WO2014098077A1 - 圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末 - Google Patents

圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末 Download PDF

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reinforcing plate
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宙也 村上
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京セラ株式会社
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    • H10N30/2047—Membrane type

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibration device, a piezoelectric actuator suitable for a mobile terminal, a piezoelectric vibration device, and a mobile terminal.
  • a bimorph type piezoelectric element in which a surface electrode is formed on the surface of a laminated body in which a plurality of internal electrodes and piezoelectric layers are laminated (see Patent Document 1), a piezoelectric element and a flexible element are used.
  • Patent Document 1 a bimorph type piezoelectric element in which a surface electrode is formed on the surface of a laminated body in which a plurality of internal electrodes and piezoelectric layers are laminated.
  • Patent Document 2 There is known one in which a substrate is bonded and a surface electrode of a piezoelectric element and a wiring conductor of a flexible substrate are electrically connected (see Patent Document 2).
  • the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the flexible substrate, and the flexible substrate also vibrates with the vibration of the piezoelectric element. Accordingly, there is a problem that the flexible substrate may be peeled off from the piezoelectric element due to the influence of the vibration when driven for a long time.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric actuator, a piezoelectric vibration device, and a portable terminal in which peeling of a flexible substrate due to the influence of vibration of a piezoelectric element is suppressed.
  • the piezoelectric actuator of the present invention includes a laminated body in which an internal electrode and a piezoelectric layer are laminated, a piezoelectric element including a surface electrode electrically connected to the internal electrode on one main surface of the laminated body, and the surface A flexible board electrically joined to the electrode; and a reinforcing plate fixed on a region of the flexible board that overlaps the piezoelectric element.
  • the reinforcing plate is provided with a bent portion. It is characterized by this.
  • the present invention is a piezoelectric vibration device comprising the above-described piezoelectric actuator and a vibration plate bonded to the other main surface of the laminate constituting the piezoelectric actuator.
  • the present invention also includes the above-described piezoelectric actuator, an electronic circuit, a display, and a housing, and the other main surface of the laminate constituting the piezoelectric actuator is bonded to the display or the housing. It is the portable terminal characterized by having.
  • the reinforcing plate provided with the bent portion, it is possible to obtain a piezoelectric actuator in which peeling of the flexible substrate due to the influence of vibration of the piezoelectric element is suppressed even when driven for a long time.
  • FIG. (A) is a schematic perspective view which shows an example of embodiment of the piezoelectric actuator of this invention
  • (b) is an AA schematic sectional drawing shown to (a).
  • (A) is a schematic perspective view which shows an example of embodiment of the piezoelectric actuator of this invention
  • (b) is the AA schematic sectional drawing shown to (a)
  • (c) is B shown to (a).
  • FIG. (A)-(c) is a schematic sectional drawing which shows the other example of embodiment of the piezoelectric actuator of this invention.
  • 1 is a schematic perspective view schematically showing a piezoelectric vibration device according to an embodiment of the present invention. It is a schematic perspective view which shows typically the portable terminal of embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of an embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 2A
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 2A
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view taken along line BB shown in FIG.
  • the piezoelectric actuator 1 of the example shown in FIGS. 1 and 2 includes a laminated body 14 in which an internal electrode 12 and a piezoelectric layer 13 are laminated, and a surface electrically connected to the internal electrode 12 on one main surface of the laminated body 14.
  • a piezoelectric element 10 having an electrode 15, a flexible substrate 2 electrically joined to the surface electrode 15, and a reinforcing plate 3 fixed to a region overlapping the piezoelectric element 10 when viewed from the stacking direction of the flexible substrate 2.
  • the reinforcing plate 3 is provided with a bent portion 31.
  • the piezoelectric actuator 1 of this example has a piezoelectric element 10, and a laminated body 14 constituting the piezoelectric element 10 is formed by laminating an internal electrode 12 and a piezoelectric layer 13 into a plate shape.
