JP2015126605A - 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】 圧電素子の振動の影響によるフレキシブル基板の剥がれが抑制され、耐久性に優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１２と圧電体層１３とが積層された積層体１４、および積層体１４の一方主面に内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５を備えた圧電素子１１と、ベースフィルム２１およびベースフィルム２１の下面に設けられた配線導体２２を備え、配線導体２２が表面電極１５と電気的に接続されるように、積層体１４の一方主面に導電性接合材３を介して一部が接合されたフレキシブル基板２とを有しており、導電性接合材３が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有している。【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、圧電素子の振動がフレキシブル基板に伝わり、圧電素子の振動に伴ってフレキシブル基板も振動する。したがって、長期間駆動するとこの振動の影響によりフレキシブル基板が圧電素子から剥がれるおそれがあるという問題があった。

また、上記の圧電アクチュエータを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、電子機器では、圧電アクチュエータを構成するフレキシブル基板が圧電素子から剥がれることにより、耐久性が悪いという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の振動の影響によるフレキシブル基板の剥がれが抑制され、耐久性に優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。

本発明の圧電アクチュエータは、内部電極と圧電体層とが積層された積層体、および該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極を備えた圧電素子と、ベースフィルムおよび該ベースフィルムの下面に設けられた配線導体を備え、該配線導体が前記表面電極と電気的に接続されるように、前記積層体の一方主面に導電性接合材を介して一部が接合されたフレキシブル基板とを有しており、前記導電性接合材が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有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、前記導電性接合材が異方性導電材であることを特徴とする。

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圧電素子の側面に回り込むように設けられていることを特徴とする。

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フレキシブル基板の側面に回り込むように設けられていることを特徴とする。

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、前記フレキシブル基板が延出されている方向に延在している部分を有していることを特徴とする。

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、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の近傍を除いて前記配線導体を覆うようにカバーフィルムが設けられ、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の近傍では前記配線導体が前記カバーフィルムから露出されてなり、前記導電性接合材が、前記カバーフィルムから露出した前記配線導体を覆っていることを特徴とする。

また、前記圧電素子の一端部と前記フレキシブル基板の一端部とが直交するように重なっており、前記導電性接合材が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の外周のうちの前記圧電素子の一端部側の端から延在している部分を有していることを特徴とする。

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、前記導電性接合材は導電粒子と樹脂接着剤とを含み、前記導電性接合材に含まれる前記導電粒子の数が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域よりも延在している部分において単位体積当たり少なくなっていることを特徴とする。

また本発明の圧電振動装置は、上記の圧電アクチュエータと、前記積層体の前記他方主面に接合された振動板とを有することを特徴とする。

また本発明の携帯端末は、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。

また、本発明の携帯端末は、上記の構成において、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。

また、本発明の音響発生器は、圧電アクチュエータと、前記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、該振動板の周縁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。

また、本発明の電子機器は、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。

本発明によれば、導電性接合材が圧電素子から延在している部位を有することにより、長時間駆動しても圧電素子の振動の影響によるフレキシブル基板の剥がれが抑制された圧電アクチュエータを得ることができる。

また、上記圧電アクチュエータを備えた本発明の圧電振動装置、携帯端末、音響発生器および電子機器によれば、耐久性に優れ、長期間安定して駆動させることができる。

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線概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線概略断面図である。 図２（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例の図１（ｂ）と同様の概略断面図、図２（ｂ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態のさらに他の例の図１（ｂ）と同様の概略断面図である。 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４に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 図４に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 図７（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７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線で切断した一例の概略断面図、図７（ｃ）は、図７（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線概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線概略断面図である。また、図２（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例の図１（ｂ）と同様の概略断面図、図２（ｂ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態のさらに他の例の図１（ｂ）と同様の概略断面図である。

図１および図２に示す例の圧電アクチュエータ１は、内部電極１２と圧電体層１３とが積層された積層体１４、および積層体１４の一方主面に内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５を備えた圧電素子１１と、ベースフィルム２１およびベースフィルム２１の下面に設けられた配線導体２２を備え、配線導体２２が表面電極１５と電気的に接続されるように、積層体１４の一方主面に導電性接合材３を介して一部が接合されたフレキシブル基板２とを有しており、導電性接合材３が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有している。

