[发明专利]压电元件及其制造方法

说明书

本发明的技术问题在于以低成本提供使用了碱金属铌酸系的压电陶瓷的层叠型压电元件。本发明的技术方案为由银的含量为80质量％以上的金属形成内部电极，并且由以具有钙钛矿型结构的碱金属铌酸盐为主成分且含有选自钙和钡中的至少1种碱土金属元素和银的压电陶瓷构成压电陶瓷层，在将上述碱金属铌酸盐的B位点中的元素的含量设为100摩尔％时，上述碱土金属元素的合计含量设为0.2摩尔％以上且低于2.0摩尔％，该压电陶瓷层含有至少1个内包银偏析区域(42)的烧结颗粒(41)，并且上述银偏析区域(42)的长径设为10nm以下。

技术领域

本发明涉及压电元件及其制造方法。

背景技术

压电元件是由一对电极夹持具有压电性的陶瓷(压电陶瓷)的结构的电子部件。这里，压电性是指能够将电能与机械能相互转化的性质。

压电元件利用上述的压电陶瓷的性质，通过将施加于一对电极间的电压转化成压力、振动这样的机械能，能够使其它物体运动或使自身运动。另一方面，压电元件也能够将振动、压力这样的机械能转化成电能，将该电能作为一对电极间的电压获取。

将施加于电极间的电压转化为机械振动时，压电元件能够发生宽幅频率的振动。具体而言，可以列举在通常的生活环境中存在的称为低频音的1～100Hz左右的频率带、人类能够作为声音感知的20Hz～20kHz左右的频率带、称为超声波的20kHz～数GHz的频率带、以及电磁波这样的数～数十GHz左右的频率带等的振动。因此，压电元件能够被利用于扩音器、振动部件等。另一方面，压电元件也能够通过感受如上所述的各种频率带的振动，产生与其对应的宽幅的频率带的电压。

作为压电元件的结构，除了仅在压电陶瓷的表面形成有电极的结构以外，还已知有称为层叠型压电元件的用内部电极夹持所层叠的多层压电陶瓷层的结构。层叠型压电元件为了在多个压电陶瓷层的层叠方向得到大的位移，例如，能够利用致动器等。层叠型压电元件典型而言通过将压电陶瓷层和内部电极同时烧制来制造。

作为构成这样的压电元件的压电陶瓷，可以广泛使用以锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O₃、PZT)及其固溶体为主成分的压电陶瓷。PZT系的压电陶瓷由于具有高的居里温度，所以能够得到即使在高温环境下也能够使用的压电元件。并且，该压电陶瓷由于具有高的机电耦合系数，所以还具有能够得到能够高效地转化电能和机械能的压电元件的优点。另外，该压电陶瓷通过选择适当的组成，能够以低于1000℃的温度进行烧制，因此，还具有能够降低压电元件的制造成本的优点。特别是，上述的层叠型压电元件能够在与压电陶瓷同时烧制的内部电极中使用铂或钯等高价材料的含量减少了的低熔点材料，产生大的成本降低效果。

但是，PZT系的压电陶瓷含有作为有害物质的铅这一点被视作问题，取而代之，要求不含铅的压电陶瓷组合物。

至今，作为不含铅的压电陶瓷，报道了具有碱金属铌酸((Li，Na，K)NbO₃)系、钛酸铋钠((Bi_0.5Na_0.5)TiO₃、BNT)系、铋层状化合物系和钨青铜系等各种组成的压电陶瓷。这些之中，碱金属铌酸系的压电陶瓷由于居里点高，机电耦合系数比较大，因此，作为代替PZT系的压电陶瓷受到关注(专利文献1)。

在碱金属铌酸系的压电陶瓷中，以烧结温度的低温化或特性的提高为目的，除了作为主成分的碱金属元素和铌以外，还添加有银(专利文献2～4)。

例如，在专利文献2中，公开了通过对碱金属铌酸系的化合物粉末添加Ag₂O，促进烧制时Li₃NbO₄的析出，能够将烧制温度低温化至1000℃左右。

另外，在专利文献3中，公开了在含有碱金属的铌酸盐系钙钛矿组合物的烧结体中的空隙偏析出Ag的压电陶瓷适于高温下的使用。

另外，在专利文献4中，公开了通过使碱金属铌酸系压电陶瓷含有碱土金属和银，能够以低成本制造兼具高的可靠性和良好的压电特性的压电元件。