JP2016139971A - 積層型圧電素子、音響発生器、音響発生装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 共振を抑制できる積層型圧電素子およびこれを備えた音響発生器、音響発生装置、電子機器を提供する。
【解決手段】 本発明の積層型圧電素子１は、圧電体層１１および内部電極層１２が複数積層され、積層方向の両端が主面とされた積層体１３を有し、積層体１３の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層１１の幅が一方主面から他方主面に向けて変化している部分を有している。これにより、共振を抑制できることから、当該積層型圧電素子１を音響発生器の振動原に用いた場合に、音響発生器の音質を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、積層型圧電素子、音響発生器、音響発生装置及び電子機器に関するものである。

従来から電気−機械変換素子として圧電素子が用いられており、圧電素子は圧電体層の単層構造、または、内部電極層と圧電体層とが複数積層された積層構造で利用されている。近年、積層型の圧電素子は音響発生器の振動源としても用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−１０９７５４号公報

ここで、積層型圧電素子を備える音響発生器では、さらなる音質の向上が求められているが、積層型圧電素子を構成する圧電体層の長さや幅が一定であると、各圧電体層の共振周波数が一致し、積層型圧電素子の全体としての共振が強く発現し、これを音響発生器の振動源に用いた場合、周波数−音圧特性において共振周波数付近でピーク/ディップが大
きくなるため、音質が悪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、共振を抑制できる積層型圧電素子およびこれを備えた音響発生器、音響発生装置、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が複数積層され、積層方向の両端が主面とされた積層体を有し、該積層体の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層の幅が、一方主面から他方主面に向けて変化している部分を有していることを特徴とする。

また本発明の音響発生器は、上記の構成の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の前記他方主面に接合された振動板とを含むことを特徴とする。

また本発明の音響発生装置は、上記の構成の音響発生器と、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。

さらに本発明の電子機器は、上記の構成の音響発生器と、該音響発生器に接続された電子回路と、前記音響発生器および前記電子回路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。

本発明の積層型圧電素子によれば、共振を抑制できることから、当該積層型圧電素子を音響発生器の振動原に用いた場合に、音響発生器の音質を向上させることができる。また、本発明の音響発生器によれば、音質を向上させることができる。また、本発明の音響発生装置および電子機器によれば、音質の向上した音響発生器を備えていることから、優れた音響性能が得られる。

（ａ）は本実施形態の積層型圧電素子の一例を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す積層型圧電素子の分解斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の一例を示す概略図、（ｂ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面の一例を示す概略図である。 （ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の他の例を示す概略図、（ｂ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面の他の例を示す概略図である。 （ａ）は本実施形態の積層型圧電素子の他の例を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 （ａ）は本実施形態の圧電素子の他の一例を示す概略斜視図、（ｂ）はバイモルフ型圧電素子の駆動時の説明図である。 （ａ）は、本実施形態の音響発生器の実施形態の一例を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した一例の概略断面図である。 （ａ）は、本実施形態の音響発生器の実施形態の他の例を示す概略平面図であり、（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。 本実施形態の音響発生装置の実施形態の一例を示すブロック図である。 本実施形態の電子機器の実施形態の一例を示すブロック図である。 （ａ）は本実施形態の実施形態に係る音響発生器の周波数−音圧特性の一例を示すグラフであり、（ｂ）は従来の音響発生器の周波数−音圧特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１（ａ）は、本実施形態の積層型圧電素子の一例を示す概略斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す積層型圧電素子の分解斜視図である。

図１に示す本実施形態の積層型圧電素子１は、圧電体層１１および内部電極層１２が複数積層され、積層方向の両端が主面とされた積層体１３を有し、積層体１３の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層１１の幅が一方主面から他方主面に向けて変化している部分を有している。

積層体１３は、圧電体層１１および内部電極層１２が複数積層されたものであり、平面（上面）から見た主面の形状が矩形状の板状体である。

積層体１３を構成する複数の圧電体層１１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１１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に設定される。また、大きな屈曲振動を得るために、例えば２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電定数ｄ３１を有するように設定される。

積層体１３を構成する内部電極層１２は、圧電体層１１を介して互いに対向するように配置された第１の内部電極層１２１、第２の内部電極層１２２を含んでいる。第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２は、圧電体層１３を上下から挟んでおり、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。これらの材料として、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。

