JP2010188639A - Piezoelectric element, and liquid ejector using the same - Google Patents

Piezoelectric element, and liquid ejector using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element excellent in durability and reliability. <P>SOLUTION: The piezoelectric element 1 is an element which is equipped with a piezoelectric body 30, a lower electrode 20 and an upper electrode 40 which apply an electric field to the piezoelectric body 30. At least part of the portion 30S exposed from the upper electrode 40 of the piezoelectric body 30 is covered with fluent material 50 having hydrophobic and insulation properties. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子、及びこれを用いた液体吐出装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric element and a liquid ejection apparatus using the same.

電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電体と、この圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出装置に搭載されるアクチュエータ等として使用されている。圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系等のペロブスカイト型酸化物が知られている。   A piezoelectric element including a piezoelectric body that expands and contracts as the electric field application intensity increases and decreases and an electrode that applies an electric field to the piezoelectric body is used as an actuator mounted on a liquid ejection device such as an ink jet recording head. Has been. As a piezoelectric material, a perovskite oxide such as lead zirconate titanate (PZT) is known.

圧電素子は高温高湿環境下で長期使用すると、圧電体が水分を吸収し、これに起因して、圧電体にマイクロクラックが発生したり、圧電体の電気抵抗あるいは静電容量等の特性が変化することがある。   When a piezoelectric element is used in a high temperature and high humidity environment for a long period of time, the piezoelectric body absorbs moisture, and as a result, micro cracks occur in the piezoelectric body, and characteristics such as electrical resistance or capacitance of the piezoelectric body May change.

従来、圧電体への水分の浸入を抑制するために、圧電素子の表面に無機の水分バリア膜を設けることが提案されている。しかしながら、圧電体上に剛性の高い無機膜があると圧電体の変位が拘束されるために、大きな変位が得られにくい。   Conventionally, it has been proposed to provide an inorganic moisture barrier film on the surface of a piezoelectric element in order to suppress the penetration of moisture into the piezoelectric body. However, if there is a highly rigid inorganic film on the piezoelectric body, the displacement of the piezoelectric body is constrained and it is difficult to obtain a large displacement.

上記の問題を解消するために、特許文献1,2には、圧電セラミック粉末と可撓性を有する有機高分子とを含む圧電組成物感圧体を備えた圧電素子において、圧電セラミック粉末の外側に、圧電セラミック粉末への水分の吸収を抑制する撥水材料からなる被覆層を設けた構成が提案されている(特許文献1の請求項1,2、特許文献2の請求項1,2)。   In order to solve the above problem, Patent Documents 1 and 2 disclose that a piezoelectric element including a piezoelectric composition pressure-sensitive body including a piezoelectric ceramic powder and a flexible organic polymer has an outer side of the piezoelectric ceramic powder. In addition, a configuration in which a coating layer made of a water-repellent material that suppresses absorption of moisture into the piezoelectric ceramic powder is provided (claims 1 and 2 of patent document 1, claims 1 and 2 of patent document 2). .

被覆層を構成する撥水材料としては、脂肪酸、脂肪酸塩、脂肪酸アミド、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、及びシラン化合物が例示されている(特許文献1の段落0072、特許文献2の0071)。   Examples of the water repellent material constituting the coating layer include fatty acids, fatty acid salts, fatty acid amides, fluorine resins, silicon resins, acrylic resins, and silane compounds (Patent Document 1, Paragraph 0072, Patent Document 2). 0071).

特開2007-17420号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-17420 特開2008-192672号公報JP 2008-192672 A

特許文献1の段落0055等,及び特許文献2の0053等に記載のプロセスによれば、上記被覆層は固体の層であり、無機膜より柔軟ではあるものの、やはり圧電体の変位が拘束される恐れがある。また、圧電体にマイクロクラックが生じると、その上の被覆層にもマイクロクラックが生じて、被覆層による水分バリア機能が失われてしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性と信頼性に優れた圧電素子を提供することを目的とするものである。
According to the processes described in Paragraph 0055 of Patent Document 1 and 0053 of Patent Document 2, the coating layer is a solid layer and is more flexible than an inorganic film, but the displacement of the piezoelectric body is still constrained. There is a fear. Moreover, when a microcrack arises in a piezoelectric material, a microcrack will also arise in the coating layer on it, and the moisture barrier function by a coating layer will be lost.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric element excellent in durability and reliability.

本発明の圧電素子は、圧電体と、該圧電体に電界を印加する下部電極及び上部電極とを備えた圧電素子において、
前記圧電体の前記上部電極より露出した部分の少なくとも一部が、疎水性でかつ絶縁性を有する流動性材料で被覆されていることを特徴とするものである。
The piezoelectric element of the present invention is a piezoelectric element comprising a piezoelectric body, a lower electrode and an upper electrode for applying an electric field to the piezoelectric body,
At least a part of a portion exposed from the upper electrode of the piezoelectric body is covered with a fluid material that is hydrophobic and has an insulating property.

本明細書において、「疎水性材料」とは、HLB値(Hydrophile-lipophile balance)が6.0以下の材料により定義するものとする。本発明で用いる流動性材料のHLB値は好ましくは3.0以下であり、より好ましくは2.0以下である。   In the present specification, the “hydrophobic material” is defined by a material having an HLB value (Hydrophile-lipophile balance) of 6.0 or less. The HLB value of the fluid material used in the present invention is preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less.

本発明の圧電素子において、前記上部電極の表面が前記流動性材料で被覆されていることが好ましい。本発明の圧電素子において、前記上部電極の表面及び側面が前記流動性材料で被覆されていることが特に好ましい。   In the piezoelectric element of the present invention, it is preferable that the surface of the upper electrode is coated with the fluid material. In the piezoelectric element of the present invention, it is particularly preferable that the surface and side surfaces of the upper electrode are coated with the fluid material.

本発明の圧電素子において、前記流動性材料が絶縁性オイルを主成分とすることが好ましい。
本明細書において、「主成分」は70質量%以上の成分と定義する。
本発明の圧電素子において、前記流動性材料は柔軟性を有する多孔質材に吸着保持されていてもよい。
本発明の圧電素子において、前記流動性材料中に吸水性物質が含まれていることが好ましい。
本発明の圧電素子において、前記圧電体及び前記上部電極が樹脂製の蓋材で封止されていることが好ましい。
In the piezoelectric element of the present invention, it is preferable that the fluid material has an insulating oil as a main component.
In the present specification, the “main component” is defined as a component of 70% by mass or more.
In the piezoelectric element of the present invention, the fluid material may be adsorbed and held by a porous material having flexibility.
In the piezoelectric element of the present invention, it is preferable that a water-absorbing substance is contained in the fluid material.
In the piezoelectric element of the present invention, it is preferable that the piezoelectric body and the upper electrode are sealed with a resin lid.

本発明の液体吐出装置は、上記の本発明の圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とするものである。   A liquid ejection apparatus of the present invention includes the above-described piezoelectric element of the present invention and a liquid ejection member provided adjacent to the piezoelectric element, the liquid ejection member including a liquid storage chamber in which liquid is stored; And a liquid discharge port through which the liquid is discharged from the liquid storage chamber in response to application of the electric field to the piezoelectric body.

本発明によれば、耐久性と信頼性に優れた圧電素子を提供することができる。
本発明によれば、40℃相対湿度80%の高温高湿環境下における耐久性と信頼性に優れた圧電素子を提供することができる。
According to the present invention, a piezoelectric element excellent in durability and reliability can be provided.
According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric element that is excellent in durability and reliability in a high-temperature and high-humidity environment at 40 ° C. and a relative humidity of 80%.

本発明に係る第1実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the piezoelectric element and inkjet recording head of 1st Embodiment which concern on this invention 本発明に係る第2実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the piezoelectric element of 2nd Embodiment which concerns on this invention, and an inkjet recording head. 本発明に係る第3実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the piezoelectric element and inkjet recording head of 3rd Embodiment based on this invention. インクジェット式記録装置の構成例を示す図A diagram showing a configuration example of an ink jet recording apparatus 図4のインクジェット式記録装置の部分上面図Partial top view of the ink jet recording apparatus of FIG.

「圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの第1実施形態」
図1を参照して、本発明に係る第1実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図1はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の厚み方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
“First Embodiment of Piezoelectric Element and Inkjet Recording Head”
With reference to FIG. 1, the structure of a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention and an ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) including the same will be described. FIG. 1 is a sectional view (a sectional view in the thickness direction of a piezoelectric element) of an ink jet recording head. In order to facilitate visual recognition, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one.

本実施形態の圧電素子1は、基板10上に、下部電極20と圧電体30と上部電極40とが順次積層された素子であり、圧電体30に対して下部電極20と上部電極40とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。   The piezoelectric element 1 according to this embodiment is an element in which a lower electrode 20, a piezoelectric body 30, and an upper electrode 40 are sequentially stacked on a substrate 10, and the lower electrode 20 and the upper electrode 40 are formed on the piezoelectric body 30. An electric field is applied in the thickness direction.

下部電極20及び圧電体30は基板10の略全面に形成されており、この上に上部電極40がパターン形成されている。圧電体30はパターン形成されても構わない。圧電体30は、互いに分離した複数の凸部からなるパターンで形成することで、個々の凸部の伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。   The lower electrode 20 and the piezoelectric body 30 are formed on substantially the entire surface of the substrate 10, and the upper electrode 40 is patterned thereon. The piezoelectric body 30 may be patterned. The piezoelectric body 30 is preferably formed by a pattern composed of a plurality of protrusions separated from each other, whereby the expansion and contraction of the individual protrusions occurs smoothly, so that a larger amount of displacement can be obtained.

基板10としては特に制限なく、シリコン,酸化シリコン,ステンレス(SUS),イットリウム安定化ジルコニア(YSZ),アルミナ,サファイヤ,SiC,及びSrTiO等の基板が挙げられる。基材10としては、シリコン基板上にSiO膜とSi活性層とが順次積層されたSOI基板等の積層基板を用いてもよい。 The substrate 10 is not particularly limited, and examples include silicon, silicon oxide, stainless steel (SUS), yttrium stabilized zirconia (YSZ), alumina, sapphire, SiC, and SrTiO 3 . As the base material 10, a laminated substrate such as an SOI substrate in which a SiO 2 film and a Si active layer are sequentially laminated on a silicon substrate may be used.

下部電極20の組成は特に制限なく、Au,Pt,Ir,IrO,RuO,LaNiO,及びSrRuO等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極40の組成は特に制限なく、下部電極20で例示した材料,Al,Ta,Cr,Cu等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極20と上部電極40の厚みは特に制限なく、50〜500nmであることが好ましい。 The composition of the lower electrode 20 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as Au, Pt, Ir, IrO 2 , RuO 2 , LaNiO 3 , and SrRuO 3 , and combinations thereof. The composition of the upper electrode 40 is not particularly limited, and examples thereof include materials exemplified for the lower electrode 20, electrode materials generally used in semiconductor processes such as Al, Ta, Cr, and Cu, and combinations thereof. The thickness of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 is not particularly limited and is preferably 50 to 500 nm.

圧電体30の形態としては特に制限なく、単結晶、バルクセラミックス、及び膜が挙げられる。圧電素子1の薄型化・小型化、生産性等を考慮すれば、圧電体30の形態としては膜が好ましく、厚み10nm〜100μmの薄膜がより好ましく、厚み100nm〜20μmの薄膜が特に好ましい。   The form of the piezoelectric body 30 is not particularly limited, and examples thereof include single crystals, bulk ceramics, and films. Considering thinning, downsizing, productivity, and the like of the piezoelectric element 1, the piezoelectric body 30 is preferably a film, more preferably a thin film having a thickness of 10 nm to 100 μm, and particularly preferably a thin film having a thickness of 100 nm to 20 μm.

圧電体30の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマCVD法、MOCVD法、及びPLD法等の気相法;ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法;及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。   The film formation method of the piezoelectric body 30 is not particularly limited, and gas phase methods such as sputtering, plasma CVD, MOCVD, and PLD; liquid phase methods such as sol-gel method and organometallic decomposition method; and aerosol deposition method Etc.

