KR20120013401A - 압전 특성을 갖는 화합물, 압전 소자, 압전 소자를 사용한 액체 토출 헤드, 및 압전 소자를 사용한 초음파 모터 - Google Patents

압전 특성을 갖는 화합물, 압전 소자, 압전 소자를 사용한 액체 토출 헤드, 및 압전 소자를 사용한 초음파 모터 Download PDF

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Abstract

퀴리 온도가 높고, 절연 저항성 및 기계 품질 계수가 우수하고, 압전 특성이 우수한 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 화합물을 제공한다. 이 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함한다.
<화학식 1>
x(BaB2O6)-y(CaB2O6)-z{(Bi1 /2C1 /2)B2O6}
(식 중, B는 Nb 및 Ta 중 적어도 하나를 나타내고; C는 Na 및 K 중 적어도 하나를 나타내며; x+y+z=1; x는 0.2≤x≤0.85를 만족하고; y는 0≤y≤0.5를 만족하며; z는 0<z≤0.8을 만족함)

Description

압전 특성을 갖는 화합물, 압전 소자, 압전 소자를 사용한 액체 토출 헤드, 및 압전 소자를 사용한 초음파 모터{COMPOUND HAVING PIEZOELECTRIC PROPERTY, PIEZOELECTRIC DEVICE, LIQUID DISCHARGE HEAD USING THE PIEZOELECTRIC DEVICE, AND ULTRASONIC MOTOR USING THE PIEZOELECTRIC DEVICE}
본 발명은 압전 재료로서 사용될 수 있는 화합물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 납-무함유(lead-free) 금속 산화물을 포함하는 신규 압전 재료에 관한 것이다.
본 명세서에 있어서, 용어 "텅스텐 브론즈 구조"는, 전기변색 현상으로 알려져 있는 HxWO3(텅스텐 브론즈) 또는 육방정 텅스텐 브론즈 구조(HTB)가 아니라, 일반적으로 정방정 텅스텐 브론즈 구조(TTB)로 알려져 있는 것을 가리킨다. 단, 용어 "정방정 텅스텐 브론즈 구조"는 특정한 결정 구조의 이름이며, 곧 그 결정이 항상 정방정인 것을 의미하지는 않는다. 사방정 재료도 존재한다.
텅스텐 브론즈 구조 산화물에서는, 정방정계와 사방정계 사이의 단위 격자의 설정이 상이하다. 본 발명에서, 결정면, 결정 배향 및 회절을 나타내기 위해, 정방정계의 설정을 사용한다.
본 명세서에서, 용어 "모포트로픽(morphotropic) 상 경계"는, 조성에 의해 결정계가 변화하는 경계라고 하는 일반적인 정의 이외에, 조성에 의해 공간 군이 변화하는 경계 또는 영역을 가리킨다.
본 명세서에서, 용어 "퀴리 온도"는, 그 온도를 초과하면 재료의 강유전성이 소실되는 온도라고 하는 일반적인 정의 이외에, 특정 주파수의 미소 교류 전계를 사용하여 측정 온도를 변화시키면서 유전율을 측정할 때에, 최대 유전율이 관찰되는 온도를 가리킨다.
본 명세서에서, 용어 "몰％"는, 지정 사이트를 점유하는 물질의 전체 양에 대한 지정 원소의 양의 백분율을 가리킨다.
각종 압전 소자에 사용되는 압전 재료의 대부분은, 티타늄산 지르콘산 납으로 대표되는 납을 함유한 페로브스카이트(perovskite) 압전 재료이다. 그러나, 이들 납을 함유한 압전 재료를 납-무함유 압전 재료로 치환하고자 하는 시도가 행해지고 있다. 이것은, 납을 함유한 압전 소자가 폐기되어 산성 비에 노출되면, 압전 재료 중의 납 성분이 토양으로 용출되어, 생태계에 영향을 끼칠 가능성이 지적되었기 때문이다. 그 때문에, 납-무함유 압전 재료에 관한 제안이 이루어지고 있다.
페로브스카이트 압전 재료에서는, 압전 특성을 향상시키기 위해서, 모포트로픽 상 경계(이후, 간략히 "MPB"로 지칭함)의 사용이 검토되고 있다. 예를 들어, Fu(후) 등의 NPL 1에 따르면, 다른 결정계의 경계인 MPB에서는, 결정 사이의 자유 에너지 차이가 작고, 인가되는 전계에 의해 그 자유 에너지가 변화하는 것으로 보고되어 있다. 결과로서, 전계에 의해 전계-유기 상 전이를 일으키는 것이 가능하다. 결정의 왜곡 방향인 자발 분극 축의 배향이 상 전이에 추종하여 회전하는 경우, 큰 변위가 발생한다. 자발 분극의 회전이, 페로브스카이트 압전 재료의 MPB에서의 고 압전 특성을 부여하는 메커니즘의 하나로 여겨지고 있다.
페로브스카이트 구조 이외의 압전 재료에 대해서는, 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료에서 MPB의 존재가 알려져 있다. 예를 들어, 올리버(Oliver) 등의 NPL 2에 따르면, BaNb2O6과 PbNb2O6 사이에 MPB를 발견한 것이 보고되어 있다. 납을 함유한 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료의 일부는, c축과 직교하는 (90° 기울어진) a-b면 내에 자발 분극 축을 갖는다. a-b면 내에 자발 분극 축을 가지고 납을 함유한 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료를, c축 방향에서 자발 분극을 갖는 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료에 용해시키는 경우, 자발 분극 축 방향이 변화하는 MPB를 형성할 수 있다. 실제로, MPB에서의 압전 특성의 향상이 확인되었다. 그러나, 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료에서는, 자발 분극 축이 결정계에 의존하지 않고 c축 방향으로 연장된 것만이 알려져 있다. 따라서, MPB를 형성하더라도, 자발 분극 축의 회전에 의한 거대 변위를 이용할 수 없다. 따라서, 자발 분극 축이 c축 방향 이외의 방향으로 배향되는(이하, "비-c축"으로도 지칭함) 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료를 발견하는 것이, 자발 분극 축의 회전을 이용하여 압전 특성을 향상시키기 위해서 바람직한 것이다.
납-무함유 텅스텐 브론즈 구조의 압전 재료로서, 무엘버그(Muehlberg) 등의 NPL 3에 따르면, BaNb2O6과 CaNb2O6의 고용계가 개시되어 있다. 그러나, 상기 재료의 압전 특성은 현저하게 낮다.
PTL에서는, 금속 원소, Na, Ba, Bi 및 Nb을 함유하는 텅스텐 브론즈 구조 복합 산화물을 주성분으로 함유하는 압전 자기 조성물이며, 전체 중량에 대한 Bi의 비율이 금속 환산으로 3 내지 6중량％이고, Na의 함유량이 Bi의 함유량보다 매우 많은 압전 자기 조성물이 개시되어 있다. 상기 압전 자기 조성물은, x(NaNbO3)-y(BaNb2O6)-z(BiNb3O9)로 표시되는 고용계에 기초한다. 상기 고용계에서는, 압전 진동자, 압전 공진기 및 압전 변환기의 구동 성능에 크게 영향을 끼치는 기계 품질 계수(Qm)가 약 100 정도로 낮다는 것이 과제이다. 또한, 자발 분극의 방향에 관한 기재는 포함되어 있지 않다.
PTL 일본특허공개 제2000-281443호
NPL 1 Fu et al., Nature, vol. 403, p. 281 (2000) NPL 2 Oliver et al., Journal of American Ceramic Society, vol. 72, p. 202 (1989) NPL 3 Muehlberg et al., Journal of Crystal Growth, vol. 310, p. 2288 (2008)
본 발명은, 퀴리 온도가 높고, 절연 저항성 및 기계 품질 계수가 우수하고, 압전 특성이 우수한 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 자발 분극 축이 결정의 c축에 대해 기울어진 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 신규 화합물을 제공한다.
본 발명의 제1 양태는 하기 화학식 1로 표시되는 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 화합물을 제공한다.
<화학식 1>
x(BaB2O6)-y(CaB2O6)-z{(Bi1 /2C1 /2)B2O6}
(식 중, B는 Nb 및 Ta 중 적어도 하나를 나타내고; C는 Na 및 K 중 적어도 하나를 나타내며; x+y+z=1; 0.2≤x≤0.85; 0≤y≤0.5; 및 0<z≤0.8임)
본 발명의 제2 양태는 하기 화학식 2로 표시되는 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 화합물을 제공한다.
<화학식 2>
x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}
(식 중, x+y+z=1, 0.2≤x≤0.85, 0≤y≤0.5, 및 0<z≤0.8임)
본 발명의 제3 양태는 자발 분극 축이 단위 격자의 c축에 대해 기울어진, 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 압전 재료를 제공한다.
본 발명의 제4 양태는 모포트로픽 상 경계를 갖는 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하며, 자발 분극 축의 c축에 대한 기울기 각이 모포트로픽 상 경계에서 변화하는 압전 재료를 제공한다.
본 발명은 생태계에 부하가 낮은 납-무함유 신규 화합물을 제공한다. 또한, 본 발명은 자발 분극 축이 c축에 대해 기울어진 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 화합물을 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 액체 토출 헤드의 구성을 도시하는 도이고, 도 1c 및 도 1d는 초음파 모터의 구성을 도시하는 도.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료의 X-선 회절 패턴을 나타내는 도.
도 3은 압전 재료의 조성 및 구성 상을 도시하는 도.
도 4는 압전 재료의 조성 및 저항률을 도시하는 도.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e 및 도 5f는 텅스텐 브론즈 구조 압전 재료의 주파수 500Hz에서 측정된 분극-전계 이력(hysteresis) 루프를 도시하는 그래프.
도 6은 다른 압전 재료의 조성 및 구성 상을 도시하는 도.
이하, 본 발명의 양태에 따른 실시형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 양태에 따른 화합물은 캐패시터(capacitor) 재료 및 압전 재료를 비롯한 여러가지 용도가 고려될 수 있지만, 이하에서는 일례로서 압전 재료를 사용한다. 물론, 본 화합물의 용도는 압전 재료에만 한정되는 것은 아니다.
일 실시형태에 따른 압전 재료는 Ba, Ca, Bi, Na 및/또는 K, 및 Nb 및/또는 Ta를 포함하는 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함한다.
텅스텐 브론즈 구조 산화물은 하기 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
x(BaB2O6)-y(CaB2O6)-z{(Bi1 /2C1 /2)B2O6}
(식 중, B는 Nb 및 Ta 중 적어도 하나를 나타내고; C는 Na 및 K 중 적어도 하나를 나타내며; x+y+z=1; 0.2≤x≤0.85; 0≤y≤0.5; 및 0<z≤0.8임)
상기의 물질의 주상(primary phase)은 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 결정이다. 본 명세서에서, "주상"이란 상기 압전 재료의 분말 X-선 회절 분석을 행한 경우에, 가장 회절 강도가 강한 피크가 텅스텐 브론즈 구조에 기인하는 것을 의미한다. 상기 물질은 결정의 전부 또는 거의 전부가 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 "단상(single phase)"을 가질 수 있다.
z>0, 즉 (Bi1 /2C1 /2)B2O6 성분이 포함되는 경우, Bi의 6s 궤도 고립 전자쌍에 기인한 결정 왜곡이 도입되어, 압전 특성이 향상된다. 또한, Bi의 도입에 의해, 자발 분극 방향을 c축 방향에 대해 기울일 수 있다. 이것은, Bi의 6s 궤도 고립 전자쌍이, 주위의 이온과 반발하고, NbO6이나 TaO6 산소 팔면체를 크게 왜곡시킨 결과, a-b면 내에 자발 분극이 발현하기 때문인 것으로 생각된다. Bi 이외에 불활성 전자쌍 효과를 갖는 원소의 예로는 Sn 및 Tl을 들 수 있다. 이들 중에서, 산화 상태의 안정성 및 독성의 관점에서, Bi를 사용하는 것이 적합하다.
상술한 바와 같이, Bi를 도입함으로써 텅스텐 브론즈 구조 산화물의 자발 분극 축 방향을 c축 방향에 대해 기울일 수 있다.
단, Bi는 3가이기 때문에, 가수를 중화시키기 위해서 1가의 알칼리 금속 원소를 동시에 사용하여, 전하(charge)와 관련된 과제를 해결할 수 있다.
조성이 상기 영역 내이면, 퀴리 온도, 절연 저항성, 및 기계 품질 계수에 있어서 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
이하에, 일반적인 텅스텐 브론즈 구조에 관한 설명 및 자발 분극 축의 c축에 대한 기울기에 관한 설명도 함께, 압전 재료에 대해서 설명한다.
일반적으로, 텅스텐 브론즈 구조 산화물은 화학식 A4-6B10O30으로 표시된다. 텅스텐 브론즈 구조의 단위 격자에서, Ba, Ca, Bi 및 원소 C는, 산소 팔면체의 주위에 존재하는 "A1 사이트"(12 배위이며, c축 방향에서 볼 때 사각형 형상의 사이트) 및 "A2 사이트"(15 배위이며, c축 방향에서 볼 때 오각형 형상의 사이트)로 불리는 2종류의 특정 위치 중 어느 하나를 주로 점유한다. 원소 B는 "B 사이트"라고 불리는 특정 위치를 주로 점유하고, 산소 팔면체의 내부에 존재한다.
화학식 1로 표시되는 화합물은, A5B10O30로 표시되는 2 이상의 산화물의 고용체이고, 또한 (BaXCaYBiZ /2CZ /2)5B10O30으로도 표기할 수 있다.
화학식 1에서는, 이상적인 조성비로서, A1 사이트와 A2 사이트를 점유하는 원소의 B 사이트를 점유하는 원소에 대한 몰비가 1:2이 되도록 표기된다. B 사이트를 점유하는 원소의 몰에 대하여, A1 및 A2 사이트를 점유하는 원소의 몰의 합계가 과잉이거나 부족하면, 과잉 성분이 결정립 경계에서 석출하거나 또는 이상 입자 성장을 일으키거나, 또는 부족 성분이 소결체의 밀도를 저하시키고, 결함 사이트를 형성하거나, 또는 산소 결손을 생성하기 때문에, 예를 들어 절연성에 악영향을 끼칠 가능성이 있다. B 사이트 원소에 대한 A 사이트 원소량의 몰비의 허용가능한 범위는, 예를 들어 A 사이트/B 사이트 = 0.45 이상 0.6 이하이다. A 사이트 원소량이 상기 범위를 벗어나면, 절연성뿐만 아니라 압전 특성도 현저하게 저하된다.
화학식 1에서는, 이상적인 조성비로서, 원소 C에 대한 Bi의 몰비가 1:1이 되도록 표기된다. Bi에 대하여, 원소 C가 과잉이거나 부족하면, 과잉 성분이 결정립 경계에서 석출하거나 또는 부족 성분이 결함을 형성하고 산소 결손을 생성하기 때문에, 예를 들어 절연성에 악영향을 끼칠 가능성이 있다. 원소 C에 대한 Bi의 몰비의 허용가능한 범위는, 예를 들어 Bi/원소 C = 0.9 이상 1.2 이하이다. 몰비가 상기 범위를 벗어나면, 절연성뿐만 아니라 압전 특성도 현저하게 저하된다.
화학식 1에서 B는, Nb, Ta 및 Nb과 Ta의 조합으로부터 선택된다. B가 Nb인 경우에는, B가 Ta인 경우에 비하여 소결 온도가 낮고, B는 저렴하므로 바람직하다. 화학식 1에서 원소 C는, Na, K 및 Na와 K의 조합으로부터 선택된다. 원소 C는 Na인 경우에, 텅스텐 브론즈 구조 단상을 얻을 수 있는 조성 영역이 더 넓고, 고밀도의 시료가 얻어지기 쉬우며, 조해성도 낮으므로 바람직하다.
X-선 회절 분석에 의해 측정된 로트게링 인자(Lotgering factor)로 (001) 배향도가 0.07 이상 1.00 이하일 수 있다. 이것은, 세라믹이 자발 분극 축 방향으로 배향하는 경우, 분극 처리에 필요한 전압 강도를 억제할 수 있기 때문이다. 한편, 로트게링 인자가 0.07보다 작은 경우, 분극 처리에 필요한 조건은 무배향 시료(로트게링 인자가 제로)인 경우와 동일하다. 로트게링 인자는, 분극 처리에 필요한 전압을 보다 저하시킬 수 있기 때문에, 0.20 이상 1.00 이하인 것이 바람직하다.
압전 재료의 1MHz에서 측정한 유전율의 최대값을 나타내는 온도가 100℃ 이상일 수 있다. 측정 주파수 1MHz는 상기 주파수에서는 추종할 수 있는 누설 전류 성분이 적으므로, 신뢰성이 높은 평가를 제공한다. 상기 주파수에서 유전율의 최대값을 나타내는 온도는, 소자를 100℃보다 낮은 온도에서 사용 가능한 것을 의미하기 때문에, 100℃ 이상인 것이 바람직하다.
자발 분극 축이 기울어진 방향은 특별히 한정되지 않지만, c축에 대해 기울어질 수 있다. 이것은, 자발 분극 축 방향이 c축에 평행한 재료와 조합하는 경우, MPB에서 고 압전 특성을 효과적으로 얻을 수 있기 때문이다. 자발 분극 축은 c축에 대하여 기울기 각이 45° 이상으로 기울어질 수 있다. 자발 분극 축이 c축에 대해 더욱 기울어질수록, MPB에서의 자발 분극 축 방향의 변화가 더 커지므로, 압전 특성이 개선된다.
자발 분극 축이 c축에 대해 기울어지는 것은, 이하의 방법에 의해 조사할 수 있다. 일반적으로, 강유전 재료의 자발 분극 축에 대하여, 직교하는 방향의 외부 전계의 인가하에서는 분극 반전을 일으킬 수 없다. 이러한 경우, 유전 재료의 분극은, 인가 전계에 대하여 선형으로 변화하고, 상유전체에서 관찰되는 이력 루프를 나타내지 않는다. 강유전 재료의 이력 특성은 관찰되지 않고, 유전 재료는 상유전체와 같이 거동한다.
분극 반전의 이방성을 조사함으로써, 자발 분극 축의 배향을 평가할 수 있다. 특히, 결정의 [001] 방향과, [001] 방향과 직교하는 [hk0] 방향으로 전계를 인가하고, 분극이 외부 전계에 대하여 어떻게 변화하는 것일지를 측정한다.
예를 들어, 자발 분극 축이 c축으로 배향하는 경우는, [001] 방향으로 전계를 인가하여 분극과 전계의 관계를 측정함으로써, 이력이 관찰된다. 그러나, 자발 분극 축과 직교하는 [hk0] 방향으로 전계를 인가하는 경우, 분극과 전계의 관계에서 이력은 관찰되지 않는다.
자발 분극 축이 c축에 대해 기울어지고, [001] 방향과 [hk0] 방향 사이에 존재하는 경우, [001] 방향과 [hk0] 방향 양쪽 모두에 전계를 인가하면, 관찰되는 분극 변화는 인가 전계에 대하여 비선형으로 변화하고, 이력을 표시한다.
압전 재료의 제조를 간략화하고, 압전 재료의 물성을 조정하기 위해서, B에 Nb 및 Ta 이외의 원소를 포함시킬 수 있다. B에 포함시키는 상기 원소는 3가 또는 4가의 금속 원소가 바람직하다. 그 예로는, Fe, Al, Co, Ti 및 Zr을 들 수 있다. B에 포함시키는 상기 원소의 함유량은, B 사이트 원소 중 20몰％ 이하인 것이 바람직하고, 5몰％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. B 사이트 원소의 총 가수의 감소는, A 사이트 원소량을 증가시킴으로써, 상쇄할 수 있다.
압전 재료의 제조를 간략화하고, 압전 재료의 물성을 조정하기 위해서, V, W, Co 등의 원소를 첨가할 수 있다. 상기 원소의 첨가량은, 텅스텐 브론즈 구조 산화물 1몰에 대하여 10몰％ 이하일 수 있다. 양이 10몰％ 초과이면, 불순물 상이 발생하고 절연성이 저하될 수 있다.
압전 재료의 퀴리 온도는, 실온(20℃) 이상 500℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상 400℃ 이하이다. 퀴리 온도가 100℃ 이상인 경우, 이 압전 재료를 사용하여 제작된 소자는, 온도에 의한 소자 특성이 거의 변화하지 않는다. 퀴리 온도가 400℃ 이하인 경우, 그 재료는 소자에 사용될 때 쉽게 분극될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 텅스텐 브론즈 구조 산화물의 결정계는, 적어도 사방정 구조를 포함할 수 있다. 이것은, 이러한 산화물의 퀴리 온도가 정방정 구조만을 갖는 텅스텐 브론즈 구조 산화물의 퀴리 온도보다 더 높기 때문이다.
압전 재료는 단상일 수 있지만, 다른 결정계에 의해 구성되는 압전 재료를 포함할 수 있다. 상기 압전 재료의 예로는, 페로브스카이트 구조를 갖는 BaTiO3, (Bi1/2Na1/2)TiO3, (Bi1 /2K1 /2)TiO3, KNbO3, NaNbO3, LiNbO3 및 BiFeO3, 비스무트 층상 강유전 재료인 Ba4Ti3O12, SrBi4Ti4O15, CaBi4Ti4O15 등을 들 수 있다.
압전 재료의 바람직한 우선 결정 배향은 (001) 또는 (hk0)(h 및 k는 각각 독립적으로 0 이상의 정수이지만, 동시에 0은 아님)이다. 이것은, 텅스텐 브론즈 구조의 강유전 재료의 자발 분극 축은 주로 [001] 또는 [hk0] 방향에 존재하기 때문이다. 즉, 압전 재료가 자발 분극 축 방향으로 배향하면, 분극이 최대가 되고, 일반적으로 최대의 압전 특성을 얻을 수 있다. 또한, 분극 처리가 용이하다. 용어 "우선 결정 배향"이란, X-선 회절 분석에 의해 측정된 로트게링 인자가 0.07 이상 1.00 이하인 것을 의미한다.
압전 재료는 단결정, 소결체, 또는 기판 상에 형성된 막의 형태를 취할 수 있다.
압전 재료의 입경은, 다양한 입자 배향 기술을 사용할 수 있도록 큰 것이 바람직하다. 그러나, 결정립 입경이 100㎛를 초과하는 경우, 절단 또는 연마 시에 강도가 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 입경은 약 0.3㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다.
압전 재료를 기판 상에 형성된 막으로서 사용하는 경우, 압전 재료의 두께는 바람직하게는 200nm 이상 10㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 300nm 이상 3㎛ 이하이다. 압전 재료의 두께가 200nm 이상 10㎛ 이하인 경우, 압전 소자로서 충분한 전자기계 변환 기능을 얻을 수 있으며, 압전 소자의 밀도를 높일 수 있다.
상기 막의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 방법의 예로는, 화학 용액 퇴적(CSD)법, 졸겔법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD)법, 스퍼터링법, 간헐 레이저 석출(PLD)법, 수열 합성법, 및 에어로졸 퇴적(AD)법을 들 수 있다. 화학 용액 퇴적법 및 스퍼터링법은 대면적 막을 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 적합하다.
압전 재료를 형성하는 기판은 (001)면 또는 (111)면에 선택적으로 배향되는 단결정 기판일 수 있다.
특정면에 배향된 단결정 기판을 사용하는 경우, 그 기판 표면에 막을 형성하는 압전 재료는 동일 방향으로 주로 배향될 수 있다. 압전 재료가 (001)면 또는 (100)/(010)면에서 배향하면, 막의 수직 방향으로 분극 모멘트가 정렬되므로, 압전 효과를 향상시킬 수 있다.
이하에, 압전 재료를 사용한 압전 소자에 대해서 설명한다.
도 1b를 참조하면, 압전 소자는 적어도 기판(15), 제1 전극 막(6), 압전 재료(7), 및 제2 전극 막(8)을 포함한다. 압전 재료(7)는 도 1a와 같이, 필요에 따라 패터닝된다.
본 발명의 양태에 따른 액체 토출 헤드를 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다. 액체 토출 헤드는 상술한 압전 소자를 포함한다. 도 1a는 액체 토출 헤드의 모식도이다. 액체 토출 헤드는 토출구(11), 개별 액실(13)과 토출구(11)를 연결하는 연통 구멍(12), 공통 액실(14), 진동판(15) 및 압전 소자(10)를 포함한다. 압전 소자(10)는, 도면에 나타낸 바와 같이 직사각형의 형상을 갖지만, 타원형, 원형, 평행 사변형 등의 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 압전 재료(7)는 개별 액실(13)의 형상에 따른 형상을 가진다.
액체 토출 헤드에 포함되는 압전 소자(10)와 그 근방을 더욱 상세하게 도 1b를 참조하여 설명한다. 도 1b는, 도 1a의 액체 토출 헤드의 폭 방향으로 취해진 압전 소자의 단면도이다. 본 실시형태에서 압전 소자(10)의 단면 형상은 직사각형이지만, 그 형상은 사다리꼴 또는 역사다리꼴 형상일 수 있다.
도면 중에서, 제1 전극막(6)이 하부 전극막(16)으로서 사용되고, 제2 전극막(8)이 상부 전극막(18)으로 사용된다. 그러나, 제1 전극막(6) 및 제2 전극막(8)의 배열은 이것에 한정되지 않는다. 제1 전극막(6)은 하부 전극막(16) 또는 상부 전극막(18)로서 사용될 수 있고, 제2 전극막(8)은 상부 전극막(18) 또는 하부 전극막(16)으로서 사용될 수 있다. 진동판(15)은 압전 소자(10)에 포함되는 기판일 수 있다. 이들 명명의 차이는 소자 제조 방법에 의한 것이며, 어느 경우라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 진동판(15)과 하부 전극막(16) 사이에 버퍼층(19)이 개재될 수 있다.
상기 액체 토출 헤드에 따르면, 압전 박막의 팽창 및 수축에 의해 진동판(15)이 상하로 변동하고, 개별 액실(13)에 함유된 액체에 압력을 인가하여, 토출구(11)로부터 액체가 토출된다. 상기 헤드는, 프린터와 전자 소자의 제조용에도 사용할 수 있다.
진동판(15)의 두께는 1.0㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 바람직하게는 1.5㎛ 이상 8㎛ 이하이다. 진동판(15)의 재료는 기판이며, 규소로 구성될 수 있다. 규소 기판 상의 버퍼층 및 전극층은 진동판의 일부를 형성할 수 있다. 규소 진동판은 붕소나 인으로 도핑될 수 있다.
버퍼층(19)의 두께는 5nm 이상 300nm 이하이고, 더 바람직하게는 10nm 이상 200nm 이하이다.
토출구(11)의 크기는 직경 5㎛ 이상 40㎛ 이하이다. 토출구(11)의 형상은 원형이지만, 별 형상, 각형 형상 또는 삼각 형상일 수 있다.
압전 소자를 사용한 초음파 모터에 관해서 설명한다.
도 1c는 압전 재료가 단판으로 구성되는 초음파 모터를 도시한다. 초음파 모터는, 진동자(24), 도면에 도시하지 않은 가압 스프링에 의해 압력을 받아서 진동자(24)의 미끄럼 이동면과 접촉하고 있는 로터(25), 및 로터(25)와 일체식으로 형성되는 출력 축(26)을 포함한다. 진동자(24)는 금속의 탄성체 링(21), 상술한 것과 동일한 압전 소자인 압전 소자(22), 및 탄성체 링(21)에 압전 소자(22)를 접합하는 유기계의 접착제(23)(에폭시계, 시아노아크릴레이트계 접착제 등)를 포함한다.
압전 재료에 2상(위상이 π/2 상이함)의 전원에 의해 교류 전류를 인가하면, 진동자(24)에 굴곡 진행파가 발생하고, 진동자(24)의 미끄럼 이동면 상의 각각의 점은 타원 운동을 한다. 진동자(24)의 미끄럼 이동면에 로터(25)를 압접하면, 로터(25)는 진동자(24)로부터 마찰력을 받고, 진동자(24)의 미끄럼 이동면 상의 타원 운동의 방향으로 회전한다. 도면에 도시하지 않은 피구동체는 커플링 등에 의해 출력 축(26)과 접합되고, 로터(25)의 회전력에 의해 구동된다. 이러한 종류의 모터는, 압전 재료에 전압을 인가하면 압전 횡 효과에 의해 압전 재료가 팽창 및 수축함으로써, 금속 등의 탄성체에 압전 소자를 접합해 두면, 탄성체가 구부러지는 원리를 이용한다.
도 1d는 압전 재료가 적층 구조인 초음파 모터의 일례를 도시한다. 도 1d에서, 진동자(61)는 금속 재료로 구성된다. 원통 형상의 금속 블록 사이에 복수의 압전 재료(63)를 개재하고, 볼트에 의해 이들 금속 블록을 체결함으로써, 복수의 압전 재료(63)를 끼움 고정하여, 진동자를 형성한다. 진동자(61)는, 압전 소자의 구동용 압전 재료에 위상이 다른 교류 전압을 인가하는 경우, 서로 직교하는 2개의 진동을 여기하고, 이들 진동을 합성하여 진동자의 선단부에서의 구동을 위한 원형 진동을 형성한다. 또한, 진동자(61)의 상부에는 고리형 홈이 형성되어, 구동을 위한 진동의 변위를 크게 할 수 있다.
로터(62)는 가압용 스프링(S)에 의해 진동자(61)를 압접하여 구동을 위한 마찰력을 얻을 수 있다. 로터(62)는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다.
상술한 바와 같이, 압전 소자는 액체 토출 헤드나 초음파 모터에 사용될 수 있다. 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 납-무함유 압전 재료에 의해, 납계 압전 재료를 사용한 것 동등 이상의 노즐 밀도 및 토출력을 갖는 액체 토출 헤드를 제공할 수 있다. 또한, 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 납-무함유 압전 재료에 의해, 납계 압전 재료를 사용한 것 동등 이상의 구동력 및 내구성을 갖는 초음파 모터를 제공할 수 있다. 또한, 압전 재료는, 액체 토출 헤드 및 모터 이외에, 초음파 진동자, 압전 액추에이터, 압전 센서, 강유전 메모리와 같은 소자에 사용할 수 있다.
<실시예>
이하의 실시예를 사용하여 압전 재료를 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 범주는 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00001
Co. Ex.: 비교예
Ex.: 실시예
＊1 x: x(BaNb2O6)의 경우와 같음
＊2 y: y(CaNb2O6)의 경우와 같음
＊3 z: z{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}의 경우와 같음
＊4 Piez.: 압전성
Figure pct00002
Ex.: 실시예
＊1 x: x[Ba(Nb,Ta)2O6]의 경우와 같음
＊2 y: y[Ca(Nb,Ta)2O6]의 경우와 같음
＊3 z: z{(Bi1 /2Na1 /2)(Nb,Ta)2O6}의 경우와 같음
＊4 Piez.: 압전성
Figure pct00003
Co. Ex.: 비교예
Ex.: 실시예
＊1 x: x(BaNb2O6)의 경우와 같음
＊2 y: y(CaNb2O6)의 경우와 같음
＊3 z: z{(Bi1 /2K1 /2)Nb2O6}의 경우와 같음
＊4 Piez.: 압전성
x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}, x[Ba(Nb,Ta)2O6]-y[Ca(Nb,Ta)2O6]-z{(Bi1/2Na1/2)(Nb,Ta)2O6} 및 x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2K1 /2)Nb2O6}로 표시되는 조성의 소결체를 제조하였다.
원료에는, 탄산바륨, 산화니오븀, 산화탄탈, 탄산칼슘, 산화비스무트, 탄산나트륨, 및 질산칼륨 분말을 사용하였다. 각각의 분말을 원하는 조성이 되도록 칭량하고 혼합하였다. 각각의 분말 혼합물을 대기 중에서 900℃ 내지 1100℃로 2 내지 5시간 하소시켰다. 하소된 분말을 분쇄하고, 바인더를 첨가하여 조립하였다. 얻어진 조립분을 다이 내에 충전하고, 압축하여 성형체(compact)를 형성하였다. 성형체를 1000℃ 내지 1400℃로 대기 중에서 2 내지 6시간 소성하였다. (Bi1/2Na1/2)Nb2O6을 함유하면, 고밀도 압전 재료 획득에 필요한 소결 온도가 저하되는 효과가 관찰되었다. (Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6 함유량이 증대함에 따라서, 그 경향은 더욱 현저해진다. 얻어진 소결체는 두께가 약 1mm가 되도록 표면 연마하였다. 연마된 소결체 또는 연마된 소결체를 분쇄하여 얻어진 분말을 사용하여 X-선 회절 분석을 행하고, 결정 상을 분석하였다. 소결체를 대기 중에서 700℃ 내지 1000℃로 1시간 가열함으로써, 표면의 유기물을 제거하였다. 그 후, 금 전극을 DC 스퍼터링에 의해 소결체의 표면측 및 이면측에 형성하였다. 그 후, 소결체를 스트립 형상의 시료로 가공한 후에, 시료의 각종 전기 특성의 평가를 행하였다.
우선 배향 시료는 1 내지 10T의 자장 중에서 캐스팅함으로써 제조하였다. 특히, 하소 분말, 물 및 분산제를 혼합하여 전구체를 제조하였다. (001) 우선 배향 시료를 형성하기 위해서, 성형체의 두께 방향에 수직인 방향으로 자장을 인가하고, (hk0) 우선 배향 시료를 형성하기 위해서, 성형체의 두께 방향에 평행인 방향으로 자장을 인가하면서, 전구체를 캐스팅함으로써, 결정 배향을 제어하였다. 얻어진 성형체는 다이로부터 취출한 후에 1000℃ 내지 1400℃로 대기 중에서 2 내지 6시간 소성하였다. 얻어진 소결체를 두께가 약 1mm가 되도록 표면 연마하였다. 연마된 소결체 또는 연마된 소결체를 분쇄하여 얻어진 분말을 사용하여 X-선 회절 분석을 행하고, 결정 상을 분석하였다. 소결체를 대기 중에서 700℃ 내지 1000℃로 1시간 가열함으로써, 표면의 유기물을 제거하였다. 그 후, 금 전극을 DC 스퍼터링에 의해 소결체의 표면측 및 이면측에 형성하였다. 그 후, 소결체를 스트립 형상의 시료로 가공한 후에 시료의 각종 전기 특성의 평가를 행하였다.
표 1에는, x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6} 소결체의 조성에 대한 저항률, 주파수 1MHz의 미소 교류 전계를 사용하여 측정된 퀴리 온도(Tc), X-선 회절에 의해 측정된 구성 상 및 압전 특성을 나타낸다. 기호 A 내지 H는, 도 3에서 나타난 조성에 대응한다.
압전 특성은 구성 상과 관련해서 변화하였다. 일부 시료는 전혀 압전 특성이 확인되지 않고(표에서 ×로 표시), 일부 시료는 약하지만 압전 특성이 확인되고(표에서 △로 표시), 일부 시료는 소자에 응용가능한 압전 특성이 확인되었다(표에서 ○로 표시).
또한, X-선 회절에 의해 측정된 구성 상(표에서 "상"으로 표시)을 나타낸다. 표에서, S는 시료가 텅스텐 브론즈 구조 단상을 갖는 것을 나타내고, M은 시료가 텅스텐 브론즈 구조를 주 구조로 갖는 것을 나타내며, N은 시료가 비텅스텐 브론즈 구조를 주 구조로 갖는 것을 나타낸다.
표 1은 CaNb2O6 함유량에 의해 재료의 절연 저항성이 향상되는 경향을 나타낸다.
도 2a는 구성 상의 X-선 회절 분석의 일례인 텅스텐 브론즈 구조 단상을 갖는 시료의 X-선 회절 패턴이다. 시료 조성은 0.80(BaNb2O6)-0.20{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}이며, 소결 온도는 1300℃이었다. x≥0.7의 조성 영역에서 얻어진 텅스텐 브론즈 구조는 주로 사방정이었지만, CaNb2O6 함유량이 많은 영역에서는 일부 정방정이었다. 상기 결과는 상기 조성 영역에서 모포트로픽 상 경계가 존재하는 것을 나타낸다.
도 2b는 텅스텐 브론즈 구조를 주상으로 갖는 시료의 X-선 회절 패턴이다. 시료 조성은 0.40(BaNb2O6)-0.40(CaNb2O6)-0.20{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}이며, 소결 온도는 1300℃이었다. CaNb2O6에 기인한 약한 회절 피크가 확인되었지만, 그 이외의 주된 피크는 텅스텐 브론즈 구조에 기인하였다. 주상에 이은 불순물 상으로서, 텅스텐 브론즈 구조가 아닌 CaNb2O6 및 BaNb2O6이 확인되는 경우가 많았다.
도 2c는 텅스텐 브론즈 구조가 거의 확인되지 않는 시료의 X-선 회절 패턴이다. 시료 조성은 0.60(CaNb2O6)-0.40{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}이며, 소결 온도는 1300℃이었다. 관찰되는 회절 피크의 대부분은 텅스텐 브론즈 구조가 아닌, CaNb2O6에 기초하는 것이었다.
압전 재료의 퀴리 온도는 실온(20℃) 이상 500℃ 이하인 것을 발견하였다. 특히, 100℃ 이상 400℃ 이하의 퀴리 온도를 갖는 조성을 선택하여 압전 소자에 사용하면, 압전 특성은 매우 고온에 이를 때까지 상실되지 않는다. 도 3은 x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1/2Na1/2)Nb2O6} 소결체의 구성 상을 정리한 삼원도이다. 삼원도 중의 ●는, 소결체의 구성 상의 전부 또는 거의 전부가 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 것을 나타낸다. 삼원도 중의 ▲는, 소결체가 2개 이상의 구성 상을 포함하지만, 이들 구성 상 중에서 주상은 텅스텐 브론즈 구조를 갖는 것을 나타낸다. ■는 소결체의 구성 상으로서, 텅스텐 브론즈 구조가 거의 관찰되지 않은 것을 나타낸다.
0.2≤x≤0.85, 0≤y≤0.5, 및 0<z≤0.8인 경우, 텅스텐 브론즈 구조의 주상을 포함하는 소결체가 얻어졌다. 0.2≤x≤0.85, 0≤y≤0.5, 및 0<z≤0.8을 만족하고, 하기 A, B, C, D, E, F, G 및 H로 둘러싸이는 조성 영역에서는, 텅스텐 브론즈 구조 단상이 관찰됨을 확인하였다:
( x y z )
A(0.85 0.00 0.15)
B(0.80 0.15 0.05)
C(0.70 0.25 0.05)
D(0.60 0.30 0.10)
E(0.50 0.30 0.20)
F(0.50 0.20 0.30)
G(0.20 0.20 0.60)
H(0.20 0.00 0.80)
A 사이트 원소량을 조정하여, B 사이트 원소에 대한 A 사이트 원소의 몰비(A 사이트/B 사이트)를 0.45 내지 0.6의 범위로 변화시켜도, 텅스텐 브론즈 구조가 주상인채로 남아있었다. Na에 대한 Bi의 몰비(Bi/Na)를 0.9 내지 1.1의 범위로 변화시켜도, 텅스텐 브론즈 구조가 주상인채로 남아있었다. 표 2에 나타내고 있는 바와 같이, B 사이트를 점유하는 Nb를 Ta에 의해 20％까지 치환하여도, 텅스텐 브론즈 구조가 주상인채로 남아있었다. 이와 같이, B 사이트 원소에 대한 A 사이트 원소의 몰비는 약간의 어긋남이 있더라도, 텅스텐 브론즈 구조는 유지되고 압전성도 상실되지 않는 것을 발견하였다.
상기의 조성에 대하여, 바람직하게는 x+y+z=1이며, 0.6≤x≤0.85, 0<y≤0.4, 및 0<z≤0.4이다. 이것은, CaNb2O6에 의해 재료의 절연 저항성이 향상되기 때문이다.
도 4는 x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-0.25{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6} 소결체의 조성 및 저항률의 관계를 도시한다. 횡축은 y를 나타낸다. 그래프는 CaNb2O6 함유량이 증가함으로써, 재료의 절연 저항성이 향상되는 것을 나타낸다.
x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6} 소결체의 기계 품질 계수(Qm)를 평가하였다. 압전 특성이 양호한 영역에서, 300 이상의 기계 품질 계수를 확인하였다.
c축 방향의 배향도가, 로트게링 인자로 0.07 미만인 시료의 분극을 위해서, 시료를 오일 배스 중에 150℃ 내지 200℃로 유지하고, 시료에 약 30kV/cm 이상의 DC 전압을 인가할 필요가 있었다. 로트게링 인자가 0.07 이상 0.2 미만인 시료를 분극하기 위해 필요한 DC 전압의 강도는 약 25kV/cm 이상이었다. 로트게링 인자가 0.2 이상의 시료를 분극하기 위해 필요한 DC 전압의 강도는 20kV/cm 이상이었다.
도 5a 내지 도 5d는 0.80(BaNb2O6)-0.00(CaNb2O6)-0.2{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6} 및 0.75(BaNb2O6)-0.00(CaNb2O6)-0.25{(Bi1/2Na1/2)Nb2O6} 소결체의 실온에서 측정된 분극-전계 이력 루프를 도시한다. (001) 우선 배향 시료(도 5a 및 도 5c)는 명료한 이력 루프를 나타냈다. 그러나, (hk0) 우선 배향 시료(도 5b 및 도 5d)는 분극이 전계에 대하여 선형으로 변화하는 것을 나타냈다. (hk0) 우선 배향 시료에 대하여, (001) 우선 배향 시료에 인가된 거의 동일한 강도의 전계를 인가하여도, 명확한 분극 이력은 관찰되지 않았다. (001) 우선 배향 시료와 (hk0) 우선 배향 시료 사이에서 상기 분극 특성의 이방성은, 자발 분극 축 방향과 인가 전계 방향의 관계에 크게 의존한다. (001) 우선 배향 시료에서는, 자발 분극 축 방향이 인가 전계에 대하여 평행하기 때문에, 외부 전계로 인한 자발 분극의 반전이 일어났다. 이와 반대로, (hk0) 우선 배향 시료에서는, 자발 분극 축 방향이 인가 전계에 대하여 수직하기 때문에, 외부 전계가 자발 분극을 반전시킬 수 없다고 추측된다. 이들 결과는, 도 5a 내지 도 5d에 나타낸 시료의 자발 분극 축 방향이 c축에 평행한 것을 나타낸다.
0.75(BaNb2O6)-0.05(CaNb2O6)-0.2{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6} 소결체의 분극-전계 이력 루프를 실온에서 측정하였다. (001) 우선 배향 시료(도 5e), 및 (hk0) 우선 배향 시료(도 5f)의 양쪽 모두가 이력 루프를 나타내고, 이것은 자발 분극 축이 c축 방향에 대해 기울어진 것을 나타낸다. (001) 우선 배향 시료의 분극-전계 이력 루프(도 5e)에 접선(tangent line)을 그려서 구해지는 포화 분극은 5.0μC/cm2이었다.
(hk0) 우선 배향 시료(도 5f)의 포화 분극은 1.2μC/cm2이었다. (hk0) 우선 배향 시료의 포화 분극에 대한 (001) 우선 배향 시료의 포화 분극의 비는 4.2이었다. 이것은, 상기 조성의 자발 분극 축은 c축 방향에 대해 약 13도 기울어진 것을 나타낸다. 그러나, 상기 값은 조성, 이력 루프의 측정에 사용되는 주파수, 시료의 절연성, 및 포화 분극의 견적 방법에 의해 변화할 수 있다.
상술한 이유로부터, 0.7≤x≤0.85, 0<y≤0.4, 및 0<z≤0.4의 조성 영역 내에서는, 자발 분극 축 방향이 c축으로부터 어긋나는 정도가 증가하고, 압전 특성이 더욱 향상된다. 상기 조성 영역 내에 텅스텐 브론즈 구조 산화물은 1 내지 12중량％의 Bi를 함유한다.
이어서, 압전 재료의 또다른 예를 설명한다. 상기 압전 재료는 이상에서 설명한 압전 재료에 대하여, Na1 /2을 K1 /2로 치환한 점에서 상이하다.
x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2K1 /2)Nb2O6} 소결체의 구성 상을 도 6에 정리한다. ●, ▲ 및 ■는 도 3에서의 정의와 같다. 0.2≤x≤0.85, 0≤y≤0.5, 및 0<z≤0.8의 영역에서, 텅스텐 브론즈 구조가 주상인 소결체를 얻었다. 0.2≤x≤0.85, 0≤y≤0.5, 및 0<z≤0.8를 만족하고, 하기 A', B', C', D', E', F', G', H' 및 I'로 둘러싸인 조성 영역에서는, 텅스텐 브론즈 구조 단상이 관찰되는 것을 확인하였다:
( x y z )
A'(0.80 0.00 0.20)
B'(0.80 0.10 0.10)
C'(0.90 0.10 0.00)
D'(0.50 0.50 0.00)
E'(0.60 0.30 0.10)
F'(0.50 0.30 0.20)
G'(0.50 0.20 0.30)
H'(0.30 0.20 0.50)
I'(0.20 0.00 0.80)
표 3은 x(BaNb2O6)-y(CaNb2O6)-z{(Bi1 /2K1 /2)Nb2O6}의 조성 및 평가 결과를 나타낸다. 평가 항목은 표 1에 나타낸 것과 동일하였다. 기호 A' 내지 I'는 도 6에 나타낸 조성에 대응한다.
표 3은 CaNb2O6 함유량에 의해 재료의 절연 저항성이 향상되는 경향을 나타낸다.
또한, 일부 시료는 전혀 압전 특성이 확인되지 않고(표 3에서 ×로 표시), 일부 시료는 약하지만 압전 특성이 확인되고(표 3에서 △로 표시), 일부 시료는 소자에 응용가능한 압전 특성이 확인되었다(표 3에서 ○로 표시).
0.8(BaNb2O6)-0.05(CaNb2O6)-0.15{(Bi1 /2Na1 /2)Nb2O6}, 0.75(BaNb2O6)-0.00(CaNb2O6)-0.25{(Bi1/2Na1/2)Nb2O6}, 및 0.7(BaNb2O6)-0.2(CaNb2O6)-0.1{(Bi1/2K1/2)Nb2O6}로 표시되는 시험 압전 재료를 사용하여 제조된 도 1a 내지 도 1d에 나타낸 액체 토출 헤드 및 초음파 모터는 양호한 특성을 나타내었다.
본 발명은 대표적인 실시형태를 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 개시된 대표적인 실시형태에 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다. 하기 특허청구범위의 범주는 이러한 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 포함하도록 최대한 넓게 해석되어야 한다.
본 출원은 2009년 4월 30일자 출원된 일본특허출원 제2009-111123호의 이익을 청구하며, 그 전문은 본원에 참조로 포함되는 것이다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 양태에 따른 압전 재료는, 높은 환경 온도에서 양호한 압전 특성을 발현하고, 환경 친화적이다. 따라서, 상기 압전 재료는 액체 토출 헤드, 초음파 모터, 피에조 소자 등의 압전 재료를 많이 사용하는 기기에도 사용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 화학식 1로 표시되는 납-무함유(lead-free) 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 화합물.
    <화학식 1>
    x(BaB2O6)-y(CaB2O6)-z{(Bi1 /2C1 /2)B2O6}
    (식 중, B는 Nb 및 Ta 중 적어도 하나를 나타내고; C는 Na 및 K 중 적어도 하나를 나타내며; x+y+z=1; 0.2≤x≤0.85; 0<y≤0.5; 및 0<z≤0.8임)
  2. 제1항에 있어서, 화학식 1에서 B는 Nb를 나타내고, C는 Na를 나타내는 화합물.
  3. 제1항에 있어서, 화학식 1에서 (x y z)가 하기 A, B, C, D, E, F, G 및 H로 둘러싸이는 조성 영역 내에 있는 화합물.
    ( x y z )
    A(0.85 0.00 0.15)
    B(0.80 0.15 0.05)
    C(0.70 0.25 0.05)
    D(0.60 0.30 0.10)
    E(0.50 0.30 0.20)
    F(0.50 0.20 0.30)
    G(0.20 0.20 0.60)
    H(0.20 0.00 0.80)
  4. 제1항에 있어서, X-선 회절 분석에 의해 측정된 로트게링 인자(Lotgering factor)로 (001) 배향도가 0.07 이상 1.00 이하인 화합물.
  5. 제1항에 있어서, 퀴리 온도가 100℃ 이상인 화합물.
  6. Bi를 함유하고, 자발 분극 축이 단위 격자의 c축에 대해 기울어진 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물을 포함하는 화합물.
  7. 제6항에 있어서, 납-무함유 텅스텐 브론즈 구조 산화물에서 Bi 함유량이 1중량％ 이상 12중량％ 이하인 화합물.
  8. 제1항에 따른 화합물을 포함하는 압전 재료.
  9. 제1 전극, 압전 재료 및 제2 전극을 포함하는 압전 소자이며, 상기 압전 재료는 제8항에 따른 압전 재료인 압전 소자.
  10. 제9항에 따른 압전 소자를 포함하는 액체 토출 헤드.
  11. 제9항에 따른 압전 소자를 포함하는 초음파 모터.
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WO2010125987A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Tungsten bronze-type piezoelectric material and production method therefor
JP6080465B2 (ja) * 2011-10-26 2017-02-15 キヤノン株式会社 圧電材料、圧電素子、圧電音響部品、および電子機器
JP5934540B2 (ja) * 2012-03-28 2016-06-15 日本碍子株式会社 圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法
JP6111484B2 (ja) * 2012-04-18 2017-04-12 株式会社Ｊｏｌｅｄ 有機ｅｌ素子

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3720572B2 (ja) * 1998-03-31 2005-11-30 京セラ株式会社 圧電磁器
JP3830298B2 (ja) 1999-03-30 2006-10-04 京セラ株式会社 圧電磁器組成物
JP2006182643A (ja) 2006-01-27 2006-07-13 Kyocera Corp 圧電磁器組成物
US8518290B2 (en) * 2008-07-30 2013-08-27 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material
WO2010125987A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Tungsten bronze-type piezoelectric material and production method therefor

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