特開 2024-7723 圧電振動ユニット

(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】P2024007723

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】圧電振動ユニット

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/06 20230101AFI20240112BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240112BHJP

   H10N 30/88 20230101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01L41/29

H01L41/09

H01L41/053

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022108987

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】堀井 拓人

(72)【発明者】

【氏名】上野 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】寺田 壮志

(57)【要約】

【課題】特性の劣化を抑制することができる圧電振動ユニットを提供する。
【解決手段】 圧電振動ユニット１においては、絶縁接着材３０により、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとが物理的に接続されている。加えて、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとは直接接しているため、両者は電気的にも接続されている。このように、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとの接続は、絶縁接着材３０により実現されている。すなわち、圧電振動ユニット１に過熱をもたらすはんだや熱硬化性樹脂接着材を用いる必要がない。したがって、圧電振動ユニット１が過熱される事態が有意に回避されており、それにより過熱に起因する特性の劣化が抑制されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面上に第１電極部が露出する圧電素子と、
前記圧電素子に対して前記主面側から重ねられ、前記第１電極部と直接接する第１配線と該第１配線を保持する基材とを有する配線部材と、
前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間に介在する絶縁接着材と
を備える、圧電振動ユニット。

【請求項2】

前記絶縁接着材が、前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間に介在する第１部分と、前記圧電素子と前記配線部材との重なり方向から見て前記第１電極部の周囲にも存在して前記配線部材の基材および前記圧電素子に接する第２部分とを有する、請求項１に記載の圧電振動ユニット。

【請求項3】

前記絶縁接着材の前記第２部分の厚さが前記第１部分の厚さより厚い、請求項２に記載の圧電振動ユニット。

【請求項4】

前記絶縁接着材の前記第２部分における前記配線部材の基材と前記圧電素子との間の接着力より、前記第１部分における前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間の接着力のほうが大きい、請求項２または３に記載の圧電振動ユニット。

【請求項5】

前記圧電素子の主面における前記第１電極部と隣り合う位置に、前記第１電極部とは異なる極性の第２電極部が露出しており、
前記配線部材が、前記圧電素子の第２電極部と直接接する第２配線をさらに有し、
前記絶縁接着材が、前記圧電素子の第２電極部と前記配線部材の第２配線との間に介在している、請求項１に記載の圧電振動ユニット。

【請求項6】

前記配線部材の基材が透光性を有する、請求項１に記載の圧電振動ユニット。

【請求項7】

前記絶縁接着材がＵＶ硬化性を有する、請求項６に記載の圧電振動ユニット。

【請求項8】

前記絶縁接着材が嫌気性を有する、請求項７に記載の圧電振動ユニット。

【請求項9】

前記圧電素子がバイモルフ型である、請求項１に記載の圧電振動ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電振動ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電素子を備える圧電振動ユニットが知られている。このような圧電振動ユニットにおいて、圧電素子に対して電圧信号を印加する配線部材には、圧電素子の振動が制限されないようにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）が採用され得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上述した圧電振動ユニットにおいては、圧電素子と配線部材とを物理的に接続するとともに電気的に接続する必要がある。その接続の際に、圧電振動ユニットが過熱された場合には、過熱箇所において圧電素子の分極が変わったり、配線基板の導体部分と樹脂部分との界面が剥離したりする事態が生じ、圧電振動ユニットの特性が劣化することが考えられる。

【0004】

本発明は、特性の劣化を抑制することができる圧電振動ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一側面に係る圧電振動ユニットは、主面上に第１電極部が露出する圧電素子と、圧電素子に対して主面側から重ねられ、第１電極部と直接接する第１配線と該第１配線を保持する基材とを有する配線部材と、圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線との間に介在する絶縁接着材とを備える。

【0006】

上記圧電振動ユニットにおいては、絶縁接着材により、圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線とが物理的に接続されている。加えて、圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線とは直接接しているため、両者は電気的にも接続されている。圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線との接続に、はんだや熱硬化性樹脂接着材は用いられないため、圧電振動ユニットが過熱される事態が有意に回避されており、それにより過熱に起因する特性の劣化が抑制されている。

【0007】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、絶縁接着材が、圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線との間に介在する第１部分と、圧電素子と配線部材との重なり方向から見て第１電極部の周囲にも存在して配線部材の基材および圧電素子に接する第２部分とを有する。

【0008】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、絶縁接着材の第２部分の厚さが第１部分の厚さより厚い。

【0009】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、絶縁接着材の第２部分における配線部材の基材と圧電素子との間の接着力より、第１部分における圧電素子の第１電極部と配線部材の第１配線との間の接着力のほうが大きい。

