CN102233731A - 液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件 - Google Patents
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Abstract
一种液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件。本发明提供具备环境负担小并且具有良好压电特性的压电体层的液体喷射头以及具备该液体喷射头的液体喷射装置。本发明的液体喷射头(600)具备包含由薄膜法形成的压电体层(30)以及对压电体层30施加电压的电极(10、20)的压电致动器(102)。液体喷射头(600)的压电体层(30)是包含钛酸铋钠和0.2摩尔％以上8.0摩尔％以下的铜的固溶体。
Description
技术领域
本发明涉及液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件。
背景技术
液体喷射头作为液体喷射装置的构成，应用在例如喷墨打印机等。该情况下，液体喷射头被用于使墨水的小滴排出并飞翔，由此，喷墨打印机能够使该墨水附着于纸等介质来进行打印。
液体喷射头一般具有为了从喷嘴排出液体而对液体施加压力的致动器。这样的致动器具备例如压电元件。作为致动器具备的压电元件，有用两个电极夹着由呈现电气机械转换功能的压电材料的例如结晶化了的压电性陶瓷等构成的压电体层而构成的压电元件。这样的压电元件能够通过被两个电极施加电压而发生变形，能够利用该变形来使致动器在例如翘曲振动模式下动作。
作为用于这样的用途的压电材料，优选电气机械转换效率等压电特性高的压电材料，与其它材料相比该特性比较优良，因此正在进行锆钛酸铅(PZT)系的材料的研究开发。然而，近几年进一步提高压电材料的压电特性的呼声加强，并且，要求使用环境负担更小的材料，PZT系的材料应对这些的要求存在困难，例如，正在推进铅含有量少的钙钛矿型氧化物的压电材料的开发。
作为表示压电元件的压电性的判断基准，已知通过在进行P-E测定的情况下的磁滞回线的形状来进行判断。钛酸铋钠能够由例如(Bi0.5，Na0.5)TiO3来表示，被期待作为新的压电材料。然而，BNT在バルク的状态下表示了一般的磁滞回线，但是在薄膜状态下即使是相同的组成的BNT泄漏电流量也较大，无法表现良好的磁滞回线(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2005-105295号公报
发明内容
本发明的几个方式的目的之一在于，提供具备对环境负担小并且具有良好压电特性的压电体层的液体喷射头以及具备该液体喷射头的液体喷射装置。另外，本发明的几个方式的目的之一在于，提供具备环境负担小并且具有良好压电特性的压电体层的压电元件。
本发明是为了解决上述课题的至少一部而完成的，能够作为以下的方式或者应用例而实现。
[应用例1]
本发明的液体喷射头的一个方式是具备包括由薄膜法形成的压电体层以及对上述压电体层施加电压的电极的压电致动器的液体喷射头，
上述压电体层是包含钛酸铋钠和0.2摩尔％以上8.0摩尔％以下的铜的固溶体。
根据本应用例的液体喷射头，即使具备采用了环境负担小的钛酸铋钠的压电体层，也能够使压电体层的泄漏电流量少并且压电特性良好。
[应用例2]
上述压电体层包含0.2摩尔％～4.0摩尔％的铜。
根据本应用例的液体喷射头，能够使压电体层的泄漏电流量进一步变少，并且具有更好的压电特性。
[应用例3]
在应用例1或者应用例2中，上述压电体层还包含钛酸钡。
根据本应用例的液体喷射头，即使压电体层还包含钛酸钡，也能够使泄漏电流量变小并且具有良好的压电特性。
[应用例4]
在应用例3中，上述压电体层包含小于100摩尔％且85摩尔％以上的上述钛酸铋钠和大于0摩尔％且15摩尔％以下的上述钛酸钡。
根据本应用例的液体喷射头，即使压电体层含有上述规定比例的钛酸铋钠与钛酸钡，也能够使泄漏电流量变小并且具有良好的压电特性。
