JP5077505B2 - 圧電体膜、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、角速度センサ、角速度センサを用いて角速度を測定する方法、圧電発電素子ならびに圧電発電素子を用いた発電方法 - Google Patents
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Description
図1Aは、本発明による圧電体膜の一形態を示す。図1Aに示される圧電体膜1aは、積層構造16aを有する。積層構造16aは、(111)配向を有する第1電極13と(111)配向を有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3(0.30≦x≦0.46かつ0.51≦y≦0.62)層15とをこの順に有する。積層されたこれらの層13、15は互いに接する。当該(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層15は、圧電体層である。当該(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層15は、小さいリーク電流とともに、高い結晶性および高い(111)配向性を有する。このため、圧電体膜1aは、鉛を含有しないにも拘わらず、低い誘電損失およびPZTと同一の高い圧電性能を有する。
(1)白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)のような金属層、あるいは
(2)酸化ニッケル(NiO)、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化イリジウム(IrO2)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)、およびニッケル酸ランタン(LaNiO3)のような酸化物導電体層。
以下、本発明のインクジェットヘッドを、図2〜図4を参照しながら説明する。
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第1および第2電極(すなわち、個別電極層および共通電極層)を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を含有する。
図5は、本発明の角速度センサの一例を示す。図6は、図5に示される角速度センサ21aの断面E1を示す。図5に示される角速度センサ21aは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第1電極および第2電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極(他方の電極)と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極およびセンス電極が、角速度によって、発振中の振動部に生じた変形を測定する。
Fc=2mvω
ここで、vは、発振中の振動部200bにおける発振方向の速度である。mは、振動部200bの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Fcから角速度ωを算出し得る。
図7は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図8は、図7に示される圧電発電素子22aの断面F1を示す。圧電発電素子22aは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子22aは、車両および機械の動力振動および走行振動、ならびに歩行時に生じる振動、に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第1電極および第2電極を介して電力が得られる。
実施例1では、図1Cに示される圧電体膜を作製した。当該圧電体膜は、基板11、第1電極13、(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(x=0.37、y=0.58)15および第2電極17を順に具備する。当該圧電体膜を、以下のように作製した。
x=0.30、y=0.56である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.46、y=0.55である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.38、y=0.51である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.39、y=0.62である他は、実施例1と同様に実験を行った。
(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(x=0.34、y=0.58)に添加物として0.2mol%のMnを加えた他は、実施例1と同様に実験を行った。
MgO(111)単結晶基板に代えSi(100)単結晶基板を用いたこと以外は、実施例1と同様に実験を行った。
MgO(111)単結晶基板に代えて、ステンレス製の金属板を用いたこと以外は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.5、y=0.5である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.28、y=0.58である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.48、y=0.59である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.36、y=0.50である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.40、y=0.65である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.29、y=0.43である他は、実施例1と同様に実験を行った。
x=0.5、y=0.5である他は、実施例7と同様に実験を行った。
x=0.5、y=0.5である他は、実施例8と同様に実験を行った。
特許文献4は圧電体素子を開示する(段落番号0004を参照)。特許文献4の第15ページのTable 1におけるBNT_08 7結晶は、Na29.94Bi45.79Ti109.66O308.78Ba5.82からなる。
13 第1電極
15 (NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層
17 第2電極
16a,16c 積層構造
101 貫通孔
102 圧力室
102a 区画壁
102b 区画壁
103 個別電極層
104 圧電体膜
105 共通液室
106 供給孔
107 インク流路
108 ノズル孔
111 振動層
112 共通電極層
113 中間層
114 接着剤
120 下地基板
130 基板
200 基板
200a 固定部
200b 振動部
202 第1電極
205 第2電極
206 駆動電極
206a 接続端子
207 センス電極
207a 接続端子
208 圧電体膜
300 基板
300a 固定部
300b 振動部
302 第1電極
305 第2電極
306 錘荷重
Claims (42)
- (111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(0.30≦x≦0.46かつ0.51≦y≦0.62)を具備し、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有する、圧電体膜。 - さらに(111)配向を有する第1電極を具備し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項1に記載の圧電体膜。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項2に記載の圧電体膜。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項3に記載の圧電体膜。 - 前記金属は、白金である、
請求項4に記載の圧電体膜。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項1に記載の圧電体膜。 - インクジェットヘッドであって、
第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつyは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有する、インクジェットヘッド。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項7に記載のインクジェットヘッド。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項8に記載のインクジェットヘッド。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項9に記載のインクジェットヘッド。 - 前記金属は、白金である、
請求項10に記載のインクジェットヘッド。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項7に記載のインクジェットヘッド。 - インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、
前記インクジェットヘッドを準備する工程と、
前記インクジェットヘッドは、
第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変形に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつ、yは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有し、
前記第1電極および第2電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程と、
を包含する、方法。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項13に記載の方法。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項14に記載の方法。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項15に記載の方法。 - 前記金属は、白金である、
請求項16に記載の方法。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項13に記載の方法。 - 角速度センサであって、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を備え、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつyは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有し、
前記第1電極および第2電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を測定するためのセンス電極とを含む電極群とにより、構成されている、
角速度センサ。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項19に記載の角速度センサ。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項20に記載の角速度センサ。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項21に記載の角速度センサ。 - 前記金属は、白金である、
請求項22に記載の角速度センサ。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項19に記載の角速度センサ。 - 角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを準備する工程と、
前記角速度センサは、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を備え、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつ、yは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有し、
前記第1電極および第2電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されており、
駆動電圧を、前記第1電極および第2電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程と、
発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変形を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程と、
を包含する、方法。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項25に記載の方法。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項26に記載の方法。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項27に記載の方法。 - 前記金属は、白金である、
請求項28に記載の方法。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項25に記載の方法。 - 圧電発電素子であって、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を備え、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつyは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有する、
圧電発電素子。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項31に記載の圧電発電素子。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項32に記載の圧電発電素子。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項33に記載の圧電発電素子。 - 前記金属は、白金である、
請求項34に記載の圧電発電素子。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項31に記載の圧電発電素子。 - 圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程と、
前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第1電極および第2電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を備え、
前記圧電体層は、(111)配向のみを有する(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層(xは0.30以上0.46以下を表し、かつ、yは0.51以上0.62以下を表す)であり、
前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層は、結晶相境界近傍組成を有し、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第1電極および第2電極を介して電力を得る工程と、
を包含する、方法。 - 前記第1電極は、(111)配向を有し、
前記第1電極および前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層が積層されている、
請求項37に記載の方法。 - 前記第1電極は金属からなる、
請求項38に記載の方法。 - 前記金属は、白金、パラジウム、または金である、
請求項39に記載の方法。 - 前記金属は、白金である、
請求項40に記載の方法。 - 前記(NaxBiy)TiO0.5x+1.5y+2−BaTiO3層はMnを含有する、
請求項37に記載の方法。
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