壓電材料、壓電元件和電子裝備制造方法
【專利摘要】一種壓電材料、壓電元件和電子裝備。該壓電材料含有：主成分，主成分包含具有公式(1)的鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物；第一輔助成分，由Mn組成；以及第二輔助成分，由Bi或者Bi和Li組成，其中，Mn含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0.04重量份或更大并且0.400重量份或更小，Bi含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0.042重量份或更大并且0.850重量份或更小，以及Li含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0.028重量份或更小，包括0重量份。(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zSnyZrz)O3 (1)，其中，0≤x≤0.080，0.013≤y≤0.060，0≤z≤0.040，以及0.986≤a≤1.020。
【專利說(shuō)明】壓電材料、壓電元件和電子裝備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種壓電材料，更特別地，涉及一種無(wú)鉛壓電材料。本發(fā)明還涉及各自 包括所述壓電材料的一種壓電元件、一種多層化壓電元件、一種液體排出頭、一種液體排出 裝置、一種超聲馬達(dá)、一種光學(xué)裝置、一種振動(dòng)裝置、一種灰塵移除設(shè)備、一種圖像拾取裝置 以及一種電子裝備。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，壓電材料是ABO3-鈦礦類(lèi)型金屬氧化物，例如鋯鈦酸鉛（下文中被稱為 "PZT"）。然而，PZT含有鉛作為A位點(diǎn)元素，并且其對(duì)環(huán)境的影響被認(rèn)為是個(gè)問(wèn)題。因此， 需要無(wú)鉛鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物的壓電材料。
[0003] -種已知的無(wú)鉛鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物的壓電材料是鈦酸鋇。為了改進(jìn)鈦酸鋇的 特性，正開(kāi)發(fā)基于鈦酸鋇的材料。
[0004] 日本專利No. 4039029公開(kāi)了一種壓電材料，其中，鈦酸鋇的A位點(diǎn)的部分由Ca代 替，以便減少鈦酸鋇的壓電性質(zhì)的溫度依賴性。日本專利公開(kāi)No. 2010-120835公開(kāi)了一種 壓電材料，其中，Mn、Fe或Cu添加到通過(guò)以Ca代替鈦酸鋇的A位點(diǎn)的部分所制備的材料， 以便改進(jìn)鈦酸鋇的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。
[0005] 然而，這些已知的壓電材料在器件操作溫度范圍（_30°C至50°C )中在高溫度區(qū)域 具有低壓電常數(shù)并且在低溫度區(qū)域中具有低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。本發(fā)明處理這些問(wèn)題，并且提 供一種在器件操作溫度范圍中具有高壓電常數(shù)和高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的無(wú)鉛壓電材料。根據(jù)本 發(fā)明的壓電材料含有Sn和Bi,并由此特別是在低溫度具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。
[0006] 本發(fā)明還提供各自包括所述壓電材料的一種壓電元件、一種多層化壓電元件、一 種液體排出頭、一種液體排出裝置、一種超聲馬達(dá)、一種光學(xué)裝置、一種振動(dòng)裝置、一種灰塵 移除設(shè)備、一種圖像拾取裝置以及一種電子裝備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明一方面的壓電材料含有：主成分，包含由以下通式（1)表示的鈣鈦礦 類(lèi)型金屬氧化物；第一輔助成分，由Mn組成；第二輔助成分，由Bi或者Bi和Li組成，其中， Mn含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 040重量份或更大并且0. 400重 量份或更小，Bi含量是所述金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 042重量份或更 大并且0. 850重量份或更小，以及Li含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的 0. 028重量份或更小,包括0重量份。
[0008] (Ba1^xCax) a (Ti1^zSnyZrz) O3 (1)
[0009] 其中，X處于0彡X彡0. 080的范圍中，y處于0. 013彡y彡0. 060的范圍中，z處 于0彡z彡0? 040的范圍中，a處于0? 986彡a彡L 020的范圍中。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明一方面的壓電元件包括第一電極、壓電材料部分和第二電極，其中，所 述壓電材料部分包括壓電材料。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明一方面的多層化壓電元件包括交替堆疊在彼此頂部的壓電材料層和 電極層。電極層包括內(nèi)部電極。壓電材料層是由壓電材料形成的。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明一方面的液體排出頭包括：液體腔室；以及用于排出的孔，與液體腔 室連通。液體腔室具有振動(dòng)部分，振動(dòng)部分包括壓電元件或多層化壓電元件。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明一方面的液體排出裝置包括：臺(tái)架，被配置為接納物體；以及液體排 出頭。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明一方面的超聲馬達(dá)包括：振動(dòng)構(gòu)件；移動(dòng)體,與所述振動(dòng)構(gòu)件接觸。振 動(dòng)構(gòu)件包括壓電元件或多層化壓電元件。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明一方面的光學(xué)裝置包括驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元包括所述超聲馬達(dá)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明一方面的振動(dòng)裝置包括振動(dòng)構(gòu)件，振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)板上包括壓電元件 或多層化壓電元件。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明一方面的灰塵移除設(shè)備在振動(dòng)部分中包括振動(dòng)裝置。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明一方面的圖像拾取裝置包括灰塵移除設(shè)備和圖像拾取元件單元，其 中，所述灰塵移除設(shè)備包括圖像拾取元件單元的光接收表面?zhèn)壬系恼駝?dòng)板。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明一方面的電子裝備包括壓電聲學(xué)組件，壓電聲學(xué)組件包括壓電元件或 多層化壓電元件。
[0020] 根據(jù)參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
[0021] 本發(fā)明提供一種在器件操作溫度范圍（_30°C至50°C )中具有高壓電常數(shù)和高機(jī) 械品質(zhì)因數(shù)的無(wú)鉛壓電材料。特別地，本發(fā)明提供一種在低溫具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的壓電 材料。
[0022] 本發(fā)明還提供分別包括所述壓電材料的壓電元件、多層化壓電元件、液體排出頭、 液體排出裝置、超聲馬達(dá)、光學(xué)裝置、振動(dòng)裝置、灰塵移除設(shè)備、圖像拾取裝置、以及電子裝 備。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件的示意圖。
[0024] 圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層化壓電元件的示意性截面圖。
[0025] 圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭的示意圖。
[0026] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出裝置的示意圖。
[0027] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出裝置的示意圖。
[0028] 圖6A和圖6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲馬達(dá)的示意圖。
[0029] 圖7A和圖7B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意圖。
[0030] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意圖。
[0031] 圖9A和圖9B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括振動(dòng)裝置的灰塵移除設(shè)備的示意圖。
[0032] 圖IOA至圖IOC是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備的壓電元件的示意圖。
[0033] 圖IlA和圖IlB是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備的振動(dòng)原理的示意圖。
[0034] 圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置的示意圖。
[0035] 圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置的示意圖。
[0036] 圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝備的示意圖。
[0037] 圖15A至圖15C是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的壓電材料與根據(jù)本發(fā)明比較性示例的 金屬氧化物材料的X值、y值和z值之間的關(guān)系的相圖。
