JP5943218B2

JP5943218B2 - Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element

Info

Publication number: JP5943218B2
Application number: JP2014116619A
Authority: JP
Inventors: 朋裕酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: JP2014199937A

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電素子に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and a piezoelectric element.

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。 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 to eject and eject a small droplet of ink, whereby the ink jet printer can perform printing by attaching the ink to a medium such as paper.

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を有している。このようなアクチュエーターは、例えば、圧電素子を備えたものがある。アクチュエーターが備える圧電素子としては、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層を、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 an actuator that applies pressure to the liquid in order to eject the liquid from the nozzle. Such an actuator includes, for example, a piezoelectric element. As a piezoelectric element included in the actuator, there is a piezoelectric element having an electromechanical conversion function, for example, a piezoelectric layer made of crystallized piezoelectric ceramic or the like 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、圧電材料の圧電特性をさらに向上する要求が強まるとともに、環境負荷のより小さい材料を用いることが求められるようになり、ＰＺＴ系の材料では、これらの要求に応えることが困難となってきており、例えば、鉛含有量の少ないペロブスカイト型酸化物の圧電材料の開発が進められるようになった。 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, demands for further improving the piezoelectric characteristics of piezoelectric materials have increased, and it has become necessary to use materials with a smaller environmental load. With PZT materials, it is difficult to meet these demands. For example, perovskite oxide piezoelectric materials with low lead content have been developed.

圧電素子における圧電性を示す判断基準として、Ｐ−Ｅ測定を行った場合のヒステリシスループの形状により判断することが知られている。チタン酸ビスマスナトリウムは、例えば、（Ｂｉ_0.5，Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃で表すことができ、新たな圧電材料として期待されていた。しかしながら、ＢＮＴは、バルクの状態では一般的なヒステリシスループを示すが、薄膜の状態では同じ組成のＢＮＴであってもリーク電流量が大きく、良好なヒステリシスループを示さなかった（例えば、特許文献１参照）。 As a criterion for determining the piezoelectricity of a piezoelectric element, it is known to make a determination based on the shape of a hysteresis loop when a PE measurement is performed. Bismuth sodium titanate can be represented by, for example, (Bi _0.5 , Na _0.5 ) TiO ₃ and has been expected as a new piezoelectric material. However, BNT shows a general hysteresis loop in a bulk state, but in a thin film state, even a BNT having the same composition has a large amount of leakage current and does not show a good hysteresis loop (for example, Patent Document 1). reference).

特開２００５−１０５２９５号公報JP 2005-105295 A

本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、環境負荷が小さく、良好な圧電特性を有する圧電体層を備えた液体噴射ヘッド及びその液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、環境負荷が小さく、良好な圧電特性を有する圧電体層を備えた圧電素子を提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a liquid ejecting head including a piezoelectric layer having a small environmental load and good piezoelectric characteristics, and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head. It is in. Another object of some embodiments of the present invention is to provide a piezoelectric element including a piezoelectric layer having a small environmental load and good piezoelectric characteristics.

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.

［適用例１］
本発明にかかる液体噴射ヘッドの一態様は、
薄膜法により形成された圧電体層および前記圧電体層に電圧を印加する電極を含む圧電アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウムと、０．２モル％以上８．０モル％以下のマンガンと、を含む固溶体である。 [Application Example 1]
One aspect of the liquid jet head according to the present invention is as follows.
A liquid ejecting head including a piezoelectric actuator including a piezoelectric layer formed by a thin film method and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer is a solid solution containing bismuth sodium titanate and 0.2 mol% or more and 8.0 mol% or less of manganese.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、環境負荷が小さいチタン酸ビスマスナトリウムを採用した圧電体層を備えても、圧電体層におけるリーク電流量は少なくかつ圧電特性も良好とすることができる。 According to the liquid jet head of this application example, even if a piezoelectric layer using bismuth sodium titanate with a small environmental load is provided, the amount of leakage current in the piezoelectric layer is small and the piezoelectric characteristics can be improved.

［適用例２］
適用例１において、
前記圧電体層は、０．２モル％以上４．０モル％以下のマンガンを含むことができる。 [Application Example 2]
In application example 1,
The piezoelectric layer may include 0.2 mol% or more and 4.0 mol% or less of manganese.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、圧電体層のリーク電流量はさらに少なく、かつ、より良好な圧電特性を有することができる。 According to the liquid jet head of this application example, the leakage current amount of the piezoelectric layer is further reduced, and the piezoelectric characteristics can be further improved.

［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記圧電体層は、さらにチタン酸バリウムを含むことができる。 [Application Example 3]
In application example 1 or application example 2,
The piezoelectric layer may further include barium titanate.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、圧電体層がチタン酸バリウムをさらに含んでもリーク電流量は少なくかつ良好な圧電特性を有することができる。 According to the liquid jet head of this application example, even if the piezoelectric layer further contains barium titanate, the amount of leakage current is small and the piezoelectric characteristics can be good.

［適用例４］
適用例３において、
前記圧電体層は、前記チタン酸ビスマスナトリウム１００モル％未満８５モル％以上と、前記チタン酸バリウム０モル％超１５モル％以下と、を含むことができる。 [Application Example 4]
In application example 3,
The piezoelectric layer may include less than 100 mol% of bismuth sodium titanate and 85 mol% or more and more than 0 mol% and 15 mol% or less of the barium titanate.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、圧電体層がチタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸バリウムとを前記所定割合で含んでもリーク電流量は少なくかつ良好な圧電特性を有することができる。 According to the liquid jet head of this application example, even if the piezoelectric layer includes bismuth sodium titanate and barium titanate at the predetermined ratio, the amount of leakage current is small and the piezoelectric characteristics can be excellent.

［適用例５］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記圧電体層は、さらにチタン酸ビスマスカリウムを含むことができる。 [Application Example 5]
In any one of Application Examples 1 to 3,
The piezoelectric layer may further include bismuth potassium titanate.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、圧電体層がチタン酸ビスマスカリウムをさらに含んでもリーク電流量は少なくかつ良好な圧電特性を有することができる。 According to the liquid jet head of this application example, even if the piezoelectric layer further contains bismuth potassium titanate, the leakage current amount is small and the piezoelectric characteristics can be excellent.

［適用例６］
適用例５において、
前記圧電体層は、前記チタン酸ビスマスナトリウム１００モル％未満６７モル％以上と、前記チタン酸ビスマスカリウム０モル％超３０モル％以下と、前記チタン酸バリウム０モル％超３モル％以下と、を含むことができる。 [Application Example 6]
In Application Example 5,
The piezoelectric layer includes less than 100 mol% of bismuth sodium titanate and 67 mol% or more, more than 0 mol% and 30 mol% or less of the bismuth potassium titanate, more than 0 mol% and 3 mol% or less of the barium titanate, Can be included.

本適用例の液体噴射ヘッドによれば、圧電体層がチタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸ビスマスカリウムとチタン酸バリウムとを所定割合で含んでもリーク電流量は少なくかつ良好な圧電特性を有することができる。 According to the liquid jet head of this application example, even if the piezoelectric layer includes bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, and barium titanate at a predetermined ratio, the amount of leakage current is small and good piezoelectric characteristics can be obtained. .

［適用例７］
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６のいずれか一例に記載の液体噴射ヘッドを備える。 [Application Example 7]
One aspect of the liquid ejecting apparatus according to the invention is as follows.
The liquid ejecting head according to any one of Application Examples 1 to 6 is provided.

本適用例の液体噴射装置は、環境負荷が小さいチタン酸ビスマスナトリウムを採用した圧電体層を備えても、圧電体層におけるリーク電流量は少なく、かつ、圧電特性も良好とすることができる。 Even if the liquid ejecting apparatus of this application example includes a piezoelectric layer that employs bismuth sodium titanate that has a low environmental load, the amount of leakage current in the piezoelectric layer is small and the piezoelectric characteristics can be improved.

［請求項８］
本発明にかかる圧電素子の一態様は、
薄膜法により形成された圧電体層および前記圧電体層に電圧を印加する電極を含む圧電素子であって、
前記圧電体層は、チタン酸ビスマスナトリウムと、０．２モル％以上８．０モル％以下のマンガンと、を含む固溶体である。 [Claim 8]
One aspect of the piezoelectric element according to the present invention is:
A piezoelectric element including a piezoelectric layer formed by a thin film method and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer is a solid solution containing bismuth sodium titanate and 0.2 mol% or more and 8.0 mol% or less of manganese.

本適用例の圧電素子によれば、環境負荷が小さいチタン酸ビスマスナトリウムを採用した圧電体層を備えても、圧電体層におけるリーク電流量は少なくかつ圧電特性も良好とすることができる。 According to the piezoelectric element of this application example, even if a piezoelectric layer using bismuth sodium titanate with a small environmental load is provided, the amount of leakage current in the piezoelectric layer is small and the piezoelectric characteristics can be improved.

実施形態の圧電素子１００（圧電アクチュエーター１０２）の断面の模式図。The schematic diagram of the cross section of the piezoelectric element 100 (piezoelectric actuator 102) of embodiment. 実施形態の液体噴射ヘッド６００の断面の模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid jet head according to an embodiment. 実施形態の液体噴射ヘッド６００を模式的に示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view schematically illustrating a liquid ejecting head 600 according to the embodiment. 実施形態の液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a liquid ejecting apparatus according to an embodiment. 比較例１の圧電素子のヒステリシス曲線。The hysteresis curve of the piezoelectric element of the comparative example 1. 実施例１の圧電素子のヒステリシス曲線。2 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 1. FIG. 実施例２の圧電素子のヒステリシス曲線。5 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 2. FIG. 実施例４の圧電素子のヒステリシス曲線。5 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 4. FIG. 比較例４の圧電素子のヒステリシス曲線。8 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Comparative Example 4. 実施例５の圧電素子のヒステリシス曲線。10 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 5. FIG. 比較例５の圧電素子のヒステリシス曲線。10 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Comparative Example 5. 実施例６の圧電素子のヒステリシス曲線。10 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 6. FIG.

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。そのため、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形例も含む。なお、下記の実施形態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。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment demonstrates an example of this invention. Therefore, this invention is not limited to the following embodiment, The various modifications implemented in the range which does not change a summary are also included. Note that not all the configurations described in the following embodiments are essential constituent requirements of the present invention.

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

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

１．１．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。 1.1. 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、圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板であってもよい。この場合、圧電素子１００は、振動板と、第１導電層２０と、圧電体層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 a diaphragm that is flexible and can be deformed (bent) by the operation of the piezoelectric layer 30. In this case, the piezoelectric element 100 is a piezoelectric actuator 102 that includes the vibration plate, the first conductive layer 20, the piezoelectric layer 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 a vibration plate, the deflection of the substrate 1 is sufficient if the volume of the pressure chamber can be changed to the same level as the volume of liquid to be ejected when the piezoelectric actuator 102 is used in a liquid jet head. is there.

