JP6062925B2 - 圧電素子、圧電振動モジュールおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を搭載した圧電振動モジュールに関し、詳しくは、携帯端末、タッチパネル全般、ゲームコントローラ、遊技機等に用いられるパネル音響用圧電振動モジュールに関する。

従来、携帯電話等に用いられる圧電スピーカ等の圧電音響モジュールは、音声信号の拡声を目的とし、圧電素子は大振幅で振動する為、機械的コンプライアンスの大きな材料で支持されていた。この構造の課題として、水密性を保つためにモールドすることがなされているが、モールドした場合には、温度特性が悪かった。特に、ポリウレタン等の可撓性の高い材料を用いてモールドした場合、低温では可撓性材料が硬くなるためモールド体としての共振周波数は上昇する。一方、高温では可撓性材料が柔らかくなるため、モールド体として共振周波数は下降し、結果として共振周波数の温度依存性が高く実使用としては困難であった。

特許文献１には、真鍮製の金型を用いてバイモルフ素子の全面にシリコーンゴムの溶液を流し込み、硬化処理によって厚み方向二面に厚さ２ｍｍ、幅方向に厚さ１ｍｍのゴム皮膜が覆う構造とすることで、温度依存性を改善した音響振動発生素子が開示されている。

特開２００７−２２８６１０号公報

しかしながら、特許文献１のバイモルフ素子において、耐衝撃性の緩和と温度依存性を改善するために、シリコーンゴムでモールドしていたが、シリコーンゴム溶液を熱硬化させる場合には熱硬化温度７０〜２５０℃によって、バイモルフ素子の分極が喪失し、バイモルフ素子が機能しなくなる。

また、特許文献１のバイモルフ素子において、分極処理を行った後、金型内に流し込むシリコーンゴム溶液として、湿度硬化タイプを使用すると、硬化までに時間がかかりすぎる。

さらに、特許文献１のような、積層構造を有するバイモルフ素子の夫々の電極層は、各層の電極層を接続するために電極層一層につき、互いに絶縁された複数個の電極部を有するパターンを形成しなければならなかった。そのために、バイモルフ素子を駆動するために、各電極部に通電するように、複数箇所に配線ケーブルからの各配線を半田付け等のろう接等によって接続しなければならず、作業が複雑であり、この配線を設けた状態でモールドするような場合に、バイモルフ素子の振動を拘束することとなり、特性に悪影響を及ぼした。

そこで、本発明の一技術的課題は、電気接続が容易である配線電極のパターン構造を備えた圧電素子を提供することにある。

また、本発明のもう一つの技術的課題は、圧電素子の水密性を有するとともに、温度変化の影響を受けにくく、優れた変位伝播特性を備えた圧電振動モジュールとそれに用いる圧電素子を提供することにある。

また、本発明のさらにもう一つの技術的課題は、表面実装の容易な圧電振動モジュールとそれに用いる圧電素子を提供することにある。

また、本発明の他の技術的課題は、音圧を増加でき、被取り付け部材との共振や、振動を打ち消すことができる音圧調整手段を有する圧電振動モジュールとそれに用いる圧電素子とを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、圧電素子と、前記圧電素子に接続され外部に引き出された配線部材と、前記圧電素子の一面に貼り付けられる弾性板と、前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うように設けられたハウジング部材と、音圧調整手段とを備え、前記音圧調整手段は、前記ハウジング部材の表面に突出して設けられた突起部を有し、前記突起部は、圧電振動モジュールを取り付ける被取り付け部材の前記圧電振動モジュールによって励起される共振の節となる部分に設けられていることを特徴とする圧電振動モジュールが得られる。

本発明の第２の態様によれば、圧電素子と、前記圧電素子に接続され外部に引き出された配線部材と、前記圧電素子の一面に取り付けられる弾性板と、前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うように設けられたハウジング部材と、前記圧電素子の前記弾性板を取り付けられた前記一面に対向する他面に設けられた電極取出部と、音圧調整手段とを有し、前記配線部材は、前記電極取出部に導電接続されたフレキシブル配線基板及び弾性を備えた導電性部材の内のいずれかであり、前記音圧調整手段は、前記圧電素子と並行に前記ハウジング部材に一体に設けられた複合化材を有し、前記複合化材は、前記圧電素子の自身の振動と、被取り付け部材の圧電振動モジュールによって励起される振動とを互いに打ち消すことを特徴とする圧電振動モジュールが得られる。

本発明の第３の態様によれば、圧電体層、表面電極層、及び、端部に形成された端部電極層を有し、互いに異なる端部電極層を有する複数の圧電素子部を用意する工程と、前記複数の圧電素子部を第１の方向に順次積層することによって構成された積層体を形成する工程と、前記圧電素子に外部に取り出すための配線部材を接続する工程と、前記圧電素子の一面に、弾性板を取り付ける工程と、前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うハウジング部材を設ける工程と、音圧調整手段を形成する工程とを備え、前記積層体を形成する工程では、各圧電体素子部の前記端部電極層が、前記積層体における前記各圧電素子部の積層位置に応じた前記端部側に引き出されるように、積層され、前記音圧調整手段は、前記ハウジング部材の表面に突出した突起部を形成することを含むことを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法が得られる。

本発明の第４の態様によれば、圧電体層、表面電極層、及び、端部に形成された端部電極層を有し、互いに異なる端部電極層を有する複数の圧電素子部を用意する工程と、前記複数の圧電素子部を第１の方向に順次積層することによって構成された積層体を形成する工程と、前記圧電素子に外部に取り出すための配線部材を接続する工程と、前記圧電素子の一面に、弾性板を取り付ける工程と、前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うハウジング部材を設ける工程と、音圧調整手段を形成する工程とを備え、前記積層体を形成する工程では、各圧電体素子部の前記端部電極層が、前記積層体における前記各圧電素子部の積層位置に応じた前記端部側に引き出されるように、積層され、前記ハウジング部材に一体に前記圧電素子と平行して複合化材を形成することを含むことを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法が得られる。

本発明によれば、圧電素子をシリコーンゴムの弾性板及びハウジング部材で覆ったので、耐衝撃性は勿論、温度特性を安定化するとともに、シリコーンゴムの硬度を特定することで、振動変位を向上させ効率よく振動を伝播することができる圧電振動モジュールを提供することが出来る。

また、本発明によれば、圧電素子の取り出し端子の電極パターンを一面に集中させることで、ＦＰＣ基板等で配線部材を簡略化できる圧電振動モジュールを提供することが出来る。

また、本発明によれば、配線部材を弾性を有する導電性部材とすることで、実装が容易である圧電振動モジュールを提供することが出来る。

さらに、本発明においては、音圧調整手段を設けることで、音圧を増加させ、音圧分布を調整し、また、周波数特性もフラット化する等の音圧を調整することができることができる圧電振動モジュールを提供することが出来る。