[应用例5]
在应用例1至应用例3的任一个例子中，上述压电体层还可以包含钛酸铋钾。
根据本应用例的液体喷射头，即使压电体层还包含钛酸铋钾，也能够使泄漏电流量变小具有并且良好的压电特性。
[应用例6]
在应用例5中，上述压电体层包含小于100摩尔％且67摩尔％以上的上述钛酸铋钠、大于0摩尔％且30摩尔％以下的上述钛酸铋钾以及大于0摩尔％且3摩尔％以下的上述钛酸钡。
根据本应用例的液体喷射头，即使压电体层包括规定比例的钛酸铋钠、钛酸铋钾以及钛酸钡，也能够使泄漏电流量变少并且具有良好的压电特性。
[应用例7]
本发明的液体喷射装置的一方式中，具备应用例1至应用例6的任一个例子所述的液体喷射头。
本应用例的液体喷射装置还具备环境负担小并且采用了钛酸铋钠的压电体层，能够使压电体层的泄漏电流量变小，并且压电特性也良好。
[权利要求8]
在本发明的压电元件的一个方式中，是包括由薄膜法形成的压电体层以及对上述压电体层施加电压的电极的压电元件，
上述压电体层是包含钛酸铋钠和0.2摩尔％～8.0摩尔％的铜的固溶体。
根据本应用例的压电元件，即使具备采用了环境负担小的钛酸铋钠的压电体层，也能够使压电体层的泄漏电流量变少并且压电特性也良好。
附图说明
图1是实施方式的压电元件100(压电致动器102)的剖面的示意图。
图2是实施方式的液体喷射头600的剖面的示意图。
图3是示意性地表示实施方式的液体喷射头600的分解立体图。
图4是示意性地表示实施方式的液体喷射装置700的立体图。
图5是比较例1的压电元件的磁滞曲线。
图6是实施例1的压电元件的磁滞曲线。
图7是实施例3的压电元件的磁滞曲线。
图8是实施例5的压电元件的磁滞曲线。
图9是比较例3的压电元件的磁滞曲线。
图10是实施例6的压电元件的磁滞曲线。
图11是比较例4的压电元件的磁滞曲线。
图12是实施例7的压电元件的磁滞曲线。
附图标记说明
1...基板，1a...振动板，10...第一导电层，20...第二导电层，30...压电体层，100...压电元件，102...压电致动器，600...液体喷射头，610...喷嘴板，612...喷嘴孔，620...压力室基板，622...压力室，624...贮存器(reservoir)，626...供给口，628...贯通孔，630...框体，700...液体喷射装置，710...驱动部，720...装置主体，721...托盘，722...排出口，730...头单元，731...墨盒，732...滑架，741...滑架马达，742...往复移动机构，743...正时皮带(timing belt)，744...滑架导轴，750...进纸部，751...进纸马达，752...进纸辊，752a...从动辊，752b...驱动辊，760...控制部，770...操作面板。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。其中，以下的实施方式用于对本发明的一个例子进行说明。因此，本发明并不限定于以下的实施方式，还包括能够在不变更主旨的范围中实施的各种变形例。另外，不限定为下述的实施方式中说明的所有构成是本发明的必须构成要件。
1.压电元件以及压电致动器
图1是本实施方式涉及的压电元件100的剖面的示意图。
本实施方式涉及的压电元件100包括：第一导电层10、第二导电层20以及压电体层30。
1.1.第一导电层
第一导电层10例如形成在基板1的上方。基板1例如可以是由导电体、半导体、绝缘体形成的平板。基板1可以是单层，也可以是多个层层叠而成的构造。另外，基板1只要上表面为平面的形状即可，内部的构造没有限定，例如可以是在内部形成有空间等的构造。此外，例如在如后述液体喷射头那样，在基板1的下方形成有压力室等的情况下，可以将比基板1靠下方形成的多个构成统一看作一个基板1。
