JP2008267859A - 圧電効果の測定方法、圧電効果の測定装置、圧電体素子、及び流体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】誤差を低減して、電場と垂直方向の圧電効果を測定できる圧電効果の測定方法と、圧電効果の測定装置とを提供すること。
【解決手段】圧電体層１１と、圧電体層１１を挟持する上電極１２及び下電極１３とを備えた圧電体素子１０の圧電効果を測定する方法であって、一方の端部は固定され、他方の端部に探針を有するカンチレバー２０と、カンチレバー２０の変位を検出する測定系３０とを備えた測定装置を用い、カンチレバー２０の探針を上電極１２上に形成された凹部又は突起に係止した状態で上電極１２と下電極１３との間に電圧を印加し、測定系３０によりカンチレバー２０の変位を測定することを特徴とする圧電効果の測定方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電効果の測定方法、圧電効果の測定装置、圧電体素子、及び流体噴射ヘッドに関する。

圧電効果の測定には原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略記する）が用いられている。測定方法としては、カンチレバーの探針を圧電体素子の電極に接触させた状態で、両電極間に電場を与えて圧電体層の変位を測定するコンタクトモードが広く用いられている。（非特許文献１）
Japanese Journal of Applied Physics, 第４１巻、６７３５頁（２００２年）

従来のＡＦＭでは、両電極間の電場方向の変位の測定には有効であったが、両電極の電場と垂直方向（電極面方向）の変位の測定には、誤差が大きく実用的に利用することができなかった。

本発明は、誤差を低減して、電場と垂直方向の圧電効果を測定できる圧電効果の測定方法と、圧電効果の測定装置とを提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を特徴とする圧電効果の測定方法、圧電効果の測定装置、圧電体素子、及び流体噴射ヘッドである。

圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子の圧電効果を測定する方法であって、一方の端部は固定され、他方の端部に探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を検出する測定系とを備えた測定装置を用い、前記カンチレバーの探針を前記第１の電極上に形成された凹部又は突起に係止した状態で前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、前記測定系により前記カンチレバーの変位を測定することを特徴とする圧電効果の測定方法である。この方法によれば、
前記凹部又は前記突起により、圧電効果の測定中、前記カンチレバーが前記第１の電極上に固定されて滑らないので、変位量を正確に測定することができ、誤差を低減して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる。

前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に形成された溝又は突条であることが好ましい。この方法によれば、前記カンチレバーの前記探針を確実に係止できるので、前記探針のすべりによる誤差の発生を抑え、正確に測定できるようになる。

複数の前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に略直線状に配列されていることが好ましい。この方法によれば、一軸方向に複数箇所の変位を測定できるので、圧電定数を容易に導出できる。

前記溝又は前記突条の前記延在方向と前記配列方向とが直交することが好ましい。この方法によれば、すべての前記溝又は前記突条の延在方向の側面は、同じ方向からの圧電効果を受けるので、より誤差を低減して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる。

圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子の圧電効果を測定する装置であって、一方の端部は固定され、他方の端部に探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を検出する測定系とを有し、前記探針の先端部が、前記探針の先端側から見て略矩形状に形成されていることを特徴とする圧電効果の測定装置である。

従来、電場と垂直方向の圧電効果を測定するためには、測定中に前記探針が前記第１の電極上で固定されなければならないので、前記探針の先端部は鋭利な形状に加工されていた。前記探針の先端部がこのような形状であると、前記探針の先端部の表面積が小さいため、前記圧電体素子が持つ熱的揺らぎや分子構造による影響を受けやすい。そのため、測定結果に大きな誤差が生じ、実用的な測定結果を得ることができなかった。また、このような形状の前記探針の先端部は破損しやすかった。

そこで、本発明の構成を備えると、圧電効果の測定中、前記カンチレバーが前記第１の電極上に固定されて滑らないので、変位量を正確に測定することができ、誤差を低減して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる測定装置とすることができる。また、前記探針の先端部が、前記探針の先端側から見て略矩形状に形成されることで、前記探針の先端部の表面積を大きくできるので、圧電効果の測定中における前記探針の破損を抑えた測定装置とすることができる。

前記探針の先端部は、前記矩形の長手方向に４μｍ以上の長さを有していることが好ましい。この構成を備えることで、前記先端部と前記圧電体素子との接触面積を増大させることができる。

