压电材料、压电元件和电子设备 |
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| 申请号 | CN201410328614.2 | 申请日 | 2014-07-11 | 公开(公告)号 | CN104276821B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 佳能株式会社; | 发明人 | 田中秀典; 渡边隆之; 村上俊介; 古田达雄; 薮田久人; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及压电材料、压电元件和 电子 设备。提供了一种压电材料，其不包含任何铅组分，具有操作 温度 范围中的稳定压电特性、高机械品质因数和令人满意的压电特性。根据本发明的压电材料包括含有能够利用以下一般式(1)表达的 钙 钛 矿型金属 氧 化物的主组分，以及包含Mn、Li和Bi的副组分。当金属氧化物为100重量份时，Mn的含量按金属换算不小于0.04重量份并且不大于0.36重量份，Li的含量α按金属换算等于或小于0.0012重量份且包括0重量份，并且Bi的含量β按金属换算不小于0.042重量份并且不大于0.850重量份，(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (1)在式(1)中，0.09≤x≤0.30，0.025≤y≤0.085，0≤z≤0.02并且0.986≤a≤1.02。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压电材料，包括： |
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| 说明书全文 | 压电材料、压电元件和电子设备技术领域[0001] 本发明涉及压电材料，更具体而言，涉及不包含任何铅组分的压电材料。另外，本发明涉及其中采用了该压电材料的压电元件、多层压电元件、液体排出头、液体排出装置、超声马达、光学设备、振动装置、尘埃去除装置、成像装置和电子设备。 背景技术[0002] 锆钛酸铅是代表性的含铅压电材料，其可用在诸如致动器、振荡器、传感器和滤波器的各种压电设备中。然而，铅组分对于生态系统是有害的，因为存在废弃的压电材料的铅组分可溶解到土壤中的可能性。因此，近来踊跃进行的研究和开发针对的是能够实现无铅压电设备的无铅压电材料。 [0003] 当压电元件被用在家用电器或类似的产品中时，要求压电性能在产品的操作温度范围中不大幅变化。如果与压电性能有关的参数，例如机电耦合因数、介电常数、杨氏模量、压电常数、机械品质因数或者谐振频率，依赖于温度而大幅变化(例如，变化量等价于30％或更大)，则变得难以在操作温度范围中获得稳定的元件性能。在压电材料的根据温度的相变中，压电性在相变温度处取极大值。因此，相变是引起压电特性的大幅变化的因素。因此，关键是获得其中压电材料的相变温度不在操作温度范围中以使得其压电性能在操作温度范围中不大幅变化的产品。 [0004] 当谐振设备(例如超声马达)包括压电组分时，要求表示谐振锐度的机械品质因数大。如果机械品质因数低，则操作压电元件所需的电力量变高并且压电元件的驱动控制由于生热而变得困难。这是要求拥有较高机械品质因数的压电材料的原因。 [0005] 在日本专利申请公开No.2009-215111中讨论了由{[(Ba1-x1M1x1)((Ti1-xZrx)1-y1N1y1)O3]-δ％[((Ba1-yCay)1-x2M2x2)(Ti1-y2N2y2)O3]}的伪二元系固溶体表达的无铅压电材料，其中M1、N1、M2和N2是添加的化学元素。(Ba1-x1M1x1)((Ti1-xZrx)1-y1N1y1)O3是菱面体晶(rhombohedral)，((Ba1-yCay)1-x2M2x2)(Ti1-y2N2y2)O3是四方晶(tetragonal)。溶解晶系不同的两个组分使得能够在室温附近调整在菱面体晶和四方晶之间发生相变的温度。例如，根据讨论的内容，BaTi0.8Zr0.2O3-50％Ba0.7Ca0.3TiO3的相变发生在室温附近，并且20℃的压电常数d33是584pC/N。另一方面，同一材料的70℃的压电常数d33是368pC/N。更具体而言，如果温度的增大量是50℃，则压电常数d33的减小量是37％。上述压电材料的特征在于压电性取极大值的相变发生在室温附近。因此，虽然上述压电材料在室温附近表现出优良的压电性能，但并不希望压电性能依赖于温度而显著可变。在上述材料中，Zr量(x)被设定为大于0.1以获得作为边缘组分的(Ba1-x1M1x1)((Ti1-xZrx)1-y1N1y1)O3的菱面体晶。 [0006] 在Karaki，15th US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics Extended Abstract，p.40-41中讨论的材料是可通过根据两步烧结方法对包括添加物MnO(0.03重量份(parts by weight))和LiBiO2(0到0.3重量份)的BaTiO3进行烧结所获得的无铅压电陶瓷。LiBiO2的添加基本上与LiBiO2的添加量成比例地线性增大了包括添加物MnO(0.03重量份)的BaTiO3的矫顽场(coercive field)。另外，LiBiO2的添加基本上减小了压电常数d33、介电常数和介电正切(dielectric tangent)。当LiBiO2的添加量是0.17重量份时，压电常数d33为243pC/N并且矫顽场为0.3kV/mm。当LiBiO2的添加量是0.3重量份时，矫顽场为0.5kV/mm。然而，根据评估结果，上述压电材料不是希望的，因为在四方晶和斜方晶(orthorhombic)之间发生相变的温度在从5℃到-20℃的范围中。另外，上述压电材料不是希望的，因为室温的机械品质因数低(小于500)。 [0007] 上述传统的无铅压电陶瓷不是希望的，因为压电性能在压电元件的操作温度范围中大幅变动，并且机械品质因数小。 [0008] 为了解决上述问题，本发明针对这样的压电材料：其不包含任何铅组分，并且特征在于压电常数的温度依赖性在操作温度范围中小，密度高，机械品质因数高，并且压电常数令人满意。另外，本发明针对其中采用了该压电材料的压电元件、多层压电元件、液体排出头、液体排出装置、超声马达、光学设备、振动装置、尘埃去除装置、成像装置和电子设备。 发明内容[0009] 根据本发明的一方面，一种压电材料包括：包含能够利用以下一般式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物的主组分，包含Mn的第一副组分，包含Li的第二副组分，以及包含Bi的第三副组分，其中，Mn的含量在金属氧化物为100重量份时按金属换算(on a metal basis)不小于0.04重量份并且不大于0.36重量份，Li的含量α在金属氧化物为100重量份时按金属换算等于或小于0.0012重量份(包括0重量份)，并且Bi的含量β在金属氧化物为100重量份时按金属换算不小于0.042重量份并且不大于0.850重量份， [0010] (Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (1) [0011] (在式(1)中，0.09≤x≤0.30，0.025≤y≤0.085，0≤z≤0.02并且0.986≤a≤1.02)。 [0013] 根据本发明的又一方面，一种多层压电元件的特征在于交替地多层层叠的多个压电材料层和多个电极层，所述多个电极层包括至少一个内部电极，其中压电材料层是上述压电材料。 [0014] 根据本发明的又一方面，一种液体排出头的特征在于：配备有振动单元的液体腔室，在该振动单元中设置有上述压电元件或者上述多层压电元件；以及与液体腔室连通的排出口。 [0015] 根据本发明的又一方面，一种液体排出装置的特征在于：其上放置图像转印介质的部分；以及上述液体排出头。 [0016] 根据本发明的又一方面，一种超声马达的特征在于：振动体，在所述振动体中设置有上述压电元件或者上述多层压电元件；以及与振动体接触的移动体。 [0017] 根据本发明的光学设备的特征在于包括上述超声马达的驱动单元。 [0018] 根据本发明的又一方面，一种振动装置的特征在于振动体，在所述振动体中上述压电元件或者上述多层压电元件被设置在振动板上。 [0019] 根据本发明的又一方面，一种尘埃去除装置的特征在于振动单元，在所述振动单元中设有上述振动装置。 [0020] 根据本发明的又一方面，一种成像装置的特征在于上述尘埃去除装置和图像传感器单元，其中尘埃去除装置的振动板设在图像传感器单元的光接收表面上。 [0021] 根据本发明的又一方面，根据本发明的一种电子设备的特征在于压电声学设备，在所述压电声学设备中设置有上述压电元件或者上述多层压电元件。 附图说明[0023] 图1示意性示出了根据本发明的示例的压电元件的配置。 [0024] 图2A和2B是示意性示出根据本发明的示例的多层压电元件的示例配置的截面视图。 [0025] 图3A和3B示意性示出了根据本发明的示例的液体排出头的配置。 [0026] 图4示意性示出了根据本发明的示例的液体排出装置。 [0027] 图5示意性示出了根据本发明的示例的液体排出装置。 [0028] 图6A和6B示意性示出了根据本发明的示例的超声马达的配置。 [0029] 图7A和7B示意性示出了根据本发明的示例的光学设备。 [0030] 图8示意性示出了根据本发明的示例的光学设备。 [0031] 图9A和9B示意性示出了作为根据本发明的示例的振动装置的示例的尘埃去除装置。 [0032] 图10A、10B和10C示意性示出了可被并入在根据本发明的示例的尘埃去除装置中的压电元件的配置。 [0033] 图11A和11B是示出根据本发明的示例的尘埃去除装置中发生的振动的原理的示意图。 [0034] 图12示意性示出了根据本发明的示例的成像装置。 [0035] 图13示意性示出了根据本发明的示例的成像装置。 [0036] 图14示意性示出了根据本发明的示例的电子设备。 [0037] 图15A、15B、15C和15D是示出比较例2至5中与示例15、17、18和21中的压电材料的关于相对介电常数的温度依赖性的特性的曲线图。 [0038] 图16A、16B、16C和16D是示出比较例2至5中与示例15、17、18和21中的压电材料的关于介电正切的温度依赖性的特性的曲线图。 [0039] 图17A、17B、17C和17D是示出比较例2至5中与示例15、17、18和21中的压电材料的关于压电常数d31的温度依赖性的特性的曲线图。 [0040] 图18A、18B、18C和18D是示出比较例2至5中与示例15、17、18和21中的压电材料的关于机械品质因数的温度依赖性的特性的曲线图。 [0041] 图19是示出本发明的示例1至60和76至80中以及比较例1至23中的压电材料的x值和y值之间的关系(z＝0、0.01、0.02和0.03)的相图，其中虚线指示示例性的x值和y值的组成范围，即0.09≤x≤0.30，0.025≤y≤0.085。 具体实施方式[0042] 下面将参考附图详细描述本发明的各种示例、特征和方面。 [0043] 本发明提供了一种无铅压电材料，其包含(Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3作为主组分并且具有令人满意的压电性和绝缘属性。另外，根据本发明的无铅压电材料的密度和机械品质因数较高。压电常数的温度依赖性在操作温度范围(例如从20℃到45℃)中小。根据本发明的压电材料具有铁电物质特性并且被用于诸如存储器或传感器的各种设备。 [0044] 根据本发明的压电材料包括含有可利用以下一般式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物的主组分、包含Mn的第一副组分、包含Li的第二副组分以及包含Bi的第三副组分。当金属氧化物为100重量份时，Mn的含量按金属换算不小于0.04重量份并且不大于0.36重量份。当金属氧化物为100重量份时，Li的含量α按金属换算等于或小于0.0012重量份(包括0重量份)。当金属氧化物为100重量份时，Bi的含量β按金属换算不小于0.042重量份并且不大于0.850重量份。 [0045] 一般式(1) (Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3 (1) [0046] (在一般式中，0.09≤x≤0.30，0.025≤y≤0.085，0≤z≤0.02，并且0.986≤a≤1.02) [0047] 在本发明中，钙钛矿型金属氧化物是具有钙钛矿型结构(可称之为钙钛矿结构)的金属氧化物，其例如在Iwanami Dictionary of Physics and Chemistry第5版(Iwanami Shoten，1998年2月20日出版)中被描述。一般地，包括钙钛矿型结构的金属氧化物可利用化学式ABO3来表达。钙钛矿型金属氧化物中包含的两个化学元素A和B以离子的形式分别位于“A部位”和“B部位”。“A部位”和“B部位”中的每一个是单胞的特定位置。例如，在立方晶(cubic)系的单胞中，化学元素“A”位于立方体的顶点。化学元素B位于立方体的中心。元素“O”以氧的阴离子的形式位于立方体的面心。 [0048] 每个副组分(例如Mn、Bi或Li)的“按金属换算”的含量指的是以下的值。例如，用于获得Mn的含量的方法包括通过X射线荧光分析(XRF)、ICP发射分光光度分析或原子吸收分析来测量压电材料中包含的各个金属Ba、Ca、Ti、Sn、Zr、Mn、Bi和Li的含量。另外，该方法包括作为与氧化物相当(comparable)的值计算构成利用一般式(1)表达的金属氧化物的化学元素。该方法还包括获得当各个元素的总重量是100时Mn重量的比率。 [0049] 根据本发明的压电材料包括钙钛矿型金属氧化物作为主相，因为钙钛矿型金属氧化物具有优良的绝缘属性。作为确定钙钛矿型金属氧化物是否是主相的方式，例如，检查在X射线衍射中源自于钙钛矿型金属氧化物的最大衍射强度是否等于或大于源自于杂质相的最大衍射强度的100倍是有用的。希望压电材料完全由钙钛矿型金属氧化物构成，因为绝缘属性可得到最大化。“主相”的意思是在压电材料的粉末X射线衍射中，衍射强度的最强峰是由钙钛矿型结构引起的。更希望的相是“单相”，根据所述单相，压电材料完全被钙钛矿型结构晶体所占据。 [0050] 一般式(1)指示着，利用此式表达的金属氧化物包含Ba和Ca作为位于A部位的金属元素，并且包含Ti、Zr和Sn作为位于B部位的金属元素。然而，Ba和Ca可部分位于B部位。类似地，Ti和Zr可部分位于A部位。然而，不希望Sn位于A部位，因为压电特性可劣化并且合成条件可受到限制。 [0051] 在一般式(1)中，位于B部位的化学元素与O元素之间的摩尔比率是1:3。然而，即使元素量比率稍微偏离(例如，在从1.00:2.94到1.00:3.06的范围中)，当金属氧化物包含钙钛矿型结构作为主相时，本发明也涵盖了这种元素量比率的范围的偏离。 [0052] 根据本发明的压电材料不限于具有特定的形式，因此可被配置为陶瓷、粉末、单晶体、膜或浆体，虽然陶瓷是希望的。在以下描述中，“陶瓷”表示包含金属氧化物作为基本组分并被配置为通过热处理烧结的晶体晶粒的聚集体(或块体)的多晶体。根据本发明的“陶瓷”可以是烧结处理之后获得的制品。 [0053] 在一般式(1)中，当表示Ca量的“x”在0.09≤x≤0.30的范围中、表示Zr量的“y”在0.025≤y≤0.085的范围中、表示Sn量的“z”在0≤z≤0.02的范围中、并且表示A部位和B部位之间的摩尔比率的“a”在0.986≤a≤1.02的范围中时，压电常数在操作温度范围中变为令人满意的值。 [0054] 在一般式(1)中，Ca量“x”在0.09≤x≤0.30的范围中。如果Ca量“x”小于0.09，则发生从四方晶到斜方晶的相变的温度Tto变得高于-10℃。结果，压电常数的温度依赖性在操作温度范围中变大。 [0055] 另一方面，如果Ca量“x”大于0.30，则压电常数由于CaTiO3(即，杂质相)的生成而减小，因为当烧结温度等于或低于1400℃时，Ca是不可溶的。另外，为了获得希望的压电常数，希望将Ca量“x”设定为等于或小于0.26(即，x≤0.26)。更希望Ca量“x”等于或小于0.17(即，x≤0.17)。在一般式(1)中，Zr量“y”在0.025≤y≤0.085的范围中。如果Zr量“y”小于0.025，则压电性减小。如果Zr量“y”大于0.085，则居里温度(以下称为TC)可变得低于90℃。 如果压电材料的居里温度TC小于90℃，则压电常数的时间劣化在使用环境不适当时变大。 为了获得令人满意的压电常数并且将居里温度TC设定为不低于90℃，Zr量“y”在0.025≤y≤0.085的范围中。 [0056] 如果Zr量“y”等于或大于0.040，则在室温增大介电常数是可行的。因此，可以增大压电常数。鉴于上述内容，希望将Zr量“y”的范围设定为在0.040≤y≤0.085的范围中。另外，为了获得希望的压电性，希望Zr量“y”的范围是0.055≤y≤0.085。 [0057] 希望Sn量“z”在0≤z≤0.02的范围中。与用Zr来替换类似，用Sn来替换Ti带来了增大室温的介电常数并增大压电常数的效果。添加Zr或Sn对于增强压电材料的介电特性是有效的。然而，当用Zr或Sn来替换Ti时，压电材料的相变温度Tto增大。如果相变温度Tto在操作温度范围中，则压电常数的温度依赖性不希望地变大。因此，如果相变温度Tto由于Zr或Sn的添加而增大，则必须添加Ca以抵消相变温度Tto的增大量，因为Ca带来了减小压电性的温度依赖性的效果。然而，考虑到抑制相变温度Tto的增大量，用Sn替换Ti优于用Zr替换Ti。例如，如果构成BaTiO3的Ti的1％被Zr替换，则相变温度Tto增大约12℃的量。另一方面，如果Ti的1％被Sn替换，则相变温度Tto增大约5℃的量。因此，通过用Sn替换Ti可以有效地减少Ca量。 然而，不希望Sn量“z”大于0.02(即，z>0.02)，因为如果Zr量不适当，则居里温度TC变得低于 100℃。 [0058] 表示Ba和Ca的总摩尔数与Zr、Ti和Sn的总摩尔数的比率的比率“a”{a＝(Ba+Ca)/(Zr+Ti+Sn)}在0.986≤a≤1.02的范围中。如果比率“a”小于0.986，则当压电材料被烧结时可发生异常晶粒生长。另外，平均晶粒直径变得大于50μm并且材料的机械强度减小。如果比率“a”大于1.02，则所获得的压电材料的密度将不充分高。如果压电材料的密度低，则压电性减小。在本发明中，未充分烧结的测试件与充分烧结的测试件之间的密度差不小于5％。为了获得密度较高并且机械强度优良的压电材料，比率“a”在0.986≤a≤1.02的范围中。 [0059] 根据本发明的压电材料包括Mn作为第一副组分，当利用一般式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物为100重量份时，该第一副组分的含量按金属换算不小于0.04重量份并且不大于0.36重量份。如果包括了上述范围中的Mn，则机械品质因数增大。然而，如果Mn的含量小于0.04重量份，则获得增大机械品质因数的效果是不可行的。另一方面，如果Mn的含量大于0.36重量份，则压电材料的绝缘电阻减小。当绝缘电阻低时，室温的介电正切超过0.01，或者电阻率变得等于或小于1GΩcm。阻抗分析仪可用来在以1kHz的频率施加具有10V/cm的场强度的AC电场的状态中测量室温的介电正切。 [0060] 希望根据本发明的压电材料的介电正切在1kHz的频率处等于或小于0.006。当介电正切等于或小于0.006时，即使当在具有500V/cm的最大场强度的电场在元件驱动条件下被施加到压电材料的状态中驱动压电材料时，获得稳定操作也是可行的。 [0061] Mn的形式不限于金属，可以是压电材料中包含的Mn组分。例如，Mn在B部位可溶或者可位于晶粒边界处。另外，在压电材料中包含金属、离子、氧化物、金属盐或络合物(complex)的形式的Mn组分是有用的。希望压电材料包含Mn来增强绝缘属性并改善烧结容易性。一般地，Mn的价数是4+、2+或3+。