（ａ）は、本発明の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の１Ｂ−１Ｂ’線に沿う断面図である。（ｃ）は、（ａ）の１Ｃ−１Ｃ’線に沿う断面図である。 図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）の圧電振動モジュールの要部を示す部分斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程の説明に供せられる図で積層体の斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程の説明に供せられる図で、電極層の電極パターンを示す平面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる積層体の両端に側面電極を形成する工程を示す斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる積層体の両端に側面電極を形成する工程を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電素子の分極工程を示す斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態による電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す平面図である。（ｃ）は、本発明の実施の形態による第１の側面電極の分極電圧の極性を示す斜視図である。（ｄ）は本発明の実施の形態による圧電素子の分極工程を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電素子に駆動電圧の極性パターンを示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）の圧電素子の電極層の駆動電圧の極性パターンを示す平面図である。（ｃ）は（ａ）の圧電素子の第１の側面電極の駆動電圧の極性パターンを示す斜視図である。（ｄ）は（ａ）の圧電素子の駆動電圧の極性パターン及び動作を示す断面図である。 （ａ）は圧電素子にＦＰＣ基板を取付ける工程を示す斜視図で、取付け前の状態を示している。（ｂ）は圧電素子にＦＰＣ基板を取付ける工程を示す斜視図で、取付け後の状態を示している。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電素子の変形例を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）の圧電素子の電極層を示す平面図である。 （ａ）は本発明の実施例１による圧電振動モジュールの変位の温度特性を示す図である。（ｂ）は本発明の実施例１による圧電振動モジュールの変位変化率の温度特性を示す図である。 本発明の実施例２に係る圧電振動モジュールのシリコーンゴムの硬度による温度特性を示す図である。 本発明の実施例３に係る圧電振動モジュールの硬度７０を有するシリコーンゴムの厚みと変位との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による圧電振動モジュールの実装方法を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ’線に沿う断面図である。（ｃ）は（ａ）の１３Ｃ−１３Ｃ’線に沿う断面図である。（ｄ）は、圧電素子の導電性部材２５への接続状態を示す平面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、圧電素子を構成する積層体を示す斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、積層体の平面電極層の電極パターンを示す平面図である。 （ａ）は図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示す本発明の第２の実施の形態による圧電素子の分極工程を示す平面図である。（ｂ）は図１５（ａ）の圧電素子の電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図１５（ａ）の１５Ｂ−１５Ｂ′線に沿う断面図である。（ｃ）は図１５（ａ）の圧電素子の電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図１５（ａ）の１５Ｃ−１５Ｃ′線に沿う断面図である。 （ａ）は図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す圧電素子に駆動電圧の極性パターンの一例を示す平面図及び断面図である。（ｂ）は圧電素子の電極層の駆動電圧の極性パターンの他の一例を示す平面図及び断面図である。 （ａ）は、他の例に係る圧電素子の分極工程を示す平面図である。（ｂ）は電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す（ａ）の１７Ｂ−１７Ｂ′線に沿う断面図である。（ｃ）は電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す（ａ）の１７Ｃ−１７Ｃ′線に沿う断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は図１７（ａ）に示す圧電素子に直流電圧を印加したときの極性パターンの一例を示す平面図及び断面図である。（ｃ）及び（ｄ）は、圧電素子の平面電極層の駆動電圧の極性パターンの他の一例を示す平面図及び断面図である。 本発明の実施例４に係る圧電体層の積層枚数(１６層)を備えた圧電素子と、比較例に係る圧電体層（１５枚積層）を備えた圧電素子との音圧の周波数特性を示している。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態による圧電振動モジュールの変形例を示す斜視図である。（ｂ）は図２０（ａ）の２０Ｂ−２０Ｂ′線に沿う断面図である。（ｃ）は図２０（ａ）の２０Ｃ−２０Ｃ′線に沿う断面図である。（ｄ）は導電性部材の接続状態を示す平面図である。 （ａ）は図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示された第２の実施の形態による圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装状態を示す断面図である。（ｂ）は図２０（ａ）の第２の実施の形態の変形例に係る圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装状態を示す断面図である。 （ａ）は図２１（ａ）の第２の実施の形態による圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装方法を示す断面図である。（ｂ）は、図２２（ａ）の第２の実施の形態の変形例に係る圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装方法を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第３の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図である。（ｂ）は、図２３（ａ）の圧電振動モジュールの２３Ｂ−２３Ｂ′線に沿う断面図である。（ｃ）は、図２３（ａ）の圧電振動モジュールの２３Ｃ−２３Ｃ′線に沿う断面図である。（ｄ）は、図２３（ａ）の第３の実施の形態による圧電振動モジュールの変形例に係る圧電振動モジュールの図２３（ｃ）と同じ位置である２３Ｃ−２３Ｃ′線に沿う断面図である。 本発明の実施例４に係る圧電振動モジュールのハウジング部材への複合化材の効果を示す図である。 （ａ）は本発明の第４の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図である。（ｂ）は、図２５（ａ）の圧電振動モジュールの２５Ｂ−２５Ｂ′線に沿う断面図である。（ｃ）は、図２５（ａ）の圧電振動モジュールの２５Ｃ−２５Ｃ′線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の実施例５に係る圧電振動モジュールの突起部の振動分布（水平分布）への作用効果を示す平面図である。（ｂ）は本発明の実施例５に係る圧電振動モジュールの突起部の振動分布（垂直分布）への作用効果を示す正面図である。 （ａ）は従来例に係る圧電振動モジュールの作用効果を示す平面図である。（ｂ）は従来例に係る圧電振動モジュールの作用効果を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ’線に沿う断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の１Ｃ−１Ｃ’線に沿う断面図である。図２は図１（ａ）、図１（ｂ）、および図１（ｃ）の圧電振動モジュールの要部を示す部分斜視図である。図２において、ハウジング部材３は取り除いてある。

図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示すように、圧電振動モジュール１０は、矩形状の圧電素子１と、圧電素子１の一表面に接続された引き出し用の配線部材４としてのフレキシブル配線（ＦＰＣ）基板（以下、同じ参照符号４で示す）と、前記圧電素子１の他の表面を接着剤５を介して張り付けた弾性板２と、弾性板２とともに圧電素子を覆うハウジング部材３とを有している。

図２、図３に示すように、圧電素子１は、矩形状の圧電セラミックス板からなる圧電体層２１、２２、２３と導電体膜からなる平面電極層１１、１２、１３、１４とを交互に積層し、積層方向（第１の方向）に交差する第２の方向の両端面に第１及び第２の側面電極１５、１６をそれぞれ形成してなる。

本発明の第１の実施の形態において、圧電体層２１、２２、２３として、ＰＺＴ系材料の圧電セラミック板を用いているが、圧電効果を有する材料であるならば、どのような材料であっても良いことは勿論である。

弾性板２は、温度安定特性の向上、及び振動変位の向上を図るために、ＪＩＳ Ｋ ６２３で示すデュロメータ硬度が３０−１３０で、振動変位の上昇と落下衝撃耐久性両立のために、厚さ０．１〜０．９ｍｍのシリコーンゴムからなる。

配線部材４としてのフレキシブル配線基板（ＦＰＣ基板）４は、圧電素子１の一表面の端部寄りに設けられている。

後に詳細に説明する図７（ａ）に最もよく示されるように、ＦＰＣ基板４は、フレキシブル基材４ｃの一表面（図では裏面）の長さ方向両側に互いに平行に導体パターン４ａ、４ｂが形成されている。

図２を再び参照すると、弾性板２は、圧電素子１のＦＰＣ基板４が設けられている表面と対向する反対側の表面に、常温硬化型接着剤もしくはシリコーン系両面テープのような接着材５を介して貼り付けられている。この接着材５の硬度は、弾性板２と同一か、もしくは弾性板２よりも柔らかいことが好ましい。

弾性板２は、図示の例においては、タッチパネルの振動板６に貼り付けて使用されているが、スマートフォン等のスピーカとしての使用や、可聴域の他に、バイブ等の低周波の振動発生も可能である。

次に、図３乃至図７を参照しながら、本発明の実施の形態による圧電振動モジュールの製造工程について説明する。

図３（ａ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、圧電素子を構成する積層体の斜視図を示し、図３（ｂ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、積層体の平面電極層の電極パターンを示している。

図３（ａ）に示すように、第１の方向の一端の底部平面電極層１１上に、圧電体層２１、第１の中間部平面電極層１２、圧電体層２２、第２の中間部平面電極層１３、圧電体層２３、第１の方向の他端の最上部平面電極層１４をこの順に積層してなる。各圧電体層は、両面に位置する平面電極層とともに、一つの圧電振動部を構成している。

底部平面電極層１１は、矩形の電極膜を絶縁部１１ｃで電気的に分離することによって形成されている。絶縁部１１ｃは、一端側の上辺から一端辺に沿って下方に延び、一端辺の中央部側から右側に向かって延び、さらに下方に折れ曲がって底辺にいたるように、形成されている。この絶縁部１１ｃによって、下側の角部付近が、４角形に残されて第１の電極部１１ａを形成している。絶縁部１１ｃによって、第１の電極部１１ａから電気的に分離された残りの電極膜からなる第２の電極部１１ｂ（図６（ｂ）参照）が形成されている。この第２の電極部１１ｂは、駆動の際に、接続電極膜１１ｄが追加されて、以下に説明する最上部平面電極層１４のように、第２電極部１４ｂ及び第２電極の右側端部１４ｂが、接続電極膜１４ｅと接続されたものと実質的に同じ構造となる。

