專利名稱：液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件。
背景技術(shù)：
作為液體噴射裝置的構(gòu)件，液體噴射頭例如用于噴墨打印機(jī)等中。這種情況下，液體噴射頭是用于噴出油墨的小滴并使其飛散，由此噴墨打印機(jī)能使該油墨附著到紙等介質(zhì)上從而進(jìn)行印刷。液體噴射頭通常具有對液體施加壓力以使液體從噴嘴噴出的致動器。這種致動器例如有具備壓電元件的致動器。作為致動器所具備的壓電元件有將呈機(jī)電轉(zhuǎn)換作用的例如由結(jié)晶化的壓電性陶瓷等壓電材料形成的壓電體用2個電極夾持而構(gòu)成的壓電元件。這種壓電元件通過利用2個電極施加電壓而能變形，利用該變形可以使致動器例如以彎曲振動模式進(jìn)行運(yùn)動。作為用于這種用途的壓電材料，由于期望機(jī)電轉(zhuǎn)換效率等的壓電特性高，而鈦酸鋯酸鉛(PZT)系的材料因該特性比其它材料優(yōu)異，所以正在研究開發(fā)。然而，近年來日益強(qiáng)烈要求進(jìn)一步提高壓電材料的壓電特性并且要求使用環(huán)境負(fù)荷更小的材料，所以對于PZT 系的材料而言，已很難達(dá)到這些要求，已開展了例如含鉛量少的鈣鈦礦型氧化物的壓電材料的開發(fā)。理論上認(rèn)為壓電特性高的陶瓷材料中，例如有Bi系氧化物，現(xiàn)在已知通過將 BiFeO3以整塊的狀態(tài)在常壓下煅燒而形成鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)。而其它Bi系氧化物大多在煅燒時的環(huán)境為常壓時不形成鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)，只有在超過數(shù)GPa的高壓下才形成鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)。例如，已知Bi(Z%5，Ti0.5) O3 (BZT)如果不在高壓(6GI^左右)下煅燒則不能形成鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)。專利文獻(xiàn)1中公開了不含堿金屬和鉛的復(fù)合氧化物。在該文獻(xiàn)中對具有特定組成的氧化物進(jìn)行了居里(curie)溫度等的評價，并有能夠提供壓電特性優(yōu)異且具有高居里溫度的壓電材料等的記載?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2009-256186號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明幾個形態(tài)的目的之一是提供環(huán)境負(fù)荷小且耐電壓良好的壓電致動器以及具備其的液體噴射頭。另外，本發(fā)明的幾個形態(tài)的另一目的是提供包含環(huán)境負(fù)荷小的壓電體的壓電元件。本發(fā)明是為了至少解決上述課題的一部分而進(jìn)行的，可以通過以下的形態(tài)或適用例來實(shí)現(xiàn)。[適用例1]
本發(fā)明的液體噴射頭的一種形態(tài)是一種液體噴射頭，其具備壓電致動器，該壓電致動器含有用薄膜法形成的壓電體和對所述壓電體施加電壓的電極，所述壓電體含有鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，所述壓電體中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭對所述鈦酸鉛的摩爾比，即鈦酸鋅酸鉍鑭/鈦酸鉛為0. 39以上且0.61以下。根據(jù)本適用例的液體噴射頭，包含由與PZT相比鉛含量小的鉍系復(fù)合氧化物形成的壓電體，耐電壓良好。由此，可降低環(huán)境負(fù)荷的同時，可增大壓電致動器的移位，例如可以提高噴墨印刷中的油墨噴出性能。[適用例2]適用例1中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭中鉍對鑭的摩爾比(鉍/鑭)可以為1. 00以上且 2. 33以下。根據(jù)本適用例的液體噴射頭，可進(jìn)一步提高壓電體的壓電特性，可具有更良好的滯后特性。[適用例3]適用例1或2中，所述鈦酸鉛中鉛對鈦的摩爾比(鉛/鈦)可以為大于1. 0且1. 1 以下。根據(jù)本適用例的液體噴射頭，壓電體的晶體結(jié)構(gòu)變得進(jìn)一步良好，可進(jìn)行更良好的機(jī)電轉(zhuǎn)換，例如可以提高噴墨印刷中的油墨的噴出性能。[適用例4]適用例1 3中的任一例中，可以為所述電極含有對峙的一對導(dǎo)電層，所述壓電體以薄膜狀設(shè)置在所述的一對導(dǎo)電層之間，所述壓電體的厚度為IOOnm以上且3 μ m以下。根據(jù)本適用例的液體噴射頭，壓電體的晶體結(jié)構(gòu)呈良好的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行更良好的機(jī)電轉(zhuǎn)換，例如能提高噴墨印刷中的油墨噴出性能。[適用例5]適用例4中，可以為在所述一對導(dǎo)電層之間施加電壓時，使所述壓電體發(fā)生絕緣破壞的電場強(qiáng)度為500kV/cm以上且2000kV/cm以下。根據(jù)本適用例的液體噴射頭，具備耐電壓極高的壓電體，所以例如能更加增大壓電致動器的移位，例如可以提高噴墨印刷中的油墨噴出性能。[適用例6]本發(fā)明的液體噴射裝置的一種形態(tài)為具備適用例1 5中的任一例所述的液體噴射頭。本適用例的液體噴射裝置含有由與PZT相比鉛含量小的鉍系復(fù)合氧化物形成的壓電體，耐電壓良好。由此，可降低環(huán)境負(fù)荷的同時，例如可提高噴墨印刷中的油墨噴出性能。[適用例7]本發(fā)明的壓電元件的一種形態(tài)，包括對峙配置的一對導(dǎo)電層和配置于所述一對導(dǎo)電層之間的壓電體，所述壓電體為鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，所述固溶體中的所述鈦酸鋅酸鉍鑭對所述鈦酸鉛的摩爾比(鈦酸鋅酸鉍鑭/鈦酸鉛)為0. 39以上且0.61以下。根據(jù)本適用例的壓電元件，含有由鉍系復(fù)合氧化物形成的壓電體，能使耐電壓變良好。


圖1為實(shí)施方式的壓電元件100、壓電致動器102的剖面模式圖。圖2為實(shí)施方式的液體噴射頭600的剖面模式圖。圖3為模式性表示實(shí)施方式的液體噴射頭600的分解立體圖。圖4為模式性表示實(shí)施方式的液體噴射裝置700的立體圖。圖5為實(shí)施例2的壓電元件的極化和移位對施加電壓的圖示。圖6為實(shí)施例3的壓電元件的極化和移位對施加電壓的圖示。圖7為實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的變形率-電場強(qiáng)度圖示。圖8為實(shí)施例1的壓電元件的滯后曲線。圖9為實(shí)施例2的壓電元件的滯后曲線。圖10為實(shí)施例3的壓電元件的滯后曲線。圖11為實(shí)施例4的壓電元件的滯后曲線。圖12為參考例1的壓電元件的滯后曲線。圖13為實(shí)施例1 5和參考例1 3的XRD圖案。符號說明L···基板、la···振動板、10···第1導(dǎo)電層、20···第2導(dǎo)電層、30···壓電體、100…壓電元件、102…壓電致動器、600…液體噴射頭、610…噴嘴板、612…噴嘴孔、620…壓力室基板、 622…壓力室、6 …儲集部、6 …供給口、6 …貫通孔、630…外殼、700…液體噴射裝置、 710…驅(qū)動部、720…裝置主體、721…盤、722…排出口、730…噴頭單元、731…墨盒、732…托盤、741…托盤電機(jī)、742…往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)、743…同步帶、744…托盤導(dǎo)向軸、750…送紙部、 751···送紙電機(jī)、752…送紙輥、752a···從動輥、752b···驅(qū)動輥、760…控制部、770…操作板
具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式邊參照附圖邊進(jìn)行說明。應(yīng)予說明的是以下的實(shí)施方式說明了本發(fā)明的一例。因此，本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式，還包含不改變主旨范圍內(nèi)所實(shí)施的各種變形例。應(yīng)予說明的是下述的實(shí)施方式中所述的組成的全部并不一定是本發(fā)明的必要組成要素。1.壓電元件和壓電致動器圖1是本實(shí)施方式的壓電元件100的剖面的模式圖。本實(shí)施方式的壓電元件100包含第1導(dǎo)電層10、第2導(dǎo)電層20、壓電體30。1.1.第1導(dǎo)電層第1導(dǎo)電層10例如在基板1的上方形成?；?例如可以是由導(dǎo)電體、半導(dǎo)體、 絕緣體形成的平板?；?可以是單層，也可以是多層層疊的結(jié)構(gòu)。另外，對于基板1，只要上面是平面的形狀則對內(nèi)部的結(jié)構(gòu)并不限定，例如可以是在內(nèi)部形成了空間等的結(jié)構(gòu)。另外，例如，如后述的液體噴射頭，對于在基板1的下方形成壓力室等情況而言，可以將在基
5板1的下方所形成的多層結(jié)構(gòu)整個看做是一個基板1?；?可以是具有彎曲性，根據(jù)壓電體30的動作而可變形(彎曲)的振動板。此時，壓電元件100將變成包含振動板、第1導(dǎo)電層20、壓電體30和第2導(dǎo)電層20的壓電致動器102。其中，基板1具有彎曲性是指基板1可以彎曲。將基板1作為振動板時，基板1 的彎曲只要是在將壓電致動器102用于液體噴射頭時能使壓力室的容積與噴出的液體的體積同程度地變化的程度則足夠?；?為振動板時，作為基板1的材質(zhì)例如可例示氧化鋯(ZrO2)、氮化硅、氧化硅等無機(jī)氧化物以及不銹鋼等合金。在這些當(dāng)中，從化學(xué)穩(wěn)定性和剛性方面看，作為基板 1(振動板)的材質(zhì)特別優(yōu)選氧化鋯。此時，基板1也可以是例示物質(zhì)的2種以上的層疊結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式中，下面將例示基板1為振動板并由氧化鋯形成的情況。因此，壓電元件100實(shí)際上與具備可根據(jù)壓電體30的動作而變形(彎曲)的具有彎曲性的振動板的、壓電致動器102相同。在以下的說明中，壓電元件100和壓電致動器102可以是相互替換的措辭。第1導(dǎo)電層10的形狀只要是與第2導(dǎo)電層20呈對峙則沒有限定，而本實(shí)施方式中由于壓電體30形成為薄膜狀，所以優(yōu)選層狀或薄膜狀的形狀。第1導(dǎo)電層10的厚度例如可以是50nm以上且300nm以下。另外，對于第1導(dǎo)電層10的平面形狀，只要是將第2導(dǎo)電層20對峙配置時可在兩者間配置壓電體30的形狀則沒有特別限定，例如可以是矩形、圓形等。作為第1導(dǎo)電層10的功能之一可舉出其作為一側(cè)電極用來與第2導(dǎo)電層20成對而對壓電體30施加電壓(例如，在壓電體30的下方形成的下部電極)。也可以對第1導(dǎo)電層10賦予結(jié)晶化壓電體30時的晶體取向控制功能。作為第1導(dǎo)電層10的材質(zhì)，例如可例示鎳、銥、鉬等各種金屬，它們的導(dǎo)電性氧化物(例如氧化銥等)，鍶和釕的復(fù)合氧化物(SrRu0x:SR0)，鑭和鎳的復(fù)合氧化物 (LaNi0x:LN0)等。第1導(dǎo)電層10可以是例示的材料的單層結(jié)構(gòu)，也可以是層疊多個材料的結(jié)構(gòu)。1.2.第2導(dǎo)電層第2導(dǎo)電層20與第1導(dǎo)電層10對峙地被配置。第2導(dǎo)電層20既可以全體與第1 導(dǎo)電層10呈對峙，也可以是一部分與第1導(dǎo)電層10呈對峙。第2導(dǎo)電層20的形狀只要是能與第1導(dǎo)電層10對峙則沒有限定，本實(shí)施方式中由于壓電體30形成為薄膜狀，所以優(yōu)選層狀或薄膜狀的形狀。第2導(dǎo)電層20的厚度例如可以是50nm以上且300nm以下。另外， 對于第2導(dǎo)電層20的平面形狀，只要是在與第1導(dǎo)電層10對峙配置時可在兩者間配置壓電體30的形狀則沒有特別地限定，例如可以是矩形、圓形等。作為第2導(dǎo)電層20的功能之一可舉出作為一側(cè)電極用來對壓電體30施加電壓 (例如，在壓電體30上形成的上部電極)。也可以對第2導(dǎo)電層20賦予結(jié)晶化壓電體30 時的晶體取向的控制功能。第2導(dǎo)電層20的材質(zhì)可以與上述的第1導(dǎo)電層10相同。圖1雖然表示了第1導(dǎo)電層10形成為在平面上大于第2導(dǎo)電層20的例子，但第 2導(dǎo)電層20也可以形成為在平面上大于第1導(dǎo)電層10。這時，第2導(dǎo)電層20也可以在壓電體30的側(cè)面形成，能使第2導(dǎo)電層20兼?zhèn)鋸乃?、氫等中保護(hù)壓電體30的功能。
1.3.壓電體壓電體30被配置在第1導(dǎo)電層10和第2導(dǎo)電層20之間。壓電體30可以與第1 導(dǎo)電層10和第2導(dǎo)電層20的至少一方相接。圖1的例子中，壓電體30被設(shè)置為與第1導(dǎo)電層20和第2導(dǎo)電層20連接。壓電體30可由薄膜法形成。其中，薄膜法是指濺鍍法、蒸鍍法、 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal -Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(脈沖激光沉積)法、霧化成膜法以及溶膠凝膠法中的至少一種的方法。即，本實(shí)施方式的壓電體30不是以整塊的狀態(tài)形成的， 例如不是以整塊的狀態(tài)形成后通過研磨等而薄膜化的。對于壓電體30的厚度，只要是通過薄膜法而形成就沒有限定，例如可以是IOOnm 以上且3000nm以下。依照薄膜法形成厚度大的壓電體30時，例如在濺鍍法、蒸鍍法、MOCVD 法等堆積物質(zhì)的方式的方法中，可以通過延長堆積時間而形成，另外例如在MOD法、溶膠凝膠法等進(jìn)行涂布-煅燒的方式的方法中，可以通過重復(fù)該方法進(jìn)行層疊而形成。另外，層疊時，也可以對各層使用不同的薄膜法來層疊。如果壓電體30的厚度在該范圍外，則有時耐壓變不充分，得不到充分的變形(機(jī)電轉(zhuǎn)換)。本實(shí)施方式的壓電體30是鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體。更具體而言，壓電體30是鈦酸鋅酸鉍鑭(Bi，La) (Zn, Ti)O3)(以下有時將其簡稱為“BLZT”)和鈦酸鉛myrio3(以下有時將其簡稱為“PT”)的固溶體(以下有時將其簡稱為 “PT-BLZT”)，例如，可表示為(I-U)Pb(Lv)TiO3-U(Bi(H)Law) (Zn(1_x)Tix) 0廣·(式 I)。該P(yáng)T-BLZT是通式ABO3表示的復(fù)合氧化物，被分類于所謂的鈣鈦礦型氧化物，可通過結(jié)晶化呈鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)。PT-BLZT通過結(jié)晶化形成為鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)，從而能表現(xiàn)壓電性。由此，壓電體30因第1導(dǎo)電層10和第2導(dǎo)電層20而被施加電場從而發(fā)生變形(機(jī)電轉(zhuǎn)換)。通過該變形，例如可以使基板1彎曲或振動，能夠構(gòu)成壓電致動器102。將本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體以上述(式I)的形式表示時，U、V、w和χ均為0以上且1以下的值。這些值可以表現(xiàn)形成壓電體30時的原料的加入量，另外，也可以表現(xiàn)形成后的壓電體30的組成。例如，式中“V”可以為表現(xiàn)加入比I^bTiO3的化學(xué)計量比過量的鉛原料的量。因此，有時表觀上表現(xiàn)為不滿足該化學(xué)式的電中性，這種情況可解釋為表示加入值或晶體的缺陷程度。本實(shí)施方式的壓電體30是鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，該固溶體中鈦酸鋅酸鉍鑭對鈦酸鉛的摩爾比(BLZT/PT)是0.39以上且0.61以下。即，將本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體以上述(式I)的形式表達(dá)時為0.觀< u < 0. 38。本實(shí)施方式的壓電元件100中，由于壓電體30的固溶體中鈦酸鋅酸鉍鑭對鈦酸鉛的摩爾比(BLZT/PT)在上述范圍，所以耐電壓良好。由此，可以提高對壓電元件100施加的電壓，例如可以增大壓電致動器102的移位。而且，這種壓電體30例如可以提高噴墨印刷中油墨的噴出性能。其中，BLZT/PT的比更優(yōu)選0. 39以上且0. 49以下。本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體中，可以是鈦酸鋅酸鉍鑭中的鉍對鑭的摩爾比 (Bi/La)為1.00以上且2. 33以下。即，將本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體以上述(式I) 的形式表達(dá)時，可以為0. 3 < w < 0. 5。由此，可進(jìn)一步優(yōu)化壓電元件100的滯后環(huán)的形狀。 即，如果Bi/La比在1. 00以上且2. 33以下，則可以使滯后環(huán)形成為更加打開的形狀。另外，Bi/La比更優(yōu)選為1. 5以上且2. 33以下。本實(shí)施方式的壓電體30中，可以是鈦酸鉛中的鉛對鈦的摩爾比(鉛/鈦)為大于 1.0且1.1以下。另外，壓電體30中，成為固溶體的鈦酸鉛的鉛可以比化學(xué)計量組成的鈦酸鉛的鉛量過量10%以下。即，將本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體以上述(式I)的形式表達(dá)時，可以為OSvS 0.1。由此，可以減少固溶體的晶相中非均相的量。例如，壓電體 30結(jié)晶化時，有時出現(xiàn)立方晶、正方晶、菱面體晶等晶體結(jié)構(gòu)的相，而通過使鈦酸鉛中鉛對鈦的摩爾比(鉛/鈦)為大于1.0且1.1以下，例如可以提高壓電體30中正方晶的比例， 減少其它晶體結(jié)構(gòu)的相(非均相)的存在量。這樣，可進(jìn)一步優(yōu)化壓電元件100的壓電特性。本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體中，可以是鈦酸鋅酸鉍鑭中的鋅對鈦的摩爾比 (Zn/Ti)為0.92以上且1.08以下。即，將本實(shí)施方式的壓電體30的固溶體以上述(式I) 的形式表達(dá)時，可以為0. 48 < χ < 0. 5。這樣，可以進(jìn)一步優(yōu)化壓電元件100的耐電壓。由此，可以進(jìn)一步提高對壓電元件100施加的電壓，例如可以進(jìn)一步提高壓電致動器102的移位。而且，這種壓電體30例如可以進(jìn)一步提高噴墨印刷中油墨的噴出性能。其中，Zn/Ti比更優(yōu)選為0. 96以上且1. 04以下，從鉍、鋅和鈦的化合價的平衡這點(diǎn)看，特別優(yōu)選為0. 5。1.4.作用效果等本實(shí)施方式的壓電元件100(壓電致動器10 由于含有上述的壓電體30，所以至少具有耐壓，即在第1導(dǎo)電層10和第2導(dǎo)電層20間施加電壓時發(fā)生絕緣破壞的電場強(qiáng)度高這樣的特征。在后述的實(shí)施例中將作進(jìn)一步說明，即使本實(shí)施方式的壓電元件100發(fā)生絕緣破壞的電場強(qiáng)度非常高，例如能夠具有500kV/cm以上且2000kV/cm以下這樣的值。另外，發(fā)現(xiàn)盡管本實(shí)施方式的PT-BLZT具有比PZT (含鉛量約76質(zhì)量％ )低的含鉛量(53質(zhì)量％ 61質(zhì)量％)，但仍然表現(xiàn)非常良好的特性。即，本實(shí)施方式的PT-BLZT能減小環(huán)境負(fù)荷，并且能表現(xiàn)優(yōu)異的壓電特性。本實(shí)施方式的壓電元件100可以用于廣泛的用途。作為壓電致動器102的用途， 例如有液體噴射頭、噴墨打印機(jī)等液體噴射裝置等，作為壓電元件100的用途，可適合用于陀螺傳感器、加速度傳感器等各種傳感器類、音叉型振動器等計時裝置類、超聲波發(fā)生器等超聲波裝置類。2.壓電元件的制造方法本發(fā)明的壓電元件100例如可以如下進(jìn)行制造。首先，準(zhǔn)備基板1，在基板1上形成第1導(dǎo)電層10。第1導(dǎo)電層10例如可以利用濺鍍法、鍍覆法、真空蒸鍍法等而形成。第1導(dǎo)電層10可以根據(jù)需要進(jìn)行圖案形成。接著，在第1導(dǎo)電層10上形成壓電體30。壓電體30，如上所述，例如可以利用濺鍍
MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) MOD (Metal-Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(脈沖激光沉積)法、霧化成膜法以及溶膠凝膠法中的至少一種的方法或這些方法的組合而形成。壓電體30的結(jié)晶化例如可以在500°C以上且800°C以下、氧環(huán)境中進(jìn)行。由此，可使壓電體30結(jié)晶化。另外，結(jié)晶化可以在壓電體30的圖案形成后進(jìn)行。而且根據(jù)需要，可以多次重復(fù)上述操作而得到所希望的厚度的壓電體30。然后，在壓電體30上形成第2導(dǎo)電層20。第2導(dǎo)電層20例如可以利用濺鍍法、鍍覆法、真空蒸鍍法等而形成。而且，按照所希望的形狀對第2導(dǎo)電層20和壓電體30進(jìn)行圖案形成，形成壓電元件。其中，第2導(dǎo)電層20和壓電體30可根據(jù)需要同時進(jìn)行圖案形成。 可以經(jīng)過以上例示的工序來制造本實(shí)施方式的壓電元件100。3.液體噴射頭接著，作為本實(shí)施方式的壓電元件(壓電致動器)的用途的一例，對具有該壓電元件的液體噴射頭600邊參照附圖邊進(jìn)行說明。圖2是模式性表示液體噴射頭600的主要部分的剖面圖。圖3是液體噴射頭600的分解立體圖，與通常使用的狀態(tài)呈上下顛倒。液體噴射頭600可以具有上述的壓電元件(壓電致動器)。以下，例示說明液體噴射頭600，其在基板1(上部具有振動板Ia的結(jié)構(gòu)體)上形成壓電元件100，壓電元件100 和振動板Ia構(gòu)成壓電致動器102。如圖2和圖3所示，液體噴射頭600包含具有噴嘴孔612的噴嘴板610、和用于形成壓力室622的壓力室基板620以及壓電元件100。另外，如圖3所示，液體噴射頭600可以具有外殼630。另外，圖3中簡略地圖示了壓電元件100。如圖2和圖3所示，噴嘴板610具有噴嘴孔612。從噴嘴孔612可以噴出油墨。在噴嘴板610上例如可排列設(shè)置多個的噴嘴孔612。作為噴嘴板620的材質(zhì)例如可舉出硅、不銹鋼(SUS)等。壓力室基板620設(shè)置在噴嘴板610上(圖3的例中為下)。作為壓力室基板620 的材質(zhì)，例如可以例示硅等。壓力室基板620通過將噴嘴板610和振動板Ia之間的空間劃分，從而設(shè)置如圖3所示的儲集部(液體貯留部)624、和與儲集部6M連通的供給口 6 以及與供給口 6 連通的壓力室622。此例中，分開說明儲集部624、供給口 626、壓力室622， 但這些均為液體的流路，這種流路可以任意設(shè)計。另外，供給口 6 例如在圖示例中具有流路的一部分變窄的形狀，但可以按照設(shè)計任意地形成，并非必要的組成。通過噴嘴板610、 壓力室基板620和振動板Ia劃分出儲集部624、供給口 6 和壓力室622。儲集部6M可以臨時儲集從外部(例如墨盒)經(jīng)由設(shè)在振動板Ia的貫通孔6 而供給的油墨。儲集部 624內(nèi)的油墨可以介由供給口 6 供給到壓力室622。壓力室622因振動板Ia的變形而發(fā)生容積變化。壓力室622與噴嘴孔612連通，通過壓力室622的容積的變化，從噴嘴孔612 噴出油墨等。壓電元件100設(shè)在壓力室基板620上(圖3例中為下)。壓電元件100與壓電元件驅(qū)動電路(未圖示)電性連接，可以根據(jù)壓電元件驅(qū)動電路的信號進(jìn)行動作(振動、變形)。振動板Ia能夠因壓電體30的動作而變形，從而適當(dāng)改變壓力室622的內(nèi)部壓力。如圖3所示，外殼630可以收容噴嘴板610、壓力室基板620和壓電元件100。作為外殼630的材質(zhì)例如可舉出樹脂、金屬等。如上述，液體噴射頭600至少含有耐壓優(yōu)異的壓電元件100。因此，液體噴射頭600 耐壓高，可以有比以往高的電壓下的動作，因此液體等的噴出能力高。應(yīng)予說明的是在這里對液體噴射頭600為噴墨式記錄頭的情況進(jìn)行了說明。但是，本實(shí)施方式的液體噴射頭例如也可以用于在液晶顯示裝置等的濾色片的制造中使用的色料噴射頭，有機(jī)EL顯示裝置、FED (表面發(fā)射顯示裝置)等的電極形成中使用的電極材料噴射頭，生物芯片制造中使用的生物體有機(jī)物噴射頭等中。4.液體噴射裝置
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接著，邊參照附圖邊說明本實(shí)施方式的液體噴射裝置。液體噴射裝置具有上述的液體噴射頭。以下，針對液體噴射裝置為具有上述液體噴射頭的噴墨打印機(jī)的情況進(jìn)行說明。圖4是模式性表示本實(shí)施方式的液體噴射裝置700的立體圖。如圖4所示，液體噴射裝置700含有噴頭單元730、驅(qū)動部710、控制部760。而且液體噴射裝置700還可以含有裝置主體720、送紙部750、放置記錄用紙P的盤721、排出記錄用紙P的排出口 722、配置于裝置主體720的上面的操作板770。噴頭單元730具有由上述的液體噴射頭600構(gòu)成的噴墨式記錄頭(以下也簡稱為 “記錄頭”)。噴頭單元730還具備向記錄頭供給油墨的墨盒731、搭載記錄頭和墨盒731的搬運(yùn)部(托盤)732。驅(qū)動部710可以使噴頭單元730往返運(yùn)動。驅(qū)動部710具有作為噴頭單元730的驅(qū)動源的托盤電機(jī)741、以及通過托盤電機(jī)741的旋轉(zhuǎn)使噴頭單元730往返運(yùn)動的往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)742。往返運(yùn)動機(jī)構(gòu)742具備兩端由托架(未圖示)支撐的托盤導(dǎo)向軸744、以及與托盤導(dǎo)向軸744平行延伸的同步帶743。托盤導(dǎo)向軸744 —邊可使托盤732自由地往返運(yùn)動一邊支撐托盤732。另外，托盤732被固定于同步帶743的一部分上。通過托盤電機(jī)741的運(yùn)動而使同步帶743移動，進(jìn)而噴頭單元730受托盤導(dǎo)向軸744的引導(dǎo)而進(jìn)行往返運(yùn)動。在該往返運(yùn)動時，從記錄頭噴出適當(dāng)?shù)挠湍瑢τ涗浻眉圥進(jìn)行印刷。應(yīng)予說明的是本實(shí)施方式中例示了一邊移動液體噴射頭600和記錄用紙P—邊進(jìn)行印刷的液體噴射裝置的例子，但本發(fā)明的液體噴射裝置只要是液體噴射頭600和記錄用紙P相互改變相對位置從而對記錄用紙P進(jìn)行印刷的裝置即可。另外，本實(shí)施方式中例示了對記錄用紙P進(jìn)行印刷的例子，但作為可通過本發(fā)明的液體噴射裝置來實(shí)施印刷的記錄介質(zhì)并不限定于紙，可舉出布、膜、金屬等廣泛的介質(zhì)，可以適當(dāng)改變組成?？刂撇?60可以控制噴頭單元730、驅(qū)動部710和送紙部750。送紙部750可以將記錄用紙P從盤721送入噴頭單元730側(cè)。送紙部750具備作為其驅(qū)動源的送紙電機(jī)751和因送紙電機(jī)751的運(yùn)動而旋轉(zhuǎn)的送紙輥752。送紙輥752具備夾持記錄用紙P的傳送路徑并上下對峙配置的從動輥75 和驅(qū)動輥752b。驅(qū)動輥752b 與送紙電機(jī)751連接。因控制部760驅(qū)動供紙部750，則記錄用紙P以通過噴頭單元730的下方的方式被傳送。噴頭單元730、驅(qū)動部710、控制部760和送紙部750被設(shè)置在裝置主體720的內(nèi)部。液體噴射裝置700具有耐壓高的液體噴射頭600。因此，液體噴射裝置700的液體噴出能力高。應(yīng)予說明的是上述例示的液體噴射裝置700是具有1個液體噴射頭600，通過該液體噴射頭600能夠?qū)τ涗浗橘|(zhì)進(jìn)行印刷的裝置，但其也可以具有多個液體噴射頭。當(dāng)液體噴射裝置具有多個液體噴射頭時，多個液體噴射頭可以各自獨(dú)立地如同上述地運(yùn)行，也可以多個液體噴射頭相互連結(jié)形成1個集合的記錄頭。作為形成了這種集合的記錄頭例如可舉出多個記錄頭各自的噴嘴孔全部具有均勻的間隔的線型記錄頭。以上，作為本發(fā)明的液體噴射裝置的一例說明了作為噴墨打印機(jī)的液體噴射裝置 700，但本發(fā)明的液體噴射裝置在工業(yè)上也可以利用。作為此時噴出的液體(液狀材料)可使用將各種功能性材料用溶劑或分散劑調(diào)整到適當(dāng)?shù)恼扯鹊囊后w等。本發(fā)明的液體噴射裝置，除例示的打印機(jī)等圖像記錄裝置以外，也可以適用于液晶顯示裝置等的濾色片的制造中使用的色料噴射裝置，在有機(jī)EL顯示裝置、FED (表面發(fā)射顯示裝置)、電泳顯示裝置等的電極或?yàn)V色片的形成中使用的液體材料噴射裝置，生物芯片制造中使用的生物體有機(jī)材料噴射裝置中。5.實(shí)施例和參考例下面，例示實(shí)施例和參考例更具體地說明本發(fā)明。應(yīng)予說明的是本發(fā)明不受以下實(shí)施例的任何限定。5.1.壓電元件的制作實(shí)施例1至實(shí)施例4和參考例1至參考例3的壓電元件是按照以下進(jìn)行制作的。首先，通過以下的工序制作基板。在單晶硅基板上通過加熱氧化二氧化硅而制作絕緣膜。在該基板上用RF磁控濺鍍法依次層疊膜厚50nm的TiAIN、膜厚IOOnm的銥(Ir)、 膜厚30nm的氧化銥(IrOx)膜以及膜厚150nm的鉬(PT)膜。該層疊體相當(dāng)于上述實(shí)施方式的第1導(dǎo)電層10。各實(shí)施例和各參考例的壓電體30均用化學(xué)溶液法制作。在第1導(dǎo)電層10上用旋涂法涂布PT-BLZT的前體溶液。該前體溶液在每個實(shí)施例和參考例中具有不同的配合。另外，對于旋涂時的旋轉(zhuǎn)速度和時間，最初為500rpm · 5sec、然后為3000rpm · 30sec。然后，將涂布的前體膜在大氣中160°C下干燥2分鐘從而除去溶劑。接著，在大氣中400°C下熱處理4分鐘從而除去前體膜中的有機(jī)成分(脫脂)。對各實(shí)施例和參考例，均3次重復(fù)前體溶液的涂布、干燥、脫脂的組合。接著，導(dǎo)入至煅燒爐(Rapid Thermal Annealing(RTA))，一邊以0. 