JP5773127B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波デバイス及びirセンサー - Google Patents
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Description
かかる態様では、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物に対し、リチウムを1〜15モル%含む圧電材料からなる圧電体層とすることにより、圧電体層のクラックの発生を抑制することができる。
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図であり、図3は図2のA−A′線断面図である。図1〜図3に示すように、本実施形態の流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。
まず、単結晶シリコン(Si)基板の表面に熱酸化により膜厚1000nmの酸化シリコン(SiO2)膜を形成した。次に、SiO2膜上にRFマグネトロンスパッタ法により膜厚40nmのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。さらに、酸化チタン膜上にRFマグネトロンスパッタ法により、(111)面に配向し膜厚100nmの白金膜(第1電極60)を形成した。
前駆体溶液への2−エチルヘキサン酸リチウムの添加量を変えて、0.75Bi(Fe0.95,Mn0.05)O3−0.25BaTiO3で表される複合酸化物に対し、リチウムを3モル%含む圧電材料を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、圧電体層の厚さは、629nmであった。
前駆体溶液への2−エチルヘキサン酸リチウムの添加量を変えて、0.75Bi(Fe0.95,Mn0.05)O3−0.25BaTiO3で表される複合酸化物に対し、リチウムを5モル%含む圧電材料を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、圧電体層の厚さは、592nmであった。
前駆体溶液への2−エチルヘキサン酸リチウムの添加量を変えて、0.75Bi(Fe0.95,Mn0.05)O3−0.25BaTiO3で表される複合酸化物に対し、リチウムを10モル%含む圧電材料を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、圧電体層の厚さは、634nmであった。
前駆体溶液への2−エチルヘキサン酸リチウムの添加量を変えて、0.75Bi(Fe0.95,Mn0.05)O3−0.25BaTiO3で表される複合酸化物に対し、リチウムを15モル%含む圧電材料を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、圧電体層の厚さは、661nmであった。
前駆体溶液へ2−エチルヘキサン酸リチウムを添加せずに、0.75Bi(Fe0.95,Mn0.05)O3−0.25BaTiO3で表される複合酸化物を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。なお、圧電体層の厚さは、609nmであった。
実施例1〜5及び比較例1において、第2電極80を形成していない状態の圧電体層70について、形成1週間後の表面を、室温(25℃)で500倍の金属顕微鏡により観察した。比較例1の結果を図9(a)に、実施例1の結果を図9(b)に、実施例2の結果を図9(c)に、実施例3の結果を図9(d)に、実施例4の結果を図9(e)に、実施例5の結果を図9(f)に示す。
実施例1〜5及び比較例1の各圧電素子について、東陽テクニカ社製「FCE−1A」で、φ=500mの電極パターンを使用し、室温で周波数1kHzの三角波を印加して、P(分極量)−V(電圧)の関係を求めた。結果の一例を図10に示す。この結果、実施例1〜5及び比較例1は、強誘電性を示していた。
実施例1〜5及び比較例1の各圧電素子について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、圧電体層70のX線回折パターンを求めた。結果を図11に示す。この結果、実施例1〜5及び比較例1全てにおいて、鉄酸マンガン酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスは、単独では検出されず、ペロブスカイト構造に起因するピークと基板由来のピークが観測された。また、実施例5では、前記ピーク以外に、2θ=30°近傍に異相と推測されるピークが観測された。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
Claims (7)
- ノズル開口に連通する圧力発生室と、
圧電体層と該圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子と、を具備し、
前記圧電体層は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物に対し、リチウムを1〜15モル%含む圧電材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記圧電体層は、前記複合酸化物に対し、リチウムを1〜10モル%含む圧電材料からなることを特徴とする請求項1に記載する液体噴射ヘッド。
- リチウムは、ペロブスカイト型構造を有する前記複合酸化物のAサイトに含まれていることを特徴とする請求項1または2に記載する液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
- 圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極とを具備する圧電素子であって、
前記圧電体層は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物に対し、リチウムを1〜15モル%含む圧電材料からなることを特徴とする圧電素子。 - 請求項5に記載の圧電素子を具備することを特徴とする超音波デバイス。
- 請求項5に記載の圧電素子を具備することを特徴とするIRセンサー。
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