JP5902831B2 - 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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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、内部電極と圧電体層とが複数積層された積層体の表面に表面電極を形成してなるバイモルフ型の圧電素子を用いたものや(特許文献1を参照)、圧電素子とフレキシブル基板とを導電性接続部材で接合して、圧電素子の表面電極とフレキシブル基板の配線導体とを電気的に接続させたものが知られている(特許文献2を参照)。
フレキシブル基板は、一般にポリイミドなどのベースフィルムに配線導体が設けられたものである。このように、ベースフィルムに用いられるポリイミドなどの樹脂は弾性体であることから、圧電素子の振動がフレキシブル基板を伝わりやすい。したがって、従来の圧電アクチュエータは、フレキシブル基板と圧電素子との接合部とは反対側のフレキシブル基板と外部回路との接合部(コネクタ接合部)まで圧電素子の振動が伝わって、ノイズとして検出されるという問題があった。
また、上記圧電アクチュエータを備えた圧電振動装置および携帯端末は、圧電素子のの振動に起因するノイズによって、品質が低下してしまうおそれがあった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の振動によるノイズの低減された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を目的とする。
本発明は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の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、前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上に設けられた緩衝材とを有しており、該緩衝材は、前記フレキシブル基板における前記圧電素子と重なる第1の領域と、前記フレキシブル基板における前記圧電素子から延出した領域であって前記圧電素子と重ならない第2の領域との境界をまたがって設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータである。
また本発明は、上記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である。
また本発明は、上記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である。
本発明の圧電アクチュエータによれば、圧電素子からの振動を吸収する緩衝材を設けることにより、圧電素子の振動が減衰され、コネクタ接合部まで伝わりにくくなり、ノイズを低減することができる。
また、上記圧電アクチュエータを備えた圧電振動装置および携帯端末は、圧電素子のの振動に起因するノイズの低減によって、高品質が状態を維持することができる。
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、内部電極および圧電体層が積層された積層体11と、積層体11の一方主面に内部電極と電気的に接続された表面電極12とを備えた圧電素子10と、表面電極12と電気的に接続されたフレキシブル基板2と、フレキシブル基板2上に設けられた緩衝材3とを有しており、緩衝材3は少なくとも一部がフレキシブル基板2における圧電素子10と重なる第1の領域201に設けられている。
本例の圧電アクチュエータ1は圧電素子10を有しており、圧電素子10を構成する積層体11は、内部電極および圧電体層が積層されて板状に形成されてなるものである。複数の内部電極が積層方向に重なっている活性部とそれ以外の不活性部とを有し、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11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11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11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11を構成する内部電極は、圧電体層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の電極および第2の電極からなる。例えば、第1の電極がグランド極となり、第2の電極が正極または負極となる。圧電体層と交互に積層されて圧電体層を上下から挟んでおり、積層順に第1の電極および第2の電極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。
図示しないが、第1の電極および第2の電極の端部がそれぞれ積層体11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。内部電極の厚みは、例えば0.1〜5μmが好ましい。
積層体11を構成する圧電体層は、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以上の圧電定数d31を有することが好ましい。
積層体11の一方主面には、内部電極と電気的に接続された表面電極12が設けられている。図示しないが、表面電極12は、例えば大きな面積の第1の表面電極、小さな面積の第2の表面電極および第3の表面電極で構成されている。そして、第1の表面電極は第1の電極となる内部電極と電気的に接続され、第2の表面電極は一方主面側に配置された第2の電極となる内部電極と電気的に接続され、第3の表面電極は他方主面側に配置された第2の電極となる内部電極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121の幅は、例えば1mm〜5mmが好ましく、2mm〜4mmが更に好ましい。第2の表面電極および第3の表面電極の長さは、例えば1mm〜3mmとするのが好ましい。第2の表面電極および第3の表面電極の幅は、例えば0.5mm〜1.5mmとするのが好ましい。
また、本例の圧電アクチュエータ1はフレキシブル基板2を有しており、このフレキシブル基板2は圧電素子10の表面電極12と電気的に接続されている。
具体的には、フレキシブル基板2は、例えば樹脂製のベースフィルム21の圧電素子10に面する側の主面に2本の配線導体22が設けられたフレキシブルなプリント配線基板であり、この配線導体22が導電性接合部材4を介して表面電極12と電気的に接続されている。なお、配線導体22の一部を覆うようにカバーフィルム23が設けられてもよく、この場合、第1の領域201およびその近傍はカバーフィルム23が設けられていないことで、確実な電気的接続が得られる。このフレキシブル基板2は、一方の端部で圧電素子10と接合され、他方の端部(コネクタ接合部)でコネクタ5と接合されている。
