JPWO2014098077A1 - 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。【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータ１は、内部電極１２および圧電体層１３が積層された積層体１４、および積層体１４の一方主面に内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５を備えた圧電素子１０と、表面電極１５と電気的に接合されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２上であって圧電素子１０と重なる領域に固着された補強板３とを有しており、補強板３には屈曲部３１が設けられている。【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、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）。
ここで、圧電素子の振動がフレキシブル基板に伝わり、圧電素子の振動に伴ってフレキシブル基板も振動する。したがって、長期間駆動するとこの振動の影響によりフレキシブル基板が圧電素子から剥がれるおそれがあるという問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の振動の影響によるフレキシブル基板の剥がれが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、および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を備えた圧電素子と、前記表面電極と電気的に接合されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上であって前記圧電素子と重なる領域に固着された補強板とを有しており、該補強板には屈曲部が設けられていることを特徴とするものである。
また本発明は、上記の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータを構成する前記積層体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を構成する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である。
本発明によれば、屈曲部が設けられた補強板を備えることにより、長時間駆動しても圧電素子の振動の影響によるフレキシブル基板の剥がれが抑制された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線概略断面図である。また、図２（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２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線概略断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線概略断面図である。
図１および図２に示す例の圧電アクチュエータ１は、内部電極１２および圧電体層１３が積層された積層体１４と、積層体１４の一方主面に内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５とを備えた圧電素子１０と、表面電極１５と電気的に接合されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２の積層方向から見て圧電素子１０と重なる領域に固着された補強板３とを有しており、補強板３には屈曲部３１が設けられている。
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１４は、内部電極１２および圧電体層１３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１２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１４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１４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１４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１４を構成する内部電極１２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１３と交互に積層されて圧電体層１３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１３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および図２に示す例では、第１の電極および第２の電極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１２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１２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１２の厚みは、例えば０．１〜５μｍが好ましい。
積層体１４を構成する圧電体層１３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１４の一方主面には、内部電極１２と電気的に接続された表面電極１５が設けられている。図１および図２に示す形態における表面電極１５は、大きな面積の第１の表面電極１５１、小さな面積の第２の表面電極１５２および第３の表面電極１５３で構成されている。例えば、第１の表面電極１５１は第１の電極となる内部電極１２と電気的に接続され、第２の表面電極１５２は例えば一方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１２、第３の表面電極１５３は例えば他方主面側に配置された第２の電極となる内部電極１２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１５１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１５１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１５２および第３の表面電極１５３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１５２および第３の表面電極１５３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、表面電極１５と電気的に接合されたフレキシブル基板２を有している。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の表面に２本の配線導体２２が設けられ、さらに圧電素子１０との接合部及びその近傍を除く領域にカバーフィルム２３が設けられたフレキシブルなプリント配線基板である。そして、フレキシブル基板２の一部が圧電素子１０を構成する積層体１４の一方主面に導電性接合部材４を介して接合され、配線導体２２が導電性接合部材４を介して表面電極１５と電気的に接続されている。
なお、カバーフィルム２３は配線導体２２の表面電極１５との接続部を除く領域に設けられていればよいが、圧電素子１０と重なる領域およびその近傍領域はカバーフィルム２３が設けられていないことで、カバーフィルム２３の厚みによる影響を受けることなく、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、例えば一方の端部で圧電素子１０と接合され、他方の端部で外部回路（コネクタ）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接着剤４２中に、例えば金、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電粒子４１を分散させてなる導電性接着剤を用いることで、はんだ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１５と配線導体２２とに接している。すなわち、表面電極１５と配線導体２２との間にあるそれぞれの導電粒子４１が表面電極１５と配線導体２２とに接している。この異方性導電材４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。
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の積層方向から見て圧電素子１０と重なる領域に固着された補強板３とを有しており、補強板３には屈曲部３１が設けられている。
補強板３とは、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。
また、屈曲部３１とは、フレキシブル基板２が補強板３の厚み方向（圧電素子１０の積層方向）に折れ曲がった部位のことである。
この構成によれば、補強板３によってフレキシブル基板２の振動が吸収されるとともに、振動が補強板３の屈曲部３１に達した際、屈曲部３１によってさらに振動エネルギーを吸収され、振動が減衰する。その結果、フレキシブル基板２は長時間駆動してもはがれにくくなる。
特に、補強板３の屈曲部３１の位置に沿ってフレキシブル基板２が屈曲していることで、補強板３の屈曲部３１にフレキシブル基板２が当接して屈曲するため、屈曲部３１で振動エネルギーを吸収する際にフレキシブル基板２の振動をより効果的に吸収することができる。
なお、補強板３がフレキシブル基板２の厚みよりも厚いのが好ましく、これにより振動を抑える効果を大きくすることができる。また、補強板３が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ことができる。
ここで、フレキシブル基板２は圧電素子１０と重なる第１の領域２０１および圧電素子１０と重ならない第２の領域２０２を有し、補強板３は第１の領域２０１から第２の領域２０２にかけて設けられており、屈曲部３１が第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界（圧電素子１０の端面と同じ位置）またはこの境界よりも外側に位置しているのが好ましい。
図３（ａ）に示すような屈曲部３１が積層体１４の一方主面の上方から見て第１の領域２０１（表面電極１５の端面よりも外側で圧電素子１０の端面よりも内側）にある構成に対して、図１、図２、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような屈曲部３１が積層方向から見て第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界（圧電素子１０の端面と同じ位置）またはこの境界よりも外側に位置している構成であることによって、フレキシブル基板２における第２の領域２０２の大部分に振動が伝わりにくくなる。その結果、フレキシブル基板２はさらに長時間駆動してもはがれにくくなる。また、フレキシブル基板２の他方の端部（コネクタ接合部）に振動が伝わりにくくなることから、ノイズも低減できる。
また、図３（ｃ）に示すように、フレキシブル基板２はベースフィルム２１およびベースフィルム２１の下面に設けられた配線導体２２を備え、配線導体２２が表面電極１５と電気的に接続されるように導電性接合部材４（異方性導電材）を介して接合され、導電性接合部材４（異方性導電材）が、積層体１４の一方主面の上方から見て屈曲部３１と重なる位置にも設けられているのが好ましい。
導電性接合部材４（異方性導電材）が、積層体１４の一方主面の上方から見て屈曲部３１と重なる位置にも設けられていることによって、屈曲部３１と重なる位置にある導電性接合部材４（異方性導電材）も振動を吸収する。また、圧電素子１０とフレキシブル基板２との接着面積が増えて、さらにはがれにくくなる。
また、補強板３が厚み方向に折れ曲がって屈曲部３１が形成されていれば、振動を吸収する効果は得られるが、特に補強板３が圧電素子１０側（下方）に折れ曲がっているのが好ましく、これにより、圧電素子１０を包み込むように振動を減衰させ、剥がれようとする応力を抑え込むことができる。
また、図１、図２、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、フレキシブル基板２は第２の領域２０２（第２の領域２０２の下面）に第１の領域２０１と間隔をあけて配線導体２２の一部を覆うように設けられたカバーフィルム２３を有しており、屈曲部３１が、積層体１４の一方主面の上方から見てカバーフィルム２３と重ならない位置にあるのが好ましい。屈曲部３１と重なる位置にカバーフィルム２３があると、カバーフィルム２３の振動が加わり、また振動がカバーフィルム２３を伝達することで、振動が減衰しにくいのに対し、カバーフィルム２３がない部分に屈曲部３１があると、カバーフィルム２３の振動が加わることなくそのまま減衰するため、効果的である。
また、図１および図２に示すように、補強板３の先端が、積層体１４の一方主面の上方から見てカバーフィルム２３と重なる位置まで延びて設けられているのが好ましい。例えば、補強板３の先端がカバーフィルム２３と０．５〜１ｍｍ重なる位置まで延びて設けられているのが好ましい。これにより、補強板３による振動を吸収する距離が長くなり、減衰しやすくなる。
また、ベースフィルム２３と補強板３とが同一の素材からなるのが好ましく、例えば、ベースフィルム２３および補強板３をポリイミドからなる構成とすることで、ベースフィルム２３と補強板３との機械的性質が同じであり、これらの間で熱膨張差によるはがれが生じにくくなる。
なお、図１および図２では導電性接合部材４（異方性導電材）の端は積層体１４の端とそろっているが、カバーフィルム２３側に延設されていてもよく、圧電素子１０の角部からカバーフィルム２３にかけて延設されていてもよい。これにより、導電性接合部材４（異方性導電材）が配線導体２２を保護する機能を有し、圧電素子１０の角部との摩擦による配線導体２２の損傷を防止することができる。
また、フレキシブル基板２によって覆われる圧電素子１０の角部が面取りされていてもよい。
そして、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、本発明の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１５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１３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１２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１２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１２および圧電体層１３を備えた積層体１４を作製する。
積層体１４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１２と圧電体層１３とを複数積層してなる積層体１４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１５のパターンで積層体１４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１５を形成する。
なお、表面電極１５と内部電極１２とを電気的に接続する場合、圧電体層１３を貫通するビアを形成して接続しても、積層体１４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および補強板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（補強板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、熱硬化型接着剤を用いて貼り合せる。ここで、屈曲部３１を有する補強板３は、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、補強板３もあわせて最終形状に加工されてもよく、金型などであらかじめ最終形状に加工した補強板３を所定の位置に最初から貼り合せてもよい。
次に、導電性接合部材を用いて、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の所定の位置に例えば半田、銀ペースト、異方性導電材などからなる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２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２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２側に塗布形成しておいてもよい。
導電性接合部材４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。
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。
さらに、所望の形状をした金型を用いて、後述するフレキシブル基板２を圧電素子１０に接合すると同時に、補強板３をフレキシブル基板２に固着し、補強板３に屈曲部３１を形成するようにしてもよい。
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を構成する積層体１４の他方主面に接合された振動板８１とを有することを特徴とする。なお、ここで用いられている圧電アクチュエータ１は、図１乃至図３に示す圧電アクチュエータ１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、振動板８１よりも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。
