CN101512787A - 剪切模式型压电传动装置及液滴吐出头 - Google Patents

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Abstract

提供一种不含铅、采用抗电场高的压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置，以及备有该剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头。剪切模式型压电传动装置的特征在于，采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，所述固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以不到固溶体整体量1mol％的添加量添加的由下述通式(2)表示的副成分的固溶体。通式(1){LiX(K1－YNaY) 1－X}(Nb1－Z－WTaZSbW)O3 (式中0≤x≤0.2、0≤y≤1、0＜z≤0.4、0＜w≤0.2)，通式(2)ABO3(式中：A表示Bi；B表示Fe、In、Sc的至少1个)。

Description

剪切模式型压电传动装置及液滴吐出头
技术领域
本发明涉及剪切模式型压电传动装置以及液滴吐出头。
背景技术
作为压电陶瓷组合物，以往采用含铅的PZT(PbTiO3-PbZrO3)成分系陶瓷。这是因为上述PZT显示较大的压电性且具有较高的机械质量系数，能够容易地制作各种特性的材料去满足传感、传动装置、过滤器等各种用途中的要求。又因为上述PZT具有高相对介电常数，所以也能够作为电容器等利用。
但是，由上述PZT构成的压电陶瓷组合物具有优异的特性但因为其构成元素中含铅，从含PZT产品的产业废弃物溶出有害的铅，所以有引起环境污染的忧虑。近年来由于对环境问题的意识提高，类似PZT这种成为环境污染原因的产品其制造越来越困难。为此，成分中不含铅而以下述化合物作为主要成分的压电陶瓷组合物被开发，即由通式{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3表示且x～w分别在0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2合成范围的化合物(参照专利文献1)。
另外专利文献2中公开了一种液滴吐出头，其中采用推进型压电传动装置，该推进型压电传动装置以持有不含有铅的钙钛矿型结晶构造的压电陶瓷组合物为主要成分。推进型压电传动装置是利用叠层型压电传动装置和双层型压电传动装置的d33方向的变位和d31方向的变位。作为所述主要成分公开了钛酸钡、铌酸钾、钛酸铋钠、镍钛酸铋、Ba2NaNb5O15、Bi4Ti3O12等。
专利文献1：特开2004-300012号公报
专利文献2：特开2005-246656号公报
发明内容
发明欲解决的课题
液滴吐出头有种种方式被建议，其中有一种液滴吐出头备有剪切模式型压电传动装置。
该液滴吐出头中配置着多个被隔墙隔开的液体流路，各液体流路具有液体吐出用喷嘴，所述隔墙的一部分或全部用剪切模式型压电传动装置构成，在该隔墙的整个表面或一部分上形成了施加驱动脉冲的电极。在所述电极上施加驱动脉冲由此所述隔墙产生剪切变形，使所述流路内的压力发生变化从而从形成在所述流路一端的所述喷嘴吐出液滴。
但是，专利文献1及专利文献2中记载的不含有铅的压电陶瓷组合物其抗电场低，在将该压电陶瓷组合物用作剪切模式型压电传动装置时存在下述课题。
该剪切模式型压电传动装置中，因为垂直于压电传动装置的极化方向施加电压，所以如果施加抗电场程度高的电场的话则引起脱极化，变位性能大幅度下降。因此，采用抗电场低的压电陶瓷组合物时，必须使施加电场的隔墙的厚度在一定值以上，不能提高喷嘴的密度。另外，存在隔墙的厚度厚的话共振频率降低驱动频率降低之课题。还存在隔墙厚度厚的话变位效率降低之课题。
本发明鉴于上述问题点，目的在于：提供一种不含铅、采用抗电场高的压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置，以及备有该剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头。
用来解决课题的手段
本发明的上述课题通过下述结构达成
1.一种剪切模式型压电传动装置，其特征在于，采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，所述固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以不到固溶体整体量1mol％的添加量添加的由下述通式(2)表示的副成分之固溶体。
通式(1)
