[发明专利]压电材料、压电元件和电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电材料，更具体地说，涉及一种不含任何铅成分的压电材料。此外，本发明涉及采用所述压电材料的一种压电元件、一种多层化压电元件、一种液体排出头、一种液体排出装置、一种超声马达、一种光学器件、一种振动装置、一种灰尘移除装置、一种成像装置以及一种电子设备。

背景技术

锆钛酸铅是代表性的含铅压电材料，其可以用在各种压电设备(如致动器、振荡器、传感器和滤波器)中。然而，因为存在废弃的压电材料的铅成分可能溶解到土壤中的可能性，所以铅成分对于生态系统是有害的。相应地，近来所热烈进行的研究和开发针对可以实现无铅压电设备的无铅压电材料。

当在家用电器或相似产品中采用压电元件时，要求压电性能在产品的操作温度范围中并不很大地改变。如果与压电性能有关的参数(例如机电耦合系数、介电常数、杨氏模量、压电常数、机械品质因数或谐振频率)取决于温度而极大地改变(例如改变等于30％或更大的量)，则变得难以在操作温度范围中获得稳定的元件性能。在压电材料的相变中，压电性在相变(phase transition)温度得以最大化。因此，相变是产生大的压电特性改变的一个因素。因此，关键的是，获得压电性能在压电材料的相变温度并不处于操作温度范围中的操作温度范围中并不极大地改变的产品。

当谐振设备(如超声马达)包括压电组成时，要求表示谐振的锐度的机械品质因数很大。如果机械品质因数很低，则操作压电元件所需的电力的量变得较高，并且压电元件的驱动控制由于热量产生而变得困难。这是需要拥有较高机械品质因数的压电材料的原因。

在日本专利申请公开No.2009-215111中讨论了{[(Ba_1-x1M1_x1)((Ti_1-xZr_x)_1-y1N1_y1)O₃]―δ％[(Ba_1-yCa_y)_1-x2M2_x2)(Ti_1-y2N2_y2)O₃]}的准二元系统固溶体所表示的无铅压电材料，其中，M1、N1、M2和N2是添加元素。(Ba_1-x1M1_x1)((Ti_1-xZr_x)_1-y1N1_y1)O₃是斜方六面体，(Ba_1-yCa_y)_1-x2M2_x2)(Ti_1-y2N2_y2)O₃是四面体。溶解两种在晶体系统方面不同的成分使得能够在室温附近调整在斜方六面体与四面体之间产生相变的温度。例如，根据所讨论的内容，在室温附近产生BaTi_0.8Zr_0.2O₃―50％Ba_0.7Ca_0.3TiO₃的相变，并且在20℃的压电常数d₃₃是584pC/N。另一方面，同一材料在70℃的压电常数d₃₃是368pC/N。更具体地说，如果温度的增加量是50℃，则压电常数d₃₃的减少量是37％。上述压电材料特征在于，压电性得以最大化的相变产生在室温附近。因此，虽然上述压电材料在室温附近展现出优异的压电性能，但并不期望压电性能取决于温度而显著地可变。在上述材料中，Zr量(x)被设置为大于0.1，以获得边缘成分为(Ba_1-x1M1_x1)((Ti_1-xZr_x)_1-y1N1_y1)O₃的斜方六面体。