アクチュエータ
【課題】圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータを提供する。
【解決手段】振動板２及びこの振動板２を支持するフレーム３を備え、振動板２が、一方の電極膜４と、この一方の電極膜４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６とを有するアクチュエータ１である。有機圧電膜５がフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を主成分として含む。また、一方の電極膜４が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有する。
【解決手段】振動板２及びこの振動板２を支持するフレーム３を備え、振動板２が、一方の電極膜４と、この一方の電極膜４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６とを有するアクチュエータ１である。有機圧電膜５がフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を主成分として含む。また、一方の電極膜４が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電膜を用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料を用いたアクチュエータは、磁石とコイルとを備える動電変換器や、コンデンサ変換器を用いたものと比べて構造を単純にすることができるという利点を有している。このため、圧電材料を用いたアクチュエータは、マイクロホンやスピーカなどの音響部品等として様々な構造のものが開発されている（特開２００２−１１２３９１号公報、特開２００３−２１９４９９号公報、特許４２０３９１１号公報及び特開２００５−５７４１４号公報参照）。
【０００３】
従来の上記アクチュエータにおいては、圧電材料としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる無機圧電膜が用いられ、この無機圧電膜の両面に電極を積層することで、振動板が形成され、この振動板が、上記無機圧電膜の伸縮により振動するよう構成されている。しかしながら、このような無機圧電膜を用いたアクチュエータは、無機圧電膜と電極との密着性が不十分である。従って、上記アクチュエータにおいては、長期間使用した場合などに、圧電膜と電極との間で剥離が生じるおそれがある。このように、従来のアクチュエータは、振動板の耐久性が十分ではないという不都合を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１２３９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９４９９号公報
【特許文献３】特許４２０３９１１号公報
【特許文献４】特開２００５−５７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータ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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた発明は、
振動板及びこの振動板を支持するフレームを備え、
上記振動板が一方の電極膜と、この一方の電極膜の表面に直接積層される有機圧電膜と、この有機圧電膜の表面側に積層される他方の電極膜とを有するアクチュエータである。
【０００７】
当該アクチュエータは、圧電膜として有機圧電膜を用いているため、この圧電膜と接する一方の電極膜との密着性に優れている。従って、当該アクチュエータは、圧電膜の剥離が抑制され、高い耐久性を有する。また、当該アクチュエータによれば、圧電膜と一方の電極膜とが、接着剤等を介することなく直接接合されているため、接着剤等の影響による周波数特性のバラツキが無く、温度変化に対しても安定である。
【０００８】
加えて、当該アクチュエータは、圧電膜が有機物からなるため、ＰＺＴ等の無機物を用いた場合と比べて成膜の際の加熱温度が低く抑えられる。従って、当該アクチュエータによれば、フレーム等の材料の選択の幅が広がり、例えばフレキシブルなアクチュエータ等とすることも可能である。また、有機圧電材料はＰＺＴ等に比べ比誘電率が低いため、有機圧電膜は静電容量が低い。従って、当該アクチュエータは、高周波使用時のインピーダンスが高いため、超音波の発振に有効であり、かつ消費電力も抑えることができる。
【０００９】
上記有機圧電膜が有機圧電材料を含む溶液の塗布により形成されているとよい。このように、有機圧電膜を塗布により形成することで、一方の電極膜との密着性をより高めることができる。また、当該アクチュエータは、塗布により圧電膜を形成することで、この圧電膜を電極膜のあらゆる表面形状に対応し、密着して積層させることができるため、様々な形状に形成することができる。加えて、当該アクチュエータによれば、塗布により圧電膜を形成することで、薄膜化及びパターニングを容易に行うことができる。従って、当該アクチュエータによれば、薄型化・小型化が可能であり、かつ、パターニングにより一方の電極膜を微細に露出させることができるため、ボンディングスペースを最小限に設計できる。
【００１０】
上記有機圧電膜が、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（以下、「Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）」ともいう。）を主成分として含むことが好ましい。このように、上記有機圧電膜としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を用いることで、電極膜との密着性をさらに高めることができ、加えて、塗布による形成の場合の成形性が向上する。
【００１１】
上記一方の電極膜が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有するとよい。このように、有機圧電膜と接触する一方の電極膜が表面に上記形状を有することで、この形状から生じる圧電膜のアンカー効果等により、圧電膜の密着性をさらに高めることができる。
【００１２】
上記フレームを樹脂製又は金属製とすることができる。当該アクチュエータによれば、フレームを樹脂製又は金属製とすることで、高い衝撃耐久性を備えることができる。また、当該アクチュエータによれば、フレームの厚み等を調整することで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。
【００１３】
上記振動板が、一方の電極膜の裏面側に積層される下地膜をさらに有するとよい。当該アクチュエータによれば、振動板が下地膜を有することで、音圧を高めることができるなど、用途の拡大や機能の向上を図ることができる。
【００１４】
上記下地膜及びフレームが樹脂製であるとよい。このように、下地膜及びフレームを樹脂製にすることで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。また、当該アクチュエータによれば、電極膜以外を樹脂製とすることができるため、熱応力が低減され、反りの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明のアクチュエータは、一方の電極膜の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布し、有機圧電膜を形成する工程を有する方法で製造することができる。このようなアクチュエータの製造方法によれば、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータを得ることができる。