  • the plurality of internal electrodes 12 have an active portion that overlaps in the stacking direction and other inactive portions, and are formed in a long shape, for example.
  • the length of the laminate 14 is preferably, for example, 18 mm to 28 mm, and more preferably 22 mm to 25 mm.
  • the width of the laminate 14 is preferably 1 mm to 6 mm, and more preferably 3 mm to 4 mm.
  • the thickness of the laminate 14 is preferably, for example, 0.2 mm to 1.0 mm, and more preferably 0.4 mm to 0.8 mm.
  • the internal electrode 12 constituting the laminate 14 is formed by simultaneous firing with ceramics forming the piezoelectric layer, and includes a first electrode and a second electrode.
  • the first electrode is a ground electrode
  • the second electrode is a positive electrode or a negative electrode.
  • the piezoelectric layers 13 are alternately stacked to sandwich the piezoelectric layers 13 from above and below, and the first electrode and the second electrode are arranged in the stacking order, so that the piezoelectric layers 13 sandwiched between them are arranged.
  • a drive voltage is applied to the.
  • a conductor mainly composed of silver or a silver-palladium alloy having a low reactivity with piezoelectric ceramics, or a conductor containing copper, platinum, or the like can be used. You may make it contain.
  • the end portions of the first electrode and the second electrode are alternately led to a pair of opposite side surfaces of the laminate 4.
  • the length of the internal electrode 12 is preferably, for example, 17 mm to 25 mm, and more preferably 21 mm to 24 mm.
  • the width of the internal electrode 12 is preferably 1 mm to 5 mm, and more preferably 2 mm to 4 mm.
  • the thickness of the internal electrode 12 is preferably 0.1 to 5 ⁇ m, for example.
  • the piezoelectric layer 13 constituting the laminated body 14 is formed of ceramics having piezoelectric characteristics.
  • ceramics for example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), Lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or the like can be used.
  • the thickness of one layer of the piezoelectric layer is preferably set to 0.01 to 0.1 mm, for example, so as to be driven at a low voltage. In order to obtain a large bending vibration, it is preferable to have a piezoelectric constant d31 of 200 pm / V or more.
  • a surface electrode 15 electrically connected to the internal electrode 12 is provided on one main surface of the laminate 14.
  • the surface electrode 15 in the form shown in FIGS. 1 and 2 includes a first surface electrode 151 having a large area, a second surface electrode 152 having a small area, and a third surface electrode 153.
  • the first surface electrode 151 is electrically connected to the internal electrode 12 serving as the first electrode
  • the second surface electrode 152 is, for example, the internal electrode 12 serving as the second electrode disposed on one main surface side.
  • the third surface electrode 153 is electrically connected to the internal electrode 12 serving as the second electrode disposed on the other main surface side, for example.
  • the length of the first surface electrode 151 is preferably 17 mm to 23 mm, for example, and more preferably 19 mm to 21 mm.
  • the width of the first surface electrode 151 is preferably 1 mm to 5 mm, for example, and more preferably 2 mm to 4 mm.
  • the lengths of the second surface electrode 152 and the third surface electrode 153 are preferably 1 mm to 3 mm, for example.
  • the widths of the second surface electrode 152 and the third surface electrode 153 are preferably 0.5 mm to 1.5 mm, for example.
  • the piezoelectric actuator 1 has a flexible substrate 2 electrically joined to the surface electrode 15.
  • the flexible substrate 2 is provided with two wiring conductors 22 on the surface of a base film 21 made of, for example, a resin, and a cover film 23 in a region excluding the junction with the piezoelectric element 10 and the vicinity thereof.
  • Flexible printed wiring board A part of the flexible substrate 2 is bonded to one main surface of the laminate 14 constituting the piezoelectric element 10 via the conductive bonding member 4, and the wiring conductor 22 is connected to the surface electrode 15 via the conductive bonding member 4. Electrically connected.
  • the cover film 23 only needs to be provided in a region excluding the connection portion with the surface electrode 15 of the wiring conductor 22, but the region overlapping with the piezoelectric element 10 and the vicinity thereof are not provided with the cover film 23. A reliable electrical connection can be obtained without being affected by the thickness of the cover film 23.
  • the flexible substrate 2 is joined to the piezoelectric element 10 at one end, and joined to an external circuit (connector) at the other end.
  • the conductive bonding member 4 is made of a conductive adhesive or solder, but is preferably a conductive adhesive.
  • a conductive material obtained by dispersing conductive particles 41 made of, for example, gold, copper, nickel, or gold-plated resin balls in a resin adhesive 42 such as acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, polyurethane resin, or synthetic rubber. This is because the use of an adhesive can reduce stress caused by vibration compared to solder.
  • the conductive adhesive is preferably an anisotropic conductive material.
  • the anisotropic conductive material is composed of conductive particles 41 responsible for electrical joining and a resin adhesive 42 responsible for adhesion. Specifically, one conductive particle 41 is in contact with the surface electrode 15 and the wiring conductor 22.
  • the anisotropic conductive material 4 is conductive in the thickness direction and insulated in the in-plane direction, so that even in a narrow pitch wiring, there is no electrical short-circuit between the surface electrodes of different polarities.
  • substrate 2 can be made compact.
  • the piezoelectric actuator 1 of this example includes a reinforcing plate 3 fixed to a region overlapping the piezoelectric element 10 when viewed from the stacking direction of the flexible substrate 2, and the reinforcing plate 3 is provided with a bent portion 31. ing.
  • the reinforcing plate 3 is a metal such as glass epoxy (FR-4), composite (CEM-3), polyetherimide, polyimide, polyester, etc., stainless steel, aluminum and alloys thereof, and has a thickness of 50 to 200 ⁇ m, for example. It is said that.
  • the bent portion 31 is a portion where the flexible substrate 2 is bent in the thickness direction of the reinforcing plate 3 (the stacking direction of the piezoelectric elements 10).
  • the vibration of the flexible substrate 2 is absorbed by the reinforcing plate 3, and when the vibration reaches the bent portion 31 of the reinforcing plate 3, vibration energy is further absorbed by the bent portion 31 and the vibration is attenuated. .
  • the flexible substrate 2 is difficult to peel off even when driven for a long time.
  • the flexible substrate 2 since the flexible substrate 2 is bent along the position of the bent portion 31 of the reinforcing plate 3, the flexible substrate 2 comes into contact with the bent portion 31 of the reinforcing plate 3 and bends. When absorbing the vibration, the vibration of the flexible substrate 2 can be absorbed more effectively.
  • the reinforcing plate 3 is thicker than the thickness of the flexible substrate 2, and this can increase the effect of suppressing vibration.
  • the reinforcing plate 3 is preferably bonded to the upper surface of the flexible substrate 2 via a resin adhesive. Thereby, vibration can be suppressed even in the resin adhesive portion.
  • the flexible substrate 2 has a first region 201 that overlaps with the piezoelectric element 10 and a second region 202 that does not overlap with the piezoelectric element 10, and the reinforcing plate 3 is provided from the first region 201 to the second region 202.
  • the bent portion 31 is preferably located at the boundary (the same position as the end face of the piezoelectric element 10) between the first region 201 and the second region 202 or outside the boundary.
  • a bent portion 31 as shown in FIG. 3A is located in the first region 201 (outside the end face of the surface electrode 15 and inside the end face of the piezoelectric element 10) when viewed from above one main surface of the multilayer body 14.
  • the bent portion 31 as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 (b) and FIG. (Same position as the end face of the piezoelectric element 10) or a configuration located outside the boundary makes it difficult for vibration to be transmitted to most of the second region 202 in the flexible substrate 2.
  • the flexible substrate 2 is difficult to peel off even if it is driven for a longer time.
  • noise can also be reduced.
