JP5375688B2 - 液体噴射ヘッド、圧電素子および圧電アクチュエーター - Google Patents
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Description
に用いられる。この場合、液体噴射ヘッドは、インクの小滴を吐出して飛翔させるために
用いられ、これによりインクジェットプリンターは、当該インクを紙等の媒体に付着させ
て印刷を行うことができる。
チュエーターを有している。このようなアクチュエーターは、例えば、圧電素子を備えた
ものがある。アクチュエーターが備える圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧
電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体を、2つの電極で挟ん
で構成されたものがある。このような圧電素子は、2つの電極によって電圧が印加される
ことによって変形することができ、この変形を利用して、アクチュエーターを、例えば、
撓み振動モードで動作させることができる。
いことが望ましく、該特性が他の材料に比較して優れていることから、チタン酸ジルコン
酸鉛(PZT)系の材料の研究開発が行われてきた。しかし、近年、圧電材料の圧電特性
をさらに向上する要求が強まるとともに、環境負荷のより小さい材料を用いることが求め
られるようになり、PZT系の材料では、これらの要求に応えることが困難となってきて
おり、例えば、鉛を含有しないペロブスカイト型酸化物の圧電材料の開発が進められるよ
うになった。非鉛系セラミックスとして、例えば化学組成がa[BiFeO3]−(1−
x)[(BibK1−b)TiO3](但し、0.3≦a≦0.8、0.4<b<0.6
)で表されるBF−BKT系セラミックスが提案されている(特許文献1)。
きく圧電特性が良好であり、PZTに替わる材料として有望である。ところが、チタン酸
ビスマスは、薄膜法によって形成されるとき、または電界が印加されて変形するときにク
ラックを生じることがあった。
圧電体を有するアクチュエーターおよび液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本
発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、環境に優しく、クラックを生じにくい圧電
体を含む圧電素子を提供することにある。
様または適用例として実現することができる。
本発明にかかる液体噴射ヘッドの一態様は、
圧電体および前記圧電体に電圧を印加する電極を含む圧電アクチュエーターを備えた液
体噴射ヘッドであって、
前記圧電体は、チタン酸ビスマスを主成分とする層、および鉄酸マンガン酸ビスマスラ
ンタンを主成分とする層が積層された構造を有する。
。そのため、圧電アクチュエーターの変位量が大きく、例えば液体を噴射する能力が高い
とともに、信頼性が高い。
適用例1において、
前記圧電体が、前記鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主成分とする層が、前記電極に
隣接して配置されることができる。
適用例の液体噴射ヘッドは、より変位量が大きい圧電アクチュエーターを含み、例えば液
体を噴射する能力がより高い。
適用例1または適用例2において、
前記鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主成分とする層が、前記チタン酸ビスマスを主
成分とする層に挟まれた構造を有することができる。
のため、本適用例の液体噴射ヘッドは、より変位量が大きい圧電アクチュエーターを含み
、例えば液体を噴射する能力がより高い。
適用例1ないし適用例3のいずれか一例において、
前記チタン酸ビスマスを主成分とする層の合計の厚みは、前記鉄酸マンガン酸ビスマス
ランタンを主成分とする層の合計の厚み以上であることができる。
のため、本適用例の液体噴射ヘッドは、より変位量が大きい圧電アクチュエーターを含み
、例えば液体を噴射する能力がより高い。
本発明にかかる液体噴射装置の一態様は、
適用例1ないし適用例5のいずれか一例に記載の液体噴射ヘッドを備える。
体噴射ヘッドを備えている。そのため、例えば液体を噴射する能力が高いとともに、信頼
性が高い。
本発明にかかる圧電素子の一態様は、
薄膜法により形成された圧電体および前記圧電体に電圧を印加する電極を含む圧電素子
であって、
前記圧電体は、チタン酸ビスマスを主成分とする層、および鉄酸マンガン酸ビスマスラ
ンタンを主成分とする層が積層された構造を有する。
ため、例えば圧電アクチュエーターに適用した場合に、該圧電アクチュエーターの変位量
を大きくすることができるとともに信頼性を高めることができる。
施形態は、本発明の一例を説明するものである。そのため、本発明は以下の実施形態に限
定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形例も含む。なお、
下記の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
図1は、本実施形態にかかる圧電素子100の断面の模式図である。
30と、を含む。
第1導電層10は、例えば、基板1の上方に形成される。基板1は、例えば、導電体、
半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板1は、単層であっても、複数
の層が積層された構造であってもよい。また、基板1は、上面が平面的な形状であれば内
部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。また、
例えば、後述する液体噴射ヘッドのように、基板1の下方に圧力室等が形成されているよ
うな場合においては、基板1より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板1と
みなしてもよい。また、第1導電層10と基板1との間には、例えば、両者の密着性を付
与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては
、例えば、チタン、ニッケル、イリジウムなどの各種の金属、それらの酸化物の層を例示
することができる。
形態のように、圧電体30が、薄膜状に形成される場合は、層状あるいは薄膜状の形状が
好ましい。第1導電層10の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とすることが
できる。また、第1導電層10の平面的な形状についても、第2導電層20が対向して配
置されたときに両者の間に圧電体30を配置できる形状であれば、特に限定されず、例え
ば、矩形、円形等とすることができる。
電圧を印加するための一方の電極(例えば、圧電体30の下方に形成された下部電極)と
なることが挙げられる。
タを含む)、蒸着法、MOCVD(Metal−Organic Chemical V
apor Deposition)法などにより形成されることができる。
動板であってもよい。この場合、圧電素子100は、振動板と、第1導電層10と、圧電
体30と、第2導電層20と、を含む圧電アクチュエーター102となる。ここで、基板
1が可撓性を有するとは、基板1がたわむことができることを指す。基板1を振動板とし
た場合、基板1のたわみは、圧電アクチュエーター102を液体噴射ヘッドに使用する場
合、吐出させる液体の体積と同程度に圧力室の容積を変化させうる程度であれば十分であ
る。
rO2)、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を例
示することができる。これらのうち、基板1(振動板)の材質としては、化学的安定性お
よび剛性の点で、酸化ジルコニウムが特に好適である。この場合においても基板1は、例
示した物質の2種以上の積層構造であってもよい。
ている場合を例示する。したがって、圧電素子100は、可撓性を有し、圧電体30の動
作によって変形(屈曲)することができる振動板を備えた圧電アクチュエーター102と
実質的に同一である。以下の説明においては、圧電素子100および圧電アクチュエータ
ー102は、相互に読み替えることができる。
第2導電層20は、第1導電層10に対向して配置される。第2導電層20は、全体が
第1導電層10と対向していてもよいし、一部が第1導電層10に対向していてもよい。
第2導電層20の形状は、第1導電層10と対向できるかぎり限定されないが、本実施形
態のように、圧電体30が、薄膜状に形成される場合は、層状あるいは薄膜状の形状が好
ましい。第2導電層20の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とすることがで
きる。また、第2導電層20の平面的な形状についても、第1導電層10に対向して配置
されたときに両者の間に圧電体30を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば
、矩形、円形等とすることができる。
(例えば、圧電体30の上に形成された上部電極)となることが挙げられる。第2導電層
20の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性
酸化物(例えば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物(Sr
RuOx:SRO)、ランタンとニッケルの複合酸化物(LaNiOx:LNO)などを
例示することができる。第2導電層20は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の
材料を積層した構造であってもよい。
いるが、第2導電層20のほうが第1導電層10よりも平面的に大きく形成されてもよい
。この場合は、第2導電層20は、圧電体30の側面に形成されてもよく、第2導電層2
0に、水分や水素等から圧電体30を保護する機能を兼ねさせることができる。
圧電体30は、第1導電層10および第2導電層20の間に配置される。圧電体30は
、第1導電層10および第2導電層20の少なくとも一方に接していてもよい。図1の例
では、圧電体30は、第1導電層20および第2導電層20に接して設けられている。
法、蒸着法、MOCVD(Metal−Organic Chemical Vapor
Deposition)法、MOD(Metal−Organic Decompos
ition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(レーザ
ーアブレーション)法、ミスト成膜法、スピンコート法、およびゾルゲル法の少なくとも
一種の方法を指す。すなわち、本実施形態の圧電体30の例では、バルク状態で形成され
たものではなく、例えば、バルク状態で形成されたあとに、研磨等により薄膜化されたも
のではない。
以上3000nm以下とすることができる。薄膜法によって、厚みの大きい圧電体30を
形成する場合には、例えば、スパッタ法、蒸着法、MOCVD法などの物質を堆積させる
種の方法では堆積時間を長くすることにより形成することができ、また例えば、MOD法
やゾルゲル法などのコーティング−焼成を行う種の方法では、該方法を繰り返して積層す
ることにより形成することができる。さらに、積層する場合には、各層毎に異なる薄膜法
を用いて積層してもよい。
酸ビスマスランタンを主成分とする層が積層された構造を有する。本明細書では、チタン
酸ビスマスを主成分とする層のことを「BT層」、鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主
成分とする層のことを「BLFM層」と称することがある。
BT層は、チタン酸ビスマスを主成分とする層である。ここで、「チタン酸ビスマスを
主成分とする」とは、チタン、酸素、およびビスマス以外の元素が、20元素%以下含ま
れている場合を含み、また、各種の分析において、チタン、酸素、およびビスマス以外の
元素が、痕跡量認められる場合、および検出できない場合を含む。
される複合酸化物であり、例えば、
BixTi(1−x)O3・・・(式I)
として表記することができる。
スカイト型酸化物に分類され、結晶化により、ペロブスカイト型の結晶構造をとることが
できる。BTは、結晶化されて、ペロブスカイト型の結晶構造をとることにより、圧電性
を呈することができる。これにより、圧電体30は、第1導電層10および第2導電層2
0によって電界が印加されることで変形することができる(電気機械変換)。この変形に
よって、例えば基板1をたわませたり振動させたりすることができ、圧電アクチュエータ
ー102を構成することができる。
、xは、0を超える1未満の値をとりうる。この値は、BT層を形成するときの原料の仕
込量が表現されていてもよく、また、形成後のBT層の組成が表現されていてもよい。
100の変位量の増大に寄与することが挙げられる。本実施形態の圧電素子100は、B
T層を有する圧電体30を含むため変位量が大きい。
BLFM層は、圧電体30において、少なくとも1層積層される。
鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主成分とする」とは、鉄、マンガン、ビスマス、ラン
タン、および酸素以外の元素が、20元素%以下含まれている場合を含み、また、各種の
分析において、鉄、マンガン、ビスマス、ランタン、および酸素以外の元素が、痕跡量認
められる場合、および検出できない場合を含む。
「BLFM」と略記することがある)で表される複合酸化物であり、例えば、
(Bi(1−y)Lay)(Fe(1−z)Mnz)O3・・・(式II)
として表記することができる。
ロブスカイト型酸化物に分類され、結晶化により、ペロブスカイト型の結晶構造をとるこ
とができる。BLFMは、結晶化されて、ペロブスカイト型の結晶構造をとることにより
、圧電性を呈することができる。これにより、圧電体30は、第1導電層10および第2
導電層20によって電界が印加されることで変形することができる(電気機械変換)。こ
の変形によって、例えば基板1をたわませたり振動させたりすることができ、圧電アクチ
ュエーター102を構成することができる。
も0以上1以下の値をとりうる。これらの値は、BLFM層を形成するときの原料の仕込
量が表現されていてもよく、また、形成後のBLFM層の組成が表現されていてもよい。
げられる。上述のように、BT層は、変位量が大きいが、圧電体30として用いた場合に
は、クラック(破壊)が生じることがある。すなわち、BT層は、単独では、製造すると
き(焼成)、または、電界が印加されて変形するときに、クラックを生じやすい。本実施
形態の圧電体30は、BT層にBLFM層を積層させることによって、圧電体30内部の
応力を緩和させることで、BT層およびBLFM層が積層された圧電体30にクラックを
生じさせにくくしている。
る。すなわち、BT層は、成膜され結晶化される際に、結晶の配向が、ランダムになりや
すいが、<100>に優先配向しやすいBLFM層とともに積層することによって、いず
れの層も<100>に優先配向させることができる。そのため、BT層とBLFM層とを
積層して圧電体30を形成することによって、例えばBT層の大きい変位量を、さらに大
きくすることができる。
本実施形態の圧電体30におけるBLFM層とBT層の積層構造における、各層の数、
順序などの態様は、特に限定されず、圧電体30が所望の膜厚になるまで、積層すること
ができる。また、BLFM層は、<100>に優先配向しやすい性質およびBT層の結晶
配向を<100>に優先配向させる機能を有している。そのため、積層の態様を変えるこ
とにより、さらに優れた圧電体30および圧電素子100を形成することができる。
れる層の法線方向に、特定の軸を向けた微結晶の割合が大きいことを指している。すなわ
ち、本明細書で、例えば「<100>優先配向」という場合には、層の法線方向に、結晶
軸の[100]方向が沿う微結晶の割合が多い状態のことを指す。
化させてペロブスカイト型の結晶構造をとらせることが多い。これは、ペロブスカイト型
の結晶の配向が、<100>に優先配向している場合に、圧電素子の変位が大きくなるこ
とが分かっているためであり、例えば、圧電体がPZTである場合には、PZTを<10
0>に優先配向させるために、電極の材質、配向、表面の改質などを行って、PZTが自
発的に<100>に優先配向させるようにすることが多い。
形成される際に、自発的に<100>優先配向となりやすいが、BT層は、このような性
質を有さない。そのため、BLFM層とBT層を積層させることにより、BLFM層の影
響によって、BT層を<100>に優先配向させることができる。
るとともに、変位等の圧電特性を向上させることができる。
うに形成されることができる。すなわち、第1導電層10の上に、BLFM層を形成し、
その後、少なくとも1層のBT層、および必要に応じて少なくとも1層のBLFM層を積
層し、BLFM層が最上層となった状態で、その上に第2導電層20を形成する態様をと
ることができる。このようにすれば、圧電体30は、クラックを生じにくいとともに、結
晶の配向が、<100>優先配向となり、変位量を大きくすることができる。
を有するように積層してもよい。このようにすれば、圧電体30にクラックを生じにくく
させるとともに、圧電素子100の変位量をより大きくさせることができる。
合計の厚み以上とすることもできる。このようにすれば、BT層が有する変位量の向上効
果と、BLFM層が有するクラック抑制効果とを両立させることができる。
対のBLFM層が、少なくとも1層のBT層を挟む構造が形成される場合には、当該一対
のBLFM層の間の距離は、250nm以下であるようにしてもよい。また、一対のBL
FM層が、少なくとも1層のBT層を挟む構造が形成される場合には、当該一対のBLF
M層によって挟まれるBT層の合計の厚みは、250nm以下であるようにしてもよい。
このようにすれば、BLFM層がBT層の結晶配向に及ぼす作用を強めることができるた
め、BT層の変位量をさらに高めることができる。
以上のように、本実施形態の圧電体30は、クラックを生じにくく、変位量が大きい。
すなわち、本実施形態の圧電体30は、BT層とBLFM層とが積層されているため、B
T層の変位の大きさと、BLFM層によるBT層のクラックの発生の抑制とを兼ね備えて
いる。そのため、圧電素子100の第1導電層10および第2導電層20によって、電界
が印加されることによって、例えば基板1をたわませたり振動させたりする効率を高める
ことができ、破壊等が生じにくく信頼性が高い。
30を含むため、少なくとも、圧電体30にクラックが生じにくく信頼性が高いという特
徴、および、変位量が大きいという特徴を有する。
ター102の用途としては、例えば、液体噴射ヘッド、インクジェットプリンターなどの
液体噴射装置などがあり、圧電素子100の用途としては、ジャイロセンサー、加速度セ
ンサーなどの各種のセンサー類、音叉型振動子などのタイミングデバイス類、超音波モー
ターなどの超音波デバイス類に好適に用いることができる。
本発明の圧電素子100は、例えば、以下のように製造することができる。
えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。第1導電
層10は、必要に応じてパターニングされることができる。
えば、スパッタ法、蒸着法、MOCVD(Metal−Organic Chemica
l Vapor Deposition)法、MOD(Metal−Organic D
ecomposition)法、PLD(Pulsed Laser Depositi
on)(レーザーアブレーション)法、ミスト成膜法、スピンコート法、およびゾルゲル
法の少なくとも一種の方法あるいはこれら複数の方法の組合せにより形成されることがで
きる。圧電体30の結晶化は、例えば、500℃以上800℃以下において、酸素雰囲気
および窒素雰囲気の少なくとも一方の雰囲気で行うことができる。これにより、圧電体3
0を結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体30をパターニングした後に行っ
てもよい。そして、必要に応じて、上記操作を複数回繰り返して、所望の厚みの圧電体3
0を得ることができる。
LFM層およびBT層の元素組成を有する前駆体溶液を、スピンコート等により塗布し、
焼成することによって形成することができる。このような前駆体溶液としては、以下のよ
うな金属化合物を、所望の組成となるように、例えば、溶媒n−ブタノールに混合したも
のが挙げられる。
ス、アセチルアセトナートビスマス、硝酸ビスマス、酢酸ビスマス、クエン酸ビスマス、
シュウ酸ビスマス、酒石酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ビスマス、等を例示すること
ができる。
アセチルアセトナト)鉄、硝酸鉄、酢酸鉄、シュウ酸鉄、酒石酸鉄、クエン酸鉄、2−エ
チルヘキサン酸第二鉄、等を例示することができる。
ラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−プロポキシチタン、テトラ−i−ブトキシチタ
ン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラ−t−ブトキシチタン、アセチルアセトナトチ
タン、硝酸チタン、酢酸チタン、シュウ酸チタン、酒石酸チタン、クエン酸チタン、テト
ラ(2−エチルヘキシル)チタネート、等を例示することができる。
できる。
セチルアセトナート、硝酸マンガン、酢酸マンガン、クエン酸マンガン、シュウ酸マンガ
ン、酒石酸マンガン、2−エチルヘキサン酸マンガン、等を例示することができる。
パッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。そして、所望の形
状に第2導電層20および圧電体30をパターニングして、圧電素子を形成する。なお第
2導電層20および圧電体30は、必要に応じて同時にパターニングされることができる
。以上例示した工程により、本実施形態の圧電素子100を製造することができる。
次に、本実施形態にかかる圧電素子(圧電アクチュエーター)の用途の一例として、こ
れらを有する液体噴射ヘッド600について、図面を参照しながら説明する。図2は、液
体噴射ヘッド600の要部を模式的に示す断面図である。図3は、液体噴射ヘッド600
の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
きる。以下では、基板1(上部に振動板1aを含む構造体)の上に圧電素子100が形成
され、圧電素子100と振動板1aとが圧電アクチュエーター102を構成している液体
噴射ヘッド600を例示して説明する。
ル板610と、圧力室622を形成するための圧力室基板620と、圧電素子100と、
を含む。さらに、液体噴射ヘッド600は、図3に示すように、筐体630を有すること
ができる。なお、図3では、圧電素子100を簡略化して図示している。
612からは、インクが吐出されることができる。ノズル板610には、例えば、多数の
ノズル孔612が一列に設けられている。ノズル板620の材質としては、例えば、シリ
コン、ステンレス鋼(SUS)などを挙げることができる。
基板620の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板
620がノズル板610と振動板1aとの間の空間を区画することにより、図3に示すよ
うに、リザーバー(液体貯留部)624と、リザーバー624と連通する供給口626と
、供給口626と連通する圧力室622と、が設けられている。この例では、リザーバー
624と、供給口626と、圧力室622とを区別して説明するが、これらはいずれも液
体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供
給口626は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたが
って任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー624、供給
口626および圧力室622は、ノズル板610と圧力室基板620と振動板1aとによ
って区画されている。リザーバー624は、外部(例えばインクカートリッジ)から、振
動板1aに設けられた貫通孔628を通じて供給されるインクを一時貯留することができ
る。リザーバー624内のインクは、供給口626を介して、圧力室622に供給される
ことができる。圧力室622は、振動板1aの変形により容積が変化する。圧力室622
はノズル孔612と連通しており、圧力室622の容積が変化することによって、ノズル
孔612からインク等が吐出される。
子100は、圧電素子駆動回路(図示せず)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信
号に基づいて動作(振動、変形)することができる。振動板1aは、圧電体30の動作に
よって変形し、圧力室622の内部圧力を適宜変化させることができる。
100を収納することができる。筐体630の材質としては、例えば、樹脂、金属などを
挙げることができる。
る。したがって液体噴射ヘッド600は、耐圧が高く、従来に比較してより高い電圧の動
作が可能で、液体等の吐出能力が高いものとなっている。
いて説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレ
イ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、F
ED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチッ
プ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体
噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射
ヘッドを有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図4は、本実施
形態にかかる液体噴射装置700を模式的に示す斜視図である。
、制御部760と、を含む。液体噴射装置700は、さらに、液体噴射装置700は、装
置本体720と、給紙部750と、記録用紙Pを設置するトレイ721と、記録用紙Pを
排出する排出口722と、装置本体720の上面に配置された操作パネル770と、を含
むことができる。
ト式記録ヘッド(以下単に「ヘッド」ともいう)を有する。ヘッドユニット730は、さ
らに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ731と、ヘッドおよびインクカー
トリッジ731を搭載した運搬部(キャリッジ)732と、を備える。
、ヘッドユニット730の駆動源となるキャリッジモーター741と、キャリッジモータ
ー741の回転を受けて、ヘッドユニット730を往復動させる往復動機構742と、を
有する。
軸744と、キャリッジガイド軸744と平行に延在するタイミングベルト743と、を
備える。キャリッジガイド軸744は、キャリッジ732が自在に往復動できるようにし
ながら、キャリッジ732を支持している。さらに、キャリッジ732は、タイミングベ
ルト743の一部に固定されている。キャリッジモーター741の作動により、タイミン
グベルト743を走行させると、キャリッジガイド軸744に導かれて、ヘッドユニット
730が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙P
への印刷が行われる。
ら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射
ヘッド600および記録用紙Pが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Pに印刷される機
構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Pに印刷が行われる例を示しているが
、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定さ
れず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更するこ
とができる。
ことができる。
とができる。給紙部750は、その駆動源となる給紙モーター751と、給紙モーター7
51の作動により回転する給紙ローラー752と、を備える。給紙ローラー752は、記
録用紙Pの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー752aおよび駆動ローラー7
52bを備える。駆動ローラー752bは、給紙モーター751に連結されている。制御
部760によって供紙部750が駆動されると、記録用紙Pは、ヘッドユニット730の
下方を通過するように送られる。
720の内部に設けられている。
射装置700の液体の吐出能力は高いものとなっている。
液体噴射ヘッド600によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数
の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合に
は、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数
の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、1つの集合したヘッドとなっていてもよい。この
ような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体
として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
液体噴射装置700を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用する
ことができる。この場合に吐出される液体(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶
媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体
噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラ
ーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ELディスプレイ、FED(面発光
ディスプレイ)、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる
液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に
用いられることができる。
以下に実験例、参考例および比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本
発明は、以下の実験例等によってなんら限定されるものではない。
実験例1ないし実験例8、参考例1、参考例2、比較例1、および比較例2の圧電体は
、以下のように作成した。
単結晶シリコン基板であり、単結晶シリコン基板上に絶縁膜として二酸化シリコンを熱酸
化にて作製し、その上に、スパッタ法により白金を堆積したものを用いた。
びBLFM層を化学溶液法によって積層して作成した。
キシチタンを溶媒n−ブタノールに混合したものであり、前駆体溶液中に含まれるビスマ
スおよびチタンの組成を、化学量論組成としたものを用いた。
ヘキサン酸ランタン、トリエトキシ鉄、および、2−エチルヘキサン酸マンガンを溶媒n
−ブタノールに混合したものであり、前駆体溶液中に含まれる各元素の組成を、化学量論
組成としたものを用いた。
液を塗布し、以下のように、乾燥、脱脂、結晶化を行って形成した。スピンコートにおけ
る回転速度および時間は、最初は500rpm・10sec、次に3000rpm・30
secとした。
除去した。次いで、大気中、400℃で4分間熱処理して、前駆体膜中の有機成分を除去
した(脱脂)。各例において、一回の上記操作により形成したBT層またはBLFM層の
厚みは、80nmであった。
成炉(Rapid Thermal Annealing(RTA))に導入し、0.5
L/minの窒素フローを行いながら、600℃から800℃まで、3分間焼成したもの
である。
(RTA)に導入し、0.5L/minの酸素フローを行いながら、600℃から800
℃まで、2分間焼成したものである。
層したものであり、いずれも、4層目、7層目を積層した時点で、焼成炉(RTA)に導
入し、0.5L/minの窒素フローを行いながら、600℃から800℃まで、4層目
は3分間、7層目は5分間、焼成したものである。
(RTA)に導入し、0.5L/minの窒素フローを行いながら、600℃から800
℃まで、3分間焼成したものである。
TA)に導入し、0.5L/minの酸素フローを行いながら、600℃から800℃ま
で、2分間焼成したものである。
層したものであり、いずれも、5層目、8層目を積層した時点で、焼成炉(RTA)に導
入し、0.5L/minの窒素フローを行いながら、600℃から800℃まで、5層目
は3分間、8層目は5分間、焼成したものである。
積層したものであり、いずれも、3層目および4層目を積層した時点で、焼成炉(RTA
)に導入し、酸素フローを行いながら、600℃から800℃まで、3分間、焼成したも
のである。
層)を積層した時点、および3層目を積層した時点で、焼成炉(RTA)に導入し、酸素
フローを行いながら、600℃から800℃まで、3分間、焼成したものである。
、3層目を積層した時点で、焼成炉(RTA)に導入し、酸素フローを行いながら、60
0℃から800℃まで、3分間、焼成したものである。
比較例2の積層の順序を示す模式図を付した。図9には、実験例9ないし実験例11、参
考例3、および比較例3の積層の順序および焼成位置を示す模式図を付した。
5.2.1.金属顕微鏡観察
各例の圧電体の表面を金属顕微鏡で観察した。
X線回折(XRD)パターンは、各実験例、参考例および比較例ともに、各試料の圧電
体をパターニングすることなく、Bruker AXS社製の型番D8 Discove
rに導入し、X線源としてCu−Kα線を使用して、室温で測定した。
図5は、実験例1ないし4、参考例1および比較例1の圧電体の表面観察結果を示して
いる。図6は、実験例5ないし8、参考例2および比較例2の圧電体の表面観察結果を示
している。
含む圧電体は、いずれもクラックを生じることなく焼成されていることが判明した。これ
に対して、BT層のみの積層体である各比較例の圧電体は、いずれも、観察結果に白い筋
が観察され、クラックが生じていることが判明した。
電体と同様に、クラックを生じにくいことがわかる。
RDパターンを示している。図7は、実験例1ないし4、参考例1、および比較例1にお
いては、合計7層のBT層またはBLFM層を積層した状態、実験例5ないし8、参考例
2、および比較例2においては、合計8層のBT層またはBLFM層を積層した状態で測
定したものである。図8は、実験例1ないし8、参考例1および2、並びに比較例1およ
び2の圧電体のXRDパターンを示している。図8は、実験例1ないし4、参考例1、お
よび比較例1においては、合計4層のBT層またはBLFM層を積層した状態、実験例5
ないし8、参考例2、および比較例2においては、合計5層のBT層またはBLFM層を
積層した状態で測定したものである。
ターンは、ペロブスカイト型の結晶構造の(110)面に由来するピークが観察されず、
極めて良好な<100>優先配向の構造を有していることが判明した。これに対して、各
比較例の圧電体は、BLFM層を含まないため、クラックを生じるとともに、結晶がラン
ダム配向していることが判明した。
1では合計4層、実験例5では合計5層)において、積層数が多い状態(実験例1では合
計7層、実験例5では合計8層)よりも(110)面に由来するピークが小さくなる程度
が、他の例よりも顕著であった。
体全体において<100>優先配向しやすいということ、BT層がBLFM層に近いほど
<100>優先配向しやすいということが分かった。
比較例3の試料は、上述の各参考例および各比較例と同様の結果を示した。
結晶がランダム配向していることが判明した。また、実験例11の結果から、BLFM層
は、1層目に積層された時点で、焼成されることにより、BT層に、極めて良好な<10
0>優先配向の構造をとらせることができることが判明した。この結果から、BLFM層
の結晶配向への作用は、BT層の焼成の前に、BLFM層をシード層として焼成すること
により、強めることができることが判明した。
とが可能である。これにより、組み合わされた実施形態は、それぞれの実施形態が有する
効果または相乗的な効果を奏することができる。
る。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、
方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本
発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本
発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成
することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付
加した構成を含む。
電素子、102…圧電アクチュエーター、600…液体噴射ヘッド、610…ノズル板、
612…ノズル孔、620…圧力室基板、622…圧力室、624…リザーバー、626
…供給口、628…貫通孔、630…筐体、700…液体噴射装置、710…駆動部、7
20…装置本体、721…トレイ、722…排出口、730…ヘッドユニット、731…
インクカートリッジ、732…キャリッジ、741…キャリッジモーター、742…往復
動機構、743…タイミングベルト、744…キャリッジガイド軸、750…給紙部、7
51…給紙モーター、752…給紙ローラー、752a…従動ローラー、752b…駆動
ローラー、760…制御部、770…操作パネル
Claims (6)
- 圧電体および前記圧電体に電圧を印加する電極を含む圧電アクチュエーターを備えた液
体噴射ヘッドであって、
前記圧電体は、チタン酸ビスマスを主成分とする層、および鉄酸マンガン酸ビスマスラ
ンタンを主成分とする層が積層された構造を有する、液体噴射ヘッド。 - 請求項1において、
前記圧電体が、前記鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主成分とする層が、前記電極に
隣接して配置された、液体噴射ヘッド。 - 請求項1または請求項2において、
前記鉄酸マンガン酸ビスマスランタンを主成分とする層が、前記チタン酸ビスマスを主
成分とする層に挟まれた構造を有する、液体噴射ヘッド。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項において、
前記チタン酸ビスマスを主成分とする層の合計の厚みは、前記鉄酸マンガン酸ビスマス
ランタンを主成分とする層の合計の厚み以上である、液体噴射ヘッド。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた、液体噴射装
置。 - 薄膜法により形成された圧電体および前記圧電体に電圧を印加する電極を含む圧電素子
であって、
前記圧電体は、チタン酸ビスマスを主成分とする層、および鉄酸マンガン酸ビスマスラ
ンタンを主成分とする層が積層された構造を有する、圧電素子。
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