CN102180012A - 液体喷射头及液体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液体喷射头及液体喷射装置,用于防止压电体层的驱动劣化、使耐久性提高。该液体喷射头具备:与喷嘴开口连通的压力产生室;以及具有第一电极、形成在该第一电极上的压电体层和形成在该压电体层上的第二电极的压电元件;所述压电体层由含有铅(Pb)、锆(Zr)及钛(Ti)的金属氧化物构成,且包括具有负电荷的Pb-O复合缺陷和具有正电荷的Pb-O复合缺陷,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在。

Description

液体喷射头及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及从喷嘴开口喷射液体的液体喷射头及液体喷射装置。
背景技术
作为液体喷射头所采用的压电元件,有一种通过两个电极夹持由呈电气机械转换功能的压电材料、例如结晶化的介电材料构成的压电体层而形成的结构。这样的压电元件被作为挠曲振动模式的执行元件装置而搭载于液体喷射头。作为液体喷射头的代表例,例如有一种利用振动板构成与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力产生室的一部分,通过压电元件使该振动板变形来对压力产生室的墨液进行加压,从喷嘴开口以墨滴的形式喷出墨液的喷墨式记录头。这样的喷墨式记录头中搭载的压电元件,例如有一种在振动板的整个表面上通过成膜技术形成均匀的压电材料层,将该压电材料层通过光刻法切割成与压力产生室对应的形状,按每个压力产生室独立地形成压电元件的结构。
作为这样的压电元件所采用的压电材料,例如使用了钛酸锆酸铅(PZT)等具有钙钛矿结构的金属氧化物(参照专利文献1)。
专利文献1:日本特开2001-223404号公报
但是,例如在使用了PZT薄膜的压电元件中,存在长时间施加电压脉冲时器件特性劣化这一驱动劣化的问题。另外,这样的问题不仅存在于喷墨式记录头中,在喷射墨液以外的液体的液体喷射头中也同样存在。而且,不仅仅限定于液体喷射头所采用的压电元件,在其他器件所采用的压电元件中也同样存在。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出,其目的在于,提供一种通过防止压电体层的驱动劣化来提高耐久性的液体喷射头及液体喷射装置。
解决上述问题的本发明的一个方式涉及的液体喷射头的特征在于,具备:与喷嘴开口连通的压力产生室;以及包括第一电极、形成在该第一电极上的压电体层和形成在该压电体层上的第二电极的压电元件;所述压电体层由含有铅(Pb)、锆(Zr)及钛(Ti)的金属氧化物构成,且包括具有负电荷的Pb-O复合缺陷和具有正电荷的Pb-O复合缺陷,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在。
在上述方式中,由于压电体层中具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在,所以即使长时间施加电压脉冲,也能抑制器件特性的下降,提高耐久性。
这里,优选所述具有负电荷的复合缺陷与具有正电荷的复合缺陷之差处于0.2×1018/cm3~3.3×1018/cm3的范围。由此,能够更可靠地实现压电体层中具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在所带来的作用效果,从而更可靠地提高了耐久性。
另外,优选所述具有负电荷的复合缺陷及所述具有正电荷的复合缺陷存在于成为负极的所述第一电极侧的界面。由此,能够更可靠地实现压电体层中具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在所带来的作用效果,从而更可靠地提高了耐久性。
而且,所述压电体层优选由钛酸锆酸铅(PZT)形成。由此,成为压电变位非常稳定的PZT压电体层。
并且,本发明的另一方式涉及的液体喷射装置的特征在于,具备上述方式的液体喷射头。在该方式中,由于具备因压电体层中具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在,从而即使长时间施加电压脉冲,器件特性的下降也有限,耐久性得以提高的液体喷射头,所以成为具有良好可靠性的液体喷射装置。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的记录头的概略结构的分解立体图。
图2是实施方式1涉及的记录头的俯视图及剖面图。
