[发明专利]压电器件、压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用压电材料的压电器件；以及具有该压电器件的压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电传感器。

背景技术

近来，替代块体压电材料，使用薄膜压电材料的压电器件的实际应用越来越广泛。这种应用的例子包括利用压电效应来将施加在压电膜上的力转换为电压的陀螺仪传感器、震动传感器、麦克风等，或者利用逆压电效应来使施加有电压的压电膜变形的致动器、喷墨头、扬声器、蜂鸣器，谐振器等。

压电材料的厚度的减小能够缩小压电器件的规模以扩大应用的领域。由于大量的压电器件能够一起制作在基板上，因此量产性会提高。此外，在性能方面有许多优点，例如，在传感器中使用压电膜时灵敏度的改善。然而，从其他膜对压电膜的外部应力和压电膜本身的内部应力会比块体材料的情况对压电特性带来更多影响，并且为此压电膜需要不同于块体材料的应力控制技术。因此，把专注于施加于压电膜的界面的热应力的控制的压电特性的控制方法成为在压电器件的设计中的重要因素。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-176176号公报

专利文献2：日本特开2006-188414号公报

专利文献3：日本特开1999-097755号公报

专利文献4：日本专利第4142128号

专利文献5：日本特开2009-094449号公报

非专利文献

非专利文献1：R&D Review of Toyota CRDL Vol.34 No.1 pp 19-24(1999)。

发明内容

发明所要解决的技术问题

压电特性当中的重要因素之一是矫顽电场Ec。矫顽电场Ec是在自发极化反转时电场的大小，并且当将高于该矫顽电场的电场施加于压电材料时极化方向开始反转。图1示出典型的压电器件的极化P-电场E的磁滞曲线以及矫顽电场Ec的位置。在利用逆压电效应即施加有电压的压电膜的变形的器件的情况下，在与极化方向相同的方向上实现了高位移。

图2示出典型的压电器件的应变x与电场E的关系(称为蝴蝶曲线)。从图2可见，应变方向在矫顽电场Ec时反转。这意味着即使为了获得大的应变x而增加电场E，极化方向也将在刚高于矫顽电场Ec时反转，从而导致无法在期望的方向上获得应变x。因此，期望具有大的矫顽电场Ec的压电器件以获得大应变x。

增强矫顽电场的技术的其中一种技术是改变压电膜的组成(专利文献1和2)，但是即使在相同组成的压电材料的情况下，当其形成为薄膜时，如上所述，因为由于器件的膜结构而引起的外部应力、由于成膜条件所引起的内部应力、以及诸如结晶度和压电膜的取向的因素的原因，矫顽电场显著变化，并且其控制是困难的。当通过压电膜本身的组成的改变而增加矫顽电场时，压电膜的压电常数倾向于下降，并且因而难以获得所期望的位移。

也存在有效驱动具有小的矫顽电场的压电膜的另一种技术(专利文献3)，但其要求预先测量矫顽电场的精确值，这使得驱动电路变得复杂且增加该器件的成本。

专利文献4公开了电介质膜形成在硅基板上并且导电性中间膜置于电介质膜上以防止自发极化的减少的叠层体，但是压电特性的改善效果仅通过在电介质膜上的仅一侧上淀积中间膜而受到限制。

专利文献5公开了在压电膜中在压缩方向上产生应力的中间膜设置在形成在硅基板上的电极与压电膜之间的结构，尽管其目的与本发明的不同。然而，中间膜的线性膨胀系数和其他并没有限制，并且当仅在压电膜的仅一侧上淀积中间膜时，许多压电材料无法实现作为压电器件的令人满意的逆压电特性。

本发明已经考虑到上述现有技术的问题，并且本发明的目的在于提供一种能够容易地增加压电器件的矫顽电场的压电器件。

解决问题的技术手段

根据本发明的压电器件包括第一电极膜；第一非金属导电性中间膜，其设置在第一电极膜上；压电膜，其设置在第一非金属导电性中间膜上；第二非金属导电性中间膜，其设置在压电膜上；以及第二电极膜，其设置在第二非金属导电性中间膜。第一非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于第一电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数，并且第二非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于第二电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数。

根据本发明，该器件包括非金属导电性中间膜，其有助于将压应力引入压电膜，由此实现矫顽电场的增加。各个非金属导电性中间膜的比电阻(电阻率)可以不大于0.1Ωcm。