JP2016219669A - 圧電素子、およびそれを用いた圧電部材、液体吐出ヘッド、ならびに記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電素子30は、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とする圧電体(圧電セラミック層21b)を備える。圧電体(圧電セラミック層21b)は、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっており、かつ、正方晶と斜方晶との間の相転移点が60℃以上である。また、圧電素子30に接合された支持体4とを備える。支持体4は、圧電体(圧電セラミック層21b)より大きい熱膨張係数を有する。
【選択図】図5
Description
れており、印刷用紙Pの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。
説明のため、一部の流路を省略して描いている。図4は、図3と同じ位置の拡大平面図であり、図3とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図3および図4において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板21の下方にあって破線で描くべき加圧室10、しぼり6および吐出孔8などを実線で描いている。図5は、図3のV−V線に沿った縦断面図である。
それぞれ、副マニホールド5bの異なる隔壁15側に開口している。図4では隔壁15には、2行の吐出孔行9が設けられているが、それぞれの吐出孔行9に属する吐出孔8は、吐出孔8に近い側の副マニホールド5bに加圧室10を介して繋がっている。隣接する副マニホールド5bに加圧室行11を介してそれぞれ繋がっている吐出孔8が、互いに液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。
近くで短手方向に沿って1列形成されている。図示した共通電極用表面電極28は直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。共通電極用表面電極28と共通電極24とは、圧電セラミック層21bに配置された、ビアホール(図示せず)内の導体を通じて、電気的に接続される。
マニホールドプレート4e〜4jにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部(図では省略してある)で各マニホールドプレート4e〜4jと繋がった状態にされる。
いため、自発的には縮むことがなく活性部の面方向の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間で面方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
および吐出量を最大にできる。圧力室10の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室10の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板21の物性や、加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
えば、Fe−Cr系であるSUS410(マルテンサイト系:熱膨張係数11.0ppm/℃)やSUS430(フェライト系:熱膨張係数10.4ppm/℃)、Fe−Cr−Ni系であるSUS304(オーステナイト系:熱膨張係数17.3ppm/℃)やSUS329(複合オーステナイト系:12.8ppm/℃)が用いられる。いずれも圧電材料に比べて高い熱膨張係数を有する場合が多いので、熱硬化後に圧電アクチュエータ基板21には圧縮応力が加わることになる。
0.0024≦x≦0.010、
0.66≦a+3×b≦0.74、
0.02≦b≦0.10、
0.980≦c≦1.005、
0.04≦d≦0.10、
0≦e≦0.12、
2/3≦α≦1、
1/3≦β≦2/3、
の各関係式を満たすものである。ただし、組成式中、A1は、Mg、CuおよびZnからなる元素群のうち少なくともいずれか1種であり、A2は、Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Hf、Ge、SnおよびCeからなる元素群のうち少なくともいずれか1種であり、B1は、Bi、Ca、BaおよびSrからなる元素群のうち少なくともいずれか1種である。このような組成とすることで、圧電特性を高くすることができる。A1は、焼結性が向上し圧電特性も特に高くなることから、Znを用いることが特に好ましい。A2は、圧電特性が特に高くなり、絶縁性も高くなることから、Snを用いることが特に好ましい。
が増えると、結晶格子間に配置されることになると考えられる。この結晶格子間に入ったNbは、電荷を運ぶキャリアとして機能し、絶縁性を劣化させるおそれがあるので、Nbが結晶格子間に配置されることを抑制することが好ましい。Nbが結晶格子間に配置されることを抑制するには、Biよりイオン半径の大きいCa、Ba、Sr等のアルカリ土類金属をペロブスカイト構造の一部に置換すればよい。Bi、Ca、Ba、Srのイオンは、電荷を運ぶキャリアとしては機能しないので絶縁性を低下させ難い。
積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、焼成体を得る。その後、焼成体表面に有機金ペーストを用いて個別電極25を印刷して、熱処理する。さらに、Ag−Pdペーストを用いて接続電極26および共通電極用表面電極28を印刷し、熱処理する。Ag−Pdペーストは、印刷した際に、グリーンシートに開けたビアホールに入り込み、共通電極24に接続するので、熱処理後、共通電極用表面電極28と共通電極24とは電気的に接続される。
たは1.0質量部以下のCr2O3の粉末を適宜加えたものを原料とした。
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4・・・流路部材(支持体)
4a〜4l・・・(流路部材の)プレート
4−1・・・吐出孔面
4−2・・・加圧室面
5・・・マニホールド
5a・・・(マニホールドの)開口
5b・・・副マニホールド
6・・・しぼり
8・・・吐出孔
9・・・吐出孔行
10・・・加圧室
11・・・加圧室行
12・・・個別流路
14・・・個別供給流路
15・・・隔壁
16・・・ダミー加圧室
21・・・圧電アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
24・・・共通電極
25・・・個別電極
25a・・・個別電極本体
25b・・・引出電極
26・・・接続電極
28・・・共通電極用表面電極
30・・・変位素子(圧電素子)
60・・・信号伝達部
70・・・ヘッド搭載フレーム
72・・・ヘッド群
80a・・・給紙ローラ
80b・・・回収ローラ
82a・・・ガイドローラ
82b・・・搬送ローラ
88・・・制御部
P・・・印刷用紙
Claims (7)
- ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とする圧電体を備える圧電素子であって、前記圧電体は、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっており、かつ正方晶と斜方晶との間の相転移温度が60℃以上であることを特徴とする圧電素子。
- 前記圧電体に含まれるAgの含有量が、金属換算で0.3〜0.8質量%であることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。
- 前記ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を、組成式(1−x){(K1−aNaa)1−bLib}c(Nb1−d−eTadSbe)O2.5+c/2+xB1α(A11−βA2β)O3で表したとき、x、a、b、c、d、e、α、およびβが以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の圧電素子。
0.0024≦x≦0.010、
0.66≦a+3×b≦0.74、
0.02≦b≦0.10、
0.980≦c≦1.005、
0.04≦d≦0.10、
0≦e≦0.12、
2/3≦α≦1、
1/3≦β≦2/3、
ただし、A1は、Mg、CuおよびZnからなる元素群のうち少なくともいずれか1種であり、
A2は、Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Hf、Ge、SnおよびCeからなる元素群のうち少なくともいずれか1種であり、
B1は、Bi、Ca、BaおよびSrからなる元素群のうち少なくともいずれか1種である。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の圧電素子と、前記圧電体に接合された支持体とを備える圧電部材であって、
前記支持体は、前記圧電体より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする圧電部材。 - 複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がる複数の加圧室を有する流路部材と、請求項1〜3のいずれかに記載の圧電素子を複数有する圧電アクチュエータ基板と、を備え、
前記アクチュエータ基板が前記流路部材に接合され、複数の前記圧電素子が前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する液体吐出ヘッドであって、
前記圧電体は、前記複数の加圧室にわたって延在していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記流路部材が、前記圧電アクチュエータ基板より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項5または6に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする記録装置。
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