[发明专利]压电组合物以及压电元件

说明书

本发明的目的在于提供一种具备比较高的T_c以及优异的d₃₃的环境顾虑型压电组合物以及压电元件。该压电组合物是一种不含有铅化合物的压电组合物，并且由以下所述式(1)进行表示，(Bi_0.5xNa_0.5xBa_0.7y+zCa_0.3y)_a(Ti_x+y+0.8zHf_0.2z)O₃(1)在上述式(1)中，x、y、z、a分别满足0.70≤x≤0.900.02≤y≤0.280.02≤z≤0.280.90≤a≤1.10x+y+z＝1。

技术领域

本发明涉及在喷墨头、压电驱动器(piezoelectric actuator)、薄膜传感器等领域中被广泛利用的压电组合物以及压电元件。

背景技术

使用了压电组合物的压电元件是一种具有通过从外部施加电场从而发生变形的效果、通过从外部接受应力从而在表面产生电荷的效果的压电元件，近年来在各种领域里被广泛利用。例如，使用了锆钛酸铅等的铅类压电组合物的压电元件因为会发生与施加电压成比例的变形并且位移量为1×10^-10m/V的数量级，所以在微小的位置调整方面表现优异，并且还可被利用于光学系统的微调整。

压电组合物因为会产生与被施加的应力或者与由该应力而引起的变形量成比例的大小的电荷，所以也可以作为为了读取微小的力或者变形量的传感器来进行利用。再有，电压组合物因为具有优异的响应性，所以通过施加交流电场从而也就能够激励压电组合物自身或者处于与压电组合物有着接合关系的弹性体并唤起其共振，因而也可以作为压电变压器以及超声波马达等来进行利用。

一般来说压电组合物是指对强电介质组合物实施了极化处理的物质。所谓极化处理指的是一种通过将矫顽电场以上的直流电场施加于自发极化的朝向为随机的烧结后的强电介质组合物，从而在一定的方向上使自发极化的朝向一致并将极性赋予强电介质组合物的操作。发生自发极化的强电介质组合物进而多数压电组合物具有钙钛矿(perovskite)的结构。

所谓钙钛矿(perovskite)结构一般是以ABO₃的组成式进行表示的化合物的总称。具体地来说是一种离子半径大的碱金属或者碱土金属被配置于A位，离子半径小的过渡金属离子等被配置于B位，A位原子被充填于顶点共有的BO₆氧八面体的三维网络的空隙的结构。

现在，就被实用化了的大半部分的具有钙钛矿(perovskite)结构的压电组合物而言，通过将各种各样副成分或者添加物添加到由锆酸铅(PbZrO₃：PZ)和钛酸铅(PbTiO₃：PT)构成的铅类压电组合物，从而对应于多种多样需求的物质正在被广泛地开发着。例如，有各种各样的压电组合物，即从通过替代低的机械品质因数(Qm)而具有高压电常数(d₃₃)从而用于以直流的使用方法求得大位移量的位置调整用的驱动器(actuator)等的压电组合物，一直到面向通过替代低的d₃₃而具有高Q_m从而实行如超声波马达等超声波产生元件那样的交流的使用方法的用途的压电组合物。

另外，除了PZT类之外还有作为压电组合物被实用化的物质，但那些物质也基本上是将铌镁酸铅[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃]等铅类钙钛矿组成作为主成分的固溶体。

然而，这些铅类压电组合物因为含有60～70wt％程度的低熔点的氧化铅，所以在烧成时氧化铅(PbO)容易挥发。因此，考虑到对环境的影响而希望减少被使用的氧化铅。另外，今后若是通过扩大压电陶瓷以及压电单晶的应用领域从而预计铅类压电组合物的使用量增大，并且通过由酸雨与铅的化学反应而产生的硫酸铅大多溶解析出到土壤中从而恐怕会对以往的生态系统产生威胁。因此，压电组合物的无铅化成为一个极为重要技术问题。