JP2000299510A - 圧電素子及びその製造方法並びにそれを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
圧電素子及びその製造方法並びにそれを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電圧で駆動が可能で、高密度で、小型のイ
ンクジェットヘッドの作製を可能とする。 【解決手段】 共通電極３と、共通電極３上にPb,Zr,Ti
を主成分とするペロブスカイト型誘電体薄膜で積層した
圧電体２と、さらに圧電体上に積層した個別電極１とを
有する圧電素子４において、圧電体２のPbと、Zr及びTi
との組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下
であることを特徴とする。
ンクジェットヘッドの作製を可能とする。 【解決手段】 共通電極３と、共通電極３上にPb,Zr,Ti
を主成分とするペロブスカイト型誘電体薄膜で積層した
圧電体２と、さらに圧電体上に積層した個別電極１とを
有する圧電素子４において、圧電体２のPbと、Zr及びTi
との組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下
であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子及びその
製造方法並びにその圧電素子を用いたインクジェットヘ
ッド及びその製造方法に関するものである。
製造方法並びにその圧電素子を用いたインクジェットヘ
ッド及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パソコンなどの印刷装置としてイ
ンクジェットヘッドを用いたプリンタが印字性能がよく
取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及して
いる。
ンクジェットヘッドを用いたプリンタが印字性能がよく
取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及して
いる。
【０００３】このインクジェットヘッドには、熱エネル
ギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡によ
る圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力によ
りインク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振
動子による圧力波を利用したもの等、種々の方式があ
る。
ギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡によ
る圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力によ
りインク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振
動子による圧力波を利用したもの等、種々の方式があ
る。
【０００４】一般に、圧電素子を用いたものは、例え
ば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのイン
ク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、
圧電素子が接合された振動板等により構成されている。
従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向
である。このような構成において、圧電素子に所定の電
圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧
電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のイ
ンクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液
滴が吐出する。現在カラーのインクジェト記録装置が普
及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化お
よび高速印字が求められている。そのためインクヘッド
の微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度お
よび高速印字を実現する事が試みられている。インクヘ
ッドの微細化には、インクを供給するための圧電素子の
小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のため
には圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ
振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能で
ある。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常
に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低
下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出するこ
とができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有
した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜
厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発
し、その製造方法を確立することが必要がある。
ば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのイン
ク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、
圧電素子が接合された振動板等により構成されている。
従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向
である。このような構成において、圧電素子に所定の電
圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧
電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のイ
ンクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液
滴が吐出する。現在カラーのインクジェト記録装置が普
及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化お
よび高速印字が求められている。そのためインクヘッド
の微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度お
よび高速印字を実現する事が試みられている。インクヘ
ッドの微細化には、インクを供給するための圧電素子の
小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のため
には圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ
振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能で
ある。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常
に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低
下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出するこ
とができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有
した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜
厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発
し、その製造方法を確立することが必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように厚みの薄い圧電体を用いて、アクチュエ−タ又は
センサ−に使用する小型の圧電素子およびそれらを用い
たインクジェットヘッドをこれまで実現することができ
なかった。特に、従来から用いてきた焼結体の圧電材料
では、素子を切削等の機械的な加工により小型化してき
たが、機械的加工では小型化に限界がある上、圧電特性
の劣化を招き、小型化と高解像度化を両立させる事は困
難であった。
ように厚みの薄い圧電体を用いて、アクチュエ−タ又は
センサ−に使用する小型の圧電素子およびそれらを用い
たインクジェットヘッドをこれまで実現することができ
なかった。特に、従来から用いてきた焼結体の圧電材料
では、素子を切削等の機械的な加工により小型化してき
たが、機械的加工では小型化に限界がある上、圧電特性
の劣化を招き、小型化と高解像度化を両立させる事は困
難であった。
【０００６】本発明は、従来のこのような圧電素子の課
題を解決するもので、圧電素子を構成する圧電体や振動
板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に用いら
れている微細加工が可能な形状とし、更に膜厚が薄くて
も大きな圧電特性を有する薄膜材料を開発し、インクジ
ェットヘッドにおいてはノズルの構造が高密度の多素子
化を実現する構成、かつその製造方法を提供する事を目
的とするものである。
題を解決するもので、圧電素子を構成する圧電体や振動
板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に用いら
れている微細加工が可能な形状とし、更に膜厚が薄くて
も大きな圧電特性を有する薄膜材料を開発し、インクジ
ェットヘッドにおいてはノズルの構造が高密度の多素子
化を実現する構成、かつその製造方法を提供する事を目
的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にお
いては、共通電極と、前記共通電極上にPb,Zr,Tiを主成
分とするペロブスカイト型誘電体薄膜(以後単にPZTと称
す)からなるペロブスカイト型誘電体薄膜で積層した圧
電体と、さらに前記圧電体上に積層した個別電極とを有
する圧電素子において、前記圧電体のPbと、Zr及びTiと
の組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下で
あることを特徴とする。
いては、共通電極と、前記共通電極上にPb,Zr,Tiを主成
分とするペロブスカイト型誘電体薄膜(以後単にPZTと称
す)からなるペロブスカイト型誘電体薄膜で積層した圧
電体と、さらに前記圧電体上に積層した個別電極とを有
する圧電素子において、前記圧電体のPbと、Zr及びTiと
の組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下で
あることを特徴とする。
【０００８】上記構成により、圧電体の圧電特性が向上
し、アクチュエ−タとしては低電圧で駆動が可能とな
り、センサ−としては感度の向上が図れる。
し、アクチュエ−タとしては低電圧で駆動が可能とな
り、センサ−としては感度の向上が図れる。
【０００９】請求項２記載の発明においては、圧電体の
厚みが、０．５μm〜５μmであることを特徴とする。
厚みが、０．５μm〜５μmであることを特徴とする。
【００１０】上記構成により、薄膜成膜により高密度化
が図れ、小型で高解像度の圧電素子が作製可能となる。
が図れ、小型で高解像度の圧電素子が作製可能となる。
【００１１】請求項３記載の発明においては、圧電体が
ジルコニウムの組成が異なるいくつかの層からなる多層
構造、もしくはジルコニウムの組成が連続して変化する
傾斜組成構造であることを特徴とする。
ジルコニウムの組成が異なるいくつかの層からなる多層
構造、もしくはジルコニウムの組成が連続して変化する
傾斜組成構造であることを特徴とする。
【００１２】上記構成により、高品質な圧電体の薄膜形
成が容易となる。
成が容易となる。
【００１３】請求項４記載の発明においては、基板上に
個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法により
PZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を形
成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成した後、前記
基板の全てもしくは一部を除去する圧電素子製造方法に
おいて、前記圧電体のPbと、Zr及びTiとの組成比：Pb/
(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下である圧電体を
形成することを特徴とする。
個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法により
PZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を形
成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成した後、前記
基板の全てもしくは一部を除去する圧電素子製造方法に
おいて、前記圧電体のPbと、Zr及びTiとの組成比：Pb/
(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下である圧電体を
形成することを特徴とする。
【００１４】上記方法により、請求項１と同様の効果が
得られる。
得られる。
【００１５】請求項５記載の発明においては、スパッタ
法のタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からなり、
かつPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+PbO)が、０．０５
〜０．３５であることを特徴とする。
法のタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からなり、
かつPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+PbO)が、０．０５
〜０．３５であることを特徴とする。
【００１６】上記方法により、安定した圧電性の高い圧
電素子を作製するのが可能となる。
電素子を作製するのが可能となる。
【００１７】請求項６記載の発明においては、個別電極
をMgO基板の(100)面上に形成することを特徴とする。
をMgO基板の(100)面上に形成することを特徴とする。
【００１８】上記方法により、安定した圧電性の高い圧
電素子を作製するのが可能となる。
電素子を作製するのが可能となる。
【００１９】請求項７記載の発明においては、個別電極
が白金からなることを特徴とする。
が白金からなることを特徴とする。
【００２０】上記方法により、請求項１と同様の効果が
得られ、かつ白金の加工性が良いので、上部電極として
個別化が容易となる。
得られ、かつ白金の加工性が良いので、上部電極として
個別化が容易となる。
【００２１】請求項８記載の発明においては、請求項１
〜３のいずれか一つに記載の圧電素子と、インクを吐出
させる振動板と、圧力室を形成する共通インク室部品と
を具備することを特徴とする。
〜３のいずれか一つに記載の圧電素子と、インクを吐出
させる振動板と、圧力室を形成する共通インク室部品と
を具備することを特徴とする。
【００２２】上記方法により、圧電体の圧電特性が向上
し、低電圧でインク吐出の駆動が可能で、かつ薄膜成膜
により高密度化が図れ、小型で高解像度のヘッドが作製
可能となる。
し、低電圧でインク吐出の駆動が可能で、かつ薄膜成膜
により高密度化が図れ、小型で高解像度のヘッドが作製
可能となる。
【００２３】請求項９記載の発明においては、基板上に
個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法により
PZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を形
成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成し、前記共通
電極上に振動板を形成した後、基板の全てもしくは一部
を除去し、前記振動板の上にインク液体を収容するため
の圧力室を形成することを特徴とする。
個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法により
PZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を形
成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成し、前記共通
電極上に振動板を形成した後、基板の全てもしくは一部
を除去し、前記振動板の上にインク液体を収容するため
の圧力室を形成することを特徴とする。
【００２４】上記方法により、請求項８と同様の効果が
得られる。
得られる。
【００２５】請求項１０記載の発明においては、基板上
に個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法によ
りPZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を
形成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成し、前記共
通電極上に振動板を形成し、前記振動板上にインク液体
を収容するための圧力室を形成した後、前記基板の全て
もしくは一部を除去することを特徴とする。
に個別電極を形成し、前記個別電極上にスパッタ法によ
りPZTからなるペロブスカイト型誘電体薄膜の圧電体を
形成し、前記圧電体上に更に共通電極を形成し、前記共
通電極上に振動板を形成し、前記振動板上にインク液体
を収容するための圧力室を形成した後、前記基板の全て
もしくは一部を除去することを特徴とする。
【００２６】上記方法により、請求項８と同様の効果が
得られ、さらに振動板が薄膜で剛性がない場合でも、振
動板に損傷を与えることなくインクジェットヘッドの作
製が可能となる。
得られ、さらに振動板が薄膜で剛性がない場合でも、振
動板に損傷を与えることなくインクジェットヘッドの作
製が可能となる。
【００２７】請求項１１記載の発明においては、スパッ
タ法のタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からな
り、かつPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+PbO)が、０．
０５〜０．３５であることを特徴とする。
タ法のタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からな
り、かつPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+PbO)が、０．
０５〜０．３５であることを特徴とする。
【００２８】上記方法により、安定した圧電性の高い圧
電素子を作製するのが可能となる。
電素子を作製するのが可能となる。
【００２９】請求項１２記載の発明においては、個別電
極をMgO基板の(100)面上に形成することを特徴とする上
記方法により、安定した圧電性の高い圧電素子を作製す
るのが可能となる。
極をMgO基板の(100)面上に形成することを特徴とする上
記方法により、安定した圧電性の高い圧電素子を作製す
るのが可能となる。
【００３０】請求項１３記載の発明においては、個別電
極が白金からなることを特徴とする上記方法により、請
求項８と同様の効果が得られ、かつ白金の加工性が良い
ので、上部電極として個別化が容易となる。
極が白金からなることを特徴とする上記方法により、請
求項８と同様の効果が得られ、かつ白金の加工性が良い
ので、上部電極として個別化が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を用いて説明する。
いて図面を用いて説明する。
【００３２】（実施の形態１）図１は、本発明にかかる
実施の形態１の圧電素子を用いたインクジェットヘッド
を横から見た断面図である。
実施の形態１の圧電素子を用いたインクジェットヘッド
を横から見た断面図である。
【００３３】図１において、本実施の形態の圧電素子を
用いたインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力
室６、インクを吐出する吐出口８、その吐出口８に連通
し圧力室６に圧力を印加するための圧電素子４、及びそ
の圧電素子４で振動する振動板５から構成されている。
圧電素子４は、共通電極３、圧電体２及び個別電極１と
からなり、この順に振動板５に積層している。圧力室６
は、振動板５と共通インク室部品７から形成される。
尚、図１は断面図であり、圧力室６は隔壁により分離さ
れた複数個が、この断面と垂直方向に並んだ構成になっ
ており、吐出口８、圧電素子４も圧力室６と同数が同様
に並んでいる。
用いたインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力
室６、インクを吐出する吐出口８、その吐出口８に連通
し圧力室６に圧力を印加するための圧電素子４、及びそ
の圧電素子４で振動する振動板５から構成されている。
圧電素子４は、共通電極３、圧電体２及び個別電極１と
からなり、この順に振動板５に積層している。圧力室６
は、振動板５と共通インク室部品７から形成される。
尚、図１は断面図であり、圧力室６は隔壁により分離さ
れた複数個が、この断面と垂直方向に並んだ構成になっ
ており、吐出口８、圧電素子４も圧力室６と同数が同様
に並んでいる。
【００３４】圧電体２は、ペロブスカイト型のPZT薄膜
であり、個別電極１及び共通電極３は、圧電体２に電圧
を印加するためのもので、導電性材料を用いることがで
き特に少なくとも一部に白金もしくは金を用いる事が好
ましい。
であり、個別電極１及び共通電極３は、圧電体２に電圧
を印加するためのもので、導電性材料を用いることがで
き特に少なくとも一部に白金もしくは金を用いる事が好
ましい。
【００３５】振動板５は、圧力室６の体積を収縮及び膨
張させるためのもので、ニッケル、クロム、またはアル
ミニウム金属、もしくは金属の酸化物、シリコンの酸化
物、セラミックスまたは高分子有機物等からなる。
張させるためのもので、ニッケル、クロム、またはアル
ミニウム金属、もしくは金属の酸化物、シリコンの酸化
物、セラミックスまたは高分子有機物等からなる。
【００３６】共通インク室部品７は、インクを圧力室５
に供給し、又インクを吐出口８から吐出させるためのも
ので、SUS等からなる金属材料、感光性ガラスまたは樹
脂等からなる。
に供給し、又インクを吐出口８から吐出させるためのも
ので、SUS等からなる金属材料、感光性ガラスまたは樹
脂等からなる。
【００３７】図２は、インクジェットヘッドの製造工程
について示した図である。図２を用いてインクジェット
ヘッドの製造工程について説明する。 図２(a):MgO、Si、SUS等からなる基板２０上に、rfスパ
ッタ法により、白金の個別電極１を形成する。 図２(b):個別電極１上に、rfスパッタ法により、PZT薄
膜の圧電体２を形成する。 図２(c):圧電体２上に、rfスパッタ法により、共通電極