第１の中間部平面電極層１２は、矩形の電極膜を２つの絶縁部１２ｃ、１２ｄによって電気的に分離することで形成されている。絶縁部１２ｃは、一端辺の中央から、右側に延び、さらに上方に折れ曲がって上辺にいたるように電極膜を分離し、電極膜の上側の角部付近が４角形に残されて第２の電極部１２ｂを形成している。また、絶縁部１２ｃによって、電極膜は、第２の電極部１２ｂとは互いに電気的に分離された第１の電極部１２ａを形成している。また、第１の電極部１２ａに対して、縦方向に貫通して形成された絶縁部１２ｄによって、第１の電極部１２ａと第２の電極部の右側端部（第２の電極部と同じ参照符号で示す）１２ｂが電気的に分離形成されている。

第２の中間部平面電極層１３は、第１の中間部平面電極層と同様に、電極膜を絶縁部１３ｃを介して電気的に分離することで、左上側の第２の電極部１３ｂ及びＬ字形状の第１の電極部１３ａが形成されている。第１の電極部１３ａの右端と第２の電極部の右側端部（第２の電極部と同じ参照符号で示す）１３ｂとは、縦に細長い絶縁部１３ｄによって、電気的に分離形成されている。

最上部平面電極層１４は、矩形の電極膜を絶縁部１４ｃ、１４ｄを介して電気的に分離することで形成されている。絶縁部１４ｃは、一端辺の中央部側から右側に向かって延び、さらに下方に折れ曲がって底辺にいたることで、電極膜の下側の角部付近が、４角形に残されて第１の電極部１４ａを形成している。また、絶縁部１４ｃによって、第１の電極部１４ａから互いに電気的に分離された第２の電極部１４ｂが形成されている。第２の電極部１４ｂの右端と第２の電極部の右側端部（第２の電極部と同じ参照符号で示す）１４ｂとは、縦に細長い絶縁部１４ｄによって、電気的に分離形成されている。

積層体２０の形成の際に、底部平面電極層１１の裏面側と、最上部平面電極層１４の表面側が露出する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は積層体の両端に側面電極を形成する工程を示す斜視図である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、積層体２０の第１の方向に交差する第２の方向(長さ方向)の一端面の一側に、導電膜からなる第１の外部電極１５ａを、他側に第２の外部電極１５ｂを、絶縁部１５ｃを介して第１及び第２の方向に交差する第３の方向(積層体の幅方向)に並設した第１の側面電極１５が形成されている。

一方、積層体２０の他端面には、全面を覆うように導電膜からなる第２の側面電極１６を形成する。

第１の側面電極１５の第１の外部電極１５ａによって、各平面電極層１１、１２、１３、１４の第１の電極部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、夫々の一端部を介して電気接続され、第２の外部電極１５ｂによって、第２の電極部１２ｂ、１３ｂ、１４ｂは、夫々の端部を介して電気接続される。

第２の側面電極１６によって、第２の電極部１１ｂの他端部及び第２の電極部の右側端部１２ｂ、１３ｂ、１４ｂの端部が電気接続される。

図５（ａ）は圧電素子の分極工程を示す斜視図で、図５（ｂ）は平面電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図、図５（ｃ）は第１の側面電極の分極電圧の極性を示す図、図５（ｄ）は圧電素子の分極工程を示す断面図である。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示すように、最上部の第２の電極部１４ｂが（−）、底部の第２の電極部１１ｂが（＋）、第１の中間部平面電極層及び第２の中間部平面電極層の第１の電極部１２ａ、１３ａが（ＧＮＤ）となるように、分極電圧が印加されて最上層及び底部圧電体層２３、２１が、矢印３１、３２に示される第1の方向に沿って分極される。

図６（ａ）は圧電素子に直流電圧による極性パターンを示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の圧電素子の平面電極層の直流電圧の極性パターンを示す平面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の圧電素子の第１の側面電極１５の直流電圧の極性パターンを示す斜視図、及び図６（ｄ）は圧電素子の直流電圧の極性パターン及び動作を示す断面図である。

図６（ｂ）に示すように、圧電素子１の積層体２０の最上部平面電極層の第２の電極部１４ｂ、第２の電極部の右側端部１４ｂ間の絶縁部１４ｄ上に接続電極膜１４ｅを追加して、第２の電極部１４ｂ、第２の電極部の右側端部１４ｂ間が導電接続されている。一方、底部平面電極層の第２の電極部１１ｂの一端部側の絶縁部１１ｃも接続電極膜１１ｄを追加することで、底部平面電極層の一端まで導電接続されている。

図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示すように、直流電圧の極性は、最上部の第１の電極部１４ａ、第１及び第２中間部の第１の電極部１２ａ、１３ａ、底部の第２の電極部１１ａ及び第１の外部電極１５ａの全てを（＋）としている。

また、最上部の第２の電極部１４ｂ、第１及び第２中間の部第２の電極部１２ｂ、１３ｂとこれらとは電気的に分離された第２電極部の右側端部１２ｂ、１３ｂ、底部の第２の電極部１１ｂ、及び第２の外部電極１５ｂの全てを（−）としている。

図６（ｄ）に示すように、第１の電極部１２ａ、１３ａを駆動内部電極とし、第２の電極部１１ｂ、１４ｂを駆動外部電極として、図示する極性で駆動電圧を印加すると、最上部圧電体層及び底部圧電体層２３、２１（図５参照）に積層方向（分極方向）と、分極方向に逆方向に夫々電圧が印加されて、最上部圧電体層２３を有する圧電素子部は、圧電効果によって、第１の方向に交差する第２の方向（圧電板の長さ方向）に伸長する方向の応力が働いて伸長し（矢印３３）、底部圧電体層２１を有する圧電素子部は、圧電効果によって長さ方向に沿って収縮する方向に応力が働き、収縮する（矢印３４、３５）。

一方、上記直流電圧の極性を逆にすると、最上部圧電体層２３を有する圧電素子部は、圧電効果によって第２の方向（圧電板の長さ方向）に沿って収縮方向に応力が働いて収縮し、底部圧電体層２１を有する圧電素子部は、圧電効果によって第２の方向（圧電板の長さ方向）に沿って伸長する方向に応力が働き、伸長する。

したがって、圧電素子１は、交流駆動電圧を印加することで、屈曲振動を行うバイモルフ素子として働く。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は圧電素子１にＦＰＣ基板を取付ける工程を示す斜視図である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、圧電素子１の上面の一端側の第１の電極部１４ａ及び第２の電極部１４ｂの一端側部分を電極取出部としての素子用電極として、これらの素子用電極にＦＰＣ基板４の裏面に形成された導体パターン４ａ、４ｂを重ねて接触させるだけで電気接続が可能となる。

なお、圧電素子１へのＦＰＣ基板の取り付けは、圧電素子１の電極部とＦＰＣ基板４の導体パターンとの接合を半田付けすることで行われているが、導電性接着剤等の接着剤による接合や、導電性粘着テープによる接合なども用いることができ、その固定方法には限定されるものではない。

図８（ａ）は本発明の実施の形態による圧電素子の変形例を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）の圧電素子の平面電極層を示す平面図である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す変形例に係る圧電素子３０は、中間部平面電極層及び圧電体層が図３（ａ）に示すものよりも１枚ずつ少ない他は同様の構造を有している。即ち、図８（ａ）に示すように、積層方向(第１の方向)一端の底部平面電極層１１上に、圧電体層２１、中間部平面電極層１２、圧電体層２２、第１の方向他端に最上部平面電極層１４をこの順に積層してなる。即ち、圧電体層２１、２２を夫々有する圧電素子部の積層体として構成される。

底部平面電極層１１は、一枚の電極膜を絶縁部１１ｃで分離することによって形成されている。絶縁部１１ｃは、電極膜の一端側の縁部から下方に移動し、一端辺の中央部側から右側に向かって延び、さらに下方に折れ曲がって底辺にいたるように電極膜を分離して、下側の角部付近が、４角形に残されて第１の電極部１１ａを形成している。絶縁部１１ｃによって、第１の電極部１１ａから互いに電気的に分離された第２の電極部１１ｂが形成されている。

第１の中間部平面電極層１２は、電極膜を絶縁部１２ｃ、１２ｄによって互いに電気的に分離している。絶縁部１２ｃは、電極膜の一端辺の中央から、右側に延び、さらに上方に折れ曲がって上辺にいたるように形成され、電極膜の上側の角部付近が４角形に残されて第２の電極部１２ｂを形成している。また、絶縁部１２ｃによって、第２の電極部１２ｂから互いに電気的に分離された第１の電極部１２ａが形成されている。また、第１の電極部１２ａに対して、縦方向に貫通して形成された絶縁部１２ｄによって、第１の電極部１２ａと第２の電極部の右側端部（第２の電極部と同じ参照符号で示す）１２ｂが形成されている。

