(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、
圧電材料層と電極層とを備えた圧電素子と、を具備した液体噴射ヘッドであって、
前記圧電材料層は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項３】
前記液体噴射へッドを２以上有することを特徴とする請求項２記載の液体噴射装置。
【請求項４】
圧電材料層と電極層とを有し、
前記圧電材料層は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタンおよび銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに圧電素子及び圧電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。そして、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子としては、例えば、縦振動型の圧電素子、撓み振動型の圧電素子などが挙げられる。そして、縦振動モードの圧電素子としては、共通内部電極と個別内部電極とを圧電材料を挟んで積層した圧電素子形成部材（圧電振動板）を固定基板に固定し、圧電素子形成部材をワイヤソー装置によって櫛歯状に切り分けることによって形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような圧電素子に用いられる圧電材料には高い圧電特性（歪み量）が求められており、代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、近年、環境問題の観点から、鉛の含有量を抑えた圧電材料が求められている。そこで、鉛を含有しない圧電材料として、種々のＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電材料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、鉛を含有しない圧電材料では、ＰＺＴと比較すると歪み量が小さいため、さらに歪み量が大きく圧電特性に優れたものが求められている。
【０００７】
このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、環境負荷を低減し、圧電特性に優れた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに圧電素子及び圧電材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電材料層と電極層とを備えた圧電素子と、を具備した液体噴射ヘッドであって、前記圧電材料層は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電素子とすることができ、環境負荷を低減し、圧電特性に優れたものとすることができる。また、圧電材料層は、比較的低温で焼成することにより形成することができるため、電極層の材料の選択肢が広がる。
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、印刷品質を向上した液体噴射装置を実現できる。
ここで、前記液体噴射ヘッドを２以上有することが好ましい。これによれば、異なる液体を噴射する液体噴射装置を実現できる。
本発明の他の態様は、圧電材料層と電極層とを有し、前記圧電材料層は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電素子とすることができ、環境負荷を低減し、圧電特性に優れたものとすることができる。また、複合酸化物は低温で結晶化させて圧電材料層とすることができるため、電極層の材料の選択肢が広がる。
さらに、本発明の他の態様は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタンおよび銅を含み、（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３で表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電材料にある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電体層を形成することができるものとなる。すなわち、環境負荷を低減し、圧電特性に優れた圧電体層を形成することができるものとなる。
上記課題を解決する本発明の別の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電材料層及び前記圧電材料層に設けられた電極層を備えた圧電素子と、を具備した液体噴射ヘッドであって、前記複合酸化物は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電素子とすることができ、環境負荷を低減し、圧電特性に優れたものとすることができる。また、圧電材料層は、比較的低温で焼成することにより形成することができるため、電極層の材料の選択肢が広がる。
【００１０】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、印刷品質を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１１】
ここで、前記液体噴射ヘッドを２以上有することが好ましい。これによれば、異なる液体を噴射する液体噴射装置を実現できる。
【００１２】
本発明の他の態様は、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電材料層と、前記圧電材料層に設けられた電極と、を有し、前記複合酸化物は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、及び銅を含み、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電素子とすることができ、環境負荷を低減し、圧電特性に優れたものとすることができる。また、複合酸化物は低温で結晶化させて圧電材料層とすることができるため、電極層の材料の選択肢が広がる。
【００１３】
さらに、本発明の他の態様は、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電材料であって、前記複合酸化物は、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタンおよび銅を含み、前記チタン及び前記銅の総量に対する前記銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする圧電材料にある。
かかる態様では、歪み量が大きい圧電体層を形成することができるものとなる。すなわち、環境負荷を低減し、圧電特性に優れた圧電体層を形成することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図２】試験例１の結果を示す図である。
【図３】実施例３のＰ−Ｅ曲線を表す図である。
【図４】参考例１のＰ−Ｅ曲線を表す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る記録装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すインクジェット式記録ヘッド１０は、縦振動型の圧電素子を有するタイプであり、流路基板１１には、複数の圧力発生室１２が並設され、流路基板１１の両側は、各圧力発生室１２に対応してノズル開口１３を有するノズルプレート１４と、振動板１５とにより封止されている。また、流路基板１１には、各圧力発生室１２毎にそれぞれインク供給口１６を介して連通されて複数の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１７が形成されており、リザーバー１７には、図示しないインクカートリッジが接続される。さらに、インクジェット式記録ヘッド１０は、振動板１５上の各圧力発生室１２に対応する領域に設けられる圧電素子１８を有する圧電素子ユニットと、振動板１５上に固定されて圧電素子ユニットが収容される収容部を有するヘッドケース２４とを有する。
【００１７】
上述したように、振動板１５の圧力発生室１２とは反対側には、各圧力発生室１２に対応する領域にそれぞれ圧電素子１８の先端が当接されて設けられている。本実施形態では、圧電素子１８は、一つの圧電素子ユニットにおいて一体的に形成されている。すなわち、圧電材料層１９と電極層２０，２１とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材２２を形成し、この圧電素子形成部材２２を各圧力発生室１２に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子１８が形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の圧電素子１８が一体的に形成されている。そして、この圧電素子１８（圧電素子形成部材２２）の振動に寄与しない不活性領域、すなわち、圧電素子１８の基端部側が固定基板２３に固着されている。そして、図示しないが、圧電素子１８の基端部近傍には、固定基板２３とは反対側の面に、各圧電素子１８を駆動するための信号を供給する配線を有する回路基板が接続されている。本実施形態では、圧電素子１８が振動板１５を変形させるための圧電アクチュエーターを構成しており、圧電素子１８と固定基板２３とで圧電素子ユニットを構成している。
【００１８】
ここで、本実施形態における圧電材料層１９は、一般式がＡＢＯ３のペロブスカイト型構造の複合酸化物からなり、この複合酸化物は、ビスマスと、ナトリウムと、バリウムと、チタンと、銅とを含み、チタン及び銅の総量に対する銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下である。このように、ビスマス、バリウム、ナトリウム、チタン、及び所定量の銅を含むようにすることにより、圧電材料層１９の歪み量を大きくすることができ、例えば、後述する実施例に示すが、銅を含まない（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３と比較して、圧電定数（ｄ３３）が向上する。また、ｔａｎδを大幅に上昇させることなく、歪み量を大きくすることができる。言い換えれば、上述した範囲の銅を含むことにより、圧電材料層１９は、ｔａｎδを大幅に上昇させることなく歪み量を大きくすることができる。なお、銅の割合が０．７０ｍｏｌ％より多い場合には、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３の複合酸化物からなる圧電材料層と比較して歪み量が低下することがわかった。
【００１９】
また、複合酸化物は、ビスマス、ナトリウム、バリウムの割合は特に限定されないが、例えば、ビスマス、ナトリウム、バリウムの総量に対するナトリウムの割合が４１．０ｍｏｌ％以上４９．０ｍｏｌ％以下であるのが好ましく、ビスマス、ナトリウム、バリウムの総量に対するバリウムの割合が１．０ｍｏｌ％以上１５．０ｍｏｌ％以下であるのが好ましい。
【００２０】
ここで、本実施形態にかかる複合酸化物としては、ペロブスカイト構造のＡサイトにビスマス、ナトリウム、及びバリウムを含み、Ｂサイトにチタン及び銅を含むものが挙げられる。具体的には、ビスマス、ナトリウム、及びバリウムの総モル量と、チタン及び銅の総モル量との比が１：１のものが挙げられるが、これに限定されず、例えば、（ビスマス、ナトリウム、及びバリウムの総モル量）／（チタン及び銅の総モル量）=０．８〜１．５であってもよい。ビスマス、ナトリウム、及びバリウムの総モル量とチタン及び銅の総モル量の比を変化させ、最適化することで、ペロブスカイト構造内の酸素欠陥量を制御し、結晶性を向上させることにより圧電特性を向上させることができる。
【００２１】
このように構成されたインクジェット式記録ヘッド１０では、インクカートリッジに連通されるインク流路を介してリザーバー１７にインクが供給され、インク供給口１６を介して各圧力発生室１２に分配される。実際には、圧電素子１８に電圧を印加することにより圧電素子１８を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１８と共に変形されて（図中上方向に引き上げられて）圧力発生室１２の容積が広げられ、圧力発生室１２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子１８の電極層２０及び２１に印加していた電圧を解除すると、圧電素子１８が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板１５も変位して元の状態に戻るため圧力発生室１２が収縮され、内部圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として縦振動型の圧電素子１８が設けられている。
【００２２】
本実施形態にかかる圧電材料層１９が上述した複合酸化物からなるものとすることにより、歪み量が大きく、優れた圧電特性を有するものとなる。すなわち、このような圧電材料層１９を用いた圧電素子１８は、低い駆動電圧で高い圧電変位を得ることができる、いわゆる圧電特性に優れた圧電素子１８とすることができる。さらに圧電材料層１９が、上記のような非鉛系の圧電材料で形成されることで、環境への悪影響も防止することができる。
【００２３】
また、圧電材料層１９は、比較的低温で焼成することにより形成することができるため、電極層の材料の選択肢が広がる。すなわち、電極層２０，２１の材料として、比較的低い融解温度の材料を選択することができる。
【００２４】
また、圧電材料層１９に用いられる銅は安価で取り扱いが容易であるため、低コスト且つ容易に圧電特性に優れた圧電素子１８を実現することができる。
【００２５】
また、本実施形態の圧電素子１８は、分極処理電圧（ポーリング電圧）を小さくしたり、分極処理を短時間化したりすることができる。ここでいう分極処理とは、圧電素子１８の製造時に、結晶の分極方向が任意の方向を向いている圧電材料層１９に対して一方向に電界を印加して、分極モーメントの方向を揃える処理のことであり、この処理により実使用時の圧電素子１８の変位量の変動が著しく小さく抑えることができる。分極処理の際に、圧電素子１８に、例えば、３ｋＶ／ｍｍの電界を５分間かけることにより、十分な分極処理を行うことができる。本実施形態の圧電素子１８は、分極処理電圧を小さくしたり、分極処理を短時間化したりすることができることにより、分極処理時の駆動回路にかかるコストを抑えることができる。
【００２６】
ここで、このような圧電素子１８の製造方法の一例について、説明する。
まず、圧電材料層１９を得るための出発原料として、ビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、銅の金属の粉末やこれらを含有する金属化合物の粉末を、目的とする組成比となるように秤量する。ここで、化合物の配合量は、結果物がチタン及び銅の総量に対する銅の割合が０．３５ｍｏｌ％以上０．７０ｍｏｌ％以下となるように調整する。ビスマスを含有する金属、金属化合物としては、例えば、ビスマス、ビスマス酸化物、水酸化ビスマスを挙げることができ、ナトリウムを含有する金属化合物としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム等を挙げることができ、バリウムを含有する金属、金属化合物としては、バリウム、バリウム酸化物、炭酸バリウム等を挙げることができ、チタンを含有する金属、金属化合物としては、チタン、チタン酸化物等を挙げることができ、銅を含有する金属、金属化合物としては、銅、銅酸化物等を挙げることができる。また、例えば、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマス、ビスマス酸ナトリウム、チタン酸バリウムといったビスマス、ナトリウム、バリウム、チタン、銅などが複合して含まれる金属化合物を使用してもよい。
【００２７】
そして、秤量したこれらの粉末に、純水、又はアルコールなど揮発性が純水より高い液体を添加して混合し、ボールミル等の粉砕装置により、粉砕・混合した後、乾燥させて混合粉末を得る。なお、粉砕・混合する時間は、特に限定されないが、例えば、ボールミルを用いて毎分１００回転、２４時間混合する。
【００２８】
そして、混合粉末を電気炉で７５０〜９５０℃で１〜１０時間反応させて、仮焼成粉末を得る（仮焼成工程）。
【００２９】
次に、乳鉢において仮焼成粉末を粉砕した後、粉砕した仮焼成粉末と純水又はアルコールなど揮発性が純水より高い液体を混合した後、ボールミル等の粉砕装置により、例えば、１時間粉砕・混合する。
【００３０】
次に、得られた仮焼成粉末に、例えば、所定量のバインダー、溶剤、分散剤、可塑剤を添加して混合し、スラリーにした後、フィルム上にこのスラリーをシート塗工して乾燥することによりシート状の仮焼成体を得る。シート状の仮焼成体に電極材料をスクリーン印刷法等によりパターン状に形成し、乾燥を行う。このシートを重ね合わせ、圧着することにより、圧電材料層１９の材料と電極層２０，２１の材料とからなる積層体を作製する。
【００３１】
そして、この積層体を電気炉で、６５０℃まで２０時間で昇温して２時間保持し、脱脂（脱脂工程）を行った後、１００℃／時間で１０００〜１２００℃まで昇温し、２〜５０時間焼成（焼成工程）を行うことで、圧電材料層１９と電極層２０，２１が作製される。一般的に、チタン酸ビスマス酸ナトリウム系の圧電材料の焼成温度は、比較的高いが、銅を配合することにより、焼成温度を低下させることができる。具体的には、圧電材料層１９に銅が含有されている場合、焼結温度を１００〜２００℃程度低下させることができる。このように焼成温度を低下させることで、電極層２０，２１の材料の選択肢が広がり、例えば、ニッケル、銀、パラジウムを主成分とする電極材料を用いることができる。また、焼成に使用するエネルギー量を従来量よりも小さくすることが可能となるため製造コストの削減を図ることができる。この積層体を所定の形状に切断後、圧電材料層１９の所定の端面に電極材料ペースト等を塗布し、所定の温度で処理して電極材料ペースト等を焼き付けることにより、圧電素子形成部材２２を形成する。
【００３２】
最後に、圧電素子１８に対して一方向に電界を印加して、分極モーメントの方向を揃える分極処理を行う。本実施形態では、圧電素子１８に、例えば、３ｋＶ／ｍｍの電界を５分間かけることにより、十分な分極処理を行うことができる。
【００３３】
上述した実施形態では、圧電材料層１９と電極層２０，２１とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子１８を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、基板（流路形成基板）上に第１電極、圧電材料層、及び第２電極を順次積層した撓み振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。
【００３４】
また、圧電材料層は、例えば、スパッタ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等公知の薄膜法を用いて作製したものであってもよい。
【００３５】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。実施例では、第１電極、圧電材料、及び第２電極で構成される圧電素子を製造した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
まず、圧電材料層を得るための出発原料として、三酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、酸化第二銅（ＣｕＯ）を所定の組成比となるように秤量した後、エタノールを添加して混合し、遊星ボールミルにより２０分粉砕・混合した後、乾燥させて、混合粉末を得た。そして、この混合粉末を空気雰囲気において８５０℃で２時間焼成して、仮焼成粉末を得た。次に、得られた仮焼成粉末を乳鉢で粉砕後、エタノールを添加して混合し、遊星ボールミルにより４０分間粉砕後、乾燥させ、得られた粉末にポリビニルアルコールを加えて、乳鉢で混合した。その粉末を押し型成形機により、直径１ｃｍで厚さ１ｍｍのペレット状とした。得られたペレット状の仮焼成体を、６５０℃まで２時間で昇温して２時間保持することにより脱脂を行った後、１０００℃で２時間焼成して、下記一般式（１）で表されるＡＢＯ３型の複合酸化物からなり、ｘ＝０．４６５０、ｙ＝０．０６３０、ｚ＝０．００３５である圧電材料層を形成した。
（Ｂｉ１−ｘ−ｙ，Ｎａｘ，Ｂａｙ）（Ｔｉ１−ｚ，Ｃｕｚ）Ｏ３    （１）
【００３７】
このように形成した圧電材料層の表面を研磨し、その研磨面に銀ペーストを印刷により塗布して７００℃で２０分間焼成することで、圧電材料層の厚さ方向の両側に一対の電極層を形成して圧電素子を形成した。
【００３８】
そして形成した圧電素子を２５℃のシリコンオイルに浸漬した状態で、３ｋＶ／ｍｍの電界を５分間印加することで、圧電素子の分極処理を行い、実施例１の圧電素子を得た。
【００３９】
（実施例２〜４及び比較例１）
三酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、二酸化チタン、炭酸バリウム、酸化第二銅の組成比を変更して、上記一般式（１）で表されるＡＢＯ３型の複合酸化物からなり且つｘ、ｙ、ｚが表１に示す値となるようにした以外は、実施例１と同様にして圧電素子を得た。
【００４０】
（参考例１）
酸化第二銅を用いず、三酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、二酸化チタン、炭酸バリウムの組成比を変更して、ｘ、ｙが表１に示す値となるように作製し、１２００℃で焼成を行った以外は、実施例１と同様にして圧電素子を得た。
【００４１】
（試験例１）
分極処理を行った各実施例、比較例及び参考例１の圧電素子の圧電定数（ｄ３３）、比誘電率（εｒ）、及びｔａｎδをｄ３３メーター（Ｐｉｅｚｏｔｅｓｔ社製）で測定した。この結果を表１及び図２〜４に示す。
【００４２】
【表１】
0005605544.tif 000002
【００４３】
表１及び図２に示すように、０．００３５≦ｚ≦０．００７０である、すなわち、チタン及び銅の総量に対する銅の割合が０．３５ｍｏｌ％〜０．７０ｍｏｌ％である実施例１〜４の圧電素子は、圧電定数（ｄ３３）が１６１〜２１２（ｐＣ／Ｎ）であり、銅を含まない参考例１の圧電素子よりも圧電定数が高くなった。また、０．３５ｍｏｌ％以上の銅を配合した実施例１〜４及び比較例１の圧電素子では、圧電体の焼結温度を１０００℃とすることができ、銅を含まない参考例１の圧電素子よりも圧電体の焼結温度を２００℃低くすることができることがわかった。また、実施例１〜４の圧電素子は、参考例１の圧電素子よりも比誘電率が高いものであった。
【００４４】
ここで、圧電定数（圧電歪み定数）ｄは、歪み量Ｓ、電界Ｅとした場合、Ｓｉ＝ｄｉｊ×Ｅｉで表される。なお、前式中のｉは歪方向であり、ｊは電圧印加方向である。この圧電定数ｄの値が大きいほど圧電体膜の歪みが大きい。なお、ｄ３３は、電界Ｅ３を印加し、その平行方向にＳ３歪む場合の圧電歪み定数であり、例えば、ｄ３１は、電界Ｅ３を印加し、その垂直方向にＳ１歪む場合の圧電歪み定数である。「１、２、３」は、それぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向を意味する。
【００４５】
実施例１〜４の圧電素子は、圧電定数（ｄ３３）が高いことより、圧電定数（ｄ３１）も高いと推定される。
【００４６】
これより、圧電材料層が一般式ＡＢＯ３のペロブスカイト型構造の複合酸化物からなり、複合酸化物は、ビスマスと、ナトリウムと、バリウムと、チタンと、銅とを含み、チタン及び銅の総量に対する銅の割合が０．３５ｍｏｌ％〜０．０７ｍｏｌ％である圧電素子は、歪み量が大きく圧電特性に優れるものとなることがわかった。
【００４７】
（試験例２）
実施例３及び参考例１の圧電素子について、東陽テクニカ社製「ＦＣＥ−１Ａ」で２５℃において周波数１０Ｈｚの三角波を印加して、Ｐ（分極量）−Ｅ（電界）の関係を求めた。結果をそれぞれ図３及び４に示す。
【００４８】
図３及び図４に示すように、実施例３及び参考例１の圧電素子は、強誘電体に特徴的なヒステリシスループ形状が観測された。すなわち、実施例３及び参考例１の圧電素子は、強誘電体であることが確認された。
【００４９】
また、電界が６０ｋＶ／ｃｍのとき、実施例３の圧電素子は、抗電界がＥｃ＝１７ｋＶ／ｃｍで、残留分極値がＰｒ＝３４μＣ／ｃｍ２であり、参考例１の圧電素子は、抗電界がＥｃ＝３３ｋＶ／ｃｍであり且つ残留分極値がＰｒ＝２１μＣ／ｃｍ２であった。これより、実施例３の圧電素子は、参考例１の圧電素子よりも残留分極値が大きく、強誘電性が優れたものであり、圧電素子の小型化に適したものであることがわかった。また、圧電特性が優れていることがわかった。
【００５０】
さらに、実施例３の圧電素子は、参考例１の圧電素子よりも抗電界が小さく、分極処理電圧（ポーリング電圧）を小さくしたり、分極処理時間を短時間化したりすることができることがわかった。
【００５１】
上述した構成からなるインクジェット式記録ヘッド１０は、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図５は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００５２】
本実施形態の液体噴射装置は、例えば、インクジェット式記録装置Ｉであり、図１に示すように、詳しくは後述するインクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録ヘッドにインクを供給する供給手段を構成するインクカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００５３】
また、キャリッジ軸５の一端部近傍には、駆動モーター６が設けられており、駆動モーター６の軸の先端部には外周に溝を有する第１のプーリー６ａが設けられている。さらに、キャリッジ軸５の他端部近傍には、駆動モーター６の第１のプーリー６ａに対応する第２のプーリー６ｂが回転自在に設けられており、これら第１のプーリー６ａと第２のプーリー６ｂとの間には環状でゴム等の弾性部材からなるタイミングベルト７が掛けられている。
【００５４】
そして、駆動モーター６の駆動力がタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモーターの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００５５】
なお、図５に示す例では、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、それぞれ１つのインクジェット式記録ヘッドを有するものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、１つのインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ又は１Ｂが２以上のインクジェット式記録ヘッド１０を有するようにしてもよい。
【００５６】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１０（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態１では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００５８】
本発明の圧電材料は、良好な圧電特性を示すため、上述したように、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドの圧電素子に適用することができるものであるが、これに限定されるものではない。例えば、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、赤外センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー等の各種センサー、圧電トランス等の圧電素子に適用することができる。また、本発明は、強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｉ  インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、  １０  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  １２  圧力発生室、  １３  ノズル開口、  １４  ノズルプレート、  １５  振動板、  １６  インク供給口、  １７  リザーバー、  １８  圧電素子、  １９  圧電材料層、  ２０，２１  電極層、  ２２  圧電素子形成部材、  ２３  固定基板、  ２４  ヘッドケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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