專(zhuān)利名稱(chēng)：壓電體膜、噴墨頭、使用噴墨頭形成圖像的方法、角速度傳感器、使用角速度傳感器測(cè)定角 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有壓電體層的壓電體膜。并且，本發(fā)明涉及具有該壓電體膜的噴墨頭和使用該頭形成圖像的方法、具有該壓電體膜的角速度傳感器和使用該傳感器測(cè)定角速度的方法以及具有該壓電體膜的壓電發(fā)電元件和使用該元件的發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
鋯鈦酸鉛(PZT =Pb(ZrxTih)OyO <x< I)是能夠蓄積大的電荷的代表性的強(qiáng)介電材料。PZT被使用于電容器和薄膜存儲(chǔ)器。PZT具有基于強(qiáng)介電性的焦電性和壓電性。PZT 具有高壓電性能。通過(guò)組成的調(diào)整或者元素的添加，能夠容易地控制PZT的機(jī)械品質(zhì)系數(shù)Qm。這能夠?qū)ZT應(yīng)用于傳感器、致動(dòng)器、超聲波電機(jī)、濾波電路和起振器。但是，PZT含有大量的鉛。近年來(lái)，由于來(lái)自廢棄物的鉛的溶出，可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境造成嚴(yán)重的損害。因此，在國(guó)際上也開(kāi)始限制鉛的使用。所以要求與PZT不同的不含鉛的強(qiáng)介電材料(非鉛強(qiáng)介電材料)?，F(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的非鉛(Iead-free)強(qiáng)介電材料的一個(gè)例子是由鉍(Bi)、鈉(Na)、鋇(Ba)和鈦(Ti)構(gòu)成的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物((Bia5Naa5)1IBay) TiO3。專(zhuān)利文獻(xiàn)I和非專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)有，鋇量y ( = [Ba/ (Bi+Na+Ba)])為5 10%的準(zhǔn)同型相界(MorphotropicPhase Boundary、MPB)附近組成的情況下,該強(qiáng)介電材料具有大致125pC/N的壓電常數(shù)d33,具有高壓電性能。其中，該強(qiáng)介電體材料的壓電性能比PZT的壓電性能低。專(zhuān)利文獻(xiàn)2、非專(zhuān)利文獻(xiàn)2和非專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)有在特定的方向上取向的(Bi, Na, Ba)TiO3 層的制作。從專(zhuān)利文獻(xiàn)3和專(zhuān)利文獻(xiàn)4看到的本發(fā)明的創(chuàng)造性在后文述說(shuō)。先行技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特公平4 一 60073號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2007 — 266346號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2001 - 261435號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2005/0109263號(hào)說(shuō)明書(shū)(特別參照第15頁(yè)的Tablel 的 BNT — 087)專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :國(guó)際公開(kāi)第2010/047049號(hào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6 :美國(guó)專(zhuān)利第7870787號(hào)說(shuō)明書(shū)專(zhuān)利文獻(xiàn)7 :中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第101981718號(hào)說(shuō)明書(shū)非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)I :T. Takenaka et al. , Japanese Journal of Applied Physics,Vol. 30，No.9B, (1991)，pp.2236-2239
非專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :H. W. Cheng et al. , Applied Physics Letters, Vol. 85, (2004),pp. 2319 一 2321非專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :Z. H. Zhou et al. , Applied Physics Letters, Vol. 85, (2004),pp. 804 — 80
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種含有非鉛強(qiáng)介電材料、具有低介電損失和與PZT相同的高壓電性能的非鉛壓電體膜及其制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供具有該非鉛壓電體膜的噴墨頭、角速度傳感器和壓電發(fā)電元件。本發(fā)明的又一目的是提供使用該噴墨頭形成圖像的方法、使用該角速度傳感器測(cè)定角速度的方法和使用該壓電發(fā)電元件的發(fā)電方法。 本發(fā)明的壓電體膜具備具有(I 10)取向的(NaxBiy) TiO0.5x+1.5y+2 — BaTiO3層(O. 30 彡 X 彡 O. 46 且 O. 51 彡 y 彡 O. 62)。


圖IA是示意性地表示本發(fā)明的壓電體膜的ー個(gè)例子的截面圖。圖IB是示意性地表示本發(fā)明的壓電體膜的另ー個(gè)例子的截面圖。圖IC是示意性地表示本發(fā)明的壓電體膜的又ー個(gè)例子的截面圖。圖2是示意性地表示本發(fā)明的噴墨頭的ー個(gè)例子的圖，是部分表示該噴墨頭的截面的立體圖。圖3是表示圖2所示的噴墨頭中的、包括壓カ室部件和致動(dòng)器部的主要部分的截面的分解立體圖。圖4是示意性地表示圖2所示的噴墨頭中的、包括壓カ室部件和致動(dòng)器部的主要部分的ー個(gè)例子的截面圖。圖5是示意性地表示本發(fā)明的角速度傳感器的一個(gè)例子的立體圖。圖6是表示圖5所示的角速度傳感器中的截面El的截面圖。圖7是示意性地表示本發(fā)明的壓電發(fā)電元件的一個(gè)例子的立體圖。圖8是表示圖7所示的壓電發(fā)電元件中的截面Fl的截面圖。圖9是表示實(shí)施例I 6和比較例I 6的壓電體膜的X射線(xiàn)衍射線(xiàn)形。圖10是表示實(shí)施例I和比較例I的壓電體膜的P-E磁滯曲線(xiàn)的圖。圖IlA是表示專(zhuān)利文獻(xiàn)6所公開(kāi)的圖2的圖。圖IlB是表示專(zhuān)利文獻(xiàn)6所公開(kāi)的圖2的圖。
