CN104576916A - 压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器以及电机 - Google Patents

压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器以及电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器以及电机。上述压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置能够改善压电特性的温度依赖性。一种压电元件，其具备由压电材料构成的压电体层和夹着该压电体层的一对电极，该压电元件在最低使用温度T1至最高使用温度T2之间使用，上述压电材料包含具有钙钛矿型构造的复合氧化物，上述压电材料具有相对于温度轴倾斜的组成相界，当与该组成相界对应的温度最低为T3、最高为T4时，满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。

Description

压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器以及电机
技术领域
本发明涉及在搭载于致动器、超声波振荡机等超声波器件、超声波电机、压力传感器、IR传感器等热电元件等其他装置的压电元件等中所使用的压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置。
背景技术
以往，作为构成搭载于致动器、超声波振荡机等超声波器件、超声波电机、压力传感器、IR传感器等热电元件等其他装置的压电元件等的压电体层(压电陶瓷)而被使用的压电材料要求较高的压电特性，作为代表例，可以举出锆钛酸铅(PZT)。
然而，从环境问题的观点考虑，需求抑制了铅的含量的压电材料。作为这样的非铅系压电材料，有KxNa(1-x)NbO3、(Ba，Na)TiO3等含碱金属的压电材料、BiFeO3-BaTiO3等压电材料。
作为这样的压电材料，已知有通过使用组成相界(MPB：Morphotoropic Phase Boundary：准同型相界)附近的组成能够获得较大的压电特性。然而，在横轴为组成、纵轴为温度的相图中，PZT的MPB线位于大致与温度轴平行的位置，或位于与组成轴垂直的位置，但在非铅系压电材料中，一般其MPB相对于温度轴倾斜(例如，参照专利文献1的图1等)。在MBP线像这样倾斜的情况下，即便根据要求特性而选择在特定的温度例如室温下位于MPB上的组成，若使用环境温度发生变化，则在组成-温度状态图上会远离MPB，从而有存在如下温度区域的问题，即，该温度区域中因使用环境温度的变化、使用中的发热等而导致元件的压电特性、介电特性降低。
专利文献1：日本特开2009-215111号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供能够改善压电特性的温度依赖性的压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器、传感器以及电机。
解决上述课题的本发明的实施方式是一种压电元件，其特征在于，具备由压电材料构成的压电体层和夹着该压电体层的一对电极，该压电元件在最低使用温度T1至最高使用温度T2之间使用，上述压电材料包含具有钙钛矿型构造的复合氧化物，上述压电材料具有相对于温度轴倾斜的组成相界，当与该组成相界对应的温度最低为T3、最高为T4时，满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。
在上述实施方式中，由于在使用温度范围内使压电特性的温度依赖性降低，所以压电元件在使用温度范围内表现出优秀的压电特性。
在此，优选上述压电材料包含至少两种具有钙钛矿型构造的复合氧化物。此外，优选上述压电体层是将构成元素的比率相互不同的多个压电材料层叠而得到的压电体层，或者是使构成元素的比率相互不同的多个压电材料在面内方向分布而得到的压电体层。据此，通过使构成元素的比率相互不同的多个压电材料层叠或在面内方向分布，能够满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。
另外，优选上述压电体层是将至少两种以上的复合氧化物中的至少一种复合氧化物相互不同的多个压电材料层叠而得到的压电体层，或者是使至少两种以上的复合氧化物中的至少一种复合氧化物相互不同的多个压电材料在面内方向分布而得到的压电体层。据此，通过使至少两种以上的成分中的至少一种成分相互不同的多个压电材料层叠或在面内方向分布，能够满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。
另外，优选在用ABO3表示上述钙钛矿型构造的情况下，A位包含Pb、Ba、Sr、Ca、Li、K、Na、Bi中的至少一种，B位包含Zr、Ti、Nb、Ta、Fe、Mn、Co中的至少一种。据此，由于在使用温度范围内使压电特性的温度依赖性更可靠地降低，所以压电元件在使用温度范围内表现出优秀的压电特性。
另外，优选上述复合氧化物包含KNbO3-NaNbO3、KNb3-KTaO3、PbZrO3-PbTi3、(Bi1/2K1/2)TiO3-(Bi1/2Na1/2)TiO3、(Bi1/2K1/2)TiO3-BaTiO3、(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3、BiFeO3-BiCoO3的任意组合。据此，由于在使用温度范围内使压电特性的温度依赖性更可靠地降低，所以压电元件在使用温度范围内表现出优秀的压电特性。
另外，优选上述复合氧化物是(K，Na)NbO3与Li(Nb，Ta)O3的混晶。据此，由于在使用温度范围内使压电特性的温度依赖性更可靠地降低，所以压电元件在使用温度范围内表现出优秀的压电特性。
本发明的其他实施方式是一种液体喷射头，其特征在于，具备上述压电元件。
在上述实施方式中，能够实现一种使液体喷射特性的温度依赖性降低了的头。
另外，本发明的其他实施方式是一种液体喷射装置，其特征在于，具备上述液体喷射头。
在上述实施方式中，能够实现一种使液体喷射特性的温度依赖性降低了的装置。
本发明的其他实施方式是一种致动器，其特征在于，具备上述压电元件。
在上述实施方式中，能够实现一种使温度依赖性降低了的致动器。
本发明的其他实施方式是一种传感器，其特征在于，具备上述压电元件。
在上述实施方式中，能够实现一种使温度依赖性降低了的传感器。
本发明的其他实施方式是一种电机，其特征在于，具备上述压电元件。
在上述实施方式中，能够实现一种使温度依赖性降低了的电机。
附图说明
图1是表示本发明的压电材料的相图的一个例子的图。
图2是表示实施方式1所涉及的记录头的简要结构的分解立体图。
图3是实施方式1所涉及的记录头的俯视图。
图4是实施方式1所涉及的记录头的剖视图。
图5是表示本发明的一个实施方式所涉及的记录装置的简要结构的图。
图6是表示在本发明的实施例1-26中所使用的压电材料的温度依赖性的图。
图7是表示本发明的实施例1-8的压电特性的温度依赖性的图。
图8是表示本发明的实施例9-18的压电特性的温度依赖性的图。
图9是表示本发明的实施例19-26的压电特性的温度依赖性的图。
图10是表示在本发明的实施例27-32中所使用的压电材料的温度依赖性的图。
图11是表示本发明的实施例27-29的压电特性的温度依赖性的图。
图12是表示本发明的实施例30-32的压电特性的温度依赖性的图。
具体实施方式
以下，根据实施方式对本发明详细地进行说明。
构成本发明的压电元件的压电体层的压电材料如下所述。
压电材料
本发明中所使用的压电材料具有相对于温度轴倾斜的组成相界。即，是将由具有钙钛矿型构造的复合氧化物构成的至少包含两种成分的压电材料。
例如，含有第一成分和第二成分的压电材料的在横轴为上述第一成分相对于上述第一成分和上述第二成分之和的组成比(第一成分/(第一成分+第二成分))、纵轴为温度的相图中的MPB线相对于温度轴倾斜，其中，第一成分由在单独组成中成为菱面体晶且具有钙钛矿型构造的复合氧化物构成，第二成分由在单独组成中成为菱面体晶以外的结晶且具有钙钛矿型构造的复合氧化物构成。在该图1的情况下，与组成相界对应的温度的最低温度T3是组成比约为0.1的情况，最高温度T4是组成比为0.53的情况。
在本发明中，在压电元件的最低使用温度为T1、最高使用温度为T2的情况下，即，在以最低使用温度T1与最高使用温度T2之间的温度使用的情况下，满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。
难以利用由以规定的比率混合有上述两种成分的单一组成构成的压电材料来实现满足上述关系的压电体层。鉴于此，也可以如实施例所示，将构成元素的比率相互不同的多个压电材料(组成不同的压电材料)层叠，或者使它们在面内方向分布，从而整体成为满足上述关系的压电体层。另外，也可以将不同的材料系进行组合来取代使用组成不同的多个压电材料。
在本发明中，在压电元件在最低使用温度T1与最高使用温度T2之间的温度使用的情况下，满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个，由此改善使用温度范围内的压电特性的温度依赖性。这是因为，相界温度极低的成分或极高的成分补偿压电特性在作为使用温度范围的边界T1或T2极端降低。
另外，优选至少满足T3≤T1≤T4的关系的情况较多。这是因为，在与居里温度相比足够低的温度具有相界温度的情况下，一般相界温度的低温侧与高温侧相比，压电特性的降低更激烈。
另外，优选满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4双方的关系。这是因为，对使用温度范围的两个边界(T1、T2)的压电特性的降低双方都会进行补偿。
以上方面示出压电元件、液体喷射头的构造的一个例子，并对以上方面具体地进行说明。
压电元件、液体喷射头
图2是表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的压电元件的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的简要结构的分解立体图，图3是图2的俯视图，图4是图3的A-A′线剖视图。如图2～图4所示，本实施方式的流路形成基板10由硅单结晶基板构成，并在其一面形成有由二氧化硅构成的弹性膜50。
在流路形成基板10沿其宽度方向排列设置有多个压力发生室12。另外，在流路形成基板10的压力发生室12的长边方向外侧的区域形成有连通部13，连通部13与各压力发生室12经由在每一压力发生室12设置的墨水供给路14以及连通路15而连通。连通部13与后述的保护基板的歧管部31连通，从而构成各压力发生室12共用的墨水室的歧管的一部分。墨水供给路14形成为其宽度比压力发生室12的宽度窄，将从连通部13流入压力发生室12的墨水的流路阻力保持为一定。此外，在本实施方式中，通过从单侧缩小流路的宽度来形成墨水供给路14，但也可以通过从两侧缩小流路的宽度来形成墨水供给路。另外，也可以不缩小流路的宽度，而是通过从厚度方向收缩来形成墨水供给路。在本实施方式中，在流路形成基板10设置有由压力发生室12、连通部13、墨水供给路14以及连通路15构成的液体流路。
另外，在流路形成基板10的开口面侧，通过粘合剂、热焊接薄膜等固定有喷嘴板20，该喷嘴板20贯穿设置有喷嘴开口21，该喷嘴开口21在各压力发生室12的与墨水供给路14相反的一侧的端部附近连通。此外，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、硅单结晶基板、不锈钢等构成。
另一方面，在与上述流路形成基板10的开口面相反的一侧如上述那样形成有弹性膜50，且在该弹性膜50上设置有紧贴层56，该紧贴层56由氧化钛等构成，并用于提高弹性膜50等与第一电极60的基底之间的紧贴性。此外，也可以根据需要，在弹性膜50与紧贴层56之间形成有由氧化锆等构成的绝缘体膜。
并且，在上述紧贴层56上层叠形成有第一电极60、作为厚度为2μm以下优选为0.3～1.5μm的薄膜的压电体层70、以及第二电极80，从而构成压电元件300。在此，压电元件300是指包括第一电极60、压电体层70以及第二电极80的部分。一般地构成为，将压电元件300的任一个电极作为共用电极，将另一个电极以及压电体层70图案形成于每一压力发生室12。在本实施方式中，将第一电极60作为压电元件300的共用电极，将第二电极80作为压电元件300的独立电极，但也可以根据驱动电路、布线的情况颠倒上述设置方式。另外，在此，将压电元件300与利用该压电元件300的驱动而发生移位的振动板合称为致动器装置。此外，在上述例子中，弹性膜50、紧贴层56、第一电极60以及根据需要而设置的绝缘体膜作为振动板而发挥作用，但当然不局限于此，例如，也可以不设置弹性膜50、紧贴层56。另外，压电元件300本身实际也可以兼作振动板。
优选本发明中所使用的压电材料具有钙钛矿型构造，在用ABO3表示该钙钛矿型构造的情况下，A位包含Pb、Ba、Sr、Ca、Li、K、Na、Bi中的至少一种，B位包含Zr、Ti、Nb、Ta、Fe、Mn、Co中的至少一种。另外，优选构成压电层的复合氧化物包含KNbO3-NaNbO3、KNb3-KTaO3、PbZrO3-PbTi3、(Bi1/2K1/2)TiO3-(Bi1/2Na1/2)TiO3、(Bi1/2K1/2)TiO3-BaTiO3、(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3、BiFeO3-BiCoO3的任意组合。
在本实施方式中，压电体层70由上述的本发明的压电材料构成。若使用上述压电材料，则能够实现在使用环境温度内表现出优秀的移位特性的压电元件。
在作为上述压电元件300的独立电极的各第二电极80连接有例如由金(Au)等构成的导线电极90，该导线电极90从墨水供给路14侧的端部附近引出并延伸至配置至紧贴层56上。
在形成有上述压电元件300的流路形成基板10上即第一电极60、紧贴层56以及导线电极90上，经由粘合剂35接合有保护基板30，该保护基板30具有构成歧管100的至少一部分的歧管部31。在本实施方式中，该歧管部31形成为在厚度方向上贯通保护基板30且遍及压力发生室12的宽度方向，并且如上所述地与流路形成基板10的连通部13连通，从而构成成为各压力发生室12共用的墨水室的歧管100。另外，也可以按照每一压力发生室12将流路形成基板10的连通部13分割为多个，并仅将歧管部31作为歧管。并且，例如，也可以在流路形成基板10仅设置压力发生室12，在夹装于流路形成基板10与保护基板30之间的部件(例如弹性膜50、紧贴层56等)设置将歧管100与各压力发生室12连通的墨水供给路14。
另外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域设置有压电元件保持部32，该压电元件保持部32具有不阻碍压电元件300运动的程度的空间。压电元件保持部32具有不阻碍压电元件300运动的程度的空间即可，该空间可以密封，也可以不密封。
作为上述保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如玻璃、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用与流路形成基板10相同的材料的硅单结晶基板形成。
另外，在保护基板30设置有在厚度方向上贯通保护基板30的贯通孔33。而且，从各压电元件300引出的导线电极90的端部附近设置为在贯通孔33内露出。
另外，在保护基板30上固定有驱动电路120，该驱动电路120用于对排列设置的压电元件300进行驱动。作为该驱动电路120，例如可以使用电路基板、半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路120与导线电极90经由连接布线121电连接，该连接布线121由焊线等导电性线构成。
另外，在上述保护基板30上接合有由密封膜41以及固定板42构成的可塑性基板40。在此，密封膜41由刚性较低且具有挠性的材料构成，歧管部31的一面被该密封膜41密封。另外，固定板42由较硬的材料形成。该固定板42的与歧管100对置的区域成为在厚度方向上完全被去除的开口部43，所以歧管100的一面仅被具有挠性的密封膜41密封。
在上述本实施方式的喷墨式记录头I中，从与未图示的外部的墨水供给机构连接的墨水导入口取入墨水，在从歧管100至喷嘴开口21的内部被墨水充满之后，根据来自驱动电路120的记录信号，向与压力发生室12对应的各第一电极60与第二电极80之间施加电压，使弹性膜50、紧贴层56、第一电极60以及压电体层70弯曲变形，由此变高各压力发生室12内的压力，从而从喷嘴开口21排出墨水滴。
接下来，对本实施方式的喷墨式记录头的压电元件的制造方法的一个例子进行说明。
首先，在作为硅晶片的流路形成基板用晶片的表面通过热氧化等形成构成弹性膜50的由二氧化硅(SiO2)等构成的二氧化硅膜。然后，在弹性膜50(二氧化硅膜)上通过反应性溅射法、热氧化等形成由氧化钛等构成的紧贴层56。
接下来，在紧贴层56上形成第一电极60。具体而言，在紧贴层56上形成由铂、铱、氧化铱或它们的层叠构造等构成的第一电极60。此外，紧贴层56以及第一电极60可以通过例如溅射法、蒸镀法形成。
然后，在第一电极60上层叠压电体层70。压电体层70的制造方法不是特别限定的，例如可以使用通过涂覆干燥在溶剂中溶解、分散有有机金属化合物而成的溶液，进而在高温下烧制来获得由金属氧化物构成的压电体层70的MOD(Metal-Organic Decomposition：金属有机沉积)法、溶胶-凝胶法等化学溶液法来形成压电体层70。也可以使用其他诸如激光磨蚀法、溅射法、脉冲·激光·沉积法(PLD法)、CVD法、气溶胶、沉积法等方法形成压电体层70。
在例如由化学涂覆法形成压电体层70的况下，作为起始原料，使用包含所希望的元素的2-乙基己酸盐、醋酸盐等。例如是2-乙基己酸铋、2-乙基己酸钡、2-乙基己酸铁、2-乙基己酸钛等。混合成各自的正辛烷溶液，并将金属元素的摩尔比调整为化学计量比一致，从而制成前体溶液。然后，将上述前体溶液滴至预先制成的下部电极上，并在以500rpm旋转6秒钟之后以3000rpm使基板旋转20秒，从而通过旋转涂覆法形成压电体膜。接下来，将基板载置于热板上，以180℃干燥2分钟。然后，将基板载置于热板上，以350℃脱脂2分钟。重复上述溶液涂覆～脱脂工序2次之后，在氧环境气体中，并在RTA装置中，以750℃烧制5分钟。然后，重复上述工序5次，通过共10次的涂覆来形成压电体层70。
在像这样形成压电体层70之后，通过溅射法等在压电体层70上形成由铂等构成的第二电极80，并在与各压力发生室12对置的区域同时图案形成压电体层70以及第二电极80，从而形成由第一电极60、压电体层70以及第二电极80构成的压电元件300。此外，对于压电体层70与第二电极80的图案形成而言，通过经由形成为规定形状的抗蚀层(未图示)进行干蚀刻而能够一并进行。然后，也可以根据需要在600℃～800℃的温度区域进行后退火。由此，能够形成压电体层70与第一电极60或第二电极80的良好界面，并能够改善压电体层70的结晶性。
接下来，遍及流路形成基板用晶片的整面，例如在形成由金(Au)等构成的导线电极90之后，例如经由由抗蚀层等构成的掩模图案在每一压电元件300进行图案形成。
接下来，在流路形成基板用晶片的压电元件300侧，在通过粘合剂35将硅晶片即成为多个保护基板30的保护基板用晶片接合之后，将流路形成基板用晶片减薄至规定的厚度。
接下来，重新在流路形成基板用晶片上形成掩膜，并使之图案形成为规定形状。
而且，通过经由掩膜对流路形成基板用晶片进行使用了KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿蚀刻)，由此形成与压电元件300对应的压力发生室12、连通部13、墨水供给路14以及连通路15等。
然后，例如通过利用切割机等切断流路形成基板用晶片以及保护基板用晶片的外周边部的无用部分从而将其去除。而且，在去除流路形成基板用晶片的与保护基板用晶片相反的一侧的面的掩膜之后，接合贯穿设置有喷嘴开口21的喷嘴板20，并将可塑性基板40接合于保护基板用晶片，进而将流路形成基板用晶片等分割为图2所示的一个芯片尺寸的流路形成基板10等，由此形成本实施方式的喷墨式记录头I。
另外，上述实施方式的喷墨式记录头构成具备与墨水盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，并搭载于喷墨式记录装置。图5是表示该喷墨式记录装置的一个例子的简图。
如图5所示，具有喷墨式记录头I的记录头单元1A以及1B可装卸地设置有构成墨水供给机构的盒2A以及2B，且搭载有该记录头单元1A以及1B的托架3可沿轴向自由移动地设置于托架轴5，该托架轴5安装于装置主体4。该记录头单元1A以及1B例如分别排出黑色墨水组成物以及彩色墨水组成物。
而且，驱动电机6的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带7传递至托架3，从而搭载有记录头单元1A以及1B的托架3沿着托架轴5移动。另一方面，在装置主体4设置有作为输送机构的输送辊8，作为纸等记录介质的记录片材S被输送辊8输送。此外，输送记录片材S的输送机构并不局限于输送辊，也可以是带、鼓等。
在图5所示的例子中，喷墨式记录头单元1A、1B分别具有一个喷墨式记录头I，但并不特别局限于此，例如一个喷墨式记录头单元1A或1B也可以具有两个以上的喷墨式记录头。
实施例1-18
作为压电材料，使用作为(K，Na)NbO3与Li(Nb，Ta)O3的混晶来表达的压电材料(K0.47Na0.47Li0.04)(Nb1-xTax)O3。该材料存在正方晶-斜方晶相界，在横轴为组成、纵轴为温度的相图中，组成相界(MPB)相对于温度轴倾斜，MPB温度根据x变化，各x组成的压电常数的温度依赖性如图6所示。
为了在温度范围-40℃(最低使用温度T1)～125℃(最高使用温度T2)内使用本材料系，按照表1的厚度比率来层叠x＝0.15、0.2、0.25、0.3、0.4的各组成的材料，从而形成实施例1～18的压电体层。
在实施例1-18中，若以使各组成的厚度比为表1的比率的方式进行层叠，则即便使各组成的层为一个层、且即便分割为多个层而经由其他组成使该多个层分离并进行层叠，只要它们的厚度的和为表1的比率，压电特性的温度依赖性就是相同的。
另外，比较例1中将单一组成中温度偏差最小的作为压电元件，比较例2中将单一组成中压电特性最强的作为压电元件。
各实施例1-18的MPB线的最低温度T3以及最高温度T4、压电常数d31在使用温度范围内的最高值以及最低值、变化的范围如表1所示，压电常数d31的温度依赖性如图7、图8所示。
如表1所示，实施例1-18的压电元件满足T3≤T1≤T4的关系，但不满足T3≤T2≤T4的关系，比较例1、2的压电元件不满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4双方的关系。
如图7、图8所示，各实施例的在使用温度范围-40℃～125℃的压电特性比比较例1的压电特性强，另外，温度偏差比比较例2的温度偏差小，证明了本发明的效果。
[表1]
实施例19-26
实施例19-26中以如下方式形成压电元件，即在压电体层的面内按照表2所示的比率存在实施例1～18中所使用的各组成的压电材料。在这种情况下，对各组成的成分而言，可以是一个集合，另外也可以是一个组成分离成多个集合而它们的面积的和为表2的比率，在任一情况下，在压电特性的温度依赖性的方面都是相同的。
另外，比较例1中将单一组成中温度偏差最小的作为压电元件，比较例2中将单一组成中压电特性最强的作为压电元件。
各实施例19-26的MPB线的最低温度T3以及最高温度T4、压电常数d31在使用温度范围内的最高值以及最低值、变化的范围如表2所示，压电常数d31的温度依赖性如图9所示。
如表2所示，实施例19-26的压电元件满足T3≤T1≤T4的关系，但不满足T3≤T2≤T4的关系，比较例1、2的压电元件不满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4双方的关系。
如图9所示，各实施例的在使用温度范围-40℃～125℃的压电特性比比较例1的压电特性强，另外，温度偏差比比较例2的温度偏差小，从而证明了本发明的效果。
[表2]
实施例27-29
假定MPB的压电特性的最大值相同、且压电特性与MPB对应地水平移位的一系列的压电材料系，各组成(MPB温度)的压电特性的温度依赖性如图11所示。在图10中，用各自的MPB温度表示组成1-9。
为了在使用温度范围-40℃～125℃使用本材料系，使各组成为表3所示的比例而形成压电体层。
实施例27-29中以使各组成的厚度为表3的比率的方式层叠而形成压电元件。此时，各组成的层可以是一个层，也可以使各组成的层分离为多个层而该多个层的厚度的和为表3的比率。
另外，比较例3中将单一组成中压电特性最强的作为压电元件。
各实施例27-29的MPB线的最低温度T3以及最高温度T4、压电常数d31在使用温度范围内的最高值以及最低值、变化的范围如表3所示，压电常数d31的温度依赖性如图11所示。
如表3所示，实施例27、28的压电元件满足T3≤T1≤T4的关系，也满足T3≤T2≤T4的关系，实施例29的压电元件不满足T3≤T1≤T4的关系，但满足T3≤T2≤T4的关系。此外，比较例3的压电元件不满足T3≤T1≤T4的关系，也不满足T3≤T2≤T4的关系。
如图11所示，各实施例的在使用温度范围-40℃～125℃的压电特性与比较例3的压电特性相比，压电常数的最小值较大，温度偏差较小，从而证明了本发明的效果。
[表3]
实施例30-32
为了在使用温度范围-40℃～125℃使用与实施例27-29相同的材料系，使各组成为表4所示的比例而形成压电体层。
实施例30-32中各组成在压电体层的面内为表4的比率而形成压电元件。此时，对各组成的成分而言，可以是一个集合，另外也可以是分离成多个集合而它们的面积的和为表4的比率。
另外，比较例3中将单一组成中压电特性最强的作为压电元件。
各实施例30-32的MPB线的最低温度T3以及最高温度T4、压电常数d31在使用温度范围内的最高值以及最低值、变化的范围如表4所示，压电常数d31的温度依赖性如图12所示。
如表4所示，实施例30、31的压电元件满足T3≤T1≤T4的关系，也满足T3≤T2≤T4的关系，实施例32的压电元件不满足T3≤T1≤T4的关系，但满足T3≤T2≤T4的关系。此外，比较例3的压电元件不满足T3≤T1≤T4的关系，也不满足T3≤T2≤T4的关系。
如图12所示，各实施例的在使用温度范围-40℃～125℃的压电特性与比较例3的压电特性相比，压电常数的最小值较大，温度偏差较小，从而证明了本发明的效果。
[表4]
其他实施方式
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明的基本的结构并不局限于上述结构。例如，在上述实施方式中，作为流路形成基板10，例示了硅单结晶基板，但并不特别局限于此，例如，也可以使用SOI基板、玻璃等材料。
并且，在上述实施方式中，例示了在基板(流路形成基板10)上依次层叠有第一电极60、压电体层70以及第二电极80的压电元件300，但并不特别局限于此，例如，也可以将本发明应用于交替地层叠压电材料与电极形成材料且沿轴向伸缩的纵向振动型压电元件。
此外，在上述实施方式中，作为液体喷射头的一个例子举喷墨式记录头为例进行了说明，但本发明可以广泛地以所有液体喷射头为对象，当然也适用于喷射墨水以外的液体的液体喷射头。作为其他的液体喷射头，可以举出例如在打印机等图像记录装置中使用的各种记录头、在液晶显示器等彩色滤波器的制造中使用的着色材料喷射头、在有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等电极形成中使用的电极材料喷射头、在生物芯片制造中使用的生物体有机物喷射头等。
本发明的压电元件表现出良好的绝缘性以及压电特性，从而如上所述，其适用于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头的压电元件，但并不局限于此。同样适用于例如超声波发送机等超声波器件、超声波电机、压电变压器、红外线传感器、超声波传感器、感热传感器、压力传感器以及热电传感器等各种传感器等的压电元件。另外，本发明同样也适用于强电介质存储器等强电介质元件。
实施例中举出的最低使用温度T1的值(-40℃)和最高使用温度T2的值(125℃)是一个例子，也可以是其他值。根据压电元件的用途、使用环境、被要求的性能等来设定T1和T2的值。即，通过应在怎样的温度范围内保障该压电元件的动作这一观点来决定T1和T2的值。而且，应保障压电元件的动作的温度范围根据压电元件的用途、使用环境、被要求的性能等而不同。
作为一例，在用于液体喷射装置的情况下，应保障压电元件的动作的温度范围为5～40℃左右，在用于陶瓷电容器的情况下，虽然也根据该电容器的用途而不同但是在-25～85℃左右，在用于车载用传感器的情况下，为0～70℃左右，在用于人体检查用的超声波传感器的情况下，为-10～50℃左右。
只要在T1与T2的差较小时和较大时都满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的条件，则T1～T2的温度范围内的压电特性的温度依赖性大体上可靠地降低，大体上可靠地保证该温度范围内的动作稳定性。
此外、在T1与T2的差较大的情况下，通过满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的条件，能够得到温度依赖性更少、动作稳定性更优异的高性能的压电元件。
此外，如上述，不是必须要满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的条件双方，只要满足任意一方，就能够降低压电特性的温度依赖性。
附图标记的说明：I…喷墨式记录头(液体喷射头)；10…流路形成基板；12…压力发生室；13…连通部；14…墨水供给路；20…喷嘴板；21…喷嘴开口；30…保护基板；31…歧管部；32…压电元件保持部；40…可塑性基板；50…弹性膜；60…第一电极；70…压电体层；80…第二电极；90…导线电极；100…歧管；120…驱动回路；300…压电元件。

Claims (12)

1.一种压电元件，其特征在于，
具备由压电材料构成的压电体层和夹着该压电体层的一对电极，该压电元件在最低使用温度T1至最高使用温度T2之间使用，
所述压电材料包含具有钙钛矿型构造的复合氧化物，
所述压电材料具有相对于温度轴倾斜的组成相界，当与该组成相界对应的温度最低为T3、最高为T4时，满足T3≤T1≤T4以及T3≤T2≤T4的式子中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，
所述压电材料包含至少两种具有钙钛矿型构造的复合氧化物。
3.根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于，
所述压电体层是将构成元素的比率相互不同的多个压电材料层叠而得到的压电体层，或者是使构成元素的比率相互不同的多个压电材料在面内方向分布而得到的压电体层。
4.根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于，
所述压电体层是将所述至少两种以上的复合氧化物中的至少一种复合氧化物相互不同的多个压电材料层叠而得到的压电体层，或者是使所述至少两种以上的复合氧化物中的至少一种复合氧化物相互不同的多个压电材料在面内方向分布而得到的压电体层。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电元件，其特征在于，
在用ABO3表示所述钙钛矿型构造的情况下，A位包含Pb、Ba、Sr、Ca、Li、K、Na、Bi中的至少一种，
B位包含Zr、Ti、Nb、Ta、Fe、Mn、Co中的至少一种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电元件，其特征在于，
所述复合氧化物包含KNbO3-NaNbO3、KNb3-KTaO3、PbZrO3-PbTi3、(Bi1/2K1/2)TiO3-(Bi1/2Na1/2)TiO3、(Bi1/2K1/2)TiO3-BaTiO3、(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3、BiFeO3-BiCoO3中的任意一个组合。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的压电元件，其特征在于，
所述复合氧化物是(K，Na)NbO3与Li(Nb，Ta)O3的混晶。
8.一种液体喷射头，其特征在于，
具备权利要求1～7中任一项所述的压电元件。
9.一种液体喷射装置，其特征在于，
具备权利要求8所述的液体喷射头。
10.一种致动器，其特征在于，
具备权利要求1～7中任意一项所述的压电元件。
11.一种传感器，其特征在于，
具备权利要求1～7中任意一项所述的压电元件。
12.一种电机，其特征在于，
具备权利要求1～7中任意一项所述的压电元件。
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