本例の圧電アクチュエータ１は圧電素子１１を有しており、圧電素子１１を構成する積層体１４は、内部電極１２と圧電体層１３とが積層されて板状に形成されてなるものである。そして、圧電アクチュエータ１は複数の内部電極１２が積層方向に重なる活性部とそれ以外の不活性部とを有し、例えば長尺状に形成されている。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、積層体１４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１４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１４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。

積層体１４を構成する内部電極１２は、圧電体層１３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１３と交互に積層されて圧電体層１３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１３に駆動電圧を印加するものである。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１および図２に示す例では、第１の電極および第２の電極の端部がそれぞれ積層体１４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１２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１２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１２の厚みは、例えば０．１μｍ〜５μｍが好ましい。

積層体１４を構成する圧電体層１３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１４の一方主面には、内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５が設けられている。図１および図２に示す形態における表面電極１５は、大きな面積の第１の表面電極１５１、小さな面積の第２の表面電極１５２および第３の表面電極１５３で構成されている。例えば、第１の表面電極１５１は第１の極となる内部電極１２と電気的に接続され、第２の表面電極１５２は例えば一方主面側に配置された第２の極となる内部電極１２、第３の表面電極１５３は例えば他方主面側に配置された第２の極となる内部電極１２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１５１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１５１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１５２および第３の表面電極１５３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１５２および第３の表面電極１５３の幅は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが好ましい。

また、圧電アクチュエータ１は、表面電極１５と電気的に接合されたフレキシブル基板２を有している。フレキシブル基板２は、具体的には、例えば樹脂製のベースフィルム２１の表面（下面）に配線導体２２が設けられたものである。本例では、さらに圧電素子１１との接合部及びその近傍を除く領域にカバーフィルム２３が設けられている。そして、フレキシブル基板２の一部が圧電素子１１を構成する積層体１４の一方主面に導電性接合材３を介して接合され、配線導体２２が導電性接合材３を介して表面電極１５と電気的に接続されている。

なお、カバーフィルム２３は配線導体２２の表面電極１５との接続部を除く領域に設けられていればよいが、圧電素子１１と重なる領域およびその近傍領域はカバーフィルム２３が設けられていないことで、カバーフィルム２３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２は、例えば一方の端部で圧電素子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３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接着剤３２中に、例えば金、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電粒子３１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異方性導電材であるのがよい。異方性導電材は
、電気的接合を担う導電粒子３１と接着を担う樹脂接着剤３２からなり、一つの導電粒子３１が表面電極１５と配線導体２２とに接している。すなわち、表面電極１５と配線導体２２との間にあるそれぞれの導電粒子３１が表面電極１５と配線導体２２とに接している。この異方性導電材は、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２との接続部をコンパクトにすることができる。

また、図示しないが、圧電アクチュエータ１は、フレキシブル基板２の上方から見て圧電素子１１と重なる領域に固着された補強板を備えていてもよい。補強板とは、フレキシブル基板２の圧電素子１１との接合領域を補強するためのもので、例えばガラスエポキシ（ＦＲ−４）、コンポジット（ＣＥＭ−３）、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエステルなどの樹脂、ステンレス、アルミニウムおよびそれらの合金などの金属で、例えば厚み５０〜２００μｍとされたものである。

そして、圧電アクチュエータ１は、導電性接合材３が圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有している。なお、延在した導電性接合材３は、当該延在した領域において圧電素子１１またはフレキシブル基板２と接合されている。なお、延在した距離ｄ１は、例えば０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍに設定される。

この構成によれば、延在した導電性接合材３により圧電素子１１とフレキシブル基板２との接合面積が増すことによって、接合強度が高まるとともに振動を吸収する効果が高まる。また、破壊起点が延在した導電性接合材３の端部へ移動することにより破壊しにくくなる。その結果、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのを抑制できる。

ここで、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、導電性接合材３が圧電素子１１の側面に回り込むように設けられているのが好ましい。この構成によれば、導電性接合材３と圧電素子１１との間を起点とする剥離が抑制される。また、圧電素子１１の振動により発生する熱が延在している部分に伝わり、導電性接合材３に金属が入っていることでより放熱しやすくなることで、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのをより抑制できる。

一方、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、フレキシブル基板２の側面に回り込むように設けられていてもよい。この構成によれば、導電性接合材３とフレキシブル基板２との間を起点とする剥離が抑制される。また、フレキシブル基板２の振動が吸収されることで、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのをより抑制できる。

また、図１（Ｂ）および図２に示すように、導電性接合材３はフレキシブル基板２が延出されている方向に延在している部分を有しているのが好ましい。フレキシブル基板２が延出されている方向ではフレキシブル基板２が振動し、この方向に位置する導電性接合材３の端部には振動の負荷がかかりやすいため、このフレキシブル基板２が延出されている方向に導電性接合材３が延在していることで、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのをさらに抑制できる。

さらに、フレキシブル基板２は、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域の近傍を除いて配線導体２２を覆うようにカバーフィルム２３が設けられ、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域の近傍では配線導体２２がカバーフィルム２３から露出されてなり、導電性接合材３が、カバーフィルム２３から露出した配線導体２２を覆っ
ていてもよく、これにより接合強度が高まるとともに振動を吸収する効果が高まることなどに加え、配線導体２２を保護し、配線導体２２を損傷しないようにする効果も加わる。

また、図１（ｃ）に示すように、圧電素子１１の一端部とフレキシブル基板２の一端部とが直交するように重なっており、導電性接合材３が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域の外周のうちの圧電素子１１の一端から延在していてもよく、フレキシブル基板２に対して当該フレキシブル基板２がねじれるような応力が加わったときに、圧電素子１１の一端に応力負荷がかかりやすいことから、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのをさらに抑制できる。

また、導電性接合材３は導電粒子３１と樹脂接着剤３２とを含み、導電性接合材３に含まれる導電性粒子の数が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域よりも延在している部位において単位体積当たり少なくなっているのが好ましい。応力負荷が最もかかりやすくなる延在した部位において、樹脂接着剤３２が多いことで導電性接合材３による振動吸収効果が高まることから、長時間駆動してもフレキシブル基板２が圧電素子１１から剥がれるのをさらに抑制できる。

そして、圧電素子１１の他方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、音圧を向上させることができる。

また、本発明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１５から電気信号が入力されて一方主面および他方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圧電アクチュエータの他方主面を接合する（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１３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１２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１２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し、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１２および圧電体層１３を備えた積層体１４を作製する。

積層体１４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１２と圧電体層１３とを複数積層してなる積層体１４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性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１５のパターンで積層体１４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１５を形成する。

なお、表面電極１５と内部電極１２とを電気的に接続する場合、圧電体層１３を貫通するビアを形成して接続しても、積層体１４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３として例えば導電性接着剤を用いて、フレキシブル基板２を積層体１４に接続固定（接合）する。

まず、積層体１４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２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２を圧電素子１１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１４またはフレキシブル基板２の所定の位置に塗布形成した後、積層体１４とフレキシブル基板２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２が積層体１４に接続固定される。

特に、導電性接合材３として異方性導電材を用いる場合は、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。

なお、導電性接合材３が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有している構成とするには、異方性導電材などの導電性接合材３を積層体１４もしくはフレキシブル基板２の所定の位置に余分に塗布形成した後、導電性接合材３を延在させるようにして積層体１４とフレキシブル基板２を圧着すればよい。この際、塗布の厚みは３０μｍ以上とするのが好ましい。

特に、導電性接合材３を、圧電素子１１の側面に回り込むように延在させたり、フレキシブル基板２の側面に回り込むように延在させたり、カバーフィルム２３から露出した配線導体２２を覆わせたりするには、これらの部位で特に多く塗布するようにすればよい。

また、導電性接合材３がフレキシブル基板２の延出されている方向に延在したり、圧電素子１１の一端部側の端から延在したりした構成とするのも、同様にこれらの部位で特に多く塗布するようにすればよい。

また、導電性接合材３に含まれる導電粒子３１の数が、圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域よりも延在している部位において単位体積当たり少なくなっている構成とするには、導電粒子を圧電素子１１とフレキシブル基板２との重なる領域にととどまらせるように表面電極１５または配線導体２２のパターンを形成するとともに加圧を制御したうえで、樹脂接着剤を流動させればよい。

本実施形態の圧電振動装置は、図３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に含まれる圧電素子１１を構成する積層体１４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、圧電素子１１を構成する積層体１４の一方の主面に接合されたフレキシブル基板２は図３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、圧電素子１１を構成する積層体１４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（圧電素子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１４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１４と振動板８１とを接合することで、圧電アクチュエータ１（圧電素子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（圧電素子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（圧電素子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（圧電素子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（圧電素子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、圧電素子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１４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、フレキシブル基板２の剥がれが抑制された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４〜図６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１４の他方主面が筐体９２に接合されたものである。なお、図４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５は図４に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図６は図４に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。積層体１４の一方の主面に接合されたフレキシブル基板は図５および図６では省略している。

ここで、積層体１４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５および図６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１４と筐体９２とを接合することで、圧電アクチュエータ１（圧電素子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（圧電素子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（圧電素子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１４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１４が筐体９２に接合されたものを示したが、積層体１４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。

本例の携帯端末は、フレキシブル基板２の剥がれが抑制された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携帯端末とすることができる。

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、フレキシブル基板２の剥がれが抑制された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７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２０と、振動板２０の外周部の少なくとも一部に設けられ、振動板２０を支持する支持体としての枠体３０とを備えている。

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２０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２０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２０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２０は、張力がかかっている状態でその周縁部が枠体３０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２０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２０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２０を樹脂フィルムにより構成することで、振動板２０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３０は、振動板２０の周縁部で振動板２０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３０は、図７（ｂ）に示すように一つの枠部材（上枠部材３０１）からなるものでもよく、図７（ｃ）に示すように二つの枠部材（上枠部材３０１および下枠部材３０２）からなるものでもよい。この場合、二つの枠部材で振動板２０を挟むことで、振動板２０の張りを安定させることができる。なお、上枠部材３０１および下枠部材３０２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７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ１から振動板２０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４０をさらに有するのが好ましい。樹脂層４０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４０に圧電アクチュエータ１（圧電素子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７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、樹脂層４０は上枠部材３０１と同じ高さとなるように形成されていてもよい。

本例の音響発生器１０は、フレキシブル基板２の剥がれが抑制された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８を用いて説明する。図８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８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７０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７０を備える。なお、図８では、１つの筐体７０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７０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８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、フレキシブル基板２の剥がれが抑制された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。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。また、筐体７０を備えることで、低周波数の音圧を上昇させることができる。

次に、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。

以下に示すように、圧電アクチュエータを作製した。

圧電素子は、長さが２３．５ｍｍ、幅が３．３ｍｍ、厚みが０．５ｍｍの長尺状とした。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、Ｚｒの一部をＳｂで置換した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後、加圧密着させ、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。

次に、銀からなる導電性ペーストを用いて表面電極を内部電極よりも幅方向の両端で１ｍｍずつ長くなるように印刷し、表面電極を得た。

表面電極を介して、内部電極間（第１の電極間、第２の電極間）に、２ｋＶ／ｍｍの電界強度の電圧を印加し、圧電素子に分極を施した。

また、フレキシブル基板および補強板は、以下のように作製した。まず、ベースフィルムが多数配列されたシート（ベースフィルム用多数個取りシート）としてのポリイミドフィルムに接着剤を用いて配線導体となる銅箔を貼り合せる。次に、配線導体の導体パターンをフォトリソグラフィー手法にて形成し、絶縁のためと配線導体保護のため、カバーフィルムとなるポリイミドフィルムを接着剤を用いて貼り合せる。次に、金めっき処理を施し、補強板となる厚み１２５μｍのポリイミドシート（補強板用多数個取りシート）を熱硬化接着剤を用いてベースフィルム用多数個取りシートの配線導体が形成されていない面に貼り合せ、金型により所望の形状に打ち抜くことにより、フレキシブル基板および補強板を作製した。