圧電体30の組成は特に制限されず、下記一般式(P)で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物からなる(不可避不純物を含んでいてもよい)ことが好ましい。
一般式ABO・・・(P)
(A:Aサイトの元素であり、Pb,Ba,Sr,Bi,Li,Na,Ca,Cd,Mg,K,及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Mg,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,Ni,Hf,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
O:酸素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
The composition of the piezoelectric body 30 is not particularly limited, and is preferably composed of one or more perovskite oxides (which may contain inevitable impurities) represented by the following general formula (P).
General formula ABO 3 (P)
(A: Element of A site, including at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, K, and lanthanide elements.
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Mg, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, Hf , And at least one element selected from the group consisting of Al.
O: oxygen.
The molar ratio of the A site element, the B site element, and the oxygen element is 1: 1: 3 as a standard, but these molar ratios may deviate from the reference molar ratio within a range where a perovskite structure can be taken. )

上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系;
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
As the perovskite oxide represented by the general formula (P),
Lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate, lead lanthanum titanate, lead lanthanum zirconate titanate, lead zirconium niobate titanate titanate, lead zirconium niobate titanate titanate, titanium titanate zinc niobate Lead-containing compounds such as lead acid, and mixed crystal systems thereof;
Examples thereof include lead-free compounds such as barium titanate, barium strontium titanate, bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, sodium niobate, potassium niobate, lithium niobate, and mixed crystal systems thereof.

電気特性がより良好となることから、上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物は、Mg,Ca,Sr,Ba,Bi,Nb,Ta,W,及びLn(=ランタニド元素(La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLu))等の金属イオンを、1種又は2種以上含むものであることが好ましい。   Since the electrical characteristics become better, the perovskite oxide represented by the general formula (P) is composed of Mg, Ca, Sr, Ba, Bi, Nb, Ta, W, and Ln (= lanthanide element (La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu)).

本実施形態において、圧電素子1の表面は、疎水性でかつ絶縁性を有する流動性材料50により被覆されている。具体的には、圧電体30の上部電極40より露出した部分30S、上部電極の表面40S、及び上部電極の側面40Eが流動性材料50により被覆されている。   In the present embodiment, the surface of the piezoelectric element 1 is covered with a fluid material 50 that is hydrophobic and has an insulating property. Specifically, the portion 30 </ b> S exposed from the upper electrode 40 of the piezoelectric body 30, the surface 40 </ b> S of the upper electrode, and the side surface 40 </ b> E of the upper electrode are covered with the fluid material 50.

流動性材料50の主成分は疎水性、絶縁性、かつ流動性を有する材料であれば特に制限されず、絶縁用鉱物油、ひまし油、大豆油、亜麻仁油、えの油、きり油、いわし油、合成乾性油、及び合成絶縁油(塩素系合成油、フッ素系合成油、シリコーン油など)等の各種オイル、さらには絶縁性ゲルポリマー、絶縁性ゲルペースト、及びグリース等が挙げられる。
流動性材料50の主成分の絶縁性は特に制限なく、10×1012Ω/cm以上の体積固有抵抗を有することが好ましい。
The main component of the flowable material 50 is not particularly limited as long as it is a material having hydrophobicity, insulating properties, and fluidity. And various other oils such as synthetic drying oil and synthetic insulating oil (chlorine synthetic oil, fluorine synthetic oil, silicone oil, etc.), insulating gel polymer, insulating gel paste, and grease.
The insulating property of the main component of the fluid material 50 is not particularly limited, and preferably has a volume resistivity of 10 × 10 12 Ω / cm or more.

本実施形態において、流動性材料50は疎水性材料であるので、流動性材料50の層は水分バリア層と機能し、この層の存在によって圧電体30への水分浸入が抑制され、耐湿性の向上効果が得られる。
流動性材料50のHLB値は6.0以下であり、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.0以下である。
流動性材料50の主成分としては、HLB値6.0以下、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.0以下であるシリコーンオイルが好ましい。
In the present embodiment, since the fluid material 50 is a hydrophobic material, the layer of the fluid material 50 functions as a moisture barrier layer, and the presence of this layer suppresses moisture intrusion into the piezoelectric body 30, and is moisture resistant. Improvement effect is obtained.
The HLB value of the fluid material 50 is 6.0 or less, preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less.
As the main component of the flowable material 50, a silicone oil having an HLB value of 6.0 or less, preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less is preferable.

流動性材料50の粘度は特に制限されず、粘度が低すぎると圧電素子1の表面から流失する恐れがあるので、室温(20〜30℃程度)にて10cP以上が好ましい。
流動性材料50の蒸気圧は特に制限されず、蒸気圧が高すぎると圧電素子1の表面から揮発して消失する恐れがあるので、室温での蒸気圧として10mmHg以下が好ましく、1mmHg以下がより好ましい。
The viscosity of the flowable material 50 is not particularly limited. If the viscosity is too low, the flowable material 50 may be washed away from the surface of the piezoelectric element 1, and is preferably 10 cP or more at room temperature (about 20 to 30 ° C.).
The vapor pressure of the flowable material 50 is not particularly limited. If the vapor pressure is too high, the vapor pressure may volatilize and disappear from the surface of the piezoelectric element 1. preferable.

流動性材料50中に吸水性物質が含まれていることが好ましい。吸水性物質としては、シリカゲルや吸水性ポリマー粒子が挙げられる。かかる構成では、流動性材料50中に水分が浸入したとしても、水分が吸水性物質により捕捉されるので、より高い耐湿性の向上効果が得られる。   The flowable material 50 preferably contains a water-absorbing substance. Examples of the water absorbing material include silica gel and water absorbing polymer particles. In such a configuration, even if moisture enters the flowable material 50, the moisture is captured by the water-absorbing substance, so that a higher moisture resistance improvement effect can be obtained.

圧電アクチュエータ2は、圧電素子1の基板10の裏面に、圧電体30の伸縮により振動する振動板60が取り付けられたものである。圧電アクチュエータ2には、圧電素子1の駆動を制御する駆動回路等の制御手段(図示略)も備えられている。   In the piezoelectric actuator 2, a vibration plate 60 that vibrates due to expansion and contraction of the piezoelectric body 30 is attached to the back surface of the substrate 10 of the piezoelectric element 1. The piezoelectric actuator 2 is also provided with control means (not shown) such as a drive circuit for controlling the driving of the piezoelectric element 1.

インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)3は、概略、圧電アクチュエータ2の裏面に、インクが貯留されるインク室(液体貯留室)71及びインク室71から外部にインクが吐出されるインク吐出口(液体吐出口)72を有するインクノズル(液体貯留吐出部材)70が取り付けられたものである。インクジェット式記録ヘッド3では、圧電素子1に印加する電界強度を増減させて圧電素子1を伸縮させ、これによってインク室71からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。   The ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) 3 is roughly composed of an ink chamber (liquid storing chamber) 71 for storing ink and an ink ejecting port (for ejecting ink from the ink chamber 71 to the outside) on the back surface of the piezoelectric actuator 2. An ink nozzle (liquid storage and discharge member) 70 having a liquid discharge port 72 is attached. In the ink jet recording head 3, the electric field strength applied to the piezoelectric element 1 is increased or decreased to expand and contract the piezoelectric element 1, thereby controlling the ejection of ink from the ink chamber 71 and the ejection amount.

基板10とは独立した部材の振動板60及びインクノズル70を取り付ける代わりに、基板10の一部を振動板60及びインクノズル70に加工してもよい。例えば、基板10がSOI基板等の積層基板からなる場合には、基板10を裏面側からエッチングしてインク室71を形成し、基板自体の加工により振動板60とインクノズル70とを形成することができる。   Instead of attaching the diaphragm 60 and the ink nozzle 70 which are members independent of the substrate 10, a part of the substrate 10 may be processed into the diaphragm 60 and the ink nozzle 70. For example, when the substrate 10 is made of a laminated substrate such as an SOI substrate, the substrate 10 is etched from the back side to form the ink chamber 71, and the vibration plate 60 and the ink nozzle 70 are formed by processing the substrate itself. Can do.

本実施形態の圧電素子1及びインクジェット式記録ヘッド3は、以上のように構成されている。本実施形態では、圧電素子1の表面を疎水性でかつ絶縁性を有する流動性材料50により被覆する構成としているので、圧電素子1を高湿環境下で長期使用しても、流動性材料50によって圧電体30への水分の浸入が抑制される。したがって、圧電体30の水分吸収に起因して、圧電体30にマイクロクラックが発生したり、圧電体30の電気抵抗あるいは静電容量等の特性が変化するという問題が抑制される。   The piezoelectric element 1 and the ink jet recording head 3 of the present embodiment are configured as described above. In the present embodiment, since the surface of the piezoelectric element 1 is covered with a hydrophobic and insulating fluid material 50, the fluid material 50 can be used even when the piezoelectric element 1 is used for a long time in a high humidity environment. As a result, the intrusion of moisture into the piezoelectric body 30 is suppressed. Therefore, problems such as micro cracks occurring in the piezoelectric body 30 due to moisture absorption of the piezoelectric body 30 and changes in characteristics such as electrical resistance or capacitance of the piezoelectric body 30 are suppressed.

また、仮に圧電体30にマイクロクラックが発生した場合も、流動性材料50はマイクロクラックに滲みこんでこれを修復することができる。本実施形態においては、圧電素子1の表面が流動性材料50で被覆されているので、素子表面から放熱されやすく、素子1の劣化が抑制される効果も得られる。かかる効果は「背景技術」の項に挙げた特許文献1,2に記載の固体の被覆層では得られない。   Further, even if a microcrack occurs in the piezoelectric body 30, the fluid material 50 can penetrate into the microcrack and repair it. In the present embodiment, since the surface of the piezoelectric element 1 is covered with the fluid material 50, heat is easily radiated from the element surface, and an effect of suppressing the deterioration of the element 1 is also obtained. Such an effect cannot be obtained with the solid coating layer described in Patent Documents 1 and 2 listed in the section “Background Art”.

なお、下記特許文献3には、有機EL素子において、封止空間にシリコーンオイルを充填して、水分の浸入を抑制することが記載されている(段落0025等)。しかしながら、圧電素子ではかかる技術は過去に報告されていない。また、この文献には、マイクロクラックが発生した場合の流動性材料による修復効果や流動性材料による放熱効果については記載がない。   Patent Document 3 below describes that in an organic EL element, the sealing space is filled with silicone oil to suppress the ingress of moisture (paragraph 0025 and the like). However, no such technology has been reported in the past for piezoelectric elements. Further, this document does not describe the repair effect by the fluid material and the heat dissipation effect by the fluid material when microcracks occur.

特許文献3:特開2003-173868号公報 Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-173868

以上のように、本実施形態によれば、耐久性と信頼性に優れた圧電素子1を提供することができる。本実施形態によれば、40℃相対湿度80%の高温高湿環境下における耐久性と信頼性に優れた圧電素子1を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide the piezoelectric element 1 having excellent durability and reliability. According to this embodiment, the piezoelectric element 1 excellent in durability and reliability in a high-temperature and high-humidity environment at 40 ° C. and a relative humidity of 80% can be provided.

インクジェット式記録ヘッド3の微細な電気配線を流動性材料50で被覆しても構わない。この場合には、水分の影響による電気配線のリークを抑制することができ、好ましい。   The fine electrical wiring of the ink jet recording head 3 may be covered with the fluid material 50. In this case, leakage of the electric wiring due to the influence of moisture can be suppressed, which is preferable.

本実施形態では、圧電素子1の表面全体、すなわち、圧電体30の上部電極40より露出した部分30S、上部電極の表面40S、及び上部電極の側面40Eを流動性材料50により被覆する場合について説明したが、圧電体30の上部電極40より露出した部分30Sの少なくとも一部が流動性材料50で被覆されていれば、耐久性の向上効果は得られる。   In this embodiment, the case where the entire surface of the piezoelectric element 1, that is, the portion 30S exposed from the upper electrode 40 of the piezoelectric body 30, the surface 40S of the upper electrode, and the side surface 40E of the upper electrode is covered with the fluid material 50 will be described. However, if at least a part of the portion 30S exposed from the upper electrode 40 of the piezoelectric body 30 is covered with the fluid material 50, the effect of improving the durability can be obtained.

ただし、圧電体30の上部電極40より露出した部分30Sの全体が流動性材料50で被覆されていることが好ましい。さらに、上部電極40の表面40Sが流動性材料50で被覆されていることがより好ましい。さらに、上部電極40の表面40S及び側面40Eが流動性材料50で被覆されていることが特に好ましい。   However, the entire portion 30 </ b> S exposed from the upper electrode 40 of the piezoelectric body 30 is preferably covered with the fluid material 50. Furthermore, it is more preferable that the surface 40 </ b> S of the upper electrode 40 is covered with the fluid material 50. Furthermore, it is particularly preferable that the surface 40S and the side surface 40E of the upper electrode 40 are covered with the fluid material 50.

「圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの第2実施形態」
図2を参照して、本発明に係る第2実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図2はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の厚み方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。第1実施形態と同じ構成要素については同じ参照符号を付して、説明は省略する。
“Second Embodiment of Piezoelectric Element and Inkjet Recording Head”
With reference to FIG. 2, the structure of a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention and an ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) including the same will be described. FIG. 2 is a sectional view (a sectional view in the thickness direction of the piezoelectric element) of the ink jet recording head. In order to facilitate visual recognition, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態の圧電素子4は、第1実施形態と同様、基板10上に、下部電極20と圧電体30と上部電極40とが順次積層された素子であり、圧電体30に対して下部電極20と上部電極40とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。第1実施形態と同様、下部電極20及び圧電体30は基板10の略全面に形成されており、この上に上部電極40がパターン形成されている。   The piezoelectric element 4 of the present embodiment is an element in which the lower electrode 20, the piezoelectric body 30, and the upper electrode 40 are sequentially stacked on the substrate 10, as in the first embodiment. 20 and the upper electrode 40 apply an electric field in the thickness direction. As in the first embodiment, the lower electrode 20 and the piezoelectric body 30 are formed on substantially the entire surface of the substrate 10, and the upper electrode 40 is patterned on the upper electrode 40.

本実施形態においては、圧電素子4の表面に柔軟性を有する多孔質材80が載置されており、これに第1実施形態の疎水性でかつ絶縁性を有する流動性材料50(図示略)が吸着保持されている。多孔質材80としては、多孔質樹脂、スポンジ等が挙げられる。さらには繊維状のものでも流動性材料を保持するものであればかまわない。   In the present embodiment, a flexible porous material 80 is placed on the surface of the piezoelectric element 4, and the hydrophobic and insulating fluid material 50 (not shown) of the first embodiment. Is adsorbed and retained. Examples of the porous material 80 include porous resins and sponges. Furthermore, any fibrous material may be used as long as it retains the fluid material.

本実施形態では、流動性材料50を多孔質材80により吸着保持させる構成としているので、流動性材料50の流失が抑制される。したがって、流動性材料50の粘度に制限はない。   In the present embodiment, since the fluid material 50 is adsorbed and held by the porous material 80, the fluid material 50 is prevented from flowing out. Therefore, there is no restriction on the viscosity of the flowable material 50.

圧電アクチュエータ5は、圧電素子4の基板10の裏面に振動板60が取り付けられたものである。インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)6は、圧電アクチュエータ5の裏面にインクノズル(液体貯留吐出部材)70が取り付けられたものである。   The piezoelectric actuator 5 has a diaphragm 60 attached to the back surface of the substrate 10 of the piezoelectric element 4. The ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) 6 has an ink nozzle (liquid storing and ejecting member) 70 attached to the back surface of the piezoelectric actuator 5.

本実施形態の圧電素子4及びインクジェット式記録ヘッド6は、以上のように構成されている。本実施形態においても第1実施形態と同様に、流動性材料50による耐湿性の向上効果及びマイクロクラックの修復効果等が得られる。したがって、本実施形態によれば、耐久性と信頼性に優れた圧電素子4を提供することができる。本実施形態によれば、40℃相対湿度80%の高温高湿環境下における耐久性と信頼性に優れた圧電素子4を提供することができる。   The piezoelectric element 4 and the ink jet recording head 6 of the present embodiment are configured as described above. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the improvement effect of moisture resistance by the fluid material 50, the effect of repairing microcracks, and the like can be obtained. Therefore, according to this embodiment, the piezoelectric element 4 excellent in durability and reliability can be provided. According to this embodiment, the piezoelectric element 4 excellent in durability and reliability in a high-temperature and high-humidity environment at 40 ° C. and a relative humidity of 80% can be provided.

「圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの第3実施形態」
図3を参照して、本発明に係る第3実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図3はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の厚み方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。第1実施形態と同じ構成要素については同じ参照符号を付して、説明は省略する。
“Third Embodiment of Piezoelectric Element and Inkjet Recording Head”
With reference to FIG. 3, the structure of a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention and an ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) including the same will be described. FIG. 3 is a sectional view (a sectional view in the thickness direction of the piezoelectric element) of the ink jet recording head. In order to facilitate visual recognition, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態の圧電素子7は、第1実施形態と同様、基板10上に、下部電極20と圧電体30と上部電極40とが順次積層された素子であり、圧電体30に対して下部電極20と上部電極40とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。第1実施形態と同様、下部電極20及び圧電体30は基板10の略全面に形成されており、この上に上部電極40がパターン形成されている。   The piezoelectric element 7 of this embodiment is an element in which a lower electrode 20, a piezoelectric body 30, and an upper electrode 40 are sequentially stacked on a substrate 10, as in the first embodiment. 20 and the upper electrode 40 apply an electric field in the thickness direction. As in the first embodiment, the lower electrode 20 and the piezoelectric body 30 are formed on substantially the entire surface of the substrate 10, and the upper electrode 40 is patterned on the upper electrode 40.

本実施形態においては、圧電体30及び上部電極40が樹脂製の蓋材90で封止されており、この蓋材90の内空間に第1実施形態の流動性材料50が充填されている。   In the present embodiment, the piezoelectric body 30 and the upper electrode 40 are sealed with a resin lid member 90, and the fluid material 50 of the first embodiment is filled in the inner space of the lid member 90.

圧電アクチュエータ8は、圧電素子7の基板10の裏面に振動板60が取り付けられたものである。インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)9は、圧電アクチュエータ2の裏面にインクノズル(液体貯留吐出部材)70が取り付けられたものである。   The piezoelectric actuator 8 has a diaphragm 60 attached to the back surface of the substrate 10 of the piezoelectric element 7. The ink jet recording head (liquid ejection device) 9 is one in which an ink nozzle (liquid storage and ejection member) 70 is attached to the back surface of the piezoelectric actuator 2.

本実施形態の圧電素子7及びインクジェット式記録ヘッド9は、以上のように構成されている。本実施形態においても第1実施形態と同様に、流動性材料50による耐湿性の向上効果及びマイクロクラックの修復効果等が得られる。さらに、本実施形態では、圧電体30及び上部電極40を蓋材90で封止する構成としているので、より高い耐湿性の向上効果が得られる。
以上のように、本実施形態によれば、耐久性と信頼性に優れた圧電素子7を提供することができる。本実施形態によれば、40℃相対湿度80%の高温高湿環境下における耐久性と信頼性に優れた圧電素子7を提供することができる。
The piezoelectric element 7 and the ink jet recording head 9 of the present embodiment are configured as described above. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the improvement effect of moisture resistance by the fluid material 50, the effect of repairing microcracks, and the like can be obtained. Furthermore, in this embodiment, since the piezoelectric body 30 and the upper electrode 40 are sealed with the lid member 90, a higher effect of improving moisture resistance can be obtained.
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide the piezoelectric element 7 having excellent durability and reliability. According to this embodiment, the piezoelectric element 7 excellent in durability and reliability in a high-temperature and high-humidity environment at 40 ° C. and a relative humidity of 80% can be provided.

本実施形態では、蓋材90の内空間の全体に流動性材料50を充填する場合について説明したが、流動性材料50による圧電体30及び上部電極40の被覆範囲については、第1実施形態と同様に適宜変更できる。   In the present embodiment, the case where the entire inner space of the lid member 90 is filled with the fluid material 50 has been described, but the coverage of the piezoelectric body 30 and the upper electrode 40 with the fluid material 50 is the same as in the first embodiment. Similarly, it can be appropriately changed.

「インクジェット式記録装置」
図4及び図5を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3,6,9のいずれかを備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図4は装置全体図であり、図5は部分上面図である。
"Inkjet recording device"
With reference to FIG. 4 and FIG. 5, a configuration example of an ink jet recording apparatus including any one of the ink jet recording heads 3, 6, and 9 of the above embodiment will be described. 4 is an overall view of the apparatus, and FIG. 5 is a partial top view.

図示するインクジェット式記録装置100は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド(以下、単に「ヘッド」という)102K,102C,102M,102Yを有する印字部102と、各ヘッド102K,102C,102M,102Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部114と、記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、印字部102のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送する吸着ベルト搬送部122と、印字部102による印字結果を読み取る印字検出部124と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126とから概略構成されている。
印字部102をなすヘッド102K,102C,102M,102Yが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3,6,9のいずれかである。
The illustrated ink jet recording apparatus 100 includes a printing unit 102 having a plurality of ink jet recording heads (hereinafter simply referred to as “heads”) 102K, 102C, 102M, and 102Y provided for each ink color, and each head 102K, An ink storage / loading unit 114 that stores ink to be supplied to 102C, 102M, and 102Y, a paper feeding unit 118 that supplies recording paper 116, a decurling unit 120 that removes curling of the recording paper 116, and a printing unit An adsorption belt conveyance unit 122 that conveys the recording paper 116 while maintaining the flatness of the recording paper 116, and a print detection unit that reads a printing result by the printing unit 102. 124 and a paper discharge unit 126 that discharges printed recording paper (printed matter) to the outside.
The heads 102K, 102C, 102M, and 102Y that form the printing unit 102 are each one of the ink jet recording heads 3, 6, and 9 of the above-described embodiment.

デカール処理部120では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム130により記録紙116に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
ロール紙を使用する装置では、図4のように、デカール処理部120の後段に裁断用のカッター128が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター128は不要である。
In the decurling unit 120, heat is applied to the recording paper 116 by the heating drum 130 in the direction opposite to the curl direction, and the decurling process is performed.
In the apparatus using roll paper, as shown in FIG. 4, a cutter 128 is provided at the subsequent stage of the decurling unit 120, and the roll paper is cut into a desired size by this cutter. The cutter 128 includes a fixed blade 128A having a length equal to or larger than the conveyance path width of the recording paper 116, and a round blade 128B that moves along the fixed blade 128A. The fixed blade 128A is provided on the back side of the print. The round blade 128B is arranged on the print surface side with the conveyance path interposed therebetween. In an apparatus using cut paper, the cutter 128 is unnecessary.

デカール処理され、カットされた記録紙116は、吸着ベルト搬送部122へと送られる。吸着ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部102のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)となるよう構成されている。   The decurled and cut recording paper 116 is sent to the suction belt conveyance unit 122. The suction belt conveyance unit 122 has a structure in which an endless belt 133 is wound between rollers 131 and 132, and at least portions facing the nozzle surface of the printing unit 102 and the sensor surface of the printing detection unit 124 are horizontal ( Flat surface).

ベルト133は、記録紙116の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(図示略)が形成されている。ローラ131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において印字部102のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ134が設けられており、この吸着チャンバ134をファン135で吸引して負圧にすることによってベルト133上の記録紙116が吸着保持される。   The belt 133 has a width that is wider than the width of the recording paper 116, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. An adsorption chamber 134 is provided at a position facing the nozzle surface of the printing unit 102 and the sensor surface of the print detection unit 124 inside the belt 133 that is stretched between the rollers 131 and 132. The recording paper 116 on the belt 133 is sucked and held by suctioning at 135 to make a negative pressure.

ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方にモータ(図示略)の動力が伝達されることにより、ベルト133は図4上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図4の左から右へと搬送される。   When the power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 131 and 132 around which the belt 133 is wound, the belt 133 is driven in the clockwise direction in FIG. 4 and is held on the belt 133. The recording paper 116 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト133上にもインクが付着するので、ベルト133の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部136が設けられている。
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部102の上流側に、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
Since ink adheres to the belt 133 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 136 is provided at a predetermined position outside the belt 133 (an appropriate position other than the print region).
A heating fan 140 is provided on the upstream side of the printing unit 102 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 122. The heating fan 140 heats the recording paper 116 by blowing heated air onto the recording paper 116 before printing. Heating the recording paper 116 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

印字部102は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図5を参照)。各印字ヘッド102K,102C,102M,102Yは、インクジェット式記録装置100が対象とする最大サイズの記録紙116の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。   The printing unit 102 is a so-called full line type head in which line type heads having a length corresponding to the maximum paper width are arranged in a direction (main scanning direction) perpendicular to the paper feed direction (see FIG. 5). Each of the print heads 102K, 102C, 102M, and 102Y is a line-type head in which a plurality of ink discharge ports (nozzles) are arranged over a length that exceeds at least one side of the maximum size recording paper 116 targeted by the ink jet recording apparatus 100. It is configured.

記録紙116の送り方向に沿って上流側から、黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応したヘッド102K,102C,102M,102Yが配置されている。記録紙116を搬送しつつ各ヘッド102K,102C,102M,102Yからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙116上にカラー画像が記録される。
印字検出部124は、印字部102の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
Heads 102K, 102C, 102M, and 102Y corresponding to the respective color inks are arranged in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording paper 116. ing. A color image is recorded on the recording paper 116 by ejecting the color ink from each of the heads 102K, 102C, 102M, and 102Y while conveying the recording paper 116.
The print detection unit 124 includes a line sensor that images the droplet ejection result of the print unit 102 and detects ejection defects such as nozzle clogging from the droplet ejection image read by the line sensor.

印字検出部124の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部142が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
後乾燥部142の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A post-drying unit 142 including a heating fan or the like for drying the printed image surface is provided at the subsequent stage of the print detection unit 124. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.
A heating / pressurizing unit 144 is provided downstream of the post-drying unit 142 in order to control the glossiness of the image surface. The heating / pressurizing unit 144 presses the image surface with a pressure roller 145 having a predetermined surface irregularity shape while heating the image surface, and transfers the irregular shape to the image surface.

こうして得られたプリント物は、排紙部126から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置100では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部126A、126Bへと送るために排紙経路を切り替える選別手段(図示略)が設けられている。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター148を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置100は、以上のように構成されている。
The printed matter obtained in this manner is outputted from the paper output unit 126. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. In the ink jet recording apparatus 100, there is provided sorting means (not shown) for switching the paper discharge path in order to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 126A and 126B. It has been.
When the main image and the test print are simultaneously printed on a large sheet of paper, the cutter 148 may be provided to separate the test print portion.
The ink jet recording apparatus 100 is configured as described above.

(設計変更)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
(Design changes)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

(実施例1)
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
Example 1
Examples and comparative examples according to the present invention will be described.

(比較例1)
シリコンウエハ上にスパッタリング法により150nm厚のIr下部電極を成膜し、この上に、RFスパッタリング法により4μm厚のPZT圧電体膜を成膜した。PZT膜の成膜条件は以下の通りとした。
ターゲット:Pb1.3(Zr0.46Ti0.42Nb0.12)O焼結体、
基板温度:500℃、
成膜ガス:Ar/O=97.5/2.5(流量比)、
成膜圧力:0.5Pa、
ターゲット−基板間距離:60mm、
RFパワー:200W。
その後、通常のフォトリソグラフィー法により上部電極をパターン形成し、圧電素子を得た。上部電極は、50nm厚のTi層と200nm厚のPt層との積層構造とした。
(Comparative Example 1)
An Ir lower electrode having a thickness of 150 nm was formed on a silicon wafer by sputtering, and a PZT piezoelectric film having a thickness of 4 μm was formed thereon by RF sputtering. The deposition conditions for the PZT film were as follows.
Target: Pb 1.3 (Zr 0.46 Ti 0.42 Nb 0.12 ) O 3 sintered body,
Substrate temperature: 500 ° C
Deposition gas: Ar / O 2 = 97.5 / 2.5 (flow rate ratio)
Deposition pressure: 0.5 Pa
Target-substrate distance: 60 mm,
RF power: 200W.
Thereafter, the upper electrode was patterned by a normal photolithography method to obtain a piezoelectric element. The upper electrode has a stacked structure of a 50 nm thick Ti layer and a 200 nm thick Pt layer.

得られた圧電素子を、40℃相対湿度80%の環境下にて、電界強度60kV/cm及び100kHz矩形波の条件で駆動試験を実施した。10億ドット以下の駆動で、電気抵抗は低下し、静電容量は低下し、及びTanδ(Tanδは誘電損失の指標となるパラメータである。)は上昇するなどの変化が見られた。水分によって圧電体膜が劣化したものと思われる。   The obtained piezoelectric element was subjected to a driving test under the conditions of an electric field strength of 60 kV / cm and a 100 kHz rectangular wave in an environment of 40 ° C. and a relative humidity of 80%. Changes such as a decrease in electrical resistance, a decrease in capacitance, and an increase in Tan δ (Tan δ is a parameter serving as an index of dielectric loss) were observed at driving of 1 billion dots or less. It seems that the piezoelectric film was deteriorated by moisture.

(実施例1)
比較例1で得られた圧電素子の表面全体にディスペンス法により、流動性材料として、HLBが1以下、粘度40cpの鉱物油を滴下して、圧電体膜の上部電極より露出した部分、上部電極の表面、及び上部電極の側面をシリコーンオイルにより被覆した。
得られた圧電素子について比較例1と同様の駆動試験を行ったところ、100億ドットの駆動を実施しても、電気抵抗、静電容量、及びTanδのいずれも全く変化がなかった。
Example 1
A portion exposed from the upper electrode of the piezoelectric film by dripping mineral oil having an HLB of 1 or less and a viscosity of 40 cp as a fluid material onto the entire surface of the piezoelectric element obtained in Comparative Example 1 by the dispensing method, upper electrode The surface of the upper electrode and the side surface of the upper electrode were covered with silicone oil.
When the obtained piezoelectric element was subjected to a driving test similar to that of Comparative Example 1, even when driving of 10 billion dots was performed, there was no change in any of electrical resistance, capacitance, and Tanδ.

(実施例2)
圧電素子を被覆する流動性材料として、実施例1で用いたシリコーンオイルに市販のシリカゲル(粒径5μm)を混合したものを用いた以外は実施例1と同様にして、圧電素子を得た。シリコーンオイルに対するシリカゲルの添加量は5質量%とした。
得られた圧電素子について比較例1と同様の駆動試験を行ったところ、100億ドットの駆動を実施しても、電気抵抗、静電容量、及びTanδのいずれも全く変化がなかった。
(Example 2)
A piezoelectric element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the flowable material for coating the piezoelectric element was obtained by mixing the silicone oil used in Example 1 with commercially available silica gel (particle size: 5 μm). The amount of silica gel added to the silicone oil was 5% by mass.
When the obtained piezoelectric element was subjected to a driving test similar to that of Comparative Example 1, even when driving of 10 billion dots was performed, there was no change in any of electrical resistance, capacitance, and Tanδ.

(実施例3)
実施例1で用いたシリコーンオイルをスポンジに含浸させて、これを圧電素子の上に載置した以外は実施例1と同様にして、圧電素子を得た。
得られた圧電素子について比較例1と同様の駆動試験を行ったところ、100億ドットの駆動を実施しても、電気抵抗、静電容量、及びTanδのいずれも全く変化がなかった。
(Example 3)
A piezoelectric element was obtained in the same manner as in Example 1, except that the silicone oil used in Example 1 was impregnated into a sponge and placed on the piezoelectric element.
When the obtained piezoelectric element was subjected to a driving test similar to that of Comparative Example 1, even when driving of 10 billion dots was performed, there was no change in any of electrical resistance, capacitance, and Tanδ.

本発明の圧電素子は、インクジェット式記録ヘッド,磁気記録再生ヘッド,MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)デバイス,マイクロポンプ,超音波探触子,及び超音波モータ等に搭載される圧電アクチュエータ、及び強誘電体メモリ等の強誘電体素子に好ましく適用できる。   The piezoelectric element of the present invention includes a piezoelectric actuator mounted on an ink jet recording head, a magnetic recording / reproducing head, a MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) device, a micro pump, an ultrasonic probe, an ultrasonic motor, and the like. It can be preferably applied to a ferroelectric element such as a dielectric memory.

1、4、7 圧電素子
3、6、9 インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)
10 基板
20 下部電極
30 圧電体
30S 上部電極より露出した部分
40 上部電極
40S 上部電極の表面
40E 上部電極の側面
50 流動性材料
80 多孔質材
90 蓋材
70 インクノズル(液体貯留吐出部材)
71 インク室(液体貯留室)
72 インク吐出口(液体吐出口)
100 インクジェット式記録装置
102K、102C、102M、102Y インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)
1, 4, 7 Piezoelectric element 3, 6, 9 Inkjet recording head (liquid ejection device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20 Lower electrode 30 Piezoelectric 30S Part exposed from upper electrode 40 Upper electrode 40S Upper electrode surface 40E Side surface of upper electrode 50 Fluidity material 80 Porous material 90 Lid material 70 Ink nozzle (liquid storage and discharge member)
71 Ink chamber (liquid storage chamber)
72 Ink ejection port (liquid ejection port)
100 Inkjet recording apparatus 102K, 102C, 102M, 102Y Inkjet recording head (liquid ejection apparatus)

Claims (11)

圧電体と、該圧電体に電界を印加する下部電極及び上部電極とを備えた圧電素子において、
前記圧電体の前記上部電極より露出した部分の少なくとも一部が、疎水性でかつ絶縁性を有する流動性材料で被覆されていることを特徴とする圧電素子。
In a piezoelectric element comprising a piezoelectric body, and a lower electrode and an upper electrode that apply an electric field to the piezoelectric body,
A piezoelectric element, wherein at least a part of a portion exposed from the upper electrode of the piezoelectric body is coated with a fluid material that is hydrophobic and has an insulating property.
さらに、前記上部電極の表面が前記流動性材料で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。   Furthermore, the surface of the said upper electrode is coat | covered with the said fluid material, The piezoelectric element of Claim 1 characterized by the above-mentioned. さらに、前記上部電極の表面及び側面が前記流動性材料で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein a surface and a side surface of the upper electrode are covered with the fluid material. 前記流動性材料が絶縁性オイルを主成分とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the fluid material is mainly composed of insulating oil. 前記絶縁性オイルがシリコーンオイルであることを特徴とする請求項4に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 4, wherein the insulating oil is silicone oil. 前記流動性材料は柔軟性を有する多孔質材に吸着保持されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the fluid material is adsorbed and held by a porous material having flexibility. 前記流動性材料中に吸水性物質が含まれていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the fluid material contains a water-absorbing substance. 前記吸水性物質が吸水性ポリマー粒子であることを特徴とする請求項7に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 7, wherein the water-absorbing substance is a water-absorbing polymer particle. 前記吸水性ポリマー粒子がシリカゲルであることを特徴とする請求項8に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 8, wherein the water-absorbing polymer particles are silica gel. 前記圧電体及び前記上部電極が樹脂製の蓋材で封止されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric body and the upper electrode are sealed with a resin lid. 請求項1〜10のいずれかに記載の圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置。   A piezoelectric element according to any one of claims 1 to 10, and a liquid discharge member provided adjacent to the piezoelectric element, wherein the liquid discharge member includes a liquid storage chamber in which a liquid is stored, and the piezoelectric element A liquid ejection apparatus, comprising: a liquid ejection port through which the liquid is ejected from the liquid storage chamber in response to application of the electric field to the body.
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