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JP2011240647A - Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejection head, and liquid ejector - Google Patents

Piezoelectric material, piezoelectric element, liquid ejection head, and liquid ejector Download PDF

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JP2011240647A
JP2011240647A JP2010116082A JP2010116082A JP2011240647A JP 2011240647 A JP2011240647 A JP 2011240647A JP 2010116082 A JP2010116082 A JP 2010116082A JP 2010116082 A JP2010116082 A JP 2010116082A JP 2011240647 A JP2011240647 A JP 2011240647A
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JP
Japan
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piezoelectric
liquid ejecting
conductive layer
piezoelectric element
piezoelectric material
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Application number
JP2010116082A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Kitada
和也 北田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】絶縁性が良好となる圧電体を含む、圧電材料、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る圧電材料は、ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物であって、マグネシウムに対するマンガンのモル比が、2以上8以下である。この圧電材料は、鉄、マンガン及びマグネシウムの和に対するマンガンのモル比が、0.02以上0.04以下であってもよい。
【選択図】なし
To provide a piezoelectric material, a piezoelectric element, a piezoelectric actuator, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus including a piezoelectric body having good insulation.
A piezoelectric material according to the present invention has a perovskite structure and is a composite oxide containing bismuth, lanthanum, iron, manganese and magnesium, and the molar ratio of manganese to magnesium is 2 or more and 8 or less. is there. In this piezoelectric material, the molar ratio of manganese to the sum of iron, manganese, and magnesium may be 0.02 or more and 0.04 or less.
[Selection figure] None

Description

本発明は、圧電材料、圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric material, a piezoelectric element, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus.

液体噴射ヘッドは、液体噴射装置の構成として、例えば、インクジェットプリンター等に用いられる。この場合、液体噴射ヘッドは、インクの小滴を吐出して飛翔させるために用いられ、これによりインクジェットプリンターは、当該インクを紙等の媒体に付着させて印刷を行うことができる(特許文献1参照)。   The liquid ejecting head is used in, for example, an ink jet printer as a configuration of the liquid ejecting apparatus. In this case, the liquid ejecting head is used for ejecting and ejecting small ink droplets, whereby the ink jet printer can perform printing by attaching the ink to a medium such as paper (Patent Document 1). reference).

液体噴射ヘッドは、一般に、ノズルから液体を吐出するために液体に圧力を加えるアクチュエーターとして、圧電素子を有している。このような圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体を、2つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、2つの電極によって電圧が印加されることによって変形することができ、この変形を利用して、アクチュエーターを、例えば、撓み振動モードで動作させることができる。   The liquid ejecting head generally includes a piezoelectric element as an actuator that applies pressure to the liquid in order to eject the liquid from the nozzle. As such a piezoelectric element, there is a piezoelectric element having an electromechanical conversion function, for example, a piezoelectric body made of crystallized piezoelectric ceramic or the like and sandwiched between two electrodes. Such a piezoelectric element can be deformed when a voltage is applied by two electrodes, and the actuator can be operated in, for example, a flexural vibration mode using the deformation.

このような用途に用いられる圧電材料としては、電気機械変換効率などの圧電特性が高いことが望ましく、該特性が他の材料に比較して優れていることから、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系の材料の研究開発が行われてきた。しかし、近年、環境問題の観点から有害な鉛を含まない、又は含有量を抑えた非鉛系圧電材料の開発が求められるようになってきた。   The piezoelectric material used for such applications preferably has high piezoelectric properties such as electromechanical conversion efficiency, and the properties are superior to other materials. Therefore, lead zirconate titanate (PZT) Research and development of materials of the system has been carried out. However, in recent years, there has been a demand for development of lead-free piezoelectric materials that do not contain harmful lead or suppress the content thereof from the viewpoint of environmental problems.

理論上圧電特性が高いとされるセラミックス材料の中には、例えば、Bi系酸化物があり、現状では、BiFeO(BFO)系材料が、その有力候補として考えられている。 Among ceramic materials that are theoretically considered to have high piezoelectric properties, for example, there are Bi-based oxides, and at present, BiFeO 3 (BFO) -based materials are considered as potential candidates.

しかしながら、BFOは、絶縁性が低くリーク電流が多いという問題がある。   However, BFO has a problem that insulation is low and leakage current is large.

特開2009−283950号公報JP 2009-283950 A

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、絶縁性が良好となる圧電体を含む、圧電材料、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することができる。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and according to some aspects of the present invention, a piezoelectric material, a piezoelectric element, a piezoelectric actuator, including a piezoelectric body having good insulation, A liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus can be provided.

(1)本発明に係る圧電材料は、
ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物であって、
マグネシウムに対するマンガンのモル比が、2以上8以下である。
(1) The piezoelectric material according to the present invention is
A composite oxide having a perovskite structure and containing bismuth, lanthanum, iron, manganese and magnesium,
The molar ratio of manganese to magnesium is 2 or more and 8 or less.

本発明によれば、絶縁性が良好となる圧電材料を実現できる。   According to the present invention, a piezoelectric material with good insulation can be realized.

(2)この圧電材料は、
鉄、マンガン及びマグネシウムの和に対するマンガンのモル比が、0.02以上0.04以下であってもよい。
(2) This piezoelectric material is
The molar ratio of manganese to the sum of iron, manganese, and magnesium may be 0.02 or more and 0.04 or less.

これにより、絶縁性が良好となる圧電材料を実現できる。   Thereby, a piezoelectric material with good insulation can be realized.

(3)この圧電材料は、
マグネシウムに対するランタンのモル比が、17以上40以下であってもよい。
(3) This piezoelectric material is
The molar ratio of lanthanum to magnesium may be 17 or more and 40 or less.

これにより、絶縁性が良好となる圧電材料を実現できる。   Thereby, a piezoelectric material with good insulation can be realized.

(4)本発明に係る圧電素子は、
これらのいずれかの圧電材料と、前記圧電材料に設けられた電極と、を含む。
(4) The piezoelectric element according to the present invention is
Any one of these piezoelectric materials and an electrode provided on the piezoelectric material are included.

本発明によれば、絶縁性が良好となる圧電体を含む圧電素子を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a piezoelectric element including a piezoelectric body with good insulation.

(5)本発明に係る液体噴射ヘッドは、
この圧電素子を備えている。
(5) A liquid jet head according to the present invention includes:
This piezoelectric element is provided.

本発明によれば、絶縁性が良好となる圧電体を含む液体噴射ヘッドを実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a liquid ejecting head including a piezoelectric body having good insulating properties.

(6)本発明に係る液体噴射装置は、
この液体噴射ヘッドを備えている。
(6) A liquid ejecting apparatus according to the present invention includes:
This liquid ejecting head is provided.

本発明によれば、絶縁性が良好となる圧電体を含む液体噴射装置を実現できる。   According to the aspect of the invention, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus including a piezoelectric body that has good insulating properties.

本実施形態に係る圧電素子100の断面の模式図。The schematic diagram of the cross section of the piezoelectric element 100 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る液体噴射ヘッド600の要部を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of a liquid jet head according to the present embodiment. 本実施形態に係る液体噴射ヘッド600の分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of a liquid ejecting head 600 according to the present embodiment. 本実施形態に係る液体噴射装置700を模式的に示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view schematically showing a liquid ejecting apparatus 700 according to the present embodiment. 実施例1(1001)、実施例2(1002)、実施例3(1003)、実施例4(1004)、実施例5(1005)、実施例6(1006)、比較例1(2001)及び比較例2(2002)の圧電素子の電流−電圧特性を示すグラフ。Example 1 (1001), Example 2 (1002), Example 3 (1003), Example 4 (1004), Example 5 (1005), Example 6 (1006), Comparative Example 1 (2001) and Comparative Example The graph which shows the current-voltage characteristic of the piezoelectric element of Example 2 (2002). 密度汎関数法に基づく第一原理電子状態計算を用いた、原子置換をしていないBFOの電子状態密度を表すグラフ。The graph showing the electronic state density of BFO which has not carried out atomic substitution using the first principle electronic state calculation based on the density functional method. 密度汎関数法に基づく第一原理電子状態計算を用いた、BFOに含まれる鉄の一部をマンガンで置換した場合の電子状態密度を表すグラフ。The graph showing the electronic state density at the time of substituting a part of iron contained in BFO with manganese using the first principle electronic state calculation based on a density functional method. 密度汎関数法に基づく第一原理電子状態計算を用いた、BFOに含まれる鉄の一部をマグネシウムで置換した場合の電子状態密度を表すグラフ。The graph showing the electronic state density at the time of substituting a part of iron contained in BFO with magnesium using the first principle electronic state calculation based on a density functional method.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1.圧電材料
本実施形態の圧電材料は、ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物である。
1. Piezoelectric Material The piezoelectric material of the present embodiment is a composite oxide having a perovskite structure and containing bismuth, lanthanum, iron, manganese, and magnesium.

より具体的には、圧電材料は、鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンであり、例えば、以下に示す式(I)として表記することができる。   More specifically, the piezoelectric material is bismuth lanthanum iron manganate and magnesium acid, and can be expressed as, for example, the following formula (I).

(Bi,La)(Fe,Mn,Mg)O・・・(I)
この鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンは、一般式としては、ABOで示される複合酸化物であり、いわゆるペロブスカイト型酸化物に分類され、結晶化により、ペロブスカイト型の結晶構造をとることができる。上記式(I)で示す例では、ペロブスカイト構造のAサイトは、ビスマス及びランタンからなり、ペロブスカイト構造のBサイトは、鉄、マンガン及びマグネシウムからなっている。鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンは、結晶化されて、ペロブスカイト型の結晶構造をとることにより、圧電性を呈することができる。
(Bi v, La w) ( Fe x, Mn y, Mg z) O 3 ··· (I)
This bismuth lanthanum magnesium manganate is a composite oxide represented by ABO 3 as a general formula, and is classified into a so-called perovskite oxide, and can have a perovskite crystal structure by crystallization. . In the example represented by the above formula (I), the A site of the perovskite structure is composed of bismuth and lanthanum, and the B site of the perovskite structure is composed of iron, manganese, and magnesium. Bismuth lanthanum iron manganate magnesium acid can be crystallized to exhibit a piezoelectric property by taking a perovskite crystal structure.

本実施形態の圧電材料を、上記式(I)の型式で表記した場合、v、w、x、y及びzは、いずれも0以上1以下の値をとりうる。これらの値は、圧電材料を形成するときの原料の仕込量が表現されていてもよく、また、形成後の圧電材料の組成が表現されていてもよい。したがって、当該化学式の電荷の中性が、見かけ上満足されない表記となる場合があり、その場合は仕込の値、又は、結晶の欠陥の程度が示されていると解するものとする。   When the piezoelectric material of the present embodiment is represented by the type of the above formula (I), v, w, x, y, and z can take values of 0 or more and 1 or less. These values may represent the amount of raw material charged when forming the piezoelectric material, or may represent the composition of the piezoelectric material after formation. Therefore, the neutrality of the charge of the chemical formula may appear to be unsatisfactory in appearance, and in that case, it is understood that the charge value or the degree of crystal defects is indicated.

本実施形態の圧電材料は、ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物であり、マグネシウムに対するマンガンのモル比が、2以上8以下となっている。すなわち、本実施形態の圧電材料を、上記式(I)の型式で表記した場合、2≦y/z≦8である。   The piezoelectric material of this embodiment has a perovskite structure and is a composite oxide containing bismuth, lanthanum, iron, manganese, and magnesium, and the molar ratio of manganese to magnesium is 2 or more and 8 or less. That is, when the piezoelectric material of this embodiment is represented by the type of the above formula (I), 2 ≦ y / z ≦ 8.

本実施形態の圧電材料では、マグネシウムに対するマンガンのモル比が、この範囲にあるため、絶縁性が良好となる。   In the piezoelectric material of this embodiment, the molar ratio of manganese to magnesium is in this range, so that the insulation is good.

本実施形態の圧電材料において、ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物における、鉄、マンガン及びマグネシウムの和に対するマンガンのモル比は、0.02以上0.04以下であってもよい。すなわち、本実施形態の圧電材料を、上記式(I)の型式で表記した場合、0.02≦y/(x+y+z)≦0.04とすることができる。このようにすれば、圧電材料の絶縁性が良好となる。   In the piezoelectric material of the present embodiment, the molar ratio of manganese to the sum of iron, manganese and magnesium in the composite oxide having a perovskite structure and containing bismuth, lanthanum, iron, manganese and magnesium is 0.02 or more and 0. .04 or less. That is, when the piezoelectric material of the present embodiment is represented by the type of the above formula (I), 0.02 ≦ y / (x + y + z) ≦ 0.04 can be satisfied. If it does in this way, the insulation of a piezoelectric material will become favorable.

本実施形態の圧電材料において、ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物における、マグネシウムに対するランタンのモル比は、17以上40以下であってもよい。より好ましくは、マグネシウムのモル数に対するランタンのモル数の比は、19以上38以下であってもよい。すなわち、本実施形態の圧電材料を、上記式(I)の型式で表記した場合、17≦w/z≦40とすることができる。より好ましくは、19≦w/z≦38とすることができる。このようにすれば、圧電材料の絶縁性が良好となる。   In the piezoelectric material of this embodiment, the molar ratio of lanthanum to magnesium in the composite oxide having a perovskite structure and including bismuth, lanthanum, iron, manganese, and magnesium may be 17 or more and 40 or less. More preferably, the ratio of the number of moles of lanthanum to the number of moles of magnesium may be 19 or more and 38 or less. That is, when the piezoelectric material of the present embodiment is represented by the type of the above formula (I), 17 ≦ w / z ≦ 40 can be satisfied. More preferably, it can be set as 19 <= w / z <= 38. If it does in this way, the insulation of a piezoelectric material will become favorable.

2.圧電素子及び圧電アクチュエーター
図1は、本実施形態に係る圧電素子100の断面の模式図である。
2. Piezoelectric Element and Piezoelectric Actuator FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric element 100 according to this embodiment.

本実施形態に係る圧電素子100は、第1導電層10と、第2導電層20と、圧電体30と、を含む。   The piezoelectric element 100 according to this embodiment includes a first conductive layer 10, a second conductive layer 20, and a piezoelectric body 30.

2.1.第1導電層
第1導電層10は、例えば、基板1の上方に形成される。基板1は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板1は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板1は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。また、例えば、後述する液体噴射ヘッドのように、基板1の下方に圧力室等が形成されているような場合においては、基板1より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板1とみなしてもよい。
2.1. First Conductive Layer The first conductive layer 10 is formed, for example, above the substrate 1. The substrate 1 can be, for example, a flat plate formed of a conductor, a semiconductor, or an insulator. The substrate 1 may be a single layer or a structure in which a plurality of layers are stacked. Further, the inner structure of the substrate 1 is not limited as long as the upper surface is planar. For example, the substrate 1 may have a structure in which a space or the like is formed. Further, for example, in the case where a pressure chamber or the like is formed below the substrate 1 as in a liquid jet head described later, a plurality of configurations formed below the substrate 1 are combined into one substrate 1. May be considered.

基板1は、可撓性を有し、圧電体30の動作によって変形(屈曲)することのできる弾性部材(振動板)であってもよい。この場合、圧電素子100は、弾性部材(振動板)と、第1導電層20と、圧電体30と、第2導電層20と、を含む圧電アクチュエーター102となる。ここで、基板1が可撓性を有するとは、基板1がたわむことができることを指す。基板1を弾性部材(振動板)とした場合、基板1のたわみは、圧電アクチュエーター102を液体噴射ヘッドに使用する場合、吐出させる液体の体積と同程度に圧力室の容積を変化させうる程度であれば十分である。   The substrate 1 may be an elastic member (diaphragm) that has flexibility and can be deformed (bent) by the operation of the piezoelectric body 30. In this case, the piezoelectric element 100 is a piezoelectric actuator 102 including an elastic member (vibrating plate), the first conductive layer 20, the piezoelectric body 30, and the second conductive layer 20. Here, that the substrate 1 has flexibility indicates that the substrate 1 can bend. When the substrate 1 is an elastic member (vibrating plate), the deflection of the substrate 1 is such that when the piezoelectric actuator 102 is used for a liquid ejecting head, the volume of the pressure chamber can be changed to the same level as the volume of liquid to be ejected. If there is enough.

基板1が弾性部材(振動板)である場合は、基板1の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を例示することができる。これらのうち、弾性部材(振動板)の材質としては、化学的安定性及び剛性の点で、酸化ジルコニウムが特に好適である。この場合においても基板1は、例示した物質の2種以上の積層構造であってもよい。   When the substrate 1 is an elastic member (diaphragm), examples of the material of the substrate 1 include inorganic oxides such as zirconium oxide (ZrO2), silicon nitride, and silicon oxide, and alloys such as stainless steel. it can. Among these, zirconium oxide is particularly preferable as a material for the elastic member (diaphragm) in terms of chemical stability and rigidity. Also in this case, the substrate 1 may have a laminated structure of two or more kinds of the exemplified substances.

本実施形態では、以下、基板1が弾性部材(振動板)であって、酸化ジルコニウムによって形成されている場合を例示する。したがって、圧電素子100は、可撓性を有し、圧電体30の動作によって変形(屈曲)することができる弾性部材(振動板)を備えた圧電アクチュエーター102と実質的に同一である。以下の説明においては、圧電素子100及び圧電アクチュエーター102は、相互に読み替えることができる。   In the present embodiment, the case where the substrate 1 is an elastic member (diaphragm) and is formed of zirconium oxide will be exemplified below. Accordingly, the piezoelectric element 100 is substantially the same as the piezoelectric actuator 102 having an elastic member (vibrating plate) that has flexibility and can be deformed (bent) by the operation of the piezoelectric body 30. In the following description, the piezoelectric element 100 and the piezoelectric actuator 102 can be read each other.

第1導電層10の形状は、第2導電層20と対向できる限り限定されないが、本実施形態では、圧電体30が、薄膜状に形成されるため、層状あるいは薄膜状の形状が好ましい。第1導電層10の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とすることができる。また、第1導電層10の平面的な形状についても、第2導電層20が対向して配置されたときに両者の間に圧電体30を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。   Although the shape of the 1st conductive layer 10 is not limited as long as it can oppose the 2nd conductive layer 20, in this embodiment, since the piezoelectric material 30 is formed in a thin film form, a layered form or a thin film form is preferable. The thickness of the 1st conductive layer 10 can be 50 nm or more and 300 nm or less, for example. Also, the planar shape of the first conductive layer 10 is not particularly limited as long as the piezoelectric body 30 can be disposed between the two conductive layers 20 when the second conductive layer 20 is disposed to face the first conductive layer 10. , Rectangular, circular, etc.

第1導電層10の機能の一つとしては、第2導電層20と一対になって、圧電体30に電圧を印加するための一方の電極(例えば、圧電体30の下方に形成された下部電極)となることが挙げられる。第1導電層10には、圧電体30を結晶化する際の結晶配向を制御する機能を持たせてもよい。   One function of the first conductive layer 10 is to form a pair with the second conductive layer 20 to apply a voltage to the piezoelectric body 30 (for example, a lower portion formed below the piezoelectric body 30). Electrode). The first conductive layer 10 may have a function of controlling the crystal orientation when the piezoelectric body 30 is crystallized.

第1導電層10の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(例えば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物(SrRuOx:SRO)、ランタンとニッケルの複合酸化物(LaNiOx:LNO)などを例示することができる。第1導電層10は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。   Examples of the material of the first conductive layer 10 include various metals such as nickel, iridium, and platinum, conductive oxides thereof (for example, iridium oxide), strontium and ruthenium composite oxide (SrRuOx: SRO), and lanthanum. And a composite oxide of nickel and nickel (LaNiOx: LNO). The first conductive layer 10 may have a single layer structure of the exemplified materials, or may have a structure in which a plurality of materials are stacked.

2.2.第2導電層
第2導電層20は、第1導電層10に対向して配置される。第2導電層20は、全体が第1導電層10と対向していてもよいし、一部が第1導電層10に対向していてもよい。第2導電層20の形状は、第1導電層10と対向できる限り限定されないが、本実施形態では、圧電体30が、薄膜状に形成されるため、層状あるいは薄膜状の形状が好ましい。第2導電層20の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とすることができる。また、第2導電層20の平面的な形状についても、第1導電層10に対向して配置されたときに両者の間に圧電体30を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
2.2. Second Conductive Layer The second conductive layer 20 is disposed to face the first conductive layer 10. The entire second conductive layer 20 may face the first conductive layer 10, or a part thereof may face the first conductive layer 10. The shape of the second conductive layer 20 is not limited as long as the second conductive layer 20 can face the first conductive layer 10. However, in the present embodiment, since the piezoelectric body 30 is formed in a thin film shape, a layer shape or a thin film shape is preferable. The thickness of the 2nd conductive layer 20 can be 50 nm or more and 300 nm or less, for example. Further, the planar shape of the second conductive layer 20 is not particularly limited as long as the piezoelectric body 30 can be disposed between the two when the first conductive layer 10 is opposed to the first conductive layer 10. , Rectangular, circular, etc.

第2導電層20の機能の一つとしては、圧電体30に電圧を印加するための一方の電極(例えば、圧電体30の上に形成された上部電極)となることが挙げられる。第2導電層20には、圧電体30を結晶化する際の結晶配向を制御する機能を持たせてもよい。第2導電層20の材質は、上述の第1導電層10と同様とすることができる。   One of the functions of the second conductive layer 20 is to serve as one electrode for applying a voltage to the piezoelectric body 30 (for example, an upper electrode formed on the piezoelectric body 30). The second conductive layer 20 may have a function of controlling the crystal orientation when the piezoelectric body 30 is crystallized. The material of the second conductive layer 20 can be the same as that of the first conductive layer 10 described above.

図1は、第1導電層10が第2導電層20よりも平面的に大きく形成された例を示しているが、第2導電層20が第1導電層10よりも平面的に大きく形成されてもよい。この場合は、第2導電層20は、圧電体30の側面に形成されてもよく、第2導電層20に、水分や水素等から圧電体30を保護する機能を兼ねさせることができる。   FIG. 1 shows an example in which the first conductive layer 10 is formed to be larger than the second conductive layer 20 in a plan view. However, the second conductive layer 20 is formed to be larger than the first conductive layer 10 in a plan view. May be. In this case, the second conductive layer 20 may be formed on the side surface of the piezoelectric body 30, and the second conductive layer 20 can also have a function of protecting the piezoelectric body 30 from moisture, hydrogen, and the like.

2.3.圧電体
圧電体30は、第1導電層10及び第2導電層20の間に配置される。圧電体30は、第1導電層10及び第2導電層20の少なくとも一方に接していてもよい。図1の例では、圧電体30は、第1導電層20及び第2導電層20に接して設けられている。
2.3. Piezoelectric Body The piezoelectric body 30 is disposed between the first conductive layer 10 and the second conductive layer 20. The piezoelectric body 30 may be in contact with at least one of the first conductive layer 10 and the second conductive layer 20. In the example of FIG. 1, the piezoelectric body 30 is provided in contact with the first conductive layer 20 and the second conductive layer 20.

圧電体30は、薄膜法により形成されてもよい。薄膜法とは、例えば、スパッタ法、蒸着法、MOCVD(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal−Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法(レーザーアブレーション法)、ミスト成膜法及びゾルゲル法のうちの少なくとも一種であってもよい。また、本実施形態の圧電体30は、バルク状態で形成されてもよい。   The piezoelectric body 30 may be formed by a thin film method. Examples of the thin film method include sputtering, vapor deposition, MOCVD (Metal-Organic Chemical Deposition), MOD (Metal-Organic Deposition), PLD (Pulsed Laser Deposition), and laser ablation. And at least one of sol-gel methods. Further, the piezoelectric body 30 of the present embodiment may be formed in a bulk state.

圧電体30の厚さは、特に限定されず、例えば、100nm以上3000nm以下とすることができる。薄膜法によって、厚みの大きい圧電体30を形成する場合には、例えば、スパッタ法、蒸着法、MOCVD法などの物質を堆積させる種の方法では堆積時間を長くすることにより形成することができ、また例えば、MOD法やゾルゲル法などのコーティング及び焼成を行う種の方法では、該方法を繰り返して積層することにより形成することができる。さらに、積層する場合には、各層毎に異なる薄膜法を用いて積層してもよい。圧電体30の厚みがこの範囲を外れると、耐圧が不十分となったり、十分な変形(電気機械変換)が得られなくなったりする場合がある。   The thickness of the piezoelectric body 30 is not particularly limited, and can be, for example, 100 nm or more and 3000 nm or less. In the case where the piezoelectric body 30 having a large thickness is formed by the thin film method, for example, in a method of depositing a material such as a sputtering method, a vapor deposition method, or an MOCVD method, the piezoelectric material 30 can be formed by increasing the deposition time. Further, for example, in a method of coating and baking such as MOD method or sol-gel method, it can be formed by repeatedly stacking the method. Furthermore, when laminating, each layer may be laminated using a different thin film method. If the thickness of the piezoelectric body 30 is out of this range, the withstand voltage may be insufficient, or sufficient deformation (electromechanical conversion) may not be obtained.

本実施形態の圧電体30は、「1.圧電材料」の項で述べた圧電材料からなる。このようにすれば、圧電素子100の絶縁性が良好となる。   The piezoelectric body 30 of the present embodiment is made of the piezoelectric material described in the section “1. Piezoelectric material”. In this way, the insulation property of the piezoelectric element 100 is improved.

本実施形態の圧電素子100は、広範な用途に用いることができる。圧電アクチュエーター102の用途としては、例えば、液体噴射ヘッド、インクジェットプリンターなどの液体噴射装置などがあり、圧電素子100の用途としては、ジャイロセンサー、加速度センサーなどの各種のセンサー類、音叉型振動子などのタイミングデバイス類、超音波モーターなどの超音波デバイス類に好適に用いることができる。   The piezoelectric element 100 of this embodiment can be used for a wide range of applications. Applications of the piezoelectric actuator 102 include, for example, a liquid ejecting apparatus such as a liquid ejecting head and an ink jet printer. Applications of the piezoelectric element 100 include various sensors such as a gyro sensor and an acceleration sensor, a tuning fork vibrator, and the like. It can be suitably used for ultrasonic devices such as timing devices and ultrasonic motors.

3.圧電材料及び圧電素子の製造方法
本実施形態の圧電材料及びこれを用いた圧電素子100は、例えば、以下のように製造することができる。
3. Piezoelectric Material and Piezoelectric Element Manufacturing Method The piezoelectric material of the present embodiment and the piezoelectric element 100 using the same can be manufactured as follows, for example.

まず、基板1を準備し、基板1上に第1導電層10を形成する。第1導電層10は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。第1導電層10は、必要に応じてパターニングされることができる。   First, the substrate 1 is prepared, and the first conductive layer 10 is formed on the substrate 1. The first conductive layer 10 can be formed by, for example, a sputtering method, a plating method, a vacuum evaporation method, or the like. The first conductive layer 10 can be patterned as necessary.

次に、第1導電層10の上に、本実施形態の圧電材料からなる圧電体30を形成する。圧電体30は、上述の通り、例えば、スパッタ法、蒸着法、MOCVD(Metal−Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal−Organic Decomposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法(レーザーアブレーション法)、ミスト成膜法、及びゾルゲル法のうちの少なくとも一種の方法あるいはこれら複数の方法の組合せにより形成されることができる。圧電体30の結晶化は、例えば、500℃以上800℃以下で行うことができる。これにより、圧電体30を結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体30をパターニングした後に行ってもよい。そして、必要に応じて、上記操作を複数回繰り返して、所望の厚みの圧電体30を得ることができる。   Next, the piezoelectric body 30 made of the piezoelectric material of the present embodiment is formed on the first conductive layer 10. As described above, the piezoelectric body 30 is formed by, for example, sputtering, vapor deposition, MOCVD (Metal-Organic Chemical Deposition), MOD (Metal-Organic Deposition), PLD (Pulsed Laser Deposition), or laser ablation. It can be formed by at least one of a mist film forming method and a sol-gel method, or a combination of these methods. The crystallization of the piezoelectric body 30 can be performed, for example, at 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Thereby, the piezoelectric body 30 can be crystallized. Crystallization may be performed after the piezoelectric body 30 is patterned. Then, if necessary, the above operation can be repeated a plurality of times to obtain the piezoelectric body 30 having a desired thickness.

次に、圧電体30の上に第2導電層20を形成する。第2導電層20は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。そして、所望の形状に第2導電層20及び圧電体30をパターニングして、圧電素子を形成する。なお第2導電層20及び圧電体30は、必要に応じて同時にパターニングされることができる。以上例示した工程により、本実施形態の圧電材料及びこれを用いた圧電素子100を製造することができる。   Next, the second conductive layer 20 is formed on the piezoelectric body 30. The second conductive layer 20 can be formed by, for example, a sputtering method, a plating method, a vacuum evaporation method, or the like. Then, the second conductive layer 20 and the piezoelectric body 30 are patterned into a desired shape to form a piezoelectric element. The second conductive layer 20 and the piezoelectric body 30 can be simultaneously patterned as necessary. Through the processes exemplified above, the piezoelectric material of the present embodiment and the piezoelectric element 100 using the same can be manufactured.

4.液体噴射ヘッド
次に、本実施形態に係る圧電素子(圧電アクチュエーター)の用途の一例として、これらを有する液体噴射ヘッド600について、図面を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド600の要部を模式的に示す断面図である。図3は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド600の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
4). Liquid Ejecting Head Next, as an example of the application of the piezoelectric element (piezoelectric actuator) according to the present embodiment, a liquid ejecting head 600 having these will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the liquid jet head 600 according to the present embodiment. FIG. 3 is an exploded perspective view of the liquid ejecting head 600 according to the present embodiment, which is shown upside down from a state in which it is normally used.