基板1也可以是具有挠性，能够基于压电体层30的动作而变形(弯曲)的振动板。在该情况下，压电元件100是包含振动板、第一导电层20、压电体层30以及第二导电层20的压电致动器102。这里，基板1具有挠性是指基板1能够弯曲。在将基板1作为振动板的情况下，基板1的弯曲只要在将压电致动器102用于液体喷射头的情况下，能够与喷出的液体的体积相同程度地使压力室的容积变化的程度即可。
在基板1是振动板的情况下，作为基板1的材质，例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氮化硅、氧化硅等无机氧化物、不锈钢等合金。其中，从化学稳定性以及刚性的观点出发，最好采用氧化锆作为基板1(振动板)的材质。在该情况下，基板1也可以是例示的物质的2种以上的层叠构造。
在本实施方式中，下面例示了基板1是振动板并由氧化锆形成的情况。因此，压电元件100具有挠性，与具备能够通过压电体层30的动作而变形(弯曲)的振动板的压电致动器102实际相同。在以下的说明中，压电元件100以及压电致动器102能够相互替换说法。
第一导电层10的形状只要能够与第二导电层20对置即可，没有特殊限定，但是在本实施方式中，由于压电体层30形成为薄膜状，所以优选是层状或者薄膜状的形状。第一导电层10的厚度例如可以设为50nm以上300nm以下。另外，对于第一导电层10的平面形状，只要当对置配置第二导电层20时能够在两者之间配置压电体层30的形状即可，也没有特别限定，例如可以是矩形、圆形等。
作为第一导电层10的功能之一，可举出与第二导电层20构成一对，成为用于对压电体层30施加电压的一方的电极(例如形成在压电体层30的下方的下部电极)。还可以使第一导电层10具有对压电体层30结晶化时的结晶取向进行控制的功能。
作为第一导电层10的材质，例如可例示出镍、铱、铂等各种金属、它们的导电性氧化物(例如氧化铱等)、锶与钌的复合氧化物(SrRuOx:SRO)、镧与镍的复合氧化物(LaNiOx:LNO)等。第一导电层10可以是例示材料的单层构造，也可以是层叠多种材料而成的构造。
1.2.第二导电层
第二导电层20与第一导电层10对置配置。第二导电层20可以整体与第一导电层10对置，也可以一部分与第一导电层10对置。第二导电层20的形状只要能够与第一导电层10对置即可，没有特别限定，但在本实施方式中，由于压电体层30形成为薄膜状，所以优选是层状或者薄膜状的形状。第二导电层20的厚度例如可以为50nm以上300nm以下。另外，关于第二导电层20的平面形状，只要是与第一导电层10对置配置时能够在两者之间配置压电体层30的形状即可，也没有特别限定，例如可以是矩形、圆形等。
作为第二导电层20的功能之一，可举出成为用于对压电体层30施加电压的一方的电极(例如，形成在压电体层30上的上部电极)。还可以使第二导电层20具有对压电体层30结晶化时的结晶取向进行控制的功能。第二导电层20的材质可以与上述的第一导电层10同样。
图1表示了在平面图中第一导电层10与第二导电层20相比较大地形成的例子，但是也可以是在平面图中第二导电层20与第一导电层10相比较大地形成。该情况下，第二导电层20也可以形成在压电体层30的侧面，可以使第二导电层20兼具保护压电体层30不受水分、氢等影响的功能。
1.3.压电体层
压电体层30配置在第一导电层10以及第二导电层20之间。压电体层30也可以与第一导电层10以及第二导电层20的至少一方相接。在图1的例子中，压电体层30设置成与第一导电层20及第二导电层20相接。
压电体层30由薄膜法形成。这里，薄膜法是指：溅射法、蒸镀法、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(激光消融)法、水雾成膜法、以及溶胶-凝胶法中的至少一种方法。即，本实施方式的压电体层30不是以块状状态形成的层，而是例如在以块状状态形成之后，通过研磨等被薄膜化的层。
对于压电体层30的厚度而言，只要能够由薄膜法形成即可，没有特殊限定，例如可以为100nm以上3000nm以下。在由薄膜法形成厚度大的压电体层30的情况下，例如可以通过基于溅射法、蒸镀法、MOCVD法等使物质堆积的各种方法来延长堆积时间而形成，而且，例如可以利用MOD法或溶胶-凝胶法等进行涂敷-烧制的各种方法，通过反复实施该方法来进行层叠而形成。并且，在进行层叠的情况下，可以对各层使用不同的薄膜法来进行层叠。压电体层30的厚度如果偏离该范围，则有时会导致耐压不充分而无法获得足够的变形(电气机械转换)。
本实施方式的压电体层30是包含钛酸铋钠和0.2摩尔％～8.0摩尔％的铜的固溶体。钛酸铋钠例如可以由(Bi0.5，Na0.5)TiO3(以下有时将其简记为“BNT”)表示，可以是由ABO3作为通式而表示的复合氧化物，被分类成铋以及钠位于A位置、钛位于B位置的所谓钙钛矿型氧化物。BNT可以通过结晶化而得到钙钛矿型的结晶构造，能够以块状的状态呈现压电性。但是，虽然BNT单体的块能够表现良好的磁滞回线，但是对于BNT单体的薄膜而言，泄漏电流量大、且无法表现良好的磁滞回线。作为其原因，本发明的发明者们推测为：在BNT的块时，以1000℃以上烧制了压电体层后以低温形成电极，与之相对，在BNT的薄膜时，以高温在已有的电极上制作压电体层，因此在电极与压电体层之间无法形成良好的界面。本实施方式的压电体层30通过对钛酸铋钠添加规定量的铜，即使由薄膜法形成也能够使得泄漏电流量少并且表现良好的磁滞回线。可以推测出本实施方式的压电体层30与第一导电体层10的界面良好。由此，压电体层30能够通过被第一导电层10以及第二导电层20施加电场而变形。基于该变形，例如可以使基板1弯曲、振动，能够构成压电致动器102。
压电体层30可以包含钛酸铋钠和0.2摩尔％～4.0摩尔％的铜。这样的压电体层30能够减少泄漏电流量。并且，压电体层30可以包含钛酸铋钠和0.5摩尔％～4.0摩尔％的铜。这样的压电体层30能够进一步减少泄漏电流量。
本实施方式的压电体层30如果是以钛酸铋钠为主体的固溶体，则可以采用例如相对于小于100摩尔％且50摩尔％以上的钛酸铋钠，包含大于0摩尔％且小于50摩尔％的具有其他压电特性的材料的混晶系。作为这样的具有其他压电特性的材料，可以是钙钛矿型氧化物，例如可以是从钛酸钡、钛酸铋钾、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂、铋铁素体、铬酸铋、钴酸铋、铝酸铋等不含有铅的化合物的组中选出的至少1种。压电体层30例如可以包含小于100摩尔％且85摩尔％以上的钛酸铋钠和大于0摩尔％且15摩尔％以下的钛酸钡。另外，压电体层30例如可以包含小于100摩尔％且67摩尔％以上的钛酸铋钠、大于0摩尔％且30摩尔％以下的钛酸铋钾以及大于0摩尔％且3摩尔％以下的钛酸钡。钛酸钡例如可以由BaTiO3(以下有时简记为“BK”)表示，钛酸铋钾例如可以由(Bi0.5K0.5)TiO3(以下有时简记为“BKT”)表示。如果基于ABO3中的位于A位置的元素相对位于B位置的元素的摩尔比的组成比(以下称为A/B)是化学计量学组成，则BNT、BT、BKT等为1，但也可以偏离化学计量学组成。其中，本实施方式的压电体层30中的铜的添加量(摩尔％)是相对于钛酸铋钠为100摩尔％或混晶系的钙钛矿型氧化物为100摩尔％的添加量。
1.4.作用效果等
本实施方式涉及的压电元件100(压电致动器102)由于包含上述的压电体层30，所以至少具有泄漏电流量少并且表现良好的磁滞回线这一特征。其中，压电体层30的磁滞回线的形状可以在进行P-E测定的情况下获得，能够作为表示压电特性的判断基准而使用。因此，能够判断为表现良好的磁滞回线的压电体层30具有良好的压电特性。而且，本实施方式涉及的压电体层30是不含有铅的化合物，因此可以将对环境的负担抑制得小，并且具有良好的压电特性。
本实施方式的压电元件100可以在广阔的用途中使用。作为压电致动器102的用途，例如有液体喷射头、喷墨打印机等液体喷射装置等，作为压电元件100的用途，例如适合在陀螺仪传感器、加速度传感器等各种传感器类，音叉型振子等定时设备类，超声波马达等超声波设备类中使用。
2.压电元件的制造方法
本发明的压电元件100例如可以如下述那样制造。