振動板８１よりも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、フレキシブル基板２の剥がれが抑制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を構成する積層体１４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を構成する積層体１４の他方主面がディスプレイ９１または筐体９２に接合されていることを特徴とする。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。
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。
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。
ここで、圧電アクチュエータ１と筐体９２（振動板９２２）とが該筐体９２（振動板９２２）よりも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。
筐体９２よりも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。
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く、この場合、圧電アクチュエータ１とディスプレイ９１とが該ディスプレイ９１よりも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。
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、フレキシブル基板２の剥がれが抑制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、長期間にわたって高品質な音情報を伝達することができる。
次に、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、幅が３．３ｍｍ、厚みが０．５ｍｍの長尺状とした。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、Ｚｒの一部をＳｂで置換した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、銀からな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。
また、フレキシブル基板および補強板は、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にて形成し、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を用いて貼り合せる。次に、金めっき処理を施し、補強板となる厚み１２５μｍのポリイミドシート（補強板用多数個取りシート）を熱硬化接着剤を用いて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、フレキシブル基板および補強板を作製した。
補強板は、図２に示した形状であり、あらかじめ所望の形状をした金型を用いて加圧して屈曲部を作製したものを用いた。
補強板は、図２に示した形状であり、あらかじめ所望の形状をした金型を用いて加圧して屈曲部を作製したものを用いた。
そして、フレキシブル基板の配線導体と表面電極とを電気的に接続するには、粒径約５μｍの導電粒子として、アクリル樹脂からなる粒子本体に下地コートとしてＮｉメッキを施した金メッキをコートしたものを合成ゴム系接着剤に分散したペーストを準備して、スクリーン印刷で表面電極に印刷した後に、フレキシブル基板を加熱しながら押圧して、圧電アクチュエータを作製した。
一方、比較例として、補強板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振動板に貼り付けて信頼性試験を行った。１０万サイクルの正弦波信号を連続で加えて駆動させたところ、比較例の圧電アクチュエータでは振動板の変位量が０になった。内部を解析してみると、比較例の圧電アクチュエータではフレキシブル基板が圧電素子から剥離しており、電圧がかかっていなかった。これに対し、本発明実施例の圧電アクチュエータでは、振動板に約４μｍの変位量が確認され、また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
１０：圧電素子
１２：内部電極
１３：圧電体層
１４：積層体
１５：表面電極
１５１：第１の表面電極
１５２：第２の表面電極
１５３：第３の表面電極
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：補強板
３１：屈曲部
４：導電性接合部材
４１：導電粒子
４２：樹脂接着剤
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
１２：内部電極
１３：圧電体層
１４：積層体
１５：表面電極
１５１：第１の表面電極
１５２：第２の表面電極
１５３：第３の表面電極
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：補強板
３１：屈曲部
４：導電性接合部材
４１：導電粒子
４２：樹脂接着剤
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 (12)
- 内部電極および圧電体層が積層された積層体、および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を備えた圧電素子と、前記表面電極と電気的に接合されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上であって前記圧電素子と重なる領域に固着された補強板とを有しており、該補強板には屈曲部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 前記フレキシブル基板は前記圧電素子と重なる第１の領域および前記圧電素子と重ならない第２の領域を有し、前記補強板は前記第１の領域から前記第２の領域にかけて設けられており、前記屈曲部が前記第１の領域と前記第２の領域との境界または該境界よりも外側に位置し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および配線導体を備え、該配線導体が前記表面電極と電気的に接続されるように異方性導電材を介して接合され、該異方性導電材が前記一方主面の上方から見て前記屈曲部と重なる位置にも設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記補強板が前記圧電素子側に折れ曲がっていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記フレキシブル基板は前記第２の領域に前記第１の領域と間隔をあけて前記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を有しており、
前記屈曲部が、前記一方主面の上方から見て前記カバーフィルムと重ならない位置にあることを特徴とする請求項２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。 - 前記補強板の先端が、前記一方主面の上方から見て前記カバーフィルムと重なる位置まで延びて設けられていることを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記ベースフィルムと前記補強板とが同一の素材からなる請求項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、該圧電アクチュエータを構成する前記積層体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該振動板よりも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、前記圧電アクチュエータを構成する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。
- 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該ディスプレイまたは該筐体よりも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。
- 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１０または請求項１１に記載の携帯端末。
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