CN1659718A - 压电/电致伸缩装置和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种压电/电致伸缩装置(10)包括一固定部(11)，被该固定部支撑的薄板部(12)和一由多个电极和多个压电/电致伸缩层交替构成的压电/电致伸缩元件(14)。该压电/电致伸缩装置(10)通过首先在构成所述薄板部(12)的薄板上形成包括片状电极和压电/电致伸缩层的压电/电致伸缩层多层体，然后切割薄板和压电/电致伸缩层多层体而制成。该切割通过沿压电/电致伸缩多层体的层叠方向往复移动线状部件(线锯)且与层叠方向平行。因此，片状电极被切割，且同时在电极层平面内被延伸，从而覆盖压电/电致伸缩层的端面的区域减少。

Description

压电/电致伸缩装置和其制造方法
技术领域
本发明涉及一种压电/电致伸缩装置和其制造方法，该压电/电致伸缩装置包括一固定部、一被固定部支撑的薄板部以及一包括片状电极和压电/电致伸缩层的压电/电致伸缩元件。
背景技术
上述类型的压电/电致伸缩装置已经被开发出来，用作精密工作的致动器，用作控制读和/或写光学信息、磁信息或类似信息的读和/或写元件(头)的位置的致动器，用作将机械振动转换为电信号的传感器或类似的装置。
图25显示了压电/电致伸缩装置的例子。该压电/电致伸缩装置包括一固定部100，一被固定部100支持的薄板部110，位于薄板部110相应端部、用于固持物体的固持部(可运动部)120和至少形成薄板部110的相应平面上的压电/电致伸缩元件130。每个压电/电致伸缩元件130包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层。在压电/电致伸缩元件130的电极之间产生电场，从而远离和接近压电/电致伸缩元件130的压电/电致伸缩层，因而薄板部110变形。薄板部110的变形引起固持部120的位移(因而，被固持部120固持的物***移)。
图25所示的压电/电致伸缩装置的制造过程如下。首先，如图26所示，准备多个陶瓷粗胚薄片(和/或一陶瓷粗胚薄片层叠片)。如图27所示，这些陶瓷粗胚薄片被层叠然后被烧制，从而形成陶瓷层叠片200。如图28所示，压电/电致伸缩层叠片210在陶瓷层叠片200的表面形成，每一个压电/电致伸缩层叠片210包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层。压电/电致伸缩层叠片210被沿图29所示的切割线C1至C4切割，从而生成出压电/电致伸缩装置。
然而，如图30和图31所示，当使用线锯WS沿切割线C3和C4进行切割时，压电/电致伸缩元件130的电极131的沿展性使得：每个电极131的侧端面(切割面)延伸至沿线锯前进的方向相邻(向着图30和31下方相邻)的压电/电致伸缩层132的侧端面，其中，图30为薄板部110的侧端面的部分放大前视图，图31为沿图30的线1-1的截面的部分放大视图。结果，在压电/电致伸缩元件130的侧端面上，相邻电极131之间的距离减少。此外，因为侧端面向外裸露，灰尘或类似物容易附着于其上。结果，这导致相邻电极很容易短路。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种压电/电致伸缩装置和制造该压电/电致伸缩装置的方法。在该压电/电致伸缩装置中，通过想出切割压电/电致伸缩层叠片的方法，保持从压电/电致伸缩元件的侧端面(切割面)观测到的电极之间的距离。
为了实现上述目的，依照本发明的一个特征，提供一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部，一支撑该薄板部的固定部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层。该方法包括：在用于形成薄板部的薄板部件的一个平面上，通过交替层叠片状电极和压电/电致伸缩层而形成压电/电致伸缩层叠片的步骤；和形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割薄板部件和压电/电致伸缩层叠片。
依照本发明的另一特征，提供一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部，一支撑该薄板部的固定部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层。该方法包括：通过烧制陶瓷粗胚薄片层叠片形成陶瓷层叠片的步骤，该陶瓷粗胚薄片层叠片包括用于形成固定部的陶瓷粗胚薄片和一用于形成薄板部的陶瓷粗胚薄片；形成压电/电致伸缩层叠片的步骤，该压电/电致伸缩层叠片至少位于陶瓷层叠片的、形成薄板部的部分的表面上，该压电/电致伸缩层叠片包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层；和形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割形成薄板部的、陶瓷层叠片的部分以及压电/电致伸缩层叠片。
依照本发明的方法，通过在平行一个层平面的方向移动一线电极部件，使该线电极部件在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向(即在一个基本垂直于该层平面的方向上)往复运动，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，形成薄板部的薄板部件和形成压电/电致伸缩元件的压电/电致伸缩层叠片被切割。因此，由线电极部件施加到与切割相关的每个电极上的、且以延展电极的方式作用电极的力被主要作用在电极的层平面上。同样，在加工过程中，与线电极往复运动相关产生的、且以延展电极的方式作用电极的力被基本均匀地作用至夹有该电极的两个压电/电致伸缩层的侧端面。结果，本发明提供了一种压电/电致伸缩装置，其中，在压电/电致伸缩元件的裸露在外面的侧端面(切割面)，两相邻电极之间的距离保持一相对大的距离。
换句话说，通过使用上述制造方法，本发明可以提供一种压电/电致伸缩装置，其包括一薄板部；一支撑该薄板部的固定部；和至少形成在薄板部的一个平面上的压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，且具有一裸露在外面的侧端面，该侧端面包括所述多个电极的侧端面和所述多个压电/电致伸缩层的侧端面；其中，每个电极的、形成相应侧端面的一部分延伸至夹着电极的压电/电致伸缩层的侧端面上，从而部分覆盖压电/电致伸缩层的侧端面。
在本发明的压电/电致伸缩装置中，在压电/电致伸缩元件的侧端面上，每个电极的、形成电极相应侧端面的部分，沿压电/电致伸缩层和电极层叠和电极的方向所测量的长度(L2)小于电极在由压电/电致伸缩层的侧端面所定义的假想面(HPL)上沿层叠的方向所测量的长度(L1)的五倍。
同样，在本发明的压电/电致伸缩装置中，L3/L1的比率满足0＜L3/L1＜2(即，L3/L1大于0且小于2)，L3为：每个电极的、形成相应电极侧端面的侧端面形成部分，和覆盖夹着电极的压电/电致伸缩层的相应侧端面的部分之中较长的部分的长度，该长度沿压电/电致伸缩层和电极的层叠方向所测定；L1为：在将覆盖相应电/电致伸缩层的侧端面的部分从电极的侧端面形成部分移除之后，沿层叠方向，测量的电极的侧端面形成部分的厚度。
