[发明专利]液体喷射头、液体喷射装置以及致动器

说明书

技术领域

本发明涉及通过压电元件的变位从喷嘴喷射液滴的液体喷射头、液体喷射装置以及具备压电元件的致动器。

背景技术

作为液体喷射头的代表例子，可举出通过利用压力发生机构使压力发生室内产生压力而从喷嘴喷射墨滴的喷墨式记录头。作为构成该喷墨式记录头的压力发生机构，可举出例如由2个电极夹持压电体层而成的压电元件，通过使该压电元件挠曲变形而对压力发生室内赋予压力从而使墨滴从喷嘴喷射出，其中该压电体层包括呈现电-机械转换作用的压电材料。

而且，作为在这样的压电元件中所使用的压电体层，提出有下述方案：例如含有钛(Ti)和锆(Zr)，其元素比(组分比)Zr/(Zr+Ti)为0.5～0.8，并且其结晶系为单斜晶系(例如参照专利文献1)。

另外，作为压电体层，提出有下述方案：例如含有钛(Ti)和锆(Zr)，在其元素比(组分比)Zr/(Zr+Ti)为0.50左右时其结晶系为正方晶系(例如参照专利文献2)。

这里，已知：包括例如钛酸锆酸铅(PZT)等具有钙钛矿结构的材料的压电体层的结晶系，一般由Ti和Zr的组分比决定。例如，已知：在包括块(バルク)的PZT的压电体层的情况下即对压电体层没有施加外部应力也没有被基板等约束的情况下，在组分比Ti/(Zr+Ti)为大约0.50以上(组分比Zr/(Zr+Ti)小于大约0.50)时，压电体层的结晶系成为正方晶系，在组分比小于大约0.50时成为菱面体晶系或单斜晶系。即，已知：包括PZT的压电体层的正方晶系和菱面体晶系的准同型相界(MPB)存在于组分比Ti/(Zr+Ti)为0.50附近。

专利文献1：特开2007-088446号公报

专利文献2：特开2005-119166号公报

压电体层的压电特性，依压电体层的组成而变化，但也依压电体层的结晶系而变化。但是，如上所述构成压电元件的压电体层的结晶系，通常依赖于压电体层的组成。如上述专利文献所记载的那样，对压电体层的组成和/或结晶系提出了各种各样的方案，但都是压电体层的结晶系依赖于压电体层的组成的方案。另外，由于压电体层的组成例如受到压电体层的晶格常数与基底的晶格常数的关系等的制约，因此其调整范围受到限制，所得到的压电体层的特性也有限。因此，难以实现由压电体层的压电特性所获得的压电元件的进一步的变位特性的提高。进而，近年来，期望实现压电元件的变位特性的进一步提高，但满足这样的期望是困难的。

另外，这样的问题并不限定于喷墨式记录头所使用的压电元件，而也存在于喷射其他液滴的液体喷射头所使用的压电元件中，进而也同样存在于液体喷射头以外的装置所使用的致动器中。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而实现的，其目的在于提供一种提高了压电元件的变位特性的液体喷射头、液体喷射装置以及致动器。

解决上述问题的本发明在于一种液体喷射头，其具备：流路形成基板，其形成有与喷射液滴的喷嘴相连通的压力发生室；以及压电元件，其设置于该流路形成基板上并使所述压力发生室产生压力变化，该压电元件包括含有钛(Ti)以及锆(Zr)的压电体层和分别设置在该压电体层的两侧的第一电极及第二电极，其中，所述压电体层中所含的锆和钛的组分比Ti/(Zr+Ti)在0.50以上且0.60以下的范围内并且该压电体层含有菱面体晶系的晶体。而且，所述压电体层中所含的菱面体晶系的晶体，具体地，是由于从基底层受到的应力而使得正方晶系的晶体相变而成的晶体。

在本发明中，由于上述组分比在预定范围内，所以使得压电体层的介电常数变低并且极化旋转时的变形变大。另外，由于压电体层含有菱面体晶系的晶体，所以使得压电体层的变位相对大。因此，能够提高压电元件的变位量等变形特性。另外，能够降低对压电元件施加的电压而使电源装置的负荷减小。

这里，优选，在所述压电体层是层叠多层的压电体膜而成的层的情况下，所述流路形成基板侧的至少最外层的所述压电体膜包含菱面体晶系的晶体。由此，能够更为可靠地提高压电元件的变位特性。

另外，优选，所述压电体层由具有钙钛矿结构的材料、例如钛酸锆酸铅(PZT)形成。在压电体层由这样的材料形成的情况下，压电元件的变位特性显著地提高。

而且，本发明在于一种液体喷射装置，其具备上述那样的液体喷射头。在该发明中，能够实现提高了液滴的喷射特性的液体喷射装置。

另外，本发明在于一种致动器，其具备压电元件，其包括含有钛(Ti)以及锆(Zr)的压电体层和分别设置在该压电体层的两侧的第一电极及第二电极，其中，所述压电体层中所含的锆和钛的组分比Ti/(Zr+Ti)为0.50以上且0.60以下并且该压电体层含有菱面体晶系的晶体。