JP2011080132A - 圧電体膜の成膜方法、圧電素子、液体吐出装置、及び圧電型超音波振動子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の鉛含有ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜の成膜方法は、スパッタリング法による成膜において、成膜途中で、前記基板の電位を第1の基板電位Vsub1から、前記圧電体膜の鉛組成を所望の組成とするように第2の基板電位Vsub2に変更する。
【選択図】なし
Description
一般式PbaBbO3・・・(P)
(式中、BはBサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。bは1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)
−10≦Vsub1(V) ・・・(1)、
−10≦Vsub1(V)≦25・・・(2)
(式中、Vsub1は第1の基板電位)
−20<Vsub2(V)<5 ・・・(3)、
450℃<T(℃)<600℃ ・・・(4)
(式中、Vsub2は第2の基板電位、Tは前記工程(A)及び(B)における前記基板温度である)
本発明の成膜方法は、スパッタリング法により1種又は複数種の鉛含有ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜(不可避不純物を含んでいてもよい。)を基板上に成膜する方法であって、成膜途中で、基板の電位を第1の基板電位Vsub1から、圧電体膜の鉛組成を所望の組成とするように第2の基板電位Vsub2に変更することを特徴とするものである。
一般式PbaBbO3・・・(P)
(式中、BはBサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。bは1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)
−10≦Vsub1(V) ・・・(1)、
−10≦Vsub1(V)≦25・・・(2)
(式中、Vsub1は第1の基板電位)
Pba(Zrb1Tib2Xb3)O3・・・(P−1)
(式(P−1)中、XはV族及びVI族の元素群より選ばれた少なくとも1種の金属元素である。a>0、b1>0、b2>0、b3≧0。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。b1+b3+b3は1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)
Xは、VA族、VB族、VIA族、及びVIB族のいずれの金属元素でもよく、V,Nb,Ta,Cr,Mo,及びWからなる群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
図2を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図2はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の膜厚方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
一般式PbaBbO3・・・(P)、
(式中、BはBサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。bは1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)、
Pba(Zrb1Tib2Xb3)O3・・・(P−1)
(式(P−1)中、XはV族及びVI族の元素群より選ばれた少なくとも1種の金属元素である。a>0、b1>0、b2>0、b3≧0。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。b1+b3+b3は1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)
−10≦Vsub1(V) ・・・(1)
(式中、Vsub1は第1の基板電位である。)
図3及び図4を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図3は装置全体図であり、図4は部分上面図である。
印字部102をなすヘッド3K,3C,3M,3Yが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3である。
ロール紙を使用する装置では、図3のように、デカール処理部120の後段に裁断用のカッター128が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター128は不要である。
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部102の上流側に、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
印字検出部124は、印字部102の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
後乾燥部142の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター148を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置100は、以上のように構成されている。
図5を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電型超音波振動子の構造について説明する。図5は圧電型超音波振動子の要部断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
本実施形態の圧電型超音波振動子5は、超音波モータ等に使用できる。
本実施形態の圧電型超音波振動子5はまた、特定周波数の超音波を発生し、対象物より反響して戻ってきた超音波を検知するセンサ等として使用でき、超音波探触子等に使用できる。対象物より反響して戻ってきた超音波を受けて振動板82が振動すれば、その応力に応じて圧電体膜72が変位し、圧電素子4にはその変位量に応じた電圧が生じる。これを検出することで、対象物の形状等を検出することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
(実施例1)
