压电陶瓷、其制造方法、压电元件、排液头、超声波马达和除尘装置

摘要

本发明提供具有令人满意的压电性能和令人满意的机械品质因数（Q

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷、其制造方法、压电元件、排液头、超声波 马达和除尘装置。具体地，本发明涉及通过控制晶粒间界的组成和晶 体结构而设置有令人满意的压电性能和令人满意的机械品质因数（Q_m） 的钛酸钡基压电陶瓷。

背景技术

通常使用的压电陶瓷是ABO₃型的钙钛矿型氧化物例如钛酸锆酸铅 （以下称为“PZT”）。

但是，认为含有铅作为A-位点元素的PZT可能引起环境问题。因 此，已希望使用不含铅的钙钛矿型氧化物的压电陶瓷。

作为不含铅的钙钛矿型压电陶瓷材料，已知钛酸钡。PTL1公开 了采用电阻加热/两步烧结技术制备的钛酸钡。该专利文献记载了采用 两步烧结技术来烧结纳米大小的钛酸钡粉末时能够得到具有优异的压 电性能的陶瓷。但是，采用两步烧结技术得到的陶瓷不适合用于共振 器件，原因在于其具有小的机械品质因数和低的高温耐久性。

此外，PTL2公开了通过用钙置换钛酸钡中的部分钡位点并且进 一步添加锰、铁或铜而得到的陶瓷。该专利文献记载了由于锰、铁或 铜，该陶瓷具有优异的机械品质因数。但是，钙含量的增加使晶体相 变的温度迁移到约-50℃，导致压电性能的显著下降。

此外，本领域中公知锰的添加量的增加导致氧化锰（MnO_x）在钛 酸钡的晶体颗粒的外部析出。氧化锰缺乏电介质的性能，因此导致陶 瓷的压电性能的降低。此外，由于锰的价数不稳定，因此氧化锰引起 机械品质因数的降低。

换言之，预期钛酸钡基压电陶瓷具有令人满意的压电性能和高机 械品质因数。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利申请公开No.2008-150247

PTL2：日本专利申请公开No.2010-120835

发明内容

技术问题

本发明为了解决上述问题而完成。本发明的目的是提供通过控制 晶粒间界的组成和晶体结构而设置有令人满意的压电性能和令人满意 的机械品质因数（Q_m）的压电陶瓷及其制造方法。

本发明的另一方面提供压电元件、排液头、超声波马达和除尘装 置，它们均使用该压电陶瓷。

问题的解决方案

用于解决上述问题的压电陶瓷包括：晶体颗粒；和晶体颗粒之间 的晶界，其中晶体颗粒均包括具有钙钛矿型结构的钛酸钡和相对于钛 酸钡、以金属计为0.04质量%-0.20质量%的锰，和晶界包括从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物。

用于解决上述问题的压电陶瓷的制造方法至少包括：通过将粘结 剂添加到钛酸钡颗粒中来制备造粒粉末（granulating powder），钛 酸钡颗粒均包括以金属计为0.04质量%-0.20质量%的锰；和将通过将 从Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒和Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒中选择的至少一种化合物添加到造粒 粉末中而制备的混合物烧结。

此外，用于解决上述问题的压电陶瓷的制造方法至少包括：通过 将粘结剂添加到钛酸钡颗粒中来制备造粒粉末，钛酸钡颗粒均包括以 金属计为0.04质量%-0.20质量%的锰；和将通过将均具有100nm以下 的平均颗粒直径的氧化钛颗粒添加到造粒粉末中而制备的混合物烧 结。

用于解决上述问题的压电元件至少包括：第一电极；压电陶瓷； 和第二电极，其中压电陶瓷包括上述的压电陶瓷。

用于解决上述问题的排液头是使用了上述的压电元件的排液头。

用于解决上述问题的超声波马达是使用了上述的压电元件的超声 波马达。

用于解决上述问题的除尘装置是使用了上述的压电元件的除尘装 置。

本发明的有利效果

根据本发明，能够提供通过控制晶粒间界的组成和晶体结构而设 置有令人满意的压电性能和令人满意的机械品质因数（Q_m）的压电陶 瓷及其制造方法。此外，根据本发明，能够提供均使用了该压电陶瓷 的压电元件、排液头和超声波马达。

由以下参照附图对例示实施方案的说明，本发明的进一步的特征 将变得清楚。

附图说明

图1A是表示本发明的排液头的构成的实施方案的示意图。

图1B是表示本发明的排液头的构成的实施方案的示意图。

图2A是表示本发明的超声波马达的构成的实施方案的示意图。

图2B是表示本发明的超声波马达的构成的实施方案的示意图。

图3A是表示本发明的除尘装置的实施方案的示意图。

图3B是表示本发明的除尘装置的实施方案的示意图。

图4A是表示图3A和3B的每一个中的本发明的压电元件的构成的 示意图。

图4B是表示图3A和3B的每一个中的本发明的压电元件的构成的 示意图。

图4C是表示图3A和3B的每一个中的本发明的压电元件的构成的 示意图。

图5是表示本发明的除尘装置的振动原理的模式图。

图6是表示本发明的压电陶瓷的实施方案的概念图。

图7A是本发明的压电陶瓷的表面的SEM二次电子像。

图7B是本发明的压电陶瓷的TEM观察像。

图8A是由文献数据计算的Ba₄Ti₁₂O₂₇的[100]入射电子衍射图。

图8B是本发明的压电陶瓷的晶界中的非钙钛矿型结构的电子衍 射像。

图9A是由文献数据计算的Ba₆Ti₁₇O₄₀的[011]入射电子衍射图。

图9B是本发明的压电陶瓷的晶界中的非钙钛矿型结构的电子衍 射像。

具体实施方式

以下对本发明的实施方案进行说明。

根据本发明的压电陶瓷包括：晶体颗粒；和晶体颗粒之间的晶界， 其中晶体颗粒均包括具有钙钛矿型结构的钛酸钡和相对于钛酸钡、以 金属计为0.04质量%-0.20质量%的锰，和晶界包括从Ba₄Ti₁₂O₂₇和 Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物。

本文中使用的术语“陶瓷”是指通过热处理而烧结的晶体颗粒的 聚集体（也称为块体）或所谓的多晶，其中其主要成分是金属氧化物。 该术语也包括烧结后加工而成的产品。但是，该术语不包括任何粉末 或粉末分散的浆料。

