CN1780009A - 压电/电致伸缩设备 - Google Patents

压电/电致伸缩设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1780009A
CN1780009A CNA2005101166452A CN200510116645A CN1780009A CN 1780009 A CN1780009 A CN 1780009A CN A2005101166452 A CNA2005101166452 A CN A2005101166452A CN 200510116645 A CN200510116645 A CN 200510116645A CN 1780009 A CN1780009 A CN 1780009A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
thin wall
barrier portion
wall barrier
ceramic matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005101166452A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1780009B (zh
Inventor
七泷努
吉冈邦彦
山口浩文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN1780009A publication Critical patent/CN1780009A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1780009B publication Critical patent/CN1780009B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H10N30/2048—Membrane type having non-planar shape

Abstract

本发明提供一种能够有效防止薄壁隔板部的振动衰减，保持高位移(振幅)且响应性好、可进行高精度(高分辨率、灵敏性)检测的压电/电致伸缩设备。其具有框状的厚壁部(11)及薄壁隔板部(12)，通过由厚壁部(11)及薄壁隔板部(12)形成与外部连通的空腔(13)的陶瓷基体(1)；和具有包含下部电极(21)、压电/电致伸缩膜(22)及上部电极(23)的层结构的压电/电致伸缩器件(2)来构成，另外，使薄壁隔板部(12)外侧呈凸出的弧状，并且使所述压电/电致伸缩器件(2)在其内部残留有与和薄壁隔板部(12)的固定面平行的拉应力F。

Description

压电/电致伸缩设备
技术领域
本发明涉及一种压电/电致伸缩设备。详细地说，是涉及一种作为利用弯曲位移的驱动器(actuator)、或用于检测流体特性、声压、微小重量、加速度等的各种传感器(例如麦克风用传感器、粘度传感器等)的压电/电致伸缩设备。
背景技术
压电/电致伸缩设备作为驱动器或各种传感器而使用。作为这样的压电/电致伸缩设备，公开了用于测定例如流体的密度、浓度、粘度等特性的压电/电致伸缩设备(参照专利文献1)。这样的压电/电致伸缩设备利用与作为压电/电致伸缩设备的振子的振幅、和与压电/电致伸缩设备(振子)相接触的流体的粘性阻抗相关的特性，作为传感器使用。
一般地，像振子的振动那样的机械系统中的振动形式可以转换为电气系统中的等价电路，在流体中使压电/电致伸缩设备(振子)振动，该振子根据流体的粘性阻抗受到机械阻抗，由此使用构成振子的压电/电致伸缩器件的等价电路的电气常数的变化，测定流体的粘度、密度、浓度等特性。这里，作为能够测定的流体，可以是液体及气体。作为这样的液体，可以是由水、酒精、油等单一成分构成的液体，也可以是在这些液体中溶解、混合或悬浊可溶的或不可溶的介质的液体、浆液、膏等。
另外，作为检测的电气常数，例如可以是损失系数、相位、电阻、电抗、电导、电纳、电感、电容等。特别地，优选使用在等价电路的共振频率附近具有一个极大或极小变化点的损失系数或相位。由此，不仅可以测定流体的粘度，而且可以测定密度或浓度(例如，硫酸水溶液中的硫酸浓度)。另外，作为检测振动形式变化的指标，除电气常数之外，如果从测定精度、耐久性的观点来看没有什么特别的问题的话，也可以利用共振频率的变化。
公开了作为这样的压电/电致伸缩设备的结构为：具备具有厚壁部、及与厚壁部一体成形形成空腔的薄壁隔板部的陶瓷基体，和固定在陶瓷基体外表面的压电/电致伸缩器件，在与构成压电/电致伸缩器件的下部电极相独立的位置形成辅助电极，并且将该辅助电极的一部分插入压电/电致伸缩膜下侧的一部分(参照专利文献2)。通过这样的结构，可以在辅助电极及压电/电致伸缩器件的表面上不间断地连续形成上部电极，可以提高上部电极的连接的可靠性。另外，被测定流体经由贯通孔导入并填充到空腔内。另外，辅助电极不仅在薄壁隔板部的外表面上，而且一直连续形成至厚壁部，由此可以得到稳定的设备特性、及很难受到使用条件限制的压电/电致伸缩设备。
[专利文献1]特开平8-201265号公报
[专利文献2]特开2002-261347号公报
