JP2008099221A - 音響振動発生素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部電極取出し困難、圧電体と絶縁性補強板の位置ズレによりショートする。
【解決手段】 積層圧電体１１の表裏面に電極パターン１１a（＋）、１１b（−）と長手方向の両側面に側面電極１２a（＋）、１２b（−）を配設する。絶縁性補強板１３の表裏には、貼付される積層圧電体１１の電極パターン形状と略同形状の電極パターン１３a（＋）、１３b（−）が形成され、絶縁性補強板１３上の圧電体配設領域外に延出する外部取出用の両極パターン１４a（＋）、１４b（−）を配設する。積層圧電体１１に配設された側面電極１２a（＋）、１２b（−）により両極パターンのそれぞれの極性を導通する。絶縁性補強板１３の外部導通用のパターン１４a（＋）、１４b（−）にスルーホール１５を設け、表裏電極を束ね、絶縁性補強板１３に設けた電極パターンの内、積層圧電体１１との導通部の間を全てレジスト膜１６で覆う。圧電体と絶縁性補強板のショートが回避できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、主として長手方向に延びた絶縁性補強板の表裏面に、予め分極された圧電体を、電極を介して電気的に接続が保たれるように接合した音響振動発生素子に関する。

従来、この種の圧電体の構造として、圧電スピーカなどに多い薄手の圧電体と金属板を貼り合わせた構造のモノモルフや、2枚の圧電体を金属板に貼り合わせた構造のバイモルフがある。モノモルフは、圧電体の面内で伸び縮みすると、貼り合わされた金属板の寸法はそのままであるため反りが生ずる。圧電体に加わる電圧により発生する振動や変位を利用するものである。バイモルフは、比較的大き目の変位を得る場合に用い、2枚の圧電体のそれぞれに差動的な電圧を加えると伸縮方向が反対になるため反りが生ずる。これらの圧電体の電極の接続方法として、モノモルフでは一つの電極は圧電体表面から、もう一つの電極は金属板からリード線やバネ接続等によって取り出している。バイモルフの電極をリード線を用いて取り出す場合、上下圧電体の（＋）極と金属板の（−）極の3点を最低でも各々半田付け等を行う必要がある。前記金属板の代わりに絶縁性補強板を使用し、電極の取り出しを簡便にした圧電バイモルフが用いられるようになっている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００１−３４５４９１号（第３〜４頁、図１、図２、図３）

上記した特許文献１に開示されている圧電バイモルフの構造は、図９〜図１１で示される。図９、図１０において、この圧電バイモルフは、ガラスエポキシ等の絶縁性材質による絶縁性補強板２０（例えば、ガラスエポキシ基板）の両面に予め対向するように銅箔等による導電性膜２１が部分的に成膜され、且つ、対向する導電性膜２１の間が半田メッキ処理等で導電処理されたスルーホール２２によって電気的に接続されている。前記絶縁性補強板２０の対向する導電性膜２１の上にそれぞれ重ね合わせるように圧電セラミクス板２３を接合して本体部を成し、この本体部に絶縁性補強板２０の一端部に設けられた取付け穴２４を用いて絶縁物としての負荷物を取付けて支持固定するように構成されている。

前記絶縁性補強板２０の両面は、圧電セラミクス板２３の両面よりも面積が大きく、絶縁性補強板２０は、両面の一端側部分を導電性膜２１を設けず露呈させることで負荷物を取付けるための取付け部分２０aとし、且つ、両面の他端部分を圧電セラミクス板２３の他端側から導電性膜２１の一部を露呈した露呈部分２１aは、リード線を接続するための接続部分としている。

図１１において、前記絶縁性補強板２０に接合された圧電セラミクス板２３は、接合面に対向する導電性膜２１側に位置される内方表面に内部電極２５aが設けられ、接合面と反対の外方表面に外部電極２５bが設けられている。前記絶縁性補強板２０に対して圧電セラミクス板２３を接合する際に、絶縁性補強板２０の対向する導電性膜２１上にそれぞれ圧電セラミクス板２３の内部電極２５aが重ね合わせるように接着剤としてエポキシ樹脂による接着剤２６を介在させて接着し、各部を積層して本体部分を構成する。更に、本体部分から露呈された導電性膜２１の露呈部分２１aに対し半田付けによりリード線を取り付ける。この圧電バイモルフにおいて、圧電セラミクス板２３の内部電極２５aに駆動電圧を印加することができるので、外部電極２５bを接地した上、この外部電極２５bと内部電極２５aの何れか一方のもの又はスルーホール２２とに正負の駆動電圧を印加すると、圧電セラミクス板２３のピエゾ効果により本体部が左右に湾曲し、これに伴って絶縁性補強板２０の一端側に取付けられた負荷物を所定の方向に所定の長さで動かすことができる。

