CN111823714B - 液体喷出头以及打印机 - Google Patents

液体喷出头以及打印机 Download PDF

Info

Publication number
CN111823714B
CN111823714B CN202010300803.4A CN202010300803A CN111823714B CN 111823714 B CN111823714 B CN 111823714B CN 202010300803 A CN202010300803 A CN 202010300803A CN 111823714 B CN111823714 B CN 111823714B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
ejection head
liquid ejection
piezoelectric
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010300803.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111823714A (zh
Inventor
高部本规
板山泰裕
角浩二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN111823714A publication Critical patent/CN111823714A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111823714B publication Critical patent/CN111823714B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14258—Multi layer thin film type piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/03—Specific materials used

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

本发明提供一种振动板的位移量较大的液体喷出头以及打印机。液体喷出头包括：喷嘴板，其设置有喷出液体的喷嘴孔；硅基板，其设置有压力产生室，所述压力产生室与所述喷嘴孔连通；振动板，其被设置于所述硅基板上；压电元件，其被设置于所述振动板上，并使所述压力产生室的容积发生变化，所述压电元件具有压电体层，所述压电体层包括含有铅、锆以及钛的钙钛矿型结构的复合氧化物，在所述压电体层的X射线衍射中，源自所述压电体层的(100)面的峰值的位置、与源自所述硅基板的(220)面的峰值的位置的差值小于25.00°。

Description

液体喷出头以及打印机
技术领域
本发明涉及液体喷出头以及打印机。
背景技术
作为液体喷出头的代表例，例如，存在一种通过压电元件而使振动板变形从而对压力产生室的油墨进行加压，并使该油墨作为油墨滴而从喷嘴孔喷出的喷墨式记录头。作为在喷墨式记录头中使用的压电元件，如例如专利文献1那样，存在通过两个电极来夹着压电体层而被构成的压电元件，其中，所述压电体层由呈现电气机械转换功能的压电材料、例如结晶化的介电材料而构成。
上述的这种液体喷出头中所使用的振动板的位移量被要求得较大。
专利文献1：日本特开2015-193228号公报
发明内容
本发明所涉及的液体喷出头的一个方式包括：喷嘴板，其设置有喷出液体的喷嘴孔；硅基板，其设置有压力产生室，所述压力产生室与所述喷嘴孔连通；振动板，其被设置于所述硅基板上；压电元件，其被设置于所述振动板上，并使所述压力产生室的容积发生变化，所述压电元件具有压电体层，所述压电体层包含含有铅、锆以及钛的钙钛矿型结构的复合氧化物，在所述压电体层的X射线衍射中，源自所述压电体层的(100)面的峰值的位置、与源自所述硅基板的(220)面的峰值的位置的差值小于25.00°。
在所述液体喷出头的一个方式中，也可以设为如下的方式，即，在所述压电体层中，当将钛的原子浓度相对于钛的原子浓度与锆的原子浓度的总计值的比值Ti/(Zr+Ti)设为x、并将所述差值设为y时，满足y≤-0.50x+25.21的关系。
在所述液体喷出头的一个方式中，也可以设为如下的方式，即，在所述压电体层中，钛的原子浓度相对于钛的原子浓度与锆的原子浓度的总计值的比值Ti/(Zr+Ti)为0.55以下。
在所述液体喷出头的一个方式中，也可以设为如下的方式，即，所述差值为24.80°以上。
在所述液体喷出头的一个方式中，也可以设为如下的方式，即，所述振动板具有氧化锆层。
本发明所涉及的打印机的一个方式包括：所述液体喷出头的一个方式；输送机构，其使被记录介质相对于所述液体喷出头而进行相对移动；控制部，其对所述液体喷出头以及所述输送机构进行控制。
附图说明
图1为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的分解立体图。
图2为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的俯视图。
图3为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的剖视图。
图4为示意性地表示本实施方式的变形例所涉及的液体喷出头的剖视图。
图5为示意性地表示本实施方式所涉及的打印机的立体图。
图6为表示PZT层中的比值Ti/(Zr+Ti)、与X射线衍射强度曲线的峰值的位置的差值Δ之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，利用附图，对本发明的优选的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定的实施方式。此外，以下说明的全部结构并不一定均为本发明的必要结构要件。
1.液体喷出头
1.1.结构
首先，参照附图，对本实施方式所涉及的液体喷出头进行说明。图1为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的分解立体图。图2为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的俯视图。图3为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的图2的III-III线剖视图。另外，在图1～图3中，作为相互正交的三个轴，图示了X轴、Y轴以及Z轴。
如图1～图3所示，液体喷出头200例如包括压电元件100、硅基板210、喷嘴板220、振动板230、保护基板240、电路基板250和可塑性基板260。另外，为了方便，在图2中省略了电路基板250的图示。
在硅基板210上设置有压力产生室211。压力产生室211通过多个隔壁212而被划分。压力产生室211通过压电元件100而使容积产生变化。
在硅基板210中的压力产生室211的+X轴方向的端部处，设置有第一连通通道213以及第二连通通道214。第一连通通道213被构成为，通过从Y轴方向使压力产生室211的+X轴方向的端部缩小，从而使其开口面积变小。第二连通通道214的Y轴方向的宽度例如与压力产生室211的Y轴方向的宽度相同。在第二连通通道214的+X轴方向上，设置有与多个第二连通通道214连通的第三连通通道215。第三连通通道215构成歧管216的一部分。歧管216成为各压力产生室211的共用液室。这样，在硅基板210中，设置有由第一连通通道213、第二连通通道214以及第三连通通道215而构成的供给流道217、和压力产生室211。供给流道217与压力产生室211连通，并将液体供给至压力产生室211。
喷嘴板220被设置于硅基板210的一侧的面上。喷嘴板220的材质例如为SUS(SteelUse Stainless，不锈钢)。喷嘴板220通过例如粘合剂或热熔敷薄膜等而被接合在硅基板210上。在喷嘴板220上，沿着Y轴而设置有多个喷嘴孔222。喷嘴孔222与压力产生室211连通，并喷出液体。
振动板230被设置于硅基板210的另一侧的面上。振动板230例如具有被设置于硅基板210之上的氧化硅层232、和被设置于氧化硅层232之上的氧化锆层234。振动板230仅具有一层氧化锆层234。氧化锆层234的厚度例如为350nm以上且450nm以下。
压电元件100例如被设置于振动板230之上。压电元件100被设置有多个。压电元件100的数量并未被特别限定。压电元件100使压力产生室211的容积发生变化。
在液体喷出头200中，通过具有电气机械转换特性的压电体层20的变形，从而使振动板230以及第一电极10位移。关于压电元件100的详细的结构，将在后文中叙述。
保护基板240通过粘合剂203而被接合在硅基板210上。在保护基板240上，设置有贯穿孔242。在图示的示例中，贯穿孔242在Z轴方向上贯穿保护基板240，并与第三连通通道215连通。贯穿孔242以及第三连通通道215构成了成为各压力产生室211的共用液室的歧管216。而且，在保护基板240上，设置有在Z轴方向上贯穿保护基板240的贯穿孔244。引线电极202的端部位于贯穿孔244处。
在保护基板240上，设置有开口部246。开口部246为用于不妨碍压电元件100的驱动的空间。开口部246既可以被密封，也可以不被密封。
电路基板250被设置于保护基板240之上。在电路基板250中，包括用于使压电元件100进行驱动的半导体集成电路(Integrated Circuit：IC)。电路基板250和引线电极202经由连接配线204而被电连接。
可塑性基板260被设置于保护基板240之上。可塑性基板260具有被设置于保护基板240之上的密封层262和被设置于密封层262之上的固定板264。密封层262为用于对歧管216进行密封的层。密封层262例如具有可挠性。在固定板264上，设置有贯穿孔266。贯穿孔266在Z轴方向上贯穿固定板264。贯穿孔266被设置于在从Z轴方向观察时与歧管216重叠的位置处。
1.2.压电元件
如图2以及图3所示，压电元件100具有第一电极10、压电体层20和第二电极30。
第一电极10的形状例如为层状。第一电极10的厚度例如在3nm以上且200nm以下。第一电极10例如为铂层、铱层、钌层等金属层、这些金属层的导电性氧化物层、镍酸镧(LaNiO3：LNO)层、钌酸锶(SrRuO3：SRO)层等。第一电极10也可以具有层压了多层上文所例示的层的结构。第一电极10也可以包含钛。
第一电极10被构成为，针对每个压力产生室211而独立的单独电极。第一电极10的Y轴方向的宽度例如窄于压力产生室211的Y轴方向的宽度。第一电极10的X轴方向的长度例如长于压力产生室211的X轴方向的长度。在X轴方向上，第一电极10的两端以夹着压力产生室211的两端的方式而设置。在第一电极10的-X轴方向的端部上，连接有引线电极202。
第一电极10为，用于将电压施加在压电体层20上的一方的电极。第一电极10为，被设置于压电体层20之下的下部电极。
压电体层20被设置于第一电极10之上。压电体层20被设置于第一电极10与第二电极30之间。压电体层20的厚度例如为500nm以上且5μm以下。压电体层20能够通过在第一电极10与第二电极30之间被施加有电压而发生变形。
压电体层20包含含有铅(Pb)、锆(Zr)以及钛(Ti)的钙钛矿型结构的复合氧化物。压电体层20为由PZT构成的PZT层。压电体层20也可以包含除了铅、锆、钛以及氧(O)以外的添加物。即，压电体层20也可以为添加了添加物的PZT层。
压电体层20的Y轴方向的宽度例如宽于第一电极10的Y轴方向的宽度。压电体层20的X轴方向的长度例如长于压力产生室211的X轴方向的长度。第一电极10的+X轴方向的端部例如位于压电体层20的+X轴方向的端部和压力产生室211的+X轴方向的端部之间。第一电极10的+X轴方向的端部被压电体层20覆盖。另一方面，压电体层20的-X轴方向的端部例如位于第一电极10的-X轴方向侧的端部与压力产生室211的+X轴方向的端部之间。第一电极10的-X轴方向侧的端部未被压电体层20覆盖。
第二电极30被设置于压电体层20之上。第二电极30的形状例如为层状。第二电极30的厚度例如为15nm以上且300nm以下。第二电极30例如为铱层、铂层、钌层等金属层、这些金属层的导电性氧化物层、镍酸镧层、钌酸锶层等。第二电极30也可以具有层压了多层上文所例示的层的结构。
第二电极30例如被连续地设置在压电体层20以及振动板230上。第二电极30作为与多个压电元件100共用的共用电极而被构成。
第二电极30为用于对压电体层20施加电压的另一方的电极。第二电极30为被设置于压电体层20之上的上部电极。
1.3.XRD评价
在压电体层20的X射线衍射(X-ray diffraction：XRD)中，源自压电体层20的(100)面的峰值的位置、和源自硅基板210的(220)面的峰值的位置的差值Δ小于25.00°，优选为，在24.80°以上且小于25.00°，更加优选为，在24.86°以上且24.95°以下。具体而言，差值Δ为，从源自硅基板210的(220)面的峰值的位置减去源自压电体层20的(100)面的峰值的位置而得到的值。例如，如图2所示，能够通过压电体层20的设置于振动板230上的部分、且未被第二电极30覆盖的区域20a的XRD测量，而求出差值Δ。另外，只要能够求出差值Δ，则实施XRD测量的区域并未被特别限定。
在此，关于面方位，将压电体层20的结晶结构作为伪立方来处理。这是因为，难以准确地对薄膜状的压电体层20的结晶结构进行鉴定，从而简化了说明的缘故。但是，关于面方位，将压电体层20的结晶结构作为伪立方而处理的情况并非是对压电体层20的结晶结构例如为正方晶、斜方晶、单斜晶、菱面体晶等与伪立方相比对称性较低的ABO3结构进行否定的情况。
压电体层20例如(100)优先取向。在此，“(100)优先取向”是指，在通过XRD测量而获得的X射线衍射强度曲线中，当将源自(100)面的峰值强度设为I(100)，将源自(110)面的峰值强度设为I(110)，将源自(111)面的峰值强度设为I(111)时，由下式(1)表示的取向率F在70％以上。
F＝I(100)/(I(100)+I(110)+I(111))×100…(1)
源自压电体层20的(100)面的峰值的位置例如为2θ＝22.00°～22.20°。源自硅基板210的(220)面的峰值的位置例如为2θ＝47.03°。
在压电体层20中，通过振动板230的氧化锆层234从而产生了应力。具体而言，在使锆层热氧化而形成氧化锆层234时，通过氧化锆层234膨胀而拉伸压电体层20，从而在压电体层20中产生压缩应力。通过该压缩应力的大小，从而使源自压电体层20的(100)面的峰值的位置发生变化。
在压电体层20中，当将锆的原子浓度相对于钛的原子浓度与钛的原子浓度的总计值的比值Ti/(Zr+Ti)设为x，并将差值Δ设为y时，例如，满足下式(2)。
y≤-0.50x+25.21…(2)
