TWI601581B - 壓電材料、壓電元件、壓電元件製造方法和電子設備 - Google Patents

Description

壓電材料、壓電元件、壓電元件製造方法和電子設備

本發明涉及壓電材料，並且更具體而言涉及不含鉛的無鉛壓電材料。本發明還涉及使用壓電材料的壓電元件、多層壓電元件、液體排出頭、液體排出裝置、超聲波馬達、光學設備、振盪設備、除塵設備、成像裝置和電子設備，以及用於製造壓電元件的方法。

一般而言，壓電材料是ABO₃類型的鈣鈦礦型金屬氧化物，諸如鋯鈦酸鉛(下文中稱為“PZT”)。但是，PZT含作為A-位元元素的鉛，並且因此PZT對環境的影響被認為是個問題。因此，對利用不含鉛的鈣鈦礦型金屬氧化物的壓電材料存在需求。

作為利用不含鉛的鈣鈦礦型金屬氧化物的壓電材料，鈦酸鋇是已知的。另外，為了改進壓電材料的特性，開發出了基於鈦酸鋇的組成的材料。

日本專利申請特許公開No.11-060334討論透過用Zr 代替鈦酸鋇的B位的一部分以便把相變溫度T_to升高至室溫範圍並且由於相變而利用介電常數中的局部最大值而使其壓電特性(壓電常數)得以改進的材料。

但是，為了驅動高功率致動器，如果室溫被設置在25℃並且室溫範圍被設置為例如20℃至30℃，則日本專利申請特許公開No.11-060334中所討論的壓電材料的壓電特性在室溫範圍內是不足的。一般而言，壓電特性(壓電常數)在相變溫度附近增大。在日本專利申請特許公開No.11-060334中所討論的壓電材料的情況下，即使所含Zr的量被調整至把壓電材料的相變溫度移至室溫附近，壓電特性也仍然不足。

本發明的各方面致力於當相變溫度T_to在室溫範圍內時具有更卓越壓電特性的無鉛壓電材料。

根據本發明的一方面，壓電材料包括包含由以下通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物的主成分，Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃ (1)

其中0.02x0.13並且0.986a1.02，含Mn的第一輔助成分和含三價Bi的第二輔助成分，其中所含Mn的量相對於1莫耳的金屬氧化物是0.0020莫耳以上且0.0150莫耳以下，並且所含Bi的量相對於1莫耳的金屬氧化物是0.00042莫耳以上且0.00850莫耳以下。

在以上壓電材料中，正方晶-斜方晶相變溫度T_to是10℃以上。

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，其中形成壓電材料部的壓電材料是上述壓電材料。

根據本發明的還有另一方面，用於製造壓電元件的方法包括：給壓電材料提供第一電極和第二電極，在壓電材料變為正方晶(tetragonal)的溫度施加電壓，並且在維持該電壓的同時將壓電材料冷卻到壓電材料變為斜方晶(orthorhombic)的溫度。

根據本發明的還有另一方面，多層壓電元件包括多個壓電材料層以及包括內部電極的多個電極層，壓電材料層和電極層交替堆疊，其中壓電材料是上述壓電材料。

根據本發明的還有另一方面，液體排出頭至少包括液體室和與液體室連通的排出口，該液體室包括設有上述壓電元件或上述多層壓電元件的振動單元。

根據本發明的還有另一方面，液體排出裝置包括用於物件的載置台以及上述液體排出頭。

根據本發明的還有另一方面，超聲波馬達至少包括振動構件和與振動構件接觸的移動構件，該振動構件設有上述壓電元件或上述多層壓電元件。

根據本發明的還有另一方面，光學設備包括設有上述超聲波馬達的驅動單元。

根據本發明的還有另一方面，振盪設備包括振動構 件，該振動構件包括設有上述壓電元件或上述多層壓電元件的膜片(diaphragm)。

根據本發明的還有另一方面，除塵設備包括設有上述振盪設備的振動單元。

根據本發明的還有另一方面，成像裝置至少包括上述除塵設備和圖像感測器單元，其中除塵設備的膜片設在圖像感測器單元的受光面側。

根據本發明的還有另一方面，電子設備包括壓電聲學部件，該壓電聲學部件設有上述壓電元件或上述多層壓電元件。

參考附圖，根據以下對示例性實施例的描述，本發明的更多特徵將變得清楚。

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

501‧‧‧第一電極

503‧‧‧第二電極

504‧‧‧壓電材料層

505a‧‧‧內部電極

505b‧‧‧內部電極

506a‧‧‧外部電極

506b‧‧‧外部電極

101‧‧‧壓電元件

102‧‧‧個別液體室

103‧‧‧膜片

104‧‧‧液體室隔壁

105‧‧‧排出口

106‧‧‧連通孔

107‧‧‧共用液體室

108‧‧‧緩衝層

1011‧‧‧第一電極

1012‧‧‧壓電材料

1013‧‧‧第二電極

881‧‧‧液體排出裝置

882‧‧‧外部

885‧‧‧部件

887‧‧‧部件

890‧‧‧恢復單元

891‧‧‧記錄單元

892‧‧‧托架

896‧‧‧裝置主體

897‧‧‧自動饋送單元

898‧‧‧排出口

899‧‧‧輸送單元

201‧‧‧振盪器

202‧‧‧轉子

203‧‧‧輸出軸

2011‧‧‧金屬彈性環

2012‧‧‧壓電元件

2013‧‧‧有機粘合劑

204‧‧‧振盪器

205‧‧‧轉子

206‧‧‧加壓彈簧

2041‧‧‧金屬彈性構件

2042‧‧‧多層壓電元件

702‧‧‧對焦透鏡

711‧‧‧底座

712‧‧‧固定鏡筒

712a‧‧‧底座側端面

712b‧‧‧外圓周部分

713‧‧‧前進導向筒

713a‧‧‧前進導向槽

713b‧‧‧環形槽

714‧‧‧前透鏡組鏡筒

715‧‧‧凸輪環

715a‧‧‧凸輪槽

715b‧‧‧凹口部分

716‧‧‧後透鏡組鏡筒

717a‧‧‧凸輪滾柱

717b‧‧‧凸輪滾柱

718‧‧‧軸螺絲

719‧‧‧滾柱

720‧‧‧旋轉傳輸環

720f‧‧‧軸

722‧‧‧動輥

722a‧‧‧較大直徑部分

722b‧‧‧較小直徑部分

724‧‧‧手動對焦環

724a‧‧‧前側端面

724b‧‧‧底座側端面

724c‧‧‧內圓周

725‧‧‧超聲波馬達

725b‧‧‧定子

725c‧‧‧轉子

726‧‧‧波形墊圈

727‧‧‧滾珠座圈

728‧‧‧對焦鍵

729‧‧‧接合構件

732‧‧‧墊圈

733‧‧‧低摩擦片

310‧‧‧除塵設備

320‧‧‧膜片

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

601‧‧‧相機主體

602‧‧‧底座單元

605‧‧‧鏡盒

606‧‧‧主鏡

200‧‧‧快門單元

300‧‧‧主體主機殼

400‧‧‧成像單元

605‧‧‧鏡盒

901‧‧‧光學裝置

908‧‧‧快門釋放按鈕

909‧‧‧閃光燈發射單元

912‧‧‧喇叭

914‧‧‧麥克風

916‧‧‧輔助光單元

931‧‧‧主體

932‧‧‧變焦杆

933‧‧‧電源按鈕

圖1是圖示出根據本發明示例性實施例的壓電元件的配置的示意圖。

圖2A和2B每個都是圖示出根據本發明示例性實施例的多層壓電元件的配置的示意性截面圖。

圖3A和3B是圖示出根據本發明示例性實施例的液體排出頭的配置的示意圖。

圖4是圖示出根據本發明示例性實施例的液體排出裝置的示意圖。

圖5是圖示出根據本發明示例性實施例的液體排出裝置的示意圖。

圖6A和6B是圖示出根據本發明示例性實施例的超聲波馬達的配置的示意圖。

圖7A和7B是圖示出根據本發明示例性實施例的光學設備的示意圖。

圖8是圖示出根據本發明示例性實施例的光學設備的示意圖。

圖9A和9B是圖示出其中根據本發明示例性實施例的振盪設備被用作除塵設備的情況的示意圖。

圖10A至10C是圖示出根據本發明示例性實施例的除塵設備中壓電元件的配置的示意圖。

圖11A和11B是圖示出根據本發明示例性實施例的除塵設備的振盪原理的示例圖。

圖12是圖示出根據本發明示例性實施例的成像裝置的示意圖。

圖13是圖示出根據本發明示例性實施例的成像裝置的示意圖。

圖14是圖示出根據本發明示例性實施例的電子設備的示意圖。

以下將描述用於實現本發明的示例性實施例。

根據本發明的壓電材料是包括包含由以下通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物的主成分、含Mn的第一輔助成分和含三價Bi的第二輔助成分的壓電材料。另外，所 含Mn的量相對於1莫耳的金屬氧化物是0.0020莫耳以上且0.0150莫耳以下，並且所含Bi的量相對於1莫耳的金屬氧化物是0.00042莫耳以上且0.00850莫耳以下。

Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃ (1)

(其中0.02x0.13並且0.986a1.02)。

(鈣鈦礦型金屬氧化物)

在本發明中，“鈣鈦礦型金屬氧化物”指具有鈣鈦礦結構的金屬氧化物，這種結構理想地是立方體結構，如在(於1998年2月20日由出版社Iwanami Shoten發行的)Iwanami Rikagaku Jiten第五版中所討論的。一般而言，具有鈣鈦礦結構的金屬氧化物由化學式ABO₃表示。在鈣鈦礦型金屬氧化物中，離子形式的元素A和B分別佔據被稱為A位和B位的特定晶胞(unit cell)位置。例如，在立方體結構晶胞中，元素A佔據立方體的頂點，而元素B佔據立方體的體心位置。元素O佔據立方體的面心位置，作為氧負離子。