然而，在上述专利文献中公开的压电/电致伸缩设备等中，连动驱动压电/电致伸缩器件仅使薄壁隔板部振动，但实际上不仅使薄壁隔板部振动，而且也会使厚壁部振动，由此薄壁隔板部的振动能量衰减使位移(振幅)减小，同时使响应性下降，由此存在高精度(高分辨率、高灵敏度)检测变得困难的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而发明的，其目在于提供一种压电/电致伸缩设备，其可以有效地防止薄壁隔板部振动的衰减，维持大位移(振幅)，并且响应性良好，可以进行高精度(高分辨率、高灵敏度)检测。
为了达到上述目的，根据本发明提供以下的压电/电致伸缩设备。
[1]一种压电/电致伸缩设备，其特征在于，其具有框状的厚壁部以及在所述厚壁部的端面上为覆盖所述厚壁部而一体架设的薄壁隔板部，具备：由所述厚壁部及所述薄壁隔板部形成了与外部连通的空腔的陶瓷基体，及固定在所述陶瓷基体的薄壁隔板部的外表面上的，具有包含下部电极、压电/电致伸缩膜及上部电极的层结构的压电/电致伸缩器件，可以联动于所述压电/电致伸缩器件的驱动，所述陶瓷基体的薄壁隔板部一边使所述空腔的内部容积变化一边进行振动，所述薄壁隔板部外侧呈凸出的弧状，且所述压电/电致伸缩器件在其内部残留有与其和所述薄壁隔板部的固定面平行的拉应力。
[2]根据所述[1]中记载的压电/电致伸缩设备，所述压电/电致伸缩器件是用膜形成方法形成的，而且是通过将具有比所述薄壁隔板部的构成材料的热膨胀率大的热膨胀率的构成材料设置在所述薄壁隔板部的外表面上，然后进行热处理固定在所述薄壁隔板部的外表面上得到的。
根据本发明，可以提供一种有效防止薄壁隔板部的振动衰减、维持大位移(振幅)、且响应性好、可以高精度(高分辨率、高灵敏度)检测的压电/电致伸缩设备。
附图说明
图1是表示本发明的压电/电致伸缩设备的一种实施方式的说明图；
图2是表示在薄壁隔板部外侧凸出的弧形的突出量的说明图。
具体实施方式
图1是表示本发明的压电/电致伸缩设备的一种实施方式的说明图。图2是表示在薄壁隔板部外侧凸出的弧形的突出量的说明图。
下面，参照附图对用于实施本发明的压电/电致伸缩设备的最佳实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的压电/电致伸缩设备10具有框状的厚壁部11、及在厚壁部11的端面上为覆盖厚壁部11而一体架设的薄壁隔板部12，具备由厚壁部11及薄壁隔板部12形成与外部连通的空腔13的陶瓷基体1，和固定在陶瓷基体1的薄壁隔板部12的外表面上的，具有包含下部电极21、压电/电致伸缩膜22及上部电极23的层结构的压电/电致伸缩器件2，可以联动于压电/电致伸缩器件2的驱动，陶瓷基体1的薄壁隔板部12一边使所述空腔13的内部容积变化一边进行振动，薄壁隔板部12外侧呈凸出的弧状，且压电/电致伸缩器件2在其内部残留有与其和薄壁隔板部12的固定面平行的拉应力。另外，作为拉应力的大小，优选在50MPa～200MPa。如果拉应力F不足50MPa，则存在位移变小，振动能量逸失显著的情况。另外，如果超过200MPa，则存在接近压电/电致伸缩膜的破坏强度，无法得到高可靠性的器件的情况。
在本实施方式中，薄壁隔板部12在外侧具有凸出的弧形。通过这种构造，可以高效地把在压电/电致伸缩器件2中产生的变形或应力变换为位移。即，在外侧呈凸出弧形的薄壁隔板部12的外表面上形成的压电/电致伸缩器件2经驱动，在垂直于薄壁隔板部12的外表面的方向(X方向)上位移，由此连动于压电/电致伸缩器件2的驱动，陶瓷基体1的薄壁隔板部12也一边使空腔13的内部体积变化，一边在垂直于其外表面的方向(X方向)上振动，但对于在薄壁隔板部12的外侧呈凸出弧形的外表面，通过形成压电/电致伸缩器件2(具体地，至少形成下部电极21及压电/电致伸缩膜22)，可以有效地提高形成薄壁隔板部12的压电/电致伸缩器件2的部位的刚性。另外，由于薄壁隔板部12在外侧具有凸出的弧形，可以提高对于来自薄壁隔板部12的外表面一侧的压力的机械强度。另外，也可以增大形成压电/电致伸缩器件2的薄壁隔板部12的固有频率及响应速度。
如图2所示，作为在陶瓷基体1的薄壁隔板部12的外侧凸出的弧形的突出量，为达到本发明的目的而适当地确定，一般地，为了确保有效的位移量，用百分率表示的薄壁隔板部12的中央部附近相对于陶瓷基体1中空腔13的短方向长度(通过陶瓷基体1中的空腔13的中心的最短尺寸)(m)的突出量(最大突出量)(h)的突出率[(y)＝(h/m)×100]优选为0.1～10％，0.5～5％更适用于获得大位移量。
这里，陶瓷基板1中的空腔13的短方向的长度(m)与薄壁隔板部12的中央部附近的突出量(最大突出量)(h)可以通过断面的SEM观察测长或工业显微镜测长来求得。另外，空腔13的短方向的长度(m)，例如在空腔13的形状(垂直于X方向的断面形状)是圆形的情形下，是与该圆形的直径相当的长度，在为长方形的情形下，是与该长方形的短边长度相当的长度，在为椭圆形的情形下，是与该椭圆形的短轴长度相当的长度，等等。
如上所述，在本实施方式中，压电/电致伸缩器件2是在其内部残留有与其和薄壁隔板部12的固定面平行的拉应力F的状态下构成的。通过这样的结构，通过压电/电致伸缩器件2的驱动的振动能量向厚壁部11的扩散、漫延可以有效地防止薄壁隔板部振动的衰减、维持大位移(振幅)。
