[发明专利]压电陶瓷和压电元件

说明书

本申请是申请日为2005年3月25日、申请号为200510068581.3、发明名称为“压电陶瓷和压电元件”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及能够使用于例如激励器(actuator)、压电蜂鸣器、发声体和传感器等的压电振动器的、特别是适于叠层型的压电振动器的压电陶瓷和压电元件。

背景技术

当前，作为机械式的驱动源，利用了由压电效应产生的位移的装置之一有激励器。特别是层合了压电层和内部电极的叠层型激励器，与电磁式的激励器相比，耗电率和发热量少，响应性也良好，同时能小型轻量化，因此，近年被利用于纤维编织机的选针控制等各种各样的领域。

对使用于这些激励器的压电陶瓷，要求压电特性特别是压电常数d大。作为得到大的压电常数d的压电陶瓷，已知有例如钛酸铅(PbTiO₃；PT)和锆酸铅(PbZrO₃；PZ)及锌铌酸铅(Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃)的三元体系(例如，参照专利文献1和专利文献2)以及在其中添加了铋(Bi)和锌(Zn)的物质(例如，参照专利文献3)。此外，也有用锶(Sr)、钡(Ba)或钙(Ca)等置换了铅(Pb)的一部分的物质(例如，参照专利文献4、专利文献5和专利文献6)。

【专利文献1】日本特公昭44-17344号公报

【专利文献2】日本特开2001-181035号公报

【专利文献3】日本特开平3-40965号公报

【专利文献4】日本特公昭45-39977号公报

【专利文献5】日本特开昭61-129888号公报

【专利文献6】日本特开2001-181036号公报

发明内容

但是，现有的压电陶瓷由于烧结温度为1200℃的高温，因此，在制作叠层型压电元件的情况下，必须要在内部电极中使用铂(Pt)和钯(Pd)这样的高价的贵金属，有制造成本高的问题。因此，为了在内部电极中使用更廉价的材料，期望降低烧结温度。

例如，在内部电极使用廉价的银-钯(Ag-Pd)的情况下，由于钯在烧结中引起氧化还原反应，在叠层型压电元件中产生龟裂和剥离，因此，必须使钯的比例在30质量％或以下，因此，根据银-钯系相图，必须使烧结温度在1150℃以下，优选在1120℃以下。为了进一步降低制造成本，最好使钯的含有量更少，例如，要使钯的含有量在20质量％或以下，就必须使烧结温度在1050℃以下，要使钯的含有量在15质量％或以下，就必须使烧结温度在1000℃以下。

另外，最近对在内部电极中使用廉价的铜(Cu)也进行了研究，但由于铜的熔点是1085℃，因此，要使用铜就必须使烧结温度在1050℃以下。加之由于铜是贱金属，因此，若在大气中烧结就氧化，故不能作为电极使用。这样，就必须在低氧气浓度的还原性气氛中进行烧结。

此外，由于一般在压电常数d与机电耦合系数kr和介电常数εr之间存在比例关系，因此，在现有的压电陶瓷中，为了得到大的压电常数，就将机电耦合系数kr和介电常数εr共同增大。但是，若介电常数εr变大，阻抗就降低，因此，在驱动压电元件时流很多电流，有驱动所需的能量增大的问题。

加之，最近，在汽车的发动机或热熔型喷墨打印机等中也使用压电激励器，有时使用温度达到150℃左右。这样，就期望没有压电性的温度即所谓的居里温度在300℃以上。

本发明鉴于有关问题点，其第一目的在于提供一种能够在低温中烧结，同时能够提高压电特性的压电陶瓷和压电元件。

本发明的第二目的在于提供一种能够在低温中烧结，同时能够提高压电特性，并且能够减小驱动所需的能量，另外也得到高居里温度的压电陶瓷和压电元件。

本发明涉及的第一压电陶瓷含有用化学式1表示的组合物。

(化学式1)

Pb_a[(Zn_b/3Nb_2/3)_xTi_yZr_z]O₃

(在化学式1中，a、b、x、y、z是分别满足0.94≤a≤1.02、1＜b≤3、x+y+z＝1、0.05≤x＜0.125、0.275＜y≤0.5、0.375＜z≤0.6的范围内的值。)