(57)【要約】  【課題】  低周波特性を有する圧電電子部品であって、十分な振動エネルギーを得ることができる圧電電子部品を提供すること。  【解決手段】  一方の主面に第１の領域３Ａおよび第１の領域３Ａに隣接する第２の領域３Ｂを有するシム３と、第２の領域３Ｂに設けられる圧電素子２と、圧電素子２に対向する部分を有し、シム３を第１の領域３Ａで固定する支持部材４と、支持部材４及び圧電素子２の間に位置し、支持部材４及び圧電素子２の少なくとも一方に設けられている弾性部材６とを備えたことから、低周波特性を有する圧電電子部品１であって、十分な振動エネルギーを得ることができる。【選択図】  図１
2012120097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に第１の領域および該第１の領域に隣接する第２の領域を有するシムと、
前記第２の領域に設けられる圧電素子と、
該圧電素子に対向する部分を有し、前記シムを前記第１の領域で固定する支持部材と、
該支持部材及び前記圧電素子の間に位置し、前記支持部材及び前記圧電素子の少なくとも一方に設けられている弾性部材とを備えた圧電電子部品。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記支持部材及び前記圧電素子の双方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電電子部品。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記圧電素子の中央部より前記第１の領域側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電電子部品。
【請求項４】
前記シムの他方の主面の、前記第２の領域に対応する領域に、さらに圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電電子部品。
【請求項５】
請求項１に記載の圧電電子部品を振動源としており、前記支持部材が搭載されるパネルを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電電子部品および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電電子部品は、圧電エキサイター等の用途に利用されている。例えば、特許文献１には、このような圧電電子部品として、圧電素子および圧電素子が両主面に設けられたシム材から成る振動子と、圧電素子の端部近傍を支持している支持部材とを有する構成のものが記載されている。
【０００３】
このような圧電電子部品は、支持部材が電子機器のパネルに取り付けられる。そして振動子の振動エネルギーは、支持部材を伝わってパネルに伝達し、このパネルが振動板として機能し、音を発生させる。上記の構成の圧電電子部品によれば、支持部材が圧電素子を直接支持するため、振動エネルギーを支持部材にロスなく伝達できる。よって、支持部材から十分な振動エネルギーが取り出せた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008−252878号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、支持部材により圧電素子を直接支持すると、振動エネルギーは十分得ることはできるが、振動子の共振周波数が高周波数側に移動してしまう。よって、例えば、圧電素子の配置領域から延長されたシムを支持する場合に比して、共振周波数が高周波数側に移動してしまい、十分な低周波特性が得られなかった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分な低周波特性を有する圧電電子部品について、大きい振動エネルギーを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電電子部品は、一方の主面に第１の領域および該第１の領域に隣接する第２の領域を有するシムと、前記第２の領域に設けられる圧電素子と、該圧電素子に対向する部分を有し、前記シムを前記第１の領域で固定する支持部材と、該支持部材及び前記圧電素子の間に位置し、前記支持部材及び前記圧電素子の少なくとも一方に設けられている弾性部材とを備えたものである。
【０００８】
本発明の電子機器は、上記の圧電電子部品を振動源としており、前記支持部材が搭載されるパネルを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧電電子部品によれば、一方の主面に第１の領域および第１の領域に隣接する第２の領域を有するシムと、第２の領域に設けられる圧電素子と、圧電素子に対向する部分を有し、シムを第１の領域で固定する支持部材と、支持部材及び圧電素子の間に位置し、支持部材及び圧電素子の少なくとも一方に設けられている弾性部材とを備えたことから、支持部材によってシムの第１の領域が支持されているので、共振周波数を低周波数側に移動させることができる。また、圧電素子の振動による振動エネルギーは、シムの第１の領域側から支持部材に伝わるだけでなく、第２の領域側からも弾性部材を介して支持部材
に伝わる。その結果、十分な低周波特性を有する圧電電子部品であって、振動エネルギーを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる圧電電子部品の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す圧電電子部品の上面図である。
【図２】図１に示す圧電発振子の縦断面図である。
【図３】縦軸が圧電電子部品の振動エネルギーを示し、横軸が入力した信号の周波数を示すグラフである。
【図４】本発明の圧電電子部品の他の例の側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）ともに、本発明の圧電電子部品の他の例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の圧電電子部品の実施の形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１に示す例の圧電電子部品１は、基本的な構成として、支持部材４と、シム３および圧電素子２から成る圧電振動子５と、弾性部材６と、接続材７とを備えている。
【００１３】
圧電電子部品１は、例えば、圧電振動子５の屈曲振動を利用した圧電エキサイターとして使用される。圧電電子部品１は、パネルを有する電子機器の振動源として利用される。この電子機器は、圧電電子部品１を振動源としており、支持部材２が搭載されるパネルを有する構成である。
【００１４】
支持部材４は、圧電素子２に対向する部分４Ａを有し、シム３を第１の領域３Ａで固定している。支持部材４は、エポキシ系、アクリル系、ポリカーボネート系等の樹脂材料が使用される。図１に示す例においては、シム３の第１の領域３Ａへの固定は、接続材７によってなされている。接続材７は、エポキシ系等の樹脂、半田等が使用される。なお、接続材を用いず、シム３は、直接支持部材４に固定されていてもよい。具体的には、固化する前の溶融した状態の支持部材４に、シム３を当接させておく。その状態で、熱を加える等の処理を施すことによって、支持部材４はシム３が固定された状態で固化することとなる。また、支持部材４に設けられた切り欠きにシム３が嵌めこまれて固定されていてもよい。
【００１５】
シム３は、図１に示す例においては、一方の主面および他方の主面に第１の領域３Ａおよび第１の領域３Ａに隣接する第２の領域３Ｂを有している。シム３は、例えば42アロイ等のニッケル合金あるいはその他の金属からなる。また、このシム３は、支持部材４で支持されている方の端部を固定端とし、他方の端部を自由端として振動する部材である。また、シム３は、可撓性を有する。シム３の寸法は、例えば長さが20〜40ｍｍ、幅が3.5〜5.5ｍｍ、厚みが0.2〜0.35ｍｍの短冊形状であることが好ましい。
【００１６】
圧電素子２は、図２に示すように、シム３に接着される側の主面に、電極２ｂを覆うようにして、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂等からなる絶縁性接着剤８が塗布され、この絶縁性接着剤８を介してシム材３の主面に貼り付けられている。圧電素子２の絶縁性接着剤８を介してのシム３の主面への貼り付けは、例えば常温で約２分間加圧することによって行なわれる。
【００１７】
図１に示す例では、圧電素子２は、シム３の一方の主面（下面）の第２の領域３Ｂに設けられているとともに、シム３の他方の主面（上面）の、第２の領域３Ｂに対応する領域にも、さらに圧電素子２が設けられている。
【００１８】
図２に示す例のように、圧電素子２は、圧電基板２ａが５〜１５層程度積層されており、これらの基板表面または基板間に電極２ｂが設けられて成る。一方の電位の電極２ｂは、一方の端面の端面電極２ｃに接続されている。他方の電位の電極２ｂは、他方の端面の端面電極２ｄに接続されている。端面電極２ｃ、２ｄは、圧電基板２ａおよび電極２ｂからなる積層体の端面にそれぞれ設けられている。
【００１９】
圧電基板２ａは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３），チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３），ニオブ酸ナトリウム・カリウム（Ｎａ１−ｘＫｘＮｂＯ３），ビスマス層状化合物（例：ＭＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｍ：２価のアルカリ土類金属元素）等を基材とする圧電セラミックス、または水晶，タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等の圧電単結晶からなる。
【００２０】
なお、圧電基板２ａは、例えば、長さが10〜25ｍｍ、幅が3〜5ｍｍ、厚みが20〜50μｍの直方体形状とする。
【００２１】
さらに、例えば、圧電電子部品１全体の薄型化の観点から、圧電素子２の厚みは５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
圧電基板２ａがセラミック材料から成る場合は、以下のようにして圧電基板２ａが製造される。まず、グリーンシートを作製する。この方法としては、例えば、原料粉末にバインダを加えてプレスする方法が用いられる。また、原料粉末を水や分散剤とともにボールミルを用いて混合した後に乾燥し、バインダ，溶剤，可塑剤等を加えてドクターブレード法により成型する方法を用いてもよい。
【００２３】
次に、このグリーンシートを、1100〜1400℃のピーク温度で0.5〜８時間焼成して基板
を形成する。次に、この基板に80〜200℃の温度にて、例えば、厚み方向に３〜６ｋＶ／
ｍｍの電圧をかけて分極処理を施すことによって、所望の圧電特性を有した圧電基板２ａが得られる。
【００２４】
また、圧電基板２ａが圧電単結晶材料からなる場合は、圧電基板２ａとなる圧電単結晶材料のインゴット（母材）を所定の結晶方向となるように切断することによって、所望の圧電特性を有した圧電基板２ａが得られる。
【００２５】
電極２ｂおよび端面電極２ｃ、２ｄは、導電性の観点からは金，銀，銅またはアルミニウム等の金属膜からなることが好ましい。電極２ｂの厚みは0.1〜５μｍの範囲とするこ
とが好ましい。電極となる金属膜を0.1μｍよりも厚くすることにより、例えば、大気中
において高温にさらされた場合に、酸化によって導電性が低下することを抑制することができる。また、金属膜を５μｍよりも薄くすることにより、金属膜が応力で剥離するのを防ぐことができる。
【００２６】
このような電極２ｂとなる金属膜の被着には、真空蒸着法，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相堆積）法またはスパッタリング法等が利用できる。
【００２７】
このとき、圧電基板２ａと電極２ｂとの密着性を高めるために、例えば、クロムのように、圧電基板２ａを構成するセラミック材料との密着性が高い金属からなる下地電極層を予め設け、その上に所望の金属膜を設けてもよい。
【００２８】
また、電極２ｂは、例えば、銀または銅等の金属フィラーを含有し、低温ガラスをバインダとする導電性ペーストを、所定の温度で焼き付けて形成することもできる。端面電極
２ｃ、２ｄも同様に、ペーストの焼付けによって形成される。なお、電極２ｂの厚みは５〜30μｍの範囲とすることが好ましい。電極２ｂとなる電極膜を５μｍよりも厚くすることにより、金属フィラー間の接触不良による導通抵抗の増大を抑制することができる。また、30μｍよりも薄くすることにより、電極２ｂの質量効果による圧電基板２ａの振動特性の劣化を防ぐことができる。
【００２９】
電極２ｂの寸法は、圧電基板２ａの寸法によって適宜設定される。例えば、圧電基板２ａの寸法が、長さが２ｍｍ、幅が0.5ｍｍ、厚みが0.2ｍｍである場合は、電極２ｂの寸法は、圧電基板２ａの長さ方向の寸法が1.5ｍｍであり、圧電基板２ａの幅方向の寸法が0.5ｍｍであり、厚みが１μｍである。
【００３０】
弾性部材６は、図１に示す例のように、支持部材４及び圧電素子２の間に位置し、支持部材４及び圧電素子２の双方に設けられていることが好ましい。図１に示す例では、弾性部材６は、支持部材４及び圧電素子２の双方に接着している。この場合には、弾性部材６が支持部材４及び圧電素子２のいずれか一方にだけ設けられている場合と比べて、圧電振動子５を支持部材４に対して確実に固定できる。よって、圧電電子部品１の強度を向上させることができるので好ましい。
【００３１】
この弾性部材６としては、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂、ゴム等の弾性を有する部材が用いられる。弾性部材６の弾性率は、１ＭＰａ〜１ＧＰａである。この弾性部材６は、厚みが３０〜２００μｍである。また、弾性部材６の寸法は、例えば、圧電素子２の長辺方向が１〜４ｍｍであって、短辺方向が２〜６ｍｍである。
【００３２】
以上の構成によって、支持部材４によってシム３の第１の領域３Ａが支持されているので、共振周波数を高周波数側に移動することを抑制できる。また、圧電振動子５の振動エネルギーが、シム３の第２の領域３Ｂ側から弾性部材６を介して支持部材４に伝達されると共に、シム３の第１の領域３Ａ側からも支持部材４に伝達される。よって、支持部材４に複数の箇所から振動エネルギーが伝達されるので、この支持部材４が搭載されたパネル（不図示）には、十分な振動エネルギーが効率良く伝達されることとなる。従って、十分な低周波特性を有する圧電電子部品１であって、振動エネルギーを大きくすることができる。
【００３３】
次に、圧電電子部品１を、圧電エキサイターとして使用した場合についてその駆動方法を以下に説明する。圧電素子２の端面電極２ｃ、２ｄにはそれぞれリード電極（不図示）が接続される。一端が端面電極２ｃに接続されているリード電極は、その他端が駆動電源（不図示）の一方の側に接続されている。また、一端が端面電極２ｄに接続されているリード電極は、その他端が駆動電源（不図示）の他方の側に接続されている。なお、この駆動電源は、所定の周波数の交流電流を供給する。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良等が可能である。
【００３５】
例えば、図１においては、シム３の両主面に圧電素子２が設けられた例を示したが、図４に示すように、これらが設けられているのは、シム３の一方の主面のみであってもよい。
【００３６】
また、図１に示す例においては、弾性部材６は、支持部材４及び圧電素子２の間に位置し、支持部材４及び圧電素子２の双方に設けられている。しかし、弾性部材６は、支持部材４及び圧電素子２の間に位置すれば、この構成に拘らない。例えば、図５（ａ）に示すように、弾性部材６は、支持部材４にのみ設けられていることが好ましい。この場合には
、圧電発振子５の振幅が小さいときには、圧電素子２が弾性部材６に接触しない。よって、圧電発振子５の振幅が小さいときには、圧電発振子５はシム３のみで支持されている。従って、この場合には、より低周波特性を得ることができる。一方、圧電発振子５の振幅が大きいときには、圧電素子２が弾性部材６に接触するようになる。よって、シム３の第１の領域３Ａ側だけでは伝達しきれなくなった振動エネルギーを、シム３の第２の領域３Ｂ側からも弾性部材６を介して支持部材２に伝達できるようになる。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示すように、弾性部材６が、圧電素子２にのみ設けられている場合にも、図５（ａ）に示す例と同様の効果を奏することができるので好ましい。
【００３８】
また、弾性部材６は、圧電素子２の中央部より第１の領域３Ａ側に設けられていることが好ましい。特に、弾性部材６は、図１に示す例のように、圧電素子２の第１の領域３Ａ側の端部に設けられていることが好ましい。この場合には、弾性部材６が圧電素子２の振動を妨げることが抑制される。従って、所望の周波数特性を得やすくなる。
【００３９】
さらに、図１に示す例のように、弾性部材６の端面と、圧電素子２の端面とは略同一平面となるよう揃えられていてもよい。また、弾性部材６の端面は、第１の領域３Ａ側に、圧電素子２の端面を超えて延在していることが好ましい。この場合には、弾性部材６と圧電素子２との接着面積を増加させずに、弾性部材６と支持部材４の対向部分４Ａとの接着面積を増加させることができる。よって、圧電素子２の振動を妨げることなく、弾性部材６と支持部材４との接着強度を高め、両者の剥離を防止することができる。
【００４０】
弾性部材６は、前述した接着材７より弾性率が低いことが好ましい。この場合には、接着材７の方が、弾性部材６より固定力が高くなる。よって、圧電振動子５は、主にシム３の端部において、接着材７を介して支持部材４で固定されることとなる。従って、弾性部材６による圧電素子２の固定力は、シム３の方に比べて小さい。よって、圧電振動子５の共振周波数が高周波側に移動するのをさらに抑制することができる。なお、弾性部材６の弾性率は１ＭＰａ〜１ＧＰａ、接続材７の弾性率は１００ＭＰａ〜１００ＧＰａの範囲からそれぞれ適宜選択される。
【実施例】
【００４１】
圧電電子部品１および比較例の圧電電子部品との特性の違いを、図を用いて以下に説明する。まず、圧電電子部品１について説明する。
【００４２】
シム３は、長さが35ｍｍ、幅が4.5ｍｍ、厚みが0.3ｍｍの短冊形状であって、材質は42アロイとした。圧電素子２は、長さが31ｍｍ、幅が4.1ｍｍ、厚みが0.55μｍとした。ま
た、圧電素子２は、シム３の両主面に配置した。圧電素子２の電極２ｂは、長さが30.4ｍｍ、幅が3.5ｍｍ、厚みを２μｍとした。
【００４３】
支持部材４とシム３とが接着している部分は、シム３の長さ方向が２ｍｍであり、シム３の幅方向は4.5ｍｍとした。支持部材４の対向部分４Ａと圧電素子２とが接着している
部分は、圧電素子２の長さ方向が2.5ｍｍであって、圧電素子２の幅方向は4.1ｍｍとした。
【００４４】
支持部材４のうち圧電素子２に対向する部分４Ａは、シム３の長さ方向が３ｍｍであり、シム３の幅方向は4.5ｍｍとした。接続材７は、弾性率が２ＧＰａであって、厚みが５
０μｍであるエポキシ樹脂が使用した。弾性部材６は、弾性率が３０ＭＰａであって、厚みが１００μｍであるシリコーン樹脂が使用した。
【００４５】
次に、比較例の圧電電子部品について説明する。この圧電電子部品の支持部材は、圧電
電子部品１における弾性部材６を有さないものとした。この圧電電子部品の、その他の寸法および形状は、圧電電子部品１と同様とした。
【００４６】
これらの圧電電子部品１および比較例の圧電電子部品それぞれに対して、所定の周波数の交流電流を印加して、発生する振動エネルギーを測定した。印加する交流電流の周波数は、図３の横軸に示すように、所定の範囲内で変化させるものとした。
【００４７】
なお、電圧の印加にあたっての圧電電子部品１の駆動方法を以下に示す。まず、圧電素子２の端面電極２ｃ、２ｄにはそれぞれリード電極を接続した。一端が端面電極２ｃに接続されているリード電極は、他端を駆動電源の一方の側に接続した。また、一端が端面電極２ｄに接続されているリード電極は、他端を駆動電源（不図示）の他方の側に接続した。なお、比較例の圧電電子部品も同様の駆動方法とした。
【００４８】
図３において、破線は、比較例の圧電電子部品の振動モードであり、実線は、圧電電子部品１の振動モードである。
【００４９】
破線の振動モードは、低周波数側の共振周波数が約550Ｈｚであった。この共振周波数
で、振動エネルギーが約−21ｄＢＮであった。それに対して、実線の振動モードは、低周波数側の共振周波数が約550Ｈｚであり、この共振周波数で、振動エネルギーが約−８ｄ
ＢＮであった。よって、破線の振動モードおよび実線の振動モードは、低周波数側の共振周波数がほぼ同じ値であった。一方、低周波数側の共振周波数の振動エネルギーは、実線の振動モードの方が、破線の振動モードより、約１３ｄＢＮ大きかった。結果として、圧電電子部品１は比較例の圧電電子部品と比較して、ほぼ同じ共振周波数において、振動エネルギーが大きくなっていることが分かった。
【符号の説明】
【００５０】
１：圧電電子部品
２：圧電素子
２ａ：圧電基板
２ｂ：電極
２ｃ、２ｄ：端面電極
３：シム材
４：支持部材
５：圧電発振子
６：弾性部材
【図１】
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【図２】
2012120097.tif 000004
【図３】
2012120097.tif 000005
【図４】
2012120097.tif 000006
【図５】
2012120097.tif 000007