MODEL),EG(UTILITY MODEL),ES(UTILITY MODEL),FI(UTILITY MODEL),GB,GD,GE(UTILITY MODEL),GH(UTILITY CERTIFICATE),GM,GT(UTILITY MODEL),HN,HR(CONSENSUAL PATENT),HU(UTILITY MODEL),ID,IL,IN,IS,JP(UTILITY MODEL),KE(UTILITY MODEL),KG(UTILITY MODEL),KM,KN,KP(INVENTOR'S CERTIFICATE)(UTILITY MODEL),KR(UTILITY MODEL),KZ(PROVISIONAL PATENT)(UTILITY MODEL),LA,LC,LK,LR,LS(UTILITY MODEL),LT,LU,LY,MA,MD(UTILITY MODEL),ME,MG,MK,MN,MW,MX(UTILITY MODEL),MY(UTILITY-INNOVATION),MZ(UTILITY MODEL),NA,NG,NI(UTILITY MODEL),NO,NZ,OM(UTILITY MODEL),PG,PH(UTILITY MODEL),PL(UTILITY MODEL),PT(UTILITY MODEL),RO,RS(PETTY PATENT),RU(UTILITY MODEL),SC,SD,SE,SG,SK(UTILITY MODEL),SL(UTILITY MODEL),SM,ST,SV(UTILITY MODEL),SY,TJ(UTILITY MODEL),TM(PROVISIONAL PATENT),TN,TR(UTILITY MODEL),TT(UTILITY CERTIFICATE),TZ,UA(UTILITY MODEL),UG(UTILITY CERTIFICATE),US,UZ(UTILITY MODEL),VC(UTILITY CERTIFICATE),VN(PATENT FOR UTILITY SOLUTION),ZA,ZM,ZW,EP(AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,SE,SI,SK,TR),OA(BF(UTILITY MODEL),BJ(UTILITY MODEL),CF(UTILITY MODEL),CG(UTILITY MODEL),CI(UTILITY MODEL),CM(UTILITY MODEL),GA(UTILITY MODEL),GN(UTILITY MODEL),GQ(UTILITY MODEL),GW(UTILITY MODEL),ML(UTILITY MODEL),MR(UTILITY MODEL),NE(UTILITY MODEL),SN(UTILITY MODEL),TD(UTILITY MODEL),TG(UTILITY MODEL)),AP(BW(UTILITY MODEL),GH(UTILITY MODEL),GM(UTILITY MODEL),KE(UTILITY MODEL),LS(UTILITY MODEL),MW(UTILITY MODEL),MZ(UTILITY MODEL),NA(UTILITY MODEL),SD(UTILITY MODEL),SL(UTILITY MODEL),SZ(UTILITY MODEL),TZ(UTILITY MODEL),UG(UTILITY MODEL),ZM(UTILITY MODEL),ZW(UTILITY MODEL)),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM)
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