JP3482939B2 - 圧電／電歪膜型素子 - Google Patents
圧電／電歪膜型素子Info
- Publication number
- JP3482939B2 JP3482939B2 JP2000136198A JP2000136198A JP3482939B2 JP 3482939 B2 JP3482939 B2 JP 3482939B2 JP 2000136198 A JP2000136198 A JP 2000136198A JP 2000136198 A JP2000136198 A JP 2000136198A JP 3482939 B2 JP3482939 B2 JP 3482939B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- electrostrictive film
- lower electrode
- electrode
- auxiliary electrode
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
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
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電／電歪膜型素
子に係り、中でも流体特性や音圧、微小重量、加速度等
のセンシングのために、例えばマイクロホンや粘度セン
サに用いられる圧電／電歪膜型振動子に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電／電歪膜型素子は、従来よりアクチ
ュエータや各種センサとして用いられている。センサと
して用いられる圧電／電歪膜型素子は、例えば特開平８
−２０１２６５号公報に開示されるように、流体の密
度、濃度、粘度等の特性測定に利用される。測定可能な
流体としては、液体及び気体を意味し、水、アルコー
ル、油等単一の成分からなる液体のみならず、これらの
液体に可溶または不溶な媒質を溶解または混合あるいは
懸濁せしめた液体、スラリー、ペーストが含まれる。こ
のような振動子にあっては、圧電体振動子の振幅と振動
子に接触する流体の粘性抵抗に相関があることを利用し
センサとして用いるものである。振動子の振動のような
機械系での振動形態は、電気系での等価回路に置き換え
ることができ、流体中で圧電／電歪膜型振動子を振動さ
せ、この振動子が流体の粘性に基づいて機械的抵抗を受
けることにより振動子を構成する圧電体の等価回路の電
気的定数が変化するのを検出し、流体の粘度、密度、濃
度等の特性を測定するセンサである。電気的定数として
は、損失係数、位相、抵抗、リアクタンス、コンダクタ
ンス、サセプタンス、インダクタンス及びキャパシタン
ス等が挙げることができ、特に等価回路の共振周波数近
傍で極大又は極小変化点を1つもつ損失係数または位相
が指標として好ましく用いられる。これにより流体の粘
度のみならず、密度、濃度をも測定することができ、例
えば、硫酸水溶液中の硫酸濃度を測定することができ
る。なお、振動形態の変化を検出する指標として電気的
定数以外に、測定精度、耐久性の観点から特に問題が無
ければ共振周波数の変化を利用することができることは
言うまでもない。 【０００３】かかる圧電／電歪膜型振動子にあっては、
特開平５−２６７７４２号公報に開示されるように、図
２のように厚肉部２を周縁部に持つ薄肉ダイヤフラム部
３を有するセラミックスからなる基板１に積層した下部
電極４とは独立した位置に、補助電極８を形成し、その
補助電極８の一部が前記圧電／電歪膜５の下側に入り込
ませて形成されている。また、上部電極６は、補助電極
８及び圧電／電歪膜５の面上において連続して形成し、
上部電極６の接続の信頼性を向上している。なお、図２
にあっては、被測定流体は空洞部１０に存在し、貫通孔
９により導入される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このような振動におけ
る電気特性を検知することによりセンシングを行うセン
サ用素子にあっては、電気的定数がばらつかないことが
望ましいのに対し、従来の流体特性、音圧や微小重量、
加速度等のセンシングに用いられる圧電／電歪膜型素子
の構造においては、初期の電気的定数が素子個体間でば
らついたり、経時変化が生じたりする場合があり、その
ような場合には、微調整の手間をかける必要があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、研究の結果、従
来のセンサ用圧電／電歪膜型素子においては、図２に示
すように、下部電極４の補助電極８側がダイヤフラムの
形状に沿って形成され、一方、補助電極８の形成位置が
薄肉ダイヤフラム部３ではなく厚肉部２にあるため、薄
肉ダイヤフラム部３上で圧電／電歪膜５とダイヤフラム
が直接接触する領域が存在し、化学的反応等により不完
全結合部７が薄肉ダイヤフラム３上と厚肉部２に跨り形
成される。振動における電気的定数の検知を利用したセ
ンサ素子にあっては、かかる不完全結合部７における不
完全結合状態のばらつきや経時変化が、振動形態の変化
ひいては電気的定数の変化を起こす主原因の一つである
ことを見出した。すなわち、本発明は、厚肉部を周縁部
