(57)【要約】  電気的接続部分における圧電素子や支持部材等の応力集中による破壊が生じ難く信頼性に優れた圧電振動装置を提供する。  支持部材２の圧電素子接合面２ａに圧電素子７が接合されており、圧電素子７が、第１の主面８ａに形成された第１の駆動電極９と、第２の主面８ｂに形成された第２の駆動電極１０とを有し、第１の接合材層５により、第１の駆動電極９が支持部材２の圧電素子接合面２ａに形成された第１の配線電極３に電気的に接続され、かつ圧電素子７が支持部材２に接合されている、圧電振動装置１。
2012060235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１及び第２の主面を有する圧電体と、
前記圧電体の前記第１の主面側において、第１の主面に平行に形成されている第１の駆動電極と、
前記圧電体の前記第２の主面側において、第２の主面に平行に形成されており、前記第１の駆動電極と対向している第２の駆動電極とを有し、前記第１，第２の駆動電極が前記圧電体の厚み方向に対向している領域が活性領域とされており、前記第１の駆動電極と前記第２の駆動電極とが対向していない領域が非活性領域とされている圧電素子と、
前記圧電素子が接合される圧電素子接合面を有する支持部材とを備え、
前記支持部材は、前記圧電素子接合面に形成されており、前記圧電素子の第１の駆動電極に電気的に接続される第１の配線電極を有し、
前記圧電素子の前記第１の駆動電極と、前記支持部材の前記第１の配線電極とを電気的に接続するとともに、前記圧電素子の第１の主面を前記支持部材の圧電素子接合面に接合している第１の接合材層をさらに備える、圧電振動装置。
【請求項２】
前記圧電素子が、前記圧電体の前記非活性領域において前記圧電体の第１の主面に形成されており、前記第２の主面に形成されている第２の駆動電極と電気的に接続されている接続電極をさらに有し、
前記支持部材が、前記圧電素子接合面に形成されており、かつ前記第２の駆動電極に電気的に接続される第２の配線電極をさらに有し、
前記接続電極と、前記第２の配線電極とを電気的に接続するとともに、前記圧電素子の第１の主面を前記支持部材の圧電素子接合面に接合している第２の接合材層をさらに備える、請求項１に記載の圧電振動装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記圧電素子が屈曲モードで振動すると、該圧電素子と共に同じ周波数の屈曲モードで振動するように、前記支持部材を外部から支持するための屈曲モード支持部が存在する、請求項１または２に記載の圧電振動装置。
【請求項４】
前記屈曲モード支持部は、前記圧電素子が接合されている領域の外側に位置している周辺部に位置し、前記第１の配線電極が前記周辺部に至っている、請求項３に記載の圧電振動装置。
【請求項５】
前記屈曲モード支持部には、前記支持部材における少なくとも１次屈曲モードの節が位置する、請求項４に記載の圧電振動装置。
【請求項６】
前記圧電素子が、前記圧電体の第１の主面に形成されており、かつ絶縁性材料からなる保護層をさらに有し、前記保護層が、前記支持部材の圧電素子接合面に接合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項７】
前記圧電素子が、前記第２の駆動電極を覆うように前記圧電体の第２の主面に形成されており、かつ絶縁性材料からなる保護層をさらに有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項８】
前記保護層が、前記圧電体と同じ材料からなる、請求項６または７に記載の圧電振動装置。
【請求項９】
前記支持部材が対向し合う第１，第２の圧電素子接合面を有し、第１，第２の圧電素子接合面のそれぞれに、前記圧電素子が接合されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項１０】
前記圧電体及び前記支持部材が短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記支持部材の矩形の短辺の長さと、前記圧電体の矩形の短辺の長さが等しくされており、
前記第１，第２の駆動電極が、前記圧電体の前記短辺方向全長にわたり形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電振動装置。
【請求項１１】
前記第１の駆動電極が前記圧電体の第１の主面に形成されており、
前記第２の駆動電極が、前記圧電体の第２の主面の全面に形成されており、
前記圧電素子が、前記圧電体の前記非活性領域において前記圧電体の第１の主面上に形成されており、かつ前記第２の駆動電極に電気的に接続されている接続電極をさらに有し、
該接続電極が、前記圧電体の前記第１の主面から前記圧電体の側面に至るように形成されており、かつ前記圧電体の側面と第２の主面とのなす稜線において前記第２の駆動電極に接続されている、請求項１０に記載の圧電振動装置。
【請求項１２】
前記支持部材の前記矩形の長辺の長さが、前記圧電素子の前記矩形の長辺の長さよりも長くされており、前記支持部材の前記圧電素子が接合されている部分の側方領域に前記第１の配線電極が至っている、請求項１１に記載の圧電振動装置。
【請求項１３】
前記支持部材の前記矩形の前記長辺の長さをＬ１、前記圧電体における活性領域の前記支持部材の前記矩形の長辺方向に沿う長さをＬ２としたときに、（Ｌ２／Ｌ１）×１００％が７５％以上である、請求項１２に記載の圧電振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電アクチュエータや圧電発音体などに用いられる圧電振動装置に関し、より詳細には、圧電素子が支持部材に接合されており、屈曲モードを利用した圧電振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動装置は、圧電アクチュエータ、圧電発音体またはＨａｐｔｉｃｓなどに用いられている。圧電発音体としては、例えば圧電スピーカーがある。【０００３】
