[發明專利]壓電材料、壓電元件和電子設備

有效

• 申請號: 201410328614.2
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104276821A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 田中秀典;渡邊隆之;村上俊介;古田達雄;藪田久人
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;H01L41/187
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 羅銀燕

技術領域

本發明涉及壓電材料，更具體而言，涉及不包含任何鉛組分的壓電材料。另外，本發明涉及其中采用了該壓電材料的壓電元件、多層壓電元件、液體排出頭、液體排出裝置、超聲馬達、光學設備、振動裝置、塵埃去除裝置、成像裝置和電子設備。

背景技術

鋯鈦酸鉛是代表性的含鉛壓電材料，其可用在諸如致動器、振蕩器、傳感器和濾波器的各種壓電設備中。然而，鉛組分對于生態系統是有害的，因為存在廢棄的壓電材料的鉛組分可溶解到土壤中的可能性。因此，近來踴躍進行的研究和開發針對的是能夠實現無鉛壓電設備的無鉛壓電材料。

當壓電元件被用在家用電器或類似的產品中時，要求壓電性能在產品的操作溫度范圍中不大幅變化。如果與壓電性能有關的參數，例如機電耦合因數、介電常數、楊氏模量、壓電常數、機械品質因數或者諧振頻率，依賴于溫度而大幅變化(例如，變化量等價于30％或更大)，則變得難以在操作溫度范圍中獲得穩定的元件性能。在壓電材料的根據溫度的相變中，壓電性在相變溫度處取極大值。因此，相變是引起壓電特性的大幅變化的因素。因此，關鍵是獲得其中壓電材料的相變溫度不在操作溫度范圍中以使得其壓電性能在操作溫度范圍中不大幅變化的產品。

當諧振設備(例如超聲馬達)包括壓電組分時，要求表示諧振銳度的機械品質因數大。如果機械品質因數低，則操作壓電元件所需的電力量變高并且壓電元件的驅動控制由于生熱而變得困難。這是要求擁有較高機械品質因數的壓電材料的原因。

在日本專利申請公開No.2009-215111中討論了由{[(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]}的偽二元系固溶體表達的無鉛壓電材料，其中M1、N1、M2和N2是添加的化學元素。(Ba_1-x1M1_x1)((Ti_1-xZr_x)_1-y1N1_y1)O₃是菱面體晶(rhombohedral)，((Ba_1-yCa_y)_1-x2M2_x2)(Ti_1-y2N2_y2)O₃是四方晶(tetragonal)。溶解晶系不同的兩個組分使得能夠在室溫附近調整在菱面體晶和四方晶之間發生相變的溫度。例如，根據討論的內容，BaTi_0.8Zr_0.2O₃-50％Ba_0.7Ca_0.3TiO₃的相變發生在室溫附近，并且20℃的壓電常數d₃₃是584pC/N。另一方面，同一材料的70℃的壓電常數d₃₃是368pC/N。更具體而言，如果溫度的增大量是50℃，則壓電常數d₃₃的減小量是37％。上述壓電材料的特征在于壓電性取極大值的相變發生在室溫附近。因此，雖然上述壓電材料在室溫附近表現出優良的壓電性能，但并不希望壓電性能依賴于溫度而顯著可變。在上述材料中，Zr量(x)被設定為大于0.1以獲得作為邊緣組分的(Ba_1-x1M1_x1)((Ti_1-xZr_x)_1-y1N1_y1)O₃的菱面體晶。