[发明专利]压电材料及其制造方法以及压电元件和应用压电元件的设备

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料及其制造方法以及具备该压电材料的压电元件。另外，本发明涉及搭载有该压电元件的应用压电元件的设备。作为应用压电元件的设备，可举出致动器、超声波振荡器等超声波设备、超声波传感器、超声波电机、压力传感器、压电电机、IR传感器等热电元件、发电装置等。

背景技术

以往，对构成压电元件等的压电体层(压电陶瓷)所使用的压电材料要求高的压电特性，该压电元件搭载于致动器、超声波振荡器等超声波设备、超声波电机、压力传感器、IR传感器等热电元件等使用压电元件作为驱动源的设备(应用压电元件的设备)。作为压电体所要求的特性，有压电常数、介电常数、杨氏模量等各种特性，本发明中，着眼于压电常数(d33)。以下，“压电特性”是指压电常数(d33)。作为具有高压电特性的压电材料的代表例，可举出锆钛酸铅(PZT)。

然而，从环境问题的观点考虑，需要抑制了铅含量的压电材料。作为这样的非铅系压电材料，有K_xNa_(1－x)NbO₃、(Ba,Na)TiO₃等含有碱金属的压电材料，BiFeO₃－BaTiO₃等不含碱金属的压电材料。

在这样的压电材料中，已知通过使用准同型相界(MPB:Morphotoropic Phase Boundary)附近的组成，可得到大的压电特性。然而，在横轴表示组成、纵轴表示温度的相图(以下，称为“相图”)中，对于PZT而言，MPB线与温度轴几乎平行或者与组成轴几乎垂直，与此相对，非铅系压电材料一般其MPB线相对于温度轴倾斜(例如，参照专利文献1的图1等)。这样MPB线倾斜时，即便根据要求特性选择在特定的温度例如室温位于MPB上的组成，随着使用环境温度变化也会从MPB线偏离，因此具有因使用环境温度的变化、使用中的发热等而存在压电特性降低的温度区域这样的问题。

因此，需求在上述的相图中MPB线与温度轴尽量平行、温度依赖性小的非铅系压电材料。另外，压电材料要求高压电特性自不必说，而且因与使用环境温度的关系，居里温度(Tc)高也是压电材料所要求的重要条件。这是由于压电材料只有在低于居里温度的温度下才能发挥功能。居里温度高的压电材料能够在更宽泛的温度范围使用，因此通用性高。然而，一般居里温度高的压电材料有压电特性差的趋势。

在此，为了得到满足MPB线与温度轴尽量平行、降低温度依赖性等条件的压电材料，有组合利用多个不同组成的压电材料的想法(参照专利文献2、3等)。应予说明，在以下的说明中，在横轴表示组成、纵轴表示温度的相图中，将MPB线与温度轴近乎平行的状态或者与组成轴近乎垂直的状态表达为“MPB线竖直”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009－215111号公报

专利文献2:日本特开2003－277143号公报

专利文献3:日本特开2011－181764号公报

发明内容

但是，关于以怎样的组成组合怎样的成分能得到MPB线竖直、温度依赖性小的压电材料，以怎样的组成组合怎样的成分能得到压电特性高的压电材料，以怎样的组成组合怎样的成分能得到居里温度高的压电材料这些问题，还不存在显示明确的指标的见解。另外，仅满足温度依赖性少、压电特性高、居里温度高这样的多个条件中的1个时，未必能得到实用性高的压电材料。为了得到实用性高的压电材料，优选同时满足多个条件的组成。在没有明确的指标的情况下，找出这样的成分的组合和组成是极其困难的。现在，同时满足这样的多个条件的压电材料实质上仅有PZT。而且，现在不存在能与PZT匹敌的非铅系压电材料。因此，迫切期望像PZT这样MPB线竖直、在宽泛的使用环境温度范围压电特性高且居里温度高的非铅系压电材料的出现。

本发明鉴于上述的情况，其目的在于提供环境负荷低、实用性优异的压电材料及其制造方法、以及使用该压电材料的压电元件和应用压电元件的设备。