[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。所述压电元件使与喷嘴开口连通的压力发生室发生压力变化，具有压电体层和对压电体层施加电压的电极。

背景技术

作为用于液体喷射头中的压电作动器，有使用如下压电元件的压电作动器：将由呈现机电转换功能的压电材料，例如结晶化的介电材料形成的压电体层，用2个电极夹持而构成的压电元件。作为液体喷射头的代表例，例如有如下的喷墨式记录喷头，即，将与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力发生室的一部分用振动板构成，通过压电元件使该振动板变形而对压力发生室的油墨加压，作为墨滴从喷嘴开口喷出的喷墨式记录喷头。

作为构成这种压电元件的压电体层(压电陶瓷)所使用的压电材料，需要高的压电特性，作为代表例可举出锆钛酸铅(PZT)(参照专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2001-223404号公报

发明内容

但是，从环境问题的观点出发，需要抑制了铅含量的压电材料。作为不含铅的压电材料，例如有由ABO₃表示的具有钙钛矿型结构的BiFeO₃等。在此，ABO₃的A、B是指A位、B位，分别是氧进行12配位、6配位的位置。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，则容易出现尤其在高电压施加状态下使用时容易发生断裂等的问题，所以存在难以用于液体喷射头的问题。由此，例如在施加代表性的驱动电压25V时，压电材料需要具有1×10^-3A/cm²以下的高绝缘性。

应予说明，这种问题不仅存在于喷墨式记录喷头，当然也同样存在于喷出油墨以外的液滴的其它液体喷射头，并且，在液体喷射头以外所用的压电元件中也同样存在。而且，在将压电元件作为传感器使用时，该漏电流的问题以消耗能量上升的形式产生深刻的问题。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、热释电传感器所用的压电元件中，优选漏电流低。

本发明鉴于这种情况，目的在于提供降低了环境负荷，且具有高绝缘性并抑制了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方式是一种液体喷射头，其特征在于，具备：与喷嘴开口连通的压力发生室，和压电元件，所述压电元件具有压电体层和设置于该压电体层的电极；并且，所述压电体层由含有铋和铁的具有钙钛矿型结构的复合氧化物形成，在氧位(oxygen site)含有氮。

该方式中，可形成漏电流被抑制且高绝缘性的压电元件，成为耐久性优异的液体喷射头。另外，由于不含有铅，所以能够降低对环境的负荷。

在此，优选以摩尔比计含有0.0005～0.01的所述氮。

另外，优选在B位含有所述铋的一部分。

另外，优选所述复合氧化物除铋和铁以外还含有钛和钡。由此，形成具备具有更高的压电特性(变形量)的压电元件的液体喷射头。

本发明的其它方式是一种液体喷射装置，其特征在于，具备上述方式的液体喷射头。

该方式中，可实现具备漏电流被抑制且绝缘性优异的压电元件的、耐久性优异的液体喷射装置。另外，由于不含有铅，所以可以降低对环境的负荷。

本发明的其它方式是一种压电元件，其特征在于，具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，所述压电体层由含有铋和铁的具有钙钛矿型结构的复合氧化物形成，在氧位含有氮。

该方式中，可实现漏电流被抑制且绝缘性优异的压电元件。另外，由于不含有铅，所以可以降低对环境的负荷。

附图说明

图1是表示实施方式1的记录喷头的简要构成的分解立体图。

图2是实施方式1的记录喷头的平面图。

图3是实施方式1的记录喷头的截面图。

图4是表示BiFeO₃理想晶体的电子态密度的图。

图5是表示BiFeO₃的Bi在A位中为12.5％缺陷时的电子态密度的图。

图6是表示Bi取代12.5％的BiFeO₃的B位的Fe时的电子态密度的图。

图7是表示PbZrTiO₃中Pb取代12.5％的B位的过渡金属时的电子态密度的图。

图8是表示BiFeO₃的氧位中产生4％的氧缺失时的电子态密度的图。