JP2003046160A - Piezoelectric element, actuator, and ink jet head - Google Patents

Piezoelectric element, actuator, and ink jet head

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JP2003046160A
JP2003046160A JP2002117671A JP2002117671A JP2003046160A JP 2003046160 A JP2003046160 A JP 2003046160A JP 2002117671 A JP2002117671 A JP 2002117671A JP 2002117671 A JP2002117671 A JP 2002117671A JP 2003046160 A JP2003046160 A JP 2003046160A
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JP
Japan
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film
piezoelectric
piezoelectric element
base film
substrate
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Withdrawn
Application number
JP2002117671A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasusuke Irie
庸介 入江
Kazuo Yokoyama
和夫 横山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure for forming a piezoelectric element having superior piezoelectric characteristics on a board other than a single crystal board and a device using the same. SOLUTION: A piezoelectric element 1 is equipped with a piezoelectric film 2 of PZT, a lower electrode 3 and an upper electrode 4 sandwiching the piezoelectric film 2 between them, and a base film 5 of PLT which is interposed between the piezoelectric film 2 and the lower electrode 3 and about 50 to 200 nm in thickness. The piezoelectric element 1 is provided on a board 6 such as a polycrystalline stainless steel board, an amorphous heat-resistant glass board, or a single crystal silicon board. A piezoelectric element having superior piezoelectric characteristics can be formed on a board other than a single crystal board.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体層を有する
圧電素子、並びに、圧電素子を利用したアクチュエータ
及びインクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element having a piezoelectric layer, and an actuator and an inkjet head using the piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、圧電体は、目的に応じて様々
なデバイスに利用されている。かかるデバイスの例とし
て、圧電体に電圧を加えてその電圧に応じた変形を生じ
させるように構成されたアクチュエータや、逆に、圧電
体の変形から電圧を発生させる加速度センサ,角速度セ
ンサなどがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, piezoelectric materials have been used in various devices according to their purposes. Examples of such devices include an actuator configured to apply a voltage to a piezoelectric body to cause deformation according to the voltage, and conversely, an acceleration sensor and an angular velocity sensor that generate a voltage from the deformation of the piezoelectric body. .

【0003】圧電体材料としては、優れた圧電特性を有
する鉛系の誘電体、特に、Pb(Zr1-x Tix )O3
で表される組成を有する,PZTと略称されるペロブス
カイト型強誘電体が広く用いられている。従来、圧電素
子は、熱処理により得られた圧電材料の焼結体を切削,
研磨などの工程により目的に応じた形状を有する圧電体
層を形成した後、圧電体層の相対向する2つの面にそれ
ぞれ一対の電極を設けることにより、形成されている。
As a piezoelectric material, a lead-based dielectric having excellent piezoelectric characteristics, particularly Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3
A perovskite type ferroelectric substance, which is abbreviated as PZT, having a composition represented by is widely used. Conventionally, a piezoelectric element is made by cutting a sintered body of piezoelectric material obtained by heat treatment,
It is formed by forming a piezoelectric layer having a shape suitable for the purpose by a process such as polishing, and then providing a pair of electrodes on each of two opposing surfaces of the piezoelectric layer.

【0004】近年、これらの圧電素子を利用した各種デ
バイスをより小型化,高機能化,低消費電力化(低電圧
駆動)することによって、各種デバイスをマイクロマシ
ンやマイクロセンサなどに適用することが検討されてお
り、これまで不可能とさてていた様々な分野において、
微少かつ精密な制御などが可能になると期待されてい
る。
In recent years, it has been considered to apply various devices to micromachines, microsensors, etc. by further miniaturizing various devices using these piezoelectric elements, improving their functionality, and reducing power consumption (low voltage drive). Has been done, and in various fields that were previously considered impossible,
It is expected that minute and precise control will become possible.

【0005】そこで、従来の焼結,切削,研磨などを利
用した製造方法とは別に、圧電体薄膜を基板上に形成
し、半導体プロセスなどで用いられてきた微細加工技術
を駆使して、より高精度な超小型圧電素子を開発する研
究がなされている。しかし、圧電素子を小型化するにあ
たり、圧電体膜に微少な変位を高精度かつ高効率で発生
させたり、微少変位を高精度かつ高効率で検知できる構
成が必要であり、なお検討する課題が多く残されてい
る。
Therefore, in addition to the conventional manufacturing method utilizing sintering, cutting, polishing, etc., a piezoelectric thin film is formed on a substrate and the fine processing technology used in the semiconductor process or the like is used to obtain more results. Research is being conducted to develop highly accurate ultra-compact piezoelectric elements. However, in miniaturizing the piezoelectric element, it is necessary to generate a minute displacement in the piezoelectric film with high accuracy and high efficiency, or to detect a minute displacement with high accuracy and high efficiency. Many are left.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上に圧
電体膜を形成する技術(薄膜化プロセス)は、微細性,
精密性,機能性及び加工性に優れた技術であるが、従来
行われてきた焼結体を用いた微細成形技術とは全く異な
るプロセスで行なわれる。従って、その薄膜化プロセス
に適合した圧電体および圧電素子の構造を実現する必要
がある。良好な圧電特性を有する薄膜圧電体を作成する
方法として一般的に用いられるのは、CVD法,スパッ
タ法,ゾルゲル法である。これらの方法を用いた場合で
も、さらにMgO単結晶基板や、SrTiO3 単結晶基
板などの単結晶基板を使用してPZT薄膜をエピタキシ
ャル成長をさせてやらなければ良好な特性を得ることは
困難であった。また、圧電特性を安定に得るためには、
単結晶基板の上に、(Pb,La)TiO3 ,PbTi
2 などの圧電体膜を成膜する必要があった。単結晶基
板としては、MgO単結晶基板やSrTiO3 単結晶基
板などが用いられている。
By the way, the technique of forming a piezoelectric film on a substrate (thinning process) is
Although it is a technique that is excellent in precision, functionality, and workability, it is performed in a completely different process from the conventional fine forming technique using a sintered body. Therefore, it is necessary to realize the structures of the piezoelectric body and the piezoelectric element that are suitable for the thinning process. The CVD method, the sputtering method, and the sol-gel method are generally used as a method for producing a thin film piezoelectric body having good piezoelectric characteristics. Even when these methods are used, it is difficult to obtain good characteristics unless the PZT thin film is epitaxially grown using a single crystal substrate such as a MgO single crystal substrate or a SrTiO 3 single crystal substrate. It was Also, in order to obtain stable piezoelectric characteristics,
On the single crystal substrate, (Pb, La) TiO 3 , PbTi
It was necessary to form a piezoelectric film such as O 2 . As the single crystal substrate, a MgO single crystal substrate, a SrTiO 3 single crystal substrate, or the like is used.

【0007】しかし、MgO単結晶基板やSrTiO3
単結晶基板などは、非常に価格が高い上に、基板の大き
さも30mm×30mm程度であるので、あまり大面積
の基板が得られない。一方、単結晶基板以外の基板上に
圧電特性の良好な圧電体膜を形成する技術はまだ確立さ
れていない。
However, MgO single crystal substrate and SrTiO 3
Since a single crystal substrate and the like are very expensive and the size of the substrate is about 30 mm × 30 mm, a substrate having a large area cannot be obtained. On the other hand, a technique for forming a piezoelectric film having good piezoelectric characteristics on a substrate other than a single crystal substrate has not yet been established.

【0008】本発明の目的は、単結晶基板を用いなくて
も圧電特性の良好な圧電体膜を形成する技術を実現する
ことにより、安価で高性能の圧電素子及びこれを利用し
た各種デバイスを提供することにある。
An object of the present invention is to realize a technique for forming a piezoelectric film having good piezoelectric characteristics without using a single crystal substrate, thereby providing an inexpensive and high-performance piezoelectric element and various devices using the same. To provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子は、基
板上に設けられる圧電素子であって、厚みが50nm以
上で200nm以下の範囲にある下地膜と、上記下地膜
を挟んで上記基板に対向して設けられた圧電体膜と備え
ている。
A piezoelectric element of the present invention is a piezoelectric element provided on a substrate, wherein a substrate having a thickness in the range of 50 nm or more and 200 nm or less and the substrate is sandwiched therebetween. And a piezoelectric film provided so as to be opposed to.

【0010】これにより、下地膜が形成される基板の材
質に拘わらず、良好な圧電特性を有する圧電体膜が得ら
れることが確認されている。
From this, it has been confirmed that a piezoelectric film having good piezoelectric characteristics can be obtained regardless of the material of the substrate on which the underlying film is formed.

【0011】上記下地膜と上記基板との間に介設された
第1の電極をさらに備えていることにより、基板が絶縁
体である場合には、圧電体への電圧の印加を第1の電極
により行なうことができ、基板が導体である場合にも、
下地膜と基板との反応を抑制する機能等を第1の電極に
もたせることができる。
By further comprising a first electrode interposed between the base film and the substrate, when the substrate is an insulator, the first application of voltage to the piezoelectric body is performed. Even if the substrate is a conductor,
The first electrode can have a function of suppressing the reaction between the base film and the substrate.

【0012】上記圧電体膜を挟んで上記下地膜に対向し
て設けられた第2の電極をさらに備えていることによ
り、圧電体への電圧の印加を第2の電極によって行なう
ことができる。
By further including the second electrode provided so as to face the base film with the piezoelectric film interposed therebetween, it is possible to apply a voltage to the piezoelectric body by the second electrode.

【0013】上記基板は、多結晶体又は非晶質体により
構成されていることにより、単結晶体のような高価な材
料を用いることがなく、かつ、可撓性のある基板の上に
圧電素子を直接形成することも可能となる。よって、こ
の圧電素子をアクチュエータに応用することで、小型
化,高機能化,低消費電力化されたアクチュエータが得
られる。
Since the substrate is made of a polycrystal or an amorphous material, an expensive material such as a single crystal is not used, and the piezoelectric is formed on a flexible substrate. It is also possible to directly form the element. Therefore, by applying this piezoelectric element to an actuator, it is possible to obtain an actuator having a small size, high functionality, and low power consumption.

【0014】上記下地膜は、立方晶あるいは正方晶の結
晶構造を有する酸化物により構成されていることが好ま
しい。
The base film is preferably made of an oxide having a cubic or tetragonal crystal structure.

【0015】上記下地膜は、構成要素にZrを含まない
ペロブスカイト酸化物により構成されていることがより
好ましく、特に、(Pb,La)TiO3 で表される組
成を有するペロブスカイト酸化物であるPLTにより構
成されていることにより、著効を発揮することができ
る。
It is more preferable that the underlayer film is composed of a perovskite oxide containing no Zr as a constituent element, and in particular, a PLT which is a perovskite oxide having a composition represented by (Pb, La) TiO 3. By being constituted by, it is possible to exert a remarkable effect.

【0016】上記圧電体膜は、Pb,Zr,Tiを含む
ペロブスカイト酸化物により構成されていることが好ま
しい。
The piezoelectric film is preferably composed of a perovskite oxide containing Pb, Zr and Ti.

【0017】本発明のアクチュエータは、固定部材と、
上記固定部材に対して移動可能な移動部材と、上記固定
部材及び移動部材に接続された圧電素子とを備え、上記
圧電素子は、厚みが50nm以上で200nm以下の範
囲にある下地膜と、上記下地膜に接触して形成された圧
電体膜とを有している。
The actuator of the present invention comprises a fixing member,
A movable member movable with respect to the fixed member; and a piezoelectric element connected to the fixed member and the movable member, wherein the piezoelectric element has a base film having a thickness of 50 nm or more and 200 nm or less; And a piezoelectric film formed in contact with the base film.

【0018】これにより、下地膜が形成される基板の材
質に拘わらず、良好な圧電特性を有する圧電体膜が得ら
れるので、この圧電素子を利用した高精度かつ高機能の
アクチュエータが得られる。そして、このアクチュエー
タを小型化,高機能化,低消費電力化することで、マイ
クロマシンやマイクロセンサに応用することが可能とな
った。
As a result, a piezoelectric film having good piezoelectric characteristics can be obtained regardless of the material of the substrate on which the underlying film is formed, so that a highly accurate and highly functional actuator using this piezoelectric element can be obtained. And by making this actuator smaller, more sophisticated, and lower in power consumption, it has become possible to apply it to micromachines and microsensors.

【0019】上記固定部材は、上記移動部材に取り付け
られており、上記圧電素子は、上記移動部材のみに接触
しており、上記下地膜は、上記圧電体膜と上記移動部材
との間に介在していて、上記圧電素子は、上記圧電体膜
の上に設けられた上部電極をさらに有している構造を採
ることができる。
The fixed member is attached to the moving member, the piezoelectric element is in contact with only the moving member, and the base film is interposed between the piezoelectric film and the moving member. Therefore, the piezoelectric element can have a structure further including an upper electrode provided on the piezoelectric film.

【0020】その場合、上記圧電素子は、上記下地膜と
上記移動部材との間に介設された下部電極をさらに有し
ていることにより、移動部材が絶縁体である場合には、
圧電体への電圧の印加を第1の電極により行なうことが
でき、移動部材が導体である場合にも、下地膜と移動部
材との反応を抑制する機能等を第1の電極にもたせるこ
とができる。
In this case, the piezoelectric element further has a lower electrode interposed between the base film and the moving member, so that when the moving member is an insulator,
The voltage can be applied to the piezoelectric body by the first electrode, and even when the moving member is a conductor, the first electrode can be provided with the function of suppressing the reaction between the base film and the moving member. it can.

【0021】上記圧電素子は、上記移動部材及び固定部
材に接触しており、上記下地膜は、上記移動部材又は上
記固定部材のうちの一方の部材と、上記圧電体膜との間
に介在している構造を採ることもできる。
The piezoelectric element is in contact with the moving member and the fixed member, and the base film is interposed between one of the moving member and the fixed member and the piezoelectric film. It is also possible to adopt the structure which has.

【0022】その場合、上記圧電素子は、上記下地膜と
上記一方の部材との間に介設された第1の電極をさらに
有していることにより、上述の作用効果を発揮すること
ができる。
In this case, since the piezoelectric element further has the first electrode interposed between the base film and the one member, the above-described operation and effect can be exhibited. .

【0023】上記圧電素子は、上記下地膜と、上記移動
部材又は固定部材のうちの他方の部材との間に介設され
た第2の電極をさらに有していることが好ましい。
It is preferable that the piezoelectric element further has a second electrode interposed between the base film and the other of the moving member or the fixed member.

【0024】上記移動部材及び上記固定部材のうち少な
くともいずれか一方は、可撓性のある多結晶体又は非晶
質体により構成されていることにより、アクチュエータ
の機能性を高めることができる。
Since at least one of the movable member and the fixed member is made of a flexible polycrystalline body or amorphous body, the functionality of the actuator can be enhanced.

【0025】上記下地膜は、構成要素にZrを含まない
ペロブスカイト酸化物により構成されていることが好ま
しい。
It is preferable that the base film is made of a perovskite oxide containing no Zr as a constituent element.

【0026】本発明のインクジェットヘッドは、インク
を供給するための供給口とインクを吐出するための吐出
口とを有する圧力室用凹部が形成されたヘッド本体と、
上記ヘッド本体の凹部を塞いで凹部と共に圧力室を構成
するように設けられた振動板と、上記振動板の上記圧力
室に接する面とは対向する面に設けられた圧電素子とを
備えているインクジェットヘッドにおいて、上記圧電素
子は、上記振動板に対向する上部電極と、上記振動板と
上記上部電極との間に設けられた圧電体膜と上記振動板
と上記圧電体膜との間に設けられた厚みが50nm以上
で200nm以下の範囲にある下地膜とを有している。
The ink jet head of the present invention comprises a head body having a pressure chamber recess having a supply port for supplying ink and a discharge port for discharging ink.
A vibrating plate is provided so as to close the concave portion of the head main body to form a pressure chamber together with the concave portion, and a piezoelectric element provided on a surface facing the surface of the vibrating plate in contact with the pressure chamber. In the inkjet head, the piezoelectric element is provided between an upper electrode facing the vibrating plate, a piezoelectric film provided between the vibrating plate and the upper electrode, and between the vibrating plate and the piezoelectric film. And a base film having a thickness of 50 nm or more and 200 nm or less.

