專利名稱：壓電/電致伸縮器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用壓電/電致伸縮膜的器件，特別涉及一種用于改善將電能轉(zhuǎn)化成如機(jī)械位移、機(jī)械力或振動(dòng)等的機(jī)械能或反過來將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的元件工作特性的壓電/電致伸縮器件結(jié)構(gòu)。具體說，本發(fā)明涉及將應(yīng)用于換能器、各種致動(dòng)器、頻率區(qū)功能元件(濾波器)、變壓器、用于通信和原動(dòng)力的振動(dòng)器和諧振器、振蕩器、鑒別器和包括超聲波傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、沖擊傳感器和質(zhì)量傳感器等的各種傳感器，用于Kenji Uchino等人寫的“Fromfoundation up to application of piezoelectric/electrostrictive actuator”(發(fā)表于Japan Industrial TechnicalCenter，由MORIKITA SHUPPAN出版(翻譯))中介紹的伺服位移元件的單壓電晶體和雙壓電晶體型元件，以及較好是適用于用于光學(xué)儀器和精密儀器等的各種精密元件等的移位和定位調(diào)節(jié)及角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的各種致動(dòng)器的壓電/電致伸縮器件。
近年來，光學(xué)和磁記錄領(lǐng)域及精密機(jī)械領(lǐng)域需要用于調(diào)節(jié)亞微米級(jí)的光程或位置的移位控制元件。為滿足這種需求，對(duì)壓電/電致伸縮致動(dòng)器等的開發(fā)取得了進(jìn)展，這是一種利用基于在例如鐵電材料等壓電/電致伸縮材料上施加電場引起的反向或反壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)的位移的元件。
在上述領(lǐng)域中的以硬盤驅(qū)動(dòng)為代表的磁記錄領(lǐng)域中，存儲(chǔ)容量在近些年來顯著提高。這是由于人們所作的除改善如寫/讀外的記錄方法外，通過增大記錄磁道數(shù)來增大記錄密度，由此更有效地利用記錄介質(zhì)的努力的結(jié)果。
到前為止，這種努力主要針對(duì)改善音圈電動(dòng)機(jī)。另外，關(guān)于新技術(shù)領(lǐng)域，在“關(guān)于TRANSDUCER’97的固態(tài)傳感器和致動(dòng)器方面的1997國際會(huì)議”的原稿集的第1081-1084頁，介紹了將根據(jù)Si或Ni的微量切削加工處理制造的靜電型微致動(dòng)器應(yīng)用于硬盤驅(qū)動(dòng)的磁頭尋軌系統(tǒng)的嘗試。
另外，日本專利申請(qǐng)公開10-136665公開了一種壓電致動(dòng)器，如圖24所示，其中通過至少在由壓電電致材料構(gòu)成的平面主體上形成一個(gè)孔，整體形成固定部分103、可動(dòng)部分104和用于連接部分103和104的一個(gè)梁部分102，通過在至少一個(gè)梁部分102的至少一部分上形成電極層105，形成應(yīng)變發(fā)生部分，以便在連接固定部分103與可動(dòng)部分104的方向產(chǎn)生膨脹或收縮運(yùn)動(dòng)，由于應(yīng)變發(fā)生部分的膨脹或收縮產(chǎn)生的可動(dòng)部分104到固定部分103的位移模式是在平面主體的平面內(nèi)的弧形或旋轉(zhuǎn)的模式。
然而，主要利用音圈電動(dòng)機(jī)定位記錄頭的常規(guī)技術(shù)情況下，在磁道數(shù)增大以適應(yīng)容量的進(jìn)一步增大時(shí)，很難精確定位記錄磁頭，來精確尋找磁道。
利用靜電型微致動(dòng)器的上述技術(shù)在通過微量切削加工形成的多個(gè)平面電極之間加電壓，得到一個(gè)位移。然而，由于這種結(jié)構(gòu)的緣故，很難到達(dá)諧振頻率。因而，該技術(shù)存在如下問題，在進(jìn)行高速工作時(shí)，振動(dòng)不容易衰減。而且，具有該的線性技術(shù)電壓位移特性的理論位移很差的特征。因此，從精確對(duì)準(zhǔn)的角度出發(fā)，存在許多待解決的問題。另外，從制造成本方面來看微量切削加工工藝自身也存在問題。
另外，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開10-136665中公開的壓電致動(dòng)器的情況下，壓電操作部分具有單晶結(jié)構(gòu)。因此，壓電材料的主應(yīng)變軸變得與壓電操作部分的主位軸共軸或平行。因而，存在著壓電操作部分自身只產(chǎn)生小位移，并且可動(dòng)部分也只有小位移。另外，壓電致動(dòng)器自身較重，并且如日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開10-1366665所述，在高速工作條件下，易遭受如剩余振動(dòng)和振動(dòng)噪聲等操作的有害振動(dòng)，因此，必須通過在孔中注入填料抑制有害振動(dòng)。然而，利用這種填料會(huì)對(duì)可動(dòng)部分的位移產(chǎn)生不良影響。另外，由于不可避免由機(jī)械強(qiáng)度差的壓電/電致伸縮材料構(gòu)成壓電致動(dòng)器，因此，存在著致動(dòng)器在形狀方面受涉及材料強(qiáng)度的限制和用途的限制。
本發(fā)明致力于解決上述壓電/電致伸縮器件的這些問題。根據(jù)本發(fā)明，提供以下第一至第六壓電/電致伸縮器件，這些器件能夠精確地進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)和高速工作。
即，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第一壓電/電致伸縮器件，其中壓電元件形成于膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上，該膜片的一側(cè)面與基片連接，一薄壁固定板的至少一側(cè)面與該膜片的一側(cè)面結(jié)合，以便該固定板的平面和膜片的平面彼此垂直交叉。
最好是第一壓電/電致伸縮器件至少根據(jù)θ模式位移和φ模式位移工作。θ模式位移中，通過利用固定板和膜片間的結(jié)合面作固定平面，固定板象鐘擺一樣在垂直于固定板的一側(cè)面并垂直于垂直軸的方向上，繞垂直穿過固定平面中心的垂直軸位移。在φ模式位移中，垂直于固定板的一側(cè)面并垂直于垂直軸方向的擺動(dòng)象鐘擺一樣位移，然后是平行于固定板一側(cè)面方向上的擺動(dòng)，即，第一壓電/電致伸縮器件利用壓電元件驅(qū)動(dòng)固定板，或探測固定板的位移量。
另外，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第二壓電/電致伸縮器件，其中固定板和連接板以它們的側(cè)面彼此結(jié)合，其中壓電元件設(shè)置于至少一個(gè)平面的至少一部分上的膜片，在垂直于固定板與連接板間的結(jié)合方向的方向上，以它們的側(cè)面結(jié)合到連接板，連接板和膜片的側(cè)面的至少幾部分結(jié)合到基片。
這種情況下，將結(jié)合到基片的連接板一側(cè)面的一部分表示與連接板和膜片的連接面相反的一側(cè)面。因此，固定板和基片彼此通過連接板連接。將與基片結(jié)合的膜片一側(cè)面的一部分表示與膜片和連接板的連接面相反的一側(cè)面，或在膜片直接與固定板結(jié)合時(shí)，代表與膜片和固定板的連接面相反的一側(cè)面。另外，連接板或膜片與基片間的結(jié)合結(jié)構(gòu)為以后將介紹的本發(fā)明壓電/電致伸縮器件所共有。
另外，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第三壓電/電致伸縮器件，其中固定板和連接板彼此以它們的側(cè)面結(jié)合，兩個(gè)膜片以它們的側(cè)面結(jié)合，以便在垂直于固定板和連接板的結(jié)合方向的方向上支持連接板，壓電元件設(shè)置于至少一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上，連接板和每個(gè)膜片的側(cè)面的至少某些部分與基片結(jié)合。
在第三壓電/電致伸縮器件的情況下，優(yōu)選將壓電元件設(shè)置于一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面上，另一膜片上具有一個(gè)或最好是多個(gè)狹縫。另外，在第二和第三壓電/電致伸縮器件的情況下，優(yōu)選結(jié)合其中壓電元件以它們的側(cè)面設(shè)置在固定板的一端的其它膜片板，或者，以它們的側(cè)面結(jié)合必要數(shù)量的其它連接板和/或固定板及其它膜片與上述其它膜，以增大位移量。
然后，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第四壓電/電致伸縮器件，其中連接板和其中壓電元件設(shè)置于至少一個(gè)平面的至少一部分上的膜片彼此不結(jié)合，但以它們的側(cè)面平行地與固定板連接，連接板和膜片的側(cè)面的至少某些部分與基片結(jié)合。
另外，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第五壓電/電致伸縮器件，其中以側(cè)面結(jié)合于兩個(gè)連接板并靠它們支持的固定板設(shè)置于形成于基片上的凹部的兩橫向側(cè)面間，以便設(shè)置在兩橫向側(cè)面間，兩個(gè)膜片在垂直于連接板的方向的方向上分別設(shè)置于每個(gè)連接板與凹部的底面間，以支持固定板，壓電元件設(shè)置到至少一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上。這種情況下，凹部表示包括面對(duì)的各側(cè)面和連接這些側(cè)面的底面的部分。在本發(fā)明的情況下，底面不必要總是一個(gè)平面。可以通過在底面上形成凹槽或突起，改變底面，以改變形狀，只要不影響固定板的位移或位移量的測量便可。
另外，提供一種壓電/電致伸縮器件作為第六壓電/電致伸縮器件，以側(cè)面結(jié)合于兩個(gè)連接板并靠它們支持的固定板設(shè)置于形成于基片中的通孔上，至少多個(gè)膜片橋接于每個(gè)連接板和通孔之間，或固定板和通孔之間，以便將它們縛于垂直于連接板支持固定板的方向的方向，壓電元件設(shè)置在至少一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上。
第六壓電/電致伸縮器件的情況下，優(yōu)選將壓電元件通過每個(gè)連接板或固定板，設(shè)置于彼此面對(duì)的成對(duì)膜片中的一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面上，并在另一膜片上形成一個(gè)或最好是多個(gè)狹縫。
在第二至第六壓電/電致伸縮器件的情況下，由于位移量可以增大，所以優(yōu)選在連接板上形成狹縫或縮小部分(窄部分)。另外，優(yōu)選利用其中膜片安裝到并結(jié)合于利用連接板和基片形成的凹部的結(jié)構(gòu)。為得到上述結(jié)構(gòu)，優(yōu)選由一個(gè)膜片板整體地形成固定板、連接板和膜片，并通過把膜片板疊置于基板上，與膜片板和基板整體形成基片。凹部表示其中基片自身形成為凹面形的凹部，其中切掉部分形成于基片負(fù)部地的部分上的凹部，或在把形成于基片上的通孔的一部分當(dāng)作凹部時(shí)的凹部。
另外，優(yōu)選彈性板與連接板的至少一個(gè)平面鍵合，并且彈性板與基片或彈性板加強(qiáng)部分結(jié)合。這種情況下，優(yōu)選利用粘合劑等鍵合彈性板，但彈性板與安裝于膜片板和基板間且與它們整體形成的中間板整體形成，或與與膜片板整體形成的彈性板加強(qiáng)部件整體形成，還可以與連接板整體形成。彈性板的情況下，在存在兩塊或更多塊連接板時(shí)，優(yōu)選通過鍵合連接板與彈性板形成的形狀變得相同。另外，盡管對(duì)彈性板的形狀沒有限制，但優(yōu)選采用如柱形或板形等簡單形狀，或采用容易形成的形狀例如U形、H形或正方形框，其原因是可以簡化制造工藝。另外，優(yōu)選采用將與彈性板鍵合并與基片的一側(cè)面結(jié)合的加強(qiáng)板。這種情況下，優(yōu)選加強(qiáng)板與彈性板和基片整體形成。
第二至第六壓電/電致伸縮器件分別具有一種優(yōu)選采用θ模式位移和φ模式位移中任一個(gè)的結(jié)構(gòu)。θ模式位移中，通過利用連接板和基片間的結(jié)合面作固定面，固定板象鐘擺一樣在垂直于固定板的一側(cè)面并垂直于垂直穿過固定面中心的垂直軸的方向上，繞垂直軸位移。在φ模式位移中，垂直于膜片的一側(cè)面并垂直于垂直軸的擺動(dòng)象鐘擺一樣位移，然后是平行于固定板一側(cè)面方向上的擺動(dòng)。
另外，在上述任何壓電/電致伸縮器件的情況下，優(yōu)選通過結(jié)合膜片和/或連接板與形成于基片中的任意形狀的通孔的一側(cè)面，形成膜片和/或連接板，其原因是可以容易操作壓電/電致伸縮器件，并且可以避免其受損傷。另外，優(yōu)選將一個(gè)壓電元件分成兩部分，并利用其中一部分作驅(qū)動(dòng)元件，另一部分作輔助元件，這樣做的理由是可以提高定位的精確性。這種情況下，輔助元件代表一個(gè)檢修故障元件，位移證明/判斷元件，或輔助驅(qū)動(dòng)元件。另外，優(yōu)選將壓電元件設(shè)置于至少兩個(gè)位置，并用至少一個(gè)位置上的壓電元件作驅(qū)動(dòng)元件，至少另一位置上的壓電元件作輔助元件，其原因是提高驅(qū)動(dòng)精確性和定位精確性。因此，還可以再將設(shè)置于兩個(gè)或多個(gè)位置上的每個(gè)壓電元件分成兩部分。
另外，優(yōu)選用樹脂或玻璃制造的絕緣涂層覆蓋每個(gè)壓電元件、壓電元件的電極和將與該電極連接的電極引線。這樣，即使壓電元件部分浸泡在液體中，電極也不短路，并可以應(yīng)用壓電/電致伸縮器件。這種情況下，為提高壓電/電致伸縮器件的性能，優(yōu)選采用樹脂代替玻璃作絕緣涂敷材料，最優(yōu)選采用化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的碳氟化合物樹脂，盡管硅樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性差于碳氟化合物樹脂，但也可以優(yōu)選采用硅樹脂。在形成上述絕緣涂層時(shí)，優(yōu)選在絕緣涂層的表面上再形成一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的屏蔽層，為的是不容易受如電磁波等外部噪聲的影響。
優(yōu)選利用穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的氧化鋯整體形成構(gòu)成本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的基片、固定板、連接板、膜片、彈性板、彈性板加強(qiáng)部件和加強(qiáng)板。優(yōu)選用主要含由鋯酸鉛、鈦酸鉛和鈮酸鎂鉛構(gòu)成的組分的材料作壓電元件的壓電膜。另外，利用激光束處理或切割，修整并調(diào)整固定板、彈性板或連接板的形狀，根據(jù)將應(yīng)用的致動(dòng)器的類型，每次都可以得到優(yōu)選形狀。另外，可以容易地調(diào)整固定板的位移量。另外，優(yōu)選通過利用激光束處理或切割壓電元件的電極，調(diào)整壓電元件的有效電極面積，以容易得到適于應(yīng)用或需要規(guī)格的壓電特性。
比較本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件與日本專利申請(qǐng)公開10-136665所公開的壓電致動(dòng)器，結(jié)果是，由于本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件為具有一個(gè)膜片的單壓電晶片或雙壓電晶片型結(jié)構(gòu)，因而，壓電材料的主應(yīng)變軸的方向與壓電工作部分(壓電材料的應(yīng)變引起位移的部分)的主位移軸的方向不同，發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過有效地利用上述特征，壓電材料的應(yīng)變可以擴(kuò)大到彎曲模式，因此，可以實(shí)現(xiàn)固定板大位移。另外，本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件允許功能差異，除其壓電材料外其基片等可以由主要含機(jī)械強(qiáng)度和剛度優(yōu)異的氧化鋯的材料構(gòu)成。因此，其優(yōu)點(diǎn)是，可以得到具有要求強(qiáng)度的小型、薄且輕的器件。另外，本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件具有以下特征，位移特性不容易受外界的影響，因而，不必采用填料等。
用于本發(fā)明的壓電元件、壓電膜和壓電陶瓷等中的“壓電”的含義既包括“壓電”，又包括“電致伸縮”。


圖1(a)-1(d)是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中固定板的設(shè)置和數(shù)量是變化的；圖2是用于本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的壓電元件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖3是用于本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的壓電元件的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖4是用于本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的壓電元件的再一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖5(a)-5(c)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的另一實(shí)施例，其中圖5(a)是該實(shí)施例的俯視圖，圖5(b)展示了θ模式，圖5(c)展示了φ模式；圖6是展示本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例的俯視圖7(a)-7(e)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例，其中圖7(a)是俯視圖，圖7(b)-7(e)是該實(shí)施例的剖面圖；圖8涉及到本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的驅(qū)動(dòng)；圖9(a)-9(c)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例，其中圖9(a)和9(b)是該實(shí)施例的俯視圖，圖9(c)是該實(shí)施例剖面圖；圖10是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例的俯視圖；圖11是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的還一實(shí)施例的俯視圖；圖12是本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件應(yīng)用于其上的致動(dòng)器的實(shí)施例的透視圖；圖13是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖14是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖15是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖16(a)和16(b)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例，其中圖16(a)是該實(shí)施例的俯視圖，圖16(b)是該實(shí)施例的剖面圖；圖17是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖18(a)-18(d)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例，其中圖18(a)是該實(shí)施例的俯視圖，圖18(b)-18(d)是該實(shí)施例的剖面圖；圖19是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖20是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的又一實(shí)施例的俯視圖；圖21(a)-21(f)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例，其中圖21(a)-21(d)和21(f)是通過結(jié)合膜片與連接板分別構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖21(e)是通過結(jié)合膜片與固定板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖22展示了用于制造本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的基片用的加工過的生坯片(green sheet)的俯視圖；圖23展示了加工本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件的壓電元件的方法；圖24是展示常規(guī)壓電/電致伸縮器件(壓電致動(dòng)器)的結(jié)構(gòu)的透視圖；及圖25是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例的俯視圖。
圖1(a)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的壓電/電致伸縮器件50A的透視圖。壓電/電致伸縮器件50A的形狀是，為其一側(cè)面與基片49結(jié)合的膜片51，提供包括第一電極52、壓電膜53、和第二電極54的壓電元件55，固定板56的一側(cè)面與膜片51的一側(cè)面結(jié)合，以便固定板56的平面與膜片51的平面彼此垂直。這種情況下，還可以為膜片51的兩個(gè)平面提供壓電元件55，這樣，用于與驅(qū)動(dòng)電源等連接的引線部分(未示出)與第一電極52和第二電極54連接。另外，膜片51的一側(cè)面代表垂直于設(shè)置壓電元件55的膜片51的平面的平面，即厚度方向平面，一個(gè)側(cè)面代表兩側(cè)面中的一個(gè)。
通過利用壓電/電致伸縮器件50A表示的結(jié)構(gòu)，可以使固定板56主要在固定板56的平面方向位移。具體說，以下是典型的位移模式一種位移模式，其中在假定圖1(a)中固定板56和膜片51間的連接面作為固定平面時(shí)，固定板56象鐘擺一樣在垂直于固定板56并垂直于Y軸的方向即在X軸方向中心繞垂直穿過因固定平面的中心的垂直軸(Y軸)位移(這種位移模式此后稱為“θ模式”)；一種位移模式，其中固定板56象鐘擺一樣，在X軸方向中心繞Y軸位移，以便在離開Y軸時(shí)擺動(dòng)在與固定板56的側(cè)面平行的Z軸方向上的分量增大，(這種位移模式稱為“φ模式”)，及在Y軸方向的伸縮位移模式。
這些位移模式代表固定板56的位移方向以上述為主，但不完全排除除所述方向外的一個(gè)方向的分量。對(duì)于以下將介紹的不同實(shí)施例的位移模式來說同樣是這樣。
在考慮磁頭應(yīng)用時(shí)，優(yōu)選磁頭不作三維位移，以便保持磁頭和記錄介質(zhì)間的空間(間隙)。以θ模式或以伸縮模式位移的壓電/電致伸縮器件50A是適于上述應(yīng)用的器件。在利用壓電/電致伸縮器件50A作加速度傳感器而不是磁頭時(shí)，自然除上述模式外可利用φ模式。每種位移模式的維數(shù)與用途間的關(guān)系對(duì)于本發(fā)明的每種壓電/電致伸縮器件結(jié)構(gòu)來說都是相同的。
圖1(b)-1(d)展示了利用壓電/電致伸縮器件50A的工作原理的其它實(shí)施例。這里，圖1(b)所示的壓電/電致伸縮器件50B通過平行地在膜片51的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置圖1(a)的兩固定板56構(gòu)成。因此，可以利用多個(gè)固定板56，因而，可以根據(jù)用途采用要求數(shù)量的固定板。
多個(gè)固定板56和膜片51間的結(jié)合位置可以設(shè)定為除基片49與膜片51結(jié)合側(cè)面的任何側(cè)面。另外，至少設(shè)置一個(gè)固定板56便足以。因此，在圖1(c)所示的壓電/電致伸縮器件50C的情況下，還可以將固定板56結(jié)合到膜片51的側(cè)面中垂直于膜片51與基片49間結(jié)合側(cè)面的側(cè)面。另外，在圖1(d)所示的壓電/電致伸縮器件50D的情況下，可以將兩個(gè)固定板56設(shè)置到一對(duì)彼此面對(duì)的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面上設(shè)置一板。
通過將第一電極52、壓電膜53、第二電極54形成為圖2所示的一層構(gòu)成的層疊型是用于上述壓電/電致伸縮器件50A-50D的壓電元件55的典型結(jié)構(gòu)。而且，如圖3所示，可經(jīng)采用具有梳狀電極的壓電元件62A，其中壓電膜58形成于膜片57上，第一電極59和第二電極60在壓電膜58上形成具有一定寬度的間隙部分61。圖3中第一電極59和第二電極60還可形成在膜57和壓電膜58之間。而且，如圖4所示，優(yōu)選采用壓電元件62B，該元件是通過在梳狀第一電極59和第二電極60間嵌入壓電膜58構(gòu)成的。
這種情況下，在采用圖3和4所示的梳狀電極時(shí)，可以通過減小間距63增大位移。圖2-4所示的壓電元件可應(yīng)用于以后所述的本發(fā)明的每種壓電/電致伸縮器件。
上述的壓電/電致伸縮器件50A-50D不利于減小尺寸和重量并且容易引起翹曲或彎曲發(fā)生于固定板56上的問題，并且難以調(diào)節(jié)位移模式。因此，由于在將它們的結(jié)構(gòu)變?yōu)閳D5(a)所示的結(jié)構(gòu)后解決了這些問題，因而，優(yōu)選采用結(jié)構(gòu)變化后器件50A-50D。
圖5(a)是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件另一實(shí)施例的俯視圖。壓電/電致伸縮器件30具有以下結(jié)構(gòu)，固定板31和連接板33彼此以它們的側(cè)面結(jié)合，膜片32與連接板33在垂直于用作固定板31和連接板33間結(jié)合方向的Y軸的方向上，即X軸方向以它們的側(cè)面結(jié)合，壓電元件35設(shè)置于膜片32的一個(gè)平面上，連接板33和膜片32的各側(cè)面的某些部分與基片34的一側(cè)面結(jié)構(gòu)。這種情況下，還可以在膜片32的兩個(gè)平面上形成壓電元件35，并采用圖2-4所示上述不同壓電元件之一作壓電元件35。
不總是需要固定板31、連接板33和膜片32具有相同厚度。這是因?yàn)榭梢赃x擇不同形狀中的任一種形狀作為以后將描述的固定板31的形狀。然而，優(yōu)選整體形成固定板31、連接板33和膜片32，而且，優(yōu)選與基片34整體形成連接板33和膜片32的一側(cè)面。通過利用以后將介紹的陶瓷生坯片的層疊法可以容易得到這種整體結(jié)構(gòu)。
可以使壓電/電致伸縮器件30以彎曲模式、軸旋轉(zhuǎn)模式、θ模式和φ模式中至少一種模式工作，彎曲模式中固定板31位移，以便在垂直于X軸和Y軸的Z軸方向彎曲，在軸轉(zhuǎn)模式中固定板31位移，以便利用Y軸作基軸旋轉(zhuǎn)，θ模式中固定板31象鐘擺一樣在X軸方向位移，以便固定板31在板31的平面中中心繞Y軸與Y軸形成一定角度θ，在φ模式中固定板31象鐘擺一樣在X軸方向中心繞Y軸位移，以便在離開Y軸平行于固定板31一側(cè)面的Z軸方向的擺動(dòng)分量增大。
以下將更具體地介紹上述θ模式和φ模式。圖5(b)是解釋?duì)饶Ｊ降母┮晥D，其中展示了在從圖5(a)中的箭頭AA方向即從X軸上的Y軸看圖5(a)的壓電/電致伸縮器件30時(shí)，固定板31的移動(dòng)。這種情況下θ模式，在固定板31不位移時(shí)，其上端面31F在位置P1。如上所述，然而，在θ模式中，固定板31象鐘擺一樣在固定板31的平面即X-Y平面中在X軸方向中心繞Y軸位移，以便與Y軸形成一定角度θ。這種情況下，從箭頭AA方向看，可以示出固定板31的上端面31F的移動(dòng)，作為X軸上位置P2和P3間的往復(fù)位移，這種位移方式定義為θ模式。
圖5(c)是解釋?duì)漳Ｊ降母┮晥D，與圖5(b)的情況一樣，展示從圖5(a)的箭頭AA方向看圖5(a)的壓電/電致伸縮器件30時(shí)，固定板31的移動(dòng)。圖5(c)中，在固定板31不振動(dòng)時(shí)，其上端面31F在位置P1。如上所述，在φ模式中，固定板31象鐘擺一樣在X軸方向中心繞Y軸位移，以便在離開Y軸時(shí)在平行于固定板31一側(cè)面的Z軸方向的擺動(dòng)分量增大。即，示出了在箭頭AA方向看時(shí)，假定Z軸上的一點(diǎn)為中心O，固定板板31上端面31F的移動(dòng)為穿過位置P1的圓弧軌道S上位置P4和P5間的往復(fù)位移。這種情況下，連接固定板31和中心O間的直線與Z軸形成的夾角為φ，上述位移方式定義為φ模式。
在壓電/電致伸縮器件30的情況下，還可以將一個(gè)壓電元件35等分，以便在Y軸方向形成兩個(gè)壓電元件35A和35B。而且，可以在膜片的相對(duì)兩平面上設(shè)置兩個(gè)壓電元件，每一平面一個(gè)。這種情況下，由于可以提供驅(qū)動(dòng)的精確性、位置精確性和探測精確性，優(yōu)選采用一個(gè)壓電元件35A作為驅(qū)動(dòng)元件，使固定板31引起預(yù)定的位移，另一壓電元件35B作輔助元件，例如用于證實(shí)是否得到了預(yù)定的位移量，即輔助元件優(yōu)選用作位移證明/判斷元件、檢修故障元件、或輔助驅(qū)動(dòng)元件，用于探測驅(qū)動(dòng)壓電元件35A的位移，并在用于驅(qū)動(dòng)壓電元件35A的驅(qū)動(dòng)信號(hào)上施加反饋，以便在加于驅(qū)動(dòng)壓電元件35A的電壓由于任何原因沒達(dá)到預(yù)定電壓量時(shí)，可以得到預(yù)定的位移。
為將一個(gè)壓電元件35等分，可以采用任何一種設(shè)置元件35然后通過激光束處理將元件35等分的方法，和等分壓電元件35然后設(shè)置它的方法。多個(gè)壓電元件的排列及每個(gè)壓電元件35的等分和用途可應(yīng)用于本發(fā)明的每個(gè)壓電/電致伸縮器件。
上述壓電/電致伸縮器件30的固定板31的平面形狀不限于圖5(a)所示的矩形。如圖6(a)-6(c)中的壓電/電致伸縮器件30A-30C所示，可有采用不同的任意形狀，例如圓形、三角形、反轉(zhuǎn)的凹面形、多邊形、橢圓形和長圓形。而且，不必結(jié)合固定板31，以便如圖6(d)中的壓電/電致伸縮器件30D所示，相對(duì)于Y軸與連接板32對(duì)稱。即，可以根據(jù)不同的傳感器、記錄頭或與壓電/電致伸縮器件結(jié)合使用的其它結(jié)構(gòu)任選固定板31的形狀。
然后，在本發(fā)明的情況下，可以優(yōu)選采用彈性板與連接板的一個(gè)平面或兩個(gè)平面鍵合，并且彈性板與傳感器基片或彈性板加強(qiáng)部件結(jié)合的結(jié)構(gòu)。圖7(a)是壓電/電致伸縮器件40A的俯視圖，這是一個(gè)通過將棱形彈性板38和彈性板加強(qiáng)部件39設(shè)置于上述壓電/電致伸縮器件30之上構(gòu)成的實(shí)施例。另外，圖7(b)-7(e)是從Y軸上的X軸方向看，展示彈性板38和彈性板加強(qiáng)部件39的設(shè)置的剖面圖。
彈性板38結(jié)合到連接板33的至少一個(gè)平面上，其寬度可以窄于或等于連接板33的寬度，如圖7(a)所示。另外，為在連接板33的彼此相地的兩平面上設(shè)置由相同材料構(gòu)成的彈性板38，優(yōu)選使彈性板38的形狀相同。然而，為將由彼此不同材料構(gòu)成的彈性板38施加到連接板33的彼此相對(duì)平面上，不必使彈性板38的形狀彼此相同。通過考慮每個(gè)彈性板38的楊氏模量，可將每個(gè)彈性板38形成為合適的形狀。
原則上彈性板38還可以結(jié)合到基片34上。這種情況下，根據(jù)連接板33與基片34的結(jié)合位置，判斷是否有必要設(shè)置彈性板加強(qiáng)部件39。即，如圖7(b)和7(c)所示，在連接板33結(jié)合到彈性板38可以直接與基片34結(jié)合的位置時(shí)，由于基片34也可以起彈性板加強(qiáng)部件39的作用，所以不必單獨(dú)設(shè)置彈性加強(qiáng)部分39。另外，這種情況下，可以只在連接板33的一個(gè)平面上設(shè)置彈性板38。
然而，如圖7(d)所示，在連接板33結(jié)合到基片34的端部時(shí)，盡管基片34也可以起彈性板38A情況下的彈性板加強(qiáng)部件39的作用，但優(yōu)選將彈性板加強(qiáng)部件39設(shè)置于彈性板38B上，作為支撐彈性板38B的部分。另外，如圖7(e)所示，即使連接板33結(jié)合到基片12的一端部，在只有彈性板38A結(jié)合到基片12并且不采用彈性板38B時(shí)，也不必形成彈性板加強(qiáng)部件39。
通過設(shè)置彈性板38，可以提高連接板33的機(jī)械強(qiáng)度。而且，在將彈性板38設(shè)置于連接板33的兩平面上的情況下，在利用壓電/電致伸縮器件35使固定板31位移時(shí)，由連接板33和彈性板38構(gòu)成的部分的重心可以移動(dòng)。因此，固定板31容易移到θ模式，優(yōu)選用于磁頭等用途。另外，可以得到壓電/電致伸縮器件的剛度和高速響應(yīng)特性提高的優(yōu)點(diǎn)。
即，圖8(a)和8(b)示出了圖7(c)和7(d)中X軸上從Y軸方向看的剖面圖時(shí)，由于壓電元件35能夠使彈性板38A和38B及連接板33的中心O在X軸方向上移動(dòng)，固定板31容易在X軸方向位移，即，以圖8(a)中的θ模式。然而，圖8(b)中，由于彈性板38A和38B及連接板33的中心O不存在于連接板33上，因而X軸方向上(箭頭S1)壓電元件35的驅(qū)動(dòng)力附加到中心O上，作為扭力(箭頭S2)，盡管旋轉(zhuǎn)模式因彈性板38A的剛率而受限制，但仍容易發(fā)生軸旋轉(zhuǎn)模式的位移。
這樣，在設(shè)置彈性板38時(shí)，象圖9所示的壓電/電致伸縮器件40B的情況一樣，優(yōu)選還設(shè)置將與彈性板38鍵合并結(jié)合到基片34的一側(cè)面結(jié)合的加強(qiáng)板41。這里，圖9(a)和9(b)是從其正面和背面看的壓電/電致伸縮器件40B的俯視圖，圖9(c)是從圖9(b)中的X軸上的Y軸方向看器件40B的剖面圖。這種情況下，加強(qiáng)板41鍵合到鍵合于連接板33上的彈性板38A上，并與基片34的方形切掉的側(cè)面結(jié)合。另外，優(yōu)選加強(qiáng)板41與彈性板38及基片34整體形成。
無需說，上述彈性板可以應(yīng)用于本發(fā)明的每種壓電/電致伸縮器件，其中連接板用作連接部件。另外，關(guān)于在制造本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件的方法中的以后將介紹的內(nèi)容，優(yōu)選彈性板與插在膜片板和基板之間并與它們整體形成的中間板整體形成，或與與膜片板整體形成的彈笥板加強(qiáng)部件整體形，還與每個(gè)連接板整體形成。
圖10(a)-10(d)展示了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的另一實(shí)施例。圖10(a)是壓電/電致伸縮器件11A的剖面圖，是沿俯視圖中的虛線A-A取的剖面圖。在壓電/電致伸縮器件11A的情況下，彈性板38鍵合到連接板33上，固定板31具有使連接板33和彈性板38在Y軸方向延伸形成的形狀。因此，固定板31和連接板33或彈性板38間的界面不清晰。集成固定板31、連接板33和彈性板38得到的結(jié)構(gòu)與圖10(b)-10(d)中所示的壓電/電致伸縮器件11B-11D相同，此后稱為連接固定板36。通過將連接固定板36形成為厚且細(xì)長的形狀，可以防止發(fā)生例如彎曲模式和軸旋轉(zhuǎn)模式等位移模式。
在圖10(b)所示的壓電/電致伸縮器件11B的情況下，為連接固定板36提供收縮部分37。另外，在圖10(c)的壓電/電致伸縮器件11C的情況下，為連接固定板36形成狹縫48。通過形成收縮部分37和/或狹縫48，連接固定板36的剛度降低，可以進(jìn)一步增大連接固定板36的前端的位移量。另外，在圖10(d)所示的壓電/電致伸縮器件11D的情況下，由于壓電/電致伸縮器件11D的自身重量會(huì)減小，而不會(huì)顯著改變壓電/電致伸縮器件的特性，所以優(yōu)選在連接固定板36的前端側(cè)，最好是膜片32和連接固定板36間結(jié)合部的前端側(cè)面形成狹縫48。
圖11(a)是壓電/電致伸縮器件12A的俯視圖，其中上述連接固定板36的形狀改變，和沿俯視圖的虛線A-A取的剖面圖。形成壓電/電致伸縮器件12A的連接固定板36，以便連接固定板周圍部分比連接固定板中心部分厚。連接固定板36的形狀可以作為通過減薄壓電/電致伸縮器件11A的連接固定板36的中心部分構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，可以通過將預(yù)定的U形狀彈性板38鍵合到薄連接固定板的平面上獲得固定板。盡管壓電/電致伸縮器件12A的重量減小，但其抗扭性強(qiáng)，因此，可以提高定位速度(提高位移量可控性)及位移(移動(dòng))路徑精確性。另外，關(guān)于俯視圖11(b)中所示的壓電/電致伸縮器件12B，可以在壓電/電致伸縮器件12A的連接固定板36的沒有彈性板38的部分處(U彈性板38的空腔部分內(nèi))形成狹縫48，從而可以增大位移量。
圖25是利用上述連接固定板36的再一壓電/電致伸縮器件12C的俯視圖，展示了通過以它們的側(cè)面結(jié)合其上形成有壓電元件的其它膜片與固定板的一端，以及交替地以它們的側(cè)面結(jié)合了必要數(shù)量的其它連接板和/或其它固定板及另外一些膜片與上述其它膜片，從而構(gòu)成的實(shí)施例。
即，壓電/電致伸縮器件12C具有如此結(jié)構(gòu)，其中第一膜片32A和第一連接固定板36A結(jié)合到基片34的一側(cè)面，第二膜片32B結(jié)合到第一連接固定板36A的開口側(cè)(一般為固定板設(shè)置側(cè))的側(cè)面，第二連接固定板36B、第三膜片32C和第三連接固定板36C以它們的側(cè)面依次結(jié)合到第二膜片32B上。這樣，通過驅(qū)動(dòng)設(shè)置于第一到第三膜片上的壓電元件35A-35C，可以在圖25中的X軸方向上增大第三連接固定板36C的位移量。
上述結(jié)構(gòu)也可以認(rèn)為是通過依次結(jié)合包括例如第二膜片32B和第二連接固定板36B的一組膜片和連接固定板的單元得到的結(jié)構(gòu)。因此，為得到預(yù)定的位移量，只需適當(dāng)?shù)貙卧臄?shù)量設(shè)定為優(yōu)選數(shù)量。
圖12是利用上述壓電/電致伸縮器件11A的致動(dòng)器26的透視圖。壓電/電致伸縮器件11A通過固定夾具29等牢固地固定于如滑塊27等部件上。磁頭13設(shè)置在壓電/電致伸縮器件11A的連接固定板36的前端，并可以通過驅(qū)動(dòng)壓電元件35移動(dòng)磁頭13大約預(yù)定位移量。另外，可以通過處理以后將介紹的生坯片，而不采用固定夾具29，把一將被固定的部件例如滑塊27與壓電/電致伸縮器件11A結(jié)合成一體。
圖13是通過在基片34的兩處設(shè)置壓電/電致伸縮器件11A得到的實(shí)施例?？梢圆捎迷O(shè)置到兩處的壓電/電致伸縮器件11A同時(shí)用于相同或不同用途，并在另一壓電/電致伸縮器件11A破碎時(shí)，用于將一壓電/電致伸縮器件11A設(shè)置作為備件。因此，可以在一個(gè)基片上設(shè)置多個(gè)本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件11A，并且它們的設(shè)置位置不限于圖13所示的橫向平行位置。
圖14是本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的再一實(shí)施例的俯視圖。上述壓電/電致伸縮器件30具有以下結(jié)構(gòu)，其中膜片32和基片34彼此僅以一側(cè)面結(jié)合。然而，在壓電/電致伸縮器件42的情況下，膜片21和基片2彼此以兩個(gè)側(cè)面結(jié)合，并且一側(cè)面與連接板20結(jié)合。通過應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)，可以控制連接板20和/或彈性板18的彎曲，并容易引起固定板19中的θ模式。
圖15(a)-15(c)是展示再一實(shí)施例的壓電/電致伸縮器件43A-43C的俯視圖。首先，圖15(a)所示的壓電/電致伸縮器件43A具有以下結(jié)構(gòu)，連接板20和固定板19彼此以它們的側(cè)面結(jié)合，兩個(gè)膜片21A和21B以它們的側(cè)面結(jié)合到連接板20，以在垂直于固定板19和連接板20之間連接方向的方向上支持連接板20，另外，膜片21A和21B與圖14所示的膜片21的情況類似，也結(jié)合到基片2，并由三個(gè)側(cè)面支撐和固定。利用該結(jié)構(gòu)，限定了固定板19的例如彎曲模式和軸旋轉(zhuǎn)模式等三維位移模式。另外，不總是需要在基片2凹部的底部結(jié)合膜片21A和21B與基片2。
在壓電/電致伸縮器件43A的情況下，四個(gè)壓電元件25A-25D形成在21A和21B的兩平面上。通過將這些壓電元件適當(dāng)?shù)刂付楣潭ò?9的驅(qū)動(dòng)元件和輔助元件，可以實(shí)現(xiàn)更精確的位移控制。
圖15(b)所示的壓電/電致伸縮器件43B具有這樣得到的結(jié)構(gòu)，在上述三側(cè)面支撐膜片的基片2側(cè)的一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上，例如至少在壓電元件25C和25D中的一個(gè)方向上，疊置至少壓電/電致伸縮器件43A的壓電元件25A-25D中的一個(gè)。這種情況下，由于可實(shí)現(xiàn)高精確測量，優(yōu)選采用壓電元件25C和25D作輔助元件，用于例如位移量探測或故障檢查等測量。即使在移動(dòng)壓電元件25A-25D的設(shè)置位置時(shí)，壓電元件25A-25D也不必伸出在連接板20之外或在采用彈性板時(shí)伸出在彈性板之外。
在將彈性板鍵合到壓電/電致伸縮器件43A和43B的連接板20時(shí)，可以采用與壓電/電致伸縮器件40B情況下類似的彈性加強(qiáng)部分或加強(qiáng)板。這種情況下，必需形成加強(qiáng)板，以在基片2的三個(gè)側(cè)面結(jié)合，用作膜片21A和21B、連接板20與基片2間的結(jié)合側(cè)面。
圖15(c)所示的壓電/電致伸縮器件43C是這樣構(gòu)成的實(shí)施例，在壓電/電致伸縮器件43A的連接板20的縱向上，在中心部分形成狹縫48。狹縫48是空心的，并具有增大膜片19的位移量和容易引起ν模式或νz模式位移或振蕩的作用。
這里，ν模式表示其中膜片19位移以便在X軸方向擺動(dòng)的一種模式。比較ν模式與θ模式，θ模式表現(xiàn)為象鐘擺一樣在X-Y平面內(nèi)位移，并具有Y軸方向的分量。然而，在ν模式的情況下，在X-Y平面內(nèi)X軸方向的單軸向位移是主要的，不同于θ模式，幾乎沒有Y軸分量。另外，νz模式表示在ν模式中膜片19離開該位移模式中的Y軸時(shí)，在Z軸方向(垂直于X軸和Y軸的方向)發(fā)生極大位移的模式。比較νz模式與φ模式，其與φ模式不同，其中幾乎沒有Y軸方向分量。
由于上述位移模式，很難采用ν模式和νz模式進(jìn)行靜態(tài)位移控制。然而，可以采用如由外部應(yīng)力引起的振蕩和位移等動(dòng)態(tài)位移的模式。
如在壓電/電致伸縮器件43A-43C的情況所示，將膜片設(shè)置在兩處以支持連接板時(shí)，可以改變膜片21A和21B的長度N1和N2及它們的寬度M1和M2，并如俯視圖16(a)所示，由此通過增大一個(gè)膜片的面積增大固定板19的驅(qū)動(dòng)力，通過減小另一膜片的面積，優(yōu)選采用另一膜片作如位移監(jiān)控器等輔助元件。另外，改變膜片21A和21B的寬度M1和M2后，通過將由壓電元件25A和25B及膜片21A和21B確定的膜片21A和21B的彎曲位移模式(圖16(b)中箭頭G)的適當(dāng)振蕩數(shù)變?yōu)閒1和f2，并用一個(gè)作驅(qū)動(dòng)元件，用另一個(gè)作輔助元件，可以提高位移精確性和測量精確性。優(yōu)選用具有適當(dāng)振蕩數(shù)f1和f2中較小一個(gè)的壓電元件作驅(qū)動(dòng)元件，具有頻率f1和f2中較大一個(gè)的壓電元件作輔助元件。
如圖15或16示出的壓電/電致伸縮器件43A-43C的情況所示，在將膜片設(shè)置于兩處以支持連接板時(shí)，更優(yōu)選形成以下結(jié)構(gòu)，其中至少壓電元件25C和25D中任一個(gè)形成在如膜片21B等一個(gè)膜片上，一個(gè)狹縫28或最好是多個(gè)狹縫28在垂直于膜片21A與連接板20間結(jié)合方向的方向形成于另一膜片21A上，如圖17所示。利用上述結(jié)構(gòu)，可以限定旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，并使位移以θ模式為主。
圖18(a)是壓電/電致伸縮器件43D的俯視圖，其中圖15(a)的壓電/電致伸縮器件43A形成于基片2的通孔14上，圖18(b)-18(d)是沿圖18(a)的虛線A-A取的剖面圖。在壓電/電致伸縮器件43D的情況下，設(shè)置兩壓電元件25A和25C，它們具有電極引線9和10。另外，形成絕緣涂層65，以覆蓋壓電元件25A和25C及電極引線9和10。在液體氣氛中或潮濕氣氛中應(yīng)用固定板19和壓電元件25A和25C時(shí)，絕緣涂層65分別具有有效地防止壓電元件25A和25C及電極引線9和10短路的作用。
另外，在壓電/電致伸縮器件43D上為了覆蓋絕緣層65，在基片2的兩側(cè)面上通過通孔67形成由導(dǎo)電材料構(gòu)成的屏蔽層66。屏蔽層66的作用是使壓電/電致伸縮器件在高頻下工作時(shí)或探測高頻振蕩時(shí)，切斷外部電磁波，以確保位移精確性，并且防止錯(cuò)誤工作發(fā)生或噪聲混合。
設(shè)置屏蔽層66的結(jié)構(gòu)包括如18(b)所示形成屏蔽層66以支持基片2的結(jié)構(gòu)、如圖18(c)所示只密封基片上布線部分的結(jié)構(gòu)及只用上側(cè)面屏蔽布線部分的結(jié)構(gòu)，然而，具體說，優(yōu)選屏蔽圖18(b)和18(c)所示的整個(gè)布線部分的結(jié)構(gòu)。在圖18(a)中，形成于基片2的各平面上的屏蔽層66利用通孔67電連接。然而，還可以利用基片2的一側(cè)面電連接它們。在以后介紹壓電/電致伸縮器件的材料時(shí)，介紹用于形成絕緣涂層65和屏蔽層66的具體材料。
圖19(a)和19(b)是本發(fā)明另外一些壓電/電致伸縮器件的各實(shí)施例的俯視圖。圖19(a)所示的壓電/電致伸縮器件44A具有以下結(jié)構(gòu)，其中連接板20和具有設(shè)置于其上的壓電元件25的膜片21以它們的側(cè)面平行地結(jié)合到固定板19上，它們間彼此不結(jié)合，連接板20和膜片21結(jié)合到基片2的一側(cè)面，同時(shí)固定板19不結(jié)合到基片2。膜片21還起連接板20的作用。然而，圖19(b)所示的壓電/電致伸縮器件44B具有以下結(jié)構(gòu)，其中兩膜片21A和21B設(shè)置在連接板20的兩側(cè)面上，壓電元件25A和25B設(shè)置在膜片21A和21B上。
壓電/電致伸縮器件44A和44B適于θ模式的位移和測量，由于固定板19的位移容易發(fā)生在固定板19的平面內(nèi)，限制了固定板19的旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)。另外，由于壓電元件25產(chǎn)生的應(yīng)變通過膜片21直接作用在固定板19上，或由于其反作用，存在著定位精確性和探測靈敏率提高的優(yōu)點(diǎn)。
圖20(a)-20(c)是本發(fā)明再一些壓電/電致伸縮器件的各實(shí)施例的俯視圖。首先，在圖20(a)所示的壓電/電致伸縮器件45A的情況下，固定板72以它們的側(cè)面結(jié)合到兩連接板74A和74B上，以便利用連接板74A和74B支持，連接板74A和74B的側(cè)面設(shè)置在基片70的凹部76的側(cè)面間，兩膜片73A和73B在用于支持固定板72的連接板74A和74B的方向上，即垂直于Y軸方向的，設(shè)置在連接板74A和74B之間及凹部76的底面之間，另外，壓電元件75A和75B設(shè)置在每一個(gè)膜片73A和73B的一個(gè)平面上。利用上述結(jié)構(gòu)，可得到控制固定板72的彎曲的優(yōu)點(diǎn)。
凹部76可采用先前圖18所示形成于基片2上的通孔14的側(cè)面，或可以通過切掉基片70外圍的一部分形成。另外，固定板72的形狀不限于矩形?？梢杂脠D6(a)-6(d)所示的任意形狀的一種固定板。
圖29(b)所示的壓電/電致伸縮器件45B這樣構(gòu)成，結(jié)合固定板72與連接板74A和74B，以使固定板72遠(yuǎn)離膜片73A和73B，這樣可有效地增大位移量。因此，可以任意選擇固定板72的設(shè)置位置。另外，圖20(c)所示壓電/電致伸縮器件45C示出一個(gè)實(shí)施例，其中與圖14所示膜片21的情況類似，膜片73A和73B靠連接板74A和74B及基片70在它們的三個(gè)側(cè)面支撐和固定。
這些壓電/電致伸縮器件45A-45C分別具有在如θ模式、φ模式、κ模式或在固定板72的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)模式等位移模式中至少任一模式下進(jìn)行位移控制或位移量的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，θ模式中固定板72象鐘擺一樣，利用固定板72與連接板74A或74B間的結(jié)合面，在垂直于固定板72的一側(cè)面和垂直于Y軸的X軸方向上中心繞Y軸位移，在φ模式中固定板72象鐘擺一樣中心繞Y軸位移，同時(shí)X軸方向的擺動(dòng)后是Z軸方向(未示出)的擺動(dòng)，Z軸方向平行于固定板72的一側(cè)面，κ模式中固定板72在X軸方向中心繞由圖29(a)中的雙向箭頭K所示的Y軸位移(此后稱此模式為κ模式)。具體說，可以得到κ模式的穩(wěn)定位移。
由俯視圖21(a)-21(f)所示的本發(fā)明又一些實(shí)施例的壓電/電致伸縮器件46A-46F分別具有以下結(jié)構(gòu)，其中固定板72以它們的側(cè)面結(jié)合到兩連接板74A和74B，以便由連接板74A和74B支持，連接板74A和74B的側(cè)面設(shè)置在具有通孔的基片70的通孔71的側(cè)面之間，這種情況下，至少多個(gè)膜片即膜片73A-73D在垂直于固定板72由連接板74A和74B支持方向的方向，設(shè)置在連接板74A和74B和通孔71的各側(cè)面之間，或固定板72和通孔71的各側(cè)面之間。壓電元件75A和75B任意設(shè)置在膜片73A-73D中至少一個(gè)的至少一個(gè)平面上的至少一部分上。
在每個(gè)壓電/電致伸縮器件46A-46F的情況下，比較壓電/電致伸縮器件46A與圖20(a)-20(c)所示的壓電/電致伸縮器件45A-45C，以Y軸為中心的固定板72的旋轉(zhuǎn)由膜片73A和73B限制。另外，通過與圖17所示情況類似在膜片73A和73B上形成狹縫28，固定板72可容易在箭頭K方向位移，即可以容易得到κ模式位移。
壓電/電致伸縮器件46B這樣構(gòu)成，在所有膜片73A-73D的相同方向平面上設(shè)置壓電元件75A-75D。利用這些壓電元件作驅(qū)動(dòng)元件，可以增大K方向固定板72的位移量。另外，壓電元件75A-75D提供到膜片73A-73D的兩平面上，還優(yōu)選利用設(shè)置于同一方向上的壓電元件作輔助元件。
壓電/電致伸縮器件46C示出了形成為圖21(a)和21(b)中面對(duì)基片70的膜片73A-73D的一側(cè)面與基片70結(jié)合的實(shí)施例。利用上述結(jié)構(gòu)，可以附加從圖14-圖21(a)和21(b)所示結(jié)構(gòu)得到的各優(yōu)點(diǎn)。
壓電/電致伸縮器件46D這樣構(gòu)成，在存在于與X軸和Y軸的交叉點(diǎn)即固定板72的中心對(duì)稱的各位置的膜片73B和73C上設(shè)置壓電元件75B和75C。這種情況下，固定板72的位移模式，可以采用其中位移在繞X軸和Y軸間的交叉點(diǎn)取中心的η方向(圖21)D(中的雙向箭頭的方向)的位移模式。由于這種位移模式是剛性體模式，所以不總是需要形成膜片73A和73D。另外，在形成膜片73A和73D時(shí)，可以在膜片73A和73D上形成狹縫28或壓電元件73A和73D。
壓電/電致伸縮器件46E這樣構(gòu)成，結(jié)合膜片73A-73D與固定板72，其中壓電元件75A-75D的設(shè)置狀態(tài)與圖21(b)的情況相同。利用上述結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生或測量κ模式的固定板72的位移。另外，壓電/電致伸縮器件46F具有一種通過增大連接板74A和74B的一個(gè)寬度，并減小它們中另一個(gè)的寬度，容易在θ和φ模式位移的結(jié)構(gòu)。
如上所述，本發(fā)明壓電/電致伸縮器件，可以選擇不同的形狀，但用于壓電/電致伸縮器件的材料對(duì)于每種壓電/電致伸縮器件來說不同。那么，下面介紹構(gòu)成本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件的材料和壓電/電致伸縮器件的形狀。優(yōu)選基片、固定板、連接板(連接固定板)、膜片、彈性板、彈性板加強(qiáng)部件和加強(qiáng)板由陶瓷構(gòu)成。例如，可以采用穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂和氮化硅。這些物質(zhì)中，由于氧化鋯具有高機(jī)械強(qiáng)度、高韌性和與壓電膜及電極材料的反應(yīng)性小，所以最優(yōu)選采用穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的氧化鋯。
然而，在采用上述穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的氧化鋯作為基片等的材料時(shí)，優(yōu)選通過至少在膜片中加入如氧化鋁或氧化鈦等添加劑來構(gòu)成膜片。
不總是需要構(gòu)成作為膜片板的基片、中間板、基板、固定板、連接板(連接固定板)、彈性板、膜片、彈性板加強(qiáng)部件和加強(qiáng)板的這些組件由相同材料構(gòu)成?？梢酝ㄟ^結(jié)根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)合組合上述陶瓷，采用上述不同的陶瓷用于上述組件。然而，優(yōu)選利用相同材料整體地構(gòu)成各組件，以保證各部分間的可靠結(jié)合，及簡化制造工藝。
為在連接板的兩平面上形成彈性板，還可以采用具有與用于將形成于壓電元件設(shè)置于其上的平面上的彈性板的壓電元件相同的結(jié)構(gòu)的彈性板。由于彈性板可與壓電元件同時(shí)形成，所以從制造工藝的角度看，優(yōu)選上述情況。然而，形成為彈性板的壓電元件的電極不用作電極。
已介紹過本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件的固定板的厚度和形狀不受限制，因此，可以根據(jù)用途適當(dāng)設(shè)計(jì)。因此，基片的厚度可在考慮可操作性后確定。然而，優(yōu)選將膜片的厚度設(shè)置在3-20微米，膜片和壓電元件的總厚度為15-60微米。另外，在采用彈性板時(shí)，優(yōu)選將連接板和彈性板的總厚度設(shè)置在20-300微米的范圍，它們的寬度設(shè)置在30-500微米，在將彈性板鍵合到連接板的兩平面之一或兩個(gè)平面上的任一情況下，彈性板的寬高比(寬度/厚度)為0.4-50。另外，在必需彈性板加強(qiáng)部件時(shí)，優(yōu)選使該部分的厚度與將鍵合于其上彈性板厚度相同。
盡管優(yōu)選用象膜一樣形成的壓電陶瓷作壓電元件的壓電膜，但還可以用電致伸縮陶瓷或鐵電陶瓷。另外，也可以用需要極化的材料或不需要極化的材料。然而，在用本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件作記錄頭時(shí)，由于固定板的位移量和驅(qū)動(dòng)或輸出電壓間的線性是重要的，所以優(yōu)選采用具有小應(yīng)變磁滯線的材料。因此，優(yōu)選采用具有10kV/mm或以下矯頑電場的材料。
具體說，下面列出用于壓電膜的陶瓷鋯酸鉛、鈦酸鉛、鈮酸鎂鉛、鈮酸鎳鉛、鈮酸鋅鉛、鈮酸錳鉛、錫酸銻鉛、鎢酸錳鉛、鈮酸鈷鉛和鈦酸鋇，或含某些上述材料的組合得到的成分的陶瓷。這些材料中，優(yōu)選主要含由鋯酸鉛、鈦酸鉛和鈮酸鎂鉛構(gòu)成的成分的材料用于本發(fā)明，因?yàn)檫@種材料具有高電機(jī)耦合因子和高壓電常數(shù)，并在燒結(jié)壓電膜時(shí)具有與基片的小反應(yīng)性。因此，可以穩(wěn)定形成由預(yù)定組分構(gòu)成的材料。
另外，可以用在上述壓電陶瓷中適當(dāng)添加鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳、鈰、鎘、鉻、鈷、銻、鐵、釔、鉭、鋰、鉍、或錫的氧化物，或這些材料中的某些的組合，或其它化合物。另外，優(yōu)選控制主要由鋯酸鉛、鈦酸鉛和鈮酸錳鉛及如鑭和鍶等添加劑構(gòu)成的材料的矯頑電場和壓電特性。
另外，優(yōu)選壓電元件的電極由在室溫下為固態(tài)并且導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬構(gòu)成。例如，可以用單金屬鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、銣、銀、錫、鉭、鎢、鐿、鉑、金、或鉛，或組合上述金屬中的某些得到的合金作電極。另外，可以采用將與壓電膜或膜片相同的材料分散到上述金屬化材料中得到的陶金。
實(shí)際電極材料選擇根據(jù)形成壓電膜的方法確定。例如，為在膜片上形成第一電極，然后在第一電極上通過焙燒形成壓電膜，必需采用如鉑等甚至在壓電膜焙燒溫度下也不變化的高熔點(diǎn)金屬作第一電極。然后，由于壓電膜形成后形成于壓電膜上的第二電極可以在低溫下形成，所以第二電極可以采用如鋁等低熔點(diǎn)金屬。
另外，可以通過整體焙燒壓電元件形成電極。然而，這種情況下，必需采用耐壓電膜焙燒溫度的高熔點(diǎn)金屬作第一和第二電極。另外，如圖3所示，為在壓電膜58上形成第一和第二電極50和60，可以利用相同的低熔點(diǎn)金屬形成電極59和60。于是可以根據(jù)由壓電膜焙燒溫度代表的壓電膜形成溫度及壓電元件結(jié)構(gòu)，適當(dāng)選擇優(yōu)選的第一和第二電極。
用絕緣玻璃或樹脂作將形成在壓電元件和電極引線上的絕緣涂層。這里，為提高壓電/電致伸縮器件的性能以不妨礙位移，優(yōu)選采用樹脂代替玻璃作絕緣涂層材料。因此，采用以下化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的碳氟化合物中的一種四氟乙烯樹脂Teflon(Teflon PTF，Du PointInc制造)、四氟乙烯-六氟環(huán)氧丙烷共聚物樹脂Teflon(TeflonFEP)、四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物樹脂Teflon(Teflon PFA)和PTFE/PFA復(fù)合Teflon。另外，盡管硅酮樹脂在抗蝕性和耐氣候性上不如上述碳氟化合物樹脂好，但仍優(yōu)選采用硅酮樹脂(具體說，熱固性硅酮樹脂)，另外，根據(jù)其用途可以采用環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂。另外，優(yōu)選對(duì)壓電元件和其四周或電極引線和其四周采用彼此不同材料形成絕緣涂層。另外，還優(yōu)選在絕緣樹脂中添加無機(jī)和有機(jī)添加劑(填料)，以調(diào)節(jié)膜片等的剛度。
在形成絕緣涂層時(shí)，用如金、銀、鎳和鋁等不同金屬作形成于絕緣涂層上的屏蔽材料。另外，可以采用用于上述壓電元件的電極等的每種金屬材料。另外，可以采用通過混合金屬化粉末與樹脂得到的導(dǎo)電膏。
下面介紹本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件制造方法。通過在氧化鋯等陶瓷粉末中添加和混合粘合劑、溶劑和分散劑制造漿料，作為基片、固定板、連接板、連接固定板、膜片和彈性板的材料。然后，將漿料除去毒氣，通過反轉(zhuǎn)滾壓涂敷法或刮漿刀法制造用于分別具有預(yù)定厚度的膜片板、中間板和基板的生坯片或生坯帶。除非采用彈性板18，否則不必制造中間板。然而，這種情況下，為保持基片的機(jī)械強(qiáng)度，必需通過中間板的厚度增大基板的厚度。即，盡管不制造用于中間板的生坯片，但優(yōu)選增大用于基板的生坯片的厚度等于用于中間板的生坯片的厚度。
然后，通過模具或激光束，在圖22所示的用于中間板17的生坯片上形成通孔14和彈性板18，并將基板15的生坯片沖壓成預(yù)定形狀，以形成通孔14。通過至少一個(gè)接一個(gè)地依次疊置所制造的膜片板3的生坯片、中間板17的生坯片和基板15的生坯片，并焙燒它們，將這些生坯片結(jié)合成一體，制造基片。這種情況下，為疊置生坯片3、15和17，預(yù)先形成孔部分8，以確定疊置的位置。
還可以在用于膜片板3的生坯片上在生坯狀態(tài)下形成通孔14和膜片21。然而，由于膜片板3的生坯片一般厚度很小為3-20微米，所以優(yōu)選在形成基片后獲得預(yù)定形狀，并通過以后將介紹的激光處理設(shè)置壓電元件，以保證燒結(jié)將按照用于膜片板3的生坯片形成的膜片等后表面平坦和尺寸精確性。
為了在膜片板3的生坯片最終形成膜片21的部分上設(shè)置壓電元件，有一種通過根據(jù)利用模具的模壓法或利用漿料的帶形成法制造壓電膜，并從而在膜片板3生坯片的其上將在加熱和加壓的條件下形成膜片的位置，疊置生壓電膜，然后共同焙燒壓電膜和基片，從而同時(shí)制造基片的壓電膜的方法。然而，這種情況下，必需通過利用以后將介紹的膜形成法，預(yù)先在基片或壓電膜上形成電極。
盡管焙燒壓電膜的溫度根據(jù)構(gòu)成壓電膜的材料適當(dāng)?shù)卮_定，但一般設(shè)定在800℃-1400℃，最好設(shè)定在1000℃-1400℃。這種情況下，優(yōu)選在存在壓電膜材料的蒸發(fā)源的條件下燒結(jié)壓電膜，以控制壓電膜的組分。另外，為了同時(shí)燒結(jié)壓電膜和基片，當(dāng)然必需使兩者的焙燒條件相匹配。
在利用該膜形成方法時(shí)，可以在膜片形成在燒結(jié)基片上的位置通過一厚膜形成方法，如絲網(wǎng)印刷法、滴涂法和涂敷法，和不同薄膜形成法，例如離子束法、濺射法、真空淀積法、離子鍍敷法、化學(xué)汽相淀積法(CVD)和鍍敷法，設(shè)置壓電元件。在這些方法中，在本發(fā)明的情況下，優(yōu)選根據(jù)絲網(wǎng)印刷法、滴涂法和涂敷法之一的厚膜形成法形成壓電膜。這些方法允許利用主要含平均顆徑為0.01-5微米最好為0.05-3微米的壓電陶瓷顆粒的膏或漿料形成壓電膜，所以可以得到優(yōu)選的壓電工作特性。
例如，在預(yù)定條件下燒結(jié)所制造的基片后，在膜片板的表面上預(yù)定位置處印刷第一電極，并燒結(jié)，然后印刷并燒結(jié)壓電膜，另外，印刷并焙結(jié)第二電極，以設(shè)置壓電元件。然后，印刷并燒結(jié)用于將每個(gè)所形成的電極連接到測量儀器上的電極引線。這種情況下，在利用鉑(Pt)作第一電極、用鋯鈦酸鉛(PZT)作壓電膜、用金(Au)作第二電極、用銀(Ag)作電極引線時(shí)，在某一燒結(jié)階段，由于該燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度設(shè)置成連續(xù)降低，所以該燒線階段前燒結(jié)的材料不會(huì)再燒結(jié)。所以，可以防止如電極材料等發(fā)生分離或侵蝕等問題。
通過選擇合適的材料，可以通過連續(xù)印刷，同時(shí)整體地?zé)Y(jié)壓電元件的每個(gè)部件和電極引線，也可以在形成壓電膜后，在低溫下形成每個(gè)電極。另外，可以通過例如濺射法或真空淀積法等薄膜法，形成壓電元件的每個(gè)部件和電極引線。這種情況下，不總是需要熱處理。
所以，通過一種膜形成方法形成壓電元件，可以整體地鍵合并設(shè)置壓電元件和膜片，而不用任何粘合劑，以確?？煽啃院驮偕a(chǎn)性及簡單集成。另外，這種情況下，可以將壓電膜形成合適的圖形。關(guān)于形成方法，可以采用絲網(wǎng)印刷法、光刻法、激光束處理法或如片切等機(jī)加工法或超聲處理法。
然后，在所制造的基片上預(yù)定位置處形成膜片和固定板。這種情況下，優(yōu)選通過利用YAG激光器的第四次諧波機(jī)加工切掉和去除膜片板3的生坯。于是，可以形成通孔14，同時(shí)留下整體結(jié)合到基片上的部分，如圖18(a)-18(d)所示的固定板和膜片。這種情況下，可以通過調(diào)節(jié)固定板和膜片的形狀，調(diào)節(jié)位移量。
另外，如圖23所示，可以利用第一電極22作上電極，用第二電極24作下電極，并由此設(shè)置其上壓電23形成于上下電極間的壓電元件25，此后通過YAG激光器的四次諧波或機(jī)加工去掉上電極，并調(diào)節(jié)壓電元件的有效電極面積，另外調(diào)節(jié)包括壓電/電致伸縮器件的阻抗的電特性，從而得到預(yù)定位移特性。在壓電元件25的結(jié)構(gòu)為圖3或4所示的梳狀結(jié)構(gòu)時(shí)，必需去掉兩電極之一的一部分，或兩電極的一部分。
關(guān)于上述機(jī)加工，除利用YAG激光器的第四諧波的上述機(jī)加工法外，可以采用適用于諧振部分的尺寸和形狀的不同機(jī)加工法，例如，利用YAG激光器、YAG激光器的二次或三次諧波、準(zhǔn)分子激光器或CO2激光器的激光束處理，電子束處理、片切(機(jī)加工)。
另外，除利用上述生坯片的制造方法外，可以利用采用成形模具的模壓法或滑移澆濤法、或注模法制造本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件。另外，這些情況下，通過在燒結(jié)前和后的如切割或研磨等機(jī)加工、通過激光整處理的穿孔或沖壓，或超聲處理，加工本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件，并成形為預(yù)定形狀。
通過絲網(wǎng)印刷法、涂敷法或噴涂法，利用玻璃或樹脂，可以形成將形成于這樣制造的壓電/電致伸縮器件的壓電元件和電極引線上的絕緣涂層。這種情況下，在利用玻璃作材料時(shí)，必需升高壓電/電致伸縮器件的溫度到高達(dá)約玻璃軟化的溫度。另外，由于玻璃具有大硬度，所以會(huì)妨礙位移或振蕩。然而，由于樹脂軟，且只需要如干燥等處理，所以優(yōu)選采用樹脂。已介紹了優(yōu)選碳氟化合物樹脂或硅酮樹脂作形成絕緣涂層的樹脂。然而，在采用這些樹脂中的一種時(shí)，優(yōu)選形成對(duì)應(yīng)于所用樹脂和陶瓷類似的底劑層，并在底劑層上形成絕緣涂層，以提高樹脂和底層陶瓷的粘附性。
然后，在絕緣涂層上形成屏蔽層的情況下，在絕緣層由樹脂構(gòu)成時(shí)，很難進(jìn)行焙燒。因此，在利用不同金屬化材料時(shí)，利用不需要加熱的方法如濺射法形成屏蔽層。然而，在利用由金屬化粉末和樹脂構(gòu)成的導(dǎo)電膏時(shí)，可以適當(dāng)?shù)夭捎媒z網(wǎng)印刷法和涂敷法。在用玻璃形成絕緣涂層時(shí)，也可以絲網(wǎng)印刷和在玻璃不會(huì)流動(dòng)的溫度或更低溫度下焙燒金屬膏。
以上介紹了本發(fā)明壓電/電致伸縮器件的結(jié)構(gòu)、材料和制造方法。然而，無需說，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。應(yīng)理解，根據(jù)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的常識(shí)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改形、修正、或提高，只要一種改形、修正或提高的實(shí)施例不是從本發(fā)明的要點(diǎn)推導(dǎo)出來，根據(jù)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的常識(shí)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改形、修正、或提高。
本發(fā)明的壓電/電致伸縮器件的特征在于結(jié)構(gòu)簡單，所以，容易減小該器件的尺寸和重量，并且?guī)缀醪皇芡獠坑泻φ駝?dòng)的影響，允許利用壓電元件精確控制的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位移。另外，該器件具有可以用簡單制造方法廉價(jià)制造的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于構(gòu)件材料可以廣泛選擇，所以該器件具有每次可以根據(jù)用途采用適當(dāng)材料的優(yōu)點(diǎn)。因此，在將該器件設(shè)置于不同致動(dòng)器和傳感器中時(shí)，可以得到因該器件所實(shí)現(xiàn)的致動(dòng)器和傳感器尺寸減小、重量減輕的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種壓電/電致伸縮器件，其中給其一側(cè)面與基片結(jié)合的膜片的至少一平面上的至少一部分提供壓電元件，及，至少一薄固定板的一側(cè)面與該膜片的一側(cè)面結(jié)合，以便該固定板的平面和膜片的平面彼此垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電/電致伸縮器件，其中，利用固定板和膜片間的連接面作關(guān)于垂直穿過固定板的中心的垂直軸的固定面，該壓電/電致伸縮器件至少根據(jù)θ模式位移和φ模式位移之一工作；θ模式位移中，固定板象鐘擺一樣在垂直于固定板的所述側(cè)面并垂直于垂直軸的方向上位移，在φ模式位移中在垂直于固定板的所述側(cè)面并垂直于垂直軸的方向繞垂直軸的擺動(dòng)象鐘擺一樣位移，然后是平行于固定板所述側(cè)面方向上的擺動(dòng)。
3.一種壓電/電致伸縮器件，其中固定板和連接板以它們的側(cè)面彼此結(jié)合，帶有形成于其至少一個(gè)平面上的至少一部分上的壓電元件的膜片，在垂直于固定板與連接板間的結(jié)合方向的方向上，以它們的側(cè)面結(jié)合到連接板，及連接板和膜片的至少某些側(cè)面結(jié)合到基片。
4.一種壓電/電致伸縮器件，其中固定板和連接板彼此以它們的側(cè)面結(jié)合，兩個(gè)膜片在垂直于固定板和連接板的結(jié)合方向的方向上，以它們的側(cè)面結(jié)合到連接板上，其中連接板靠所說兩個(gè)膜片支持，壓電元件設(shè)置于至少一個(gè)所述膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上，及連接板和每個(gè)膜片的至少某些側(cè)面與基片結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的壓電/電致伸縮器件，其中壓電元件設(shè)置在一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面上，一個(gè)狹縫或多個(gè)狹形成于另一個(gè)膜片上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中帶有設(shè)置到其至少一個(gè)平面的至少一部分上的壓電元件的另一膜片，與固定板的一端以它們的側(cè)面結(jié)合，必需數(shù)量的另一連接板和/或另一固定板和再一膜片另外與另一膜片以它們的側(cè)面結(jié)合。
7.一種壓電/電致伸縮器件，其中連接板和帶有設(shè)置于其至少一個(gè)平面的至少一部分上的壓電元件的膜片，彼此間不結(jié)合，而是平行地與固定板以它們的側(cè)面結(jié)合，連接板和膜片的至少某些側(cè)面與基片結(jié)合。
8.一種壓電/電致伸縮器件，其中與兩個(gè)連接板以它們的側(cè)面結(jié)合并靠它們支持的固定板，設(shè)置于提供于基片上的凹部的兩橫向側(cè)面間，兩個(gè)膜片在垂直于連接板的方向的方向上設(shè)置于每個(gè)連接板與凹部的底面間，以支持固定板，及壓電元件設(shè)置到至少一個(gè)所述膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上。
9.一種壓電/電致伸縮器件，其中結(jié)合于兩個(gè)連接板并靠它們支持的固定板設(shè)置于形成于基片上的通孔上，至少多個(gè)膜片在垂直于連接板的方向的方向上，設(shè)置于每個(gè)連接板和通孔之間，或固定板和通孔之間，以支持固定板，及壓電元件設(shè)置在至少一個(gè)膜片的至少一個(gè)平面的至少一部分上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的壓電/電致伸縮器件，其中，壓電元件設(shè)置于通過連接板或固定板彼此面對(duì)的一對(duì)膜片之一的至少一個(gè)平面上，一個(gè)狹縫或多個(gè)狹縫形成于該對(duì)膜的另一個(gè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求3-10中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中一個(gè)狹縫或收縮部分形成于連接板上。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-11中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中膜片安裝并結(jié)合到形成有連接板和基片的凹部。
13.根據(jù)權(quán)利要求3-12中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中固定板、每個(gè)連接板和每個(gè)膜片與一個(gè)膜片板整體地形成，通過疊置該膜片板和一基板整體地形成基片。
14.根據(jù)權(quán)利要求3-13中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中一彈性板鍵合到每個(gè)連接板的至少一個(gè)平面上，并結(jié)合到基片上或彈性板加強(qiáng)部件上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的壓電/電致伸縮器件，其中，彈性板與疊置于膜片板和基板之間并與它們整體形成的中間板整體地形成，或與與膜片板整體形成的彈性板加強(qiáng)部件整體地形成，并與每個(gè)連接板整體地形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14的壓電/電致伸縮器件，其中包括一鍵合到彈性板并結(jié)合到基片的所述側(cè)面的加強(qiáng)板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的壓電/電致伸縮器件，其中加強(qiáng)板與彈性板和基片整體地形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求3-17中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中，利用每個(gè)連接板和基片間的連續(xù)面作關(guān)于垂直穿過固定板的中心的垂直軸的固定面，該壓電/電致伸縮器件至少根據(jù)θ模式位移和φ模式位移之一工作；θ模式位移中，固定板象鐘擺一樣在垂直于固定板的一側(cè)面并垂直于垂直軸的方向上位移，在φ模式位移中垂直于膜片的所述側(cè)面并垂直于垂直軸方向繞垂直軸的擺動(dòng)象鐘擺一樣位移，然后是平行于固定板所述側(cè)面方向上的擺動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中膜片和/或連接板與形成于基片中的任意形狀的通孔的側(cè)面結(jié)合。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中壓電元件被分成兩個(gè)壓電元件，其一用作驅(qū)動(dòng)元件，另一用作輔助元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中，壓電元件設(shè)置于至少兩處，至少一處的壓電元件用作驅(qū)動(dòng)元件，至少另一處的壓電元件用作輔助元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中壓電元件和與電壓元件的元件電連接的電極引線用由樹脂或玻璃構(gòu)成的絕緣涂層覆蓋。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的壓電/電致伸縮器件，其中樹脂采用碳氟化合物樹脂或硅酮樹脂。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的壓電/電致伸縮器件，其中還有一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的屏蔽層形成于絕緣涂層的表面上。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-24中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中基片、固定板、連接板、膜片、彈性板、彈性板加強(qiáng)部件和加強(qiáng)板皆由穩(wěn)定的氧化鋯或部分穩(wěn)定的氧化鋯構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中壓電元件的壓電膜由主要含由鋯酸鉛、鈦酸鉛和鈮酸鎂鉛構(gòu)成的組分的材料構(gòu)成。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-26中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中固定板、連接板、膜片和彈性板中至少一個(gè)的形狀通過利用激光束處理或切割進(jìn)行修整實(shí)現(xiàn)尺寸調(diào)節(jié)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1-27中任一個(gè)的壓電/電致伸縮器件，其中激光束處理或切割壓電元件的電極，從而調(diào)節(jié)壓電元件的有效電極面積。
全文摘要
一種壓電/電致伸縮器件,其中固定板(31)與連接板(33)以它們的側(cè)面彼此結(jié)合,帶有設(shè)置于其一個(gè)平面上的膜片(32)與連接板(33),在垂直于固定板(31)和連接板(33)的結(jié)合面的方向的方向,以它們的側(cè)面結(jié)合,膜片(32)與基片(34)結(jié)合。電壓施加于壓電元件(35)上,使固定板(31)位移,或通過根據(jù)位移測量壓電元件(35)的電動(dòng)力來測量固定板(31)的位移量。該壓電/電致伸縮器件將電能轉(zhuǎn)化成如機(jī)械位移、機(jī)械力、或振動(dòng)等機(jī)械能,反之亦然,所以優(yōu)選用作振動(dòng)器、諧動(dòng)器、振蕩器或用于通信或原動(dòng)力的鑒別器,或用作超聲波傳感器或加速度傳感器。
文檔編號(hào)B06B1/06GK1243604SQ9880173
公開日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月8日
發(fā)明者武內(nèi)幸久, 大西孝生, 木村浩二 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社