[发明专利]压电陶瓷和压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷和使用其的压电元件。而且，更详细地，涉及无铅压电陶瓷、以及使用其的单板型压电元件和层叠压电致动器（piezoelectric actuator）等的层叠型压电元件。

背景技术

利用压电陶瓷的致动器是利用了施加电场的话会产生机械上的应变和应力的压电现象的致动器。该致动器能够高精度地得到微量的位移，并且具有产生应力较大等的特征，例如，用于精密加工机械或光学装置的定位。作为用于致动器的压电陶瓷，最多的是利用具有优异压电特性的锆钛酸铅（PZT）。但是，由于锆钛酸铅（PZT）大量含有铅（Pb），因此希望开发取代锆钛酸铅（PZT）的不含铅（Pb）的压电陶瓷，根据这样的要求，提出了各种各样的不含铅的压电陶瓷。

例如，在专利文献1和2中，提出了由铌酸锂钠钾构成的压电陶瓷。该压电陶瓷的居里温度高达350℃以上，其机电耦合系数kr也非常优异。

此外，专利文献3和4中提出了一种压电材料，其中含有：将铌酸锂钠钾的一部分铌（Nb）置换为钽（Ta）而成的化合物，以及包含以锶（Sr）为代表的碱土金属元素和锆等的钙钛矿型氧化物。该压电材料由于显示比较大的位移量而受到关注。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭49-125900号公报

专利文献2：日本特公昭57-6713号公报

专利文献3：国际公开WO2008/152851号

专利文献4：日本特开2009-242167号公报

发明内容

但是，上述压电材料在烧结时铌酸锂钠钾容易发生异常晶粒生长，由于组成或者制造条件的细微变动就会容易产生晶粒尺寸为几十微米（μm）以上的巨大晶粒，在烧结体中容易产生空隙等的缺陷，从而不能得到充分的压电特性。而且，在制作成层叠体的情况下，由于会产生比一般的层间距（10μm至100μm）更大的颗粒，所以不能充分得到作为压电体的功能。

此外，专利文献4中，描述了由于锰（Mn）及铜（Cu）中的至少一种元素偏析于组合物的晶粒的边界处因而提高了压电特性，但是存在以下问题：由于发生异常晶粒生长，偏析有锰（Mn）及铜（Cu）的晶粒边界的数量减少，不能得到压电特性提高的效果。另外，由于发生异常晶粒生长，晶粒边界的数量变少，机械强度的下降也成了大问题。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种压电陶瓷以及使用其的压电元件，该压电陶瓷由于含有不含作为构成元素的铅的复合氧化物所构成的组合物作为主要成分，因此环保性能优良，并且相对介电常数、机电耦合系数、压电常数等的压电特性优异。

为了达到上述目的，本发明人认为简便且廉价地抑制压电陶瓷的异常晶粒生长是重要的，并且就不发生异常晶粒生长的组成进行了各种研究，从而完成了下述发明。

即，本发明的压电陶瓷，其主要成分是由通式(1)所表示的组合物，

(K_1-x-y-w-vNa_xLi_yBa_wSr_v)_m(Nb_1-z-uTa_z-Zr_u)O₃…(1)

（其中，式中的ｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｖ、ｕ以及ｍ分别为：0.4<x≦0.7，0.02≦y≦0.1，0<z≦0.3，0<w≦0.01，0.04≦v≦0.07，0.04≦u≦0.07，0.95≦m<1.0）。

通过将表示钙钛矿结构氧化物的A位和B位的比的上述（1）式中的m设为小于1，能够抑制烧结时的异常晶粒生长，能够得到高的压电特性。

此外，上述主要成分之外，通过含有锰（Mn）及铜（Cu）中的至少一种成分作为副成分，并且分别换算成氧化锰（MnO）、氧化铜（CuO）时，它们相对于所述主要成分的组合物的含量为1质量%以下，从而能够得到压电特性的偏差少的稳定的压电陶瓷。

本发明人认为：本发明的压电陶瓷表现出充分优异的压电特性的原因在于其微结构。即，认为：本发明的压电陶瓷原本容易发生异常晶粒生长，但通过恰当地控制该压电陶瓷的组成，能够抑制异常晶粒生长，并且，由于具有在作为主要成分的复合氧化物的晶粒的晶粒边界处偏析有锰（Mn）及铜（Cu）中的至少一种元素的微结构，能够提高压电陶瓷的电阻率。因此推测能够施加高的极化电压，能够得到大的位移产生量。

本发明中，还提供具备上述压电陶瓷的压电元件。