【００１６】
本発明のアクチュエータを備えるスピーカによれば、備わる振動板において、圧電膜と電極膜との密着性が高いため、長期使用等によってもこの密着性が維持され、優れた耐久性を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るアクチュエータを示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１のアクチュエータの製造過程を示す模式的断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ第二〜第六実施形態に係るアクチュエータを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明のアクチュエータ、この製造方法及びこれを備えるスピーカの実施の形態を詳説する。
＜第一実施形態＞
図１のアクチュエータ１は、振動板２及びこの振動板２を支持するフレーム３を備えている。
【００２０】
上記振動板２は、一方の電極膜４と、この一方の電極膜４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜４の裏面に積層される下地膜７とを有する。
【００２１】
当該アクチュエータ１は、圧電膜として有機圧電膜５を用いているため、この圧電膜５と接する一方の電極膜４との密着性に優れている。従って、当該アクチュエータ１は、圧電膜５の剥離が抑制され、高い耐久性を有する。また、当該アクチュエータ１によれば、有機圧電膜５と一方の電極膜４とが、接着剤等を介することなく直接接合されているため、接着剤等の影響による周波数特性のバラツキが無く、温度変化に対しても安定である。
【００２２】
加えて、当該アクチュエータ１は、圧電膜５が有機物からなるため、ＰＺＴ等の無機物を用いた場合と比べて成膜の際の加熱温度が低く抑えられる。従って、当該アクチュエータ１によれば、フレーム３等の材料の選択の幅が広がり、例えばフレキシブルなアクチュエータ等とすることも可能である。また、有機圧電材料はＰＺＴ等に比べ比誘電率が低いため、有機圧電膜５は静電容量が低い。従って、当該アクチュエータ１は、高周波使用時のインピーダンスが高いため、超音波の発振に有効であり、かつ消費電力も抑えることができる。
【００２３】
振動板２は平面視矩形状を有している。この振動板のサイズとしては特に限定されず、出力する振動の周波数や、使用するスピーカ等のサイズなどに応じて適宜設定することができる。例えば、このアクチュエータ１を超音波スピーカに用いる場合は、振動板のサイズを縦横０．５〜４ｃｍ程度にすることができる。
【００２４】
一方の電極膜４は薄膜である。この一方の電極膜４の厚みとしては特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００２５】
一方の電極膜４の材料としては、導電性を有し、かつ常温で固体であれば特に限定されない。この電極膜４の材料としては例えば、金属単体、合金等が挙げられ、また、金属やカーボン等のフィラーを含有する導電樹脂であってもよい。上記金属単体及び合金に用いられる金属としては、白金、金、アルミニウム等を挙げることができる。
【００２６】
一方の電極膜４表面の算術平均粗さ（Ｒａ）としては、０．００５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることがさらに好ましい。このように一方の電極膜４の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を上記範囲とすることで、直接積層される有機圧電膜５との密着性をさらに高めることができる。このＲａが上記下限未満の場合は、十分な密着性を発揮できないおそれがあり、逆に、このＲａが上記上限を超えると、有機圧電膜５の振動にムラが生じるおそれがある。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準じて測定され、カットオフλｃ２．５ｍｍ、評価長さ１２．５ｍｍの値である。
【００２７】
有機圧電膜５は、一方の電極膜４の表面ほぼ全面に積層されている。なお、有機圧電膜５は、一方の電極膜４の一部には積層されず、この一方の電極膜４の露出部分を接続箇所として用いることができる。また、この有機圧電膜５の厚みとしては特に限定されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【００２８】
有機圧電膜５の材質としては、圧電効果等の電界誘起歪みを引き起こす材料であれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。この有機圧電膜５の具体的材質としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、ＶＤＦ（フッ化ビニリデン）とＴｅＦＥ（四フッ化エチレン）との共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ））、ＶＤＣＮ（シアン化ビニリデン）とＶＡｃ酢酸ビニルとの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ）、ポリ尿素等を挙げることができる。なお、有機圧電膜５においては、複数の有機圧電材料を用いてもよく、有機圧電材料以外の成分が含まれていてもよい。
【００２９】
上記有機圧電膜５としては、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を主成分として含むものが好ましい。当該アクチュエータ１によれば、上記有機圧電膜５の主成分として、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を用いることで、電極膜（特に一方の電極膜４）との密着性をさらに高めることができ、また、塗布による形成の場合の成形性が向上する。なお、この主成分として含むとは、含有量が５０質量％以上であることをいい、８０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。
【００３０】
上記有機圧電膜５を形成する有機圧電材料の比誘電率としては、４以上１０以下が好ましい。また、上記有機圧電膜５の静電容量としては、１ｐＦ以上１μＦ以下であることが好ましい。有機圧電膜５において、上記範囲の比誘電率を有する有機圧電材料を用い、有機圧電膜５の静電容量を上記範囲とすることで、高周波使用時のインピーダンスを高くすることができる。従って、このような電気特性を有する有機圧電膜５を備えるアクチュエータ１は、超音波の発振により効果的であり、かつ消費電力をより抑えることができる。
【００３１】
他方の電極膜６は薄膜である。この他方の電極膜６の厚みとしては特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００３２】
他方の電極膜６の材料としては、上述した一方の電極膜４と同様のものを挙げることができる。なお、一方の電極膜４の材料と他方の電極膜６の材料とは、同一でも異なっていてもよい。
【００３３】
下地膜７は平面視矩形状の薄膜である。この下地膜７の縦及び横のサイズは、振動板２の縦及び横のサイズと同一である。当該アクチュエータ１によれば、振動板２がこの下地膜７を有することで、音圧を高めることができるなど、用途の拡大や機能の向上を図ることができる。
【００３４】
下地膜７の材質としては特に限定されず、例えば酸化ケイ素、ケイ素、酸化ジルコニウム、アルミニウム、銅、ステンレス等の無機材料や、ポリイミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。
【００３５】
