[发明专利]压电材料、压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声波传感器、压电电机以及发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及在搭载于致动器、超声波振荡器等超声波设备、超声波电机、压力传感器、IR传感器等热释电元件等其他装置的压电元件等所使用的压电材料、使用它的压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声波传感器、压电电机以及发电装置。 

背景技术

以往，对作为构成搭载于致动器、超声波振荡器等超声波设备、超声波电机、压力传感器、IR传感器等热释电元件等其他装置的压电元件等的压电体层（压电陶瓷）所使用的压电材料要求高的压电特性，作为代表例，可举出锆钛酸铅（PZT）。 

然而，从环境问题的观点考虑，需求一种铅的含量受到抑制的压电材料。作为这样的非铅系压电材料，有K_xNa_（1-x）NbO₃、（Ba,Na）TiO₃等含碱金属的压电材料、BiFeO₃-BaTiO₃等压电材料。 

作为这样的压电材料，已知通过使用准同型相界（MPB：Morphotoropic Phase Boundary）附近的组成，得到大的压电特性。然而，在横轴表示组成、纵轴表示温度的相图中，对于（PZT）而言，MPB线与温度轴几乎平行或者与组成轴垂直，但对于非铅系压电材料而言，通常，其MPB线相对于温度轴倾斜（例如，参照专利文献1的图1等）。这样在MBP线倾斜的情况下，即便根据要求特性选择在特定的温度例如室温下位于MPB上的组成，但在使用环境温度变化时在组成-温度状态图上也会从MPB偏离，所以有如下的问题：存在因使用环境温度的变化、使用中的发热等而导致元件的压电特性、介电特性降低的温度区域。 

因此，出于在上述相图中使MPB线尽量竖立，在常温附近压电特 性、介电特性大，并且在尽量高的温度下也可使用这样的期望，需求通常与压电特性呈反比关系的居里温度（Tc）尽量高的压电材料。 

因此，提出了通过层叠多个不同组成的压电材料来改善温度依赖性的技术（参照专利文献2、3等），但有必须使用多个不同的压电材料的问题。 

专利文献1：日本特开2009-215111号公报 

专利文献2：日本特开2003-277143号公报 

专利文献3：日本特开2011-181764号公报 

发明内容

如上所述，现在，不存在与PZT相当的非铅系压电材料，迫切期望在宽的使用环境温度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的非铅系压电材料的出现。 

应予说明，这样的问题不仅存在于喷墨式记录喷头，毋庸置疑在喷出油墨以外的液滴的其他的液体喷射头中也同样存在，另外，在液体喷射头以外中使用的压电元件中也同样存在。 

本发明鉴于上述实情，以提供一种减少环境负担，在宽的使用环境温度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的压电材料及使用它的压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声波传感器、压电电机以及发电装置为目的。 

解决上述课题的本发明的方式是一种压电材料，其特征在于，含有：第1成分，由晶系为菱面体晶且居里温度为Tc1的具有钙钛矿型结构的复合氧化物构成；第2成分，由菱面体晶以外的晶体且居里温度为Tc2的具有钙钛矿型结构的复合氧化物构成；第3成分，由菱面体晶但与上述第1成分不同且居里温度为Tc3的具有钙钛矿型结构的复合氧化物构成；上述Tc2比上述Tc1高，上述Tc3为上述Tc2以上，（0.1×Tc1＋0.9×Tc2）的值为280℃以下。 

上述方式中，因不含铅而可减少环境负担，成为在宽的使用环境温 度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的压电材料。 

在此，优选具有在以上述第1成分相对于上述第1成分和上述第2成分的总量的比例（第1成分/（第1成分＋第2成分））为横轴、以温度为纵轴的相图中位于MPB线附近的组成，该组成的居里温度Tc4为280℃以上。由此，通过选定各成分，从而能够在广泛的组成范围内实现在使用环境温度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的压电材料。 

并且，优选（第1成分＋第3成分）相对于（第1成分＋第2成分＋第3成分）的摩尔比率为0.1～0.9。由此，通过选定各成分，从而能够在广泛的组成范围内实现在使用环境温度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的压电材料。 

另外，优选第3成分相对于（第1成分＋第3成分）的摩尔比率为0.05～0.49。由此，通过选定各成分，从而能够在广泛的组成范围内实现在使用环境温度范围内压电特性、介电特性高，并且居里温度也高的压电材料。