JP2014199927A - 圧電振動モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】連続的な振動状態でも圧電素子と外部電極との間の密着性を向上させることができる圧電振動モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の圧電振動モジュールは、その内部に第１内部電極２１１及び第２内部電極２１２のパターンが印刷されており、外部面に第１内部電極２１１と電気的に連結される第１外部電極２２１及び第２内部電極２１２と電気的に連結される第２外部電極２２２が備えられた圧電素子２００を含み、第１外部電極２２１及び第２外部電極２２２は銀（Ａｇ）で形成され、圧電素子２００の外部面に形成されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動モジュールに関する。

通常、携帯電話、電子ブック（Ｅ―ｂｏｏｋ）端末、ゲーム機、ＰＭＰなどの携帯用電子機器において、振動機能が様々な用途に活用されている。

特に、このような振動を発生させるための振動発生装置は、主に、携帯用電子機器に搭載され、無音の着信信号である警報機能として利用されている。

このような携帯用電子機器の多機能化に伴い、現在、振動発生装置においても小型化だけでなく集積化及び様々な高機能化が求められている状況である。

さらに、近年、携帯用電子機器を簡便に使用しようとするユーザの要求に応じて、携帯用電子機器をタッチして入力するタッチ方式のデバイスが一般的に採択されている。

現在、一般に通用されているハプティックデバイスは、タッチして入力する概念の他にも、インターフェースユーザの直観的な経験を反映して、タッチに対するフィードバックをより多様化する概念まで広範囲に含む。

このようなハプティックデバイスは、通常、圧電素子の外部電源の印加によって膨張及び／または収縮変形を繰り返すことにより振動を提供する。特許文献１には、圧電素子を採用した振動発生器が開示されている。

特許文献１に開示された振動発生器は、機械的エネルギーを利用して振動を発生させるものであって、上部ケースと、下部ケースと、下部ケースの上側面に配置され、電圧の印加時に振動する圧電素子と、圧電素子の上側面に形成された弾性手段と、この弾性手段によって弾力的に支持される重量体（またはウェート）と、を備えている。

圧電素子は、印刷回路基板を介して外部からの電流を受け、圧電素子を通る電流に応答して物理的モーメントまたは変位力を生成して、上下または左右方向の並進運動を発生させる。

しかし、特許文献１による振動発生器は、圧電素子及び電流印加方式について具体的に記載していない。当該分野の熟練者に広く公知されているように、圧電素子は印刷回路基板から印加信号を受信すると繰り返して振動運動するが、これによって印刷回路基板の端部に半田付けで連結された圧電素子の外部電極が圧電素子から剥離される現象が度々発生する。

したがって、連続的な振動状態でも圧電素子と外部電極との間の密着性を向上させることができる他の方法が考慮されなければならない。

韓国公開特許第１０−２００６−００００８９４号公報

本発明は、上述の問題点を解決するために導き出されたものであって、圧電素子とこの圧電素子に形成された外部電極との間の密着性を向上させることができる圧電振動モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を果たすために、本発明は、圧電素子とこの圧電素子に配置された外部電極との間の密着性を向上させることができる圧電振動モジュールに関するものであって、その内部に第１内部電極及び第２内部電極のパターンが印刷されており、外部面の両側端部に第１内部電極と電気的に連結される第１外部電極及び第２内部電極と電気的に連結される第２外部電極が備えられた圧電素子を含み、第１外部電極及び第２外部電極は銀（Ａｇ）で形成されることを特徴とする。

本発明において、第１外部電極及び第２外部電極は、上述のように圧電素子と外部電極との剥離現象を解消するために、銀（Ａｇ）にフィラーをさらに含む。

好ましくは、フィラーは、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びこれらの組合せからなる群から選択される素材からなることができる。

本発明の圧電振動モジュールは、外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返して振動力を生成する圧電素子と、下部が開放されており、内部空間を形成する上部ケースと、この上部ケースの下部に結合され、上部ケースの内部空間を遮蔽する下部ケースと、圧電素子が取り付けられる平坦な下部プレート及びこの下部プレートの両側面の中心から垂直上方に立設された一対の上部プレートを備え、上部ケースと下部ケースの内部に配置されて上下方向に駆動される振動プレートと、一側端部は圧電素子と接触され、他側端部は圧電振動モジュールの外部に引き出されているフレキシブル回路基板と、をさらに含む。

ここで、振動プレートは、圧電素子の振動力を増大させるために一対の上部プレートの間にさらに配置される重量体を含む。

圧電素子の収縮及び／または膨張変形に影響を与えないように、下部ケースと下部プレートは所定間隔で離隔させる。

本発明は、振動プレートと上部ケースとの間に備えられた第１緩衝部材をさらに含むことができる。

また、本発明は、振動プレートと下部ケースとの間に備えられた第３緩衝部材をさらに含むことができる。

さらに、本発明は、重量体の下部両側に備えられた第２緩衝部材をさらに含むことができる。

具体的には、フレキシブル回路基板（ＦＰＣＢ）は、端子ターミナルを備え、圧電素子の第１及び第２外部電極に電源を印加する。この際、第１外部電極と第２外部電極はフレキシブル回路基板の各端子ターミナルに半田付け部を介して電気的に連結される。

上述の本発明によると、圧電素子の外部電極と圧電素子との間の密着性を向上させることができる圧電振動モジュールを提供して、フレキシブル回路基板から印加される電流によって、圧電素子が膨張及び収縮変形する際にも、圧電素子と外部電極が剥離現象によって分離することを最小化することができる。

本発明は、上述したように剥離現象を防止するための別の構成部材が不要であって、簡単に圧電素子の外部電極にフィラーを追加するだけで上記の効果を奏することができる。

本発明による圧電振動モジュールの圧電素子とフレキシブル回路基板との概略的な結合状態を図示した図面である。 本発明による圧電振動モジュールの斜視図である。 図２に図示された圧電振動モジュールの分解斜視図である。 図２に図示された圧電振動モジュールの断面図である。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明による圧電振動モジュールの圧電素子とフレキシブル回路基板との概略的な結合状態を図示した図面である。

本発明による圧電振動モジュールは、印刷回路基板３００、好ましくは、フレキシブル回路基板３００（以下、ＦＰＣＢ）から供給される電源の印加による圧電素子２００の収縮及び／または膨張変形の繰り返しによって振動を発生させることができる。

好ましくは、圧電振動モジュール１（図２及び図３参照）は、半田付け及び／または導電性接着剤を用いて圧電素子２００の外部電極２２１、２２２とＦＰＣＢ３００の端子ターミナルを導通させる。

圧電素子２００は、薄い成形シート（ｓｈｅｅｔ）上に所望の形態に設計された第１内部電極２１１及び第２内部電極２１２のパターンを交互に印刷し、この内部電極２１１、２１２が印刷されたそれぞれのシートを多層に積層した後、積層物を焼成することにより単一素体に一体化される。

圧電素子２００の外部面の両側端部には、第１内部電極２１１と電気的に連結される第１外部電極２２１及び第２内部電極２１２と電気的に連結される第２外部電極２２２が備えられる。

第１外部電極２２１及び第２外部電極２２２は、例えば、ＦＰＣＢ３００の各端子ターミナルに半田付け部４０１、４０２を介して電気的に連結されることにより固定実装される。

参照に、ＦＰＣＢ３００の一側端部は、上述したように圧電素子２００の第１及び第２外部電極２２１、２２２と連結されるように本発明の圧電振動モジュールの内部に収容されており、ＦＰＣＢ３００の他側端部は、上部ケース及び下部ケースで覆われている圧電振動モジュールの外側に引き出されている。

また、圧電素子２００は、単層型または多層型に積層されて構成されることができる。多層型に積層された圧電素子は、低い外部電圧でも圧電素子の駆動に必要な電界を確保することができる。したがって、本発明による圧電振動モジュールの駆動電圧を低める効果を奏するために、本発明では多層型に積層された圧電素子２００を採用することが好ましい。

さらに、圧電素子２００は、圧電振動モジュールの高さを低め、且つユーザが所望する発振周波数に応えるように、所定の厚さを有する多層型に製作されなければならない。

通常、第１外部電極２２１及び第２外部電極２２２は、圧電素子２００の外部面に互いに分離して配置された後、電極薄膜形成工程、例えば、ディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）方式、シルク印刷方式、またはスパッタリング方式で銀（Ａｇ）素材の導電性ペーストを塗布または蒸着することにより形成される。

圧電素子２００の収縮及び膨張変形が繰り返される場合、数百万回にわたって収縮及び膨張変形する駆動過程中に、不測の落下衝撃または圧電素子２００と外部電極２２１、２２２との熱膨張率差により、本発明による圧電素子２００の外部面に塗布された第１及び第２外部電極２２１、２２２が圧電素子２００から剥離される場合が度々発生する。

本発明は、圧電素子２００とＦＰＣＢ３００と間に介在されている第１及び第２外部電極２２１、２２２の伝導性を保障するために、第１及び第２外部電極２２１、２２２を純銀（Ａｇ）ペーストを用いて形成する。この際、銀素材のペーストを６９０℃〜７５０℃で焼結して用いる。

好ましくは、本発明は、圧電素子２００とこの圧電素子２００の外部面に形成された外部電極２２２との間の密着性を向上させるために、純銀（Ａｇ）で製作された第１及び第２外部電極２２１、２２２に密着性を増大させるためのフィラー（ｆｉｌｌｅｒ）をさらに含有させることを特徴とする。

特に、外部電極２２１、２２２用フィラーは、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びこれらの組合せからなる群から選択される金属であって、純銀（Ａｇ）にさらに含有されて用いられる。フィラーを含有する外部電極２２１、２２２は、上述のように導電性を維持しながらも圧電素子２００との密着性を向上させるため、従来の銀（Ａｇ）のみで製作された外部電極に比べ剥離現象を著しく低減させることができる。

銀素材に追加される銅、パラジウム、及びこれらの組合せからなる群から選択された金属は、圧電素子２００の圧電特性に影響を与えないながらも、応力衝撃や熱衝撃に強い特性を示す。したがって、圧電素子と外部電極との結着状態を向上させることができる。

図２から図４を参照すると、本発明による圧電振動モジュール１は、上部ケース１１０と、振動プレート１２０と、重量体１３０と、下部ケース１４０と、からなる。

このような圧電振動モジュール１は、例えば、タッチスクリーンパネル（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｐａｎｅｌ、不図示）に振動力を伝達するための手段として用いられることができる。

ここで、図４は、本発明による圧電振動モジュールの各構成部材間の配列状態が確認できるように、上部ケースとそれぞれの緩衝部材を排除して図示したものである。

上部ケース１１０は、一側面が開放された箱状からなっており、その内部空間に、駆動体、具体的には圧電素子２００が取り付けられた振動プレート１２０が収容される。

振動プレート１２０は、圧電素子２００と一体に膨張及び収縮変形を繰り返して、バンディング作用によって圧電素子２００の振動力を外部部品に伝達するものであって、平坦な下部プレート１２１を備える。下部プレート１２１の平坦な一面（具体的には、下部面）には圧電素子２００が取り付けられ、下部プレート１２１の他面（具体的に、上部面）には重量体１３０が配置される。この振動プレート１２０には、圧電素子２００を駆動するための電源を印加するフレキシブル回路基板３００（以下、ＦＰＣＢ）または印刷回路基板が取り付けられる。

特に、振動プレート１２０は、ＦＰＣＢ３００からの外部電源の印加によって膨張または収縮変形を繰り返す圧電素子２００と一体に変形されることができるように、弾性力を有する金属材料、例えば、ＳＵＳからなる。また、振動プレート１２０と圧電素子２００がボンディング結合方式により互いに結合される場合、接合部材の硬化によって発生しえるバンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）現象を予め防止するために、圧電素子の熱膨張係数と類似の熱膨張係数を有する材料であるインバー（ｉｎｖａｒ）からなることもできる。

上述したように、振動プレート１２０が圧電素子２００と類似の熱膨張係数を有するインバー材料で形成されることにより、圧電素子２００は、高温の外部環境下で作動時または熱衝撃時に発生する熱的ストレス（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ）が減少されるため、電気的特性が低下する圧電劣化現象を防止することができる効果を有する。

選択的に、振動プレート１２０は、図示されたように平坦な下部プレート１２１とともに、この下部プレート１２１の両側面から垂直上方に立設されている一対の上部プレート１２２を備えることができる。上部プレート１２２は、下部プレート１２１の中心部に結合される。下部プレート１２１と上部プレート１２２は、一体型の単一部品からなってもよく、これと異なって様々な接合方式により固定結合されてもよい。

一対の上部プレート１２２は、例えば、下部プレート１２１の幅だけ互いに平行に配列されており、一対の上部プレート１２２の間に重量体１３０を配置することができる。重量体１３０は、振動力を最大に増加させるための媒介物であり、振動プレート１２０の下部プレート１２１との接触を防止するために、重量体１３０の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。したがって、上部プレート１２２も重量体１３０の側面形状と同様に、上部プレート１２２の中心部から両端部に向かって上向きに傾斜して形成される。

上述したように、振動プレート１２０に上部プレート１２２が備えられている構造では、重量体１３０が下部プレート１２１と接触していないため、圧電素子２００を下部プレート１２１の平坦な一面上に配置することができる。

参照に、重量体１３０は、金属材料で製作されることができ、同一体積で相対的に高い密度を有するタングステン材料で製作されることが好ましい。

下部ケース１４０は、図示されたように、全体的に細長い平坦なプレート形状に形成され、上部ケース１１０の開放された下部面を閉鎖することができるサイズ及び形状に形成されている。

上部ケース１１０と下部ケース１４０は、当該分野の熟練者において公知されているかしめ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）、溶接、またはボンディングなどの様々な方式で結合されることができる。

圧電素子２００に電源が印加されると、圧電素子２００は下部プレート１２１に完全に付着されていて、膨張または収縮変形によって下部プレート１２１の中心部にモーメントが発生する。下部プレート１２１が下部ケース１４０の両端部に固定された状態でモーメントが発生するため、振動プレート１２０の中心部が上下方向に変形される。

振動プレート１２０は、上述のように上下方向に振動しても上部ケース１１０及び下部ケース１４０と接触されないように所定間隔で平行に離隔されなければならない。

特に、本発明による圧電振動モジュール１には、下部ケース１４０の両端部に垂直上方に突出された結合端１４１が形成されている。２個の結合端１４１は、振動プレート１２０の下部プレート１２１の両端部を支持して全体的に下部ケース１４０と圧電素子２００との間を離隔させる。平坦な下部プレート１２１が下部ケース１４０の両端部に形成された結合端１４１上に載置されて、振動プレート１２０の下部プレート１２１と下部ケース１４０との間を離隔させることにより空間が提供される。

さらに、結合端１４１には、案内溝１４２が形成されて、ＦＰＣＢ３００を貫通することができる経路を提供する。これにより、ＦＰＣＢ３００が他の構成部材と接触されることなく圧電振動モジュール１の一部を貫通して外部に延長される。

これと異なって、下部プレート１２１がその両端部に垂直下方に突出された段差部（不図示）によって下部ケース１４０の両端部に結合されて固定されてもよい。

選択的に、重量体１３０の上部には一つ以上の第１緩衝部材４１０が取り付けられ、重量体１３０の上部が上部ケース１１０の上部面の内側と対向するように配置される。第１緩衝部材４１０は、外部衝撃、例えば、圧電振動モジュール１の落下時または圧電素子２００の駆動変位の増加による内部構成部材との衝突時、圧電素子２００が備えられた振動プレート１２０に直接的な衝撃力が伝達されて圧電素子２００が破損されることを予め防止するためのものである。

