JP2011029270A - 圧電アクチュエーターの製造方法、圧電アクチュエーター、および液体噴射ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製造方法は、基板10を準備する工程と、基板10の上方に下部電極12を形成する工程と、下部電極12の上方に鉛、ジルコニウム、およびチタンを含む材料を供給して膜を形成し、熱処理することによって第1膜を形成する第1熱処理工程と、第1膜を熱処理することによって第2膜18を形成する第2熱処理工程と、第2膜18の上方に上部電極20を形成する工程と、を含み、第1膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜と、チタン酸ジルコン酸鉛膜上に位置する酸化ジルコニウム膜と、からなり、第2膜18はチタン酸ジルコン酸鉛からなり、材料において含まれる鉛のモル数は、材料において含まれるジルコニウムおよびチタンのモル数の合計に対して、1.04倍以上1.06倍以下である。
【選択図】図5
Description
基板を準備する工程と、
前記基板の上方に、下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に、鉛、ジルコニウム、およびチタンを含む材料を供給して膜を形成する工程と、
前記膜を熱処理することによって、第1膜を形成する第1熱処理工程と、
前記第1膜を熱処理することによって、第2膜を形成する第2熱処理工程と、
前記第2膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記第1膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜と、該チタン酸ジルコン酸鉛膜上に位置する酸化ジルコニウム膜と、からなり、
前記第2膜は、チタン酸ジルコン酸鉛からなり、
前記材料において含まれる鉛のモル数は、前記材料において含まれるジルコニウムおよびチタンのモル数の合計に対して、1.04倍以上1.06倍以下である。
前記材料において含まれるジルコニウムのモル数は、前記材料において含まれるチタンのモル数よりも多いことができる。
前記下部電極は、ニッケル酸ランタンを有することができる。
前記第2熱処理工程は、600℃以上800℃以下で行われることができる。
図5は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター100を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る圧電アクチュエーター100は、後述する圧電アクチュエーター100の製造方法によって製造される。
本発明の態様の1つに係る圧電アクチュエーターの製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板の上方に、下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上方に、鉛、ジルコニウム、およびチタンを含む材料を供給して膜を形成する工程と、前記膜を熱処理することによって、第1膜を形成する第1熱処理工程と、前記第1膜を熱処理することによって、第2膜を形成する第2熱処理工程と、前記第2膜の上方に、上部電極を形成する工程と、を含み、前記第1膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜と、該チタン酸ジルコン酸鉛膜上に位置する酸化ジルコニウム膜と、からなり、前記第2膜は、チタン酸ジルコン酸鉛からなり、
前記材料において含まれる鉛のモル数は、前記材料において含まれるジルコニウムおよびチタンのモル数の合計に対して、1.04倍以上1.06倍以下であることを特徴とする。
以下、本発明を実施例および比較例によって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
3.1.1 実施例1
実施例1に係る圧電アクチュエーターは、以下の様にして得た。
比較例1では、ゾルゲル原料において含まれる鉛、ジルコニウム、チタンのモル比を1.08:0.516:0.484となるように調製した。また、第2熱処理工程を行わず、上部電極の材料としてイリジウムを用いた。これら以外の操作については、実施例1と同様にした。これにより、サンプルBを得た。
比較例2では、ゾルゲル原料において含まれる鉛、ジルコニウム、チタンのモル比を1.10:0.516:0.484となるように調製した。また、第2熱処理工程を行わず、上部電極の材料としてイリジウムを用いた。これら以外の操作については、実施例1と同様にした。これにより、サンプルCを得た。
比較例3では、ゾルゲル原料において含まれる鉛、ジルコニウム、チタンのモル比を1.12:0.516:0.484となるように調製した。また、第2熱処理工程を行わず、上部電極の材料としてイリジウムを用いた。これら以外の操作については、実施例1と同様にした。これにより、上部電極形成前のサンプルd、および上部電極形成後のサンプルDを得た。
比較例4では、ゾルゲル原料において含まれる鉛、ジルコニウム、チタンのモル比を1.18:0.516:0.484となるように調製し、さらに、第2熱処理工程以後の工程を行わなかった以外、実施例1と同様の操作を行った。これにより、上部電極形成前のサンプルeを得た。
3.2.1 疲労特性試験および評価結果
上記のようにして得られたサンプルについて、疲労特性を測定した。疲労特性の測定方法としては、まず、上記サンプルに初期パルスとして、35V、66Hzの三角波パルスを20回与えた。その後、35V、66Hzの三角波パルスを200回以上与えて分極反転を行い、疲労特性を測定した。この結果を、図6〜図7に示す。なお、サンプルaは、第2熱処理を行わずに上部電極を形成した後、疲労特性試験を行った。
膜を形成する材料において、鉛の添加量の増減による影響を確認するために、以下の分析を行った。具体的には、サンプルa、サンプルd、およびサンプルeについて、X線光電子分光装置(以下「XPS」という。)による表面組成分析を行った。なお、X線照射角度は90°として測定を行った。この結果を図8に示す。
第2熱処理工程の有無による膜の結晶性を確認するために、サンプルaおよびサンプルAについて、走査型電子顕微鏡(以下「SEM」という。)による表面状態の観察を行った。この結果を図9および図10に示す。
上記「3.2.2」および「3.2.3」の評価結果から明らかなように、膜を形成する材料における鉛の比率を減少させると、チタン酸ジルコン酸鉛膜上に酸化ジルコニウム膜が形成される。このように、充分な圧電特性を有さない酸化ジルコニウム膜が形成されると、上記「3.2.1」の評価結果から明らかなように、チタン酸ジルコン酸鉛膜の疲労特性が低下する。
次に、上述した圧電アクチュエーター100を有する液体噴射ヘッドについて説明する。
次に、上述した液体噴射ヘッド200を有するプリンターについて説明する。ここでは、本実施形態に係るプリンター300がインクジェットプリンタである場合について説明する。
Claims (6)
- 基板を準備する工程と、
前記基板の上方に、下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に、鉛、ジルコニウム、およびチタンを含む材料を供給して膜を形成する工程と、
前記膜を熱処理することによって、第1膜を形成する第1熱処理工程と、
前記第1膜を熱処理することによって、第2膜を形成する第2熱処理工程と、
前記第2膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記第1膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜と、該チタン酸ジルコン酸鉛膜上に位置する酸化ジルコニウム膜と、からなり、
前記第2膜は、チタン酸ジルコン酸鉛からなり、
前記材料において含まれる鉛のモル数は、前記材料において含まれるジルコニウムおよびチタンのモル数の合計に対して、1.04倍以上1.06倍以下である、圧電アクチュエーターの製造方法。 - 請求項1において、
前記材料において含まれるジルコニウムのモル数は、前記材料において含まれるチタンのモル数よりも多い、圧電アクチュエーターの製造方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記下部電極は、ニッケル酸ランタンを有する、圧電アクチュエーターの製造方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記第2熱処理工程は、600℃以上800℃以下で行われる、圧電アクチュエーターの製造方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の圧電アクチュエーターの製造方法によって製造された、圧電アクチュエーター。
- 請求項5に記載の圧電アクチュエーターを含む、液体噴射ヘッド。
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