从上述可知，本实施方式的压电/电致伸缩设备可以有效地防止薄壁隔板部振动的衰减、维持大位移(振幅)，同时响应性良好，可以进行高精度(高分辨率、高灵敏度)地检测。
在本实施方式中，压电/电致伸缩器件2是用膜形成方法形成的，而且最好通过把具有比薄壁隔板部12的构成材料的热膨胀率大的热膨胀率的构成材料设置在薄壁隔板部12的外表面上，然后进行热处理固定在薄壁隔板部12的外表面上来得到。通过进行热处理的固定，在热处理的降温过程中，可以因热膨胀率差而产生应力，通过上述的结构，可以在压电/电致伸缩器件2中残留适当的拉应力。关于满足这样热膨胀系数条件的薄壁隔板部12的构成材料及压电/电致伸缩器件2的构成材料的具体的组合等将在后面的各构成要素的说明中进行说明。
通过这样的结构，可以简易且高效率地形成在压电/电致伸缩器件2的内部残留有与其和薄壁隔板部12的固定面平行的拉应力F的结构，可以简易且有效率地得到能够进行高精度(高分辨率、高灵敏度)的检测的压电/电致伸缩设备。
下面，具体说明用于本发明的压电/电致伸缩设备的各构成要素。
用于本发明的陶瓷基体1其材质最好具有耐热性、化学稳定性、绝缘性。这是因为在其外表面上固定后述的压电/电致伸缩器件2(包含下部电极21、压电/电致伸缩膜22、上部电极23)时要进行上述那样的热处理，另外是因为在压电/电致伸缩设备作为传感器器件用于液体特性的传感的情况下，有时该液体具有导电性或腐蚀性。
从这种观点可知，作为陶瓷基体1的构成材料优选使用的陶瓷例如可以采用稳定化的氧化锆、氧化铝、氧化镁、富铝红柱石、氮化铝、氮化硅、玻璃等。尤其已稳定的氧化锆即使在较薄地构成薄壁隔板部12的情况下，也可以保持高的机械强度，以及良好的韧性等，所以其更为理想。另外，这样的陶瓷的热膨胀系数为3×10-6～14×10-6/K，在比后述的压电/电致伸缩器件2的热膨胀系数小的方面十分理想。
为了不限制压电/电致伸缩器件2的驱动，陶瓷基体1的薄壁隔板部12的厚度通常为小于等于50μm，理想的为小于等于30μm，更为理想的为小于等于15μm。
另外，薄壁隔板部12的外形形状与作为厚壁部11的框体的形状相对应，可以是长方形、正方形、三角形、椭圆形、正圆形等各种形状。如图1所示，在由厚壁部11与薄壁隔板部12形成空腔13，同时形成贯通孔14，经由贯通孔14将测定流体提供、排出给空腔13的情形下，薄壁隔板部12的外形形状优选长方形、卵形、椭圆形。为了获得理想的振动(位移)，更为理想的是纵横比大于等于1.5的长方形、卵形、椭圆形。
用于本发明的压电/电致伸缩器件2(包含下部电极、压电/电致伸缩膜22、上部电极23)被固定在薄壁隔板部12的外表面上。构成压电/电致伸缩器件2的下部电极21的大小与薄壁隔板部12外表面上的，应该形成压电/电致伸缩膜22的大小相同。在这种情形下，下部电极21的短方向的宽度可以比薄壁隔板部12大，也可以比压电/电致伸缩膜22的宽度小。
为了提高上部电极的电连接的可靠性，可以并行设置辅助电极(图中未示出)。辅助电极可以在薄壁隔板部12外表面上规定的位置连续形成。下部电极21及辅助电极可以是不同的材质，也可以是相同的材质，优选的是与陶瓷基体1及压电/电致伸缩膜22中任何一个接合性良好的导电性材料。具体地，可以采用以铂、钯、铑、银、或者它们的合金为主要成分的电极材料。特别地，在形成压电/电致伸缩膜22时进行用于烧结的热处理的情形下，更优选的为以铂或者其合金为主要成分的电极材料。对于下部电极21及辅助电极的形成，可以使用公知的各种膜形成方法。作为这种膜形成方法，例如可以列举出离子束、溅散、真空蒸涂、CVD、离子镀、电镀等薄膜形成方法，或者网筛印刷、喷印、浸渍等厚膜形成方法。其中最好的方法是溅散法和网筛印刷法。
在下部电极21与辅助电极之间，可以设置用于使压电/电致伸缩膜22与薄壁隔板部12相结合的结合层(图中未示出)。在这种情形下，在形成压电/电致伸缩膜22之前形成结合层。通过形成这种结合层，在薄壁隔板部12的外表面上的压电/电致伸缩器件2的刚性变得均匀，可以获得理想的振动(位移)。作为结合层，如果具有绝缘性，并且与压电/电致伸缩膜22及陶瓷基体1中任何一个的粘着性、结合性高，则即可以是有机材料也可以是无机材料。另外，构成结合层的材料的热膨胀系数具有陶瓷基体1及压电/电致伸缩膜22各自构成材料的热膨胀系数的中间值，这在获得高可靠性的结合的方面是理想的。在为烧结压电/电致伸缩膜22而进行热处理的情况下，在压电/电致伸缩膜22的构成材料中添加了微量的玻璃成分的材料，或具有压电/电致伸缩膜22的热处理温度以上的软化点的玻璃材料适于获得和压电/电致伸缩膜22及陶瓷基体1中任意一个的高粘着性、结合性。
