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JP2008072703A - Acoustic transducer - Google Patents

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JP2008072703A
JP2008072703A JP2007211378A JP2007211378A JP2008072703A JP 2008072703 A JP2008072703 A JP 2008072703A JP 2007211378 A JP2007211378 A JP 2007211378A JP 2007211378 A JP2007211378 A JP 2007211378A JP 2008072703 A JP2008072703 A JP 2008072703A
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JP
Japan
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diaphragm
fixed electrode
electrode
acoustic transducer
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007211378A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshinao Suzuki
利尚 鈴木
Yusaku Ebihara
雄作 蛯原
Masayoshi Omura
昌良 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2007211378A priority Critical patent/JP2008072703A/en
Publication of JP2008072703A publication Critical patent/JP2008072703A/en
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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic transducer available as a speaker or a microphone, wherein acoustics of much higher sound pressure can be generated while attaining miniaturization and weight reduction. <P>SOLUTION: An acoustic transducer 1 is provided with: a housing 3 configured by forming a cavity part S1 that is opening outwardly; an approximately plate-shaped fixed electrode 7 which faces an opening 3a and forms a part of the housing 3; a diaphragm 5 which includes an electrode 29 and is disposed between the opening 3a and the fixed electrode 7; and an elastic deforming part 17 which can be elastically deformed, supporting the diaphragm 5 with respect to the housing 3 so as to vibrate the diaphragm in a thickness direction, wherein the fixed electrode 7 and the electrode 29 are electrically insulated from each other, the elastic deforming part 17 separates the diaphragm 5 from the fixed electrode 7 in a balanced state where no elastic force is generated therein, and can be elastically deformed to a position where the diaphragm 5 is brought into contact with the fixed electrode 7. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、音響トランスデューサに関する。   The present invention relates to an acoustic transducer.

従来、スピーカやマイクロフォン等の音響トランスデューサには、小型軽量化が求められており、これを実現するものとして、例えば特許文献1のようにMEMS技術を用いたものがある。この種の音響トランスデューサでは、平板状の固定電極及びダイヤフラム電極が相互に間隔をおいて対向するように、これら固定電極及びダイヤフラム電極の外周部を環状のハウジングに固定し、固定電極及びダイヤフラム電極がハウジングの内側に配置されるように構成されている。
この構成の音響トランスデューサをスピーカとして使用する場合には、電気信号に応じて固定電極との間に電圧を印加する等してダイヤフラム電極を弾性変形で振動させる。
米国特許出願公開第2003/0044029号明細書
2. Description of the Related Art Conventionally, acoustic transducers such as speakers and microphones have been required to be reduced in size and weight. For example, Patent Document 1 discloses a technique using MEMS technology. In this type of acoustic transducer, the outer periphery of the fixed electrode and the diaphragm electrode are fixed to an annular housing so that the flat fixed electrode and the diaphragm electrode face each other with a space therebetween, and the fixed electrode and the diaphragm electrode are It is comprised so that it may be arrange | positioned inside a housing.
When the acoustic transducer having this configuration is used as a speaker, the diaphragm electrode is vibrated by elastic deformation by applying a voltage between the fixed electrode and the fixed electrode in accordance with an electric signal.
US Patent Application Publication No. 2003/0044029

しかしながら、上記従来の音響トランスデューサにおいては、ダイヤフラム電極の外周部が固定されているため、スピーカとして使用する際に十分な振幅を得ることができないという問題があり、大きな音圧の音響を発生させることができない。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型軽量化を図りながら、より大きな振幅で振動板を振動させることができる音響トランスデューサを提供することを目的としている。
However, in the conventional acoustic transducer described above, since the outer peripheral portion of the diaphragm electrode is fixed, there is a problem that sufficient amplitude cannot be obtained when used as a speaker, and sound with a large sound pressure is generated. I can't.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an acoustic transducer that can vibrate a diaphragm with a larger amplitude while achieving a reduction in size and weight.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、外方に開口する空洞部を形成してなるハウジングと、その開口部に対向して前記ハウジングの壁部の一部をなす略板状の固定電極と、電極を有すると共に前記開口部と前記固定電極との間に配置される振動板と、前記振動板をその厚さ方向に振動可能とするように前記ハウジングに対して支持する弾性変形可能な弾性変形部とを備え、前記固定電極と前記振動板の電極とが相互に電気的に絶縁され、前記弾性変形部は、これに弾性力が発生していない平衡状態で前記振動板を前記固定電極から離間して配置させ、前記振動板が前記固定電極に接触する位置まで弾性変形可能となっていることを特徴とする音響トランスデューサを提案している。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a housing formed with a cavity portion that opens outward, a substantially plate-like fixed electrode that forms a part of the wall portion of the housing opposite to the opening portion, and an electrode. A diaphragm disposed between the opening and the fixed electrode, and an elastically deformable elastically deformable portion that supports the housing so as to vibrate the diaphragm in the thickness direction thereof. The fixed electrode and the electrode of the diaphragm are electrically insulated from each other, and the elastic deformation portion separates the diaphragm from the fixed electrode in an equilibrium state where no elastic force is generated in the elastic deformation portion. The acoustic transducer is characterized in that it can be elastically deformed to a position where the diaphragm contacts the fixed electrode.

この発明に係る音響トランスデューサをスピーカとして用いる場合には、予め固定電極と振動板の電極との間に直流の電圧を印加し、振動板と固定電極との間に作用する静電引力により振動板を固定電極に吸着固定させておく。なお、この状態においては、弾性変形部に振動板を固定電極から離間させようとする弾性力が発生するが、上記静電引力をこの弾性力よりも大きくしておくことで、上述した吸着固定状態を保持することができる。また、振動板の電極と固定電極とは電気的に絶縁されているため、吸着固定状態において振動板の電極と固定電極との間に電流が流れることはない。   When the acoustic transducer according to the present invention is used as a speaker, a DC voltage is applied in advance between the fixed electrode and the electrode of the diaphragm, and the diaphragm is caused by electrostatic attraction acting between the diaphragm and the fixed electrode. Is fixed to the fixed electrode by adsorption. In this state, an elastic force is generated in the elastically deforming portion so as to separate the diaphragm from the fixed electrode. However, by making the electrostatic attractive force larger than the elastic force, the above-described adsorption fixing is performed. The state can be maintained. Further, since the electrode of the diaphragm and the fixed electrode are electrically insulated, no current flows between the electrode of the diaphragm and the fixed electrode in the adsorbed and fixed state.

そして、この音響トランスデューサから音響を発生させる際には、固定電極と振動板との間の電圧印加を解除する。この際、振動板は弾性変形部の弾性力によって固定電極から離間して弾性変形部が平衡状態となる位置に到達し、さらに、振動板の慣性力によって上記吸着固定の位置の反対側まで変位する。そして、この状態においても弾性変形部には弾性力が発生しているため、弾性変形部の弾性力及び振動板の慣性力によって固定電極に近づく方向に変位して再び吸着固定の位置まで戻ることになる。以上のように、振動板が振動することによってハウジングの開口部から外方に向けて音響が発生する。   When sound is generated from the acoustic transducer, voltage application between the fixed electrode and the diaphragm is released. At this time, the vibration plate is separated from the fixed electrode by the elastic force of the elastic deformation portion, reaches the position where the elastic deformation portion is in an equilibrium state, and is further displaced to the opposite side of the adsorption fixing position by the inertia force of the vibration plate. To do. Even in this state, since the elastic force is generated in the elastic deformation portion, the elastic deformation portion and the inertial force of the vibration plate are displaced in the direction approaching the fixed electrode, and return to the suction fixing position again. become. As described above, sound is generated outward from the opening of the housing when the diaphragm vibrates.

なお、振動板が振動して再び固定電極の近くまで戻ってきた際には、再び固定電極と振動板の電極との間により大きな電圧を印加すればよい。これにより、振動板の振動に際して空気抵抗等によってエネルギーが失われて弾性変形部の弾性力及び振動板の慣性力だけで振動板が吸着固定の位置まで戻ることができなくても、確実に振動板を固定電極に吸着固定することができる。   When the diaphragm vibrates and returns to the vicinity of the fixed electrode again, a larger voltage may be applied again between the fixed electrode and the electrode of the diaphragm. As a result, even when the vibration of the diaphragm is lost, energy is lost due to air resistance or the like, and even if the diaphragm cannot return to the suction and fixing position only by the elastic force of the elastically deforming portion and the inertial force of the diaphragm, the vibration is reliably generated. The plate can be adsorbed and fixed to the fixed electrode.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の音響トランスデューサにおいて、前記固定電極と前記振動板の電極との間に交流電圧及び直流電圧を選択的に印加する電源部を備え、前記交流電圧の周波数が、前記弾性変形部の弾性率及び前記振動板の重量に基づく前記振動板の共振周波数と等しいことを特徴とする音響トランスデューサを提案している。   According to a second aspect of the present invention, in the acoustic transducer according to the first aspect, a power supply unit that selectively applies an AC voltage and a DC voltage between the fixed electrode and the electrode of the diaphragm, and the AC voltage The acoustic transducer is characterized in that the frequency is equal to the resonance frequency of the diaphragm based on the elastic modulus of the elastic deformation portion and the weight of the diaphragm.

この発明に係る音響トランスデューサによれば、振動板が平衡状態の位置に配されている状態において、例えば電源部により振動板の共振周波数と等しい周波数の交流電圧を印加することで、振動板を効率よく固定電極に吸着固定することができる。
すなわち、振動板が平衡状態の位置に配されている状態において固定電極と振動板の電極との間に上記交流電圧を印加すると、固定電極と振動板の電極との間に発生する交流電界によって振動板の振幅が徐々に増加するため、振動板を固定電極に近づけることができる。そして、以上のように振動板の振幅が大きくなって振動板が固定電極に接触した際、若しくは、固定電極に十分に近づいた際に、電源部により固定電極と振動板の電極との間に直流電圧を印加することで、振動板を固定電極に吸着固定することができる。
According to the acoustic transducer of the present invention, in the state where the diaphragm is arranged at the equilibrium position, the diaphragm is made efficient by applying an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the diaphragm, for example, by the power supply unit. It can be adsorbed and fixed to a fixed electrode well.
In other words, when the AC voltage is applied between the fixed electrode and the diaphragm electrode in a state where the diaphragm is arranged at an equilibrium position, the AC electric field generated between the fixed electrode and the diaphragm electrode causes Since the amplitude of the diaphragm gradually increases, the diaphragm can be brought closer to the fixed electrode. As described above, when the amplitude of the diaphragm becomes large and the diaphragm comes into contact with the fixed electrode, or when the diaphragm is sufficiently close to the fixed electrode, the power supply unit causes a gap between the fixed electrode and the electrode of the diaphragm. By applying a DC voltage, the diaphragm can be adsorbed and fixed to the fixed electrode.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の音響トランスデューサにおいて、音響発生前に、前記交流電圧若しくは前記直流電圧の印加によって、前記振動板が前記固定電極に接触する位置に吸着固定されていることを特徴とする音響トランスデューサを提供する。
この発明に係る音響トランスデューサおいては、音響を発生させる前に、上述した交流電圧や直流電圧の選択的な印加により、予め弾性変形部の弾性力に抗して振動板を強制的に固定電極に吸着固定させた状態としているため、振動板の吸着固定状態を解除して振動板を振動させて音響を発生させる際に、上記弾性力を利用して振動板の振動変位を確実に大きくすることができる。
The invention according to claim 3 is the acoustic transducer according to claim 1 or 2, wherein the diaphragm is brought into contact with the fixed electrode by applying the AC voltage or the DC voltage before the sound is generated. An acoustic transducer characterized by being adsorbed and fixed is provided.
In the acoustic transducer according to the present invention, before the sound is generated, the diaphragm is forcibly fixed against the elastic force of the elastic deformation portion in advance by selectively applying the AC voltage or the DC voltage described above. Therefore, when the diaphragm is vibrated and the diaphragm is vibrated to generate sound, the vibration displacement of the diaphragm is reliably increased using the elastic force. be able to.