具體實(shí)施例方式以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。以下的說(shuō)明對(duì)于同樣的部件使用同樣的符號(hào)。因此，省略重復(fù)的說(shuō)明。[壓電體膜]圖IA表示本發(fā)明的壓電體膜的ー個(gè)方式。圖IA所示的壓電體膜Ia具有層疊結(jié)構(gòu)16a。層疊結(jié)構(gòu)16a依次具備具有(110)取向的Pt電極層13和具有(110)取向的(NaxBiy)Ti00.5x+i.5y+2 - BaTiO3 (0. 30 彡 x 彡 0· 46 且 0· 51 彡 y 彡 0· 62)層 15。層疊的這些層 13、15相互接觸。該(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 I5 為壓電體層。該(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 —BaTiO3層15具有小的漏泄電流并具有高結(jié)晶性和高(110)取向性。因此，壓電體膜Ia盡管不含鉛，具有低介電損失和與PZT相同的高壓電性能。具有(110)取向的電極層13的例為以下的(I)或(2)。(I)鉬(Pt)、鈀(Pd)、金(Au)之類(lèi)的金屬層，或者(2)氧化鎳(NiO)、氧化釕(Ru02)、氧化銥(Ir02)、釕酸鍶(SrRuO3)和鎳酸鑭(LaNiO3)之類(lèi)的氧化物導(dǎo)電體層。另外，2層以上的這些層也能夠使用。Pt電極層13典型的是能夠通過(guò)濺射法形成。Pt電極層13也能夠通過(guò)脈沖激光沉積法(PLD)，化學(xué)氣相沉積法(CVD)、溶膠-凝膠法和氣溶膠沉積法(AD法)那樣的薄膜形 成方法形成。根據(jù)制造壓電體膜的本發(fā)明的方法，利用濺射法形成有具有(110)取向的Pt電極層13。在Pt電極層13的上方，利用濺射法形成有(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層15。具有(110)取向的層15，由(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3 (O. 30 彡 x 彡 O. 46 且O. 51 彡 y 彡 O. 62)構(gòu)成。(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 15 在表面具有(110)的面方位。表示鈦酸鈉鉍的氧量的“O. 5x+l. 5y+2”能夠含有誤差。例如，當(dāng)χ=0· 41且y=0. 53時(shí)，O. 5X0. 41+1. 5X0. 53+2=3。但是，即使在鈉的量為O. 41且鉍的量為O. 53的情況下，鈦酸鈉鉍的氧量也不限于完全與3 —致。(NaxBiy) TiO0.5x+L5y+2 — BaTiO3層15的厚度不作限定。該厚度例如為O. 5 μ m以上、IOym 以下。即使(NaxBiy) TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 1δ 薄，該(NaxBiy) TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層15也具有低介電損失和高壓電性能。為了形成具有高結(jié)晶性、高取向性、低介電損失、以及與PZT相同的高壓電性能的壓電體層，基于壓電體層所有的晶格常數(shù)的類(lèi)似性或者組成的類(lèi)似性來(lái)預(yù)測(cè)適合的組成是困難的。其理由是因?yàn)椋哂袠?gòu)成(Bi，Na，Ba)TiO3之類(lèi)的多元系復(fù)合氧化物的各元素(除氧之外)不同的蒸氣壓，所以通常難以形成具有良好的結(jié)晶性和良好的取向性的、由該復(fù)合氧化物構(gòu)成的薄膜。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，即使(NaxBiy)Ti0Q.5x+1.5y+2-BaTi03層15不使用緩沖層，也具有向(110)方位的高結(jié)晶性和高取向性。 (NaxBiy) TiO0.5x+1.5y+2_BaTi03層15具有由化學(xué)式ABO3表示的鈣鈦礦型的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。晶格點(diǎn)(site)A和晶格點(diǎn)B,與單獨(dú)或者多種元素的配置相應(yīng)地,分別具有2價(jià)和4價(jià)的平均價(jià)數(shù)。晶格點(diǎn) A 是 Bi、Na 和 Ba。晶格點(diǎn) B 是 Ti。(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 15 能夠包含微量的雜質(zhì)。該雜質(zhì)典型來(lái)講可以是置換晶格點(diǎn)A中的Na的Li和置換K，以及置換Ba的Sr和Ca。該雜質(zhì)典型來(lái)講可以是置換晶格點(diǎn)B中的Ti的Zr。其它的該雜質(zhì)例如可以是Mn、Fe、Nb和Ta。若干的雜質(zhì)能夠提高(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的結(jié)晶性和壓電性能。在Pt電極層13和(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15之間，根據(jù)需要，還能夠夾著(110)取向?qū)印?110)取向?qū)永缡荓aNiO3層和SrRuO3層。(NaxBiy)TiO0.5x+L5y+2 — BaTiO3 層 15 典型的可以是利用濺射法形成。(NaxBiy)TiOQ.5x+1.5y+2 — 8&1103層15只要具有(110)取向，例如能夠通過(guò)PLD法、CVD法、溶膠-凝膠法、AD法那樣的其它的薄膜形成方法形成。圖IB是本發(fā)明的壓電體膜的另一方式。圖IB所示的壓電體膜Ic具有層疊結(jié)構(gòu)16c。在層疊結(jié)構(gòu)16c中，圖IA所示的層疊結(jié)構(gòu)16a還具有導(dǎo)電層17。該導(dǎo)電層17形成在(NaxBiy)TiO0.5x+L5y+2 — BaTiO3層15上。具體來(lái)講，層疊結(jié)構(gòu)16c以如下順序依次具備具有
(110)取向的Pt電極層13、具有(110)取向的(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 -BaTiO3層15和導(dǎo)電層17。層疊的這些層相互接觸。在壓電體膜Ic中，在Pt電極層13與導(dǎo)電層17之間夾著(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 —BaTiO3M 15。Pt電極層13和導(dǎo)電層17能夠作為對(duì)作為壓電體層的(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 —BaTiO3層15施加電壓的電極層發(fā)揮功能。導(dǎo)電層17由具有導(dǎo)電性的材料構(gòu)成。該材料的例子是具有低電阻的金屬。該材 料能夠?yàn)镹iO、RuO2, Ir03、SrRuO3和LaNiO3之類(lèi)的氧化物導(dǎo)電體。導(dǎo)電層17能夠由2種以上的這些材料構(gòu)成。在導(dǎo)電層17與(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15之間，可以配置有使兩者的緊貼性提高的緊貼層。緊貼層的材料例如是鈦(Ti)。該材料能夠?yàn)殂g(Ta)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni )、鉻(Cr)、或者它們的化合物。緊貼層能夠由2種以上的這些材料構(gòu)成。緊貼層根據(jù)導(dǎo)電層17與(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的緊貼性，能夠省略。圖IB所示的壓電體膜lc，能夠通過(guò)在Pt電極層13上依次形成(NaxBiy)Ti00.5x+L5y+2 一 BaTiO3層15和導(dǎo)電層17而制造。導(dǎo)電層17例如能夠利用濺射法、PLD法、CVD法、溶膠-凝膠法和AD法之類(lèi)的薄膜形成方法形成。制造壓電體膜的本發(fā)明的方法還可以包括在(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層15上形成導(dǎo)電層17的エ序。通過(guò)這樣的方式，能夠制造圖IB所示的壓電體膜lc。本發(fā)明的壓電體膜，如圖IC所示，還可以具有基板11。Pt電極層13形成在該基板上。在圖IC所示的壓電體膜Ie中，圖IB所示的層疊結(jié)構(gòu)16c形成在基板11上?；?1能夠?yàn)檠趸V(MgO)基板或者硅(Si)基板。優(yōu)選Si基板。在基板11與層疊結(jié)構(gòu)16c之間(更加具體來(lái)講，在基板11與Pt電極層13之間)，可以配置有使兩者的緊貼性提高的緊貼層。其中，緊貼層必需具有導(dǎo)電性。緊貼層的材料例如是Ti。該材料能夠?yàn)門(mén)a、Fe、Co、Ni、Cr或者它們的化合物。緊貼層能夠由2種以上的這些材料構(gòu)成。