特開 2024-21129 振動デバイス、振動装置及び振動デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024021129

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】振動デバイス、振動装置及び振動デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/06 20060101AFI20240208BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

B06B1/06 Z

H01L41/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022123740

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】長坂 昭吾

(72)【発明者】

【氏名】清水 良典

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107AA09

5D107AA20

5D107BB08

5D107CC02

(57)【要約】

【課題】振動素子による振動の減衰を抑制することが可能な振動デバイス、振動装置及び振動デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】振動デバイス２は、振動素子２１と、振動素子２１を載置する載置面２０ａが形成された基板２０と、載置面２０ａの周囲に形成された壁部２０ｂと、壁部２０ｂで囲われた内側に、基板２０の載置面２０ａに載置された振動素子２１を封止するポッティング層２４とを備える。振動デバイス２は、ベースフィルム２００上に、開口が形成された保護フィルム２０１を積層して基板２０を形成する工程と、基板２０上で、保護フィルム２０１の開口内に、振動素子２１を載置する工程と、基板２０上で、保護フィルム２０１の開口内に載置された振動素子２１を、ポッティングにより封止する工程とを経て製造される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動素子と、
前記振動素子を載置する載置面が形成された基板と、
前記載置面の周囲に形成された壁部と、
前記壁部で囲われた内側に、前記基板の載置面に載置された前記振動素子を封止するポッティング層と
を備えることを特徴とする振動デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の振動デバイスであって、
前記基板は、
前記載置面が形成されるベースフィルムと、
前記ベースフィルム上に積層され、前記載置面に対応する箇所が開口した保護フィルムと
を有し、
前記壁部は、
前記ベースフィルムの載置面及び前記保護フィルムの段差により形成される
ことを特徴とする振動デバイス。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記ポッティング層は、
前記壁部の内側からはみ出さないように形成される
ことを特徴とする振動デバイス。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記ポッティング層は、
前記載置面からの高さが、前記壁部以下である
ことを特徴とする振動デバイス。

【請求項5】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記振動素子は、
通電により振動する薄膜状の圧電素子であり、
前記基板は、
薄膜状のフレキシブルプリント基板である
ことを特徴とする振動デバイス。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする振動装置。

【請求項7】

振動素子を備える振動デバイスの製造方法であって、
ベースフィルム上に、開口が形成された保護フィルムを積層して基板を形成する工程と、
前記基板上で、前記保護フィルムの開口内に、前記振動素子を載置する工程と、
前記基板上で、前記保護フィルムの開口内に載置された前記振動素子を、ポッティングにより封止する工程と
を含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動素子を備える振動デバイス、そのような振動デバイスを備える振動装置及びそのような振動デバイスを製造する振動デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マウス、キーボード、ゲーム用コントローラ等の操作用の装置、スマートフォン、タブレット型コンピュータ等の通信用の装置、その他様々な電子機器には、振動を発生させる振動素子が用いられている。例えば、特許文献１では、振動素子として圧電素子を用いた振動デバイスが開示されている。圧電素子を用いた振動デバイスでは、振動により圧電素子に故障が発生し易いため、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルムによるラミネート加工が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－３９７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながらＰＥＴによるラミネート加工は、振動素子による振動が減衰し易いという問題がある。

【0005】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、振動の減衰を抑止することが可能な振動デバイスの提供を主たる目的とする。

【0006】

また、本発明は、本発明に係る振動デバイスを備える振動装置の提供を他の目的とする。

【0007】

また、本発明は、振動デバイスの製造方法の提供を更に他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本願開示の振動デバイスは、振動素子と、前記振動素子を載置する載置面が形成された基板と、前記載置面の周囲に形成された壁部と、前記壁部で囲われた内側に、前記基板の載置面に載置された前記振動素子を封止するポッティング層とを備えることを特徴とする。

【0009】

また、前記振動デバイスにおいて、前記基板は、前記載置面が形成されるベースフィルムと、前記ベースフィルム上に積層され、前記載置面に対応する箇所が開口した保護フィルムとを有し、前記壁部は、前記ベースフィルムの載置面及び前記保護フィルムの段差により形成されることを特徴とする。

【0010】

また、前記振動デバイスにおいて、前記ポッティング層は、前記壁部の内側からはみ出さないように形成されることを特徴とする。

【0011】

また、前記振動デバイスにおいて、前記ポッティング層は、前記載置面からの高さが、前記壁部以下であることを特徴とする。

【0012】

また、前記振動デバイスにおいて、前記振動素子は、通電により振動する薄膜状の圧電
素子であり、前記基板は、薄膜状のフレキシブルプリント基板であることを特徴とする。

【0013】

更に、本願開示の振動装置は、前記振動デバイスを備えることを特徴とする。

【0014】

更に、本願開示の振動デバイスの製造方法は、ベースフィルム上に、開口が形成された保護フィルムを積層して基板を形成する工程と、前記基板上で、前記保護フィルムの開口内に、前記振動素子を載置する工程と、前記基板上で、前記保護フィルムの開口内に載置された前記振動素子を、ポッティングにより封止する工程とを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本願開示の振動デバイス等は、振動の減衰を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本願開示の振動装置の外観の一例を示す概略外観図である。

【図2】本願開示の振動装置の外観の一例を示す概略外観図である。

【図3】本願開示の振動装置の内部の一例を示す概略斜視図である。

【図4】本願開示の振動デバイスの一例を示す概略斜視図である。

【図5】本願開示の振動デバイスが備える基板の一例を示す概略斜視図である。

【図6】本願開示の振動デバイスが備える基板の一例を示す概略分解斜視図である。

【図7】本願開示の振動デバイスの一例を示す概略分解斜視図である。

【図8】本願開示の振動デバイスの一例を模式的に示す概略断面図である。

【図9】本願開示の振動デバイスの製造方法の一例を示す説明図である。

【図10】本願開示の振動デバイスの製造方法の一例を示す説明図である。

【図11】本願開示の振動デバイスの製造方法の一例を示す説明図である。

【図12】本願開示の振動デバイスの製造方法の一例を示す説明図である。

【図13】本願開示の振動デバイスの製造方法の一例を示す説明図である。

【図14】本願開示の振動デバイスの振動特性の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜適用例＞
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。本願開示の振動装置は、使用者に対して、振動により状況又は情報を伝える装置、例えば、操作部及び表示部が一体型のゲーム装置、ゲーム装置用コントローラ等の装置に適用される。以下では、図面を参照しながら、ゲーム装置に適用した振動装置ＶＡを例示して説明する。

【0018】

＜振動装置ＶＡの外観＞
図１及び図２は、本願開示の振動装置ＶＡの外観の一例を示す概略外観図である。図１は、振動装置ＶＡの正面側を示す概略斜視図であり、図２は、振動装置ＶＡの背面側を示す概略斜視図である。振動装置ＶＡは、略長方形の板状をなす筐体１を備え、筐体１の正面中央には、長方形状の液晶パネル等の表示部１０が配置されており、表示部１０の左右に使用者が把持する把持部１１が配置されている。把持部１１には、使用者が、親指で操作する操作ボタン等の操作部１２が配置されている。筐体１の背面には、使用者の親指以外の指が触れる位置に、振動を発生させる振動部１３が４箇所に配置されている。

【0019】

＜振動装置ＶＡの内部構造＞
図３は、本願開示の振動装置ＶＡの内部の一例を示す概略斜視図である。図３は、振動装置ＶＡの筐体１正面に配置された表示部１０を取り外し、内部の構造が視認できるように示している。なお、振動装置ＶＡの内部を視認し易いように、図３は、筐体１及び筐体１内に配置された振動デバイス２のみを示している。図３に例示するように、筐体１内に
は、４個の振動デバイス２が配置されており、各振動デバイス２の配置位置は、筐体１の背面の振動部１３の位置に対応している。このような配置により、振動デバイス２の振動が、筐体１の振動部１３を介して使用者の指先に伝えられる。

【0020】

＜振動デバイス２の構造＞
図４は、本願開示の振動デバイス２の一例を示す概略斜視図である。振動デバイス２は、振動素子２１と、略長方形の薄膜状をなす基板２０と、振動素子２１を制御する制御部（図示せず）に接続される端子部２０２ｂとを備えている。振動素子２１は、基板２０上の載置面２０ａに載置されている。基板２０は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）である。

【0021】

図５は、本願開示の振動デバイス２が備える基板２０の一例を示す概略斜視図である。図６は、本願開示の振動デバイス２が備える基板２０の一例を示す概略分解斜視図である。振動デバイス２が備える基板２０は、薄膜状のベースフィルム２００に、薄膜状の保護フィルム２０１を積層して形成されている。ベースフィルム２００の膜厚は、５０μｍ程度である。ベースフィルム２００の表面の一部は、略正方形状の載置面２０ａとなる。ベースフィルム２００には、一対のプリント配線２０２が形成されており、プリント配線２０２の一端側は、振動素子２１に接続する電極部２０２ａとなっており、他端側は、端子部２０２ｂとなっている。保護フィルム２０１は、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂を用いた５０μｍ程度の膜厚の薄膜であり、ベースフィルム２００の表面を被覆している。保護フィルム２０１には、載置面２０ａに対応する箇所及びプリント配線２０２の端子部２０２ｂに対応する箇所が開口している。載置面２０ａに対応する箇所の開口は、ベースフィルム２００の上面と保護フィルム２０１の上面とにより５０μｍの段差が形成されており、段差により、保護フィルム２０１の開口周縁が壁部２０ｂとなっている。

【0022】

図７は、本願開示の振動デバイス２の一例を示す概略分解斜視図である。図７は、振動デバイス２が備える基板２０の載置面２０ａに積層される各種部材を分解して示している。基板２０のベースフィルム２００における載置面２０ａは、積層された保護フィルム２０１の開口内の略正方形状の領域である。載置面２０ａには、接着剤層２２、振動素子２１、導電ペースト２３、そしてポッティング層２４が積層されている。接着剤層２２は、振動素子２１をベースフィルム２００に接着させる層であり、接着剤にて形成されている。振動素子２１は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電性を有するピエゾ素子（圧電素子）を用いて形成されており、通電により振動する。導電ペースト２３は、振動素子２１と、プリント配線２０２の電極部２０２ａとを電気的に接続する銀ペースト等の導電性の接着剤にて形成されている。ポッティング層２４は、樹脂を硬化させた封止剤にて形成されている。

【0023】

図８は、本願開示の振動デバイス２の一例を模式的に示す概略断面図である。図８は、振動デバイス２を、図４に示すＡ－Ｂ線分で切断し、載置面２０ａを通る断面を模式的に示している。基板２０は、ベースフィルム２００に、開口が形成された保護フィルム２０１を積層することにより、載置面２０ａ及び壁部２０ｂが形成されている。ベースフィルム２００及び保護フィルム２０１の膜厚は、いずれも５０μｍである。従って、載置面２０ａ上の壁部２０ｂに囲まれた領域は、高さ５０μｍの凹部となっており、ポッティング用の樹脂の流出を防止するダムとなっている。載置面２０ａには、接着剤層２２、振動素子２１及びポッティング層２４が積層されている。振動素子２１等の部材を封止するポッティング層２４は、載置面２０ａからの高さが５０μｍ以下となるように充填されている。即ち、ポッティング層２４は、載置面２０ａからの高さが壁部２０ｂの高さ以下となるように形成されており、また壁部２０ｂの内側からはみ出さないように形成されている。なお、ポッティング層２４の高さは、振動の減衰を許容できる範囲であれば、壁部２０ｂ
の高さを若干超える程度に充填してもよいが、壁部２０ｂの内側からはみ出てあふれ出さないようにすることが好ましい。

【0024】

＜振動デバイス２の製造方法＞
次に、本願開示の振動デバイス２の製造方法について説明する。図９乃至図１３は、本願開示の振動デバイス２の製造方法の一例を示す説明図である。図９は、ベースフィルム２００に、プリント配線２０２を貼り付け、保護フィルム２０１を積層することにより、基板２０を形成する工程を示している。開口が形成された保護フィルム２０１をベースフィルム２００に貼り合わせることにより、載置面２０ａ及び壁部２０ｂが形成される。また、ベースフィルム２００に保護フィルム２０１を貼り合わせることにより、プリント配線２０２は、大部分が被覆され、保護フィルム２０１の開口から電極部２０２ａ及び端子部２０２ｂが露出する。

【0025】

図１０は、図９に示す状態から、壁部２０ｂで囲まれた載置面２０ａ上に、接着剤層２２を形成する工程を示している。接着剤層２２は、載置面２０ａに液状の接着剤を塗布又はシート状の接着剤を敷設することにより、１０～３０μｍの厚さの層として形成される。液状の接着剤を用いることにより、又は薄膜接着シートを用いることにより、略均一な膜厚の接着剤層２２を形成することが可能となる。接着剤層２２は、振動素子２１をベースフィルム２００に接着させる層であるため、塗布範囲は振動素子２１の接着側の面と同等とすることが好ましい。

【0026】

図１１は、図１０に示す状態から、保護フィルム２０１の開口内の載置面２０ａに形成された接着剤層２２上に振動素子２１を載置する工程を示している。基板２０のベースフィルム２００の載置面２０ａに形成された接着剤層２２に振動素子２１を載置し、密着させることにより、振動素子２１が仮接着される。振動素子２１を仮接着させた基板２０は、熱硬化炉で加熱することにより、接着剤層２２が硬化し、振動素子２１が基板２０に接着される。

【0027】

図１２は、図１１に示す状態から、導電ペースト２３を形成する工程を示している。なお、図１２は、導電ペースト２３周辺を拡大して示している。導電ペースト２３による層は、基板２０に形成されたプリント配線２０２の電極部２０２ａと振動素子２１の電極（図示せず）とを接続するように銀ペーストを塗布し、熱硬化、ＵＶ硬化等の硬化方法で硬化させることで形成される。

【0028】

図１３は、図１２に示す状態から、基板２０上の開口内に載置された振動素子２１を、ポッティング剤により封止する工程を示している。ポッティング剤は、振動素子２１等の部材が載置された基板２０上の開口内、即ち、壁部２０ｂに囲まれた凹部に流し込まれ、熱硬化、ＵＶ硬化等の硬化方法で硬化する。このようにしてポッティング層２４が形成される。ポッティング剤の流し込み量は、壁部２０ｂの高さを超えないように調整される。このようにして、振動デバイス２が製造される。

【0029】

＜振動デバイス２の振動特性＞
図１４は、本願開示の振動デバイス２の振動特性の一例を示すグラフである。図１４は、横軸に時間をとり、縦軸に振動をとって、その関係を示したグラフである。実線は、本願開示の振動デバイス２を示しており、破線は、ＰＥＴラミネートにより振動素子を封止した従来型の振動デバイスを比較用に示している。基板及び振動素子は同条件としている。従来型のＰＥＴラミネートによる振動デバイスは、一般的な製造方法で製造したものであり、５０μｍの基板に、ＰＥＴラミネート層を形成し、全体として１２０μｍの膜厚となっている。本願開示のポッティングによる振動デバイス２は、凹部にポッティング剤を流し込むため、ポッティング層２４を薄くすることが可能であり、５０μｍの基板２０に
５０μｍのポッティング層２４を形成し、全体として１００μｍの膜厚となっている。駆動条件は、いずれも電圧３０Ｖ、周波数２００Ｈｚの正弦波とした。振動は、レーザードップラー振動計からレーザー光を振動素子表面に照射し、振動を検出するものとした。薄いポッティング層２４で振動素子２１を封止した本願開示の振動デバイス２は、従来型と比較して、振動の減衰が小さく、大きな振動が観測される。

【0030】

以上のように本願開示の振動素子２１は、壁部２０ｂにより形成された凹部にポッティング剤を流し込み、壁部２０ｂ以下の高さのポッティング層２４を形成する。これにより、本願開示の振動素子２１は、ポッティング層２４にて振動素子２１を保護することにより、耐久性を高めることが可能であり、振動の減衰を抑制して高振動性を確保することが可能である等、優れた効果を奏する。

【0031】

更に、本願開示の振動素子２１は、ベースフィルム２００に、開口が形成された保護フィルム２０１を積層することにより形成される段差にて、壁部２０ｂを形成するので、工程を複雑化させることなく、製造することが可能である等、優れた効果を奏する。

【0032】

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0033】

例えば、前記実施形態では、ベースフィルム２００に、開口が形成された保護フィルム２０１を積層することで壁部２０ｂを形成する形態を示したが、本願開示の振動デバイス２は、これに限らず、様々な形態に展開することが可能である。例えば、本願開示の振動デバイス２は、ポッティング剤を流し込むことが可能であれば、基板２０上に凸部を設けて壁部２０ｂを形成する等、様々な形態に展開することが可能である。

【0034】

また、例えば、前記実施形態では、本願開示の振動装置ＶＡをゲーム装置用コントローラに適用する形態について説明したが、本願開示の振動装置ＶＡは、これに限らず、使用者に対して、振動により状況又は情報を伝える様々な装置に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0035】

ＶＡ 振動装置
２ 振動デバイス
２０ 基板
２０ａ 載置面
２０ｂ 壁部
２００ ベースフィルム
２０１ 保護フィルム
２０２ プリント配線
２１ 振動素子
２２ 接着剤層
２３ 導電ペースト
２４ ポッティング層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】