フレキシブル基板の配線導体と表面電極とを電気的に接続するために、異方性導電粒子を用いた導電性接合材を使用する。異方性導電粒子とは、粒径約５μｍの導電粒子として、アクリル樹脂からなる粒子本体に下地コートとしてＮｉメッキを施した金メッキをコートしたものである。導電性接合材としての導電性ペーストは、この異方性導電粒子を合成ゴム系接着剤に分散したペーストであり、スクリーン印刷で表面電極に印刷した後に、フレキシブル基板を加熱しながら押圧して、導電性接合材を延在させるようにして圧電アクチュエータを作製した。ここで、延在した部分を作製するために、導電性接合材の塗布厚みを３０μｍ程度にして、フレキシブル基板が延出されている方向および圧電素子の一端部側の端から、導電性接合材を延在させた。

一方、比較例として、上記実施例と同一の方法で接着に用いた導電性接合材の塗布厚みを２０μｍとして、導電性接合材がフレキシブル基板より延在していない圧電アクチュエータを作製した。

そして、それぞれの圧電アクチュエータについて振動板に貼り付けて信頼性試験を行った。１０万サイクルの正弦波信号を連続で加えて駆動させたところ、比較例の圧電アクチュエータでは振動板の変位量が０になった。内部を解析してみると、比較例の圧電アクチュエータではフレキシブル基板が圧電素子から剥離しており、電圧がかかっていなかった。これに対し、本発明実施例の圧電アクチュエータでは、振動板に約４μｍの変位量が確認され、またフレキシブル基板の剥がれは見られなかった。

１：圧電アクチュエータ
１１：圧電素子
１２：内部電極
１３：圧電体層
１４：積層体
１５：表面電極
２：フレキシブル基板
２１：ベースフィルム
２２：配線導体
２３：カバーフィルム
３：異方性導電材
３１：導電粒子
３２：樹脂接着剤
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
２０：振動板
３０：枠体
３０１：上枠部材
３０２：下枠部材
４０：樹脂層
５０：電子機器
６０：電子回路
７０：筐体

Claims (13)

1. 内部電極と圧電体層とが積層された積層体、および該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極を備えた圧電素子と、
   ベースフィルムおよび該ベースフィルムの下面に設けられた配線導体を備え、該配線導体が前記表面電極と電気的に接続されるように、前記積層体の一方主面に導電性接合材を介して一部が接合されたフレキシブル基板とを有しており、
   前記導電性接合材が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域から当該重なる領域の外側まで延在している部分を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記導電性接合材が異方性導電材で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、前記圧電素子の側面に回り込むように設けられてい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、前記フレキシブル基板の側面に回り込むように設けられ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. 前記導電性接合材は、前記フレキシブル基板が延出されている方向に延在している部分を有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。
6. 前記フレキシブル基板は、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の近傍を除いて前記配線導体を覆うようにカバーフィルムが設けられ、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の近傍では前記配線導体が前記カバーフィルムから露出されてなり、
   前記導電性接合材が、前記カバーフィルムから露出した前記配線導体を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記圧電素子の一端部と前記フレキシブル基板の一端部とが直交するように重なっており、
   前記導電性接合材が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域の外周のうちの前記圧電素子の一端から延在している部分を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記導電性接合材は導電粒子と樹脂接着剤とを含み、前記導電性接合材に含まれる前記導電粒子の数が、前記圧電素子と前記フレキシブル基板との重なる領域よりも延在している部分において単位体積当たり少なくなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
9. 請求項１乃至請求項８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。
10. 請求項１乃至請求項８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。
11. 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１０に記載の携帯端末。
12. 請求項１乃至請求項８のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、前記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、該振動板の周縁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。
13. 請求項１２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。