JPH08205273A - 骨伝導音声振動検出素子および骨伝導音声振動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 骨伝導による音声振動を検出するイヤホンマ
イクにおいて、その検出素子を小型化し、検出感度の高
い装置をうることを目的とする。 【構成】 バルクの部材を接着により構成した従来の素
子と異なり、保持基板は半導体、圧電素子はＺｎＯまた
はＰＺＴなどの圧電材料の薄膜、梁は酸化シリコンまた
は窒化シリコンなどの絶縁薄膜、重りは半導体基板材料
または金属をメッキもしくは融解して形成し、素子全体
の寸法を小さくした。また、従来は１つの装置は１個の
検出素子で構成されていたが、２個以上の検出素子を保
持し、接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は骨伝導イヤホンマイク
（イヤマイク）に用いられる、骨伝導より外耳部分に伝
達される音声振動を検出する素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１９に従来の骨伝導イヤホンマイクの
構造を示す。これは特開昭５８−８８９９６号公報、発
明の名称「骨導マイクロホン」として記載されている骨
伝導イヤホンマイクであり、音声振動の加速度を検出す
る方式の素子を示す。この公報に記載されている実施例
では、振動検出部分はセラミックの圧電素子１０８の板
材で形成され、該圧電素子１０８には重り１１１が付加
され、保持部材１０６に片持ち支持されている。音声振
動が加わり、セラミック圧電素子１０８の板材が上下に
変形すると電圧が誘起されるが、その電圧を出力端子１
０９、１１０を通じて、後端１１４の増幅器で増幅する
ことにより、加わった振動の加速度を計測する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成を有す
る音声検出装置は、人の可聴音を検出するのが目的であ
るため、検出周波数は可聴音の周波数をカバーすればよ
いのであるが、再生音の明瞭度を考慮すると５ＫＨｚま
での周波数を検出することが必要である。図１９に示す
ように、加速度を検出する方式の素子では、その共振周
波数は検出する最高の周波数にする必要がある。そこで
共振周波数を５ＫＨｚとして実際に設計を行なうと、梁
の厚さが２００μｍ、重りの重さが２〜３ｍｇとすると
梁の長さは５〜６ｍｍ程度になり、保持部を加えると１
０ｍｍ近くにもなる。このため、かかる梁を含めた装置
全体の長さは１０ｍｍ以上を要することとなり、人の耳
に装着するうえでは不適当な寸法となってしまう。一
方、板厚を薄くすると共振周波数を同じにしたまま長さ
を短くできるが、２００μｍ未満の板厚の材料はハンド
リングおよびアセンブリをするうえで破壊しやすいため
使いにくい。

【０００４】検出素子の長さが保持部を含めて１０ｍｍ
ということは、つぎのような問題を生じる。第１の問題
は、ケーシング（従来例では耳栓と称す）内に納めるこ
とのできる素子の数はせいぜい１個であるため、検出感
度に限界があるということである。耳の外耳道の直径は
数ミリなので、外側のケーシングの厚さを控除すると、
実際に素子を保持できるケーシング内部の直径はたかだ
か２〜３ｍｍ程度であり、当然素子の幅はそれ以下であ
る必要がある。従来の素子では、バルク材料の加工技術
およびアセンブリのである寸法の限界から考えると、梁
の幅は１ｍｍ程度になり、このためケーシング内に納め
ることのできる素子の数は１個が限界であった。感度を
上げるためには、素子を多数個形成して直列接続するこ
とが効果的であるが、前記理由により、従来の素子では
実質的に不可能であった。

【０００５】第２の問題は従来の素子は細長いため、素
子の長手方向が耳栓軸に対して並行になるような位置に
しか素子を保持できないため、耳栓軸に垂直な方向の振
動しか検出することしかできず、検出感度が小さくなる
ことである。骨伝導による外耳道の振動は、耳栓軸に垂
直な方向の振動だけではないため、感度を上げるために
は、できるだけ多数の素子を種々の方向に向けて配置
し、各方向からの振動を検出することが必要である。た
だし、前述のごとくケーシング内部の直径はたかだか２
〜３ｍｍ程度であるため、任意の方向に素子を保持する
ためには素子の最大寸法を２ｍｍ以下にすることが必要
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題を解決
するためのもので、素子全体の寸法を小さくして、ケー
シング中に複数個の素子を配置し、感度のよい骨伝導音
声振動検出装置をうることを目的とする。

【０００７】本発明の請求項１にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、基板と、該基板に少なくとも１カ所で接
続された薄膜の梁部と、該梁部の変位または加速度を検
出する素子部を備えたものである。

【０００８】本発明の請求項２にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項１記載の発明において、基板をＳ
ｉの単結晶材料で形成したものである。

【０００９】本発明の請求項３にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項１記載の発明において、梁部上の
少なくとも１カ所に重りを設けたものである。

【００１０】本発明の請求項３にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項１記載の発明において、梁部の変
位または加速度を検出する素子を金属または半導体の薄
膜で形成したものである。

【００１１】本発明の請求項５にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項１記載の発明において、梁部の変
位または加速度を検出する素子部を圧電体膜で形成した
ものである。

【００１２】本発明の請求項６にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項３記載の発明において、重りを基
板と同じ材料で形成したものである。

【００１３】本発明の請求項７にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項３記載の発明において、重りを、
金属を電解メッキまたは無電解メッキすることにより形
成したものである。

【００１４】本発明の請求項８にかかわる骨伝導音声振
動検出素子は、請求項３記載の発明において、重りを金
属を加熱溶融し形成したものである。

【００１５】本発明の請求項９にかかわる骨伝導音声振
動検出装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７また
は８記載の骨伝導音声振動検出素子を２個以上備えたも
のである。

【００１６】本発明の請求項１０にかかわる骨伝導音声
振動検出装置は、請求項９記載の発明において、梁部の
振動方向を互いにおおむね９０度の角度をなすように、
素子を配置したものである。

【００１７】

【作用】請求項１に記載の発明による骨伝導音声振動検
出素子は、基板と、梁部とを薄膜で形成したことによ
り、素子全体の寸法を非常に小さくできる。

【００１８】また、請求項２記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、基板をＳｉの単
結晶材料で形成したので、その作製が容易で、素子全体
の寸法を非常に小さくできる。

【００１９】また、請求項３記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、梁部上に重りを
形成したことにより、素子全体の寸法を非常に小さくで
きる。

【００２０】また、請求項４記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、梁部の変位また
は加速度を検出する素子部を金属または半導体の薄膜で
形成したので、素子全体の寸法を非常に小さくできる。

【００２１】また、請求項５記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、梁部の変位また
は加速度を検出する素子部を圧電体膜で形成したので、
素子全体の寸法を非常に小さくできる。

【００２２】また、請求項６記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、重りを基板と同
じ材料で形成したので、重りの形成が容易であり、素子
全体の寸法を非常に小さくできる。

【００２３】また、請求項７記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、重りを、金属を
電解メッキまたは無電解メッキすることにより形成した
ので、重りの形成が容易であり、素子全体の寸法を非常
に小さくできる。

【００２４】また、請求項８記載の発明による骨伝導音
声振動検出素子は、請求項１に加えて、重りを金属の加
熱溶融で形成したので、重りの形成が容易であり、素子
全体の寸法を非常に小さくできる。

【００２５】また、請求項９記載の発明による骨伝導音
声振動検出装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７
または８記載の骨伝導音声振動検出素子を２個以上備え
たので、感度を大きくできる。

【００２６】また、請求項１０記載の発明による骨伝導
音声振動検出装置は、請求項９に加えて、梁部の振動方
向を、互いにおおむね９０度の角度をなすように骨伝導
音声振動検出素子を配置したので、感度を大きくでき
る。

【００２７】

【実施例】

［実施例１］図１は、本発明の実施例１による骨伝導音
声振動検出素子を示す平面図と断面図である。９は絶縁
体、半導体、導体のいずれかの材料からなる基板、１
１、１２、１３は絶縁性材料からなる絶縁膜、１７は圧
電体膜からなる梁の変位または加速度を検出する素子
部、１９は導電性材料からなる上部電極、１８は導電性
材料からなる下部電極である。１２、１３、１９、１
７、１８で片持ちの梁部１００を構成している。梁部１
００が振動すると圧電体膜１７に歪みが生じ、上部電極
１９と下部電極１８とのあいだに電圧が生じる。この電
圧を検出することにより梁部１００の振動または加速度
を検出する。

【００２８】本実施例では、基板の寸法をａ＝３ｍｍ、
ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝０．４ｍｍとし、梁部１００の厚
さ５μｍとした。梁の共振周波数は約５ＫＨｚであり、
従来の素子に比較して全体の寸法は非常に小さくでき
る。

【００２９】以下、このような構成の骨伝導音声振動検
出素子の製法について述べる。図２は実施例１にかかわ
る骨伝導音声振動検出素子の製法を工程順に示す断面図
である。図２において（ａ）では厚さ４００μｍのセラ
ミック基板（たとえばアルミナなど）あるいは半導体基
板の表面に、窒化シリコン、酸化シリコン、Ｔａ₂Ｏ₅な
どの絶縁膜１１をスパッタなどで約１μｍ成膜し、その
上に多結晶シリコンなどからなる犠牲層１２０を数μｍ
成膜し、その上に絶縁膜１２を０．２μｍ程度成膜す
る。（ｂ）では白金などの材料からなる下部電極１８を
約０．３μｍ成膜し、そののちＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｐ
ｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）などの圧電体膜１７を３〜４μｍ、白金などの材
料からなる上部電極１９を約０．３μｍ、それぞれ成膜
しパターニングし、さらに絶縁膜１３を約１μｍ成膜す
る。（ｃ）ＫＯＨ（水酸化カリウム溶液）、ＴＭＡＨ
（テトラメチル・アンモニウム・ヒドロキサイド）など
のアルカリ溶液で犠牲層１２０をエッチングして梁部１
００を形成する。そののち図示していないが、ダイシン
グなどで素子を切断し１個ずつ切り離す。

【００３０】なお、基板９にＳｉ半導体基板を使用した
ばあいは、基板表面に不純物をドープさせ、または、表
面を酸化させることにより、絶縁膜を１１を形成しても
よい。また、１２０の犠牲層は多結晶シリコンに限ら
ず、エッチングの際に絶縁膜１１、１２、１３に比べて
エッチングレートが充分高い材料であればよい。

【００３１】［実施例２］図３は、本発明の実施例２に
よる骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図であ
る。本実施例は梁部の変位または加速度を検出する素子
部に、金属または半導体の薄膜で形成した歪みゲージを
用いたことが特徴である。９は絶縁体、半導体、導体の
いずれかの材料からなる基板、１１、１２、１３は絶縁
性材料からなる絶縁膜、３１は金属または半導体の薄膜
からなる歪みゲージ、３０は導電性材料からなる電極で
ある。１２、１３、３１、３０の一部で片持ちの梁部１
００を構成している。梁部１００が振動すると歪みゲー
ジ３１に歪みが生じ、抵抗値が変化する。電極にブリッ
ジ回路などを接続し、抵抗値の変化を検出することによ
り梁部１００の振動または加速度を検出する。

【００３２】本実施例では、実施例１と同様に、基板の
寸法ａ＝３ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝０．４ｍｍと
し、梁部１００の厚さ５μｍとした。梁の共振周波数は
約５ＫＨｚであり、従来の素子に比較して全体の寸法は
非常に小さくできる。

【００３３】［実施例３］図４は、本発明の実施例３に
よる骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図であ
る。本実施例は梁部の変位または加速度を検出する素子
部に、金属の薄膜でコンデンサを形成したことが特徴で
ある。９は絶縁体、半導体、導体のいずれかの材料から
なる基板、１１、１２は絶縁性材料からなる絶縁膜、３
０は導電性材料からなる電極である。１２と３０の一部
で片持ちの梁部１００を構成している。梁部１００が振
動すると、上下の電極間の距離が変化する。電極３０に
適当な回路を接続し、電極間の静電容量を変化を検出す
ることにより梁部１００の振動または加速度を検出す
る。

【００３４】本実施例では、実施例１、２と同様に基板
の寸法をａ＝３ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝０．４ｍｍ
とし、梁部１００の厚さ５μｍとした。梁の共振周波数
は約５ＫＨｚであり、従来の素子に比較して全体の寸法
は非常に小さくできる。

【００３５】［実施例４］図５は、本発明の実施例４に
かかわる骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図
である。本実施例は基板にＳｉの単結晶材料を用いたこ
とが特徴である。１０はＳｉ単結晶からなる半導体基
板、１１、１２、１３は絶縁性材料からなる絶縁膜、１
７は圧電体膜からなる、梁の変位または加速度を検出す
る素子部、１９は導電性材料からなる上部電極、１８は
導電性材料からなる下部電極である。１１、１３、１
７、１８、１９で片持ちの梁部１００を構成している。
梁部１００が振動すると圧電体膜１７に歪みが生じ、上
部電極１９と下部電極１８間に電圧が生じる。この電圧
を検出することにより梁部１００の振動または加速度を
検出する。

【００３６】本実施例では、実施例１、２、３と同様に
基板の寸法をａ＝３ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝０．４
ｍｍとし、梁部１００の厚さを５μｍとした。梁の共振
周波数は約５ＫＨｚであり、従来の素子に比較して全体
の寸法は非常に小さくできる。

【００３７】図６は実施例４にかかわる骨伝導音声振動
検出素子の製法を工程順に示す断面図である。図６にお
いて、（ａ）では厚さ４００μｍのＳｉ単結晶からなる
半導体基板１０の表面および裏面に、窒化シリコン、酸
化シリコン、Ｔａ₂Ｏ₅などの絶縁膜１１、１２をスパッ
タなどで約１μｍ成膜する。（ｂ）では白金などの材料
からなる下部電極１８を約０．３μｍ成膜し、そののち
ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰｂＴｉＯ₃（チタン酸鉛）、Ｐ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電体膜１７を３
〜４μｍ、その上に白金などの材料からなる上部電極１
９を約０．３μｍ、それぞれ成膜し、パターニングし、
さらに絶縁膜１３を約１μｍ成膜する。（ｃ）ではイオ
ンビームエッチングなどの方法でＳｉ表面に達するエッ
チングホール２０を形成する。ついで、ＫＯＨ（水酸化
カリウム溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル・アンモニウ
ム・ヒドロキサイド）などのアルカリ溶液で異方性エッ
チングし、梁部１００を形成する。そののち図示してい
ないが、ダイシングなどで素子を切断して１個ずつ切り
離す。

【００３８】なお、基板９の表面に絶縁膜１１をスパッ
タなどで成膜するかわりに、半導体基板１０の表面に不
純物をドープしたり、表面を酸化させることにより、絶
縁膜１１を形成してもよい。

【００３９】［実施例５］図７は、本発明の実施例５に
よる骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図であ
る。本実施例は、梁部上に重りを形成したことを特徴と
する。また、重りの材料は基板と同じ材料である。

【００４０】１０はＳｉ単結晶からなる半導体基板、１
１、１２、１３は絶縁性材料からなる絶縁膜、１７は梁
の変位または加速度を検出する圧電体膜、１９は導電性
材料からなる上部電極、１８は導電性材料からなる下部
電極、２１は重り、２０はエッチングホールである。１
１、１３、１７、１８、１９で片持ちの梁部１００を構
成している。梁１００が振動すると圧電体膜１７に歪み
が生じ、上部電極１９と下部電極１８間に電圧が生じ
る。この電圧を検出することにより梁１００の振動また
は加速度を検出する。本実施例では、共振周波数が５Ｋ
Ｈｚとなるように設計製作を行った。梁部１００の厚さ
は約５μｍ、重り部の質量は約０．００２５ｍｇである
が、寸法はａ＝１．１ｍｍ、ｂ＝０．７ｍｍである。重
りを設けることにより梁の長さを短くでき、素子の小型
化に有利である。また、半導体基板をエッチングするこ
とにより重りを形成するため、重りを容易に精度よく形
成できる。

【００４１】図８は実施例５にかかわる骨伝導音声振動
検出素子の製法を工程順に示す断面図である。図８にお
いて、（ａ）では厚さ２００μｍ、表面が（１００）面
であるＳｉ単結晶からなる半導体基板１０の両面に、窒
化シリコン、酸化シリコン、Ｔａ₂Ｏ₅などの絶縁膜１
１、１２をスパッタなどで約０．２μｍ成膜し、その上
に白金などの材料からなる下部電極１８を約０．３μｍ
成膜し、パターニングする。（ｂ）では下部電極１８上
にＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）などの圧電体膜１７を３〜４μｍ、白金などの材料
からなる上部電極１９を約０．３μｍ、それぞれ成膜
し、パターニングする。すなわち圧電体膜１７は上部電
極１９と下部電極１８で挟まれるようにする。（ｃ）で
は絶縁膜１３を約０．２μｍ成膜する。成膜後、絶縁膜
１３をイオンビームエッチングなどにより、一部エッチ
ングし上部電極１９と下部電極１８の表面を露出させ配
線端子とする。（ｄ）ではイオンビームエッチングなど
により、絶縁膜１１、１２、１３上にエッチングホール
を形成する。（ｅ）ではエッチングホール２０より、Ｋ
ＯＨ（水酸化カリウム溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル
・アンモニウム・ヒドロキサイド）などのアルカリ溶液
で、半導体基板１０を異方性エッチングし、重り２１を
形成する。そののち図示していないが、ダイシングなど
で素子を切断し１個ずつ切り離す。

【００４２】なお、半導体基板表面に不純物をドープし
たり、表面を酸化させることにより、絶縁膜１１を形成
してもよい。

【００４３】［実施例６］図９は、本発明の実施例６に
よる骨伝導音声振動検出素子を示す平面図である。本実
施例は薄膜の梁部を基板２カ所で接続したことを特徴と
する。

【００４４】１０はＳｉ単結晶の半導体基板、１３は絶
縁性材料からなる絶縁膜、１９は導電性材料からなる上
部電極、１８は導電性材料からなる下部電極、２１は重
り、２０はエッチングホールである。

【００４５】本実施例において、梁部を半導体基板１０
に２カ所で接続したが、このように梁部を複数個設け複
数カ所で接続すると、梁部が振動する際、（１１０）方
向を軸とする梁のねじれ剛性が高くなるため、梁部の強
度が高くなるという利点がある。

【００４６】［実施例７］図１０は、本発明の実施例７
による骨伝導音声振動検出素子を示す平面図である。本
発明は梁を複数個配置して接続したもので、全体の大き
さをそれほど大きくすることなく感度を上げることがで
きることが特徴である。

【００４７】１０はＳｉ単結晶の半導体基板、１３は絶
縁性材料からなる絶縁膜、１９は導電性材料からなる上
部電極、１８は導電性材料からなる下部電極、２１は重
り、２０はエッチングホールである。梁の変位または加
速度を検出する素子には圧電体膜を用いて、隣り合う上
部電極１８と下部電極１９が重なるように成膜し、両端
の上部電極１８（ａ）と下部電極１９（ａ）から電圧を
取り出す。これにより、梁部が１つのばあいの約４倍の
出力電圧をうることができる。このような複数の梁を形
成するばあいも図２で示した製法で一括して製造でき
る。

【００４８】本実施例ではａ、ｂの寸法はたかだかａ＝
１．５ｍｍ、ｂ＝１．６ｍｍであり、従来の骨伝導音声
振動検出素子に比較して非常に小さくできる。また実施
例では、重り２１の大きさが４つとも異なり、上から順
に共振周波数が３．５ＫＨｚ、４．０ＫＨｚ、５．０Ｋ
Ｈｚのモデルとしたが、全て同じ大きさ、すなわち同じ
共振周波数のものでもかまわない。

【００４９】［実施例８］図１１は、本発明の実施例８
による骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図で
ある。本発明は重りを金属の電解メッキあるいは無電解
メッキにより形成することを特徴とする。

【００５０】図において、半導体基板１０はＳｉの単結
晶基板であり、この半導体基板１０に、絶縁膜１１と１
３と圧電体膜１７とからなる梁部１００が１カ所で接続
され、片持ち梁を形成している。梁部１００の先端の上
部に金属、たとえば銅からなる重り２１が設けられてい
る。本実施例では、共振周波数が５ＫＨｚとなるように
設計製作を行ったばあい、梁部１００の厚さを約５μ
ｍ、重りの質量を約０．００２５ｍｇとして、寸法は約
ａ＝０．８ｍｍ、ｂ＝０．３５ｍｍ、ｃ＝４００μｍで
あり、実施例５に比較してさらに小さくできる。これ
は、梁部１００と半導体基板１０の隙間を実施例５より
小さくとれるためである。

【００５１】図１２は実施例８にかかわる骨伝導音声振
動検出素子の製法を工程順に示す断面図である。図１２
において、（ａ）では厚さ４００μｍ、表面が（１０
０）面であるＳｉ単結晶からなる半導体基板１０の両面
に、窒化シリコン、酸化シリコン、Ｔａ_２Ｏ_５などの絶
縁膜１１、１２をスパッタなどで約０．２μｍ成膜し、
その上に白金などの材料からなる下部電極１８を約０．
３μｍ成膜し、パターニングする。（ｂ）では下部電極
１８上にＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰｂＴｉＯ_３（チタン酸
鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電体膜
１７を３〜４μｍ、その上に白金などの材料からなる上
部電極１９を約０．３μｍ、それぞれ成膜しパターニン
グする。すなわち圧電体膜１７は上部電極１９と下部電
極１８で挟まれるようにする。（ｃ）では絶縁膜１３を
約０．２μｍ成膜する。成膜ののち、絶縁膜１３をイオ
ンビームエッチングなどにより一部をエッチングし、上
部電極１９と下部電極１８の表面を露出させ、配線端子
とする。また、絶縁膜１３上に金属薄膜１４を成膜す
る。この金属薄膜１４は、工程６のメッキの下地膜とな
る。（ｄ）ではイオンビームエッチングなどにより、絶
縁膜１１、１２、１３上にエッチングホールを開ける。
（ｅ）ではエッチングホール２０より、ＫＯＨ（水酸化
カリウム溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル・アンモニウ
ム・ヒドロキサイド）などのアルカリ溶液で半導体基板
１０を異方性エッチングし、絶縁膜１１、１３、上部電
極１９、下部電極１８、圧電体膜１７、金属薄膜１４か
らなる梁部１００を形成する。（ｆ）では、電解メッ
キ、無電解メッキなどの方法で重りを形成する。たとえ
ば銅を電解メッキで形成するばあいは、銅板と素子を硫
酸銅溶液中に浸し、外部電源により銅板をアノード、金
属薄膜１４をカソードとなるように電位を加えることに
より、金属薄膜１４上に銅が成長し、重り２１が形成さ
れていく。重り２１の体積は流れた電気量により制御す
る。そののち図示していないが、Ｓｉ単結晶からなる半
導体基板１０をダイシング装置などで切断し、１個ずつ
切り離す。なお工程（ｅ）と（ｆ）は順序が逆になって
もかまわない。すなわち、重り２１を先に形成し、その
のち、半導体基板１０のエッチングを行ってもかまわな
い。

【００５２】本実施例によれば、重り２１を銅のメッキ
により形成するため、半導体基板１０の一部をエッチン
グで残す必要がないため、梁部１００と半導体基板１０
の隙間を小さくできるので、さらに小型化が可能であ
り、有利である。なお、本実施例では重りの金属に銅を
使用したが、ニッケルやクロム、亜鉛、錫、鉛、金、銀
などメッキのできる金属であればよい。また、ニッケ
ル、コバルト、銅、金、銀、錫などの金属の無電解メッ
キ法を使用してもかまわない。

【００５３】［実施例９］実施例９は、重り２１をアル
ミ、金、はんだ（鉛錫合金）などの金属を加熱溶融して
形成する製法がその特徴である。本実施例の最終的な形
状は図１１と同じであるが、その製法は図１２とは異な
る。図１３に実施例９にかかわる骨伝導音声振動検出素
子の製法を工程順に示す。（ａ）では厚さ４００μｍ、
表面が（１００）面であるＳｉ単結晶からなる半導体基
板１０の両面に、窒化シリコン、酸化シリコン、Ｔａ₂
Ｏ₅などの絶縁膜１１、１２をスパッタなどで約０．２
μｍ成膜し、その上に白金などの材料からなる下部電極
１８を約０．３μｍ成膜し、パターニングする。（ｂ）
では下部電極１８上にＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰｂＴｉＯ
₃（チタン酸鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）な
どの圧電体膜１７を３〜４μｍ、その上に白金などの材
料からなる上部電極１９を約０．３μｍ、それぞれ成膜
し、パターニングする。（ｃ）では絶縁膜１３を約０．
２μｍ成膜し、そののち、絶縁膜１３をイオンビームエ
ッチングなどにより一部をエッチングし、上部電極１９
と下部電極１８の表面を露出させ、配線端子とする。ま
た、絶縁膜１３上に金属薄膜１４を成膜する。本実施例
では重り２１にアルミ、金、はんだ（鉛錫合金）などの
金属材料を使用し、金属薄膜１４はその下地とするた
め、重り２１と同じ材料の薄膜とすることが望ましい。
（ｄ）ではイオンビームエッチングなどにより、絶縁膜
１１、１２、１３上にエッチングホールを開ける。
（ｅ）は、ボンディング装置を用いて、アルミ線または
金線を金属薄膜１４上にボンディングする工程である。
ボンディング装置は、超音波と熱の両方をアルミ線また
は金線に加えることができるものを用いる。超音波によ
りアルミ線または金線を金属薄膜１４上に固着したの
ち、熱を加えてアルミ線または金線を溶融し、半球に形
成する。（ｆ）では、エッチングホール２０より、ＫＯ
Ｈ（水酸化カリウム溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル・
アンモニウム・ヒドロキサイド）などのアルカリ溶液で
半導体基板１０を異方性エッチングし、梁部１００を形
成する。そののち図示していないが、Ｓｉ単結晶からな
る半導体基板１０をダイシング装置などで素子を切断
し、１個ずつ切り離す。

【００５４】なお（ｅ）の工程において、ボンディング
装置を用いずに小型のハンダごてを用い、ハンダを直接
溶融して金属薄膜１４上に形成してもよい。

【００５５】本実施例によれば、金属をボンディング装
置にて固着・溶融、またはハンダを直接溶融させて重り
２１を形成するため、実施例８よりもさらに重り形成が
簡単であり、作製時間が短くなる点が有利である。

【００５６】［実施例１０］図１４は、本発明の実施例
６による骨伝導音声振動検出素子を示す平面図と断面図
である。図において、半導体基板１０はＳｉの単結晶基
板であり、この半導体基板１０に、絶縁膜１１と１３と
圧電体膜１７とからなる梁部１００が１カ所で接続さ
れ、片持ち梁を形成している。梁部１００の先端の上部
に金属からなる重り２１が設けられている。本図が実施
例４、５と異なる点は、エッチングを表面のみから行う
点である。梁部１００の下の空隙３３は数μｍ程度あれ
ば充分であるため、エッチング時間は実施例１の数十分
の１で済み、製作時間は短くなる効果がある。また、重
り２１を、半導体基板の一部を残すことで構成するので
はなく、金属で形成するので半導体基板１０の厚さはい
くらでもよく、ウエハのハンドリングの障害がない程度
まで薄くできる。たとえば直径３インチの基板ならば２
００μｍ程度まで薄いものを使用できる。すなわち寸法
ｃをさらに２００μｍ程度まで小さくできるので、小型
化に有利である。

【００５７】［実施例１１］図１５は、本発明の実施例
１１による骨伝導音声振動検出素子を示す断面図であ
る。図において、半導体基板１０はＳｉからなる単結晶
基板であり、この半導体基板１０に、絶縁膜１１と１３
と圧電体膜１７とからなる梁部１００が１カ所で接続さ
れ、片持ち梁を形成している。梁部１００の先端の下部
に金属からなる重り２１が設けられている。本実施例の
製法を図１６に示す。

【００５８】図１６は図１２とほぼ同様の製作手順とな
るが、梁部１００の先端の下部に重り２１を形成するた
め、金属薄膜１４を（ｂ）の時点で形成し、（ｅ）にお
ける半導体基板１０のエッチング工程で、梁部表面に露
出するようにする。工程（ｆ）において、梁部１００の
先端の下部に金属をメッキ、あるいは融着し、重り２１
を形成する。工程（ｇ）は図示していないが、ダイシン
グなどで素子を１個ずつ切り離す。

