JP5626512B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電素子 - Google Patents
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Description
本発明にかかる液体噴射ヘッドの一態様は、
第1電極と、
前記第1電極を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第2電極と、
前記第2電極の上に形成され、タングステンまたはチタンからなる被覆層と、
を有する圧電素子を備え、
前記第1電極および前記第2電極は、平面視において、互いに重複する長方形の重複領域を形成し、
前記第1電極は、前記重複領域の長辺を規定し、
前記第2電極は、前記重複領域の短辺を規定し、
前記重複領域は、平面視において、一対の前記短辺に隣接する一対の第1領域および前記一対の第1領域の間に位置する第2領域を有し、
前記被覆層は、平面視において、前記重複領域の前記第2領域を避けて、少なくとも前記第1領域に形成されている。
適用例1において、
前記圧電素子は、前記圧電体層の上に、前記第1電極と電気的に接続するリード電極を有し、
前記リード電極の材質は、ニッケルおよびクロムを含有することができる。
適用例1または適用例2において、
前記第2電極の材質は、イリジウムを主成分とすることができる。
本発明にかかる液体噴射装置の一態様は、
適用例1ないし適用例3のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備える。
本発明にかかる圧電素子の一態様は、
第1電極と、
前記第1電極を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第2電極と、
前記第2電極の上に形成され、タングステンまたはチタンからなる被覆層と、
を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、平面視において、互いに重複する長方形の重複領域を形成し、
前記第1電極は、前記重複領域の長辺を規定し、
前記第2電極は、前記重複領域の短辺を規定し、
前記重複領域は、平面視において、一対の前記短辺に隣接する一対の第1領域および前記一対の第1領域の間に位置する第2領域を有し、
前記被覆層は、平面視において、前記重複領域の前記第2領域を避けて、少なくとも前記第1領域に形成されている。
図1は、本実施形態の液体噴射ヘッド1000の断面の模式図である。図2は、本実施形態の液体噴射ヘッド1000の他の断面の模式図である。図3は、本実施形態の液体噴射ヘッド1000を模式的に示す平面図である。図3のA−A線の断面が図1に、図3のB−B線の断面が図2にそれぞれ相当する。
圧電素子100は、基板1と、第1電極10と、圧電体層20と、第2電極30と、被覆層40と、を有する。圧電素子100は、基板1が可撓性を有し、圧電体層20の動作によって変形(屈曲)することのできる振動板(絶縁層)である場合には、振動板が振動する圧電アクチュエーター102とみなすことができる。
基板1は、平板状の形状を有している。基板1は、可撓性を有することができ、圧電体層20の動作によって変形(屈曲)することのできる振動板(絶縁層)であってもよい。基板1が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、酸化アルミニウムなどの無機酸化物、無機窒化物、および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、基板1(振動板)の材質としては、化学的安定性および剛性の点で、酸化ジルコニウムが特に好適である。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。
第1電極10は、基板1の上に形成される。第1電極10は、圧電体層20に覆われ、圧電体層20の上に形成される第2電極30とともに、圧電体層20を挟む領域を有するように設けられる。第1電極10は、基板1の上に設けられるが、基板1の全面を覆う必要はない。第1電極10は、層状、薄膜状あるいは平板状の形状を有する。第1電極10の厚みは、例えば、20nm以上60nm以下とすることができる。第1電極10の厚みが20nmよりも小さいと、第1電極10の導電性が不足する場合がある。
圧電体層20は、第1電極10を覆って形成される。圧電体層20は、第1電極10がパターニングされている場合には、基板1の上に形成されていてもよい。圧電体層20は、第1電極10および第2電極30によって挟まれた領域を有する。本明細書ではこのような圧電体層20の領域のことを能動領域20aと称することがある。圧電体層20の能動領域20aは、平面視において、第1電極10および第2電極30とが重複する重複領域50と一致している。
第2電極30は、圧電体層20の上に形成される。第2電極30は、圧電体層20の上に設けられるが、圧電体層20の全面を覆う必要はない。また、第2電極30は、圧電体層20に貫通穴22等が設けられている場合には、当該貫通穴22等の部分において、例えば基板1の上に形成されていてもよい。第2電極30は、圧電体層20に覆われている第1電極10とともに、圧電体層20を挟む領域を有するように設けられる。第2電極30は、層状、薄膜状あるいは平板状の形状を有する。第2電極30の厚みは、例えば、20nm以上300nm以下とすることができる。第2電極30の厚みが20nmよりも小さいと、第2電極30の導電性が不足する場合がある。
上述のように、第1電極10および第2電極30は、平面視において、互いに重複する重複領域50を有する。重複領域50は、平面視において、長方形の形状を有する。平面視における重複領域50の長方形形状の長辺50aは、第1電極10によって規定され、短辺50bは、第2電極30によって規定される。
被覆層40は、第2電極30の上に設けられる。被覆層40は、平面視において、重複領域50の第2領域52を避けて設けられる。また、被覆層40は、平面視において、少なくとも重複領域50の第1領域51に形成される。被覆層40は、第2電極30の上の他の部分に設けられてもよく、また、第2電極30上の第2領域52を避けた領域全体に設けられる必要はない。被覆層40の厚みは、例えば、20nm以上200nm以下とすることができる。被覆層40は、タングステンまたはチタンによって形成される。
本実施形態の圧電素子100は、圧電体層20の上に、第1電極10と電気的に接続されたリード電極60を有してもよい。
本実施形態の圧電素子100(圧電アクチュエーター102)は、以下のような特徴を有する。
本実施形態の液体噴射ヘッド1000は、上述の圧電素子100を有し、振動板1a、圧力室基板620、およびノズル板610を有する。液体噴射ヘッド1000の振動板1aは、上述の圧電素子100で述べた基板1が振動板である場合に相当する。なお、図1ではノズル板610は省略されている。
図5は、液体噴射装置2000を模式的に示す斜視図である。
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
有限要素法により、上記実施形態で説明した圧電体層20の能動領域20aと非能動領域との境界に生じるせん断歪みを評価した。
図7および図8は、圧電体層20(PZT)の上の第2電極30(イリジウム)の上に、被覆層40として、それぞれ、タングステンおよびチタンを形成した試料の透過型電子顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 第1電極と、
前記第1電極を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第2電極と、
前記第2電極の上に形成され、タングステンからなる被覆層と、
前記圧電体層の上に形成され、前記第1電極と電気的に接続するリード電極と、
を有する圧電素子を備え、
前記第1電極および前記第2電極は、平面視において、互いに重複する長方形の重複領域を形成し、
前記第1電極は、前記重複領域の長辺を規定し、
前記第2電極は、前記重複領域の短辺を規定し、
前記重複領域は、平面視において、一対の前記短辺に隣接する一対の第1領域および前記一対の第1領域の間に位置する第2領域を有し、
前記被覆層は、平面視において、前記重複領域の前記第2領域を避けて、少なくとも前記第1領域に形成され、
前記リード電極の材質は、ニッケルおよびクロムを含有し、
前記第2電極の材質は、イリジウムを主成分とする、液体噴射ヘッド。 - 請求項1に記載の液体噴射ヘッドを備えた、液体噴射装置。
- 第1電極と、
前記第1電極を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第2電極と、
前記第2電極の上に形成され、タングステンからなる被覆層と、
を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、平面視において、互いに重複する長方形の重複領域を形成し、
前記第1電極は、前記重複領域の長辺を規定し、
前記第2電極は、前記重複領域の短辺を規定し、
前記重複領域は、平面視において、一対の前記短辺に隣接する一対の第1領域および前記一対の第1領域の間に位置する第2領域を有し、
前記被覆層は、平面視において、前記重複領域の前記第2領域を避けて、少なくとも前記第1領域に形成され、
前記リード電極の材質は、ニッケルおよびクロムを含有し、
前記第2電極の材質は、イリジウムを主成分とする、圧電素子。
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