緊貼層根據(jù)基板11與層疊結(jié)構(gòu)16c的緊貼性，能夠省略。圖IC所示的壓電體膜le，能夠在基板11上依次形成Pt電極層13、(NaxBiy)TiOa 5x+1.5y+2-BaTiO3 層 15 和導(dǎo)電層 17 而制造。制造壓電體膜的本發(fā)明的方法可以包括在基板11上形成Pt電極層13的エ序。圖IA和圖IB所示的壓電體膜la、lc能夠使用基底基板制造。具體來(lái)講，該壓電體膜la、Ic能夠通過(guò)在基底基板上形成層疊結(jié)構(gòu)16a、16c之后,將該基底基板除去而制造。該基底基板能夠利用蝕刻之類(lèi)的公知的方法除去。圖IC所示的壓電體膜Ie也能夠使用基底基板制造。在具體的ー個(gè)方式中，基底基板兼作為基板11。在基底基板上形成層疊結(jié)構(gòu)16C之后，除去該基底基板，進(jìn)而在另外準(zhǔn)備的基板11上配置層疊結(jié)構(gòu)16c，由此能夠制造該壓電體膜le?；谆迥軌?yàn)榫哂蠱gO之類(lèi)的NaCl型結(jié)構(gòu)的氧化物基板；具有SrTi03、LaAlO3和NdGaO3之類(lèi)的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的氧化物基板；具有Al2O3之類(lèi)的剛玉型結(jié)構(gòu)的氧化物基板；具有MgAl2O4之類(lèi)的尖晶石型結(jié)構(gòu)的氧化物基板；具有TiO2之類(lèi)的金紅石型結(jié)構(gòu)的氧化物基板；和具有(La，Sr) (Al, Ta)O3、氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯(YSZ)之類(lèi)的立方晶系的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物基板?；谆迥軌蛲ㄟ^(guò)在玻璃基板、氧化鋁之類(lèi)的陶瓷基板、以及不銹鋼之類(lèi)的金屬基板的表面層疊具有NaCl型的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物層而形成。在該情況下，能夠在該氧化物層的表面形成Pt電極層13。氧化物層例是MgO層、氧化鈷NiO層和氧化鈷(CoO)層。制造壓電體膜的本發(fā)明的方法，如上所述，可以包含基底基板上直接或隔著其它的層形成Pt電極層13的エ 序。兼為基板11的基底基板被除去之后，可以配置其它的基板。此時(shí)，該其它的基板可以配置為與Pt電極層13接觸。該其它的基板可以配置為與(NaxBiy) TiO0.5x+L5y+2 一 BaTiO3層15接觸。根據(jù)后者，能夠獲得在該其它的基板上依次層疊有(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 15 和 Pt 電極層 13 的壓電體膜。以下，對(duì)具備上述的壓電體膜的本發(fā)明的噴墨頭、角速度傳感器和壓電發(fā)電元件進(jìn)行說(shuō)明。詳細(xì)參照專(zhuān)利文獻(xiàn)5。專(zhuān)利文獻(xiàn)6和專(zhuān)利文獻(xiàn)7各自是與專(zhuān)利文獻(xiàn)5對(duì)應(yīng)的美國(guó)專(zhuān)利公報(bào)和中國(guó)公開(kāi)公報(bào)。[噴墨頭]以下，參照?qǐng)D2 圖4說(shuō)明本發(fā)明的噴墨頭。圖2表示本發(fā)明的噴墨頭的ー個(gè)方式。圖3是表示圖2所示的噴墨頭100中的、包含壓カ室部件和致動(dòng)器部的主要部分的分解圖。圖2和圖3中的符號(hào)A表示壓カ室部件。壓カ室部件A具備在其厚度方向(圖的上下方向)上貫通的貫通孔101。圖3所示的貫通孔101是在壓力室部件A的厚度方向上被切斷的該貫通孔101的一部分。符號(hào)B表示具備壓電體膜和振動(dòng)層的致動(dòng)器部。符號(hào)C表示具備共用液室105和墨水通路107的墨水通路部件C。壓カ室部件A、致動(dòng)器部B和墨水通路部件C以壓カ室部件A被致動(dòng)器部B和墨水通路部件C夾著的方式相互接合。在壓力室部件A、致動(dòng)器部B和墨水通路部件C相互接合的狀態(tài)下，貫通孔101形成收納從共用液室105供給來(lái)的墨水的壓カ室102。致動(dòng)器部B具備的壓電體膜和振動(dòng)層，俯視下與壓カ室102重疊。圖2和圖3中的符號(hào)103表示作為壓電體膜的一部分的個(gè)別電極層。如圖2所示，噴墨頭100俯視下，具備鋸齒狀配置的2個(gè)以上的個(gè)別電極層103即壓電體膜。墨水通路部件C具備俯視下條紋狀配置的2個(gè)以上的共用液室105。在圖2和圖3中，各共用液室105俯視下與2個(gè)以上的壓カ室102重疊。共用液室105在噴墨頭100中的墨水供給方向(圖2中的箭頭方向)上延伸。墨水通路部件C具備將共用液室105內(nèi)的墨水供給到壓力室102的供給孔106 ;和從噴嘴孔108排出壓カ室102內(nèi)的墨水的墨水通路107。通常，I個(gè)供給孔106和I個(gè)噴嘴孔108與I個(gè)壓カ室102對(duì)應(yīng)設(shè)置。噴嘴孔108形成于噴嘴板D。噴嘴板D以與壓力室部件A—起夾著墨水通路部件C的方式，與墨水通路部件C接合。圖2中的符號(hào)E表示IC芯片。IC芯片E在致動(dòng)器部B的表面露出的個(gè)別電極層103經(jīng)由焊絲BW電連接。為了使圖2明確，圖2僅表示一部分的焊絲BW。圖3表示包含壓カ室部件A和致動(dòng)器部B的主要部分的結(jié)構(gòu)。圖4表示壓カ室部件A和致動(dòng)器部B中的、與墨水供給方向(圖2中的箭頭方向)正交的截面。致動(dòng)器部B具備具有被第一電極(個(gè)別電極層103)和第二電極(共用電極層112)夾著的壓電體層15的壓電體膜104 (104a 104d)。一個(gè)個(gè)別電極層103與一個(gè)壓電體膜104a 104d對(duì)應(yīng)設(shè)置。共用電極層112是在壓電體膜104a 104d共用的電極。如圖4中的虛線(xiàn)包圍的方式，上述的壓電體膜104配置于噴墨頭內(nèi)部。該壓電體膜是在題為[壓電體膜]的項(xiàng)目中說(shuō)明的壓電體膜。[使用噴墨頭的圖像形成方法]形成本發(fā)明的圖像的方法，包括在上述的本發(fā)明的噴墨頭中，經(jīng)由第一和第二電極(即個(gè)別電極層和共用電極層)對(duì)壓電體層施加電壓，利用壓電效應(yīng)使振動(dòng)層在該層的膜厚方向上位移、使壓カ室的容積變化的エ序、以及利用該位移使墨水從壓カ室排出的エ序。邊使紙之類(lèi)的圖像形成對(duì)象物與噴墨頭之間的相對(duì)位置變化，邊使對(duì)壓電體層施加的電壓變化，控制來(lái)自噴墨頭的墨水的排出時(shí)刻和排出量，由此在對(duì)象物的表面形成圖像。在本說(shuō)明書(shū)中所使用的用詞“圖像”包含文字。換而言之，利用形成本發(fā)明的圖像的方 法，對(duì)紙之類(lèi)的印刷對(duì)象物印刷有文字、畫(huà)、圖形等。在該方法中，能夠獲得具有高表現(xiàn)カ的印刷。[角速度傳感器]圖5表示本發(fā)明的角速度傳感器的ー個(gè)例子。圖6表示圖5所示的角速度傳感器21a的截面E1。圖5所示的角速度傳感器21a是所謂的音叉型角速度傳感器。這些能夠用于車(chē)輛用導(dǎo)航裝置和數(shù)碼相機(jī)的抖動(dòng)修正傳感器。圖5所示的角速度傳感器21a具備具有振動(dòng)部200b的基板200，和與振動(dòng)部200b接合的壓電體膜208?；?00具備固定部200a ;和從固定部200a在固定的方向上延伸的ー對(duì)臂(振動(dòng)部200b)。振動(dòng)部200b所延伸的方向與角速度傳感器21測(cè)定的角速度的旋轉(zhuǎn)中心軸L延伸方向相同。具體來(lái)講，該方向在圖5中為Y方向。從基板200的厚度方向(圖5中的Z方向)看，基板200具備具有2根的臂(振動(dòng)部200b)的音叉的形狀。構(gòu)成基板200的材料不限定。該材料例如是Si、玻璃、陶瓷、金屬。基板200可以為Si單晶基板?；?00的厚度只要能夠顯現(xiàn)作為角速度傳感器21a的功能就不被限定。更具體來(lái)講，基板200的厚度是O. Imm以上O. 8mm以下。固定部200a的厚度可以與振動(dòng)部200b的厚度不同。