最上部平面電極層１４は、電極膜を絶縁部１４ｃ、１４ｄによって電気的に分離された３つの電極部を有する。絶縁部１４ｃは、一端辺の中央部側から右側に向かって延び、さらに下方に折れ曲がって底辺にいたるように電極膜を互いに分離し、下側の角部付近が４角形に残されて第１の電極部１４ａを形成している。絶縁部１４ｃによって、第１の電極部１４ａから互いに電気的に分離された第２の電極部１４ｂが形成されている。第２の電極部１４ｂの右端と第２の電極部の右側端部（第２の電極部と同じ参照符号で示す）１４ｂとは、縦に細長い絶縁部１４ｄによって、電気的に分離形成されている。

積層体の形成の際に、積層方向の底部平面電極層１１の裏面側と、最上部平面電極層１４の表面側が露出する。

積層体の両端面には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すものと同様に、第１の側面電極１５及び第２の側面電極１６が設けられている。

第１の側面電極１５の第１の外部電極１５ａによって、各平面電極層１１、１２、１４の第１の電極部１１ａ、１２ａ、１４ａは、夫々の一端部を介して接続され、第２の外部電極１５ｂによって、第２の電極部１２ｂ、１４ｂは、夫々の端部を介して電気接続される。

また、第２の側面電極１６によって、第２の電極部１１ｂの他端部及び第２の電極部の右側端部１２ｂ、１４ｂの端部が電気接続されている。

本発明の第１の実施の形態による変形例に係る圧電素子３０も、図５に示すものと同様に、最上部圧電体層２２を有する圧電素子部、底部圧電体層２１が同様の極性パターンの分極電圧を印加されて、圧電体層の第1の方向（厚み方向）に沿って分極される。

また、変形例に係る圧電素子３０も、図６に示すように、底部平面電極層１１及び最上部平面電極層１４に夫々接続電極膜１１ｄ及び１４ｅを追加し、図６に示すものと同様な極性パターンの直流電圧を印加することで、最上部圧電体層２２を有する圧電素子部及び底部圧電体層２１を有する圧電素子部に積層方向（分極方向）と、分極方向に逆方向に夫々電圧が印加されて、最上部圧電体層２２を有する圧電素子部は、圧電効果によって第２の方向（長さ方向）に伸長する方向の応力が働いて伸長し、底部圧電体層２１を有する圧電素子部は、圧電効果によって第２の方向（長さ方向）に沿って収縮する方向に応力が働き、収縮する。

一方、上記直流電圧の極性を逆にすると、最上部圧電体層２２の圧電素子部は、圧電効果によって、第２の方向（長さ方向）に沿って収縮方向に応力が働いて収縮し、底部圧電体層２１を有する圧電素子部は、圧電効果によって、第２の方向（長さ方向）に沿って伸長する方向に応力が働き、伸長する。

したがって、圧電素子３０は、交流駆動電圧を印加することで、屈曲振動を行うバイモルフ素子として働く。

図１２は本発明の第１の実施の形態による圧電振動モジュールの実装方法を示す断面図である。図12に示すように、圧電振動モジュール１０は、その端面から取り出したＦＰＣ基板４を駆動回路基板（ＰＷＢ）５０に搭載されたコネクタ２４に差し込むことでＰＷＢ５０に実装される。

図１３（ａ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の１３Ｂ−１３Ｂ’線に沿う断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の１３Ｃ−１３Ｃ’線に沿う断面図、図１３（ｄ）は、圧電素子１の導電性部材２５への接続状態を示す平面図である。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）、及び図１３（ｃ）に示すように、圧電振動モジュール１０は、矩形状の圧電素子１と、圧電素子１の一表面に接続された引き出し用の配線部材としての弾性を有する導電性部材２５である、圧電素子１の厚み方向に導電性を持ち、圧電素子１の面内方向は絶縁する異方性導電ゴム（以下、同じ参照符号２５で示す）と、前記圧電素子１の他の表面に接着剤５を介して張り付けた弾性板２と、弾性板２とともに圧電素子１を覆うハウジング部材３とを有している。導電性ゴム２５は、ハウジング部材３を貫通して、圧電振動モジュール１０の一面側に突出している。

弾性板２は、図１に示した第１の実施の形態と同様に、温度安定特性の向上、及び振動変位の向上を図るために、ＪＩＳ Ｋ ６２３で示すデュロメータ硬度が３０−１３０で、振動変位の上昇と落下衝撃耐久性両立のために、厚さ０．１〜０．９ｍｍのシリコーンゴムからなる。

導電性部材２５としての導電性ゴム２５は、圧電素子１の一表面の端部寄りに設けられている。

弾性板２は、圧電素子１の導電性部材２５が設けられている表面と対向する反対側の表面に、常温硬化型接着剤もしくはシリコーン系両面テープのような接着材５を介して貼り付けられている。この接着材５の硬度は、弾性板２と同一か、もしくは弾性板２よりも柔らかいことが好ましい。

弾性板２は、図２で示す第１の実施の形態と同様に、タッチパネルの振動板６に貼り付けて使用されているが、スマートフォン等のスピーカとしての使用や、可聴域の他に、バイブ等の低周波の振動発生も可能である。

図１４（ａ）は本発明の第２の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、圧電素子を構成する積層体の斜視図を示し、図１４（ｂ）は本発明の実施の形態による圧電振動モジュールに用いられる圧電素子の製造工程を示す図で、積層体の平面電極層の電極パターンの平面図を示している。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、圧電素子１は、矩形状の圧電セラミックス板からなる圧電体層４１、４２、４３、４４、４５、４５、４７、４８と導電体膜からなる平面電極層５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９とを交互に積層し、積層方向（第１の方向）に交差する第２の方向の両端面に第１及び第２の側面電極６１Ａ、６１Ｂ及び６１Ａ′、６１Ｂ′をそれぞれ形成してなる。それぞれの圧電体層４１、４２、４３、４４、４５、４５、４７、４８は夫々の表面に形成された平面電極層で、それぞれ圧電素子部を構成し、夫々の圧電素子部が第１の方向に積層されて、積層体４０を構成している。

即ち、積層体の積層方向である第１の方向の一端の底部平面電極層５１上に、圧電体層４１、第１の中間部平面電極層５２、圧電体層４２、第２の中間部平面電極層５３、圧電体層４３、第３の中間部平面電極層５４、圧電体層４４、第４の中間部平面電極層５５、圧電体層４５、第５の中間部平面電極層５６、圧電体層４６、第６の中間部平面電極層５７、圧電体層４７、第７の中間部平面電極層５８、圧電体層４８、最上部平面電極層５９をこの順に積層してなる。各々の圧電体層４１乃至４８は表裏面にそれぞれ平面電極層を備えて夫々圧電素子部を構成する。

本発明の第２の実施の形態において、圧電体層４１乃至４８として、第１の実施の形態と同様なＰＺＴ系材料の圧電セラミック板を用いているが、圧電効果を有する材料であるならば、どのような材料であっても良いことは勿論である。

底部平面電極層５１は、圧電体層４１の表面の中央部に形成された矩形の電極膜とその一端側とは反対の他端側に引き出された第２の引き出し電極５１Ｂ′を有する。

第１乃至第７の中間部平面電極層５２乃至５８は、長手方向（第１の方向に交差する第２の方向）の端面に、第1の方向に進むにつれて、一端及び他端に互い違いに引き出されるように形成された一端側の第１の引き出し電極５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａ及び他端側の第２の引き出し電極５３Ａ′、５５Ａ′、５７Ａ′とを有する。

最上部平面電極層５９は、電極部（同じ符号５９で示す）と、一端側に引き出された第１の引き出し電極５９Ｂと、これと電気的に絶縁されて一端側に設けられた第１の端子用電極５９Ａとを有する。また、他端側には、電極部と絶縁された一対の第２の端子用電極５９Ａ′、５９Ｂ′とを有する。