【0027】これにより、例えば、振動板の材質に拘わ
らず、振動板上に圧電特性の良好な圧電体膜を有する圧
電素子を設けることが可能になる。したがって、インク
ジェットヘッドのヘッド本体の小型化や、インクジェッ
トヘッドの製造コストの低減等を図ることができる。
This makes it possible, for example, to provide a piezoelectric element having a piezoelectric film having good piezoelectric characteristics on the diaphragm regardless of the material of the diaphragm. Therefore, it is possible to reduce the size of the head body of the inkjet head and reduce the manufacturing cost of the inkjet head.

【0028】上記振動板と上記下地膜との間に設けられ
た下部電極をさらに備えていることが好ましい。
It is preferable to further include a lower electrode provided between the diaphragm and the base film.

【0029】また、上記振動板は、多結晶体又は非晶質
体により構成されていることにより、振動板として可撓
性のあるものを用いて、その上に直接圧電素子を形成す
ることが可能になる。
Further, since the vibrating plate is composed of a polycrystalline body or an amorphous body, it is possible to use a flexible vibrating plate and form the piezoelectric element directly thereon. It will be possible.

【0030】上記下部電極と上記振動板との間に設けら
れた多結晶膜又は非晶質膜をさらに備えていることもで
きる。
A polycrystalline film or an amorphous film provided between the lower electrode and the vibration plate may be further provided.

【0031】上記振動板は、金属により構成されている
ことが好ましい。
The diaphragm is preferably made of metal.

【0032】上記下地膜は、立方晶あるいは正方晶の結
晶構造を有する酸化物により構成されていることが好ま
しい。上記下地膜は、構成要素にZrを含まないペロブ
スカイト酸化物により構成されていることがより好まし
い。
The base film is preferably made of an oxide having a cubic or tetragonal crystal structure. More preferably, the underlying film is made of a perovskite oxide that does not contain Zr as a constituent element.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、本発
明の第1の実施形態である圧電素子の構成を示す断面図
である。本実施形態の圧電素子1は、厚さが0.1μm
〜50μmの圧電体膜2と、圧電体膜2を挟む一対の電
極である下部電極3および上部電極4と、圧電体膜2と
下部電極3との間に介在する厚みが約50nm〜200
nmの下地膜5とを有している。そして、圧電素子1全
体は、多結晶体であるステンレス基板や、非晶質体であ
る耐熱性ガラス基板や、単結晶体であるシリコン基板な
どである基板6の上に設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric element 1 of this embodiment has a thickness of 0.1 μm.
˜50 μm piezoelectric film 2, lower electrode 3 and upper electrode 4 which are a pair of electrodes sandwiching piezoelectric film 2, and the thickness interposed between piezoelectric film 2 and lower electrode 3 is approximately 50 nm to 200
nm base film 5. The entire piezoelectric element 1 is provided on a substrate 6 such as a polycrystalline stainless steel substrate, an amorphous heat-resistant glass substrate, or a single crystal silicon substrate.

【0034】図2(a)〜(e)は、本実施形態におけ
る半導体薄膜素子の製造工程を示す断面図である。
2A to 2E are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor thin film element in this embodiment.

【0035】まず、図2(a)に示す工程で、基板6の
上に、スパッタ法、または蒸着法を用いて、厚み50n
m〜200nmの下部電極用のPt膜3xを形成する。
First, in the step shown in FIG. 2A, a thickness of 50 n is formed on the substrate 6 by using a sputtering method or an evaporation method.
A Pt film 3x for the lower electrode having a thickness of m to 200 nm is formed.

【0036】次に、図2(b)に示す工程で、Pt膜3
xの上に、基板温度500℃〜700℃の条件で、スパ
ッタリング,CVDまたはゾル・ゲル法を用いて、厚み
50nm〜200nmの下地膜用PLT膜5xを形成す
る。
Next, in the step shown in FIG. 2B, the Pt film 3
A substrate PLT film 5x having a thickness of 50 nm to 200 nm is formed on x by a sputtering, CVD or sol-gel method under the condition of a substrate temperature of 500 ° C. to 700 ° C.

【0037】次に、図2(c)に示す工程で、PLT膜
5xの上に、スパッタリング、CVDまたはゾル・ゲル
法を用いて、厚み0.1μm〜50μmの圧電体膜用の
PZT膜2xを形成する。さらに、PZT膜2xの上
に、スパッタリング、または蒸着により、厚み50nm
〜300nmの上部電極用の白金(Pt)又は金(A
u)等の貴金属膜4xを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2C, a PZT film 2x for a piezoelectric film having a thickness of 0.1 μm to 50 μm is formed on the PLT film 5x by using the sputtering, CVD or sol-gel method. To form. Furthermore, a thickness of 50 nm is formed on the PZT film 2x by sputtering or vapor deposition.
~ 300nm upper electrode platinum (Pt) or gold (A
A noble metal film 4x such as u) is formed.

【0038】次に、図2(d)に示す工程で、リソグラ
フィー工程を行なって、貴金属膜4xの上にレジスト膜
9を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2D, a lithography step is performed to form a resist film 9 on the noble metal film 4x.

【0039】そして、図2(e)に示す工程で、レジス
ト膜9をエッチングマスクとして、貴金属膜4x,PZ
T膜2x,PLT膜5x及びPt膜3xをパターニング
して、下部電極3,下地膜5,圧電体膜2及び上部電極
4からなる圧電素子1を形成する。この工程は、以下の
手順で行なわれる。
Then, in the step shown in FIG. 2E, the noble metal films 4x and PZ are formed using the resist film 9 as an etching mask.
The T film 2x, the PLT film 5x and the Pt film 3x are patterned to form the piezoelectric element 1 including the lower electrode 3, the base film 5, the piezoelectric film 2 and the upper electrode 4. This step is performed according to the following procedure.

【0040】まず、貴金属膜4xをエッチングして上部
電極4を形成する。エッチング方法としてはドライエッ
チング法、ウエットエッチング法などがあるが、ドライ
エッチング法の場合には、アルゴンガス(Ar)を用い
てエッチングする。一方、ウエットエッチングの場合に
は、金(Au)に対してはヨウ化カリウム(KI)、ヨ
ウ素(I2 )、水(H2 O)の混合液などを用いてエッ
チングを行う。
First, the noble metal film 4x is etched to form the upper electrode 4. As an etching method, there are a dry etching method, a wet etching method, and the like. In the case of the dry etching method, etching is performed using argon gas (Ar). On the other hand, in the case of wet etching, gold (Au) is etched using a mixed solution of potassium iodide (KI), iodine (I 2 ) and water (H 2 O).

【0041】上部電極4が形成されると、いったんレジ
スト膜9を除去して、再度、PZT膜2xのエッチング
マスクとなるレジスト膜を形成する。このとき、上部電
極4がPZT膜と同形状で、上部電極4用のレジスト膜
9が耐ウェットエッチング性にも優れているものなら
ば、上部電極4用のレジスト膜9をそのままPZT膜2
xパターニング時のエッチングマスクとして用いても良
い。
After the upper electrode 4 is formed, the resist film 9 is once removed and a resist film serving as an etching mask for the PZT film 2x is formed again. At this time, if the upper electrode 4 has the same shape as the PZT film and the resist film 9 for the upper electrode 4 is also excellent in wet etching resistance, the resist film 9 for the upper electrode 4 is left as it is.
It may be used as an etching mask at the time of x patterning.

【0042】そして、PZT膜2x及びPLT膜5xを
エッチングして、圧電体膜2及び下地膜5を形成する。
その際、PZT膜2x等の膜厚が薄い場合にはドライエ
ッチング法を用い、厚みが厚い場合にはウエットエッチ
ング法を用いる。ドライエッチング法の場合には、金
(Au)、白金(Pt)の場合と同様にアルゴンガス
(Ar)を用いてエッチングする。ウエットエッチング
の場合には、弗化アンモニウム溶液及び弗酸を用いてエ
ッチングを行う。エッチング方法は、ビーカに入れたバ
ファードフッ酸を約60℃に温め、その中に基板6ごと
浸漬する。バッファードフッ酸は濃度が一定になるよう
に常時かき混ぜられる。エッチングが終了すると、純水
で洗浄した後、乾燥させる。
Then, the PZT film 2x and the PLT film 5x are etched to form the piezoelectric film 2 and the base film 5.
At that time, a dry etching method is used when the film thickness of the PZT film 2x or the like is thin, and a wet etching method is used when the film thickness is thick. In the case of the dry etching method, etching is performed using argon gas (Ar) as in the case of gold (Au) or platinum (Pt). In the case of wet etching, etching is performed using an ammonium fluoride solution and hydrofluoric acid. As the etching method, the buffered hydrofluoric acid placed in a beaker is warmed to about 60 ° C. and the substrate 6 is immersed therein. Buffered hydrofluoric acid is constantly stirred to maintain a constant concentration. When the etching is completed, it is washed with pure water and then dried.

【0043】その後、PZT膜2x等のエッチングに用
いたレジスト膜を除去し、再度、下部電極形成用のエッ
チングマスクとなるレジスト膜を形成し、Pt膜3xを
エッチングして、下部電極3を形成する。その際、ドラ
イエッチング法の場合には、アルゴンガス(Ar)を用
いてエッチングする。一方、ウエットエッチングの場合
には、エッチング液としてシアン化カリウム、ペルオキ
ソ硫酸アンモニウム、水の混合液を用いる。
After that, the resist film used for etching the PZT film 2x and the like is removed, a resist film serving as an etching mask for forming the lower electrode is formed again, and the Pt film 3x is etched to form the lower electrode 3. To do. At that time, in the case of the dry etching method, etching is performed using argon gas (Ar). On the other hand, in the case of wet etching, a mixed solution of potassium cyanide, ammonium peroxosulfate and water is used as an etching solution.

【0044】本実施形態によると、以下の効果を発揮す
ることができる。
According to this embodiment, the following effects can be exhibited.

【0045】従来、(Pb,La)TiO3 (PL
T),PbTiO2 などの下地膜を形成する場合、Mg
O単結晶基板や、SrTiO3 単結晶基板などの単結晶
基板を使用して、厚み5nm〜30nmのPLT膜など
の下地膜を形成する必要があり、その下地膜の上にPZ
T膜などの圧電体膜をエピタキシャル成長をさせてい
た。ところが、MgO単結晶基板やSrTiO3 単結晶
基板などは、非常に価格が高いので、圧電素子のコスト
ダウンが困難である。また、基板の大きさも30mm×
30mm程度であるので、あまり大面積の基板が得られ
ない。
Conventionally, (Pb, La) TiO 3 (PL
T), PbTiO 2 etc.
It is necessary to form a base film such as a PLT film having a thickness of 5 nm to 30 nm using a single crystal substrate such as an O single crystal substrate or a SrTiO 3 single crystal substrate, and PZ is formed on the base film.
A piezoelectric film such as a T film was epitaxially grown. However, since the MgO single crystal substrate and the SrTiO 3 single crystal substrate are very expensive, it is difficult to reduce the cost of the piezoelectric element. In addition, the size of the substrate is 30 mm ×
Since the thickness is about 30 mm, a large-area substrate cannot be obtained.

【0046】それに対し、本実施形態の圧電素子及びそ
の製造方法では、ステンレス,ガラス,Siなどの比較
的安価な基板を使用しつつ、後述するように優れた圧電
特性を有する圧電体膜を形成することができるので、特
性の良好な圧電素子を低コストで得ることができる。
On the other hand, in the piezoelectric element and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, a piezoelectric film having excellent piezoelectric characteristics is formed as described later, while using a relatively inexpensive substrate such as stainless steel, glass and Si. Therefore, a piezoelectric element having excellent characteristics can be obtained at low cost.

【0047】また、多結晶体や非晶質体の中には、単結
晶体とは異なり可撓性のあるものが多く存在するので、
種々のアクチュエータの部品となるステンレス板などに
圧電素子を直接形成することにより、小型化,高機能
化,低消費電力化され微小な動作を行なう圧電式アクチ
ュエータも実現することができる。
In addition, since there are many polycrystals and amorphous bodies which are flexible unlike monocrystals,
By directly forming a piezoelectric element on a stainless steel plate or the like that is a component of various actuators, it is possible to realize a piezoelectric actuator that is small in size, has high functionality, has low power consumption, and performs a minute operation.

【0048】−実施例− 本実施形態の効果を確認するために、以下の具体的なサ
ンプルに対する圧電定数の測定を行なった。図1に示す
構造を有するサンプルを基板6の材質を変え、PLTか
らなる下地膜5の厚みを25nm,50nm,75n
m,100nm,125nm,150nm,175n
m,200nmの8種類に変えて、下地膜の厚みの変化
に対する圧電定数d31の変化状態を調べた。
-Example- In order to confirm the effect of this embodiment, the piezoelectric constants of the following specific samples were measured. In the sample having the structure shown in FIG. 1, the material of the substrate 6 is changed, and the thickness of the base film 5 made of PLT is 25 nm, 50 nm, 75 n.
m, 100 nm, 125 nm, 150 nm, 175n
The change state of the piezoelectric constant d 31 with respect to the change of the thickness of the underlayer film was examined by changing to eight kinds of m and 200 nm.

【0049】基板6としては、MgO単結晶基板,シリ
コン単結晶基板,ステンレス基板(多結晶体),ポリシ
リコン基板,耐熱ガラス基板(非晶質体),チタン基板
(多結晶体),鉄板(多結晶体),銅板(多結晶体),
ニッケル板(多結晶体)を用いた。
As the substrate 6, MgO single crystal substrate, silicon single crystal substrate, stainless steel substrate (polycrystalline material), polysilicon substrate, heat-resistant glass substrate (amorphous material), titanium substrate (polycrystalline material), iron plate ( Polycrystal), copper plate (polycrystal),
A nickel plate (polycrystal) was used.

【0050】なお、下部電極3は厚み100nmのPt
膜であり、下地膜5は組成がPb0. 85La0.15Ti
0.9625x で表されるPLT膜であり、圧電体膜2は組
成がPbZr0.5 Ti0.53 で表される厚み3μmの
PZT膜である。下地膜5及び圧電体膜2は、基板温度
600℃でスパッタリングにより形成されている。上部
電極4は蒸着により形成された厚み200nmのAu膜
である。
The lower electrode 3 is made of Pt having a thickness of 100 nm.
A film, the base film 5 composition Pb 0. 85 La 0.15 Ti
The piezoelectric film 2 is a PLT film expressed by 0.9625 O x , and the piezoelectric film 2 is a PZT film whose composition is expressed by PbZr 0.5 Ti 0.5 O 3 and has a thickness of 3 μm. The base film 5 and the piezoelectric film 2 are formed by sputtering at a substrate temperature of 600 ° C. The upper electrode 4 is a 200 nm-thick Au film formed by vapor deposition.

【0051】図3は、本実験においてレーザー変位計を
用いて圧電定数を測定する方法を概略的に示す斜視図で
ある。圧電素子1及び基板6は、3mm×15mmの短
冊状に切り出され、長さ方向の一端部が固定台7に固定
されている。つまり、圧電素子1及び基板6が片持梁の
状態で支持されている状態で、上部電極−下部電極間に
電圧を印加してレーザー変位計(図示せず)を用いて変
位を測定した。ここで、レーザー変位計としては、グラ
フテック社製のレーザドップラー変位計を用いた。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a method for measuring a piezoelectric constant using a laser displacement meter in this experiment. The piezoelectric element 1 and the substrate 6 are cut out in a strip shape of 3 mm × 15 mm, and one end portion in the length direction is fixed to the fixing base 7. That is, with the piezoelectric element 1 and the substrate 6 supported in a cantilevered state, a voltage was applied between the upper electrode and the lower electrode, and the displacement was measured using a laser displacement meter (not shown). Here, as the laser displacement meter, a laser Doppler displacement meter manufactured by Graphtec Co. was used.

【0052】ここで、図3に示す座標系において、圧電
素子1がX方向に伸びるとき、電圧をv(V)、圧電体
膜2の厚さをt1 (m)、基板6の厚さをt2 (m)、
圧電体膜2の長さをl(m)、圧電体膜2の機械結合係
数S1 、基板6の機械結合係数をS2 、圧電体膜2の圧
電定数をd31とすると、圧電素子1のX方向における伸
びdxは、下記式(1) dx=−3d31・S1・S2・t1(t1+t2)・l/(S1 2・t2 4 +4S1・S2・t1・t2 3+6S1・S2・t1 2・t2 2 +4S1・S2・t2・t1 3+S2・2t1 4) (1) で表される。そこで、各定数の数値を式(1)に代入し
て、圧電定数d31を計算した。
Here, in the coordinate system shown in FIG. 3, when the piezoelectric element 1 extends in the X direction, the voltage is v (V), the thickness of the piezoelectric film 2 is t 1 (m), and the thickness of the substrate 6 is T 2 (m),
When the length of the piezoelectric film 2 is 1 (m), the mechanical coupling coefficient S 1 of the piezoelectric film 2, the mechanical coupling coefficient of the substrate 6 is S 2 , and the piezoelectric constant of the piezoelectric film 2 is d 31 , the piezoelectric element 1 The elongation dx in the X direction is expressed by the following formula (1) dx = −3d 31 · S 1 · S 2 · t 1 (t 1 + t 2 ) · l / (S 1 2 · t 2 4 + 4S 1 · S 2 · t 1 · t 2 3 + 6S 1 · S 2 · t 1 2 · t 2 2 + 4S 1 · S 2 · t 2 · t 1 3 + S 2 · 2t 1 4 ) (1) Therefore, the value of each constant is substituted into equation (1) were calculated piezoelectric constant d 31.

【0053】図4は、各種基板を用い、下地膜の厚みを
8種類に変化させたときの圧電定数d31のデータを示す
図である。図4に示すように、MgO単結晶基板だけで
なく、多結晶体基板や非晶質体基板を用いた場合でも、
下地膜5の厚みが50nm以上で200nm以下の範囲
で、比較的良好な圧電定数d31が得られることがわかっ
た。特に、下地膜5の厚みが100nm以上で150n
m以下の範囲では、圧電定数d31が極めて高く、MgO
基板を用いたときの値(約80×10-12m/V)に対
する圧電定数d31の低下量がわずかであることがわかっ
た。
FIG. 4 is a diagram showing data of the piezoelectric constant d 31 when various types of substrates are used and the thickness of the base film is changed to 8 types. As shown in FIG. 4, not only a MgO single crystal substrate but also a polycrystalline substrate or an amorphous substrate is used.
It was found that a relatively good piezoelectric constant d 31 can be obtained when the thickness of the base film 5 is 50 nm or more and 200 nm or less. Particularly, when the thickness of the base film 5 is 100 nm or more, 150 n
In the range of m or less, the piezoelectric constant d 31 is extremely high, and MgO
It was found that the amount of decrease in the piezoelectric constant d 31 with respect to the value when the substrate was used (about 80 × 10 −12 m / V) was slight.

【0054】すなわち、本実施形態の圧電素子及びその
製造方法により、ステンレス,ガラス,Siなどの比較
的安価な基板を使用しつつ、特性の良好な圧電素子を形
成しうることがわかる。
That is, it is understood that the piezoelectric element and the manufacturing method thereof according to the present embodiment can form a piezoelectric element having excellent characteristics while using a relatively inexpensive substrate such as stainless steel, glass, and Si.

【0055】ここで、従来、単結晶基板以外の基板(多
結晶基板又は非晶質基板)を用いて圧電体膜を形成して
も、良好な圧電特性が得られていなかったのは、単結晶
基板への圧電体膜の形成と同様に、下地膜の厚みが高々
30nm程度にすぎなかったためと考えられる。それに
対し、本発明では、下地膜の厚みを50nm以上200
nm以下にすることにより、配向性及び圧電特性の良好
な圧電体膜を多結晶基板又は非晶質基板上に形成するこ
とを見いだした。
Here, conventionally, even if a piezoelectric film is formed using a substrate (polycrystalline substrate or amorphous substrate) other than a single crystal substrate, good piezoelectric characteristics have not been obtained. It is considered that, like the formation of the piezoelectric film on the crystal substrate, the thickness of the base film was no more than about 30 nm. On the other hand, in the present invention, the thickness of the base film is 50 nm or more and 200
It has been found that by setting the thickness to be not more than nm, a piezoelectric film having good orientation and piezoelectric characteristics can be formed on a polycrystalline substrate or an amorphous substrate.

【0056】そして、単結晶基板以外の基板上に圧電体
膜を形成しうるので、アクチュエータや各種デバイスに
圧電素子を設ける場合、アクチュエータや各種デバイス
の部材に直接圧電素子を設けることが可能になった。例
えば、アクチュエータのステンレス製バネなどの上に、
下部電極,下地膜,圧電体膜,上部電極などを形成しう
ることは、図2(a)〜(d)の製造工程からみて明ら
かである。したがって、従来の転写法を利用する場合の
ごとく、高価な単結晶基板(MgO基板)を消耗品とし
て用いる方法に比べると、単結晶基板の不要化によるコ
ストの削減と、工程の簡素化によるコストの削減とを図
ることができる。
Since the piezoelectric film can be formed on a substrate other than the single crystal substrate, when the piezoelectric element is provided on the actuator or various devices, it becomes possible to directly provide the piezoelectric element on the members of the actuator or various devices. It was For example, on the stainless steel spring of the actuator,
It is apparent from the manufacturing process of FIGS. 2A to 2D that the lower electrode, the base film, the piezoelectric film, the upper electrode and the like can be formed. Therefore, compared with the method of using an expensive single crystal substrate (MgO substrate) as a consumable item as in the case of using the conventional transfer method, the cost is reduced by eliminating the need for the single crystal substrate and simplifying the process. Can be reduced.

【0057】ただし、本発明においても、転写法を利用
することは可能である。例えば、安価なポリシリコン基
板上に、圧電素子を形成しておいて、その後、ポリシリ
コン基板を除去してもよい。その場合にも、ポリシリコ
ン基板はMgO基板に比べると格段に安価であるので、
製造コストの削減を図ることができる。
However, the transfer method can also be used in the present invention. For example, the piezoelectric element may be formed on an inexpensive polysilicon substrate and then the polysilicon substrate may be removed. Even in that case, since the polysilicon substrate is much cheaper than the MgO substrate,
The manufacturing cost can be reduced.

【0058】その場合、単結晶のシリコンウエハを用い
ることもできる。単結晶基板であっても、ペロブスカイ
ト構造を有する圧電体膜とは格子整合性がよくないもの
があり、かかる基板の場合には、ペロブスカイト構造を
有する圧電体膜に対する格子整合性のよいもの(例えば
MgO基板)のごとく薄い下地膜(例えば厚み3nm〜
30nm)を用い、薄い下地膜の上に圧電体膜を形成し
ても、あまり良好な特性が得られないが、本発明のよう
に、50nm以上で200nm以下の範囲の厚みの下地
膜の上に、圧電体膜を形成することによって、圧電特性
の良好な圧電素子を得ることができる。
In that case, a single crystal silicon wafer can also be used. Even a single crystal substrate may not have good lattice matching with a piezoelectric film having a perovskite structure. In the case of such a substrate, a substrate having good lattice matching with the piezoelectric film having a perovskite structure (for example, A thin base film such as a MgO substrate (thickness: 3 nm to
30 nm) and a piezoelectric film is formed on a thin undercoating film, good characteristics cannot be obtained. However, as in the present invention, on a undercoating film with a thickness in the range of 50 nm to 200 nm. Further, by forming the piezoelectric film, a piezoelectric element having good piezoelectric characteristics can be obtained.

【0059】ここで、本発明において、圧電体膜2は、
ペロブスカイト構造を有する圧電体材料によって構成さ
れていることが好ましく、特に、鉛(Pb),チタン
(Ti)及びジルコニウム(Zr)を含むペロブスカイ
ト型酸化物、バリウム(Ba),チタン(Ti)を含む
ペロブスカイト酸化物によって構成されていることがよ
り好ましい。
Here, in the present invention, the piezoelectric film 2 is
The piezoelectric material preferably has a perovskite structure, and particularly includes perovskite oxide containing lead (Pb), titanium (Ti) and zirconium (Zr), barium (Ba), and titanium (Ti). More preferably, it is composed of a perovskite oxide.

【0060】本発明において、下部電極3は、ペロブス
カイト等の酸化物を形成する際の酸化性雰囲気に耐える
金属材料であることが好ましく、特に、白金(Pt),
パラジウム(Pd),イリジウム(Ir)及びルテニウ
ム(Ru)から選択される金属あるいはそれらの酸化物
によって構成されていることがより好ましい。
In the present invention, the lower electrode 3 is preferably a metal material which can withstand an oxidizing atmosphere when forming an oxide such as perovskite, and particularly platinum (Pt),
More preferably, it is composed of a metal selected from palladium (Pd), iridium (Ir) and ruthenium (Ru) or an oxide thereof.

【0061】本発明において、下地膜5は、ペロブスカ
イト膜を成長させるのに適した正方晶又は立方晶の結晶
構造を有する酸化物材料であること好ましく、特に、Z
rを含まないペロブスカイト構造を有する酸化物材料か
らなることが好ましい。具体的に、好ましい材料として
は、チタン酸鉛(PbTiO3 )や、PbTiO3 にラ
ンタンを添加した(Pb,La)TiO3 (以下、単に
PLTと略す)がある。また、酸化マグネシウム(Mg
O),チタン酸ストロンチウム(SrTiO3),チタ
ン酸バリウム(BaTiO3 ),ルテニウム酸ストロン
チウム(SrRuO3 ),ニッケルオキサイド(Ni
O),コバルトオキサイト(CoO),酸化チタン(T
iO2 ),ジンクオキサイド(ZnO),酸化ジルコニ
ウム(ZrO2 )などの立方晶または正方晶の結晶構造
を有する酸化物も、下地膜を構成する材料として用いる
ことができる。
In the present invention, the base film 5 is preferably an oxide material having a tetragonal or cubic crystal structure suitable for growing a perovskite film, and in particular, Z
It is preferably made of an oxide material having a perovskite structure that does not contain r. Specifically, preferable materials include lead titanate (PbTiO 3) and was added to lanthanum PbTiO 3 (Pb, La) TiO 3 ( hereinafter, simply referred to as PLT). In addition, magnesium oxide (Mg
O), strontium titanate (SrTiO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), strontium ruthenate (SrRuO 3 ), nickel oxide (Ni
O), cobalt oxide (CoO), titanium oxide (T
Oxides having a cubic or tetragonal crystal structure such as iO 2 ), zinc oxide (ZnO), and zirconium oxide (ZrO 2 ) can also be used as the material for forming the base film.

【0062】また、下地膜5の厚みは、50nm以上で
200nm以下であることが好ましい。図4に示される
ように、下地膜5の厚みが50nm未満の場合には、配
向性がよくないためと思われるが、下地膜5の上に形成
される圧電体膜2において十分大きい圧電係数が得られ
ないからである。また、下地膜5の厚みが200nmを
越えると、下地膜5の剛性が高くなりすぎることによる
ものと思われるが、圧電体膜2の圧電係数が悪化するこ
とがわかっている。また、図4に示されるように、もっ
ともよい圧電特性を発揮するためには、下地膜5の厚み
は、100nm以上で150nm以下であることがより
好ましい。
The thickness of the base film 5 is preferably 50 nm or more and 200 nm or less. As shown in FIG. 4, when the thickness of the base film 5 is less than 50 nm, it is considered that the orientation is not good, but the piezoelectric film 2 formed on the base film 5 has a sufficiently large piezoelectric coefficient. Because I can't get it. It is also known that when the thickness of the base film 5 exceeds 200 nm, the rigidity of the base film 5 becomes too high, but the piezoelectric coefficient of the piezoelectric film 2 deteriorates. Further, as shown in FIG. 4, in order to exert the best piezoelectric characteristics, the thickness of the base film 5 is more preferably 100 nm or more and 150 nm or less.

【0063】本発明において、上部電極4は、酸化性雰
囲気に耐える金属材料であることが好ましく、特に、白
金(Pt),パラジウム(Pd),イリジウム(I
r),ルテニウム(Ru)及び金(Au)から選択され
る金属あるいはそれらの酸化物によって構成されている
ことがより好ましい。
In the present invention, the upper electrode 4 is preferably made of a metal material that can withstand an oxidizing atmosphere, and particularly platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (I
More preferably, it is composed of a metal selected from r), ruthenium (Ru) and gold (Au) or an oxide thereof.

【0064】本発明において、基板6として、単結晶基
板以外のものを用いることが好ましい。例えば、材料全
般を、単結晶体,多結晶体,非晶質体の3つのカテゴリ
ーに分類した場合、本発明の基板は、多結晶体又は非晶
質体であることが好ましい。基板6を構成するのに好ま
しい具体的な材料としては、以下のものがある。第1
に、鉄(Fe),銅(Cu),コバルト(Co),ニッ
ケル(Ni),タンタル(Ta),チタン(Ti),ク
ロム(Cr)などの金属,これらの金属の1又は2以上
を含む合金,あるいは、これらの金属又は合金の酸化物
である。これらの合金又は酸化物の例としては、ステン
レス,チタン合金,耐熱性ガラスなどがある。また、基
板6を構成するのに好ましい別の材料として、カーボン
(C)、シリコン(Si)を主成分とする半導体または
それらの酸化物がある。
In the present invention, it is preferable to use a substrate other than a single crystal substrate as the substrate 6. For example, when the materials are generally classified into three categories, that is, a single crystal body, a polycrystalline body, and an amorphous body, the substrate of the present invention is preferably a polycrystalline body or an amorphous body. Specific materials preferable for forming the substrate 6 are as follows. First
Include metals such as iron (Fe), copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), tantalum (Ta), titanium (Ti), and chromium (Cr), and one or more of these metals. Alloys or oxides of these metals or alloys. Examples of these alloys or oxides include stainless steel, titanium alloys and heat resistant glass. Another preferable material for forming the substrate 6 is a semiconductor containing carbon (C) or silicon (Si) as a main component, or an oxide thereof.

【0065】ただし、圧電体膜と格子整合性のよくない
単結晶基板であっても、本発明を適用することにより、
良好な圧電特性を有する圧電素子を得ることができる。
However, by applying the present invention even to a single crystal substrate having a poor lattice matching with the piezoelectric film,
A piezoelectric element having good piezoelectric characteristics can be obtained.

【0066】−その他の実施例− 図5は、各種基板を用い、基板の上にアモルファスシリ
コン膜を形成してから下地膜を形成し、下地膜の厚みを
8種類に変化させたときの圧電定数d31の実験データを
示す図である。アモルファスシリコン膜の厚みは、約3
00nmであり、CVD法によって形成されている。こ
こで、PLTからなる下地膜5の厚みを25nm,50
nm,75nm,100nm,125nm,150n
m,175nm,200nmの8種類に変化させてい
る。
-Other Examples- FIG. 5 shows piezoelectric materials when various substrates are used, an amorphous silicon film is formed on the substrates, then a base film is formed, and the thickness of the base film is changed to eight types. is a diagram showing experimental data of constant d 31. The thickness of the amorphous silicon film is about 3
It is 00 nm and is formed by the CVD method. Here, the thickness of the base film 5 made of PLT is 25 nm, 50
nm, 75 nm, 100 nm, 125 nm, 150 n
m, 175 nm, and 200 nm.

【0067】基板6としては、MgO単結晶基板,ステ
ンレス基板(多結晶体),シリコン基板(単結晶体と多
結晶体),耐熱ガラス基板(非晶質体),チタン基板
(多結晶体),鉄板(多結晶体),銅板(多結晶体),
ニッケル板(多結晶体)を用いた。
As the substrate 6, MgO single crystal substrate, stainless steel substrate (polycrystalline body), silicon substrate (single crystalline body and polycrystalline body), heat resistant glass substrate (amorphous body), titanium substrate (polycrystalline body). , Iron plate (polycrystal), copper plate (polycrystal),
A nickel plate (polycrystal) was used.

【0068】下部電極3は厚み100nmのPt膜であ
り、下地膜5は組成がPb0.85La 0.15Ti0.9625x
で表されるPLT膜であり、圧電体膜2は組成がPbZ
0. 5 Ti0.53 で表される厚み3μmのPZT膜で
ある。下地膜5及び圧電体膜2は、基板温度600℃で
スパッタリングにより形成されている。上部電極4は蒸
着により形成された厚み200nmのAu膜である。
The lower electrode 3 is a Pt film having a thickness of 100 nm.
The composition of the base film 5 is Pb.0.85La 0.15Ti0.9625Ox 
The piezoelectric film 2 has a composition of PbZ.
r0. FiveTi0.5 O3 With a PZT film with a thickness of 3 μm
is there. The base film 5 and the piezoelectric film 2 have a substrate temperature of 600 ° C.
It is formed by sputtering. The upper electrode 4 is steam
It is an Au film having a thickness of 200 nm formed by deposition.

【0069】圧電素子1及び基板6は、3mm×15m
mの短冊状に切り出され、図3に示すごとく片持梁の状
態で支持されている状態で、上部電極−下部電極間に電
圧を印加してレーザー変位計(図示せず)を用いて変位
を測定した。
The piezoelectric element 1 and the substrate 6 are 3 mm × 15 m
It is cut out in a strip shape of m and is supported by a cantilever as shown in FIG. 3, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to displace using a laser displacement meter (not shown). Was measured.

【0070】図5に示すように、この例の場合にも、M
gO単結晶基板だけでなく、多結晶体基板や非晶質体基
板を用いた場合でも、下地膜5の厚みが50nm以上で
200nm以下の範囲で、比較的良好な圧電定数d31
得られることがわかった。特に、下地膜5の厚みが10
0nm以上で150nm以下の範囲では、圧電定数d 31
が極めて高く、MgO基板を用いたときの値(約80×
10-12m/V)に対する圧電定数d31の低下量がわず
かである。
As shown in FIG. 5, even in the case of this example, M
Not only gO single crystal substrates, but also polycrystalline substrates and amorphous substrates
Even if a plate is used, the thickness of the base film 5 is 50 nm or more.
Relatively good piezoelectric constant d in the range of 200 nm or less31But
It turned out to be obtained. In particular, the thickness of the base film 5 is 10
In the range of 0 nm or more and 150 nm or less, the piezoelectric constant d 31
Is extremely high, and the value when using a MgO substrate (about 80 ×
10-12piezoelectric constant d for m / V)31The amount of decrease in
It is.

【0071】すなわち、本発明の圧電素子及びその製造
方法により、ステンレス,ガラス,Siなどの比較的安
価な基板を使用しつつ、その上にアモルファスシリコン
膜などを設けた場合にも、圧電特性の良好な圧電素子を
形成しうることがわかる。
That is, according to the piezoelectric element and the method of manufacturing the same of the present invention, even when an amorphous silicon film or the like is provided on a relatively inexpensive substrate such as stainless steel, glass, or Si, the piezoelectric characteristic It can be seen that a good piezoelectric element can be formed.

【0072】図6は、各種基板を用い、基板の上に多結
晶シリコン膜を形成してから下地膜を形成し、下地膜の
厚みを8種類に変化させたときの圧電定数d31の実験デ
ータを示す図である。多結晶シリコン膜の厚みは、約3
00nmであり、CVD法によって形成されている。こ
こで、PLTからなる下地膜5の厚みを、25nm,5
0nm,75nm,100nm,125nm,150n
m,175nm,200nmの8種類に変化させてい
る。
FIG. 6 shows an experiment of the piezoelectric constant d 31 when various substrates were used, a polycrystalline silicon film was formed on the substrate, then a base film was formed, and the thickness of the base film was changed to 8 types. It is a figure which shows data. The thickness of the polycrystalline silicon film is about 3
It is 00 nm and is formed by the CVD method. Here, the thickness of the base film 5 made of PLT is 25 nm, 5
0nm, 75nm, 100nm, 125nm, 150n
m, 175 nm, and 200 nm.

【0073】基板6としては、MgO単結晶基板,ステ
ンレス基板(多結晶体),シリコン基板(多結晶体),
耐熱ガラス基板(非晶質体),チタン基板(多結晶
体),鉄板(多結晶体),銅板(多結晶体),ニッケル
板(多結晶体)を用いた。
As the substrate 6, MgO single crystal substrate, stainless steel substrate (polycrystalline body), silicon substrate (polycrystalline body),
A heat-resistant glass substrate (amorphous body), a titanium substrate (polycrystalline body), an iron plate (polycrystalline body), a copper plate (polycrystalline body), and a nickel plate (polycrystalline body) were used.

【0074】下部電極3は厚み100nm〜120nm
のPt膜であり、下地膜5は組成がPb0.85La0.15
0.9625x で表されるPLT膜であり、圧電体膜2は
組成がPbZr0.5 Ti0.53 で表される厚み3μm
のPZT膜である。下地膜5及び圧電体膜2は、基板温
度600℃でスパッタリングにより形成されている。上
部電極4は蒸着により形成された厚み200nmのAu
膜である。
The lower electrode 3 has a thickness of 100 nm to 120 nm.
Of the Pb film and the composition of the base film 5 is Pb 0.85 La 0.15 T.
i 0.9625 O x is a PLT film, and the piezoelectric film 2 has a composition of PbZr 0.5 Ti 0.5 O 3 and a thickness of 3 μm.
Of the PZT film. The base film 5 and the piezoelectric film 2 are formed by sputtering at a substrate temperature of 600 ° C. The upper electrode 4 is made of Au and has a thickness of 200 nm.
It is a film.

【0075】圧電素子1及び基板6は、3mm×15m
mの短冊状に切り出され、図3に示すごとく片持梁の状
態で支持されている状態で、上部電極−下部電極間に電
圧を印加してレーザー変位計(図示せず)を用いて変位
を測定した。
The piezoelectric element 1 and the substrate 6 are 3 mm × 15 m
It is cut out in a strip shape of m and is supported by a cantilever as shown in FIG. 3, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to displace using a laser displacement meter (not shown). Was measured.

【0076】図6に示すように、この例の場合にも、M
gO単結晶基板だけでなく、多結晶体基板や非晶質体基
板を用いた場合でも、下地膜5の厚みが50nm以上で
200nm以下の範囲で、比較的良好な圧電定数d31
得られることがわかった。特に、下地膜5の厚みが10
0nm以上で150nm以下の範囲では、圧電定数d 31
が極めて高く、MgO基板を用いたときの値(約80×
10-12m/V)に対する圧電定数d31の低下量がわず
かであることがわかった。
As shown in FIG. 6, even in the case of this example, M
Not only gO single crystal substrates, but also polycrystalline substrates and amorphous substrates
Even if a plate is used, the thickness of the base film 5 is 50 nm or more.
Relatively good piezoelectric constant d in the range of 200 nm or less31But
It turned out to be obtained. In particular, the thickness of the base film 5 is 10
In the range of 0 nm or more and 150 nm or less, the piezoelectric constant d 31
Is extremely high, and the value when using a MgO substrate (about 80 ×
10-12piezoelectric constant d for m / V)31The amount of decrease in
It turned out to be

【0077】すなわち、本発明の圧電素子及びその製造
方法により、ステンレス,ガラス,Siなどの比較的安
価な基板を使用しつつ、圧電特性の良好な圧電素子を形
成しうることがわかる。
That is, it is understood that the piezoelectric element and the method for manufacturing the same according to the present invention can form a piezoelectric element having good piezoelectric characteristics while using a relatively inexpensive substrate such as stainless steel, glass, and Si.

【0078】図7は、ステンレス基板を用い、ステンレ
ス基板の上に下地膜を形成し、その上に形成される圧電
体膜であるPZT膜中のZr組成比を変化させたときの
圧電定数d31の実験データを示す図である。
FIG. 7 shows a piezoelectric constant d when a stainless substrate is used, a base film is formed on the stainless substrate, and the Zr composition ratio in the PZT film, which is the piezoelectric film formed thereon, is changed. It is a figure which shows the experimental data of 31 .

【0079】ここでは、PZT(PbZrx Ti1-x
3 )のZr組成比xを、0.40〜0.60の間で7種
類に変化させている。圧電体膜(PZT膜)の厚みは約
3μmである。基板6としては、ステンレス基板(多結
晶体)と、MgO単結晶基板とを用いた。
Here, PZT (PbZr x Ti 1-x O
The Zr composition ratio x of 3 ) is changed to 7 types in the range of 0.40 to 0.60. The thickness of the piezoelectric film (PZT film) is about 3 μm. As the substrate 6, a stainless substrate (polycrystal) and a MgO single crystal substrate were used.

【0080】下部電極3は厚み100nmのPt膜であ
り、下地膜5は組成がPb0.85La 0.15Ti0.9625x
で表される,厚み約100nm〜120nmのPLT膜
であり、下地膜5及び圧電体膜2は、基板温度600℃
でスパッタリングにより形成されている。上部電極4は
蒸着により形成された厚み200nmのAu膜である。
The lower electrode 3 is a Pt film having a thickness of 100 nm.
The composition of the base film 5 is Pb.0.85La 0.15Ti0.9625Ox 
PLT film with a thickness of about 100 nm to 120 nm
And the base film 5 and the piezoelectric film 2 have a substrate temperature of 600 ° C.
Is formed by sputtering. The upper electrode 4
It is an Au film having a thickness of 200 nm formed by vapor deposition.

【0081】圧電素子1及び基板6は、3mm×15m
mの短冊状に切り出され、図3に示すごとく片持梁の状
態で支持されている状態で、上部電極−下部電極間に電
圧を印加してレーザー変位計(図示せず)を用いて変位
を測定した。
The piezoelectric element 1 and the substrate 6 are 3 mm × 15 m
It is cut out in a strip shape of m and is supported by a cantilever as shown in FIG. 3, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to displace using a laser displacement meter (not shown). Was measured.

【0082】図7に示すように、ステンレス基板を用い
た場合、PZTの組成比xが0.40〜0.60の間で
変化しても、ほぼ一定で、かつMgO単結晶基板を用い
た場合とほぼ同等の良好な圧電定数d31が得られること
がわかった。
As shown in FIG. 7, when a stainless steel substrate was used, it was almost constant even when the composition ratio x of PZT varied between 0.40 and 0.60, and a MgO single crystal substrate was used. It was found that a good piezoelectric constant d 31 almost equal to that in the case was obtained.

【0083】すなわち、本発明の圧電素子及びその製造
方法により、ステンレス,ガラス,Siなどの比較的安
価な基板を使用しつつ、圧電特性の良好な圧電素子を形
成しうることがわかる。
That is, it is understood that the piezoelectric element and the manufacturing method thereof according to the present invention can form a piezoelectric element having good piezoelectric characteristics while using a relatively inexpensive substrate such as stainless steel, glass, and Si.

【0084】図8は、ステンレス基板を用い、ステンレ
ス基板の上に形成される下地膜の材質を、10種類に変
化させたときの圧電定数d31の実験データを示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing experimental data of the piezoelectric constant d 31 when a stainless substrate is used and the material of the base film formed on the stainless substrate is changed to 10 types.

【0085】ここでは、下地膜5の組成を、Pb0.85
0.15Ti0.9625x で表されるPLT、酸化マグネシ
ウム(MgO),チタン酸ストロンチウム(SrTiO
3 ),チタン酸バリウム(BaTiO3 ),SrRuO
3 (ルテニウム酸ストロンチウム),ニッケルオキサイ
ド(NiO),コバルトオキサイト(CoO),酸化チ
タン(TiO2 ),ジンクオキサイド(ZnO),酸化
ジルコニウム(ZrO 2 )の10種類に変化させてい
る。また、下地膜5の厚みを25nm,50nm,75
nm,100nm,125nm,150nm,175n
m,200nmの8種類に変化させている。
Here, the composition of the base film 5 is Pb.0.85L
a0.15Ti0.9625Ox PLT, magnesia oxide
Um (MgO), strontium titanate (SrTiO 3
3 ), Barium titanate (BaTiO 33 ), SrRuO
3 (Strontium ruthenate), Nickel oxide
(NiO), cobalt oxide (CoO), titanium oxide
Tan (TiO2 ), Zinc oxide (ZnO), oxidation
Zirconium (ZrO 2 ) 10 types
It In addition, the thickness of the base film 5 is 25 nm, 50 nm, 75
nm, 100 nm, 125 nm, 150 nm, 175n
8 kinds of m and 200 nm are used.

【0086】圧電体膜2は、スパッタリングによって形
成された厚み3μmのPZT膜(PbZr0.5 Ti0.5
3 膜)である。
The piezoelectric film 2 is a PZT film (PbZr 0.5 Ti 0.5) having a thickness of 3 μm formed by sputtering.
O 3 film).

【0087】下部電極3はスパッタリングにより形成さ
れた厚み100nm〜120nmのPt膜であり、下地
膜5は組成がPb0.85La0.15Ti0.9625x で表され
る,厚み約100nm〜120nmのPLT膜であり、
下地膜5及び圧電体膜2は、基板温度600℃でスパッ
タリングにより形成されている。上部電極4は蒸着によ
り形成された厚み200nmのAu膜である。
The lower electrode 3 is a Pt film having a thickness of 100 nm to 120 nm formed by sputtering, and the base film 5 is a PLT film having a composition of Pb 0.85 La 0.15 Ti 0.9625 O x and a thickness of about 100 nm to 120 nm. Yes,
The base film 5 and the piezoelectric film 2 are formed by sputtering at a substrate temperature of 600 ° C. The upper electrode 4 is a 200 nm-thick Au film formed by vapor deposition.

【0088】圧電素子1及び基板6は、3mm×15m
mの短冊状に切り出され、図3に示すごとく片持梁の状
態で支持されている状態で、上部電極−下部電極間に電
圧を印加してレーザー変位計(図示せず)を用いて変位
を測定した。
The piezoelectric element 1 and the substrate 6 are 3 mm × 15 m
It is cut out in a strip shape of m and is supported by a cantilever as shown in FIG. 3, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to displace using a laser displacement meter (not shown). Was measured.

