機電轉換元件及其製造方法
2023-12-10 22:47:07 1
機電轉換元件及其製造方法
【專利摘要】提供一種即使有橫跨斜方晶向正方晶相變的溫度的溫度變化，也難以發生壓電特性經時劣化的機電轉換元件。機電轉換元件（10）具有鹼金屬鈮酸鹽系壓電陶瓷組合物（11）和粘接在壓電陶瓷組合物（11）的主面（21）上的剛體（12）。壓電陶瓷組合物（11）的結晶構造為，在比斜方晶向正方晶相變的溫度低的溫度側為斜方晶，在比斜方晶向正方晶相變的溫度高且比正方晶向立方晶相變的溫度低的溫度側為正方晶，在比正方晶向立方晶相變的溫度高的溫度側為立方晶。剛體（12）的楊氏模量為60GPa以上。處於距壓電陶瓷組合物（11）和剛體（12）的粘接點2mm以下範圍的壓電陶瓷組合物（11）的體積相對於壓電陶瓷組合物（11）的整體體積的體積比例為40%以上。
【專利說明】機電轉換元件及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及採用了壓電陶瓷組合物的機電轉換元件及其製造方法，其中，該壓電陶瓷組合物的結晶構造為，在比斜方晶向正方晶相變的溫度低的溫度側為斜方晶，在比斜方晶向正方晶相變的溫度高且比正方晶向立方晶相變的溫度低的溫度側為正方晶，在比正方晶向立方晶相變的溫度高的溫度側為立方晶。
【背景技術】
[0002]壓電陶瓷組合物用於致動器、超聲波傳感器、超聲波振子等機電轉換元件。目前，雖然如鋯鈦酸鉛(PZT)等含鉛化合物的物質作為壓電特性優良的壓電陶瓷組合物已經實用，但是擔心含鉛化合物的壓電陶瓷組合物對環境產生不良影響。因此，近年來不含鉛化合物的壓電陶瓷組合物受到關注，其研究開發得到推進。作為該不含鉛化合物的壓電陶瓷組合物，在專利文獻I等中公開了鈮酸鉀鈉系壓電陶瓷組合物。鈮酸鉀鈉系壓電陶瓷組合物具有較高的機電耦合係數，壓電特性優良。並且，該壓電陶瓷組合物居裡溫度Tc較高，適合在高溫下使用。
[0003]鈮酸鉀鈉系壓電陶瓷組合物具有由化學式AB03表示的鈣鈦礦結構的結晶相。雖然因組成不同而異，但是該材料系的壓電陶瓷組合物的正方晶向立方晶相變的溫度Tc處於300°C?400°C附近，從斜方晶向正方晶相變的溫度To-t處於-30°C?100°C附近。並且，利用該壓電陶瓷組合物作為機電轉換元件使用時，通常在成為正方晶的溫度域內施加高電場，使之極化，獲得壓電性。
[0004]現有技術文獻
[0005]特許文獻I特開2008-162889號公報
[0006]但是，如果在比正方晶向立方晶相變的溫度Tc高的溫度下使用機電轉換元件，則極化秩序發生紊亂，喪失壓電特性(去極化)。該去極化在比正方晶向立方晶相變的溫度Tc低100°C?150°C左右的溫度區域中也緩慢產生。因此，在產品設計中，需要將比正方晶向立方晶相變的溫度Tc低100°C以上的溫度設定為機電轉換元件的使用溫度的上限溫度。而且，因橫跨斜方晶向正方晶相變的溫度To-t的溫度變化也會使機電轉換元件的壓電特性產生經時下降。因此，在機電轉換元件的使用溫度範圍內存在斜方晶向正方晶相變的溫度To-t對產品的長期可靠性來說是不好的。
[0007]具體而言，在對半導體製造裝置的藥液循環管線的流量進行計測的超聲波流量計中，存在如使用溫度為0°C?200°C的嚴酷環境下的使用需求。在該流量計所採用的超聲波傳感器(機電轉換元件)中，為了滿足產品的長期可靠性，需要如正方晶向立方晶相變的溫度Tc在340°C以上、並且斜方晶向正方晶相變的溫度To-t在_20°C以下的壓電陶瓷組合物。現在，在鈮酸鉀鈉系壓電陶瓷組合物中，雖然嘗試了組成改良，但是都沒有開發出滿足這樣的相變溫度條件且壓電特性良好的壓電陶瓷組合物產品。
【發明內容】
[0008]本發明是鑑於上述課題作出的，其目的在於提供一種即使有橫跨斜方晶向正方晶相變的溫度的溫度變化也難以發生壓電特性經時劣化的機電轉換元件。另一目的在於提供一種適於製造上述機電轉換元件的製造方法。
[0009]為了解決上述課題，方案I的主旨是一種機電轉換元件，其特徵在於，採用了壓電陶瓷組合物，該壓電陶瓷組合物的結晶構造為，在比斜方晶向正方晶相變的溫度低的溫度側為斜方晶，在比斜方晶向正方晶相變的溫度高且比正方晶向立方晶相變的溫度低的溫度側為正方晶，在比正方晶向立方晶相變的溫度高的溫度側為立方晶，具有剛體，該剛體直接粘接在上述壓電陶瓷組合物的主面上，或者經由形成於上述主面上的電極而粘接在上述壓電陶瓷組合物的主面上，該剛體的楊氏模量為60GPa以上，處於距上述壓電陶瓷組合物和上述剛體的粘接點2mm以下範圍的上述壓電陶瓷組合物的體積相對於上述壓電陶瓷組合物的整體體積的體積比例為40%以上。
[0010]根據方案I的發明，楊氏模量60GPa以上的較硬剛體粘接或者經由形成在壓電陶瓷組合物的主面上的電極粘接在該主面上，並且使處於距剛體的粘接點2mm以下範圍的壓電陶瓷組合物的體積比例為40%以上，來充分確保剛體的粘接面積。這樣，即使有橫跨斜方晶向正方晶相變的溫度的溫度變化，通過粘接在壓電陶瓷組合物上的剛體，而使得壓電陶瓷組合物中的結晶構造的相變難以產生。具體而言，壓電陶瓷組合物中，如果結晶構造發生相變，則該結晶構造的晶格應變發生變化。此時，壓電陶瓷組合物相對於溫度變化的膨脹或者收縮的變化(例如線熱膨脹係數)與剛體相比就極端變大。本發明中，通過將剛體粘接在壓電陶瓷組合物上，使得外力作用於能抑制相變所引起的晶格應變的方向，從而相變難以產生。結果，抑制了相變時的晶格反覆應變所引起的去極化的進行。因此，能夠抑制壓電陶瓷組合物的壓電特性的經時劣化，可提高機電轉換元件的產品可靠性。
[0011]方案2的發明的主旨是，方案I中，上述斜方晶向正方晶相變的溫度處於元件的使用溫度範圍內及/或者元件的保管溫度範圍內，上述正方晶向立方晶相變的溫度處於高於上述使用溫度範圍的溫度域。
[0012]根據方案2，在元件的使用狀態以及保管狀態時有溫度變化，元件的溫度會上升到斜方晶向正方晶相變的溫度以上，或者下降至斜方晶向正方晶相變的溫度以下。即使有這樣的溫度變化，由於可通過粘接在壓電陶瓷組合物上的剛體使得結晶構造的相變難以產生，所以能抑制壓電特性的經時劣化。在元件的使用狀態時，元件的溫度不會上升到高於正方晶向立方晶相變的溫度的溫度側。因此，能夠避免壓電陶瓷組合物中去極化的進行而失去壓電特性。
[0013]方案3的主旨在於，在方案I或2中，上述壓電陶瓷組合物和上述剛體通過熱硬化性樹脂系粘接劑粘接在一起。
[0014]根據方案3，由於採用了熱硬化性樹脂系粘接劑，故通過加熱至該粘接劑的硬化溫度，能夠在壓電陶瓷組合物成為正方晶的結晶構造的狀態下粘接剛體。而且，能夠利用該剛體使得壓電陶瓷組合物中難以產生從正方晶向斜方晶的相變，能夠抑制壓電陶瓷組合物中的去極化的進行。
[0015]方案4的發明的主旨在於，在方案I或2中，上述壓電陶瓷組合物和上述剛體通過環氧系粘接劑粘接在一起。
[0016]根據方案4，由於使用環氧系粘接劑，故能夠充分確保剛體的粘接強度。此外，由於環氧系粘接劑具有適合傳遞振動的剛性，所以在機電轉換元件中能有效地產生超聲波振動。
[0017]方案5的發明的主旨在於，在方案3或4中，粘接上述壓電陶瓷組合物和上述剛體的上述粘接劑在高於上述斜方晶向正方晶相變的溫度50°C以上且低於上述正方晶向立方晶相變的溫度50°C以上的溫度範圍具有硬化溫度。
[0018]根據方案5，通過加熱到壓電陶瓷組合物成為正方晶的溫度域使粘接劑硬化來粘接壓電陶瓷組合物和剛體。此外，由於該粘接劑的硬化溫度為正方晶向立方晶相變的溫度以下，所以在粘接剛體時，能夠防止壓電陶瓷組合物中的去極化的進行，且結晶構造不會相變為立方晶。而且，在使用機電轉換元件時，即使下降至比斜方晶向正方晶的相變溫度低的溫度，通過粘接到壓電陶瓷組合物上的剛體來使得由正方晶向斜方晶的相變難以產生。結果，能夠抑制壓電陶瓷組合物的壓電特性的經時劣化。
[0019]方案6的主旨在於,在方案I~5任一項中，上述壓電陶瓷組合物由下述式表不:{Li x (IVyNayVx)a (Nb1-ZiTazSbw)O3,且，組成範圍為 0.90 ≤ a≤ 1.2,0.02 ≤ x ≤ 0.2、0.2 ≤ y ≤0.8,0 ≤ z ≤ 0.5,0 ≤ 0.2?
[0020]根據方案6，能夠獲得居裡溫度為340°C以上、壓電常數d33為260pC/N以上這樣的良好壓電特性的鹼金屬鈮酸鹽系壓電陶瓷組合物。而且，通過採用該壓電陶瓷組合物來構成機電轉換元件，能夠充分地確保產品可靠性。
[0021]方案7的發明的主旨為，在方案I~6任一項中，上述剛體是以二氧化矽、氧化鋁或二氧化矽氧化鋁為主要成分的陶瓷組合物。
[0022]根據方案7的發明，能夠獲得具有60GPa以上的楊氏模量的剛體。此外，從機電轉換元件向液體中發射超聲波時，通過使以二氧化矽(SiO2)或氧化鋁為主要成分的陶瓷組合物介於機電轉換元件的表面，能夠使之起聲匹配層的作用，能夠提高超聲波的發射效率。
[0023]方案8的主旨在於，在方案I~7任一項中，上述壓電陶瓷組合物具有起聲發射面作用的主面，上述剛體粘接在上述壓電陶瓷組合物的上述聲發射面上，起輸出超聲波的聲匹配層的作用，以上述壓電陶瓷組合物的共振頻率為f、上述剛體中的聲速為V時，上述剛體的厚度 UiMt= {v/ (4f)} ±10% 或者 t= {v/ (2f)} ±10% 的關係。
[0024]根據方案8，在壓電陶瓷組合物中，剛體粘接在起聲發射面作用的主面上，該剛體具有與從聲發射面發射的超聲波的波長λ (=v/f)的1/2或者1/4相對應的厚度t。這樣，能夠使剛體起聲匹配層的功能，能夠從機電轉換元件有效地發射超聲波。而且此時由於無需分別準備剛體和聲匹配層，所以能夠將機電轉換元件的零件成本抑制在低水平。
[0025]方案9是製造方案I~8任一項所述的機電轉換元件的製造方法，其特徵在於，包括:極化工序，在上述壓電陶瓷組合物上形成一對電極之後，在這些電極之間施加直流電壓，對上述壓電陶瓷組合物實施極化處理；粘接工序，在上述極化工序之後，採用熱硬化溫度在高於上述斜方晶向正方晶相變的溫度50°C以上且低於上述正方晶向立方晶相變的溫度50°C以上的溫度範圍的熱硬化性粘接劑，並加熱到上述硬化溫度，來粘接上述壓電陶瓷組合物和上述剛體。
[0026]根據方案9，極化工序是通過在形成於壓電陶瓷組合物上的一對電極之間施加直流電壓來對壓電陶瓷組合物實施極化處理。之後，採用熱硬化溫度在高於斜方晶向正方晶相變的溫度50°C以上且低於正方晶向立方晶相變的溫度50°C以上的溫度範圍的熱硬化性粘接劑，並加熱到該硬化溫度，熱硬化性粘接劑硬化，粘接壓電陶瓷組合物和剛體。另外，通過該加熱，壓電陶瓷組合物的結晶構造為正方晶，在該狀態下，剛體被粘接到壓電陶瓷組合物上。這樣粘接了剛體的情況下，元件溫度下降而低於斜方晶向正方晶相變的溫度時，利用剛體而作用有要維持正方晶晶格應變的外力。結果使得在壓電陶瓷組合物中，正方晶向斜方晶的相變難以產生，能夠抑制壓電陶瓷組合物中去極化的進行。因此，能夠抑制壓電陶瓷組合物的壓電特性的經時劣化，能夠製造產品可靠性高的機電轉換元件。
[0027]發明效果
[0028]如上所述，根據方案I?8，能夠提供一種機電轉換元件，即使產生橫跨斜方晶向正方晶相變溫度的溫度變化，也難以產生壓電特性的經時劣化。此外，根據方案9，能夠提供一種適合製造上述機電轉換元件的機電轉換元件製造方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是表示一實施方式的機電轉換元件的立體圖；
[0030]圖2是表不一實施方式的機電轉換兀件的剖視圖；
[0031]圖3是表示超聲波流量計的大致構成的剖視圖；
[0032]圖4是用於說明一實施方式中的壓電陶瓷組合物的粘接近區體積比的說明圖；
[0033]圖5是用於說明一實施方式中的壓電陶瓷組合物的粘接近區體積比的說明圖；
[0034]圖6是用於說明其他施方式中的壓電陶瓷組合物的粘接近區體積比的說明圖；
[0035]圖7是表示其他實施方式中的剛體的粘接圖案的說明圖；
[0036]圖8是表示其他實施方式中的剛體的粘接圖案的說明圖；
[0037]圖9是表示其他實施方式中的剛體的粘接圖案的說明圖；
[0038]圖10是表示其他實施方式中的機電轉換元件的剖視圖；
[0039]圖11是表示其他實施方式中的機電轉換元件的剖視圖；
[0040]附圖標記說明
[0041]10、10A機電轉換元件；11、11A壓電陶瓷組合物；12、12A剛體；21作為主面的第一主面；22作為主面的第二主面；23、24電極；Rl 2mm以下的範圍；To_t斜方晶向正方晶相變的溫度；Tc正方晶向立方晶相變的溫度；
【具體實施方式】
[0042]下面基於附圖詳細說明本發明具體化的機電轉換元件的一實施方式。
[0043]圖1是表示本實施方式的機電轉換元件10的立體圖。圖2是表示該機電轉換元件10的剖視圖。如圖1及圖2所示，機電轉換元件10具有壓電陶瓷組合物11和粘接在該壓電陶瓷組合物11上的剛體12。本實施方式的機電轉換元件10用作構成超聲波流量計15的超聲波傳感器(參照圖3)。
[0044]圖3所示的超聲波流量計15設於半導體製造裝置的藥液循環管線的中途，測量向半導體製造裝置所供給的藥液Wl的流量。超聲波流量計15具有連接到藥液循環管線上的-字形液體壓送用管路16，在該液體壓送用管路16的直管部17的上遊側和下遊側的各端部設有一對機電轉換元件10。在超聲波流量計15中，採用了一對機電轉換元件10，經由直管部17的藥液Wl來收發超聲波。此時，根據超聲波相對於藥液Wl流正反向傳播時的傳播時間差來求出藥液Wl的流速。然後，通過將該流速轉換為流量，來測量藥液Wl的流量。
[0045]本實施方式中，構成機電轉換元件10的壓電陶瓷組合物11是鈮酸鉀鈉系(鹼金屬鈮酸鹽系)壓電陶瓷組合物，形成為直徑10mm、厚度1.4mm尺寸的圓板形狀。壓電陶瓷組合物11具有IOOGPa~130GPa左右的楊氏模量。此外，剛體12是含有二氧化矽(SiO2)而構成的二氧化矽系陶瓷組合物(陶瓷)，形成直徑10mm、厚度0.7mm的尺寸的圓板形狀。SP，本實施方式的剛體12是外徑尺寸與壓電陶瓷組合物11的外徑尺寸相同的板狀物，並且比壓電陶瓷組合物11形成得薄。剛體12具有60GPa的楊氏模量，並且具有8ppm/°C左右的線膨脹係數。
[0046]壓電陶瓷組合物11具有第一主面21和設於其背面側的第二主面22。壓電陶瓷組合物11的各主面21、22上設有具有翻折電極23a的一對電極23、24。壓電陶瓷組合物11中，在第一主面21側設有第一電極23，經由該電極23粘接著剛體12。壓電陶瓷組合物11中，在第二主面22側設有從第一主面21側翻折的第一電極23的一部分23a和第二電極24，在第二主面22側的各電極23a和24上連接有外部配線(圖3所示的信號線26和地線27)。另外，在第二主面22上，電極23a和電極24通過介於它們之間的壓電陶瓷組合物11絕緣。
[0047]本實施方式中，在壓電陶瓷組合物11的第一主面21的整個面上粘接著剛體12。該壓電陶瓷組合物11中，粘接剛體12的第一主面21起用於發射超聲波的聲發射面的作用。本實施方式中，壓電陶瓷組合物11的共振頻率為f、剛體12中的聲速為V時，使剛體12的厚度t (=0.7_)滿足下式(I)的關係來形成剛體12。
[0048]t= {v/ (4f) } ±10%...(I)
[0049]即，以與超聲波的波長λ (=v/f)的1/4倍相對應的厚度t來形成剛體12。另外，壓電陶瓷組合物11的共振頻率f為2MHz，剛體12中的聲速V是5600m/s左右。通過形成這樣的厚度t，剛體12起聲匹配層的作用。此外，介於壓電陶瓷組合物11和剛體12之間的粘接劑層13的厚度是對超聲波的傳播不產生影響的厚度(數十Pm左右的厚度)，且比剛體12形成得薄。另外，本實施方式的粘接劑層13由例如150°C溫度下硬化的熱硬化性環氧樹脂形成。
[0050]如圖3所示，本實施方式的機電轉換元件10以作為聲發射面的第一主面21側(剛體12側)朝向液體壓送用管路16內部的狀態組裝在超聲波流量計15的殼體18內。
[0051]壓電陶瓷組合物11含有鈣鈦礦結構的結晶相，是由下面的式(2)表示的組合物。
[0052](Lix(K1INay)1-J jNbmTazSbJOs …(2)
[0053]但是，上述式(2)中，用作壓電陶瓷組合物11的組成範圍為0.90≤a≤1.2、0.02≤X≤0.2、0.2≤y≤0.8、0≤z≤0.5、0<w<0.2。更具體而言，採用滿足a =0.98、X = 0.04、y = 0.54、z = O、w = 0.04的組成而製造的壓電陶瓷組合物11來構成本實施方式的機電轉換元件10。
[0054]利用上述組成來製造的壓電陶瓷組合物11的結晶構造為，在低於斜方晶向正方晶相變的溫度To-t的溫度側為斜方晶，在高於斜方晶向正方晶相變的溫度To-t且低於正方晶向立方晶相變的溫度Tc的溫度側為正方晶，在高於正方晶向立方晶相變的溫度Tc的溫度側為立方晶。另外，本實施方式的壓電陶瓷組合物11的斜方晶向正方晶相變的溫度To-t為30°C，正方晶向立方晶相變的溫度(居裡溫度)Tc為345°C。此外，壓電陶瓷組合物11的壓電常數d33為260pC/N。
[0055]以下對機電轉換元件10的製造方法進行詳細說明。
[0056]首先準備K2C03、Na2C03、Li2C03、Nb205、Ta205、Sb203 原料粉末(純度 99% 以上)。然後，稱量含有各金屬元素的原料粉末並滿足上述式(2)中a=0.98,x=0.04、y=0.54、z=0、w=0.04的組成關係，用球磨機在乙醇中混合24小時而獲得混合漿料。另外，對含有各金屬元素的原料粉末(化合物)的種類沒有特別限制，但是可優選使用各金屬元素的氧化物、碳酸鹽等。
[0057]接著，乾燥所獲得的混合漿料，在900°C下煅燒3小時後，利用球磨機粉碎24小時。進而，添加聚乙烯醇水溶液作為粘合劑，並造粒。然後，將造粒後的粉體在200MPa的壓力下加壓成形為直徑11.5_、厚度2.0mm的圓板狀，將該成形體在1000?1200°C下燒結2.5小時，製作燒結體。另外，此時的燒結溫度選定在1000?1200°C之間使燒結體成為最大密度的溫度。
[0058]接著，對燒結後的各燒結體的兩個面進行平行研磨，加工成直徑10mm、厚度1.4mm的圓板形狀後，在該圓板試樣的兩面塗敷銀漿(導電性金屬漿料)，並在700°C下印燒，形成各電極23、24。接著，在130°C的矽油中於電極23、24間施加3kV/mm的直流電壓20分鐘，使之在厚度方向上極化，製成壓電陶瓷組合物11 (極化工序)。
[0059]之後，採用硬化溫度在比斜方晶向正方晶相變的溫度To-t (=30°C)高50°C以上且比正方晶向立方晶相變的溫度Tc (=345°C)低50°C以上的溫度範圍的熱硬化性樹脂系粘接齊U，將剛體12粘接到壓電陶瓷組合物11的第一主面21上(粘接工序)。本實施方式中，採用具有150°C硬化溫度的環氧樹脂系粘接劑來作為熱硬化性樹脂系粘接劑。然後，在粘接工序中，通過加熱到150°C的硬化溫度，環氧系粘接劑硬化，而粘接壓電陶瓷組合物11和剛體
12。經過以上的工序製造了本實施方式的機電轉換元件10。
[0060]本發明人通過對機電轉換元件10反覆進行冷熱衝擊試驗，確認了該機電轉換元件10的壓電特性的經時劣化。該結果在表I中示出。
[0061]另外，用以下的方法確認了壓電特性的經時劣化。首先，準備根據上述製造方法製造的一對機電轉換元件10。然後，將外部配線26、27連接到各機電轉換元件10的各電極23,24上，將機電轉換元件10組裝到圖3的超聲波流量計15的殼體18中。進行該組裝後，在各機電轉換元件10之間收發超聲波，進行收發靈敏度(接收信號的電壓值)的初始測量。之後，從超聲波流量計15取出各機電轉換元件10，對各機電轉換元件10進行冷熱衝擊試驗。該冷熱衝擊試驗中，在-20°C下保持I小時之後，使溫度上升至200°C保持I小時，反覆進行該冷熱循環100次。然後，將冷熱衝擊試驗後的機電轉換元件10再次組裝到超聲波流量計15的殼體18中，測量收發靈敏度。將此時獲得的試驗後的收發靈敏度與初始測量的收發靈敏度進行比較，求出試驗後的收發靈敏度相對於所述初始測量的收發靈敏度的下降率(dB)。將其結果示於表I。另外，表I中的實施例1是用上述製造方法製造的機電轉換元件10。
[0062]並且，本發明人改變粘接剛體12的粘接劑的硬化溫度、剛體12的形成材料、剛體12的粘接位置、壓電陶瓷組合物11的厚度，製造了實施例2?6和比較例I?7的機電轉換元件10。對這些機電轉換元件10也同樣進行了冷熱衝擊試驗,並求出試驗後的收發靈敏度的下降率。其結果也示於表I。其中，除了二氧化矽系陶瓷以外，還採用了鋁、聚醚醚酮樹脂(PEEK)作為剛體12的形成材料。鋁的楊氏模量為70GPa，聚醚醚酮樹脂的楊氏模量為4GPa。表1中沒有示出，鋁的線膨脹係數是24ppm/°C，聚醚醚酮樹脂的線膨脹係數是45ppm/°C 。
[0063]【表1】
[0064]
【權利要求】
1.一種機電轉換元件，其特徵在於，採用了壓電陶瓷組合物，該壓電陶瓷組合物的結晶構造為，在比斜方晶向正方晶相變的溫度低的溫度側為斜方晶，在比斜方晶向正方晶相變的溫度高且比正方晶向立方晶相變的溫度低的溫度側為正方晶，在比正方晶向立方晶相變的溫度高的溫度側為立方晶， 具有剛體，該剛體直接粘接在上述壓電陶瓷組合物的主面上，或者經由形成於上述主面上的電極而粘接在該主面上，該剛體的楊氏模量為60GPa以上， 處於距上述壓電陶瓷組合物和上述剛體的粘接點2mm以下範圍的上述壓電陶瓷組合物的體積相對於上述壓電陶瓷組合物的整體體積的體積比例為40%以上。
2.如權利要求1所述的機電轉換元件，其特徵在於，上述斜方晶向正方晶相變的溫度處於元件的使用溫度範圍內及/或者元件的保管溫度範圍內，上述正方晶向立方晶相變的溫度處於高於上述使用溫度範圍的溫度域。
3.如權利要求1或2所述的機電轉換元件，其特徵在於，上述壓電陶瓷組合物和上述剛體通過熱硬化性樹脂系粘接劑粘接。
4.如權利要求1或2所述的機電轉換元件，其特徵在於，上述壓電陶瓷組合物與上述剛體通過環氧系粘接劑粘接。
5.如權利要求3或4所述的機電轉換元件，其特徵在於，粘接上述壓電陶瓷組合物和上述剛體的上述粘接劑在高於上述斜方晶向正方晶相變的溫度50°C以上且低於上述正方晶向立方晶相變的溫度50°C以上的溫度範圍具有硬化溫度。
6.如權利要求1~5任一項所述的機電轉換元件，其特徵在於，上述壓電陶瓷組合物由下述式表示:
{Li x (K1- y Na y)卜 x } a (%_ z _ w Ta z Sb w) O3 且，組成範圍為0.90≤a≤1.2、0.02≤X≤0.2、0.2≤y≤0.8、0≤z≤0.5、0≤w ≤0.2ο
7.如權利要求1~6任一項所述的機電轉換元件，其特徵在於，上述剛體是以二氧化矽、氧化鋁或二氧化矽氧化鋁為主要成分的陶瓷組合物。
8.如權利要求1~7任一項所述的機電轉換元件，其特徵在於， 上述壓電陶瓷組合物具有起聲發射面作用的主面， 上述剛體粘接在上述壓電陶瓷組合物的上述聲發射面上，起用於輸出超聲波的聲匹配層的作用， 以上述壓電陶瓷組合物的共振頻率為f、上述剛體中的聲速為V時，上述剛體的厚度t滿足 t= {v/ (4f)} ±10% 或者 t= {v/ (2f)} ±10% 的關係。
9.一種製造權利要求1~8任一項所述的機電轉換元件的製造方法，其特徵在於，包括下述工序: 極化工序，在上述壓電陶瓷組合物上形成一對電極之後，在這些電極之間施加直流電壓，對上述壓電陶瓷組合物實施極化處理， 粘接工序，在上述極化工序之後，採用熱硬化溫度在高於上述斜方晶向正方晶相變的溫度50°C以上且低於上述正方晶向立方晶相變的溫度50°C以上的溫度範圍的熱硬化性粘接劑，通過加熱到上述硬化溫度，粘接上述壓電陶瓷組合物和上述剛體。
【文檔編號】H04R17/00GK103703793SQ201280004177
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年6月26日 優先權日:2012年6月26日
【發明者】流田賢治, 村井勇氣, 林敦浩, 舞田雄一 申請人:本多電子株式會社