具有钙钛矿型结构的钛酸钡是BaTiO₃。此外，其中，钛酸钡可包 括其他性能调节成分和起因于制备的杂质以及锰。

本发明的压电陶瓷中，具有非钙钛矿型结构的化合物存在于具有 钙钛矿型结构的钛酸钡的晶体颗粒外的晶体颗粒的晶界中。具有非钙 钛矿型结构的化合物是从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合 物。

此外，本说明书中，将在晶体颗粒外存在的从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物称为“副颗粒”。

Ba₄Ti_l2O₂₇属于空间群C2/m并且具有电介质的性质。此外，Ba₆Ti₁₇O₄₀属于空间群A2/a并且具有电介质的性质。

本文中使用的术语“晶界”是指晶体颗粒之间的界面（该界面包 括晶体颗粒线状地和断续地彼此接触的情形）。此外，以下说明中， 在“晶界”中，两个晶体颗粒彼此接触的面或线可称为“边界”。此 外，以下说明中，在“晶界”中，三个以上的晶体颗粒彼此在一点或 在线上相交的位置可称为“三重点”（三个针状晶体颗粒可在边界以 “线”彼此相交）。

图6是表示本发明的压电陶瓷的实施方案的概念图并且示意地表 示晶体颗粒、晶界和副颗粒之间的关系。钛酸钡晶体颗粒由401表示。 晶体颗粒通过边界和三重点的至少一者彼此接触。晶体颗粒之间的边 界由402表示并且三重点由403表示。在晶体颗粒之间的边界存在的 副颗粒由404表示。本发明的压电陶瓷中，在晶体颗粒的晶界（边界 或三重点）存在从副颗粒Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合 物。图中，将在三重点存在的Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中的至少一种副颗 粒表示为405或406。

作为容易地区分晶体颗粒和副颗粒的技术之一，已知使用扫描电 子显微镜（SEM）的方法。换言之，该方法利用如下事实：通过SEM 二次电子像对压电陶瓷的表面观察使使用者能够以不同的对比度观察 晶体颗粒和副颗粒。

图7A是通过观察本发明的压电陶瓷的表面而得到的SEM二次电子 像。该图像揭示能够以不同的对比度观察在三重点502存在的副颗粒 和晶体颗粒501。此外，图7B是通过透射电子显微镜（TEM）得到的 包括副颗粒的压电陶瓷的部分图像。发现TEM观察能够区分副颗粒504 部分和晶体颗粒503部分。

钛酸钡（BaTiO₃）的钡（Ba）位点可部分地被另外的二价金属或 准二价金属置换。能够置换Ba位点的二价金属的实例包括Ca和Sr。 能够置换Ba位点的准二价金属的实例包括（Bi_0.5Na_0.5）、（Bi_0.5K_0.5）、 （Bi_0.5Li_0.5）、（La_0.5Na_0.5）、（La_0.5K_0.5）和（La_0.5Li_0.5）。用另外的 二价金属或准二价金属部分置换Ba位点的情况下的置换率为20atm% 以下，优选10atm%以下。置换率超过20atm%时，可能无法充分地获得 钛酸钡固有的高压电性能。

钛酸钡（BaTiO₃）的钛（Ti）位点可部分地被另外的四价金属或 准四价金属置换。能够置换Ti位点的四价金属的实例包括Zr、Hf、 Si、Sn和Ge。能够置换Ti位点的准四价金属的实例包括二价金属和 五价金属的组合（M²⁺_1/3M⁵⁺_2/3）、三价金属和五价金属的组合（M³⁺_1/2M⁵⁺_1/2） 以及三价金属和六价金属的组合（M³⁺_2/3M⁶⁺_1/3）。

本发明的压电陶瓷中，晶体颗粒相对于钛酸钡、以金属计在0.04 质量%-0.20质量%、优选0.05质量%-0.17质量%的范围内含有锰。含 有钛酸钡作为主要成分的压电陶瓷在上述范围内含有锰成分时，该压 电陶瓷能够具有改善的绝缘性和改善的机械品质因数（Q_m）。相对于 钛酸钡，锰的含量小于0.04质量%时，不能充分地提高压电陶瓷的机 械品质因数。而锰的含量大于0.20质量%时，具有较小压电性能的六 方钛酸钡或杂质相可能共存。因此，整个压电陶瓷的压电性能可能变 得不足。

作为构成晶界中包括的副颗粒的化合物的Ba₄Ti₁₂O₂₇或Ba₆Ti₁₇O₄₀， 能够例如通过对化合物进行由使用透射电子显微镜（TEM）的选择区域 衍射法得到的衍射像和已知文献中的数据之间的对比而规定。

选择区域衍射法是在用透射电子显微镜（TEM）观察的放大像中只 观察特定区域的衍射图的方法。该方法的使用使得能够只观察由上述 化合物生成的衍射图。

副颗粒能够填充可在晶体颗粒之间的晶界形成的空隙。用由电介 质Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的至少一种形成的副颗粒填充空隙时，与空隙 存在的状态相比，能够提高压电陶瓷的介电常数。换言之，用副颗粒 填充空隙能够提高压电陶瓷的压电性能。

本发明的压电陶瓷中，希望地，在压电陶瓷的表面或截面上观察 时，晶界中从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物的比例为 0.05面积%-1面积%，优选地0.1面积%-0.5面积%，相对于压电陶瓷 的表面或截面的总面积。

晶界中Ba₄Ti₁₂O₂₇或Ba₆Ti₁₇O₄₀的含量或者整个压电陶瓷中副颗粒的 比例小于0.05面积%时，可能无法完全防止晶界中氧化锰的析出。因 此，可能无法充分地获得钛酸钡固有的高压电性能。晶界中副颗粒的 比例大于1面积%时，不具有压电性能的副颗粒过度地在晶界中析出。 因此，可能无法充分地获得钛酸钡固有的高压电性能。

此外，能够通过使用扫描电子显微镜的上述方法计算晶界中包括 的副颗粒相对于压电陶瓷的比例。使用扫描电子显微镜的反射电子像 观察含有锰的压电陶瓷的表面或截面。上述观察方法中，以不同的对 比度观察到压电陶瓷的副颗粒和晶体颗粒。因此，将副颗粒与压电陶 瓷的晶体颗粒区分，并且通过测定两种颗粒的面积比来计算副颗粒的 比例。