解決しようとする問題点として、上記した構造の圧電バイモルフにおいて、圧電体の電極からの電気接続をするのに、２つの圧電体と本体部分から露呈された導電性膜の露呈部分から、合計3本のリード線により半田付けするので、半田付け作業が必要になる。また、圧電体周りの構造が複雑になる。などの問題があった。

本発明は、上述した欠点を解消するもので、その目的は、リード線等を直接圧電体に半田付けすることなく、圧電体の電極の外部への取出しを一層容易にすることができ、圧電体周りの構造を簡素化し、部品点数の削減によりコストダウンを図ると同時に、圧電体と絶縁性補強板の両パターン間に位置ズレによるショートを回避することが可能な音響振動発生素子を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明における音響振動発生素子は、長手方向に延びた絶縁性補強板の表裏面に、予め分極された圧電体を対向配置して電気的に接続が保たれるように接合した音響振動発生素子において、前記圧電体には少なくとも絶縁性補強板と接合する面に、（＋）（−）両極パターンを配設し、前記絶縁性補強板には前記圧電体に配設した（＋）（−）両極パターンと対応する位置に圧電体と接続する（＋）（−）両極パターンと、該（＋）（−）両極パターンから連通して絶縁性補強板上の圧電体配設領域外に延出する外部取出用の（＋）（−）両極パターンを配設すると共に、前記絶縁性補強板の表裏面に前記圧電体を対向配置して、前記絶縁性補強板と前記圧電体とを電気的導通手段により接続が保たれるように接合したことを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板と前記圧電体を対向配置して接続する電気的導通手段は、前記絶縁性補強板に形成され導電処理したスルーホールであることを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板と前記圧電体を対向配置して接続する電気的導通手段は、前記圧電体の長手方向の両側面に配設された側面電極であることを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板の両面に対向配置する２枚の圧電体は、前記絶縁性補強板との接合面に（＋）（−）両極パターンを配設した圧電セラミクスであることを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板の両面に対向配置する圧電体は、該圧電体の両面に（＋）（−）両極パターンを配設した積層型圧電体であることを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板の外部取出用の両極パターンにスルーホールを設けることにより、前記積層型圧電体の表裏の電極を束ねて外部電極を取り出すように構成したことを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板に設けた電極パターンの内、前記積層型圧電体との導通部の間を全てレジスト膜で覆ったことを特徴とするものである。

また、前記積層型圧電体は、多層積層型圧電体であって、積層型圧電体の表裏および層間の対向する電極同士を前記積層型圧電体の長手方向の両側面に配設した側面電極で導通接続され、表裏面に外部電極を有し、前記側面電極で複数層の内部電極を1層とびに束ねたことを特徴とするものである。

また、前記絶縁性補強板上の圧電体配設領域外の延出する外部取出用（＋）（−）両極パターンに、（＋）（−）両極客先接続用リード線を接続したことを特徴とするものである。

本発明の音響振動発生素子は、圧電体周りを簡素化し、リード線等を直接圧電体に半田付けする必要がなくなるので、圧電体周りの機構が薄型化できる。部品点数の削減により、コストの低減が可能になる。また、積層型圧電体の電極形状と貼り合わせの対象となる絶縁性補強板側の電極形状を合わせているので、圧電体と絶縁性補強板の貼り合わせの位置ズレが起きても、組み立て誤差程度であれば、電極がショートすることを防止することができる。また、同じ分極方向の圧電体を絶縁性補強板の表裏に貼り合わせた際、スルーホール電極によって接続された裏面側の圧電体には表面の圧電体と逆電位が掛かるので、容易にバイモルフを製造できる。更に、レジストで覆うことで、平坦度が増し圧電体をより平面に貼ることができる音響振動発生素子を提供するものである。

本発明の音響振動発生素子について、図面に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明の実施例１に係わり、図１、図２において、この音響振動発生素子を構成する絶縁性補強板１は、ガラエポ基板やFPC材等の絶縁性部材よりなり、絶縁性補強板１の片方の同一面（図では上面）には、後述する圧電体に配設した（＋）(−)両極パターンと対応する位置に、圧電体と接続する接続用の（＋）極パターン１aと、(−)極パターン１bが配設されている。また、該（＋）（−）両極パターン１a、１bと導通パターン１c、１dで導通して絶縁性補強板1の圧電体を配設する領域外に延出する外部取出用の（＋）極外部取出しパターン１eと、（−）極外部取出しターン１fが配設されている。更に、後述する2枚の圧電体に配設された（＋）（−）両極パターンのそれぞれの極性を繋ぐ半田メッキ等で導電処理されたスルーホール２、３が配設されている。

前記絶縁性補強板１の両面に接合する２枚の圧電体４、５には、それぞれ前記絶縁性補強板１と接合する面に（＋）極パターン４ａ、５ａと(−)極パターン４ｂ、５ｂを配設する。該両極パターンの配設位置は、上記したように、絶縁性補強板１に配設した、（＋）極パターン１aと(−)極パターン１bに合致するように配設する。前記圧電体４、５は、絶縁性補強板１の面積より小さくなっている。上記した各電極パターンの大きさは任意に設定される。

前記圧電体４、５と絶縁性補強板１との接合は、各（＋）（−）両極パターンのそれぞれの極性を繋ぐように位置合わせする。即ち、スルーホール２を介して、圧電体４の（＋）極パターン４ａと絶縁性補強板１の（＋）極パターン１ａと、圧電体５の（＋）極パターン５ａとが繋がるように、同様に、スルーホール３を介して、圧電体４の（−）極パターン４ｂと絶縁性補強板１の（−）極パターン１ｂと、圧電体５の（−）極パターン５ｂとが繋がるように位置合わせする。その後、エポキシ樹脂等の接着剤を使用して接合する。前記圧電体４、５と絶縁性補強板１との接合は、図示しない、ACF（異方性導電膜）あるいはACP（異方性導電ペースト）を混ぜた接着シートにて接続するか、または、絶縁性補強板１に半田ペーストを印刷し、SMD方式（表面実装：リフロー）にて接続しても良い。

前記圧電体４、５と絶縁性補強板１とが電気的に接合された状態で、前記絶縁性補強板１に配設された（＋）極外部取出しパターン１eと、（−）極外部取出しターン１fは、圧電体４、５を配設した領域外に配置される。

本実施例１では、絶縁性補強板の両面に対向配置した２枚の圧電体の電気的接続を、スルーホール電極を介して行ったが、絶縁性補強板の外周側面に設ける図示しない端面連絡導電部で電気的接続を行っても良い。

図３及び図４は、本実施例１の音響振動発生素子の外部取出しパターンにリード線を半田付けした状態を示す斜視図である。図３は基本構成を示し、（＋）極外部取出しパターン１eに（＋）極客先接続用リード線６を半田付けし、（−）極外部取出しパターン１fに（−）極客先接続用リード線７を半田付けする。図４は応用例図を示し、図３の音響振動発生素子に固定子８を付加した固定子付き音響振動発生素子である。

以上、本実施例１で述べた構成の音響振動発生素子の作用・効果について説明する。本実施例１の圧電体と絶縁性補強板の電気的な接続は、それぞれの極性を繋ぐスルーホール電極により行われ、絶縁性補強板上の圧電体配設領域外に外部設置用のパターンを配置することができる。従来の構造では、最低３本（＋極２本、−極１本）にリード線が必要であり、その内、＋極を１本に束ねる必要があった。そのため更に別のリード線も必要になる。本実施例１の構造では、客先への回路接続は、（＋）極と（−）極の２本あればよいので、客先への回路接続用リード線（外部取出しリード線）を絶縁性補強板の２本取付けるだけですむ。圧電体にリード線を半田付けする必要もなく、圧電体からの電極を容易に取出すことができ、圧電体周りの構造が簡素化され、部品点数の削減により、安価な音響振動発生素子を提供することが可能である。

図５〜図８は、本発明の実施例２に係わり、図５は、絶縁性補強板の表裏に貼付する積層型圧電体の表裏に形成された電極図、図６は、絶縁性補強板の表裏に形成された電極図、図７は、絶縁性補強板に積層型圧電体を貼付した電極図、図８は、多層（９層）積層型圧電体の電極図である。

図５において、図５（a）は積層型圧電体の表面の電極パターン、図５（ｂ）は積層型圧電体の側面図、図５（ｃ）は積層型圧電体の裏面の電極パターンを示す。積層型圧電体１１において、１１aは（＋）極パターン、１１bは（−）極パターンで、１１a（＋）及び１１b（−）はそれぞれ島状に分離されている。１２a（＋）極、１２b（−）極は前記積層型圧電体１１の長手方向の両側面に配設した側面電極で、積層型圧電体１１の表裏面の同極の電極パターンを導通接続する。

図６において、絶縁性補強板１３は、ガラエポ基板やFPC材等の絶縁性部材よりなり、図６（a）は絶縁性補強板１３の表面の電極パターンで、１３aは（＋）極パターンであり、図５（c）に示す積層型圧電体１の裏面の（＋）極パターン１１aに対応しパターン形状を合わせている。１３bは(−)極パターンで、図５（c）に示す積層型圧電体１１の裏面の電極で、（−）極パターン１１ｂに対応しパターン形状を合わせている。図６（b）は絶縁性補強板１３の側面図、図６（ｃ）は絶縁性補強板１３の裏面の電極パターンで、１３aは（＋）極パターンで、図５（a）に示す積層型圧電体１１の表面の電極で、（＋）極パターン１１aに対応する。１３bは（−）極パターンである。更に、絶縁性補強板１３上の前記積層型圧電体１１の配設領域外に延出するように、１３a（＋）極パターンから連通する外部取出用の（＋）極パターン１４aと、１３ｂ（−）極パターンから連通する外部取出用の（−）極パターン１４ｂを配設する。また、該外部取出用の（＋）極パターン１４a、（−）極パターン１４ｂには、スルーホール１５を設けて表裏の電極を束ね容易に外部電極を取り出すことができる。

図６に示すように、前記絶縁性補強板１３に設けた電極パターン１３a（＋）、１３b（−）の内、前記積層型圧電体１１との導通部の間を全てレジスト膜１６で覆うことにより、積層型圧電体１１を貼付する面の平面度を増すことができる。上記したように、絶縁性補強板１３の表裏面の電極パターン形状は同形状をしていて、積層型圧電体１１が絶縁性補強板１３に位置ズレなく貼付されるように絶縁性補強板１３に電極パターンが配置されている。

図７において、前記絶縁性補強板１３の両面に対称構造をした積層型圧電体１１をエポキシ樹脂系の接着剤、接着シートあるいはACF等の図示しない接着層を介在して熱圧着などで貼付したものである。前記絶縁性補強板１３上の積層型圧電体１１の配設領域外に外部取出用の（＋）極パターン１４a、（−）極パターン１４ｂが延出されている。

図８において、図８（ａ）は、図５（ａ）と同様に積層型圧電体１１の外部電極（表面）の電極パターンを示し、図８（ｄ）は、図５（ｃ）と同様に積層型圧電体１１の外部電極（裏面）の電極パターンを示す。図８（b）は、内部電極（例えば、２、４、６、８層）、図８（c）は、内部電極（例えば、１、３、５、７層）の電極パターンを示す。上記した９層の積層型圧電体１１は、両側面に配設された側面電極１２a(＋)、１２b（−）により１層とびに電極を束ねて導通接続されている。

上記した多層（例えば、９層）積層型圧電体１１を前記絶縁性補強板１３の片面または両面に貼付して音響振動発生素子を構成しても良い。

上述した実施例１と同様に、絶縁性補強板１３上の積層型圧電体１１の配設領域外に延出された外部取出用の（＋）極パターン１４a、（−）極パターン１４ｂに、図示しない（＋）（−）両極客先接続用リード線を接続しても良い。

以上、本実施例２で述べた構成の音響振動発生素子の作用・効果について説明する。絶縁性補強板に張り合わせる積層型圧電体の電極パターンの形状は、略同じ形状にすることにより、積層型圧電体と絶縁性補強板の貼り合わせの位置ズレが起きても、組み立て誤差程度であれば、電極がショートすることを防止することができる。また、絶縁性補強板上の積層型圧電体の配設領域外に延出された外部導通用の電極パターンにスルーホールを設け表裏面の電極を束ねることができ、容易に外部電極を取り出すことができる。更に、絶縁性補強板に設けた電極パターンの内、積層型圧電体導通部（接点を取る箇所）間を全てレジストで覆うことで、平坦度が増し積層型圧電体をより平面に貼ることができる。など優れた音響振動発生素子を提供することが可能である。

本発明の実施例１に係わる音響振動発生素子の展開斜視図である。 図１の正面図である。 図１の基本構成を示す斜視図である。 図３に固定子を付加した応用例を示す斜視図である。 本発明の実施例２に係わる積層型圧電体の表裏の電極図である。 図５の積層型圧電体を貼付する絶縁性補強板の表裏の電極図である。 図６の絶縁性補強板に図５の積層型圧電体を貼付した電極図である。 多層（９層）積層型圧電体の電極図である。 従来の圧電バイモルフの側面図である。 図９の平面図である。 図９の要部拡大側面図である。

符号の説明

１，１３ 絶縁性補強板
１a、１３a 絶縁性補強板の（＋）極パターン
１b、１３b 絶縁性補強板の（−）極パターン
１e、１４a （＋）極外部取出しパターン
１f、１４b （−）極外部取出しパターン
２、３、１５ スルーホール
４、５、１１ 圧電体
４ａ、５a、１１ａ 圧電体の（＋）極パターン
４ｂ、５b、１１ｂ 圧電体の（−）極パターン
８ 固定子
１２a、１２ｂ 側面電極
１６ レジスト

Claims (9)

1. 長手方向に延びた絶縁性補強板の表裏面に、予め分極された圧電体を対向配置して電気的に接続が保たれるように接合した音響振動発生素子において、前記圧電体には少なくとも絶縁性補強板と接合する面に、（＋）（−）両極パターンを配設し、前記絶縁性補強板には前記圧電体に配設した（＋）（−）両極パターンと対応する位置に圧電体と接続する（＋）（−）両極パターンと、該（＋）（−）両極パターンから連通して絶縁性補強板上の圧電体配設領域外に延出する外部取出用の（＋）（−）両極パターンを配設すると共に、前記絶縁性補強板の表裏面に前記圧電体を対向配置して、前記絶縁性補強板と前記圧電体とを電気的導通手段により接続が保たれるように接合したことを特徴とする音響振動発生素子。
2. 前記絶縁性補強板と前記圧電体を対向配置して接続する電気的導通手段は、前記絶縁性補強板に形成され導電処理したスルーホールであることを特徴とする請求項１記載の音響振動発生素子。
3. 前記絶縁性補強板と前記圧電体を対向配置して接続する電気的導通手段は、前記圧電体の長手方向の両側面に配設された側面電極であることを特徴とする請求項１記載の音響振動発生素子。
4. 前記絶縁性補強板の両面に対向配置する２枚の圧電体は、前記絶縁性補強板との接合面に（＋）（−）両極パターンを配設した圧電セラミクスであることを特徴とする請求項１または２記載の音響振動発生素子。
5. 前記絶縁性補強板の両面に対向配置する圧電体は、該圧電体の両面に（＋）（−）両極パターンを配設した積層型圧電体であることを特徴とする請求項１または３記載の音響振動発生素子。
6. 前記絶縁性補強板の外部取出用の両極パターンにスルーホールを設けることにより、前記積層型圧電体の表裏の電極を束ねて外部電極を取り出すように構成したことを特徴とする請求項１、３、５の何れか１項記載の音響振動発生素子。
7. 前記絶縁性補強板に設けた電極パターンの内、前記積層型圧電体との導通部の間を全てレジスト膜で覆ったことを特徴とする請求項１、３、５、６の何れか1項記載の音響振動発生素子。
8. 前記積層型圧電体は、多層積層型圧電体であって、積層型圧電体の表裏および層間の対向する電極同士を前記積層型圧電体の長手方向の両側面に配設した側面電極で導通接続され、表裏面に外部電極を有し、前記側面電極で複数層の内部電極を1層とびに束ねたことを特徴とする請求項１、３、５、６、７の何れか1項記載の音響振動発生素子。
9. 前記絶縁性補強板上の圧電体配設領域外の延出する外部取出用（＋）（−）両極パターンに、（＋）（−）両極客先接続用リード線を接続したことを特徴とする請求項１〜８の何れか1項記載の音響振動発生素子。
   

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