[發明專利]液體噴頭、液體噴射裝置、壓電元件及液體噴頭制造方法

有效

• 申請號: 201110003810.9
• 申請日: 2011-01-04
• 公開（公告）號: CN102152629A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 古林智一;繩野真久
• 申請（專利權）人: 精工愛普生株式會社
• 主分類號: B41J2/045
• 分類號: B41J2/045;B41J2/16;H01L41/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉;王軼

技術領域

本發明涉及使與噴嘴開口連通的壓力發生室產生壓力變化，具備壓電元件的液體噴頭、液體噴射裝置、壓電元件及液體噴頭的制造方法，其中壓電元件具有壓電體層和對壓電體層外加電壓的電極。

背景技術

作為液體噴頭所使用的壓電元件是用兩個電極夾持壓電體層而構成的，其中壓電體層由呈電-機械轉換功能的壓電材料，例如結晶化過的電介質材料構成。這樣的壓電元件，例如作為撓曲振動模式的致動器裝置而搭載于液體噴頭。作為液體噴頭的代表例，例如具有下述的噴墨式記錄頭，即，用振動板構成與排出墨滴的噴嘴開口連通的壓力發生室的一部分，并通過壓電元件使該振動板變形而對壓力發生室的油墨進行加壓，從噴嘴開口排出墨滴。搭載于這樣的噴墨式記錄頭的壓電元件，例如有利用成膜技術在振動板的表面整體形成均勻的壓電材料層，并通過光刻法將該壓電材料層切分成與壓力發生室對應的形狀，按照每個壓力發生室獨立的方式形成壓電元件。

作為這樣的壓電元件所使用的壓電材料，可列舉出鈦酸鋯酸鉛(PZT)(參照專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2001-223404號公報

然而，由于上述鈦酸鋯酸鉛中含有鉛，從環境問題的觀點出發而尋求由不含鉛的鐵電體構成的壓電材料。作為不含鉛的壓電材料，例如有具有用ABO3表示的鈣鈦礦構造的BiFeO3等，然而BiFeO3系的壓電材料存在絕緣性低有時會發生泄漏電流的問題。另外，在通常所使用的鈦酸鋯酸鉛中，雖然進行了用于改善其特性的各種改良，然而對于BiFeO3系的壓電材料中會顯示什么樣的舉動，目前尚未確認。另外，這樣的問題不限定于噴墨式記錄頭所代表的液體噴頭，在搭載于其他裝置的致動器裝置等的壓電元件中也同樣存在。

發明內容

本發明鑒于這樣的實際情況，目的在于提供一種具有不含鉛的壓電元件的液體噴頭、液體噴射裝置和壓電元件以及液體噴頭的制造方法。

本發明解決上述課題的方式為，一種液體噴頭，其特征在于，具備與噴嘴開口連通的壓力發生室；和壓電元件，其具備第1電極、形成在上述第1電極上含有鐵錳酸鉍鑭的壓電體層、及形成在上述壓電體層上的第2電極，上述壓電體層的結晶優先取向于(111)面。由此成為由不含鉛的鐵錳酸鉍鑭構成的壓電體層，并且成為位移特性優越的液體噴頭。

而且，優選地，上述第1電極包括：含有白金的白金層、和形成在上述白金層上含有鈦酸鍶(STO)的STO層，且在上述STO層上形成上述壓電體層。由此，能夠容易地得到結晶優先取向于(111)面的壓電體層。

上述STO層可以摻雜Nb。由此，將含有Nb摻雜鈦酸鍶(Nb-STO)的STO層作成取向控制層，從而能夠容易地得到結晶優先取向于(111)面的壓電體層。

另外，優選地，上述第1電極包括：含有白金的白金層、和形成在上述白金層上含有釕酸鍶的SRO層，上述壓電體層形成在上述SRO層上。由此，能夠容易地得到結晶優先取向于(111)面的壓電體層。

另外，上述第1電極包括：含有氧化銥的氧化銥層、和形成在上述氧化銥層上含有白金的白金層，上述壓電體層可以形成在上述白金層上。由此，能夠容易地得到結晶更牢固地優先取向于(111)面的壓電體層。

而且，優選地，上述第1電極包括含有的白金層，該白金層是(111)面的半值寬度為10度以下的層，上述壓電體層形成在上述白金層上。由此，能夠容易地得到結晶更牢固地優先取向于(111)面的壓電體層。

另外，優選地，上述鐵錳酸鉍鑭是以用下述一般式表示的復合氧化物。由此，用下述一般式(1)表示的復合氧化物能夠得到作為鐵電體的特性，因此能夠成為具有不含鉛并且容易控制變形量的壓電元件的液體噴頭。因此能夠成為具有容易控制排出的液滴大小的壓電元件的液體噴頭。

(Bi1-x，Lax)(Fe1-y，Mny)O3

(0.10≤x≤0.20，0.01≤y≤0.09)。

而且，在上述一般式(1)中，優選0.17≤x≤0.20，更優選0.19≤x≤0.20，另外優選0.01≤y≤0.05。由此能夠做成變形量更大的壓電元件。

本發明的另一方式為，一種液體噴射裝置，其特征在于，具備上述液體噴頭。在該方式中，由于具備具有壓電元件的液體噴頭，其中壓電元件不含鉛并且位移特性優越，絕緣性高能夠抑制泄漏電流的發生，因此成為不會對環境造成惡劣影響并且防止絕緣破壞且可靠性優越的液體噴射裝置。

另外，本發明的壓電元件具備：含有鐵錳酸鉍鑭的壓電體層、和在上述壓電體層上形成的電極，上述壓電體層的結晶優先取向于(111)面。由此能夠提供不含鉛并且壓電特性優越的壓電元件。