JP3432974B2 - 圧電／電歪膜型素子 - Google Patents
圧電／電歪膜型素子Info
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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、更に詳しくは、センサー、フィルター等に
好適に用いることができる圧電／電歪膜型素子に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】 近年になり、基体内部に形成した空洞
部の圧力変化等を検知する機構の一つとして、空洞部の
外表面に圧電／電歪作動部を設け、空洞部内の圧力変化
による空洞部の体積変化を圧電／電歪作動部が機械・電
気変換器として作用し検知する圧電／電歪膜型素子が知
られている。このような圧電／電歪膜型素子は、例えば
センサー、フィルターなどとして利用されており、開口
部から導入された被検査雰囲気の圧力変化が空洞部の体
積を拡大、縮小し、このときの空洞部の壁の歪が圧電／
電歪作動部に機械的変化を与え、これが圧電／電歪作動
部により電気信号に変換されるようになっている 【０００３】 図５は、従来公知の圧電／電歪膜型素子
をセンサーとして用いた一例を示すもので、開口部２６
によって導入された被検査雰囲気の圧力変化が空洞部３
０の体積を拡大、縮小し、このときの空洞部の壁の歪が
圧電／電歪作動部２２に機械的変化を与え、これが圧電
／電歪作動部２２により電気信号に変換されるようにな
っている。 【０００４】 圧電／電歪膜型素子２０は、セラミック
ス基体２１と、該セラミックス基体２１に一体的に形成
された圧電／電歪作動部２２とから構成される。セラミ
ックス基体２１は、それぞれ薄肉平板状の閉塞プレート
２３とベースプレート２４が、スペーサープレート２５
を挟んで重ね合され、一体的に構成されている。 【０００５】 スペーサープレート２５には、窓部２８
が形成されており、これらの窓部２８に対して、ベース
プレート２４に設けられた開口部２６が開口されるよう
に、スペーサープレート２５とベースプレート２４が重
ね合わされている。また、スペーサープレート２５のベ
ースプレート２４が重ね合わされた側とは反対側の面に
は、閉塞プレート２３が重ね合わされており、この閉塞
プレート２３により窓部２８の開口が覆蓋されている。
このようにして、セラミックス基体２１の内部には、空
洞部３０が形成されている。 【０００６】 そして、セラミックス基体２１には、閉
塞プレート２３の外面上において、空洞部３０に対応す
る部位にそれぞれ圧電／電歪作動部２２が設けられてい
る。ここで、圧電／電歪作動部２２は、下部電極３１、
圧電／電歪層３２および上部電極３３から成っている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】 従来公知の圧電／電
歪膜型素子は上記のように構成されており、圧電／電歪
層３２と空洞部３０を平面的に見ると、図６の如くとな
り、機械・電気変換効率を重視するため、圧電／電歪層
３２が空洞部３０の全面を覆うように、且つ製作精度も
考慮に入れてやや圧電／電歪層３２を大きめに製作して
いる。しかしながら、このように、圧電／電歪作動部２
２が空洞部３０の平面形状全体を覆うように形成した場
合、圧電／電歪作動部２２の変位に基づく振動モードが
空洞部３０の角部の拘束のため、空洞部中央部と端部に
おいて均一にならないと考えられ、センサー、フィルタ
ー、音波発振器等設計時の特性シミュレーションと実際
の製品との間に誤差が生じていた。 【０００８】 また、空洞部３０の平面形状全体を覆う
ように圧電／電歪作動部２２を設ける場合、閉塞プレー
ト２３の外面上に、電極膜（上下電極）３１、３３およ
び圧電／電歪層３２を、公知の膜形成法、例えば、スク
リーン印刷法、スプレー法等の手段により形成した後、
熱処理される。この熱処理に際して、各膜が焼成収縮す
るが、空洞部３０の両端部における拘束のため、中央部