導電性接合部材4は、導電性接着剤やはんだ等が用いられるが、好ましくは導電性接着剤であるのがよい。例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、あるいは合成ゴムなどの樹脂中に金、銅、ニッケル、または金メッキした樹脂ボールなどからなる導体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41と接着を担う樹脂接着剤42からなる。具体的には、一つの導電粒子41が表面電極12と配線導体22とに接している。すなわち、表面電極12と配線導体22との間にあるそれぞれの導電粒子が表面電極12と配線導体22とに接しているのがよい。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2との接続部をコンパクトにすることができる。
そして、フレキシブル基板2上には緩衝材3が設けられており、この緩衝材3は少なくとも一部がフレキシブル基板2における圧電素子10と重なる第1の領域20に設けられている。
この緩衝材3は、例えばガラスエポキシ(FR−4)、コンポジット(CEM−3)、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエステルなどの樹脂、ステンレス、アルミニウムおよびそれらの合金などの金属で、例えば厚み50〜200μmとされたものである。
これにより、圧電素子10からの振動を緩衝材3が吸収し、圧電素子10の振動が減衰されてフレキシブル基板2と外部回路とを接続するコネクタ接合部に伝わりにくくなるからノイズが低減される。
また、フレキシブル基板2における圧電素子10との接合面における強度(圧着面の強度)が向上し、圧着性がよくなる。さらに、緩衝材3を設けることで熱伝導が緩やかになり、接合性が良くなる。また、緩衝材3で製造時等の圧電素子10への局所的な応力集中が緩和され、圧電素子10の割れやカケが抑制される。
なお、フレキシブル基板2および緩衝材3の形状および配置については、図1に示す形態に限定されず、例えば図7(a)〜(d)に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図7(a)〜(d)は、種々の形態のフレキシブル基板2について、緩衝材3がフレキシブル基板2における圧電素子10と重なる第1の領域201の内部に配置されている例を示している。
ここで、図2に示すように、緩衝材3が、圧電素子10と重なる第1の領域201と、フレキシブル基板2における圧電素子10から延出した領域であって圧電素子10と重ならない第2の領域202との境界をまたがって設けられている。ここで、フレキシブル基板2の圧電素子10から延出した領域(第2領域202)とは、配線導体22が延びている方向に対してフレキシブル基板2が延出した領域のことを意味する。圧電素子10の振動が伝わる経路となる第1の領域201と第2の領域202との境界をまたがって緩衝材3が設けられていることで、より効果的な配置となり、ノイズをより低減させることができる。また、フレキシブル基板2の折れ曲がりも抑制でき、折れ曲がりによるノイズや断線を抑制することができる。
ここで、フレキシブル基板2および緩衝材3の形状および配置については、図2に示す形態の他に、例えば図8(a)〜(d)に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図8(a)〜(d)は、種々の形態のフレキシブル基板2について、緩衝材3が、フレキシブル基板2における圧電素子10と重なる第1の領域201と、圧電素子10と重ならない第2の領域202との境界をまたがって設けられている例を示している。
また、図3に示すように、緩衝材3は一対設けられていて、それぞれの緩衝材3の少なくとも一部が、第1の領域201と、フレキシブル基板2における圧電素子10から延出した領域であって圧電素子10と重ならない第2の領域202との境界の両端部近傍に位置する第1の領域201に設けられていてもよい。ここで、フレキシブル基板2の圧電素子10から延出した領域(第2領域202)とは、配線導体22が延びている方向に対してフレキシブル基板2が延出した領域のことを意味する。これにより、フレキシブル基板2のひねりが抑制されるので、ひねりによるノイズや断線を抑制することができる。
また、図4に示すように、緩衝材3は一対設けられていて、それぞれの緩衝材3が第1の領域201と第2の領域202との前記境界の両端部をまたがって設けられている。なお、ここでの境界とは、上述したフレキシブル基板2の主たる延出領域と第1の領域201との境界のことを意味する。これにより、フレキシブル基板2の折れ曲がりおよびひねりを抑制することができ、さらにノイズや断線を抑制することができる。
ここで、フレキシブル基板2および緩衝材3の形状および配置については、図4に示す形態の他に、例えば図9(a)〜(d)に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図9(a)〜(d)は、種々の形態のフレキシブル基板2について、緩衝材3が一対設けられていて、それぞれの緩衝材3が第1の領域201と第2の領域202との境界の両端部をまたがって設けられている例を示している。
また、図5に示すように、緩衝材3が第1の領域201と第2の領域202との境界の全域にまたがって設けられているのが好ましく、さらに図6に示すように、第1の領域201の全域および第1の領域201と第2の領域202との境界の全域をまたがって設けられているのが好ましい。これにより、圧電素子10の振動を拾う部分すべて(振動が伝わる経路となる境界のすべて)を覆うように緩衝材が設けられているので、さらにノイズが抑制される。
ここで、フレキシブル基板2および緩衝材3の形状および配置については、図6に示す形態の他に、例えば図10(a)〜(d)に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図10(a)〜(d)は、種々の形態のフレキシブル基板2について、緩衝材3が第1の領域201の全域および第1の領域201と第2の領域202との境界の全域をまたがって設けられている例を示している。
また、図11に示すように、フレキシブル基板2は、ベースフィルム21と、ベースフィルム21の圧電素子10に面する側の主面に設けられた配線導体22と、配線導体22の一部を覆うように設けられたカバーフィルム23とを含み、第1の領域201およびその近傍はカバーフィルム23が設けられていない構成である。そして、緩衝材3がカバーフィルム23と重なる領域、例えば0.5〜1mm重なる領域まで設けられているのが好ましい。この構成によれば、露出した配線導体22が急な角度で曲がることがないので、断線しにくい構造とすることができる。
また、ベースフィルム21および緩衝材3が同じ材質からなるのが好ましい。例えば、ベースフィルム21および緩衝材3がポリイミドからなることで、同じ熱膨張係数を有するので、ベースフィルム21から緩衝材3が剥がれにくくすることができる。
また、緩衝材3がフレキシブル基板2の厚みよりも厚いのが好ましい。これにより、振動を抑える効果が大きくなるからノイズが除去される。
また、緩衝材3が例えばエポキシ系、シリコーン系、アクリル樹脂系などの樹脂接着剤を介してフレキシブル基板2の上面に接着されているのが好ましい。これにより、樹脂接着剤の部分でも振動を抑えるのでノイズが除去される。
なお、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。
また、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12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および圧電体層を備えた積層体11を作製する。
積層体11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、内部電極と圧電体層とを複数積層してなる積層体11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12のパターンで積層体11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12を形成する。
なお、表面電極12と内部電極とを電気的に接続する場合、圧電体層を貫通するビアを形成して接続しても、積層体11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、フレキシブル基板2および緩衝材3を用意する。例えば、あらかじめ所望の形状に加工された例えば厚み125μmのポリイミドシート(緩衝材用多数個取りシート)を、フレキシブル基板2(ベースフィルム21)が多数配列されたシート(ベースフィルム用多数個取りシート)の配線導体22が設けられていない側の面の所定の位置に、熱硬化型樹脂接着剤を用いて貼り合せる。そして、フレキシブル基板2をシートから金型等を用いて切り離す際(個片にする際)に、緩衝材3も最終形状に加工される。
場合によっては、あらかじめ最終形状に加工した緩衝材3を所定の位置に最初から貼り合せる必要がある。例えば、図1乃至図4の構成とするには、金型等で形状加工した緩衝材3をフレキシブル基板2の所定の位置に貼り合せるとよい。これに対し、例えば図5および図6の構成の場合には、フレキシブル基板2をフレキシブル基板用多数個取りシートから切り離す際に形状加工が可能なため、複数個分の緩衝材3を一纏めの部品として貼り合せ、フレキシブル基板2を切り離す際にあわせて緩衝材3の形状加工を行うとよい。
次に、導電性接着剤を用いて、フレキシブル基板2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、フレキシブル基板2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、フレキシブル基板2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、フレキシブル基板2側に塗布形成しておいてもよい。
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2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2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2が圧電素子10に接続固定される。
特に、導電性接合部材4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2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2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12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、変形可能なものである。すなわち、接合部材82は、圧電アクチュエータ1の駆動によって振動板81を振動させたときに変形可能であり、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ものである。このような接合部材82は、例えばフィルム状の形状を有している。そして、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。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。
変形可能な接合部材82で圧電アクチュエータ1と振動板81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が振動板81よりも大きく変形する。
このとき、振動板81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振動板81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からの強い振動を振動板81へ伝える一方、振動板81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。
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、ノイズ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、長期間安定して駆動する高品質な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13〜図15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、圧電素子10の他方主面が筐体92に接合されたものである。なお、図13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14は図13に示すA−A線で切断した概略断面図、図15は図13に示すB−B線で切断した概略断面図である。
変形可能な接合部材82で圧電素子10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。この接合部材82は、圧電アクチュエータ1の駆動によって筐体92を振動させたときに変形可能であり、同じ力が加わったときに、筐体92よりも大きく変形するものである。このような接合部材82は、例えばフィルム状の形状を有している。そして、筐体92よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、筐体92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。
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、圧電素子10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、ノイズ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。
以下に示すように、圧電アクチュエータを作製した。
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。
銀パラジウムを主成分とす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、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて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、表面電極を得た。
表面電極を介して、内部電極間(第1の電極と第2の電極との間)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。
また、フレキシブル基板および緩衝材は、以下のように作製した。まず、ベースフィルムが多数配列されたシート(ベースフィルム用多数個取りシート)としてのポリイミドフィルムに接着剤を用いて配線導体となる銅箔を貼り合せる。次に、配線導体の導体パターンをフォトリソグラフィー手法を用いて形成し、絶縁と導体保護のため、カバーフィルムとなるポリイミドフィルムを接着剤で貼り合せる。次に、金めっき処理を施し、緩衝材となる厚み125μmのポリイミドシート(緩衝材用多数個取りシート)を熱硬化樹脂接着剤でベースフィルム用多数個取りシートの配線導体が形成されていない面に貼り合せ、金型により所望の形状に打ち抜くことにより、フレキシブル基板2および緩衝材3を作製した。緩衝材は図6に示したように、第1の領域の全域および第1の領域と第2の領域との境界全域をまたがるように設置した。また、図11に示したように、緩衝材がカバーフィルム23と1mm重なるように緩衝材の寸法を決定した。
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た。
その後、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。
一方、比較例として、緩衝材を設けていないフレキシブル基板を用いて、上記実施例と同一の方法で圧電アクチュエータを作製した。
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1Vrmsの正弦波信号を印加し、インピーダンス波形の観測を行った。その結果、本発明実施例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測されなかったのに対し、比較例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測された。
すなわち、本発明の圧電アクチュエータを用いることで、圧電体の振動がノイズとしてコネクタ接合部まで伝わらないことが確認できた。
1:圧電アクチュエータ
10:圧電素子
2:フレキシブル基板
201:第1の領域
202:第2の領域
21:ベースフィルム
22:配線導体
23:カバーフィルム
3:緩衝材
4:導電性接合部材
41:導電粒子
42:樹脂接着剤
5:コネクタ
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
10:圧電素子
2:フレキシブル基板
201:第1の領域
202:第2の領域
21:ベースフィルム
22:配線導体
23:カバーフィルム
3:緩衝材
4:導電性接合部材
41:導電粒子
42:樹脂接着剤
5:コネクタ
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 (11)
- 内部電極および圧電体層が積層された積層体と、
該積層体の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、
前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、
該フレキシブル基板上に設けられた緩衝材とを有しており、
該緩衝材は、
前記フレキシブル基板における前記圧電素子と重なる第1の領域と、
前記フレキシブル基板における前記圧電素子から延出した領域であって前記圧電素子と重ならない第2の領域との境界をまたがって設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記緩衝材が前記第1の領域の全域および前記第1の領域と前記第2の領域との境界の全域をまたがって設けられてい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。
- 前記緩衝材は一対設けられていて、それぞれの前記緩衝材が、前記第1の領域と、前記第2の領域との境界の両端部をまたがって設けられてい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。
- 前記フレキシブル基板は、ベースフィルムと、該ベースフィルムの前記圧電素子に面する側の主面に設けられた配線導体と、該配線導体の一部を覆うように設けられたカバーフィルムとを含み、前記第1の領域およびその近傍は前記カバーフィルムが設けられていない構成であって、前記緩衝材が前記カバーフィルムと重なる領域まで設けられていることを特徴とする請求項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。
- 前記フレキシブル基板はベースフィルムおよび該ベースフィルムに設けられた配線導体を備え、前記ベースフィルムおよび前記緩衝材が同じ材質からなる請求項1乃至請求項4のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記緩衝材が前記フレキシブル基板の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記緩衝材が樹脂接着剤を介して前記フレキシブル基板の上面に接着されていることを
特徴とする請求項1乃至請求項6のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。 - 請求項1乃至請求項7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8に記載の圧電振動装置。
- 請求項1乃至請求項7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、前記圧電素子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携帯端末。
- 前記圧電素子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10に記載の携帯端末。
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