{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3
(式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2)
通式(2)
ABO3
(式中：A表示Bi；B表示Fe、In、Sc的至少1个)
2.上述1中记载的剪切模式型压电传动装置，其特征在于，所述固溶体具有钙钛矿构造。
3.一种液滴吐出头，其特征在于，备有上述1或2中记载的剪切模式型压电传动装置。
4.上述3中记载的液滴吐出头，其特征在于，配置着多个被隔墙隔开的液体流路，各个液体流路具有液体吐出用喷嘴，所述隔墙的一部分或全部用所述剪切模式型压电传动装置构成。
发明效果
根据本发明的剪切模式型压电传动装置，通过在不含铅的压电陶瓷组合物{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3(式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2)中，以不到固溶体整体量1mol％的添加量，添加用ABO3钙钛矿(式中：A表示Bi；B表示Fe、In、Sc的至少1个)表示的副成分，使之溶解，这样能够提高所得到的压电陶瓷组合物的抗电场。由此能够使施加在采用该压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置上的驱动电压加大，加大最大变位量。另外，因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高传动装置的共振频率，能够实现高频驱动。同样因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以还提高变位效率。
根据本发明的备有剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头，能够使施加在所述剪切模式型压电传动装置上的驱动电压加大，加大最大变位量。另外，因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高传动装置的共振频率，能够实现高频驱动。同样因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以还提高变位效率。并且，将剪切模式型压电传动装置用作液体流路的隔墙时，因为能够减薄隔墙的厚度所以能够提高喷嘴的密度。
附图说明
图1：本发明第1实施方式的液滴吐出头结构示意图。
图2：本发明第1实施方式的多喷嘴液滴吐出头结构示意图。
图3：图1、图2中所示的液滴吐出头的动作示意图。
图4：本发明第2实施方式的液滴吐出头结构示意图。
图5：图4中所示的液滴吐出头的立体图。
图6：图4、图5中所示的液滴吐出头的动作示意图。
符号说明
1 墨管
2 喷嘴形成部件
3 喷嘴
4，4-1，4-2…4-n 墨流路
5，22-1，22-2…22-n 侧壁
6 盖板
7 墨供给口
8 墨排出口
9 基板
发明的最佳实施方式
以下说明本发明涉及的剪切模式型压电传动装置，及备有该剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头的一实施方式。
本实施方式中的剪切模式型压电传动装置，其特征在于，采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，所述固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以不到固溶体整体量1mol％的添加量添加的由下述通式(2)表示的副成分之固溶体。
通式(1)
{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3
(式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2)
通式(2)
ABO3
(式中：A表示Bi；B表示Fe、In、Sc的至少1个)
首先对本发明涉及的压电陶瓷组合物的一实施方式作说明。
叙述各成分。
本实施方式中的主成分用上述通式(1)表示，在此x>0.2、z>0.4、w>0.2、z＝0或w＝0时，压电常数等压电特性及介电特性降低，恐怕得不到所望特性的压电陶瓷组合物。
这种主成分是先准备包括各金属元素的原料作为原料然后通过球磨等充分混合而得到的。一般来说，主成分的原料作为含有Li的化合物的有Li2CO3、Li2O、LiNO3、LiOH等；作为含有Na的化合物的有Na2CO3、NaHCO3、NaNO3等；作为含有K的化合物的有K2CO3、KNO3、KNbO3、KTaO3等；另外作为含有Nb的化合物的有Nb2O5、Nb2O3、NbO2等；还有作为含有Ta的化合物的有Ta2O5等；作为含有Sb的化合物的有Sb2O5、Sb2O3、Sb2O4等。
主成分取钙钛矿结构(ABO3)，A位置的元素结构相当于K、Na、Li，B位置的元素结构相当于Nb、Ta、Sb。
钙钛矿结构的合成式中，构成A位置的原子和构成B位置的原子为1∶1的化学计量比时，则是完全的钙钛矿结构，但是压电陶瓷组合物的情况时，尤其K、Na、Li、Sb在烧成工序等中有百分之几挥发，还有所有构成元素在混合粉碎和造粒工序等中有百分之几变动。也就是说由于制法的不同有从化学计量合成发生变动的情况。
作为这种制造工序中合成变动的对策，通过意图性地改变配制合成比，能够使烧成后的压电陶瓷组合物的合成比变动±百分之几，具体为±3～5％程度。这在以往的例如钛酸锆石酸铅(PZT)的场合也相同，考虑烧成时铅的蒸发以及从粉碎媒介物氧化锆球的氧化锆的混入，可以调整配制比。
含有本实施方式中的主成分的压电陶瓷组合物，其中，即使如上所述意图性地改变配制合成比，压电特性等电特性也不会发生很大变化。在此，本发明中在将主成分适用于钙钛矿构造的合成式ABO3时，可以以分别相对1∶1偏离±5mol％程度以内的构成比作为A位置原子和B位置原子的构成比。并且为了减少所构成的结晶中的晶格缺陷得到高的电特性，优选取偏离±3％程度以内的构成比的合成。即，在主成分用通式{LiX(K1-YNaY)1-X}a(Nb1-Z-WTaZSbW)bO3表示的构成中0.95≦a、b≦1.05，优选0.97≦a、b≦1.03。
用上述通式表示的主成分中，优选使0<x≦0.2。这样因为Li变为必须成分，能够更容易进行所得到的压电陶瓷组合物的烧成，同时能够进一步提高压电特性，使居里温度Tc变得更高。这是因为通过使Li在上述范围内中变为必须成分，烧成温度降低，同时Li起到烧成助剂的作用，能够实现空穴少的烧成。
由上述通式表示的主成分中也可以使x＝0。此时主成分用(K1-YNaY)(Nb1-Z-WTaZSbW)O3表示。含有这种主成分的压电陶瓷组合物因为其原料中不含例如像Li2CO3那样含有最轻量的Li而组成的化合物，所以在混合原料制作所述压电陶瓷组合物时，能够减小由于原料粉的偏析引起的特性不均。能够实现高相对介电常数εr和比较大的压电常数。
为了进一步提高所得到的压电陶瓷组合物的压电常数及电机械结合系数，优选0≦y≦0.85，较优选0.05≦y≦0.75，更优选0.35≦y≦0.65。最优选0.42≦y≦0.60。
由上述通式表示的主成分中可以使y＝0。此时主成分中不含Na，能够提高所得到的压电陶瓷组合物的介电损失以及介电损失的长期安定性。
另外，由上述通式表示的主成分中优选z+w≦0.37。此时能够进一步提高压电常数等压电特性。
接下去对本实施方式中的副成分作说明。
本实施方式中的副成分是通式ABO3且A及B为+3价金属元素的ABO3型钙钛矿化合物。副成分中的A为Bi元素，B包括Fe、In、Sc的至少1个元素。为了在压电陶瓷组合物的烧成工序中得到精致的烧结体，使副成分的添加量相对添加后的成分整体量(主成分+副成分)100mol来说不到1mol。
由上述通式(2)表示的副成分可以是将构成ABO3型钙钛矿化合物的化合物添加到主成分中去，也可以是在与主成分混合的工序中组合原料构成ABO3型钙钛矿化合物进行添加。作为构成ABO3型钙钛矿构造的化合物可以举出BiINO3、BiFeO3、BiScO3等。
作为在混合工序中构成ABO3型钙钛矿化合物的原料，含有Bi的化合物可以举出Bi2O3，含有In的化合物可以举出In2O3，含有Sc的化合物可以举出Sc2O3，含有Fe的化合物可以举出Fe2O3。这种原料优选99％以上高纯度的物质。
本实施方式的副成分是ABO3型钙钛矿化合物，构成A位置的原子是Bi，构成B位置的原子是Fe、In、Sc的至少1个，不限于一种金属元素，可以组合二种以上的金属元素进行构成。
并且为了使副成分的原料满足ABO3，也可以用1∶1的化学计量比配制构成A位置的原子与构成B位置的原子，也可以考虑像Bi那样的金属元素在烧成工序中的挥发等制法误差作百分之几变动。
接下去，对本实施方式的压电陶瓷组合物的制造方法作说明。作为压电陶瓷组合物的制造方法没有特殊限制，对固相热化学反应的制造方法作说明。
首先准备主成分原料，使之充分干燥。根据化学计量比称量干燥后的各原料，经球磨等混合、干燥。接下去用700～1000℃程度初烧成该混合物，在分解原料的同时通过固相热化学反应进行固溶体化。将得到的初烧成后的混合物湿式粉碎成中心粒径5μm程度的微粒子，干燥，制成主成分初烧成粉。
另一方面准备副成分原料，使之充分干燥。根据满足通式ABO3的化学计量比称量干燥后的各原料，使之湿式混合，制成副成分混合粉。
然后根据通式[{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3]1-V(ABO3)V其中0<V<0.01配制主成分初烧成粉和副成分混合粉，对配制品经球磨等进行充分混合、干燥，制成混合物。
然后用700～800℃程度初烧成所得到的混合物，之后对初烧成后的混合物进行粉碎。在粉碎物中添加有机质粘结剂(粘结剂等)，造粒后进行加压成形。加压成形优选将造粒后的粉碎物通过一轴压榨成形等成形为丸状，进一步通过冷等静压(CIP)等再成形。
用1000～1300℃程度烧成上述得到的成形体，制成烧成体。按所定的尺寸切断、平行研磨得到的烧成体之后，用飞溅法等在试料的两面形成电极。然后在80～150℃程度的硅油中在电极间施加1～6kV/mm的直流电压，在厚度方向实施极化，制作压电陶瓷组合物。
如上所述，根据本实施方式的压电陶瓷组合物，作为副成分，用由钙钛矿构造的ABO3(A为Bi，B为Fe、In、Sc的至少1个)所表示的组合，添加二种以上金属元素，由此能够显著提高所得到的压电陶瓷组合物的抗电场。作为抗电场变高的理由，可以考虑是因为如果Bi用Bi2O3单独进行添加的话则是+5价，容易被置换到B位置，而用已知是钙钛矿构造的ABO3(例如BiFeO3)组合进行添加的话则为+3价，容易被置换到A位置。
根据采用这种压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置，使施加到剪切模式型压电传动装置上的驱动电压加大，能够加大最大变位量。另外，因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高传动装置的共振频率，实现高频驱动。另外同样因为能够减薄剪切模式型压电传动器的厚度所以变位效率也提高。
以下，举例说明将本发明的剪切模式型压电传动装置应用于液滴吐出头的情况。
参照图1乃至图3，对将上述压电陶瓷组合物用作剪切模式型压电传动装置的本发明涉及的液滴吐出头的第1实施方式作说明。图1是本发明第1实施方式的液滴吐出头的结构示意图。图2是本发明第1实施方式的多喷嘴液滴吐出头的结构示意图。
图3是图1和图2中所示的液滴吐出头的动作示意图。
本实施方式的液滴吐出头中配置着多个被隔墙隔开的液体流路，各个液体流路具有液体吐出用喷嘴，上述隔墙的一部分或全部用剪切模式型压电传动装置构成，在该隔墙的整个表面或一部分上形成了施加驱动脉冲的电极。通过在所述电极上施加驱动脉冲，所述隔墙发生剪切变形，使所述流路内的压力发生变化，从形成在所述流路一端的所述喷嘴吐出液滴。
图1～图3中，1是液体管，2是喷嘴形成部件，3是喷嘴，4是液体流路，5是压电隔墙(剪切模式型压电传动装置)，6是盖板，7是液体供给口，8是共通墨室，9是基板，10、11是电极。由压电隔墙5和盖板6以及基板9形成液体流路4。
首先准备2张成形为板状、烧成、在厚度方向极化的所述压电陶瓷组合物。使极化方向相互不同地重合2张压电陶瓷组合物，用粘结剂100上下贴合基板9和重合的2张压电陶瓷组合物，从上侧用金刚石刀刃等切削加工多个形状完全相同的平行槽状液体流路4。这样邻接的液体流路4由箭头方向极化的压电隔墙(剪切模式型压电传动装置)5划分。用镀金法或汽相淀积法在压电隔墙5上形成电极10、11之后，在上面粘结盖板6，并在前面粘结喷嘴形成部件2。
图1中出示了一个液体流路和具有一个喷嘴的液滴吐出头，但实际的液滴吐出头则如图2(a)所示是在盖板6和基板9之间并列形成多个由多个压电隔墙5隔开的液体流路4，液体流路4的一端连着被形成为喷嘴形成部件2的喷嘴3，液体流路4另一端的液体供给口7经由共通墨室8通过液体管1与没有图示的液箱连接。在紧贴压电隔墙5形成的电极10和接地电极11之间施加驱动脉冲电压。
如图2(a)中箭头所示，压电隔墙5由极化方向不同的2个压电隔墙(剪切模式型压电传动装置)5A和5B构成。如图2(a)所示，该电极10上没有施加驱动脉冲时，压电隔墙5A、5B没有变形。但如图2(b)和图3所示一旦在电极10上施加驱动脉冲，则由于与压电隔墙极化方向垂直方向的电场而产生剪切应力，压电隔墙5A、5B都在压电隔墙的接合面产生剪切变形，由此液体流路4的压力变化，充满液体流路4的液体一部分从喷嘴3吐出。此时压电隔墙的平均变位量Δ及产生压力P为：
Δ＝(压电d15常数)×H×V/(4T)
P＝(压电d15常数)×H×V/(2TW(1/B)+(1/S)(dS/dP))
其中如图3所示，H为液体流路4的深度，W为液体流路4的幅度，V为驱动脉冲电压，T为压电隔墙5的厚度，B为液体的体积弹性率，S为流体流路4的截面积。
另外，液滴吐出后向喷嘴的液体供给是通过喷嘴毛细管现象的力从液箱经由液体供给口和流路4供给到喷嘴。
该液滴吐出头中的压电隔墙5采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，该固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以添加量不到固溶体整体量1mol％添加的由下述通式(2)表示的副成分之固溶体。
通式(1)
{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3
(式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2)
通式(2)
ABO3
(式中：A表示Bi；B表示e，In，Sc的至少1个)
通过采用本实施方式所述的抗电场高的压电陶瓷组合物作为压电隔墙(剪切模式型压电传动装置)，能够使施加到该压电隔墙上的驱动电压加大，实现加大最大变位量。另外还因为能够减薄压电隔墙的厚度所以能够提高压电隔墙的共振频率，实现高频驱动。同样还因为能够减薄压电隔墙的厚度所以正如从所述压电隔墙的平均变位量Δ公式可知的变位效率也得到提高。并且因为压电隔墙的厚度能够减薄所以能够减小喷嘴间隔P(参照图2)提高喷嘴密度。
还因为其成分中不含有铅，所以废弃物等不向自然界流出有害的铅，能够实现安全性高的无铅压电陶瓷组合物。
以下参照图4乃至图6，对将上述压电陶瓷组合物用作剪切模式型压电传动装置的本发明涉及的液滴吐出头的第2实施方式作说明。图4是本发明第2实施方式的液滴吐出头的结构示意图。图5是图4中所示的液滴吐出头的立体图。图6是图4和图5中所示的液滴吐出头的动作示意图。
本实施方式的液滴吐出头是设有多个被隔墙隔开且备有喷嘴的液体流路的液滴吐出头，所述液体流路由二个所述隔墙、连结该二个隔墙的壁、形成了所述喷嘴的壁形成，所述连结壁的至少一个用剪切模式型压电传动装置构成，在该压电传动装置的整个表面或一部分上形成了施加驱动脉冲的电极。通过在所述电极上施加驱动脉冲，所述压电传动装置发生剪切变形，使所述流路内的压力发生变化，从形成在所述流路一端的所述喷嘴吐出液滴。
图4～图6中，21-1、21-2是兼盖板的剪切模式型压电传动装置，3是喷嘴，4-1、4-2为液体流路，9是基板，10是施加驱动脉冲的电极，11是接地电极，22-1、22-2是侧壁。侧壁22-1、22-2形成在基板9上，与基板9材料一体。
图4中出示了2个液体流路4-1、4-2，但实际的液滴吐出头中设有所需个数的液体流路4-1、4-2…4-n。如图4所示，液体流路4-1例如由基板9和侧壁22-1、22-2以及剪切模式型压电传动装置21-1形成。基板9、侧壁22-1等由陶瓷、玻璃等材料构成，在蚀刻等工序中形成液体流路4-1、4-2…4-n。
剪切模式型压电传动装置21-1、21-2由2个剪切模式型压电传动装置21A和21B构成，它们分别如箭头所示极化方向不同，即极化方向互相相反。在剪切模式型压电传动装置21A、21B的下面形成施加驱动脉冲的电极10，在其上面形成接地电极11，由此构成剪切模式型压电传动装置21-1、21-2由驱动脉冲驱动工作。图4表示电极10上没有施加驱动脉冲的状态，剪切模式型压电传动装置21-1、21-2没有变形。如图6所示一旦在电极10上施加驱动脉冲，则与第1实施方式相同，由于与剪切模式型压电传动装置极化方向垂直方向的电场，剪切模式型压电传动装置21-1、21-2都在接合面产生剪切变形，对液体流路4-1、4-2内的液体施加压力。充满液体流路4-1、4-2的液体一部分从喷嘴3吐出。
该液滴吐出头中的剪切模式型压电传动装置21-1、21-2采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，该固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以添加量不到固溶体整体量1mol％添加的由下述通式(2)表示的副成分的固溶体。
通式(1)
{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3
(式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2)
通式(2)
ABO3
(式中：A表示Bi；B表示Fe，In，Sc的至少1个)
通过采用本实施方式所述的抗电场高的压电陶瓷组合物作为剪切模式型压电传动装置，能够使施加到该剪切模式型压电传动装置上的驱动电压增加，实现增大最大变位量。另外，还因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高剪切模式型压电传动装置的共振频率，实现高频驱动。同样还因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以变位效率也提高。
另外，因为其成分中不含有铅，所以废弃物等不向自然界流出有害的铅，能够实现安全性高的无铅压电陶瓷组合物。
本发明的液滴吐出头不仅能应用于喷墨打印机等中采用的喷墨头，还能够广泛应用于例如形成电子回路、制造液晶显示器用彩色过滤、制造有机EL显示器等工业用途。
实施例
制造本发明实施例涉及的压电陶瓷组合物，评价其特性。
以下对制造方法作详细说明。
首先，作为压电陶瓷组合物主成分的原料，准备纯度99％以上高纯度的Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Ta2O5、Sb2O5。充分干燥后，用上述通式{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3中x＝0.04、y＝0.52、z＝0.1、w＝0.06之化学计量比、即上述通式为{Li0.04(K0.48Na0.52)0.96}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3之化学计量比进行配制。
然后用球磨在无水丙酮中将配制好的原料混合24小时，干燥、制作混合物。
接下去用750℃初步烧成该混合物5小时，将该初步烧成后的混合物通过球磨粉碎24小时。干燥该粉碎好的混合物，作为主成分初步烧成粉。
准备作为副成分的纯度99％以上高纯度的Bi2O3、Fe2O3、Sc2O3、In2O3。用上述通式ABO3(A＝Bi；B＝Fe、Sc、In的任何一个)之化学计量比、即上述通式为BiINO3、BiScO3、BiFeO3之化学计量比进行配制，作为副成分混合粉。
用上述通式({Li0.04(K0.48Na0.52)0.96}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3)1-V(ABO3)V中v＝0.002、0.004、0.006、0.01之化学计量比，分别配制主成分初步烧成粉和副成分混合粉。
如表1所示对于得到的压电陶瓷组合物，以没有添加副成分的为试料No.1。作为副成分添加了BiINO3的以添加量0.2mol％、0.4mol％、0.6mol％、1mol％为序，依次为试料No.2、No.3、No.4、No.5。同样，作为副成分添加了BiScO3的以添加量为序依次为No.6～No.9，添加了BiFeO3的以添加量为序依次为No.10～No.13。
另外如表2所示，在上述公式{Li0.2(K0.5Na0.5)0.8}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3中以没有添加副成分的为试料No.14。同样作为副成分添加了BiFeO3的以添加量为序依次为试料No.15～No.18。另外，在上述公式{Li0.1(K0.5Na0.5)0.9}(Nb0.64Ta0. 3Sb0.06)O3中以没有添加副成分的为试料No.19。作为副成分添加了0.6mol％BiFeO3的为试料No.20。
Figure A200780033026D00151
Figure A200780033026D00161
通过球磨在无水丙酮中将分别配制好的压电陶瓷组合物混合24小时，干燥、制作混合物。
接下去用700～800℃对该混合物进行5小时初步烧成，用球磨对该初步烧成后的混合物进行24小时粉碎。接下去添加粘结剂聚乙烯醇缩丁醛，进行造粒加压成形。加压成形是将造粒后的粉碎物通过一轴压榨成形成形为丸状，再通过等压冷榨(CIP)用1ton/cm2的压力对其再成形。
用1000～1300℃烧成由此得到的成形体1小时制作烧成体。此时的烧成温度是在1000～1300℃之间选定最大密度的温度。在此，上述公式{Li0.04(K0.48Na0.52)0.96}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3中副成分添加量为1mol％的得不到精细的烧结体。
用粉末X线分析(XRD)对得到的烧结体进行了结晶相的认同。本发明压电陶瓷组合物构成的烧结体其衍射峰值为钙钛矿构造单相，且随副成分的添加量作连续性移动，因此确认到了固溶体的生成。
接下去将得到的烧成体按所定尺寸切断，平行研磨至厚度0.5mm程度之后，在试料的两面通过飞溅法设金电极，然后在80～150℃的硅油中向电极间施加1～6kV/mm的直流电压10分钟，在厚度方向实施极化，制作压电陶瓷组合物。
接下去对试料No.1～No.20测定压电d15常数、抗电场Ec。压电d15常数是采用阻抗分析器(Agilent TechNologies公司制造4294A)用共振-反共振法进行测定。
抗电场Ec用下述方法进行测定。采用强电介质特性评价系统(RadiantTechNologies公司制造)在室温下测定P-E滞后现象。对各试料施加1kv、2kv、3kv、4kv及5kv的电压，从得到的滞后现象曲线求得极化量为零时的电场强度作为抗电场Ec。其结果出示在表1和表2中。