另外，在后述的压电/电致伸缩膜22的构成材料为(Bi0.5Na0.5)TiO3或以其为主要成分的材料、或为(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料的情形下，在以(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0≤x≤0.5)为主要成分的材料中添加微量的玻璃成分的材料，因为与压电/电致伸缩膜22及陶瓷基体1中任何一个的粘着性高，可以抑制热处理时对压电/电致伸缩膜22及陶瓷基体1的不良影响，所以是理想的。即，通过使结合层为微量添加了玻璃成分的(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0≤x≤0.5)，由于为具有与压电/电致伸缩膜22相同的成分，所以与压电/电致伸缩膜22的粘着性高，消除了在单独使用玻璃时容易产生的因不同种元素的扩散的问题。另外，在使结合层的主要成分为(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0.08≤x≤0.5)的情形下，由于几乎不表示压电特性，所以对于在使用时在下部电极21及辅助电极产生的电场，不产生振动(位移)及应力等，可以得到稳定的设备特性。
对于结合层的形成使用通常的厚膜方法，尤其是压印法、网筛印刷法，在应形成的部分的大小为数十μm～数百μm时最适于使用喷墨法。另外，在需要进行结合层的热处理的情形下，可以在压电/电致伸缩膜22形成前进行热处理，也可以在压电/电致伸缩膜22形成的同时进行热处理。
构成压电/电致伸缩器件2的压电/电致伸缩膜22被载置在下部电极21(根据需要，为辅助电极及结合层)的外表面上地形成。作为压电/电致伸缩膜22的构成材料，如果是表示压电/电致伸缩效果的材料则没有特别的限制，例如可以采用：锆酸铅、钛酸铅、钛锆酸铅(PZT)等铅类陶瓷压电/电致伸缩材料；钛酸钡及以其为主要成分的钛钡类陶瓷强电介质；以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表的高分子压电体；以(Bi0.5Na0.5)TiO3为代表的Bi类陶瓷压电体；Bi层状陶瓷等。也可以是改善了压电/电致伸缩特性的，这些的混合物、固溶体、以及在这些中添加了添加物的材料等。
PZT类陶瓷压电/电致伸缩材料压电特性高，适用于作为可以进行高灵敏度检测的传感器的材料。尤其，由从钛酸铅、锆酸铅、镁铌酸铅和镍铌酸铅所形成的组中选择的至少一种作为主要成分的材料来构成，因为与陶瓷基体1的构成材料的反应性低，热处理中的成分的偏析很难产生，并且顺利地进行用于保持组成的处理，容易获得想要的组成、结晶构造，所以是理想的。
作为下部电极21及辅助电极的构成材料，在使用铂或以铂为主要成分的合金时，由于与它们的接合性更高、减少压电/电致伸缩设备的特性的不均匀、得到高可靠性，所以适合采用(Bi0.5Na0.5)TiO3或以其为主要成分的材料。尤其，(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料具有比较高的压电特性所以是理想的。对于压电/电致伸缩膜22的形成，与下部电极21及辅助电极相同，可以采用公知的各种膜形成方法。其中，从降低成本来讲最好是网筛印刷法。
使用上述方法形成的压电/电致伸缩膜22根据需要被热处理，与下部电极21(根据需要还有辅助电极及结合层)一体化。为了抑制压电/电致伸缩设备的特性的不均匀，提高可靠性，在需要使压电/电致伸缩膜22与下部电极21(根据需要还有辅助电极及结合层)的接合性更强固的情况下，优选使用(Bi0.5Na0.5)TiO3或以其为主要成分的材料，尤其使用(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xKNbO3(按克分子x为0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料，在900～1400℃，最好在1000～1300℃的温度下进行热处理。在使用PZT类陶瓷压电/电致伸缩材料时也是同样。这时，在高温时为了压电/电致伸缩膜22不会不稳定，最好与陶瓷压电/电致伸缩材料的蒸发源一起，一边进行气体介质控制一边进行热处理。
构成压电/电致伸缩器件2的上部电极23被载置在如上所述形成的压电/电致伸缩膜22的外表面上地形成。作为上部电极23的材质，使用与压电/电致伸缩膜22的接合性高的导电性材料，通过与下部电极21及辅助电极同样的膜形成法形成。而且，上部电极23在膜形成后根据需要被热处理，与压电/电致伸缩膜22及辅助电极相接合，形成一体结构。这种热处理未必总是必要的，这与下部电极21的情况相同。为了实现理想的驱动(位移)，最好在薄壁隔板部12上刚性是均匀的，因此，与下部电极21、压电/电致伸缩膜22及上部电极23使用粘接剂进行接合相比，最好通过热处理与薄壁隔板部12一体化。另外，为了得到尖锐的峰值，上部电极23宽度方向的形状最好是线对称的。通过使其对称，可以只强调固有的振动使其振动。并且，最好使上部电极23与薄壁隔板部12的中心一致，但从中心的偏移在薄壁隔板部12的长度方向上，相对于薄壁隔板部12的长度最好小于等于5％，在宽度方向上，相对于薄壁隔板部12的宽度最好小于等于10％。另外，对上部电极23的驱动有效的面积与薄壁隔板部12的面积之比最好是15～40％。如果在这个范围内，则可以得到传感检测所需的振动。另外，可以获得对振动有利的刚性。
另外，下部电极21、根据需要的接合层、压电/电致伸缩膜22、上部电极23通过热处理接合时，可以对每个各自的形成进行热处理，也可以在依次分别进行膜形成之后同时进行热处理。热处理时，为了良好的接合性和抑制因构成元素的扩散而引起的变质，最好选择适当的热处理温度。另外，虽然在图1中表示在空腔13中形成贯通孔14的情况，但压电/电致伸缩设备与流体接触的空腔13等的构造也可以是单纯的空心构造，没有特别的限制。另外，压电/电致伸缩膜22的长度方向的端部可以为做成不超过薄壁隔板部12的长度，压电/电致伸缩膜22不伸展至厚壁部1的结构。
如上所述，作为压电/电致伸缩器件2，最好是通过具有比薄壁隔板部12的构成材料的热膨胀率大的热膨胀率的构成材料在被设置在薄壁隔板部12的外表面上之后，经热处理固定在薄壁隔板部12的外表面上而得到。具体地，作为热处理时的薄壁隔板部12的构成材料，最好使用热膨胀率为6×10-6～10×10-6/K的氧化铝或已部分稳定的氧化锆，作为压电/电致伸缩器件2的构成材料，最好组合使用热膨胀率为10×10-6～15×10-6/K的BaTiO3、(Bi0.5Na0.5)TiO3、KNbO3、(K、Na)NbO3、(K、Na)(Nb、Ta)O3及以这些为主要成分的材料。通过这种构造，压电/电致伸缩器件2可以简易且高效地形成在其内部残留有与和薄壁隔板部12的固定面平行的拉应力的构造。
下面通过实施例更具体地说明本发明，但本发明并不受这些实施例所限制。
(实施例1)
准备形成了大小为6mm×1.1mm长方形空腔的框状厚壁部由10μm厚的薄壁隔板部覆盖的，一体成型的陶瓷基板。另外，该陶瓷基板由重量占80％的3％摩尔氧化钇的稳定氧化锆粉末，及重量占20％的氧化铝粉末形成。使用平均粒子直径为0.4μm的陶瓷混合粉末，按照通常的方法，将粘合剂、可塑剂、及有机溶剂混合在一起调制成浆，使用这种浆通过刮粉刀法，形成烧成后的厚度为200μm的厚壁部用印刷电路基板，另一方面，使用平均粒子直径为0.3μm的3％摩尔氧化钇的稳定氧化锆粉末，按照通常的方法将粘合剂、可塑剂及有机溶剂配合调制成浆，然后在逆转辊涂布装置使烧成后的厚度为10μm那样地形成薄壁隔板部用印刷电路基板。对如上述所得到的厚壁部用印刷电路基板使用规定的模具进行冲压成型(形成空腔)后，在其上重叠上述制作的隔板用印刷电路基板，在100kg/cm2的压力下，在80℃×1分的条件下进行热压接，通过在1500℃的温度下2小时烧成积层体，成为薄壁隔板部向外侧突出成凸出的弧形(最大突出量(h)＝30μm)的陶瓷基板。这种陶瓷基板的热膨胀系数是9.5×10-6/K。而且，在该陶瓷基体的薄壁隔板部的外面上的规定位置，使用铂膏通过网筛印刷法进行印刷使得烧成后的厚度为5μm，在120℃下干燥10分钟时间之后，在1350℃下烧成2小时，由此形成下部电极。另外在该下部电极上，作为压电/电致伸缩材料，使用由具有13×10-6/K的热膨胀系数的0.98(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.02KNbO3(数字是摩尔分数)形成的材料，通过丝网格法进行印刷使烧成后的厚度为20μm，在120℃干燥20分钟后，在1100℃进行压电/电致伸缩膜的烧成，形成压电/电致伸缩膜。然后，在所得到的向陶瓷基体的外侧呈凸出状的薄壁隔板部上设置的下部电极及压电/电致伸缩膜上，还作为上部电极使用溅散法形成Au，得到本发明的压电/电致伸缩设备。另外，使上部电极的厚度为0.1μm。另外，在所得到的压电/电致伸缩设备中在构成压电/电致伸缩器件的上部电极与下部电极之间施加150V的电压，进行极化处理。
(实施例2)
把使用其他方法烧结后得到的，由厚20μm的0.98(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.02KNbO3(数字是摩尔分数)构成的压电/电致伸缩材料的烧结体把持在夹具上，使用与100Mpa的拉应力相当的力进行拉伸，同时使用导电性粘结剂粘贴在和实施例1中使用的相同的陶瓷基板的薄壁隔板部上，除此之外与实施例1相同，得到压电/电致伸缩设备。
(比较例1)
把使用其他方法烧结后得到的，由厚20μm的0.98(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.02KNbO3(数字是摩尔分数)构成的压电/电致伸缩材料的烧结体，使用和实施例2中所使用的相同的导电性粘接剂，粘贴在和实施例1中使用的相同的陶瓷基板的薄壁隔板部上，除此之外与实施例1相同，得到压电/电致伸缩设备。
关于在实施例1、2及比较例1中得到的三个压电/电致伸缩设备，在与实施极化处理的方向相同的方向上将30V电压施加在各压电/电致伸缩设备中构成压电/电致伸缩器件的上部电极与下部电极之间，通过激光多谱勒装置分别测定压电/电致伸缩器件的位移量，同时以评价向厚壁部的振动能量逸失状态(衰减特性)为目的，测定在厚壁部上的位移量。在表1中显示了其结果。
表1
  压电/电致伸缩位移量(μm)   厚壁部的位移量(μm)
  实施例1   0.12   0.00
  实施例2   0.10   0.01
  比较例1   0.06   0.03
从表1可知，在压电/电致伸缩器件中残留有拉应力的实施例1、2的情况比没有残留拉应力的比较例1的情况，位移大，还能有效地防止薄壁隔板部的振动的衰减。另外，还可以知道，即使在压电/电致伸缩器件中残留有拉应力的实施例1、2中，具有比薄壁隔板部的构成材料的热膨胀率大的热膨胀率的压电/电致伸缩材料在被设置在薄壁隔板部的外表面上之后，经热处理固定在薄壁隔板部的外表面上的实施例1的情况比没有经热处理而被固定的实施例2的情况，残留有更有效果的拉应力，位移(振幅)更大，可以有效地防止振动的衰减。
工业上的应用可能性
本发明的压电/电致伸缩设备在需要：使用弯曲位移的驱动器；麦克风用传感器、粘度传感器等的，用于检测流体特性、音压、微小重量、加速度等的各种传感器；过滤器；变压器；扬声器等发音体；动力用或通信用振子及振荡器；显示器；用于伺服位移器件、脉冲驱动马达、超音波马达等的单压电晶片(unimorph)型等的，产生弯曲位移类型的压电/电致伸缩膜型驱动器(参照内野研二著(日本工业技术中心编)“压电/电致伸缩驱动器：从基础至应用”(森北出版))的各种工业领域中被有效地使用。

Claims (2)

1.一种压电/电致伸缩设备，其特征在于，
其具有框状的厚壁部以及在所述厚壁部的端面上为覆盖所述厚壁部而一体架设的薄壁隔板部，具备：由所述厚壁部及所述薄壁隔板部形成了与外部连通的空腔的陶瓷基体，及固定在所述陶瓷基体的薄壁隔板部的外表面上的，具有包含下部电极、压电/电致伸缩膜及上部电极的层结构的压电/电致伸缩器件，可以联动于所述压电/电致伸缩器件的驱动，所述陶瓷基体的薄壁隔板部在使所述空腔的内部容积变化的同时进行振动，
所述薄壁隔板部外侧呈凸出的弧状，且所述压电/电致伸缩器件在其内部残留有与其和所述薄壁隔板部的固定面平行的拉应力。
2.根据权利要求1所述的压电/电致伸缩设备，其特征在于，
所述压电/电致伸缩器件是用膜形成方法形成的，同时是通过将具有比所述薄壁隔板部的构成材料的热膨胀率大的热膨胀率的构成材料设置在所述薄壁隔板部的外表面上，然后进行热处理固定在所述薄壁隔板部的外表面上得到的。
CN2005101166452A 2004-11-19 2005-10-26 压电/电致伸缩设备 Expired - Fee Related CN1780009B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-335750 2004-11-19
JP2004335750 2004-11-19
JP2004335750A JP2006147839A (ja) 2004-11-19 2004-11-19 圧電／電歪デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1780009A true CN1780009A (zh) 2006-05-31
CN1780009B CN1780009B (zh) 2010-05-05

Family

ID=35529354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005101166452A Expired - Fee Related CN1780009B (zh) 2004-11-19 2005-10-26 压电/电致伸缩设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7183694B2 (zh)
EP (1) EP1659643B1 (zh)
JP (1) JP2006147839A (zh)
CN (1) CN1780009B (zh)
DE (1) DE602005022032D1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101449454B (zh) * 2006-11-08 2011-08-17 佳能株式会社 振动型致动器
CN110240112A (zh) * 2018-03-09 2019-09-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4149444B2 (ja) * 2005-01-12 2008-09-10 富士通メディアデバイス株式会社 圧電薄膜共振子及びこれを用いたフィルタ
US7446542B2 (en) * 2005-03-04 2008-11-04 Omniprobe, Inc. Apparatus and method for automated stress testing of flip-chip packages
JP5088916B2 (ja) * 2005-10-28 2012-12-05 富士フイルム株式会社 無機膜基板の製造方法
US7629865B2 (en) * 2006-05-31 2009-12-08 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Piezoelectric resonator structures and electrical filters
JP4924336B2 (ja) * 2007-09-28 2012-04-25 ブラザー工業株式会社 液体移送装置及び圧電アクチュエータ
JP4715836B2 (ja) * 2007-11-15 2011-07-06 ソニー株式会社 圧電素子、角速度センサ、及び圧電素子の製造方法
JP4735639B2 (ja) * 2007-11-15 2011-07-27 ソニー株式会社 圧電素子、角速度センサ、及び圧電素子の製造方法
US7915794B2 (en) 2007-11-15 2011-03-29 Sony Corporation Piezoelectric device having a tension stress, and angular velocity sensor
JP5669452B2 (ja) * 2009-07-28 2015-02-12 キヤノン株式会社 振動体の製造方法
US8261618B2 (en) * 2010-11-22 2012-09-11 General Electric Company Device for measuring properties of working fluids
US20140184023A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Volcano Corporation Layout and Method of Singulating Miniature Ultrasonic Transducers
CN104237461B (zh) * 2014-07-31 2016-08-17 北京科技大学 一种充气预形变的电机械性能测试装置及测试方法
CN106291562A (zh) * 2015-05-30 2017-01-04 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 超声波感测器及其制造方法、超声波感测器阵列
CN205847241U (zh) * 2016-05-19 2016-12-28 瑞声科技(新加坡)有限公司 电子设备
CN107830877B (zh) * 2017-10-23 2019-06-28 大连理工大学 一种椭圆柔性基底的压电薄膜传感器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3162584B2 (ja) * 1994-02-14 2001-05-08 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法
US6049158A (en) * 1994-02-14 2000-04-11 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive film element having convex diaphragm portions and method of producing the same
US5545461A (en) * 1994-02-14 1996-08-13 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic diaphragm structure having convex diaphragm portion and method of producing the same
JP3313531B2 (ja) * 1994-06-03 2002-08-12 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法
CN1050008C (zh) * 1994-08-11 2000-03-01 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩膜元件及其制作方法
CN1050229C (zh) * 1994-08-11 2000-03-08 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩膜元件及其制作方法
JP3471447B2 (ja) * 1994-11-16 2003-12-02 日本碍子株式会社 セラミックダイヤフラム構造体およびその製造方法
JP3388060B2 (ja) * 1994-11-25 2003-03-17 日本碍子株式会社 流体の特性測定用素子及び流体の特性測定装置
JP3501860B2 (ja) * 1994-12-21 2004-03-02 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法
DE69714909T2 (de) * 1996-05-27 2003-04-30 Ngk Insulators Ltd Piezoelektrisches Element des Dünnschichttyps
JP3462400B2 (ja) * 1998-09-14 2003-11-05 日本碍子株式会社 セラミックダイヤフラム構造体の製造方法
US6407481B1 (en) * 1999-03-05 2002-06-18 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive device having convexly curved diaphragm
JP2000351213A (ja) * 1999-06-14 2000-12-19 Minolta Co Ltd インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置
JP3728623B2 (ja) * 2001-03-02 2005-12-21 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子
JP3701902B2 (ja) * 2001-12-25 2005-10-05 株式会社Ｎｅｏｍａｘマテリアル 低比抵抗低熱膨張合金
JP2004119703A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電素子の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101449454B (zh) * 2006-11-08 2011-08-17 佳能株式会社 振动型致动器
CN110240112A (zh) * 2018-03-09 2019-09-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置
CN110240112B (zh) * 2018-03-09 2022-08-19 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 薄膜驱动结构、薄膜驱动结构的制造方法及喷墨装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20060108897A1 (en) 2006-05-25
DE602005022032D1 (de) 2010-08-12
CN1780009B (zh) 2010-05-05
JP2006147839A (ja) 2006-06-08
EP1659643B1 (en) 2010-06-30
EP1659643A2 (en) 2006-05-24
US7183694B2 (en) 2007-02-27
EP1659643A3 (en) 2007-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1780009B (zh) 压电/电致伸缩设备
CN1780010A (zh) 压电/电致伸缩器件
KR101046829B1 (ko) 압전소자 및 그 제조방법, 그리고 그 압전소자를 구비한잉크젯헤드, 잉크젯식 기록장치 및 각속도 센서
CN100380699C (zh) 压电/电致伸缩膜元件
CN101182202B (zh) 压电/电致伸缩材料、压电/电致伸缩体以及压电/电致伸缩元件
WO2005011009A1 (ja) 積層型電子部品とその製造方法及び積層型圧電素子
EP1909340A1 (en) Piezoelectric/electrostriction film type element
JP5052175B2 (ja) 積層圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッド
JP5319211B2 (ja) 圧電セラミック材料及びアクチュエータ
JP2002217465A (ja) 圧電素子、及びその製造方法
CN1838443A (zh) 压电驱动器以及喷吐装置
JP4658459B2 (ja) 積層型圧電素子、アクチュエータ、及び印刷ヘッド、並びに積層型圧電素子の製造方法
JP4803956B2 (ja) 圧電セラミックスおよびこれを用いた積層型圧電素子並びに噴射装置
CN100418769C (zh) 压电陶瓷、促动器及其制造方法、印刷头及喷墨打印机
JP2007123483A (ja) 圧電アクチュエータ及び液体吐出装置
JP2004186436A (ja) 圧電／電歪膜型素子
CN100555697C (zh) 压电/电致伸缩元件的制造方法
CN1218478C (zh) 压电元件
Torah Optimisation of the piezoelectric properties of thick-film piezoceramic devices
JP4299578B2 (ja) 圧電磁器及びその製造方法、アクチュエータ及び印刷ヘッド
JP5328750B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置
JP2006073672A (ja) 積層圧電体、その製造方法、圧電アクチュエータおよび印刷ヘッド
JP4766827B2 (ja) 圧電積層体の製造方法
US11937510B2 (en) Piezoelectric ceramics and their manufacturing methods, and piezoelectric device
JP4157368B2 (ja) アクチュエータの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100505

Termination date: 20141026

EXPY Termination of patent right or utility model