さらに、本発明による圧電振動モジュール１は、重量体１３０の下部の両側に第２緩衝部材４３０を備え、重量体１３０と下部プレート１２１との直接的な接触を防止することができる。

さらに、本発明による圧電振動モジュール１は、下部ケース１４０の中心部上に第３緩衝部材４４０を備え、この第３緩衝部材４４０を介して下部プレート１２１と下部ケース１４０との直接的な接触を防止することができる。

選択的に、第１緩衝部材４１０、第２緩衝部材４３０、及び第３緩衝部材４４０は、ゴム素材であることができ、これに限定されず、様々な素材で製作されることができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、圧電振動モジュールに適用可能である。

１ 圧電振動モジュール
１１０ 上部ケース
１２０ 振動プレート
１２１ 下部プレート
１２２ 上部プレート
１３０ 重量体
１４０ 下部ケース
１４１ 結合端
１４２ 案内溝
２００ 圧電素子
２１１ 第１内部電極（内部電極）
２１２ 第２内部電極（内部電極）
２２１ 第１外部電極（外部電極）
２２２ 第２外部電極（外部電極）
３００ 印刷回路基板、フレキシブル回路基板（ＦＰＣＢ）
４０１，４０２ 半田付け部
４１０ 第１緩衝部材
４３０ 第２緩衝部材
４４０ 第３緩衝部材

Claims (13)

1. その内部に第１内部電極及び第２内部電極のパターンが印刷されており、外部面に前記第１内部電極と電気的に連結される第１外部電極及び前記第２内部電極と電気的に連結される第２外部電極が備えられた圧電素子を含み、
   前記第１外部電極及び第２外部電極は銀（Ａｇ）で形成され、前記圧電素子の外部面に形成されている、圧電振動モジュール。
2. 前記第１外部電極及び第２外部電極は、銀（Ａｇ）にフィラーをさらに含有する、請求項１に記載の圧電振動モジュール。
3. 前記フィラーは、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びこれらの組合せからなる群から選択される金属からなる、請求項２に記載の圧電振動モジュール。
4. 外部電源の印加によって膨張及び収縮変形を繰り返して振動力を生成する前記圧電素子と、
   下部が開放されており、内部空間を形成する上部ケースと、
   前記上部ケースの下部に結合され、前記上部ケースの内部空間を遮蔽する下部ケースと、
   前記圧電素子が取り付けられる平坦な下部プレート及び前記下部プレートの両側面の中心から垂直上方に立設された一対の上部プレートを備え、前記上部ケースと下部ケースの内部に配置されて上下方向に駆動される振動プレートと、
   一側端部は前記圧電素子と接触され、他側端部は前記圧電振動モジュールの外部に引き出されているフレキシブル回路基板と、をさらに含む、請求項１に記載の圧電振動モジュール。
5. 前記振動プレートは、前記圧電素子の振動力を増大させるために前記一対の上部プレートの間にさらに配置される重量体を含む、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
6. 前記下部ケースと下部プレートは所定間隔で離隔されている、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
7. 前記振動プレートと前記上部ケースとの間に備えられた第１緩衝部材をさらに含む、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
8. 前記振動プレートと前記下部ケースとの間に備えられた第３緩衝部材をさらに含む、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
9. 前記重量体の下部両側に備えられた第２緩衝部材をさらに含む、請求項５に記載の圧電振動モジュール。
10. 前記フレキシブル回路基板（ＦＰＣＢ）は、端子ターミナルを備え、前記圧電素子の第１及び第２外部電極に電源を印加する、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
11. 前記第１外部電極と第２外部電極は前記フレキシブル回路基板の各端子ターミナルに半田付け部を介して電気的に連結されている、請求項１０に記載の圧電振動モジュール。
12. 前記下部ケースはその両端部に垂直上方に突出された結合端を含む、請求項４に記載の圧電振動モジュール。
13. 前記結合端は案内溝を形成している、請求項１２に記載の圧電振動モジュール。

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