に比して両端部が収縮し難く（即ち、焼きしまらず）、
焼成度合が全体として均一にならず、しかも両端部に大
きな応力が残存するという問題がある。このような圧電
／電歪作動部２２の焼成度合の不均一は、圧電／電歪作
動部２２の振動モードにも悪影響を与える。 【０００９】 【課題を解決するための手段】 従って、本発明の目的
とするところは、圧電／電歪作動部の振動モードが設計
通りにでき、センシング、フィルタリングや音波発信時
のノイズを極力小さくすることができる圧電／電歪膜型
素子を提供することにある。 【００１０】 即ち、本発明によれば、少なくとも一つ
の窓部を有するスペーサープレートと、該窓部を覆蓋す
る薄肉の閉塞プレートが一体となっているセラミック基
体と、前記閉塞プレートの外面上で前記窓部の覆蓋部位
に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、平面形
状が略矩形の圧電／電歪層及び上部電極より構成される
圧電／電歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子であっ
て、平面図において、前記スペーサープレートの前記窓
部の形状と圧電／電歪層の形状が、方向の共通する２本
の対称軸をそれぞれ有しており、どちらか一方の該対称
軸と交わる前記略矩形の圧電／電歪層の辺が、当該対称
軸と前記窓部の平面形状の交点より、前記閉塞プレート
の板厚の５倍以上の距離だけ、前記２本の対称軸の交点
の方向に退いた形状であることを特徴とする圧電／電歪
膜型素子、が提供される。 【００１１】 本発明においては、圧電／電歪層が、窓
部（空洞部）の中央部のみを被覆してもよく、また、圧
電／電歪層が、窓部（空洞部）のどちらか一方向の両端
部を除いて被覆してもよい。なお、本発明において、圧
電／電歪膜型素子とは、圧電膜のみを備えた素子、電歪
膜のみを備えた素子、および圧電膜と電歪膜をともに備
えた素子のいずれをも指すものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】 以下、本発明に係る圧電／電歪
膜型素子について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。図１は、本発明に係る圧電／電歪膜型素子の一実施
例を示す断面図、図２は、図１の圧電／電歪膜型素子を
分解して示した分解斜視図で、圧力センサーに適用され
る場合を示している。圧電／電歪膜型素子４０は、セラ
ミックス基体４１と、該セラミックス基体４１に一体的
に形成された圧電／電歪作動部４２とから構成されてい
る。セラミックス基体４１は、それぞれ薄肉平板状の閉
塞プレート４３とベースプレート４４が、スペーサープ
レート４５を挟んで重ね合わされ、一体的に構成されて
いる。ここで、ベースプレート４４には、図５と同様
に、開口部４６が形成されている。 【００１３】 スペーサープレート４５には、窓部４８
が少なくとも一つ形成され、これらの窓部４８に対し
て、ベースプレート４４に設けられた開口部４６が開口
されるように、スペーサープレート４５とベースプレー
ト４４が重ね合わされている。また、スペーサープレー
ト４５のベースプレート４４が重ね合わされた側とは反
対側の面には、閉塞プレート４３が重ね合わされてお
り、閉塞プレート４３により窓部４８の開口が覆蓋され
て、セラミックス基体４１の内部に、空洞部５０が形成
されている。 【００１４】 そして、セラミックス基体４１には、閉
塞プレート４３の外面上において、圧電／電歪作動部４
２が、空洞部５０の平面形状の一部のみを被覆するよう
に設けられている。ここで、圧電／電歪作動部４２は、
下部電極５１、圧電／電歪層５２および上部電極５３か
ら成っている。図３〜図４は、それぞれ空洞部（窓部）
の平面形状に対する圧電／電歪層の被覆状態を示す平面
説明図で、空洞部５０の平面形状全体を覆わずに、空洞
部５０の平面形状の一部のみを被覆するように、圧電／
電歪層５２が閉塞プレート４３の外面上に設けられてい
る。 【００１５】 このように、圧電／電歪層５２を空洞部
５０の平面形状の一部を被覆するように形成すると、空
洞部５０の長手方向の両端部においては圧電／電歪層５
２が形成されていないため、空洞部５０の両端部では変
位・振動がなく、従って、空洞部５０の中央部と端部に
おいて振動モードが均一になり、センシング、フィルタ
リングや音波発信時のノイズを極力小さくすることがで
きる。 【００１６】 ここで、空洞部５０の平面形状としては
特に限定されず、図３〜図４に示すような矩形（長方
形）、正方形、楕円形、長円形のもの、あるいは両端部
が多角形を呈するものなど、各種の形状を挙げることが
できる。圧電／電歪層５２が空洞部５０の平面形状の一
部を被覆する態様としては、特に限定はなく、例えば、
空洞部５０の中央部のみを被覆する場合、空洞部５０の
長手方向の両端部を除いて被覆する場合（図３参照）、
あるいは短手方向の両端部を除いて被覆する場合（図４
参照）などを挙げることができる。 【００１７】 なお、本発明においては、図３に示すよ
うに、圧電／電歪層５２が略矩形で、空洞部５０の長手
方向の両端部を除いて被覆しており、両端部からの拘束
を逃れる上で、空洞部５０上で、圧電／電歪層５２が被
覆していない長さをＬ、閉塞プレート４３の板厚をｔと
すると、Ｌ≧５ｔである。即ち、本発明においては、ス
ペーサープレート４５の窓部４８（空洞部５０）の形状
と圧電／電歪層５２の形状が、方向の共通する２本の対
称軸Ｘ，Ｙをそれぞれ有しており、どちらか一方の対称
軸（図３の場合、Ｙ）と交わる略矩形の圧電／電歪層５
２の辺が、対称軸と窓部４８（空洞部５０）の平面形状
の交点（図３では、５５）より、閉塞プレート４３の板
厚の５倍以上の距離だけ、２本の対称軸の交点（図３で
は、５６）の方向に退いた形状とする。 【００１８】 本発明において、セラミックス基体４１
は、セラミックスの一体焼成品として形成されるもので
ある。具体的には、先ず、セラミックス原料とバインダ
ー並びに溶媒等から調製されるセラミックススラリーか
ら、ドクターブレード装置等の一般的な装置を用いてグ
リーンシートを成形する。次いで、必要に応じて、グリ
ーンシートに切断・切削・打抜き等の加工を施して、窓
部４８や少なくとも１個の開口部４６を形成し、各プレ
ート４３、４４、４５の前駆体を形成する。そして、そ
れら各前駆体を積層、焼成することによって、一体的な
セラミックス基体４１が得られる。 【００１９】 セラミックス基体４１を構成する材質と
しては、特に限定されるものではないが、成形性等の観
点から、アルミナ、ジルコニアが好適に使用される。ま
た、閉塞プレート４３の板厚は好ましくは５０μｍ以下
であり、オリフィスプレート４４の板厚は好ましくは１
０μｍ以上であり、さらに、スペーサプレート４５の板
厚は好ましくは５０μｍ以上である。 【００２０】 また、圧電／電歪作動部４２は、閉塞プ
レート４３上に、下部電極５１、圧電／電歪層５２およ
び上部電極５３から構成され、この圧電／電歪作動部４
２は、通常、膜形成法によって形成される。すなわち、
この閉塞プレート４３の外面上に、下部電極５１、圧電
／電歪層５２および上部電極５３が、公知の各種の膜形
成法、例えば、スクリーン印刷、スプレー等の厚膜形成
方法、イオンビーム、スパッタリング、ＣＶＤ等の薄膜
形成方法によって形成される。 【００２１】 このように形成された各膜（下部電極５
１、圧電／電歪層５２および上部電極５３）は、次いで
熱処理（焼成）に付されるが、かかる熱処理は、それぞ
れの膜の形成の都度行なってもよく、あるいは全部の膜
を形成した後、同時に行なってもよい。圧電／電歪作動
部４２を構成する下部電極５１および上部電極５３の材
料としては、熱処理（焼成）温度程度の高温酸化雰囲気
に耐え得る導体であれば、特に限定はなく、例えば、金
属単体でも合金であってもよい。導電性セラミックスで
あってもよい。具体的には、白金、パラジウム等の高融
点貴金属類などを好適なものとして挙げることができ
る。 【００２２】 また、圧電／電歪作動部４２を構成する
圧電／電歪層５２の材料としては、圧電あるいは電歪効
果等の電界誘起歪を示す材料であれば、何れの材料であ
ってもよい。具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ系）を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛
（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛
（ＰＮＮ系）を主成分とする材料などが好ましく用いら
れる。圧電／電歪作動部４２の厚さは、一般に１００μ
ｍ以下で、下部電極５１、上部電極５３の厚さは一般に
２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下が望ましく、さら
に圧電／電歪層５２の厚さは、低作動電圧で大きな変位
を得るために、好ましくは５０μｍ以下、更に好ましく
は３μｍ以上４０μｍ以下である。 【００２３】 以上、本発明の実施例について詳述して
きたが、本発明はこれらの実施例によって何らの限定を
も受けるものでないことは言うまでもないところであ
り、説明上は圧電／電歪作動部の働きを機械的変位→電
気信号によって説明してきたが、電気信号→機械的変位
の使用時にも本発明の効果が発揮されることは当然のと
ころである。また、本発明には、上記の実施例の他に
も、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の
知識に基づいて種々の変更、修正、改良等を加えうるも
のであることが理解されるべきである。 【００２４】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明の圧電／
電歪膜型素子によれば、圧電／電歪層を空洞部の平面形
状の一部のみを被覆するように形成したので、空洞部の
端部では端部のノイズが多く含まれるであろう変位・振
動を圧電／電歪作動部が拾わず、その結果、センシン
グ、フィルタリングや音波発信時のノイズを極力小さく
できる、あるいは設計時の特性シミュレーションと実際
の製品との間の誤差を小さくできるという顕著な効果を
奏する。本発明の圧電／電歪膜型素子は、スピーカー、
アクチュエータ、フィルター、センサー、コンデンサー
アレイ、ディスプレイ、トランス、マイクロホン、各種
振動子、共振子、発振子、ジャイロ、ディスクリミネー
タ等に好適に使用することができる。
素子に係り、更に詳しくは、センサー、フィルター等に
好適に用いることができる圧電／電歪膜型素子に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】 近年になり、基体内部に形成した空洞
部の圧力変化等を検知する機構の一つとして、空洞部の
外表面に圧電／電歪作動部を設け、空洞部内の圧力変化
による空洞部の体積変化を圧電／電歪作動部が機械・電
気変換器として作用し検知する圧電／電歪膜型素子が知
られている。このような圧電／電歪膜型素子は、例えば
センサー、フィルターなどとして利用されており、開口
部から導入された被検査雰囲気の圧力変化が空洞部の体
積を拡大、縮小し、このときの空洞部の壁の歪が圧電／
電歪作動部に機械的変化を与え、これが圧電／電歪作動
部により電気信号に変換されるようになっている 【０００３】 図５は、従来公知の圧電／電歪膜型素子
をセンサーとして用いた一例を示すもので、開口部２６
によって導入された被検査雰囲気の圧力変化が空洞部３
０の体積を拡大、縮小し、このときの空洞部の壁の歪が
圧電／電歪作動部２２に機械的変化を与え、これが圧電
／電歪作動部２２により電気信号に変換されるようにな
っている。 【０００４】 圧電／電歪膜型素子２０は、セラミック
ス基体２１と、該セラミックス基体２１に一体的に形成
された圧電／電歪作動部２２とから構成される。セラミ
ックス基体２１は、それぞれ薄肉平板状の閉塞プレート
２３とベースプレート２４が、スペーサープレート２５
を挟んで重ね合され、一体的に構成されている。 【０００５】 スペーサープレート２５には、窓部２８
が形成されており、これらの窓部２８に対して、ベース
プレート２４に設けられた開口部２６が開口されるよう
に、スペーサープレート２５とベースプレート２４が重
ね合わされている。また、スペーサープレート２５のベ
ースプレート２４が重ね合わされた側とは反対側の面に
は、閉塞プレート２３が重ね合わされており、この閉塞
プレート２３により窓部２８の開口が覆蓋されている。
このようにして、セラミックス基体２１の内部には、空
洞部３０が形成されている。 【０００６】 そして、セラミックス基体２１には、閉
塞プレート２３の外面上において、空洞部３０に対応す
る部位にそれぞれ圧電／電歪作動部２２が設けられてい
る。ここで、圧電／電歪作動部２２は、下部電極３１、
圧電／電歪層３２および上部電極３３から成っている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】 従来公知の圧電／電
歪膜型素子は上記のように構成されており、圧電／電歪
層３２と空洞部３０を平面的に見ると、図６の如くとな
り、機械・電気変換効率を重視するため、圧電／電歪層
３２が空洞部３０の全面を覆うように、且つ製作精度も
考慮に入れてやや圧電／電歪層３２を大きめに製作して
いる。しかしながら、このように、圧電／電歪作動部２
２が空洞部３０の平面形状全体を覆うように形成した場
合、圧電／電歪作動部２２の変位に基づく振動モードが
空洞部３０の角部の拘束のため、空洞部中央部と端部に
おいて均一にならないと考えられ、センサー、フィルタ
ー、音波発振器等設計時の特性シミュレーションと実際
の製品との間に誤差が生じていた。 【０００８】 また、空洞部３０の平面形状全体を覆う
ように圧電／電歪作動部２２を設ける場合、閉塞プレー
ト２３の外面上に、電極膜（上下電極）３１、３３およ
び圧電／電歪層３２を、公知の膜形成法、例えば、スク
リーン印刷法、スプレー法等の手段により形成した後、
熱処理される。この熱処理に際して、各膜が焼成収縮す
るが、空洞部３０の両端部における拘束のため、中央部
に比して両端部が収縮し難く（即ち、焼きしまらず）、
焼成度合が全体として均一にならず、しかも両端部に大
きな応力が残存するという問題がある。このような圧電
／電歪作動部２２の焼成度合の不均一は、圧電／電歪作
動部２２の振動モードにも悪影響を与える。 【０００９】 【課題を解決するための手段】 従って、本発明の目的
とするところは、圧電／電歪作動部の振動モードが設計
通りにでき、センシング、フィルタリングや音波発信時
のノイズを極力小さくすることができる圧電／電歪膜型
素子を提供することにある。 【００１０】 即ち、本発明によれば、少なくとも一つ
の窓部を有するスペーサープレートと、該窓部を覆蓋す
る薄肉の閉塞プレートが一体となっているセラミック基
体と、前記閉塞プレートの外面上で前記窓部の覆蓋部位
に膜形成法によって層状に順次設けた下部電極、平面形
状が略矩形の圧電／電歪層及び上部電極より構成される
圧電／電歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子であっ
て、平面図において、前記スペーサープレートの前記窓
部の形状と圧電／電歪層の形状が、方向の共通する２本
の対称軸をそれぞれ有しており、どちらか一方の該対称
軸と交わる前記略矩形の圧電／電歪層の辺が、当該対称
軸と前記窓部の平面形状の交点より、前記閉塞プレート
の板厚の５倍以上の距離だけ、前記２本の対称軸の交点
の方向に退いた形状であることを特徴とする圧電／電歪
膜型素子、が提供される。 【００１１】 本発明においては、圧電／電歪層が、窓
部（空洞部）の中央部のみを被覆してもよく、また、圧
電／電歪層が、窓部（空洞部）のどちらか一方向の両端
部を除いて被覆してもよい。なお、本発明において、圧
電／電歪膜型素子とは、圧電膜のみを備えた素子、電歪
膜のみを備えた素子、および圧電膜と電歪膜をともに備
えた素子のいずれをも指すものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】 以下、本発明に係る圧電／電歪
