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WO2014083998A1 - 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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WO2014083998A1
WO2014083998A1 PCT/JP2013/079532 JP2013079532W WO2014083998A1 WO 2014083998 A1 WO2014083998 A1 WO 2014083998A1 JP 2013079532 W JP2013079532 W JP 2013079532W WO 2014083998 A1 WO2014083998 A1 WO 2014083998A1
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WO
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piezoelectric
piezoelectric actuator
region
flexible substrate
piezoelectric element
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PCT/JP2013/079532
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English (en)
French (fr)
Inventor
博 毛利
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020137033838A priority patent/KR101571451B1/ko
Priority to JP2014550097A priority patent/JP5902831B2/ja
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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.
  • a substrate is joined with a conductive connecting member to electrically connect a surface electrode of a piezoelectric element and a wiring conductor of a flexible substrate (see Patent Document 2).
  • a flexible substrate is generally a wiring film provided on a base film such as polyimide.
  • the resin such as polyimide used for the base film is an elastic body, the vibration of the piezoelectric element is easily transmitted through the flexible substrate. Therefore, in the conventional piezoelectric actuator, the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the joint portion (connector joint portion) between the flexible substrate and the external circuit opposite to the joint portion between the flexible substrate and the piezoelectric element, and is detected as noise. There was a problem.
  • the piezoelectric vibration device and the portable terminal provided with the piezoelectric actuator may be deteriorated in quality due to noise caused by the vibration of the piezoelectric element.
  • 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 noise due to vibration of a piezoelectric element is reduced.
  • the present invention provides a piezoelectric element including a laminate in which an internal electrode and a piezoelectric layer are laminated, a surface electrode electrically connected to the internal electrode on one main surface of the laminate, and the surface electrode.
  • the present invention is a piezoelectric vibration device comprising the above piezoelectric actuator and a diaphragm bonded to the other main surface of the piezoelectric element.
  • the present invention also includes the piezoelectric actuator, an electronic circuit, a display, and a housing, and the other main surface of the piezoelectric actuator is joined to the display or the housing.
  • Mobile terminal the piezoelectric actuator, an electronic circuit, a display, and a housing, and the other main surface of the piezoelectric actuator is joined to the display or the housing.
  • the piezoelectric actuator of the present invention by providing a buffer material that absorbs vibration from the piezoelectric element, the vibration of the piezoelectric element is attenuated and hardly transmitted to the connector joint, and noise can be reduced.
  • the piezoelectric vibration device and the portable terminal provided with the piezoelectric actuator can maintain a high quality state by reducing noise caused by vibration of the piezoelectric element.
  • (A) is a schematic perspective view which shows an example of embodiment of the piezoelectric actuator of this invention
  • (b) is a schematic sectional drawing cut
  • FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing an embodiment of a piezoelectric vibration device of the present invention. It is a schematic perspective view which shows typically embodiment of the portable terminal of this invention. It is a schematic sectional drawing cut
  • 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 the line AA shown in FIG. .
  • a piezoelectric actuator 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 includes a laminate 11 in which an internal electrode and a piezoelectric layer are laminated, and a surface electrode 12 electrically connected to the internal electrode on one main surface of the laminate 11.
  • the piezoelectric element 10 provided, the flexible substrate 2 electrically connected to the surface electrode 12, and the buffer material 3 provided on the flexible substrate 2 are provided, and at least a part of the buffer material 3 is a flexible substrate. 2 is provided in the first region 201 overlapping the piezoelectric element 10.
  • the piezoelectric actuator 1 of this example has a piezoelectric element 10, and a laminated body 11 constituting the piezoelectric element 10 is formed by laminating an internal electrode and a piezoelectric body layer into a plate shape.
  • the plurality of internal electrodes 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 11 is preferably, for example, 18 mm to 28 mm, and more preferably 22 mm to 25 mm.
  • the width of the laminate 11 is preferably 1 mm to 6 mm, and more preferably 3 mm to 4 mm.
  • the thickness of the laminate 11 is preferably, for example, 0.2 mm to 1.0 mm, and more preferably 0.4 mm to 0.8 mm.
  • the internal electrode constituting the laminate 11 is formed by simultaneous firing with the ceramic 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 are alternately stacked to sandwich the piezoelectric layers from above and below, and the first electrode and the second electrode are arranged in the stacking order, so that the driving voltage is applied to the piezoelectric layers sandwiched between them. Is applied.
  • this forming material for example, 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 side surfaces facing each other of the stacked body 11.
  • the length of the internal electrode is preferably, for example, 17 mm to 25 mm, and more preferably 21 mm to 24 mm.
  • the width of the internal electrode is preferably 1 mm to 5 mm, and more preferably 2 mm to 4 mm.
  • the thickness of the internal electrode is preferably 0.1 to 5 ⁇ m, for example.
  • the piezoelectric layer constituting the multilayer body 11 is formed of ceramics having piezoelectric characteristics.
  • ceramics for example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), niobium Lithium oxide (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 12 electrically connected to the internal electrode is provided on one main surface of the laminate 11.
  • the surface electrode 12 is composed of, for example, a first surface electrode having a large area, a second surface electrode having a small area, and a third surface electrode.
  • the first surface electrode is electrically connected to the internal electrode serving as the first electrode
  • the second surface electrode is electrically connected to the internal electrode serving as the second electrode disposed on one main surface side.
  • the third surface electrode is electrically connected to the internal electrode serving as the second electrode disposed on the other main surface side.
  • the length of the first surface electrode is preferably, for example, 17 mm to 23 mm, and more preferably 19 mm to 21 mm.
  • the width of the first surface electrode 121 is preferably 1 mm to 5 mm, and more preferably 2 mm to 4 mm.
  • the lengths of the second surface electrode and the third surface electrode are preferably 1 mm to 3 mm, for example.
  • the width of the second surface electrode and the third surface electrode is preferably 0.5 mm to 1.5 mm, for example.
  • the piezoelectric actuator 1 of this example has a flexible substrate 2, and the flexible substrate 2 is electrically connected to the surface electrode 12 of the piezoelectric element 10.
  • the flexible substrate 2 is a flexible printed wiring board in which two wiring conductors 22 are provided on the main surface of the resin base film 21 facing the piezoelectric element 10, for example. 22 is electrically connected to the surface electrode 12 through the conductive bonding member 4.
  • the cover film 23 may be provided so as to cover a part of the wiring conductor 22, and in this case, the first region 201 and the vicinity thereof are not provided with the cover film 23, so that reliable electrical connection can be achieved. Is obtained.