これにより、測定中前記カンチレバーが前記第１の電極上で固定させ、滑らないようにできるので、変位量を正確に測定することができ、誤差を低減して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる測定装置とすることができる。また、前記探針の先端部が、前記探針の先端側から見て略矩形状に形成されることで、前記探針の先端部の表面積を大きくできるので、圧電効果の測定中における前記探針の破損を抑えた測定装置とすることができる。

圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子であって、前記第１の電極の前記圧電体層と反対側の面に配列された複数の凹部又は突起を有することを特徴とする圧電体素子である。この構成を備えることで、圧電効果の測定装置のカンチレバーを、前記凹部又は前記突起に係止して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を測定できるので、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる圧電体素子とすることができる。

前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に形成された溝又は突条であることが好ましい。この構成を備えることで、前記溝又は前記突条の側壁で圧電効果を受けることができるので、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる圧電体素子とすることができる。

前記溝又は前記突条の前記延在方向と前記配列方向とが直交することが好ましい。この構成を備えることで、すべての前記溝又は前記突条の延在方向の側面は、同じ方向からの圧電効果を受けるので、より誤差を低減して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場と垂直方向の圧電効果を実用的に測定できる圧電体素子とすることができる。

本発明の圧電体素子を備えた流体噴射ヘッドである。この圧電体素子を前記流体噴射ヘッドの回路基板に備えることで、複数の位置で圧電効果を測定して、回路基板を選別することができるので、より製品歩留りを向上させて流体噴射ヘッドを製造することができる。

以下に、本発明におけるＡＦＭ（圧電効果の測定装置）１について、図面を用いながら説明する。図１は本発明の実施形態に係るＡＦＭ１の構成図である。ＡＦＭ１は、圧電体素子設置台１９、カンチレバー２０、測定系３０を備えて構成されている。測定系３０は、交流電源３１、レーザー光源３２、検出器３３、検出回路３４、ロックインアンプ３５、及び解析回路３６を有している。

カンチレバー２０は、カンチレバー設置台１８に設置されている。カンチレバー設置台１８は、カンチレバー２０を圧電体素子１０上に設置するときに位置を微調整できるようになっている。

図２は、（ａ）本実施形態に係るカンチレバー２０の短手方向（Ｙ軸方向）視の断面図、（ｂ）長手方向（Ｘ軸方向）視の側面図、及び（ｃ）探針２２の先端側から（Ｚ軸方向）見た平面図である。

カンチレバー２０は、レバー部２１、及び探針部２２を有している。レバー部２１の端部２１ａはカンチレバー設置台１８に固定されている。一方、固定されていない端部２１ｂの下面には探針２２が形成されている（図２（ａ））。

カンチレバー２０の探針２２は、側面視略対称な形状に形成されている。短手方向（Ｙ軸方向）視では、探針２２の幅は先端に向かって細くなっている。また同時に、探針２２の先端部２３の幅は４μｍ以上になるように形成されている（図２（ａ））。長手方向（Ｘ軸方向）視では、同じく先端に向かって幅が細くなっている。探針２２の先端部２３の幅は、短手方向（Ｙ軸方向）視の幅よりも細くなるように形成されている（図２（ｂ））。また、先端側から（Ｚ軸方向）見ると、探針２２の先端部２３は略矩形状になっている（図２（ｃ））。

図示のレバー部２１は略矩形の平板形状であるが、十分な感度をもつものであれば、その形状は問わない。

図示のカンチレバー２０では、レバー部２１の長手方向、及び探針２２の先端部２３の長手方向がＸ軸方向で一致しているが、必ずしもこれらの方向が一致している必要はない。

カンチレバー２０は、例えばシリコンウェハなどをエッチング法によりパターニングして形成される。

図１に戻り、圧電体素子設置台１９上には、圧電体素子１０が設置される。

図３は、（ａ）溝１２ａ又は突条１２ｂを備えた圧電体素子１０の平面図、（ｂ）溝１２ａを有するときの圧電体素子１０のＡ−Ａ’断面図、及び（ｃ）突条１２ｂを有するときの圧電体素子１０のＡ−Ａ’断面図である。圧電体素子１０は、圧電体層１１と、圧電体層１１の上面に形成された上電極１２と、圧電体層１１の下面に形成された下電極１３とを有して構成されている（図３（ｂ）、図３（ｃ））。

