JP2014179468A - 電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置 - Google Patents
電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】下部電極21と、下部電極上に配置された電気−機械変換膜22と、電気−機械変換膜上に配置された上部電極23と、を備えた電気−機械変換部を複数備えた電気−機械変換素子であって、下部電極21および上部電極23のうちの一方の電極は、複数の電気−機械変換部間で共通の1つの共通電極として構成され、下部電極21または上部電極23のうちの他方の電極は、それぞれの電気−機械変換部に対応した個別電極として構成されており、共通電極と、個別電極との間のリーク電流量が所定値以下である。
【選択図】図3
Description
[第1の実施形態]
本実施形態においてはまず、本発明の電気−機械変換素子の構成例について説明する。
特に、ZrおよびTiの物質量の合計に対する、Pbの物質量は、110%以上120%以下であることがより好ましい。
上記の様に、本実施形態の電気−機械変換素子は、基板31上に形成することができる。
[第2の実施形態]
本実施形態では、第1の実施形態で説明した電気−機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッドについて説明する。
[第3の実施形態]
本実施形態では、第2の実施形態で説明した液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置について説明する。
装置本体91の下方部には前方側から多数枚の用紙93を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)94を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙93を手差しで給紙するための手差しトレイ95を開倒することができる。そして、給紙カセット94或いは手差しトレイ95から給送される用紙93を取り込み、印字機構部92によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ96に排紙する。
(個別電極−共通電極間のリーク電流)
作製した電気−機械変換素子の個別電極パッド、共通電極パッド間において、I−V測定により、50V電圧印加時の個別電極−共通電極間のリーク電流を測定した。
(個別電極パッド間のリーク電流)
作製した電気−機械変換素子の個別電極パッド間において、I−V測定により、50V電圧印加時の個別電極パッド間のリーク電流を測定した。
(電気−機械変換膜の絶縁抵抗)
電気−機械変換膜の絶縁抵抗は、上部電極を形成し、パターニングすることにより電気−機械変換部を分離した後に、上部−下部電極間において、I−V測定により、50V電圧印加時のリーク電流を測定し、R=V/Iから絶縁抵抗(R)を見積もった。
(Pr−Pind)
得られた電気−機械変換膜について、図6に示すように、±150kV/cmの電界強度かけてヒステリシスループを測定した。この際、電圧をかける前の0kV/cm時の分極をPindとし、+150kV/cmの電圧印加後0kV/cmまで戻したときの0kV/cm時の分極をPrとし、Pr−Pindの値を分極率として算出した。
(圧電定数)
電気−機械変換能(圧電定数)であるd31は電界印加(150kV/cm)による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。このとき、測定される代表的なP−Eヒステリシス曲線は図13に示す。初期特性を評価した後に、耐久性(1010回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)評価を実施した。
[実施例1]
6インチシリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1μm)を形成し基板として用いた。
[実施例2]
電気−機械変換膜を形成する際のPb含有量を変更し、また、これにより電気−機械変換膜の絶縁抵抗を変化させた以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を形成し、同様に分極処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
電気−機械変換膜を形成する際のPb含有量を変更し、また、これにより電気−機械変換膜の絶縁抵抗を変化させた以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を形成し、同様に分極処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
個別電極パッド間の距離を50μmとした点以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を作製した。
[実施例5]
個別電極パッド間の距離を50μmとし、電気−機械変換膜を形成する際のPb含有量を変更し、これにより電気−機械変換膜の絶縁抵抗を変化させた以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を作製した。
[実施例6]
電気−機械変換膜を形成する際のPb含有量を変更し、また、これにより電気−機械変換膜の絶縁抵抗を変化させた以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を形成し、同様に分極処理を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
電気−機械変換膜を形成する際のPb含有量を変更し、また、これにより電気−機械変換膜の絶縁抵抗を変化させた以外は実施例1と同様にして電気−機械変換素子を形成し、同様に分極処理を行った。結果を表1に示す。
21 下部電極
22 電気−機械変換膜
23 上部電極
32 第1の絶縁保護膜
33 コンタクトホール
35 個別電極パッド
37 共通電極パッド
38 第2の絶縁保護膜
81 振動板
82 加圧室
83 ノズル
Claims (13)
- 下部電極と、
前記下部電極上に配置された電気−機械変換膜と、
前記電気−機械変換膜上に配置された上部電極と、を備えた電気−機械変換部を複数備えた電気−機械変換素子であって、
前記下部電極および前記上部電極のうちの一方の電極は、前記複数の電気−機械変換部間で共通の1つの共通電極として構成され、
前記下部電極または前記上部電極のうちの他方の電極は、それぞれの電気−機械変換部に対応した個別電極として構成されており、
前記共通電極と、前記個別電極との間のリーク電流量が所定値以下である電気−機械変換素子。 - 前記共通電極と前記個別電極との間に、50Vの電圧を印加した場合のリーク電流量が1.0×10−8A以下である請求項1に記載の電気−機械変換素子。
- 前記電気−機械変換膜の絶縁抵抗が5.0×1010Ω以上である請求項1または2に記載の電気−機械変換素子。
- 前記電気−機械変換膜がPbを含んだ酸化物から形成されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気−機械変換素子。
- 前記電気−機械変換膜はPZTにより形成されており、
前記電気−機械変換膜において、ZrおよびTiの物質量の合計に対する、Pbの物質量が、105%以上120%以下である請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電気−機械変換素子。 - 前記電気−機械変換膜に、±150kV/cmの電界強度かけてヒステリシスループを測定した場合に、
電圧をかける前の0kV/cm時の分極をPind、
+150kV/cmの電圧印加後0kV/cmまで戻した時の0kV/cm時の分極をPrとしたときに、
分極率Pr−Pindが10μC/cm2以下である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気−機械変換素子。 - 前記上部電極および前記下部電極上には第1の絶縁保護膜が設けられており、
前記第1の絶縁保護膜は無機化合物により構成されており、
前記第1の絶縁保護膜には、コンタクトホールが設けられている請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電気−機械変換素子。 - 前記個別電極はそれぞれ個別電極パッドと接続されており、
前記個別電極パッド間に、50Vの電圧を印加した場合のリーク電流量が1.0×10−8A以下である請求項1乃至7いずれか一項に記載の電気−機械変換素子。 - 前記個別電極パッド間の距離が50μm以上である請求項8に記載の電気−機械変換素子。
- 前記共通電極は共通電極パッドと接続されており、
前記共通電極パッドおよび前記個別電極パッド上には、第2の絶縁保護膜が設けられており、
前記第2の絶縁保護膜には、前記共通電極パッドおよび前記個別電極パッドを露出する開口部が設けられている、請求項8または9に記載の電気−機械変換素子。 - コロナ放電またはグロー放電により、正帯電した電荷を、電荷量が1.0×10−8C以上になるように発生させ、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の電気−機械変換素子の前記共通電極および前記個別電極を介して前記電気−機械変換膜の分極処理を行う分極工程を有する、電気−機械変換素子の製造方法。
- 液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルが連通する加圧室と、
前記加圧室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記吐出駆動手段が、
前記加圧室の壁の一部を構成する振動板と、
該振動板に配置された請求項1乃至10のいずれか一項に記載された電気−機械変換素子と、を有する液滴吐出ヘッド。 - 請求項12に記載された液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
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