  • the flexible substrate 2 is joined to the piezoelectric element 10 at one end and is joined to the connector 5 at the other end (connector joint).
  • the conductive bonding member 4 is made of a conductive adhesive or solder, but is preferably a conductive adhesive.
  • a conductive adhesive in which conductive particles made of resin balls such as gold, copper, nickel, or gold plating are dispersed in a resin such as an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a polyurethane resin, or a synthetic rubber. This is because the stress caused by vibration can be reduced 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 12 and the wiring conductor 22.
  • each conductive particle between the surface electrode 12 and the wiring conductor 22 is preferably in contact with the surface electrode 12 and the wiring conductor 22. Since this anisotropic conductive material can conduct in the thickness direction and insulate in the in-plane direction, even in a narrow pitch wiring, there is no electrical short between the surface electrodes of different polarities, and a flexible substrate
  • the connection part with 2 can be made compact.
  • the buffer material 3 is provided on the flexible substrate 2, and this buffer material 3 is provided in the 1st area
  • the buffer material 3 is made of, for example, a resin such as glass epoxy (FR-4), composite (CEM-3), polyetherimide, polyimide, polyester, stainless steel, aluminum, or an alloy thereof, and has a thickness of 50 to 200 ⁇ m, for example. It is said that.
  • the vibration from the piezoelectric element 10 is absorbed by the buffer material 3, and the vibration of the piezoelectric element 10 is attenuated and is not easily transmitted to the connector joint portion connecting the flexible substrate 2 and the external circuit, so that noise is reduced.
  • the strength at the joint surface of the flexible substrate 2 with the piezoelectric element 10 is improved, and the crimping property is improved. Furthermore, by providing the buffer material 3, the heat conduction becomes gentle and the bondability is improved. Further, the buffer material 3 relaxes local stress concentration on the piezoelectric element 10 at the time of manufacture or the like, and cracks and chipping of the piezoelectric element 10 are suppressed.
  • the shape and arrangement of the flexible substrate 2 and the buffer material 3 are not limited to the form shown in FIG. 1, and for example, variations shown in FIGS. 7A to 7D can be adopted.
  • 7A to 7D show examples of the flexible substrate 2 of various forms in which the cushioning material 3 is disposed inside the first region 201 that overlaps the piezoelectric element 10 in the flexible substrate 2. .
  • the buffer material 3 is a first region 201 that overlaps the piezoelectric element 10 and a second region that extends from the piezoelectric element 10 in the flexible substrate 2 and does not overlap the piezoelectric element 10. Preferably, it is provided across the boundary with the region 202.
  • the region (second region 202) extending from the piezoelectric element 10 of the flexible substrate 2 means a region where the flexible substrate 2 extends in the direction in which the wiring conductor 22 extends. Since the buffer material 3 is provided across the boundary between the first region 201 and the second region 202, which is a path through which the vibration of the piezoelectric element 10 is transmitted, the arrangement becomes more effective and noise is further reduced. be able to. Moreover, bending of the flexible substrate 2 can also be suppressed, and noise and disconnection due to bending can be suppressed.
  • FIGS. 8A to 8D show a first region 201 where the cushioning material 3 overlaps the piezoelectric element 10 in the flexible substrate 2 and a second region where the buffer material 3 does not overlap the piezoelectric element 10 for the flexible substrate 2 of various forms.
  • the example is provided across the boundary with the region 202.
  • each cushioning material 3 is a first region 201 and a region extending from the piezoelectric element 10 in the flexible substrate 2.
  • the first region 201 may be provided near both ends of the boundary with the second region 202 that does not overlap the piezoelectric element 10.
  • the region (second region 202) extending from the piezoelectric element 10 of the flexible substrate 2 means a region where the flexible substrate 2 extends in the direction in which the wiring conductor 22 extends.
  • each cushioning material 3 is provided across both ends of the boundary between the first region 201 and the second region 202.
  • the boundary here means the boundary between the main extension region of the flexible substrate 2 and the first region 201 described above. Thereby, bending and twisting of the flexible substrate 2 can be suppressed, and noise and disconnection can be further suppressed.
  • FIGS. 9A to 9D show a pair of cushioning materials 3 for the flexible substrate 2 of various forms, and each cushioning material 3 is a boundary between the first region 201 and the second region 202.
  • FIG. The example provided across both ends of the is shown.
  • the cushioning material 3 is provided over the whole boundary of the 1st area
  • the buffer material is provided so that all the parts which pick up the vibration of the piezoelectric element 10 (all the boundary used as the path
  • FIGS. 10 (a) to 10 (d) show that the cushioning material 3 covers the entire area of the first area 201 and the entire boundary of the first area 201 and the second area 202 for the flexible substrate 2 of various forms. An example provided is shown.
  • the flexible substrate 2 covers the base film 21, the wiring conductor 22 provided on the main surface of the base film 21 facing the piezoelectric element 10, and a part of the wiring conductor 22.
  • the first area 201 and the vicinity thereof are configured such that the cover film 23 is not provided.
  • the buffer material 3 is preferably provided up to a region where the cover film 23 overlaps, for example, a region where 0.5 to 1 mm overlaps. According to this configuration, since the exposed wiring conductor 22 does not bend at a steep angle, a structure in which disconnection is difficult can be achieved.
  • the base film 21 and the buffer material 3 are made of the same material.
  • the buffer material 3 can be made difficult to peel off from the base film 21.
  • the buffer material 3 is thicker than the thickness of the flexible substrate 2. As a result, the effect of suppressing vibration is increased, so that noise is removed.
  • the buffer material 3 is bonded to the upper surface of the flexible substrate 2 through a resin adhesive such as epoxy, silicone, or acrylic resin. Thereby, since the vibration is suppressed even in the resin adhesive portion, noise is removed.
  • the piezoelectric element 10 is integrated with the object to which vibration is applied.
  • an object to which vibration is applied for example, a vibration plate described later
  • the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 1 is a so-called bimorph type piezoelectric actuator, which receives an electrical signal from the surface electrode 12 and bends 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. For example, by joining (bonding) the other principal surface of the piezoelectric actuator to a diaphragm described later, It can be bent and vibrated.
  • a ceramic green sheet to be a piezoelectric layer is produced.
  • 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.
  • 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 an internal electrode 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 above ceramic green sheet in a pattern of internal electrodes 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 11 including internal electrodes and piezoelectric layers that are alternately laminated is manufactured.
  • the laminate 11 is not limited to the one produced by the above manufacturing method, and any production method can be used as long as the laminate 11 formed by laminating a plurality of internal electrodes and piezoelectric layers can be produced. May be.
  • 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 to form a main surface of the laminate 11 in a pattern of the surface electrode 12.
  • a baking process is performed at a temperature of 650 to 750 ° C. to form the surface electrode 12.
  • a via that penetrates the piezoelectric layer may be formed or connected, or a side electrode may be formed on the side surface of the multilayer body 11. It may be produced by a simple manufacturing method.
  • the flexible substrate 2 and the buffer material 3 are prepared.
  • a polyimide sheet (a multi-cavity sheet for cushioning material) having a thickness of, for example, 125 ⁇ m previously processed into a desired shape
  • a sheet (a multi-cavity sheet for base film) in which a large number of flexible substrates 2 (base film 21) are arranged
  • a thermosetting resin adhesive is used for bonding to a predetermined position on the surface where the wiring conductor 22 is not provided.
  • the cushioning material 3 is also processed into a final shape.
  • the cushioning material 3 processed into a final shape in advance to a predetermined position from the beginning.
  • the cushioning material 3 shaped by a mold or the like may be bonded to a predetermined position of the flexible substrate 2.
  • FIG. 5 and FIG. 6 since the shape processing is possible when the flexible substrate 2 is separated from the multi-sheet for flexible substrate, a plurality of cushioning materials 3 are bundled together. It is good to perform shape processing of the buffer material 3 according to the pasting and separating the flexible substrate 2.
  • the flexible substrate 2 is connected and fixed (bonded) to the piezoelectric element 10 using a conductive adhesive.
  • a conductive adhesive paste 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 adhesive paste in a state where the flexible substrate 2 is brought into contact therewith.
  • the conductive adhesive paste may be applied and formed on the flexible substrate 2 side.
  • the resin constituting the conductive adhesive is made of a thermoplastic resin
  • the conductive adhesive is applied to a predetermined position of the piezoelectric element 10 or the flexible substrate 2 and then the piezoelectric element 10 and the flexible substrate 2 are made conductive.
  • the thermoplastic resin softens and flows by being heated and pressed in a state of being brought into contact with the adhesive, and then returned to room temperature, whereby the thermoplastic resin is cured again, and the flexible substrate 2 is fixedly connected to the piezoelectric element 10. Is done.
  • the piezoelectric vibration device of the present invention includes a piezoelectric actuator 1 and a vibration plate 81 joined to the other main surface of the piezoelectric actuator 1 as shown in FIG.
  • 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 joined 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 deformable. 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 By joining the piezoelectric actuator 1 and the diaphragm 81 with the deformable joining member 82, when the vibration is transmitted from the piezoelectric actuator 1, the deformable joining member 82 is deformed more greatly than the diaphragm 81.
  • 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 with reduced noise, it can be a high-quality piezoelectric vibration device that can be driven stably for a long period of time.
  • a diaphragm 81 is joined to the other flat main surface of the piezoelectric actuator 1.
  • the mobile terminal of the present invention includes the piezoelectric actuator 1, an electronic circuit (not shown), a display 91, and a housing 92, and the other side of the piezoelectric element 10.
  • the main surface is joined to the housing 92.
  • 13 is a schematic perspective view schematically showing the portable terminal of the present invention
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 13
  • FIG. 15 is a line BB shown in FIG. It is the schematic sectional drawing cut
  • the deformable joining member 82 By joining the piezoelectric element 10 and the housing 92 with the deformable joining member 82, when the vibration is transmitted from the piezoelectric actuator 1, the deformable joining member 82 is deformed more greatly than the housing 92.
  • 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 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 piezoelectric actuator 1 is shown bonded to the housing 92, but the piezoelectric element 10 may be bonded to the display 91.
  • 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 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 with reduced noise, it can transmit high-quality sound information.
  • a piezoelectric actuator was manufactured as shown below.
  • the piezoelectric element had a rectangular parallelepiped 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.
  • As the internal electrode an alloy of silver palladium was used.
  • the surface electrode was printed using a conductive paste containing silver as a main component so that the surface electrode was 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 buffer material 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 using a photolithography technique, and a polyimide film serving as a cover film is bonded with an adhesive for insulation and conductor protection. Next, the surface on which the wiring conductor of the multi-piece sheet for base film is formed with a thermosetting resin adhesive on a 125- ⁇ m-thick polyimide sheet (buffer-sheet multi-piece sheet) that serves as a buffer material after gold plating is performed.
  • the flexible substrate 2 and the cushioning material 3 were manufactured by punching into a desired shape using a mold. As shown in FIG. 6, the cushioning material was installed so as to straddle the entire first region and the entire boundary between the first region and the second region. Further, as shown in FIG. 11, the size of the buffer material was determined so that the buffer material overlaps the cover film 23 by 1 mm.
  • the flexible substrate was electrically connected and fixed to the piezoelectric element by heating and pressurizing the flexible substrate in contact with the piezoelectric substrate, thereby producing the piezoelectric actuator of the embodiment of the present invention.
  • conductive adhesive an anisotropic conductive material that conducts in the thickness direction and does not conduct in the in-plane direction was used.
  • a piezoelectric actuator was fabricated by the same method as in the above example, using a flexible substrate not provided with a buffer material.
  • piezoelectric actuator 10 piezoelectric element 2: flexible substrate 201: first region 202: second region 21: base film 22: wiring conductor 23: cover film 3: buffer material 4: conductive bonding member 41: conductive particles 42: Resin adhesive 5: Connector 81: Diaphragm 82: Joining member 91: Display 92: Housing 921: Housing body 922: Diaphragm 93: Joining material

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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、内部電極および圧電体層が積層された積層体１１と、積層体１１の一方主面に内部電極と電気的に接続された表面電極１２とを備えた圧電素子１０と、表面電極１２と電気的に接続されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２上に設けられた緩衝材３とを有しており、緩衝材３は少なくとも一部がフレキシブル基板２における圧電素子１０と重なる第１の領域２０１に設けられている。

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導電性接続部材で接合して、圧電素子の表面電極とフレキシブル基板の配線導体とを電気的に接続させたものが知られている（特許文献２を参照）。
特開２００２－１０３９３号公報 特開平６－１４３９６号
　フレキシブル基板は、一般にポリイミドなどのベースフィルムに配線導体が設けられたものである。このように、ベースフィルムに用いられるポリイミドなどの樹脂は弾性体であることから、圧電素子の振動がフレキシブル基板を伝わりやすい。したがって、従来の圧電アクチュエータは、フレキシブル基板と圧電素子との接合部とは反対側のフレキシブル基板と外部回路との接合部（コネクタ接合部）まで圧電素子の振動が伝わって、ノイズとして検出されるという問題があった。
　また、上記圧電アクチュエータを備えた圧電振動装置および携帯端末は、圧電素子のの振動に起因するノイズによって、品質が低下してしまうおそれがあった。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の振動によるノイズの低減された圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末を提供することを目的とする。
　本発明は、内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極とを備えた圧電素子と、前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上に設けられた緩衝材とを有しており、前記緩衝材は少なくとも一部が前記フレキシブル基板における前記圧電素子と重なる第１の領域に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータである。
　また本発明は、上記の圧電アクチュエータと、前記圧電素子の前記他方主面に接合された振動板とを有することを特徴とする圧電振動装置である。
　また本発明は、上記の圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記圧電アクチュエータの他方主面が前記ディスプレイまたは前記筐体に接合されていることを特徴とする携帯端末である。
　本発明の圧電アクチュエータによれば、圧電素子からの振動を吸収する緩衝材を設けることにより、圧電素子の振動が減衰され、コネクタ接合部まで伝わりにくくなり、ノイズを低減することができる。
　また、上記圧電アクチュエータを備えた圧電振動装置および携帯端末は、圧電素子のの振動に起因するノイズの低減によって、高品質が状態を維持することができる。
（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他の例を示す概略斜視図である。 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斜視図である。 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斜視図である。 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斜視図である。 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斜視図である。 （ａ）～（ｄ）は図１に示す圧電アクチュエータの実施の形態のバリエーションを示す概略平面図である。 （ａ）～（ｄ）は図２に示す圧電アクチュエータの実施の形態のバリエーションを示す概略平面図である。 （ａ）～（ｄ）は図４に示す圧電アクチュエータの実施の形態のバリエーションを示す概略平面図である。 （ａ）～（ｄ）は図６に示す圧電アクチュエータの実施の形態のバリエーションを示す概略平面図である。 本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。 本発明の圧電振動装置の実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。 本発明の携帯端末の実施の形態を模式的に示す概略斜視図である。 図１３に示すＡ－Ａ線で切断した概略断面図である。 図１３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線で切断した概略断面図である。
　図１に示す本実施形態の圧電アクチュエータ１は、内部電極および圧電体層が積層された積層体１１と、積層体１１の一方主面に内部電極と電気的に接続された表面電極１２とを備えた圧電素子１０と、表面電極１２と電気的に接続されたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２上に設けられた緩衝材３とを有しており、緩衝材３は少なくとも一部がフレキシブル基板２における圧電素子１０と重なる第１の領域２０１に設けられている。
　本例の圧電アクチュエータ１は圧電素子１０を有しており、圧電素子１０を構成する積層体１１は、内部電極および圧電体層が積層されて板状に形成されてなるものである。複数の内部電極が積層方向に重なっている活性部とそれ以外の不活性部とを有し、例えば長尺状に形成されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、積層体１１の長さとしては、例えば１８ｍｍ～２８ｍｍが好ましく、２２ｍｍ～２５ｍｍが更に好ましい。積層体１１の幅は、例えば１ｍｍ～６ｍｍが好ましく、３ｍｍ～４ｍｍが更に好ましい。積層体１１の厚みは、例えば０．２ｍｍ～１．０ｍｍが好ましく、０．４ｍｍ～０．８ｍｍが更に好ましい。
　積層体１１を構成する内部電極は、圧電体層を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、第１の電極および第２の電極からなる。例えば、第１の電極がグランド極となり、第２の電極が正極または負極となる。圧電体層と交互に積層されて圧電体層を上下から挟んでおり、積層順に第１の電極および第２の電極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀や銀－パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができるが、これらにセラミック成分やガラス成分を含有させてもよい。
　図示しないが、第１の電極および第２の電極の端部がそれぞれ積層体１１の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、内部電極の長さは、例えば１７ｍｍ～２５ｍｍが好ましく、２１ｍｍ～２４ｍｍが更に好ましい。内部電極の幅は、例えば１ｍｍ～５ｍｍが好ましく、２ｍｍ～４ｍｍが更に好ましい。内部電極の厚みは、例えば０．１～５μｍが好ましい。
　積層体１１を構成する圧電体層は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。圧電体層の１層の厚みは、低電圧で駆動させるために、例えば０．０１～０．１ｍｍに設定することが好ましい。また、大きな屈曲振動を得るために、２００ｐｍ／Ｖ以上の圧電定数ｄ３１を有することが好ましい。
　積層体１１の一方主面には、内部電極と電気的に接続された表面電極１２が設けられている。図示しないが、表面電極１２は、例えば大きな面積の第１の表面電極、小さな面積の第２の表面電極および第３の表面電極で構成されている。そして、第１の表面電極は第１の電極となる内部電極と電気的に接続され、第２の表面電極は一方主面側に配置された第２の電極となる内部電極と電気的に接続され、第３の表面電極は他方主面側に配置された第２の電極となる内部電極と電気的に接続されている。携帯端末のディスプレイまたは筐体に取り付ける圧電アクチュエータの場合には、第１の表面電極の長さは、例えば１７ｍｍ～２３ｍｍが好ましく、１９ｍｍ～２１ｍｍが更に好ましい。第１の表面電極１２１の幅は、例えば１ｍｍ～５ｍｍが好ましく、２ｍｍ～４ｍｍが更に好ましい。第２の表面電極および第３の表面電極の長さは、例えば１ｍｍ～３ｍｍとするのが好ましい。第２の表面電極および第３の表面電極の幅は、例えば０．５ｍｍ～１．５ｍｍとするのが好ましい。
　また、本例の圧電アクチュエータ１はフレキシブル基板２を有しており、このフレキシブル基板２は圧電素子１０の表面電極１２と電気的に接続されている。
　具体的には、フレキシブル基板２は、例えば樹脂製のベースフィルム２１の圧電素子１０に面する側の主面に２本の配線導体２２が設けられたフレキシブルなプリント配線基板であり、この配線導体２２が導電性接合部材４を介して表面電極１２と電気的に接続されている。なお、配線導体２２の一部を覆うようにカバーフィルム２３が設けられてもよく、この場合、第１の領域２０１およびその近傍はカバーフィルム２３が設けられていないことで、確実な電気的接続が得られる。このフレキシブル基板２は、一方の端部で圧電素子１０と接合され、他方の端部（コネクタ接合部）でコネクタ５と接合されている。
　導電性接合部材４は、導電性接着剤やはんだ等が用いられるが、好ましくは導電性接着剤であるのがよい。例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、あるいは合成ゴムなどの樹脂中に金、銅、ニッケル、または金メッキした樹脂ボールなどからなる導体粒子を分散させてなる導電性接着剤を用いることで、半田に比べて振動によって生じる応力を低減することができるためである。より好ましくは、導電性接着剤の中でも異方性導電材であるのがよい。異方性導電材は、電気的接合を担う導電粒子４１と接着を担う樹脂接着剤４２からなる。具体的には、一つの導電粒子４１が表面電極１２と配線導体２２とに接している。すなわち、表面電極１２と配線導体２２との間にあるそれぞれの導電粒子が表面電極１２と配線導体２２とに接しているのがよい。この異方性導電材は、厚み方向には導通が取れ、面内方向には絶縁が取れるため、狭ピッチの配線においても異極の表面電極間で電気的にショートすることがなく、フレキシブル基板２との接続部をコンパクトにすることができる。
　そして、フレキシブル基板２上には緩衝材３が設けられており、この緩衝材３は少なくとも一部がフレキシブル基板２における圧電素子１０と重なる第１の領域２０に設けられている。
　この緩衝材３は、例えばガラスエポキシ（ＦＲ－４）、コンポジット（ＣＥＭ－３）、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエステルなどの樹脂、ステンレス、アルミニウムおよびそれらの合金などの金属で、例えば厚み５０～２００μｍとされたものである。
　これにより、圧電素子１０からの振動を緩衝材３が吸収し、圧電素子１０の振動が減衰されてフレキシブル基板２と外部回路とを接続するコネクタ接合部に伝わりにくくなるからノイズが低減される。
　また、フレキシブル基板２における圧電素子１０との接合面における強度（圧着面の強度）が向上し、圧着性がよくなる。さらに、緩衝材３を設けることで熱伝導が緩やかになり、接合性が良くなる。また、緩衝材３で製造時等の圧電素子１０への局所的な応力集中が緩和され、圧電素子１０の割れやカケが抑制される。
　なお、フレキシブル基板２および緩衝材３の形状および配置については、図１に示す形態に限定されず、例えば図７（ａ）～（ｄ）に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図７（ａ）～（ｄ）は、種々の形態のフレキシブル基板２について、緩衝材３がフレキシブル基板２における圧電素子１０と重なる第１の領域２０１の内部に配置されている例を示している。
　ここで、図２に示すように、緩衝材３が、圧電素子１０と重なる第１の領域２０１と、フレキシブル基板２における圧電素子１０から延出した領域であって圧電素子１０と重ならない第２の領域２０２との境界をまたがって設けられているのが好ましい。ここで、フレキシブル基板２の圧電素子１０から延出した領域（第２領域２０２）とは、配線導体２２が延びている方向に対してフレキシブル基板２が延出した領域のことを意味する。圧電素子１０の振動が伝わる経路となる第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界をまたがって緩衝材３が設けられていることで、より効果的な配置となり、ノイズをより低減させることができる。また、フレキシブル基板２の折れ曲がりも抑制でき、折れ曲がりによるノイズや断線を抑制することができる。
　ここで、フレキシブル基板２および緩衝材３の形状および配置については、図２に示す形態の他に、例えば図８（ａ）～（ｄ）に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図８（ａ）～（ｄ）は、種々の形態のフレキシブル基板２について、緩衝材３が、フレキシブル基板２における圧電素子１０と重なる第１の領域２０１と、圧電素子１０と重ならない第２の領域２０２との境界をまたがって設けられている例を示している。
　また、図３に示すように、緩衝材３は一対設けられていて、それぞれの緩衝材３の少なくとも一部が、第１の領域２０１と、フレキシブル基板２における圧電素子１０から延出した領域であって圧電素子１０と重ならない第２の領域２０２との境界の両端部近傍に位置する第１の領域２０１に設けられていてもよい。ここで、フレキシブル基板２の圧電素子１０から延出した領域（第２領域２０２）とは、配線導体２２が延びている方向に対してフレキシブル基板２が延出した領域のことを意味する。これにより、フレキシブル基板２のひねりが抑制されるので、ひねりによるノイズや断線を抑制することができる。
　また、図４に示すように、緩衝材３は一対設けられていて、それぞれの緩衝材３が第１の領域２０１と第２の領域２０２との前記境界の両端部をまたがって設けられているのが好ましい。なお、ここでの境界とは、上述したフレキシブル基板２の主たる延出領域と第１の領域２０１との境界のことを意味する。これにより、フレキシブル基板２の折れ曲がりおよびひねりを抑制することができ、さらにノイズや断線を抑制することができる。
　ここで、フレキシブル基板２および緩衝材３の形状および配置については、図４に示す形態の他に、例えば図９（ａ）～（ｄ）に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図９（ａ）～（ｄ）は、種々の形態のフレキシブル基板２について、緩衝材３が一対設けられていて、それぞれの緩衝材３が第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界の両端部をまたがって設けられている例を示している。
　また、図５に示すように、緩衝材３が第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界の全域にまたがって設けられているのが好ましく、さらに図６に示すように、第１の領域２０１の全域および第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界の全域をまたがって設けられているのが好ましい。これにより、圧電素子１０の振動を拾う部分すべて（振動が伝わる経路となる境界のすべて）を覆うように緩衝材が設けられているので、さらにノイズが抑制される。
　ここで、フレキシブル基板２および緩衝材３の形状および配置については、図６に示す形態の他に、例えば図１０（ａ）～（ｄ）に示すバリエーションの形態を採用することもできる。図１０（ａ）～（ｄ）は、種々の形態のフレキシブル基板２について、緩衝材３が第１の領域２０１の全域および第１の領域２０１と第２の領域２０２との境界の全域をまたがって設けられている例を示している。
　また、図１１に示すように、フレキシブル基板２は、ベースフィルム２１と、ベースフィルム２１の圧電素子１０に面する側の主面に設けられた配線導体２２と、配線導体２２の一部を覆うように設けられたカバーフィルム２３とを含み、第１の領域２０１およびその近傍はカバーフィルム２３が設けられていない構成である。そして、緩衝材３がカバーフィルム２３と重なる領域、例えば０．５～１ｍｍ重なる領域まで設けられているのが好ましい。この構成によれば、露出した配線導体２２が急な角度で曲がることがないので、断線しにくい構造とすることができる。
　また、ベースフィルム２１および緩衝材３が同じ材質からなるのが好ましい。例えば、ベースフィルム２１および緩衝材３がポリイミドからなることで、同じ熱膨張係数を有するので、ベースフィルム２１から緩衝材３が剥がれにくくすることができる。
　また、緩衝材３がフレキシブル基板２の厚みよりも厚いのが好ましい。これにより、振動を抑える効果が大きくなるからノイズが除去される。
　また、緩衝材３が例えばエポキシ系、シリコーン系、アクリル樹脂系などの樹脂接着剤を介してフレキシブル基板２の上面に接着されているのが好ましい。これにより、樹脂接着剤の部分でも振動を抑えるのでノイズが除去される。
　なお、圧電素子１０の他方主面を平坦にしておくことにより、例えば振動を加える対象物（例えば後述する振動板など）に他方主面を貼り合わせたときに、振動を加える対象物と一体となって屈曲振動を起こしやすくなり、全体として屈曲振動の効率を上げることができる。
　また、図１に示す圧電アクチュエータ１は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータであって、表面電極１２から電気信号が入力されて一方主面および他方主面が屈曲面となるように屈曲振動するものであるが、本発明の圧電アクチュエータとしては、バイモルフ型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、例えば後述する振動板に圧電アクチュエータの他方主面を接合する（貼り合わせる）ことで、ユニモルフ型でも屈曲振動させることができる。
　次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。
　まず、圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を用いることができる。
　次に、内部電極となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀－パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、９００～１２００℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された内部電極および圧電体層を備えた積層体１１を作製する。
　積層体１１は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、内部電極と圧電体層とを複数積層してなる積層体１１を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。
　その後、銀を主成分とする導電粒子とガラスとを混合したものに、バインダー，可塑剤および溶剤を加えて作製した銀ガラス含有導電性ペーストを、表面電極１２のパターンで積層体１１の主面および側面にスクリーン印刷法等によって印刷して乾燥させた後、６５０～７５０℃の温度で焼き付け処理を行ない、表面電極１２を形成する。
　なお、表面電極１２と内部電極とを電気的に接続する場合、圧電体層を貫通するビアを形成して接続しても、積層体１１の側面に側面電極を形成しても良く、どのような製造方法によって作製されてもよい。
　次に、フレキシブル基板２および緩衝材３を用意する。例えば、あらかじめ所望の形状に加工された例えば厚み１２５μｍのポリイミドシート（緩衝材用多数個取りシート）を、フレキシブル基板２（ベースフィルム２１）が多数配列されたシート（ベースフィルム用多数個取りシート）の配線導体２２が設けられていない側の面の所定の位置に、熱硬化型樹脂接着剤を用いて貼り合せる。そして、フレキシブル基板２をシートから金型等を用いて切り離す際（個片にする際）に、緩衝材３も最終形状に加工される。
　場合によっては、あらかじめ最終形状に加工した緩衝材３を所定の位置に最初から貼り合せる必要がある。例えば、図１乃至図４の構成とするには、金型等で形状加工した緩衝材３をフレキシブル基板２の所定の位置に貼り合せるとよい。これに対し、例えば図５および図６の構成の場合には、フレキシブル基板２をフレキシブル基板用多数個取りシートから切り離す際に形状加工が可能なため、複数個分の緩衝材３を一纏めの部品として貼り合せ、フレキシブル基板２を切り離す際にあわせて緩衝材３の形状加工を行うとよい。
　次に、導電性接着剤を用いて、フレキシブル基板２を圧電素子１０に接続固定（接合）する。
　まず、圧電素子１０の所定の位置に導電性接着剤用ペーストをスクリーン印刷等の手法を用いて塗布形成する。その後、フレキシブル基板２を当接させた状態で導電性接着剤用ペーストを硬化させることにより、フレキシブル基板２を圧電素子１０に接続固定する。なお、導電性接着剤用ペーストは、フレキシブル基板２側に塗布形成しておいてもよい。
　導電性接着剤を構成する樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合は、導電性接着剤を圧電素子１０またはフレキシブル基板２の所定の位置に塗布形成した後、圧電素子１０とフレキシブル基板２とを導電性接着剤を介して当接させた状態で加熱加圧することで、熱可塑性樹脂が軟化流動し、その後常温に戻すことで、再び熱可塑性樹脂が硬化し、フレキシブル基板２が圧電素子１０に接続固定される。
　特に、導電性接合部材４として異方性導電部材を用いる場合は、近接する導電粒子が接触しないように加圧量を制御する必要がある。
　また、上述では、導電性接着剤を圧電素子１０またはフレキシブル基板２に塗布形成する手法を示したが、予めシート状に形成された導電性接着剤のシートを圧電素子１０とフレキシブル基板２との間に挟んだ状態で加熱加圧して接合してもよい。
　本発明の圧電振動装置は、図１２に示すように、圧電アクチュエータ１と、圧電アクチュエータ１の他方主面に接合された振動板８１とを有するものである。
　振動板８１は、矩形の薄板状の形状を有している。振動板８１は、アクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。また、振動板８１の厚みは、例えば０．４ｍｍ～１．５ｍｍに設定される。
　振動板８１は、圧電アクチュエータ１の他方主面に、接合部材８２を介して接合されている。接合部材８２を介して、振動板８１に他方主面の全面が接合されていてもよく、略全面が接合されていてもよい。
　接合部材８２は、変形可能なものである。すなわち、接合部材８２は、圧電アクチュエータ１の駆動によって振動板８１を振動させたときに変形可能であり、同じ力が加わったときに、振動板８１よりも大きく変形するものである。このような接合部材８２は、例えばフィルム状の形状を有している。そして、振動板８１よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板８１よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。接合部材８２の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）には圧電アクチュエータ１の他方主面（図の－ｚ方向側の主面）が全体的に固着され、接合部材８２の他方主面（図の－ｚ方向側の主面）には振動板８１の一方主面（図の＋ｚ方向側の主面）の一部が固着されている。
　変形可能な接合部材８２で圧電アクチュエータ１と振動板８１とを接合することで、圧電アクチュエータ１から振動が伝達されたとき、変形可能な接合部材８２が振動板８１よりも大きく変形する。
　このとき、振動板８１から反射される逆位相の振動を変形可能な接合部材８２で緩和することができるので、圧電アクチュエータ１が周囲の振動の影響を受けずに振動板８１へ強い振動を伝達させることができる。
　中でも、接合部材８２の少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることで、圧電アクチュエータ１からの強い振動を振動板８１へ伝える一方、振動板８１から反射される弱い振動を接合部材８２が吸収することができる点で好ましい。例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤を含む構成の接合部材を用いることができ、これらの厚みとしては例えば１０μｍ～２０００μｍのものを用いることができる。
　接合部材８２は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合部材８２としては、例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤である各種弾性接着剤等を好適に用いることができる。また、接合部材８２の厚みは、圧電アクチュエータ１の屈曲振動の振幅よりも大きいことが望ましいが、厚すぎると振動が減衰されるので、例えば、０．１ｍｍ～０．６ｍｍに設定される。ただし、本発明の圧電振動装置においては、接合部材８２の材質に限定はなく、接合部材８２が振動板８１よりも固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合部材８２を有さない構成であっても構わない。
　このような構成を備える本例の圧電振動装置は、電気信号を加えることによって圧電アクチュエータ１を屈曲振動させ、それによって、振動板８１を振動させる圧電振動装置として機能する。なお、振動板８１の長さ方向における他方端部（図の－ｙ方向端部や振動板８１の周縁部等）を、図示せぬ支持部材によって支持しても構わない。
　本例の圧電振動装置は、ノイズが低減された圧電アクチュエータ１を用いて構成されていることから、長期間安定して駆動する高品質な圧電振動装置とすることができる。
　また、本例の圧電振動装置は、圧電アクチュエータ１の平坦な他方主面に振動板８１が接合されている。これにより、圧電アクチュエータ１と振動板８１とが強固に接合された圧電振動装置とすることができる。
　本発明の携帯端末は、図１３～図１５に示すように、圧電アクチュエータ１と、電子回路（図示せず）と、ディスプレイ９１と、筐体９２とを有しており、圧電素子１０の他方主面が筐体９２に接合されたものである。なお、図１３は本発明の携帯端末を模式的に示す概略斜視図であり、図１４は図１３に示すＡ－Ａ線で切断した概略断面図、図１５は図１３に示すＢ－Ｂ線で切断した概略断面図である。
　変形可能な接合部材８２で圧電素子１０と筐体９２とを接合することで、圧電アクチュエータ１から振動が伝達されたとき、変形可能な接合部材８２が筐体９２よりも大きく変形する。この接合部材８２は、圧電アクチュエータ１の駆動によって筐体９２を振動させたときに変形可能であり、同じ力が加わったときに、筐体９２よりも大きく変形するものである。このような接合部材８２は、例えばフィルム状の形状を有している。そして、筐体９２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、筐体９２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。
　このとき、筐体９２から反射される逆位相の振動を変形可能な接合部材８２で緩和することができるので、圧電アクチュエータ１が周囲の振動の影響を受けずに筐体９２へ強い振動を伝達させることができる。
　中でも、接合部材８２の少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることで、圧電アクチュエータ１からの強い振動を筐体９２へ伝える一方、筐体９２から反射される弱い振動を接合部材８２が吸収することができる点で好ましい。例えば、不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープや、弾性を有する接着剤を含む構成の接合部材を用いることができ、これらの厚みとしては例えば１０μｍ～２０００μｍのものを用いることができる。
　そして、本例では、圧電アクチュエータ１はディスプレイ９１のカバーとなる筐体９２の一部に取り付けられ、この筐体９２の一部が振動板９２２として機能するようになっている。
　なお、本例では圧電アクチュエータ１が筐体９２に接合されたものを示したが、圧電素子１０がディスプレイ９１に接合されていてもよい。
　筐体９２は、１つの面が開口した箱状の筐体本体９２１と、筐体本体９２１の開口を塞ぐ振動板９２２とを有している。この筐体９２（筐体本体９２１および振動板９２２）は、剛性および弾性率が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。
　振動板９２２の周縁部は、筐体本体９２１に接合材９３を介して振動可能に取り付けられている。接合材９３は、振動板９２２よりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、振動板９２２よりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合材９３は変形可能であり、同じ力が加わったときに振動板９２２よりも大きく変形する。
　接合材９３は、単一のものであっても、いくつかの部材からなる複合体であっても構わない。このような接合材９３としては、例えば不織布等からなる基材の両面に粘着剤が付着された両面テープ等を好適に用いることができる。接合材９３の厚みは、厚くなりすぎて振動が減衰されないように設定されており、例えば０．１ｍｍ～０．６ｍｍに設定される。ただし、本発明の携帯端末においては、接合材９３の材質に限定はなく、接合材９３が振動板９２２よりも固く変形し難いもので形成されていても構わない。また、場合によっては、接合材９３を有さない構成であっても構わない。
　電子回路（図示せず）としては、例えば、ディスプレイ９１に表示させる画像情報や携帯端末によって伝達する音声情報を処理する回路や、通信回路等が例示できる。これらの回路の少なくとも１つであってもよいし、全ての回路が含まれていても構わない。また、他の機能を有する回路であってもよい。さらに、複数の電子回路を有していても構わない。なお、電子回路と圧電アクチュエータ１とは図示しない接続用配線で接続されている。
　ディスプレイ９１は、画像情報を表示する機能を有する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，および有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイを好適に用いることができる。なお、ディスプレイ９１は、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても良い。また、ディスプレイ９１のカバー（振動板９２２）が、タッチパネルのような入力装置を有するものであっても構わない。さらに、ディスプレイ９１全体や、ディスプレイ９１の一部が振動板として機能するようにしても構わない。
　また、本発明の携帯端末は、ディスプレイ９１または筐体９２が、耳の軟骨または気導を通して音情報を伝える振動を生じさせることを特徴とする。本例の携帯端末は、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）を直接または他の物を介して耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。すなわち、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）を直接または間接的に耳に接触させて、耳の軟骨に振動を伝えることによって音情報を伝達することができる。これにより、例えば、周囲が騒がしいときにおいても音情報を伝達することが可能な携帯端末を得ることができる。なお、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）と耳との間に介在する物は、例えば、携帯端末のカバーであっても良いし、ヘッドホンやイヤホンでも良く、振動を伝達可能な物であればどんなものでも構わない。また、振動板（ディスプレイ９１または筐体９２）から発生する音を空気中に伝播させることにより、音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。さらに、複数のルートを介して音情報を伝達するような携帯端末であっても構わない。
　本例の携帯端末は、ノイズが低減された圧電アクチュエータ１を用いて音情報を伝達することから、高品質な音情報を伝達することができる。
　本発明の圧電アクチュエータの具体例について説明する。
　以下に示すように、圧電アクチュエータを作製した。
　圧電素子は、長さが２３．５ｍｍで、幅が３．３ｍｍで、厚みが０．５ｍｍの直方体状とした。また、圧電素子は、厚みが３０μｍの圧電体層と内部電極とが交互に積層された構造とし、圧電体層の総数は１６層とした。圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成した。内部電極は、銀パラジウムの合金を用いた。
　銀パラジウムを主成分とする導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層した後、加圧密着させ、所定の温度で脱脂を行った後、１０００℃で焼成を行い、積層焼結体を得た。
　次に、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて表面電極を内部電極よりも幅方向の両端で１ｍｍずつ長くなるように印刷し、表面電極を得た。
　表面電極を介して、内部電極間（第１の電極と第２の電極との間）に、２ｋＶ／ｍｍの電界強度の電圧を印加し、圧電素子に分極を施した。
　また、フレキシブル基板および緩衝材は、以下のように作製した。まず、ベースフィルムが多数配列されたシート（ベースフィルム用多数個取りシート）としてのポリイミドフィルムに接着剤を用いて配線導体となる銅箔を貼り合せる。次に、配線導体の導体パターンをフォトリソグラフィー手法を用いて形成し、絶縁と導体保護のため、カバーフィルムとなるポリイミドフィルムを接着剤で貼り合せる。次に、金めっき処理を施し、緩衝材となる厚み１２５μｍのポリイミドシート（緩衝材用多数個取りシート）を熱硬化樹脂接着剤でベースフィルム用多数個取りシートの配線導体が形成されていない面に貼り合せ、金型により所望の形状に打ち抜くことにより、フレキシブル基板２および緩衝材３を作製した。緩衝材は図６に示したように、第１の領域の全域および第１の領域と第２の領域との境界全域をまたがるように設置した。また、図１１に示したように、緩衝材がカバーフィルム２３と１ｍｍ重なるように緩衝材の寸法を決定した。
　その後、フレキシブル基板と接合する圧電素子の表面に、導電粒子として金メッキした樹脂ボールを含んだ導電性接着剤を塗布形成した。
　その後、フレキシブル基板を当接させた状態で加熱加圧することで、フレキシブル基板を圧電素子に導通、固定し、本発明実施例の圧電アクチュエータを作製した。なお、上述の導電性接着剤としては、厚み方向には導通し、面内方向には導通しない異方性導電材を用いた。
　一方、比較例として、緩衝材を設けていないフレキシブル基板を用いて、上記実施例と同一の方法で圧電アクチュエータを作製した。
　そして、それぞれの圧電アクチュエータについて、フレキシブル基板を介して、圧電素子に１ｋＨｚの周波数で、実効値１Ｖｒｍｓの正弦波信号を印加し、インピーダンス波形の観測を行った。その結果、本発明実施例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測されなかったのに対し、比較例の圧電アクチュエータのインピーダンス波形にはノイズが観測された。
　すなわち、本発明の圧電アクチュエータを用いることで、圧電体の振動がノイズとしてコネクタ接合部まで伝わらないことが確認できた。
１：圧電アクチュエータ
１０：圧電素子
２：フレキシブル基板
２０１：第１の領域
２０２：第２の領域
２１：ベースフィルム
２２：配線導体
２３：カバーフィルム
３：緩衝材
４：導電性接合部材
４１：導電粒子
４２：樹脂接着剤
５：コネクタ
８１：振動板
８２：接合部材
９１：ディスプレイ
９２：筐体
９２１：筐体本体
９２２：振動板
９３：接合材
 

Claims (14)

  1. 　内部電極および圧電体層が積層された積層体と、該積層体の一方主面に前記内部電極と電気的に接続された表面電極とを備えた圧電素子と、前記表面電極と電気的に接続されたフレキシブル基板と、該フレキシブル基板上に設けられた緩衝材とを有しており、前記緩衝材は少なくとも一部が前記フレキシブル基板における前記圧電素子と重なる第１の領域に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. 　前記緩衝材が、前記第１の領域と、前記フレキシブル基板における前記圧電素子から延出した領域であって前記圧電素子と重ならない第２の領域との境界をまたがって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 　前記緩衝材が前記第１の領域の全域および前記第１の領域と前記第２の領域との境界の全域をまたがって設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
  4. 　前記緩衝材は一対設けられていて、それぞれの前記緩衝材の少なくとも一部が、前記第１の領域と、前記フレキシブル基板における前記圧電素子から延出した領域であって前記圧電素子と重ならない第２の領域との境界の両端部近傍に位置する第１の領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
  5. 　前記緩衝材は一対設けられていて、それぞれの前記緩衝材が前記境界の両端部をまたがって設けられていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
  6. 　前記フレキシブル基板は、ベースフィルムと、該ベースフィルムの前記圧電素子に面する側の主面に設けられた配線導体と、該配線導体の一部を覆うように設けられたカバーフィルムとを含み、前記第１の領域およびその近傍は前記カバーフィルムが設けられていない構成であって、前記緩衝材が前記カバーフィルムと重なる領域まで設けられていることを特徴とする請求項２、３および５のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  7. 　前記フレキシブル基板はベースフィルムおよび該ベースフィルムに設けられた配線導体を備え、前記ベースフィルムおよび前記緩衝材が同じ材質からなる請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  8. 　前記緩衝材が前記フレキシブル基板の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  9. 　前記緩衝材が樹脂接着剤を介して前記フレキシブル基板の上面に接着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
  10. 　請求項１乃至請求項９のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、前記圧電素子の前記他方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。
  11. 　前記圧電アクチュエータと前記振動板とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電振動装置。
  12. 　請求項１乃至請求項９のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータと、電子回路と、ディスプレイと、筐体とを有しており、前記圧電素子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。
  13. 　前記圧電素子と前記ディスプレイまたは前記筐体とが変形可能な接合部材を用いて接合されていることを特徴とする請求項１２に記載の携帯端末。
  14. 　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１２または請求項１３に記載の携帯端末。
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