首先，准备基板1，在基板1上形成第一导电层10。第一导电层20例如可以通过溅射法、镀覆法、真空蒸镀法等形成。第一导电层10可以根据需要而被形成图案。
接下来，在第一导电层20上形成压电体层30。压电体层30如上所述，例如可以通过溅射法、蒸镀法、MOCVD(Metal-Organic ChemicalVapor Deposition)法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(激光消融)法、水雾成膜法以及溶胶-凝胶法中的至少一种方法或者这些多个方法的组合而形成。压电体层30的结晶化例如可以以550℃以上800℃以下在氧环境下进行。由此，可以使压电体层30结晶化。使压电体层30结晶化的热处理温度例如可以为550℃以上850℃以下，进而可以为600℃以上750℃以下。另外，结晶化也可以在对压电体层30形成图案后进行。然后，可以根据需要，重复多次上述操作，来得到所希望的厚度的压电体层30。
接下来，在压电体层30上形成第二导电层20。第二导电层20例如可以通过溅射法、镀覆法、真空蒸镀法等形成。然后，以所希望的形状使第二导电层20以及压电体层30形成图案，由此形成压电元件。其中，第二导电层20以及压电体层30可以根据需要而同时被形成图案。通过以上例示的工序，可以制造出本实施方式的压电元件100。
3.液体喷射头
接下来，作为本实施方式涉及的压电元件(压电致动器)的用途的一个例子，参照附图对具有它们的液体喷射头600进行说明。图2是示意性地表示液体喷射头600的主要部分的剖视图。图3是液体喷射头600的分解立体图，与通常使用的状态上下颠倒地进行了表示。
液体喷射头600可以具有上述的压电元件(压电致动器)。下面，例示说明在基板1(在上部包含振动板1a的构造体)上形成压电元件100，并由压电元件100与振动板1a构成了压电致动器102的液体喷射头600。
如图2以及图3所示，液体喷射头600包括：具有喷嘴孔612的喷嘴板610、用于形成压力室622的压力室基板620以及压电元件100。并且，液体喷射头600可以如图3所示那样具有框体630。其中，在图3中简化图示压电元件100。
喷嘴板610如图2以及图3所示，具有喷嘴孔612。可以从喷嘴孔612喷出墨水。在喷嘴板610中，例如多个喷嘴孔612设置成一列。作为喷嘴板620的材质，例如可举出硅、不锈钢(SUS)等。
压力室基板620设置在喷嘴板610上(在图3的例子中为下)。作为压力室基板620的材质，例如可举出硅等。通过压力室基板620划分喷嘴板610与振动板1a之间的空间，如图3所示，设有贮存器(液体存积部)624、与贮存器624连通的供给口626以及与供给口626连通的压力室622。在该例中，虽然将贮存器624、供给口626以及压力室622加以区别进行说明，但是它们均是液体的流路，这样的流路可以任意设置。例如，供给口626在图示的例子中具有流路的一部分被缩窄的形状，但是可以按照设计而任意形成，不是必须如此的构成。贮存器624、供给口626以及压力室622被喷嘴板610、压力室基板620以及振动板1a划分。贮存器624可以暂时存积从外部(例如墨盒)经由设置于振动板1a的贯通孔628而提供的墨水。贮存器624内的墨水能够经由供给口626而提供给压力室622。压力室622基于振动板1a的变形而容积发生变化。压力室622与喷嘴孔612连通，通过压力室622的容积发生变化，从喷嘴孔612喷出墨水等。
压电元件100设置在压力室基板620上(在图3的例子中为下)。压电元件100与压电元件驱动电路(未图示)电连接，可以根据压电元件驱动电路的信号来进行动作(振动、变形)。振动板1a基于压电体层30的动作而变形，能够使压力室622的内部压力适当变化。
框体630如图3所示，能够收纳喷嘴板610、压力室基板620以及压电元件100。作为框体630的材质，例如可举出树脂、金属等。
液体喷射头600包括上述的至少耐压出色的压电元件100。因此，液体喷射头600的耐压高，与以往相比，能够进行更高电压的动作，液体等的喷出能力变高。
