JP2014112891A - 圧電振動素子，圧電振動装置および携帯端末 - Google Patents

圧電振動素子，圧電振動装置および携帯端末 Download PDF

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Abstract

【課題】 不要な振動の発生を低減可能な圧電振動素子ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末を提供する。
【解決手段】 第１の方向に沿って積層された複数の電極層および圧電体層を有するとともに、第１の方向に間隔を開けて対向する２つの表面１４ａ，１４ｂを有しており、電気信号が入力されることによって、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように第１の方向に屈曲振動する圧電振動素子であって、第１の方向に間隔を開けて対向する２つの表面の一方が、第１の方向および第２の方向に垂直な第３の方向において、中央部が両端部よりも突出した形状を有する圧電振動素子ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末とする。不要な振動の発生を低減可能な圧電振動素子ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動素子ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末に関するものである。
従来、平板状の圧電バイモルフ素子と振動板とを間隔を開けて配置するとともに、圧電バイモルフ素子の長さ方向における中央部を振動板に固定した圧電振動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
ＷＯ２００５／００４５３５
しかしながら、上述した従来の圧電振動装置で用いられた圧電振動素子は、長さ方向に振幅が変化する厚み方向の振動を利用していたが、外形の歪みや電極の位置ズレ等によって質量分布が完全に対称でなくなること等により、幅方向に振幅が変化する不要な振動が発生して振動特性が悪化することがあるという問題があった。
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、不要な振動の発生を低減可能な圧電振動素子ならびにそれを用いた圧電振動装置および携帯端末を提供することにある。
本発明の圧電振動素子は、第１の方向に沿って積層された複数の電極層および圧電体層を少なくとも有しているとともに、前記第１の方向に間隔を開けて対向する２つの表面を有しており、電気信号が入力されることによって、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように前記第１の方向に屈曲振動する圧電振動素子であって、前記２つの表面の一方は、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向において、中央部が両端部よりも突出した形状を有していることを特徴とするものである。
本発明の圧電振動装置は、前記圧電振動素子と、該圧電振動素子の前記２つの表面のどちらかに取り付けられた振動板とを少なくとも有することを特徴とするものである。
本発明の携帯端末は、電子回路と、ディスプレーと、前記圧電振動装置と、筐体とを少なくとも有しており、前記振動板が前記ディスプレーまたは前記ディスプレーの一部または前記ディスプレーのカバーであり、前記振動板が前記筐体に直接または他のものを介して取り付けられていることを特徴とするものである。
本発明の圧電振動素子によれば、不要な振動の発生が低減された圧電振動素子を得ることができる。本発明の圧電振動装置によれば、不要な振動の発生が低減された圧電振動装置を得ることができる。本発明の携帯端末によれば、高品質な音情報を伝達可能な携帯端末を得ることができる。
本発明の実施の形態の第１の例の圧電振動素子の形状を模式的に示す斜視図である。 図１に示す圧電振動素子の構造を模式的に示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に示す圧電振動素子の構造を説明するための平面図である。 図１に示す圧電振動素子の構造を説明するための図である。 図１に示す圧電振動素子の形状を説明するための平面図である。 図１に示す圧電振動素子の形状を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態の第２の例の圧電振動素子を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態の第３の例の圧電振動装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態の第４の例の携帯端末を模式的に示す斜視図である。 図９におけるＡ−Ａ’線断面図である。 図９におけるＢ−Ｂ’線断面図である。 本発明の実施の形態の第１の例の圧電振動素子を用いた圧電振動装置の特性の測定結果を示すグラフである。
以下、本発明の圧電振動素子，圧電振動装置および携帯端末を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態の第１の例）