液体噴射ヘッド600は、上述の圧電素子(圧電アクチュエーター)を有することができる。以下では、基板1(上部に振動板1aを含む構造体)の上に圧電素子100が形成され、圧電素子100と振動板1aとが圧電アクチュエーター102を構成している液体噴射ヘッド600を例示して説明する。   The liquid ejecting head 600 can include the above-described piezoelectric element (piezoelectric actuator). In the following, a liquid ejecting head 600 in which the piezoelectric element 100 is formed on the substrate 1 (the structure including the vibration plate 1 a on the upper portion) and the piezoelectric element 100 and the vibration plate 1 a constitute the piezoelectric actuator 102 will be exemplified. I will explain.

液体噴射ヘッド600は、図2及び図3に示すように、ノズル孔612を有するノズル板610と、圧力室622を形成するための圧力室基板620と、圧電素子100と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド600は、図3に示すように、筐体630を有することができる。なお、図3では、圧電素子100を簡略化して図示している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the liquid ejecting head 600 includes a nozzle plate 610 having nozzle holes 612, a pressure chamber substrate 620 for forming the pressure chamber 622, and the piezoelectric element 100. Furthermore, the liquid ejecting head 600 can include a housing 630 as illustrated in FIG. 3. In FIG. 3, the piezoelectric element 100 is illustrated in a simplified manner.

ノズル板610は、図2及び図3に示すように、ノズル孔612を有する。ノズル孔612からは、インクが吐出されることができる。ノズル板610には、例えば、多数のノズル孔612が一列に設けられている。ノズル板620の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼(SUS)などを挙げることができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle plate 610 has nozzle holes 612. Ink can be ejected from the nozzle holes 612. In the nozzle plate 610, for example, a number of nozzle holes 612 are provided in a line. Examples of the material of the nozzle plate 620 include silicon and stainless steel (SUS).

圧力室基板620は、ノズル板610上(図3の例では下)に設けられている。圧力室基板620の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板620がノズル板610と振動板1aとの間の空間を区画することにより、図3に示すように、リザーバー(液体貯留部)624と、リザーバー624と連通する供給口626と、供給口626と連通する圧力室622と、が設けられている。この例では、リザーバー624と、供給口626と、圧力室622とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口626は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー624、供給口626及び圧力室622は、ノズル板610と圧力室基板620と振動板1aとによって区画されている。リザーバー624は、外部(例えばインクカートリッジ)から、振動板1aに設けられた貫通孔628を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー624内のインクは、供給口626を介して、圧力室622に供給されることができる。圧力室622は、振動板1aの変形により容積が変化する。圧力室622はノズル孔612と連通しており、圧力室622の容積が変化することによって、ノズル孔612からインク等が吐出される。   The pressure chamber substrate 620 is provided on the nozzle plate 610 (lower in the example of FIG. 3). Examples of the material of the pressure chamber substrate 620 include silicon. As the pressure chamber substrate 620 divides the space between the nozzle plate 610 and the diaphragm 1a, as shown in FIG. 3, a reservoir (liquid reservoir) 624, a supply port 626 communicating with the reservoir 624, and a supply A pressure chamber 622 communicating with the port 626 is provided. In this example, the reservoir 624, the supply port 626, and the pressure chamber 622 will be described separately, but these are all liquid flow paths, and any such flow paths may be designed. Absent. Further, for example, the supply port 626 has a shape in which a part of the flow path is narrowed in the illustrated example, but can be arbitrarily formed according to the design, and is not necessarily an essential configuration. The reservoir 624, the supply port 626, and the pressure chamber 622 are partitioned by the nozzle plate 610, the pressure chamber substrate 620, and the vibration plate 1a. The reservoir 624 can temporarily store ink supplied from the outside (for example, an ink cartridge) through a through hole 628 provided in the vibration plate 1a. The ink in the reservoir 624 can be supplied to the pressure chamber 622 via the supply port 626. The volume of the pressure chamber 622 changes due to the deformation of the diaphragm 1a. The pressure chamber 622 communicates with the nozzle hole 612, and ink or the like is ejected from the nozzle hole 612 when the volume of the pressure chamber 622 changes.

圧電素子100は、圧力室基板620上(図3の例では下)に設けられている。圧電素子100は、圧電素子駆動回路(図示せず)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作(振動、変形)することができる。振動板1aは、圧電体30の動作によって変形し、圧力室622の内部圧力を適宜変化させることができる。   The piezoelectric element 100 is provided on the pressure chamber substrate 620 (lower in the example of FIG. 3). The piezoelectric element 100 is electrically connected to a piezoelectric element driving circuit (not shown), and can operate (vibrate or deform) based on a signal from the piezoelectric element driving circuit. The diaphragm 1 a can be deformed by the operation of the piezoelectric body 30 to change the internal pressure of the pressure chamber 622 as appropriate.

筐体630は、図3に示すように、ノズル板610、圧力室基板620及び圧電素子100を収納することができる。筐体630の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。   As shown in FIG. 3, the housing 630 can accommodate the nozzle plate 610, the pressure chamber substrate 620, and the piezoelectric element 100. Examples of the material of the housing 630 include resin and metal.

液体噴射ヘッド600は、上述した少なくとも絶縁性に優れた圧電素子100を含んでいる。したがって、絶縁性が良好となる圧電体を含む液体噴射ヘッドを実現できる。   The liquid ejecting head 600 includes the above-described piezoelectric element 100 that is excellent in at least insulation. Therefore, it is possible to realize a liquid jet head including a piezoelectric body with good insulation.

なお、ここでは、液体噴射ヘッド600がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。   Here, the case where the liquid ejecting head 600 is an ink jet recording head has been described. However, the liquid ejecting head of the present embodiment is, for example, an electrode material ejecting head used for electrode formation such as a color material ejecting head, an organic EL display, and an FED (surface emitting display) used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display. It can also be used as a bio-organic matter ejecting head used for biochip manufacturing.

5.液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置700について、図面を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る液体噴射装置700を模式的に示す斜視図である。液体噴射装置700は、上述の液体噴射ヘッド600を有する。以下では、液体噴射装置700が上述の液体噴射ヘッド600を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。
5). Next, a liquid ejecting apparatus 700 according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the liquid ejecting apparatus 700 according to this embodiment. The liquid ejecting apparatus 700 includes the liquid ejecting head 600 described above. Hereinafter, a case where the liquid ejecting apparatus 700 is an ink jet printer having the above-described liquid ejecting head 600 will be described.

液体噴射装置700は、図4に示すように、ヘッドユニット730と、駆動部710と、制御部760と、を含む。液体噴射装置700は、さらに、液体噴射装置700は、装置本体720と、給紙部750と、記録用紙Pを設置するトレイ721と、記録用紙Pを排出する排出口722と、装置本体720の上面に配置された操作パネル770と、を含むことができる。   As illustrated in FIG. 4, the liquid ejecting apparatus 700 includes a head unit 730, a driving unit 710, and a control unit 760. The liquid ejecting apparatus 700 further includes an apparatus main body 720, a paper feeding unit 750, a tray 721 on which the recording paper P is installed, a discharge port 722 for discharging the recording paper P, and an apparatus main body 720. And an operation panel 770 disposed on the upper surface.

ヘッドユニット730は、上述した液体噴射ヘッド600から構成されるインクジェット式記録ヘッド(以下単に「ヘッド」ともいう)を有する。ヘッドユニット730は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ731と、ヘッド及びインクカートリッジ731を搭載した運搬部(キャリッジ)732と、を備える。   The head unit 730 includes an ink jet recording head (hereinafter, also simply referred to as “head”) configured from the liquid ejecting head 600 described above. The head unit 730 further includes an ink cartridge 731 that supplies ink to the head, and a transport unit (carriage) 732 on which the head and the ink cartridge 731 are mounted.

駆動部710は、ヘッドユニット730を往復動させることができる。駆動部710は、ヘッドユニット730の駆動源となるキャリッジモーター741と、キャリッジモーター741の回転を受けて、ヘッドユニット730を往復動させる往復動機構742と、を有する。   The drive unit 710 can reciprocate the head unit 730. The drive unit 710 includes a carriage motor 741 serving as a drive source for the head unit 730, and a reciprocating mechanism 742 that receives the rotation of the carriage motor 741 and reciprocates the head unit 730.

往復動機構742は、その両端がフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸744と、キャリッジガイド軸744と平行に延在するタイミングベルト743と、を備える。キャリッジガイド軸744は、キャリッジ732が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ732を支持している。さらに、キャリッジ732は、タイミングベルト743の一部に固定されている。キャリッジモーター741の作動により、タイミングベルト743を走行させると、キャリッジガイド軸744に導かれて、ヘッドユニット730が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。   The reciprocating mechanism 742 includes a carriage guide shaft 744 supported at both ends by a frame (not shown), and a timing belt 743 extending in parallel with the carriage guide shaft 744. The carriage guide shaft 744 supports the carriage 732 while allowing the carriage 732 to freely reciprocate. Further, the carriage 732 is fixed to a part of the timing belt 743. When the timing belt 743 is caused to travel by the operation of the carriage motor 741, it is guided to the carriage guide shaft 744 and the head unit 730 reciprocates. During this reciprocation, ink is appropriately discharged from the head, and printing on the recording paper P is performed.

なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド600及び記録用紙Pがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド600及び記録用紙Pが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Pに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Pに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。   In the present embodiment, an example of a liquid ejecting apparatus in which printing is performed while both the liquid ejecting head 600 and the recording paper P move is shown, but the liquid ejecting apparatus of the present invention includes the liquid ejecting head 600 and the recording. Any mechanism may be used as long as the paper P is printed on the recording paper P by changing its position relative to each other. Further, in the present embodiment, an example is shown in which printing is performed on the recording paper P. However, the recording medium that can be printed by the liquid ejecting apparatus of the present invention is not limited to paper, and may be cloth, film, A wide range of media such as metal can be used, and the configuration can be changed as appropriate.

制御部760は、ヘッドユニット730、駆動部710及び給紙部750を制御することができる。   The control unit 760 can control the head unit 730, the driving unit 710, and the paper feeding unit 750.

給紙部750は、記録用紙Pをトレイ721からヘッドユニット730側へ送り込むことができる。給紙部750は、その駆動源となる給紙モーター751と、給紙モーター751の作動により回転する給紙ローラー752と、を備える。給紙ローラー752は、記録用紙Pの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー752a及び駆動ローラー752bを備える。駆動ローラー752bは、給紙モーター751に連結されている。制御部760によって供紙部750が駆動されると、記録用紙Pは、ヘッドユニット730の下方を通過するように送られる。   The paper feeding unit 750 can feed the recording paper P from the tray 721 to the head unit 730 side. The paper feed unit 750 includes a paper feed motor 751 serving as a drive source thereof, and a paper feed roller 752 that rotates by the operation of the paper feed motor 751. The paper feed roller 752 includes a driven roller 752a and a drive roller 752b that are vertically opposed to each other with the feeding path of the recording paper P interposed therebetween. The drive roller 752b is connected to the paper feed motor 751. When the paper supply unit 750 is driven by the control unit 760, the recording paper P is sent so as to pass below the head unit 730.

ヘッドユニット730、駆動部710、制御部760及び給紙部750は、装置本体720の内部に設けられている。   The head unit 730, the driving unit 710, the control unit 760, and the paper feeding unit 750 are provided inside the apparatus main body 720.

液体噴射装置700は、上述した少なくとも絶縁性に優れた圧電素子100を含んでいる。したがって、絶縁性が良好となる圧電体を含む液体噴射装置を実現できる。   The liquid ejecting apparatus 700 includes the piezoelectric element 100 excellent in at least the above-described insulation. Therefore, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus including a piezoelectric body that has good insulation.

なお、上記例示した液体噴射装置700は、1つの液体噴射ヘッド600を有し、この液体噴射ヘッド600によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、1つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。   Note that the liquid ejecting apparatus 700 exemplified above includes one liquid ejecting head 600, and the liquid ejecting head 600 can perform printing on a recording medium. However, the liquid ejecting apparatus 700 includes a plurality of liquid ejecting heads. May be. When the liquid ejecting apparatus includes a plurality of liquid ejecting heads, the plurality of liquid ejecting heads may be independently operated as described above, or the plurality of liquid ejecting heads may be connected to each other to It may be a gathered head. An example of such a set of heads is a line-type head in which nozzle holes of a plurality of heads have a uniform interval as a whole.

以上、本発明に係る液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置700を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ELディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。   As described above, the liquid ejecting apparatus 700 as an ink jet printer has been described as an example of the liquid ejecting apparatus according to the present invention. However, the liquid ejecting apparatus according to the present invention can be used industrially. As the liquid (liquid material) discharged in this case, various functional materials adjusted to an appropriate viscosity with a solvent or a dispersion medium can be used. In addition to the exemplified image recording apparatus such as a printer, the liquid ejecting apparatus of the present invention includes a color material ejecting apparatus, an organic EL display, an FED (surface emitting display), and an electrophoretic display used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display. The present invention can also be suitably used as a liquid material ejecting apparatus used for forming electrodes such as electrodes and color filters, and a bioorganic material ejecting apparatus used for biochip manufacturing.

6.実施例及び比較例
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
6). Examples and Comparative Examples Examples and Comparative Examples are shown below to describe the present invention more specifically. In addition, this invention is not limited at all by the following examples.

6.1.圧電素子の作製
実施例1ないし実施例6及び比較例1ないし比較例2の圧電素子は、以下のように作製した。
6.1. Production of Piezoelectric Element The piezoelectric elements of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were produced as follows.

基板は以下の工程により作製した。まず、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(SiO)膜を形成した。次に、SiO膜上にDCスパッタ法及び熱酸化により膜厚400nmの酸化ジルコニウム(ZrO)膜を形成した。次に、ZrO膜上にDCスパッタ法により膜厚20nmのチタン(Ti)膜を、さらに膜厚130nmの白金(Pt)下部電極層(第1導電層20)を形成した。 The substrate was produced by the following process. First, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 1000 nm was formed on the surface of a silicon (Si) substrate by thermal oxidation. Next, a 400 nm-thickness zirconium oxide (ZrO 2 ) film was formed on the SiO 2 film by DC sputtering and thermal oxidation. Next, a 20 nm thick titanium (Ti) film and a 130 nm thick platinum (Pt) lower electrode layer (first conductive layer 20) were formed on the ZrO 2 film by DC sputtering.

各実施例及び各比較例の圧電体30は、いずれも化学溶液法によって作製した。第1導電層10の上に、スピンコート法によって、鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンの前駆体溶液を塗布した。この前駆体溶液は、実施例及び比較例ごとに異なる配合を有するものとした。また、スピンコートにおける回転速度は1500rpmとした。   The piezoelectric bodies 30 of each example and each comparative example were each produced by a chemical solution method. On the first conductive layer 10, a precursor solution of bismuth lanthanum iron manganate and magnesium oxide was applied by spin coating. This precursor solution had a different composition for each example and comparative example. The rotation speed in spin coating was 1500 rpm.

次に、塗布された前駆体膜を大気中、150℃で2分間乾燥させ、溶媒を除去した。次いで、大気中、350℃で4分間熱処理して、前駆体膜中の有機成分を除去した(脱脂)。各実施例及び比較例につき、いずれも、前駆体溶液の塗布、乾燥、脱脂の組を2回繰り返して行った。次いで、焼成炉(Rapid Thermal Annealing(RTA))に導入し、0.5L/minの窒素フローを行いながら、650℃で2分間焼成した。   Next, the applied precursor film was dried in air at 150 ° C. for 2 minutes to remove the solvent. Subsequently, it heat-processed for 4 minutes at 350 degreeC in air | atmosphere, and removed the organic component in a precursor film | membrane (degreasing | defatting). For each of the Examples and Comparative Examples, the combination of the precursor solution, drying, and degreasing was repeated twice. Subsequently, it introduce | transduced into the baking furnace (Rapid Thermal Annealing (RTA)), and baked at 650 degreeC for 2 minute (s), performing 0.5 L / min nitrogen flow.

さらに各実施例及び各比較例につき、いずれも、前駆体溶液の塗布、乾燥、脱脂の組を3回、焼成を2回繰り返し、その後、0.5L/minの窒素フローを行いながら、650℃で5分間焼成した。これにより、500nmの厚みの圧電体30が得られた。   Further, for each of the examples and comparative examples, each of the precursor solution coating, drying, and degreasing groups was repeated three times and the firing was repeated twice, and then a nitrogen flow of 0.5 L / min was performed at 650 ° C. For 5 minutes. Thereby, a piezoelectric body 30 having a thickness of 500 nm was obtained.

さらにその上に第2導電層20としてDCスパッタ法にて膜厚100nmのPt膜を作製した。その後、RTA炉に導入し、炉内を0.5L/minの窒素フローを行いながら、650℃で5分間、第2導電層20の焼付けを行い、各実施例及び比較例の圧電素子をそれぞれ作製した。   Further, a 100 nm-thick Pt film was formed thereon as the second conductive layer 20 by DC sputtering. Thereafter, the second conductive layer 20 was baked at 650 ° C. for 5 minutes while introducing a 0.5 L / min nitrogen flow into the RTA furnace, and the piezoelectric elements of the examples and comparative examples were respectively Produced.

各実施例及び各比較例において、化学溶液法における前駆体溶液には、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムの有機酸塩に、溶媒としてオクタン、キシレン及びn−ブタノールを用いた溶液を使用した。鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンの前駆体溶液の組成は、各実施例及び各比較例について、原料溶液に含まれる元素の濃度として、表1に原料における各元素の配合比(仕込量(mol%)の比)を記載した。また、各実施例及び各比較例について、表1に上記式(I)の型式で表記した場合の係数v、w、x、y、zを用いて表した係数比を記載した。   In each example and each comparative example, as a precursor solution in the chemical solution method, a solution using octane, xylene, and n-butanol as solvents for organic acid salts of bismuth, lanthanum, iron, manganese, and magnesium was used. . The composition of the precursor solution of bismuth lanthanum manganate manganate is shown in Table 1 as the concentration of the element contained in the raw material solution for each Example and each Comparative Example. %))). Moreover, about each Example and each comparative example, the coefficient ratio represented using the coefficient v, w, x, y, z at the time of describing with the type | formula of said Formula (I) in Table 1 was described.

6.2.圧電素子の評価
各実施例及び比較例の圧電素子について、電流−電圧特性を測定して評価した。圧電素子の第1導電層と第2導電層との間に所与の電圧を印加し、所与の電圧を印加した時に第1導電層と第2導電層との間に流れるリーク電流を測定し、横軸を印加電圧、縦軸をリーク電流密度としてプロットして、電流−電圧特性を評価した。
6.2. Evaluation of Piezoelectric Elements The piezoelectric elements of the examples and comparative examples were evaluated by measuring current-voltage characteristics. A given voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer of the piezoelectric element, and a leakage current flowing between the first conductive layer and the second conductive layer when a given voltage is applied is measured. The current-voltage characteristics were evaluated by plotting the horizontal axis as the applied voltage and the vertical axis as the leakage current density.

図5は、実施例1(1001)、実施例2(1002)、実施例3(1003)、実施例4(1004)、実施例5(1005)、実施例6(1006)、比較例1(2001)及び比較例2(2002)の圧電素子の電流−電圧特性を示すグラフである。横軸はリニアスケールで示した印加電圧[V]、縦軸はログスケールで示したリーク電流密度[A/cm]を表す。 5 shows Example 1 (1001), Example 2 (1002), Example 3 (1003), Example 4 (1004), Example 5 (1005), Example 6 (1006), and Comparative Example 1 ( 2001) and a graph showing current-voltage characteristics of piezoelectric elements of Comparative Example 2 (2002). The horizontal axis represents the applied voltage [V] indicated by a linear scale, and the vertical axis represents the leakage current density [A / cm 2 ] indicated by a log scale.

図5に示すように、特に印加電圧の絶対値が20V以上30V以下となる範囲において、Mgを含まない比較例(2001)の圧電素子に比べて、実施例1(1001)、実施例2(1002)、実施例3(1003)、実施例4(1004)、実施例5(1005)及び実施例6(1006)のいずれの圧電素子も、リーク電流が抑制されていることが判明した。一方、比較例2(2002)の圧電素子は、比較例1(2001)の圧電素子に比べてリーク電流が増大していることが判明した。   As shown in FIG. 5, in the range where the absolute value of the applied voltage is 20 V or more and 30 V or less, compared to the piezoelectric element of Comparative Example (2001) not containing Mg, Example 1 (1001) and Example 2 ( 1002), Example 3 (1003), Example 4 (1004), Example 5 (1005), and Example 6 (1006) were found to have reduced leakage current. On the other hand, it was found that the leakage current of the piezoelectric element of Comparative Example 2 (2002) was increased as compared with the piezoelectric element of Comparative Example 1 (2001).

このように、実施例1(1001)、実施例2(1002)、実施例3(1003)、実施例4(1004)、実施例5(1005)及び実施例6(1006)の圧電素子は、比較例1(2001)及び比較例2(2002)の圧電素子に比べて良好な絶縁性を有することが判明した。   Thus, the piezoelectric elements of Example 1 (1001), Example 2 (1002), Example 3 (1003), Example 4 (1004), Example 5 (1005) and Example 6 (1006) are: It was found that the piezoelectric elements of the comparative example 1 (2001) and the comparative example 2 (2002) have better insulating properties.

これらの実験結果の評価をまとめて表2に記載する。負側及び正側における評価は、印加電圧の絶対値が20V以上30V以下となる範囲において、リーク電流が比較例1の圧電素子よりも小さいものを「○」、リーク電流が比較例1の圧電素子と同等のものを「△」、リーク電流が比較例1の圧電素子よりも大きいものを「×」とした。総合評価は、負側と正側の評価を総合して、絶縁性が比較例1の圧電素子よりも良好となるものを「○」、絶縁性が比較例1の圧電素子と同等となるものを「△」、比較例1の圧電素子よりも絶縁性が不良となるものを「×」とした。   The evaluation of these experimental results is summarized in Table 2. In the evaluation on the negative side and the positive side, in the range where the absolute value of the applied voltage is 20 V or more and 30 V or less, “◯” indicates that the leakage current is smaller than that of the piezoelectric element of Comparative Example 1, and the leakage current is the piezoelectric of Comparative Example 1. An element equivalent to the element was represented by “Δ”, and an element having a leakage current larger than that of the piezoelectric element of Comparative Example 1 was represented by “x”. Comprehensive evaluation is based on the evaluation of negative side and positive side, and “O” indicates that the insulation is better than the piezoelectric element of Comparative Example 1, and the insulation is equivalent to the piezoelectric element of Comparative Example Is indicated by “Δ”, and “×” indicates that the insulation property is poorer than that of the piezoelectric element of Comparative Example 1.

表2に示すように、圧電材料を上記式(I)の型式で表記した場合、2≦y/z≦8となる範囲で、圧電材料の絶縁性が良好となることが判明した。   As shown in Table 2, it was found that when the piezoelectric material is represented by the type of the above formula (I), the insulation property of the piezoelectric material is good in the range of 2 ≦ y / z ≦ 8.

6.3.実施例及び比較例についての考察
鉄酸マンガン酸マグネシウム酸ビスマスランタンにおいて、マグネシウムは、ペロブスカイト型構造のBサイトに含まれるため、上述の実施例及び比較例から、絶縁性を向上させるためには、Bサイトの組成比が重要であることが分かる。
6.3. Consideration about Examples and Comparative Examples In bismuth lanthanum manganate manganate, magnesium is contained in the B site of the perovskite type structure. From the above examples and comparative examples, in order to improve insulation, It can be seen that the composition ratio of the B site is important.

以下において、密度汎関数法に基づく第一原理電子状態計算を用いて、Bサイトの鉄を原子置換した場合の電子状態密度を調べた。図6は、原子置換をしていないBFOの電子状態密度である。図7は、Bサイトに含まれる鉄の一部をマンガンで置換した場合、また、図8は、Bサイトに含まれる鉄の一部をマグネシウムで置換した場合の電子状態密度を表すグラフである。いずれも、横軸はエネルギー[eV]、縦軸は状態密度(DOS;Density of States)[/eV]を表す。   In the following, using the first-principles electronic state calculation based on the density functional method, the electronic state density in the case of atomic substitution of iron at the B site was examined. FIG. 6 shows the electronic state density of BFO without atomic substitution. FIG. 7 is a graph showing the density of electronic states when a part of iron contained in the B site is substituted with manganese, and FIG. 8 is a graph showing the density of electronic states when a part of iron contained in the B site is substituted with magnesium. . In both cases, the horizontal axis represents energy [eV], and the vertical axis represents density of states (DOS) [/ eV].

図6から、Bサイトの原子置換を行っていない純粋なBFOでは、バンドギャップが開いており、絶縁体であることがわかる。このときBサイトの鉄は3価の価数状態にある。   From FIG. 6, it can be seen that pure BFO without atomic substitution at the B site has an open band gap and is an insulator. At this time, the iron at the B site is in a trivalent state.

図7から、BFOに含まれる鉄の一部をマンガンで置換した場合には、バンドギャップの中に占有された電子1個分の状態密度ピークが現れる。したがって、マンガンは4価(n型)のドーパントとして機能していることが分かる。また、図8から、BFOに含まれる鉄の一部をマグネシウムで置換した場合には、価電子帯に電子1個分のホールが空く。したがって、マグネシウムは2価(p型)のドーパントとして機能していることが分かる。   From FIG. 7, when a part of iron contained in BFO is replaced with manganese, a state density peak corresponding to one electron occupied in the band gap appears. Therefore, it can be seen that manganese functions as a tetravalent (n-type) dopant. Further, from FIG. 8, when a part of iron contained in BFO is replaced with magnesium, a hole for one electron is vacated in the valence band. Therefore, it turns out that magnesium is functioning as a bivalent (p-type) dopant.

よって、BFOに含まれる鉄の一部が、n型となるマンガンと、p型となるマグネシウムとで置換されることにより、価数バランスがとれ、絶縁性が向上するものと考えられる。したがって、本材料系においても、マグネシウムのモル数に対するマンガンのモル数の比(y/z)が、絶縁性を向上させるための重要なパラメーターであるものと考えられる。   Therefore, it is considered that a part of iron contained in BFO is replaced with n-type manganese and p-type magnesium, so that a valence balance is obtained and insulation is improved. Accordingly, also in this material system, the ratio of the number of moles of manganese to the number of moles of magnesium (y / z) is considered to be an important parameter for improving the insulation.

以上に述べた実施形態及び変形実施形態は、任意の複数の形態を適宜組み合わせることが可能である。これにより、組み合わされた実施形態は、それぞれの実施形態が有する効果又は相乗的な効果を奏することができる。   The embodiments and modified embodiments described above can be arbitrarily combined with a plurality of forms. Thereby, combined embodiment can have an effect which each embodiment has, or a synergistic effect.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1 基板、1a 振動板、10 第1導電層、20 第2導電層、30 圧電体、100 圧電素子、102 圧電アクチュエーター、600 液体噴射ヘッド、610 ノズル板、612 ノズル孔、620 圧力室基板、622 圧力室、624 リザーバー、626 供給口、630 筐体、700 液体噴射装置、710 駆動部、720 装置本体、721 トレイ、722 排出口、730 ヘッドユニット、731 インクカートリッジ、732 キャリッジ、741 キャリッジモーター、742 往復動機構、743 タイミングベルト、744 キャリッジガイド軸、750 給紙部、751 給紙モーター、752 給紙ローラー、752a 従動ローラー、752b 駆動ローラー、760 制御部、770 操作パネル、1001 実施例1、1002 実施例2、1003 実施例3、1004 実施例4、1005 実施例5、1006 実施例6、2001 比較例1、2002 比較例2 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate, 1a Diaphragm, 10 1st conductive layer, 20 2nd conductive layer, 30 Piezoelectric body, 100 Piezoelectric element, 102 Piezoelectric actuator, 600 Liquid ejecting head, 610 Nozzle plate, 612 Nozzle hole, 620 Pressure chamber board, 622 Pressure chamber, 624 reservoir, 626 supply port, 630 casing, 700 liquid ejection device, 710 drive unit, 720 device main body, 721 tray, 722 discharge port, 730 head unit, 731 ink cartridge, 732 carriage, 741 carriage motor, 742 Reciprocating mechanism, 743 timing belt, 744 carriage guide shaft, 750 paper feed unit, 751 paper feed motor, 752 paper feed roller, 752a driven roller, 752b drive roller, 760 control unit, 770 operation panel, 1001 1, 1002 Example 2, 1003 Example 3, 1004 Example 4, 1005 Example 5, 1006 Example 6, 2001 Comparative Example 1, 2002 Comparative Example 2

Claims (6)

ペロブスカイト型構造を有し、ビスマス、ランタン、鉄、マンガン及びマグネシウムを含む複合酸化物であって、
マグネシウムに対するマンガンのモル比が、2以上8以下である、圧電材料。
A composite oxide having a perovskite structure and containing bismuth, lanthanum, iron, manganese and magnesium,
A piezoelectric material having a molar ratio of manganese to magnesium of 2 or more and 8 or less.
請求項1に記載の圧電材料において、
鉄、マンガン及びマグネシウムの和に対するマンガンのモル比が、0.02以上0.04以下である、圧電材料。
The piezoelectric material according to claim 1,
The piezoelectric material whose molar ratio of manganese with respect to the sum of iron, manganese, and magnesium is 0.02 or more and 0.04 or less.
請求項1及び2のいずれかに記載の圧電材料において、
マグネシウムに対するランタンのモル比が、17以上40以下である、圧電材料。
The piezoelectric material according to any one of claims 1 and 2,
A piezoelectric material having a molar ratio of lanthanum to magnesium of 17 or more and 40 or less.
請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電材料と、前記圧電材料に設けられた電極と、を含む、圧電素子。   A piezoelectric element comprising the piezoelectric material according to claim 1 and an electrode provided on the piezoelectric material. 請求項4に記載の圧電素子を備えた、液体噴射ヘッド。   A liquid ejecting head comprising the piezoelectric element according to claim 4. 請求項5に記載の液体噴射ヘッドを備えた、液体噴射装置。   A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 5.
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