在由通式(1)表示的金屬氧化物中，位於A位的金屬元素是Ba，而位於B位的金屬元素是Ti和Zr。但是，Ba的一部分可以位於B位。類似地，Ti和Zr的一部分可以位於A位。

在通式(1)中，B位元元素與元素O的莫耳比是1：3。但是，即使元素量之比稍偏離上述莫耳比，只要金屬氧化物的主相是鈣鈦礦結構，這種偏離的比率就也包括 在本發明的範圍之內。

能夠透過例如利用X射線衍射或電子衍射的結構分析來確定金屬氧化物具有鈣鈦礦結構。如果金屬氧化物的主相是鈣鈦礦結構，則結構分析的結果的大部分是由從鈣鈦礦結構得出的分析資料組成的。

(壓電材料的主成分)

在根據本發明的壓電材料中，在通式(1)中，指示處於A位的Ba的莫耳量與處於B位的Ti和Zr的莫耳量之比的“a”在在0.9860a1.0200的範圍內。

壓電材料較佳包含90莫耳百分比以上(並且更佳95莫耳百分比以上)的由通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物作為主成分。

如果“a”小於0.9860，則異常的粒生長有可能在形成壓電材料的晶粒中發生，並且材料的機械強度降低。另一方面，如果“a”大於1.0200，則粒生長所需的溫度太高。因此，壓電材料不能在一般的燃燒爐中被燒結。在這裡，“壓電材料不能被燒結”意味著密度達不到足夠的值，或者在壓電材料中存在許多孔隙和缺陷。

在通式(1)中，“x”指示處於B位的Zr的莫耳比例在0.02x0.13的範圍內。如果“x”大於0.13，則居禮溫度太低，並且高溫耐久性不足。如果“x”小於0.02，則在用於驅動設備的溫度範圍(-30℃至50℃)內無法獲得足夠的壓電特性。

在本說明書中，“居禮溫度(T_c)”指材料的鐵電性消失時的溫度。通常，壓電材料的壓電特性也在居禮溫度T_c或之上消失。用於測量居禮溫度T_c的方法的例子包括用於在改變測量溫度的同時直接測量鐵電性消失時的溫度的方法，以及用於在利用微量交流電場改變測量溫度的同時測量相對介電常數由此從指示局部最大值的相對介電常數獲得居禮溫度T_c的方法。

根據本發明用於測量壓電材料的組成的方法沒有特定限制。方法的例子包括X射線螢光分析(XRF)、感應耦合等離子體(ICP)發射光譜分析以及原子吸收光譜測定法。任何一種方法都可以計算壓電材料中所含元素的重量比和組成比。

(壓電材料的第一輔助成分)

第一輔助成分包含Mn。所含Mn的量相對於1莫耳的鈣鈦礦型金屬氧化物是0.0020莫耳以上且0.0150莫耳以下。

此時，所含輔助成分的量是如下獲得的。首先，利用XRF、ICP發射光譜分析或者原子吸收光譜測定法計算壓電材料中所含的金屬量。然後，基於所含的金屬量，構成由通式(1)表示的金屬氧化物的元素被轉換成莫耳並且由這些元素的莫耳與輔助成分的莫耳之比來表示，其中元素的總莫耳為1。

如果根據本發明的壓電材料包含在上述範圍內的 Mn，則壓電材料的機械品質因數在室溫範圍內改進。“機械品質因數”指當壓電材料作為振盪器被評估時代表由振盪造成的彈性損失的因數，並且機械品質因數的值作為阻抗測量中共振曲線的銳度來觀察。即，機械品質因數是代表振盪器共振銳度的常數。機械品質因數越高，被振盪損耗的能量越少。當包括壓電材料的壓電元件透過電壓的施加被驅動時，高絕緣特性和高機械品質因數確保壓電元件的長期可靠性。

如果所含Mn的量小於0.0020莫耳，則在室溫範圍內機械品質因數小，即，小於150。如果機械品質因數小，則當包括壓電材料和一對電極的壓電元件作為共振設備被驅動時，功耗增大。機械品質因數較佳是200以上，並且更佳是400以上。機械品質因數甚至更佳是700以上。在這個範圍內，當設備被驅動時，功耗不急劇增大。另一方面，如果所含Mn的量大於0.0150莫耳，則壓電材料的絕緣特性降低。例如，在1kHz的頻率，壓電材料的介電損耗角正切(dielectric loss tangent)會超過0.006，或者壓電材料的電阻率會降至低於1GΩcm。介電損耗角正切可以利用阻抗分析器來測量。如果介電損耗角正切是0.006以下，則甚至在高電壓施加到用作元件的壓電材料時，也能夠獲得穩定的元件操作。如果壓電材料的電阻率是至少1GΩcm，則壓電材料可以作為壓電元件被極化和驅動。電阻率更佳是50GΩcm以上。

Mn不限於金屬Mn，並且只需要作為壓電材料中的 Mn成分包含。包含Mn的形式無關緊要。例如，Mn可以在B位中溶解，或者可以包含在粒邊界。作為替代，形式為金屬、離子、氧化物、金屬鹽或者複合物的Mn成分都可以包含在壓電材料中。更期望的是Mn應當根據絕緣特性和燒結的容易性而存在。一般而言，Mn的原子價可以取4+、2+和3+。如果傳導電子在晶體中存在(例如，如果氧缺陷在晶體中存在，或者如果施主元素佔據A位元)，則Mn的原子價減小，例如，從4+減小至3+或2+，由此俘獲傳導電子。這會提高絕緣電阻。

另一方面，如果Mn的原子價低於4+，諸如2+，則Mn充當受主。如果Mn在鈣鈦礦結構晶體中作為受主存在，則在晶體中產生孔，或者在晶體中形成氧空位。

如果大量所添加Mn的原子價是2+或3+，則單單氧空位的引入不能完全補償孔，並且絕緣電阻減小。因此，期望大部分Mn的原子價應當是4+。但是，極少量的Mn可以具有低於4+的原子價、作為受主佔據鈣鈦礦結構的B位元並且形成氧空位。這是因為具有2+或3+原子價的Mn和氧空位形成缺陷偶極子並且壓電材料的機械品質因數會由此得以改進。如果三價Bi佔據A位，則Mn能夠取低於4+的原子價來實現電荷平衡。

添加到非磁性(抗磁性)材料的微量Mn的原子價可以透過測量磁化率的溫度依賴性來評估。磁化率可以透過超導量子干涉儀(SQUID)、振動樣本磁強計(VSM)或磁平衡來測量。一般而言，透過測量獲得的磁化率χ遵循 由公式2表示的Curie-Weiss定律。

(公式2)χ=C/(T-θ)(C：居禮常數，θ：順磁性居禮溫度)

一般而言，添加到非磁性材料的微量Mn如果原子價為2+則指示自旋S=5/2，如果原子價為3+則指示S=2，並且如果原子價為4+則指示S=3/2。因此，對於Mn的每個原子價，每單位量的Mn的居禮常數C是對應於自旋S的值的值。因此，居禮常數C得自磁化率χ的溫度依賴性，由此可以評估樣本中的Mn的平均原子價。

為了評估居禮常數C，期望從最低可能的溫度測量磁化率的溫度依賴性。這是因為Mn的量是微小的，並且因此，在諸如大約室溫的相對高的溫度，磁化率的值也非常小。因此，難以測量溫度依賴性。居禮常數C可以得自透過關於溫度T繪製磁化率的乘法逆1/χ並且線性近似所繪製的點來獲得的直線的斜率。

(壓電材料的第二輔助成分)

第二輔助成分包含Bi。所含Bi的量相對於1莫耳的金屬氧化物是0.00042莫耳以上且0.00850莫耳以下。

如果根據本發明的壓電材料包含在上述範圍內的Bi，則認為三價Bi的大部分位於A位，並且三價Bi的一部分位於晶粒邊界。如果Bi位於A位，則正方晶-斜方晶相變溫度T_to移至低溫。這是與由含Zr的壓電材料引起的作用相反的作用。

基於以上所述，雖然按照慣例對於把相變溫度T_to定位在室溫附近所需的Zr量具有上限，但是Zr連同Bi的添加使壓電材料能夠包含更多的Zr。

一般而言，壓電材料的居禮溫度和壓電特性(壓電常數)趨於具有折衷關係。折衷關係的效果如下。如果壓電材料中所含Zr的量增大，則居禮溫度T_c變得低於不含Zr的純鈦酸鋇的居禮溫度。這改進壓電特性。

因此，在相同室溫附近具有相變溫度T_to的壓電材料的情況下，含Bi的壓電材料可以包含比不含Bi的壓電材料更多的Zr。因此，含Bi的壓電材料在室溫附近具有卓越的壓電特性。

如果所含Bi的量小於0.00042莫耳，則為了改進壓電特性，含Bi的材料中Zr的量減少，其目的在於把相變溫度T_to帶到接近室溫。但是，這種含少量Zr的材料具有高居禮溫度T_c和低介電常數。因此，室溫附近的壓電特性小。

另一方面，如果所含Bi的量大於0.00850莫耳，則上述鈣鈦礦型金屬氧化物中Bi的溶解極限被超過。因此，由於剩餘的Bi，壓電特性不足，這是不期望的。鑒於在室溫範圍內獲得更期望的機械品質因數和壓電常數，所含Bi的量更佳是0.0020莫耳以上且0.00850莫耳以下。

作為第二輔助成分的Bi不限於金屬Bi，而且只需要作為Bi成分在壓電材料中包含。包含Bi的形式無關緊 要。但是，期望作為第二輔助成分的Bi應當作為三價Bi溶解在A位。Bi的原子價可以利用輻射光透過X射線吸收精細結構(XAFS)測量來識別。

(壓電材料的第三輔助成分)

期望根據本發明的壓電材料應當包括含Si和B當中至少一種的第三輔助成分。相對於100重量份(parts by weight)的由通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物，按金屬算，所含第三輔助成分的量較佳是0.001重量份以上且4.000重量份以下，並且更佳是0.003重量份以上且2.000重量份以下。

第三輔助成分包括含Si和B當中至少一種。B和Si在壓電材料的粒邊界被偏析(segregate)。這減少流經晶粒邊界的洩漏電流，並且因此增大電阻率。如果壓電材料包含0.001重量份以上的第三輔助成分，則電阻率變高，並且絕緣特性改進，這是期望的。如果壓電材料包含多於4.000重量份的第三輔助成分，則介電常數減小，並且因此壓電特性減小，這是不期望的。所含Si的量更佳是，相對於100重量份的鈣鈦礦型金屬氧化物，0.003重量份以上且1.000重量份以下。所含B的量較佳是0.001重量份以上且1.000重量份以下。

多層壓電元件包括電極之間的薄壓電材料，並且因此需要對高電場具有耐久性。因此，根據本發明的壓電材料在其絕緣特性方面特別優秀，並且因此可以適合用於多層 壓電元件。

根據本發明的壓電材料可以包含作為Ti的市售原材料中不可避免的成分的一定量的Nb以及作為Zr市售原材料中不可避免的成分的一定量的Hf。

根據本發明的壓電材料包含較佳總共占98.5莫耳百分比以上的由通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物、第一輔助成分、第二輔助成分以及第三輔助成分。如上所述，作為主成分，壓電材料包含較佳占90莫耳百分比以上且更佳占95莫耳百分比以上由通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物。

(關於晶粒的粒直徑和等效圓直徑)

構成根據本發明的壓電材料的晶粒的平均等效圓直徑較佳是500nm以上並且10μm以下。“平均等效圓直徑”指多個晶粒的等效圓直徑的平均值。晶粒的平均等效圓直徑在這個範圍內，由此根據本發明的壓電材料可以具有卓越的壓電特性和機械強度。如果平均等效圓直徑小於500nm，則壓電特性可能不足。另一方面，如果平均等效圓直徑大於10μm，則機械強度可能下降。平均等效圓直徑的範圍更佳是500nm以上並且4.5μm以下。

在本發明中，“等效圓直徑”代表通常在顯微鏡觀察方法中所稱的“投影面積等效圓直徑”並且代表與晶粒的投影面積具有相同面積的真正圓的直徑。在本發明中，用於測量等效圓直徑的方法沒有特別的限制。等效圓直徑可以透 過例如對攝影圖像執行影像處理獲得，該攝影圖像是利用極化顯微鏡或掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝壓電材料的表面所獲得的。最佳放大倍率依賴於目標粒直徑而變。因此，或者光學顯微鏡或者電子顯微鏡都可以適當地使用。等效圓直徑可以不從材料表面的圖像獲得，而是從材料的拋光表面或截面的圖像獲得。

(關於相對密度)

根據本發明的壓電材料的相對密度較佳是93%以上並且100%以下。

相對密度是從壓電材料的晶格常數和壓電材料的構成元素的原子重量計算的理論密度與實測密度之比。晶格常數可以透過例如X射線衍射分析來測量。密度可以透過例如阿基米德原理來測量。

如果相對密度小於93%，則壓電特性或機械品質因數可能不足，或者機械強度會減小。

根據本發明的壓電材料的相對密度更佳是在95%以上並且100%以下的範圍內，並且甚至更佳是在97%以上並且100%以下的範圍內。

(關於介電損耗角正切)

在1kHz的頻率，根據本發明的壓電材料的介電損耗角正切較佳是0.006以下。利用市售阻抗分析器，介電損耗角正切可以透過施加具有1kHz頻率和10V/cm電場強 度的交流電場來測量。

(壓電材料的形態)

根據本發明的壓電材料的形態不受限制。形態可以是陶瓷、粉末、單晶體和膏劑(slurry)當中任何一種，但較佳是陶瓷。在本說明書中，術語“陶瓷”代表包含金屬氧化物作為基本成分的晶粒的聚集體(也被稱為“塊體”)並且是透過加熱處理進行燒製來產生的，即，代表所謂的多晶體。陶瓷包括燒結之後處理的產物。

(用於製造壓電材料的方法)

根據本發明用於製造壓電材料的方法沒有特別的限制。典型的製造方法如下所述。

(壓電材料的原材料)

當製造壓電材料時，能夠採用用於從包含構成元素的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽或醋酸鹽的固體粉末產生成形體(compact)並且在常壓下燒結該成形體的一般技術。壓電材料的原材料包括諸如Ba化合物、Ti化合物、Zr化合物、Mn化合物、Bi化合物、B化合物和Si化合物之類的金屬化合物。

可以使用的Ba化合物的例子包括氧化鋇、碳酸鋇、草酸鋇、乙酸鋇、硝酸鋇、鈦酸鋇和鋯酸鋇。期望使用市售可用的高純度類型(例如，99.99%以上純度)的每種 Ba化合物。

可以使用的Ti化合物的例子包括氧化鈦、鈦酸鋇和鋇鋯鈦酸。如果諸如鋇的鹼土金屬包含在每種Ti化合物中，則期望使用市售可用的高純度類型(例如，99.99%以上純度)的Ti化合物。

可以使用的Zr化合物的例子包括氧化鋯、鋯酸鋇和鋯鈦酸鋇。如果諸如鋇的鹼土金屬包含在每種Zr化合物中，則期望使用市售可用的高純度類型(例如，99.99%以上純度)的Zr化合物。

可以使用的Mn化合物的例子包括碳酸錳、氧化錳、二氧化錳、乙酸錳和四氧化三錳。

可以使用的Bi化合物的例子包括氧化鉍。

可以使用的Si化合物的例子包括二氧化矽。

可以使用的B化合物的例子包括氧化硼。

另外，在根據本發明的壓電材料中，用於調整“a”的原材料沒有特別的限制，其中“a”指示處於A位的Ba的存在量與處於B位的Ti和Zr的莫耳量之比。Ba化合物、Ti化合物和Zr化合物當中任何一種都具有相同的效果。

(粒狀粉末以及成形體)

成形體是透過把固體粉末成形獲得的固形物。成形方法的例子包括單軸衝壓、冷等靜壓、暖等靜壓、鑄造和擠出成形。當製備成形體時，期望使用粒狀粉末。利用粒狀粉末進行的成形體的燒結具有被燒結主體的晶粒的尺寸分 佈傾向於變得均勻的優點。另外，就增大燒結主體的絕緣特性而言，期望成形體應當包括含Si和B中至少一種的第三輔助成分。

用於顆粒化壓電材料的原材料粉末的方法沒有特別的限制。就使粒狀粉末的粒直徑更均勻的能力而言，最期望使用噴霧乾燥作為顆粒化方法。

可以用來顆粒化原材料粉末的鍵合劑的例子包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和丙烯酸樹脂。就增大成形體的密度而言，所添加的鍵合劑的量較佳是，相對於重量100份的壓電材料原材料，1重量份以上且10重量份以下，並且更佳是2重量份以上且5重量份以下。

(燒結)

用於燒結成形體的方法沒有特別的限制。

燒結方法的例子包括在電爐中燒結、在氣爐中燒結、電加熱、微波燒結、毫米波燒結以及熱等靜壓(HIP)。電爐或氣爐中的燒結可以使用連續加熱爐或分批爐。

燒結方法中的燒結溫度沒有特別的限制。期望燒結溫度應當是允許每種化合物反應和晶體充分生長的溫度。就把粒直徑限制在500nm至10μm的範圍內而言，燒結溫度較佳是1100℃以上且1300℃以下，並且更佳是1100℃以上且1250℃以下。在以上溫度範圍內燒結的壓電材料被證明有卓越的壓電性能。為了穩定地再現透過燒結處理獲得的壓電材料的特性，透過把燒結溫度在上述範 圍內保持恆定，燒結處理可以執行2小時以上且48小時以下。另外，諸如兩階段燒結的燒結方法也可以使用。但是，就生產率而言，期望使用不涉及快速溫度變化的方法。

期望拋光透過燒結處理獲得的壓電材料，然後在1000℃以上溫度熱處理壓電材料。如果壓電材料被機械拋光，則殘餘應力在壓電材料中發生。但是，透過在1000℃以上熱處理壓電材料，殘餘應力得以緩解。這使得壓電材料的壓電特性更卓越。另外，熱處理還具有除去粒邊界部分中析出的碳酸鋇的原材料粉末的效果等等。熱處理的時間沒有特別的限制，但是較佳是一小時以上。

(壓電元件)

圖1是圖示出根據本發明示例性實施例的壓電元件的配置的示意圖。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。壓電材料部2是根據本發明的壓電材料。

根據本發明的壓電材料的壓電特性可以透過把壓電材料應用到至少包括第一電極和第二電極的壓電元件來評估。第一和第二電極當中每一個都由具有大約5nm至10μm厚度的導電層構成。電極的材料沒有特別的限制，並且可以是通常用於壓電元件的材料。材料的例子包括諸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu之類的金屬，這些金屬的合金，以及這些金 屬的化合物。

第一和第二電極當中每一個都包含這些金屬當中一種，或者可以透過堆疊這些金屬當中兩種以上種而形成。另外，第一和第二電極的材料可以彼此不同。

用於製造第一和第二電極的方法不受限制。每個電極可以透過金屬漿料的燒製形成，或者可以透過濺射或氣相沉積形成。另外，第一和第二電極都可以圖案化為期望的形狀以供使用。

(極化處理)

更期望壓電元件的自發極化軸應當在某個方向對齊。如果自發極化軸在某個方向對齊，則壓電元件的壓電常數變大。

用於極化壓電元件的方法沒有特別的限制。極化處理可以在大氣中或者在矽油中執行。用於極化的溫度較佳是壓電材料變為正方晶的溫度。例如，用於極化的溫度較佳是60℃至150℃，但是，依賴于形成元件的壓電材料的組成，最佳條件稍有不同。為了執行極化處理而要施加的電場較佳是8kV/cm至20kV/cm。此外，期望在把環境溫度降低至壓電材料變為斜方晶的溫度之後結束電場的施加，用以獲得卓越的壓電常數。

(壓電常數和機械品質因數的測量)

為了測量壓電元件的壓電常數和機械品質因數，首 先，獲得利用市售阻抗分析器(4194A，由Agilent Technologies公司製造)測量共振頻率和反共振頻率的結果。然後，利用該測量結果，可以基於日本電子資訊技術產業協會(JEITA)標準(EM-4501)透過計算獲得壓電常數和機械品質因數。在下文中，這種方法被稱為“共振-反共振方法”。

(相變溫度T_to和居禮溫度T_c的測量)

相變溫度T_to和居禮溫度T_c可以透過在改變樣本溫度的同時利用阻抗分析器(4194A，由Agilent Technologies公司製造)測量樣本的電容而獲得。同時，介電損耗角正切的溫度依賴性也可以利用阻抗分析器測量和獲得。相變溫度T_to是結晶系統從正方晶變成斜方晶的溫度。為了測量相變溫度T_to，樣本的溫度從室溫降低到-100℃然後升高到150℃，並且在冷卻樣本的同時測量介電常數。然後，測量如下溫度，在該溫度處，透過用樣本的溫度求所測介電常數的微分所獲得的值最大。所測得的溫度被定義為相變溫度T_to。

另一方面，居禮溫度T_c是在鐵電相(正方晶相)和順電相(立方體晶相)之間的相變溫度附近介電常數取局部最大值的溫度。介電常數是在加熱樣本的同時測量的，並且測量所測介電常數的值取局部最大值的溫度。所測得的溫度被定義為居禮溫度T_c。

(多層壓電元件)

接下來，將描述根據本發明的多層壓電元件。

根據本發明的多層壓電元件是其中多個壓電材料層和包括內部電極的多個電極層交替堆疊的多層壓電元件。構成壓電材料層的壓電材料是由根據本發明的壓電材料形成的。

圖2A和2B每個都是圖示出根據本發明示例性實施例的多層壓電元件的配置的示意性截面圖。根據本發明的多層壓電元件包括壓電材料層54和包含內部電極55的電極層，並且是其中壓電材料層54和電極層交替堆疊的多層壓電元件。壓電材料層54每個都由上述壓電材料形成。除內部電極55之外，電極層還可以包括諸如第一電極51和第二電極53之類的外部電極。

圖2A圖示出根據本發明的多層壓電元件的配置，其中兩個壓電材料層54和單個內部電極55交替堆疊，並且這種多層結構夾在第一電極51和第二電極53之間。如圖2B中所圖示出的，壓電材料層和內部電極的數量可以增大，並且對於層數沒有限制。在圖2B中的多層壓電元件中，九個壓電材料層504和八個內部電極505(505a或505b)交替堆疊。這種多層結構是透過把壓電材料層504夾在第一電極501和第二電極503之間形成的，並且包括用於短路交替形成的內部電極的外部電極506a和外部電極506b。

內部電極55和505以及外部電極506a和506b的尺 寸和形狀不一定與壓電材料層54和504的尺寸和形狀相同。另外，內部電極55和505以及外部電極506a和506b當中每一個都可以被分成多個部分。

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當中每一個都由具有大約5nm至10μm厚度的導電層構成。電極的材料沒有特別的限制，並且可以是通常用於壓電元件的材料。材料的例子包括諸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu之類的金屬，以及這些金屬的化合物。內部電極55和505以及外部電極506a和506b當中每一個都可以由這些金屬當中一個或者這些金屬當中兩個以上的混合物或合金形成，或者可以透過堆疊這些金屬當中兩個以上個來形成。另外，多個電極的材料可以彼此不同。

內部電極55和505當中每一個都包含Ag和Pd，並且M1/M2的重量比較佳是0.25M1/M24.0，並且更佳是2.3M1/M24.0，其中所含Ag的重量是M1並且所含Pd的重量是M2。如果M1/M2的重量比小於0.25，則內部電極的燒結溫度高，這是不期望的。另一方面，如果M1/M2的重量比大於4.0，則內部電極以島狀形成，並且因此在表面中不均勻，這是不期望的。

就電極材料的低成本而言，期望內部電極55和505當中每一個都應當包含Ni和Cu當中至少一種。如果Ni和Cu當中至少一種用於內部電極55和505當中每一個， 則期望在還原氣氛中燒結根據本發明的多層壓電元件。

如圖2B中所圖示出的，包括內部電極505在內的多個電極可以彼此短路，使得驅動電壓同相。例如，內部電極505a和第一電極501可以透過外部電極506a彼此短路。內部電極505b和第二電極503可以透過外部電極506b彼此短路。內部電極505a和內部電極505b可以交替佈置。另外，短路電極的形式不受限制。用於短路的電極或佈線可以在多層壓電元件的側面上提供。作為替代，通孔可以透過壓電材料層504提供，並且導電材料可以在通孔內部提供，由此使電極彼此短路。

(液體排出頭)

接下來，將描述根據本發明的液體排出頭。

根據本發明的液體排出頭至少包括液體室和與液體室連通的排出口，該液體室包括設有壓電元件或多層壓電元件的振動單元。

圖3A和3B是圖示出根據本發明示例性實施例的液體排出頭的配置的示意圖。如圖3A和3B中所圖示出的，根據本發明的液體排出頭是包括根據本發明的壓電元件101的液體排出頭。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。壓電材料1012在必要時被圖案化，如圖3B中所圖示出的。

圖3B是圖示出液體排出頭的示意圖。液體排出頭包括排出口105、個別液體室102、連接個別液體室102和 排出口105的連通孔106、液體室隔壁104、共用液體室107、膜片103以及壓電元件101。在圖3B中，壓電元件101是矩形的。作為替代，壓電元件101的形狀可以不是矩形，諸如橢圓形、圓形或平行四邊形。一般而言，壓電材料1012是沿個別液體室102的形狀成形的。

圖3A圖示出了壓電元件101附近的細節，該壓電元件101包括在根據本發明的液體排出頭中。圖3A是在寬度方向的圖3B中所圖示出壓電元件101的截面視圖。壓電元件101的截面形狀表示為矩形，但可以是梯形或倒梯形。

在圖3A中，第一電極1011被用作下部電極，而第二電極1013被用作上部電極。但是，第一電極1011和第二電極1013的佈置不限於此。例如，第一電極1011可被用作下部電極，或者可被用作上部電極。類似地，第二電極1013可被用作上部電極，或者可被用作下部電極。另外，緩衝層108可以在膜片103和下部電極之間給出。這些部件的名字依賴於用於製造設備的方法而不同，並且本發明的效果在任何情況下都可以獲得。

在液體排出頭中，膜片103透過壓電材料1012的膨脹和收縮而上下移動，由此向個別液體室102中的液體施加壓力。因此，液體從排出口105排出。根據本發明的液體排出頭可以用於印表機或用於電子設備的製造。

膜片103的厚度是1.0μm以上並且15μm以下，並且較佳是1.5μm以上並且8μm以下。膜片103的材料不 受限制，但較佳是Si。硼或磷可以摻雜到膜片103的Si中。另外，膜片103上的緩衝層108或電極可以構成膜片103的一部分。緩衝層108的厚度是5nm以上並且300nm以下，並且較佳是10nm以上並且200nm以下。排出口105的尺寸是5μm以上並且40μm以下的等效圓直徑。排出口105的形狀可以是圓形、星形、方形或三角形。

(液體排出裝置)

接下來，將描述根據本發明的液體排出裝置。根據本發明的液體排出裝置包括用於物件的載置台和液體排出頭。

作為根據本發明的液體排出裝置的例子，給出圖4和5中所圖示出的噴墨記錄裝置。圖5圖示出了其中部件885和887從圖4中所圖示出的液體排出裝置(噴墨記錄裝置)881的外部882被除去之狀態。噴墨記錄裝置881包括自動饋送單元897，該單元把作為物件的記錄片材饋送到裝置主體896中。另外，噴墨記錄裝置881包括用於把從自動饋送單元897饋送的記錄片材引導到預定記錄位置並且把記錄片材從記錄位置引導到排出口898的三個單元。即，這三個單元是作為用於物件的載置台的輸送單元899，對輸送到記錄位置的記錄片材執行記錄的記錄單元891，以及對記錄單元891執行恢復過程的恢復單元890。記錄單元891包括托架892，該托架容納根據本發 明的液體排出頭並在軌道上來回運送。

在這種噴墨記錄裝置中，如果托架892根據從電腦發送的電信號在軌道上運送並且驅動電壓施加到夾住壓電材料的電極，則壓電材料移位。壓電材料的移位透過圖3B中所圖示出的膜片103向個別液體室102施加壓力，並且墨水從排出口105排出，由此執行列印。

根據本發明的液體排出裝置可以高速地均勻排出液體並且其尺寸可以減小。

在以上例子中，印表機已被例舉。作為替代，根據本發明的液體排出裝置可以用於諸如傳真機、多功能週邊設備或者影印機的噴墨記錄裝置之類的列印裝置、工業液體排出裝置或者用於在目標物件上繪畫的繪畫裝置。

此外，使用者可以根據用途選擇期望的物件。配置可以使得液體排出頭相對於放在載置臺上的物件而移動。

(超聲波馬達)

接下來，將描述根據本發明的超聲波馬達。根據本發明的超聲波馬達至少包括振動構件和與振動構件接觸的移動構件，該振動構件設有壓電元件或多層壓電元件。

圖6A和6B是圖示出根據本發明的超聲波馬達的配置的示意圖。圖6A圖示出了包括由單個板組成的根據本發明的壓電元件的超聲波馬達。超聲波馬達包括振盪器201、通過壓簧(未圖示出)的壓力與振盪器201的滑動表面接觸的轉子202以及與轉子202一體化形成的輸出軸 203。振盪器201包括金屬彈性環2011、根據本發明的壓電元件2012以及有機黏合劑2013(環氧樹脂黏合劑或者氰基丙烯酸酯黏合劑)，該黏合劑把壓電元件2012黏到彈性環2011。根據本發明的壓電元件2012包括夾在第一電極(未圖示出)和第二電極(未圖示出)之間的壓電材料。

如果具有π/2的奇數倍的相位差的兩個交流電壓施加到根據本發明的壓電元件2012，則彎曲行波在振盪器201中發生，並且振盪器201的滑動表面上的每個點作橢圓運動。如果轉子202與振盪器201的滑動表面處於壓力接觸，則轉子202接受經受振盪器201的摩擦力並且在與彎曲行波的方向相反的方向旋轉。從動構件(未圖示出)與輸出軸203接合並且被轉子202的旋轉力驅動。如果電壓施加到壓電材料，則壓電材料透過橫向壓電效應膨脹和收縮。如果由金屬製成的彈性構件與壓電元件2012接合，則彈性構件被壓電材料的膨脹和收縮彎曲。本文所述類型的超聲波馬達使用這個原理。

接下來，圖6B示例出包括具有多層結構的壓電元件的超聲波馬達。振盪器204包括被夾在圓柱形金屬彈性構件2041之間的多層壓電元件2042。多層壓電元件2042是包括多個堆疊的壓電材料(未圖示出)的元件，並且包括位於堆疊層外表面上的第一電極和第二電極以及堆疊層的內表面之間的內部電極。金屬彈性構件2041利用螺釘彼此固定，以便以夾心方式固定多層壓電元件2042，由 此形成振盪器204。

具有不同相位的交流電壓施加到多層壓電元件2042，由此使振盪器204激勵出彼此正交的兩個振盪。這兩個振盪組合到一起，以形成用於驅動振盪器204的前沿部分的圓形振盪。在振盪器204的上部中，以收縮方式形成環形槽，以增大振盪的移位，用於驅動。轉子205透過加壓彈簧206與振盪器204壓力接觸，由此獲得用於驅動的摩擦力。轉子205透過軸承被可旋轉地支撐。

(光學設備)

接下來，將描述根據本發明的光學設備。根據本發明的光學設備包括具有超聲波馬達的驅動單元。

圖7A和7B是圖示出作為根據本發明合適示例性實施例的光學設備例子的單鏡頭反光式相機的可互換透鏡鏡筒的主要截面視圖。另外，圖8是圖示出作為根據本發明合適示例性實施例的光學設備例子的單鏡頭反光式相機的可互換透鏡鏡筒的分解透視圖。固定鏡筒712、前進導向筒713和前透鏡組鏡筒714固定到可分離附連到相機的底座711。這些部件是可互換透鏡鏡筒的固定構件。

在前進導向筒713中，形成用於在光軸方向引導對焦透鏡702的前進導向槽713a。在徑向方向向外突出的凸輪滾柱717a和717b利用軸螺絲718固定到保持對焦透鏡702的後透鏡組鏡筒716。凸輪滾柱717a適合放在前進導向槽713a中。

凸輪環715可轉動地適合放在前進導向筒713的內圓周中。固定到凸輪環715的滾柱719適合放到前進導向筒713的環形槽713b中，由此在光軸方向調節前進導向筒713和凸輪環715的相對運動。在凸輪環715中，為對焦透鏡702形成凸輪槽715a，並且凸輪滾柱717b也適合放到凸輪槽715a中。

在固定鏡筒712的外圓周側，放置旋轉傳輸環720。旋轉傳輸環720相對於固定鏡筒712被滾珠座圈727可旋轉地保持在固定位置。在旋轉傳輸環720中，從動輥722可旋轉保持在軸720f上，該軸720f從旋轉傳輸環720徑向延伸。從動輥722的較大直徑部分722a與手動對焦環724的底座側端面724b接觸。另外，從動輥722的較小直徑部分722b與接合構件729接觸。實際上，六個從動輥722在旋轉傳輸環720的外圓周上以規律的間隔放置並且每個都是基於上述關係形成的。

在手動對焦環724的內圓周部分中，放置低摩擦片(墊圈構件)733並且夾在固定鏡筒712的底座側端面712a與手動對焦環724的前側端面724a之間。另外，低摩擦片733的外圓周表面是環形的並且圓周適合手動對焦環724的內圓周724c。另外，手動對焦環724的內圓周724c在圓周上適合固定鏡筒712的外圓周部分712b。低摩擦片733用來減小旋轉環機制中的摩擦，該旋轉環機制具有其中手動對焦環724相對於固定鏡筒712關於光軸旋轉的配置。

在壓力透過波形墊圈726在透鏡702的正向方向壓超聲波馬達725的力施加到較大直徑部分722a和底座側端面724b的狀態下，從動輥722的較大直徑部分722a與手動對焦環724的底座側端面724b彼此接觸。此外，類似地，在其中中等壓力透過波形墊圈726在透鏡702的正向方向壓超聲波馬達725的力施加到較小直徑部分722b和接合構件729的狀態下，從動輥722的較小直徑部分722b和接合構件729也彼此接觸。在底座711的方向中波形墊圈726的運動是透過墊圈732調節的，該墊圈732卡口耦合到固定鏡筒712。由波形墊圈726產生的彈簧力(推動力)被傳送到超聲波馬達725並且進一步傳送到從動輥722並且還導致手動對焦環724壓固定鏡筒712的底座側端面712a的力。即，手動對焦環724在透過低摩擦片733逆著固定鏡筒712的底座側端面712a被壓時被結合。

因此，如果超聲波馬達725被控制單元(未圖示出)驅動，以相對於固定鏡筒712旋轉，則從動輥722關於軸720f旋轉，因為接合構件729與從動輥722的較小直徑部分722b摩擦接觸。如果從動輥722關於軸720f旋轉，則結果旋轉傳輸環720關於光軸旋轉(自動對焦操作)。

另外，如果關於光軸的旋轉力透過手動操作輸入單元(未圖示出)施加到手動對焦環724，則手動對焦環724如下動作。即，由於手動對焦環724的底座側端面724b與從動輥722的較大直徑部分722a壓力接觸，因此從動 輥722由於摩擦力而關於軸720f旋轉。如果從動輥722的較大直徑部分722a關於軸720f旋轉，則旋轉傳輸環720關於光軸旋轉。此時，轉子725c和定子725b的摩擦保持力防止超聲波馬達725旋轉(手動對焦操作)。

兩個對焦鍵728在彼此相對的位置附連到旋轉傳輸環720，並且每個都適合凹口部分715b，該凹口部分715b在凸輪環715的前沿提供。因此，如果執行自動對焦操作或手動對焦操作，以關於光軸旋轉旋轉傳輸環720，則旋轉傳輸環720的旋轉力透過對焦鍵728被傳送到凸輪環715。如果凸輪環715關於光軸旋轉，則後透鏡組鏡筒716透過凸輪滾柱717b沿著凸輪環715的凸輪槽715a前進或後退，該後透鏡組鏡筒716的旋轉是由凸輪滾柱717a和前進導向槽713a調節的。因此，對焦透鏡702被驅動，並且執行對焦操作。

雖然單鏡頭反光式相機的可互換透鏡鏡筒已經作為根據本發明的光學設備的例子進行了描述，但是本發明適用於包括設有超聲波馬達的驅動單元的光學設備，諸如袖珍相機、電子靜態相機或配備相機的個人數位助理，而不論相機的類型如何。

(振盪設備和除塵設備)

用於傳送或除去粒子、粉末或液滴的振盪設備廣泛用於電子設備。

作為根據本發明的振盪設備的例子，以下將描述利用 根據本發明的壓電元件的除塵設備。根據本發明的振盪設備包括振盪構件，該振盪構件包括設有上述壓電元件或上述多層壓電元件的膜片。根據本發明的除塵設備包括具有振盪設備的振動單元。

圖9A和9B是圖示出根據本發明示例性實施例的除塵設備的示意圖。除塵設備310包括板形壓電元件330和膜片320。壓電元件330可以是根據本發明的多層壓電元件。膜片320的材料不受限制。但是，當除塵設備310被用於光學設備時，半透明材料或光反射材料可以用於膜片320。

圖10A至10C是圖示出圖9A和9B中壓電元件330的配置的示意圖。圖10A和10C圖示出了壓電元件330的正面和背面的配置。圖10B圖示出了壓電元件330的側面的配置。如圖9A和9B中所圖示出的，壓電元件330包括壓電材料331、第一電極332和第二電極333。第一電極332和第二電極333在壓電材料331的板表面上放成彼此相對。類似於圖9A和9B，壓電元件330可以是根據本發明的多層壓電元件。在這種情況下，壓電材料331具有包括壓電材料層和內部電極的交替結構，並且內部電極交替短路到第一電極332或第二電極333。因此，能夠向壓電材料層提供相位不同的驅動波形。在圖10C中，在前側出現並且其上提供第一電極332的壓電元件330的表面被定義為第一電極表面336。在圖10A中，在前側出現並且其上提供第二電極333的壓電元件330的表面被定義為 第二電極表面337。

在本發明中，“電極表面”指其上提供電極的壓電元件的表面。例如，如圖10B中所圖示出的，第一電極332可以在壓電材料331周圍延伸到第二電極表面337。

如圖9A和9B中所圖示出的，壓電元件330和膜片320固定地附連到壓電元件330的第一電極表面336上膜片320的板表面。然後，壓電元件330的驅動在壓電元件330與膜片320之間造成應力，由此使膜片320產生面外振盪。根據本發明的除塵設備310是用於透過膜片320的面外振盪除去附著到膜片320表面的諸如灰塵的外來物質的裝置。“面外振盪”指在光軸方向(即膜片320的厚度方向)上使膜片320移位的彈性振盪。

圖11A和11B是圖示出根據本發明的除塵設備310的振盪原理的示例圖。圖11A代表其中同相交流電壓施加到一對左和右壓電元件330以便使膜片320產生面外振盪的狀態。構成這對左和右壓電元件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。除塵設備310以第七振盪模式被驅動。圖11B代表其中相位相差180°的反相交流電壓分別施加到這對左和右壓電元件330以便使膜片320產生面外振盪的狀態。除塵設備310以第六振盪模式被驅動。根據本發明的除塵設備310是能夠透過適當地利用至少兩種振盪模式當中任意一種有效除去附著到膜片表面的灰塵的裝置。

(成像裝置)

