壓電元件、用于制造壓電元件的方法和電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無(wú)鉛壓電元件和用于制造該無(wú)鉛壓電元件的方法。本發(fā)明還設(shè)及 一種液體噴射頭、液體噴射裝置、超聲電機(jī)、光學(xué)設(shè)備、振動(dòng)設(shè)備、除塵設(shè)備、成像裝置和電 子裝置，每個(gè)均包括所述壓電元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有巧鐵礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，諸如錯(cuò)鐵酸鉛（在下文中，被稱(chēng)為"PZT")，通常用 作用于壓電元件的壓電陶瓷。然而，包括鉛的PZT具有它引起環(huán)境污染的問(wèn)題。因此，無(wú)鉛 壓電陶瓷的開(kāi)發(fā)是期望的。
[0003] 鐵酸領(lǐng)是無(wú)鉛壓電陶瓷的已知的例子。基于鐵酸領(lǐng)的材料已經(jīng)被開(kāi)發(fā)來(lái)改進(jìn)無(wú)鉛 壓電陶瓷的特性。
[0004] 日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2009-215111描述了該樣的材料，在該材料中，鐵酸領(lǐng)的一些A 位點(diǎn)（site)被Ca取代，并且鐵酸領(lǐng)的一些B位點(diǎn)被Zr取代，W便改進(jìn)鐵酸領(lǐng)的壓電特性。 該材料在接近室溫的溫度下具有相變溫度，并且在接近室溫的溫度下由于相對(duì)介電常數(shù)增 大而具有改進(jìn)的壓電常數(shù)。
[0005] 然而，由于相對(duì)介電常數(shù)增大而具有改進(jìn)的壓電特性的該材料具有由該材料制成 的壓電元件的功耗高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種具有高機(jī)電禪合因數(shù)、消耗低電力而且無(wú)鉛的壓電元件。本發(fā)明 還提供一種用于制造所述壓電元件的方法。本發(fā)明還提供一種液體噴射頭、液體噴射裝置、 超聲電機(jī)、光學(xué)設(shè)備、振動(dòng)設(shè)備、除塵設(shè)備、成像裝置和電子裝置，每個(gè)均包括所述壓電元 件。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種壓電元件包括第一電極、壓電材料部分和第二電極。 壓電材料部分由包括巧鐵礦型金屬氧化物和Mn并且具有殘留分極的壓電陶瓷制成，所述 巧鐵礦型金屬氧化物包括鐵酸領(lǐng)。壓電材料部分具有在與壓電陶瓷的殘留分極的方向交叉 的方向上延伸的測(cè)量表面，并且，在測(cè)量表面被拋光到具有200nm或更小的表面粗趟度之 后，測(cè)量表面在室溫下具有1.0或更大的（〇〇2)/(200)X射線(xiàn)衍射強(qiáng)度比。壓電陶瓷在室溫 下的C軸晶格常數(shù)C與a軸晶格常數(shù)a的比c/a滿(mǎn)足1. 004《c/a《1. 010。測(cè)量表面在 室溫下的（002)衍射峰的半寬為1. 2°或更小。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種用于制造所述壓電元件的方法包括W下順序步驟： 制造由粉末材料組成的巧塊；通過(guò)對(duì)巧塊進(jìn)行燒結(jié)獲得壓電陶瓷；在壓電陶瓷上形成第一 電極和第二電極；并且使壓電陶瓷極化。在壓電陶瓷上形成第一電極和第二電極的步驟包 括：在具有從700°C至900°C的最高溫度的溫度范圍內(nèi)對(duì)壓電陶瓷、第一電極和第二電極進(jìn) 行熱處理；并且Wl〇〇°CA或更大的速率冷卻壓電陶瓷、第一電極和第二電極。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第=方面，一種液體噴射頭包括液體室和連接到該液體室的噴射端 口，所述液體室設(shè)有包括所述壓電元件的振動(dòng)單元。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種液體噴射設(shè)備包括用于將被轉(zhuǎn)印體放置在其上的放 置部分和所述液體噴射頭。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，一種超聲電機(jī)包括振動(dòng)體和接觸該振動(dòng)體的可移動(dòng)體， 所述振動(dòng)體包括所述壓電元件。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，一種光學(xué)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元包括所述超 聲電機(jī)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第走方面，一種振動(dòng)設(shè)備包括振動(dòng)體，所述振動(dòng)體包括膜片和在該 膜片上的所述壓電元件。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，一種除塵設(shè)備包括振動(dòng)單元，所述振動(dòng)單元包括所述振 動(dòng)設(shè)備。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第九方面，一種成像裝置包括所述除塵設(shè)備和成像元件單元。所述 除塵設(shè)備的膜片設(shè)置在成像元件單元的光接收側(cè)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第十方面，一種電子裝置包括壓電聲學(xué)組件，所述壓電聲學(xué)組件包 括所述壓電元件。
[0017] 本發(fā)明可W提供具有高機(jī)電禪合因數(shù)和低功耗并且不包括鉛或堿金屬的壓電元 件。本發(fā)明還可W提供用于制造所述壓電元件的方法。
[0018] 本發(fā)明還可W提供液體噴射頭、液體噴射裝置、超聲電機(jī)、光學(xué)設(shè)備、振動(dòng)設(shè)備、除 塵設(shè)備、成像裝置和電子裝置，每個(gè)均包括所述壓電元件。
[0019] 從W下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓電元件的縱向截面圖。
[0021] 圖2是例示識(shí)別根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的殘留分極的方向的方法的示意圖。
[0022] 圖3是例示測(cè)量根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的X射線(xiàn)衍射的方法的示意圖。
[0023] 圖4是例示根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的壓電陶瓷的晶粒的a域和C域的概念圖。
[0024] 圖5A和5B是例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體噴射頭的示意圖。
[0025] 圖6是例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體噴射裝置的示意圖。
[0026] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體噴射裝置的示意圖。
[0027] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的超聲電機(jī)的示意圖。
[002引圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)設(shè)備的示意圖。
[0029] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)設(shè)備的示意圖。
[0030] 圖11A和11B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用作除塵設(shè)備的振動(dòng)設(shè)備的示意圖。
[0031] 圖12A至12C是例示根據(jù)本發(fā)明的除塵設(shè)備的壓電元件的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0032] 圖13A和13B是例示根據(jù)本發(fā)明的除塵設(shè)備的振動(dòng)原理的示意圖。
[0033] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像裝置的示意圖。
[0034] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像裝置的示意圖。
[00巧]圖16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 在下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的壓電元件包括第一電極、壓電材料部分和第二電極。壓電材料部分 由壓電陶瓷制成，所述壓電陶瓷包括巧鐵礦型金屬氧化物和Mn并且具有殘留分極，所述巧 鐵礦型金屬氧化物包括鐵酸領(lǐng)。壓電材料部分具有在與壓電陶瓷的殘留分極的方向交叉的 方向上延伸的測(cè)量表面，并且，在測(cè)量表面被拋光為具有200nm或更小的表面粗趟度之后， 測(cè)量表面在室溫下具有1.0或更大的（〇〇2)/(200)X射線(xiàn)衍射強(qiáng)度比。壓電陶瓷在室溫下 的C軸晶格常數(shù)C與a軸晶格常數(shù)a的比c/a滿(mǎn)足1. 004《c/a《1. 010。測(cè)量表面在室 溫下的（002)衍射峰的半寬為1. 2°或更小。
[0038] 本發(fā)明提供一種壓電元件，所述壓電元件由鐵酸領(lǐng)陶瓷組成，并且通過(guò)控制鐵酸 領(lǐng)陶瓷的微結(jié)構(gòu)來(lái)消耗低電力W改進(jìn)其機(jī)電禪合因數(shù)。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的壓電元件包括第一電極1、壓電材料部分2和第二電極3。圖1是根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓電元件的縱向截面圖。例如，第一電極1和第二電極3附連到壓電 材料部分2,第一電極1和第二電極3的形狀均類(lèi)似于長(zhǎng)方體，壓電材料部分2的形狀類(lèi)似 于長(zhǎng)方體。
[0040] 箭頭A指示殘留分極方向。第一電極1和第二電極3設(shè)置在壓電材料部分2的相 對(duì)表面上。圖1例示了壓電元件的壓電材料部分2W及第一電極和第二電極的縱向截面， 壓電材料部分2的形狀類(lèi)似于長(zhǎng)方體，所述縱向截面是沿著在殘留分極方向上延伸的平面 截取的。壓電材料部分2的形狀不限于長(zhǎng)方體，可W是圓柱體或多面體。第一電極1和第 二電極3的設(shè)置和形狀不限于該些，可W按任何適當(dāng)?shù)男螤钸M(jìn)行構(gòu)圖，只要第一電極1和第 二電極3設(shè)置在相對(duì)表面上即可。
[0041] 第一電極和第二電極中的每一個(gè)均包括厚度在大約5nm至20ym范圍內(nèi)的導(dǎo)電 層。第一電極和第二電極的材料沒(méi)有特別限制，可W是常用于壓電元件的任何材料。該樣 的材料的例子包括；金屬，諸如1'1、？1、化、11'、51'、111、511、411、41、化、化、化、？(1、4肖和〇1; W及該些金屬中的任何一種的化合物。第一電極和第二電極中的每一個(gè)均可W包括該些材 料之一，或者可W包括由該些材料制成的兩層或更多層。第一電極和第二電極的材料可W 彼此不同。例如，電極的材料可W是Ag，Ag有利于大規(guī)模生產(chǎn)和成本降低。當(dāng)電極由Ag制 成時(shí)，厚度例如在1ym至10ym的范圍內(nèi)。
[0042] 壓電材料部分2的壓電陶瓷包括巧鐵礦型金屬氧化物和Mn，所述巧鐵礦型金屬氧 化物包括鐵酸領(lǐng)。
[0043] 在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)"巧鐵礦型結(jié)構(gòu)"是指理想情況下作為在IwanamiDictionary ofPhysicsandQi