  • the flexible substrate 2 includes a base film 21 and a wiring conductor 22 provided on the lower surface of the base film 21, so that the wiring conductor 22 is electrically connected to the surface electrode 15.
  • the conductive bonding member 4 anisotropic conductive material
  • the conductive bonding member 4 is overlapped with the bent portion 31 when viewed from above the one main surface of the laminate 14. It is preferable that the position is also provided.
  • the conductive bonding member 4 (anisotropic conductive material) is also provided at a position overlapping the bent portion 31 when viewed from above the one main surface of the laminate 14, the conductive member 4 is positioned at the position overlapping the bent portion 31.
  • the conductive bonding member 4 (anisotropic conductive material) also absorbs vibration. Moreover, the adhesion area of the piezoelectric element 10 and the flexible substrate 2 increases, and it becomes difficult to peel off.
  • the reinforcing plate 3 is bent in the thickness direction and the bent portion 31 is formed, an effect of absorbing vibration can be obtained, but it is particularly preferable that the reinforcing plate 3 is bent toward the piezoelectric element 10 side (downward). Thus, the vibration can be attenuated so as to wrap the piezoelectric element 10 and the stress to be peeled off can be suppressed.
  • the flexible substrate 2 is spaced from the first region 201 in the second region 202 (the lower surface of the second region 202). And has a cover film 23 provided so as to cover a part of the wiring conductor 22, and the bent portion 31 is located at a position where it does not overlap with the cover film 23 when viewed from above one main surface of the laminate 14. Preferably there is. If there is a cover film 23 at a position overlapping with the bent portion 31, vibration of the cover film 23 is applied, and vibration is hardly attenuated by transmitting the cover film 23, whereas in a portion where there is no cover film 23. The presence of the bent portion 31 is effective because the cover film 23 is attenuated as it is without vibration.
  • the tip of the reinforcing plate 3 is provided so as to extend to a position overlapping the cover film 23 when viewed from above one main surface of the laminate 14.
  • the reinforcing plate 3 is provided so that the front end of the reinforcing plate 3 overlaps the cover film 23 by 0.5 to 1 mm. Thereby, the distance which absorbs the vibration by the reinforcement board 3 becomes long, and becomes easy to attenuate
  • the base film 23 and the reinforcing plate 3 are preferably made of the same material.
  • the base film 23 and the reinforcing plate 3 are made of polyimide, so that the base film 23 and the reinforcing plate 3 are mechanically formed.
  • the properties are the same, and the peeling due to the difference in thermal expansion is less likely to occur between them.
  • the end of the conductive bonding member 4 (anisotropic conductive material) is aligned with the end of the laminate 14, but it may be extended toward the cover film 23, and the piezoelectric element 10 It may be extended from the corner
  • the conductive bonding member 4 (anisotropic conductive material) has a function of protecting the wiring conductor 22, and damage to the wiring conductor 22 due to friction with the corners of the piezoelectric element 10 can be prevented.
  • the corners of the piezoelectric element 10 covered with the flexible substrate 2 may be chamfered.
  • the piezoelectric actuator 1 according to the present invention is a so-called bimorph type piezoelectric actuator that receives an electrical signal from the surface electrode 15 and vibrates and vibrates so that one main surface and the other main surface are bent surfaces.
  • the piezoelectric actuator of the present invention is not limited to the bimorph type, and may be a unimorph type.
  • the other main surface of the piezoelectric actuator is bonded (bonded) to a diaphragm described later, so that the unimorph type can be bent. Can be vibrated.
  • a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 13 is produced. Specifically, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer. And a ceramic green sheet is produced using this ceramic slurry by using tape molding methods, such as a doctor blade method and a calender roll method.
  • the piezoelectric ceramic any material having piezoelectric characteristics may be used.
  • a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) can be used.
  • the plasticizer dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), or the like can be used.
  • a conductive paste to be the internal electrode 12 is produced.
  • a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to a metal powder of a silver-palladium alloy. This conductive paste is applied on the ceramic green sheet in the pattern of the internal electrodes 12 using a screen printing method. Further, a plurality of ceramic green sheets on which the conductive paste is printed are laminated, subjected to binder removal treatment at a predetermined temperature, fired at a temperature of 900 to 1200 ° C., and then subjected to a predetermined grinding using a surface grinder or the like. By performing a grinding process so as to have a shape, a laminated body 14 including the internal electrodes 12 and the piezoelectric body layers 13 that are alternately laminated is manufactured.
  • the laminated body 14 is not limited to the one produced by the above manufacturing method, and any production method can be used as long as the laminated body 14 formed by laminating a plurality of internal electrodes 12 and piezoelectric layers 13 can be produced. It may be produced.
  • a silver glass-containing conductive paste prepared by adding a binder, a plasticizer, and a solvent to a mixture of conductive particles mainly composed of silver and glass is used as a main electrode of the laminate 14 in a pattern of the surface electrode 15.
  • a baking process is performed at a temperature of 650 to 750 ° C. to form the surface electrode 15.
  • a via that penetrates the piezoelectric layer 13 may be formed or connected, or a side electrode may be formed on the side surface of the multilayer body 14, It may be produced by any manufacturing method.
  • the flexible substrate 2 and the reinforcing plate 3 are prepared.
  • the reinforcing plate 3 having the bent portion 31 may be processed into a final shape together with the reinforcing plate 3 when the flexible substrate 2 is separated from the sheet using a mold or the like (when it is made into individual pieces).
  • the reinforcing plate 3 processed into a final shape in advance with a mold or the like may be bonded to a predetermined position from the beginning.
  • the flexible substrate 2 is connected and fixed (bonded) to the piezoelectric element 10 using a conductive bonding member.
  • a conductive bonding member paste made of, for example, solder, silver paste, anisotropic conductive material or the like is applied and formed at a predetermined position of the piezoelectric element 10 using a technique such as screen printing. Then, the flexible substrate 2 is connected and fixed to the piezoelectric element 10 by curing the conductive bonding member paste in a state where the flexible substrate 2 is brought into contact therewith.
  • the conductive bonding member paste may be applied and formed on the flexible substrate 2 side.
  • the conductive bonding member 4 is a conductive adhesive and the resin constituting the conductive adhesive is made of a thermoplastic resin
  • the conductive adhesive is placed at a predetermined position on the piezoelectric element 10 or the flexible substrate 2.
  • the thermoplastic resin softens and flows by heating and pressing in a state where the piezoelectric element 10 and the flexible substrate 2 are brought into contact with each other through a conductive adhesive, and then returned to room temperature to be heated again.
  • the plastic resin is cured, and the flexible substrate 2 is connected and fixed to the piezoelectric element 10.
  • a flexible substrate 2 (to be described later) is bonded to the piezoelectric element 10 using a mold having a desired shape, and at the same time, the reinforcing plate 3 is fixed to the flexible substrate 2 and the bent portion 31 is formed on the reinforcing plate 3. May be.
  • the piezoelectric vibration device of the present invention is characterized by including a piezoelectric actuator 1 and a vibration plate 81 joined to the other main surface of the laminate 14 constituting the piezoelectric actuator 1.
  • the piezoelectric actuator 1 used here is the piezoelectric actuator 1 shown in FIGS.
  • the diaphragm 81 has a rectangular thin plate shape.
  • the diaphragm 81 can be preferably formed using a material having high rigidity and elasticity, such as acrylic resin or glass.
  • the thickness of the diaphragm 81 is set to 0.4 mm to 1.5 mm, for example.
  • the diaphragm 81 is attached to the other main surface of the piezoelectric actuator 1 via a joining member 82.
  • the entire surface of the other main surface may be bonded to the vibration plate 81 via the bonding member 82, or the substantially entire surface may be bonded.
  • the joining member 82 is more deformable than the diaphragm 81. That is, the joining member 82 can be deformed when the diaphragm 81 is vibrated by driving the piezoelectric actuator 1, and is deformed more greatly than the diaphragm 81 when the same force is applied.
  • a joining member 82 has, for example, a film shape. It is made of a material that is softer and easier to deform than the diaphragm 81, and has a smaller elastic modulus and rigidity such as Young's modulus, rigidity, and bulk modulus than the diaphragm 81.
  • the other main surface (main surface on the ⁇ z direction side in the drawing) of the piezoelectric actuator 1 is fixed to one main surface (main surface on the + z direction side in the drawing) of the bonding member 82, so A part of one main surface (main surface on the + z direction side in the drawing) of the diaphragm 81 is fixed to the surface (main surface on the ⁇ z direction side in the drawing).
  • the deformable joining member 82 is larger than the diaphragm 81 when vibration is transmitted from the piezoelectric actuator 1. Deform.
  • the piezoelectric actuator 1 transmits strong vibration to the vibration plate 81 without being influenced by the surrounding vibration. Can be made.
  • the joining member 82 since at least a part of the joining member 82 is made of a viscoelastic body, strong vibration from the piezoelectric actuator 1 is transmitted to the vibration plate 81, while weak vibration reflected from the vibration plate 81 is transmitted to the joining member 82. It is preferable in that it can be absorbed.
  • a double-sided tape in which a pressure-sensitive adhesive is attached to both surfaces of a base material made of a nonwoven fabric or the like, or a joining member including an elastic adhesive can be used, and the thickness thereof is, for example, 10 ⁇ m to 2000 ⁇ m. Can be used.
  • the joining member 82 may be a single member or a composite body composed of several members.
  • a joining member 82 for example, a double-sided tape in which a pressure-sensitive adhesive is attached to both surfaces of a base material made of a nonwoven fabric or the like, various elastic adhesives that are adhesives having elasticity, and the like can be suitably used.
  • the thickness of the joining member 82 is preferably larger than the amplitude of the bending vibration of the piezoelectric actuator 1, but if it is too thick, the vibration is attenuated, so that it is set to 0.1 mm to 0.6 mm, for example.
  • the material of the bonding member 82 is not limited, and the bonding member 82 may be formed of a material that is harder and more difficult to deform than the vibration plate 81. Moreover, depending on the case, the structure which does not have the joining member 82 may be sufficient.
  • the piezoelectric vibration device of this example having such a configuration functions as a piezoelectric vibration device that causes the piezoelectric actuator 1 to bend and vibrate by applying an electric signal, thereby vibrating the vibration plate 81.
  • the other end of the diaphragm 81 in the length direction (the end in the ⁇ y direction in the figure, the peripheral edge of the diaphragm 81, etc.) may be supported by a support member (not shown).
  • the piezoelectric vibration device of this example is configured using the piezoelectric actuator 1 in which peeling of the flexible substrate 2 is suppressed, the piezoelectric vibration device can be driven stably for a long period of time.
  • a vibration plate 81 is bonded to the other flat main surface of the laminate 14 constituting the piezoelectric actuator 1.
  • the portable terminal of the present invention includes the piezoelectric actuator 1, an electronic circuit (not shown), a display 91, and a housing 92.
  • the other main surface of the laminated body 14 is bonded to a display 91 or a casing 92.
  • 5 is a schematic perspective view schematically showing the portable terminal of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 5
  • FIG. 7 is a line BB shown in FIG. It is the schematic sectional drawing cut
  • the piezoelectric actuator 1 is attached to a part of the casing 92 that serves as a cover for the display 91, and a part of the casing 92 functions as the diaphragm 922.
  • the housing 92 includes a box-shaped housing main body 921 having one surface opened, and a diaphragm 922 that closes the opening of the housing main body 921.
  • the casing 92 (the casing main body 921 and the diaphragm 922) can be formed preferably using a material such as a synthetic resin having high rigidity and elastic modulus.
