TW202315177A

TW202315177A - 壓電元件及壓電揚聲器

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Publication number: TW202315177A
Application number: TW111129435A
Authority: TW
Inventors: 香川裕介; 芦川輝男
Original assignee: 日商富士軟片股份有限公司
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-04-01
Also published as: JPWO2023021944A1; WO2023021944A1

Abstract

本發明的課題為提供一種具有充分的耐反覆折彎性，並且輸出亦充分的壓電元件、及使用該壓電元件之壓電揚聲器。本發明的壓電元件藉由具有如下而解決課題：第1積層部，藉由折返具有撓性之壓電膜而積層了複數層壓電膜；單層部，壓電膜為單層；及第2積層部，設置成與第1積層部一起夾持單層部，並藉由折返壓電膜而積層了複數層壓電膜。

Description

壓電元件及壓電揚聲器

本發明有關一種壓電元件及使用該壓電元件之壓電揚聲器。

藉由與各種物品接觸並安裝來使物品振動並發出聲音之所謂激發器（激子）被利用於各種用途。例如，若在辦公室中，進行現場發表和電話會議等時，藉由在會議桌、白板及屏幕等安裝激發器而能夠代替揚聲器而發出聲音。在汽車等車輛中，能夠藉由在控制台、A柱及天花板等中安裝激發器而發出引導音、警告音及音樂等。又，如混合車及電動汽車那樣，在不發出引擎音之汽車之情況下，藉由在保險桿等中安裝激發器而能夠從保險桿等中發出車輛接近通知音。

在這種激發器中，作為產生振動之可變元件，已知有線圈和磁鐵的組合、以及偏心馬達及線性共振馬達等振動馬達等。該等可變元件難以薄型化。尤其，關於振動馬達存在如下難點：為了增加振動力而需要增加質量體、用於調節振動態程度之頻率調變較難且響應速度慢等。

另一方面，近年來，例如，依據對應於具有撓性之顯示器的要求等，對揚聲器亦要求具有撓性。然而，這種由激發器及振動板組成之構成難以與具有撓性之揚聲器匹配。

還考慮到藉由在具有撓性之振動板上黏貼具有撓性之激發器來設為具有撓性之揚聲器。例如，在專利文獻1中，記載有一種積層壓電元件，其積層了複數層用2個薄膜電極夾持了壓電體層之壓電膜。該積層壓電元件中的壓電膜係沿厚度方向極化者，進而，與相鄰之壓電膜的極化方向相反。該積層壓電元件藉由與壓電膜通電而壓電膜沿面方向伸縮。因此，能夠實現如下壓電揚聲器：藉由將該積層壓電元件黏貼於振動板來作為激發器，並且藉由所積層之壓電膜的伸縮運動而振動板彎曲並在與板面正交之方向上振動，從而振動板輸出聲音。

[專利文獻1]國際公開第2020/095812號

在專利文獻1中所記載之積層壓電元件中，壓電膜例如使用將壓電體粒子分散於高分子材料而成之高分子複合壓電體來用作壓電體層。因此，該積層壓電元件具有非常好的撓性。故，藉由將該積層壓電元件黏貼於具有撓性之振動板而能夠實現具有撓性之壓電揚聲器。進而，藉由將該積層壓電元件黏貼於能夠折彎（折疊）之振動板而能夠實現能夠折彎之壓電揚聲器。

在使用積層壓電元件之壓電揚聲器中，積層壓電元件的面積越大，則獲得的音壓越高。因此，在將能夠折彎之板狀物用作振動板之壓電揚聲器中，在振動板的折彎部有時需要黏貼積層壓電元件。此時，積層壓電元件在振動板的折彎部以小的彎曲半徑反覆彎曲。其結果，積層壓電元件由於彎曲部疲勞而有時導致發生電極層的斷裂等導通不良等。

藉由減少積層壓電元件中的壓電膜的積層數，能夠提高基於小的彎曲半徑的耐反覆彎曲性。然而，在積層了壓電膜之積層壓電元件中，為了獲得強的拉伸力，需要增加壓電膜的積層數。因此，關於積層壓電元件，將壓電膜的積層數設得越少，則拉伸力變得越小，有時無法使振動板充分地振動，導致不能夠獲得必要的音壓。

本發明的目的是為了解決這種先前技術的問題點，提供一種壓電元件及使用該壓電元件之壓電揚聲器，該壓電元件積層了壓電膜，具有充分的基於小的彎曲半徑的耐反覆彎曲性，並且可充分地獲得輸出（拉伸力），並且亦能夠簡化用於與外部裝置連接之配線。

為了實現這種目的，本發明具有以下構成。 [1]一種壓電元件，其特徵為，具有：第1積層部，藉由折返具有撓性之壓電膜而積層了複數層壓電膜；單層部，壓電膜為單層；及第2積層部，設置成與第1積層部一起夾持單層部，並藉由折返壓電膜而積層了複數層壓電膜。 [2]如[1]所述之壓電元件，其中壓電膜為矩形，第1積層部及第2積層部係從相對的邊折返壓電膜而成者。 [3]如[1]或[2]所述之壓電元件，其中在第1積層部或第2積層部連接有用於將壓電膜與外部裝置電連接之配線。 [4]如[3]所述之壓電元件，其中第1積層部或第2積層部具有壓電膜從第1積層部或第2積層部突出之突出部，突出部連接有用於將壓電膜與外部裝置電連接之配線。 [5]如[1]至[4]之任一項所述之壓電元件，其中第1積層部及第2積層部的壓電膜的積層數相同。 [6]如[1]至[5]之任一項所述之壓電元件，其中第1積層部及第2積層部在從壓電膜的積層方向觀察時之大小及形狀相同。 [7]如[1]至[6]之任一項所述之壓電元件，其中在第1積層部與第2積層部分開之方向上，第1積層部及第2積層部的長度比單層部長。 [8]如[1]至[7]之任一項所述之壓電元件，其中第1積層部及第2積層部具有黏貼所積層之相鄰的壓電膜之黏貼層。 [9]如[1]至[8]之任一項所述之壓電元件，其中壓電膜具有壓電體層、設置於壓電體層的兩面之電極層及設置成覆蓋電極層之保護層。 [10]如[9]所述之壓電元件，其中壓電體層係在高分子材料中具有壓電體粒子之高分子複合壓電體。 [11]如[10]所述之壓電元件，其中高分子材料具有氰乙基。 [12]如[11]所述之壓電元件，其中高分子材料係氰乙基化聚乙烯醇。 [13]一種壓電揚聲器，其在能夠折彎之振動板上，使振動板的折彎部與單層部對齊地黏貼了[1]至[12]之任一項所述之壓電元件。 [14]如[13]所述之壓電揚聲器，其中在第1積層部與第2積層部分開之方向上，單層部的長度比振動板的折彎部的長度長。 [15]如[13]或[14]所述之壓電揚聲器，其中在壓電元件中，第1積層部及第2積層部的與單層部連續的層被黏貼於振動板。 [發明效果]

依據這種本發明，在積層了壓電膜之壓電元件中，具有充分的基於小的彎曲半徑的耐反覆折彎性，並且亦能夠充分地獲得作為壓電元件的輸出，能夠簡化用於與外部裝置連接之配線，生產率亦優異。

以下，關於本發明的壓電元件及壓電揚聲器，基於所添加之圖式中示出之較佳實施態樣，進行詳細說明。

以下所記載之構成要件的說明有時基於本發明的代表性實施態樣來進行，但本發明並不限定於該等實施態樣。又，以下示出之圖係用於說明本發明的壓電元件及壓電揚聲器之示意圖，各構件及各部位的大小、厚度、形狀以及位置關係等與實際物體不同。

在本發明中，使用“～”表示之數值範圍係指包含記載於“～”的前後之數值作為下限值及上限值之範圍。進而，在本發明中，附加於積層部、電極層及保護層等之第1及第2係為了方便區別基本相同的2個構件，並且說明本發明的壓電元件及壓電揚聲器而附加者。故，該等構件中的第1及第2並無技術意義，又，與實際使用狀態及相互位置關係等無關。

圖1中示意性地示出本發明的壓電元件的一例。圖1中示出之壓電元件10具有第1積層部14A、第2積層部14B及單層部16。第1積層部14A及第2積層部14B係通過折返複數次具有撓性之壓電膜12而積層了複數層壓電膜12者。具體而言，壓電元件10係將一張矩形（長方形）的壓電膜12從相對的2個邊向中央折返成蛇形折疊以使單層部留在中央來製作者。故，壓電元件10與單層部16連續地具有第1積層部14A及第2積層部14B以夾持單層部16。

又，第1積層部14A及第2積層部14B作為較佳態樣，藉由折返而積層之相鄰之壓電膜12藉由黏貼層20來黏貼。

在本發明的壓電元件10中，在折返矩形的壓電膜12之情況下，藉由壓電膜12的折返而形成之棱線在第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀中，可以沿長邊方向一致，亦可以沿短邊方向一致。平面形狀係從壓電膜12的積層方向觀察第1及第2積層部時之形狀。換言之，平面形狀係從與壓電膜12的主表面正交之方向觀察第1及第2積層部時之形狀。主表面係片狀物（薄膜、板狀物、層）的最大面，通常為片狀物的厚度方向的兩面。

以下，對平面形狀為20×5cm的第1積層部14A為例進行具體說明。如圖2中示意性地表示那樣，本發明的壓電元件10可以具有將具有20cm的邊的矩形的壓電膜12沿與20cm的邊正交之方向每次折返5cm而得之棱線為長邊方向的20cm的第1積層部14A（第2積層部14B）。或者，如圖3中示意性地表示那樣，本發明的壓電元件10可以具有將具有5cm的邊的矩形的壓電膜12沿與5cm的邊正交之方向每次折返20cm而得之棱線為短邊方向的5cm的第1積層部14A（第2積層部14B）。

作為較佳態樣，圖1中示出之壓電元件10藉由將矩形的壓電膜12從相對的邊折返來製作。然而，在本發明的壓電元件中，壓電膜12的形狀不限於矩形，能夠利用各種形狀。作為一例，例示出圓形、圓角長方形（長橢圓形）、橢圓形及六邊形等多邊形等。其中，如圓形、圓角長方形及橢圓形那樣，較佳地利用如下形狀：具有左右對稱的形狀，並且將藉由折返壓電膜12而形成之第1積層部14A與第2積層部14B能夠設為相同大小的相同形狀的平面形狀。

圖4中示意性地表示第1積層部14A。另外，第1積層部14A和第2積層部14B係指，僅位置及朝向不同，並且基本上具有相同的結構。又，在以下說明中，在不需要區別第1積層部14A與第2積層部14B之情況下，兩者亦統稱為“積層部”。如上所述，第1積層部14A（第2積層部14B）係將壓電膜12折返複數次而積層者。圖式例的第1積層部14A藉由折返4次壓電膜12而積層5層的壓電膜12。

本發明的壓電元件10（積層部）藉由以這種方式積層複數個壓電膜12而與使用了1張壓電膜之情況相比，能夠增加壓電元件（積層體）的拉伸力，例如，能夠藉由較大的力使後述之振動板彎曲。又，本發明的壓電元件10具有壓電膜12為1層的單層部16。因此，壓電元件10被黏貼於能夠折彎之振動板之情況下，亦能夠使振動板的折彎部與單層部16一致，從而能夠防止由壓電元件10反覆彎曲引起之破損。亦即，關於本發明的壓電元件10，即使為了獲得高輸出而增加積層部中的壓電膜12的積層數，亦能夠防止由壓電元件10的彎曲引起之破損。關於以上幾點，在後面進行詳細敘述。

在本發明的壓電元件10中，第1積層部14A及第2積層部14B中的壓電膜12的積層數並不限於圖式例中的5層。亦即，在本發明的壓電元件10中，積層部可以係積層將壓電膜12折返3次以下之4層以下的壓電膜12者，或者係積層將壓電膜12折返5次以上之6層以上的壓電膜12者。在本發明的壓電元件中，積層部中的壓電膜12的積層數並無限制，2～10層為較佳，3～7層為更佳。

在第1積層部14A（第2積層部14B）中，作為較佳態樣，在藉由折返而積層之壓電膜12中，與積層方向相鄰之壓電膜12彼此藉由黏貼層20來黏貼。藉由黏貼層20而黏貼在積層方向上相鄰之壓電膜12，能夠直接傳遞各壓電膜12的伸縮，作為積層了壓電膜12之積層體，能夠無浪費地驅動。

在本發明中，若能夠黏貼相鄰之壓電膜12，則黏貼層20能夠利用各種公知的黏貼劑（黏貼材料）。故，黏貼層20可以係由接著劑（接著材料）組成之層，亦可以係由黏著劑（黏著材料）組成之層，亦可以係由具有接著劑和黏著劑雙方的特徵之材料組成之層。又，黏貼層20可以係藉由塗佈液體等具有流動性之黏貼劑而形成者，亦可以係使用薄片狀的黏貼劑而形成者。接著劑係指，在貼合時具有流動性，然後成為固體之黏貼劑。黏著劑係指，在貼合時為凝膠狀（橡膠狀）的柔軟的固體，然後凝膠狀的狀態亦不變化之黏貼劑。

其中，壓電元件10作為一例，用作激發器。亦即，關於壓電元件10，藉由使所積層之複數張壓電膜12伸縮，例如如後述使壓電元件10伸縮，例如如後述使振動板52振動而發出聲音。故，在壓電元件10中，所積層之各壓電膜12的伸縮直接被傳遞為較佳。若在壓電膜12之間存在如緩和振動之具有黏性之物質，則會導致壓電膜12的伸縮能量的傳遞效率變低而導致壓電元件10的驅動效率降低。若考慮到這一點，則黏貼層20係相比由黏著劑組成之黏著劑層，可獲得固態且較硬的黏貼層20之由接著劑組成之接著劑層為較佳。作為更佳的黏貼層20，具體而言，可較佳地例示出由聚酯系接著劑及苯乙烯·丁二烯橡膠（SBR）系接著劑等熱塑性類型的接著劑組成之黏貼層。接著與黏著不同，在要求高接著溫度時有用。又，熱塑性類型的接著劑兼備“相對低溫、短時間及強接著”，因此為較佳。

在壓電元件10中，黏貼層20的厚度並無限制，只要依據黏貼層20的形成材料，適當設定能夠顯現充分之黏貼力之厚度即可。其中，關於壓電元件10，黏貼層20越薄越提高壓電體層26的伸縮能量（振動能量）的傳遞效果，能夠提高能量效率。又，若黏貼層20厚且剛性高，則有時可能會限制壓電膜12的伸縮。若考慮到這一點，則黏貼層20薄於壓電體層26為較佳。亦即，在壓電元件10中，黏貼層20硬且薄為較佳。具體而言，黏貼層20的厚度係黏貼後的厚度為0.1～50μm為較佳，0.1～30μm為更佳，0.1～10μm為進一步較佳。

另外，在本發明的壓電元件10中，積層部（第1積層部14A及第2積層部14B）的黏貼層20係作為較佳態樣而設置者，並不是必須的構成要件。故，在本發明的壓電元件10中，積層部可以不具有黏貼層20，而藉由使用公知的壓接機構、緊固機構及固定機構等來積層構成積層部之壓電膜12並使其密接而構成壓電元件。例如，在積層部的平面形狀為矩形之情況下，可以使用如螺栓及螺帽那樣的構件緊固四角而構成壓電元件，或者用如螺栓及螺帽那樣的構件緊固四角及中心部而構成壓電元件。或者，可以在積層壓電膜12之後，藉由在周邊部（端面）黏貼黏著膠帶來固定所積層之壓電膜12，而構成積層部。然而，在該情況下，從電源施加驅動電壓時，各個壓電膜12獨立地伸縮，並且各壓電膜12的各層依據情況而向相反方向彎曲而導致產生空隙。如此，在各個壓電膜12獨立地伸縮之情況下，有可能導致壓電元件的驅動效率降低、壓電元件的整體的伸縮減小、無法使所抵接之振動板等充分地振動。尤其，在各壓電膜12的各層向相反方向彎曲而產生空隙之情況下，壓電元件的驅動效率大幅度降低。若考慮到這一點，構成本發明的壓電元件之積層部如圖式例的壓電元件10那樣，具有將相鄰之壓電膜12彼此黏貼之黏貼層20為較佳。

在本發明的壓電元件中，壓電膜12只要係能夠彎曲和延伸之具有撓性者，則能夠利用各種公知的壓電膜12。另外，本發明中，具有撓性係指與一般解釋為具有撓性之含義相同，表示能夠彎曲及能夠繞曲，具體而言，在不發生破壞和損傷之狀態下，能夠彎曲和延伸。

在本發明的壓電元件10中，壓電膜12作為較佳態樣，具有設置於壓電體層26的兩面之電極層及包覆電極層而設置之保護層。圖5中利用剖面圖示意性地表示壓電膜12的一例。在圖5等中，為了簡化圖式來清楚地示出構成，將省略陰影線。另外，在以下說明中，若沒有特別說明，則“截面”表示壓電膜的厚度方向的截面。壓電膜的厚度方向係壓電膜的積層方向。

如圖5所示，圖式例的壓電膜12具有壓電體層26、積層於壓電體層26的一個面之第1電極層28、積層於第1電極層28之第1保護層32、積層於壓電體層26的另一個面之第2電極層30、積層於第2電極層30之第2保護層34。另外，在圖1中，簡化圖式，為了清楚地顯示壓電元件10的構成，以1層示出第1電極層28及第1保護層32、以及第2電極層30及第2保護層34。

如上所述，本發明的壓電元件10藉由折返1張壓電膜12而構成積層了壓電膜12之第1積層部14A及第2積層部14B和由在兩個積層部之間連接兩者之未與其他壓電膜12積層之1層壓電膜12組成之單層部16。因此，本發明的壓電元件10在每個後述之各電極層中能夠在1處進行用於驅動壓電元件10亦即壓電膜12之電極的引出。其結果，能夠簡化壓電元件10的構成及電極佈線，進而，生產率亦優異。又，由於藉由折返1張壓電膜12，藉由積層而相鄰之壓電膜彼此對向之電極層成為相同極性，因此即使電極層彼此接觸亦不發生短路。

在壓電膜12中，壓電體層26能夠利用各種公知的壓電體層。在壓電膜12中，如圖5中示意性地表示那樣，壓電體層26係在包含高分子材料之高分子基質38中包含壓電體粒子40之高分子複合壓電體為較佳。

其中，高分子複合壓電體（壓電體層26）為具備以下用件者為較佳。另外，本發明中，常溫係指0～50℃。（i）撓性例如，以作為可攜式如報紙或雜誌之類的文件感覺緩慢彎曲之狀態進行把持之情況下，從外部不斷受到數Hz以下的比較緩慢且較大的彎曲變形。此時，若高分子複合壓電體堅硬，則有產生其相對程度之較大的彎曲應力而在高分子基質與壓電體粒子的界面產生龜裂，最終導致破壞之虞。故，對高分子複合壓電體要求適當的柔軟性。又，若能夠將應變能作為熱向外部擴散，則能夠緩和應力。故，要求高分子複合壓電體的損耗正切適當大。（ii）音質揚聲器以20Hz～20kHz的音頻頻帶的頻率振動壓電體粒子，並藉由其振動能量使振動板（高分子複合壓電體）整體一體地振動以重現聲音。故，為了提高振動能量的傳遞效率，對高分子複合壓電體要求適當的硬度。又，若揚聲器的頻率特性平滑，則隨著曲率的變化而最低共振頻率f ₀變化時之音質的變化量亦減小。故，要求高分子複合壓電體的損耗正切適當大。

眾所周知，揚聲器用振動板的最低共振頻率f ₀由下述式給出。其中，s為振動系統的剛性，m為質量。 [數式1]

此時，由於壓電膜的彎曲程度亦即彎曲部的曲率半徑變得越大，則機械剛性s下降，因此最低共振頻率f ₀變小。亦即，有時依據壓電膜的曲率半徑而揚聲器的音質（音量、頻率特性）改變。

綜上所述，要求高分子複合壓電體對於20Hz～20kHz的振動表現堅硬，而對於數Hz以下的振動表現柔軟。又，要求相對於20kHz以下的所有頻率的振動，高分子複合壓電體的損耗正切適當大。

通常，高分子固體具有黏彈性緩和機構，並隨著溫度的上升或者頻率的下降，大規模的分子運動作為儲存彈性係數（楊氏模量）的下降（緩和）或者損失彈性係數的極大化（吸收）而被觀察到。其中，藉由非晶質區域的分子鏈的微布朗（Micro Brownian）運動引起之緩和被稱作主分散，可觀察到非常大之緩和現象。該主分散產生之溫度為玻璃轉移點（Tg），黏彈性緩和機構最明顯之顯現。在高分子複合壓電體（壓電體層26）中，藉由將玻璃轉移點在常溫下之高分子材料，換言之，在常溫下具有黏彈性之高分子材料用於基質中，實現對於20Hz～20kHz的振動較硬地動作，對於數Hz以下的慢振動較軟地動作之高分子複合壓電體。尤其，從較佳地顯現該動作等方面考慮，將頻率1Hz中的玻璃轉移點Tg在常溫下之高分子材料用於高分子複合壓電體的基質中為較佳。

成為高分子基質38之高分子材料在常溫下，基於動態黏彈性試驗的頻率1Hz中的損耗正切Tanδ的極大值為0.5以上為較佳。藉此，高分子複合壓電體藉由外力而被緩慢彎曲時，最大彎曲力矩部中之高分子基質/壓電體粒子的界面的應力集中得到緩和，能夠期待高撓性。

又，成為高分子基質38之高分子材料如下為較佳，亦即，基於動態黏彈性測量而得之頻率1Hz中的儲存彈性係數（E’）在0℃下為100MPa以上，在50℃下為10MPa以下。藉此，能夠減小高分子複合壓電體藉由外力而被緩慢彎曲時產生之彎曲力矩的同時，能夠對於20Hz～20kHz的音響振動表現堅硬。

又，若成為高分子基質38之高分子材料在相對介電常數在25℃下為10以上，則為更佳。藉此，對高分子複合壓電體施加電壓時，對高分子基質中的壓電體粒子需要更高之的電場，因此能夠期待較大的變形量。然而，另一方面，若考慮確保良好的耐濕性等，則相對介電常數在25℃下，高分子材料為10個以下亦為較佳。

作為滿足該等條件之高分子材料，較佳地例示出氰乙基化聚乙烯醇（氰乙基化PVA）、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯丙烯腈、聚苯乙烯-乙烯基聚異戊二烯嵌段共聚物、聚乙烯基甲基酮及聚甲基丙烯酸丁酯等。又，作為該等高分子材料，亦能夠較佳地利用Hibler 5127（KURARAY CO.,LTD製造）等市售品。

作為構成高分子基質38之高分子材料，使用具有氰乙基之高分子材料為較佳，使用氰乙基化PVA為特佳。亦即，在壓電膜12中，壓電體層26作為高分子基質38而使用具有氰乙基之高分子材料為較佳，使用氰乙基化PVA為特佳。在以下說明中，將以氰乙基化PVA為代表之上述高分子材料亦統稱為“在常溫下具有黏彈性之高分子材料”。

另外，該等在常溫下具有黏彈性之高分子材料可以僅使用1種，亦可以併用（混合）使用複數種。

在壓電膜12中，壓電體層26的高分子基質38可以依據需要而併用複數個高分子材料。亦即，以調節介電特性或機械特性等為目的，除在上述常溫下具有黏彈性之高分子材料以外，亦可以依據需要向在構成高分子複合壓電體之高分子基質38添加其他介電性高分子材料。

作為能夠添加之介電性高分子材料，作為一例，例示出聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物及聚偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物等氟系高分子、偏二氰乙烯-乙烯酯共聚物、氰乙基纖維素、氰乙基羥基蔗糖、氰乙基羥基纖維素、氰乙基羥基富勒烯、甲基丙烯酸氰乙酯、丙烯酸氰乙酯、氰乙基羥乙基纖維素、氰乙基直鏈澱粉、氰乙基羥丙基纖維素、氰乙基二羥丙基纖維素、氰乙基羥丙基直鏈澱粉、氰乙基聚丙烯醯胺、氰乙基聚丙烯酸乙酯、氰乙基富勒烯、氰乙基聚羥基亞甲基、氰乙基縮水甘油富勒烯、氰乙基蔗糖及氰乙基山梨糖醇等具有氰基或氰乙基之聚合物以及腈橡膠及氯丁二烯橡膠等合成橡膠等。其中，可較佳地利用具有氰乙基之高分子材料。又，在壓電體層26的高分子基質38中，該等介電性高分子材料並不限於1種，亦可以添加複數種。

又，以調節高分子基質38的玻璃轉移點Tg為目的，除了介電性高分子材料以外，亦可以添加氯乙烯樹脂、聚乙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸樹脂、聚丁烯及異丁烯等熱塑性樹脂以及酚醛樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、醇酸樹脂及雲母等熱硬化性樹脂等。進而，以提高黏著性為目的，亦可以添加松香酯、松香、萜烯類、萜烯酚及石油樹脂等黏著賦予劑。

在壓電體層26的高分子基質38中，在添加除了在常溫下具有黏彈性之高分子材料以外的高分子材料時之添加量並無限制，高分子基質38所佔之比例設為30質量%以下為較佳。藉此，在不損害高分子基質38中的黏彈性緩和機構便能夠發現所添加之高分子材料的特性，因此在高介電率化、耐熱性的提高、與壓電體粒子40或電極層的密接性提高等方面能夠獲得較佳的結果。

成為壓電體層26之高分子複合壓電體係在這種高分子基質中包含壓電體粒子40者。壓電體粒子40被分散於高分子基質，較佳為被均勻（大致均勻）地分散。壓電體粒子40較佳為由具有鈣鈦礦型或纖鋅礦型的晶體結構之陶瓷粒子組成者。作為構成壓電體粒子40之陶瓷粒子，例如例示出鋯鈦酸鉛（PZT）、鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）、鈦酸鋇（BaTiO ₃）、氧化鋅（ZnO）及鈦酸鋇與鐵酸鉍（BiFe ₃）的固體溶液（BFBT）等。

壓電體粒子40的粒徑只要依據壓電膜12的尺寸和用途而適當選擇即可。壓電體粒子40的粒徑為1～10μm為較佳。藉由將壓電體粒子40的粒徑設在上述範圍內，在能夠兼顧高壓電特性和撓性等方面能夠獲得較佳的結果。

在壓電膜12中，壓電體層26中的高分子基質38與壓電體粒子40的量比只要依據壓電膜12的面方向的大小及厚度、壓電膜12的用途、壓電膜12中所要求之特性等而適當地設定即可。壓電體層26中的壓電體粒子40的體積分率為30～80%為較佳，50～80%為更佳。藉由將高分子基質38與壓電體粒子40的量比設在上述範圍內，在能夠兼顧高壓電特性和撓性等方面能夠獲得較佳的結果。

又，在壓電膜12中，壓電體層26的厚度並無限制，只要依據壓電膜12的尺寸、壓電膜12的用途、壓電膜12所要求之特性等而適當地設定即可。壓電體層26的厚度為8～300μm為較佳，8～200μm為更佳，10～150μm為進一步較佳，15～100μm為特佳。藉由將壓電體層26的厚度設在上述範圍內，在兼顧剛性的確保和適當的柔軟性等方面能夠獲得較佳的結果。

壓電體層26沿厚度方向極化處理（polarization）為較佳。關於極化處理，在後面進行詳細敘述。

另外，在壓電膜12中，壓電體層26並不限於如上所述那樣，如氰乙基化PVA那樣由在常溫下具有黏彈性之高分子材料組成之高分子基質38中包含壓電體粒子40之高分子複合壓電體。亦即，在壓電膜12中，壓電體層能夠利用各種公知的壓電體層。

作為一例，在包含上述聚偏二氟乙烯、偏二氯乙烯-四氟乙烯共聚物及偏二氯乙烯-三氟乙烯共聚物等介電性高分子材料之基質中亦能夠利用包含相同的壓電體粒子40之高分子複合壓電體、由聚偏二氟乙烯組成之壓電體層、由除了聚偏二氟乙烯以外的氟樹脂組成之壓電體層及積層了由聚L乳酸組成之薄膜和由聚D乳酸組成之薄膜之壓電體層等。然而，如上所述，從可獲得能夠在對於20Hz～20kHz的振動而言動作較硬，對於數Hz以下的較慢的振動而言動作較軟且可獲得優異的音響特性、撓性優異等觀點考慮，在上述之如氰乙基化PVA那樣由在常溫下具有黏彈性之高分子材料組成之高分子基質38中，可較佳地利用包含壓電體粒子40之高分子複合壓電體。

圖5中示出之壓電膜12具有：在這種壓電體層26的一面具有第2電極層30，在第2電極層30的表面具有第2保護層34，在壓電體層26的另一個面具有第1電極層28，在第1電極層28的表面具有第1保護層32而成之構成。在壓電膜12中，第1電極層28與第2電極層30形成電極對。換言之，構成壓電膜12之積層薄膜具有由電極對亦即第1電極層28及第2電極層30夾持壓電體層26的兩面，進而由第1保護層32及第2保護層34夾持而成之構成。如此，由第1電極層28及第2電極層30夾持之區域依據所施加之電壓而驅動。

壓電膜12除了該等層以外，例如，可以具有用於黏貼電極層及壓電體層26之黏貼層及用於黏貼電極層及保護層之黏貼層。黏貼劑可以係接著劑亦可以係黏著劑。又，黏貼劑亦能夠較佳地利用與從壓電體層26去除了壓電體粒子40之高分子材料亦即高分子基質38相同之材料。另外，黏貼層可以在第1電極層28側及第2電極層30側雙方具有，亦可以僅在第1電極層28側及第2電極層30側中的一方具有。

在壓電膜12中，第1保護層32及第2保護層34被覆第1電極層28及第2電極層30之同時，起到對壓電體層26賦予適當的剛性和機械的強度之作用。亦即，在壓電膜12中，由包含高分子基質38和壓電體粒子40之壓電體層26對於緩慢彎曲變形顯示出非常優異的撓性，但有時依據用途而剛性或機械的強度不足。壓電膜12中設置第1保護層32及第2保護層34以彌補該情況。第1保護層32與第2保護層34僅配置位置不同而構成相同。故，在以下說明中，在不需要區別第1保護層32及第2保護層34之情況下，將兩個構件亦統稱為保護層。

保護層並無限制，能夠利用各種片狀物，作為一例，較佳地例示出各種樹脂薄膜。其中，出於具有優異的機械特性及耐熱性等理由，由聚對酞酸乙二酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚苯硫醚（PPS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醚醯亞胺（PEI）、聚醯亞胺（PI）、聚醯胺（PA）、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）、三乙醯纖維素（TAC）及環狀烯烴系樹脂等組成之樹脂薄膜被較佳地利用。

保護層的厚度亦並無限制。又，第1保護層32及第2保護層34的厚度基本上相同，但是亦可以不同。若保護層的剛性過高，則不僅限制壓電體層26的伸縮，亦會損害撓性。因此，除了要求機械的強度或作為片狀物的良好的操作性之情況，保護層越薄越有利。

若第1保護層32及第2保護層34的厚度分別在壓電體層26的厚度的2倍以下，則在兼顧剛性的確保與適當的柔軟性等方面可獲得較佳結果。例如，在壓電體層26的厚度為50μm且第1保護層32及第2保護層34由PET組成之情況下，第1保護層32及第2保護層34的厚度分別為100μm以下為較佳，50μm以下為更佳，25μm以下為進一步較佳。

在壓電膜12中，在壓電體層26與第1保護層32之間設置第1電極層28，在壓電體層26與第2保護層34之間設置第2電極層30。第1電極層28及第2電極層30係用於向壓電體層26施加電壓者。藉由從電極層向壓電體層26施加電壓而伸縮壓電膜12。

第1電極層28與第2電極層30除了位置不同以外，基本相同。故，在以下說明中，在不需要區別第1電極層28與第2電極層30之情況下，兩個構件亦統稱為電極層。

在壓電膜中，電極層的形成材料並無限制，能夠利用各種導電體。具體而言，例示出碳、鈀、鐵、錫、鋁、鎳、鉑、金、銀、銅、鉻、鉬、該等的合金、氧化銦錫及PEDOT/PPS（聚乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸）等的導電性高分子等。其中，較佳地例示出銅、鋁、金、銀、鉑及氧化銦錫。其中，從導電性、成本及撓性等觀點考慮，銅為更佳。

又，電極層的形成方法亦並無限制，能夠利用各種真空蒸鍍及濺鍍等氣相沈積法（真空成膜法）或基於電鍍之成膜或者黏貼由上述材料所形成之箔之方法、塗佈之方法等公知的方法。其中，出於能夠確保壓電膜12的撓性等理由，作為電極層，尤其可較佳地利用藉由真空蒸鍍所成膜之銅及鋁的薄膜。其中，特別是較佳地利用基於真空蒸鍍而形成之銅的薄膜。