下記の特許文献１には、圧電発音体に用いられる圧電振動装置が開示されている。この圧電振動装置では、ケース内に複数の圧電振動子が収納されている。図１７は、複数の圧電振動子１００１，１００２がケース１００３に収納されている部分の要部を示す部分拡大断面図である。ここでは、ケース１００３の一部のみが図示されている。ケース１００３に設けられた収納部１００３ａ内に、圧電振動子１００１，１００２が収納されている。圧電振動子１００１，１００２は、スペーサー１００４を介して積層されている。そして、スペーサー１００４の両側に積層された圧電振動子１００１，１００２を挟み込むように、金属からなるクランプ１００５が取り付けられている。クランプ１００５により、圧電振動子１００１，１００２が挟持されており、かつクランプ１００５により圧電振動子１００１，１００２の外側面の電極との電気的接続が図られている。圧電振動子１００１，１００２の他方側の端部も同様の構造により支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２４８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の圧電振動装置では、圧電振動子１００１，１００２を電気的に接続するために、上記クランプ１００５が用いられている。そのため、ボンディングワイアによる接合等を省略することが可能とされている。【０００６】
しかしながら、圧電振動装置において、圧電振動子１００１，１００２の厚みを薄くしていった場合、クランプ１００５に挟まれて支持された圧電振動子１００１，１００２が、圧電振動装置を振動させるときに発生する振動により、圧電振動子１００１，１００２が支持される部分に応力が集中して、圧電振動子１００１，１００２の破損や変形が生じるという問題があった。【０００７】
他方、従来、ボンディングワイアを圧電振動子の駆動電極に電気的に接続する方法も用いられているが、圧電振動子の振動に伴い、ボンディングワイアの接合部分においてボンディングワイアが外れるおそれがあった。また、ボンディングワイアの接合部分の強度を高めると、接合材の剛性と、圧電振動子の駆動電極の剛性の差異により、応力集中によって圧電振動子が破損するおそれもあった。さらに、駆動電極や配線電極の剥離が生じることもあった。【０００８】
本発明の目的は、圧電板の両主面に駆動電極が形成されている圧電素子を用いた圧電振動装置であって、駆動電極の電気的接続部分における導通不良が生じ難く、圧電素子等の破壊が生じ難く、さらに電極の剥離が生じ難い、信頼性に優れた圧電振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る圧電振動装置は、対向し合う第１及び第２の主面を有する圧電体と、圧電体の第１の主面側において、第１の主面と平行に形成されている第１の駆動電極と、圧電体の第２の主面側において、第２の主面と平行に形成されており、第１の駆動電極と対向されている第２の駆動電極とを有し、第１，第２の駆動電極が圧電体の厚み方向に対向している領域が活性領域とされており、第１の駆動電極と第２の駆動電極とが対向していない領域が非活性領域とされている圧電素子と、圧電素子が接合される圧電素子接合面を有する支持部材とを備える。【００１０】
本発明においては、支持部材は、圧電素子接合面に形成されており、圧電素子の第１の駆動電極に電気的に接続される第１の配線電極を有する。【００１１】
また、本発明では、圧電素子の第１の駆動電極と、支持部材の第１の配線電極とを電気的に接続するとともに、圧電素子の第１の主面を支持部材に圧電素子接合面に接合している第１の接合材層がさらに備えられている。【００１２】
本発明に係る圧電振動装置のある特定の局面では、圧電素子が、圧電体の非活性領域において圧電体の第１の主面に形成されており、第２の主面に形成されている第２の駆動電極と電気的に接続されている接続電極をさらに有する。また、支持部材が、圧電素子接合面に形成されており、かつ第２の駆動電極に電気的に接続される第２の配線電極をさらに有する。さらに、接続電極と、第２の配線電極とを電気的に接続するとともに、圧電素子の第１の主面を支持部材の圧電素子接合面に接合している第２の接合材層がさらに備えられている。この場合には、第１の接合材層だけでなく、第２の接合材層をも利用して、圧電素子が圧電素子接合面に強固に接合される。同時に、第１，第２の駆動電極が、支持部材に設けられた第１，第２の配線電極に電気的に接続される。【００１３】
本発明に係る圧電振動装置の他の特定の局面では、支持部材は、圧電素子が屈曲モードで振動すると、該圧電素子と共に同じ周波数の屈曲モードで振動するように、支持部材を外部から支持するための屈曲モード支持部が存在する。この場合には、外部から屈曲モード支持部により支持部材を上記のように支持するだけで、圧電素子及び支持部材を屈曲モードで振動させることができる。好ましくは、屈曲モード支持部は、圧電素子が接合されている領域の外側に位置している周辺部に位置し、第１の配線電極が周辺部に至っている。この場合には、第１の配線電極を外部と容易に電気的に接続することができる。【００１４】
また、好ましくは、屈曲モード支持部には、支持部材における少なくとも１次屈曲モードの節が位置する。この場合には、屈曲モードによる振動が阻害され難い。【００１５】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、圧電素子が、圧電体の第１の主面に形成されており、かつ絶縁性材料からなる保護層をさらに有する。前記保護層は、支持部材の圧電素子接合面に接合されている。この場合には、保護層により圧電素子の第１の主面側において、第１の駆動電極と第２の駆動電極との短絡を確実に防止することができる。また、保護層により、圧電素子を支持部材の圧電素子接合面に強固に接合することができる。【００１６】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、圧電素子が、第２の駆動電極を覆うように圧電体の第２の主面に形成されており、かつ絶縁性材料からなる保護層をさらに有する。この場合には、第２の駆動電極が保護層により覆われているため、第２の駆動電極が手指に直接接触することを防止することができる。従って、感電を防止することができる。【００１７】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、保護層が、圧電体と同じ材料からなる。この場合には、材料の種類を増加させることなく、保護層が設けられた圧電振動装置を提供することができる。【００１８】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、支持部材が対向し合う第１，第２の圧電素子接合面を有し、第１，第２の圧電素子接合面のそれぞれに、圧電素子が接合されている。この場合には、支持部材の両面に圧電素子が接合されているため、大きな変位量を得ることができ、かつ音圧を高めることができる。【００１９】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、圧電体及び支持部材が短辺と長辺とを有する矩形の平面形状を有する。支持部材の矩形の短辺の長さと、圧電体の矩形の短辺の長さが等しくされている。第１，第２の駆動電極は、圧電体の短辺方向全長にわたり形成されている。この場合には、マザーの圧電体及びマザーの支持部材を積層してなるマザーの積層体を、上記支持部材の矩形の短辺の長さ及び圧電体の矩形の短辺の長さに等しい間隔で切断することにより、圧電振動装置を容易に得ることができる。従って、圧電振動装置の量産性を高めることができる。【００２０】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、第１の駆動電極が圧電体の第１の主面に形成されており、第２の駆動電極が、圧電体の第２の主面の全面に形成されている。圧電素子が、圧電体の非活性領域において圧電体の第１の主面上に形成されており、かつ第２の駆動電極に電気的に接続されている接続電極をさらに有する。該接続電極は、圧電体の第１の主面から圧電体の側面に至るように形成されており、かつ圧電体の側面と第２の主面とのなす稜線において第２の駆動電極に接続されている。この場合には、圧電素子の駆動効率を低めることなく、支持部材の圧電素子接合面において、第１の駆動電極を第２の配線電極に容易に接合することができる。【００２１】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、支持部材の矩形の長辺の長さが、圧電素子の矩形の長辺の長さよりも長くされており、支持部材の圧電素子が接合されている部分の側方領域に第１の配線電極が至っている。この場合には、第１の配線電極を外部と容易に電気的に接続することができる。【００２２】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、支持部材の矩形の長辺の長さをＬ１、圧電体における活性領域の支持部材の矩形の長辺方向に沿う長さをＬ２としたときに、（Ｌ２／Ｌ１）×１００％が７５％以上である。この場合には、屈曲モードで振動する圧電素子の変位量を低下させることなく、圧電素子を支持部材に接合しかつ圧電部材の電気的接続を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る圧電振動装置は、圧電素子の第１の駆動電極が支持部材の第１の配線電極に第１の接合材層により電気的に接続されており、かつ第１の接合材層により、圧電素子が支持部材の圧電素子接合面に接合されているので、圧電素子が支持部材に強固に接合される。従って、圧電振動装置を屈曲モードで振動させた場合、電気的接続部分の破壊や電極の剥がれが生じ難く、圧電振動装置の信頼性を効果的に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置を説明するための斜視図及び分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置において、圧電素子の活性領域の長さＬ２と、支持部材の長辺の長さＬ１との比（Ｌ２／Ｌ１）×１００％と、変位量との関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置において、圧電素子の活性領域の長さＬ２と、支持部材の長辺の長さＬ１との比（Ｌ２／Ｌ１）×１００％と、発生力との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電振動装置の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧電振動装置の分解斜視図である。
【図６】図６は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第１の変形例を示す正面断面図である。
【図７】図７は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第２の変形例を示す正面断面図である。
【図８】図８は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第３の変形例を示す正面断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る圧電振動装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る圧電振動装置の正面断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の圧電振動装置が複数設けられている振動モジュールの模式的分解斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の変形例を説明するための斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した変形例に係る圧電振動装置の分解斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の他の変形例で用いられる支持部材を説明するための斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置のさらに他の変形例を説明するための斜視図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した変形例に係る圧電振動装置の分解斜視図である。
【図１７】図１７は、従来の圧電振動装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２６】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置１の斜視図及び分解斜視図である。圧電振動装置１は、ユニモルフ型の圧電振動装置である。圧電振動装置１は、振動板として機能する矩形板状の支持部材２を有する。
【００２７】
支持部材２は、本実施形態では、絶縁性材料からなる矩形板状の基板により構成されている。このような絶縁性材料からなる基板として、本実施形態では、ガラスエポキシ基板が用いられている。ガラスエポキシ基板は切削性に優れている。従って、後述するように、マザーの基体から容易にかつ正確に切り出すことができる。よって、圧電振動装置１を高精度に量産することができる。
【００２８】
もっとも、大きな変位量を実現する適宜の絶縁性材料により支持部材２を構成することができる。また、支持部材２は、金属板により構成されてもよく、その場合には、金属板の上面に後述の第１，第２の配線電極間の短絡を防止するために絶縁層を設ければよい。
【００２９】
上記支持部材２は、矩形板状の形状を有するが、この矩形の平面形状の長さ方向寸法をＬ１とし、幅方向寸法をＷとする。
【００３０】
支持部材２の上面が圧電素子接合面２ａである。支持部材２の上面には、第１の配線電極３と、第２の配線電極４とが形成されている。第１，第２の配線電極３，４は、互いに電気的に絶縁され、ギャップを隔てて対向している。
【００３１】
上記第１，第２の配線電極３，４に第１，第２の接合材層５，６を介して、圧電素子７が接合されている。第１，第２の接合材層５，６は、導電性フィラーを含有している適宜の導電性接着剤からなる。もっとも、導電性フィラーを含まない接着剤でも、電極同士が部分的に直接接触すれば導通を確保できる。従って、絶縁性接着剤を用いてもよい。または、第１，第２の接合材層５，６に、圧電素子７に印加する交流電界が圧電素子７を駆動できる電気エネルギーを伝達できる交流インピーダンス値を有していれば、必ずしも、電極同士が互いに直接接触していなくともよく、キャパシタのような電磁界結合であってもよい。
【００３２】
上記圧電素子７は、矩形板状の平面形状を有する。圧電素子７の幅方向寸法は、支持部材２の幅方向寸法Ｗと等しくされている。より具体的には、圧電素子７は、矩形板状の圧電体８を有する。圧電体８は、第１の主面としての下面８ａと、第２の主面としての上面８ｂとを有する。
【００３３】
圧電体８は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）または非鉛含有圧電体、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ系）などの圧電体からなり、本発明の第１の実施形態では圧電セラミックスからなり、厚み方向に分極処理されている。
【００３４】
圧電体８の下面８ａには、第１の駆動電極９が形成されている。圧電体８の上面８ｂには、全面に第２の駆動電極１０が形成されている。第１の駆動電極９と、第２の駆動電極１０とが圧電体８を介して対向している圧電体部分が圧電効果により駆動される活性領域である。圧電体８の活性領域以外の部分は非活性領域である。
【００３５】
本実施形態では、第１の駆動電極９は、下面８ａの全面には形成されていないので、圧電体８には上記活性領域と非活性領域とが存在する。
【００３６】
下面８ａにおいては、第１の駆動電極９とギャップを隔てて対向するように接続電極１０ａが形成されている。接続電極１０ａは、圧電体８の下面８ａから側面を経て、側面と上面８ｂとのなす稜線に至っている。該稜線において接続電極１０ａが第２の駆動電極１０に接続されている。
【００３７】
上記第１，第２の駆動電極９，１０及び接続電極１０ａは、適宜の導電性材料により形成することができる。すなわち、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｄまたはこれらの合金などからなる１以上の導電層により、第１，第２の駆動電極９，１０及び接続電極１０ａを形成することができる。
【００３８】
圧電素子７では、第１，第２の駆動電極９，１０が圧電体８を介して対向しているので、第１，第２の駆動電極９，１０から交流または任意の波形の電圧を印加することにより、圧電素子７と振動板としての支持部材２との積層体を屈曲モードで振動させることができる。
【００３９】
他方、第１の駆動電極９は、第１の接合材層５により、第１の配線電極３に接合されている。同様に、接続電極１０ａは、第２の接合材層６により、第２の配線電極４に接合されている。
【００４０】
第１の接合材層５及び第２の接合材層６による接合は、圧電素子接合面２ａである支持部材２の上面において行われる。従って、第１，第２の接合材層５，６により圧電素子７を第１，第２の配線電極３，４に強固に固定することができる。
【００４１】
しかも、第１，第２の接合材層５，６が、上記のように導電性接着剤からなる。よって、第１の駆動電極９を第１の配線電極３に確実に電気的に接続することができ、並びに接続電極１０ａ、ひいては第２の駆動電極１０を第２の配線電極４に確実に電気的に接続することができる。
【００４２】
図１７に示した従来の圧電振動装置では、クランプ１００５を用いて、電気的な接続が図られていたため、圧電振動子１００１，１００２の破損や変形が生じるという問題があった。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、第１，第２の接合材層５，６により、圧電素子７が、支持部材２に接合されると共に、電気的接続が図られている。従って、圧電素子７において振動が阻害され難いので、変位量の低下等が生じ難く、良好な振動特性を得ることができる。加えて、クランプなどによる応力集中が生じ難いため、第１，第２の駆動電極９，１０の剥離、圧電体８や支持部材２の破壊等も生じ難い。
【００４４】
また、印刷法により、第１，第２の駆動電極９，１０を高精度にかつ安価に形成することができる。
【００４５】
加えて、圧電素子７の第１，第２の駆動電極９，１０に半田付け等を行う必要がないため、圧電素子７の薄型化を図ることができる。
【００４６】
さらに、上記支持部材２は、絶縁性材料からなるため、漏電が生じ難く、圧電振動装置１が搭載された電子機器を操作する人間の感電も生じ難い。加えて、従来の圧電振動装置では、支持部材として、金属からなる振動板が用いられていたため、絶縁層の形成が必要であったが、本実施形態では、支持部材２が絶縁性材料からなるため、このような絶縁層の形成も不要となる。
【００４７】
上記支持部材２には、好ましくは、圧電素子７が屈曲モードで振動した場合に、圧電素子７と共に屈曲モードで振動するように、外部から支持部材２を支持する屈曲モード支持部が存在している。外部からの支持部材２の支持構造は、片持ち梁あるいは両持ち梁など任意である。いずれにしても、支持部材２を屈曲モード支持部で支持することにより、支持部材２が圧電素子７と共に同じ周波数を有する屈曲モードで振動する。
【００４８】
本実施形態では、上記屈曲モード支持部が、圧電素子７が接合されている領域の外側に位置している周辺部である、延長部２ｂ，２ｃに存在する。そして、第１，第２の配線電極３，４が、延長部２ｂ，２ｃに至っている。
【００４９】
また、本実施形態では、好ましくは、上記屈曲モード支持部に、支持部材２における少なくとも一次屈曲モードのノード点（節）が位置することが望ましい。それによって、少なくとも一次屈曲モードの振動を阻害し難い。
【００５０】
次に、本実施形態の圧電振動装置１の製造方法の一例を説明する。
【００５１】
圧電振動装置１の製造に際しては、マザーの支持部材と、マザーの圧電素子とを用意する。すなわち、多数の支持部材２及び圧電素子７がマトリックス状に集合されているマザーの支持部材及びマザーの圧電素子を用意する。このマザーの支持部材においては、上面に第１，第２の配線電極３，４を形成するマザーの第１，第２の配線電極を形成する。このマザーの第１，第２の配線電極の形成は、銅箔付きガラスエポキシ基板を用意し、銅箔をパターニングする方法、ガラスエポキシ基板上にスクリーン印刷や薄膜形成法によりマザーの第１，第２の配線電極を形成する方法など適宜の方法により行い得る。
【００５２】
同様に、マザーの圧電素子を得るにあたっても、マザーの圧電体の上面及び下面に、マザーの第１，第２の駆動電極を同様の方法で形成する。
【００５３】
しかる後、マザーの圧電素子と、マザーの支持部材とを第１，第２の接合材層５，６を構成するための導電性接着剤により接着する。このようにしてマザーの積層体を得る。このマザーの積層体を、厚み方向に切断する。しかる後、圧電体８の側面に、接続電極１０ａの側面部分を形成する。このようにして、圧電振動装置１を容易に量産することができる。
【００５４】
すなわち本実施形態では、矩形板状の支持部材２の短辺の長さ方向の寸法である幅方向寸法Ｗと、圧電素子７の幅方向寸法とが等しくされているので、上記のようにマザーの積層体から切断することにより多数の圧電振動装置１を容易にかつ高精度に量産することができる。
【００５５】
上記支持部材２の長さ方向寸法Ｌ１は、圧電素子７の長さ方向寸法よりも長くされている。そして、図１（ａ）に示すように、支持部材２の圧電素子接合面２ａにおいて、圧電素子７が積層されている部分の側方に至るように支持部材２が延びている。この側方に至っている延長部２ｂ，２ｃに至るようにそれぞれ、第１，第２の配線電極３，４が形成されている。よって、延長部２ｂ，２ｃが外部から支持され、かつ、導通されることによって、支持される箇所が圧電素子７ではないため、特に、圧電素子７の活性領域ではないため、電界印加による圧電体の応力と、支持部に集中する振動の応力とが足し合わせされて圧電素子７にクラックなどの破損又は変形を発生させることなく、かつ、圧電素子７の活性領域の局所的な電気的接続箇所に応力集中を発生させることなく、第１，第２の配線電極３，４を外部端子と容易に電気的に接続することができる。例えば、外部端子として金属クリップを用いればよい。金属クリップが延長部２ｂ，２ｃに形成された第１，第２の配線電極３，４のそれぞれに挟持されれば、第１，第２の配線電極３，４を介して、第１，第２の駆動電極９，１０を外部端子に容易に電気的に接続できる。この場合、金属クリップが延長部２ｂ，２ｃを挟持して支持するため、圧電素子７が金属クリップによる振動の応力集中で破損や変形が生じる問題が改善され、また、金属クリップの剛性と、圧電振動子の駆動電極の剛性の差異による、駆動電極や配線電極の剥離が生じる問題が改善される。
【００５６】
上記圧電素子７における上記活性領域長さ方向寸法をＬ２とする。すなわち、第１，第２の駆動電極９，１０が対向している活性領域の上記矩形の長辺方向の寸法をＬ２とする。
【００５７】
上記支持部材２の長さ方向寸法Ｌ１に対する上記活性領域の長さ方向寸法Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ１）×１００（％）を種々変化させ、多数の上記実施形態の圧電振動装置１を作製し、その変位量及び発生力を測定した。
【００５８】
なお、ここでは、支持部材２の両端部を厚み方向にエッジ状の部材で挟みつけて支持部材２の端面から圧電素子７の端面までの２つの延長部２ｂ，２ｃの距離が等しくなるように、支持部材２の中央部に圧電素子７を固定することによってその部分が厚み方向に変位しないように拘束して、部材間の間隔をＬ１とし、所定の電圧（２００Ｖ）を印加しながら、部材間中央部の厚み方向への変位量をレーザー変位計にて測定してその値を変位量とした。また発生力とは、変位量を測定したときと同じ電圧を印加しながら、変位量がゼロになるように部材中央部にエッジ状の部材を支持部材の厚み方向に押し付け、その力をプッシュプルゲージで測定することによって求めた値である。この測定では、実施形態の一例として、Ｌ１が５３ｍｍ、Ｗが５ｍｍ、厚みが０．２ｍｍの矩形状の銅箔付きガラスエポキシ基板からなる支持部材２に、Ｌ２が５０ｍｍ、Ｗが５ｍｍ、厚みが０．２ｍｍである矩形状のＰＺＴからなる圧電体８にスパッタリング法で形成した第１，第２の駆動電極９，１０をもつ圧電素子７を搭載した圧電振動装置１を用いた。
【００５９】
結果を図２及び図３に示す。
【００６０】
なお、図２及び図３の変位量及び発生力は相対値であり、（Ｌ２／Ｌ１）×１００（％）が１００％の場合を１００％として求めた。
【００６１】
図２及び図３から明らかなように、（Ｌ２／Ｌ１）×１００（％）は、７５％以上であれば、変位量及び発生力が９０％以上と十分大きくし得ること、かつ、７５％未満と比べて、変位量及び発生力の値がＬ２／Ｌ１の比の変動に対しても安定であることがわかる。従って、圧電振動装置１の作製工程における変動によって、支持部材２の長さ方向寸法Ｌ１と活性領域の長さ方向寸法Ｌ２の比が変動しても、変位量及び発生力の値が十分に大きな値で安定する効果を有することから、（Ｌ２／Ｌ１）×１００（％）は、７５％以上であることが望ましい。
【００６２】
図４及び図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧電振動装置２１の斜視図及び分解斜視図である。
【００６３】
第２の実施形態の圧電振動装置２１は、支持部材２の下面２ｄもまた圧電素子接合面とされており、該下面２ｄにも圧電素子７が第１，第２の接合材層５，６を介して積層されていることを除いては、第１の実施形態と同様とされている。従って、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、第１の実施形態における説明を援用することとする。
【００６４】
第２の実施形態の圧電振動装置２１では、支持部材２の両面に圧電素子７，７が積層されているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、第１の実施形態の圧電振動装置１に比べて、大きな変位量や大きな音圧を得ることができる。このように、本発明においては、支持部材の両面が圧電素子接合面とされていてもよい。
【００６５】
また、１つの圧電素子接合面に、それぞれ、２以上の圧電素子７が積層されていてもよい。
【００６６】
本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子は、圧電素子７に限定されるものではない。
【００６７】
図６は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第１の変形例を示す。積層型圧電素子３１は、圧電体３２を有する。圧電体３２は、対向し合う第１，第２の主面３２ａ，３２ｂを有する。圧電体３２は、複数の圧電体層を有する。圧電体３２の第１の主面３２ａには、第１の駆動電極３３が形成されており、第２の主面３２ｂには、第２の駆動電極３４が形成されている。さらに、圧電体３２内に、第１の駆動電極３３と圧電体３２の端面で共通接続される複数の第１の内部駆動電極３５が形成されている。また、第１の駆動電極３３または第１の内部駆動電極３５と圧電体層を介して重なり合うように、複数の第２の内部駆動電極３６が形成されている。複数の第２の内部駆動電極３６は、圧電体３２の端面において第２の駆動電極３４と共通接続されている。このように、本発明においては、複数の内部駆動電極を有する積層型圧電素子３１を用いてもよい。
【００６８】
積層型圧電素子３１を用いることにより、低い駆動電圧で大きな変位量を得ることができる。すなわち、圧電効果による変位は、印加される電界強度に比例する。積層型圧電素子３１では、異なる電位に接続される駆動電極間の圧電体層の厚みを薄くすることができるので、より低い電圧で大きな変位量を得ることができる。
【００６９】
また、図７は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第２の変形例を示す。図７に示す圧電素子４１では、圧電体４２を有する。圧電体４２は、対向し合う第１，第２の主面４２ａ，４２ｂを有する。圧電体４２は、複数の圧電体層を有する。圧電体４２内に、圧電体層を介して対向するように第１，第２の駆動電極４３，４４が形成されている。第１の駆動電極４３は、圧電体４２の第１の主面４２ａ側において、第１の主面４２ａに平行に形成されている。同様に、第２の駆動電極４４は、圧電体４２の第２の主面４２ｂ側において、第２の主面４２ｂに平行に形成されている。すなわち、本発明においては、第１，第２の駆動電極は、圧電体の第１，第２の主面上に直接形成されておらずともよい。第１，第２の駆動電極４３，４４の外側に、不活性層４２ｃ，４２ｄが形成されている。このように、不活性層４２ｃ，４２ｄを有する圧電素子４１を用いてもよい。
【００７０】
図７に示す圧電素子４１では、不活性層４２ｃ，４２ｄが設けられているため、圧電体４２内部の活性領域のクランプを抑制することができる。また、圧電素子４１では、第１，第２の駆動電極４３，４４が不活性層４２ｃ，４２ｄによって覆われるため、外部の水分に晒され難い。従って、製品の寿命を長くすることができる。加えて、漏電が生じ難く、圧電振動装置が搭載された電子機器を操作する人間の感電も生じ難くすることができる。
【００７１】
さらに、図８は、本発明の圧電振動装置で用いられる圧電素子の第３の変形例を示す。図８に示す積層型圧電素子５１は、圧電体５２を有する。圧電体５２は、対向し合う第１，第２の主面５２ａ，５２ｂを有する。圧電体５２は、複数の圧電体層を有する。圧電体５２内に、圧電体層を介して対向するように第１，第２の駆動電極５３，５４が形成されている。第１の駆動電極５３は、圧電体５２の第１の主面５２ａ側において、第１の主面５２ａに平行に形成されている。同様に、第２の駆動電極５４は、圧電体５２の第２の主面５２ｂ側において、第２の主面５２ｂに平行に形成されている。また、積層型圧電素子５１は、図７に示す圧電素子４１のように、圧電体５２の第１，第２の主面５２ａ，５２ｂ側に不活性層５２ｃ，５２ｄを有する。そして、第１，第２の駆動電極５３，５４間に、複数の内部駆動電極５５が形成されている。
【００７２】
図６〜図８に示したように、本発明の圧電振動装置において用いる圧電素子は、第１の駆動電極及び第２の駆動電極の外側に不活性層を有するものであってもよく、また第１，第２の駆動電極間にさらに他の駆動電極が形成されている積層型圧電素子であってもよい。
【００７３】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る圧電振動装置の斜視図である。第３の実施形態の圧電振動装置６１では、圧電素子７上に絶縁性材料からなる保護層６２が形成されている。その他の点については、圧電振動装置６１は、第１の実施形態の圧電振動装置１と同様である。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより圧電振動装置１の説明を援用することとする。
【００７４】
保護層６２は、絶縁性材料からなり、第２の駆動電極１０の上面の全面を被覆するように設けられている。従って、圧電振動装置が搭載された電子機器を操作する人間の第２の駆動電極１０による感電の発生を防止することができる。なお、上記保護層６２を構成する絶縁性材料は特に限定されず、合成樹脂や絶縁性セラミックスなどを用いることができる。もっとも、圧電素子７の変位を抑制しないためには、弾力性に優れた絶縁性材料を用いることが望ましい。
【００７５】
もっとも、保護層６２は、圧電体８と同じ圧電材料により形成されていてもよい。その場合には、圧電振動装置６１を形成するための材料の種類を増加させることなく、また製造工程の煩雑さを招くことなく保護層６２を形成することができる。
【００７６】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る圧電振動装置を示す正面断面図である。第４の実施形態の圧電振動装置７１では、第３の実施形態の保護層６２に代えて、圧電素子７の下面側に保護層７２が形成されている。そして、上記保護層７２が絶縁性の接合材からなる。また、圧電振動装置７１は、保護層７２が形成されていることに伴い、第１，第２の接合材層５，６よりも厚く形成されている第１，第２の接合材層５Ａ，６Ａを有する。
【００７７】
従って、図１０に示すように、上記保護層７２により、圧電素子７が支持部材２の圧電素子接合面２ａに接合されてもいる。よって、第１の接合材層５Ａの面積が小さくされている。このように、保護層７２を設けた場合、第１の接合材層５Ａの面積を小さくしたとしても、圧電素子７を支持部材２に強固に接合することができる。
【００７８】
保護層７２を設けた場合、保護層７２として耐湿性に優れた絶縁性接着剤を用いることにより、圧電素子７の下面側からの水分の進入による特性の劣化を抑制することができる。保護層７２として、第１の駆動電極９と接続電極１０ａとを電気的に絶縁できる部材、例えば絶縁性の接着剤や異方導電性接着剤などを用いる場合には、支持部材２と圧電素子７との間に隙間なく保護層７２が配置されてもよい。
【００７９】
なお、図９に示した保護層６２と図１０に示した保護層７２の双方を形成してもよい。その場合には、圧電素子７の上面及び下面のいずれの側においても、保護層６２，７２により保護を果たすことができる。
【００８０】
本発明に係る圧電振動装置は、各種圧電アクチュエータや、圧電スピーカーなどの圧電発音体として用いることができる。また、近年、携帯電子機器の入力装置の一種としてタッチパネル式入力装置が多用されてきている。このタッチパネル式入力装置において、人間による入力に対する反力がクリック感を与えるＨａｐｔｉｃｓと称されている装置が注目されている。本発明の圧電振動装置は、このようなＨａｐｔｉｃｓにおいて反力を与えるアクチュエータとして好適に用いることができる。
【００８１】
図１２は、第１の実施形態の圧電振動装置１の変形例である圧電振動装置１Ａを説明するための斜視図であり、図１３は、その分解斜視図である。本変形例の圧電振動装置１Ａは、第１の実施形態の支持部材２に代えて、支持部材２Ａを有する。本変形例では、第１の実施形態と同じ圧電素子７が用いられている。もっとも、支持部材２Ａの幅が圧電素子７の幅よりも広くされている。この支持部材２Ａの上面に、図１３に示すように、第１の配線電極３Ａと、第２の配線電極４Ａとが形成されている。第１，第２の配線電極３Ａ，４Ａは、互いに電気的に絶縁され、ギャップを隔てて対向している。圧電素子７が、第１，第２の接合材層５，６を介して、第１，第２の配線電極３Ａ，４Ａに接合されている。第１の配線電極３Ａは、接合部３ａと、端子部３ｂと、連結部３ｃとを有する。接合部３ａには、第１の接合材層５が積層される。接合部３ａは、支持部材２Ａの幅方向全幅に至っている。端子部３ｂは、第２の配線電極４Ａ側に設けられている。端子部３ｂは、第２の配線電極４Ａと支持部材２Ａの幅方向においてギャップを隔てて対向している。また、端子部３ｂは、第２の配線電極４Ａと同様に、支持部材２Ａの一端側に寄せられて形成されている。接合部３ａと端子部３ｂとは、連結部３ｃによって接続されている。そして、端子部３ｂ及び第２の配線電極４Ａが、図１２に示すように該支持部材２Ａの一端側において露出している。従って、外部との電気的接続を容易に行うことができる。