  • the peripheral edge of the diaphragm 922 is attached to the housing main body 921 via a bonding material 93 so as to vibrate.
  • the bonding material 93 is formed of a material that is softer and easier to deform than the diaphragm 922, and has a smaller elastic modulus and rigidity such as Young's modulus, rigidity, and bulk modulus than the diaphragm 922. That is, the bonding material 93 can be deformed, and deforms more greatly than the diaphragm 922 when the same force is applied.
  • the bonding material 93 may be a single material or a composite made up of several members.
  • a bonding material 93 for example, a double-sided tape in which an adhesive is attached to both surfaces of a base material made of a nonwoven fabric or the like can be suitably used.
  • the thickness of the bonding material 93 is set so that the vibration is not attenuated due to being too thick, and is set to, for example, 0.1 mm to 0.6 mm.
  • the material of the bonding material 93 is not limited, and the bonding material 93 may be formed of a material that is harder than the vibration plate 922 and hardly deforms. Moreover, depending on the case, the structure which does not have the joining material 93 may be sufficient.
  • Examples of the electronic circuit include a circuit for processing image information to be displayed on the display 91 and audio information transmitted by the portable terminal, a communication circuit, and the like. At least one of these circuits may be included, or all the circuits may be included. Further, it may be a circuit having other functions. Furthermore, you may have a some electronic circuit.
  • the electronic circuit and the piezoelectric actuator 1 are connected by a connection wiring (not shown).
  • the display 91 is a display device having a function of displaying image information.
  • a known display such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display can be suitably used.
  • the display 91 may have an input device such as a touch panel.
  • the cover (diaphragm 922) of the display 91 may have an input device such as a touch panel.
  • the entire display 91 or a part of the display 91 may function as a diaphragm.
  • the piezoelectric actuator 1 and the housing 92 (vibrating plate 922) are joined using a joining member that can be deformed more than the housing 92 (vibrating plate 922). That is, in FIG. 6 and FIG. 7, the joining member 82 is a deformable joining member.
  • the deformable joining member 82 is larger than the housing 92 when vibration is transmitted from the piezoelectric actuator 1.
  • the joining member 82 can be deformed when the housing 92 is vibrated by driving the piezoelectric actuator 1, and is deformed to be larger than the housing 92 when the same force is applied.
  • Such a joining member 82 has, for example, a film shape.
  • the housing 92 is made of a material that is softer and more easily deformed, and has a smaller elastic modulus and rigidity such as Young's modulus, rigidity, and bulk modulus than the housing 92.
  • the anti-phase vibration reflected from the casing 92 can be mitigated by the deformable joining member 82, so that the piezoelectric actuator 1 transmits strong vibration to the casing 92 without being affected by the surrounding vibration. Can be made.
  • the joining member 82 since at least a part of the joining member 82 is made of a viscoelastic body, strong vibration from the piezoelectric actuator 1 is transmitted to the housing 92, while the joining member 82 transmits weak vibration reflected from the housing 92. It is preferable in that it can be absorbed.
  • a double-sided tape in which a pressure-sensitive adhesive is attached to both surfaces of a base material made of a nonwoven fabric or the like, or a joining member including an elastic adhesive can be used, and the thickness thereof is, for example, 10 ⁇ m to 2000 ⁇ m. Can be used.
  • the piezoelectric actuator 1 is bonded to the housing 92, but the piezoelectric actuator 1 may be bonded to the display 91. In this case, the piezoelectric actuator 1 and the display 91 are connected to the display 91. It is preferable to join using a deformable joining member.
  • the portable terminal of the present invention is characterized in that the display 91 or the casing 92 generates vibration that transmits sound information through the ear cartilage or air conduction.
  • the portable terminal of this example can transmit sound information by transmitting a vibration to the cartilage of the ear by bringing the diaphragm (display 91 or housing 92) into contact with the ear directly or via another object. That is, sound information can be transmitted by bringing a vibration plate (display 91 or housing 92) into direct or indirect contact with the ear and transmitting vibration to the cartilage of the ear.
  • a portable terminal capable of transmitting sound information even when the surroundings are noisy can be obtained.
  • the object interposed between the diaphragm (display 91 or housing 92) and the ear may be, for example, a cover of a mobile terminal, a headphone or an earphone, and any object that can transmit vibration. Anything can be used. Further, it may be a portable terminal that transmits sound information by propagating sound generated from the diaphragm (display 91 or housing 92) in the air. Furthermore, it may be a portable terminal that transmits sound information via a plurality of routes.
  • the portable terminal of this example transmits sound information using the piezoelectric actuator 1 in which peeling of the flexible substrate 2 is suppressed, high-quality sound information can be transmitted over a long period of time.
  • a piezoelectric actuator was manufactured as shown below.
  • the piezoelectric element had a long shape with a length of 23.5 mm, a width of 3.3 mm, and a thickness of 0.5 mm.
  • the piezoelectric element has a structure in which piezoelectric layers having a thickness of 30 ⁇ m and internal electrodes are alternately stacked, and the total number of piezoelectric layers is 16.
  • the piezoelectric layer was formed of lead zirconate titanate in which part of Zr was replaced with Sb.
  • As the internal electrode an alloy of silver palladium was used.
  • the surface electrode was printed so as to be 1 mm longer at both ends in the width direction than the internal electrode to obtain a surface electrode.
  • a voltage with an electric field strength of 2 kV / mm was applied between the internal electrodes (between the first electrode and the second electrode) via the surface electrode to polarize the piezoelectric element.
  • the flexible substrate and the reinforcing plate were produced as follows. First, a copper foil serving as a wiring conductor is bonded to a polyimide film as a sheet in which a large number of base films are arranged (a multi-sheet for base film) using an adhesive. Next, a conductor pattern of the wiring conductor is formed by a photolithography technique, and a polyimide film serving as a cover film is bonded using an adhesive for insulation and conductor protection. Next, a gold plating treatment is performed, and a polyimide sheet having a thickness of 125 ⁇ m (a multi-sheet for reinforcing plate) serving as a reinforcing plate is not formed with a wiring conductor of a multi-sheet for base film using a thermosetting adhesive.
  • the flexible substrate and the reinforcing plate were produced by bonding to the surface and punching into a desired shape with a mold.
  • the reinforcing plate having the shape shown in FIG. 2 was used in which a bent portion was produced by applying pressure using a mold having a desired shape in advance.
  • a paste dispersed in a synthetic rubber adhesive was prepared, printed on the surface electrode by screen printing, and then pressed while heating the flexible substrate to produce a piezoelectric actuator.
  • a piezoelectric actuator was manufactured by the same method as in the above example using a flexible substrate not provided with a reinforcing plate.
  • each piezoelectric actuator was affixed to a diaphragm and a reliability test was performed.
  • a 100,000-cycle sine wave signal was continuously applied and driven, the displacement amount of the diaphragm was zero in the piezoelectric actuator of the comparative example.
  • the piezoelectric actuator of the comparative example the flexible substrate was peeled off from the piezoelectric element, and no voltage was applied.
  • a displacement of about 4 ⁇ m was confirmed on the diaphragm, and the flexible substrate was not peeled off.
  • Piezoelectric actuator 10 Piezoelectric element 12: Internal electrode 13: Piezoelectric layer 14: Laminate 15: Surface electrode 151: First surface electrode 152: Second surface electrode 153: Third surface electrode 2: Flexible substrate 201: 1st area

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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。

Description

圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末
　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）。
特開２００２－１０３９３号公報 特開平６－１４３９６号公報
　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。
（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、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線概略断面図である。 （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、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線概略断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ線概略断面図である。 （ａ）～（ｃ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。 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。
　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。
　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

Claims (12)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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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