【0089】図8に示すように、下地膜が立方晶又は正
方晶であれば、下地膜5の厚みが50nm以上で200
nm以下の範囲で、比較的良好な圧電定数d31が得られ
ることがわかった。特に、下地膜5の厚みが100nm
以上で150nm以下の範囲では、圧電定数d31が極め
て高いことがわかった。
As shown in FIG. 8, if the base film is cubic or tetragonal, the base film 5 has a thickness of 50 nm or more and a thickness of 200.
It was found that a relatively good piezoelectric constant d 31 can be obtained in the range of nm or less. In particular, the thickness of the base film 5 is 100 nm
As described above, it was found that the piezoelectric constant d 31 was extremely high in the range of 150 nm or less.

【0090】すなわち、本発明の圧電素子及びその製造
方法により、圧電特性の良好な圧電素子を形成しうるこ
とがわかる。
That is, it is understood that the piezoelectric element and the manufacturing method thereof according to the present invention can form a piezoelectric element having good piezoelectric characteristics.

【0091】(第2の実施形態)図9(a)〜(d)
は、本発明の第2の実施形態における圧電式アクチュエ
ータの各種構造を示す断面図である。
(Second Embodiment) FIGS. 9A to 9D.
[FIG. 8] A sectional view showing various structures of a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.

【0092】本実施形態のアクチュエータは、基本的要
素として、圧電素子1と、圧電素子を保持するように設
けられた合成樹脂からなる補強部材14と、補強部材1
4を支持する固定部15と、補強部材14に形成された
スルーホール17を埋めて圧電素子1の上部電極4に接
続される上部電極引き出し電極16と、圧電素子1によ
って駆動される対象物18とを備えている。また、補強
部材14は、固定部15と対象物18と圧電素子1とを
互いに連結させており、移動部材として機能する部分と
固定部材として機能する部分とを有していることにな
る。
The actuator of this embodiment has, as basic elements, the piezoelectric element 1, the reinforcing member 14 made of synthetic resin and provided to hold the piezoelectric element, and the reinforcing member 1.
4, an upper electrode lead electrode 16 that fills the through hole 17 formed in the reinforcing member 14 and is connected to the upper electrode 4 of the piezoelectric element 1, and an object 18 driven by the piezoelectric element 1. It has and. Further, the reinforcing member 14 connects the fixed portion 15, the object 18 and the piezoelectric element 1 to each other, and has a portion that functions as a moving member and a portion that functions as a fixed member.

【0093】圧電素子1は、第1の実施形態で説明した
通りの構造を有しており、下部電極3と、下部電極3の
上に形成された下地膜5と、下地膜5の上に形成された
圧電体膜2と、圧電体膜2の上に形成された上部電極4
とを備えている。圧電素子1を構成する各要素2〜5の
材質や厚み寸法は、第1の実施形態で説明した範囲内で
適宜選択することができる。代表的な例としては、下部
電極3は厚み100nmのPt膜であり、下地膜5は組
成がPb0.85La0.15Ti0.9625x で表される厚み1
50nmのPLT膜であり、圧電体膜2は組成がPbZ
0.5 Ti0.53 で表される厚み3μmのPZT膜で
あり、上部電極4は厚み200nmのAu膜である。
The piezoelectric element 1 has the structure as described in the first embodiment, and includes the lower electrode 3, the base film 5 formed on the lower electrode 3, and the base film 5 on the base film 5. The formed piezoelectric film 2 and the upper electrode 4 formed on the piezoelectric film 2.
It has and. The material and thickness of each of the elements 2 to 5 forming the piezoelectric element 1 can be appropriately selected within the range described in the first embodiment. As a typical example, the lower electrode 3 is a Pt film having a thickness of 100 nm, and the base film 5 has a thickness of 1 expressed by Pb 0.85 La 0.15 Ti 0.9625 O x.
It is a 50 nm PLT film, and the composition of the piezoelectric film 2 is PbZ.
The upper electrode 4 is a PZT film having a thickness of 3 μm and represented by r 0.5 Ti 0.5 O 3 , and the upper electrode 4 is an Au film having a thickness of 200 nm.

【0094】そして、圧電素子1の一方の端は下部電極
3を介して固定部15に固定されている。下部電極3は
固定部15が導電体の場合、固定部15を介して電圧供
給部に接続され、固定部15が絶縁体の場合、固定部1
5上に引き出し線を設けることにより電圧供給部に接続
される。上部電極4は補強部材14が絶縁層であるの
で、スルーホール17を通って上部電極引き出し線16
に接続される。圧電素子1の固定部15に接する端部と
反対側の端部には、圧電素子1が動作させる対象物18
が取り付けられている。
Then, one end of the piezoelectric element 1 is fixed to the fixing portion 15 via the lower electrode 3. The lower electrode 3 is connected to the voltage supply unit through the fixing unit 15 when the fixing unit 15 is a conductor, and is fixed when the fixing unit 15 is an insulator.
5 is provided with a lead wire to be connected to the voltage supply unit. In the upper electrode 4, since the reinforcing member 14 is an insulating layer, the upper electrode lead wire 16 passes through the through hole 17.
Connected to. At the end of the piezoelectric element 1 opposite to the end in contact with the fixed portion 15, an object 18 to be operated by the piezoelectric element 1 is provided.
Is attached.

【0095】そして、図9(a)に示す構造では、圧電
素子1を形成するために用いられた基板がエッチング等
の方法により除去されている。そして、補強部材14の
みが形状保持機能を有している。
In the structure shown in FIG. 9A, the substrate used to form the piezoelectric element 1 is removed by a method such as etching. Then, only the reinforcing member 14 has a shape retaining function.

【0096】図9(b)に示す構造では、圧電素子1を
形成するために用いられた基板がエッチング等の方法に
より除去されて、基板が除去された領域には、圧電素子
1の下部電極3を覆う保護層19が設けられている。そ
して、保護層19と補強部材14とが形状保持機能を有
している。
In the structure shown in FIG. 9B, the substrate used for forming the piezoelectric element 1 is removed by a method such as etching, and the lower electrode of the piezoelectric element 1 is located in the region where the substrate is removed. 3 is provided with a protective layer 19. The protective layer 19 and the reinforcing member 14 have a shape retaining function.

【0097】図9(c)に示す構造では、圧電素子1を
形成するために用いられた基板がエッチング等の方法に
より一部15aだけ薄く加工されている。そして、補強
部材14と基板の一部15aとが形状保持機能を有して
いる。
In the structure shown in FIG. 9C, the substrate used for forming the piezoelectric element 1 is thinly processed by a part 15a by a method such as etching. Then, the reinforcing member 14 and the part 15a of the substrate have a shape retaining function.

【0098】図9(d)に示す構造では、圧電素子1を
形成するために用いられた基板がエッチング等の方法に
より除去されて、補強部材14が圧電素子1全体を覆
い、かつ、固定部15の上まで延びている。この構造
は、固定部15が絶縁体、または固定部15が導電体で
あっても、下部電極3に直接電圧を印可したい場合の構
造の一例である。図9(d)は、固定部15が導電体で
ある場合を示し、この場合には、補強部材14の固定部
15上に位置する部分の上に、下部電極引き出し線20
を形成する。固定部15が絶縁体である場合、補強部材
14のうち固定部15の上に位置する部分は形成せず
に、固定部15上に下部電極引き出し線20を形成する
ことができる。
In the structure shown in FIG. 9D, the substrate used for forming the piezoelectric element 1 is removed by a method such as etching, the reinforcing member 14 covers the entire piezoelectric element 1, and the fixing portion is formed. It extends to the top of 15. This structure is an example of a structure in which it is desired to directly apply a voltage to the lower electrode 3 even if the fixing portion 15 is an insulator or the fixing portion 15 is a conductor. FIG. 9D shows a case where the fixing portion 15 is a conductor. In this case, the lower electrode lead wire 20 is provided on the portion of the reinforcing member 14 located on the fixing portion 15.
To form. When the fixing portion 15 is an insulator, the lower electrode lead wire 20 can be formed on the fixing portion 15 without forming the portion of the reinforcing member 14 located above the fixing portion 15.

【0099】図10(a)〜(e)は、本実施形態のア
クチュエータの製造工程の一部を示す断面図である。
10A to 10E are sectional views showing a part of the manufacturing process of the actuator of this embodiment.

【0100】まず、図10(a)に示す工程で、固定部
15や対象物18となりうる基板10の上に、第1の実
施形態で説明した方法により、下部電極3となるPt膜
3xと、下地膜5となるPLT膜5xと、圧電体膜2と
なるPZT膜2xと、上部電極4となる貴金属膜4xと
を形成する。
First, in the step shown in FIG. 10A, the Pt film 3x to be the lower electrode 3 is formed on the substrate 10 which can be the fixing portion 15 or the object 18 by the method described in the first embodiment. Then, a PLT film 5x to be the base film 5, a PZT film 2x to be the piezoelectric film 2, and a noble metal film 4x to be the upper electrode 4 are formed.

【0101】次に、図10(b)に示す工程で、リソグ
ラフィー工程を行なって、貴金属膜4xの上にレジスト
マスク11を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 10B, a lithography step is performed to form a resist mask 11 on the noble metal film 4x.

【0102】次に、図10(c)に示す工程で、貴金属
膜4x,PZT膜2x,PLT膜5x及びPt膜3xを
パターニングすることにより、下部電極3,下地膜5,
圧電体膜2及び上部電極4を有する圧電素子1を形成す
る。このときの、パターニング方法は、第1の実施形態
で説明したとおりである。
Next, in the step shown in FIG. 10C, the noble metal film 4x, the PZT film 2x, the PLT film 5x and the Pt film 3x are patterned to form the lower electrode 3, the base film 5,
The piezoelectric element 1 having the piezoelectric film 2 and the upper electrode 4 is formed. The patterning method at this time is as described in the first embodiment.

【0103】次に、図10(d)に示す工程で、スピン
ナー法、ロール法、浸漬法、スプレイ法、インクジェッ
ト法などを用いて合成樹脂からなる補強部材14を基板
10及び上部電極4の上に塗布する。そして、リソグラ
フィー工程及びエッチング工程を行なって、補強部材1
4に上部電極4を引き出すためのスルーホール17を開
口する。
Next, in the step shown in FIG. 10D, a reinforcing member 14 made of synthetic resin is formed on the substrate 10 and the upper electrode 4 by using a spinner method, a roll method, a dipping method, a spray method, an ink jet method or the like. Apply to. Then, the reinforcing member 1 is subjected to a lithography process and an etching process.
A through hole 17 for drawing out the upper electrode 4 is opened at 4.

【0104】次に、図10(e)に示す工程で、メッキ
により、スルーホール17を埋め、かつ、補強部材14
を覆うアルミニウム合金等の金属膜を形成した後、金属
膜をパターニングして、上部電極引き出し配線16を形
成する。
Next, in the step shown in FIG. 10E, the through hole 17 is filled with plating and the reinforcing member 14 is formed.
After forming a metal film such as an aluminum alloy covering the above, the metal film is patterned to form the upper electrode lead-out wiring 16.

【0105】図10(a)〜(e)に示す工程は、図9
(a)〜(c)に示されるいずれかの構造を実現するた
めの方法である。
The steps shown in FIGS. 10A to 10E are similar to those shown in FIG.
This is a method for realizing any of the structures shown in (a) to (c).

【0106】すなわち、図10(e)に示す構造におい
て、基板10のうち圧電体素子1の下方に位置する部分
を、その両端部のみを残して除去すると、図9(a)に
示される構造が得られる。すなわち、基板10が固定部
15と対象物18とに分離されることになる。
That is, in the structure shown in FIG. 10E, when the portion of the substrate 10 located below the piezoelectric element 1 is removed except for both ends thereof, the structure shown in FIG. Is obtained. That is, the substrate 10 is separated into the fixed portion 15 and the object 18.

【0107】また、図10(e)に示す構造において、
基板10のうち圧電体素子1の下方に位置する部分を、
その両端部のみを残して除去した後、保護層19を形成
すると、図9(b)に示される構造が得られる。
In the structure shown in FIG. 10 (e),
The portion of the substrate 10 located below the piezoelectric element 1 is
When the protective layer 19 is formed after removing only the both ends, the structure shown in FIG. 9B is obtained.

【0108】さらに、図10(e)に示す構造におい
て、基板10のうち圧電体素子1の下方に位置する部分
を、その両端部を除きハーフエッチングすることによ
り、図9(c)に示される構造が得られる。
Further, in the structure shown in FIG. 10 (e), the portion of the substrate 10 located below the piezoelectric element 1 is half-etched except for both ends thereof, as shown in FIG. 9 (c). The structure is obtained.

【0109】なお、本発明者達の発明に係る特開200
1−309673号に開示されている方法を採用するこ
とにより、図9(d)に示される構造も容易に得られ
る。
It should be noted that Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
By adopting the method disclosed in 1-309673, the structure shown in FIG. 9D can be easily obtained.

【0110】図11は、本発明の第2の実施形態のアク
チュエータの一例である情報記録再生装置用2段式アク
チュエータの基本的な構成を示す斜視図である。図12
(a),(b)は、それぞれ順に、この2段式アクチュ
エータの正面図及び平面図である。
FIG. 11 is a perspective view showing the basic structure of a two-stage actuator for an information recording / reproducing apparatus which is an example of the actuator of the second embodiment of the present invention. 12
(A), (b) is a front view and a plan view of this two-stage actuator, respectively.

【0111】図11及び図12(a)に示すように、ヘ
ッド支持機構は、ヘッド素子23を搭載し回転または走
行する記録媒体上を飛行または滑走するスライダー24
と、それを支持するサスペンション25と、サスペンシ
ョン25を固定するベースプレート26と、スライダー
24に荷重を加えるロードビーム(図示せず)およびヘ
ッド素子23と、情報記録装置の記録再生回路を電気的
に接合する信号系(図示なし)とを備えている。そし
て、この2段式アクチュエータは、信号系リード線やサ
スペンションに直接または間接的にプリント回路に接続
される。
As shown in FIGS. 11 and 12 (a), the head support mechanism has a slider 24 for flying or sliding on a recording medium on which a head element 23 is mounted and which rotates or runs.
The suspension 25 supporting the suspension 25, the base plate 26 fixing the suspension 25, the load beam (not shown) for applying a load to the slider 24, and the head element 23 are electrically connected to the recording / reproducing circuit of the information recording apparatus. Signal system (not shown). The two-stage actuator is directly or indirectly connected to the printed circuit by the signal system lead wire or suspension.

【0112】微小駆動するアクチュエータは、サスペン
ション25と一体型で、ヘッド素子23を付設している
スライダー24とベースプレート26の間に配置され
る。
The micro-actuated actuator is integral with the suspension 25 and is arranged between the slider 24 to which the head element 23 is attached and the base plate 26.

【0113】このアクチュエータは、母材となる約10
〜30μmのステンレスと微小駆動素子28を構成する
圧電体膜からなる。圧電素子を含む微小駆動素子28は
ディスク面29に対して垂直になるように折り曲げ構造
をとる。
This actuator has a base material of about 10
It is made of stainless steel having a thickness of up to 30 μm and a piezoelectric film that constitutes the minute driving element 28. The minute driving element 28 including the piezoelectric element has a bending structure so as to be perpendicular to the disk surface 29.

【0114】さらに、図12(b)に示すように、微小
駆動素子28はディスク面29に垂直かつサスペンショ
ン25の長手方向の中心線Lceに沿った面とそれぞれ1
5度以上の角度を成して構成される。
Further, as shown in FIG. 12 (b), the minute driving element 28 has a surface perpendicular to the disk surface 29 and a surface along the center line Lce in the longitudinal direction of the suspension 25, respectively.
It is configured to form an angle of 5 degrees or more.

