压电元件和压电元件应用设备制造技术

本发明专利技术的目的在于使用铌酸钾钠系压电材料的压电元件和压电元件应用设备中，实现压电体层的晶体取向性的提高、实现各种特性的提高等。压电元件(300)具备：在基板上形成的第1电极(60)；在上述第1电极(60)上形成的由含有钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)和锰(Mn)的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层(70)；以及在上述压电体层上形成的第2电极(80)，其中，上述锰包含2价锰(Mn2+)、3价锰(Mn3+)和4价锰(Mn4+)，上述2价锰相对于上述3价锰和上述4价锰之和的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为0.31以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电元件和压电元件应用设备。
技术介绍
压电元件一般具备具有机电转换特性的压电体层和夹持压电体层的2个电极。近年来一直在积极进行使用这样的压电元件作为驱动源的设备(压电元件应用设备)的开发。作为压电元件应用设备，有以喷墨式记录头为代表液体喷射头、以压电MEMS元件为代表的MEMS器件、以超声波传感器等为代表的超声波测定装置以及压电致动器装置等。例如，作为在液体喷射头中使用的压电元件的压电体层的材料(压电材料)，提出了铌酸钾钠(KNN；(K，Na)NbO3)(例如，参照专利文献1和2)。专利文献1中，在基板上层叠由Ti构成的下部密合层、下部电极、KNN压电体层和上部电极等而构成压电元件。专利文献2中，在基板上层叠由弹性膜、由Ti等构成的密合层、第1电极、KNN压电体层和第2电极等而构成压电元件。这里，作为铌酸钾钠的较大问题，可举出漏电流特性差。因此，提出了通过在铌酸钾钠中添加Mn等添加物来改善漏电流特性(参照非专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-60267号公报(权利要求1，第[0029]段等)专利文献2：日本特开2014-65317号公报(权利要求1，第[0019]段等)非专利文献非专利文献1：Matuda et al.Japanese Journal of Applied Physics 51(2012)09LA03
技术实现思路
然而，根据铌酸钾钠的状态、添加物的状态，不仅漏电流特性，连结晶性、晶体取向性、压电特性也变化较大，因此最佳状态完全不明确。这样的问题不仅存在于在液体喷射头中使用的压电元件，也同样存在于在其他压电元件应用设备中使用的压电元件。本专利技术鉴于这样的情况，其目的在于提供一种使用铌酸钾钠系压电材料的压电元件和压电元件应用设备，实现提高压电体层的晶体取向性和各种特性中的至少1个。解决上述课题的本专利技术的方式是一种压电元件，其特征在于，是具备在基板上形成的第1电极、在上述第1电极上形成的由含有钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)和锰(Mn)的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层和在上述压电体层上形成的第2电极的压电元件，其中，上述锰包含2价锰(Mn2+)、3价锰(Mn3+)和4价锰(Mn4+)，上述2价锰相对于上述3价锰和上述4价锰之和的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为0.31以上。根据上述方式，因为以2价锰的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为0.31以上的方式含有，所以压电体层的晶体取向性提高。另外，通过提高压电体层的晶体取向性，能够容易得到工程化畴结构(Engineered Domain Configurations)，提高压电特性。这里，优选上述2价锰相对于上述3价锰和上述4价锰之和的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为3.90以下。通过2价锰的摩尔比为3.90以下，能够得到漏电流特性良好的压电元件。另外，本专利技术的另一方式是一种压电元件，其特征在于，是具备在基板上形成的第1电极、在上述第1电极上形成的由含有钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)和锰(Mn)的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构
成的压电体层和在上述压电体层上形成的第2电极的压电元件，上述锰包含2价锰(Mn2+)、3价锰(Mn3+)和4价锰(Mn4+)，上述2价锰相对于上述3价锰和上述4价锰之和的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为3.90以下。根据上述方式，因为以2价锰的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)为0.39以下的方式含有，所以能够得到漏电流特性良好的压电元件。另外，通过提高压电体层的晶体取向性，能够容易得到工程化畴结构，提高压电特性。另外，优选上述锰的含量相对于构成上述ABO3型钙钛矿结构的B位的金属元素的总量大于0.3摩尔％。根据上述方式，可以使2价锰的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)大于规定值，可进一步提高复合氧化物的晶体取向性。另外，优选上述锰的含量相对于构成上述ABO3型钙钛矿结构的B位的金属元素的总量为2摩尔％以下。根据上述方式，可以使2价锰的摩尔比(Mn2+/Mn3++Mn4+)小于规定值，能够得到漏电流特性良好的压电元件。优选上述ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物为下述式(1)表示的组成。(KX，Na1-X)(Nb1-y，Mny)O3…(1)(0.1≤x≤0.9)上述式(1)表示的复合氧化物为所谓的KNN系复合氧化物。根据本方式，使用由这样的KNN系复合氧化物构成的压电材料时，能够实现压电体层的晶体取向性的提高。或者能够实现各种特性的提高。解决上述课题的本专利技术的另一方式是压电元件应用设备，其特征在于，具备上述任一项所述的压电元件。根据上述方式，由于具备上述压电元件，因此能够提供功能优异的设备。附图说明图1是表示实施方式涉及的记录装置的简要构成的图。图2是表示实施方式涉及的记录头的简要构成的分解立体图。图3是实施方式涉及的记录头的简要构成的俯视图和截面图。图4是实施方式涉及的记录头的简要构成的放大截面图。图5是对实施方式涉及的记录头的制造例进行说明的图。图6是对实施方式涉及的记录头的制造例进行说明的图。图7是表示在实施例和比较例中的XRD测定结果的图。图8是比较例3的XRD二维图像。图9是表示实施例和比较例中的P-E磁滞测定结果的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。其中，以下的说明表示本专利技术的一个方式，且可以在本专利技术的范围内进行任意变更。在各图中标记相同符号的部件表示相同的部件，适当省略说明。另外，在图2～6中，X、Y、Z表示相互正交的3个空间轴。本说明书中，将沿着这些轴的方向分别设为X方向、Y方向和Z方向进行说明。Z方向表示板、层和膜的厚度方向或层叠方向。X方向和Y方向表示板、层和膜的面内方向。(实施方式1)图1表示作为本专利技术涉及的实施方式涉及的液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置(记录装置)的简要构成。在喷墨式记录装置I中，喷墨式记录头单元(喷头单元II)可装卸地设置于墨盒2A和2B。墨盒2A和2B构成油墨供给机构。喷头单元II具有多个喷墨式记录头(记录头)，并搭载于滑架3。滑架3在轴向自由移动地设置于安装在装置主体4的滑架轴5。这些喷头单元II、滑
架3例如以分别能够喷出黑色油墨组合物和彩色油墨组合物的方式构成。驱动电机6的驱动力介由未图示的多个齿轮和同步带7被传递到滑架3。由此，滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4中设置作为传送机构的传送辊8。通过传送辊8传送纸等作为记录介质的记录片S。应予说明，传送机构不限于传送辊，也可以为带、卷筒等。上述喷墨式记录头使用压电元件作为致动器。通过使用以后详述的压电元件能够避免喷墨式记录装置I的各种特性(耐久性、油墨喷射特性等)的降低。接下来，对作为液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头进行说明。图2是表示喷墨式记录头的简要构成的分解立体图。图3(a)是表示喷墨式记录头的简要构成的俯视图(从压电元件侧看流路形成基板的俯视图)，图3(b)是以图3(a)的A-A′线为基准的截面图。在流路形成基板10(以下，称为“基板10”)中形成多个隔壁11。通过隔壁11划分多个压力产生室12。即，在基板10中沿X方向(并列设置喷出相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件，其特征在于，具备在基板上形成的第1电极；在所述第1电极上形成的由含有钾K、钠Na、铌Nb和锰Mn的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层；以及在所述压电体层上形成的第2电极，其中，所述锰包含2价锰Mn2+、3价锰Mn3+和4价锰Mn4+，所述2价锰相对于所述3价锰和所述4价锰之和的摩尔比Mn2+/(Mn3++Mn4+)为0.31以上。

【技术特征摘要】
2015.05.28 JP 2015-1090781.一种压电元件，其特征在于，具备在基板上形成的第1电极；在所述第1电极上形成的由含有钾K、钠Na、铌Nb和锰Mn的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层；以及在所述压电体层上形成的第2电极，其中，所述锰包含2价锰Mn2+、3价锰Mn3+和4价锰Mn4+，所述2价锰相对于所述3价锰和所述4价锰之和的摩尔比Mn2+/(Mn3++Mn4+)为0.31以上。2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述2价锰相对于所述3价锰和所述4价锰之和的摩尔比Mn2+/(Mn3++Mn4+)为3.90以下。3.一种压电元件，其特征在于，具备在基板上形成的第1电极；在所述第1电极上形成的由含有钾K、钠Na、铌Nb和锰Mn的ABO3型钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体...

【专利技术属性】
技术研发人员：北田和也，大本正幸，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP