專利名稱：具有壓電性的化合物、壓電器件、使用該壓電器件的液體排出頭和使用該壓電器件的超聲馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠用作壓電材料的化合物。特別地，本發(fā)明涉及包括無鉛金屬氧化物的新型壓電材料。
背景技術(shù)：
為了本說明書，術(shù)語“鎢青銅結(jié)構(gòu)”不是指因它們的電致變色現(xiàn)象而已知的 HxWO3 (鎢青銅)或六方鎢青銅結(jié)構(gòu)(HTB)，而是指通常稱為四方鎢青銅結(jié)構(gòu)(TTB)。應(yīng)指出的是，術(shù)語“四方鎢青銅結(jié)構(gòu)”是給予特定的晶體結(jié)構(gòu)的名稱并且并不直接地意味著所指的晶體總是四方。也存在斜方材料。關(guān)于鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物，晶胞的設(shè)定在四方系和斜方系之間不同。本說明書中，四方系的設(shè)定用于表示晶面、晶體取向和衍射。本說明書中，術(shù)語“變晶相界”不僅是指作為通常定義的晶系根據(jù)組成而變化的邊界，而且是指空間群根據(jù)組成而變化的邊界或區(qū)域。本說明書中，術(shù)語“居里溫度”不僅是指作為通常定義的超過其則材料失去其鐵電性的溫度，而且是指使用特定頻率的微型(minute)交流電場(chǎng)通過改變測(cè)定溫度測(cè)定時(shí)觀察到最大介電常數(shù)的溫度。本說明書中，術(shù)語“摩爾％，，是指相對(duì)于占據(jù)指定位點(diǎn)的物質(zhì)的總量，指定元素的
量的百分率。在各種壓電器件中使用的壓電材料的多數(shù)為由鋯鈦酸鉛表示的含鉛的鈣鈦礦壓電材料。但是，已努力用不含鉛的壓電材料替代含鉛的壓電材料。這是因?yàn)橐阎赋鰧⒑U的壓電器件廢棄并且暴露于酸雨時(shí)，壓電材料中的鉛組分流出到泥土中，可能影響生態(tài)系統(tǒng)。 因此已有關(guān)于不含鉛的壓電材料的提案。關(guān)于鈣鈦礦壓電材料，已研究了利用變晶相界(以下簡(jiǎn)稱為“MPB”)以改善壓電性。例如，由Fu領(lǐng)導(dǎo)的小組在非專利文獻(xiàn)1中報(bào)道，晶體之間的自由能之差小并且該自由能根據(jù)MPB，即不同晶系的間界處的施加電場(chǎng)而變化。結(jié)果，由該電場(chǎng)能夠產(chǎn)生場(chǎng)感應(yīng)相轉(zhuǎn)變。追隨該相轉(zhuǎn)變，使作為晶體的應(yīng)變方向的自發(fā)極化軸的取向旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生大的位移。認(rèn)為自發(fā)極化的旋轉(zhuǎn)是在MPB處賦予鈣鈦礦壓電材料高壓電性的機(jī)理之一。關(guān)于具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的那些以外的壓電材料，已知鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料具有MPB。 例如，由Oliver領(lǐng)導(dǎo)的小組在非專利文獻(xiàn)2中報(bào)道它們發(fā)現(xiàn)了 BaNb2O6和I^bNb2O6之間的 MPB0 一些含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料在與c軸正交(傾斜90° )的a_b面中具有自發(fā)極化軸。將含鉛并且在a_b面中具有自發(fā)極化軸的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料溶解于在c軸方向上具有自發(fā)極化的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料中時(shí)，能夠形成自發(fā)極化軸方向變化的MPB。實(shí)際上， 已確認(rèn)在MPB處壓電性的改善。但是，關(guān)于不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料，與晶系無關(guān)，只已知具有在c軸方向上延伸的自發(fā)極化軸的那些。因此，即使形成MPB，由自發(fā)極化軸的旋轉(zhuǎn)引起的巨大的位移能夠很少地被利用。因此，具有在c軸方向以外的方向(以下也稱為“非-C軸”)上取向的自發(fā)極化軸的不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料的發(fā)現(xiàn)對(duì)于使用自發(fā)極化軸的旋轉(zhuǎn)以改善壓電性是希望的。由Muehlberg領(lǐng)導(dǎo)的小組在非專利文獻(xiàn)3中公開了 BaNb2O6和CaNb2O6的固溶體系作為不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料。但是，該材料的壓電性顯著地低。專利文獻(xiàn)公開了壓電陶瓷組合物，其含有鎢青銅結(jié)構(gòu)復(fù)合氧化物作為主要組分，該復(fù)合氧化物含有金屬元素Na、Ba、Bi和Nb，其中Bi與總重量之比為 3-6重量％，基于金屬，并且Na含量顯著地大于Bi含量。該壓電陶瓷組合物基于 X(NaNbO3)-Y(BaNb2O6)-Z (BiNb3O9)所示的固溶體系。該固溶體系的問題是顯著影響壓電振子、諧振器和換能器的驅(qū)動(dòng)性能的機(jī)械品質(zhì)系數(shù)(Qm)低達(dá)約100。此外，不含有有關(guān)自發(fā)極化的方向的記載。本發(fā)明提供具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的化合物，其顯示高居里溫度、良好的抗絕緣性和機(jī)械品質(zhì)系數(shù)以及優(yōu)異的壓電性。本發(fā)明還提供新型的化合物，其具有不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)，其具有相對(duì)于晶體的c 軸傾斜的自發(fā)極化軸。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)日本專利公開No. 2000-281443非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 :Fu 等，Nature，第 403 卷，第 281 頁(2000)非專利文獻(xiàn)2 :01iver 等，Journal of American Ceramic Society，第 72 卷，第 202 頁(1989)非專利文獻(xiàn)3 =Muehlberg 等，Journal of Crystal Growth，第 310 卷，第 2沘8 頁 (2008)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供化合物，其含有通式(1)所示的不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物χ (BaB2O6) -y (CaB2O6) -z {(Bi1/2C1/2) B2O6I (1)其中B表示Nb和Ta的至少一種；C表示Na和K的至少一種；x+y+z = 1 ； 0. 2 彡 χ 彡 0. 85 ;0 彡 y 彡 0. 5 ；和 0 < ζ 彡 0. 8。本發(fā)明的第二方面提供化合物，其含有通式( 所示的不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物χ (BaNb2O6) -y (CaNb2O6) _z {(Bi1/2Na1/2) Nb2O6I其中x+y+z-l，0. 2 彡 χ 彡 0. 85，0 彡 y 彡 0. 5，和 0 < ζ 彡 0. 8。本發(fā)明的第三方面提供壓電材料，其含有不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物，該氧化物具有相對(duì)于晶胞的c軸傾斜的自發(fā)極化軸。本發(fā)明的第四方面提供壓電材料，其含有具有變晶相界的不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物，其中自發(fā)極化軸相對(duì)于c軸的傾斜角在變晶相界變化。本發(fā)明提供不含鉛的新型化合物，其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有小的影響。本發(fā)明還提供具有不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)的化合物，其具有相對(duì)于c軸傾斜的自發(fā)極化軸。


圖IA和IB是表示液體排出頭的結(jié)構(gòu)的圖以及圖IC和ID是表示超聲馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2A、2B和2C是鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料的X-射線衍射圖案。圖3是表示壓電材料的組成和構(gòu)成相的圖。圖4是表示壓電材料的組成和電阻率的圖。圖5A、5B、5C、5D、5E和5F是表示在500Hz的頻率下測(cè)定的鎢青銅結(jié)構(gòu)壓電材料的極化-電場(chǎng)滯后回線(hysteresis loop)的坐標(biāo)圖。圖6是表示另一壓電材料的組成和構(gòu)成相的圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在對(duì)根據(jù)本發(fā)明方面的實(shí)施方案進(jìn)行說明。盡管根據(jù)本發(fā)明方面的化合物具有各種用途，包括電容器材料和壓電材料，將壓電材料用作下述說明中的實(shí)例。自然地，該化合物的用途并不限于壓電材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的壓電材料含有不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物，該氧化物含有 Ba、Ca、Bi、Na 禾口 / 或 K 以及 Nb 禾口 / 或 Ta。鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物由下述通式(1)表示通式(1):x (BaB2O6) -y (CaB2O6) _z {(Bi1/2C1/2) B2O6I，其中B表示Nb和Ta的至少一種；C表示Na和K的至少一種；x+y+z = 1 ； 0. 2 彡 χ 彡 0. 85 ;0 彡 y 彡 0. 5 ；和 0 < ζ 彡 0. 8。上述物質(zhì)的主相是具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的晶體。為了本說明書，“主相”意指對(duì)該壓電材料進(jìn)行粉末X-射線衍射分析時(shí)，具有最大衍射強(qiáng)度的峰來自于鎢青銅結(jié)構(gòu)。該物質(zhì)可具有“單相”，其中全部或幾乎全部晶體具有鎢青銅結(jié)構(gòu)。ζ > 0時(shí)，即含有(Bi1/2C1/2)406組分時(shí)，引入由Bi的6s軌道孤電子對(duì)產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)變并且使壓電性改善。Bi的引入也使自發(fā)極化方向相對(duì)于c軸方向傾斜。這推測(cè)是因?yàn)?Bi的6s軌道孤電子對(duì)與周圍離子產(chǎn)生排斥作用并且顯著地使NbO6或TaO6氧八面體扭曲， 由此使自發(fā)極化出現(xiàn)在a-b面內(nèi)。Bi以外的具有惰性電子對(duì)效應(yīng)的元素的實(shí)例包括Sn和 Tl。這些中，從氧化狀態(tài)的穩(wěn)定性和毒性的觀點(diǎn)出發(fā)，Bi適合使用。如上所述，Bi的引入使鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的自發(fā)極化軸方向相對(duì)于c軸方向傾斜。但是，由于Bi為三價(jià)，能夠?qū)⒁粌r(jià)堿金屬元素一起使用以中和化合價(jià)并且解決與電荷關(guān)聯(lián)的問題。組成在上述范圍內(nèi)時(shí)，在居里溫度、抗絕緣性和機(jī)械品質(zhì)系數(shù)方面能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的特性?，F(xiàn)在與對(duì)鎢青銅結(jié)構(gòu)和自發(fā)極化軸相對(duì)于c軸的傾斜的綜述一起，對(duì)壓電材料進(jìn)行說明。通常，鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物由化學(xué)式A4_6B1C103(1表示。鎢青銅結(jié)構(gòu)的晶胞中，Ba、Ca、Bi和元素C主要占據(jù)在氧八面體的附近存在的稱為“Al位點(diǎn)”(12-配位，在c軸方向上觀看時(shí)矩形的位點(diǎn))和“A2位點(diǎn)”(15-配位，在c軸方向上觀看時(shí)五邊形的位點(diǎn))的兩種特定位置之一。元素B主要占據(jù)稱為“B位點(diǎn)”的特定位置并且存在于氧八面體內(nèi)。通式(1)所示的化合物是兩種以上的由A5BltlO3tl表示的氧化物的固溶體并且也可表不為(BaxCafBizjZ2CziZ2)5B10O30。通式(1)中，占據(jù)Al位點(diǎn)和A2位點(diǎn)的元素的摩爾與占據(jù)B位點(diǎn)的元素的摩爾之比表示為理想的組成比，即1 2。占據(jù)Al和A2位點(diǎn)的元素的摩爾之和相對(duì)于占據(jù)B位點(diǎn)的元素的摩爾過量或不足時(shí)，過量的組分可能沉淀在晶粒間界或者引起異常的晶粒生長(zhǎng)， 或者不足的組分可能使燒結(jié)體的密度減小，形成缺陷位點(diǎn)，或者產(chǎn)生氧空位，由此可能對(duì)例如絕緣性產(chǎn)生不利影響。A位點(diǎn)元素與B位點(diǎn)元素的量的摩爾比的允許范圍是，例如，A位點(diǎn)/B位點(diǎn)=0. 45-0. 6。A位點(diǎn)元素的量在該范圍外時(shí)，不僅絕緣性而且壓電性顯著劣化。通式(1)中，Bi的摩爾與元素C的摩爾之比表示為理想的組成比，S卩1 1。元素 C相對(duì)于Bi過量或者不足時(shí)，過量的組分可能沉淀在晶粒間界或者不足的組分可能形成缺陷并且產(chǎn)生氧空位，由此可能對(duì)例如絕緣性產(chǎn)生不利影響。Bi與元素C的摩爾比的允許范圍是，例如，Bi/元素C = 0.9-1. 2。摩爾比在該范圍外時(shí)，不僅絕緣性而且壓電性顯著劣化。通式(1)中的B選自Nb、Ta以及Nb和Ta的組合。由于與B為Ta時(shí)相比燒結(jié)溫度低并且由于B價(jià)格較低，因此B可以是Nb。通式⑴中的元素C選自Na、K以及Na和K 的組合。由于能夠?qū)崿F(xiàn)鎢青銅結(jié)構(gòu)單相的組成范圍較寬，能夠容易地獲得高密度試樣，并且潮解的可能性低，因此元素C可以是Na。由X-射線衍射分析確定的以Lotgering因子計(jì)的(001)取向度可以為 0.07-1.00。這是因?yàn)椋固沾稍谧园l(fā)極化軸方向上取向時(shí)，能夠抑制極化處理所需的電壓的大小。而Lotgering因子小于0.07時(shí)，極化處理所需的條件與試樣不具有取向(零 Lotgering因子)時(shí)相同。由于能夠使極化處理所需的電壓進(jìn)一步降低，Lotgering因子可以為 0. 20-1. 00。在IMHz下測(cè)定的壓電材料的介電常數(shù)最大的溫度可為100°C以上。IMHz的測(cè)定頻率提供高度可靠的評(píng)價(jià)，原因在于只有少數(shù)漏電流成分能夠追隨該頻率。該頻率下介電常數(shù)最大的溫度可以是100°c以上，原因在于這意味著該器件能夠在低于100°C的溫度下使用。對(duì)自發(fā)極化軸傾斜的方向并無特別限制，但可以相對(duì)于c軸傾斜。這是因?yàn)榕c具有與c軸平行的自發(fā)極化軸方向的材料組合時(shí)，能夠在MPB下有效地獲得高壓電性。自發(fā)極化軸可以以45°以上的傾斜角相對(duì)于c軸傾斜。自發(fā)極化軸越相對(duì)于c軸傾斜，在MPB 處自發(fā)極化軸方向的變化越大，由此提高壓電性?？赏ㄟ^下述方法考察自發(fā)極化軸相對(duì)于c軸傾斜。通常，在與鐵電材料的自發(fā)極化軸正交的方向上施加外部電場(chǎng)下，極化并不轉(zhuǎn)換。這種情況下，介電材料的極化對(duì)于施加的電場(chǎng)線性地變化并且不顯示滯后回線，如對(duì)于順電體(paraelectrics)觀察那樣。沒有觀察到鐵電材料的滯后特性并且介電材料的行為如同順電體。通過研究極化轉(zhuǎn)換的各向異性，能夠評(píng)價(jià)自發(fā)極化軸的取向。具體地，在晶體的
方向和與W01]方向正交的[hkO]方向上施加電場(chǎng)并且測(cè)定極化如何相對(duì)于外部電場(chǎng)變化。例如，使自發(fā)極化軸在c軸方向上取向時(shí)，通過在
方向上施加電場(chǎng)來測(cè)定極化和電場(chǎng)之間的關(guān)系，從而觀察滯后。但是，在與自發(fā)極化軸正交的[hkO]方向上施加電場(chǎng)時(shí)在極化和電場(chǎng)之間的關(guān)系中沒有觀察到滯后。自發(fā)極化軸相對(duì)于c軸傾斜并且位于W01]方向和[hkO]方向之間時(shí)，在
方向和[hkO]方向上施加電場(chǎng)下，觀察到的極化對(duì)于施加的電場(chǎng)非線性地變化并且顯示出滯后。為了使該壓電材料的制造簡(jiǎn)單并且調(diào)節(jié)該壓電材料的物理性質(zhì)，可使B中含有Nb 和Ta以外的元素。B中含有的該元素優(yōu)選為三價(jià)或四價(jià)金屬元素。其實(shí)例包括i^、Al、Co、 Ti和&。B中含有的該元素的含量?jī)?yōu)選為B位點(diǎn)元素的20摩爾％以下并且更優(yōu)選地5摩爾％以下。通過增加A位點(diǎn)元素的量，B位點(diǎn)元素的總化合價(jià)的減小可抵消。可添加元素例如V、W和Co以使該壓電材料的制造簡(jiǎn)單并且調(diào)節(jié)該壓電材料的物理性質(zhì)。該添加劑元素的量可以是10摩爾％以下，相對(duì)于1摩爾鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物。該量大于10摩爾％時(shí)，可能產(chǎn)生雜質(zhì)相并且可能使得到的性能劣化。該壓電材料的居里溫度優(yōu)選為室溫(20°C ) -500°C，更優(yōu)選地100°C -400°C。居里溫度為100°c以上時(shí)，使用該壓電材料制造的器件顯示出小的器件性能對(duì)于溫度的變化。居里溫度為400°c以下時(shí)，能夠容易地使材料極化以用于器件中。通式(1)所示的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的晶系可至少包括斜方結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?，這樣的氧化物的居里溫度比只具有四方結(jié)構(gòu)的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的居里溫度高。壓電材料可具有單相，但可含有由其他晶系構(gòu)成的壓電材料。該壓電材料的實(shí)例包括具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 BaTi03、(Bil72Nal72)TiO3> (Bil72Kl72)Ti03> KNbO3> NaNbO3> LiNbO3 和 Bii^eO3，和鉍層合鐵電材料例如 Βει4 3012、SrBi4Ti4O15 和 CaBi4Ti4O1515壓電材料的希望優(yōu)選的晶體取向?yàn)?001)或(hkO)，其中h和k各自獨(dú)立地是0以上的整數(shù)，但決不同時(shí)為0。這是因?yàn)?，鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電材料的自發(fā)極化軸主要位于
或[hkO]方向。換言之，使壓電材料在自發(fā)極化軸方向上取向時(shí)，極化變得最大并且通常能夠獲得最大的壓電性。此外，促進(jìn)極化處理。術(shù)語“優(yōu)選的晶體取向”意指通過X-射線衍射分析確定的Lotgering因子為0. 07-1. 00。壓電材料可呈單晶、燒結(jié)體、或基板上形成的膜的形式。希望壓電材料的晶粒直徑大以致能夠使用各種晶粒取向技術(shù)。但是，晶粒直徑超過100 μ m時(shí)，對(duì)于切割或拋光，強(qiáng)度可能不足。因此，晶粒直徑可以是約0. 3 μ m-約100 μ m。將壓電材料用作基板上形成的膜時(shí)，壓電材料的厚度優(yōu)選為200nm-10 μ m并且更優(yōu)選地300nm-3 μ m。壓電材料的厚度為200nm-10 μ m時(shí)，能夠得到對(duì)于壓電器件充分的機(jī)電轉(zhuǎn)換功能并且能夠增加壓電器件的密度。對(duì)于形成該膜的方法并無特別限制。該方法的實(shí)例包括化學(xué)溶液沉積(CSD)技術(shù)、溶膠-凝膠技術(shù)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)、濺射技術(shù)、脈沖激光沉積(PLD) 技術(shù)、水熱合成技術(shù)和氣溶膠沉積(AD)技術(shù)。由于能夠容易地形成大面積膜，因此化學(xué)溶液沉積技術(shù)和濺射技術(shù)適合。其上形成壓電材料的基板可以是在(001)或(111)面選擇取向的單晶基板。使用在特定面取向的單晶基板時(shí)，在該基板表面上形成膜的壓電材料可以是主要在相同的方向上取向。壓電材料在(001)或(100)/(010)面取向時(shí)，在與膜垂直的方向上
極化矩定向，因此能夠提高壓電效應(yīng)。 接下來，對(duì)使用該壓電材料的壓電器件進(jìn)行說明。參照?qǐng)D1B，壓電器件至少包括基板15、第一電極膜6、壓電材料7和第二電極膜8。 如圖IA中所示根據(jù)需要使壓電材料7圖案化。現(xiàn)在參照?qǐng)DIA和IB對(duì)根據(jù)本發(fā)明方面的液體排出頭進(jìn)行說明。液體排出頭包括上述的壓電器件。圖IA是液體排出頭的示意圖。液體排出頭包括排出口 11、將分立貯液室 13與排出口 11連接的連通孔12、共同的貯液室14、振動(dòng)板15和壓電器件10。壓電器件10 具有如圖中所示的矩形形狀但可以具有任何其他形狀，例如橢圓形、圓形、平行四邊形等。 通常，壓電材料7具有與分立貯液室13的形狀對(duì)應(yīng)的形狀?，F(xiàn)在通過參照?qǐng)DIB對(duì)液體排出頭中包括的壓電器件10和附近的部件更詳細(xì)地說明。圖IB是在圖IA中所示的液體排出頭的寬度方向上所取的壓電器件的橫截面圖。盡管本實(shí)施方案中壓電器件10的橫截面形狀為矩形，但該形狀可以是梯形或倒梯形。圖中，將第一電極膜6用作下部電極膜16并且將第二電極膜8用作上部電極膜 18。但是，第一電極膜6和第二電極膜8的配置并不限于此。第一電極膜6可用作下部電極膜16或上部電極膜18并且第二電極膜8可用作上部電極膜18或下部電極膜16。振動(dòng)板15可以是壓電器件10中包括的基板。這些命名上的不同來源于器件制造方法并且在任何情況下仍能獲得本發(fā)明的效果。可將緩沖層19插入振動(dòng)板15和下部電極膜16之間。根據(jù)該液體排出頭，振動(dòng)板15通過壓電薄膜的膨脹和收縮而上下移動(dòng)并且對(duì)分立貯液室13中含有的液體施加壓力以致將液體從排出口 11排出。該液體排出頭可用于打印機(jī)中并且用于電子器件制造。振動(dòng)板15的厚度為1. 0 μ m-15 μ m并且優(yōu)選地1. 5 μ m_8 μ m。用于振動(dòng)板15的材料是基板并且可以由硅組成。硅基板上的緩沖層和電極層可形成振動(dòng)板的一部分。硅振動(dòng)板可以用硼或磷摻雜。緩沖層19的厚度為5nm-300nm并且更優(yōu)選地10nm-200nm。排出口 11的尺寸為直徑5μπι-40μπι。排出口 11的形狀為圓形但可以是星形、矩形或三角形?，F(xiàn)在對(duì)使用該壓電器件的超聲馬達(dá)進(jìn)行說明。圖IC表示超聲馬達(dá)，其包括由單板構(gòu)成的壓電材料。該超聲馬達(dá)包括振子Μ、在來自圖中未示的加壓彈簧的壓力下與振子M的滑動(dòng)表面鄰接的轉(zhuǎn)子25和與轉(zhuǎn)子25 —體地形成的輸出軸26。振子M包括金屬?gòu)椥原h(huán)21、與上述的壓電器件相同的壓電器件22和將壓電器件22接合到彈性環(huán)21上的有機(jī)粘合劑23(例如環(huán)氧-或氰基丙烯酸酯系粘合劑)。通過兩相(相差π /2的相)電源將交流電施加于壓電材料時(shí)，在振子M中產(chǎn)生彎曲行波，并且振子M的滑動(dòng)表面上的各個(gè)點(diǎn)經(jīng)歷橢圓運(yùn)動(dòng)。使轉(zhuǎn)子25與振子M的滑動(dòng)表面壓接時(shí)，轉(zhuǎn)子25受到來自振子M的摩擦力并且在振子M的滑動(dòng)表面上在橢圓運(yùn)動(dòng)的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。通過聯(lián)結(jié)等將圖中未示出的要驅(qū)動(dòng)的物體與輸出軸26連接并且用轉(zhuǎn)子25的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動(dòng)。這種馬達(dá)利用如下原理由于將電壓施加于壓電材料時(shí)產(chǎn)生的橫向壓電效應(yīng)， 通過壓電材料的膨脹和收縮，與壓電器件連接的彈性體例如金屬變得彎曲。
圖ID表示超聲馬達(dá)的實(shí)例，該超聲馬達(dá)包括具有多層結(jié)構(gòu)的壓電材料。圖ID中， 振子61由金屬材料組成。將多個(gè)壓電材料63插入圓柱狀金屬塊之間并且用螺栓將金屬塊連接以將壓電材料63固定在它們之間并且制造振子。將具有不同相的交流電壓施加于壓電器件的驅(qū)動(dòng)壓電材料時(shí)，振子61激發(fā)兩個(gè)彼此正交的振動(dòng)并且將這些振動(dòng)結(jié)合以在振子的頂端形成用于驅(qū)動(dòng)的圓形振動(dòng)。應(yīng)指出的是，在振子61的上部形成環(huán)形槽以致能夠增加用于驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)的位移。由于加壓彈簧S，轉(zhuǎn)子62壓接于振子61以致獲得用于驅(qū)動(dòng)的摩擦力。用軸承旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子62。如上所述，壓電器件可用于液體排出頭或超聲馬達(dá)中。通過含有鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的不含鉛的壓電材料，能夠提供具有等于或優(yōu)于使用鉛基壓電材料的那些的噴嘴密度和排出功率的液體排出頭。此外，通過含有鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的不含鉛的壓電材料，能夠提供具有等于或優(yōu)于使用鉛基壓電材料的那些的驅(qū)動(dòng)力和耐久性的超聲馬達(dá)。該壓電材料也能夠用于液體排出頭和馬達(dá)以外的器件，例如超聲振蕩器、壓電致動(dòng)器、壓電傳感器和鐵電存儲(chǔ)器。實(shí)施例現(xiàn)在通過使用下述實(shí)施例對(duì)壓電材料更詳細(xì)地說明。本發(fā)明的范圍并不受下述實(shí)施例限制。[表 1]
權(quán)利要求
1.化合物，其包含通式(1)所示的不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物 X (BaB2O6) -y (CaB2O6) -z {(Bi 1/2C1/2) B2O6I (1)其中B表示Nb和Ta的至少一種；C表示Na和K的至少一種；x+y+z = 1 ； 0. 2 彡 χ 彡 0. 85 ;0 彡 y 彡 0. 5 ；和 0 < ζ 彡 0. 8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，其中通式(1)中的B表示Nb并且C表示Na。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，其中通式⑴中的(χy Z)在由下述A、B、C、D、E、F、G 和H包圍的組成范圍內(nèi)
4.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，其中由X-射線衍射分析確定的Lotgering因子計(jì)的 (001)取向度為 0. 07-1. 00。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，其中居里溫度為100°C以上。
6.化合物，其包含不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物，該氧化物含有Bi并且具有相對(duì)于晶胞的c軸傾斜的自發(fā)極化軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的化合物，其中該不含鉛的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物中的Bi含量為1重量％ -12重量％。
8.壓電材料，其包含根據(jù)權(quán)利要求1的化合物。
9.壓電器件，其包括第一電極、壓電材料和第二電極，其中該壓電材料是根據(jù)權(quán)利要求 8的壓電材料。
10.液體排出頭，其包括根據(jù)權(quán)利要求9的壓電器件。
11.超聲馬達(dá)，其包括根據(jù)權(quán)利要求9的壓電器件。
全文摘要
本發(fā)明提供具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的化合物，其顯示高居里溫度、良好的抗絕緣性和機(jī)械品質(zhì)系數(shù)以及優(yōu)異的壓電性。該化合物含有通式(1)所示的鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物x(BaB2O6)-y(CaB2O6)-z{(Bi1/2C1/2)B2O6}(1)其中B表示Nb和Ta的至少一種；C表示Na和K的至少一種；x+y+z＝1；x滿足0.2≤x≤0.85；y滿足0≤y≤0.5；和z滿足0＜z≤0.8。
文檔編號(hào)H01L41/00GK102414144SQ20108001842
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者林潤(rùn)平, 渡邊隆之 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社