【0115】図13(a),(b)は、微小駆動素子に
よるサスペンション等の移動を説明するための平面図で
ある。それぞれの微小駆動素子28には、90度逆位相
の駆動電圧が与えられ伸縮が繰り返される。伸縮によっ
てサスペンション25およびサスペンション25に固定
されたスライダー24,ヘッド素子23は、図13
(a)に示すように回転する。さらに、駆動電圧を逆位
相にすると、サスペンション25およびサスペンション
25に固定されたスライダー24及びヘッド素子23
は、図13(b)に示すように、反対方向に回転する。
FIGS. 13A and 13B are plan views for explaining the movement of the suspension and the like by the minute driving element. A drive voltage having a 90-degree opposite phase is applied to each of the minute drive elements 28, and expansion and contraction are repeated. The suspension 25 and the slider 24 and head element 23 fixed to the suspension 25 by expansion and contraction are shown in FIG.
Rotate as shown in (a). Further, when the drive voltage is reversed in phase, the suspension 25, the slider 24 fixed to the suspension 25, and the head element 23.
Rotates in the opposite direction, as shown in FIG. 13 (b).

【0116】微小駆動素子28は、ディスク面に垂直な
面(図12(a)に示す中心線Lce)に対して約15以
上の角度を取るように配置されている。これは、角度が
小さい(約0度〜15度未満)場合、ディスクの回転が
スライダー24に及ぼす影響(空気粘性摩擦力)を受け
やすいことから、この影響を軽減するためである。以上
の構成により、高精度なトラック位置決めが可能にな
る。
The micro-driving element 28 is arranged so as to form an angle of about 15 or more with respect to the surface perpendicular to the disk surface (center line Lce shown in FIG. 12A). This is to reduce the influence of the rotation of the disk on the slider 24 (air viscous friction force) when the angle is small (about 0 to less than 15 degrees). With the above configuration, highly accurate track positioning becomes possible.

【0117】なお、アクチュエータを構成する母材とし
ては、この構造においてはステンレスを使用したが、バ
ネ性,耐熱性を所有し、厚みが薄くともある程度の剛性
が確保できる材料であればどんな材料でも良い。
Although stainless steel was used as the base material for the actuator in this structure, any material can be used as long as it has spring properties and heat resistance and can secure a certain degree of rigidity even if it is thin. good.

【0118】ここで、本実施形態のアクチュエータの場
合、従来の構造においては、圧電素子1をMgO等の単
結晶基板上に形成した後、フォトリソグラフィーを用い
て加工し、転写プロセスを用いて固定部位に転写してい
た。その転写の際、接着剤又は金属接合を用いて、圧電
素子1と支持部材との固定を行なっていた。ところが、
接着剤や金属接合を用いた固定には、工程上の手間が煩
雑になる。しかも、圧電素子1の固定の際の位置誤差
や、取り付け面との傾きなどが生じるおそれがある。
Here, in the case of the actuator of the present embodiment, in the conventional structure, after the piezoelectric element 1 is formed on a single crystal substrate such as MgO, it is processed by photolithography and fixed by a transfer process. It was transcribed to the site. At the time of the transfer, the piezoelectric element 1 and the supporting member were fixed to each other using an adhesive or a metal joint. However,
Fixing using an adhesive or metal bonding complicates the process. Moreover, there is a possibility that a positional error may occur when the piezoelectric element 1 is fixed, an inclination with respect to the mounting surface, or the like.

【0119】それに対し、本実施形態においては、第1
の実施形態において説明した方法により、圧電素子1を
直接ステンレス板などの可撓性のある金属板や絶縁板
(多結晶体又は非晶質体)の上に形成することが可能に
なるので、接着又は金属接合による転写行なう必要がな
くなる。したがって、別途高価なMgO基板等の単結晶
基板が不要となることによる製造コストの削減と、工程
の簡略化による製造コストの削減と、機構的精度や機能
の向上とを図ることができる。特に、小型化,高機能
化,低消費電力化されたアクチュエータを実現すること
ができ、マイクロマシンやマイクロセンサに適したアク
チュエータの提供を図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the first
According to the method described in the embodiment, it becomes possible to directly form the piezoelectric element 1 on a flexible metal plate such as a stainless plate or an insulating plate (polycrystalline body or amorphous body). There is no need to perform transfer by adhesion or metal bonding. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost by eliminating the need for a separately expensive single crystal substrate such as an MgO substrate, reduce the manufacturing cost by simplifying the process, and improve the mechanical accuracy and function. In particular, it is possible to realize an actuator that is downsized, highly functionalized, and has low power consumption, and it is possible to provide an actuator suitable for a micromachine or a microsensor.

【0120】本発明のアクチュエータは、例えば下記の
ような各種デバイスに搭載することができる。
The actuator of the present invention can be mounted on various devices as described below, for example.

【0121】アクチュエータが光学的デバイスとして機
能するものとして、以下のもの (1)光を偏向させるデバイスを用いたもの、例えば、
プリンタ、投写型ディスプレイ、バーコードリーダー、
スキャナーなど (2)薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ (3)マイクロ光学素子:光学スイッチング素子、焦点
調整装置、焦点可変ミラーなど (4)絞り装置:カメラ、ビデオムービー、内視鏡など
の光学機器 (5)可変できるミラー がある。
The actuator functions as an optical device as follows (1) A device using a device for deflecting light, for example,
Printer, projection display, barcode reader,
Scanner etc. (2) Thin film actuated mirror array (3) Micro optical element: optical switching element, focus adjustment device, variable focus mirror, etc. (4) Aperture device: optical equipment such as camera, video movie, endoscope (5) ) There is a mirror that can be changed.

【0122】アクチュエータがポンプとして機能するも
のとして、以下のもの (6)インクジェットプリンター (7)イオン発生器:空気清浄機、加湿器、集塵機 がある。
The actuators functioning as pumps include the following (6) inkjet printers (7) ion generators: air purifiers, humidifiers, and dust collectors.

【0123】アクチュエータがモータとして機能するも
のとして、以下のもの (8)圧電リニアモータに用いる光ピックアップ、超音
波モータ がある。
The actuators functioning as motors include the following (8) optical pickups and ultrasonic motors used in piezoelectric linear motors.

【0124】アクチュエータが圧電共振子として機能す
るものとして、以下のもの (9)発振素子 (10)ディスクリミネータ (11)フィルタ がある。
There are the following (9) oscillation element (10) discriminator (11) filter as a function of the actuator as a piezoelectric resonator.

【0125】アクチュエータがセンサとして機能するも
のとして、以下のもの (12)圧力センサー (13)加速度センサー (14)衝撃センサー (15)AEセンサー(Acoustic Emission) (16)超音波センサー (17)角速度センサー (18)重力センサー がある。
The actuator functions as a sensor as follows (12) Pressure sensor (13) Acceleration sensor (14) Impact sensor (15) AE sensor (Acoustic Emission) (16) Ultrasonic sensor (17) Angular velocity sensor (18) There is a gravity sensor.

【0126】アクチュエータが機構の一部を構成するも
のとして、以下のもの (19)マイクロリレー (20)超薄膜キーボード (21)流体制御用バルブ (22)ハードディスクドライブ(HDD)用アクチュエ
ータ がある。
The actuator constitutes a part of the mechanism as follows (19) Micro relay (20) Ultra thin film keyboard (21) Fluid control valve (22) Hard disk drive (HDD) actuator.

【0127】(第3の実施形態)本実施形態において
は、第2の実施形態におけるアクチュエータの応用例と
して、HDDに用いられる圧電式アクチュエータの一例
について説明する。
(Third Embodiment) In this embodiment, an example of a piezoelectric actuator used in an HDD will be described as an application example of the actuator in the second embodiment.

【0128】図14(a),(b)は、それぞれ順に、
本実施形態に係る第1世代ピギーバックアクチュエータ
の全体構造を示す斜視図、第2世代ピギーバックアクチ
ュエータのヘッド部の部分構造を示す斜視図である。
14 (a) and 14 (b), respectively,
It is a perspective view showing the whole 1st generation piggyback actuator structure concerning this embodiment, and a perspective view showing the partial structure of the head part of the 2nd generation piggyback actuator.

【0129】図14(a)に示すように、第1世代ピギ
ーバックアクチュエータは、VCM(ボイスコイルモー
タ)30を駆動手段とする主要アクチュエータと、圧電
素子1を補助駆動手段とする補助アクチュエータとを備
えており、この主要アクチュエータ及び補助アクチュエ
ータによって磁気ヘッド34を位置決め制御する第1世
代ピギーバックアクチュエータである。そして、圧電素
子1は、ステンレス板により構成されるサスペンション
35の一方の上面上に複数個取り付けられており、アク
チュエータ機構のほぼ重心位置に配置されている。各圧
電素子1の上面上には、圧電素子1と同数の分岐端31
aを有する支持アーム31が取り付けられており、支持
アーム31の先端部はサスペンション32に連結されて
いる。また、サスペンション32の先端部に磁気ヘッド
34を付設したスライダー33が取り付けられている。
そして、圧電素子1により、複数の分岐端31aが微小
駆動される。すなわち、圧電素子1によって支持アーム
31の各分岐端31aが同時に微小駆動されることで、
磁気ヘッド34の微小移動調整が行なわれる。
As shown in FIG. 14A, the first-generation piggyback actuator includes a main actuator having a VCM (voice coil motor) 30 as a driving means and an auxiliary actuator having a piezoelectric element 1 as an auxiliary driving means. It is a first-generation piggyback actuator that is equipped with the main actuator and auxiliary actuator to position-control the magnetic head 34. A plurality of piezoelectric elements 1 are mounted on one upper surface of the suspension 35 formed of a stainless plate, and are arranged substantially at the center of gravity of the actuator mechanism. The same number of branch ends 31 as the piezoelectric elements 1 are provided on the upper surface of each piezoelectric element 1.
A support arm 31 having a is attached, and the tip of the support arm 31 is connected to a suspension 32. A slider 33 having a magnetic head 34 is attached to the tip of the suspension 32.
Then, the plurality of branch ends 31a are finely driven by the piezoelectric element 1. That is, each branch end 31a of the support arm 31 is simultaneously and minutely driven by the piezoelectric element 1,
The fine movement of the magnetic head 34 is adjusted.

【0130】また、図14(b)に示すように、第2世
代ピギーバックアクチュエータは、図14(a)に示す
VCM30を駆動手段とする主要アクチュエータ(図1
4(b)には図示せず)を備えるとともに、主要アクチ
ュエータに支持アーム(図示せず)を介して連結されて
いるサスペンョン32と、先端部に磁気ヘッド34が取
り付けられているスライダー33とを備え、サスペンシ
ョン32と、スライダー33との間にスライダー33を
微小制御するための圧電素子1が介設されている。
As shown in FIG. 14B, the second-generation piggyback actuator is a main actuator using the VCM 30 shown in FIG.
4 (b) is provided with a suspension 32 connected to a main actuator via a support arm (not shown) and a slider 33 having a magnetic head 34 attached to its tip. The piezoelectric element 1 for finely controlling the slider 33 is provided between the suspension 32 and the slider 33.

【0131】圧電素子1は、第1の実施形態で説明した
通りの構造を有しており、下部電極と、下部電極の上に
形成された下地膜と、下地膜の上に形成された圧電体膜
と、圧電体膜の上に形成された上部電極とを備えてい
る。圧電素子1を構成する各要素の材質や厚み寸法は、
第1の実施形態で説明した範囲内で適宜選択することが
できる。代表的な例としては、下部電極は厚み100n
mのPt膜であり、下地膜は組成がPb0.85La0.15
0.9625x で表される厚み150nmのPLT膜であ
り、圧電体膜は組成がPbZr0.5 Ti0.53 で表さ
れる厚み3μmのPZT膜であり、上部電極は厚み20
0nmのAu膜である。
The piezoelectric element 1 has the structure as described in the first embodiment, and includes a lower electrode, a base film formed on the lower electrode, and a piezoelectric film formed on the base film. It has a body film and an upper electrode formed on the piezoelectric film. The material and thickness of each element constituting the piezoelectric element 1 are
It can be appropriately selected within the range described in the first embodiment. As a typical example, the lower electrode has a thickness of 100 n.
m is a Pt film, and the base film has a composition of Pb 0.85 La 0.15 T
i 0.9625 O x is a PLT film having a thickness of 150 nm, the piezoelectric film is a PZT film having a composition of PbZr 0.5 Ti 0.5 O 3 and a thickness of 3 μm, and the upper electrode has a thickness of 20
It is a 0 nm Au film.

【0132】従来、図14(a)、(b)に示すような
圧電式のアクチュエータの場合、従来の構造において
は、圧電素子1をMgO等の単結晶基板上に形成した
後、フォトリソグラフィーを用いて加工し、転写プロセ
スを用いて固定部位に転写していた。その転写の際、接
着剤又は金属接合を用いて、圧電素子1と支持アーム3
1との固定、圧電素子1とサスペンション32との固
定、あるいは圧電素子1とスライダー33との固定を行
なっていた。ところが、図14(b)に示す構造の場合
には、スライダー33の大きさが数mm以下と小さいた
め、固定面積も非常に小さく、接着剤を用いる場合に
は、接着する部分と接着しない部分とを分けることは非
常に困難である。さらに、金属接合を用いる場合には、
工程上の手間が煩雑になる。しかも、圧電素子1の固定
の際の位置誤差や、取り付け面との傾きなどが生じるお
それがある。
Conventionally, in the case of a piezoelectric actuator as shown in FIGS. 14A and 14B, in the conventional structure, the piezoelectric element 1 is formed on a single crystal substrate such as MgO and then photolithography is performed. Used for processing and transferred to a fixed site using a transfer process. At the time of the transfer, the piezoelectric element 1 and the support arm 3 are formed by using an adhesive or a metal joint.
1 is fixed, the piezoelectric element 1 and the suspension 32 are fixed, or the piezoelectric element 1 and the slider 33 are fixed. However, in the case of the structure shown in FIG. 14B, the size of the slider 33 is as small as a few mm or less, so that the fixing area is also very small. It is very difficult to separate and. Furthermore, when using metal bonding,
The work on the process becomes complicated. Moreover, there is a possibility that a positional error may occur when the piezoelectric element 1 is fixed, an inclination with respect to the mounting surface, or the like.

【0133】それに対し、本実施形態においては、第1
の実施形態において説明した方法により、圧電素子1を
直接ステンレス板上に形成することが可能になるので、
一方の面における接着又は金属接合を行なう必要がなく
なる。したがって、別途高価なMgO基板等の単結晶基
板が不要となることによる製造コストの削減と、工程の
簡略化による製造コストの削減と、機構的精度や機能の
向上による検知又は記録精度の向上とを図ることができ
る。
On the other hand, in the present embodiment, the first
According to the method described in the embodiment, it becomes possible to directly form the piezoelectric element 1 on the stainless steel plate.
There is no need to bond or metal bond on one side. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost by eliminating the need for a separately expensive single crystal substrate such as an MgO substrate, reduce the manufacturing cost by simplifying the process, and improve the detection or recording accuracy by improving the mechanical accuracy and the function. Can be achieved.

【0134】(第4の実施形態)本実施形態において
は、本発明の圧電素子1をインクジェットヘッドに適用
した例について説明する。
(Fourth Embodiment) In this embodiment, an example in which the piezoelectric element 1 of the present invention is applied to an ink jet head will be described.

【0135】図15(a),(b)は、本発明の第4の
実施形態に係るインクジェットヘッドの図17に示すXV
−XV線における断面図及びその部分拡大図である。図1
6は、本発明の第4の実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの図17に示すXVI-XVI線における断面図である。
図17は、本発明の第4の実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの平面図である。
FIGS. 15 (a) and 15 (b) show an XV shown in FIG. 17 of the ink jet head according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line XV and a partially enlarged view thereof. Figure 1
FIG. 6 is a sectional view taken along line XVI-XVI shown in FIG. 17 of the inkjet head according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view of an inkjet head according to the fourth embodiment of the present invention.

【0136】図15〜図17に示すように、本実施形態
のインクジェットヘッドは、インクを供給するための供
給口52aとインクを吐出するための吐出口52bとを
有する複数の圧力室用凹部52が形成されたヘッド本体
51を備えている。このヘッド本体51の各凹部52
は、ヘッド本体51の一外側面(上面)に略矩形状に開
口されていて、一方向に所定間隔をあけて並べられてい
る。なお、図17には、各凹部52(後述のノズル孔6
4、振動板72、圧電素子73、上部電極4等)は、煩
雑となるのを避けるために3つしか記載していないが、
実際には、多数設けられている。
As shown in FIGS. 15 to 17, the ink jet head of this embodiment has a plurality of pressure chamber recesses 52 having a supply port 52a for supplying ink and a discharge port 52b for discharging ink. The head main body 51 is formed. Each recess 52 of the head body 51
Are opened in a substantially rectangular shape on one outer surface (upper surface) of the head main body 51 and are arranged in one direction at a predetermined interval. In addition, in FIG. 17, each recess 52 (a nozzle hole 6 described later)
4, the vibration plate 72, the piezoelectric element 73, the upper electrode 4 and the like), only three are described in order to avoid complication.
In reality, many are provided.

【0137】ヘッド本体51の各凹部52の側壁部は、
約200μm厚の感光性ガラス製の圧力室部品55で構
成され、各凹部52の底壁部は、この圧力室部品55に
固着されかつ複数のステンレス鋼薄板を貼り合せてなる
インク流路部品56で構成されている。このインク流路
部品56内には、各凹部52の供給口52aにそれぞれ
接続された供給用インク流路57と、各吐出口52bに
それぞれ接続された吐出用インク流路58とが形成され
ている。各供給用インク流路57は、各凹部52が並ぶ
方向に延びるインク供給室60に接続され、このインク
供給室60は、圧力室部品55及びインク流路部品56
に形成されかつ図外のインクタンクと接続されるインク
供給孔61に接続されている。インク流路部品56の圧
力室部品55に接する面とは対向する面(下面)には、
ポリイミド等の高分子樹脂からなる約20μm厚のノズ
ル板63が設けられ、このノズル板63には、各吐出用
インク流路58とそれぞれ接続された直径約20μmの
ノズル孔64が形成されている。この各ノズル孔64
は、各凹部52の配列方向に延びる一直線上に配置され
ている。
The side wall of each recess 52 of the head main body 51 is
An ink flow path component 56 composed of a pressure chamber component 55 made of photosensitive glass having a thickness of about 200 μm, and the bottom wall portion of each recess 52 is fixed to the pressure chamber component 55 and a plurality of stainless steel thin plates are bonded together. It is composed of. In the ink flow path component 56, a supply ink flow path 57 connected to the supply port 52a of each recess 52 and a discharge ink flow path 58 connected to each discharge port 52b are formed. There is. Each supply ink flow path 57 is connected to an ink supply chamber 60 extending in the direction in which the recesses 52 are arranged, and the ink supply chamber 60 includes the pressure chamber component 55 and the ink flow channel component 56.
Is connected to an ink supply hole 61 that is formed in the above and is connected to an ink tank (not shown). On the surface (lower surface) of the ink flow path component 56 that faces the surface in contact with the pressure chamber component 55,
A nozzle plate 63 of a polymer resin such as polyimide having a thickness of about 20 μm is provided, and the nozzle plate 63 is provided with nozzle holes 64 having a diameter of about 20 μm which are connected to the respective ejection ink flow paths 58. . Each nozzle hole 64
Are arranged on a straight line extending in the arrangement direction of the recesses 52.

【0138】そして、ヘッド本体51の圧力室部品55
におけるインク流路部品56に接する面とは対向する面
(上面)には、圧電アクチュエータ71が設けられてい
る。この圧電アクチュエータ71は、ヘッド本体51の
各凹部52を塞いで凹部52と共に圧力室53を構成す
るように1つの圧力室53毎に分割された状態で設けら
れた1〜3μm厚のステンレス,Cr,Ni等の金属板
である振動板72を有している。この各振動板72は、
平面視で圧力室53と略同じ略矩形状に形成されている
と共に、配線(図示せず)により互いに電気的に接続さ
れて、後述の全圧電素子1に共通の共通電極としての役
割をも有している。
The pressure chamber component 55 of the head main body 51
A piezoelectric actuator 71 is provided on the surface (upper surface) opposite to the surface in contact with the ink flow path component 56. This piezoelectric actuator 71 is provided in a divided state for each pressure chamber 53 so as to close each recess 52 of the head main body 51 and form a pressure chamber 53 together with the recess 52. , And Ni, etc., has a vibration plate 72. Each of the diaphragms 72
It is formed in a substantially rectangular shape that is substantially the same as the pressure chamber 53 in a plan view, and is also electrically connected to each other by wiring (not shown), and also serves as a common electrode common to all piezoelectric elements 1 to be described later. Have

【0139】また、圧電アクチュエータ71は、各振動
板72の圧力室53に接する面とは対向する面(上面)
において圧力室53に対応する部分にそれぞれ設けられ
かつチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる2〜5μ
m厚の圧電素子1と、この各圧電素子1の上記振動板7
2に接する面とは対向する面(上面)にそれぞれ設けら
れ、振動板72と共に各圧電素子1に電圧をそれぞれ印
加するための0.1μm厚のPt製上部電極4とを有し
ている。
Further, the piezoelectric actuator 71 has a surface (upper surface) opposite to the surface of each vibration plate 72 in contact with the pressure chamber 53.
2 to 5 .mu.m each of which is provided in a portion corresponding to the pressure chamber 53 and is made of lead zirconate titanate (PZT).
The piezoelectric element 1 having a thickness of m and the vibrating plate 7 of each piezoelectric element 1.
The Pt upper electrode 4 having a thickness of 0.1 μm, which is provided on the surface (upper surface) opposite to the surface in contact with 2, and which applies a voltage to each piezoelectric element 1 together with the vibration plate 72.

【0140】圧電素子1は、第1の実施形態で説明した
通りの構造を有しており、下部電極3と、下部電極3の
上に形成された下地膜5と、下地膜5の上に形成された
圧電体膜2と、圧電体膜2の上に形成された上部電極4
とを備えている。圧電素子1を構成する各要素の材質や
厚み寸法は、第1の実施形態で説明した範囲内で適宜選
択することができる。代表的な例としては、下部電極3
は厚み100nmのPt膜であり、下地膜5は組成がP
0.85La0.15Ti0.9625x で表される厚み150n
mのPLT膜であり、圧電体膜2は組成がPbZr0.5
Ti0.53 で表される厚み3μmのPZT膜であり、
上部電極4は厚み200nmのAu膜である。製造工程
においては、平板状態の金属板上に下部電極3,下地膜
5,圧電体膜2及び上部電極4を形成した後、曲げ加工
やパターニングを行なって、図15(b)に示す構造を
作成することができる。
The piezoelectric element 1 has the structure as described in the first embodiment, and includes the lower electrode 3, the base film 5 formed on the lower electrode 3, and the base film 5. The formed piezoelectric film 2 and the upper electrode 4 formed on the piezoelectric film 2.
It has and. The material and thickness of each element forming the piezoelectric element 1 can be appropriately selected within the range described in the first embodiment. As a typical example, the lower electrode 3
Is a Pt film having a thickness of 100 nm, and the base film 5 has a composition of P
b 0.85 La 0.15 Ti 0.9625 Ox thickness 150n represented by O x
m PLT film, and the piezoelectric film 2 has a composition of PbZr 0.5.
A PZT film with a thickness of 3 μm represented by Ti 0.5 O 3 ,
The upper electrode 4 is an Au film having a thickness of 200 nm. In the manufacturing process, after the lower electrode 3, the base film 5, the piezoelectric film 2 and the upper electrode 4 are formed on the flat metal plate, bending and patterning are performed to obtain the structure shown in FIG. Can be created.

【0141】各振動板72の圧力室53に対応する部分
は、圧力室53が配置されている側とは反対側(上側)
へ凸状に湾曲している。つまり、各振動板72の圧力室
53に対応する部分は、振動板72の幅方向に沿って切
断した断面及び長さ方向に沿って切断した断面のいずれ
においても、略円弧状をなして圧力室53と反対側へ突
出している。この各振動板72の湾曲に伴って各圧電素
子1及び各上部電極4も上側へ湾曲している。各振動板
72の圧力室53に対応する部分における圧力室53と
反対側への最大突出量(各振動板72の略中央部の突出
量)は、0.05〜10μmに設定することが望まし
い。これは、この最大突出量が0.05μmよりも小さ
いと、後述の如くインクジェットヘッドの製造時及び使
用時において振動板72や圧電素子1の不良抑制効果が
十分に得られない一方、10μmよりも大きいと、却っ
て製造時に振動板72や圧電素子1にクラック等が生じ
易くなるからである。なお、最大凸量のより好ましい範
囲は、0.05〜5μmである。
The portion of each vibration plate 72 corresponding to the pressure chamber 53 is on the opposite side (upper side) from the side on which the pressure chamber 53 is arranged.
Curved in a convex shape. That is, the portion of each vibration plate 72 corresponding to the pressure chamber 53 has a substantially arcuate shape in both the cross section cut along the width direction of the vibration plate 72 and the cross section cut along the length direction. It projects to the side opposite to the chamber 53. As the vibration plates 72 are curved, the piezoelectric elements 1 and the upper electrodes 4 are also curved upward. It is preferable that the maximum amount of protrusion of the portion of each diaphragm 72 corresponding to the pressure chamber 53 to the side opposite to the pressure chamber 53 (the amount of protrusion of the substantially central portion of each diaphragm 72) is set to 0.05 to 10 μm. . This is because if the maximum protrusion amount is smaller than 0.05 μm, the effect of suppressing the defects of the vibration plate 72 and the piezoelectric element 1 cannot be sufficiently obtained during the production and use of the inkjet head as described later, while it is smaller than 10 μm. If it is large, on the contrary, cracks and the like are likely to occur in the diaphragm 72 and the piezoelectric element 1 during manufacturing. The more preferable range of the maximum convex amount is 0.05 to 5 μm.

【0142】次に、インクジェットヘッドの動作につい
て説明すると、振動板72と上部電極4との間への電圧
の印加により、振動板72の圧力室53に対応する部分
を圧力室53の容積が減少するように変形させること
で、圧力室53内のインクを吐出口52bから吐出させ
る。すなわち、振動板72と上部電極4とを介して圧電
素子1にパルス状の電圧を印加すると、このパルス電圧
の立ち上がりにより圧電素子1がその厚み方向と垂直な
幅方向に収縮するのに対し、振動板72は収縮しないの
で、振動板72の圧力室53に対応する部分が圧力室5
3側へ(凸量が小さくなる側へ)変位するように変形す
る。この変形により圧力室53内に圧力が生じ、この圧
力で圧力室53内のインクのうちの所定量が吐出口52
b及び吐出用インク流路58を経由してノズル孔64よ
り外部(印刷する紙面上)へ吐出されて、紙面にドット
状に付着することとなる。そして、パルス電圧の立ち下
がりにより圧電素子1が幅方向に伸長して振動板72は
元の状態に復帰し、このとき、圧力室53内にはインク
供給室60より供給用インク流路57及び供給口52a
を介してインクが充填される。なお、1色のインクだけ
でなく、例えばブラック、シアン、マゼンタ及びイエロ
ーの各インクを互いに異なるノズル孔64からそれぞれ
吐出させるようにして、カラー印刷を行うようにするこ
ともできる。
Next, the operation of the ink jet head will be described. By applying a voltage between the vibrating plate 72 and the upper electrode 4, the volume of the pressure chamber 53 at the portion corresponding to the pressure chamber 53 of the vibrating plate 72 is reduced. The ink in the pressure chamber 53 is ejected from the ejection port 52b. That is, when a pulsed voltage is applied to the piezoelectric element 1 via the diaphragm 72 and the upper electrode 4, the rise of this pulse voltage causes the piezoelectric element 1 to contract in the width direction perpendicular to its thickness direction. Since the diaphragm 72 does not contract, the portion of the diaphragm 72 corresponding to the pressure chamber 53 is the pressure chamber 5
It is deformed so as to be displaced to the 3 side (to the side where the convex amount decreases). Due to this deformation, pressure is generated in the pressure chamber 53, and this pressure causes a predetermined amount of ink in the pressure chamber 53 to be discharged.
It is ejected to the outside (on the paper surface to be printed) from the nozzle hole 64 via b and the ejection ink flow path 58 and adheres to the paper surface in a dot shape. Then, the piezoelectric element 1 expands in the width direction due to the fall of the pulse voltage, and the diaphragm 72 returns to the original state. At this time, in the pressure chamber 53, from the ink supply chamber 60 to the supply ink flow path 57 and Supply port 52a
The ink is filled via the. Note that not only one color ink but also, for example, black, cyan, magenta, and yellow inks may be ejected from different nozzle holes 64 to perform color printing.

【0143】従来の製造方法では、MgO基板等の上に
圧電素子を形成した後、圧電素子を振動板72の上に転
写していた。また、転写法ではなく圧電素子を直接振動
板72の上にスパッタリング等によって形成することも
可能であったが、その場合には、圧電素子の圧電特性が
あまりよくなかった。
In the conventional manufacturing method, after the piezoelectric element is formed on the MgO substrate or the like, the piezoelectric element is transferred onto the vibration plate 72. Further, instead of the transfer method, it is possible to form the piezoelectric element directly on the vibration plate 72 by sputtering or the like, but in that case, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element were not so good.

【0144】それに対し、本実施形態では、第1の実施
形態で説明した方法により、圧電素子1を直接ステンレ
ス,Cr,Ni等の金属板上に形成することが可能にな
るので、別途高価なMgO基板等の単結晶基板が不要と
なることによる製造コストの削減と、工程の簡略化によ
る製造コストの削減と、機構的精度の向上による印字精
度の向上とを図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the piezoelectric element 1 can be directly formed on the metal plate of stainless steel, Cr, Ni or the like by the method described in the first embodiment, which is separately expensive. It is possible to reduce the manufacturing cost by eliminating the need for a single crystal substrate such as a MgO substrate, reduce the manufacturing cost by simplifying the process, and improve the printing accuracy by improving the mechanical accuracy.

【0145】(その他の実施形態)なお、上記第1〜第
4の実施形態において、圧電素子1が形成される基板が
導電性のある材料,例えばステンレス,Cu,Ni,C
r等の金属板である場合、圧電素子1が下部電極3を備
えている必要はない。基板が下部電極として機能しうる
からである。ただし、現実に下地膜がPLT膜等のペロ
ブスカイト膜である場合には、下地膜と基板を構成する
材料との相互拡散による反応が生じるおそれを防止する
意味で、何らかのバリア層が必要である。そこで、上述
の実施形態においては、現実には、Pt膜が下部電極と
して用いられている。
(Other Embodiments) In the above first to fourth embodiments, the substrate on which the piezoelectric element 1 is formed is made of a conductive material such as stainless steel, Cu, Ni, C.
In the case of a metal plate such as r, the piezoelectric element 1 does not need to include the lower electrode 3. This is because the substrate can function as the lower electrode. However, when the underlying film is actually a perovskite film such as a PLT film, some kind of barrier layer is necessary in order to prevent a reaction due to mutual diffusion between the underlying film and the material forming the substrate. Therefore, in the above embodiment, the Pt film is actually used as the lower electrode.

【0146】同様に、圧電素子1の上方に導電性部材が
取り付けられる場合には、導電性部材を上部電極として
機能させることができる。
Similarly, when a conductive member is attached above the piezoelectric element 1, the conductive member can function as an upper electrode.

【0147】さらに、上記第1〜第4の実施形態におい
て、下部電極3と基板(第2の実施形態における基板1
0や第4の実施形態における振動板72)との間に、多
結晶シリコン膜など、多結晶膜又は非晶質膜を介在させ
てもよい。
Furthermore, in the above-mentioned first to fourth embodiments, the lower electrode 3 and the substrate (the substrate 1 in the second embodiment are
0 or a diaphragm 72) in the fourth embodiment, a polycrystalline film such as a polycrystalline silicon film or an amorphous film may be interposed.

【0148】[0148]

【発明の効果】本発によると、厚みが50nm以上で2
00nm以下の下地膜と、下地膜上に設けられた圧電体
膜とを備える構造としてので、多結晶体あるいは非晶質
体である基板の上にも、圧電特性の良好な圧電素子を設
けることができ、製造コストの低減や、圧電素子を利用
した各種デバイスの提供が可能になった。
According to the present invention, when the thickness is 50 nm or more, 2
Since the structure includes a base film having a thickness of 00 nm or less and a piezoelectric film provided on the base film, a piezoelectric element having good piezoelectric characteristics is provided even on a substrate that is a polycrystalline body or an amorphous body. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost and provide various devices using the piezoelectric element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態である圧電素子の構成
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a piezoelectric element that is a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(e)は、本実施形態における半導体
薄膜素子の製造工程を示す断面図である。
2A to 2E are cross-sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor thin film element in the present embodiment.

【図3】本発明の実験においてレーザー変位計を用いて
圧電定数を測定する方法を概略的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a method for measuring a piezoelectric constant using a laser displacement meter in the experiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態おいて、各種基板を用
い、下地膜の厚みを8種類に変化させたときの圧電定数
31のデータを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing data of piezoelectric constants d 31 when various types of substrates are used and the thickness of a base film is changed to 8 types in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施形態の実施例において、各
種基板を用い、基板の上にアモルファスシリコン膜を形
成してから下地膜を形成し、下地膜の厚みを8種類に変
化させたときの圧電定数d31の実験データを示す図であ
る。
FIG. 5 is an example of the first embodiment of the present invention, in which various substrates are used, an amorphous silicon film is formed on the substrates, and then a base film is formed, and the thickness of the base film is changed to 8 types. is a diagram showing experimental data of the piezoelectric constant d 31 of the case was.

【図6】本発明の第1の実施形態の実施例において、各
種基板を用い、基板の上に多結晶シリコン膜を形成して
から下地膜を形成し、下地膜の厚みを8種類に変化させ
たときの圧電定数d31の実験データを示す図である。
FIG. 6 is a view showing that, in the example of the first embodiment of the present invention, various substrates are used, a polycrystalline silicon film is formed on the substrates, and then a base film is formed, and the thickness of the base film is changed to 8 types. is a diagram showing experimental data of the piezoelectric constant d 31 obtained while.

【図7】本発明の第1の実施形態の実施例において、ス
テンレス基板を用い、ステンレス基板の上に下地膜を形
成し、その上に形成される圧電体膜であるPZT膜中の
Zr組成比を変化させたときの圧電定数d31の実験デー
タを示す図である。
FIG. 7 is a Zr composition in a PZT film that is a piezoelectric film formed by forming a base film on a stainless substrate using a stainless substrate in the example of the first embodiment of the present invention. is a diagram showing experimental data of the piezoelectric constant d 31 when changing the ratio.

【図8】本発明の第1の実施形態の実施例において、ス
テンレス基板を用い、ステンレス基板の上に形成される
下地膜の材質を、10種類に変化させたときの圧電定数
31の実験データを示す図である。
FIG. 8 is an experiment of the piezoelectric constant d 31 when a stainless substrate is used and the material of the base film formed on the stainless substrate is changed to 10 kinds in the example of the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows data.

【図9】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に
おける圧電式アクチュエータの各種構造を示す断面図で
ある。
9A to 9D are cross-sectional views showing various structures of a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図10】(a)〜(e)は、本発明の第2の実施形態
のアクチュエータの製造工程の一部を示す断面図であ
る。
10A to 10E are cross-sectional views showing a part of the manufacturing process of the actuator of the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施形態のアクチュエータの
一例である2段式アクチュエータの基本的な構成を示す
斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a basic configuration of a two-stage actuator which is an example of an actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図12】(a),(b)は、それぞれ順に、情報記録
再生装置用2段式アクチュエータの正面図及び平面図で
ある。
12A and 12B are a front view and a plan view, respectively, of a two-stage actuator for an information recording / reproducing apparatus, in order.

【図13】(a),(b)は、2段式アクチュエータに
おける微小駆動素子によるサスペンション等の移動を説
明するための平面図である。
13 (a) and 13 (b) are plan views for explaining movement of a suspension and the like by a minute driving element in a two-stage actuator.

【図14】(a),(b)は、それぞれ順に、本発明の
第3の実施形態に係る第1世代ピギーバックアクチュエ
ータの全体構造を示す斜視図、第2世代ピギーバックア
クチュエータのヘッド部の部分構造を示す斜視図であ
る。
14A and 14B are, respectively, a perspective view showing an overall structure of a first-generation piggyback actuator according to a third embodiment of the present invention, and a head portion of a second-generation piggyback actuator. It is a perspective view which shows a partial structure.

【図15】(a),(b)は、本発明の第4の実施形態
に係るインクジェットヘッドの図17に示すXV−XV線に
おける断面図及びその部分拡大図である。
15A and 15B are a cross-sectional view and a partially enlarged view of the inkjet head according to the fourth embodiment of the present invention taken along line XV-XV shown in FIG.

【図16】本発明の第4の実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの図17に示すXVI-XVI線における断面図であ
る。
16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI shown in FIG. 17 of the inkjet head according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第4の実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの平面図である。
FIG. 17 is a plan view of an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子 2 圧電体膜 3 下部電極 4 上部電極 5 下地膜 6 基板 7 固定台 1 Piezoelectric element 2 Piezoelectric film 3 Lower electrode 4 Upper electrode 5 Base film 6 substrate 7 fixed base

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 41/08 H01L 41/18 101D 41/18 101Z 41/187 41/08 D H02N 2/00 B41J 3/04 103A Fターム(参考) 2C057 AF93 AG39 AG44 AG55 BA03 BA14 5D068 AA02 CC11 EE19 GG24 5D096 AA02 NN03 NN07 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/08 H01L 41/18 101D 41/18 101Z 41/187 41/08 D H02N 2/00 B41J 3/04 103A F Term (reference) 2C057 AF93 AG39 AG44 AG55 BA03 BA14 5D068 AA02 CC11 EE19 GG24 5D096 AA02 NN03 NN07

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に設けられる圧電素子であって、 厚みが50nm以上で200nm以下の範囲にある下地
膜と、 上記下地膜を挟んで上記基板に対向して設けられた圧電
体膜とを備えていることを特徴とする圧電素子。
1. A piezoelectric element provided on a substrate, comprising: a base film having a thickness of 50 nm or more and 200 nm or less; and a piezoelectric film provided facing the substrate with the base film interposed therebetween. A piezoelectric element comprising:
【請求項2】 請求項1記載の圧電素子において、 上記下地膜と上記基板との間に介設された第1の電極を
さらに備えていることを特徴とする圧電素子。
2. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising a first electrode provided between the base film and the substrate.
【請求項3】 請求項1又は2記載の圧電素子におい
て、 上記圧電体膜を挟んで上記下地膜に対向して設けられた
第2の電極をさらに備えていることを特徴とする圧電素
子。
3. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising a second electrode provided so as to face the base film with the piezoelectric film interposed therebetween.
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載
の圧電素子において、 上記基板は、多結晶体又は非晶質体により構成されてい
ることを特徴とする圧電素子。
4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the substrate is made of a polycrystalline body or an amorphous body.
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の圧電素子において、 上記下地膜は、立方晶あるいは正方晶の結晶構造を有す
る酸化物により構成されていることを特徴とする圧電素
子。
5. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the base film is made of an oxide having a cubic or tetragonal crystal structure. Piezoelectric element.
【請求項6】 請求項5記載の圧電素子において、 上記下地膜は、構成要素にZrを含まないペロブスカイ
ト酸化物により構成されていることを特徴とする圧電素
子。
6. The piezoelectric element according to claim 5, wherein the base film is made of a perovskite oxide containing no Zr as a constituent element.
【請求項7】 請求項6記載の圧電素子において、 上記下地膜は、(Pb,La)TiO3 で表される組成
を有するペロブスカイト酸化物であるPLTにより構成
されていることを特徴とする圧電素子。
7. The piezoelectric element according to claim 6, wherein the underlying film is composed of PLT which is a perovskite oxide having a composition represented by (Pb, La) TiO 3. element.
【請求項8】 請求項1〜7のうちいずれか1つに記載
の圧電素子において、 上記圧電体膜は、Pb,Zr,Tiを含むペロブスカイ
ト酸化物により構成されていることを特徴とする圧電素
子。
8. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric film is composed of a perovskite oxide containing Pb, Zr, and Ti. element.
【請求項9】 固定部材と、 上記固定部材に対して移動可能な移動部材と、 上記固定部材及び移動部材に接続された圧電素子とを備
え、 上記圧電素子は、 厚みが50nm以上で200nm以下の範囲にある下地
膜と、 上記下地膜に接触して形成された圧電体膜とを有してい
ることを特徴とするアクチュエータ。
9. A fixed member, a moving member movable with respect to the fixed member, and a piezoelectric element connected to the fixed member and the moving member, wherein the piezoelectric element has a thickness of 50 nm or more and 200 nm or less. An actuator having a base film in the range of 1 and a piezoelectric film formed in contact with the base film.
【請求項10】 請求項9記載のアクチュエータにおい
て、 上記固定部材は、上記移動部材に取り付けられており、 上記圧電素子は、上記移動部材のみに接触しており、 上記下地膜は、上記圧電体膜と上記移動部材との間に介
在していて、 上記圧電素子は、上記圧電体膜の上に設けられた上部電
極をさらに有していることを特徴とするアクチュエー
タ。
10. The actuator according to claim 9, wherein the fixed member is attached to the moving member, the piezoelectric element is in contact with only the moving member, and the base film is the piezoelectric body. An actuator, wherein the piezoelectric element is interposed between a film and the moving member, and the piezoelectric element further has an upper electrode provided on the piezoelectric film.
【請求項11】 請求項10記載のアクチュエータにお
いて、 上記圧電素子は、上記下地膜と上記移動部材との間に介
設された下部電極をさらに有していることを特徴とする
アクチュエータ。
11. The actuator according to claim 10, wherein the piezoelectric element further includes a lower electrode interposed between the base film and the moving member.
【請求項12】 請求項9記載のアクチュエータにおい
て、 上記圧電素子は、上記移動部材及び固定部材に接触して
おり、 上記下地膜は、上記移動部材又は上記固定部材のうちの
一方の部材と、上記圧電体膜との間に介在していること
を特徴とするアクチュエータ。
12. The actuator according to claim 9, wherein the piezoelectric element is in contact with the moving member and the fixed member, and the base film is one of the moving member and the fixed member, An actuator which is interposed between the piezoelectric film and the piezoelectric film.
【請求項13】 請求項12記載のアクチュエータにお
いて、 上記圧電素子は、上記下地膜と上記一方の部材との間に
介設された第1の電極をさらに有していることを特徴と
するアクチュエータ。
13. The actuator according to claim 12, wherein the piezoelectric element further includes a first electrode interposed between the base film and the one member. .
【請求項14】 請求項12又は13記載のアクチュエ
ータにおいて、 上記圧電素子は、上記下地膜と、上記移動部材又は固定
部材のうちの他方の部材との間に介設された第2の電極
をさらに有していることを特徴とするアクチュエータ。
14. The actuator according to claim 12 or 13, wherein the piezoelectric element includes a second electrode provided between the base film and the other member of the moving member and the fixed member. An actuator characterized by further comprising.
【請求項15】 請求項9〜14のうちいずれか1つに
記載のアクチュエータにおいて、 上記移動部材及び上記固定部材のうち少なくともいずれ
か一方は、可撓性のある多結晶体又は非晶質体により構
成されていることを特徴とするアクチュエータ。
15. The actuator according to claim 9, wherein at least one of the moving member and the fixed member is a flexible polycrystalline body or amorphous body. An actuator comprising:
【請求項16】 請求項9〜15のうちいずれか1つに
記載のアクチュエータにおいて、 上記下地膜は、構成要素にZrを含まないペロブスカイ
ト酸化物により構成されていることを特徴とするアクチ
ュエータ。
16. The actuator according to claim 9, wherein the underlayer film is made of a perovskite oxide that does not contain Zr as a constituent element.
【請求項17】 インクを供給するための供給口とイン
クを吐出するための吐出口とを有する圧力室用凹部が形
成されたヘッド本体と、上記ヘッド本体の凹部を塞いで
凹部と共に圧力室を構成するように設けられた振動板
と、上記振動板の上記圧力室に接する面とは対向する面
に設けられた圧電素子とを備えているインクジェットヘ
ッドにおいて、 上記圧電素子は、 上記振動板に対向する上部電極と、 上記振動板と上記上部電極との間に設けられた圧電体膜
と、 上記振動板と上記圧電体膜との間に設けられた厚みが5
0nm以上で200nm以下の範囲にある下地膜とを有
していることを特徴とするインクジェットヘッド。
17. A head main body having a pressure chamber recess having a supply port for supplying ink and a discharge port for discharging ink, and a recess for the head main unit for closing the pressure chamber together with the recess. In an ink jet head comprising a diaphragm provided to configure and a piezoelectric element provided on a surface of the diaphragm facing the pressure chamber, the piezoelectric element is provided on the diaphragm. The opposing upper electrode, the piezoelectric film provided between the vibrating plate and the upper electrode, and the thickness provided between the vibrating plate and the piezoelectric film having a thickness of 5
An ink jet head having a base film in a range of 0 nm or more and 200 nm or less.
【請求項18】 請求項17記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、 上記振動板と上記下地膜との間に設けられた下部電極を
さらに備えていることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
18. The inkjet head according to claim 17, further comprising a lower electrode provided between the diaphragm and the base film.
【請求項19】 請求項18記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、 上記振動板は、多結晶体又は非晶質体により構成されて
いることを特徴とするインクジェットヘッド。
19. The inkjet head according to claim 18, wherein the vibrating plate is made of a polycrystalline body or an amorphous body.
【請求項20】 請求項18又は19記載のインクジェ
ットヘッドにおいて、 上記下部電極と上記振動板との間に設けられた多結晶膜
又は非晶質膜をさらに備えていることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
20. The inkjet head according to claim 18, further comprising a polycrystalline film or an amorphous film provided between the lower electrode and the vibrating plate. .
【請求項21】 請求項19又は20記載のインクジェ
ットヘッドにおいて、 上記振動板は、金属により構成されていることを特徴と
する圧電素子。
21. The ink jet head according to claim 19, wherein the vibrating plate is made of metal.
【請求項22】 請求項17〜21のうちいずれか1つ
に記載のインクジェットヘッドにおいて、 上記下地膜は、立方晶あるいは正方晶の結晶構造を有す
る酸化物により構成されていることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
22. The ink jet head according to any one of claims 17 to 21, wherein the base film is made of an oxide having a cubic or tetragonal crystal structure. Inkjet head.
【請求項23】 請求項22記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、 上記下地膜は、構成要素にZrを含まないペロブスカイ
ト酸化物により構成されていることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
23. The inkjet head according to claim 22, wherein the base film is composed of a perovskite oxide that does not contain Zr as a constituent element.
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