膜型素子について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。図１は、本発明に係る圧電／電歪膜型素子の一実施
例を示す断面図、図２は、図１の圧電／電歪膜型素子を
分解して示した分解斜視図で、圧力センサーに適用され
る場合を示している。圧電／電歪膜型素子４０は、セラ
ミックス基体４１と、該セラミックス基体４１に一体的
に形成された圧電／電歪作動部４２とから構成されてい
る。セラミックス基体４１は、それぞれ薄肉平板状の閉
塞プレート４３とベースプレート４４が、スペーサープ
レート４５を挟んで重ね合わされ、一体的に構成されて
いる。ここで、ベースプレート４４には、図５と同様
に、開口部４６が形成されている。 【００１３】 スペーサープレート４５には、窓部４８
が少なくとも一つ形成され、これらの窓部４８に対し
て、ベースプレート４４に設けられた開口部４６が開口
されるように、スペーサープレート４５とベースプレー
ト４４が重ね合わされている。また、スペーサープレー
ト４５のベースプレート４４が重ね合わされた側とは反
対側の面には、閉塞プレート４３が重ね合わされてお
り、閉塞プレート４３により窓部４８の開口が覆蓋され
て、セラミックス基体４１の内部に、空洞部５０が形成
されている。 【００１４】 そして、セラミックス基体４１には、閉
塞プレート４３の外面上において、圧電／電歪作動部４
２が、空洞部５０の平面形状の一部のみを被覆するよう
に設けられている。ここで、圧電／電歪作動部４２は、
下部電極５１、圧電／電歪層５２および上部電極５３か
ら成っている。図３〜図４は、それぞれ空洞部（窓部）
の平面形状に対する圧電／電歪層の被覆状態を示す平面
説明図で、空洞部５０の平面形状全体を覆わずに、空洞
部５０の平面形状の一部のみを被覆するように、圧電／
電歪層５２が閉塞プレート４３の外面上に設けられてい
る。 【００１５】 このように、圧電／電歪層５２を空洞部
５０の平面形状の一部を被覆するように形成すると、空
洞部５０の長手方向の両端部においては圧電／電歪層５
２が形成されていないため、空洞部５０の両端部では変
位・振動がなく、従って、空洞部５０の中央部と端部に
おいて振動モードが均一になり、センシング、フィルタ
リングや音波発信時のノイズを極力小さくすることがで
きる。 【００１６】 ここで、空洞部５０の平面形状としては
特に限定されず、図３〜図４に示すような矩形（長方
形）、正方形、楕円形、長円形のもの、あるいは両端部
が多角形を呈するものなど、各種の形状を挙げることが
できる。圧電／電歪層５２が空洞部５０の平面形状の一
部を被覆する態様としては、特に限定はなく、例えば、
空洞部５０の中央部のみを被覆する場合、空洞部５０の
長手方向の両端部を除いて被覆する場合（図３参照）、
あるいは短手方向の両端部を除いて被覆する場合（図４
参照）などを挙げることができる。 【００１７】 なお、本発明においては、図３に示すよ
うに、圧電／電歪層５２が略矩形で、空洞部５０の長手
方向の両端部を除いて被覆しており、両端部からの拘束
を逃れる上で、空洞部５０上で、圧電／電歪層５２が被
覆していない長さをＬ、閉塞プレート４３の板厚をｔと
すると、Ｌ≧５ｔである。即ち、本発明においては、ス
ペーサープレート４５の窓部４８（空洞部５０）の形状
と圧電／電歪層５２の形状が、方向の共通する２本の対
称軸Ｘ，Ｙをそれぞれ有しており、どちらか一方の対称
軸（図３の場合、Ｙ）と交わる略矩形の圧電／電歪層５
２の辺が、対称軸と窓部４８（空洞部５０）の平面形状
の交点（図３では、５５）より、閉塞プレート４３の板
厚の５倍以上の距離だけ、２本の対称軸の交点（図３で
は、５６）の方向に退いた形状とする。 【００１８】 本発明において、セラミックス基体４１
は、セラミックスの一体焼成品として形成されるもので
ある。具体的には、先ず、セラミックス原料とバインダ
ー並びに溶媒等から調製されるセラミックススラリーか
ら、ドクターブレード装置等の一般的な装置を用いてグ
リーンシートを成形する。次いで、必要に応じて、グリ
ーンシートに切断・切削・打抜き等の加工を施して、窓
部４８や少なくとも１個の開口部４６を形成し、各プレ
ート４３、４４、４５の前駆体を形成する。そして、そ
れら各前駆体を積層、焼成することによって、一体的な
セラミックス基体４１が得られる。 【００１９】 セラミックス基体４１を構成する材質と
しては、特に限定されるものではないが、成形性等の観
点から、アルミナ、ジルコニアが好適に使用される。ま
た、閉塞プレート４３の板厚は好ましくは５０μｍ以下
であり、オリフィスプレート４４の板厚は好ましくは１
０μｍ以上であり、さらに、スペーサプレート４５の板
厚は好ましくは５０μｍ以上である。 【００２０】 また、圧電／電歪作動部４２は、閉塞プ
レート４３上に、下部電極５１、圧電／電歪層５２およ
び上部電極５３から構成され、この圧電／電歪作動部４
２は、通常、膜形成法によって形成される。すなわち、
この閉塞プレート４３の外面上に、下部電極５１、圧電
／電歪層５２および上部電極５３が、公知の各種の膜形
成法、例えば、スクリーン印刷、スプレー等の厚膜形成
方法、イオンビーム、スパッタリング、ＣＶＤ等の薄膜
形成方法によって形成される。 【００２１】 このように形成された各膜（下部電極５
１、圧電／電歪層５２および上部電極５３）は、次いで
熱処理（焼成）に付されるが、かかる熱処理は、それぞ
れの膜の形成の都度行なってもよく、あるいは全部の膜
を形成した後、同時に行なってもよい。圧電／電歪作動
部４２を構成する下部電極５１および上部電極５３の材
料としては、熱処理（焼成）温度程度の高温酸化雰囲気
に耐え得る導体であれば、特に限定はなく、例えば、金
属単体でも合金であってもよい。導電性セラミックスで
あってもよい。具体的には、白金、パラジウム等の高融
点貴金属類などを好適なものとして挙げることができ
る。 【００２２】 また、圧電／電歪作動部４２を構成する
圧電／電歪層５２の材料としては、圧電あるいは電歪効
果等の電界誘起歪を示す材料であれば、何れの材料であ
ってもよい。具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ系）を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛
（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛
（ＰＮＮ系）を主成分とする材料などが好ましく用いら
れる。圧電／電歪作動部４２の厚さは、一般に１００μ
ｍ以下で、下部電極５１、上部電極５３の厚さは一般に
２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下が望ましく、さら
に圧電／電歪層５２の厚さは、低作動電圧で大きな変位
を得るために、好ましくは５０μｍ以下、更に好ましく
は３μｍ以上４０μｍ以下である。 【００２３】 以上、本発明の実施例について詳述して
きたが、本発明はこれらの実施例によって何らの限定を
も受けるものでないことは言うまでもないところであ
り、説明上は圧電／電歪作動部の働きを機械的変位→電
気信号によって説明してきたが、電気信号→機械的変位
の使用時にも本発明の効果が発揮されることは当然のと
ころである。また、本発明には、上記の実施例の他に
も、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の
知識に基づいて種々の変更、修正、改良等を加えうるも
のであることが理解されるべきである。 【００２４】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明の圧電／
電歪膜型素子によれば、圧電／電歪層を空洞部の平面形
状の一部のみを被覆するように形成したので、空洞部の
端部では端部のノイズが多く含まれるであろう変位・振
動を圧電／電歪作動部が拾わず、その結果、センシン
グ、フィルタリングや音波発信時のノイズを極力小さく
できる、あるいは設計時の特性シミュレーションと実際
の製品との間の誤差を小さくできるという顕著な効果を
奏する。本発明の圧電／電歪膜型素子は、スピーカー、
アクチュエータ、フィルター、センサー、コンデンサー
アレイ、ディスプレイ、トランス、マイクロホン、各種
振動子、共振子、発振子、ジャイロ、ディスクリミネー
タ等に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る圧電／電歪膜型素子の一実施例
を示す断面図である。 【図２】 図１の圧電／電歪膜型素子を分解して示した
分解斜視図である。 【図３】 圧電／電歪層が空洞部の長手方向の両端部を
除いて被覆する状態を示す平面説明図である。 【図４】 圧電／電歪層が空洞部の短手方向の両端部を
除いて被覆する状態を示す平面説明図である。 【図５】 従来公知の圧電／電歪膜型素子をセンサーと
して用いた一例を示す断面図である。 【図６】 図５の圧電／電歪膜型素子における圧電／電
歪層と空洞部の平面状態を示す説明図である。 【符合の説明】 ４０…圧電／電歪膜型素子、４１…セラミックス基体、
４２…圧電／電歪作動部、４３…閉塞プレート、４４…
ベースプレート、４５…スペーサープレート、４６…開
口部、４８…窓部、５０…空洞部、５１…下部電極、５
２…圧電／電歪層、５３…上部電極。
を示す断面図である。 【図２】 図１の圧電／電歪膜型素子を分解して示した
分解斜視図である。 【図３】 圧電／電歪層が空洞部の長手方向の両端部を
除いて被覆する状態を示す平面説明図である。 【図４】 圧電／電歪層が空洞部の短手方向の両端部を
除いて被覆する状態を示す平面説明図である。 【図５】 従来公知の圧電／電歪膜型素子をセンサーと
して用いた一例を示す断面図である。 【図６】 図５の圧電／電歪膜型素子における圧電／電
歪層と空洞部の平面状態を示す説明図である。 【符合の説明】 ４０…圧電／電歪膜型素子、４１…セラミックス基体、
４２…圧電／電歪作動部、４３…閉塞プレート、４４…
ベースプレート、４５…スペーサープレート、４６…開
口部、４８…窓部、５０…空洞部、５１…下部電極、５
２…圧電／電歪層、５３…上部電極。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−350155（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−235708（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 少なくとも一つの窓部を有するスペーサ
ープレートと、該窓部を覆蓋する薄肉の閉塞プレートが
一体となっているセラミック基体と、 前記閉塞プレートの外面上で前記窓部の覆蓋部位に膜形
成法によって層状に順次設けた下部電極、平面形状が略
矩形の圧電／電歪層及び上部電極より構成される圧電／
電歪作動部とを備えた圧電／電歪膜型素子であって、 平面図において、前記スペーサープレートの前記窓部の
形状と圧電／電歪層の形状が、方向の共通する２本の対
称軸をそれぞれ有しており、 どちらか一方の該対称軸と交わる前記略矩形の圧電／電
歪層の辺が、当該対称軸と前記窓部の平面形状の交点よ
り、前記閉塞プレートの板厚の５倍以上の距離だけ、前
記２本の対称軸の交点の方向に退いた形状であることを
特徴とする圧電／電歪膜型素子。
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1995
- 1995-10-13 JP JP26516095A patent/JP3432974B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1996
- 1996-10-08 US US08/727,083 patent/US5889352A/en not_active Expired - Lifetime
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