JP2011097002A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子並びに圧電材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ノズル開口21に連通する圧力発生室12と、第1電極60と、第1電極60上に形成された圧電体層70と、圧電体層70上に形成された第2電極80と、を備えた圧電素子300と、を具備し、圧電体層70は、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、電界誘起相転移を示す液体噴射ヘッドとする。
【選択図】図2
Description
かかる態様では、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物であって、電界誘起相転移を示す圧電材料、すなわち、反強誘電体を用いることにより、鉛を含有せず且つ歪み量が大きい圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図である。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
まず、(100)に配向したシリコン基板の表面に熱酸化により膜厚400nmの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にRFスパッタ法により膜厚40nmのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にイオンスパッタと蒸着法の2段階で膜厚150nmの白金膜形成し、(111)に配向した第1電極60とした。
2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ランタン、2−エチルヘキサン酸鉄、2−エチルヘキサン酸マンガンのキシレンおよびオクタン溶液の混合割合を変更し、表1に示すx及びyの上記一般式(1)で表される複合酸化物を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様にして、圧電素子300を形成した。
実施例1〜11及び比較例1〜6の各圧電素子300について、東陽テクニカ社製「FCE−1A」で、φ=400μmの電極パターンを使用し、周波数1kHzの三角波を印加して、P(分極量)−V(電圧)の関係を求めた。結果をそれぞれ図4〜17に示す。なお、比較例4〜6はリークが大きすぎて測定することができず、圧電材料としては使用できないものであった。
実施例1〜11及び比較例1〜6の各圧電素子300について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で粉末X線回折パターンを求めた。その結果、実施例1〜11及び比較例1〜6すべてにおいて、ABO3由来の回折ピーク、Pt(111)由来のピーク、およびPt(111)のCuKβ線の回折に由来するピークが観測された。以上の結果から、実施例1〜11及び比較例1〜6の圧電体層はABO3型構造を形成していることがわかる。結果の一例として、実施例5,7,8,9及び比較例4のX線回折パターンを図18に、また、実施例7,11及び比較例2のX線回折パターンを図19に示す。
実施例1〜11の各圧電素子300について、アグザクト社製の変位測定装置(DBLI)を用い室温で、φ=500μmの電極パターンを使用し、周波数1kHzの電圧を印加して、電圧印加方向と平行な方位(33方向)におけるS(電界誘起歪)−V(電圧)の関係を求めた。その結果、実施例1〜11すべてにおいて、図4〜14のP−Vヒステリシス同様、閾値電圧以上で大きな歪率の変化を示し、30V印加で0.3%以上の巨大な圧電歪みを観測した。結果の一例として、実施例7,6及び3を図20〜22に示す。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、金属元素として、Bi、La、Fe及びMnのみを含有するABO3型の複合酸化物について記載したが、Bi、La、Fe及びMnを含むABO3型の複合酸化物で電界誘起相転移を示していればよく、圧電特性を良好にする等のために、他の金属を添加してもよい。
Claims (10)
- ノズル開口に連通する圧力発生室と、
第1電極と、前記第1電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、を具備し、
前記圧電体層は、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、電界誘起相転移を示すことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - ノズル開口に連通する圧力発生室と、
第1電極と、前記第1電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、を具備し、
前記圧電体層は、下記一般式(1)で表される複合酸化物を含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09) - 0.24≦x≦0.33であることを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 0.27≦x≦0.29であることを特徴とする請求項3に記載の液体噴射ヘッド。
- 0.01≦y≦0.05であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
- 圧電体層と、前記圧電体層に設けられた複数の電極と、を具備した圧電素子であって、
前記圧電体層は、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、電界誘起相転移を示すことを特徴とする圧電素子。 - 圧電体層と、前記圧電体層に設けられた複数の電極と、を具備した圧電素子であって、
前記圧電体層は、下記一般式(1)で表される複合酸化物を含むことを特徴とする圧電素子。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09) - Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物であって、電界誘起相転移を示すことを特徴とする圧電材料。
- 下記一般式(1)で表されるペロブスカイト型複合酸化物からなることを特徴とする圧電材料。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
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