図１は、本発明の実施の形態の第１の例である圧電振動素子の形状を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す圧電振動素子の構造を模式的に示す斜視図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す圧電振動素子の構造を説明するための平面図である。図４は、図１に示す圧電振動素子の構造を説明するための図である。図５は、図１に示す圧電振動素子の形状を説明するための平面図である。図６は、図１に示す圧電振動素子の形状を説明するための平面図である。なお、図１，図５および図６においては、作図を容易にするために、圧電振動素子１４の詳細な構造の図示を省略している。また、図２においては、作図を容易にするために、圧電振動素子１４の形状を直方体に変形して図示している。
本例の圧電振動素子１４は、図１に示すように直方体に類似した形状であり、第１の方向（図のｚ軸方向）に沿って積層された複数の電極層および圧電体層を有している。また、圧電振動素子１４は、第１の方向（図のｚ軸方向）に間隔を開けて対向する２つの表面（第１の表面１４ａおよび第２の表面１４ｂ）を有している。そして、圧電振動素子１４は、電気信号が入力されることによって、第１の方向（図のｚ軸方向）に垂直な第２の方向（図のｘ軸方向）に沿って振幅が変化するように第１の方向（図のｚ軸方向）に屈曲振動する。すなわち、圧電振動素子１４は、電気信号が入力されて、第１の表面１４ａおよび第２の表面１４ｂが屈曲面となるように屈曲振動する。
また、圧電振動素子１４において、第１の方向（図のｚ軸方向）に間隔を開けて対向する２つの表面の一方（第１の表面１４ａ）は、第１の方向（図のｚ軸方向）および第２の方向（図のｘ軸方向）に垂直な第３の方向（図のｙ軸方向）において、中央部が両端部よりも第１の方向（図のｚ軸方向）へ突出した形状を有している。なお、第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部が両端部よりも突出している状態が、第２の方向（図のｘ軸方向）の全体に渡って生じている必要は必ずしもない。また、第１の表面１４ａにおいて、第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部の両端部に対する図の＋ｚ方向への突出量は、例えば、圧電振動素子１４の厚み（第１の方向（図のｚ軸方向）の寸法）の７％〜３０％程度に設定される。
また、圧電振動素子１４において、第１の方向（図のｚ軸方向）に間隔を開けて対向する２つの表面の他方（第２の表面１４ｂ）は、第１の表面１４ａよりも平坦である。なお、第２の表面１４ｂは極力平坦であることが望ましく、第２の表面１４ｂにおいて、第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部の両端部に対する図の−ｚ方向への突出量は、例えば、圧電振動素子１４の厚み（第１の方向（図のｚ軸方向）の寸法）の３％以下にするのが望ましい。そして、圧電振動素子１４において、第２の方向（図のｘ軸方向）の寸法は、第３の方向（図のｙ軸方向）の寸法よりも大きくなっている。なお、第２の表面１４ｂが第１の表面１４ａよりも平坦であるということは、第２の表面１４ｂの平坦度の値が第１の表面１４ａの平面度平坦度の値よりも小さいということである。すなわち、第２の表面１４ｂにおける第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部の両端部に対する突出量が、第１の表面１４ａの表面における第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部の両端部に対する突出量よりも小さいということである。また、第１の表面１４ａおよび第２の表面１４ｂの平坦度は、既知の種々の平坦度測定装置を用いて容易に測定することができる。
また、図２に示すように、圧電振動素子１４は、積層体２０と、表面電極３１，３２，３３と、第１の接続電極４１と、第２の接続電極４２と、第３の接続電極（図示せず）とを有している。なお、図２においては、作図を容易にするために、圧電振動素子１４の形状を直方体に変形して図示している。
積層体２０は、図３に示すように、分極された複数層の圧電体層２４と、複数の内部電極２１，２２，２３とが、圧電振動素子１４の厚み方向である第１の方向（図のｚ軸方向）に積層されて構成されている。
図３の（ａ）〜（ｄ）は、圧電振動素子１４が有する表面電極３１，３２，３３および内部電極２１，２２，２３を模式的に示す平面図である。図３（ａ）に示すように、積層体２０の両主面の各々には、表面電極３１，３２，３３が配置されている。また、積層体２０の内部には、図３（ｂ）に示す内部電極２１と、図３（ｃ）に示す内部電極２２と、図３（ｄ）に示す内部電極２３とが、それぞれ複数配置されている。
内部電極２１は、図３（ｂ）に示すように、積層体２０の側面と間隔を開けて圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の本体部２１ａの長さ方向の一方端に、一方端が積層体２０の側面に露出した矩形状の引き出し部２１ｂを接続した構造を有している。なお、引き出し部２１ｂの一方端は、積層体２０の長さ方向における一方端において積層体２０の側面に露出している。
内部電極２２は、図３（ｃ）に示すように、積層体２０の側面と間隔を開けて圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の本体部２２ａの長さ方向の一方端に、一方端が積層体２０の側面に露出した矩形状の引き出し部２２ｂを接続した構造を有している。なお、引き出し部２２ｂの一方端は、積層体２０の長さ方向における一方端において積層体２０の側面に露出している。
内部電極２３は、図３（ｄ）に示すように、圧電体層２４の略全面に渡って形成された矩形状の形状を有している。また、内部電極２３は、長さ方向の一方端のみが積層体２０の側面に露出しており、他は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成されている。なお、内部電極２３の一方端は、積層体２０の長さ方向における他方端において積層体２０の側面に露出している。なお、引き出し部２１ｂと引き出し部２２ｂとは、積層体２０の厚み方向（積層方向）において重ならないように、積層体２０の幅方向に間隔を開けて配置されている。
表面電極３３は、図３（ａ）に示すように、矩形状の形状を有している。また、表面電極３３は、長さ方向の一方端のみが積層体２０の側面に露出しており、他は、積層体２０の側面と間隔を開けて形成されている。なお、表面電極３３は、積層体２０の長さ方向における８０％以上の領域に渡って形成されている。また、表面電極３３の一方端は、積層体２０の長さ方向における他方端において積層体２０の側面に露出している。
図３（ａ）に示すように、積層体２０の長さ方向における一方端と、表面電極３３の長さ方向における他方端との間には、積層体２０の幅方向に間隔を開けて、表面電極３１および表面電極３２が配置されている。表面電極３１および表面電極３２は、矩形状であり、長さ方向の一方端が、積層体２０の長さ方向の一方端において積層体２０の側面に露出している。また、表面電極３１および表面電極３２は、長さ方向の他方端と表面電極３３との間に間隔を有しているとともに、積層体２０の幅方向において、積層体２０の側面とも間隔を開けて配置されている。
また、積層体２０は、積層方向である第１の方向（図のｚ軸方向）において、内部電極２１，２２，２３と圧電体層２４とが交互に配置されている。図４は、積層体２０の積層方向における、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３の配置と、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３の間に配置された圧電体層２４における分極方向とを模式的に示す図である。図４に示すように、内部電極２１または内部電極２２と、表面電極３３または内部電極２３とが、第１の方向（図のｚ軸方向）において交互に配置されている。また、積層体２０の積層方向における一方側（図の＋ｚ方向側）では、内部電極２１と、内部電極２３または表面電極３３とが交互に配置されており、積層体２０の積層方向における他方側（図の−ｚ方向側）では、内部電極２２と、内部電極２３または表面電極３３とが交互に配置されている。すなわち、圧電振動素子１４は、第１の方向（図のｚ軸方向）に沿って交互に積層された、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３からなる複数の電極層（扁平電極）と、複数の圧電体層２４とを有している。
複数の内部電極２１は、積層体２０の長さ方向である第２の方向（図のｘ軸方向）の一方端部（＋ｘ方向の端部）において、積層体２０の側面に露出した引き出し部２１ｂの端部同士が、第１の接続電極４１によって相互に接続されている。さらに複数の内部電極２１は、第１の接続電極４１を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３１に接続されている。
また、複数の内部電極２２は、第２の方向（図のｘ軸方向）の一方端部（＋ｘ方向の端部）において、積層体２０の側面に露出した引き出し部２２ｂの端部同士が、第２の接続電極４２によって相互に接続されている。さらに複数の内部電極２２は、第２の接続電極４２を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３２に接続されている。
そして、複数の内部電極２３は、第２の方向（図のｘ軸方向）の他方端部（図の−ｘ方向の端部）において、積層体２０の側面に露出した端部同士が、第３の接続電極（図示せず）によって相互に接続されている。さらに、複数の内部電極２３は、第３の接続電極（図示せず）を介して、積層体２０の両主面にそれぞれ配置された表面電極３３に接続されている。このようにして、表面電極３１，３２，３３は、圧電振動素子１４における端子電極として機能している。表面電極３１，３２，３３の全てが積層体２０の両主面にそれぞれ配置されていることにより、圧電体層２４の分極を行うときの電圧の印加および圧電振動素子１４を振動させるときの電圧の印加を、圧電振動素子１４（積層体２０）のどちらか一方の主面のみで行うことができる。
また、内部電極２１，２２，２３の間に配置された圧電体層２４は、図４の矢印で示す
向きに分極されている。例えば、表面電極３３に対して、表面電極３１の電位が高く、表面電極３２の電位が低くなるように、表面電極３１，３２，３３に直流電圧を加えることによって、このように分極することができる。そして、圧電振動素子１４を振動させるときには、表面電極３１および表面電極３２が同電位となり、表面電極３３との間に電位差が生じるように、表面電極３１，３２，３３に交流電圧を加える。これにより、圧電振動素子１４は、ある瞬間に加えられる電界の向きに対する分極の向きが、圧電振動素子１４の厚み方向（図のｚ軸方向）における一方側半分と他方側半分とで逆転するようにされている。
