[发明专利]液体喷射头和液体喷射装置以及压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及具备压电元件的液体喷射头和液体喷射装置、以及压电元件，该压电元件使与喷嘴开口连通的压力发生室产生压力变化，且具有压电体层和对压电体层施加电压的电极。

背景技术

作为在液体喷射头中使用的压电致动器，有使用如下压电元件的压电致动器，该压电元件通过利用两个电极夹持由呈现机电转换功能的压电材料，例如结晶化的介电材料构成的压电体层而构成。作为液体喷射头的代表例，例如有如下喷墨式记录头：使用振动板构成与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力发生室的一部分，通过压电元件使该振动板变形，对压力发生室内的油墨加压，使其作为墨滴从喷嘴开口喷出。

作为构成此类压电元件的压电体层(压电陶瓷)所使用的压电材料，要求高压电特性，作为代表例，能够列举锆钛酸铅(PZT)(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2001-223404号公报

然而，从环境问题的观点来看，需要抑制了铅的含有量的压电材料。作为不含有铅的压电材料，例如有具有用ABO₃表示的钙钛矿型结构的BiFeO₃等。在此，ABO₃的A、B是指A位、B位，分别是具有12个氧配位和6个氧配位的位点。但是，BiFeO₃系的压电材料存在绝缘性低、容易产生漏电流的问题。如果容易产生漏电流，则特别是在高电压施加状态下使用时，容易发生易产生裂缝等问题，因此存在液体喷射头不易使用的问题。因此，对于在压电元件中使用的压电材料，要求例如在施加25V的代表性的驱动电压时具有1×10^-3A/cm²以下的高绝缘性。

并且，此类问题不仅存在于喷墨式记录头中，当然，在喷出油墨以外的液滴的其他液体喷射头中也同样存在，并且，在液体喷射头以外的装置中所使用的压电元件中也同样存在。此外，在将压电元件作为传感器使用时，该漏电流的问题以耗能上升的形式产生严重问题。例如，在1V以下的施加电压下使用的压电传感器、红外线传感器、热敏传感器、热释电传感器中选用的压电元件中，优选低的漏电流。

发明内容

本发明鉴于此类情况，其目的在于提供降低环境负荷、具有高绝缘性而能够抑制漏电流的液体喷射头和液体喷射装置、以及压电元件。

解决上述课题的本发明的实施方式的特征在于，液体喷射头具备与喷嘴开口连通的压力发生室、和具有压电体层和设置于该压电体层的电极的压电元件，上述压电体层由具有包含铋以及铁的钙钛矿型结构的复合氧化物构成，包含从由钠、钾、钙、锶以及钡构成的组中选择的至少一种第一掺杂元素、和由铈构成的第二掺杂元素。

在所涉及的实施方式中，形成抑制漏电流而高绝缘性的压电元件，由此能够获得耐久性良好的液体喷射头。并且，由于不含有铅，因此能够降低环境负荷。

在此，优选上述铋以及上述第一掺杂元素以及第二掺杂元素包含于A位，上述铁包含于B位。

并且，优选上述复合氧化物在钙钛矿型结构的A位具有缺损，并且在B位具有Bi。

并且，优选上述复合氧化物在包含铋以及铁的基础上，还包含钛酸钡。由此，形成具备更高的压电特性(变形量)压电元件的液体喷射头。

本发明的其他实施方式的特征在于，液体喷射装置具备上述实施方式的液体喷射头。

在所涉及的实施方式中，具备抑制漏电流而绝缘性良好的压电元件，能够实现耐久性良好的液体喷射装置。并且，由于不含有铅，因此能够降低环境负荷。

本发明的其他实施方式的特征在于，压电元件具备压电体层和设置于上述压电体层的电极，上述压电体层由具有包含铋以及铁的钙钛矿型结构的复合氧化物构成，包含从由钠、钾、钙、锶以及钡构成的组中选择的至少一种第一掺杂元素、和由铈构成的第二掺杂元素。

在所涉及的实施方式中，能够实现抑制漏电流而绝缘性良好的压电元件。并且，由于不含有铅，因此能够降低环境负荷。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的记录头的概略结构的分解立体图。

图2是实施方式1所涉及的记录头的俯视图。

图3是实施方式1所涉及的记录头的剖视图。

图4是示出BiFeO₃完全结晶的电子状态密度的图。

图5是示出BiFeO₃的Bi在A位中缺损12.5％时的电子状态密度的图。

图6是示出Bi置换BiFeO₃的B位的铁的12.5％时的电子状态密度的图。