JP2016197717A - 圧電材料、圧電素子および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る圧電素子は、第一の電極、圧電材料部および第二の電極を少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電材料部を構成する圧電材料が上記の圧電材料であることを特徴とする。
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、岩波理化学辞典 第5版(岩波書店、1998年2月20日発行)に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト型構造(ペロフスカイト構造とも言う)を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト型構造を持つ金属酸化物は一般にABO3の化学式で表現される。ペロブスカイト型金属酸化物において、元素A、Bは各々イオンの形でAサイト、Bサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、A元素は立方体の頂点、B元素は体心に位置する。O元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。Aサイト元素は12配位であり、Bサイト元素は6配位である。A元素、B元素、O元素がそれぞれ単位格子の対称位置から僅かに座標シフトすると、ペロブスカイト型構造の単位格子が歪み、正方晶、菱面体晶、斜方晶といった結晶系となる。
(1) 抵抗率が増加。
(2) 共振時、インピーダンスの位相角度が増加。
(3) 分極−電界ヒステリシス曲線測定で評価される残留分極値が増加。もしくは抗電界が減少。
(4) 電気機械結合係数が増加。
(5) 機械品質係数が低下。
(6) ヤング率が低下。
(7) 誘電正接(tanδ)が低下。
(1) 電気機械結合係数もしくは圧電定数が減少。
(2) 機械品質係数が増加。
(3) ヤング率が増加。
(4) 内部電界を有する。
以下に本発明の圧電材料を用いた圧電素子について説明する。
次に、本発明の圧電材料を用いた積層圧電素子について説明する。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、前記圧電素子または前記積層圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有することを特徴とする。本発明の液体吐出ヘッドによって吐出する液体は流動体であれば特に限定されず、水、インク、燃料などの水系液体や非水系液体を吐出することができる。
次に、本発明の液体吐出装置について説明する。本発明の液体吐出装置は、被転写体体載置部の搬送部と前記液体吐出ヘッドを備えたものである。
本発明に係る超音波モータは、前記圧電素子または前記積層圧電素子を配した振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有することを特徴とする。図6は、本発明の超音波モータの構成の一実施態様を示す概略図である。本発明の圧電素子が単板からなる超音波モータを、図6(a)に示す。超音波モータは、振動子201、振動子201の摺動面に不図示の加圧バネによる加圧力で接触しているロータ202、ロータ202と一体的に設けられた出力軸203を有する。前記振動子201は、金属の弾性体リング2011、本発明の圧電素子2012、圧電素子2012を弾性体リング2011に接着する有機系接着剤2013(エポキシ系、シアノアクリレート系など)で構成される。本発明の圧電素子2012は、不図示の第一の電極と第二の電極によって挟まれた圧電材料で構成される。
次に、本発明の光学機器について説明する。本発明の光学機器は、駆動部に前記超音波モータを備えたことを特徴とする。
粒子、粉体、液滴の搬送、除去等で利用される振動装置は、電子機器等で広く使用されている。
次に、本発明の撮像装置について説明する。本発明の撮像装置は、前記塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像ユニットの受光面側に設けた事を特徴とする。図12および図13は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラを示す図である。
次に、本発明の圧電音響部品について説明する。本発明の圧電音響部品は、前記圧電素子または前記積層圧電素子を配したことを特徴とする。圧電音響部品にはスピーカ、ブザー、マイク、表面弾性波(SAW)素子が含まれる。
次に、本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、前記圧電素子または前記積層圧電素子を備えた電子機器を備えていることを特徴とする。
一般式(NaxBa1−y)(NbyTi1−y)O3において、x=0.84、y=0.88、x/y=0.95の組成である(Na0.84Ba0.12)(Nb0.88Ti0.12)O3に相当する原料を以下に示す手順で秤量した。
表1に示す目的組成が異なることを除いては、実施例1と同様の工程で実施例2から実施例9の圧電材料および圧電素子を作製した。実施例1と同様にして圧電材料の組成を評価して、表1に示す組成であることを確認した。表1において、xはNaの存在比、yはNbの存在比、zはZnの存在比、nはMnの存在比、αはMgの存在比を表している。Pb、K、Coの含有量は表に記載していないが、いずれの実施例においても圧電材料1molに対して1000ppm未満であった。
実施例1〜9の圧電材料の焼成温度を1050℃および1150℃に変更しても、ほぼ同等の圧電材料を得ることができた。つまり1150℃以下の焼成温度であってもよい。
実施例1と同様の工程で比較例1から6のセラミックスおよび素子を作製した。目的組成は表1に示すとおりにした。比較例3においては1100℃の焼成温度ではセラミックスの平均円相当径が0.5μmに満たなかったので、焼成温度を1200℃として製造した。実施例1と同様にしてセラミックスの組成を評価して、表1に示す組成であることを確認した。
実施例1〜9で得られた圧電素子および比較例1〜6で得られた素子について、半導体パラメータアナライザを用いて、電気抵抗率を評価した。抵抗率の測定は室温(27℃)で素子の対向する2つの電極間に10Vの直流電圧を印加し、20秒後のリーク電流値より求めた。この抵抗率が1.0×109Ω・cm以上、より好ましくは3.0×1010Ω・cm以上であれば、その圧電素子は実用において十分な絶縁性を有していると言える。実施例1〜9の圧電素子は40×109Ω・cm〜2000×109Ω・cmの範囲の抵抗率を示した。比較例1〜3および5、6の素子は2.0×109Ω・cm〜60×109Ω・cmの範囲の抵抗率を示した。比較例4の素子は漏れ電流が大きく、その抵抗率は、1×103Ω・cmを下回っていた。
実施例1から9の圧電素子は、いずれも良好な圧電定数(d31)と機械的品質係数(Qm)を示した。ベルリンコート法を原理とするd33メータによって評価した圧電定数(d33)は、いずれも140pC/N以上であった。
実施例3に相当する原料を以下に述べる要領で秤量した。
実施例3の圧電素子を用いて、図3に示される液体吐出ヘッドを作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が確認された。
実施例11の液体吐出ヘッドを用いて、図4に示される液体吐出装置を作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が記録媒体上に確認された。
実施例3の圧電素子を用いて、図6(a)に示される超音波モータを作製した。交流電圧の印加に応じたモータの回転が確認された。
実施例13の超音波モータを用いて、図7に示される光学機器を作製した。交流電圧の印加に応じたオートフォーカス動作が確認された。
実施例3の圧電素子を用いて、図9に示される塵埃除去装置を作製した。プラスチック製ビーズを散布し、交流電圧を印加したところ、良好な塵埃除去率が確認された。
実施例15の塵埃除去装置を用いて、図12に示される撮像装置を作製した。動作させたところ、撮像ユニットの表面の塵を良好に除去し、塵欠陥の無い画像が得られた。
実施例10の積層圧電素子を用いて、図3に示される液体吐出ヘッドを作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が確認された。
実施例17の液体吐出ヘッドを用いて、図4に示される液体吐出装置を作製した。入力した電気信号に追随したインクの吐出が記録媒体上に確認された。
実施例10の積層圧電素子を用いて、図6(b)に示される超音波モータを作製した。交流電圧の印加に応じたモータの回転が確認された。
実施例19の超音波モータを用いて、図7に示される光学機器を作製した。交流電圧の印加に応じたオートフォーカス動作が確認された。
実施例10の積層圧電素子を用いて、図9に示される塵埃除去装置を作製した。プラスチック製ビーズを散布し、交流電圧を印加したところ、良好な塵埃除去率が確認された。
実施例21の塵埃除去装置を用いて、図12に示される撮像装置を作製した。動作させたところ、撮像ユニットの表面の塵を良好に除去し、塵欠陥の無い画像が得られた。
実施例10の積層圧電素子を用いて、図14に示される圧電音響部品および電子機器を作製した。交流電圧の印加に応じたスピーカ動作が確認された。
実施例3の圧電素子を用いて、図14に示される圧電音響部品および電子機器を作製した。交流電圧の印加に応じたスピーカ動作が確認された。
2 圧電材料部
3 第二の電極
101 圧電素子
102 個別液室
103 振動板
Claims (17)
- 下記一般式(1)で表わされるペロブスカイト型金属酸化物よりなる主成分と、
Zn成分と、Mg成分とを有し、
前記Znの含有量が前記ペロブスカイト型金属酸化物1molに対して0.005mol以上0.050mol以下であり、前記Mgの含有量が0.001mol以上0.020mol以下であることを特徴とする圧電材料。
一般式(1) (NaxBa1−y)(NbyTi1−y)O3(式中、0.83≦x≦0.95、0.85≦y≦0.95、0.95≦x/y≦1.05) - 前記圧電材料を構成する結晶粒の平均円相当径が0.5μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電材料。
- 少なくとも、Na、Nb、Ba、Ti、Zn、Mgを含有する原料粉末を焼成する工程と、
請求項1に記載の圧電材料を得る工程を有し、
前記原料粉末に含まれるNaとNbのモル比が0.95≦Na/Nb≦1.10であることを特徴とする圧電材料の製造方法。 - 焼成温度が1000℃より高く、1150℃以下であることを特徴とする請求項3に記載の圧電材料の製造方法。
- 第一の電極、圧電材料部および第二の電極を少なくとも有する圧電素子であって、前記圧電材料部が請求項1または2に記載の圧電材料であることを特徴とする圧電素子。
- 複数の圧電材料層と、内部電極を含む複数の電極層とが交互に積層された積層圧電素子であって、前記圧電材料層が請求項1または2に記載の圧電材料よりなることを特徴とする積層圧電素子。
- 前記内部電極がAgとPdを含み、前記Agの含有重量M1と前記Pdの含有重量M2との重量比M1/M2が1.5≦M1/M2≦9.0であることを特徴とする請求項6に記載の積層圧電素子。
- 前記内部電極がNiおよびCuの少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする請求項6に記載の積層圧電素子。
- 請求項5に記載の圧電素子または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の積層圧電素子を配した振動部を備えた液室と、前記液室と連通する吐出口を少なくとも有する液体吐出ヘッド。
- 被転写体の載置部と請求項9に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。
- 請求項5に記載の圧電素子または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の積層圧電素子を配した振動体と、前記振動体と接触する移動体とを少なくとも有する超音波モータ。
- 駆動部に請求項11に記載の超音波モータを備えた光学機器。
- 請求項5に記載の圧電素子または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の積層圧電素子を振動板に配した振動体を有する振動装置。
- 請求項13に記載の振動装置を振動部に備えた塵埃除去装置。
- 請求項14に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動板を前記撮像素子ユニットの受光面側に設けたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項5に記載の圧電素子または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の積層圧電素子を備えた圧電音響部品。
- 請求項5に記載の圧電素子または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の積層圧電素子と、電気回路とを備えた電子機器。
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