JP2001284671A - 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents
圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置Info
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- JP2001284671A JP2001284671A JP2000091540A JP2000091540A JP2001284671A JP 2001284671 A JP2001284671 A JP 2001284671A JP 2000091540 A JP2000091540 A JP 2000091540A JP 2000091540 A JP2000091540 A JP 2000091540A JP 2001284671 A JP2001284671 A JP 2001284671A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電アクチュエータにとって望ましい種々の
性質を具備する電極を実現し、圧電アクチュエータ及び
それを備えたインクジェットヘッド並びにインクジェッ
ト式記録装置の高性能化を図る。 【解決手段】 圧電アクチュエータ１６の共通電極を、
圧電膜１８と反応しにくいＰｔからなる内側電極層１７
と、Ｐｔよりも振動特性及び密着性等に優れるＣｒから
なる外側電極層２３とを有する２層構造に形成する。圧
電アクチュエータ１６は、振動板を兼ねる外側電極層２
３と、内側電極層１７と、圧電膜１８と、Ｐｔからなる
個別電極１９とが順に積層されて形成されている。
性質を具備する電極を実現し、圧電アクチュエータ及び
それを備えたインクジェットヘッド並びにインクジェッ
ト式記録装置の高性能化を図る。 【解決手段】 圧電アクチュエータ１６の共通電極を、
圧電膜１８と反応しにくいＰｔからなる内側電極層１７
と、Ｐｔよりも振動特性及び密着性等に優れるＣｒから
なる外側電極層２３とを有する２層構造に形成する。圧
電アクチュエータ１６は、振動板を兼ねる外側電極層２
３と、内側電極層１７と、圧電膜１８と、Ｐｔからなる
個別電極１９とが順に積層されて形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タ、インクジェットヘッド、及びインクジェット式記録
装置に関する。
タ、インクジェットヘッド、及びインクジェット式記録
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電気信号が与えられると機械
的動作を行うアクチュエータとして、上部電極と下部電
極との間に圧電体が設けられてなる圧電アクチュエータ
が知られている。圧電アクチュエータは、圧電体の圧電
効果を利用して電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換するものであり、例えばインクジェット式記録装置
のヘッド等のアクチュエータなど、幅広い用途に利用さ
れている。
的動作を行うアクチュエータとして、上部電極と下部電
極との間に圧電体が設けられてなる圧電アクチュエータ
が知られている。圧電アクチュエータは、圧電体の圧電
効果を利用して電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換するものであり、例えばインクジェット式記録装置
のヘッド等のアクチュエータなど、幅広い用途に利用さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電アクチ
ュエータの電極には、電蝕による劣化を防止する観点か
ら圧電体に対して不活性の材料が好ましく、また、圧電
特性を高める観点からヤング率の比較的大きな材料が好
ましいなど、種々の性質が望まれている。従来、圧電ア
クチュエータの電極は一種類の電極材料で形成されてい
たが、これらの性質を同時に満たすような単一材料はな
かった。そのため、従来は、相対的に適当と思われる材
料を選定して、電極を形成していた。
ュエータの電極には、電蝕による劣化を防止する観点か
ら圧電体に対して不活性の材料が好ましく、また、圧電
特性を高める観点からヤング率の比較的大きな材料が好
ましいなど、種々の性質が望まれている。従来、圧電ア
クチュエータの電極は一種類の電極材料で形成されてい
たが、これらの性質を同時に満たすような単一材料はな
かった。そのため、従来は、相対的に適当と思われる材
料を選定して、電極を形成していた。
【０００４】例えば、圧電体としてＰＺＴ膜を用いる場
合には、電極材料としてＣｒを用いることが多かった。
Ｃｒは密着性が高いために剥がれにくく、また、ヤング
率が大きくて振動特性に優れているからである。しか
し、このような構成では、電圧を印加した際にＣｒがＰ
ＺＴと反応して酸化し、それにより振動特性の劣化及び
圧電体の絶縁破壊を生じやすかった。近年、圧電アクチ
ュエータを小型化するために、圧電膜の薄膜化が望まれ
ている。圧電膜は薄膜化すると絶縁破壊を起こしやすく
なるため、耐電圧性の向上が従来以上に必要とされる。
しかし、従来の圧電アクチュエータでは、Ｃｒのみで電
極を形成していたため、耐電圧性の向上には限界があっ
た。
合には、電極材料としてＣｒを用いることが多かった。
Ｃｒは密着性が高いために剥がれにくく、また、ヤング
率が大きくて振動特性に優れているからである。しか
し、このような構成では、電圧を印加した際にＣｒがＰ
ＺＴと反応して酸化し、それにより振動特性の劣化及び
圧電体の絶縁破壊を生じやすかった。近年、圧電アクチ
ュエータを小型化するために、圧電膜の薄膜化が望まれ
ている。圧電膜は薄膜化すると絶縁破壊を起こしやすく
なるため、耐電圧性の向上が従来以上に必要とされる。
しかし、従来の圧電アクチュエータでは、Ｃｒのみで電
極を形成していたため、耐電圧性の向上には限界があっ
た。
【０００５】このように、従来は電極を単一材料で形成
していたため、圧電アクチュエータの電極として望まれ
る種々の性質を同時に満たすような電極を形成すること
は困難であった。
していたため、圧電アクチュエータの電極として望まれ
る種々の性質を同時に満たすような電極を形成すること
は困難であった。
【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、種々の性質を同時に
具備する電極を備えた圧電アクチュエータ及びそれを備
えたインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録
装置を提供することにある。
であり、その目的とするところは、種々の性質を同時に
具備する電極を備えた圧電アクチュエータ及びそれを備
えたインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録
装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電極を複数種類の電極材料を積層するこ
とによって形成することとした。
に、本発明は、電極を複数種類の電極材料を積層するこ
とによって形成することとした。
【０００８】具体的には、本発明に係る圧電アクチュエ
ータは、上部電極と下部電極との間に圧電体が設けられ
てなる圧電アクチュエータであって、上記圧電体は、Ｐ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型構造の圧電膜
