压电元件、液体喷射头、液体喷射装置、致动器以及电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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)。
[0003]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KJaUNbCV(Ba，Na)Ti03等含碱金属的压电材料、BiFe03-BaTi03等压电 材料。
[0004] 作为这样的压电材料，已知有通过使用组成相界（MPB:MorphotoropicPhase 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。
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-215111号公报
【发明内容】
[0006] 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。
[0007]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 <Tl<T4以及T3 <T2 <T4的式子中的至少一个。
[0008] 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。
[0009] 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 <Tl<T4以及T3 <T2 <T4的式子中的至少一个。
[0010] 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 <Tl<T4以及T3 <T2 <T4的式子中的至少一个。
[0011] 另外，优选在用AB03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。
[0012] 另外，优选上述复合氧化物包含KNb03-NaNb03、KNb3-KTa03、PbZr03_PbTi3、 (BiiAKiA)TiOs- TiOs, Ti03-BaTi03, Ti03-BaTi03, BiFe03-BiC〇03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。
[0013] 另外，优选上述复合氧化物是（K，Na)Nb03与Li(Nb，Ta)〇j^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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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】
[0024] 图1是表不本发明的压电材料的相图的一个例子的图。
[0025] 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。
[0026] 图3是实施方式1所涉及的记录头的俯视图。
[0027] 图4是实施方式1所涉及的记录头的剖视图。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032] 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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035] 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】
[0036] 以下，根据实施方式对本发明详细地进行说明。
[0037] 构成本发明的压电元件的压电体层的压电材料如下所述。
[0038] 压电材料
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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 <Tl<T4以 及T3 <T2 <T4的式子中的至少一个。
[0042] 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。
[0043] 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 <Tl<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