JP2000174351A - 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 - Google Patents
圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法Info
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 クラックを生じない圧電体素子の結晶構造と
製造方法を提供する。 【解決手段】 圧電体薄膜層(41)をゾルから形成する際
に、キレート剤としてモノエタノールアミンを使用す
る。これにより金属アルコキシドの加水分解が抑制さ
れ、微結晶粒(44)が多数生じる。微結晶粒が存在すると
熱処理時に発生する応力が緩和されるために、クラック
を発生すること無く柱状結晶(43)が成長し、厚い圧電体
薄膜層(41)を形成可能である。
製造方法を提供する。 【解決手段】 圧電体薄膜層(41)をゾルから形成する際
に、キレート剤としてモノエタノールアミンを使用す
る。これにより金属アルコキシドの加水分解が抑制さ
れ、微結晶粒(44)が多数生じる。微結晶粒が存在すると
熱処理時に発生する応力が緩和されるために、クラック
を発生すること無く柱状結晶(43)が成長し、厚い圧電体
薄膜層(41)を形成可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、金
属アルコキシド溶液からなるゾルを出発原料とし、この
出発原料から成膜される圧電体薄膜における結晶の特徴
を明らかにし圧電特性のよい圧電体素子を提供するもの
である。
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、金
属アルコキシド溶液からなるゾルを出発原料とし、この
出発原料から成膜される圧電体薄膜における結晶の特徴
を明らかにし圧電特性のよい圧電体素子を提供するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】圧電体素子は、電気機械変換機能を呈す
る素子であり、強誘電性あるいは常誘電性の結晶化した
圧電性セラミックスにより構成されている。特開平３−
６９５１２号公報や米国特許第４，８３０，９９６号等
には、圧電性セラミックス材料を溶媒に溶解させて金属
アルコキシド溶液を製造し、ゾル・ゲル法によりこの溶
液を塗布し熱処理を加えることによって圧電体素子を製
造する技術が開示されている。金属アルコキシド溶液が
結晶化するとペロブスカイト結晶構造が形成されるが、
その結晶面の配向性によって圧電体素子の特性が変わ
る。結晶面の配向性は様々な要因によって決定される。
る素子であり、強誘電性あるいは常誘電性の結晶化した
圧電性セラミックスにより構成されている。特開平３−
６９５１２号公報や米国特許第４，８３０，９９６号等
には、圧電性セラミックス材料を溶媒に溶解させて金属
アルコキシド溶液を製造し、ゾル・ゲル法によりこの溶
液を塗布し熱処理を加えることによって圧電体素子を製
造する技術が開示されている。金属アルコキシド溶液が
結晶化するとペロブスカイト結晶構造が形成されるが、
その結晶面の配向性によって圧電体素子の特性が変わ
る。結晶面の配向性は様々な要因によって決定される。
【０００３】全体的な結晶の成長としては、結晶時に下
部電極にある核から結晶が成長し、成長した結晶粒同士
が接すると粒界を形成しその後はその厚み方向に柱状に
成長していくことになる。このため、従来品の圧電体素
子は、ペロブスカイト結晶で構成された柱状結晶の束か
らなる均一な結晶構造をしていた。
部電極にある核から結晶が成長し、成長した結晶粒同士
が接すると粒界を形成しその後はその厚み方向に柱状に
成長していくことになる。このため、従来品の圧電体素
子は、ペロブスカイト結晶で構成された柱状結晶の束か
らなる均一な結晶構造をしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来品
の圧電体素子の製造方法では、厚みを厚くしすぎると、
製造時の応力により圧電体薄膜にクラックが容易に発生
するという問題があった。
の圧電体素子の製造方法では、厚みを厚くしすぎると、
製造時の応力により圧電体薄膜にクラックが容易に発生
するという問題があった。
【０００５】本願発明者は上記事情に鑑み、金属アルコ
キシド溶液における溶媒の条件について実験を繰り返し
たところ、特定の溶媒を使用し特定の条件で結晶化させ
ると、応力によるクラックが発生しにくいことを発見し
た。
キシド溶液における溶媒の条件について実験を繰り返し
たところ、特定の溶媒を使用し特定の条件で結晶化させ
ると、応力によるクラックが発生しにくいことを発見し
た。
【０００６】そこで、本発明は、厚膜化が可能な結晶構
造を備えた圧電体素子を提供することを第1の課題とす
る。
造を備えた圧電体素子を提供することを第1の課題とす
る。
【０００７】本発明は、厚膜化が可能な結晶構造を備え
た圧電体素子を利用したインクジェット式記録ヘッドを
提供することを第2の課題とする。
た圧電体素子を利用したインクジェット式記録ヘッドを
提供することを第2の課題とする。
【０００８】本発明は、製造時にクラックが発生しにく
い圧電体素子の製造方法を提供することを第3の課題と
する。
い圧電体素子の製造方法を提供することを第3の課題と
する。
【０００９】本発明は、製造時に圧電体素子にクラック
を発生させないインクジェット式記録ヘッドの製造方法
を提供することを第４の課題とする。
を発生させないインクジェット式記録ヘッドの製造方法
を提供することを第４の課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記第1の課題を解決す
る発明は、下部電極および上部電極に挟持された圧電体
薄膜を備える圧電体素子において、圧電体薄膜は、微結
晶粒を包含する柱状結晶により構成されていることを特
徴とする圧電体素子である。なお圧電体素子は圧電アク
チュエータともいう。
る発明は、下部電極および上部電極に挟持された圧電体
薄膜を備える圧電体素子において、圧電体薄膜は、微結
晶粒を包含する柱状結晶により構成されていることを特
徴とする圧電体素子である。なお圧電体素子は圧電アク
チュエータともいう。
【００１１】ここで例えば柱状結晶の径は、０．１乃至
０．５μｍの範囲である。さらに微結晶粒の平均粒径
は、５０ｎｍ以下の範囲である。また微結晶粒と微結晶
粒以外の部分とは同一の組成である。
０．５μｍの範囲である。さらに微結晶粒の平均粒径
は、５０ｎｍ以下の範囲である。また微結晶粒と微結晶
粒以外の部分とは同一の組成である。
【００１２】また例えば圧電体薄膜を構成する金属は、
ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：
ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ
3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚｒ
Ｏ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）により構
成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックスを含
む。
ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：
ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ
3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚｒ
Ｏ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）により構
成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックスを含
む。
【００１３】その結果圧電体薄膜は、薄膜全体が１．０
μｍ以上の厚みで形成されている。
μｍ以上の厚みで形成されている。
【００１４】上記第2の課題を解決する発明は、本発明
の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドにお
いて、圧力室が形成された圧力室基板と、圧力室の一方
の面を閉鎖する振動板と、振動板の圧力室に対応する位
置に設けられ、当該圧力室に体積変化を及ぼすことが可
能に構成された圧電体素子と、を備えたことを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドである。
の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドにお
いて、圧力室が形成された圧力室基板と、圧力室の一方
の面を閉鎖する振動板と、振動板の圧力室に対応する位
置に設けられ、当該圧力室に体積変化を及ぼすことが可
能に構成された圧電体素子と、を備えたことを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドである。
【００１５】上記第3の課題を解決する発明は、下部電
極および上部電極の間に、電気機械変換作用を示す圧電
体薄膜を挟持させた圧電体素子の製造方法において、下
部電極上に、金属アルコキシド溶液に、キレート剤とし
てモノエタノールアミンを含むゾルを使用して圧電体薄
膜を形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法で
ある。圧電体薄膜の形成方法としては、ゾルゲル（sol-
gel）法やＭＯＤ（Metal-Organic Deposition）法が使
用可能である。
極および上部電極の間に、電気機械変換作用を示す圧電
体薄膜を挟持させた圧電体素子の製造方法において、下
部電極上に、金属アルコキシド溶液に、キレート剤とし
てモノエタノールアミンを含むゾルを使用して圧電体薄
膜を形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法で
ある。圧電体薄膜の形成方法としては、ゾルゲル（sol-
gel）法やＭＯＤ（Metal-Organic Deposition）法が使
用可能である。
【００１６】ここで上記金属アルコキシド溶液を構成す
る金属の種類単位にその金属のモル数にその金属の電荷
数を乗じた値をゾルを形成する総ての金属について加算
した総和に対し、モノエタノールアミンのモル数を、５
０％以上１００％以下となるように調整してゾルを形成
することが好ましい。すなわち、モノエタノールアミン
のモル数を[MEA]とし、アルコキシド金属をＭｅとし、
ｎをこのアルコキシド金属に配位する基の数（電荷数）
とし、ｉをアルコキシド金属を特定する序数とすると、
以下の式が成り立つことを意味する。
る金属の種類単位にその金属のモル数にその金属の電荷
数を乗じた値をゾルを形成する総ての金属について加算
した総和に対し、モノエタノールアミンのモル数を、５
０％以上１００％以下となるように調整してゾルを形成
することが好ましい。すなわち、モノエタノールアミン
のモル数を[MEA]とし、アルコキシド金属をＭｅとし、
ｎをこのアルコキシド金属に配位する基の数（電荷数）
とし、ｉをアルコキシド金属を特定する序数とすると、
以下の式が成り立つことを意味する。
【００１７】 ０．５ ≦ [MEA]／Σ[Me(OR)n]i×ｎi ≦ １ また脱脂温度を４００℃以上で５００℃以下の温度に設
定して圧電体薄膜の脱脂を行うことが好ましい。
定して圧電体薄膜の脱脂を行うことが好ましい。
【００１８】また金属アルコキシド溶液として、ジルコ
ニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺ
Ｔ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
の出発原料となる有機金属を含む溶液を用いる。
ニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺ
Ｔ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
の出発原料となる有機金属を含む溶液を用いる。
【００１９】上記第４の課題を解決する発明は、本発明
の圧電体素子の製造方法で製造した圧電体素子を備える
インクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、基板
の一面に振動板を形成する工程と、振動板に圧電体素子
を製造する工程と、圧電体素子が設けられた振動板が圧
力室の一面を形成するような配置で基板をエッチングし
圧力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記
録ヘッドの製造方法である。
の圧電体素子の製造方法で製造した圧電体素子を備える
インクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、基板
の一面に振動板を形成する工程と、振動板に圧電体素子
を製造する工程と、圧電体素子が設けられた振動板が圧
力室の一面を形成するような配置で基板をエッチングし
圧力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記
録ヘッドの製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、図面
を参照して説明する。本実施形態は本発明の製造方法を
使用して圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド
を製造するものである。 （インクジェット式記録ヘッドおよび圧電体素子の構
造）まず、インクジェット式記録ヘッドの構造を説明す
る。図２に本形態のインクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図を示す。図３にインクジェット式記録ヘッドの主
要部一部断面図を示す。本インクジェット式記録ヘッド
１は、図２に示すようにノズル板１０、圧力室基板２
０、振動板３０および筐体２５を備えて構成されてい
る。本発明に係る圧電体素子は、図２において振動板３
０の裏側に設けられている。
を参照して説明する。本実施形態は本発明の製造方法を
使用して圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド
を製造するものである。 （インクジェット式記録ヘッドおよび圧電体素子の構
造）まず、インクジェット式記録ヘッドの構造を説明す
る。図２に本形態のインクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図を示す。図３にインクジェット式記録ヘッドの主
要部一部断面図を示す。本インクジェット式記録ヘッド
１は、図２に示すようにノズル板１０、圧力室基板２
０、振動板３０および筐体２５を備えて構成されてい
る。本発明に係る圧電体素子は、図２において振動板３
０の裏側に設けられている。
【００２１】圧力室基板２０は、図２および図３に示す
ようにキャビティ２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２
３および供給口２４を備えている。キャビティ２１は、
圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすること
により形成されたインクなどを吐出するために貯蔵する
空間となっている。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。
ようにキャビティ２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２
３および供給口２４を備えている。キャビティ２１は、
圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすること
により形成されたインクなどを吐出するために貯蔵する
空間となっている。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。
【００２２】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
穴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。ノズル板１０を貼り合わせた圧
力室基板２０は、さらに図２に示すように筐体２５に填
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。
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴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。ノズル板１０を貼り合わせた圧
力室基板２０は、さらに図２に示すように筐体２５に填
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。
【００２３】振動板３０は圧力室基板２０の他方の面に
形成されている。振動板３０には本発明の圧電体素子４
０が設けられている。圧電体素子４０は、ペロブスカイ
ト構造を持つ圧電性セラミックスの結晶であり、振動板
３０上に所定の形状で形成されて構成されている。
形成されている。振動板３０には本発明の圧電体素子４
０が設けられている。圧電体素子４０は、ペロブスカイ
ト構造を持つ圧電性セラミックスの結晶であり、振動板
３０上に所定の形状で形成されて構成されている。
【００２４】図１に、本発明の圧電体素子４０の層構造
を説明する断面図を示す。圧電体素子４０は、図１にお
いて下部電極３２、圧電体薄膜層４１および上部電極４
２により構成され、当該圧電体素子のみを独立して製造
し使用することが可能である。本実施形態ではインクジ
ェット式記録ヘッドのアクチュエータとして使用するた
めに、インクジェット式記録ヘッド１の振動板３０上に
圧電体素子４０が設けられている。
を説明する断面図を示す。圧電体素子４０は、図１にお
いて下部電極３２、圧電体薄膜層４１および上部電極４
２により構成され、当該圧電体素子のみを独立して製造
し使用することが可能である。本実施形態ではインクジ
ェット式記録ヘッドのアクチュエータとして使用するた
めに、インクジェット式記録ヘッド１の振動板３０上に
圧電体素子４０が設けられている。
【００２５】振動板３０は、図１に示すように絶縁膜３
１および下部電極３２を積層して構成されている。下部
電極３２が絶縁膜３１と同じく全面に形成される形態の
他、圧電体素子の領域にのみ下部電極が形成されている
形態も採用可能である。絶縁膜３１は、導電性のない材
料、例えばシリコン基板を熱酸化等して形成された二酸
化珪素により構成され、圧電体層のひずみにより変形
し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めること
が可能に構成されている。下部電極３２は、圧電体層に
電圧を印加するための上部電極４２と対になる電極であ
り、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で構成さ
れている。また圧電体素子の密着性を高めるために複数
積層構造、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）
層、チタン（Ｔｉ）層の積層構造で下部電極を形成して
もよい。上部電極膜４２は、圧電体層に電圧を印加する
ための他方の電極となり、導電性を有する材料、例えば
膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されている。
１および下部電極３２を積層して構成されている。下部
電極３２が絶縁膜３１と同じく全面に形成される形態の
他、圧電体素子の領域にのみ下部電極が形成されている
形態も採用可能である。絶縁膜３１は、導電性のない材
料、例えばシリコン基板を熱酸化等して形成された二酸
化珪素により構成され、圧電体層のひずみにより変形
し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めること
が可能に構成されている。下部電極３２は、圧電体層に
電圧を印加するための上部電極４２と対になる電極であ
り、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で構成さ
れている。また圧電体素子の密着性を高めるために複数
積層構造、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）
層、チタン（Ｔｉ）層の積層構造で下部電極を形成して
もよい。上部電極膜４２は、圧電体層に電圧を印加する
ための他方の電極となり、導電性を有する材料、例えば
膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されている。
【００２６】圧電体薄膜層４１は、電気機械変換作用を
示す誘電性セラミックスの結晶であり、具体的には、微
結晶粒４４を包含する柱状結晶４３の束により構成され
ている。柱状結晶４３の径は、例えば０．１μｍ〜０．
５μｍの範囲である。微結晶粒４４の平均粒径は、５０
ｎｍ以下の範囲にある。微結晶粒４４の密度（圧電体薄
膜の断面をＳＥＭやＴＥＭ等で観察した場合に観察され
る微結晶粒の単位面積当たりの個数）は、１×１０8個
／ｃｍ2以上である。圧電体薄膜層４１において、微結
晶粒４４と微結晶粒以外の部分とは同一の組成である。
すなわち、圧電体薄膜層は、金属アルコキシド溶液を結
晶化することにより形成される。その組成は、ジルコニ
ウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺ
Ｔ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
