JP5474262B1 - 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配線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、一方主面上に導電粒子と樹脂とを含む導電性接着剤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配線基板６とを有しており、フレキシブル配線基板６と圧電素子10との接合領域のうち、周縁部601の少なくとも一部分には導電粒子が他の部分よりも多く配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

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８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配線基板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とフレキシブル配線基板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）。
特開2002−10393号公報 特開平６−14396号公報 国際公開第2005／004535号 特開2006−238072号公報
ここで、フレキシブル配線基板105と圧電素子10とを接合する導電性接合部材106としては、半田や導電性接着剤が用いられていた。
ところが、導電性接合部材106として半田を用いて接合した場合には、半田の剛性が高いため、フレキシブル配線基板105に生じる外部からの振動やフレキシブル配線基板105自体の共振による圧電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配線基板105の振動が起こることにより、圧電素子10とフレキシブル配線基板105との接合部の端面付近にせん断や曲げ等の応力集中を起こしてしまい、フレキシブル配線基板105が圧電素子10から剥離するおそれがあった。
また、単に導電性接着剤で接合した場合には、大電流を流して圧電素子10を高速で駆動させる場合において、導電性接着剤の電気的および熱的抵抗値が高いために、圧電素子10の振動による発熱や導電性接着剤自身のジュール発熱により、導電性接着剤を構成する樹脂が熱劣化し、接合強度が低下し、その結果、フレキシブル配線基板105が圧電素子10から剥がれるおそれがあった。
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配線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、前記一方主面上に導電粒子と樹脂とを含む導電性接着剤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配線基板とを有しており、前記フレキシブル配線基板と前記圧電素子との接合領域のうち、周縁部の少なくとも一部分は、前記導電性接着剤を平面視したときの単位面積あたりに占める前記導電粒子の割合が他の部分よりも大きいことを特徴とするものである。
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、圧電素子が異常振動することなく、長期間駆動してもフレキシブル配線基板が圧電素子から剥がれることのない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を示す概略斜視図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図であり、（ｂ）は図１に示す圧電アクチュエータの一部拡大平面透視図である。 図２（ｂ）の他の例を示す一部拡大平面透視図である。 本発明の実施の形態の圧電振動装置を模式的に示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態の携帯端末を模式的に示す概略斜視図である。 図５に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 図５に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。 （ａ）は従来の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略斜視図であり、(ｂ)は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。
本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１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２（ａ）は図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図２（ｂ）は図１に示す圧電アクチュエータの一部拡大平面透視図である。
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、一方主面上に導電粒子と樹脂とを含む導電性接着剤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配線基板６とを有しており、フレキシブル配線基板６と圧電素子10との接合領域のうち、周縁部601の少なくとも一部分は導電粒子が他の部分よりも多く配置されていることを特徴とする。
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の一方主面に導電粒子と樹脂とからなる導電性接着剤７を介して一部が接合されたフレキシブル配線基板６を有している。
このフレキシブル配線基板６は配線導体61を備え、導電性接着剤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、フレキシブル配線基板６の一部が積層体４の一方主面に接合されている。
フレキシブル配線基板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。
導電性接着剤７としては、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ものである。これにより、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。より好ましくは、導電性接着剤７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、フレキシブル配線基板６との接続部をコンパクトにすることができる。