5L/min通入氧氣流一邊從500°C到800°C煅燒2分鐘。另外，對各實(shí)施例和各參考例均將前體溶液的涂布、干燥、脫脂的組合重復(fù)3次和將煅燒的工序重復(fù)2次，之后，一邊以0. 5L/min通入氧氣流一邊從500°C到800°C煅燒5分鐘。其中，對于每個試樣，將PT-BLZT層的一層當(dāng)中的厚度制成了 lOOnm，所以其結(jié)果得到了 600nm厚度的壓電體30。另外，在其之上用DC濺鍍法制作膜厚IOOnm的PT膜作為第2導(dǎo)電層20。之后，導(dǎo)入至RTA爐，爐內(nèi)以0. 5L/分的流量吹入氧氣，進(jìn)行650°C、5分鐘的第2導(dǎo)電層20的燒結(jié)， 分別制成各實(shí)施例和參考例的壓電元件。各實(shí)施例和各參考例中，作為化學(xué)溶液法中的前體溶液使用以下混合液，即將作為鉍、鑭、鋅各自的原料的2-乙基己酸鹽，作為鈦的原料的金屬醇鹽，作為鉛的原料的乙酸鉛在溶劑(正丁醇)中混合的混合液。對于各實(shí)施例和各參考例中的PT-BLZT的前體溶液的組成，以原料溶液所含元素的濃度在表1中記載為“原料中各元素的配合量(加入量) (mol%)”。另外，表 1 中一并記錄了以(l-u)Pb(1+v)Ti03-u(Bi(1_w)Law) (Zn(1_x)Tix)O3…(式 I) 的形式來表示時的u、v、w、X的值。另外，關(guān)于1 和Bi，一并記載了加入的從化學(xué)計量組成 (化學(xué)計量)過量的部分。其中，參考例1的壓電元件不含鑭，但為了方便作為PT-BLZT、w =O的情況對待。表權(quán)利要求
1.一種液體噴射頭，其具備壓電致動器，該壓電致動器含有用薄膜法形成的壓電體和對所述壓電體施加電壓的電極，所述壓電體含有鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，所述壓電體中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭對所述鈦酸鉛的摩爾比，即鈦酸鋅酸鉍鑭/鈦酸鉛為0. 39以上且0.61以下。
2.如權(quán)利要求1所述的液體噴射頭，其中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭中鉍對鑭的摩爾比，即鉍 /鑭為1.00以上且2. 33以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液體噴射頭，其中，所述鈦酸鉛中，鉛對鈦的摩爾比，即鉛/ 鈦為大于1.0且1. 1以下。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的液體噴射頭，其中，所述電極含有對峙的一對導(dǎo)電層，所述壓電體以薄膜狀設(shè)置在所述一對導(dǎo)電層之間，所述壓電體的厚度為IOOnm以上且3μπι以下。
5.如權(quán)利要求4所述的液體噴射頭，其中，在所述一對導(dǎo)電層之間施加電壓時，使所述壓電體發(fā)生絕緣破壞的電場強(qiáng)度為500kV/cm以上且2000kV/cm以下。
6.一種液體噴射裝置，其具備權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的液體噴射頭。
7.一種壓電元件，其含有用薄膜法形成的壓電體和對所述壓電體施加電壓的電極，所述壓電體含有鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，所述壓電體中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭對所述鈦酸鉛的摩爾比，即鈦酸鋅酸鉍鑭/鈦酸鉛為0. 39以上且0.61以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件。本發(fā)明提供包含由鉍系復(fù)合氧化物形成的壓電體的耐電壓良好的致動器以及液體噴射頭。本發(fā)明的液體噴射頭具備壓電致動器，該壓電致動器含有用薄膜法形成的壓電體和對所述壓電體施加電壓的電極，其中，所述壓電體含有鈦酸鋅酸鉍鑭和鈦酸鉛的固溶體，所述壓電體中，所述鈦酸鋅酸鉍鑭對所述鈦酸鉛的摩爾比(鈦酸鋅酸鉍鑭/鈦酸鉛)為0.39以上且0.61以下。
文檔編號B41J2/045GK102189798SQ2011100609
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者北田和也, 古林智一 申請人:精工愛普生株式會社