JP5788110B2 - 圧電素子ならびにこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、音響発生装置および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動装置、携帯端末に好適な圧電素子ならびにこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、音響発生装置および電子機器に関するものである。
圧電素子として、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ものが知られている（特許文献１を参照）。
更には、バイモルフ型の圧電素子の長さ方向における中央部や一端を振動板に固定した圧電振動装置が知られている（特許文献２、３を参照）。
ここで、圧電素子の表面に設けられた表面電極は、一般に焼き付けられたＡｇ電極が使用され、圧電素子が面全域でほぼ均一に駆動するように、その全面厚さ、表面状態が全域にわたって一様に形成されている。
ところが、圧電素子の変位による応力が表面電極に加わることによって、長期間動かしたときに表面電極と圧電体層との界面にマイクロクラックが発生し、表面電極が剥がれて結果として変位量が安定しなくなるおそれがあった。
また、上記圧電素子を備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、音響発生装置および電子機器は、圧電素子の表面電極が剥がれることによって、長期間安定して駆動しなくなるおそれがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、表面電極の剥がれが抑制された圧電素子ならびにこれを備えた圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、音響発生装置および電子機器を提供することを目的とする。
本発明の圧電素子は、内部電極および圧電体層が積層された板状の積層体と、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とを備え、前記表面電極は第一の領域と第二の領域とを有し、前記第一の領域が銀を主成分とする領域であり、前記第二の領域が銀パラジウムを主成分とし、前記圧電体層と接するように設けられた領域であり、前記第一の領域が前記第二の領域を被覆していることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電振動装置は、上記の圧電素子と、該圧電素子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ものである。
また、本発明の携帯端末は、上記の圧電素子と、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記圧電素子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ものである。
また、本発明の音響発生器は、上記の圧電素子と、該圧電素子が取り付けられており、該圧電素子の振動によって該圧電素子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有することを特徴とするものである。
また、本発明の音響発生装置は、上記の音響発生器と、該音響発生器を収容する筐体とを備えることを特徴とするものである。
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ものである。
本発明の圧電素子によれば、表面電極は第一の領域と第二の領域とを有し、第一の領域が銀を主成分とする領域であり、第二の領域が銀とパラジウムを主成分とし、圧電体層と接するように設けられた領域であり、第一の領域が第二の領域を被覆していることにより、表面電極が剥がれにくく、変位量が長期間安定することを実現できる。
また、本発明の圧電振動装置、携帯端末、音響発生器、音響発生装置および電子機器によれば、長期間安定して駆動することを実現できる。
本発明の圧電素子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は本発明の圧電素子の実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）に示すＡ−Ａ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素子１０は、内部電極２および圧電体層３が積層された板状の積層体４と、積層体４の一方主面に内部電極２と電気的に接続された表面電極５とを備え、表面電極５は第一の領域５０１と第二の領域５０２とを有し、第一の領域５０１が銀を主成分とする領域であり、第二の領域５０２が銀パラジウムを主成分とし、圧電体層３と接するように設けられた領域である。
圧電素子１０を構成する積層体４は、内部電極２および圧電体層３が積層されて板状に形成されてなるもので、複数の内部電極２が積層方向に重なっている活性部４１とそれ以外の不活性部４２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素子の場合には、積層体４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４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４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４を構成する内部電極２は、圧電体層３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２１および第２の電極２２からなる。例えば、第１の電極２１が正極または負極となり、第２の電極２２がグランド極となる。圧電体層３と交互に積層されて圧電体層３を上下から挟んでおり、積層順に第１の電極２１および第２の電極２２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３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に示す例では、第１の電極２１および第２の電極２２の端部がそれぞれ積層体４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素子の場合には、内部電極２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２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２の厚みは、例えば０．１〜５μｍが好ましい。
積層体４を構成する圧電体層３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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。圧電体層３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４の一方主面には、内部電極２と電気的に接続された表面電極５が設けられている。図１に示す形態における表面電極５は、大きな面積の第１の表面電極５１、小さな面積の第２の表面電極５２および第３の表面電極５３で構成されている。例えば、第１の表面電極５１は第１の電極２１となる内部電極２と電気的に接続され、第２の表面電極５２は一方主面側に配置された第２の電極２２となる内部電極２と電気的に接続され、第３の表面電極５３は他方主面側に配置された第２の電極２２となる内部電極２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素子の場合には、第１の表面電極５１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５１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５２および第３の表面電極５３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５２および第３の表面電極５３の幅は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが好ましい。
そして、表面電極５が銀を主成分とする第一の領域５０１と、銀パラジウムを主成分とし圧電体層３と接する第二の領域５０２とを有している。言い換えると、表面電極５は第一の領域５０１と第二の領域５０２とを有し、第一の領域５０１が銀を主成分とする領域であり、第二の領域５０２が銀パラジウムを主成分とし、圧電体層３と接するように設けられた領域である。
例えば焼き付けにより形成されてなる銀を主成分とする表面電極に対し、例えば同時焼成により形成されてなる銀パラジウムを主成分とする第二の領域５０２を有する表面電極５は、圧電体層３と強固に接合され、密着力が高くなる。したがって、表面電極５が剥がれにくく、変位量が長期間安定する圧電素子とすることができる。
また、表面電極５の一部に銀パラジウムを主成分とする第二の領域５０２を形成することにより、重さが違う領域ができて全面で均一に動かなくなり、また第二の領域５０２（銀とパラジウムが多いところ）はＲＯ（共振抵抗）が高くなり、変位量の安定に寄与することができる。
特に、後述するフレキシブル基板６を一方主面に接合させた際の表面電極５の剥がれを抑制し、フレキシブル基板６との電気的接続信頼性を高められる。
なお、表面電極５の圧電体層３との界面における第二の領域５０２と第一の領域５０１との面積比は、例えば５：９５〜３０：７０であるのが効果的である。また、第二の領域５０２と第一の領域５０１との体積比は、例えば５：９５〜３０：７０であるのが効果的である。
ここで、図２に示すように、第一の領域５０１が第二の領域５０２を被覆しているのが好ましい。この構成によれば、表面電極５を圧電体層３に強固に接合でき、表面電極５と圧電体層３との界面にマイクロクラックが発生するのを抑制し、表面電極５の剥がれを抑制することができる。
また、銀パラジウムを主成分とする第二の領域５０２は、銀を主成分とする第一の領域５０１に囲まれているので、表面電極５の表面は全て銀が主成分となり表面電極５全体に電圧は均一にかかり、変位量は長期間安定する。
また、図示しないが、第二の領域５０２が平面視で円形状または楕円形状であるのが好ましく、この構成によれば、外周に角がなく応力集中する部分がなくなるので、変位量はより長期間安定する。
また、図１および図２に示すように、内部電極２は第１の電極２１及び第２の電極２２からなり、積層体４は内部電極２の第１の電極２１及び第２の電極２２が積層方向に重なっている活性部４１と活性部４１以外の第１の電極２１及び第２の電極２２が積層方向に重なっていない不活性部４２とを有していて、第二の領域５０２が活性部４１上にあるのが好ましい。この構成によれば、良く動く活性部４１に第二の領域５０２を配置することにより、表面電極５の剥がれを抑制するのに効果的な配置となる。
また、図３に示すように、第二の領域５０２が活性部４１における不活性部４２との境界の近傍にあるのが好ましい。応力が集中するところに第二の領域５０２を配置することで、表面電極５の剥がれを抑制するのにさらに効果的な配置となる。
なお、図４に示すように、本発明の圧電素子１０は、配線導体を有するフレキシブル基板６を備え、導電性接合部材を介して表面電極５と配線導体とが電気的に接続されるようにフレキシブル基板６の一部が積層体４の一方主面に接合されていてもよい。
フレキシブル基板６は、例えば樹脂フィルム中に２本の配線導体が埋設されたフレキシブル・プリント配線基板であり、一方端には外部回路と接続するためのコネクタ（図示せず）が接続されている。
導電性接合部材は、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、半田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と接着を担う樹脂接着剤からなる。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６との接続部をコンパクトにすることができる。
また、圧電素子１０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ることができる。
なお、図１に示す圧電素子１０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５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素子１０の製造方法について説明する。
まず、圧電体層３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（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）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２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２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２および圧電体層３を備えた積層体４を作製する。
積層体４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２と圧電体層３とを複数積層してなる積層体４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。
次に、積層体４の表面に銀とパラジウムを主成分とする導電性ペーストにより第二の領域５０２のパターンを形成する。このとき、第二の領域５０２のパターンを所望の形状に形成することで、例えば平面視で円形状または楕円形状の第二の領域５０２が得られる。
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５のパターンで積層体４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５を形成する。
なお、表面電極５と内部電極２とを電気的に接続する場合、圧電体層３を貫通するビアを形成して接続しても、積層体４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、導電性接着剤を用いて、フレキシブル配線基板６を圧電素子１０に接続固定（接合）する。
まず、圧電素子１０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、フレキシブル配線基板６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、フレキシブル配線基板６を圧電素子１０に接続固定する。なお、導電性接着剤用ペーストは、フレキシブル配線基板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、導電性接着剤を圧電素子１０またはフレキシブル配線基板６の所定の位置に塗布形成した後、圧電素子１０とフレキシブル配線基板６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、フレキシブル配線基板６が圧電素子１０に接続固定される。
ここで、平面視でフレキシブル配線基板における圧電素子と重なる領域の周縁部に導電性接着剤を構成する導電粒子が多く配置されているようにするには、より導電粒子の含有率の多い導電性接着剤ペーストを準備し、周縁部に導電粒子の含有率の多い導電性接着剤ペーストを塗布形成すればよい。
特に、導電性接着剤として異方性導電部材を用いる場合は、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。
また、上述では、導電性接着剤を圧電素子１０またはフレキシブル配線基板６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導電性接着剤のシートを圧電素子１０とフレキシブル配線基板６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５に示すように、圧電素子１０と、圧電素子１０の他方主面に接合された振動板８１とを有するものである。
振動板８１は、矩形の薄板状の形状を有している。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１０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、圧電素子１０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）には圧電素子１０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で圧電素子１０と振動板８１とを接合することで、圧電素子１０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、圧電素子１０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、圧電素子１０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、圧電素子１０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素子１０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。
本例の圧電振動装置は、表面電極の剥がれが抑制された圧電素子１０を用いて構成されていることから、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。
また、本例の圧電振動装置は、圧電素子１０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、圧電素子１０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。
本実施形態の携帯端末は、図６〜図８に示すように、圧電素子１０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、圧電素子１０の他方主面が筐体９２に接合されたものである。なお、図６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７は図６に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図８は図６に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。
ここで、圧電素子１０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７および図８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で圧電素子１０と筐体９２とを接合することで、圧電素子１０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、圧電素子１０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、圧電素子１０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、圧電素子１０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、本例では圧電素子１０が筐体９２に接合されたものを示したが、圧電素子１０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、電子回路と圧電素子１０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伝達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、表面電極の剥がれが抑制された圧電素子１０を用いて音情報を伝達することから、長期間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１は、図９に示すように、上述の圧電素子１０と、圧電素子１０が取り付けられており、圧電素子１０の振動によって圧電素子１０とともに振動する振動板１１と、振動板１１の外周部に設けられた枠体１２とを有するものである。
圧電素子１０は、電圧の印加を受けて振動することによって振動板１１を励振する励振器である。圧電素子１０の主面と振動板１１の主面とがエポキシ系樹脂等の接着剤により接合され、圧電素子１０が屈曲振動することにより、圧電素子１０が振動板１１に一定の振動を与えて音を発生させることができる。なお、この音響発生器１に用いられれる場合の圧電素子１０の長さとしては、例えば１０ｍｍ〜５０ｍｍが好ましい。圧電素子１０の幅は、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。圧電素子１０の厚みは、例えば０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍが好ましい。
振動板１１は、張力がかかっている状態でその周縁部が枠体１２に固定されていて、圧電素子１０の振動によって圧電素子１０とともに振動するようになっている。この振動板１１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３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１１を樹脂フィルムにより構成することで、振動板１１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１２は、振動板１１の周縁部で振動板１１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１２は、図９（ｂ）に示すように一つの枠部材からなるものでもよく、図９（ｃ）に示すように二つの枠部材からなるものでもよい。この場合、二つの枠部材で振動板１１を挟むことで、振動板１１の張りを安定させることができる。なお、枠部材の厚みは、例えば１００〜５０００μｍとされる。
本例の音響発生器１においては、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、圧電素子１０および振動板１１の表面の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層１３をさらに有するのが好ましい。樹脂層１３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１３に圧電素子１０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９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、樹脂層１３は枠体１２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１は、上述したように圧電素子１０の表面電極が剥がれにくく、変位量が長期間安定することから、耐久性に優れた音響発生器とすることができる。
次に、音響発生器１を搭載した音響発生装置および電子機器について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、実施形態に係る音響発生装置２０の構成を示す図であり、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。
音響発生装置２０は、いわゆるスピーカのような発音装置であり、図１０に示すように、たとえば、音響発生器１と、音響発生器１を収容する筐体３０を備える。筐体３０は、音響発生器１の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体３０に形成された図示せぬ開口から音響を外部へ放射する。このような筐体３０を有することにより、たとえば低周波数帯域における音圧を高めることができる。
また、音響発生器１は、種々の電子機器５０に搭載することができる。たとえば、次に示す図１１では、電子機器５０が、携帯電話やタブレット端末のような携帯端末装置であるものとする。
図１１に示すように、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１に接続されており、音響発生器１へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器１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１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１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１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１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。
本発明の圧電素子の具体例について説明する。具体的には、図１に示す圧電素子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。また、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。
この時、銀パラジウムペーストにより表層面に丸型形状の第二の領域のパターン形成を行い、同時焼成を行った。
次に、銀ペースト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、焼付けを行って表面電極を形成した。
そして、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、圧電素子に分極を施した。
その後、フレキシブル配線基板と接合する圧電素子の表面に、導電粒子として金メッキした樹脂ボールを含んだ導電性接着剤を塗布形成した。このとき、フレキシブル配線基板と圧電素子の重なる領域の周縁部の幅０．３ｍｍの領域には、導電粒子を２０ｖｏｌ％含有した導電性接着剤を、その内側の領域には、導電粒子を１０ｖｏｌ％含有した導電性接着剤を塗布形成した。
その後、フレキシブル配線基板を当接させた状態で加熱加圧することで、フレキシブル配線基板を圧電素子に導通、固定し、本発明実施例の圧電素子（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材を用いた。
また、比較例として、第二の領域の形成工程を除いたこと以外は、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素子（試料Ｎｏ．２）を作製した。
そして、それぞれの圧電素子について、フレキシブル配線基板を介して、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。
次に、０．２〜５０００Ｈｚの間で周波数を変化させた実効値３Ｖの正弦波信号を入力し、フレキシブル配線基板接合面のスパークによって引き起こされる変位量低下が発生しないかどうかを確認したところ、本発明実施例の試料Ｎｏ．１の圧電素子においては、変位量の低下が見られなかった。一方、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．２の圧電素子では、変位量の異常低下が計測された。
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配線基板が圧電素子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の圧電素子は、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、フレキシブル配線基板の剥がれは見られなかった。
本発明の圧電素子を用いることで、長期連続駆動した場合でも、フレキシブル配線基板が圧電素子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。
１０：圧電素子
２：内部電極
２１：第１の電極
２２：第２の電極
３：圧電体層
４：積層体
４１：活性部
４２：不活性部
５：表面電極
５１：第１の表面電極
５２：第２の表面電極
５３：第３の表面電極
５０１：第一の領域
５０２：第二の領域
６：フレキシブル配線基板
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
１：音響発生器
１１：振動板
１２：枠体
１３：樹脂層
２０：音響発生装置
３０、４０：筐体
５０：電子機器
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
６０：電子回路
２：内部電極
２１：第１の電極
２２：第２の電極
３：圧電体層
４：積層体
４１：活性部
４２：不活性部
５：表面電極
５１：第１の表面電極
５２：第２の表面電極
５３：第３の表面電極
５０１：第一の領域
５０２：第二の領域
６：フレキシブル配線基板
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
１：音響発生器
１１：振動板
１２：枠体
１３：樹脂層
２０：音響発生装置
３０、４０：筐体
５０：電子機器
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
６０：電子回路
Claims (12)
- 内部電極および圧電体層が積層された板状の積層体と、
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とを備え、
前記表面電極は第一の領域と第二の領域とを有し、
前記第一の領域が銀を主成分とする領域であり、前記第二の領域が銀パラジウムを主成分とし、前記圧電体層と接するように設けられた領域であり、前記第一の領域が前記第二の領域を被覆していることを特徴とする圧電素子。 - 前記第二の領域が平面視で円形状または楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
- 前記内部電極は第１の電極及び第２の電極からなり、前記積層体は前記内部電極の前記第１の電極及び前記第２の電極が積層方向に重なっている活性部と前記内部電極の前記第１の電極及び前記第２の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て、前記第二の領域が活性部上にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電素子。
- 前記第二の領域が前記活性部における前記不活性部との境界の近傍にあることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子。
- 請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電素子と、前記積層体の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圧電振動装置。
- 前記圧電素子と前記振動板とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電振動装置。
- 請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電素子と、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記圧電素子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。
- 前記圧電素子と前記ディスプレイまたは前記筐体とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項７に記載の携帯端末。
- 請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電素子と、該圧電素子が取り付けられており、該圧電素子の振動によって該圧電素子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有することを特徴とする音響発生器。 - 前記圧電素子および前記振動板の表面の少なくとも一部を覆うように設けられた樹脂層を有することを特徴とする請求項９に記載の音響発生器。
- 請求項９または請求項１０に記載の音響発生器と、該音響発生器を収容する筐体とを備えることを特徴とする音響発生装置。
- 請求項９または請求項１０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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