[发明专利]压电元件及其驱动方法、压电装置、液体排出装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电元件及其驱动方法，特别是涉及压电体的结晶构造和驱动条件。本发明还涉及具备压电元件和控制其驱动的控制装置的压电装置及使用了该压电装置的液体排出装置。

背景技术

具备具有随着电场施加强度的增减而伸缩的压电性的压电体和在给定方向对压电体施加电场的电极的压电元件是用作喷墨式记录头上搭载的作动器等。

作为压电材料，公知的是采用具有锆钛酸铅(PZT)等钙钛矿构造的复合氧化物。这种压电材料是在不施加电场时具有自发极化性的强电介质，以前的压电元件一般是在与强电介质的极化轴一致的方向施加电场，从而利用在极化轴方向伸长的「压电效应」(现有技术1)。即，以前重要的是按电场施加方向和极化轴方向一致的方式进行材料设计(极化轴＝电场施加方向)。

然而，仅仅利用强电介质的上述压电效应，应变变位量是有限的，而现在要求更大的应变变位量。

另一方面，随着电子设备的小型轻量化·高功能化，对于其上搭载的压电元件也在推进小型轻量化·高功能化。例如，对于喷墨式记录头，为了高画质化而研究了压电元件的高密度化，与其伴随，研究了压电元件的薄型化。若使压电元件薄型化，则即使与以前同样施加电压，压电体上的电场施加强度也会增加，原样采用与以前同样的材料设计不能得到充分的压电效应。

公知的是，强电介质的上述压电效应所涉及的压电特性(电场施加强度和应变变位量的关系)大致具有图6的曲线Q(现有技术1)所示的关系。曲线Q表明，到某电场施加强度Ex为止，相对于电场施加强度的增加，应变变位量直线地增加，而超过电场施加强度Ex的话，相对于电场施加强度的增加的应变变位量的增加会显著变小，应变变位量大致饱和。

以前是在相对于电场施加强度的增加而应变变位量直线地增加的电场施加强度0～Ex的范围内使用(也基于材料，例如，Ex＝5～100kV/cm的程度，最大电场施加强度＝0.1～10kV/cm的程度)。然而，若使压电元件薄型化，则即使与以前同样施加电压，压电体上的电场施加强度也会增加，所以例如会在0～Ey(Ey＞Ex)的范围内使用。该场合的实质上的压电常数由虚线Q′所示的倾斜度表明，比0～Ex的范围内的压电常数小，元件本来具有的压电特性不能充分发挥。

特别是在把最小电场施加强度和最大电场施加强度的差设为与以前同样水平的场合，例如在Ex～Ey的范围内使用的场合，就会在几乎没有应变变位的范围内使用，作为压电元件不能充分发挥作用。

在这种背景下，专利文献1提出了通过施加电场而使压电体发生相变的压电元件(现有技术2)。该文献披露了具备相变膜、电极、按居里点Tc附近的温度T调整相变膜的发热体的压电元件(参照权利要求1)。作为相变膜可以列举在正方晶系和菱面体晶系之间，或者在菱面体晶系或正方晶系和立方晶系之间转变的膜(参照权利要求2)。

专利文献1记载的压电元件借助于强电介质的压电效应和与相变伴随的结晶构造的变化所引起的体积变化，能获得比以前大的应变变位量。

专利文献1：特许第3568107号公报

发明内容

发明打算解决的课题

在专利文献1中，作为相变膜，列举的都是在作为强电介质的正方晶系和菱面体晶系之间发生相变的膜和在作为强电介质的菱面体晶系或正方晶系和作为通常电介质的立方晶系之间发生转变的膜。然而，专利文献1记载的压电元件(现有技术2)是在居里点Tc附近使用的东西。居里点Tc相当于强电介质和通常电介质的相变温度，所以在居里点Tc附近使用的场合，不可能得到在正方晶系和菱面体晶系之间发生相变的膜。因此，专利文献1记载的压电元件只能是利用强电介质和通常电介质之间的相变的东西。这种元件因为通常电介质不具有自发极化性，所以不能得到在相变后通过施加电场而在极化轴方向伸长的压电效应。

专利文献1记载的压电元件的压电特性大致如图6的曲线R(现有技术2)所示。在这里，为容易比较，相变前的压电特性与只利用强电介质的压电效应的上述现有技术1的曲线Q相同。曲线R表明，相变前由于强电介质的压电效应，相对于电场施加强度的增加，应变变位量直线地增加，从相变开始的电场施加强度E1到相变大致完成的电场施加强度E2，由于伴随相变的结晶构造的变化，应变变位量增加，若超过向通常电介质的相变大致完成的电场施加强度E2的话，则不能获得强电介质的压电效应，因而施加其以上电场，应变变位量也不增加。

与只利用强电介质的压电效应的现有技术1同样，若使压电元件薄型化，则会包含没有应变变位量的电场施加强度高的范围来使用，不是有效的。