另外，这里对液体喷射头600是喷墨式记录头的情况进行了说明。但是，本实施方式的液体喷射头例如也可以作为液晶显示器等的滤光器的制造所采用的色材喷射头、有机EL显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成所采用的电极材料喷射头、生物芯片制造所采用的生物体有机物喷射头等而使用。
4.液体喷射装置
接下来，参照附图对本实施方式涉及的液体喷射装置进行说明。液体喷射装置具有上述的液体喷射头。下面，对液体喷射装置是具有上述液体喷射头的喷墨打印机的情况进行说明。图4是示意性地表示本实施方式涉及的液体喷射装置700的立体图。
如图4所示，液体喷射装置700包括：头单元730、驱动部710以及控制部760。并且，液体喷射装置700可以还包括：装置主体720、进纸部750、设置记录用纸P的托盘721、排出记录用纸P的排出口722、和配置在装置主体720的上表面的操作面板770。
头单元730具有由上述的液体喷射头600构成的喷墨式记录头(以下有时也简称为“头”)。头单元730还具备：对头提供墨水的墨盒731和搭载了头以及墨盒731的搬运部(滑架)732。
驱动部710能够使头单元730往复移动。驱动部710具有：成为头单元730的驱动源的滑架马达741；和承受滑架马达741的旋转，使头单元730往复移动的往复移动机构742。
往复移动机构742具备：两端被框架(未图示)支承的滑架导轴744和与滑架导轴744平行延伸的正时皮带743。滑架导轴744支承着滑架732，以使滑架732能够自如地往复移动。并且，滑架732被固定在正时皮带743的一部分上。当通过滑架马达741工作，使正时皮带743行进时，被滑架导轴744引导，使头单元730往复移动。在该往复移动时，从头适当地喷出墨水，进行对记录用纸P的打印。
另外，在本实施方式中，表示了在液体喷射头600以及记录用纸P均移动的同时进行打印的液体喷射装置的例子，但本发明的液体喷射装置只要是液体喷射头600以及记录用纸P相对地改变位置来对记录用纸P进行打印的机构即可。而且，在本实施方式中，表示了对记录用纸P进行打印的例子，但作为能够通过本发明的液体喷射装置来实施打印的记录介质，并不限定于纸，可举出布、薄膜、金属等广阔范围的介质，能够适当变更构成。
控制部760能够控制头单元730、驱动部710以及进纸部750。
进纸部750能够将记录用纸P从托盘721送入到头单元730侧。进纸部750具备成为其驱动源的进纸马达751和基于进纸马达751的动作而旋转的进纸辊752。进纸辊752具备隔着记录用纸P的输送路线而上下对置的从动辊752a以及驱动辊752b。驱动辊752b与进纸马达751连结。当供纸部750被控制部760驱动时，记录用纸P按照在头单元730的下方通过的方式被输送。
头单元730、驱动部710、控制部760以及进纸部750设置于装置主体720的内部。
液体喷射装置700具有耐压高的液体喷射头600。由此，液体喷射装置700的液体喷出能力高。
另外，上述例示的液体喷射装置700具有一个液体喷射头600，能够通过该液体喷射头600来在记录介质上进行打印，但是也可以具有多个液体喷射头。在液体喷射装置具有多个液体喷射头的情况下，多个液体喷射头可以分别独立地如上述那样动作，也可以使多个液体喷射头相互连结而成为一个集合的头。作为这样的成为集合的头，例如可举出如多个头各自的喷嘴孔作为全体具有均匀的间隔那样的行式头。
以上，作为本发明涉及的液体喷射装置的一个例子，对作为喷墨打印机的液体喷射装置700进行了说明，但是本发明涉及的液体喷射装置在工业上也能够利用。作为该情况下喷出的液体(液状材料)，可以使用通过溶剂、分散介质将各种功能性材料调整成适当粘度的液体等。对于本发明的液体喷射装置而言，除了例示的打印机等图像记录装置以外，还可以优选作为液晶显示器等的滤光器的制造所使用的色材喷射装置、有机EL显示器、FED(面发光显示器)、电泳显示器等的电极或滤光器的形成所使用的液体材料喷射装置、生物芯片制造所使用的生物体有机材料喷射装置而使用。
5.实施例以及比较例
下面表示实施例以及比较例，更具体地说明本发明。其中，本发明不受以下实施例的任何限定。
5.1.压电元件的制成
实施例1至实施例7以及比较例1至比较例4的压电元件按照如下方法制成。
首先，通过以下的工序制成基板。在单晶硅基板上通过热氧化制成二氧化硅作为绝缘膜。在该二氧化硅膜上通过RF磁控溅射法来形成膜厚为40nm的钛(Ti)膜，并通过热氧化来形成氧化钛膜。并且，在该氧化钛膜上通过RF磁控溅射法依次形成膜厚为100nm的铂(Pt)膜，由此制成沿(111)面取向的下电极。该下电极相当于上述实施方式的第一导电层10。
接着，各实施例以及各比较例的压电体层30都通过化学溶液法而制成。作为化学溶液法的原料，使用了将金属醇盐或有机酸金属盐混合到溶剂(n-丁醇)中而成的材料。作为原料溶液的组成，调和成表1至表3所示的金属组成。在表1～表3中记载了原料的配合量、即下料量(mol％)。作为薄膜形成方法，通过以500rpm旋转10秒后，以2500rpm旋涂30秒，在下电极成膜之后的基板上涂敷原料溶液，然后，在将基板放置到被设定为150℃的加热板上干燥3分钟之后，放置到设定为400℃的加热板上，保持脱脂5分钟。反复6次从该旋涂至脱脂的工序。进而，在氧环境中使该基板以750℃退火2分钟，烧制成薄膜的压电体层30。
最后，在下电极和压电体层成膜后的基板上，使用开设有直径为500μm的孔的金属掩模，通过DC溅射法来形成膜厚为100nm的铂(Pt)层。该铂(Pt)层是上电极，相当于上述实施方式的第二导电层20。
在比较例1至2以及实施例1至5中，对100摩尔％的钛酸铋钠(Bi0.5，Na0.5)TiO3添加了0摩尔％以上16摩尔％以下的铜(Cu)。
在比较例3以及实施例6中，对85摩尔％的钛酸铋钠((Bi0.5，Na0.5)TiO3)和15摩尔％的钛酸铋钾((Bi0.5，K0.5)TiO3)，添加了0摩尔％和1摩尔％的铜(Cu)。
在比较例4以及实施例7中，对67摩尔％的钛酸铋钠((Bi0.5，Na0.5)TiO3)、30摩尔％的钛酸铋钾((Bi0.5，K0.5)TiO3)以及3摩尔％的钛酸钡(BaTiO3)，添加了0摩尔％和1摩尔％的铜(Cu)。
5.2.压电元件的评价
5.2.1.泄漏电流量的评价
各实施例、各比较例的压电元件的泄漏电流量，根据使用ヒユ一レツト·パツカ一ド公司制造的4140B，在延迟时间：0.5sec，保持时间：0.5sec，施加电场：200kV/cm、300kV/cm、400kV/cm、600kV/cm的评价条件下测定出的各泄漏电流值来进行评价。测定结果表示在表1至表3中。其中，因短路而无法计测泄漏电流值的情况在表1至表3中记载为“短路”。
5.2.2.磁滞的评价
磁滞的评价通过使用东阳テクニカ公司制造的“FCE-1A”，测定磁滞回线，并评价其形状来进行。测定条件为，测定温度：室温，频率：1kHz，波形：三角波，施加电场：400kV/cm和630kV/cm。对于磁滞的评价所使用的试样，在各实施例以及各比较例中都与泄漏电流量的评价所使用的相同。图5是比较例1的压电元件的磁滞曲线，图6是实施例1的压电元件的磁滞曲线，图7是实施例3的压电元件的磁滞曲线，图8是实施例5的压电元件的磁滞曲线，图9是比较例3的压电元件的磁滞曲线，图10是实施例6的压电元件的磁滞曲线，图11是比较例4的压电元件的磁滞曲线，图12是实施例7的压电元件的磁滞曲线。
5.3.评价结果
如果对表1所示的施加电场200kV/cm下的泄漏电流值进行比较，则与没有添加铜的比较例1相比，在添加了0.2摩尔％～8摩尔％的铜的实施例1至5中，泄漏电流值较小，比较例2正负都短路。而且，如果对表1所示的施加电场400kV/cm下的泄漏电流值进行比较，则与没有添加铜的比较例1相比，添加了0.2摩尔％～4摩尔％的铜的实施例1～4的泄漏电流值较小，实施例5的负侧与比较例2短路。可以确认到：即便施加电场存在差，但通过添加规定量的铜，泄漏电流值也会变小。
如果比较表2所示的施加电场300kV/cm下的泄漏电流值，则与没有添加铜的比较例3相比，在添加了1摩尔％的铜的实施例6中，泄漏电流值较小。另外，如果比较表2所示的施加电场600kV/cm下的泄漏电流值，则与没有添加铜的比较例3相比，添加了1摩尔％的铜的实施例6泄漏电流值变小。可以确认到：即使在压电元件除了钛酸铋钠之外还包含15摩尔％的钛酸钡的情况下，通过添加1摩尔％的铜，泄漏电流值也变小。
如果比较表3所示的施加电场300kV/cm下的泄漏电流值，则与没有添加铜的比较例4相比，在添加了1摩尔％的铜的实施例7中，泄漏电流值较小。另外，如果比较表3所示的施加电场600kV/cm下的泄漏电流值，则与没有添加铜的比较例4相比，在添加了1摩尔％的铜的实施例7中，泄漏电流值较小。可以确认到：即使在压电元件除了钛酸铋钠和钛酸钡之外还包含钛酸铋钾的情况下，通过添加1摩尔％的铜，泄漏电流值也变小。
如果观察图5至图8则可知晓：比较例1的磁滞回线因泄漏电流的影响而成为带有圆度的形状，但是在添加了铜的实施例1、3、5中，磁滞回线被改善成良好的形状，成为更陡峭的形状，因此呈现出良好的压电特性。
如果观察图9以及图10则可知晓：与比较例3的磁滞回线相比，添加了1摩尔％的铜的实施例6的磁滞回线被改善成更良好的形状，即使在包含15摩尔％的钛酸钡的情况下，通过添加1摩尔％的铜，也会呈现出良好的压电特性。
如果观察图11以及图12则可知晓：与比较例4的磁滞回线相比，添加了1摩尔％的铜的实施例7的磁滞回线被改善成更良好的形状，即使在包含3摩尔％的钛酸钡和30摩尔％的钛酸铋钾的情况下，通过添加1摩尔％的铜，也会呈现出良好的压电特性。
综上可知，本发明涉及的压电元件将对环境的负担抑制得小，展现出优越的压电特性。
以上叙述的实施方式以及变形实施方式能够适当地组合任意多个方式。由此，组合而成的实施方式可以起到各个实施方式所具有的效果或倍增的效果。
本发明不限于上述实施方式，还能够进行各种变形。例如，本发明包括与在实施方式中说明的构成实际相同的构成(例如功能、方法以及结果相同的构成或者目的以及效果相同的构成)。另外，本发明包括置换了在实施方式中说明的构成的不是本质部分的构成。另外，本发明包括起到与在实施方式中说明的构成相同的作用效果的构成或者实现相同目的的构成。另外，本发明包括对在实施方式中说明的构成添加了公知技术而成的构成。
Claims (8)
1.一种液体喷射头，其特征在于：
具备压电致动器，上述压电致动器包括由薄膜法形成的压电体层以及对上述压电体层施加电压的电极，
上述压电体层是包括钛酸铋钠和0.2摩尔％～8.0摩尔％的铜的固溶体。
2.权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于：
上述压电体层包含0.2摩尔％～4.0摩尔％的铜。
3.根据权利要求1或者2所述的液体喷射头，其特征在于：
上述压电体层还包含钛酸钡。
4.根据权利要求3所述的液体喷射头，其特征在于：
上述压电体层包含小于100摩尔％且85摩尔％以上的上述钛酸铋钠和大于0摩尔％且15摩尔％以下的上述钛酸钡。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的液体喷射头，其特征在于：
上述压电体层还包含钛酸铋钾。
6.根据权利要求5所述的液体喷射头，其特征在于：
上述压电体层包含小于100摩尔％且67摩尔％以上的上述钛酸铋钠、大于0摩尔％且30摩尔％以下的上述钛酸铋钾以及大于0摩尔％且3摩尔％以下的上述钛酸钡。
7.一种液体喷射装置，其特征在于：
具备权利要求1至6中的任意一项所述的液体喷射头。
8.一种压电元件，其特征在于：
包括由薄膜法形成的压电体层以及对上述压电体层施加电压的电极，
上述压电体层是包含钛酸铋钠和0.2摩尔％～8.0摩尔％的铜的固溶体。
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