液體噴射頭、壓電元件以及壓電致動器的製作方法

2023-04-25 21:36:11

專利名稱：液體噴射頭、壓電元件以及壓電致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及液體噴射頭、壓電元件以及壓電致動器。
背景技術：
液體噴射頭作為液體噴射裝置的構成，例如在噴墨印表機等中使用。該情況下，液體噴射頭用於噴出墨水的小滴而使其飛翔，由此噴墨印表機能夠使該墨水附著到紙等介質上而進行列印。液體噴射頭一般具有為了從噴嘴噴出液體而對液體施加壓力的致動器。這樣的致動器例如具有壓電元件。作為致動器具有的壓電元件，有用兩個電極將壓電體夾持而構成的結構，所述壓電體由具有電氣機械變換功能的壓電材料、例如結晶化了的壓電性陶瓷等構成。這樣的壓電元件能夠通過由兩個電極施加電壓而變形，能夠利用該變形來使致動器例如在撓曲振動模式下動作。作為用於這樣的用途的壓電材料，電氣機械變換效率等壓電特性較高是優選的， 該特性與其他的材料相比是優良的，所以進行鋯鈦酸鉛(PZT)系的材料的研究開發。但是，近年來進一步提高壓電材料的壓電特性的要求增強，並且，要求使用對環境負擔更小的材料，PZT系的材料難以滿足這些要求，例如，進行不含有鉛的鈣鈦礦型氧化物的壓電材料的開發。作為非鉛系陶瓷，例如提出化學組合由a[Bii^03]-(I-X) [(BibK1JTiO3](其中， 0. 3彡a彡0. 8，0. 4 < b < 0. 6)表示的BF-BKT系陶瓷(專利文獻1)。[專利文獻1]特開2008-069051號公報鉍系氧化物中的鈦酸鉍被施加的單位電場的位移量較大，壓電特性良好，有望作為替代PZT材料。但是，鈦酸鉍在由薄膜法形成時，或者被施加電場而變形時，有產生裂縫的情況。

發明內容
本發明的幾個方式涉及的目的之一在於，提供具有對環境良好且難以產生裂縫的壓電體的致動器以及液體噴射頭。另外，本發明的幾個方式涉及的目的之一在於，提供包含對環境良好且難以產生裂縫的壓電體的壓電元件。本發明為了解決上述的課題的至少一部分而提出，能夠作為以下的方式或者應用例而實現。[應用例1]本發明涉及的液體噴射頭的一個方式是一種液體噴射頭，具備包含壓電體以及對上述壓電體施加電壓的電極的壓電致動器，上述壓電體具有將以鈦酸鉍為主成分的層以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。本應用例的液體噴射頭包含位移量較大且難以產生裂縫的壓電體。因此，壓電致動器的位移量較大，例如噴射液體的能力較高，並且可靠性較高。[應用例2]在應用例1中，可以為，上述壓電體的上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層與上述電極鄰接配置。
本應用例的液體噴射頭包含沿優先取向的壓電體。因此，本應用例的液體噴射頭包含位移量更大的壓電致動器，例如噴射液體的能力更高。[應用例3]在應用例1或者應用例2中，可以為，具有上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層被上述以鈦酸鉍為主成分的層夾持的構造。本應用例的液體噴射頭包含的優先取向度更高的壓電體。因此，本應用例的液體噴射頭包含位移量更大的壓電致動器，例如噴射液體的能力更高。[應用例4]在應用例1 應用例3中的任意一個例子中，上述以鈦酸鉍為主成分的層的合計厚度為上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層的合計厚度以上。本應用例的液體噴射頭包含的優先取向度更高的壓電體。因此，本應用例的液體噴射頭包含位移量更大的壓電致動器，例如噴射液體的能力更高。[應用例5]本發明涉及的液體噴射裝置的一個方式具有應用例1 應用例5中的任意一個例子所述的液體噴射頭。本應用例的液體噴射裝置具有包含位移量較大且難以產生裂縫的壓電體的液體噴射頭。因此，例如噴射液體的能力較高，並且可靠性較高。[應用例6]本發明涉及的壓電元件的一個方式是一種壓電元件，包含由薄膜法形成的壓電體以及對上述壓電體施加電壓的電極，上述壓電體具有將以鈦酸鉍為主成分的層、以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。本應用例的壓電元件包含位移量較大且難以產生裂縫的壓電體。因此，在例如用於壓電致動器的情況下，能夠使該壓電致動器的位移量變大，並且使可靠性提高。


圖1是實施方式的壓電元件100、壓電致動器102的剖面的示意圖。圖2是實施方式的液體噴射頭600的剖面的示意圖。圖3是示意性表示實施方式的液體噴射頭600的分解立體圖。圖4是示意性表示實施方式的液體噴射裝置700的立體圖。圖5是各實驗例、參考例以及比較例的表面的金屬顯微鏡觀察結果。圖6是各實驗例、參考例以及比較例的表面的金屬顯微鏡觀察結果。圖7是各實驗例、參考例以及比較例的壓電元件的XRD圖案。圖8是各實驗例、參考例以及比較例的壓電元件的XRD圖案。圖9是各實驗例、參考例以及比較例的壓電元件的XRD圖案。附圖標記說明1...基板，la...振動板，10...第1導電層，20...導電層，30...壓電體，
100...壓電元件，102...壓電致動器，600...液體噴射頭，610...噴嘴板，612...噴嘴孔，620··.壓力室基板，622··.壓力室，擬4···貯存器，6 ...供給口，628...貫通孔，630···殼體，700···液體噴射裝置，710...驅動部，720...裝置主體，721...託盤， 722...排出口，730...頭單元，731...墨盒，732...滑架，741...滑架馬達，742...往返運動機構，743. · ·正時帶，744. · ·滑架導軸，750. · ·進紙部，751. · ·進紙馬達，752. · ·進紙輥， 752a...從動輥，752b...驅動輥，760...控制部，770...操作面板。
具體實施例方式以下對本發明的優選實施方式，參照附圖進行說明。另外，以下的實施方式是對本發明的一個例子進行說明的。因此，本發明並不限於以下的實施方式，還包括在不變更要旨的範圍內實施的各種變形例。此外，在下述的實施方式說明的構成的全部並不限於是本發明的必須構成要件。1.壓電元件以及壓電致動器圖1是本實施方式涉及的壓電元件100的剖面的示意圖。本實施方式涉及的壓電元件100包含第1導電層10、第2導電層20、壓電體30。1.1.第1導電層第1導電層10例如在基板1的上方形成。基板1為例如由導電體、半導體、絕緣體形成的平板。基板1可以是單層，也可以是將多層層疊而成的構造。另外，基板1隻要是上表面為平面的形狀即可，內部的構造並沒有限定，例如可以是在內部形成有空間等的構造。 另外，例如在如後述的液體噴射頭那樣，在基板1的下方形成有壓力室等那樣的情況下，也可以將在比基板1靠下方形成的多個構成集中看作一個基板1。另外，在第1導電層10與基板1之間，例如可以形成賦予兩者緊貼性的層、或賦予強度或導電性的層。作為這樣的層的例子，可以例示例如鈦、鎳、銥等各種金屬、它們的氧化物的層。第1導電層10的形狀只要能夠與第2導電層20對置即可，並沒有限定，但如本實施方式那樣，在壓電體30以薄膜狀形成的情況下，層狀或薄膜狀的形狀是優選的。第1導電層10的厚度例如可以為50nm 300nm。另外，對於第1導電層10的平面形狀，只要是在對置配置有第2導電層20時能夠在兩者之間配置壓電體30的形狀即可，沒有特別限定，例如，可以為矩形、圓形等。作為第1導電層10的功能之一，舉出與第2導電層20成為一對，成為用於對壓電體30施加電壓的一方的電極(例如，在壓電體30的下方形成的下部電極)。第1導電層10可以由濺射法(包含DC濺射、離子濺射、磁控濺射)，蒸鍍法、 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)夕去 。基板1可以是具有撓性，能夠由壓電體30的動作而變形(彎曲)的振動板。該情況下，壓電元件100成為包含振動板、第1導電層10、壓電體30以及第2導電層20的壓電致動器102。在此，所謂基板1具有撓性指基板1能夠撓曲。在將基板1設為振動板的情況下，基板1的撓曲為在將壓電致動器102用於液體噴射頭的情況下，能夠與噴出的液體的體積同程度地使壓力室的容積變化的程度就足夠。在基板1為振動板的情況下，作為基板1的材質，例如可以例示氧化鋯(ZrO2)、氮化矽、氧化矽等無機氧化物、不鏽鋼等合金。其中，作為基板1(振動板)的材質在化學的穩定性以及剛性方面，特別優選的是氧化鋯。在這種情況下，基板1也可以是例示的物質的兩種以上的層疊構造。在本實施方式中，以下，例示基板1為振動板並且由氧化鋯形成的情況。由此，壓電元件100與具備具有撓性並且能夠由壓電體30的動作而變形(彎曲)的振動板的壓電致動器102實際上是相同的。在以下的說明中，可以將壓電元件100以及壓電致動器102 相互替換措詞。1.2.第2導電層
第2導電層20與第1導電層10對置而配置。第2導電層20可以整體與第1導電層10對置，也可以一部分與第1導電層10對置。第2導電層20的形狀只要能與第1導電層10對置，並沒有限定，但如本實施方式那樣，在壓電體30以薄膜狀形成的情況下，層狀或薄膜狀的形狀是優選的。第2導電層20的厚度例如可以為50nm 300nm。另外，對於第2導電層20的平面形狀，只要是在對置配置有第1導電層10時能夠在兩者間配置壓電體30的形狀即可，沒有特別限定，例如，可以為矩形、圓形等。作為第2導電層20的功能之一，舉出成為用於對壓電體30施加電壓的一方的電極(例如，在壓電體30上形成的上部電極)。第2導電層20的材質例如可以例示鎳、銥、鉬等各種金屬、它們的導電性氧化物(例如氧化銥等)、鍶與釕的複合氧化物(SrRu0X:SR0)、 鑭與鎳的複合氧化物(LaNiOx = LNO)等。第2導電層20可以是例示的材料的單層構造，也可以是將多個材料層疊而成的構造。圖1表示第1導電層10與第2導電層20相比平面上較大地形成的例子，但是也可以是第2導電層20與第1導電層10相比平面上較大地形成。該情況下，第2導電層20 可以在壓電體30的側面形成，第2導電層20可以兼具保護壓電體30以免受水分、氫等影響的功能。1.3.壓電體壓電體30配置在第1導電層10以及第2導電層20之間。壓電體30可以與第1 導電層10以及第2導電層20中的至少一方接觸。在圖1的例子中，壓電體30與第1導電層20以及第2導電層20接觸而設置。壓電體30可以由薄膜法形成。在此，所謂薄膜法指濺射法、蒸鍍法、 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD (Metal-Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(雷射消融)法、水霧成膜法、旋塗法以及溶膠-凝膠法中的至少一種的方法。即，在本實施方式的壓電體30的例子中，不是以整體狀態形成，例如並不是在以整體狀態形成後，通過研磨等來薄膜化。壓電體30的厚度只要由薄膜法形成，並沒有限定，例如可以為IOOnm 3000nm。 在由薄膜法形成厚度較大的壓電體30的情況下，例如在濺射法、蒸鍍法、MOCVD法等使物質堆積的各種方法中，可以通過延長堆積時間來形成，此外，例如，在MOD法或溶膠-凝膠法等進行塗敷-煅燒的各種方法中，可以通過重複該方法層疊而形成。進而，在層疊的情況下， 可以以各層為單位使用不同薄膜法而層疊。本實施方式的壓電體30具有將以鈦酸鉍為主成分的層以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。本說明書中，將以鈦酸鉍為主成分的層稱為「BT層」，將以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層稱為「BLFM層」。1. 3. 1.以鈦酸鉍為主成分的層(BT層)BT層是以鈦酸鉍為主成分的層。在此，「以鈦酸鉍為主成分」包含鈦、氧以及鉍以外的元素為20元素％以下的情況，另外，在各種分析中，包括鈦、氧以及鉍以外的元素被認為是極小量的情況以及不能檢測的情況。BT層在壓電體30中，至少層疊1層。鈦酸鉍是由BiTi03(以下有將其略記為「BT」的情況)表示的複合氧化物，例如， 可以表述為 BixTi(1_x)O3 · · (式 I)。
該BT作為通式是由ABO3表示的複合氧化物，即被分類成鈣鈦礦型氧化物，能夠通過結晶化來取得鈣鈦礦型的結晶構造。BT被結晶化，而取得鈣鈦礦型的結晶構造，由此能夠呈現壓電性。由此，壓電體30能夠通過由第1導電層10以及第2導電層20施加電場而變形(電氣機械變換)。可以通過該變形，例如使基板1撓曲或振動，可構成壓電致動器102。在本實施方式的壓電體30具有的BT層的材料為由上述(式I)的型式記載的情況下，X能夠取超過0而不足1的值。該值可以表現出形成BT層時的原料的裝入量，另外， 也可以表現形成後的BT層的組成。BT層的厚度例如可以為20nm以上150nm以下。作為BT層的功能之一，舉出在對壓電體30施加電場時，特別有助於壓電元件100 的位移量的增大。本實施方式的壓電元件100含有具有BT層的壓電體30，所以位移量較大。1. 3. 2.以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層(BLFM層)BLFM層在壓電體30中，至少層疊1層。BLFM層是以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層。在此，「以鐵錳酸鉍鑭為主成分」包含鐵、 錳、鉍、鑭以及氧以外的元素包含為20元素％以下的情況，另外，在各種分析中，包含鐵、 錳、鉍、鑭以及氧以外的元素被認為是極小量的情況以及不能檢測的情況。鐵錳酸鉍鑭是由(Bi，La) (Fe, Mn)O3(以下有將其略記為「BLFM」的情況)表示的複合氧化物，例如，可以記載為(Bi(1_y)Lay) (Fe(1_z)Mnz)03 · · (式II)。該BLFM是由通式ABO3表示的複合氧化物，被分類成所謂的鈣鈦礦型氧化物，可以通過結晶化而取得鈣鈦礦型的結晶構造。BLFM被結晶化，而取得鈣鈦礦型的結晶構造，能夠呈現壓電性。由此，壓電體30能夠通過由第1導電層10以及第2導電層20施加電場而變形(電氣機械變換)。可以通過該變形，例如能夠通過使基板1撓曲或振動，來構成壓電致動器102。在本實施方式的BLFM由上述(式II)的型式記載的情況下，y以及ζ都能夠取0 以上1以下的值。這些的值可以表現出形成BLFM層時的原料的裝入量，另外，也可以表現形成後的BLFM層的組成。BLFM層的厚度例如可以為20nm 150nm。作為BLFM層的功能之一，舉出在壓電體30中難以產生裂縫產生的情況。如上述那樣，BT層雖然位移量較大，但用於壓電體30的情況下有產生裂縫(破壞)的情況。即， BT層在單獨製造時(煅燒)或者在施加電場而變形時，容易產生裂縫。本實施方式的壓電體30通過使BLFM層層疊在BT層上，來緩和壓電體30內部的應力，從而使層疊了 BT層以及BLFM層的壓電體30難以產生裂縫。另外，作為BLFM層的功能之一，可舉出BT層的結晶取向。即，BT層在被成膜而結晶化時，容易隨機地形成結晶的取向，但通過與容易沿優先取向的BLFM層一起層疊， 能夠使所有層都沿優先取向。因此，可通過層疊BT層與BLFM層來形成壓電體30，例如可使BT層的較大的位移量進一步變大。1. 3. 3. BLFM層與BT層的層疊構造本實施方式的壓電體30中的BLFM層與BT層的層疊構造中的、各層的數量、順序等的方式並沒有特別限定，可將壓電體30層疊到想要的膜厚。另外，BLFM層具有容易沿優先取向的性質以及使BT層的結晶取向沿優先取向的功能。因此，可通過改變層疊的方式，形成進一步優選的壓電體30以及壓電元件100。在本說明書中，所謂優先取向指在形成層的材料採用多晶構造的情況下，沿所形成的層的法線方向朝向特定的軸的微結晶的比例較大。S卩，在本說明書中，例如「優先取向」這種情況是指沿層的法線方向，順沿結晶軸的[100]方向的微結晶的比例較多的狀態。另一方面，呈現壓電性的陶瓷一般在由薄膜法形成時，使其結晶化而取得鈣鈦礦型的結晶構造的情況較多。這是因為了解在鈣鈦礦型的結晶的取向沿優先取向的情況下，壓電元件的位移較大，例如，在壓電體為PZT的情況下，為了使PZT沿優先取向，而進行電極的材質、取向、表面的改質等，使PZT自發地沿優先取向的情況較多。本實施方式的壓電體30層疊有BT層與BLFM層。BLFM層在形成時，容易自發地 優先取向，但BT層不具有這樣的性質。因此，通過使BLFM層與BT層層疊，可通過 BLFM層的影響，使BT層沿優先取向。由此，本實施方式的壓電元件100難以在壓電體30上產生裂縫，並且，可提高位移等壓電特性。作為壓電體30的層疊的方式之一，可使BLFM層與電極鄰接配置而形成。S卩，可取下述方式在第1導電層10上，形成BLFM層，然後層疊至少1層BT層，以及根據必要至少 1層BLFM層，在BLFM層成為最上層的狀態下在其上形成第2導電層20。這樣，壓電體30 難以產生裂縫，並且，結晶的取向為優先取向，可使位移量變大。另外，作為壓電體30的層疊的方式之一，BLFM層可以層疊成具有被BT層夾持的構造。這樣，壓電體30難以產生裂縫，並且可使壓電元件100的位移量更大。另外，作為壓電體30的層疊的方式之一，也能使BT層的合計厚度為BLFM層的合計厚度以上。這樣，可兼得BT層具有的位移量的提高效果、和BLFM層具有的裂縫抑制效果。進而，作為壓電體30的層疊的方式之一，在壓電體30的層疊構造中，在形成一對的BLFM層夾持至少1層的BT層的構造的情況下，可以使該一對BLFM層之間的距離為250nm 以下。另外，在形成一對BLFM層夾持至少1層的BT層的構造的情況下，可以使被該一對 BLFM層夾持的BT層的合計厚度為250nm以下。這樣，可加強BLFM層對BT層的結晶取向帶來的作用，所以可進一步提高BT層的位移量。以上例示的壓電體30的層疊的各種的方式可以相互組合。1.4.作用效果等如上所述，本實施方式的壓電體30難以產生裂縫且位移量較大。即，本實施方式的壓電體30層疊有BT層與BLFM層，所以兼具有使BT層的位移較大、和由BLFM層抑制BT 層的裂縫的產生效果。因此，可通過壓電元件100的第1導電層10以及第2導電層20，來施加電場，從而可提高例如使基板1撓曲或振動的效率，難以產生破壞等，可靠性較高。本實施方式涉及的壓電元件100(壓電致動器10 包含上述壓電體30，所以至少具有壓電體30難以產生裂縫、可靠性較高這一特徵，以及位移量較大這一特徵。本實施方式的壓電元件100可在廣泛的用途中使用。作為壓電致動器102的用途， 例如有液體噴射頭、噴墨印表機等液體噴射裝置等，作為壓電元件100的用途，可適當地用於陀螺傳感器、加速度傳感器等各種傳感器類，音叉型振子等定時設備類、超聲波馬達等超聲波設備類。2.壓電元件的製造方法本發明的壓電元件100例如可如以下那樣製造。首先，準備基板1，在基板1上形成第1導電層10。第1導電層20例如可由濺射法、鍍敷法、真空蒸鍍法等形成。第1導電層10可根據需要而被圖案化。接下來，在第1導電層20上，形成壓電體30。壓電體30如上述那樣，例如可通過濺射法、蒸鍍法、MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)(Metal-Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)(雷射消融)法、水霧成膜法、旋塗法、 以及溶膠-凝膠法中的至少一種方法或者這些多個方法組合而形成。壓電體30的結晶化例如可在500°C以上800°C以下，在氧氣環境以及氮氣環境氣的至少一個環境中進行。由此，可使壓電體30結晶化。此外，結晶化可在對壓電體30進行圖案後進行。然後，可根據需要，反覆多次上述操作，來得到想要的厚度的壓電體30。在將壓電體30由溶膠-凝膠法、或者MOD法等化學溶液法形成的情況下，可通過由旋塗等將具有BLFM層以及BT層的元素組成的前體溶液塗覆，煅燒而形成。作為這樣的前體溶液，舉出將以下那樣的金屬化合物例如與溶劑正丁醇混合以成為想要的組成的物質。作為包含Bi的金屬化合物，可例示三乙氧基鉍、三丙氧基鉍、乙醯丙酮鉍、硝酸鉍、酢酸鉍、枸櫞酸鉍、草酸鉍、酒石酸鉍、2-乙基己酸鉍等。作為包含!^e的金屬化合物，可例示四乙氧基鐵、三異丙氧基鐵、三個(乙醯丙酮配基)鐵、硝酸鐵、酢酸鐵、草酸鐵、酒石酸鐵、枸櫞酸鐵、2-乙基己酸第二鐵等。作為包含Ti的金屬化合物，可例示四甲氧基鈦、四乙氧基鈦、四異丙氧基鈦、四正丁氧基鈦、四異丁基鈦、四正丁基鈦、四叔丁基鈦、乙醯丙酮鈦、硝酸鈦、酢酸鈦、草酸鈦、酒石酸鈦、枸櫞酸鈦、鈦酸四異辛酯等。作為包含La的金屬化合物，可例示2-乙基己酸鑭等。作為包含Mn的金屬化合物，可例示二異丙氧基錳、乙醯丙酮錳(III)、硝酸錳、酢酸錳、枸櫞酸錳、草酸錳、酒石酸錳、2-乙基己酸錳等。接著，在壓電體30上形成第2導電層20。第2導電層20例如可通過濺射法、鍍敷法、真空蒸鍍法等形成。然後，以想要的形狀對第2導電層20以及壓電體30進行圖案化， 來形成壓電元件。另外，可根據需要同時對第2導電層20以及壓電體30進行圖案化。可通過以上例示的工序，製造本實施方式的壓電元件100。3.液體噴射頭接下來，作為本實施方式涉及的壓電元件(壓電致動器)的用途的一個例子，對於具有這些的液體噴射頭600，參照附圖進行說明。圖2是示意性表示液體噴射頭600的主要部分的剖視圖。圖3是液體噴射頭600的分解立體圖，與通常使用的狀態上下相反地表示。液體噴射頭600可具有上述壓電元件(壓電致動器)。以下對在基板1 (在上部包含振動板Ia的構造體)上形成壓電元件10、壓電元件100與振動板Ia構成壓電致動器 102的液體噴射頭600進行例示而說明。液體噴射頭600如圖2以及圖3所示，包含具有噴嘴孔612的噴嘴板610、用於形成壓力室622的壓力室基板620、壓電元件100。進而，液體噴射頭600如圖3所示，可具有殼體630。此外，圖3中將壓電元件100簡單化而圖示。
噴嘴板610如圖2以及圖3所示，具有噴嘴孔612。可從噴嘴孔612噴出墨水。在噴嘴板610上例如將多個噴嘴孔612設為一列。作為噴嘴板620的材質，例如可舉出矽、不鏽鋼(SUS)等。壓力室基板620設置在噴嘴板610上(在圖3的例子中是下方)。作為壓力室基板620的材質，例如可例示矽等。通過壓力室基板620來劃分噴嘴板610與振動板Ia之間的空間，圖3所示，設有貯存器(液體存積部)6 、與貯存器擬4連通的供給口 626、與供給口 6 連通的壓力室622。在該例子中，將貯存器624、供給口 626、壓力室622區別而進行說明，但是這些都是液體的流路，這樣的流路怎樣設計都可以。此外，例如，供給口 6 在圖示的例子中具有流路的一部分狹窄的形狀，但可按照設計任意地形成，並不是必須的構成。 貯存器624、供給口 626以及壓力室622被噴嘴板610、壓力室基板620與振動板Ia劃分。 貯存器6 可暫時存積從外部(例如墨盒)通過設在振動板Ia上的貫通孔6 而供給的墨水。可使貯存器624內的墨水經由供給口擬6供給壓力室622。壓力室622由于振動板 Ia的變形而容積變化。壓力室622與噴嘴孔612連通，由於壓力室622的容積變化而從噴嘴孔612噴出墨水等。壓電元件100設在壓力室基板620上(在圖3的例子中是下方)。壓電元件100 與壓電元件驅動電路(未圖示)電連接，可基於壓電元件驅動電路的信號而動作(振動、變形)。振動板Ia可通過壓電體30的動作而變形，使壓力室622的內部壓力適當地變化。殼體630圖3所示，可收納噴嘴板610、壓力室基板620以及壓電元件100。作為殼體630的材質，例如可舉出樹脂、金屬等。液體噴射頭600包含上述至少耐壓方面優良的壓電元件100。由此液體噴射頭600 耐壓高，與以往相比能夠進行更高電壓的動作，液體等的噴出能力高。此外，在此，對液體噴射頭600為噴墨式記錄頭的情況進行了說明。然而，本實施方式的液體噴射頭例如也可作為液晶顯示器等彩色過濾器的製造中使用的色材噴射頭、有機EL顯示器、FED(面發光顯示器)等的電極形成中使用的電極材料噴射頭、生物晶片製造中使用的生物體有機物噴射頭等使用。4.液體噴射裝置接下來，對於本實施方式涉及的液體噴射裝置，參照附圖進行說明。液體噴射裝置具有上述液體噴射頭。以下，對於液體噴射裝置為具有上述液體噴射頭的噴墨印表機的情況進行說明。圖4是示意性表示本實施方式涉及的液體噴射裝置700的立體圖。液體噴射裝置700如圖4所示，包括頭單元730、驅動部710、控制部760。液體噴射裝置700可以還包括裝置主體720、進紙部750、設置記錄用紙P的託盤721、將記錄用紙 P排出的排出口 722、配置在裝置主體720的上表面的操作面板770。頭單元730具有由上述液體噴射頭600構成的噴墨式記錄頭(以下也簡單稱作 「頭」)。頭單元730還具有向頭供給墨水的墨盒731、搭載了頭以及墨盒731的搬運部(滑架)732。驅動部710可使頭單元730往返運動。驅動部710具有成為頭單元730的驅動源的滑架馬達741、受滑架馬達741的旋轉來使頭單元730往返運動的往返運動機構742。往返運動機構742具有其兩端被框架(未圖示)支承的滑架導軸744、與滑架導軸 744平行地延伸的正時帶743。滑架導軸744能夠使滑架732自如地往返運動，並且支承滑架732。進而，滑架732固定在正時帶743的一部分上。如果通過滑架馬達741的工作，使正時帶743行進，則頭單元730被滑架導軸744引導而往返運動。在該往返運動時，從頭適當地噴出墨水，進行向記錄用紙P的列印。此外，在本實施方式中，表示液體噴射頭600以及記錄用紙P都移動並且進行列印的液體噴射裝置的例子，但本發明的液體噴射裝置只要是液體噴射頭600以及記錄用紙P 相互相對地改變位置而向記錄用紙P列印的機構即可。另外，在本實施方式中，表示向記錄用紙P進行列印的例子，但作為可由本發明的液體噴射裝置實施列印的記錄介質，沒有限定，可以舉出布、薄膜、金屬等廣泛的介質，可適當地變更構成。控制部760能夠控制頭單元730、驅動部710以及進紙部750。進紙部750能夠將記錄用紙P從託盤721向頭單元730側送入。進紙部750具有成為其驅動源的進紙馬達751、通過進紙馬達751的工作而旋轉的進紙輥752。進紙輥752 具有夾著記錄用紙P的供送路徑而上下對置的從動輥75 以及驅動輥752b。驅動輥752b 與進紙馬達751連結。如果由控制部760驅動進紙部750，則記錄用紙P通過頭單元730的下方而供送。頭單元730、驅動部710、控制部760以及進紙部750設置在裝置主體720的內部。液體噴射裝置700具有耐壓較高的液體噴射頭600。由此，液體噴射裝置700的液體的噴出能力較高。此外，上述例示的液體噴射裝置700具有一個液體噴射頭600，可由該液體噴射頭 600對記錄介質進行列印，但也可具有多個液體噴射頭。在液體噴射裝置具有多個液體噴射頭的情況下，可以使多個液體噴射頭分別獨立而如上述那樣動作，也可使多個液體噴射頭相互連結，成為一個集合的頭。作為這樣的集合的頭，例如可舉出多個頭的各自的噴嘴孔作為整體具有均勻的間隔那樣的、行式頭。以上，作為本發明涉及的液體噴射裝置的一個例子，說明了噴墨印表機的液體噴射裝置700，但本發明涉及的液體噴射裝置也可以在工業上利用。作為在這種情況下噴出的液體(液狀材料)，可使用通過溶劑或分散介質將各種功能性材料調節為適當的粘度的物質等。本發明的液體噴射裝置除了利用在例示的印表機等圖像記錄裝置以外，也可以作為液晶顯示器等彩色過濾器的製造中使用的色材噴射裝置、有機EL顯示器、FED (面發光顯示器)、電泳顯示器等的電極及彩色過濾器的形成中使用的液體材料噴射裝置、生物晶片製造中使用的生物體有機材料噴射裝置，適當地使用。5.實驗例以及參考例以下表示實驗例、參考例以及比較例，對本發明更具體地進行說明。此外，本發明並不受以下的實驗例等任何限定。5. 1.壓電體的製成實驗例1 實驗例8、參考例1、參考例2、比較例1、以及比較例2的壓電體如以下那樣製成。首先，在所有的例子中，都準備共用的基板(帶鉬層)。各例的基板是單晶矽基板， 使用下述結構，在單晶矽基板上通過熱氧化製成絕緣膜二氧化矽，在其上由濺射法堆積鉬。各實驗例、各參考例以及各比較例的壓電體都在上述基板上，通過化學溶液法層疊BT層以及BLFM層而製成。
在BT層的形成中使用的前體溶液是將2-乙基己酸鉍以及四乙氧基鈦混合到溶劑正丁醇中而成的物質，使用將前體溶液中包含的鉍以及鈦的組成設為化學計量組成的物質。在BLFM層的形成中使用的前體溶液是將2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鑭、三乙氧基鐵、以及2-乙基己酸錳混合到溶劑正丁醇中而成的物質，使用將在前體溶液中包含的各元素的組成設為化學計量組成的物質。BT層以及BLFM層都由旋塗法塗敷各自的前體溶液，如以下那樣，進行乾燥、 脫脂、結晶化而形成。旋塗的旋轉速度以及時間最初設為500rpm· lOsec，接著設為 3000rpm · 30seco然後，將塗覆後的前體膜在大氣中以150°C 200°C乾燥2分鐘，除去溶劑。接著， 在大氣中，以400°C熱處理4分鐘，將前體膜中的有機成分除去(脫脂)。在各例中，通過一次的上述操作形成的BT層或者BLFM層的厚度為80nm。在實驗例1、2、以及參考例1中，都在將BLFM層疊在第1層的時刻，導入到煅燒爐 (Rapid Thermal Annealing(RTA)快速熱退火)中，流動 0. 5L/min 的氮氣，並且從 600°C 到800°C煅燒3分鐘。在實驗例3、4、以及比較例1中，都在將BT層層疊在第1層的時刻，導入到煅燒爐 (RTA)，流動0. 5L/min的氧，並且，從600°C到800煅燒2分鐘。在實驗例1 4、參考例1、以及比較例1中，都是層疊7層BT層或者BLFM層的結構，都在層疊第4層、第7層的時刻，導入到煅燒爐(RTA)中，流動0. 5L/min的氮氣，並且從 600°C到800°C，第4層煅燒3分鐘，第7層煅燒5分鐘。在實驗例5、6以及參考例2中，都在層疊2層BLFM層的時刻，導入到煅燒爐(RTA) 中，流動0. 5L/min的氮氣，並且從600°C到800°C，煅燒3分鐘。在實驗例7、8、以及比較例2中，都在層疊2層BT層的時刻，導入到煅燒爐(RTA) 中，流動0. 5L/min的氧，並且從600°C到800°C煅燒2分鐘。在實驗例5 8、參考例2、以及比較例2中，都層疊了 8層BLFM層或者BT層，都在層疊第5層、第8層的時刻，導入到煅燒爐(RTA)中，流動0. 5L/min的氮氣，並且從600°C 到800°C，第5層煅燒3分鐘，第8層煅燒5分鐘。實驗例9 實驗例11的壓電體如以下那樣製成。在實驗例9以及實驗例10中，都在BLFM層上層疊2層以及3層BT層，都在層疊第3層、第4層的時刻，導入到煅燒爐(RTA)中，進行氧流動，並且，從600°C到800°C煅燒3 分鐘。在實驗例11中，在BLFM層層疊2層BT層，在層疊第1層(BLFM層)的時刻，以及層疊第3層的時刻，導入到煅燒爐(RTA)中，進行氧流動，並且從600°C到800°C煅燒3分鐘。在參考例3以及比較例3中，都使BLFM層或者BT層連續而層疊3層，在層疊第3 層的時刻，導入到煅燒爐(RTA)中，進行氧流動，並且從600°C到800°C煅燒3分鐘。在圖5以及圖6中附有表示實驗例1 實驗例8、參考例1、參考例2、比較例1以及比較例2的層疊的順序的示意圖。在圖9中附有表示實驗例9 實驗例11、參考例3、以及比較例3的層疊的順序以及煅燒位置的示意圖。5. 2.壓電體的評價
5. 2. 1.金屬顯微鏡觀察通過金屬顯微鏡觀察各例的壓電體的表面。5. 2. 2. X 射線衍射(XRD)對於X射線衍射(XRD)圖案，在各實驗例、參考例以及比較例中，不對各樣品的壓電體進行圖案化，而是導入到Bruker AXS公司制的型號D8 Discover中，使用X射線源 Cu-Ka線，在室溫下測定。5. 3.評價結果圖5表示實驗例1 4、參考例1以及比較例1的壓電體的表面觀察結果。圖6表示實驗例5 8、參考例2以及比較例2的壓電體的表面觀察結果。如圖5以及圖6清楚地表示出的那樣，明確了各實施例以及參考例的在層疊構造中包含BLFM層的壓電體都不產生裂縫地煅燒而成。與此相對，明確了作為僅是BT層的層疊體的各比較例的壓電體，在觀察結果中都觀察到白色的條，產生有裂縫。由這些可知，層疊了 BT層與BLFM層的壓電體與僅是BLFM層的壓電體相同，難以產生裂縫。圖7表示實驗例1 8、參考例1以及2、比較例1以及2的壓電體的XRD圖案。圖 7是在實驗例1 4、參考例1、以及比較例1中層疊了合計7層的BT層或者BLFM層的狀態、在實驗例5 8、參考例2、以及比較例2中層疊了合計8層BT層或者BLFM層的狀態下進行測定而得到的圖。圖8表示實驗例1 8、參考例1以及2、比較例1以及2的壓電體的XRD圖案。圖8是在實驗例1 4、參考例1、以及比較例1中層疊了合計4層BT層或者 BLFM層的狀態、在實驗例5 8、參考例2、以及比較例2中層疊了合計5層BT層或者BLFM 層的狀態下進行測定而成的圖。觀察圖7以及圖8，實驗例2、實驗例6以及各參考例的壓電體的XRD圖案不會觀察到出自在鈣鈦礦型的結晶構造的(110)面上的峰值，明確了具有極其良好的優先取向的構造。與此相對，明確了各比較例的壓電體不包含BLFM層，所以產生裂縫，並且，結晶隨機取向。另外，實驗例1以及實驗例5的壓電體在圖8所示的層疊數較少的狀態(在實驗例1中是合計4層，在實驗例5中是合計5層)下，與層疊數較多的狀態(在實驗例1中是合計7層，在實驗例5中是合計8層)相比出自在(110)面上的峰值變小的程度與其他的例子相比顯著。由這些的結果可知，如果至少與基板(電極)接觸形成BLFM層，則在壓電體整體中容易進行優先取向、BT層越接近BLFM層，越容易進行優先取向。圖9表示實驗例9 13的壓電體的XRD圖案。參考例3以及比較例3的樣品表示與上述各參考例以及各比較例相同的結果。根據實驗例9以及實驗例10的結果，明確了如果在BLFM層上層疊了 BT層的狀態下進行煅燒則結晶隨機取向。另外，根據實驗例11的結果，明確了 BLFM層可通過在第1層層疊的時刻煅燒，在BT層上取得極其良好的優先取向的構造。根據該結果，明確了通過在BT層的煅燒前，將BLFM層作為種子層煅燒，可加強BLFM層對結晶取向的作用。以上敘述的實施方式以及變形實施方式可將任意的多個形態適當地組合。由此， 組合後的實施方式可起到各個實施方式具有的效果或者疊加的效果。
本發明並不限定於上述實施方式，進而可進行各種變形。例如，本發明包含與實施方式中說明的構成實際上相同的構成(例如，功能、方法以及結果相同的構成、或者目的以及效果相同的構成)。另外，本發明包換置換了實施方式中說明的構成的不是本質部分的構成。另外，本發明包含起到與實施方式中說明的構成相同的作用效果的構成或者實現相同的目的的構成。另外，本發明包含在實施方式中說明的構成中附加了公知技術的構成。
權利要求
1.一種液體噴射頭，其特徵在於，具備包含壓電體以及對上述壓電體施加電壓的電極的壓電致動器，上述壓電體具有將以鈦酸鉍為主成分的層以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。
2.根據權利要求1所述的液體噴射頭，其特徵在於，上述壓電體的上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層與上述電極鄰接配置。
3.根據權利要求1或2所述的液體噴射頭，其特徵在於，具有上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層被上述以鈦酸鉍為主成分的層夾持的構造。
4.根據權利要求1 3中的任一項所述的液體噴射頭，其特徵在於，上述以鈦酸鉍為主成分的層的合計厚度為上述以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層的合計厚度以上。
5.一種液體噴射裝置，其特徵在於，具備權利要求1 4中的任一項所述的液體噴射頭。
6.一種壓電元件，其特徵在於，包含由薄膜法形成的壓電體以及對上述壓電體施加電壓的電極，上述壓電體具有將以鈦酸鉍為主成分的層、以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。
全文摘要
本發明提供具有含有鈦酸鉍、且難以產生裂縫的壓電體的致動器以及液體噴射頭。本發明涉及的液體噴射頭(600)是具備包含壓電體(30)以及對壓電體(30)施加電壓的電極的壓電致動器的液體噴射頭(600)，壓電體(30)具有將以鈦酸鉍為主成分的層以及以鐵錳酸鉍鑭為主成分的層層疊而成的構造。
文檔編號B41J2/135GK102205722SQ2011100649
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月14日 優先權日2010年3月16日
發明者高橋敏明 申請人:精工愛普生株式會社