請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3に記載の音響トランスデューサにおいて、前記振動板及び前記固定電極の一方が、他方に対向する表面にエレクトレット膜を設けて構成されていることを特徴とする音響トランスデューサを提案している。   According to a fourth aspect of the present invention, in the acoustic transducer according to the first to third aspects, one of the diaphragm and the fixed electrode is configured by providing an electret film on a surface facing the other. A characteristic acoustic transducer is proposed.

この発明に係る音響トランスデューサによれば、振動板及び固定電極の他方にエレクトレット膜中の永久電荷と逆極性の電荷が現れるように電圧を印加することで、振動板と固定電極との間には、これらの間への電圧印加に基づく静電引力に加えて、エレクトレット膜と振動板及び固定電極の他方との間に作用する静電引力も発生する。すなわち、振動板と固定電極との間に印加する電圧を低くしても振動板を固定電極に吸着固定することができる。
また、振動板及び固定電極の他方にエレクトレット膜中の永久電荷と同じ極性の電荷が現れるように電圧を印加した際には、振動板と固定電極との間に斥力を発生させることができるため、音響トランスデューサを効率よく動作させることも可能となる。
According to the acoustic transducer of the present invention, a voltage is applied between the diaphragm and the fixed electrode so that a permanent charge in the electret film appears on the other of the diaphragm and the fixed electrode. In addition to the electrostatic attractive force based on the voltage application between them, an electrostatic attractive force acting between the electret film and the other of the diaphragm and the fixed electrode is also generated. That is, the diaphragm can be adsorbed and fixed to the fixed electrode even if the voltage applied between the diaphragm and the fixed electrode is lowered.
Further, when a voltage is applied so that a charge having the same polarity as the permanent charge in the electret film appears on the other of the diaphragm and the fixed electrode, a repulsive force can be generated between the diaphragm and the fixed electrode. Also, the acoustic transducer can be operated efficiently.

請求項5に係る発明は、外方に開口する空洞部を形成してなるハウジングと、その開口部に対向して前記ハウジングの壁部の一部をなす略板状の固定電極と、前記開口部と前記固定電極との間に配置される振動板と、前記振動板をその厚さ方向に振動可能となるように前記ハウジングに対して支持する弾性変形可能な弾性変形部とを備え、前記弾性変形部は、これに弾性力が発生していない平衡状態で前記振動板を前記固定電極から離間して配置させ、前記振動板が前記固定電極に接触する位置まで弾性変形可能となっており、前記振動板が、正負の一方に帯電したエレクトレットを備えることを特徴とする音響トランスデューサを提案している。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a housing formed with a hollow portion that opens outward, a substantially plate-like fixed electrode that faces the opening and forms a part of the wall portion of the housing, and the opening. A vibration plate disposed between a portion and the fixed electrode; and an elastically deformable elastically deformable portion that supports the housing so that the vibration plate can vibrate in a thickness direction thereof, and The elastically deforming portion is arranged to be spaced apart from the fixed electrode in an equilibrium state where no elastic force is generated in the elastically deforming portion, and can be elastically deformed to a position where the vibrating plate contacts the fixed electrode. An acoustic transducer is proposed in which the diaphragm includes an electret charged on one of positive and negative sides.

この発明に係る音響トランスデューサをスピーカとして用いる場合には、予め固定電極にエレクトレット中の永久電荷と逆の電荷が現れるように直流電圧を印加し、振動板と固定電極との間に作用する静電引力により振動板を固定電極に吸着固定させておく。なお、この状態においては、弾性変形部に振動板を固定電極から離間させようとする弾性力が発生するが、上記静電引力をこの弾性力よりも大きくしておくことで、上述した吸着固定状態を保持することができる。   When the acoustic transducer according to the present invention is used as a speaker, a static voltage acting between the diaphragm and the fixed electrode is previously applied to the fixed electrode so that a charge opposite to the permanent charge in the electret appears. The diaphragm is attracted and fixed to the fixed electrode by attractive force. In this state, an elastic force is generated in the elastically deforming portion so as to separate the diaphragm from the fixed electrode. However, by making the electrostatic attractive force larger than the elastic force, the above-described adsorption fixing is performed. The state can be maintained.

そして、この音響トランスデューサから音響を発生させる際には、上記電圧印加を解除する、若しくは、振動板が吸着した固定電極に上記永久電荷と同じ極性の電荷が現れるように電圧を印加することで、振動板が弾性変形部の弾性力及び自身の慣性力によって振動して吸着固定の位置まで戻ることになる。すなわち、この振動板の振動によってハウジングの開口部から外方に向けて音響が発生する。
なお、振動板が振動して再び固定電極の近くまで戻ってきた際には、再び固定電極に上記永久電荷と同じ極性を持つ電荷が現れるように、より大きな電圧を印加することで、確実に振動板を固定電極に吸着固定することができる。
And when generating sound from this acoustic transducer, by canceling the voltage application, or by applying a voltage so that a charge having the same polarity as the permanent charge appears on the fixed electrode adsorbed by the diaphragm, The diaphragm is vibrated by the elastic force of the elastically deforming portion and its own inertial force, and returns to the suction fixing position. That is, sound is generated outward from the opening of the housing by the vibration of the diaphragm.
In addition, when the diaphragm vibrates and returns to the vicinity of the fixed electrode again, it is ensured by applying a larger voltage so that a charge having the same polarity as the permanent charge appears on the fixed electrode again. The diaphragm can be adsorbed and fixed to the fixed electrode.

請求項1及び請求項5に係る発明によれば、弾性変形部の弾性力に抗して振動板を強制的に吸着固定させた状態から振動板を振動させるため、より大きな振幅で振動板を振動させることが可能となる。したがって、より大きな音圧の音響を発生させることができる。
また、これらの発明に係る音響トランスデューサは、ハウジングに固定電極、振動板及び弾性変形部を設けただけの簡素な構成であるため、その小型軽量化を容易に図ることができる。
According to the first and fifth aspects of the invention, the diaphragm is vibrated from the state in which the diaphragm is forcibly attracted and fixed against the elastic force of the elastic deformation portion. It becomes possible to vibrate. Therefore, it is possible to generate a sound having a larger sound pressure.
In addition, since the acoustic transducer according to these inventions has a simple configuration in which a fixed electrode, a diaphragm, and an elastically deforming portion are simply provided on the housing, it can be easily reduced in size and weight.

請求項2に係る発明によれば、振動板が平衡状態の位置に配されていても、振動板を効率よく固定電極に吸着固定することができる。   According to the invention which concerns on Claim 2, even if the diaphragm is distribute | arranged to the position of an equilibrium state, a diaphragm can be efficiently adsorbed and fixed to a fixed electrode.

請求項3に係る発明によれば、音響発生前には弾性変形部の弾性力に抗して振動板を強制的に吸着固定させた状態としているため、音響を発生させる際に上記弾性力を利用して振動板の振動変位を確実に大きくすることができる。したがって、確実に大きな音圧の音響を発生させることができる。   According to the third aspect of the invention, since the diaphragm is forcibly adsorbed and fixed against the elastic force of the elastic deformation portion before the sound is generated, the elastic force is applied when the sound is generated. By utilizing this, the vibration displacement of the diaphragm can be reliably increased. Therefore, it is possible to reliably generate a sound with a large sound pressure.

請求項4に係る発明によれば、振動板と固定電極との間に印加する電圧を低くすることができるため、省電力で音響トランスデューサを動作させることが可能となる。   According to the fourth aspect of the present invention, the voltage applied between the diaphragm and the fixed electrode can be lowered, so that the acoustic transducer can be operated with power saving.

以下、図1〜4を参照して本発明の第1実施形態に係る音響トランスデューサについて説明する。図1に示すように、この実施形態に係る音響トランスデューサ1は、外方に開口する空洞部S1を形成してなるハウジング3の内部に振動板5を配置して構成されている。ハウジング3は、開口部3aに対向してハウジング3の底壁部をなす略板状の固定電極7と、固定電極7の表面7aの周縁に配される略筒状の側壁部9と、側壁部9の上部に固定されて開口部3aを有する蓋体部11とから構成されている。
固定電極7は、導電性材料により形成されており、振動板5に対向する表面7aにエレクトレット膜13を設けて構成されている。そして、エレクトレット膜13は電気的な絶縁膜15によって覆われている。なお、エレクトレット膜13を構成する具体的な材料としては、例えば、フッ素樹脂等の有機材料や、SiO2等の無機材料等が挙げられる。
The acoustic transducer according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the acoustic transducer 1 according to this embodiment is configured by disposing a diaphragm 5 inside a housing 3 formed with a cavity S1 opening outward. The housing 3 includes a substantially plate-like fixed electrode 7 that faces the opening 3a and forms the bottom wall portion of the housing 3, a substantially cylindrical side wall portion 9 disposed on the periphery of the surface 7a of the fixed electrode 7, and a side wall. It is comprised from the cover part 11 which is fixed to the upper part of the part 9 and has the opening part 3a.
The fixed electrode 7 is made of a conductive material, and is configured by providing an electret film 13 on a surface 7 a facing the diaphragm 5. The electret film 13 is covered with an electrical insulating film 15. In addition, as a specific material which comprises the electret film | membrane 13, organic materials, such as a fluororesin, inorganic materials, such as SiO2, etc. are mentioned, for example.

振動板5は、固定電極7と略平行となるように開口部3aと固定電極7との間に配置されており、これと一体に成形される弾性変形部17によってハウジング3に対して支持されている。弾性変形部17は略筒状の蛇腹部19と、その上端部から径方向外方に突出する薄膜状のフランジ部21とを備え、フランジ部21の外周部が側壁部9の上部と蓋体部11との間に挟み込まれて固定されている。これによって、蛇腹部19の上端部が蓋体部11の開口部3a周縁に固定されることになる。   The diaphragm 5 is disposed between the opening 3a and the fixed electrode 7 so as to be substantially parallel to the fixed electrode 7, and is supported with respect to the housing 3 by an elastic deformation portion 17 formed integrally therewith. ing. The elastically deformable portion 17 includes a substantially cylindrical bellows portion 19 and a thin-film-like flange portion 21 projecting radially outward from an upper end portion thereof, and the outer peripheral portion of the flange portion 21 is an upper portion of the side wall portion 9 and a lid body. It is sandwiched between the part 11 and fixed. As a result, the upper end portion of the bellows portion 19 is fixed to the periphery of the opening 3 a of the lid portion 11.

また、蛇腹部19の下端部は振動板5の外周縁に一体に連結されており、振動板5が蛇腹部19によって蓋体部11の開口部3a周縁から吊り下げられるようになっている。この蛇腹部19は、振動板5がその厚さ方向(AB方向)に振動できるように、該厚さ方向に弾性変形するように構成されている。
また、この弾性変形部17は、蛇腹部19に弾性力が発生していない平衡状態において、振動板5を固定電極7から離間して配置させるように構成されている。また、弾性変形部17の蛇腹部19は、振動板5が固定電極7に接触する位置まで弾性変形して伸長できるようになっている(図3参照)。
以上のように構成された振動板5及び弾性変形部17は、例えば図2(a)に示す型Fを用いて一体に成形することができる。ここで使用する型Fは、その表面F1から窪む凹部F2を有し、この凹部F2の内周面を蛇腹状に形成して構成されるものである。
The lower end of the bellows part 19 is integrally connected to the outer peripheral edge of the diaphragm 5, and the diaphragm 5 is suspended from the peripheral edge of the opening 3 a of the lid part 11 by the bellows part 19. The bellows portion 19 is configured to be elastically deformed in the thickness direction so that the diaphragm 5 can vibrate in the thickness direction (AB direction).
In addition, the elastic deformation portion 17 is configured to dispose the diaphragm 5 away from the fixed electrode 7 in an equilibrium state where no elastic force is generated in the bellows portion 19. Further, the bellows portion 19 of the elastic deformation portion 17 can be elastically deformed and extended to a position where the diaphragm 5 contacts the fixed electrode 7 (see FIG. 3).
The diaphragm 5 and the elastic deformation portion 17 configured as described above can be integrally formed using, for example, a mold F shown in FIG. The mold F used here has a recess F2 that is recessed from the surface F1, and the inner peripheral surface of the recess F2 is formed in a bellows shape.

この型Fを使用して振動板5及び弾性変形部17を成形する際には、加熱された型Fの表面F1上に、薄膜状に形成されたポリイミド膜23を配置した状態で、凹部F2内の空気を抜くことで、図2(b)に示すように、ポリイミド膜23が凹部F2の底面及び蛇腹状の内周面に張り付けられる。そして、凹部F2の形状に倣って成形されたポリイミド膜23を冷却して凹部F2から取り出すことで、蛇腹部19を有した有底筒状体25及びフランジ部21が一体に成形されることになる。
最後に、図2(c)に示すように、有底筒状体25の底面に液状のガラスエポキシ樹脂27を入れて固化する等して、蛇腹部19の下端に弾性変形しない略板状の振動板5を形成することができる。
When the diaphragm 5 and the elastically deformable portion 17 are molded using the mold F, the concave portion F2 is formed with the polyimide film 23 formed in a thin film shape disposed on the surface F1 of the heated mold F. As shown in FIG. 2B, the polyimide film 23 is attached to the bottom surface of the recess F2 and the bellows-shaped inner peripheral surface by removing the air inside. Then, the bottomed cylindrical body 25 having the bellows portion 19 and the flange portion 21 are integrally formed by cooling the polyimide film 23 formed following the shape of the recess F2 and taking it out from the recess F2. Become.
Finally, as shown in FIG. 2 (c), a liquid glass epoxy resin 27 is placed on the bottom surface of the bottomed cylindrical body 25 and solidified, for example, so that it does not elastically deform at the lower end of the bellows portion 19. The diaphragm 5 can be formed.

また、図1に示すように、振動板5は電極29を有している。この電極29は、振動板5のうちエレクトレット膜13や固定電極7に対向する表面5aに形成されており、蛇腹部19の外周面やフランジ部21の表面に形成された配線31と接続されている。これら電極29や配線31は、例えば金めっきを蒸着する等して形成することができる。
固定電極7及び振動板5の電極29は電源部35に接続されており、この電源部35は固定電極7と振動板5の電極29との間に交流電圧と直流電圧とを選択的に印加するように構成されている。また、この電源部35においては、電圧印加のON/OFFも行うことができるようになっている。ここで、電源部35が印加する交流電圧の周波数は、蛇腹部19の弾性率及び振動板5の重量に基づく振動板5の共振周波数と等しいものである。
As shown in FIG. 1, the diaphragm 5 has an electrode 29. The electrode 29 is formed on the surface 5 a of the diaphragm 5 facing the electret film 13 and the fixed electrode 7, and is connected to the wiring 31 formed on the outer peripheral surface of the bellows portion 19 and the surface of the flange portion 21. Yes. These electrodes 29 and wirings 31 can be formed, for example, by vapor deposition of gold plating.
The fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 are connected to a power supply unit 35, and the power supply unit 35 selectively applies an AC voltage and a DC voltage between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5. Is configured to do. The power supply unit 35 can also turn on / off voltage application. Here, the frequency of the alternating voltage applied by the power supply unit 35 is equal to the resonance frequency of the diaphragm 5 based on the elastic modulus of the bellows part 19 and the weight of the diaphragm 5.

なお、図3に示すように、蛇腹部19が弾性変形して振動板5が固定電極7に接触したとしても、振動板5の電極29は固定電極7の絶縁膜15に接触するため、固定電極7と振動板5の電極29とは相互に電気的に絶縁される。したがって、上述した電源部35により固定電極7と振動板5の電極29との間に電圧印加しても、これらの間で電気的な短絡が発生することはない。   As shown in FIG. 3, even if the bellows portion 19 is elastically deformed and the diaphragm 5 comes into contact with the fixed electrode 7, the electrode 29 of the diaphragm 5 is in contact with the insulating film 15 of the fixed electrode 7. The electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 are electrically insulated from each other. Therefore, even if a voltage is applied between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 by the power supply unit 35 described above, an electrical short circuit does not occur between them.

また、ハウジング3の空洞部S1は、上述した構成の振動板5及び弾性変形部17により、開口部3a側の空間S2と固定電極7側の背部空気室S3とに区画されている。
ここで、側壁部9には上記背部空気室S3を外方に連通する孔9a,9aが複数形成されており、振動板5の振動に基づく背部空気室S3内の圧力増減が振動板5の振動を阻害することを防止している。また、側壁部9に上記孔9a,9aを形成しておくことにより、振動板5の振動によって孔9a,9aからも音響を発生させることができる。
The cavity S1 of the housing 3 is partitioned into a space S2 on the opening 3a side and a back air chamber S3 on the fixed electrode 7 side by the diaphragm 5 and the elastic deformation portion 17 having the above-described configuration.
Here, a plurality of holes 9 a, 9 a communicating the back air chamber S 3 outward are formed in the side wall portion 9, and the pressure increase / decrease in the back air chamber S 3 based on the vibration of the vibration plate 5 is increased. This prevents the vibration from being hindered. Further, by forming the holes 9 a and 9 a in the side wall portion 9, sound can be generated from the holes 9 a and 9 a by the vibration of the diaphragm 5.

次に、以上のように構成された音響トランスデューサ1をスピーカとして用いる場合の動作について説明する。
この音響トランスデューサ1においては、予め高電圧やコロナ放電などによりエレクトレット膜13に永久電荷を形成しておく。具体的には、例えば振動板5に対向するエレクトレット膜13の表面側に負電荷を集め、固定電極7に接触するエレクトレット膜13の裏面側に正電荷を集めておく。
また、音響発生前には、図3に示すように、弾性変形部17の蛇腹部19を弾性変形により伸長させて振動板5を固定電極7に接触させた状態で、電源部35により固定電極7と振動板5の電極29との間に直流電圧を印加し、振動板5と固定電極7との間に作用する静電引力により振動板5を固定電極7に吸着固定させておく。
Next, an operation when the acoustic transducer 1 configured as described above is used as a speaker will be described.
In the acoustic transducer 1, permanent charges are previously formed on the electret film 13 by high voltage or corona discharge. Specifically, for example, negative charges are collected on the surface side of the electret film 13 facing the diaphragm 5, and positive charges are collected on the back surface side of the electret film 13 in contact with the fixed electrode 7.
Before the sound is generated, the power supply unit 35 fixes the fixed electrode in a state where the bellows portion 19 of the elastically deforming portion 17 is extended by elastic deformation and the diaphragm 5 is brought into contact with the fixed electrode 7, as shown in FIG. A DC voltage is applied between the diaphragm 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5, and the diaphragm 5 is attracted and fixed to the fixed electrode 7 by electrostatic attraction acting between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7.

この吸着固定状態においては、エレクトレット膜13の表面側に集められた永久電荷と逆極性の電荷が振動板5の電極29に集まるように直流電圧を印加する。例えば、エレクトレット膜13の表面側に負電荷が集められている場合には、振動板5に正電荷が集まるように電圧印加しておく。これにより、電圧印加に基づく静電引力に加えて、エレクトレット膜13と振動板5との間にも静電引力が作用するため、振動板5と固定電極7との間に印加する電圧を低くしても振動板5を固定電極7に固定することができる。
なお、この状態においては、蛇腹部19に振動板5を固定電極7から離間させようとする弾性力が発生するが、上述した静電引力の合計をこの弾性力よりも大きくしておくことで、上述した吸着固定状態を保持することができる。また、固定電極7と振動板5の電極29とは絶縁膜により電気的に絶縁されているため、吸着固定状態において固定電極7と振動板5の電極29との間に電流が流れることはない。
In this adsorption-fixed state, a DC voltage is applied so that charges having a polarity opposite to the permanent charge collected on the surface side of the electret film 13 are collected on the electrode 29 of the diaphragm 5. For example, when negative charges are collected on the surface side of the electret film 13, a voltage is applied to the diaphragm 5 so that positive charges are collected. Thereby, in addition to the electrostatic attractive force based on the voltage application, the electrostatic attractive force also acts between the electret film 13 and the diaphragm 5, so that the voltage applied between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 is reduced. Even in this case, the diaphragm 5 can be fixed to the fixed electrode 7.
In this state, an elastic force is generated in the bellows portion 19 so as to separate the diaphragm 5 from the fixed electrode 7. However, by making the total electrostatic attraction mentioned above larger than this elastic force. It is possible to maintain the above-described adsorption fixed state. In addition, since the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 are electrically insulated by an insulating film, no current flows between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 in the adsorption fixed state. .

そして、この音響トランスデューサ1から音響を発生させる際には、上述した状態において電源部35による固定電極7と振動板5との間の電圧印加を解除する。この際、振動板5は蛇腹部19の弾性力によって固定電極7から離間して、図1に示すように蛇腹部19が平衡状態となる位置に到達し、さらに、振動板5の慣性力によって図4に示すように上記吸着固定の位置の反対側まで変位する。そして、この状態においても蛇腹部19には弾性力が発生しているため、振動板5は蛇腹部19の弾性力及び振動板5の慣性力によって固定電極7に近づく方向に変位して図3に示すように再び吸着固定の位置まで戻ることになる。以上のように振動板5が振動することによってハウジング3の開口部3aから外方に向けて音響が発生する。   When sound is generated from the acoustic transducer 1, the voltage application between the fixed electrode 7 and the diaphragm 5 by the power supply unit 35 is released in the state described above. At this time, the diaphragm 5 is separated from the fixed electrode 7 by the elastic force of the bellows part 19 and reaches a position where the bellows part 19 is in an equilibrium state as shown in FIG. As shown in FIG. 4, it is displaced to the opposite side of the position of the suction and fixation. Even in this state, since the elastic force is generated in the bellows part 19, the diaphragm 5 is displaced in a direction approaching the fixed electrode 7 by the elastic force of the bellows part 19 and the inertial force of the diaphragm 5. FIG. As shown in FIG. 4, the position is again returned to the suction fixing position. As described above, when the diaphragm 5 vibrates, sound is generated outward from the opening 3 a of the housing 3.