本发明的压电陶瓷中，优选地，晶界包括：Ba₄Ti₁₂O₂₇或Ba₆Ti₁₇O₄₀； 并且Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀都包括锰。

通常，将锰添加到压电陶瓷中并不总导致全部添加的锰在晶体颗 粒的内部存在。将锰添加到常规压电陶瓷中时，添加的锰在晶界中作 为氧化锰（MnOx）存在。

在晶界中含有氧化锰的压电陶瓷中，不具有电介质的性能的氧化 锰导致压电陶瓷的绝缘性的降低，也导致压电性能的降低。此外，氧 化锰存在于晶界中或者晶体颗粒的外部，导致锰的价数不稳定。因此， 氧化锰使压电陶瓷的机械品质因数减小。

而本发明的压电陶瓷中，在晶界中存在副颗粒或者从Ba₄Ti₁₂O₂₇和 Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物。

由于Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀是电介质，因此这样的化合物在晶界中 存在不会导致压电陶瓷的绝缘性降低。而且，晶界中不存在氧化锰的 状态能够通过将已作为氧化锰在晶界中存在的锰引入副颗粒中而实 现。结果，能够防止上述的起因于氧化锰的压电性能和机械品质因数 的降低。

因此，本发明的压电陶瓷中，晶界中包括的Ba₄Ti₁₂O₂₇或Ba₆Ti₁₇O₄₀优选含有锰。

本发明的压电陶瓷中，希望地，晶界中的从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化合物中锰的含量为0.6质量%-2.8质量%，优选地 1.0质量%-2.0质量%，以金属计，相对于从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选 择的至少一种化合物。

锰的含量小于0.6质量%，或者Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的至少一种 中作为固溶体溶解的锰的量少时，晶体颗粒中没有作为固溶体溶解的 锰可能引起含有锰作为主要成分的化合物例如氧化锰在晶界中的析 出。

此外，锰的含量大于2.8质量%，或者Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的至 少一种中作为固溶体溶解的锰的量多时，晶体颗粒中作为固溶体溶解 的锰的量减少。因此，压电陶瓷可能没有充分地具有足够的机械品质 因数。

例如，由采用选择区域衍射法观察晶界时在晶体结构限定在 Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀任一者上的区域上通过能量分散型分光法得到的 分析结果，可确定锰的含量。

本发明的压电陶瓷中，优选地，晶界包括Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀； 并且Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀均包括锰。

晶界被Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀占据时，使整个压电陶瓷的介电常数 增加，导致压电性能的提高。此外，在Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的晶体颗 粒中作为固溶体溶解的锰能够防止作为含有Mn作为主要成分的化合 物例如氧化锰（MnO）在晶体颗粒之间的晶界或空隙中析出。

本发明的压电陶瓷中，优选地，Ba₄Ti₁₂O₂₇中锰的含有比例大于 Ba₆Ti₁₇O₄₀中锰的含有比例。例如，通过能量分散型分光法与由上述选 择区域衍射法确定的晶体结构的组合，能够评价Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的每个中的锰的含有比例。

Ba₄Ti₁₂O₂₇中大的锰含量导致绝缘性和烧结密度的增加。

本文中使用的术语压电陶瓷的“颗粒直径”是指显微镜观察中所 谓的“投影面积直径”，是指具有与晶体颗粒的投影面积相等的面积 的真正圆的直径。本发明中，对颗粒直径的测定方法并无特别限制。 例如，通过对采用偏光显微镜或扫描电子显微镜拍摄的压电陶瓷的表 面的照片图像进行图像处理，可确定颗粒直径。确定晶体颗粒的颗粒 直径中的例示放大倍率为约5-5,000倍。取决于放大倍率，可适当地 使用光显微镜或电子显微镜。也可代替陶瓷的表面而由其研磨表面或 截面的图像确定颗粒直径。

接下来，对本发明的压电陶瓷的制造方法进行说明。

根据本发明的压电陶瓷的制造方法的第一方面至少包括：通过将 粘结剂添加到钛酸钡颗粒中来制备造粒粉末，钛酸钡颗粒均包括以金 属计为0.04质量%-0.20质量%的锰；和将通过将从Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒和 Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒中选择的至少一种化合物添加到造粒粉末中而制备的混 合物烧结。

均包括锰的钛酸钡颗粒除了钛酸钡和锰以外，可包括其他性能调 节成分和起因于合成的杂质。杂质的实例包括来源于金属例如铝、钙、 铌、铁和铅的成分，玻璃成分和烃系有机成分。杂质的含量优选为5 质量%以下，更优选为1质量%以下。

均包括锰的钛酸钡颗粒作为初级粒子的平均颗粒直径并无特别限 制。但是，为了得到高密度均质压电陶瓷，希望初级粒子的平均颗粒 直径为5nm-300nm，优选为50nm-150nm。初级粒子的平均颗粒直径太 小或太大时，烧结后陶瓷的密度可能变得不足。其中，术语“初级粒 子”是指构成粉末的颗粒中能够清楚地与其他区分的物质的最小单位。 初级粒子可聚集以形成较大的次级粒子。通过使用聚合物粘结剂的造 粒步骤，可有意地形成次级粒子。

对均包括锰的钛酸钡颗粒的制造方法和包括将粘结剂添加到均包 括锰的钛酸钡颗粒中的造粒粉末的制造方法并无特别限制。

锰附着的钛酸钡的情况下，通过在下游步骤中将锰成分添加到可 商购或合成的钛酸钡颗粒中，可进行该附着。对锰成分的添加方法并 无限制。但是，希望锰成分均匀地附着于钛酸钡的表面。在该观点上， 最优选的添加方法是喷雾干燥法。从该方法使得能够与锰成分的附着 同时地通过添加粘结剂来制备造粒粉末和该方法使得颗粒直径更均匀 的观点出发，也优选喷雾干燥法。

作为固溶体使锰溶解于其中的钛酸钡的情况下，可使预先将锰成 分引入其中的钛酸钡前体结晶。例如，制备钡化合物和钛化合物的等 摩尔混合物，然后将所需量的锰成分添加到该混合物中。随后，在约 1,000℃下将该混合物煅烧以得到在每个中锰成分作为固溶体溶解的 钛酸钡颗粒。

这种情况下，造粒粉末的制造方法并无特别限制。但是，从该方 法使颗粒直径更均匀的观点出发，优选喷雾干燥法。

造粒中可使用的粘结剂的实例包括聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩 丁醛（PVB）和丙烯酸系树脂。从成型品的密度增加的观点出发，粘结 剂的添加量优选为1质量%-10质量%，更优选为2质量%-5质量%。

均包括锰的钛酸钡颗粒的制备中可使用的钡化合物的实例包括碳 酸钡、草酸钡、氧化钡、醋酸钡、硝酸钡、铝酸钡和各种钡的醇盐。

可用于均包括锰的钛酸钡颗粒的钛化合物的实例包括氧化钛。

可用于均包括锰的钛酸钡颗粒的锰成分的实例包括锰化合物例如 氧化锰、二氧化锰、醋酸锰和碳酸锰。

对通过将Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒和Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒的至少一种添加到造粒粉 末中而制备的混合物进行烧结而得到的压电陶瓷中，添加的Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒和Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒的至少一种在晶界中析出。通过上述机理，这样 的压电陶瓷能够将Mn保持在晶体颗粒中以满足压电性能和机械品质 因数两者。Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒和Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒的每一者的添加量优选为 0.02质量%-1.5质量%。换言之，制造方法A使得Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒或 Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒确实地在晶界中析出。

将混合的钛酸钡颗粒成型为所需的形状，然后烧结以得到陶瓷。

对上述制造方法中陶瓷的烧结方法并无限制。烧结方法的实例包 括电炉烧结、通电加热、微波烧结、毫米波烧结和热等静压（HIP）。

对上述制造方法中陶瓷的烧结温度并无限制，但希望是使钛酸钡 的晶体充分生长的温度。因此，烧结温度优选为1,000℃-1,450℃， 更优选为1,300℃-1,400℃。在上述温度范围内烧结的钛酸钡陶瓷显 示令人满意的压电性能。

为了以高再现性使通过烧结得到的压电陶瓷的性能保持恒定，优 选在上述范围内将烧结温度保持恒定的同时进行烧结约1小时-12小 时。

根据本发明的压电陶瓷的制造方法的第二方面至少包括：通过将 粘结剂添加到钛酸钡颗粒中来制备造粒粉末，钛酸钡颗粒均包括以金 属计为0.04质量%-0.20质量%的锰；和将通过将均具有100nm以下的 平均颗粒直径的氧化钛颗粒添加到造粒粉末中而制备的混合物烧结。

均包括锰的钛酸钡颗粒除了钛酸钡和锰以外，可包括其他性能调 节成分和起因于合成的杂质。杂质的实例包括来源于金属例如铝、钙、 铌、铁和铅的成分，玻璃成分和烃系有机成分。杂质的含量优选为5 质量%以下，更优选为1质量%以下。

均包括锰的钛酸钡颗粒作为初级粒子的平均颗粒直径并无特别限 制。但是，为了得到高密度均质压电陶瓷，希望初级粒子的平均颗粒 直径为5nm-300nm，优选为50nm-150nm。初级粒子的平均颗粒直径太 小或太大时，烧结后陶瓷的密度可能变得不足。其中，术语“初级粒 子”是指构成粉末的颗粒中能够清楚地与其他区分的物质的最小单位。 初级粒子可聚集以形成较大的次级粒子。通过使用聚合物粘结剂的造 粒步骤，可有意地形成次级粒子。

对均包括锰的钛酸钡颗粒的制造方法和包括将粘结剂添加到均包 括锰的钛酸钡颗粒中的造粒粉末的制造方法并无特别限制。

锰附着的钛酸钡的情况下，通过在下游步骤中将锰成分添加到可 商购或合成的钛酸钡颗粒中，可进行该附着。对锰成分的添加方法并 无限制。但是，希望锰成分均匀地附着于钛酸钡的表面。在该观点上， 最优选的添加方法是喷雾干燥法。从该方法使得能够与锰成分的附着 同时地通过添加粘结剂来制备造粒粉末和该方法使得颗粒直径更均匀 的观点出发，也优选喷雾干燥法。

作为固溶体使锰溶解于其中的钛酸钡的情况下，可使预先将锰成 分引入其中的钛酸钡前体结晶。例如，制备钡化合物和钛化合物的等 摩尔混合物，然后将所需量的锰成分添加到该混合物中。随后，在约 1,000℃下将该混合物煅烧以得到在每个中锰成分作为固溶体溶解的 钛酸钡颗粒。这种情况下，造粒粉末的制造方法并无特别限制。但是， 从该方法使颗粒直径更均匀的观点出发，优选喷雾干燥法。

造粒中可使用的粘结剂的实例包括聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩 丁醛（PVB）和丙烯酸系树脂。从成型品的密度增加的观点出发，粘结 剂的添加量优选为1质量%-10质量%，更优选为2质量%-5质量%。

均包括锰的钛酸钡颗粒的制备中可使用的钡化合物的实例包括碳 酸钡、草酸钡、氧化钡、醋酸钡、硝酸钡、铝酸钡和各种钡的醇盐。

可用于均包括锰的钛酸钡颗粒的钛化合物的实例包括氧化钛。

可用于均包括锰的钛酸钡颗粒的锰成分的实例包括锰化合物例如 氧化锰、二氧化锰、醋酸锰和碳酸锰。

上述制造方法包括将通过将氧化钛颗粒添加到造粒粉末中而制备 的混合物烧结。换言之，该混合物处于钛的风度大于钡的状态。但是， 作为通过烧结该混合物而得到的主要成分为钛酸钡（Ba:Ti=1:1），过 剩的钛在晶界中作为Ti的风度大于Ba的Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒或Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒析出。其中，氧化钛颗粒的平均颗粒直径为100nm以下。氧化钛 颗粒均具有100nm以下的平均颗粒直径，因此显示优异的与混合物B 的分散性并且更均匀地混合。通过上述机理，这样的压电陶瓷能够使 Mn保持在晶体颗粒中以满足压电性能和机械品质因数两者。氧化钛颗 粒的添加量优选为0.02质量%-1.5质量%。换言之，该制造方法以较 简单的方式使Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒或Ba₆Ti₁₇O₄₀颗粒在晶界中析出。

以下对使用本发明的压电陶瓷的压电元件进行说明。

根据本发明的压电元件是包括至少第一电极、压电陶瓷和第二电 极的压电元件，该压电陶瓷是上述的压电陶瓷。

第一电极和第二电极均由具有约5nm-2,000nm的厚度的导电层形 成。对导电层的材料并无特别限制，并且可以是压电元件中通常使用 的材料。这样的材料的实例包括金属例如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、 Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu以及这些金属的氧化物。第 一电极和第二电极各自可由这些材料中的一种形成或者可通过将其两 种以上层叠而得到。第一电极和第二电极可由彼此不同的材料形成。

对第一电极和第二电极的制造方法并无限制。第一电极和第二电 极可通过对金属糊进行烘焙或者通过溅射、气相沉积等而形成。此外， 第一电极和第二电极均可以所需的形状图案化而使用。

图1A和1B均是表示本发明的排液头的构成的实施方案的示意图。 如图1A和1B中所示，本发明的排液头是包括本发明的压电元件101 的排液头。压电元件101是至少包括第一电极1011、压电陶瓷1012 和第二电极1013的压电元件。如图1B中所示，根据需要将压电陶瓷 1012图案化。

图1B是排液头的示意图。该排液头包括排出口105、独立液室102、 用于将独立液室102与排出口105连接的连通孔106、液室隔壁104、 共同液室107、隔膜103和压电元件101。图中为矩形的压电元件101 均可以是矩形以外的形状例如椭圆形、圆形或平行四边形。通常，压 电陶瓷1012均具有与独立液室102的形状对应的形状。

参照图1A对本发明的排液头中压电元件101的周围详细说明。图 1A是图1B中所示的排液头的宽度方向上的压电元件的截面图。将压 电元件101的截面形状表示为矩形，但可以是梯形或倒梯形。

图中，将第一电极1011用作下部电极，将第二电极1013用作上 部电极。但是，第一电极1011和第二电极1013的配置并不限于上述。 例如，可将第一电极1011用作下部电极，或者可用作上部电极。同样 地，第二电极1013可用作上部电极，或者可用作下部电极。此外，在 隔膜103与下部电极之间可存在缓冲层108。

应指出的是，由器件的制造方法引起那些名称上的不同，在任何 情况下能够获得本发明的效果。

排液头中，由于压电陶瓷1012的膨胀和收缩，隔膜103垂直波动 以将压力施加于独立液室102内的液体。结果，将该液体从排出口105 排出。本发明的排液头能够用于打印机用途或电子器件的制造。

隔膜103具有1.0μm-15μm、优选地1.5μm-8μm的厚度。对隔膜的 材料并无限制，优选为Si。用于隔膜的Si可用B或P掺杂。此外， 隔膜上的缓冲层和电极层可用作隔膜的一部分。

缓冲层108具有5nm-300nm、优选10nm-200nm的厚度。

用圆当量直径表示，排出口105的大小为5μm-40μm。排出口105 的形状可以是圆形，或者可以是星形、正方形或三角形。

接下来，对使用本发明的压电元件的超声波马达进行说明。

图2A和2B是表示本发明的超声波马达的构成的实施方案的示意 图。

图2A表示超声波马达，其中本发明的压电元件由单板形成。该超 声波马达包括振子201、因由压力弹簧（未示出）施加的压力而与振 子201的滑动表面接触的转子202和经设置以与转子202一体化的输 出轴203。振子201由金属弹性环2011、本发明的压电元件2012和将 压电元件2012与弹性环2011粘结的有机粘合剂2013（例如环氧或氰 基丙烯酸酯系粘合剂）形成。本发明的压电元件2012由在第一电极（未 示出）和第二电极（未示出）之间夹持的压电陶瓷形成。

将相位彼此相差π/2的两相交流电压施加于本发明的压电元件， 导致在振子201中产生弯曲行波，因此振子201的滑动表面上的每个 点经历椭圆运动。转子202与振子201的滑动表面压接时，转子202 受到来自振子201的摩擦力以在与弯曲行波相反的方向上旋转。将被 驱动体（未示出）与输出轴203接合，并且通过转子202的旋转力驱 动。

将电压施加于压电陶瓷导致起因于横向压电效应的压电陶瓷的膨 胀和收缩。将弹性体例如金属与压电元件接合时，压电陶瓷的膨胀和 收缩使弹性体弯曲。本文中所述类型的超声波马达利用该原理。

接下来，将包括具有层叠结构的压电元件的超声波马达示于图2B 中。振子204由在管状金属弹性体2041之间夹持的层叠压电元件2042 形成。层叠压电元件2042是由多个层叠压电陶瓷（未示出）形成的元 件，并且包括在该层叠体的外表面上的第一电极和第二电极以及在该 层叠体的内表面上的内部电极。将金属弹性体2041用螺栓栓接以致可 将压电元件2042夹持在该弹性体之间并且由该弹性体固定。于是，形 成振子204。

将相位彼此不同的交流电压施加于压电元件2042，使振子204产 生彼此正交的两个振动。将两个振动合成以形成用于驱动振子204的 顶部的圆振动。应指出的是，在振子204的上部形成狭窄的圆周槽以 使用于驱动的振动的位移增大。

在来自加压用弹簧206的压力下，使转子205与振子204接触以 获得用于驱动的摩擦力。转子205由轴承可旋转地支撑。

接下来，对使用本发明的压电元件的除尘装置进行说明

图3A和3B是表示本发明的除尘装置的实施方案的示意图。

除尘装置310包括板状压电元件330和振动板320。对振动板320 的材料并无限制。将除尘装置310用于光学器件的情况下，透明材料 或光反射材料能够用作振动板320的材料。

图4A-4C是表示图3A和3B中所示的压电元件330的构成的示意 图。图4A和4C分别表示压电元件330的前表面构成和后表面构成。 图4B表示侧表面构成。如图4A-4C中所示，压电元件330包括压电陶 瓷331、第一电极332和第二电极333。第一电极332和第二电极333 经设置以与压电陶瓷331的板表面相对。图4C中，将其上设置第一电 极332的压电元件330的前表面称为第一电极表面336。图4A中，将 其上设置第二电极333的压电元件330的前表面称为第二电极表面 337。

在此，本发明中的电极表面是指其上设置电极的压电元件的表面。 例如，如图4A-4C中所示，第一电极332可周围延伸到第二电极表面 337。

如图3A和3B中所示，关于压电元件330和振动板320，将振动 板320的板表面固定于压电元件330的第一电极表面336。驱动压电 元件330时，在压电元件330与振动板320之间产生应力，以致在振 动板中产生面外振动。本发明的除尘装置310是利用振动板320的面 外振动将附着于振动板320的表面的异物例如灰尘除去的装置。该面 外振动是指振动板在光轴方向上，即振动板的厚度方向上移动的弹性 振动。

图5是表示本发明的除尘装置310的振动原理的示意图。上方的 图5表示将具有相同相位的交流电场施加于一对左右压电元件330以 致在振动板320中产生面外振动的状态。形成一对左右压电元件330 的压电陶瓷的极化方向与压电元件330的厚度方向相同，并且以第7 振动模式驱动除尘装置310。下方的图5表示将以180°具有相反相位 的交流电压施加于一对左右压电元件330以致在振动板320中产生面 外振动的状态。以第6振动模式驱动除尘装置310。本发明的除尘装 置310是通过选择性地利用至少2个振动模式从而能够有效地将附着 于振动板的表面的灰尘除去的装置。

如上所述，本发明的压电元件适合应用于排液头、超声波马达和 除尘装置。

通过使用本发明的含有从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种 化合物的不含铅的压电陶瓷，能够提供具有与使用含铅的压电陶瓷的 情形相同或高于其的喷嘴密度和排出力的排液头。

通过使用本发明的含有从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种 化合物的不含铅的压电陶瓷，能够提供具有与使用含铅的压电陶瓷的 情形相同或高于其的驱动力和耐久性的超声波马达。

通过使用本发明的含有从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种 化合物的不含铅的压电陶瓷，能够提供具有与使用含铅的压电陶瓷的 情形相同或高于其的除尘效率的除尘装置。

本发明的压电陶瓷，除了排液头和马达以外，还能够用于器件例 如超声波振子、压电致动器、压电传感器、铁电存储器等。

如上所述，本发明的压电元件适合用于排液头和超声波马达。该 排液头包括含有钛酸钡作为主要成分的不含铅的压电元件。因此，能 够提供具有与铅基压电元件的那些相同或高于其的喷嘴密度和排出力 的排液头。此外，超声波马达可包括含有钛酸钡作为主要成分的不含 铅的压电元件。因此，能够提供具有与铅基压电元件的那些相同或高 于其的驱动力和耐久性的马达。

本发明的压电陶瓷，除了排液头和马达以外，还能够用于器件例 如超声波振子、压电致动器和压电传感器等。

实施例

以下通过实施例对本发明更具体地说明。但是，本发明并不受下 述实施例的限制。

实施例1（陶瓷的制造方法1）

将碳酸钡、氧化钛和氧化锰用作原料，并且秤重以给出Ba与Ti 的1:1摩尔比，同时以金属计，相对于氧化钡和氧化钛的总质量，添 加的锰为0.12质量%。然后，将这些原料混合。在900℃-1,100℃将 得到的混合粉末煅烧2-5小时。

随后，将作为粘结剂的3质量%的PVA添加到煅烧的粉末中并且将 得到的混合物喷雾干燥以得到造粒粉末。然后，添加0.9质量%的 Ba₄Ti₁₂O₂₇并且与该造粒粉末混合。

接下来，将得到的粉末填充到模具中，然后压缩以形成成型体。 在1,300℃-1,400℃下将得到的成型体烧结2-6小时以得到陶瓷。其 中，将加热速率设定为10℃/分钟并且调节电炉的热电偶以防止偏离 烧结温度10℃以上的过冲。

将得到的烧结体研磨到1mm的厚度。然后，在空气中在450℃ -1,100℃下对该烧结体进行热处理1-3小时以将有机成分从烧结体的 表面除去。

实施例2（陶瓷的制造方法2）

将碳酸钡、氧化钛和氧化锰用作原料，并且秤重以给出Ba与Ti 的1:1摩尔比，同时以金属计，相对于氧化钡和氧化钛的总质量，添 加的锰为0.12质量%。然后，将这些原料混合。在900℃-1,100℃将 得到的混合粉末煅烧2-5小时。

随后，将作为粘结剂的3质量%的PVA添加到煅烧的粉末中并且将 得到的混合物喷雾干燥以得到造粒粉末。然后，添加0.85质量%的 Ba₆Ti₁₇O₄₀并且与该造粒粉末混合。

接下来，将得到的粉末填充到模具中，然后压缩以形成成型体。 在1,300℃-1,400℃下将得到的成型体烧结2-6小时以得到陶瓷。其 中，将加热速率设定为10℃/分钟并且调节电炉的热电偶以防止偏离 烧结温度10℃以上的过冲。

将得到的烧结体研磨到1mm的厚度。然后，在空气中在450℃ -1,100℃下对该烧结体进行热处理1-3小时以将有机成分从烧结体的 表面除去。

实施例3（陶瓷的制造方法3）

将碳酸钡、氧化钛和氧化锰用作原料，并且秤重以给出Ba与Ti 的1:1摩尔比，同时以金属计，相对于氧化钡和氧化钛的总质量，添 加的锰为0.12质量%。然后，将这些原料混合。在900℃-1,100℃将 得到的混合粉末煅烧2-5小时。

随后，将作为粘结剂的3质量%的PVA添加到煅烧的粉末中并且将 得到的混合物喷雾干燥以得到造粒粉末。然后，添加0.45质量%的 Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的每一种并且与该造粒粉末混合。

接下来，将得到的粉末填充到模具中，然后压缩以形成成型体。 在1,300℃-1,400℃下将得到的成型体烧结2-6小时以得到陶瓷。其 中，将加热速率设定为10℃/分钟并且调节电炉的热电偶以防止偏离 烧结温度10℃以上的过冲。

将得到的烧结体研磨到1mm的厚度。在空气中在450℃-1,100℃ 下对该烧结体进行热处理1-3小时以将有机成分从烧结体的表面除 去。

实施例4-实施例10（陶瓷的制造方法4）

将碳酸钡、氧化钛和氧化锰用作原料，并且秤重以给出Ba与Ti 的1:1摩尔比，同时使锰的添加量如表1中所示。然后，将这些原料 混合。在900℃-1,100℃将得到的混合粉末煅烧2-5小时。

随后，将作为粘结剂的3质量%的PVA添加到煅烧的粉末中并且将 得到的混合物喷雾干燥以得到造粒粉末。然后，将该造粒粉末与平均 颗粒直径为10nm-30nm的氧化钛（TiO₂）混合并且将得到的粉末填充 到模具中，然后压缩以形成成型体。

接下来，在1,300℃-1,450℃下将得到的成型体烧结2-6小时以 得到陶瓷。将加热速率设定为10℃/分钟并且调节电炉的热电偶以防 止偏离烧结温度10℃以上的过冲。

将得到的烧结体研磨到1mm的厚度。在空气中在450℃-1,100℃ 下对该烧结体进行热处理1-3小时以将有机成分从烧结体的表面除 去。

比较例1（陶瓷的制造方法5）

将碳酸钡、氧化钛和氧化锰用作原料，并且秤重以给出Ba与Ti 的1:1摩尔比，同时以金属计，相对于氧化钡和氧化钛的总质量，添 加的锰为0.12质量%。然后，将这些原料混合。在900℃-1,100℃将 得到的混合粉末煅烧2-5小时。

随后，将作为粘结剂的3质量%的PVA添加到煅烧的粉末中并且将 得到的混合物喷雾干燥以得到造粒粉末。将该造粒粉末填充到模具中， 然后压缩以形成成型体。

在1,300℃-1,400℃下将得到的成型体烧结2-6小时以得到陶瓷。 将加热速率设定为10℃/分钟并且调节电炉的热电偶以防止偏离烧结 温度10℃以上的过冲。

将得到的烧结体研磨到1mm的厚度。在空气中在450℃-1,100℃ 下对该烧结体进行热处理1-3小时以将有机成分从烧结体的表面除 去。

表1示出实施例1-10的压电陶瓷的制造条件。表中，术语“Mn 量”表示锰的秤重量。

表1：压电陶瓷的制造条件

（压电陶瓷的结构评价）

使用透射电子显微镜（TEM）对得到的压电陶瓷的晶体颗粒和晶界 的结构进行了评价。

首先，使用电子衍射图像评价每个压电陶瓷中的晶体颗粒的晶体 结构。实施例1-10和比较例1中，晶体颗粒均由具有含Mn的钙钛矿 型结构的BaTiO₃形成。使用电子探针微型分析仪（称为EPMA）确定晶 体颗粒中的Mn。此外，使用扫描电子显微镜评价晶体颗粒直径。

此外，通过X-射线荧光分析（XRF）评价压电陶瓷整体的组成。

对压电陶瓷评价晶界部分。具体地，确定压电陶瓷中晶界部分的 百分比、晶界中的晶体结构、晶体中Mn的存在或不存在和晶界中Mn 的量。

对制备用于使用透射电子显微镜观察压电陶瓷的样品的程序进行 说明。首先，将金属或碳膜层叠到磨光为镜面加工表面的压电陶瓷的 表面。设置这样的涂层是为了在制造TEM薄样品的过程中防止电荷在 压电陶瓷的表面上积累。然后，使用集束离子束从压电陶瓷的表面切 出约1μm厚×10μm宽×5μm长的薄样品。将该样品粘贴于TEM观察 用格栅。与样品的纵向平行地用集束离子束照射该样品以致该样品在 长约5μm的区域中具有约100nm的厚度。通过从其厚度方向用电子束 照射该样品（1μm厚×10μm宽×5μm长）来进行透射电子显微镜观 察。

使用选择区域衍射法获得了晶界的电子衍射像。同时，在相同条 件下观察已知的钛酸钡晶体颗粒部分（BaTiO₃）以规定照相机常数。 由得到的晶界部分的衍射像计算晶格间隔。在任意改变样品的倾斜角 度以由晶界的相同点给出几个不同的衍射像的同时进行电子衍射像观 察。计算每个衍射像的晶格间隔并且与已知的文献数据比较以确定晶 界的晶体结构。采用STEM-EDX法分析晶界部分的组成以计算晶界部分 中Mn的浓度。“STEM-EDX”是在通过扫描透射电子显微镜（STEM）观 察的相同的图像上通过能量分散型X-射线分光法（EDX）测定任意位 置的X-射线荧光的强度的技术。

将得到的压电陶瓷的晶体颗粒和晶界的物性列于表2中。

（晶界的物性的含有物的评价）

A：只含有Ba₄Ti₁₂O₂₇。

B：只含有Ba₆Ti₁₇O₄₀。

C：含有Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀。

×：确认无Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的晶体结构。

（晶界的物性的Mn存在或不存在的评价）

○：晶界中含有的晶体中存在Mn。

×：晶界中含有的晶体中不存在Mn。

此外，由XRF得到的组成分析的结果（但在表中省略）揭示在实 施例1-10和比较例1的每一个中Ba与Ti的摩尔比为1.0:1.0。

（晶界比例）

晶界比例表示晶界中含有的从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少 一种化合物的百分比（面积%）。

作为由SEM得到的表面图像观察的结果，发现以不同于晶体颗粒 的对比度观察到副颗粒。基于SEM观察的结果，进行采用下述技术的 分析以确定晶界中含有的从Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中选择的至少一种化 合物相对于整个压电陶瓷的比例。换言之，观察压电陶瓷的表面的SEM 像并且基于晶体颗粒部分与副颗粒部分之间对比度的差异用二值化表 示以测定两个部分各自的面积。为了使测定简化，对于每组10个拍摄 的SEM像计算面积。在认为对于压电陶瓷中副颗粒的分布足够大的区 域上进行了上述分析。通过比较由上述分析得到的副颗粒的面积之和 与晶体颗粒的面积之和，计算副颗粒相对于压电陶瓷的含有率（面 积%）。

图8B是由TEM选择区域衍射法得到的实施例5的电子衍射像。图 8A表示由文献数据计算的Ba₄Ti₁₂O₂₇的[100]入射电子衍射图。通过比 较它们的晶格间隔，确认副颗粒含有Ba₄Ti₁₂O₂₇。同样地，在实施例1、 3、4和6-10中也确认。

