JP2015207740A - 圧電アクチュエータ、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

Abstract

【課題】 圧電素子の振動によるノイズの低減された圧電アクチュエータ、圧電振動装置、携帯端末、音響発生器および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、内部電極と圧電体層とが積層された積層体１１と、積層体１１の一方主面に内部電極と電気的に接続された表面電極１２を備えた圧電素子１０と、ベースフィルム２１の下面に設けられた配線導体２２、および圧電素子１０の近傍を除いて配線導体２２を覆うように設けられたカバーフィルム２３を備え、導電性接合材４を介して圧電素子１０に接合され、配線導体２２が表面電極１２と電気的に接続されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２上の少なくとも圧電素子１０と重なる領域に設けられた緩衝材３とを有しており、緩衝材３の先端がベースフィルム２１の上方から見てカバーフィルム２３と重なる位置まで延びて設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動装置、携帯端末に好適な圧電アクチュエータ、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

フレキシブル基板は、一般にポリイミドなどのベースフィルムに配線導体が設けられたものである。このように、ベースフィルムに用いられるポリイミドなどの樹脂は弾性体であることから、圧電素子の振動がフレキシブル基板を伝わりやすい。したがって、フレキシブル基板と圧電素子との接合部とは反対側のフレキシブル基板と外部回路との接合部（コネクタ接合部）まで圧電素子の振動が伝わって、ノイズとして検出される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、圧電素子の振動によるノイズを低減させた圧電アクチュエータ、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、該ベースフィルムの下面に設けられた配線導体、および前記圧電素子の近傍を除いて前記配線導体を覆うように設けられたカバーフィルムを備え、導電性接合材を介して前記圧電素子に接合され、前記配線導体が前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上の少なくとも前記圧電素子と重なる領域に設けられた緩衝材とを有しており、該緩衝材の先端が前記ベースフィルムの上方から見て前記カバーフィルムと重なる位置まで延びて設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータである。

また本発明は、上記の構成において、前記緩衝材と前記カバーフィルムとが重なる領域において、前記緩衝材の幅と前記カバーフィルムの幅とが同じであることを特徴とする圧電アクチュエータである。

また本発明は、上記の構成において、前記緩衝材と前記カバーフィルムとが重なる領域において、前記緩衝材はくびれ部を有していることを特徴とする圧電アクチュエータである。

また本発明は、上記の構成において、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おり、前記ベースフィルムの上方から見て前記フレキシブル基板と重なる前記圧電素子の角部から延出してい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、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である。

また本発明は、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ていることを特徴とする音響発生装置である。

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、フレキシブル基板上の少なくとも圧電素子と重なる領域に設けられた緩衝材の先端が、カバーフィルムと重なる位置まで延びていることで、圧電素子の振動が減衰されて伝わりにくくなり、ノイズが低減される。また、フレキシブル基板がねじれにくくなるのでノイズが低減される。

（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、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例を示す概略斜視図である。 本発明の圧電アクチュエータの実施の形態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５に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 図５に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 （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、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した一例の概略断面図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線で切断した他の例の概略断面図である。 本発明の音響発生装置の実施形態に係る構成を示す図である。 本発明の電子機器の実施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、および積層体１１の一方主面に内部電極と電気的に接続された表面電極１２を備えた圧電素子１０と、ベースフィルム２１、ベースフィルム２１の下面に設けられた配線導体２２、および圧電素子１０の近傍を除いて配線導体２２を覆うように設けられたカバーフィルム２３を備え、導電性接合材４を介して圧電素子１０に接合され、前記配線導体２２が表面電極１２と電気的に接続されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２上の少なくとも圧電素子１０と重なる領域に設けられた緩衝材３とを有しており、緩衝材３の先端がベースフィルム２１の上方から見てカバーフィルム２３と重なる位置まで延びて設けられている。

本例の圧電アクチュエータ１は圧電素子１０を有している。そして、圧電素子１０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。

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の内部電極および第２の内部電極からなる。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の内部電極および第２の内部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。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の内部電極および第２の内部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ｄ３１定数を有することが好ましい。

積層体１１の一方主面には、内部電極と電気的に接続された表面電極１２が設けられて
いる。図示しないが、表面電極１２は、例えば大きな面積の第１の表面電極、小さな面積の第２の表面電極および第３の表面電極で構成されている。そして、第１の表面電極は第１の内部電極と電気的に接続され、第２の表面電極は一方主面側に配置された第２の内部電極と電気的に接続され、第３の表面電極は他方主面側に配置された第２の内部電極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の表面電極および第３の表面電極の長さは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。第２の表面電極および第３の表面電極の幅は、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はフレキシブル基板２を有しており、このフレキシブル基板２は圧電素子１０の表面電極１２と電気的に接続されている。