【0010】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、圧電素子の主面における第１電極部と隣り合う位置に、第１電極部とは異なる極性の第２電極部が露出しており、配線部材が圧電素子の第２電極部と直接接する第２配線をさらに有し、絶縁接着材が、圧電素子の第２電極部と配線部材の第２配線との間に介在している。

【0011】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、配線部材の基材が透光性を有する。

【0012】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、絶縁接着材がＵＶ硬化性を有する。

【0013】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、絶縁接着材が嫌気性を有する。

【0014】

他の側面に係る圧電振動ユニットでは、圧電素子がバイモルフ型である。

【発明の効果】

【0015】

本発明の種々の側面によれば、特性の劣化を抑制することができる圧電振動ユニットが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る圧電振動ユニットの概略平面図である。

【図2】図２は、図１に示した圧電振動ユニットの分解斜視図である。

【図3】図３は、圧電素子と配線部材との重なり部分を示した図である。

【図4】図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

【図5】図５は、図３のＶ－Ｖ線断面図である。

【図6】図６は、第１電極部と配線との界面を示した概略断面図である。

【図7】図７は、異なる態様の圧電振動ユニットを示した概略平面図である。

【図8】図８は、異なる態様の圧電振動ユニットを示した要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0018】

圧電振動ユニット１は、図１～３に示すように、圧電素子１０および配線部材２０を備えて構成されている。

【0019】

圧電素子１０は、長方形平板状の外形を有し、板厚方向に重なる圧電体層と電極層とを含んで構成されている。本実施形態に係る圧電素子１０は、２枚の圧電体層が重ねられたバイモルフ型であり、電極層として正極層、負極層およびコモン層を含む。各圧電体層は、一層の圧電体層を含む単層構造であってもよく、複数の圧電体層と複数の電極層とが交互に積層された多層構造であってもよい。圧電体層は、たとえばＰＺＴ等の圧電セラミックス材料で構成することができる。圧電素子１０は、角部および稜線部が面取りされている長方形平板状であってもよく、角部および稜線部が丸められた長方形平板状であってもよい。図１に示す符号Ｃは、平面視における圧電素子１０の中心を示している。

【0020】

圧電素子１０の上面１０ａ（主面）には、一対の電極部１２Ａ、１２Ｂが隣り合うようにして露出している。各電極部１２Ａ、１２Ｂは、圧電素子１０を構成する各電極層と電気的に接続されている。本実施形態では、圧電素子１０がバイモルフ型であるため、電極部１２Ｂが二分されており、一対の電極部１２Ａ、１２Ｂが正極層、負極層およびコモン層にそれぞれ電気的に接続されている。一対の電極部１２Ａ、１２Ｂの間に周期的な電圧信号を入力すると、圧電素子１０の圧電体層が繰り返し膨張また収縮することで圧電素子１０全体が振動する。圧電素子１０には、主に、板厚方向に関する振動が生じる。

【0021】

一対の電極部１２Ａ、１２Ｂは、図２に示すように、圧電素子１０の一端部１１に位置している。より詳しくは、一対の接続端子１２は、一端部１１の縁１１ａから離間しており、一端部１１の縁１１ａに沿って並んでいる。本実施形態において、各電極部１２Ａ、１２Ｂは、平面視において矩形状を呈する。各電極部１２Ａ、１２Ｂは、平面視において円形や楕円形であってもよい。

【0022】

配線部材２０は、圧電素子１０の延在方向と同じ方向に延びる帯状部材であり、圧電素子１０より幅狭となるように設計されている。配線部材２０は、図１に示すように、端部２５において圧電素子１０と重なっており、圧電素子１０の上面１０ａを覆っている。配線部材２０は、圧電素子１０に関して中心Ｃよりも端部１１寄りに位置している。圧電素子１０と配線部材２０とは互いの端部１１、２５同士が重なっており、配線部材２０は、圧電素子１０の厚さ方向から見て、圧電素子１０の一端部１１を超えて延在している。