如果在晶体中存在传导电子(例如，当在晶体中存在氧缺陷时或者当施主元素占据A部位时)，Mn的价数从4+减小到3+或2+，从而俘获传导电子。因此，可以提高绝缘电阻。 [0062] 另一方面，如果Mn的价数低于4+(例如，当Mn的价数是2+时)，则Mn充当受体。当在钙钛矿结构的晶体中存在Mn的受体时，在晶体中生成空穴或者在晶体中形成氧空位。 [0063] 如果添加的Mn的价数多数是2+或3+，则绝缘电阻显著减小，因为不能通过引入氧空位来充分地补偿空穴。因此，希望大多数Mn是4+。然而，非常少量的Mn具有低于4+的价数，并且因此充当占据钙钛矿结构的B部位的受体，并可形成氧空位。具有2+或3+的价数的Mn和氧空位形成缺陷偶极子，其可增大压电材料的机械品质因数。如果三价Bi占据A部位，则Mn倾向于采取低于4+的价数以维持电荷平衡。 [0064] 添加到非磁性(反磁性)材料的非常少量的Mn的价数可通过测量磁化率的温度依赖性来评估。磁化率可由超导量子干涉设备(superconducting quantum interference device，SQUID)、振动样品磁强计(vibrating sample magnetometer，VSM)或者磁秤(magnetic balance)来测量。可由以下的一般式2表达的居里-外斯定律(Curie-Weiss Law)可用于表达通过上述测量获得的磁化率χ。 [0065] (式2) χ＝C/(T-θ) [0066] 在式2中，C表示居里常数，并且θ表示顺磁居里温度。 [0067] 一般地，添加到非磁性材料的非常少量的Mn在价数为2+时取自旋值S＝5/2，在价数为3+时取自旋值S＝2，并且在价数为4+时取自旋值S＝3/2。相应地，每单位Mn量的居里常数C取与在Mn的每个价数处的自旋S值相对应的值。换言之，测试件中包含的Mn的平均价数可通过从磁化率χ的温度依赖性导出居里常数C来评估。 [0068] 为了评估居里常数C，希望在磁化率的温度依赖性的测量中将起始温度设定得尽可能地低。换言之，如果Mn量是非常少的量，则测量变得困难，因为磁化率在相对高温(包括室温)取非常小的值。居里常数C可从当在共线(collinear)近似中关于温度T绘制磁化率的倒数1/χ时可获得的直线的梯度导出。 [0069] 根据本发明的压电材料包括Li作为第二副组分并且包括Bi作为第三副组分，当可利用一般式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物为100重量份时，Li的含量按金属换算等于或小于0.0012重量份(包括0重量份)，并且Bi的含量按金属换算不小于0.042重量份且不大于0.850重量份。更希望Li的含量是0重量份。例如，ICP-MS组成分析对于测量压电材料中的Li和Bi的含量是有用的。当测得值小于0.00001重量份(测量极限)时，测得值被视为0重量份。 如果Li的含量等于或小于0.0012重量份，则Li对于压电常数没有不利影响。当Li的含量等于或小于0.0012重量份时(更优选地，当Li的含量为0重量份时)，当压电材料用于制作压电元件时，在压电材料与电极之间获得优良的界面粘着性是可行的。 [0070] 另外，如果Bi的含量小于0.042重量份，则不能获得降低相变温度和增大机械品质因数的效果。如果Bi的含量大于0.850重量份，则机电耦合因数大幅减小。此情况下的减小量与在不包含Bi时要获得的值的30％相当。 [0071] 在根据本发明的压电材料中，Li和Bi可位于晶粒边界处或者可溶解在(Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3的钙钛矿型结构中。 [0072] 当Li和Bi位于晶粒边界处时，粒子之间的摩擦减小并且机械品质因数增大。当Li和Bi溶解在具有钙钛矿结构的(Ba,Ca)(Ti,Zr,Sn)O3中时，Tot和Tto值变低并且因此压电常数的温度依赖性在操作温度范围中变小。另外，机械品质因数可得以增大。 [0073] 例如，X射线衍射、电子束衍射、电子显微镜和ICP-MS可用于评估Li和Bi存在的地方。 [0074] 当Li和Bi位于B部位时，钙钛矿结构的晶格常数增大，因为Li和Bi的离子半径大于Ti和Zr的离子半径。 [0075] 当Li和Bi位于A部位时，对于烧结高密度陶瓷最佳的“a”值变小。在BaO和TiO2的相图中，在BaO与TiO2之间的摩尔比率是1:1的组成的富TiO2侧，在高温存在液相。因此，如果TiO2组分超过化学计量比率，则由于液相中的烧结，在BaTiO3陶瓷的烧结中发生异常晶粒生长。另一方面，如果BaO组分的比率较大，则因为烧结不顺利进行，所以陶瓷的密度减小。当Li和Bi组分两者都存在于A部位时，因为位于A部位的组分过多，陶瓷的烧结可能不顺利进行。结果，陶瓷的密度减小。在这种情况下，降低“a”值以促进烧结并且获得高密度的测试件是有用的。 [0076] 为了容易制造根据本发明的压电材料或者调整根据本发明的压电材料的物理属性的目的，用二价金属元素(例如Sr)来替换1mol％或更少的Ba和Ca是有用的。类似地，用四价金属元素(例如Hf)来替换1mol％或更少的Ti、Zr和Sn是有用的。 [0077] 例如，阿基米德(Archimedes)方法可用于测量烧结成型体(compact)的密度。在本发明中，如果表示理论密度(ρcalc.)对测得密度(ρmeas.)的比率的相对密度(ρcalc./ρmeas.)等于或大于95％，则可以认为被测的压电材料具有充分高的密度。理论密度(ρcalc.)可参考烧结成型体的组成和晶格常数来获得。 [0078] 当温度等于或高于居里温度TC时，压电材料的压电性消失。在以下描述中，TC表示在铁电相(四方晶相)与顺电相(立方晶相)的相变温度附近介电常数可取极大值的温度。介电常数可例如利用阻抗分析仪在施加具有10V/cm的场强度的AC电场的状态中以1kHz的频率来测量。 [0079] 根据本发明的压电材料在温度增长从较低水平开始时引起到菱面体晶、斜方晶、四方晶和立方晶的晶体的相继相变。本示例中所称的相变限于从斜方晶到四方晶的相变或者从四方晶到斜方晶的相变。相变温度可利用与对居里温度采用的测量方法类似的测量方法来评估。相变温度指的是可通过将介电常数对测试件温度求微分而获得的导数可被最大化的温度。例如，X射线衍射、电子束衍射和拉曼散射可用于评估晶系。 [0080] 机械品质因数在畴壁振动时减小。一般地，当畴结构的复杂性增大时，畴壁的密度增大并且机械品质因数减小。斜方晶或四方晶钙钛矿结构的自发极化的晶体取向在根据伪立方晶晶体表示法被表达时是<110>或<100>。更具体而言，与斜方晶结构相比，四方晶结构在自发极化方面具有较低的空间灵活性。因此，四方晶结构优于斜方晶结构，因为即使当组成同样时，畴结构也变得简单并且机械品质因数也变高。因此，希望根据本发明的压电材料在操作温度范围中具有四方晶结构，而不是斜方晶结构。 [0081] 介电常数和机电耦合因数在相变温度附近取极大值。另一方面，杨氏模量取极小值。压电常数可表达为使用上述三个参数的函数。压电常数在相变温度附近取极值或拐点。因此，如果在设备的操作温度范围中发生相变，则变得难以控制该设备，因为设备的性能依赖于温度而极大变动，或者谐振频率依赖于温度而变动。因此，希望相变(即，引起压电性能的变动的最大因素)不在操作温度范围中。如果相变温度偏离操作温度范围，则压电性能的温度依赖性在操作温度范围中减小。 [0082] 根据本发明的压电材料包括含Mg的第四副组分。希望当可利用一般式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物是100重量份时，第四副组分的含量按金属换算等于或小于0.10重量份(排除0重量份)。 [0083] 当Mg的含量大于0.10重量份时，机械品质因数变小(例如，小于600)。如果压电材料用于制作压电元件并且制作出的元件被作为谐振设备来驱动，则当机械品质因数小时，功率消耗增大。希望机械品质因数等于或大于800。更希望机械品质因数等于或大于1000。为了获得更合乎希望的机械品质因数，希望Mg的含量等于或小于0.05重量份。 [0084] Mg的形式可以是压电材料中包含的Mg组分。Mg的形式不限于金属Mg。例如，Mg在钙钛矿结构的A部位或B部位可溶或者可位于晶粒边界处。替代性地，在压电材料中包含金属、离子、氧化物、金属盐或络合物的形式的Mg组分是有用的。 [0085] 希望根据本发明的压电材料包括含Si和B中的至少一个的第五副组分。希望当可利用一般式(1)表达的金属氧化物为100重量份时，第五副组分的含量按金属换算不小于0.001重量份并且不大于4.000重量份。第五副组分具有降低根据本发明的压电材料的烧结温度的作用。当压电材料被并入在多层压电元件中时，压电材料在其制造过程中与电极材料一起被烧结。一般地，电极材料的耐热温度比压电材料的低。因此，如果可以降低压电材料的烧结温度，则可以降低烧结压电材料所需的能量并且可以增大可采用的电极材料的数目。 [0086] 另外，Si和B在压电材料的晶粒边界处偏析。因此，沿着晶粒边界流动的漏电流减少并且电阻率变高。 [0087] 当第五副组分的含量小于0.001重量份时，不能获得降低烧结温度的效果。当第五副组分的含量大于4.000重量份时，介电常数减小，结果压电性减小。当第五副组分的含量不小于0.001重量份并且不大于4.000重量份时，压电性的降低可被抑制到30％或更少，并且烧结温度可得以降低。特别地，更希望将第五副组分的含量设定为不小于0.05重量份，因为在低于1250℃的烧结温度烧结高密度陶瓷变得可行。另外，更希望将第五副组分的含量设定为不小于0.09重量份并且不大于0.15重量份，因为可在1200℃或更低执行烧结，并且可将压电性的降低抑制到20％或更小。 [0088] 希望根据本发明的压电材料在一般式(1)中满足关系y+z≤(11x/14)-0.037。当x、y和z满足上述关系时，相变温度Tto变得低于-20℃，并且压电常数的温度依赖性在操作温度范围中变小。 [0089] 希望根据本发明的压电材料的居里温度等于或高于100℃。当居里温度等于或高于100℃时，即使在与夏季的车辆内部的温度(例如80℃)相当的严峻温度条件中，根据本发明的压电材料也可拥有稳定的压电常数和足够的机械品质因数，同时令人满意地维持压电性。 [0090] 根据本发明的压电材料的制造方法不被特定限制。 [0091] 在制造压电陶瓷时，可采用包括在常压下烧结包含构成元素的固体粉末(例如，氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐)的一般方法。适当的金属化合物，诸如Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物、Sn化合物、Mn化合物、Li化合物和Bi化合物，可用作根据本发明的压电材料的原材料。 [0092] 例如，氢氧化钡、碳酸钡、草酸钡、醋酸钡、硝酸钡、钛酸钡、锆酸钡和锆钛酸钡是本发明中可使用的Ba化合物。 [0093] 例如，氧化钙、碳酸钙、草酸钙、醋酸钙、钛酸钙和锆酸钙是本发明中可使用的Ca化合物。 [0094] 例如，氧化钛、钛酸钡、锆钛酸钡和钛酸钙是本发明中可使用的Ti化合物。 [0095] 例如，氧化锆、锆酸钡、锆钛酸钡和锆酸钙是本发明中可使用的Zr化合物。 [0096] 例如，氧化锡、锡酸钡和锡酸钙是本发明中可使用的Sn化合物。 [0097] 例如，碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、三氧化四锰和醋酸锰是本发明中可使用的Mn化合物。 [0098] 例如，碳酸锂和铋酸锂是本发明中可使用的Li化合物。 [0099] 例如，氧化铋和铋酸锂是本发明中可使用的Bi化合物。 [0100] 另外，调整表示根据本发明的压电陶瓷的Ba和Ca的总摩尔数与Ti、Zr和Sn的总摩尔数的比率的“a”{a＝(Ba+Ca)/(Zr+Ti+Sn)}所要求的原材料不被特定限制。上述Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物和Sn化合物中的每一个都带来相似的效果。 [0101] 粒化(granulating)用于根据本发明的压电陶瓷的原材料粉末的方法不被特定限制。粒化中可使用的粘合剂例如是聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或丙烯酸树脂。希望粘合剂的添加量在从1重量份到10重量份的范围中。另外，希望将粘合剂的添加量设定在从2重量份到5重量份的范围中，因为可以增大成型(molding)密度。粒化可通过机械地混合上述Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物、Sn化合物和Mn化合物而获得的混合粉末是有用的。在粒化这些化合物之前，在800到1300℃的温度范围中煅烧上述化合物也是有用的。另外，向上述Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物、Sn化合物、Li化合物和Bi化合物的经煅烧的混合物同时添加Mn化合物和粘合剂是有用的。另外，如果要求获得具有均一的晶粒直径的粒化粉末，则最希望的粒化方法是喷雾干燥法。 [0102] 根据本发明的压电陶瓷成型体的制作方法不被特定限制。该成型体是可从原材料粉末、粒化粉末或浆体制作成的固形体。成型体的制作可例如通过单轴施压加工、冷静水压加工、温静水压加工、铸塑成型或挤压成型来实现。 [0103] 根据本发明的压电陶瓷的烧结方法不被特定限制。烧结方法例如是使用电炉的烧结方法、使用燃气炉的烧结方法、电加热方法、微波烧结方法、毫米波烧结方法或者热各向同性压制(hot isotropic press，HIP)。基于电炉的烧结和基于燃气炉的烧结可通过连续炉或分批炉来实现。 [0104] 上述烧结方法不特定限制陶瓷的烧结温度。然而，希望烧结温度足以使得每个化合物反应并且使得晶体生长。如果要求陶瓷具有3μm到30μm的晶粒直径，则希望的烧结温度不低于1100℃并且不高于1550℃。更希望将烧结温度设定为不低于1100℃并且不高于1380℃。已在上述温度范围中烧结的压电陶瓷展示出令人满意的压电性能。 [0105] 如果要求恒定地稳定通过烧结处理获得的压电陶瓷的特性，则希望在烧结温度被维持在上述范围内的条件下烧结时间不短于两小时并且不长于24小时。 [0106] 虽然可以采用传统上已知的烧结方法(例如，两步烧结方法)，但在考虑生产率时，选择不引起温度的任何突变的适当方法是有用的。 [0107] 当压电陶瓷经受抛光加工时，希望压电陶瓷随后经受1000℃或更高的热处理。当压电陶瓷被机械抛光时，在压电陶瓷中产生显著的残余应力。然而，通过在1000℃或更高执行热处理，可以减小残余应力。可进一步改善压电陶瓷的压电特性。另外，执行上述热处理对于去除可沿着晶粒边界部分沉积的原材料粉末(包括碳酸钡)是有效的。虽然完成热处理所要求的时间不被特定限制，但希望热处理时间等于或大于一小时。 [0108] 如果根据本发明的压电材料的晶体晶粒直径超过50μm，则材料强度对于切割加工和抛光加工可能不足。另外，如果晶粒直径小于0.3μm，则压电性劣化。因此，希望平均晶粒直径范围不小于0.3μm并且不大于50μm。更希望晶粒直径范围不小于3μm并且不大于30μm。 [0109] 在本发明中，“晶粒直径”是显微镜观察法中一般所称的“投影面积直径”。更具体而言，“晶粒直径”表示具有与晶体晶粒的投影面积相当的面积的正圆(perfect circle)的直径。根据本发明的晶粒直径的测量方法不被特定限制。例如，可通过对压电材料的表面的摄影图像执行图像处理来获得晶粒直径，该摄影图像可由偏光显微镜或扫描电子显微镜拍摄。选择性地使用光学显微镜或电子显微镜可能是有用的，因为最佳倍率依赖于目标粒子的直径而可变。基于材料的抛光表面或截面的图像来获得等效圆直径也是有用的。 [0110] 当根据本发明的压电材料用于在基板上制作膜时，希望压电材料的厚度不小于200nm并且不大于10μm。更希望压电材料的厚度不小于300nm并且不大于3μm。当压电材料的膜厚度不小于200nm并且不大于10μm时，压电元件可拥有充分的机电变换功能。 [0111] 膜形成方法不被特定限制。例如，化学溶液沉积(chemical solution deposition，CSD)法、溶胶-凝胶法、金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)法、溅射法、脉冲激光沉积(pulsed laser deposition，PLD)法、热液(hydrothermal)法、气溶胶沉积(aerosol deposition，AD)法可用于形成膜。当要形成的膜是多层膜时，可从上述方法中选择的最希望的方法是化学溶液沉积法或溅射法。化学溶液沉积法或溅射法优选用于形成具有大面积的膜。沿着(001)或(110)平面切割和抛光的单晶基板优选用作根据本发明的压电材料的基板。使用沿着特定晶体平面切割和抛光的单晶基板是有用的，因为要设在基板表面上的压电材料膜可强烈地按相同方向取向。 [0112] 以下，下面详细描述使用根据本发明的压电材料的压电元件。 [0113] 图1示意性示出了根据本发明的示例的压电元件的配置。根据本发明的压电元件包括第一电极1、压电材料部2和第二电极3。该压电元件的特征在于压电材料部2由根据本发明的压电材料构成。 [0114] 当根据本发明的压电材料被并入到至少包括第一电极和第二电极的压电元件中时，压电元件可拥有可评估的压电特性。第一电极和第二电极中的每一个是具有5nm到10μm的厚度的导电层。第一和第二电极的材料不被特定限制，可以是通常可用于压电元件的任何材料。例如，可以使用诸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu的金属及它们的化合物。 [0115] 第一电极和第二电极中的每一个可形成为仅由从上述示例中选择的一种材料制成的单层，或者可形成为包括至少两种材料的多层电极。另外，第一电极的材料可与第二电极的材料相区别。 [0117] 更希望压电元件的极化轴按预定的方向统一地取向。当极化轴按预定的方向统一地取向时，压电元件的压电常数变大。 [0118] 压电元件的极化方法不被特定限制。极化处理可在大气中执行，或者可在硅酮油(silicone oil)中执行。希望极化温度在从60℃到150℃的范围中。然而，最佳条件依赖于被采用来构成元件的压电材料的实际组成而稍微可变。另外，希望要在极化处理中施加的电场在从600V/mm到2.0kV/mm的范围中。 [0119] 压电元件的压电常数和机电品质因数可基于通过商业上可得到的阻抗分析仪获得的谐振频率和反谐振频率的测量结果、参考日本电子与信息技术产业协会的标准(JEITA EM-4501)来计算。以下，上述方法被称为谐振-反谐振方法。 [0120] 接下来，下面详细描述可利用根据本发明的压电材料制作的多层压电元件。 [0121] <多层压电元件> [0122] 根据本发明的多层压电元件是包括交替地多层层叠的多个压电材料层和多个电极的多层压电元件，所述多个电极包括至少一个内部电极。构成多层压电元件的压电材料层的特征在于由根据本发明的压电材料制成。 [0123] 图2A和2B是示意性示出根据本发明的示例的多层压电元件的示例配置的截面视图。根据本发明的多层压电元件包括压电材料层54和含内部电极55的电极。换言之，根据本发明的多层压电元件的特征在于包括交替地多层层叠的压电材料层和至少一个层状电极、并且压电材料层54由上述压电材料制成。多层压电元件的电极除了内部电极55以外还可包括外部电极，诸如第一电极51和第二电极53。 [0124] 图2A示出了根据本发明的多层压电元件的示例，其包括以构成夹在第一电极51与第二电极53之间的多层结构的方式交替地多层层叠的两个压电材料层54和单个内部电极55。压电材料层和内部电极的数目如图2B所示可以增大。构成层的数目不限于特定值。图2B所示的多层压电元件包括以构成夹在第一电极501与第二电极503之间的多层结构的方式交替地多层层叠的九个压电材料层504和八个内部电极505。图2B所示的多层压电元件还包括电连接交替设置的内部电极的两个外部电极506a和506b。 [0125] 内部电极55和505以及外部电极506a和506b在大小和形状方面不总是与压电材料层54和504相似。每个电极可被进一步划分成多个子电极。 [0126] 内部电极55和505、外部电极506a和506b、第一电极51和501以及第二电极53和503中的每一个由具有5nm到10μm的厚度的导电层构成。每个电极的材料不被特定限制，可以是可用于压电元件的通常材料。例如，诸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu的金属及它们的化合物可用作构成多层压电元件的电极。从上述组中选择的一种材料或者包含两种或更多种材料的混合物(或者合金)可用作内部电极55和505以及外部电极506a和506b。另外，从上述组中选择的两种或更多种材料可被多层层叠。另外，多个电极可由相互不同的材料制成。当将电极材料的廉价性考虑在内时，希望内部电极55和505包括Ni和Cu中的至少一种。当内部电极55和505使用Ni和Cu中的至少一种时，希望在还原气氛中烧结根据本发明的多层压电元件。 [0127] 在根据本发明的多层压电元件中，希望内部电极包括Ag和Pd并且对于重量比率M1/M2满足关系0.25≤M1/M2≤4.0，其中M1表示Ag的含量并且M2表示Pd的含量。不希望将重量比率M1/M2设定得小于0.25，因为内部电极的烧结温度变高。另外，不希望将重量比率M1/M2设定得大于4.0，因为内部电极变成岛状。换言之，内部电极表面变得不均一。更希望对于重量比率M1/M2满足关系0.3≤M1/M2≤3.0。 [0128] 如图2B所示，可将包括内部电极505的多个电极相互电连接以使驱动电压相位相等。例如，每个内部电极505a可经由外部电极506a电连接到第一电极501。每个内部电极505b可经由外部电极506b电连接到第二电极503。内部电极505a和内部电极505b可交替设置。另外，电连接电极的方式不限于特定的结构。例如，在多层压电元件的侧表面提供专用电极或配线来实现电极之间的相当的电连接是有用的。提供延伸穿过多个压电材料层的通孔并且用导电材料填充其内部空间以实现电极之间的相当的电连接也是有用的。 [0129] <液体排出头> [0130] 根据本发明的液体排出头的特征在于液体腔室和与该液体腔室连通的排出口，该液体腔室配备有振动单元，在该振动单元中设置有上述压电元件或上述多层压电元件。要从根据本发明的液体排出头排出的液体不限于特定的流体。例如，根据本发明的液体排出头可排出水性液体(例如水、墨或燃料)或非水性液体。 [0131] 图3A和3B示意性示出了根据本发明的示例的液体排出头的配置。如图3A和3B所示，根据本发明的液体排出头包括根据本发明的压电元件101。压电元件101包括第一电极1011、压电部件1012和第二电极1013。压电部件1012如果必要则如图3B所示被形成为图案结构(patterning)。 [0132] 图3B是示出液体排出头的示意图。液体排出头包括多个排出口105、个体(individual)液体腔室102、各自将个体液体腔室102连接到相应的排出口105的连续孔 106、液体腔室隔壁104、共同液体腔室107、振动板103和压电元件101。图3A和3B所示的压电元件101具有矩形形状。然而，压电元件101可被配置为具有椭圆、圆形或平行四边形形状。 一般地，压电部件1012具有与个体液体腔室102相似的形状。 [0133] 下面参考图3A详细描述根据本发明的液体排出头中包括的压电元件101的周边结构。图3A是沿着宽度方向取得的图3B所示的压电元件的截面视图。压电元件101的截面形状不限于示出的矩形形状，而可以是梯形或倒梯形形状。 [0134] 在图3A和3B中，第一电极1011充当下电极，并且第二电极1013充当上电极。然而，第一电极1011和第二电极1013不限于上述布置。例如，第一电极1011可用作上电极，而第二电极1013可用作下电极。另外，在振动板103与下电极之间提供缓冲层108是有用的。上述要称呼的名称的差别依赖于个体设备的制造方法。在任何情况下，都可获得本发明的效果。 [0135] 在液体排出头中，振动板103响应于压电部件1012的扩展/收缩运动而在上下方向上移动，其方式使得对个体液体腔室102中的液体施压。结果，可从排出口105排出液体。根据本发明的液体排出头可被并入到打印机中并且可用在电子设备的制造中。振动板103的厚度不小于1.0μm并且不大于15μm。希望将振动板103的厚度设定为不小于1.5μm并且不大于8μm。希望振动板由Si制成，虽然振动板的材料不限于特定的材料。另外，如果振动板包含Si，则振动板可被配置为掺杂硼(或磷)的振动板。另外，设在振动板上的缓冲层和电极可被配置为振动板的一部分。缓冲层108的厚度不小于5nm并且不大于300nm。希望将缓冲层108的厚度设定为不小于10nm并且不大于200nm。当作为等效圆直径来测量时，排出口105的大小不小于5μm并且不大于40μm。排出口105可被配置为具有圆形形状、星形形状、矩形形状或三角形形状。 [0136] <液体排出装置> [0137] 接下来，下面详细描述根据本发明的液体排出装置。根据本发明的液体排出装置包括其上放置图像转印介质的部分和上述的液体排出头。 [0138] 图4和5示出了作为根据本发明的液体排出装置的示例的喷墨记录装置。图5示出了从图4所示的液体排出装置(即，喷墨记录装置)881去除了外部部分882至885和887的状态。喷墨记录装置881包括自动馈送单元897，该自动馈送单元897可自动将记录纸(即，图像转印介质)馈送到装置主体896中。另外，喷墨记录装置881包括传送单元899，该传送单元899可以把从自动馈送单元897馈送的记录纸引导至预定的记录位置，并且进一步将记录纸从该记录位置引导至排出口898。喷墨记录装置881还包括可在传送到记录位置的记录纸上执行记录的记录单元891、以及可对记录单元891执行恢复处理的恢复单元890。记录单元 891包括托架892，根据本发明的液体排出头以沿着轨道移动的方式被放置在托架892中。 [0139] 在上述喷墨记录装置中，托架892响应于从计算机供给的电信号而沿着轨道移动，并且压电材料在驱动电压被施加到夹着压电材料的电极时引起位移。压电材料的位移经由图3B所示的振动板103对个体液体腔室102加压，以从排出口105排出墨从而执行打印。根据本发明的液体排出装置能够以较高的速度均一地排出液体并且可使装置本体减小尺寸。 [0140] 根据本发明的液体排出装置不限于上述的打印机，而是可被配置为传真机、多功能外设、复印机或者任何其它打印装置。另外，根据本发明的液体排出装置可被配置为工业液体排出装置或目标描画装置。 [0141] 此外，用户可根据所意图的目的来选择希望的图像转印介质。液体排出头可相对于放置在充当图像转印介质放置部的台架上的图像转印介质而移动。 [0142] <超声马达> [0143] 根据本发明的超声马达的特征在于其中设置有上述压电元件或上述多层压电元件的振动体、以及与该振动体接触的移动体。图6A和6B示意性示出了根据本发明的示例的超声马达的配置示例。图6A示出了包括根据本发明的单板型压电元件的超声马达的示例。图6A所示的超声马达包括振荡器201、在由压缩弹簧(未示出)施加的加压力下与振荡器201的滑动表面接触的转子202、以及与转子202一体形成的输出轴203。振荡器201包括弹性金属环2011、压电元件2012(即，根据本发明的压电元件)、以及将压电元件2012连接到弹性环 2011的有机粘合剂2013(例如，环氧型或氰基丙烯酸酯型)。根据本发明的压电元件2012由被第一电极(未示出)和第二电极(未示出)夹着的压电材料构成。当具有与π/2的奇数倍相当的相位差的两相交流电压被施加到根据本发明的压电元件时，在振荡器201上出现弯曲行波，并且振荡器201的滑动表面上的每个点引起椭圆运动。如果转子202被压靠振荡器201的滑动表面，则转子202接收到来自振荡器201的摩擦力并且在与弯曲行波相反的方向上旋转。被驱动部件(未示出)连接到输出轴203并且被转子202的旋转力所驱动。当向压电材料施加电压时可获得的压电横向效应引起压电材料伸展。在弹性体(例如，金属部件)连接到压电元件的情况下，该弹性体根据压电材料的扩展和收缩运动而弯曲。图6A所示的超声马达基于上述原理可操作。图6B示出了包括具有多层结构的压电元件的超声马达的另一示例。振荡器204包括夹在筒形(cylindrical)弹性金属体2041之间的多层压电元件2042。多层压电元件2042是由多个多层压电材料(未示出)构成的。多层压电元件2042包括在多层体的外表面上形成的第一电极和第二电极、以及设在多层体中的内部电极。借由螺栓来拧紧弹性金属体2041以将压电元件2042稳固地保持在它们之间，其方式使得构成振荡器204。如果其间具有相位差的交流电压被施加到压电元件2042，则振荡器204生成相互垂直的两类振动。上述振动当被组合到一起时可驱动振荡器204的前端部，因此可形成圆形振动。在振荡器204的上部形成圆形槽，使得可增大振动位移。加压弹簧206使转子205压靠振荡器204，以获得驱动摩擦力。转子205可旋转并由轴承来支撑。 [0144] <光学设备> [0145] 接下来，下面详细描述根据本发明的光学设备。根据本发明的光学设备的特征在于包括超声马达的驱动单元。 [0146] 图7是示出作为根据本发明示例的光学设备的示例的单镜头反射照相机的可更换(interchangeable)镜筒的主要截面视图。图8是示出作为根据本发明优选示例的光学设备的示例的单镜头反射照相机的可更换镜筒的分解透视图。固定筒712、直行(rectilinear)引导筒713和前组镜筒714(即，可更换镜筒的固定部件)固定到照相机拆装支座(mount)711。 [0147] 在直行引导筒713上形成在聚焦透镜702的光轴方向上延伸的直行引导槽713a。轴向螺钉718将凸轮辊717a和717b固定到保持聚焦透镜702的后组镜筒716。凸轮辊717a和717b中的每一个在径向方向上向外突出。凸轮辊717a与直行引导槽713a耦合。 [0148] 凸轮环715可旋转并与直行引导筒713的内表面耦合。当固定到凸轮环715的辊719与直行引导筒713的圆形槽713b耦合时，直行引导筒713与凸轮环715之间在光轴方向上的相对移动被规制。在凸轮环715上形成专用于聚焦透镜702的凸轮槽715a。