JP4953351B2 - Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus - Google Patents

Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP4953351B2
JP4953351B2 JP2006227005A JP2006227005A JP4953351B2 JP 4953351 B2 JP4953351 B2 JP 4953351B2 JP 2006227005 A JP2006227005 A JP 2006227005A JP 2006227005 A JP2006227005 A JP 2006227005A JP 4953351 B2 JP4953351 B2 JP 4953351B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
perovskite oxide
liquid discharge
crystal
perovskite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006227005A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007084424A5 (en
JP2007084424A (en
Inventor
堅義 松田
憲一 武田
哲朗 福井
俊博 伊福
活水 青木
浩 舟窪
信太郎 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2006227005A priority Critical patent/JP4953351B2/en
Publication of JP2007084424A publication Critical patent/JP2007084424A/en
Publication of JP2007084424A5 publication Critical patent/JP2007084424A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4953351B2 publication Critical patent/JP4953351B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、圧電体として使用可能なペロブスカイト型酸化物材料、これを用いた圧電体素子や、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置に関する。 The present invention relates perovskite oxide materials usable as the piezoelectric, and piezoelectric device using the same, a liquid ejecting head, and liquid discharge equipment.

圧電体は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換、即ち機械的な変位または応力または振動に変換し、また、その逆の変換を行う圧電特性を備えたものであり、このような圧電体を薄膜として形成し、電極で挟持した圧電体素子が知られている。電界をかけることにより変位を生じ、電界を除去すると復元する圧電体の特性を利用した圧電体素子は、反復する動作を必要とするモーター、超音波モーター、トランスデューサー、アクチュエーターなどに用いられている。また、インクジェットプリンター、通信、バイオテクノロジー、医療、自動車用加速度センサー、計測用圧力センサーなど各種センサーなどの分野において多用されている。近年のMEMS(Micro Electro Mechanical System)の技術の進展に伴い、より小型で、圧電特性が高いものが望まれている。   Piezoelectric materials have piezoelectric properties that convert electrical energy into mechanical energy, that is, mechanical displacement or stress or vibration, and vice versa. Such a piezoelectric material is used as a thin film. A piezoelectric element formed and sandwiched between electrodes is known. Piezoelectric elements that utilize the characteristics of piezoelectric bodies that generate displacement by applying an electric field and restore when the electric field is removed are used in motors, ultrasonic motors, transducers, actuators, etc. that require repeated operations. . Further, it is widely used in various fields such as inkjet printers, communication, biotechnology, medical care, automotive acceleration sensors, and measurement pressure sensors. With recent progress in MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, smaller and higher piezoelectric properties are desired.

このような圧電体素子に用いられている圧電体の材料は、約50年前に発見されたPZT系材料である。PZT系材料は焼結温度が1100℃以上であり、PZT系材料を薄膜に形成する方法として、ゾルゲル法、スパッタ法、MBE法、PLD法、CVD法等の開発が進められている。しかし、このような方法により薄膜に形成したPZT系材料の圧電体素子においては、膜中あるいは膜界面での物理的破壊等が発生し易い等の問題がある。特に、MEMSにおいて、微細化、高精細化デバイス獲得のために、更なる圧電特性の向上と、微細な加工によって引き起こる圧電特性ムラを抑制し均一性が向上された圧電体材料が求められている。   A piezoelectric material used for such a piezoelectric element is a PZT-based material discovered about 50 years ago. PZT-based materials have a sintering temperature of 1100 ° C. or higher, and sol-gel methods, sputtering methods, MBE methods, PLD methods, CVD methods, etc. are being developed as methods for forming PZT-based materials into thin films. However, a piezoelectric element made of a PZT material formed into a thin film by such a method has a problem that physical breakdown or the like easily occurs in the film or at the film interface. In particular, in MEMS, there is a need for a piezoelectric material that has improved uniformity and improved uniformity of piezoelectric properties by suppressing further improvements in piezoelectric properties and piezoelectric processing caused by fine processing in order to obtain finer and higher definition devices. Yes.

また、コンデンサーの材料として、比誘電率の高いことからBaTiO3や、Pb(Zr,Ti)O3などのセラミックス材料が用いられているが、コンデンサーの小型化の要請から薄膜のセラミックス材料が求められている。しかし、これらのセラミックス材料の比誘電率は1500程度であり、薄膜化に伴い焼結不良や界面での欠損構造が生じる可能性があり、これらセラミックス材料を用いたコンデンサーにおいて特性不良が生じる可能性がある。 In addition, ceramic materials such as BaTiO 3 and Pb (Zr, Ti) O 3 are used as capacitor materials because of their high relative dielectric constants, but thin-film ceramic materials are required due to the demand for capacitor miniaturization. It has been. However, the relative dielectric constant of these ceramic materials is about 1500, and there is a possibility that sintering failure and a defect structure at the interface may occur as the film is thinned, and there is a possibility that characteristic failure will occur in a capacitor using these ceramic materials. There is.

このような圧電体材料の圧電特性の向上を図ったものやその製造方法が報告されている。   Such a piezoelectric material with improved piezoelectric characteristics and a manufacturing method thereof have been reported.

特許文献1には、菱面晶系ペロブスカイト構造化合物と、正方晶系ペロブスカイト構造化合物と、斜方晶系ペロブスカイト構造化合物とを含む圧電磁器が開示されている。   Patent Document 1 discloses a piezoelectric ceramic including a rhombohedral perovskite structure compound, a tetragonal perovskite structure compound, and an orthorhombic perovskite structure compound.

特許文献2にはペロブスカイト型酸化物ABO3において、Aの主成分がPbで、Bの主成分がZn、Nb、Tiから選択される3種類以上の元素からなる単結晶が開示されている。 Patent Document 2 discloses a single crystal composed of three or more elements selected from perovskite oxide ABO 3 in which the main component of A is Pb and the main component of B is selected from Zn, Nb, and Ti.

特許文献3には、単結晶材料を基板として使用して、ペロブスカイト型酸化物の薄膜を作製する方法が開示されている。
特開2002−220280号公報 特開2003−270602号公報 特開2004−179642号公報
Patent Document 3 discloses a method for producing a perovskite oxide thin film using a single crystal material as a substrate.
JP 2002-220280 A JP 2003-270602 A JP 2004-179642 A

しかし、上述の特許文献1に開示の圧電磁器は、各結晶系のペロブスカイト構造化合物の混合物であり、圧電特性が改善されてはいるものの、特性のばらつきがあり、薄膜で充分な均一性を有することが課題となっている。   However, the piezoelectric ceramic disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is a mixture of perovskite structure compounds of each crystal system, and although the piezoelectric characteristics are improved, there are variations in characteristics and the thin film has sufficient uniformity. This is an issue.

また、上述の特許文献2の材料における、良質なセラミックの存在は知られていない。このため、ペロブスカイト型酸化物の薄膜を作製する際、成膜用タ−ゲットとしてペロブスカイト型酸化物のセラミックスを用いるスパッタリング法を使用することが非常に困難である。   In addition, the existence of high-quality ceramics in the material of Patent Document 2 described above is not known. For this reason, when a thin film of a perovskite oxide is produced, it is very difficult to use a sputtering method using a perovskite oxide ceramic as a film formation target.

さらに、上述の特許文献3の、イオンビームアシスト法によるペロブスカイト型酸化物の形成は、大面積の単結晶を作製することは困難であり、コスト高となる。   Furthermore, the formation of the perovskite oxide by the ion beam assist method described in Patent Document 3 described above makes it difficult to produce a single crystal having a large area and increases the cost.

本発明は、均一性の向上を図り、圧電特性が高く、薄膜であっても強度を有し、密着度が高く、優れた耐久性を有するペロブスカイト型酸化物を得ることを目的とする。また、大面積のペロブスカイト型酸化物の製造を可能とし、これを用いた圧電体素子や、液吐出口を高密度に形成することができ、吐出安定性、着弾精度が高い液体吐出ヘッド、液体吐出装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to obtain a perovskite oxide having improved uniformity, high piezoelectric characteristics, strength even in a thin film, high adhesion, and excellent durability. In addition, it is possible to manufacture a large area perovskite type oxide, and it is possible to form a piezoelectric element using the oxide, a liquid discharge port with high density, a liquid discharge head having high discharge stability and landing accuracy, and liquid An object is to provide a discharge device.

本発明は、単結晶構造または一軸配向結晶構造のABO3で表されるペロブスカイト型酸化物であって、Aサイトの主成分Pbであり、Bサイトが、Zn、Mg、Nb、Sc、In、Yb、Ni、TaおよびTiから選ばれる少なくとも3つの元素を含み、正方晶、菱面体晶、斜方晶、立方晶、擬似立方晶及び単斜晶から選ばれる複数の結晶相を有し、該複数の結晶相が<100>配向していることを特徴とするペロブスカイト型酸化物と、前記ペロブスカイト型酸化物を用いた圧電素子や、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a perovskite oxide represented by ABO 3 having a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure, wherein the main component of the A site is Pb , and the B site is Zn, Mg, Nb, Sc, In , Yb, Ni, Ta and Ti, and having a plurality of crystal phases selected from tetragonal, rhombohedral, orthorhombic, cubic, pseudocubic and monoclinic, the perovskite-type oxide plurality of crystalline phase, characterized in that the oriented <100>, a piezoelectric element and a liquid ejecting head and a liquid discharge apparatus using the pre-Symbol perovskite oxide.

本発明のペロブスカイト型酸化物は、均一性の高いペロブスカイト酸化物を得ることができる。この結果、圧電特性が高く、薄膜であっても強度を有し、密着度が高く、優れた耐久性を有する。   The perovskite oxide of the present invention can provide a highly uniform perovskite oxide. As a result, the piezoelectric properties are high, and even a thin film has strength, high adhesion, and excellent durability.

また、粉末の材料を用いることで、スパッタリング法を用いて簡単に大面積のペロブスカイト型酸化物を製造することが可能となる。   In addition, by using a powder material, it is possible to easily manufacture a perovskite oxide having a large area using a sputtering method.

本実施態様のペロブスカイト型酸化物は、単結晶構造または一軸配向結晶構造のABO3で表されるペロブスカイト型酸化物であって、Aサイトの主成分Pbであり、Bサイトが、Zn、Mg、Nb、Sc、In、Yb、Ni、TaおよびTiから選ばれる少なくとも3つの元素を含み、複数の結晶相を有する。ここでいう結晶相とは、正方晶系、菱面体晶系、斜方晶系、立方晶系、擬似立方晶系または単斜晶系のいずれかの結晶系の単位胞が連なった結晶を意味する。更に、複数の結晶相は、これらの複数の結晶相が<100>方向の単一の結晶軸方向に配向して相互に組み込まれて、単結晶構造または一軸配向結晶構造を有する。すなわち、ペロブスカイト型酸化物として、これらの2種以上の結晶相が<100>方向の単一の結晶軸方向に配向して一体として単一の結晶構造または一軸配向結晶構造を形成してなるものである。本実施態様のペブロスカイト型酸化物は、複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在して含まれるものとは異なり、一つのペロブスカイト型酸化物の粒子中に複数の結晶相が存在するものであって、一体となって単結晶を成している。そして、この単結晶のドメインが非常に微細であり、言い換えれば単結晶を構成する各結晶相が微細であって、それらが相互に均一に単結晶構造中に存在して単結晶構造または一軸配向結晶構造を形成している。このため、MEMS等のように非常に微細で、圧電特性などの均一性が要求される素子の材料として、好適に使用することができる。 The perovskite type oxide of this embodiment is a perovskite type oxide represented by ABO 3 having a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure, the main component of the A site is Pb , and the B site is Zn, Mg , Nb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, and Ti, and includes a plurality of crystal phases. The crystal phase here means a crystal in which unit cells of any one of a tetragonal system, a rhombohedral system, an orthorhombic system, a cubic system, a pseudo cubic system, and a monoclinic system are connected. To do. Further, the plurality of crystal phases have a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure in which the plurality of crystal phases are oriented in a single crystal axis direction in the <100> direction and are mutually incorporated. That is, as a perovskite type oxide, these two or more kinds of crystal phases are oriented in a single crystal axis direction in the <100> direction to form a single crystal structure or a uniaxial crystal structure. It is. The perovskite-type oxide of this embodiment is different from the one in which a plurality of crystal phases are included in a polycrystalline state with different crystal axis directions, and in a single perovskite-type oxide, There are a plurality of crystal phases, which are integrated into a single crystal. And the domain of this single crystal is very fine, in other words, each crystal phase constituting the single crystal is fine, and they exist uniformly in the single crystal structure, and the single crystal structure or uniaxial orientation A crystal structure is formed. For this reason, it can be suitably used as a material for an element that is very fine, such as MEMS, and requires uniformity such as piezoelectric characteristics.

上記ペロブスカイト型酸化物の単結晶構造の単一結晶軸方向としては、[100]、[010]、[001]で一般に表される計6方位を総称した<100>を挙げることができる。ここで、立方晶系の場合は結晶軸方向[100]に配向したときと、[001]に配向したときとは同じ結晶相となる。一方、正方晶系、菱面体晶系、斜方晶系、擬似立方晶系、単斜晶系の場合は結晶軸方向[100]に配向したときと、[001]に配向したときとで結晶相が異なるものとなる。しかし、本実施態様のペロブスカイト型酸化物においては、正方晶系、菱面体晶系、斜方晶系、擬似立方晶系、単斜晶系であっても立方晶系に近い格子定数を持つ。正方晶系における結晶軸方向[100]の配向と、[001]の配向とは、それぞれ立方晶系における結晶軸方向[100]の配向と、[001]の配向に相当する。菱面体晶系における結晶軸方向[111]の配向と、[−1−1−1]の配向も、それぞれ立方晶系における結晶軸方向[100]の配向や、[111]の配向に相当する。したがって、これらの方位を<100>や、<111>で総称する。これらの結晶相がこれらの結晶軸方向を膜厚方向に配向した状態で存在している。   Examples of the single crystal axis direction of the single crystal structure of the perovskite oxide include <100>, which collectively refers to a total of six directions generally represented by [100], [010], and [001]. Here, in the case of a cubic system, the same crystal phase is obtained when oriented in the crystal axis direction [100] and oriented in [001]. On the other hand, in the case of tetragonal system, rhombohedral system, orthorhombic system, pseudo-cubic system, and monoclinic system, the crystal is oriented when oriented in the crystal axis direction [100] and oriented in [001]. The phases will be different. However, the perovskite oxide of this embodiment has a lattice constant close to that of a cubic system even in the case of tetragonal system, rhombohedral system, orthorhombic system, pseudo cubic system, and monoclinic system. The orientation of the crystal axis direction [100] and the orientation of [001] in the tetragonal system correspond to the orientation of the crystal axis direction [100] and the orientation of [001] in the cubic system, respectively. The orientation of the crystal axis direction [111] in the rhombohedral system and the orientation of [-1-1-1] also correspond to the orientation of the crystal axis direction [100] and the orientation of [111] in the cubic system, respectively. . Therefore, these orientations are collectively referred to as <100> and <111>. These crystal phases exist with their crystal axis directions oriented in the film thickness direction.

本実施態様のペロブスカイト型酸化物は、上述のように、複数の結晶相を有する<100>配向した単結晶または一軸配向構造をとることで、微細な領域でも材料が均一で膜特性がよく、また、相転移が起こりやすいと考えられる。   As described above, the perovskite oxide of this embodiment has a <100> -oriented single crystal or a uniaxially oriented structure having a plurality of crystal phases, so that the material is uniform and has good film characteristics even in a fine region. Moreover, it is thought that a phase transition is easy to occur.

ペロブスカイト型酸化物の膜が単一の結晶方向に配向していることは、X線回折を用いて確認することができる。例えば、PZTペロブスカイト型構造の場合、X線回折の2θ/θ測定での圧電膜に起因するピークは{100}、{200}等の(L00)面(L=1,2,3・・・n:nは整数)のピークのみが検出される。   It can be confirmed by using X-ray diffraction that the perovskite oxide film is oriented in a single crystal direction. For example, in the case of the PZT perovskite structure, the peak due to the piezoelectric film in the 2θ / θ measurement of X-ray diffraction is the (L00) plane (L = 1, 2, 3... {100}, {200}, etc. Only the peak of n: n is an integer) is detected.

上記ペロブスカイト型酸化物においては、複数の結晶相の存在量としては、いずれであってもよいが、X線回折による各々の結晶相のピーク強度における割合において、結晶全体に対して正方晶の占める割合が、5〜90%が好ましい。より好ましくは、10〜80%であり、圧電体特性を高くすることができる。   In the perovskite type oxide, the amount of the plurality of crystal phases may be any amount, but the ratio of each crystal phase peak intensity by X-ray diffraction accounts for tetragonal crystals with respect to the whole crystal. The proportion is preferably 5 to 90%. More preferably, it is 10 to 80%, and the piezoelectric characteristics can be enhanced.

[ペロブスカイト型酸化物の具体例]
上記ペロブスカイト型酸化物(ABO3)として、具体的には、以下の元素組成のものを挙げることができる。
[Specific examples of perovskite oxide]
Specific examples of the perovskite oxide (ABO 3 ) include the following elemental compositions.

[1]Aサイトが主成分としてPbを含み、BサイトがNb、Zn、Tiを含み、複数の結晶相を有するPZNT系ペロブスカイト型酸化物を挙げることができる。
[1−1]PZNT系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Znm、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.2<m<0.4、0.5<n<0.7、0.05<o<0.2、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Ni、Ta、Co、W、Fe、Sn、またはMgのいずれかの元素を示す。
[1] PZNT-based perovskite oxides in which the A site contains Pb as a main component, the B site contains Nb, Zn, and Ti, and have a plurality of crystal phases.
[1-1] As the PZNT-based perovskite oxide, a perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (Zn m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 is preferable. In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.2 <m <0.4, 0.5 <N <0.7, 0.05 <o <0.2, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any of Pb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, Sn, or Mg. The element of is shown.

[2]Aサイトが主成分としてPbを含み、BサイトがMg、Nb、Sc、In、Yb、Ni、Ta、またはTiから選ばれる少なくとも3つの元素を含み、複数の結晶相を有する多元系ペロブスカイト型酸化物を挙げることができる。
[2−1]多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Mgm、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.3、0.3<n<0.5、0.2<o<0.4、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Ni、Ta、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。
[2] A multi-element system in which the A site contains Pb as a main component, and the B site contains at least three elements selected from Mg, Nb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, or Ti, and has a plurality of crystal phases A perovskite type oxide can be mentioned.
[2-1] The perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (Mg m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 is preferable as the multielement perovskite oxide. In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.3, 0.3 <N <0.5, 0.2 <o <0.4, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

[2−2]上記多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Nim、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.3、0.3<n<0.5、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Mg、Ta、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。 [2-2] The multi-element perovskite oxide is preferably a perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (Ni m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 . In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.3, 0.3 <N <0.5, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3 is satisfied. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Sc, In, Yb, Mg, Ta, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

[2−3]上記多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Scm、Tan、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Nb、In、Yb、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。 The [2-3] above multi-component perovskite oxide, (Pb k, α l) x (Sc m, Ta n, Ti o, β p) perovskite oxide represented by y O 3 is preferred. In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0.1 <N <0.4, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Nb, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

[2−4]上記多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Scm、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Ta、In、Yb、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。 [2-4] The multi-element perovskite oxide is preferably a perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (Sc m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 . In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0.1 <N <0.4, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Ta, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

[2−5]上記多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Ybm、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.4<o<0.6、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Ta、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。 [2-5] The multi-element perovskite oxide is preferably a perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (Yb m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 . In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0.1 <N <0.4, 0.4 <o <0.6, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Sc, In, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

[2−6]上記多元系ペロブスカイト型酸化物としては、(Pbk、αlx(Inm、Nbn、Tio、βpy3で表されるペロブスカイト型酸化物が好ましい。式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.2<m<0.4、0.2<n<0.4、0.2<o<0.5、0≦p<0.3を満たす。且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、Yb、Ta、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。 [2-6] The multi-element perovskite oxide is preferably a perovskite oxide represented by (Pb k , α l ) x (In m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 . In the formula, 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.2 <m <0.4, 0.2 <N <0.4, 0.2 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3. And α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb, and β represents any element of Pb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn. Indicates.

上記[1]、[2]に例示したペロブスカイト型酸化物(ABO3)は、モルフォトロピック 相境界(通称MPB)近傍に位置するため、単結晶構造または一軸配向結晶構造のペロブスカイト型酸化物の中に、複数の結晶相を有することができるものと考えられる。この結果、膜の均一性がよく、圧電特性が高く、高い比誘電率を有するものとなる。 Since the perovskite oxide (ABO 3 ) exemplified in the above [1] and [2] is located in the vicinity of the morphotropic phase boundary (commonly referred to as MPB), the perovskite oxide has a single crystal structure or a uniaxial crystal structure. In addition, it is considered that a plurality of crystal phases can be included. As a result, the uniformity of the film is good, the piezoelectric characteristics are high, and the dielectric constant is high.

また、Pb元素はAサイト成分としてもBサイト成分としても含有される場合があるが、Aサイト成分として含有される場合は2価の金属、Bサイト成分として含有される場合は4価の金属として含有される。   In addition, the Pb element may be contained as both an A site component and a B site component, but when contained as an A site component, a divalent metal, and when contained as a B site component, a tetravalent metal. Contained as.

本実施態様のペロブスカイト型酸化物としては、膜状のものが膜強度が高く、密着性を有するため好ましい。膜状の場合、膜厚が1μm以上10μm以下の膜状のものであることが、MEMSにおけるアクチュエーターとして十分な厚さであり、エピタキシャル成膜プロセスにより製造可能であるため、好ましい。   As the perovskite oxide of this embodiment, a film-like oxide is preferable because of high film strength and adhesion. In the case of a film, a film having a film thickness of 1 μm or more and 10 μm or less is preferable because it is a sufficient thickness as an actuator in MEMS and can be manufactured by an epitaxial film formation process.

尚、上述の[1]PZNT系ペロブスカイト型酸化物の元素組成に近似する元素組成を有するリラクサ系PbZnNbO3材料とPbTiO3とを混合した材料がある。しかし、この材料は、複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在しているため、本実施態様の結晶相の混在するペブロスカイト型酸化物には該当しない。 In addition, there is a material in which a relaxor PbZnNbO 3 material having an elemental composition approximate to the elemental composition of the above-mentioned [1] PZNT perovskite oxide and PbTiO 3 are mixed. However, this material does not correspond to the perovskite oxide in which the crystal phases are mixed according to this embodiment because the grain boundaries exist in a polycrystalline state in which a plurality of crystal phases are different from each other in the crystal axis direction. .

また、上述の[2]多元系ペロブスカイト型酸化物において、このような元素組成に近似する元素組成を有するものとして、高い圧電性を有する下記のものがあげられる。   In addition, in the above [2] multi-element perovskite type oxide, the following ones having high piezoelectricity can be cited as those having an elemental composition that approximates such an elemental composition.

リラクサ系PbMgNbO3材料とPbTiO3との混合。リラクサ系PbNiNbO3材料とPbTiO3との混合。リラクサ系PbScTaO3材料とPbTiO3との混合。リラクサ系PbScNbO3材料とPbTiO3との混合。リラクサ系PbYbNbO3材料とPbTiO3との混合。リラクサ系PbInNbO3材料とPbTiO3との混合。 Mixing of relaxor PbMgNbO 3 material and PbTiO 3 . Mixing of relaxor PbNiNbO 3 material and PbTiO 3 . Mixing of relaxor-based PbScTaO 3 material and PbTiO 3 . Mixing of relaxor PbScNbO 3 material and PbTiO 3 . Mixing of relaxor PbYbNbO 3 material and PbTiO 3 . Mixing of relaxor-based PbInNbO 3 material and PbTiO 3 .

しかしながら、上記いずれのリラクサ系の混合物においても、本実施態様のペブロスカイト型酸化物の元素組成を構成せず複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在しているため、本実施態様の結晶相の混在するペブロスカイト型酸化物には該当しない。また、上述のリラクサ系の混合物はバルク体が知られているのみである。そのため、MEMSのアクチュエーター等に用いるためには、バルクを薄片として削り出し用いるために、製造が非常に困難となる。   However, in any of the relaxer-based mixtures described above, the elemental composition of the perovskite oxide of this embodiment is not included, and a plurality of crystal phases have different crystal axis directions, and there are grain boundaries in a polycrystalline state. Therefore, it does not correspond to the perovskite oxide in which the crystal phase of the present embodiment is mixed. Moreover, only the bulk body is known for the above-mentioned relaxer-based mixture. Therefore, in order to use it for the actuator of MEMS etc., since a bulk is cut out and used as a thin piece, manufacture becomes very difficult.

一方、本実施態様のペブロスカイト型酸化物は、複数の結晶相を有する<100>配向した単結晶または一軸配向構造であるため、微細な領域でも材料が均一で膜特性がよく成膜でき、MEMSのアクチュエーター等にも好適に利用ができる。   On the other hand, since the perovskite oxide of this embodiment is a <100> -oriented single crystal or uniaxially oriented structure having a plurality of crystal phases, the material can be formed uniformly and with good film characteristics even in a fine region, and MEMS. It can also be suitably used for the actuator of the above.

[ペロブスカイト型酸化物の製造方法]
本実施態様のペロブスカイト型酸化物の製造方法は、成膜されるペロブスカイト型酸化物の元素組成比となる混合比で混合した粉末状の原料を充填したターゲットを用いて、高温加熱のスパッタリングを行うことにより製造することができる。
[Production method of perovskite oxide]
In the method for producing a perovskite oxide according to this embodiment, high temperature heating sputtering is performed using a target filled with a powdery raw material mixed at a mixing ratio that is an elemental composition ratio of the perovskite oxide to be formed. Can be manufactured.

具体的には、目的のABO3で表されるペロブスカイト型酸化物の元素組成比と同じ組成比となるように、金属酸化物の粉末を十分に混ぜ合わせ、原料混合物を調製し、ターゲットとする。 Specifically, the metal oxide powder is sufficiently mixed so that the composition ratio is the same as the elemental composition ratio of the target perovskite oxide represented by ABO 3 , and a raw material mixture is prepared and used as a target. .

例えば、上述の[1−1]に例示のPZNT系ペロブスカイト型酸化物を基板上に形成する場合は、PbO2、ZnO、Nb25、PbTiO3、La23、SrOなどの粉末を用いて原料混合物を調製することができる。 For example, when the PZNT-based perovskite oxide exemplified in [1-1] above is formed on a substrate, powders such as PbO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 , La 2 O 3 , and SrO are used. Can be used to prepare the raw material mixture.

このような原料混合物をスパッタリングターゲット用のステンレスの皿に均一に隙間がないように充填しスパッタリング用ターゲットとする。   Such a raw material mixture is filled in a stainless steel dish for a sputtering target uniformly so as not to have a gap, thereby obtaining a sputtering target.

このスパッタリング用ターゲットを用いて、高温加熱スパッタを行い、正方晶、菱面体晶、斜方晶、立方晶、擬似立方晶及び単斜晶から選ばれる2種以上の結晶相を含む単結晶または一軸配向結晶酸化物膜をSrTiO3(100)等の単結晶基板上に得ることができる。高温加熱スパッタにおける温度としては、500℃〜700℃が好ましい。600℃以上ではPbが抜けやすくなるため、500℃〜600℃がより好ましい。 Using this sputtering target, high-temperature heat sputtering is performed, and a single crystal or a uniaxial crystal including two or more crystal phases selected from tetragonal, rhombohedral, orthorhombic, cubic, pseudocubic and monoclinic An oriented crystal oxide film can be obtained on a single crystal substrate such as SrTiO 3 (100). The temperature in high-temperature heat sputtering is preferably 500 ° C to 700 ° C. At 600 ° C. or higher, Pb is easily removed, so 500 ° C. to 600 ° C. is more preferable.

PZNT系ペロブスカイト型酸化物は、スパッタ形成のターゲットとして一般的に用いられるセラミックス材料を得るのが困難なため、スパッタ形成することも非常に困難とされていた。しかし、本実施態様のペロブスカイト型酸化物の製造方法のように、粉末を調合してターゲットとすることで、ターゲットとしてセラミックス材料がないような材料の場合においても、スパッタ形成が可能となり、スパッタの領域を大きく広げることが可能となる。また、ターゲットとしてセラミックス材料を用いる場合より、粉末材料を調合するほうが、目的の材料を得るための組成比の調合が容易である。   The PZNT-based perovskite oxide is difficult to obtain by sputtering because it is difficult to obtain a ceramic material generally used as a sputtering target. However, as in the method for producing a perovskite oxide according to this embodiment, by preparing a powder and using it as a target, spattering is possible even in the case of a material that does not have a ceramic material as a target. The area can be greatly expanded. In addition, it is easier to prepare a composition ratio for obtaining a target material when a powder material is prepared than when a ceramic material is used as a target.

また、上述の[2−1]に例示の多元系ペロブスカイト型酸化物も、PbO2、MgO、Nb25、PbTiO3、La23、SrOなどの粉末を用いて原料混合物を調製し、上記のような方法で成膜することができる。 In addition, the multi-component perovskite oxide exemplified in the above [2-1] is prepared by using a powder of PbO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 , La 2 O 3 , SrO or the like. The film can be formed by the method as described above.

[圧電体素子]
本実施態様の圧電体素子は、上記本実施態様のペロブスカイト型酸化物を含む圧電体層と、該圧電体層に接する1対の電極とを有するものであれば、特に制限されるものではない。かかる圧電体素子は、1対の電極に印加することにより、圧電体層が変位を生じ、印加を取り除くことにより、復元する。
[Piezoelectric element]
The piezoelectric element of this embodiment is not particularly limited as long as it has a piezoelectric layer containing the perovskite oxide of the present embodiment and a pair of electrodes in contact with the piezoelectric layer. . Such a piezoelectric element is restored by being applied to a pair of electrodes, causing the piezoelectric layer to be displaced, and removing the application.

このような本実施態様の圧電体素子の一例として、例えば、図1に示すように、基体20上に振動板15を介して、1対の電極である下部電極16と上部電極18に挟持された圧電体17を有する圧電膜10が積層された積層構造を有するものを挙げることができる。振動板15上と圧電膜10間に結晶構造を調整するバッファ層19を有していてもよい。   As an example of such a piezoelectric element of this embodiment, for example, as shown in FIG. 1, it is sandwiched between a lower electrode 16 and an upper electrode 18 that are a pair of electrodes on a base 20 via a diaphragm 15. Further, there can be mentioned those having a laminated structure in which the piezoelectric films 10 having the piezoelectric bodies 17 are laminated. A buffer layer 19 for adjusting the crystal structure may be provided between the vibration plate 15 and the piezoelectric film 10.

本実施態様の圧電体素子における基体の材質としては、結晶性のよいものが好ましく、例えば、Siなどが好ましく、具体的にはSi上にSiO2膜を形成したSOIなどを挙げることができる。基体の厚さとしては、例えば、100〜1000μmを挙げることができる。 The material of the substrate in the piezoelectric element of the present embodiment is preferably a material having good crystallinity, such as Si, and specifically, SOI or the like in which a SiO 2 film is formed on Si. Examples of the thickness of the substrate include 100 to 1000 μm.

上記振動板は圧電体の変位を伝達するために設けられ、基体に対して格子整合性が高く、振動板として機能するために十分にヤング率の高いものが好ましい。基板の材質が酸化ケイ素の場合、振動板の材質としては、例えば、安定化ジルコニアなどが好ましい。また、基体としてSOIを用いた場合は、Si単結晶層上のSiO2層を振動板として用いてもよい。振動体の厚さとしては、例えば、0.5〜10μmを挙げることができ、好ましくは1.0〜6.0μmである。この厚さはバッファ層を有する場合のバッファ層の厚さも含むものである。 The diaphragm is preferably provided to transmit the displacement of the piezoelectric body, has high lattice matching with the substrate, and has a sufficiently high Young's modulus to function as a diaphragm. When the material of the substrate is silicon oxide, the material of the diaphragm is preferably, for example, stabilized zirconia. When SOI is used as the substrate, an SiO 2 layer on the Si single crystal layer may be used as the diaphragm. As thickness of a vibrating body, 0.5-10 micrometers can be mentioned, for example, Preferably it is 1.0-6.0 micrometers. This thickness includes the thickness of the buffer layer when the buffer layer is provided.

上記バッファ層は、基体の結晶格子定数と圧電体の結晶格子定数との格子整合性を合わせる役割を担うために設けられ、基体と圧電体相互間で格子整合性がよい場合は省略することもできる。バッファ層は何層か複数層の積層構造を有するものとして、その機能を達成するようにしてもよい。バッファ層の材質としては、直下の振動板に対しても結晶格子整合性が高い材質であることが好ましく、基体の材質がケイ素の場合、例えば、安定化ジルコニアYSZ(Y23−ZrO2)、CeO2などを挙げることができる。 The buffer layer is provided to play a role of matching the lattice matching between the crystal lattice constant of the substrate and the crystal lattice constant of the piezoelectric body, and may be omitted if the lattice matching between the substrate and the piezoelectric body is good. it can. The buffer layer may have several layers to achieve its function. The material of the buffer layer is preferably a material having high crystal lattice matching even with respect to the diaphragm directly below. When the material of the substrate is silicon, for example, stabilized zirconia YSZ (Y 2 O 3 —ZrO 2). ), CeO 2 and the like.

上記下部電極は、バッファ層19の直上に設けられても、振動板15とバッファ層19間に設けられていてもよい。また、バッファ層を設けない場合は、下部電極はバッファ層の機能を兼備するものであってもよく、この場合は、下部電極は振動板との密着性を向上させるための密着層などを有する多層構造とすることもできる。下部電極の材質としては、金属材料あるいは酸化物材料を用いることができる。金属材料としては、Au、Pt、Ni、Cr、Ir等を挙げることができ、Ti、Ta、Pbなどを積層したものを用いることもできる。酸化物材料としては、La、NbでドープされたSrTiO3、SrRuO3、IrO2、BaPbO3、RuO2、Pb2Ir27等を挙げることができる。1対の電極のどちらか一方は、結晶構造を有することが好ましい。密着層の材質としては、例えばTi、Cr、Irなどの金属や、これらの酸化物としてTiO2、IrO2などを挙げることができる。 The lower electrode may be provided immediately above the buffer layer 19 or may be provided between the diaphragm 15 and the buffer layer 19. Further, when the buffer layer is not provided, the lower electrode may have the function of the buffer layer. In this case, the lower electrode has an adhesion layer for improving adhesion to the diaphragm. A multilayer structure can also be used. As the material of the lower electrode, a metal material or an oxide material can be used. Examples of the metal material include Au, Pt, Ni, Cr, Ir, and the like, and a laminate of Ti, Ta, Pb, and the like can also be used. Examples of the oxide material include SrTiO 3 , SrRuO 3 , IrO 2 , BaPbO 3 , RuO 2 , and Pb 2 Ir 2 O 7 doped with La and Nb. Either one of the pair of electrodes preferably has a crystal structure. Examples of the material for the adhesion layer include metals such as Ti, Cr, and Ir, and examples of these oxides include TiO 2 and IrO 2 .

このような下部電極44は、その上に設けられる圧電体の配向結晶方位に影響を及ぼすため、基板面の優先配向結晶方位が<100>であることが好ましい。下部電極の基板面の優先配向結晶方位が<100>であるとき、積層される圧電体45の優先配向結晶方位が<100>方向へ配向する。   Since such a lower electrode 44 affects the orientation crystal orientation of the piezoelectric body provided thereon, the preferred orientation crystal orientation of the substrate surface is preferably <100>. When the preferential orientation crystal orientation of the substrate surface of the lower electrode is <100>, the preferential orientation crystal orientation of the laminated piezoelectric body 45 is oriented in the <100> direction.

このような下部電極を構成する金属薄膜または酸化物導電材料薄膜において結晶配向率が70%以上であることが好ましい。結晶配向率とは、XRD(X線回折)のθ−2θ測定による膜のピーク強度における割合である。金属電極薄膜の結晶配向率が70%以上であれば、下部電極が良好な電気特性を有し、その上に設けられる圧電体の結晶性を良好にすることができる。下部電極の金属薄膜または酸化物導電材料薄膜の結晶配向率が85%以上であることがより好ましい。   In such a metal thin film or oxide conductive material thin film constituting the lower electrode, the crystal orientation rate is preferably 70% or more. The crystal orientation ratio is a ratio in the peak intensity of the film measured by XRD (X-ray diffraction) θ-2θ measurement. When the crystal orientation ratio of the metal electrode thin film is 70% or more, the lower electrode has good electrical characteristics, and the crystallinity of the piezoelectric body provided thereon can be made good. It is more preferable that the crystal orientation rate of the metal thin film or the oxide conductive material thin film of the lower electrode is 85% or more.

また、下部電極の膜厚としては50〜400nmが好ましく、より好ましくは80〜200nmである。   The thickness of the lower electrode is preferably 50 to 400 nm, more preferably 80 to 200 nm.

本実施態様の圧電体素子に用いられる圧電体は上記本実施態様の圧電体である。圧電体の膜厚としては、100nm以上10μm以下が好ましく、より好ましくは500nm以上8μm以下である。圧電体の膜厚が100nm以上であれば、圧電体素子をインクジェットヘッドMなどに用いた場合、繰り返し駆動により発生する応力に対し耐久性を有し、10μm以下であれば、膜剥離の発生を抑制することができる。   The piezoelectric body used in the piezoelectric element of this embodiment is the piezoelectric body of this embodiment. The film thickness of the piezoelectric body is preferably 100 nm or more and 10 μm or less, more preferably 500 nm or more and 8 μm or less. If the piezoelectric film thickness is 100 nm or more, when the piezoelectric element is used in the inkjet head M or the like, it has durability against stress generated by repeated driving, and if it is 10 μm or less, film peeling occurs. Can be suppressed.

上記上部電極18は圧電体17の直上に設けられ、下部電極と共に圧電体を電荷する。上部電極は圧電体に上記下部電極と振動板間に設けられる密着層と同様の材質の密着層を介して設けてもよい。上部電極は下部電極と、材質や構成において同一であっても、異なるものであってもよく、液体吐出ヘッドにおいては一方を共通電極、他方を駆動電極としてもよい。   The upper electrode 18 is provided immediately above the piezoelectric body 17 and charges the piezoelectric body together with the lower electrode. The upper electrode may be provided on the piezoelectric body through an adhesion layer made of the same material as the adhesion layer provided between the lower electrode and the diaphragm. The upper electrode may be the same as or different from the lower electrode in material and configuration. In the liquid discharge head, one may be a common electrode and the other may be a drive electrode.

[圧電体素子の製造方法]
このような本実施態様の圧電体素子の製造方法は、一方の電極上に、前記ペロブスカイト型酸化物材料の製造方法を用いて圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に、他方の電極を形成する工程とを有する方法を好ましい方法として挙げることができる。
[Method for Manufacturing Piezoelectric Element]
Such a method of manufacturing a piezoelectric element according to this embodiment includes a step of forming a piezoelectric layer on one electrode by using the method for manufacturing a perovskite oxide material, and the other on the piezoelectric layer. A method having a step of forming the electrode can be mentioned as a preferable method.

電極の作製方法としては、スパッタ法、CVD法、レーザーアブレーション法、MBE法等の薄膜作製技術を用いることができる。これらの方法により、電極材料を特定の方向に配向させ特定の結晶構造を有するものとして成膜することができる。   As a method for manufacturing the electrode, thin film manufacturing techniques such as sputtering, CVD, laser ablation, and MBE can be used. By these methods, the electrode material can be formed as a film having a specific crystal structure with the electrode material oriented in a specific direction.

[液体吐出ヘッド]
本実施態様の液体吐出ヘッドは、吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子とを有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、上記圧電素子を用いるものである。本実施態様の液体吐出ヘッドは上記圧電体素子を有することにより、これを用いた液体吐出装置において液体吐出特性がよく優れた性能を有する。
[Liquid discharge head]
The liquid discharge head according to the present embodiment includes an individual liquid chamber communicating with the discharge port and a piezoelectric element provided corresponding to the individual liquid chamber, and discharges the liquid in the individual liquid chamber from the discharge port. A liquid discharge head that uses the piezoelectric element. Since the liquid discharge head according to this embodiment includes the piezoelectric element, a liquid discharge apparatus using the piezoelectric element has excellent liquid discharge characteristics and excellent performance.

本実施態様の液体吐出ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドには、図2に示すように、インクを溜める共通液室14に連結して設けられる複数の個別液室13と、個別液室13内のインクを吐出するため連通孔12を介して吐出口11が設けられる。振動板15が個別液室13の天井を形成して設けられ、この振動板上に、バッファ層を設けずに直接に、またはバッファ層を介して設けられる下部電極16及び上部電極18(1対の電極)に挟持された圧電体17を備えた圧電体素子10が設けられる。   As shown in FIG. 2, the inkjet head as an example of the liquid discharge head of the present embodiment includes a plurality of individual liquid chambers 13 connected to a common liquid chamber 14 that stores ink, An ejection port 11 is provided through the communication hole 12 for ejecting ink. A diaphragm 15 is provided to form the ceiling of the individual liquid chamber 13, and a lower electrode 16 and an upper electrode 18 (one pair) provided directly or via a buffer layer without providing a buffer layer on the diaphragm. The piezoelectric element 10 including the piezoelectric body 17 sandwiched between the electrodes) is provided.

圧電体素子10は、上記本実施態様の圧電体素子を適用したものであり、図1に図示のものなどを例示することができる。かかる圧電体素子における振動板15の材質としては、ScおよびYを含む希土類元素でドープされたZrO2、BaTiO3、MgO、SrTiO3、MgAl24等の酸化物及び/またはSiが好ましい。SiとしてはB元素等のドーパント元素を含んでいてもよい。これらの材料を主成分とする振動板15は、特定の結晶構造を有し、(100)、(110)あるいは(111)の結晶構造が80%以上の強度で配向しているものが好ましい、より好ましくは99%以上から100%配向しているものである。ここで、「99%配向」とは、XRD強度で主たる配向と異なる配向の結晶が1%未満存在することを意味する。 The piezoelectric element 10 is one to which the piezoelectric element of the present embodiment is applied, and the one shown in FIG. 1 can be exemplified. The material of the diaphragm 15 in such a piezoelectric element is preferably an oxide such as ZrO 2 , BaTiO 3 , MgO, SrTiO 3 , MgAl 2 O 4 and / or Si doped with rare earth elements including Sc and Y. Si may contain a dopant element such as a B element. The diaphragm 15 mainly composed of these materials preferably has a specific crystal structure, and the crystal structure of (100), (110) or (111) is oriented with an intensity of 80% or more. More preferably, it is 99% or more and 100% oriented. Here, “99% orientation” means that there is less than 1% of crystals with an orientation different from the main orientation in XRD intensity.

バッファ層19の材料としては、格子定数が基板の格子定数との相違が8%以下の範囲である材料が好ましい。また、バッファ層19としては、スパッタ法、MO−CVD法、レーザーアブレーション法で成膜できる酸化物が好ましく、例えば、立方晶あるいは擬似立法晶で格子定数が3.6〜6.0オングストロ−ムの結晶構造を有するものが好ましい。   The material of the buffer layer 19 is preferably a material whose lattice constant is within a range of 8% or less of the lattice constant of the substrate. The buffer layer 19 is preferably an oxide that can be formed by sputtering, MO-CVD, or laser ablation. For example, the buffer layer 19 is cubic or pseudo-rectangular and has a lattice constant of 3.6 to 6.0 angstroms. Those having the following crystal structure are preferred.

具体的な構成としては、例えば、10%Y23−ZrO2(100)/Si(100)、10%Y23−ZrO2(111)/Si(111)、SrTiO3(100)/MgO(100)、MgAl24(100)/MgO(100)、BaTiO3(100)/MgO(100)などを挙げることができる。ここで、10%Y23−ZO2の格子定数は5.16オングストローム、SrTiO3の格子定数は3.91オングストローム、MgOの格子定数は4.21オングストロームである。また、MgAl24の格子定数は4.04オングストローム、BaTiO3の格子定数は3.99オングストローム、Siの格子定数は5.43オングストロームである。格子定数の整合性を算出すると、例えば、10%Y23−ZrO2(111)/Si(111)を例に採ると次のようになる。10%Y23−ZrO2(111)/Si(111)は5.16×√2=7.30Å、Si(111)は5.43×√2=7.68Åで、整合性の違いは4.9%となり、良好であることが判る。 As a specific configuration, for example, 10% Y 2 O 3 —ZrO 2 (100) / Si (100), 10% Y 2 O 3 —ZrO 2 (111) / Si (111), SrTiO 3 (100) / MgO (100), MgAl 2 O 4 (100) / MgO (100), BaTiO 3 (100) / MgO (100), and the like. Here, the lattice constant of 10% Y 2 O 3 —ZO 2 is 5.16 Å, the lattice constant of SrTiO 3 is 3.91 Å, and the lattice constant of MgO is 4.21 Å. The lattice constant of MgAl 2 O 4 is 4.04 Å, the lattice constant of BaTiO 3 is 3.99 Å, and the lattice constant of Si is 5.43 Å. When the lattice constant matching is calculated, for example, 10% Y 2 O 3 —ZrO 2 (111) / Si (111) is taken as an example. 10% Y 2 O 3 —ZrO 2 (111) / Si (111) is 5.16 × √2 = 7.30Å, Si (111) is 5.43 × √2 = 7.68Å, and there is a difference in consistency. Is 4.9%, which shows that it is good.

上部電極及び下部電極の材質は上記圧電体素子の電極と同様のものを挙げることができる。 特に、バッファ層19上に設けられる下部電極16の材質としては、バッファ層の材質が10%Y23−ZrO2(111)の場合は、Pt(100)、Ir(100)、SrRuO3(100)、Sr0.96La0.04TiO3(100)、Sr0.97Nb0.03TiO3(100)、BaPbO3(100)等を挙げることができる。バッファ層の材質がSrTiO3(100)の場合は、Pt(100)、Ir(100)、SrRuO3(100)、Sr0.97La0.03TiO3(100)、Sr0.97Nb0.03TiO3(100)、BaPbO3(100)等を挙げることができる。バッファ層の材質がBaTiO3(001)、MgAl24(100)の場合は、(100)等の膜を挙げることができる。 The material of the upper electrode and the lower electrode can be the same as the electrode of the piezoelectric element. In particular, as a material of the lower electrode 16 provided on the buffer layer 19, when the material of the buffer layer is 10% Y 2 O 3 —ZrO 2 (111), Pt (100), Ir (100), SrRuO 3 (100), Sr 0.96 La 0.04 TiO 3 (100), Sr 0.97 Nb 0.03 TiO 3 (100), BaPbO 3 (100), and the like. When the material of the buffer layer is SrTiO 3 (100), Pt (100), Ir (100), SrRuO 3 (100), Sr 0.97 La 0.03 TiO 3 (100), Sr 0.97 Nb 0.03 TiO 3 (100), BaPbO 3 (100) and the like can be mentioned. When the material of the buffer layer is BaTiO 3 (001) or MgAl 2 O 4 (100), a film such as (100) can be cited.

また、振動板15上にバッファ層19を設けずに直接設ける場合の下部電極16の材質としては、例えば、SrRuO3(100)/SrTiO3(100)、Pt(100)/MgO(100)、Ir(100)/MgO(100)、Ru(100)/MgO(100)等を挙げることができる。 In addition, as a material of the lower electrode 16 when the buffer layer 19 is directly provided on the vibration plate 15, for example, SrRuO 3 (100) / SrTiO 3 (100), Pt (100) / MgO (100), Ir (100) / MgO (100), Ru (100) / MgO (100), etc. can be mentioned.

かかる上部電極、下部電極の形状はいずれの形状であってもよいが、下部電極は圧電体より大きく、圧電体が設けられない部分まで引き出されるように設けられてもよい。また、上部電極は下部電極と逆側に引き出されるように設けられて駆動電源(図示せず)に接続されるようになっていてもよい。   The shape of the upper electrode and the lower electrode may be any shape, but the lower electrode may be provided so as to be drawn out to a portion larger than the piezoelectric body and not provided with the piezoelectric body. Further, the upper electrode may be provided so as to be drawn out on the opposite side of the lower electrode and connected to a driving power source (not shown).

圧電体としては上記圧電体素子における圧電体と同様のものを挙げることができ、その形状として、上面形状が長方形のものを図示しているが、楕円、円形、平行四辺形などいずれであってもよく、断面形状は長方形、台形、逆台形などであってもよい。   Examples of the piezoelectric body include those similar to the piezoelectric body in the piezoelectric element, and the shape of the top surface is rectangular, but any shape such as an ellipse, a circle, a parallelogram, etc. The cross-sectional shape may be rectangular, trapezoidal, inverted trapezoidal, or the like.

上記インクジェトヘッドにおける個別液室13の幅Waは、インクジェット1ユニットとして図3の概略構造図に示すように、30〜180μmが好ましく、長さWbは、吐出液滴量にもよるが、0.3〜6.0mmが好ましい。吐出口11の形状は、円形または星型などとすることができ、その径は、7〜30μmであることが好ましく、これより大口径の連通孔12にテーパー部を有して連結したものとすることができる。連通孔12の長さは、0.05〜0.5mmが好ましい。この範囲であると、液滴を吐出量のバラツキがなく一定スピードを保持して吐出させることができる。   The width Wa of the individual liquid chamber 13 in the above-described ink jet head is preferably 30 to 180 μm as shown in the schematic structural diagram of FIG. 3 as an inkjet unit, and the length Wb depends on the amount of ejected liquid droplets. 3 to 6.0 mm is preferable. The discharge port 11 may have a circular shape or a star shape, and its diameter is preferably 7 to 30 μm, and is connected to the communication hole 12 having a larger diameter than the communication hole 12 with a tapered portion. can do. The length of the communication hole 12 is preferably 0.05 to 0.5 mm. Within this range, the droplets can be discharged while maintaining a constant speed with no variation in the discharge amount.

本実施態様の液体吐出ヘッドは、圧電体の変位が伝達された振動板により生じる個別液室内の体積変化によって個別液室内の液体を吐出口から吐出する。圧電体の圧電特性が高いため、液体吐出ヘッドにおいて液体を均一に高速速で吐出することができ、個別液室を高密度に設けることができ小型化を図ることができる。   The liquid discharge head according to this embodiment discharges the liquid in the individual liquid chamber from the discharge port by the volume change in the individual liquid chamber caused by the vibration plate to which the displacement of the piezoelectric body is transmitted. Since the piezoelectric characteristics of the piezoelectric body are high, the liquid can be uniformly ejected at a high speed in the liquid ejection head, and the individual liquid chambers can be provided at a high density, thereby reducing the size.

本実施態様の液体吐出ヘッドはインクジェットヘッドの他、各種液体を吐出する装置の液体吐出部に適用することができる。
[液体吐出ヘッドの製造方法]
本実施態様の液体吐出ヘッドの製造方法は、基体上に振動板を成形し、振動板上に下部電極を成形し、下部電極上に上記ペロブスカイト型酸化物材料の製造方法を用いて圧電体層を成形し、圧電体層上に上部電極を形成する方法を挙げることができる。
The liquid discharge head of this embodiment can be applied to a liquid discharge portion of an apparatus that discharges various liquids in addition to an inkjet head.
[Liquid discharge head manufacturing method]
The method of manufacturing the liquid discharge head according to this embodiment includes forming a diaphragm on a substrate, forming a lower electrode on the diaphragm, and using the method for manufacturing the perovskite oxide material on the lower electrode, a piezoelectric layer. And forming an upper electrode on the piezoelectric layer.

(振動板の形成)
基体20上に振動板15を成形する方法としては、スパッタ法、CVD法、レーザーアブレーション法、MBE法等の薄膜作製方法を用いることができる。特に、スパッタ法は、加熱中に十分成膜基板を加熱することによって、基体20に対してエピタキシャル成長した酸化物薄膜を得ることができるため好ましい。
(Formation of diaphragm)
As a method for forming the diaphragm 15 on the substrate 20, a thin film production method such as a sputtering method, a CVD method, a laser ablation method, or an MBE method can be used. In particular, the sputtering method is preferable because an oxide thin film epitaxially grown on the substrate 20 can be obtained by sufficiently heating the deposition substrate during heating.

また、成膜基板であるSiやSiO2の上層にバッファ層19、下部電極層16、圧電体層17、上部電極18を成形後、あるいは成形前に薄片化し、それ自身を振動板15として利用してもよい。特に基体の材質がSOIの場合には、絶縁層であるSiO2層と上部のSi単結晶層を振動板15として用いることができる。 In addition, the buffer layer 19, the lower electrode layer 16, the piezoelectric layer 17, and the upper electrode 18 are formed on the upper layer of Si or SiO 2 which is a film formation substrate, or are sliced before or before forming, and are used as the diaphragm 15 May be. In particular, when the base material is SOI, an SiO 2 layer as an insulating layer and an upper Si single crystal layer can be used as the diaphragm 15.

(バッファ層の形成)
次に、必要に応じて、振動板15上に上層の電極の結晶配向を所望の配向とするための結晶配向の調整用のバッファ層19を成形する。バッファ層19の成形方法としては、スパッタ法、CVD法、レーザーアブレーション法、MBE法等の薄膜作製方法を用いることができる。これらの方法により、振動板15上にバッファ層材料を特定の方向に配向させて成膜することができる。ここで、上記成膜方法を用いるにあたって、成膜中の基板を、例えば、500℃〜850℃に加熱することが好ましい。振動板15自身が基体20と下部電極16とのバッファ層19の役割を果たしている場合は、改めてバッファ層19を成形しなくともよい。
(Formation of buffer layer)
Next, if necessary, a buffer layer 19 for adjusting the crystal orientation for making the crystal orientation of the upper electrode a desired orientation is formed on the vibration plate 15. As a method for forming the buffer layer 19, a thin film production method such as sputtering, CVD, laser ablation, or MBE can be used. By these methods, it is possible to form a film on the diaphragm 15 with the buffer layer material oriented in a specific direction. Here, in using the film formation method, it is preferable to heat the substrate during film formation to, for example, 500 ° C. to 850 ° C. When the diaphragm 15 itself plays the role of the buffer layer 19 of the base body 20 and the lower electrode 16, the buffer layer 19 need not be formed again.

(電極の形成方法)
振動板15上(バッファ層19を設けた場合は、バッファ層19上)に下部電極16を成形する方法としては、スパッタ法、CVD法、レーザーアブレーション法、MBE法等の薄膜作製方法を用いることができる。特に、スパッタ法は、加熱中に十分成膜基板を加熱、例えば、500℃〜700℃に加熱することによって、バッファ層19または基体20に対してエピタキシャル成長した酸化物薄膜を得ることができるため好ましい。
(Method of forming electrode)
As a method of forming the lower electrode 16 on the vibration plate 15 (on the buffer layer 19 when the buffer layer 19 is provided), a thin film manufacturing method such as sputtering, CVD, laser ablation, or MBE is used. Can do. In particular, the sputtering method is preferable because an oxide thin film epitaxially grown on the buffer layer 19 or the substrate 20 can be obtained by sufficiently heating the deposition substrate during heating, for example, by heating to 500 ° C. to 700 ° C. .

下部電極16の形状としては、図3に示すパターンとし、圧電体17に対して図示の位置に配置してもよい。   The shape of the lower electrode 16 may be the pattern shown in FIG.

この上部電極も圧電体層17上に下部電極の成形と同様の方法により形成することができる。   This upper electrode can also be formed on the piezoelectric layer 17 by the same method as the formation of the lower electrode.

(個別液室の成形方法)
次に本実施態様の液体吐出ヘッドの個別液室の成形方法について説明する。上記のような方法により圧電体素子を形成した基体20に個別液室13を設ける方法や、別の基体(図示せず)に個別液室を設け、圧電体素子を作製した基体とを貼着する方法などを挙げることができる。
(Individual liquid chamber molding method)
Next, a method for forming the individual liquid chamber of the liquid discharge head according to this embodiment will be described. A method in which the individual liquid chamber 13 is provided in the substrate 20 on which the piezoelectric element is formed by the above-described method, or an individual liquid chamber is provided in another substrate (not shown) and attached to the substrate in which the piezoelectric element is manufactured. And the like.

個別液室を成形する方法としては、圧電体素子を設けた基体20の一部を、ウエットエッチング、ドライエッチング、あるいはサンドミル等により凹部を形成する方法を用いることができる。例えば、図4の液体吐出ヘッドの底面図に示すように、一定のピッチ数で、千鳥配列で個別液室13となる複数個の凹部(破線部内)を、圧電体素子10に対して図示の配置となるように形成する。その後、図5に示すように、基体20に形成した凹部に対応して吐出口11を穿孔したノズルプレート21を接合する。あるいは、吐出口11および連通孔を形成したノズルプレートを接合することができる。個別液室13と圧電体素子10とが図示の配置に形成されることにより、圧電体の変位により個別液室13に適切に圧力を加えることができるため好ましい。また、基体に凹部を成形する際、(110)配向のシリコン基板を用いアルカリ液によるウエットエッチングによる異方性エッチングを行い、上面が平行四辺形の凹部を成形してもよい。千鳥配列された個別液室の上面形状が平行四辺形の場合、各個別液室に設けられる吐出口11、11'を間隔を短く配置することができ、その場合、圧電体素子の上面形状が平行四辺形であれば、個別液室を高密度に配置することができる。   As a method of forming the individual liquid chamber, a method of forming a recess in a part of the base body 20 provided with the piezoelectric element by wet etching, dry etching, sand mill or the like can be used. For example, as shown in the bottom view of the liquid discharge head in FIG. 4, a plurality of concave portions (inside the broken line portions) that form the individual liquid chambers 13 in a staggered arrangement with a constant pitch number are illustrated with respect to the piezoelectric element 10. It forms so that it may become arrangement. After that, as shown in FIG. 5, the nozzle plate 21 having the discharge ports 11 drilled corresponding to the recesses formed in the base body 20 is joined. Or the nozzle plate which formed the discharge outlet 11 and the communicating hole can be joined. By forming the individual liquid chamber 13 and the piezoelectric element 10 in the illustrated arrangement, it is preferable because pressure can be appropriately applied to the individual liquid chamber 13 by displacement of the piezoelectric body. Further, when forming the recesses in the base body, anisotropic etching by wet etching with an alkaline solution may be performed using a (110) oriented silicon substrate to form recesses having a parallelogram upper surface. When the upper surface shape of the individual liquid chambers arranged in a staggered manner is a parallelogram, the discharge ports 11 and 11 ′ provided in each individual liquid chamber can be arranged with a short interval. In this case, the upper surface shape of the piezoelectric element is If it is a parallelogram, the individual liquid chambers can be arranged with high density.

上記ノズルプレート21にインクの吐出口、更に連通孔を穿孔する方法としては、エッチング、機械加工、レーザー光照射によることができる。吐出口11を形成するノズルプレートの材質は、圧電体素子を形成する基体20と同じであっても異なっていてもよいが、この場合、圧電体素子の基板20との熱膨張係数の差が1×10-6〜1×10-8℃である、例えば、SUS、Ni等が好ましい。 As a method of drilling an ink ejection port and a communication hole in the nozzle plate 21, etching, machining, and laser beam irradiation can be used. The material of the nozzle plate that forms the discharge port 11 may be the same as or different from that of the base body 20 that forms the piezoelectric element. In this case, the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric element and the substrate 20 is different. 1 × 10 −6 to 1 × 10 −8 ° C., for example, SUS, Ni and the like are preferable.

上記基体20とノズルプレートの接合方法としては、有機接着剤を用いる方法でもよいが、無機材料による金属接合による方法が好ましい。金属接合に用いる材料としては、250℃以下の低温でこれらの基体を接合することができるものが好ましい。これは、長尺のものであっても基体との熱膨張係数の差が小さく素子の反り等の問題を回避することができ、また、圧電体素子に対する損傷を抑制することができるからである。かかる金属接合に用いる材料として、具体的には、In、Au、Cu、Ni、Pb、Ti,Cr等を挙げることができる。   As a method for bonding the base body 20 and the nozzle plate, an organic adhesive may be used, but a metal bonding method using an inorganic material is preferable. As a material used for metal bonding, a material capable of bonding these substrates at a low temperature of 250 ° C. or lower is preferable. This is because even if it is long, the difference in thermal expansion coefficient with the substrate is small and problems such as warping of the element can be avoided, and damage to the piezoelectric element can be suppressed. . Specific examples of materials used for such metal bonding include In, Au, Cu, Ni, Pb, Ti, and Cr.

[液吐出装置]
本実施態様の液体吐出装置は、上記液体吐出ヘッドを有するものであればよく、その一例としてインクジェット記録装置を挙げることができる。例えば、図6に示すインクジェット記録装置81の外装82〜85及び87を外した状態の図7に示す動作機構部を有するものを挙げることができる。図7に示すように、インクジェット記録装置には、記録媒体としての記録紙を装置本体96内へ自動給送する自動給送部97と、自動給送部97から送出される記録紙を所定の記録位置へと導くとともに、記録位置から排出口98へ導く搬送部99が設けられる。更に、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部91と、記録部91に対する回復処理を行う回復部90とが設けられる。記録部91には、本実施態様の液体吐出ヘッドを収納し、レール上を往復移送されるキャリッジ92が備えられる。
[Liquid discharge device]
The liquid ejection apparatus according to this embodiment may be any apparatus having the above-described liquid ejection head, and an example thereof is an ink jet recording apparatus. For example, there may be mentioned one having the operation mechanism portion shown in FIG. 7 in a state in which the exteriors 82 to 85 and 87 of the ink jet recording apparatus 81 shown in FIG. 6 are removed. As shown in FIG. 7, in the ink jet recording apparatus, an automatic feeding unit 97 that automatically feeds a recording sheet as a recording medium into the apparatus main body 96, and a recording sheet that is sent out from the automatic feeding unit 97 are set in a predetermined manner. A transport unit 99 is provided that guides the recording position to the discharge port 98 from the recording position. Furthermore, a recording unit 91 that performs recording on the recording paper conveyed to the recording position, and a recovery unit 90 that performs recovery processing on the recording unit 91 are provided. The recording unit 91 is provided with a carriage 92 that houses the liquid ejection head of this embodiment and is reciprocated on the rail.

このようなインクジェット記録装置における動作について説明する。別途接続されるコンピューターから送出される電気信号によりキャリッジ92がレール上を移送して液体を吐出する。液体の吐出は圧電体を挟持する電極に駆動電圧が印加され圧電体の変位により振動板15を介して各個別液室を加圧し、インクを吐出口11から吐出させる。これにより目的とする印字等を行なう。   The operation of such an ink jet recording apparatus will be described. The carriage 92 moves on the rail and discharges the liquid by an electrical signal sent from a separately connected computer. The liquid is ejected by applying a driving voltage to the electrodes sandwiching the piezoelectric body, pressurizing each individual liquid chamber via the vibration plate 15 by the displacement of the piezoelectric body, and ejecting ink from the ejection port 11. As a result, the intended printing or the like is performed.

本実施態様の液体吐出装置においては、均一に高速度で液滴を吐出させることができ、装置の小型化を図ることができる。   In the liquid ejection apparatus of this embodiment, droplets can be ejected uniformly at a high speed, and the apparatus can be miniaturized.

上記例は、プリンターとしての例を示したが、液体吐出装置はファクシミリや複合機、複写機などのインクジェット記録装置や、あるいは、産業用吐出装置に使用することができる。   Although the above example shows an example of a printer, the liquid discharge apparatus can be used for an inkjet recording apparatus such as a facsimile, a multifunction peripheral, a copying machine, or an industrial discharge apparatus.

[実施例1]
本実施態様の液体吐出ヘッドの作製について、実施例を挙げて具体的に説明する。
[Example 1]
The production of the liquid ejection head of this embodiment will be specifically described with reference to examples.

まず、本体基板部(基体20)に、(100)配向のSi基板を用いた。Si基板上にスパッタ装置(L-210-FH(ANELVA製))を用いて、振動板15およびバッファ層19として機能する安定化ジルコニアYSZ(Y2O3-ZrO2)を(100)配向で成膜した。振動板15およびバッファ層19の成膜条件は、Si基板を800℃に加熱し、イオン化するガスとして、Ar及びO2を用い、基板とターゲット間の印加電力は60W、装置内の圧力は1.0Paとしてエピタキシャル結晶成長させた。この結果、(100)一軸配向の膜厚200nmの振動板を得た。 First, a (100) -oriented Si substrate was used for the main body substrate portion (base 20). Using a sputtering apparatus (L-210-FH (manufactured by ANELVA)) on a Si substrate, stabilized zirconia YSZ (Y 2 O 3 —ZrO 2 ) functioning as the diaphragm 15 and the buffer layer 19 is (100) oriented. A film was formed. The film forming conditions of the diaphragm 15 and the buffer layer 19 are as follows: the Si substrate is heated to 800 ° C., Ar and O 2 are used as the ionizing gas, the applied power between the substrate and the target is 60 W, and the pressure in the apparatus is 1 The epitaxial crystal was grown at 0.0 Pa. As a result, to obtain a diaphragm having a thickness of 200nm (100) first axis orientation.

次に、振動板15の形成法と同様に、振動板上にPt下部電極16を作製した。電極の製法としては、ターゲットとしてPtを用い、基板の温度600℃、イオン化するガスArを用い、振動板とターゲット間の印加電力は100W、装置内の圧力は0.5Paとした。この結果、エピタキシャル結晶成長した、(100)単結晶の膜厚400nmのPt膜を得た。   Next, similarly to the method of forming the diaphragm 15, the Pt lower electrode 16 was produced on the diaphragm. As an electrode manufacturing method, Pt was used as the target, the substrate temperature was 600 ° C., ionized gas Ar was used, the applied power between the diaphragm and the target was 100 W, and the pressure in the apparatus was 0.5 Pa. As a result, a Pt film having a thickness of 400 nm and a (100) single crystal was obtained by epitaxial crystal growth.

下部電極上に、上記スパッタリング装置を用い、圧電体17を作製した。圧電体17の作製方法は、酸化物PbO、ZnO、 Nb25、PbTiO3などを下記のターゲットの組成になるように調製した粉末をポットミルへ入れる。これに、直径15mmの磁性ボール50個程度を入れ、ミル上で300rpmの回転速度で回転させ粉砕混合を行った。更に、粉砕混合した粉末をペイントシェーカーの容器に直径1mmのガラスビーズ、分散液と一緒に入れて640rpmで十分に分散させた。次に、ガラスビーズを取り除き、分散液をエバポレーターで取り除くことにより、スパッタリングターゲット用粉末材料とした。<ターゲット組成1>
(Pbk、αlx(Znm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k+l=1、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.22、n=0.44、o=0.33、p=0
こうして作製したスパッタリングターゲット用粉末材料をスパッタリングターゲット用のステンレス皿に均一に隙間のないように充填しスパッタリング用ターゲットを準備し、振動板、電極の成膜と同様に、高温加熱スパッタを行った。基板の温度650℃、イオン化するガスAr及びO2を用い、電極とターゲット間の印加電力は100W、装置内の圧力は0.3Paとした。スパッタリング時間420minとして、正方晶と菱面体晶が混相した(100)配向した膜厚3000nmの単結晶の圧電体を得た。結晶相の確認はXRD及びTEMを用いて行った。
A piezoelectric body 17 was produced on the lower electrode using the sputtering apparatus. As a method for producing the piezoelectric body 17, powder prepared by preparing oxides PbO, ZnO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like so as to have the following target composition is put in a pot mill. About 50 magnetic balls having a diameter of 15 mm were put into this, and pulverized and mixed by rotating on a mill at a rotational speed of 300 rpm. Further, the pulverized and mixed powder was put together with glass beads having a diameter of 1 mm and a dispersion in a paint shaker container and sufficiently dispersed at 640 rpm. Next, the glass beads were removed, and the dispersion was removed with an evaporator to obtain a powder material for a sputtering target. <Target composition 1>
In (Pb k , α l ) x (Zn m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k + 1 = 1, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.22, n = 0.44, o = 0.33, p = 0
The sputtering target powder material thus prepared was uniformly filled in the sputtering target stainless steel pan so that there was no gap, and a sputtering target was prepared. High-temperature heat sputtering was performed in the same manner as the diaphragm and electrode film formation. The substrate temperature was 650 ° C., ionizing gases Ar and O 2 were used, the applied power between the electrode and the target was 100 W, and the pressure in the apparatus was 0.3 Pa. With a sputtering time of 420 min, a (100) -oriented single crystal piezoelectric body with a tetragonal crystal and rhombohedral crystal mixed phase was obtained. The crystal phase was confirmed using XRD and TEM.

上部電極18を下部電極の作製方法と同様の方法により作製した。ターゲットとしてPtを用い、基板の温度600℃、イオン化するガスArを用い、振動板とターゲット間の印加電力は100W、装置内の圧力は0.5Paとしてエピタキシャル結晶成長させ、単一高配向の膜厚400nmのPt膜を得た。   The upper electrode 18 was produced by the same method as the production method of the lower electrode. Pt is used as a target, substrate temperature is 600 ° C., ionizing gas Ar is used, the applied power between the diaphragm and the target is 100 W, and the pressure in the apparatus is 0.5 Pa. A 400 nm thick Pt film was obtained.

次に、Si基板を、振動板15が設けられた面と反対側の面からICPによるドライトエッチング法を行って個別液室13となる中央部を取り除き凹部を形成した。基板の温度は20℃、使用ガスはSF6、C48、高周波コイルの誘電はRFで1800W、装置内の圧力は4.0Paとした。吐出口11を備えたSi製のノズルプレート21をSi基板に、Si−Si接合法により貼り合わせ個別液室13を作製し、圧電体素子10が連なる液体吐出ヘッドMを作製した。各圧電体素子10の振動部の長さは5000μm、幅は100μmとした。
[実施例2]
圧電体作製において、酸化物PbO、MgO、 Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成2>
(Pbk、αlx(Mgm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.22、n=0.44、o=0.33、p=0
上記方法で得られた圧電体は、擬似立方晶、正方晶が混相した、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
Next, the Si substrate was subjected to a drite etching method using ICP from the surface opposite to the surface on which the diaphragm 15 was provided to remove the central portion serving as the individual liquid chamber 13 to form a recess. The substrate temperature was 20 ° C., the gases used were SF 6 and C 4 F 8 , the high-frequency coil dielectric was 1800 W in RF, and the pressure in the apparatus was 4.0 Pa. An individual liquid chamber 13 was fabricated by bonding an Si nozzle plate 21 having the ejection port 11 to an Si substrate by an Si-Si bonding method, and a liquid ejection head M in which the piezoelectric elements 10 were connected was fabricated. The length of the vibration part of each piezoelectric element 10 was 5000 μm, and the width was 100 μm.
[Example 2]
In the production of the piezoelectric body, a liquid discharge head was produced in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric body was produced using oxides PbO, MgO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the following target compositions. did.
<Target composition 2>
(Pb k , α l ) x (Mg m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.22, n = 0.44, o = 0.33, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a (100) -oriented single crystal piezoelectric body in which pseudo cubic crystals and tetragonal crystals were mixed.

[実施例3]
圧電体作製において、酸化物PbO、NiO、 Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成3>
(Pbk、αlx(Nim、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.20、n=0.40、o=0.40、p=0
上記方法で得られた圧電体は、擬似立方晶、正方晶が混相した、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
[Example 3]
In the production of the piezoelectric body, a liquid discharge head was produced in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric body was produced using oxides PbO, NiO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the following target compositions. did.
<Target composition 3>
(Pb k , α l ) x (Ni m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.20, n = 0.40, o = 0.40, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a (100) -oriented single crystal piezoelectric body in which pseudo cubic crystals and tetragonal crystals were mixed.

[実施例4]
圧電体作製において、酸化物PbO、Sc23、Ta25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成4>
(Pbk、αlx(Scm、Tan、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.275、n=0.275、o=0.45、p=0
上記方法で得られた圧電体は、擬似立方晶、正方晶が混相した、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
[Example 4]
In the production of the piezoelectric material, liquid ejection was performed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric material was produced using oxides PbO, Sc 2 O 3 , Ta 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the following target compositions. A head was produced.
<Target composition 4>
(Pb k, α l) x (Sc m, Ta n, Ti o, β p) in y O 3, 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.275, n = 0.275, o = 0.45, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a (100) -oriented single crystal piezoelectric body in which pseudo cubic crystals and tetragonal crystals were mixed.

[実施例5]
圧電体作製において、酸化物PbO、Sc23、Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成5>
(Pbk、αlx(Scm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.275、n=0.275、o=0.45、p=0
上記方法で得られた圧電体は、菱面体晶、正方晶が混相した、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
[Example 5]
In the production of the piezoelectric material, liquid ejection was performed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric material was produced using oxides PbO, Sc 2 O 3 , Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the following target compositions. A head was produced.
<Target composition 5>
(Pb k , α l ) x (Sc m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.275, n = 0.275, o = 0.45, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a (100) -oriented single crystal piezoelectric body in which rhombohedral and tetragonal crystals were mixed.

[実施例6]
圧電体作製において、酸化物PbO、Yb23、Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成6>
(Pbk、αlx(Ybm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.25、n=0.25、o=0.50、p=0
上記方法で得られた圧電体は、単斜晶、正方晶が混相した、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
[Example 6]
In the production of the piezoelectric material, liquid ejection was performed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric material was produced using oxides PbO, Yb 2 O 3 , Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the target composition as follows. A head was produced.
<Target composition 6>
(Pb k , α l ) x (Yb m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.25, n = 0.25, o = 0.50, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a (100) -oriented single crystal piezoelectric body in which monoclinic crystals and tetragonal crystals were mixed.

[実施例7]
圧電体作製において、酸化物PbO、In23、Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして、液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成7>
(Pbk、αlx(Inm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.32、n=0.32、o=0.37、p=0
上記方法で得られた圧電体は、擬似立方晶、正方晶が、(100)配向した単結晶の圧電体であった。
[Example 7]
In the production of the piezoelectric material, liquid ejection was performed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric material was produced using the oxide PbO, In 2 O 3 , Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the target composition as follows. A head was produced.
<Target composition 7>
In (Pb k , α l ) x (In m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.32, n = 0.32, o = 0.37, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a single crystal piezoelectric body in which pseudo cubic crystals and tetragonal crystals were (100) -oriented.

[比較例1]
圧電体作製において、酸化物PbO、MgO、 Nb25、PbTiO3などを用いてターゲット組成を以下のものとして圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして液体吐出ヘッドを作製した。
<ターゲット組成/比較1>
(Pbk、αlx(Mgm、Nbn、Tio、βpy3において、1≦x/y<1.2、k=1、l=0、m+n+o+p=1、m=0.20、n=0.40、o=0.10、p=0
上記方法で得られた圧電体は、擬似立方晶の単結晶であった。
[Comparative Example 1]
In the production of the piezoelectric body, a liquid discharge head was produced in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric body was produced using oxides PbO, MgO, Nb 2 O 5 , PbTiO 3 and the like with the following target compositions. .
<Target composition / Comparison 1>
(Pb k , α l ) x (Mg m , Nb n , Ti o , β p ) y O 3 , 1 ≦ x / y <1.2, k = 1, l = 0, m + n + o + p = 1, m = 0.20, n = 0.40, o = 0.10, p = 0
The piezoelectric body obtained by the above method was a pseudo cubic single crystal.

[比較例2]
圧電体作製において、酸化物PbO、ZrO3、PbTiO3などを用いてターゲット組成をPb110(Zr50、Ti50)O3として圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして液体吐出ヘッドを作製した。
[Comparative Example 2]
In the production of the piezoelectric material, liquid ejection was performed in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric material was produced using oxides PbO, ZrO 3 , PbTiO 3 and the like and the target composition as Pb 110 (Zr 50 , Ti 50 ) O 3. A head was produced.

上記方法で得られた圧電体は、正方晶の単結晶であった。   The piezoelectric body obtained by the above method was a tetragonal single crystal.

[比較例3]
圧電体作製において、ターゲットとしてPb110(Zr56、Ti44)O3の組成のセラミックスを用い、成膜を、室温で下部電極上にアモルファスの膜を形成した後、酸素雰囲気中、700℃で5時間の焼成で行った。作製した圧電体は<100>優先配向していた。その他は、実施例1と同様にして液体吐出ヘッドを作製した。得られた圧電体は菱面体晶の単結晶であった。
[Comparative Example 3]
In the production of the piezoelectric body, a ceramic having a composition of Pb 110 (Zr 56 , Ti 44 ) O 3 was used as a target, and an amorphous film was formed on the lower electrode at room temperature, and then in an oxygen atmosphere at 700 ° C. The baking was performed for 5 hours. The produced piezoelectric body was <100> preferentially oriented. Otherwise, a liquid discharge head was produced in the same manner as in Example 1. The obtained piezoelectric body was a rhombohedral single crystal.

また、上記各実施例及び比較例においては単結晶の例を示したが、成膜条件を変えて圧電膜の下層の膜、例えば、安定化ジルコニアYSZを一軸配向にすることで、<100>の一軸配向の圧電膜を得ることができる。   Further, in each of the above examples and comparative examples, an example of a single crystal has been shown, but by changing the film formation conditions, a film below the piezoelectric film, for example, stabilized zirconia YSZ is uniaxially oriented, so that <100> A uniaxially oriented piezoelectric film can be obtained.

[構造解析]
上述した、結晶相の状態について、構造解析の状態に確認方法について、実施例2を例に説明を行う。
[Structural analysis]
The method for confirming the state of the crystal phase described above in the state of structural analysis will be described with reference to Example 2.

実施例2で作製した単結晶ペロブスカイト型酸化物の結晶相の状態の確認の詳細を示す。   The details of confirmation of the state of the crystal phase of the single crystal perovskite oxide produced in Example 2 are shown.

この確認にはマクロな状態をX線回折で、ミクロ状態をTEMで解析を行った。図8に実施例2で作製した単結晶ペロブスカイト型酸化物材料のX線回折による逆格子空間マップを示す。図8において、左が対称面(200)、右が非対称面(204)の図である。これによると、a、b軸長が等しいことを表すピークと、a、b軸長が異なることを表すピークの2つが存在することから、正方晶と菱面体晶の2相が存在することが分かる。   For this confirmation, the macro state was analyzed by X-ray diffraction and the micro state was analyzed by TEM. FIG. 8 shows a reciprocal lattice space map by X-ray diffraction of the single crystal perovskite type oxide material produced in Example 2. In FIG. 8, the left side is a symmetric surface (200), and the right side is an asymmetric surface (204). According to this, there are two peaks, i.e., a peak indicating that the a and b axis lengths are equal, and a peak indicating that the a and b axis lengths are different. I understand.

同様にして、実施例1の圧電体素子は正方晶と菱面体晶を持つ圧電体を有することが確認できた。   Similarly, it was confirmed that the piezoelectric element of Example 1 had a piezoelectric body having tetragonal crystals and rhombohedral crystals.

比較として、比較例1と比較例3で作製した単結晶ペロブスカイト型酸化物の逆格子空間マップを図9、図10にそれぞれ示す。図9において、左が対称面(200)、右が非対称面(204)の図である。これによると、a、b軸長が等しいことを表すピークのみが存在することから、菱面体晶の単相で存在することが分かる。また、図10の比較例3では、同様に、左が対称面(200)、右が非対称面(204)の図であるが、こちらもa、b軸長が異なることを表すピークのみが存在することから、正方晶の単相で存在することが分かる。同様にして、比較例2の圧電体素子はPZT系正方晶の単相からなることが確認できた。   For comparison, FIGS. 9 and 10 show reciprocal lattice space maps of the single crystal perovskite oxides produced in Comparative Example 1 and Comparative Example 3, respectively. In FIG. 9, the left side is a symmetric surface (200), and the right side is an asymmetric surface (204). According to this, it can be seen that only a peak indicating that the a-axis and b-axis lengths are equal exists, so that it exists in a rhombohedral single phase. Further, in Comparative Example 3 of FIG. 10, similarly, the left is a symmetric plane (200) and the right is an asymmetric plane (204), but there are also only peaks indicating that the a and b axis lengths are different. From this, it can be seen that it exists in a tetragonal single phase. Similarly, it was confirmed that the piezoelectric element of Comparative Example 2 was composed of a single phase of PZT tetragonal crystal.

また、ミクロ状態の評価として、図11に実施例2で作製した単結晶ペロブスカイト型酸化物のTEM像を示す。これによると、基板界面と約45°の角度をなす帯状コントラストが見られた。そこで、帯状コントラスト内の微小部電子線回折を行った。この結果を図12に示す。図12より、成長方向に垂直方向に伸びているようなスポット、あるいは複数のスポットが見られた。この結果、異なる面間隔のドメインが存在していることが分かる。つまり、複数の結晶相がビームスポット径50nmという微小領域内に存在していることを示している。   As an evaluation of the micro state, FIG. 11 shows a TEM image of the single crystal perovskite oxide produced in Example 2. According to this, a band-like contrast forming an angle of about 45 ° with the substrate interface was observed. Therefore, microscopic electron diffraction was performed within the band-like contrast. The result is shown in FIG. From FIG. 12, a spot or a plurality of spots extending in the direction perpendicular to the growth direction was observed. As a result, it can be seen that there are domains having different face spacings. That is, it shows that a plurality of crystal phases exist in a minute region having a beam spot diameter of 50 nm.

[評価]
[圧電体の変位量]
得られた液体吐出ヘッドについて、印可電圧20V、10kHzで電圧を印加したときの圧電体素子の変位量をレーザードップラー変位計により測定した。結果を表1に示す。
[Evaluation]
[Piezoelectric displacement]
About the obtained liquid discharge head, the displacement amount of the piezoelectric element when a voltage was applied with an applied voltage of 20 V and 10 kHz was measured with a laser Doppler displacement meter. The results are shown in Table 1.

結果より、実施例1〜7の圧電体素子の変位量は、比較例1〜3のそれと比較して、著しく大きいことが分かる。   From the results, it can be seen that the displacement amounts of the piezoelectric elements of Examples 1 to 7 are significantly larger than those of Comparative Examples 1 to 3.

[液体吐出ヘッドにおける着弾精度]
液滴の着弾精度は、粘度10cpsのインクを用い、印可電圧20V、10kHzで電圧を印加したときの記録媒体上の液滴ドットのヨレ計測を着弾精度測定機を用いて測定した測定値に基づき評価した。評価手法は、特定のパターンを5回計測を行い、各計測位置における3σの最悪値からヨレ計測精度(Xヨレ精度(μm)、Yヨレ精度(μm))を求めた。0.1μm未満を◎、0.1μm以上0.2μm未満を○、0.2μm以上0.3μm未満を△、0.3以上を×とした。結果を表2に示す。
[Accuracy of landing in liquid discharge head]
The droplet landing accuracy is based on a measurement value obtained by measuring the deflection of the droplet dot on the recording medium when an ink having a viscosity of 10 cps is applied and a voltage is applied at an applied voltage of 20 V and 10 kHz, using a landing accuracy measuring machine. evaluated. In the evaluation method, a specific pattern was measured five times, and the deflection measurement accuracy (X deflection accuracy (μm), Y deflection accuracy (μm)) was obtained from the worst value of 3σ at each measurement position. Less than 0.1 μm was rated as “◎”, 0.1 μm or more and less than 0.2 μm as ◯, 0.2 μm or more and less than 0.3 μm as Δ, and 0.3 or more as x. The results are shown in Table 2.

結果より、実施例の液体吐出ヘッドにおいて着弾精度は、ヨレ計測精度が0.1未満であったのに対し、比較例1では着弾精度は、ヨレ計測精度が0.1μm以上0.2μm未満あり、比較例2、3では着弾精度は、0.2um以上0.3um未満であった。この結果により、本実施態様の液体吐出ヘッドは、安定性及び信頼性が高いことが分かった。   As a result, in the liquid ejection head of the example, the landing accuracy of the deflection measurement accuracy was less than 0.1, whereas in Comparative Example 1, the landing accuracy of the deflection measurement accuracy was 0.1 μm or more and less than 0.2 μm. In Comparative Examples 2 and 3, the landing accuracy was 0.2 μm or more and less than 0.3 μm. From this result, it was found that the liquid discharge head of this embodiment has high stability and reliability.

上述のような形態をとることで、圧電特性が高く、薄膜であっても強度を有し、密着度が高く、優れた耐久性を有し、安定した圧電特性を有する圧電体素子や、安定した比誘電率を有するコンデンサーに用いられる、ペロブスカイト型酸化物を得ることができる。   By adopting the form as described above, piezoelectric characteristics are high, and even a thin film has strength, high adhesion, excellent durability, and stable piezoelectric characteristics. A perovskite type oxide used for a capacitor having a specific dielectric constant can be obtained.

また、薄膜で優れた圧電特性を示すため、素子を小型化した場合においても圧電特性を得られるので、高密度配置が可能となる。   In addition, since the thin film exhibits excellent piezoelectric characteristics, the piezoelectric characteristics can be obtained even when the element is downsized, so that high-density arrangement is possible.

しかも、エピタキシャル成膜プロセスを用いて、容易に、大面積のペロブスカイト型酸化物を低コストで製造することができ、MEMSのデバイス等にも利用することができる。   In addition, a perovskite oxide having a large area can be easily manufactured at low cost by using an epitaxial film forming process, and can be used for a MEMS device or the like.

更に、エピタキシャル成膜プロセスを用いて、容易に製造することができ、薄膜に形成したとき、膜強度が高く、電極成分との密着性が高いため、これを用いた圧電体素子において安定した圧電特性を有し、優れた耐久性を有することができる。このような圧電体素子を用いることで、高密度な液体吐出ヘッドを形成することも可能となる。また、圧電特性がよく、耐久性もあるため、吐出安定性、着弾精度が高く、良品質な液体吐出装置を得ることができる。   Furthermore, it can be easily manufactured by using an epitaxial film formation process, and when formed into a thin film, the film strength is high and the adhesiveness with the electrode component is high. And can have excellent durability. By using such a piezoelectric element, it is possible to form a high-density liquid discharge head. In addition, since the piezoelectric characteristics are good and the durability is high, it is possible to obtain a liquid ejection apparatus of high quality with high ejection stability and landing accuracy.

本発明の圧電体素子の一例を示す部分断面斜視図を示す図である。It is a figure which shows the partial cross section perspective view which shows an example of the piezoelectric material element of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例の要部の模式図を示す図である。It is a figure which shows the schematic diagram of the principal part of an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例の部分平面図を示す図である。It is a figure which shows the fragmentary top view of an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例の部分平面図を示す図である。It is a figure which shows the fragmentary top view of an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例の外観斜視図を示す図である。It is a figure which shows the external appearance perspective view of an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出装置の一例の外観の概略図を示す図である。It is a figure which shows the schematic of the external appearance of an example of the liquid discharge apparatus of this invention. 本発明の液体吐出装置の一例の内部の動作機構部の概略図を示す図である。It is a figure which shows the schematic of the internal operation | movement mechanism part of an example of the liquid discharge apparatus of this invention. 実施例2で作製したペロブスカイト型酸化物のX線回折による逆格子空間マップを示す図である。4 is a diagram showing a reciprocal lattice space map by X-ray diffraction of a perovskite oxide produced in Example 2. FIG. 比較例1で作製したペロブスカイト型酸化物のX線回折による逆格子空間マップを示す図である。6 is a diagram showing a reciprocal lattice space map by X-ray diffraction of a perovskite oxide produced in Comparative Example 1. FIG. 比較例1で作製したペロブスカイト型酸化物のX線回折による逆格子空間マップを示す図である。6 is a diagram showing a reciprocal lattice space map by X-ray diffraction of a perovskite oxide produced in Comparative Example 1. FIG. 実施例2で作製したペロブスカイト型酸化物のTEM像を示す図である。4 is a diagram showing a TEM image of a perovskite oxide produced in Example 2. FIG. 実施例2で作製したペロブスカイト型酸化物のTEM像において帯状コントラストが見られた部分の微小部電子線回折像を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a microscopic electron diffraction pattern of a portion where a band-like contrast was observed in a TEM image of the perovskite oxide produced in Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

10 圧電体素子
11、11' 吐出口
12 連通孔
13 個別液室
14 共通液室
15 振動板
16 下部電極
17 圧電体層
18 上部電極
19 バッファ層
20 基体
21 ノズルプレート
81 インクジェット記録装置(液体吐出装置)
M インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric element 11, 11 'Ejection port 12 Communication hole 13 Individual liquid chamber 14 Common liquid chamber 15 Diaphragm 16 Lower electrode 17 Piezoelectric layer 18 Upper electrode 19 Buffer layer 20 Base 21 Nozzle plate 81 Inkjet recording apparatus (liquid ejection apparatus) )
M Inkjet head (liquid ejection head)

Claims (12)

単結晶構造または一軸配向結晶構造のABO3で表されるペロブスカイト型酸化物であって、
Aサイトの主成分Pbであり、Bサイトが、Zn、Mg、Nb、Sc、In、Yb、Ni、TaおよびTiから選ばれる少なくとも3つの元素を含み、
正方晶、菱面体晶、斜方晶、立方晶、擬似立方晶及び単斜晶から選ばれる複数の結晶相を有し、該複数の結晶相が<100>配向していることを特徴とするペロブスカイト型酸化物。
A perovskite oxide represented by ABO 3 having a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure,
The main component of the A site is Pb , and the B site contains at least three elements selected from Zn, Mg, Nb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, and Ti ,
It has a plurality of crystal phases selected from tetragonal, rhombohedral, orthorhombic, cubic, pseudocubic and monoclinic, and the plurality of crystal phases are <100> oriented. Perovskite oxide.
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Zn(Zn mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.2<m<0.4、0.5<n<0.7、0.05<o<0.2、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Ni、Ta、Co、W、Fe、Sn、またはMgのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + l = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.2 <m <0.4, 0. 5 <n <0.7, 0.05 <o <0.2, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any element of Pb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, Sn, or Mg.) The perovskite type according to claim 1 Oxide.
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Mg(Mg mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.3、0.3<n<0.5、0.2<o<0.4、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Ni、Ta、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.3, 0. 3 <n <0.5, 0.2 <o <0.4, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim 1 .
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Ni(Ni mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.3、0.3<n<0.5、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Yb、Mg、Ta、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.3, 0. 3 <n <0.5, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Sc, In, Yb, Mg, Ta, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim 1 .
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Sc(Sc mm 、Ta, Ta nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Nb、In、Yb、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0. 1 <n <0.4, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Nb, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim 1 .
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Sc(Sc mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.3<o<0.5、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Ta、In、Yb、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0. 1 <n <0.4, 0.3 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Ta, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim .
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (Yb(Yb mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.1<m<0.4、0.1<n<0.4、0.4<o<0.6、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、In、Ta、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + 1 = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.1 <m <0.4, 0. 1 <n <0.4, 0.4 <o <0.6, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Sc, In, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim 1 .
(Pb(Pb kk 、α, Α ll ) xx (In(In mm 、Nb, Nb nn 、Ti, Ti oo 、β, Β pp ) yy O 3Three
(式中、1≦x/y<1.5、k+l=1、0.7≦k≦1、0≦l≦0.3、m+n+o+p=1、0.2<m<0.4、0.2<n<0.4、0.2<o<0.5、0≦p<0.3を満たし、且つαがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、またはSbのいずれかの元素を示し、βがPb、Sc、Yb、Ta、Mg、Ni、Co、W、Fe、またはSnのいずれかの元素を示す。)で表されることを特徴とする請求項1記載のペロブスカイト型酸化物。(Wherein 1 ≦ x / y <1.5, k + l = 1, 0.7 ≦ k ≦ 1, 0 ≦ l ≦ 0.3, m + n + o + p = 1, 0.2 <m <0.4, 0. 2 <n <0.4, 0.2 <o <0.5, 0 ≦ p <0.3, and α represents any element of La, Ca, Ba, Sr, Bi, or Sb , Β represents any one element of Pb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, or Sn.) The perovskite oxide according to claim 1 .
膜厚が1μm以上10μm以下の膜状のものであることを特徴とする請求項1から8のいずれか記載のペロブスカイト型酸化物。The perovskite oxide according to any one of claims 1 to 8, wherein the perovskite oxide has a film thickness of 1 µm to 10 µm. 請求項1から9のいずれか記載のペロブスカイト型酸化物を含む圧電体層と、該圧電体層に接する1対の電極とを有することを特徴とする圧電体素子。10. A piezoelectric element comprising: a piezoelectric layer containing the perovskite oxide according to claim 1; and a pair of electrodes in contact with the piezoelectric layer. 吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子とを有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体素子として請求項10に記載の圧電体素子を用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。A liquid discharge head having an individual liquid chamber communicating with the discharge port and a piezoelectric element provided corresponding to the individual liquid chamber, and discharging the liquid in the individual liquid chamber from the discharge port; A liquid discharge head using the piezoelectric element according to claim 10 as the piezoelectric element. 請求項11に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。A liquid discharge apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 11.
JP2006227005A 2005-08-23 2006-08-23 Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus Active JP4953351B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006227005A JP4953351B2 (en) 2005-08-23 2006-08-23 Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005241385 2005-08-23
JP2005241431 2005-08-23
JP2005241431 2005-08-23
JP2005241385 2005-08-23
JP2006227005A JP4953351B2 (en) 2005-08-23 2006-08-23 Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2007084424A JP2007084424A (en) 2007-04-05
JP2007084424A5 JP2007084424A5 (en) 2009-10-01
JP4953351B2 true JP4953351B2 (en) 2012-06-13

Family

ID=37971802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006227005A Active JP4953351B2 (en) 2005-08-23 2006-08-23 Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4953351B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7918542B2 (en) 2006-09-15 2011-04-05 Fujifilm Corporation Perovskite oxide, process for producing the perovskite oxide, piezoelectric body, piezoelectric device, and liquid discharge device
JP5290551B2 (en) * 2006-09-15 2013-09-18 富士フイルム株式会社 Perovskite oxide and method for producing the same, piezoelectric body, piezoelectric element, and liquid ejection device
JP4775772B2 (en) * 2008-04-01 2011-09-21 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric material and piezoelectric element
EP2328193B1 (en) * 2009-11-30 2015-03-11 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric ceramic, method for making the same, piezoelectric element, liquid discharge head, and ultrasonic motor
JP6205703B2 (en) * 2012-10-24 2017-10-04 セイコーエプソン株式会社 Actuator, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP6721856B2 (en) * 2015-08-07 2020-07-15 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element manufacturing method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100622B2 (en) * 1989-07-28 1995-11-01 太陽誘電株式会社 Dielectric porcelain composition
JP4516166B2 (en) * 1999-09-07 2010-08-04 セイコーエプソン株式会社 Method for manufacturing ink jet recording head
JP3750446B2 (en) * 1999-11-15 2006-03-01 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric film and method of manufacturing the same
JP4521751B2 (en) * 2003-03-26 2010-08-11 国立大学法人東京工業大学 Lead zirconate titanate-based film, dielectric element, and method for manufacturing dielectric film

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007084424A (en) 2007-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8142678B2 (en) Perovskite type oxide material, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the same, and method of producing perovskite type oxide material
JP5041765B2 (en) Epitaxial oxide film, piezoelectric film, piezoelectric film element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using piezoelectric film element
KR100923591B1 (en) Piezoelectric substance element, piezoelectric substance film manufacturing method, liquid discharge head and liquid discharge apparatus
JP5300184B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the piezoelectric element
US8137461B2 (en) Piezoelectric substrate, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus
US7521845B2 (en) Piezoelectric substance, piezoelectric element, liquid discharge head using piezoelectric element, and liquid discharge apparatus
JP5546105B2 (en) Perovskite oxide and method for manufacturing the same, piezoelectric film, piezoelectric element, and liquid ejection device
JP4293312B2 (en) Dielectric element, piezoelectric element, ink jet head, ink jet recording apparatus, and manufacturing method thereof
JP5127268B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the piezoelectric element
US7528530B2 (en) Piezoelectric substance, piezoelectric substance element, liquid discharge head, liquid discharge device and method for producing piezoelectric substance
JP5241087B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head using the piezoelectric element, liquid discharge apparatus, and method for manufacturing the piezoelectric element
JP5241086B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid ejection head and liquid ejection apparatus using the piezoelectric element
JP2005244133A (en) Dielectric element, piezoelectric element, inkjet head, inkjet recording apparatus, and method of manufacturing the same
JP5311775B2 (en) Piezoelectric element, inkjet head, and method of manufacturing piezoelectric element
JP6547418B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, hard disk drive, and ink jet printer
JP4953351B2 (en) Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus
JP2004249729A (en) Piezoelectric element
JP2007112069A (en) Liquid discharge head
JP5121186B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus
JP5448320B2 (en) Piezoelectric actuator and liquid discharge head using the same
WO2016103514A1 (en) Piezoelectric material and method for producing same, piezoelectric element, and device using piezoelectric element
JP5131674B2 (en) Piezoelectric body and manufacturing method thereof, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the same
JP2007088445A (en) Piezoelectric, piezoelectric element, liquid ejection head, liquid ejector and process for producing piezoelectric
JP2008042190A (en) Method of manufacturing piezoelectric body, piezoelectric element, and liquid discharge head
WO2016103515A1 (en) Method for producing piezoelectric material, piezoelectric element using piezoelectric material produced using same, and device using piezoelectric element

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20090209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090812

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090812

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110330

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110526

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120306

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120309

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4953351

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150323

Year of fee payment: 3