TW201546021A - 壓電材料，壓電元件，與電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供不含鉛並且在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內具有優異的壓電常數和機械品質因數的壓電材料。壓電材料包括：含有由下述通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物的主要成分、和含有Mn的第一輔助成分，其中含有的Mn的量為0.002莫耳-0.015莫耳，相對於1莫耳的金屬氧化物。
(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3 (1)(其中0.010□x□0.060，0.001□y□0.015，0.001□z□0.015，0.950□y/z□1.050，和0.986□a□1.020)
Description
本發明涉及壓電材料，具體地，涉及基本上不含鉛的壓電材料。本發明還涉及使用該壓電材料的壓電元件、多層壓電元件、排液頭、排液裝置、超音波馬達、光學裝置、振動裝置、除塵裝置、成像裝置和電子裝置。
通常，壓電材料是ABO3型鈣鈦礦金屬氧化物例如鈦酸鉛鋯(以下稱為“PZT”)。但是，PZT含有鉛作為A位點元素，因此，將PZT的環境影響視為問題。因此，需要使用不含鉛的鈣鈦礦金屬氧化物的壓電材料。
作為使用不含鉛的鈣鈦礦金屬氧化物的壓電材料，已知鈦酸鋇。進而，為了改善壓電材料的性能，基於鈦酸鋇的組成開發了材料。
日本專利No.5344456證實鋯酸鋇和鈦酸鋇鈣具有變晶相界，在變晶相界的組成下，壓電性能在室溫附近改善。
進而，日本專利No.5217997證實透過將Mn、Fe或
Cu添加到透過用Ca置換鈦酸鋇的一部分A位點得到的材料中而形成的氧空位將鐵電晶域固定，因此機械品質因數在室溫附近改善。
但是，日本專利No.5344456和No.5217997都是致力於室溫附近的壓電性能的技術。驅動裝置時，壓電常數和機械品質因數的性能都需要在裝置驅動溫度範圍(例如，-30℃至50℃)內優異。
本發明涉及不含鉛並且其壓電常數和機械品質因數的性能在裝置驅動溫度範圍內都優異的壓電材料。
進而，本發明涉及使用該壓電材料的壓電元件、多層壓電元件、排液裝置、超音波馬達、光學裝置、振動裝置、除塵裝置、成像裝置和電子裝置。
根據本發明的方面，壓電材料包括：含有由下述通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物的主要成分和含有Mn的第一輔助成分，其中含有的Mn的量為0.0020莫耳-0.0150莫耳，相對於1莫耳該金屬氧化物。
(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3 (1)(其中0.010x0.060，0.001y0.015，0.001z0.015，0.950y/z1.050，和0.986a1.020)
根據本發明的另一方面，壓電元件至少包括第一電
極、壓電材料部和第二電極，其中形成該壓電材料部的壓電材料是上述壓電材料。
根據本發明的另一方面，多層壓電元件包括：多個壓電材料層和包括內部電極的多個電極層，將該壓電材料層和該電極層交替地層疊，其中壓電材料是上述壓電材料。
根據本發明的另一方面，排液頭至少包括液室和與該液室連通的排出口，該液室包括設置有上述壓電元件或上述多層壓電元件的振動單元。
根據本發明的另一方面，排液裝置包括用於物件的載物台(stage)和上述排液頭。
根據本發明的另一方面，超音波馬達至少包括：設置有上述壓電元件或上述多層壓電元件的振動部件，和與該振動部件接觸的移動部件。
根據本發明的另一方面，光學裝置包括設置有上述超音波馬達的驅動單元。
根據本發明的另一方面，振動裝置包括振動部件，該振動部件包括設置有上述壓電元件或上述多層壓電元件的隔膜。
根據本發明的另一方面，除塵裝置包括設置有上述振動裝置的振動單元。
根據本發明的另一方面，成像裝置至少包括上述除塵裝置和圖像感測器單元，其中將該除塵裝置的隔膜設置在該圖像感測器單元的受光表面側。
根據本發明的另一方面，電子裝置包括設置有上述壓
電元件或上述多層壓電元件的壓電聲部件。
根據本發明的例示實施方案，能夠提供不含鉛並且在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內具有優異的壓電常數和機械品質因數的壓電材料。
進而，本發明能夠提供使用該壓電材料的壓電元件、多層壓電元件、排液頭、排液裝置、超音波馬達、光學裝置、振動裝置、除塵裝置、成像裝置和電子裝置。
由以下參照附圖對例示實施方案的說明，本發明進一步的特徵將變得清楚。
1‧‧‧第一電極
2‧‧‧壓電材料部
3‧‧‧第二電極
51‧‧‧第一電極
53‧‧‧第二電極
54‧‧‧壓電材料層
55‧‧‧內部電極
56‧‧‧多層壓電元件
101‧‧‧壓電元件
102‧‧‧獨立液室
103‧‧‧隔膜
104‧‧‧液室分隔壁
105‧‧‧排出口
106‧‧‧連通孔
107‧‧‧共同液室
108‧‧‧緩衝層
200‧‧‧快門單元
201‧‧‧振子
202‧‧‧轉子
203‧‧‧輸出軸
204‧‧‧振子
205‧‧‧轉子
206‧‧‧加壓彈簧
300‧‧‧主體底架
310‧‧‧除塵裝置
320‧‧‧隔膜
330‧‧‧壓電元件
331‧‧‧壓電材料
332‧‧‧第一電極
333‧‧‧第二電極
336‧‧‧第一電極表面
337‧‧‧第二電極表面
400‧‧‧成像單元
501‧‧‧第一電極
503‧‧‧第二電極
504‧‧‧壓電材料層
505、505a、505b‧‧‧內部電極
506a、506b‧‧‧外部電極
601‧‧‧照相機主體
602‧‧‧底座單元
605‧‧‧反射鏡箱
606‧‧‧主反射鏡
702‧‧‧透鏡
711‧‧‧底座
712‧‧‧固定鏡筒
712a‧‧‧底座側端面
712b‧‧‧外圓周部
713‧‧‧直進導向鏡筒
713a‧‧‧直進導向槽
713b‧‧‧環形槽
714‧‧‧前透鏡組鏡筒
715‧‧‧凸輪環
715a‧‧‧凸輪槽
715b‧‧‧缺口部
716‧‧‧後透鏡組鏡筒
717a、717b‧‧‧凸輪輥
718‧‧‧軸螺釘
719‧‧‧輥
720‧‧‧旋轉傳動環
720f‧‧‧軸
722‧‧‧從動輥
722a‧‧‧大直徑部
722b‧‧‧小直徑部
724‧‧‧手動聚焦環
724a‧‧‧前側端面
724b‧‧‧底座側端面
724c‧‧‧內圓周
725‧‧‧超音波馬達
725b‧‧‧定子
725c‧‧‧轉子
726‧‧‧波形墊圈
727‧‧‧滾珠軸承底座
728‧‧‧聚焦鍵
729‧‧‧連接部件
732‧‧‧墊圈
733‧‧‧低摩擦片
881‧‧‧排液裝置/噴墨記錄裝置
882‧‧‧外殼
885、887‧‧‧部件
890‧‧‧回復單元
891‧‧‧記錄單元
892‧‧‧托架
896‧‧‧裝置主體
897‧‧‧自動給送單元
898‧‧‧排出口
899‧‧‧傳送單元
901‧‧‧光學裝置
908‧‧‧快門按鈕
909‧‧‧閃光發射單元
912‧‧‧揚聲器
914‧‧‧麥克風
916‧‧‧輔助光單元
931‧‧‧主體
932‧‧‧變焦桿
933‧‧‧電源按鈕
1011‧‧‧第一電極
1012‧‧‧壓電材料
1013‧‧‧第二電極
2011‧‧‧金屬彈性環
2012‧‧‧壓電元件
2013‧‧‧有機黏合劑
2041‧‧‧金屬彈性部件
2042‧‧‧多層壓電元件
圖1是表示根據本發明的例示實施方案的壓電元件的構成的示意圖。
圖2A和2B是各自表示根據本發明的例示實施方案的多層壓電元件的構成的橫截面示意圖。
圖3A和3B是表示根據本發明的例示實施方案的排液頭的構成的示意圖。
圖4是表示根據本發明的例示實施方案的排液裝置的示意圖。
圖5是表示根據本發明的例示實施方案的排液裝置的示意圖。
圖6A和6B是表示根據本發明的例示實施方案的超音波馬達的構成的示意圖。
圖7A和7B是表示根據本發明的例示實施方案的光
學裝置的示意圖。
圖8是表示根據本發明的例示實施方案的光學裝置的示意圖。
圖9A和9B是表示根據本發明的例示實施方案的振動裝置用作除塵裝置的情形的示意圖。
圖10A-10C是表示根據本發明的例示實施方案的除塵裝置中的壓電元件的構成的示意圖。
圖11A和11B是表示根據本發明的例示實施方案的除塵裝置的振動原理的示意圖。
圖12是表示根據本發明的例示實施方案的成像裝置的示意圖。
圖13是表示根據本發明的例示實施方案的成像裝置的示意圖。
圖14是表示根據本發明的例示實施方案的電子裝置的示意圖。
圖15是表示根據本發明的實施例14的壓電元件的相對介電常數的溫度依賴性的圖。
以下對用於進行本發明的例示實施方案進行說明。
根據本發明的壓電材料是下述的壓電材料，其包括：含有由下述通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物的主要成分和含有Mn的第一輔助成分。於是，含有的Mn的量為0.0020莫耳-0.0150莫耳，相對於1莫耳的該金屬氧化
物。
(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3 (1)(其中0.010x0.060，0.001y0.015，0.001z0.015，0.950y/z1.050，和0.986a1.020)
本發明中，“鈣鈦礦金屬氧化物”是指具有鈣鈦礦結構(理想地，為立方結構)的金屬氧化物，如Iwanami Rikagaku Jiten(於1998年2月20日由Iwanami Shoten，Publishers發行)的第5版中討論那樣。通常，具有鈣鈦礦結構的金屬氧化物由化學式ABO3表示。鈣鈦礦金屬氧化物中，離子形式的元素A和B分別佔據稱為A位點和B位點的特定的單位晶格位置。例如，立方結構單位晶格中，元素A佔據立方體的頂點，元素B佔據立方體的體心位置。元素O作為氧的陰離子佔據立方體的面心位置。
由通式(1)表示的金屬氧化物中，位於A位點的金屬元素為Ba和Bi，並且位於B位點的金屬元素為Ti、Zr和Fe。但是，Ba和Bi的一部分可位於B位點。同樣地，Ti、Zr和Fe的一部分可位於A位點。
通式(1)中，B位點元素與元素O的莫耳比為1：3。但是，即使元素的量之比輕微地偏離上述莫耳比，這樣的偏離的比例也包括在本發明的範圍內，只要金屬氧化物的主
相為鈣鈦礦結構。
例如，透過採用X射線繞射或電子繞射的結構分析，能夠確定金屬氧化物具有鈣鈦礦結構。
如果根據本發明的壓電材料在通式(1)的範圍內含有Bi和Fe，則壓電材料的機械品質因數改善而不損害壓電材料的壓電常數。認為大部分的三價Bi位於A位點，並且一部分的三價Bi位於晶粒間界處。大部分的Fe位於B位點，並且一部分的Fe位於晶粒間界處。Fe具有較小的離子半徑並且容易位於B位點。因此，由於存在與Bi幾乎相同量的Fe，因此Bi能夠優先地位於A位點。
如果Bi位於A位點，則從四方相到斜方相的相變溫度Tto向較低溫度側遷移。這使裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內壓電材料的壓電性能的變化減小並且使壓電性能穩定。即，根據本發明的壓電材料含有適量的Bi和Fe，由此能夠在裝置驅動溫度範圍內獲得充分的壓電常數和機械品質因數。
根據本發明的壓電材料中，通式(1)中，表示A位點處Ba和Bi的莫耳量的合計與B位點處Ti、Zr和Fe的莫耳量的合計之比的“a”在0.986a1.020的範圍內。如果“a”小於0.986，在形成壓電材料的晶粒中容易發生異常晶粒生長，並且材料的機械強度降低。另一方面，如果“a”大於1.020，則晶粒生長所需的溫度太高，並且不能
在通常的燒成爐中將壓電材料燒結。在此，“不能將壓電材料燒結”是指密度沒有達到足夠的值，或者在壓電材料中存在許多孔隙和缺陷。
通式(1)中，表示B位點處Zr的莫耳比的“x”在0.0100x0.060的範圍內。如果“x”大於0.060，則居里溫度低，並且高溫耐久性不足。如果“x”小於0.010，則在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內無法獲得充分的壓電性能。
通式(1)中，表示A位點處Bi的莫耳比的“y”在0.001y0.015的範圍內，並且表示B位點處Fe的莫耳比的“z”在0.001z0.015的範圍內。
如果含有的Bi和Fe的量中的任一個小於0.001莫耳，則壓電性能不足，這是不希望的。
另一方面，如果含有的Bi和Fe的量中的任一個大於0.015莫耳，則機械品質因數小於200，這是不希望的。在獲得更優選的機械品質因數和壓電常數的方面，含有的Bi和Fe的量中的每一個優選為0.001重量份-0.010重量份，更優選為0.002重量份-0.008重量份。
通式(1)中，表示A位點處Bi的莫耳比的“y”和表示B位點處Fe的莫耳比的“z”在0.950y/z1.050的範圍內，理想地，y/z=1。如果y/z小於0.950，Fe在晶界處沉澱或者與其他元素形成雜質，並且壓電常數不足，這是不希望的。如果y/z大於1.050，Bi在晶界處沉澱，並且機械品質因數小於200，這是不希望的。為了使Bi和Fe
的量相等，可製備BiFeO3粉末並用作原料粉末。
Bi不限於金屬Bi，並且只需在壓電材料中作為Bi成分而含有。含有Bi的形式並不重要。但是，優選Bi應作為三價Bi溶於A位點中。能夠透過使用放射光的X射線吸收微細結構(XAFS)測定鑒別Bi的價態。
Fe不限於金屬Fe，並且只需在壓電材料中作為Fe成分而含有。含有Fe的形式並不重要。但是，優選Fe應溶於B位點中，但Fe可溶於A位點中，或者可包含在晶界處。或者，在壓電材料中可含有金屬、離子、氧化物、金屬鹽或錯合物形式的Fe成分。
對根據本發明的壓電材料的組成的測定方法並無特別限制。該方法的實例包括X射線螢光分析(XRF)、電感耦合電漿(ICP)發射光譜分析和原子吸收光譜法。這些方法的任一個能夠計算壓電材料中含有的元素的組成比和重量比。
透過在改變樣品的溫度的同時使用阻抗分析儀(4194A，由Agilent Technologies,Inc.製造)測定樣品的電容，能夠得到相變溫度Tto和居里溫度TC。同時，使用阻抗分析儀也能夠測定並得到介電損耗正切的溫度依賴性。相變溫度Tto是晶系從四方系變為斜方系的溫度。透過將樣品從25℃冷卻到-60℃的同時測定介電常數，由此得到透過將測定的介電常數用樣品的溫度微分所得的值為最大
時的溫度，能夠確定相變溫度Tto。居里溫度TC是在鐵電相(四方相)與順電相(立方相)之間的相變溫度附近介電常數為局部最大值時的溫度。透過在加熱樣品的同時測定介電常數，由此得到測定的介電常數的值為局部最大值時的溫度，能夠確定居里溫度TC。
相變溫度Tto優選地低於裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)。但是，如果相變溫度Tto太低，可能在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內無法獲得充分的壓電常數。相變溫度Tto優選在-50℃至-30℃的範圍內。此外，居里溫度TC優選地高於裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)。但是，考慮製造壓電元件所需的加熱工序，居里溫度TC優選為100℃以上。
第一輔助成分含有Mn。含有的Mn的量為0.002莫耳-0.015莫耳，相對於1莫耳的該鈣鈦礦金屬氧化物。
此時，能夠採用XRF、ICP發射光譜分析或原子吸收光譜法測定含有的輔助成分的量。基於透過測定壓電材料而得到的含有的金屬的量，將形成由通式(1)表示的金屬氧化物的元素換算為莫耳並且用元素的總重量與輔助成分的莫耳之比表示，將元素的總莫耳設為1。
如果根據本發明的壓電材料在上述範圍內含有Mn，則在室溫範圍內壓電材料的機械品質因數改善。“機械品質因數”是指作為振子對壓電材料進行評價時表示由振動
引起的彈性損耗的因數，並且機械品質因數的值作為阻抗測定中共振曲線的銳度而觀察。即，機械品質因數是表示振子的共振的銳度的常數。機械品質因數越高，由振動損耗的能量越少。透過施加電壓將包括壓電材料的壓電元件驅動時，高絕緣性能和高機械品質因數確保壓電元件的長期可靠性。
如果含有的Mn的量小於0.002莫耳，則在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內機械品質因數小，即小於200。如果機械品質因數小，作為共振裝置驅動包括壓電材料和一對電極的壓電元件時，功率消耗增加。機械品質因數優選為200以上，更優選為400以上。機械品質因數進一步優選為800以上。如果機械品質因數Qm為200以上，驅動裝置時功率消耗不會極度增加。另一方面，如果含有的Mn的量大於0.015莫耳，壓電材料的絕緣性能降低。例如，壓電材料的頻率1kHz下的介電損耗正切可能超過0.006，或者壓電材料的電阻率可能降低到低於1GΩ cm。能夠使用阻抗分析儀測定介電損耗正切。如果介電損耗正切為0.006以下，即使將高電壓施加于作為元件使用的壓電材料時也能夠獲得元件的穩定運轉。如果壓電材料的電阻率為至少1GΩ cm，能夠作為壓電元件將壓電材料極化和驅動。電阻率更優選為50GΩ cm以上。
Mn並不限於金屬Mn，並且只需在壓電材料中作為Mn成分而含有。含有Mn的形式並不重要。例如，Mn可溶解於B位點中，或者可包含在晶界處。或者，壓電材料
中可含有金屬、離子、氧化物、金屬鹽或錯合物形式的Mn成分。通常，Mn的價態能夠為4+、2+和3+。如果晶體中存在傳導電子(例如，如果晶體中存在氧缺陷，或者如果給體元素佔據A位點)，則Mn的價態降低，例如，從4+到3+或2+，由此捕集傳導電子。這能夠改善絕緣電阻。
另一方面，如果Mn的價態低於4+，例如2+，則Mn用作受體。如果Mn作為受體存在於鈣鈦礦結構晶體中，則晶體中產生空穴，或者在晶體中形成氧空位。
如果大量的添加的Mn的價態為2+或3+，則單獨的氧空位的引入不能完全補償空穴，並且絕緣電阻降低。因此，優選大多數Mn的價態應為4+。但是，極少量的Mn可具有低於4+的價態，作為受體佔據鈣鈦礦結構的B位點，並且形成氧空位。這是因為，具有2+或3+的價態的Mn與氧空位形成缺陷偶極，由此能夠改善壓電材料的機械品質因數。如果三價Bi佔據A位點，則Mn容易取低於4+的價態以實現電荷平衡。