接下來，將描述根據本發明的成像裝置。根據本發明的成像裝置是至少包括除塵設備和成像感測器單元的成像裝置。除塵設備的膜片設在成像感測器單元的受光面側。圖12和13是圖示出作為根據本發明合適示例性實施例的成像裝置例子的數位單鏡頭反光式相機的圖。

圖12是從物件側看時相機主體601的正面透視圖，並且圖示出了其中成像透鏡單元被除去的狀態。圖13是相機內部的一般配置的分解透視圖，用於圖示出根據本發明的除塵設備和成像單元400的週邊結構。

在相機主體601中，提供鏡盒605，透過成像透鏡的成像光通量被引導到鏡盒605。在鏡盒605中，佈置主鏡(快速復原鏡)606。主鏡606可以進入關於成像光軸保持在45°角的狀態，以便在五邊形頂鏡(未圖示出)的方向引導成像光通量，或者保持在處於其中主鏡606從成像光通量縮回的位置的狀態，以便在圖像感測器(未圖示出)的方向引導成像光通量。

在主體主機殼300的物件側，該主機殼300是相機主體601的框架，鏡盒605和快門單元200從物件側按這個次序部署。另外，在主體主機殼300的拍攝者側，部署成像單元400。成像單元400是透過被調整為使得圖像感測器的成像面被放在離底座單元602的附連表面預定距離並與其平行來提供的，其中底座單元602對於成像透鏡單元的附連充當參考。

成像單元400包括除塵設備的振動構件以及圖像感測器單元。另外，除塵設備的振動構件和圖像感測器單元的受光面是按次序同軸提供的。

雖然數位單鏡頭反光式相機已經作為根據本發明的成像裝置的例子進行了描述，但是可互換攝像鏡頭單元相機(諸如不包括鏡盒605的無鏡式數位單鏡頭相機)可以被使用。另外，在各種成像裝置或包括成像裝置的電子和電氣設備中，本發明還特別適用於需要除去附著到光學部件表面的灰塵的設備，諸如可互換攝像鏡頭單元攝像機、影印機、傳真機和掃描器。

(電子設備)

接下來，將描述根據本發明的電子設備。根據本發明的電子設備包括設有壓電元件或多層壓電元件的壓電聲學部件。壓電聲學部件的例子包括喇叭、蜂鳴器、麥克風以及表面聲波(SAW)設備。

圖14是圖示出作為根據本發明合適示例性實施例的電子設備例子的數位相機的整體透視圖，如從數位相機的主體931的正面看到的。在主體931的正面上，放置光學裝置901、麥克風914、閃光燈發射單元909和輔助光單元916。麥克風914內置到主體931中，並且因此由虛線指示。在麥克風914的前面，提供用於從外面拾取聲音的孔形狀。

在主體931的上表面上，放置電源按鈕933、喇叭 912、變焦杆932以及快門釋放按鈕908，用於執行對焦操作。喇叭912內置到主體931中，並且因此由虛線指示。在喇叭912的前面，提供用於把聲音發送到外面的孔形狀。

根據本發明的壓電聲學部件被用於麥克風914、喇叭912和表面聲波設備當中至少一個。

雖然數位相機已經作為根據本發明的電子設備的例子進行了描述，但是根據本發明的電子設備也適用於包括壓電聲學部件的各種電子設備，諸如聲音再現設備、聲音記錄設備、行動電話以及資訊終端。

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液體排出頭、液體排出裝置、超聲波馬達、光學設備、振盪設備、除塵設備、成像裝置和電子設備。根據本發明的壓電元件和多層壓電元件尤其適合用於在低溫驅動。

透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供其噴嘴密度和排出速度等於或大於當使用含鉛壓電元件時的噴嘴密度和排出速度的液體排出頭。

透過使用根據本發明的液體排出頭，能夠提供其排出速度和排出精度等於或大於當使用含鉛壓電元件時的排出速度和排出精度的液體排出裝置。

透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供其驅動力和耐久性等於或大於當使用含鉛壓電元件時的驅動力和耐久性的超聲波馬達。

透過使用根據本發明的超聲波馬達，能夠提供其耐久性和操作精度等於或大於當使用含鉛壓電元件時的耐久性和操作精度的光學設備。

透過使用根據本發明的壓電元件和多層壓電元件，能夠提供其振動性能和耐久性等於或大於當使用含鉛壓電元件時的振動性能和耐久性的振盪設備。

透過使用根據本發明的振盪設備，能夠提供其除塵效率和耐久性等於或大於當使用含鉛壓電元件時的除塵效率和耐久性的除塵設備。

透過使用根據本發明的除塵設備，能夠提供其除塵功能等於或優於當使用含鉛壓電元件時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和多層壓電元件的壓電聲學部件，能夠提供其聲音產生特性等於或優於當使用含鉛壓電元件時的聲音產生特性的電子設備。

除了液體排出頭和馬達，根據本發明的壓電材料還可以用於諸如超聲波振盪器、壓電致動器、壓電感測器、鐵電記憶體之類的設備。

[實例]

本發明以下將透過例子更具體地描述。但是，本發明不限於以下例子。

根據本發明的壓電材料是透過以下過程產生的。

(壓電材料) (實例1的壓電材料)

對應於由通式(1)Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃表示的組成Ba_1.0005(Ti_0.960Zr_0.040)O₃的原材料按以下方式秤重，其中x=0.040並且a=1.0005。

具有100nm的平均粒子直徑和99.99%以上純度的鈦酸鋇以及具有300nm的平均粒子直徑和99.99%以上純度的鋯酸鋇的原材料粉末透過固相法製備。以此為基礎，原材料粉末被秤重，使得Ba、Ti和Zr的比例產生組成Ba_1.0005(Ti_0.960Zr_0.040)O₃。另外，碳酸鋇和氧化鈦被用來調整“a”，該“a”指示位於A位的Ba的莫耳量與位於B位的Ti和Zr的莫耳量之比。

二氧化錳被秤重，使得作為第一輔助成分包含的Mn元素的量是相對於1莫耳的組成Ba_1.0005(Ti_0.960Zr_0.040)O₃的0.015莫耳。氧化鉍被秤重，使得作為第二輔助成分包含的Bi元素的量是相對於1莫耳的組成Ba_1.0005(Ti_0.960Zr_0.040)O₃的0.00200莫耳。二氧化矽被秤重，使得，作為第三輔助成分之一，相對於100重量份作為主成分的金屬氧化物，按金屬算，Si是0.0670重量份。氧化硼被秤重，使得，作為第三輔助成分之一，相對於100重量份作為主成分的金屬氧化物，按金屬算，B是0.0330重量份。

利用球磨機，這些秤重後的粉末透過24小時的乾混被混合到一起。然後，3重量份的PVA鍵合劑利用噴霧乾 燥裝置附著到混合後的粉末的表面，由此顆粒化混合後的粉末。

接下來，用所獲得的顆粒化粉末填充金屬模具，並且200MPa的成型壓力利用壓模機施加到顆粒化粉末，由此製備盤形狀的成形體。成形體被利用冷等靜壓機進一步壓，但是獲得的結果是相似的。

所獲得的成形體被放在電爐中，在1200℃的最大燒結溫度T_max的條件下保持4小時，並且在大氣中燒結總共24小時，由此獲得包括根據本發明的壓電材料的陶瓷。

然後，評估構成所獲得的陶瓷的晶粒的平均等效圓直徑和相對密度。結果，平均等效圓直徑是3.2μm，並且相對密度是98.9%。晶粒主要是利用極化顯微鏡觀察的。為了指定小晶粒的粒直徑，使用SEM。透過利用極化顯微鏡和SEM拍攝晶粒所獲得的攝影圖像接受影像處理，並且計算平均等效圓直徑。另外，用於評估相對密度的密度是利用阿基米德原理測量的。

接下來，所獲得的陶瓷被拋光，使得具有0.5mm的厚度，並且陶瓷的晶體結構透過X射線衍射被分析。因此，只有對應於鈣鈦礦結構的峰值被觀察到。

另外，所獲得的陶瓷的組成透過ICP發射光譜分析被評估。因此，應當理解，作為主成分包括金屬氧化物的壓電材料可以由化學式Ba_1.0005(Ti_0.960Zr_0.040)O₃表示。另外，還應當理解，相對於1莫耳作為主成分的金屬氧化 物，Mn元素是0.015莫耳並且Bi元素是0.00200莫耳。另外，還應當理解，相對於100重量份作為主成分的金屬氧化物，按金屬算包含0.0670重量份的Si以及按金屬算包含0.0330重量份的B。因此，應當理解，秤重後的組成與燒結後的組成一致。

另外，晶粒被再次觀察，但是在拋光前後平均等效圓直徑沒有顯著變化。

(實例2至29的壓電材料)

實例2至29的壓電材料是透過類似於實例1的方法製備的。首先，每種原材料粉末被秤重，使得Ba、Ti和Zr的比例如表1中所圖示出的。碳酸鋇和氧化鈦被用來調整“a”，該“a”指示位於A位的Ba的莫耳量與位於B位的Ti和Zr的莫耳量之比。接下來，秤重後的鈦酸鋇、鋯酸鋇、碳酸鋇和氧化鈦之和(組合的值)被轉換成化學式Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃。二氧化錳和氧化鉍被秤重，使得，在轉換之後，作為第一輔助成分的Mn元素和作為第二輔助元素的Bi元素相對於1莫耳由該化學式表示的化合物的比例如表1中所圖示出的。另外，二氧化矽和氧化硼被秤重，使得在轉換之後，相對於100重量份由化學式Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃表示的化合物，按金屬算作為第三輔助成分被包含的Si和B的量的比例如表1中所圖示出的。

利用球磨機，這些秤重後的粉末透過乾混24小時被混合到一起。然後，3重量份的PVA鍵合劑利用噴霧乾燥 裝置附著到混合後的粉末的表面，由此顆粒化混合後的粉末。

接下來，用所獲得的顆粒化粉末填充金屬模具，並且200MPa的成型壓力利用壓模機施加到顆粒化粉末，由此製備盤形狀的成形體。

所獲得的成形體被放在電爐中，在如表1中所圖示出的最大燒結溫度T_max的條件下保持4小時，並且在大氣中燒結總共24小時，由此獲得由根據本發明的壓電材料形成的陶瓷。

類似於實例1，評估平均等效圓直徑和相對密度。結果在表2中圖示出。

另外，類似於實例1，分析組成。在所有的壓電材料中，Ba、Ti、Zr、Mn、Bi、Si和B的秤重後的組成與燒結後的組成一致。

(比較例1至12的金屬氧化物材料)

如表1中所圖示出的，根據主成分、第一輔助成分、第二輔助成分和第三輔助成分的比例，A位與B位的莫耳比，以及最大燒結溫度T_max的條件，用於比較的金屬氧化物材料是透過類似於實例1的方法製備的。

類似於實例1，評估平均等效圓直徑和相對密度。結果在表2中圖示出。

另外，類似於實例1，分析組成。在所有的金屬氧化物材料中，Ba、Ti、Zr、Mn、Bi、Si和B的秤重後的組成與燒結後的組成一致。

(壓電元件的製作)

接下來，製作根據本發明的壓電元件。

(實例1至29的壓電元件)

壓電元件是利用實例1至29的壓電材料製作的。

透過直流(DC)濺射，每個都具有400nm厚度的金電極在盤形狀陶瓷的正面和背面上都形成。在每個電極與陶瓷之間，具有30nm厚度的鈦膜作為黏合層形成。具有電極的陶瓷被切割，以製作具有10mm×2.5mm×0.5mm尺寸的矩形壓電元件。

壓電元件被放在熱板上，壓電元件被加熱，使得壓電元件表面的溫度將是100℃，並且14kV/cm的電場施加到加熱的壓電元件30分鐘。在保持在電場中的同時壓電元件冷卻至25℃之後，電場的施加結束。透過這種過程，對壓電元件執行極化處理。

(比較例1至12的壓電元件)

接下來，透過類似於實例1至29的方法，利用用於比較例1至12的比較的金屬氧化物材料，用於比較的元件被製作並接受極化處理。

(壓電元件的特性評估)

關於利用實例1至29的壓電材料產生的壓電元件和利用比較例1至12的金屬氧化物材料產生的用於比較的 元件，在25℃的室溫，評估接受了極化處理的每個壓電元件的壓電常數d₃₁和機械品質因數Qm。另外，介電損耗角正切的溫度依賴性是利用阻抗分析器測量的。結果在表3中圖示出。在表3中，比較例5中的“-”指示關於評估項沒有獲得有意義的結果，因為元件的電阻率低並且元件不能充分接受極化處理。

壓電常數d₃₁和機械品質因數Qm是透過共振-反共振方法獲得的。如果壓電常數d₃₁小，則需要大電場來驅動設備。因此，這種壓電常數不適於驅動設備。壓電常數d₃₁較佳是100pm/V以上，並且更佳是140pm/V以上。

(壓電元件的相變溫度T_to和居禮溫度T_c的評估)

接下來，關於實例1至29的壓電元件和比較例1至12的用於比較的元件，評估相變溫度T_to和居禮溫度T_c。相變溫度T_to和居禮溫度T_c是透過在改變樣本溫度的同時利用阻抗分析器(4194A，由Agilent Technologies公司製造)測量樣本的電容來計算的。相變溫度T_to是如下的溫度，在該溫度處，當樣本的溫度一旦從室溫降低到-100℃然後升高到150℃時，結晶系統從正方晶變成斜方晶。相變溫度T_to被定義為當在冷卻樣本的同時測量介電常數時透過用樣本的溫度求所測介電常數的微分所獲得的值最大的溫度。居禮溫度T_c是在鐵電相(正方晶相)和順電相(立方體晶相)之間的相變溫度附近介電常數取局部最大值的溫度。居禮溫度T_c被定義為當在加熱樣本的同時測 量介電常數時所測介電常數的值取局部最大值的溫度。結果在表3中圖示出。

將描述表3的結果。

在比較例1中，“x”的值是0.140，這大於0.130。結果如下。室溫(25℃)下的壓電常數d₃₁是73，這小於實例1至29的壓電常數。

另外，在比較例12中，“x”的值是0.015，這小於0.020。結果如下。室溫(25℃)下的壓電常數d₃₁是84，這小於實例1至29的壓電常數。

在比較例4中，“a”的值小於0.9860。結果如下。平均等效圓直徑是15.1μm，這大於實例1至29的平均等效圓直徑，並且發生異常晶粒生長。利用拉伸-壓縮測試裝置(商品名：Tensilon RTC-1250A，由Orientec Co.有限公司製造)，元件的機械強度透過三點彎曲測試來評估。結果，比較例4的元件的機械強度是25MPa，這顯著低於實例1至29的壓電元件的45MPa以上的機械強度。

在比較例5中，“a”的值大於1.0200。結果如下。與實例1至29相比，晶粒生長被過分抑制，並且相對密度低，即，92.2%。因此，比較例5的元件的電阻率低。因此，沒有足夠的電場可以施加到元件，並且元件不能接受極化處理。

在比較例6中，所含Mn的量是0.001莫耳，這小於0.002莫耳。結果如下。機械品質因數Qm是110，這小於實例1至29的機械品質因數Qm。因此，當元件作為共振設備被驅動時，功耗增大。

在比較例7中，所含Mn的量是0.018莫耳，這大於 0.015莫耳。結果如下。介電損耗角正切是0.0160，這大於實例1至29的小於0.006的介電損耗角正切。因此，當元件作為共振設備被驅動時，功耗增大。

在比較例8中，所含Bi的量是0.00040莫耳，這小於0.00042莫耳。結果如下。壓電常數d₃₁是81pm/V，這小於實例1至29的壓電常數。另外，介電損耗角正切是0.0065，這大於實例1至29的小於0.006的介電損耗角正切。因此，當元件作為共振設備被驅動時，功耗增大。

在比較例9中，所含Bi的量是0.00900莫耳，這大於0.00850莫耳。結果如下。壓電常數d₃₁是58pm/V，這小於實例1至29的壓電常數。介電損耗角正切是0.0086，這大於實例1至29的小於0.006的介電損耗角正切。因此，當元件作為共振設備被驅動時，功耗增大。

在比較例2、3、10和11每一個當中，所含Bi的量是0莫耳(即，低於檢測限值)。結果如下。各壓電常數d₃₁是86pm/V、85pm/V、92pm/V和95pm/V。各相變溫度T_to是57℃、52℃、38℃和28℃。

在以上四個比較例2、3、10和11以及在實例中，比較性地考慮出於組成原因而與比較例2、3、10和11明確不同的那些。

與比較例2相比，在實例2中，相變溫度T_to幾乎等於比較例2的相變溫度，並且所含Mn的量是0.010莫耳。於是，在實例2中，壓電常數d₃₁是105pm/V，這比 比較例2的壓電常數d₃₁的值，即，86pm/V，大20%以上。

另外，與比較例3相比，在實例3中，相變溫度T_to幾乎等於比較例3的相變溫度，並且所含Mn的量是0.010莫耳。於是，在實例3中，壓電常數d₃₁是95pm/V，這比比較例3的壓電常數d₃₁的值，即，85pm/V，大10%以上。

另外，與比較例10相比，在實例4中，相變溫度T_to幾乎等於比較例10的相變溫度，並且所含Mn的量是0.010莫耳。於是，在實例4中，壓電常數d₃₁是119pm/V，這比比較例10的壓電常數d₃₁的值，即，92pm/V，大20%以上。

另外，與比較例11相比，在實例5中，相變溫度T_to幾乎等於比較例11的相變溫度，並且所含Mn的量是0.010莫耳。於是，在實例5中，壓電常數d₃₁是128pm/V，這比比較例11的壓電常數d₃₁的值，即，95pm/V，大20%以上。

所含Mn的量是影響壓電材料的機械品質因數Qm的參數。一般而言，說機械品質因數Qm和壓電常數具有折衷關係。因此，當比較壓電特性時，機械品質因數Qm的值可以在某種程度上被近似。應當理解，記住這一點，如果壓電特性在所含Mn的量相等並且相變溫度T_to幾乎相等的條件下進行比較，則含Bi的樣本的壓電常數d₃₁在室溫附近增大。

在實例13中，所含Si和B的總量是0.0005重量份，這小於0.001重量份。結果如下。燒結狀態在1200℃和1250℃的最大燒結溫度T_max不充分。因此，最大燒結溫度T_max需要1350℃。此時，相對密度高，即98.7%，並且壓電常數d₃₁高，即，148pm/V。

在實例15中，所含Si和B的總量是5.000重量份，這大於4.000重量份。結果如下。燒結狀態在1200℃和1250℃的最大燒結溫度T_max不充分。因此，最大燒結溫度T_max需要1300℃。此時，相對密度高，即98.6%，並且壓電常數d₃₁高，即，142pm/V。

另外，比較例6和7證明比較例中的高壓電特性。於是，在比較例6和7每一個當中，介電損耗角正切大，即，0.008以上。因此，當元件作為共振元件被驅動時，功率增大。因此，就實用性而言，元件不能被應用。

(多層壓電元件的製作和評估)

接下來，製作根據本發明的多層壓電元件。

(示例30)

對應於由通式(1)Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃表示的組成(Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃)的原材料按以下方式秤重，其中x=0.040並且a=0.9955。

具有99.99%以上純度的鈦酸鋇以及具有99.99%以上純度的鋯酸鋇的原材料粉末作為主成分的原材料製備並且 被秤重，使得Ba、Ti和Zr的比例產生組成Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃。另外，碳酸鋇和氧化鈦被用來調整“a”，該“a”指示位於A位的Ba的莫耳量與位於B位的Ti和Zr的莫耳量之比。

二氧化錳被秤重，使得作為第一輔助成分被包含的Mn元素的量相對於1莫耳的組成Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃是0.002莫耳。

氧化鉍被秤重，使得作為第二輔助成分被包含的Bi元素的量相對於1莫耳的組成Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃是0.00200莫耳。

二氧化矽被秤重，使得，作為第三輔助成分之一，相對於100重量份的組成Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃，按金屬算Si是0.0670重量份。氧化硼被秤重，使得，作為第三輔助成分之一，相對於100重量份的組成Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃，按金屬算B是0.0330重量份。

PVB被添加並與這些秤重的粉末混合。然後，混合物透過刮刀法形成片，由此獲得具有50μm厚度的生片。

用於內部電極的導電漿料印刷到生片上。作為導電漿料，使用70%的Ag-30%的Pd的合金(Ag/Pd=2.33)漿料。導電漿料被塗到其上的九個生片堆疊到一起，並且結果層壓件在1200℃的條件下被燒結4小時，以獲得燒結主體。

這樣獲得的燒結主體的壓電材料部的組成透過ICP發射光譜分析被評估。因此，應當理解，作為主成分的金屬 氧化物被包含的壓電材料可以由化學式Ba_0.9955(Ti_0.9960Zr_0.040)O₃表示，並且相對於1莫耳的主成分，包含0.002莫耳的Mn元素和0.00200莫耳的Bi元素。另外，應當理解，相對於100重量份的主成分，包含0.00670重量份的Si和0.00330重量份的B。Ba、Ti、Zr、Mn、Bi、Si和B的秤重後的組成與燒結後的組成一致。

燒結主體被切割成10mm×2.5mm的尺寸，然後，切割後的燒結主體的側表面被拋光。用於交替短路內部電極的一對外部電極(第一電極和第二電極)透過Au濺射形成，由此製作如圖2B中所圖示出的多層壓電元件。

多層壓電元件包括九個壓電材料層和八個內部電極層。當所獲得的多層壓電元件的內部電極被觀察時，包含Ag-Pd的電極材料與壓電材料交替地形成。

在評估壓電特性之前，對樣本執行極化處理。具體而言，樣本在熱板上被加熱至100℃到150℃，14kV/cm的電場施加到第一和第二電極之間30分鐘，並且在保持電場的情況下樣本被冷卻至室溫之後，電場的施加結束。

當評估所獲得的多層壓電元件的壓電特性時，應當理解，即使對於多層結構，多層壓電元件也具有與實例17的陶瓷的絕緣特性和壓電特性等效的絕緣特性和壓電特性。

另外，同樣關於除Ni和Cu被用於內部電極並且多層壓電元件在低氧氛圍中燒結之外類似地產生的多層壓電元 件，獲得等效的壓電特性。

(比較例13)

透過類似於實例30的方法製作多層壓電元件。但是，其組成與比較例11的組成類似，燒結溫度是1200℃，並且內部電極包含95%的Ag-5%的Pd的合金(Ag/Pd=19)。內部電極是利用SEM觀察的。結果，內部電極溶解並島狀地散佈。因此，在內部電極之間不存在電連續性，並且因此多層壓電元件不能被極化。因此，壓電特性不能被評估。

(比較例14)

除內部電極包含5%的Ag-95%的Pd的合金(Ag/Pd=0.05)之外，多層壓電元件類似於比較例13製作。內部電極是利用SEM觀察的。剝離在含Ag-Pd的電極材料與壓電材料層之間的邊界被發現。當多層壓電元件被極化時，沒有足夠的電場能夠被施加，並且因此多層壓電元件不能被極化。因此，壓電特性不能被評估。

(實例31)

如圖3A和3B中所圖示出的液體排出頭是利用包括實例20的壓電材料的壓電元件製作的。根據輸入電信號的墨水排出得到確認。

(實例32)

如圖4中所圖示出的液體排出裝置是利用實例31的液體排出頭製作的。在物件上確認了根據輸入電信號的墨水排出。

(實例33)

如圖6A中所圖示出的超聲波馬達是利用包括實例20的壓電材料的壓電元件製作的。根據交流電壓的施加的馬達旋轉得到確認。

(實例34)

如圖7A和7B中所圖示出的光學設備是利用實例33的超聲波馬達製作的。根據交流電壓的施加的自動對焦操作得到確認。

(實例35)

如圖9A和9B中所圖示出的除塵設備是利用包括實例20的壓電材料的壓電元件製作的。當塑膠珠子散落並且交流電流被施加時，卓越的除塵效率得到確認。

(實例36)

如圖12中所圖示出的成像裝置是利用實例35的除塵設備製作的。當成像裝置被操作時，成像單元表面上的灰塵被有效地除去，並且獲得沒有灰塵缺陷的圖像。

(實例37)

如圖14中所圖示出的電子設備是利用包括實例20的壓電材料的壓電元件製作的。根據交流電壓的施加的喇叭操作得到確認。

(實例38)

如圖3A和3B中所圖示出的液體排出頭是利用實例30的多層壓電元件製作的。根據輸入電信號的墨水排出得到確認。

(實例39)

如圖4中所圖示出的液體排出裝置是利用實例38的液體排出頭製作的。在物件上確認了根據輸入電信號的墨水排出。

(實例40)

如圖6B中所圖示出的超聲波馬達是利用實例30的多層壓電元件製作的。根據交流電壓的施加的馬達旋轉得到確認。

(實例41)

如圖7A和7B中所圖示出的光學設備是利用實例40的超聲波馬達製作的。根據交流電壓的施加的自動對焦操 作得到確認。

(實例42)

如圖9A和9B中所圖示出的除塵設備是利用實例30的多層壓電元件製作的。當塑膠珠子散落並且交流電流被施加時，卓越的除塵效率得到確認。

(實例43)

如圖12中所圖示出的成像裝置是利用實例42的除塵設備製作的。當成像裝置被操作時，成像單元表面上的灰塵被有效地除去，並且獲得沒有灰塵缺陷的圖像。

(實例44)

如圖14中所圖示出的電子設備是利用實例30的多層壓電元件製作的。根據交流電壓的施加的喇叭操作得到確認。

根據本發明的壓電材料在室溫範圍內具有卓越的壓電特性。另外，壓電材料不含鉛，並且因此具有很小的環境負擔。因此，即使對於使用多種壓電材料的設備，諸如液體排出頭、超聲波馬達或者除塵設備，根據本發明的壓電材料也可以沒有任何問題地被使用。

根據本發明的示例性實施例，能夠提供在室溫範圍內具有更卓越壓電特性的無鉛壓電材料。

雖然本發明已經參考示例性實施例進行了描述，但是 應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下請求項的範圍要符合最廣泛的解釋，從而涵蓋所有這些修改和等同結構及功能。

1‧‧‧第一電極

2‧‧‧壓電材料部

3‧‧‧第二電極

Claims (19)

1. 一種壓電材料，包括：主成分，包含由以下通式(1)表示的鈣鈦礦型金屬氧化物；含Mn的第一輔助成分；及含三價Bi的第二輔助成分，其中，所含Mn的量是相對於1莫耳的所述金屬氧化物的0.0020莫耳以上且0.0150莫耳以下，並且所含Bi的量是相對於1莫耳的所述金屬氧化物的0.00042莫耳以上且0.00850莫耳以下，Ba_a(Ti_1-xZr_x)O₃ (1)其中0.02x0.13並且0.986a1.02。
2. 如請求項1所述的壓電材料，還包括含Si和B中至少一種的第三輔助成分，其中，所含第三輔助成分的量是如下量：相對於100重量份的由通式(1)表示的所述鈣鈦礦型金屬氧化物，按金屬算該量為0.001重量份以上且4.000重量份以下。
3. 如請求項1或2所述的壓電材料，其中，正方晶-斜方晶相變溫度T_to是10℃以上。
4. 如請求項1或2所述的壓電材料，其中，形成壓電材料的晶粒的平均等效圓直徑是500nm以上且10μm以下。
5. 如請求項1或2所述的壓電材料，其中，壓電材料的相對密度是93%以上且100%以下。
6. 如請求項1或2所述的壓電材料，其中，在1kHz的頻率，壓電材料的介電損耗角正切是0.006以下。
7. 一種壓電元件，至少包括：第一電極；壓電材料部；及第二電極，其中，形成壓電材料部的壓電材料是如請求項1所述的壓電材料。
8. 一種用於製造壓電元件的方法，該方法包括：給如請求項1所述的壓電材料提供第一電極和第二電極；在壓電材料變為正方晶的溫度施加電壓；及在維持所述電壓的同時，將壓電材料冷卻到壓電材料變為斜方晶的溫度。
9. 一種多層壓電元件，包括多個壓電材料層和包含內部電極的多個電極層，壓電材料層和電極層交替堆疊，其中，形成壓電材料層的壓電材料是如請求項1所述的壓電材料。
10. 如請求項9所述的多層壓電元件，其中，內部電極包含Ag和Pd，及其中，M1/M2的重量比是0.25M1/M24.0，其中M1是所含Ag的重量並且M2是所含Pd的重量。
11. 如請求項9所述的多層壓電元件，其中，內部電極包含Ni和Cu當中至少一種。
12. 一種液體排出頭，至少包括：液體室，包括設有如請求項7所述的壓電元件或如請求項9所述的多層壓電元件的振動單元；及與液體室連通的排出口。
13. 一種液體排出裝置，包括：用於物件的載置台；及如請求項12所述的液體排出頭。
14. 一種超聲波馬達，至少包括：振動構件，設有如請求項7所述的壓電元件或如請求項9所述的多層壓電元件；及與振動構件接觸的移動構件。
15. 一種光學設備，包括設有如請求項14所述的超聲波馬達的驅動單元。
16. 一種振盪設備，包括振動構件，該振動構件包括設有如請求項7所述的壓電元件或如請求項9所述的多層壓電元件的膜片。
17. 一種除塵設備，包括設有如請求項16所述的振盪設備的振動單元。
18. 一種成像裝置，至少包括：如請求項17所述的除塵設備；及圖像感測器單元，其中，除塵設備的膜片設在圖像感測器單元的受光面側。
19. 一種電子設備，包括壓電聲學部件，該壓電聲學 部件設有如請求項7所述的壓電元件或如請求項9所述的多層壓電元件。