フレキシブル基板２は、例えば樹脂製のベースフィルム２１の表面に、配線導体２２が設けられたフレキシブル・プリント配線基板である。具体的にはポリイミド、フォトソルダーレジストの絶縁体などからなるベースフィルム２１、ベースフィルム２１の下面に設けられた銅、金等の導電体などからなる配線導体２２、および圧電素子１０の近傍を除いて配線導体２２を覆うように設けられたポリイミド、フォトソルダーレジストの絶縁体などからなるカバーフィルム２３を備えている。そして、フレキシブル基板２は導電性接合材４を介して圧電素子１０に接合され、配線導体２２が導電性接合材４を介して表面電極１２と電気的に接続されている。このフレキシブル基板２は、一方の端部で圧電素子１０と接合され、他方の端部（例えばコネクタ接合部）で例えばコネクタと接合されている。

導電性接合材４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４１と接着を担う樹脂接着剤４２からなる。具体的には、一つの導電粒子４１が表面電極１２と配線導体２２とに接しているのがよく、表面電極１２と配線導体２２との間にあるそれぞれの導電粒子が表面電極１２と配線導体２２とに接しているのがよい。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。

そして、フレキシブル基板２上の少なくとも圧電素子１０と重なる領域に緩衝材３が設けられており、緩衝材３の先端がベースフィルム２１の上方から見てカバーフィルム２３と重なる位置まで延びている。言い換えると、緩衝材３が、圧電素子１０と重なる領域（第１の領域２０１）と圧電素子１０と重ならない領域（第２の領域２０２）との境界をまたがっており、緩衝材３の先端はカバーフィルム２３と重なる位置まで設けられている。

この緩衝材３は、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。

フレキシブル基板２上の少なくとも圧電素子１０と重なる領域に緩衝材３が設けられており、緩衝材３の先端がベースフィルム２１の上方から見てカバーフィルム２３と重なる位置まで延びて設けられていることにより、圧電素子１０から伝わってきた振動を緩衝材
３が吸収し、圧電素子１０の振動が減衰されてフレキシブル基板２と外部回路とを接続する端部（コネクタ接合部）に伝わりにくくなるから、ノイズが低減される。

また、圧電素子１０から伝わってきた振動によりねじれが発生しやすいが、緩衝材３とカバーフィルム２３とが重なってこの部位の厚みが増していることにより、剛性が向上してねじれが生じにくくなる。したがって、ねじれによるノイズやフレキシブル基板２の剥がれが抑制される。

さらに、圧電アクチュエータ１を筐体に配置したり、外部回路と接続するコネクタ接合部に接合したりする際に、フレキシブル基板２は急な角度で折れ曲がることがあるが、配線導体２２が露出した部位の全域にわたって緩衝材３が重なっているため、この部位が急な角度で折れ曲がることはなく、折れ曲がりによって断線したり圧電素子１０の角部に露出した配線導体２２が触れるなどして断線したりするのを抑制することができる。

なお、図では、フレキシブル基板２および緩衝材３がＬ字状の形状になっているが、このような形状に限られず、表面電極１２の配線導体２２との位置関係で適した形状であればよく、直線状であってもよい。

ここで、緩衝材３とカバーフィルム２３とが重なる領域において、緩衝材３の幅Ｗ１とカバーフィルム２３の幅Ｗ２とが同じであることが好ましい。ここで、緩衝材３の幅Ｗ１，カバーフィルム２３の幅Ｗ２とは、図に示すようにフレキシブル基板２が圧電素子１０から延出している方向に対して垂直な方向の距離のことを意味している。緩衝材３がカバーフィルム２３と重なる領域において、緩衝材３とカバーフィルム２３の幅が同じであることで、圧電素子１０からフレキシブル基板２へ伝搬した振動をフレキシブル基板２の幅全体で緩衝材３が吸収するため、伝搬される振動の偏りによって発生するねじれを最小面積で抑えられる効果的な配置となり、ノイズをより抑制することができる。

また、図２に示すように、緩衝材３とカバーフィルム２３とが重なる領域において、緩衝材３にくびれ部３１を有することが好ましい。ここで、くびれ部３１とは、緩衝材３において他の部位よりも幅の狭くなっている部位のことを意味している。
圧電素子１０の振動により、フレキシブル基板２の幅方向の中心から離れた場所ほど大きくうねりやすいため、くびれ部３１によって幅方向の距離を短くすることで、うねり（波状の揺れ）が小さく押さえられる。これに伴って、フレキシブル基板２のねじれもさらに抑制されるので、ノイズやフレキシブル基板２の剥がれ、断線をさらに抑制することができる。なお、くびれ部３１においては、緩衝材３とカバーフィルム２３とが重なっていて補強されたような領域になっているので、この部位での折れ曲がりによる断線は抑制されている。