比值Ti/(Zr+Ti)例如在0.55以下，优选为，在0.35以上且0.55以下。比值Ti/(Zr+Ti)例如能够通过EDX(Energy dispersive X-ray spectrometry，能量色散X射线荧光光谱法)来求出。
1.4.特征
液体喷出头200例如具有以下的特征。
在液体喷出头200中，在压电体层20的XRD中源自压电体层20的(100)面的峰值的位置与源自硅基板的(220)面的峰值的位置之间的差值Δ小于25.00°。因此，在液体喷出头200中，如后述的“5.实验例”所示，与差值Δ在25.00°以上的情况相比，能够增大振动板230的位移量。
在液体喷出头200中，在压电体层20中，当将钛的原子浓度相对于钛的原子浓度与锆的原子浓度的总计的比值Ti/(Zr+Ti)设为x，并将差值Δ设为y时，满足式(2)的关系。因此，在液体喷出头200中，如后文所述的“5.实验例”所示，与满足y＞-0.50x+25.21的关系的情况相比，能够增大振动板230的位移量。
在液体喷出头200中，比值Ti/(Zr+Ti)在0.55以下。因此，在液体喷出头200中，与比值Ti/(Zr+Ti)大于0.55的情况相比，能够具有良好的反复特性。因此，“反复特性”是指，使压电元件反复进行动作而使振动板反复位移时的特性。当使压电元件反复进行动作时，压电元件会变得难以变形，从而振动板的位移量会变小。在液体喷出头200中，能够抑制这样的振动板的位移量的降低，从而具有良好的反复特性。
2.液体喷出头的制造方法
接下来，参照附图，对本实施方式所涉及的液体喷出头200的制造方法进行说明。
如图3所示，在硅基板210之上形成振动板230。具体而言，使硅基板210热氧化，从而形成氧化硅层232。接下来，在氧化硅层232之上，形成锆层。锆层例如通过溅射法而被形成。接下来，使锆层热氧化，从而形成氧化锆层234。锆层的热氧化的温度例如为850℃以上且950℃以下。接下来，在750℃以下对氧化锆层234进行热处理。另外，该热处理也可以不被实施。通过以上的工序，从而能够形成振动板230。
接下来，在振动板230之上形成第一电极10。第一电极10例如通过溅射法或真空蒸镀法等而被形成。接下来，例如，通过光刻法以及蚀刻，而对第一电极10进行图案形成。
接下来，在第一电极10之上形成压电体层20。压电体层20例如通过溶胶-凝胶法或MOD(Metal Organic Deposition，有机金属沉积)等化学溶液堆积(Chemical SolutionDeposition：CSD，化学溶液沉积)法而被形成。以下，对压电体层20的形成方法进行说明。
首先，使含铅的金属络合物、含锆的金属络合物以及含钛的金属络合物溶解或分散在有机溶剂中，从而对前驱体溶液进行调节。
作为含铅的金属络合物，例如，可以列举出醋酸铅等。作为含锆的金属络合物，例如，可以列举出锆酸四丁酯、乙酰丙酮酸锆、四乙酰丙酮酸锆、单乙酰丙酮酸锆、双乙酰丙酮酸锆等。作为含钛的金属络合物，例如，可以列举出钛酸异丙酯等。
作为金属络合物的溶剂，例如，可以列举出异丙醇、丁醇、戊醇、正己醇、辛醇、聚乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环己烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、醋酸、辛酸、乙二醇丁醚、正辛烷或这些物质的混合溶剂等。
接下来，利用旋涂法等而将被调节后的前驱体溶液涂布在第一电极10之上，从而形成前驱体层。接下来，在例如130℃以上且250℃以下，对前驱体层进行加热，从而使之以固定时间而进行干燥，而且，通过在例如300℃以上且550℃以下对干燥后的前驱体层进行加热并保持固定时间，从而进行脱脂。接下来，通过在例如700℃以上且800℃以下对脱脂后的前驱体层进行烧成，从而使之结晶化。
而且，多次反复进行从上述的前驱体溶液的涂布起至前驱体层的烧成为止的一系列的工序。通过以上操作，从而能够形成压电体层20。接下来，例如，通过光刻法以及蚀刻而对压电体层20进行图案形成。
在前驱体层的干燥以及脱脂中被使用的加热装置例如为加热板。在前驱体层的烧成中被使用的加热装置例如为红外线灯退火装置(Rapid ThermalAnnealing：RTA，快速热退火)装置。
接下来，在压电体层20上形成第二电极30。第二电极30例如通过溅射法或真空蒸镀法等而被形成。接下来，例如，通过光刻法以及蚀刻而对第二电极30进行图案形成。
通过以上的工序，从而在振动板230上形成压电元件100。
接下来，对硅基板210的与设置有压电元件100的面为相反的面进行蚀刻，从而在硅基板210上形成压力产生室211以及供给流道217。
接下来，通过例如未图示的粘合剂，而使硅基板210与设置有喷嘴孔222的喷嘴板220接合。接下来，通过粘合剂203，而使设置有电路基板250以及可塑性基板260的保护基板240与振动板230接合。
通过以上的工序，从而能够制造出液体喷出头200。
3.液体喷出头的变形例
接下来，参照附图，对本实施方式的变形例所涉及的液体喷出头进行说明。图4为示意性地表示本实施方式的变形例所涉及的液体喷出头201的剖视图。另外，为了方便，在图4中，省略了除了压电元件100以及振动板230以外的部件的图示。
以下，在本实施方式的变形例所涉及的液体喷出头201中，对与上述的本实施方式所涉及的液体喷出头200的示例不同点进行说明，关于相同点则省略说明。
在液体喷出头201中，如图4所示，压电元件100在具有钛酸铅(PbTiO3：PTO)层40的这一点上与上述的液体喷出头200不同。
钛酸铅层40被设置于第一电极10与压电体层20之间。钛酸铅层40也可以具有使压电体层20产生应力的功能。另外，虽然未图示，但也可以代替钛酸铅层40，而在第一电极10与压电体层20之间设置有氧化铅(PbO)层。
4.打印机
接下来，参照附图，对本实施方式所涉及的打印机进行说明。图5为示意性地表示本实施方式所涉及的打印机300的立体图。
打印机300为喷墨式的打印机。如图5所示，打印机300包括头单元310。头单元310例如具有液体喷出头200。液体喷出头200的数量并未被特别限定。头单元310以可拆装的方式而设置有构成供给单元的盒312、314。搭载有头单元310的滑架316以在轴向上移动自如的方式而被设置于安装在装置主体320上的滑架轴322上，并喷出从液体供给单元被供给的液体。
在此，液体只要为物质是液相时的状态的材料即可，如溶胶、凝胶等那样的液体状态的材料也被包含在液体中。此外，在液体中，不仅包括作为物质的一种状态的液体，还包括在溶剂中溶解、分散或混合有由颜料或金属颗粒等固形物构成的功能材料的颗粒后所获得的物质等。作为液体的代表性的示例，可以列举出油墨或液晶乳化剂等。油墨是指，包括普通的水性油墨以及油性油墨、胶状油墨、热溶性油墨等各种液体状组成物的物质。
在打印机300中，通过使驱动电机330的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步齿形带332而被传递至滑架316，从而使搭载了头单元310的滑架316沿着滑架轴322进行移动。另一方面，在装置主体320中，设置有相对于液体喷出头200而使纸等被记录介质即薄片S进行相对移动的作为输送机构的输送辊340。输送薄片S的输送机构并不限于输送辊，也可以为带或滚筒等。
打印机300包括对液体喷出头200以及输送辊340进行控制的作为控制部的打印机控制器350。打印机控制器350与液体喷出头200的电路基板250被电连接。打印机控制器350例如具备临时性地对各种数据进行存储的RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、存储有控制程序等的ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)、以及产生用于向液体喷出头200进行供给的驱动信号的驱动信号产生电路等。
5.实验例
5.1.试样的制作
5.1.1.试样1
在试样1中，通过使硅基板热氧化，从而在硅基板的表面上形成SiO2层。接下来，通过溅射法，从而在SiO2层之上形成Zr层，并通过在900℃下热氧化，从而形成了ZrO2层。ZrO2层的厚度为400nm。通过以上操作，从而形成了由SiO2层以及ZrO2层构成的振动板。
接下来，通过溅射法，从而在振动板之上依次形成钛层、铂层、铱层，并以预定的形状而进行图案形成，以设为第一电极。
接下来，通过以下的步骤，而在第一电极上形成了压电体层。
在容器中量取醋酸以及水，接下来，量取醋酸铅、锆酸四丁酯、钛酸异丙酯、以及聚乙二醇，通过在90℃下对这些物质进行加热搅拌，从而制作出PZT前驱体溶液。
通过利用旋涂法而将上述的PZT前驱体溶液涂布在第一电极之上，从而形成了PZT前驱体层。接下来，按照155℃、275℃、530℃的顺序，而对PZT前驱体层进行加热。此后，使用RTA装置，在747℃下进行烧成。反复进行10次从PZT前驱体溶液的涂布起至烧成为止的一系列的工序，从而形成了PZT层。
5.1.2.试样2
在试样2中，除了在形成ZrO2层之后且形成第一电极之前实施了750℃的热处理之外，与试样1相同。
5.1.3.试样3
在试样3中，除了在形成ZrO2层之后且形成第一电极之前实施了850℃的热处理之外，与试样1相同。
5.1.4.试样4
试样4为将试样1的薄膜状的PZT层设为了粉末状而得的试样。
5.2.特性评价
针对如上所述的试样1～4，实施了XRD测量。在试样1、2、4中，针对分配了PZT层的比值Ti/(Zr+Ti)，而实施了测量。
在XRD测量中，使用了Bruker公司制的“D8DISCOVER with GADDS”。利用管电压：50kV、管电流：100mA、检测器距离：15cm、准直器直径：0.3mm、测量时间：480sec，而进行了测量。通过附属的软件而将所获得的二维数据设为，2θ范围：20°～80°、χ范围：-95°～-85°、步长：0.02°、强度标准化法：Bin normalized，从而转换为X射线分析强度曲线。
图6为，在试样1～4中表示PZT层中的比值Ti/(Zr+Ti)与X射线衍射强度曲线的峰值的位置的差值Δ之间的关系的曲线图。差值Δ为从源自硅基板的(220)面的峰值的位置减去源自PZT层的(100)面的峰值的位置而得的值。
在图6中，当将比值Ti/(Zr+Ti)设为x，并将差值Δ设为y时，试样1的3点的近似曲线为y＝-0.46x+25.14。试样2的8点的近似曲线为y＝-0.50x+25.21。试样4的3点的近似曲线为y＝-0.46+25.24。此外，试样3的差值Δ为25.00°。在图6中，用虚线表示试样1、2、4的近似曲线。
在图6中，例如，当通过x＝0.48来观察时，试样4的差值Δ最大，其次，试样3的差值Δ较大，再次，试样2的差值Δ较大，而试样1的差值Δ最小。该顺序是因通过振动板的ZrO2层而在PZT层中产生的应力的大小而引起的，该应力越大，则差值Δ越增大。
由于试样4为粉末状的PZT，因此，PZT未受到由ZrO2层所导致的约束。因此，在试样4中，PZT未通过ZrO2层而受到应力。
试样2、3通过形成ZrO2层后的热处理，从而使因ZrO2层而在PZT层中产生的应力与试样1相比而降低。通过该热处理，从而在试样2、3中，ZrO2层的晶系发生变化。
由于试样1未实施形成ZrO2层后的热处理，因此，通过ZrO2层而在PZT层中产生的应力与试样2、3相比而较大。在试样1中，通过使PZT烧成的747℃的热处理，从而使ZrO2层的晶系发生变化。
接下来，在试样1～3中，在PZT层之上形成铱层，并以预定的形状而进行图案形成，从而设为了第二电极。接下来，在硅基板上形成掩模层，且通过将该掩模层设为掩模并使用了碱性溶液的湿法蚀刻，从而形成了压力产生室。
这样，针对在振动板上形成有压电元件的试样1～3，测量了振动板的位移量。位移量利用了Bruker公司制的三维白色光干涉型显微镜。在室温下，测量了未对压电元件施加电压的状态下的挠曲量、和对压电元件施加了50V的直流电压的状态下的挠曲量。将从施加了电压的状态下的挠曲量中减去未施加电压的状态下的挠曲量而得的值设为了振动板的位移量。
图6中的差值Δ越小，则振动板的位移量越大。因此可知，通过将差值Δ设为小于25.00°，从而与差值Δ在25.00°以上的情况相比，能够增大振动板的位移量。而且可知，通过满足y≤-0.50x+25.21，从而与满足y＞-0.50x+25.21的情况相比，能够增大振动板的位移量。
在此，在对Zr层进行热处理而形成ZrO2层的情况下，通常，在形成压电元件之前，如试样3那样，在850℃左右下实施用于使在ZrO2层中产生的应力缓和的热处理。当不实施该热处理时，由于硅基板会因在ZrO2层中产生的应力而翘曲，因此，有时难以通过通常的半导体制造装置而精度良好地对硅基板进行加工。
发明人等发现了如下的情况，即，通过如试样1那样不实施用于使在ZrO2层中产生的应力缓和的热处理、或者如试样2那样降低用于使在ZrO2层中产生的应力缓和的热处理的温度，从而能够将差值Δ设为小于25.00°，并能够增大振动板的位移量。
另外，在图6中，源自硅基板的(220)面的峰值的位置为2θ＝47.03°，从而不可能出现源自PZT层的(100)面的峰值的位置小于2θ＝22.23°的情况。因此，差值Δ为24.80°以上。
接下来，针对在振动板上形成有压电元件的试样1～4，在反复实现多次未对压电元件施加电压的状态、和对压电元件施加了50V的直流电压的状态之后，通过与上述方法相同的方法，而对振动板的位移量进行测量，并评价了试样1～4的反复特性。
在图6中，当比值Ti/(Zr+Ti)大于0.55时，反复特性急剧变差。因此可知，通过将比值Ti/(Zr+Ti)设为0.55以下，从而能够良好地实现反复特性。
本发明也可以在具有本申请所记载的特征或效果的范围内省略一部分的结构，或者对各实施方式或变形例进行组合。
本发明并未被限定于上述的实施方式，还能够进行各种变形。例如，本发明包含与实施方式所说明的结构实质上相同的结构。实质上相同的结构是指，例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构。此外，本发明包含对实施方式所说明的结构的非本质部分进行置换而得的结构。此外，本发明包含与实施方式所说明的结构起同样作用效果的结构或者能够实现相同目的的结构。此外，本发明包含向实施方式所说明的结构中附加了公知技术而得的结构。
符号说明
10…第一电极；20…压电体层；20a…区域；30…第二电极；40…钛酸铅层；100…压电元件；200、201…液体喷出头；202…引线电极；203…粘合剂；204…连接配线；210…硅基板；211…压力产生室；212…隔壁；213…第一连通通道；214…第二连通通道；215…第三连通通道；216…歧管；217…供给流道；220…喷嘴板；222…喷嘴孔；230…振动板；232…氧化硅层；234…氧化锆层；240…保护基板；242、244…贯穿孔；246…开口部；250…电路基板；260…可塑性基板；262…密封层；264…固定板；266…贯穿孔；300…打印机；310…头单元；312、314…盒；316…滑架；320…装置主体；322…滑架轴；330…驱动电机；332…同步齿形带；340…输送辊；350…打印机控制器。