壓電體膜208與振動(dòng)部200b接合。該壓電體膜208是在標(biāo)題為[壓電體膜]的項(xiàng)目中說(shuō)明的壓電體膜。如圖5和圖6所示，該壓電體膜208具備第一電極13(202)、壓電體層15和第二電極17 (205)。第二電極205具備包含驅(qū)動(dòng)電極206和傳感電極207的電極組。驅(qū)動(dòng)電極206對(duì)壓電體層15施加使振動(dòng)部200b振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓。傳感電極207通過(guò)施加在振動(dòng)部200b的角速度測(cè)定在振動(dòng)部200b產(chǎn)生的變形。振動(dòng)部200b的振動(dòng)(發(fā)振)方向通常是其寬度方向(圖5中的X方向)。更具體來(lái)講，在圖5所示的角速度傳感器中，ー對(duì)驅(qū)動(dòng)電極206沿振動(dòng)部200b的長(zhǎng)度方向(圖5的Y方向)設(shè)置在振動(dòng)部200b的寬度方向上的兩個(gè)端部。I根驅(qū)動(dòng)電極206可以設(shè)置在振動(dòng)部200b的寬度方向上的ー個(gè)端部。在圖5所不的角速度傳感器中，傳感電極207沿振動(dòng)部200b的長(zhǎng)度方向設(shè)置,且?jiàn)A在一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極206之間。多個(gè)傳感電極207可以設(shè)置振動(dòng)部200b上。通過(guò)傳感電極207測(cè)定的振動(dòng)部200b的變形通常是在其厚度方向(圖5中的Z方向)上的彎曲。在本發(fā)明的角速度傳感器中，從第一電極和第二電極中選擇的一個(gè)電極可以由包含驅(qū)動(dòng)電極和傳感電極的電極組構(gòu)成。在圖5所示的角速度傳感器21a中，第二電極205由該電極組構(gòu)成。與該角速度傳感器不同，第一電極202可以由該電極組構(gòu)成。連接端子202a、206a和207a分別形成在第一電極202的端部、驅(qū)動(dòng)電極206的端部和傳感電極207的端部。各連接端子的形狀和位置不限定。在圖5中，連接端子設(shè)置在固定部200a上。在圖5所示的角速度傳感器中，壓電體膜208與振動(dòng)部200b和固定部200a雙方接合。但是，只要壓電體膜208能夠使振動(dòng)部200b振動(dòng)，且在振動(dòng)部200b產(chǎn)生的變形能夠 通過(guò)壓電體膜208測(cè)定，壓電體膜208的接合的狀態(tài)不被限定。例如，壓電體膜208僅與振動(dòng)部200b接合。本發(fā)明的角速度傳感器能夠具有2個(gè)由ー對(duì)振動(dòng)部200b構(gòu)成的振動(dòng)部組。這種角速度傳感器能夠測(cè)定多個(gè)旋轉(zhuǎn)中心軸的角速度，作為2軸或3軸的角速度傳感器發(fā)揮功能。圖5所示的角速度傳感器具有由一對(duì)振動(dòng)部200b構(gòu)成I個(gè)振動(dòng)部組。[角速度傳感器的角速度的測(cè)定方法]測(cè)定本發(fā)明的角速度的方法包括使用本發(fā)明的角速度傳感器，對(duì)壓電體層施加驅(qū)動(dòng)電壓，使基板的振動(dòng)部振動(dòng)的エ序；和通過(guò)施加在振動(dòng)中的振動(dòng)部的角速度測(cè)定在振動(dòng)部產(chǎn)生的變形，獲得該角速度的值的エ序。對(duì)第一電極和第二電極中的不作為驅(qū)動(dòng)電極和傳感電極發(fā)揮功能的電極(另ー電極)、與驅(qū)動(dòng)電極之間施加驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)壓電體層施加驅(qū)動(dòng)電壓。另ー電極和傳感電極通過(guò)角速度測(cè)定振動(dòng)中的在振動(dòng)部產(chǎn)生的變形。以下，對(duì)使用圖5所示的角速度傳感器21a的角速度的測(cè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。振動(dòng)部200b的與固有振動(dòng)共振的頻率的驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)由第一電極202和驅(qū)動(dòng)電極206被施加到壓電體層15，使振動(dòng)部200b振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電壓例如能夠通過(guò)使第一電極202接地、且使驅(qū)動(dòng)電極206的電位變化而施加(換而言之，驅(qū)動(dòng)電壓是第一電極202與驅(qū)動(dòng)電極206之間的電位差)。具有角速度傳感器21a、音叉的形狀配列的一對(duì)振動(dòng)部200b。通常，分別對(duì)ー對(duì)振動(dòng)部200b的各自所具有的各驅(qū)動(dòng)電極206施加正負(fù)相互相反的電壓。由此，能夠使各振動(dòng)部200b以在相互相反方向上進(jìn)行振動(dòng)的模式(與圖5所示的旋轉(zhuǎn)中心軸L對(duì)稱(chēng)地振動(dòng)的模式)振動(dòng)。在圖5所示的角速度傳感器21a中，振動(dòng)部200b在其寬度方向(X方向)上振動(dòng)。通過(guò)僅使一對(duì)振動(dòng)部200b的一個(gè)振動(dòng)，也能夠測(cè)定角速度。但是，為了進(jìn)行高精度的測(cè)定，優(yōu)選以使兩個(gè)振動(dòng)部200b在相互相反方向上進(jìn)行振動(dòng)的模式振動(dòng)。對(duì)振動(dòng)部200b振動(dòng)的角速度傳感器21a，施加其旋轉(zhuǎn)中心軸L的角速度ω時(shí)，各振動(dòng)部200b由于科里奧利力在厚度方向(Z方向)上彎曲。在一對(duì)振動(dòng)部200b以在相互相反方向上進(jìn)行振動(dòng)的模式振動(dòng)的情況下，各振動(dòng)部200b在相互相反朝向上彎曲相同變化量。與該彎曲相應(yīng)地，與振動(dòng)部200b接合的電體層15也彎曲,在第一電極202與傳感電極207之間，產(chǎn)生與壓電體層15的彎曲相應(yīng)的、即與生成的科里奧利カ對(duì)應(yīng)的電位差。通過(guò)測(cè)定該電位差，能夠測(cè)定施加于角速度傳感器21a的角速度ω。在科里奧利力Fe與角速度ω之間，以下的關(guān)系成立Fc=2mv ω在此，V是振動(dòng)中的振動(dòng)部200b中的振動(dòng)方向的速度。m是振動(dòng)部200b的質(zhì)量。如該式子所示，能夠根據(jù)科里奧利力Fe算出角速度ω。[壓電發(fā)電元件]圖7表示本發(fā)明的壓電發(fā)電元件的ー個(gè)例子。圖8表示圖7所示的壓電發(fā)電元件22a的截面F1。壓電發(fā)電元件22a是將從外部給予的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能的元件。壓電發(fā)電元件22a適合用于根據(jù)車(chē)輛和機(jī)械的動(dòng)力振動(dòng)和行駛振動(dòng)、以及歩行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)所包含的各種的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電的自主的電源裝置。圖7所不的壓電發(fā)電兀件22a具備具有振動(dòng)部300b的基板300 ;和與振動(dòng)部300b接合的壓電體膜308?；?00具有固定部300a ;和由從固定部300a在規(guī)定的方向上延伸的梁構(gòu)成的振動(dòng)部300b。構(gòu)成固定部300a的材料能夠與構(gòu)成振動(dòng)部300b的材料相同。但是，這些的材料可以相互不同。由相互不同的材料構(gòu)成的固定部300a可以與振動(dòng)部300b接合。 構(gòu)成基板300的材料不限定。該材料例如是Si、玻璃、陶瓷、金屬?；?00可以為Si單晶基板?；?00具有例如O. Imm以上O. 8mm以下的厚度。固定部300a可以具有與振動(dòng)部300b的厚度不同的厚度。振動(dòng)部300b的厚度可以進(jìn)行調(diào)整以使振動(dòng)部300b的共振頻率變化進(jìn)行高效的發(fā)電。錘負(fù)荷306與振動(dòng)部300b接合。錘負(fù)荷306調(diào)整振動(dòng)部300b的共振頻率。錘負(fù)荷306例如是Ni的蒸鍍薄膜。錘負(fù)荷306的材料、形狀和質(zhì)量以及錘負(fù)荷306接合的位置，能夠根據(jù)求出的振動(dòng)部300b的共振頻率進(jìn)行調(diào)整。錘負(fù)荷306可以省略。在振動(dòng)部300b的共振頻率未調(diào)整的情況下，不需要錘負(fù)荷306。壓電體膜308與振動(dòng)部300b接合。該壓電體膜308是標(biāo)題為[壓電體膜]的項(xiàng)目中說(shuō)明的壓電體膜。如圖7和圖8所示，該壓電體膜308具備第一電極13(302)、壓電體層15和第二電極17 (305)。在圖7所不的壓電發(fā)電兀件中，第一電極302的一部分露出。該一部分能夠作為連接端子302a發(fā)揮功能。在圖7所示的壓電發(fā)電元件中，壓電體膜308能夠與振動(dòng)部300b和固定部300a雙方接合。壓電體I旲308可以?xún)H與振動(dòng)部300b接合。本發(fā)明的壓電發(fā)電元件中，通過(guò)具有多個(gè)振動(dòng)部300b，能夠增大產(chǎn)生的電量。通過(guò)使各振動(dòng)部300b具有的共振頻率變化，能夠與由廣頻率成分構(gòu)成的機(jī)械振動(dòng)對(duì)應(yīng)。[使用壓電發(fā)電元件的發(fā)電方法]通過(guò)對(duì)上述的本發(fā)明的壓電發(fā)電元件給予振動(dòng)，經(jīng)由第一電極和第二電極能夠獲得電力。當(dāng)從外部對(duì)壓電發(fā)電元件22a給予機(jī)械振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)部300b相對(duì)固定部300a開(kāi)始上下彎曲振動(dòng)。該振動(dòng)在壓電體層15產(chǎn)生基于壓電效應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)這樣的方式，在夾持壓電體層15的第一電極302與第二電極305之間產(chǎn)生電位差。壓電體層15具有的壓電性能越高，在第一與第二電極之間產(chǎn)生的電位差越大。特別是，振動(dòng)部300b的共振頻率與從外部對(duì)元件給予的機(jī)械振動(dòng)的頻率接近的情況下，振動(dòng)部300b的振幅變大，所以發(fā)電特性提高。因此，優(yōu)選通過(guò)錘負(fù)荷306進(jìn)行調(diào)整，以使振動(dòng)部300b的共振頻率與從外部對(duì)元件給予機(jī)械振動(dòng)的頻率接近。以下，使用實(shí)施例，更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明不限于以下的實(shí)施例。
(實(shí)施例I)在實(shí)施例I中，制作了圖IC所示的壓電體膜。該壓電體膜依次具備基板ll、Pt電極層 13、(NaxBiy) TiO0.5x+L5y+2 — BaTiO3 層&=0· 37,y=0. 58)15 和導(dǎo)電層 17。如下所述方式制作該壓電體膜。在具有(110)的面方位的MgO單晶基板的表面，通過(guò)RF磁控濺射，形成具有(110)取向的Pt層(厚度250nm)。該P(yáng)t層對(duì)應(yīng)Pt電極層13。作為靶使用金屬Pt，在氬氣(Ar)的氣氛下，在RF輸出15W和基板溫度300°C的成膜條件下形成該P(yáng)t層。接著，在Pt電極層13的表面，通過(guò)RF磁控濺射，形成MPB附近組成的(NaxBiy)TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層(x=0. 37，y=0. 58)(厚度2.7μπι)。該層是壓電體層。使用具有上述的組成的靶，Ar和氧的混合氣體(流量比Ar/02為50/50)的氣氛下，在RF輸出170W和基 板溫度650°C的成膜條件下，形成該層15。制作出的(NaxBiy)TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層(χ=0· 37，y=0. 58) 15 的組成，通過(guò)能量色散X射線(xiàn)分光法(SEM-EDX)進(jìn)行分析。在使用SEM — EDX的測(cè)定中，氧(O)這樣的輕元素的分析精度較差，所以該輕元素的準(zhǔn)確的定量比較困難。但是可以確認(rèn)制作出的(NaxBiy)Ti00.5x+L5y+2 一 BaTiO3 層(χ=0· 37，y=0. 58) 15 所包含的 Na、Bi、Ba 和 Ti 具有與靶相同的組成。通過(guò)X 射線(xiàn)衍射解析(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3 層(χ=0· 37,y=0. 58)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。X射線(xiàn)衍射從(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的上方入射X射線(xiàn)來(lái)進(jìn)行。圖9表示其結(jié)果。在以后的實(shí)施例和比較例中，也使用相同的X射線(xiàn)衍射。圖9表示X射線(xiàn)衍射線(xiàn)形的結(jié)果。除去來(lái)自MgO基板和Pt層的反射峰，僅觀察到具有(110)取向的來(lái)自(NaxBiy) TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的反射峰。該(110)反射峰的強(qiáng)度是1，089，242cps，非常強(qiáng)。圖9所示的線(xiàn)形意味著獲得的(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15具有非常高的(110)取向性。接著，通過(guò)搖擺曲線(xiàn)測(cè)定求出該線(xiàn)形中的來(lái)自(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的(110)反射峰的半峰全寬。所謂搖擺曲線(xiàn)測(cè)定是如下測(cè)定在所測(cè)定的反射峰的衍射角固定為衍射角2Θ的狀態(tài)下，掃描對(duì)試料的X射線(xiàn)的入射角。半峰全寬越小，結(jié)晶性越高。其結(jié)果是，獲得的半峰全寬是O. 23°，非常小。這意味著實(shí)施例I中所制作的(NaxBiy)Ti00.5x+L5y+2 一 8&1103層15具有非常高的結(jié)晶性。在以后的實(shí)施例和比較例中，也使用相同的方法，測(cè)定反射峰的半峰全寬。接著，在(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層15的表面，通過(guò)蒸鍍形成Au層(厚度IOOnm)0該Au層與導(dǎo)電層17對(duì)應(yīng)。通過(guò)這樣的方式，制作出實(shí)施例的壓電體膜。對(duì)該壓電體膜的強(qiáng)介電特性和壓電性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。圖10表示實(shí)施例I的壓電體膜的P-E磁滯曲線(xiàn)。如圖10所示，當(dāng)增大經(jīng)由Pt層和Au層對(duì)壓電體層施加的電壓時(shí)，壓電體膜確認(rèn)顯現(xiàn)表示良好的強(qiáng)介電特性。使用阻抗分析儀測(cè)定IkHz的介電損失(tan δ )。該壓電體膜的tanS為4.6%。這意味著該壓電體膜的漏泄電流小。壓電體膜的壓電性能，如以下方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。將壓電體膜切為寬度2mm (包括Au的寬度)，加工為使懸臂狀。接著，在Pt層與Au層之間施加電位差，通過(guò)激光位移計(jì)測(cè)定使懸臂位移獲得的位移量。接著，將測(cè)定的位移量轉(zhuǎn)換為壓電常數(shù)d31，利用該壓電常數(shù)d31評(píng)價(jià)壓電性能。在實(shí)施例I中制作的壓電體膜的壓電常數(shù)d31是ー 163pC/N。(實(shí)施例2)除了 x=0. 30, y=0. 56之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例2的(110)反射峰的強(qiáng)度是447，747cps，是非常強(qiáng)的值。(實(shí)施例3)除了 χ=0· 46, y=0. 55之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例3的(110)反射峰的強(qiáng)度是520，506cps，是非常強(qiáng)的值。(實(shí)施例4) 除了 χ=0· 38, y=0. 51之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例4的(110)反射峰的強(qiáng)度是338，115cps，是非常強(qiáng)的值。(實(shí)施例5)除了 x=0. 39，y=0. 62之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例5的(110)反射峰的強(qiáng)度是473，671cps，是非常強(qiáng)的值。(實(shí)施例6)除了作為添加物對(duì)(NaxBiy) TiO0.5x+1.5y+2 — BaTiO3 層(χ=0· 36，y=0. 58)添加O. 2mol%的Mn之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)施例6的(110)反射峰的強(qiáng)度是587，665cps，是非常強(qiáng)的值。實(shí)施例6的壓電體膜的d31是ー 221pC/N。(比較例I)除了 x=0. 5，y=0. 5之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在比較例I中，也觀察到具有(110)取向的來(lái)自(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層的反射峰。但是，(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3M中的其它的反射峰也觀察到多個(gè)。上述
(110)反射峰的強(qiáng)度是71，534cps，與實(shí)施例I中的峰值強(qiáng)度(1，089，242cps)相比，非常低。這意味著，比較例 I 的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3 層與實(shí)施例的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 —BaTiO3層相比具有較差的取向性。上述(110)反射峰的半峰全寬是O. 62° ,比實(shí)施例的半峰全寬大。這意味著，比較例 I 的(NaxBiy) TiOtl. 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層與實(shí)施例的(NaxBiy) TiOtl. 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層相比具有較差的取向性。接著，在(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層的表面，通過(guò)蒸鍍形成Au層(厚度IOOnm)0通過(guò)這樣的方式，制作出比較例I的壓電體膜。使用壓電體膜所具備的Pt層和Au層，對(duì)該壓電體膜的強(qiáng)介電特性和壓電性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。但是，壓電體膜中的漏泄電流大，P — E磁滯測(cè)定的強(qiáng)介電特性(殘留極化值匕實(shí)施例I大幅劣化(參照?qǐng)D10)。該壓電體膜的tan δ是9. 8%。比較例I的壓電體膜具有這樣大的漏泄電流，所以壓電常數(shù)d31是-68pC/N。(比較例2)除了 x=0. 28，y=0. 58之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。比較例2的(110)反射峰的強(qiáng)度是60，219cps，是非常弱的值。(比較例3)除了 x=0. 48, y=0. 59之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
比較例3的(110)反射峰的強(qiáng)度是32，973cps，是非常弱的值。(比較例4)除了 x=0. 36, y=0. 50之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。比較例4的(110)反射峰的強(qiáng)度是69，290cps，是非常弱的值。(比較例5)除了 x=0. 40, y=0. 65之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。比較例5的(110)反射峰的強(qiáng)度是50，052cps，是非常弱的值。(比較例6) 除了 x=0. 29, y=0. 43之外，與實(shí)施例I同樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。比較例6的(110)反射峰的強(qiáng)度是32，084cps，是非常弱的值。以下的表I摘要表示實(shí)施例I 6和比較例I 6的評(píng)價(jià)結(jié)果。表I
f好.t T Ji電體層 「 )土電體層的結(jié)晶取向性 ]m 基)iS基板電極 ---~—--—~~~
Naix) Bi Cy) 添加物取向方_ (110)峰值強(qiáng)度
(110)其它的
比較例 IMgO(IlO)Pt(IlO)0.50.5-, ' ,71,534 cpsX
多個(gè)峰值
比較例 2MgO(IlO)Pt(IlO)0.280.58-(HO)60,219cpsX
實(shí)施例 2MgO(IlO)Pt(IlO)0.300.56-(110)447,747cpsO
實(shí)施例 IMgO(IlO)Pt(IlO)0.370.58-(110)l,809,242cps◎
實(shí)施例 3MgO(IlO)Pt(UO)0.460.55-(110)520，506cpsO
比較例 3MgO(IlO)Pt(IlO)0.480.59-(110)32,973cpsX
比較例 4MgO(IlO)Pt(IlO)0.360.50-(HO)69,290cpsX
實(shí)施例 4MgO(IlO)Pt(IlO)0.380.51-(110)338,115cpsO
實(shí)施例 IMgO(IlO)Pf(IlO)0.370.58-(HO)l,089,242cps◎
實(shí)施例 5MgO(IlO)Pt(IlO)0.390.62-(110)473,671cpsO
比較例 5MgO(IlO)Pt(IlO)0.400.65-(110)50,052cpsX
比較例 6MgO(IlO)Pt(IlO)0-290.43-(110)32,084cpsX