由表1、表2可知，本发明的压电陶瓷组合物其压电d15常数几乎不变，抗电场Ec变高。由此能够使施加在采用该压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置上的驱动电压增加，加大最大变位量。另外，因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高传动装置的共振频率，实现高频驱动。同样还因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以变位效率也提高。
根据本发明的备有剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头，能够使施加在所述剪切模式型压电传动装置上的驱动电压增加，增大最大变位量。另外，因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够提高传动装置的共振频率，能够实现高频驱动。同样因为能够减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以变位效率也提高。并且将剪切模式型压电传动装置用作液体流路的隔墙时，因为能够减薄隔墙的厚度所以能够提高喷嘴的密度。
尤其是在上述公式{Li0.04(K0.48Na0.52)0.96}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3中作为副成分添加了BiFeO3的试料No.10～12，其中压电d15常数几乎不变，抗电场Ec变得更高。由此能够进一步使施加在采用该压电陶瓷组合物的剪切模式型压电传动装置上的驱动电压增加，进一步加大最大变位量。另外，因为能够进一步减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够进一步提高传动装置的共振频率，实现更高频驱动。同样还因为能够进一步减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以变位效率也更加提高。
根据本发明的备有剪切模式型压电传动装置的液滴吐出头，能够进一步使施加在所述剪切模式型压电传动装置上的驱动电压增加，进一步增大最大变位量。另外，因为能够进一步减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以能够更加提高传动装置的共振频率，能够实现更高频驱动。同样因为能够进一步减薄剪切模式型压电传动装置的厚度所以也更加提高变位效率。并且，将剪切模式型压电传动装置用作液体流路的隔墙时，因为能够进一步减薄隔墙的厚度所以能够进一步提高喷嘴的密度。
另外，本实施例中是采用{Li0.04(K0.48Na0.52)0.96}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3、{Li0.2(K0.5Na0.5)0.8}(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3、{Li0.1(K0.5Na0.5)0.9}(Nb0.64Ta0.3Sb0.06)O3作为主成分，但只要是由通式{LiX(K1-YNaY)1-X}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3表示的、x～w分别在0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2合成范围的化合物，都可以用作为主成分，能够得到同样的效果。
另外，本实施例中是以副成分混合粉作为副成分进行添加，但预先初步烧成副成分原料作为副成分初步烧成粉进行添加也能够得到同样的效果。

Claims (4)

1.一种剪切模式型压电传动装置，其特征在于，采用含有固溶体的压电陶瓷组合物，所述固溶体是由下述通式(1)表示的主成分和以不到固溶体整体量1mol％的添加量添加的由下述通式(2)表示的副成分的固溶体，
通式(1)
{Lix(K1-YNaY)1-x}(Nb1-Z-WTaZSbW)O3
式中0≦x≦0.2、0≦y≦1、0<z≦0.4、0<w≦0.2，
通式(2)
ABO3
式中：A表示Bi；B表示Fe、In、Sc的至少1个。
2.权利要求1中记载的剪切模式型压电传动装置，其特征在于，所述固溶体具有钙钛矿构造。
3.一种液滴吐出头，其特征在于，备有权利要求1或2中记载的剪切模式型压电传动装置。
4.权利要求3中记载的液滴吐出头，其特征在于，配置着多个被隔墙隔开的液体流路，各个液体流路具有液体吐出用喷嘴，所述隔墙的一部分或全部用所述剪切模式型压电传动装置构成。
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