JP5672443B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及び圧電素子の製造方法 - Google Patents
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Description
ノズル開口に連通する圧力室と、
圧電体と、前記圧電体に設けられた第1電極及び第2電極を有する圧電素子と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方は、白金を含み、
前記圧電体は、
ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む複合酸化物からなり、
ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスのモル数の和に対する鉄酸ビスマスのモル数の比が、3%以上10%以下であり、かつ、
ニオブのモル数に対するカリウムとナトリウムのモル数の和の比が、103%以上115%以下である。
この液体噴射ヘッドを備える。
圧電体と、前記圧電体に設けられた第1電極及び第2電極を有する圧電素子であって、
前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方は、白金を含み、
前記圧電体は、
ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む複合酸化物からなり、
カリウムとナトリウムのモル数の和がニオブのモル数よりも大きい。
白金を含む第1電極を形成する工程と、
前駆体溶液を前記第1電極上に塗布し、前記第1電極上に塗布された前駆体溶液を結晶化させることにより、ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む圧電体を形成する工程と、
前記圧電体上に第2電極を形成する工程と、
を有し、
前記前駆体溶液は、
ニオブ、カリウム、ナトリウム、鉄及びビスマスの有機金属化合物を含み、
カリウムとナトリウムのモル数の和がニオブのモル数よりも大きい。
図1は、本実施形態に係る圧電素子100の断面の模式図である。
第1電極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電極20は、第1電極10に対向して配置される。第2電極20は、全体が第1電極10と対向していてもよいし、一部が第1電極10に対向していてもよい。第2電極20の形状は、層状あるいは薄膜状であることが好ましい。その理由としては、第2電極20の形状は、第1電極10と対向できる限り限定されないが、本実施形態では、圧電体30が、薄膜状に形成されるためである。第2電極20の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とする。また、第2電極20の平面的な形状についても、第1電極10に対向して配置されたときに第1電極10と第2電極20との間に圧電体30を配置できる形状であれば、特に限定されない。本実施形態においては、例えば、矩形、円形とした。
圧電体30は、第1電極10及び第2電極20の間に配置される。圧電体30は、第1電極10及び第2電極20の少なくとも一方に接している。図1の例では、圧電体30は、第1電極20及び第2電極20に接して設けられている。換言すれば、第1電極10と第2電極20は、圧電体30に設けられている。
本実施形態に係る圧電素子100の製造方法は、白金を含む第1電極10を形成する工程と、前駆体溶液を第1電極10上に塗布し、第1電極10上に塗布された前駆体溶液を結晶化させることにより、ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む圧電体30を形成する工程と、圧電体30上に第2電極20を形成する工程と、を有し、前駆体溶液は、ニオブ、カリウム、ナトリウム、鉄及びビスマスの有機金属化合物を含み、カリウムとナトリウムのモル数の和がニオブのモル数よりも大きい。本実施形態の圧電素子100は、例えば、以下のように製造することができる。
次に、本実施形態に係る圧電素子100の用途の一例として、圧電素子100を備えた液体噴射ヘッド600について、図面を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド600の要部を模式的に示す断面図である。図3は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド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。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が形成されている液体噴射ヘッド600を例として説明する。
次に、本実施形態に係る液体噴射装置700について、図面を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る液体噴射装置700を模式的に示す斜視図である。液体噴射装置700は、上述の液体噴射ヘッド600を備えている。以下では、液体噴射装置700が上述の液体噴射ヘッド600を備え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。
以下に実施例及び比較例を示し、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何ら限定されるものではない。
実施例1ないし実施例9及び比較例1ないし比較例9の圧電素子は、以下のように作製した。
このKNN−BFOは、一般式としては、ABO3で示される複合酸化物であり、いわゆるペ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。KNN−BFO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。
X線回折(XRD)パターンは、各実験例及び比較例ともに、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 Discover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。各実験例及び比較例について測定したX線回折(XRD)パターンから、(100)に配向している度合いを表す配向度合を評価した。
各実施例及び比較例について、(100)に配向している度合いを表す配向度合を表1に記載した。表1における配向度合は、以下に示される式(II)で定義される。
Claims (4)
- ノズル開口に連通する圧力室と、
圧電体と、前記圧電体に設けられた第1電極及び第2電極を有する圧電素子と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方は、白金を含み、
前記圧電体は、
ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む複合酸化物からなり、
ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスのモル数の和に対する鉄酸ビスマスのモル数の比が、0.99%以上9.09%以下であり、かつ、
ニオブのモル数に対するカリウムとナトリウムのモル数の和の比が、101%以上120%以下であり、かつ、
ニオブ酸カリウムナトリウムのモル数に対する鉄酸ビスマスのモル数の比と、ニオブ酸カリウムナトリウムに含まれるニオブのモル数に対するナトリウムとカリウムのモル数の比との和が104%以上125%である、液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドを備えた、液体噴射装置。
- 圧電体と、前記圧電体に設けられた第1電極及び第2電極を有する圧電素子であって、
前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方は、白金を含み、
前記圧電体は、
ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む複合酸化物からなり、
ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスのモル数の和に対する鉄酸ビスマスのモル数の比が、0.99%以上9.09%以下であり、かつ、
ニオブのモル数に対するカリウムとナトリウムのモル数の和の比が、101%以上120%以下であり、かつ、
ニオブ酸カリウムナトリウムのモル数に対する鉄酸ビスマスのモル数の比と、ニオブ酸カリウムナトリウムに含まれるニオブのモル数に対するナトリウムとカリウムのモル数の比との和が104%以上125%である、圧電素子。 - 白金を含む第1電極を形成する工程と、
前駆体溶液を前記第1電極上に塗布し、前記第1電極上に塗布された前記前駆体溶液を結晶化させることにより、ニオブ酸カリウムナトリウム及び鉄酸ビスマスを含む圧電体を形成する工程と、
前記圧電体上に第2電極を形成する工程と、
を有し、
前記前駆体溶液は、
ニオブ、カリウム、ナトリウム、鉄及びビスマスの有機金属化合物を含み、
ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスのモル数の和に対する鉄酸ビスマスのモル数の比が、0.99%以上9.09%以下であり、かつ、
ニオブのモル数に対するカリウムとナトリウムのモル数の和の比が、101%以上120%以下であり、かつ、
ニオブ酸カリウムナトリウムのモル数に対する鉄酸ビスマスのモル数の比と、ニオブ酸カリウムナトリウムに含まれるニオブのモル数に対するナトリウムとカリウムのモル数の比との和が104%以上125%である、圧電素子の製造方法。
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