【0023】

配線部材２０は、たとえばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。配線部材２０は、一対の配線２１Ａ、２１Ｂを備えており、一対の配線２１Ａ、２１Ｂを保持する基材として樹脂シート２２およびカバー層２３を備えている。一対の配線２１Ａ、２１Ｂはいずれも、上方に位置する樹脂シート２２と下方に位置するカバー層２３とで挟まれている。カバー層２３の先端部は、樹脂シート２２の先端部より後退しており、配線部材２０の端部２５ではカバー層２３から一対の配線２１Ａ、２１Ｂが露出している。本実施形態では、各配線２１Ａ、２１Ｂは金属等の導電材料（一例としてＣｕ）で構成されている。各配線２１Ａ、２１Ｂは、配線部材２０の延在方向と平行に延びており、先端部において圧電素子１０の各電極部１２Ａ、１２Ｂと重なるように位置合わせされている。本実施形態では、各配線２１Ａ、２１Ｂの幅は各電極部１２Ａ、１２Ｂの幅と同じになるように設計されている。樹脂シート２２およびカバー層２３はいずれもＵＶ透光性を有する樹脂材料で構成されている。一例として、樹脂シート２２およびカバー層２３はいずれもポリカーボネートやＰＥＴで構成することができる。樹脂シート２２とカバー層２３とは、同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。カバー層２３は、配線２１Ａ、２１Ｂが設けられた樹脂シート２２に対する印刷工法または貼り合わせ工法により形成される。必要に応じて配線部材２０の基材を樹脂シートのみで構成してもよい。

【0024】

圧電素子１０と配線部材２０とは、図３～５に示すように絶縁接着材３０によって接着されている。絶縁接着材３０は、配線部材２０の端部２５において、圧電素子１０と配線部材２０との間に介在しており、一対の電極部１２Ａ、１２Ｂの上と周囲に位置している。すなわち、絶縁接着材３０は、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとの間に介在する第１部分３１と、圧電素子１０と配線部材２０との重なり方向から見て電極部１２Ａ、１２Ｂの周囲に存在して配線部材２０の樹脂シート２２および圧電素子１０に接する第２部分３２とを有する。絶縁接着材３０は、カバー層２３に接していてもよく接していなくてもよい。図５に示すように、絶縁接着材３０の第２部分３２の厚さＴは第１部分３１の厚さｔより厚くなっている。

【0025】

図６は、電極部１２Ａと配線２１Ａとの接着の様子を示した断面図である。電極部１２Ｂと配線２１Ｂとの接着態様は、電極部１２Ａと配線２１Ａとの接着態様と同じであるため説明は省略する。図６に示すように、電極部１２Ａと配線２１Ａとの間は絶縁接着材３０で充たされている。ただし、微視的に見ると、電極部１２Ａと配線２１Ａとは、直接接しており、互いに物理的に接触しているとともに電気的に接続されている。図６に示した態様では、配線２１Ａが所定の表面粗さを有しており、その表面に不規則な凹凸が形成されており、複数の突部２１ａが形成されている。配線２１Ａは、突部２１ａにおいて電極部１２Ａと物理的に接触しており、突部２１ａを通して電極部１２Ａと電気的に接続されている。すなわち、各突部２１ａが、電極部１２Ａと配線２１Ａとの間の電気的な接続経路を構成している。電極部１２Ａと配線２１Ａとの間に絶縁接着材３０を介在させた後、所定の圧力で圧着させることにより、物理的な接触を増やすことができる。凹凸が不規則であるとは、凹凸における頂の間隔が不規則に変化していること、及び、凹凸の高低差が不規則に変化していることの少なくとも一方を含む。不規則な凹凸は、電極部１２Ａと配線２１Ａの少なくともいずれか一方にあればよく、両方にあってもよい。

【0026】

本実施形態において、絶縁接着材３０は嫌気性を有する。この場合、絶縁接着材３０は主成分としてアクリレートを含んでいてもよく、公知の反応開始剤が添加され得る。特に、絶縁接着材３０の嫌気性により、電極部１２Ａと配線２１Ａとを圧着させることで、第１部分３１における絶縁接着材３０が両者を互いに固着される。本実施形態において、絶縁接着材３０はＵＶ硬化性を有する。この場合、絶縁接着材３０は主成分としてアクリレートまたはエポキシを含んでいてもよく、公知の光重合開始剤が添加され得る。特に、絶縁接着材３０のＵＶ硬化性により、絶縁接着材３０の第２部分３２において、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂ以外の主面領域と配線部材２０の樹脂シート２２とがＵＶ照射により互いに固着される。本実施形態では、配線部材２０の基材が透光性を有するため、圧電素子１０と配線部材２０とを重ねて圧着した後に、基材を透過するＵＶ光により絶縁接着材３０の第２部分３２を硬化することができる。絶縁接着材３０の第２部分３２における配線部材２０の樹脂シート２２と圧電素子１０との間の接着力より、第１部分３１における圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとの間の接着力のほうが大きい。

