[發(fā)明專利]壓電陶瓷器件、振子和超聲波電機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910204166.4
• 申請日: 2009-10-19
• 公開（公告）號: CN101834269A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田中大介;塚田岳夫;古川正仁
• 申請（專利權(quán)）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/187;C04B35/468;H02N2/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電陶瓷器件、振子和超聲波電機(jī)。

背景技術(shù)

在超聲波電機(jī)、超聲波洗凈器、壓電變壓器等用途中使用的壓電陶瓷器件，以及利用諧振位移的壓電致動器的壓電陶瓷器件，要求具有諧振位移大的優(yōu)異的壓電特性。特別是，在用于上述用途中的情況下，因?yàn)轵?qū)動頻率變高，所以當(dāng)壓電陶瓷器件的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(Qm)較低時容易發(fā)熱，產(chǎn)生去極化(depolarization)和壓電系數(shù)的變化等。因此，要求具有充分大的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(Qm)的壓電陶瓷器件。

在滿足這種特性的壓電陶瓷器件中，一直使用PZT(PbZrO₃-PbTiO₃固溶體)類、和PT(PbTiO₃)類等鈣鈦礦型化合物(例如，參照日本專利第3785648號公報)。但是，這樣的壓電陶瓷器件因?yàn)楹蠵b，所以存在環(huán)境方面的問題的擔(dān)心。因此，對不含Pb的壓電陶瓷器件的組成進(jìn)行了各種研究。例如，提出了BaTiO₃類、KNN(KNbO₃-NaNbO₃固溶體)類的壓電陶瓷器件(例如，參照日本特開2003-055048號公報)。

但是，上述的BaTiO₃類的壓電陶瓷器件與PZT類、PT類的壓電陶瓷器件相比，由于其機(jī)械品質(zhì)因數(shù)低，因此難以應(yīng)用于上述的用途。另外，KNN類的壓電陶瓷器件，由于原料中含有Nb而導(dǎo)致材料成本變高，并且，由于使用K、Na等堿金屬，燒制時容易發(fā)生組成變化，此外還存在耐濕性不充分的問題。而且可知，對于現(xiàn)有的壓電陶瓷器件，即使機(jī)械品質(zhì)因數(shù)充分提高，也不能抑制驅(qū)動時的自身發(fā)熱，由此導(dǎo)致壓電特性發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于以上問題而完成的，其目的在于提供一種壓電陶瓷器件、以及具有該壓電陶瓷器件的振子和超聲波電機(jī)，該壓電陶瓷器件的Pb含量被充分地減少，而且該壓電陶瓷器件具有非常優(yōu)異的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)并且能夠降低驅(qū)動時的發(fā)熱。

為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明中提供一種壓電陶瓷器件，其含有主要成分由下述通式(1)表示的化合物，以主要成分為基準(zhǔn)，含有0.04～0.6質(zhì)量％的選自Mn、Fe和Cu中的至少一種元素。

Ca_xBa_1-xTiO₃……(1)

在上述通式(1)中，x滿足0.05≤x≤0.20。

本發(fā)明的壓電陶瓷器件作為構(gòu)成元素不含Pb，因此能夠充分降低Pb的含量。另外，具有充分優(yōu)異的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，能夠降低驅(qū)動時的發(fā)熱。能夠獲得該效果的理由還不很明確，但本發(fā)明的發(fā)明者們做了以下推測。即，關(guān)于具有鈣鈦礦構(gòu)造(ABO₃)的BaTiO₃，由于結(jié)晶相發(fā)生變化的結(jié)晶相轉(zhuǎn)移溫度接近室溫，因此在室溫附近進(jìn)行驅(qū)動時存在產(chǎn)生巨大發(fā)熱的傾向。認(rèn)為，在本發(fā)明中，通過將BaTiO₃的A位的一部分以Ca置換，使得結(jié)晶相轉(zhuǎn)移溫度向低溫側(cè)(-50℃)移動，從而優(yōu)化室溫附近的溫度穩(wěn)定性。另外，通過將BaTiO₃的B位的一部分以Mn、Fe或Cu置換，形成氧空位，強(qiáng)電介質(zhì)區(qū)域被釘扎(pinning)。通過其協(xié)同作用，能夠形成具有非常優(yōu)異的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)并且能夠降低驅(qū)動時的發(fā)熱的壓電陶瓷器件。

具有以上組成的壓電陶瓷器件，即使不含有Pb作為構(gòu)成元素，也能夠降低驅(qū)動時的發(fā)熱并使機(jī)械品質(zhì)因數(shù)為1000以上。

本發(fā)明提供具有上述壓電陶瓷器件和電極的振子。本發(fā)明的振子，由于設(shè)置有具有上述特征的壓電陶瓷器件，因此尤其能夠適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于利用諧振位移的壓電致動器、超聲波電機(jī)、超聲波振子、壓電變壓器等。

另外，在本發(fā)明中，提供設(shè)置有上述振子的超聲波電機(jī)。本發(fā)明的超聲波電機(jī)，由于安裝有具有上述特征的壓電陶瓷器件，因此能夠具有充分高的輸出。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供Pb含量被充分減少，并且具有非常優(yōu)異的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、且能夠降低驅(qū)動時的發(fā)熱的壓電陶瓷器件，以及具有該壓電陶瓷器件的振子和超聲波電機(jī)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的振子的優(yōu)選的一個實(shí)施方式的立體圖。

圖2是表示本發(fā)明的振子的另一實(shí)施方式的立體圖。

圖3是表示本發(fā)明的超聲波電機(jī)的優(yōu)選的一個實(shí)施方式的立體圖。

圖4是表示在徑向振子的發(fā)熱特性的評價中使用的振動速度·發(fā)熱測定裝置的簡要結(jié)構(gòu)的說明圖。

具體實(shí)施方式