實(shí)施例 6MgO(IlO)Pt(IlO)0.360.58Mn(110)587,665cpsO如表I 所示，具有(110)取向的(NaxBiy) TiO。. 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層 15(O. 30彡X彡O. 46且O. 51彡y彡O. 62)具有高(110)取向性和高結(jié)晶性。BP,實(shí)施例 I 5 和比較例 I 6 表示(NaxBiy) TiOtl. 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層(O. 30彡X彡O. 46且O. 51彡y彡O. 62)具有高(110)取向性和高結(jié)晶性。實(shí)施例3和比較例3意味著X不應(yīng)超過(guò)O. 46。實(shí)施例2和比較例2意味著X不應(yīng)不到O. 30。實(shí)施例5和比較例5意味著y不應(yīng)超過(guò)O. 62。實(shí)施例4和比較例4意味著y不應(yīng)不到O. 51。實(shí)施例6意味著Mn的添加使(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層的壓電常數(shù)提高。Mn的添加也使(NaxBiy)TiOa5x+1.5y+2 — BaTiO3層的介電損失提高。本發(fā)明只要不脫離其意圖和本質(zhì)的特征就能夠應(yīng)用于其它的實(shí)施方式。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的實(shí)施方式在各方面均為說(shuō)明性?xún)?nèi)容而不限定于此。本發(fā)明的范圍不由上述說(shuō)明而由添付的權(quán)利要求表示，與權(quán)利要求具有均等的意思和范圍的所有的變更均包含其中。(根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)3和專(zhuān)利文獻(xiàn)4看到的本發(fā)明的創(chuàng)造性)專(zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)壓電體元件(參照段落號(hào)碼0004)。專(zhuān)利文獻(xiàn)4的第15頁(yè)的Tablel中的 BNT_087 晶體含有 Na29.94Bi45.79Ti109.66 0308.78Ba5.82。專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)有能夠穩(wěn)定獲得高(100)面取向度的壓電陶瓷。具體來(lái)講，專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)與化學(xué)計(jì)量比的Bi的量相比含有O. 1%過(guò)剩的量的Bi的X(Bia5Naa5TiO3)-(I-X)ABO (其中，X為O. I以上I以下)。ABO的ー個(gè)例子是BaTiO3 (參照段落番號(hào)0020)。為了獲得在專(zhuān)利文獻(xiàn)3所記載的高(100)面取向度，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)的BNT_087結(jié)晶所含有的Bi的量比45. 79增加。圖IlA表示不含有過(guò)剩的Bi得BNT結(jié)晶體的X射線(xiàn)衍射圖案(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3的 圖2)。圖IlB表示含有2%過(guò)剩的Bi的BNT結(jié)晶體的X射線(xiàn)衍射圖案(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3的圖2)。從圖IlA和圖IlB可以明確，由于過(guò)剩的Bi，(110)的峰值和(111)的峰值變小。這意味著，過(guò)剩的Bi妨礙(110)取向或者(111)取向。所以為了增加(110)的取向的程度，Bi不被添加于BNT結(jié)晶體。即，專(zhuān)利文獻(xiàn)3的圖2 (本申請(qǐng)的圖IlA和圖11B)表示過(guò)剩的Bi妨礙(110)取向或者(111)取向，所以為了強(qiáng)化在專(zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)的BNT結(jié)晶體的(110)取向，不會(huì)在該BNT結(jié)晶體添加Bi。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性(NaxBiy) TiO0.5x+L5y+2 — BaTiO3 層(O. 30 彡 x 彡 O. 46 且 O. 51 彡 y 彡 O. 62)具有高結(jié)晶性、高(110)取向性和小的漏泄電流，所以本發(fā)明的壓電體膜具有高的強(qiáng)介電特性(例如，低介電損失)和高壓電性能。本發(fā)明的壓電體膜作為替代現(xiàn)有的鉛類(lèi)氧化物強(qiáng)介電體的壓電體膜是有用的。本發(fā)明的壓電體膜適合使用焦電傳感器、壓電器件那種的壓電體膜所使用的領(lǐng)域。作為其ー個(gè)例子，列舉有本發(fā)明的噴墨頭、角速度傳感器和壓電發(fā)電元件。本發(fā)明的噴墨頭，盡管不包含PZT之類(lèi)含鉛的強(qiáng)介電材料，墨水的排出特性?xún)?yōu)秀。形成使用該噴墨頭的圖像的方法具有優(yōu)秀的圖像的精度和表現(xiàn)性。本發(fā)明的角速度傳感器，盡管不包含PZT之類(lèi)的含鉛的強(qiáng)介電材料，具有高傳感器靈敏度。測(cè)定使用該角速度傳感器的角速度的方法具有優(yōu)秀的測(cè)定靈敏度。本發(fā)明的壓電發(fā)電元件，盡管不包含PZT之類(lèi)的含鉛的強(qiáng)介電材料，具有優(yōu)秀的發(fā)電特性。使用該壓電發(fā)電元件的本發(fā)明的發(fā)電方法具有優(yōu)秀的發(fā)電效率。本發(fā)明的噴墨頭、角速度傳感器和壓電發(fā)電元件以及圖像形成方法、角速度的測(cè)定方法和發(fā)電方法能夠廣泛用于各種領(lǐng)域和用途。附圖符號(hào)說(shuō)明11 基板13 電極層15 (NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層17 導(dǎo)電層16a、16c 層疊結(jié)構(gòu)101貫通孔102壓カ室
102a區(qū)劃壁102b區(qū)劃壁103個(gè)別電極層104壓電體膜105共用液室106供給孔107墨水通路
108噴嘴孔111振動(dòng)層112共用電極層113中間層114粘著劑120基底基板130基板200基板200a固定部200b振動(dòng)部202第一電極205第二電極206驅(qū)動(dòng)電極206a連接端子207傳感電極207a連接端子208壓電體膜300基板300a固定部300b振動(dòng)部302第一電極305第二電極306錘負(fù)荷
權(quán)利要求
1.一種壓電體膜，其特征在于 具備具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3 層，其中 O. 30 彡 x 彡 O. 46,O.51 ^ y ^ O. 62。
2.如權(quán)利要求I所述的壓電體膜，其特征在于 還具備具有(110)取向的第一電極， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電體膜，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電體膜，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
5.如權(quán)利要求4所述的壓電體膜，其特征在于 所述金屬是鉬。
6.如權(quán)利要求I所述的壓電體膜，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
7.—種噴墨頭，其特征在于，包括 壓電體膜，其具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層； 與所述壓電體膜接合的振動(dòng)層；和 壓力室部件，其具有收納墨水的壓力室，并且與所述振動(dòng)層的與所述壓電體膜所接合的面相反一側(cè)的面接合， 所述振動(dòng)層與所述壓電體膜接合，使得所述振動(dòng)層響應(yīng)基于壓電效應(yīng)的所述壓電體膜的變形而在該振動(dòng)層的膜厚方向上位移， 所述振動(dòng)層和所述壓力室部件相互接合，使得所述壓力室的容積響應(yīng)所述振動(dòng)層的位移而變化，并且所述壓力室內(nèi)的墨水響應(yīng)所述壓力室的容積的變化而被排出， 所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下。
8.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
9.如權(quán)利要求8所述的噴墨頭，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的噴墨頭，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
11.如權(quán)利要求10所述的噴墨頭，其特征在于 所述金屬是鉬。
12.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
13.一種使用噴墨頭形成圖像的方法，其特征在于，包括 準(zhǔn)備所述噴墨頭的工序， 其中，所述噴墨頭具有壓電體膜，其具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層； 與所述壓電體膜接合的振動(dòng)層；和 壓力室部件，其具有收納墨水的壓力室，并且與所述振動(dòng)層的與所述壓電體膜所接合的面相反一側(cè)的面接合， 所述振動(dòng)層與所述壓電體膜接合，使得所述振動(dòng)層響應(yīng)與基于壓電效應(yīng)的所述壓電體膜的變形而在該振動(dòng)層的膜厚方向上位移， 所述振動(dòng)層和所述壓力室部件相互接合，使得所述壓力室的容積響應(yīng)所述振動(dòng)層的位移而變化，并且所述壓力室內(nèi)的墨水響應(yīng)所述壓力室的容積的變化而被排出， 所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下；和 從所述壓力室排出墨水的工序，通過(guò)經(jīng)由所述第一電極和第二電極對(duì)所述壓電體層施加電壓，基于壓電效應(yīng)，使所述振動(dòng)層在該層的膜厚方向上位移，以使得所述壓力室的容積變化，利用該位移從所述壓力室排出墨水。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
19.一種角速度傳感器，其特征在于，包括 具有振動(dòng)部的基板；和 壓電體膜，其與所述振動(dòng)部接合，并且具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層，所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下， 從所述第一電極和第二電極中選擇的一個(gè)電極由電極組構(gòu)成，該電極組包括對(duì)所述壓電體層施加使所述振動(dòng)部振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)電極；和用于利用施加在振動(dòng)中的所述振動(dòng)部的角速度，來(lái)測(cè)定在所述振動(dòng)部發(fā)生的變形的傳感電極。
20.如權(quán)利要求19所述的角速度傳感器，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
21.如權(quán)利要求20所述的角速度傳感器，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求21所述的角速度傳感器，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
23.如權(quán)利要求22所述的角速度傳感器，其特征在于 所述金屬是鉬。
24.如權(quán)利要求19所述的角速度傳感器，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
25.一種使用角速度傳感器測(cè)定角速度的方法，其特征在于，包括 準(zhǔn)備所述角速度傳感器的工序， 其中，所述角速度傳感器包括 具有振動(dòng)部的基板；和 壓電體膜，其與所述振動(dòng)部接合，并且具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層，所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下， 從所述第一電極和第二電極中選擇的一個(gè)電極由包含驅(qū)動(dòng)電極和傳感電極的電極組構(gòu)成； 通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)由從所述第一電極和第二電極中選擇的另一個(gè)電極和所述驅(qū)動(dòng)電極施加到所述壓電體層，使所述振動(dòng)部振動(dòng)的工序；和 經(jīng)由所述另一個(gè)電極和所述傳感電極，對(duì)因施加在振動(dòng)中的所述振動(dòng)部的角速度而在所述振動(dòng)部產(chǎn)生的變形進(jìn)行測(cè)定，由此獲得所述施加的角速度的值的工序。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述(NaxBiy) TiOO.5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
31.一種壓電發(fā)電兀件，其特征在于，具有 具有振動(dòng)部的基板；和 壓電體膜，其與所述振動(dòng)部接合，并且具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層，所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下。
32.如權(quán)利要求31所述的壓電發(fā)電元件，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
33.如權(quán)利要求32所述的壓電發(fā)電元件，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
34.如權(quán)利要求33所述的壓電發(fā)電元件，其特征在于所述金屬是鉬、鈀或金。
35.如權(quán)利要求34所述的壓電發(fā)電元件，其特征在于 所述金屬是鉬。
36.如權(quán)利要求31所述的壓電發(fā)電元件，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
37.一種使用壓電發(fā)電元件的發(fā)電方法，其特征在于，具備 準(zhǔn)備所述壓電發(fā)電元件的工序， 其中，所述壓電發(fā)電元件具有 具有振動(dòng)部的基板；和 壓電體膜，其與所述振動(dòng)部接合，并且具有被第一電極和第二電極夾著的壓電體層，所述壓電體層是具有(110)取向的(NaxBiy)TiOtl.5x+1.5y+2 — BaTiO3層，其中x表示O. 30以上O. 46以下，y表示O. 51以上O. 62以下；和 通過(guò)對(duì)所述振動(dòng)部給予振動(dòng)，經(jīng)由所述第一電極和第二電極獲得電力的工序。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于 所述第一電極具有(110)取向， 所述第一電極和所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3層層疊。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于 所述第一電極由金屬構(gòu)成。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬、鈀或金。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于 所述金屬是鉬。
42.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述(NaxBiy) TiOa 5x+1.5y+2 — BaTiO3 層含有 Mn。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供含有非鉛強(qiáng)介電材料、具有低介電損失和與PZT相同的高壓電性能的壓電體膜及其制造方法。本發(fā)明的壓電體膜具備具有(110)取向的(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2－BaTiO3層(0.30≤x≤0.46且0.51≤y≤0.62)。
文檔編號(hào)B41J2/14GK102844901SQ20118001908
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者張?zhí)尜F圣, 田中良明, 足立秀明, 藤井映志 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社