[发明专利]压电陶瓷组合物和压电驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及对Pb(Ti，Zr)O₃固溶Pb(Ni，Nb)O₃或Pb(Zn，Nb)O₃等的复合钙钛矿类的压电陶瓷组合物，特别涉及适合于压电驱动器的压电陶瓷组合物以及压电驱动器。

背景技术

以锆钛酸铅(Pb(Ti，Zr)O₃，以下记作“PZT”)为主要成分的压电陶瓷组合物具有良好的压电性，所以被广泛用于压电驱动器等压电元件。

为了获得大的位移量，要求用于压电驱动器等的压电材料的压电常数高。此外，对于以高电压驱动的压电元件，元件温度由于驱动产生的发热而上升。另外，压电材料的相对介电常数越大，元件的发热量越大。这是因为，如果相对介电常数大，则电容量变大，电流量增大。另外，如果元件温度上升而接近居里点，则产生压电性大幅劣化而位移量下降的问题，而元件温度进一步超过居里点时，发生相转变，极化消失，产生变得无法作为压电元件发挥作用的问题。因此，为了在压电常数高的同时，维持连续驱动性，要求压电材料的相对介电常数低，而且居里点高。

另外，为了这些特性的改善等目的，专利文献1和专利文献2中记载了对PZT固溶Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃(以下记作“PNN”)或Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(以下记作“PZN”)等的压电陶瓷组合物。

专利文献1中记载了，为了获得压电常数、机电耦合系数和相对介电常数大而居里点高的压电陶瓷组合物，在PNN-PNZ-PZ-PT的4成分类固溶陶瓷组合物中，使Pb少于化学计量学组成。

此外，专利文献2中记载了，在以组成式aPbTiO₃-bPbZrO₃-cPb((Zn_1-xNi_x)_1/3Nb_2/3)O₃表示的压电陶瓷组合物中，通过使a、b、c在三角图上位于规定的区域中，同时实现压电性和连续驱动耐受性。此外，记载了将Pb的一部分以Ba、Sr、Ca中的至少1种置换的方案。

专利文献1：日本专利特开昭60-103079号公报

专利文献2：日本专利特开2003-335579号公报

发明的揭示

然而，专利文献1中记载的发明中，实施例中居里点最高也仅285℃，几乎所有的试样的居里点都在140℃～265℃的范围内，这不能说得到了足够高的居里点。特别是用于以1kV/mm以上的高电场驱动的压电元件的情况下，发热量大，因此无法防止压电性的劣化。

即，压电元件的发热量大致与驱动电场和频率成正比增大，因此难以用于以1kV/mm以上的电场和数kHz以上的频率驱动的喷墨打印头用的压电驱动器等。

另外，专利文献1中记载的发明中，相对介电常数εr大到3000以上，因而发热量增大，变得容易导致压电性的低下。即，若介电常数高，则压电元件的电容量增大，通过的电流值也增大，发热量增大，结果变得容易导致压电性的低下。

此外，专利文献2中记载的发明中，300V/mm的电场强度下压电常数d₃₁最高也仅265pm/V(参照专利文献2的表1)，未获得足够大的压电常数。

此外，制作压电驱动器时，有同时烧结(共烧结)压电材料和内部电极的情况，但所述情况下，压电常数与单独烧结压电陶瓷组合物的情况相比会大幅下降。

本发明是鉴于这些问题而完成的，其目的在于获得可同时实现大压电常数、低相对介电常数、高居里点的压电陶瓷组合物。另外，其目的还在于获得与内部电极共烧结时也可以抑制压电常数的下降的压电陶瓷组合物。