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、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。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 a diaphragm, examples of the material of the substrate 1 include inorganic oxides such as zirconium oxide (ZrO ₂ ), silicon nitride, and silicon oxide, and alloys such as stainless steel. Of these, zirconium oxide is particularly suitable as the material of the substrate 1 (vibrating plate) 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、圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）することができる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およ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 a diaphragm and is formed of zirconium oxide will be exemplified below. Therefore, the piezoelectric element 100 is substantially the same as the piezoelectric actuator 102 having a vibration plate that has flexibility and can be deformed (bent) by the operation of the piezoelectric layer 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と対向できるかぎり限定されないが、本実施形態では、圧電体層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層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 layer 30 is formed in a thin film form, a layer 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. Further, the planar shape of the first conductive layer 10 is not particularly limited as long as the piezoelectric layer 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. For example, it can be a rectangle, a circle, or the like.

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、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層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、圧電体層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 of the functions of the first conductive layer 10 is to form a pair with the second conductive layer 20 to apply a voltage to the piezoelectric layer 30 (for example, below the piezoelectric layer 30). Lower electrode). The first conductive layer 10 may have a function of controlling the crystal orientation when the piezoelectric layer 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（ＳｒＲｕＯ_x：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ_x：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, etc.), composite oxides of strontium and ruthenium (SrRuO _x : SRO), An example is a composite oxide of lanthanum and nickel (LaNiO _x : 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.

１．２．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と対向できるかぎり限定されないが、本実施形態では、圧電体層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層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。 1.2. 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 layer 30 is formed in a thin film shape, a layered or 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 layer 30 can be disposed between the two when the first conductive layer 10 is opposed to the first conductive layer 10. For example, it can be a rectangle, a circle, or the like.

第２導電層２０の機能の一つとしては、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層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、圧電体層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 example, an upper electrode formed on the piezoelectric layer 30) for applying a voltage to the piezoelectric layer 30. The second conductive layer 20 may have a function of controlling the crystal orientation when the piezoelectric layer 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のほうが第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、圧電体層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層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 in plan than the second conductive layer 20, but the second conductive layer 20 is formed to be larger in plan than the first conductive layer 10. May be. In this case, the second conductive layer 20 may be formed on the side surface of the piezoelectric layer 30, and the second conductive layer 20 can also have a function of protecting the piezoelectric layer 30 from moisture, hydrogen, and the like. .

１．３．圧電体層
圧電体層３０は、第１導電層１０および第２導電層２０の間に配置される。圧電体層３０は、第１導電層１０および第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、圧電体層３０は、第１導電層２０および第２導電層２０に接して設けられている。 1.3. Piezoelectric Layer The piezoelectric layer 30 is disposed between the first conductive layer 10 and the second conductive layer 20. The piezoelectric layer 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 layer 30 is provided in contact with the first conductive layer 20 and the second conductive layer 20.

圧電体層３０は、薄膜法により形成される。ここで、薄膜法とは、スパッタ法、蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（レーザーアブレーション）法、ミスト成膜法、およびゾルゲル法の少なくとも一種の方法を指す。すなわち、本実施形態の圧電体層３０は、バルク状態で形成されたものではなく、例えば、バルク状態で形成されたあとに、研磨等により薄膜化されたものではない。 The piezoelectric layer 30 is formed by a thin film method. Here, the thin film method is a sputtering method, a vapor deposition method, a MOCVD (Metal-Organic Chemical Deposition) method, a MOD (Metal-Organic Deposition) method, a PLD (Pulsed Laser Deposition) method, or a laser ablation method. And at least one kind of sol-gel method. That is, the piezoelectric layer 30 of the present embodiment is not formed in a bulk state, and is not formed into a thin film by polishing or the like after being formed in a bulk state, for example.

圧電体層３０の厚さは、薄膜法によって形成される限り限定されず、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層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−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。圧電体層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 layer 30 is not limited as long as it is formed by a thin film method, and can be, for example, 100 nm or more and 3000 nm or less. When the piezoelectric layer 30 having a large thickness is formed by the thin film method, it can be formed by increasing the deposition time in a method of depositing a material such as a sputtering method, a vapor deposition method, or an MOCVD method. Also, for example, in a method of performing coating-firing such as the MOD method and the 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 layer 30 is outside 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層３０は、チタン酸ビスマスナトリウムと、０．２モル％以上８．０モル％以下のマンガンと、を含む固溶体である。チタン酸ビスマスナトリウムは、例えば、（Ｂｉ_0.5，Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃（以下これを「ＢＮＴ」と略記することがある）で表すことができ、一般式としては、ＡＢＯ₃で示される複合酸化物であり、Ａサイトにビスマスおよびナトリウムが位置し、Ｂサイトにチタンが位置するいわゆるペロブスカイト型酸化物に分類される。ＢＮＴは、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、バルクの状態で圧電性を呈することができる。しかしながら、ＢＮＴ単体のバルクは良好なヒステリシスループを示すことができるが、ＢＮＴ単体の薄膜はリーク電流量が大きくかつ良好なヒステリシスループを示すことができない。この理由として、ＢＮＴのバルクでは１０００℃以上で圧電体層を焼成した後に電極を低温で形成するのに対し、ＢＮＴの薄膜では既存の電極の上に高温で圧電体層を制作するため、電極と圧電体層との間で良好な界面が形成できないためであると本発明者等は推測している。本実施形態の圧電体層３０は、チタン酸ビスマスナトリウムにマンガンを所定量添加することによって、
薄膜法で形成してもリーク電流量が少なくかつ良好なヒステリシスループを示すことができる。本実施形態の圧電体層３０と第１の導電体層１０との界面が良好であると推測できる。これにより、圧電体層３０は、第１導電層１０および第２導電層２０によって電界が印加されることで変形することができる。この変形によって、例えば基板１をたわませたり振動させたりすることができ、圧電アクチュエーター１０２を構成することができる。 The piezoelectric layer 30 of this embodiment is a solid solution containing bismuth sodium titanate and 0.2 mol% or more and 8.0 mol% or less of manganese. The bismuth sodium titanate can be represented by, for example, (Bi _0.5 , Na _0.5 ) TiO ₃ (hereinafter sometimes abbreviated as “BNT”), and the general formula is a composite oxide represented by ABO ₃ And categorized into so-called perovskite oxides in which bismuth and sodium are located at the A site and titanium is located at the B site. BNT can have a perovskite-type crystal structure by crystallization, and can exhibit piezoelectricity in a bulk state. However, the bulk of BNT alone can show a good hysteresis loop, but the thin film of BNT alone has a large amount of leakage current and cannot show a good hysteresis loop. The reason for this is that in the BNT bulk, the electrode is formed at a low temperature after firing the piezoelectric layer at 1000 ° C. or higher, whereas in the BNT thin film, the piezoelectric layer is produced on the existing electrode at a high temperature. The present inventors presume that this is because a good interface cannot be formed between the piezoelectric layer and the piezoelectric layer. The piezoelectric layer 30 of this embodiment is obtained by adding a predetermined amount of manganese to bismuth sodium titanate.
Even when the thin film method is used, the amount of leakage current is small and a good hysteresis loop can be shown. It can be estimated that the interface between the piezoelectric layer 30 and the first conductor layer 10 of the present embodiment is good. Accordingly, the piezoelectric layer 30 can be deformed by applying an electric field by the first conductive layer 10 and the second conductive layer 20. By this deformation, for example, the substrate 1 can be bent or vibrated, and the piezoelectric actuator 102 can be configured.

圧電体層３０は、チタン酸ビスマスナトリウムと、０．２モル％以上４．０モル％以下のマンガンと、を含むことができる。このような圧電体層３０は、リーク電流量を少なくすることができる。さらに、圧電体層３０は、チタン酸ビスマスナトリウムと、０．２モル％以上１．０モル％以下のマンガンと、を含むことができる。このような圧電体層３０は、さらにリーク電流量を少なくすることができる。 The piezoelectric layer 30 can include bismuth sodium titanate and manganese of 0.2 mol% or more and 4.0 mol% or less. Such a piezoelectric layer 30 can reduce the amount of leakage current. Furthermore, the piezoelectric body layer 30 can contain bismuth sodium titanate and 0.2 mol% or more and 1.0 mol% or less of manganese. Such a piezoelectric layer 30 can further reduce the amount of leakage current.

本実施形態の圧電体層３０は、チタン酸ビスマスナトリウムを主体とした固溶体であれば、例えばチタン酸ビスマスナトリウム１００モル％未満５０モル％以上に対して、他の圧電特性を有する材料を０モル％超５０モル％未満含む混晶系とすることができる。このような他の圧電特性を有する材料としては、ペロブスカイト型酸化物であって、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト、クロム酸ビスマス、コバルト酸ビスマス、アルミ酸ビスマスなどの非鉛含有化合物の群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。圧電体層３０は、例えば、チタン酸ビスマスナトリウム１００モル％未満８５モル％以上と、チタン酸バリウム０モル％超１５モル％以下と、を含むことができる。また、圧電体層３０は、例えば、チタン酸ビスマスナトリウム１００モル％未満６７モル％以上と、チタン酸ビスマスカリウム０モル％超３０モル％以下と、チタン酸バリウム０モル％超３モル％以下と、を含むことができる。チタン酸バリウムは例えばＢａＴｉＯ₃（以下、「ＢＫ」と略記することがある）で表すことができ、チタン酸ビスマスカリウムは例えば（Ｂｉ_0.5Ｋ_0.5）ＴｉＯ₃（以下、「ＢＫＴ」と略記することがある）で表すことができる。ＢＮＴ、ＢＴ、ＢＫＴなどは、ＡＢＯ₃におけるＢサイトに位置する元素に対するＡサイトに位置する元素のモル比による組成比（以下、Ａ／Ｂという）が科学量論組成であれば１であるが、化学量論組成からずれていてもよい。なお、本実施形態の圧電体層３０におけるマンガンの添加量（モル％）は、チタン酸ビスマスナトリウム１００モル％もしくは混晶系のペロブスカイト型酸化物１００モル％に対する添加量である。 If the piezoelectric layer 30 of the present embodiment is a solid solution mainly composed of bismuth sodium titanate, for example, 0 mol of a material having other piezoelectric characteristics with respect to less than 100 mol% of bismuth sodium titanate and 50 mol% or more. It is possible to obtain a mixed crystal system containing more than 50% and less than 50 mol%. Examples of such other piezoelectric materials include perovskite oxides such as barium titanate, potassium bismuth titanate, sodium niobate, potassium niobate, lithium niobate, bismuth ferrite, bismuth chromate. And at least one selected from the group of non-lead-containing compounds such as bismuth cobaltate and bismuth aluminate. The piezoelectric layer 30 can include, for example, less than 100 mol% of bismuth sodium titanate and 85 mol% or more and more than 0 mol% and 15 mol% or less of barium titanate. The piezoelectric layer 30 includes, for example, less than 100 mol% bismuth sodium titanate, 67 mol% or more, potassium bismuth titanate more than 0 mol% and less than 30 mol%, and barium titanate more than 0 mol% and less than 3 mol%. , Can be included. Barium titanate can be represented by, for example, BaTiO ₃ (hereinafter sometimes abbreviated as “BK”), and bismuth potassium titanate is abbreviated as, for example, (Bi _0.5 K _0.5 ) TiO ₃ (hereinafter, “BKT”). Can be expressed by: BNT, BT, BKT, etc. are 1 if the composition ratio (hereinafter referred to as A / B) by the molar ratio of the element located at the A site to the element located at the B site in ABO ₃ is a stoichiometric composition. May deviate from the stoichiometric composition. The addition amount (mol%) of manganese in the piezoelectric layer 30 of this embodiment is an addition amount with respect to 100 mol% of bismuth sodium titanate or 100 mol% of a mixed crystal perovskite oxide.

１．４．作用効果等
本実施形態にかかる圧電素子１００（圧電アクチュエーター１０２）は、上述の圧電体層３０を含むため、少なくとも、リーク電流量が少なくかつ良好なヒステリシスループを示すという特徴を有する。なお、圧電体層３０のヒステリシスループの形状は、Ｐ−Ｅ測定を行った場合に得られ、圧電特性を示す判断基準として用いることができる。したがって、良好なヒステリシスループを示す圧電体層３０は、良好な圧電特性を有していると判断することができる。また、本実施形態にかかる圧電体層３０は、非鉛含有化合物であることで環境負荷を小さく抑えることができるとともに、良好な圧電特性を有することができる。 1.4. Effects and the like Since the piezoelectric element 100 (piezoelectric actuator 102) according to the present embodiment includes the piezoelectric layer 30 described above, the piezoelectric element 100 has at least a small amount of leakage current and a good hysteresis loop. The shape of the hysteresis loop of the piezoelectric layer 30 is obtained when the P-E measurement is performed, and can be used as a criterion for indicating the piezoelectric characteristics. Therefore, it can be determined that the piezoelectric layer 30 showing a good hysteresis loop has good piezoelectric characteristics. In addition, the piezoelectric layer 30 according to the present embodiment is a non-lead-containing compound, so that the environmental load can be suppressed to a small level and good piezoelectric characteristics can be obtained.

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.

２．圧電素子の製造方法
本発明の圧電素子１００は、例えば、以下のように製造することができる。 2. Piezoelectric Element Manufacturing Method The piezoelectric element 100 of the present invention can be manufactured, for example, as follows.

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。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 20 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２０の上に、圧電体層３０を形成する。圧電体層３０は、上述の通り、例えば、スパッタ法、蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（レーザーアブレーション）法、ミスト成膜法、およびゾルゲル法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。圧電体層３０の結晶化は、例えば、５５０℃以上８００℃以下において、酸素雰囲気で行うことができる。これにより、圧電体層３０を結晶化することができる。圧電体層３０を結晶化する熱処理温度は、例えば５５０℃以上８５０℃以下とすることができ、さらに６００℃以上７５０℃以下とすることができる。なお、結晶化は、圧電体層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層３０を得ることができる。 Next, the piezoelectric layer 30 is formed on the first conductive layer 20. As described above, the piezoelectric layer 30 is formed by, for example, sputtering, vapor deposition, MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), or MOD (Metal-Organic).
It can be formed by at least one of a Decomposition (PLD) method, a PLD (Pulsed Laser Deposition) (Laser Ablation) method, a mist film forming method, and a sol-gel method, or a combination of these methods. Crystallization of the piezoelectric layer 30 can be performed, for example, in an oxygen atmosphere at 550 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Thereby, the piezoelectric layer 30 can be crystallized. The heat treatment temperature for crystallizing the piezoelectric layer 30 can be, for example, 550 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, and can be 600 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. The crystallization may be performed after the piezoelectric layer 30 is patterned. And if needed, the said operation can be repeated in multiple times and the piezoelectric material layer 30 of desired thickness can be obtained.

次に、圧電体層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および圧電体層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および圧電体層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 layer 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 layer 30 are patterned into a desired shape to form a piezoelectric element. The second conductive layer 20 and the piezoelectric layer 30 can be simultaneously patterned as necessary. The piezoelectric element 100 of this embodiment can be manufactured by the processes exemplified above.

３．液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる圧電素子（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、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、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。 3. Liquid Ejecting Head Next, as an example of the use 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. FIG. 3 is an exploded perspective view of the liquid ejecting head 600, 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および図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および図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および圧力室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、圧電体層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 layer 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および圧電素子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耐圧に優れた圧電素子１００を含んでいる。したがって液体噴射ヘッド６００は、耐圧が高く、従来に比較してより高い電圧の動作が可能で、液体等の吐出能力が高いものとなっている。 The liquid ejecting head 600 includes the piezoelectric element 100 that is excellent in at least the withstand voltage described above. Therefore, the liquid jet head 600 has a high withstand voltage, can operate at a higher voltage than the conventional one, and has a high discharge capability of liquid or the like.

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 according to the present embodiment is, for example, an electrode material ejecting head used for forming electrodes of a color material ejecting head, an organic EL display, an FED (surface emitting display), etc. It can also be used as a bio-organic matter ejecting head used for biochip manufacturing.

４．液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッド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。図４は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。 4). Next, the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The liquid ejecting apparatus includes the above-described liquid ejecting head. Hereinafter, a case where the liquid ejecting apparatus is an ink jet printer having the above-described liquid ejecting head will be described. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the liquid ejecting apparatus 700 according to the present embodiment.

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、ヘッドおよ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および記録用紙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および記録用紙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 that performs printing 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および給紙部７５０を制御することができる。 The control unit 760 can control the head unit 730, the drive unit 710, and the paper feed 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および駆動ローラー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 face each other up and down across the feeding path of the recording paper P. 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および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。 The head unit 730, the drive unit 710, the control unit 760, and the paper feed unit 750 are provided inside the apparatus main body 720.

液体噴射装置７００は、耐圧の高い液体噴射ヘッド６００を有する。したがって液体噴射装置７００の液体の吐出能力は高いものとなっている。 The liquid ejecting apparatus 700 includes a liquid ejecting head 600 with a high pressure resistance. Therefore, the liquid ejection capability of the liquid ejecting apparatus 700 is high.

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、本発明にかか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.

５．実施例および比較例
以下に実施例および比較例を示し、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なんら限定されるものではない。 5). 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.

５．１．圧電素子の作製
実施例１ないし実施例６および比較例１ないし比較例５の圧電素子は、以下のように作製した。 5.1. Production of Piezoelectric Elements The piezoelectric elements of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 were produced as follows.

まず、基板を以下の工程にて作製した。単結晶シリコン基板上に絶縁膜として二酸化シリコンを熱酸化にて作製した。この二酸化シリコン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚が４０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。さらに、この酸化チタン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚が１００ｎｍの白金（Ｐｔ）膜を順次成膜し、（１１１）面に配向した下電極を作製した。この下電極は、上記実施形態の第１導電層１０に相当する。 First, a substrate was produced by the following process. Silicon dioxide was produced by thermal oxidation as an insulating film on a single crystal silicon substrate. A titanium (Ti) film having a film thickness of 40 nm was formed on this silicon dioxide film by RF magnetron sputtering, and a titanium oxide film was formed by thermal oxidation. Further, a platinum (Pt) film having a film thickness of 100 nm was sequentially formed on the titanium oxide film by RF magnetron sputtering to produce a lower electrode oriented on the (111) plane. This lower electrode corresponds to the first conductive layer 10 of the above embodiment.

次に、各実施例および各比較例の圧電体層３０は、いずれも化学溶液法によって作製した。化学溶液法の原料としては、金属アルコキシドもしくは有機酸金属塩を、溶媒（ｎ−ブタノール）に混合したものを用いた。原料溶液の組成としては表１ないし表３に示す金属組成になるように調合した。表１ないし表３には、原料における配合量すなわち仕込み量（ｍｏｌ％）を記載した。薄膜形成方法としては、下電極が成膜された基板上に、５００ｒｐｍで１０秒間回転後、２５００ｒｐｍで３０秒間スピンコートすることにより原料溶液を塗布した後、１５０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、３分間乾燥を行った後、４００℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、５分間保持して脱脂した。このスピンコートから脱脂するまでの工程を６回繰り返し行った。さらに、この基板を７５０℃で２分間、酸素雰囲気中でアニールを行って薄膜の圧電体層３０を焼成した。 Next, each piezoelectric layer 30 of each example and each comparative example was produced by a chemical solution method. As a raw material of the chemical solution method, a metal alkoxide or an organic acid metal salt mixed with a solvent (n-butanol) was used. The composition of the raw material solution was prepared so as to have the metal composition shown in Tables 1 to 3. Tables 1 to 3 show the blending amounts in the raw materials, that is, the charged amounts (mol%). As a thin film forming method, a raw material solution is applied on a substrate on which a lower electrode is formed by spinning at 500 rpm for 10 seconds and then spin-coating at 2500 rpm for 30 seconds, and then the substrate is placed on a hot plate set at 150 ° C. After drying for 3 minutes, the substrate was placed on a hot plate set at 400 ° C. and held for 5 minutes for degreasing. The process from this spin coating to degreasing was repeated 6 times. Further, this substrate was annealed at 750 ° C. for 2 minutes in an oxygen atmosphere to sinter the thin piezoelectric layer 30.

最後に、下電極と圧電体層とが成膜された基板に、直径５００μｍの穴のあいた金属マスクを使用して、ＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層を形成した。この白金（Ｐｔ）層が上電極であり、上記実施形態の第２導電層２０に相当する。 Finally, a platinum (Pt) layer having a thickness of 100 nm was formed by DC sputtering using a metal mask having a hole having a diameter of 500 μm on the substrate on which the lower electrode and the piezoelectric layer were formed. This platinum (Pt) layer is an upper electrode and corresponds to the second conductive layer 20 of the above embodiment.

比較例１ないし３及び実施例１ないし４では、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｂｉ_0.5，Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃１００モル％に対し、マンガン（Ｍｎ）０モル％以上１２モル％以下を添加した。 In Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 4, manganese (Mn) was added in an amount of 0 mol% to 12 mol% with respect to 100 mol% of bismuth sodium titanate (Bi _0.5 , Na _0.5 ) TiO ₃ .

比較例４及び実施例５では、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ_0.5，Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃）８５モル％とチタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ_0.5，Ｋ_0.5）ＴｉＯ₃）１５モル％に対し、マンガン（Ｍｎ）０モル％と１モル％を添加した。 In Comparative Example 4 and Example 5, manganese was used with respect to 85 mol% of bismuth sodium titanate ((Bi _0.5 , Na _0.5 ) TiO ₃ ) and 15 mol% of bismuth potassium titanate ((Bi _0.5 , K _0.5 ) TiO ₃ ). (Mn) 0 mol% and 1 mol% were added.

比較例５及び実施例６では、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ_0.5，Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃）６７モル％とチタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ_0.5，Ｋ_0.5）ＴｉＯ₃）３０モル％とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）３モル％に対し、マンガン（Ｍｎ）０モル％と１モル％を添加した。 In Comparative Examples 5 and 6, bismuth sodium titanate _{_{((Bi 0.5, Na 0.5)}} TiO 3) 67 mol% and bismuth potassium titanate _{_{((Bi 0.5, K 0.5)}} TiO 3) 30 mol% barium titanate Manganese (Mn) 0 mol% and 1 mol% were added to 3 mol% (BaTiO ₃ ).

５．２．圧電素子の評価
５．２．１．リーク電流量の評価
各実施例、各比較例の圧電素子のリーク電流量は、ヒューレット・パッカード社製４１４０Ｂを使用し、ｄｅｌｅｙｔｉｍｅ：０．５ｓｅｃ、ｈｏｌｄｔｉｍｅ：０．５ｓｅｃ、印加電界：２００ｋＶ／ｃｍ、２５０ｋＶ／ｃｍ、３００ｋＶ／ｃｍ、４００ｋＶ／ｃｍ、５００ｋＶ／ｃｍ、６００ｋＶ／ｃｍの評価条件にて測定した各リーク電流値に基づいて評価した。測定結果は、表１ないし表３に示した。なお、ショートしてリーク電流値が計測できなかった場合は、表１ないし表３に「ショート」と記載した。 5.2. Evaluation of piezoelectric element 5.2.1. Evaluation of leakage current amount The leakage current amount of each piezoelectric element of each example and each comparative example uses 4140B manufactured by Hewlett-Packard Company, delay time: 0.5 sec, hold time: 0.5 sec, applied electric field: 200 kV / Evaluation was performed based on each leakage current value measured under evaluation conditions of cm, 250 kV / cm, 300 kV / cm, 400 kV / cm, 500 kV / cm, and 600 kV / cm. The measurement results are shown in Tables 1 to 3. When the leakage current value could not be measured due to a short circuit, “Short” was described in Tables 1 to 3.

５．２．２．ヒステリシスの評価
ヒステリシスの評価は、東陽テクニカ社製、「ＦＣＥ−１Ａ」を用い、ヒステリシスループを測定し、その形状を評価して行った。測定条件は、測定温度：室温、周波数：１ｋＨｚ、波形：三角波、印加電界：４００ｋＶ／ｃｍと６３０ｋＶ／ｃｍであった。ヒステリシスの評価に用いた試料は、各実施例および各比較例ともに、リーク電流量の評価に用いたものと同様とした。図５は、比較例１の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図６は、実施例１の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図７は、実施例２の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図８は、実施例４の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図９は、比較例４の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図１０は、実施例５の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図１１は、比較例５の圧電素子のヒステリシス曲線であり、図１２は、実施例６の圧電素子のヒステリシス曲線である。 5.2.2. Evaluation of hysteresis Hysteresis was evaluated by measuring a hysteresis loop using “FCE-1A” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd. and evaluating its shape. The measurement conditions were measurement temperature: room temperature, frequency: 1 kHz, waveform: triangular wave, applied electric field: 400 kV / cm and 630 kV / cm. The sample used for the evaluation of hysteresis was the same as that used for the evaluation of the leakage current amount in each example and each comparative example. 5 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Comparative Example 1, FIG. 6 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 1, FIG. 7 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 2, and FIG. Is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 4, FIG. 9 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Comparative Example 4, FIG. 10 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 5, and FIG. FIG. 12 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Comparative Example 5, and FIG. 12 is a hysteresis curve of the piezoelectric element of Example 6.

５．３．評価結果
表１に示した印加電界２００ｋＶ／ｃｍと４００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値を比較すると、マンガンを添加していない比較例１に比べて、マンガンを０．２モル％以上８モル％以下添加した実施例１ないし４はリーク電流値が小さくなっており、マンガンを１２モル％添加した比較例３は正負ともにショートした。また、マンガンを添加していない比較例１に比べて、マンガンを０．１モル％添加した比較例２は、４００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値が小さくなっているが、２００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値が負側で大きくなった。チタン酸ビスマスナトリウムにマンガンを所定量添加することによってリーク電流値が小さくなることが確認できた。 5.3. Evaluation results When comparing the leakage current values at applied electric fields of 200 kV / cm and 400 kV / cm shown in Table 1, compared with Comparative Example 1 in which no manganese was added, manganese was 0.2 mol% or more and 8 mol% or less. The added Examples 1 to 4 had a small leakage current value, and Comparative Example 3 to which 12 mol% of manganese was added was short-circuited in both positive and negative directions. In addition, compared with Comparative Example 1 in which manganese was not added, Comparative Example 2 in which 0.1 mol% of manganese was added had a small leakage current value at 400 kV / cm, but leakage at 200 kV / cm. The current value increased on the negative side. It was confirmed that the leakage current value was reduced by adding a predetermined amount of manganese to bismuth sodium titanate.

表２に示した印加電界２５０ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値を比較すると、マンガンを添加していない比較例４に比べて、マンガンを１モル％添加した実施例５はリーク電流値が小さくなった。また、表２に示した印加電界５００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値を比較すると、マンガンを添加していない比較例４に比べて、マンガンを１モル％添加した実施例５はリーク電流値が小さくなった。圧電素子がチタン酸ビスマスナトリウムだけでなくチタン酸バリウムを１５モル％含んだ場合でも、マンガンを１モル％添加することによってリーク電流値が小さくなることが確認できた。 Comparing the leakage current value at an applied electric field of 250 kV / cm shown in Table 2, the leakage current value was smaller in Example 5 in which 1 mol% of manganese was added than in Comparative Example 4 in which manganese was not added. . Further, when comparing the leakage current value at an applied electric field of 500 kV / cm shown in Table 2, the leakage current value is smaller in Example 5 in which 1 mol% of manganese was added than in Comparative Example 4 in which manganese was not added. became. Even when the piezoelectric element contained not only bismuth sodium titanate but also 15 mol% of barium titanate, it was confirmed that the leakage current value was reduced by adding 1 mol% of manganese.

表３に示した印加電界３００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値を比較すると、マンガンを添加していない比較例５に比べて、マンガンを１モル％添加した実施例６はリーク電流値が小さくなった。また、表３に示した印加電界６００ｋＶ／ｃｍでのリーク電流値を比較すると、マンガンを添加していない比較例５に比べて、マンガンを１モル％添加した実施例６はリーク電流値が小さくなった。圧電素子がチタン酸ビスマスナトリウムとチタン酸バリウムに加えてチタン酸ビスマスカリウムを含んだ場合でも、マンガンを１モル％添加することによってリーク電流値が小さくなることが確認できた。 Comparing the leakage current values at an applied electric field of 300 kV / cm shown in Table 3, the leakage current value was smaller in Example 6 in which 1 mol% of manganese was added than in Comparative Example 5 in which manganese was not added. . Further, when the leakage current value at an applied electric field of 600 kV / cm shown in Table 3 is compared, the leakage current value is smaller in Example 6 in which 1 mol% of manganese is added than in Comparative Example 5 in which manganese is not added. became. Even when the piezoelectric element contained bismuth potassium titanate in addition to bismuth sodium titanate and barium titanate, it was confirmed that the leakage current value was reduced by adding 1 mol% of manganese.

図５ないし図８をみると、比較例１のヒステリシスループは、リーク電流の影響から丸みを帯びた形状になっているが、マンガンを添加した実施例１，２，４はヒステリシスループが良好な形状に改善され、よりシャープな形状になったため、良好な圧電特性を呈することが判明した。 5 to 8, the hysteresis loop of Comparative Example 1 has a rounded shape due to the influence of the leakage current, but Examples 1, 2, and 4 to which manganese is added have good hysteresis loops. It has been found that it has good piezoelectric properties due to its improved shape and sharper shape.

図９及び図１０をみると、比較例４のヒステリシスループよりもマンガンを１モル％添加した実施例５のヒステリシスループの方がより良好な形状に改善され、チタン酸バリウムを１５モル％含んだ場合でも、マンガンを１モル％添加することで良好な圧電特性を呈することが判明した。 9 and 10, the hysteresis loop of Example 5 in which 1 mol% of manganese was added to the hysteresis loop of Comparative Example 4 was improved to a better shape and contained 15 mol% of barium titanate. Even in this case, it was found that the addition of 1 mol% manganese exhibits good piezoelectric properties.

図１１及び図１２をみると、比較例５のヒステリシスループよりもマンガンを１モル％
添加した実施例６のヒステリシスループの方がより良好な形状に改善され、チタン酸バリウム３モル％とチタン酸ビスマスカリウムを３０モル％含んだ場合でも、マンガンを１モル％添加することで良好な圧電特性を呈することが判明した。 11 and 12, manganese is 1 mol% than the hysteresis loop of Comparative Example 5.
The added hysteresis loop of Example 6 was improved to a better shape, and even when 3 mol% of barium titanate and 30 mol% of bismuth potassium titanate were contained, it was better by adding 1 mol% of manganese. It was found to exhibit piezoelectric properties.

以上のように、本発明にかかる圧電素子は、環境負荷を小さく抑え、優れた圧電特性を示すことが判明した。 As described above, it has been found that the piezoelectric element according to the present invention suppresses the environmental load and exhibits excellent piezoelectric characteristics.

以上に述べた実施形態および変形実施形態は、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また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、方法および結果が同一の構成、あるいは目的およ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また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 achieves the same effect 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…圧電体層、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、６２８…貫通孔、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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 1a ... Diaphragm, 10 ... 1st conductive layer, 20 ... 2nd conductive layer, 30 ... Piezoelectric layer, 100 ... Piezoelectric element, 102 ... Piezoelectric actuator, 600 ... Liquid jet head, 610 ... Nozzle plate, 612 ... Nozzle hole, 620 ... Pressure chamber substrate, 622 ... Pressure chamber, 624 ... Reservoir, 626 ... Supply port, 628 ... Through hole, 630 ... Housing, 700 ... Liquid ejecting device, 710 ... Drive unit, 720 ... Main body of device 721 ... Tray, 722 ... Ejection 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 , 751... Paper feed motor, 752... Paper feed roller, 752 a... Driven roller, 752 b. Department, 770 ... operation panel

Claims

膜厚が１００ｎｍ〜３０００ｎｍの圧電体層および前記圧電体層に電圧を印加する電極を含む圧電素子であって、
前記圧電体層は、ペロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマスナトリウムと、マンガンとからなり、
前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマスナトリウム１００モル％に対する前記マンガンの含有量が、０．２モル％以上８．０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。 A piezoelectric element including a piezoelectric layer having a thickness of 100 nm to 3000 nm and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer is composed of bismuth sodium titanate having a perovskite structure and manganese,
A piezoelectric element, wherein a content of the manganese with respect to 100 mol% of bismuth sodium titanate having the perovskite structure is 0.2 mol% or more and 8.0 mol% or less.

請求項１において、
前記圧電体層は、前記ペロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマスナトリウム１００モル％に対する前記マンガンの含有量が、０．２モル％以上４．０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。 In claim 1,
The piezoelectric element is characterized in that the content of the manganese with respect to 100 mol% of bismuth sodium titanate having the perovskite structure is 0.2 mol% or more and 4.0 mol% or less.

請求項１または２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 1.

請求項３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 3.