[发明专利]压电物质、压电元件及使用压电元件的液体排出头和液体排出设备有效

专利信息
申请号: 200780026986.8 申请日: 2007-07-13
公开(公告)号: CN101490316A 公开(公告)日: 2009-07-22
发明(设计)人: 伊福俊博;武田宪一;福井哲朗;舟窪浩 申请(专利权)人: 佳能株式会社;国立大学法人东京工业大学
主分类号: C30B29/32 分类号: C30B29/32;B41J2/045;B41J2/055;B41J2/16;C04B35/46;H01L41/09;H01L41/18;H01L41/187;H01L41/22
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 康建忠
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 压电 物质 元件 使用 液体 出头 排出 设备
【说明书】:

技术领域

本发明涉及压电物质、压电元件以及使用压电元件的液体排出头 和液体排出设备。

背景技术

近年来,在便携式信息装置领域、化学和医疗领域中,压电致动 器作为取代电磁电动机的新电动机引起了关注,这是因为其使得电动 机的小型化和高致密性(densification)成为可能。压电致动器在其驱 动时不会产生电磁噪声,并且不受噪声影响。此外,作为制造以微机 械为代表的亚毫米级尺寸的设备的零件,压电致动器引起了关注,并 且要求小型压电薄膜元件作为其驱动源。

对于用于压电元件的压电材料,通常,普遍采用以下方式来获得: 利用诸如机械加工和抛光的技术来以期望的尺寸和厚度精细地形成烧 结块(compact)或单晶部件,作为施加了热处理以获得作为压电物 质的特性的体材料(bulk material)。此外,当形成小型压电薄膜元 件时,通常采用以下方法:通过使用诸如印刷方法的方法,在诸如金 属或硅的基板上的预定位置处涂敷并煅烧绿色片状压电物质,来直接 形成压电薄膜元件。来自绿色片的这种块(compact)的厚度是几十到 几百微米,在压电物质的上侧和下侧设置电极,并通过电极施加电压。

迄今为止,通过使用诸如如上所述的机械加工或抛光的技术精细 地形成压电物质作为体材料,或者使用绿色片状压电物质,制成了用 作液体排出头的小压电元件。作为使用这种压电薄膜元件的装置,例 如,存在具有单压电晶片(unimorph)型压电薄膜元件结构的液体排 出头。液体排出头配备有与馈墨室相连通的压力室,和与压力室相连 通的墨排出孔,在压力室中设置并且构造有接合有压电元件或者其中 直接形成有压电元件的振动板(diaphragm)。在这种结构中,通过 产生弯曲振动来压缩压力室中的墨,从墨排出口排出墨滴,所述弯曲 振动是通过对压电元件施加预定电压使压电元件扩张和收缩而产生 的。

尽管通过使用上述压电物质的这种操作,彩色喷墨打印机目前已 经普及,但是还需要在它们的打印性能、尤其是更高分辨率、高速打 印方面进行增强。因此,已经尝试利用其中液体排出头已经被小型化 的多喷嘴头结构来实现高分辨率和高速打印。为了对液体排出头进行 小型化,必须对用于排出墨的压电元件进行进一步小型化。此外,最 近,将液体排出头应用于诸如布线的直写(straight writing)的工业应 用的尝试也已经很活跃。此时,需要以更高分辨率在处理表面上对具 有更多种特性的液体进行构图,因此,需要更高性能的液体排出头。

近年来,由于微机械技术的发展,已经进行如下研究:通过将压 电物质形成为薄膜,并且使用已经在半导体中使用的精细处理技术, 来开发高度精确的微压电元件。具体来说,在应用于压电致动器的情 况下,通过诸如溅射方法、化学气相淀积方法、溶胶凝胶方法、气体 淀积方法以及脉冲激光淀积方法之类的膜方法形成的压电膜的厚度通 常为几百纳米到几十微米。为该压电膜设置电极,并通过这些电极施 加电压。

另一方面,对结合压电元件的小型化、具有更大压电性质的高性 能压电材料的研究也很活跃。通常,当沿单晶压电物质的固有极化方 向施加电场时,认为获得了高压电特性,但是最近已经进行了执行称 为晶畴(domain)工程的晶畴控制作为一种增强压电物质的压电性的 方法的研究。例如,作为一种松弛剂单晶压电物质,已知 {Pb(Zn1/3Nb2/3)O3}1-x-(PbTiO3)x(锌铌酸铅-钛酸铅:PZN-PT))。在该松 弛剂单晶压电物质中,报道了通过执行晶畴控制实现的压电常数的极 大提高。即,在Ceramics Vol.40,(8),2005,P.600(参考文件1:非专利 文献1)中,报道了在该材料中获得了沿自发极化方向的压电常数d33的 30倍或更大(2500-2800pC/N)的压电常数。

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