CN100555697C - 压电/电致伸缩元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是具有对压电/电致伸缩膜进行加热处理，其后进行放置，并在压电/电致伸缩膜的加热处理后的电常数的值收敛之后，对压电/电致伸缩膜进行极化处理的工序的压电/电致伸缩元件的制造方法。用这种方法制造出的压电/电致伸缩元件，残留在压电/电致伸缩膜中的应力小，不会损坏作为压电/电致伸缩元件(压电/电致伸缩膜)的规定能力、例如位移量、位移发生力、功率利用系数(消耗电力)。

Description

压电/电致伸缩元件的制造方法

技术领域

本发明涉及压电/电致伸缩元件的制造方法。

背景技术

被称为“隔膜元件”的压电/电致伸缩装置一直以来被用作驱动器和各种传感器。作为传感器的压电/电致伸缩装置例如如专利文献1(日本特开平8-201265号公报)所公开的那样，用于流体的密度、浓度、粘度等的特性测定。这种压电/电致伸缩装置利用在其所具有的振子的振幅和与振子接触的流体的粘性阻力之间具有相关的关系而被用作传感器。在振子的振动这样的机械系中的振动方式可转换为在电学系统的等效电路，在流体中使压电/电致伸缩装置振动，该振子基流体的粘性阻力受到机械阻力，从而检测构成振子的压电体的等效电路的电常数发生变化的情况，进而可测定流体的粘度、密度、浓度等的特性。

压电/电致伸缩装置作为传感器而可测定的流体是液体和气体。不仅是水、酒精、油等的由单一成分构成的液体，还包括在这些液体中溶解或者混合或者悬浮可溶或者不溶的介质的液体、料浆、膏。或者，作为所要检测的电常数可例举损失常数、相位、电阻、电抗、电导、电纳、电感、静电容量(电容)等，尤其优选使用在等效电路的共振频率附近具有一个极大或极小变化电的损失系数或者相位。由此，不仅可测定流体粘度还可测定密度和浓度，例如，可测定硫酸水溶液中的硫酸浓度。再有，作为检测振动方式的变化的指标，电常数以外，从测定精度、耐久性的观点出发如果没有特别问题，还可利用共振频率的变化。

压电/电致伸缩装置中的在发生位移(发生振动)部分的压电/电致伸缩元件使用压电/电致伸缩材料，该压电/电致伸缩材料通常在常温下处于强电介质体相，在高温下则变为普通电介质体相或者反强电介质体相。例如，以Pb(Zr_0.54Ti_0.46)O₃(锆酸钛酸铅)为主要成分的压电/电致伸缩材料在从常温至320℃附近为强电介质体相，在320℃附近以上为普通电介质体相。另外，例如，以(Bi_0.5Na_0.5)O₃(钛酸钠铋)为主要成分的压电/电致伸缩材料在从常温至200℃附近为强电介质体相，在从200℃附近至320℃附近为反强电介质体相，在320℃附近以上则为普通电介质体相。

使用这种压电/电致伸缩材料用作压电/电致伸缩元件的情况，一般地，在将压电/电致伸缩材料和电极材料成形为期望形状之后，通过加热处理一体化，其后，通过以比常温附近的强电介质体相为主相的相变温度低的温度实施极化处理，从而得到所期望的压电/电致伸缩特性。这时，在极化处理的前后，改变压电/电致伸缩元件的电常数例如静电容量的数值。这是因为通过极化处理，使压电/电致伸缩材料的晶轴的方位一致，一般地，在极化处理前后的压电/电致伸缩元件的电常数的变化率，每个压电/电致伸缩材料为大致固定的值。还有，实施了极化处理后的压电/电致伸缩元件通过加热为相变温度以上的再生处理，可复原到实施极化处理前的状态。再生处理后的压电/电致伸缩元件的电常数返回到极化处理的值，若再次进行极化处理，则成为与最初的极化处理后大致相同的电常数。这样，通过极化处理及再生处理，可使压电/电致伸缩元件的电常数可逆地变化。

作为如上所述的传感器而使用的压电/电致伸缩装置所具备的压电/电致伸缩元件，期望特性不会波动，与此相对，在现有的压电/电致伸缩元件中，存在初期特性因个体差异波动的情况。针对该问题，专利文献2(日本特开2004-23688号公报)提出了在成品阶段具有在热老化之后在常温下放置的工具的压电零件的制造方法，但为了使压电/电致伸缩元件的特性稳定，极化处理很重要，但由于极化会因热老化而变得不稳定，所以公开的方法未必会得到特定稳定后的压电/电致伸缩元件。

本发明是鉴于上述事情，目的在于提供得到初期特性稳定后的压电/电致伸缩元件的方案。

本发明者反复研究的结果，发现了表示如下举动的情况，即在进行将压电/电致伸缩元件加热到相变温度以上的处理时，加热处理后即便使压电/电致伸缩元件返回到常温，但不直接返回到强电介质体相，而经过数分钟～数小时渐渐返回到强电介质体相。即、返回到常温后，在压电/电致伸缩元件的内部，微观上处于强电介质体相和普通电介质体相混合的状态，它们的比率与加热后处理后的经过时间一同渐渐变化，最终达到以强电介质体相为主相的微观结构。在该举动的组织不明确，并认为是因为伴随着加热，压电/电致伸缩元件内部所产生的应力与时间经过一同渐渐释放。

这种伴随着加热处理后的经过时间的相结构的变化表现在压电/电致伸缩元件的电常数例如静电容量的值。压电/电致伸缩元件的电常数在加热处理后急剧变化，其后，渐渐的变化变小，并接近固定值。所以根据电常数的变化，可把握相变的结束状态。

再有，如上所述，本发明者发现在对压电/电致伸缩元件进行加热处理后在向强电介质体相的相变不充分的状态下实施极化处理时，则不会得到充分的压电/电致伸缩特定，特性会发生波动。即、在加热处理后的相变不充分的状态下，对压电/电致伸缩元件实施了极化处理时，压电/电致伸缩元件的电常数在极化处理前后的变化与在充分进行了相变后的状态下实施了极化处理的情况不同。尤其是有的压电/电致伸缩材料，当在相变是不充分状态下实施极化处理，则存在极化处理前后的电常数的大小关系与在相变是充分的状态下进行了极化处理的情况相反的情况。这种情况，极化处理后的压电/电致伸缩特定非常低，因实施极化处理的定时，导致特性有较大波动。

在压电/电致伸缩元件的制造工序中，除了将压电/电致伸缩材料和极化材料一体化的工序之外，还有在除去不需要的有机物下工序和除去水分的工序等中实施加热处理的情况，从这些加热除了工序至极化处理工序期间的经过时间对极化处理后的压电/电致伸缩特性造成影响。

在上述见解的基础上，作为可将压电/电致伸缩元件的特性稳定化的方案，完成了如下所示的本发明。

即、首先提供一种压电/电致伸缩元件的制造方法，是一种制造依次层叠下部电极、压电/电致伸缩膜、及上部电极的压电/电致伸缩元件的方法，其中，具有对压电/电致伸缩膜进行加热处理，其后进行放置，并在压电/电致伸缩膜的加热处理后的电常数的值收敛之后，对压电/电致伸缩膜进行极化处理的工序。这里，收敛是指电常数(例如静电容量)的值在极化处理前后的大小关系与在加热处理后放置了充足的时间后实施了极化处理的情况的大小关系一致。1换言之，极化处理的前和后的电常数(例如静电容量)的值的大小关系与加热处理后放置了充足的时间后实施了极化处理的情况的电常数(例如静电容量)的值的大小关系在放置初期不一致，但其随着时间的经过而一致，其一致的时候判断为收敛。

一般地，由压电/电致伸缩材料构成的压电/电致伸缩膜若以相变点以上的温度进行加热处理，则压电/电致伸缩膜发生相变，结晶结构发生变化。其后，认为若放置到温度下降，则内部应力释放，压电/电致伸缩的相向规定的相转移。若向这样的规定的相转移前进行了极化处理，则导致在压电/电致伸缩膜内发生较大的内部应力，无法得到压电/电致伸缩膜所具有的规定的特性(例如压电常数)，所以这是初期波动的原因。其结果，推断为具有这种压电/电致伸缩膜的压电/电致伸缩元件和压电/电致伸缩装置的特性存在波动。这里，规定的相是指强电介质体相和普通电介质体相或反强电介质体相在微观上以适于该压电/电致伸缩膜的规定比例混合的状态。在涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制造方法中，认为压电/电致伸缩膜的加热处理后的电常数的值以收敛的状态结束压电/电致伸缩膜的加热处理后的相的转移，其后，对压电/电致伸缩膜进行极化处理，所以要实施极化处理的压电/电致伸缩膜处于规定相的状态，即使进行极化处理特性不会波动，可作为固定范围的数值能够可靠确保。因此，在压电/电致伸缩元件及压电/电致伸缩装置中，很难发生初期的特性波动。压电/电致伸缩装置的特性是指例如在传感器是指在相同条件下振动时所发生载荷，在驱动器是指位移量、位移发生量、电力效率(消耗电力)。

在涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制造方法中，优选放置时的温度为上述压电/电致伸缩膜的相变点温度或以下。根据该优选方式，可促进压电/电致伸缩膜相规定相的转移，可缩短自加热处理后的极化处理间的等待时间。

在涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制造方法中，优选对压电/电致伸缩膜至少附加一次脉冲状电压并进行极化处理。根据该优选方式，可更将压电/电致伸缩装置的特性稳定化。

在涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制造方法中，优选电常数为静电电容或者损失系数。再有，作为电常数可适合使用压电/电致伸缩膜的电阻、电抗、电导、电纳、电感等。

再有，制造压电/电致伸缩元件的情况，为了提高生产率，采用一次制作连着多个的元件，在分成各个的方法，但这种情况，在分成各个之间的压电/电致伸缩元件内部存在内部应力，若在该状态中进行极化时，则损失压电/电致伸缩膜的规定能力例如位移量、位移发生力。为此，优选使用切块机等分成各个，使内部应力释放后，进行极化。

其次，提供制造压电/电致伸缩装置的制造方法，该压电/电致伸缩装置在由在周边部具有厚壁部并具有薄壁隔膜部的陶瓷构成的基板上具备至少依次层叠下部电极、压电/电致伸缩膜和上部电极而构成的压电/电致伸缩元件，其中，具有如下工序，即、在得到由陶瓷构成的基板之后，在由该陶瓷构成的基板上利用上述涉及本发明的任一压电/电致伸缩元件的制造方法形成压电/电致伸缩元件。

其次，提供一种压电/电致伸缩元件，依次层叠下部电极、压电/电致伸缩膜和上部电极，是利用上述涉及本发明的任一压电/电致伸缩元件的制造方法而制造的压电/电致伸缩元件。即、涉及本发明的压电/电致伸缩元件用两个要件限定。第一个是作为物对压电/电致伸缩膜进行极化处理(极化)。第二个是极化处理在对压电/电致伸缩膜进行加热处理，其后进行放置，在压电/电致伸缩膜的加热处理后的电常数收敛之后再对压电/电致伸缩元件进行极化处理(如此地制造)。根据第二个要件被极化处理的压电/电致伸缩元件，作为结果，该压电/电致伸缩膜的静电容量和进行极化处理前或再生处理后的压电/电致伸缩元件的静电容量的大小关系与再生处理后充分放置后进行了极化时的极化处理前后的静电容量的大小关系相同。

其次，提供压电/电致伸缩装置，其中，在由在周边部具有厚壁部并具有薄壁隔膜部的陶瓷构成的基板上具备上述涉及本发明的压电/电致伸缩元件。

发明内容

附图说明

图1是表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的实施方式的俯视图。

图2是表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的实施方式的图，是表示图1中的AA剖面的剖视图。

图3是表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的实施方式的图，是表示图1中的BB剖面的剖视图。

图4是表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的其它实施方式的说明图，是表示与图2相当的剖视图。

图5是表示涉及本发明的压电/电致伸缩元件的实施方式的立体图。

图6是表示涉及本发明的压电/电致伸缩元件的实施方式的剖视图。

图7是表示涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制造方法的实施方式的图表，是作为电常数采用了静电容量的情况中表示对压电/电致伸缩膜进行了加热处理后的放置时间(横轴)和压电/电致伸缩膜的静电容量(相对值、纵轴)的关系的图。

图8是表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的制造方法的实施方式的图表，是作为电常数采用了静电容量的情况中表示对压电/电致伸缩膜进行了加热处理后的放置时间(横轴)和压电/电致伸缩膜的静电容量(相对值、纵轴)的关系的图。

图中：

1-陶瓷基板；2-厚壁部；3-薄壁隔膜部；4-下部电极；5-压电/电致伸缩膜；6-上部电极；7A、7B-不完全结合部、7C-结合层；8-辅助电极；9-贯通孔；10-空腔部；11-伸出部；15-压电/电致伸缩体；20一连接电极。

具体实施方式

图1、图2及图3表示涉及本发明的压电/电致伸缩装置的实施方式的传感器用压电/电致伸缩装置。该压电/电致伸缩装置(隔膜元件)是在由薄壁隔膜部3和厚壁部2构成的陶瓷基板1(相当于由陶瓷构成的基板)上利用通常的膜形方法依次层叠下部电极4、压电/电致伸缩膜5及上部电极(相当于压电/电致伸缩元件的部分)而形成为一体结构。下部电极4的辅助电极8侧的一端以不超过薄壁隔膜部3的位置的长度而形成。在与下部电极4同一面上的与其独立的位置上以进入压电/电致伸缩膜5的下侧的方式并以从与下部电极4的相反侧的厚壁部2至薄壁隔膜部3的规定长度连续形成辅助电极8。

压电/电致伸缩膜5以跨过下部电极4和辅助电极8的方式形成，上部电极6跨过压电/电致伸缩膜5和辅助电极8，并形成为与辅助电极8导通，不完全结合部7B只接近薄壁隔膜部3。再有，伸出部11未必是必须的，在需要使作为元件特性的电常数的波动和经时变化小的情况，还存在下部电极4和压电/电致伸缩膜5为大致相同的尺寸的情况。再有，使下部电极4及辅助电极8比压电/电致伸缩膜5更大，没有不完全结合部7A的结构可允许位置偏移，在更需要耐久性的用途等中，可适当使用。

另外，设有将上部电极6和辅助电极8电连接的连接电极20。由此，上部电极6和辅助电极8以互为独立的多个路径(图1、图2及图3所示的方式中为两个路径)电连接。再有，连接电极20的上部电极6侧的一端虽然可连接在上部电极6的任一位置，但如图1、图2及图3所示，优选连接在远离辅助电极8的位置(即、较为远离两个路径的位置)。这是因为在起因于压电/电致伸缩膜5的绝缘性的低下，发生上部电极6的一部分的破坏的情况中，维持上述两个路径中的至少一个路径的连接的可能性变高。

作为陶瓷基板1的材质，优选具有耐热性、化学稳定性、绝缘性的材质。这是因为如后所述，将相当于压电/电致伸缩元件的部分即、下部电极4、压电/电致伸缩膜5、及上部电极6一体化之际，存在热处理的情况及作为传感器的压电/电致伸缩装置对液体特性进行传感的情况及该液体具有导电性和腐蚀性的情况。从该观点出发可使用的陶瓷可例举稳定化后的氧化锆、氧化铝、氧化镁、富铝红柱石、氮化铝、氮化硅及玻璃等。这其中稳定化后的氧化锆在较薄地形成薄壁隔膜部的情况基于可确保较高的机械强度、韧性优良的原因，可优选使用。

陶瓷基板1的薄壁隔膜部3的厚度为了不妨碍压电/电致伸缩膜5的振动一般地为50μm，期望为30μm或以下，优选为15μm或以下。再有，薄壁隔膜部3的平面形状虽然可采用长方形、正方形、三角形、椭圆形、圆形等的任一形状，但作为必须使被激励的共振模式单纯化的传感器，应用压电/电致伸缩装置的情况，根据需要可选择长方形和圆形。

在这种陶瓷基板1的表面上形成下部电极4及辅助电极8。该下部电极4从陶瓷基板1的一个端部并以薄壁隔膜部3上的应形成有压电/电致伸缩膜5的尺寸相等或者更小的规定尺寸而形成。另一方面，辅助电极8从与陶瓷基板1的下部电极的相反侧的端部至薄壁隔膜部3的规定位置连续形成。下部电极4及辅助电极8的厚壁部2的上部端部用作引线用端子。

下部电极4及辅助电极8可以是不同材质也可以是相同材质，使用于陶瓷基板1和压电/电致伸缩膜5的哪一个接合性均好的导电性材料。具体地，适合使用以铂、钯、铑、银或它们的合金为主要成分的电极材料，尤其在形成压电/电致伸缩膜5之际进行烧结的热处理的情况，适合使用以铂及以它为主要成分的合金。

下部电极4和辅助电极8的形成使用公知的各种膜形成方法。具体的，虽然可使用离子束、喷溅、真空蒸镀、CVD、离子镀、电镀等的薄膜形成方法、网板印刷、浸渍等的后膜形成方法，但在其中，溅射法及网板印刷法适合选择。

在下部电极4和辅助电极8之间设有用于结合压电/电致伸缩膜5和薄壁隔膜部3的结合层的情况，在形成压电/电致伸缩膜5的之前，如图4所示，在不完全结合部7B的位置上形成有结合层7C。作为由绝缘体构成的结合层7C，只要提高与压电/电致伸缩膜5和陶瓷基板1的双方粘合性、结合性，可以是有机材料、无机材料的任一材料。再有，作为结合层7C使用的材料的热膨胀系数具有陶瓷基板1的材料的热膨胀系数及压电/电致伸缩膜5所使用的材料的热膨胀系数的中间值，由于得到可靠性高的结合性所以更为优选。用于烧结压电/电致伸缩膜5而进行热处理的情况，作为构成结合层7C的材料，由于玻璃材料与压电/电致伸缩膜5和陶瓷基板1的双方的粘合性、结合性高，所以适合使用，其中，具有压电/电致伸缩膜5的热处理温度以上的软化点的玻璃材料可使压电/电致伸缩膜5和陶瓷基板1更为牢固地结合，或由于软化点较高所以可抑制因热处理的变形，所以更为适合使用。

再有，压电/电致伸缩膜5用后述的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(钛酸钠铋)或以其为主要成分的材料或者(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料构成的情况，用以(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0.08≤x≤0.5)为主要成分的材料构成的结合层7C与压电/电致伸缩膜5和陶瓷基板1的双方的粘合性高，可抑制热处理之际对压电/电致伸缩膜5及陶瓷基板1的不良影响，因此更适合使用。即、通过使结合层7C为(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0.08≤x≤0.5)，进而具有与压电/电致伸缩膜5相同的成分，所以与压电/电致伸缩膜5的粘合性高，再有，使用了玻璃的情况容易发生的异种元素的扩散的问题变少，含有较多的KNbO₃，所以可构成与陶瓷基板1的反应性高且牢固的结合。再有，由于(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0.08≤x≤0.5)几乎不显示压电特性，所以使用时对在下部电极4和辅助电极8所产生的电场不发生振动和位移及应力，所以可得到稳定了的元件特性。

形成这些结合层7C使用通常的厚膜方法，尤其是压印法、网板印刷法或者应形成部分的尺寸为数十μm～数100μm程度的场合喷墨法适合使用。再有，必须进行结合层7C的热处理的情况，可以在其次的压电/电致伸缩膜5形成之前进行热处理，也可以在形成压电/电致伸缩膜5的形成后进行热处理。

压电/电致伸缩膜5跨过下部电极4、辅助电极8及结合层7C，再以覆盖下部电极4的尺寸形成。作为压电/电致伸缩膜5的材料，只要是表示压电/电致伸缩效果的材料什么材料都行，作为这种材料，可例举锆酸铅、钛酸铅、钛酸镐酸铅(PZT)等的铅系陶瓷压电/电致伸缩材料或钛酸钡及以其为主要成分的钛酸钡系陶瓷强电介质体或聚氟化亚乙烯基(PVDF)所代表的高分子压电体、或者(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(钛酸钠铋)所代表的Bi系陶瓷压电体、Bi层状陶瓷体。当然还可以使用改善了压电/电致伸缩特性的这些混合物和固溶体及在其中添加了添加物的材料。PZT系压电体的压电特定镐，作为可检测高灵敏度的传感器材料而适合使用。在本发明中，尤其以从钛酸铅、锆酸铅、镁铌酸铅、镍铌酸铅中选择的至少一种以上为主要成分的材料构成，但由于容易得到与构成陶瓷基板1的材料的反应性低，很难发生热处理中的成分的偏析、良好地进行用于保持组成的处理并作为目的的组成、结晶结构，因而更适合使用。

再有，下部电极4及辅助电极8使用铂或以铂为主要成分的合金的情况，与其的结合性更好，减少元件的特性波动，得到较高的可靠性，所以(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃或以其为主要成分的材料。在其中，尤其是(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料具有较高的压电特性，所以更为适合使用。该材料的相变温度依存于材料组成，在从常温至100～200℃附近为强电介质体相，从100～200℃附近至250～320℃附近为反强电介质体相，在250～320℃附近以上则为普通电介质体相。

这种压电/电致伸缩材料作为压电/电致伸缩膜5，与下部电极4和辅助电极8同样，由公知的各种膜形成方法形成。其中，从低成分的观点出发，网板印刷适合使用。

由此形成的压电/电致伸缩膜5根据需要进行热处理，将下部电极4、辅助电极8及结合层7C一体形成。为了抑制压电/电致伸缩装置的特性波动提高可靠性而需要使压电/电致伸缩膜4、下部电极5、辅助电极8及结合层7C的接合性更为牢固的情况，使用(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃或以其为主要成分的材料，尤其是使用(1-x)(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xKNbO₃(x为摩尔分数、0≤x≤0.06)或以其为主要成分的材料，在从900℃～1400℃尤其是优选以从1000℃至1300℃的温度进行热处理。使用PZT系材料的情况也相同。这时，为了使压电/电致伸缩膜5在高温时不会不稳定，而期望与压电/电致伸缩材料的蒸发源一同进行环境控制的同时进行热处理。

再有，在如此形成的压电/电致伸缩膜5上从压电/电致伸缩膜5跨过辅助电极8连续形成上部电极6。作为该上部电极6的材质，使用与压电/电致伸缩膜5的接合性高的导电性材料，由与下部电极4和辅助电极8同样的膜形成方法形成。再有，上部电极6对应膜形成后的需要进行热处理，与压电/电致伸缩膜5及辅助电极8接合，从而构成一体结构。这种热处理未必是必须的，与下部电极4相同。

再有，下部电极4、接合层、压电/电致伸缩膜5、上部电极6通过热处理而接合的情况，可以将各自通过形成程度而进行热处理也可以将各自在依次膜形成后同时进行热处理。在进行热处理时，为了抑制因良好的接合性和构成元件的扩散引起的变质，当然可以选择适当的热处理温度。再有，在图1、图2及图3所示的方式中，在孔腔部10形成贯通孔9，但压电/电致伸缩装置中的与流体接触的部分的结构可以是没有盖部的简单内腔结构任何结构都可，不做限定。再有，压电/电致伸缩膜5的辅助电极8侧的端部做成不超过薄壁隔膜部3的长度，也可以为压电/电致伸缩膜5不跨过厚壁部2的结构。

对该压电/电致伸缩装置(具体地、压电/电致伸缩膜5)附加多次脉冲状电压进行极化处理，从而可在短时间内提高极化率。这种情况，脉冲状电压的大小以根据附加次数的进行而变大的方式附加脉冲状电压，则可在更短时间内提高极化率。这基于缓和介于压电/电致伸缩膜5的内部的应力的同时进行极化处理而推定。

再有，在上述极化处理后再或是不进行上述极化处理而对压电/电致伸缩装置的(压电/电致伸缩元件的)压电/电致伸缩膜5进行加热处理，其后在常温下进行放置，在压电/电致伸缩膜5的加热处理后的电常数(例如，静电容量(电容)、损失系数)的值收敛之后(收敛后的时刻即最终为收敛值的时刻)，通过进行压电/电致伸缩膜5的极化处理，从而能够可靠地确保压电/电致伸缩膜5的规定能力。这是因为在压电/电致伸缩膜5的加热处理后的相转移结束后，对压电/电致伸缩膜5进行极化处理，所以在压电/电致伸缩膜5的内部不会残留无用应力，因此不会有因该应力而使压电/电致伸缩材料特性降低的情况。即、在加热、常温下的放置后，如果以由压电/电致伸缩膜5的电常数的值决定的定时进行极化处理，则以不是这样的情况相比，可发现更大的位移量及位移发生力，同时作为传感器使用时可得到相对歪斜的高输出的压电/电致伸缩装置(压电/电致伸缩元件)。

放置后的上述极化处理在加热处理前已经进行了极化处理的情况中，可以附加一次脉冲状电压进行即可，以该处理可使压电/电致伸缩装置的特性稳定化。

作为压电/电致伸缩膜5使用以(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃为主要成分的材料，作为陶瓷基板1使用稳定化后的氧化锆，对根据上述方法制作的图1、图2及图3所示方式的压电/电致伸缩装置反复进行一边改变放置时间一边以350℃实施加热再生处理，并在固定时间内在常温下(25℃)放置之后实施极化处理，每隔放置时间用LCR测量器测量极化处理前后的静电容量，从而得到相对于放置时间的极化处理前后的静电容量数值的数据。图8表示结果。图8表示作为电常数采用了静电容量的情况的对压电/电致伸缩膜5进行加热处理后的放置时间(横轴)和静电容量(相对值、纵轴)的关系。在图8中，“×”符号表示极化处理前的静电容量，“○”符号表示极化处理后的静电容量，用箭头表示极化处理前后的变化方向。

可知：在放置时间为0hr中，进行了极化处理后的压电/电致伸缩膜5的静电容量比进行极化处理前的压电/电致伸缩膜5的静电容量相对要大些，与此相对，以放置时间2hr为界，在放置时间3hr以后，进行了极化处理后的压电/电致伸缩膜5的静电容量比进行极化处理前的压电/电致伸缩膜5的静电容量相对要小些。可知：静电容量的值相对时间而变化，通过放置规定时间，从而通过数值收敛而可推定压电/电致伸缩膜5的内部应力变小，在该压电/电致伸缩膜5中，放置3hr以上之后进行极化处理，则可得到可靠确保压电/电致伸缩膜5的规定能力的优良的压电/电致伸缩装置。

再有，由于用上述材料形成的压电/电致伸缩膜的热膨胀比为13.5×10^-6/℃，陶瓷基板1的热膨胀比为9.2×10^-6/℃，所以因增加热之际的热膨胀差而在压电/电致伸缩膜5中发生热应力。因该热引起的应力通过放置而释放，所以可推定能够容易确保规定能力。

图7表示不是在组装到压电/电致伸缩装置中而使压电/电致伸缩元件单体中，对压电/电致伸缩膜进行了加热处理后的放置时间(横轴)和静电容量(相对值、纵轴)的关系的图表。所使用的压电/电致伸缩元件如图5及图6所示，由于是单体，所以加厚压电/电致伸缩膜，做成长方体状的压电/电致伸缩膜(称之为“压电/电致伸缩体15”)，用正负的电极(上部电极6及下部电极7)夹持该压电/电致伸缩体15。再有，在图5中，省略上部电极6的厚度，不表示。

图5及图6所示的压电/电致伸缩元件以如下的方式制作。首先，在压电/电致伸缩的以(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(钛酸钠铋)为主要成分的粉末中混合粘合剂，在造粒之后使用压力机成形为长方体并进行烧成。并且，使用钢丝锯将烧成后的长方体切成规定尺寸，得到压电/电致伸缩体15。其次，在该压电/电致伸缩体15上使用电极材料(Au)并使用喷溅法形成上部电极6及下部电极4。

对如此制作的图5及图6所示方式的压电/电致伸缩元件(单体)反复进行一边改变放置时间一边以350℃实施加热再生处理，并在固定时间内在常温下(25℃)放置之后实施极化处理，每隔放置时间用LCR测量器测量极化处理前后的静电容量，从而得到相对于放置时间的极化处理前后的静电容量数值的数据。图7表示该结果。在图7中，“×”符号表示极化处理前的静电容量，“○”符号表示极化处理后的静电容量，用箭头表示极化处理前后的变化方向。

可知：在放置时间为0hr中，进行了极化处理后的压电/电致伸缩体15的静电容量比进行极化处理前的压电/电致伸缩体15的静电容量相对要大些，与此相对，以放置时间0.1hr为界，在放置时间0.2hr以后，进行了极化处理后的压电/电致伸缩体15的静电容量比进行极化处理前的压电/电致伸缩体15的静电容量相对要小些。可知：静电容量的值相对时间而变化，通过放置规定时间，从而通过数值收敛而可推定压电/电致伸缩体15的内部应力变小，在该压电/电致伸缩体15中，放置0.2hr以上之后进行极化处理，则可得到可靠确保压电/电致伸缩体15的规定能力的优良的压电/电致伸缩元件。

再有，在涉及本发明的压电/电致伸缩元件的制作方法中，不限于成形方法、切断方法、电极形成方法、烧成方法，可以对应需要变更这些工序顺序。例如，作为成形方法可适合使用刮刀法等的带成形法或挤压成形法等，作为电极形成方法可适合使用网板印刷法或捣固法等，作为切断方法可适合使用刀切法和切片器等。再有，例如还可以在烧成前进行切断工序和电极形成工序。

产业上的可利用性

涉及本发明的压电/电致伸缩的制造方法，可用作制造作为利用弯曲位移的驱动器或用于测定声压或流体粘性的传感器等的压电/电致伸缩装置的方案。

Claims (5)

1.一种压电/电致伸缩元件的制造方法，制造将下部电极、压电/电致伸缩膜及上部电极依次层叠的压电/电致伸缩元件，其特征在于，

具有对上述压电/电致伸缩膜进行加热处理，其后进行放置，并在上述压电/电致伸缩膜的上述加热处理后的电常数的值收敛之后，对上述压电/电致伸缩膜进行极化处理的工序。

2.根据权利要求1所述的压电/电致伸缩元件的制造方法，其特征在于，上述放置时的温度为上述压电/电致伸缩膜的相变点温度或以下。

3.根据权利要求1所述的压电/电致伸缩元件的制造方法，其特征在于，对上述压电/电致伸缩膜至少附加一次脉冲状电压以进行上述极化处理。

4.根据权利要求1所述的压电/电致伸缩元件的制造方法，其特征在于，上述电常数为静电电容或者损失系数。

5.一种制造压电/电致伸缩装置的制造方法，该压电/电致伸缩装置在周边部具有厚壁部并具有薄壁隔膜部的由陶瓷构成的基板上具备至少将下部电极、压电/电致伸缩膜和上部电极依次层叠而构成的压电/电致伸缩元件，其特征在于，

具有如下工序，即、在得到由上述陶瓷构成的基板之后，在由该陶瓷构成的基板上利用根据权利要求1所述的压电/电致伸缩元件的制造方法来形成压电/电致伸缩元件。

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