[发明专利]压电陶瓷、压电元件、液体喷射头、超声马达和除尘装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷。此外，本发明涉及均使用压电陶瓷的压电元件、多层式压电元件、液体喷射头、液体喷射设备、超声马达、光学设备、振动装置、除尘装置、成像设备和电子设备。特别地，本发明涉及一种无铅压电陶瓷，所述无铅压电陶瓷通过致使第二晶粒共存而具有增强的机械品质因数(Qm)和机械强度。

背景技术

通常使用这样的基于铅的压电陶瓷作为压电材料，所述基于铅的压电陶瓷诸如锆钛酸铅(在下文中称作“PZT”)，其具有钙钛矿结构。

然而，PZT在钙钛矿结构的A位处包含铅。因此，铅对环境所造成影响是令人关注的问题。为了解决这个问题，已经提出了一种压电材料，所述压电材料使用无铅的钙钛矿型金属氧化物。

作为代表性的无铅钙钛矿型压电材料，已知由通式BaTiO₃表示的钛酸钡(在下文中称作“BTO”)。

然而，BTO的相变温度(斜方晶至正方晶的相变温度)大约为0℃至10℃。因此，存在一种劣势，即，压电性能根据使用温度发生显著变化。已经做出多种尝试，以消除这种劣势。

例如，PTL1公开了一种BTO陶瓷，在所述BTO陶瓷中，通过将Ca(钙)掺入到BTO中以使得相变温度移动至更低温度侧来减小相变影响。然而，与BTO的压电性能和机械品质因数(Qm)相比，压电性能下降并且机械品质因数(Qm)减小。

此外，PTL2公开了一种BTO陶瓷，在所述BTO陶瓷中，通过将Ca(钙)和Zr(锆)掺到BTO中增强了压电性。然而，居里温度是80℃或者更低，因此存在这样一个问题，即，在高温环境下易于发生去极化。此外，机械品质因数(Qm)降低。

另外，通常，在BTO陶瓷中易于形成孔隙，并且因此存在机械强度不够的问题。

如上所述，BTO陶瓷所存在的问题是Qm和机械强度不足。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利No.4039029

PTL2：日本专利申请公报No.2009-215111

发明内容

技术问题

已经完成本发明，以解决这些问题并且提供了无铅压电陶瓷，所述无铅压电陶瓷具有增强的Qm和机械强度。此外，本发明提供了一种压电元件和一种多层式压电元件，所述压电元件和多层式压电元件各个均使用所述压电陶瓷。而且，本发明还提供了均使用压电元件或者多层式压电元件的液体喷射头、液体喷射设备、超声马达、光学设备、振动装置、除尘装置、成像设备和电子设备。

问题的解决方案

用于解决上述问题的压电陶瓷包括至少第一晶粒和第二晶粒，其中，第一晶粒的平均等效圆直径为2μm以上和30μm以下，并且其中，第一晶粒包括作为主要组分的由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物，第二晶粒包括作为主要组分的由以下通式(2)表示的钙钛矿型金属氧化物：

(1)xBaTiO₃－yCaTiO₃－zCaZrO₃；和

(2)x'BaTiO₃－y'CaTiO₃－z'CaZrO₃，

规定，x、y、z、x'、y'和z'满足x+y+z＝1，x'+y'+z'＝1，0≤x'≤0.15，0.85≤y'≤1，0≤z'≤0.05，x＞x'，0＜y＜y'，和z＞0。

用于解决上述问题的压电元件至少包括：第一电极；压电陶瓷；和第二电极，其中，压电陶瓷包括上述压电陶瓷。

用于解决上述问题的多层式压电元件包括压电陶瓷层和包括内部电极的电极层，所述压电陶瓷层和电极层交替叠置，其中，压电陶瓷层由上述压电陶瓷形成。

液体喷射头至少包括：液体室，所述液体室包括振动部分，所述振动部分包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种；和喷射孔，所述喷射孔与液体室连通。

用于解决上述问题的液体喷射设备包括：用于记录介质的传送单元；和上述液体喷射头。

用于解决上述问题的超声马达至少包括：振动体，所述振动体包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种；和运动体，所述运动体与振动体相接触。

用于解决上述问题的光学设备包括驱动单元，所述驱动单元包括上述超声马达。

用于解决上述问题的振动装置包括振动体，所述振动体包括上述压电元件和上述多层式压电元件中的一种。

用于解决上述问题的除尘装置包括上述振动装置。