Claims (5)

1.一种液体喷出头，包括：
喷嘴板，其设置有喷出液体的喷嘴孔；
硅基板，其设置有压力产生室，所述压力产生室与所述喷嘴孔连通；
振动板，其被设置于所述硅基板上；
压电元件，其被设置于所述振动板上，并使所述压力产生室的容积发生变化，
所述压电元件具有压电体层，所述压电体层包含含有铅、锆以及钛的钙钛矿型结构的复合氧化物，
在所述压电体层的X射线衍射中，源自所述压电体层的(100)面的峰值的位置、与源自所述硅基板的(220)面的峰值的位置的差值小于25.00°，
在所述压电体层中，当将钛的原子浓度相对于钛的原子浓度与锆的原子浓度的总计值的比值Ti/(Zr+Ti)设为x、并将所述差值设为y时，满足y≤-0.50x+25.21的关系。
2.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，
在所述压电体层中，钛的原子浓度相对于钛的原子浓度与锆的原子浓度的总计值的比值Ti/(Zr+Ti)为0.55以下。
3.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述差值为24.80°以上。
4.如权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述振动板具有氧化锆层。
5.一种打印机，包括：
权利要求1至4中任一项所述的液体喷出头；
输送机构，其使被记录介质相对于所述液体喷出头而进行相对移动；
控制部，其对所述液体喷出头以及所述输送机构进行控制。
CN202010300803.4A 2019-04-19 2020-04-16 液体喷出头以及打印机 Active CN111823714B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019079980A JP7263898B2 (ja) 2019-04-19 2019-04-19 液体吐出ヘッドおよびプリンター
JP2019-079980 2019-04-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111823714A CN111823714A (zh) 2020-10-27
CN111823714B true CN111823714B (zh) 2021-10-26

Family

ID=72832767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010300803.4A Active CN111823714B (zh) 2019-04-19 2020-04-16 液体喷出头以及打印机

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11135844B2 (zh)
JP (1) JP7263898B2 (zh)
CN (1) CN111823714B (zh)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4689482B2 (ja) 2003-02-07 2011-05-25 キヤノン株式会社 圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターの製造方法、液体吐出ヘッド
US7215067B2 (en) 2003-02-07 2007-05-08 Canon Kabushiki Kaisha Ferroelectric thin film element, piezoelectric actuator and liquid discharge head
JP2009286118A (ja) * 2008-04-30 2009-12-10 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及びアクチュエーター装置
JP2010228266A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター
JP5527527B2 (ja) * 2010-03-12 2014-06-18 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
JP2012253161A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Seiko Epson Corp 圧電素子及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
JP5828795B2 (ja) 2012-04-04 2015-12-09 信越化学工業株式会社 多結晶シリコンの結晶配向度評価方法、多結晶シリコン棒の選択方法、および単結晶シリコンの製造方法
WO2013164955A1 (ja) 2012-05-01 2013-11-07 コニカミノルタ株式会社 圧電素子
