压电材料、压电元件和电子装置制造方法

压电材料、压电元件和电子装置制造方法
【专利摘要】一种压电材料，包括主要成分为用通式（Ba1-xCax）a（Ti1-y-zSnyZrz）O3（其中，1.00≤a≤1.01，0.125≤x≤0.300，0≤y≤0.020，和0.041≤z≤0.074）表示的钙钛矿型金属氧化物，该钙钛矿型金属氧化物中含有铜（Cu）和锰（Mn）。相对于100重量份的金属氧化物而言Cu含量按金属计为0.02重量份以上、0.60重量份以下，相对于100重量份的金属氧化物而言Mn含量按金属计为0.12重量份以上、0.40重量份以下。还涉及包括该压电材料的压电元件、多层压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声马达、光学装置、振动装置、灰尘去除装置、摄像装置和电子装置。
【专利说明】压电材料、压电元件和电子装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压电材料，特别地涉及无铅压电材料。本发明还涉及压电元件、多层压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声马达、光学装置、振动装置、灰尘去除装置、摄像装置和电子装置，所有这些装置使用压电材料。
【背景技术】
[0002]ABO3钙钛矿型金属氧化物如锆钛酸铅(下文将其称为“PZT”)通常用作压电材料。然而，由于PZT含有铅作为A位元素，因此认为PZT对环境的影响是一个问题。因而，一直期望包括无铅的钙钛矿型金属氧化物的压电材料。
[0003]包括无铅的钙钛矿型金属氧化物的压电材料的一个示例是钛酸钡。为了改善钛酸钡的属性，已经开发出具有基于钛酸钡的组成成分的材料。日本专利申请N0.2009-215111公开了通过向钛酸钡添加Ca和Zr来改进压电常数的材料。然而，这些材料的相变温度大约在室温，因而这些材料的属性会随着环境温度而显著变化。这样，这些材料难以在宽的温度范围下使用。此外，由于这些材料具有低的机械品质因数，因此在向其施加交流电压时材料会退极化。
[0004]日本专利特开平N0.2010-120835公开了通过向钛酸钡添加Ca和Cu得到的材料。这些材料的机械品质因数优于钛酸钡，但是压电特性低。
[0005]本发明提供了一种无铅压电材料，其在宽的温度范围内具有良好稳定的压电常数和良好稳定的机械品质 因数。此外，本发明提供压电元件、多层压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、超声马达、光学装置、振动装置、灰尘去除装置、摄像装置和电子装置，所有这些装置使用压电材料。

【发明内容】

[0006]本发明的第一方面提供一种压电材料，包括主要成分为用通式(I)表示的钙钛矿型金属氧化物，该韩钛矿型金属氧化物中含有铜(Cu)和猛(Mn),
[0007](Ba1^xCax)3 (Ti1^zSnyZrz)O3 (I)
[0008]其中，1.00 ≤ a ≤ 1.01，0.125 ≤ X ≤ 0.300，O ≤ y ≤ 0.020，和 0.041 ≤0.074。在压电材料中，相对于100重量份的金属氧化物而言Cu含量按金属计为0.02重量份以上、0.60重量份以下,相对于100重量份的金属氧化物而言Mn含量按金属计为0.12重量份以上、0.40重量份以下。
[0009]本发明的第二方面提供一种压电元件，包括:第一电极、压电材料部和第二电极，其中，压电材料部包含上述压电材料。
[0010]本发明的第三方面提供一种多层压电元件，包括:多个压电材料层和包括内部电极的多个电极层，其中，压电材料层和电极层交替堆叠，压电材料层由上述压电材料组成。
[0011]本发明的第四方面提供一种液体喷射头，包括:液室，液室包括振动单元，振动单元包括上述压电元件或者上述多层压电元件；和与液室联通的喷射口。[0012]本发明的第五方面提供一种液体喷射装置，包括:转印材料载置单元和上述液体嗔射头。
[0013]本发明的第六方面提供一种超声马达，包括:振动部件，其包括上述压电元件或上述多层压电元件；和接触振动部件的移动部件。
[0014]本发明的第七方面提供一种光学装置，包括驱动单元，驱动单元包括上述超声马达。
[0015]本发明的第八方面提供一种振动装置，包括振动部件，振动部件包括振膜和布置在振膜上的上述压电元件或上述多层压电元件。
[0016]本发明的第九方面提供一种灰尘去除装置，包括振动单元，振动单元包括上述振动装置。
[0017]本发明的第十方面提供一种摄像装置，包括:上述灰尘去除装置和摄像元件单元，其中，灰尘去除装置的振膜布置在摄像元件单元的受光面侧。
[0018]本发明的第^ 方面提供一种电子装置，包括压电声学构件，压电声学构件包括上述压电元件或上述多层压电元件。
[0019]从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1是示出了根据本发明一个实施例的压电元件的结构的示意图。
[0021]图2A和2B是示出了根据本发明一个实施例的多层压电元件的结构的示意性剖视图。
[0022]图3A和3B是示出了根据本发明一个实施例的液体喷射头的结构的示意图。
[0023]图4是示出了根据本发明一个实施例的液体喷射装置的示意图。
[0024]图5是示出了根据本发明一个实施例的液体喷射装置的示意图。
[0025]图6A和6B是示出了根据本发明一个实施例的超声马达的结构的示意图。
[0026]图7A和7B是示出了根据本发明一个实施例的光学装置的示意图。
[0027]图8是示出了根据本发明一个实施例的光学装置的示意图。
[0028]图9A和9B是示出了根据本发明一个实施例包括振动装置的灰尘去除装置的示意图。
[0029]图1OA至IOC是示出了根据本发明一个实施例在灰尘去除装置中的压电元件的结构的示意图。
[0030]图1lA和IlB是示出了根据本发明一个实施例的灰尘去除装置的振动原理的示意图。
[0031]图12是示出了根据本发明一个实施例的摄像装置的示意图。
[0032]图13是示出了根据本发明一个实施例的摄像装置的示意图。
[0033]图14是示出了根据本发明一个实施例的电子装置的示意图。
[0034] 图15A至15C示出了在本发明的示例I至34和比较例I至10的压电材料的y值分别是0、0.01,0.02时X值和Z值之间的关系的相图。虚线区域的内部示出了在本发明的第一方面X值和z值的范围。【具体实施方式】
[0035]现在将描述本发明的实施例。根据本发明实施例的压电材料包括主要成分为用通式(I)表示的钙钛矿型金属氧化物，该金属氧化物中含有铜(Cu)和猛(Mn)。
[0036](Ba1^xCax) a (Ti1^zSnyZrz) O3 (I)
[0037](1.00 ≤ a ≤ 1.01，0.125 ≤ X ≤ 0.300，O ≤ y ≤ 0.020，和 0.041 ^ z ^ 0.074)在压电材料中，Cu含量相对100重量份的金属氧化物按金属计为0.02重量份以上、0.60重量份以下，Mn含量相对100重量份的金属氧化物按金属计为0.12重量份以上、0.40重量份以下。
[0038]钙钛矿型金属氧化物
[0039]在本发明中，术语“钙钛矿型金属氧化物”是指具有钙钛矿结构的金属氧化物，该结构是如Iwanami Rikagaku Jiten (岩波理化辞典)第五版(岩波书店1998年2月20日发行)中描述的理想立方晶体结构。具有钙钛矿结构的金属氧化物通常用ABO3的化学式表示。在钙钛矿型金属氧化物中，元素A和元素B以离子的形式存在，并在单元晶格中占据分别被称为A位和B位的特殊位置。例如，在立方晶系的单元晶格中，元素A位于立方体的顶点，元素B位于立方体的体心位置。元素氧(O)以氧的阴离子形式存在，并占据立方体的面心位置。
[0040]在用通式(I)表示的金属氧化物中，位于A位的金属元素是钡(Ba)和钙(Ca)，位于B位的金属兀素是钛(Ti) JM(Sn)和错(Zr)。注意:一些Ba和Ca原子可以位于B位。类似地，一些Ti和Zr原子可以位于A位。然而，从压电特性减小的角度来看，优选的是Sn原子不处于A位。
[0041]在通式(I)中，B位元素与氧(O)的摩尔比为1:3。然而，即使在B位元素的量与氧(O)的量的摩尔比稍微偏离(例如1.00:2.94至1.00:3.06)时，具有这种摩尔比的金属氧化物也包含在本发明的范围中，只要金属氧化物具有作为主相的钙钛矿结构。
[0042]通过例如用X射线衍射或电子束衍射进行的结构分析，能够确定金属氧化物是否具有钙钛矿结构。
[0043]根据本发明实施例的压电材料的形式不受限制，可以是陶瓷、粉末、单晶体、薄膜、浆料等中的任何一种。然而，压电材料的形式优选为陶瓷。在本说明书中，术语“陶瓷”表示以金属氧化物为基本成分并通过热处理进行烧结的晶粒凝聚体(也被称为块体)，也就是所谓多晶体。术语“陶瓷”还表示烧结后已进行处理的陶瓷。
[0044]压电材料的主要成分
[0045]根据本发明实施例的压电材料，在通式(I)中，a表示位于A位的Ba和Ca的总摩尔量和位于B位的T1、Zr和Sn的总摩尔量之比，其范围是1.00 < a < 1.01。当a小于1.00时，容易出现异常晶粒生长，减小了材料的机械强度。当a大于1.01时，晶粒生长需要的温度变得过高，在普通的焙烧炉中不能执行烧结。这里，术语“不能执行烧结”表示密度未增大到足够高值的状态，或者大量孔隙和缺陷出现在压电材料中。
[0046]在通式(I)中，X表示在A位的Ca的摩尔比，其范围是0.125≤X≤0.300。当x小于0.125时，在操作温度出现结构相变，这会不利地影响耐久性。当X大于0.300时，压电特性可能不足。更加优选地，X的范围是0.125 < X < 0.220。
[0047]在通式(I)中，y表示在B位的Sn的摩尔比，其范围是O≤y≤0.020。当y大于0.020时，居里温度(T。)变低，具体地低于100°C，并且压电特性在高温下消失。更加优选地，I 的范围是 0.005 ^ y ^ 0.020。
[0048]在通式(I)中，z表示在B位的Zr的摩尔比，其范围是0.041≤z≤0.074。当z小于0.041时，压电特性可能不足。当z大于0.074时，居里温度(Tc)变低，具体地低于100°C，并且压电特性在高温下消失。考虑到高温下的耐久性，更优选地z的范围是
0.041 ^ Z ^ 0.054。
[0049]在本说明书中，术语“居里温度(T。)”是指材料的铁电性质消失时的温度。一般地，压电材料的压电特性在居里温度(Tc)以上也会消失。检测居里温度(Tc)的方法的示例包括在改变测量温度的同时直接测量铁电性质消失时的温度的方法，和在改变测量温度的同时在施加非常小的交流电场的条件下测量相对介电常数、然后确定相对介电常数最大时的温度的方法。
[0050] 根据本发明的实施例确定压电材料的组成的方法不作特别限定。该方法的示例包括X射线荧光分析(XRF)、电感耦合等离子体(ICP)原子发射光谱法和原子吸收光谱法。利用这些方法中的任何一种能够确定压电材料中包含的元素的重量比和组成比。
[0051]在根据本发明实施例的压电材料中，铜(Cu)含量相对100重量份的金属氧化物按金属计为0.02重量份以上、0.60重量份以下。根据本发明实施例Cu含量在该范围内的压电材料具有改进的绝缘性和改进的压电特性。
[0052]这里，关于Cu含量的术语“按金属计”是指按如下方式确定的值。在用XRF、ICP原子发射光谱法和原子吸收光谱法等等测量的金属即Ba、Ca、T1、Zr、Sn和Cu的含量中，包含在用通式(I)表示的金属氧化物中的元素含量换算成按氧化物计的量。接着，确定在假定按氧化物计算的量的总重量为100时铜金属的重量比例。当Cu含量低于0.02重量份时，绝缘性降低。当Cu含量大于0.60重量份时，压电性降低。Cu含量更优选地是相对于用通式
(I)表不的金属氧化物的100重量份而言按金属计为0.10重量份以上、0.40重量份以下。铜的形式不限于金属Cu，只要铜作为Cu组分包含在压电材料中即可。例如，铜可以溶解在钙钛矿结构的B位中，或者可以包含在晶界中。可替换地，Cu组分可以以金属、离子、氧化物、金属盐、络合物等等形式包含在压电材料中。
[0053]在根据本发明实施例的压电材料中，Mn包含在金属氧化物中。锰(Mn)含量相对于100重量份金属氧化物而言按金属计为0.12重量份以上、0.40重量份以下。根据本发明的实施例，Mn含量在该范围内的压电材料具有改进的绝缘性和改进的机械品质因数。这里，术语“机械品质因数”是指用来表示在评价作为振动子的压电材料时由振动导致的弹性损失的因数。在阻抗测量中根据共振曲线的锐度观察机械品质因数的大小。也就是说，机械品质因数是表示振动子共振的锐度的因数。对绝缘性和机械品质因数的改进确保了在使用压电材料制作压电元件并施加电压进行驱动时压电元件的长期可靠性。当根据本发明实施例的压电材料的Cu和Mn含量满足上面的范围时，获得了协同效果。具体地，改进了绝缘性、压电特性和机械品质因数。
