JP2010092994A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室12が形成された流路形成基板10と、下電極60と、下電極60上に形成された圧電体層70と、圧電体層70の下電極60とは反対側に形成された上電極80と、を備え、圧力発生室12に圧力を発生させてノズル開口から液滴を吐出する圧電素子300と、を具備し、下電極60は、ランタンニッケル酸化物を含む第一電極層61と、第一電極層61の圧電体層70側に形成され、ペロブスカイト型構造を有する遷移金属酸化物を含む第二電極層62と、を有し、第二電極層62の面内の格子定数は、第一電極層61の面内の格子定数よりも大きく、且つ圧電体層70の面内の格子定数よりも大きい。
【選択図】図3
Description
かかる態様では、格子定数の大きな第二電極層上に圧電体層を設けるので、面内方向の格子定数が大きな圧電体層となり、変位特性を向上することができる。また、ランタンニッケル酸化物を含む第一電極層によって圧電体層を(100)面に優先配向させることができ、優れた変位特性を有する圧電体層とすることができる。なお、本発明において、「上電極」や「下電極」なる表現を用いているが、これは、単に圧電体層70の両側の一方と他方とを特定するために用いているものであり、流路形成基板に対する配置のことではない。
かかる態様では、低い駆動電圧で、重量の大きな液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドを実現できる。
かかる態様では、格子定数の大きな第二電極層上に圧電体層を設けるので、面内方向の格子定数が大きな圧電体層となり、変位特性を向上することができる。また、ランタンニッケル酸化物を含む第一電極層によって圧電体層を(100)面に優先配向させることができ、優れた変位特性を有する圧電体層とすることができる。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図であり、図3は、インクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
。
ここで、(110)面に優先配向したシリコンウェハ上に、二酸化シリコン(SiO2)からなり厚さが1000nmの弾性膜50と、二酸化ジルコニウム(ZrO2)からなり厚さが500nmの絶縁体膜55とを設け、絶縁体膜55上に下電極膜60として、上述した実施形態1と同様に、ランタンニッケル酸化物(LNO)からなり厚さが100nmの第一電極層61と、バリウム鉛酸化物(BaPbO3)からなり厚さが40nmの第二電極層62とを設けた。そして、この下電極膜60上にPb(Zr0.5Ti0.5)O3となる圧電体層70を形成した後、圧電体層70上にイリジウム(Ir)からなり厚さが200nmの上電極膜80を形成した。
比較のため、上述した実施例の第二電極層62を形成しないもの、すなわち、下電極膜60が第一電極層61のみで構成される以外、上述した実施例と同じ構成のものを形成した。
上述した実施例及び比較例における第一電極層61、第二電極層62及び圧電体層70の格子定数を測定した。また、圧電素子300の変位量を測定した。この結果を下記表1に示す。なお、格子定数は、膜の面内方向をa軸、厚さ方向をc軸と表している。また、格子定数は、X線回折法(X-Ray Diffraction)により測定したX線の回折ピークにより求めた。また、面内方向の格子定数の測定には、in-plane法を用いた。変位量は、上下電極膜に電圧を印加して、圧電素子の変位量をレーザー変位計で測定した。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が(100)面、(110)面等のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 61 第一電極層、 62 第二電極層、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 120 駆動回路、 300 圧電素子
Claims (7)
- 液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、
下電極と、該下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記下電極とは反対側に形成された上電極と、を備え、前記圧力発生室に圧力を発生させて前記ノズル開口から液滴を吐出する圧電素子と、を具備し、
前記下電極は、ランタンニッケル酸化物を含む第一電極層と、該第一電極層の前記圧電体層側に形成され、ペロブスカイト型構造を有する遷移金属酸化物を含む第二電極層と、を有し、
前記第二電極層の面内の格子定数は、前記第一電極層の面内の格子定数よりも大きく、且つ前記圧電体層の面内の格子定数よりも大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記第二電極層は、バリウム鉛酸化物を含むことを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴射ヘッド。
- 前記第一電極層は、(100)面に優先配向していることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電体層は、単斜晶系のペロブスカイト型構造を有し、且つ(100)面に優先配向していることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
- 下電極と、前記下電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層の前記下電極とは反対側に形成された上電極と、を備えた圧電素子を具備する圧電アクチュエータであって、
前記下電極は、ランタンニッケル酸化物を含む第一電極層と、該第一電極層の前記圧電体層側に形成され、ペロブスカイト型構造を有する遷移金属酸化物を含む第二電極層と、を有し、
前記第二電極層の面内の格子定数は、前記第一電極層の面内の格子定数よりも大きく、且つ、前記圧電体層の面内の格子定数よりも大きいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
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