表3表示由使用选择区域衍射法观察的上述电子衍射像得到的晶 格间隔与Ba₄Ti₁₂O₂₇的由已知文献数据得到的晶格间隔之间比较的结 果。从下表可以看到，在本发明的压电陶瓷中存在Ba₄Ti₁₂O₂₇。

表3：间隔的比较（Ba₄Ti₁₂O₂₇的[100]入射电子衍射像）

间隔d（nm） 实验值 文献值 A:（001） 0.949 0.937 B:（021） 0.583 0.572 C:（020） 0.495 0.488

此外，图9B是通过TEM选择区域衍射法得到的实施例5的压电陶 瓷中晶界部分的电子衍射像。图9A表示由文献数据计算的Ba₆Ti₁₇O₄₀ 的[011]入射电子衍射图。通过比较它们的晶格间隔，确认副颗粒含有 Ba₆Ti₁₇O₄₀。同样地，在实施例2-4和6-10的每个中也得到确认。

表4表示由使用选择区域衍射法观察的上述电子衍射像得到的晶 格间隔与Ba₆Ti₁₇O₄₀的由已知文献数据得到的晶格间隔之间比较的结 果。

表4：间隔的比较（Ba₆Ti₁₇O₄₀的[011]入射电子衍射像）

密勒指数 观察的间隔值（nm） 文献间隔值（nm） A:（-1-11） 0.800 0.814 B:（-11-1） 0.724 0.737 C:（02-2） 0.623 0.631

比较例1中，在晶界中没有发现任何Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的晶体 结构。因此，发现晶体颗粒中Mn的量小于Mn的秤重的量。另一方面， 实施例1-10中，晶体颗粒中Mn的量基本上与Mn的秤重的量相等。这 可能是因为，作为晶界中包括Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中的至少一种的结 果，高效地将Mn引入晶体颗粒中。

此外，测定实施例1-10的每一个中晶界部分中Mn的量。具体地， 通过将采用选择区域衍射法得到的晶体结构与能量分散型分光法组合 来在多个点测定晶界。结果，只在实施例4中，在Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀中都没有发现Mn。此外，在实施例3和5-10中，发现晶体结构为 Ba₄Ti₁₂O₂₇的区域比Ba₆Ti₁₇O₄₀平均多含约1质量%的Mn。因此，例如， 通过将Ba₄Ti₁₂O₂₇颗粒添加到造粒粉末中，通过制造只由Ba₄Ti₁₂O₂₇占据 晶界的压电陶瓷，能够有效地防止锰在压电陶瓷的晶体颗粒外析出。

（陶瓷的压电性能的评价）

通过DC溅射法在制造的压电陶瓷的前侧和背侧上形成金电极以 评价压电陶瓷的压电性能。然后，将安装了电极的陶瓷切成大小为 10mm×2.5mm×1mm的矩形（条状陶瓷）。

将得到的条状陶瓷极化。在下述条件下进行极化：极化电压1kV DC 和电压施加时间30分钟，在100℃的温度下。

使用极化的条状陶瓷确定压电常数。具体地，使用阻抗分析仪（商 品名：4294A，由Agilent Co.,Ltd.制造）确定陶瓷样品的阻抗的频 率依赖性。然后，由观察的共振频率和反共振频率计算压电常数d₃₁（pm/V）和机械品质因数Q_m。压电常数d₃₁具有负值，其较大的绝对值 意味着较高的压电性能。此外，机械品质因数Q_m的较大的绝对值意味 着共振器的共振振动的较小损失。

将压电性能的评价结果示于表5中。

表5：压电性能

  压电常数d₃₁（pm/V） 机械品质因数Q_m实施例1 107 1,320 实施例2 106 1,210 实施例4 110 520 实施例5 118 1,290 实施例6 106 1,840 实施例10 114 1,260 比较例1 95 440

由表5可知，发现在晶界中包括Ba₄Ti₁₂O₂₇和Ba₆Ti₁₇O₄₀的至少一者 能够改善压电常数d₃₁和机械品质因数Q_m。

（根据实施例1的排液头）

使用与实施例1相同的压电陶瓷，制备图1A和1B中所示的排液 头。确认响应输入的电信号而从排液头排墨。

（根据实施例1的超声波马达）

使用与实施例1相同的压电陶瓷，制备图2A和2B中所示的超声 波马达。确认响应外加交流电压的马达的旋转行为。

（根据实施例1的除尘装置）

使用与实施例1相同的压电陶瓷，制备图3A和3B中所示的除尘 装置。在散布塑料珠后施加交流电压时，确认令人满意的除尘率。

工业实用性

本发明的压电陶瓷具有令人满意的压电性能和令人满意的机械品 质因数。此外，本发明的压电陶瓷在环境上清洁。因此，该压电陶瓷 能够用于使用大量压电陶瓷的器件，例如排液头、超声波马达和压电 元件。

尽管已参照例示实施方案对本发明进行了说明，但应理解本发明 并不限于所公开的例示实施方案。下述权利要求的范围应给予最宽泛 的解释以包括所有这样的变形以及等同的结构和功能。

本申请要求于2010年12月22日提交的日本专利申请 No.2010-285742的权益，在此通过引用将其全文并入本文。

附图标记列表

101  压电元件

102  独立液室

103  振动板

104  液室隔壁

105  排出口

106  连通孔

107  共同液室

108  缓冲层

1011 第一电极

1012 压电陶瓷

1013 第二电极

201  振子

202  转子

203  输出轴

204  振子

205  转子

206  弹簧

2011 弹性环

2012 压电元件

2013 有机粘合剂

2041 金属弹性体

2042 层叠压电元件

310  除尘装置

330  压电元件

320  振动板

331  压电陶瓷

332  第一电极

333  第二电极

336  第一电极表面

337  第二电极表面

401  钛酸钡晶体颗粒

402  晶体颗粒之间的边界

403  三重点

404  在晶体颗粒之间的边界上存在的副颗粒

405  在晶体颗粒之间的边界上和在三重点存在的副颗粒

406  在三重点存在的副颗粒

501  钛酸钡晶体颗粒

502  副颗粒

503  钛酸钡晶体颗粒

504  副颗粒