根據本發明的壓電材料包括第二輔助成分，該第二輔助成分含有Si和B中的至少一種。含有的第二輔助成分的量優選為0.0010重量份-4.0000重量份，更優選為0.003重量份-2.000重量份，以金屬計，相對於100重量份的由通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物。
該第二輔助成分含有Si和B中的至少一種。B和Si在壓電材料的晶界處離析。這使流過晶界的漏電流減小，因此使電阻率增大。如果壓電材料含有0.0010重量份以上的第二輔助成分，則電阻率變高，並且絕緣性能改善，這是希望的。如果壓電材料含有大於4.0000重量份的第二輔助成分，則介電常數減小，結果壓電性能降低，這是不希望的。含有的Si的量更優選地為0.0030重量份-1.0000重量份，相對於100重量份的該鈣鈦礦金屬氧化物。含有的B的量更優選為0.0010重量份-1.0000重量份，相對於100重量份的該鈣鈦礦金屬氧化物。
多層壓電元件在電極之間包括薄的壓電材料，因此需要具有對於高電場的耐久性。因此，根據本發明的壓電材料在其絕緣性能上尤其優異，因此能夠適合用於多層壓電元件。
根據本發明的壓電材料可含有一定量的作為Ti的商業原料中不可避免的成分而含有的Nb和一定量的作為Zr的商業原料中不可避免的成分而含有的Hf。
根據本發明的壓電材料，優選地以合計98.5莫耳%以上含有由通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物、第一輔助成分和第二輔助成分。進而，該壓電材料優選地以90莫耳%以上、更優選地以95莫耳%以上含有由通式(1)表示的鈣鈦礦金屬氧化物作為主要成分。
形成根據本發明的壓電材料的晶粒的平均當量圓直徑優選為500nm-10μm。“平均當量圓直徑”是指多個晶粒的當量圓直徑的平均值。晶粒的平均當量圓直徑在該範圍內，由此根據本發明的壓電材料能夠具有優異的壓電性能和機械強度。如果平均當量圓直徑小於500nm，壓電性能可能不足。另一方面，如果平均當量圓直徑大於10μm，機械強度可能降低。平均當量圓直徑的範圍更優選為500nm-4.5μm。
本發明中的“當量圓直徑”表示在顯微鏡觀察法中通常稱作的“投影面積當量圓直徑”並且表示具有與晶粒的投影面積相同的面積的真圓的直徑。本發明中，對測定當量圓直徑的方法並無特別限制。透過例如對透過使用偏光顯微鏡或掃描電子顯微鏡(SEM)對壓電材料的表面拍照而得到的攝影圖像進行圖像處理，能夠得到當量圓直徑。最佳放大倍數取決於目標晶粒直徑而改變。因此，可適當地使用光學顯微鏡或電子顯微鏡。可不由材料的表面的圖像而由材料的橫截面或磨光表面的圖像得到當量圓直徑。
根據本發明的壓電材料的相對密度優選為93%-100%。
相對密度是由壓電材料的晶格常數和壓電材料的構成元素的原子量計算的理論密度與實測密度的比率。晶格常數能夠透過例如X射線繞射分析測定。密度能夠採用例如
阿基米德原理測定。
如果相對密度小於93%，壓電性能或機械品質因數可能不足，或者機械強度可能降低。
根據本發明的壓電材料的相對密度更優選在95%-100%的範圍內，進一步優選在97%-100%的範圍內。
對根據本發明的壓電材料的形式並無限制。形式可以是陶瓷、粉末、單晶和漿料的任一種，但優選為陶瓷。本說明書中，術語“陶瓷”表示透過熱處理進行烘焙而製備並且含有金屬氧化物作為基本成分的晶粒的聚集體(也稱為“塊體”)，即，表示所謂的多晶。陶瓷包括燒結後加工過的產物。
對根據本發明的壓電材料的製造方法並無特別限制。典型的製造方法如下所述。
製造壓電材料時，能夠採用由含有構成元素的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽或草酸鹽的原料粉末製備壓實體(compact)並且在常壓下燒結該壓實體的通常的技術。壓電材料的原料包括金屬化合物例如Ba化合物、Bi化合物、Ti化合物、Zr化合物、Fe化合物、Mn化合物、B化合物
和Si化合物。
能夠使用的Ba化合物的實例包括氧化鋇、碳酸鋇、草酸鋇、醋酸鋇、硝酸鋇、鈦酸鋇、鋯酸鋇、錫酸鋇和鋯酸鈦酸鋇。優選使用可商購的高純度型(例如，99.99%以上的純度)的各種Ba化合物。
能夠使用的Bi化合物的實例包括氧化鉍和鐵酸鉍(bismuth ferrate)。
能夠使用的Ti化合物的實例包括氧化鈦、鈦酸鋇、鋯酸鈦酸鋇和鈦酸鈣。如果各種Ti化合物中含有鹼土金屬例如鋇或鈣，則優選使用可商購的高純度型(例如，99.99%以上的純度)的Ti化合物。
能夠使用的Zr化合物的實例包括氧化鋯、鋯酸鋇、鋯酸鈦酸鋇和鋯酸鈣。如果各種Zr化合物中含有鹼土金屬例如鋇或鈣，則優選使用可商購的高純度型(例如，99.99%以上的純度)的Zr化合物。
能夠使用的Fe化合物的實例包括氧化鐵和鐵酸鉍。
能夠使用的Mn化合物的實例包括碳酸錳、氧化錳、二氧化錳、醋酸錳和四氧化三錳。
能夠使用的Si化合物的實例包括二氧化矽。
能夠使用的B化合物的實例包括氧化硼。
進而，根據本發明的壓電材料中，對用於調節表示A位點處Ba和Bi的豐度與B位點處Ti、Zr和Fe的莫耳量之比的“a”的原料並無特別限制。Ba化合物、Bi化合物、Ti化合物、Zr化合物和Fe化合物都具有相同的效
果。
壓實體是透過將原料粉末成形而得到的固體。成形方法的實例包括單軸加壓、冷等靜壓、熱等靜壓、澆鑄和擠出成型。製備壓實體時，優選使用粒化的粉末。使用粒化的粉末的壓實體的燒結具有如下優點：燒結體的晶粒的尺寸分佈容易變得均勻。進而，在提高燒結體的絕緣性能方面，優選壓實體應包括含有Si和B的至少一種的第二輔助成分。
對壓電材料的原料粉末的粒化方法並無特別限制。在能夠使粒化的粉末的顆粒直徑更均勻的方面，最優選使用噴霧乾燥作為粒化方法。
能夠用於將原料粉末粒化的黏結劑的實例包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和丙烯酸系樹脂。添加的黏結劑的量優選為1重量份-10重量份，相對於100重量份的壓電材料的原料粉末，在增加壓實體的密度的方面，更優選為2重量份-5重量份。
對壓實體的燒結方法並無特別限制。
燒結方法的實例包括電爐中燒結、氣爐中燒結、電加熱、微波燒結、毫米波燒結和熱等靜壓(HIP)。電爐或氣爐中燒結可使用連續爐或間歇爐。
對燒結方法中的燒結溫度並無特別限制。優選燒結溫度應為使各個化合物反應並且使晶體充分生長的溫度。在將晶粒直徑限制在500nm-10μm的範圍內方面，燒結溫度優選為1100℃-1400℃，更優選為1150℃-1350℃。在上述溫度範圍內燒結的壓電材料顯示優異的壓電性能。為了使透過燒結工序得到的壓電材料的性能穩定地再現，可在上述範圍內使燒結溫度保持恒定下將燒結工序進行2小時-48小時。進而，也可使用燒結法例如兩階段燒結。但是，考慮生產率，優選使用不包括快速的溫度變化的方法。
優選將透過燒結工序得到的壓電材料磨光，然後在1000℃以上的溫度下對該壓電材料進行熱處理。如果將壓電材料機械地磨光，則在該壓電材料內產生殘餘應力。但是，透過在1000℃以上對壓電材料進行熱處理，使殘餘應力減輕。這使壓電材料的壓電性能更優異。進而，熱處理還具有將在晶界部中沉澱的碳酸鋇的原料粉末等除去的效果。對熱處理的時間並無特別限制，但優選為1小時以上。
圖1是表示根據本發明的例示實施方案的壓電元件的構成的示意圖。根據本發明的壓電元件是至少包括第一電極1、壓電材料部2和第二電極3的壓電元件。形成壓電材料部2的壓電材料是根據本發明的壓電材料。
透過將根據本發明的壓電材料應用於至少包括第一電極和第二電極的壓電元件，能夠評價該壓電材料的壓電性能。第一電極和第二電極各自由具有約5nm-10μm的厚度的導電層形成。對電極的材料並無特別限制，並且可以是通常用於壓電元件的材料。該材料的實例包括金屬例如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu，以及這些的化合物。
第一電極和第二電極各自可含有這些中的一種或者可以透過將這些中的兩種以上層疊而形成。進而，第一電極和第二電極的材料可以彼此不同。
對第一電極和第二電極的製造方法並無限制。各個電極可透過金屬糊的烘焙而形成或者可透過濺射或氣相沉積而形成。進而，可將第一電極和第二電極兩者圖案化為用途所需的形狀。
更優選壓電元件的自發極化軸應在某方向上取向。如果使自發極化軸在某方向上取向，則壓電元件的壓電常數變大。
對壓電元件的極化方法並無特別限制。可在大氣中或者在矽油中進行極化處理。極化的溫度優選為60℃-150℃，但最佳條件取決於形成元件的壓電材料的組成而略有不同。進行極化處理所施加的電場優選為8kV/cm-20kV/cm。
由透過使用商業阻抗分析儀得到的共振頻率和反共振頻率的測定結果，透過基於Japan Electronics and Information Technology Industries Association(JEITA)標準(EM-4501)的計算，能夠得到壓電元件的壓電常數和機械品質因數。以下，將該方法稱為“共振-反共振法”。
接下來，對根據本發明的多層壓電元件進行說明。
根據本發明的多層壓電元件是下述的多層壓電元件，其中將多個壓電材料層和包括內部電極的電極層交替地層疊。該壓電材料層由根據本發明的壓電材料形成。
圖2A和2B是各自表示根據本發明的例示實施方案的多層壓電元件的構成的橫截面示意圖。根據本發明的多層壓電元件包括壓電材料層54和包括內部電極55的電極層，並且是其中將壓電材料層54與電極層交替地層疊的多層壓電元件。壓電材料層54各自由上述壓電材料形成。除了內部電極55以外，電極層可包括外部電極例如第一電極51和第二電極53。
圖2A表示根據本發明的多層壓電元件的構成，其中將兩個壓電材料層54和一個內部電極55交替地層疊，並且將該多層結構夾持在第一電極51與第二電極53之間。如圖2B中所示，可使壓電材料層和內部電極的數目增
加，並且對層的數目沒有限制。圖2B中的多層壓電元件中，將9個壓電材料層504和8個內部電極505(505a或505b)交替地層疊。透過將該多層結構夾持在第一電極501與第二電極503之間而形成多層壓電元件。該多層壓電元件還包括用於使交替形成的內部電極短路的外部電極506a和外部電極506b。
內部電極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的大小和形狀可未必與壓電材料層54和504相同。進而，可將內部電極55和505以及外部電極506a和506b的每個分為多個部分。
內部電極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的每個由具有約5nm-10μm的厚度的導電層形成。對電極的材料並無特別限制，並且可以是通常用於壓電元件的材料。該材料的實例包括金屬例如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu，以及這些的化合物。內部電極55和505以及外部電極506a和506b的每個可由這些中的一種形成或者由這些中的兩種以上的混合物或合金形成，或者可透過將這些中的兩種以上層疊而形成。進而，多個電極的材料可彼此不同。
內部電極55和505的每個含有Ag和Pd，並且M1/M2的重量比優選為0.25M1/M24.0，更優選為2.3M1/M24.0，其中含有的Ag的重量為M1並且含有的Pd的重量為M2。如果M1/M2的重量比小於0.25，內部
電極的燒結溫度高，這是不希望的。另一方面，如果M1/M2的重量比大於4.0，則以島狀形成內部電極，因此在表面中不均勻，這是不希望的。
在電極材料的低成本方面，優選內部電極55和505的每個應含有Ni和Cu中的至少一種。如果將Ni和Cu的至少一種用於內部電極55和505的每個，優選在還原氣氛中燒結根據本發明的多層壓電元件。
如圖2B中所示，可使包括內部電極505的多個電極彼此短路以致驅動電壓同相。例如，可用外部電極506a使內部電極505a和第一電極501彼此短路。可用外部電極506b使內部電極505b和第二電極503彼此短路。可將內部電極505a和內部電極505b交替地配置。進而，對使電極短路的形式並無限制。可在多層壓電元件的側表面上設置用於短路的配線或電極。或者，可穿過壓電材料層504設置通孔，並且可將導電材料設置在通孔內，由此使電極彼此短路。
接下來，對根據本發明的排液頭進行說明。
根據本發明的排液頭至少包括液室和與該液室連通的排出口，該液室包括設置有該壓電元件或該多層壓電元件的振動單元。
圖3A和3B是表示根據本發明的例示實施方案的排液頭的構成的示意圖。如圖3A和3B中所示，根據本發
明的排液頭是包括根據本發明的壓電元件101的排液頭。壓電元件101是至少包括第一電極1011、壓電材料1012和第二電極1013的壓電元件。根據需要，將壓電材料1012圖案化，如圖3B中所示。
圖3B是表示該排液頭的示意圖。該排液頭包括排出口105、獨立液室102、將獨立液室102與排出口105連接的連通孔106、液室分隔壁104、共同液室107、隔膜103和壓電元件101。圖3B中，壓電元件101為矩形。或者，壓電元件101的形狀可以是矩形以外的形狀，例如橢圓形、圓形或平行四邊形。通常，壓電材料1012的形狀與獨立液室102的形狀相符。
圖3A表示根據本發明的排液頭中包括的壓電元件101的附近的詳細情況。圖3A是圖3B中所示的壓電元件101的寬度方向的橫截面圖。將壓電元件101的橫截面形狀表示為矩形，但可以是梯形或倒梯形。
圖3A中，將第一電極1011用作下部電極，並且將第二電極1013用作上部電極。但是，第一電極1011和第二電極1013的配置並不限於此。例如，第一電極1011可用作下部電極，或者可用作上部電極。同樣地，第二電極1013可用作上部電極，或者可用作下部電極。進而，在隔膜103與下部電極之間可存在緩衝層108。這些電極的名稱取決於裝置的製造方法而不同，在任何情形下都能獲得本發明的效果。
排液頭中，由於壓電材料1012的膨脹和收縮，隔膜
103上下振動，由此將壓力施加於獨立液室102中的液體。結果，將該液體從排出口105排出。根據本發明的排液頭能夠用於印表機或者用於電子裝置的製造。
隔膜103的厚度為1.0μm-15μm，優選為1.5μm-8μm。對隔膜103的材料並無限制，但優選為Si。可將硼或磷摻雜到隔膜103的Si中。進而，隔膜103上的緩衝層108或電極可構成隔膜103的一部分。緩衝層108的厚度為5nm-300nm，優選為10nm-200nm。由噴嘴板(未示出)中設置的開口形成排出口105。噴嘴板的厚度優選為30μm-150μm。排出口105的大小為5μm-40μm的當量圓直徑。排出口105優選在噴嘴板中具有錐形。排出口105的形狀可以是圓形、星形、正方形或三角形。
接下來，對根據本發明的排液裝置進行說明。根據本發明的排液裝置包括用於物件的載物台和該排液頭。
作為根據本發明的排液裝置的實例，給出圖4和5中所示的噴墨記錄裝置。圖5表示將部件885和887從圖4中所示的噴墨記錄裝置(排液裝置)881的外殼882去除的狀態。噴墨記錄裝置881包括將作為物件的記錄紙張自動給送到裝置主體896的自動給送單元897。進而，噴墨記錄裝置881包括用於將從自動給送單元897給送的記錄紙張導向預定的記錄位置並且將該記錄紙張從該記錄位置導向排出口898的三個單元。即，噴墨記錄裝置881包括傳
送單元899，其為用於物體的載物台。此外，噴墨記錄裝置881包括在傳送到該記錄位置的記錄紙張上進行記錄的記錄單元891和對記錄單元891進行回復處理的回復單元890。記錄單元891包括托架892，其容納根據本發明的排液頭並且在軌道上往復地移動。
這樣的噴墨記錄裝置中，如果根據從電腦發送的電信號使托架892在軌道上移動並且將驅動電壓施加於夾持壓電材料的電極，則使壓電材料產生移位。透過圖3B中所示的隔膜103，壓電材料的移位將壓力施加到獨立液室102上，並且將墨從排出口105排出，由此進行列印。
根據本發明的排液裝置能夠以高速度均勻地排出液體，並且能夠小型化。
上述實例中，已例示了印表機。或者，根據本發明的排液裝置能夠用於列印裝置例如傳真機、多功能週邊設備或影印機的噴墨記錄裝置、工業排液裝置、或者用於在目標物件上繪圖的繪圖裝置。
此外，用戶能夠根據用途選擇所需的物件。構成可以是如下構成：排液頭相對於在載物臺上放置的物件移動。
接下來，對根據本發明的超音波馬達進行說明。根據本發明的超音波馬達至少包括設置有該壓電元件或該多層壓電元件的振動部件、和與該振動部件接觸的移動部件。
圖6A和6B是表示根據本發明的超音波馬達的構成
的示意圖。圖6A表示超音波馬達，其包括由單板組成的根據本發明的壓電元件。該超音波馬達包括振子201、透過加壓彈簧(未示出)的加壓力與振子201的滑動表面接觸的轉子202和與轉子202一體地形成的輸出軸203。振子201包括金屬彈性環2011、根據本發明的壓電元件2012和將壓電元件2012與彈性環2011黏合的有機黏合劑2013(環氧黏合劑或氰基丙烯酸酯黏合劑)。根據本發明的壓電元件2012包括在第一電極(未示出)與第二電極(未示出)之間夾持的壓電材料。
如果將相位相差π/2的奇數倍的兩個交流電壓施加于根據本發明的壓電元件2012，則在振子201中產生彎曲行波，並且振子201的滑動表面上的每個點進行橢圓運動。如果轉子202與振子201的滑動表面壓接，則轉子202受到振子201的摩擦力，並且在該彎曲行波的相反方向上旋轉。將從動部件(未示出)與輸出軸203連接並且透過轉子202的旋轉力將其驅動。如果將電壓施加於壓電材料，則壓電材料由於橫向壓電效應而膨脹和收縮。如果將由金屬製成的彈性部件與壓電元件2012連接，則透過壓電材料的膨脹和收縮而使該彈性部件彎曲。本文中所述的類型的超音波馬達利用該原理。
接下來，圖6B例示包括具有多層結構的壓電元件的超音波馬達。振子204包括夾持在圓筒狀金屬彈性部件2041之間的多層壓電元件2042。多層壓電元件2042是包括多個層疊的壓電材料(未示出)的元件，並且包括在層疊
的層的外表面上的第一電極和第二電極以及在層疊的層的內表面之間的內部電極。用螺釘將金屬彈性部件2041彼此緊固以將壓電元件2042以夾持的方式固定，由此形成振子204。
將具有不同相位的交流電壓施加於多層壓電元件2042，由此使振子204激發兩個彼此正交的振動。將這兩個振動合成在一起以形成用於驅動振子204的前緣部的圓形振動。在振子204的上部，以收縮的方式形成環形槽以增大用於驅動的振動的位移。透過加壓彈簧206使轉子205與振子204壓接，由此獲得用於驅動的摩擦力。用軸承可旋轉地支撐轉子205。
接下來，對根據本發明的光學裝置進行說明。根據本發明的光學裝置包括設置有超音波馬達的驅動單元。
圖7A和7B是根據本發明的優選的例示實施方案的光學裝置的實例，即單鏡頭反射式照相機的可互換透鏡鏡筒的主要橫截面圖。進而，圖8是根據本發明的優選的例示實施方案的光學裝置的實例，即單鏡頭反射式照相機的可互換透鏡鏡筒的分解透視圖。將固定鏡筒712、直進導向鏡筒713和前透鏡組鏡筒714固定於底座711，底座711可拆卸地與照相機連接。這些部件是可互換透鏡鏡筒的固定部件。
直進導向鏡筒713中，在光軸方向上形成用於引導聚
焦透鏡702的直進導向槽713a。用軸螺釘718將在徑向向外突出的凸輪輥717a和717b固定於保持聚焦透鏡702的後透鏡組鏡筒716。凸輪輥717a嵌入直進導向槽713a。
凸輪環715可轉動地嵌入直進導向鏡筒713的內圓周。固定於凸輪環715的輥719嵌入直進導向鏡筒713的環形槽713b中，由此約束直進導向鏡筒713與凸輪環715在光軸方向上的相對移動。凸輪環715中，形成用於聚焦透鏡702的凸輪槽715a，並且凸輪輥717b也嵌入凸輪槽715a中。
在固定鏡筒712的外圓周側，配置旋轉傳動環720。在相對於固定鏡筒712的固定位置用滾珠軸承底座727可旋轉地保持旋轉傳動環720。旋轉傳動環720中，將從動輥722可旋轉地保持在從旋轉傳動環720徑向延伸的軸720f上。從動輥722的大直徑部722a與手動聚焦環724的底座側端面724b接觸。進而，從動輥722的小直徑部722b與連接部件729接觸。實際上，在旋轉傳動環720的外圓周上以等間隔配置6個從動輥722並且各自基於上述關係形成。
在手動聚焦環724的內圓周部中，配置低摩擦片(墊圈部件)733並且夾持在固定鏡筒712的底座側端面712a與手動聚焦環724的前側端面724a之間。進而，低摩擦片733的外圓周表面為環狀並且沿圓周與手動聚焦環724的內圓周724c嵌合。進而，手動聚焦環724的內圓周
724c沿圓周與固定鏡筒712的外圓周部712b嵌合。低摩擦片733用於使具有如下構成的旋轉環機構中的摩擦減小，其中手動聚焦環724相對於固定鏡筒712圍繞光軸旋轉。
透過波形墊圈726在透鏡702的向前方向上擠壓超音波馬達725的力，將加壓力施加於大直徑部722a和底座側端面724b的狀態下，從動輥722的大直徑部722a與手動聚焦環724的底座側端面724b彼此接觸。進而，同樣地，透過波形墊圈726在透鏡702的向前方向上擠壓超音波馬達725的力，將適度的加壓力施加於小直徑部722b和連接部件729的狀態下，從動輥722的小直徑部722b也與連接部件729彼此接觸。透過與固定鏡筒712卡口聯接的墊圈732約束波形墊圈726在底座711的方向上的移動。將由波形墊圈726產生的彈簧力(推進力)傳送到超音波馬達725，進而到從動輥722，也產生手動聚焦環724擠壓固定鏡筒712的底座側端面712a的力。即，經由低摩擦片733壓靠固定鏡筒712的底座側端面712a的狀態下引入手動聚焦環724。
因此，如果透過控制單元(未示出)驅動超音波馬達725以相對於固定鏡筒712旋轉，由於連接部件729與從動輥722的小直徑部722b摩擦接觸，因此從動輥722圍繞軸720f旋轉。如果從動輥722圍繞軸720f旋轉，結果，旋轉傳動環720圍繞光軸旋轉(自動聚焦操作)。
進而，如果透過手動操作輸入單元(未示出)將光軸周
圍的旋轉力施加於手動聚焦環724，則手動聚焦環724如下移動。即，由於手動聚焦環724的底座側端面724b與從動輥722的大直徑部722a壓接，因此由於摩擦力，從動輥722圍繞軸720f旋轉。如果從動輥722的大直徑部722a圍繞軸720f旋轉，則旋轉傳動環720圍繞光軸旋轉。此時，轉子725c和定子725b的摩擦保持力防止超音波馬達725旋轉(手動聚焦操作)。
在彼此相對的位置將兩個聚焦鍵728安裝於旋轉傳動環720，並且各自與在凸輪環715的前緣設置的缺口部715b嵌合。因此，如果進行自動聚焦操作或手動聚焦操作以使旋轉傳動環720圍繞光軸旋轉，則將旋轉傳動環720的旋轉力經由聚焦鍵728傳送到凸輪環715。如果使凸輪環715圍繞光軸旋轉，則其旋轉受到凸輪輥717a和直進導向槽713a約束的後透鏡組鏡筒716透過凸輪輥717b沿凸輪環715的凸輪槽715a前進或後退。因此，驅動聚焦透鏡702，進行聚焦操作。
儘管作為根據本發明的光學裝置的實例，對單鏡頭反射式照相機的可互換透鏡鏡筒進行了說明，但本發明可應用於包括設置有超音波馬達的驅動單元的光學裝置，例如小型照相機、電子照相機或裝備有照相機的個人數位助理，無論照相機的類型如何。
用於輸送或除去顆粒、粉末或液滴的振動裝置廣泛地
用於電子裝置。
作為根據本發明的振動裝置的實例，以下對使用根據本發明的壓電元件的除塵裝置進行說明。根據本發明的振動裝置包括振動部件，該振動部件包括設置有上述壓電元件或上述多層壓電元件的隔膜。根據本發明的除塵裝置包括設置有振動裝置的振動單元，並且具有將黏附於隔膜320的表面的灰塵除去的功能。
圖9A和9B是表示根據本發明的例示實施方案的除塵裝置的示意圖。除塵裝置310包括板狀的壓電元件330和隔膜320。壓電元件330可以是根據本發明的多層壓電元件。對隔膜320的材料並無限制。但是，將除塵裝置310用於光學裝置時，能夠將半透明材料或光反射材料用於隔膜320，並且對隔膜320的光透射部和光反射部進行除塵。
圖10A-10C是表示圖9A和9B中的壓電元件330的構成的示意圖。圖10A和10C表示壓電元件330的前後表面的構成。圖10B表示壓電元件330的側表面的構成。如圖9A和9B中所示，壓電元件330包括壓電材料331、第一電極332和第二電極333。將第一電極332與第二電極333彼此相對地放置在壓電材料331的板表面上。與圖9A和9B同樣地，壓電元件330可以是根據本發明的多層壓電元件。這種情況下，壓電材料331具有包括壓電材料層和內部電極的交替結構，並且使內部電極交替地與第一電極332或第二電極333短路。因此，能夠對壓電材料層
提供相位不同的驅動波形。圖10C中，將壓電元件330的在前側出現並且在其上設置第一電極332的表面定義為第一電極表面336。圖10A中，將壓電元件330的在前側出現並且在其上設置第二電極333的表面定義為第二電極表面337。
“電極表面”是指壓電元件的其上設置電極的表面。例如，如圖10B中所示，第一電極332可延伸過壓電材料331而到達第二電極表面337。
如圖9A和9B中所示，在壓電元件330的第一電極表面336上，將壓電元件330和隔膜320固定地與隔膜320的板表面接合。然後，壓電元件330的驅動在壓電元件330與隔膜320之間產生應力，由此使隔膜320產生面外振動。根據本發明的除塵裝置310是透過隔膜320的面外振動將黏附於隔膜320的表面的異物例如灰塵除去的裝置。“面外振動”意味著使隔膜320在光軸方向，即隔膜320的厚度方向上移位元的彈性振動。
圖11A和11B是表示根據本發明的除塵裝置310的振動原理的示意圖。圖11A表示將同相交流電壓施加於一對左右壓電元件330以使隔膜320產生面外振動的狀態。形成該對左右壓電元件330的壓電材料的極化方向與每個壓電元件330的厚度方向相同。以第七振動模式驅動除塵裝置310。圖11B表示將相位相差180°的反相交流電壓分別施加於該對左右壓電元件330以使隔膜320產生面外振動的狀態。以第六振動模式驅動除塵裝置310。根據本發
明的除塵裝置310是透過適當地採用至少兩種振動模式的任一種能夠將黏附於隔膜的表面的灰塵有效地除去的裝置。
接下來，對根據本發明的成像裝置進行說明。根據本發明的成像裝置是至少包括除塵裝置和圖像感測器單元的成像裝置。將除塵裝置的隔膜設置在圖像感測器單元的受光表面側。圖12和13是表示根據本發明的優選例示實施方案的成像裝置的實例，即數位單鏡頭反射式照相機的圖。
圖12是從物體側觀看的照相機主體601的正面透視圖，並且表示將成像透鏡單元除去的狀態。圖13是用於表示根據本發明的除塵裝置和成像單元400的周邊結構的照相機內部的概略構成的分解透視圖。
圖12中所示的照相機主體601中，設置將已透過成像透鏡的成像光束向其導入的反射鏡箱605。反射鏡箱605中，設置主反射鏡(速回反射鏡)606。主反射鏡606能夠成為相對于成像光軸以45°的角度保持以在五角屋脊鏡(未示出)的方向上引導成像光束的狀態，或者保持在使主反射鏡606從成像光束回撤的位置以在圖像感測器(未示出)的方向上引導成像光束的狀態。
參照圖13，在作為照相機主體601的框架的主體底架300的物體側，從物體側依次設置反射鏡箱605和快門
單元200。進而，在主體底架300的攝像者側，設置成像單元400。成像單元400包括除塵裝置的隔膜和圖像感測器單元。進而，依次同軸地設置除塵裝置的隔膜和圖像感測器單元的受光表面。將成像單元400設置在用作成像透鏡單元的安裝基準的底座單元602的安裝表面上(圖12)，並且經調節以致與成像透鏡單元平行地並且與其以預定的距離配置圖像感測器單元的成像表面。
成像單元400包括除塵裝置的振動部件和圖像感測器單元。進而，依次地同軸設置除塵裝置的振動部件和圖像感測器單元的受光表面。
儘管作為根據本發明的成像裝置的實例，對數位單鏡頭反射式照相機進行了說明，但可使用可互換成像透鏡單元照相機，例如無反射鏡數位單鏡頭照相機，其不包括反射鏡箱605。進而，在各種成像裝置或者包括成像裝置的電子裝置和電氣裝置，例如可互換成像透鏡單元攝像機、影印機、傳真機和掃描器中，本發明也可應用於尤其是需要將黏附於光學部件的表面的灰塵除去的裝置。
接下來，對根據本發明的電子裝置進行說明。根據本發明的電子裝置包括設置有該壓電元件或該多層壓電元件的壓電聲部件。壓電聲部件的實例包括揚聲器、蜂鳴器、麥克風和表面聲波(SAW)裝置。
圖14是表示根據本發明的優選例示實施方案的電子
裝置的實例，即數位相機的從數位相機的主體931的前方觀看的全體透視圖。在主體931的前表面上，配置光學裝置901、麥克風914、閃光發射單元909和輔助光單元916。將麥克風914嵌入主體931中，因此用虛線表示。在麥克風914的前方，設置用於拾取外部聲音的孔形狀。
在主體931的上表面上，配置電源按鈕933、揚聲器912、變焦桿932和用於進行聚焦操作的快門按鈕908。將揚聲器912嵌入主體931內，因此用虛線表示。在揚聲器912的前方，設置用於將聲音傳送到外部的孔形狀。
根據本發明的壓電聲部件用於麥克風914、揚聲器912和表面聲波裝置中的至少一個。
儘管作為根據本發明的電子裝置的實例，對數位相機進行了說明，但根據本發明的電子裝置也能夠應用於包括壓電聲部件的各種電子裝置，例如聲音重製裝置、錄音裝置、移動電話和資訊終端。
如上所述，根據本發明的壓電元件和多層壓電元件適合用於排液頭、排液裝置、超音波馬達、光學裝置、振動裝置、除塵裝置、成像裝置和電子裝置。根據本發明的壓電元件和多層壓電元件特別適合用於在低溫下驅動。
透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的噴嘴密度和排出速度的排液頭。
透過使用根據本發明的排液頭，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的排出速度和排出精度的
排液裝置。
透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的驅動力和耐久性的超音波馬達。
透過使用根據本發明的超音波馬達，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的耐久性和運轉精度的光學裝置。
透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的振動性能和耐久性的振動裝置。
透過使用根據本發明的振動裝置，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其大的除塵效率和耐久性的除塵裝置。
透過使用根據本發明的除塵裝置，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其好的除塵功能的成像裝置。
透過使用包括根據本發明的壓電元件或多層壓電元件的壓電聲部件，能夠提供具有與使用含鉛的壓電元件時相當或比其好的發聲性能的電子裝置。
除了排液頭和馬達以外，根據本發明的壓電材料能夠用於裝置例如超音波振盪器、壓電致動器、壓電感測器和鐵電記憶體。
以下用實施例對本發明更具體地說明。但是，本發明並不限於下述實施例。
如下所述製備根據本發明的壓電材料。
製備具有由通式(1)的(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3表示的下述組成的壓電材料。
具體地，以下述方式將原料稱重，該原料對應於組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3，其由x=0.020、y=0.005、z=0.005和a=1.004表示。
採用固相法製備具有100nm的平均顆粒直徑和99.99%以上的純度的鈦酸鋇、具有300nm的平均顆粒直徑和99.99%以上的純度的鋯酸鋇和具有200nm的平均顆粒直徑和99%以上的純度的鐵酸鉍的原料粉末。此時，將Ba、Bi、Ti、Zr和Fe稱重以致Ba、Bi、Ti、Zr和Fe的比例產生組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。進而，使用碳酸鋇和氧化鈦以調節表示A位點處Ba和Bi的莫耳量之和與B位點處Ti、Zr和Fe的莫耳量之和的比的“a”。
將二氧化錳稱重以致作為第一輔助成分含有的Mn元素的量為0.005莫耳，相對於1莫耳的組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。
透過使用球磨機乾混24小時，從而將這些稱重的粉
末混合在一起。將混合粉末的總重量定義為100重量份，使用噴霧乾燥裝置使3重量份的PVA黏結劑黏附於該混合粉末的表面，由此將該混合粉末粒化。
接下來，用得到的粒化的粉末填充金屬模具，並且使用模壓成型機將200MPa的成型壓力施加於該粒化的粉末，由此製備圓盤狀壓實體。使用冷等靜壓機對該壓實體進一步加壓，但得到的結果相似。
將得到的壓實體放入電爐中，在最大溫度Tmax為1350℃的條件下保持4小時，並且在大氣中燒結合計24小時，由此得到陶瓷，即根據本發明的壓電材料。
然後，對形成得到的陶瓷的晶粒的平均當量圓直徑和相對密度進行評價。結果，平均當量圓直徑為4.3μm，相對密度為98.8%。主要使用偏光顯微鏡觀察晶粒。為了確定小晶粒的晶粒直徑，使用SEM。對透過使用偏光顯微鏡和SEM對晶粒拍照而得到的拍攝圖像進行圖像處理，計算平均當量圓直徑。進而，採用阿基米德原理評價相對密度。
接下來，將得到的陶瓷磨光以具有0.5mm的厚度，並且透過X射線繞射分析該陶瓷的晶體結構。結果，只觀察到對應於鈣鈦礦結構的峰。
進而，透過ICP發射光譜分析對得到的陶瓷的組成進行評價。結果可知，該壓電材料包括能夠由化學式(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3表示的金屬氧化物作為主要成分。進而，也可知含有0.005莫耳的Mn元素
，相對於1莫耳的作為主要成分的金屬氧化物。結果可知，稱重的組成與燒結後的組成一致。進而，再次觀察晶粒，但在磨光前後平均當量圓直徑沒有顯著地不同。
採用與實施例1同樣的方法製備實施例2-32的壓電材料。首先，將各個原料粉末稱重以致Ba、Bi、Ti、Zr和Fe的比例如表1中所示。使用碳酸鋇和氧化鈦以調節表示A位點處Ba和Bi的莫耳量之和與B位點處Ti、Zr和Fe的莫耳量之和的比的“a”。接下來，稱量二氧化錳以致作為第一輔助成分的Mn的比例如表1中所述，以金屬計。此時，稱量二氧化錳，相對於透過將稱量的鈦酸鋇、鋯酸鋇、鐵酸鉍、碳酸鋇和氧化鈦之和(合計值)換算為化學式(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3而得到的1莫耳的化合物。
實施例22-31中，稱量二氧化矽和氧化硼以致作為第二輔助成分的Si和B的比例如表2中所示，以金屬計。
此時，稱量二氧化矽和氧化硼，相對於透過將稱量的鈦酸鋇、鋯酸鋇、鐵酸鉍、碳酸鋇和氧化鈦之和(合計值)換算為化學式(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3而得到的100重量份的化合物。
透過使用球磨機乾混24小時，從而將這些稱重的粉末混合在一起。然後，使用噴霧乾燥裝置使3重量份的PVA黏結劑黏附於該混合粉末的表面，由此將該混合粉末
粒化。
接下來，用得到的粒化的粉末填充金屬模具，並且使用模壓成型機將200MPa的成型壓力施加於該粒化的粉末，由此製備圓盤狀壓實體。
將得到的壓實體放入電爐中，在最大溫度Tmax為表1中所示的溫度的條件下保持4小時，並且在大氣中燒結合計24小時，由此得到陶瓷，即根據本發明的壓電材料。
實施例19和20中，鐵酸鉍中含有的Bi和Fe的莫耳量彼此不同。這些實施例中，預先製備Bi和Fe的莫耳量彼此不同的鐵酸鉍粉末。而且，稱量氧化鐵和氧化鉍以實現目標組成並且與鈦酸鋇、鋯酸鋇、碳酸鋇、氧化鈦、二氧化錳、二氧化矽和氧化硼燒結。結果，仍獲得了同樣的壓電性能。
與實施例1同樣地，對平均當量圓直徑和相對密度進行了評價。將結果示於表2中。
進而，與實施例1同樣地，分析了組成。在全部壓電材料中，Ba、Bi、Ti、Zr、Fe、Mn、Si和B的稱量的組成與燒結後的組成一致。
[表1]
根據表1中所示的條件，即主要成分、第一輔助成分
和第二輔助成分的比例、Bi與Fe的莫耳比y/z、A位點與B位點的莫耳比“a”和最大燒結溫度Tmax，採用與實施例1-32同樣的方法製備用於比較的金屬氧化物材料。
與實施例1同樣地，對平均當量圓直徑和相對密度進行了評價。將結果示於表2中。
進而，與實施例1同樣地，分析了組成。在全部金屬氧化物材料中，Ba、Bi、Ti、Zr、Fe、Mn、Si和B的稱量的組成與燒結後的組成一致。
以下述方式稱量原料，該原料對應於組成(Ba0.900Ca0.100)0.990TiO3，其由通式(2)的(Ba1-y'Cay')a'TiO3中y'=0.100和a=1.004表示。
採用固相法製備具有100nm的平均顆粒直徑和99.99%以上的純度的鈦酸鋇和具有300nm的平均顆粒直徑和99.99%以上的純度的鈦酸鈣的原料粉末。此時，將Ba、Ca和Ti稱重以致Ba、Ca和Ti的比例產生組成(Ba0.900Ca0.100)0.990TiO3。進而，使用碳酸鋇、碳酸鈣和氧化鈦以調節表示A位點處Ba和Ca的莫耳量之和與B位點處Ti的莫耳量的比的“a'”。
將二氧化錳稱重以致作為第一輔助成分含有的Mn元素的量為0.0098莫耳，相對於1莫耳的組成(Ba0.900Ca0.100)0.990TiO3。
透過使用球磨機乾混24小時，從而將這些稱重的粉
末混合在一起。然後，使用噴霧乾燥裝置使3重量份的PVA黏結劑黏附於該混合粉末的表面，由此將該混合粉末粒化。
接下來，用得到的粒化的粉末填充金屬模具，並且使用模壓成型機將200MPa的成型壓力施加於該粒化的粉末，由此製備圓盤狀壓實體。使用冷等靜壓機對該壓實體進一步加壓，但得到的結果相似。
將得到的壓實體放入電爐中，在最大溫度Tmax為1350℃的條件下保持4小時，並且在大氣中燒結合計24小時，由此得到由根據本發明的壓電材料形成的陶瓷。
與實施例1同樣地，對平均當量圓直徑和相對密度進行了評價。將結果示於表2中。
進而，與實施例1同樣地，對組成進行了分析。金屬氧化物材料中，Ba、Ca、Ti和Mn的稱重的組成與燒結後的組成一致。
接下來，製備根據本發明的壓電元件。
使用實施例1-32的壓電材料製備壓電元件。
透過直流(DC)濺射在圓盤狀陶瓷的前後表面上都形成各自具有400nm的厚度的金電極。在各個電極與陶瓷之間，形成具有30nm的厚度的鈦膜作為黏合層。對該具有
電極的陶瓷進行切割以製備具有10mm×2.5mm×0.5mm的大小的矩形壓電元件。
將熱板的表面設定為60℃-150℃，並且將14kV/cm的電場施加於該熱板上的得到的壓電元件30分鐘，由此對該壓電元件進行極化處理。
接下來，使用比較例1-12的用於比較的金屬氧化物材料，採用與實施例1-32同樣的方法製備用於比較的元件並且進行極化處理。
對使用實施例1-32的壓電材料製備的壓電元件和使用比較例1-12的金屬氧化物材料製備的用於比較的元件進行了評價。
首先，在進行了極化處理的壓電元件的裝置驅動溫度範圍內的三個測定溫度(-30℃、25℃和50℃)下評價壓電常數d31和機械品質因數Qm。在25℃，使用商業阻抗分析儀，透過施加具有1kHz的頻率和10V/cm的電場強度的交流電場，測定介電損耗正切。將結果示於表3中。表3中，“×”表示對於評價項目沒有獲得顯著結果，這是因為用於比較的元件的電阻率低並且未能對元件充分地進行極化處理。
使用恒溫槽將環境溫度從室溫(25℃)降低到-60℃並且
升高到-30℃到25℃到50℃。在每個溫度下將壓電元件保持10分鐘以上以致恒溫槽的溫度均一後，進行了上述的評價。採用共振-反共振法得到了壓電常數d31和機械品質因數Qm。將-30℃、25℃和50℃下壓電常數d31的絕對值| d31 |和機械品質因數Qm示於表3中。如果壓電常數| d31 |小，則需要大電場以驅動裝置。因此，這樣的壓電常數不適於驅動裝置。壓電常數| d31 |優選為50pm/V以上，更優選為80pm/V以上。
接下來，測定電阻率以評價絕緣性能。使用未極化的壓電元件在室溫(25℃)下測定電阻率。將10V的直流電壓施加於壓電元件的兩個電極之間，並且在20秒後由漏電流值評價電阻率。將結果示於表3中。如果該電阻率為1×109Ω cm以上，更優選地50×109Ω．cm以上，則壓電材料和壓電元件具有足夠實際使用的絕緣性能。表3中，電阻率的“GΩ cm”表示“109Ω cm”。
接下來，將實施例14和30的壓電元件以及比較例2和11的用於比較的元件的每個放入恒溫槽中，並且在85℃進行高溫耐久性試驗24小時。在高溫耐久性試驗前後評價室溫(25℃)的壓電常數d31。將高溫耐久性試驗前後壓電常數| d31 |的變化率示於表4中。
接下來，對實施例14和30的壓電元件以及比較例2和11的用於比較的元件的每個的居里溫度Tc進行評價。如下所述得到了居里溫度Tc。在改變測定溫度的同時使用微小交流電場測定相對介電常數，由此由測定的相對介電常數顯示局部最大值的溫度得到居里溫度Tc。使用恒溫槽，以5℃間隔先將環境溫度從室溫冷卻到-60℃，然後以5℃間隔改變至110℃，並且以2℃間隔從110℃變為140℃。在各個溫度下將壓電元件保持10分鐘以上以致恒溫槽的溫度均一後，進行上述的評價。將結果示於表4中。進而，作為實例，圖15表示根據環境溫度的實施例14的壓電元件的相對介電常數的變化。居里溫度Tc為118℃，相變溫度Tto為-30℃，並且在裝置驅動溫度範圍內相對介電常數的變化小。
同樣地測定根據環境溫度的實施例1-13和實施例15-32的壓電元件的相對介電常數的變化。結果，在這些實施例的任何壓電元件中，居里溫度Tc都在101℃-127℃的
範圍內，並且相變溫度Tto都在-50℃至-30℃的範圍內。
對表3和4的結果進行說明。
比較例1中，“x”的值，其為Zr的量，小於0.010。結果如下所述。25℃和50℃的壓電常數| d31 |小於50pm/V，其比實施例1-32的壓電常數小。
比較例2和11中，“x”的值，其為Zr的量，大於0.060。結果如下所述。在上述85℃歷時24小時的高溫耐久性試驗前後壓電常數| d31 |的變化率大幅地超過-10%，其大於實施例14和30的變化率，並且高溫耐久性不足。認為這是由下述事實引起的：如果“x”的值大於0.060，居里溫度低。實施例14和30中，“x”的值小於0.060。結果如下所述。兩個實施例中，耐久性試驗前後壓電常數| d31 |的變化率都低於-10%，並且高溫耐久性優異。
比較例3中，“y”的值，其為含有的Bi的量，和“z”的值，其為含有的Fe的量，小於0.001。結果如下所述。-30℃下的機械品質因數Qm小於200，其比實施例1-32的機械品質因數小。
進而，比較例4中，“y”的值，其為含有的Bi的
量，和“z”的值，其為含有的Fe的量，大於0.015。結果如下所述。-30℃、25℃和50℃的壓電常數| d31 |小於50pm/V，其小於實施例1-32的壓電常數。此外，比較例4中，-30℃、25℃和50℃的機械品質因數Qm也小，即小於200。
比較例5中，y/z小於0.950。結果如下所述。25℃的電阻率小於1GΩ．cm，其低於實施例1-32的電阻率，並且未能對元件充分地進行極化處理。使用透射電子顯微鏡觀察比較例5的樣品的晶粒間界並且進行能量分散型X射線分析時，可知大量的Fe在晶粒間界處析出。認為在晶粒間界處析出的Fe導致了低電阻率。
進而，比較例6中，y/z大於1.050。結果如下所述。25℃和50℃的壓電常數| d31 |小於50pm/V，其小於實施例1-32的壓電常數。-30℃和25℃的機械品質因數Qm小於200，其也小於實施例1-32的機械品質因數。
比較例7中，“a”的值小於0.986。結果如下所述。平均當量圓直徑為60.3μm，其大於實施例1-32的平均當量圓直徑，並且發生了異常晶粒生長。使用拉伸-壓縮試驗裝置(商品名：Tensilon RTC-1250A，由Orientec Co.,Ltd.製造)，透過三點彎曲試驗對元件的機械強度進行了評價。結果，比較例7的元件的機械強度為12MPa，其顯著低於實施例1-32的壓電元件的機械強度(其為40MPa以上)。
進而，比較例8中，“a”的值大於1.020。結果如下
所述。與實施例1-32相比，過度地抑制了晶粒生長以致平均當量圓直徑為0.22μm。因此，相對密度低。結果，比較例8的元件的電阻率低，並且未能對該元件充分地進行極化處理。
比較例9中，含有的Mn的量小於0.002莫耳。結果如下所述。-30℃和25℃的機械品質因數Qm小於200，其小於實施例1-32的機械品質因數。結果，作為共振裝置將該元件驅動時，功率消耗增加。
進而，比較例10中，含有的Mn的量大於0.015莫耳。結果如下所述。介電損耗正切大於0.006，其大於實施例1-32的介電損耗正切。
實施例31中，含有的Si和B的總量為0.0005重量份，其小於0.0010重量份。結果如下所述。在1200℃和1250℃的最大燒結溫度Tmax燒結的狀態不充分。因此，最大燒結溫度Tmax需要1350℃。此時，相對密度高，即98.3%，並且25℃的壓電常數| d31 |大，即80.3pm/V。
比較例12中，不含Bi和Fe。結果如下所述。-30℃的機械品質因數Qm小，即小於200，並且-30℃、25℃和50℃的壓電常數| d31 |小，即小於50pm/V。
實施例32中，含有的Si和B的總量為0.1000重量份，並且最大燒結溫度Tmax為1350℃。結果如下所述。相對密度高，即98.6%，25℃的電阻率為253GΩ．cm，其在實施例1-32中最高。
接下來，製備根據本發明的多層壓電元件。
製備具有由通式(1)的(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3表示的下述組成的化合物。即，以下述方式將原料稱重，該原料對應於組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3，其由x=0.020、y=0.005、z=0.005和a=1.004表示。
準備具有99.99%以上的純度的鈦酸鋇、具有99.99%以上的純度的鋯酸鋇和具有99%以上的純度的鐵酸鉍的原料粉末作為主要成分的原料。此時，將Ba、Bi、Ti、Zr和Fe稱重以致Ba、Bi、Ti、Zr和Fe的比例產生組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。進而，使用碳酸鋇和氧化鈦以調節表示A位點處Ba和Bi的莫耳量之和與B位點處Ti、Zr和Fe的莫耳量之和的比的“a”。
將二氧化錳稱重以致作為第一輔助成分含有的Mn元件的量為0.005莫耳，相對於1莫耳的組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。
將二氧化矽稱重以致作為第二輔助成分，Si為0.0690重量份，以金屬計，相對於100重量份的組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。將氧化硼稱重以致作為第二輔助成分，B為0.0310重量份，以金屬計，相對於100重量份的組成(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3。
添加PVB並且與這些稱重的粉末混合。然後，採用刮刀法將該混合物形成為片材，由此得到具有50μm的厚度的生片。
將用於內部電極的導電糊印刷到該生片上。作為該導電糊，使用了70%Ag-30%Pd合金(Ag/Pd=2.33)糊。將施塗了該導電糊的9個生片層疊在一起，並且在1200℃的條件下將得到的層疊體燒結4小時以得到燒結體。
透過ICP發射光譜分析對這樣得到的燒結體的壓電材料部的組成進行了評價。結果，可知該壓電材料是包括能夠用化學式(Ba0.995Bi0.005)1.004(Ti0.975Zr0.020Fe0.005)O3表示的金屬氧化物作為主要成分的物質。進而，可知該物質含有：0.005莫耳的Mn，相對於1莫耳的該主要成分，以及0.0690重量份的Si和0.0310重量份的B，相對於100重量份的該主要成分。Ba、Bi、Ti、Zr、Fe、Mn、Si和B的稱重組成與燒結後的組成一致。
將該燒結體切割為10mm×2.5mm的大小，然後將切割的燒結體的側表面磨光。透過Au濺射形成用於交替地使內部電極短路的一對外部電極(第一電極和第二電極)，由此製備圖2B中所示的多層壓電元件。
該多層壓電元件包括9個壓電材料層和8個內部電極層。觀察得到的多層壓電元件的內部電極時，與壓電材料交替地形成含有Ag-Pd的電極材料。
在壓電性能的評價前對樣品進行極化處理。具體地，在熱板上將該樣品加熱到100℃-150℃，將14kV/cm的電
場施加於第一電極與第二電極之間30分鐘，在保持施加電場的同時將該樣品冷卻到室溫。
對得到的多層壓電元件的壓電性能進行評價時，可知即使具有多層結構，該多層壓電元件也具有與實施例1的陶瓷相當的絕緣性能和壓電性能。
進而，關於除了將Ni和Cu用於內部電極並且在低氧氣氛中將多層壓電元件燒結以外同樣地製備的多層壓電元件，也獲得了相當的壓電性能。
採用與實施例33同樣的方法製備多層壓電元件。但是，組成與比較例11相同，燒結溫度為1300℃並且內部電極含有95%Ag-5%Pd合金(Ag/Pd=19)。使用SEM觀察內部電極。結果，使內部電極熔融並且以島狀的方式散佈。因此，在內部電極之間不存在電連續性，因此，未能使該多層壓電元件極化。因此，未能評價壓電性能。
除了內部電極含有5%Ag-95%Pd合金(Ag/Pd=0.05)以外，與比較例13同樣地製備多層壓電元件。使用SEM觀察內部電極。在含有Ag-Pd的電極材料與壓電材料層之間的邊界處發現了剝離。使該多層壓電元件極化時，未能施加足夠的電場，因此，未能使該多層壓電元件極化。因此，未能評價壓電性能。
使用包括實施例1-32的壓電材料的壓電元件製備圖3A和3B中所示的排液頭。確認了根據輸入的電信號的墨的排出。
使用包括實施例1-32的壓電材料的排液頭製備圖4中所示的排液裝置。確認了根據輸入的電信號將墨排出到物件上。
使用包括實施例1-32的壓電材料的壓電元件製備圖6A中所示的超音波馬達。確認了各個馬達根據交流電壓的施加而旋轉。
使用包括實施例1-32的壓電材料的超音波馬達製備圖7A和7B中所示的光學裝置。確認了根據交流電壓的施加的自動聚焦操作。
使用包括實施例1-32的壓電材料的壓電元件製備圖9A和9B中所示的除塵裝置。將塑膠珠散落並且施加交流電壓時，確認了優異的除塵效率。
使用包括實施例1-32的壓電材料的除塵裝置製備圖12中所示的成像裝置。使各個成像裝置運轉時，有效地將成像單元的表面上的灰塵除去，並且獲得了無灰塵缺陷的圖像。
使用包括實施例1-32的壓電材料的壓電元件製備圖14中所示的電子裝置。確認了根據交流電壓的施加的揚聲器運轉。
使用實施例33的多層壓電元件製備圖3A和3B中所示的排液頭。確認了根據輸入的電信號而排出墨。
使用實施例34的排液頭製備圖4中所示的排液裝置。確認了根據輸入的電信號將墨排出到物件上。
使用實施例33的多層壓電元件製備圖6B中所示的超音波馬達。確認了根據交流電壓的施加，馬達旋轉。
使用實施例36的超音波馬達製備圖7A和7B中所示的光學裝置。確認了根據交流電壓的施加的自動聚焦操作。
使用實施例33的多層壓電元件製備圖9A和9B中所示的除塵裝置。將塑膠珠散落並且施加交流電壓時，確認了優異的除塵效率。
使用實施例38的除塵裝置製備圖12中所示的成像裝置。使成像裝置運轉時，有效地將成像單元的表面上的灰
塵除去，並且獲得了無灰塵缺陷的圖像。
使用實施例33的多層壓電元件製備圖14中所示的電子裝置。確認了根據交流電壓的施加的揚聲器運轉。
根據本發明的壓電材料在裝置驅動溫度範圍(-30℃至50℃)內具有優異的壓電常數和機械品質因數。進而，該壓電材料不含鉛，因此幾乎不具有環境負荷。因此，根據本發明的壓電材料能夠沒有任何問題地甚至用於使用大量壓電材料的裝置，例如排液頭、超音波馬達或除塵裝置。
儘管已參照例示實施方案對本發明進行了說明，但應理解本發明並不限於所公開的例示實施方案。下述申請專利範圍的範圍應給予最寬泛的解釋以包括所有這樣的變形以及等同的結構和功能。
1‧‧‧第一電極
2‧‧‧壓電材料部
3‧‧‧第二電極
Claims (17)
- 一種壓電材料，包括：含有由下述通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物的主要成分；和含有Mn的第一輔助成分，其中含有的Mn的量為0.002莫耳或更多及-0.015莫耳或更少，相對於1莫耳的該金屬氧化物，(Ba1-yBiy)a(Ti1-x-zZrxFez)O3 (1)其中0.010x0.060，0.001y0.015，0.001z0.015，0.950y/z1.050，和0.986a1.020。
- 根據請求項1的壓電材料，還包括含有Si和B中的至少一種的第二輔助成分，其中含有的第二輔助成分的量為0.0010重量份或更多及-4.0000重量份或更少，以金屬計，相對於100重量份的由通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物。
- 根據請求項1的壓電材料，其中形成該壓電材料的晶粒的平均當量圓直徑為500nm或更多及-10μm或更少。
- 根據請求項1的壓電材料，其中該壓電材料的相對密度為93%或更多及100%或更少。
- 根據請求項1的壓電材料，其中該壓電材料的1kHz頻率下的介電損耗正切為0.006以下。
- 一種壓電元件，至少包括：第一電極；壓電材料部；和第二電極，其中形成該壓電材料部的壓電材料是根據請求項1的壓電材料。
- 一種多層壓電元件，包括：多個壓電材料層和包括內部電極的多個電極層，該壓電材料層和該電極層係交替地層疊，其中形成該壓電材料層的壓電材料是根據請求項1的壓電材料。
- 根據請求項7的多層壓電元件，其中該內部電極含有Ag和Pd，並且其中M1/M2的重量比為0.25M1/M24.0，其中M1為含有的Ag的重量和M2為含有的Pd的重量。
- 根據請求項7的多層壓電元件，其中該內部電極含有Ni和Cu的至少一種。
- 一種排液頭，至少包括：液室，該液室包括設置有根據請求項6的壓電元件或根據請求項7的多層壓電元件的振動單元；和與該液室連通的排出口。
- 一種排液裝置，包括：用於物體的載物台；和根據請求項10的排液頭。
- 一種超音波馬達，至少包括： 設置有根據請求項6的壓電元件或根據請求項7的多層壓電元件的振動部件；和與該振動部件接觸的移動部件。
- 一種光學裝置，包括設置有根據請求項12的超音波馬達的驅動單元。
- 一種振動裝置，包括振動部件，該振動部件包括設置有根據請求項6的壓電元件或根據請求項7的多層壓電元件的隔膜。
- 一種除塵裝置，包括設置有根據請求項14的振動裝置的振動單元。
- 一種成像裝置，至少包括：根據請求項15的除塵裝置；和圖像感測器單元，其中將該除塵裝置的隔膜設置在該圖像感測器單元的受光表面側。
- 一種電子裝置，包括設置有根據請求項6的壓電元件或根據請求項7的多層壓電元件的壓電聲部件。
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