によって形成され、上記上部電極または下部電極は、複
数種類の電極材料が積層されて形成されていることとし
たものである。
ータは、上部電極と下部電極との間に圧電体が設けられ
てなる圧電アクチュエータであって、上記圧電体は、Ｐ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型構造の圧電膜
によって形成され、上記上部電極または下部電極は、複
数種類の電極材料が積層されて形成されていることとし
たものである。
【０００９】このことにより、上部電極または下部電極
は、複数の電極層が積み重ねられて形成されることにな
るが、各電極層は性質が異なるので、電極全体としては
局所的に異なる性質を有することになる。そのため、圧
電アクチュエータの電極として望まれる種々の性質を同
時に具備する電極が実現されることになる。
は、複数の電極層が積み重ねられて形成されることにな
るが、各電極層は性質が異なるので、電極全体としては
局所的に異なる性質を有することになる。そのため、圧
電アクチュエータの電極として望まれる種々の性質を同
時に具備する電極が実現されることになる。
【００１０】上記内側電極層は、上記圧電膜に対して不
活性の導電性材料で形成され、上記外側電極層は、上記
導電性材料よりもヤング率の大きな導電性材料で形成さ
れた電極層を含んでいてもよい。
活性の導電性材料で形成され、上記外側電極層は、上記
導電性材料よりもヤング率の大きな導電性材料で形成さ
れた電極層を含んでいてもよい。
【００１１】このことにより、圧電膜の表面には、当該
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりもヤング
率の大きな電極層が含まれるので、内側電極層のみで電
極を形成する場合に比べて振動特性は向上する。従っ
て、耐電圧性及び振動特性の双方に優れた電極が実現さ
れることになる。
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりもヤング
率の大きな電極層が含まれるので、内側電極層のみで電
極を形成する場合に比べて振動特性は向上する。従っ
て、耐電圧性及び振動特性の双方に優れた電極が実現さ
れることになる。
【００１２】また、上記上部電極または下部電極は、圧
電膜の表面上に設けられた内側電極層と、該内側電極層
の表面上に設けられた１または２以上の電極層からなる
外側電極層とによって形成され、上記内側電極層は、上
記圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成され、上記
外側電極層は、上記導電性材料よりも密着性の高い導電
性材料で形成された電極層を含んでいてもよい。
電膜の表面上に設けられた内側電極層と、該内側電極層
の表面上に設けられた１または２以上の電極層からなる
外側電極層とによって形成され、上記内側電極層は、上
記圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成され、上記
外側電極層は、上記導電性材料よりも密着性の高い導電
性材料で形成された電極層を含んでいてもよい。
【００１３】このことにより、圧電膜の表面には、当該
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりも密着性
の高い電極が含まれているので、内側電極層のみで電極
を形成する場合に比べて、電極全体の密着性は向上す
る。従って、耐電圧性及び密着性の双方に優れた電極が
実現されることになる。
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりも密着性
の高い電極が含まれているので、内側電極層のみで電極
を形成する場合に比べて、電極全体の密着性は向上す
る。従って、耐電圧性及び密着性の双方に優れた電極が
実現されることになる。
【００１４】また、上記上部電極または下部電極は、圧
電膜の表面上に設けられた内側電極層と、該内側電極層
の表面上に設けられた１または２以上の電極層からなる
外側電極層とによって形成され、上記内側電極層は、上
記圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成され、上記
外側電極層は、上記導電性材料よりも接触抵抗の小さな
導電性材料で形成された電極層を含んでいてもよい。
電膜の表面上に設けられた内側電極層と、該内側電極層
の表面上に設けられた１または２以上の電極層からなる
外側電極層とによって形成され、上記内側電極層は、上
記圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成され、上記
外側電極層は、上記導電性材料よりも接触抵抗の小さな
導電性材料で形成された電極層を含んでいてもよい。
【００１５】このことにより、圧電膜の表面には、当該
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりも接触抵
抗の小さな電極層が含まれているので、内側電極層のみ
で電極を形成する場合に比べて、電極全体の接触抵抗は
小さくなる。そのため、電圧印加時の発熱量は少なくな
る。従って、耐電圧性に優れると共に発熱しにくい電極
が実現されることになる。
圧電膜に対して不活性の導電性材料で形成された内側電
極層が設けられているので、圧電膜と電極との間におい
て電蝕は発生しにくくなる。そのため、耐電圧性は向上
する。一方、外側電極層には、内側電極層よりも接触抵
抗の小さな電極層が含まれているので、内側電極層のみ
で電極を形成する場合に比べて、電極全体の接触抵抗は
小さくなる。そのため、電圧印加時の発熱量は少なくな
る。従って、耐電圧性に優れると共に発熱しにくい電極
が実現されることになる。
【００１６】なお、内側電極層は、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、
Ａｌ、Ｐａ、またはＺｒによって形成され、外側電極層
は、Ｃｒで形成された電極層を含んでいてもよい。
Ａｌ、Ｐａ、またはＺｒによって形成され、外側電極層
は、Ｃｒで形成された電極層を含んでいてもよい。
【００１７】ところで、圧電アクチュエータの性能を向
上させるためには、電極の性能向上に加え、圧電膜自体
に対しても性能向上を図ることが好ましい。
上させるためには、電極の性能向上に加え、圧電膜自体
に対しても性能向上を図ることが好ましい。
【００１８】そこで、上記圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１
０μｍ且つ比誘電率が１５０〜５００の圧電膜によって
形成されていてもよい。
０μｍ且つ比誘電率が１５０〜５００の圧電膜によって
形成されていてもよい。
【００１９】このことにより、圧電膜自体の耐電圧性が
向上する。また、従来の圧電膜よりも比誘電率が小さい
ので、圧電アクチュエータを駆動するために必要な電源
容量を少なくすることができ、省エネルギー化を図るこ
とができる。
向上する。また、従来の圧電膜よりも比誘電率が小さい
ので、圧電アクチュエータを駆動するために必要な電源
容量を少なくすることができ、省エネルギー化を図るこ
とができる。
【００２０】上記圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且
つＸ線回折ピークの強度が最大となる面が（００１）面
である圧電膜によって形成されていてもよい。
つＸ線回折ピークの強度が最大となる面が（００１）面
である圧電膜によって形成されていてもよい。
【００２１】圧電膜においては、（００１）面に垂直に
電界をかけた場合に、結晶学的に安定な高い圧電特性が
得られる。そのため、上記事項により、絶縁破壊を生じ
るおそれは少なくなる。なお、結晶方位の中に占める
（００１）成分の量を多くすることにより、圧電膜の結
晶構造はほぼ単結晶に近い均質な結晶構造となり、耐電
圧性はさらに向上する。
電界をかけた場合に、結晶学的に安定な高い圧電特性が
得られる。そのため、上記事項により、絶縁破壊を生じ
るおそれは少なくなる。なお、結晶方位の中に占める
（００１）成分の量を多くすることにより、圧電膜の結
晶構造はほぼ単結晶に近い均質な結晶構造となり、耐電
圧性はさらに向上する。
【００２２】上記圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且
つ抗電界が２Ｖ／μｍ以上の圧電膜によって形成されて
いてもよい。
つ抗電界が２Ｖ／μｍ以上の圧電膜によって形成されて
いてもよい。
【００２３】一般に、圧電膜においては、抗電界が大き
いほど分極の安定性は高いため、たとえ擾乱があっても
分極の反転は起こりにくくなる。上記事項によれば、従
来よりも抗電界が大きいため、従来よりも分極の反転は
起こりにくくなる。そのため、圧電膜の劣化が抑制さ
れ、絶縁破壊は生じにくくなる。
いほど分極の安定性は高いため、たとえ擾乱があっても
分極の反転は起こりにくくなる。上記事項によれば、従
来よりも抗電界が大きいため、従来よりも分極の反転は
起こりにくくなる。そのため、圧電膜の劣化が抑制さ
れ、絶縁破壊は生じにくくなる。
【００２４】上記圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且
つ誘電損失が５％以下の圧電膜によって形成されていて
もよい。
つ誘電損失が５％以下の圧電膜によって形成されていて
もよい。
【００２５】このことにより、電圧印加時の発熱等の損
失が低減し、耐電圧性は向上する。
失が低減し、耐電圧性は向上する。
【００２６】上記圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且
つＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．１〜１．５の圧電膜によ
って形成されていてもよい。
つＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．１〜１．５の圧電膜によ
って形成されていてもよい。
【００２７】酸化物薄膜の形成における問題点として、
各金属元素が十分に酸化されず、その酸素欠損のために
圧電特性や耐電圧性の低下を招くことがあった。しか
し、上記事項によれば、ＰＺＴの組成の中で特に酸化し
やすい元素であるＰｂが過剰に加えられているので、Ｐ
ｂの酸化に伴って、他の金属元素も十分に酸化した状態
になりやすい。そのため、圧電特性及び耐電圧性は向上
する。
各金属元素が十分に酸化されず、その酸素欠損のために
圧電特性や耐電圧性の低下を招くことがあった。しか
し、上記事項によれば、ＰＺＴの組成の中で特に酸化し
やすい元素であるＰｂが過剰に加えられているので、Ｐ
ｂの酸化に伴って、他の金属元素も十分に酸化した状態
になりやすい。そのため、圧電特性及び耐電圧性は向上
する。
【００２８】上記圧電膜は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含む
ペロブスカイト型構造を有する複数の圧電薄膜が積み重
ねられて形成されていてもよい。
ペロブスカイト型構造を有する複数の圧電薄膜が積み重
ねられて形成されていてもよい。
【００２９】このことにより、圧電膜の特性を局所的に
変化させることが可能となる。
変化させることが可能となる。
【００３０】上記圧電膜において、下層の圧電薄膜は、
上層の圧電薄膜よりもＺｒの含有量が少ないことが好ま
しい。
上層の圧電薄膜よりもＺｒの含有量が少ないことが好ま
しい。
【００３１】下部電極、圧電膜、上部電極の順に成膜を
行う場合、圧電膜の下部電極側にＺｒ原子が多く含まれ
ると、圧電膜の成膜時にＺｒは単独で結晶化しやすくな
り、圧電特性及び耐電圧性は低下しやすくなる。しか
し、上記事項によれば、下層の圧電薄膜の方が上層の圧
電薄膜よりもＺｒの含有量が少ないので、圧電特性及び
耐電圧性は良好に保たれる。
行う場合、圧電膜の下部電極側にＺｒ原子が多く含まれ
ると、圧電膜の成膜時にＺｒは単独で結晶化しやすくな
り、圧電特性及び耐電圧性は低下しやすくなる。しか
し、上記事項によれば、下層の圧電薄膜の方が上層の圧
電薄膜よりもＺｒの含有量が少ないので、圧電特性及び
耐電圧性は良好に保たれる。
【００３２】本発明に係るインクジェットヘッドは、複
数のノズル及び該各ノズルにそれぞれ連通する複数のイ
ンク室が形成されたヘッド本体部と、上記ヘッド本体部
の各インク室にそれぞれ対応して設けられ、所定の記録
信号を受けると該インク室のインクを上記ノズルから押
し出すように変形するアクチュエータとを備えたインク
ジェットヘッドであって、上記アクチュエータは、前記
のいずれかの圧電アクチュエータによって形成されてい
ることとしたものである。
数のノズル及び該各ノズルにそれぞれ連通する複数のイ
ンク室が形成されたヘッド本体部と、上記ヘッド本体部
の各インク室にそれぞれ対応して設けられ、所定の記録
信号を受けると該インク室のインクを上記ノズルから押
し出すように変形するアクチュエータとを備えたインク
ジェットヘッドであって、上記アクチュエータは、前記
のいずれかの圧電アクチュエータによって形成されてい
ることとしたものである。
【００３３】このことにより、高性能のインクジェット
ヘッドが得られる。
ヘッドが得られる。
【００３４】本発明に係るインクジェット式記録装置
は、上記インクジェットヘッドと、上記インクジェット
ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、上記
インクジェットヘッドに記録信号を供給する信号供給手
段とを備えていることとしたものである。
は、上記インクジェットヘッドと、上記インクジェット
ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と、上記
インクジェットヘッドに記録信号を供給する信号供給手
段とを備えていることとしたものである。
【００３５】このことにより、高性能のインクジェット
式記録装置が得られる。
式記録装置が得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００３７】＜実施形態１＞図１に示すように、本実施
形態に係るインクジェット式記録装置は、インクジェッ
トヘッド１を備えたインクジェットプリンタ６である。
インクジェットヘッド１は、キャリッジ軸３に沿って往
復移動するキャリッジ２に搭載され、キャリッジ２と共
に主走査方向Ｘに往復移動を行う。ローラ５は、キャリ
ッジ２が主走査方向Ｘに一走査分移動する毎に、紙等の
記録媒体４を副走査方向Ｙに搬送するように構成されて
いる。
形態に係るインクジェット式記録装置は、インクジェッ
トヘッド１を備えたインクジェットプリンタ６である。
インクジェットヘッド１は、キャリッジ軸３に沿って往
復移動するキャリッジ２に搭載され、キャリッジ２と共
に主走査方向Ｘに往復移動を行う。ローラ５は、キャリ
ッジ２が主走査方向Ｘに一走査分移動する毎に、紙等の
記録媒体４を副走査方向Ｙに搬送するように構成されて
いる。
【００３８】図２に示すように、インクジェットヘッド
１は、共通インク室１０と複数の圧力室１１と複数のノ
ズル１２とが形成されたヘッド本体部１５と、図示しな
い信号供給手段からの記録信号に応じて圧力室１１のイ
ンクに圧力を付与する圧電アクチュエータ１６とを備え
ている。なお、圧電アクチュエータ１６は、実際にはヘ
ッド本体部１５に比べてはるかに薄いものであるが、図
２においては、理解が容易なように誇張して図示してい
る。
１は、共通インク室１０と複数の圧力室１１と複数のノ
ズル１２とが形成されたヘッド本体部１５と、図示しな
い信号供給手段からの記録信号に応じて圧力室１１のイ
ンクに圧力を付与する圧電アクチュエータ１６とを備え
ている。なお、圧電アクチュエータ１６は、実際にはヘ
ッド本体部１５に比べてはるかに薄いものであるが、図
２においては、理解が容易なように誇張して図示してい
る。
【００３９】ヘッド本体部１５の圧力室１１は、副走査
方向Ｙに沿って所定間隔毎に配設されている。各圧力室
１１は、開口断面（ＸＹ断面）が主走査方向Ｘに細長い
略矩形状に形成され、その底部の長手方向の一端（図２
の右側端）には、共通インク室１０と圧力室１１とをつ
なぐインク供給口２１が形成され、その他端（図２の左
側端）には、圧力室１１とノズル１２とをつなぐインク
流路１３が形成されている。
方向Ｙに沿って所定間隔毎に配設されている。各圧力室
１１は、開口断面（ＸＹ断面）が主走査方向Ｘに細長い
略矩形状に形成され、その底部の長手方向の一端（図２
の右側端）には、共通インク室１０と圧力室１１とをつ
なぐインク供給口２１が形成され、その他端（図２の左
側端）には、圧力室１１とノズル１２とをつなぐインク
流路１３が形成されている。
【００４０】圧電アクチュエータ１６は、共通電極とし
ての外側電極層２３及び内側電極層１７と、圧電膜１８
と、個別電極１９とが順に積層されて形成されている。
なお、上記共通電極（外側電極層２３及び内側電極層１
７）及び個別電極１９は、本発明で言うところの上部電
極及び下部電極に対応する。
ての外側電極層２３及び内側電極層１７と、圧電膜１８
と、個別電極１９とが順に積層されて形成されている。
なお、上記共通電極（外側電極層２３及び内側電極層１
７）及び個別電極１９は、本発明で言うところの上部電
極及び下部電極に対応する。
【００４１】外側電極層２３は、厚さ２μｍ〜５μｍの
金属層で形成されていることが好ましく、本実施形態で
は３μｍのＣｒ層によって形成されている。この外側電
極層２３は、ヘッド本体部１５の各圧力室１１の区画壁
の一部をなしており、振動板としての役割も果たすもの
である。内側電極層１７は、厚さ０．１μｍ〜０．３μ
ｍの金属層が好ましく、本実施形態では厚さ０．２μｍ
のＰｔ層によって形成されている。圧電膜１８は、圧電
材料であるＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（０≦ｘ≦１）を主成
分とする膜であり、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブス
カイト型構造を有している。圧電膜１８の厚みは１μｍ
〜１０μｍが好ましく、本実施形態では３μｍに設定さ
れている。個別電極１９は、厚さ０．１μｍ〜０．３μ
ｍの金属層が好ましく、本実施形態では厚さ０．２μｍ
のＰｔ層によって形成されている。なお、圧電膜１８及
び個別電極層１９は、ヘッド本体部１５の各圧力室１１
に対応した位置にそれぞれ設けられている。
金属層で形成されていることが好ましく、本実施形態で
は３μｍのＣｒ層によって形成されている。この外側電
極層２３は、ヘッド本体部１５の各圧力室１１の区画壁
の一部をなしており、振動板としての役割も果たすもの
である。内側電極層１７は、厚さ０．１μｍ〜０．３μ
ｍの金属層が好ましく、本実施形態では厚さ０．２μｍ
のＰｔ層によって形成されている。圧電膜１８は、圧電
材料であるＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（０≦ｘ≦１）を主成
分とする膜であり、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブス
カイト型構造を有している。圧電膜１８の厚みは１μｍ
〜１０μｍが好ましく、本実施形態では３μｍに設定さ
れている。個別電極１９は、厚さ０．１μｍ〜０．３μ
ｍの金属層が好ましく、本実施形態では厚さ０．２μｍ
のＰｔ層によって形成されている。なお、圧電膜１８及
び個別電極層１９は、ヘッド本体部１５の各圧力室１１
に対応した位置にそれぞれ設けられている。
【００４２】後述するように、本実施形態に係る圧電膜
１８はスパッタリング等の成膜技術を用いて形成された
ものであり、従来の焼結法による圧電体と異なり、以下
のような性質を有している。
１８はスパッタリング等の成膜技術を用いて形成された
ものであり、従来の焼結法による圧電体と異なり、以下
のような性質を有している。
【００４３】すなわち、本圧電アクチュエータ１６の圧
電膜１８は、比誘電率が１５０〜５００に設定されてい
る。従来の焼結体構造の圧電体においては、比誘電率は
１０００以上であった。しかし、本発明者は、スパッタ
リング等の成膜技術を用いることにより圧電体の比誘電
率を低下させることができ、また、比誘電率が１５０〜
５００の範囲にあると耐電圧性が向上することを見いだ
した。そこで、本実施形態では、圧電膜１８を比誘電率
が１５０〜５００になるように形成することとした。
電膜１８は、比誘電率が１５０〜５００に設定されてい
る。従来の焼結体構造の圧電体においては、比誘電率は
１０００以上であった。しかし、本発明者は、スパッタ
リング等の成膜技術を用いることにより圧電体の比誘電
率を低下させることができ、また、比誘電率が１５０〜
５００の範囲にあると耐電圧性が向上することを見いだ
した。そこで、本実施形態では、圧電膜１８を比誘電率
が１５０〜５００になるように形成することとした。
【００４４】また、本圧電アクチュエータ１６の圧電膜
１８は、Ｘ線回折ピークの強度が最大となる面が（００
１）面に設定されている。従来の焼結体構造の圧電体で
は、図３（ｂ）に示すように、Ｘ線回折ピークの強度が
最大となる面は（１０１）面であった。しかし、図３
（ａ）に示すように、本実施形態に係る圧電膜１８にお
いては、Ｘ線回折ピークの強度が最大となる面は（００
１）面になっている。このような結晶構造を採用するこ
とにより、（００１）面に垂直に電界をかけた場合に安
定的に高い圧電特性を得ることができ、耐電圧性も向上
する。また、結晶方位の中に占める（００１）成分の量
を多くすることにより、圧電膜１８の結晶構造は単結晶
に近い均質な結晶構造となる。そのため、耐電圧性は向
上する。
１８は、Ｘ線回折ピークの強度が最大となる面が（００
１）面に設定されている。従来の焼結体構造の圧電体で
は、図３（ｂ）に示すように、Ｘ線回折ピークの強度が
最大となる面は（１０１）面であった。しかし、図３
（ａ）に示すように、本実施形態に係る圧電膜１８にお
いては、Ｘ線回折ピークの強度が最大となる面は（００
１）面になっている。このような結晶構造を採用するこ
とにより、（００１）面に垂直に電界をかけた場合に安
定的に高い圧電特性を得ることができ、耐電圧性も向上
する。また、結晶方位の中に占める（００１）成分の量
を多くすることにより、圧電膜１８の結晶構造は単結晶
に近い均質な結晶構造となる。そのため、耐電圧性は向
上する。
【００４５】また、本圧電アクチュエータ１６の圧電膜
１８では、（００１）面、（１１０）面、（１０１）
面、（１１１）面の回折ピークの強度をそれぞれＩ(０
０１)、Ｉ(１１０)、Ｉ(１０１)、Ｉ(１１１)としたと
き、Ｉ(００１)を、（００１）面を除く回折ピークの強
度のうちで最大の強度（この場合、Ｉ(１０１)）の５倍
以上になるようにした。その理由は、図４に示すよう
に、ピーク強度比α＝Ｉ(１０１)／Ｉ(００１)が１／５
以下になると、圧電膜１８の耐電圧性は顕著に向上する
からである。
１８では、（００１）面、（１１０）面、（１０１）
面、（１１１）面の回折ピークの強度をそれぞれＩ(０
０１)、Ｉ(１１０)、Ｉ(１０１)、Ｉ(１１１)としたと
き、Ｉ(００１)を、（００１）面を除く回折ピークの強
度のうちで最大の強度（この場合、Ｉ(１０１)）の５倍
以上になるようにした。その理由は、図４に示すよう
に、ピーク強度比α＝Ｉ(１０１)／Ｉ(００１)が１／５
以下になると、圧電膜１８の耐電圧性は顕著に向上する
からである。
【００４６】また、本圧電アクチュエータ１６の圧電膜
１８では、分極を反転させるために必要な電界、すなわ
ち抗電界は１０Ｖ／μｍ程度になっている。一般に、抗
電界が大きいほど分極の安定性は高いため、外部からの
擾乱があっても分極の反転は起こりにくくなる。従来の
焼結体構造の圧電体においては、抗電界は１Ｖ／μｍ程
度であった。しかし、本発明者は、スパッタリング等の
成膜技術を用いることにより、抗電界を従来以上に高め
ることができることを見出し、圧電膜１８の抗電界を２
Ｖ／μｍ以上に設定することとした。その結果、分極の
不要な反転を防止することができ、圧電膜１８の劣化を
抑制することができる。
１８では、分極を反転させるために必要な電界、すなわ
ち抗電界は１０Ｖ／μｍ程度になっている。一般に、抗
電界が大きいほど分極の安定性は高いため、外部からの
擾乱があっても分極の反転は起こりにくくなる。従来の
焼結体構造の圧電体においては、抗電界は１Ｖ／μｍ程
度であった。しかし、本発明者は、スパッタリング等の
成膜技術を用いることにより、抗電界を従来以上に高め
ることができることを見出し、圧電膜１８の抗電界を２
Ｖ／μｍ以上に設定することとした。その結果、分極の
不要な反転を防止することができ、圧電膜１８の劣化を
抑制することができる。
【００４７】また、本圧電アクチュエータ１６の圧電膜
１８では、誘電損失は５％以下になっている。そのた
め、電圧を印加する際の発熱等のエネルギー損失は低減
する。
１８では、誘電損失は５％以下になっている。そのた
め、電圧を印加する際の発熱等のエネルギー損失は低減
する。
【００４８】また、本圧電アクチュエータ１６の圧電膜
１８では、従来よりもＰｂの含有比率が多くなってい
る。従来より、酸化物薄膜の形成においては、各金属元
素を十分に酸化することが難しいという問題があった。
そのため、成膜技術を利用する際に、各金属元素の酸素
欠損のために圧電特性や耐電圧性の低下を招くおそれが
あった。ところで、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの金属元素の中で
特に酸化しやすい元素はＰｂであり、このＰｂを過剰に
加えると、Ｐｂの酸化に伴ってＺｒ及びＴｉの酸化が促
され、酸素欠損は生じにくくなる。しかし、従来の焼結
法による圧電体においては、製造プロセスにおいて結晶
方位の制御が困難であったので、Ｐｂを過剰に加えると
結晶構造が乱れて圧電特性及び耐電圧性は低下すること
となった。ところが、スパッタリングなどの薄膜形成プ
ロセスを用いれば、配向性の制御は容易である。そこ
で、本発明者は薄膜形成技術を利用し、結晶構造を乱す
ことなくＰｂを過剰に加えることとした。具体的には、
Ｐｂと、Ｚｒ及びＴｉとの成分比＝Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）を、１．１〜１．５とすることとした。これによ
り、酸素欠損による耐電圧性の低下を防止することがで
きる。
１８では、従来よりもＰｂの含有比率が多くなってい
る。従来より、酸化物薄膜の形成においては、各金属元
素を十分に酸化することが難しいという問題があった。
そのため、成膜技術を利用する際に、各金属元素の酸素
欠損のために圧電特性や耐電圧性の低下を招くおそれが
あった。ところで、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの金属元素の中で
特に酸化しやすい元素はＰｂであり、このＰｂを過剰に
加えると、Ｐｂの酸化に伴ってＺｒ及びＴｉの酸化が促
され、酸素欠損は生じにくくなる。しかし、従来の焼結
法による圧電体においては、製造プロセスにおいて結晶
方位の制御が困難であったので、Ｐｂを過剰に加えると
結晶構造が乱れて圧電特性及び耐電圧性は低下すること
となった。ところが、スパッタリングなどの薄膜形成プ
ロセスを用いれば、配向性の制御は容易である。そこ
で、本発明者は薄膜形成技術を利用し、結晶構造を乱す
ことなくＰｂを過剰に加えることとした。具体的には、
Ｐｂと、Ｚｒ及びＴｉとの成分比＝Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）を、１．１〜１．５とすることとした。これによ
り、酸素欠損による耐電圧性の低下を防止することがで
きる。
【００４９】次に、図５（ａ）〜（ｆ）を参照しなが
ら、インクジェットヘッド１の製造方法について説明す
る。まず、図５（ａ）に示すように、スパッタリングや
熱蒸着により、ＳｉまたはＭｇＯからなる基板３０の表
面に、外側電極層となるＣｒ層２３を形成する。次に、
図５（ｂ）に示すように、スパッタリングや熱蒸着によ
り、Ｃｒ層２３の表面に内側電極層となるＰｔ層１７を
形成する。
ら、インクジェットヘッド１の製造方法について説明す
る。まず、図５（ａ）に示すように、スパッタリングや
熱蒸着により、ＳｉまたはＭｇＯからなる基板３０の表
面に、外側電極層となるＣｒ層２３を形成する。次に、
図５（ｂ）に示すように、スパッタリングや熱蒸着によ
り、Ｃｒ層２３の表面に内側電極層となるＰｔ層１７を
形成する。
【００５０】その後、図５（ｃ）に示すように、スパッ
タリングにより、Ｐｔ層１７の表面にＰＺＴ層（圧電
膜）１８を形成する。ここでは、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3
（０≦ｘ≦１）ターゲットを真空槽内に設置し、酸素雰
囲気のガス中でプラズマを発生させて、スパッタ蒸発し
たターゲット物質を加熱した基板上のＰｔ層１７に蒸着
させることとした。
タリングにより、Ｐｔ層１７の表面にＰＺＴ層（圧電
膜）１８を形成する。ここでは、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3
（０≦ｘ≦１）ターゲットを真空槽内に設置し、酸素雰
囲気のガス中でプラズマを発生させて、スパッタ蒸発し
たターゲット物質を加熱した基板上のＰｔ層１７に蒸着
させることとした。
【００５１】次に、図５（ｄ）に示すように、スパッタ
リングや熱蒸着により、圧電膜１８の表面にＰｔ層（個
別電極）１９を形成する。そして、図５（ｅ）に示すよ
うに、Ｐｔ層１９及びＰＺＴ層１８を個別化するように
エッチングを行い、Ｐｔ層１９及びＰＺＴ層１８のパタ
ーンニングを実行する。その後、図５（ｆ）に示すよう
に、基板３０をエッチングし、圧力室１１を形成する。
リングや熱蒸着により、圧電膜１８の表面にＰｔ層（個
別電極）１９を形成する。そして、図５（ｅ）に示すよ
うに、Ｐｔ層１９及びＰＺＴ層１８を個別化するように
エッチングを行い、Ｐｔ層１９及びＰＺＴ層１８のパタ
ーンニングを実行する。その後、図５（ｆ）に示すよう
に、基板３０をエッチングし、圧力室１１を形成する。
【００５２】このように、本実施形態に係る圧電アクチ
ュエータ１６では、ＰＺＴ層１８に接触している内側電
極層１７は、ＰＺＴと反応しにくいＰｔによって形成さ
れているため、電蝕による劣化は起こりにくい。また、
ＰｔはＰＺＴとの結晶整合性がよく、また、高温で成膜
する際にも表面が酸化されることがないので、良好な導
電特性を得ることができる。一方、外側電極層２３は、
Ｐｔよりもヤング率の大きなＣｒによって形成されてい
るため、共通電極をＣｒのみで形成する場合に比べて、
振動特性は良好に保たれる。また、ＣｒはＰｔに比べ
て、基板及びリード線に対する密着性が高く且つ接触抵
抗が小さいので、共通電極の全体としては、密着性は高
く、且つ接触抵抗は小さくなる。従って、共通電極は、
ＰＺＴ層１８の近傍ではＰＺＴに対して不活性な性質を
有する一方、ＰＺＴ層１８から離れた位置では振動特
性、密着性及び接触抵抗の面において、優れた性質を有
することになる。
ュエータ１６では、ＰＺＴ層１８に接触している内側電
極層１７は、ＰＺＴと反応しにくいＰｔによって形成さ
れているため、電蝕による劣化は起こりにくい。また、
ＰｔはＰＺＴとの結晶整合性がよく、また、高温で成膜
する際にも表面が酸化されることがないので、良好な導
電特性を得ることができる。一方、外側電極層２３は、
Ｐｔよりもヤング率の大きなＣｒによって形成されてい
るため、共通電極をＣｒのみで形成する場合に比べて、
振動特性は良好に保たれる。また、ＣｒはＰｔに比べ
て、基板及びリード線に対する密着性が高く且つ接触抵
抗が小さいので、共通電極の全体としては、密着性は高
く、且つ接触抵抗は小さくなる。従って、共通電極は、
ＰＺＴ層１８の近傍ではＰＺＴに対して不活性な性質を
有する一方、ＰＺＴ層１８から離れた位置では振動特
性、密着性及び接触抵抗の面において、優れた性質を有
することになる。
【００５３】なお、内側電極層１７はＰｔに限らず、Ｃ
ｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐａ、またはＺｒ等で形成されていて
もよい。
ｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐａ、またはＺｒ等で形成されていて
もよい。
【００５４】共通電極は２層構造に限らず、３層以上の
多層構造に形成されていてもよい。例えば、Ｃｒ層２３
とＰｔ層１７との間に、ＮｉＣｒなどの密着性の高い導
電性材料を介在させるようにしてもよい。このように密
着性の高い層を設けることにより、大きな振動を発生さ
せるような場合であっても、電極の剥離を防止すること
ができる。
多層構造に形成されていてもよい。例えば、Ｃｒ層２３
とＰｔ層１７との間に、ＮｉＣｒなどの密着性の高い導
電性材料を介在させるようにしてもよい。このように密
着性の高い層を設けることにより、大きな振動を発生さ
せるような場合であっても、電極の剥離を防止すること
ができる。
【００５５】また、共通電極とともに、個別電極１９を
多層構造に形成してもよい。
多層構造に形成してもよい。
【００５６】＜実施形態２＞実施形態２は、圧電膜１８
を多層構造に形成したものである。
を多層構造に形成したものである。
【００５７】図６に示すように、本実施形態において
は、圧電膜１８は、下層１８ａ及び上層１８ｂからなる
多層構造に形成されており、両層１８ａ，１８ｂはＰｂ
Ｚｒ1- xＴｉxＯ3を主成分とする圧電薄膜によって形成
されている。ここで、両層１８ａ，１８ｂは、金属元素
の組成比が異なっている。詳しくは、下層の圧電薄膜１
８ａは、上層の圧電薄膜１８ｂよりもＺｒの含有量が少
なくなっている。
は、圧電膜１８は、下層１８ａ及び上層１８ｂからなる
多層構造に形成されており、両層１８ａ，１８ｂはＰｂ
Ｚｒ1- xＴｉxＯ3を主成分とする圧電薄膜によって形成
されている。ここで、両層１８ａ，１８ｂは、金属元素
の組成比が異なっている。詳しくは、下層の圧電薄膜１
８ａは、上層の圧電薄膜１８ｂよりもＺｒの含有量が少
なくなっている。
【００５８】このように圧電膜１８を２層構造にした理
由は、以下の通りである。すなわち、ＰｂＺｒ1-xＴｉx
Ｏ3を主成分とする圧電膜の形成に際し、Ｐｔ層１７と
の界面の近傍におけるＺｒの成分量が多いと、Ｚｒは単
独で結晶化しやすくなり、界面近傍ではペロブスカイト
構造の膜は形成されにくくなる。そこで、本実施形態で
は、界面近傍においても良好なペロブスカイト構造の膜
が形成されるように、界面近傍にはＺｒ含有量の少ない
圧電薄膜１８ａを配することとした。そして、圧電膜１
８の全体としては所定の圧電特性を発揮できるように、
圧電薄膜１８ａ，１８ｂを上方に向かうに従ってＺｒの
含有量が多くなるように順次積層することとした。この
ことにより、界面近傍におけるＺｒの結晶化に起因する
圧電特性及び耐電圧性の低下を抑制することができる。
由は、以下の通りである。すなわち、ＰｂＺｒ1-xＴｉx
Ｏ3を主成分とする圧電膜の形成に際し、Ｐｔ層１７と
の界面の近傍におけるＺｒの成分量が多いと、Ｚｒは単
独で結晶化しやすくなり、界面近傍ではペロブスカイト
構造の膜は形成されにくくなる。そこで、本実施形態で
は、界面近傍においても良好なペロブスカイト構造の膜
が形成されるように、界面近傍にはＺｒ含有量の少ない
圧電薄膜１８ａを配することとした。そして、圧電膜１
８の全体としては所定の圧電特性を発揮できるように、
圧電薄膜１８ａ，１８ｂを上方に向かうに従ってＺｒの
含有量が多くなるように順次積層することとした。この
ことにより、界面近傍におけるＺｒの結晶化に起因する
圧電特性及び耐電圧性の低下を抑制することができる。
【００５９】本実施形態の圧電アクチュエータは、以下
のようにして形成される。すなわち、まず実施形態１と
同様にして、基板３０の表面にＣｒ層（外側電極層）２
３及びＰｔ層（内側電極層）１７を形成した後、Ｚｒの
含有量の異なる２種類のＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3ターゲッ
トを用意し、始めにＺｒの含有量の少ないターゲットを
用いてＰｔ層１７上に下層１８ａを形成し、その後、Ｚ
ｒの含有量の多いターゲットを用いて下層１８ａ上に上
層１８ｂを形成する。その後は、実施形態１と同様、圧
電膜１８上にＰｔ層１９を形成し、これら圧電膜１８及
びＰｔ層１９のパターンニングを行った後、基板３０を
加工して圧力室１１等を形成する。
のようにして形成される。すなわち、まず実施形態１と
同様にして、基板３０の表面にＣｒ層（外側電極層）２
３及びＰｔ層（内側電極層）１７を形成した後、Ｚｒの
含有量の異なる２種類のＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3ターゲッ
トを用意し、始めにＺｒの含有量の少ないターゲットを
用いてＰｔ層１７上に下層１８ａを形成し、その後、Ｚ
ｒの含有量の多いターゲットを用いて下層１８ａ上に上
層１８ｂを形成する。その後は、実施形態１と同様、圧
電膜１８上にＰｔ層１９を形成し、これら圧電膜１８及
びＰｔ層１９のパターンニングを行った後、基板３０を
加工して圧力室１１等を形成する。
【００６０】従って、本実施形態によれば、電極だけで
なく圧電膜についても多層構造を採用することとしたの
で、電極及び圧電膜の双方において、局所的に性質を変
化させることができる。
なく圧電膜についても多層構造を採用することとしたの
で、電極及び圧電膜の双方において、局所的に性質を変
化させることができる。
【００６１】なお、複数種類の圧電薄膜を、Ｚｒ以外の
組成を変調させるように積層することも可能である。ま
た、２層構造に限らず、組成比の異なる圧電薄膜を３層
以上に積層してもよい。
組成を変調させるように積層することも可能である。ま
た、２層構造に限らず、組成比の異なる圧電薄膜を３層
以上に積層してもよい。
【００６２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数種
類の電極材料を積層することとしたので、局所的に異な
る性質を有する電極を形成することが可能となり、圧電
アクチュエータの電極として望まれる種々の性質を同時
に具備する電極を実現することができる。
類の電極材料を積層することとしたので、局所的に異な
る性質を有する電極を形成することが可能となり、圧電
アクチュエータの電極として望まれる種々の性質を同時
に具備する電極を実現することができる。
【００６３】内側電極層を圧電膜に対して不活性の導電
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりもヤ
ング率の大きな導電性材料で形成された電極層を包含さ
せることにより、振動特性を良好に保ったまま電蝕の発
生を抑制することができ、耐電圧性及び振動特性の双方
に優れた電極を実現することができる。
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりもヤ
ング率の大きな導電性材料で形成された電極層を包含さ
せることにより、振動特性を良好に保ったまま電蝕の発
生を抑制することができ、耐電圧性及び振動特性の双方
に優れた電極を実現することができる。
【００６４】内側電極層を圧電膜に対して不活性の導電
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりも密
着性の高い導電性材料で形成された電極層を包含させる
こととにより、耐電圧性及び密着性の双方に優れた電極
を実現することができる。
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりも密
着性の高い導電性材料で形成された電極層を包含させる
こととにより、耐電圧性及び密着性の双方に優れた電極
を実現することができる。
【００６５】内側電極層を圧電膜に対して不活性の導電
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりも接
触抵抗の小さな導電性材料で形成された電極層を包含さ
せることにより、耐電圧性に優れ且つエネルギー損失の
少ない電極を実現することができる。
性材料で形成し、外側電極層に上記導電性材料よりも接
触抵抗の小さな導電性材料で形成された電極層を包含さ
せることにより、耐電圧性に優れ且つエネルギー損失の
少ない電極を実現することができる。
【００６６】膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つ比誘電率が１
５０〜５００の圧電膜を備えることにより、耐電圧性を
向上させることができるとともに、省エネルギー化を図
ることができる。
５０〜５００の圧電膜を備えることにより、耐電圧性を
向上させることができるとともに、省エネルギー化を図
ることができる。
【００６７】また、Ｘ線回折ピークの強度が最大となる
面が（００１）面である圧電膜を備えることにより、耐
電圧性を向上させることができる。
面が（００１）面である圧電膜を備えることにより、耐
電圧性を向上させることができる。
【００６８】また、圧電膜の（００１）面のＸ線回折ピ
ーク強度を、（１１０）面、（１０１）面及び（１１
１）面のＸ線回折ピーク強度のうちの最大強度の５倍以
上とすることにより、耐電圧性を向上させることができ
る。
ーク強度を、（１１０）面、（１０１）面及び（１１
１）面のＸ線回折ピーク強度のうちの最大強度の５倍以
上とすることにより、耐電圧性を向上させることができ
る。
【００６９】また、抗電界が２Ｖ／μｍ以上の圧電膜を
備えることにより、圧電膜における分極の反転が起こり
にくくなり、耐電圧性を向上させることができる。
備えることにより、圧電膜における分極の反転が起こり
にくくなり、耐電圧性を向上させることができる。
【００７０】また、誘電損失が５％以下の圧電膜を備え
ることにより、電圧印加時の発熱等の損失が低減し、耐
電圧性を向上させることができる。
ることにより、電圧印加時の発熱等の損失が低減し、耐
電圧性を向上させることができる。
【００７１】また、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．１〜
１．５の圧電膜を備えることにより、圧電膜中の酸素欠
損領域を低減することができ、耐電圧性を向上させるこ
とができる。
１．５の圧電膜を備えることにより、圧電膜中の酸素欠
損領域を低減することができ、耐電圧性を向上させるこ
とができる。
【００７２】圧電膜を、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロ
ブスカイト型構造を有する複数の圧電薄膜を積み重ねる
ことによって形成することにより、圧電膜の特性を局所
的に変化させることができる。
ブスカイト型構造を有する複数の圧電薄膜を積み重ねる
ことによって形成することにより、圧電膜の特性を局所
的に変化させることができる。
【００７３】下層の圧電薄膜のＺｒの含有量を、上層の
圧電薄膜のＺｒの含有量よりも少なくすることにより、
成膜時にＺｒの結晶化を抑制することができ、圧電特性
及び耐電圧性を向上させることができる。
圧電薄膜のＺｒの含有量よりも少なくすることにより、
成膜時にＺｒの結晶化を抑制することができ、圧電特性
及び耐電圧性を向上させることができる。
【００７４】上記の圧電アクチュエータをインク吐出の
ためのアクチュエータとして利用することにより、高性
能のインクジェットヘッドを得ることができる。
ためのアクチュエータとして利用することにより、高性
能のインクジェットヘッドを得ることができる。
【００７５】また、上記インクジェットヘッドを利用す
ることにより、高性能のインクジェット式記録装置を得
ることができる。
ることにより、高性能のインクジェット式記録装置を得
ることができる。
【図１】インクジェットプリンタの要部の概略構成図で
ある。
ある。
【図２】実施形態１に係るインクジェットヘッドの斜視
図である。
図である。
【図３】Ｘ線回折ピークの分布図であり、（ａ）は実施
形態に係る圧電膜の分布図を示し、（ｂ）は従来の圧電
体の分布図を示す。
形態に係る圧電膜の分布図を示し、（ｂ）は従来の圧電
体の分布図を示す。
【図４】Ｘ線回折ピークの強度比と絶縁破壊電圧との関
係を示した図であり、
係を示した図であり、
【図５】インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図
である。
である。
【図６】実施形態２に係るインクジェットヘッドの斜視
図である。
図である。
１ インクジェットヘッド ２ キャリッジ（移動手段） ４ 記録媒体 ６ インクジェットプリンタ（インクジェット式記録
装置） １１ 圧力室 １２ ノズル １５ ヘッド本体部 １６ 圧電アクチュエータ １７ 内側電極層 １８ 圧電膜 １８ａ 下層の圧電薄膜 １８ｂ 上層の圧電薄膜 １９ 個別電極 ２３ 外側電極層 ３０ 基板
装置） １１ 圧力室 １２ ノズル １５ ヘッド本体部 １６ 圧電アクチュエータ １７ 内側電極層 １８ 圧電膜 １８ａ 下層の圧電薄膜 １８ｂ 上層の圧電薄膜 １９ 個別電極 ２３ 外側電極層 ３０ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 貴徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF54 AF66 AG12 AG39 AG44 AG49 AG55 AN01 AP02 AP15 AP31 AP52 AP54 AQ02 BA03 BA14
Claims (14)
- 【請求項１】 上部電極と下部電極との間に圧電体が設
けられてなる圧電アクチュエータであって、 上記圧電体は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイ
ト型構造の圧電膜によって形成され、 上記上部電極または下部電極は、複数種類の電極材料が
積層されて形成されている圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電アクチュエータに
おいて、 上部電極または下部電極は、圧電膜の表面上に設けられ
た内側電極層と、該内側電極層の表面上に設けられた１
または２以上の電極層からなる外側電極層とによって形
成され、 上記内側電極層は、上記圧電膜に対して不活性の導電性
材料で形成され、 上記外側電極層は、上記導電性材料よりもヤング率の大
きな導電性材料で形成された電極層を含んでいる圧電ア
クチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の圧電アクチュエータに
おいて、 上部電極または下部電極は、圧電膜の表面上に設けられ
た内側電極層と、該内側電極層の表面上に設けられた１
または２以上の電極層からなる外側電極層とによって形
成され、 上記内側電極層は、上記圧電膜に対して不活性の導電性
材料で形成され、 上記外側電極層は、上記導電性材料よりも密着性の高い
導電性材料で形成された電極層を含んでいる圧電アクチ
ュエータ。 - 【請求項４】 請求項１に記載の圧電アクチュエータに
おいて、 上部電極または下部電極は、圧電膜の表面上に設けられ
た内側電極層と、該内側電極層の表面上に設けられた１
または２以上の電極層からなる外側電極層とによって形
成され、 上記内側電極層は、上記圧電膜に対して不活性の導電性
材料で形成され、 上記外側電極層は、上記導電性材料よりも接触抵抗の小
さな導電性材料で形成された電極層を含んでいる圧電ア
クチュエータ。 - 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか一つに記載の圧
電アクチュエータにおいて、 内側電極層は、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐａ、または
Ｚｒによって形成され、 外側電極層は、Ｃｒで形成された電極層を含んでいる圧
電アクチュエータ。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧
電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つ比誘電率が１５
０〜５００の圧電膜によって形成されている圧電アクチ
ュエータ。 - 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧
電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つＸ線回折ピーク
の強度が最大となる面が（００１）面である圧電膜によ
って形成されている圧電アクチュエータ。 - 【請求項８】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧
電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つ抗電界が２Ｖ／
μｍ以上の圧電膜によって形成されている圧電アクチュ
エータ。 - 【請求項９】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧
電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つ誘電損失が５％
以下の圧電膜によって形成されている圧電アクチュエー
タ。 - 【請求項１０】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の
圧電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、膜厚が１μｍ〜１０μｍ且つＰｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）＝１．１〜１．５の圧電膜によって形成されてい
る圧電アクチュエータ。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか一つに記載
の圧電アクチュエータにおいて、 圧電膜は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型
構造を有する複数の圧電薄膜が積み重ねられて形成され
ている圧電アクチュエータ。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の圧電アクチュエー
タにおいて、 下層の圧電薄膜は、上層の圧電薄膜よりもＺｒの含有量
が少ない圧電アクチュエータ。 - 【請求項１３】 複数のノズル及び該各ノズルにそれぞ
れ連通する複数のインク室が形成されたヘッド本体部
と、 上記ヘッド本体部の各インク室にそれぞれ対応して設け
られ、所定の記録信号を受けると該インク室のインクを
上記ノズルから押し出すように変形するアクチュエータ
とを備えたインクジェットヘッドであって、 上記アクチュエータは、請求項１〜１２のいずれか一つ
に記載の圧電アクチュエータによって形成されているイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のインクジェットヘ
ッドと、 上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させ
る移動手段と、 上記インクジェットヘッドに記録信号を供給する信号供
給手段とを備えているインクジェット式記録装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000091540A JP2001284671A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000091540A JP2001284671A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 |
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|---|---|
| JP2001284671A true JP2001284671A (ja) | 2001-10-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000091540A Pending JP2001284671A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001284671A (ja) |
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