JP5391047B2

JP5391047B2 - 圧電振動体、タッチパネル、タッチパネルの製造方法

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Publication number: JP5391047B2
Application number: JP2009285949A
Authority: JP
Inventors: 弘江馬; 浩司篠田; 雅人清水
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP2011130141A

Description

本発明は、圧電素子を用いた圧電振動子と、その圧電振動子を取り付けたタッチパネル、圧電振動体の製造方法に関する。

タッチパネルを振動させる方法として、振動させたい物体（例えば板）に圧電素子を貼り付ける方法が従来技術として知られている（特許文献１）。図１は従来方法で基板に圧電素子を貼り付けた例である。具体的には、基板９１０はタッチパネル用のガラス基板などであり、圧電素子９００は基板９１０の1つの面の端に接着されている。

特開２００３−１２２５０７号公報

しかしながら、従来技術は、圧電素子を容易には剥離できないこと、圧電素子が非常に弱いため製造時に破損しやすいこと、基板（圧電素子を貼り付ける対象物）側の電極を引き出すために基板上に電極を形成するか、圧電素子の反対側の面まで電極を延ばす必要があることなどの課題がある。本発明は圧電素子を用いた製品を製造するときに、取り付ける対象物から容易に取り外せること、製造時に破損しにくくすること、電極を引き出すことを容易にすることを目的とする。

本発明の圧電振動体は、圧電体を第１電極と第２電極で挟んだ圧電素子と、把持部を備える。把持部は、当該圧電振動体を取り付ける対象物を把持する把持手段と、前記圧電素子と接着する部分である接着部とを有する。

また、把持部を導電性とし、接着部を導電性の接着剤によって第１電極に接着させてもよい。圧電振動体が対象物のいずれかの面上に配置される場合には、圧電素子は、接着部の対象物と反対側の面に接着すればよい。さらに、把持部が複数ある構造としてもよい。

本発明の圧電振動体によれば、把持部が対象物を把持することによって対象物に取り付けられる。したがって、従来のように接着によって対象物に圧電素子が取り付けられていた場合よりも、圧電振動体を取り外しやすい。また、本発明の圧電振動体によれば、圧電素子を対象物に直接接着させるのではなく把持部に接着させる。したがって、接着させる対象が常に同じであり、接着させやすくできる。また、接着部の形状や表面を圧電素子が接着しやすい滑らかで平らな形状にすることも容易である。

さらに、本発明の圧電振動体によれば、導電性の把持部を用いることができるので、把持部を取り付け対象物側の電極に接続すれば、別途電極を引き出すための配線が不要になる。そして、把持部を複数備えれば、把持部同士を独立に振動させることができるので、方向性を有する振動なども発生できる。

従来方法で基板に圧電素子を貼り付けた例を示す図。実施例１の圧電振動体を基板に取り付けた例を示す図。実施例１の圧電振動体を分解したときの図。実施例１の圧電振動体と従来の圧電素子とを比較するための図。把持部と振動子の具体的形状の例を示す拡大図。実施例１の圧電振動体に用いる圧電素子の電極と、従来の圧電素子の電極とを比較するための図。別の把持部と振動子の具体的形状の例を示す図。実施例２の圧電振動体を分解したときの図。把持部の具体的形状の例を示す拡大図。実施例２の圧電振動体を製造する工程を示す図。実施例２の圧電振動体に用いる圧電素子の電極の構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図２に実施例１の圧電振動体を基板に取り付けた例を、図３に実施例１の圧電振動体を分解したときの図を示す。圧電振動体１００は、圧電素子１１０、把持部１２０、振動子１３０を備える。把持部１２０は、圧電振動体１００を取り付ける対象物を把持する把持手段１２１_１，…，１２１_Ｎと、圧電素子１１０と接着する接着部１２２を有する。また、振動子１３０は、連結部１３１と一端が把持部１２０と結合し他端が連結部１３１と結合したピン１３２_１，…，１３２_Ｎとを有する。本実施例の把持手段１２１_ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）の形状はクリップ状であり、基板９１０を挟み込むことによって機械的に基板９１０を把持する。なお、把持部１２０と振動子１３０とは、１枚の燐青銅などのバネ材を加工することで一体的に形成すればよい。

図４は本実施例の圧電振動体と従来の圧電素子とを比較するための図であり、図４（Ａ）は本発明の圧電振動体が取り付けられた部分を拡大した図、図４（Ｂ）は従来の圧電素子が接着された部分を拡大した図である。圧電素子１１０、９００は、どちらも圧電体１１１、９１１を挟むように接着された第１電極１１２、９１２、第２電極１１３、９１３から構成される。圧電振動体１００は、第１電極１１２が把持部１２０の接着部１２２に接着剤１４０で接着されている。一方、従来の圧電素子９００は、第１電極９１２が接着剤９４０によって直接基板９１０に接着されている。本発明の圧電振動体１００によれば、把持部１２０が対象物を把持することによって対象物に取り付けられる。したがって、従来のように接着によって対象物に圧電素子９００が取り付ける場合よりも、圧電振動体１００を着脱しやすい。また、本発明の圧電振動体１００によれば、圧電素子１１０を対象物に直接接着させるのではなく把持部１２０に接着させる。したがって、把持部１２０の形状や表面を圧電素子１１０が接着しやすい滑らかで平らな形状にすれば、圧電素子１１０の接着を容易にできる。

図５は、把持部と振動子の具体的形状の例を示す拡大図である。図５（Ａ）は基板側の面から見た図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ線で切ったときの断面図、図５（Ｃ）は基板と反対側から見た図である。図５の例では、連結部１３１は、スプロケット孔１３３_１，…，１３３_Ｎを備えている。スプロケット孔１３３_ｎは、把持部１２０と振動子１３０とを一体的に製造する際に、材料となる板（例えば、燐青銅などのバネ材）の移動や位置決めをするために用いるものである。把持手段１２１_ｎの大きさ（太さ、幅など）は、圧電振動体１００を取り付ける対象物（本実施例であれば、基板９１０）の厚みや強度などから把持力（クリップ力）や単位面積あたりに加えることのできる力を求め、適宜決定すればよい。また、ピン１３２_ｎの太さや長さは、振動の周波数や圧電振動体に許容される大きさなどから適宜設計すればよい。

図６は本実施例の圧電振動体に用いる圧電素子の電極と、従来の圧電素子の電極とを比較するための図である。図６（Ａ）は圧電素子の斜視図、図６（Ｂ）は実施例１の圧電素子をＡ−Ａ線で切ったときの断面図、図６（Ｃ）は従来の圧電素子をＡ−Ａ線で切ったときの断面図を示している。従来の圧電素子９００では第１電極９１２は基板９１０と接着されるので、第１電極９１２に給電するために何らかの方法で電極を引き出さなければならなかった。図６（Ｃ）の例では、第２電極９１３と同じ側に配線すればよい構成とするために、第１電極９１２を反対の面まで延ばしている。一方、本実施例では、圧電振動体１００が基板９１０のいずれかの面上に配置される場合には、圧電素子１１０を接着部１２２の基板と反対側の面に接着する。そして、把持部１２０を導電性とし、導電性の接着剤１４０によって接着部１２２と第１電極１１２とを接着させればよい。このような構成にすることで、把持部１２０を介して第１電極１１２と電気的に接続することが可能となるので、電極を引き出すための配線を別途設ける必要がない。

なお、連結部１３１を板状にすることで、連結部１３１は振動板として機能させることもできる。このような構成にすれば圧電振動体１００を圧電スピーカや圧電マイクとして用いることも可能である。

［変形例］
図７に、別の把持部と振動子の具体的形状の例を示す。なお、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ線できったときの断面図である。この例では、把持部４２０は、把持手段４２１_１，…，４２１_Ｎと、圧電素子１１０と接着する接着部４２２を有する。そして、把持の方向と振動子１３０の方向とが、９０度ずれている。圧電振動体を取り付ける対象物によっては、このように把持の方向と振動子の方向を変更してもよい。

実施例１では、把持部１２０が１つの例を示した。本実施例では、把持部が複数ある場合について説明する。図８に実施例２の圧電振動体を分解したときの図を示す。図８（Ａ）は１つの把持部が１つの把持手段を有している例を、図８（Ｂ）は１つの把持部が複数の把持手段を有している例を示している。まず、図８（Ａ）の圧電振動体について説明する。圧電振動体２００は、圧電素子２１０、把持部２２０_１，…，２２０_Ｎを備える。把持部２２０_ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）は、圧電振動体２００を取り付ける対象物を把持する把持手段２２１_ｎと、圧電素子２１０と接着する接着部２２２_ｎを有する。本実施例の把持手段２２１_ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）の形状もクリップ状であり、基板９１０を挟み込むことによって機械的に基板９１０を把持する。図８（Ａ）の例では、Ｎ＝１３である。なお、把持部２２０_ｎには、燐青銅などのバネ材を用いればよい。また、本実施例では振動子を備えていない例を示しているが、振動子を備えてもよい。ただし、この場合は、振動子同士も分離する必要がある。

図９は、把持部の具体的形状の例を示す拡大図である。図９（Ａ）は基板側の面から見た図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ−Ａ線で切ったときの断面図、図９（Ｃ）は基板と反対側から見た図である。図９の例では、図５の振動子１３０に相当する部分も含まれており、振動子１３０と把持部２２０_１，…，２２０_Ｎとの境界にＶ溝２９０が形成されている。これは、把持部２２０を製造する際にスプロケット孔１３３_ｎがあると便利だからである。まず、図９に示したように図５の振動子１３０に相当する部分も一体的に成型し、把持部２２０_１，…，２２０_Ｎと圧電素子２１０とを接着する。そして、振動子１３０を折り曲げることによってＶ溝２９０の部分で振動子１３０を切り離せば、圧電振動体２００を構成できる。なお、把持手段２２１_ｎの大きさ（太さ、幅など）は、圧電振動体２００を取り付ける対象物（本実施例であれば、基板９１０）の厚みや強度などから把持力（クリップ力）や単位面積あたりに加えることのできる力を求め、適宜決定すればよい。また、ピン１３２_ｎの太さや長さは、製造後に切り離しやすい太さや長さとすればよい。

図１０は、本実施例の圧電振動体を製造する工程を示す図である。上述したように、まず振動子に相当する部分と把持部２２０_１，…，２２０_Ｎとを一緒に、バネ材などから加工する（Ｓ１０）。なお、この加工では、振動子と把持部との境界部分にＶ溝２９０を形成しておく。次に、把持部２２０_１，…，２２０_Ｎの接着部２２２_１，…，２２２_Ｎに圧電素子３１０を導電性の接着剤（例えば、はんだ）で接着する（Ｓ２０）。最後に、振動子に相当する部分をＶ溝２９０で折り曲げて取り除く（Ｓ３０）。このような工程で製造すれば、加工が容易である。なお、実施例１でも、把持部１２０と振動子１３０との間にＶ溝を設け、振動子１３０を取り除いた圧電振動体としてもよい。

図８（Ｂ）に示した圧電振動体３００は、圧電素子３１０、把持部３２０_１，…，３２０_Ｎを備える。把持部３２０_ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）は、圧電振動体３００を取り付ける対象物を把持する把持手段３２１_ｎ，１，…，３２１_ｎ，Ｍと、圧電素子２１０と接着する接着部３２２_ｎを有する。図８（Ｂ）の例では、Ｎ＝４，Ｍ＝３である。本実施例の把持手段３２１_ｎ，ｍ（ｍは１〜Ｍの整数）の形状もクリップ状であり、基板９１０を挟み込むことによって機械的に基板９１０を把持する。なお、把持部３２０_ｎには、燐青銅などのバネ材を用いればよい。なお、圧電振動体３００の製造においても、図９に示したように振動子１３０に相当する部品も一体的に形成しておき、組み立て終了後に切り離せば製造しやすい。

図１１は本実施例の圧電振動体に用いる圧電素子の電極の構成を示す図である。図１１（Ａ）は圧電素子の斜視図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の圧電振動体の圧電素子をＡ−Ａ線で切ったときの断面図、図１１（Ｃ）は図１１（Ｂ）の圧電振動体の圧電素子をＡ−Ａ線で切ったときの断面図を示している。実施例１では、１つの第１電極１１２が圧電体１１１の片面に形成されていた。本実施例では複数の第１電極を備えている。

まず、圧電振動体２００の場合について説明する。圧電素子２１０は、Ｎ個の第１電極２１２_１，…，２１２_Ｎと１つの第２電極１１３とで圧電体１１１を挟んだ構造である。そして、第１電極２１２_ｎはそれぞれ、対応する接着部２２２_ｎの基板９１０が把持される側の反対の面に接着される。同様に、圧電振動体３００の場合には、圧電素子３１０は、Ｎ個の第１電極３１２_１，…，３１２_Ｎと１つの第２電極１１３とで圧電体１１１を挟んだ構造である。そして、第１電極３１２_ｎはそれぞれ、対応する接着部３２２_ｎの基板９１０が把持される側の反対の面に接着される。また、把持部２２０_ｎ、３２０_ｎを導電性とし、導電性の接着剤によって接着部２２２_ｎ、３２２_ｎと第１電極２１２_ｎ、３１２_ｎとを接着させればよい。このような構成にすることで、把持部２２０_ｎ、３２０_ｎを介して第１電極２１２_ｎ、３１２_ｎと電気的に接続することが可能となるので、電極を引き出すための配線を別途設ける必要がない。なお、例えば第１電極の数を把持部の数よりも少なくすることもあり得る。この場合は、１つの第１電極に複数の把持部を接着すればよい。言い換えると、それぞれの把持部の接着部は、いずれかの第１電極と接着すればよい。

そして、第１電極２１２_ｎ、３１２_ｎごとに圧電素子２１０、３１０に電圧を印加するための回路を備えた圧電振動装置（図示していない）を構成すれば、各把持部２２０_ｎ、３２０_ｎを独立に振動させることができる。したがって、圧電モータのように動作させることなども可能である。また、タッチパネルに圧電振動体１００、２００、３００を取り付けることで、製造しやすく、安価で修理が容易な振動機能付きのタッチパネルを構成することもできる。

さらに、いずれか１つの第１電極２１２_ｋ、３１２_ｋ（ただし、ｋは１〜Ｎの整数）に接続された回路で第１電極２１２_ｋ、３１２_ｋ部分の圧電素子に振動を生じさせ、他の第１電極２１２_ｊ、３１２_ｊ（ただし、ｊはｋ以外の１〜Ｎの整数）に接続された回路で振動を感知させる構成にもできる。このような構成にすれば、指などが基板９１０に触れたときの振動の変化を検出させることで、表面弾性波タイプのセンサにもできる。

本発明は、タッチパネル、筺体などを振動させる圧電振動体、圧電振動装置に利用することができる。

１００、２００、３００、４００圧電振動体
１１０、２１０、３１０、９００圧電素子
１１１圧電体
１１２、２１２_ｎ、３１２_ｎ、９１２第１電極
１１３、９１３第２電極
１２０、２２０_ｎ、３２０_ｎ、４２０把持部
１２１_ｎ、２２１_ｎ、３２１_ｎ，ｍ、４２１_ｎ把持手段
１２２、２２２_ｎ、３２２_ｎ、４２２接着部
１３０振動子
１３１連結部
１３２_ｎピン
１３３_ｎスプロケット孔
１４０、９４０接着剤
２９０溝
９１０基板

Claims

圧電体を第１電極と第２電極で挟んだ圧電素子と、
把持部と、
振動子
を備えた圧電振動体であって、
前記把持部は、
当該圧電振動体を取り付ける対象物を把持する把持手段と、
前記圧電素子と接着する部分である接着部と
を有し、
前記振動子は、
連結部と、
一端が前記把持部と結合し、他端が前記連結部と結合したピンと
を有する
ことを特徴とする圧電振動体。
請求項１記載の圧電振動体であって、
前記把持部は、導電性であり、
前記接着部は、導電性の接着剤によって前記第１電極に接着されている
ことを特徴とする圧電振動体。
請求項２記載の圧電振動体であって、
前記対象物は板状であり、
前記把持部は、当該圧電振動体を前記対象物のいずれかの面上に配置させるものであり、
前記圧電素子は、前記接着部の前記対象物と反対側の面に接着されている
ことを特徴とする圧電振動体。
請求項１から３のいずれかに記載の圧電振動体であって、
前記連結部が振動板である
ことを特徴とする圧電振動体。
圧電振動体を備えたタッチパネルであって、
前記圧電振動体は、圧電体を第１電極と第２電極で挟んだ圧電素子と、把持部を備え、
前記把持部は、
当該タッチパネルを把持する把持手段と、
前記圧電素子と接着する部分である接着部と
を有する
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項５記載のタッチパネルであって、
前記把持部は、導電性であり、
前記接着部は、導電性の接着剤によって前記第１電極に接着されている
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項６記載のタッチパネルであって、
前記把持部は、当該圧電振動体を当該タッチパネルのいずれかの面上に配置させるものであり、
前記圧電素子は、前記接着部の当該タッチパネルと反対側の面に接着されている
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項７記載のタッチパネルであって、
前記把持部は、複数あり、
前記把持部と同数の前記第１電極があり、
前記接着部は、それぞれ対応する前記第１電極と接着されている
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項７記載のタッチパネルであって、
前記把持部と前記第１電極は、複数あり、
ぞれぞれの把持部の接着部は、いずれかの第１電極と接着されている
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項５から７のいずれかに記載のタッチパネルであって、
連結部と、
一端が前記把持部と結合し、他端が前記連結部と結合したピンと
を有する振動子も
備えたタッチパネル。
請求項１０記載のタッチパネルであって、
前記連結部が振動板である
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項８または９記載のタッチパネルであって、
前記第１電極ごとに、前記圧電素子に電圧を印加する回路を備えている
ことを特徴とするタッチパネル。
請求項８または９記載のタッチパネルの製造方法であって、
前記圧電振動体の製造過程には、
前記把持部と、連結部と、一端が前記把持部と結合し、他端が前記連結部と結合したピンと、前記把持部と前記ピンとの境界部分に形成されたＶ溝とを１枚のバネ材から一体的に製造する過程と、
前記把持部の接着部に前記圧電素子を接着する過程と、
前記Ｖ溝の部分を折り曲げることで切断し、前記連結部と前記ピンとを取り除く過程と、
を有する
ことを特徴とするタッチパネルの製造方法。