[发明专利]压电材料、压电元件、压电元件的制造方法和电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料，具体地，涉及不含铅的压电材料。本发明还涉及使用该压电材料的压电元件、多层压电元件、排液头、排液装置、超声波马达、光学器件、振动器件、除尘器件、成像装置和电子器件以及该压电元件的制造方法。

背景技术

通常，压电材料是ABO₃型钙钛矿金属氧化物例如钛酸铅锆(以下称为“PZT”)。但是，PZT含有铅作为A位点元素，因此，将PZT的环境影响视为问题。因此，需要使用不含铅的钙钛矿金属氧化物的压电材料。

作为使用不含铅的钙钛矿金属氧化物的压电材料，已知钛酸钡。进而，为了改善压电材料的性能，基于钛酸钡的组成开发了材料。

日本专利申请公开No.11-060334讨论了通过用Zr置换钛酸钡的一部分B位点以使斜方相与四方相之间的相变点T_ot迁移到室温附近并且利用起因于相变的介电常数的局部最大值来改善压电性能(压电常数)的材料。

但是，日本专利申请公开No.11-060334中，为了改善室温附近的压电性能，使相变点T_ot迁移到室温附近，并且利用介电常数的局部最大值。这使得在器件运转温度范围(-25℃至50℃)内介电常数的变化大。即，该材料具有下述问题：在器件运转温度范围内压电性能大幅地变化。

发明内容

本发明涉及不含铅并且在器件运转温度范围内具有优异且稳定的压电性能的压电材料。

进而，本发明涉及使用该压电材料的压电元件、多层压电元件、排液装置、超声波马达、光学器件、振动器件、除尘器件、成像装置和电子器件以及该压电元件的制造方法。

根据本发明的方面，压电材料包括：含有由下述通式(1)表示的钙钛矿金属氧化物的主要成分、含有Mn的第一辅助成分、和含有电荷歧化为三价和五价的Bi的第二辅助成分，其中含有的Mn的量为0.0020摩尔-0.0150摩尔，相对于1摩尔的该金属氧化物，并且含有的Bi的量为0.0004摩尔-0.0085摩尔，相对于1摩尔的该金属氧化物。

Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃(1)

(其中0.020≤x≤0.130和0.996≤a≤1.030)

根据本发明的另一方面，压电元件至少包括第一电极、压电材料部和第二电极，其中形成该压电材料部的压电材料是上述压电材料。

根据本发明的另一方面，压电材料的制造方法包括烧结至少含有Ba、Ti、Zr、Mn和Bi成分的原料粉末，其中该原料粉末包括BaBiO₃固溶体。

根据本发明的另一方面，压电元件的制造方法包括：对该压电材料设置第一电极和第二电极，在该压电材料变为四方系的温度下施加电压，和在保持该电压的同时将该压电材料冷却到该压电材料变为斜方系的温度。

根据本发明的另一方面，多层压电元件包括：多个压电材料层和包括内部电极的多个电极层，将该压电材料层和该电极层交替地层叠，其中压电材料是上述压电材料。

根据本发明的另一方面，排液头至少包括液室和与该液室连通的排出口，该液室包括设置有上述压电元件或上述多层压电元件的振动单元。

根据本发明的另一方面，排液装置包括用于对象的载物台(stage)和上述排液头。

根据本发明的另一方面，超声波马达至少包括：设置有上述压电元件或上述多层压电元件的振动部件，和与该振动部件接触的移动部件。

根据本发明的另一方面，光学器件包括设置有上述超声波马达的驱动单元。

根据本发明的另一方面，振动器件包括振动部件，该振动部件包括设置有上述压电元件或上述多层压电元件的隔膜。

根据本发明的另一方面，除尘器件包括设置有上述振动器件的振动单元。

根据本发明的另一方面，成像装置至少包括上述除尘器件和图像传感器单元，其中将该除尘器件的隔膜设置在该图像传感器单元的受光表面侧。

根据本发明的另一方面，电子器件包括设置有上述压电元件或上述多层压电元件的压电声部件。

根据本发明的例示实施方案，能够提供不含铅并且在器件运转温度范围内具有优异且稳定的压电性能的压电材料。

进而，本发明能够提供使用该压电材料的压电元件、多层压电元件、排液头、排液装置、超声波马达、光学器件、振动器件、除尘器件、成像装置和电子器件。

由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。

附图说明