喷墨头及其制造方法、以及喷墨记录装置制造方法及图纸

一种喷出喷墨油墨的喷墨头，喷墨头具有由薄膜构成的压电体层和振动板，压电体层的压电常数d31和压电体层的杨氏模量之积的绝对值为10[C/m2]以上15[C/m2]以下。即使在喷出高粘度油墨的情况下，喷墨头也能够抑制喷出时的驱动电压产生偏差。

Ink jet head and its manufacturing method, and ink-jet recording device

An inkjet head which is used to spray ink jet ink. The inkjet head has a piezoelectric layer and a vibrating plate composed of the film. The absolute value of the piezoelectric constant d31 of the piezoelectric layer and the young's modulus of the piezoelectric layer is below 10[C/m2] 15[C/m2]. Even in the case of high viscosity ink, the inkjet head can suppress the deviation of the driving voltage when ejecting.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】喷墨头及其制造方法、以及喷墨记录装置
本专利技术涉及一种喷墨头及其制造方法、以及喷墨记录装置。
技术介绍
如(日本)特开2007－049025号公报(专利文献1)所公开，已知有一种具备喷墨头并能输出二维图像的喷墨记录装置。喷墨头具备喷出喷墨油墨(下面，也简称为“油墨”)的多个通道。多个通道在相对于纸或布等记录介质移动的同时喷出油墨。作为喷出油墨的方式，已知由压电致动器、静电致动器或利用热变形的致动器等各种致动器实现的压力式、或通过热产生气泡的热式等。在这些方式中，压电致动器方式具有可大幅调制输出，响应性高，不限油墨等优点。作为压电致动器，知道以往使用锆钛酸铅系化合物(PZT)等压电体的致动器。近年，使用硅(Si)基板的MEMS(微机电系统，MicroElectroMechanicalSystems)元件的采用增加。即，在压电致动器的制作中应用MEMS技术，通过使压电体薄膜化，能够由薄膜压电元件构成压电致动器。在由薄膜压电元件构成压电致动器的情况下，可以实施利用成膜或光刻等半导体工艺技术的高精度加工，能够实现小型化及高密度化。也能够对大面积的晶片进行统一加工，因此，生产效率高，可以预期成本降低。而且，还具有机械能和电能之间的转换效率提高，可获得高性能的优点。因此，可以说薄膜压电元件适合实现高分辨率、小型、低成本的喷墨头。在此，由薄膜压电元件构成压电致动器时，一般而言，在硅(Si)等的基板上形成电极，在该电极上成膜由薄膜构成的压电体层。此时，由于压电体层具有与电极的结晶不同的晶格常数，因此，形成由多个结晶的集合体构成的多晶。根据制法，该多晶(多晶膜)有具有粒状结晶形状的情况和具有柱状结晶形状的情况。在粒状结晶的情况下，多晶膜形成具有数百[nm]粒径的粒状结晶。另一方面，在柱状结晶的情况下，多晶膜形成具有数百[nm]的宽度并在膜厚方向上聚集成一个细长柱形状的结晶粒。在柱状结晶的情况下，已知在位于膜厚方向上的相同位置的结晶面生长的结晶越多(即，取向性越高)，多晶膜的压电特性越高。现有技术文献专利文献专利文献1：(日本)特开2007－049025号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题近年来，作为喷墨记录装置(喷墨打印机)，要求能够以更高的速度形成高清晰度的图像。为了实现该装置，作为喷墨头，正在寻求例如能够稳定地喷出具有10[cp]以上的高粘度的油墨。为了能喷出高粘度油墨，需要具有高输出特性的压电致动器。如在开头说明，已知有将薄膜压电元件作为压电致动器的喷墨头。然而，现有的喷墨头即使在具备具有高输出特性的压电致动器的情况下，在喷出10[cp]以上高粘度的油墨时，驱动电压会产生偏差，导致油墨的喷出速度产生偏差，进而不能实现高清晰度的图像形成。具体而言，弯曲式压电致动器的输出特性与压电体层(压电材料)的压电常数d31和压电体层的杨氏模量之积成比例。为了提高压电致动器的输出特性，理想的是，将压电体层的压电常数和压电体层的杨氏模量都增大。为了增大压电体层的压电常数，例如在压电材料(PZT等)中添加La或Nb等的施主离子。在(日本)特开2007－049025号公报(专利文献1)中，通过在压电材料中添加施主元素，使压电体层的压电常数增大。具体而言，使压电体层的压电常数和压电体层的弹性柔度(杨氏模量的倒数)的比大于5[C/m2]，而且，使振动板的弹性柔度大于2×10－8[m2/N](即，杨氏模量比50[MPa]小)。专利文献1记载了根据上述特征能够提高驱动效率。然而，一般而言，如果施主的添加量变大，由多晶膜构成的薄膜压电体层的杨氏模量将会减小。例如，在使用MEMS技术的弯曲式压电致动器中，作为振动板的材料，多使用杨氏模量为100[GPa]以上200[GPa]以下的硅(Si)。在要使用具有如此大的杨氏模量的振动板的情况下，如果施主的添加量变大，薄膜压电体层的杨氏模量会减小，作为压电致动器的整体输出特性将会降低，因此，难以喷出高粘度的油墨。在采用由陶瓷构成的压电元件的情况下，作为增加压电常数而不减小杨氏模量的方法，已知除施主离子外还添加Fe或Mn等受主离子的方法。然而，在由薄膜压电体层构成的压电元件中，添加施主离子或受主离子会使膜中包含的离子种类变多，其导致在由薄膜构成的压电体层的成膜工艺中薄膜性质容易产生偏差，压电常数的值及杨氏模量的值产生偏差。其结果，在实际的喷墨头中作为输出特性标准的油墨喷出时的驱动电压有时会产生偏差，油墨的喷出速度产生偏差，进而不能实现高清晰度的图像形成。本专利技术的目的在于，提供一种即使在喷出10[cp]以上的高粘度油墨的情况下，也能够抑制油墨喷出时的驱动电压产生偏差，从而得到稳定的高输出特性的喷墨头及其制造方法、以及喷墨记录装置。用于解决课题的技术方案基于本专利技术的喷墨头喷出喷墨油墨，所述喷墨头具有由薄膜构成的压电体层和振动板，所述压电体层的压电常数d31和所述压电体层的杨氏模量之积的绝对值为10[C/m2]以上15[C/m2]以下。在所述喷墨头中，优选的是，所述喷墨头内的所述喷墨油墨的粘度为15[cp]以下。在所述喷墨头中，优选的是，所述振动板的杨氏模量为100[GPa]以上500[GPa]以下。在所述喷墨头中，优选的是，所述压电体层包含钙钛矿型化合物。在所述喷墨头中，优选的是，所述钙钛矿型化合物包含锆钛酸铅系化合物，且包含施主离子和受主离子。在所述喷墨头中，优选的是，所述振动板由包含Si的材料形成。在所述喷墨头中，优选的是，所述施主离子包含选自La、Nb、Ta、W的组中的1种以上的离子，所述受主离子包含选自Fe、Co、Mn的组中的1种以上的离子，所述施主离子和所述受主离子的摩尔％比之差为1摩尔％以下。在所述喷墨头中，优选的是，所述钙钛矿型化合物包含铌酸钾钠系化合物。在所述喷墨头中，优选的是，所述钙钛矿型化合物包含钛酸钠铋系化合物。在所述喷墨头中，优选的是，在所述压电体层和所述振动板之间设置有籽晶层。在所述喷墨头中，优选的是，所述喷墨头内的所述喷墨油墨的粘度为10[cp]以上。基于本专利技术的喷墨记录装置具备所述喷墨头。基于本专利技术的喷墨头的制造方法为，所述喷墨头具有由薄膜构成的压电体层和振动板，喷出喷墨油墨，其中，所述压电体层的压电常数d31和所述压电体层的杨氏模量之积的绝对值为10[C/m2]以上15[C/m2]以下，所述喷墨头的制造方法包括通过溅射法将所述压电体层成膜的工序。专利技术效果根据前述各结构，即使在喷墨头喷出10[cp]以上的高粘度油墨的情况下，也能够抑制油墨喷出时的驱动电压产生偏差，从而获得稳定的高输出特性。即使在包含2种以上的元素离子的情况下，溅射法也容易稳定地成膜，从这一点看优选溅射法。附图说明图1是示意地表示实施方式的喷墨记录装置的图。图2是实施方式的喷墨记录装置所具备的喷墨头的俯视图。图3是沿着图2中的III－III线的剖视图。图4是表示形成于实施方式的喷墨记录装置所具备的喷墨头中的1个通道的平面图。图5是沿着图4中的V－V线的剖视图。图6是示意地表示钙钛矿型化合物的结晶结构的图。图7是表示实施方式的实验例结果的图。图8是表示实施例1(及实施方式)的喷墨头的制造方法的第一工序的剖视图。图9是表示实施例1(及实施方式)的喷墨头的制造方法的第二工序的剖视图。图10是表示实施例1(及实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷墨头，其喷出喷墨油墨，其中，所述喷墨头具有由薄膜构成的压电体层和振动板，所述压电体层的压电常数d31和所述压电体层的杨氏模量之积的绝对值为10[C/m2]以上15[C/m2]以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.11 JP 2015-2211621.一种喷墨头，其喷出喷墨油墨，其中，所述喷墨头具有由薄膜构成的压电体层和振动板，所述压电体层的压电常数d31和所述压电体层的杨氏模量之积的绝对值为10[C/m2]以上15[C/m2]以下。2.如权利要求1所述的喷墨头，其中，所述喷墨头内的所述喷墨油墨的粘度为15[cp]以下。3.如权利要求1或2所述的喷墨头，其中，所述振动板的杨氏模量为100[GPa]以上500[GPa]以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的喷墨头，其中，所述压电体层包含钙钛矿型化合物。5.如权利要求4所述的喷墨头，其中，所述钙钛矿型化合物包含锆钛酸铅系化合物，且包含施主离子和受主离子。6.如权利要求1～5中任一项所述的喷墨头，其中，所述振动板由包含Si的材料形成。7.如权利要求5所述的喷墨头，其中，所述施主离子包括选自La、Nb、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马渡健儿，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP