压电器件，含其的压电致动器，液体排出装置和发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种压电器件，含其的压电致动器，液体排出装置和发电装置，该压电器件在传输能力和接收能力方面均优异，并且适于用作压电致动器、传感器、超声波传感器或发电器件。压电器件（１）包括具有压电性的压电体（１３）和一对电极（１２，１４），所述一对电极用于在预定方向上对所述压电体施加电场，其中压电体的压电应变常数ｄ３３（ｐｍ／Ｖ）和相对介电常数ε３３满足下式（１）和（２）。１００＜ε３３＜１５００??（１）

【技术实现步骤摘要】
,含其的压电致动器,液体排出装置和发电装置的制作方法
本专利技术涉及具有和用于驱动该的驱动器的压电致动器和液体 排出装置，以及具有的发电装置。
技术介绍
压电材料可以通过其自身的固有功能(性质)将电能和机械能相互转换。由于在 机电相互转换方面以及作为机械振动体具有优异的性能，压电材料广泛应用于频率控制如 频率滤波器等，和电信用电子部件。另外，在机电子学领域，压电材料的机电相互转换功能 与集成和小型化技术一起得到了认可。通常，将压电应变常数(压电d-常数)和电压输出常数(压电g_常数)用作指 示压电材料性能(压电性能)的指标。d-常数是表示按每单位电场计的应变的量(传输能 力)的指标，并且d-常数越高表示作为在喷墨记录头等中使用的致动器的性能越高。g_常 数是表示由每单位应力产生的场强(接收能力)的指标，并且g_常数越高表示作为传感器 的性能越高。在当自发极化轴的矢量分量对应于电场施加方向时，根据施加电场的强度增大或 减小而发生膨胀或收缩的通常的电场诱导应变中，适用下列内容。即，d = k^(W^^rs，g = d/e0e (k是机电耦合系数，ε C1是真空介电常数，ε是相对介电常数，s是弹性顺度)。因 此，在通常的电场诱导应变中，对于更高的机电耦合系数，两个常数中的任一个变得更大。 因而，在致动器或传感器的领域，寻求具有高的机电耦合系数的压电材料。作为提高机电耦合系数的尝试，！(.Nakamae等的文献“超声波探针用高分辨 率和宽频带压电复合材料的开发(Development of High Resolutionand Wide Band Piezoelectric Composite for Ultrasonic Probe)，，，SEI TechnicalReview 9 月，第 163 卷，第48-52页，2003 (非专利文献1)描述了超声波传感器用复合压电材料，其具有聚合物 和锆钛酸铅(PZT)的多个棒状块状物体(bulk body)的复合结构体，所述锆钛酸铅(PZT) 的多个棒状块状物体彼此平行设置于聚合物中，以通过树脂的挠性减轻机械约束，从而在 厚度方向上有效地引出振动。在制备复合结构体的方法中，如在非专利文献1中，制造方法 变得复杂并且压电性能可能由于聚合物部分而劣化。因此，优选的是压电材料自身具有高 的机电耦合系数。MMatsushita等的文献“具有高能量传输效率的大直径压电-单晶PMN-PT的 开发(Development of Large Diameter Piezo-single CrystalPMN-PT of High Energy Transfer Efficiency)”，JFE Technical R 印 ort，第 8 期，第 43-48 页，6 月，2005 (非专利 文献2)通过Pb (Zn，Nb) O3和PbTiO3的固溶体的块状单晶化成功地提高了机电耦合系数。还预期同时具有高d-常数和高g-常数的材料对于超声波传感器和发电器件的应 用。在超声波传感器中，具有良好平衡的传输(transmission)能力和接收(reception)能 力的压电材料是优选的，而在发电器件中，压电材料的d-常数和g_常数的乘积作为性能指 标。如在上式中所示，d-常数对于高介电常数取大值，而d-常数对于高介电常数取小值。因此，非专利文献2的同时具有高机电耦合系数和高介电常数的材料(PZT-PT)可以提供高 的d-常数值，但不提供高的g_常数值。本专利技术是从上述情况考虑而进行研究的，并且本专利技术的一个目的是提供一种压电 器件，其具有优异的传输能力和接收能力，并且有利地用作超声波传感器或发电器件，以及 压电致动器或传感器。本专利技术的另一个目的是提供各自具有上述的压电致动器， 液体排出装置和发电装置。
技术实现思路
本专利技术的是这样的器件，其包括具有压电性的压电体和一对电极，所述 一对电极用于在预定方向上对所述压电体施加电场，其中压电体的压电应变常数d33(pm/V)和相对介电常数ε 33满足下面的式⑴和 ⑵。 其中，d33和ε 33中的第一和第二下标分别表示当定义三个正交轴1，2和3时的电 场施加方向和应变方向，从而表示纵向振动模式，其中应变或应力引出方向平行于电场的 施加方向。因此，d33和ε 33是纵向振动模式中的压电应变常数和介电常数。优选地，在本专利技术的中，压电体由一种或多种由通式ABO3表示的钙钛矿 氧化物形成，所述钙钛矿氧化物可以包含不可避免的杂质(在通式ABO3中，A和B分别表示 A位元素和B位元素，各自为一种或多种金属元素，而0表示氧原子，尽管A位元素的总摩尔 量或B位元素的总摩尔量与氧原子的摩尔量的比率通常为1 3，但在可以得到钙钛矿结构 的范围内，该比率可以偏离1 3)。在此，优选A位元素A包括Bi。还优选压电体由一种或多种由下面的通式⑵表 示的钙钛矿氧化物形成，所述钙钛矿氧化物可以包含不可避免的杂质。这样的组成可以提 供满足下面式⑶和⑷的。(Ba，Bi，A) (Ti，Fe，Μ)O3-------------(P)100 < d33(pm/V)----------------------(3)80 < g33 (X IO-3V · m/N)------------------(4)在通式(P)中，Ba，Bi和A是A位元素，而Ti，Fe和M是B位元素，A和M中的每 一个为一种或多种除Pb以外的金属元素。尽管A位元素的总摩尔量或B位元素的总摩尔量与氧原子的摩尔量的比率通常为 1 3，但在可以得到钙钛矿结构的范围内，该比率可以偏离1 3。在上式(4)中，g33是压 电体的电压输出常数(压电灵敏度常数)。另外，一种或多种钙钛矿氧化物满足下式(5)。 此外，优选的是，在通式⑵中，当A位元素A为Ba和/或Bi时，B位元素M为除Ti和Fe 以外的元素，而当B位元素M为Ti和/或Fe时，A位元素A为除Ba和Bi以外的元素，并 且一种或多种由通式(P)表示的钙钛矿氧化物满足下式(5)和(6)，并且更优选满足下式⑵。0. 97 彡 TF(P)彡 1. 02--------------------(5)TF (BiFeO3) < TF (AMO3) < TF(BaTiO3)-------(6)0. 97 彡 TF (AMO3)彡 1. 02------------------(7)(在式(5)至(7)中，TF(P)是一种或多种由以上通式(P)表示的钙钛矿氧化物 的容许因子，TF(BiFeO3)、TF(AM03)和TF(BaTiO3)分别是括号中氧化物的容许因子)。优选 地，压电体包括多种具有不同晶系的组分。还优选的是，压电体不包含Pb。如本文中使用的术语“容许因子”是指由下式表示的因子。TF= (rA+rO) /Γ 2 ( r B + r O)其中rA是A位平均离子半径，rB为B位平均离子半径，r0为氧离子半径。如本 文中使用的术语“离子半径”是指所谓的Shannon离子半径(R. D. Shannon, “修正的有效 离子半径和卤化物及硫属化物中原子间距的系统研究(Revised Effective Ionic Radii and Systematic S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电器件，所述压电器件包括具有压电性的压电体和一对电极，所述一对电极用于在预定方向上对所述压电体施加电场，其中所述压电体的压电应变常数ｄ↓［３３］（ｐｍ／Ｖ）和相对介电常数ε↓［３３］满足下式（１）和（２），１００＜ε↓［３３］＜１５００－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（１）ｄ↓［３３］（ｐｍ／Ｖ）＞１２√ε↓［３３］．．．（２）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林宏之，坂下幸雄，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]