压电／电致伸缩设备制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电/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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而专利技术的，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，根据本专利技术提供以下的压电/电致伸缩设备。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。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。根据本专利技术，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是表示本专利技术的压电/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。具体实施例方式图1是表示本专利技术的压电/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专利技术的压电/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，为达到本专利技术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，是与该本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
JP 2004-11-19 2004-3357501.一种压电/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...

【专利技术属性】
技术研发人员：七泷努，吉冈邦彦，山口浩文，
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]