压电/电致伸缩装置，其中，每个电极的、形成电极侧端面的部分的长度(L2)小于电极在由压电/电致伸缩层的侧端面所定义的假想面(HPL)上沿层叠的方向所测量的长度(L1)的五倍，或L3/L1的比率满足0＜L3/L1＜2的压电/电致伸缩装置，很难出现故障，在其制造完成阶段表现为好的隔离性质以及在使用过程中减弱其隔离性质的可能性很小。
本发明的上述制造方法提供一种压电/电致伸缩装置，其包括：一薄板部；一支撑该薄板部的固定部；和至少形成在薄板部的一个平面上的压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，且具有一裸露在外面的侧端面，该侧端面包括所述多个电极的侧端面和所述多个压电/电致伸缩层的侧端面；其中，压电/电致伸缩元件的裸露在外面的侧端面为通过沿一方向切割电极和压电/电致伸缩层的层叠片而形成的表面，该方向基本垂直层叠片层叠的方向，该层叠片位于平行层叠方向的平面内。
本发明的进一步特征在于提供一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件一形成在薄板部的平面上的片状第一电极，一形成在第一电极上的压电/电致伸缩层，和形成在压电/电致伸缩层上的片状第二电极。该方法包括：在薄板部件的平面上，形成层叠片的步骤，该薄板部件用于形成薄板部，该层叠片用于形成形成压电/电致伸缩元件；和形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割薄板部件和压电/电致伸缩层叠片。
同样，在这种情况下，用于形成薄板部的薄板部件和用于形成压电/电致伸缩元件的层叠片被在平行于层平面上移动的线电极部件切割，该线电极部件在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向(即，基本垂直于层平面的方向)往复运动，且同时保持与层叠方向基本平行，该压电/电致伸缩元件包括第一和第二电极以及夹在第一和第二电极之间的压电/电致伸缩层。因此，由线电极部件施加到与切割相关的第一和第二电极的、且以延展电极的方式作用第一和第二电极的力被主要作用在第一和第二电极的层平面上。结果，本发明提供一种压电/电致伸缩装置，其中，在压电/电致伸缩元件的裸露在外面的侧端面(切割面)，第一和第二电极之间的距离保持一相对大的距离。换句话说，本发明提供一种压电/电致伸缩装置，其中，形成第一电极的侧端面的部分延伸至薄板部的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面的上面，从而部分覆盖薄板部的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面，且在其中，从侧端面观测到的第一和第二电极之间的距离保持为一相对大的距离。
附图说明
图1为依照本发明的一个实施例的压电/电致伸缩装置的透视图；
图2为图1的压电/电致伸缩装置和被压电/电致伸缩装置固持的物体的透视图；
图3为图1的压电/电致伸缩装置的部分放大前视图；
图4为图1的压电/电致伸缩装置的一个变形的透视图；
图5为在制造依照本发明的压电/电致伸缩装置的第一方法中，要层叠的陶瓷粗胚薄片的透视图；
图6为通过层叠并加压结合图5的陶瓷粗胚薄片而形成的陶瓷粗胚薄片层叠片的透视图；
图7为通过整体烧制图6的陶瓷粗胚薄片层叠片而形成的陶瓷层叠片的透视图；
图8为图7的陶瓷层叠片的透视图，其上形成有压电/电致伸缩层叠片；
图9为显示切割图8所示的陶瓷层叠片和压电/电致伸缩层叠片的切割步骤的示意图；
图10为图1所示的压电/电致伸缩元件和薄板部的侧端面(切割面)的部分前视图；
图11为沿图10中线2-2的部分截面图，其显示了压电/电致伸缩元件和薄板部；
图12为图11的部分放大示意图；
图13为通过不是本发明的方法制造的压电/电致伸缩元件的侧端面(切割面)的部分放大前视图；
图14为在制造依照本发明的压电/电致伸缩装置的第二方法中，要层叠的陶瓷粗胚薄片的透视图；
图15为通过层叠并加压结合图14的陶瓷粗胚薄片而形成的陶瓷粗胚薄片层叠片的透视图；
图16为通过整体烧制图15的陶瓷粗胚薄片层叠片而形成的陶瓷层叠片的透视图；
图17为图16的陶瓷层叠片的透视图，其上形成有压电/电致伸缩层叠片；
图18为显示切割图17所示的陶瓷层叠片和压电/电致伸缩层叠片的切割步骤的示意图；
图19为相应图14所示的陶瓷粗胚薄片的陶瓷粗胚薄片的部分放大前视图；
图20为相应图14所示的陶瓷粗胚薄片的陶瓷粗胚薄片的另一例子的部分放大前视图；
图21为相应图14所示的陶瓷粗胚薄片的陶瓷粗胚薄片的又一例子的部分放大前视图；
图22为图1的压电/电致伸缩装置的另一个变形的透视图；
图23为显示另一个例子的示意图，其中，一物体被固持在依照每个实施例的压电/电致伸缩装置上；
图24为图1的压电/电致伸缩装置的又一个变形的透视图；
图25为现有压电/电致伸缩装置的透视图；
图26为在制造图25的压电/电致伸缩装置的过程中，要被层叠的陶瓷粗胚薄片的透视图；
图27为通过整体烧制陶瓷粗胚薄片层叠片而形成的陶瓷层叠片的透视图，该陶瓷粗胚薄片层叠片通过层叠并加压结合图26的陶瓷粗胚薄片而形成；
图28为图27的陶瓷层叠片的透视图，其上形成有压电/电致伸缩层叠片；
图29为为显示在不是本发明的制造方法的方法中，切割图28所示的陶瓷层叠片和压电/电致伸缩层叠片的切割步骤的示意图；
图30为图25所示的压电/电致伸缩元件和薄板部的侧端面(切割面)的部分前视图；
图31为沿图25中线1-1的部分截面图，其显示了压电/电致伸缩元件和薄板部；和
图32为显示切割图8所示的陶瓷层叠片和压电/电致伸缩层叠片的切割步骤的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图描述依照本发明的压电/电致伸缩装置的一个实施例。如图1所示的透视图，依照本实施例的压电/电致伸缩装置10包括一具有长方形平行六面体的固定部11；一对相互面对的薄板部12，其被固定部11支撑为固定状态；两个固持部13(可移动部)，其提供在薄板部12的相应顶端且具有比薄板部12的厚度大的厚度；以及两个压电/电致伸缩元件14，其至少形成在薄板部12的相应外表面上，且包括在多个层中交替排布的多个片状电极和压电/电致伸缩层。这些部件的通常的构造已被揭露，例如在日本专利申请公开(KoKai)No.2001-320103中。
例如，如图2所示，压电/电致伸缩装置10用作致动器，其中，一物体S被固持在所述的此对固持部13之间，由压电/电致伸缩元件14产生的力使薄板部12变形，从而位移固持部13，控制物体S的位置。物体S是一磁头，光头，用于传感器中的灵敏调节砝码(weight)等等。
固定部11，薄板部12和固持部13所组成的一部分(通常叫做“基板部”)为一陶瓷层叠片，其通过将陶瓷粗胚薄片的层叠片进行烧制而形成，这将在下面详细描述。这样的整个陶瓷层叠片不使用黏合剂来连接其部件，从而随着时间变化状态基本不变，因而提供了高可靠的结合且具有很高的硬度。陶瓷层叠片可以很容易地通过陶瓷粗胚薄片层叠处理而制造出来，这将在下面描述。
整个基板部可以由陶瓷或金属形成，或者可以假设为一种陶瓷和金属结合使用的混合结构。同样，可以构造基板部，从而陶瓷片通过诸如有机树脂或玻璃的黏合剂结合在一起，或者金属片通过铜焊，焊接，共晶结合，扩散结合，电焊或类似的方式结合在一起。
如图3所示，压电/电致伸缩元件14形成在由固定部11(固定部的一部分)和薄板部12(薄板部的一部分)形成的外表面上，包括多个片状电极和多个压电/电致伸缩层，并假设形成层叠片，在该层叠片中，在多个层中交替排布片状电极和压电/电致伸缩层交替排布。电极层和压电/电致伸缩层平行于薄板部12的平面。更特别的，压电/电致伸缩元件14为一层叠片，其中电极14a1，压电/电致伸缩层14b1，电极14a2，压电/电致伸缩层14b2，电极14a3，压电/电致伸缩层14b3，电极14a4，压电/电致伸缩层14b4和电极层14a5顺序层叠在薄板部12的外平面。电极14a1，14a3和14a5电连接在一起且与电连接的电极14a2和14a4绝缘。换句话说，电连接的电极14a1，14a3和14a5以及电连接的电极14a2和14a4以类似梳子的齿的形状排布。
压电/电致伸缩元件14通过薄膜形成工艺与基板部结合，这将在后面描述。可选择的，压电/电致伸缩元件14可以独立于基板部制造，并随之执行使用诸如有机树脂的胶或者通过玻璃，铜焊，焊接，共晶结合或类似的方式将压电/电致伸缩元件14和基板部结合。
本实施例显示了包括五电极层的多层结构，然而，层的数目没有特别的限制。通常，当层的数目增加时，使薄板部12变形的力(驱动力)增加，但能量消耗也增加。因此，层的数目可以依照诸如应用和使用的状态而选择。
下面将给出压电/电致伸缩装置10的元件的补充描述。
固持部13基于薄板部12的位移而工作。依照压电/电致伸缩装置10的应用，不同的部件依附至固持部13。例如，当压电/电致伸缩装置10用来作为移动物体的元件(移动元件)时，特别当压电/电致伸缩装置10用于定位或抑制磁盘驱动器的磁头的扭曲时，可以附着具有磁头的滑动器，磁头，具有滑动器的悬臂或者类似的部件(例如，需要被定位的部件)。同样，光学快门的保护罩和类似物可以被附着。
如上所述，固定部11用来支撑薄板部12和固持部13。例如，当压电/电致伸缩装置10用来定位硬盘驱动器的磁头时，固定部11固定连接至与VCM(音圈马达)连接的机架臂，与机架臂连接的夹具板，悬臂或类似的部件。在一些情况下，用于驱动压电/电致伸缩元件14的非示例的端子或其它部件可以配置在固定部11上。这些端子可以具有与电极的宽度基本相同的宽度，或者可以比电极窄或部分窄。
只要固持部13和固定部11可以具有刚性，固持部13和固定部11的材料没有特别的限制。通常，使用陶瓷作为材料是优选的，因为可以应用层叠处理，这将在后面描述。更特别的，材料的例子包括：包含氧化锆(例如，稳定的氧化锆或部分稳定的氧化锆)，氧化铝，氮化硅，氮化铝，氧化钛或者这些物质的混合物作为主要成分的材料。包含氧化锆，特别是稳定的氧化锆或部分稳定的氧化锆，作为主要成分的材料优选用于压电/电致伸缩装置10，因为机械强度和硬度高。当金属材料用来制造固持部13和固定部11时，不锈钢，镍或类似材料优选作为此金属材料。
如上所述，薄板部12被压电/电致伸缩元件14驱动。薄板部12为具有柔性的类似薄板的部件，且具有将位于其表面的压电/电致伸缩元件14的延展/收缩位移转换为弯曲位移，并将该弯曲位移传送至相应的固持部13的功能。因此，只要薄板部12是柔性的且具有不会因弯曲位移而折断这样的机械强度，薄板部12的形状和材料没有特别的限制，其形状和材料依照诸如固持部13的响应和操作而选择。
薄板部12的厚度Dd(参见图1)优选为2μm至100μm；薄板部12和压电/电致伸缩元件14的总厚度优选为7μm至500μm。每个电极14a1至14a5的厚度优选为0.1μm至50μm；每个压电/电致伸缩层14b1至14b4的厚度优选为3μm至300μm。
优选的，和固持部13和固定部11的情况相同，陶瓷被用来形成薄板部12。在陶瓷中，氧化锆，特别是包含稳定的氧化锆作为主要成分的材料或者包含部分稳定的氧化锆作为主要成分的材料是更佳的，这是因为即使在薄壁应用中也具有高机械强度，高韧性以及与构成压电/电致伸缩元件14的电解14a1和压电/电致伸缩层14b1的材料的低反应性。
薄板部12同样可以由具有柔性的且允许弯曲变形的金属材料形成。在薄板部12的首选金属材料中，含铁材料的例子包括不锈钢和弹簧钢，不含铁材料的例子包括铍铜，磷青铜，镍和镍铁合金。
优选的，用于压电/电致伸缩装置10的稳定的氧化锆或部分稳定的氧化锆以以下的方式稳定或部分稳定。从包括氧化钇，氧化镱，氧化铈，氧化钙，氧化镁的组中选择的至少一个或多个成分加入氧化锆中，从而稳定或部分稳定氧化锆。
每个成分以如下量加入：在氧化钇或氧化镱的情况下为1摩尔％至30摩尔％，优选为1.5摩尔％至10摩尔％；在氧化铈的情况下为6摩尔％至50摩尔％，优选为8摩尔％至20摩尔％；在氧化钙或氧化镁的情况下为5摩尔％至40摩尔％，优选为5摩尔％至20摩尔％。特别的，使用氧化钇作为稳定剂是优选的。在这样的情况下，优选的，氧化钇以1.5摩尔％至10摩尔％的量加入(更特别的，当机械强度重要时为2摩尔％至4摩尔％，当耐久可靠性重要时为5摩尔％至7摩尔％)。
氧化铝，硅，过渡金属氧化物或类似物以0.05wt％至20wt％的量加入作为烧结剂(sintering aid)或类似物。在压电/电致伸缩元件14是通过薄膜形成和整体烧制而形成的情况下，加入氧化铝，氧化镁，金属氧化物或类似物是优选的。
在固定部11，薄板部12和固持部13中的至少一个由陶瓷形成的情况下，为了获得具有高机械强度和稳定晶相的陶瓷，氧化锆的平均晶粒尺寸优选设置为0.05μm至3μm，更佳为0.05μm至1μm。如上所述，薄板部12可以由与用于形成固持部13和固定部11的陶瓷相似的(但不相同)的陶瓷形成。然而，优选的，考虑到结合部分的可靠性的增强、压电/电致伸缩装置10的强度增强和简化制造压电/电致伸缩装置10的工序，薄板部12由基本上与固持部13和固定部11的材料相同的材料形成。
压电/电致伸缩装置可以使用单形态(unimorph)型，双形态(bimorph)型或类似形态的压电/电致伸缩元件。然而，在位移量的稳定性、重量减少和防止在压电/电致伸缩元件中产生的应力和与压电/电致伸缩装置的变形相关的张力之间发生方向相反的容易设计这些方面，薄板部12和相应的压电/电致伸缩元件结合在一起的单形态型是有优势的。从而，单形态型适合为压电/电致伸缩装置10。
如图1所示，当压电/电致伸缩元件14以一方式形成时，薄板部12可以被驱动至一更大的范围，该方式为每个压电/电致伸缩元件14的一端位于固定部11(或相应的固持部13)上，而另一端位于相应薄板部12的平面上。
优选的，压电/电致伸缩层14b1至14b4由压电陶瓷形成。可选择的，压电/电致伸缩层14b1至14b4可以由电致伸缩陶瓷，铁电陶瓷或反铁电陶瓷形成。优选的，当在压电/电致伸缩装置10中固持部13的位移量和驱动电压(或输出电压)之间的线性度是重要的时候，压电/电致伸缩层14b1至14b4由具有低张力迟滞性的材料形成。从而，优选的，压电/电致伸缩层14b1至14b4由矫顽电场(coercive electric field)为10kV/mm或小于10kV/mm的材料形成。
压电/电致伸缩层14b1至14b4的一种特别的材料为包含下列物质的单个或组合的陶瓷，所述的物质为锆酸铅，钛酸铅，铌酸镁铅，铌酸镍铅，铌酸锌铅，铌酸锰铅，锡酸锑铅，钨酸锰铅，铌酸钴铅，钛酸钡，钛酸钠铋，铌酸钾钠，钽酸锶铋或类似物。
特别的，考虑到高的电磁耦合系数，高的压电常数，在烧制压电/电致伸缩层14b1至14b4的过程中与薄板(陶瓷)部12的低反应性以及相容成分的获得，包含主要份量为锆酸铅，钛酸铅和铌酸镁铅的材料或者包含主要份量为钛酸钠铋的材料优选作为压电/电致伸缩层14b1至14b4的材料。
此外，可以使用包含诸如镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、锰、铈、钴、锑、铁、钇、钽、锂、铋或锡的氧化物的陶瓷作为压电/电致伸缩层14b1至14b4的材料。在这种情况下，将镧或锶加入作为主要成分的锆酸铅、钛酸铅或铌酸镁铅中可以在一些情况中产生矫顽电场和压电特性变为可调这样的优点。
注意的是，希望避免将易玻璃化的材料，例如硅，加入压电/电致伸缩层14b1至14b4的材料中。这是因为在压电/电致伸缩层14b1至14b4进行热处理的过程中，硅或类似的材料易与压电/电致伸缩材料反应；结果，压电/电致伸缩材料的组分随着压电特性中的生产物恶化而变化。
此外，优选的，压电/电致伸缩元件14的电极14a1至14a5由常温为固态且具有极好的电导率的金属形成。该金属的例子包括铝，钛，铬，铁，钴，镍，铜，锌，铌，钼，钌，钯，铑，银，锡，钽，钨，铱，铂，金，铅和这些金属的合金。此外，电极材料可以为通过将上述金属扩散至与压电/电致伸缩层14b1至14b4或薄板部12的材料相似的材料中而制备成的材料。
选择在压电/电致伸缩元件14中使用的电极材料依赖于形成压电/电致伸缩层14b1至14b4的方法。例如，在电极14a1在薄板部12上形成，然后通过烧制在电极14a1上形成压电/电致伸缩层14b1的情况下，电极14a1必须由高熔点金属形成，诸如铂、钯、铂—钯合金或银—钯合金，其即使暴露在压电/电致伸缩层14b1的烧制温度下时也保持不变。这同样可以应用至其它的、紧跟着烧制相应的压电/电致伸缩层而形成的电极(电极14a2至14a4)。
相对的，在压电/电致伸缩层14b4上形成的最外面的电极14a5不是紧跟着烧制压电/电致伸缩层而形成的。从而，电极14a5可以由诸如铝，金或银的低熔点金属形成。
因为片状电极14a1至14a5可能引起压电/电致伸缩元件14的位移减少，每个电极层要求很薄。特别的，在烧制压电/电致伸缩层14b4后形成的电极14a5优选由有机金属浆料形成，其能够在烧制后形成密且非常薄的薄膜。所述浆料的例子包括树脂酸金浆料，树脂酸铂浆料和树脂酸银浆料。
在图1的压电/电致伸缩装置10中，与薄板部12的相应端部集成的固持部13具有比薄板部12的厚度Dd大的厚度。然而，如图4所示，固持部13可以具有基本等于薄板部12的厚度。结果，固持在固持部13之间的物体可以具有相应于薄板部12之间距离的尺寸。在这种情况下，为了固持该物体而涂覆黏合剂的区域实际上作为相应的固持部13。此外，在这种情况下，可以提供指定涂覆有黏合剂的区域的凸起。期望的，这样的凸起由与薄板部12相同的材料形成，且通过整体烧制或整体浇铸而和薄板部12结合在一起。
上述的压电/电致伸缩装置10可以用来作为超声波传感器，加速度传感器，角速度传感器，压力传感器，流量传感器或类似的传感器。在作为这样的传感器的应用中，压电/电致伸缩装置10具有优点：通过适当调节固持在相对的固持部13或相对的薄板部12之间的物体的尺寸，可以容易地调节传感器灵敏度。
接下来，描述制造上述压电/电致伸缩装置10的方法。优选的，压电/电致伸缩装置10的基板部(其不包括压电/电致伸缩元件14，即包括固定部11，薄板部12和固持部13)通过陶瓷粗胚薄片层叠处理而制造。同时，优选的，压电/电致伸缩元件14通过薄膜形成处理而制造，其用于形成薄的膜，厚的膜和类似的膜。
陶瓷粗胚薄片层叠处理允许集成地形成电/电致伸缩装置10的基板部的部件。从而，陶瓷粗胚薄片层叠处理的应用允许部件之间的接合部不随时间的变化而变化，从而增强接合部的可靠性和保证刚度。在基板部通过层叠金属板而形成的情况下，扩散结合处理的应用允许部件之间的结合部不随时间的变化而变化，从而保证接合部的可靠性和刚度。
在图1所示的依照本实施例的压电/电致伸缩装置10中，薄板部12和固定部11之间的边界部(接合部)，以及薄板部12和相应固持部13之间的边界部(接合部)作为位移现象的支点。从而，接合部的可靠性是决定压电/电致伸缩装置10的特性的一个重要因素。
下面描述的制造方法具有高生成率和很好的成型能力，从而可以在短的时间周期内以高的再现能力量产具有预定形状的压电/电致伸缩装置10。
接下来，描述制造依照本实施例的压电/电致伸缩装置10的第一方法。在下面的描述中，通过层叠多个陶瓷粗胚薄片而得到的层叠片定义为陶瓷粗胚薄片层叠片22(参见附图6)，通过烧制陶瓷粗胚薄片层叠片22而获得的整体定义为陶瓷层叠片23(参照图7)。
制造方法期望地体现如下：准备等同于多个图7所示的、纵向和横向排布的陶瓷层叠片的单个薄片；在薄板的预定区域的表面上，连续形成相应于多个层叠片24(参照图8)的层叠片，这些层叠片形成为压电/电致伸缩元件14；切割该薄片，从而以相同的处理制造出多个压电/电致伸缩装置10。此外，期望的，两个或多个压电/电致伸缩装置10与单个窗口(包括图5所示的Wd1和类似的窗口)结合而生产。注明的是，为了简化描述，下面的描述论述从一陶瓷层叠片通过切割该陶瓷层叠片而获得单个压电/电致伸缩装置10的方法。
首先，粘合剂，溶剂，分散剂，可塑剂和类似的物质和氧化锆或类似物质的陶瓷粉末混合，从而准备浆料。该浆料被去除泡沫。使用去除了泡沫的浆料，通过逆转辊筒涂敷处理，粉刮板处理或类似的处理，形成具有一定厚度的长方形陶瓷粗胚薄片。
接下来，如图5所示，通过冲模，激光加工或类似的加工，由上述准备的陶瓷粗胚薄片形成多个陶瓷粗胚薄片21a至21f。
在图5的例子中，长方形窗口Wd1至Wd4分别在陶瓷粗胚薄片21b至21e上形成。长方形窗口Wd1和Wd4具有基本相同的形状，长方形窗口Wd2和Wd3具有基本相同的形状。陶瓷粗胚薄片21a和21f中的每一个包括形成薄板部12的部分。陶瓷粗胚薄片21b和21e中的每一个包括形成固持部13的部分。注明的是，陶瓷粗胚薄片的数目只是作为一个例子而给出。在该示例性的例子中，陶瓷粗胚薄片21c至21d可以用具有一预定厚度的单个粗胚薄片替代，或者用层叠以获得预定厚度的多个陶瓷粗胚薄片替代，或者具有预定厚度的粗胚薄片层叠片替代。
接下来，如图6所示，陶瓷粗胚薄片21a至21f层叠并加压结合，从而形成陶瓷粗胚薄片层叠片22。接下来，陶瓷粗胚薄片层叠片被烧制，从而形成如图7所示的陶瓷层叠片23。
对于加压结合操作以形成陶瓷粗胚薄片层叠片22(用于整体层叠结构)的次数和顺序，没有特别的限制。当存在压力通过压力的单轴施加(在单个方向施加压力)不能充分传送到的部分时，期望地，加压结合重复多次，或在加压结合中注入压力传送物质。同样，例如，可以依照要制造的压电/电致伸缩装置10的结构和功能，适当决定窗口Wd1至Wd4的形状以及陶瓷粗胚薄片的数量和厚度。
当上述用于整个层叠结构的加压结合完成且同时加热时，获得层叠结构更稳定的状态。在陶瓷粗胚薄片加压结合之前，通过涂覆或印刷的方式，将包含预定量的陶瓷粉末和粘合剂的、作为结合辅助层的浆料，浆或类似物涂在陶瓷粗胚薄片上，这样可以增强陶瓷粗胚薄片之间界面的结合状态。在这样的情况下，优选的，考虑到结合的可靠性，用来作为结合辅助物的陶瓷粉末具有与用于陶瓷粗胚薄片21a至21f的陶瓷相同或相似的成分。此外，在陶瓷粗胚薄片21a至21f是薄的情况下，在处理陶瓷粗胚薄片21a至21f时使用塑料膜(特别的，涂覆有基于硅胶的脱模剂(silicone-base parting agent)的聚乙烯对苯二酸盐酯薄膜)是优选的。当窗口Wd1和Wd4和类似的窗口是在相对薄的薄片上形成时，例如在陶瓷粗胚薄片21a至21f上时，在执行形成窗口Wd1和Wd4和类似的窗口的处理之前，这些薄片的每一个可以依附上述的塑料膜。
接下来，如图8所示，压电/电致伸缩层叠片24在陶瓷层叠片23相应的相对侧上形成，即在烧制的陶瓷粗胚薄片21a和21f的相应表面上。形成压电/电致伸缩层叠片24的方法的例子包括：诸如丝网印刷处理、浸涂处理、涂覆处理和电泳处理的薄膜形成处理，以及诸如离子束处理、溅射处理、真空沉积处理、离子电镀处理、化学气相沉积(CVD)处理和电镀处理的薄膜形成处理。
形成压电/电致伸缩层叠片24的薄膜形成处理的使用允许压电/电致伸缩层叠片24和薄板部12整体地结合(处理)，从而保证可靠性和可再生性以及便于集成。
在这种情况下，更特别的，使用薄膜形成处理来形成压电/电致伸缩层叠片24。薄膜形成处理允许在薄膜形成中使用浆，浆料，悬浮液，乳剂，溶胶或类似的物质，这些物质的主要份量为具有平均粒子大小0.01μm至5μm，优选为0.05μm至3μm，的电致伸缩陶瓷颗粒或粉末。通过烧制这样形成的薄膜而获得的压电/电致伸缩层叠片24具有好的压电/电致伸缩特性。
电泳处理具有这样的优点：薄膜可以形成具有高密度和高形状精确性。丝网印刷处理可以同时执行薄膜厚度和图案形成的控制，从而可以简化加工处理。
下面详细描述形成陶瓷层叠片23和压电/电致伸缩层叠片24的示例方法。首先，陶瓷粗胚薄片层叠片22在1200℃至1600℃的温度下整体烧制，从而产生图7所示的陶瓷层叠片23。接下来，如图3所示，接着进行烧制，在陶瓷层叠片23的相应的相对侧的预定位置上印制电极14a1。接着，压电/电致伸缩层12b1被印制并烧制。接着进行烧制，在相应的压电/电致伸缩层12b1上印制电极14a2。重复这样的操作预定的次数，从而形成压电/电致伸缩层叠片24。用于将电极14a1，14a3和14a5连接至驱动电路的端子(未示)和用于将电极14a2和14a4连接至驱动电路的端子(未示)被印制和烧制。
可选择的，压电/电致伸缩层叠片24可以以如下方式形成。底部电极14a1被印制和烧制。接下来，压电/电致伸缩层14b1和电极14a2被印制且同时烧制。类似地，单个压电/电致伸缩层和单个电极被印制然后同时烧制的处理重复预定的次数。
在这种情况下，例如，电极14a1，14a2，14a3和14a4由包含主要份量为铂(Pt)的材料形成；压电/电致伸缩层14b1至14b4由包含主要份量为锆钛酸铅(PZT)的材料形成；电极14a5由包含主要份量为金(Au)的材料形成；端子由银(Ag)形成。这样，材料以烧制温度在层叠结构的升序中为低这样的方式选择。结果，在一定的烧制阶段，已烧制的材料避免了再次烧结，从而防止诸如电极材料脱落或结合的发生。
适当材料的选择允许：压电/电致伸缩层叠片24的部件和端子被顺序印制，然后在单个印制操作中整体烧制。同样，压电/电致伸缩层叠片24可以如下形成：将最外边的压电/电致伸缩层14b4的烧制温度设置为比压电/电致伸缩层14b1至14b3的烧制温度高，从而最后使得压电/电致伸缩层14b1至14b3的烧结状态相同。
压电/电致伸缩层叠片24的部件和端子可以通过薄膜形成处理形成，例如溅射处理或气相沉积处理。在这样的情况下，加热处理不是必须需要的。
可以使用的下面的同时烧制处理。压电/电致伸缩层叠片24在陶瓷粗胚层叠片22的相应的相对侧上形成，即在陶瓷粗胚薄片21a和21f的相应表面上。接下来，陶瓷粗胚薄片层叠片22和压电/电致伸缩层叠片24被同时烧制。
在同时烧制压电/电致伸缩层叠片24和陶瓷粗胚层叠片22的示例性方法中，压电/电致伸缩层叠片24的前驱体(precursor)通过使用浆料的封装(tape)形成处理或类似的处理而形成；压电/电致伸缩层叠片24的前驱体通过热压结合或类似的处理层叠至陶瓷粗胚薄片层叠片22的相应的相对侧上；接着前驱体和陶瓷粗胚薄片层叠片22被同时烧制。然而，在该方法中，电极14a1必须通过使用上述的任何薄膜形成处理，预先形成在陶瓷粗胚薄片层叠片22的相应的相对侧上和/或压电/电致伸缩层叠片24的相应的相对侧上。
在另一种方法中，电极14a1至14a5和压电/电致伸缩层14b1至14b4，为压电/电致伸缩层叠片24的组成层，被至少丝网印刷在陶瓷粗胚薄片层叠片22的、最终形成为相应的薄板部12的那些部分上；且这些组成层和陶瓷粗胚薄片层叠片22被同时烧制。
压电/电致伸缩层叠片24的组成层的烧制温度取决于组成层的材料，但通常为500℃至1500℃。压电/电致伸缩层14b1至14b4的优选烧制温度为1000℃至1400℃。在此情况下，优选的，为了控制压电/电致伸缩层14b1至14b4的组分，在压电/电致伸缩层14b1至14b4的材料的蒸发(例如，具有蒸发源)被控制的状态下进行烧结。在压电/电致伸缩层14b1至14b4和陶瓷粗胚薄片层叠片22被同时烧制的情况下，它们的烧制条件必须相互一致。压电/电致伸缩层叠片24不必在陶瓷层叠片23或陶瓷粗胚薄片层叠片22的相应的相对侧上形成，而可以仅在陶瓷层叠片23或陶瓷粗胚薄片层叠片22的相应的单侧上形成。
接下来，将陶瓷层叠片23的非必要部分切除，在该陶瓷层叠片23上形成了压电/电致伸缩层叠片24，如上所述。特别的，陶瓷层叠片23沿着如图9所示的切割线(虚线)C1至C4进行切割。切割可以通过诸如线切割(wiresawing)或切片(dicing)的机械加工，以及诸如YAG激光加工或准分子激光加工的激光加工或者电子束加工而进行。
在上述的切割方法中，切片是不理想的，理由如下。沿图9所示的切割线(虚线)C3和C4切割陶瓷层叠片23和压电/电致伸缩层叠片24包括：切割压电/电致伸缩层叠片24的部件，即切割低强度且易碎的压电/电致伸缩层和易变形的金属。从而将大的加工负载施加到要切割的物体(下文中，部分构成压电/电致伸缩装置10的“包括陶瓷层叠片23和压电/电致伸缩层叠片24的整体”同样参考作为“要切割的物体”)上的切片是不理想的。其它加工方法是理想的，其施加到要切割的物体上的加工负载小。特别的，线切割适合这样的切割，因为线切割通过同时切割同时形成多个压电/电致伸缩装置10，且加工负载小。
在这种情况下，上述的切割(线切割)执行如下。使作为线状部件(wiremember)的线锯(wire saw)WS沿切割线C3和C4且平行于层平面的方向进给(移动)。同时使线锯WS以基本平行于压电/电致伸缩层叠片24的片状电极14a1至14a5和压电/电致伸缩层14b1至14b4的层叠方向的方向往复移动，如图9所示的箭头AR1，即基本垂直于片状电极14a1至14a5和压电/电致伸缩层14b1至14b4的层平面(基本垂直于片状电极和压电/电致伸缩层的分界面的方向，从而以基本垂直于烧制的陶瓷粗胚薄片21a至21f的平面的方向)、且基本平行于层叠结构的方向的方向。
理想的，线切割以这样的方式进行：包括窗口d1和其它窗口的孔被诸如蜡或树脂这样的填充物填充，从而防止薄板部(相应于陶瓷粗胚薄片32a至21f的部分)的振动。理想的，在进行线切割之前，有机树脂，浆料或包括有机树脂和陶瓷的类似物质涂覆至形成压电/电致伸缩元件14的、层叠片24的表面，并接着进行干燥和固化，从而形成一保护膜(保护层)。保护膜的厚度期望为1μm至500μm，更期望为20μm至100μm。该保护膜可以通过印刷，喷射或类似的方法形成。期望地，增加压电/电致伸缩元件最外面的电极的厚度，从而电极层作为保护层来处理线加工。
上述要切割的物体并不是直接安装在线切割加工台上。通常，要切割的物体通过使用蜡，黏合剂或类似的物质粘合至夹具上，该夹具安装至线切割加工台上。合适的是将切割基片(和要切割的物体一起切割的部件)，诸如玻璃板或晶片，有机树脂(PET，PC，PE，PP或类似的物质)板，或诸如有机树脂的膜或类似薄板***夹具和要切割的物体之间。在这种情况下，期望的，用于结合要切割的物体和切割基片的黏合剂和用于结合基片和夹具的黏合剂在关于各个预定的溶剂的互溶度这个方面不同。
这样的黏合剂的选择可以防止用于分开切割基片和夹具的溶剂影响切割基片和切割物体之间的粘合。从而，在基片和夹具相互分开之后，切割物体可以在粘合至切割基片的同时进行处理。例如，当在线切割过程中粘附至要切割物体上的磨料颗粒被清除时，将切割物体设置(放置)在干净夹具上的操作通过执行操作是容易的：将粘合至切割基片上的切割物体放置在干净夹具的预定位置，然后对其进行清洁，接下来在干净夹具中切割基片和切割物体相互分开。
期望地，为了稳定线电极的往复运动，线切割执行如下。如图32所示，至少一对导轨GD以要切割的物体HS固持在导轨GD之间的方式放置。首先，线电极WS切割导轨GD，从而稳定线电极WS的往复运动。接下来，线电极WS开始切割要切割的物体HS。期望的，导轨GD的材料为诸如氧化铝、氧化锆、铁酸盐的陶瓷，或玻璃，前面描述的金属性物质，碳，石墨，单晶硅或类似物。无需说的是，导轨GD的高度比要切割物体HS的高度稍高。导轨GD和要切割物体HS之间的高度差(hg-hs)期望为线电极直径的一倍或更大，更期望为三倍或更大。然而，因为导轨和要切割物体之间的高度差必须考虑到加工而减少，所以，更期望的，高度差为线电极直径的10倍或小于10倍。
为了增加磨料颗粒的射出(取出)，在线电极往复运动方向上测量导轨的厚度期望为很小，特别的，为5mm或小于5mm，更期望为2mm或小于2mm。期望地，导轨具有在线电极往复运动方向测量的小的厚度，高硬度，且容易被磨料颗粒切割(容易磨碎)。特别的，使用碳是期望的。可选择的，以从铁，任何其它金属，SUS，玻璃，氧化铝到氧化锆的次序选择，且同时考虑关于切割物体的机械加工性。
期望地，当线电极在完成线切割之后从切割物体移开时，使线电极继续往复运动，以维持加工过程中射出磨料颗粒的状态。同样，线电极优选地在往复速度由加工过程中的速度增加之后从切割物体移开。这产生了一效果：通过与线电极和磨料颗粒的摩擦，抛光了切割物体的加工后的侧端面。用于线切割中的磨料物质(颗粒)从SiC，Al2O3，ZrO2，钻石或类似物质中适当选择，且具有1μm至30μm的平均颗粒尺寸，期望为1μm至5μm。
在线切割过程中，线电极(线锯)WS的往复速度(在图9的箭头AR1所示的往复方向)为10m/min至1500m/min，期望为100m/min至600m/min。线电极的进给速度(在垂直于图9的箭头AR1所示的往复方向的方向，即切割前进方向)为0.5m/min，期望为0.1m/min或小于0.1m/min。期望的，线电极WS的张力为1N至20N。
线切割可以执行如下：在线电极WS与要切割的物体HS接触并开始切割之后，并不是以常数速度进给线电极WS，而是在加工物体HS的开始，重复暂停线电极WS或者倒退该进给并重新开始进给的操作，从而加工在经给进行的方向梯度地进行。在进给暂停的时候，在进给方向上的加工期望地通过重复一操作，然后暂停线电极WS的进给，该操作为从加工开始点起进给线电极WS一定数量，该数量等于或小于线电极WS直径的1/2，优选为1/4。在倒退进给的情况下，线电极WS的进给倒退等于或大于磨料材料的平均尺寸，优选为平均颗粒尺寸的五倍。在该情况下，倒退速度可以大于进给速度。这些操作可以减少施加至要加工表面上的加工负载，且可以提高加工表面的抛光。
在线切割过程中，磨料颗粒或杂质，例如黏合剂，黏着至要切割的物体。这样的黏着物质期望地从切割物体上通过清除而除去。此时，如果杂质允许蒸发和凝固，杂质的移除变得困难。从而，期望的，杂质被清除掉而杂质不引起蒸发和干燥。当这样的清理被执行时，在加工过程中，用于使磨料颗粒悬浮以将磨料颗粒喷射到要切割物体上的溶剂，在清除的开始阶段被使用。
与沿切割线C3和C4切割相比，切割相同或相似机械特性的陶瓷部分可以通过线锯或其它加工方法而实现，在沿切割线C3和C4切割时，包括机械特性不同(关于切割的物理特性不同)的陶瓷，电极和压电/电致伸缩层的混合物被切割。例如，优选的，利用切块(dicing)沿垂直切割线C3和C4的方向，切割形成固持部13的部分和形成固定部11的部分。通过上述方法，制造出图1所示的压电/电致伸缩装置10。
依照上述制造方法，使线锯WS沿平行于压电/电致伸缩层叠片24的层平面的方向、在垂直于层平面的平面上行进，且同时使线锯WS在压电/电致伸缩层叠片24的层叠方向上往复运动，且保持与层叠方向平行，从而压电/电致伸缩层叠片24被切割以产生压电/电致伸缩元件14的最终形状。如图10所示，压电/电致伸缩元件14和薄板部12的侧端面(切割面)的前视图，和在图11中沿图10的2-2的截面图且显示了压电/电致伸缩元件14和薄板部12，例如，形成侧端面的电极14a2的那部分延伸至夹着电极14a2的压电/电致伸缩层14b1和14b2的侧端面上，从而部分覆盖压电/电致伸缩层14b1和14b2的侧端面。即，压电/电致伸缩元件14的每个电极14a1至14a5的一部分，该部分形成相应的侧端面，延伸到夹有电极的压电/电致伸缩层的侧端面上，从而部分覆盖压电/电致伸缩层的侧端面。
结果，如图12所示，其为图11的放大图，“在压电/电致伸缩元件14的侧端面上”，“沿压电/电致伸缩层14bn和电极14an层叠的方向测量电极14an(n：1至5)侧端面”的长度(L2)小于电极在由压电/电致伸缩层14bn和14bn-1的侧端面所定义的假想面HPL上沿层叠的方向所测量的长度(L1)的五倍。因此，在压电/电致伸缩元件14的侧端面上，相邻电极之间的距离增加，从而减少在制造或使用的过程中相邻电极的易短路性。
同样，该压电/电致伸缩装置10具有：L3/L1的比率满足0＜L3/L1＜2(即：L3/L1比0大且比2小)，其中，L3为：每个电极14an的、形成相应电极侧端面的侧端面形成部分，和覆盖夹着电极14an的压电/电致伸缩层14bn和14n-1的相应侧端面的部分之中较长的部分的长度，该长度沿压电/电致伸缩层和电极的层叠方向所测定；L1为：在将覆盖相应电/电致伸缩层的侧端面的部分从电极的侧端面形成部分移除之后，沿层叠方向，测量电极的侧端面形成部分的厚度。
满足关系0＜L3/L1＜2的压电/电致伸缩装置10很难出现故障，在其制造完成阶段表现为好的隔离性质以及在使用过程中非常不容易减弱其隔离性质。可选择的，当电压施加到电极上时，在压电/电致伸缩层的侧端面测量的电场强度比内部测量的电场强度高，从而压力可以有效地在压电/电致伸缩层的侧端面上产生。结果，可以增强压电/电致伸缩装置10的强度。
在通过不是本发明的方法制造的压电/电致伸缩装置中，如等同于图12的图13所示，在一些情况下，“在压电/电致伸缩元件14的侧端面上”，“沿压电/电致伸缩层14bn和电极14an层叠的方向测量电极14an(n：1至5)侧端面”的长度L20大于电极在由压电/电致伸缩层14bn和14bn-1的侧端面所定义的假想面HPL上沿层叠的方向所测量的长度(L1)的五倍，其表示提供足够可靠性的失败。
接下来，将描述制造依照本发明的压电/电致伸缩装置10的第二方法。首先，将粘合剂，溶剂，分解剂，可塑剂和类似物与氧化锆或类似物的陶瓷粉末混合，从而准备浆料。该浆料被去除泡沫。使用取出泡沫的浆料，通过逆转辊筒涂敷处理，粉刮板处理或类似的处理，形成具有预定厚度的长方形陶瓷粗胚薄片。
接下来，如图14所示，多个陶瓷粗胚薄片31a至31f通过冲模，激光加工或类似加工进行下料，由上面准备的陶瓷粗胚薄片形成多个陶瓷粗胚薄片31a至31f。特别的，考虑形成的形状，加工表面的状况和加工速度(加工量)，使用冲模进行下料是首选的。
在图14所示的例子中，和在前面描述的第一种制造方法中出现的陶瓷粗胚薄片21b至21e一样，长方形窗口Wd1至Wd4分别在陶瓷粗胚薄片31b至31e中形成。窗口Wd1和Wd4具有基本相同的形状。窗口Wd2和Wd3具有基本相同的形状。
具有基本相同形状的窗口We1至We6分别在陶瓷粗胚薄片31a至31f上形成。具有基本相同形状的窗口Wf1至Wf4分别在陶瓷粗胚薄片31a、31b、31e和31f上形成。陶瓷粗胚薄片31a至31f中的每一个包括皆包括形成薄板部12的部分。陶瓷粗胚薄片31b和31e中的每一个皆包括形成固持部13的部分。同样，在这种情况下，陶瓷粗胚薄片的数目仅作为例子而给出。在该示例性例子中，陶瓷粗胚薄片31c和31d中的每一个位于多个陶瓷粗胚薄片被层叠的状态中。
接下来，如图15所示，陶瓷粗胚薄片31a至31f被层叠并加压结合，从而形成陶瓷粗胚薄片层叠片32。接下来，陶瓷粗胚薄片层叠片32被烧制，从而形成图16所示的陶瓷层叠片。
接下来，如图17所示，和前面描述的压电/电致伸缩层叠片24相同，压电/电致伸缩层叠片34在陶瓷层叠片33的相应的相对侧上形成，即在陶瓷粗胚薄片31a和31f的相应表面上。
接下来，将不需要的部分从形成有压电/电致伸缩层叠片34的陶瓷层叠片33上切除。特别的，形成有压电/电致伸缩层叠片34的陶瓷层叠片33被沿图18所示的切割线(虚线)C10至C40切割。切割可以通过诸如线切割或切片的机械加工，以及诸如YAG激光加工或准分子激光加工的激光加工或者电子束加工而进行。
在上述的切割方法中，切片是不理想的，理由如下。沿图18所示的切割线(虚线)C30和C40切割陶瓷层叠片23和压电/电致伸缩层叠片24包括：切割低强度的压电/电致伸缩层。从而将大的加工负载施加到要切割的物体上的切片是不理想的。其它加工方法是理想的，其施加到要切断的物体上的加工负载小。特别的，线切割适合这样的切割，因为线切割通过同时切割同时形成多个压电/电致伸缩装置10，且加工负载小。
沿切割线C30和C40的线切割以与第一加工方法相似的方法进行。特别的，线锯WS沿切割线C30和C40前进，且同时使线锯在基本平行于压电/电致伸缩层叠片34的层叠方向的方向往复移动，如图18的箭头AR1所示，且同时保持为基本与层叠方向平行。结果，完成压电/电致伸缩装置10的制造。
和第一制造方法相同，第二制造方法同样使用线锯WS来切割压电/电致伸缩层叠片34。从而，如图11和12所示，压电/电致伸缩元件14的电极14a1至14a5的每一个的、形成相应侧端面的部分，延伸至夹有电极的压电/电致伸缩层14b1和14b2，14b2和14b3或14b3和14b4的侧端面上，从而部分覆盖压电/电致伸缩层的侧端面。每个电极的长度(厚度)L1和L2满足在第一制造方法中给出的条件。结果，在压电/电致伸缩元件14的侧端面上，相邻电极之间的距离增加，从而减少相邻电极短路的可能性。
在第二制造方法中，不是通过切割烧制体(陶瓷层叠片33)，而是通过加工粗胚薄片(通过形成窗口We1至We6和窗口Wf1至Wf4)，确定了压电/电致伸缩装置的整个长度(固持部13的端部和固定部11的端部之间的长度)。与切割厚的烧制体相比，整个长度可以在产品中统一的决定(整个长度可以精确地确定)。
接下来，描述在通过上述第二制造方法实际制造多个压电/电致伸缩装置时使用的陶瓷粗胚薄片的一个例子。图19为相应于图14所示的陶瓷粗胚薄片31b(因此，同样相应于陶瓷粗胚薄片31e)的陶瓷粗胚薄片41的部分放大前视图。在图19中，虚线相应于切割线C10至C40，该切割线用于作为烧制结果产生的上述陶瓷层叠片。从图19可以显然得到，当相互相邻的窗口Wf2，Wd1和We2作为空腔的一单个组，相对每个空腔组，从陶瓷粗胚薄片41制造一单个压电/电致伸缩装置10。
图19显示了相应于图14所示的陶瓷粗胚薄片31b和31e的陶瓷粗胚薄片41。然而，无需说的是，准备相应于如图14所示的陶瓷粗胚薄片31a，31c，31d和31f的陶瓷粗胚薄片。这些陶瓷粗胚薄片被层叠成一个陶瓷粗胚薄片层叠片，该陶瓷粗胚薄片层叠片包括多个陶瓷粗胚薄片层叠片32。该陶瓷粗胚薄片层叠片被烧制成包括多个陶瓷层叠片33的陶瓷层叠片。该陶瓷层叠片被用于制造多个压电/电致伸缩装置(相同的规定同样应用至图20至21的描述)。
图20为相应于陶瓷粗胚薄片31b(因此，同样相应于陶瓷粗胚薄片31e)的另一陶瓷粗胚薄片42的部分放大前视图。在图20中，虚线相应于切割线C10至C40，该切割线用于作为烧制结果产生的上述陶瓷层叠片。在此例子中，切割线C50和C60被加至陶瓷层叠片。包括陶瓷粗胚薄片42的陶瓷粗胚薄片层叠片被烧制成陶瓷层叠片。此包括陶瓷层叠片33和压电/电致伸缩层叠片34的陶瓷层叠片被沿切割线C50和C60切割。从图20可以显然得到，当相互相邻的窗口Wf2，Wd1和We2作为空腔的一单个组时，相对每个空腔组，由陶瓷粗胚薄片42制造一单个压电/电致伸缩装置10。
图21为相应于图14所示的陶瓷粗胚薄片31b(因此，同样相应于陶瓷粗胚薄片31e)的又一陶瓷粗胚薄片43的部分放大前视图。
与上述陶瓷粗胚薄片42相比，陶瓷粗胚薄片43为：陶瓷粗胚薄片41或42的窗口Wf2和We2集成为一单个窗口Wg1，从而切割沿切割线C70和切割线C30至C60进行，切割线C70为上述切割线C10和C20的集成切割线。因此，当窗口Wd1和位于窗口Wd1两边的一对窗口Wg1被作为空腔的一个组时，相对每个空腔组，由陶瓷粗胚薄片43制造一单个压电/电致伸缩装置10。
陶瓷粗胚薄片43需要仅形成一单个窗口Wg1，该窗口为陶瓷粗胚薄片41或42的窗口Wf2和We2的集成窗口，而不需要形成窗口Wf2和We2，从而简化陶瓷粗胚薄片43的准备处理(下料处理)。同样，可由同一薄片制造出的产品数目增加。
参照图19和20，下面的切割顺序(用于生产装置)是期望的。首先，切割沿切割线C10和C20进行，其纵向延伸至确定整个装置长度的窗口内。接下来，排布除去了与产品无关的部分(夹在窗口Wfn(Wf2)和Wen(We2)之间的部分，这些窗口与其它窗口之间没有窗口Wdn(Wd1)(每一个切割线C10和C20之间所夹的部分且不包括窗口Wd1))的剩余部分，例如，如图32所示。接下来，线切割沿切割线C30，C40，C50和C60进行。
在如图21进行切割的情况下，切割可以以与图19和20所示的切割顺序相同的顺序进行，或者以相反的顺序进行。接下来，沿切割线C70进行切割，来确定整个装置长度。
下面给出关于上述第一和第二制造方法的补充描述。首选的，在沿图9所示的切割线C3和C4(沿图18所示的切割线C30和C40)进行切割(切下)之后，压电/电致伸缩层叠片24(34)和陶瓷层叠片23(33)进行300℃至800℃的热处理。该热处理可以消除诸如微裂纹的缺陷，从而增强可靠性，所述的缺陷在压电/电致伸缩装置10中因为切割而很容易产生。此外，优选的，在热处理之后，压电/电致伸缩层叠片24(34)和陶瓷层叠片23(33)被放置在大于80℃的温度下，从而被老化。该老化处理可以减轻在制造过程中在压电/电致伸缩装置中产生的各种压力。
上述的依照本发明的压电/电致伸缩装置可以用来作为有源元件，例如用于通信和功率应用的各种变换器，各种制动器，频域功能部件(滤波器)，变压器，振动器和共振器，振荡器和鉴别器，同样可以作为用于各种传感器中的传感元件，例如超声波传感器，加速度传感器，角速度传感器，压力传感器和流量传感器。同样，压电/电致伸缩装置可以用来做为用于位移，定位，调节，或光学设备中各种精密部件的角调节的机器，精密设备和类似设备中的各种制动器。
虽然参照压电/电致伸缩装置的一个实施例和制造该装置的制造方法的一个实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不限于此，任何不超出本发明的构思的适当修改都是可以的。例如，上述实施例的压电/电致伸缩元件14包括多个电极14a1至14a5和多个压电/电致伸缩层14b1至14b4。然而，包括一对电极和夹在这对电极之间的单个压电/电致伸缩层的压电/电致伸缩元件也可以应用于本发明的压电/电致伸缩装置，用于制造依照本发明的压电/电致伸缩装置的方法也可以用于制造该压电/电致伸缩装置。
特别的，压电/电致伸缩装置包括上述实施例的固定部11，被固持部11支撑的薄板部12和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括形成在薄板部12的一个平面上的薄的第一电极(相应于上述实施例的电极14a1)，形成在第一电极上的压电/电致伸缩层(相应于上述实施例的压电/电致伸缩层14b1)和形成在压电/电致伸缩层上的第二电极(相应于上述实施例的电极14a2)。在该压电/电致伸缩装置中，第一电极的、形成第一电极的侧端面的部分延伸到薄板部12的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面上，从而部分覆盖薄板部12的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面。
该压电/电致伸缩装置由一方法制造，该方法包括：在用于形成薄板部12的平面上，形成用于形成压电/电致伸缩元件的层叠片的步骤；和形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割薄板部件和层叠片。
在固定部11，薄板部12和固持部13由金属形成，来替代图7所示的陶瓷层叠片23或图16所示的陶瓷层叠片33的情况下，可以通过铸造形成具有与陶瓷层叠片相同形状的金属结构。可选择的，与图5所示的陶瓷粗胚薄片的形状相同的金属薄片可以被预先准备，并通过镀层处理层叠在一起，从而形成具有与陶瓷层叠片23和33相同形状的金属结构。
在上述实施例的压电/电致伸缩装置10，物体被固持在成对的固持部13之间。然而，如图22所示，间隔部13a可以通过黏合剂13b固持在成对的固持部13之间。此外，如图23所示，通过结合或类似的方法，物体可以被固持在依照上述实施例的压电/电致伸缩装置的固持部的侧端面上(图23中的下表面上)。
此外，可以使用图24中的结构。特别的，在上述实施例中的固定部11的中心部分被切除，从而形成一对固定部11a，从而固定部11a支撑相应的薄板部12。此对薄板部12的端部被集成连接，从而形成一固持部13a。

Claims (8)

1.一种压电/电致伸缩装置，包括：
一薄板部；
一支撑薄板部的固定部；和
一至少形成在薄板部的一个平面上的压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，且具有一裸露在外面的侧端面，该侧端面包括所述多个电极的侧端面和所述多个压电/电致伸缩层的侧端面；
其中，每个电极的、形成相应侧端面的一部分延伸至夹着电极的压电/电致伸缩层的侧端面上，从而部分覆盖压电/电致伸缩层的侧端面。
2.如权利要求1所述的压电/电致伸缩装置，其中，
在压电/电致伸缩元件的侧端面上，每个电极的、形成电极侧端面的部分，沿压电/电致伸缩层和电极层叠的方向所测量的长度(L2)小于电极在由压电/电致伸缩层的侧端面所定义的假想面(HPL)上沿层叠的方向所测量的长度(L1)的五倍。
3.如权利要求1所述的压电/电致伸缩装置，其中，
L3/L1的比率满足0＜L3/L1＜2，L3为：每个电极的、形成相应电极侧端面的侧端面形成部分，和覆盖夹着电极的压电/电致伸缩层的相应侧端面的部分之中较长的部分的长度，该长度沿压电/电致伸缩层和电极的层叠方向所测定；L1为：在将覆盖相应电/电致伸缩层的侧端面的部分从电极的侧端面形成部分移除之后，沿层叠方向，测量电极的侧端面形成部分的厚度。
4.一种压电/电致伸缩装置，包括：
一薄板部；
一支撑该薄板部的固定部；
至少形成在薄板部的一个平面上的压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，且具有一裸露在外面的侧端面，该侧端面包括所述多个电极的侧端面和所述多个压电/电致伸缩层的侧端面；
其中，压电/电致伸缩元件的裸露在外面的侧端面为通过沿一方向切割电极和压电/电致伸缩层的层叠片而形成的表面，该方向基本垂直层叠片层叠的方向，该层叠片位于平行层叠方向的平面内。
5.一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部，一支撑该薄板部的固定部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，该方法包括：
在用于形成薄板部的薄板部件的一个平面上，通过交替层叠片状电极和压电/电致伸缩层而形成压电/电致伸缩层叠片的步骤；和
形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割薄板部件和压电/电致伸缩层叠片。
6.一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部，一支撑该薄板部的固定部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层，该方法包括：
通过烧制陶瓷粗胚薄片层叠片形成陶瓷层叠片的步骤，该陶瓷粗胚薄片层叠片包括用于形成固定部的陶瓷粗胚薄片和一用于形成薄板部的陶瓷粗胚薄片；
形成压电/电致伸缩层叠片的步骤，该压电/电致伸缩层叠片至少位于陶瓷层叠片的、形成薄板部的部分的表面上，该压电/电致伸缩层叠片包括在多个层中交替排布的多个电极和多个压电/电致伸缩层；和
形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割形成薄板部的、陶瓷层叠片的部分以及压电/电致伸缩层叠片。
7.一种压电/电致伸缩装置，包括：
一薄板部；和
一压电/电致伸缩元件，其包括一形成在薄板部的平面上的片状第一电极，一形成在第一电极上的压电/电致伸缩层，和形成在压电/电致伸缩层上的片状第二电极；
其中，形成第一电极的侧端面的、第一电极的一部分延伸至薄板部的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面上，从而部分覆盖薄板部的侧端面和压电/电致伸缩层的侧端面。
8.一种制造压电/电致伸缩装置的方法，该压电/电致伸缩装置包括一薄板部和一压电/电致伸缩元件，该压电/电致伸缩元件一形成在薄板部的平面上的片状第一电极，一形成在第一电极上的压电/电致伸缩层，和形成在压电/电致伸缩层上的片状第二电极，该方法包括：
在薄板部件的平面上，形成层叠片的步骤，该薄板部件用于形成薄板部，该层叠片用于形成形成压电/电致伸缩元件；和
形成薄板部和压电/电致伸缩元件的步骤，其通过在基本平行于压电/电致伸缩层叠片的层叠方向的方向，往复运动一线电极部件，且同时使该线电极部件保持与层叠方向基本平行，从而切割薄板部件和压电/电致伸缩层叠片。
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