[发明专利]压电薄膜元件

说明书

本发明涉及压电薄膜型元件的改进。更具体地，本发明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(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，本发明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。

为实现本发明的上述目的，本发明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。