【0027】

上述した圧電振動ユニット１においては、絶縁接着材３０により、圧電素子１０の電極部１２Ａ（第１電極部）および電極部１２Ｂ（第２電極部）と配線部材２０の配線２１Ａ（第１配線）および配線２１Ｂ（第２配線）とが物理的に接続されている。加えて、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとは直接接しているため、両者は電気的にも接続されている。このように、圧電素子１０の電極部１２Ａ、１２Ｂと配線部材２０の配線２１Ａ、２１Ｂとの接続は、絶縁接着材３０により実現されている。すなわち、圧電振動ユニット１に過熱をもたらすはんだや熱硬化性樹脂接着材を用いる必要がない。したがって、圧電振動ユニット１が過熱される事態が有意に回避されており、それにより過熱に起因する特性の劣化が抑制されている。

【0028】

また、圧電振動ユニット１においては、圧電素子１０の上面１０ａに極性の異なる一対の電極部１２Ａ、１２Ｂが隣り合うように位置するとともに露出している。一対の電極部１２Ａ、１２Ｂの周囲に位置する絶縁接着材３０の第２部分３２により、電極部１２Ａ、１２Ｂ間がショートする事態が効果的に抑制されている。また、絶縁接着材３０の第２部分３２が電極部１２Ａ、１２Ｂの周囲を囲むことで、電極部１２Ａ、１２Ｂおよび配線２１Ａ、２１Ｂが外部から保護され、耐湿性や耐薬品性等の信頼性向上が実現されている。絶縁接着材３０は、一対の電極部１２Ａ、１２Ｂの周囲を一体的に囲む形状であってもよく、図７に示すように一対の電極部１２Ａ、１２Ｂのそれぞれを個別に囲む形状であってもよい。

【0029】

なお、圧電素子１０と配線部材２０との重なり方向から見て、配線２１Ａ、２１Ｂの寸法が電極部１２Ａ、１２Ｂの寸法より大きい場合には、電極部１２Ａ、１２Ｂ周辺の絶縁接着材３０の一部が配線２１Ａ、２１Ｂの下に潜り込んだ形態となり得る。配線２１Ａ、２１Ｂの下に潜り込んだ部分の絶縁接着材３０は、配線２１Ａ、２１ＢによってＵＶ光が遮られるためにＵＶ硬化しづらくなることが考えられる。図８に示した態様では、配線２１Ａ、２１Ｂの寸法（たとえば幅Ｗ_２１）が電極部１２Ａ、１２Ｂの寸法（たとえば幅Ｗ_１２）より小さくなるように（または同じになるように）設計されており（Ｗ_２１≦Ｗ_１２）、電極部１２Ａ、１２Ｂ周辺の絶縁接着材３０は配線２１Ａ、２１ＢがＵＶ光を遮らなくなることで十分に露光され、十分なＵＶ硬化を実現することができる。

【0030】

上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
［付記１］
主面上に第１電極部が露出する圧電素子と、
前記圧電素子に対して前記主面側から重ねられ、前記第１電極部と直接接する第１配線と該第１配線を保持する基材とを有する配線部材と、
前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間に介在する絶縁接着材と
備える、圧電振動ユニット。
［付記２］
前記絶縁接着材が、前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間に介在する第１部分と、前記圧電素子と前記配線部材との重なり方向から見て前記第１電極部の周囲にも存在して前記配線部材の基材および前記圧電素子に接する第２部分とを有する、付記１に記載の圧電振動ユニット。
［付記３］
前記絶縁接着材の前記第２部分の厚さが前記第１部分の厚さより厚い、付記２に記載の圧電振動ユニット。
［付記４］
前記絶縁接着材の前記第２部分における前記配線部材の基材と前記圧電素子との間の接着力より、前記第１部分における前記圧電素子の第１電極部と前記配線部材の第１配線との間の接着力のほうが大きい、付記２または３に記載の圧電振動ユニット。
［付記５］
前記圧電素子の主面における前記第１電極部と隣り合う位置に、前記第１電極部とは異なる極性の第２電極部が露出しており、
前記配線部材が、前記圧電素子の第２電極部と直接接する第２配線をさらに有し、
前記絶縁接着材が、前記圧電素子の第２電極部と前記配線部材の第２配線との間に介在している、付記１～４のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
［付記６］
前記配線部材の基材が透光性を有する、付記１～５のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
［付記７］
前記絶縁接着材がＵＶ硬化性を有する、付記１～６のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
［付記８］
前記絶縁接着材が嫌気性を有する、付記１～７のいずれかに記載の圧電振動ユニット。
［付記９］
前記圧電素子がバイモルフ型である、付記１～８のいずれかに記載の圧電振動ユニット。

【符号の説明】

【0031】

１…圧電振動ユニット、１０…圧電素子、１２Ａ、１２Ｂ…電極部、２０…配線部材、２１Ａ、２１Ｂ…配線、２２…樹脂シート、３０…絶縁接着材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】