に持つ薄肉ダイヤフラム部を有するセラミックスからな
る基板に、下部電極及び補助電極と、圧電／電歪膜と、
上部電極を順次積層させたセンサ用圧電／電歪膜型素子
において、下部電極を、前記基板の一方の端部から他方
の端部の薄肉ダイヤフラム部を超える所定の位置までの
長さで形成し、前記下部電極とは独立した位置であって
上記厚肉部に、前記補助電極を形成するとともに、前記
下部電極と前記補助電極に跨る形で圧電／電歪膜を形成
したことを特徴とする圧電／電歪膜型素子である。これ
により、圧電膜／電歪膜と基板との不完全結合部が薄肉
ダイヤフラム部上に無くなり、振動形態のばらつきを大
幅に少なくすることが可能となる。 【０００６】 【発明の実施の形態】図１には、本発明のセンサ用圧電
／電歪膜型振動子の実施形態が示されている。かかる圧
電／電歪膜型振動子は、薄肉のダイヤフラム部３と厚肉
部2からなるセラミック基板１の上に、下部電極４と、
圧電／電歪膜５及び上部電極６が、通常の膜形成法によ
って順次積層されてなる一体構造となって形成されてい
る。下部電極４の補助電極側の一端は、薄肉ダイヤフラ
ム部３を越えた所定の位置までの長さをもって形成され
ている。下部電極４と同一面上の、これとは独立した位
置に、圧電／電歪膜５の下側に入り込むような位置に補
助電極８が形成されている。圧電／電歪膜５は下部電極
４と補助電極８に跨るように形成され、上部電極６は圧
電／電歪膜８と補助電極８に跨って、補助電極８に導通
せしめるよう形成されている。圧電／電歪膜５と基板１
の間隙に不可逆的に形成される不完全結合部７は、基板
１の厚肉部２上に存在する。 【０００７】セラミック基板1の材質としては、耐熱
性、化学的安定性、絶縁性を有する材質が好ましい。こ
れは、後述するように下部電極４、圧電／電歪膜５、上
部電極６のいずれかを接着剤を用いずに熱処理により接
合することがあること、センサ素子としての圧電／電歪
膜型振動子が液体の特性をセンシングする場合、その液
体が導電性であったり、腐食性があったりする場合があ
るためである。かかる観点から使用できるセラミックス
としては、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素及びガラス等を例示できる。これらの内安
定化された酸化ジルコニウムはダイヤフラム部を薄く形
成した場合にも機械的強度を高く保てること、靭性に優
れることなどから、好適に使用することができる。セラ
ミック基板１の薄肉ダイヤフラム部２の厚さとしては、
圧電／電歪膜の振動を妨げないために、一般に５０μm
以下、好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５
μｍ以下とされる。また、ダイヤフラム部の形状として
は、長方形、正方形、三角形、楕円形、真円形等いかな
る形も取りうるが、励起される共振モードを単純化させ
る必要のあるセンサ素子の応用のためには、長方形や真
円形が必要に応じて選択される。 【０００８】このようなセラミック基板１の表面上に、
下部電極４が形成されている。かかる下部電極４は、セ
ラミック基板の一方の端部から他方の端部の薄肉のダイ
ヤフラム部を超える所定の位置までの長さで、圧電／電
歪膜５が形成されるべき部分より僅かに小さい大きさで
形成されている。一方、セラミック基板１の表面上には
下部電極４とは反対側の端部から、下部電極４に向かっ
て、補助電極８が形成されている。この補助電極８は、
その先端部が下部電極４の先端部に対して所定距離を隔
てて位置するように、また、圧電／電歪膜が形成される
べき部分に至るまでの長さを持って形成されている。補
助電極８は本発明にあっては、薄肉ダイヤフラム部３上
に形成されることはない。補助電極４の一方の端部は、
リード用端子として用いられる。 【０００９】下部電極４及び補助電極８は、異なる材質
でも、同一の材質でもよく、セラミック基板１と圧電／
電歪膜５とのいずれとも接合性のよい導電性材料が用い
られる。具体的には、白金、パラジウム、ロジウム、
銀、あるいはこれらの合金を主成分とする電極材料が好
適に用いられ、特に、圧電／電歪膜を形成する際に高熱
処理が行われる場合には、白金、及びこれを主成分とす
る合金が好適に用いられる。下部電極４と補助電極８の
形成には、公知の各種の膜形成手法が用いられる。具体
的には、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、CV
D、イオンプレーティング、メッキ等の薄膜形成手法
や、スクリーン印刷、スプレー、ディッピング等の厚膜
形成手法が適宜選択されるが、その中でも特に、スパッ
タリング法及びスクリーン印刷法が好適に選択される。 【００１０】このように形成された下部電極４及び補助
電極８に跨るようにして、両端を接続した圧電／電歪膜
５が形成されている。圧電材料としては、圧電／電歪効
果を示す材料であればいずれの材料でもよく、このよう
な材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（PZT）等の鉛系セラミック圧電／電歪材料
や、チタン酸バリウム及びこれを主成分とするチタバリ
系セラミック強誘電体や、ポリ弗化ビニリデン（PVDF）
に代表される高分子圧電体、あるいは（Bi0.5Na0.5）Ti
O3に代表されるBi系セラミック圧電体を挙げることがで
きる。もちろん、圧電／電歪特性を改善した、これらの
混合物や、固溶体及び、これらに添加物を添加せしめた
ものが用いられうることは言うまでもない。PZT系圧電
体は、圧電特性が高く、高感度検出が可能なセンサの材
料として好適に用いられる。また、下部電極及び補助電
極に、白金及びこれらを主成分とする合金を用いる場合
には、これらとの接合性がより高い、（Bi0.5Na0.5）Ti
O3及びこれを主成分とする材料、BaTiO3及びこれを主成
分とする材料が、より好適に用いられる。このような圧
電／電歪膜材料は、圧電／電歪膜５として、下部電極４
と補助電極8と同様に公知の各種膜形成法により形成さ
れる。中でも、低コストの観点からスクリーン印刷が好
適に用いられる。これにより形成された圧電／電歪膜５
は必要に応じて熱処理され、下部電極４及び補助電極８
と一体化される。本発明にあっては、白金等の材料を下
部電極４及び補助電極８に用いる場合、圧電／電歪膜５
と各電極との接合性を強固にして、素子の特性ばらつ
き、信頼性を高くする必要があるため、圧電／電歪膜５
に（Bi0.5Na0.5）TiO3及びこれを主成分とする材料、Ba
TiO3及びこれを主成分とする材料を用いて、900℃から1
400℃好ましくは1000℃から1300℃の温度が好適に採用
される。PZT系材料を用いた場合にも同様である。この
際、高温時に圧電／電歪膜５が不安定にならないよう
に、圧電／電歪材料の蒸発源とともに雰囲気制御を行い
ながら熱処理することが好ましい。 【００１１】さらに、このようにして形成された圧電／
電歪膜５の上に、上部電極６が、圧電／電歪膜５から補
助電極8にまで跨って連続的に形成されている。この上
部電極６の材質としては、圧電／電歪膜５との接合性の
高い導電性材料が用いられ、下部電極４及び補助電極８
と同様の膜形成法により形成される。さらに、上部電極
6は、膜形成後必要に応じて熱処理され、圧電／電歪膜
５及び補助電極８と接合され、一体構造とされる。この
ような熱処理がかならずしも必要でないことは下部電極
４と同様である。 【００１２】なお、下部電極４、圧電／電歪膜５、上部
電極６が熱処理により接合される場合には、それぞれを
形成の都度熱処理してもよいし、それぞれを順次膜形成
後、同時に熱処理してもよい。熱処理する際、良好な接
合性や構成元素の拡散による変質を抑制するために、熱
処理温度が適切に選ばれるのは言うまでもない。また、
図１では空洞部１０に貫通孔９を形成しているが、流体
に接触する空洞部１０以下の構造はどのような構造でも
良く限定しない。 【００１３】 【発明の効果】請求項１記載に係る圧電／電歪膜型振動
子にあっては、不完全結合部が薄肉ダイヤフラム上に存
在しない構造であるため、振動のばらつきや経時的変化
が無く、振動における電気的定数の検知により流体特性
や液体／気体を判別する素子、あるいは音圧や微小重
量、加速度等の測定素子として好適な振動子が得られる
こととなる。また、下部電極の薄肉ダイヤフラム上での
対称性が可及的に高くなるため、振動形態がばらつくこ
と無く安定した振動特性が得られる効果が得られる。
子に係り、中でも流体特性や音圧、微小重量、加速度等
のセンシングのために、例えばマイクロホンや粘度セン
サに用いられる圧電／電歪膜型振動子に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電／電歪膜型素子は、従来よりアクチ
ュエータや各種センサとして用いられている。センサと
して用いられる圧電／電歪膜型素子は、例えば特開平８
−２０１２６５号公報に開示されるように、流体の密
度、濃度、粘度等の特性測定に利用される。測定可能な
流体としては、液体及び気体を意味し、水、アルコー
ル、油等単一の成分からなる液体のみならず、これらの
液体に可溶または不溶な媒質を溶解または混合あるいは
懸濁せしめた液体、スラリー、ペーストが含まれる。こ
のような振動子にあっては、圧電体振動子の振幅と振動
子に接触する流体の粘性抵抗に相関があることを利用し
センサとして用いるものである。振動子の振動のような
機械系での振動形態は、電気系での等価回路に置き換え
ることができ、流体中で圧電／電歪膜型振動子を振動さ
せ、この振動子が流体の粘性に基づいて機械的抵抗を受
けることにより振動子を構成する圧電体の等価回路の電
気的定数が変化するのを検出し、流体の粘度、密度、濃
度等の特性を測定するセンサである。電気的定数として
は、損失係数、位相、抵抗、リアクタンス、コンダクタ
ンス、サセプタンス、インダクタンス及びキャパシタン
ス等が挙げることができ、特に等価回路の共振周波数近
傍で極大又は極小変化点を1つもつ損失係数または位相
が指標として好ましく用いられる。これにより流体の粘
度のみならず、密度、濃度をも測定することができ、例
えば、硫酸水溶液中の硫酸濃度を測定することができ
る。なお、振動形態の変化を検出する指標として電気的
定数以外に、測定精度、耐久性の観点から特に問題が無
ければ共振周波数の変化を利用することができることは
言うまでもない。 【０００３】かかる圧電／電歪膜型振動子にあっては、
特開平５−２６７７４２号公報に開示されるように、図
２のように厚肉部２を周縁部に持つ薄肉ダイヤフラム部
３を有するセラミックスからなる基板１に積層した下部
電極４とは独立した位置に、補助電極８を形成し、その
