JP5474261B1 - 圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【課題】 圧電素子に接合されたフレキシブル基板が長期間駆動しても圧電素子から剥離することなく、長期間安定して駆動する圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末を提供する。
【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータ1は、内部電極2および圧電体層3が積層された積層体4と、積層体4の一方主面に内部電極2と電気的に接続された表面電極5とを備えた圧電素子10と、一方主面に導電性接合部材7を介して一部が接合され、表面電極5と電気的に接続された配線導体61を備えたフレキシブル基板6とを有しており、一方主面の少なくともフレキシブル基板6が接合された領域は他方主面よりも平坦度が悪くなっている。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータ1は、内部電極2および圧電体層3が積層された積層体4と、積層体4の一方主面に内部電極2と電気的に接続された表面電極5とを備えた圧電素子10と、一方主面に導電性接合部材7を介して一部が接合され、表面電極5と電気的に接続された配線導体61を備えたフレキシブル基板6とを有しており、一方主面の少なくともフレキシブル基板6が接合された領域は他方主面よりも平坦度が悪くなっている。
【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、圧電振動装置および携帯端末に関するものである。
圧電アクチュエータとして、図7に示すように、内部電極101と圧電体層102とが複数積層された積層体103の表面に表面電極104を形成してなるバイモルフ型の圧電素子10を用いたものや(特許文献1を参照)、圧電素子10の主面にフレキシブル基板105を導電性接合部材106で接合して、圧電素子10の表面電極104とフレキシブル基板105の配線導体107とを電気的に接続させることが知られている(特許文献2を参照)。
更には、バイモルフ型の圧電素子の長さ方向における中央部や一端を振動板に固定した圧電振動装置が知られている(特許文献3、4を参照)。
しかしながら、従来の圧電アクチュエータでは、圧電素子の平坦度の良い主面にフレキシブル基板105が接合されているため、外部振動やフレキシブル基板105自体の共振によるアクチュエータの振動に追随しない異常なフレキシブル基板105の振動が起こることにより、特に接合部の根元に応力集中の負荷がかかって、フレキシブル基板105が圧電素子から剥離するといった問題が発生していた。
本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、圧電素子に接合されたフレキシブル基板が長期間駆動しても圧電素子から剥離することなく、長期間安定して駆動する圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末を提供することである。
本発明の圧電アクチュエータは、内部電極および圧電体層が積層された長手方向と幅方向とを有する積層体と、該積層体の積層方向と直交する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とを備えた圧電素子と、前記一方主面に導電性接合部材を介して一部が接合され、前記表面電極と電気的に接続された配線導体を備えたフレキシブル基板とを有しており、前記内部電極は第1の極と第2の極とを含み、前記圧電素子は前記内部電極の前記第1の極および前記第2の極が積層方向に重なる相対的に厚みの厚い前記幅方向の中央領域と該中央領域以外の相対的に厚みの薄い前記幅方向の端部領域が設けられており、前記一方主面の少なくとも前記フレキシブル基板が接合された領域は、前記中央領域が凸状になっていることによって平坦度が悪くなっていることを特徴とする。
また本発明の圧電振動装置は、前記圧電アクチュエータと、前記圧電素子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。
また本発明の携帯端末は、前記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、前記圧電アクチュエータの前記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。
本発明によれば、圧電素子に接合されたフレキシブル基板が長期間駆動しても圧電素子から剥離することなく、長期間安定して駆動する圧電アクチュエータを得ることができる。
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2および圧電体層3が積層された積層体4と、積層体4の一方主面に内部電極2と電気的に接続された表面電極5とを備えた圧電素子10と、一方主面に導電性接合部材7を介して一部が接合され、表面電極5と電気的に接続された配線導体61を備えたフレキシブル基板6とを有しており、一方主面の少なくともフレキシブル基板6が接合された領域は他方主面よりも平坦度が悪くなっている。
圧電素子10を構成する積層体4は、内部電極2および圧電体層3が積層されてなるもので、複数の内部電極2が積層方向に重なる活性部41とそれ以外の不活性部42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4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4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4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4を構成する内部電極2は、圧電体層3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の極21および第2の極22からなる。例えば、第1の極21がグランド極となり、第2の極22が正極または負極となる。圧電体層3と交互に積層されて圧電体層3を上下から挟んでおり、積層順に第1の極21および第2の極22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3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1に示す例では、第1の極21および第2の極22の端部がそれぞれ積層体4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2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2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2の厚みは、例えば0.1〜5μmが好ましい。
積層体4を構成する圧電体層3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(PbZrO3−PbTiO3)からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)などを用いることができる。圧電体層3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4の一方主面には、内部電極2と電気的に接続された表面電極5が設けられている。図1に示す形態における表面電極5は、大きな面積の第1の表面電極51、小さな面積の第2の表面電極52および第3の表面電極53で構成されている。例えば、第1の表面電極51は第1の極21となる内部電極2と電気的に接続され、第2の表面電極52は一方主面側に配置された第2の極22となる内部電極2と電気的に接続され、第3の表面電極53は他方主面側に配置された第2の極22となる内部電極2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51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51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52および第3の表面電極53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52および第3の表面電極53の幅は、例えば0.5mm〜1.5mmとするのが好ましい。
また、圧電アクチュエータ1は、圧電素子10を構成する積層体4の一方主面に導電性接合部材7を介して一部が接合されたフレキシブル基板6を有している。
このフレキシブル基板6は配線導体61を備え、導電性接合部材7を介して表面電極5と配線導体61とが電気的に接続されるように、フレキシブル基板6の一部が積層体4の一方主面に接合されている。
フレキシブル基板6は、例えば樹脂フィルム中に2本の配線導体61が埋設されたフレキシブル・プリント配線基板であり、一方端には外部回路と接続するためのコネクタ(図示せず)が接続されている。
導電性接合部材7としては、導電性接着剤や半田等が用いられるが、好ましくは導電性接着剤であるのがよい。例えばポリイミド、ポリアミドイミド、シリコーンゴム、合成ゴムなどの弾性率(ヤング率)の低い樹脂中に銀粉末、金粉末などの金属粉末や、樹脂ボールにAuメッキ等の導電被覆を施したものなどからなる導電粒子を分散させてなる導電性接着剤を用いることで、半田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と接着を担う樹脂接着剤からなる。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6との接続部をコンパクトにすることができる。
そして、図1(b)に示すように、圧電素子10を構成する積層体4の一方主面の少なくともフレキシブル基板6が接合された領域は、他方主面よりも平坦度が悪くなっている。
平坦度が悪くなっているとは、相対的に平坦ではなく、より大きな凹凸または段差があることであり、例えば10〜200μmの平坦度である。
フレキシブル基板6が接合された領域の平坦度を悪くしておくことにより、フレキシブル基板自体の共振等によるアクチュエータの振動に追随しない異常な振動で、特に接合部の根元に応力集中の負荷が掛かっても、積層体4の一方主面の厚みが薄くなっている部位(凹部など)では、フレキシブル基板6と接続される導電性接合部材7の弾性率が低いため、応力を低減できる。これは、厚みが薄くなっている部位(凹部など)では、フレキシブル基板6と積層体4の間隔が長くなり1つの導電粒子による接合がされにくくなることで、樹脂のみが連続しており、弾性率の低い接合がなされることによる。したがって、フレキシブル基板6が圧電素子10から剥がれるといった問題が生じるのを抑制することができ、長期間安定して駆動することができる。また、平坦度を悪くしておくことにより、導電性接合部材7との接合面積を増やすことができるため、接合強度をより高くすることができる。
ここで、図2に示すように、内部電極2は第1の極21と第2の極22とを含み、内部電極2の第1の極21および第2の極22が積層方向に重なる相対的に厚みの厚い活性部41とそれ以外(活性部41以外)の相対的に厚みの薄い不活性部42との間で一方主面に段差が設けられており、フレキシブル基板6は一方主面の活性部41から不活性部42にかけて接合されていてもよい。
このことにより、相対的に厚みの薄い不活性部42のフレキシブル基板6との接合部に導電性接合部材7をより多く設けておくことができる。したがって、追随しない異常なフレキシブル基板6の振動によって生じる接合部の応力、特に圧電素子10外周付近での接合部の応力を抑制することができ、接合の信頼性を高めることができる。なお、不活性部42は、図2(a)に示すように圧電素子10の外周に配置する他、図2(b)に示すように圧電素子10の内側に配置しても構わない。
さらに、図1(a)に示すように、圧電素子10は長手方向と幅方向とを有する長尺状体であって、図2(a)に示すように、内部電極2は第1の極21と第2の極22とを含み、内部電極2の第1の極21および第2の極22が積層方向に重なる相対的に厚みの厚い幅方向の中央領域とそれ以外(中央領域以外)の相対的に厚みの薄い幅方向の端部領域との間で一方主面に段差が設けられており、フレキシブル基板6は一方主面の幅方向の中央領域から幅方向の端部領域にかけて接合されていてもよい。
このことにより、相対的に厚みの薄い端部領域のフレキシブル基板6との接合部に導電性接合部材7をより多く設けておくことができる。したがって、端部領域を起点に導電性接合部材7にクラックが入るのを抑制することができ、図2(a)の領域Aで囲まれるフレキシブル基板6の根元に負荷が掛かった場合でも、フレキシブル基板6が圧電素子10から剥がれることはない。また、フレキシブル基板6が外部要因で振動した場合でも、その振動を相対的に厚みの薄い端部領域により多く設けた導電性接合部材7が吸収することができるため、圧電素子10に不要な振動が生じるのを低減することができる。
また、圧電素子10の他方主面を平坦にしておくことにより、例えば振動を加える対象物(例えば後述する振動板など)に他方主面を貼り合わせたときに、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率を上げることができる。
なお、図1に示す圧電アクチュエータ1は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータであって、表面電極5から電気信号が入力されて一方主面および他方主面が屈曲面となるように屈曲振動するものであるが、本発明の圧電アクチュエータとしては、バイモルフ型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、例えば後述する振動板に圧電アクチュエータの他方主面を接合する(貼り合わせる)ことで、ユニモルフ型でも屈曲振動させることができる。
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3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(PbZrO3−PbTiO3)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2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2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2および圧電体層3を備えた積層体4を作製する。
このような製造工程において、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た後、例えば、プレス装置の上側(一方主面側)の型として凹みを有する金型や樹脂型を使用し、プレス装置の下側(他方主面側)の型として平坦な金型や樹脂型を使用することにより、図1(b)に示す形状の圧電アクチュエータ1を作製することができる。
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2と圧電体層3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。
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5のパターンで積層体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、650〜750℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極5を形成する。
なお、表面電極5と内部電極2とを電気的に接続する場合、圧電体層3を貫通するビアを形成して接続しても、積層体4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、導電性接合部材7を用いて、フレキシブル基板6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合部材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6を当接させた状態で導電性接合部材用ペーストを硬化させることにより、フレキシブル基板6を圧電素子10に接続固定する。なお、導電性接合部材用ペーストは、フレキシブル基板6側に塗布形成しておいてもよい。
導電性接合部材7が導電性接着剤の場合であって、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6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6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6が圧電素子10に接続固定される。
特に、導電性接合部材7として異方性導電部材を用いる場合は、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6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6との間に挟んだ状態で加熱加圧して接合してもよい。
本発明の圧電振動装置は、図3に示すように、圧電アクチュエータ1と、圧電アクチュエータ1の他方主面に接合された振動板81とを有するものである。
振動板81は、矩形の薄板状の形状を有している。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。
振動板81は、圧電アクチュエータ1の他方主面に、接合部材82を介して接合されている。接合部材82を介して、振動板81に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、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、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。そして、接合部材82の一方主面(図の+z方向側の主面)には圧電アクチュエータ1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。
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、不要な振動の発生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、不要な振動の発生が低減された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。
本発明の携帯端末は、図4〜図6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の他方主面が筐体92に接合されたものである。なお、図4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5は図4に示すA−A線で切断した概略断面図、図6は図4に示すB−B線で切断した概略断面図である。
ここで、圧電アクチュエータ1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5および図6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,プラズマディスプレイ,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、本発明の携帯端末は、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、不要な振動の発生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。
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。具体的には、図1に示す圧電アクチュエータを以下に示すように作製した。
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。
活性部を不活性部よりも厚くするために、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、プレス装置の上側(一方主面と接触する側)の型として凹みを有する樹脂の型を使用し、プレス装置の下側(他方主面と接触する側)の型として平坦な金型を使用して積層体をプレスし、活性部が不活性部より厚くなった積層成形体を作製した。
その後、所定の温度で脱脂を行った後、1000℃で焼成を行い、積層焼結体を得た。
次に、表面電極を内部電極よりも両端で1mmずつ長くなるように印刷した。
できあがった圧電素子は、一方主面において、活性部が不活性部に対して50μm突出していた。一方、他方主面はほとんど平らであった。
表面電極を介して、内部電極間(第1の極間、第2の極間)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。
その後、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、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(試料No.1)を作製した。
また、比較例として、一方主面、他方主面とも平らである事以外は、上述の試料No.1と同じ構成である本発明の範囲外である圧電アクチュエータ(試料No.2)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±10Vrmsの正弦波信号を印加し、駆動試験を行ったところ、試料No.1、2とも、100μmの変位量を有する屈曲振動が得られた。
その後、10万サイクルの正弦波信号を連続で加えて駆動試験を行った。本発明の範囲外である試料No.2は異常振動が発生し、9万サイクルでフレキシブル基板が圧電素子から剥がれてしまっていた。
一方、本発明実施例の試料No.1の圧電アクチュエータは、10万サイクルを経た後でも、異常振動が発生することなく駆動を続けていた。また、フレキシブル基板を接続固定している導電性接着剤にクラックや割れ等は見られず、フレキシブル基板の剥がれは見られなかった。
1:圧電アクチュエータ
2:内部電極
21:第1の極
22:第2の極
3:圧電体層
4:積層体
41:活性部
42:不活性部
5:表面電極
51:第1の表面電極
52:第2の表面電極
53:第3の表面電極
6:フレキシブル基板
61:配線導体
7:異方性導電材
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
2:内部電極
21:第1の極
22:第2の極
3:圧電体層
4:積層体
41:活性部
42:不活性部
5:表面電極
51:第1の表面電極
52:第2の表面電極
53:第3の表面電極
6:フレキシブル基板
61:配線導体
7:異方性導電材
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
Claims (8)
- 内部電極および圧電体層が積層された長手方向と幅方向とを有する積層体と、該積層体の積層方向と直交する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とを備えた圧電素子と、
前記一方主面に導電性接合部材を介して一部が接合され、前記表面電極と電気的に接続された配線導体を備えたフレキシブル基板とを有しており、
前記内部電極は第1の極と第2の極とを含み、
前記圧電素子は前記内部電極の前記第1の極および前記第2の極が積層方向に重なる相対的に厚みの厚い前記幅方向の中央領域と該中央領域以外の相対的に厚みの薄い前記幅方向の端部領域が設けられており、
前記一方主面の少なくとも前記フレキシブル基板が接合された領域は、前記中央領域が凸状になっていることによって平坦度が悪くなっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記積層体の他方主面は平坦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。
- 前記導電性接合部材が異方性導電材であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ。
- 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と、前記圧電素子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。
- 前記圧電アクチュエータと前記振動板とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項4に記載の圧電振動装置。
- 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と、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、
前記圧電アクチュエータ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。 - 前記圧電アクチュエータと前記ディスプレイまたは前記筐体とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項6に記載の携帯端末。
- 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または請求項7に記載の携帯端末。
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