下地膜７の厚みとしては特に限定されないが、この下地膜７が無機材料からなる場合は、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下程度であり、この下地膜７が有機材料からなる場合は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下程度である。
【００３６】
上記フレーム３は、扁平な四角筒状形状を有している。このフレーム３の上面が振動板２（下地膜７）の縁を固定し、振動板２を振動可能にしている。
【００３７】
上記フレーム３の外枠縦及び横のサイズとしては、振動板２の縦及び横のサイズと略同一である。上記フレーム３の四角筒状形状を形成する側壁の厚みとしては、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下程度である。なお、この側壁の厚みは均一であってもよく、図１のように、開口方向（振動板２と離れる方向）に薄くなった形状であってもよい。また、フレーム３の高さ（振動板２の厚み方向の長さ）としては、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である。
【００３８】
上記フレーム３の材質としては特に限定されず、シリコン、金属、樹脂等を用いることができるが、金属又は樹脂を用いることが好ましい。フレーム３を樹脂製又は金属製とすることで、高い衝撃耐久性を備えることができる。また、当該アクチュエータ１によれば、フレーム３の厚み（四角筒状形状を形成する側壁の厚み）等を調整することで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。
【００３９】
フレーム３の材料として用いられる上記金属としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス等をあげることができ、樹脂としては、ポリイミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００４０】
なお、当該アクチュエータ１において、下地板７及びフレーム３を共に樹脂製とすることで、電極膜以外を全て樹脂製とすることができる。このような準樹脂製のアクチュエータ１によれば、より柔軟性を高めることができる。また、このようなアクチュエータによれば、電極膜以外を樹脂製とすることで、熱応力が低減され、反りの発生を抑制することができる。
【００４１】
＜アクチュエータ１の製造方法＞
アクチュエータ１は、例えば一方の電極膜４の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布し、有機圧電膜５を形成する工程を有する。
【００４２】
当該アクチュエータの製造方法によれば、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータを得ることができる。また、このように塗布により有機圧電膜５を形成することで、この圧電膜５を一方の電極膜４のあらゆる表面形状に対応し、密着して積層させることができるため、様々な形状のアクチュエータを得ることができる。加えて、塗布により圧電膜５を形成することで、薄膜化及びパターニングを容易に行うことができる。従って、当該アクチュエータ１によれば、薄型化・小型化が可能であり、また、パターニングにより一方の電極膜４を微細に露出させることができるため、ボンディングスペースを最小限に設計できる。以下、アクチュエータ１の具体的製造方法の一例について、図２を参照に詳説する。
【００４３】
（下地膜の形成：図２（ａ））
上面が略平面であるシリコン基板１０１の表面を酸化処理することにより二酸化ケイ素膜を形成する。この二酸化ケイ素膜が下地膜７となる。なお、酸化処理以外に、スパッタリングや蒸着により二酸化ケイ素膜（下地膜７）を形成してもよい。また、樹脂製の下地膜７を形成する場合は、樹脂溶液の塗布（スピンコート、ディッピング等）の後、熱処理（乾燥）すること等により形成することができる。
【００４４】
（一方の電極膜及び有機圧電膜の形成：図２（ｂ））
上記下地膜７の上側表面にスパッタリング、蒸着、印刷等の公知の方法により一方の電極膜４を形成する。
【００４５】
続いて、この一方の電極膜４の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布する。この溶液に用いられる溶媒としては、有機圧電材料を溶解させることができるものであれば特に限定されないが、得られる有機圧電膜の密着性の点からは、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）が好ましい。この溶液の塗布の方法としては特に限定されず、例えば、スピンコート、ディッピング、スプレー、キャスティング、印刷等により行うことができる。
【００４６】
塗布後に、加熱乾燥させることで、有機圧電膜５が形成される。この加熱温度としては例えば１００℃以上１８０℃以下程度であり、具体的には溶媒としてＤＭＳＯを用いた場合は１４０℃程度で行うことができる。
【００４７】
また、印刷以外の塗布等により有機圧電膜５を形成する場合は、一方の電極膜４をレジスト等でマスクし、有機圧電膜を形成する。この後、酸素プラズマエッチングで有機圧電膜５をパターニングし、一方の電極膜４の一部を露出させる。なお、印刷の場合は、一方の電極膜４の一部を露出させるように印刷を行えばよい。なお、上記塗布の他、有機圧電材料の蒸着等により有機圧電膜５を形成することもできる。
【００４８】
（他方の電極膜の形成：図２（ｃ））
上記有機圧電膜５の表面にスパッタリング、蒸着、印刷等の公知の方法で他方の電極膜６を積層する。この他方の電極膜６を形成することで、下地膜７、一方の電極膜４、有機圧電膜５及び他方の電極膜６をこの順に備える振動板２が完成される。
【００４９】
（フレームの形成：図２（ｄ））
上記シリコン基板１０１の下側表面（裏面）において、フレーム３として残る部分以外をマスクし、その他の中央部分の酸化ケイ素膜（下地膜７）を除去する。ついで、上記シリコン基板１０１の裏面側の中央部をエッチングすることで、フレーム３を形成する。このエッチング方法としては、例えばウエットエッチングや、Ｄ−ＲＩＥ等を用いることができる。
【００５０】
（その他の製造方法）
上記とは異なるシリコン製以外のフレームを有するアクチュエータの製造方法としては、銅基板等の他の材質からなる基板や、犠牲材料が埋め込まれた基板を用いる方法を挙げることができる。犠牲材料が埋め込まれた基板としては、フレームとして残す部分はステンレスからなり、他の部分は銅が埋め込まれた基板が挙げられる。この場合、銅用のエッチング液でエッチングすることで銅を除去し、ステンレス製のフレームを形成することができる。
【００５１】
また、樹脂製のフレームを有するアクチュエータの製造方法としては、例えば以下の製造方法（Ａ）及び製造方法（Ｂ）等を挙げることができる。
【００５２】
製造方法（Ａ）
フレームとして残す部分は樹脂（例えばポリイミド）からなり、他の部分は銅が埋め込まれた基板を用いる。上述した製造方法に準じて振動板を形成する。なお、この際、有機圧電膜の加熱乾燥を例えば１４０℃で行った場合も、ポリイミド製のフレームに与える影響は小さい。振動板形成後、基板において銅用のエッチング液で銅部分を除去することで、樹脂製のフレームを得ることができる。
【００５３】
製造方法（Ｂ）
シリコンやガラス製の基板を用い、この上に上述した製造方法に準じて振動板を形成する。この後、フッ酸等を用い、振動板を基板から剥離する。この振動板を別途形成した樹脂製のフレームに貼り合わせることにより、樹脂製のフレームを有するアクチュエータを得ることができる。
【００５４】
＜第二〜第六実施形態＞
図３（ａ）のアクチュエータ１１を第二実施形態、（ｂ）のアクチュエータ２１を第三実施形態、（ｃ）のアクチュエータ３１を第四実施形態、（ｄ）のアクチュエータ４１を第五実施形態、及び（ｅ）のアクチュエータ５１を第六実施形態として、以下説明する。
【００５５】
図３（ａ）〜（ｅ）のアクチュエータ１１、２１、３１、４１及び５１は、それぞれ振動板１２、２２、３２、４２及び５２並びにフレーム３を備える。フレーム３は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。
【００５６】
図３（ａ）のアクチュエータ１１における振動板１２は、一方の電極膜１４と、この一方の電極膜１４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜１４の裏面に積層される下地膜７とを有する。有機圧電膜５、他方の電極膜６及び下地膜７は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。
【００５７】
一方の電極膜１４は、略全面に設けられた複数の貫通孔１８を有している。この貫通孔１８の直径としては、例えば数μｍ〜数１００μｍ程度である。当該アクチュエータ１１においては、一方の電極膜１４が複数の貫通孔１８を有しているため、有機圧電膜５と下地膜７とがこの貫通孔１８を介して直接接する。当該アクチュエータ１１によれば、有機圧電膜５と下地膜７とが直接接するため、また、貫通孔１８によるアンカー効果等のため、有機圧電膜５の密着性をより高めることができる。
【００５８】
図３（ｂ）のアクチュエータ２１における振動板２２は、一方の電極膜２４と、この一方の電極膜２４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜２４の裏面に積層される下地膜２７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。一方の電極膜２４は、略全面に設けられた複数の貫通孔２８を有している。また、下地膜２７は、上記貫通孔２８に対応した部分の表面に、凹部２９が形成されている。
【００５９】
図３（ｃ）のアクチュエータ３１における振動板３２は、一方の電極膜３４と、この一方の電極膜３４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜３４の裏面に積層される下地膜３７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。下地膜３７の表面には複数の凹部３９が形成されている。この凹部３９のサイズとしては、例えば直径数μｍ〜数１００μｍ、深さ数μｍ〜数１００μｍ程度である。また、一方の電極膜３４は、下地膜３７の表面形状に追従するように密着して積層されている。従って、一方の電極膜３４の表面には、凹凸形状が形成される。
【００６０】
図３（ｄ）のアクチュエータ４１における振動板４２は、一方の電極膜４４と、この一方の電極膜４４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜４４の裏面に積層される下地膜４７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。下地膜４７には複数の貫通孔４８が形成されている。また、一方の電極膜４４は、下地膜４７の表面に、上記貫通孔４８を埋めるように積層されている。従って、一方の電極膜４４の表面には、凹凸形状が形成される。
【００６１】
当該アクチュエータ２１、３１及び４１のいずれにおいても、一方の電極膜及び／又は下地膜の形状から生じるアンカー効果により、有機圧電膜５の一方の電極膜との密着性を高めることができる。
【００６２】
図２（ｅ）のアクチュエータ５１における振動板５２は、一方の電極膜５４と、この一方の電極膜５４の表面に直接積層される有機圧電膜５５と、この有機圧電膜５５の表面側に積層される他方の電極膜５６と、一方の電極膜５４の裏面に積層される下地膜５７とを有する。振動板５２は、凹状に湾曲している。詳細には、振動板５２の中心部分がフレーム３側に湾曲している。また、振動板５２が有する一方の電極膜５４、有機圧電膜５５、他方の電極膜５６及び下地膜５７がそれぞれ凹状に湾曲した形状となっている。当該アクチュエータ５１は、このように振動板５２が凹状に湾曲しているため、振幅の線形性を高めることができる。従って、当該アクチュエータ５１によれば、振幅幅を大きくすることができ、その結果、音圧を向上させることができる。
【００６３】
なお、当該アクチュエータ２１〜５１のいずれも、上記アクチュエータ１の製造方法に準じて製造することができる。例えば、図２（ｅ）のアクチュエータ５１においては、下地膜を形成する前に基板の表面を公知の方法でエッチングすることで湾曲させ、この表面に下地膜等を形成することで湾曲した振動板を得ることができる。
【００６４】
＜スピーカ＞
当該アクチュエータ１を備えるスピーカは、振動板２において、有機圧電膜５と電極膜（特に一方の電極膜４）との密着性が高いため、長期使用等によってもこの密着性が維持され、優れた耐久性を発揮することができる。
【００６５】
当該アクチュエータ１を備えるスピーカは、超音波を発振するスピーカとして特に有用である。当該スピーカの発信する超音波の周波数は、振動板２のサイズや、各材質等を調整することで適宜設定することができるが、例えば、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数を発信させることができる。
【００６６】
＜その他の実施形態＞
本発明のアクチュエータ及びスピーカは上記実施形態に限定されるものではない。例えば、当該アクチュエータにおいて、振動板は下地膜を有していなくてもよい。このようなアクチュエータにおいても、一対の電極膜及び有機圧電膜を備える振動板が振動することで、例えば超音波スピーカ等に好適に用いることができる。
【００６７】
また、一方の電極膜の表面に微細な凸形状を設けてもよい。この凸形状としては、平面視で円形状、多角形状やストライプ状等、特に限定されない。また、一方の電極膜の表面に、凸形状、凹形状及び貫通孔が二種以上設けられていてもよい。いずれの形状においても、この電極膜の表面に積層される有機圧電膜との密着性が高まり、アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００６８】
さらに、フレームは、振動板の縁全体を固定していなくてもよく、例えば、振動板の一辺を支持する構造であってもよい。このような片側支持構造の場合、振動板の振幅をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有し、例えば超音波スピーカ等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、１１、２１、３１、４１、５１ アクチュエータ
２、１２、２２、３２、４２、５２ 振動板
３ フレーム
４、１４、２４、３４、４４、５４ 一方の電極膜
５、５５ 有機圧電膜
６、５６ 他方の電極膜
７、２７、３７、４７、５７ 下地膜
１８、２８、４８ 貫通孔
２９、３９ 凹部
１０１ シリコン基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電膜を用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料を用いたアクチュエータは、磁石とコイルとを備える動電変換器や、コンデンサ変換器を用いたものと比べて構造を単純にすることができるという利点を有している。このため、圧電材料を用いたアクチュエータは、マイクロホンやスピーカなどの音響部品等として様々な構造のものが開発されている（特開２００２−１１２３９１号公報、特開２００３−２１９４９９号公報、特許４２０３９１１号公報及び特開２００５−５７４１４号公報参照）。
【０００３】
従来の上記アクチュエータにおいては、圧電材料としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる無機圧電膜が用いられ、この無機圧電膜の両面に電極を積層することで、振動板が形成され、この振動板が、上記無機圧電膜の伸縮により振動するよう構成されている。しかしながら、このような無機圧電膜を用いたアクチュエータは、無機圧電膜と電極との密着性が不十分である。従って、上記アクチュエータにおいては、長期間使用した場合などに、圧電膜と電極との間で剥離が生じるおそれがある。このように、従来のアクチュエータは、振動板の耐久性が十分ではないという不都合を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１２３９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９４９９号公報
【特許文献３】特許４２０３９１１号公報
【特許文献４】特開２００５−５７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータ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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた発明は、
振動板及びこの振動板を支持するフレームを備え、
上記振動板が一方の電極膜と、この一方の電極膜の表面に直接積層される有機圧電膜と、この有機圧電膜の表面側に積層される他方の電極膜とを有するアクチュエータである。
【０００７】
当該アクチュエータは、圧電膜として有機圧電膜を用いているため、この圧電膜と接する一方の電極膜との密着性に優れている。従って、当該アクチュエータは、圧電膜の剥離が抑制され、高い耐久性を有する。また、当該アクチュエータによれば、圧電膜と一方の電極膜とが、接着剤等を介することなく直接接合されているため、接着剤等の影響による周波数特性のバラツキが無く、温度変化に対しても安定である。
【０００８】
加えて、当該アクチュエータは、圧電膜が有機物からなるため、ＰＺＴ等の無機物を用いた場合と比べて成膜の際の加熱温度が低く抑えられる。従って、当該アクチュエータによれば、フレーム等の材料の選択の幅が広がり、例えばフレキシブルなアクチュエータ等とすることも可能である。また、有機圧電材料はＰＺＴ等に比べ比誘電率が低いため、有機圧電膜は静電容量が低い。従って、当該アクチュエータは、高周波使用時のインピーダンスが高いため、超音波の発振に有効であり、かつ消費電力も抑えることができる。
【０００９】
上記有機圧電膜が有機圧電材料を含む溶液の塗布により形成されているとよい。このように、有機圧電膜を塗布により形成することで、一方の電極膜との密着性をより高めることができる。また、当該アクチュエータは、塗布により圧電膜を形成することで、この圧電膜を電極膜のあらゆる表面形状に対応し、密着して積層させることができるため、様々な形状に形成することができる。加えて、当該アクチュエータによれば、塗布により圧電膜を形成することで、薄膜化及びパターニングを容易に行うことができる。従って、当該アクチュエータによれば、薄型化・小型化が可能であり、かつ、パターニングにより一方の電極膜を微細に露出させることができるため、ボンディングスペースを最小限に設計できる。
【００１０】
上記有機圧電膜が、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（以下、「Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）」ともいう。）を主成分として含むことが好ましい。このように、上記有機圧電膜としてＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を用いることで、電極膜との密着性をさらに高めることができ、加えて、塗布による形成の場合の成形性が向上する。
【００１１】
上記一方の電極膜が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有するとよい。このように、有機圧電膜と接触する一方の電極膜が表面に上記形状を有することで、この形状から生じる圧電膜のアンカー効果等により、圧電膜の密着性をさらに高めることができる。
【００１２】
上記フレームを樹脂製又は金属製とすることができる。当該アクチュエータによれば、フレームを樹脂製又は金属製とすることで、高い衝撃耐久性を備えることができる。また、当該アクチュエータによれば、フレームの厚み等を調整することで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。
【００１３】
上記振動板が、一方の電極膜の裏面側に積層される下地膜をさらに有するとよい。当該アクチュエータによれば、振動板が下地膜を有することで、音圧を高めることができるなど、用途の拡大や機能の向上を図ることができる。
【００１４】
上記下地膜及びフレームが樹脂製であるとよい。このように、下地膜及びフレームを樹脂製にすることで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。また、当該アクチュエータによれば、電極膜以外を樹脂製とすることができるため、熱応力が低減され、反りの発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明のアクチュエータは、一方の電極膜の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布し、有機圧電膜を形成する工程を有する方法で製造することができる。このようなアクチュエータの製造方法によれば、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータを得ることができる。
【００１６】
本発明のアクチュエータを備えるスピーカによれば、備わる振動板において、圧電膜と電極膜との密着性が高いため、長期使用等によってもこの密着性が維持され、優れた耐久性を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るアクチュエータを示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１のアクチュエータの製造過程を示す模式的断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ第二〜第六実施形態に係るアクチュエータを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明のアクチュエータ、この製造方法及びこれを備えるスピーカの実施の形態を詳説する。
＜第一実施形態＞
図１のアクチュエータ１は、振動板２及びこの振動板２を支持するフレーム３を備えている。
【００２０】
上記振動板２は、一方の電極膜４と、この一方の電極膜４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜４の裏面に積層される下地膜７とを有する。
【００２１】
当該アクチュエータ１は、圧電膜として有機圧電膜５を用いているため、この圧電膜５と接する一方の電極膜４との密着性に優れている。従って、当該アクチュエータ１は、圧電膜５の剥離が抑制され、高い耐久性を有する。また、当該アクチュエータ１によれば、有機圧電膜５と一方の電極膜４とが、接着剤等を介することなく直接接合されているため、接着剤等の影響による周波数特性のバラツキが無く、温度変化に対しても安定である。
【００２２】
加えて、当該アクチュエータ１は、圧電膜５が有機物からなるため、ＰＺＴ等の無機物を用いた場合と比べて成膜の際の加熱温度が低く抑えられる。従って、当該アクチュエータ１によれば、フレーム３等の材料の選択の幅が広がり、例えばフレキシブルなアクチュエータ等とすることも可能である。また、有機圧電材料はＰＺＴ等に比べ比誘電率が低いため、有機圧電膜５は静電容量が低い。従って、当該アクチュエータ１は、高周波使用時のインピーダンスが高いため、超音波の発振に有効であり、かつ消費電力も抑えることができる。
【００２３】
振動板２は平面視矩形状を有している。この振動板のサイズとしては特に限定されず、出力する振動の周波数や、使用するスピーカ等のサイズなどに応じて適宜設定することができる。例えば、このアクチュエータ１を超音波スピーカに用いる場合は、振動板のサイズを縦横０．５〜４ｃｍ程度にすることができる。
【００２４】
一方の電極膜４は薄膜である。この一方の電極膜４の厚みとしては特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００２５】
一方の電極膜４の材料としては、導電性を有し、かつ常温で固体であれば特に限定されない。この電極膜４の材料としては例えば、金属単体、合金等が挙げられ、また、金属やカーボン等のフィラーを含有する導電樹脂であってもよい。上記金属単体及び合金に用いられる金属としては、白金、金、アルミニウム等を挙げることができる。
【００２６】
一方の電極膜４表面の算術平均粗さ（Ｒａ）としては、０．００５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることがさらに好ましい。このように一方の電極膜４の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を上記範囲とすることで、直接積層される有機圧電膜５との密着性をさらに高めることができる。このＲａが上記下限未満の場合は、十分な密着性を発揮できないおそれがあり、逆に、このＲａが上記上限を超えると、有機圧電膜５の振動にムラが生じるおそれがある。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準じて測定され、カットオフλｃ２．５ｍｍ、評価長さ１２．５ｍｍの値である。
【００２７】
有機圧電膜５は、一方の電極膜４の表面ほぼ全面に積層されている。なお、有機圧電膜５は、一方の電極膜４の一部には積層されず、この一方の電極膜４の露出部分を接続箇所として用いることができる。また、この有機圧電膜５の厚みとしては特に限定されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【００２８】
有機圧電膜５の材質としては、圧電効果等の電界誘起歪みを引き起こす材料であれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。この有機圧電膜５の具体的材質としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、ＶＤＦ（フッ化ビニリデン）とＴｅＦＥ（四フッ化エチレン）との共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ））、ＶＤＣＮ（シアン化ビニリデン）とＶＡｃ酢酸ビニルとの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ）、ポリ尿素等を挙げることができる。なお、有機圧電膜５においては、複数の有機圧電材料を用いてもよく、有機圧電材料以外の成分が含まれていてもよい。
【００２９】
上記有機圧電膜５としては、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を主成分として含むものが好ましい。当該アクチュエータ１によれば、上記有機圧電膜５の主成分として、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を用いることで、電極膜（特に一方の電極膜４）との密着性をさらに高めることができ、また、塗布による形成の場合の成形性が向上する。なお、この主成分として含むとは、含有量が５０質量％以上であることをいい、８０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。
【００３０】
上記有機圧電膜５を形成する有機圧電材料の比誘電率としては、４以上１０以下が好ましい。また、上記有機圧電膜５の静電容量としては、１ｐＦ以上１μＦ以下であることが好ましい。有機圧電膜５において、上記範囲の比誘電率を有する有機圧電材料を用い、有機圧電膜５の静電容量を上記範囲とすることで、高周波使用時のインピーダンスを高くすることができる。従って、このような電気特性を有する有機圧電膜５を備えるアクチュエータ１は、超音波の発振により効果的であり、かつ消費電力をより抑えることができる。
【００３１】
他方の電極膜６は薄膜である。この他方の電極膜６の厚みとしては特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００３２】
他方の電極膜６の材料としては、上述した一方の電極膜４と同様のものを挙げることができる。なお、一方の電極膜４の材料と他方の電極膜６の材料とは、同一でも異なっていてもよい。
【００３３】
下地膜７は平面視矩形状の薄膜である。この下地膜７の縦及び横のサイズは、振動板２の縦及び横のサイズと同一である。当該アクチュエータ１によれば、振動板２がこの下地膜７を有することで、音圧を高めることができるなど、用途の拡大や機能の向上を図ることができる。
【００３４】
下地膜７の材質としては特に限定されず、例えば酸化ケイ素、ケイ素、酸化ジルコニウム、アルミニウム、銅、ステンレス等の無機材料や、ポリイミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。
【００３５】
下地膜７の厚みとしては特に限定されないが、この下地膜７が無機材料からなる場合は、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下程度であり、この下地膜７が有機材料からなる場合は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下程度である。
【００３６】
上記フレーム３は、扁平な四角筒状形状を有している。このフレーム３の上面が振動板２（下地膜７）の縁を固定し、振動板２を振動可能にしている。
【００３７】
上記フレーム３の外枠縦及び横のサイズとしては、振動板２の縦及び横のサイズと略同一である。上記フレーム３の四角筒状形状を形成する側壁の厚みとしては、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下程度である。なお、この側壁の厚みは均一であってもよく、図１のように、開口方向（振動板２と離れる方向）に薄くなった形状であってもよい。また、フレーム３の高さ（振動板２の厚み方向の長さ）としては、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である。
【００３８】
上記フレーム３の材質としては特に限定されず、シリコン、金属、樹脂等を用いることができるが、金属又は樹脂を用いることが好ましい。フレーム３を樹脂製又は金属製とすることで、高い衝撃耐久性を備えることができる。また、当該アクチュエータ１によれば、フレーム３の厚み（四角筒状形状を形成する側壁の厚み）等を調整することで、フレキシブルなアクチュエータとすることができる。
【００３９】
フレーム３の材料として用いられる上記金属としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス等をあげることができ、樹脂としては、ポリイミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００４０】
なお、当該アクチュエータ１において、下地板７及びフレーム３を共に樹脂製とすることで、電極膜以外を全て樹脂製とすることができる。このような準樹脂製のアクチュエータ１によれば、より柔軟性を高めることができる。また、このようなアクチュエータによれば、電極膜以外を樹脂製とすることで、熱応力が低減され、反りの発生を抑制することができる。
【００４１】
＜アクチュエータ１の製造方法＞
アクチュエータ１は、例えば一方の電極膜４の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布し、有機圧電膜５を形成する工程を有する。
【００４２】
当該アクチュエータの製造方法によれば、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有するアクチュエータを得ることができる。また、このように塗布により有機圧電膜５を形成することで、この圧電膜５を一方の電極膜４のあらゆる表面形状に対応し、密着して積層させることができるため、様々な形状のアクチュエータを得ることができる。加えて、塗布により圧電膜５を形成することで、薄膜化及びパターニングを容易に行うことができる。従って、当該アクチュエータ１によれば、薄型化・小型化が可能であり、また、パターニングにより一方の電極膜４を微細に露出させることができるため、ボンディングスペースを最小限に設計できる。以下、アクチュエータ１の具体的製造方法の一例について、図２を参照に詳説する。
【００４３】
（下地膜の形成：図２（ａ））
上面が略平面であるシリコン基板１０１の表面を酸化処理することにより二酸化ケイ素膜を形成する。この二酸化ケイ素膜が下地膜７となる。なお、酸化処理以外に、スパッタリングや蒸着により二酸化ケイ素膜（下地膜７）を形成してもよい。また、樹脂製の下地膜７を形成する場合は、樹脂溶液の塗布（スピンコート、ディッピング等）の後、熱処理（乾燥）すること等により形成することができる。
【００４４】
（一方の電極膜及び有機圧電膜の形成：図２（ｂ））
上記下地膜７の上側表面にスパッタリング、蒸着、印刷等の公知の方法により一方の電極膜４を形成する。
【００４５】
続いて、この一方の電極膜４の表面に有機圧電材料を含む溶液を塗布する。この溶液に用いられる溶媒としては、有機圧電材料を溶解させることができるものであれば特に限定されないが、得られる有機圧電膜の密着性の点からは、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）が好ましい。この溶液の塗布の方法としては特に限定されず、例えば、スピンコート、ディッピング、スプレー、キャスティング、印刷等により行うことができる。
【００４６】
塗布後に、加熱乾燥させることで、有機圧電膜５が形成される。この加熱温度としては例えば１００℃以上１８０℃以下程度であり、具体的には溶媒としてＤＭＳＯを用いた場合は１４０℃程度で行うことができる。
【００４７】
また、印刷以外の塗布等により有機圧電膜５を形成する場合は、一方の電極膜４をレジスト等でマスクし、有機圧電膜を形成する。この後、酸素プラズマエッチングで有機圧電膜５をパターニングし、一方の電極膜４の一部を露出させる。なお、印刷の場合は、一方の電極膜４の一部を露出させるように印刷を行えばよい。なお、上記塗布の他、有機圧電材料の蒸着等により有機圧電膜５を形成することもできる。
【００４８】
（他方の電極膜の形成：図２（ｃ））
上記有機圧電膜５の表面にスパッタリング、蒸着、印刷等の公知の方法で他方の電極膜６を積層する。この他方の電極膜６を形成することで、下地膜７、一方の電極膜４、有機圧電膜５及び他方の電極膜６をこの順に備える振動板２が完成される。
【００４９】
（フレームの形成：図２（ｄ））
上記シリコン基板１０１の下側表面（裏面）において、フレーム３として残る部分以外をマスクし、その他の中央部分の酸化ケイ素膜（下地膜７）を除去する。ついで、上記シリコン基板１０１の裏面側の中央部をエッチングすることで、フレーム３を形成する。このエッチング方法としては、例えばウエットエッチングや、Ｄ−ＲＩＥ等を用いることができる。
【００５０】
（その他の製造方法）
上記とは異なるシリコン製以外のフレームを有するアクチュエータの製造方法としては、銅基板等の他の材質からなる基板や、犠牲材料が埋め込まれた基板を用いる方法を挙げることができる。犠牲材料が埋め込まれた基板としては、フレームとして残す部分はステンレスからなり、他の部分は銅が埋め込まれた基板が挙げられる。この場合、銅用のエッチング液でエッチングすることで銅を除去し、ステンレス製のフレームを形成することができる。
【００５１】
また、樹脂製のフレームを有するアクチュエータの製造方法としては、例えば以下の製造方法（Ａ）及び製造方法（Ｂ）等を挙げることができる。
【００５２】
製造方法（Ａ）
フレームとして残す部分は樹脂（例えばポリイミド）からなり、他の部分は銅が埋め込まれた基板を用いる。上述した製造方法に準じて振動板を形成する。なお、この際、有機圧電膜の加熱乾燥を例えば１４０℃で行った場合も、ポリイミド製のフレームに与える影響は小さい。振動板形成後、基板において銅用のエッチング液で銅部分を除去することで、樹脂製のフレームを得ることができる。
【００５３】
製造方法（Ｂ）
シリコンやガラス製の基板を用い、この上に上述した製造方法に準じて振動板を形成する。この後、フッ酸等を用い、振動板を基板から剥離する。この振動板を別途形成した樹脂製のフレームに貼り合わせることにより、樹脂製のフレームを有するアクチュエータを得ることができる。
【００５４】
＜第二〜第六実施形態＞
図３（ａ）のアクチュエータ１１を第二実施形態、（ｂ）のアクチュエータ２１を第三実施形態、（ｃ）のアクチュエータ３１を第四実施形態、（ｄ）のアクチュエータ４１を第五実施形態、及び（ｅ）のアクチュエータ５１を第六実施形態として、以下説明する。
【００５５】
図３（ａ）〜（ｅ）のアクチュエータ１１、２１、３１、４１及び５１は、それぞれ振動板１２、２２、３２、４２及び５２並びにフレーム３を備える。フレーム３は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。
【００５６】
図３（ａ）のアクチュエータ１１における振動板１２は、一方の電極膜１４と、この一方の電極膜１４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜１４の裏面に積層される下地膜７とを有する。有機圧電膜５、他方の電極膜６及び下地膜７は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。
【００５７】
一方の電極膜１４は、略全面に設けられた複数の貫通孔１８を有している。この貫通孔１８の直径としては、例えば数μｍ〜数１００μｍ程度である。当該アクチュエータ１１においては、一方の電極膜１４が複数の貫通孔１８を有しているため、有機圧電膜５と下地膜７とがこの貫通孔１８を介して直接接する。当該アクチュエータ１１によれば、有機圧電膜５と下地膜７とが直接接するため、また、貫通孔１８によるアンカー効果等のため、有機圧電膜５の密着性をより高めることができる。
【００５８】
図３（ｂ）のアクチュエータ２１における振動板２２は、一方の電極膜２４と、この一方の電極膜２４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜２４の裏面に積層される下地膜２７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。一方の電極膜２４は、略全面に設けられた複数の貫通孔２８を有している。また、下地膜２７は、上記貫通孔２８に対応した部分の表面に、凹部２９が形成されている。
【００５９】
図３（ｃ）のアクチュエータ３１における振動板３２は、一方の電極膜３４と、この一方の電極膜３４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜３４の裏面に積層される下地膜３７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。下地膜３７の表面には複数の凹部３９が形成されている。この凹部３９のサイズとしては、例えば直径数μｍ〜数１００μｍ、深さ数μｍ〜数１００μｍ程度である。また、一方の電極膜３４は、下地膜３７の表面形状に追従するように密着して積層されている。従って、一方の電極膜３４の表面には、凹凸形状が形成される。
【００６０】
図３（ｄ）のアクチュエータ４１における振動板４２は、一方の電極膜４４と、この一方の電極膜４４の表面に直接積層される有機圧電膜５と、この有機圧電膜５の表面側に積層される他方の電極膜６と、一方の電極膜４４の裏面に積層される下地膜４７とを有する。有機圧電膜５及び他方の電極膜６は、図１のアクチュエータ１が備えるものと同様であるので、同一番号を付して説明を省略する。下地膜４７には複数の貫通孔４８が形成されている。また、一方の電極膜４４は、下地膜４７の表面に、上記貫通孔４８を埋めるように積層されている。従って、一方の電極膜４４の表面には、凹凸形状が形成される。
【００６１】
当該アクチュエータ２１、３１及び４１のいずれにおいても、一方の電極膜及び／又は下地膜の形状から生じるアンカー効果により、有機圧電膜５の一方の電極膜との密着性を高めることができる。
【００６２】
図２（ｅ）のアクチュエータ５１における振動板５２は、一方の電極膜５４と、この一方の電極膜５４の表面に直接積層される有機圧電膜５５と、この有機圧電膜５５の表面側に積層される他方の電極膜５６と、一方の電極膜５４の裏面に積層される下地膜５７とを有する。振動板５２は、凹状に湾曲している。詳細には、振動板５２の中心部分がフレーム３側に湾曲している。また、振動板５２が有する一方の電極膜５４、有機圧電膜５５、他方の電極膜５６及び下地膜５７がそれぞれ凹状に湾曲した形状となっている。当該アクチュエータ５１は、このように振動板５２が凹状に湾曲しているため、振幅の線形性を高めることができる。従って、当該アクチュエータ５１によれば、振幅幅を大きくすることができ、その結果、音圧を向上させることができる。
【００６３】
なお、当該アクチュエータ２１〜５１のいずれも、上記アクチュエータ１の製造方法に準じて製造することができる。例えば、図２（ｅ）のアクチュエータ５１においては、下地膜を形成する前に基板の表面を公知の方法でエッチングすることで湾曲させ、この表面に下地膜等を形成することで湾曲した振動板を得ることができる。
【００６４】
＜スピーカ＞
当該アクチュエータ１を備えるスピーカは、振動板２において、有機圧電膜５と電極膜（特に一方の電極膜４）との密着性が高いため、長期使用等によってもこの密着性が維持され、優れた耐久性を発揮することができる。
【００６５】
当該アクチュエータ１を備えるスピーカは、超音波を発振するスピーカとして特に有用である。当該スピーカの発信する超音波の周波数は、振動板２のサイズや、各材質等を調整することで適宜設定することができるが、例えば、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数を発信させることができる。
【００６６】
＜その他の実施形態＞
本発明のアクチュエータ及びスピーカは上記実施形態に限定されるものではない。例えば、当該アクチュエータにおいて、振動板は下地膜を有していなくてもよい。このようなアクチュエータにおいても、一対の電極膜及び有機圧電膜を備える振動板が振動することで、例えば超音波スピーカ等に好適に用いることができる。
【００６７】
また、一方の電極膜の表面に微細な凸形状を設けてもよい。この凸形状としては、平面視で円形状、多角形状やストライプ状等、特に限定されない。また、一方の電極膜の表面に、凸形状、凹形状及び貫通孔が二種以上設けられていてもよい。いずれの形状においても、この電極膜の表面に積層される有機圧電膜との密着性が高まり、アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００６８】
さらに、フレームは、振動板の縁全体を固定していなくてもよく、例えば、振動板の一辺を支持する構造であってもよい。このような片側支持構造の場合、振動板の振幅をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明のアクチュエータは、圧電膜と電極との密着性に優れ、高い耐久性を有し、例えば超音波スピーカ等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、１１、２１、３１、４１、５１ アクチュエータ
２、１２、２２、３２、４２、５２ 振動板
３ フレーム
４、１４、２４、３４、４４、５４ 一方の電極膜
５、５５ 有機圧電膜
６、５６ 他方の電極膜
７、２７、３７、４７、５７ 下地膜
１８、２８、４８ 貫通孔
２９、３９ 凹部
１０１ シリコン基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板及びこの振動板を支持するフレームを備え、
上記振動板が、一方の電極膜と、この一方の電極膜の表面に直接積層される有機圧電膜と、この有機圧電膜の表面側に積層される他方の電極膜とを有するアクチュエータ。
【請求項２】
上記有機圧電膜がフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を主成分として含む請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記一方の電極膜が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有する請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記振動板が、一方の電極膜の裏面側に積層される下地膜をさらに有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記下地膜及びフレームが樹脂製である請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項１】
振動板及びこの振動板を支持するフレームを備え、
上記振動板が、一方の電極膜と、この一方の電極膜の表面に直接積層される有機圧電膜と、この有機圧電膜の表面側に積層される他方の電極膜とを有するアクチュエータ。
【請求項２】
上記有機圧電膜がフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を主成分として含む請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記一方の電極膜が表面に凹凸形状及び／又は複数の貫通孔を有する請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記振動板が、一方の電極膜の裏面側に積層される下地膜をさらに有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記下地膜及びフレームが樹脂製である請求項４に記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１９９８７２（Ｐ２０１２−１９９８７２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３９７７（Ｐ２０１１−６３９７７）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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