[发明专利]压电/电致伸缩元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电/电致伸缩元件及其制造方法，该压电/电致伸缩元件具有 在基板上设置的电极层和在该电极层上设置的压电/电致伸缩层。

背景技术

在压电/电致伸缩元件中，例如，在以锆为主要成分的(陶瓷)基板的表 面上固着以金属为主要成分的电极层，在该电极层上固着压电/电致伸缩层(参 见专利文件1)。

这样的压电/电致伸缩元件可以如下方式来制造，首先在基板的表面上形 成能成为所述电极层的第一层的涂层；以及在该第一层上形成含有压电/电致 伸缩材料的第二层(将成为压电/电致伸缩层)；接着在预定的温度下进行加热 和烧成，然后冷却。从开始电极层自身就可以直接形成为第一层，在此情况中， 只有在烧成步骤中才形成第二层。另外，作为现有技术已知有如下文件。

专利文献1：JP-A-2001-284677

专利文献2：JP-A-2006-165007

专利文献3：WO2006/109501A1

在这样的压电/电致伸缩元件中，例如在基板的与电极层和压电/电致伸缩 层相反的一侧设置流路，则该元件就可以作为流过该流路的流体的传感器来起 作用。

例如，该压电/电致伸缩元件可以被共振，通过共振频率的微小的变化就 可检测出流体的存在。这样，通过利用压电/电致伸缩元件的振幅和与该压电/ 电致伸缩元件相接触的流体的粘度阻力之间的对应关系，可以测量流体的特 性，例如密度、浓度和粘度。

特别是，当该压电/电致伸缩元件在流体存在的情况下振动时，该压电/电 致伸缩元件受到源于流体的粘度的机械阻力。这里的压电/电致伸缩元件的机 械振动状态可以被等效电路来替代。因此，压电/电致伸缩元件的压电/电致伸 缩膜的等效电路的电常数就随着施加到压电/电致伸缩元件的粘度阻力而改 变。测量该电常数的变化就可测量流体的特性，例如粘度、密度和浓度。

其特性可以被压电/电致伸缩元件测量的流体的例子包括液体和气体。作 为测量目标的液体的例子不仅包括仅含有从水、醇、油中选择的主要介质的单 一组分液体，还包括在这些介质中添加(溶解、混合、分散或者悬浮)另外可 溶、难溶或不溶的气体介质而获得的液体。

另外，上述电常数包括损失系数、相位、阻抗、电抗、导电性、电纳、电 感和电容。特别优选采用在等效电路的共振频率附近具有一个极大或极小变化 点的损失系数或相位。因此，不仅可以测量流体的粘度，还可以测量密度或浓 度。例如，可以测量硫酸水溶液中的硫酸浓度。另外，作为检测振动状态改变 的指标，如果测量精度或耐久性方面没有特殊问题的话，可以采用共振频率的 改变来替代上述电常数。

但是，在该类型的压电/电致伸缩元件中，如果压电/电致伸缩元件的特性 (例如感应灵敏度)由于挠性位移量或内部应力值的增大而改善，则耐久性的 问题，例如压电/电致伸缩层中的开裂等就会出现。这种情况下，压电/电致伸 缩元件的输出或共振频率就会明显变得超过响应范围，则该元件不能再用作传 感器。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的课题是提供一种即使压电/电致层开裂仍可用作 传感器的压电/电致伸缩元件。经过重复的研究，通过下述的手段解决了上述 课题。

即：首先，根据本发明提供一种压电/电致伸缩元件，其包括基板、固着 于所述基板上的电极层以及固着于所述电极层上的压电/电致伸缩层，其中所 述电极层相对于所述基板的覆盖率为98％以下。

在根据本发明的压电/电致伸缩元件中，电极层的覆盖率优选为65～98％， 更优选为75～98％。如果覆盖率小于65％，则不希望地担心出现电极断线。

在根据本发明的压电/电致伸缩元件中，电极层的厚度优选为5μm以下。

在根据本发明的压电/电致伸缩元件中，电极层的厚度更优选为0.1～5 μm，特别优选为0.1～3μm。如果厚度超过5μm，则压电/电致伸缩层的位移 特性会由于电极层的厚度而受损，如果厚度不足0.1μm，则不希望地担心出现 电极断线。

另外，根据本发明提供一种压电/电致伸缩元件的制造方法，其包括：在 基板上形成含有金属的第一层使得覆盖率为98％以下的第一层形成工序；在 由第一层形成工序形成的第一层上形成含有压电/电致伸缩材料的第二层的第 二层形成工序；将在其上形成了第一层和第二层的基板进行加热和烧成的烧成 工序；以及在所述烧成工序后冷却在其上形成所述第一层和所述第二层的基板 的冷却工序。