JP2015109375A - 圧電アクチュエータおよびこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性接合材と圧電素子との境界に隙間ができてスパークが生じるのを抑制された圧電アクチュエータおよびこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、電子機器を提供する。【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータ１は、内部電極および圧電体層が積層された積層体１１と、積層体１１の少なくとも一方の主面に設けられ、内部電極と電気的に接続された複数の表面電極１２と、導電性接合材を介して一方の主面に一部が接合され、複数の表面電極１２と電気的に接続された配線導体１３１を備えたフレキシブル基板１３とを含み、積層体１１の一方の主面における複数の表面電極１２が設けられた領域にはそれぞれ他の部位よりも***した***部１５がある。【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動装置、携帯端末などに好適な圧電アクチュエータおよびこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、電子機器に関するものである。

圧電アクチュエータとして、内部電極と圧電体層とが複数積層された積層体の表面に表面電極を形成してなるバイモルフ型の圧電素子を用いたものや（特許文献１を参照）、圧電素子とフレキシブル基板とを導電性接合材で接合して、圧電素子の表面電極とフレキシブル基板の配線導体とを電気的に接続させたものが知られている（特許文献２を参照）。

特開２００２−１０３９３号公報 特開平６−１４３９６号公報

ここで、外部からの振動あるいは圧電素子の屈曲振動によって導電性接合材に繰返し応力が加わった際に、導電性接合材と圧電素子との境界に隙間ができてスパークが生じるおそれがある。その結果、接続抵抗が増加し、変位量が低下するおそれがある。圧電素子の表面電極とフレキシブル基板の配線導体との間には、振動に対して耐久性のある強固な接合が求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、導電性接合材と圧電素子との境界に隙間ができてスパークが生じるのを抑制された圧電アクチュエータおよびこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の少なくとも一方の主面に設けられ、前記内部電極と電気的に接続された複数の表面電極と、導電性接合材を介して前記一方の主面に一部が接合され、前記複数の表面電極と電気的に接続された配線導体を備えたフレキシブル基板とを含み、前記積層体の前記一方の主面における前記複数の表面電極が設けられた領域にはそれぞれ他の部位よりも***した***部があることを特徴とする圧電アクチュエータである。

また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、近接する表面電極と表面電極との間に凹部があることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記導電性接合材が異方性導電接着剤であることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記導電性接合材が前記積層体と前記フレキシブル基板との重なる領域からはみ出していることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記フレキシブル基板が
前記***部に沿って変形していることを特徴とするものである。

また、本発明は、前記積層体の前記他方の主面に接合された振動板とを有することを特徴とする圧電振動装置である。

また、本発明は、上記の圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記積層体の他方主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末である。

また、本発明は、上記の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータが取り付けられており、該圧電アクチュエータの振動によって該圧電アクチュエータとともに振動する振動板と、該振動板の外周部の少なくとも一部に設けられ、前記振動板を支持する支持体とを備えていることを特徴とする音響発生器である。

また、本発明は、上記の音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路と、該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体とを備え、前記音響発生器から音響を発生させる機能を有することを特徴とする電子機器である。

本発明によれば、積層体の一方の主面における複数の表面電極が設けられた領域にそれぞれ他の部位よりも***した***部があることで、振動によりフレキシブル基板をはがすような応力が加わっても、***部が変形することによって、その応力が緩和される。したがって、長期間にわたってスパークが生じず、積層体の変位量が安定する圧電アクチュエータを得ることができる。

図１（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 図２は本発明の圧電アクチュエータの構成する内部電極の概略平面図であり、（ａ）は第１の電極、（ｂ）は積層体の一方主面側に配置された第２の電極、（ｃ）は積層体の他方主面側に配置された第３の電極を示している。 図１（ｂ）の他の例を示す概略断面図である。 図１（ｂ）の他の例を示す概略断面図である。 図１（ｂ）の他の例を示す概略断面図である。 本発明の圧電振動装置の実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。 本発明の携帯端末の実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。 図７に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 図７に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 図１０（ａ）は、本発明の音響発生器の実施の形態の概略構成を示す模式的な平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ線で切断した一例の概略断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線で切断した他の例の概略断面図である。 本発明の電子機器の実施の形態に係る構成を示す図である。

本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ
）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。

図１に示す本実施形態の圧電アクチュエータ１は、内部電極および圧電体層が積層された積層体１１と、積層体１１の少なくとも一方の主面に設けられ、内部電極と電気的に接続された複数の表面電極１２と、導電性接合材を介して一方の主面に一部が接合され、複数の表面電極１２と電気的に接続された配線導体１３１を備えたフレキシブル基板１３とを含み、積層体１１の一方の主面における複数の表面電極１２が設けられた領域にはそれぞれ他の部位よりも***した***部１５がある。

本例の圧電アクチュエータ１を構成する積層体１１は、内部電極および圧電体層が積層されて板状に形成されてなるものである。複数の内部電極が積層方向に重なっている活性部とそれ以外の複数の内部電極が積層方向に重なっていない不活性部とを有している。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、積層体１１は例えば長尺状に形成され、この積層体１１の長さとしては、例えば１８ｍｍ〜２８ｍｍが好ましく、２２ｍｍ〜２５ｍｍが更に好ましい。積層体１１の幅は、例えば１ｍｍ〜６ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。積層体１１の厚みは、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍが更に好ましい。なお、図に示す例では、積層体１１は平面視が長方形の板状に形成されたものとなっているが、この形状に限定されず、例えば平面視で正方形、長方形、円形などの形状の板状体とされたものでもよい。

積層体１１を構成する内部電極は、圧電体層を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、第１の電極および第２の電極からなる。例えば、第１の電極がグランド極となり、第２の電極が正極または負極となる。圧電体層と交互に積層されて圧電体層を上下から挟んでおり、積層順に第１の電極および第２の電極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層に駆動電圧を印加するものである。なお、積層体１１が例えば平面視の形状が長方形の板状体の場合、第１の電極となる内部電極１７１は例えば図２（ａ）に示すように平面視で長方形状に形成される。また、この場合において、一方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１７２は、例えば図２（ｂ）に示すように平面視で長方形状の対向部と対向部よりも幅の狭い引出部とからなる形状に形成され、他方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１７３は、例えば図２（ｃ）に示すように平面視で長方形状の対向部と対向部よりも幅の狭い引出部とからなる形状に形成され、ちょうど一方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１７２を左右反転させた形状とされる。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀や銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。

図示しないが、第１の電極および第２の電極の端部がそれぞれ積層体１１の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、内部電極の長さは、例えば１７ｍｍ〜２５ｍｍが好ましく、２１ｍｍ〜２４ｍｍが更に好ましい。内部電極の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。内部電極の厚みは、例えば０．１〜５μｍが好ましい。

積層体１１を構成する圧電体層は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。圧電体層の１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば０．０１〜０．１ｍｍに設定することが好ましい。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電定数ｄ３１を有することが好
ましい。

積層体１１の少なくとも一方の主面には、内部電極と電気的に接続された複数の表面電極１２が設けられている。図に示す表面電極１２は、例えば大きな面積の第１の表面電極１２１、小さな面積の第２の表面電極１２２および第３の表面電極１２３で構成されている。そして、例えば、第１の表面電極１２１は第１の電極となる内部電極１７１と電気的に接続され、第２の表面電極１２２は一方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１７２と電気的に接続され、第３の表面電極１２３は他方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１７３と電気的に接続されている。

携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、第１の表面電極１２１の長さは、例えば１７ｍｍ〜２３ｍｍが好ましく、１９ｍｍ〜２１ｍｍが更に好ましい。第１の表面電極１２１の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。第２の表面電極１２２および第３の表面電極１２３の長さは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。第２の表面電極１２２および第３の表面電極１２３の幅は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが好ましい。また、内部電極１７１の長さは、例えば１７ｍｍ〜２３ｍｍが好ましく、１９ｍｍ〜２１ｍｍが更に好ましい。内部電極１７１の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。内部電極１７２および内部電極１７３における引出部の長さは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。内部電極１７２および内部電極１７３における引出部の幅は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが好ましい。

また、本例の圧電アクチュエータ１は、導電性接合材を介して一方の主面に一部が接合され、複数の表面電極１２と電気的に接続された配線導体１３１を備えたフレキシブル基板１３を含んでいる。

具体的には、フレキシブル基板１３は、例えば樹脂製のベースフィルム１３２における積層体１１に面する側の主面に複数本（例えば２本）の配線導体１３１が設けられたフレキシブルなプリント配線基板であり、この配線導体１３１が導電性接合材を介して表面電極１２と電気的に接続されている。なお、配線導体１３１の一部を覆うようにカバーフィルム１３３が設けられてもよい。ここで、カバーフィルム１３３は配線導体１３１の表面電極１２との接続部を除く領域に設けられていればよいが、積層体１１と重なる領域およびその近傍領域はカバーフィルム１３３が設けられていないことで、カバーフィルム１３３の厚みによる影響を受けることなく、確実な電気的接続が得られる。このフレキシブル基板１３は、例えば一方の端部で積層体１１と接合され、他方の端部で外部回路（コネクタ）と接合されている。

導電性接合材としては、導電性接着剤やはんだ等が用いられるが、好ましくは導電性接着剤であるのがよい。例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、あるいは合成ゴムなどの樹脂中に金、銅、ニッケル、または金メッキした樹脂ボールなどからなる導体粒子を分散させてなる導電性接着剤を用いることで、はんだに比べて振動によって生じる応力を低減することができるためである。

より好ましくは、導電性接着剤の中でも図に示すような異方性導電接着剤１４であるのがよい。異方性導電接着剤１４は、電気的接合を担う導電粒子１４１と接着を担う樹脂接着剤１４２とからなる。具体的には、一つの導電粒子１４１が表面電極１２と配線導体１３１とに接している。この異方性導電接着剤１４は、厚み方向には導通が取れ、面内方向には絶縁が取れるため、狭ピッチの配線においても異極の表面電極間で電気的にショートすることがなく、フレキシブル基板１３との接続部をコンパクトにすることができる。

ここで、積層体１１の一方の主面における複数の表面電極１２が設けられた領域にはそれぞれ他の部位よりも***した***部１５がある。ここで、***部１５は、他の部位（***していない周囲の領域）より例えば０．１〜１００μｍ高くなっている領域である。***部１５は複数の表面電極１２（第１の表面電極１２１、第２の表面電極１２２および第３の表面電極１２３）のそれぞれの面積に対して例えば２％以上の面積の領域に設けられる。また、***部１５は、他の部位（***していない周囲の領域）から遠ざかるにつれて徐々に***していくような形状（頂点を有するような凸状）であってもよく、最も高くなっている部位（頂点）が一つまたは複数あってもよい。

この構成により、振動によりフレキシブル基板１３をはがすような応力が加わっても、***部が変形することによって、その応力を緩和することができる。また、振動の伝達を抑制する効果も得られる。その結果、長期間にわたってスパークを生じさせず、積層体の変位量を安定させることができる。

ここで、導電性接合材が異方性導電接着剤１４であることで、それぞれの表面電極１２が設けられた領域にある***部１５の頂点付近に導電粒子１４１が挟まれ、表面電極１２および配線導体１３１のそれぞれに導電粒子１４１が食い込み易くなり、確実な接続が得られる。また、導電粒子１４１がつぶれて断面積が増えるため、接触抵抗を低下させることができる。その結果、よりスパークを生じさせず、積層体１１の変位量を安定させることができる。

また、図３に示すように、近接する表面電極１２と表面電極１２との間に凹部１６があるのが好ましい。ここで、凹部１６は、他の部位（凹んでいない周囲の領域）より例えば０．１〜１００μｍ凹んでいる領域である。凹部１１１を設けることで、導電性接合材として導電性接着剤を用いた場合に、当該導電性接着剤の厚みが増えるので、より応力を緩和することができ、より長期間にわたってスパークを生じさせず、積層体の変位量を安定させることができる。特に、異方性導電接着剤１４を用いた場合に、凹部１６の上方における導電性接着剤の樹脂の比率を多くすることができ、さらに効果的である。

また、図４に示すように、導電性接合材（導電性接着剤、特に異方性導電接着剤１４）が積層体１１とフレキシブル基板１３との重なる領域からはみ出しているのが好ましく、はみ出した部分がフレキシブル基板１３と接合したり積層体１１の側面と接合したりすることで、接合力を増すことができるとともに更に応力を緩和することができる。なお、０．０２〜２ｍｍはみ出ているのが効果的であり、特にカバーフィルム１３３まで達しているのが、配線導体１３１を保護する効果も加わる点で、好ましい。

また、図５に示すように、フレキシブル基板１３が***部１５に沿って変形しているのが好ましい。フレキシブル基板１３が***部１５に沿って変形していることで、応力を異なる方向に分散させることができる。また、***部１５を更に変形し易くすることができる。したがって、応力を更に緩和するとともに、フレキシブル基板１３の剥がれを進展し難くすることができる。

なお、積層体１１の他方の主面を平坦にしておくことにより、例えば振動を加える対象物（例えば後述する振動板など）に他方の主面を貼り合わせたときに、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率を上げることができる。

また、本例の圧電アクチュエータ１は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータであって、表面電極１２から電気信号が入力されて一方の主面および他方の主面が屈曲面となるように屈曲振動するものであるが、本発明の圧電アクチュエータとしては、バイモル
フ型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、例えば後述する振動板に積層体１１の他方の主面を接合する（貼り合わせる）ことで、ユニモルフ型でも屈曲振動させることができる。

次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。

まず、圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。

次に、内部電極となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層する。

ここで、積層体１１の一方の主面における複数の表面電極１２が設けられた領域にそれぞれ他の部位よりも***した***部１５があるようにするには、例えば、表面電極１２と重なる領域に部分的にセラミックグリーンシートを積層したり、部分的にセラミックペーストを塗布したり、部分的に内部電極の引出部が多く重なるようなパターンに形成したりすることにより、この部位のセラミックグリーンシート積層体の厚みを厚くするように積層したうえで、一方主面側に弾性に富むシート状体を配置するとともに反対の他方主面側に板状体を配置してこれらでセラミックグリーンシート積層体を挟み、加圧密着させる方法が挙げられる。また、積層体１１に他の部位より凹んだ凹部１６があるようにするには、例えばこの部分だけ凹部１６の形状にくり抜いたグリーンシートを積層したり、部分的に内部電極が少なく重なるようなパターンに形成したりしたうえで、一方主面側に弾性に富むシート状体を配置するとともに反対の他方主面側に板状体を配置してこれらでセラミックグリーンシート積層体を挟み、加圧密着させる方法が挙げられる。この方法により、一方主面側に***部１５や凹部１６を形成することができる。

その後、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、９００〜１２００℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された内部電極および圧電体層を備えた積層体を作製する。

積層体は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、内部電極と圧電体層とを複数積層してなる積層体を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。

その後、銀を主成分とする導電粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、表面電極のパターンで積層体の主面および側面にスクリーン印刷法等によって印刷して乾燥させた後、６５０〜７５０℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極を形成する。

なお、表面電極と内部電極とを電気的に接続する場合、圧電体層を貫通するビアを形成して接続しても、積層体の側面に側面電極を形成しても良く、どのような製造方法によっ
て作製されてもよい。

次に、導電性接合材として例えば導電性接着剤を用いて、フレキシブル基板を積層体に接続固定（接合）する。

まず、積層体の所定の位置に導電性接着剤用ペーストをスクリーン印刷等の手法を用いて塗布形成する。その後、フレキシブル基板を当接させた状態で導電性接着剤用ペーストを硬化させることにより、フレキシブル基板を圧電素子に接続固定する。なお、導電性接着剤用ペーストは、フレキシブル基板６側に塗布形成しておいてもよい。

導電性接着剤を構成する樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合は、導電性接着剤を積層体またはフレキシブル基板の所定の位置に塗布形成した後、積層体とフレキシブル基板とを導電性接着剤を介して当接させた状態で加熱加圧することで、熱可塑性樹脂が軟化流動し、その後常温に戻すことで、再び熱可塑性樹脂が硬化し、フレキシブル基板が積層体に接続固定される。

特に、導電性接合材として異方性導電接着剤を用いる場合は、近接する導電粒子が接触しないように加圧量を制御する必要がある。

また、上述では、導電性接着剤を積層体またはフレキシブル基板に塗布形成する手法を示したが、予めシート状に形成された積層体のシートを積層体とフレキシブル基板との間に挟んだ状態で加熱加圧して接合してもよい。

本実施形態の圧電振動装置は、図６に示すように、圧電アクチュエータ１と、圧電アクチュエータ１を構成する積層体１１の他方の主面に接合された振動板８１とを有するものである。なお、積層体１１の一方の主面に接合されたフレキシブル基板は図６では省略している。

振動板８１は、例えば矩形状の薄板である。振動板８１は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。また、振動板８１の厚みは、例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍに設定される。

振動板８１は、積層体１１の他方主面に、接合部材８２を介して接合されている。接合部材８２を介して、振動板８１に他方主面の全面が接合されていてもよく、略全面が接合されていてもよい。

接合部材８２は、フィルム状の形状を有している。また、接合部材８２は、振動板８１よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板８１よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合部材８２は、圧電アクチュエータ１（積層体１１）の駆動によって振動板８１を振動させたときに変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板８１よりも大きく変形するものである。そして、接合部材８２の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）には積層体１１の他方主面（図の−ｚ方向側の主面）が全体的に固着され、接合部材８２の他方主面（図の−ｚ方向側の主面）には振動板８１の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）の一部が固着されている。

変形可能な接合部材８２で積層体１１と振動板８１とを接合することで、圧電アクチュエータ１（積層体１１）から振動が伝達されたとき、変形可能な接合部材８２が振動板８１よりも大きく変形する。

このとき、振動板８１から反射される逆位相の振動を変形可能な接合部材８２で緩和す
ることができるので、圧電アクチュエータ１（積層体１１）が周囲の振動の影響を受けずに振動板８１へ強い振動を伝達させることができる。

中でも、接合部材８２の少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることで、圧電アクチュエータ１（積層体１１）からの強い振動を振動板８１へ伝える一方、振動板８１から反射される弱い振動を接合部材８２が吸収することができる点で好ましい。例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤を含む構成の接合部材を用いることができ、これらの厚みとしては例えば１０μｍ〜２０００μｍのものを用いることができる。

接合部材８２は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合部材８２としては、例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤である各種弾性接着剤等を好適に用いることができる。また、接合部材８２の厚みは、圧電アクチュエータ１（積層体１１）の屈曲振動の振幅よりも大きいことが望ましいが、厚すぎると振動が減衰されるので、例えば、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍに設定される。ただし、本発明の圧電振動装置においては、接合部材８２の材質に限定はなく、接合部材８２が振動板８１よりも固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合部材８２を有さない構成であっても構わない。

このような構成を備える本例の圧電振動装置は、電気信号を加えることによって圧電アクチュエータ１（積層体１１）を屈曲振動させ、それによって、振動板８１を振動させる圧電振動装置として機能する。なお、振動板８１の長さ方向における他方端部（図の−ｙ方向端部や振動板８１の周縁部等を、図示せぬ支持部材によって支持しても構わない。

また、本例の圧電振動装置は、積層体１１の平坦な他方主面に振動板８１が接合されている。これにより、積層体１１と振動板８１とが強固に接合された圧電振動装置とすることができる。

本例の圧電振動装置は、長期間にわたってスパークが生じず、積層体の変位量が安定する圧電アクチュエータ１を用いて構成されていることから、耐久性に優れ、長期間安定して駆動する圧電振動装置とすることができる。

本実施形態の携帯端末は、図７〜図９に示すように、圧電アクチュエータ１と、電子回路（図示せず）と、ディスプレイ９１と、筐体９２とを有しており、積層体１１の他方主面が筐体９２に接合されたものである。なお、図７は本発明の携帯端末を模式的に示す概略斜視図であり、図８は図７に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図９は図７に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。積層体１１の一方の主面に接合されたフレキシブル基板は図８および図９では省略している。

ここで、積層体１１と筐体９２とが変形可能な接合部材を用いて接合されているのが好ましい。すなわち、図８および図９においては接合部材８２が変形可能な接合部材である。

変形可能な接合部材８２で積層体１１と筐体９２とを接合することで、圧電アクチュエータ１（積層体１１）から振動が伝達されたとき、変形可能な接合部材８２が筐体９２よりも大きく変形する。

このとき、筐体９２から反射される逆位相の振動を変形可能な接合部材８２で緩和することができるので、圧電アクチュエータ１（積層体１１）が周囲の振動の影響を受けずに
筐体９２へ強い振動を伝達させることができる。

中でも、接合部材８２の少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることで、圧電アクチュエータ１（積層体１１）からの強い振動を筐体９２へ伝える一方、筐体９２から反射される弱い振動を接合部材８２が吸収することができる点で好ましい。例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤を含む構成の接合部材を用いることができ、これらの厚みとしては例えば１０μｍ〜２０００μｍのものを用いることができる。

そして、本例では、積層体１１はディスプレイ９１のカバーとなる筐体９２の一部に取り付けられ、この筐体９２の一部が振動板９２２として機能するようになっている。

なお、本例では積層体１１が筐体９２に接合されたものを示したが、積層体１１がディスプレイ９１に接合されていてもよい。

筐体９２は、１つの面が開口した箱状の筐体本体９２１と、筐体本体９２１の開口を塞ぐ振動板９２２とを有している。この筐体９２（筐体本体９２１および振動板９２２）は、剛性および弾性率が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。

振動板９２２の周縁部は、筐体本体９２１に接合材９３を介して振動可能に取り付けられている。接合材９３は、振動板９２２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板９２２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合材９３は変形可能であり、同じ力が加わったときに振動板９２２よりも大きく変形する。

接合材９３は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合材９３としては、例えば不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープ等を好適に用いることができる。接合材９３の厚みは、厚くなりすぎて振動が減衰されないように設定されており、例えば０．１ｍｍ〜０．６ｍｍに設定される。ただし、本発明の携帯端末においては、接合材９３の材質に限定はなく、接合材９３が振動板９２２よりも固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合材９３を有さない構成であっても構わない。

電子回路（図示せず）としては、例えば、ディスプレイ９１に表示させる画像情報や携帯端末によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。なお、電子回路と圧電アクチュエータ１とは図示しない接続用配線で接続されている。

ディスプレイ９１は、画像情報を表示する機能を有する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，および有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイを好適に用いることができる。なお、ディスプレイ９１は、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良い。また、ディスプレイ９１のカバー（振動板９２２）が、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。さらに、ディスプレイ９１全体や、ディスプレイ９１の一部が振動板として機能するようにしても構わない。

また、本実施形態の携帯端末は、ディスプレイ９１または筐体９２が、耳の軟骨または気導を通して音情報を伝える振動を生じさせることを特徴とする。本例の携帯端末は、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）を直接または他の物を介して耳に接触させて、
耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。すなわち、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）を直接または間接的に耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。これにより、例えば、周囲が騒がしいときにおいても音情報をクリアに伝達することができ、難聴者でも音声を認識することが可能な携帯端末を得ることができる。なお、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）と耳との間に介在する物は、例えば、携帯端末のカバーであっても良いし、ヘッドホンやイヤホンでも良く、振動を伝達可能な物であればどんなものでも構わない。また、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）から発生する音を空気中に伝播させることにより、音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。さらに、複数のルートを介して音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。

本例の携帯端末は、長期間にわたってスパークが生じず、積層体の変位量が安定する圧電アクチュエータ１を用いて構成されていることから、耐久性に優れ、長期間にわたって安定して高品質な音情報を伝達することができる。

また、本実施形態の音響発生器１０は、図１０に示すように、上述の圧電アクチュエータ１と、圧電アクチュエータ１が取り付けられており、圧電アクチュエータ１の振動によって圧電アクチュエータ１とともに振動する振動板２と、振動板２の外周部に設けられた枠体３とを有するものである。

圧電アクチュエータ１は、電圧の印加を受けて振動することによって振動板２を励振する励振器である。圧電アクチュエータ１の主面と振動板２の主面とがエポキシ系樹脂等の接着剤により接合され、圧電アクチュエータ１が屈曲振動することにより、圧電アクチュエータ１が振動板２に一定の振動を与えて音を発生させることができる。

振動板２は、張力がかかっている状態でその周縁部が枠体３に固定されていて、圧電素子アクチュエータ１の振動によって圧電アクチュエータ１とともに振動するようになっている。この振動板２は樹脂や金属等の種々の材料を用いて形成することができ、例えば厚さ１０〜２００μｍのポリエチレン、ポリイミド、ポリプロピレン等の樹脂フィルムで振動板２を構成することができる。樹脂フィルムは金属板などに比べて弾性率および機械的なＱ値の低い材料であるため、振動板２を樹脂フィルムにより構成することで、振動板２を大きな振幅で屈曲振動させ、音圧の周波数特性における共振ピークの幅を広く、高さを低くして共振ピークとディップとの差を低減することができる。

枠体３は、振動板２の周縁部で振動板２を支持する支持体として機能し、例えばステンレスなどの金属、樹脂など種々の材料を用いて形成することができる。この枠体３は、図１０（ｂ）に示すように一つの枠部材（上枠部材３１）からなるものでもよく、図１０（ｃ）に示すように二つの枠部材（上枠部材３１および下枠部材３２）からなるものでもよい。この場合、二つの枠部材で振動板２を挟むことで、振動板２の張りを安定させることができる。なお、上枠部材３１および下枠部材３２は、それぞれの厚みが例えば１００〜５０００μｍとされる。

本例の音響発生器１０においては、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ１から振動板２の表面の少なくとも圧電アクチュエータ１の周辺部までを覆うように設けられた樹脂層４をさらに有するのが好ましい。樹脂層４としては、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。かかる樹脂層４に圧電アクチュエータ１（積層体１１）を埋設することで適度なダンパー効果を誘発させることができるので、共振現象を抑制して、音圧の周波数特性におけるピークやディップを小さく抑えることができる。なお、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、樹脂層４は上枠部材３１と同じ高さとなるように形成されていてもよい。

このような音響発生器１０は、上述したように長期間にわたってスパークが生じず、積層体の変位量が安定する圧電アクチュエータ１を用いて構成されていることから、耐久性に優れ、長期間安定して駆動することができる。

次に、音響発生器を搭載した電子機器について、図１１を用いて説明する。図１１は、実施形態に係る電子機器５０の構成を示す図である。なお、両図には、説明に必要となる構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

図１１に示すように、本例の電子機器５０は、音響発生器１０と、音響発生器１０に接続された電子回路６０と、電子回路６０および音響発生器１０を収容する筐体４０とを備え、音響発生器１０から音響を発生させる機能を有する。

電子機器５０は、電子回路６０を備える。電子回路６０は、たとえば、コントローラ５０ａと、送受信部５０ｂと、キー入力部５０ｃと、マイク入力部５０ｄとから構成される。電子回路６０は、音響発生器１０に接続されており、音響発生器１０へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器１０は電子回路６０から入力された音声信号に基づいて音響を発生させる。

また、電子機器５０は、表示部５０ｅと、アンテナ５０ｆと、音響発生器１０とを備える。また、電子機器５０は、これら各デバイスを収容する筐体４０を備える。なお、図１１では、１つの筐体４０にコントローラ５０ａをはじめとする各デバイスがすべて収容されている状態をあらわしているが、各デバイスの収容形態を限定するものではない。本実施形態では、少なくとも電子回路６０と音響発生器１０とが、１つの筐体４０に収容されていればよい。

コントローラ５０ａは、電子機器５０の制御部である。送受信部５０ｂは、コントローラ５０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｆを介してデータの送受信などを行う。キー入力部５０ｃは、電子機器５０の入力デバイスであり、操作者によるキー入力操作を受け付ける。マイク入力部５０ｄは、同じく電子機器５０の入力デバイスであり、操作者による音声入力操作などを受け付ける。表示部５０ｅは、電子機器５０の表示出力デバイスであり、コントローラ５０ａの制御に基づき、表示情報の出力を行う。

そして、音響発生器１０は、電子機器５０における音響出力デバイスとして動作する。なお、音響発生器１０は、電子回路６０のコントローラ５０ａに接続されており、コントローラ５０ａによって制御された電圧の印加を受けて音響を発することとなる。

なお、図１１では、電子機器５０が携帯用端末装置であるものとして説明を行ったが、電子機器５０の種別を問うものではなく、音響を発する機能を有する様々な民生機器に適用されてよい。たとえば、薄型テレビやカーオーディオ機器は無論のこと、「話す」といった音響を発する機能を有する製品、例を挙げれば、掃除機や洗濯機、冷蔵庫、電子レンジなどといった種々の製品に用いられてよい。

このような電子機器５０は、上述したように長期間にわたってスパークが生じず、積層体の変位量が安定する圧電アクチュエータ１を用いた音響発生器１０を含む構成とされていることから、耐久性に優れ、長期間安定して駆動することができる。

本発明の圧電アクチュエータの具体例について説明する。具体的には、図１に示す圧電アクチュエータを以下に示すように作製した。

圧電素子は、長さが２３．５ｍｍで、幅が３．３ｍｍで、厚みが０．５ｍｍの直方体状とした。また、圧電素子は、厚みが３０μｍの圧電体層と内部電極とが交互に積層された構造とし、圧電体層の総数は１６層とした。圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成した。内部電極は、銀パラジウムの合金を用いた。

銀パラジウムからなる導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層した。ここで、表面電極の***部を設けようとする部位のセラミックグリーンシート積層体厚みを厚くしたうえで、一方主面側を弾性に富むシート状体で、反対の他方主面側を板状体で挟み、加圧密着させることで***部を設けた。その後、所定の温度で脱脂を行った後、１０００℃で焼成を行い、積層焼結体を得た。

表面電極を介して、内部電極間（第１の電極と第２の電極との間）に、２ｋＶ／ｍｍの電界強度の電圧を印加し、圧電体層に分極を施した。

その後、フレキシブル基板と接合する積層体の表面に、導電粒子として金メッキした樹脂ボールを１０ｖｏｌ％含んだ導電性接着剤を塗布形成した。

その後、フレキシブル基板を当接させた状態で加熱加圧することで、フレキシブル基板を固定し、本発明実施例の圧電アクチュエータ（試料Ｎｏ．１）を作製した。なお、上述の導電性接着剤としては、厚み方向には導通し、面内方向には導通しない異方性導電接着剤を用いた。

また、比較例として、セラミックグリーンシート積層体を平坦な板で挟み込んで加熱圧着し、表面が平坦な表面電極を得たこと以外は、上述の試料Ｎｏ．１と同じ構成である本発明の範囲外の圧電アクチュエータ（試料Ｎｏ．２）を作製した。

そして、それぞれの圧電アクチュエータについて、フレキシブル基板を介して、圧電素子に１ｋＨｚの周波数で、実効値±１０Ｖｒｍｓの正弦波信号を印加し、駆動試験を行ったところ、試料Ｎｏ．１、２とも、１００μｍの変位量を有する屈曲振動が得られた。

その後、実効値±１０Ｖｒｍｓの正弦波信号を１０万サイクル連続で加えて駆動試験を行った。本発明の範囲外である試料Ｎｏ．２は変位量低下が発生し、９万サイクルでフレキシブル基板が積層体から剥がれてしまっていた。

一方、本発明実施例の試料Ｎｏ．１の圧電アクチュエータは、１０万サイクルを経た後でも、変位量低下が発生することなく駆動を続けていた。また、フレキシブル基板を接続固定している導電性接着剤にクラックや割れ等は見られず、フレキシブル基板の剥がれは見られなかった。

本発明の圧電アクチュエータを用いることで、スパークも生じず、変位量が安定し、また、長期連続駆動した場合でも、フレキシブル基板が積層体から剥離するといった問題が生じることもなく、優れた耐久性が確認できた。

１：圧電アクチュエータ
１１：積層体
１２：表面電極
１２１：第１の表面電極
１２２：第２の表面電極
１２３：第３の表面電極
１３：フレキシブル基板
１３１：配線導体
１３２：ベースフィルム
１３３：カバーフィルム
１４：異方性導電接着剤
１４１：導電粒子
１４２：樹脂
１５：***部
１６：凹部
１７１、１７２、１７３：内部電極
８１：振動板
８２：接合部材
９１：ディスプレイ
９２：筐体
９２１：筐体本体
９２２：振動板
９３：接合材
１０：音響発生器
２：振動板
３：枠体
３１：上枠部材
３２：下枠部材
４：樹脂層
５０：電子機器
６０：電子回路
４０：筐体
５０ａ：コントローラ
５０ｂ：送受信部
５０ｃ：キー入力部
５０ｄ：マイク入力部
５０ｅ：表示部
５０ｆ：アンテナ

Claims (10)

1. 内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の少なくとも一方の主面に設けられ、前記内部電極と電気的に接続された複数の表面電極と、導電性接合材を介して前記一方の主面に一部が接合され、前記複数の表面電極と電気的に接続された配線導体を備えたフレキシブル基板とを含み、
   前記積層体の前記一方の主面における前記複数の表面電極が設けられた領域にはそれぞれ他の部位よりも***した***部があることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 近接する表面電極と表面電極との間に凹部があることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記導電性接合材が異方性導電接着剤であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記導電性接合材が前記積層体と前記フレキシブル基板との重なる領域からはみ出していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記フレキシブル基板が前記***部に沿って変形していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
6. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、前記積層体の他方の主面に接合された振動板とを有することを特徴とする圧電振動装置。
7. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記積層体の他方の主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末。
8. 前記ディスプレイまたは前記筐体は、耳の軟骨または気導を通して音情報を伝える振動を生じさせることを特徴とする請求項７に記載の携帯端末。
9. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータが取り付けられており、該圧電アクチュエータの振動によって該圧電アクチュエータとともに振動する振動板と、該振動板の外周部に設けられた枠体とを備えていることを特徴とする音響発生器。
10. 請求項９に記載の音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路と、該電子回路および前記音響発生器を収容する筐体とを備え、前記音響発生器から音響を発生させる機能を有することを特徴とする電子機器。
    

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