JP2013089660A - 圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電体層の性能低下を低減した、圧電素子および液体噴射ヘッド、液体噴射装置を提供すること。
【解決手段】弾性膜50上と第1電極60上にわたって圧電体層70がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層70の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層70の性能低下を低減できる。
また、弾性膜50がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層70のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層70への歪が少なくなり圧電体層70の性能低下を低減できる。
【選択図】図3
【解決手段】弾性膜50上と第1電極60上にわたって圧電体層70がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層70の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層70の性能低下を低減できる。
また、弾性膜50がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層70のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層70への歪が少なくなり圧電体層70の性能低下を低減できる。
【選択図】図3
Description
本発明は、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子、この圧電素子を備えた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
撓み振動モードを使用した圧電素子は、液体噴射ヘッドに搭載される。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知られている。また、液体噴射装置として、圧電素子を搭載したインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置が知られている。
圧電素子の一部を構成する振動板は、例えば、インクジェット式記録ヘッドであれば、吐出するインクの粘弾性に最適な圧電素子の変形量、発生力および共振周波数にあわせて選択される。圧電素子の変形量、発生力および共振周波数は、振動板の弾性コンプライアンスで調整することができる。
撓み振動モードを使用した圧電素子では、振動板の弾性コンプライアンスの物性値として、ヤング率が用いられる。
特に、シリコンを使って、MEMS(Micro Electro Mechanical System)で作成された撓み振動モードを使用した圧電素子では、シリコンを酸化して得られる二酸化ケイ素(SiO2)が振動板として用いられる。ここで、SiO2のヤング率が72GPaと低いため、例えば、ヤング率が245GPaの酸化ジルコニウム(ZrO2)などのヤング率が高い材料が、振動板の弾性コンプライアンス調整のために使用されている(コンプライアンス調整層)。
特に、シリコンを使って、MEMS(Micro Electro Mechanical System)で作成された撓み振動モードを使用した圧電素子では、シリコンを酸化して得られる二酸化ケイ素(SiO2)が振動板として用いられる。ここで、SiO2のヤング率が72GPaと低いため、例えば、ヤング率が245GPaの酸化ジルコニウム(ZrO2)などのヤング率が高い材料が、振動板の弾性コンプライアンス調整のために使用されている(コンプライアンス調整層)。
撓み振動を用いたインクジェット式記録ヘッドの一例を図1に示す。図1に示すように、撓み振動を用いたインクジェット式記録ヘッド500は、構成要素として、インク滴を吐出するノズル開口21と、ノズル開口21と連通する圧力発生室12と、圧力発生室12の一部を構成する振動板50を有する圧電素子300とを含む。
圧電素子300の製造工程は、振動板50上にパターニングされた第1電極60を形成する工程と、振動板50上から第1電極60上にかけて圧電体層70を形成する工程とを含む。すなわち、圧電体層70には、振動板50上に形成される部位71と、第1電極60上に形成される部位72が存在する。
圧電素子300の製造工程は、振動板50上にパターニングされた第1電極60を形成する工程と、振動板50上から第1電極60上にかけて圧電体層70を形成する工程とを含む。すなわち、圧電体層70には、振動板50上に形成される部位71と、第1電極60上に形成される部位72が存在する。
特許文献1には、コンプライアンス調整層にZrO2を、第1電極としての下部電極に白金(Pt)およびイリジウム(Ir)を用い、圧電体層にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた構成が報告されている。下部電極上およびZrO2上にPZTを形成する場合、下部電極とZrO2とPZTとの結晶構造がそれぞれ異なるため、配向制御および均質なモフォロジー膜の形成が難しい。
このため、特許文献1では、下部電極上にチタニウム(Ti)層を形成し、Ti上にPZTを形成することで、(100)配向PZTを形成している。しかしながら、特許文献1の構成では、下部電極上のTiを原因とする低誘電率層の形成およびそれに伴う圧電体層の性能低下、および下部電極をパターニングしたときに発生するコンプライアンス調整層(ZrO2)の露出部での配向制御ができないという問題があった。
このため、特許文献2において、下部電極およびコンプライアンス調整層の露出部に中間層としてTi層を形成することで、均一な圧電体層を形成することができることが報告されている。しかしながら、特許文献2の構成では、下部電極上のTiによる圧電体層の性能低下に加え、中間層として導入したTiによる圧電体層の性能低下が起こるという問題がある。
特許文献3では、下部電極上の配向層のTiの代わりにニッケル酸ランタンを使用する構成が報告されている。この構成では、下部電極上のTiを必要としないため、圧電体層の性能低下が低減される。
このため、特許文献1では、下部電極上にチタニウム(Ti)層を形成し、Ti上にPZTを形成することで、(100)配向PZTを形成している。しかしながら、特許文献1の構成では、下部電極上のTiを原因とする低誘電率層の形成およびそれに伴う圧電体層の性能低下、および下部電極をパターニングしたときに発生するコンプライアンス調整層(ZrO2)の露出部での配向制御ができないという問題があった。
このため、特許文献2において、下部電極およびコンプライアンス調整層の露出部に中間層としてTi層を形成することで、均一な圧電体層を形成することができることが報告されている。しかしながら、特許文献2の構成では、下部電極上のTiによる圧電体層の性能低下に加え、中間層として導入したTiによる圧電体層の性能低下が起こるという問題がある。
特許文献3では、下部電極上の配向層のTiの代わりにニッケル酸ランタンを使用する構成が報告されている。この構成では、下部電極上のTiを必要としないため、圧電体層の性能低下が低減される。
しかしながら、ニッケル酸ランタンは高い電気伝導性を示すため、コンプライアンス調整層の露出部での配向制御層としては使用できない。このため、特許文献3の構成であっても、コンプライアンス調整層の露出部での配向制御のために中間層としてTi層を形成する必要があり、結果としてTiを原因とする低誘電率層の形成を避けられない。このことから、依然として圧電体層の性能低下が起こる。このような問題は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に限定されず、他の圧電素子においても同様に存在する。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る圧電素子は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜と、前記弾性膜上に形成された電極と、前記電極上に形成されたペロブスカイト構造を有する複合酸化物圧電体層とを備え、前記圧電体層の一部が、前記弾性膜と接触していることを特徴とする圧電素子。
本適用例によれば、弾性膜上と電極上にわたって圧電体層がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層の部位による特性のばらつきが少なくなり、圧電体層の性能低下が低減される。
また、弾性膜がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層への歪が少なくなり圧電体層の性能低下が低減される。
さらに、弾性膜上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層を形成する際に、圧電体層が弾性膜と接しているので、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜の配向に圧電体層の配向が揃い易い。
また、弾性膜がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層への歪が少なくなり圧電体層の性能低下が低減される。
さらに、弾性膜上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層を形成する際に、圧電体層が弾性膜と接しているので、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜の配向に圧電体層の配向が揃い易い。
[適用例2]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が5%以下であるのが好ましい。
本適用例によれば、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が5%以下であるので、配向制御がより容易になる。
[適用例3]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が無配向であるのが好ましい。
本適用例によれば、無配向すなわち全方位に対し配向が等価となるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が均質な膜となり、これによって膜中の配向ばらつきが等価な膜を形成することができる。
したがって、均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
したがって、均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
[適用例4]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が(111)配向しているのが好ましい。
本適用例によれば、(111)配向とすることができるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が共に(111)配向となり、これによって配向が揃った膜を形成することができる。
したがって、(111)配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
したがって、(111)配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
[適用例5]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が(100)配向しているのが好ましい。
本適用例によれば、(100)配向とすることができるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が共に(100)配向となり、これによって配向が揃った膜を形成することができる。
したがって、(100)配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
したがって、(100)配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
[適用例6]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向とが同じ配向であるのが好ましい。
本適用例によれば、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層とが良好な界面を形成することができる。
[適用例7]上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物はアルミニウム酸ランタンであることを特徴とする。
本適用例によれば、アルミニウム酸ランタンと圧電体層とが共にペロブスカイト構造の複合酸化物であるため両者が格子整合し、圧電体層の配向を制御でき、均質な圧電体層とすることができる。
加えて、アルミニウム酸ランタンは高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタンを含むコンプライアンス調整層を形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタンとすることで、Tiを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
加えて、アルミニウム酸ランタンは高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタンを含むコンプライアンス調整層を形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタンとすることで、Tiを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
[適用例8]本適用例に係る液体噴射ヘッドは、上記に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
本適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
[適用例9]本適用例に係る液体噴射装置は、上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
本適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度は実際とは異なっている。
図1は、本発明の実施形態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500の概略構成を示す分解斜視図であり、図2は図1の平面図であり、図3は図2のA−A断面図である。また、図3中には、インクジェット式記録ヘッド500の一部を示す拡大図を円内に示した。
図1〜図3に示すように、インクジェット式記録ヘッド500は、流路形成基板10とノズルプレート20と保護基板30とを備えている。
流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14および連通路15を介して連通されている。連通部13は、保護基板30のリザーバー部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100の一部を構成する。
流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14および連通路15を介して連通されている。連通部13は、保護基板30のリザーバー部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100の一部を構成する。
インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路14を形成してもよい。実施形態では、流路形成基板10には、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14および連通路15からなる液体流路が設けられていることになる。
流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、図3中の拡大図に示すように、二酸化ケイ素膜51およびコンプライアンス調整層としてのアルミニウム酸ランタン膜55を含む振動板としての弾性膜50が形成されている。弾性膜50は、積層構造を有している。また、アルミニウム酸ランタン膜55は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。
ここで、弾性膜50は、二酸化ケイ素膜51とアルミニウム酸ランタン膜55との間に、酸化チタンを含む酸化物層52が形成されていてもよい。二酸化ケイ素膜51とアルミニウム酸ランタン膜55の間に酸化チタンを含む積層構造とすることで、ケイ素とアルミニウムの複合酸化物であるアルミノケイ酸の形成を抑えることができる。加えて、酸化チタン上にアルミニウム酸ランタンを形成することで、アルミニウム酸ランタンを(111)配向とすることができる。
また、弾性膜50は、二酸化ケイ素膜51とアルミニウム酸ランタン膜55との間に、ニッケル酸ランタンを含む酸化物層52が形成されていてもよい。ニッケル酸ランタン上にアルミニウム酸ランタンを形成することで、アルミニウム酸ランタンを(100)配向とすることができる。
また、弾性膜50は、二酸化ケイ素膜51とアルミニウム酸ランタン膜55との間に、酸化ジルコニウムを含む酸化物層52が形成されていてもよい。二酸化ケイ素とアルミニウム酸ランタンの間に酸化ジルコニウムを形成することで、弾性膜50の外部応力および弾性コンプライアンスを調整することができる。
弾性膜50上には、密着層56と、第1電極60と、厚さが2μm以下、好ましくは1μm〜0.3μmの薄膜である圧電体層70と、第2電極80とが、積層形成されて、圧電素子300を構成している。
ここで、圧電素子300は、弾性膜50、密着層56、第1電極60、圧電体層70および第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
なお、上述した例では、弾性膜50が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではない。
ここで、圧電素子300は、弾性膜50、密着層56、第1電極60、圧電体層70および第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
なお、上述した例では、弾性膜50が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではない。
実施形態においては、圧電体層70を構成する圧電材料は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。ペロブスカイト構造、すなわち、ABO3型構造のAサイトは酸素が12配位しており、また、Bサイトは酸素が6配位して8面体(オクタヘドロン)をつくっている。
圧電体層70には、振動板50上に形成される部位71と、第1電極60上に形成される部位72が存在する。振動板50上に形成される圧電体層70の一部である部位71は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜55と接触している。
圧電体層70には、振動板50上に形成される部位71と、第1電極60上に形成される部位72が存在する。振動板50上に形成される圧電体層70の一部である部位71は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜55と接触している。
このような圧電素子300の個別電極である各第2電極80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。
このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、第1電極60、密着層56およびリード電極90上には、リザーバー100の少なくとも一部を構成するリザーバー部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。
リザーバー部31は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバー部31のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材、例えば、弾性膜50にリザーバー100と各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
リザーバー部31は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバー部31のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材、例えば、弾性膜50にリザーバー100と各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
また、保護基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
また、このような保護基板30上には、封止膜41および固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
また、このような保護基板30上には、封止膜41および固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド500では、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、弾性膜50、第1電極60および圧電体層70を撓み変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド500の製造方法の一例について、図4〜図8を参照して説明する。なお、図4〜図8は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。
まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50の構成要素である二酸化ケイ素を含む二酸化ケイ素膜51を熱酸化等で形成する。さらに、振動板はシリコン基板から形成されることが望ましい。かかる態様では、Si−MEMSプロセスを使用し、容易に構造作成が可能である。
次いで、図4(b)に示すように、必要に応じて酸化物層52、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、ニッケル酸ランタン等を、スパッタ法やCSD(Chemical Solution Deposition)法にて形成する。
次いで、図4(c)に示すように、製造方法は特に限定されないが、例えば、金属種が溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物を得るCSD法を用いてアルミニウム酸ランタン層55を形成できる。その他、レーザアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、CVD法、エアロゾル・デポジション法などでもよい。
まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50の構成要素である二酸化ケイ素を含む二酸化ケイ素膜51を熱酸化等で形成する。さらに、振動板はシリコン基板から形成されることが望ましい。かかる態様では、Si−MEMSプロセスを使用し、容易に構造作成が可能である。
次いで、図4(b)に示すように、必要に応じて酸化物層52、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、ニッケル酸ランタン等を、スパッタ法やCSD(Chemical Solution Deposition)法にて形成する。
次いで、図4(c)に示すように、製造方法は特に限定されないが、例えば、金属種が溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物を得るCSD法を用いてアルミニウム酸ランタン層55を形成できる。その他、レーザアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、CVD法、エアロゾル・デポジション法などでもよい。
アルミニウム酸ランタン層55の具体的な形成手順例としては、まず、二酸化ケイ素膜51、もしくはその上に作成した酸化物層52上に、ランタン(La)、およびアルミニウム(Al)を目的とする組成比になる割合で含む前駆体溶液を、スピンコート法などを用いて、塗布してアルミニウム酸ランタン前駆体膜を形成する(塗布工程)。
塗布する前駆体溶液は、例えば、LaとAlをモル比1:1で含む前駆体溶液、等が挙げられる。
次いで、このアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。次に、乾燥したアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。なお、ここで言う脱脂とは、アルミニウム酸ランタン前駆体膜に含まれる有機成分を、配位子単体、もしくはNOx、CO2、H2O等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガス中でもよい。また、乾燥工程と脱脂工程は一括で行っても良い。
塗布する前駆体溶液は、例えば、LaとAlをモル比1:1で含む前駆体溶液、等が挙げられる。
次いで、このアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。次に、乾燥したアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。なお、ここで言う脱脂とは、アルミニウム酸ランタン前駆体膜に含まれる有機成分を、配位子単体、もしくはNOx、CO2、H2O等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガス中でもよい。また、乾燥工程と脱脂工程は一括で行っても良い。
次に、図5(d)に示すように、アルミニウム酸ランタン膜55上に、例えばチタン、ジルコニウム、もしくは酸化チタンからなる密着層56を、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。この工程は後述する第1電極60の種類によっては省略しても良い。
次に、図5(e)に示すように、密着層56の上に、白金、イリジウム、酸化イリジウム、ニッケル酸ランタン、ルテニウム酸ストロンチウムのいずれか1つ、もしくはいずれか2つ以上の積層構造等からなる第1電極60をスパッタリング法、CSD法等により全面に形成した後、図5(f)に示すように、弾性膜50が露出するようにパターニングする。パターンニングによって、弾性膜50を構成するアルミニウム酸ランタン膜55が露出する。
次いで、図6(g)に示すように、第1電極60および弾性膜50上に、圧電体層70を積層する。圧電体層70の製造方法は特に限定されないが、例えば、金属種が溶媒に溶解、分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得るCSD法を用いて圧電体層70を形成できる。その他、レーザアブレーション法、スパッタリング法、PLD法、CVD法、エアロゾル−デポジション法などでもよい。
圧電体層70を形成した後は、図6(h)に示すように、圧電体層70上に白金、もしくはイリジウム等からなる第2電極80をスパッタリング法等で形成する。その後、必要に応じて、600℃〜800℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層70と第1電極60や第2電極80との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層70の結晶性を改善することができる。
次に、図6(i)に示すように、各圧力発生室12に対向する領域に圧電体層70および第2電極80を同時にパターニングして、弾性膜50と第1電極60と圧電体層70と第2電極80を含む圧電素子300を形成する。
ここで、振動板50上に形成される圧電体層70の一部である部位71は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜55と接触している。
なお、圧電体層70と第2電極80とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト(図示なし)を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。
ここで、振動板50上に形成される圧電体層70の一部である部位71は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜55と接触している。
なお、圧電体層70と第2電極80とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト(図示なし)を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。
次に、図7(j)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して圧電素子300毎にパターニングする。
次に、図7(k)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を、接着剤35を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さに薄くする。
次に、図7(k)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を、接着剤35を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さに薄くする。
次に、図8(l)に示すように、流路形成基板用ウェハー110上に、マスク膜54を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
そして、図8(m)に示すように、流路形成基板用ウェハー110を、マスク膜54を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14および連通路15等を形成する。
そして、図8(m)に示すように、流路形成基板用ウェハー110を、マスク膜54を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14および連通路15等を形成する。
その後は、流路形成基板用ウェハー110および保護基板用ウェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反対側の面のマスク膜54を除去した後にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、実施形態のインクジェット式記録ヘッド500とする。
インクジェット式記録ヘッド500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1000に搭載される。図9は、そのインクジェット式記録装置1000の一例を示す概略図である。
図9に示すインクジェット式記録装置1000において、インクジェット式記録ヘッド500を有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ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、例えば、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。
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト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にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない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。
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト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にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない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。
このような実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)弾性膜50上と第1電極60上にわたって圧電体層70がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層70の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層70の性能低下を低減できる。
また、弾性膜50がアルミニウム酸ランタン膜55を含み、アルミニウム酸ランタン膜55に接するように、圧電体層70のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層70への歪が少なくなり圧電体層70の性能低下を低減できる。
さらに、弾性膜50上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層70を形成する際に、圧電体層70が弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55と接しているので、アルミニウム酸ランタン膜55を含む弾性膜50の配向に圧電体層70の配向が揃い易い。
(1)弾性膜50上と第1電極60上にわたって圧電体層70がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層70の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層70の性能低下を低減できる。
また、弾性膜50がアルミニウム酸ランタン膜55を含み、アルミニウム酸ランタン膜55に接するように、圧電体層70のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層70への歪が少なくなり圧電体層70の性能低下を低減できる。
さらに、弾性膜50上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層70を形成する際に、圧電体層70が弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55と接しているので、アルミニウム酸ランタン膜55を含む弾性膜50の配向に圧電体層70の配向が揃い易い。
(2)弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55と圧電体層70のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が5%以下であるので、配向制御がより容易になる。
(3)弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55が無配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜55上の圧電体層70の配向も無配向となり、配向のばらつきが等価な膜を形成することができるので、均質な圧電体層70を得ることができる。
(4)弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55が(111)配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜55上の圧電体層70の配向も(111)配向となり、配向が(111)に揃った均質な圧電体層70を得ることができる。
(5)弾性膜50のアルミニウム酸ランタン膜55が(100)配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜55上の圧電体層70の配向も(100)配向となり、配向が(100)に揃った均質な圧電体層70を得ることができる。
(6)アルミニウム酸ランタン膜55と圧電体層70とが良好な界面を形成することができる。
(7)アルミニウム酸ランタン膜55と圧電体層70とが共にペロブスカイト構造の複合酸化物であるため両者が格子整合し、圧電体層の配向を制御でき、均質な圧電体層70とすることができる。
加えて、アルミニウム酸ランタン膜55は高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタン膜55をコンプライアンス調整層として形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタン膜55とすることで、Tiを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
加えて、アルミニウム酸ランタン膜55は高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタン膜55をコンプライアンス調整層として形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタン膜55とすることで、Tiを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
(8)前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
(9)前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
以下、評価用サンプルおよび実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(評価用サンプル1)
まず、(100)に配向したシリコン基板の表面に熱酸化により膜厚1070nmの二酸化ケイ素膜を形成した。
次いで、二酸化ケイ素膜上にアルミニウム酸ランタンをスピンコート法により形成した。その手順は以下のとおりである。
(評価用サンプル1)
まず、(100)に配向したシリコン基板の表面に熱酸化により膜厚1070nmの二酸化ケイ素膜を形成した。
次いで、二酸化ケイ素膜上にアルミニウム酸ランタンをスピンコート法により形成した。その手順は以下のとおりである。
まず、2−エチルヘキサン酸ランタン、および2−エチルヘキサン酸アルミニウムを1:1の割合で含む前駆体溶液を調製した。
そしてこの前駆体溶液を上記基板上に滴下し、1500rpmで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した(塗布工程)。
次に450℃で3分間乾燥・脱脂を行った(乾燥及び脱脂工程)。この塗布工程・乾燥および脱脂工程を4回繰り返した後に、RTA(Rapid Thermal Annealing)で800℃、5分間、酸素雰囲気下(加熱装置内を100cc/分の流量の窒素でフロー)で焼成を行った(焼成工程)。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を4回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を2回繰り返し、計8回の塗布により全体で厚さ165nmのアルミニウム酸ランタン層を形成した。
そしてこの前駆体溶液を上記基板上に滴下し、1500rpmで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した(塗布工程)。
次に450℃で3分間乾燥・脱脂を行った(乾燥及び脱脂工程)。この塗布工程・乾燥および脱脂工程を4回繰り返した後に、RTA(Rapid Thermal Annealing)で800℃、5分間、酸素雰囲気下(加熱装置内を100cc/分の流量の窒素でフロー)で焼成を行った(焼成工程)。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を4回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を2回繰り返し、計8回の塗布により全体で厚さ165nmのアルミニウム酸ランタン層を形成した。
(評価用サンプル2)
二酸化ケイ素膜を形成後に、RFスパッタ法及び熱酸化により40nmの酸化チタン層を形成した以外は、評価用サンプル1と同様の手法で作成した。
二酸化ケイ素膜を形成後に、RFスパッタ法及び熱酸化により40nmの酸化チタン層を形成した以外は、評価用サンプル1と同様の手法で作成した。
(評価用サンプル3)
酸化チタン層上にスピンコート法とRTAを使用してニッケル酸ランタン層を形成した以外は、評価用サンプル2と同様の手法で作成した。
酸化チタン層上にスピンコート法とRTAを使用してニッケル酸ランタン層を形成した以外は、評価用サンプル2と同様の手法で作成した。
(実施例1)
まず、評価用サンプル2と同様の手法でアルミニウム酸ランタン層を形成した。次に、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム、チタンの2−エチルヘキサン酸錯体を含む溶液を調合し、鉄酸マンガン酸チタン酸ビスマスバリウム(BFM−BT)前駆体溶液を調整した。そして、そしてこの前駆体溶液をアルミニウム酸ランタンが形成された上記基板上に滴下し、3000 rpmで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した(塗布工程)。
次に180℃で2分間乾燥・脱脂を行った後、350℃で3分間乾燥・脱脂を行った(乾燥及び脱脂工程)。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を2回繰り返した後に、RTAで650℃、3分間、酸素雰囲気下(加熱装置内を100cc/分の流量の酸素でフロー)で焼成を行った(焼成工程)。これにより、圧電体層70を形成した。
まず、評価用サンプル2と同様の手法でアルミニウム酸ランタン層を形成した。次に、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム、チタンの2−エチルヘキサン酸錯体を含む溶液を調合し、鉄酸マンガン酸チタン酸ビスマスバリウム(BFM−BT)前駆体溶液を調整した。そして、そしてこの前駆体溶液をアルミニウム酸ランタンが形成された上記基板上に滴下し、3000 rpmで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した(塗布工程)。
次に180℃で2分間乾燥・脱脂を行った後、350℃で3分間乾燥・脱脂を行った(乾燥及び脱脂工程)。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を2回繰り返した後に、RTAで650℃、3分間、酸素雰囲気下(加熱装置内を100cc/分の流量の酸素でフロー)で焼成を行った(焼成工程)。これにより、圧電体層70を形成した。
(実施例2)
評価用サンプル3のニッケル酸ランタン層を使用した以外は実施例1と同様の手法で作成した。
評価用サンプル3のニッケル酸ランタン層を使用した以外は実施例1と同様の手法で作成した。
(試験例1)
評価用サンプル1および評価用サンプル2の外観状態を金属顕微鏡観察により調べた。図10に、200倍で撮影した評価用サンプル1および評価用サンプル2の外観写真を示す。(a)は評価用サンプル1を、(b)は評価用サンプル2を示している。
図10に示すように、評価用サンプル1では円形の外観不良が観測された。これはアルミニウムとケイ素の反応性生物であるアルミノシリケートである。一方、評価用サンプル2ではアルミノシリケートは観測されなかった。このことから、酸化チタン等の拡散防止層を導入することで、アルミノシリケートの生成を抑制することができることが明らかとなった。
評価用サンプル1および評価用サンプル2の外観状態を金属顕微鏡観察により調べた。図10に、200倍で撮影した評価用サンプル1および評価用サンプル2の外観写真を示す。(a)は評価用サンプル1を、(b)は評価用サンプル2を示している。
図10に示すように、評価用サンプル1では円形の外観不良が観測された。これはアルミニウムとケイ素の反応性生物であるアルミノシリケートである。一方、評価用サンプル2ではアルミノシリケートは観測されなかった。このことから、酸化チタン等の拡散防止層を導入することで、アルミノシリケートの生成を抑制することができることが明らかとなった。
(試験例2)
評価用サンプル1〜評価用サンプル3、実施例1および実施例2について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、圧電体層のX線回折パターンを求めた。
評価用サンプル1の測定結果を図10に示す。
図11に示すように、評価用サンプル1は、無配向の擬立方晶ペロブスカイト構造であることが明らかとなった。
評価用サンプル1〜評価用サンプル3、実施例1および実施例2について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、圧電体層のX線回折パターンを求めた。
評価用サンプル1の測定結果を図10に示す。
図11に示すように、評価用サンプル1は、無配向の擬立方晶ペロブスカイト構造であることが明らかとなった。
図12に評価用サンプル2および実施例1の測定結果を示す。
図12に示すように、酸化チタン膜上に形成したアルミニウム酸ランタン及び、その上に作成したBFM−BTは(111)配向であることが明らかとなった。このことから、酸化チタンはアルミニウム酸ランタンに対して(111)配向シード層として働くことが明らかとなった。加えて、(111)配向したアルミニウム酸ランタンは格子整合によりBFM−BTを配向させることが明らかとなった。
図12に示すように、酸化チタン膜上に形成したアルミニウム酸ランタン及び、その上に作成したBFM−BTは(111)配向であることが明らかとなった。このことから、酸化チタンはアルミニウム酸ランタンに対して(111)配向シード層として働くことが明らかとなった。加えて、(111)配向したアルミニウム酸ランタンは格子整合によりBFM−BTを配向させることが明らかとなった。
図13に評価用サンプル3および実施例2の測定結果を示す。図13に示すように、ニッケル酸ランタン上に形成したアルミニウム酸ランタン及び、その上に作成したBFM−BTは(100)配向であることが明らかとなった。このことから、ニッケル酸ランタンはアルミニウム酸ランタンに対して(100)配向シード層として働くことが明らかとなった。加えて、(100)配向したアルミニウム酸ランタンは格子整合によりBFM−BTを配向させることが明らかとなった。
図14に上記結果から求めたアルミニウム酸ランタンとBFM−BTの格子定数を示す。なお、格子定数は結晶構造を擬立方晶(a=b=c、α=β=γ=90度)とみなし、式(1)の関係式を使用し、実施例1は(111)面から、実施例2は(200)面から求めたものである。
2dsinθ=nλ・・・(1)
2dsinθ=nλ・・・(1)
図14より、アルミニウム酸ランタンとBFM−BTは約5%の格子不整合を有していることが明らかとなった。なお、格子不整合率は下記の式で定義した。
(格子不整合率)=100×(a圧電膜−aLAO)/aLAO・・・(2)
一般的に下地をテンプレートとした配向制御において、格子不整合が小さいほど配向制御が容易である。したがって、アルミニウム酸ランタンは格子不整合率が5%以下の圧電膜の配向制御能を有することが明らかとなった。
(格子不整合率)=100×(a圧電膜−aLAO)/aLAO・・・(2)
一般的に下地をテンプレートとした配向制御において、格子不整合が小さいほど配向制御が容易である。したがって、アルミニウム酸ランタンは格子不整合率が5%以下の圧電膜の配向制御能を有することが明らかとなった。
(変形例)
以上、本発明の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。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
さらに、上述した実施形態では、基板(流路形成基板10)上に第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を順次積層した圧電素子300を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料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にも本発明を適用することができる。
以上、本発明の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。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
さらに、上述した実施形態では、基板(流路形成基板10)上に第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を順次積層した圧電素子300を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料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にも本発明を適用することができる。
なお、上述した実施形態では、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。
また、本発明は、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に搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、IRセンサー等の焦電素子等他の装置に搭載される圧電素子にも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。
また、本発明は、圧電膜とアルミニウム酸ランタンの屈折率の差を利用した光学コート膜、圧電膜の分極反転に伴う屈折率変化を利用した光干渉デバイス、光スイッチ、及び光導波路にも同様に適応することができる。
1A,1B…記録ヘッドユニット、2A,2B…構成するカートリッジ、3…キャリッジ、4…装置本体、5…キャリッジ軸、6…駆動モーター、7…タイミングベルト、8…プラテン、10…流路形成基板、12…圧力発生室、13…連通部、14…インク供給路、15…連通路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、31…リザーバー部、32…圧電素子保持部、33…貫通孔、35…接着剤、40…コンプライアンス基板、41…封止膜、42…固定板、43…開口部、50…弾性膜、51…二酸化ケイ素膜、52…酸化物層、54…マスク膜、55…アルミニウム酸ランタン層、56…密着層、60…第1電極、70…圧電体層、80…第2電極、90…リード電極、100…リザーバー、110…流路形成基板用ウェハー、120…駆動回路、121…接続配線、130…保護基板用ウェハー、200…液晶表示装置、300…圧電素子、500…インクジェット式記録ヘッド、1000…インクジェット式記録装置。
Claims (9)
- ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜と、
前記弾性膜上に形成された電極と、
前記電極上に形成されたペロブスカイト構造を有する複合酸化物圧電体層とを備え、
前記圧電体層の一部が、前記弾性膜と接触している
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項1に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が5%以下である
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項2に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が無配向である
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項2に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が(111)配向している
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項2に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が(100)配向している
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項2〜請求項5に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向とが同じ配向である
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物はアルミニウム酸ランタンである
ことを特徴とする圧電素子。 - 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の圧電素子を備えた
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項8に記載の液体噴射ヘッドを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011226546A JP2013089660A (ja) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | 圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017082049A1 (ja) * | 2015-11-11 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置 |
-
2011
- 2011-10-14 JP JP2011226546A patent/JP2013089660A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017082049A1 (ja) * | 2015-11-11 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置 |
JPWO2017082049A1 (ja) * | 2015-11-11 | 2018-09-06 | コニカミノルタ株式会社 | インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置 |
US10639890B2 (en) | 2015-11-11 | 2020-05-05 | Konica Minolta, Inc. | Inkjet head and method of manufacturing the same, and inkjet recording apparatus |
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