[0038] 圖16是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例9的壓電元件的相對(duì)介電常數(shù)的溫度依賴性的 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 以下將描述本發(fā)明實(shí)施例。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料含有：主成分，包含以下通式（1)所表示的鈣鈦礦 類(lèi)型金屬氧化物；第一輔助成分，以Mn組成；第二輔助成分，以Bi或者Bi和Li組成，其中， Mn含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 040重量份或更大并且0. 400重 量份或更小，Bi含量是金屬氧化物的每100重量份以金屬換算的0. 042重量份或更大并且 0. 850重量份或更小，以及Li含量是金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 028重 量份或更?。òī栔亓糠荩?。
[0041] (Ba1^xCax) a (Ti1^zSnyZrz) O3 (1)
[0042] (其中，X處于0彡X彡0? 080的范圍中，y處于0? 013彡y彡0? 060的范圍中，z 處于0彡z彡0. 040的范圍中，以及a處于0. 986彡a彡1. 020的范圍中）。
[0043] 如以下描述那樣定義"以金屬換算"的輔助成分含量（如Mn含量、Bi含量或Li含 量）。例如，Mn含量指代以氧化物換算的由通式（1)所表示的金屬氧化物的構(gòu)成元素的每 100重量份的Mn的重量。根據(jù)例如使用X射線熒光（XRF)光譜法、ICP光譜法或原子吸收 分光計(jì)測(cè)量的壓電材料的Ba、Ca、Ti、Sn、Zr、Mn、Bi和Li含量來(lái)計(jì)算以氧化物換算的金屬 氧化物的每種構(gòu)成元素的重量。
[0044] 鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物
[0045] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物"指代具有鈣鈦礦類(lèi)型結(jié)構(gòu) (其理想地是立方體結(jié)構(gòu)）的金屬氧化物，如Iwanami Rikagaku Jiten,第五版（Iwanami Shoten，公開(kāi)于1998年2月20日）中所描述的那樣。具有鈣鈦礦類(lèi)型結(jié)構(gòu)的金屬氧化物 通常由化學(xué)式ABO3表示。在鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物中，離子形式的元素A和B分別占據(jù)被 稱為A位點(diǎn)和B位點(diǎn)的單胞的特定位置。在立方體單胞中，元素A占據(jù)立方體的頂點(diǎn)，元素 B占據(jù)立方體的主體中心位置。負(fù)氧離子形式的元素0占據(jù)立方體的面中心位置。
[0046] 在通式（1)所表示的金屬氧化物中，在A位點(diǎn)處的金屬元素是Ba和Ca,在B位點(diǎn) 處的金屬元素是Ti、Zr和Sn。Ba和Ca可以部分地占據(jù)B位點(diǎn)。類(lèi)似地，Ti和Zr可以部 分地占據(jù)A位點(diǎn)。然而，Sn不應(yīng)占據(jù)A位點(diǎn)，因?yàn)檫@有損于壓電性質(zhì)。
[0047] 雖然在通式（1)中B位點(diǎn)元素對(duì)于元素0的摩爾比率是1 :3,但倘若金屬氧化物 具有鈣鈦礦類(lèi)型結(jié)構(gòu)作為主相，那么很小的摩爾比率的變化是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
[0048] 可以使用X射線衍射或電子衍射通過(guò)結(jié)構(gòu)分析來(lái)確定金屬氧化物的鈣鈦礦類(lèi)型 結(jié)構(gòu)。
[0049] 壓電材料的主成分
[0050] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料中，表示在A位點(diǎn)處的Ba和Ca的摩爾數(shù)相對(duì)于 在B位點(diǎn)處的Ti、Zr和Sn的摩爾數(shù)的比率的通式（1)的值a處于0. 986彡a彡1. 020的 范圍中。小于0. 986的值a趨于產(chǎn)生壓電材料中的異常顆粒生長(zhǎng)以及壓電材料的機(jī)械強(qiáng)度 的降低。大于I. 020的值產(chǎn)生過(guò)度高的顆粒生長(zhǎng)溫度，使得金屬氧化物的燒結(jié)在普通爐中 不可行。短語(yǔ)"使得金屬氧化物的燒結(jié)不可行"表示壓電材料具有低密度或含有很多空隙 和晶格缺陷。
[0051] 表示在B位點(diǎn)處的Sn的摩爾比率的通式（1)的值y處于0.013彡y彡0.060 的范圍中。因?yàn)榫哂斜萒i更小的離子半徑的Sn被布置在B位點(diǎn)處，所以根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施例的壓電材料具有降低的四方結(jié)晶性。這產(chǎn)生小的接近1的c/a和令人滿意的壓電性 質(zhì)。小于0.013的值y產(chǎn)生低劣壓電性質(zhì)。大于0.060的值y產(chǎn)生低居里溫度和不足的 高溫耐受性。為了改進(jìn)器件操作溫度范圍（_30°C至50°C)中的壓電性質(zhì)，值y可以處于 0? 021彡y彡0? 038的范圍中。
[0052] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"居里溫度（Tc) "指代材料的鐵電性消失的溫度。通常， 壓電材料的壓電性質(zhì)在居里溫度（Tc)或更高也消失?？梢酝ㄟ^(guò)直接測(cè)量鐵電性消失的溫 度或測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)在十分小的交變電場(chǎng)中達(dá)到其最大值的溫度來(lái)確定居里溫度（Tc)。
[0053] 表示在B位點(diǎn)處的Zr的摩爾比率的通式（1)的值z(mì)處于0彡z彡0? 040的范圍 中。大于0. 040的值z(mì)產(chǎn)生低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。
[0054] 表示在B位點(diǎn)處的Zr的摩爾比率的通式（1)的值z(mì)可以是零。零值z(mì)可以在器 件操作溫度范圍中產(chǎn)生較高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。
[0055] 表示在A位點(diǎn)處的Ca的摩爾比率的通式（1)的值X處于0彡X彡0. 080的范圍 中。大于0.080的值X在器件操作溫度范圍中產(chǎn)生低劣壓電性質(zhì)。為了改進(jìn)機(jī)械品質(zhì)因 數(shù)，值X可以是0. 020 < X < 0. 080。為了進(jìn)一步改進(jìn)壓電性質(zhì)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，值X可以 是 0? 030 彡 X 彡 0? 080。
[0056] 壓電材料的第一輔助成分
[0057] 第一輔助成分是Mn。Mn含量是鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物的每100重量份的以金屬 換算的〇. 040重量份或更大并且0. 400重量份或更小。具有在該范圍中的Mn含量的根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料具有改進(jìn)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，而不減少壓電常數(shù)。術(shù)語(yǔ)"機(jī)械品質(zhì)因 數(shù)"指代表示在作為振蕩器的壓電材料的評(píng)價(jià)中的源自振動(dòng)的彈性損耗的系數(shù)。機(jī)械品質(zhì) 因數(shù)被看作阻抗測(cè)量中的諧振曲線的銳度。因此，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)是表示振蕩器的諧振的銳 度的系數(shù)。由于振動(dòng)導(dǎo)致的能量損耗隨著增加機(jī)械品質(zhì)因數(shù)而減少。當(dāng)通過(guò)施加電壓將壓 電材料驅(qū)動(dòng)為壓電元件時(shí)，絕緣性質(zhì)或機(jī)械品質(zhì)因數(shù)方面的改進(jìn)確保壓電元件的長(zhǎng)期可靠 性。
[0058] 小于0. 040重量份的Mn含量產(chǎn)生與小于400的同樣低的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。由具有 低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的壓電材料以及一對(duì)電極構(gòu)成的壓電元件當(dāng)被驅(qū)動(dòng)為諧振器件時(shí)消耗更 多功率。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)優(yōu)選地是400或更大，更優(yōu)選地是500或更大，再優(yōu)選地是600或更 大。在該范圍中，在器件操作中，功耗并不明顯增加。大于0.400的重量份的Mn含量不利 地產(chǎn)生低劣壓電性質(zhì)。
[0059] Mn不限于金屬M(fèi)n,而可以作為任何形式的Mn成分而被包含于壓電材料中。例如， Mn可以在B位點(diǎn)中溶解，或可以被包含于各晶體顆粒之間的邊界（下文中被稱為顆粒邊 界）中。Mn成分可以通過(guò)金屬、離子、氧化物、金屬鹽或復(fù)合體的形式被包含于壓電材料中。
[0060] Mn可以大多數(shù)被布置在B位點(diǎn)處。Mn可以具有4+的化合價(jià)。通常，Mn可以具有 4+、2+、或3+的化合價(jià)。在晶體中存在傳導(dǎo)電子時(shí)（例如，在晶體中存在氧空缺時(shí)，或在存 在占據(jù)A位點(diǎn)的施主元素時(shí)），具有4+的化合價(jià)的Mn可以捕獲傳導(dǎo)電子，并且通過(guò)將其化 合價(jià)減少為3+或2+來(lái)改進(jìn)絕緣電阻。關(guān)于離子半徑,具有4+的化合價(jià)的Mn可以容易地 取代B位點(diǎn)的主成分Ti。
[0061] 具有小于4+(如2+)的化合價(jià)的Mn充當(dāng)受主。鈣鈦礦晶體中存在作為受主的Mn 導(dǎo)致在晶體中形成空穴或氧空缺。
[0062] 在存在大量具有2+或3+的化合價(jià)的Mn時(shí)，空穴并不能單獨(dú)以氧空缺來(lái)補(bǔ)償，并 且絕緣電阻減小。因此，Mn可以大多數(shù)具有4+的化合價(jià)。少部分的Mn可以具有小于4+的 化合價(jià)，并且作為受主占據(jù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的B位點(diǎn)，并且形成氧空缺。具有2+或3+化合價(jià)的 Mn以及氧空缺可以形成缺陷偶極并由此改進(jìn)壓電材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。
[0063] 壓電材料的第二輔助成分
[0064] 第二輔助成分以Bi或者Bi和Li組成。Bi含量是金屬氧化物的每100重量份的 以金屬換算的〇. 042重量份或更大并且0. 850重量份或更小。Li含量是金屬氧化物的每 100重量份的以金屬換算的0. 028重量份或更小（包括0重量份）。
[0065] 含有該范圍中的Bi或者Bi和Li的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料具有明顯改進(jìn) 的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，而沒(méi)有在低溫度的壓電常數(shù)的減少。人們認(rèn)為，三價(jià)Bi大多數(shù)被布置在 A位點(diǎn)處，并且部分地被布置在B位點(diǎn)或晶體顆粒邊界處。甚至當(dāng)壓電材料具有斜方晶體 結(jié)構(gòu)時(shí)，在A位點(diǎn)處含有Bi的壓電材料可以具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)壓電材料在B位點(diǎn)處 含有Bi并且具有四角晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，Bi具有與Ti、Zr或Sn(多數(shù)四價(jià)）不同的化合價(jià)，并 且可以包括缺陷偶極子和內(nèi)部電場(chǎng)。因此，具有斜方晶體結(jié)構(gòu)或四角晶體結(jié)構(gòu)的壓電材料 可以具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。含有適當(dāng)量的Bi的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料可以在器件 操作溫度范圍中具有高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。小于0.042重量份的Bi含量不利地在低溫度（例 如-30°C )產(chǎn)生小于400的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。大于0. 850重量份的Bi含量不利地產(chǎn)生低劣 壓電性質(zhì)。為了改進(jìn)器件操作溫度范圍（_30°C至50°C)中的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和壓電常數(shù)， Bi含量?jī)?yōu)選地是0. 100重量份或更大并且0. 850重量份或更小，更優(yōu)選地是0. 100重量份 或更大并且0. 480重量份或更小。大于0. 028重量份的Li含量不利地產(chǎn)生低劣壓電性質(zhì)。 可以在比不含Li的壓電材料更低的溫度燒結(jié)具有0. 028重量份或更小的Li含量的壓電材 料，而無(wú)損壓電性質(zhì)。
[0066] Bi不限于金屬Bi并且可以作為任何形式的Bi成分而被包含于壓電材料中。例 如，Bi可以在A位點(diǎn)或B位點(diǎn)中溶解，或可以被包含于顆粒邊界中。Bi成分可以通過(guò)金屬、 離子、氧化物、金屬鹽或復(fù)合體的形式含有于壓電材料中。
[0067] 為了改進(jìn)在低溫度的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，Bi可以在A位點(diǎn)溶解作為三價(jià)Bi?？梢允褂?同步輻射在X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS)測(cè)量中確定Bi的化合價(jià)。
[0068] Li不限于金屬Li,而可以作為任何形式的Li成分而包含于壓電材料中。例如，Li 可以在A位點(diǎn)或B位點(diǎn)中溶解，或可以包含于顆粒邊界中。Li成分可以通過(guò)金屬、離子、氧 化物、金屬鹽或復(fù)合體的形式包含于壓電材料中。
[0069] 壓電材料的第三輔助成分
[0070] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料還包含含有Si和B中的至少一個(gè)的第三輔助成分， 其中，第三輔助成分含量?jī)?yōu)選地是由通式（1)表示的鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物的每1〇〇重量 份的以金屬換算的〇. 001重量份或更大并且4. 000重量份或更小，更優(yōu)選地是0. 003重量 份或更大并且2. OOO重量份或更小。
[0071] 第三輔助成分含量指代以氧化物換算的由通式（1)表示的金屬氧化物的構(gòu)成元 素的每100重量份的第三輔助成分的重量。根據(jù)例如使用X射線熒光（XRF)光譜法、ICP光 譜法或原子吸收分光計(jì)所測(cè)量的壓電材料的金屬含量來(lái)計(jì)算以氧化物換算的金屬氧化物 的每種構(gòu)成元素的重量。
[0072] 第三輔助成分含有Si和B中的至少一個(gè)。B和Si在壓電材料的顆粒邊界處分離。 這減少了流過(guò)顆粒邊界的泄漏電流，并且增加了電阻系數(shù)。含有第三輔助成分的0.001重 量份或更大的壓電材料有利地具有高電阻系數(shù)以及改進(jìn)的絕緣性質(zhì)。含有大于4. 000重量 份的第三輔助成分的壓電材料不利地具有低介電常數(shù)和低劣壓電性質(zhì)。Si含量可以是鈣鈦 礦類(lèi)型金屬氧化物的每100重量份的〇. 003重量份或更大并且1. 000重量份或更小。B含 量可以是〇. 001重量份或更大并且1. 〇〇〇重量份或更小。
[0073] 可以使用任何方法（如X射線熒光分析、ICP光譜法或原子吸收分光計(jì)）來(lái)確定 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料的組分。可以使用ICP光譜法來(lái)精確地測(cè)量Li。
[0074] 多層化壓電元件包括各電極之間的薄壓電材料，并因此要求在高電場(chǎng)中的耐受 性。因?yàn)槠鋬?yōu)異的絕緣性質(zhì)，所以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料適于多層化壓電元件。
[0075] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料可以含有用于Ti的市場(chǎng)上可獲得原材料中必然含 有的Nb和用于Zr的市場(chǎng)上可獲得原材料中必然含有的Hf。
[0076] 通式（1)所表示的鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物、第一輔助成分、第二輔助成分和第三 輔助成分可以構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料的98. 5mol%或更大。通式（1)所表示的 鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物優(yōu)選地構(gòu)成壓電材料的90m〇l%或更大，更優(yōu)選地95m 〇l%或更大。
[0077] 晶體顆粒大小和等效圓直徑
[0078] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料的晶體顆粒的平均等效圓直徑優(yōu)選地是0. 5 y m或 更大并且IOum或更小。平均等效圓直徑指代晶體顆粒的等效圓直徑的平均值。在具有該 范圍中的晶體顆粒的平均等效圓直徑的情況下，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料可以具有令 人滿意的壓電性質(zhì)以及令人滿意的機(jī)械強(qiáng)度。小于〇. 5 y m的平均等效圓直徑可能產(chǎn)生低 劣壓電性質(zhì)。大于IOum的平均等效圓直徑可能產(chǎn)生減少的機(jī)械強(qiáng)度。平均等效圓直徑更 優(yōu)選地是0. 5 ii m或更大并且4. 5 ii m或更小。
[0079] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"等效圓直徑"指代通常在顯微鏡中指代的"投影面積等 效圓直徑"，并且指代具有與晶體顆粒的投影面積相同面積的理想圓形的直徑。在本發(fā)明 中，可以使用任何方法來(lái)確定等效圓直徑。例如，可以通過(guò)處理用偏振顯微鏡或掃描電子顯 微鏡所拍攝的壓電材料的表面的圖像來(lái)確定顆粒大小。因?yàn)樽罴逊糯舐嗜Q于待測(cè)量的顆 粒大小，所以可以根據(jù)顆粒大小來(lái)選擇光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡?？梢愿鶕?jù)材料的拋光后 的表面或截面而不是材料的表面來(lái)確定等效圓直徑。
[0080] 相對(duì)密度
[0081] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料優(yōu)選地具有93 %或更大并且100 %或更小的相對(duì) 密度。
[0082] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"相對(duì)密度"指代所測(cè)量的密度相對(duì)于理論密度的比率。 理論密度是根據(jù)壓電材料的晶格常數(shù)以及壓電材料的構(gòu)成元素的原子量而計(jì)算出的。可以 通過(guò)X射線衍射分析來(lái)測(cè)量晶格常數(shù)?？梢愿鶕?jù)阿基米德原理來(lái)測(cè)量密度。
[0083] 小于93%的相對(duì)密度可能產(chǎn)生低劣壓電性質(zhì)、低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)或低機(jī)械強(qiáng)度。 [0084] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料更優(yōu)選地具有95 %或更大并且100 %或更小，再更 優(yōu)選地97%或更大并且100%或更小的相對(duì)密度。
[0085] 用于制造壓電材料的方法
[0086] 用于制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料的方法并非特別地受限。以下將描述典型 制造方法。
[0087] 壓電材料的原材料
[0088] 可以通過(guò)以含有壓電材料的構(gòu)成元素的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽或草酸鹽固體粉 末來(lái)形成致密物并且在大氣壓下燒結(jié)該致密物而使用普通方法來(lái)制造壓電材料。原材料包 括金屬化合物（如Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Sn化合物、Zr化合物、Mn化合物、Bi 化合物、Li化合物、B化合物和/或Si化合物）。
[0089] Ba化合物的示例包括氧化鋇、碳酸鋇、草酸鋇、醋酸鋇、硝酸鋇、鈦酸鋇、鋯酸鋇、 錫酸鋇以及鋯鈦酸鋇，但不限于此。Ba化合物可以是市場(chǎng)上可獲得的高純度類(lèi)型（例如 99. 99 %或更大的純度）。
[0090] Ca化合物的示例包括氧化鈣、碳酸鈣、草酸鈣、醋酸鈣、鈦酸鈣、鋯酸鈣和錫酸鈣， 但不限于此。Ca化合物可以是市場(chǎng)上可獲得的高純度類(lèi)型（例如99. 99%或更大的純度）。
[0091] Ti化合物的示例包括氧化鈦、鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇和鈦酸鈣，但不限于此。在Ti化合 物含有堿土金屬（如鋇或鈣）的情況下，可以使用高純度類(lèi)型（例如99. 99%或更大的純 度）的市場(chǎng)上可獲得的化合物。
[0092] Zr化合物的示例包括氧化鋯、鋯酸鋇、鋯鈦酸鋇和鋯酸鈣，但不限于此。在Zr化合 物含有堿土金屬（如鋇或鈣）的情況下，可以使用高純度類(lèi)型（例如99. 99%或更大的純 度）的市場(chǎng)上可獲得的化合物。
[0093] Sn化合物的示例包括氧化錫、錫酸鋇、錫鈦酸鋇和錫酸鈣，但不限于此。在Sn化合 物含有堿土金屬（如鋇或鈣）的情況下，可以使用高純度類(lèi)型（例如99. 99%或更大的純 度）的市場(chǎng)上可獲得的化合物。
[0094] Mn化合物的示例包括碳酸錳、氧化錳、二氧化錳、醋酸錳以及四氧化三錳，但不限 于此。
[0095] Bi化合物的示例包括氧化鉍和鉍酸鋰，但不限于此。
[0096] Li化合物的示例包括碳酸鋰和鉍酸鋰，但不限于此。
[0097] Si化合物的示例包括氧化硅，但不限于此。
[0098] B化合物的示例包括氧化硼，但不限于此。
[0099] 用于控制根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料的在A位點(diǎn)處的Ba和Ca的摩爾數(shù)相對(duì)于 在B位點(diǎn)處的Ti、Sn和Zr的摩爾數(shù)的比率的原材料并非特定地受限。Ba化合物、Ca化合 物、Ti化合物、Sn化合物和Zr化合物具有同樣的效果。
[0100] 顆?；勰┖椭旅芪?br> [0101] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"致密物"指代以固體粉末形成的固體主體?？梢酝ㄟ^(guò)單 軸壓制、冷態(tài)流體靜壓、熱態(tài)流體靜壓、鑄造或擠壓成型來(lái)形成致密物?？梢酝ㄟ^(guò)顆?；?末來(lái)形成致密物。以顆?；勰┬纬傻闹旅芪锏臒Y(jié)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)后的主體的顆 粒大小分布傾向于變得均勻。為了改進(jìn)燒結(jié)后的主體的絕緣性質(zhì)，致密物可以含有包含Si 和B中的至少一個(gè)的第三輔助成分。
[0102] 可以使用任何方法來(lái)對(duì)壓電材料的原材料粉末進(jìn)行顆粒化。噴霧干燥可以使得顆 ?；勰┑念w粒大小更均勻。
[0103] 用于在顆?；惺褂玫恼辰觿┛梢允蔷垡蚁┐迹≒VA)、聚乙烯醇縮丁醛（PVB)或 丙烯酸樹(shù)脂。粘接劑的量?jī)?yōu)選地在壓電材料的原材料粉末的每100重量份的1至10重量 份、更優(yōu)選地2至5重量份的范圍中，以便增加致密物密度。
[0104] 燒結(jié)
[0105] 可以使用任何方法來(lái)燒結(jié)致密物。
[0106] 燒結(jié)方法的示例包括電爐中的燒結(jié)、氣爐中的燒結(jié)、電加熱、微波燒結(jié)、毫米波燒 結(jié)以及熱等靜壓（HIP)，但不限于此?？梢栽谶B續(xù)式爐或分層式爐中執(zhí)行電爐或氣爐中的燒 結(jié)。
[0107] 燒結(jié)方法中的燒結(jié)溫度并不特定地受限，而可以是化合物可以反應(yīng)以充分地生長(zhǎng) 晶體的溫度。燒結(jié)溫度優(yōu)選地是1100°C或更大并且1400°C或更小，更優(yōu)選地是IKKTC或更 大并且1350°C或更小，以使得壓電材料的顆粒大小處于0. 5至10 y m的范圍中。該溫度范 圍中所燒結(jié)的壓電材料具有令人滿意的壓電性能。為了確保通過(guò)燒結(jié)所制造的壓電材料的 特性的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，可以在上述范圍內(nèi)的恒定溫度執(zhí)行燒結(jié)達(dá)到2小時(shí)或更大并且48 小時(shí)或更小。雖然也可以執(zhí)行兩步燒結(jié)，但沒(méi)有陡峭溫度改變的燒結(jié)方法可以提高生產(chǎn)率。
[0108] 通過(guò)燒結(jié)所制造的壓電材料可以被拋光，并然后在l〇〇〇°C或更大的溫度受熱處 理。壓電材料在l〇〇〇°C或更大的溫度的熱處理可以消除源自機(jī)械拋光的壓電材料的殘余應(yīng) 力，并且由此改進(jìn)壓電材料的壓電性質(zhì)。壓電材料的熱處理也可以移除在顆粒邊界處所沉 淀的原材料粉末（如碳酸鋇）。熱處理時(shí)間可以是一小時(shí)或更長(zhǎng)，但不限于此。
[0109] 壓電元件
[0110] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件的示意圖。壓電元件包括第一電極1、壓電材 料部分2和第二電極3。壓電材料部分2的壓電材料是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料。
[0111] 可以通過(guò)至少將第一電極1和第二電極3附接到壓電材料部分2以形成壓電元件 來(lái)評(píng)價(jià)壓電材料的壓電性質(zhì)。以具有在近似5nm至IOiim的范圍中的厚度的導(dǎo)電層來(lái)形成 第一電極1和第二電極3中的每一個(gè)。第一電極1和第二電極3中的每一個(gè)的材料并非特 定地受限，而可以是任何對(duì)于壓電元件普通地使用的材料。該材料的示例包括金屬，如Ti、 Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag 和 Cu 及其化合物，但不限于此。
[0112] 第一電極1和第二電極3中的每一個(gè)可以通過(guò)這些材料之一而得以制成，并且可 以是以材料中的兩種或更多種所制成的多層。第一電極1的材料可以與第二電極3的材料 不同。
[0113] 可以使用任何方法（例如通過(guò)烘培金屬膏劑或使用濺射工藝或蒸鍍沉積方法）來(lái) 制造第一電極1和第二電極3。第一電極1和第二電極3可以具有期望的圖案。
[0114] 極化處理
[0115] 壓電元件可以具有單一方向的極化軸。具有單一方向的極化軸可以增加壓電元件 的壓電常數(shù)。
[0116] 可以使用任何方法來(lái)使壓電元件極化?？梢栽诃h(huán)境大氣中或在硅油中極化壓電元 件。極化溫度可以處于60°C至150°C的范圍中。用于極化的最佳條件可以隨著壓電元件的 壓電材料的組分而變化。在極化處理中所施加的電場(chǎng)可以處于600V/mm至2. OkV/mm的范 圍中。
[0117] 壓電常數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的測(cè)量
[0118] 可以根據(jù)日本電子信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA EM-4501)的標(biāo)準(zhǔn)使用市場(chǎng)上可獲得 的阻抗分析器測(cè)得的諧振頻率和反諧振頻率來(lái)計(jì)算壓電元件的壓電常數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。 該方法下文中被稱為諧振-反諧振方法。
[0119] 多層化壓電元件
[0120] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層化壓電元件。
[0121] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層化壓電元件包括壓電材料層和電極層，交替堆疊在彼此 頂部。電極層包括內(nèi)部電極。以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料來(lái)形成壓電材料層。
[0122] 圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層化壓電元件的示意性截面圖。根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的多層化壓電元件包括壓電材料層54和電極層，交替堆疊在彼此頂部。所述電極 層包括內(nèi)部電極55。壓電材料層54是以上述壓電材料形成的。除了內(nèi)部電極55之外，電 極層可以還包括外部電極（如第一電極51和第二電極53)。
[0123] 圖2A中所示的多層化壓電元件包括兩個(gè)壓電材料層54以及一個(gè)在其之間所插入 的內(nèi)部電極55,并且分層的主體被布置在第一電極51與第二電極53之間。壓電材料層的 數(shù)量和內(nèi)部電極的數(shù)量并非特定地受限，并且可以增加，如圖2B所示。圖2B所示的多層 化壓電兀件包括交替堆疊在彼此頂部的九個(gè)壓電材料層504和八個(gè)內(nèi)部電極505(505a和 505b)，并且分層的主體被布置在第一電極501與第二電極503之間。多層化壓電兀件還包 括外部電極506a和外部電極506b，用于將內(nèi)部電極505彼此連接。
[0124] 內(nèi)部電極55和505以及外部電極506a和506b的大小和形狀可以與壓電材料層 54和504的大小和形狀不同。內(nèi)部電極55和505以及外部電極506a和506b中的每一個(gè) 可以包括多個(gè)部分。
[0125] 以具有近似5nm至IOiim的范圍中的厚度的導(dǎo)電層形成內(nèi)部電極55和505、外部 電極506a和506b、第一電極51和501以及第二電極53和503中的每一個(gè)。這些電極中 的每一個(gè)的材料并非特定地受限，而可以是任何對(duì)于壓電元件普遍地使用的材料。該材料 的示例包括金屬，例如 Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag 和 Cu 及其化合 物，但不限于此。內(nèi)部電極55和505以及外部電極506a和506b中的每一個(gè)可以通過(guò)這些 材料或混合物之一或其合金而得以制成，或可以是以各材料中的兩個(gè)或更多個(gè)所制成的多 層膜?？梢酝ㄟ^(guò)不同的材料來(lái)制成這些電極。
[0126] 內(nèi)部電極55和505可以含有Ag和Pd。Ag的重量Ml相對(duì)于Pd的重量M2的重量 比率M1/M2優(yōu)選地在0. 25彡M1/M2彡4. 0、更優(yōu)選地2. 3彡M1/M2彡4. 0的范圍中。因?yàn)?內(nèi)部電極的高燒結(jié)溫度，所以小于0.25的重量比率M1/M2是不期望的。因?yàn)閮?nèi)部電極具有 島狀結(jié)構(gòu)以及異構(gòu)表面，所以大于4.0的重量比率M1/M2也是不期望的。
[0127] 內(nèi)部電極55和505可以含有Ni和Cu中的至少一個(gè)，其為廉價(jià)電極材料。當(dāng)內(nèi)部 電極55和505含有Ni和Cu中的至少一個(gè)時(shí)，可以在還原空氣中烘培多層化壓電元件。
[0128] 如圖2B所示，包括內(nèi)部電極505的多個(gè)電極可以彼此連接，以對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓相位進(jìn) 行同步。例如，內(nèi)部電極505a可以通過(guò)外部電極506a連接到第一電極501。內(nèi)部電極505b 可以通過(guò)外部電極506b連接到第二電極503。可以交替地布置內(nèi)部電極505a和內(nèi)部電極 505b。可以使用任何方法來(lái)連接電極。例如，用于連接的電極或?qū)Ь€可以被設(shè)置在多層化 壓電元件的側(cè)表面上。替代地，可以形成通過(guò)壓電材料層504的通孔，并且可以通過(guò)導(dǎo)電材 料來(lái)涂敷通孔的內(nèi)部，以連接電極。
[0129] 液體排出頭
[0130] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭。
[0131] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭包括：液體腔室；用于排出的孔，與所述液體腔 室連通。液體腔室包括振動(dòng)部分，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件。
[0132] 圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭的示意圖。如圖3A和圖3B所示， 液體排出頭包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件101。壓電元件101包括第一電極1011、壓 電材料1012和第二電極1013?？梢詫?duì)壓電材料1012進(jìn)行圖案化，如圖3B所示。
[0133] 圖3B是液體排出頭的示意圖。液體排出頭包括用于排出的孔105、單獨(dú)液體腔室 102、將單獨(dú)液體腔室102連接到用于排出的孔105的連通孔106、液體腔室分隔壁104、通 用液體腔室107、振動(dòng)板103以及壓電元件101。雖然在圖3B中壓電元件101是矩形，但壓 電元件101可以是另一形狀（如橢圓型、圓形或平行四邊形）。一般，壓電材料1012具有與 單獨(dú)液體腔室102的形狀對(duì)應(yīng)的形狀。
[0134] 以下將參照?qǐng)D3A詳細(xì)描述液體排出頭的壓電元件101。圖3A是圖3B在壓電元件 的寬度方向上的截面圖。雖然在圖3A中壓電元件101具有矩形截面，但壓電元件101可以 具有梯形或倒梯形截面。
[0135] 在圖3A中，第一電極1011是下電極，第二電極1013是上電極?？梢圆煌夭贾?第一電極1011和第二電極1013。例如，第一電極1011可以是下電極或上電極。同樣，第 二電極1013可以是上電極或下電極。緩沖層108可以被布置在振動(dòng)板103與下電極之間。 這些不同的設(shè)計(jì)源自用于制造器件的方法的變化，并且每種情況都具有本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0136] 在液體排出頭中，振動(dòng)板103通過(guò)壓電材料1012的伸展和收縮而上下彎曲，由此 將壓力施加到單獨(dú)液體腔室102中的液體。這允許液體從用于排出的孔105排出。根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭可以用在打印機(jī)以及電子裝備的制造中。
[0137] 振動(dòng)板103具有I. Oiim或更大并且15iim或更小、優(yōu)選地I. 5iim或更大并且8iim 或更小的厚度。振動(dòng)板的材料并不特定地受限，并且可以是Si。振動(dòng)板的Si可以摻雜有硼 或磷。緩沖層和振動(dòng)板上的電極可以構(gòu)成振動(dòng)板。緩沖層108具有5nm或更大并且300nm 或更小、優(yōu)選地IOnm或更大并且200nm或更小的厚度。用于排出的孔105具有5 iim或更 大并且40 y m或更小的等效圓直徑。用于排出的孔105可以是圓形、星形、方形或三角形。
[0138] 液體排出裝置
[0139] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出裝置。液體排出裝置包括臺(tái)架，被配置 為容納物體和液體排出頭。
[0140] 液體排出裝置可以是噴墨記錄裝置，如圖4和圖5所示。圖5示出圖4所示的液 體排出裝置（噴墨記錄裝置）881，沒(méi)有外面882至885以及887。噴墨記錄裝置881包括 自動(dòng)饋送器897,用于自動(dòng)地將記錄紙張片材作為轉(zhuǎn)印介質(zhì)饋送到裝置的主體896。噴墨記 錄裝置881還包括：傳送單元899,充當(dāng)被配置為接納物體的臺(tái)架，其將記錄紙張片材從自 動(dòng)饋送器897傳送到預(yù)定記錄位置，并且從記錄位置傳送到出口 898;記錄部分891，用于對(duì) 在記錄位置處的記錄紙張片材的記錄；以及恢復(fù)單元890,用于恢復(fù)記錄部分891。記錄單 元891包括：滑架892,用于封裝根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭。滑架892沿著導(dǎo)軌行進(jìn)。
[0141] 在該噴墨記錄裝置中，滑架892響應(yīng)于從計(jì)算機(jī)發(fā)送的電信號(hào)而沿著導(dǎo)軌行進(jìn)。 在將驅(qū)動(dòng)電壓施加到在壓電材料上設(shè)置的電極時(shí)，壓電材料變形。在變形時(shí)，壓電材料經(jīng)由 圖3B所示的振動(dòng)板103而擠壓?jiǎn)为?dú)液體腔室102,由此從用于排出的孔105排出墨水，以打 印字符。
[0142] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出裝置可以以高速度均勻地排出液體，并且可以減小 尺寸。
[0143] 除了打印機(jī)之外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出裝置還可以用在打印裝置（如噴 墨記錄裝置，諸如傳真機(jī)、多功能設(shè)備、以及復(fù)印機(jī)等）、工業(yè)液體排出裝置以及用于物體的 繪圖裝置中。
[0144] 用戶可以為每個(gè)應(yīng)用選擇期望的轉(zhuǎn)印介質(zhì)。液體排出頭可以相對(duì)于被配置為容納 物體的臺(tái)架上設(shè)置的轉(zhuǎn)印介質(zhì)而移動(dòng)。
[0145] 超聲馬達(dá)
[0146] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲馬達(dá)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲馬達(dá)包括： 振動(dòng)構(gòu)件；移動(dòng)體，與所述振動(dòng)構(gòu)件接觸。振動(dòng)構(gòu)件包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多 層化壓電元件。
[0147] 圖6A和圖6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲馬達(dá)的示意圖。圖6A中所示的超聲馬 達(dá)包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件的單個(gè)板。超聲馬達(dá)包括：振蕩器201 ;轉(zhuǎn)子202,通過(guò) 壓力彈簧（未示出）的動(dòng)作而壓靠振蕩器201的滑動(dòng)表面；以及輸出軸203,與轉(zhuǎn)子202 - 體地形成。振蕩器201包括金屬?gòu)椥原h(huán)2011、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件2012、以及將 壓電元件2012粘接到彈性環(huán)2011的有機(jī)粘合劑2013 (如環(huán)氧或氰基丙烯酸粘合劑）。雖 然圖中未示出，但壓電元件2012包括第一電極與第二電極之間的壓電材料。
[0148] 在將在相位上相差/2奇數(shù)倍的兩相交變電壓施加到根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電 元件時(shí)，彎曲的行波產(chǎn)生在振蕩器201中，振蕩器201的滑動(dòng)表面上的各點(diǎn)經(jīng)歷橢圓運(yùn)動(dòng)。 壓靠振蕩器201的滑動(dòng)表面的轉(zhuǎn)子202從振蕩器201接收摩擦力，并且在與彎曲行波的方 向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。接合到輸出軸203的待驅(qū)動(dòng)的主體（未示出）通過(guò)轉(zhuǎn)子202的旋轉(zhuǎn) 力而得以驅(qū)動(dòng)。在將電壓施加到壓電材料時(shí)，因?yàn)闄M向壓電效應(yīng)，所以壓電材料伸展并且收 縮。接合到壓電元件的彈性主體（如金屬主體）通過(guò)壓電材料的伸展和收縮而彎曲。在此 所描述的超聲馬達(dá)利用該原理。
[0149] 圖6B示出包括多層化壓電元件的超聲馬達(dá)。振蕩器204包括管狀金屬?gòu)椥灾黧w 2041中的多層化壓電元件2042。多層化壓電元件2042包括多個(gè)分層壓電材料（未示出）， 并且包括在分層壓電材料的外表面上的第一電極和第二電極以及在分層壓電材料內(nèi)的內(nèi) 部電極。金屬?gòu)椥灾黧w2041通過(guò)螺栓得以緊固，以保持壓電元件2042,由此構(gòu)成振蕩器 204。
[0150] 在將不同相位的交變電壓施加到多層化壓電元件2042時(shí)，振蕩器204產(chǎn)生兩個(gè)彼 此垂直的振蕩。對(duì)這兩個(gè)振蕩進(jìn)行合成以形成用于驅(qū)動(dòng)振蕩器204的前沿部分的圓形振 蕩。振蕩器204在其上部分處具有環(huán)形槽。環(huán)形槽增加用于驅(qū)動(dòng)的振蕩位移。轉(zhuǎn)子205通 過(guò)壓力彈簧206的動(dòng)作來(lái)壓靠振蕩器204,并且接收用于驅(qū)動(dòng)的摩擦力。轉(zhuǎn)子205被承載體 可旋轉(zhuǎn)地支承。
[0151] 光學(xué)裝置
[0152] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置包括： 驅(qū)動(dòng)單元，其包括上述超聲馬達(dá)。
[0153] 圖7A和圖7B是作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的單透鏡反射相機(jī)的可互換透 鏡鏡筒的截面圖。圖8是作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的單透鏡反射相機(jī)的可互換透 鏡鏡筒的分解透視圖。固定鏡筒712、線性引導(dǎo)鏡筒713和前透鏡群組鏡筒714固定到相機(jī) 的可移除裝配架（mount)711。這些組件是可互換透鏡鏡筒的固定構(gòu)件。
[0154] 線性引導(dǎo)鏡筒713具有光軸方向上的用于聚焦透鏡702的線性引導(dǎo)槽713a。聚焦 透鏡702受后透鏡群組鏡筒716支持。在徑向方向上向外突出的凸輪輥717a和717b被用 螺釘718固定到后透鏡群組鏡筒716。凸輪輥717a配合到線性引導(dǎo)槽713a中。
[0155] 凸輪環(huán)715在線性引導(dǎo)鏡筒713的內(nèi)圓周中可旋轉(zhuǎn)地配合。固定到凸輪環(huán)715的 輥719在線性引導(dǎo)鏡筒713的環(huán)形槽713b中被捕獲，由此限制線性引導(dǎo)鏡筒713和凸輪環(huán) 715在光軸方向上的相對(duì)位移。凸輪環(huán)715具有用于聚焦透鏡702的凸輪槽715a。凸輪輥 717b也被配合到凸輪槽715a中。
[0156] 旋轉(zhuǎn)發(fā)送（transmitting)環(huán)720在固定鏡筒712的外圍上的固定位置處被球滾 道727可旋轉(zhuǎn)地支持。從動(dòng)輥722可旋轉(zhuǎn)地被從旋轉(zhuǎn)發(fā)送環(huán)720徑向延伸的軸720f保持。 從動(dòng)輥722的大直徑部分722a與手動(dòng)聚焦環(huán)724的裝配架側(cè)端面724b接觸。從動(dòng)輥722 的小直徑部分722b與接合構(gòu)件729接觸。六個(gè)從動(dòng)輥722以規(guī)則間隔被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)發(fā)送 環(huán)720的外圍上。從動(dòng)棍722中的每個(gè)都滿足上述結(jié)構(gòu)關(guān)系。
[0157] 低摩擦片材（墊圈構(gòu)件）733被設(shè)置在手動(dòng)聚焦環(huán)724的內(nèi)部。低摩擦片材733 被設(shè)置在固定鏡筒712的裝配架側(cè)端面712a與手動(dòng)聚焦環(huán)724的前端面724a之間。低摩 擦片材733具有圓形外表面，其具有配合到手動(dòng)聚焦環(huán)724的內(nèi)徑724c的直徑。手動(dòng)聚焦 環(huán)724的內(nèi)徑724c配合到固定鏡筒712的外部712b的直徑。低摩擦片材733可以減少手 動(dòng)聚焦環(huán)724相對(duì)于固定鏡筒712而繞光軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)環(huán)機(jī)構(gòu)中的摩擦。
[0158] 因?yàn)椴ㄐ螇|圈726向著透鏡的前方壓住超聲馬達(dá)725,所以從動(dòng)輥722的大直徑部 分722a壓靠手動(dòng)聚焦環(huán)724的裝配架側(cè)端面724b。類(lèi)似地，因?yàn)椴ㄐ螇|圈726向著透鏡的 前方壓住超聲馬達(dá)725,所以從動(dòng)輥722的小直徑部分722b適當(dāng)?shù)貕嚎拷雍蠘?gòu)件729。耦 合到固定鏡筒712的墊圈732卡口（bayonet)防止波形墊圈726朝向裝配架運(yùn)動(dòng)。波形墊 圈726的彈簧力（推動(dòng)力）傳送到超聲馬達(dá)725和從動(dòng)輥722,并且還使得手動(dòng)聚焦環(huán)724 壓靠固定鏡筒712的裝配架側(cè)端面712a。換句話說(shuō)，手動(dòng)聚焦環(huán)724經(jīng)由低摩擦片材733 而壓靠固定鏡筒712的裝配架側(cè)端面712a。
[0159] 因此，當(dāng)控制單元（未示出）相對(duì)于固定鏡筒712旋轉(zhuǎn)超聲馬達(dá)725時(shí)，因?yàn)榻雍?構(gòu)件729與從動(dòng)輥722的小直徑部分722b摩擦接觸，所以從動(dòng)輥722繞軸720f?旋轉(zhuǎn)。從 動(dòng)輥722繞軸720f?的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)發(fā)送環(huán)720圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)（自動(dòng)聚焦）。
[0160] 當(dāng)手動(dòng)輸入部分（未示出）為手動(dòng)聚焦環(huán)724提供圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)力時(shí)，由于手 動(dòng)聚焦環(huán)724的裝配架側(cè)端面724b壓靠從動(dòng)輥722的大直徑部分722a，因此從動(dòng)輥722由 于摩擦力而圍繞軸720f旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)輥722的大直徑部分722a圍繞軸720f的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋 轉(zhuǎn)發(fā)送環(huán)720圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)。然而，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子725c與定子725b之間的摩擦力，所以超 聲馬達(dá)725不旋轉(zhuǎn)（手動(dòng)聚焦）。
[0161] 旋轉(zhuǎn)發(fā)送環(huán)720配備有彼此面對(duì)的聚焦鍵728。這些聚焦鍵728配合到在凸輪環(huán) 715的前沿處的凹槽715b中。在自動(dòng)聚焦或手動(dòng)聚焦時(shí)，旋轉(zhuǎn)發(fā)送環(huán)720圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，旋 轉(zhuǎn)力經(jīng)由聚焦鍵728傳送到凸輪環(huán)715。當(dāng)凸輪環(huán)715圍繞光軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪輥717b沿著 凸輪環(huán)715的凸輪槽715a前后移動(dòng)凸輪輥717a和由線性引導(dǎo)槽713a限制的后透鏡群組 鏡筒716。這驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡702并且允許聚焦。
[0162] 雖然已經(jīng)參照單透鏡反射相機(jī)的可互換透鏡鏡筒描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光 學(xué)裝置，但光學(xué)裝置也可以應(yīng)用于包括驅(qū)動(dòng)單元中的超聲馬達(dá)的光學(xué)裝置，例如相機(jī)（如 緊致相機(jī)、電子靜態(tài)相機(jī)）以及包括相機(jī)的個(gè)人數(shù)字助理。
[0163] 振動(dòng)裝置和灰塵移除設(shè)備
[0164] 用于傳送或移除顆粒、粉末和液滴的振動(dòng)裝置廣泛地用在電子裝備中。
[0165] 作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)裝置的示例，以下將描述包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的 壓電元件的灰塵移除設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)裝置包括振動(dòng)構(gòu)件，其在振動(dòng)板上包 括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備在 振動(dòng)部分中包括振動(dòng)裝置。
[0166] 圖9A和圖9B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備310的示意圖?；覊m移除設(shè)備 310包括壓電元件板330和振動(dòng)板320。壓電元件330可以是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層化 壓電元件?？梢杂扇魏尾牧蟻?lái)制成振動(dòng)板320。當(dāng)灰塵移除設(shè)備310用在光學(xué)設(shè)備中時(shí)，可 以通過(guò)光透射材料或光反射材料來(lái)制成振動(dòng)板320。
[0167] 圖IOA至圖IOC是圖9A和圖9B中所示的壓電元件330的示意圖。圖IOA和圖 IOC示出壓電元件330的前側(cè)和后側(cè)。圖IOB是壓電元件330的側(cè)視圖。如圖9A和圖9B 所不，壓電兀件330包括壓電材料331、第一電極332和第二電極333。第一電極332和第 二電極333被設(shè)置在壓電材料331的相對(duì)側(cè)上。如圖9A和圖9B，壓電元件330可以是根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的多層化壓電元件。在此情況下，壓電材料331包括交替堆疊在彼此頂部的 壓電材料層和內(nèi)部電極。內(nèi)部電極交替連接到第一電極332和第二電極333，由此允許壓電 材料層交替具有不同相位的驅(qū)動(dòng)波形。如圖IOC所示，上面設(shè)置有第一電極332的壓電元 件330的表面被稱為第一電極表面336。如圖IOA所不，上面設(shè)置有第二電極333的壓電兀 件330的表面被稱為第二電極表面337。
[0168] 如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"電極表面"指代上面設(shè)置有電極的壓電元件的表面。例 如，如圖IOB所示，第一電極332可以環(huán)繞轉(zhuǎn)角并且延伸到第二電極表面337。
[0169] 如圖9A和圖9B所示，壓電元件330的第一電極表面336粘合到振動(dòng)板320。壓 電元件330的激勵(lì)在壓電元件330與振動(dòng)板320之間產(chǎn)生應(yīng)力，由此在振動(dòng)板320上產(chǎn)生 面外振蕩?；覊m移除設(shè)備310通過(guò)面外振蕩的動(dòng)作來(lái)移除振動(dòng)板320上的外來(lái)物質(zhì)（如灰 塵）。如在此使用的那樣，術(shù)語(yǔ)"面外振蕩"指代在光軸方向或振動(dòng)板厚度方向上產(chǎn)生振動(dòng) 板的位移的彈性振蕩。
[0170] 圖IlA和圖IlB是示出灰塵移除設(shè)備310的振動(dòng)原理的示意圖。在圖IlA中，同 相交變電壓施加到左右成對(duì)的壓電元件330,以產(chǎn)生振動(dòng)板320的面外振蕩。構(gòu)成左右成 對(duì)的壓電元件330的壓電材料的極化方向與壓電元件330的厚度方向相同。在第七振蕩模 式下驅(qū)動(dòng)灰塵移除設(shè)備310。在圖IlB中，反相交變電壓施加到左右成對(duì)的壓電元件330， 以產(chǎn)生振動(dòng)板320的面外振蕩。在第六振蕩模式下驅(qū)動(dòng)灰塵移除設(shè)備310。灰塵移除設(shè)備 310可以采用至少兩種振蕩模式來(lái)有效地移除振動(dòng)板的表面上的灰塵。
[0171] 圖像拾取裝置
[0172] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝 置包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備和圖像拾取元件單元。灰塵移除設(shè)備包括圖像拾 取元件單元的光接收表面上的振動(dòng)板。圖12和圖13示出數(shù)字單透鏡反射相機(jī)，其為根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置。
[0173] 圖12是從物體側(cè)看去的相機(jī)的主體601的前透視圖。已經(jīng)移除拍攝透鏡單元。 圖13是相機(jī)的內(nèi)部的分解透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備和圖像拾取單 元400的周?chē)Y(jié)構(gòu)。
[0174] 相機(jī)的主體601包括鏡桶605,通過(guò)拍攝透鏡的圖像光束導(dǎo)向鏡桶605。鏡桶605 包括主鏡（快速返回鏡）606。主鏡606可以與光軸成45度的角，以將圖像光束導(dǎo)向五角屋 頂式（roof)鏡（未示出），或可以避開(kāi)圖像光束，以將圖像光束導(dǎo)向圖像拾取元件（未示 出）。
[0175] 鏡桶605和快門(mén)單元200從物體側(cè)依次被設(shè)置在相機(jī)的主體601的主體框架300 的前面。圖像拾取單元400被設(shè)置在主體框架300的攝影者側(cè)上。圖像拾取單元400被安 裝為使得圖像拾取元件的成像平面被設(shè)置在距拍攝透鏡單元附連到的裝配架602的表面 預(yù)定距離處并且與其平行。
[0176] 圖像拾取單元400包括灰塵移除設(shè)備的振動(dòng)組件和圖像拾取元件單元。灰塵移除 設(shè)備的振動(dòng)組件被設(shè)置在與圖像拾取元件單元的光接收表面相同的軸線上。
[0177] 雖然數(shù)字單透鏡反射相機(jī)已經(jīng)描述為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置，但圖像 拾取裝置可以是可互換透鏡相機(jī)（如沒(méi)有鏡桶605的無(wú)鏡數(shù)字可互換透鏡相機(jī)）。在各種 圖像拾取裝置以及包括圖像拾取裝置的電氣和電子裝備（如可互換透鏡攝影機(jī)、復(fù)印機(jī)、 傳真機(jī)以及掃描儀）當(dāng)中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拾取裝置可以特定地應(yīng)用于需要移除 沉積在光學(xué)部分的表面上的灰塵的設(shè)備。
[0178] 電子裝備
[0179] 以下將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝備。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝備包括壓 電聲學(xué)組件，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電兀件或多層化壓電兀件。壓電聲學(xué)組件可以 是揚(yáng)聲器、蜂鳴器、麥克風(fēng)或表面聲學(xué)波（SAW)設(shè)備。
[0180] 圖14是作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝備的數(shù)字相機(jī)的主體931的前透視圖。光 學(xué)設(shè)備901、麥克風(fēng)914、電子閃光燈單元909以及補(bǔ)光單元916被設(shè)置在主體931的前表 面上。麥克風(fēng)914被設(shè)置在主體931內(nèi)，并且由虛線指示。用于捕獲外部聲音的開(kāi)孔被設(shè) 置在麥克風(fēng)914的前面。
[0181] 電源開(kāi)關(guān)933、揚(yáng)聲器912、變焦杠桿932和用于聚焦的釋放按鈕908被設(shè)置在主 體931的頂表面上。揚(yáng)聲器912被設(shè)置在主體931內(nèi)，并且由虛線指示。用于將聲音發(fā)送 到外部的開(kāi)孔被設(shè)置在揚(yáng)聲器912的前面。
[0182] 壓電聲學(xué)組件可以用在麥克風(fēng)914、揚(yáng)聲器912和表面聲學(xué)波設(shè)備中的至少一個(gè) 中。
[0183] 雖然數(shù)字相機(jī)已經(jīng)描述為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝備，但電子裝備也可以應(yīng)用 于包括壓電聲學(xué)組件的電子裝備，如音頻再現(xiàn)設(shè)備、音頻記錄設(shè)備、移動(dòng)電話和信息終端。
[0184] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件和多層化壓電元件適合于液體排出頭、 液體排出裝置、超聲馬達(dá)、光學(xué)裝置、振動(dòng)裝置、灰塵移除設(shè)備、圖像拾取裝置和電子裝備。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件和多層化壓電元件特別適合于低溫度操作。
[0185] 通過(guò)使用由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件所制造的液體排出 頭可以具有大于或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件制造的液體排出頭的噴嘴密度和排出速度。
[0186] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液體排出頭所制造的液體排出裝置可以具有大于 或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的液體排出裝置的排出速度和排出精度。
[0187] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件所制造的超聲馬達(dá)可 以具有大于或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的超聲馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力和耐受性。
[0188] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲馬達(dá)所制造的光學(xué)裝置可以具有大于或等于 通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的光學(xué)裝置的耐受性和操作精度。
[0189] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件所制造的振動(dòng)裝置可 以具有大于或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的振動(dòng)裝置的振動(dòng)能力和耐受性。
[0190] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)裝置所制造的灰塵移除設(shè)備可以具有大于或 等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的灰塵移除設(shè)備的灰塵移除效率和耐受性。
[0191] 通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的灰塵移除設(shè)備所制造的圖像拾取裝置可以具有大 于或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的圖像拾取裝置的灰塵移除功能。
[0192] 通過(guò)使用包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電元件或多層化壓電元件的壓電聲學(xué)組件 所制造的電子裝備可以具有大于或等于通過(guò)使用含鉛壓電元件所制造的電子裝備的聲音 產(chǎn)生能力。
[0193] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料可以用在超聲換能器、壓電致動(dòng)器、壓電傳感器和 鐵電存儲(chǔ)器以及液體排出頭和馬達(dá)中。
[0194] 示例性實(shí)施例
[0195] 雖然以下示例性實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施例。
[0196] 如以下描述的那樣制造根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的壓電材料。
[0197] 壓電材料
[0198] 根據(jù)示例性實(shí)施例1的壓電材料
[0199] 如以下所描述那樣稱重具有由通式（I) (BahCax)a(TimSnyZrz)O 3表示的組分（ Ba0.964Ca0. 036) U020 (Ti0.967Sn0.033) O3 的原材料，其中，X = 0? 036, y = 0? 033, z = 0,以及 a = 1. 0020。
[0200] 使用固相方法來(lái)制備具有IOOnm的平均值顆粒大小以及99. 99%或更大的純度的 鈦酸鋇、具有300nm的平均值顆粒大小和99. 99 %或更大的純度的鈦酸鈣、以及具有300nm 的平均值顆粒大小和99. 99%或更大的純度的錫酸鈣的原料粉末。這些原料粉末被稱重， 以使得Ba、Ca、Ti和Sn滿足組分（Baa 964Caaci36)1J2ci(Tia 967Snaci33)O3t5以碳酸鋇和碳酸鈣來(lái) 控制表示在A位點(diǎn)處的Ba和Ca的摩爾數(shù)相對(duì)于在B位點(diǎn)處的Ti和Sn的摩爾數(shù)的比率的 值。
[0201] 二氧化錳被稱重以使得以金屬換算的第一輔助成分Mn含量是組分（Baa 964Caatl36) LclCl2O(Tia 967Snaci33)O3的每100重量份的0. 150重量份。氧化鉍被稱重以使得以金屬換算的 第二輔助成分Bi含量是主成分金屬氧化物的每100重量份的0. 280重量份。二氧化硅和 氧化硼被稱重以使得以金屬換算的第三輔助成分Si和B分別是主成分金屬氧化物的每100 重量份的〇. 033重量份和0. 017重量份。
[0202] 這些稱重的粉末在球磨機(jī)中干燥混合達(dá)到24小時(shí)。使用噴霧干燥器以混合粉末 的每100重量份的PVA粘接劑的3重量份對(duì)混合粉末進(jìn)行顆粒化。
[0203] 所得顆粒化粉末被填充到模具中并且以壓力機(jī)器在200MPa受加壓，以形成盤(pán)狀 致密物?？梢酝ㄟ^(guò)冷等靜壓機(jī)器來(lái)進(jìn)一步對(duì)致密物加壓，并且進(jìn)一步受加壓的致密物具有 相同結(jié)果。
[0204] 致密物在1200°C的最大溫度Tniax被保存在電爐中達(dá)到4小時(shí)，并且在環(huán)境大氣中 被燒結(jié)總共達(dá)到18小時(shí)，產(chǎn)生以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料形成的陶瓷。
[0205] 確定陶瓷的晶體顆粒的平均等效圓直徑和相對(duì)密度。平均等效圓直徑是0. 96 ii m， 相對(duì)密度是99. 1%。主要通過(guò)偏振顯微鏡來(lái)觀測(cè)晶體顆粒。以掃描電子顯微鏡（SEM)來(lái)確 定小的晶體顆粒大小。以偏振顯微鏡和掃描電子顯微鏡所拍攝的攝影圖像受處理，以確定 平均等效圓直徑。根據(jù)阿基米德原理來(lái)測(cè)量相對(duì)密度。
[0206] 將陶瓷拋光為0. 5mm的厚度，使用X射線衍射來(lái)分析陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)。僅觀測(cè)與 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的峰。
[0207] 使用ICP光譜法來(lái)確定陶瓷的組分。結(jié)果顯示：壓電材料主要包括由化學(xué)式（Baa9 64Ca a _) _ (Tia 967S%_) O3表不的金屬氧化物，并且金屬氧化物包含以金屬換算的主成分 金屬氧化物的每100重量份的〇. 150重量份的Mn、0. 280重量份的Bi、0. 033重量份的Si、 和0.017重量份的B。
[0208] 再次觀測(cè)晶體顆粒。平均等效圓直徑并未通過(guò)拋光而得以明顯改變。
[0209] 根據(jù)示例性實(shí)施例2至65的壓電材料
[0210] 以與示例性實(shí)施例1中相同的方式來(lái)制造根據(jù)示例性實(shí)施例2至65的壓電材料。 除了示例性實(shí)施例1中所使用的原材料之外，如果需要，則還使用鋯酸鋇粉末（具有300nm 的平均值顆粒大小和99. 99%或更大的純度）以及碳酸鋰。首先，以表1中所列出的Ba、 Ca、Ti、Sn和Zr比率來(lái)稱重原料粉末。以碳酸鋇和碳酸鈣來(lái)控制表示在A位點(diǎn)處的Ba和 Ca的摩爾數(shù)相對(duì)于在B位點(diǎn)處的Ti、Sn和Zr的摩爾數(shù)的比率的值。二氧化錳、氧化鉍、碳 酸鋰、二氧化硅和氧化硼被稱重以使得基于化學(xué)式（Bap xCax) JTi1^SnyZrz)O3的鈦酸鋇、鈦 酸鈣、錫酸鈣、鋯酸鈣、草酸鋇和草酸鈣的每100重量份的以金屬換算的第一輔助成分Mn、 第二輔助成分Bi和Li、以及第三輔助成分Si和B滿足表1中所列出的比例。
[0211] 這些稱重的粉末在球磨機(jī)中干燥混合達(dá)到24小時(shí)。使用噴霧干燥器以混合粉末 的每100重量份的PVA粘接劑的3重量份對(duì)混合粉末進(jìn)行顆粒化。
[0212] 所得顆粒化粉末被填充到模具中并且用壓力機(jī)器在200MPa加壓以形成盤(pán)狀致密 物。
[0213] 致密物在表1中所列出的最大溫度Tniax被保存在電爐中達(dá)到4小時(shí)，并且在環(huán)境 大氣中被燒結(jié)總共達(dá)到18小時(shí)，從而產(chǎn)生以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓電材料形成的陶瓷。
[0214] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)確定平均等效圓直徑和相對(duì)密度。表2示出結(jié) 果。
[0215] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)執(zhí)行組分分析。在所有壓電材料中，所稱重的 Ba、Ca、Ti、Sn、Zr、Mn、Bi、Li、Si和B的組分與在燒結(jié)之后的組分相同。
[0216] 根據(jù)比較性示例1至24的金屬氧化物材料
[0217] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)制造比較性金屬氧化物材料。表1列出主成分、 第一輔助成分、第二輔助成分、第三輔助成分、A位點(diǎn)與B位點(diǎn)之間的摩爾比率、以及在燒結(jié) 中的最大溫度T niax。
[0218] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)確定平均等效圓直徑和相對(duì)密度。表2示出結(jié) 果。
[0219] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)執(zhí)行組分分析。在所有金屬氧化物材料中，所 稱重的Ba、Ca、Ti、Zr、Sn、Mn、Bi、Li、Si和B的組分與在燒結(jié)之后的組分相同。
[0220] 無(wú)第三成分的示例性實(shí)施例
[0221] 示例性實(shí)施例66
[0222] 示例性實(shí)施例1至65中所使用的鈦酸鋇、鈦酸鈣、錫酸鋇、鋯酸鋇和草酸鋇原料粉 末被稱重以使得由通式（I) (BahCax)a(TimSnyZrz)O 3表示的金屬氧化物的主成分Ba、Ca、 Ti、Zr和Sn具有表1中所列出的比率。二氧化錳和氧化鉍被稱重以使得主成分金屬氧化 物的每100重量份的以金屬換算的第一輔助成分Mn含量和第二輔助成分Bi含量被調(diào)整為 表1中所列出的值。
[0223] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)對(duì)這些稱重的粉末進(jìn)行混合并且顆?；?。以與 不例性實(shí)施例1相同的方式在表1中所列出的最大溫度T max烘培粉末。
[0224] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)確定平均等效圓直徑和相對(duì)密度。表2示出結(jié) 果。
[0225] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)確定組分。所稱重的Ba、Ca、Ti、Sn、Mn和Bi 的組分與在燒結(jié)之后的組分相同。
[0226] 根據(jù)示例性實(shí)施例67至82的壓電材料
[0227] 以與示例性實(shí)施例66中相同的方式以表1中所列出的成分比例并且在最大溫度 Tmax來(lái)制造壓電材料。確定壓電材料的平均等效圓直徑和相對(duì)密度。表2示出結(jié)果。
[0228] 以與示例性實(shí)施例1相同的方式來(lái)確定組分。所稱重的Ba、Ca、Ti、Sn、Zr、Mn和 Bi的組分與在燒結(jié)之后的組分相同。
[0229] 圖15A至圖15C是示出根據(jù)示例性實(shí)施例1至82的壓電材料與根據(jù)比較性示例 1至24的金屬氧化物材料的X值、y值和z值之間的關(guān)系的相圖。虛線所環(huán)繞的區(qū)域處于 通式⑴的X值和y值的范圍內(nèi)。X值表示Ca的摩爾比率，并且處于0彡X彡0. 080的范 圍中。y值表示Sn的摩爾比率，并且處于0.013彡y彡0.060的范圍中。圖15A與Z = O 對(duì)應(yīng)。圖15B與z = 0? 010對(duì)應(yīng)。圖15C與z = 0? 040對(duì)應(yīng)。
[0230] [表-1]
[0231]

【權(quán)利要求】
1. 一種壓電材料，包括： 主成分，包含由以下通式（1)表示的鈣鈦礦類(lèi)型金屬氧化物； 第一輔助成分，由Μη組成；以及 第二輔助成分，由Bi或者Bi和Li組成， 其中，所述Μη含量是所述金屬氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 04重量份或 更大并且0. 400重量份或更小，所述Bi含量是所述金屬氧化物的每100重量份的以金屬換 算的0. 042重量份或更大并且0. 850重量份或更小，以及所述Li含量是所述金屬氧化物的 每100重量份的以金屬換算的0. 028重量份或更小，其中包括0重量份： (BahCax)a(IVy_zSnyZr z)03 ⑴ 其中，X處于0彡X彡0. 080的范圍中，y處于0. 013彡y彡0. 060的范圍中，z處于 0彡z彡0. 040的范圍中，以及a處于0. 986彡a彡1. 020的范圍中。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓電材料，還包括第三輔助成分，第三輔助成分含有Si和B中 的至少一種，其中，所述第三輔助成分含量是由所述通式（1)表示的所述鈣鈦礦類(lèi)型金屬 氧化物的每100重量份的以金屬換算的0. 001重量份或更大并且4. 000重量份或更小。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的壓電材料，其中，所述通式（1)中的X處于0.02<x<0.08 的范圍中。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的壓電材料，其中，所述通式（1)中的X處于0. 03 <x<0. 08 的范圍中，并且z處于0.021彡z彡0.038的范圍中。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的壓電材料，其中，所述壓電材料含有具有0. 5 μ m或更大并 且10 μ m或更小的平均等效圓直徑的晶體顆粒。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的壓電材料，其中，所述壓電材料具有93 %或更大并且100 % 或更小的相對(duì)密度。
7. -種壓電兀件，包括： 第一電極； 壓電材料部分；以及 第二電極， 其中，所述壓電材料部分包括如權(quán)利要求1所述的壓電材料。
8. -種多層化壓電兀件，包括： 壓電材料層和電極層，交替地堆疊在彼此頂部，所述電極層包括內(nèi)部電極， 其中，所述壓電材料層含有如權(quán)利要求1所述的壓電材料。
9. 如權(quán)利要求8所述的多層化壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極含有Ag和Pd，Ag的重量 Ml相對(duì)于Pd的重量M2的重量比率M1/M2處于0. 25彡M1/M2彡4. 0的范圍中。
10. 如權(quán)利要求8所述的多層化壓電元件，其中，所述內(nèi)部電極含有Ni和Cu中的至少 一種。
11. 一種液體排出頭，包括： 液體腔室，具有振動(dòng)部分，振動(dòng)部分包括如權(quán)利要求7所述的壓電元件或如權(quán)利要求8 所述的多層化壓電元件；以及 用于排出的孔，與所述液體腔室連通。
12. -種液體排出裝置，包括： 臺(tái)架，被配置為接納物體；以及 如權(quán)利要求11所述的液體排出頭。
13. -種超聲馬達(dá)，包括： 振動(dòng)構(gòu)件，包括如權(quán)利要求7所述的壓電元件或者如權(quán)利要求8所述的多層化壓電元 件；以及 移動(dòng)體，與所述振動(dòng)構(gòu)件接觸。
14. 一種光學(xué)裝置，包括驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元包括如權(quán)利要求13所述的超聲馬達(dá)。
15. -種振動(dòng)裝置，包括振動(dòng)構(gòu)件，振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)板上包括如權(quán)利要求7所述的壓電 元件或者如權(quán)利要求8所述的多層化壓電元件。
16. -種灰塵移除設(shè)備，在振動(dòng)部分中包括如權(quán)利要求15所述的振動(dòng)裝置。
17. -種圖像拾取裝置，包括： 如權(quán)利要求16所述的灰塵移除設(shè)備；以及 圖像拾取元件單元，其中所述灰塵移除設(shè)備的振動(dòng)板被設(shè)置在所述圖像拾取元件單元 的光接收表面?zhèn)壬稀?br> 18. -種電子裝備，包括壓電聲學(xué)組件，壓電聲學(xué)組件包括如權(quán)利要求7所述的壓電元 件或者如權(quán)利要求8所述的多層化壓電元件。
【文檔編號(hào)】G02B7/04GK104276820SQ201410328462
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】大志萬(wàn)香菜子, 渡邊隆之, 村上俊介, 田中秀典, 林潤(rùn)平, 齋藤宏, 松田堅(jiān)義 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社