また、図１に示す積層体１３は、表面電極を備えている。具体的には、第１の内部電極層１２１と電気的に接続された第１の表面電極１４１と、第２の内部電極層１２２と電気的に接続された第２の表面電極１４２とを備えている。第１の表面電極１４１および第２の表面電極１４２は、積層体１３の少なくとも一方主面に設けられている。第１の表面電極１４１および第２の表面電極１４２の形成材料としては、銀や銀にシリカを主成分としたガラス等を含有させた銀化合物、ニッケルなどを用いることができる。

また、積層体１３の対向する側面には、第１の内部電極層１２１と第１の表面電極１４１とを電気的に接続する第１の側面電極１５１と、第２の内部電極層１２２と第２の表面電極１４２とを電気的に接続する第２の側面電極１５２とが設けられている。第１の側面電極１５１および第２の側面電極１５２の形成材料としては、表面電極と同様に、銀や銀にシリカを主成分としたガラス等を含有させた銀化合物、ニッケルなどを用いることができる。

第１の表面電極１４１および第２の表面電極１４２には、外部回路から積層型圧電素子１に給電するための配線部材としてフレキシブル配線基板、絶縁被覆したリード線などを用い、これを導電性接着剤やはんだを介して接合すればよい。

なお、図１に示す例では、表面電極１４と内部電極層（第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２）とを接続するにあたり、積層体１３の端面に形成された側面電極（第１の側面電極１５１および第２の側面電極１５２）が用いられているが、この側面電極にかえて、第１の内部電極層１２１の一方の端部および圧電体層１１を貫通する貫通導体や、第２の内部電極層１２２の一方の端部および圧電体層１１を貫通する貫通導体を用いてもよい。このとき、第１の内部電極層１２１と電気的に接続された貫通導体が第２の内部電極層１２２と電気的に接続されないように、第２の内部電極層１２２の他方の端部と積層体１３の端面との間に所望の間隙があればよい。また、第２の内部電極層１２２と電気的に接続された貫通導体が第１の内部電極層１２１と電気的に接続されないように、第１の内部電極層１２１の他方の端部と積層体１３の端面との間に所望の間隙があればよい。

そして、積層型圧電素子１は、積層体１３の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層１１の幅が一方主面から他方主面に向けて変化している部分を有している。ここでいう圧電体層１１の幅とは、積層体１３が長手軸と短手軸とを有する矩形板状ないし長尺状の形状の場合における長手方向の幅、短手方向の幅の少なくともいずれか一方であってよい。すなわち、図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面の幅であってもよく、Ａ−Ａ線で切断したときの断面の幅であってもよい。なお、言い換えれば積層方向と直交する方向の幅ということもできる。

各圧電体層１１の幅を変化させることで、各圧電体層１１の共振周波数を異ならせ、積層型圧電素子１の全体としての共振を抑制して弱くすることができる。そのため、音響発生器の振動源に用いた場合、周波数−音圧特性においてピーク／ディップが小さくなり、音質を向上させることができる。なお、積層型圧電素子１は、音響発生器としてのみならず、振動板を振動させる圧電振動装置としても好ましく用いることができる。

なお、複数の圧電体層１１の幅が一方主面から他方主面に向けて変化している部分にお
いて、最も狭い幅の圧電体層１１を基準としたときのこれよりも広い幅の圧電体層１１の幅の比（広い幅／最も狭い幅）は、１．０１〜１．５０の範囲であるのが、新たなピークディップを生成させることなく、音質の改善効果が高い点で好ましい。なお、幅は複数の圧電体層１１のそれぞれを比較して異なっていてもよく、１つの圧電体層１１において幅が異なる部分を有していてもよい。

ここで、図２に示すように、積層体１３の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層１１における幅が、一方主面から他方主面に向けて徐々に大きくなっている部分を有していることが好ましい。なお、図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、図２に示す例ではいずれの断面の幅も一方主面から他方主面に向けて徐々に大きくなっている部分を有しているが、図に示す形態に限られず、少なくともいずれか一方の断面における幅が徐々に大きくなっている部分を有していればよい。各層の共振周波数を徐々に変化させることで、任意の周波数範囲に、各層の共振周波数がステップ的に分散されるため、積層型圧電素子１の全体としての共振が効果的にダンピングされる。したがって、音響発生器の振動源に用いた場合、周波数−音圧特性においてピーク／ディップがより小さくなり、より音質を向上できる。なお、図２においては、階段状に幅が変化している例を示している。