中間部平面電極層の第１の引き出し電極５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａは、第１の側面電極６１Ａによって、電気的接続されている。また、最上部の第１の端子用電極５９Ａは、第１の側面電極６１Ａと電気接続されている。また、最上部の第１の引き出し電極５９Ｂは、第１の側面電極６１Ｂと電気接続されている。また、最上部の第２の端子用電極５９Ａ′及び中間部の第２の引き出し電極５３Ａ′、５５Ａ′、５７Ａ′は、第２の側面電極６１Ａ′によって、電気的接続されている。最上部の第２の端子用電極５９Ｂ′及び底部の第２の引き出し電極５１Ｂ′は、第２の側面電極６１Ｂ′によって、電気的接続されている。

図１５（ａ）は図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示す本発明の第２の実施の形態による圧電素子の分極工程を示す平面図で、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の圧電素子の電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図１５（ａ）の１５Ｂ−１５Ｂ′線に沿う断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）の圧電素子の電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図１５（ａ）の１５Ｃ−１５Ｃ′線に沿う断面図である。

図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）に示すように、最上部平面電極層部５９の極性が（−）、底部平面電極部５１及び積層方向に一つ置きの平面電極層５３、５５、５７の極性が（＋）、積層方向の最下層よりも一つ上層の平面電極層５２から一つ置きの平面電極層５４、５６、５８が（ＧＮＤ）となるように、分極電圧が印加されて、圧電体層４１、４３、４５、４７、４８を有する圧電素子部が、矢印６５ａに示すように、圧電体層４２、４４、４６を有する圧電素子部が、矢印６５ｂに示される第１の方向に沿って夫々分極される。

図１６（ａ）は図１５（ａ）及び（ｂ）に示す圧電素子に駆動電圧の極性パターンの一例を示す平面図及び断面図、図１６（ｂ）は圧電素子の平面電極層の駆動電圧の極性パターンの他の一例を示す平面図及び断面図である。

図１６（ａ）に示すように、圧電素子１は、圧電体層を有する圧電素子部の積層体の最上部平面電極層の第２の端子用電極５９Ａ′と電極部５９とを接続電極部５９ｃを追加して、第２の側面電極６１Ａ′と接続電極部５９Ｃとが導電接続されている。一方、第１の端子用電極５９Ａと第１の側面電極６１Ａとが導電接続されている。

図１６（ａ）に示すように、印加される直流電圧の極性は、最上部平面電極部５９から一つ置きに平面電極層５７、５５、５３を（−）、最上部の第１の端子用電極５９Ａ、及び最上部平面電極部５９よりも一つ下層の平面電極層５８及び平面電極層５８から一つおきの平面電極層５６、５４、５２を（＋）としている。

図１６（ａ）に示すような極性で、直流電圧を印加すると、図１６（ａ）に示すように、圧電体層４２、４４、４６、４８を有する圧電素子部に矢印６６ｃで示される方向に電圧が印加され、圧電体層４３、４５、４７を有する圧電素子部に矢印６６ｄで示される方向に電圧が印加され、最上部の圧電体層４８を有する圧電素子部のみが矢印６６ａに示すように、第２の方向に伸張し、最上部の圧電体層４８及び底部圧電体層４１を有する圧電素子部を除いた残りの圧電体層４２、４３、４４、４５、４６、４７を有する圧電素子部が矢印６６ｂで示す第２の方向に収縮する。なお、底部平面電極層５１及び圧電体層４１は、収縮振動には、寄与しない。

したがって、図１６（ａ）に示す極性で、交流駆動電圧を印加すると、最上部の圧電体層４８を有する圧電素子部のみが第２の方向に伸長し、圧電体層４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８を有する圧電素子部は、第２の方向に伸縮振動し、その振動方向は、矢印６６ａ及び６６ｂに示すように、互いに反対方向であるので、併せて圧電素子１に屈曲振動が生じる。

図１６（ｂ）に示すように、圧電素子１の積層体の最上部平面電極層の第２の端子用電極５９Ａ′及び５９Ｂ′と電極部５９とを接続電極部５９Ｃ、５９Ｃ′を追加して、第２の側面電極６１Ａ′及び６１Ｂ′と接続電極部５９Ｃ、５９Ｃ′とが導電接続されている。一方、第１の端子用電極５９Ａ、第１の引き出し電極５９Ｂと第１の側面電極６１Ａ、６１Ｂとが導電接続されている。

図１６（ｂ）に示すように、印加される電圧の極性を、最上部電極部５９から一つ置きに電極層５７、５５、５３、及び底部電極層５１の極性を（−）、最上部の第１の端子用電極５９Ａ、及び最上部電極部５９よりも一つ下層の電極部５８及び電極部５８から一つおきの平面電極層５６、５４、５２を（＋）としている。

図１６（ｂ）に示すような極性で、直流電圧を印加すると、図１６（ｂ）に示すように、圧電体層４１、４３、４５、４７を有する圧電素子部に夫々矢印６７ｃで示される方向に電圧が印加され、圧電体層４２、４４、４６、４８を有する圧電素子部に夫々矢印６７ｄで示される方向に電圧が印加され、最上部の圧電体層４８を含む圧電素子部のみが矢印６７ａで示されるように第２の方向に伸張し、最上部の圧電体層４８を有する圧電素子部を除いた残りの圧電体層４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７を有する圧電素子部が矢印６７ｂで示す第２の方向に収縮する。

したがって、図１６（ｂ）に示す極性で、交流駆動電圧を印加すると、最上部の圧電体層４８を有する圧電素子部のみが第２の方向に伸縮振動し、圧電体層４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８を有する圧電素子部は、第２の方向に伸縮振動し、その振動方向は、矢印６７ａ及び６７ｂに示すように、互いに反対方向であるので、併せて圧電素子１に屈曲振動が生じる。

図１７（ａ）は、他の例に係る圧電素子の分極工程を示す平面図で、図１７（ｂ）は電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図で、（ａ）の１７Ｂ−１７Ｂ′線に沿う断面図、図１７（ｃ）は電極層の電極パターンに対する分極電圧の極性を示す図で、（ａ）の１７Ｃ−１７Ｃ′線に沿う断面図である。

図１７（ａ）乃至図１７（ｃ）に示すように、圧電素子１は、４層の圧電体層を有する積層体を有し、最上部電極部５９が（−）、底部電極部５１及び積層方向に一つ置きの電極層５３に（＋）、積層方向の底部よりも一つ上層の平面電極層５２及び平面電極層５２から一つ置きの平面電極層５４が（ＧＮＤ）となるように、分極電圧が印加されて圧電体層４１と圧電体層４３、４４が、矢印６８ａに示すように分極され、圧電体層４２が、矢印６８ｂに示される第１の方向に沿って分極される。

図１８（ａ）及び（ｂ）は図１７（ａ）に示す圧電素子に直流電圧を印加したときの極性パターンの一例を示す平面図及び断面図、図１８（ｃ）及び（ｄ）は、圧電素子の平面電極層の駆動電圧の極性パターンの他の一例を示す平面図及び断面図である。

図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧電素子１は、圧電体層の積層体の最上部平面電極層の第２の端子用電極５９Ａ′と電極層部５９とを接続電極部５９Ｃを追加して、導電接続している。第２の側面電極６１Ａ′と第２の端子用電極５９Ａ′とが導電接続されている。一方、第１の端子用電極５９Ａと第１の側面電極６１Ａとが導電接続されている。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、印加される直流電圧の極性は、最上部平面電極層５９から一つおきの平面電極層５３を（−）、最上部の第１の端子用電極５９Ａ、及び最上部平面電極層５９よりも一つ下層の平面電極層５４及び平面電極層５４から一つおきの平面電極層５２を（＋）としている。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すような極性パターンで、直流電圧を印加すると、図１８（ｂ）に示すように、圧電体層４２、４４を有する圧電素子部に矢印６９ｃで示される方向に電圧が印加され、圧電体層４３を有する圧電素子部に矢印６９ｄで示される方向に電圧が印加され、最上部の圧電体層４４を有する圧電素子部のみが矢印６９ａで示すように第２の方向に伸張し、最上部圧電体層４４を有する圧電素子部及び底部圧電体層４１を有する圧電素子部を除いた残りの圧電体層４２、４３を有する圧電素子部が矢印６９ｂに示すように、第２の方向に収縮する。なお、底部平面電極層５１及び圧電体層４１を有する圧電素子部は、収縮振動には、寄与しない。

したがって、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すような極性パターンで、交流駆動電圧を印加すると、最上部圧電体層４４を有する圧電素子部のみが第２の方向に伸縮振動し、最上部圧電体層を有する圧電素子部及び底部圧電体層４１を有する圧電素子部を除いた残りの圧電体層４２、４３を有する圧電素子部が第２の方向に伸縮振動するが、矢印６９ａ及び矢印６９ｂに示すように、互いに逆方向に振動するので、合成されて圧電素子１は屈曲振動を行う。

図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）に示すように、他の一例に係る圧電素子１の積層体の最上部平面電極層の第２の端子用電極５９Ａ′及び５９Ｂ′と平面電極層部５９とを接続電極部５９Ｃ、５９Ｃ′を夫々追加して、第２の側面電極６１Ａ′及び６１Ｂ′は、第２の端子用電極５９Ａ′及び５９Ｂ′、及び接続電極部５９Ｃ、５９Ｃ′を介して、平面電極部５９と導電接続されている。一方、第１の端子用電極５９Ａ、第１の引き出し電極５９Ｂと第１の側面電極６１Ａ、６１Ｂとが導電接続されている。

図１８（ｃ）及び（ｄ）に示すように、印加される直流電圧の極性パターンは、最上部平面電極部５９から一つおきに平面電極層５３、底部平面電極層５１の極性を（−）、最上部の第１の端子用電極５９Ａ、及び最上部平面電極層部５９よりも一つ下層の平面電極層５４及び平面電極層５４から一つおきの平面電極層５２を（＋）としている。

図１８（ｃ）及び（ｄ）に示すような極性で、直流を印加すると、図１８（ｄ）に示すように、圧電体層４２、４４を有する圧電素子部に矢印７０ｃで示される方向に電圧が印加され、圧電体層４１、４３を有する圧電素子部に矢印７０ｄで示される方向に電圧が印加され、最上部の圧電体層４４のみが矢印７０ａに示す第２の方向に伸張し、最上部の圧電体層４４を除いた残りの圧電体層４１、４２、４３が矢印７０ｂに示す第２の方向に収縮する。

したがって、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）に示すような極性で、交流駆動電圧を印加すると、最上部の圧電体層４４を有する圧電素子部のみが第２の方向に伸縮振動し、最上部圧電体層を有する圧電素子部を除いた残りの圧電体層４１、４２、４３を有する圧電素子部が第２の方向に伸縮振動するが、矢印７０ａ及び矢印７０ｂに示すように、互いに逆方向に振動するので、合成されて圧電素子は屈曲振動を行う。

図２０（ａ）は、本発明の第２の実施の形態による圧電振動モジュールの変形例を示す斜視図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）の２０Ｂ−２０Ｂ′線に沿う断面図、図２０（ｃ）は図２０（ａ）の２０Ｃ−２０Ｃ′線に沿う断面図、図２０（ｄ）は導電性部材の接続状態を示す平面図である。

図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）、及び図２０（ｄ）を参照すると、第２の実施の形態の変形例に係る圧電振動モジュールは、第２の実施の形態によるものとは、弾性を有する導電性部材２５の個数が異なる。即ち、変形例に係る圧電振動モジュール１０は、圧電素子１の最上部平面電極層の第２の方向の一端側の導電性部材２５にさらに、第２の方向の他端に第２の端子用電極５９Ａ′、５９Ｂ′に跨って設けられた導電性部材２５と同様な導電性ゴムからなる導電性部材２６を有している。

図２１（ａ）は図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示された第２の実施の形態による圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装状態を示す断面図、図２１（ｂ）は図２０（ａ）の第２の実施の形態の変形例に係る圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装状態を示す断面図である。

図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、第２の実施の形態及び変形例に係る圧電振動モジュール１０は、導電性ゴムよりなる導電性部材２５、２６の突出部を介して、駆動回路基板５０に実装される。

図２２（ａ）は図２１（ａ）の第２の実施の形態による圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装方法を示す断面図、図２２（ｂ）は、図２１（ｂ）の第２の実施の形態の変形例に係る圧電振動モジュールの駆動回路基板への実装方法を示す断面図である。

図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、第２の実施の形態及びその変形例に係る圧電振動モジュール１０は、筐体７５によって矢印７３及び７４に示すように、圧力をかけ、夫々導電性ゴムよりなる導電性部材２５、２６の突出部を１０−５０％押し込むことによって、駆動回路基板５０に電気接続されて、筐体７５内に収容されて実装される。

図２３（ａ）は本発明の第３の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の圧電振動モジュールの２３Ｂ−２３Ｂ′線に沿う断面図、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）の圧電振動モジュールの２３Ｃ−２３Ｃ′線に沿う断面図、図２３（ｄ）は、図２３（ａ）の第３の実施の形態による圧電振動モジュールの変形例に係る圧電振動モジュールの図２３（ｃ）と同じ位置である２３Ｃ−２３Ｃ′線に沿う断面図である。

図２３（ａ）、図２３（ｂ）、及び図２３（ｃ）に示される第３の実施の形態による圧電振動モジュールは、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示される第１の実施の形態による圧電振動モジュールとは、音圧調整手段が設けられている点で異なる。

即ち、図２３（ａ）、図２３（ｂ）、及び図２３（ｃ）に示すように、圧電振動モジュール１０は、矩形状の圧電素子１と、圧電素子１の一表面に接続された引き出し用の配線部材４としてのフレキシブル配線（ＦＰＣ）基板４と、前記圧電素子１の他の表面に接着剤５を介して張り付けた弾性板２と、弾性板２とともに圧電素子を覆うハウジング部材３とを有している。

圧電素子１は、図２、図３に示すものと同様に、矩形状の圧電セラミックス板からなる圧電体層２１、２２、及び２３と導電体膜からなる電極層１１、１２、１３、及び１４とを交互に積層し、積層方向（第１の方向）に交差する第２の方向の両端面に第１及び第２の側面電極１５及び１６をそれぞれ形成してなる。

本発明の第３の実施の形態において、本発明の第１の実施の形態と同様に、圧電体層２１、２２、２３として、ＰＺＴ系材料の圧電セラミック板を用いているが、圧電効果を有する材料であるならば、どのような材料であっても良いことは勿論である。

弾性板２は、温度安定特性の向上、及び振動変位の向上を図るために、ＪＩＳ Ｋ ６２３で示すデュロメータ硬度が３０−１３０で、振動変位の上昇と落下衝撃耐久性両立のために、厚さ０．１〜０．９ｍｍのシリコーンゴムからなる。

配線部材４としてのフレキシブル配線基板（ＦＰＣ基板）４は、圧電素子１の一表面の端部寄りに設けられている。

図７（ａ）のところで示したものと同様に、ＦＰＣ基板４は、フレキシブル基材４ｃの一表面（図では裏面）の長さ方向両側に互いに平行に導体パターン４ａ、４ｂが形成されている。

図２で示したものと同様に、弾性板２は、圧電素子１のＦＰＣ基板４が設けられている表面と対向する反対側の表面に、常温硬化型接着剤もしくはシリコーン系両面テープのような接着材５を介して貼り付けられている。この接着材５の硬度は、弾性板２と同一か、もしくは弾性板２よりも柔らかいことが好ましい。

弾性板２は、図２の例と同様に、タッチパネルの振動板６に貼り付けて使用されているが、スマートフォン等のスピーカとしての使用や、可聴域の他に、バイブ等の低周波の振動発生も可能である。

以上までは第１の実施の形態と同様である。

図２３（ａ）、図２３（ｂ）、及び図２３（ｃ）に示すように、本発明の第３の実施の形態による圧電振動モジュール１０は、第１の実施の形態による圧電振動モジュールとは、ハウジング部材３に埋設されてハウジング複合部材を構成する複合化材８０を有する点で異なる。複合化材８０は、音圧周波数特性をフラット化する音圧調整手段として機能する。

図２３（ｄ）に示す変形例に係る複合化材８０のように、ハウジング部材３から一面が露出して設けられても良いことは勿論である。

図２５（ａ）は本発明の第４の実施の形態による圧電振動モジュールを示す斜視図、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の圧電振動モジュールの２５Ｂ−２５Ｂ′線に沿う断面図、図２５（ｃ）は、図２５（ａ）の圧電振動モジュールの２５Ｃ−２５Ｃ′線に沿う断面図である。

図２５（ａ）、図２５（ｂ）、及び図２５（ｃ）に示される第４の実施の形態による圧電振動モジュールは、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示される第１の実施の形態による圧電振動モジュールとは、音圧調整手段が設けられている点で異なる。音圧調整手段は、ハウジング部材３の表面に突出して、一列に間隔を置いて並んで設けられた３個の突起部３ａからなり、この突起部３ａは、表面振動分布を平坦化するとともに、ガラスパネルの共振モードの節となる部分に設けられている。これによって、スピーカー等の音質が低下することとなるガラスパネルとの共振を避けることができる。

以上説明した本発明の第２、第３、及び第４の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、圧電振動モジュールは、弾性板２及びハウジング部材３によって、圧電素子を覆うように構成したが、シリコーンゴム等の弾性を有する材料であるならば、モールドによって一体に形成しても良いことは勿論である。

次に、本発明の実施の形態による圧電振動モジュールの諸特性について説明する。

（実施例１）
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示す構造の圧電素子１と、圧電振動モジュール１０を用意した。本発明の実施例に係る圧電振動モジュールの圧電素子の弾性板２及びハウジング部材３には、シリコーンゴムを用いている。

本発明の実施例に係る圧電振動モジュールは、長さ２７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、幅５．０ｍｍの圧電素子１に対して、全体の長さ３０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍ、幅３．０ｍｍを有している。

比較のために、同じ寸法でこの圧電振動モジュールの弾性板及びハウジング部材として、ポリウレタンでモールドした圧電振動モジュールを用いた。

変位の測定は、ファンクションジェネレータと高周波アンプとを用いて、２０Ｖｐｐ、３００〜３４００Ｈｚの駆動電圧を入力し、変位をレーザー変位計によって測定した。

本発明の実施例による圧電振動モジュール、比較例に係る圧電振動モジュールを恒温槽中にて温度を−４０℃から１００℃に変化させて、変位の温度特性及び変位変化率の温度特性を調べた。その結果を図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。

図９（ａ）に示すように、変位（ｎｍ単位で、Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋの変位振幅のこと、以下ｎｍｐｐと呼ぶ）は、−３０〜８０℃の間で、１７００〜２４００の範囲内で、素子の変位及び比較例に比べて明らかに変位の変動が少ないことが判明した。

図９（ｂ）に示すように、変位変化率（ｎｍｐｐ）は、−３０〜８０℃の間で、１０〜−８の範囲内で、素子の変位変化率及び比較例に比べて明らかに変位の変化率が少ないことが判明した。

（実施例２）
実施例１で使用したものと同様の本発明の圧電振動モジュールにおいて、室温にて、実施例１と同様の変位計を用いて、圧電振動モジュールのハウジング部材及び弾性板のシリコーンゴムのデュロメータ硬度（ＪＩＳ Ｋ ６２５３）を１０から１６まで変化させて、硬度に対する変位を測定した。その結果を、図１０に示す。図１０に示すように、硬度３０−１３０のシリコーンゴムにおいては、変位（ｎｍｐｐ）が１５００−２０００の最適値であることが判明した。デュロメータ硬度を３０〜１３０とすることで振動変位の大きさを増大させることができる。

（実施例３）
実施例１で使用したものと同様の構造で、シリコーンゴムの厚み（片側厚み）のみ異なる圧電振動モジュールと、同じ厚みの圧電振動モジュールを用いて、夫々室温にて、実施例１と同様な変位測定によって、シリコーンゴムの厚み（片側厚み）に対する変位を測定した。また、本発明の圧電振動モジュールを、高さを変化して落下させ、圧電素子の破損、ひびわれ、欠け等の有無に基いて、許容落下高さを測定した。

その結果を、図１１に示す。図１１に示すように、厚みが０．１〜０．８ｍｍの範囲内で変位（ｎｍｐｐ）は、１５００から２３００の範囲内であり、許容落下高さ１．５ｍ〜２．２ｍであることが判明した。このことから、シリコーンゴムの片側厚みを０．１〜０．８ｍｍとすることで、振動変位と落下衝撃耐久性の両方を図ることが出来る。

（実施例４）
図１３及び図２０に示す圧電振動モジュール１０であって、図１４に示すものと同様に最上部及び最下部平面電極層及び中間部平面電極層を形成し、圧電体層を有する圧電素子部を１６層積層した本発明によるもの、および、通常品である圧電体層を有する圧電素子部を１５層積層した比較例に係るものとを作製し、その音圧の周波数特性を調べた。なお、本発明の実施例４に係る圧電素子モジュールは、圧電素子の幅２．４ｍｍ、長さ２７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍで、あった。その結果を図１９に示す。図１９において、横軸は駆動電圧の周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢｓｐｌ）を示している。図１９に示すように、曲線９１に示す圧電素子部（圧電体層）を１５層積層した比較例に係るものよりも、曲線９２で示される圧電素子部（圧電体層）を１６層積層した本発明によるものの方が、音圧が上昇していることが分かる。

（実施例５）
図２３（Ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すハウジング部材の複合化材として、厚さ５０μｍのステンレスであるＳＵＳ３０４よりなる複合化板材Ａ及び厚さ２００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である複合化板材Ｂを夫々ハウジング部材と一体化して、圧電振動モジュールを作製した。また、比較のために、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す第１の実施の形態による圧電振動モジュールを作製した。なお、圧電素子は、幅２．４ｍｍ、長さ２７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍで、弾性板及びハウジング部材は、厚さ１．８ｍｍ、幅２．４ｍｍ、長さ３０ｍｍであった。この圧電振動モジュールの音圧の周波数依存性を調査した。その結果を図２４に示す。図２４において、横軸は駆動周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢｓｐｌ）を示している。図２４に示すように、曲線９３に示す第１の実施の形態による圧電振動モジュールは、周波数に対して起伏が激しいが、本発明の複合化材Ａ及びＢを用いたいずれの圧電振動モジュールも、曲線９５及び９４に示すように音圧の周波数特性がフラット化していることがわかる。これは、複合化された板材によって、圧電素子の共振と取り付けられる被取り付け物の共振とが相殺されるためである。

（実施例６）
図２５（ａ）、図２５（ｂ）、及び図２５（ｃ）に示される圧電振動モジュールをガラ
ス板８１の振動の共振を避ける目的で、ガラス板８１の共振の節もしくはその付近に突起
部３ａが位置するように取り付けてその振動分布を調べた。なお、圧電素子は、幅２．４
ｍｍ、長さ２７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、圧電振動モジュールのハウジング部材及び弾性板
の外装部材は、長さ３０ｍｍ、幅３．０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍである。

図２６（ａ）は図２５（ａ）に示す圧電振動モジュールの突起部側にガラス板を載せてその振動の平面分布を調査した平面図、図２６（ｂ）は図２５（ａ）に示す圧電振動モジュールの突起部側にガラス板を載せてその振動の垂直分布を調査した正面図である。比較のために、図２７（ａ）は図１（ａ）に示す圧電振動モジュールにガラス板を載せてその振動の平面分布を調査した平面図、図２７（ｂ）は図１（ａ）に示す圧電振動モジュールの突起部側にガラス板を載せてその振動の垂直分布を調査した正面図である。

図２６（ａ）及び図２７（ａ）の比較において、本発明に係る突起部３ａを有するものの振動の平面分布８２は、突起部のないものの平面分布８３よりも、その変動が大きいことが分かる。また、図２６（ｂ）及び図２７（ｂ）の比較から、本発明に係る突起部３ａを有するものの振動の垂直分布８２は、比較例に係る突起部のないものの振動の垂直分布８３よりも、その変動が大きいことが分かる。

なお、突起部３ａの位置を圧電素子の振動の腹におけば、振動の伝播がより大きくなり、振動の平面分布及び振動の垂直分布もより大きく変化が大きくなることは明白である。

以上述べた通り、本発明の圧電振動モジュールは、携帯端末、タッチパネル全般、ゲームコントローラ、遊技機等パネル音響用圧電振動モジュールに適用される。

この出願は、２０１２年４月５日に出願された日本出願特願第２０１２−８６２７８号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

１、３０ 圧電素子
２ 弾性板
３ ハウジング部材
３ａ 突起部
４ 配線部材（ＦＰＣ基板）
４ａ、４ｂ 導体パターン
４ｃ フレキシブル基材
５ 接着剤
６ 振動板
１０ 圧電振動モジュール
１１、１２、１３、１４ 平面電極層
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ 第１の電極部
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ 第２の電極部
１１ｃ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｃ、１３ｄ、１４ｃ、１４ｄ 絶縁部
１５ 第１の側面電極
１５ａ 第１の外部電極
１５ｂ 第２の外部電極
１５ｃ 絶縁部
１６ 第２の側面電極
２０、４０ 積層体
２１、２２、２３ 圧電体層
２５、２６ 導電性部材（導電性ゴム）
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８ 圧電体層
５０ 駆動回路基板
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９ 平面電極層
５１Ｂ′、５３Ａ′、５５Ａ′、５７Ａ′ 第２の引き出し電極
５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａ、５９Ｂ 第１の引き出し電極
５９Ａ 第１の端子用電極
５９Ａ′、５９Ｂ′ 第２の端子用電極
６１Ａ、６１Ｂ 第１の側面電極
６１Ａ′、６１Ｂ′ 第２の側面電極
６５ａ、６５ｂ、６８ａ、６８ｂ 分極方向を示す矢印
６６ａ、６７ａ、６９ｂ 収縮方向を示す矢印
６６ｂ、６７ｂ、６９ａ 伸長方向を示す矢印
６６ｃ、６６ｄ、６７ｃ、６７ｄ、６９ｃ、６９ｄ、７０ｃ、７０ｄ 電圧印加方
向を示す矢印
７３、７４ 圧力方向を示す矢印
７５ 筐体
８０ 複合化材
８１ ガラスパネル
８２、８３ 振動分布

Claims (15)

1. 圧電素子と、
   前記圧電素子に接続され外部に引き出された配線部材と、
   前記圧電素子の一面に取り付けられる弾性板と、
   前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うように設けられたハウジング部材と、
   音圧調整手段とを備え、
   前記音圧調整手段は、前記ハウジング部材の表面に突出して設けられた突起部を有し、
   前記突起部は、圧電振動モジュールを取り付ける被取り付け部材の前記圧電振動モジュールによって励起される共振の節となる部分に設けられていることを特徴とする圧電振動モジュール。
2. 請求項１に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記圧電素子の前記弾性板を取り付けられた前記一面に対向する他面に設けられた電極取出部を有し、
   前記配線部材は、前記電極取出部に導電接続されたフレキシブル配線基板及び弾性を備えた導電性部材の内のいずれかであることを特徴とする圧電振動モジュール。
3. 圧電素子と、
   前記圧電素子に接続され外部に引き出された配線部材と、
   前記圧電素子の一面に取り付けられる弾性板と、
   前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うように設けられたハウジング部材と、
   前記圧電素子の前記弾性板を取り付けられた前記一面に対向する他面に設けられた電極取出部と、
   音圧調整手段とを有し、
   前記配線部材は、前記電極取出部に導電接続されたフレキシブル配線基板及び弾性を備えた導電性部材の内のいずれかであり、
   前記音圧調整手段は、前記圧電素子と並行に前記ハウジング部材に一体に設けられた複合化材を有し、前記複合化材は、前記圧電素子の自身の振動と、被取り付け部材の圧電振動モジュールによって励起される振動とを互いに打ち消すことを特徴とする圧電振動モジュール。
4. 請求項２又は３に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記配線部材は、前記導電性部材であり、
   前記導電性部材は、前記電極取出部から、前記圧電素子の他面に交差する方向に前記ハウジング部材を貫通して突出していることを特徴とする圧電振動モジュール。
5. 請求項４に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記積層体は、底部に位置づけられた底部圧電素子部と、
   最上部に位置づけられた最上部圧電素子部と有し、
   前記最上部圧電素子部の分極方向は、前記底部圧電素子部を含む他の圧電素子の分極方向と異なっていることを特徴とする圧電振動モジュール。
6. 請求項５に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記最上部圧電素子部の圧電体層と、前記最上部圧電素子部以外の前記底部圧電素子部の圧電体層を除く圧電体層とは、互いに逆の伸縮振動を励起するような電極構造を有しているように構成されていることを特徴とする圧電振動モジュール。
7. 請求項２乃至６の内のいずれか一項に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記圧電素子を構成する圧電素子部を複数枚、第１の方向に積層した積層体を有し、
   前記各圧電素子部は、
   圧電体層と、
   前記各圧電体層上に、前記第１の方向に対して交差する第２の方向に形成された表面電極層と、
   前記圧電体層の前記第２の方向の端部に形成され、前記表面電極層に接続された第１及び第２の引き出し電極とを有し、
   前記第１及び第２の引き出し電極は、前記表面電極層から前記積層体の積層位置に応じた前記各圧電体層の前記端部に引き出されていることを特徴とする圧電振動モジュール。
8. 請求項１乃至６いずれか１項に記載の圧電振動モジュールにおいて、
   前記配線部材は、前記フレキシブル配線基板であり、
   前記フレキシブル配線基板は、前記電極取出部から、前記圧電素子の前記一面又は他面に沿う方向に前記ハウジング部材を貫通して前記圧電素子の長手方向に引き出されていることを特徴とする圧電振動モジュール。
9. 圧電体層、表面電極層、及び、端部に形成された端部電極層を有し、互いに異なる端部電極層を有する複数の圧電素子部を用意する工程と、
   前記複数の圧電素子部を第１の方向に順次積層することによって構成された積層体を形成する工程と、
   前記圧電素子に外部に取り出すための配線部材を接続する工程と、
   前記圧電素子の一面に、弾性板を取り付ける工程と、
   前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うハウジング部材を設ける工程と、
   音圧調整手段を形成する工程とを備え、
   前記積層体を形成する工程では、各圧電体素子部の前記端部電極層が、前記積層体における前記各圧電素子部の積層位置に応じた前記端部側に引き出されるように、積層され、
   前記音圧調整手段は、前記ハウジング部材の表面に突出した突起部を形成することを含むことを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
10. 圧電体層、表面電極層、及び、端部に形成された端部電極層を有し、互いに異なる端部電極層を有する複数の圧電素子部を用意する工程と、
    前記複数の圧電素子部を第１の方向に順次積層することによって構成された積層体を形成する工程と、
    前記圧電素子に外部に取り出すための配線部材を接続する工程と、
    前記圧電素子の一面に、弾性板を取り付ける工程と、
    前記圧電素子及び前記配線部材の前記圧電素子との接続部分を覆うハウジング部材を設ける工程と、
    音圧調整手段を形成する工程とを備え、
    前記積層体を形成する工程では、各圧電体素子部の前記端部電極層が、前記積層体における前記各圧電素子部の積層位置に応じた前記端部側に引き出されるように、積層され、
    前記音圧調整手段を形成する工程では、前記ハウジング部材に一体に前記圧電素子と平行して複合化材を形成することを含むことを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
11. 請求項９又は１０に記載の圧電振動モジュールの製造方法において、
    前記積層体は、
    底部に位置づけられた底部圧電素子部と、
    最上部に位置づけられた最上部圧電素子部とを有し、
    前記最上部圧電素子部の分極方向が、前記底部圧電素子部を含む他の圧電素子部の分極方向と異なるように分極する工程をさらに有することを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
12. 請求項１１に記載の圧電振動モジュールの製造方法において、
    前記最上部圧電素子部の圧電体層と、前記最上部圧電素子部以外の前記底部圧電体層を除く圧電体層とは、互いに逆の伸縮振動を励起するような電極構造を有していることを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の圧電振動モジュールの製造方法において、前記配線部材は、電極取出部に導電接続されたフレキシブル配線基板又は弾性を備えた導電性部材であること
    を特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
14. 請求項１３に記載の圧電振動モジュールの製造方法において、前記配線部材は、前記フレキシブル配線基板であり、前記フレキシブル配線基板を前記電極取出部から、前記圧電素子の前記一面又は他面に沿う方向に前記ハウジング部材を貫通して前記圧電素子の長手方向に引き出されるように形成することを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。
15. 請求項１３に記載の圧電振動モジュールの製造方法において、前記配線部材は、前記導電性部材であり、前記導電性部材を、前記電極取出部から、前記圧電素子の他面に交差する方向に前記ハウジング部材を貫通して突出するように形成することを特徴とする圧電振動モジュールの製造方法。

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