[发明专利]压电陶瓷、压电元件以及具备该压电元件的压电装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷、具备该压电陶瓷的压电元件以及具备该压电元件的压电装置。

背景技术

作为将压电陶瓷(压电瓷器)应用于大功率器件(high power devices)的例子可以列举超声波马达和压电变压器等。对于这些器件来说在以高振动速度进行驱动的同时能够获得大振幅的材料是必要的

例如，作为能够在高振动速度下驱动的压电陶瓷，可以使用由钙钛矿型化合物的锆钛酸铅[Pb(Zr，Ti)O₃(PZT)]类的主成分和被称为弛豫铁电体(relaxor)的副成分构成的压电陶瓷。特别是为人们所知的是日本专利第2957564号公报、专利第2957537号公报所记载的那样的锆钛酸铅-锌铌酸铅[Pb(Zr，Ti)O₃-Pb(Zn，Nb)O₃(PZT-PZN)]类的压电陶瓷能够获得高振动速度。

可是，作为压电陶瓷，除了上述那样能够在高振动速度下动作以外，从使用具备该压电陶瓷的装置时对周边元件的影响以及抑制由该装置本身的热失控所引起的性能降低的观点出发，优选由振动所引起的发热尽可能小的物质。然而，通常，伴随着振动速度变高，具有内部能量损失引起发热变大的倾向，因而至今为止，要兼备高振动速度和低发热绝非容易之事。

为此，对于压电陶瓷，要求其在将电能转换成机械振动能时的能量损失尽可能小，并要求减少由该损失引起的发热，从而不产生热失控。

另外，上述以往的压电陶瓷中还存在，在作为谐振器使用时，共振频率与驱动频率的偏差变大、位移急剧降低的问题。尤其是，即使在室温条件下能够获得高振动速度或大的位移，在共振频率的变化相对于温度变化更大的情况下，也还会有谐振器的温度时而降低时而上对于温度变化更大的情况下，也还会有谐振器的温度时而降低时而上升、以及位移的降低程度变大的问题。换而言之，用于大功率器件的压电陶瓷最好是共振频率相对于温度稳定。

发明内容

本发明正是鉴于如上所述那样的情况而做出悉心研究的结果，本发明的第一目的是提供一种既能够发挥充分振动速度而且由振动引起的发热小的压电陶瓷。本发明还提供使用这种压电陶瓷的压电元件以及具备该压电元件的压电装置。

另外，本发明的第二目的是提供一种振动速度高且共振频率相对于温度稳定的压电陶瓷、以及具备这种压电陶瓷的压电元件及压电装置。

<第一压电陶瓷(第一发明)>

本发明所涉及的第一压电陶瓷(第一发明)，其特征在于，含有具有由下述式(1)所表示的组成的复合氧化物以及Mn，相对于复合氧化物的全部质量，Mn的含量换算成MnCO₃为0.2～1.2质量％。

(Pb_1-aA¹_a)Ti_xZr_1-x-y-z-b(Zn_1/3A²_2/3)_y(Yb_1/2A²_1/2)_zSn_bO₃  (1)

[在式(1)中，A¹表示选自Ca、Sr以及Ba中的至少一种元素，A²表示选自Nb、Ta以及Sb中的至少一种元素并且至少含有Nb，a、b、x、y以及z是分别满足下述式(1a)、(1b)、(1x)、(1y)以及(1z)的数。]

0≤a≤0.04      (1a)

0≤b≤0.04      (1b)

0.40≤x≤0.49   (1x)

0.03≤y≤0.15   (1y)

0.03≤z≤0.15   (1z)

根据上述第一压电陶瓷，通过使由具有特定组成的PZT-PZN类的复合氧化物构成的主成分中作为添加物含有特定范围的Mn，从而在获得充分振幅速度的同时，还能够降低由振动引起的发热。

在上述第一压电陶瓷中，A²优选为含有Nb以及选自Ta、Sb中的至少一种元素，即，作为A²元素，除了Nb之外还优选含有Ta或者Sb。由此，压电陶瓷的高振动速度以及低发热的特性变得更容易兼顾。