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CN106029605A - 压电材料、压电元件和电子装置 - Google Patents

压电材料、压电元件和电子装置 Download PDF

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CN106029605A
CN106029605A CN201580009713.7A CN201580009713A CN106029605A CN 106029605 A CN106029605 A CN 106029605A CN 201580009713 A CN201580009713 A CN 201580009713A CN 106029605 A CN106029605 A CN 106029605A
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CN
China
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piezoelectric
weight
piezoelectric element
parts
content
Prior art date
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Pending
Application number
CN201580009713.7A
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English (en)
Inventor
斋藤宏
村上俊介
林润平
大志万香菜子
田中秀典
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

本发明提供在器件运转温度(从‑30℃至50℃)的范围内具有令人满意的压电常数和机械品质因数的无铅压电材料。该压电材料含有主要成分，该主要成分含有由通式(Ba1‑xCax)a(Ti1‑yZry)O3表示的钙钛矿型金属氧化物，其中x、y和a满足0.030<x<0.090、0.030<y<0.080、和0.9860<a<1.0200。该材料也含有0.040‑0.500重量份的Mn、0.042‑0.850重量份的Bi、0‑0.028重量份的Li、0.001‑4.000重量份的包括Si和B的至少一者的第三次要成分、和0.001‑4.000重量份的Cu，每个都以元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。

Description

压电材料、压电元件和电子装置
技术领域
本发明涉及压电材料，并且具体地涉及无铅压电材料。本发明也涉及均使用该压电材料的压电元件、多层压电元件、喷液头、喷液装置、超声马达、光学装置、振动单元、除尘单元、图像传感装置和电子装置。
背景技术
压电材料典型地为ABO3钙钛矿型金属氧化物例如锆酸钛酸铅(以下称为PZT)。但是，PZT在其钙钛矿结构的A位点中含有铅。在环境方面，这是问题所在。作为压电材料，希望无铅的钙钛矿型金属氧化物。
作为无铅的钙钛矿型压电金属氧化物，已知钛酸钡。而且，为了改善该无铅的钙钛矿型压电材料的特性，已开发了钛酸钡系材料。
为了增加室温下钛酸钡的压电常数，PTL 1公开了钛酸钡系压电材料，其中将钛酸钡的A位点的一部分用Ca置换并且将其B位点的一部分用Zr置换。为了增加室温下钛酸钡的机械品质因数，PTL 2公开了通过将钛酸钡的A位点的一部分用Ca置换并且进一步将Mn、Fe、或Cu添加到该Ca置换的钛酸钡中而制备的钛酸钡系压电材料。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开No.2009-215111
PTL 2：日本专利公开No.2010-120835
发明内容
技术问题
但是，已知的压电材料具有器件运转温度的范围(-30℃至50℃)内的高温下的低压电常数和该器件运转温度的范围内的低温下的低机械品质因数。本发明提供在器件运转温度的范围内具有令人满意的压电常数和机械品质因数的无铅压电材料。
本发明也提供均使用该无铅压电材料的压电元件、多层压电元件、喷液头、喷液装置、超声马达、光学装置、振动单元、除尘单元、图像传感装置和电子装置。
问题的解决方案
本发明的实施方案的压电材料含有：主要成分，其含有由通式(1)：(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3(0.030≤x<0.090，0.030≤y≤0.080，0.9860≤a≤1.0200)表示的钙钛矿型金属氧化物；由Mn组成的第一次要成分；由Bi或者Bi和Li组成的第二次要成分；包括Si和B中的至少一者的第三次要成分；和由Cu组成的第四次要成分。Mn含量在0.040重量份-0.500重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Bi含量在0.042重量份-0.850重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Li含量在0重量份-0.028重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。该第三次要成分的含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Cu含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。
根据本发明的实施方案的压电元件包括第一电极、压电材料部、和第二电极。该压电材料部由该压电材料制成。
根据本发明的实施方案的多层压电元件包括：多个压电材料层，各自由该压电材料制成；和包括至少一个内部电极的多个电极层。使该压电材料层和该电极层交替地彼此在其上堆叠。
根据本发明的实施方案的喷液头包括：设置有振动部的液室，该振动部包括上述的压电元件或多层压电元件；和限定与该液室连通的喷射开口的部分。
根据本发明的实施方案的喷液装置包括：其上放置转印介质的部分，和该喷液头。
根据本发明的实施方案的超声马达包括：振动器件，其包括该压电元件或该多层压电元件；和与该振动器件接触的移动器件。
根据本发明的实施方案的光学装置包括设置有该超声马达的驱动部。
根据本发明的实施方案的振动单元包括：振动器件，其包括该压电元件或该多层压电元件；和其上设置有该压电元件或该多层压电元件的隔膜。
根据本发明的实施方案的除尘单元包括设置有振动单元的振动部。
根据本发明的实施方案的图像传感装置包括：除尘单元，和具有受光面的图像传感元件单元。将该除尘单元设置在该图像传感元件单元的受光面。
根据本发明的实施方案的电子装置包括压电声部件，该压电声部件包括该压电元件或该多层压电元件。
由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明进一步的特征将变得清楚。
本发明的有利效果
本发明提供在器件运转温度的范围(-30℃至50℃)中具有令人满意的压电常数和机械品质因数的无铅压电材料。特别地，本发明提供在器件运转温度的范围内的低温下能够显示出特别优异的机械品质因数的压电材料。
本发明也提供均使用该压电材料的压电元件、多层压电元件、喷液头、喷液装置、超声马达、光学装置、振动单元、除尘单元、图像传感装置和电子装置。
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的压电元件的结构的示意图。
图2A和2B各自为根据本发明的实施方案的多层压电元件的结构的截面示意图。
图3A和3B为根据本发明的实施方案的喷液头的示意图。
图4为根据本发明的实施方案的喷液装置的示意图。
图5为根据本发明的实施方案的喷液装置的示意图。
图6A和6B各自为根据本发明的实施方案的超声马达的示意图。
图7A和7B为根据本发明的实施方案的光学装置的示意图。
图8为根据本发明的实施方案的光学装置的示意图。
图9A和9B为用作除尘单元的根据本发明的实施方案的振动单元的示意图。
图10A-10C为除尘单元中使用的压电元件的结构的示意图。
图11A和11B为表示根据本发明的实施方案的除尘单元的振动原理的示意图。
图12为根据本发明的实施方案的图像传感装置的示意图。
图13为根据本发明的实施方案的图像传感装置的示意图。
图14为根据本发明的实施方案的电子装置的示意图。
图15为表示实施例8的压电元件的相对介电常数的温度依赖性的图。
具体实施方式
现在对本发明的一些实施方案进行说明。
压电材料含有主要成分，该主要成分含有由通式(1)：(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3(0.030≤x<0.090，0.030≤y≤0.080，0.9860≤a≤1.0200)表示的钙钛矿型金属氧化物、由Mn组成的第一次要成分、由Bi或者Bi和Li组成的第二次要成分、包括Si和B中的至少一者的第三次要成分、和由Cu组成的第四次要成分。Mn含量在0.040重量份-0.500重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Bi含量在0.042重量份-0.850重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Li含量在0重量份-0.028重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。该第三次要成分的含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。Cu含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。
钙钛矿型金属氧化物
本文中所述的钙钛矿型金属氧化物是指Iwanami Dictionary of Physics andChemistry，第5版(日语，Iwanami Shoten Publishers，1998年2月20日)中所述的理想地在立方系中具有钙钛矿结构的金属氧化物。具有钙钛矿结构的金属氧化物通常表示为式ABO3。钙钛矿结构中的元素A和B以离子的形式分别存在于A位点和B位点。例如，在立方系的晶胞的情况下，元素A位于立方体的顶点并且元素B位于立方体的中心。元素O以负氧离子的形式位于立方体的面心。
