JP2013128073A - 圧電材料、圧電素子、液体吐出ヘッド、超音波モータおよび塵埃除去装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記一般式(1)で表わされるペロブスカイト酸窒化物を含む圧電材料(xは0≦x≦1、yは0≦y≦1、zは0<z<1/3、wは0<w≦z)。zは0.1≦z≦0.2が好ましい。また、前記圧電材料の厚みは200nm以上10μm以下の膜であり、前記ペロブスカイト酸窒化物が正方晶構造を有することが好ましい。
上記一般式に対応する正方晶(x=0及び0.15、y=0、0<z<1/3)の圧電定数とBaTiO3の圧電定数との差で表したΔd33及びΔd31は、zが0.125付近で、絶対値が正の極大値を示す。
【選択図】図1
Description
実施例1として、一般式(1)において、正方晶(Ba1−xSrx)(Ti1−3z(Nb1−yTay)3z)(O1−zNz)3からなる圧電材料に関する実施形態を、図1及び図2に基づいて説明する。
Ba(Ti0.745Nb0.255)(O0.915N0.085)3薄膜の合成(x=0、y=0、z=0.085、w=0.085の例)
スパッタ装置による成膜の場合を示す。O2ガス、N2ガス及びArガスの比が1:20:20、圧力が0.5Paのガスが流入しているチャンバー内に、例えばBa、Ti及びNbの金属ホルダー、及び、例えばLa−SrTiO3(100)単結晶基板を用意する。基板としては、膜の配向性が向上することで圧電特性も向上するため、単結晶基板を用いることが好ましい。
(Ba0.90Sr0.10)(Ti0.70(Nb0.50Ta0.50)0.30)(O0.90N0.10)3セラミックスの合成(x=0.10、y=0.50、z=0.10、w=0.10の例)
炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、窒化チタン(Ti3N4)、酸化ニオブ(Nb2O5)及び酸化タンタル(Ta2O5)を54:6:14:9:9のモル比で混合した後、微量のKClO4を酸化剤として添加する。酸性水溶液に加熱し、懸濁、溶解させた後、アルカリ処理により析出物をろ過、採取、乾燥し、(Ba0.90Sr0.10)(Ti0.70(Nb0.50Ta0.50)0.30)(O0.90N0.10)3を合成する。その後、ボールミルで粉砕、大気中1100℃で加熱処理を行い、加圧形成機で成形した後、10MPaの窒素雰囲気、10時間、1250℃の条件で焼結を行うことで、本合成例の圧電材料を得る。
次に、一般式(1)において、正方晶(Ba1−xSrx)(Ti1−3z(Nb1−yTay)3z)(O1−zNz)3からなる圧電材料に関する実施形態を、図1及び図2を参考にして説明する。
(Ba0.90Sr0.10)(Ti0.40(Nb0.50Ta0.50)0.60)(O0.80N0.20)3薄膜の合成(x=0.10、y=0.50、z=0.20、w=0.20の例)
RFマグネトロンスパッタ装置による成膜の場合を示す。炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)及び酸化タンタル(Ta2O5)を9:1:4:3:3のモル比で混合した粉末を10MPaで一軸加圧した成型体をターゲットとして用意する。O2ガス、N2ガス及びArガスの比が1:20:20、圧力が0.5Paのガスが流入しているチャンバー内で、SrTiO3(100)単結晶基板上に(100)配向SrRuO3が成膜された基板を600℃に加熱する。O2、N2及びAr雰囲気中で前記成型体をターゲットとして基板上に成膜することにより、目的とする厚さ200nm以上10μm以下の膜状の圧電材料を得ることが出来る。
(Ba0.60Sr0.40)(Ti0.40(Nb0.50Ta0.50)0.60)(O0.80N0.20)3セラミックスの合成(x=0.40、y=0.50、z=0.20、w=0.20の例)
炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、窒化チタン(Ti3N4)、酸化ニオブ(Nb2O5)及び酸化タンタル(Ta2O5)を18:12:4:9:9のモル比で混合する。この混合粉をペレット化して常圧、900℃で仮焼することで脱炭酸を行う。ペレットの粉砕物を微量のKClO4を酸化剤として敷き詰めた白金カプセルに封入して、1200℃、6GPaの条件で焼結することで、本発明の圧電材料を得る。さらに、焼結体を研磨処理し、電極付けした後5kV/cmの電界強度で分極処理を行うことで、本発明の圧電素子を得る。
次に実施例3として、本発明の圧電材料を用いた圧電素子、及び該圧電素子を用いた液体吐出ヘッド、超音波モータ及び塵埃除去装置に関する説明を図3乃至図7を用いて行う。
102 個別液室
103 振動板
104 液室隔壁
105 吐出口
106 連通孔
107 共通液室
108 バッファ層
1011 第一の電極
1012 圧電薄膜
1013 第二の電極
201 振動子
202 ロータ
203 出力軸
204 振動子
205 ロータ
206 バネ
2011 弾性体リング
2012 圧電素子
2013 有機系接着剤
2041 金属弾性体
2042 積層圧電素子
310 塵埃除去装置
330 圧電素子
320 振動板
330 圧電素子
331 圧電材料
332 第1の電極
333 第2の電極
336 第1の電極面
337 第2の電極面
310 塵埃除去装置
320 振動板
330 圧電素子
Claims (8)
- 前記一般式(1)において、zは0.1≦z≦0.2であることを特徴とする請求項1に記載の圧電材料。
- 前記圧電材料が基板上に設けられた厚み200nm以上10μm以下の膜であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電材料。
- 前記ペロブスカイト酸窒化物が正方晶構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電材料。
- 圧電材料と、該圧電材料に接して設けられた一対の電極とを少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電材料が請求項1乃至4のいずれか一項に記載の圧電材料であることを特徴とする圧電素子。
- 請求項5に記載の圧電素子を用いたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 請求項5に記載の圧電素子を用いたことを特徴とする超音波モータ。
- 請求項5に記載の圧電素子を用いたことを特徴とする塵埃除去装置。
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