そして、フレキシブル配線基板６と圧電素子10との接合領域のうち、周縁部601の少なくとも一部分は導電粒子が他の部分よりも多く配置されている。ここで、接合領域とは導電性接着剤７が占めている領域のことであり、接合領域の周縁部601とは、端面から0.4ｍｍ以内の領域のことを意味している。また、導電粒子が周縁部601の一部分において他の部分よりも多く配置されているとは、フレキシブル配線基板６を剥がして導電性接着剤７の表面上を電子顕微鏡で観察したときの周縁部601の一部分における単位面積あたりに占める導電粒子の割合が他の部分よりも大きくなっていることを意味している。
このように、フレキシブル配線基板６と圧電素子10との接合領域の周縁部601のうちの少なくとも一部分において導電粒子が他の部分よりも多く配置されていることで、この部分の熱伝導性が向上するため、大電流を流して高速で駆動させる場合においても、圧電素子10の振動による発熱や導電性接着剤７のジュール熱の熱伝導・拡散を促進させるため、導電性接着剤７を構成する樹脂が熱劣化し、フレキシブル配線基板６が圧電素子10から剥がれるといった問題を生じることを大幅に低減できる。
また、周縁部601のうちの少なくとも一部分に導電粒子を多く配置することで、導電粒子の回転と低いヤング率によってせん断や引張の応力集中が低下する。したがって、この部分から導電性接着剤７にクラックが生じるのを防いでくれる。特に、フレキシブル配線基板６が外部と接続する方向に力がかかる場合では、フレキシブル配線基板６の接合部の根元に大きなせん断や引っ張りの応力が集中するが、前述のように導電粒子を周縁部601に多く配置しているために、導電性接着剤７の導電粒子の回転によって特にせん断応力の集中が抑制することができ、接合部の根元にクラックが生じてフレキシブル配線基板６が剥がれる危険がない。導電粒子が他の部分よりも多い周縁部601のうちの少なくとも一部分としては、周縁部601の全周であるのが好ましい。
なお、導電粒子が多く配置されている周縁部601のうちの少なくとも一部分では、例えば、他の部分に比べて導電粒子の個数または割合が５〜20％多くなっているのが好ましい。この比率は、フレキシブル配線基板６を剥がして電子顕微鏡にて観察することで求めることができる。
また、図３に示すように、前記一部分が圧電素子10の一方主面の外周と表面電極５との間の領域にあることで、樹脂の低いヤング率や多くの導電粒子の回転が外部の振動やフレキシブル配線基板６自身の共振等のアクチュエータに追随しない振動により発生する応力を低減すると共に、樹脂の粘弾性がこのような追随しない振動の振幅を下げることができる。
また、圧電素子10の一方主面の外周と表面電極５との間の領域で接合される導電性接着剤７の厚みは表面電極５と配線導体61が対向して電気的に接続される導電性接着剤７の厚みより厚いため熱抵抗が増大するが、熱伝導率の高い導電粒子をこの領域に多く配置することで熱抵抗の増大を抑えた熱伝導の機能も持たせた接続とすることができる。この結果、圧電素子10が振動により発生させた熱や導電性接着剤７自体のジュール熱を伝導・拡散させ、導電性接着剤７を構成する樹脂の劣化によるクラック発生を低減できる。
また、上記の構成において、導電性接着剤７が例えば金メッキした樹脂ボール等を導電粒子として含んだ異方性導電材である場合には、表面電極５と配線導体61が平面視で重なる領域において導電性接着剤７を構成する導電粒子が表面電極５と配線導体61とを電気的に接続し、導電粒子同士は接合されていない接続形態であり、その他の領域においては圧電素子10と配線導体61のどちらにも接続されていないかどちらか一方とのみ接続されている導電粒子が主として存在する接続形態が形成やすい。このような接続形態であれば、上記のように熱伝導を高いまま維持してせん断や引張の応力集中を抑制することを可能にするが、必ずしも異方性導電材等によらない接合材や接合プロセスであってもかまわない。
以上のように熱伝導の向上や応力集中の低減を効果的に図るため、圧電素子10と配線導体61のどちらにも接続されていない導電粒子が全体の70％以上とするのがよい。
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。
次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。
まず、圧電体層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。
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、導電性接着剤７を用いて、フレキシブル配線基板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６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６を圧電素子10に接続固定する。なお、導電性接着剤用ペーストは、フレキシブル配線基板６側に塗布形成しておいてもよい。
導電性接着剤７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配線基板６の所定の位置に塗布形成した後、圧電素子10とフレキシブル配線基板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、フレキシブル配線基板６が圧電素子10に接続固定される。
ここで、平面視でフレキシブル配線基板６における圧電素子10と重なる領域の周縁部に導電性接着剤７を構成する導電粒子が多く配置されているようにするには、より導電粒子の含有率の多い導電性接着剤ペーストを準備し、周縁部に導電粒子の含有率の多い導電性接着剤ペーストを塗布形成すればよい。
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７を圧電素子10またはフレキシブル配線基板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７のシートを圧電素子10とフレキシブル配線基板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４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５〜図７に示すように、圧電アクチュエータ１と、電子回路（図示せず）と、ディスプレイ91と、筐体92とを有しており、圧電アクチュエータ１の他方主面が筐体92に接合されたものである。なお、図５は本発明の携帯端末を模式的に示す概略斜視図であり、図６は図５に示すＡ−Ａ線で切断した概略断面図、図７は図５に示すＢ−Ｂ線で切断した概略断面図である。
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６および図７においては接合部材82が変形可能な接合部材である。
変形可能な接合部材82で圧電アクチュエータ１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。
銀パラジウムからなる導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層した後、加圧密着させ、所定の温度で脱脂を行った後、1000℃で焼成を行い、積層焼結体を得た。
次に、表面電極を内部電極よりも幅方向の両端で１ｍｍずつ長くなるように印刷した。
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、フレキシブル配線基板と接合する圧電素子の表面に、導電粒子として金メッキした樹脂ボールを含んだ導電性接着剤を塗布形成した。このとき、フレキシブル配線基板と圧電素子の重なる領域の周縁部の幅0.3ｍｍの領域には、導電粒子を20ｖｏｌ％含有した導電性接着剤を、その内側の領域には、導電粒子を10ｖｏｌ％含有した導電性接着剤を塗布形成した。
その後、フレキシブル配線基板を当接させた状態で加熱加圧することで、フレキシブル配線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。なお、上述の導電性接着剤としては、厚み方向には導通し、面内方向には導通しない異方性導電材を用いた。
また、比較例として、半田にてフレキシブル配線基板を圧電素子に接合したこと以外は、上述の試料Ｎｏ．１と同じ構成である本発明の範囲外の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、フレキシブル配線基板を介して、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。
次に、0.2〜5000Ｈｚの間で周波数を変化させた実効値３Ｖの正弦波信号を入力し、フレキシブル配線基板接合面のクラックによって引き起こされる異常振動が発生しないかどうかを確認したところ、本発明実施例の試料Ｎｏ．１の圧電アクチュエータにおいては、圧電素子の共振、反共振周波数に由来する振動以外に、異常振動は見られなかった。一方、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．２の圧電アクチュエータでは、圧電素子に由来する振動以外の周波数で、異常振動が計測された。
その後、実効値±１０Ｖｒｍｓの正弦波信号を10万サイクル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配線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、フレキシブル配線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、フレキシブル配線基板の剥がれは見られなかった。
本発明の圧電アクチュエータを用いる事で、異常振動が発生することがなく、また、長期連続駆動した場合でも、フレキシブル配線基板が圧電素子から剥離するといった問題が生じることもなく、優れた耐久性が確認できた。
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：フレキシブル配線基板
61：配線導体
601：周縁部
602：一方主面の外周と表面電極との間の領域
７：導電性接着剤
81：振動板
82：接合部材
91：ディスプレイ
92：筐体
921：筐体本体
922：振動板
93：接合材

Claims (8)

  1. 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、
    前記一方主面上に導電粒子と樹脂とを含む導電性接着剤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配線基板とを有しており、前記フレキシブル配線基板と前記圧電素子との接合領域のうち、周縁部の少なくとも一部分は、前記導電性接着剤を平面視したときの単位面積あたりに占める前記導電粒子の割合が他の部分よりも大きいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
  2. 前記一部分が前記一方主面の外周と前記表面電極との間の領域にあることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 前記導電性接着剤が異方性導電材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
  4. 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、前記積層体の前記他方主面に接合された振動板とを有することを特徴とする圧電振動装置。
  5. 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。
  6. 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、前記積層体の他方主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末。
  7. 前記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。
  8. 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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CN110139478A (zh) * 2019-04-02 2019-08-16 苏州诺莱声科技有限公司 一种一致性好的压电元件与柔性电路板连接方法
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