JPWO2014050240A1 - 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】 導電性粒子と表面電極との間に隙間ができてスパークが生じるのを抑制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。【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータは、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の少なくとも一方の主面に内部電極と電気的に接続された表面電極5と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤7を介して一方の主面に一部が接合され、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とを含み、表面電極5における異方性導電接着剤7との接合領域には突起50があることを特徴とする。【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、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、この積層体の少なくとも一方の主面に内部電極と電気的に接続された表面電極と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤を介して一方の主面に一部が接合され、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含む構成のものが知られている。なお、上記構成において、表面電極は平滑なものである。
ここで、導電性粒子には繰返し応力が加わって負荷がかかる。特に、振動や温度差の激しい環境下で使用すると、導電性粒子と表面電極との間に隙間ができ、スパークが生じるおそれがある。その結果、接合部の抵抗値が増加し、圧電アクチュエータを構成する積層体の変位量が低下してしまうおそれがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、導電性粒子と表面電極との間に隙間ができてスパークが生じるのを抑制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積層体と、該積層体の少なくとも一方の主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤を介して前記一方の主面に一部が接合され、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含み、前記表面電極における前記異方性導電接着剤との接合領域には突起または凹みを有している。
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の主面に接合された振動板とを有している。
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の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。
本発明によれば、振動や温度差の激しい環境下で使用しても、異方性導電接着剤に突起が食い込んだりまたは異方性導電接着剤が凹みに入り込んだりしているため、駆動により積層体が伸縮または屈曲振動しても、接合状態を維持することができる。したがって、導電性粒子と表面電極との間に隙間ができてスパークが生じるのを抑制し、結果として積層体の変位量が低下するのを抑制することができる。
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、図1(c)は図1(a)に示すB−B線で切断した概略断面図である。
図1に示す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の少なくとも一方の主面に内部電極と電気的に接続された表面電極5と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤7を介して一方の主面に一部が接合され、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とを含み、表面電極5における異方性導電接着剤7との接合領域には突起50がある。
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。内部電極2の形成材料としては、例えば圧電体層3を形成する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の一方の主面には、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は例えば一方の主面側に配置された第2の極22となる内部電極2、第3の表面電極53は例えば他方の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の一方の主面に異方性導電接着剤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、異方性導電接着剤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、フレキシブル基板6の一部が積層体4の一方の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。
図に示すフレキシブル基板6の構造は、ベースフィルム62に配線導体61を貼り合わせ、さらにカバーフィルム63を貼り合わせた3層構造であるが、圧電素子10との接合部及びその近傍はカバーフィルム63が形成されていない状態になっている。なお、圧電素子10との接合部近傍がカバーフィルム63の形成されていない状態であるのは、フレキシブル基板6と圧電素子10との接合の組立精度を考慮し、万一位置が少しずれた場合でも、カバーフィルム63が配線導体61と表面電極(第1の表面電極51、第2の表面電極52)との間に入って、これらの電気的接続を妨げないようにするためである。
異方性導電接着剤7としては、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弾性率(ヤング率)の低い樹脂71中に金、銅、ニッケルなどからなる導電性粒子72、または樹脂からなる粒子本体の表面に金属膜が設けられた導電性粒子72(例えば金メッキした樹脂ボールなどからなる導電性粒子)を分散させてなるものである。この異方性導電接着剤7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。導電性粒子72の大きさとしては、例えば粒子径(球形でない場合は最大径)が5〜100μmである。また、圧電素子10の主面の面方向に沿った隣り合う導電性粒子72同士の間隔は0〜500μmである。
なお、図1(b)および図1(c)では異方性導電接着剤7の端(図1(b)および図1(c)における左端)は表面電極5の端(図1(b)および図1(c)における左端)とそろっているが、カバーフィルム63側に延設されていてもよく、さらに圧電素子10の角部からカバーフィルム63まで延設されていてもよい。これにより、異方性導電接着剤7が配線導体61を保護する機能を有し、角部との摩擦による配線導体61の損傷を防止することができる。
そして、表面電極5における異方性導電接着剤7との接合領域には突起50がある。好ましくは、突起50は、表面電極5における異方性導電接着剤7との接合領域の所望の領域に一様に分散した状態で設けられている。突起50の高さとしては例えば1〜30μm、突起50の断面で見た幅としては例えば1〜50μmである。なお、図示しないが、突起50に代えて凹みが設けられていてもよく、この場合の凹みの深さとしては例えば0.5μmから表面電極5の厚み程度までの範囲、凹みの断面で見た幅としては例えば1〜50μmである。好ましくは、突起50の頂点から凹みの底(最下点)までの距離は、表面電極5の断面を視たときの任意の視野における最大厚みの10%以上の値であるのがよい。
このような構成であることで、振動や温度差の激しい環境下で使用しても、異方性導電接着剤7に突起50が食い込んだりまたは異方性導電接着剤7が凹みに入り込んだりしているため、駆動により積層体4が伸縮または屈曲振動しても、接合状態を維持することができる。したがって、導電性粒子72と表面電極5との間に隙間ができてスパークが生じるのを抑制し、結果として積層体4の変位量が安定する。
ここで、突起50または凹みが異方性導電接着剤7に含まれる導電性粒子72よりも小さいのが好ましい。言い換えると、導電性粒子72の大きさが上述の突起50または凹みの寸法よりも大きいことが好ましい。突起50が導電性粒子72よりも大きいと、突起50の高さが導電性粒子72の高さよりも高くなって、導電性粒子72による配線導体61と表面電極5との接続を阻害するおそれがあるが、突起50が導電性粒子72よりも小さいと、導電性粒子72の弾性が活かされて安定した接続が得られる。その結果、よりスパークも生じず、変位量が安定する。
また、表面電極5における異方性導電接着剤7との接合領域には突起50および凹みの両方があるのが好ましい。これにより、凹みに導電性粒子72がはまって接合状態が安定するとともに、突起50および凹み(凹凸)でピークとボトムの差がでて、導電性粒子72に食い込む量が増える。したがって、表面電極5と導電性粒子72との密着が良好になり、よりスパークも生じず、変位量が安定する。
また、突起50または凹みが異方性導電接着剤7を介して配線導体61と対向する対向領域にあるのが好ましく、これにより、配線導体61の厚み分だけ突出しているので、接合時に異方性導電接着剤7が強くおされて、導電性粒子72に突起50が食い込み易くなり、位置が安定してさらに密着が良くなる。
また、突起50の側面に接するように配置された導電性粒子72を有しているのが好ましい。これにより、電流のパス(導電性粒子72と表面電極5との接触面積)が増えて抵抗値が下がるので、温度上昇が抑えられる。したがって、安定した電気的接続が得られるとともに、応力分散による剥離抑制効果が高まる。
また、導電性粒子72は表面電極5と配線導体61とに挟まれてつぶれているのが好ましい。例えば突起50の高さ分だけ余計につぶれて、電流のパス(導電性粒子72と表面電極5および配線導体61との接触面積)が増えるので、さらに信頼性が向上する。
また、突起50は配線導体61と対向しない領域にもあるのが好ましく、これにより、フレキシブル基板6の配線導体61のパターン以外の領域(樹脂表面)に突起50が導電性粒子72を押し上げて、フレキシブル基板6全体との密着性が良くなる。
また、突起50の主成分が銀である場合には、銀は柔らかいため、接触面積が増えるとともに、接触面に損傷を与えず、応力が掛かっても変形して応力緩和することができる。一方、突起50の主成分がニッケルである場合には、ニッケルは硬いため、導電性粒子72に突き刺さってアンカーになる。さらに、表面電極5にめっきが施される場合のめっきとの親和性がよくなる。
また、導電性粒子72は樹脂からなる粒子本体の表面に金属膜が設けられた構成であるのが好ましい。例えば、粒子本体は、例えば弾性率(ヤング率)の高いアクリル樹脂、イミド樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂などの樹脂からなるものである。また、粒子本体の表面に被覆された金属膜は、例えばAuメッキ膜等である。これにより、金属からなる粒子と比較し、低応力で弾性変形するため、安定した接続が得られる。また、粒子本体の表面に被覆された金属膜が電気的な接合に寄与し、氷点下でも延性に富んでいることから、脆化等の劣化に繋がるのを抑制することができる。
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性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。
ここで、表面電極5に突起50または凹みがある構成とするには、例えば意図的に凝集粒を含むように粘度調整した導電性ペーストを用いて、印刷条件を調整すればよい。
また、意図的に粒度分布に複数のピークをもった原料粉末を用いた導電性ペーストを作製して印刷してもよい。特に、粒径の小さい粒子が凝集して大きな粒子となるように、粉末の状態で一旦100℃以上の加熱処理を行ってから冷却したものを用いて、ペーストを作製するのがよい。大きな凝集粒のある部分が突起50となる。また、凝集粒が多くなると、凝集粒の間の部分が凹みとなる。
そして、上述の粘度調整および印刷調整により、突起50または凹みが異方性導電接着剤7に含まれる導電性粒子72よりも小さくなるようにしたり、突起50または凹みの形成領域を特定したりすることができる。
また、導電性粒子72が表面電極5と配線導体61とに挟まれてつぶれている構成とするには、圧電素子10とフレキシブル基板とを接合する際に加熱する温度や加圧する圧力を調整すればよい。
次に、異方性導電接着剤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の所定の位置に異方性導電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6を当接させた状態で異方性導電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6を圧電素子10に接続固定する。なお、異方性導電接着剤用ペーストは、フレキシブル基板6側に塗布形成しておいてもよい。
異方性導電接着剤7を構成する樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合は、異方性導電接着剤7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とを異方性導電接着剤7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。
なお、上述では、異方性導電接着剤7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異方性導電接着剤7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。
次に、本例の圧電振動装置について説明する。本例の圧電振動装置は、図2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の他方の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の他方の主面に、接合部材82を介して取り付けられている。接合部材82を介して、振動板81に他方の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の一方の主面(図の+z方向側の主面)には圧電アクチュエータ1の他方の主面(図の−z方向側の主面)が全体的に固着され、接合部材82の他方の主面(図の−z方向側の主面)には振動板81の一方の主面(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の平坦な他方の主面に振動板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。また、振動を加える対象物(振動板81)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。
さらに、本例の携帯端末について説明する。本例の携帯端末は、図3〜図5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の他方の主面が筐体92に接合されたものである。なお、図3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4は図3に示すA−A線で切断した概略断面図、図5は図3に示すB−B線で切断した概略断面図である。これにより、振動を加える対象物(筐体92)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。