[0054]当Mn含量低于0.12重量份时,机械品质因数减小到低于400。当使用压电材料制作的压电元件作为共振装置被驱动时，小的机械品质因数会显著地增大功耗。共振装置中使用的压电材料的机械品质因数优选为800以上，更加优选地为1000以上。当机械品质因数在该范围内时，在实际操作中不会出现功耗的显著增加。当Mn含量超过0.40重量份时，由于诸如对压电特性无贡献的六角形结构晶体的出现等因素，压电特性会显著减小。Mn含量更优选地相对于用通式(I)表示的100重量份金属氧化物而言按金属计为0.18重量份以上、0.30重量份以下。锰(Mn)可以占据B位。当Mn在B位溶解时，比例A/B的优选范围是0.993 ( A/B ( 0.998，其中，A是在A位的Ba和Ca的摩尔量，B是在B位的T1、Zr、Sn和Mn的摩尔量。具有在该范围内的比例A/B的压电材料具有特别高的压电常数和特别高的机械品质因数，因而通过使用根据本发明实施例的压电材料能够制作具有高耐久性的装置。
[0055]Mn的化合价优选为4+。一般地，Mn的化合价可以为4+、2+和3+。这是因为:在晶体中存在导电电子的情况下(例如，在晶体中存在氧缺陷的情况下，或者在施主元素占据A位的情况下)，Mn的化合价从4+例如减小到3+或2+，从而捕获导电电子以改进绝缘电阻。考虑到离子半径，Mn的化合价优选为4+，因为能够容易地用Mn代替作为B位主成分的Ti。
[0056]当Mn的化合价低于4+，例如为2+时，Mn用作受体。当Mn作为受体存在于钙钛矿结构晶体中时，在晶体中产生孔或在晶体中形成氧空穴。[0057]当添加的大量Mn原子的化合价为2+或3+时，仅通过引入氧空穴不能完全补偿孔，从而导致绝缘电阻减小。因此，大部分Mn原子的化合价优选地为4+。然而，非常少量的Mn的化合价可低于4+，作为受体占据钙钛矿结构的B位，并形成氧空穴。这是因为化合价为2+或3+的Mn和氧空穴形成缺陷双极子，因而能够提高压电材料的机械品质因数。
[0058]根据本发明实施例的压电材料优选地在通式(I)中满足y+z ( (llx/14)-0.037的关系。根据本发明实施例的压电材料的优点在于，在满足y+z < (11χ/14)-0.037的范围内，相对于温度变化的特性变化幅度变小。另一方面，在y+z> (llx/14)-0.037范围中，压电材料的相变温度的范围可以是-25°C到100°C，因而会削弱在装置操作温度的范围内压电特性的稳定性。
[0059]公知的钛酸钡的晶体结构从正交晶体转变成正方晶体的转变温度(下文中称为Ttrt)为大约17°C，其晶体结构从正方晶体转变成正交晶体的转变温度为大约5°C (下文中称为Tt。)。晶体结构的这些转变温度被称为“结构相变温度”。当压电材料的温度因周围温度的变化而反复地经过这些结构相变温度之间的范围时，单元晶格的体积和极化轴的方向反复地变化。因此，会逐渐出现退极化，压电特性会退化。因此，难以在宽的温度范围中使用钛酸钡。相反地，由于根据本发明实施例的压电材料的Trt低于_25°C，因此压电材料不具有上面的问题。此外，根据本发明实施例的压电材料具有晶体结构从正方晶体转变成立方晶体的高于100°C的居里温度(T。)。因此，即使在假定为夏季车辆中典型温度的80°C的严苛环境的情况下，也能够保持压电特性。此外，由于根据本发明实施例的压电材料在-25 °C至100°C的范围保持正方晶体结构，因此能够保持高的机械品质因数。此外，由于能够避免使用机械品质因数相对小的正交晶体区域，根据本发明实施例的压电材料能够在宽的操作温度范围具有良好稳定的压电常数和良好稳定的机械品质因数。
[0060]在根据本发明实施例的压电材料中，在通式(I)中，更优选地在B位Zr的摩尔比z和Sn的摩尔比y满足关系表达式z ( -2y+0.100。在z>-2y+0.100的范围时，居里温度(Tc)减小到低于105°C，因而压电特性可在高温下减小。
[0061]密度
[0062]根据本发明实施例的压电材料优选地具有93%以上、100%以下的相对密度。[0063]当相对密度低于93%时，压电特性和机械品质因数不是令人满意的，会降低机械强度。
[0064]术语“相对密度”是指实际测得密度与从压电材料的晶格常数和构成压电材料的元素的原子量算出的理论密度的比。晶格常数例如能够用X射线衍射法来测量。密度例如能够用阿基米德法来测量。
[0065]制作方法
[0066]根据本发明实施例的压电材料制作方法不作特别限制。
[0067]原料
[0068]在制作压电材料时，典型的方法是，可在常压下烧结含有构成元素的固体粉末，如氧化物、碳酸盐、硝酸盐和草酸盐。原料是金属化合物，如Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Sn化合物、Zr化合物、Cu化合物和Mn化合物。
[0069]能够使用的Ba化合物的示例包括氧化钡、碳酸钡、草酸钡、乙酸钡、硝酸钡、钛酸钡、锆酸钡和锆钛酸钡。
[0070]能够使用的Ca化合物的示例包括氧化钙、碳酸钙、草酸钙、乙酸钙、钛酸钙、锆酸钙和锆钛酸钙。
[0071]能够使用的Ti化合物的示例包括氧化钛、钛酸钡、错钛酸钡和钛酸钙。
[0072]能够使用的Sn化合物的示例包括氧化锡、锡酸钡、锡钛酸钡和锡酸钙。
[0073]能够使用的Zr化合物的示例包括氧化锆、锆酸钡、锆钛酸钡和锆酸钙。
[0074]能够使用的Cu化合物的示例包括氧化铜(I)、氧化铜(II)、碳酸铜、乙酸铜(II)和
草酸铜。
[0075]能够使用的Mn化合物的示例包括碳酸锰、氧化锰、二氧化锰、乙酸锰和四氧化三猛。
[0076]用于调节摩尔比a的原料不作特别限制，该摩尔比a是根据本发明实施例的压电材料在A位Ba和Ca的摩尔量与在B位T1、Sn和Zr的摩尔量之比。Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Sn化合物和Zr化合物中的任何一个能够获得相同的效果。
[0077]造粒粉
[0078]用于对压电材料的原料粉造粒的方法不作特别限制。从能够使得到的造粒粉的粒径更均匀的角度来看，最优选地是采用喷雾干燥法。
[0079]造粒时能够使用的粘结剂的示例包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和丙烯酸树脂。优选地，粘结剂的添加量相对于压电材料的原料粉量为I至10重量份。从增大压实密度的角度来看，更优选地粘结剂的添加量为2至5重量份。
[0080]烧结
[0081 ] 根据本发明实施例的压电材料的烧结方法不作特别限制。
[0082]烧结方法的示例包括用电炉烧结、用煤气炉烧结、电加热法、微波烧结法、毫米波烧结法和热等静压法(HIP)。用电炉或煤气烧结可以在连续式炉或分批式炉中进行。
[0083]在上述烧结方法中压电材料的烧结温度不作特别限制。烧结温度可以是化合物彼此反应并且晶体生长充分发生时的温度。从把压电材料的粒径控制在1.5 μ m至10 μ m的范围的角度来看，烧结温度优选地为1200°C以上、1550°C以下，更加优选地为1300°C以上、1480°C以下。在上面的温度范围内烧结的压电材料具有良好的压电特性。在本发明中，术语“粒径”是指在显微镜观察法中公知的“投影面积等效圆直径”，其表示具有与晶粒投影面积相同面积的标准圆的直径。在本发明中，粒径的测量方法不作特别限制。例如，通过用偏光显微镜或扫描电子显微镜得到压电材料表面的影像，然后处理该图像，可以确定粒径。由于最佳倍率随待分析的粒径而不同，因此可以适当地使用光学显微镜和电子显微镜。可替换地，从代替材料表面的抛光面或剖面的图像可以确定等效圆直径。
[0084]为了以很好的再现性稳定利用烧结处理得到的压电材料的特性，可以在使烧结温度在上面的范围内保持不变的同时实施烧结处理2至24小时。例如，可以采用二步烧结法。然而，考虑到生产率，优选采用不包括快速温度变化的方法。
[0085]在对压电材料抛光之后，可在1000°C以上的温度对压电材料进行热处理。当对压电材料机械抛光时，在压电材料内部产生残余应力。通过在1000°c以上的热处理能够松弛该残余应力，并能够进一步提高压电材料的压电特性。该热处理还具有消除在晶界部析出的原料粉如碳酸钡的效果。热处理的时间不作特别限制，可以是一个小时以上。
[0086]压电元件
[0087]将描述根据本发明实施例的压电材料。
[0088]图1是示出了根据本发明实施例的压电材料的结构的示意图。压电元件至少包括第一电极1、压电材料2和第二电极3，压电材料2是根据本发明实施例的压电材料。
[0089]根据本发明实施例的压电材料可以形成为压电元件，其至少包括第一电极和第二电极。通过使用压电元件能够评价压电材料的压电特性。第一电极和第二电极均由厚度为大约5至2000nm的导电层构成。电极的材料不作特别限制，可以是压电元件中通常使用的任何材料。其示例包括金属如 T1、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、N1、Pd、Ag 和 Cu 以及它们的化合物。
[0090]第一和第二电极均可以由这些材料中的一种组成，或者可以具有通过堆叠两种或更多种这些材料而制备的多层结构。第一和第二电极可以由彼此不同的材料组成。
[0091]形成第一和第二电极的方法不作特别限制。例如，可以通过烘烤金属膏或通过溅射、气相沉积等等形成第一和第二电极。可以使第一和第二电极图案化以具有期望的形状。
[0092]极化
[0093]压电元件可具有沿特定方向定向的极化轴。当极化轴沿特定方向定向时，压电元件的压电常数增大。
[0094]压电元件的极化方法不作特别限制。极化处理可以在空气或硅油中进行。极化期间的温度优选地为60°C至150°C。然而，最佳条件根据构成装置的压电材料的组成而略微变化。实施极化处理所施加的电场优选地为600V/mm至2.0kV/mm。
[0095]共振-反共振法
[0096]根据日本电子信息技术产业协会标准(JEITA EM-4501)，从用市售的阻抗分析仪测量的共振频率和反共振频率的结果能够算出压电元件的压电常数和机械品质因数。下文中将该方法称为“共振-反共振法”。
[0097] 多层压电元件
[0098]将描述根据本发明实施例的多层压电元件。
[0099]根据本发明实施例的多层压电元件包括:压电材料层；和包括有内部电极的电极层。在多层压电元件中，压电材料层和电极层交替堆叠，压电材料层由根据本发明实施例的压电材料组成。
[0100]图2A是示出了根据本发明实施例的多层压电元件的结构的示意性剖视图。根据本发明实施例的多层压电兀件包括:压电材料层54 ;和包括有内部电极55的电极层。压电材料层和电极层交替堆叠，压电材料层54由上述压电材料组成。除了内部电极55以外，电极层还包括外部电极，如第一电极51和第二电极53。
[0101]图2A示出了根据本发明实施例的多层压电元件的结构，其包括两个压电材料层54和一个内部电极55,它们交替堆叠,得到的堆叠体夹在第一电极51和第二电极53之间。可替换地，如图2B所示，可以增加压电材料层的数量和内部电极的数量，该数量不作特别限制。图2B示出的多层压电元件包括九个压电材料层504和八个内部电极505，它们交替堆叠。得到的堆叠体夹在第一电极501和第二电极503之间。多层压电元件还包括用于使交替形成的内部电极短接的外部电极506a和外部电极506b。
[0102]内部电极55、505和外部电极506a、506b的尺寸和形状不是必须与压电材料层54、504的相同。内部电极55、505和外部电极506a、506b可以分成多个部分。每个内部电极55,505和外部电极506a、506b由厚度为大约5至2000nm的导电层构成。[0103]内部电极55、505优选地含有Ag和Pd，按重量计Ag含量Ml与按重量计Pd含量M2的重量比M1/M2优选地满足关系0.25 ( M1/M2 ( 4.0。当重量比M1/M2小于0.25时，内部电极的烧结温度变高。当重量比M1/M2超过4.0时，内部电极具有岛状，且在平面内变得不均匀。更加优选地，重量比M1/M2为0.3≤M1/M2≤3.0。
[0104]考虑到电极材料的低成本，内部电极55、505可包含Ni和Cu中的至少一种。当内部电极55、505包含Ni和Cu中的至少一种时，可以在还原气氛中烧制根据本发明实施例的多层压电元件。
[0105]外部电极506a、506b的材料不作特别限制，可以使用在压电元件中通常使用的任何材料。其示例包括金属如 T1、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、N1、Pd、Ag 和 Cu 及它们的化合物。每个外部电极可以由这些材料中的一种或这些材料中两种或更多种的混合物或合金组成，或者可以具有通过堆叠这些材料中的两种或更多种而制备的多层结构。多个电极可以由彼此不同的材料组成。