第1電極層28及第2電極層30的厚度並無限制。又，第1電極28及第2電極30的厚度基本上相同，但是亦可以不同。其中，與上述保護層同樣地，若電極層的剛性過高，則不僅限制壓電體層26的伸縮，亦會損害撓性。因此，若在電阻不會變得過高的範圍內，則電極層越薄越有利。

在壓電膜12中，電極層的厚度與楊氏模量的積低於保護層的厚度與楊氏模量之積，則不會嚴重損害撓性，因此為較佳。作為一例，例示出第1保護層18及第2保護層20為PET，並且第1電極層14及第2電極層16為由銅組成之組合之情況。在該組合中，PET的楊氏模量約為6.2GPa，銅的楊氏模量約為130GPa。故，若將第1保護層18及第2保護層20的厚度設為10μm，則第1電極層14及第2電極層16的厚度為0.5μm以下為較佳，0.3μm以下為更佳，0.1μm以下為進一步較佳。

壓電膜12具有由第1電極層28及第2電極層30夾持壓電體層26，進而由第1保護層32及第2保護層34夾持該積層體之構成。這種壓電膜12在常溫下存在基於動態黏彈性測量而得之頻率1Hz中的損耗正切（Tanδ）成為0.1以上之極大值為較佳。藉此，即使壓電膜12從外部受到數Hz以下的比較緩慢且較大之彎曲變形，亦能夠將應變能有效地作為熱而擴散到外部，因此能夠防止在高分子基質與壓電體粒子的界面產生龜裂。

壓電膜12如下為較佳，亦即，基於動態黏彈性測量而得之頻率1Hz中的儲存彈性係數（E’）在0℃下為10～30GPa，在50℃下為1～10GPa。藉此，在常溫下壓電膜12在儲存彈性係數（E’）中能夠具有較大的頻率分散。亦即，能夠對於20Hz～20kHz的振動較硬地動作，對於數Hz以下的振動較柔軟地顯現。

又，壓電膜12為如下為較佳，亦即，厚度與基於動態黏彈性測量而得之頻率1Hz中的儲存彈性係數（E’）之積在0℃下為1.0×10 ⁶～2.0×10 ⁶N/m，在50℃下為1.0×10 ⁵～1.0×10 ⁶N/m。藉此，壓電膜12在不損害撓性及音響特性之範圍內能夠具備適當的剛性和機械的強度。

進而，壓電膜12為如下為較佳，亦即，從動態黏彈性測量所獲得之主曲線中，在25℃下頻率1kHz中之損耗正切（Tanδ）為0.05以上。

以下，參閱圖6～圖8，對壓電膜12的製造方法的一例進行說明。首先，準備在圖6中示意性地表示之第2保護層34的表面形成有第2電極層30之積層體42b。進而，準備在圖8中示意性地表示之第1保護層32的表面形成有第1電極層28之積層體42a。

可以藉由真空蒸鍍、濺鍍及電鍍等在第2保護層34的表面上形成銅薄膜等作為第2電極層30來製作積層體42b。同樣地，可以藉由真空蒸鍍、濺鍍及電鍍等在第1保護層32的表面上形成銅薄膜等作為第1電極層28來製作積層體42a。或者，可以將在保護層上形成銅薄膜等之市售品片狀物用作積層體42b和/或積層體42a。積層體42b及積層體42a可以相同，亦可以不同。

另外，關於保護層非常薄，且操作性差時等，依據需要可以使用帶隔板（臨時支撐體）之保護層。另外，作為隔板，能夠使用厚度為25～100μm的PET等。只要在電極層及保護層的熱壓接之後去除隔板即可。

接著，如圖7中示意性地表示那樣，在積層體42b的第2電極層30上形成壓電體層26，製作積層積層體42b和壓電體層26之壓電積層體46。

只要依據壓電體層26之公知的方法形成壓電體層26即可。例如，在圖5中示出之高分子基質38中分散壓電體粒子40而成之壓電體層（高分子複合壓電體層）中，作為一例，以如下方式製作。首先，將上述氰乙基化PVA等高分子材料溶解於有機溶劑中，進而添加PZT粒子等壓電體粒子40，並進行攪拌來製備塗料。有機溶劑並無限制，能夠利用二甲基甲醯胺（DMF）、甲基乙基酮及環己酮等各種有機溶劑。準備積層體42b，並且製備了塗料之後，將該塗料澆鑄（casting）（塗佈）於積層體42b上，蒸發並乾燥有機溶劑。藉此，如圖7所示，製作在第2保護層34上具有第2電極層30且在第2電極層30上積層壓電體層26而成之壓電積層體46。

塗料的澆鑄方法並無限制，能夠利用所有的棒塗佈機、斜板式塗佈機（slide coater）及刮刀（doctor knife）等公知的方法（塗佈裝置）。或者，若高分子材料為能夠加熱熔融之物質，則可以藉由加熱熔融高分子材料而製作向其中添加壓電體粒子40而成之熔融物，並藉由擠出成型等而在圖6中示出之積層體42b上擠壓成薄片狀並進行冷卻，藉此製作如圖7所示之壓電積層體46。

另外，如上所述，在壓電體層26中，除了在常溫下具有黏彈性之高分子材料以外亦可以向高分子基質38中添加PVDF等高分子壓電材料。向高分子基質38中添加該等高分子壓電材料時，只要溶解添加於上述塗料之高分子壓電材料即可。或者，只要向經加熱熔融之在常溫下具有黏彈性之高分子材料中添加需添加之高分子壓電材料來進行加熱熔融即可。

在形成壓電體層26之後，可以依據需要進行壓延處理。壓延處理可以進行1次，亦可以進行複數次。眾所周知，壓延處理係指藉由熱壓、加熱輥及一對加熱輥等來加熱被處理面的同時進行按壓以實施平坦化等之處理。

又，對在第2保護層34上具有第2電極層30，並且在第2電極層30上形成壓電體層26而成之壓電積層體46的壓電體層26進行極化處理（polarization）。壓電體層26的極化處理的方法並無限制，能夠利用公知的方法。例如，例示出對進行極化處理之對象直接施加直流電場之電場極化處理。另外，在進行電場極化處理之情況下，可以在極化處理之前形成第1電極層28，並且利用第1電極層28及第2電極層30來進行電場極化處理。又，在製造壓電膜12時，極化處理不是向壓電體層26的面方向而是沿厚度方向進行極化為較佳。

接著，如圖8中示意性地表示那樣，在壓電積層體46的壓電體層26側積層之前準備之積層體42a，並使第1電極層28朝向壓電體層26。進而，藉由第1保護層32及第2保護層34夾持該積層體，並且使用熱壓裝置及加熱輥等來進行熱壓接，以使壓電積層體46與積層體42a貼合。藉此，製作由設置於壓電體層26、壓電體層26的兩面之第1電極層28及第2電極層30以及形成於電極層的表面之第1保護層32及第2保護層34組成之壓電膜12。

藉由以這種方式製作之壓電膜12僅沿面方向而且沿厚度方向極化，並且即使在極化處理後不進行延伸處理亦可獲得較高的壓電特性。因此，壓電膜12在壓電特性中沒有面內各向異性，若施加驅動電壓，則在面方向的所有方向上，各向同性地伸縮。

如上所述，壓電元件10具有壓電膜12為單層的單層部16及設置成與單層部16連接並夾持單層部16之、第1積層部14A及第2積層部14B。第1積層部14A及第2積層部14B均為藉由折返壓電膜12而積層複數層的壓電膜12者。亦即，壓電元件10藉由從1張矩形的壓電膜12的相對的2邊朝向中心折返複數次壓電膜12來製作。

在本發明的壓電元件10中，如上所述，壓電膜12的積層數並不限制於圖式例的5層。其中，在本發明的壓電元件10中，第1積層部14A與第2積層部14B中的壓電膜12的積層數可以相同，亦可以不同。由於壓電元件10藉由折返1張壓電膜12來製作，因此各積層部中的壓電膜12的積層數即為積層部的厚度。然而，第1積層部14A和第2積層部14B中的壓電膜12的積層數相同為較佳。

如後所述，作為一例，壓電元件10藉由黏貼於能夠折彎之振動板，並且使振動板振動，從而用作用於輸出聲音之激發器。在壓電元件10中，作為使振動板振動之激發器發揮作用者，基本上係積層了複數層壓電膜12之第1積層部14A及第2積層部14B。具體而言，壓電元件10藉由將積層部沿面方向伸縮而使振動板振動而輸出聲音。故，黏貼有壓電元件10之振動板基本上從第1積層部14A抵接之位置、及第2積層部14B抵接之位置這兩處輸出聲音。又，由於第1積層部14A及第2積層部14B藉由1張壓電膜12而形成，因此同樣地工作。

其中，第1積層部14A及第2積層部14B的拉伸力的強度依據壓電膜12的積層數而不同。具體而言，壓電膜12的積層數越多，則積層部能夠獲得越強的拉伸力。故，將壓電元件10作為激發器而使振動板振動之壓電揚聲器在第1積層部14A及第2積層部14B中的壓電膜12的積層數越多，則越能夠以高音壓輸出聲音。

在這種情況下，若在第1積層部14A和第2積層部14B，壓電膜12的積層數不同，則導致在第1積層部14A和第2積層部14B的拉伸力不同。因此，如上所述，即便兩個積層部以相同的方式工作亦即輸出相同的聲音，亦導致在第1積層部14A和第2積層部14B，從振動板輸出之聲音的音壓不同。其結果，從振動板輸出之聲音變得不自然，在音質方面不利。

相對於此，藉由在第1積層部14A和第2積層部14B，將壓電膜12的積層數設為相同的層數，亦能夠防止由積層數引起之第1積層部14A與第2積層部14B的拉伸力不同。其結果，在第1積層部14A和第2積層部14B，能夠使從振動板輸出之聲音的音壓均勻，變得能夠輸出自然的聲音。

又，在本發明的壓電元件10中，第1積層部14A與第2積層部14B的平面形狀和/或大小可以相同，亦可以不同。其中，第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀上的面積越大，則越能夠獲得高輸出。故，將壓電元件10作為激發器而使振動板振動之壓電揚聲器在第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀越大，則越能夠以高音壓輸出聲音。又，即使大小（面積）相同而第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀不同之情況下，例如，縱橫方向的伸縮量及拉伸力彼此不同，其結果，振動板的振動亦不同。若考慮到這一點，出於與上述積層部中的壓電膜12的積層數相同的理由，第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀相同，並且大小亦相同為較佳。

進而，若考慮到以上點，在本發明的壓電元件10中，第1積層部14A及第2積層部14B的壓電膜12的積層數相同，並且平面形狀及大小相同者為最佳。

壓電元件10具有第1積層部14A及第2積層部14B及兩個積層部之間的單層部16。第1積層部14A及第2積層部14B係將1張矩形的壓電膜12從相對的兩邊折疊而積層者，以使在它們之間具有單層部16。故，積層部中的與折返方向正交之方向上尺寸在第1積層部14A、第2積層部14B及單層部16相同。

在以下說明中，將壓電元件10的積層部中的壓電膜12的折彎方向上的尺寸，亦即第1積層部14A與第2積層部14B分開之方向上的尺寸亦稱為“長度”。進而，在壓電元件10中，將與積層部中的壓電膜12的折彎方向正交之方向上的尺寸，亦即與長度正交之方向上的尺寸亦稱為“寬度”。

如上所述，在本發明的壓電元件10中，實質上作為壓電元件發揮作用者為積層了壓電膜12之第1積層部14A及第2積層部14B。雖然單層部16藉由施加驅動電壓而伸縮，但係不與其他壓電膜積層之單層亦即1張的壓電膜12的區域，因此拉伸力弱，實質上例如不有助於振動板的振動。若考慮到這一點，從效率的觀點考慮，本發明的壓電元件10與單層部16相比，第1積層部14A及第2積層部14B的平面形狀的面積大為較佳。

其中，如上所述，第1積層部14A、第2積層部14B及單層部16的寬度相同。故，在壓電元件10中，與單層部16相比，第1積層部14A及第2積層部14B的長度長為較佳。藉此，壓電元件10能夠大幅度增加相對於平面形狀的面積而實質上作用於伸縮之面積。其結果，例如，將壓電元件10用作激發器時，能夠輸出更高音壓的聲音。

本發明的壓電元件10藉由對第1電極層28及第2電極層30施加驅動電壓而伸縮壓電體層26。因此，需要將第1電極層28及第2電極層30和外部電源等外部裝置進行電連接。第1電極層28及第2電極層30與外部裝置連接之方法能夠利用公知的各種方法。

作為一例，如參閱圖9中第1積層部14A來示出那樣，設置將壓電膜12沿與單層部16相反的一側的方向延長而從積層有壓電膜12之區域突出之突出部14Aa。另外，例示出在該突出部14Aa設置用於與外部裝置電連接之引線之方法。另外，在本發明中，突出部具體地表示，對於積層部的平面形狀而言，亦即成為從積層方向觀察時，不與其他壓電膜12重複之單層的區域。

如圖9所示，在第1積層部14A的突出部14Aa連接有用於與電源裝置等外部裝置電連接之第1引線72及第2引線74。第1引線72係從第1電極層28進行電性引出之配線，第2引線74係從第2電極層30進行電性引出之配線。在以下說明中，在不需要區別第1引線72和第2引線74之情況下，亦簡稱為引線。

在本發明的壓電元件10中，電極層與引線的連接方法亦即引出方法並無限制，能夠利用各種方法。作為一例，例示出如下方法：在保護層上形成貫通孔，為了填充貫通孔而設置由銀膠等金屬膏形成之電極連接構件，在該電極連接構件中設置引線。作為其他方法，例示出在電極層與壓電體層之間或者在電極層與保護層之間設置棒狀或片狀的引出用電極，將引線連接至該引出用電極之方法。或者，可以將引線直接插入到電極層與壓電體層之間或者電極層與保護層之間，將引線連接到電極層。作為其他方法，例示出如下方法：使保護層及電極層的一部分從壓電體層沿面方向突出，將引線連接到突出的電極層。另外，引線與電極層的連接藉由使用銀膠等金屬膏之方法、使用焊料之方法、使用導電性的接著劑之方法等公知的方法來進行即可。作為較佳的電極引出方法，例示出日本特開2014-209724號公報中所記載之方法及日本特開2016-015354號公報中所記載之方法等。

這種類似將壓電膜12延長之突出部可以設置於第2積層部14B。如上所述，本發明的壓電元件10係藉由折返1張壓電膜12而形成第1積層部14A及第2積層部14B者。故，用於與外部裝置連接之連接部在各電極層中基本具有1處即可。故，在本發明的壓電元件10中，突出部基本設置於第1積層部14A及第2積層部14B中的任一方即可。然而，本發明的壓電元件並不限定於此，可以依據需要將突出部設置於第1積層部14A及第2積層部14B這兩者上。或者，如國際公開第2020/095812號的圖18所示，可以在壓電膜12的寬度方向設置類似從積層部突出之出島那樣的突出部，在此處設置用於與外部裝置連接之引線。該類似出島那樣的突出部可以設置於單層部16。進而，在本發明的壓電元件中，可以依據需要併用複數個該等突出部。

另外，在本發明的壓電元件10中，引線可以設置於單層部16，設置於第1積層部14A和/或第2積層部14B為較佳。如後所述，本發明的壓電元件10作為較佳用途而被黏貼於能夠作為激發器而折彎之振動板。在這種情況下，使單層部16與振動板的折彎部一致為較佳。此時，若在單層部16設置有引線，則會妨礙振動板折彎，又，單層部16的彎曲亦會成為引線的負擔。若考慮到這一點，在本發明的壓電元件10中，引線設置於積層部為較佳。

如後所述，本發明的壓電元件10能夠利用於各種用途中。其中，本發明的壓電元件10作為藉由使振動板振動而輸出聲音之激發器而被較佳地利用。

圖10中示意性地表示本發明的壓電揚聲器的一例。本發明的壓電揚聲器係藉由將本發明的壓電元件10黏貼於振動板來用作使振動板振動而輸出聲音之激發器者。本發明的壓電揚聲器係藉由使振動板的折彎部和壓電元件10的單層部16一致而將本發明的壓電元件10黏貼於能夠折彎之振動板者。

圖10中示出之壓電揚聲器50係藉由未圖示之黏貼層而將本發明的壓電元件10黏貼於用鉸鏈56連接2張片狀物54而得之能夠折彎成2折之振動板52。亦即，壓電揚聲器50係能夠折彎（折疊）成2折之壓電揚聲器。

如上所述，積層了壓電膜12之積層壓電元件顯現出比一張壓電膜12強的拉伸力。關於藉由積層壓電元件而使振動板振動之壓電揚聲器，壓電膜12的積層數越多，則積層壓電元件的拉伸力變得越強，能夠輸出音壓高的聲音。另一方面，在能夠折彎之振動板52上黏貼積層壓電元件之情況下，藉由在小的彎曲半徑下的反覆彎曲，而積層壓電元件的彎曲部疲勞，產生電極層和/或壓電體層的通電不良等破損。藉由減少積層壓電元件中的壓電膜12的積層數而能夠提高積層壓電元件對反覆彎曲的耐久性。然而，若將壓電膜的積層數設得少，則積層壓電元件的拉伸力變弱，並且具有壓電揚聲器無法輸出充分的音壓的聲音。

相對於此，本發明的壓電元件10具有積層了壓電膜12之第1積層部14A及第2積層部14B和在兩個積層部之間未積層有壓電膜12的1張單層部16。又，本發明的壓電揚聲器50使用能夠折彎之振動板52，並且使振動板52的折彎部與壓電元件10的單層部16一致，並且將壓電元件10黏貼於振動板52。在圖10中示出之壓電揚聲器50中，將與單層部16連續之層朝向振動板52，並且使振動板52的折彎部和壓電元件10的單層部16一致，分別將第1積層部14A黏貼於一個片狀物54，將第2積層部14B黏貼於另一個片狀物54。

故，在本發明的壓電揚聲器50中，壓電元件10中，將振動板52亦即壓電揚聲器50折彎時之彎曲係壓電膜12為1張的單層部16。因此，以小的彎曲半徑反覆進行彎曲（彎曲和延伸）亦能夠防止壓電元件10亦即壓電膜12損傷。進而，壓電元件10的積層部不位於振動板52亦即壓電揚聲器50的折彎部。故，在本發明的壓電揚聲器50中，即使在折彎振動板52亦即壓電揚聲器50時，積層了壓電膜12之積層部亦不彎曲。因此，壓電元件10的積層部為了輸出所需的音壓的聲音，能夠積層充分的層數的壓電膜，能夠輸出高音壓的聲音。亦即，依據本發明的壓電元件10及使用其之本發明的壓電揚聲器50，能夠充分地確保壓電元件10的以小的彎曲半徑的耐反覆彎曲性，並且能夠輸出高音壓的聲音。

在本發明的壓電揚聲器50中，振動板52並無限制，只要係能夠折彎，並且作為藉由基於激發器的振動而輸出聲音之振動板發揮作用者，則能夠利用各種片狀物。又，振動板可以係折彎1張片狀物而成者，亦可以係如圖式例那樣，將藉由鉸鏈等而連接之2張片狀物折彎者。另外，振動板的折彎部不一定必須係振動板的中心。

在本發明的壓電揚聲器50中，作為振動板52，作為一例，例示出由聚對酞酸乙二酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚苯硫醚（PPS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醚醯亞胺（PEI）、聚醯亞胺（PI）、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）、三乙醯纖維素（TAC）及環狀烯烴系樹脂等組成之樹脂薄膜、由發泡聚苯乙烯、發泡苯乙烯及發泡聚乙烯等組成之發泡塑膠片、以及將波浪狀的紙板的單面或兩面黏貼在其他紙板而成之各種瓦楞紙材料等。又，本發明的壓電揚聲器50只要能夠折彎，則作為振動板52，亦能夠較佳地利用有機電致發光二極體（OLED（Organic Light Emitting Diode））顯示器、液晶顯示器、微型LED（Light Emitting Diode：發光二極體）顯示器及無機電致發光二極體顯示器等各種顯示元件等。進而，本發明的壓電揚聲器50只要能夠折彎，則作為振動板52，亦能夠較佳地利用智慧型手機、行動電話、平板終端、膝上型電腦等個人電腦及智慧型手錶等隨身器件等電子元件。除此之外，本發明的壓電揚聲器只要能夠折彎，則作為振動板52，亦能夠較佳地利用不鏽鋼、鋁、銅及鎳等由各種金屬以及各種合金等組成之薄膜金屬。

在本發明的壓電揚聲器50中，將振動板52與壓電元件10進行黏貼之黏貼層並無限制，只要係能夠將振動板52與壓電元件10（壓電膜12）進行黏貼，則能夠利用各種黏貼劑。在本發明的壓電揚聲器50中，將振動板52與壓電元件10進行黏貼之黏貼層能夠利用各種黏貼與上述相鄰之壓電膜12之黏貼層20相同者。又，較佳的黏貼層亦相同。在以下說明中，為了與黏貼壓電膜12之黏貼層20進行區別，有時將振動板52與壓電元件10進行黏貼之黏貼層亦稱為“振動板黏貼層”。

在本發明的壓電揚聲器50中，振動板黏貼層的厚度並無限制，只要依據振動板黏貼層的形成材料而適當地設定能夠顯現充分的黏貼力之厚度即可。其中，在本發明的壓電揚聲器50中，振動板黏貼層薄者能夠提高壓電膜12亦即積層部的伸縮能量（振動能量）的傳遞效果並提高能量效率。又，若黏貼層厚且剛性高，則有可能會限制壓電元件10的伸縮。若考慮到這一點，關於將振動板52與壓電元件10進行黏貼之振動板黏貼層的厚度，黏貼後的厚度為10～1000μm為較佳，30～500μm為更佳，50～300μm為進一步較佳。

其中，在本發明的壓電揚聲器50中，將第1積層部14A及第2積層部14B的與單層部16連續之面黏貼於振動板52為較佳。藉由設為這種構成，在折彎振動板52時，能夠適當地限制單層部16的彎曲，並且防止單層部16從振動板52不必要地浮起，從而能夠防止單層部16產生褶皺、單層部16不必要地彎曲等不良情況。

如上所述，在本發明的壓電元件10中，第1積層部14A及第2積層部14B的長度比單層部16長為較佳。長度係指，在壓電元件10中，第1積層部14A與第2積層部14B分開之方向上的尺寸。其中，在本發明的壓電揚聲器50中，單層部16的長度比振動板52的折彎部的長度長為較佳。藉由設為這種構成，在折彎振動板52時，能夠可靠地防止壓電元件10的積層部位於振動板52的折彎部，又，能夠順暢地進行振動板52亦即壓電揚聲器50的折彎。另外，在本發明中，“單層部16的長度比振動板52的折彎部的長度長”表示將振動板52進行折彎時，彎曲（bending）的區域，或者單層部16的長度比折彎振動板52時成為折彎側的端面的平板狀的區域長。

在本發明的壓電揚聲器10中，單層部16可以整個面黏貼於振動板52，或者至少一部分黏貼於振動板52，或者完全沒有黏貼於振動板52。

又，在打開振動板52時，單層部16可以為與振動板52密接之狀態，或者，一部分與振動板52分開而鬆弛的狀態，或者，整個面與振動板52分開而鬆弛的狀態。

進而，在折彎振動板52時，單層部16可以為與振動板52密接之狀態，或者，一部分與振動板52分開而鬆弛的狀態，或者，整個面與振動板52分開而鬆弛的狀態。

另外，本發明的壓電揚聲器50為了提高設計性，可以設置包覆壓電元件10之蓋，在通常使用時，不能夠看到壓電元件10。

如上所述，在本發明的壓電元件10中，壓電膜12係由第1電極層28及第2電極層30夾持壓電體層26而成者。壓電體層26係在高分子基質38中具有壓電體粒子40者為較佳。壓電體層26係在高分子基質38中分散壓電體粒子40而成者為更佳。

若對具有這種壓電體層26之壓電膜12的第2電極層30及第1電極層28施加電壓，則依據所施加之電壓而壓電體粒子40向極化方向伸縮。其結果，壓電膜12（壓電體層26）向厚度方向收縮。同時，由於帕松比的關係，壓電膜12亦沿面方向伸縮。該伸縮為0.01～0.1%左右。如上所述，壓電體層26的厚度較佳為10～300μm左右。故，厚度方向的伸縮最大亦只是0.3μm左右為非常小。相對於此，壓電膜12亦即壓電體層26在面方向上具有明顯大於厚度之尺寸。故，例如，若壓電膜12的長度為20cm，則藉由施加電壓，壓電膜12最大伸縮0.2mm左右。

如上所述，壓電元件10的積層部係藉由折返而積層了5層壓電膜12而成者。又，壓電元件10藉由振動板黏貼層而黏貼於振動板。藉由壓電膜12的伸縮而壓電元件10的積層部亦沿相同方向伸縮。藉由該壓電元件10的伸縮，振動板52彎曲，其結果，振動板52向厚度方向振動。藉由該厚度方向的振動，振動板52發出聲音。亦即，振動板52依據施加於壓電膜12之電壓（驅動電壓）的大小來進行振動，並依據施加於壓電膜12之驅動電壓來發出聲音。

其中，已知由PVDF等高分子材料組成之通常之壓電膜藉由在極化處理後沿單軸方向進行延伸處理來對延伸方向配向分子鏈並作為結果在延伸方向上可獲得較大的壓電特性。因此，通常之壓電膜的壓電特性具有面內各向異性，施加了電壓時的面方向的伸縮量有各向異性。相對於此，在壓電元件10中，在圖5中示出之由高分子基質38中分散壓電體粒子40而成之高分子複合壓電體組成之壓電膜12即使在極化處理後不進行延伸處理亦可獲得較強的壓電特性。因此，該壓電膜12在壓電特性中沒有面內各向異性，在面方向上，沿所有方向各向同性地伸縮。亦即，在圖式例的壓電元件10中，構成壓電元件10之圖5中示出之壓電膜12二維上各向同性地伸縮。依據在二維上各向同性地伸縮之這種積層了壓電膜12之壓電元件10，與積層了僅向一個方向大幅度伸縮之PVDF等通常的壓電膜之情況相比，能夠以較大力振動振動板52，並能夠發出更大且優美之聲音。

如上所述，在圖式例的壓電元件10中，積層部係將這種壓電膜12積層了5層者。圖式例的壓電元件10作為較佳態樣，進一步用黏貼層20黏貼相鄰之壓電膜12彼此。因此，即使每1片的壓電膜12的剛性低且拉伸力小，但藉由積層壓電膜12，剛性變高，作為壓電元件10的拉伸力亦變大。其結果，壓電元件10即使為振動板52具有一定程度的剛性者，亦以較大之力使振動板52充分地彎曲並使振動板52充分地向厚度方向振動，能夠使振動板52發出聲音。又，壓電體層26越厚，壓電膜12的拉伸力變得越大，但是使其伸縮相同量所需之驅動電壓相應地變大。其中，如上所述，在壓電元件10中，較佳的壓電體層26的厚度最大亦只有300μm左右，因此施加於各個壓電膜12之電壓小亦能夠充分地伸縮壓電膜12。

這種本發明的壓電元件除了如上所述的壓電揚聲器以外，例如能夠較佳地利用於各種感測器、音響元件、觸覺介面、超音波換能器、致動器、減振材料（阻尼器）及振動發電裝置等各種用途中。具體而言，作為使用本發明的壓電元件之感測器，例示出聲波感測器、超音波感測器、壓力感測器、觸覺感測器、應變感測器及振動感測器等。使用本發明的壓電膜及積層壓電元件之感測器尤其在裂縫檢測等基礎結構的檢測及異物混入檢測等製造現場中的檢查中有用。作為使用本發明的壓電元件之音響元件，除了如上所述的壓電揚聲器（激發器）以外，例示出擴音器、拾音器以及公知的各種揚聲器及激發器等。作為使用本發明的壓電元件之音響元件的具體用途，例示出使用於車、電列車、飛機及機器人等之雜訊消除器、人造聲帶、用於防止害蟲·有害動物侵入之蜂鳴器以及具有聲音輸出功能之家具、壁紙、照片、頭盔、護目鏡、頭靠、標牌及機器人等。作為使用本發明的壓電元件之觸覺介面的應用例，例示出汽車、智慧型手機、智慧型手錶及遊戲機等。作為使用本發明的壓電元件之超音波換能器，例示出超音波探頭及水中受波器等。作為使用本發明的壓電元件之致動器的用途，例示出防止水滴附著、輸送、攪拌、分散及研磨等。作為使用本發明的壓電元件之減振材料的應用例，例示出容器、載具、建築物以及滑雪板及球拍等運動器材等。進而，作為使用本發明的壓電元件之振動發電裝置的應用例，例示出道路、地板、床墊、椅子、鞋子、輪胎、車輪及電腦鍵盤等。

以上，對本發明的壓電元件及壓電揚聲器進行了詳細說明，但本發明並不限定於上述例，在不脫離本發明的宗旨之範圍內，可以進行各種改進或變更，這是理所當然的。 [產業上之可利用性]

作為揚聲器等，能夠較佳地利用於各種用途中。

10:壓電元件 12:壓電膜 14A:第1積層部 14B:第2積層部 16:單層部 20:黏貼層 26:壓電體層 28:第1電極層 30:第2電極層 32:第1保護層 34:第2保護層 38:高分子基質 40:壓電體粒子 50:壓電揚聲器 52:振動板 54:片狀物 56:鉸鏈 72:第1引線 74:第2引線

圖1係示意性地表示本發明的壓電元件的一例之圖。圖2係用於說明本發明的壓電元件的一例之示意圖。圖3係用於說明本發明的壓電元件的另一例之示意圖。圖4係示意性地表示圖1中示出的壓電元件的一部分之圖。圖5係示意性地表示本發明的壓電元件中所使用之壓電膜的一例之圖。圖6係用於說明壓電膜的製作方法的一例之示意圖。圖7係用於說明壓電膜的製作方法的一例之示意圖。圖8係用於說明壓電膜的製作方法的一例之示意圖。圖9係示意性地表示本發明的壓電元件的另一例之圖。圖10係示意性地表示本發明的壓電揚聲器的一例之圖。

10:壓電元件

12:壓電膜

14A:第1積層部

14B:第2積層部

16:單層部

20:黏貼層

Claims

一種壓電元件，其特徵為，具有：第1積層部，藉由折返具有撓性之壓電膜而積層了複數層前述壓電膜；單層部，前述壓電膜為單層；及第2積層部，設置成與前述第1積層部一起夾持前述單層部，並藉由折返前述壓電膜而積層了複數層前述壓電膜。
如請求項1所述之壓電元件，其中前述壓電膜為矩形，前述第1積層部及前述第2積層部係從相對的邊折返前述壓電膜而成者。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中在前述第1積層部或前述第2積層部連接有用於將前述壓電膜與外部裝置電連接之配線。
如請求項3所述之壓電元件，其中前述第1積層部或前述第2積層部具有前述壓電膜從前述第1積層部或前述第2積層部突出之突出部，前述突出部連接有用於將前述壓電膜與外部裝置電連接之配線。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中前述第1積層部及前述第2積層部的前述壓電膜的積層數相同。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中前述第1積層部及前述第2積層部在從前述壓電膜的積層方向觀察時之大小及形狀相同。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中在前述第1積層部與前述第2積層部分開之方向上，前述第1積層部及前述第2積層部的長度比前述單層部長。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中前述第1積層部及前述第2積層部具有黏貼所積層之相鄰的前述壓電膜之黏貼層。
如請求項1或請求項2所述之壓電元件，其中前述壓電膜具有壓電體層、設置於前述壓電體層的兩面之電極層及設置成覆蓋前述電極層之保護層。
如請求項9所述之壓電元件，其中前述壓電體層係在高分子材料中具有壓電體粒子之高分子複合壓電體。
如請求項10所述之壓電元件，其中前述高分子材料具有氰乙基。
如請求項11所述之壓電元件，其中前述高分子材料係氰乙基化聚乙烯醇。
一種壓電揚聲器，其在能夠折彎之振動板上，使前述振動板的折彎部與前述單層部對齊地黏貼了請求項1或請求項2所述之壓電元件。
如請求項13所述之壓電揚聲器，其中在前述第1積層部與前述第2積層部分開之方向上，前述單層部的長度比前述振動板的折彎部的長度長。
如請求項13所述之壓電揚聲器，其中在前述壓電元件中，前述第1積層部及前述第2積層部的與前述單層部連續的層被黏貼於前述振動板。