[發(fā)明專利]液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110003853.7
• 申請日: 2011-01-04
• 公開（公告）號: CN102152630A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 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;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;閻文君

技術領域

本發(fā)明涉及具備用于使與噴嘴開口連通的壓力發(fā)生室內產生壓力變化的且具有壓電體層和對壓電體層施加電壓的電極的壓電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置及其中所使用的壓電元件。

背景技術

作為在液體噴射頭中使用的壓電元件，有用兩個電極夾持呈現(xiàn)電機械變換功能的壓電材料，例如由結晶化后的介電材料制成的壓電體層而構成的壓電元件。這種壓電元件，例如作為彎曲振動模式的致動器裝置搭載在液體噴射頭中。作為液體噴射頭的代表例，例如以振動板構成與噴出墨滴的噴嘴開口連通的壓力發(fā)生室的一部分并通過壓電元件使該振動板變形來對壓力發(fā)生室的墨水加壓而從噴嘴開口噴出墨滴的噴墨式記錄頭。這種噴墨式記錄頭上搭載的壓電元件，例如采用成膜技術在振動板整個表面形成均勻的壓電材料層，利用光刻法將該壓電材料層分割為與壓力發(fā)生室對應的形狀，按照每個壓力發(fā)生室獨立地形成壓電元件。

作為這種壓電元件所采用的壓電材料，可以例舉鋯鈦酸鉛(PZT)(參照專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2001-223404號公報

但是，由于在上述鋯鈦酸鉛中含有鉛，所以從環(huán)保的觀點考慮，現(xiàn)要求使用不含有鉛的強介電體構成的壓電材料。作為不含鉛的壓電材料，例如具有以ABO₃表示的鈣鈦礦(perovskite)構造的BiFeO₃等，BiFeO₃類壓電材料由于絕緣性低而存在有時發(fā)生漏電流等問題。另外，雖然對于通常采用的鋯鈦酸鉛，進行了各種用于改善其特性的改良，但是對于BiFeO₃類壓電材料，目前尚未取得何種進展。并且，這類問題不限于以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭，在其它裝置中所搭載的致動器裝置等的壓電元件中也同樣地存在。

發(fā)明內容

本發(fā)明鑒于上述情況，其目的在于提供一種具有不含鉛的壓電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置以及壓電元件。

為了解決上述課題，本發(fā)明的液體噴射頭具備與噴嘴開口連通的壓力發(fā)生室和壓電單元，該壓電單元具備：第一電極；包含鐵錳酸鉍鑭的壓電體層，其形成在上述第一電極上；第二電極，其形成在上述壓電體層的上述第一電極上，上述壓電體層，在粉末X射線衍射圖案中，以φ＝ψ＝0°測量時以20°＜2θ＜25°進行觀測的衍射峰值的面積強度，為以20°＜2θ＜50°進行觀測的衍射峰值的面積強度的總和的90％以上。由此，由于壓電元件具備由不含鉛的鐵錳酸鉍鑭構成的壓電體層，所以獲得了變位特性優(yōu)良的液體噴射頭。

并且優(yōu)選，上述第一電極，包括：含有氧化鈦的第一氧化鈦層；含有鉑的鉑層，其形成在第一氧化鈦層上；及含有氧化鈦的第二氧化鈦層，其在上述鉑層上形成，在上述第二氧化鈦層上形成有上述壓電體層。由此，易于獲得由結晶在(100)面上優(yōu)先配向的鐵錳酸鉍鑭構成的壓電體層。并且，這里所謂“在(100)面上優(yōu)先配向”包括全部結晶在(100)面上配向的情況以及大部分結晶(例如，90％以上)在(100)面上配向的情況。

并且優(yōu)選，上述第一電極，包括：含有鉑的鉑層；在上述鉑層上形成的包含鎳酸鑭的厚度為50nm以上的LNO層，在上述LNO層上形成有上述壓電體層。由此，易于獲得在由鉑層和LNO層構成的第一電極上形成的結晶在(100)面上優(yōu)先配向的鐵錳酸鉍鑭構成的壓電體層。

并且優(yōu)選，上述鐵錳酸鉍鑭為下述通式表示的復合氧化物。由此，由下述通式(1)表示的復合氧化物能夠獲得作為強介電體的特性，從而可以制成具有不含鉛而易于控制變形量的壓電元件的液體噴射頭。因此，能夠獲得具有易于控制噴出液滴尺寸的壓電元件的液體噴射頭。

(Bi_1-x，La_x)(Fe_1-y，Mn_y)O₃(1)

(0.10≤x≤0.20，0.01≤y≤0.09)

并且，在上述通式(1)中，優(yōu)選0.17≤x≤0.20，更優(yōu)選0.19≤x≤0.20，并且優(yōu)選0.01≤y?≤0.05。由此，能夠獲得變形量更大的壓電元件。

本發(fā)明的另一方式，為具有上述液體噴射頭的液體噴射裝置。在該方式中，上述液體噴射頭具有不含鉛而變位特性優(yōu)良的壓電元件，從而獲得不會對環(huán)境帶來惡劣的影響且可靠性優(yōu)良的液體噴射裝置。