专利名称：液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备压电元件，从喷嘴开口喷出液滴的液体喷射头及液体喷射装置， 所述压电元件具有由压电材料形成的压电体层和电极。
背景技术：
作为压电元件有如下构成的元件将由呈现机电转换功能的压电材料例如结晶化介电材料所形成的压电体层，用2个电极夹持而构成。这种压电元件例如作为弯曲振动模式的致动器装置被搭载于液体喷射头。作为液体喷射头的代表例，例如有如下的喷墨式记录头，即，将与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力发生室的一部分用振动板构成，使该振动板通过压电元件变形而将压力发生室的油墨加压，从喷嘴开口作为墨滴喷出的喷墨式记录头。搭载在这种喷墨式记录头的压电元件例如是如下形成的即，在振动板的整个表面上通过成膜技术形成均勻的压电材料层，以光刻法将该压电材料层切分成与压力发生室对应的形状，在每个压力发生室独立地形成。作为用于这种压电元件的压电材料可举出锆钛酸铅(PZT)(参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2001-223404号公报
发明内容
但是，从环境问题的观点出发，要求压电材料的低铅化。作为不含铅的压电材料， 例如有具有以ABO3表示的钙钛矿结构的Bii^eO3等。这样的含有Bi及！^的Bii^eO3系的压电材料的相对介电常数比较低，因此存在压电特性(应变量)低的问题。并且，这样的问题不限于喷墨式记录头所代表的液体喷射头，搭载于其他装置的致动器装置等的压电元件中也同样存在。本发明鉴于这样的情况，以提供对环境友好且相对介电常数高的液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件为目的。解决上述课题的本发明的形态是一种液体喷射头，其特征在于，具有压电元件， 该压电元件具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，其中，所述压电体层由含有含铁酸锰酸铋(鉄酸7 >酸1^ 7 7 7 )和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在(110)面优先取向，并且，来自该(110)面的X射线衍射峰位置ΟΘ)为 31. 80° 32. 00°。该形态中，通过制成由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在(110)面优先取向，并且，来自该(110)面的X射线衍射峰位置 ΟΘ)为31.80°以上32.00°以下的压电体层，由此，成为具有低铅化，即含铅量低且相对介电常数高的压电体层的液体喷射头。所述压电体层优选还含有Si02。由此，成为具有绝缘性优异的压电元件的液体喷射头。另外，所述压电体层优选为，相对于所述钙钛矿型化合物含有0. 5摩尔％ 5摩尔％的Si02。由此，可成为具有可靠地低铅化的、相对介电常数高且绝缘性优异的压电体层的液体喷射头。本发明的其他形态为一种液体喷射装置，其特征在于，具备上述形态的液体喷射头。该形态中，因为具备具有低铅化的、相对介电常数高的压电体层的液体喷射头，因此成为不给环境带来坏影响的、喷出特性优异的液体喷射装置。另外，本发明的其他形态为一种压电元件，其特征在于，具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，所述压电体层由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在(110)面优先取向，并且，来自该(110)面的X射线衍射峰位置O Θ)为31. 80° 32. 00°。该形态中，通过制成由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在(110)面优先取向，并且，来自该(110) 面的X射线衍射峰位置ΟΘ)为31.80° 32.00°的压电体层，由此，成为具有低铅化且相对介电常数高的压电体层的压电元件。
图1是表示实施方式1的记录头的概略构成的分解立体图。图2是实施方式1的记录头的平面图及截面图。图3是表示实施例1的P-V曲线的示意图。图4是表示实施例2的P-V曲线的示意图。图5是表示实施例3的P-V曲线的示意图。图6是表示实施例4的P-V曲线的示意图。图7是表示比较例1的P-V曲线的示意图。图8是表示比较例2的P-V曲线的示意图。图9是表示比较例3的P-V曲线的示意图。图10是表示相对介电常数的测定结果的图。图11是表示实施例1的XRD图形的图。图12是表示实施例2的XRD图形的图。图13是表示实施例3的XRD图形的图。图14是表示实施例4的XRD图形的图。图15是表示比较例1的XRD图形的图。图16是表示比较例2的XRD图形的图。图17是表示比较例3的XRD图形的图。图18是实施例1的二维检测图像。图19是表示本发明一个实施方式的记录装置的概略构成的图。符号说明I喷墨式记录头(液体喷射头)，II喷墨式记录装置(液体喷射装置)，10流路形成基板，12压力发生室，13连通部，14油墨供给路，20喷嘴板，21喷嘴开口，30保护基板，31 储集部，32压电元件保持部，40柔性基板，60第1电极，70压电体层，80第2电极，90引出电极，100储集池，120驱动电路，121连接配线，300压电元件
具体实施例方式(实施方式1)图1是表示本发明实施方式1的液体喷射头一例的喷墨式记录头概略构成的分解立体图，图2是图1的平面图及其A-A’线截面图。如图1及图2所示，本实施方式的流路形成基板10由单晶硅基板构成，其一侧面上形成有由二氧化硅构成的弹性膜50。在流路形成基板10上沿其宽方向并列设置有多个压力发生室12。另外，在流路形成基板10的压力发生室12的长度方向外侧的区域形成有连通部13，连通部13与各压力发生室12介由设置于每个压力发生室12的油墨供给流路14和连通流路15进行连通。连通部13与后述的保护基板的储集部31连通从而构成作为各压力发生室12共通的油墨室的储集池的一部分。油墨供给流路14形成为比压力发生室12更窄的宽度，从而将由连通部13流入压力发生室12的油墨的流路阻力保持恒定。应予说明，本实施方式中，通过从一侧收紧流路的宽度而形成了油墨供给流路14，但也可以从两侧收紧流路的宽度而形成油墨供给流路。另外，也可以不是收紧流路的宽度，而是通过从厚度方向收紧而形成油墨供给流路。本实施方式中，在流路形成基板10上设有由压力发生室12、连通部13、油墨供给流路 14以及连通流路15形成的液体流路。另外，在流路形成基板10的开口面侧通过粘接剂或热熔膜等固定有喷嘴板20，所述喷嘴板上穿设有与各压力发生室12的与油墨供给流路14相反侧的端部附近连通的喷嘴开口 21。其中，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、单晶硅基板、不锈钢等制成。另一方面，在与这种流路形成基板10的开口面相反一侧，如上所述形成有弹性膜 50，在该弹性膜50上设有由氮化铝钛(TiAlN)等制成的用来提高弹性膜50等的对第1电极60基底的密合性的密合层56。虽然本实施方式中使用TiAlN作为密合层56，但是密合层56的材质可根据第1电极60和其基底的种类等而不同，例如可使用含钛、锆、铝的氧化物、氮化物、Si02、Mg0、CeO2等。其中，在弹性膜50和密合层56之间，根据需要也可形成由氧化锆等制成的绝缘体膜。另外，在该密合层56上，层叠形成有第1电极60，和将厚度为3 μ m以下、优选为 0. 3 1. 5 μ m的薄膜在(110)面优先取向(例如60%以上)的压电体层70以及第2电极 80，从而组成压电元件300。其中，压电元件300是指含有第1电极60、压电体层70以及第 2电极80的部分。一般，是将压电元件300的任一方的电极作为通用电极，将另一方的电极和压电体层70在每个压力发生室12进行图案形成而构成。本实施方式中，将第1电极 60作为压电元件300的通用电极，将第2电极80作为压电元件300的个别电极，但根据驱动电路、配线的情况将它们颠倒也是没有问题的。另外，在此将压电元件300与由该压电元件300的驱动而产生移位的振动板合起来称为致动器装置。应予说明，上述的例子中，弹性膜50、密合层56、第1电极60以及根据需要设置的绝缘膜将作为振动板作用，但自然不限定于这些，例如也可以不设置弹性膜50、密合层56。也可以压电元件300自身实质上兼作振动板。而且，本实施方式中，压电体层70是由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成。应予说明，所谓钙钛矿型化合物是指具有钙钛矿结构的化合物。该钙钛矿结构，即ABO3型结构的A位是氧进行12配位，并且，B位是氧进行6配位从而形成8 面体(octahedron)。并且，Bi、Ba 位于 A 位，Fe、Mn、Ti 位于 B 位。另外，压电体层70，如上所述在(110)面优先取向，且，来自该(110)面的X射线衍射峰位置(2 θ )为31. 80° 32. 00°。这样，将压电体层70制成由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在(110)面优先取向，并且，来自(110)面的X射线衍射峰位置0Θ)为31.80° 32.00°，由此，如后述实施例所示，成为具有不含铅且相对介电常数高的压电体层70的压电元件300。因此，压电体层70的压电特性变得良好，例如能以小电压使振动板大幅移位。另外，压电体层70优选还含有Si02。并且，推测为该SW2并不是取代钙钛矿型化合物中的A位或B位，而是以S^2的原样存在于例如由钛酸钡和铁酸锰酸铋所形成的钙钛矿型化合物(例如(Bi,Ba) (Fe,Mn,Ti)03)的晶粒界面。通过制成含有SiO2的压电体层70， 从而如后述实施例所示地成为不含铅、相对介电常数高且绝缘性优异的压电元件300。绝缘性优异的理由推测是因SiO2存在于钙钛矿型化合物的晶粒界面而抑制了泄漏通道(leak path)ο另外，压电体层70中所含的钙钛矿型化合物可含有具有钙钛矿型结构的其他化合物，例如，BiZn1/2Ti1/203> (Bil72Kl72)Ti03> (Bi1/2Na1/2)TiO3> (Li，Na，K) (Ta，Nb)O30并且，作为钙钛矿型化合物的主成分的铁酸锰酸铋的狗和Mn的比例无特别限定， 例如，可以是相对于!^e和Mn的总摩尔量，Mn为超过1摩尔％小于10摩尔0Z0。另外，铁酸锰酸铋、钛酸钡、根据需要而含有的SiO2的比例也无特别限定。例如，钙钛矿型化合物，具体而言，相对于铁酸锰酸铋和钛酸钡等的总摩尔量，铁酸锰酸铋为超过60摩尔％，优选为70摩尔％ 80摩尔％。因此，钛酸钡等具有钙钛矿型结构的化合物的比例为，在钙钛矿型化合物中小于40摩尔％。这样的钙钛矿型化合物，例如在由铁酸锰酸铋和钛酸钡形成时，以下述一般式(1)表示。xBi (Fe1- Mna) 03_yBaTi03(1)(0. 60 < χ < 1,0 < y < 0. 40，优选为 0· 70 彡 χ 彡 0· 80,0. 20 ^ y ^ 0. 30，x+y =1,0. 01 < a < 0. 10。)另外，压电体层70含有SW2时对其含量也无特别限定，例如，制成由相对于钙钛矿型化合物含有0. 5摩尔％ 5摩尔％，优选为成为1. 5摩尔％ 2. 5摩尔％的SiA的压电材料形成的压电体层70即可。在流路形成基板10上形成这样的压电元件300的方法无特别限定，例如，可使用以下方法制造。首先，在硅晶片的流路形成基板用晶片的表面形成构成弹性膜50的由二氧化硅(SiO2)等形成的二氧化硅膜。然后，在弹性膜50 ( 二氧化硅膜)上形成由氮化钛铝等构成的密合层56。接着，在密合层56上，通过溅镀法等在整个面形成由钼、铱、氧化铱或它们的层叠结构等形成的第1电极60后进行图案形成。然后，层叠压电体层70。压电体层70的制造方法无特别限定，例如，可以采用如下的MOD (Metal-Organic Decomposition)法形成压电体层70，即，将在溶剂中溶解/分散了金属化合物的溶液进行涂布干燥，进而高温煅烧而获得由金属氧化物构成的压电体层70。 并且，压电体层70的制造方法不限于MOD法，例如，也可以采用溶胶凝胶法等化学溶液法、 激光消融法、溅镀法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD法、气溶胶沉积法等。例如，在第1电极60上，将以成为目标组成比的比例含有金属化合物，具体而言含有Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的金属化合物和根据需要添加的SW2的溶胶或MOD溶液(前体溶液)， 用旋涂法等进行涂布形成压电体前体膜(涂布工序)。涂布的前体溶液是将分别含有Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的金属化合物，以各金属成为所期望的摩尔比的方式混合，并用醇等有机溶剂将该混合物溶解或分散的溶液。作为分别含有财工6^11、8￡1、11的金属化合物，例如可以使用金属醇盐、有机酸盐、β 二酮配位化合物等。作为含Bi的金属化合物，例如可举出苯甲酸铋、氧乙酸铋、辛酸铋、辛烷酸铋、柠檬酸铋、乙酸铋、三叔戊氧基铋、三乙氧基铋、三(二新戊酰甲烷)铋、三苯基铋、三异丙氧基铋等。作为含1 的金属化合物，例如可举出辛酸铁、辛烷酸铁、甲酸铁、硬脂酸铁、三乙氧基铁、三(乙酰丙酮)铁、三异丙氧基铁等。作为含Mn的金属化合物，例如可举出辛酸锰、辛烷酸锰、乙酸锰、乙酰丙酮锰等。作为含Ba的金属化合物，例如可举出苯甲酸钡、辛酸钡、辛烷酸钡、油酸钡、甲酸钡、柠檬酸钡、乙酸钡、草酸钡、酒石酸钡、二乙氧基钡、二异丁氧基钡、 二正丁氧基钡、二仲丁氧基钡、二叔丁氧基钡、二异丙氧基钡、二正丙氧基钡、二甲氧基钡、 氢氧化钡、硫代氰酸钡、萘酸钡、乳酸钡、二新戊酰甲烷钡、二(甲氧基乙氧基)钡、二水合双 (乙酰丙酮)钡、双(二新戊酰甲烷)钡、丙酸钡、月桂酸钡等。作为含Ti的金属化合物，例如可举出辛酸钛、辛烷酸钛、油酸钛、二(异丙氧基)双(二新戊酰甲烷)钛、四乙氧基钛、 四二乙氨基钛、四(二甲氨基)钛、四正丁氧基钛、四异丁氧基钛、四仲丁氧基钛、四叔丁氧基钛、四异丙氧基钛、四正丙氧基钛、四甲氧基钛等。另外，作为前体溶液的溶剂，可举出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环己烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、乙酸、辛酸等。在此，前体溶液优选为含有辛酸铁的溶液。通过含有辛酸铁，以自然取向，即，不进行施加磁场而进行取向的操作或在压电体层70的底层设置控制取向的层等操作，进行涂布等而形成压电体前体膜，加热使其结晶化，从而可以形成在(110)面优先取向的压电体层70。为了使前体溶液含有辛酸铁，可以是作为铁原料添加辛酸铁的前体溶液，另外，也可以作为铁原料使用辛酸铁以外的金属化合物，通过与溶剂的配体取代等而使进行涂布等的前体溶液成为含有辛酸铁的溶液。并且，若不含辛酸铁，而是制成例如后述的比较例中记载的含有三(乙酰丙酮)铁等的前体溶液时，即使将前体溶液进行涂布等而形成压电体前体膜，加热使其结晶化，也无法形成在(110)面优先取向的压电体层70。然后，将该压电体前体膜加热至规定温度并干燥一定的时间(干燥工序)。接着，通过将经干燥的压电体前体膜加热至规定温度并保持一定的时间而进行脱脂(脱脂工序)。并且，在此所谓的脱脂是指将压电体前体膜中含有的有机成分，作为例如no2、CO2、H2O 等进行脱离。接着，通过将压电体前体膜加热至规定温度，例如600°C 700°C左右，并保持一定时间而结晶化，形成压电体膜(煅烧工序)。作为干燥工序、脱脂工序及煅烧工序中使用的加热装置，例如可举出通过红外线灯的照射而加热的RTA(Rapid Thermal Annealing)装置或加热板等。
并且，也可以根据所期望的膜厚等，将上述涂布工序、干燥工序及脱脂工序，或涂布工序、干燥工序、脱脂工序及煅烧工序重复多次，由此形成由多层压电体膜构成的压电体层。形成这样的压电体层70时，通过改变前体溶液的Bi、Fe、Mn、Ba及Ti的各元素比， 或向前体溶液添加3102或1^等其他元素等而可以调整来自(110)面的X射线衍射峰位置。另外，通过改变前体溶液的Bi、Fe、Mn、Ba及Ti的各元素比，或改变溶剂、金属化合物而调整各元素的配体，则可以调整压电体层70的在(110)面的取向程度。形成压电体层70后，在压电体层70上，层叠例如由钼等的金属形成的第2电极 80，同时对压电体层70及第2电极80进行图案形成，形成压电元件300。之后，可以根据需要在600°C 700°C的温度域进行后续退火。由此，可以形成压电体层70与第1电极60或第2电极80的良好的界面，且可以改善压电体层70的结晶性。实施例以下，例示实施例对本发明进一步进行具体的说明。应予说明，本发明并不限定于以下的实施例。(实施例1)首先，在硅基板的表面通过加热氧化形成膜厚400nm的SW2膜。接着，在SW2膜上通过RF溅镀法形成膜厚IOOnm的TiAlN膜。然后，在TiAlN膜上通过DC溅镀法依次形成膜厚IOOnm的Ir膜和膜厚30nm的IiO2膜，在其上通过蒸镀法形成(111)取向的Pt膜， 作为第1电极60。然后，在第1电极上通过旋涂法形成压电体层。其方法如下。首先，将Bi、Fe、Mn、 Ba、Ti、Si的金属化合物，具体而言，辛酸铋、辛酸铁、辛酸锰、辛酸钡、辛酸钛、SiO2、以及作为溶剂的辛烷按照规定比例混合，调制前体溶液。并且，制成Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的摩尔数的总量为0.25摩尔/L的溶液。之后，将该前体溶液滴在形成有TiAlN膜及第1电极的上述基板上，以1500转/分钟转动基板，形成压电体前体膜(涂布工序)。接着，在350°C下进行3分钟干燥、脱脂(干燥及脱脂工序)。重复3次该涂布工序、干燥及脱脂工序后，通过 Rapid Thermal Annealing(RTA)在650°C下，煅烧1分钟(煅烧工序)。将重复3次该涂布工序、干燥及脱脂工序后一并进行煅烧的煅烧工序重复4次后，用RTA在650°C下煅烧10 分钟，从而通过共12次的涂布，形成了整体厚度为SOOnm的压电体层70。之后，在压电体层70上，作为第2电极80通过DC溅镀法形成膜厚IOOnm的钼膜后，通过RTA在650°C下煅烧10分钟，由此形成具有如下的压电体层70的压电元件300，该压电体层70由具有组成比为0. 75Bi (Fe0.95Mn0.05)O3-O. 25BaTi03的钙钛矿型化合物、和相对该钙钛矿型化合物为2摩尔％的S^2的压电材料所形成。(实施例2)不在前体溶液中添加Si的化合物，制成由以0. 75Bi (Fe0.95Mn0.05) 03_0. 25BaTi03的钙钛矿型化合物构成的压电材料所形成的压电体层70之外，与实施例1同样地形成了压电元件300。(实施例3)改变Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的金属化合物的混合比例，制成由以0. 80Bi (Fq95Mnatl5) O3-O. 20BaTi03的钙钛矿型化合物构成的压电材料所形成的压电体层70之外，与实施例2同样地形成了压电元件300。(实施例4)改变Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的金属化合物的混合比例，制成由以0. 70Bi (Fea95Mnatl5) O3-O. 30BaTi03的钙钛矿型化合物构成的压电材料所形成的压电体层70之外，与实施例2同样地形成了压电元件300。(比较例1)改变Bi、Fe、Mn、Ba、Ti、Si的金属化合物的混合比例，制成由具有 0. 60Bi (Fe0.95Mn0.05)O3-O. 40BaTi03的钙钛矿型化合物、和相对于该钙钛矿型化合物为2摩尔％的SiO2W压电材料所形成的压电体层70之外，与实施例1同样地形成了压电元件300。(比较例2)不在前体溶液中添加Si的化合物，制成由以0. 60Bi (Fe0.95Mn0.05) 03_0. 40BaTi03的钙钛矿型化合物构成的压电材料形成的压电体层70之外，与实施例1同样地形成了压电元件 300。(比较例3)在前体溶液中还添加2-乙基己酸镧，并且改变Bi、Fe、Mn、Ba、Ti的金属化合物的混合比例，制成由具有0. 75(Bi0.70La0.30) (Fe0.95Mn0.05) O3-O. 25BaTi03的钙钛矿型化合物、和相对于该钙钛矿型化合物2摩尔％的S^2的压电材料所形成的压电体层70之外，与实施例1同样地形成了压电元件300。(试验例1)对于实施例1至4及比较例1至3的各压电元件300，利用TOYOTechnical公司制造的“FCE-IA”，使用φ=400μ η的电极图形，施加频率1 kHz，3V 60V的三角波，求得 P(极化度)-V(电压)的关系。实施例1的滞后(hysteresis)如图3所示，实施例2的滞后如图4所示，实施例3的滞后如图5所示，实施例4的滞后如图6所示，比较例1的滞后如图7所示，比较例2的滞后如图8所示，比较例3的滞后如图9所示。并且，如图3至图 9所示，实施例1至4及比较例1至3的压电体层为强磁性体(强介电体)。其结果为，实施例1至4与比较例1至3相比，分极量大。另外，实施例1中，到 51V为止得到良好的滞后曲线。因此，可确认实施例1的绝缘性优异。(试验例2)对于实施例1至4及比较例1至3的压电元件300的压电体层70，使用Agilent 公司制造的阻抗分析仪“HP4294A”，在1kHz，振幅141mV的条件下，测定25°C 300°C时的相对介电常数、。结果示于图10。如图10所示，实施例1至4的压电体层70，与比较例 1至3相比，相对介电常数％明显高，相对介电常数、为320以上。具体而言，25°C时的相对介电常数，如图10所示，实施例1中为370，实施例2中为355，实施例3中为325，实施例4中为415，与此相对，比较例1中为205，比较例2中为140，比较例3中为190。(试验例3)对于实施例1至4及比较例1至3的压电元件，使用Bruker AXS公司制造的“D8 Discover”，X射线源使用CuKa线，在室温下，以φ=ψ=0°求得压电体层的粉末X射线衍射图形。实施例1的结果如图11所示，实施例2的结果如图12所示，实施例3的结果如图13 所示，实施例4的结果如图14所示，比较例1的结果如图15所示，比较例2的结果如图16所示，比较例3的结果如图17所示。另外，关于实施例1，作为二维检测图像的一例示于图 18。其结果为，所有的实施例1至4及比较例1至3中，如图11至图17所示，形成钙钛矿型结构(ABO3型结构)。另外，来自压电体层的峰为，在2 θ = 22. 30 22. 60°附近观察到的来自(100)面的峰和在2Θ = 31.80 32.00°附近观察到的来自(110)面的峰。并且，通过相对于来自(100)面的峰和来自(110)面的峰的总和的、来自(110)面的峰的面积比，求得来自(110)面的峰的取向度的结果，实施例1为64%，实施例2为77%，实施例3为68 %，实施例4为73 %，比较例3为71 %，实施例1至4及比较例3均为60 %以上，成为在(110)面上优先取向的取向膜，而比较例1的(110)面的取向为36%左右，比较例2的(110)面的取向为39%左右，未在(110)面优先取向。并且，在2Θ =40°附近观察到的来自(111)面的峰不是来自压电体层，而是来自底层的钼膜，观察与Ψ-2Θ方向相关的图18的二维检测图像则可判断出实施例1的压电体层(111)面的峰极小。并且，来自 (110)面的峰的位置为，如图11所示实施例1中为2 θ =31.94°，如图12所示实施例2中为31. 82°，如图13所示实施例3中为2 θ = 32.00°，如图14所示实施例4中为2 θ = 31.94°，如图15所示比较例1中为31.82°，如图16所示比较例2中为31. 76°，如图17 所示比较例3中为32. 02°。通过这些试验例的结果可知，(110)面优先取向并来自该(110)面的X射线衍射峰位置O Θ)为31. 80° 32. 00°的范围的实施例1至4，相比比较例1至3，相对介电常数明显高，压电特性优异。与作为这种压电元件300的个别电极的各第2电极80连接有例如由金(Au)等形成的引出电极90 (lead electrodes)，该引出电极90从油墨供给流路14侧的端部附近被引出，延伸设置到密合层56上。在形成有这种压电元件300的流路形成基板10上，即第1电极60、密合层56和引出电极90上，介由粘接剂35接合具有至少构成储集池100 —部分的储集部31的保护基板 30。在本实施方式中，该储集部31在厚度方向贯通保护基板30且沿压力发生室12的宽方向形成，如上所述地与流路形成基板10的连通部13连通而构成作为各压力发生室12共通的油墨室的储集池100。另外，也可以将流路形成基板10的连通部13按照每个压力发生室 12进行多个分割，仅将储集部31作为储集池。另外，例如，也可以在流路形成基板10上仅设置压力发生室12，对介于流路形成基板10和保护基板30之间的部件(例如，弹性膜50、 密合层56等)上设置连通储集池和各压力发生室12的油墨供给流路14。另外，在保护基板30的与压电元件300对峙的区域设置具有不阻碍压电元件300 的活动程度的空间的压电元件保持部32。压电元件保持部32具有不阻碍压电元件300的活动程度的空间即可，该空间可以密封也可以不密封。作为这种保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料， 例如玻璃、陶瓷材料等，本实施方式中是使用与流路形成基板10同样的材料即单晶硅基板来形成的。另外，在保护基板30上设置在厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33。并且，从各压电元件300中引出的引出电极90的端部附近被设置成在贯通孔33内露出。另外，在保护基板30上固定有用于驱动并列设置的压电元件300的驱动电路120。作为该驱动电路120，例如可以使用电路基板、半导体集成电路(IC)等。并且，驱动电路120 和引出电极90之间介由以接合线等导电线形成的连接配线121进行电连接。另外，在这种保护基板30上接合有由密封膜41和固定板42形成的柔性基板40。 其中，密封膜41由刚性低且具有弯曲性的材料形成，通过该密封膜41将储集部31的一侧面密封。另外，固定板42由较硬的材料形成。该固定板42的与储集池100对峙的区域形成为在厚度方向完全被除去的开口部43，因此储集池100的一侧面仅由具有弯曲性的密封膜41所密封。这种本实施方式的喷墨式记录头I中，从与未图示的外部油墨供给装置连接的油墨导入口导入油墨，在将从储集池100至喷嘴开口 21的内部用油墨填满后，根据来自驱动电路120的记录信号，在与压力发生室12对应的各自的第1电极60和第2电极80之间施加电压，使弹性膜50、密合层56、第1电极60以及压电体层70发生弯曲变形，从而升高各压力发生室12内的压力，从喷嘴开口 21喷出墨滴。(其他实施方式)以上，说明了本发明的一个实施方式，但本发明的基本构成并不限定于上述构成。 例如，为了使压电特性良好等而也可以制成由进一步具有Ni、Co、Cr、Sc、V等的压电材料形成的压电体层。另外，上述的实施方式中，作为流路形成基板10例示了单晶硅基板，但并非特别限定于此，例如，也可以使用Ge等半导体基板，SrTi03> InSn03> ZnO, Al2O3^SiO2等的透明晶体基板，玻璃基板，不锈钢、Ti等金属基板，SOI基板等。另外，上述的实施方式中，例示了将第1电极60、压电体层70以及第2电极80依次层叠在基板(流路形成基板10)上而形成的压电元件300，但并非特别限定于此，例如，也可以将本发明应用于使压电材料和电极形成材料交替层叠并在轴方向上伸缩的纵振动型的压电元件。另外，这些实施方式的喷墨式记录头构成具备与墨盒等连通的油墨流路的记录头单元的一部分，搭载在喷墨式记录装置。图19是表示该喷墨式记录装置的一例的概要图。如图19所示的喷墨式记录装置II中，具有喷墨式记录头I的记录头单元IA和IB 被设置成构成油墨供给部件的墨盒2A和2B可拆卸，搭载该记录头单元IA和IB的托架3 被设置成在安装于装置主体4上的托架轴5上沿轴方向可自由移动。该记录头单元IA和 IB例如分别喷出黑色油墨组合物和彩色油墨组合物。而且，驱动电机6的驱动力介由未图示的多个齿轮和同步带7被传递至托架3，从而使搭载有记录头单元IA和IB的托架3沿托架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿托架轴5设有压纸卷筒8，以使通过未图示的送纸辊等而给纸的纸等作为记录介质的记录片材S卷附搬送至压纸卷筒8。应予说明，上述的实施方式1中，举出喷墨式记录头作为液体喷射头的一例进行了说明，但本发明是广泛地将全部液体喷射头作为对象的发明，当然也适用于喷射油墨以外液体的液体喷射头。作为其它液体喷射头，例如可举出打印机等图像记录装置所使用的各种记录头，制造液晶显示装置等的滤色片时使用的色料喷射头，有机EL显示装置、 FED (场致电子发射显示器)等的电极形成中所使用的电极材料喷射头，生物芯片制造中所使用的生物体有机物喷射头等。
另外，本发明不限于搭载在喷墨式记录头所代表的液体喷射头中的压电元件，对于超声波发射机等超声波设备、超声波电动机、红外传感器、超声波传感器、热感传感器、压力传感器、热电传感器、加速度传感器、陀螺传感器等各种传感器等的压电元件也可同样地适用。另外，本发明对于强磁性体存储器等强磁性体元件、微型液体泵、薄膜陶瓷电容器、栅绝缘膜等也可同样地适用。
权利要求
1.一种液体喷射头，其特征在于，具有压电元件，所述压电元件具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，其中，所述压电体层由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μπι以下，在110面优先取向，并且，来自所述110面的X射线衍射峰位置2 θ为 31. 80° 32. 00°。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，所述压电体层还含有Si02。
3.如权利要求2所述的液体喷射头，其特征在于，所述压电体层相对于所述钙钛矿型化合物含有0. 5摩尔％ 5摩尔％的SiO2。
4.一种液体喷射装置，其特征在于，具备权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头。
5.一种压电元件，其特征在于，具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，其中，所述压电体层由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在 3 μ m以下，在110面优先取向，并且，来自所述110面的X射线衍射峰位置20为31. 80° 32.00°。
全文摘要
本发明提供一种对环境友好且相对介电常数高的液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件。所述液体喷射头具有压电元件，所述压电元件具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，其中，所述压电体层由含有含铁酸锰酸铋和钛酸钡的钙钛矿型化合物的压电材料形成，膜厚在3μm以下，在(110)面优先取向，并且，来自所述(110)面的X射线衍射峰位置(2θ)为31.80°～32.00°。
文档编号B41J2/045GK102189795SQ201110050
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月1日 优先权日2010年3月2日
发明者滨田泰彰 申请人:精工爱普生株式会社