【００８２】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動装置の他の変形例で用いられる支持部材２Ｂを説明するための斜視図である。図１３に示した圧電振動装置１Ａでは、端子部３ｂと第２の配線電極４Ａとの短絡を防止するために、支持部材２Ａの幅が、圧電素子７の幅よりも広くされていた。もっとも、図１４に示すように、第１の配線電極３Ｂを有し、圧電素子７の幅と同じ幅の支持部材２Ｂを用いることも可能である。この場合には、第１の配線電極３Ｂは、接合部３ｄと、端子部３ｅと、連結部３ｆとを有する。接合部３ｄには、第１の接合材層５が積層される。接合部３ｄは、支持部材２Ｂの幅方向全幅に至っている。端子部３ｅは、第２の配線電極４Ａ側に設けられている。端子部３ｅは、第２の配線電極４Ａと支持部材２Ｂの幅方向においてギャップを隔てて対向している。また、端子部３ｅは、第２の配線電極４Ａと同様に、支持部材２Ａの一端側に寄せられて形成されている。接合部３ｄと端子部３ｅとは、支持部材２Ｂの一方の端面から下面を経て他方の端面に至っている連結部３ｅによって接続されている。
【００８３】
なお、図１４に示した支持部材２Ｂにおいても、その全幅は、圧電素子７の幅よりも大きくてもよい。
【００８４】
図１５は、第１の実施形態の圧電振動装置１の変形例である圧電振動装置１Ｂを説明するための斜視図であり、図１６は、その分解斜視図である。圧電振動装置１Ｂは、図８に示した積層型圧電素子５１を、支持部材２Ａに積層してなる。支持部材２Ａは、図１３に示した支持部材２Ａとほぼ同様とされている。もっとも、ここでは、支持部材２Ａの幅は、積層型圧電素子５１の幅と同じ寸法としているが、図１３の場合と同様に、積層型圧電素子５１よりも広幅の支持部材２Ａを用いてもよい。
【００８５】
図１５及び図１６に示す変形例においても、第１の配線電極３Ａの端子部３ｂが第２の配線電極４Ａと、支持部材２Ａの長さ方向一端側に寄せられて設けられている。従って、支持部材２Ａの長さ方向一端側において外部との電気的接続を容易に行うことができる。加えて、図１５に示すように、端子部３ｂ及び第２の配線電極４Ａが支持部材２Ａの一端側において露出しているため、外部との接続をより一層容易に行うことができる。
【００８６】
図１１は、本発明の圧電振動装置を用いた振動モジュール８１の模式的分解斜視図である。この振動モジュール８１では、基板８２の上面に第１の実施形態の複数の圧電振動装置１，１が接合材層８３，８４により実装されている。そして、複数の圧電振動装置１，１の上方に、タッチパネル式入力装置で用いられる可撓性基板８５が配置される。このような振動モジュールはＨａｐｔｉｃｓに好適に用いることができる。
【００８７】
なお、上記実施形態の圧電振動装置１では、矩形板状の圧電体を用いたが、本発明の圧電振動装置の圧電体は矩形板状以外の形状、例えば円板状等の他の形状であってもよい。同様に、支持部材についても、ユニモルフ振動装置の振動板として機能する限り、矩形板状に限らず、円板状等の形状を有していてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ，１Ｂ…圧電振動装置
２，２Ａ，２Ｂ…支持部材
２ａ…圧電素子接合面
２ｂ，２ｃ…延長部
２ｄ…下面
３，３Ａ，３Ｂ…第１の配線電極
３ａ…接合部
３ｂ…端子部
３ｃ…連結部
３ｄ…接合部
３ｅ…端子部
３ｆ…連結部
４，４Ａ…第２の配線電極
５…第１の接合材層
５Ａ…第１の接合材層
６…第２の接合材層
７…圧電素子
８…圧電体
８ａ…第１の主面
８ｂ…第２の主面
９…第１の駆動電極
１０…第２の駆動電極
１０ａ…接続電極
２１…圧電振動装置
３１…圧電素子
３２…圧電体
３２ａ…第１の主面
３２ｂ…第２の主面
３３…第１の駆動電極
３４…第２の駆動電極
３５…第１の内部駆動電極
３６…第２の内部駆動電極
４１…圧電素子
４２…圧電体
４２ａ…第１の主面
４２ｂ…第２の主面
４２ｃ，４２ｄ…不活性層
４３…第１の駆動電極
４４…第２の駆動電極
５１…圧電素子
５２…圧電体
５２ａ…第１の主面
５２ｂ…第２の主面
５２ｃ，５２ｄ…不活性層
５３…第１の駆動電極
５４…第２の駆動電極
５５…内部駆動電極
６１…圧電振動装置
６２…保護層
７１…圧電振動装置
７２…保護層
８１…振動モジュール
８２…基板
８３，８４…接合材層
８５…可撓性基板
【図１】
2012060235.tif 000003
【図２】
2012060235.tif 000004
【図３】
2012060235.tif 000005
【図４】
2012060235.tif 000006
【図５】
2012060235.tif 000007
【図６】
2012060235.tif 000008
【図７】
2012060235.tif 000009
【図８】
2012060235.tif 000010
【図９】
2012060235.tif 000011
【図１０】
2012060235.tif 000012
【図１１】
2012060235.tif 000013
【図１２】
2012060235.tif 000014
【図１３】
2012060235.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2012060235.tif 000018
【図１７】
2012060235.tif 000019
【国際調査報告】
2012060235.tif 000020
2012060235.tif 000021
2012060235.tif 000022
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