[发明专利]压电材料、压电元件、液体排放头、超声波电机及灰尘清洁设备

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料。特别地，其涉及无铅压电材料。其还涉及使用无铅压电材料的压电元件、液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。

背景技术

含铅的锆钛酸铅(下文中称为“PZT”)是各种压电设备中最广泛使用的压电材料。已试图用无铅压电材料替代含铅压电材料。这是为了解决如下顾虑：含铅压电设备一旦被丢弃并暴露于酸雨就会由于压电材料中的铅成分可渗入到大地中而对生态系统造成损害。因此，做出了压电材料的各种提议。

无铅压电材料的一个示例是具有钨青铜结构的铌酸锶钙钠(SCNN)材料。PTL1公开了通过向SCNN添加稀土元素来改进压电属性的技术。PTL2公开了通过用钾取代钠部位来改进压电属性的技术。然而，由于具有钨青铜结构的晶体的单位晶格的形状各向异性高，所以极轴方向仅在c轴方向（即，短边方向）上。相应地，存在较少的可以有助于压电性的有效磁畴并且压电属性令人不满意。

NPL1公开了通过使用磁场（磁取向）把SCNN定向来改进SCNN的特性的技术。磁取向可以增大有助于压电性的有效磁畴的数量。NPL2公开了通用使用磁定向的SCNN来制造原型超声波电机的示例。然而，该超声波电机要求施加比由PZT超声波电机要求的电压约大10倍的电压并且具有令人不满意的特性。

本发明提供具有高取向度和高压电属性的基于铌酸锶钙钠的无铅钨青铜结构金属氧化物。还提供使用该压电材料的压电元件、液体排放头、超声波电机、以及灰尘清洁设备。

引用列表

专利文献

PTL1日本专利公开No.2000-169229

PTL2日本专利公开No.2003-261379

非专利文献

NPL1日本应用物理期刊，2008年第47卷，第9期，第7693-7697页

NPL2日本应用物理期刊，2008年，第47卷，第5期，第4242-4247页

发明内容

本发明提供压电材料，包括：钨青铜结构金属氧化物，包括金属元素锶、钙，钠和铌；以及钨。金属元素以摩尔计量满足以下条件：

当Sr/Nb＝a时，0.32≤a≤0.430，

当Ca/Nb＝b时，0.008≤b≤0.086，以及

当Na/Nb＝c时，0.180≤c≤0.200。以金属计量的钨含量是相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份的0.40至3.20重量份。钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。

本发明还提供：压电元件，包括：第一电极、压电材料以及第二电极。本发明还提供包括该压电元件的液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。

本发明可以提供包含具有高取向度的基于铌酸锶钙钠的钨青铜结构金属氧化物的压电材料。由于压电材料无铅，所以对生态系统的影响低。还可以提供具有高耐久性的压电元件、液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。

附图说明

图1A和1B是通过X光衍射分析在2θ-θ模式中拍摄的压电材料的衍射图案。

图2是根据实施例的压电元件的示意图。

图3A和图3B是示出了根据实施例的液体排放头的一个示例的示意图。

图4A是示出了根据实施例的超声波电机的示意图。

图4B是示出了根据另一实施例的超声波电机的示意图。

图5A和5B是示出了根据实施例的灰尘清洁设备的示意图。

具体实施方式

现在将描述本发明的实施例。

根据本发明的一个实施例的压电材料包括：包含以摩尔计量满足下面条件的金属元素Sr、Ca、Na以及Nb的钨青铜结构金属氧化物；以及W：

当Sr/Nb＝a时，0.320≤a≤0.430，

当Ca/Nb＝b时，0.008≤b≤0.086，以及

当Na/Nb＝c时，0.180≤c≤0.200。

以金属计量的钨（W）含量是相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份的0.40至3.20重量份。钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。

在本发明中，术语“钨青铜结构”是指通常已知为四方钨青铜（TTB）结构的结构，而并非由于电致变色现象而已知的H_xWO₃（钨青铜）或六方钨青铜（HTB）结构。