の出発原料となる有機金属を含む。
示す誘電性セラミックスの結晶であり、具体的には、微
結晶粒４４を包含する柱状結晶４３の束により構成され
ている。柱状結晶４３の径は、例えば０．１μｍ〜０．
５μｍの範囲である。微結晶粒４４の平均粒径は、５０
ｎｍ以下の範囲にある。微結晶粒４４の密度（圧電体薄
膜の断面をＳＥＭやＴＥＭ等で観察した場合に観察され
る微結晶粒の単位面積当たりの個数）は、１×１０8個
／ｃｍ2以上である。圧電体薄膜層４１において、微結
晶粒４４と微結晶粒以外の部分とは同一の組成である。
すなわち、圧電体薄膜層は、金属アルコキシド溶液を結
晶化することにより形成される。その組成は、ジルコニ
ウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺ
Ｔ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
の出発原料となる有機金属を含む。
【００２７】本発明の圧電体薄膜が微結晶粒を含む点は
重要である。微結晶粒が存在するために結晶に生ずる応
力が随所で分断され、全体として発生する応力が一部に
集中しにくい構造になっている。このために圧電体薄膜
層を熱処理により金属アルコキシド溶液が結晶化する際
に生ずる応力が緩和され、クラックを生ずることなく厚
い圧電体薄膜層が形成されるのである。その結果として
圧電体薄膜を１．０μｍ以上の厚みで形成することが可
能である。
重要である。微結晶粒が存在するために結晶に生ずる応
力が随所で分断され、全体として発生する応力が一部に
集中しにくい構造になっている。このために圧電体薄膜
層を熱処理により金属アルコキシド溶液が結晶化する際
に生ずる応力が緩和され、クラックを生ずることなく厚
い圧電体薄膜層が形成されるのである。その結果として
圧電体薄膜を１．０μｍ以上の厚みで形成することが可
能である。
【００２８】なお圧電体薄膜層の具体的な組成として代
表的なものは、 ０．８ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3−０．２Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3…（１） という組成比からなるＰＭＮ−ＰＺＴである。
表的なものは、 ０．８ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3−０．２Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3…（１） という組成比からなるＰＭＮ−ＰＺＴである。
【００２９】上記インクジェット式記録ヘッドの構成に
おけるインク滴吐出の原理を説明する。圧電体素子４０
の下部電極３２と上部電極４２との間に電圧が印加され
ていない場合、圧電体薄膜層４１にはひずみを生じな
い。この電圧が印加されていない圧電体素子４０が設け
られているキャビティ２１には、圧力変化が生じず、そ
のノズル穴１１からインク滴は吐出されない。
おけるインク滴吐出の原理を説明する。圧電体素子４０
の下部電極３２と上部電極４２との間に電圧が印加され
ていない場合、圧電体薄膜層４１にはひずみを生じな
い。この電圧が印加されていない圧電体素子４０が設け
られているキャビティ２１には、圧力変化が生じず、そ
のノズル穴１１からインク滴は吐出されない。
【００３０】一方、圧電体素子４０の下部電極３２と上
部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層４１に電界の強さに応じたひずみを生じる。電圧
が印加された圧電体素子４０が設けられているキャビテ
ィ２１ではその振動板３０が大きくたわむ。このためキ
ャビティ２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１
からインク滴が吐出される。
部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層４１に電界の強さに応じたひずみを生じる。電圧
が印加された圧電体素子４０が設けられているキャビテ
ィ２１ではその振動板３０が大きくたわむ。このためキ
ャビティ２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１
からインク滴が吐出される。
【００３１】（製造方法の説明）次に本発明のインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法を、圧電体素子の製造方
法と併せて説明する。まず圧電体薄膜層の原料となる圧
電性セラミックスのゾルを製造する。 （ステップ１）：圧電体薄膜層の溶質の基本溶媒とし
て、２−ｎ−ブトキシエタノール中に、チタニウムテト
ライソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4）、ペンタエ
トキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5）を加えて攪拌しこ
れらを溶解させる。
ェット式記録ヘッドの製造方法を、圧電体素子の製造方
法と併せて説明する。まず圧電体薄膜層の原料となる圧
電性セラミックスのゾルを製造する。 （ステップ１）：圧電体薄膜層の溶質の基本溶媒とし
て、２−ｎ−ブトキシエタノール中に、チタニウムテト
ライソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4）、ペンタエ
トキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5）を加えて攪拌しこ
れらを溶解させる。
【００３２】（ステップ２）：次いでモノエタノールア
ミンをこの溶液に加えて攪拌する。モノエタノールアミ
ンの作用としては、これら金属アルコキシドが加水分解
を起さない様に前記2種の金属アルコキシドを化学的に
安定させるキレート剤としての作用である。加えるモノ
エタノールアミンのモル数は以下のように調整する。
ミンをこの溶液に加えて攪拌する。モノエタノールアミ
ンの作用としては、これら金属アルコキシドが加水分解
を起さない様に前記2種の金属アルコキシドを化学的に
安定させるキレート剤としての作用である。加えるモノ
エタノールアミンのモル数は以下のように調整する。
【００３３】すなわち、上記金属アルコキシド溶液を構
成する金属の種類単位にその金属のモル数にその金属の
電荷数を乗じた値をゾルを形成する総ての金属について
加算した総和をＮ１とし、モノエタノールアミンのモル
数をＮ２とおくと、 Ｎ２＝α・Ｎ１ …（２） ０．５ ≦ α ≦ １．０ …（３） が成り立つように調整する。ここでＮ１は、 Ｎ１ ＝ [Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4]×４ ＋ [Ｎｂ（ＯＣ
2Ｈ5）5]×５ と表される。[Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4]はチタニウムテトラ
イソプロポキシド、[Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5]は ペンタエト
キシニオブのモル数である。式（３）において、通常
は、αが０．７程度となるように調整するとよい。
成する金属の種類単位にその金属のモル数にその金属の
電荷数を乗じた値をゾルを形成する総ての金属について
加算した総和をＮ１とし、モノエタノールアミンのモル
数をＮ２とおくと、 Ｎ２＝α・Ｎ１ …（２） ０．５ ≦ α ≦ １．０ …（３） が成り立つように調整する。ここでＮ１は、 Ｎ１ ＝ [Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4]×４ ＋ [Ｎｂ（ＯＣ
2Ｈ5）5]×５ と表される。[Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4]はチタニウムテトラ
イソプロポキシド、[Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5]は ペンタエト
キシニオブのモル数である。式（３）において、通常
は、αが０．７程度となるように調整するとよい。
【００３４】（ステップ３）：酢酸鉛３水和物と酢酸マ
グネシウム５水和物、ジルコニウムアセチルアセトナー
トとを加え、８０℃に加温する。加温した状態で３０分
間〜６０分間攪拌し、その後室温になるまで自然冷却す
る。
グネシウム５水和物、ジルコニウムアセチルアセトナー
トとを加え、８０℃に加温する。加温した状態で３０分
間〜６０分間攪拌し、その後室温になるまで自然冷却す
る。
【００３５】（ステップ４）：さらに高分子有機材料と
して、平均分子量４００〜８００のポリエチレングリコ
ール（ＰＥＧ）を加えてゾルを完成させる。ポリエチレ
ングリコールの添加量は、鉛（Ｐｂ）１モルに対して
０．１モルから０．５モル程度、好適には０．２５モル
程度加える。完成したゾルの溶質濃度（全金属のモル濃
度）は、０．３〜１．０Ｍ（モル／リットル）とする。
好適には０．５Ｍ（モル／リットル）となるように設定
する。
して、平均分子量４００〜８００のポリエチレングリコ
ール（ＰＥＧ）を加えてゾルを完成させる。ポリエチレ
ングリコールの添加量は、鉛（Ｐｂ）１モルに対して
０．１モルから０．５モル程度、好適には０．２５モル
程度加える。完成したゾルの溶質濃度（全金属のモル濃
度）は、０．３〜１．０Ｍ（モル／リットル）とする。
好適には０．５Ｍ（モル／リットル）となるように設定
する。
【００３６】次に、上記製造方法によって製造されたゾ
ルを用いた本実施形態の圧電体素子およびインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法を、図４および図５の製造工
程断面図に基づいて説明する。この中で圧電体素子の製
造方法は下部電極形成工程、圧電体薄膜層形成工程およ
び上部電極形成工程により構成されている。
ルを用いた本実施形態の圧電体素子およびインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法を、図４および図５の製造工
程断面図に基づいて説明する。この中で圧電体素子の製
造方法は下部電極形成工程、圧電体薄膜層形成工程およ
び上部電極形成工程により構成されている。
【００３７】絶縁膜形成工程（図４（ａ））： 絶縁膜
形成工程は、シリコン基板２０に絶縁膜３１を形成する
工程である。シリコン基板２０は、例えば２００μｍ程
度、絶縁膜３１は１μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜
の製造には、公知の熱酸化法等を用いる。
形成工程は、シリコン基板２０に絶縁膜３１を形成する
工程である。シリコン基板２０は、例えば２００μｍ程
度、絶縁膜３１は１μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜
の製造には、公知の熱酸化法等を用いる。
【００３８】下部電極形成工程（図４(ｂ)）： 下部電
極形成工程では、絶縁膜３１の上に下部電極３２を形成
する工程である。下部電極３２は、例えば絶縁膜側から
順にチタン層、白金層、チタン層を２０ｎｍ、２００ｎ
ｍ、５ｎｍの厚みで積層する。これら層の製造は公知の
直流スパッタ法等を用いる。
極形成工程では、絶縁膜３１の上に下部電極３２を形成
する工程である。下部電極３２は、例えば絶縁膜側から
順にチタン層、白金層、チタン層を２０ｎｍ、２００ｎ
ｍ、５ｎｍの厚みで積層する。これら層の製造は公知の
直流スパッタ法等を用いる。
【００３９】圧電体薄膜層形成工程（図４（ｃ）、図４
（ｄ））： 圧電体薄膜層形成工程は、前記ゾルを使用
してゾルゲル法により圧電体薄膜層４１を形成する工程
である。まず上記ゾルを下部電極３２上に一定の厚みに
塗布する。例えば公知のスピンコート法を用いる場合に
は、毎分５００回転で３０秒、毎分１５００回転で３０
秒、最後に毎分５００回転で１０秒間塗布する。塗布し
た段階では、圧電体薄膜層を構成する各金属原子は有機
金属錯体として分散している。塗布後、一定温度（例え
ば１８０度）で一定時間（例えば１０分程度）乾燥させ
る。乾燥により溶媒であるブトキシエタノールが蒸発す
る。乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の脱脂温
度で一定時間（３０分間）脱脂する。この脱脂温度は、
４００℃以上で５００℃以下の範囲がよく、好ましくは
４５０℃程度にする。脱脂により金属に配位している有
機物が金属から解離してから酸化燃焼反応を生じ、大気
中に飛散する。
（ｄ））： 圧電体薄膜層形成工程は、前記ゾルを使用
してゾルゲル法により圧電体薄膜層４１を形成する工程
である。まず上記ゾルを下部電極３２上に一定の厚みに
塗布する。例えば公知のスピンコート法を用いる場合に
は、毎分５００回転で３０秒、毎分１５００回転で３０
秒、最後に毎分５００回転で１０秒間塗布する。塗布し
た段階では、圧電体薄膜層を構成する各金属原子は有機
金属錯体として分散している。塗布後、一定温度（例え
ば１８０度）で一定時間（例えば１０分程度）乾燥させ
る。乾燥により溶媒であるブトキシエタノールが蒸発す
る。乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の脱脂温
度で一定時間（３０分間）脱脂する。この脱脂温度は、
４００℃以上で５００℃以下の範囲がよく、好ましくは
４５０℃程度にする。脱脂により金属に配位している有
機物が金属から解離してから酸化燃焼反応を生じ、大気
中に飛散する。
【００４０】上記したゾルの塗布→乾燥→脱脂の各工程
を所定回数ｎ、例えば１２回繰り返して１２層の薄膜層
４５ｎを積層する。薄い層を多層積層するのはクラック
の発生を確実に防止しながら、厚みのある圧電体薄膜層
を形成するためである。高速熱処理前の厚みで圧電体薄
膜層の前駆体膜全体の厚みが１．６μｍとなるようにす
る。
を所定回数ｎ、例えば１２回繰り返して１２層の薄膜層
４５ｎを積層する。薄い層を多層積層するのはクラック
の発生を確実に防止しながら、厚みのある圧電体薄膜層
を形成するためである。高速熱処理前の厚みで圧電体薄
膜層の前駆体膜全体の厚みが１．６μｍとなるようにす
る。
【００４１】圧電体薄膜層４１の前駆体膜４５を形成し
た後に、一定の温度下で高速熱処理（ＲＴＡ）する。例
えば酸素雰囲気下において、６５０度で５分間、さらに
９００度で１分間加熱する。この高速熱処理によりアモ
ルファス状態のゲルからペロブスカイト結晶構造が形成
される。モノエタノールアミンが金属アルコキシドの加
水分解を生じ難く作用するために、結晶化の過程で多く
の微結晶粒が柱状結晶中に残された状態で結晶する。高
速熱処理を経た後、圧電体薄膜の厚みは、多少厚みが減
るが、１．２μｍ以上の厚みにすることが可能である。
圧電体薄膜層の前駆体膜４５は結晶化して圧電体薄膜層
４１になる。
た後に、一定の温度下で高速熱処理（ＲＴＡ）する。例
えば酸素雰囲気下において、６５０度で５分間、さらに
９００度で１分間加熱する。この高速熱処理によりアモ
ルファス状態のゲルからペロブスカイト結晶構造が形成
される。モノエタノールアミンが金属アルコキシドの加
水分解を生じ難く作用するために、結晶化の過程で多く
の微結晶粒が柱状結晶中に残された状態で結晶する。高
速熱処理を経た後、圧電体薄膜の厚みは、多少厚みが減
るが、１．２μｍ以上の厚みにすることが可能である。
圧電体薄膜層の前駆体膜４５は結晶化して圧電体薄膜層
４１になる。
【００４２】上部電極形成工程（図４(ｅ)）： 圧電体
薄膜層４１の上に、さら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４２を形成する。上部電
極の材料は、白金（Ｐｔ）等を用いる。厚みは１００ｎ
ｍ程度にする。
薄膜層４１の上に、さら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４２を形成する。上部電
極の材料は、白金（Ｐｔ）等を用いる。厚みは１００ｎ
ｍ程度にする。
【００４３】エッチング工程（図５(ａ)）： エッチン
グ工程は、上記圧電体薄膜層４１および上部電極４２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し圧電体素子４０にする工程であ
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４２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４２および圧電体薄膜
層４１以外の部分をエッチングし除去する。以上で圧電
体素子４０が形成できる。この圧電体素子を上部電極お
よび下部電極間に電圧を印加可能に構成すれば、独立し
た電気機械変換素子として機能させることが可能であ
る。本実施形態ではさらにインクジェット式記録ヘッド
を製造する。
グ工程は、上記圧電体薄膜層４１および上部電極４２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し圧電体素子４０にする工程であ
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４２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４２および圧電体薄膜
層４１以外の部分をエッチングし除去する。以上で圧電
体素子４０が形成できる。この圧電体素子を上部電極お
よび下部電極間に電圧を印加可能に構成すれば、独立し
た電気機械変換素子として機能させることが可能であ
る。本実施形態ではさらにインクジェット式記録ヘッド
を製造する。
【００４４】圧力室形成工程（図５（ｂ））： 圧力室
形成工程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２
０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。圧電体素子４０を形成した面と反対側か
ら、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、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。
形成工程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２
０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。圧電体素子４０を形成した面と反対側か
ら、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、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。
【００４５】ノズル板貼り合わせ工程（図５（ｃ））：
ノズル板貼り合わせ工程は、エッチング後のシリコン
基板２０にノズル板１０を接着剤で貼り合わせる工程で
ある。貼り合わせのときに各ノズル穴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２５に
取り付け（図３参照）、インクジェット式記録ヘッド１
を完成させる。なおノズル板と圧力室基板を一体的にエ
ッチングして形成する場合には、ノズル板の貼り合わせ
工程は不要である。すなわち、ノズル板と圧力室基板と
を併せたような形状に圧力室基板をエッチングし、最後
にキャビティに相当する位置にノズル穴を設ける場合で
ある。
ノズル板貼り合わせ工程は、エッチング後のシリコン
基板２０にノズル板１０を接着剤で貼り合わせる工程で
ある。貼り合わせのときに各ノズル穴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２５に
取り付け（図３参照）、インクジェット式記録ヘッド１
を完成させる。なおノズル板と圧力室基板を一体的にエ
ッチングして形成する場合には、ノズル板の貼り合わせ
工程は不要である。すなわち、ノズル板と圧力室基板と
を併せたような形状に圧力室基板をエッチングし、最後
にキャビティに相当する位置にノズル穴を設ける場合で
ある。
【００４６】（実施例）上記実施形態の実施例を以下に
説明する。表１にモノエタノールアミンをキレート剤と
して使用した実施例と、アミンを使用しない従来の方法
で結晶化して製造された比較例との特性を示す。
説明する。表１にモノエタノールアミンをキレート剤と
して使用した実施例と、アミンを使用しない従来の方法
で結晶化して製造された比較例との特性を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】前駆体の限界膜厚とは、結晶化するための
高速熱処理直前においてクラックが発生せずに積層可能
であった最大の膜厚である。結晶化膜の限界膜厚とは、
高速熱処理後にもクラックが発生せずに結晶化できた場
合の最大膜厚である。
高速熱処理直前においてクラックが発生せずに積層可能
であった最大の膜厚である。結晶化膜の限界膜厚とは、
高速熱処理後にもクラックが発生せずに結晶化できた場
合の最大膜厚である。
【００４９】図６に、モノエタノールアミンを用いた実
施例の結晶化後の圧電体薄膜層を、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）で観察した様子を示す。図６（ａ）はそのＴ
ＥＭ写真、図６（ｂ）は写真の模写図である。この図か
ら判るように、圧電体薄膜層中にははっきりと微結晶粒
が存在していることが確認できる。このようにモノエタ
ノールアミンを用いることで微結晶粒が生じ、応力を緩
和し、クラックが発生しにくくなっていることが確認さ
れた。
施例の結晶化後の圧電体薄膜層を、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）で観察した様子を示す。図６（ａ）はそのＴ
ＥＭ写真、図６（ｂ）は写真の模写図である。この図か
ら判るように、圧電体薄膜層中にははっきりと微結晶粒
が存在していることが確認できる。このようにモノエタ
ノールアミンを用いることで微結晶粒が生じ、応力を緩
和し、クラックが発生しにくくなっていることが確認さ
れた。
【００５０】なおアミンには、モノエタノールアミンの
他に、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ
−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノール
アミン、ジイソプロパノールアミンなど各種存在する
が、実験の結果モノエタノールアミンが最も厚膜化に貢
献することが確認された。
他に、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ
−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノール
アミン、ジイソプロパノールアミンなど各種存在する
が、実験の結果モノエタノールアミンが最も厚膜化に貢
献することが確認された。
【００５１】（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ＰＭＮ−ＰＺＴについて
説明していたが、他の強誘電性の圧電性セラミックスに
ついても同様に考えることができる。
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ＰＭＮ−ＰＺＴについて
説明していたが、他の強誘電性の圧電性セラミックスに
ついても同様に考えることができる。
【００５２】また上記製造方法では、ゾルゲル法により
結晶化を行っていたが、他の方法、例えばＭＯＤ法など
によって圧電体セラミックスの結晶化を行ってもよい。
モノエタノールアミンを使用する限り、熱処理過程にお
ける加水分解が抑制され微結晶粒が発生し、応力を緩和
することが期待される。
結晶化を行っていたが、他の方法、例えばＭＯＤ法など
によって圧電体セラミックスの結晶化を行ってもよい。
モノエタノールアミンを使用する限り、熱処理過程にお
ける加水分解が抑制され微結晶粒が発生し、応力を緩和
することが期待される。
【００５３】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。すなわち、本発明の圧電体素子は厚膜化が可能であ
り良好な圧電特性を備えるために、あらゆる用途に適す
る。
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。すなわち、本発明の圧電体素子は厚膜化が可能であ
り良好な圧電特性を備えるために、あらゆる用途に適す
る。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、モノエタノールアミン
をキレート剤として使用したことにより、微結晶粒が生
じ、応力によるクラックが発生しにくい構造の圧電体素
子を形成することが可能である。したがって、本発明に
より、厚膜化が可能な結晶構造を備えた圧電体素子を提
供することができる。また厚膜化が可能な結晶構造を備
えた圧電体素子を利用したインクジェット式記録ヘッド
を提供することができる。
をキレート剤として使用したことにより、微結晶粒が生
じ、応力によるクラックが発生しにくい構造の圧電体素
子を形成することが可能である。したがって、本発明に
より、厚膜化が可能な結晶構造を備えた圧電体素子を提
供することができる。また厚膜化が可能な結晶構造を備
えた圧電体素子を利用したインクジェット式記録ヘッド
を提供することができる。
【００５５】また本発明によれば、モノエタノールアミ
ンをキレート剤とするゾルを形成することにより、製造
時にクラックが発生しにくい圧電体素子の製造方法を提
供することができる。また製造時に圧電体素子にクラッ
クを発生させないインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を提供することができる。
ンをキレート剤とするゾルを形成することにより、製造
時にクラックが発生しにくい圧電体素子の製造方法を提
供することができる。また製造時に圧電体素子にクラッ
クを発生させないインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を提供することができる。
【図１】本発明の圧電体素子の層構造を説明する断面図
である。
である。
【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの分解斜
視図である。
視図である。
【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの斜視図
一部断面図である。
一部断面図である。
【図４】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である（その１）。
法を説明する製造工程断面図である（その１）。
【図５】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である（その２）。
法を説明する製造工程断面図である（その２）。
【図６】モノエタノールアミンを使用した実施例の圧電
体薄膜層の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真と模写図で
ある。
体薄膜層の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真と模写図で
ある。
１０…ノズル板 ２０…圧力室基板 ３０…振動板 ３１…絶縁膜 ３２…下部電極 ４０…圧電体素子 ４１…圧電体薄膜層 ４２…上部電極 ４３…柱状結晶 ４４…結晶粒 ４５…圧電体薄膜層の前駆体膜 ２１…キャビティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/22
Claims (12)
- 【請求項１】 下部電極および上部電極に挟持された圧
電体薄膜を備える圧電体素子において、 前記圧電体薄膜は、微結晶粒を包含する柱状結晶により
構成されていることを特徴とする圧電体素子。 - 【請求項２】 前記柱状結晶の径は、０．１乃至０．５
μｍの範囲である請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項３】 前記微結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ以
下の範囲である請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項４】 前記微結晶粒と微結晶粒以外の部分とは
同一の組成である請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項５】 前記圧電体薄膜を構成する金属は、ジル
コニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＺ
Ｔ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
を含む請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 前記圧電体薄膜は、薄膜全体が１．０μ
ｍ以上の厚みで形成されている請求項１に記載の圧電体
素子。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６に記載の圧電体素
子を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、 圧力室が形成された圧力室基板と、 前記圧力室の一方の面を閉鎖する振動板と、 前記振動板の前記圧力室に対応する位置に設けられ、当
該圧力室に体積変化を及ぼすことが可能に構成された前
記圧電体素子と、を備え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８】 下部電極および上部電極の間に、電気機
械変換作用を示す圧電体薄膜を挟持させた圧電体素子の
製造方法において、 前記下部電極上に、金属アルコキシド溶液に、キレート
剤としてモノエタノールアミンを含むゾルを使用して前
記圧電体薄膜を形成することを特徴とする圧電体素子の
製造方法。 - 【請求項９】 前記金属アルコキシド溶液を構成する金
属の種類単位にその金属のモル数にその金属の電荷数を
乗じた値をゾルを形成する総ての金属について加算した
総和に対し、前記モノエタノールアミンのモル数を、５
０％以上１００％以下となるように調整してゾルを形成
する請求項８に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 脱脂温度を４００℃以上で５００℃以
下の温度に設定して前記圧電体薄膜の脱脂を行う請求項
８に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記金属アルコキシド溶液として、ジ
ルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：Ｐ
ＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ3）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3：ＰＬＺＴ）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）によ
り構成される群から選ばれる一種の圧電性セラミックス
の出発原料となる有機金属を含む溶液を用いることを特
徴とする請求項８に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項８乃至請求項１１のいずれかに
記載の製造方法で製造した圧電体素子を備えるインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法であって、 基板の一面に振動板を形成する工程と、 前記振動板に前記圧電体素子を製造する工程と、 前記圧電体素子が設けられた振動板が前記圧力室の一面
を形成するような配置で前記基板をエッチングし前記圧
力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記録
ヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34157198A JP3646773B2 (ja) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34157198A JP3646773B2 (ja) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174351A true JP2000174351A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3646773B2 JP3646773B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=18347111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34157198A Expired - Lifetime JP3646773B2 (ja) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646773B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1726050A1 (en) * | 2004-02-27 | 2006-11-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| JP2007144992A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-06-14 | Fujifilm Corp | 凹凸構造体とその製造方法、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010021375A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
-
1998
- 1998-12-01 JP JP34157198A patent/JP3646773B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1726050A1 (en) * | 2004-02-27 | 2006-11-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| EP1726050A4 (en) * | 2004-02-27 | 2009-11-25 | Canon Kk | PIEZOELECTRIC THIN FILM, METHOD FOR MANUFACTURING PIEZOELECTRIC THIN FILM, PIEZOELECTRIC ELEMENT, AND INKJET RECORDING HEAD |
| US8227021B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-07-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing piezoelectric thin film |
| US8715823B2 (en) | 2004-02-27 | 2014-05-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and ink jet recording head |
| JP2007144992A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-06-14 | Fujifilm Corp | 凹凸構造体とその製造方法、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
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|---|---|
| JP3646773B2 (ja) | 2005-05-11 |
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