また、図３に示すように、積層体１３の積層方向に沿った断面において、一方主面から他方主面に向けて傾斜している辺を有していることがより好ましい。言い換えると、積層体１３の積層方向に対して傾斜した側面を有していることが好ましい。なお、図３（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、図３（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、図３に示す例ではいずれの断面の幅も一方主面から他方主面に向けて傾斜している辺を有しているが、図に示す形態に限られず、少なくともいずれか一方の断面における辺が一方主面から他方主面に向けて傾斜していればよい。また、対向する両辺が一方主面から他方主面に向けて傾斜していてもよい。この構成によれば、積層体１３の側面を連続的に変化させることとなり、積層型圧電素子１が変形した際に応力集中の発生し易い図２に示すような角部がなくなる。特に、音圧向上を目的とした高電圧での連続駆動において、積層型圧電素子１のクラック発生を抑制できるため、信頼性が向上する。

また、図４に示すように、積層体１３は、積層体１３の積層方向と直交する方向における複数の任意の断面を対比した場合に、一方主面から他方主面に向けて傾斜している辺の傾斜角度が異なっている断面を有していてもよい。なお、対比においては、複数の任意の断面における一方の辺同士を対比すればよい。図４では、Ａ−Ａ線で切断した断面の左側の傾斜している辺の傾斜角度と、Ｂ−Ｂ線で切断した断面の左側の傾斜している辺の傾斜角度とが異なっている。各圧電体層１１を同一層内で部分的に寸法を変化させることで、振動が分散されて各層の共振が弱められるため、音響発生器の振動源に用いた場合、周波数−音圧特性においてピーク／ディップが小さくなり、さらに音質を向上できる。

なお、図１に示すものはユニモルフ構造であり、音響発生器の振動源に用いた場合に、後述する振動板と接合することで屈曲振動する積層型圧電素子であるが、図５（ａ）に示すように、一方主面側の領域１３１および他方主面側の領域１３２を有するバイモルフ構造であってもよい。なお、バイモルフ構造とは、図５（ｂ）に示すように、一方主面側の領域１３１と他方主面側の領域１３２とで、駆動時の電界の向きと分極の向き（図５（ｂ）に示すＰの向き）との関係（同じ向きか異なる向きか）が逆になって、伸縮の状態が逆になるような構造のことを意味している。

このような構成とすることで、積層型圧電素子１自体が屈曲振動するため、音響発生器の振動源に用いた場合、具体的には積層型圧電素子１の他方主面に振動板を接合して音響発生器とした場合に、振動板との接合面での力の損失を低減できるため、更に音圧を向上
できる。

次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。

まず、圧電体層１１となる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、このスラリーを用いて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、第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２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グリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて所望の内部電極層のパターンで塗布する。

そして、この導電性ペーストが印刷された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、交互に積層された圧電体層１１および内部電極層（第１の内部電極層１２１および第２の内部電極層１２２）を備えた積層体１３を作製する。

なお、積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層の幅が、一方主面から他方主面に向けて変化する形状とする方法としては、以下の方法が挙げられる。
１．導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを所定の寸法差でカットし、複数積層する。
２．導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層した後に、斜めにカットする、または研削加工する。
３．焼成の際に成形体を搭載する焼成治具（セッター）の鉛雰囲気量をあらかじめ調整し、焼成時に積層型圧電素子の治具当接面とその対向面で焼成収縮差を発生させる。

なお、積層体１３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、積層体１３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、６００℃〜８００℃の温度で焼き付け処理を行ない、第１の表面電極１４１および第２の表面電極１４２、第１の側面電極１５１および第２の側面電極１５２を形成する。

なお、表面電極と内部電極層とを電気的に接続するためには、上記のように積層体１３の側面に形成された第１の側面電極１５１および第２の側面電極１５２にかえて、圧電体層１１を貫通するように形成された貫通導体を用いてもよい。

その後、積層体１３を分極処理して圧電活性を付与する。分極処理には直流電源装置を用いて、例えば図１に示すようにユニモルフ構造の積層型圧電素子の場合は、第１の表面電極１４１を負極に、第２の表面電極１４２を正極にそれぞれ接続し、例えば２ｋＶ／ｍｍ〜３ｋＶ／ｍｍの電位差を、１５℃〜３５℃の雰囲気温度にて、印加時間として数秒印
加すればよい。圧電材料の性質により、電圧、雰囲気温度、印加時間は好適に選定される。

一方、図５に示すようにバイモルフ構造の圧電素子の場合も同様に直流電源装置を用いて、例えば、第１の表面電極、第２の表面電極および第３の表面電極を備えた構成とし、第１の表面電極をグランド極に、第２の表面電極を正極に、第３の表面電極を負極にそれぞれ接続して、分極処理すればよい。

上述のようにして所望の積層型圧電素子１を得ることができるが、配線部材が必要な場合は以下の方法で、積層型圧電素子１に配線部材を接続すればよい。例えば導電性接着剤を用いて、フレキシブル配線基板を積層型圧電素子１に接合する場合、積層型圧電素子１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を圧電素子に接続固定する。なお、導電性接着剤用ペーストは、フレキシブル配線基板側に塗布形成しておいてもよい。

なお、配線部材としては絶縁被覆したリード線を用い、接合材としてはんだを用いてもよく、同様の機能を有する部材を好適に選択できる。

次に、本実施形態の音響発生器１０の一例について説明する。

本実施形態の音響発生器１０は、図６に示すように、上述の積層型圧電素子１と、積層型圧電素子１の他方主面に接合された振動板２とを備えている。なお、図６（ａ）は、音響発生器１０の実施形態の一例を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した一例の概略断面図である。

積層型圧電素子１は、電圧の印加を受けて振動することによって振動板２を励振する励振器である。積層型圧電素子１の他方主面と振動板２の主面とがエポキシ系樹脂等の接着剤、両面テープなどにより接合され、積層型圧電素子１が伸縮振動、拡がり振動または屈曲振動することにより、積層型圧電素子１が振動板２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２は、積層型圧電素子１の振動によって積層型圧電素子１とともに振動するようになっている。この振動板２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１０〜５００μｍのポリカーボネートやアクリル等の樹脂板、ＳＵＳや黄銅等の金属板、ガラス板で構成することができる。また、振動板２の形状は特に制限はなく、矩形板状などの多角形板状のもの以外に、円形板状や楕円形板状のものであってもよい。携帯端末等の電子機器の筐体の一部またはディスプレイのカバーなどが振動板２として機能するようになっていてもよい。

さらに、図７に示すように、音響発生器１０は、振動板２を支持する枠体３を備えていてもよい。図７に示す枠体３は振動板２の外周部を支持しており、振動板２の外周部が枠体３に固定されている。なお、図７（ａ）は、本実施形態の音響発生器１０の実施形態の他の例を示す概略平面図であり、（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。

積層型圧電素子１は、電圧の印加を受けて振動することによって振動板２を励振する励振器である。積層型圧電素子１の主面と振動板２の主面とがエポキシ系樹脂等の接着剤により接合され、積層型圧電素子１が屈曲振動することにより、積層型圧電素子１が振動板２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２は積層型圧電素子１の振動によって積層型圧電素子１とともに振動するようになっている。本例の振動板２も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、特に厚さ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構成することができる。また、振動板２の形状は特に制限はなく、図７に示すような矩形板状などの多角形板状のもの以外に、円形板状や楕円形板状のものであってもよい。なお、樹脂フィルムで振動板２を構成する場合は、振動板２に張力がかかっている状態でその周縁部が枠体３に固定されていることが好ましい。振動板２を樹脂フィルムにより構成することで、振動板２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。ただし、振動板２としては樹脂フィルムに限定されず、樹脂板、金属板、ガラス板などでもよい。

枠体３は、振動板２の主面の外周部を支持する支持体として機能する。枠体３で振動板２の外周部を支持することによって、振動空間を設けることができ、振動板２の振幅が大きくなり、音圧を向上させることができる。枠体３としては、例えばステンレスなどの金属、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂など種々の材料を用いて形成することができる。

枠体３は振動板２の一方主面または他方主面へ接合材を介して接合される。接合材は、樹脂系接着剤や、粘弾性体をシート状に成型したものや、基材層と粘弾性体からなる層とを積層した構成の両面テープなどを用いることができ、これらの材料としてアクリル系、エポキシ系等の接着剤やゴム系、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系等の粘着剤が用いられる。また、基材層としては、アセテートフォーム、アクリルフォーム、セロハン、ポリエチレンフォーム、紙、不織布が用いられる。

音響発生器１０としては、図６に示すように枠体３を備えない構成とすることもできるが、図７に示す例のように、振動板２の積層型圧電素子１が接合された主面に枠体３を接合すると、特に枠体３と接合材とを合わせた厚みが積層型圧電素子１の厚みより大きい場合には、枠体３により積層型圧電素子１を保護することができる。また、振動板２が支持され、電子機器の筐体等への固定も容易になる。

この枠体３は、図７（ｂ）に示すように一つの枠部材（上枠部材３１）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３１および下枠部材３２）からなるものでもよい。この場合、二つの枠部材で振動板を挟むことで、振動板２の張りを安定させることができる。なお、上枠部材３１および下枠部材３２は、それぞれの厚みが例えば１００〜５０００μｍとされる。

本実施形態の音響発生器１０においては、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、積層型圧電素子１から振動板２の表面の少なくとも一部（例えば積層型圧電素子１の周辺部）までを覆うように設けられた樹脂層４をさらに有していてもよい。樹脂層４としては、例えばヤング率が例えば１ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲となるように形成され、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４に圧電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４は上枠部材３１と同じ高さとなるように形成されていてもよい。

本実施形態の音響発生器１０は、周波数−音圧特性においてピーク／ディップが平坦化できる積層型圧電素子を用いて構成されていることから、高音質を有するものとなる。このような音響発生器１０は、例えば、電子機器の筺体等に設けられた支持部へ振動板２を
機械的に固定または、接合材を介して固定された状態、あるいは、小さい筐体を備えた音響発生装置を電子機器の筐体内に組み込んだ状態で、電子機器の音響発生源として用いることができる。

次に、本実施形態の音響発生装置の一例について説明する。

音響発生装置はいわゆるスピーカのような発音装置であり、図８に示すように、本例の音響発生装置１００は、音響発生器１０と、音響発生器１０を収容する筐体２０を備える。なお、筐体２０の一部が音響発生器１０を構成する振動板２になっていてもよく、筐体２０が音響発生器１０を収容するとは、音響発生器１０の一部（積層型圧電素子１）を収容している状態も含むことを意味している。

筐体２０は、音響発生器１０の発する音響を内部で共鳴させるとともに、筐体２０に形成された図示せぬ開口から音響を外部へ放射する。この筐体２０は、例えば、アルミニウムやマグネシウム合金などの金属、ポリカーボネートなどの樹脂、木材など、種々の材料を用いて形成することができる。このような筐体２０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１００は、スピーカ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。

上述した本実施形態の音響発生装置１００は、周波数−音圧特性においてピーク／ディップが平坦化できる積層型圧電素子１を備えた音響発生器１０を用いて構成されていることから、高音質を有するものとなる。

次に、本実施形態の電子機器の一例について説明する。

図９に示すように、本実施形態の電子機器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。なお、電子機器５０としては、音響発生器１０を筐体７０にそのまま収容するもののみならず、音響発生器１０を収容した音響発生装置１００（音響発生器１０と筐体２０とからなるもの）を筐体７０に収容するものも含むことを意味している。また、筐体７０の一部が音響発生器１０を構成する振動板２となっていてもよい。

電子機器５０は、電子回路６０を備える。電子回路６０としては、ディスプレイ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、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。図に示す電子回路６０は、コントローラ６０ａと、送受信部６０ｂと、キー入力部６０ｃと、マイク入力部６０ｄ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５０ａと、アンテナ５０ｂと、音響発生器１０とを備え、これら各デバイスを収容する筐体７０を備える。なお、図９では、１つの筐体にコントローラ６０ａ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６０ａは、電子機器５０の制御部である。送受信部６０ｂは、コントローラ６０ａの制御に基づき、アンテナ５０ｂを介してデータの送受信などを行う。キー入力部６０ｃ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。キー入力部６０ｃは、ボタン状のキーであってもよいし、表示部５０と一体となっているタッチパネルであってもよい。マイク入力部６０ｄ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５０ａは、電子機器５０の表示出力デバイスであり、コントローラ６０ａ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６０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６０ａに接続されており、コントローラ６０ａ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９では、電子機器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。

上述した本実施形態の電子機器５０は、周波数−音圧特性においてピーク／ディップが平坦化できる積層型圧電素子１を備えた音響発生器１０を用いて構成されていることから、高音質を有するものとなる。

本実施形態の音響発生器の具体例について説明する。

長さが一方主面側で２３．５ｍｍ、他方主面側で２３．９ｍｍ、幅が一方主面側で３．３ｍｍ、他方主面側で３．３７ｍｍ、厚みが０．９ｍｍの長尺板状の積層型圧電素子を作製した。この積層型圧電素子は、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２８層とした。圧電体層は、Ｚｒの一部をＮｂ等で置換したチタン酸ジルコン酸鉛で形成し、内部電極層は、銀パラジウムを用いた。

まず、銀パラジウムからなる導電性ペーストをグリーンシートに印刷し、これらのグリーンシートを積層した後、加圧密着させ所定の寸法にカットし成形体を作製した。

その後、所定の温度で脱脂を行った後、１０００℃で焼成して積層焼結体を得た。

この積層焼結体を図３に示す形態であって上述の寸法となるように研削加工した。

この積層焼結体の表面と側面に、銀からなる導電性ペーストを印刷し乾燥した後、７００℃で焼成して表面電極と側面電極を形成した。次に、表面電極を介して各々の内部電極層間に、室温にて２ｋＶ／ｍｍの電位差の電圧を印加し、分極処理を施して積層型圧電素子を作製した。

次に、アクリル系の嫌気性接着剤ペーストを用いて、積層型圧電素子を長さ１１０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアクリル板（振動板）の長さ方向の一端部側へ接着した後、絶縁被覆を施したリード線をはんだで表面電極へ接合し、図６に示すような実施例となる音響発生器を作製した。

上記のようにして作製した音響発生器の振動板の両主面外周を、ポリブチレンテレフタレートで作製した音圧測定用の枠体治具で固定し、印加電圧３０Ｖｐ−ｐ、測定距離３ｃｍの条件で周波数−音圧特性を測定した。その結果を図１０（ａ）に示す。

一方、比較例として上述の積層焼結体を、長さが一方主面側と他方主面側が共に２３．５ｍｍ、幅が３．３ｍｍとなるように研削加工し、その他の製造方法は上記実施例と同一として積層型圧電素子を作製した。

この積層型圧電素子を用い、上記実施例と同一の方法で音響発生器を作製し、上記実施例と同様に音響発生器の振動板の両主面外周を、ポリブチレンテレフタレートで作製した音圧測定用の枠体治具で固定し、印加電圧３０Ｖｐ−ｐ、測定距離３ｃｍの条件で周波数−音圧特性を測定した。その結果を図１０（ｂ）に示す。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）との比較において、特に周波数が４００Ｈｚ〜２ｋＨｚおよび、周波数が１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚでの音圧のピークやディップを比較すると、実施例である図１０（ａ）の方が比較例である図１０（ｂ）に対して、明らかに小さくなっていることがわかる。

以上のことから、本発明の積層型圧電素子およびこれを備えた音響発生器のほうが、ピークやディップを小さくし、音質を向上させることができることがわかる。

１・・積層型圧電素子
１１・・圧電体層
１２１・・第１の内部電極層
１２２・・第２の内部電極層
１３・・積層体
１３１・・第１の領域
１３２・・第２の領域
１４１・・第１の表面電極
１４２・・第２の表面電極
１５１・・第１の側面電極
１５２・・第２の側面電極
１０・・音響発生器
２・・振動板
３・・枠体
３１・・上枠部材
３２・・下枠部材
４・・樹脂層
１００・・音響発生装置
５０・・電子機器
６０・・電子回路
２０、７０・・筺体

Claims (8)

1. 圧電体層および内部電極層が複数積層され、積層方向の両端が主面とされた積層体を有し、該積層体の積層方向に沿った断面において、複数の圧電体層の幅が一方主面から他方主面に向けて変化している部分を有していることを特徴とする積層型圧電素子。
2. 前記積層体の積層方向に沿った断面において、前記複数の圧電体層における幅が一方主面から他方主面に向けて徐々に大きくなっている部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
3. 前記積層体の積層方向に沿った断面において、一方主面から他方主面に向けて傾斜している辺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に記載の積層型圧電素子。
4. 前記積層体は、該積層体の積層方向と直交する方向における複数の任意の断面を対比した場合に、一方主面から他方主面に向けて傾斜している辺の傾斜角度が異なっている断面を有していることを特徴とする請求項３に記載の積層型圧電素子。
5. バイモルフ構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
6. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の前記他方主面に接合された振動板とを備えていることを特徴とする音響発生器。
7. 請求項６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。
8. 請求項６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、前記音響発生器および前記電子回路を収容する筐体とを備えることを特徴とする電子機器。

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