【００５９】本実施例によれば、金属の重り２１を梁部
１００の下側に形成するため、重りが基板の上に盛り上
がらないので、素子の厚さを薄くすることができ、小型
化に有利である。また、半導体よりも比重の大きい金属
を重りに使用しているので、小さな体積で重りを形成で
き、素子の厚さを薄くすることができる。

【００６０】［実施例１２］図１７は、本発明の実施例
１２による骨伝導音声振動検出素子を示す断面図であ
る。本実施例は、骨伝導音声振動検出素子を２個以上備
えたことが特徴である。図において、５０は骨伝導音声
振動検出素子を保持する保持板、５１はケーシング、５
２はアンプ、５３は信号線、５４は送受話器である。図
のように、たとえば３個の素子を備えたばあい、素子か
らの信号を直列に接続することにより、素子１個のばあ
いの３倍の出力をうることができる。ケーシング５１の
内径は２〜３ｍｍであるが、本発明の素子を用いること
により、複数の素子を備えた骨伝導音声検出装置をうる
ことができる。なお、本実施例では素子は梁部の振動方
向をケーシングの軸方向に合わせたが、ケーシングの軸
に垂直の方向でもよく、とくに規定するものではない。

【００６１】もちろん、複数の素子のうちの何個ずつか
を２または３の異なる方向に合わせることも可能であ
る。

【００６２】［実施例１３］図１８、図１９は本発明に
よる骨伝導音声振動検出装置を示す斜視図および断面図
である。図１８は、本実施例の骨伝導音声振動検出装置
中の素子の構成を示す斜視図である。本実施例では素子
を３個用い、半導体基板を１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、梁
部を１３ａ、１３ｂ、１３ｃとし、梁部の振動方向が互
いに９０度をなすように、各素子を保持板５０に接着し
た。本実施例で使用した素子の大きさは１．５ｍｍ角で
あり、保持板５０の厚さが０．５ｍｍなので、３個の素
子を図のように構成すると全体の大きさは２ｍｍ立方に
おさまった。図１９は図１８に示した素子を用いた骨伝
導音声振動検出装置を示す断面図である。半導体基板１
０と保持板５０からなる素子部は、ケーシング５１中に
おさめられている。ケーシング５１内部にはアンプ５２
が設けられ、素子部からの信号を増幅する。増幅された
信号は、信号線５３を通じて送受話器５４に送られる仕
組みである。ケーシングの肉厚は０．８ｍｍとしたの
で、ケーシング５１の内径２．８ｍｍ、外径は４．４ｍ
ｍである。装置使用の際はケーシングを図示する方向で
外耳道へ挿入する。

【００６３】本実施例によれば、梁部の振動方向が互い
に９０度をなすように、３つの素子を保持したので、全
方向からの骨伝導音声振動を検出でき、感度が非常によ
くなる。また、それぞれの素子にアンプを設けて、各振
動方向の増幅度を調節することにより、個人の骨伝導音
声特性に合わせた入力信号の加工ができる。また、保持
板５０を含めた素子の寸法を２ｍｍ立方におさめること
ができるので、ケーシングの外径も数ｍｍ以内におさま
り、使用中に不快感を感じることはない。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、基板と、該基板に少なくとも１カ所で接続された薄
膜の梁部と、梁部の変位または加速度を検出する素子部
を備えたことにより、全体の寸法が非常に小さい骨伝導
音声振動検出素子をうることができる効果がある。

【００６５】また、請求項２の発明によれば、請求項１
記載の発明において、基板をＳｉからなる単結晶材料に
したことにより、その作製が容易で、全体の寸法も非常
に小さい骨伝導音声振動検出素子をうることができる効
果がある。

【００６６】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の発明において、梁部上の少なくとも１カ所に
重りを形成したことにより、全体の寸法が非常に小さい
骨伝導音声振動検出素子をうることができる効果があ
る。

【００６７】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１記載の発明において、梁部の変位または加速度を検
出する素子部を金属または半導体の薄膜で形成したこと
により、全体の寸法が非常に小さい骨伝導音声振動検出
素子をうることができる効果がある。

【００６８】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１記載の発明において、梁部の変位または加速度を検
出する素子部を圧電体膜で形成したことにより、全体の
寸法が非常に小さい骨伝導音声振動検出素子をうること
ができる効果がある。

【００６９】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項１記載の発明において、重りを基板と同じ材料で形成
したことにより、その作製が容易で、全体の寸法が非常
に小さい骨伝導音声振動検出素子をうることができる効
果がある。

【００７０】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項３記載の発明において、重りを金属を電解メッキある
いは無電解メッキすることにより形成したことにより、
その作製が容易で、全体の寸法が非常に小さい骨伝導音
声振動検出素子をうることができる効果がある。

【００７１】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項３記載の発明において、重りを金属の加熱溶融で形成
することにより、作製が容易で、全体の寸法が非常に小
さい骨伝導音声振動検出素子をうることができる効果が
ある。

【００７２】また、請求項９記載の発明によれば、請求
項１から８記載の発明の骨伝導音声検出素子を２個以上
備えたので、感度が高い骨伝導音声振動検出装置をうる
ことができる効果がある。

【００７３】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項９記載の発明において、梁部の振動方向が互いにお
おむね９０度の角度をなすように骨伝導音声検出素子を
配置したので、感度が高い骨伝導音声振動検出装置をう
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図２】 実施例１にかかわる骨伝導音声振動検出素子
の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図３】 本発明の実施例２による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図と歪みゲージの概略平
面図である。

【図４】 本発明の実施例３による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図５】 本発明の実施例４による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図６】 実施例４にかかわる骨伝導音声振動検出素子
の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図７】 本発明の実施例５による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図８】 実施例５にかかわる骨伝導音声振動検出素子
の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図９】 本発明の実施例６による骨伝導音声振動検出
素子を示す平面図である。

【図１０】 本発明の実施例７による骨伝導音声振動検
出素子を示す平面図である。

【図１１】 本発明の実施例８による骨伝導音声振動検
出素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図１２】 実施例８にかかわる骨伝導音声振動検出素
子の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図１３】 実施例９にかかわる骨伝導音声振動検出素
子の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図１４】 本発明の実施例１０による骨伝導音声振動
検出素子を示す平面図とＩ−Ｉ断面図である。

【図１５】 本発明の実施例１１による骨伝導音声振動
検出素子を示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）である。

【図１６】 実施例１１にかかわる骨伝導音声振動検出
素子の製法を工程順に示す断面図（Ｉ−Ｉ断面）であ
る。

【図１７】 本発明の実施例１２による骨伝導音声振動
検出素子を示すＩ−Ｉ断面図である。

【図１８】 本発明の実施例１３による骨伝導音声振動
検出素子を示す斜視図である。

【図１９】 本発明の実施例１３による骨伝導音声振動
検出素子を用いた骨伝導音声振動検出装置を示す断面図
である。

【図２０】 従来の骨伝導音声振動検出素子を示す断面
図である。

【符号の説明】

９ 基板、１０ 半導体基板、１１ 絶縁体層、１２
絶縁体層、１３ 絶縁体層、１４ 金属薄膜、１７ 圧
電体膜、１８ 下部電極、１９ 上部電極、２０ エッ
チングホール、２１ 重り、３０ 電極、３１ 歪みゲ
ージ、３３ 空隙、５０ 保持板、５１ ケーシング、
５２ アンプ、５３ 信号線、５４ 送受話器、１００
梁部、１０６ 保持部材、１０８ セラミック圧電素
子、１０９ 出力端子、１１０ 出力端子、１１１ 重
り、１１４ 増幅器、１２０ 犠牲層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖 由香 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株式 会社パーソナル情報機器開発研究所内 (72)発明者 黒田 英一 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株式 会社パーソナル情報機器開発研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に少なくとも１カ所で接
   続された薄膜の梁部と、該梁部の変位または加速度を検
   出する素子部とからなることを特徴とする骨伝導音声振
   動検出素子。
2. 【請求項２】 前記基板がＳｉの単結晶材料からなる請
   求項１記載の骨伝導音声振動検出素子。
3. 【請求項３】 前記梁部上の少なくとも１カ所に重りを
   形成してなる請求項１記載の骨伝導音声振動検出素子。
4. 【請求項４】 前記梁部の変位または加速度を検出する
   素子部が、金属または半導体の薄膜からなる請求項１記
   載の骨伝導音声振動検出素子。
5. 【請求項５】 前記梁部の変位または加速度を検出する
   素子部が、圧電体膜からなる請求項１記載の骨伝導音声
   振動検出素子。
6. 【請求項６】 前記重りは前記基板と同じ材料からなる
   請求項３記載の骨伝導音声振動検出素子。
7. 【請求項７】 前記重りは金属を電解メッキまたは無電
   解メッキすることにより形成してなる請求項３記載の骨
   伝導音声振動検出素子。
8. 【請求項８】 前記重りは前記金属を加熱溶融して形成
   してなる請求項３記載の骨伝導音声振動検出素子。
9. 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６、７また
   は８記載の骨伝導音声振動検出素子を２個以上備えたこ
   とを特徴とする骨伝導音声振動検出装置。
10. 【請求項１０】 前記梁部の振動方向を互いにおおむね
    ９０度の角度をなすように前記骨伝導音声振動検出素子
    を配置した、請求項９記載の骨伝導音声振動検出装置。