JP2008187092A - 圧電体薄膜素子及びその製造方法、インクジェットヘッド、並びにインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電体薄膜層14は、成膜工程を例えば2回に分け、途中に混入異物除去の洗浄工程を組み込んで形成した。大部分の領域が所定膜厚の形成領域16となるが、一部の領域(異物が除去された領域)が所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域17となる形で成膜される。所定膜厚の形成領域16では柱状結晶が膜厚方向に連続的に形成され、優れた圧電特性が得られる。所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域17では、結晶粒界が不連続領域19を挟んで不連続となり、結晶粒径の大きい領域では粒界密度が低減される。この結晶粒界の不連続構造によってリークパスが途切れるので、耐電圧特性が向上する。トータルの領域として優れた圧電特性と耐電圧特性とを具備する結晶構造の圧電体薄膜14による圧電体薄膜素子10が得られる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1による圧電体薄膜素子の構成を示す断面図である。図1に示す圧電体薄膜素子10は、基板11の上面に、密着層12、下部電極層13、圧電体薄膜層14及び上部電極層15がこの順序で成膜された積層体構造をしている。
図1に示す本実施の形態による圧電体薄膜素子は、基板11上に、密着層12、下部電極層13、圧電体薄膜層14および上部電極層15をスパッタ法によって順次成膜するが、上部電極層15を成膜する前に、圧電体薄膜層14は、2回に分けて成膜し、第1回目にはある膜厚に成膜し、真空槽から成膜済みの基板を取り出して異物除去を行うための洗浄工程を実施し、第2回目の成膜で最終的な所定膜厚まで成膜する。ここでは、2回に分けているので、例えば、圧電体薄膜層14は、最終の所定膜厚を3μmとすると、それを2等分割し、第1回目と第2回目とで共に1.5μmの成膜を行った。勿論、第1回目と第2回目とで同じ厚さである必要はない。
実施例2では、圧電体薄膜素子は、実施例1と同様に、基板11上に、密着層12、下部電極層13、圧電体薄膜層14および上部電極層15をスパッタ法によって順次成膜するが、本実施例2では、圧電体薄膜層14を1回の成膜で所定膜厚まで形成し、成膜途中の洗浄工程を行うことなく形成した。
本実施の形態2では、実施の形態1による圧電体薄膜素子をインク吐出の駆動源となる振動子として用いるインクジェットヘッドの構成例を示す。端的には、このインクジェットヘッドは、実施の形態1による圧電体薄膜素子のいずれか一方の電極層側の面に設けた振動板層と、前記振動板層の前記圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、前記圧電体薄膜素子の圧電効果によって前記振動板層を層厚方向に変位させて前記圧力室のインクを吐出させるように構成される。以下、具体的な構成例(図8〜図10)とその製造手順(図11〜図16)とを示す。
本実施の形態3では、実施の形態2によるインクジェットヘッドを用いたインクジェット式記録装置の構成例を示す。端的には、このインクジェット式記録装置は、実施の形態1における実施例1にて説明した成膜工程を少なくとも2回に分け、途中に異物除去工程を挿入する方法で所定膜厚に形成した圧電体薄膜層を有する圧電体薄膜素子を用いる実施の形態2によるインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、前記相対移動手段にて前記インクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、前記インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から前記圧力室のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成される。以下、具体的な構成例(図17)を示す。
11 基板
12 密着層
13 下部電極層
14 圧電体薄膜層
15 上部電極層
16 所定膜厚の形成領域
17 所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域
18 結晶粒界
19 不連続領域
100 インクジェットヘッド
101 圧力室開口部
102 圧力室
102a,102b 区画壁
103 個別電極(第2の電極層)
105 共通液室
106 供給口
107 インク流路
108 ノズル孔
109 接着剤
110 圧電体薄膜層
111 振動層
112 共通電極(第1の電極層)
113 中間層(縦壁)
114 接着剤
120 基板(成膜用)
121 密着層
130 基板(圧力室部材用)
200 インクジェット式記録装置
201 インクジェットヘッド
202 記録媒体
203 キャリッジ軸
204 キャリッジ(X方向での相対移動手段)
205 ローラ(Y方向での相対移動手段)
A 圧力室部材
B アクチュエータ部
C インク流路部材
D ノズル板
E ICチップ
Claims (11)
- 所定膜厚を有する圧電体薄膜層と、前記圧電体薄膜層の膜厚方向両側の層面それぞれに成膜した電極層とを備えている圧電体薄膜素子において、
前記圧電体薄膜層は、
大部分の領域が前記所定膜厚で形成され、一部の領域が前記所定膜厚よりも薄い膜厚で形成され、
前記所定膜厚の形成領域は、結晶粒が膜厚方向に沿って一端から他端に渡って柱状に連続的に成長した柱状結晶で構成され、前記所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域は、結晶粒が膜厚方向の一端から他端に渡って連続的に柱状に成長するのではなく、途中に不連続領域が存在する構成である、
ことを特徴とする圧電体薄膜素子。 - 前記所定膜厚の形成領域では、前記柱状結晶における結晶粒界が、一方の前記電極層の層面側から略垂直に他方の前記電極層に向かって成長していることを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜素子。
- 前記所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域において、最初の前記不連続領域に至るまでの粒径は、前記所定膜厚の形成領域での粒径と略同様の大きさであり、以降の各不連続領域の前後での粒径は、前記所定膜厚の形成領域での粒径よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜素子。
- 前記所定膜厚よりも薄い膜厚の形成領域は、前記所定膜厚の形成領域との境界近傍では柱状結晶の成長方向が膜厚方向から外れた斜め方向に向いているが、前記境界近傍から離れるに従って柱状結晶の成長方向が膜厚方向に平行する向きに変化していく構造であることを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜素子。
- 前記圧電体薄膜層は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、MBE法、MOCVD法、プラズマCVD法等の気相成長法を用いて成膜されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜素子。
- 所定膜厚を有する圧電体薄膜層と、前記圧電体薄膜層の膜厚方向両側の層面それぞれに成膜した電極層とを備えている圧電体薄膜素子の製造方法において、
前記圧電体薄膜層を少なくとも2回に分けた成膜工程によって前記所定膜厚に形成するとともに、各成膜工程の間において、前の成膜工程での成膜中に混入した異物の除去工程を実施することを特徴とする圧電体薄膜素子の製造方法。 - 前記異物の除去工程には、物理的な洗浄工程が含まれていることを特徴とする請求項6に記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
- 前記少なくとも2回に分けた成膜工程での成膜条件は、1回目とそれ以降とで異なっていることを特徴とする請求項6に記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
- 前記少なくとも2回に分けた成膜工程では、スパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、MBE法、MOCVD法、プラズマCVD法等の気相成長法を実施することを特徴とする請求項6に記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
- 請求項1に記載の圧電体薄膜素子と、
前記圧電体薄膜素子のいずれか一方の電極層側の面に設けられた振動板層と、
前記振動板層の前記圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、前記圧電体薄膜素子の圧電効果による前記振動板層の層厚方向への変位に応じてインク吐出を行う圧力室と、
を備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項10に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、
前記相対移動手段によってインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、前記インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から前記圧力室のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように前記インクジェットヘッドが備える請求項1に記載の圧電体薄膜素子を駆動する手段と、
を備えていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
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