補助電極８の一部が前記圧電／電歪膜５の下側に入り込
ませて形成されている。また、上部電極６は、補助電極
８及び圧電／電歪膜５の面上において連続して形成し、
上部電極６の接続の信頼性を向上している。なお、図２
にあっては、被測定流体は空洞部１０に存在し、貫通孔
９により導入される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このような振動におけ
る電気特性を検知することによりセンシングを行うセン
サ用素子にあっては、電気的定数がばらつかないことが
望ましいのに対し、従来の流体特性、音圧や微小重量、
加速度等のセンシングに用いられる圧電／電歪膜型素子
の構造においては、初期の電気的定数が素子個体間でば
らついたり、経時変化が生じたりする場合があり、その
ような場合には、微調整の手間をかける必要があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、研究の結果、従
来のセンサ用圧電／電歪膜型素子においては、図２に示
すように、下部電極４の補助電極８側がダイヤフラムの
形状に沿って形成され、一方、補助電極８の形成位置が
薄肉ダイヤフラム部３ではなく厚肉部２にあるため、薄
肉ダイヤフラム部３上で圧電／電歪膜５とダイヤフラム
が直接接触する領域が存在し、化学的反応等により不完
全結合部７が薄肉ダイヤフラム３上と厚肉部２に跨り形
成される。振動における電気的定数の検知を利用したセ
ンサ素子にあっては、かかる不完全結合部７における不
完全結合状態のばらつきや経時変化が、振動形態の変化
ひいては電気的定数の変化を起こす主原因の一つである
ことを見出した。すなわち、本発明は、厚肉部を周縁部
に持つ薄肉ダイヤフラム部を有するセラミックスからな
る基板に、下部電極及び補助電極と、圧電／電歪膜と、
上部電極を順次積層させたセンサ用圧電／電歪膜型素子
において、下部電極を、前記基板の一方の端部から他方
の端部の薄肉ダイヤフラム部を超える所定の位置までの
長さで形成し、前記下部電極とは独立した位置であって
上記厚肉部に、前記補助電極を形成するとともに、前記
下部電極と前記補助電極に跨る形で圧電／電歪膜を形成
したことを特徴とする圧電／電歪膜型素子である。これ
により、圧電膜／電歪膜と基板との不完全結合部が薄肉
ダイヤフラム部上に無くなり、振動形態のばらつきを大
幅に少なくすることが可能となる。 【０００６】 【発明の実施の形態】図１には、本発明のセンサ用圧電
／電歪膜型振動子の実施形態が示されている。かかる圧
電／電歪膜型振動子は、薄肉のダイヤフラム部３と厚肉
部2からなるセラミック基板１の上に、下部電極４と、
圧電／電歪膜５及び上部電極６が、通常の膜形成法によ
って順次積層されてなる一体構造となって形成されてい
る。下部電極４の補助電極側の一端は、薄肉ダイヤフラ
ム部３を越えた所定の位置までの長さをもって形成され
ている。下部電極４と同一面上の、これとは独立した位
置に、圧電／電歪膜５の下側に入り込むような位置に補
助電極８が形成されている。圧電／電歪膜５は下部電極
４と補助電極８に跨るように形成され、上部電極６は圧
電／電歪膜８と補助電極８に跨って、補助電極８に導通
せしめるよう形成されている。圧電／電歪膜５と基板１
の間隙に不可逆的に形成される不完全結合部７は、基板
１の厚肉部２上に存在する。 【０００７】セラミック基板1の材質としては、耐熱
性、化学的安定性、絶縁性を有する材質が好ましい。こ
れは、後述するように下部電極４、圧電／電歪膜５、上
部電極６のいずれかを接着剤を用いずに熱処理により接
合することがあること、センサ素子としての圧電／電歪
膜型振動子が液体の特性をセンシングする場合、その液
体が導電性であったり、腐食性があったりする場合があ
るためである。かかる観点から使用できるセラミックス
としては、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素及びガラス等を例示できる。これらの内安
定化された酸化ジルコニウムはダイヤフラム部を薄く形
成した場合にも機械的強度を高く保てること、靭性に優
れることなどから、好適に使用することができる。セラ
ミック基板１の薄肉ダイヤフラム部２の厚さとしては、
圧電／電歪膜の振動を妨げないために、一般に５０μm
以下、好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５
μｍ以下とされる。また、ダイヤフラム部の形状として
は、長方形、正方形、三角形、楕円形、真円形等いかな
る形も取りうるが、励起される共振モードを単純化させ
る必要のあるセンサ素子の応用のためには、長方形や真
円形が必要に応じて選択される。 【０００８】このようなセラミック基板１の表面上に、
下部電極４が形成されている。かかる下部電極４は、セ
ラミック基板の一方の端部から他方の端部の薄肉のダイ
ヤフラム部を超える所定の位置までの長さで、圧電／電
歪膜５が形成されるべき部分より僅かに小さい大きさで
形成されている。一方、セラミック基板１の表面上には
下部電極４とは反対側の端部から、下部電極４に向かっ
て、補助電極８が形成されている。この補助電極８は、
その先端部が下部電極４の先端部に対して所定距離を隔
てて位置するように、また、圧電／電歪膜が形成される
べき部分に至るまでの長さを持って形成されている。補
助電極８は本発明にあっては、薄肉ダイヤフラム部３上
に形成されることはない。補助電極４の一方の端部は、
リード用端子として用いられる。 【０００９】下部電極４及び補助電極８は、異なる材質
でも、同一の材質でもよく、セラミック基板１と圧電／
電歪膜５とのいずれとも接合性のよい導電性材料が用い
られる。具体的には、白金、パラジウム、ロジウム、
銀、あるいはこれらの合金を主成分とする電極材料が好
適に用いられ、特に、圧電／電歪膜を形成する際に高熱
処理が行われる場合には、白金、及びこれを主成分とす
る合金が好適に用いられる。下部電極４と補助電極８の
形成には、公知の各種の膜形成手法が用いられる。具体
的には、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、CV
D、イオンプレーティング、メッキ等の薄膜形成手法
や、スクリーン印刷、スプレー、ディッピング等の厚膜
形成手法が適宜選択されるが、その中でも特に、スパッ
タリング法及びスクリーン印刷法が好適に選択される。 【００１０】このように形成された下部電極４及び補助
電極８に跨るようにして、両端を接続した圧電／電歪膜
５が形成されている。圧電材料としては、圧電／電歪効
果を示す材料であればいずれの材料でもよく、このよう
な材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（PZT）等の鉛系セラミック圧電／電歪材料
や、チタン酸バリウム及びこれを主成分とするチタバリ
系セラミック強誘電体や、ポリ弗化ビニリデン（PVDF）
に代表される高分子圧電体、あるいは（Bi0.5Na0.5）Ti
O3に代表されるBi系セラミック圧電体を挙げることがで
きる。もちろん、圧電／電歪特性を改善した、これらの
混合物や、固溶体及び、これらに添加物を添加せしめた
ものが用いられうることは言うまでもない。PZT系圧電
体は、圧電特性が高く、高感度検出が可能なセンサの材
料として好適に用いられる。また、下部電極及び補助電
極に、白金及びこれらを主成分とする合金を用いる場合
には、これらとの接合性がより高い、（Bi0.5Na0.5）Ti
O3及びこれを主成分とする材料、BaTiO3及びこれを主成
分とする材料が、より好適に用いられる。このような圧
電／電歪膜材料は、圧電／電歪膜５として、下部電極４
と補助電極8と同様に公知の各種膜形成法により形成さ
れる。中でも、低コストの観点からスクリーン印刷が好
適に用いられる。これにより形成された圧電／電歪膜５
は必要に応じて熱処理され、下部電極４及び補助電極８
と一体化される。本発明にあっては、白金等の材料を下
部電極４及び補助電極８に用いる場合、圧電／電歪膜５
と各電極との接合性を強固にして、素子の特性ばらつ
き、信頼性を高くする必要があるため、圧電／電歪膜５
に（Bi0.5Na0.5）TiO3及びこれを主成分とする材料、Ba
TiO3及びこれを主成分とする材料を用いて、900℃から1
400℃好ましくは1000℃から1300℃の温度が好適に採用
される。PZT系材料を用いた場合にも同様である。この
際、高温時に圧電／電歪膜５が不安定にならないよう
に、圧電／電歪材料の蒸発源とともに雰囲気制御を行い
ながら熱処理することが好ましい。 【００１１】さらに、このようにして形成された圧電／
電歪膜５の上に、上部電極６が、圧電／電歪膜５から補
助電極8にまで跨って連続的に形成されている。この上
部電極６の材質としては、圧電／電歪膜５との接合性の
高い導電性材料が用いられ、下部電極４及び補助電極８
と同様の膜形成法により形成される。さらに、上部電極
6は、膜形成後必要に応じて熱処理され、圧電／電歪膜
５及び補助電極８と接合され、一体構造とされる。この
ような熱処理がかならずしも必要でないことは下部電極
４と同様である。 【００１２】なお、下部電極４、圧電／電歪膜５、上部
電極６が熱処理により接合される場合には、それぞれを
形成の都度熱処理してもよいし、それぞれを順次膜形成
後、同時に熱処理してもよい。熱処理する際、良好な接
合性や構成元素の拡散による変質を抑制するために、熱
処理温度が適切に選ばれるのは言うまでもない。また、
図１では空洞部１０に貫通孔９を形成しているが、流体
に接触する空洞部１０以下の構造はどのような構造でも
良く限定しない。 【００１３】 【発明の効果】請求項１記載に係る圧電／電歪膜型振動
子にあっては、不完全結合部が薄肉ダイヤフラム上に存
在しない構造であるため、振動のばらつきや経時的変化
が無く、振動における電気的定数の検知により流体特性
や液体／気体を判別する素子、あるいは音圧や微小重
量、加速度等の測定素子として好適な振動子が得られる
こととなる。また、下部電極の薄肉ダイヤフラム上での
対称性が可及的に高くなるため、振動形態がばらつくこ
と無く安定した振動特性が得られる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ用圧電／電歪膜型振動子の実施
形態を示す説明図である。 【図２】従来のセンサ用圧電／電歪膜型振動子の実施形
態を示す説明図である。 【符号の説明】 １・・基板、２・・厚肉部、３・・ダイヤフラム部、４
・・下部電極、５・・圧電／電歪膜、６・・上部電極、
７・・不完全結合部、８・・補助電極、９・・貫通孔、
１０・・空洞部。
形態を示す説明図である。 【図２】従来のセンサ用圧電／電歪膜型振動子の実施形
態を示す説明図である。 【符号の説明】 １・・基板、２・・厚肉部、３・・ダイヤフラム部、４
・・下部電極、５・・圧電／電歪膜、６・・上部電極、
７・・不完全結合部、８・・補助電極、９・・貫通孔、
１０・・空洞部。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｄ
１０２
(56)参考文献 特開 平６−260694（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−267742（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−281561（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−202284（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 11/16
G01L 9/00
H01L 41/08
H01L 41/187
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 厚肉部を周縁部に持つ薄肉ダイヤフラム
部を有するセラミックスからなる基板に、下部電極及び
補助電極と、圧電／電歪膜と、上部電極を順次積層させ
たセンサ用圧電／電歪膜型素子であって、 下部電極を、前記基板の一方の端部から他方の端部の薄
肉ダイヤフラム部を超える所定の位置までの長さで形成
し、前記下部電極とは独立した位置であって上記厚肉部
に、前記補助電極を形成するとともに、前記下部電極と
前記補助電極に跨る形で圧電／電歪膜を形成したことを
特徴とする圧電／電歪膜型素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136198A JP3482939B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | 圧電／電歪膜型素子 |
| US09/850,424 US6448623B2 (en) | 2000-05-09 | 2001-05-07 | Piezoelectric/electrostrictive film type device |
| DE60120040T DE60120040T2 (de) | 2000-05-09 | 2001-05-08 | Piezoelektrisches/elektrostriktives schichtartiges Bauelement |
| EP01304137A EP1154497B1 (en) | 2000-05-09 | 2001-05-08 | Piezoelectric/electrostrictive film type device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136198A JP3482939B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | 圧電／電歪膜型素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001318041A JP2001318041A (ja) | 2001-11-16 |
| JP3482939B2 true JP3482939B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=18644178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000136198A Expired - Fee Related JP3482939B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | 圧電／電歪膜型素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6448623B2 (ja) |
| EP (1) | EP1154497B1 (ja) |
| JP (1) | JP3482939B2 (ja) |
| DE (1) | DE60120040T2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3728623B2 (ja) * | 2001-03-02 | 2005-12-21 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子 |
| JP2005246656A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Ricoh Co Ltd | 液滴吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置 |
| AU2005235068A1 (en) * | 2004-04-19 | 2005-11-03 | Seiko Epson Corporation | Liquid container with liquid sensor |
| ATE480405T1 (de) * | 2004-07-01 | 2010-09-15 | Seiko Epson Corp | Flüssigkeitssensor und diesen enthaltender flüssigkeitsbehälter |
| US7322667B2 (en) * | 2004-07-14 | 2008-01-29 | Seiko Epson Corporation | Liquid detecting method and liquid detecting system |
| DE102005059243A1 (de) * | 2004-12-13 | 2006-07-13 | Seiko Epson Corp. | Behälter mit Flüssigkeitsdetektionsfunktion |
| KR20080080258A (ko) * | 2005-05-31 | 2008-09-03 | 에모 라브스, 인크. | 기계-음향 변환기용 최적 압전체 설계 |
| JP5051996B2 (ja) * | 2005-10-25 | 2012-10-17 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜保持体、圧電／電歪膜型素子及びそれらの製造方法 |
| JP4800989B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2011-10-26 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪材料、圧電／電歪体、及び圧電／電歪素子 |
| JP4936909B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2012-05-23 | 日本碍子株式会社 | 流体特性測定装置の使用方法 |
| JP4492821B2 (ja) * | 2007-03-13 | 2010-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子 |
| US20100322455A1 (en) * | 2007-11-21 | 2010-12-23 | Emo Labs, Inc. | Wireless loudspeaker |
| US8189851B2 (en) | 2009-03-06 | 2012-05-29 | Emo Labs, Inc. | Optically clear diaphragm for an acoustic transducer and method for making same |
| US9226078B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-12-29 | Emo Labs, Inc. | Acoustic transducers |
| USD741835S1 (en) | 2013-12-27 | 2015-10-27 | Emo Labs, Inc. | Speaker |
| USD733678S1 (en) | 2013-12-27 | 2015-07-07 | Emo Labs, Inc. | Audio speaker |
| USD748072S1 (en) | 2014-03-14 | 2016-01-26 | Emo Labs, Inc. | Sound bar audio speaker |
| EP3396341A1 (en) * | 2017-04-24 | 2018-10-31 | Nokia Technologies Oy | Strain sensor comprising a viscous piezoresistive element |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189307A (ja) * | 1984-03-09 | 1985-09-26 | Toshiba Corp | 圧電薄膜共振器およびその製造方法 |
| JPS60217711A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-10-31 | Nec Corp | 薄膜圧電振動子の製造方法 |
| JP2665106B2 (ja) | 1992-03-17 | 1997-10-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子 |
| US5466932A (en) * | 1993-09-22 | 1995-11-14 | Westinghouse Electric Corp. | Micro-miniature piezoelectric diaphragm pump for the low pressure pumping of gases |
| 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 |
| JP3366146B2 (ja) * | 1995-03-06 | 2003-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | インク噴射ヘッド |
| JP3296158B2 (ja) * | 1995-09-01 | 2002-06-24 | 株式会社村田製作所 | 圧電薄膜振動子 |
| JP3344888B2 (ja) * | 1995-12-28 | 2002-11-18 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法 |
| US5925972A (en) * | 1996-09-27 | 1999-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Multiple element particle sensor and signal processing electronics |
| DE19726355A1 (de) * | 1997-06-21 | 1999-04-15 | Univ Ilmenau Tech | Mikromechanische Resonanzstruktur |
-
2000
- 2000-05-09 JP JP2000136198A patent/JP3482939B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-05-07 US US09/850,424 patent/US6448623B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-05-08 EP EP01304137A patent/EP1154497B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-05-08 DE DE60120040T patent/DE60120040T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010052627A1 (en) | 2001-12-20 |
| DE60120040D1 (de) | 2006-07-06 |
| EP1154497A2 (en) | 2001-11-14 |
| EP1154497A3 (en) | 2004-06-23 |
| EP1154497B1 (en) | 2006-05-31 |
| JP2001318041A (ja) | 2001-11-16 |
| DE60120040T2 (de) | 2006-12-14 |
| US6448623B2 (en) | 2002-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3482939B2 (ja) | 圧電／電歪膜型素子 | |
| US7126255B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive film-type device | |
| JP3465675B2 (ja) | 圧電／電歪膜型素子 | |
| US7183694B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
| US7427820B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive film element | |
| US7755253B2 (en) | Piezoelectric element and shape of an elecrode thereof | |
| JP3388176B2 (ja) | 圧電センサ装置とそれを用いた電気的定数変化の検出方法 | |
| US6541895B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive film element | |
| JP5009507B2 (ja) | 圧電／電歪膜型素子 | |
| JP4936909B2 (ja) | 流体特性測定装置の使用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071017 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081017 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081017 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091017 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101017 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101017 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111017 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121017 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121017 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131017 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |