JP5585767B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電素子 - Google Patents
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Description
本発明にかかる液体噴射ヘッドの一態様は、
薄膜法により形成された圧電体層および前記圧電体層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、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウムと、0.2モル%以上8.0モル%以下の銅と、を含む固溶体である。
適用例1において、
前記圧電体層は、0.2モル%以上4.0モル%以下の銅を含むことができる。
適用例1または適用例2において、
前記圧電体層は、さらにチタン酸バリウムを含むことができる。
適用例3において、
前記圧電体層は、前記チタン酸ビスマスナトリウム100モル%未満85モル%以上と、前記チタン酸バリウム0モル%超15モル%以下と、を含むことができる。
適用例1ないし適用例3のいずれか一例において、
前記圧電体層は、さらにチタン酸ビスマスカリウムを含むことができる。
適用例5において、
前記圧電体層は、前記チタン酸ビスマスナトリウム100モル%未満67モル%以上と、前記チタン酸ビスマスカリウム0モル%超30モル%以下と、前記チタン酸バリウム0モル%超3モル%以下と、を含むことができる。
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6のいずれか一例に記載の液体噴射ヘッドを備える。
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層および前記圧電体層に電圧を印加する電極を含む圧電素子であって、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウムと、0.2モル%以上8.0モル%以下の銅と、を含む固溶体である。
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。
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。
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、本実施形態では、圧電体層30が、薄膜状に形成されるため、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層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。
圧電体層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。圧電体層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、圧電体層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。
本実施形態にかかる圧電素子100(圧電アクチュエーター102)は、上述の圧電体層30を含むため、少なくとも、リーク電流量が少なくかつ良好なヒステリシスループを示すという特徴を有する。なお、圧電体層30のヒステリシスループの形状は、P−E測定を行った場合に得られ、圧電特性を示す判断基準として用いることができる。したがって、良好なヒステリシスループを示す圧電体層30は、良好な圧電特性を有していると判断することができる。また、本実施形態にかかる圧電体層30は、非鉛含有化合物であることで環境負荷を小さく抑えることができるとともに、良好な圧電特性を有することができる。
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。
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。
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。
以下に実施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、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。
実施例1ないし実施例7および比較例1ないし比較例4の圧電素子は、以下のように作製した。
5.2.1.リーク電流量の評価
各実施例、各比較例の圧電素子のリーク電流量は、ヒューレット・パッカード社製4140Bを使用し、deley time:0.5sec、hold time:0.5sec、印加電界:200kV/cm、300kV/cm、400kV/cm、600kV/cmの評価条件にて測定した各リーク電流値に基づいて評価した。測定結果は、表1ないし表3に示した。なお、ショートしてリーク電流値が計測できなかった場合は、表1ないし表3に「ショート」と記載した。
ヒステリシスの評価は、東陽テクニカ社製、「FCE−1A」を用い、ヒステリシスループを測定し、その形状を評価して行った。測定条件は、測定温度:室温、周波数:1kHz、波形:三角波、印加電界:400kV/cmと630kV/cmであった。ヒステリシスの評価に用いた試料は、各実施例および各比較例ともに、リーク電流量の評価に用いたものと同様とした。図5は、比較例1の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図6は、実施例1の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図7は、実施例3の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図8は、実施例5の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図9は、比較例3の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図10は、実施例6の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図11は、比較例4の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図12は、実施例7の圧電素子のヒステリシス曲線である。
表1に示した印加電界200kV/cmでのリーク電流値を比較すると、銅を添加していない比較例1に比べて、銅を0.2モル%以上8モル%以下添加した実施例1ないし5はリーク電流値が小さくなっており、比較例2は正負ともにショートした。また、表1に示した印加電界400kV/cmでのリーク電流値を比較すると、銅を添加していない比較例1に比べて、銅を0.2モル%以上4モル%以下添加した実施例1ないし4はリーク電流値が小さくなっており、実施例5の負側と比較例2はショートした。印加電界によって差はあるものの銅を所定量添加することによってリーク電流値が小さくなることが確認できた。
Claims (6)
- 薄膜法により形成された圧電体層および前記圧電体層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、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウム及びチタン酸バリウムを含む混晶系のペロブスカイト型酸化物と、銅とを含み、
前記混晶系のペロブスカイト型酸化物100モル%に対する前記銅の含有量が、0.2モル%以上8.0モル%以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項1において、
前記混晶系のペロブスカイト型酸化物は、前記チタン酸ビスマスナトリウム100モル%未満85モル%以上と、前記チタン酸バリウム0モル%超15モル%以下と、を含む、液体噴射ヘッド。 - 請求項1において、
前記混晶系のペロブスカイト型酸化物は、さらにチタン酸ビスマスカリウムを含む、液体噴射ヘッド。 - 請求項3において、
前記混晶系のペロブスカイト型酸化物は、前記チタン酸ビスマスナトリウム100モル%未満67モル%以上と、前記チタン酸ビスマスカリウム0モル%超30モル%以下と、前記チタン酸バリウム0モル%超3モル%以下と、を含む、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層および前記圧電体層に電圧を印加する電極を含む圧電素子であって、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウム及びチタン酸バリウムを含む混晶系のペロブスカイト型酸化物と、銅と、を含み、
前記混晶系のペロブスカイト型酸化物100モル%に対する前記銅の含有量が、0.2モル%以上8.0モル%以下であることを特徴とする圧電素子。
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