[0106]如图2B所示，包括有内部电极505的电极层可彼此短接，从而匹配驱动电压的相位。例如，内部电极505a和第一电极501可以通过外部电极506a短接。内部电极505b和第二电极503可以通过外部电极506b短接。内部电极505a和内部电极505b可以交替布置。电极层之间的短接形式不作特别限制。用于短接的电极或配线可设置在多层压电元件的侧面上。可替换地，可以设置贯穿压电材料层504的通孔，其内部填充导电材料，从而使电极层短接。
[0107]液体喷射头
[0108]接着，将描述根据本发明实施例的液体喷射头。
[0109]根据本发明实施例的液体喷射头至少包括液室和与液室连通的喷射口，该液室包括振动单元，该振动单元包括上述的压电元件或多层压电元件。
[0110]图3A和3B均是示出了根据本发明实施例的液体喷射头的结构的示意图。如图3A和3B所示，根据本发明实施例的液体喷射头包括根据本发明实施例的压电元件101。压电元件101至少包括第一电极1011、压电材料1012和第二电极1013。如图3B所示，根据需要使压电材料1012图案化。
[0111]图3B是液体喷射头的示意图。液体喷射头包括喷射口 105、各单个液室102、把各单个液室102连接到喷射口 105的连通孔106、液室分隔壁104、共用液室107、振膜103和压电元件101。尽管压电元件101在图中为矩形，但是压电元件101可以具有矩形之外的任意形状，如椭圆形、圆形或平行四边形。一般地，压电材料1012具有与单个液室102的形状相符的形状。
[0112]现在将参考图3A详细地描述在根据本发明实施例的液体喷射头中所包括的压电元件101的附近部分。图3A是图3B示出的压电元件在宽度方向的剖视图。尽管压电元件101的剖面形状在图中为矩形，但是该剖面形状可以是梯形、倒梯形等等。
[0113]图中，第一电极1011用作下部电极，第二电极1013用作上部电极。然而，第一电极1011和第二电极1013的布置不限于此。例如，第一电极1011可以用作下部电极或上部电极。类似地，第二电极1013可以用作上部电极或下部电极。缓冲层108可存在于振膜103和下部电极之间。注意:这些名称的区别是源自装置的制造方法，在任何一种情况下都能够实现本发明的优点。
[0114]在液体喷射头中，由于压电材料1012的伸缩，振膜103沿竖直方向移动，并向各单个液室102中的液体施加压力。结果，液体从喷射口 105喷出。根据本发明实施例的液体喷射头能够用于打印机和电子设备的生产。
[0115]振膜103的厚度为1.0 μ m以上、15 μ m以下，优选地是1.5 μ m以上、8 μ m以下。振膜103的材料不作特别限制，但可以是硅(Si)。构成振膜103的硅可以掺杂硼或磷。振膜103上的缓冲层108和缓冲层108上的电极层构成振膜103的一部分。缓冲层108的厚度为5nm以上、300nm以下,优选地是IOnm以上、200nm以下。每个喷射口 105的尺寸就等效圆直径而言为5 μ m以上、40 μ m以下。喷射口 105的形状可以是圆形、星形、矩形、三角形等
坐寸ο
[0116]液体喷射装置
[0117]现在将描述根据本发明实施例的液体喷射装置。根据本发明实施例的液体喷射装置包括转印材料载置单元和上述液体喷射头。
[0118]根据本发明实施例的液体喷射装置的一个示例是图4和图5示出的喷墨记录装置。图5示出了从图4示出的液体喷射装置(喷墨记录装置)881拆下外壳882至885和887的状态。喷墨记录装置881包括自动供给单元897，其把用作转印材料的记录片材自动供给到装置本体896中。喷墨记录装置881还包括:输送单元899，其作为转印材料载置单元，把从自动供给单元897供给的记录片材引导到预定的记录位置和从记录位置引导到排出口 898 ;在输送到记录位置的记录片材上实行记录的记录单元891 ;和在记录单元891上实行恢复处理的恢复单元890。记录单元891具有托架892，其容纳了根据本发明实施例的液体喷射头并以往复运动的方式在轨道上移动。此外，用户可以根据用途选择期望的转印材料。喷墨记录装置881可以配置成使得液体喷射头相对于布置在用作载置单元的载置台上的转印材料进行相对运动。
[0119]在该喷墨记录装置中，当托架892通过从计算机传输的电信号而在轨道上移动并向夹住压 电材料的电极施加驱动电压时，压电材料变形。压电材料的变形通过图3B示出的振膜103而对单个液室102加压，使墨从喷射口 105喷出，实行打印。[0120]根据本发明实施例的液体喷射装置能够高速均匀地喷出液体。此外，能够减小液体喷射装置的尺寸。
[0121]上面已经描述了打印机的示例。然而，除了喷墨记录装置如传真机、多功能复合机和复印机以外，根据本发明实施例的液体喷射装置也能够用作工业用液体喷射装置。
[0122]超声马达
[0123]现在将描述根据本发明实施例的超声马达。根据本发明实施例的超声马达至少包括振动部件和接触振动部件的移动部件，振动部件包括压电元件或多层压电元件。
[0124]图6A和6B均是示出了根据本发明实施例的超声马达的结构的示意图。图6A示出了超声马达，其包括根据本发明实施例的压电元件，该压电元件具有单层结构。超声马达包括:振动子201 ;转子202，其利用加压弹簧(未示出)的加压力接触振动子201的滑动表面；和与转子202 —体设置的输出轴203。振动子201包括金属弹性环2011、根据本发明实施例的压电元件2012和把压电元件2012粘结在弹性环2011上的有机粘结剂2013 (如基于环氧树脂的粘结剂或基于氰基丙烯酸酯的粘结剂)。压电元件2012由夹在第一电极和第二电极(未示出)之间的压电材料组成。
[0125]当把彼此相差π /2的奇数倍的两相交流电压施加给压电元件2012时，在振动子201中产生弯曲行进波，振动子201的滑动表面上的每个点进行椭圆形运动。当转子202在压力下接触振动子201的滑动表面时，转子202从振动子201接收摩擦力，并沿与弯曲行进波相反的方向旋转。被驱动体(未示出)接合到输出轴203，并由转子202的旋转力驱动。
[0126]当向压电材料施加电压时，压电材料因压电横向效应而伸缩。在弹性部件如金属部件接合到压电元件上的情况下，弹性部件在压电材料伸缩的作用下弯曲。这里描述的超声马达是一种利用这种原理的超声马达。
[0127]图6Β示出了超声马达的一个示例，该超声马达包括具有多层结构的压电元件。振动子204包括圆筒形金属弹性部件2041和布置在金属弹性部件2041中的多层压电元件2042。多层压电兀件2042包括多个由压电材料组成的堆叠层(未不出)。第一电极和第二电极布置在堆叠体的外表面上，内部电极布置在堆叠体的内侧。用螺栓固定金属弹性部件2041以夹住多层压电元件2042，这样就构成振动子204。
[0128]通过向多层压电元件2042施加不同相位的交流电压，振动子204激发彼此正交的两种振动。这两种振动相组合形成圆振动，其驱动振动子204的前端。在振动子204的上部中形成环形凹槽，以增大用于驱动的振动位移。
[0129]转子205在加压弹簧206的压力作用下接触振动子204，并接收用于驱动的摩擦力。转子205由轴承可旋转地支撑。
[0130]光学装置
[0131]现在将描述根据本发明实施例的光学装置。根据本发明实施例的光学装置包括驱动单元，该驱动单元包括上述超声马达。
[0132] 图7Α和7Β是作为根据本发明实施例的光学装置示例的单镜头反光照相机的可更换镜筒的相关部分的剖视图。图8是作为根据本发明实施例的光学装置示例的单镜头反光照相机的可更换镜筒的分解透视图。固定筒712、线性引导筒713和前组镜筒714固定在安装部711上，该安装部可安装到照相机上和从照相机上拆下。这些部件是可更换镜筒的固定部件。[0133]在线性引导筒713中形成有用于对焦透镜702的线性引导槽713a，线性引导槽713a在光轴方向延伸。用轴螺钉718把在径向朝外突出的凸轮滚柱717a、717b固定在用于保持对焦透镜702的后组镜筒716上。凸轮滚柱717a配合在线性引导槽713a中。
[0134]凸轮环715可旋转地配合在线性引导筒713的内周上。固定在凸轮环715上的滚柱719配合在线性引导筒713的环形凹槽713b中。这种结构管制了线性引导筒713和凸轮环715之间在光轴方向的相对移动。在凸轮环715中形成用于对焦透镜702的凸轮槽715a。凸轮滚柱717b配合在凸轮槽715a中。
[0135]旋转传递环720布置在固定筒712的外周侧。旋转传递环720由滚珠座圈727保持，从而相对于固定筒712在特定位置旋转。滚柱722由从旋转传递环720呈放射状延伸的轴720f可旋转地保持。滚柱722的大径部722a接触手动对焦环724的安装侧端面724b。滚柱722的小径部722b接触接合部件729。六个滚柱722等间隔地布置在旋转传递环720的外周上，每个滚柱722配置成具有上述关系。
[0136]在手动对焦环724的内周部上布置有低摩擦片(垫圈部件)733。该低摩擦片733插入在固定筒712的安装侧端面712a和手动对焦环724的前侧端面724a之间。低摩擦片733的外周面为环形，并配合在手动对焦环724的内周部724c上。手动对焦环724的内周部724c配合在固定筒712的外周部712b上。低摩擦片733具有减小旋转环机构中的摩擦的作用，在该旋转环机构中，手动对焦环724围绕光轴相对于固定筒712旋转。
[0137]通过波形垫圈726产生的朝镜头前侧对超声马达725加压的力，滚柱722的大径部722a在压力下接触手动对焦环724的安装侧端面724b。类似地，通过波形垫圈726产生的朝镜头前侧对超声马达725加压的力，滚柱722的小径部722b以适当程度的压力接触接合部件729。波形垫圈726在安装方向的移动由卡装在固定筒712上的垫圈732管制。波形垫圈726产生的弹簧力(推压力)传递给超声马达725和滚柱722，并用作把手动对焦环724抵靠在固定筒712的安装侧端面712上的加压力。也就是说，在低摩擦片733处于手动对焦环724和固定筒712的安装侧端面712a之间并且把手动对焦环724朝固定筒712的安装侧端面712a加压的情况下装配手动对焦环724。
[0138]因此，当通过控制单元(未示出)使超声马达725相对于固定筒712旋转时，滚柱722围绕轴720f的中心旋转，因为接合部件729与滚柱722的小径部722b摩擦接触。当滚柱722围绕轴720f旋转时，旋转传递环720随后围绕光轴旋转(自动对焦操作)。
[0139]当从手动操作输入单元(未示出)向手动对焦环724施加围绕光轴的旋转力时，由于手动对焦环724的安装侧端面724b在压力下接触滚柱722的大径部722a，因此滚柱722在摩擦力作用下围绕轴720f旋转。当滚柱722的大径部722a围绕轴720f旋转时，旋转传递环720围绕光轴旋转。超声马达725配置成使得由于转子725c和定子725b的摩擦保持力的缘故超声马达725此时不旋转(手动聚焦操作)。
[0140] 两个对焦键728在彼此面对的位置安装在旋转传递环720上。对焦键728配合在设置于凸轮环715的端部处的凹口 715b中。因此，当执行自动对焦操作或手动对焦操作并且旋转传递环720围绕光轴旋转时，旋转力通过对焦键728传递给凸轮环715。当凸轮环715围绕光轴旋转时，通过凸轮滚柱717b使后组镜筒716 (它的旋转由凸轮滚柱717a和线性引导槽713a管制)沿凸轮环715中的凸轮槽715a往复移动。这样，驱动对焦镜头702，实行对焦操作。[0141]已经描述了单镜头反光照相机的可更换镜筒作为根据本发明实施例的光学装置的示例。然而，光学装置可以是任何类型的照相机，如小型相机或电子式静像相机。本发明可以应用于包括驱动单元(其包括超声马达)的任何光学装置。
[0142]振动装置和灰尘去除装置
[0143]在对颗粒、粉末和液滴等进行输送、去除等时使用的振动装置广泛用于电子装置等等。现在将描述包括根据本发明实施例的压电元件的灰尘去除装置作为根据本发明实施例的振动装置的示例。
[0144]根据本发明实施例的灰尘去除装置至少包括振动部件，振动部件包括振膜和布置在振膜上的上述压电元件或多层压电元件。
[0145]图9A和9B是示出了根据本发明实施例的灰尘去除装置的示意图。灰尘去除装置310包括板状压电元件330和振膜320。每个压电元件330可以是根据本发明实施例的多层压电元件。振膜320的材料不作特别限制。然而，在灰尘去除装置310用于光学设备的情况下，能够使用透光材料或反光材料作为振膜320。
[0146]图1OA至IOC是示出了图9A和9B中的压电元件330的结构的示意图。图1OA和IOC示出了压电元件330的正面和背面的结构。图1OB示出了压电元件330的侧面的结构。如图9A和9B所示，压电元件330包括压电材料331、第一电极332和第二电极333。第一电极332和第二电极333布置在压电材料331的表面上彼此面对。类似于图9A和9B所示的情况，每个压电元件330可以是根据本发明实施例的多层压电元件。在这种情况下，压电材料331可具有以下结构，其中，压电材料层和内部电极交替堆叠，可通过第一电极332或第二电极333使内部电极交替短接，从而能够在每个压电材料层中提供具有不同相位的驱动波形。在图1OC中，布置为压电兀件330的正面且其上设置第一电极332的表面定义为第一电极表面336。在图1OA中，布置为压电兀件330的正面且其上设置第二电极333的表面定义为第二电极表面337。
[0147]这里，术语“电极表面”是指具有电极的压电元件表面。例如，如图1OB所示，第一电极332可以延伸到第二电极表面337。
[0148]如图9A和9B所示，压电元件330的第一电极表面336粘接到振膜320的表面。当驱动压电元件330并且在压电元件330和振膜320之间产生应力时，在振膜中产生面外振动。根据本发明实施例的灰尘去除装置310通过利用振膜320的面外振动来去除外部物质，如附着在振膜320的表面上的灰尘。术语“面外振动”是指在光轴方向即在振膜的厚度方向使振膜移位的弹性振动。
[0149]图1lA和IlB是示出了根据本发明实施例的灰尘去除装置310的振动原理的示意图。图1lA示出了通过向左右一对压电元件330施加同相交流电压而在振膜320中产生面外振动的状态。构成左右一对压电元件330的压电材料的极化方向与压电元件330的厚度方向相同。在第七阶振动模式下驱动灰尘去除装置310。图1lB示出了通过向左右一对压电元件330施加相位彼此相反180°的反相交流电压而在振膜320中产生面外振动的状态。在第六阶振动模式下驱动灰尘去除装置310。根据本发明实施例的灰尘去除装置310能够通过适当地使用至少两种振动模式而有效地去除附着在振膜表面的灰尘。
[0150]摄像装置
[0151]现在将描 述根据本发明实施例的摄像装置。根据本发明实施例的摄像装置至少包括根据本发明实施例的灰尘去除装置和摄像元件单元，其中，灰尘去除装置的振膜布置在摄像元件单元的受光面侧。图12和13的视图示出了作为根据本发明实施例的摄像装置示例的数字式单镜头反光照相机。
[0152]图12是从拍照对象侧来看照相机本体601的前侧透视图，示出了拆下成像镜头单元的状态。图13是示出了照相机内部的示意性结构的分解透视图，用于说明根据本发明实施例的灰尘去除装置和摄像元件单元400的周围结构。
[0153] 在照相机本体601中设置有镜箱605，穿过成像镜头的摄影光束被引导到该镜箱中，该镜箱605中设置有主镜(快速返回镜)606。主镜606能够相对于成像光轴保持45°的角度以朝五面镜(未示出)的方向引导摄影光束，或者能够保持在从摄影光束缩回的位置以朝摄像元件(未示出)的方向引导摄影光束。
[0154]在用作照相机本体骨架的本体架300的拍照对象侧，镜箱605和快门单元200按此顺序从拍照对象侧起布置。摄像元件单元400布置在本体架300的摄影者侧。摄像元件单元400布置成可被调节使得摄像元件的摄像区域平行于安装部602的配合面且与其相隔预定距离地布置，该安装部用作安装成像镜头单元的基准。
[0155]已经描述了数字式单镜头反光照相机作为根据本发明实施例的摄像装置。然而，摄像装置可以是成像镜头单元可更换的照相机，例如不包括镜箱605的无反光镜数字式单镜头反光照相机。此外，在各种摄像装置中，例如成像镜头单元可更换的摄像机、复印机、传真机、扫描仪或具有摄像装置的电子电气装置，特别地，本发明也可以应用于需要去除附着在光学构件表面上的灰尘的装置。
[0156]电子装置
[0157]现在将描述根据本发明实施例的电子装置。根据本发明实施例的电子装置包括压电声学构件，该压电声学构件包括上述压电兀件或多层压电兀件。
[0158]图14是从本体931的前面来看作为根据本发明实施例的电子装置示例的数字相机的整体透视图。光学装置901、麦克风914、频闪发光单元909和辅助光单元916安装在本体931的前表面。由于麦克风914设置在本体931内部，因此用虚线示出麦克风914。用于从外部收集声音的孔设置在麦克风914的前部。
[0159]电源按钮933、扬声器912、变焦杆932和用于执行对焦操作的释放按钮908安装在本体931的上表面。由于扬声器912设置在本体931内部，因此用虚线示出扬声器912。用于向外部输出声音的孔设置在扬声器912的前部。
[0160]根据本发明实施例的压电声学构件能够用于麦克风914和扬声器912中的至少一个。根据本发明实施例的压电声学构件还包括表面声波滤波器(SAW滤波器)。
[0161]已经描述了数字相机作为根据本发明实施例的电子装置示例。然而，根据本发明实施例的电子装置可以应用于任何包括压电声学构件的电子装置，如声音再现装置、声音记录装置、移动电话或信息终端。
[0162]根据本发明实施例的压电材料在宽的操作温度范围中具有良好稳定的压电常数和良好稳定的机械品质因数。此外，由于压电材料不含有铅，因此压电材料具有低的环境负荷。因此，即使在使用大量压电材料的装置中，如液体喷射头、液体喷射装置、超声马达、光学装置、振动装置、灰尘去除装置、摄像装置和电子装置，也能够毫无问题地使用根据本发明实施例的压电材料。[0163]示例
[0164]现在将使用示例更加具体地描述本发明。然而，本发明不限于下面描述的示例。制备根据本发明实施例的压电材料。
[0165]压电材料
[0166]示例I的压电材料
_]对应于组成((Ba0.860Ca0.140) L 006 (Ti0.936Sn0.010Zr0.054) O3)的原料以下述的方式混合，该组成是通过把 χ=0.140、y=0.010、ζ=0.054 和 a=l.006 代入(BahCax)a(Ti1HSnyZrz)O3 表示的通式中得到的。
[0168]称量平均粒径为IOOnm的钛酸钡(BaTiO3)、钛酸钙(CaTi03)、锆酸钙(CaZrO3)和锡酸钙(CaSnO3),使得按摩尔计比率为86.0:7.6:5.4:1.0。为了把在A位的Ba和Ca的总摩尔量与在B位的T1、Sn和Zr的总摩尔量之比a调节为1.006，称量草酸钡并混合。称量氧化铜(CuO)使得Cu重量按金属计为0.10重量份,称量四氧化三猛(Mn3O4)使得Mn重量相对于混合粉末按金属计为0.24重量份。氧化铜和四氧化三锰与上面制备的粉末混合。得到的混合物在球磨机中干混24小时。
[0169]随后，使用喷雾干燥器将相对于混合粉末为3重量份的PVA粘结剂粘着在混合粉末的表面上，以便使混合粉末成粒。
[0170]接着，把造粒粉装入模具中，使用模压机在200MPa的成型压力下加压以制备盘状压块。可使用冷等静压模压机对压块进一步加压。在这种情况下也得到相同的结果。
[0171]将压块放置在电炉中，在空气气氛中烧结24个小时，在此期间保持1380°C的最高温度五个小时。这样，得到根据本发明实施例的陶瓷压电材料。
[0172]对构成所得陶瓷的晶粒的平均等效圆直径和陶瓷的相对密度进行评价。根据结果，平均等效圆直径为7.1 μ m，相对密度为95.8%。主要使用偏光显微镜观察晶粒。当确定小晶粒的粒径时，使用扫描电子显微镜(SEM)。根据观察结果来计算平均等效圆直径。利用从X射线衍射确定的晶格常数和称量确定的组成算出的理论密度以及使用阿基米德法实际测量的密度来评价相对密度。
[0173]然后抛光制备的压电材料，使得其厚度变为0.5mm，用X射线衍射来分析压电材料的晶体结构。根据结果，观察仅归因于钙钛矿结构的峰值。用X射线荧光分析法评价压电材料的组成。结果显示，压电材料包含用化学式(Baa86ciCaai4ci)Uo6(Tia 936Snc^iciZraci54)O3表示的金属氧化物作为主要成分，并且相对于100重量份的主要成分而言Cu为0.10重量份，Mn为0.24重量份。关于其他金属成分，用称量确定的组成与烧结后的组成一致。除Ba、Ca、T1、Sn、Zr、Cu和Mn之外的元素含量低于检测限值。
[0174]示例2至示例34的压电材料
[0175]称量与示例I中所用相同的钛酸钡、钛酸钙、锆酸钙和锡酸钙，使得摩尔比如表1所示。为了调节在A位的Ba和Ca的总摩尔量与在B位的T1、Sn和Zr的总摩尔量之比a，称量草酸钡并混合。称量氧化铜(CuO)和四氧化三锰(Mn3O4)使得金属元素的量相对于混合粉末按金属计如表1所示，并与上面制备的粉末混合。得到的混合物在球磨机中干混24小时。
[0176]随后，使用喷雾干燥器将相对于混合粉末为3重量份的PVA粘结剂粘着在混合粉末的表面上，以便使混合粉末成粒。[0177]把造粒粉装入模具中，使用模压机在200MPa的成型压力下加压，以制备如示例I一样的盘状压块。
[0178]将压块放置在电炉中，在空气气氛中烧结24个小时，在此期间使1380°C的最高温度保持五个小时。这样，得到根据本发明的实施例的陶瓷压电材料。
[0179] 如示例I 一样，对构成每种所得压电材料的晶粒的平均等效圆直径和每种压电材料的相对密度进行评价。平均等效圆直径的范围为2.3至9.4 μ m。相对密度的结果如表2所示。
[0180]然后，如示例I 一样，抛光制备的每种压电材料，使得其厚度变为0.5mm，用X射线衍射来分析压电材料的晶体结构。根据结果，在每个试样中观察仅归因于钙钛矿结构的峰值。
[0181]如示例I 一样，用X射线荧光分析法评价压电材料的组成。结果如表3所示。作为除Ba、Ca、T1、Sn、Zr、Cu和Mn之外的元素的辅助成分的含量低于检测限值。在每个试样中，用称量确定的组成与烧结后的组成一致。
[0182]比较例1-10的压电材料
[0183]如示例I至34中的步骤一样进行称量，使得组成比如表1所示。得到的混合物在球磨机中干混24小时，然后造粒。
[0184]在与示例I至34相同的条件下，使用造粒粉制备陶瓷。
[0185]对构成每种所得陶瓷的晶粒的平均等效圆直径和每种陶瓷的相对密度进行评价。比较例I至3和比较例5至10的试样的平均等效圆直径的范围为3.5至9.1 μ m。比较例4的试样的平均等效圆直径为50 μ m以上。相对密度的结果如表2所示。如示例I至34 —样也评价相对密度。
[0186]接着，抛光制备的每种压电材料，使得其厚度变为0.5mm，用X射线衍射来分析压电材料的晶体结构。根据结果，在每个试样中观察仅归因于钙钛矿结构的峰值。
[0187]用X射线荧光分析法评价压电材料的组成。结果如表3所示。结果显示，在每种试样中，用称量确定的组成与烧结后的组成一致。
[0188]表1
[0189]
【权利要求】
1.一种压电材料，包括主要成分为用通式(I)表示的钙钛矿型金属氧化物，该钙钛矿型金属氧化物包括铜(Cu)和猛(Mn),
(Ba1^xCax) a (Ti1^zSnyZrz) O3 (I)
其中，1.00 ≤ a ≤ 1.01，0.125 ^ X ^ 0.300，O ^ y ^ 0.020，和 0.041 ^ z ^ 0.074，其中，相对于100重量份的金属氧化物而言Cu含量按金属计为0.02重量份以上、0.60重量份以下，以及 相对于100重量份的金属氧化物而言Mn含量按金属计为0.12重量份以上、0.40重量份以下。
2.根据权利要求1所述的压电材料，其中，在通式(I)中，满足y+z<(llx/14)-0.037的关系。
3.根据权利要求1或2所述的压电材料，其中，在通式(I)中，满足z≤-2y+0.100的关系。
4.根据权利要求1或2所述的压电材料，其中，压电材料的相对密度为93%以上、100%以下。
5.—种压电兀件 ,包括: 第一电极； 压电材料部；和 第二电极， 其中，压电材料部包括根据权利要求1所述的压电材料。
6.—种多层压电兀件,包括: 多个压电材料层；和 包括内部电极的多个电极层， 其中，压电材料层和电极层交替堆叠，以及 压电材料层包括根据权利要求1所述的压电材料。
7.根据权利要求6所述的多层压电元件， 其中，内部电极包含Ag和Pd，以及 按重量计的Ag含量Ml与按重量计的Pd含量M2的重量比M1/M2满足0.25 ( Ml/M2 ^ 4.0的关系。
8.根据权利要求6所述的多层压电元件，其中，内部电极包含Ni和Cu中的至少一种。
9.一种液体喷射头，包括: 液室，液室包括振动单元，振动单元包括根据权利要求5所述的压电元件或者根据权利要求6所述的多层压电元件；以及与液室联通的喷射口。
10.一种液体喷射装置，包括: 转印材料载置单元；和 根据权利要求9所述的液体喷射头。
11.一种超声马达，包括: 振动部件，其包括根据权利要求5所述的压电元件或根据权利要求6所述的多层压电元件；和接触振动部件的移动部件。
12.一种光学装置，包括: 驱动单元，其包括根据权利要求11所述的超声马达。
13.—种振动装置，包括: 振动部件，其包括:振膜和布置在振膜上的根据权利要求5所述的压电元件或根据权利要求6所述的多层压电元件。
14.一种灰尘去除装置，包括: 振动单元，其包括根据权利要求13所述的振动装置。
15.一种摄像装置，包括: 根据权利要求14所述的灰尘去除装置；和 摄像元件单元， 其中，灰尘去除装置的振膜布置在摄像元件单元的受光面侧。
16.一种电子装置，包括: 压电声学构件，其包括根据权利要求5所述的压电元件或根据权利要求6所述的多层压电元件。
【文档编号】C04B35/49GK103910526SQ201310740321
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】田中秀典, 小山信也, 林润平, 斋藤宏 申请人:佳能株式会社