圧電体層１１は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ₃），マグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）、又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃）などの薄膜が用いられる。

上電極１２は、通常の電極として用いることができる導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ₂、Ｉｒ、ＩｒＯ₂等の単層膜又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ₂／ＴｉＮ、ＩｒＯ₂／Ｉｒ、ＩｒＯ₂／ＴｉＮ等の２層以上の積層膜であってもよい。上電極１２は、スパッタ法、蒸着法などにより形成される。

下電極１３は、イリジウムの単層膜、イリジウム層／白金層、白金層／イリジウム層、イリジウム層／白金層／イリジウム層といった積層構造を有するもの、イリジウムと白金の合金からなる膜などを用いることができる。下電極１３は、スパッタ法、蒸着法などにより形成される。

上電極１２の形状は、少なくとも直径２０μｍの円形の表面領域を覆いつつ、一辺の長さが２００μｍの正方形の表面領域内で形成されていれば任意の形状でよいが、直径２０μｍ以上２００μｍ以下の略円形、または一辺の長さが２０μｍ以上２００μｍ以下の略正方形に形成されていることが好ましい。

上電極１２の少なくとも直径２０μｍの円形の表面領域がなければ、十分な測定精度を得られるだけの測定点を確保することができない。また、一辺の長さが２００μｍの正方形の表面領域より広く上電極１２が形成されていると、上電極１２面内での圧電効果のばらつきが発生する可能性がある。以上の理由から、上電極１２の大きさを以上のように規定している。

上電極１２の上面には溝１２ａが複数形成されている。溝１２ａは、円形の上電極１２の中心付近からＸ軸方向に一定の間隔をもって配列されており、この配列方向は、溝１２ａの延在方向（Ｙ軸方向）と直交している（図３（ａ））。

溝１２ａは、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）によるイオンミリング法、フォトリソグラフィー法、ドライエッチング法などで上電極１２を部分的に除去する方法、あるいは溝１２ａになる部分をマスクなどで覆った状態で、蒸着法、スパッタ法などにより薄膜を形成し、その後マスクを除去することで周辺を盛り上げる方法により形成することができる。形成された溝１２ａは、平面視略矩形状である（図３（ａ））。

本実施形態の場合、溝１２ａは圧電体層１１に向かってＶ字型に切り込まれた形状になっている（図３（ｂ））。圧電効果の測定中、探針２２の先端部２３は溝１２ａ内に配置される。

なお、本実施形態では上電極１２上に溝１２ａが形成されているが、溝１２ａに代えて、突条１２ｂが形成されてもよい（図３（ｃ））。突条１２ｂは、ＦＩＢによるデポジション、蒸着法、スパッタ法などで突条１２ｂになる位置に薄膜を形成し盛り上げる方法、あるいは突条１２ｂになる部分をマスクなどで覆い、上電極１２をミリング法、エッチング法などで上電極１２を部分的に除去し突条１２ｂを浮かびあがらせる方法で形成することができる。

上電極１２上に突条１２ｂを形成した場合には、カンチレバー２０の探針２２を隣り合う突条１２ｂの間に配置し、探針２２の先端部２３を突条１２ｂに係止して測定を行う。

図３に示す本実施形態の圧電体素子１０では、圧電体層１１として膜厚１．１μｍのジルコン酸チタン酸鉛の薄膜を用いている。上電極１２は直径３０μｍの略円形状に形成されており、幅（Ｘ軸方向）０．５μｍ、長さ（Ｙ軸方向）３．０μｍの溝１２ａが、上電極１２の中心からＸ軸に沿って両側に、２．５μｍ、５．０μｍ、７．５μｍ、１０μｍの位置に形成されている。

ここで、図１のＡＦＭ１の説明に戻る。交流電源３１は、圧電体層１１に電位を与えるために用いられる。また、交流電源３１の電流は、ロックインアンプ３５の参照信号としても用いられる。

レーザー光源３２は、反射板２４にレーザー光を照射するために用いられる。検出器３３は、複数の受光素子が配列されており、図示は省略しているが平面視略円形に形成されており、受光素子が配列された面を反射板２４側に向けて設置されている。検出器３３は、反射板２４からの反射光を受光できるものであれば任意の形状のものを用いることができる。

検出回路３４は検出器３３に入射されたレーザー光の入射位置を検出する回路である。検出回路３４で求められた入射位置データはロックインアンプ３５に入力される。

ロックインアンプ３５は、検出回路３４から送られた入射位置データのノイズを低減すために用いられる。ロックインアンプ３５には、入射位置データのノイズを低減するための参照信号として、交流電源３１の交流信号が入力されている。

解析回路３６では、ロックインアンプ３５から送られた、ノイズが低減された入射位置データの解析を行う。まず始めに、入力された入射位置データを、電極１２、１３間の電場方向の入射位置の成分と、電極１２、１３間の電場と垂直方向の入射位置の成分とに分離する。次に、これらの成分を解析して、電場方向の変位と、電場と垂直方向の変位とが得られる。

次に、以上で説明した図１のＡＦＭ１による圧電効果の測定方法について説明する。圧電効果の測定は、圧電体素子１０の設置、カンチレバー２０の設置、位置調整、圧電効果の測定、データ解析の順で行われる。

初めに、圧電体素子１０の設置について説明する。上電極１３に形成された溝１２ａを上にして、圧電体素子１０を図１の圧電体素子設置台１９に設置する。このとき、溝１２ａの長手方向（図２のＸ軸方向）が検出器３３を向くようにする。

次にカンチレバー２０をカンチレバー設置台１８に取り付ける。

引き続いて位置合わせを行う。図４は、上電極１２上にカンチレバー２０を配置したときの平面図である。図２のカンチレバー２０の探針２２の先端部２３が溝１２ａにはめ込まれるように、カンチレバー設置台１８及び圧電体素子設置台１９を用いて位置合わせを行う。このとき、反射板２４からの反射光は、検出器３３の中心に入射するようになっている。

以上で測定に係る準備を終え、圧電効果の測定を行う。図５は、圧電効果の測定中における圧電体素子１０の断面図である。交流電源３１からカンチレバー２０を介して、上電極１２と下電極１３との間に電位差を与え、圧電体層１１に電場をかける。交流電源３１から供給される電流として、例えば振幅２５Ｖ、周波数１０００Ｈｚの交流電流を用いることができる。

この電場により、圧電体層１１が変形して、上電極１２及び探針２２の先端部２３が変位することで、カンチレバー２０の姿勢が変化する。これにより、反射板２４で反射されるレーザー光の角度が変化して、検出器３３への入射位置が変化する。入射位置の変化は、検出回路３４で検出される。

この測定は複数回実施され、入射位置データはロックインアンプ３５に逐次入力されるようになっている。ロックインアンプ３５では、これらの測定データと参照信号として入力された交流電源３１の交流電流とを比較することで、測定データに含まれるノイズ成分を低減させる。ノイズが低減された入射位置データは、解析回路３６に送られる。

ノイズが低減された入射位置データは、解析回路３６によって圧電効果による変位のデータに変換される。なお、変位のデータは、電極１２、１３間の電場方向の変位と、電極１２、１３間の電場と垂直方向の変位に分けて計算される。

このような圧電効果の測定を、すべての溝１２ａに対して行う。測定データは、上電極１２の中心ではほとんど変位せず、上電極１２の中心からの距離に応じて変位量が大きくなっている。また、その変位の方向は、上電極１２の中心方向である。

次に、測定データの解析を行う。図６は、上電極１２の中心からの距離と、電場と垂直方向における変位との関係を表す図である。本図では、図５において、図示左側に変位したときを正の変位としている。測定データから、電場と垂直方向の変位のデータを取り出し、上電極１２の中心からの距離と、変位の関係をグラフであらわすと、概ね測定データを通るある１つの直線を引くことができる。この直線の傾きをＳ_Averageとする。

圧電体層１１の膜厚をＬ、交流電源３１の電圧をＶ、上電極１２の中心からの距離をＬ_３１、この位置における電場と垂直方向の変位量をΔＬ_３１、電場と垂直方向の圧電定数をｄ_３１とすると、以下の式が得られる。

Ｓ_Average＝ΔＬ_３１／Ｌ_３１＝ｄ_３１×Ｖ／Ｌ
ｄ_３１＝Ｓ_Average×Ｌ／Ｖ

この式を用いることにより、電場と垂直方向の圧電定数ｄ_３１を求めることができる。

電場と垂直方向の圧電定数には前述したｄ_３１、及びｄ_５１法の２種類が存在する。これは、圧電体層１１の結晶方向に起因するもので、圧電体層１１の材質によりそれぞれ異なる。圧電効果による変位は、これらの結晶方向に沿って起こるが、一般に結晶方向は直交しておらず、測定された変位のデータは、ｄ_３１、ｄ_５１が混在したものとなっている。そのため、測定により得られた圧電定数は、溝１２ａの配列方向に沿ったｄ_３１、ｄ_５１の平均値とみなし、１つの圧電定数ｄ_３１をＳ_Averageと関連付けられている。

本発明に係るＡＦＭ１を用いることの作用効果について説明する。

カンチレバー２０の探針２２の先端部２３の形状を、探針２２の先端側から見て略矩形状に形成することで、溝１２ａに探針２２の先端部２３を設置することができるようになったので、圧電効果の測定中に、探針２２の先端部２３を溝１２ａで固定することができるようになった。これにより、測定誤差を少なく、実用的な方法で電場と垂直方向の圧電効果を測定できるようになった。

１つの溝１２ａに対して、ロックインアンプ３５によりノイズを低減させた入射位置データを複数回測定することができるので、電場と垂直方向の圧電効果を測定誤差を低減させて測定できるようになった。

［インクジェットヘッド］
圧電体素子が組みこまれたものとして、インクジェットヘッド（流体噴射ヘッド）について説明する。図７はインクジェットヘッド２５０の分解斜視図であり、図８は、インクジェットヘッド２５０の概略構成を示す側断面図である。

インクジェットヘッド２５０は、図７及び図８に示すようにノズル板２５１と、ヘッド本体２５７と、圧電体素子（振動源）２５４などで構成されている。ヘッド本体２５７は、インク流路（リザーバ等）やキャビティ２３１を区画形成するべく所定平面形状にパターン形成されたインク室基板２５２と、このインク室基板２５２と一体に形成された振動板２５５とを備えている。そして図２に示すように、ヘッド本体２５７が基体２５６に収納されている。

ノズル板２５１は、例えばステンレス板やニッケル板等で構成されたもので、インクを吐出するための多数のノズル２１１がライン状に貫設されたものである。ノズル２１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。ノズル板２５１には、インク室基板２５２が固着されている。インク室基板２５２は、側壁２３２と、ノズル板２５１および振動板２５５とにより、複数のキャビティ２３１と、インクカートリッジＫから供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ２３３と、リザーバ２３３から各キャビティ２３１に、それぞれインクを供給する供給口２３４とを区画形成したものである。

キャビティ２３１は、図２に示したように各ノズル２１１に対応して配設されたもので、後述する振動板２５５の弾性変形によってそれぞれ容積可変になっており、この容積変化によってキャビティ２３１内部を瞬間的に昇圧し、ノズル２１１からインクを吐出するよう構成されたものである。

一方、インク室基板２５２のノズル板２５１と反対の側には振動板２５５が設けられており、さらに振動板２５５のインク室基板２５２と反対側の面には複数の圧電体素子２５４が配設されている。また、この振動板２５５の所定位置には、図２に示したように振動板２５５の厚さ方向に貫通して連通孔２３５が形成されている。そして、連通孔２３５を介してインクカートリッジＫからリザーバ２３３に対して、インクが供給される。

各圧電体素子２５４は、前述したように上電極２０６と下電極２０４との間で圧電体層２０５が挟持されたもので、図３に示すように、圧電体層２０５を各キャビティ２３１のほぼ中央部に対応して配設されたものである。

これら各圧電体素子２５４は、例えば圧電体素子駆動回路に電気的に接続され、図示は省略の圧電体素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）する。すなわち、各圧電体素子２５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエータ）として機能するものとなっており、振動板２５５は、圧電体素子２５４の振動（撓み）によって振動し（撓み）、キャビティ２３１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。これにより、ノズルからインクが吐出され、図示は省略の記録体に画像を形成することができる。

図９は、インクジェットヘッド２５０の回路基板３００の概略平面図である。回路基板３００の中央部には複数の圧電体素子２５４などが配列されたデバイス形成領域３２０が設けられている。デバイス形成領域３２０において、圧電体素子２５４は図示のＸ軸方向に延在し、Ｙ軸方向に沿って一直線上に一定の間隔をもって形成されている。

そして、回路基板３００の周縁部３３０には本発明のテスト用圧電体素子３１０が組み込まれている。周縁部３３０ではインクジェットヘッド用の駆動回路などは形成されておらず、テスト用圧電体素子３１０が形成されていても動作に支障はない。

このテスト用圧電体素子３１０の上電極３１２は略円形で、その直径はおよそ７０μｍに形成されている。上電極３１２上には、溝３１２ａが形成されている。

テスト用圧電体素子３１０を備えることで、製造工程内において、圧電体素子２５４の圧電効果を測定できる。そして、測定結果に基づいて回路基板３００の選別を行うことが可能となるので、不良品を除去し製造歩留りを向上させることができる。これに伴い、均一な画質を実現するインクジェットヘッド２５０を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＡＦＭ１の構成図 カンチレバー２０の側面図、探針２２の先端側から見た平面図 圧電体素子１０の平面図、及び断面図 上電極１２上にカンチレバー２０を設置した平面図 測定中における圧電体素子１０の断面図 上電極１２の中心からの距離と変位との関係を表す図 インクジェットヘッド２５０の分解斜視図 インクジェットヘッド２５０の概略構成を示す側断面図 回路基板３００の平面図

符号の説明

１０…圧電体素子、１１…圧電体層、１２…上電極、１２ａ…溝、１２ｂ…突条、１３…下電極、１８…カンチレバー設置台、１９…圧電体素子設置台、２０…カンチレバー、２１…レバー部、２２…探針、２３…先端部、２４…反射板、３０…測定系、３１…交流電源、３２…レーザー光源、３３…検出器、３４…検出回路、３５…ロックインアンプ、３６…解析回路、２０４…下電極、２０５…圧電体層、２０６…上電極、２５０…インクジェットヘッド、２５４…圧電体素子、３００…回路基板、３１０…テスト用圧電体素子、３１２…上電極、３１２ａ…溝

Claims (10)

1. 圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子の圧電効果を測定する方法であって、
   一方の端部は固定され、他方の端部に探針を有するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの変位を検出する測定系とを備えた測定装置を用い、
   前記カンチレバーの探針を前記第１の電極上に形成された凹部又は突起に係止した状態で前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、
   前記測定系により前記カンチレバーの変位を測定することを特徴とする圧電効果の測定方法。
2. 請求項１に記載の圧電効果の測定方法であって、
   前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に形成された溝又は突条であることを特徴とする圧電効果の測定方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧電効果の測定方法であって、
   複数の前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に略直線状に配列されていることを特徴とする圧電効果の測定方法。
4. 請求項３に記載の圧電効果の測定方法であって、
   前記溝又は前記突条の延在方向と配列方向とが直交することを特徴とする圧電効果の測定方法。
5. 圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子の圧電効果を測定する装置であって、
   一方の端部は固定され、他方の端部に探針を有するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの変位を検出する測定系とを有し、
   前記探針の先端部が、前記探針の先端側から見て略矩形状に形成されていることを特徴とする圧電効果の測定装置。
6. 請求項５に記載の圧電効果の測定装置において、
   前記探針の先端部は、前記矩形の長手方向に４μｍ以上の長さを有していることを特徴とする圧電効果の測定装置。
7. 圧電体層と、前記圧電体層を挟持する第１の電極及び第２の電極とを備えた圧電体素子であって、
   前記第１の電極の前記圧電体層と反対側の面に配列された複数の凹部又は突起を有することを特徴とする圧電体素子。
8. 請求項７に記載の圧電体素子であって、
   前記凹部又は前記突起が、前記第１の電極上に形成された溝又は突条であることを特徴とする圧電体素子。
9. 請求項８に記載の圧電体素子であって、
   前記溝又は前記突条の前記延在方向と前記配列方向とが直交することを特徴とする圧電体素子。
10. 請求項８又は請求項９に記載の圧電体素子を備えた流体噴射ヘッド。

Images