上述凸轮辊717b同时与凸轮槽715a耦合。 [0149] 在固定筒712的外表面上设置旋转传递环720。滚珠座圈(ball race)727以可在预定位置相对于固定筒712旋转的方式保持旋转传递环720。可自由旋转的辊722被从旋转传递环720放射状延伸的轴720f保持。辊722的大直径部722a与手动聚焦环724的支座侧表面724b相接触。另外，辊722的小直径部722b与接合部件729相接触。各自具有上述配置的六个辊722绕着旋转传递环720的外表面以等间隔设置。 [0150] 在手动聚焦环724的内筒形部设置低摩擦片(例如，垫圈(washer)部件)733。低摩擦片夹在固定筒712的支座端表面712a和手动聚焦环724的前端表面724a之间。另外，低摩擦片733的外筒形表面具有环形状，并且与手动聚焦环724的内直径部724c径向耦合。另外，手动聚焦环724的内直径部724c与固定筒712的外直径部712b径向耦合。低摩擦片733具有减小其中手动聚焦环724被配置为相对于固定筒712绕着光轴旋转的旋转环机构中的摩擦的作用。 [0151] 波形垫圈726将超声马达725压向镜头的前侧。波形垫圈726的加压力可将辊722的大直径部722a和手动聚焦环724的支座侧表面724b保持在接触状态中。类似地，波形垫圈726将超声马达725压向镜头的前侧的力可适当地使辊722的小直径部722b压靠接合部件 729以维持接触状态。通过卡口耦合而连接到固定筒712的垫圈732在波形垫圈726在支座方向上移动时规制波形垫圈726。由波形垫圈726生成的弹簧力(即，偏置力)可被传递到超声马达725并进一步传递到辊722。传递的力使得手动聚焦环724对固定筒712的支座端表面 712a加压。更具体而言，在并入的状态中，手动聚焦环724经由低摩擦片733压靠固定筒712的支座端表面712a。 [0152] 因此，当控制单元(未示出)驱动超声马达725以引起相对于固定筒712的旋转时，辊722绕着轴720f的中心轴旋转，因为接合部件729与辊722的小直径部722b摩擦接触。当辊722绕着轴720f旋转时，旋转传递环720绕着光轴旋转(被称为自动聚焦操作)。 [0153] 另外，如果从手动操作输入单元(未示出)向手动聚焦环724给予绕着光轴的旋转力，则辊722由于摩擦力而绕着轴720f旋转，因为手动聚焦环724的支座侧表面724b压靠辊722的大直径部722a。当辊722的大直径部722a绕着轴720f旋转时，旋转传递环720绕着光轴旋转。在此情况下，在转子725c和定子725b之间作用的摩擦保持力防止超声马达725旋转(被称为自动聚焦操作)。 [0154] 被定位成对置关系的两个聚焦键728被安附到旋转传递环720。聚焦键728与设在凸轮环715的前端的切除(cutout)部715b耦合。因此，如果在执行自动聚焦操作或手动聚焦操作时旋转传递环720绕着光轴旋转，则其旋转力经由聚焦键728被传递到凸轮环715。当凸轮环715绕着光轴旋转时，凸轮辊717b在后组镜筒716的旋转受到凸轮辊717a和直行引导槽713a的规制的状态中沿着凸轮环715的凸轮槽715a前后移动后组镜筒716。从而，驱动聚焦透镜702并执行聚焦操作。 [0155] 根据本发明的光学设备不限于上述可应用到单镜头反射照相机的可更换镜筒，而是可被配置为袖珍照相机、电子静态照相机、配备有照相机的便携信息终端、或者任何其它类型的包括充当上述驱动单元的超声马达的光学设备。 [0156] <振动装置和尘埃去除装置> [0157] 被配置为传送和去除粒子、粉末和液滴的振动装置可被广泛地用在电子设备中。 [0158] 以下，下面详细描述作为根据本发明的振动装置的示例的使用根据本发明的压电元件的尘埃去除装置。 [0159] 根据本发明的尘埃去除装置的特征在于包括设置在振动板上的压电元件或多层压电元件的振动体。 [0160] 图9A和9B示意性示出了根据本发明的示例的尘埃去除装置310。尘埃去除装置310包括一对平面压电元件330和振动板320。每个压电元件330可被配置为根据本发明的多层压电元件。振动板320的材料不要求具有特定的品质。然而，当尘埃去除装置310被用在光学设备中时，光透射材料或光反射材料可用于振动板320。 [0161] 图10A、10B和10C示意性示出了图9A和9B所示的压电元件330的配置。图10A和10C示出了压电元件330的前表面和后表面。图10B示出了压电元件330的侧表面。每个压电元件330包括压电部件331、第一电极332和第二电极333，如图9A所示。处于对置关系的第一电极 332和第二电极333设置在压电部件331的板表面上。如参考图9A和9B所述，每个压电元件 330可被配置为根据本发明的多层压电元件。在此情况下，当压电部件331被配置为具有包括交替设置的压电材料层和内部电极的结构并且内部电极交替连接到第一电极332或第二电极333时，对于每个压电材料层给予相位不同的驱动波形是可行的。在图10C中，其上设有第一电极332并位于压电元件330的前侧的表面被称为第一电极表面336。在图10A中，其上设有第二电极333并位于压电元件330的前侧的表面被称为第二电极表面337。 [0162] 根据本发明的电极表面是压电元件的其上设有电极的表面。例如，第一电极332可被配置为具有卷绕(wraparound)形状，使得第一电极332的一部分设在第二电极表面337上，如图10B所示。 [0163] 振动板320的板表面固定到压电元件330的第一电极表面336，如图9A和9B所示。当压电元件330被驱动时，在压电元件330与振动板320之间生成的应力引起振动板320的面外振动。根据本发明的尘埃去除装置310是可利用振动板320的面外振动来去除诸如粘着到振动板320的表面的尘埃粒子的异物的装置。面外振动是引起振动板在光轴方向(即，振动板的厚度方向)上的位移的弹性振动。 [0164] 图11A和11B是示出根据本发明的尘埃去除装置310中发生的振动的原理的示意图。图11A示出了当向该对左右压电元件330施加具有相同相位的交流电压时生成的振动板320的面外振动。构成左右压电元件330中的每一个的压电材料的极化方向与压电元件330的厚度方向相同。尘埃去除装置310以第七振动模式驱动。图11B示出了当向该对左右压电元件330施加具有相互相反相位(相差180°)的交流电压时生成的振动板320的面外振动。在此情况下，尘埃去除装置310以第六振动模式驱动。根据本发明的尘埃去除装置310可通过选择性地以至少两种振动模式操作来有效地去除粘着到振动板的表面的尘埃粒子。 [0165] <成像装置> [0166] 接下来，下面详细描述根据本发明的成像装置。根据本发明的成像装置包括上述尘埃去除装置和图像传感器单元，并且特征在于尘埃去除装置的振动板设在图像传感器单元的光接收表面上。图12和13示出了数字单镜头反射照相机，其是根据本发明的示例的成像装置的示例。 [0167] 图12是示出在去除了成像透镜单元的状态中可从成像目标侧看到的照相机本体601的前侧的透视图。图13是示出照相机内部的示意性配置的分解透视图，其中详细描述了根据本发明的尘埃去除装置和成像单元400的外围结构。 [0168] 在已通过成像透镜单元之后，成像光束(luminous flux)可被引导到设在照相机本体601中的反射镜箱605中。主反射镜(例如，快速返回反射镜)606设置在反射镜箱605中。主反射镜606可相对于成像光轴以倾斜角度(例如，45°)被保持以将成像光束引导向penta-Dach反射镜(未示出)，或者可被保持在撤回位置以将成像光束引导向图像传感器(未示出)。 [0169] 反射镜箱605和快门单元200顺序地设置在主体机壳(chassis)300(即，照相机本体的框架)的成像目标侧。另外，成像单元400设置在主体机壳300的摄影者侧。以如下方式来调整和放置成像单元400：使得图像传感器的成像表面与安附成像透镜单元的支座602的所在平面相隔预定距离并与其平行定位。 [0170] 根据本发明的成像装置不限于上述数字单镜头反射照相机，而可被配置为不包括反射镜箱605的无反射镜数字单镜头反射照相机、或者任何其它成像透镜单元可更换的照相机。另外，根据本发明的成像装置可被配置为成像透镜单元可更换的视频照相机或另外的成像装置，诸如复印机、传真机或扫描仪。根据本发明的成像装置可应用到任何其它要求去除粘着到光学组件的表面的尘埃粒子的电设备和电子设备。 [0171] <电子设备> [0173] 图14是示出作为根据本发明示例的电子设备的示例的数字照相机的主体931的从其前侧看见的整体透视图。光学装置901、麦克风914、闪光发光单元909和辅助光单元916设置在主体931的前表面上。麦克风914主要被并入在主体931中。因此，麦克风914由虚线指示。为了拾取环境声音，麦克风914的前部被配置为具有通孔形状。 [0174] 电源按钮933、扬声器912、变焦杆(zoom lever)932和可操作来执行焦点对准操作的释放按钮908设置在主体931的上表面上。扬声器912被并入在主体931中并且因此由虚线指示。在扬声器912的前侧设有开口以输出声音。 [0175] 根据本发明的压电声学设备可设在麦克风914、扬声器912和表面声学波元件中的至少一者中。 [0176] 根据本发明的电子设备不限于上述数字照相机。例如，根据本发明的电子设备可被配置为声音再现设备、语音记录设备、移动电话、信息终端、或者任何其它并入有压电声学设备的电子设备。 [0177] 如上所述，根据本发明的压电元件和多层压电元件可优选被并入在液体排出头、液体排出装置、超声马达、光学设备、振动装置、尘埃去除装置、成像装置和电子设备中。使用根据本发明的压电元件和多层压电元件使得能够提供如下的液体排出头：其在喷嘴密度和排出速度方面与使用含铅压电元件的参考液体排出头相当或者更优。 [0178] 使用根据本发明的液体排出头使得能够提供如下的液体排出装置：其在排出速度和排出精度方面与使用含铅压电元件的参考液体排出装置相当或者更优。 [0179] 使用根据本发明的压电元件和多层压电元件使得能够提供如下的超声马达：其在驱动力和耐久性方面与使用含铅压电元件的参考超声马达相当或者更优。 [0180] 使用根据本发明的超声马达使得能够提供如下的光学设备：其在耐久性和操作精度方面与使用含铅压电元件的参考光学设备相当或者更优。 [0181] 使用根据本发明的压电元件和多层压电元件使得能够提供如下的振动装置：其在振动能力和耐久性方面与使用含铅压电元件的参考振动装置相当或者更优。 [0182] 使用根据本发明的振动装置使得能够提供如下的尘埃去除装置：其在尘埃去除效率和耐久性方面与使用含铅压电元件的参考尘埃去除装置相当或者更优。 [0183] 使用根据本发明的尘埃去除装置使得能够提供如下的成像装置：其在尘埃去除功能方面与使用含铅压电元件的参考成像装置相当或者更优。 [0184] 使用包括根据本发明的压电元件或多层压电元件的压电声学设备使得能够提供如下的电子设备：其在声音生成方面与使用含铅压电元件的参考电子设备相当或者更优。 [0186] 以下，参考各种示例来描述本发明。然而，本发明不限于以下对示例的描述。 [0187] 以下是对根据本发明的压电陶瓷的实际制作示例的描述。 [0188] <示例1至52、76至80和比较例1至19> [0189] 用于制作压电陶瓷的原材料粉末具有100nm的平均晶粒直径，并且包括钛酸钡(BaTiO3,Ba/Ti＝0.9985)、钛酸钙(CaTiO3,Ca/Ti＝0.9978)、锆酸钙(CaZrO3,Ca/Zr＝0.999)和锡酸钙(CaSnO3,Ca/Sn＝1.0137)作为主组分。另外，原材料粉末包括草酸钡以调整指示着Ba和Ca的总摩尔数与Ti、Zr和Sn的总摩尔数的比率的值“a”。上述主组分的原材料粉末的称量以使得在按金属换算时达到表1所示的比率的方式对每个测试件执行。三氧化四锰、碳酸锂和氧化铋的称量以使得Mn(即，第一副组分)、Li(即，第二副组分)和Bi(第三副组分)的含量按金属换算在主组分金属氧化物为100重量份时达到表1所示的比率的方式对每个测试件执行。上述称量后的粉末通过干式混合在球磨机中被混合24小时。为了粒化所获得的混合粉末，使用喷雾干燥器来使得为混合粉末的3重量份的PVA粘合剂粘着到混合粉末的表面。示例37至40和示例76的测试件被与氧化镁混合，以使得Mg重量按金属换算分别变成0.0049、0.0099、0.0499、0.0999和0.4999重量份。 [0190] 接下来，利用向填充有上述粒化粉末的模具施加200MPa的成形压力的冲压成型机制作了盘状成型体。例如利用冷等静压机(cold isostatic pressing machine)来进一步对制作出的成型体加压是有用的。 [0191] 然后，上述成型体被放置在电炉中并且被保持在1300到1380℃的范围中的最大温度达五个小时。成型体在大气中被烧结了24小时。通过上述处理，获得了由根据本发明的压电材料制成的陶瓷。 [0192] 然后，关于平均等效圆直径和相对密度评估了构成所获得的陶瓷的晶体晶粒。作为评估的结果，已确认平均等效圆直径在从10到50μm的范围中，并且每个测试件(除了比较例7以外)的相对密度等于或大于95％。主要使用了偏光显微镜来观察晶体晶粒。另外，当晶体晶粒小时，使用了扫描电子显微镜(SEM)来确定晶粒直径。观察结果被用于计算平均等效圆直径。另外，利用由X射线衍射获得的晶格常数、基于称量组成所计算的理论密度、以及根据阿基米德方法测量的实际密度评估了相对密度。 [0193] 关于Mn的价数评估了示例15和17的测试件。在从2到60K的范围中通过SQUID测量了磁化率的温度依赖性。已确认，基于磁化率的温度依赖性获得的Mn的平均价数在示例15和17中分别是+3.8和3.9。已确认了Mn的价数随着Bi与Mn的摩尔比率的增大而减小的趋势。另外，已确认在比较例19(即，不包含Bi的测试件)中，当根据类似的方法来评估时，Mn的磁化率是+4.0。更具体而言，因为根据本发明的压电材料以降低Mn(即，第一副组分)的价数的方式包括Bi(即，第三副组分)，所以可以提升压电材料充当Mn的受体的能力。结果，根据本发明的压电材料的机械品质因数变高。 [0194] 接下来，基于ICP发射分光光度分析评估了所获得的陶瓷的组成。已在所有压电材料中确认，烧结后的组成与在针对Ba、Ca、Ti、Zr、Sn、Mn、Li和Bi进行称量之后的组成一致。另外，在示例1至36和41至52以及比较例1至14和16至19中，已确认当利用化学式(Ba1-xCax)a(Ti1-y-zZrySnz)O3表达的金属氧化物为100重量份时，Mg的含量是0.0001重量份。另一方面，在示例37至40中，已确认Mg的含量分别是0.0050、0.0100、0.0500和0.1000重量份。在示例 76中，已确认Mg的含量是0.5000重量份。 [0195] 接下来，将所获得的陶瓷抛光到具有0.5mm的厚度，并且基于X射线衍射分析了晶体结构。结果，除了比较例1以外，在所有测试件中只观察到与钙钛矿结构相对应的峰。 [0196] 然后，根据DC溅射法在盘状陶瓷的前表面和后表面上形成了各自具有400nm的厚度的金电极。此外，形成了具有30nm的厚度的钛膜以在每个电极与陶瓷之间提供粘着层。然后，将配备电极的陶瓷切割成大小为10mm×2.5mm×0.5mm的条带形式的压电元件。制作出的压电元件被放置在其表面温度从60℃增大到100℃的热板上。放置在热板上的压电元件在1kV/mm的电场的施加下经受极化处理达30分钟。 [0197] 作为包括根据本发明的压电材料或根据比较例的压电材料的压电元件的静态特性，根据谐振-反谐振方法评估了经受极化处理的压电元件的压电常数d31和机械品质因数Qm。在计算Tot、Tto和TC时，阻抗分析仪(例如，由Agilent Technologies Inc.制造的4194A)被用于在改变各个测试件的温度的同时测量电容量。同时，阻抗分析仪被用于测量介电正切的温度依赖性。测试件被冷却，直到温度从室温减小到-100℃，然后被加热，直到温度达到150℃。相变温度Tto表示晶系从四方晶变化到斜方晶的温度。相变温度Tto被定义为可通过将在测试件的冷却过程中测量到的介电常数对测试件温度求微分而获得的导数可被最大化的温度。Tot表示晶系从斜方晶变化到四方晶的温度，并且被定义为可通过将在测试件的加热过程中测量到的介电常数对测试件温度求微分而获得的导数可被最大化的温度。居里温度TC表示介电常数可在铁电相(四方晶相)和顺电相(立方晶相)的相变温度附近取极大值的温度。居里温度TC被定义为在测试件的加热过程中测量到的介电常数值变成极大值的温度。 [0198] [表1] [0199] [0200] 表2总结了根据表1中的示例和比较例的测试件的关于在室温的压电常数d31、机械品质因数、介电正切、Tc、Tto和Tot的属性。 [0201] [表2] [0202] [0203] 比较例1的测试件具有较大的Ca量“x”值(即，0.320)。在X射线衍射的测量中，检测到了CaTiO3相(即，杂质相)。已确认，该测试件的压电常数d31与示例3的测试件相比低了20pm/V，示例3在Ti、Zr和Bi的量方面与比较例1同样，但Ca量“x”是0.300。 [0204] 比较例14的测试件具有较小的Ca量“x”值(即，0.085)。因此，比较例14的测试件具有较高的Tto值(即，-10℃)和较高的Tot值(即，0℃)。已确认，压电常数的温度依赖性在操作温度范围中大。 [0205] 比较例16的测试件具有较大的Zr量“y”值(即，0.095)。因此，TC值相对较低(即，98℃)，Tto值较高(-11℃)，并且Tot值较高(-5℃)。相反，在Ca量与比较例16的测试件同样的示例52的测试件(y＝0.085)中，已确认TC值是104℃，Tto值是-21℃，并且Tot值是-14℃。 [0206] 比较例13的测试件具有较小的Zr量“y”值(即，0.020)。已确认，该测试件的压电常数d31与Ca量和比较例13同样的示例33(y＝0.059)相比低42pm/V。 [0207] 比较例8的测试件具有较小的“a”值(即，0.985)并且因此观察到异常晶粒生长。材料强度在切割加工和抛光加工中可能不足，因为粒子直径大于50μm。此外，已确认，该测试件的压电常数d31与示例24相比低10pm/V。 [0208] 示例14的测试件包含Ti，虽然Ti的一部分被Zr和Sn所替换。示例14的测试件表现出令人满意的特性，其包括与Ti量和示例14同样的比较例2(y＝0.065，z＝0.000)相比而言较高的Qm值(高出量为460)、较低的Tto值(低出量为13℃)以及较低的Tot值(低出量为12℃)。 [0209] 比较例17的测试件具有较大的Sn量“z”(即，0.03)。已确认，该测试件的Tc值是98℃。换言之，比较例17的测试件与Ti量和比较例17同样的示例52(y＝0.082，z＝0.003)相比具有较低的TC值(低出量为6℃)。 [0210] 另外，如果对表2中的比较例6、11和12以及示例24、27、29、30、33和34评估相变温度，则了解到添加Bi组分对于在不降低压电材料的居里温度TC的情况下降低Tto值和Tot值是有效的。更具体而言，已确认，每个示例的样本与TC量相似的相当的样本相比具有较小的压电特性的温度依赖性。 [0211] 接下来，为了确认压电元件的耐久性，示例24、27、29、30、33和34以及比较例11和12的测试件被放置在恒温室中并且经受温度循环测试。温度循环测试包括反复执行的100个循环，在其每个循环中温度按25℃→-20℃→50℃→25℃的顺序变化。在循环测试前后比较了压电常数d31值。相变温度Tto为-20℃或更低的示例24、27、29、30、33和34的测试件表现出压电特性的变化率为5％或更小。另一方面，其相变温度Tto高于-20℃的比较例11和12的测试件表现出压电常数d31的减小量大于5％。在比较例6中，测试件的相变温度Tto等于或小于-20℃。循环测试后的压电常数d31的变化率等于或小于5％。然而，在室温的机械品质因数与示例24相比而言较低(低出量为380)。 [0212] 其相变温度Tto高于-20℃的测试件在温度循环测试期间引起四方晶与斜方晶之间的反复相变。引起自发极化方向不同的晶系之间的反复相变可促进去极化。相信压电常数d31的减小量在其相变温度Tto高于-20℃的测试件中较大。更具体而言，如果相变温度Tto高于-20℃，则压电陶瓷可被评估为在元件耐久性方面不令人满意。 [0213] 为了确认每个压电元件的电极的粘着属性，对示例24、27、29、30、33和34的测试件进行了栅格图案带测试(之前的JIS K5400)。所进行的栅格图案带测试包括利用多用途刀(utility knife)以2mm的间隔以使得具有到达电极下面的本体的深度的方式形成十一个平行的切口，然后在测试件被旋转90度的角度之后在电极上形成类似的切口。所进行的栅格图案带测试还包括将粘合带强力地置于电极的栅格图案部分上，然后在使带的边缘保持在45度的角度的同时立即将带从电极剥离。作为上述测试的结果，确认了剥离的方形电极的数目等于或小于被划分成2mm×2mm的大小的所有方形电极的5％。 [0214] 示例76的测试件(其中Mg的含量超过0.1000重量份)与其中Mg量在从0.005重量份到0.1000重量份的范围中的示例37至41相比具有相对较低的机械品质因数。 [0215] 另外，示例47和49至52的压电材料(其中Zr量超过0.074)表现出优良的压电特性，尤其是压电常数超过100pm/V。 [0216] 另外，已确认，机械品质因数在比较例18和19中显著较低(即，小于300)。 [0217] 图15A至18D示出了表1中的比较例2至5以及示例15、17、18和21中的测试件关于相对介电常数、介电正切、压电常数d31和机械品质因数的温度依赖性。从图15A至15D了解到，与不包含Bi组分的样本相比，包含Bi组分的样本具有朝着低温侧偏移的相变温度和在测量温度范围中具有较小变化宽度的相对介电常数。另外，从图16A至16D了解到，在包含充分量的Bi的示例15的样本中，介电正切可在-20℃或更低显著降低。从图17A至17D了解到，添加Bi组分对于减小测量温度范围中的压电常数d31的变化宽度是有效的。从图18A至18D了解到，添加Bi组分对于增大测量温度范围中的机械品质因数是有效的。 [0218] <示例53至60和比较例20至23> [0219] 用于制作压电陶瓷的原材料粉末具有100nm的平均晶粒直径，并且除了包括含Si和B的玻璃助剂(包括30至50wt.％的SiO2和21.1wt.％的B2O3)以外，还包括钛酸钡、钛酸钙、锆酸钙、碳酸锂、氧化铋和三氧化四锰。以实现表3中指示的比率的方式对每个测试件执行了上述原材料粉末的称量。随后，利用与用于表1中描述的测试件的方法类似的方法制作了成型体。所获得的成型体被保持在保持于1200℃的电炉中五小时并且在大气中被烧结24小时。随后，每个测试件经受与应用于表1中描述的测试件的加工和评估类似的加工和评估。 [0220] [表3] [0221] [0222] 以下的表4总结了表3中描述的示例和比较例在室温关于机电耦合因数k31、杨氏模量Y11、压电常数d31、机械品质因数Qm、相对介电常数εr、Tto、Tot和Tc的测量结果。 [0223] [表4] [0224] [0225] 比较例21的测试件不包含任何Mn组分。已确认，比较例21的测试件的机械品质因数Qm比示例54的测试件的低(至少200)。 [0226] 已确认，在包括0.36重量份或更多的Mn的比较例22的样本中，介电正切超过0.01并且变得比示例54的介电正切(即，0.005)高。 [0227] 比较例20表现出了最低的机械品质因数，因为Bi组分的添加量小于0.042重量份。 [0228] 比较例23与示例56相比关于压电常数d31表现出较低的值(大约低20)，因为Bi组分的添加量大于0.858重量份。 [0229] <示例61> [0230] 以达到表3中描述的示例54的组成的方式对测试件执行了钛酸钡(BaTiO3)、钛酸钙(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、碳酸锂(Li2CO3)、氧化铋(Bi2O3)、三氧化四锰(Mn4O3)以及包含Si和B的玻璃助剂(包括30到50wt.％的SiO2和21.1wt.％的B2O3)的称量。经称量的原材料粉末在球磨机中被混合一晚以获得混合粉末。 [0231] 然后，所获得的混合粉末与添加物PVB混合，并且根据刮刀法(doctor blade method)形成为具有50μm的厚度的生片(green sheet)。 [0232] 然后，为了形成内部电极，在上述生片上印刷了导电膏。此情况下使用的导电膏是包含Ag60％-Pd40％的合金膏。然后，通过相继堆叠其上涂敷有导电膏的九个生片获得了多层体。然后，通过在1200℃将上述多层体烧结五小时获得了烧结成型体。烧结成型体被切割成大小为10mm×2.5mm的件。随后，对烧结成型体的侧表面进行了抛光，并且通过Au溅射形成了各自交替电连接内部电极的一对外部电极(即，第一电极和第二电极)。通过上述过程，制作出了图2B所示的多层压电元件。 [0233] 对所获得的多层压电元件的内部电极的观察显示了Ag-Pd(即，电极材料)层和压电材料层是交替形成的。 [0234] 在评估压电性之前，测试件经受了极化处理。更具体而言，在100℃在油浴中对测试件加热。在第一电极与第二电极之间施加1kV/mm的电压达30分钟。然后，在电压的连续施加下，将测试件冷却，直到温度达到室温为止。 [0235] 根据对压电性的评估，确认了所获得的多层压电元件拥有充分的绝缘属性，并且还拥有与示例33的压电材料相当的令人满意的压电特性。 [0236] <示例62> [0237] 利用与示例61类似的方法制作了混合粉末。然后，通过在回转窑中旋转所获得的混合粉末的同时在1000℃在大气中执行煅烧三个小时，获得了煅烧粉末。然后，所获得的煅烧粉末在球磨机中被破碎。然后，所获得的破碎粉末与添加物PVB混合，并根据刮刀法形成为具有50μm的厚度的生片。然后，为了形成内部电极，在上述生片上印刷了导电膏。此情况下使用的导电膏是Ni膏。然后，通过相继堆叠其上涂敷有导电膏的九个生片获得了多层体。然后，所获得的多层体经受了热压接合。 [0238] 另外，在管式炉中烧结经热压接合的多层体。烧结在大气中执行，直到温度升高到300℃为止。然后，在经受脱脂(debinding)之后，经烧结的多层体被放置在还原气氛(H2:N2＝2:98，氧浓度2×10-6Pa)中并保持在1200℃达五小时。在达到室温的温度下降过程中，氧浓度在1000℃或更低被切换到30Pa。 [0239] 然后，以上述方式获得的烧结成型体被切割成大小为10mm×2.5mm的件。随后，对烧结成型体的侧表面进行了抛光，并且通过Au溅射形成了各自交替电连接内部电极的一对外部电极(即，第一电极和第二电极)。通过上述过程，制作出了图2B所示的多层压电元件。 [0240] 对所获得的多层压电元件的内部电极的观察显示了Ni(即，电极材料)层和压电材料层是交替形成的。所获得的多层压电元件在1kV/mm的电场的施加下在100℃在油浴中经受极化处理达30分钟。根据对所获得的多层压电元件的压电特性的评估，确认了所获得的多层压电元件拥有充分的绝缘属性，并且还拥有与示例54的压电元件相当的令人满意的压电特性。 [0241] <示例63> [0242] 示例20的压电元件被用于制作图3所示的液体排出头。已确认，制作出的液体排出头可根据输入的电信号排出墨。 [0243] <示例64> [0244] 示例63的液体排出头被用于制作图4所示的液体排出装置。已确认，制作出的液体排出装置可根据输入的电信号来向记录介质排出墨。 [0245] <示例65> [0246] 示例20的压电元件被用于制作图6A所示的超声马达。已确认，制作出的超声马达可根据施加的交流电压而旋转。 [0247] <示例66> [0248] 示例65的超声马达被用于制作图7所示的光学设备。已确认，制作出的光学设备可根据施加的交流电压来执行自动聚焦操作。 [0249] <示例67> [0250] 示例20的压电元件被用于制作图9所示的尘埃去除装置。已确认，制作出的尘埃去除装置在交流电压的施加下喷洒塑料珠的情况下可达到令人满意的尘埃去除效率。 [0251] <示例68> [0252] 示例67的尘埃去除装置被用于制作图12所示的成像装置。已确认，制作出的成像装置在成像单元处于操作模式中时可充分地从其表面去除尘埃粒子并且可获得没有尘埃缺陷的图像。 [0253] <示例69> [0254] 示例61的多层压电元件被用于制作图3所示的液体排出头。已确认，制作出的液体排出头可根据输入的电信号排出墨。 [0255] <示例70> [0256] 示例69的液体排出头被用于制作图4所示的液体排出装置。已确认，制作出的液体排出装置可根据输入的电信号向记录介质排出墨。 [0257] <示例71> [0258] 示例61的多层压电元件被用于制作图6B所示的超声马达。已确认，制作出的超声马达可根据施加的交流电压而旋转。 [0259] <示例72> [0260] 示例71的超声马达被用于制作图7所示的光学设备。已确认，制作出的光学设备可根据施加的交流电压来执行自动聚焦操作。 [0261] <示例73> [0262] 示例61的多层压电元件被用于制作图9所示的尘埃去除装置。已确认，制作出的尘埃去除装置在交流电压的施加下喷洒塑料珠的情况下可达到令人满意的尘埃去除效率。 [0263] <示例74> [0264] 示例67的尘埃去除装置被用于制作图12所示的成像装置。已确认，制作出的成像装置在成像单元处于操作模式中时可充分地从其表面去除尘埃粒子并且可获得没有尘埃缺陷的图像。 [0265] <示例75> [0266] 示例61的多层压电元件被用于制作图14所示的电子设备。已确认，制作出的电子设备可根据施加的交流电压来执行扬声器操作。 [0267] 根据本发明的压电材料即使在高温环境中也拥有令人满意的压电性。另外，根据本发明的压电材料不包含任何铅组分，因此可减轻环境负担。根据本发明的压电材料可优选用于各种其中使用许多压电材料的设备，诸如液体排出头、超声马达和尘埃去除装置。 [0268] 在压电元件的操作温度范围中，根据本发明的压电材料的压电性的温度依赖性较小，密度和机械品质因数两者都较高，并且压电性是令人满意的。根据本发明的压电材料不包含任何铅组分，因此可减轻环境负担。 |
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