くびれ部３１を有する部位の緩衝材３の幅は、他の部位の幅に対し、例えば２０〜９０％の幅になっている。また、くびれ部３１の形状としては、例えば半円状、矩形状、多角形状などに形成されていてよく、特に限定はない。また、図では、緩衝材３のくびれ部３１に対応してフレキシブル基板２にもくびれ部がある形状になっているが、このように緩衝材３とカバーフィルム２３とが重なる領域において緩衝材３およびフレキシブル基板２にくびれ部があるのが効果的である。また、図示しないが、緩衝材３の端部の角にくびれ部３１を有する形状であってもよい。

また、図３に示すように、導電性接合材４はフレキシブル基板２が延出している方向に延在している部分を有しており、ベースフィルム２１の上方から見てフレキシブル基板２と重なる圧電素子１０の角部から延出しているのが好ましい。言い換えると、フレキシブル基板２と重なる圧電素子１０の角部を覆うことが好ましい。導電性接合材４が角部を覆
うことでフレキシブル基板２の剥がれの起点となる隙間がなくなり、剥がれにくくなる。

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および圧電体層を備えた積層体１１を作製する。

積層体１１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１１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１２のパターンで積層体１１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１２を形成する。

なお、表面電極１２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１１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、フレキシブル基板２および緩衝材３を作製する。まず、ベースフィルム２１となるシート（ベースフィルム用多数個取りシート）の上に板状の導体を貼り、エッチングまたは機械加工等によりこの導体をパターンニングして配線導体２２を形成し、さらに配線導体２２の上からカバーフィルム２３となるになるシート（カバーフィルム用多数個取りシート）を貼り付け、フレキシブル基板２が多数配列されたシート（フレキシブル基板用多数個取りシート）を用意する。また、あらかじめ所望の形状に加工された例えば厚み１２５μｍのポリイミドシート（緩衝材用多数個取りシート）を、フレキシブル基板用多数個取りシートの配線導体２２が設けられていない側の面の所定の位置に、熱硬化型接着剤を用いて貼り合せる。そして、フレキシブル基板２をシートからプレス金型等を用いて切り離す際（個片にする際）に、緩衝材３も最終形状に加工される。

場合によっては、あらかじめ最終形状に加工した緩衝材３を所定の位置に最初から貼り合せる必要がある。例えば、図１乃至図４の構成とするには、金型等で形状加工した緩衝材３をフレキシブル基板２の所定の位置に貼り合せるとよい。これに対し、例えば図５および図６の構成の場合には、フレキシブル基板２をフレキシブル基板用多数個取りシート
から切り離す際に形状加工が可能なため、複数個分の緩衝材３を一纏めの部品として貼り合せ、フレキシブル基板２を切り離す際にあわせて緩衝材３の形状加工を行うとよい。

次に、導電性接合材４（導電性接着剤）を用いて、フレキシブル基板２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、フレキシブル基板２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基板２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が圧電素子１０に接続固定され、圧電アクチュエータ１が作製される。

特に、導電性接合材４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。

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基板２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とフレキシブル基板２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４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を構成する積層体１１の一主面（他方主面）に接合された振動板８１とを有するものである。なお、図４では、フレキシブル基板２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。

圧電アクチュエータ１を構成する積層体１１の他方主面が、接合部材８２を介して振動板８１に接合されている。接合部材８２を介して、振動板８１に積層体１１の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、例えば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で圧電アクチュエータ１を構成する積層体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、ノイズが低減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、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、圧電アクチュエータ１を構成する積層体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、圧電アクチュエータ１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５〜図７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、圧電アクチュエータ１を構成する積層体１１の他方主面が筐体９２に接合されたものである。ここで、図５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６は図５に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図７は図５に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。なお、図５〜図７では、フレキシブル基板２は省略している。

ここで、圧電アクチュエータ１を構成する積層体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６および図７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で圧電アクチュエータ１を構成する積層体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。この接合部材８２は、圧電アクチュエータ１の駆動によって筐体９２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、筐体９２よりも大きく変形するものである。このような接合部材８２は、例えばフィルム状の形状を有している。そして、筐体９２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、筐体９２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。