すなわち、例えば、電気信号が加えられて、ある瞬間に、圧電振動素子１４の厚み方向（図のｚ軸方向）における一方側半分が、圧電振動素子１４の長さ方向（図のｘ軸方向）において伸びるときには、圧電振動素子１４の厚み方向における他方側半分が、圧電振動素子１４の長さ方向において縮むようにされている。これにより、圧電振動素子１４は、電気信号が加えられることによって、単独で屈曲振動する。すなわち、圧電振動素子１４は、電気信号が加えられることによって、第２の方向（図のｘ軸方向）に振幅が変化するように第１の方向（図のｚ軸方向）に屈曲振動する。このように、圧電振動素子１４は、バイモルフ構造を有する圧電体（圧電バイモルフ素子）で構成されている。
本例の圧電振動素子１４は、第１の方向（図のｚ軸方向）における一方の表面（第１の表面１４ａ）が、第３の方向（図のｙ軸方向）において、中央部が両端部よりも第１の方向（図の＋ｚ方向）へ突出した形状を有していることから、不要な振動の発生を低減することができる。
すなわち、直方体の平板形状である従来の圧電振動素子は、外形の歪みや電極の位置ズレ等によって質量分布が完全に対称でなくなること等により、幅方向に振幅が変化する不要な振動が僅かに発生して振動特性が悪化することがあるという問題があった。これに対して、本例の圧電振動素子１４は、幅方向に振幅が変化する不要な振動の発生を低減することができる。この効果が得られるメカニズムはまだ解明されていないが、幅方向の中央部に質量が集中することや、幅方向の変形が生じ難くなることが関係しているのではないかと考えられる。
また、本例の圧電振動素子１４は、第１の方向（図のｚ軸方向）に間隔を開けて対向する２つの表面の他方（第２の表面１４ｂ）が、第１の表面１４ａよりも平坦であることから、振動を加える対象物に第２の表面１４ｂを強固に接合することができる。すなわち、振動を加える対象物（振動板など）に圧電振動素子１４を接合する場合、振動を加える対象物と圧電振動素子１４との接合面に応力が集中するため、振動を加える対象物と圧電振動素子１４とを強固に接合する必要がある。本例の圧電振動素子１４は、第２の表面１４ｂが平坦であるため、振動を加える対象物に第２の表面１４ｂの全体を容易に強固に接合することができる。
また、本例の圧電振動素子１４は、第２の方向（図のｘ軸方向）の寸法が、第３の方向（図のｙ軸方向）の寸法よりも大きくなっていることから、第２の方向（図のｘ軸方向）に振幅が変化する第１の方向（図のｚ軸方向）の振動を強く発生させると共に、第３の方向（図のｙ軸方向）に振幅が変化する不要振動の発生をさらに低減させることができる。
また、本例の圧電振動素子１４において、第１の表面１４ａは、図５に示すように、第３の方向（図のｙ軸方向）において、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３からなる電極層が配置された領域３７（電気信号が入力されることによって変形が生じる領域３７）の中央部３７ａが両端部（３７ｂ，３７ｃ）よりも＋ｚ側へ突出している。これにより、不要な振動の発生を低減する効果を高めることができる。
また、本例の圧電振動素子１４において、第１の表面１４ａは、図６に示すように、第２の方向（図のｘ軸方向）において、中央部が両端部よりも＋ｚ側へ突出している。これにより、第２の表面１４ｂに振動板を接合して振動装置を構成したときに、第１の方向（図のｚ軸方向）における振動の対称性を向上することができる。
また、本例の圧電振動素子１４において、第１の表面１４ａは、図６に示すように、第２の方向（図のｘ軸方向）において、表面電極３３および内部電極２１，２２，２３からなる電極層および圧電体層２４が交互に積層された領域３８（電気信号が入力されることによって変形が生じる領域３８）の中央部３８ａが両端部（３８ｂ，３８ｃ）よりも＋ｚ側へ突出している。これにより、第２の表面１４ｂに振動板を接合して振動装置を構成したときに、第１の方向（図のｚ軸方向）における振動の対称性を向上する効果を高めることができる。
本例の圧電振動素子１４において、積層体２０の長さは、例えば、１８ｍｍ〜２８ｍｍ程度が望ましく、２２ｍｍ〜２５ｍｍ程度が更に望ましい。積層体２０の幅は、例えば、１ｍｍ〜６ｍｍ程度が望ましく、３ｍｍ〜４ｍｍ程度が更に望ましい。積層体２０の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が望ましく、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が更に望ましい。また、内部電極２１の本体部２１ａおよび内部電極２２の本体部２２ａの長さは、例えば、１７ｍｍ〜２５ｍｍ程度が望ましく、２１ｍｍ〜２４ｍｍ程度が更に望ましい。内部電極２３の長さは、例えば、１９ｍｍ〜２７ｍｍ程度が望ましく、２２ｍｍ〜２４ｍｍ程度が更に望ましい。表面電極３３の長さは、例えば、１７ｍｍ〜２３ｍｍ程度が望ましく、１９ｍｍ〜２１ｍｍ程度が更に望ましい。内部電極２１の本体部２１ａ，内部電極２２の本体部２２ａ，内部電極２３および表面電極３１の幅は、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましく、２ｍｍ〜４ｍｍ程度が更に望ましい。表面電極３１および表面電極３２の長さは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍとするのが望ましい。表面電極３１および表面電極３２の幅は、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが望ましい。このような形状を有する積層体２０を用いることにより、強い振動を発生することが可能な小型の圧電振動素子１４を得ることができる。
積層体２０を構成する圧電体層２４は、例えば、ジルコン酸鉛（ＰＺ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等を好適に用いて形成することができるが、他の圧電材料を用いても構わない。圧電体層２４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程度に設定することが望ましい。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電ｄ３１定数を有することが望ましい。圧電振動素子１４を構成する内部電極２１，２２，２３は、例えば、銀や銀とパラジウムとの合金等の金属成分に加えて、セラミック成分やガラス成分を含有させたものを好適に用いて形成することができるが、他の既知の金属材料を用いて形成しても構わない。
このような圧電振動素子１４は、例えば次のような方法によって作製することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤、溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製し、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートに導体ペーストを印刷して内部電極２１，２２，２３となる電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを積層し、少なくとも積層方向に圧力が加わるようにプレス装置を用いてプレスし、積層成形体を作製する。その後、脱脂および焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得る。次に、表面電極３１，３２，３３ならびに第１の接続電極４１，第２の接続電極４２および第３の接続電極（図示せず）を形成するための導体ペーストを印刷し、所定の温度で焼付けた後に、表面電極３１，３２，３３を通じて直流電圧を印加して圧電体層２４の分極を行う。このよう
にして、圧電振動素子１４を得ることができる。なお、このような製造工程において、例えば、プレス装置の上側（第１の表面１４ａと接触する側）の金型として複数の凹みを有するものを使用し、プレス装置の下側（第２の表面１４ｂと接触する側）の金型として平坦なものを使用することにより、上述したような形状の圧電振動素子１４を作製することができる。
（実施の形態の第２の例）
図７は、本発明の実施の形態の第２の例の圧電振動素子を模式的に示す斜視図である。なお、図７においては、作図を容易にするために、圧電振動素子１４の詳細な構造の図示を省略している。また、本例の圧電振動素子においては、前述した実施の形態の第１の例の圧電振動素子と異なる点について説明する。
本例の圧電振動素子は、前述した実施の形態の第１の例の圧電振動素子１４と、接続用配線５１とを有している。接続用配線５１は、フィルム中に２本の導電線路（図示せず）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。接続用配線５１の他方端は、圧電振動素子１４の第１の表面１４ａにおいて、表面電極３１，表面電極３２および表面電極３３に接続されている。詳細には、２本の導電路の一方が表面電極３１に接続されており、２本の導電路の他方が表面電極３２および表面電極３３の両方に接続されている。
このような構成を備える本例の圧電振動素子によれば、第３の方向（図のｙ軸方向）において中央部が両端部よりも突出した形状を有している第１の表面１４ａに接続用配線５１が取り付けられていることから、平坦な第２の表面１４ｂの全面を、振動を加える対象物に接合することができる。よって、振動を加える対象物に強固に接合することができる圧電振動素子を得ることができる。
（実施の形態の第３の例）
図８は、本発明の実施の形態の第３の例の圧電振動装置を模式的に示す斜視図である。なお、図８においては、作図を容易にするために、圧電振動素子１４の詳細な構造の図示を省略している。また、本例の圧電振動装置においては、前述した実施の形態の第１の例と異なる点について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。本例の圧電振動装置は、図８に示すように、前述した実施の形態の第１の例の圧電振動素子１４と、振動板１２と、第１の接合部材１３とを有している。
振動板１２は、矩形の薄板状の形状を有している。振動板１２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１２の厚みは、例えば、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度に設定される。
振動板１２は、圧電振動素子１４の第２の表面１４ｂに、第１の接合部材１３を介して取り付けられている。詳細には、圧電振動素子１４は、振動板１２の長さ方向の一方端部（図の＋ｙ方向端部）における幅方向（図のｘ軸方向）の中央部において、圧電振動素子１４の第３の方向（図のｙ軸方向）と、振動板１２の長さ方向とが一致するように、振動板１２の表面に固定されている。また、第１の接合部材１３を介して、振動板１２に、第２の表面１４ｂが全体的に接合されている。なお、全体的に接合された状態とは、第２の表面１４ｂの全面が接合された状態と、第２の表面１４ｂの略全面が接合された状態とを含むものである。
第１の接合部材１３は、フィルム状の形状を有している。また、第１の接合部材１３は、振動板１２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１２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、第１の接合部材１３は
、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板１２よりも大きく変形する。また、第１の接合部材１３は、振動板１２の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）の一部に一方主面（図の−ｚ方向側の主面）が全体的に固定されているとともに、他方主面（図の＋ｚ方向側の主面）に圧電振動素子１４の一方主面（図の−ｚ方向側の主面）が全体的に固定されている。
第１の接合部材１３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。このような第１の接合部材１３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、接合部材の厚みは、圧電振動素子１４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程度に設定される。
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振動素子１４を屈曲振動させ、それによって、振動板１２を振動させる圧電振動装置として機能する。なお、例えば、振動板１２の長さ方向における他方端部（図の−ｙ方向端部）や、振動板１２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、不要な振動の発生が低減された圧電振動素子１４を用いて構成されていることから、不要な振動の発生が低減された圧電振動装置を得ることができる。
本例の圧電振動装置は、圧電振動素子１４の平坦な第２の表面１４ｂに振動板１２が接合されている。これにより、圧電振動素子１４と振動板１２とが強固に接合された圧電振動装置を得ることができる。
また、本例の圧電振動装置において、圧電振動素子１４の振動板１２に取り付けられた側の表面である第２の表面１４ｂに、少なくとも２つの電極（表面電極３１，３２，３３）が配置されている。これにより、圧電振動素子１４と振動板１２との接合強度を高めることができる。
また、本例の圧電振動装置において、振動板１２に取り付けられた側の反対側の表面である第１の表面１４ａが、第３の方向（図のｙ軸方向）において、中央部が両端部よりも第１の方向（図の＋ｚ方向）へ突出した形状を有していることから、第１の方向（図のｚ軸方向）における振動の対称性を向上させることができる。
なお、本例の圧電振動装置は、圧電振動素子１４の第２の表面１４ｂが振動板１２に接合されているが、場合によっては、圧電振動素子１４の第１の表面１４ａが振動板１２に接合されるようにしても構わない。
また、本例の圧電振動装置は、圧電振動素子１４の第３の方向（図のｙ軸方向）と振動板１２の長さ方向（図のｙ軸方向）とが一致するように、圧電振動素子１４と振動板１２とが接合されている。これにより、第３の方向（図のｙ軸方向）に振幅が変化する圧電振動素子１４の不要振動に起因する振動板１２の不要振動の発生を僅かながら低減することができる。この効果が得られるメカニズムは解明されていないが、振動板１２の端部に到達する波の減衰の大きさが関係するのではないかと考えられる。
（実施の形態の第４の例）
図９は、本発明の実施の形態の第４の例である携帯端末を模式的に示す斜視図である。図１０は、図９におけるＡ−Ａ’線断面図である。図１１は、図９におけるＢ−Ｂ’線断面図である。なお、本例においては、前述した実施の形態の第３の例と異なる点について
説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
本例の携帯端末は、図９〜１１に示すように、圧電振動素子１４と、振動板１２と、第１の接合部材１３と、第２の接合部材１６と、筐体１９と、ディスプレー１８と、電子回路（図示せず）とを備えており、振動板１２がディスプレー１８のカバーとして機能している。
筐体１９は、１つの面が開口した箱状の形状を有している。筐体１９は、剛性および弾性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。そして、筐体１９は振動板１２を振動可能に支持する支持体として機能するとともに、携帯端末の筐体として機能している。振動板１２は、一方主面（図の＋ｚ方向の主面）の周囲のみが第２の接合部材１６を介して筐体１９に固定されており、筐体１９に振動可能に取り付けられている。
第２の接合部材１６は、フィルム状の形状を有している。また、第２の接合部材１６は、振動板１２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１２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、第２の接合部材１６は、変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板１２よりも大きく変形する。また、第２の接合部材１６は、一方主面が全体的に振動板１２の一方主面の周縁部に固定されているとともに、他方主面が全体的に筐体１９に固定されている。
なお、第２の接合部材１６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。このような第２の接合部材１６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。なお、第２の接合部材１６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程度に設定される。すなわち、第２の接合部材１６は、筐体１９に振動板１２の振動を伝達可能に形成されている。
電子回路（図示せず）としては、例えば、ディスプレー１８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、電子回路と圧電振動素子１４とは図示せぬ接続用配線で接続されている。
ディスプレー１８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、液晶ディスプレー，プラズマディスプレー，および有機ＥＬディスプレー等の既知のディスプレーを好適に用いることができる。なお、ディスプレー１８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、ディスプレー１８のカバーが、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。
本例の携帯端末は、振動板１２または筐体１９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声情報を伝達することができる。すなわち、振動板１２または筐体１９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声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声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１２または筐体１９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い。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、本例の携帯端末は、不要な振動の発生が低減された圧電振動素子１４を用いて音
情報を伝達することから、高品質な音情報を伝達することができる。
（変形例）
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
例えば、前述した実施の形態の第２の例においては、接続用配線５１としてフレキシブル・プリント配線基板を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。接続用配線５１は、圧電振動素子１４と外部回路とを電気的に接続できるものであれば良く、既知の種々の配線を用いることができる。
また、前述した実施の形態の例においては、第１の接合部材１３および第２の接合部材１６が振動板１２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されている場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の接合部材１３および第２の接合部材１６が振動板１２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、第１の接合部材１３および第２の接合部材１６を有さない構成であっても構わない。
また、前述した実施の形態の第４の例においては、ディスプレー１８のカバーが振動板１２である例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ディスプレー１８全体や、ディスプレー１８の一部を振動板１２として機能するようにしても構わない。
また、前述した実施の形態の第４の例においては、携帯端末の筐体１９そのものが振動板１２を支持する支持体として機能している例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、筐体１９の一部が支持体として機能するようにしてもよく、また、振動板１２を支持する支持体が筐体１９に取り付けられている構成であっても構わない。
また、前述した実施の形態の第４の例においては、振動板１２または筐体１９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声情報を伝達する例を示したが、これに限定されるものではない、例えば、振動板１２または筐体１９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。また、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。
次に、本発明の圧電振動素子の具体例について説明する。図１〜４に示した本発明の実施の形態の第１の例の圧電振動素子１４を用いた圧電振動装置を作製し、その特性を測定した。
圧電振動素子１４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、圧電振動素子１４は、厚みが３０μｍ程度の圧電体層２４と内部電極２１，２２，２３とが交互に積層された構造とし、圧電体層２４の総数は１６層とした。圧電体層２４は、Ｚｒの一部をＳｂで置換したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した。圧電振動素子１４の第１の表面１４ａにおいて、第３の方向（図のｙ軸方向）の中央部の両端部に対する図の＋ｚ方向への突出量は、圧電振動素子１４の厚みの１０％（０．０５ｍｍ）であった。圧電振動素子１４の第２の表面１４ｂは殆ど平坦だった。
また、金属製の枠にガラス板を両面テープで張り付けるとともに、ガラス板の一方の表面の中央に、圧電振動素子１４の第２の表面１４ｂを両面テープで貼り付け、ガラス板の他方の表面から１ｍｍ離れた位置にマイクを設置した。そして、周波数を０．３〜３．４ｋＨｚの範囲で変化させた実効値３．０Ｖの正弦波信号を圧電振動素子１４に入力し、マ
イクで検出される音圧を測定した。その結果を図１２に示す。なお、図１２のグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は音圧を示す。図１２に示すグラフによれば、不要振動に起因するピークやディップが少ない、フラットで優れた特性が得られていることが判る。これにより本発明の有効性が確認できた。
１２：振動板
１４：圧電振動素子
１４ａ：第１の表面
１４ｂ：第２の表面
１８：ディスプレー
１９：筐体
５１：接続用配線

Claims (12)

  1. 第１の方向に沿って積層された複数の電極層および圧電体層を少なくとも有しているとともに、前記第１の方向に間隔を開けて対向する２つの表面を有しており、電気信号が入力されることによって、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って振幅が変化するように前記第１の方向に屈曲振動する圧電振動素子であって、前記２つの表面の一方は、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な第３の方向において、中央部が両端部よりも突出した形状を有していることを特徴とする圧電振動素子。
  2. 前記２つの表面の一方は、前記第３の方向において、前記複数の電極層が存在する領域の中央部が両端部よりも突出していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
  3. 前記２つの表面の他方は、前記２つの表面の一方よりも平坦であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動素子。
  4. 前記２つの表面の一方に接続用配線が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電振動素子。
  5. 前記第２の方向の寸法が前記第３の方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電振動素子。
  6. 前記２つの表面の一方は、前記第２の方向において、中央部が両端部よりも突出した形状を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電振動素子。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子の前記２つの表面のどちらかに取り付けられた振動板とを少なくとも有することを特徴とする圧電振動装置。
  8. 前記振動板に圧電振動素子の前記２つの表面の他方が取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の圧電振動装置。
  9. 前記第３の方向と、前記振動板の長さ方向とが一致していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の圧電振動装置。
  10. 前記圧電振動素子の前記振動板に取り付けられた側の表面に、少なくとも２つの電極が配置されていることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の圧電振動装置。
  11. 電子回路と、ディスプレーと、請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の圧電振動装置と、筐体とを少なくとも有しており、前記振動板が前記ディスプレーまたは前記ディスプレーの一部または前記ディスプレーのカバーであり、前記振動板が前記筐体に直接または他のものを介して取り付けられていることを特徴とする携帯端末。
  12. 前記振動板または前記筐体を直接または他の物を介して耳に接触させて音声情報を伝達することを特徴とする請求項１１に記載の携帯端末。
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