压电致动器器件和其制造方法技术

压电致动器器件具备：振动部、和构成为使振动部振动的驱动部。振动部具有：振动的下部振动层、和与下部振动层的上表面结合且与下部振动层一起振动的上部振动层。驱动部具有：设于下部振动层的下表面的上部电极层、设于上部电极层的下表面的压电体层、和设于压电体层的下表面的下部电极层。振动部的下部振动层的主成分为有机材料。振动部的上部振动层的主成分为无机材料。下部振动层的纵弹性系数小于上部振动层的纵弹性系数。该压电致动器器件能不使尺寸和消耗电力增大地使抗干扰振动性和振动部的挠曲量较大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电致动器器件和其制造方法
本专利技术涉及压电致动器器件和其制造方法。
技术介绍
现有的压电致动器器件将由下部电极层、形成在该下部电极层上的压电体层和形成在该压电体层上的上部电极层构成的驱动部形成在振动部上。该压电致动器器件提供在下部电极层与上部电极层间施加电场来使压电体层在平面方向上伸缩，其结果，振动部在厚度方向上挠曲地进行动作。这样的压电致动器器件用作多种多样的用途，例如如机械式的开关元件或可变电容元件、条形码读取器那样的光扫描型设备、用在角速度传感器中的音叉型器件之类。现有的致动器器件例如记载在专利文献1中。先行技术文献专利文献专利文献1：特开2009-193804号公报
技术实现思路
专利技术的概要压电致动器器件具备：振动部和构成为使振动部振动的驱动部。振动部具有：振动的下部振动层和与下部振动层的上表面结合且与下部振动层一起振动的上部振动层。驱动部具有：设于下部振动层的下表面的上部电极层、设于上部电极层的下表面的压电体层和设于压电体层的下表面的下部电极层。振动部的下部振动层的主成分为有机材料。振动部的上部振动层的主成分为无机材料。下部振动层的纵弹性系数小于上部振动层的纵弹性系数。该压电致动器器件能不使尺寸和消耗电力增大地使抗干扰振动性和振动部的挠曲量较大。附图说明图1是实施方式1中的压电致动器器件的立体图。图2是表示实施方式1中的压电致动器器件的频率与振幅量的关系的图。图3A是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3B是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3C是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3D是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3E是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3F是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图3G是说明实施方式1中压电致动器器件的制造方法的截面图。图4是实施方式1中的其它压电致动器器件的立体图。图5是实施方式2中的压电致动器器件的立体图。图6是图5所示的压电致动器器件的线6-6的截面图。图7A是表示实施方式2中的压电致动器器件的动作的侧视图。图7B是实施方式2中的其它压电致动器器件的截面图。图8A是实施方式3中的压电致动器器件的立体图。图8B是图8A所示的压电致动器器件的放大立体图。图9A是实施方式4中的压电致动器器件的立体图。图9B是图9A所示的压电致动器器件的放大立体图。图10是实施方式5中的压电致动器器件的立体图。图11是实施方式6中的压电致动器器件的立体图。图12是图11所示的压电致动器器件的线12-12的截面图。图13是具备实施方式6中的压电致动器器件的机械式开关的分解立体图。具体实施方式(实施方式1)图1是实施方式1中的压电致动器器件1的立体图。压电致动器器件1具备驱动部2和振动部3。驱动部2由下部电极层4、设于下部电极层4的上表面4a的压电体层5和设于压电体层5的上表面5a的上部电极层26构成。振动部3具有与上部电极层26的上表面26a相接而设的下部振动层7和设于下部振动层7的上表面7a的上部振动层8。如此，上部振动层8直接与下部振动层7的上表面7a结合。压电致动器器件1具有在与上述的层的上表面、下表面平行的长边方向1001A上延伸的矩形形状，与长边方向1001A交叉的端面9被不移动地保持在支承体10。下部电极层4、压电体层5、上部电极层26、下部振动层7和上部振动层8，在与这些层的上表面和下表面成直角的厚度方向1001B上层叠。若在下部电极层4与上部电极层26间施加电场，则因逆压电效应而使得压电体层5在与上表面5a和下表面5b平行的平面方向上伸缩。这时，因压电体层5的伸缩而产生的力在压电致动器器件1的厚度方向1001B上作为力矩发挥作用，振动部3在厚度方向1001B上挠曲。振动部3具有与上表面7a、下表面7b、8b平行、且即使挠曲长边方向的长度也不改变的面，即中立面PN。在现有的压电致动器器件中，为了使挠曲量大，降低振动部的刚性是有效的。但是，与此相伴，压电致动器的固有振动频率会降低，由此变得易于受到干扰振动的影响，有时不作为致动器器件发挥功能。即，抗干扰振动性和挠曲量是此消彼长的关系，难以使两者同时提升。为了同时提升抗干扰振动性和挠曲量，较厚地形成压电体来提高刚性是有效的。但是，在这种情况下，需要使施加在下部电极层与上部电极层间的电压增大，消耗电力会变大。另外，微细的加工困难，器件会大型化。在图1所示的实施方式1中的压电致动器器件1中，由于下部振动层7的纵弹性系数小于上部振动层8的纵弹性系数，因此能使厚度方向1001B上的从中立面PN到压电体层5的距离较大，能将由压电体层5产生的力有效率地变换成挠曲。如此，压电致动器器件1能使振动部3较大地挠曲，且能提高振动部3的刚性，能同时提升抗干扰振动性和挠曲量。图2表示在实施方式1中的压电致动器器件1的电极层4、26间施加的电场的频率与振幅量的关系。在图2中，横轴表示频率，纵轴表示振幅量。在将所施加的电场的频率设定为与压电致动器器件1所具有的固有振动频率f0相等的情况下，挠曲量显著增大，但由于驱动波形成为正弦波，因此使用范围受到限定。即，不能以任意的波形和定时驱动振动部3，压电致动器器件1的使用用途受到限制。如图2所示那样，通过将固有振动频率f0设计得较高，施加具有固有振动频率f0以下的最高频率的区域Wf的频率的电场，能以任意的波形驱动振动部3。在压电致动器器件1中，能在将固有振动频率f0设计得较高的同时使区域Wf中的挠曲量较大。因此，能以任意的波形和定时驱动振动部3，压电致动器器件1能用在各种用途中。在实施方式1中，下部振动层7例如由纵弹性系数1～10GPa的环氧树脂那样的有机材料构成，上部振动层8由例如纵弹性系数100～150GPa的铜那样的无机材料构成。由此，由于能使从挠曲的中立面PN到压电体层5的距离更大，因此能得到在维持抗干扰振动性的情况下使挠曲量飞跃性提升的压电致动器器件1。也可以使下部振动层7进一步包含混合在上述的有机材料中的无机填料。无机填料例如由纵弹性系数300～350GPa的氮化铝等的无机材料构成。在振动层7中有机材料的体积比率为50％以上，振动层7的纵弹性系数为10～50GPa。这种情况下，能将下部振动层7的纵弹性系数等的材料特性控制在所期望的值，能提高设计的自由度。另外，无机填料也可以由在氮化铝加入氧化硅那样的无机材料的复合材料形成，在这种情况下，有机材料的体积比率高于多种无机材料各自的体积比率，振动层7以有机材料为主成分。这种情况也能期待与设为氮化铝单体和有机材料的复合材料的情况相同的效果。另外，在将无机材料设为复合材料的情况下，能通过使有机材料的体积比率为1/3以上来期待相同的效果。进而，在驱动时产生的热成为课题这样的用途中，通过无机材料能使压电致动器器件1中散热性最低的下部振动层7的散热性得到提升。在实施方式1中，上部振动层8由无机材料和例如以聚硅氧烷为原料分解有机基而形成的复合材料构成。上部振动层8由无机材料的体积比率为50％以上的复合材料(纵弹性系数50～100GPa)构成。这种情况下，下部振动层7和上部振动层8稳固地紧贴，能提升压电致动器器件1的可靠性。另外，该复合材料也可以进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电致动器器件，具备振动部和驱动部，所述振动部具有：振动的下部振动层；与所述下部振动层的上表面结合且与所述下部振动层一起振动的上部振动层，所述驱动部具有：设于所述下部振动层的下表面的上部电极层；设于所述上部电极层的下表面的压电体层；和设于所述压电体层的下表面的下部电极层，所述驱动部构成为使所述振动部振动，所述振动部的所述下部振动层的主成分为有机材料，所述振动部的所述上部振动层的主成分为无机材料，所述下部振动层的纵弹性系数小于所述上部振动层的纵弹性系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.31 JP 2012-0176851.一种压电致动器器件，具备振动部和驱动部，所述振动部具有：振动的下部振动层；和与所述下部振动层的上表面结合且与所述下部振动层一起振动的上部振动层，所述驱动部具有：设于所述下部振动层的下表面的上部电极层；设于所述上部电极层的下表面的压电体层；和设于所述压电体层的下表面的下部电极层，所述驱动部构成为使所述振动部振动，所述振动部的所述下部振动层的主成分为有机材料，所述振动部的所述上部振动层的主成分为无机材料，所述下部振动层的纵弹性系数小于所述上部振动层的纵弹性系数，所述下部振动层由包含所述有机材料的一种以上的第1有机材料和一种以上的第1无机材料构成，在所述下部振动层中，所述下部振动层的所述一种以上的第1有机材料的体积比率的合计为1/3以上，且大于所述下部振动层的所述一种以上的第1无机材料各自的体积比率，或者，所述上部振动层由包含所述无机材料的一种以上的第2无机材料和一种以上的第2有机材料构成，在所述上部振动层中，所述上部振动层的所述一种以上的第2无机材料的体积比率的合计为1/3以上，且大于所述上部振动层的所述一种以上的第2有机材料各自的体积比率。2.根据权利要求1所述的压电致动器器件，其中，所述振动部还具有与所述下部振动层的所述上表面和所述上部振动层的下表面接合的中间电极层，所述下部振动层由压电性高分子材料构成。3.根据权利要求2所述的压电致动器器件，其中，所述压电体层和所述下部振动层构成为相对于电场极化成彼此相反的方向，所述压电致动器器件构成为：所述下部电极层和所述中间电极层成为同电位。4.根据权利要求1所述的压电致动器器件，其中，所述下部振动层由压电性高分子材料构成，所述上部振动层由导电性材料构成。5.根据权利要求4所述的压电致动器器件，其中，所述压电体层和所述下部振动层构成为相对于电场极化成彼此相反的方向，所述压电致动器器件构成为：所述下部电极层和所述上部振动层成为同电位。6.根据权利要求1所述的压电致动器器件，其中，在所述下部振动层由所述一种以上的第1有机材料和所述一种以上的第1无机材料构成的情况下，所述下部振动层的所述一种以上的第1有机材料的体积比率的所述合计超过50％，在所述上部振动层由所述一种以上的第2无机材料和所述一种以上的第2有机材料构成的情况下，所述上部振动层的所述一种以上的第2无机材料的体积比率的所述合计超过50％。7.根据权利要求1所述的压电致动器器件，其中，所述压电致动器器件还具备：支承所述振动部的一端的框体；和被所述振动部的另一端支承的反射镜部，所述振动部具有迂回形状。8.根据权利要求1所述的压电致动器器...

【专利技术属性】
技术研发人员：平冈聪一郎，小牧一树，中园晋辅，黑塚章，堀江寿彰，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP