JP2007088445A - Piezoelectric, piezoelectric element, liquid ejection head, liquid ejector and process for producing piezoelectric - Google Patents

Piezoelectric, piezoelectric element, liquid ejection head, liquid ejector and process for producing piezoelectric Download PDF

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堅義 松田
Toshihiro Ifuku
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric exhibiting excellent orientation and piezoelectric characteristics through control of crystallinity, and ensuring high adhesion between a piezoelectric film and an electrode and high durability through suppression of peeling of film in which piezoelectric characteristics do not deteriorate even if temperature of operational environment varies, and to provide a piezoelectric element, a liquid ejection head and a liquid ejector employing it. <P>SOLUTION: The piezoelectric has a laminate structure of a specific ABO<SB>3</SB>perovskite oxide wherein the laminate structure has a layer of first crystal phase, a layer of second crystal phase different from the first crystal phase, and a boundary layer provided between the layers of first and second crystal phases wherein a specific crystal phase exists between the first and second crystal phases, and the boundary layer has a crystal phase varying gradually in the thickness direction of the layer. The laminate structure has a single crystal structure or a uniaxial orientation crystal structure as a whole. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出装置に使用される圧電体、圧電体素子、液体吐出ヘッド及びこれらの製造方法に関する。より詳しくは、大面積・高密度の圧電体素子及び液体吐出ヘッドやこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric body, a piezoelectric body element, a liquid ejection head, and a method for manufacturing these used in a liquid ejection apparatus. More specifically, the present invention relates to a large-area, high-density piezoelectric element, a liquid discharge head, and a manufacturing method thereof.

インクジェットプリンタにおいて、高解像度化および高速印字さらにはヘッドの長尺化が求められている。そのためヘッドを微細化したマルチノズルヘッド構造を実現することが求められている。そして、液体吐出ヘッドを微細化するために、液体を吐出させるための圧電体素子を小型化することが必要となり、更に、圧電体素子を小型化するために、微細化しても駆動能力が低減しない高い圧電定数を持つ圧電体が必要となる。このために、圧電体膜を用いた圧電体の場合、圧電体膜として結晶性の優れた膜、即ち、高配向結晶の結晶性が制御された膜が要請される。圧電体膜を高配向結晶とするためには、圧電体膜作製時の直下の層がより高い結晶性を有し、かつ圧電体膜とその直下の層とが格子整合性のよい組み合わせであることが好ましい。   In an ink jet printer, higher resolution, higher speed printing, and longer head are required. Therefore, it is required to realize a multi-nozzle head structure with a miniaturized head. In order to reduce the size of the liquid discharge head, it is necessary to reduce the size of the piezoelectric element for discharging the liquid. Further, in order to reduce the size of the piezoelectric element, the driving capability is reduced even if the size is reduced. A piezoelectric body having a high piezoelectric constant is required. For this reason, in the case of a piezoelectric body using a piezoelectric film, a film having excellent crystallinity, that is, a film in which the crystallinity of highly oriented crystals is controlled is required as the piezoelectric film. In order to make the piezoelectric film highly oriented crystal, the layer directly under the piezoelectric film has higher crystallinity, and the piezoelectric film and the layer immediately below it have a good lattice matching. It is preferable.

その上、圧電体膜とその直下の層とは、圧電体膜の薄膜化に伴う界面にかかる応力による膜剥離が生じやすく、この膜剥離を抑制するため圧電体膜との密着性がよいことの要請もある。   In addition, the piezoelectric film and the layer immediately below the film tend to peel off due to stress applied to the interface due to the thinning of the piezoelectric film, and have good adhesion to the piezoelectric film to suppress this film peeling. There is also a request.

従来から、圧電体素子に用いられる圧電体膜には、PbO、ZrO2およびTiO2の粉末のペーストをシート状に成型加工してグリーンシートを作成した後、これを焼結して得られるPZT系圧電材料が用いられている(特許文献1)。 Conventionally, a piezoelectric film used for a piezoelectric element has a PZT obtained by forming a green sheet by molding a PbO, ZrO 2 and TiO 2 powder paste into a sheet and then sintering the sheet. A piezoelectric material is used (Patent Document 1).

しかし、上述の特許文献1に記載されるPZT系酸化膜としては、例えば10μm以下の厚さに形成することは困難である。また、グリーンシートの焼結は1000℃以上の温度で行うため、加温時に圧電体膜が70%程に収縮してしまうという問題がある。このため、圧電体膜とインク室等の構造体とを数ミクロンオーダーの寸法精度で位置合わせをすることは困難であることから、満足できる小型の圧電体素子は得られていない。   However, it is difficult to form the PZT-based oxide film described in Patent Document 1 described above to a thickness of 10 μm or less, for example. Further, since the green sheet is sintered at a temperature of 1000 ° C. or higher, there is a problem that the piezoelectric film shrinks to about 70% during heating. For this reason, since it is difficult to align the piezoelectric film and the structure such as the ink chamber with a dimensional accuracy of the order of several microns, a satisfactory small piezoelectric element has not been obtained.

また、グリーンシートを焼結することにより形成されたセラミックス圧電体膜は、その厚さが薄くなるにしたがって、結晶粒界の影響が無視できないようになり、良好な圧電特性を得ることができない。その結果、グリーンシートを焼結して10μm以下の圧電体膜を作製しても、かかる圧電体膜においては記録液を吐出させるための十分な圧電特性を得ることができないという問題点がある。   In addition, as the thickness of the ceramic piezoelectric film formed by sintering the green sheet becomes thinner, the influence of crystal grain boundaries cannot be ignored, and good piezoelectric characteristics cannot be obtained. As a result, there is a problem that even if a piezoelectric film having a thickness of 10 μm or less is produced by sintering the green sheet, the piezoelectric film cannot obtain sufficient piezoelectric characteristics for discharging the recording liquid.

上記方法の他、圧電体膜の作製方法としては、スパッタ法やCVD法、MBE法、ゾルゲル法などの方法がある。これらの方法を用いて酸化物を成膜すると膜厚が、10μm以下の薄膜を得ることができる。しかし、これらの方法によって作製した圧電体膜は、その密度が高いために、膜の面内応力が非常に高くなり、その下層の下部電極との密着性が悪くなるという問題がある。インクジェットヘッドの圧電体素子として、繰返し駆動で発生する応力に耐え得るには、圧電体膜とその下層の下部電極間に高い密着性を有することが必要である。上記方法により作製された圧電体膜はインクジェットの圧電体素子としては、使用に耐え得るものではない。   In addition to the above methods, methods for producing a piezoelectric film include sputtering, CVD, MBE, and sol-gel methods. When an oxide is formed using these methods, a thin film having a thickness of 10 μm or less can be obtained. However, since the piezoelectric film produced by these methods has a high density, there is a problem that the in-plane stress of the film becomes very high, and the adhesion with the lower electrode under the film becomes poor. As a piezoelectric element of an ink jet head, in order to withstand the stress generated by repeated driving, it is necessary to have high adhesion between the piezoelectric film and the lower electrode below it. The piezoelectric film produced by the above method cannot be used as an inkjet piezoelectric element.

また、圧電体は材料によるが、温度により圧電特性が変動する場合は、作動環境温度を一定に保つことが必要となり、温度依存性が少なく、しかも優れた圧電特性を有する圧電素子に適用可能な圧電体は未だ見出されていない。
特開昭62−213399号公報
Also, the piezoelectric body depends on the material, but if the piezoelectric characteristics fluctuate depending on the temperature, it is necessary to keep the operating environment temperature constant, and it is applicable to piezoelectric elements that have low temperature dependence and excellent piezoelectric characteristics. A piezoelectric body has not yet been found.
Japanese Patent Laid-Open No. 62-213399

本発明の課題は、結晶性が制御されて高い配向性を有し優れた圧電特性を有し、電極との密着性が高く、膜剥離が抑制されて耐久性が高い圧電体を提供することにある。更に、これを用いた圧電体素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric body having high durability with high crystallinity controlled, excellent orientation, excellent adhesion with an electrode, suppressed film peeling, and high durability. It is in. It is another object of the present invention to provide a piezoelectric element, a liquid discharge head, and a liquid discharge apparatus using the same.

また、本発明の課題は、作動環境の温度が変化しても圧電特性が劣化しない圧電体を得て、これを用いた圧電体素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置を提供することにある。   It is another object of the present invention to obtain a piezoelectric body whose piezoelectric characteristics do not deteriorate even when the temperature of the operating environment changes, and to provide a piezoelectric element, a liquid ejection head, and a liquid ejection apparatus using the piezoelectric body.

更に、本発明の課題は、半導体プロセスで一般に用いられている微細加工の技術を利用した圧電体の製造方法を得て、これを用いて高密度に形成された吐出口を有し、信頼性が高い液体吐出ヘッドを提供することにある。   Furthermore, an object of the present invention is to obtain a method of manufacturing a piezoelectric body using a microfabrication technique generally used in a semiconductor process, and to have a discharge port formed at a high density using this method. An object of the present invention is to provide a liquid discharge head having a high level.

本発明は、(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3(式中、MがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、及びWから選択されるいずれか1種類の元素を示す。)で示されるABO3ペロブスカイト型酸化物の積層構造を有する圧電体であって、積層構造は、正方晶、菱面体晶、擬似立方晶または単斜晶のいずれかから選択された結晶相を有する層状の第1の結晶相と、
正方晶、菱面体晶、擬似立方晶または単斜晶のいずれかから選択され、かつ前記第1の結晶相の結晶相と異なる結晶相を有する層状の第2の結晶相と、前記第1の結晶相と前記第2の結晶相との間に、結晶相が層の厚さ方向において漸次に変化する境界層とを有し、積層構造全体として、単結晶構造または一軸配向結晶構造を有することを特徴とする圧電体に関する。
The present invention, (Pb 1-x M x ) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 ( one that wherein, M is La, Ca, Ba, Sr, Bi, selected from Sb, and W 1 Piezoelectric material having a laminated structure of ABO 3 perovskite type oxides shown in (4), wherein the laminated structure is selected from tetragonal, rhombohedral, pseudocubic or monoclinic A layered first crystal phase having a formed crystal phase;
A layered second crystal phase selected from tetragonal, rhombohedral, pseudocubic, or monoclinic and having a crystal phase different from the crystal phase of the first crystal phase; and the first The crystal phase has a boundary layer that gradually changes in the thickness direction of the layer between the crystal phase and the second crystal phase, and has a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure as a whole laminated structure The present invention relates to a piezoelectric body characterized by:

また、本発明は、上記圧電体に一対の電極を設けた圧電素子や、該圧電素子を用いた液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。   The present invention also relates to a piezoelectric element in which a pair of electrodes is provided on the piezoelectric body, a liquid discharge head using the piezoelectric element, and a liquid discharge apparatus using the liquid discharge head.

また、本発明は、上記圧電体の製造方法であって、スパッタリングにより各結晶相を成膜することを特徴とする圧電体の製造方法に関する。   In addition, the present invention relates to a method for manufacturing the piezoelectric body, wherein each crystal phase is formed by sputtering.

本発明の圧電体は、結晶性が制御されて高い配向性を有し優れた圧電特性を有し、電極との密着性が高く、膜剥離が抑制されて、薄膜であっても耐久性が高く、作動環境の温度が変化しても圧電特性の劣化を抑制できる。また、高密着度の圧電体素子や液体吐出ヘッドに使用して、優れた圧電特性を発揮することができる。   The piezoelectric body of the present invention has excellent orientation and excellent piezoelectric properties with controlled crystallinity, high adhesion to the electrode, suppression of film peeling, and durability even with a thin film. High, it is possible to suppress deterioration of the piezoelectric characteristics even if the temperature of the operating environment changes. Further, it can be used for a piezoelectric element having a high degree of adhesion and a liquid discharge head to exhibit excellent piezoelectric characteristics.

また、本発明の圧電体の製造方法は、半導体プロセスで一般に用いられている微細加工の技術を利用することにより信頼性の高い圧電体を製造することができ、高密度の圧電体素子や液体吐出ヘッドを製造することができる。   The piezoelectric body manufacturing method of the present invention can manufacture a highly reliable piezoelectric body by utilizing a microfabrication technique generally used in a semiconductor process. A discharge head can be manufactured.

本実施形態の圧電体は、一般式ABO3で記述されるペロブスカイト型酸化物の単結晶構造または一軸配向(単一配向)結晶構造を含む積層構造を有する。前記圧電体は、正方晶、菱面体晶、擬似立方晶、斜方晶および単斜晶から選択された結晶相を含む層状の結晶相で、かつ異なる前記結晶相を複数有する積層構造を有する。該結晶相が、(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3(式中、MがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、Wから選択されるいずれか1種類の元素を示す。)で表されるペロブスカイト型酸化物の結晶相であって、第1の結晶相と、これと異なる結晶相の第2の結晶相とを有する。第1の結晶相と第2の結晶相とは同一の元素で構成される元素組成が異なるペロブスカイト型酸化物ABO3に限らず、異なる元素構成、元素組成の上記ペロブスカイト型酸化物ABO3であってもよい。更に、積層構造における第1の結晶相、第2の結晶相の異なる2層を有するもののみならず、第3、第4、・・・の結晶相と3以上の異なる結晶相をその間に介在する境界層と組み合わせたものであってもよい。さらに、前記異なる結晶相の間に、結晶構造が層の厚さ方向において漸次に変化する結晶相(境界層)を備えたことを特徴とする。これら第1の結晶相、境界層、第2の結晶相は周期的に積層されたものであってもよい。各結晶相は、例えばエピタキシャル成長させたものであって、積層構造を構成するが、積層構造全体として単結晶構造または、一軸配向結晶構造を示す。 The piezoelectric body of the present embodiment has a laminated structure including a single crystal structure or a uniaxial orientation (single orientation) crystal structure of a perovskite oxide described by a general formula ABO 3 . The piezoelectric body has a layered structure including a plurality of different crystal phases, which is a layered crystal phase including a crystal phase selected from tetragonal, rhombohedral, pseudocubic, orthorhombic and monoclinic. The crystal phase, either the in (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 ( wherein, M is La, Ca, Ba, Sr, Bi, Sb, is selected from W 1 A perovskite-type oxide crystal phase represented by: a first crystal phase and a second crystal phase different from the first crystal phase. A first crystal phase and the second crystal phase is not limited to the perovskite oxide ABO 3 which is composed of elemental composition of the same elements different, different elemental composition, the perovskite oxide elemental composition ABO 3 met May be. Further, not only those having two layers having different first crystal phase and second crystal phase in the laminated structure, but also third, fourth,... Crystal phases and three or more different crystal phases are interposed therebetween. It may be combined with a boundary layer. Furthermore, a crystal phase (boundary layer) in which the crystal structure gradually changes in the thickness direction of the layer is provided between the different crystal phases. These first crystal phase, boundary layer, and second crystal phase may be periodically laminated. Each crystal phase is, for example, epitaxially grown and constitutes a multilayer structure, and exhibits a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure as the entire multilayer structure.

上記複数の異なる結晶相を有する積層構造が全体として単結晶または、一軸配向結晶構造を示すためには、積層構造の各層を構成するペロブスカイト型酸化物ABO3の結晶相が<100>配向することが好ましい。積層構造の各層を構成する正方晶、菱面体晶、擬似立方晶、斜方晶、単斜晶が<100>配向することにより、積層構造全体として単結晶または一軸配向構造をとることができると考えられる。本実施態様のペロブスカイト型酸化物においては、正方晶系、菱面体晶系、擬似立方晶系、斜方晶系、単斜晶系は相互に近い格子定数を持ち、これらの結晶相が結晶軸方向を膜厚方向に配向した状態で存在し、単一結晶構造または一軸配向結晶構造を有するものとなる。 In order for the multilayer structure having a plurality of different crystal phases to exhibit a single crystal or a uniaxially oriented crystal structure as a whole, the crystal phase of the perovskite oxide ABO 3 constituting each layer of the multilayer structure must be <100> oriented. Is preferred. When the tetragonal, rhombohedral, pseudocubic, orthorhombic, and monoclinic crystals constituting each layer of the laminated structure are oriented to <100>, the entire laminated structure can have a single crystal or uniaxially oriented structure. Conceivable. In the perovskite oxide of this embodiment, the tetragonal system, rhombohedral system, pseudocubic system, orthorhombic system, and monoclinic system have lattice constants close to each other, and these crystal phases have crystal axes. It exists in a state in which the direction is oriented in the film thickness direction, and has a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure.

このような積層構造を有する圧電体として、例えば、図1に示すように、一定の結晶構造を有する第1の結晶相21と第2の結晶相22と、これらの間に設けられる境界層211、221を有するものを挙げることができる。かかる境界層としては、具体的には、単一結晶構造を有する正方晶の第1の結晶相21と、単一結晶構造を有する菱面体晶の第2の結晶相22間に設けられる以下のような結晶構造を有する。境界層211は結晶相21側から結晶相22方向へ向かって、正方晶から菱面体晶へ漸次に変化する結晶構造を有する。境界層221は結晶相22側から結晶相21方向へ向かって、菱面体晶から正方晶へ漸次に変化する結晶構造を有する。   As a piezoelectric body having such a laminated structure, for example, as shown in FIG. 1, a first crystal phase 21 and a second crystal phase 22 having a certain crystal structure, and a boundary layer 211 provided therebetween. 221 may be mentioned. Specifically, as the boundary layer, the following is provided between the tetragonal first crystal phase 21 having a single crystal structure and the rhombohedral second crystal phase 22 having a single crystal structure. It has such a crystal structure. The boundary layer 211 has a crystal structure that gradually changes from tetragonal to rhombohedral toward the crystal phase 22 from the crystal phase 21 side. The boundary layer 221 has a crystal structure that gradually changes from rhombohedral to tetragonal crystals from the crystal phase 22 side toward the crystal phase 21.

ここでいう境界層の結晶構造の漸次の変化とは、結晶相21と結晶相22との結晶構造が混相されたようなものを含む。混相とは、2種以上の結晶相が一体として、単結晶または一軸配向結晶構造を形成してなるものである。複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在して含まれるものとは異なり、一つのペブロスカイト型酸化物の粒子中に複数の結晶相が存在するものであって、一体となって結晶を形成しているものが好ましい。   Here, the gradual change in the crystal structure of the boundary layer includes a case where the crystal structures of the crystal phase 21 and the crystal phase 22 are mixed. The mixed phase is formed by combining two or more crystal phases into a single crystal or a uniaxial crystal structure. Unlike the case where multiple crystal phases are included in a polycrystalline state with different crystal axis directions and there are grain boundaries, there are multiple crystal phases in a single perovskite oxide particle. Thus, it is preferable to form a crystal integrally.

このような構成により、偏った方向からの歪を均等に分散して吸収することができるため、剥離が生じやすいミクロンオーダーの膜厚でも歪に伴う剥離を抑制できる。つまり、圧電体膜と電極との密着性が高く、膜剥離が抑制され耐久性が高い圧電体を得ることができ、結晶相各層に負荷される応力を更に緩和できて圧電体の耐久性を更に向上することができる。   With such a configuration, strain from a biased direction can be evenly dispersed and absorbed, and therefore peeling due to strain can be suppressed even with a micron-order film thickness at which peeling is likely to occur. In other words, a piezoelectric body having high adhesion between the piezoelectric film and the electrode, suppressing film peeling and having high durability can be obtained, and stress applied to each layer of the crystal phase can be further relaxed, thereby improving the durability of the piezoelectric body. Further improvement can be achieved.

また、ある特定の相に微細なクラック等の欠損が生じた場合において、結晶相が一層構造の圧電体ではクラックが広がるおそれがある。しかし、上記積層構造により、各層毎のヤング率が異なるため、ヤング率の大きい層から発生したクラックがヤング率の小さい層を越えて次のヤング率の大きい層への進展が抑制される。このため、クラックが広がりにくく、全体として耐久性の高い圧電体を得ることができる。   In addition, when a defect such as a fine crack is generated in a specific phase, there is a possibility that the crack may spread in a piezoelectric body having a single crystal phase structure. However, since the Young's modulus for each layer differs depending on the laminated structure, the cracks generated from the layer having a large Young's modulus are prevented from progressing to the layer having the next large Young's modulus beyond the layer having the small Young's modulus. For this reason, it is difficult for cracks to spread, and a piezoelectric body having high durability as a whole can be obtained.

更に、このような積層構成において、エピタキシャル成長により形成する場合、その成膜過程で成膜温度から室温までの冷却に伴う相変化において、異なる組成の結晶相が膜自身にかかる応力を分散して吸収する。さらに、特定の温度領域毎に特定の結晶相が歪を吸収し、全体として幅広い温度領域で良好な圧電特性を有する。   Further, in such a laminated structure, when it is formed by epitaxial growth, a crystal phase having a different composition disperses and absorbs stress applied to the film itself in the phase change accompanying cooling from the film forming temperature to room temperature in the film forming process. To do. Furthermore, a specific crystal phase absorbs strain for each specific temperature region, and as a whole, it has good piezoelectric characteristics in a wide temperature region.

また、本実施形態の圧電体の積層構造として、各結晶相の層のうち少なくとも2層が異なる厚さを有するものが好ましい。例えば、圧電体として、図2に示すように、膜厚T1の結晶相31、膜厚T2の結晶相32、膜厚T3の結晶相33を有し、膜厚T1、T2、T3がそれぞれ異なる厚さを有するものを挙げることができる。各結晶相の間には、結晶構造が漸次変化する境界層311、321、331を有している。ここでいう、膜厚T1、T2、T3は、境界層の中心から次の境界層の中心までの距離を示す。このような積層構造を有する圧電体としては、圧電体を使用する条件に最も適した結晶相の層の膜厚を充分に厚くしたものが好ましく、かかる圧電体においては負荷される応力をその他の結晶相の層において緩和することができる。各結晶相によって厚さが異なる圧電体においては、使用条件に応じて各結晶相の厚さの割合を配分し、使用環境に応じた圧電体とすることができる。また、境界層においては、漸次変化するものが好ましいが、境界層にそれぞれ接する結晶相の混相であってもよい。 Further, as the laminated structure of the piezoelectric body of the present embodiment, it is preferable that at least two of the crystal phase layers have different thicknesses. For example, as shown in FIG. 2, the piezoelectric body has a crystal phase 31 with a film thickness T 1 , a crystal phase 32 with a film thickness T 2 , and a crystal phase 33 with a film thickness T 3 , and the film thicknesses T 1 , T 2 , T 3 may have different thicknesses. Between each crystal phase, there are boundary layers 311, 321, 331 in which the crystal structure gradually changes. The film thicknesses T 1 , T 2 , and T 3 here indicate the distances from the center of the boundary layer to the center of the next boundary layer. As the piezoelectric body having such a laminated structure, it is preferable that the film thickness of the crystal phase layer most suitable for the conditions for using the piezoelectric body is sufficiently thick. It can be relaxed in the crystalline phase layer. In the piezoelectric body having a different thickness depending on each crystal phase, the ratio of the thickness of each crystal phase can be distributed according to the use conditions, and the piezoelectric body can be made according to the use environment. The boundary layer preferably changes gradually, but may be a mixed phase of crystal phases in contact with the boundary layer.

本実施態様の圧電体に用いるペロブスカイト型酸化物ABO3は、(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3で表される。式中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、及びWから選択されるいずれか1種類の元素を示す。上記式中、0.45≦y<1を満たすことが好ましい。また、0≦x≦0.10、0≦xm≦1.3を満たすことが好ましい。このような元素組成を満たすことにより、後述する境界層の形成が容易となる。 Perovskite oxide ABO 3 used for the piezoelectric body of the present embodiment is represented by (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3. In the formula, M represents any one element selected from La, Ca, Ba, Sr, Bi, Sb, and W. In the above formula, it is preferable to satisfy 0.45 ≦ y <1. Further, 0 ≦ x ≦ 0.10 and 0 ≦ xm ≦ 1.3 are preferably satisfied. Satisfying such an element composition facilitates the formation of a boundary layer to be described later.

本実施形態の圧電体における積層構造を形成する各層の膜厚としては、1nm以上、1000nm以下あることが好ましい。各層の膜厚が1nm以上であれば圧電体において圧電特性を充分に得ることができ、1000nm以下であれば、積層構造において面内にかかる応力による剥離を抑制することができる。
[圧電体素子]
本実施態様の圧電体素子は、上記本実施態様の圧電体と、該圧電体に接して設けられた一対の電極とを有するものであれば、特に制限されるものではない。本実施態様の圧電体素子の一例として、図3に示すように、基体41、振動板42、バッファ層43、下部電極44、圧電体45および上部電極46が順次積層された積層構造を有する圧電体素子51を挙げることができる。
The film thickness of each layer forming the laminated structure in the piezoelectric body of the present embodiment is preferably 1 nm or more and 1000 nm or less. If the thickness of each layer is 1 nm or more, sufficient piezoelectric characteristics can be obtained in the piezoelectric body, and if it is 1000 nm or less, peeling due to in-plane stress in the laminated structure can be suppressed.
[Piezoelectric element]
The piezoelectric element of the present embodiment is not particularly limited as long as it has the piezoelectric body of the present embodiment and a pair of electrodes provided in contact with the piezoelectric body. As an example of the piezoelectric element of this embodiment, as shown in FIG. 3, a piezoelectric element having a laminated structure in which a base body 41, a diaphragm 42, a buffer layer 43, a lower electrode 44, a piezoelectric body 45, and an upper electrode 46 are sequentially laminated. The body element 51 can be mentioned.

本実施態様の圧電体素子における基体の材質としては、結晶性のよいものが好ましく、例えば、Siなどが好ましく、具体的にはSi上にSiO2膜を形成したSOIなどを挙げることができる。基体の厚さとしては、例えば、100〜1000μmを挙げることができる。 The material of the substrate in the piezoelectric element of the present embodiment is preferably a material having good crystallinity, such as Si, and specifically, SOI or the like in which a SiO 2 film is formed on Si. Examples of the thickness of the substrate include 100 to 1000 μm.

上記振動板は圧電体の変位を伝達するために設けられ、基体に対して格子整合性が高く、振動板として機能するために十分にヤング率の高いものが好ましい。基板の材質が酸化ケイ素の場合、振動板の材質としては、例えば、安定化ジルコニアなどが好ましい。また、基体としてSOIを用いた場合は、Si単結晶層上のSiO2層を振動板として用いてもよい。振動体の厚さとしては、例えば、2〜10μmを挙げることができる。 The diaphragm is preferably provided to transmit the displacement of the piezoelectric body, has high lattice matching with the substrate, and has a sufficiently high Young's modulus to function as a diaphragm. When the material of the substrate is silicon oxide, the material of the diaphragm is preferably, for example, stabilized zirconia. When SOI is used as the substrate, an SiO 2 layer on the Si single crystal layer may be used as the diaphragm. Examples of the thickness of the vibrating body include 2 to 10 μm.

上記バッファ層は、基体の結晶格子定数と圧電体の結晶格子定数との格子整合性を合わせる役割を担うために設けられ、基体と圧電体相互間で格子整合性がよい場合は省略することもできる。バッファ層は何層か複数層の積層構造を有するものとして、その機能を達成するようにしてもよい。バッファ層の材質としては、直下の振動板に対しても結晶格子整合性が高い材質であることが好ましく、基体の材質がケイ素の場合、例えば、安定化ジルコニアYSZ(Y23−ZrO2)、CeO2などを挙げることができる。 The buffer layer is provided to play a role of matching the lattice matching between the crystal lattice constant of the substrate and the crystal lattice constant of the piezoelectric body, and may be omitted if the lattice matching between the substrate and the piezoelectric body is good. it can. The buffer layer may have several layers to achieve its function. The material of the buffer layer is preferably a material having high crystal lattice matching even with respect to the diaphragm directly below. When the material of the substrate is silicon, for example, stabilized zirconia YSZ (Y 2 O 3 —ZrO 2). ), CeO 2 and the like.

上記下部電極は、バッファ層43の直上に設けられても、振動板42とバッファ層43間に設けられていてもよい。また、バッファ層を設けない場合は下部電極はバッファ層の機能を兼備するものであってもよく、この場合は、下部電極は振動板との密着性を向上させるため、密着層を介して設けてもよい。下部電極の材質としては、白金族の金属や、これらの酸化物系導電材料が好ましい。下部電極の材質として、具体的には、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の白金族金属や、SrRuO3、BaPbO3、RuO3等の酸化物系導電材料を挙げることができる。密着層の材質としては、例えばTi、Cr、Irなどの金属や、これらの酸化物としてTiO2、IrO2などを挙げることができる。 The lower electrode may be provided immediately above the buffer layer 43 or may be provided between the diaphragm 42 and the buffer layer 43. Further, when the buffer layer is not provided, the lower electrode may have the function of the buffer layer. In this case, the lower electrode is provided via the adhesion layer in order to improve the adhesion with the diaphragm. May be. As the material of the lower electrode, platinum group metals and these oxide-based conductive materials are preferable. Specific examples of the material for the lower electrode include platinum group metals such as Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt, and oxide-based conductive materials such as SrRuO 3 , BaPbO 3 , and RuO 3 . Examples of the material for the adhesion layer include metals such as Ti, Cr, and Ir, and examples of these oxides include TiO 2 and IrO 2 .

このような下部電極44は、その上に設けられる圧電体の配向結晶方位に影響を及ぼすため、基板面の優先配向結晶方位が(010)、(101)、(110)、(111)のいずれかであることが好ましい。下部電極の基板面の優先配向結晶方位が(010)、(101)、(110)、(111)であるとき、積層される圧電体45が優先配向結晶方位をそれぞれ(100)、(001)、(010)、(101)、(110)、(111)として配向する。また、圧電体45の圧電特性は優先配向結晶方位を(001)又は(111)とするときに、下部電極の基板面の優先配向結晶方位が(001)又は(111)であることが特に好ましい。   Since such a lower electrode 44 affects the orientation crystal orientation of the piezoelectric body provided thereon, the preferential orientation crystal orientation of the substrate surface is any one of (010), (101), (110), and (111). It is preferable that When the preferentially oriented crystal orientation of the substrate surface of the lower electrode is (010), (101), (110), (111), the piezoelectric body 45 to be laminated has the preferentially oriented crystal orientation of (100), (001), respectively. , (010), (101), (110), (111). In addition, when the preferred orientation crystal orientation is (001) or (111), the preferred orientation crystal orientation of the substrate surface of the lower electrode is (001) or (111). .

このような下部電極を構成する金属薄膜または酸化物導電材料薄膜において結晶配向率が70%以上であることが好ましい。結晶配向率とは、XRD(X線回折)のθ−2θ測定による膜のピーク強度における割合である。金属電極薄膜の結晶配向率が70%以上であれば、下部電極が良好な電気特性を有し、その上に設けられる圧電体45が優れた結晶性を有するものとなる。下部電極の金属薄膜または酸化物導電材料薄膜の結晶配向率が85%以上であることがより好ましい。また、下部電極の膜厚としては100nmから1000nmが好ましく、密着層の膜厚としては5nmから300nmが好ましく、より好ましくは10〜70nmである。   In such a metal thin film or oxide conductive material thin film constituting the lower electrode, the crystal orientation rate is preferably 70% or more. The crystal orientation ratio is a ratio in the peak intensity of the film measured by XRD (X-ray diffraction) θ-2θ measurement. When the crystal orientation ratio of the metal electrode thin film is 70% or more, the lower electrode has good electrical characteristics, and the piezoelectric body 45 provided thereon has excellent crystallinity. It is more preferable that the crystal orientation rate of the metal thin film or the oxide conductive material thin film of the lower electrode is 85% or more. Further, the film thickness of the lower electrode is preferably 100 nm to 1000 nm, and the film thickness of the adhesion layer is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 10 to 70 nm.

本実施態様の圧電体素子に用いられる圧電体は本実施態様の圧電体である。圧電体の膜厚としては、100nm以上10μm以下が好ましく、より好ましくは500nm以上8μm以下である。圧電体の膜厚が100nm以上であれば、圧電体素子を液体吐出ヘッドに用いた場合、繰り返し駆動により発生する応力に対し耐久性を有し、10μm以下であれば、膜剥離の発生を抑制することができる。   The piezoelectric body used in the piezoelectric element of this embodiment is the piezoelectric body of this embodiment. The film thickness of the piezoelectric body is preferably 100 nm or more and 10 μm or less, more preferably 500 nm or more and 8 μm or less. If the thickness of the piezoelectric body is 100 nm or more, the piezoelectric element is durable against stress generated by repeated driving when the piezoelectric element is used for a liquid discharge head, and if it is 10 μm or less, the occurrence of film peeling is suppressed. can do.

上記上部電極46は、圧電体45の直上に設けられ、下部電極と共に圧電体を電荷する。上部電極と圧電体間に上記下部電極と振動板間に設けられる密着層と同様の材質の密着層を設けてもよい。上部電極46の材質としては、下部電極と同様のものを挙げることができる。   The upper electrode 46 is provided immediately above the piezoelectric body 45 and charges the piezoelectric body together with the lower electrode. An adhesion layer made of the same material as the adhesion layer provided between the lower electrode and the diaphragm may be provided between the upper electrode and the piezoelectric body. The material of the upper electrode 46 can be the same as that of the lower electrode.

このような本実施態様の圧電体素子として、具体的には以下の層構成のものを挙げることができる。この層構成の表示は、上部電極46//圧電体45//下部電極44//振動板42として表示し、/により異なる積層構造を示す。
例1:Pt/Ti//PbZrTiO3//Pt/Ti//YSZ(Y2O3-ZrO2)/Si
例2:Au//PbZrTiO3//Pt/Ti//YSZ(Y2O3-ZrO2) /Si
例3:Pt/Ti//PbZrTiO3/PbTiO3//Pt/Ti//YSZ(Y2O3-ZrO2)/Si
例4:Au/Cr//PbZrTiO3/PbTiO3//Pt/Ti//YSZ(Y2O3-ZrO2)/Si
例5:Au/Cr//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例6:Au//PbZrTiO3 /PbTiO3//Pt/Ti//YSZ(Y2O3-ZrO2)/Si
例7:Pt/Ti//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例8:Au//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例9:Pt/Ti//PbZrTiO3 /PbTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例10:Au//PbZrTiO3/PbTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例11:Pt//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例12:Au//PbZrTiO3/PbTiO3//Ir/Ti//SiO2/Si
例13:Ir//PbZrTiO3//Ir/Ti//SiO2/Si
例14:Ir//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
例15:Ir//PbZrTiO3//Ir/Ti//SiO2/Si
例16:Ir//PbZrTiO3//Pt/Ti//SiO2/Si
[液体吐出ヘッド]
本実施態様の液体吐出ヘッドは、吐出口と、吐出口に連通する個別液室と、個別液室に対応して設けられた本実施態様の圧電体素子と、個別液室と圧電体素子との間に設けられた振動板とを有するものであれば、特に制限されない。本実施態様の液体吐出ヘッドの一例として、図3に示すインクジェットヘッドを挙げることができる。かかるインクジェットヘッドには、基体41と、基体に並列して設けられる複数の個別液室である圧力室61とが設けられる。各圧力室には液吐出口(吐出口)53および圧電体素子51が設けられ、圧力室と圧電体素子との間には振動板42が設けられる。このインクジェットヘッドにおいては吐出口53は、基体41の下側に設けられるノズルプレート52に所定の間隔をもって形成されているが、側面側に設けることもできる。
Specific examples of the piezoelectric element according to this embodiment include the following layer structures. This layer structure is displayed as an upper electrode 46 // piezoelectric body 45 // lower electrode 44 // vibrating plate 42, and indicates a different laminated structure.
Example 1: Pt / Ti // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // YSZ (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) / Si
Example 2: Au // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // YSZ (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) / Si
Example 3: Pt / Ti // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Pt / Ti // YSZ (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) / Si
Example 4: Au / Cr // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Pt / Ti // YSZ (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) / Si
Example 5: Au / Cr // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 6: Au // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Pt / Ti // YSZ (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) / Si
Example 7: Pt / Ti // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 8: Au // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 9: Pt / Ti // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 10: Au // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 11: Pt // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 12: Au // PbZrTiO 3 / PbTiO 3 // Ir / Ti // SiO 2 / Si
Example 13: Ir // PbZrTiO 3 // Ir / Ti // SiO 2 / Si
Example 14: Ir // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
Example 15: Ir // PbZrTiO 3 // Ir / Ti // SiO 2 / Si
Example 16: Ir // PbZrTiO 3 // Pt / Ti // SiO 2 / Si
[Liquid discharge head]
The liquid ejection head of this embodiment includes an ejection port, an individual liquid chamber communicating with the ejection port, the piezoelectric element of the present embodiment provided corresponding to the individual liquid chamber, the individual liquid chamber, and the piezoelectric element. If it has a diaphragm provided between, it will not be restrict | limited in particular. As an example of the liquid discharge head of this embodiment, the ink jet head shown in FIG. 3 can be cited. Such an ink jet head is provided with a base 41 and a pressure chamber 61 which is a plurality of individual liquid chambers provided in parallel with the base. Each pressure chamber is provided with a liquid discharge port (discharge port) 53 and a piezoelectric element 51, and a diaphragm 42 is provided between the pressure chamber and the piezoelectric element. In this ink jet head, the discharge ports 53 are formed at a predetermined interval in the nozzle plate 52 provided on the lower side of the base body 41, but can also be provided on the side surface side.

上記圧電体素子51は、一例として、各圧力室61にそれぞれ対応して設けられる。各圧電体素子51は、一例として、バッファ層43、下部電極44、圧電体薄膜である圧電体45、上部電極46が順次積層された積層体から構成される。   As an example, the piezoelectric element 51 is provided corresponding to each pressure chamber 61. Each piezoelectric element 51 includes, for example, a laminated body in which a buffer layer 43, a lower electrode 44, a piezoelectric body 45 that is a piezoelectric thin film, and an upper electrode 46 are sequentially laminated.

本実施態様の液体吐出ヘッドにおいて、圧電体の変位が伝達された振動板により生じる個別液室内の体積変化によって個別液室内の液体を吐出口から吐出する。   In the liquid discharge head of this embodiment, the liquid in the individual liquid chamber is discharged from the discharge port by the volume change in the individual liquid chamber caused by the vibration plate to which the displacement of the piezoelectric body is transmitted.

本実施態様の液体吐出ヘッドはインクジェットヘッドの他、各種液体を吐出する装置の液体吐出部に適用することができる。   The liquid discharge head of this embodiment can be applied to a liquid discharge portion of an apparatus that discharges various liquids in addition to an inkjet head.

本実施態様の液体吐出ヘッドにおいては、基体上に振動板、圧電素子を構成するバッファ層、下部電極、圧電体、上部電極などがそれぞれ結晶配向の方位の揃った圧電体素子を用いているため、各圧電体素子の性能にばらつきが少ない。このため高密着のデバイスを得ることができ、さらに小型化に十分な圧電特性および機械特性を得ることができる。また、高配向結晶の圧電体を用いることで、圧電体素子の耐久性が向上し、液体吐出ヘッドにおいて耐久性に優れる。
[液体吐出装置]
本実施態様の液体吐出装置は、上記本実施態様の液体吐出ヘッドを有するものである。
In the liquid discharge head according to the present embodiment, the piezoelectric element in which the orientation of the crystal orientation is aligned is used on the base plate, such as the diaphragm, the buffer layer constituting the piezoelectric element, the lower electrode, the piezoelectric body, and the upper electrode. There is little variation in the performance of each piezoelectric element. For this reason, a device with high adhesion can be obtained, and piezoelectric characteristics and mechanical characteristics sufficient for miniaturization can be obtained. In addition, by using a highly oriented crystal piezoelectric body, the durability of the piezoelectric element is improved, and the liquid discharge head is excellent in durability.
[Liquid ejection device]
The liquid discharge apparatus according to the present embodiment includes the liquid discharge head according to the present embodiment.

本実施態様の液体吐出装置の一例として、インクジェット記録装置を挙げることができる。図4に示すように、インクジェット記録装置は、記録媒体としての記録紙を装置本体96内へ自動給送する自動給送部97を有する。更に、自動給送部97から送られる記録紙を所定の記録位置へ導き、記録位置から排出口98へ導く搬送部99と、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部91と、記録部91に対する回復処理を行う回復部90とを有する。記録部91には、本実施態様の液体吐出ヘッドを収納し、レール上を往復移送されるキャリッジ92が備えられる。   As an example of the liquid discharge apparatus of this embodiment, an ink jet recording apparatus can be cited. As shown in FIG. 4, the ink jet recording apparatus includes an automatic feeding unit 97 that automatically feeds recording paper as a recording medium into the apparatus main body 96. Furthermore, a transport unit 99 that guides the recording paper fed from the automatic feeding unit 97 to a predetermined recording position and guides the recording paper from the recording position to the discharge port 98, a recording unit 91 that performs recording on the recording paper transported to the recording position, And a recovery unit 90 that performs recovery processing on the recording unit 91. The recording unit 91 is provided with a carriage 92 that houses the liquid ejection head of this embodiment and is reciprocated on the rail.

このようなインクジェット記録装置において、コンピューターから送出される電気信号によりキャリッジ92がレール上を移送され、圧電体を挟持する電極に駆動電圧が印加されると圧電体が変位する。この圧電体の変位により振動板を介して各圧電室を加圧し、インクを吐出口から吐出させて、印字を行なう。   In such an ink jet recording apparatus, the carriage 92 is moved on the rail by an electrical signal sent from a computer, and the piezoelectric body is displaced when a driving voltage is applied to the electrodes sandwiching the piezoelectric body. Printing is performed by pressurizing each piezoelectric chamber through the vibration plate by the displacement of the piezoelectric body and discharging ink from the discharge port.

本実施態様の液体吐出装置においては、均一に高速度で液滴を吐出させることができ、装置の小型化を図ることができる。   In the liquid ejection apparatus of this embodiment, droplets can be ejected uniformly at a high speed, and the apparatus can be miniaturized.

上記例は、プリンターとして例示したが、本実施態様の液体吐出装置は、ファクシミリや複合機、複写機などのインクジェット記録装置の他、産業用液体吐出装置として使用することができる。
[圧電体の製造方法]
本実施態様の圧電体の製造は、上記圧電体の製造方法であって、複数の圧電体材料を異なる領域に配置したターゲットを設ける工程と、スパッタを行うターゲットの領域を変化させスパッタリングを行う工程とを有する。例えば、図1に示す圧電体を製造する方法としては、圧電体の基体となる基体と、結晶相を構成する圧電体材料、上記ペロブスカイト型酸化物ABO3の元素組成の圧電体材料を配置したターゲットとを対向して設けたチャンバーを用いる。チャンバー内を高真空にした後、基体とターゲット間を印加してグロー放電を生成し、導入したアルゴンガスなどをイオン化する。更にこのイオンを高電界で加速してターゲットを叩き、ターゲットからの反跳元素により基体上に結晶相を成長させる。特に、異なる結晶相を周期的に反復して積層して圧電体を製造するには、ターゲットとして、図5に示すように、ターゲット領域を分割した異なる領域に異なる結晶相を構成する2種の圧電体材料、組成1、組成2をそれぞれ配置したものを用いる。シャッターの開口をターゲットの該当する圧電体材料の領域に対向させる。該当する圧電体材料の領域だけを開口を介して所定時間スパッタリングを行ない、反跳元素を基板へ成膜させる。その後、次の結晶相を形成する別の組成の圧電体材料領域に開口が対向するようにシャッターを徐々に移動し、スパッタリングを行う。これを反復し、異なる組成、即ち異なる2種の結晶相とその間の境界層とが順次積層された積層構造を有する圧電体を得ることができる。更に、3種の結晶相と境界層が積層された積層構造を有する圧電体の場合は、図6に示すように、異なる結晶相を構成する3種の圧電体材料、組成1〜3を、ターゲット領域を3分割した領域のそれぞれ異なる領域に配置する。シャッターの開口を該当する圧電体材料の領域に、順次、周期的に対向させてスパッタリングを行うことにより、組成1〜3の結晶相とその境界層とが積層された積層構造を有する圧電体を得ることができる。
Although the above example has been illustrated as a printer, the liquid ejection apparatus according to the present embodiment can be used as an industrial liquid ejection apparatus in addition to an inkjet recording apparatus such as a facsimile, a multifunction peripheral, and a copying machine.
[Piezoelectric manufacturing method]
The method of manufacturing the piezoelectric body according to this embodiment is the above-described method for manufacturing a piezoelectric body, the step of providing a target in which a plurality of piezoelectric materials are arranged in different regions, and the step of performing sputtering by changing the region of the target to be sputtered And have. For example, as a method of manufacturing the piezoelectric body shown in FIG. 1, a base body to be a base body of a piezoelectric body, a piezoelectric material constituting a crystal phase, and a piezoelectric material having an elemental composition of the perovskite oxide ABO 3 are arranged. A chamber provided so as to face the target is used. After the chamber is evacuated to high vacuum, a glow discharge is generated by applying a voltage between the substrate and the target, and the introduced argon gas or the like is ionized. Further, the ions are accelerated by a high electric field to strike the target, and a crystal phase is grown on the substrate by a recoil element from the target. In particular, in order to manufacture a piezoelectric body by periodically laminating different crystal phases, as shown in FIG. 5, two types of crystal phases are formed in different regions obtained by dividing the target region as shown in FIG. A piezoelectric material, composition 1, and composition 2 are used. The opening of the shutter is made to face the corresponding piezoelectric material region of the target. Only the region of the corresponding piezoelectric material is sputtered through the opening for a predetermined time to form a recoil element on the substrate. Thereafter, the shutter is gradually moved so that the opening faces a piezoelectric material region of another composition that forms the next crystal phase, and sputtering is performed. By repeating this, it is possible to obtain a piezoelectric body having a laminated structure in which different compositions, that is, two different crystal phases and a boundary layer therebetween are sequentially laminated. Further, in the case of a piezoelectric body having a laminated structure in which three kinds of crystal phases and a boundary layer are laminated, as shown in FIG. 6, three kinds of piezoelectric materials constituting different crystal phases, compositions 1 to 3, The target area is arranged in different areas of the three divided areas. A piezoelectric body having a laminated structure in which a crystal phase of composition 1 to 3 and a boundary layer thereof are laminated by performing sputtering while sequentially opening the shutter opening to the corresponding piezoelectric material region in order. Obtainable.

ターゲットとして用いる上記(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3で表されるペロブスカイト型酸化物ABO3の圧電体材料は、例えば、焼結法、所望組成で調製した粉末法により得ることができる。 The piezoelectric material of the (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) perovskite oxide ABO 3 represented by O 3 is used as a target, for example, sintering process, was prepared in a desired composition It can be obtained by a powder method.

また、結晶構造が層の厚さ方向において漸次に変化する境界層の製造は、異なる圧電体材料が配置される領域へ開口を対向させるシャッターの移動速度を調整して行なう。シャッターの移動速度を、圧電体の厚さ方向において漸次に変化する結晶相に相当する成膜がなされるような開口の移動速度とすることにより、結晶相が漸次に変化する結晶相を作製することができる。   In addition, the manufacture of the boundary layer in which the crystal structure gradually changes in the layer thickness direction is performed by adjusting the moving speed of the shutter that opposes the opening to the region where the different piezoelectric material is disposed. A crystal phase in which the crystal phase gradually changes is produced by setting the shutter movement speed to an opening movement speed that allows film formation corresponding to a crystal phase that gradually changes in the thickness direction of the piezoelectric body. be able to.

このように、上記ペロブスカイト型酸化物ABO3の元素組成のターゲットを用い、エピタキシャル成長させることにより、異なる結晶相を有する積層構造において、全体として単結晶構造または、一軸配向構造を有する圧電体を得ることができる。 In this way, by using the target having the elemental composition of the perovskite oxide ABO 3 and performing epitaxial growth, a piezoelectric body having a single crystal structure or a uniaxially oriented structure as a whole in a laminated structure having different crystal phases is obtained. Can do.

[圧電体素子の製造方法]
上記本実施態様の圧電体素子の製造方法としては、薄膜成膜技術を使用する方法を挙げることができる。上記構成の圧電体素子の製造において、振動板42の作製方法としては、スパッタ法、CVD法、レーザーアブレーション法、MBE法等の薄膜作製方法を用いることができる。特に、スパッタ法では、加熱中に十分成膜基板を加熱することによって、基体41に対してエピタキシャル成長した酸化物薄膜を得ることができる。
[Method for Manufacturing Piezoelectric Element]
Examples of the method for manufacturing the piezoelectric element of the present embodiment include a method using a thin film deposition technique. In manufacturing the piezoelectric element having the above-described configuration, a method for manufacturing the diaphragm 42 may be a thin film manufacturing method such as sputtering, CVD, laser ablation, or MBE. In particular, in the sputtering method, an oxide thin film epitaxially grown on the base body 41 can be obtained by sufficiently heating the deposition substrate during heating.

また、上記圧電体素子の製造における基板41上に積層される下部電極44や、上部電極の作製方法としては、スパッタ法、CVD法、PLD法、Sol−Gel法、MBE法、水熱合成等の薄膜作製技術を用いることができる。これらの方法により、電極材料を特定の方向に配向させて成膜することができる。   In addition, as a method for producing the lower electrode 44 and the upper electrode laminated on the substrate 41 in the manufacture of the piezoelectric element, sputtering, CVD, PLD, Sol-Gel, MBE, hydrothermal synthesis, etc. The thin film manufacturing technique can be used. By these methods, a film can be formed by orienting the electrode material in a specific direction.

下部電極44上に圧電体45を成膜するには、スパッタ法、CVD法、Sol−Gel法、MBE法、水熱合成法等の方法で圧電体を成膜、結晶成長させる方法を用いることができる。   In order to form the piezoelectric body 45 on the lower electrode 44, a method of forming a piezoelectric body and growing a crystal by a method such as sputtering, CVD, Sol-Gel, MBE, or hydrothermal synthesis is used. Can do.

また、圧電体45上に上部電極46を成膜するには、上述の方法に加えて、蒸着法などの気相法、スクリーン印刷法などの塗布法、メッキ法などの液相法など方法によることができる。   In addition to the above method, the upper electrode 46 is formed on the piezoelectric body 45 by a method such as a vapor phase method such as an evaporation method, a coating method such as a screen printing method, or a liquid phase method such as a plating method. be able to.

上記圧電体素子のバッファ層の作製としては、バッファ材料を用いて電極の作製方法と同様の方法を使用することができる。   For the production of the buffer layer of the piezoelectric element, a method similar to the method for producing an electrode using a buffer material can be used.

[液体吐出ヘッドの製造方法]
本実施態様の液体吐出ヘッドの製造方法としては、薄膜成膜技術を使用する方法を挙げることができる。本実施態様の液体吐出ヘッドを製造するには、上記構成の圧電体素子の基体41に個別液室(圧力室)61を設ける方法と、別の基体に個別液室を設け、これと圧電体素子とを接合する方法などによることができる。
[Method of manufacturing liquid discharge head]
As a manufacturing method of the liquid discharge head of this embodiment, a method using a thin film deposition technique can be mentioned. In order to manufacture the liquid discharge head of this embodiment, a method of providing the individual liquid chamber (pressure chamber) 61 in the base body 41 of the piezoelectric element having the above-described configuration, and providing a separate liquid chamber in another base body and the piezoelectric body It can be based on a method of joining the element.

前者の方法としては、上記と同様の方法で圧電体素子を作製し、基体41の一部を一定のピッチで除去し、複数の個別液室となる凹部を形成する。この凹部の形成には、例えば、異方性エッチングを利用したウエットエッチングや、ICP、リーガプロセス、ボッシュプロセスなどのドライエッチング、あるいはサンドミル等の方法を用いることができる。個別液室の平面形状としては、長方形、円形、楕円形等適宜選択することができる。また、サイドシューターの場合、個別液室の形状を液吐出口に向かってテーパー部を有する絞った形状にすることもできる。この凹部に対応して吐出口53を穿孔したノズルプレート52を接合する、あるいは、吐出口53および連通孔を形成したノズルプレートを接合して液体吐出ヘッドを作製することができる。ノズルプレートの材質としては接合する基体と同じ材質であっても異なる材質、例えば、SUS、Ni等であってもよく、接合する基体との熱膨張係数の差が1E−6/℃から1E−8/℃である材料が好ましい。ノズルプレートに吐出口を穿孔する方法としては、エッチング、機械加工、レーザー光照射などの方法を挙げることができる。   As the former method, a piezoelectric element is manufactured by the same method as described above, and a part of the base body 41 is removed at a constant pitch to form a plurality of concave portions to be individual liquid chambers. For example, wet etching using anisotropic etching, dry etching such as ICP, Liga process, Bosch process, sand mill, or the like can be used to form the recess. The planar shape of the individual liquid chamber can be appropriately selected from a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, and the like. In the case of a side shooter, the shape of the individual liquid chamber can be a narrowed shape having a tapered portion toward the liquid discharge port. The liquid discharge head can be manufactured by joining the nozzle plate 52 having the discharge port 53 perforated corresponding to the concave portion, or joining the discharge plate 53 and the nozzle plate having the communication hole. The material of the nozzle plate may be the same as or different from the substrate to be bonded, such as SUS, Ni, etc., and the difference in thermal expansion coefficient from the substrate to be bonded is 1E-6 / ° C. to 1E−. A material that is 8 / ° C is preferred. Examples of a method for perforating the discharge port in the nozzle plate include methods such as etching, machining, and laser beam irradiation.

上記基体41とノズルプレート52の接合方法としては、有機接着剤を用いる方法でもよいが、無機材料による金属接合による方法が好ましい。金属接合に用いられる材料としては、In、Au、Cu、Ni、Pb、Ti、Cr等を挙げることができる。これらの金属材料は250℃以下の低温で上記基体とノズルプレートとを接合することができ、基体との熱膨張係数の差が小さく、長尺化された場合に素子の反り等による問題が回避され、圧電体に対する損傷も抑制できる。   As a method for bonding the base body 41 and the nozzle plate 52, a method using an organic adhesive may be used, but a method using metal bonding with an inorganic material is preferable. Examples of materials used for metal bonding include In, Au, Cu, Ni, Pb, Ti, and Cr. These metal materials can bond the base and the nozzle plate at a low temperature of 250 ° C. or less, and the difference in thermal expansion coefficient from the base is small. In addition, damage to the piezoelectric body can be suppressed.

以下、本実施態様の圧電体、圧電体素子を用いた液体吐出ヘッドについて具体的に説明する。本実施態様の圧電体や圧電体素子、これを用いた液体吐出ヘッドの技術的範囲はこれに限定されるものではない。
[実施例1]
以下の方法により液体吐出ヘッドを作製した。
Hereinafter, the liquid discharge head using the piezoelectric body and the piezoelectric element of the present embodiment will be specifically described. The technical scope of the piezoelectric body and piezoelectric element of the present embodiment and the liquid discharge head using the piezoelectric body is not limited to this.
[Example 1]
A liquid discharge head was produced by the following method.

まず、スパッタリング装置(L−210−FH(ANELVA製))を用い、Si基板の開口部上に安定化ジルコニアYSZ(Y23−ZrO2)を成膜し、振動板を作製した。このとき、Si基板は800℃に加熱し、イオン化するガスとして、Ar及びO2を用い、Si基板とターゲット間の印加電力は60W、装置内の圧力は1.0Paとして結晶成長させ、単一配向の膜厚200nmの振動板を得た。 First, using a sputtering apparatus (L-210-FH (manufactured by ANELVA)), a stabilized zirconia YSZ (Y 2 O 3 —ZrO 2 ) film was formed on the opening of the Si substrate to produce a diaphragm. At this time, the Si substrate is heated to 800 ° C., Ar and O 2 are used as the ionizing gas, the applied power between the Si substrate and the target is 60 W, and the pressure in the apparatus is 1.0 Pa. A diaphragm having an oriented film thickness of 200 nm was obtained.

次に、振動板の作製法方と同様の方法で下部電極を作製した。このとき、ターゲットとしてPtを用い、基板の温度600℃、イオン化するガスArを用い、振動板とターゲット間の印加電力は100W、装置内の圧力は0.5Paとして、単一高配向の膜厚400nmのPt膜を得た。   Next, a lower electrode was produced by the same method as the method for producing the diaphragm. At this time, Pt is used as the target, the substrate temperature is 600 ° C., the ionizing gas Ar is used, the applied power between the diaphragm and the target is 100 W, and the pressure in the apparatus is 0.5 Pa. A 400 nm Pt film was obtained.

その後、上記スパッタリング装置を用い、ターゲットとして以下のターゲット組成(1)(2)の2種のペロブスカイト酸化物を、異なる領域に配置した図5に示すものを用いた。シャッターの開口をターゲットの一つの組成領域に対向させ、一定時間固定し基板へ成膜した後、開口が他の組成領域に対向するようにシャッターを移動し成膜をすることを反復した。異なる組成の結晶相各々20層が交互に積層され、各結晶相間に境界層が積層された圧電体を得た。基板の温度650℃、イオン化するガスAr及びO2を用い、電極とターゲット間の印加電力は100W、装置内の圧力は0.5Paとした。ターゲット組成(1)及び(2)の領域のスパッタリング時間8min、シャッターの開口のターゲットの一つの領域から次の領域への移動時間(境界層形成時間)を2minとした。図1に示す正方晶と菱面体晶とその混相の境界層からなる膜厚3000nmの圧電体を得た。 Then, using the said sputtering apparatus, what was shown in FIG. 5 which has arrange | positioned 2 types of perovskite oxides of the following target composition (1) (2) as a target in a different area | region was used. After the shutter opening was made to face one composition region of the target, fixed for a certain period of time and deposited on the substrate, the shutter was moved so that the opening faced the other composition region, and deposition was repeated. A piezoelectric body was obtained in which 20 crystal phases having different compositions were alternately laminated, and a boundary layer was laminated between the crystal phases. The substrate temperature was 650 ° C., ionizing gases Ar and O 2 were used, the applied power between the electrode and the target was 100 W, and the pressure in the apparatus was 0.5 Pa. The sputtering time of the target composition (1) and (2) regions was 8 min, and the movement time (boundary layer formation time) from one region of the target of the shutter opening to the next region was 2 min. A piezoelectric body having a film thickness of 3000 nm composed of a tetragonal crystal, rhombohedral crystal, and a mixed phase boundary layer thereof was obtained as shown in FIG.

ターゲット組成
(1)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、x=0、y=0.45
(2)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、x=0、y=0.55
その後、上部電極を、上記下部電極の作製方法と同様の方法により作製した。
Target composition (1) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, x = 0, y = 0.45
(2) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, x = 0, y = 0.55
Then, the upper electrode was produced by the same method as the production method of the lower electrode.

次に、Si基板を、振動板42が設けられた面と反対側の面からICPによるドライエッチング法を行って中央部を取り除き凹部を形成した。このとき、基板の温度は20℃、使用ガスはSF6、C48、高周波コイルの誘電はRFで1800W、装置内の圧力は4.0Paとした。液体出口53を備えたSi製のノズルプレートを凹部を形成したSi基板に、Si−Si接合法により張り合わせた。圧電体素子の振動板の長さ5000μm、幅100μmの液体吐出ヘッドを作製した。 Next, the Si substrate was subjected to ICP dry etching from the surface opposite to the surface on which the vibration plate 42 was provided to remove the central portion to form a recess. At this time, the temperature of the substrate was 20 ° C., the gases used were SF 6 and C 4 F 8 , the dielectric of the high frequency coil was 1800 W in RF, and the pressure in the apparatus was 4.0 Pa. A Si nozzle plate provided with a liquid outlet 53 was bonded to a Si substrate having a recess by a Si-Si bonding method. A liquid discharge head having a length of 5000 μm and a width of 100 μm of the diaphragm of the piezoelectric element was produced.

得られた圧電体素子と液体吐出ヘッドについて、印可電圧20V、10kHz時の圧電体素子変位量と、液体吐出ヘッドの液滴の吐出量と吐出速度を測定した。
[実施例2]
圧電体作製のターゲット組成を以下のものとし、図6に示すターゲットを使用した他は実施例1と同様の方法により液体吐出ヘッドを作製した。3分割したターゲット領域にそれぞれ圧電体材料としてターゲット組成(1)〜(3)を配置した。各々の組成領域のスパッタリング時間は各々15min、13min、11minとし、シャッターの開口の移動時間を4minとした。正方晶、菱面体晶、この両方の結晶相が混在するMPB層の3層の各々20層と、その混相の境界層が順次積層された圧電体を得た。各結晶相の成膜時間を異ならせることで、図2に示すような各結晶相の膜厚の異なる圧電体を形成することができた。
With respect to the obtained piezoelectric element and liquid discharge head, the amount of displacement of the piezoelectric element at an applied voltage of 20 V and 10 kHz, the discharge amount of liquid droplets and the discharge speed of the liquid discharge head were measured.
[Example 2]
A liquid ejection head was produced by the same method as in Example 1 except that the target composition for producing the piezoelectric body was as follows, and the target shown in FIG. Target compositions (1) to (3) were respectively disposed as piezoelectric materials in the three target regions. The sputtering time for each composition region was 15 min, 13 min, and 11 min, respectively, and the moving time of the shutter opening was 4 min. A piezoelectric body was obtained in which 20 layers each of three layers of tetragonal crystals, rhombohedral crystals, and both of these crystal phases were mixed, and a boundary layer of the mixed phases was sequentially laminated. By changing the film formation time of each crystal phase, it was possible to form piezoelectric bodies having different film thicknesses of each crystal phase as shown in FIG.

ターゲット組成
(1)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=La、x=0.07、y=0.40、xm=1.10
(2)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=Ca、x=0.02、y=0.52、xm=1.10
(3)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=Ba、x=0.03、y=0.55、xm=1.10
得られた圧電体素子と液体吐出ヘッドについて、実施例1と同様にして変位量と液滴吐出量と吐出速度を測定した。
[実施例3]
圧電体作製のターゲット組成として以下(1)〜(6)を用い、6分割したターゲット領域に圧電体材料をそれぞれ配置したターゲットを使用した。それ以外は実施例1、2と同様の方法により液体吐出ヘッドを作製した。各々の組成領域のスパッタリング時間は各々24min、24min、24min、30min、24min、36minとした。シャッターの開口の移動時間を6minとした。正方晶、菱面体晶、正方晶、擬似立方晶、正方晶、単斜晶を各々10層と、境界層を順次積層した圧電体を得た。ターゲットの分割領域と、スパッタ時間を適宜変更して、目的の膜厚を有する複数の結晶相が積層された圧電体を形成することができた。
During target composition (1) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 Formula, M = La, x = 0.07 , y = 0.40, xm = 1.10
(2) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, M = Ca, x = 0.02 , y = 0.52, xm = 1.10
(3) (Pb 1-x M x ) xm (Zr y Ti 1-y ) O 3 where M = Ba, x = 0.03, y = 0.55, xm = 1.10
For the obtained piezoelectric element and liquid discharge head, the displacement amount, the droplet discharge amount, and the discharge speed were measured in the same manner as in Example 1.
[Example 3]
The following (1) to (6) were used as target compositions for producing a piezoelectric body, and targets each having a piezoelectric material arranged in six target areas were used. Otherwise, a liquid discharge head was produced by the same method as in Examples 1 and 2. The sputtering time for each composition region was 24 min, 24 min, 24 min, 30 min, 24 min, and 36 min, respectively. The moving time of the shutter opening was 6 min. A piezoelectric body in which 10 layers each of tetragonal, rhombohedral, tetragonal, pseudocubic, tetragonal, and monoclinic crystals and a boundary layer were sequentially laminated was obtained. The target divided region and the sputtering time were appropriately changed to form a piezoelectric body in which a plurality of crystal phases having a target film thickness were laminated.

ターゲット組成
(1)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=La、x=0.07、y=0.40、xm=1.15
(2)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=Sr、x=0.02、y=0.52、xm=1.15
(3)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=Bi、x=0.03、y=0.40、xm=1.15
(4)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=Sb、x=0.02、y=0.52、xm=1.15
(5)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=W、x=0.02、y=0.40、xm=1.15
(6)(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3式中、M=La、x=0.03、y=0.52、xm=1.15
Zr量0.52の上記(2)(4)(6)により成膜時間を24min、30min、36minとしたため、膜に対して負荷される応力に差が生じ、(2)は菱面体晶、(4)擬似立方晶、(6)は単斜晶の構造をとると考えられる。
Target composition (1) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, M = La, x = 0.07 , y = 0.40, xm = 1.15
(2) (Pb 1-x M x ) xm (Zr y Ti 1-y ) O 3 where M = Sr, x = 0.02, y = 0.52, xm = 1.15
(3) (Pb 1-x M x ) xm (Zr y Ti 1-y ) O 3 where M = Bi, x = 0.03, y = 0.40, xm = 1.15
(4) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, M = Sb, x = 0.02 , y = 0.52, xm = 1.15
(5) (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 wherein, M = W, x = 0.02 , y = 0.40, xm = 1.15
(6) in (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 Formula, M = La, x = 0.03 , y = 0.52, xm = 1.15
Since the film formation time was set to 24 min, 30 min, and 36 min according to the above (2), (4), and (6) with a Zr amount of 0.52, a difference occurred in the stress applied to the film, and (2) is rhombohedral, (4) Pseudocubic, (6) is considered to have a monoclinic structure.

得られた圧電体素子と液体吐出ヘッドについて、実施例1、2と同様にして変位量と液滴吐出量と吐出速度を測定した。   With respect to the obtained piezoelectric element and liquid discharge head, the displacement amount, the droplet discharge amount, and the discharge speed were measured in the same manner as in Examples 1 and 2.

[比較例1]
圧電体作製のターゲット組成を(Pb1-xx)(ZryTi1-y)O3 式中、x=0、y=0.50焼結体とし、基板の加熱温度を600℃とする他は実施例1と同様の方法により液体吐出ヘッドを作製した。正方晶と菱面体晶とが混在する多結晶の圧電体を得た。
[Comparative Example 1]
The target composition for producing the piezoelectric body is (Pb 1-x M x ) (Z ry Ti 1-y ) O 3 formula, where x = 0, y = 0.50 sintered body, and the heating temperature of the substrate is 600 ° C. Except for this, a liquid discharge head was manufactured in the same manner as in Example 1. A polycrystalline piezoelectric body in which tetragonal crystals and rhombohedral crystals were mixed was obtained.

得られた圧電体素子と液体吐出ヘッドについて、実施例1と同様にして変位量と液滴吐出量と吐出速度を測定した。   For the obtained piezoelectric element and liquid discharge head, the displacement amount, the droplet discharge amount, and the discharge speed were measured in the same manner as in Example 1.

結果より、実施例1圧電体素子の変位量は0.40nmであった。実施例2の変位量は0.55nmであった。実施例3の変位量は0.54nmであった。これに対し、比較例1の正方晶の層のみからなる圧電体素子の変位量は0.35nmであった。   From the results, the displacement amount of the piezoelectric element of Example 1 was 0.40 nm. The displacement amount of Example 2 was 0.55 nm. The displacement amount of Example 3 was 0.54 nm. On the other hand, the displacement amount of the piezoelectric element consisting only of the tetragonal layer of Comparative Example 1 was 0.35 nm.

実施例1の液体吐出ヘッドに20Vの電圧を印加(10kHz)したときの吐出量は17pl、吐出速度は14m/secであった。実施例2の液体吐出ヘッドに20Vの電圧を印加(10kHz)したときの吐出量は19pl、吐出速度は16m/secであった。実施例3の液体吐出ヘッドに20Vの電圧を印加(10kHz)したときの吐出量は19pl、吐出速度は15m/secであった。これに対し、比較例1の液体吐出ヘッドの吐出量、吐出速度はそれぞれ16pl、13m/secであり、吐出量、吐出速度は実施例と比較して低下した。   When a voltage of 20 V was applied to the liquid discharge head of Example 1 (10 kHz), the discharge amount was 17 pl and the discharge speed was 14 m / sec. When a voltage of 20 V was applied (10 kHz) to the liquid discharge head of Example 2, the discharge amount was 19 pl and the discharge speed was 16 m / sec. When a voltage of 20 V was applied to the liquid discharge head of Example 3 (10 kHz), the discharge amount was 19 pl and the discharge speed was 15 m / sec. On the other hand, the discharge amount and discharge speed of the liquid discharge head of Comparative Example 1 were 16 pl and 13 m / sec, respectively, and the discharge amount and discharge speed were lower than in the example.

さらに、これらの液体吐出ヘッドの耐久試験を行なったところ、本実施態様の実施例の液体吐出ヘッドは109回を越えても不吐ノズルはなかったのに対し、比較例では106〜107回で剥離が生じ、不吐出のノズル部分が発生した。本実施態様の圧電体を適用することで、耐久性が高く、剥離の生じにくい圧電素子を得ることができることが分かる。 Further, when durability tests of these liquid discharge heads were performed, the liquid discharge heads of the examples of the present embodiment had no discharge failure nozzles even after exceeding 10 9 times, whereas in the comparative examples, 10 6 to 10 Separation occurred after 7 times, and a non-ejection nozzle part was generated. It can be seen that by applying the piezoelectric body of the present embodiment, a piezoelectric element having high durability and hardly causing peeling can be obtained.

本発明の圧電体の一実施態様の積層構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the laminated structure of one embodiment of the piezoelectric material of this invention. 本発明の圧電体の一実施態様の積層構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the laminated structure of one embodiment of the piezoelectric material of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一実施態様を示す斜視図である。It is a perspective view showing one embodiment of the liquid discharge head of the present invention. 本発明の液体吐出装置の一実施態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one embodiment of the liquid discharge apparatus of this invention. 本発明の圧電体の製造方法に用いるスパッタ装置のターゲットとシャッターとの関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the target and shutter of a sputtering device used for the manufacturing method of the piezoelectric material of this invention. 本発明の圧電体の製造方法に用いるスパッタ装置のターゲットとシャッターとの関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the target and shutter of a sputtering device used for the manufacturing method of the piezoelectric material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

41 基体
42 振動板
43 バッファ層
44 下部電極
45 圧電体
46 上部電極
51 圧電体素子
52 ノズルプレート
53 吐出口
61 圧力室(個別液室)
81 インクジェット記録装置(液体吐出装置)
41 Base 42 Diaphragm 43 Buffer Layer 44 Lower Electrode 45 Piezoelectric 46 Upper Electrode 51 Piezoelectric Element 52 Nozzle Plate 53 Discharge Port 61 Pressure Chamber (Individual Liquid Chamber)
81 Inkjet recording device (liquid ejection device)

Claims (6)

(Pb1-xxxm(ZryTi1-y)O3(式中、MがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、及びWから選択されるいずれか1種類の元素を示す。)で表されるペロブスカイト型酸化物ABO3の積層構造を有する圧電体であって、
該積層構造は、
正方晶、菱面体晶、擬似立方晶または単斜晶のいずれかから選択された結晶相を有する層状の第1の結晶相と、
正方晶、菱面体晶、擬似立方晶または単斜晶のいずれかから選択され、かつ前記第1の結晶相の結晶相と異なる結晶相を有する層状の第2の結晶相と、
前記第1の結晶相と前記第2の結晶相との間に、結晶相が層の厚さ方向において漸次に変化する境界層とを有し、
積層構造全体として、単結晶構造または一軸配向結晶構造を有することを特徴とする圧電体。
In (Pb 1-x M x) xm (Zr y Ti 1-y) O 3 ( wherein, M is La, Ca, Ba, Sr, Bi, Sb, and one kind of element selected from W A piezoelectric body having a laminated structure of perovskite oxide ABO 3 represented by:
The laminated structure is
A layered first crystal phase having a crystal phase selected from any of tetragonal, rhombohedral, pseudocubic or monoclinic;
A layered second crystal phase selected from tetragonal, rhombohedral, pseudocubic or monoclinic and having a crystal phase different from the crystal phase of the first crystal phase;
A boundary layer between the first crystal phase and the second crystal phase, wherein the crystal phase gradually changes in the thickness direction of the layer;
A piezoelectric body characterized by having a single crystal structure or a uniaxially oriented crystal structure as a whole laminated structure.
前記式中、0.45≦y<1を満たすことを特徴とする請求項1に記載の圧電体。   2. The piezoelectric body according to claim 1, wherein 0.45 ≦ y <1 is satisfied in the formula. 請求項1または2に記載の圧電体と、該圧電体に接して設けられた1対の電極とを有することを特徴とする圧電体素子。   A piezoelectric element comprising the piezoelectric body according to claim 1 and a pair of electrodes provided in contact with the piezoelectric body. 吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子とを有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体素子として請求項3に記載の圧電体素子を用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。   A liquid discharge head having an individual liquid chamber communicating with the discharge port and a piezoelectric element provided corresponding to the individual liquid chamber, and discharging the liquid in the individual liquid chamber from the discharge port; A liquid discharge head comprising the piezoelectric element according to claim 3 as the piezoelectric element. 請求項4に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。   A liquid discharge apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 4. 請求項1または2に記載の圧電体の製造方法であって、
複数の圧電体材料を異なる領域に配置したターゲットを設ける工程と、
スパッタを行うターゲットの領域を変化させスパッタリングを行う工程とを有することを特徴とする圧電体の製造方法。
A method of manufacturing a piezoelectric body according to claim 1 or 2,
Providing a target in which a plurality of piezoelectric materials are arranged in different regions;
And a step of performing sputtering by changing a region of a target to be sputtered.
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