图3是表示基于TSC的添加Pb量与缺陷密度的关系的图。
图4是表示压电变位量的衰减率与实际缺陷浓度的关系的图。
图5是表示本发明的一个实施方式涉及的记录装置的概略结构的图。
图中:I-喷墨式记录头(液体喷射头),II-喷墨式记录装置(液体喷射装置),10-流路形成基板,12-压力产生室,13-连通部,14-墨液供给路,20-喷嘴板,21-喷嘴开口,30-保护基板,31-贮存部,32-压电元件保持部,40-柔性基板,60-第一电极,70-压电体层,80-第二电极,90-引线电极,100-贮存器,120-驱动电路,121-连接布线,300-压电元件。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示本发明实施方式1涉及的液体喷射头的一例的喷墨式记录头的概略结构的分解立体图,图2是图1的俯视图及其A-A′剖面图。
如图1及图2所示,本实施方式的流路形成基板10由硅单晶基板构成,在其一面上形成有弹性膜50。
在流路形成基板10中沿其宽度方向并排设有多个压力产生室12。而且,在流路形成基板10的压力产生室12的长度方向外侧的区域形成有连通部13,连通部13和各压力产生室12通过针对各压力产生室12设置的墨液供给路14及连通路15而连通。连通部13与后述的保护基板的贮存部31连通,构成成为各压力产生室12通用的墨液室的贮存器100的一部分。墨液供给路14以比压力产生室12狭的宽度形成,将从连通部13流入到压力产生室12的墨液的流路阻力保持为恒定。另外,在本实施方式中,从一侧缩小流路宽度而形成了墨液供给路14,但也可以从两侧缩小流路宽度来形成墨液供给路。此外,也可以不缩小流路宽度,而从厚度方向减薄来形成墨液供给路。本实施方式中,在流路形成基板10中设置了由压力产生室12、连通部13、墨液供给路14及连通路15构成的液体流路。
而且,在流路形成基板10的开口面侧通过粘接剂或热熔敷膜等固接有喷嘴板20,该喷嘴板20上贯穿设有与各压力产生室12的和墨液供给路14相反侧的端部附近连通的喷嘴开口21。其中,喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、硅单晶基板、不锈钢等构成。
另一方面,在这样的流路形成基板10的开口面的相反侧,如上所述形成有弹性膜50,在该弹性膜50上形成有绝缘体膜55。并且,在该绝缘体膜55上层叠形成有第一电极60、例如厚度为10μm以下且优选为0.3~1.5μm的压电体层70和第二电极80,构成了压电元件300。这里,压电元件300是指包括第一电极60、压电体层70及第二电极80的部分。一般来说,将压电元件300的任意一个电极作为通用电极,将另一个电极及压电体层70按各压力产生室12图案化而构成。在本实施方式中,将第一电极60作为压电元件300的通用电极,将第二电极80作为压电元件300的个别电极,但也可以根据驱动电路或布线的状况反过来设置。另外,这里将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生变位的振动板合起来称作执行元件装置。另外,在上述例子中,弹性膜50、绝缘体膜55及第一电极60作为振动板发挥作用,但当然不限于此,例如也可以不设置弹性膜50及绝缘体膜55,只有第一电极60作为振动板发挥作用。此外,也可以是压电元件300自身实质上兼作振动板。
这里,形成在第一电极60上的压电体层70由至少含有铅(Pb)、锆(Zr)及钛(Ti)的金属氧化物构成,具有钙钛矿型结构,在本实施方式中,由钛酸锆酸铅(PZT)形成。另外,压电体层70的详细情况将在后面叙述,但具有如下特征,即具备:具有负电荷的Pb-O复合缺陷和具有正电荷的Pb-O复合缺陷,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在。
具有负电荷的Pb-O复合缺陷是因A位的Pb成为空位而脱离所造成的缺陷,是同样从A位脱离的O(氧)参与形成的Pb空位和O原子多个集中而成的复合缺陷。另外,具有正电荷的Pb-O复合缺陷是由不能稳定地存在于A位的Pb成为晶格间缺陷而存在于薄膜中的Pb、和同样从A位脱离的O(氧)形成的Pb原子和O原子多个集中而成的复合缺陷,这些复合缺陷的大部分存在于被施加负电压的下电极、即第一电极的界面。
这样的复合缺陷和缺陷浓度可通过TSC(热刺激电流)测定,具有负电荷的Pb-O复合缺陷可在能级1.3eV下检测出,具有正电荷的Pb-O复合缺陷可在能级2.0eV下检测出。其中,Pb参与的结晶缺陷的能级高达1.3、2.0eV,表示上述的结晶缺陷不是单一的过剩Pb单纯地存在于晶格间、或单一的Pb原子从PZT的A位脱离那样的单晶缺陷,而是进行了多个原子参与的复合缺陷化,证明了是Pb-O复合缺陷。
在流路形成基板10上形成这样的压电元件300的方法不特别限定,例如可通过以下方法制造。首先,在作为硅晶片的流路形成基板用晶片的表面上,形成构成弹性膜50的由二氧化硅(SiO2)等构成的二氧化硅膜。接着,在弹性膜50(二氧化硅膜)上形成由氧化锆等构成的绝缘体膜55。
然后,在绝缘体膜55上通过溅射法等整面形成由铂或铱等构成的第一电极60后,进行图案化。
接着,层叠压电体层70。压电体层70的制造方法不特别限定,例如可以采用将在溶剂中溶解、分散了有机金属化合物的所谓溶胶涂敷干燥而进行凝胶化,进而在高温下烧结来得到由金属氧化物构成的压电体层70的所谓溶胶-凝胶法,形成压电体层70。另外,压电体层70的制造方法不限于溶胶-凝胶法,例如也可以采用MOD(Metal-Organic Decomposition)法或激光消融法、溅射法等气相法等。
例如,首先采用旋涂法等在第一电极60上涂敷含有有机金属化合物的溶胶或MOD溶液(前体溶液),形成压电体前体膜(涂敷工序),其中,所述有机金属化合物含有成为压电体层70的压电材料的构成金属。
所涂敷的前体溶液例如是将分别含有成为压电体层70的压电材料的构成金属的有机金属化合物以各构成金属成为期望的摩尔比的方式混合,并利用乙醇等有机溶剂将该混合物溶解或分散而成的溶液。作为含有压电材料的构成金属的有机金属化合物,例如可以采用烃氧基金属、有机酸盐、β二酮配合物(β-diketone complexes)等。具体而言,例如可列举以下物质。作为含有铅(Pb)的有机金属化合物,例如可举出醋酸铅等。作为含有锆(Zr)的有机金属化合物,例如可举出乙酰丙酮锆、四乙酰丙酮锆(zirconium tetraacetylacetonato)、单乙酰丙酮锆(zirconium monoacetylacetonato)、双乙酰丙酮锆(zirconium bisacetylacetonato)等。作为含有钛(Ti)的有机金属化合物,例如可举出钛醇盐(titanium alkoxide)、异丙氧基钛(titanium isopropoxide)等。
而且,在前体溶液中,可以根据需要添加稳定化剂等各种添加剂。在使前体溶液发生加水分解、重缩合时,可以在前体溶液中添加适量水的同时,作为催化剂而添加酸或碱。作为向前体溶液中添加的添加剂,例如可以举出二乙醇胺、醋酸等。除此之外,也可以添加用于使压电体层70的特性良好的各种添加剂。例如,为了防止产生裂纹,可以添加聚乙二醇(PEG)等。
旋涂法中旋涂的转速例如在初期可以设为500rpm左右,然后为了避免产生涂敷不均可以将转速提高到2000rpm左右。
接着,对压电体前体膜加热使其干燥(干燥工序)。例如,在大气气氛下用加热板等在比前体溶液所采用的溶剂的沸点高例如10℃左右的温度下进行热处理。
然后,对干燥后的压电体前体膜进行加热,使压电体前体膜所含的有机成分作为NO2、CO2、H2O等脱离(脱脂工序)。例如,利用加热板等,例如以300℃~400℃左右进行热处理。
接着,可以通过对压电体前体膜进行加热使其结晶化(烧结工序)来制造压电体层70。例如,可以通过快速热退火(RTA:Rapid Thermal Annealing)等在氧气气氛中以650~800℃左右进行。
然后,优选在水蒸汽中用1分钟左右的时间进行300℃左右的退火。通过该工序,可以将压电体层中的氢浓度控制为最佳。
另外,也可以根据期望的膜厚等多次反复进行上述的涂敷工序、干燥工序及脱脂工序,或涂敷工序、干燥工序、脱脂工序及烧结工序,由此形成由多层压电体膜构成的压电体层。
之后,可以根据需要,在600℃~700℃的温度区域内进行二次退火。由此,可以形成压电体层70与第一电极60、第二电极80的良好的界面,且可以改善压电体层70的结晶性。
在形成了压电体层70后,在压电体层70上层叠例如由Pt等金属构成的第二电极80,将压电体层70及第二电极80同时图案化而形成压电元件300。
其中,为了形成使具有负电荷的Pb-O复合缺陷的浓度比具有正电荷的Pb-O复合缺陷浓度高的状态的压电体层70,可以通过综合调节上述的前体溶液的添加Pb浓度、压电体前体膜的烧结温度、烧结时间、前体溶液所用的原料纯度、杂质浓度、压电体前体膜的烧结气氛的最佳化等各种控制参数来实现。
在本实施方式中,设压电体层70成为由Pb(Zr0.5Ti0.5)O3表示的具有钙钛矿型结构的钛酸锆酸铅PZT时的添加Pb量为1.18倍,当测定利用TSC在能级1.3eV下检测出的具有负电荷的复合缺陷、和在能级2.0eV下检测出的具有正电荷的Pb-O复合缺陷的缺陷浓度时,具有负电荷的复合缺陷为2.7×1018cm-3,具有正电荷的Pb-O复合缺陷为1.7×1018cm-3
其中,图3中将TSC的结果与使添加Pb量以1.08~1.28倍变化的情况一并表示。结果,当测定具有负电荷的复合缺陷、和在能级2.0eV下检测出的具有正电荷的Pb-O复合缺陷的缺陷浓度时,由于具有负电荷的复合缺陷随着添加Pb量变多而减少,具有正电荷的Pb-O复合缺陷随着添加Pb量变多增加,所以间接证明了具有负电荷的复合缺陷是Pb空位引起的复合缺陷,具有正电荷的Pb-O复合缺陷是过剩Pb引起的复合缺陷。而且可知,Pb不存在于PZT中的缺陷、即具有负电荷的复合缺陷,具有随着增加添加Pb量而得到改善的倾向,过剩Pb引起的具有正电荷的Pb-O复合缺陷,在添加Pb量为1.22以上时增加倾向趋于饱和。
其中,活性化缺陷浓度(缺陷密度)可根据能级Ea、玻尔兹曼常数kB、绝对温度T、各原子的密度N由下述式求得。
N×Exp{-Ea/(kB×T)}
接着,根据具体例,进一步详细说明本实施方式涉及的压电元件300的制造。
(A)首先,在由Si(110)取向基板构成的流路形成基板10的表面上,通过Si热氧化形成SiO2层作为弹性膜50。膜厚为1000nm。
(B)接下来,在弹性膜50上形成绝缘体膜55。绝缘体膜55是通过溅射法使Zr成膜后进行热氧化而形成的500nm的ZrO2膜。
(C)接着,在绝缘体膜55上形成第一电极60。第一电极60是通过溅射法使Pt及Ir依次成膜而形成的厚度为200nm的膜。
(D)然后,在第一电极60上形成压电体层70。具体而言,采用旋涂法将醋酸铅、乙酰丙酮锆、异丙氧基钛、PEG以Pb∶Zr∶Ti=1.18∶0.5∶0.5(摩尔比)的量溶解、分散于乙醇中的前体溶液,在第一电极60上涂敷200nm(涂敷工序)并干燥后,以350℃进行热处理(脱脂工序),通过RTA在氧气100%的气氛中以780℃进行15秒钟热处理(烧结工序),然后在300℃的水蒸汽中进行45秒钟退火(水蒸汽退火)。通过反复进行3次涂敷工序、脱脂工序、烧结工序、水蒸汽退火的组合,得到厚度600nm的压电体层70。
(E)接着,在压电体层70上,通过溅射法形成由200nm的Ir膜构成的第二电极80。
在这样的作为压电元件300的个别电极的各第二电极80上,连接有从墨液供给路14侧的端部附近引出并延伸设置到绝缘体膜55上的例如由金(Au)等构成的引线电极90。
在形成有这样的压电元件300的流路形成基板10上,即第一电极60、绝缘体膜55及引线电极90上,通过粘接剂35接合了具有构成贮存器100的至少一部分的贮存部31的保护基板30。该贮存部31在本实施方式中,沿厚度方向贯通保护基板30而横贯压力产生室12的宽度方向形成,如上所述与流路形成基板10的连通部13连通而构成了成为各压力产生室12通用的墨液室的贮存器100。另外,也可以将流路形成基板10的连通部13按每个压力产生室12分割成多个,只将贮存部31作为贮存器100。并且,例如也可以在流路形成基板10中只设置压力产生室12,对介于流路形成基板10和保护基板30之间的构件(例如弹性膜50、绝缘体膜55等)设置将贮存器100和各压力产生室12连通的墨液供给路14。
而且,在保护基板30的与压电元件300对置的区域,设置了具有不阻碍压电元件300的运动程度的空间的压电元件保持部32。压电元件保持部32只要具有不阻碍压电元件300的运动程度的空间即可,该空间可以密封,也可以不密封。
作为这样的保护基板30,优选采用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料,例如玻璃、陶瓷材料等,本实施方式中采用与流路形成基板10相同材料的硅单晶基板而形成。
另外,在保护基板30中设有沿厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33。而且,从各压电元件300引出的引线电极90的端部附近被设置成在贯通孔33内露出。
并且,在保护基板30上固定有用于驱动并排设置的压电元件300的驱动电路120。作为该驱动电路120,例如可以采用电路基板或半导体集成电路(IC)等。而且,驱动电路120和引线电极90通过由接合线(bonding wire)等导电性导线构成的连接布线121电连接。
另外,在这样的保护基板30上,接合有由密封膜41及固定板42构成的柔性基板40。这里,密封膜41由刚性低且具有挠性的材料构成,由该密封膜41密封贮存部31的一个面。而固定板42由较为硬质的材料形成。由于该固定板42的与贮存器100对置的区域成为在厚度方向上被完全去除的开口部43,所以贮存器100的一个面只被具有挠性的密封膜41密封。
在这样的本实施方式的喷墨式记录头中,从与未图示的外部的墨液供给机构连接的墨液导入口取入墨液,在从贮存器100到喷嘴开口21的内部充满墨液后,根据来自驱动电路120的记录信号,对与压力产生室12对应的各个第一电极60和第二电极80之间施加电压,使弹性膜50、绝缘体膜55、第一电极60及压电体层70弯曲变形,由此各压力产生室12内的压力升高,从喷嘴开口21喷出墨滴。
【实施例】
改变添加Pb量及前体膜结晶化温度、结晶化条件等,形成使复合缺陷的浓度发生变化的压电体层,作为下述实施例1~4及比较例。上述实施方式作为实施例3。
表1中表示了具有负电荷的Pb-O复合缺陷的缺陷浓度(负缺陷浓度)及具有正电荷的Pb-O复合缺陷的缺陷浓度(正缺陷浓度),这些数值如上所述利用TSC算出。而且,将负缺陷浓度与正缺陷浓度之差作为实际缺陷浓度表示于表1。实际缺陷浓度为正时,表示了负缺陷浓度大于正缺陷浓度。即,在实施例1~4中,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在,其差值处于0.2×1018/cm3~3.3×1018/cm3的范围。其中,在比较例中,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷少,差值为负。
对于实施例1~4及比较例的压电元件,以第一电极为负、第二电极为正施加1×108次-2~30[V]、50[kHz]的三角波作为劣化脉冲,根据此时的初始变位量和施加后的变位量求出衰减率,作为劣化率(%)。
图4表示压电变位量的衰减率与实际缺陷浓度的关系。
结果,在比较例中压电变位量的衰减率(劣化率)为4.94%,而在实施例1~4中为3.38%以下,可知耐久性得到改善。
【表1】
另外,对于比较例,在使温度逐渐变化到300℃的环境中,进行使上述的劣化脉冲施加108次的耐久加速试验,以各温度测定了2Vc及Vc-Shift。
这里,2Vc是P-V滞后曲线的P=0的切片的宽度,Vc-Shift是切片的平均值,即滞后曲线的移动量。
结果,能够确认Vc-Shift在150℃附近随着温度的上升而减少的部分转而上升,还能够确认在200℃附近从负转向正,这表示在该温度区域中压电变位量的劣化加速上升。
另外,确认了在150℃附近产生的Vc-Shift的反转与过剩Pb所引起的正电荷的Pb-O复合缺陷的活性化密切相关。在另行测定具有正电荷的Pb-O复合缺陷的活性化温度时,确认了在150℃附近开始活性化。
还确认了在40℃附近确认的随着温度上升而出现的Vc-Shift的急剧减少,具有与Pb空位所引起的具有负电荷的Pb-O复合缺陷的活性化一致的倾向。
综上可预测,在低温下,主要在第一电极(下电极)与PZT薄膜的界面附近的PZT中存在具有负电荷的Pb-O复合缺陷,随着温度的上升,具有正电荷的Pb-O复合缺陷的存在比率变多,在200℃附近,具有正电荷的Pb-O复合缺陷的存在比率逐渐比具有负电荷的Pb-O复合缺陷多,第一电极(下电极)与PZT薄膜的界面状态完全成为与低温状态相反的电荷受到束缚的状态。
根据这样的比较例的分析,可以确认在第一电极(下电极)与PZT薄膜的界面附近的PZT薄膜中,存在含有Pb空位的Pb-O复合缺陷和含有过剩Pb的Pb-O复合缺陷,通过改变各自的存在比率,器件的劣化特性大为不同。另外可以证明,只要不是因PZT薄膜自身产生过剩的Pb缺陷而导致泄漏特性显著下降等,由此造成无法成为器件的状况,则形成含有Pb空位的具有负电荷的Pb-O复合缺陷的浓度比含有过剩Pb的具有正电荷的Pb-O复合缺陷的浓度高的状态的PZT薄膜,对于提高耐久性是优选的。
(其他实施方式)
以上,说明了本发明的一个实施方式,但本发明的基本结构不限于上述结构。例如,在上述的实施方式中,作为压电体层70示出了结晶在(100)面上优先取向的结构,但也可以在任意方向上优先取向。
而且,在上述实施方式中,作为流路形成基板10,例示了结晶面方位为(110)面的硅单晶基板,但不特别限于此,例如,可以采用结晶面方位为(100)面的硅单晶基板,还可以采用SOI基板、玻璃等料。
并且,在上述实施方式中,例示了在基板(流路形成基板10)上依次层叠了第一电极60、压电体层70及第二电极80的压电元件300,但不特别限于此,例如,也可以在使压电材料和电极形成材料交替层叠并沿轴向伸缩的纵振动型压电元件中应用本发明。
另外,这些实施方式的喷墨式记录头构成了具有与墨盒等连通的墨液流路的记录头单元的一部分,被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例的概略图。
在图5所示的喷墨式记录装置II中,具有喷墨式记录头I的记录头单元1A及1B,可拆装地设有构成墨液供给机构的墨盒2A及2B,搭载了该记录头单元1A及1B的滑架3轴向移动自如地设置于安装在装置主体4上的滑架轴5。该记录头单元1A及1B例如分别喷出黑色墨液组成物及彩色墨液组成物。
而且,驱动马达6的驱动力通过未图示的多个齿轮及同步带7传递给滑架3,由此使搭载了记录头单元1A及1B的滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面,在装置主体4上沿着滑架轴5设有压板8,由未图示的供纸辊等供给的纸等作为记录介质的记录片S被卷绕到压板8上而输送。
另外,在上述实施方式1中,作为液体喷射头的一例举例说明了喷墨式记录头,但本发明是以所有液体喷射头为对象的,当然也能够应用于喷射墨液以外的液体的液体喷射头中。作为其他液体喷射头,例如可举出打印机等图像记录装置所用的各种记录头、液晶显示器等滤色器的制造所用的色材喷头、有机EL显示器、FED(场致显示器)等的电极形成所用的电极材料喷头、生物芯片制造所用的生体有机物喷头等。
而且,本发明不限于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头所搭载的压电元件,还能够应用于薄膜电容器等其他装置所搭载的压电元件。

Claims (5)

1.一种液体喷射头,其特征在于,具备:
与喷嘴开口连通的压力产生室;以及
具有第一电极、形成在该第一电极上的压电体层和形成在该压电体层上的第二电极的压电元件;,
所述压电体层由至少含有铅、锆及钛的金属氧化物构成,且包括具有负电荷的Pb-O复合缺陷和具有正电荷的Pb-O复合缺陷,具有负电荷的Pb-O复合缺陷比具有正电荷的Pb-O复合缺陷更多地存在。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头,其特征在于,
所述具有负电荷的复合缺陷与具有正电荷的复合缺陷之差处于0.2×1018/cm3~3.3×1018/cm3的范围。
3.根据权利要求1或2所述的液体喷射头,其特征在于,
所述具有负电荷的复合缺陷及所述具有正电荷的复合缺陷存在于成为负极的所述第一电极侧的界面。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的液体喷射头,其特征在于,
所述压电体层由钛酸锆酸铅形成。
5.一种液体喷射装置,其特征在于,具备:
权利要求1~4中任意一项所述的液体喷射头。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10369787B2 (en) * 2015-05-25 2019-08-06 Konica Minolta, Inc. Piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, inkjet printer, and method for manufacturing piezoelectric actuator
JP2019006019A (ja) * 2017-06-26 2019-01-17 セイコーエプソン株式会社 ノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びノズルプレートの製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223404A (ja) * 2000-02-08 2001-08-17 Seiko Epson Corp 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド及びこれらの製造方法並びにインクジェットプリンタ
CN1373042A (zh) * 2001-02-19 2002-10-09 精工爱普生株式会社 喷墨记录头和喷墨记录设备
US20050052506A1 (en) * 2003-07-11 2005-03-10 Fuji Xerox Co., Ltd. Piezoelectric device, liquid droplet discharging head using the device, and liquid droplet discharging apparatus using the head
US20090091876A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Koji Yamakawa Semiconductor device and method of manufacturing thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000208828A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Seiko Epson Corp 圧電体薄膜素子およびその製造方法
JP2003127366A (ja) 2001-10-26 2003-05-08 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP2008028030A (ja) * 2006-07-19 2008-02-07 Seiko Epson Corp 圧電素子および液体噴射ヘッド
JP2008141107A (ja) 2006-12-05 2008-06-19 Seiko Epson Corp 強誘電体素子の製造方法
JP5157157B2 (ja) * 2006-12-22 2013-03-06 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置及びその製造方法並びにその駆動方法、液体噴射ヘッド
JP2008258575A (ja) 2007-03-15 2008-10-23 Seiko Epson Corp 圧電素子、液体噴射ヘッド、および、プリンタ
US20080224571A1 (en) 2007-03-15 2008-09-18 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid jet head and printer
JP5320873B2 (ja) 2008-07-14 2013-10-23 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子
JP5499533B2 (ja) 2008-10-06 2014-05-21 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、アクチュエーター装置及び圧電素子
JP5344143B2 (ja) 2008-12-11 2013-11-20 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子
JP2011061118A (ja) 2009-09-14 2011-03-24 Seiko Epson Corp 圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP5561464B2 (ja) 2009-09-30 2014-07-30 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223404A (ja) * 2000-02-08 2001-08-17 Seiko Epson Corp 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド及びこれらの製造方法並びにインクジェットプリンタ
CN1373042A (zh) * 2001-02-19 2002-10-09 精工爱普生株式会社 喷墨记录头和喷墨记录设备
US20050052506A1 (en) * 2003-07-11 2005-03-10 Fuji Xerox Co., Ltd. Piezoelectric device, liquid droplet discharging head using the device, and liquid droplet discharging apparatus using the head
US20090091876A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Koji Yamakawa Semiconductor device and method of manufacturing thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋志棠等: "富Pb的PZT铁电薄膜电性能异常", 《功能材料与器件学报》 *
杨刚等: "压电陶瓷场致疲劳特性与机理研究进展", 《无机材料学报》 *

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Publication number Publication date
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