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、圧電アクチュエータ１を構成する積層体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、本例では圧電アクチュエータ１を構成する積層体１１が筐体９２に接合されたものを示したが、圧電アクチュエータ１を構成する積層体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、ノイズが低減された圧電アクチュエータ１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。

また、本実施形態の音響発生器１００は、図８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を構成する圧電素子１０が接合された振動板２０と、振動板２０の周縁部を支持する支持体としての枠体３０とを備えている。なお、図８ではフレキシブル基板２は省略している。

圧電素子１０は、電圧の印加を受けて屈曲振動する例えばバイモルフ型の圧電素子であって、屈曲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。圧電素子１０の一主面と振動板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、圧電素子１０が屈曲振動することにより、圧電素子１０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８（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８（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１００においては、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、圧電素子１０から振動板２０の表面の少なくとも一部（例えば圧電素子１０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８（ｂ）および図８（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１００は、ノイズが低減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、高性能の音響発生器とすることができる。

次に、本発明の音響発生装置の実施の形態の一例について説明する。

音響発生装置８０は、いわゆるスピーカーのような発音装置であり、図９に示すように、たとえば、音響発生器１００と、音響発生器１００を収容する筐体７０を備える。

筐体７０は、音響発生器１００の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体７０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７０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。

かかる音響発生装置８０は、スピーカーとして単独で用いることができる他、後述するように、携帯端末や薄型テレビ、あるいはタブレット端末などへ好適に組み込むことが可能である。また、冷蔵庫、電子レンジ、掃除機、洗濯機などのように、従来、音質については重視されなかった家電製品に組み込むこともできる。

本発明の音響発生装置８０は、ノイズが低減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、高性能の音響発生装置が得られる。

次に、音響発生器を搭載した電子機器について、図１０を用いて説明する。図１０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、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１０に示すように、本例の電子機器５０は、音響発生器１００と、音響発生器１００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１００を収容する筐体７０とを備え、音響発生器１００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１００に接続されており、音響発生器１００へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器１００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１０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１００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１００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１００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１０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、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、ノイズの低減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、高性能の電子機器とすることができる。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。

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の内部電極と第２の内部電極極との間）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。

また、フレキシブル基板および緩衝材は、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、絶縁と導体保護のため、カバーフィルムとなるポリイミドフィルムを接着剤にて貼り合せる。次に、金めっき処理を施し、緩衝材となる厚み１２５μｍのポリイミドシート（緩衝材用多数個取りシート）を熱硬化接着剤で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緩衝材を作製した。緩衝材は図６に示したように、第１の領域の全域および第１の領域と第２の領域との境界全域をまたがるように設置した。また、図１１に示したように、緩衝材がカバーフィルムの端から１ｍｍの位置まで重なるように緩衝材の寸法を決定した。

そして、フレキシブル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。なお、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。

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圧電素子に導通、固定し、本発明実施例の圧電アクチュエータを作製した。

一方、比較例として、緩衝材を設けていないフレキシブル基板を用いて、上記実施例と同一の方法で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、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１Ｖｒｍｓの正弦波信号を印加し、インピーダンス波形の観測を行った。

その結果、本発明実施例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測されなかったのに対し、比較例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測された。すなわち、本発明の圧電アクチュエータを用いることで、圧電素子の振動がノイズとしてコネクタ接合部まで伝わらないことが確認できた。

１：圧電アクチュエータ
１０：圧電素子
１１：積層体
１２：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
２０１：第１の領域
２０２：第２の領域
３：緩衝材
４：導電性接合材
４１：導電粒子
４２：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
１００：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
８０：音響発生装置

Claims (10)

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、該ベースフィルムの下面に設けられた配線導体、および前記圧電素子の近傍を除いて前記配線導体を覆うように設けられたカバーフィルムを備え、導電性接合材を介して前記圧電素子に接合され、前記配線導体が前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上の少なくとも前記圧電素子と重なる領域に設けられた緩衝材とを有しており、該緩衝材の先端が前記ベースフィルムの上方から見て前記カバーフィルムと重なる位置まで延びて設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記緩衝材と前記カバーフィルムとが重なる領域において、前記緩衝材の幅と前記カバーフィルムの幅とが同じ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. 前記緩衝材と前記カバーフィルムとが重なる領域において、前記緩衝材はくびれ部を有し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おり、前記ベースフィルムの上方から見て前記フレキシブル基板と重なる前記圧電素子の角部から延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. 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圧電振動装置。
6. 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。
7. 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６に記載の携帯端末。
8. 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。
9. 請求項８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ていることを特徴とする音響発生装置。
10. 請求項８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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