[发明专利]压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及压电元件，更具体涉及具有以钙钛矿型复合氧化物为主要成分的压电陶瓷和以Cu为主要成分的电极的压电致动器等压电元件。

背景技术

利用通过对压电陶瓷施加电压而产生的电致伸缩效应的压电致动器被广泛用于精密工作设备的定位和喷墨打印机的打印头等。

被用作这样的压电致动器的压电元件一般通过在含有压电陶瓷粉末的陶瓷生片上印刷导电性糊料形成导电层，将该形成了导电层的陶瓷生片以规定的块数层叠后，使导电层和陶瓷生片同时烧结，由此形成压电陶瓷和内部电极共烧结而得的压电陶瓷素坯，然后在压电陶瓷素坯的两端面形成外部电极而制成。

另外，这种压电元件中，作为内部电极材料，一直以来使用在高温的氧化性气氛中也不易被氧化且具有高熔点的Ag-Pd合金等贵金属材料。

然而，如果使用上述贵金属材料作为内部电极材料，则材料成本高，所以近年来提出了采用成本较低的Cu等贱金属材料作为内部电极材料使用的技术方案。

例如，专利文献1中揭示了将PZT(Pb(Ti，Zr)O₃：锆钛酸铅)类的压电陶瓷和由Cu、Ag、Ag-Pd等形成的电极交替层叠而成的层叠型压电元件。

此外，专利文献2中揭示了PZT类的压电陶瓷和内部电极整体烧结而成，前述内部电极以刚性模量在160GPa以下的Cu或Cu合金等贱金属材料作为主要成分的电-机转换元件。

另外，专利文献3中揭示了由PZT类压电陶瓷和含有Cu的电极形成的压电结构元件，还揭示了PZT类压电陶瓷的B位被部分地以具有作为受体的作用的2价金属阳离子或具有作为给体的作用的5价金属阳离子置换了的压电结构元件。

专利文献1：日本专利特开2002-255644号公报

专利文献2：日本专利特开2002-261343号公报

专利文献3：日本专利特表2003-529917号公报

发明的揭示

另外，上述被用作压电致动器的压电元件被用作机械的驱动源，所以要求位移量大。因此，为了以有限的元件尺寸获得大位移量，压电常数d必须大。

另一方面，由本发明者的研究结果可知，使用Cu等贱金属材料作为内部电极材料的情况下，即使在还原气氛中烧结，烧结处理中将构成内部电极的Cu一定程度被氧化而扩散到压电陶瓷侧，因此压电常数等压电特性下降。

即，已知使用Cu等贱金属材料作为内部电极材料的情况下，烧结处理中Cu被氧化，因此难以获得与以往的使用耐氧化性良好的Ag-Pd的情况同等的压电特性。

然而，专利文献1～3中所记载的以往的PZT类压电陶瓷并不具备考虑到这样的由内部电极材料向压电陶瓷的扩散引起的特性劣化的组成，因此存在难以获得具有所期望的良好的压电特性的压电元件。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供即使在使用廉价的以Cu为主要成分的贱金属材料作为电极材料的情况下也可以获得良好的压电特性的压电元件。

本发明者为了实现上述目的而认真研究后发现，含有受体元素和给体元素作为第3成分的PZT类压电陶瓷中，通过对于第3成分以给体与化学计量学组成相比过量的条件调整各组成成分的掺合摩尔比，即使在同时烧结以Cu为主要成分的电极和压电陶瓷的情况下也可以获得具有所期望的高压电常数d和高居里点Tc的压电元件。

本发明是基于这样的发现而完成的，本发明的压电元件是以通式ABO₃表示的钙钛矿型复合氧化物为主要成分的压电陶瓷和以Cu为主要成分的电极同时烧结而成的压电元件，其特征在于，前述钙钛矿型复合氧化物中，A位含有Pb的同时，B位分别含有Ti、Zr、由2价金属元素形成的受体元素M^II和由5价金属元素形成的给体元素M^V，将前述受体元素M^II和前述给体元素M^V在B位中所占的含有摩尔比的总和设为z、将前述受体元素M^II和前述给体元素M^V的掺合摩尔比设为1∶(2+b)且将Ti在B位中的含有摩尔比设为x时，满足0.05≤z≤0.40、0＜bz/3≤0.035、0.345≤x≤0.480。