该金属氧化物的通式(1)表示Ba和Ca存在于A位点，Ti和Zr存在于B位点。但是，Ba或Ca的一部分可以存在于B位点。同样地，Ti或Zr的一部分可存在于A位点。
通式(1)中，B位点中的元素与氧(O)元素的摩尔比为1-3。即使该比例轻微地变化，该金属氧化物也在本发明的范围内，只要该金属氧化物的主相具有钙钛矿结构。
通过采用例如X射线衍射或电子衍射的晶体结构分析，能够确认该金属氧化物具有钙钛矿结构。
压电材料的主要成分
本发明的实施方案的压电材料中，A位点中的Ba和Ca的摩尔与B位点中的Ti和Zr的摩尔之比a满足0.9860≤a≤1.0200。如果a小于0.9860，则该压电材料的晶粒能够异常地生长并且导致机械强度降低。而如果a高于1.0200，使晶粒生长所需的温度过度升高。这能够使得难以在普通炉中烧结该材料。“使得难以烧结”暗示得到的压电材料其中具有孔隙或缺陷或者不具有充分的密度。
通式(1)中，A位点中Ca的摩尔分数x满足0.030≤x<0.090。如果x为0.090以上，使用该压电材料的器件在器件运转温度下不能显示出令人满意的压电性能。而如果x小于0.030，该器件在器件运转温度下不能显示出令人满意的机械品质因数。
通式(1)中，B位点中的Zr的摩尔分数y满足0.030≤y≤0.080。如果y大于0.080，该材料的居里温度降低，因此高温下的耐久性变得不足。而如果y小于0.030，使用该压电材料的器件在器件运转温度下不能显现出令人满意的压电性能。
本文中所述的术语居里温度(Tc)是指该材料的铁电性失去的温度。通常，在Tc以上的温度下压电材料也失去压电性能。为了测定材料的居里温度，例如，可在改变温度的情况下直接测定失去该材料的铁电性的温度。或者，可使用低交流电场在改变温度的情况下测定该材料的相对介电常数，并且由相对介电常数变为最大的温度得到居里温度。
能够无特别限制地采用任何方法确定本实施方案的压电材料的组成。例如，能够应用X射线荧光分析、ICP发射光谱法、原子吸收分析等。任何这些方法能够获得基于重量和基于摩尔的组成元素的比例。
压电材料的第一次要成分
该次要第一成分包括Mn。Mn含量在0.040重量份-0.500重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。
本文中的说明中，以金属元素计的次要成分的含量为通过X射线荧光分析(XRF)、ICP发射光谱法、原子吸收分析等测定的构成该金属氧化物的元素的总重量换算的、次要成分的重量相对于由通式(1)表示的金属氧化物的100重量份的比例。
本实施方案的压电材料以上述含量含有Mn时，在器件运转温度的整个范围中机械品质因数增加而没有使压电常数减小。压电材料的术语机械品质因数是指作为压电振荡器对该压电材料评价时表示振动产生的弹性损耗的系数。由阻抗测定中共振曲线的锐度定义机械品质因数的大小。因此，机械品质因数为表示振荡器的共振的锐度的常数。随着机械品质因数增大，由振荡损失的能量降低。通过增大机械品质因数，通过对其施加电压而驱动的使用压电材料的压电元件能够可靠地运转长时间。
如果Mn含量小于0.040重量份，在器件运转温度下的机械品质因数降低到小于400。如果该压电材料具有低的机械品质因数，包括包含压电材料和一对电极的压电元件的共振器件在运转中消耗大量的电力。优选地，机械品质因数为400以上，更优选地500以上。进一步优选地，机械品质因数为600以上。在这些范围内，器件的电力消耗在运转中不会极度地增加。而如果Mn含量高于0.500重量份，该压电材料的绝缘性能降低。例如，将交流电压施加于该压电材料时，在1kHz的频率下介电损耗正切能够超过0.005，或者电阻率能够降低到低于1GΩcm。能够采用阻抗分析仪来测定介电损耗正切。即使施加高电压，使用显示出0.005以下的介电损耗正切的压电材料的压电元件也能够稳定地运转。只要其电阻率为1GΩcm以上，就能够使压电材料极化，因此能够用作压电元件。优选地，电阻率为50GΩcm以上。
压电材料的第二次要成分
第二次要成分包括Bi、或者Bi和Li。Bi含量在0.042重量份-0.850重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物，并且Li含量在0重量份-0.028重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。
本实施方案的压电材料以上述含量含有Bi或者Bi和Li时，在低温下机械品质因数大幅地增加而没有使压电常数减小。预期三价Bi的大部分存在于A位点中，并且其余的Bi存在于B位点或晶粒间界中。Bi存在于A位点中时，即使晶体结构在斜方系中，该压电材料也具有令人满意的机械品质因数。Bi存在于B位点中并且晶体结构在四方系中时，由于Bi的价态不同于Ti和Zr的价态(4)，因此引入缺陷偶极，由此产生内电场。因此，即使该压电材料在斜方系或四方系中，机械品质因数也能够令人满意。换言之，适当量的Bi存在于该压电材料中确保器件运转温度下令人满意的机械品质因数。如果Bi含量小于0.042重量份，低温下(例如，-30℃下)机械品质因数不利地降低到小于400。
而如果Bi含量高于0.850重量份，压电性能不希望地降低。从确保器件运转温度(从-30℃至50℃)下更令人满意的机械品质因数和压电常数的观点出发，Bi含量优选在0.100重量份-0.850重量份的范围内。更优选地，Bi含量在0.100重量份-0.480重量份的范围内。此外，如果将Li含量增大到大于0.028重量份，则压电性能不希望地降低。Li含量为0.028重量份以下时，能够在比不含Li的情形低的温度下将该材料烧结而没有降低压电性能。如果要求在高温下将该材料完全烧结，则希望不含Li(或具有测定极限以下的非常低的含量)。
该压电材料中的Bi可以为任何形式而不限于金属Bi。例如，Bi可以作为A位点或B位点的固溶体溶解，或者可以包含在晶粒之间的边界(以下称为晶粒间界)中。或者，该压电材料中的Bi可以为金属、离子、氧化物、金属盐或络合物的形式、或者任何其他形式。
该压电材料中的Li可以为任何形式而不限于金属Li。例如，Li可以作为A位点或B位点的固溶体溶解，或者可以包含在晶粒间界中。或者，该压电材料中的Li可以为金属、离子、氧化物、金属盐或络合物的形式、或者任何其他形式。
压电材料的第三次要成分
本实施方案的压电材料还含有第三次要成分，该第三次要成分包括Si和B的至少一者。第三次要成分的含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以元素计，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。优选地，第三次要成分的含量在0.003质量份-2.000质量份的范围内。
第三次要成分包括Si和B的至少一种。B和Si以离析的形式存在于该压电材料的晶粒间界中。这使漏电流减小以增大该压电材料的电阻率。该压电材料含有0.001重量份以上的第三次要成分时，该压电材料的绝缘性能有利地增加。如果该压电材料含有大于4.000重量份的第三次要成分，则介电常数减小以不利地降低压电性能。优选地，Si含量在0.003重量份-1.000重量份的范围内，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。更优选地，其在0.001重量份-1.000重量份的范围内。
在多层压电元件中，通常，电极之间的压电材料的层薄。因此，要求该压电材料耐高电场。由于本实施方案的压电材料的绝缘性能特别优异，因此其能够有利地用于多层压电元件。
压电材料的第四次要成分
本实施方案的压电材料还含有由Cu组成的第四次要成分。Cu含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。优选地，Cu含量在0.003重量份-2.000重量份的范围内。
Cu可以作为固溶体溶解在晶粒中以增大电阻率，因此有利地增加绝缘性能。
在多层压电元件中，通常，电极之间的压电材料的层薄。因此，要求该压电材料耐高电场。由于本实施方案的压电材料的绝缘性能特别优异，因此其能够有利地用于多层压电元件。
由于高电阻率导致减小的介电损耗正切，因此即使在高电场中也能够稳定地使该压电元件运转。
压电材料的第五次要成分
本实施方案的压电材料可进一步含有由Mg组成的第五次要成分。Mg含量优选在大于0重量份且0.50重量份以下的范围内，更优选在大于0重量份且0.10重量份以下的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。特别地，以金属元素计以大于0重量份且0.10重量份以下的范围内的含量含有Mg的压电材料显示出增大的机械品质因数。
但是，如果Mg含量高于0.10重量份，则在器件运转温度的范围内的温度下机械品质因数减小到小于400。如果该压电材料具有低的机械品质因数，则包括使用该压电材料的压电元件的共振器件在运转中消耗大量的电力。优选地，机械品质因数为500以上，更优选地600以上。从确保更令人满意的机械品质因数的观点出发，Mg含量优选为0.05重量份以下。
该压电材料中的Mg可以为任何形式而不限于金属Mg。例如，Mg可以作为A位点或B位点的固溶体溶解，或者可以包含在晶粒间界中。或者，该压电材料中的Mg可以为金属、离子、氧化物、金属盐或络合物的形式、或者任何其他形式。
本实施方案的压电材料可以在商购可得的Ti原料不可避免地含有的程度上含有Nb或者可以在商购可得的Zr原料不可避免地含有的程度上含有Hf。
本实施方案的压电材料中，由式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物、第一次要成分、第二次要成分、第三次要成分、第四次要成分和第五次要成分的总量优选为98.5摩尔％以上。此外，由式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物或主要成分的含量优选为90摩尔％以上。更优选地，其为95摩尔％以上。
晶粒的晶粒大小和当量圆直径