３を形成する。この段階で、圧電素子４が形成される。 図２(d):共通電極３の隣接面に沿って振動板５を形成す
る。振動板５の形成法は、スパッタ法、真空蒸着法、メ
ッキ法、スピンコート法、または接合法などがある。 図２(e):酸性溶液を用いて基板２０をエッチング除去す
る。 図２(f):最後に振動板５と簡略化して図示した共通イン
ク室部品７とを接合する。
について示した図である。図２を用いてインクジェット
ヘッドの製造工程について説明する。 図２(a):MgO、Si、SUS等からなる基板２０上に、rfスパ
ッタ法により、白金の個別電極１を形成する。 図２(b):個別電極１上に、rfスパッタ法により、PZT薄
膜の圧電体２を形成する。 図２(c):圧電体２上に、rfスパッタ法により、共通電極
３を形成する。この段階で、圧電素子４が形成される。 図２(d):共通電極３の隣接面に沿って振動板５を形成す
る。振動板５の形成法は、スパッタ法、真空蒸着法、メ
ッキ法、スピンコート法、または接合法などがある。 図２(e):酸性溶液を用いて基板２０をエッチング除去す
る。 図２(f):最後に振動板５と簡略化して図示した共通イン
ク室部品７とを接合する。
【００３８】ここで図２(a)において、特に基板２０にM
gOを用い、MgO基板２０の(100)面上に白金からなる個別
電極１を形成して圧電体２を作製した場合、安定した圧
電性の高い圧電素子４を作製するのが可能となる。又、
ここでは形成方法としてrfスパッタ法を用いたが、この
他、ＭＯＣＶＤもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコ
ート法においても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形
成することができる。
gOを用い、MgO基板２０の(100)面上に白金からなる個別
電極１を形成して圧電体２を作製した場合、安定した圧
電性の高い圧電素子４を作製するのが可能となる。又、
ここでは形成方法としてrfスパッタ法を用いたが、この
他、ＭＯＣＶＤもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコ
ート法においても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形
成することができる。
【００３９】次に、振動板が薄膜で剛性がない場合でも
インクジェットヘッドを作製するための製造方法につい
て、図３を用いて説明する。図３の工程(a)〜(d)までは
図２の製造方法と同様である。図３(e)は、振動板５に
共通インク室部品７を接合する。その後、図３(f)で酸
性溶液を用いて基板２０をエッチング除去する。この製
造方法により、共通インク室部品７で剛性を確保するの
で、振動板５が薄膜で剛性がない場合でも、振動板５に
損傷を与えることなくインクジェットヘッドを作製する
ことが可能である。
インクジェットヘッドを作製するための製造方法につい
て、図３を用いて説明する。図３の工程(a)〜(d)までは
図２の製造方法と同様である。図３(e)は、振動板５に
共通インク室部品７を接合する。その後、図３(f)で酸
性溶液を用いて基板２０をエッチング除去する。この製
造方法により、共通インク室部品７で剛性を確保するの
で、振動板５が薄膜で剛性がない場合でも、振動板５に
損傷を与えることなくインクジェットヘッドを作製する
ことが可能である。
【００４０】次に実験結果について説明する。作製した
インクジェットヘッドの構造は、振動板５については、
圧力室６と圧電素子４との間の振動板５の厚みが２．９
μmで、クロム材料を用いた。又、共通インク室部品７
は、厚みが３００μmでSUS材料を用いた。又、圧電素子
４については、個別電極１及び共通電極３に、共に厚み
が０．１μmの白金を用いた。インクジェットヘッドの
製造方法については、振動板５が薄膜で剛性がない場合
であるので、図３と同様の方法で製造した。但し、個別
電極１をMgO基板の(100)面上に形成した。
インクジェットヘッドの構造は、振動板５については、
圧力室６と圧電素子４との間の振動板５の厚みが２．９
μmで、クロム材料を用いた。又、共通インク室部品７
は、厚みが３００μmでSUS材料を用いた。又、圧電素子
４については、個別電極１及び共通電極３に、共に厚み
が０．１μmの白金を用いた。インクジェットヘッドの
製造方法については、振動板５が薄膜で剛性がない場合
であるので、図３と同様の方法で製造した。但し、個別
電極１をMgO基板の(100)面上に形成した。
【００４１】上記構成を用いて、圧電体２の厚みと、Pb
/(Zr+Ti)の組成比とを変化させた時の圧電特性を表す圧
電定数：d31(単位：pC/N)の変化を求めた。
/(Zr+Ti)の組成比とを変化させた時の圧電特性を表す圧
電定数：d31(単位：pC/N)の変化を求めた。
【００４２】その結果について、(表１)に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】(表１)より分かるように圧電定数が１００
を超える高い値を示すのは、(条件１)Pb/(Zr+Ti)の組成
比が、１を超えかつ１．３以下の時で、かつ(条件２)圧
電体の膜圧が、０．５μm以上５．０μm以下の時であ
る。又、実際にインクを用いて吐出実験を行ったが、イ
ンクが良好に吐出するのを確認した。
を超える高い値を示すのは、(条件１)Pb/(Zr+Ti)の組成
比が、１を超えかつ１．３以下の時で、かつ(条件２)圧
電体の膜圧が、０．５μm以上５．０μm以下の時であ
る。又、実際にインクを用いて吐出実験を行ったが、イ
ンクが良好に吐出するのを確認した。
【００４５】従って、上記条件１及び条件２で作製した
圧電素子４は、圧電体２の圧電特性が高いので、アクチ
ュエ−タとしては低電圧で駆動が可能となり、又センサ
−としては感度の向上が図れる。又、インクジェットヘ
ッドとして圧電素子４を用いた場合、低電圧で駆動が可
能となることに加えて、薄膜成膜により高密度化が図
れ、小型で高解像度化が図れるので、美しい画像を出力
するインクジェットヘッドの作製が可能となる。
圧電素子４は、圧電体２の圧電特性が高いので、アクチ
ュエ−タとしては低電圧で駆動が可能となり、又センサ
−としては感度の向上が図れる。又、インクジェットヘ
ッドとして圧電素子４を用いた場合、低電圧で駆動が可
能となることに加えて、薄膜成膜により高密度化が図
れ、小型で高解像度化が図れるので、美しい画像を出力
するインクジェットヘッドの作製が可能となる。
【００４６】又、圧電体２の製造方法にスパッタ法を用
い、そのタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からな
り、かつタ−ゲットのPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+P
bO)が、０．０５〜０．３５にすることにより、圧電体
２の膜圧が１０μm以下で、かつPb/(Zr+Ti)の組成比
を、１を超えかつ１．３以下に容易にすることかできる
ので、好ましい。
い、そのタ−ゲットの組成がPZTとPbOとの混合物からな
り、かつタ−ゲットのPZTとPbOとの組成比：PbO/(PZT+P
bO)が、０．０５〜０．３５にすることにより、圧電体
２の膜圧が１０μm以下で、かつPb/(Zr+Ti)の組成比
を、１を超えかつ１．３以下に容易にすることかできる
ので、好ましい。
【００４７】又、ここでは共通電極３と振動板５を別々
にしたが、振動板５が導電性材料の場合は、振動板５が
共通電極３を兼ねても良い。このことにより、構成が簡
素化される。
にしたが、振動板５が導電性材料の場合は、振動板５が
共通電極３を兼ねても良い。このことにより、構成が簡
素化される。
【００４８】（実施の形態２）実施の形態１との相違点
は、圧電体２がジルコニウムの組成が異なるいくつかの
層からなる多層構造である点である。
は、圧電体２がジルコニウムの組成が異なるいくつかの
層からなる多層構造である点である。
【００４９】図４には、２層構成のものを図示した。図
４の圧電体２−ａは、Pb,Zr,Tiを主成分とするペロブス
カイト型PZT薄膜である。圧電体２−ｂは、Ｚｒの含有
していないPbTiO3やPbTiO3にランタンを添加したもの
で、その厚みは約０．０１μmである。このように、個
別電極１の上に、まず圧電体２−ｂを形成した後、その
上に圧電体２−ａを形成することにより、高品質な圧電
体薄膜を安定して形成することができる。
４の圧電体２−ａは、Pb,Zr,Tiを主成分とするペロブス
カイト型PZT薄膜である。圧電体２−ｂは、Ｚｒの含有
していないPbTiO3やPbTiO3にランタンを添加したもの
で、その厚みは約０．０１μmである。このように、個
別電極１の上に、まず圧電体２−ｂを形成した後、その
上に圧電体２−ａを形成することにより、高品質な圧電
体薄膜を安定して形成することができる。
【００５０】又、ここでは圧電体２を２層構成とした
が、３以上のいくつかの層からなる多層構造、もしくは
ジルコニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造で
も同様の効果が得られる。
が、３以上のいくつかの層からなる多層構造、もしくは
ジルコニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造で
も同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電体の
組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下であ
る圧電体を形成することにより低電圧で駆動が可能とな
り、かつ薄膜成膜により高密度化が図れ、小型で高解像
度化が図れるので、美しい画像を出力するインクジェッ
トヘッドの作製が可能となる。
組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．３以下であ
る圧電体を形成することにより低電圧で駆動が可能とな
り、かつ薄膜成膜により高密度化が図れ、小型で高解像
度化が図れるので、美しい画像を出力するインクジェッ
トヘッドの作製が可能となる。
【図１】本発明の実施の形態１におけるのインクジェッ
トヘッドの横断面図
トヘッドの横断面図
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態１におけ
るインクジェットヘッドの製造工程図
るインクジェットヘッドの製造工程図
【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態１におけ
るインクジェットヘッドの製造工程図
るインクジェットヘッドの製造工程図
【図４】本発明の実施の形態２におけるインクジェット
ヘッドの構成断面図
ヘッドの構成断面図
１ 個別電極 ２ 圧電体 ３ 共通電極 ４ 圧電素子 ５ 振動板 ６ 圧力室 ７ 共通インク室部品 ８ 吐出口
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 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF55 AF93 AG44 AG93 AP02 AP14 AP52 BA04 BA14 4K029 AA04 BA50 BB07 BC00 CA05 DC05
Claims (13)
- 【請求項１】 共通電極と、前記共通電極上に鉛（P
b）,ジルコニウム（Zr）,チタン（Ti）を主成分とする
ペロブスカイト型誘電体薄膜(以後単にPZTと称す)で積
層した圧電体と、さらに前記圧電体上に積層した個別電
極とを有する圧電素子において、前記圧電体のPbと、Zr
及びTiとの組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．
３以下であることを特徴とする圧電素子。 - 【請求項２】 圧電体の厚みが、０．５μm〜５μmであ
ることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。 - 【請求項３】 圧電体の構成が、ジルコニウムの組成が
異なるいくつかの層からなる多層構造、もしくはジルコ
ニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の圧電素子。 - 【請求項４】 基板上に個別電極を形成し、前記個別電
極上にスパッタ法によりPZTからなるペロブスカイト型
誘電体薄膜の圧電体を形成し、前記圧電体上に更に共通
電極を形成した後、前記基板の全てもしくは一部を除去
する圧電素子製造方法において、前記圧電体のPbと、Zr
及びTiとの組成比：Pb/(Zr+Ti)が１より大きくかつ１．
３以下である圧電体を形成することを特徴とする圧電素
子の製造方法。 - 【請求項５】 スパッタ法のタ−ゲットの組成がPZTと
酸化鉛（PbO）との混合物からなり、かつPZTとPbOとの
組成比：PbO/(PZT+PbO)が、０．０５〜０．３５である
ことを特徴とする請求項４記載の圧電素子の製造方法。 - 【請求項６】 個別電極を酸化マグネシウム（MgO）基
板の(100)面上に形成することを特徴とする請求項４ま
たは５記載の圧電素子の製造方法。 - 【請求項７】 個別電極が白金からなることを特徴とす
る請求項４〜６のいずれか一つに記載の圧電素子の製造
方法。 - 【請求項８】 請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧
電素子と、インクを吐出させる振動板と、圧力室を形成
する共通インク室部品とを具備することを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項９】 基板上に個別電極を形成し、前記個別電
極上にスパッタ法によりPZTからなるペロブスカイト型
誘電体薄膜の圧電体を形成し、前記圧電体上に更に共通
電極を形成し、前記共通電極上に振動板を形成した後、
基板の全てもしくは一部を除去し、前記振動板の上にイ
ンク液体を収容するための圧力室を形成することを特徴
とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項１０】 基板上に個別電極を形成し、前記個別
電極上にスパッタ法によりPZTからなるペロブスカイト
型誘電体薄膜の圧電体を形成し、前記圧電体上に更に共
通電極を形成し、前記共通電極上に振動板を形成し、前
記振動板上にインク液体を収容するための圧力室を形成
した後、前記基板の全てもしくは一部を除去することを
特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項１１】 スパッタ法のタ−ゲットの組成がPZT
とPbOとの混合物からなり、かつPZTとPbOとの組成比：P
bO/(PZT+PbO)が、０．０５〜０．３５であることを特徴
とする請求項９または１０記載のインクジェットヘッド
の製造方法。 - 【請求項１２】 個別電極をMgO基板の(100)面上に形成
することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに
記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項１３】 個別電極が白金からなることを特徴と
する請求項９〜１２のいずれか一つに記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10788499A JP3202006B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 圧電素子及びその製造方法並びにそれを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10788499A JP3202006B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 圧電素子及びその製造方法並びにそれを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000299510A true JP2000299510A (ja) | 2000-10-24 |
| JP3202006B2 JP3202006B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14470530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10788499A Expired - Lifetime JP3202006B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 圧電素子及びその製造方法並びにそれを用いたインクジェットヘッド及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202006B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003003369A1 (fr) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif a micro deplacement et procede de fabrication |
| WO2003070641A1 (fr) | 2002-02-19 | 2003-08-28 | Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. | Corps piezo-electrique, son procede de fabrication, element piezo-electrique comportant le corps piezo-electrique, tete d'injection, et dispositif d'enregistrement de type a injection |
| JP2006150948A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-06-15 | Brother Ind Ltd | 液体移送装置 |
| JP2008147682A (ja) * | 2007-12-18 | 2008-06-26 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
| JP2008153551A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド |
| US7500728B2 (en) | 2004-03-03 | 2009-03-10 | Fujifilm Corporation | Liquid discharge head and manufacturing method thereof |
| EP2034535A2 (en) | 2007-09-07 | 2009-03-11 | FUJIFILM Corporation | Piezoelectric device, liquid droplet ejecting head using the same, and process for producing the same |
| US7658474B2 (en) * | 2004-10-27 | 2010-02-09 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus |
| US8162466B2 (en) | 2002-07-03 | 2012-04-24 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Printhead having impedance features |
| US10916693B2 (en) | 2017-03-24 | 2021-02-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element and piezoelectric element-based device |
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|---|---|---|---|---|
| JP5892406B2 (ja) | 2011-06-30 | 2016-03-23 | 株式会社リコー | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 |
-
1999
- 1999-04-15 JP JP10788499A patent/JP3202006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7005304B2 (en) | 2001-06-29 | 2006-02-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Micro-moving device and its manufacturing method |
| CN100337281C (zh) * | 2001-06-29 | 2007-09-12 | 松下电器产业株式会社 | 微量移动装置及其制造方法 |
| WO2003003369A1 (fr) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif a micro deplacement et procede de fabrication |
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| US7048360B2 (en) | 2002-02-19 | 2006-05-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric body, manufacturing method thereof, piezoelectric element having the piezoelectric body, inject head, and inject type recording device |
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| US7658474B2 (en) * | 2004-10-27 | 2010-02-09 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus |
| JP2006150948A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-06-15 | Brother Ind Ltd | 液体移送装置 |
| JP2008153551A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド |
| EP2034535A2 (en) | 2007-09-07 | 2009-03-11 | FUJIFILM Corporation | Piezoelectric device, liquid droplet ejecting head using the same, and process for producing the same |
| JP2008147682A (ja) * | 2007-12-18 | 2008-06-26 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
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