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4および図5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。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声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。すなわち、騒音下でもクリアに音声が聞え、難聴者でも音声を認識することができる。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、効果的に振動を発生させることのできる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、意図的に凝集粒を含む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、表面電極の表面に突起を得た。この突起の高さは4〜25μm程度であった。
そして、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、導電性粒子として金メッキした樹脂ボールを含んだ異方性導電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%含有した異方性導電接着剤を、その内側の領域には、導電粒子を10vol%含有した異方性導電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。
また、比較例として、十分に分散し凝集粒の無い状態のペーストを用いて、表面が平坦な表面電極を得たこと以外は、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の接合面のスパークによって引き起こされる変位量低下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、変位量の低下が見られなかった。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、変位量の異常低下が計測された。
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は変位量低下が発生し、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、変位量低下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異方性導電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、スパークも生じず、変位が安定し、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
10:圧電素子
2:内部電極
21:第1の極
22:第2の極
3:圧電体層
4:積層体
5:表面電極
50:突起
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
62:ベースフィルム
63:カバーフィルム
7:異方性導電接着剤
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
10:圧電素子
2:内部電極
21:第1の極
22:第2の極
3:圧電体層
4:積層体
5:表面電極
50:突起
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
62:ベースフィルム
63:カバーフィルム
7:異方性導電接着剤
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
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積層体と、該積層体の少なくとも一方の主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤を介して前記一方の主面に一部が接合され、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含み、前記表面電極における前記異方性導電接着剤との接合領域には、前記導電性粒子よりも小さく、前記導電性粒子に食い込んだ突起がある。
Claims (12)
- 内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の少なくとも一方の主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極と、導電性粒子を含む異方性導電接着剤を介して前記一方の主面に一部が接合され、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含み、
前記表面電極における前記異方性導電接着剤との接合領域には突起または凹みがあることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記突起または凹みは前記異方性導電接着剤に含まれる前記導電性粒子よりも小さい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。
- 前記突起または凹みは前記異方性導電接着剤を介して前記配線導体と対向する対向領域に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。
- 前記突起の側面に接するように配置された前記導電性粒子を有し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。
- 前記導電性粒子は前記表面電極と前記配線導体とに挟まれてつぶれていることを特徴とする請求項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。
- 前記突起または凹みは前記配線導体と対向しない領域にあることを特徴とする請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記突起の主成分は銀であ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。
- 前記突起の主成分はニッケルであ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。
- 前記導電性粒子は樹脂からなる粒子本体の表面に金属膜が設けられたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項8のうち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9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の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。
- 請求項1乃至請求項9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の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11に記載の携帯端末。
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2013
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