CN104512115B (zh) 2013-09-26 2016-08-24 精工爱普生株式会社 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置
JP6401077B2 (ja) * 2014-03-27 2018-10-03 京セラ株式会社 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置
JP6390170B2 (ja) * 2014-05-28 2018-09-19 株式会社リコー 電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置
JP6610856B2 (ja) * 2015-03-20 2019-11-27 セイコーエプソン株式会社 圧電素子及び圧電素子応用デバイス並びに圧電素子の製造方法
US10276196B2 (en) 2015-12-03 2019-04-30 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Thin-film piezoelectric material substrate, thin-film piezoelectric material element, head gimbal assembly, ink jet head and method of manufacturing the thin-film piezoelectric material element
JP2018133458A (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、及び圧電素子応用デバイス
JP6953810B2 (ja) * 2017-06-09 2021-10-27 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、及び圧電素子応用デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020175602A (ja) 2020-10-29
CN111823714A (zh) 2020-10-27
JP7263898B2 (ja) 2023-04-25
US11135844B2 (en) 2021-10-05
US20200331268A1 (en) 2020-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8608290B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
CN111823714B (zh) 液体喷出头以及打印机
US8596765B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element
US20210167276A1 (en) Method for Producing Piezoelectric Actuator
CN110957414B (zh) 压电元件及其制造方法、液体喷出头以及打印机
CN112721450B (zh) 压电元件、液体喷出头以及打印机
US11173715B2 (en) Liquid discharge head and printer
US11135842B2 (en) Piezoelectric element, liquid ejecting head, and printer
CN111613717B (zh) 压电元件、液体喷出头以及打印机
JP7286929B2 (ja) 圧電素子、液体吐出ヘッド、およびプリンター
US11527699B2 (en) Piezoelectric element, liquid discharge head, and printer
US20230202173A1 (en) Piezoelectric substrate, piezoelectric element and liquid ejection head
JP2013089848A (ja) 圧電セラミックスの製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法
JP2022011404A (ja) 圧電素子の製造方法
JP2020035852A (ja) 圧電素子、液体吐出ヘッド、およびプリンター
CN117835794A (zh) 压电基板、压电元件以及压电元件应用器件
CN116367695A (zh) 压电体、压电元件以及液体喷出头
JP2020123649A (ja) 圧電素子、液体吐出ヘッド、およびプリンター
CN113696623A (zh) 压电元件、液体喷出头以及液体喷出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant