JP2000094681A - 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタおよび圧電体素子の製造方法 - Google Patents
圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタおよび圧電体素子の製造方法Info
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- JP2000094681A JP2000094681A JP26606098A JP26606098A JP2000094681A JP 2000094681 A JP2000094681 A JP 2000094681A JP 26606098 A JP26606098 A JP 26606098A JP 26606098 A JP26606098 A JP 26606098A JP 2000094681 A JP2000094681 A JP 2000094681A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電特性を劣化させずに設置面との密着性を
向上させることのできる圧電体素子を提供する。 【解決手段】 上部電極(45)と下部電極(42)に挟まれた
圧電体層(44)を備える圧電体素子(40)である。特に、下
部電極(42)と密着層(41)に拡散防止性金属（鉛など）を
含有させておく点に特徴がある。拡散防止性金属である
鉛が密着層の構成金属であるチタンの拡散を阻止する。
向上させることのできる圧電体素子を提供する。 【解決手段】 上部電極(45)と下部電極(42)に挟まれた
圧電体層(44)を備える圧電体素子(40)である。特に、下
部電極(42)と密着層(41)に拡散防止性金属（鉛など）を
含有させておく点に特徴がある。拡散防止性金属である
鉛が密着層の構成金属であるチタンの拡散を阻止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換機能
を備える圧電体素子に係り、特に、熱により拡散しやす
いといわれるチタンなどの密着層の拡散を防止可能な組
成の圧電体素子およびその応用製品並びに製法に関す
る。
を備える圧電体素子に係り、特に、熱により拡散しやす
いといわれるチタンなどの密着層の拡散を防止可能な組
成の圧電体素子およびその応用製品並びに製法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】圧電体素子は今日電子素子からインクジ
ェット式記録ヘッドに至るまで様々な応用分野を持って
いる。この圧電体素子は電界を印加することで体積変化
を生じたり、圧力を加えることで電圧変化を生じたりす
る電気機械変換作用を生じるように構成されている。ペ
ロブスカイト（perovskite）結晶構造を有する圧電性セ
ラミックスはこの作用を顕著に示すものが多いため、圧
電体素子の材料に用いられている。圧電体素子の基本的
な層構造は、導電性を有する下部電極と上部電極との間
に上記の圧電性セラミックスの結晶からなる圧電体層を
挟持したものである。このような層構造の圧電体素子は
駆動対象となる設置面に設置される。例えば、インクジ
ェット式記録ヘッドであればインクを吐出するために変
形可能に構成された振動板上に圧電体素子が設置され
る。
ェット式記録ヘッドに至るまで様々な応用分野を持って
いる。この圧電体素子は電界を印加することで体積変化
を生じたり、圧力を加えることで電圧変化を生じたりす
る電気機械変換作用を生じるように構成されている。ペ
ロブスカイト（perovskite）結晶構造を有する圧電性セ
ラミックスはこの作用を顕著に示すものが多いため、圧
電体素子の材料に用いられている。圧電体素子の基本的
な層構造は、導電性を有する下部電極と上部電極との間
に上記の圧電性セラミックスの結晶からなる圧電体層を
挟持したものである。このような層構造の圧電体素子は
駆動対象となる設置面に設置される。例えば、インクジ
ェット式記録ヘッドであればインクを吐出するために変
形可能に構成された振動板上に圧電体素子が設置され
る。
【０００３】従来、金属である下部電極と設置面との密
着性が悪い場合の改善方法として、チタンなど、下部電
極を構成する金属に対しても設置面に対しても密着性の
よい金属材料を主成分とする密着層を下部電極と設置面
との間に設ける方法が採用されてきた。
着性が悪い場合の改善方法として、チタンなど、下部電
極を構成する金属に対しても設置面に対しても密着性の
よい金属材料を主成分とする密着層を下部電極と設置面
との間に設ける方法が採用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところがチタンは、熱
によって非常に拡散しやすいという欠点があることが幾
つかの文献から明らであった。例えば、ベル研究所のT.
C. Tisone等による論文、"Diffusion In Thin Film Ti
-Au, Ti-Pd, and Ti-Pt Couples"（The Journalof Vacu
um Science and Technology Vol. 9, No. 1）には、チ
タンの拡散についての研究が記載されている。ＬＧ電子
研究センターのSung-Tae Kim等による論文、"Study on
Microstructures and Interdiffusion Behavior In Pt/
Ti/SiO2/Siand Pb(Zr,Ti)O3/Pt/Ti/SiO2/Si Multilayer
Systems"（Jpn. J. Appl. Phys.Vol. 34(1995)pp.4945
-4949）では、熱処理温度とチタンの拡散の関係につい
て言及がされている。物理素材技術国立研究所のF. Vas
iliu等による論文、"Phasecoexistence at MPB In PZT
thin films prepared by sol-gel processing"（Key En
gineering Materials Vols.132-136(1997)pp.1131-113
4）では、拡散したチタンの存在による結晶化への影響
について述べられている。密着層を使用した従来品の圧
電体素子では、チタンなどの金属材料が圧電体層形成時
の熱処理によって圧電体層中に拡散してしまっていたの
で、圧電体素子の圧電特性が低下する場合が多かった。
これはチタンが圧電体層中に混入することによって化学
量論比がくずれたり、下部電極と圧電体層の界面に低誘
電率層が発生したりするためであると考えられる。
によって非常に拡散しやすいという欠点があることが幾
つかの文献から明らであった。例えば、ベル研究所のT.
C. Tisone等による論文、"Diffusion In Thin Film Ti
-Au, Ti-Pd, and Ti-Pt Couples"（The Journalof Vacu
um Science and Technology Vol. 9, No. 1）には、チ
タンの拡散についての研究が記載されている。ＬＧ電子
研究センターのSung-Tae Kim等による論文、"Study on
Microstructures and Interdiffusion Behavior In Pt/
Ti/SiO2/Siand Pb(Zr,Ti)O3/Pt/Ti/SiO2/Si Multilayer
Systems"（Jpn. J. Appl. Phys.Vol. 34(1995)pp.4945
-4949）では、熱処理温度とチタンの拡散の関係につい
て言及がされている。物理素材技術国立研究所のF. Vas
iliu等による論文、"Phasecoexistence at MPB In PZT
thin films prepared by sol-gel processing"（Key En
gineering Materials Vols.132-136(1997)pp.1131-113
4）では、拡散したチタンの存在による結晶化への影響
について述べられている。密着層を使用した従来品の圧
電体素子では、チタンなどの金属材料が圧電体層形成時
の熱処理によって圧電体層中に拡散してしまっていたの
で、圧電体素子の圧電特性が低下する場合が多かった。
これはチタンが圧電体層中に混入することによって化学
量論比がくずれたり、下部電極と圧電体層の界面に低誘
電率層が発生したりするためであると考えられる。
【０００５】しかしながら、上記各文献には、圧電体層
の好適な結晶化を推進しながら、チタンの拡散を防止す
る工業上有効な圧電体素子の製造方法について言及され
ていなかった。上記ベル研究所の論文には、Ｔｉ3Ｐｂ
によりチタンの拡散が防止できた旨の記載があるが、こ
の化合物を使用して薄膜を製造することは容易でないと
考えられる。
の好適な結晶化を推進しながら、チタンの拡散を防止す
る工業上有効な圧電体素子の製造方法について言及され
ていなかった。上記ベル研究所の論文には、Ｔｉ3Ｐｂ
によりチタンの拡散が防止できた旨の記載があるが、こ
の化合物を使用して薄膜を製造することは容易でないと
考えられる。
【０００６】そこで、上記問題点に鑑み実験したとこ
ろ、本願発明者は、密着層の拡散防止に有効な組成条件
と製造方法について想到した。
ろ、本願発明者は、密着層の拡散防止に有効な組成条件
と製造方法について想到した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の第１
の課題は、圧電特性を劣化させずに設置面との密着性を
向上させることのできる圧電体素子、それを用いたイン
クジェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供すること
である。
の課題は、圧電特性を劣化させずに設置面との密着性を
向上させることのできる圧電体素子、それを用いたイン
クジェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供すること
である。
【０００８】本発明の第２の課題は、圧電特性を劣化さ
せずに設置面との密着性を維持可能な層構造を有する圧
電体素子の製造方法を提供することである。
せずに設置面との密着性を維持可能な層構造を有する圧
電体素子の製造方法を提供することである。
【０００９】上記第1の課題を解決する発明は、上部電
極と下部電極に挟まれた圧電体層を備える圧電体素子に
おいて、下部電極と当該圧電体素子の設置面との間に密
着性金属で形成される密着層を備え、下部電極および密
着層は、拡散防止性金属を含んで構成されていることを
特徴とする圧電体素子である。
極と下部電極に挟まれた圧電体層を備える圧電体素子に
おいて、下部電極と当該圧電体素子の設置面との間に密
着性金属で形成される密着層を備え、下部電極および密
着層は、拡散防止性金属を含んで構成されていることを
特徴とする圧電体素子である。
【００１０】例えば上記密着層４１は、最大厚みに対す
る最大厚みと最小厚みの差の割合が９０％以下の均一な
厚みに形成されている。具体的に上記下部電極および密
着層における拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ
％乃至１０ａｔ％の範囲にある。
る最大厚みと最小厚みの差の割合が９０％以下の均一な
厚みに形成されている。具体的に上記下部電極および密
着層における拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ
％乃至１０ａｔ％の範囲にある。
【００１１】例えば上記密着性金属は、チタン、クロム
またはチタン若しくはクロムの酸化物のうちいずれか１
つである。また上記拡散防止性金属は、鉛、ランタン、
ストロンチウム、タンタル、タングステンまたはニオブ
のうちいずれか１つである。少なくとも鉛に関しては、
十分な拡散防止効果が実験で証明されており、他の元素
についても原子量や原子構造から同等の効果があがるも
のと考えられる。
またはチタン若しくはクロムの酸化物のうちいずれか１
つである。また上記拡散防止性金属は、鉛、ランタン、
ストロンチウム、タンタル、タングステンまたはニオブ
のうちいずれか１つである。少なくとも鉛に関しては、
十分な拡散防止効果が実験で証明されており、他の元素
についても原子量や原子構造から同等の効果があがるも
のと考えられる。
【００１２】本発明は、本発明の上記圧電体素子を、イ
ンクを充填する加圧室の少なくとも一方の面を形成する
振動板に配置して構成されたことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドである。
ンクを充填する加圧室の少なくとも一方の面を形成する
振動板に配置して構成されたことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドである。
【００１３】さらに本発明は、上記インクジェット式記
録ヘッドをインク吐出手段として備えたことを特徴とす
るプリンタである。
録ヘッドをインク吐出手段として備えたことを特徴とす
るプリンタである。
【００１４】本発明の第２の課題を解決する発明は、上
部電極と下部電極に挟まれた圧電体層を備える圧電体素
子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属（チタンや
クロム等）により密着層を形成する工程と、 ２）密着層上に下部電極を形成する工程と、 ３）下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物（酸化
鉛、酢酸鉛など）を塗布する工程と、 ４）拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に圧電体層を
形成しながら当該圧電体層の焼成を行うことにより、拡
散防止性金属を下部金属および密着層にまで拡散させる
工程と、を備えたことを特徴とする圧電体素子の製造方
法である。
部電極と下部電極に挟まれた圧電体層を備える圧電体素
子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属（チタンや
クロム等）により密着層を形成する工程と、 ２）密着層上に下部電極を形成する工程と、 ３）下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物（酸化
鉛、酢酸鉛など）を塗布する工程と、 ４）拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に圧電体層を
形成しながら当該圧電体層の焼成を行うことにより、拡
散防止性金属を下部金属および密着層にまで拡散させる
工程と、を備えたことを特徴とする圧電体素子の製造方
法である。
【００１５】また本発明は、上部電極と下部電極に挟ま
れた圧電体層を備える圧電体素子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着
層を形成する工程と、 ２）密着層上に下部電極を形成する工程と、 ３）下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物を塗布
する工程と、 ４）拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に加熱するこ
とにより、拡散防止性金属を下部金属および密着層にま
で拡散させる工程と、 ５）下部電極上に圧電体層を形成する工程と、を備えた
ことを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
れた圧電体層を備える圧電体素子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着
層を形成する工程と、 ２）密着層上に下部電極を形成する工程と、 ３）下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物を塗布
する工程と、 ４）拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に加熱するこ
とにより、拡散防止性金属を下部金属および密着層にま
で拡散させる工程と、 ５）下部電極上に圧電体層を形成する工程と、を備えた
ことを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１６】ここで上記拡散防止性金属の化合物とし
て、酸化鉛または酢酸鉛のうちいずれかを使用する。
て、酸化鉛または酢酸鉛のうちいずれかを使用する。
【００１７】また本発明は、上部電極と下部電極に挟ま
れた圧電体層を備える圧電体素子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着
層を形成する工程と、 ２）密着層上に拡散性防止性金属を含む化合物（Ｐｂ、
ＰｂＯなど）を添加しながら下部電極を形成する工程
と、 ３）下部電極上に圧電体層を形成する工程と、を備えた
ことを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
れた圧電体層を備える圧電体素子の製造方法において、 １）当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着
層を形成する工程と、 ２）密着層上に拡散性防止性金属を含む化合物（Ｐｂ、
ＰｂＯなど）を添加しながら下部電極を形成する工程
と、 ３）下部電極上に圧電体層を形成する工程と、を備えた
ことを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１８】ここで上記拡散防止性金属の化合物とし
て、鉛または酸化鉛のうちいずれかを使用する。
て、鉛または酸化鉛のうちいずれかを使用する。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、図面
を参照しながら説明する。本実施形態は、チタンなどの
拡散が防止された圧電体素子、それを利用したインクジ
ェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。まず、圧
電体素子の構造を説明し、次いで圧電体素子が適用され
るインクジェット式記録ヘッドやプリンタの構造を説明
する。 （圧電体素子の構造）図１は本実施の形態に係わる圧電
体素子を設置面上に形成した場合の層構造を説明する断
面図である。図１に示すように、本実施形態の圧電体素
子４０は、設置面上に、密着層４１、下部電極４２、圧
電体層４３および上部電極４４が順に積層されて構成さ
れている。設置面は特に限定事項は無いが、本実施形態
ではインクジェット式記録ヘッドの振動板（酸化珪素）
に相当する。
を参照しながら説明する。本実施形態は、チタンなどの
拡散が防止された圧電体素子、それを利用したインクジ
ェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。まず、圧
電体素子の構造を説明し、次いで圧電体素子が適用され
るインクジェット式記録ヘッドやプリンタの構造を説明
する。 （圧電体素子の構造）図１は本実施の形態に係わる圧電
体素子を設置面上に形成した場合の層構造を説明する断
面図である。図１に示すように、本実施形態の圧電体素
子４０は、設置面上に、密着層４１、下部電極４２、圧
電体層４３および上部電極４４が順に積層されて構成さ
れている。設置面は特に限定事項は無いが、本実施形態
ではインクジェット式記録ヘッドの振動板（酸化珪素）
に相当する。
【００２０】密着層４１は、本発明の圧電体素子の製造
方法を経て製造されるもので、密着性金属に拡散防止性
金属を含有して形成されている。密着性金属とは、下部
電極に対しても酸化珪素の振動板に対しても密着性のよ
い金属で、例えばチタン、クロムまたはチタン若しくは
クロムの酸化物のうちいずれか１つである。拡散防止性
金属とはチタンの拡散を防止する役割を担う金属をい
い、鉛、ランタン、ストロンチウム、タンタル、タング
ステンまたはニオブのうちいずれか１つである。密着層
４１における拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ
％乃至１０ａｔ％の範囲にある。この範囲より少ないと
拡散防止効果が少なく、この範囲より多いと密着力が低
下するおそれがあるからである。密着層中に拡散防止性
金属が存在するために、下部電極４２の粒界に沿って密
着性金属が拡散することを防止することができる。密着
性金属の拡散が防止されるので、密着層は、最大厚みに
対する最大厚みと最小厚みの差の割合が９０％以下の均
一な厚みに形成される。そして例えば密着層４１の厚み
は、５ｎｍ以上で５０ｎｍ以下になるように調整され
る。この範囲より薄いと密着層としての密着性が弱くな
り、この範囲より厚いとより多くの拡散防止性金属が必
要となり、拡散防止性金属自体が圧電体膜４３に拡散し
て化学量論比通りの圧電体層が形成されなくなるという
弊害を生ずるからである。
方法を経て製造されるもので、密着性金属に拡散防止性
金属を含有して形成されている。密着性金属とは、下部
電極に対しても酸化珪素の振動板に対しても密着性のよ
い金属で、例えばチタン、クロムまたはチタン若しくは
クロムの酸化物のうちいずれか１つである。拡散防止性
金属とはチタンの拡散を防止する役割を担う金属をい
い、鉛、ランタン、ストロンチウム、タンタル、タング
ステンまたはニオブのうちいずれか１つである。密着層
４１における拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ
％乃至１０ａｔ％の範囲にある。この範囲より少ないと
拡散防止効果が少なく、この範囲より多いと密着力が低
下するおそれがあるからである。密着層中に拡散防止性
金属が存在するために、下部電極４２の粒界に沿って密
着性金属が拡散することを防止することができる。密着
性金属の拡散が防止されるので、密着層は、最大厚みに
対する最大厚みと最小厚みの差の割合が９０％以下の均
一な厚みに形成される。そして例えば密着層４１の厚み
は、５ｎｍ以上で５０ｎｍ以下になるように調整され
る。この範囲より薄いと密着層としての密着性が弱くな
り、この範囲より厚いとより多くの拡散防止性金属が必
要となり、拡散防止性金属自体が圧電体膜４３に拡散し
て化学量論比通りの圧電体層が形成されなくなるという
弊害を生ずるからである。
【００２１】下部電極４２は、圧電体層４３に電圧を印
加するための一方の電極であり、導電性を有する材料、
例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などに拡散防
止性金属を含んで形成されている。下部電極４２におけ
る拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ％乃至１０
ａｔ％の範囲にある。この範囲より少ないと拡散防止効
果が少なく、この範囲より多いと圧電体層４３に拡散し
て化学量論比通りの圧電体層が形成されなくなるからで
ある。密着層中に拡散防止性金属が存在するために、下
部電極４２の粒界に沿って密着性金属が拡散することを
防止することができる。この下部電極４２は、４００ｎ
ｍ程度の厚みに形成されている。従来品では密着性金属
がこの下部電極を通して移動するために５００ｎｍ以上
の厚みに形成しておく必要があったが、本実施形態では
密着性金属の拡散が防止されるので、下部電極を従来品
より薄く成形しておくことが可能である。上部電極４４
は、圧電体層４３に電圧を印加するための他方の電極と
なり、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で０．
１μｍ程度の厚みに形成されている。
加するための一方の電極であり、導電性を有する材料、
例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などに拡散防
止性金属を含んで形成されている。下部電極４２におけ
る拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ％乃至１０
ａｔ％の範囲にある。この範囲より少ないと拡散防止効
果が少なく、この範囲より多いと圧電体層４３に拡散し
て化学量論比通りの圧電体層が形成されなくなるからで
ある。密着層中に拡散防止性金属が存在するために、下
部電極４２の粒界に沿って密着性金属が拡散することを
防止することができる。この下部電極４２は、４００ｎ
ｍ程度の厚みに形成されている。従来品では密着性金属
がこの下部電極を通して移動するために５００ｎｍ以上
の厚みに形成しておく必要があったが、本実施形態では
密着性金属の拡散が防止されるので、下部電極を従来品
より薄く成形しておくことが可能である。上部電極４４
は、圧電体層４３に電圧を印加するための他方の電極と
なり、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で０．
１μｍ程度の厚みに形成されている。
【００２２】圧電体層４３は、通常の圧電性セラミック
スの結晶で構成されている。例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオ
ブ酸、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化
物を添加したもの等が好適である。圧電体層４３の組成
は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。
具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム
酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができる。ま
た、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を
適宜添加することで圧電特性に優れた膜を得ることがで
きる。圧電体層４３の厚みについては、製造工程でクラ
ックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、十分な圧電
特性を呈する程度に厚く形成する。
スの結晶で構成されている。例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオ
ブ酸、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化
物を添加したもの等が好適である。圧電体層４３の組成
は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。
具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム
酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることができる。ま
た、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を
適宜添加することで圧電特性に優れた膜を得ることがで
きる。圧電体層４３の厚みについては、製造工程でクラ
ックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、十分な圧電
特性を呈する程度に厚く形成する。
【００２３】（インクジェット式記録ヘッドの構造）次
いで、本発明のインクジェット式記録ヘッドにおける主
要部の構造を説明する。インクジェット式記録ヘッド１
は、図２の主要部斜視図一部断面図に示すように、ノズ
ル板１０、圧力室基板２０、振動板３０および圧電体素
子４０を備えて構成されている。
いで、本発明のインクジェット式記録ヘッドにおける主
要部の構造を説明する。インクジェット式記録ヘッド１
は、図２の主要部斜視図一部断面図に示すように、ノズ
ル板１０、圧力室基板２０、振動板３０および圧電体素
子４０を備えて構成されている。
【００２４】圧力室基板２０は、キャビティ２１、側壁
（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２４を備えて
いる。キャビティ２１は、シリコン等の基板をエッチン
グすることにより、インクなどを吐出するために貯蔵す
る空間である圧力室が形成されたものである。側壁２２
は、キャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リ
ザーバ２３は、インクを共通して各キャビティ２１に充
たすための流路となっている。供給口２４は、リザーバ
２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に形成さ
れている。
（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２４を備えて
いる。キャビティ２１は、シリコン等の基板をエッチン
グすることにより、インクなどを吐出するために貯蔵す
る空間である圧力室が形成されたものである。側壁２２
は、キャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リ
ザーバ２３は、インクを共通して各キャビティ２１に充
たすための流路となっている。供給口２４は、リザーバ
２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に形成さ
れている。
【００２５】ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けら
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に貼
り合わせられている。
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に貼
り合わせられている。
【００２６】振動板３０は、圧電体素子４０の設置面を
形成するものであり、例えばシリコンを熱酸化すること
により、圧力室基板２０の他方の面に形成された酸化珪
素膜である。各キャビティ２１に対応する振動板３０上
の位置には、図１に示す層構造を備えた圧電体素子４０
が設けられている。電極間に電圧が印加されて圧電体素
子４０が歪むとその歪みに対応して振動板３０が変形す
る。その変形によりキャビティ２１内のインクに圧力を
加えてノズル１１から吐出させることが可能になってい
る。振動板３０には、インクタンク口３１が設けられ
て、図示しないインクタンクに貯蔵されているインクを
圧力室基板２０内部に供給可能になっている。ノズル板
１０および振動板３０が設けられた圧力室基板２０は、
さらに図示しない筐体に収められてインクジェット式記
録ヘッド１を構成している。
形成するものであり、例えばシリコンを熱酸化すること
により、圧力室基板２０の他方の面に形成された酸化珪
素膜である。各キャビティ２１に対応する振動板３０上
の位置には、図１に示す層構造を備えた圧電体素子４０
が設けられている。電極間に電圧が印加されて圧電体素
子４０が歪むとその歪みに対応して振動板３０が変形す
る。その変形によりキャビティ２１内のインクに圧力を
加えてノズル１１から吐出させることが可能になってい
る。振動板３０には、インクタンク口３１が設けられ
て、図示しないインクタンクに貯蔵されているインクを
圧力室基板２０内部に供給可能になっている。ノズル板
１０および振動板３０が設けられた圧力室基板２０は、
さらに図示しない筐体に収められてインクジェット式記
録ヘッド１を構成している。
【００２７】本実施形態のインクジェットプリンタ１０
０は、このインクジェット式記録ヘッド１をインク吐出
手段として備えている。すなわち、本実施形態のインク
ジェットプリンタ１００は、図３に示すように、プリン
タ本体２に、トレイ３および排出口４などが設けられて
いる。本体２の内部には、本発明のインクジェット式記
録ヘッド１が内蔵されている。本体２は、トレイ３から
図示しない用紙供給機構により供給された用紙５の上を
横切って通過可能な位置にインクジェット式記録ヘッド
１を配置している。トレイ３は、印字前の用紙５を供給
機構６に供給可能に構成されている。排出口４は、印刷
が終了した用紙５を排出可能な出口となっている。
０は、このインクジェット式記録ヘッド１をインク吐出
手段として備えている。すなわち、本実施形態のインク
ジェットプリンタ１００は、図３に示すように、プリン
タ本体２に、トレイ３および排出口４などが設けられて
いる。本体２の内部には、本発明のインクジェット式記
録ヘッド１が内蔵されている。本体２は、トレイ３から
図示しない用紙供給機構により供給された用紙５の上を
横切って通過可能な位置にインクジェット式記録ヘッド
１を配置している。トレイ３は、印字前の用紙５を供給
機構６に供給可能に構成されている。排出口４は、印刷
が終了した用紙５を排出可能な出口となっている。
【００２８】（圧電体素子の製造方法）次に、図４およ
び図５に基づいて本発明の圧電体素子の製造方法を含め
たインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。
図４および図５は、図２のＡ−Ａ切断面に相当する製造
工程断面図である。
び図５に基づいて本発明の圧電体素子の製造方法を含め
たインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。
図４および図５は、図２のＡ−Ａ切断面に相当する製造
工程断面図である。
【００２９】振動板形成工程（図４（ａ））： 振動板
形成工程は、シリコン単結晶基板２０の表面に振動板３
０を形成する工程である。この工程では通常用いる熱酸
化法等により、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中
で高温処理し、酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる熱酸化膜
を形成する。ＣＶＤ法を使用することもできる。この工
程により、所定の厚さ（例えば、２２０μｍ）のシリコ
ン単結晶基板２０上に適当な膜厚（例えば、１．０μ
ｍ）の振動板３０を形成する。なお、酸化珪素膜に限ら
れず、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜を形成してもよい。
形成工程は、シリコン単結晶基板２０の表面に振動板３
０を形成する工程である。この工程では通常用いる熱酸
化法等により、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中
で高温処理し、酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる熱酸化膜
を形成する。ＣＶＤ法を使用することもできる。この工
程により、所定の厚さ（例えば、２２０μｍ）のシリコ
ン単結晶基板２０上に適当な膜厚（例えば、１．０μ
ｍ）の振動板３０を形成する。なお、酸化珪素膜に限ら
れず、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜を形成してもよい。
【００３０】密着層形成工程（図４（ｂ））： 密着層
形成工程は、振動板３０上に密着性金属により密着層４
１を形成する工程である。密着性金属とは、チタン、ク
ロムまたはチタン若しくはクロムの酸化物のことをい
う。密着層４１の成膜法としてはスパッタ法、蒸着法等
を用いる。密着層４１の膜厚は密着用の金属として十分
な量を供給できる程度の厚みにする。例えば２０ｎｍ程
度の厚みにする。
形成工程は、振動板３０上に密着性金属により密着層４
１を形成する工程である。密着性金属とは、チタン、ク
ロムまたはチタン若しくはクロムの酸化物のことをい
う。密着層４１の成膜法としてはスパッタ法、蒸着法等
を用いる。密着層４１の膜厚は密着用の金属として十分
な量を供給できる程度の厚みにする。例えば２０ｎｍ程
度の厚みにする。
【００３１】下部電極形成工程（図４（ｃ））： 下部
電極形成工程は、密着層４１上に下部電極の層４２を形
成する工程である。下部電極４２の成膜法としてはスパ
ッタ法等を用いる。従来品はチタンの拡散を防止するた
めに５００ｎｍ以上の下部電極の厚みが必要であった
が、本実施形態では拡散防止性金属がチタンの拡散を防
止するので、４００ｎｍ以下の膜厚で形成可能である。
電極形成工程は、密着層４１上に下部電極の層４２を形
成する工程である。下部電極４２の成膜法としてはスパ
ッタ法等を用いる。従来品はチタンの拡散を防止するた
めに５００ｎｍ以上の下部電極の厚みが必要であった
が、本実施形態では拡散防止性金属がチタンの拡散を防
止するので、４００ｎｍ以下の膜厚で形成可能である。
【００３２】拡散防止性金属化合物塗布工程（図４
（ｄ））： 拡散防止性金属化合物塗布工程は、上記下
部電極４２上に拡散防止性金属の化合物５０を塗布する
工程である。拡散防止性金属化合物としては、例えば上
記拡散防止性金属の酸化物または酢酸化物が挙げられ
る。具体的には酢酸鉛（（ＣＨ3ＣＯＯ）2Ｐｂ）または
酸化鉛（ＰｂＯ）などである。拡散防止性金属化合物５
０の塗布法としては各種塗布法を適用可能である。拡散
防止性金属化合物５０の塗布量としては、圧電体層への
密着性金属の拡散を停止させるに足りる拡散防止性金属
を供給し得る程度に、例えば２０ｎｍ程度の厚みになる
ように塗布する。
（ｄ））： 拡散防止性金属化合物塗布工程は、上記下
部電極４２上に拡散防止性金属の化合物５０を塗布する
工程である。拡散防止性金属化合物としては、例えば上
記拡散防止性金属の酸化物または酢酸化物が挙げられ
る。具体的には酢酸鉛（（ＣＨ3ＣＯＯ）2Ｐｂ）または
酸化鉛（ＰｂＯ）などである。拡散防止性金属化合物５
０の塗布法としては各種塗布法を適用可能である。拡散
防止性金属化合物５０の塗布量としては、圧電体層への
密着性金属の拡散を停止させるに足りる拡散防止性金属
を供給し得る程度に、例えば２０ｎｍ程度の厚みになる
ように塗布する。
【００３３】拡散防止性金属化合物を塗布後、４００℃
乃至９００℃程度で１０分間加熱することにより、鉛な
どの拡散防止性金属が後の熱処理により下部電極４２側
に拡散し、圧電体層４３側に拡散しようとする密着性金
属の移動を阻止するようになる。また拡散防止性金属化
合物の塗布後に加熱せず、そのまま圧電体層の形成に移
ってもよい。圧電体層を結晶化させるための熱処理過程
で同様の拡散現象が生ずるからである。
乃至９００℃程度で１０分間加熱することにより、鉛な
どの拡散防止性金属が後の熱処理により下部電極４２側
に拡散し、圧電体層４３側に拡散しようとする密着性金
属の移動を阻止するようになる。また拡散防止性金属化
合物の塗布後に加熱せず、そのまま圧電体層の形成に移
ってもよい。圧電体層を結晶化させるための熱処理過程
で同様の拡散現象が生ずるからである。
【００３４】圧電体層形成工程（図４（ｅ）（ｆ））：
圧電体層形成工程は、ゾル・ゲル法により圧電体薄膜
を積層して圧電体層４３を形成する工程である。また、
この工程では、圧電体層結晶化のために焼成処理を行う
工程である。なお、拡散防止性金属化合物５０の塗布直
後に加熱処理をしていない場合には、圧電体層の焼成処
理によって拡散防止性金属が下部電極４２に拡散するこ
とになる。
圧電体層形成工程は、ゾル・ゲル法により圧電体薄膜
を積層して圧電体層４３を形成する工程である。また、
この工程では、圧電体層結晶化のために焼成処理を行う
工程である。なお、拡散防止性金属化合物５０の塗布直
後に加熱処理をしていない場合には、圧電体層の焼成処
理によって拡散防止性金属が下部電極４２に拡散するこ
とになる。
【００３５】まず有機金属アルコキシド溶液からなるゾ
ルをスピンコート等の塗布法にて下部電極４２上にす
る。次いで一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発さ
せる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温
で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を
熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布→乾燥→脱脂
の各工程を所定回数、例えば４回以上繰り返して４層以
上圧電体薄膜層４３１〜４３ｎ（ｎは塗布回数）を積層
する（図４（ｅ）→図４（ｆ）→図４（ｅ）→図４
（ｆ）…）。これらの乾燥や脱脂により、溶液中の金属
アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属−
酸素−金属のネットワークが形成される。一定回数圧電
体薄膜層を積層した後には、さらに一定の雰囲気下で焼
成処理する。この焼成処理によりアモルファス状態のゲ
ルからいずれかの結晶構造を備えたペロブスカイト結晶
構造が形成される。
ルをスピンコート等の塗布法にて下部電極４２上にす
る。次いで一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発さ
せる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温
で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を
熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布→乾燥→脱脂
の各工程を所定回数、例えば４回以上繰り返して４層以
上圧電体薄膜層４３１〜４３ｎ（ｎは塗布回数）を積層
する（図４（ｅ）→図４（ｆ）→図４（ｅ）→図４
（ｆ）…）。これらの乾燥や脱脂により、溶液中の金属
アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属−
酸素−金属のネットワークが形成される。一定回数圧電
体薄膜層を積層した後には、さらに一定の雰囲気下で焼
成処理する。この焼成処理によりアモルファス状態のゲ
ルからいずれかの結晶構造を備えたペロブスカイト結晶
構造が形成される。
【００３６】上記熱処理の過程で、拡散防止性金属化合
物が下部電極４２中に沿って拡散していく。そして密着
層４１から拡散しようとするチタンなどの密着性金属の
移動を阻止する。
物が下部電極４２中に沿って拡散していく。そして密着
層４１から拡散しようとするチタンなどの密着性金属の
移動を阻止する。
【００３７】上部電極形成工程（図４(ｇ)）： 最後
に、圧電体層４３の上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法
等の技術を用いて上部電極４４を形成する。上部電極の
材料は、白金、イリジウム等を用いる。厚みは１００ｎ
ｍ程度にする。
に、圧電体層４３の上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法
等の技術を用いて上部電極４４を形成する。上部電極の
材料は、白金、イリジウム等を用いる。厚みは１００ｎ
ｍ程度にする。
【００３８】以上の工程で圧電体素子の原形が完成す
る。この圧電体素子を使用箇所に適した形状にエッチン
グして整形し上下電極間に電圧を印加可能に製造すれ
ば、本発明の圧電体素子として動作させることが可能で
ある。本実施形態では上記圧電体素子の積層構造をイン
クジェット式記録ヘッドに適合させてエッチングし、さ
らに以下の工程でインクジェット式記録ヘッドを製造す
る。
る。この圧電体素子を使用箇所に適した形状にエッチン
グして整形し上下電極間に電圧を印加可能に製造すれ
ば、本発明の圧電体素子として動作させることが可能で
ある。本実施形態では上記圧電体素子の積層構造をイン
クジェット式記録ヘッドに適合させてエッチングし、さ
らに以下の工程でインクジェット式記録ヘッドを製造す
る。
【００３９】以下の図では特に圧電体素子三個の断面構
造を示しているが、実際にはインクジェット式記録ヘッ
ドの解像度に応じて圧電体素子の個数を変更する。
造を示しているが、実際にはインクジェット式記録ヘッ
ドの解像度に応じて圧電体素子の個数を変更する。
【００４０】圧電体素子形成工程（図５（ａ））： 圧
電体素子形成工程は、圧電体素子の層構造を適当な形状
にエッチングし、圧電体素子として整形する工程であ
る。各圧電体素子の層構造を形成後、上部電極４４、圧
電体層４３、下部電極４２および密着層４１を各キャビ
ティ２１に合わせた形状になるようマスクし、その周囲
をエッチングする。具体的には、まずスピンナー法、ス
プレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジスト材料を
上部電極上に塗布する。次いでマスクを圧電体素子の形
状に形成してから露光し現像して、レジストパターンを
上部電極４４上に形成する。これに通常用いるイオンミ
リング、あるいはドライエッチング法等を適用して、上
部電極４４、圧電体層４３、下部電極４２および密着層
４１をエッチングし除去し、圧電体素子４０の形状に整
形する。
電体素子形成工程は、圧電体素子の層構造を適当な形状
にエッチングし、圧電体素子として整形する工程であ
る。各圧電体素子の層構造を形成後、上部電極４４、圧
電体層４３、下部電極４２および密着層４１を各キャビ
ティ２１に合わせた形状になるようマスクし、その周囲
をエッチングする。具体的には、まずスピンナー法、ス
プレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジスト材料を
上部電極上に塗布する。次いでマスクを圧電体素子の形
状に形成してから露光し現像して、レジストパターンを
上部電極４４上に形成する。これに通常用いるイオンミ
リング、あるいはドライエッチング法等を適用して、上
部電極４４、圧電体層４３、下部電極４２および密着層
４１をエッチングし除去し、圧電体素子４０の形状に整
形する。
【００４１】圧力室形成工程（図５（ｂ））： この工
程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２０の他
方の面をエッチングしてキャビティ２１を形成する工程
である。例えば、異方性エッチング、平行平板型反応性
イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチン
グを用いて、シリコン基板に対しキャビティ２１空間の
エッチングを行う。エッチングされずに残された部分が
側壁２２になる。
程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２０の他
方の面をエッチングしてキャビティ２１を形成する工程
である。例えば、異方性エッチング、平行平板型反応性
イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチン
グを用いて、シリコン基板に対しキャビティ２１空間の
エッチングを行う。エッチングされずに残された部分が
側壁２２になる。
【００４２】ノズル板貼り合わせ工程（図５（ｃ））：
エッチング後の圧力室基板２０にノズル板１０を接着
剤で貼り合わせる。貼り合わせのときに各ノズル１１が
キャビティ２１各々の空間に配置されるよう位置合せす
る。ノズル板１０が貼り合わせられた圧力室基板２０を
筐体に取り付け、インクジェット式記録ヘッド１を完成
させる。なお、ノズル板１０を貼り合わせる代わりに、
ノズル板と圧力室基板を一体的にエッチングして形成し
てもよい。一体的にエッチングしてノズル板と圧力室基
板とを同時に製造した場合には貼り合わせ工程は不要で
ある。ノズル穴はキャビティに相当する位置に開口させ
る。
エッチング後の圧力室基板２０にノズル板１０を接着
剤で貼り合わせる。貼り合わせのときに各ノズル１１が
キャビティ２１各々の空間に配置されるよう位置合せす
る。ノズル板１０が貼り合わせられた圧力室基板２０を
筐体に取り付け、インクジェット式記録ヘッド１を完成
させる。なお、ノズル板１０を貼り合わせる代わりに、
ノズル板と圧力室基板を一体的にエッチングして形成し
てもよい。一体的にエッチングしてノズル板と圧力室基
板とを同時に製造した場合には貼り合わせ工程は不要で
ある。ノズル穴はキャビティに相当する位置に開口させ
る。
【００４３】（実施例）上記実施形態の製造方法の実施
例として、密着性金属としてチタン、下部電極として白
金、拡散防止性金属化合物として酢酸鉛または酸化鉛、
圧電体層としてＰＺＴを用いて圧電体素子を形成した。
図６に、実施例の結晶構造を断面ＴＥＭ（Transmission
Electron Microscopy）写真の模写図として示す。また
図７に、拡散防止性金属化合物を用いずに圧電体層とし
てＰＺＴ＋ＰＭＮを用いて圧電体素子を形成した従来品
の結晶構造の断面ＴＥＭ写真模写図を示す。いずれも焼
成温度を８５０℃とした。本実施例の圧電体素子では、
図６に示すように、密着層が顕著に残り拡散により消滅
していない。これに比べ、従来品では図７に示すように
密着層が失われて圧電体層に拡散してしまっている。
例として、密着性金属としてチタン、下部電極として白
金、拡散防止性金属化合物として酢酸鉛または酸化鉛、
圧電体層としてＰＺＴを用いて圧電体素子を形成した。
図６に、実施例の結晶構造を断面ＴＥＭ（Transmission
Electron Microscopy）写真の模写図として示す。また
図７に、拡散防止性金属化合物を用いずに圧電体層とし
てＰＺＴ＋ＰＭＮを用いて圧電体素子を形成した従来品
の結晶構造の断面ＴＥＭ写真模写図を示す。いずれも焼
成温度を８５０℃とした。本実施例の圧電体素子では、
図６に示すように、密着層が顕著に残り拡散により消滅
していない。これに比べ、従来品では図７に示すように
密着層が失われて圧電体層に拡散してしまっている。
【００４４】図８にＴＥＭによる本実施例の下部電極に
おける組成分析結果を示す。図９に従来品の下部電極に
おける組成分析結果を示す。実施例の圧電体素子では、
図８において矢印で示すように、下部電極中に鉛が含有
されていることが確認された。これに対し、図９に示す
従来品の圧電体素子では、鉛が含有されていない。
おける組成分析結果を示す。図９に従来品の下部電極に
おける組成分析結果を示す。実施例の圧電体素子では、
図８において矢印で示すように、下部電極中に鉛が含有
されていることが確認された。これに対し、図９に示す
従来品の圧電体素子では、鉛が含有されていない。
【００４５】図１０にＴＥＭによる本実施例の密着層に
おける組成分析結果を示す。図１０の矢印で示すよう
に、密着層においても鉛が含有されていることが確認さ
れた。これら下部電極や密着層における鉛の含有量は、
上記範囲に入っている。
おける組成分析結果を示す。図１０の矢印で示すよう
に、密着層においても鉛が含有されていることが確認さ
れた。これら下部電極や密着層における鉛の含有量は、
上記範囲に入っている。
【００４６】表１に、実施例の圧電体素子と従来品の圧
電体素子とにおける印加電圧２５Ｖにおける圧電ｄ定数
および最大圧電ｄ定数の値を示す。圧電ｄ定数とは、電
場と応力との間の比例定数である圧電ｇ定数と電場と面
電荷密度との間の比例定数である誘電率との積に相関す
る定数である。圧電ｄ定数は、いわゆる圧電体素子の圧
電特性を表わす数値であり、数値が高い程良好な圧電体
素子であるといえる。
電体素子とにおける印加電圧２５Ｖにおける圧電ｄ定数
および最大圧電ｄ定数の値を示す。圧電ｄ定数とは、電
場と応力との間の比例定数である圧電ｇ定数と電場と面
電荷密度との間の比例定数である誘電率との積に相関す
る定数である。圧電ｄ定数は、いわゆる圧電体素子の圧
電特性を表わす数値であり、数値が高い程良好な圧電体
素子であるといえる。
【００４７】
【表１】
【００４８】表１から判るように、本実施例の方が従来
品より明らかに圧電特性が良好である。これは鉛の存在
によりチタンが圧電体層に拡散しない結果として、圧電
体層の定誘電率化が阻止されたためと考えられる。
品より明らかに圧電特性が良好である。これは鉛の存在
によりチタンが圧電体層に拡散しない結果として、圧電
体層の定誘電率化が阻止されたためと考えられる。
【００４９】（その他の変形例）本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態では、下部電極を形成後に拡
散防止性金属化合物を塗布していたが、下部電極時に拡
散防止性金属を添加しながら下部電極を成膜すれば、拡
散防止性金属化合物の塗布は不要である。すなわち、下
部電極形成工程において、添加物として拡散防止性金属
またはその酸化物（例えばＰｂ、ＰｂＯ）を添加しなが
ら、スパッタリングを行う。このような処理により、当
初から下部電極に鉛などが含有されることになるため、
密着性金属の移動を阻止できる。
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態では、下部電極を形成後に拡
散防止性金属化合物を塗布していたが、下部電極時に拡
散防止性金属を添加しながら下部電極を成膜すれば、拡
散防止性金属化合物の塗布は不要である。すなわち、下
部電極形成工程において、添加物として拡散防止性金属
またはその酸化物（例えばＰｂ、ＰｂＯ）を添加しなが
ら、スパッタリングを行う。このような処理により、当
初から下部電極に鉛などが含有されることになるため、
密着性金属の移動を阻止できる。
【００５０】また、本発明で製造した圧電体素子は、上
記インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみなら
ず、不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ
電気検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶
装置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器
等のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装
置、圧電装置、および電気光学装置の製造に適応するこ
とができる。
記インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみなら
ず、不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ
電気検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶
装置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器
等のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装
置、圧電装置、および電気光学装置の製造に適応するこ
とができる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、下部電極と密着層とに
拡散防止性金属を含有しているので、従来品より下部電
極の厚みを薄くしても、密着性金属が圧電体層に拡散し
て低誘電率層を形成したり圧電体層中の酸素や鉛が下部
電極から密着層へ抜け出したりすることを防止できる。
このため高い圧電特性を維持することができる。また下
部電極を混入物無く形成できるので、圧電体素子の設計
において理論通りの機械的強度を維持し得るものとの前
提で設計ができるため、設計がし易くなる。さらに下部
電極を薄くできるので、圧電体層の変形を振動板に有効
に伝達させることができ、圧電効率が良くなる。
拡散防止性金属を含有しているので、従来品より下部電
極の厚みを薄くしても、密着性金属が圧電体層に拡散し
て低誘電率層を形成したり圧電体層中の酸素や鉛が下部
電極から密着層へ抜け出したりすることを防止できる。
このため高い圧電特性を維持することができる。また下
部電極を混入物無く形成できるので、圧電体素子の設計
において理論通りの機械的強度を維持し得るものとの前
提で設計ができるため、設計がし易くなる。さらに下部
電極を薄くできるので、圧電体層の変形を振動板に有効
に伝達させることができ、圧電効率が良くなる。
【図１】本発明に係わる圧電体素子の断面図である。
【図２】本発明に係わるインクジェット式記録ヘッドの
主要部斜視図、一部断面図である。
主要部斜視図、一部断面図である。
【図３】本発明に係わるインクジェット式記録ヘッドを
使用したプリンタの斜視図である。
使用したプリンタの斜視図である。
【図４】本発明に係わる圧電体素子の製造工程断面図で
ある。
ある。
【図５】本発明に係わるインクジェット式記録ヘッドの
主要部の製造工程断面図である。
主要部の製造工程断面図である。
【図６】実施例の圧電体素子の断面ＴＥＭ写真模写図で
ある。
ある。
【図７】従来品の圧電体素子の断面ＴＥＭ写真模写図で
ある。
ある。
【図８】実施例の圧電体素子における下部電極の組成分
析図である。
析図である。
【図９】従来品の圧電体素子における下部電極の組成分
析図である。
析図である。
【図１０】実施例の圧電体素子における密着層の組成分
析図である。
析図である。
２０…圧力室基板、３０…振動板、４０…圧電体素子、
４１…密着層、４２…下部電極、４３…圧電体層、４４
…上部電極、５０…拡散防止性金属化合物層
４１…密着層、４２…下部電極、４３…圧電体層、４４
…上部電極、５０…拡散防止性金属化合物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 邱 宏 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 村井 正己 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF52 AF65 AF93 AG12 AG44 AG55 AP02 AP14 AP52 AP53 AP54 AQ02 BA04 BA14
Claims (12)
- 【請求項１】 上部電極と下部電極に挟まれた圧電体層
を備える圧電体素子において、 前記下部電極と当該圧電体素子の設置面との間に密着性
金属で形成される密着層を備え、 前記下部電極および前記密着層は、拡散防止性金属を含
んで構成されていることを特徴とする圧電体素子。 - 【請求項２】 前記密着層は、最大厚みに対する最大厚
みと最小厚みの差の割合が９０％以下の均一な厚みに形
成されている請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項３】 前記下部電極および前記密着層における
拡散防止性金属の含有量は、０．０１ａｔ％乃至１０ａ
ｔ％の範囲にある請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項４】 前記密着性金属は、チタン、クロムまた
はチタン若しくはクロムの酸化物のうちいずれか１つで
ある請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項５】 前記拡散防止性金属は、鉛、ランタン、
ストロンチウム、タンタル、タングステンまたはニオブ
のうちいずれか１つである請求項１に記載の圧電体素
子。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のうちいずれか一
項に記載の圧電体素子を、インクを充填する加圧室の少
なくとも一方の面を形成する振動板に配置して構成され
たことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項７】 請求項６に記載のインクジェット式記録
ヘッドをインク吐出手段として備えたことを特徴とする
プリンタ。 - 【請求項８】 上部電極と下部電極に挟まれた圧電体層
を備える圧電体素子の製造方法において、 当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着層を
形成する工程と、 前記密着層上に前記下部電極を形成する工程と、 前記下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物を塗布
する工程と、 前記拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に前記圧電体
層を形成しながら当該圧電体層の焼成を行うことによ
り、前記拡散防止性金属を前記下部金属および前記密着
層にまで拡散させる工程と、を備えたことを特徴とする
圧電体素子の製造方法。 - 【請求項９】 上部電極と下部電極に挟まれた圧電体層
を備える圧電体素子の製造方法において、 当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着層を
形成する工程と、 前記密着層上に前記下部電極を形成する工程と、 前記下部電極上に拡散性防止性金属を含む化合物を塗布
する工程と、 前記拡散防止性金属を含む化合物を塗布後に加熱するこ
とにより、前記拡散防止性金属を前記下部金属および前
記密着層にまで拡散させる工程と、 前記下部電極上に前記圧電体層を形成する工程と、を備
えたことを特徴とする圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 拡散防止性金属の化合物として、酸化
鉛または酢酸鉛のうちいずれかを使用する請求項８また
は請求項９のいずれか一項に記載の圧電体素子の製造方
法。 - 【請求項１１】 上部電極と下部電極に挟まれた圧電体
層を備える圧電体素子の製造方法において、 当該圧電体素子の設置面上に密着性金属により密着層を
形成する工程と、 前記密着層上に拡散性防止性金属を含む化合物を添加し
ながら前記下部電極を形成する工程と、 前記下部電極上に前記圧電体層を形成する工程と、を備
えたことを特徴とする圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１２】 拡散防止性金属の化合物として、鉛ま
たは酸化鉛のうちいずれかを使用する請求項１１に記載
の圧電体素子の製造方法。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005101577A (ja) * | 2003-09-01 | 2005-04-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 積層構造体及び圧電アクチュエータ、並びに、それらの製造方法 |
| EP1616700A1 (en) | 2004-07-13 | 2006-01-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, ink jet head, and method of manufacturing them |
| JP2006229154A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、およびそれらの製造方法 |
| WO2008059781A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Panasonic Corporation | Composant électronique et son procédé de fabrication |
| US7740345B2 (en) | 2006-04-03 | 2010-06-22 | Seiko Epson Corporation | Actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
| US7771780B2 (en) | 2005-08-24 | 2010-08-10 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of producing composite material, method of producing piezoelectric actuator, method of producing ink-jet head, and piezoelectric actuator |
| US7861386B2 (en) | 2004-09-22 | 2011-01-04 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing ink-jet head |
| JP2011119608A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Konica Minolta Holdings Inc | 圧電素子、圧電素子を用いたポンプ、および圧電素子の製造方法 |
| US8659214B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-02-25 | Stanley Electric Co., Ltd. | Piezoelectric actuator including double PZT piezoelectric layers with different permitivities and its manufacturing method |
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-
1998
- 1998-09-21 JP JP26606098A patent/JP3695625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005101577A (ja) * | 2003-09-01 | 2005-04-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 積層構造体及び圧電アクチュエータ、並びに、それらの製造方法 |
| EP1616700A1 (en) | 2004-07-13 | 2006-01-18 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, ink jet head, and method of manufacturing them |
| US7861386B2 (en) | 2004-09-22 | 2011-01-04 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator and method for producing ink-jet head |
| JP2006229154A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド、およびそれらの製造方法 |
| US7771780B2 (en) | 2005-08-24 | 2010-08-10 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of producing composite material, method of producing piezoelectric actuator, method of producing ink-jet head, and piezoelectric actuator |
| US7740345B2 (en) | 2006-04-03 | 2010-06-22 | Seiko Epson Corporation | Actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
| WO2008059781A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Panasonic Corporation | Composant électronique et son procédé de fabrication |
| JP2008128702A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品およびその製造方法 |
| US8117916B2 (en) | 2006-11-17 | 2012-02-21 | Panasonic Corporation | Electronic component and method for manufacturing the same |
| JP2011119608A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Konica Minolta Holdings Inc | 圧電素子、圧電素子を用いたポンプ、および圧電素子の製造方法 |
| US8970095B2 (en) | 2011-02-23 | 2015-03-03 | Stanley Electric Co., Ltd. | Piezoelectric actuator including X-graded TiOX adhesive layer and its manufacturing method |
| US8659214B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-02-25 | Stanley Electric Co., Ltd. | Piezoelectric actuator including double PZT piezoelectric layers with different permitivities and its manufacturing method |
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