本实施方案中，该压电材料的晶粒可具有0.5μm-10μm范围内的平均当量圆直径。术语平均当量圆直径是指多个晶粒的当量圆直径的平均。晶粒的平均当量圆直径在该范围内时，该压电材料能够显示出令人满意的压电性能和机械强度。如果平均当量圆直径小于0.5μm，该压电材料的压电性能可能差。而如果其大于10μm，机械强度能够不希望地降低。有利地，平均当量圆直径在0.5μm-4.5μm的范围内。
本文中使用的术语“当量圆直径”是指“投影面积当量圆直径”，其为通过显微镜测定时具有与晶粒的投影面积相等的面积的圆的直径。本实施方案中，可以无特别限制地采用任何方法测定当量圆直径。对于测定，例如，可以通过偏光显微镜或电子显微镜对该压电材料的表面进行拍照，并且对照片的图像进行处理。可取决于晶粒大小来选择性地使用光学显微镜和电子显微镜。可以使用不是该压电材料的顶表面而是该压电材料体的抛光表面或截面来得到当量圆直径。
相对密度
本实施方案的压电材料可以具有92％-100％的范围内、且优选地93％-100％的范围内的相对密度。
相对密度为压电材料的测定密度与使用该压电材料的晶格常数和该压电材料中的元素的原子量计算的理论密度之比。能够通过例如X射线衍射分析来测定该晶格常数。能够通过例如阿基米德法来测定该密度。
如果该压电材料的相对密度低于93％(其在上述所需的范围内)，压电性能或机械品质因数可能差，或者机械强度可能降低。
优选地，该压电材料的相对密度在95％-100％的范围内，更优选在97％-100％的范围内。
压电材料的制备方法
现在对该压电材料的制备方法进行说明，但并不限于所公开的方法。
压电材料的原料
为了制备该压电材料，可采用已知方法，其中使用含有构成元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、草酸盐等的固体粉末形成压实体。然后在常压下将该压实体烧结。原料包括金属化合物，该金属化合物包括Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物、Mn化合物、Bi化合物、Li化合物、Mg化合物、Cu化合物、B化合物、和Si化合物。
用作原料的Ba化合物包括氧化钡、碳酸钡、草酸钡、醋酸钡、硝酸钡、钛酸钡、锆酸钡、锡酸钡、和钛酸锆酸钡。这些Ba化合物的可商购的高纯产品(具有99.99％以上的纯度)是有利的。
用作原料的Ca化合物包括氧化钙、碳酸钙、草酸钙、醋酸钙、钛酸钙、锆酸钙、和锡酸钙。这些Ca化合物的可商购的高纯产品(具有99.99％以上的纯度)是有利的。
用作原料的Ti化合物包括氧化钛、钛酸钡、钛酸锆酸钡、和钛酸钙。如果使用含有碱土金属例如钡或钙的Ti化合物，可商购的高纯化合物(具有99.99％以上的纯度)是有利的。
用作原料的Zr化合物包括氧化锆、锆酸钡、钛酸锆酸钡、和锆酸钙。如果使用含有碱土金属例如钡或钙的Zr化合物，可商购的高纯化合物(具有99.99％以上的纯度)是有利的。
用作原料的Mn化合物包括碳酸锰、氧化锰、二氧化锰、醋酸锰、和四氧化三锰。
用作原料的Bi化合物包括氧化铋和铋酸锂。
用作原料的Li化合物包括碳酸锂和铋酸锂。
例示性Si化合物可以为二氧化硅。
例示性B化合物可以为氧化硼。
用作原料的Cu化合物包括氧化铜(I)、氧化铜(II)、碳酸铜、醋酸铜(II)、和草酸铜。
用作原料的Mg化合物包括碳酸镁、氧化镁、氢氧化镁、过氧化镁和氯化镁。
对控制A位点中的Ba和Ca的摩尔与B位点中的Ti和Zr的摩尔之比而添加的材料并无特别限制。Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物和Zr化合物的任何化合物能够产生相同的效果。
造粒的粉末和压实体
压实体为通过将固体粉末压实而形成的固体材料。为了将粉末压实，可以应用单轴加压、冷等静压、热等静压、浇铸、或挤出。为了形成该压实体，有利地使用造粒的粉末。将造粒的粉末的压实体烧结时，烧结的压实体倾向于具有均匀的晶粒大小。
尽管对该压电材料的原料粉末的造粒并无特别限制，对于形成具有均匀粒径的造粒粉末，喷雾干燥法是有利的。
可以将粘结剂例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、或丙烯酸系树脂用于造粒。相对于100重量份的压电材料的原料粉末，可以以1重量份-10重量份的比例添加该粘结剂。从增加该压实体的密度的观点出发，该粘结剂的比例可以在2重量份-5重量份的范围内。
烧结
可以无特别限制地采用任何方法将该压实体烧结。
例如，可以在电炉或气体炉中、或者通过赋能以加热、使用微波或毫米波、热等静压(HIP)、或任何其他技术来将该压实体烧结。电炉或气体炉中的烧结可以在连续炉或间歇炉中进行。
优选在、但并不限于、化合物反应以使晶体充分生长的温度下进行该烧结。从将晶粒大小控制在0.5μm-10μm的范围内的观点出发，烧结温度优选在1100℃-1250℃、更优选地1150℃-1200℃的范围内。在这样的范围内的温度下烧结的压电材料显示出良好的压电性能。为了以高再现性使烧结的压电材料的性能稳定，在上述范围内的恒定温度下进行烧结2-48小时。尽管可采用两段烧结等，但鉴于生产率，避免迅速的温度变化是有利的。
抛光后可以在1000℃以上对烧结的压电材料进行热处理。机械抛光在该压电材料中产生残留应力。但是，通过在1000℃以上对抛光的压电材料进行热处理，缓解残余应力以改善压电性能。此外，通过热处理能够将在晶粒间界析出的碳酸钡或其他原料粉末去除。热处理时间可以是，但并不限于，1小时以上。
压电元件
图1是根据本发明的实施方案的压电元件的结构的示意图。本实施方案的压电元件包括第一电极1、压电材料部2、和第二电极3。压电材料部2的压电材料为本发明的实施方案的压电材料。
能够以具有第一电极和第二电极的压电元件的形式对该压电材料的压电性能进行评价。第一电极和第二电极各自由具有约5nm-10μm的厚度的导电层限定。对电极的材料并无特别限制，只要其通常用于已知的压电元件的电极中。例示性电极材料包括金属，例如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag、和Cu，以及这些金属的化合物。
第一电极和第二电极可以由这些金属中的一种制成或者可以是由这些金属中的两种以上制成的多层复合体。第一电极和第二电极可以由彼此不同的材料制成。
第一电极和第二电极能够无特别限制地采用任何方法形成。例如，该电极可以通过将金属糊烘焙、或者通过溅射或气相沉积来形成。而且，第一电极和第二电极可以以所需的图案形成。
极化
在更有利的实施方案中的压电元件中，使极化轴以某方向取向。通过使极化轴在相同的方向上取向，使该元件的压电常数增大。
可以无特别限制地采用任何方法使该压电元件极化。例如，可以在空气中或在硅油中进行极化。尽管极化温度能够在60℃-150℃的范围内，但取决于该压电元件的压电材料的组成，使适合的极化条件在某种程度上变化。用于极化而施加的电场可以为8kV/cm至20kV/cm。
压电常数和机械品质因数的测定
能够根据Japan Electronics and Information Technology IndustriesAssociation的标准(JEITA EM-4501)使用采用可商购的阻抗分析仪测定的共振频率和反共振频率的测定值通过计算来确定该压电材料的压电常数和机械品质因数。将该方法称为共振-反共振法。
多层压电元件
现在对本发明的实施方案的多层压电元件进行说明。
实施方案的多层压电元件包括：多个压电材料层，每个由本发明的实施方案的压电材料制成；和包括至少一个内部电极的多个电极层。将该压电材料层和该电极层交替地彼此在其上堆叠。
图2A和2B各自是根据本发明的实施方案的多层压电元件的结构的截面示意图。本实施方案的多层压电元件包括：压电材料层54，每个由本发明的实施方案的压电材料制成；和包括至少一个内部电极55的电极层。将压电材料层54和该电极层交替地彼此在其上堆叠。电极层除了内部电极55以外，可以包括第一电极51和第二电极53。
图2A表示包括多层结构以及被该多层结构分离的第一电极51和第二电极53的多层压电元件，该多层结构包括其间具有一个内部电极55的两个压电材料层54。该多层压电元件可以具有图2B中所示的结构，其具有较大数目的压电层和内部电极。对这些层的数目并无限制。图2B中所示的多层元件包括多层结构，该多层结构包括彼此在其上交替地堆叠的9个压电材料层504和8个内部电极505(505a和505b)，并且将该多层结构设置在第一电极501与第二电极503之间。为了将内部电极电连接，也设置外部电极506a和506b。
内部电极55或505、外部电极506a和506b和501、以及第二电极53或503不必具有与压电材料层54或504相同的尺寸或形状，并且每个电极可以分为几个部分。
内部电极55或505、外部电极506a和506b、第一电极51或501、以及第二电极53或503各自由具有约5nm-10μm的厚度的导电层限定。对电极的材料并无特别限制，只要其通常用于已知的压电元件的电极。例示性电极材料包括金属，例如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag、和Cu，和这些金属的化合物。内部电极55和505以及外部电极506a和506b可以由这些金属中的一种制成或者可以具有由这些金属的两种以上制成的多层结构。电极可以由彼此不同的材料制成。
内部电极55和505可以以含量M1(基于重量)含有Ag并且以含量M2(基于重量)含有Pd，并且Ag含量M1与Pd含量M2之比可以满足关系0.25≤M1/M2≤4.0。优选地，2.3≤M1/M2≤4.0成立。如果M1/M2比小于0.25，该内部电极的烧结温度增加。而如果M1/M2比大于4.0，则该内部电极不希望地以岛状形成，具有面内非均匀性。
考虑到材料成本，有利地是，内部电极55或505由Ni和Cu中的至少一者制成。内部电极55或505由Ni和Cu中的至少一者制成时，优选在还原气氛中进行该多层压电元件的烧成。
包括内部电极505的多个电极，如图2B中所示，可以电连接以使驱动电压的相位一致。例如，将内部电极505a和第一电极501与外部电极506a电连接。同样地，将内部电极505b和第二电极503与外部电极506b电连接。可以将内部电极505a和内部电极505b交替地设置。对如何将电极电连接并无限制。可以将电极或导线设置在该多层压电元件的侧面以将电极电连接，或者可以形成穿过压电材料层504的通孔并且用导电材料填充该通孔以将电极电连接。
喷液头
现在对根据实施方案的喷液头进行说明。
本实施方案的喷液头包括：设置有振动部的液室，该振动部包括上述的压电元件或多层压电元件；和限定与该液室连通的喷射开口的部分。
图3A和3B为根据本发明的实施方案的喷液头的示意图。如图3A和3B中所示，该喷液头包括压电元件101。每个压电元件101包括第一电极1011、由压电材料制成的压电材料部1012、和第二电极1013。根据需要以图3B中所示的图案形成压电材料部1012。
图3B示意地表示该喷液头。该喷液头具有喷射开口105、独立的液室102、独立的液室102与对应的喷射开口105之间连通的连通孔106、液室隔壁104、共同液室107、隔膜103、和压电元件101。尽管图3B中所示的压电元件101的形状为矩形，但压电元件101可以具有任何形状，例如椭圆形、圆形或平行四边形。通常，压电材料部1012具有对应于独立的液室102的形状的形状。
参照图3A对喷液头的压电元件101和其附近进行说明。图3A为图3B中所示的压电元件的沿其宽度方向所取而示出的截面图。尽管图3A中所示的压电元件101具有矩形截面，但该截面可以为梯形或倒梯形。
图3A中，第一电极1011为下部电极，并且第二电极1013为上部电极。但是，第一电极和第二电极1011和1013的配置并不限于图中所示的情形。例如，第一电极1011可以用作下部电极或上部电极。同样地，第二电极1013可以用作上部电极或下部电极。可以在隔膜103与下部电极之间设置缓冲层108。取决于器件的制造方法而命名为上部电极和下部电极。无论将这些电极称为什么，该压电元件都产生相同的效果。
通过压电材料部1012的膨胀和收缩，使隔膜103竖直地振动，由此将压力施加于对应的独立的液室102中的液体。因此，通过喷射开口105将液体喷出。本实施方案的喷液头能够用于打印机或者用于制造电子器件。
隔膜103具有1.0μm-15μm的范围内、优选地1.5μm-8μm的范围内的厚度。隔膜103的材料可以是，但并不限于，Si。隔膜103的Si可以掺杂有硼或磷。隔膜103上的缓冲层或电极可用作隔膜103的一部分。缓冲层108具有5nm-300nm的范围内、优选地10nm-200nm的范围内的厚度。喷射开口105由喷嘴板(未示出)中形成的孔限定。喷嘴板的厚度可以在30μm-150μm的范围内。喷射开口105具有5μm-40μm的范围内的当量圆直径。喷射开口105的形状可以是圆形、星状或三角形。
喷液装置
现在对根据实施方案的喷液装置进行说明。根据本发明的实施方案的喷液装置包括：其上放置转印介质的部分、和上述的喷液头。
喷液装置可以是图4和5中所示的喷墨记录装置。图5表示将外部部件882-885和887从中移除的状态下的图4中所示的喷墨记录装置(喷液装置)881。喷墨记录装置881包括将作为转印介质的记录纸给送到其主体896中的自动给送部897。喷墨记录装置881还包括将从自动给送部897给送的记录纸引导到预定的记录位置、然后引导到喷出口898的三个部分。更具体地，喷墨记录装置881具有其上放置转印介质的传送部899、在传送到记录位置的记录纸上进行记录的记录部891、和将对记录部891进行回复的回复部890。记录部891含有本发明的实施方案的喷液头，并且设置有在轨道上往复地移动的托架892。
本喷墨记录装置中，根据从计算机传输的电信号，使托架892在轨道上移动，并且通过将驱动电压施加于其间设置该压电材料部的电极来使该压电材料部移位。该压电材料部的移位经由图3B中所示的隔膜103将压力施加于独立的液室102，由此通过喷射开口105将墨喷出以印刷。
本实施方案的喷液装置能够均匀地以高速喷射液体并且能够小型化。
尽管本实施方案例示出打印机，但该喷液装置可用作印刷机例如传真机、多功能打印机、复印机或任何其他的喷墨记录装置，或者工业喷液装置或描绘装置。
而且，用户能够选择适于使用的转印介质。喷液装置可具有其中喷液头相对于平台上的转印介质移动的结构。
超声马达
现在对本发明的实施方案的超声马达进行说明。根据实施方案的超声马达包括：振动器件，其包括根据本发明的实施方案的压电元件或多层压电元件；和与该振动器件接触的移动器件。
图6A和6B各自为根据本发明的实施方案的超声马达的示意图。图6A表示包括单板压电元件的超声马达。该超声马达包括振子201、用由加压弹簧(未示出)施加的压力与振子201的滑动表面接触的转子202、和与转子202一体的输出轴203。振子201包括金属弹性环2011、根据本发明的实施方案的压电元件2012、和将压电元件2012与弹性环2011粘接的有机粘合剂2013(例如，环氧或氰基丙烯酸酯粘合剂)。压电元件2012包括第一电极和第二电极(未示出)以及第一电极和第二电极之间的压电材料部。
将具有相差π/2的奇数倍的相位的两相交流电压施加于该压电元件时，振子201产生弯曲行波，并且振子201的滑动表面上的每个点进行椭圆运动。如果在施加的压力下转子202与振子201的滑动表面接触，则通过从振子201受到摩擦力，从而使转子202在与该弯曲行波的方向相反的方向上转动。通过转子202的旋转，驱动与输出轴203连接的从动体(未示出)。将电压施加于该压电材料部时，由于压电效应而使该压电材料部膨胀和收缩。如果该压电材料部与金属或任何其他的弹性材料接触，则通过该压电材料部的膨胀和收缩而使该弹性材料弯曲。本实施方案的超声马达基于该原理。
图6B表示包括具有多层结构的压电元件的超声马达。本超声马达的振子204包括设置在圆筒状金属弹性部件2041中的多层压电元件2042。多层压电元件2042包括由压电材料制成的多个压电材料部(未示出)、在压电材料部的多层结构的两个表面上设置的第一电极和第二电极、和在该多层结构中设置的至少一个内部电极。用螺栓将金属弹性部件2041连接以使压电元件2042固定于其中，于是构成振子204。
将具有不同相位的交流电压施加于多层压电元件2042时，振子204在正交方向上产生两个振动。将这两个振动合成为驱动振子204的顶端的圆形振动。振子204在其上部设置有圆周沟槽以增加驱动振动的位移。在由加压弹簧206施加的压力下转子205与振子204接触并因此产生用于驱动的摩擦力。将转子205可旋转地保持在轴承中。
光学装置
现在对根据实施方案的光学装置进行说明。该光学装置包括设置有上述超声马达的驱动部。
图7A和7B表示作为本发明的例示性光学装置的单镜头反光式照相机的可互换的透镜镜筒的主要部分的截面图。图8表示作为例示性光学装置的单镜头反光式照相机的可互换的透镜镜筒的分解透视图。将固定镜筒712、直进导向镜筒713和前组透镜镜筒714固定于底座711，在底座711将该透镜镜筒安装于该照相机或从该照相机移除。这些为可互换的透镜镜筒的固定部件。
直进导向镜筒713具有用于在光轴方向上直线地导引聚焦透镜702的直进导向沟槽713a。用轴螺钉718将径向地向外突出的凸轮辊717a和717b固定于保持聚焦透镜702的后组透镜镜筒716。将凸轮辊717a嵌入直进导向沟槽713a中。
将凸轮环715可旋转地嵌在直进导向镜筒713的内周上。通过将固定于凸轮环715的辊719嵌入直进导向镜筒713的周槽713b中，从而限制直进导向镜筒713与凸轮环715在光轴方向上的相对运动。凸轮环715在其中设置有用于聚焦透镜702的凸轮槽715a。将凸轮辊717b也嵌入凸轮槽715a中。
将旋转传动环720设置在固定镜筒712的外周。用滚珠轴承座圈727保持旋转传动环720以相对于固定镜筒712在固定的位置旋转。旋转传动环720可旋转地将辊722保持在从旋转传动环720沿径向延伸的轴720f上。具有较大直径的每个辊722的部分722a与手动聚焦环724的底座方向上的端部724b(以下将该端部724b称为底座侧端部)接触。具有较小直径的辊722的部分722b与接合部件729接触。均以与上述相同的方式，在旋转传动环720的外周上以均匀的间隔配置6个辊722。
将低摩擦片(垫圈部件)733设置在手动聚焦环724的内直径部上。该低摩擦片夹持在固定镜筒712的底座侧端部712a与手动聚焦环724的前端724a之间。低摩擦片733的外直径表面为环状并且嵌合在限定手动聚焦环724的内直径的内表面724c上。而且，将手动聚焦环724的内表面724c嵌合在固定镜筒712的外直径部712b上。低摩擦片733用于使相对于固定镜筒712在光轴上使手动聚焦环724旋转的旋转环机构的摩擦减小。
由在透镜的向前方向上挤压超声马达725的波形垫圈726的力所施加的压力下，辊722的较大直径部722a与手动聚焦环724的底座侧端部724b彼此接触。同样地，由在透镜的向前方向上挤压超声马达725的波形垫圈726的力所施加的适当的压力下，辊722的较小直径部722b与接合部件729彼此接触。通过与固定镜筒712卡口接合的垫圈732来限制波形垫圈726向底座的移动。将由波形垫圈726产生的弹簧力(推动力)传送到超声马达725并进一步到辊722，并且使手动聚焦环724压靠固定镜筒712的底座侧端部712a。因此，在其间具有低摩擦片733而使手动聚焦环724压靠固定镜筒712的底座侧端部712a的状态下将手动聚焦环724组装。
通过控制部(未示出)驱动超声马达725以相对于固定镜筒712旋转时，由于接合部件729与辊722的较小直径部722b之间的摩擦接触，使辊722在轴720f上旋转。辊722在轴720f上的旋转使得旋转传动环720在光轴上旋转(自动聚焦操作)。
从手动操作输入部(未示出)将力施加于手动聚焦环724以在光轴上旋转时，由于手动聚焦环724的底座侧端部724b与辊722的较大直径部722a压接，因此通过摩擦使辊722在轴720f上旋转。辊722的较大直径部722a在轴720f上的旋转使得旋转传动环720在光轴上旋转。此时，转子725c与定子725b的摩擦保持力防止超声马达725旋转(手动聚焦操作)。
将两个聚焦键728安装于旋转传动环720以彼此相对，并且嵌入在凸轮环715的端部中形成的缺口715b中。于是经由其间的聚焦键728将通过自动聚焦操作或手动聚焦操作而引起的旋转传动环720在光轴上的旋转传送到凸轮环715。在光轴上使凸轮环旋转时，通过凸轮辊717b使其旋转由凸轮辊717a和直进导向沟槽713a限制的后组透镜镜筒716沿凸轮环715中的凸轮槽715a往复地移动。于是，驱动聚焦透镜702以聚焦。
尽管本实施方案已示出单镜头反光式照相机的可互换的透镜镜筒作为本发明的实施方案的光学装置，但该光学装置可以是小型照相机、电子静物照相机、移动信息终端中的照相机、或者在驱动部中包括超声马达的任何其他照相机。
振动单元和除尘单元
用于输送和除去颗粒、粉末、或液体的振动单元广泛地用于电子装置。
作为例示性振动单元，现在对包括根据本发明的实施方案的压电元件的除尘单元进行说明。根据本发明的实施方案的振动单元包括：振动器件，其包括上述的压电元件或多层压电元件；和其上设置该压电元件或该多层压电元件的隔膜。本实施方案的除尘单元包括设置有该振动单元的振动部，因此具有将灰尘从该隔膜的表面除去的功能。
图9A和9B为根据本发明的实施方案的除尘单元的示意图。除尘单元310包括板状压电元件330和隔膜320。压电元件330可以是根据本发明的实施方案的多层压电元件。隔膜320能够无特别限制地由任何材料制成。例如，如果将除尘单元310用于光学器件，则可以将光学透明材料或光学反射材料用于隔膜320。将该隔膜的光学透明部或光学反射部上的灰尘除去。
图10A-10C为图9A和9B中所示的压电元件330的示意图。图10A和10C表示压电元件330的前部和后部，和图10B表示压电元件330的侧面。如图9A和9B中所示，压电元件330包括由压电材料制成的压电材料部331、第一电极332和第二电极333。第一电极332与第二电极333彼此对置，压电材料部331介于其间。如参照图9A和9B所述那样，压电元件330可以是根据本发明的实施方案的多层压电元件。这种情况下，压电材料部331包括彼此在其上交替地堆叠的压电材料层和内部电极,内部电极与第一电极332和第二电极333交替地电连接以致压电材料层提供具有不同相位的驱动波。将图10C中所看到的压电元件330的设置有第一电极332的表面称为第一电极表面336。将将图10A中所看到的压电元件330的设置有第二电极333的表面称为第二电极表面337。
电极表面各自是指压电元件的设置有电极的表面。例如，如图10A-10C中所示，第一电极332可翻越并延伸到第二电极表面337。
以将压电元件330的第一电极表面336接合到隔膜320的表面的方式，将压电元件330固定于隔膜320，如图9A和9B中所示。使压电元件330运转时，在压电元件330与隔膜320之间产生应力，并且隔膜320产生面外振动。本实施方案的除尘单元310中，通过隔膜320的面外振动而将隔膜320的表面上的灰尘除去。术语面外振动是指使隔膜在光轴的方向上，即，隔膜的厚度方向上移位的弹性振动。
图11A和11B为表示除尘单元310的振动的原理的示意图。图11A表示通过将同相交流电场施加于在并列方向上对置的一对压电元件330而在隔膜320中产生面外振动的状态。在与压电元件330的厚度方向相同的方向上使各个压电元件330的压电材料(压电材料部331)极化，并且以七次(seventh-order)振动模式使除尘单元310运转。图11B表示通过将相差为180°的反向交流电场施加于该对压电元件330而在隔膜320中产生面外振动的状态。这种情况下，除尘单元310以六次(sixth-order)振动模式运转。通过取决于情况而以至少两种振动模式使除尘单元310运转，能够有效地将该隔膜的表面上的灰尘除去。
图像传感装置
现在对根据实施方案的图像传感装置进行说明。图像传感装置包括具有受光面的图像传感元件单元、和在该图像传感元件单元的受光面的上述除尘单元。图12和13表示数字单镜头反光式照相机作为根据本发明的实施方案的例示性图像传感装置。
图12为从对象看到的照相机的主体601的前透视图，表示将摄影透镜单元移除的状态。图13为用于表示除尘单元和图像传感单元400周围的结构的照相机的整体结构的分解透视图。
图12中所示的主体601在其中设置有反射镜箱605，将已通过摄影透镜的摄影光束导向反射镜箱605。反射镜箱605含有主反射镜(速回反射镜)606。主反射镜606能够位于相对于摄影光轴保持在45°的角度的位置以将摄影光束导入五屋脊反射镜(penta roofmirror，未示出)，并且能够位于从摄影光束退出的位置以将该光束导入图像传感元件(未示出)。
参照图13，主体601包括用作主体的框架的底架300，并且从对象向底架300的方向，底架300依次设置有反射镜箱605和快门单元200。图像传感单元400包括除尘单元的隔膜和图像传感元件单元。使该隔膜与该图像传感元件单元的受光面同轴地对齐。而且，将图像传感单元400设置在底架300的摄影者侧。将图像传感单元400设置在安装部602(图12)的安装面，相对于其安装摄影透镜单元，并且也调节该图像传感单元以致该图像传感元件单元的图像传感面变得与安装部的安装面平行，它们之间具有预定的距离。
图像传感单元400包括除尘单元的振动部件和图像传感元件单元。该除尘单元的振动部件与该图像传感元件单元的受光面同轴地对齐。
尽管作为本发明的实施方案的图像传感装置已对数字单镜头反光式照相机进行了说明，但该图像传感装置可以是摄影透镜可互换的照相机例如不包括反射镜箱605的无反射镜数字单镜头反光式照相机。实施方案中，该图像传感装置可以是摄影透镜单元可互换的摄像机、复印机、传真机、扫描仪或任何其他图像传感装置，或者可以应用于包括这样的图像传感装置并且需要将灰尘从光学部件的表面除去的电子装置。
电子装置
现在对根据实施方案的电子装置进行说明。根据本发明的实施方案的电子装置包括压电声部件，该压电声部件包括上述的压电元件或多层压电元件。该压电声部件的实例包括扬声器、蜂鸣器、麦克风、和表面声波(SAW)元件。
图14表示从主体931的前面看到的作为例示性电子装置的数码相机的透视图。主体931在其前面设置有光学器件901、麦克风914、电子闪光发射部909和辅助光部916。将麦克风914嵌入主体931中，用虚线表示。麦克风914在其前面具有孔以拾取来自外部的声音。
主体931在其上面上也设置有电源按钮933、扬声器912、变焦杆932、和用于聚焦操作的释放按钮908。将扬声器912嵌入主体931中，用虚线表示。在扬声器912的前面形成孔，通过该孔将声音传送到外部。
将上述压电声部件用作麦克风914、扬声器912和表面声波元件中的至少一者。
尽管作为本发明的电子装置的例示性实施方案已对数码相机进行了说明，但该电子装置可以是包括该压电声部件的任何电子装置，例如声音再生装置、声音录音机、移动电话、或信息终端。
如上所述，本发明的压电元件和多层压电元件适合喷液头、喷液装置、超声马达、光学装置、振动单元、除尘单元、图像传感装置、和电子装置。该压电元件和该多层压电元件能够在低温下特别令人满意地使用。
本发明的压电元件和多层压电元件的使用能够提供具有比包括含铅的压电元件的喷液头的那些高或与其相等的喷嘴密度和喷射速度的喷液头。
而且，本发明的喷液头的使用能够提供能够显示出比包括含铅的压电元件的喷液装置的那些高或与其相等的喷射速度和喷射精度的喷液装置。
本发明的压电元件和多层压电元件的使用能够提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的那些高或与其相等的驱动力和耐久性的超声马达。
而且，本发明的超声马达的使用能够提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的那些高或与其相等的耐久性和运转精度的光学装置。
本发明的压电元件和多层压电元件的使用能够提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的那些高或与其相等的振动性能和耐久性的振动单元。
本发明的振动单元的使用提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的那些高或与其相等的除尘效率和耐久性的除尘单元。
本发明的除尘单元的使用提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的除尘能力高或与其相等的除尘能力的图像传感装置。
而且，包括本发明的压电元件或多层压电元件的压电声部件的使用能够提供能够显示出比使用含铅的压电元件的情形中的发声性高或与其相等的发声性的电子装置。
除了上述的装置或单元例如喷液头和超声马达以外，本发明的压电材料也能够用于其他器件，例如超声振荡器、压电致动器、压电传感器、和铁电存储器件。
实施例
参照下述实施例对本发明进一步进行说明。但是，本发明并不限于所公开的实施例。
如下所述制备压电材料。
压电材料
实施例1的压电材料
如下所述称出用于组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3(其为通式(1)(Ba1- xCax)a(Ti1-yZry)O3的组成，其中x＝0.080，y＝0.070和a＝1.0017)的原料。
通过固相法制备具有100nm的平均粒径和99.99％以上的纯度的钛酸钡、具有300nm的平均粒径和99.99％以上的纯度的钛酸钙、和具有300nm的平均粒径和99.99％的纯度的锆酸钙的原料粉末，并且将原料粉末称出以致Ba、Ca、Ti和Zr的比例满足组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。为了控制A位点中的Ba和Ca的摩尔与B位点中的Ti和Zr的摩尔之比a，使用了碳酸钡和碳酸钙。
称取二氧化锰以致第一次要成分Mn的含量为0.150重量份，以金属元素计，相对于100重量份的该压电材料的主要成分，即，由(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3表示的钙钛矿型金属氧化物。称取氧化铋以致第二次要成分Bi的含量为0.278重量份，以金属元素计，相对于100重量份的主要成分金属氧化物。称取二氧化硅和氧化硼以致第三次要成分Si的含量为0.033重量份，以元素计，并且另一第三次要成分B的含量为0.017重量份，以元素计，各自相对于100重量份的主要成分金属氧化物。称取氧化铜(II)以致第四次要成分Cu的含量为0.479重量份，以金属元素计，相对于100重量份的主要成分金属氧化物。
在球磨机中以干式将所有称出的粉末混合24小时。相对于该粉末混合物的总重量，以3重量份的比例使用喷雾干燥器将PVA粘结剂施涂于该粉末颗粒的表面以造粒。
在200MPa的压力下使用加压成形机将造粒的粉末压实成盘状压实体。得到的压实体产生了与使用冷等静压机进一步压缩该压实体的情形相同的效果。
在电炉中在空气气氛中将该压实体烧结合计24小时的时段，包括在至多1200℃的最大温度Tmax的温度下保持4小时。于是制备由本发明的实施方案的压电材料构成的陶瓷。
对得到的陶瓷进行该陶瓷的晶粒的平均当量圆直径和该陶瓷的相对密度的测定。平均当量圆直径为4.46μm，并且相对密度为95.2％。对于晶粒的观察，主要使用偏光显微镜。为了确定小晶粒的晶粒大小，使用了扫描电子显微镜(SEM)。对通过偏光显微镜和扫描电子显微镜拍摄的照片图像进行处理以计算平均当量圆直径。为了评价相对密度，使用了阿基米德法。
随后，将该陶瓷抛光到0.5mm的厚度并且进行X射线衍射以分析晶体结构。结果，所有观察的峰来自于钙钛矿结构。
通过ICP发射光谱法评价该陶瓷的组成。于是发现该压电材料主要含有由化学式(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3表示的金属氧化物，并且还含有0.150重量份Mn(以金属元素计)、0.278重量份的Bi(以金属元素计)、0.0001重量份的Mg(以金属元素计)、0.033重量份的Si(以元素计)、0.017重量份的B(以元素计)和0.479重量份的Cu(以金属元素计)，各自相对于100重量份的主要成分金属氧化物。Mg可能来源于原料。对于其他组成元素，烧结的陶瓷的组成对应于称出的成分的比例。
再次观察该陶瓷的晶粒。抛光后的平均当量圆直径没有与抛光前大大不同。
实施例2-26D的压电材料
除了实施例1中使用的原料以外还根据需要使用了碳酸锂粉末以外，以与实施例1中相同的方式制备实施例2-26D的压电材料。首先，称出原料粉末以致Ba、Ca、Ti和Zr含量满足表1中所示的比例。为了控制A位点中的Ba和Ca的摩尔与B位点中的Ti和Zr的摩尔之比a，使用了碳酸钡和碳酸钙。然后，将二氧化锰、氧化铋、碳酸锂、二氧化硅、氧化硼和氧化铜(II)称重以致作为第一次要成分的Mn的含量、作为第二次要成分的Bi和Li的含量、作为第三次要成分的Si和B的含量、和作为第四次要成分的Cu的含量(各自以元素计)满足表1中所示的比例，相对于100重量份的(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3，其使用称重的原料粉末：钛酸钡、钛酸钙、锆酸钙、碳酸钡、和碳酸钙的总重量计算。
在球磨机中以干式将所有称出的粉末混合24小时。相对于该粉末混合物的总重量，以3重量份的比例使用喷雾干燥器将PVA粘结剂施涂于该粉末颗粒的表面以造粒。
实施例18-21中，除了来源于原料的Mg以外，添加氧化镁分别至0.0049重量份、0.0099重量份、0.0499重量份和0.0999重量份的Mg含量，以金属元素计。实施例26B中，将较大量的氧化镁添加至0.4999重量份的增大的Mg含量，以金属元素计。
在200MPa的压力下使用加压成形机将造粒的粉末压实成为盘状压实体。
在电炉中在空气气氛中将该压实体烧结合计24小时的时段，包括在至多表1中所示的最大温度Tmax的温度下保持4小时。于是制备由本发明的实施方案的压电材料构成的陶瓷。
以与实施例1中相同的方式评价平均当量圆直径和相对密度。将结果示于表2中。以与实施例1中相同的方式评价该陶瓷的组成。对于全部压电材料，烧结的陶瓷的组成对应于称出的成分Ba,Ca,Ti,Zr,Mn,Bi,Li,Si,B和Cu的比例。
实施例2-17和22-26A、26C、和26D的压电材料含有0.001重量份的Mg，相对于100重量份的(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3，其通过计算得到。Mg可能来源于原料。
实施例18-21中，压电材料分别以0.0050重量份、0.0100重量份、0.0500重量份和0.1000重量份的含量含有Mg。实施例26B中，压电材料含有0.5000重量份的Mg。
[表2]
比较例1-16的金属氧化物材料
以与实施例1中相同的方式，根据主要成分以及第一至第四次要成分、A位点中的摩尔与B位点中的摩尔的摩尔比a、和用于烧结的最大温度Tmax，制备比较例的金属氧化物材料。
以与实施例1中相同的方式评价平均当量圆直径和相对密度。将结果示于表2中。以与实施例1中相同的方式评价陶瓷的组成。对于全部金属氧化物材料，烧结的陶瓷的组成对应于称出的成分Ba、Ca、Ti、Zr、Mn、Bi、Li、Si和B的比例。比较例1-16的金属氧化物材料含有0.001重量份的Mg，相对于100重量份的(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3，其通过计算得到。Mg可能来源于原料。
压电元件的制备
如下所述制备压电元件。
实施例1-26D的压电元件
使用实施例1-26D的压电材料制备压电元件。
通过DC溅射在圆盘状陶瓷的两侧形成了具有400nm的厚度的金电极。这种情况下，在电极和陶瓷之间由钛形成30nm厚的粘合层。将得到的具有电极的陶瓷切成尺寸为10mm×2.5mm×0.5mm的带状压电元件。
通过施加14kV/cm的电场30分钟，从而在表面设定为60℃-150℃的温度的热板上使得到的压电元件极化。
比较例1-16的压电元件
接下来，以与实施例1-26D中相同的方式使用比较例1-16的金属氧化物材料制备比较元件，然后进行极化。
压电元件的性能
对使用实施例1-26D的压电材料制备的极化的压电元件和使用比较例1-16的金属氧化物材料制备的比较元件在器件运转温度的范围(-30℃至50℃)内进行压电常数d31和机械品质因数Qm的测定。同时，通过施加具有1kHz的频率和10V/cm的电场强度的交流电压，采用可商购的阻抗分析仪在一些测定温度下测定介电损耗正切。将结果示于表3中。表中的符号×意味着比较例的元件的电阻率太低以致无法施加充分的极化，因此测定结果没有意义。
在恒温烘箱中以5℃的增量将环境温度从30℃增加到50℃，然后以5℃的增量降低到-30℃，进而以5℃的增量增加到30℃。在每个测定温度下评价前，将该温度保持10分钟以致该恒温烘箱具有恒定的温度。为了测定压电常数d31和机械品质因数Qm，采用共振-反共振法。表3示出-30℃至50℃的温度范围内的最低机械品质因数Qm和压电常数d31的最低绝对值|d31|。压电常数低时，该压电元件需要大的电场以驱动器件，因此该元件不适合驱动器件。压电常数|d31|优选为50pm/V以上，更优选为60pm/V以上。
为了评价绝缘性能，测定了电阻率。在室温(25℃)下测定了未极化的压电元件的电阻率。由在两个电极之间施加10V的直流电压后20秒测定的漏电流评价电阻率。将结果示于表3中。电阻率为1×109Ωcm以上、优选地50×109Ωcm以上时，该压电材料和该压电元件显示出实用上充分的绝缘性能。表3中电阻率的单位GΩcm表示109Ωcm。
[表3]
压电元件的高温耐久性
接下来，在恒温烘箱中在85℃下对实施例1、4、8和9的压电元件和比较例4和14的比较元件进行高温耐久性试验24小时。在高温耐久性试验前后测定-30℃至50℃的温度的范围内的压电常数d31，并且得到最低绝对值|d31|。表4示出高温耐久性试验前后最低|d31|的变化率。
压电元件的居里温度
接下来，测定实施例1、4、8和9的压电元件以及比较例4和14的比较元件的居里温度Tc。通过在改变温度的情况下施加非常低的交流电场，从而使用阻抗分析仪测定相对介电常数。于是由相对介电常数变为最大的温度确定Tc。在恒温烘箱中以5℃的增量将环境温度增大到20℃至80℃，并且以2℃的增量进一步增加到140℃。在每个测定温度下评价前，将该温度保持10分钟以上以致恒温烘箱具有恒定的温度。将结果示于表4中。此外，图15通过实例示出实施例8的压电元件的取决于环境温度的相对介电常数的变化。
[表4]
现在对表3和4中所示的结果进行说明。
比较例1中，其中对应于Ca含量的x值低于0.030，随着温度降低，机械品质因数Qm减小，并且器件运转温度的范围内的最低Qm低达小于400，低于实施例1-25中的那些。
比较例2和13中，其中x值高于0.090，器件运转温度的范围内的介电常数的最低绝对值|d31|低达小于40pm/V，低于实施例1-25中的那些。
比较例3中，其中对应于Zr含量的y值低于0.030，器件运转温度的范围内的介电常数的最低绝对值|d31|低达小于30pm/V，低于实施例1-25中的那些。
比较例4和14中，其中对应于Zr含量的y值高于0.080，与实施例1、4、8和9相比，高温耐久性试验前后介电常数的绝对值|d31|的变化率显著地超过10％，表示高温耐久性不足。这可能由于当y值高于0.080时，居里温度降低。实施例1、4、8和9，其中y值小于0.080，在高温耐久性试验前后显示出小于5％的|d31|的小变化，因此显示良好的高温耐久性。
实施例1-25和26A-26D，具有0.030以上且小于0.090的x值和0.030以上且小于0.080的y值，在器件运转温度的范围内显示出350以上的最低Qm和35pm/V以上的最低|d31|。这些中，实施例1-25和26C和26D在器件运转温度的范围内显示出400以上的最低Qm和50pm/V以上的最低|d31|，显示出良好的机械品质因数和介电常数。特别地，实施例26C和26D在器件运转温度的范围内显示出大于800的最低Qm和大于80的最低|d31|，显示出优异的特性。
比较例5，其中a值低于0.9860，显示出比实施例1-25的那些大的43.1μm的平均当量圆直径，表示异常的晶粒生长的发生。使用拉伸/压缩试验仪(由Orientec制造的Tensilon RTC-1250A)通过三点弯曲试验评价压电元件的机械强度。比较例5的元件显示出14MPa的机械强度，其比实施例1-25的压电元件具有的40MPa以上的机械强度低得多。
比较例6，其中a值大于1.0200，与实施例1-25相比，显示出过度抑制的晶粒生长以及因此较低的相对密度。因此，比较例6的元件的电阻率太低以致没有施以极化
比较例7中，其中Mn含量低于0.040重量份，最低Qm低达小于300，低于实施例1-25中的那些。因此，将该元件用于共振器件中时，使该共振器件的电力消耗增加。
比较例8，其中Mn含量高于0.500重量份，显示出比实施例1-25中的那些大的大于0.005的介电损耗正切。
实施例26B，其中Mg含量高于0.10重量份，显示出实用中充分的良好的性能，但相对于实施例1-25中的那些，具有大于0.005的介电损耗正切和低于50pm/V的最低|d31|。
比较例9中，其中Bi含量低于0.042重量份，与实施例1-25相比，器件运转温度的范围内的最低Qm显著地降低到小于400。因此，在-30℃下使包括比较元件的共振器件运转时，使共振器件的电力消耗增加。
比较例10，其中Bi含量大于0.850重量份，显示出比实施例1-25中低的小于50pm/V的最低|d31|。
比较例11，其中Li含量高于0.028重量份，显示出比实施例1-25中低的小于50pm/V的最低|d31|。
实施例1的组成为如下的压电材料，其中包括Si和B的至少一者的第三次要成分的含量，即，Si和B的总含量，为0.050重量份。但是，确认即使第三次要成分含量低达约0.050重量份的1/100，也能够使电阻率增大。
实施例26B，其中Mg含量高于0.10重量份，在器件运转温度的范围内显示出比实施例1-25中低的小于400的最低Qm。
比较例12，其中Si和B的总含量高于4.000重量份，与实施例1-25相比，显示出高于0.005的介电损耗正切和低于50pm/V的最低|d31|。
实施例22为如下的压电材料，其中第四次要成分Cu的含量为0.010重量份。但是，确认即使第四次要成分含量低达0.010重量份的约1/10，也能够使电阻率增大。
另一方面，比较例15，其中Cu含量低于0.001重量份，显示出比实施例1-25中大的大于0.005的介电损耗正切。
比较例16，其中Cu含量高于4.000重量份，显示出比实施例1-25中大的大于0.005的介电损耗正切。
多层压电元件的制备和评价
制备根据本发明的实施方案的多层压电元件。
实施例27
如下所述称出用于组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3(其为通式(1)(Ba1- xCax)a(Ti1-yZry)O3的组成，其中x＝0.080，y＝0.070和a＝1.0017)的原料。
制备具有99.99％以上的纯度的钛酸钡、具有99.99％以上的纯度的钛酸钙、和具有99.99％以上的纯度的锆酸钙的原料粉末作为主要成分，并且将原料粉末称出以致Ba、Ca、Ti和Zr的比例满足组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。为了控制A位点中的Ba和Ca的摩尔与B位点中的Ti和Zr的摩尔之比，使用了碳酸钡和碳酸钙。
称出二氧化锰以致第一次要成分Mn的含量为0.150重量份，以金属元素计，相对于100重量份的组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。
称出氧化铋以致第二次要成分Bi的含量为0.260重量份，以金属元素计，相对于100重量份的组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。
称出二氧化硅和氧化硼以致第三次要成分Si和B的含量分别为0.033重量份和0.017重量份，以元素计，相对于100重量份的组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。
称出氧化铜(I I)以致第四次要成分Cu的含量为0.479重量份，以金属元素计，相对于100重量份的组成(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3。
将称量的粉末混合在一起并且将PVB添加到该混合物中。然后，通过刮刀法将该混合物形成为50μm厚生片。
用导电糊将内部电极印刷到该生片的表面上。该导电糊为Ag70％-Pd 30％合金(Ag/Pd＝2.33)糊。将其上施涂有导电糊的9个生片堆叠以形成多层结构，并且在1200℃下将该多层结构烧成4小时以烧结。
通过ICP发射光谱法评价得到的烧结结构的压电材料部的组成。于是发现该压电材料部含有由化学式(Ba0.920Ca0.080)1.0017(Ti0.930Zr0.070)O3表示的金属氧化物作为主要成分，并且还含有0.150重量份的Mn(以金属元素计)、0.278重量份的Bi(以金属元素计)、和0.0010重量份的Mg(以金属元素计)，各自相对于100重量份的该主要成分。Mg可能来源于原料。该压电材料部的组成对应于称出的成分Ba、Ca、Ti、Zr、Mn、Bi、Si、B和Cu的比例。
将该烧结结构切成尺寸为10mm×2.5mm的片材，然后将其侧表面抛光。然后，通过Au溅射将一对外部电极(第一电极和第二电极)形成在侧表面上以将内部电极交替地电连接，于是制备图2B中所示的多层压电元件。
该多层压电元件包括9个压电材料层和8个内部电极层。根据得到的多层压电元件中内部电极的观察，与压电材料层交替地设置电极的Ag-Pd合金层。
压电性能的评价前，将该样品极化。更具体地，在热板上将该样品加热到100℃-150℃的温度，并且在第一电极与第二电极之间施加14kV/cm的电场30分钟。然后，在施加的电场下将该样品冷却到室温。
该多层压电元件的压电性能的评价表明该样品显示出与实施例1等同的绝缘性能和压电性能，尽管其具有多层结构。
而且，除了内部电极由Ni或Cu形成并且在低氧含量的气氛中烧结以外以与相同的方式制备的多层压电元件显示出同等的压电性能。
比较例17
以与实施例27中相同的方式制备多层压电元件。但是，组成与比较例11中相同；烧结温度为1300℃；并且内部电极由Ag 95％-Pd 5％合金(Ag/Pd＝19)形成。通过扫描电子显微镜观察内部电极。使该内部电极熔融并且以岛状分散。由于内部电极不具有电连续性，因此不能极化。因此没有对该样品的压电性能进行评价。
比较例18
除了内部电极由Ag 5％-Pd 95％合金(Ag/Pd＝0.05)形成以外，以与比较例17中相同的方式制备多层压电元件。通过扫描电子显微镜观察内部电极。没有充分地将Ag-Pd电极烧结。由于因此内部电极不具有电连续性，因此不能极化。因此没有对该样品的压电性能进行评价。
实施例28
使用实施例1的压电材料制成的压电元件来制备图3中所示的喷液头。根据电信号输入，该喷液头喷出墨。在0℃的恒温烘箱中使用非水性墨使该喷液头运转时，与在室温下运转的情形相比，该喷液头以相同的效率并且以较低的电压喷出墨。
实施例29
使用实施例28的喷液头来制备图4中所示的喷液装置。根据电信号输入，该喷液装置将墨喷出到记录介质上。在0℃的恒温烘箱中使用非水性墨使该喷液装置运转时，与在室温下运转的情形相比，该喷液装置以相同的效率并且以较低的电压将墨喷出到记录介质上。
实施例30
使用由实施例1的压电材料制成的压电元件来制备图6A中所示的超声马达。确认该超声马达根据施加的交流电压而旋转。
在-30℃的恒温烘箱中使该超声马达运转时，与在室温下运转的情形相比，该马达以较高的效率旋转。
比较例19
使用比较例9的金属氧化物材料的比较元件制备图6A中所示的超声马达。将交流电压施加于该元件时，该元件在室温下根据施加的交流电压而旋转。但是，其在-30℃的恒温烘箱中并且使该交流电压增大时其没有旋转，只是使电力消耗增大。
实施例31
使用实施例30的超声马达制备图7中所示的光学装置。该光学装置根据施加的交流电压而显示出自动聚焦操作。在-30℃的恒温烘箱中使该光学装置运转时，该光学装置显示出与室温下的自动聚焦操作同等的自动聚焦操作。
实施例32
使用由实施例1的压电材料制成的压电元件来制备图9A和9B中所示的除尘单元。使塑料珠散开并且施加交流电压。该除尘单元显示出良好的除尘性。在-30℃的恒温烘箱中使该除尘单元运转时，与在室温下运转的情形相比，该单元显示出更为高效的除尘性。
实施例33
使用实施例32的除尘单元来制备图12中所示的图像传感装置。使该图像传感装置运转时，将图像传感单元的表面上的灰尘令人满意地除去并且形成了没有由灰尘产生的缺陷的图像。在-30℃的恒温烘箱中使该图像传感装置运转时，该图像传感装置形成了与在室温下形成的图像同等的图像。
实施例34
使用实施例1的压电元件来制备图14中所示的电子装置。该电子装置根据施加的交流电压来进行扬声操作。在-30℃的恒温烘箱中使该电子装置运转时，该电子装置显示出与在室温下的运转同等的扬声操作。
实施例35
使用实施例27的多层压电元件来制备图3中所示的喷液头。根据电信号输入，该喷液头喷出墨。在0℃的恒温烘箱中使用非水性墨使该喷液头运转时，与在室温下运转的情形相比，该喷液头以相同的效率并且以较低的电压喷出墨。
实施例36
使用实施例35的喷液头来制备图4中所示的喷液装置。根据电信号输入，该喷液装置将墨喷出到记录介质上。在0℃的恒温烘箱中使用非水性墨使该喷液装置运转时，与在室温下运转的情形相比，该喷液装置以相同的效率并且以较低的电压将墨喷出到记录介质上。
实施例37
使用实施例27的多层压电元件来制备图6B中所示的超声马达。确认该超声马达根据施加的交流电压而旋转。在-30℃的恒温烘箱中使该超声马达运转时，与在室温下运转的情形相比，该马达以较高的效率旋转。
实施例38
使用实施例37的超声马达制备图7中所示的光学装置。该光学装置根据施加的交流电压而显示出自动聚焦操作。在-30℃的恒温烘箱中使该光学装置运转时，该光学装置显示出与室温下的自动聚焦操作同等的自动聚焦操作。
实施例39
使用实施例27的多层压电元件来制备图9A和9B中所示的除尘单元。使塑料珠散开并且施加交流电压。该除尘单元显示出良好的除尘性。在-30℃的恒温烘箱中使该除尘单元运转时，与在室温下运转的情形相比，该单元显示出更为高效的除尘性。
实施例40
使用实施例39的除尘单元来制备图12中所示的图像传感装置。使该图像传感装置运转时，将图像传感单元的表面上的灰尘令人满意地除去并且形成了没有由灰尘产生的缺陷的图像。在-30℃的恒温烘箱中使该图像传感装置运转时，该图像传感装置形成了与在室温下形成的图像同等的图像。
实施例41
使用实施例27的多层压电元件来制备图14中所示的电子装置。该电子装置根据施加的交流电压来进行扬声操作。在-30℃的恒温烘箱中使该电子装置运转时，该电子装置显示出与在室温下的运转同等的扬声操作。
尽管已参照例示实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明并不限于所公开的例示实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。
本申请要求于2014年2月25日提交的日本专利申请No.2014-034611的权益，在此通过引用将其全文并入本文。
