压电薄膜元件制造技术

压电薄膜型元件包括接续地整体设在堆在陶瓷基片（１２）上构成的压电工作层，一个单一的平薄膜型下电极（１６），一压电层（１８）和包括多个交替设置的条形电极（２０ａ，２０ｂ）上的电极（２０）。下电极（１６）为第一电极，上电极（２０）为第二电极。第一、二电极及压电层（１８）构成第一压电工作装置，而第二电极及压电层（１８）构成第二压电工作装置。上述压电工作层上没堆着其它的压电层。这样压电薄膜型元件可充分利用压电工作段的工作性能，作用好，尺寸紧凑及可在低电压下工作。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电薄膜型元件的改进。更具体地，本专利技术提供了一种机构或结构，其可以改进元件把电能转为机械能也就是把电能转为机械位移，力或振动，或从后者转变为前者的工作特点。现时，在光学，精密制造等领域中，有要求使用位移元件来在亚微米数量级调节光道的长度或位置，还要求使用探测元件在把位移转成电变化后测出微小的位移。为了满足这些要求，已发展了用于致动器的压电/电致伸缩元件，它利用当电场加到铁电物质之类的压电材料上时引起的反的压电作用产生的位移，和用于传感器，其使用与上面反转的现象(压电作用)。在其中，例如作为扬声器，最好采用一种包括例如已知的单变体类型的压电/电致伸缩元件结构。在这种技术中，本申请人已经先建议了由陶瓷材料制成的压电(/电致伸缩)薄膜型元件，它可优选地用于各种应用中，例如在日本专利公开No.3-128681和5-49270中有说明。以前建议的压电薄膜型元件有下面的结构，也就是，元件包括一个陶瓷基片，其有至少一个窗口(空心空间)，并包括整体设的一个薄壁薄膜段以盖住及封住窗口而形成至少一个薄壁的壁段。在陶瓷基片的薄膜段的外表面上，元件还包括一个薄膜形的压电工作层，它包括下电极、压电层、及上电极的组合，其中压电工作层按照薄膜成型方法，整体地形成及堆积。通过电作用的横向作用(特别电场感生应变)，也就是相应上电极和下电极之间的电能的施加，沿与电场方向垂直方向带来的应变，压电薄膜型元件被操作引起例如位移，力和振动。压电薄膜型元件有下面的优秀的特点。也就是，用作具有高可靠性的紧凑及便宜的电-机械转换元件以提供低工作电压下大的位移，其中响应速度快，产生的力大。已知这种压电薄膜型元件可有用地例如用作致动器、滤波器、显示器及传感器的构成元件。另一方面，US 2540194的说明书中公开了一种压电致动器，其结构中沿压电层的宽度方向延伸的条形电极设成沿压电层纵向的条形结构。条形电极相互分开预定的间隔距离，设在具有预定厚度的纵向板形的压电层表面上。该致动器如下工作。也就是不同的电压交替地施加到设成如上所述的条形结构的条形电极上，使得条形电极之间加上预定的电场。因而通过在条形电极之间延伸的压电层部分带来的压电作用(电场感应应变)的垂直作用，也就是与电场方向平行的作用，会产生位移、力或振动，或有相反的转换。但是，任一种普通的压电元件或压电薄膜元件只使用下列作用的一种；也就是由包括压电层及设在沿其厚度方向两边的两个电极的压电工作层带来的压电作用的横的作用(与电场方向垂直的方向的作用)，及由包括压电层及设在其一边的条形电极的压电工作层带来的压电作用的垂直作用(沿与电场平行方向的方向的作用)。从得到有紧凑尺寸的元件，及提高元件性能的目的看，充分显示及改进这种元件的压电工作层的工作特点是非常有利的。上述日本专利公开No.5-49270在附图(附图说明图14)中也公开了一种压电致动器，其中条形电极及压电层接续和整体地设在和堆在陶瓷基片上构成一个压电工作层(激励段)，和一个薄膜型电极，一压电层及一薄膜型电极连续地整体地设在和堆积在其上以整体地构成另一个压电工作层(激励段)。但是，在各种意义上在现有技术中所公开的结构只是通过简单地把两个压电工作段叠及堆在一起形成一个单元而得到。因此，当然要求有两个压电层，对压电层不可避免地有极厚的整个厚度。当一个压电工作层工作时，由于存在另一个压电工作层，而使其操作受限制及妨碍。因此普通的技术存在问题。例如，难以充分地显示各压电工作层的工作特点。基于上述情况的背景，本专利技术的目的是提供一种有极好作用的压电薄膜型元件，其有紧凑的尺寸及可在低电压下工作，可以充分利用压电工作层的工作特点。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种压电薄膜型元件，其结构包括一个陶瓷基片，和一个薄膜型压电工作层，所述的工作层包括设在所述的陶瓷基片的至少一表面的至少一部分上成层状结构的单一压电层，和分别整体设在沿所述的压电层的厚度方向的两侧的第一和第二电极，其中在所述的压电工作层上没有叠着其它的压电工作层；所述的压电薄膜型元件包括使用单一的平薄膜型电极层形成的所述的第一电极；至少一部分使用多个条形电极形成的所述的第二电极，由所述的第一和第二电极构成的第一压电工作装置；和由所述的压电层和所述的第二电极的多个条形电极构成的第二压电工作装置。在如上构造的本专利技术的压电薄膜型元件中，压电作用的横向作用由第一压电工作装置有效地显示出，而压电作用的垂直作用由第二压电工作装置有效地显示出。因此，当上述元件例如用作致动器及振动器，通过由沿宽度方向插入压电层的电极(第一和第二电极)之间的电场引起的电场感生应变的横向作用，及由沿平面方向插入压电层的多个条形电极(第二电极)之间的电场引起的电场感生应变的垂直作用，可得到相对成薄膜的陶瓷基片的沿上下方向的位移和振动。另外，可利用通过结合由垂直作用及横向作用提供的作用得到结合的位移振幅和结合的振动振幅。因此可得到明显的位移特点和振动特点。换言之，这意味可用更低的工作电压得到相当于普通装置得到的位移的一些位移。作为普通的压电薄膜型元件，也就是使用一个压电层的一个压电作用的元件，有企图想得到与本专利技术相当的工作，其通过沿与压电层极化方向相反的方向加上一电场以增加位移及振动的振幅。但是，沿与极化方向相反的方向加上的电场被极化-反转的电场限制(也称为“临界电场”或“反电场”)。因此，在普通技术的情形下，必然很难得到任意足够的位移及产生的力。另外，普通技术还有一问题，就是由于加上接近极化-反转电场的电场而引起位移的稳定性问题。但是，原则上，本专利技术的压电元件不限于上述的极化反转电流。加上电场的电极由加上的电能有选择地工作。因此可靠性高，可得到稳定的工作。特别，在本专利技术中，要求使用不大于10KV/cm的极化-反转电场(反电场)的压电材料形成压电层。当使用由这种压电材料构成压电层，加上电场时可比较容易地及立即达到极化。因此，可以有效地显示本专利技术的特点。另外，通过选择形成压电层的压电材料可省去极化过程，这在用本专利技术元件前要进行的。当然除了上述致动器及振动器外，这种作用可等同地用于例如发声体及显示元件。另一方面，当本专利技术的结构用于滤波器等，可只通过选择电极，同时一般用一个压电层构成一个激励段及一接收段。因此，这一结构提供了有紧凑尺寸的元件。另外，本专利技术的元件可相等地构成及用作变量器。如上所述，普通元件中还没有用过的压电层的特点可通过使用本专利技术的压电薄膜型元件的结构巧妙地得到，与普通有相当功能的元件比，可进一步减小尺寸，降低电耗及改进功能。在本专利技术的压电薄膜型元件的一个最佳实施例中，使用了一种结构，陶瓷基片设成一薄壁薄膜段，并且所述的压电工作层整体地设在所述的薄膜段的外表面。本专利技术的压电薄膜型的另一个最佳实施例中，使用了一种结构，其中陶瓷基片具有至少一个空心空间，成为从外面包容所述的空心空间的壁部的所述的陶瓷基片的一部分设成一薄壁薄膜段，和压电工作层整体地设在所述的薄膜段的外表面。在上述最佳实施例中，最好所述的多个条形电极分成两个不同的组，各包括交替地电极，使各所述的交替的电极沿纵向分别在两端中的一端相互连接，以构成两个梳形电极。最好，所述的陶瓷基片由含含有作为主要成分的完全稳定的或部分稳定的氧化锆材料构成。为了使按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电薄膜型元件，其结构包括一个陶瓷基片（２，１２），和一个薄膜型压电工作层，所述的工作层包括设在所述的陶瓷基片（２，１２）的至少一表面的至少一部分上成层状结构的单一压电层（８，１８），和分别整体设在沿所述的压电层（８，１８）的厚度方向的两侧的第一和第二电极（６，６，１０，２０），其中在所述的压电工作层上没有叠着其它的压电工作层；所述的压电薄膜型元件包括：使用单一的平薄膜型电极层形成的所述的第一电极（６，１６）；至少一部分使用多个条形电极形成的所述的第二电极（１０， ２０），由所述的第一和第二电极（６，１６，１０，２０）构成的第一压电工作装置；和由所述的压电层（８，１８）和所述的第二电极（１０，２０）的多个条形电极构成的第二压电工作装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：武内幸久，木村浩二，高桥正郎，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]