JP2017117934A - Piezoelectric element, sound generator, sound generation device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element excellent in durability and in which crack in the boundary of a surface electrode and a piezoelectric layer or exfoliation of the surface electrode is less likely to occur during high voltage driving, and to provide a sound generator, a sound generation device and an electronic apparatus including the piezoelectric element.SOLUTION: A piezoelectric element 1 is provided with a surface electrode 5 at least on one principal surface of a laminate 4 laminating a piezoelectric layer 2 and an internal electrode layer 3, and the outer periphery of the surface electrode 5 has irregularities, when viewing from the lamination direction. When the piezoelectric element 1 is displaced, a stress generated in the boundary of the piezoelectric layer 2 and surface electrode 5 is dispersed. Consequently, occurence of crack in the boundary of the surface electrode 5 and laminate 4 can be suppressed, and exfoliation of the surface electrode 5 from the laminate 4 can also be suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧電素子、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。   The present invention relates to a piezoelectric element, an acoustic generator, an acoustic generator, and an electronic device.

振動装置や音響機器の駆動源として圧電アクチュエータや発音素子が用いられている。このような用途においては、表面に電圧印加用の表面電極が設けられた積層型圧電素子が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。   Piezoelectric actuators and sound generating elements are used as drive sources for vibration devices and acoustic equipment. In such applications, a laminated piezoelectric element having a surface electrode for applying voltage on its surface is used (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−173456号公報JP 2007-173456 A

近年、振動装置や音響機器用途の圧電素子では、より大きな変位量が要求され、これに伴い、駆動電圧の高電圧化が求められる。しかしながら、圧電素子を高電圧で駆動させると、表面電極と積層体との境界にクラックが発生したり、表面電極が積層体から剥離したりするおそれがあった。   In recent years, piezoelectric elements for use in vibration devices and acoustic equipment are required to have a larger displacement, and accordingly, a higher drive voltage is required. However, when the piezoelectric element is driven at a high voltage, there is a possibility that a crack is generated at the boundary between the surface electrode and the laminate, or the surface electrode is peeled off from the laminate.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高電圧駆動においてクラックや電極剥離を生じにくい耐久性に優れた圧電素子、ならびにこの圧電素子を備えた音響発生器、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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a piezoelectric element with excellent durability that is unlikely to cause cracks and electrode peeling in high-voltage driving, and an acoustic generator, an acoustic generator, and an electronic device including the piezoelectric element. The purpose is to provide.

本発明の圧電素子は、圧電体層と内部電極層とが積層された積層体の少なくとも一方主面に表面電極が設けられた圧電素子であって、積層方向から見て、前記表面電極の外周は凹凸を有していることを特徴とする。   The piezoelectric element of the present invention is a piezoelectric element in which a surface electrode is provided on at least one main surface of a laminate in which a piezoelectric layer and an internal electrode layer are laminated, and the outer periphery of the surface electrode is viewed from the lamination direction. Is characterized by having irregularities.

また本発明の音響発生器は、上記圧電素子と、該圧電素子の他方主面に取り付けられた振動板とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an acoustic generator including the piezoelectric element and a diaphragm attached to the other main surface of the piezoelectric element.

また本発明の音響発生装置は、上記音響発生器と、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。   According to another aspect of the present invention, there is provided a sound generator comprising: the sound generator described above; and a housing that houses the sound generator.

また本発明の電子機器は、上記音響発生器と、該音響発生器を構成する前記圧電素子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ていることを特徴とする。   According to another aspect of the invention, there is provided an electronic apparatus comprising: the above-described acoustic generator; an electronic circuit connected to the piezoelectric element constituting the acoustic generator; and a housing that houses the acoustic generator and the electronic circuit. It is characterized by that.

本発明の圧電素子によれば、表面電極と積層体との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極が積層体から剥離することを抑制できる耐久性に優れた圧電素子とすることができる。   According to the piezoelectric element of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the boundary between the surface electrode and the laminate, and to provide a highly durable piezoelectric element capable of suppressing the separation of the surface electrode from the laminate. Can do.

また本発明の音響発生器によれば、圧電素子におけるスプリアス振動の発生によりピークやディップが平坦化され、音圧や音質等の音響性能を向上させることができる。   Also, according to the acoustic generator of the present invention, peaks and dips are flattened due to the occurrence of spurious vibrations in the piezoelectric element, and acoustic performance such as sound pressure and sound quality can be improved.

また本発明の音響発生装置および電子機器によれば、本発明の音響発生器と同様に音圧
や音質等の音響性能を向上させることができる。
In addition, according to the sound generator and the electronic apparatus of the present invention, the sound performance such as sound pressure and sound quality can be improved as in the case of the sound generator of the present invention.

(a)は本実施形態の圧電素子の一例を示す概略斜視図、(b)は(a)に示すX−X線で切断した一例の概略断面図、(c)は(a)に示すY−Y線で切断した一例の概略断面図である。(A) is a schematic perspective view which shows an example of the piezoelectric element of this embodiment, (b) is a schematic sectional drawing of an example cut | disconnected by the XX line shown to (a), (c) is Y shown to (a). It is a schematic sectional drawing of an example cut | disconnected by the -Y line | wire. 本実施形態の圧電素子の一例の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an example of the piezoelectric element of this embodiment. 図1(a)のA部の一例を拡大した要部拡大平面図である。It is the principal part enlarged plan view which expanded an example of the A section of Drawing 1 (a). 図1(a)のA部の他の例を拡大した要部拡大平面図である。It is the principal part enlarged plan view which expanded the other example of the A section of Fig.1 (a). (a)は本実施形態の圧電素子の一例の概略平面図、(b)は(a)に示すZ−Z線で切断した一例の概略断面図である。(A) is a schematic plan view of an example of the piezoelectric element of this embodiment, (b) is a schematic sectional drawing of an example cut | disconnected by the ZZ line | wire shown to (a). (a)、(b)は、図5(a)に示すZ−Z線で切断した他の例の概略断面図である。(A), (b) is a schematic sectional drawing of the other example cut | disconnected by the ZZ line | wire shown to Fig.5 (a). (a)は、本実施形態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V−V線で切断した一例の概略断面図、(c)は、(a)のV−V線で切断した他の例の概略断面図である。(A) is a typical top view which shows schematic structure of embodiment of the acoustic generator of this embodiment, (b) is a schematic sectional drawing of an example cut | disconnected by the VV line | wire of (a), (C) is a schematic sectional drawing of the other example cut | disconnected by the VV line of (a). 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。It is a block diagram showing an example of an embodiment of a sound generator of this embodiment. 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。It is a block diagram which shows an example of embodiment of the electronic device of this embodiment. (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。(A) is a graph which shows an example of the frequency-sound pressure characteristic of the sound generator which concerns on embodiment of this embodiment, (b) is a graph which shows the frequency-sound pressure characteristic of the conventional sound generator.

以下、添付図面を参照して、本発明の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。   Hereinafter, an example of an embodiment of a piezoelectric element of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

図1(a)は本実施形態の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X−X線で切断した一例の概略断面図、図1(c)は図1(a)に示すY−Y線で切断した一例の概略断面図である。また図2は、本実施形態の圧電素子の一例の分解斜視図である。また図3は図1(a)のA部の一例を拡大した要部拡大平面図であり、図4は図1(a)のA部の他の例を拡大した要部拡大平面図である。   1A is a schematic perspective view showing an example of the piezoelectric element of the present embodiment, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of an example cut along the line XX shown in FIG. 1A, and FIG. ) Is a schematic cross-sectional view of an example cut along line YY shown in FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of an example of the piezoelectric element of the present embodiment. 3 is an enlarged plan view of an essential part of an example of the A part in FIG. 1A, and FIG. 4 is an enlarged plan view of an essential part of another example of the A part in FIG. .

図1〜図4に示す本実施形態の圧電素子1は、圧電体層2と内部電極層3とが積層された積層体4の少なくとも一方主面に表面電極5が設けられた圧電素子であって、積層方向から見て、表面電極5の外周部8は凹凸10を有している。例えば図1に示す例の圧電素子1は、複数の圧電体層2および複数の内部電極層3が交互に積層された積層体4を備えた圧電素子である。この積層体4は、平面(上面)から見た主面の形状が長さ方向と幅方向とを有する長方形状の板状体である。したがって、圧電素子1も平面視で長さ方向と幅方向とを有する長方形状になっている。   1 to 4 is a piezoelectric element in which a surface electrode 5 is provided on at least one main surface of a laminate 4 in which a piezoelectric layer 2 and an internal electrode layer 3 are laminated. As seen from the stacking direction, the outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5 has irregularities 10. For example, the piezoelectric element 1 in the example shown in FIG. 1 is a piezoelectric element including a laminate 4 in which a plurality of piezoelectric layers 2 and a plurality of internal electrode layers 3 are alternately laminated. The laminate 4 is a rectangular plate-like body having a main surface viewed from the plane (upper surface) having a length direction and a width direction. Therefore, the piezoelectric element 1 also has a rectangular shape having a length direction and a width direction in plan view.

圧電体層2は、圧電特性を有するセラミックスからなるもので、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−PbTiO)からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)などを用いることができる。圧電体層2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。 The piezoelectric layer 2 is made of a ceramic having piezoelectric characteristics. As such a ceramic, for example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), Lithium tantalate (LiTaO 3 ) or the like can be used. The thickness of one layer of the piezoelectric layer 2 is set to 0.01 to 0.1 mm, for example, in order to drive with a low voltage. Further, in order to obtain a large bending vibration, for example, the piezoelectric constant d31 is set to 200 pm / V or more.

内部電極層3は、圧電体層2を介して互いに対向するように配置されて圧電体層2を上下から挟んでいる。内部電極層3の材料として、例えば低温焼成が可能な銀や銀−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、またこ
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。
The internal electrode layers 3 are disposed so as to face each other with the piezoelectric layer 2 interposed therebetween, and sandwich the piezoelectric layer 2 from above and below. As a material for the internal electrode layer 3, for example, a conductor mainly composed of silver or silver-palladium that can be fired at a low temperature, or a conductor containing copper, platinum, or the like can be used. You may let them.

また、圧電素子1は、図1(a)、(b)に示すように積層体4の少なくとも一方主面に表面電極5を備えている。表面電極5の材料としては、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。さらに、積層体4において、表面電極5が形成された一方主面と同一面に、折り返し電極7が形成されている。折り返し電極7は、表面電極5とは電気的に分離され接続されていない。折り返し電極7の材料としては、表面電極5と同様の、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。   In addition, the piezoelectric element 1 includes a surface electrode 5 on at least one main surface of the laminate 4 as shown in FIGS. As a material of the surface electrode 5, silver, a silver compound containing silver or the like containing glass mainly containing silica, nickel, or the like can be used. Further, in the laminate 4, the folded electrode 7 is formed on the same surface as the one main surface on which the surface electrode 5 is formed. The folded electrode 7 is electrically separated from the surface electrode 5 and is not connected. As the material of the folded electrode 7, the same silver material as that of the surface electrode 5, silver, a silver compound containing silica as a main component, nickel, or the like can be used.

また、積層体4の長さ方向の対向する側面(端面)には、表面電極5および折り返し電極7とそれぞれ電気的に接続する側面電極6が設けられている。側面電極6の材料としては、表面電極5と同様の、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。   Further, side electrodes 6 that are electrically connected to the surface electrode 5 and the folded electrode 7 are provided on the side surfaces (end surfaces) facing each other in the length direction of the multilayer body 4. As the material for the side electrode 6, silver, a silver compound containing silver or a glass containing silica as a main component, nickel, or the like, similar to the surface electrode 5, can be used.

圧電素子1に給電するための給電部材(配線部材)としては、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表面電極5に接合すればよい。   As a power supply member (wiring member) for supplying power to the piezoelectric element 1, a flexible wiring board, an insulation-coated lead wire or the like may be used, and this may be joined to the surface electrode 5 via a conductive adhesive or solder.

本発明の圧電素子1は、圧電体層2と内部電極層3とが積層された積層体4の少なくとも一方主面に表面電極5が設けられた圧電素子であって、積層方向から見て、表面電極5の外周部8は凹凸10を有している。このような構成とすることで、圧電素子1が変位する際に圧電体層2と表面電極5との境界に発生する応力が分散され、表面電極5と積層体4との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極5が積層体4から剥離することを抑制できる。その結果、圧電素子1の高電圧駆動における耐久性を向上することができる。また、このような構成とすることで、スプリアス振動が発生し、この効果により、固有振動のダンピングや分割が起こり、特定の周波数における圧電共振の強い発現を抑制することができる。したがって、音響発生器11の振動源として用いた場合には、周波数−音圧特性においてピークやディップが平坦化されるため、圧電素子1の他方主面に振動板12を接合して音響発生器11とした場合の音質を向上できる。   A piezoelectric element 1 of the present invention is a piezoelectric element in which a surface electrode 5 is provided on at least one main surface of a laminate 4 in which a piezoelectric layer 2 and an internal electrode layer 3 are laminated. The outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5 has irregularities 10. With such a configuration, when the piezoelectric element 1 is displaced, the stress generated at the boundary between the piezoelectric layer 2 and the surface electrode 5 is dispersed, and a crack is generated at the boundary between the surface electrode 5 and the laminate 4. It can suppress that the surface electrode 5 peels from the laminated body 4. FIG. As a result, the durability of the piezoelectric element 1 in high voltage driving can be improved. Further, with such a configuration, spurious vibrations are generated, and due to this effect, damping and division of natural vibrations occur, and strong expression of piezoelectric resonance at a specific frequency can be suppressed. Therefore, when used as a vibration source of the sound generator 11, since the peak and dip are flattened in the frequency-sound pressure characteristics, the vibration plate 12 is joined to the other main surface of the piezoelectric element 1 to generate the sound generator. The sound quality in the case of 11 can be improved.

図3および図4に示す例は、ともに凸部101および凹部102が交互に繰り返して波うつように連続してつながって、外周部8が波形となっている例である。図3に示す例は、同じ波形でも、凸部101および凹部102が、同じ形状の半円弧状で、規則的に連続して繰り返している例である。また図4に示す例は、同じ波形でも、凸部101および凹部102の形状が異なり、凸部101および凹部102が不規則に連続して繰り返している例である。図3に示す例において、凹凸10の大きさは、凸部101の頂点から凹部102の底までの大きさtが、例えば0.05mm〜1.00mmである。   The example shown in FIGS. 3 and 4 is an example in which the convex portions 101 and the concave portions 102 are alternately and continuously connected in a wavy manner, and the outer peripheral portion 8 has a waveform. The example shown in FIG. 3 is an example in which the convex portion 101 and the concave portion 102 are regularly and continuously repeated even in the same waveform, in a semicircular arc shape having the same shape. Further, the example shown in FIG. 4 is an example in which the convex portions 101 and the concave portions 102 have different shapes even in the same waveform, and the convex portions 101 and the concave portions 102 are irregularly repeated. In the example shown in FIG. 3, the size of the unevenness 10 is such that the size t from the top of the convex portion 101 to the bottom of the concave portion 102 is, for example, 0.05 mm to 1.00 mm.

また図3に示す例は、表面電極5の外周部8における凹凸10の寸法を示している。凸部101の頂点から次の凸部101の頂点までの長さ、または凹部102の底から次の凹部102の底までの長さ(ピッチ)pは、0.05mm〜1.00mmであることが好ましい。ピッチpがこの範囲であると、圧電素子1が変位する際に圧電体層2と内部電極層3との境界に発生する応力がより分散され、表面電極5と積層体4との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極5が積層体4から剥離することを抑制できる。その結果、圧電素子1の高電圧駆動における耐久性をより向上することができる。   The example shown in FIG. 3 shows the dimensions of the irregularities 10 in the outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5. The length from the top of the convex portion 101 to the top of the next convex portion 101 or the length (pitch) p from the bottom of the concave portion 102 to the bottom of the next concave portion 102 is 0.05 mm to 1.00 mm. Is preferred. When the pitch p is within this range, the stress generated at the boundary between the piezoelectric layer 2 and the internal electrode layer 3 when the piezoelectric element 1 is displaced is further dispersed, and a crack is generated at the boundary between the surface electrode 5 and the laminate 4. Can be suppressed, and the surface electrode 5 can be prevented from peeling from the laminate 4. As a result, the durability of the piezoelectric element 1 in high voltage driving can be further improved.

また図3に示す例において、凸部101の頂点と凹部102の底とを結んだ直線が、圧電素子1の辺のうち隣接する辺に平行な直線に対して傾斜する角度θは、30°〜60°であることが好ましい。角度θがこの範囲であると、圧電素子1が変位する際に圧電体層
2と表面電極5との境界に発生する応力がより分散され、表面電極5と積層体4との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極5が積層体4から剥離することを抑制できる。その結果、圧電素子1の高電圧駆動における耐久性をより向上することができる。
In the example shown in FIG. 3, the angle θ at which the straight line connecting the apex of the convex portion 101 and the bottom of the concave portion 102 is inclined with respect to the straight line parallel to the adjacent side among the sides of the piezoelectric element 1 is 30 °. It is preferably ˜60 °. When the angle θ is within this range, the stress generated at the boundary between the piezoelectric layer 2 and the surface electrode 5 when the piezoelectric element 1 is displaced is further dispersed, and cracks are generated at the boundary between the surface electrode 5 and the laminate 4. Generation | occurrence | production can be suppressed and it can suppress that the surface electrode 5 peels from the laminated body 4. FIG. As a result, the durability of the piezoelectric element 1 in high voltage driving can be further improved.

また図4に示す例のように、表面電極5の外周部8は、異なる形状の凹凸10を有していることが好ましい。異なる形状の凹凸10とは、凸部101と凹部102との形状が異なっていることである。このような構成とすることで、異なる形状の凸部101と凹部102によって、圧電素子1が変位する際に圧電体層2と表面電極5との境界に発生する応力がより分散され、表面電極5と積層体4との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極5が積層体4から剥離することを抑制できる。その結果、圧電素子1の高電圧駆動における耐久性をより向上することができる。さらに、このような構成とすることで、異なる形状の凸部101と凹部102によって、表面電極5の対称性が崩されることにより、共振の対称性が崩れてスプリアス振動が発生しやすくなって、ピークやディップがより平坦化され、圧電素子1を音響発生器11の振動源として用いた場合に音圧や音質等の音響性能を向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the outer peripheral part 8 of the surface electrode 5 has the unevenness | corrugation 10 of a different shape like the example shown in FIG. The uneven shape 10 having different shapes means that the shapes of the convex portions 101 and the concave portions 102 are different. By adopting such a configuration, the stress generated at the boundary between the piezoelectric layer 2 and the surface electrode 5 when the piezoelectric element 1 is displaced is more dispersed by the convex portions 101 and the concave portions 102 having different shapes. It can suppress that a crack generate | occur | produces in the boundary of 5 and the laminated body 4, and can suppress that the surface electrode 5 peels from the laminated body 4. FIG. As a result, the durability of the piezoelectric element 1 in high voltage driving can be further improved. Furthermore, by adopting such a configuration, the symmetry of the surface electrode 5 is broken by the convex portions 101 and the concave portions 102 having different shapes, so that the symmetry of resonance is broken and spurious vibration is likely to occur. When the piezoelectric element 1 is used as a vibration source of the sound generator 11, the sound performance such as sound pressure and sound quality can be improved.

図5(a)は本実施形態の圧電素子の一例の概略平面図、図5(b)は図5(a)に示すZ−Z線で切断した一例の概略断面図である。また図6(a)、(b)は、図5(a)に示すZ−Z線で切断した他の例の概略断面図であり、表面電極5の縦断面形状のバリエーションを示す断面図である。図5および図6に示すように、表面電極5における外周部8の厚みが中央部9よりも薄くなっていることが好ましい。このような構成とすることで、焼き付けによる表面電極5の形成に伴う残留応力を低減し駆動時に発生する応力への残留応力の重畳を低減できるため、クラックや電極剥離の発生がさらに抑制され高電圧駆動における耐久性をさらに向上できる。中央部9は、図5(b)における表面電極5の中央領域で符号9で示し、全体の長さの80%程度の部分である。また外周部8は、図5(b)における表面電極5の外周領域で符号8で示し、全体の長さの10%程度の部分である。   FIG. 5A is a schematic plan view of an example of the piezoelectric element of the present embodiment, and FIG. 5B is a schematic sectional view of an example cut along the line ZZ shown in FIG. 5A. 6 (a) and 6 (b) are schematic cross-sectional views of another example cut along the line ZZ shown in FIG. 5 (a), and are cross-sectional views showing variations of the vertical cross-sectional shape of the surface electrode 5. is there. As shown in FIGS. 5 and 6, it is preferable that the outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5 is thinner than the central portion 9. By adopting such a configuration, it is possible to reduce the residual stress accompanying the formation of the surface electrode 5 by baking and to reduce the superimposition of the residual stress on the stress generated during driving, thereby further suppressing the occurrence of cracks and electrode peeling. The durability in voltage driving can be further improved. The central portion 9 is indicated by reference numeral 9 in the central region of the surface electrode 5 in FIG. 5B, and is a portion of about 80% of the entire length. Moreover, the outer peripheral part 8 is shown by the code | symbol 8 in the outer peripheral area | region of the surface electrode 5 in FIG.5 (b), and is a part about 10% of the whole length.

図6(a)は、表面電極5の縦断面形状が2段の階段状になっており、外周部8の厚みが中央部9の厚みよりも薄くなっている構成であり、また、図6(b)は、表面電極5の縦断面形状が3段の階段状になっており、外周部8の厚みが中央部9の厚みよりも薄くなっている構成である。これに対し、図5(b)は、表面電極5は中央部9から外周部8に向かって徐々に厚みが薄くなっている構成である。このように図5(b)のような構成とすることで、電極形成に伴う残留応力を徐々に低減し駆動時に発生する応力への残留応力の重畳領域を分散することができるため、クラックや電極剥離の発生がさらに抑制され高電圧駆動における耐久性をさらに向上することができる。図5(b)において、h1は中央部9の厚みの平均値の厚みであり、h2は外周部8の全体の長さの1/2の位置における厚みであって、厚みh2は厚みh1の50%以下であることが好ましい。これにより、圧電素子1が変位する際に圧電体層2と内部電極層3との境界に発生する応力がより分散され、表面電極5と積層体4との境界にクラックが発生することを抑制でき、また表面電極5が積層体4から剥離することを抑制できる。その結果、圧電素子1の高電圧駆動における耐久性をより向上することができる。   FIG. 6A shows a configuration in which the vertical cross-sectional shape of the surface electrode 5 is a two-step shape, and the thickness of the outer peripheral portion 8 is thinner than the thickness of the central portion 9. (B) is a configuration in which the vertical cross-sectional shape of the surface electrode 5 is a three-stepped shape, and the thickness of the outer peripheral portion 8 is thinner than the thickness of the central portion 9. On the other hand, FIG. 5B shows a configuration in which the surface electrode 5 gradually decreases in thickness from the central portion 9 toward the outer peripheral portion 8. In this way, by adopting the configuration as shown in FIG. 5B, the residual stress accompanying the electrode formation can be gradually reduced and the overlapping region of the residual stress on the stress generated during driving can be dispersed. Generation | occurrence | production of electrode peeling is further suppressed and durability in a high voltage drive can further be improved. In FIG. 5B, h1 is the thickness of the average value of the thickness of the central portion 9, h2 is the thickness at a position of 1/2 of the entire length of the outer peripheral portion 8, and the thickness h2 is the thickness of the thickness h1. It is preferable that it is 50% or less. Thereby, when the piezoelectric element 1 is displaced, the stress generated at the boundary between the piezoelectric layer 2 and the internal electrode layer 3 is further dispersed, and the generation of cracks at the boundary between the surface electrode 5 and the laminate 4 is suppressed. Moreover, it can suppress that the surface electrode 5 peels from the laminated body 4. FIG. As a result, the durability of the piezoelectric element 1 in high voltage driving can be further improved.

次に、本実施形態の圧電素子の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the piezoelectric element of this embodiment will be described.

まず、圧電体層2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−PbTiO)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。
First, a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 2 is produced. Specifically, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer. And a ceramic green sheet is produced using this ceramic slurry by using tape molding methods, such as a doctor blade method and a calender roll method. As the piezoelectric ceramic, any material having piezoelectric characteristics may be used. For example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) can be used. As the plasticizer, dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), or the like can be used.

次に、内部電極層3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所望の内部電極層のパターンで塗布する。   Next, a conductive paste to be the internal electrode layer 3 is produced. Specifically, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to a silver-palladium metal powder. This conductive paste is applied on the above ceramic green sheet in a desired pattern of internal electrode layers using a screen printing method.

そして、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層3および圧電体層2を備えた積層体4を作製する。   Then, a plurality of ceramic green sheets printed with this conductive paste are laminated, subjected to binder removal treatment at a predetermined temperature, fired at a temperature of 900 ° C. to 1200 ° C., and predetermined using a surface grinder or the like. The laminated body 4 provided with the internal electrode layers 3 and the piezoelectric body layers 2 that are alternately laminated is manufactured by performing a grinding process so as to have the shape as described above.

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、内部電極層3と圧電体層2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。   The laminate 4 is not limited to the one produced by the above production method, and any production method can be used as long as the laminate 4 formed by laminating a plurality of internal electrode layers 3 and piezoelectric layers 2 can be produced. May be produced.

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、600℃〜800℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極5、側面電極6、折り返し電極7を形成する。   Thereafter, a silver glass-containing conductive paste prepared by adding a binder, a plasticizer, and a solvent to a mixture of conductive particles mainly composed of silver and glass is screen-printed on the main surface and side surfaces of the laminate 4. After printing and the like by drying, a baking process is performed at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. to form the surface electrode 5, the side electrode 6, and the folded electrode 7.

表面電極5の外周部8が凹凸10となるように形成する方法は以下の通りである。   A method of forming the outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5 so as to be uneven 10 is as follows.

表面電極5の形成は、上記したようにスクリーン印刷法によって形成され、使用するスクリーンメッシュ製版のスクリーンメッシュと組み合わせて、レジストの厚みを5μm以下となるように薄くした製版を作成する。さらに印刷条件とも組み合わせて、スクリーンメッシュの痕跡を残すように印刷を行い表面電極5の外周部8に凹凸10を作製する。また表面電極5の外周部8に凹凸パターンを設けた製版を用いて、同様に印刷法により形成してもよい。   The surface electrode 5 is formed by the screen printing method as described above, and is combined with the screen mesh of the screen mesh plate to be used to create a plate plate having a resist thickness reduced to 5 μm or less. Further, in combination with printing conditions, printing is performed so as to leave a trace of the screen mesh, and the unevenness 10 is produced on the outer peripheral portion 8 of the surface electrode 5. Moreover, you may form by the printing method similarly using the platemaking which provided the uneven | corrugated pattern in the outer peripheral part 8 of the surface electrode 5. FIG.

なお、表面電極5と内部電極3とを電気的に接続するためには、上記のように積層体4の側面に形成された側面電極6にかえて、圧電体層2を貫通するように形成された貫通導体を用いてもよい。   In order to electrically connect the surface electrode 5 and the internal electrode 3, it is formed so as to penetrate the piezoelectric layer 2 in place of the side electrode 6 formed on the side surface of the laminate 4 as described above. You may use the made through conductor.

その後、積層体4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および図2に示す圧電素子の場合は、表面電極を負極に、折り返し電極7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。   Thereafter, the laminate 4 is subjected to polarization treatment to impart piezoelectric activity. In the case of the piezoelectric element shown in FIGS. 1 and 2, for example, in the case of the piezoelectric element shown in FIGS. 1 and 2, the surface electrode is connected to the negative electrode, and the folded electrode 7 is connected to the positive electrode, for example, in the polarization process, for example, 2 kV / mm to 3 kV / mm The potential difference may be applied for several seconds as the application time at an ambient temperature of 15 ° C. to 35 ° C. The voltage, ambient temperature, and application time are suitably selected depending on the properties of the piezoelectric material.

上述のようにして所望の圧電素子1を得ることができ、給電部材(配線部材)が必要な場合は以下の方法で、圧電素子1に給電部材(配線部材)を接続すればよい。   When the desired piezoelectric element 1 can be obtained as described above and a power supply member (wiring member) is required, the power supply member (wiring member) may be connected to the piezoelectric element 1 by the following method.

例えば導電性接着剤を用いて、フレキシブル配線基板を圧電素子1に接続固定(接合)する場合、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1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。
For example, when a flexible wiring substrate is connected and fixed (bonded) to the piezoelectric element 1 using a conductive adhesive, a conductive adhesive paste is applied and formed at a predetermined position of the piezoelectric element 1 using a technique such as screen printing. To do. Then, the flexible wiring board is connected and fixed to the piezoelectric element 1 by curing the conductive adhesive paste with the flexible wiring board being in contact therewith. The conductive adhesive paste may be applied and formed on the flexible wiring board side.

なお、給電部材(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。   In addition, as the power supply member (wiring member), an insulation-coated lead wire may be used, and solder may be used as the bonding material, and a member having the same function can be suitably selected.

次に、本実施形態の音響発生器の一例について説明する。   Next, an example of the sound generator of this embodiment will be described.

本実施形態の音響発生器11は、図8に示すように、上述の圧電素子1と、圧電素子1が取り付けられており、圧電素子1の振動によって振動する振動板12とを備えている。さらに、図に示す音響発生器11は、振動板2の外周部の少なくとも一部に設けられ、振動板12を支持する支持体としての枠体13とを備えている。   As shown in FIG. 8, the acoustic generator 11 of the present embodiment includes the above-described piezoelectric element 1 and a vibration plate 12 to which the piezoelectric element 1 is attached and vibrates due to vibration of the piezoelectric element 1. Furthermore, the sound generator 11 shown in the drawing is provided on at least a part of the outer peripheral portion of the diaphragm 2 and includes a frame 13 as a support body that supports the diaphragm 12.

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12を励振する励振器である。圧電素子1の主面と振動板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1が屈曲振動することにより、圧電素子1が振動板12に一定の振動を与えて音を発生させることができる。   The piezoelectric element 1 is an exciter that excites the diaphragm 12 by vibrating under application of a voltage. The main surface of the piezoelectric element 1 and the main surface of the diaphragm are joined by an adhesive such as an epoxy resin, and the piezoelectric element 1 bends and vibrates, so that the piezoelectric element 1 gives a certain vibration to the diaphragm 12 to generate sound. Can be generated.

振動板12は、その周縁部が枠体13に固定されていて、圧電素子1の振動によって圧電素子1とともに振動するようになっている。この振動板12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構成することができる。また、振動板12の形状は特に制限はなく、長方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12を構成する場合は、振動板12に張力がかかっている状態でその周縁部が枠体13に固定されていることが好ましい。振動板12を樹脂フィルムにより構成することで、振動板12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12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く、例えば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一部が振動板12として機能していてもよい。   The peripheral edge of the diaphragm 12 is fixed to the frame 13, and vibrates with the piezoelectric element 1 by the vibration of the piezoelectric element 1. This diaphragm 12 can be formed using various materials, such as resin and a metal, for example, can be comprised with resin films, such as 10-200 micrometers thick, polyethylene, a polyimide, a polypropylene. The shape of the diaphragm 12 is not particularly limited, and may be a circular plate shape or an elliptical plate shape other than a polygonal plate shape such as a rectangular plate shape. When the diaphragm 12 is formed of a resin film, it is preferable that the peripheral edge portion is fixed to the frame body 13 in a state where tension is applied to the diaphragm 12. By configuring the diaphragm 12 with a resin film, the diaphragm 12 is bent and vibrated with a large amplitude, the width of the resonance peak in the frequency characteristics of the sound pressure is widened, and the height is lowered to reduce the difference between the resonance peak and the dip. Can be reduced. However, the vibration plate 12 is not limited to a resin film, and may be a resin plate, a metal plate, a glass plate, or the like. For example, a part of a casing of an electronic device such as a portable terminal or a part of a display functions as the vibration plate 12. You may do it.

枠体13は、振動板12の主面の外周部を支持する支持体として機能する。枠体13で振動板12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で、振動板12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13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。   The frame body 13 functions as a support body that supports the outer peripheral portion of the main surface of the diaphragm 12. By providing the vibration space by supporting the outer peripheral portion of the diaphragm 12 with the frame 13, the amplitude of the diaphragm 12 is increased, and the sound pressure can be improved. The frame 13 can be formed using various materials such as metals such as stainless steel, glass, acrylic resin, polycarbonate resin, and polybutylene terephthalate resin.

枠体13は振動板12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もの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。   The frame body 13 is bonded to one main surface or the other main surface of the diaphragm 12 via a bonding material. As the bonding material, a resin-based adhesive, a viscoelastic material molded into a sheet shape, a structure in which a base material layer and a layer made of a viscoelastic material are laminated, or the like can be used. An acrylic or epoxy adhesive or a rubber, acrylic, silicone or urethane adhesive is used. As the base material layer, acetate foam, acrylic foam, cellophane, polyethylene foam, paper, and nonwoven fabric are used.

音響発生器11としては、枠体13を備えない構成とすることもできるが、図9に示す例のように、振動板12の圧電素子1が接合された主面に枠体13を接合すると、特に枠体13と接合材とを合わせた厚みが圧電素子1の厚みより大きい場合には、枠体13により圧電素子1を保護することができる。また、振動板12が支持され、電子機器の筐体等への固定も容易になる。   The acoustic generator 11 may be configured not to include the frame body 13, but when the frame body 13 is joined to the main surface to which the piezoelectric element 1 of the diaphragm 12 is joined as in the example illustrated in FIG. 9. In particular, when the combined thickness of the frame 13 and the bonding material is larger than the thickness of the piezoelectric element 1, the piezoelectric element 1 can be protected by the frame 13. Further, the diaphragm 12 is supported, and the electronic device can be easily fixed to the housing or the like.

この枠体13は、図7(b)に示すように一つの枠部材からなるものでもよく、図7(c)に示すように上下の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を挟むことで、振動板12の張りを安定させることができる。なお、上下の枠部材は、それぞれの厚みが例えば100〜5000μmとされる。   The frame 13 may be composed of one frame member as shown in FIG. 7 (b), or may be composed of two upper and lower frame members as shown in FIG. 7 (c). In this case, the tension of the diaphragm 12 can be stabilized by sandwiching the diaphragm between the two frame members. The upper and lower frame members have a thickness of, for example, 100 to 5000 μm.

本実施形態の音響発生器においては、図7(b)および図7(c)に示すように、圧電素子1から振動板12の表面の少なくとも一部(例えば圧電素子1の周辺部)までを覆うように設けられた樹脂層14をさらに有していてもよい。樹脂層14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14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7(b)および図7(c)に示すように、樹脂層14は枠体13のうちの上の枠部材と同じ高さとなるように形成されていてもよい。   In the acoustic generator of the present embodiment, as shown in FIGS. 7B and 7C, the piezoelectric element 1 to at least a part of the surface of the diaphragm 12 (for example, the peripheral part of the piezoelectric element 1). You may further have the resin layer 14 provided so that it might cover. The resin layer 14 is formed, for example, so that the Young's modulus is in the range of, for example, 1 MPa to 1 GPa. For example, an acrylic resin can be used. By embedding the piezoelectric in the resin layer 14, an appropriate damper effect can be induced, so that the resonance phenomenon can be suppressed and the peak or dip in the frequency characteristic of the sound pressure can be suppressed to a small level. In addition, as shown in FIG.7 (b) and FIG.7 (c), the resin layer 14 may be formed so that it may become the same height as the upper frame member in the frame 13. FIG.

本実施形態の音響発生器は、周波数−音圧特性においてピークやディップが平坦化できる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12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。   Since the sound generator according to the present embodiment is configured using a piezoelectric element that can flatten peaks and dips in the frequency-sound pressure characteristics, the sound generator has high sound quality. Such an acoustic generator includes, for example, a state in which the diaphragm 12 is mechanically fixed to a support portion provided in a housing of an electronic device or the like, or is fixed via a bonding material, or includes a small housing. The sound generation device can be used as a sound generation source of an electronic device in a state where the sound generation device is incorporated in the casing of the electronic device.

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。   Next, an example of the sound generator of this embodiment will be described.

音響発生装置100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111と、音響発生器11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11を構成する振動板12になっていてもよく、筐体20が音響発生器11を収容するとは、音響発生器11の一部(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。   The sound generation device 100 is a sound generation device such as a so-called speaker. As shown in FIG. 8, the sound generation device 100 of this example includes a sound generator 111 and a housing 20 that houses the sound generator 11. Note that a part of the housing 20 may be the diaphragm 12 constituting the acoustic generator 11, and that the housing 20 accommodates the acoustic generator 11 means that a part of the acoustic generator 11 (piezoelectric element 1). ) Is also included.

筐体20は、音響発生器11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。   The housing 20 resonates the sound generated by the sound generator 11 and radiates sound to the outside from an opening (not shown) formed in the housing 20. The housing 20 can be formed using various materials such as metals such as aluminum and magnesium alloys, resins such as polycarbonate, and wood. By having such a housing | casing 20, the sound pressure in a low frequency band can be raised, for example.

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。   Such a sound generator 100 can be used alone as a speaker, and can be suitably incorporated into a portable terminal, a thin television, a tablet terminal, or the like, as will be described later. Moreover, it can also be incorporated into home appliances that have not been prioritized in terms of sound quality, such as refrigerators, microwave ovens, vacuum cleaners, and washing machines.

上述した本実施形態の音響発生装置は、周波数−音圧特性においてピークやディップが平坦化できる圧電素子を備えた音響発生器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。   Since the sound generator of the present embodiment described above is configured using a sound generator including a piezoelectric element that can flatten peaks and dips in frequency-sound pressure characteristics, it has high sound quality.

次に、本実施形態の電子機器の一例について説明する。   Next, an example of the electronic apparatus of this embodiment will be described.

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11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11を収容する筐体70とを備え、音響発生器11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11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11を収容した音響発生装置100(音響発生器11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11を構成する振動板12となっていてもよい。
As shown in FIG. 9, the electronic device 50 according to the present embodiment includes an acoustic generator 11, an electronic circuit 60 connected to the acoustic generator 10, and a housing 70 that houses the electronic circuit 60 and the acoustic generator 11. And has a function of generating sound from the sound generator 11. In addition, as the electronic device 50, not only the acoustic generator 11 is accommodated in the casing 70 as it is, but also the acoustic generator 100 that accommodates the acoustic generator 11 (consisting of the acoustic generator 11 and the casing 20). Is included in the housing 70. In addition, a part of the housing 70 may be the diaphragm 12 constituting the sound generator 11.

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11に接続されており、音響発生器11へ音声信号を出力する機能を有している。音響発生器11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。   The electronic device 50 includes an electronic circuit 60. Examples of the electronic circuit 60 include a circuit for processing image information to be displayed on a display and audio information transmitted by a portable terminal, a communication circuit, and the like. At least one of these circuits may be included, or all the circuits may be included. Further, it may be a circuit having other functions. Furthermore, you may have a some electronic circuit. The electronic circuit 60 shown in the figure includes a controller 60a, a transmission / reception unit 60b, a key input unit 60c, and a microphone input unit 60d. The electronic circuit 60 is connected to the sound generator 11 and has a function of outputting an audio signal to the sound generator 11. The sound generator 11 generates sound based on the sound signal input from the electronic circuit 60.

また、電子機器50は、表示部50aと、アンテナ50bと、音響発生器11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11とが、1つの筐体70に収容されていればよい。   Moreover, the electronic device 50 includes a display unit 50a, an antenna 50b, and the sound generator 11, and includes a housing 70 that accommodates these devices. Although FIG. 9 shows a state in which each device including the controller 60a is housed in one housing, the housing form of each device is not limited. In the present embodiment, it is only necessary that at least the electronic circuit 60 and the sound generator 11 are accommodated in one housing 70.

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。   The controller 60 a is a control unit of the electronic device 50. The transmission / reception unit 60b transmits / receives data via the antenna 50b based on the control of the controller 60a. The key input unit 60c is an input device of the electronic device 50 and accepts a key input operation by an operator. The key input unit 60 c may be a button-like key or a touch panel integrated with the display unit 50. The microphone input unit 60d is also an input device of the electronic device 50, and receives a voice input operation by an operator. The display unit 50a is a display output device of the electronic device 50, and outputs display information based on the control of the controller 60a.

そして、音響発生器11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11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。   The sound generator 11 operates as a sound output device in the electronic device 60. The sound generator 11 is connected to the controller 60a of the electronic circuit 60, and emits sound upon application of a voltage controlled by the controller 60a.

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。   In FIG. 9, the electronic device is described as a portable terminal device. However, the electronic device is not limited to the type of the electronic device, and may be applied to various consumer devices having a function of emitting sound. For example, flat-screen televisions and car audio devices can of course be used for products having a function of generating sound, for example, various products such as vacuum cleaners, washing machines, refrigerators, microwave ovens, and the like.

上述した本実施形態の電子機器は、周波数−音圧特性においてピークやディップが平坦化できる圧電素子を備えた音響発生器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。   The electronic apparatus of the present embodiment described above has high sound quality because it is configured using an acoustic generator including a piezoelectric element that can flatten peaks and dips in frequency-sound pressure characteristics.

次に、本実施形態の音響発生器の具体例について説明する。   Next, a specific example of the sound generator of this embodiment will be described.

圧電素子は、長さが34.0mm、幅が15.0mm、厚みが0.2mmの長尺板状とした。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4〜50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、内部電極は、銀パラジウムを用いた。   The piezoelectric element was a long plate having a length of 34.0 mm, a width of 15.0 mm, and a thickness of 0.2 mm. The piezoelectric element has a structure in which piezoelectric layers having a thickness of 30 μm and internal electrodes are alternately stacked, and the total number of piezoelectric layers is 4 to 50 layers. The piezoelectric layer was formed of lead zirconate titanate in which part of Zr was substituted with Nb or the like, and silver palladium was used for the internal electrode.

まず、銀パラジウムからなる導電性ペーストをセラミックグリーンシートに印刷したものを複数枚準備し、これらを積層した後、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。   First, a plurality of conductive pastes made of silver-palladium printed on a ceramic green sheet were prepared, and these were laminated, and then press-contacted and cut into a predetermined size to produce a molded body. Thereafter, degreasing was performed at a predetermined temperature, followed by firing at 1000 ° C. to obtain a laminated sintered body.

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、側面電極、折り返し電極を形成した。   A conductive paste made of silver was printed on the surface and side surfaces of this laminated sintered body, dried, and then fired at 700 ° C. to form surface electrodes, side electrodes, and folded electrodes.

表面電極は、メッシュ状の製販を用い、スクリーン印刷法によって形成した。その際、スクリーンメッシュの種類と印刷条件を選択的に行い、表面電極の外周部に凹凸を形成した。   The surface electrode was formed by screen printing using mesh-type production and sales. At that time, the type of screen mesh and printing conditions were selectively performed to form irregularities on the outer periphery of the surface electrode.

次に、表面電極を介して各々の内部電極間に、室温にて2kV/mmの電位差の電圧を印加し、分極処理を施して圧電素子を作製した。   Next, a voltage having a potential difference of 2 kV / mm was applied between the internal electrodes via the surface electrode at room temperature, and a polarization treatment was performed to manufacture a piezoelectric element.

次に、アクリル系の嫌気性接着剤ペーストを用いて、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、音響発生器を作製した。   Next, using an acrylic anaerobic adhesive paste, after bonding the piezoelectric element to one end side in the length direction of an acrylic plate (diaphragm) having a length of 110 mm, a width of 60 mm, and a thickness of 0.5 mm, The lead wire with the insulation coating was joined to the surface electrode with solder to produce an acoustic generator.

上記のようにして作製した実施例となる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。   The outer circumferences of both main surfaces of the diaphragm of the sound generator according to the example produced as described above were fixed with a frame jig for sound pressure measurement made of polybutylene terephthalate, and applied voltage 30 Vp-p, measurement. Frequency-sound pressure characteristics were measured under the condition of a distance of 3 cm. The result is shown in FIG.

一方、比較例として以下の方法で作製した音響発生器を準備した。   On the other hand, the acoustic generator produced with the following method was prepared as a comparative example.

表面電極を形成する際、スクリーンメッシュの種類と印刷条件を選択的に行い、外周部に凹凸のない表面電極を形成した。その他の製造方法は上記実施例と同一として圧電素子を作製した。   When forming the surface electrode, the type of screen mesh and printing conditions were selectively performed to form a surface electrode having no irregularities on the outer periphery. Other manufacturing methods were the same as those in the above example, and a piezoelectric element was manufactured.

この圧電素子を用い、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。   Using this piezoelectric element, an acoustic generator was produced by the same method as in the above embodiment, and the outer circumferences of both main surfaces of the diaphragm of the acoustic generator were made of polybutylene terephthalate as in the above embodiment. The frequency-sound pressure characteristics were measured under the conditions of an applied voltage of 30 Vp-p and a measurement distance of 3 cm. The result is shown in FIG.

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5kHz〜8kHz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、明らかに差が小さくなっていることがわかる。   In comparison between FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b), when comparing the peak and dip of the sound pressure particularly at frequencies of 400 Hz to 2 kHz and frequencies of 5 kHz to 8 kHz, FIG. It can be seen that the difference is clearly smaller compared to FIG. 10B, which is a comparative example.

また圧電素子単体にて表面電極にリード線を半田付け固定し、圧電素子を固着した状態で、引張り試験装置を用いて表面電極の剥がれの有無を確認した結果、比較例は表面電極が剥がれたのに対して、本実施例では表面電極の剥がれは確認されなかった。   Also, the lead wire was soldered and fixed to the surface electrode with a single piezoelectric element, and the surface electrode was peeled off in the comparative example as a result of checking the presence or absence of peeling of the surface electrode using a tensile test device. On the other hand, peeling of the surface electrode was not confirmed in this example.

以上のことから、圧電素子において、積層方向から見て、表面電極の外周部は凹凸を有していることで、表面電極が積層体から剥離することを抑制できることが確認できた。またこのような圧電素子を音響発生器の振動源として用いた場合に、周波数−音圧特性においてピークやディップが平坦化されるため、圧電素子の他方主面に振動板を接合して音響発生器とした場合の音質を向上できることが確認できた。   From the above, in the piezoelectric element, it was confirmed that the outer peripheral portion of the surface electrode had irregularities when viewed from the stacking direction, so that the surface electrode could be prevented from peeling from the stack. In addition, when such a piezoelectric element is used as a vibration source of an acoustic generator, the peak and dip are flattened in the frequency-sound pressure characteristics. Therefore, sound is generated by joining a diaphragm to the other main surface of the piezoelectric element. It has been confirmed that the sound quality can be improved when the device is used.

1 圧電素子
2 圧電体層
3 内部電極層
4 積層体
5 表面電極
6 側面電極
7 折り返し電極
8 外周部
9 中央部
10 凹凸
101 凸部
102 凹部
11 音響発生器
12 振動板
13 枠体
14 樹脂層
20、70 筺体
100 音響発生装置
50 電子機器
60 電子回路












DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Piezoelectric layer 3 Internal electrode layer 4 Laminated body 5 Surface electrode 6 Side electrode 7 Folding electrode 8 Outer peripheral part 9 Center part 10 Concavity and convexity 101 Convex part 102 Concave part 11 Sound generator 12 Diaphragm 13 Frame 14 Resin layer 20 70 Housing 100 Sound generator 50 Electronic device 60 Electronic circuit












Claims (7)

圧電体層と内部電極層とが積層された積層体の少なくとも一方主面に表面電極が設けられた圧電素子であって、積層方向から見て、前記表面電極の外周部は凹凸を有していることを特徴とする圧電素子。   A piezoelectric element in which a surface electrode is provided on at least one main surface of a laminate in which a piezoelectric layer and an internal electrode layer are laminated, and the outer periphery of the surface electrode has irregularities when viewed from the lamination direction. A piezoelectric element characterized by comprising: 前記表面電極の外周部は、異なる形状の凹凸を有していることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the outer peripheral portion of the surface electrode has irregularities with different shapes. 前記表面電極における前記外周部の厚みが中央部の厚みよりも薄くなっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電素子。   3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein a thickness of the outer peripheral portion of the surface electrode is thinner than a thickness of a central portion. 前記表面電極は前記中央部から前記外周部に向かって徐々に厚みが薄くなっていることを特徴とする請求項3に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 3, wherein the thickness of the surface electrode gradually decreases from the central portion toward the outer peripheral portion. 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、該圧電素子の他方主面に取り付けら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。   An acoustic generator comprising: the piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4; and a diaphragm attached to the other main surface of the piezoelectric element. 請求項5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。   An acoustic generator comprising: the acoustic generator according to claim 5; and a housing that accommodates the acoustic generator. 請求項5に記載の音響発生器と、該音響発生器を構成する前記圧電素子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ていることを特徴とする電子機器。

























The acoustic generator according to claim 5, an electronic circuit connected to the piezoelectric element constituting the acoustic generator, and a housing that houses the acoustic generator and the electronic circuit. Electronic equipment.

























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