工业实用性
本发明的实施方案的压电材料在器件运转温度的范围(-30℃至50℃)内具有令人满意的压电常数和机械品质因数。另外，该压电材料不含铅，具有低的环境负荷。因此本发明的实施方案的压电材料能够高效地用于使用压电材料的装置或器件例如喷液头、超声马达和除尘单元。

Claims (17)

1.压电材料，包括：
主要成分，其含有由通式(Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3表示的钙钛矿型金属氧化物，其中x、y和a满足0.030≤x<0.090、0.030≤y≤0.080、和0.9860≤a≤1.0200；
第一次要成分，其包括Mn；
第二次要成分，其包括Bi、或者Bi和Li；
第三次要成分，其包括Si和B的至少一者；和
第四次要成分，其包括Cu，
其中Mn含量在0.040重量份-0.500重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物；Bi含量在0.042重量份-0.850重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物；Li含量在0重量份-0.028重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物；该第三次要成分的含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以元素计，相对于100重量份的该金属氧化物；和Cu含量在0.001重量份-4.000重量份的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该金属氧化物。
2.根据权利要求1的压电材料，还包括第五次要成分，该第五次要成分包括Mg，其含量在大于0重量份且0.10重量份以下的范围内，以金属元素计，相对于100重量份的该钙钛矿型金属氧化物。
3.根据权利要求1或2的压电材料，其中该压电材料的晶粒具有500nm-10μm的范围内的平均当量圆直径。
4.根据权利要求1-3的任一项的压电材料，其中该压电材料具有93％-100％的范围内的相对密度。
5.根据权利要求1-4的任一项的压电材料，其中施加具有1kHz的频率的交流电压时，该压电材料显示出0.005以下的介电损耗正切。
6.压电元件，包括：
第一电极；
压电材料部；和
第二电极，
其中该压电材料部由权利要求1-5的任一项中所述的压电材料制成。
7.多层压电元件，包括：
多个压电材料层，每个由权利要求1-5的任一项中所述的压电材料制成；和
包括至少一个内部电极的多个电极层，
其中将该压电材料层和该电极层交替地彼此在其上堆叠。
8.根据权利要求7的多层压电元件，其中该内部电极基于重量以含量M1含有Ag并且基于重量以含量M2含有Pd，并且Ag含量M1与Pd含量M2之比满足关系0.25≤M1/M2≤4.0。
9.根据权利要求7的多层压电元件，其中该内部电极含有Ni和Cu的至少一者。
10.喷液头，包括：
设置有振动部的液室，该振动部包括权利要求6中所述的压电元件或权利要求7-9中的任一项所述的多层压电元件；和
限定与该液室连通的喷射开口的部分。
11.喷液装置，包括：
其上放置转印介质的部分；和
权利要求10中所述的喷液头。
12.超声马达，包括：
振动器件，其包括权利要求6中所述的压电元件或权利要求7-9中的任一项所述的多层压电元件；和
与该振动器件接触的移动器件。
13.光学装置，包括驱动部，该驱动部包括权利要求12中所述的超声马达。
14.振动单元，包括：
权利要求6中所述的压电元件或权利要求7-9的任一项中所述的多层压电元件；和
其上设置该压电元件或该多层压电元件的隔膜。
15.除尘单元，包括振动部，该振动部包括权利要求14中所述的振动单元。
16.图像传感装置，包括：
权利要求15中所述的除尘单元；和
具有受光面的图像传感元件单元，
其中将该除尘单元设置在该受光面。
17.电子装置，包括压电声部件，该压电声部件包括权利要求6中所述的压电元件或权利要求7-9的任一项中所述的多层压电元件。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451496A (zh) * 2020-03-27 2021-09-28 太阳诱电株式会社 压电元件及其制造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI550923B (zh) * 2014-05-30 2016-09-21 佳能股份有限公司 壓電材料、壓電元件、壓電元件的製造方法和電子器件
JP6695154B2 (ja) * 2016-01-28 2020-05-20 東芝テック株式会社 インク循環装置及びプリンタ
JP2018107437A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 キヤノン株式会社 振動子、振動波駆動装置、振動波モータおよび電子機器
US11430940B2 (en) * 2017-07-18 2022-08-30 Taiyo Yuden Co., Ltd. Multilayer piezoelectric element, piezoelectric vibration apparatus, and electronic device
US10735856B2 (en) * 2018-02-27 2020-08-04 Cirrus Logic, Inc. Fabrication of piezoelectric transducer including integrated temperature sensor
US11557710B2 (en) * 2018-10-31 2023-01-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fully-wet via patterning method in piezoelectric sensor
CN110183803B (zh) * 2019-06-12 2020-08-11 四川大学 一种透明介电薄膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1622359A (zh) * 2003-11-28 2005-06-01 松下电器产业株式会社 压电陶瓷装置的制造方法
CN101971381A (zh) * 2008-03-19 2011-02-09 国立大学法人山梨大学 压电材料
CN102194670A (zh) * 2010-03-03 2011-09-21 富士胶片株式会社 压电薄膜、压电器件、液体喷射装置、及制备压电薄膜的方法
WO2013005701A1 (en) * 2011-07-05 2013-01-10 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric element, multilayered piezoelectric element, liquid discharge head, liquid discharge apparatus, ultrasonic motor, optical apparatus, and electronic apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5344456B2 (ja) 2008-03-11 2013-11-20 独立行政法人物質・材料研究機構 非鉛系圧電材料
JP5217997B2 (ja) 2008-10-20 2013-06-19 Ｔｄｋ株式会社 圧電磁器、振動子及び超音波モータ
JP6080397B2 (ja) * 2011-07-05 2017-02-15 キヤノン株式会社 圧電材料、圧電素子、積層圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、圧電音響部品および電子機器
EP2824094B8 (en) * 2013-07-12 2018-12-19 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1622359A (zh) * 2003-11-28 2005-06-01 松下电器产业株式会社 压电陶瓷装置的制造方法
CN101971381A (zh) * 2008-03-19 2011-02-09 国立大学法人山梨大学 压电材料
CN102194670A (zh) * 2010-03-03 2011-09-21 富士胶片株式会社 压电薄膜、压电器件、液体喷射装置、及制备压电薄膜的方法
WO2013005701A1 (en) * 2011-07-05 2013-01-10 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric element, multilayered piezoelectric element, liquid discharge head, liquid discharge apparatus, ultrasonic motor, optical apparatus, and electronic apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451496A (zh) * 2020-03-27 2021-09-28 太阳诱电株式会社 压电元件及其制造方法
CN113451496B (zh) * 2020-03-27 2024-05-14 太阳诱电株式会社 压电元件及其制造方法
US12010921B2 (en) 2020-03-27 2024-06-11 Taiyo Yuden Co., Ltd. Piezoelectric element with lithium manganate-containing ceramic layers and silver-containing internal electrodes

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