図1に示したスパッタリング装置を用い、真空度0.5Pa、Ar/O2混合雰囲気(O2体積分率2.5%)の条件下で、直径120mmのPb1.3Zr0.52Ti0.48O3焼結体のターゲットを用いて、PZTからなる圧電膜の成膜を行った。基板温度は475℃とした。
図7Aに示されるように、第2の基板電位Vsub2を−5Vとした以外は実施例1と同様にしてPZT膜の成膜を行った。得られた膜のXRDパターンを図7Bに示す。
Vsub1及びVsub2を変化させ、基板温度を475℃、及び500℃それぞれの場合において、実施例1と同様にしてPZTからなる圧電膜の成膜を行った。得られた複数の膜について、Vsub1とVsub2に対するPZT膜の膜質を評価した結果を図8A及び図8Bに示す。図8A,Bにおいて、図中の記号の意味は以下のとおりである。
×…パイロクロア構造が50%以上混入、
*…ペロブスカイト構造が主であり、耐久性が300億dot以下、
○…ペロブスカイト構造が主であり、かつ耐久性が1000億dot以上。
基板電位を15Vとし、成膜途中で変更せずに一定とした以外は実施例1と同様にしてPZT膜の成膜を行った。得られた膜のXRDパターンを図8に示す。図8に示されるように、得られた膜は(100)優先配向のペロブスカイト型の結晶性を有することが確認された。
基板電位を25Vとし、成膜途中で変更せずに一定とした以外は実施例1と同様にしてPZT膜の成膜を行った。得られた膜のXRDを測定した結果、(100)優先配向のペロブスカイト型の結晶性を有することが確認された(図示略)。
基板電位を−15Vとし、成膜途中で変更せずに一定とした以外は実施例1と同様にしてPZT膜の成膜を行った。得られた膜のXRDパターンを図9に示す。図9に示されるように、得られた膜において、ペロブスカイト構造のピークは検出することはできず、パイロクロア構造をしていることが確認された。
基板電位を−5Vとした以外は比較例3と同様にしてPZT膜の成膜を行った。得られた膜のXRDを測定した結果、比較例3と同様、ペロブスカイト構造のピークは検出することはできず、パイロクロア構造をしていることが確認された(図示略)。
表1は、上記実施例及び比較例で得られた結果を纏めたものである。本特許内実施例の基板電位制御方法においては、25V以上の基板電位は実現できなかったが、基板電位が高くなればなるほどPbが取り込まれやすくなり、初期層においてペロブスカイト構造が得られやすくなるので、Vsub1は25V以上でもよい。
3、3K,3C,3M,3Y インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)
10 基板
20、40 電極
30 圧電体膜(柱状構造膜)
60 インクノズル(液体貯留吐出部材)
61 インク室(液体貯留室)
62 インク吐出口(液体吐出口)
100 インクジェット式記録装置
4 圧電素子
5 圧電型超音波振動子(超音波トランスデューサ)
71、73 電極
72 圧電体膜(柱状構造膜)
82 振動板
90 Rf電源(高周波交流電源)
Claims (9)
- スパッタリング法により、鉛含有ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜(不可避不純物を含んでいてもよい。)を基板上に成膜する方法であって、
成膜途中で、前記基板の電位を第1の基板電位Vsub1から、前記圧電体膜の鉛組成を所望の組成とするように第2の基板電位Vsub2に変更することを特徴とする成膜方法。 - 前記圧電体膜が、チタン酸ジルコン酸鉛を含む1種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる(不可避不純物を含んでいてもよい。)ことを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記圧電体膜が、下記一般式(P)で表される1種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる(不可避不純物を含んでいてもよい。)ものであり、
前記第1の基板電位Vsub1にて前記ペロブスカイト型酸化物よりPb組成aが多いペロブスカイト型酸化物の結晶核を形成する工程(A)と、前記圧電体膜のPb組成aが下記一般式(P)のPb組成となるように前記第2の基板電位(Vsub2)を設定して前記圧電体膜を成膜する工程(B)とを順次実施することを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜方法。
一般式PbaBbO3・・・(P)
(式中、BはBサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素。aはペロブスカイト型構造を取り得る範囲内で1.0より小さい値である。bは1.0が標準であるがペロブスカイト型構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)、 - 前記工程(A)において、前記第1の基板電位Vsub1が下記式(1)を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の成膜方法。
−10≦Vsub1(V) ・・・(1)
(式中、Vsub1は第1の基板電位である。) - 前記工程(A)において、前記第1の基板電位Vsub1が下記式(2)を満足することを特徴とする請求項4に記載の成膜方法。
−10≦Vsub1(V)≦25・・・(2) - 更に下記式(3)及び(4)を満足することを特徴とする請求項5に記載の成膜方法。
−20<Vsub2(V)<5 ・・・(3)、
450℃<T(℃)<600℃ ・・・(4)
(式中、Vsub2は第2の基板電位、Tは前記工程(A)及び(B)における前記基板温度である) - 請求項1〜6のいずれかに記載の成膜方法により成膜された圧電体膜と、該圧電体膜に対して電界を印加する電極とを備えたことを特徴とする圧電素子。
- 請求項7に記載の圧電素子と、該圧電素子に一体的にまたは隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、
該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有するものであることを特徴とする液体吐出装置。 - 請求項7に記載の圧電素子と、
前記電極に交流電流を印加する交流電源と、
前記圧電体の伸縮により振動する振動板とを備えたことを特徴とする圧電型超音波振動子。
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