また、振動板5が振動して固定電極7の近くまで戻ってきた際には、再び固定電極7と振動板5の電極29との間により大きな直流電圧を印加すればよい。これにより、振動板5の振動に際して空気抵抗等によってエネルギーが失われて蛇腹部19の弾性力及び振動板5の慣性力だけで振動板5が吸着固定の位置まで戻ることができなくても、確実に振動板5を固定電極7に吸着固定することができる。
なお、この音響トランスデューサ1から音響を発生させる際には、吸着固定状態において、振動板5の電極29にエレクトレット膜13の表面側に集められた永久電荷と同じ極性の電荷が現れるように電圧印加しても良い。この場合には、振動板5と固定電極7との間に斥力を発生させることができるため、音響トランスデューサ1を効率よく動作させることもできる。
Further, when the diaphragm 5 vibrates and returns to the vicinity of the fixed electrode 7, a larger DC voltage may be applied again between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5. As a result, even when the vibration of the vibration plate 5 is lost, energy is lost due to air resistance or the like, and the vibration plate 5 cannot return to the suction fixing position only by the elastic force of the bellows portion 19 and the inertial force of the vibration plate 5. The diaphragm 5 can be reliably fixed to the fixed electrode 7 by suction.
When sound is generated from the acoustic transducer 1, voltage is applied so that charges having the same polarity as the permanent charges collected on the surface side of the electret film 13 appear on the electrode 29 of the diaphragm 5 in the suction-fixed state. You may do it. In this case, since a repulsive force can be generated between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7, the acoustic transducer 1 can be operated efficiently.

また、この音響トランスデューサ1において、図1に示すように振動板5が平衡状態の位置に配されている状態から図3に示すように振動板5を固定電極7に吸着固定させる際には、例えば、電源部35により振動板5の共振周波数と等しい周波数の交流電圧を印加すればよい。
すなわち、振動板5が平衡状態の位置に配されている状態において固定電極7と振動板5の電極29との間に上記交流電圧を印加すると、固定電極7と振動板5の電極29との間に発生する交流電界によって振動板5の振幅が徐々に増加するため、振動板5を固定電極7に近づけることができる。そして、振動板5が固定電極7に接触した際、若しくは、固定電極7に十分に近づいた際に、電源部35により固定電極7と振動板5の電極29との間に直流電圧を印加することで、振動板5を固定電極7に吸着固定することができる。
この吸着固定の際には、平衡状態の位置に配された振動板5の電極29と固定電極7との間に静電引力が作用する程度の電圧を印加する必要がある。ただし、この場合でも、振動板5の電極29とエレクトレット膜13との間に発生する静電引力も利用して振動板5を動かすことができるため、エレクトレット膜13が無い場合と比較して、印加する電圧を低く抑えることができる。
Further, in this acoustic transducer 1, when the diaphragm 5 is attracted and fixed to the fixed electrode 7 as shown in FIG. 3 from the state where the diaphragm 5 is arranged at the equilibrium position as shown in FIG. For example, an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the diaphragm 5 may be applied by the power supply unit 35.
That is, when the AC voltage is applied between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 in a state where the diaphragm 5 is arranged at an equilibrium position, the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 Since the amplitude of the diaphragm 5 gradually increases due to the alternating electric field generated therebetween, the diaphragm 5 can be brought closer to the fixed electrode 7. When the diaphragm 5 comes into contact with the fixed electrode 7 or when the diaphragm 5 is sufficiently close to the fixed electrode 7, a DC voltage is applied between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 by the power supply unit 35. Thus, the diaphragm 5 can be fixed to the fixed electrode 7 by suction.
At the time of this adsorption fixation, it is necessary to apply a voltage to the extent that electrostatic attraction acts between the electrode 29 of the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 arranged at the equilibrium position. However, even in this case, since the diaphragm 5 can be moved using the electrostatic attraction generated between the electrode 29 of the diaphragm 5 and the electret film 13, compared to the case without the electret film 13, The applied voltage can be kept low.

上記音響トランスデューサ1によれば、音響発生前に予め蛇腹部19の弾性力に抗して振動板5を強制的に固定電極7に吸着固定させた状態から振動板5を振動させるため、より大きな振幅で振動板5を振動させることが可能となる。したがって、振動板5の振動変位を大きくしてより大きな音圧の音響を発生させることができる。
また、上記音響トランスデューサ1は、ハウジング3に固定電極7、振動板5及び弾性変形部17を設けただけの簡素な構成であるため、その小型軽量化を容易に図ることができる。
According to the acoustic transducer 1, the diaphragm 5 is vibrated from the state in which the diaphragm 5 is forcibly fixed to the fixed electrode 7 against the elastic force of the bellows portion 19 in advance before the sound is generated. The diaphragm 5 can be vibrated with amplitude. Therefore, the vibration displacement of the diaphragm 5 can be increased to generate a sound with a greater sound pressure.
Further, since the acoustic transducer 1 has a simple configuration in which the housing 3 is provided with the fixed electrode 7, the diaphragm 5, and the elastic deformation portion 17, the size and weight can be easily reduced.

さらに、振動板5が平衡状態の位置に配されていても、電源部35により振動板5の共振周波数と等しい周波数の交流電圧を印加することで、振動板5を効率よく固定電極7に吸着固定することができる。
また、エレクトレット膜13を設けることで、平衡状態の位置から振動板5を固定電極7に吸着固定するための印加電圧や、振動板5を吸着固定状態に保持するための印加電圧等、音響トランスデューサ1を動作させるための印加電圧を低くすることができるため、省電力で音響トランスデューサ1を動作させることができる。
Furthermore, even when the diaphragm 5 is arranged at a position in an equilibrium state, the diaphragm 5 is efficiently adsorbed to the fixed electrode 7 by applying an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the diaphragm 5 by the power supply unit 35. Can be fixed.
Further, by providing the electret film 13, an acoustic transducer such as an applied voltage for attracting and fixing the diaphragm 5 to the fixed electrode 7 from an equilibrium position, an applied voltage for holding the diaphragm 5 in the attracted and fixed state, etc. Since the applied voltage for operating 1 can be lowered, the acoustic transducer 1 can be operated with power saving.

なお、第1実施形態では、音響発生前に振動板5と固定電極7との間に交流電圧を印加して振動板5を固定電極7に吸着固定させるとしたが、これに限ることはなく、例えば、振動板5と固定電極7との間に直流電圧のみを印加して振動板5を固定電極7に吸着固定させるとしても構わない。
また、上記実施形態では、振動板5に対向する表面7aにエレクトレット膜13を設けて固定電極7が構成されるとしたが、例えば、固定電極7に対向する表面5aに同様のエレクトレット膜13を設けて振動板5を構成するとしても構わない。この構成においては、振動板5の電極29を覆うようにエレクトレット膜13を配置することが好ましく、また、上記実施形態と同様に、絶縁膜15によりエレクトレット膜13を覆うことが好ましい。この構成の場合でも上記実施形態と同様に、振動板5と固定電極7との間に印加する電圧を低くすることができるため、省電力で音響トランスデューサ1を動作させることができる。
In the first embodiment, the AC voltage is applied between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 before the sound is generated to fix the diaphragm 5 to the fixed electrode 7. However, the present invention is not limited to this. For example, only the DC voltage may be applied between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 so that the diaphragm 5 is attracted and fixed to the fixed electrode 7.
Moreover, in the said embodiment, although the electret film | membrane 13 was provided in the surface 7a which opposes the diaphragm 5, and the fixed electrode 7 was comprised, for example, the same electret film | membrane 13 is provided in the surface 5a which opposes the fixed electrode 7. The diaphragm 5 may be configured by providing it. In this configuration, it is preferable to arrange the electret film 13 so as to cover the electrode 29 of the diaphragm 5, and it is preferable to cover the electret film 13 with the insulating film 15 as in the above embodiment. Even in this configuration, similarly to the above embodiment, the voltage applied between the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 can be lowered, so that the acoustic transducer 1 can be operated with power saving.

また、振動板5や固定電極7はエレクトレット膜13を設けて構成されるとしたが、特に設けなくてもよい。ただし、この場合には、相互に対向する振動板5及び固定電極7のいずれか一方の表面5a,7aに絶縁膜15を形成する等して、固定電極7と振動板5の電極29との間でショートしないようにする必要がある。ここで、低い電圧で振動板5を固定電極7に吸着させるためには、上記絶縁膜15の膜厚を小さくすることが好ましく、具体的には膜厚を数μmに設定することが好ましい。   Moreover, although the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 are configured to be provided with the electret film 13, they may not be particularly provided. However, in this case, the insulating film 15 is formed on one of the surfaces 5 a and 7 a of the diaphragm 5 and the fixed electrode 7 facing each other, so that the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5 It is necessary not to short-circuit between them. Here, in order to attract the diaphragm 5 to the fixed electrode 7 with a low voltage, it is preferable to reduce the film thickness of the insulating film 15, and specifically to set the film thickness to several μm.

さらに、弾性変形部17は、ポリイミド膜23により形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも弾性変形可能な材料により形成されていればよい。
また、振動板5は、ポリイミド膜23及びガラスエポキシ樹脂27により形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも弾性変形しない略板状に形成されていればよい。
さらに、振動板5の電極29は振動板5の表面5aに貼り付けられるとしたが、これに限ることはなく、例えば振動板5自体を導電性材料により形成する等して、振動板5全体を電極として機能させるとしても構わない。
Furthermore, although the elastic deformation part 17 was formed with the polyimide film 23, it is not restricted to this, It should just be formed with the material which can be elastically deformed at least.
The diaphragm 5 is formed of the polyimide film 23 and the glass epoxy resin 27. However, the diaphragm 5 is not limited to this and may be formed in a substantially plate shape that does not elastically deform at least.
Furthermore, the electrode 29 of the diaphragm 5 is attached to the surface 5a of the diaphragm 5. However, the present invention is not limited to this. For example, the diaphragm 5 itself is formed of a conductive material. May function as an electrode.

次に、本発明による第2実施形態について図5,6を参照して説明する。なお、この第2実施形態の音響トランスデューサは、第1実施形態と主に振動板及び弾性変形部の構成について異なっている。ここでは、主に上記相違点について説明し、第1実施形態の音響トランスデューサ1の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。   Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. The acoustic transducer according to the second embodiment is different from the first embodiment mainly in the configuration of the diaphragm and the elastic deformation portion. Here, the above differences will be mainly described, and the same components as those of the acoustic transducer 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図5に示すように、第2実施形態の音響トランスデューサ41を構成するハウジング43は、第1実施形態と同様の固定電極7、筒状の側壁部45及び開口部43aを有する蓋体部47を備えている。
ただし、蓋体部47は導電性材料により形成されて固定電極7に対向する対向電極49をなしており、これら固定電極7及び対向電極49は第1実施形態と同様の電源部35に接続されている。すなわち、この音響トランスデューサ41では、固定電極7と対向電極49との間に電圧が印加されるようになっている。また、側壁部45はその内部に後述する弾性変形部53を固定するように構成されている。
As shown in FIG. 5, the housing 43 constituting the acoustic transducer 41 of the second embodiment includes a lid 47 having a fixed electrode 7, a cylindrical side wall 45, and an opening 43 a similar to those of the first embodiment. I have.
However, the lid portion 47 is made of a conductive material and forms a counter electrode 49 that faces the fixed electrode 7. The fixed electrode 7 and the counter electrode 49 are connected to the power source unit 35 similar to that of the first embodiment. ing. That is, in the acoustic transducer 41, a voltage is applied between the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. Moreover, the side wall part 45 is comprised so that the elastic deformation part 53 mentioned later may be fixed to the inside.

そして、図5,6に示すように、振動板51は、固定電極7や対向電極49と略平行となるように開口部43aを含む蓋体部47と固定電極7との間に配置されており、これと一体に成形される複数(図示例では4つ)の弾性変形部53,53,・・・によってハウジング43に対して支持されている。なお、図示例のように平面視略円形状に形成された振動板51の径寸法は、開口部43aの径寸法よりも大きく形成されている。
各弾性変形部53は、振動板51の周縁から面方向に延びて形成されており、その先端部はハウジング43の側壁部45に固定されている。各弾性変形部53は、例えば図示例のように振動板51から側壁部45に向けて蛇行して形成されており、容易に弾性変形できるように構成されている。これら複数の弾性変形部53,53,・・・は、振動板51の周方向に等間隔で配置されており、振動板51と一体に形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the diaphragm 51 is disposed between the lid body 47 including the opening 43 a and the fixed electrode 7 so as to be substantially parallel to the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. Are supported with respect to the housing 43 by a plurality of (four in the illustrated example) elastic deformation portions 53, 53,. Note that the diameter dimension of the diaphragm 51 formed in a substantially circular shape in plan view as in the illustrated example is larger than the diameter dimension of the opening 43a.
Each elastically deforming portion 53 is formed to extend in the surface direction from the periphery of the diaphragm 51, and the tip portion thereof is fixed to the side wall portion 45 of the housing 43. Each elastic deformation portion 53 is formed so as to meander from the diaphragm 51 toward the side wall portion 45 as shown in the drawing, and is configured to be easily elastically deformable. The plurality of elastic deformation portions 53, 53,... Are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the diaphragm 51 and are formed integrally with the diaphragm 51.

振動板51は、上記弾性変形部53を弾性変形させることで自身の厚さ方向(CD方向)に振動できるようになっており、弾性変形部53は、振動板51が固定電極7や対向電極49に接触する位置まで弾性変形して伸長できるようになっている。なお、弾性変形部53は、これに弾性力が発生していない平衡状態において、振動板51を固定電極7や対向電極49から離間して配置させるようになっている。具体的に、振動板51は、上記平衡状態において固定電極7及び対向電極49の両方からの距離が等しくなる位置に配されるようになっている。   The vibration plate 51 can vibrate in its own thickness direction (CD direction) by elastically deforming the elastic deformation portion 53, and the vibration deformation portion 53 is configured such that the vibration plate 51 is fixed electrode 7 or counter electrode. 49 can be elastically deformed and extended to a position in contact with 49. The elastically deforming portion 53 is arranged so that the diaphragm 51 is separated from the fixed electrode 7 and the counter electrode 49 in an equilibrium state where no elastic force is generated. Specifically, the diaphragm 51 is arranged at a position where the distances from both the fixed electrode 7 and the counter electrode 49 are equal in the equilibrium state.

これら振動板51及び弾性変形部53は、フッ素樹脂等の有機材料や、SiO2等の無機材料等のエレクトレット55によって一体に形成されている。振動板51及び弾性変形部53は、例えば、略板状のエレクトレット55に振動板51及び弾性変形部53の形状をなすレジストパターンを形成しエッチングを施すことで、一体に形成することができる。なお、弾性変形部53を形成する部分については、弾性変形できる程度の薄さまでエッチングを施せばよい。
なお、振動板51は誘電体である上記エレクトレット55により形成されているため、振動板51が固定電極7や対向電極49に接触しても、固定電極7や対向電極49と振動板51との間で電荷が移動することはない。
The diaphragm 51 and the elastic deformation portion 53 are integrally formed by an electret 55 such as an organic material such as a fluororesin or an inorganic material such as SiO2. The diaphragm 51 and the elastic deformation portion 53 can be integrally formed by forming a resist pattern having the shape of the vibration plate 51 and the elastic deformation portion 53 on the substantially plate-like electret 55 and performing etching, for example. In addition, about the part which forms the elastic deformation part 53, it should just etch to the thinness which can be elastically deformed.
In addition, since the diaphragm 51 is formed by the electret 55 that is a dielectric, even if the diaphragm 51 contacts the fixed electrode 7 or the counter electrode 49, the fixed electrode 7 or the counter electrode 49 and the diaphragm 51 There is no charge transfer between them.

また、この音響トランスデューサ41は、側壁部45からその内側に突出して振動板51と側壁部45との間に形成される隙間を塞ぐ仕切板57,57,・・・を備えており、これら仕切板57,57,・・・及び振動板51により、空洞部S1を構成する開口部43a側の空間S2と固定電極7側の背部空気室S3との間で、空気の流れが発生することを抑制している。   The acoustic transducer 41 includes partition plates 57, 57,... That project inward from the side wall portion 45 and block the gap formed between the diaphragm 51 and the side wall portion 45. The plates 57, 57,... And the diaphragm 51 generate an air flow between the space S2 on the opening 43a side forming the cavity S1 and the back air chamber S3 on the fixed electrode 7 side. Suppressed.

次に、以上のように構成された音響トランスデューサ41をスピーカとして用いる場合の動作について説明する。この音響トランスデューサ41においては、予め高電圧やコロナ放電などによりエレクトレット55からなる振動板51を正負の一方に帯電させておく。
また、弾性変形部53を弾性変形により伸長させて振動板51を固定電極7に接触させた状態で、固定電極7にエレクトレット55中の永久電荷と逆の電荷が現れるように直流電圧を印加し、振動板51と固定電極7との間に作用する静電引力により振動板51を固定電極7に吸着固定させておく。なお、この吸着固定状態においては、振動板51を固定電極7から離間させようとする弾性力が弾性変形部53に発生するが、上記静電引力をこの弾性力よりも大きくしておくことで、上述した吸着固定状態を保持することができる。
Next, an operation when the acoustic transducer 41 configured as described above is used as a speaker will be described. In the acoustic transducer 41, the diaphragm 51 made of the electret 55 is charged in advance to one of positive and negative by high voltage or corona discharge.
Further, a DC voltage is applied so that a charge opposite to the permanent charge in the electret 55 appears on the fixed electrode 7 in a state where the elastically deforming portion 53 is extended by elastic deformation and the diaphragm 51 is in contact with the fixed electrode 7. The diaphragm 51 is attracted and fixed to the fixed electrode 7 by electrostatic attraction acting between the diaphragm 51 and the fixed electrode 7. In this suction-fixed state, an elastic force that tries to separate the diaphragm 51 from the fixed electrode 7 is generated in the elastic deformation portion 53. By making the electrostatic attraction force larger than this elastic force, It is possible to maintain the above-described adsorption fixed state.

そして、この音響トランスデューサ41から音響を発生させる際には、第1実施形態の場合と同様に、上述した状態において電源部35による電圧印加を解除することで、振動板51が弾性変形部53の弾性力及び自身の慣性力によって振動して吸着固定の位置まで戻ることになる。すなわち、この振動板51の振動によってハウジング43の開口部43aから外方に向けて音響が発生する。
また、振動板51が振動して固定電極7の近くまで戻ってきた際には、再び直流電圧を印加することで、確実に振動板51を固定電極7に固定することができる。
なお、この音響トランスデューサ41から音響を発生させる際には、吸着固定状態において、固定電極7にエレクトレット55の永久電荷と同じ極性の電荷が現れるように電圧印加しても良い。この場合には、振動板51と固定電極7との間に斥力を発生させることができるため、音響トランスデューサ41を効率よく動作させることもできる。
Then, when generating sound from the acoustic transducer 41, as in the case of the first embodiment, the voltage application by the power supply unit 35 is canceled in the above-described state, so that the diaphragm 51 has the elastic deformation portion 53. It will vibrate by the elastic force and its own inertial force and return to the position of adsorption fixation. That is, sound is generated outward from the opening 43 a of the housing 43 by the vibration of the diaphragm 51.
Further, when the diaphragm 51 vibrates and returns to the vicinity of the fixed electrode 7, the diaphragm 51 can be reliably fixed to the fixed electrode 7 by applying a DC voltage again.
When generating sound from the acoustic transducer 41, a voltage may be applied so that a charge having the same polarity as the permanent charge of the electret 55 appears on the fixed electrode 7 in the suction-fixed state. In this case, since the repulsive force can be generated between the diaphragm 51 and the fixed electrode 7, the acoustic transducer 41 can be operated efficiently.

また、この音響トランスデューサ41では、振動板51が平衡状態の位置に配されている状態から振動板51を固定電極7に吸着固定させる際には、例えば、電源部35により振動板51の共振周波数と等しい周波数の交流電圧を固定電極7と対向電極49との間に印加すればよい。
すなわち、振動板51が平衡状態の位置に配されている状態において固定電極7と対向電極49との間に上記交流電圧を印加すると、固定電極7と振動板51との間、或いは、対向電極49と振動板51との間に発生する交流電界によって振動板51の振幅が徐々に増加するため、振動板51を固定電極7や対向電極49に近づけることができる。そして、振動板51が固定電極7に接触した際、若しくは、固定電極7に十分に近づいた際に、固定電極7にエレクトレット55の永久電荷と逆極性の電荷が現れるように電源部35により直流電圧を印加することで、振動板51を固定電極7に吸着させることができる。
Further, in the acoustic transducer 41, when the diaphragm 51 is attracted and fixed to the fixed electrode 7 from the state where the diaphragm 51 is arranged at the equilibrium position, for example, the resonance frequency of the diaphragm 51 by the power supply unit 35 is used. An AC voltage having the same frequency as that of the fixed electrode 7 and the counter electrode 49 may be applied.
In other words, when the AC voltage is applied between the fixed electrode 7 and the counter electrode 49 in a state where the diaphragm 51 is arranged at the equilibrium position, the counter electrode is connected between the fixed electrode 7 and the diaphragm 51. 49, the amplitude of the diaphragm 51 gradually increases due to an alternating electric field generated between the diaphragm 49 and the diaphragm 51, so that the diaphragm 51 can be brought closer to the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. Then, when the diaphragm 51 comes into contact with the fixed electrode 7 or when the diaphragm 51 is sufficiently close to the fixed electrode 7, a direct current is applied to the fixed electrode 7 by the power supply unit 35 so that a charge having a polarity opposite to that of the electret 55 appears. The diaphragm 51 can be attracted to the fixed electrode 7 by applying a voltage.

上記音響トランスデューサ41によれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。さらに、この構成の場合には、振動板51が平衡状態の位置に配された状態において、電源部35により振動板51の共振周波数と等しい周波数の交流電圧を固定電極7と対向電極49との間に印加することで、固定電極7と振動板51との間に発生する交流電界だけではなく、対向電極49と振動板51との間に発生する交流電界も利用して振動板51の振幅を効率よく増加させることができる。したがって、第1実施形態の場合と比較して、短時間で振動板51を固定電極7に吸着固定することができる。   According to the acoustic transducer 41, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, in the case of this configuration, in a state where the diaphragm 51 is arranged at a balanced position, the power supply unit 35 applies an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the diaphragm 51 between the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. By applying the voltage between them, not only the AC electric field generated between the fixed electrode 7 and the diaphragm 51 but also the AC electric field generated between the counter electrode 49 and the diaphragm 51 is used. Can be increased efficiently. Therefore, the diaphragm 51 can be adsorbed and fixed to the fixed electrode 7 in a shorter time than in the case of the first embodiment.

なお、上記第2実施形態では、蓋体部47全体が固定電極7に対向する対向電極49をなすとしたが、これに限ることはなく、少なくとも蓋体部47のうちハウジング43の開口部43aの周縁部分が固定電極7に対向する対向電極をなし、振動板51が弾性変形部53の弾性変形によってこの対向電極に接触可能となっていればよい。
また、弾性変形部53は、上記のような振動板51の径方向に延びる蛇行形状に限らず、例えば振動板51の外周の周縁の一部に沿う方向に延びる蛇行形状であってもよいし、波板状であってもよい。
In the second embodiment, the entire lid part 47 forms the counter electrode 49 that faces the fixed electrode 7. However, the present invention is not limited to this, and at least the opening 43 a of the housing 43 in the lid part 47. As long as the peripheral portion of the elastic member 51 is a counter electrode facing the fixed electrode 7, the diaphragm 51 may be in contact with the counter electrode by elastic deformation of the elastic deformation portion 53.
The elastic deformation portion 53 is not limited to the meandering shape extending in the radial direction of the diaphragm 51 as described above, and may be, for example, a meandering shape extending in a direction along a part of the outer periphery of the diaphragm 51. It may be corrugated.

さらに、弾性変形部53は、振動板51に直接に接続されているとしたが、これに限ることはなく、例えば図7や図8に示すように、振動板51の外周の周縁の一部に沿う方向に伸びる円弧状のサポート部60,61を介して振動板51に接続されてもよい。
ここで、図7に示す各弾性変形部53は、振動板51の径方向に伸びる直線状に加工されており、サポート部60を介して振動板51に接続されている。サポート部60は、隣り合う二つの弾性変形部53の間に配置されている。そして、サポート部60の一端は隣り合う二つの弾性変形部53の一方との間に間隙を形成して振動板51に接続され、サポート部60の他端は他方の弾性変形部53に接続されている。また、弾性変形部53及びサポート部60は、これらの形状に沿うように加工された仕切板57との間に間隙を形成するように仕切板57によって囲まれている。
Furthermore, although the elastic deformation portion 53 is directly connected to the diaphragm 51, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 7 and 8, a part of the outer periphery of the diaphragm 51 is provided. May be connected to the diaphragm 51 via arcuate support portions 60 and 61 extending in a direction along the direction.
Here, each elastic deformation portion 53 shown in FIG. 7 is processed into a linear shape extending in the radial direction of the vibration plate 51, and is connected to the vibration plate 51 via the support portion 60. The support part 60 is disposed between two adjacent elastic deformation parts 53. One end of the support portion 60 is connected to the diaphragm 51 with a gap between one of the two adjacent elastic deformation portions 53, and the other end of the support portion 60 is connected to the other elastic deformation portion 53. ing. Moreover, the elastic deformation part 53 and the support part 60 are surrounded by the partition plate 57 so as to form a gap with the partition plate 57 processed so as to follow these shapes.

このように振動板51がサポート部60を介して弾性変形部53に接続され、弾性変形部53及びサポート部60の周囲を仕切板57によって囲むことにより、振動板51の振幅をさらに増加させることができる。また、仕切板57と弾性変形部53及びサポート部60との間隙が空気抵抗となることから、振動板51が固定電極7から対向電極49に向かう際に、固定電極7側の背部空気室S3に向かう空気の流れを抑制することができる。
なお、図8に示す各弾性変形部53は、振動板51から側壁部45に向けて蛇行して形成されており、振動板51に外周の周縁の一部に沿う方向に伸びるサポート部61を介して、振動板51に接続されている。このように形成することで、振動板51の振幅をさらに増加させることが可能となる。
Thus, the diaphragm 51 is connected to the elastic deformation part 53 via the support part 60, and the amplitude of the vibration plate 51 is further increased by surrounding the elastic deformation part 53 and the support part 60 with the partition plate 57. Can do. Further, since the gap between the partition plate 57 and the elastically deforming portion 53 and the support portion 60 becomes an air resistance, when the diaphragm 51 moves from the fixed electrode 7 to the counter electrode 49, the back air chamber S3 on the fixed electrode 7 side. It is possible to suppress the flow of air toward.
Each elastically deforming portion 53 shown in FIG. 8 is formed to meander from the vibration plate 51 toward the side wall portion 45, and a support portion 61 extending in a direction along a part of the outer periphery of the vibration plate 51 is provided. And is connected to the diaphragm 51. By forming in this way, the amplitude of the diaphragm 51 can be further increased.

さらに、弾性変形部53は、振動板51と同じエレクトレット55により形成されるとしたが、これに限ることはなく、同じ材料でも別部材でもよく、形状と材料の選択の結果、少なくとも弾性変形可能となっていればよい。
また、振動板51は、その全体がエレクトレット55からなるとしたが、これに限ることはなく、少なくともその一部がエレクトレット55により形成されていればよい。
Furthermore, although the elastically deformable portion 53 is formed by the same electret 55 as that of the diaphragm 51, it is not limited to this, and may be the same material or a different member, and at least elastically deformable as a result of selection of the shape and material. It only has to be.
In addition, although the diaphragm 51 is entirely composed of the electret 55, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that at least a part of the diaphragm 51 is formed by the electret 55.

さらに、振動板51は、少なくともその一部がエレクトレット55により形成される静電容量型としたが、これに限ることはなく、コンデンサ型とすることもできる。この場合には、導電性を有する材料で振動板51を形成し、これを外部電極に接続してもよい。このように振動板51を形成した場合には、振動板51、固定電極7及び対向電極49に印加する電圧を変化させることで振動板51を振動させることができる。   Furthermore, although the diaphragm 51 is an electrostatic capacity type in which at least a part thereof is formed by the electret 55, the present invention is not limited to this and may be a capacitor type. In this case, the diaphragm 51 may be formed of a conductive material and connected to the external electrode. When the diaphragm 51 is formed in this way, the diaphragm 51 can be vibrated by changing the voltage applied to the diaphragm 51, the fixed electrode 7 and the counter electrode 49.

さらに、図5〜図8に示す構成の音響トランスデューサ41は、例えば図9〜14に示すように、2つの基板70,80を用いて構成することができる。すなわち、図9〜14に示す音響トランスデューサ91は、第2実施形態の音響トランスデューサ41における側壁部45や蓋体部47、対向電極49、振動板51、弾性変形部53、仕切板57をなす上基板70と、固定電極7をなす下基板80とを有して構成されている。   Furthermore, the acoustic transducer 41 having the configuration shown in FIGS. 5 to 8 can be configured using two substrates 70 and 80, for example, as shown in FIGS. That is, the acoustic transducer 91 shown in FIGS. 9 to 14 is an upper side of the acoustic transducer 41 according to the second embodiment that forms the side wall 45, the lid body 47, the counter electrode 49, the vibration plate 51, the elastic deformation portion 53, and the partition plate 57. A substrate 70 and a lower substrate 80 forming the fixed electrode 7 are included.

上基板70は、図10〜14に示すように、厚さ方向に貫通する開口部43aを形成したポリシリコン基板101の表面に第2実施形態における側壁部45や仕切板57をなす絶縁膜102及びストッパ層(第2ストッパ層)110を順に積層して形成すると共に、振動板51側から径方向に延びる弾性変形部53の先端部を絶縁膜102とストッパ層110との間に固定して、構成されている。
ここで、絶縁膜102及びストッパ層110は、絶縁材料により形成されている。また、振動板51を仕切板57の内周側に配することで、第2実施形態と同様の空間S2が形成されることになる。なお、図示例における符号Fは、絶縁膜102及びストッパ層110のうち第2実施形態における側壁部45に対応する領域を示している。
As shown in FIGS. 10 to 14, the upper substrate 70 is an insulating film 102 that forms the side wall 45 and the partition plate 57 in the second embodiment on the surface of the polysilicon substrate 101 in which the opening 43 a penetrating in the thickness direction is formed. And a stopper layer (second stopper layer) 110 are sequentially stacked, and the tip of the elastically deformable portion 53 extending in the radial direction from the diaphragm 51 side is fixed between the insulating film 102 and the stopper layer 110. ,It is configured.
Here, the insulating film 102 and the stopper layer 110 are formed of an insulating material. Further, by arranging the diaphragm 51 on the inner peripheral side of the partition plate 57, a space S2 similar to that of the second embodiment is formed. In addition, the code | symbol F in the example of illustration has shown the area | region corresponding to the side wall part 45 in 2nd Embodiment among the insulating films 102 and the stopper layer 110. FIG.

さらに、上基板70は、ポリシリコン基板101の表面の内周縁に円環状の導電層201を形成して構成されている。ここで、導電層201は、図示しない電源部に電気接続するために、その配線をポリシリコン基板101の表面の外縁まで引き出すように形成されている。すなわち、ポリシリコン基板101が第2実施形態における蓋体部47をなし、導電層201が第2実施形態における対向電極49をなしている。なお、この音響トランスデューサ91においては、振動膜51が導電性材料によって形成されているため、導電層201の表面には絶縁膜202が形成されている。   Further, the upper substrate 70 is configured by forming an annular conductive layer 201 on the inner periphery of the surface of the polysilicon substrate 101. Here, the conductive layer 201 is formed so as to draw out the wiring to the outer edge of the surface of the polysilicon substrate 101 in order to be electrically connected to a power supply unit (not shown). That is, the polysilicon substrate 101 forms the lid portion 47 in the second embodiment, and the conductive layer 201 forms the counter electrode 49 in the second embodiment. In the acoustic transducer 91, since the vibration film 51 is formed of a conductive material, an insulating film 202 is formed on the surface of the conductive layer 201.

下基板80は、図9に示すように、ストッパ層110上に配されるものであり、これにより第2実施形態と同様の空間S3が形成されることになる。なお、ストッパ層110の領域Fには、下基板80と共に背部空気室S3を外方に連通させる孔150を形成するための窪み部151が形成されている。
この下基板80は、図9及び図13,14に示すように、振動板51に対向配置されるポリシリコン基板301の表面に、導電層401を形成して構成されている。ここで、導電層401は、図示しない電源部に電気接続するために、その配線をポリシリコン基板301の表面の外縁まで引き出すように形成されている。
As shown in FIG. 9, the lower substrate 80 is disposed on the stopper layer 110, thereby forming the same space S3 as in the second embodiment. In the region F of the stopper layer 110, a recess 151 is formed for forming a hole 150 that allows the back air chamber S3 to communicate with the lower substrate 80 outward.
As shown in FIGS. 9, 13, and 14, the lower substrate 80 is configured by forming a conductive layer 401 on the surface of a polysilicon substrate 301 that is disposed to face the diaphragm 51. Here, the conductive layer 401 is formed so as to lead out the wiring to the outer edge of the surface of the polysilicon substrate 301 in order to be electrically connected to a power supply unit (not shown).

そして、導電層401の表面には絶縁膜402が形成されている。なお、図示例においては、円形状や円環形状に形成された複数の絶縁膜402が相互に間隔をおいて配され、これら絶縁膜402の隙間から導電層401が露出しているが、絶縁膜402は少なくとも振動板51に対向する導電層401の表面の一部に形成されていればよい。
以上のように構成される下基板80は、第2実施形態における固定電極7をなしている。
An insulating film 402 is formed on the surface of the conductive layer 401. Note that, in the illustrated example, a plurality of insulating films 402 formed in a circular shape or an annular shape are arranged at intervals, and the conductive layer 401 is exposed from the gap between the insulating films 402. The film 402 only needs to be formed on at least part of the surface of the conductive layer 401 facing the diaphragm 51.
The lower substrate 80 configured as described above constitutes the fixed electrode 7 in the second embodiment.

次に、この音響トランスデューサ91の製造方法の一例について説明する。音響トランスデューサ91を製造する際には、予め、上基板70及び下基板80をそれぞれ個別に製造する。
図9〜12に示す上基板70を製造する際には、はじめに図15に示すように、厚さ500〜600μmのポリシリコン基板101の表面に、絶縁膜102を形成する。ここで、絶縁膜102は下から酸化シリコン層、窒化シリコン層を順に積層して形成されることが好ましい。この絶縁膜102の厚さは、5〜25μm程度、好ましくは10μmとすることができる。
次いで、この絶縁膜102に開口部43a側の仕切板57を形成するために、図16,17に示すように、レジスト103をマスクとしてエッチングを実施して凹部Sを形成する。なお、レジスト103は上記エッチング後に除去する。
Next, an example of a method for manufacturing the acoustic transducer 91 will be described. When the acoustic transducer 91 is manufactured, the upper substrate 70 and the lower substrate 80 are individually manufactured in advance.
When manufacturing the upper substrate 70 shown in FIGS. 9 to 12, first, as shown in FIG. 15, the insulating film 102 is formed on the surface of the polysilicon substrate 101 having a thickness of 500 to 600 μm. Here, the insulating film 102 is preferably formed by sequentially stacking a silicon oxide layer and a silicon nitride layer from the bottom. The thickness of the insulating film 102 can be about 5 to 25 μm, preferably 10 μm.
Next, in order to form the partition plate 57 on the opening 43a side in the insulating film 102, as shown in FIGS. 16 and 17, etching is performed using the resist 103 as a mask to form a recess S. Note that the resist 103 is removed after the etching.

そして、凹部Sを形成したポリシリコン基板101の表面に、円環状の導電層201を形成するため、図18に示すように、レジスト104をマスクとして後述する開口部43aの形状に沿うようにP(リン)などのドーピングを実施する。このドーピング後にはレジスト104を除去し、図19に示すように、熱処理を行ってポリシリコン基板101に導電層(拡散層)201を形成する。なお、この導電層201の円環部分からポリシリコン基板101の表面の外縁まで引き出される導電層201の配線部分(図11参照)もこの工程において同時に形成される。   Then, in order to form an annular conductive layer 201 on the surface of the polysilicon substrate 101 in which the recess S is formed, as shown in FIG. 18, the resist 104 is used as a mask so as to follow the shape of an opening 43a described later. Doping such as (phosphorus) is performed. After this doping, the resist 104 is removed and heat treatment is performed to form a conductive layer (diffusion layer) 201 on the polysilicon substrate 101 as shown in FIG. Note that a wiring portion (see FIG. 11) of the conductive layer 201 drawn from the annular portion of the conductive layer 201 to the outer edge of the surface of the polysilicon substrate 101 is also formed in this step.

さらに、図20に示すように、この導電層201上に絶縁膜202を形成するために、ポリシリコン基板101の表面側に酸化シリコン(パッド酸化)を100〜250Å程度、窒化シリコン(絶縁膜)を1000〜3000Å程度堆積させる。これら酸化シリコン(パッド酸化)、窒化シリコン(絶縁膜)からなる絶縁膜202は、図21,22に示すように、円環状の導電層201に対応する円環状のレジスト106をマスクとして選択的にエッチングを行うことで所定の形状に加工することができる。なお、レジスト106はエッチング後に除去すればよい。
そして、図23に示すように、ポリシリコン基板101の表面側に第1ストッパ層107となる酸化シリコンを堆積させ、図24に示すように、第1ストッパ層107を平坦化させる。なお、この平坦化には、例えばCMP(Chemical mechanical polishing)を用いる。また、この平坦化は、絶縁膜102が露出するまで行われる。
Further, as shown in FIG. 20, in order to form an insulating film 202 on the conductive layer 201, about 100 to 250 mm of silicon oxide (pad oxidation) is formed on the surface side of the polysilicon substrate 101, and silicon nitride (insulating film). Is deposited about 1000 to 3000 mm. As shown in FIGS. 21 and 22, the insulating film 202 made of silicon oxide (pad oxidation) and silicon nitride (insulating film) is selectively formed using an annular resist 106 corresponding to the annular conductive layer 201 as a mask. It can be processed into a predetermined shape by etching. Note that the resist 106 may be removed after etching.
Then, as shown in FIG. 23, silicon oxide to be the first stopper layer 107 is deposited on the surface side of the polysilicon substrate 101, and the first stopper layer 107 is planarized as shown in FIG. For the planarization, for example, CMP (Chemical mechanical polishing) is used. Further, the planarization is performed until the insulating film 102 is exposed.

その後、図25に示すように、振動板51及び弾性変形部53を形成するために、第1ストッパ層107の表面及び絶縁膜102上にP(リン)などが不純物として添加されたポリシリコン膜108を0.5μm程度堆積させる。このポリシリコン膜108は、図26に示すように、フォトレジストマスク109を用いて例えばRIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングにより選択的にエッチングを実施することで、振動板51及び弾性変形部53の形状に加工される。
そして、図27に示すように、上記エッチングを施したポリシリコン膜108を覆うように、第2ストッパ層110となる酸化シリコンを堆積させる。必要により平坦化を行う。なお、仕切板57の一部が導電体であることが好ましい場合は、第2ストッパ層110としてポリシリコン膜を堆積させて形成してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 25, in order to form the diaphragm 51 and the elastically deformable portion 53, a polysilicon film in which P (phosphorus) or the like is added as an impurity on the surface of the first stopper layer 107 and the insulating film 102 108 is deposited to about 0.5 μm. The polysilicon film 108 is selectively etched by anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) using a photoresist mask 109 as shown in FIG. The deformed portion 53 is processed into a shape.
Then, as shown in FIG. 27, silicon oxide to be the second stopper layer 110 is deposited so as to cover the etched polysilicon film 108. Planarization is performed if necessary. If part of the partition plate 57 is preferably a conductor, a polysilicon film may be deposited as the second stopper layer 110.

最後に、上記堆積を行ったポリシリコン基板101をエッチングすることにより、上基板70を得ることができる。
すなわち、図28に示すように、ポリシリコン基板101の裏面側は、開口部43aの形状となるようにフォトレジストマスク111を用いて例えばディープRIEなどの異方性エッチングにより第1ストッパ層107が露出するまでポリシリコン基板101をエッチングする。一方、ポリシリコン基板101の表面側は、第2ストッパ層110が仕切板57及び窪み部151などの形状をなすように、フォトレジストマスク(不図示)を用いて異方性エッチングにより振動板51及び弾性変形部53をなすポリシリコン膜108が露出するまで、第2ストッパ層110を選択的にエッチングする。
そして、このエッチング後には、酸化シリコン(パッド酸化)、窒化シリコン(絶縁膜)からなる絶縁膜202の内縁を開口部43aの形状に合わせるエッチングを実施する。さらに、図29に示すように、例えばバッファードフッ酸(BufferedHF)を使用するウェットエッチングによって振動板51周辺の酸化シリコン(第1ストッパ層107)を選択的にエッチング除去する。以上のようにして、上基板70の製造が完了する。
Finally, the upper substrate 70 can be obtained by etching the deposited polysilicon substrate 101.
That is, as shown in FIG. 28, the first stopper layer 107 is formed on the back side of the polysilicon substrate 101 by anisotropic etching such as deep RIE using a photoresist mask 111 so as to have the shape of the opening 43a. The polysilicon substrate 101 is etched until it is exposed. On the other hand, on the surface side of the polysilicon substrate 101, the diaphragm 51 is anisotropically etched using a photoresist mask (not shown) so that the second stopper layer 110 has a shape such as the partition plate 57 and the depression 151. The second stopper layer 110 is selectively etched until the polysilicon film 108 forming the elastically deforming portion 53 is exposed.
After this etching, etching is performed to match the inner edge of the insulating film 202 made of silicon oxide (pad oxidation) and silicon nitride (insulating film) with the shape of the opening 43a. Further, as shown in FIG. 29, the silicon oxide (first stopper layer 107) around the diaphragm 51 is selectively etched away by wet etching using, for example, buffered hydrofluoric acid (Buffered HF). As described above, the manufacture of the upper substrate 70 is completed.

図9及び図13,14に示す下基板80を製造する際には、厚さ500〜600μmのポリシリコン基板301の表面に振動板51の形状に合わせてP(リン)などのドーピングを行うことで導電層401を形成し、その導電層401上の一部に絶縁膜402を形成すればよい。
最後に、これら上基板70と下基板80を貼り合わせることで、音響トランスデューサ91の製造が完了する。
When manufacturing the lower substrate 80 shown in FIGS. 9, 13, and 14, the surface of the polysilicon substrate 301 having a thickness of 500 to 600 μm is doped with P (phosphorus) or the like in accordance with the shape of the diaphragm 51. The conductive layer 401 is formed, and the insulating film 402 may be formed over part of the conductive layer 401.
Finally, the upper substrate 70 and the lower substrate 80 are bonded together, whereby the manufacture of the acoustic transducer 91 is completed.

なお、上述した製造方法では、振動板51及び弾性変形部53は、P(リン)などが不純物として添加されたポリシリコン膜108によって形成されるとしたが、これに限られることはなく、窒化シリコン膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、これらの材料を組み合わせた層構造、前述のポリシリコン膜108を窒化シリコン膜、シリコン酸窒化膜などの絶縁膜で覆った層構造、若しくは、酸化シリコン膜とすることもできる。このような絶縁材料で構成された振動板51を高電圧やコロナ放電などにより正負の一方に帯電させておくことで、静電容量型の音響トランスデューサ91を半導体プロセスにより製造することができる。   In the above-described manufacturing method, the vibration plate 51 and the elastically deformable portion 53 are formed of the polysilicon film 108 to which P (phosphorus) or the like is added as an impurity. However, the present invention is not limited to this. A silicon film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON film), a layer structure combining these materials, a layer structure in which the aforementioned polysilicon film 108 is covered with an insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, or Alternatively, a silicon oxide film can be used. Capacitance type acoustic transducer 91 can be manufactured by a semiconductor process by charging diaphragm 51 made of such an insulating material to one of positive and negative by high voltage or corona discharge.

なお、本実施例では、一つの音響トランスディーサ91を開示したが、これに限られることはなく、複数の音響トランスデューサをアレイ状に配置することもできる。
このように配置することで、複数の音響トランスデューサによりアナログ波形を再現するデジタルスピーカを構成することが可能となる。すなわち、アレイ状に配置された音響トランスデューサをあたかも一つのスピーカのように機能させることで大きな音圧を得ることができる。また、半導体プロセスを用いて一枚のウエハに複数の音響トランスデューサを同時に形成することも可能となる。
In this embodiment, one acoustic transducer 91 is disclosed. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of acoustic transducers can be arranged in an array.
By arranging in this way, it is possible to configure a digital speaker that reproduces an analog waveform by a plurality of acoustic transducers. That is, a large sound pressure can be obtained by causing the acoustic transducers arranged in an array to function as if they were one speaker. It is also possible to simultaneously form a plurality of acoustic transducers on a single wafer using a semiconductor process.

なお、上述した全ての実施形態において、ハウジング3、43は、固定電極7、側壁部9,45及び蓋体部11,47から構成されることに限らず、少なくとも外方に開口する空洞部S1を形成すると共に固定電極7を備えて構成されていればよく、例えば側壁部9,45及び蓋体部11,47が一体に形成されるとしても構わない。
また、上述した全ての実施形態では、振動板5,51が固定電極7や対向電極49と略平行となるように配置されるとしたが、少なくとも平衡状態及び振動板5が固定電極7に吸着している状態において、振動板5,51が固定電極7や対向電極49と略平行となるように配されていればよい。そして、振動板5,51は、これが振動している状態において、固定電極7や対向電極49に対して多少傾くことを含めて略平行となっていればよい。
In all the embodiments described above, the housings 3 and 43 are not limited to the fixed electrode 7, the side wall portions 9 and 45, and the lid body portions 11 and 47, but at least the cavity S 1 that opens outward. And the side wall portions 9 and 45 and the lid portions 11 and 47 may be integrally formed, for example.
In all the embodiments described above, the diaphragms 5 and 51 are arranged so as to be substantially parallel to the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. However, at least the equilibrium state and the diaphragm 5 are attracted to the fixed electrode 7. In this state, the diaphragms 5 and 51 may be arranged so as to be substantially parallel to the fixed electrode 7 and the counter electrode 49. And the diaphragms 5 and 51 should just be substantially parallel including the inclination to the fixed electrode 7 or the counter electrode 49 in the state which this is vibrating.

また、上述した全ての音響トランスデューサ1,41,91は、スピーカとして用いることに限らず、音響を検出するマイクロフォンとしても使用することができる。すなわち、ハウジング3,43の開口部3a,43aを介して振動板5,51に到達する音響を振動板5,51の振動により検出することができる。例えば、第1実施形態の音響トランスデューサ1においては、振動板5の振動を固定電極7と振動板5の電極29との間の静電容量の変化により検出することができる。また、第2実施形態の音響トランスデューサ41においては、振動板51の振動を振動板51と固定電極7や対向電極49との間の静電容量の変化により検出することができる。   Moreover, all the acoustic transducers 1, 41, 91 described above are not limited to being used as speakers, but can also be used as microphones for detecting sound. That is, the sound that reaches the diaphragms 5 and 51 through the openings 3 a and 43 a of the housings 3 and 43 can be detected by the vibration of the diaphragms 5 and 51. For example, in the acoustic transducer 1 of the first embodiment, the vibration of the diaphragm 5 can be detected by a change in electrostatic capacitance between the fixed electrode 7 and the electrode 29 of the diaphragm 5. In the acoustic transducer 41 of the second embodiment, the vibration of the diaphragm 51 can be detected by a change in electrostatic capacitance between the diaphragm 51 and the fixed electrode 7 or the counter electrode 49.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

この発明の第1実施形態に係る音響トランスデューサの概略構成を示す側断面図である。1 is a side sectional view showing a schematic configuration of an acoustic transducer according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す音響トランスデューサを構成する振動板及び弾性変形部の製造方法の一例を示す概略側断面図である。It is a schematic sectional side view which shows an example of the manufacturing method of the diaphragm and elastic deformation part which comprise the acoustic transducer shown in FIG. 図1に示す音響トランスデューサにおいて、振動板を固定電極に吸着固定した状態を示す概略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view showing a state in which the diaphragm is attracted and fixed to a fixed electrode in the acoustic transducer shown in FIG. 1. 図1に示す音響トランスデューサにおいて、振動板が固定電極から最も離れた位置に配された状態を示す概略側断面図である。In the acoustic transducer shown in FIG. 1, it is a schematic sectional side view which shows the state by which the diaphragm was arrange | positioned in the position most distant from the fixed electrode. この発明の第2実施形態に係る音響トランスデューサの概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the acoustic transducer based on 2nd Embodiment of this invention. 図5に示す音響トランスデューサにおいて、ハウジングの開口部側からみた振動板、弾性変形部及び仕切板の概略構成を示す平断面図である。6 is a plan sectional view showing a schematic configuration of a diaphragm, an elastic deformation portion, and a partition plate as viewed from the opening side of the housing in the acoustic transducer shown in FIG. 図5,6に示す音響トランスデューサの変形例を示す平断面図である。FIG. 7 is a plan sectional view showing a modification of the acoustic transducer shown in FIGS. 図5,6に示す音響トランスデューサの変形例を示す平断面図である。FIG. 7 is a plan sectional view showing a modification of the acoustic transducer shown in FIGS. この発明の他の実施形態に係る音響トランスデューサの概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the acoustic transducer which concerns on other embodiment of this invention. 図9の音響トランスデューサを構成する上基板の概略構成を示す側断面図である。FIG. 10 is a side sectional view showing a schematic configuration of an upper substrate constituting the acoustic transducer of FIG. 9. 図10のB−B矢視断面図である。It is BB arrow sectional drawing of FIG. 図10の上基板を振動板側からみた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which looked at the upper board | substrate of FIG. 10 from the diaphragm side. 図9の音響トランスデューサを構成する下基板の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the lower board | substrate which comprises the acoustic transducer of FIG. 図13のD−D矢視断面図である。It is DD sectional view taken on the line of FIG. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板の表面に絶縁膜を形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which an insulating film is formed on the surface of a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、絶縁膜上にレジストを形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a state in which a resist is formed on an insulating film in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、絶縁膜にエッチングを実施してレジストを除去した後の状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state after the insulating film is etched and the resist is removed in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板の表面側にレジストを形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cutaway view showing a state in which a resist is formed on the surface side of a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板の表面に導電層を形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cutaway view showing a state in which a conductive layer is formed on the surface of a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板の表面側に絶縁膜を形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cutaway view showing a state in which an insulating film is formed on the surface side of a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、絶縁膜の表面に円環状のレジストを形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state where an annular resist is formed on the surface of the insulating film in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、絶縁膜にエッチングを実施してレジストを除去した後の状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state after the insulating film is etched and the resist is removed in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板の表面側に第1ストッパ層を形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a first stopper layer is formed on the surface side of a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、第1ストッパ層を平坦化させた状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which the first stopper layer is planarized in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、第1ストッパ層の表面及び絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積させた状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a polysilicon film is deposited on the surface of the first stopper layer and the insulating film in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン膜上に振動板及び弾性変形部形成用のレジストを形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a diaphragm and a resist for forming an elastic deformation portion are formed on a polysilicon film in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、振動板上及び弾性変形部上に第2ストッパ層を形成した状態を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a second stopper layer is formed on the diaphragm and the elastically deformed portion in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、ポリシリコン基板に開口部を形成する工程を示す切断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of forming an opening in a polysilicon substrate in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10. 図10に示す上基板の製造方法において、不要なストッパ層を除去した状態を示す側断面図である。FIG. 11 is a side sectional view showing a state where an unnecessary stopper layer is removed in the method for manufacturing the upper substrate shown in FIG. 10.

符号の説明Explanation of symbols

1,41,91・・・音響トランスデューサ、3,43・・・ハウジング、3a,43a・・・開口部、5,51・・・振動板、7・・・固定電極、7a・・・表面、13・・・エレクトレット膜、17,53・・・弾性変形部、29・・・電極、35・・・電源部、55・・・エレクトレット、80・・・下基板(固定電極)、S1・・・空洞部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41,91 ... Acoustic transducer, 3,43 ... Housing, 3a, 43a ... Opening part, 5,51 ... Diaphragm, 7 ... Fixed electrode, 7a ... Surface, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Electret film | membrane, 17, 53 ... Elastic deformation part, 29 ... Electrode, 35 ... Power supply part, 55 ... Electret, 80 ... Lower board | substrate (fixed electrode), S1 ..・ Cavity

Claims (5)

外方に開口する空洞部を形成してなるハウジングと、
その開口部に対向して前記ハウジングの壁部の一部をなす略板状の固定電極と、
電極を有すると共に前記開口部と前記固定電極との間に配置される振動板と、
前記振動板をその厚さ方向に振動可能とするように前記ハウジングに対して支持する弾性変形可能な弾性変形部とを備え、
前記固定電極と前記振動板の電極とが相互に電気的に絶縁され、
前記弾性変形部は、これに弾性力が発生していない平衡状態で前記振動板を前記固定電極から離間して配置させ、前記振動板が前記固定電極に接触する位置まで弾性変形可能となっていることを特徴とする音響トランスデューサ。
A housing formed with a cavity opening outward,
A substantially plate-like fixed electrode that forms part of the wall of the housing opposite to the opening;
A diaphragm having an electrode and disposed between the opening and the fixed electrode;
An elastically deformable elastically deformable portion that supports the housing so as to vibrate the diaphragm in its thickness direction;
The fixed electrode and the electrode of the diaphragm are electrically insulated from each other;
The elastically deforming portion is arranged to be spaced apart from the fixed electrode in an equilibrium state where no elastic force is generated in the elastically deforming portion, and can be elastically deformed to a position where the vibrating plate contacts the fixed electrode. An acoustic transducer.
前記固定電極と前記振動板の電極との間に交流電圧及び直流電圧を選択的に印加する電源部を備え、
前記交流電圧の周波数が、前記弾性変形部の弾性率及び前記振動板の重量に基づく前記振動板の共振周波数と等しいことを特徴とする請求項1に記載の音響トランスデューサ。
A power supply unit that selectively applies an AC voltage and a DC voltage between the fixed electrode and the electrode of the diaphragm;
2. The acoustic transducer according to claim 1, wherein the frequency of the AC voltage is equal to a resonance frequency of the diaphragm based on an elastic modulus of the elastic deformation portion and a weight of the diaphragm.
音響発生前に、前記交流電圧若しくは前記直流電圧の印加によって、前記振動板が前記固定電極に接触する位置に吸着固定されていることを特徴とする請求項2に記載の音響トランスデューサ。   The acoustic transducer according to claim 2, wherein the diaphragm is adsorbed and fixed at a position in contact with the fixed electrode by applying the AC voltage or the DC voltage before the sound is generated. 前記振動板及び前記固定電極の一方が、他方に対向する表面にエレクトレット膜を設けて構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の音響トランスデューサ。   The acoustic transducer according to any one of claims 1 to 3, wherein one of the diaphragm and the fixed electrode is configured by providing an electret film on a surface facing the other. 外方に開口する空洞部を形成してなるハウジングと、
その開口部に対向して前記ハウジングの壁部の一部をなす略板状の固定電極と、
前記開口部と前記固定電極との間に配置される振動板と、
前記振動板をその厚さ方向に振動可能となるように前記ハウジングに対して支持する弾性変形可能な弾性変形部とを備え、
前記弾性変形部は、これに弾性力が発生していない平衡状態で前記振動板を前記固定電極から離間して配置させ、前記振動板が前記固定電極に接触する位置まで弾性変形可能となっており、
前記振動板が、正負の一方に帯電したエレクトレットを備えることを特徴とする音響トランスデューサ。
A housing formed with a cavity opening outward,
A substantially plate-like fixed electrode that forms part of the wall of the housing opposite to the opening;
A diaphragm disposed between the opening and the fixed electrode;
An elastically deformable elastically deformable portion that supports the housing so that the diaphragm can vibrate in the thickness direction;
The elastically deforming portion is arranged to be spaced apart from the fixed electrode in an equilibrium state where no elastic force is generated in the elastically deforming portion, and can be elastically deformed to a position where the vibrating plate contacts the fixed electrode. And
An acoustic transducer, wherein the diaphragm includes an electret charged on one of positive and negative sides.
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