專利名稱：液滴噴射頭、液滴噴射裝置、壓電元件和陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液滴噴射頭、液滴噴射裝置、壓電元件和陶瓷。
背景技術(shù)：
以噴墨打印機為代表的液滴噴射裝置，搭載了排出液體的液滴噴射頭。作為液滴 噴射頭的代表例，例如有通過壓電執(zhí)行器使壓力室變形而對壓力室內(nèi)的墨加壓并作為墨滴 從噴嘴孔排出的噴墨式記錄頭。作為噴墨式記錄頭中采用的壓電執(zhí)行器，有由電極夾持具 有電氣機械變換功能的壓電陶瓷而構(gòu)成的裝置(專利文獻(xiàn)1)。這樣，以壓電執(zhí)行器為首，以 壓電傳感器、各種超音波設(shè)備等為代表的壓電元件用于各種裝置中。但是，從環(huán)境問題的觀點看，盛行著可代替?zhèn)鹘y(tǒng)采用的鋯鈦酸鉛的呈現(xiàn)壓電特性 的無鉛(或低鉛系)的陶瓷材料的開發(fā)。作為無鉛系的壓電陶瓷，提出了例如將鐵酸鉍和 鈦酸鉍鉀固溶的陶瓷(專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2001-223404號公報。專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-069051號公報。但是，在壓電元件采用上述將鐵酸鉍和鈦酸鉍鉀固溶的陶瓷的場合，存在泄漏電 流高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題，以提供具有對環(huán)境負(fù)擔(dān)小且泄漏電流降低的壓電元件的 液滴噴射頭及采用該液滴噴射頭的液滴噴射裝置為目的。(1)本發(fā)明的液滴噴射頭，具備與噴嘴孔連通的壓力室和具有陶瓷和在上述陶瓷 上設(shè)置的電極的壓電元件，其中，上述陶瓷包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有環(huán)境負(fù)擔(dān)小且泄漏電流降低的壓電元件的液滴噴射 頭。(2)本發(fā)明的液滴噴射頭中，上述陶瓷是χ [BiFeO3]-(I-X) [(BiaK1J TiO3]-y [BiMnO3](其中，0.4 ≤ χ≤0.7，0 < y ≤0. 045,0. 4 < a < 0. 6)。另外，以下將[BiMnO3]簡稱為BM，將化學(xué)組成用χ [BiFeO3] - (l-χ) [ (BiaK1J TiO3]-y [BiMnO3](其中，0· 4 ≤ χ ≤ 0. 7，0 < y ≤ 0. 045,0. 4 < a < 0. 6)表示的陶瓷簡稱 為BF-BKT-BM系陶瓷。(3)本發(fā)明的液滴噴射裝置，是具有上述任一液滴噴射頭的液滴噴射裝置。(4)本發(fā)明的壓電元件，具有陶瓷和在上述陶瓷上設(shè)置的電極，上述陶瓷包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供環(huán)境負(fù)擔(dān)小且泄漏電流降低的壓電元件。(5)本發(fā)明的陶瓷，包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。根據(jù)本發(fā)明，可以提供成為環(huán)境負(fù)擔(dān)小且泄漏電流降低的壓電元件等的材料的陶器。


圖1 (A)是本實施例的陶瓷的制造方法的流程圖。圖1 (B)是本實施例的陶瓷的制造方法的流程圖。圖2是實施例1及比較例1的陶瓷的P-E磁滯的示圖。圖3是實施例2的陶瓷的P-E磁滯的示圖。圖4是實施例3的陶瓷的P-E磁滯的示圖。圖5是實施例4的陶瓷的P-E磁滯的示圖。圖6是實施例5的陶瓷的P-E磁滯及電場感應(yīng)變形_電場特性的示圖。圖7是實施例6的陶瓷的P-E磁滯及電場感應(yīng)變形_電場特性的示圖。圖8是本實施例的液滴噴射頭的要部的示意截面圖。圖9是本實施例的液滴噴射頭的分解透視圖。圖10是本實施例的液滴噴射裝置的示意透視圖。符號說明10振動板，20第1電極，30壓電體層，40第2電極，100壓電元件，600液滴噴射頭， 610噴嘴板，612噴嘴孔，620壓力室基板，622壓力室，624儲存器，626供給口，628貫通孔， 630筐體，700液滴噴射裝置，710驅(qū)動部，720裝置主體，721托盤(tray)，722排出口，730 頭單元，731墨盒，732托架，741托架電動機，742往復(fù)移動機構(gòu)，743同步帶，744托架導(dǎo)軸 (carriage guide shaft)，750給紙部，751給紙電動機，752給紙輥，752a從動輥，752b驅(qū)動 輥，760控制部，770操作面板。
具體實施例方式以下，參照

適用本發(fā)明的實施例的一例。但是，本發(fā)明不限于以下的實 施例。本發(fā)明也包含以下的實施例及其變形例的自由組合。另外，本說明書中，將鐵酸鉍 [BiFeO3]簡稱為BF，鈦酸鉍鉀[(BiaK1JTiO3]簡稱為BKT，錳酸鉍[BiMnO3]簡稱為BM。1.陶瓷的原料液及陶瓷的制造方法以下，參照附圖，說明本實施例的陶瓷的原料液及陶瓷的制造方法。圖1是本實施例的陶瓷的制造方法的流程圖。如圖1所示，本實施例的陶瓷的制造方法包含準(zhǔn)備原料液的步驟(工序)；用上 述原料液形成第1膜的步驟；將上述第1膜熱處理而獲得第2膜的步驟；形成將多個上述第 2膜層疊的層疊體的步驟；焙燒上述層疊體的步驟。1. 1.原料液的準(zhǔn)備步驟(Si)首先，如圖I(A)所示，準(zhǔn)備本實施例的陶瓷的制造方法的起始原料即陶瓷的原料 液(Si)。本實施例中的陶瓷的原料液包含金屬化合物。原料液所包含的金屬化合物包含成為BF-BKT-BM系陶瓷的原料的金屬元素即可。BF-BKT-BM系陶瓷是由用鈣鈦礦結(jié)晶構(gòu)造 的一般式ABO3表示的BF系陶瓷、BKT系陶瓷及BM系陶瓷構(gòu)成的3相混晶陶瓷。作為BF系 陶瓷的[BiFeO3], A元素包括Bi，B元素包括Fe。作為BKT系陶瓷的[(BiaK1JTiO3], A元 素包括Bi及K，B元素包括Ti。作為BM系陶瓷的[BiMnO3], A元素包括Bi，B元素包括Mn。 即，本實施例的BF-BKT-BM系陶瓷的原料液以規(guī)定的摩爾比包含Bi、Fe、Ti、K、Mn的金屬元 素即可。另外，本實施例的BF-BKT-BM系陶瓷的原料液的Bi、Fe、Ti、K的金屬元素的摩爾 比的詳細(xì)情況將后述。準(zhǔn)備BF-BKT-BM系陶瓷的原料液所采用的金屬化合物只要是包含Bi、Fe、Ti、K的 金屬化合物就沒有特別限定。用于準(zhǔn)備原料液的金屬化合物只要是通過加水分解或氧化可 以生成源自該金屬有機化合物的金屬氧化物就沒有限定，例如，也可以從包含上述金屬的 金屬醇鹽、有機金屬絡(luò)合物及有機酸鹽等選擇。含有Bi的金屬化合物可例舉三乙醇鉍、三異丙醇鉍、乙酰丙酮鉍、硝酸鉍、乙酸 鉍、檸檬酸鉍、草酸鉍、酒石酸鉍、2-乙基己酸鉍等。含有Fe的金屬化合物可例舉三乙醇 鐵、三異丙醇鐵、三(乙酰丙酮)鐵、硝酸鐵、乙酸鐵、草酸鐵、酒石酸鐵、檸檬酸鐵、2-乙基 己酸亞鐵等。含有Ti的金屬化合物可例舉四甲醇鈦、四乙醇鈦、四異丙醇鈦、四正丙醇鈦、 四異丁醇鈦、四正丁醇鈦、四叔丁醇鈦、乙酰丙酮鈦、硝酸鈦、乙酸鈦、草酸鈦、酒石酸鈦、檸 檬酸鈦、四(2-乙基己基)鈦酸酯等。含有K的金屬化合物可例舉甲醇鉀、乙醇鉀、異丙 醇鉀、正丙醇鉀、異丁醇鉀、正丁醇鉀、叔丁醇鉀、硝酸鉀、乙酸鉀、草酸鉀、酒石酸鉀、檸檬酸 鉀、2-乙基己酸鉀等。含有Mn的金屬化合物可例舉二異丙醇錳、乙酰丙酮錳(III)、硝酸 錳、乙酸錳、檸檬酸錳、草酸錳、酒石酸錳、2-乙基己酸錳等。在本實施方案的原料液中，所使用的有機溶劑沒有特別限定。例如，有機溶劑可以 使用丁醇、甲醇、乙醇、丙醇、二甲苯、辛烷、甲苯、2-甲氧基乙醇、2- 丁氧基乙醇、二甘醇、丙 二醇、乙酰丙酮等的有機溶劑。本實施例的原料液用上述金屬化合物進行調(diào)節(jié)，使得原料液所包含的金屬元素的 摩爾比為[Bi K Fe Ti Mn = x+(l-x) Xa+y (l_x) X (l_a) χ 1-χ y](其中， 0· 4彡χ彡0· 7，0 < y彡0· 045，0· 4 < a < 0· 6)。例如，3相系BF-BKT-BM系陶瓷的組成比為 BF BKT BM = 60 40 3的場合，具體地說，只要χ = 0. 6，y = 0. 03，a = 0. 5，原料液所 包含的金屬元素的摩爾比成為[Bi K Fe Ti Mn = O. 83 0.2 0.6 0.4 0.03 即可。通過調(diào)節(jié)原料液到上述摩爾比，可以獲得與BF-BKT系陶瓷相比泄漏電流降低的 陶瓷即BF-BKT-BM系陶瓷。詳細(xì)情況后述。本實施例的原料液也可以相對于根據(jù)上述摩爾比規(guī)定的K的添加量而進一步添 加K。K過剩添加的原料液所包含的金屬元素的摩爾比可調(diào)節(jié)為[Bi K Fe Ti Mn = χ+(1-x) Xa+y (l_x) X (l_a) + α χ 1-χ y](其中，0· 4 彡 χ 彡 0· 7，0 < y 彡 0· 045， 0.4 < a< 0.6,0 ^ α彡0. 1)。這里α表示了以使本實施例的原料液中的K的比例相對 過剩為目的而添加的添加量的比例，在α <0.1的范圍即可。從而，可以調(diào)節(jié)原料液， 使得K相對地過剩。根據(jù)這樣的原料液，可以防止制造步驟中K在熱處理等中揮發(fā)而使得 BF-BKT-BM系陶瓷充分結(jié)晶所需的K量不足，結(jié)果，可以提高獲得的陶瓷的壓電特性。另外，本實施例的原料液也可以相對于根據(jù)上述摩爾比規(guī)定的Bi的添加量而進一步添加Bi。Bi過剩添加的原料液所包含的金屬元素的摩爾比可以調(diào)節(jié)為 [Bi K Fe Ti Mn = χ+(1-χ) Xa+y+β (1_χ) X (l_a) + α χ 1-χ y](其 中，0· 4 彡 χ 彡 0· 7，0 < y 彡 0· 045,0. 4 < a < 0. 6,0 ^ α 彡 0· 1，0 彡 β 彡 0. 1)。這里 β表示了以使本實施例的原料液中的Bi的比例相對地過剩為目的而添加的添加量的比 例，在0彡β彡0.1的范圍即可。從而，可以提高BF-BKT-BM系陶瓷的P-E磁滯的矩形性 (squareness)。1. 2.成膜步驟(S2)接著，如圖I(A)所示，成膜步驟(S2)中，可以采用由原料液的準(zhǔn)備步驟(Si)獲得 的原料液形成第1膜。本實施例的成膜步驟(S2)中采用的成膜方法只要能夠形成具有規(guī) 定膜厚的膜即可，沒有特別限定，也可以采用公知的成膜技術(shù)。也可以用本實施例的原料液 例如通過旋涂法形成第1膜。1. 3.干燥/脫脂步驟(S3)接著，如圖I(A)所示，干燥/脫脂步驟(S3)中，通過對成膜步驟(S2)獲得的第1 膜進行熱處理，可以獲得將第1膜干燥及脫脂的第2膜。本實施例的干燥步驟(S3)中采用 的熱處理方法只要能夠在規(guī)定的條件干燥第1膜即可，沒有特別限定，也可以采用公知的 加熱設(shè)備。例如，也可以將第1膜在100°C 200°C干燥后，在設(shè)定成350°C 450°C的干燥 爐中，通過將干燥處理的第1膜進行脫脂處理而獲得第2膜。1. 4.層疊步驟(S4)接著，如圖I(A)所示，層疊步驟(S4)中，也可以在干燥步驟(S3)獲得的第2膜上， 用本實施例的原料液進一步形成第1膜(S2)，通過將該第1膜干燥及脫脂而獲得第2膜的 層疊體。另外，本步驟將成膜步驟(S2)和干燥/脫脂步驟(S3)多次反復(fù)(S4)，直到該層疊 體達(dá)到期望的膜厚。1. 5.焙燒步驟(S5)接著，如圖I(A)所示，焙燒步驟(S5)中，通過焙燒層疊步驟(S4)獲得的包括多個 第2膜的層疊體，可以獲得BF-BKT-BM系陶瓷。焙燒包括第2膜的層疊體的步驟只要能夠 將層疊體結(jié)晶化，就沒有特別限定。本實施例的焙燒步驟可以采用例如公知的電氣爐、紅外 爐、RTA(Rapid ThermalAnnealing 快速熱退火)爐等作為加熱設(shè)備而進行。作為層疊體的 加熱設(shè)備，最好采用RTA爐。例如，也可以將本實施例的層疊體在600°C以上且700°C以下 的溫度的RTA爐進行熱處理并焙燒該層疊體而獲得BF-BKT-BM系陶瓷。獲得的BF-BKT-BM 系陶瓷也可以是具有規(guī)定的膜厚的陶瓷薄膜。另外，本實施例的陶瓷的制造方法中，也可以在由焙燒步驟(S5)獲得的 BF-BKT-BM系陶瓷上，通過重新以規(guī)定的次數(shù)反復(fù)進行成膜步驟(S2) 焙燒步驟(S5)獲 得具有期望的膜厚的BF-BKT-BM系陶瓷。從而，例如，可以在不發(fā)生裂紋的情況下形成具有 1 μ m以上的膜厚的BF-BKT-BM系陶瓷薄膜。另外，從而，可以獲得配向性更佳的BF-BKT-BM 系陶瓷薄膜。另外，如圖I(B)所示，通過不實施層疊步驟(S4)而實施焙燒步驟(S5)并在焙燒 步驟(S5)后實施層疊步驟(S6)，也可以制造具有期望的膜厚的BF-BKT-BM系陶瓷。該場 合，在準(zhǔn)備原料液后(Si)，首先，也可以通過成膜步驟(S2)、干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟 (S5)獲得BF-BKT-BM系陶瓷。然后，通過在獲得的該BF-BKT-BM系陶瓷上實施以期望的次數(shù)反復(fù)進行成膜步驟(S2)、干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)的層疊步驟(S6)，也可以 形成具有期望的膜厚的BF-BKT-BM系陶瓷。本實施例的陶瓷的原料液及陶瓷的制造方法例如具有以下的特征。根據(jù)本實施例的陶瓷的原料液，可以獲得與BF-BKT系陶瓷相比泄漏電流降低的 陶瓷即BF-BKT-BM系陶瓷及其原料液。詳細(xì)情況將后述。另外，根據(jù)本實施例的原料液，相對于化學(xué)量論的K的摩爾比，可以將Omol %以 上、IOmol %以下的K作為過剩添加量加入原料液。從而，可以提高獲得的BF-BKT-BM系陶 瓷的壓電性。以下說明詳細(xì)情況。作為化學(xué)物質(zhì)的K的蒸氣壓高，在制造步驟中尤其是焙燒步驟中容易揮發(fā)。從而， 原料液的制作時，即使考慮BF-BKT-BM系陶瓷的化學(xué)組成來調(diào)節(jié)原料液的金屬元素的摩爾 比，在其制造步驟中也揮發(fā)。結(jié)果，獲得的BF-BKT-BM系陶瓷的規(guī)定的K量不足，壓電性降 低。相對地，根據(jù)本實施例的原料液，相對于化學(xué)量論的K的摩爾比，將Omol %以上、 IOmol %以下的K作為過剩添加量加入原料液，因此，因焙燒揮發(fā)而減少的K可以通過過 剩添加的K補充。結(jié)果，可以獲得與BF-BKT系陶瓷相比泄漏電流降低且壓電性提高的 BF-BKT-BM 系陶瓷。另外，根據(jù)本實施例的原料液，相對于化學(xué)量論的Bi的摩爾比，可以將Omol %以 上、IOmol %以下的Bi作為過剩添加量加入原料液。從而，可以提高獲得的BF-BKT-BM系陶 瓷的P-E磁滯的矩形性。以下說明詳細(xì)情況。作為化學(xué)物質(zhì)的Bi的蒸氣壓高，在制造步驟中尤其是焙燒步驟中容易揮發(fā)。從 而，在原料液制作時，即使考慮BF-BKT-BM系陶瓷的化學(xué)組成來調(diào)節(jié)原料液的金屬元素的 摩爾比，在其制造步驟中也揮發(fā)。結(jié)果，獲得的BF-BKT-BM系陶瓷的規(guī)定的Bi量不足，P-E 磁滯的矩形性降低。相對地，根據(jù)本實施例的原料液，相對于化學(xué)量論的Bi的摩爾比，將Omol %以上、 10mol%以下的Bi作為過剩添加量加入原料液，因此，因焙燒揮發(fā)而減少的Bi可以通過過 剩添加的Bi補充。結(jié)果，可以獲得與BF-BKT系陶瓷相比泄漏電流降低且P-E磁滯的矩形 性提高的BF-BKT-BM系陶瓷。以上，可提供泄漏電流降低的BF-BKT-BM系陶瓷的制造方法及泄漏電流降低的 BF-BKT-BM系陶瓷的原料液。2.實施例以下，參照

本實施例的陶瓷及其原料液以及制造方法的實施例及比較 例。2. 1實施例1、比較例1實施例1中，用本實施例的陶瓷的制造方法制作BF-BKT-BM的組成比為 BF BKT BM = 60 40 3的組成比的BF-BKT-BM系陶瓷，并評價其特性。具體地說， 在Χ = 0. 6、y = 0. 03、a = 0. 5的場合，實施例丨的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為 Bi K Fe Ti Mn = 0. 83 0. 2+α 0. 6 0. 4 0.03(其中，α =0.04)。比 較例1的陶瓷是僅僅由BF和BKT組成的2相混晶陶瓷，不包含ΒΜ。本比較例的原料液所包 含的金屬元素的摩爾比調(diào)節(jié)為Bi Fe K Ti = 0. 8 0. 6 0. 2+α 0. 4(其中，α=0. 04)。實施例1的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有250nm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(3500rpm)由實施例1的原料液及本比較例的原料液形 成第1膜。另外，干燥/脫脂步驟(S3)中，對第1膜進行150°C、2分鐘的干燥處理后，進行 400°C、4分鐘的脫脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟(S5)中，采用RTA爐對第2膜進行 650°C、5分鐘的焙燒處理。以特性的評價為目的，在焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上通過DC濺射法 形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成電 極。關(guān)于特性的評價，在頻率1kHz、室溫下測定P-E磁滯。另外，比較例1的BF-BKT系陶瓷也采用與實施例1同樣的制造方法制作。2. 1. IP-E 磁滯圖2 (A)中，表示了比較例1的BF-BKT系陶瓷的P-E磁滯。圖2 (B)中，表示了實 施例1的BF-BKT-BM系陶瓷的P-E磁滯。如圖2㈧所示，比較例1的BF-BKT系陶瓷的極化量的峰值出現(xiàn)在比電場強度的 最大值低的電場強度中，因此可以確認(rèn)泄漏電流大。相對地，如圖2(B)所示，實施例1的 BF-BKT-BM系陶瓷的極化量的峰值出現(xiàn)在電場強度的最大值附近，與比較例1相比，泄漏電 流降低。從而，可以明白，BF-BKT-BM系陶瓷與BF-BKT系陶瓷相比，是泄漏電流降低了的陶
ο2. 2 實施例 2實施例2中，對實施例1的原料液進一步添加Bi來調(diào)節(jié)原料液，使得Bi相對于其 他金屬元素過剩。具體地說，在X = 0.6,7 = 0. 03，α =0.04的場合，實施例2的原料液所包 含的金屬元素的摩爾比為[Bi Fe K Ti Mn = O. 83+β 0. 24 0. 6 0. 4 0.03] (其中，0彡β彡0.08)。實施例2的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有600nm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(1500rpm)，由實施例2的原料液形成第1膜。另外，干 燥/脫脂步驟(S3)中，對第1膜進行150°C、2分鐘的干燥處理后，進行400°C、4分鐘的脫 脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟(S5)中，采用RTA爐對第2膜進行650°C、5分鐘的焙 燒處理。以特性的評價為目的，在焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上，通過DC濺射 法形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成 電極。關(guān)于特性的評價，在頻率1kHz、室溫下測定P-E磁滯。2. 2. IP-E 磁滯圖3中，表示了實施例2的P-E磁滯(β = 0.02，0.04，0.08的場合)和實施例1的 P-E磁滯(β = O的場合)。如圖3所示，可以明白與實施例1的P-E磁滯相比，將Bi添加到 2mol %過剩的場合(β = 0. 02的場合)，磁滯的矩形性提高。另外，根據(jù)將Bi添加到4mol % 過剩的場合(β =0. 04的場合)及將Bi添加到8mol%過剩的場合(β = 0. 08的場合)， 可以明白隨著Bi的進一步添加，P-E磁滯的矩形性提高。從而，可確認(rèn)原料液所包含的金屬元素的摩爾比為[Bi K Fe Ti Mn = χ+(1-χ) Xa+y+β l—a+α χ l-χ y] (其中，0. 4 彡 χ 彡 0. 7，0 < y 彡 0· 045，0· 4 < a < 0. 6，0 彡 α ^ 0. 1,0 ^ β 彡 0.1)，表 示Bi的過剩添加量的β的值可以是0 < β < 0. 1。2. 3 實施例 3實施例3中，相對于實施例2的原料液，以BM變少的方式調(diào)節(jié)原料液。具體 地說，在χ = 0.6，y = 0. 02的場合，實施例2的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為 [Bi Fe K Ti Mn = 0. 82+β 0. 2+α 0. 6 0. 4 0. 02](其中，α =0.04， β = 0. 02)。實施例3的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有600nm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(1500rpm)，由實施例3的原料液形成第1膜。另外，干 燥/脫脂步驟(S3)中，對第1膜進行150°C、2分鐘的干燥處理后，進行400°C、4分鐘的脫 脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟(S5)中，采用RTA爐對第2膜進行650°C、5分鐘的焙 燒處理。以特性的評價為目的，在焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上，通過DC濺射 法形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成 電極。關(guān)于特性的評價，在頻率1kHz、室溫下測定P-E磁滯。2. 3. IP-E 磁滯圖4中，表示了實施例3的P-E磁滯。如圖4所示，本實施例中雖然Pm的值也低， 但是獲得與實施例2同樣的P-E磁滯。從而，確認(rèn)至少y > 0. 02即可。2. 4 實施例 4實施例4中，相對于實施例2的原料液，以BM變多的方式調(diào)節(jié)原料液。具體 地說，在χ = 0.6，y = 0. 045的場合，實施例4的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為 [Bi K Fe Ti Mn = 0.845+β 0. 2+α 0. 6 0. 4 0. 045 (其中，α =0.04， β = 0. 04)] ο實施例4的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有SOOnm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(1500rpm)，由實施例4的原料液形成第1膜。另外，干 燥/脫脂步驟(S3)中，對第1膜進行150°C、2分鐘的干燥處理后，進行400°C、4分鐘的脫 脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟(S5)中，采用RTA爐對第2膜進行650°C、5分鐘的焙 燒處理。以特性的評價為目的，在焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上，通過DC濺射 法形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成 電極。關(guān)于特性的評價，在頻率1kHz、室溫下測定P-E磁滯。2. 4. IP-E 磁滯圖5中，表示了實施例4的P-E磁滯。如圖5所示，本實施例中雖SPm大，但是獲 得與實施例2同樣的P-E磁滯。從而，確認(rèn)至少y < 0. 045即可。2. 5 實施例 5實施例5中，用本實施例的陶瓷的制造方法制作BF-BKT-BM的組成比為(1)BF BKT BM = 60 40 1.8，(2) BF BKT BM = 50 50 1. 5 時的 BF—BKT—BM 系 陶瓷，其中，未對原料液進行Bi及K的過剩添加，并評價其特性。具體地說，在(1)的場合，χ = 0. 6，y = 0. 018，實施例5的原料液所包含的金屬元 素的摩爾比為 Bi K Fe Ti Mn = O. 818 0. 2 0. 6 0. 4 0. 018。在(2)的場合，χ =0. 5，y = 0.015，實施例5的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為Bi K Fe Ti Mn =0. 768 0. 25 0. 5 0. 5 0. 015。實施例5的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有740nm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(1500rpm)，由實施例5的原料液形成第1膜。另外，干 燥/脫脂步驟(S3)中，進行400°C、4分鐘的干燥/脫脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟 (S5)中，用RTA爐對第2膜進行650°C、5分鐘的焙燒處理。以特性的評價為目的，焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上，通過DC濺射法 形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成電 極。關(guān)于特性的評價，在頻率1Hz、室溫下測定P-E磁滯。2. 5. IP-E磁滯/電場感應(yīng)變形(strain)-電場特性圖6中，表示了實施例5的P-E磁滯及電場感應(yīng)變形_電場特性(χ = 0. 6，0. 5的 場合)。另外，各圖中左側(cè)的軸表示極化量，右側(cè)的軸表示變形量。如圖6所示，可以明白， 任一場合都表示了良好的壓電特性。特別地說，在χ = 0. 5的場合，變形率(strain rate) 是0. 18%，獲得了良好的變形率。從而，在α =0、β = 0時，確認(rèn)可制作至少0. 18%的變 形率的陶瓷。而且，y彡0. 015時，確認(rèn)表現(xiàn)出良好的特性。2. 6 實施例 6實施例6中，用本實施例的陶瓷的制造方法制作BF-BKT-BM的組成比為(1) BF BKT BM= 70 30 3.5，(2)BF BKT BM = 60 40 3，(3)BF BKT BM =50 50 2. 5，(4) BF BKT BM = 40 60 2 時的 BF-BKT-BM 系陶瓷，并評價其特性。具體地說，在(1)的場合，χ= 0. 7，y = 0.035，a = 0. 5，實施 例6的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為Bi K Fe Ti Mn = 0.885+β 0. 15+α 0. 7 0.3 0. 035 (其中，α =0.03，β =0.04)。在(2)的 場合，χ = 0.6，實施例6的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為Bi K Fe Ti Mn =0. 83+β 0. 2+α 0.6 0.4 0.03(其中，α =0.04，β =0.04)。在(3)的場 合，χ = 0. 5，實施例6的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為Bi K Fe Ti Mn = 0. 775+β 0. 25+α 0. 5 0. 5 0. 025 (其中，α =0.05，β =0.04)。在(4)的場 合，χ = 0.4，實施例6的原料液所包含的金屬元素的摩爾比為Bi K Fe Ti Mn = 0.72+β 0. 3+α 0. 4 0. 6 0. 02(其中，α =0.06，β =0.04)。實施例6的BF-BKT-BM系陶瓷為了具有SOOnm的膜厚，通過層疊由成膜步驟(S2)、 干燥/脫脂步驟(S3)、焙燒步驟(S5)獲得的BF-BKT-BM系陶瓷而制造(參照圖1(B))。另 外，成膜步驟(S2)中，通過旋涂法(1500rpm)，由實施例6的原料液形成第1膜。另外，干 燥/脫脂步驟(S3)中，進行400°C、4分鐘的干燥/脫脂處理，獲得第2膜。另外，焙燒步驟 (S5)中，用RTA爐對第2膜進行650°C、5分鐘的焙燒處理。
以特性的評價為目的，在焙燒步驟后獲得的BF-BKT-BM系陶瓷膜上，通過DC濺射 法形成包括Pt的金屬層。金屬層形成后，對金屬層進行650°C的溫度、5分鐘的燒結(jié)，形成 電極。關(guān)于特性的評價，在頻率1Hz、室溫下測定P-E磁滯。2. 6. IP-E磁滯/電場感應(yīng)變形_電場特性圖7中，表示了實施例6的P-E磁滯及電場感應(yīng)變形-電場特性(χ = 0.7， 0.6，0.5，0.4的場合)。另外，各圖中左側(cè)的軸表示極化量，右側(cè)的軸表示變形量。如 圖7所示，可以明白，任一場合都表示良好的壓電特性。特別地說，在χ = 0. 5的場合， 變形率是0.27%，獲得了大的變形率。從而，確認(rèn)原料液所包含的金屬元素的摩爾比為 [Bi K Fe Ti Mn = 0. 5 X (x+l)+y+0. 04 0. 5X (1-χ) + α χ l-χ y](其 中，0. 4彡χ彡0. 7，0. 03彡α彡0. 06)，χ的值為0. 4彡χ彡0. 7即可。而且，與實施例4 比較，確認(rèn)變形率提高，通過Bi及K的添加可提高壓電特性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷的原料液及陶瓷的制造方法，可以使BF-BKT陶瓷的 泄漏電流降低，且提高P-E磁滯的矩形性。3.液滴噴射頭本實施例的陶瓷的制造方法可以用作液滴噴射頭中采用的壓電元件的壓電體層 的制造方法。即，本實施例的液滴噴射頭具備包含具有本實施例的陶瓷的壓電體層的壓電 元件。以下，參照

本實施例的液滴噴射頭600，其具備包含用本實施例的陶瓷的制 造方法制造的壓電體層的壓電元件100。圖8是本實施例的液滴噴射頭600的要部的示意 截面圖。圖9是本實施例的液滴噴射頭600的分解透視圖，表示了與通常使用的狀態(tài)上下 顛倒的情形。液滴噴射頭600如圖8及圖9所示，包含具有噴嘴孔612的噴嘴板610 ；用于形 成壓力室622的壓力室基板620 ；構(gòu)成壓力室622的一面并形成壓電元件100的振動板10 ； 在振動板10上形成的壓電元件100。振動板10是板狀的部件，如圖8所示，壓電元件100在上方形成。液滴噴射頭600 中，振動板10構(gòu)成變形部。換言之，通過后述的壓電元件100的變形可使振動板10變形。 從而，可以改變下方形成的壓力室基板620的壓力室622的體積。振動板10的構(gòu)造及材料 具有可撓性，只要可以變形，沒有特別限定。例如，振動板10也可以由多個膜的層疊體形 成。此時，振動板10例如也可以是包含包括氧化硅等的氧化物材料、聚酰亞胺等的高分子 材料等的彈性膜和包括氧化鋯等的氧化物材料的絕緣膜的層疊體。壓電元件100如圖8所示，在振動板10上形成。壓電元件100只要是包含由第1 電極20和第2電極40夾持的壓電體層30即可。例如，只要是由第1電極20和第2電極 40夾持并對壓電體層30施加規(guī)定的電壓而可使壓電體層30變形的構(gòu)造即可。具體地說， 如圖8所示，可以是包含振動板10上形成的第1電極20、以覆蓋第1電極20的至少一部分 的方式形成的壓電體層30以及以覆蓋壓電體層30的至少一部分且與第1電極20及壓電 體層30交疊(overlap)的方式形成的第2電極40的構(gòu)造。例如，壓電元件100可以是彎 曲振動模式(彎曲模式)的Unimorph型壓電元件。另外，以下，說明壓電元件100是彎曲振動模式(彎曲模式)的Unimorph型壓電 元件的場合的構(gòu)造的一例，但是壓電元件100不限于以下的形態(tài)。第1電極20如圖8所示，在振動板10上形成。第1電極20包括具有導(dǎo)電性的層，例如，也可以構(gòu)成壓電元件100中的下部電極。壓電體層30如圖8所示，以覆蓋第1電極 20的至少一部分的方式形成。壓電體層30的形狀只要覆蓋壓力室622的上方的第1電極 20的至少一部分，就沒有特別限定。壓電體層30由本實施例的陶瓷的制造方法形成。第2 電極40如圖8所示，在壓力室622的上方中，以與第1電極20及壓電體層30的至少一部 分交疊的方式形成。第2電極40包括具有導(dǎo)電性的層，例如，也可以構(gòu)成壓電元件100中 的上部電極。第1電極20及第2電極40的構(gòu)造及材料只要具有導(dǎo)電性就沒有特別限定。例如， 第1電極20及第2電極40也可以由單層形成?；蛘撸?電極20及第2電極40也可以 由多個膜的層疊體形成。第1電極20及第2電極40也可以是包含例如鉬(Pt)、銥(Ir)、 金(Au)、鎳(Ni)及鈦(Ti)等的金屬、氧化鍶(SRO)及氧化鑭(LNO)等的導(dǎo)電性氧化物等之
一的導(dǎo)電層。另外，第1電極20及第2電極40與未圖示的驅(qū)動電路(IC)電氣連接。壓電體層30是具有壓電特性的多晶體，是本實施例的陶瓷即BF-BKT-BM系陶瓷。 從而，壓電體層(BF-BKT-BM系陶瓷)30的詳細(xì)情況如上述，因此省略。壓電元件100的數(shù)量沒有特別限定，可形成多個。另外，壓電元件100形成多個的 場合，第1電極20可以成為共用電極，第2電極40也可以成為共用電極。而且，液滴噴射頭600如圖9所示，可以具有筐體630。另外，圖9中，簡化圖示了壓 電元件100?？痼w630如圖9所示，可以收納噴嘴板610、壓力室基板620及壓電元件100。 筐體630的材質(zhì)例如可以采用樹脂、金屬等。噴嘴板610如圖8及圖9所示，具有噴嘴孔612。噴嘴孔612可以將墨等的液體 等(不僅液體，還包含將各種功能性材料通過溶劑或分散劑調(diào)節(jié)到適當(dāng)粘度后的物質(zhì)，或， 包含金屬小片(碎片)等的物質(zhì)等。以下相同。)作為液滴排出。在噴嘴板610上例如設(shè) 置一列的多個噴嘴孔612。噴嘴板620的材質(zhì)例如可采用硅、不銹鋼(SUS)等。壓力室基板620設(shè)置在噴嘴板610上(圖9例下方)。壓力室基板620的材質(zhì)例 如有硅等。壓力室基板620通過區(qū)分噴嘴板610和振動板10之間的空間，如圖9所示，設(shè) 置了儲存器(液體儲存部)624、與儲存器624連通的供給口 626、與供給口 626連通的壓力 室622。該例中，區(qū)別說明了儲存器624、供給口 626和壓力室622，但是這些都是液體等的 流路，這樣的流路怎樣設(shè)計都可以。例如，供給口 626在圖示例中具有使流路的一部分狹窄 的形狀，但是也可以根據(jù)設(shè)計任意地形成，不是必須的結(jié)構(gòu)。儲存器624、供給口 626及壓力 室622由噴嘴板610、壓力室基板620和振動板10區(qū)分。儲存器624可以暫時儲存從外部 (例如墨盒)經(jīng)由設(shè)置在振動板10的貫通孔628而供給的墨。儲存器624內(nèi)的墨可以經(jīng) 由供給口 626供給壓力室622。壓力室622根據(jù)振動板10的變形而改變?nèi)莘e。壓力室622 與噴嘴孔612連通，通過改變壓力室622的容積，從噴嘴孔612排出液體等。壓電元件100設(shè)置在壓力室基板620上(圖9例下方)。壓電元件100與壓電元 件的驅(qū)動電路(未圖示)電氣連接，可以根據(jù)壓電元件的驅(qū)動電路的信號而動作(振動、變 形)。振動板10可以根據(jù)層疊構(gòu)造(壓電體層20)的動作而變形，適當(dāng)改變壓力室622的 內(nèi)部壓力。本實施例的液滴噴射頭600具有壓電元件100，其包含具有本實施例的陶瓷的壓 電體層。從而，可以提供液滴噴射頭600，其具有包含壓電體層的壓電元件100，壓電體層包括與BF-BKT陶瓷相比泄漏電流降低且P-E磁滯的矩形性提高的BF-BKT-BM系陶瓷。另外，這里說明了液滴噴射頭600是噴墨式記錄頭的情況。但是，本發(fā)明的液滴噴射頭也可以用作例如液晶顯示器等的濾色器的制造中采用的色材噴射頭、有機EL顯示器、 FED(面發(fā)光顯示器)等的電極形成中采用的電極材料噴射頭以及生物芯片制造中采用的 生體有機物噴射頭等。4.液滴噴射裝置接著，參照

具備包含由本實施例的陶瓷的制造方法制造的壓電元件100 的液滴噴射頭的液滴噴射裝置。以下，說明液滴噴射裝置是具有上述的液滴噴射頭的噴墨 打印機的情況。圖10是本實施例的液滴噴射裝置700的示意透視圖。液滴噴射裝置700如圖10所示，包含頭單元730、驅(qū)動部710、控制部760。而且， 液滴噴射裝置700可包含裝置主體720、給紙部750、設(shè)置記錄用紙P的托盤721、將記錄用 紙P排出的排出口 722以及在裝置主體720的上面配置的操作面板770。頭單元730具有由上述液滴噴射頭600構(gòu)成的噴墨式記錄頭(以下簡稱「頭」)。 頭單元730還具有對頭供墨的墨盒731和搭載頭及墨盒731的傳送部(托架)732。驅(qū)動部710可以使頭單元730往復(fù)移動。驅(qū)動部710具有成為頭單元730的驅(qū) 動源的托架電動機741 ；接受托架電動機741的旋轉(zhuǎn)而使頭單元730往復(fù)移動的往復(fù)移動 機構(gòu)742。往復(fù)移動機構(gòu)742具有其兩端由框(未圖示)支撐的托架導(dǎo)軸744 ；與托架導(dǎo)軸 744平行延伸的同步帶743。托架導(dǎo)軸744可以使托架732自由地往復(fù)移動，同時支撐托架 732。而且，托架732固定于同步帶743的一部分。通過托架電動機741的動作使同步帶 743行進后，頭單元730被托架導(dǎo)軸744引導(dǎo)而進行往復(fù)移動。在該往復(fù)移動時，從頭適當(dāng) 吐墨，對記錄用紙P進行印刷。另外，本實施例中，說明了在液滴噴射頭600及記錄用紙P都移動的同時進行印刷 的示例，而本發(fā)明的液滴噴射裝置也可以是液滴噴射頭600及記錄用紙P相互改變相對位 置而對記錄用紙P進行印刷的機構(gòu)。另外，本實施例中，說明了對記錄用紙P進行印刷的示 例，而作為本發(fā)明的液滴噴射裝置可進行印刷的記錄介質(zhì)不限于紙，也可以是布、薄膜、金 屬等廣泛的介質(zhì)，可以適當(dāng)變更構(gòu)成?？刂撇?60可以控制頭單元730、驅(qū)動部710及給紙部750。給紙部750可將記錄用紙P從托盤721傳送入頭單元730側(cè)。給紙部750具有 成為其驅(qū)動源的給紙電動機751和通過給紙電動機751的動作而旋轉(zhuǎn)的給紙輥752。給紙 輥752具有夾持記錄用紙P的傳送通路而上下對向的從動輥752a及驅(qū)動輥752b。驅(qū)動輥 752b與給紙電動機751連結(jié)?？刂撇?60驅(qū)動供紙部750后，記錄用紙P通過頭單元730 的下方而傳送。頭單元730、驅(qū)動部710、控制部760及給紙部750設(shè)置在裝置主體720的內(nèi)部。液滴噴射裝置700包含上述液滴噴射頭。從而，可以提供具備液滴噴射頭的液滴 噴射裝置，上述液滴噴射頭具有包含壓電體層的壓電元件100，壓電體層包括與BF-BKT陶 瓷相比泄漏電流降低且P-E磁滯的矩形性提高的BF-BKT-BM系陶瓷。另外，上述例示的液滴噴射裝置具有一個液滴噴射頭，可通過該液滴噴射頭對記 錄介質(zhì)進行印刷，但是也可以具有多個液滴噴射頭。液滴噴射裝置具有多個液滴噴射頭時，多個液滴噴射頭可以各自獨立進行上述的動作，也可以使多個液滴噴射頭相互連結(jié)而成為 一個集合頭。作為這樣的集合頭，例如有多個頭的各個噴嘴孔整體上具有均一間隔的線型 頭。以上，作為本發(fā)明的液滴噴射裝置的一例，說明了作為噴墨打印機的噴墨記錄裝 置700，而本發(fā)明的液滴噴射裝置也可以在工業(yè)上應(yīng)用。作為該場合排出的液體等(液狀材 料)，可以采用通過溶劑和分散劑對各種功能性材料調(diào)節(jié)到適當(dāng)粘度的液體等。本發(fā)明的液 滴噴射裝置除了例示的打印機等的圖象記錄裝置以外，也可以適當(dāng)用作液晶顯示器等的濾 色器的制造中采用的色材噴射裝置、有機EL顯示器、FED (面發(fā)光顯示器)、電泳顯示器等的 電極和濾色器的形成中采用的液體材料噴射裝置、生物芯片制造中采用的生體有機材料噴 射裝置。另外，上述實施例及各種的變形分別是一例，本發(fā)明不限于此。例如實施例及各變 形也可以適當(dāng)?shù)剡M行多個組合。如上所述，詳細(xì)說明了本發(fā)明的實施例，但是可在實質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新事項 及效果的情況下進行多種變形，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的。從而，這樣的變形例也全 部是本發(fā)明的范圍所包含的。
權(quán)利要求
1.一種液滴噴射頭，具備與噴嘴孔連通的壓力室和具有陶瓷和在上述陶瓷上設(shè)置的電 極的壓電元件，其中，上述陶瓷包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴噴射頭，其中，上述陶瓷是 χ[BiFeO3]-(I-X) [(BiaK1J TiO3]-y [BiMnO3](其中，0. 4 ≤ χ ≤ 0. 7，0 ≤ y≤ 0. 045,0. 4 < a < 0. 6)。
3.一種液滴噴射裝置，具備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液滴噴射頭。
4.一種壓電元件，具有陶瓷和在上述陶瓷上設(shè)置的電極，其中， 上述陶瓷包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。
5.一種陶瓷，包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。
全文摘要
本發(fā)明提供環(huán)境友好且可降低泄漏電流的壓電元件等。本發(fā)明的液滴噴射頭，具備與噴嘴孔連通的壓力室和具有陶瓷和在上述陶瓷上設(shè)置的電極的壓電元件，上述陶瓷包括包含鐵酸鉍、鈦酸鉍鉀和錳酸鉍的固溶體。
文檔編號B41J2/14GK101992596SQ201010259530
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者米村貴幸 申請人:精工愛普生株式會社