JP2013056559A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出ヘッドの製造方法は、圧力室521が形成される圧力室基板52を準備する工程と、前記圧力室基板52の一方の側に振動板を形成する工程と、前記振動板の上方であって、前記圧力室が形成される領域に対応する位置に、圧電素子54を形成する工程と、前記圧力室基板52に前記圧力室521を形成する工程と、前記圧力室基板の他方の側に、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル板を形成する工程と、を含む。前記圧電素子54を形成する工程は、前記振動板の上方に下部電極4を形成する工程と、前記下部電極の上方に配向層7を形成する工程と、前記配向層の上方に圧電体層5を形成する工程と、前記圧電体層の上方に上部電極6を形成する工程と、を含む。前記配向層7は、ランタン酸化物とニッケル酸化物とシリコン化合物とを含むターゲットを用いてスパッタ法によって形成される。
【選択図】図7
Description
圧力室が形成される圧力室基板を準備する工程と、
前記圧力室基板の一方の側に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方であって、前記圧力室が形成される領域に対応する位置に、圧電素子を形成する工程と、
前記圧力室基板に前記圧力室を形成する工程と、
前記圧力室基板の他方の側に、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル板を形成する工程と、を含み、
前記圧電素子を形成する工程は、
前記振動板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に配向層を形成する工程と、
前記配向層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含み、
前記配向層は、ランタン酸化物とニッケル酸化物とシリコン化合物とを含むターゲットを用いてスパッタ法によって形成される。
まず、本実施形態に係る製造方法によって得られる液体吐出ヘッドについて述べる。図1は、液体吐出ヘッドの要部の一例を模式的に示す断面図である。図2は、液体吐出ヘッドの一例を模式的に示す断面図である。図3は、液体吐出ヘッドの概略的な構成を示す分解斜視図である。なお、図3は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
2.1.製造方法
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッド50の製造方法について、図1、図5ないし図7を参照しながら説明する。
次に、配向層7の成膜に用いられる絶縁性ターゲットについて説明する。この絶縁性ターゲットは、本願出願人によってなされた特許出願(特願2005−235809号)に記載された絶縁性ターゲット材料と同様の特徴を有する。
ランタン酸化物の粉体と、ニッケル酸化物の粉体とを、例えば組成比1:1で混合する(ステップS1)。ついで、得られた混合材料を900℃ないし1000℃で仮焼成し、その後、粉砕して、第1粉体を得る(ステップS2)。このようにして得られた第1粉体は、ランタン酸化物とニッケル酸化物とを含んでいる。
第1粉体と、シリコン原料を含む溶液と、を混合する(ステップS3)。シリコン原料としては、ゾルゲル法やMOD法で前駆体材料として用いることができる、アルコキシド、有機酸塩、無機酸塩などを用いることができる。溶液としては、シリコン原料を、アルコールなどの有機溶媒に溶解したものを用いることができる。シリコン原料は、得られる導電性複合酸化物に対し、2モル%ないし10モル%の割合で含まれることができる。
ついで、第2粉体を900℃ないし1000℃で仮焼成し、その後、粉砕して、第3粉体を得る(ステップS5)。このようにして得られた第3粉体は、ランタン酸化物、ニッケル酸化物およびシリコン酸化物を含んでいる。
(1)スパッタ法に用いるターゲットの作製
実験例および比較実験例に用いられる絶縁性ターゲットは、以下の方法により形成された。
(2)−1.低温で成膜したサンプル
まず、ロータリーマグネトロンスパッタ法によって前記ターゲットサンプルを用いて成膜したニッケル酸ランタン膜1が形成されたサンプル1について述べる。
まず、ロータリーマグネトロンスパッタ法によって前記ターゲットサンプルを用いて成膜したニッケル酸ランタン膜3が形成されたサンプル3について述べる。
図14は、ロータリーマグネトロンスパッタ法と固定スパッタ法を用いた時の成膜温度と結晶の配向率との関係を示す図である。図14に示す配向率は、CuKα線を用いたθ―2θ法によるX線回折の回折角2θにおいて21°から25°の間のピークトップ位置の強度を「混晶LNO強度A」とし、30°から33°の間のピークトップ位置の強度を「混晶LNO強度B」としたとき、
配向率=混晶LNO強度A/(混晶LNO強度A+混晶LNO強度B)
と、表される。
以下に、ニッケル酸ランタンの混晶膜を配向層として用いた場合と、このような混晶膜を用いない場合の圧電体層の結晶配向性について調べた結果について述べる。
白金層の上に、上記(2)−1.で述べた条件と同じ条件でロータリーマグネトロンスパッタ法によって、膜厚40nmのニッケル酸ランタン膜を形成した。さらに、当該ニッケル酸ランタン膜の上にゾルゲル法によって1.3μmのPZT層を形成した。このPZT層は、以下のようにして形成した。まず、ゾルゲル原料を白金層上に塗布した後、100〜150℃で仮焼成した後、400℃で脱脂し、さらに酸素雰囲気中にて700℃で焼成した。この工程を所望の膜厚になるまで繰り返すことによってPZT層が形成された。このようにして得られた積層体をサンプル5という。
PZT(100)の配向率=PZT(100)強度/(PZT(100)強度+PZT(110)強度+PZT(111)強度)
と、表される。さらに、CuKα線を用いたロッキングカーブ法でPZT(200)の半値幅を求めたところ、10.4°であった。
白金層の上に、ニッケル酸ランタンの混晶からなる配向層を用いる代わりに、シード層として4nmのチタン層を用いた以外は、上記(4)−1.と同様にしてサンプルを得た。このようにして得られた積層体を比較用のサンプル6という。
本実施形態に係るニッケル酸ランタンの混晶を配向層として用いたサンプル7と、LaNiO3を配向層として用いた比較用のサンプル8とについて行った、耐電圧試験について述べる。その結果を図16に示す。図16において、符号aで示すグラフは、サンプル7の結果を示し、符号bで示すグラフは、比較用のサンプル8の結果を示す。
サンプル2と同様にして作製したサンプル9と、ニッケル酸ランタンからなる配向層の代わりにシード層としてチタン層を用いた他はサンプル2と同様に作製した比較用のサンプル10についてエージング特性を調べた。その結果を図17に示す。図17は、横軸が駆動回数(ショット)、縦軸が初期状態からの変位低下率を示す。図17において符号aで示すグラフは、サンプル9の結果を示し、符号bで示すグラフは、比較用のサンプル10の結果を示す。
次に、本実施形態の製造方法によって得られた液体吐出ヘッド50を適用した液体噴射装置の一例としてインクジェットプリンタについて述べる。すなわち、液体吐出ヘッド50を有するインクジェットプリンタの一例について説明する。図9は、インクジェットプリンタ600を示す概略構成図である。インクジェットプリンタ600は、紙などに印刷可能なプリンタとして機能することができる。なお、以下の説明では、図9中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
Claims (12)
- 圧力室が形成される圧力室基板を準備する工程と、
前記圧力室基板の一方の側に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方であって、前記圧力室が形成される領域に対応する位置に、圧電素子を形成する工程と、
前記圧力室基板に前記圧力室を形成する工程と、
前記圧力室基板の他方の側に、前記圧力室に連通するノズル孔を有するノズル板を形成する工程と、を含み、
前記圧電素子を形成する工程は、
前記振動板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に配向層を形成する工程と、
前記配向層の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含み、
前記配向層は、ランタン酸化物とニッケル酸化物とシリコン化合物とを含むターゲットを用いてスパッタ法によって形成される、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項1において、
前記ターゲットに含まれる前記シリコン化合物の割合は、2モル%ないし10モル%である、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項1または2において、
前記スパッタ法は、ロータリーマグネトロンスパッタ法である、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記配向層は、ニッケル酸ランタンの混晶を含み、
前記混晶は、LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4およびLa3Ni2O7から選択される2種以上のニッケル酸ランタンからなる、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項4において、
前記混晶は、CuKα線を用いたθ―2θ法によるX線回折の回折角2θにおいて、21°から25°の間にピークトップ位置を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項5において、
前記ピークトップ位置から21°までのピーク強度を積分した値をIA、前記ピークトップ位置から25°までのピーク強度を積分した値をIBとした時、IA>IB、または、IA<IBとなる、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項4ないし6のいずれかにおいて、
前記混晶は、LaNiO2、LaNiO3およびLa2NiO4を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項4ないし7のいずれかにおいて、
前記混晶は、ランタンのニッケルに対するモル比(La/Ni)は、1.5以下である、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項4において、
前記混晶は、CuKα線を用いたθ―2θ法によるX線回折の回折角2θにおいて、30°から33°の間にピークトップ位置を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項9において、
前記ピークトップ位置から30°までのピーク強度を積分した値をIC、前記ピークトップ位置から33°までのピーク強度を積分した値をIDとした時、
IC>ID、または、IC<IDとなる、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項4、9および10のいずれかにおいて、
前記混晶は、LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4およびLa3Ni2O7を含む、液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項9ないし11のいずれかにおいて、
前記混晶は、ランタンのニッケルに対するモル比(La/Ni)は、1.5以上である、液体吐出ヘッドの製造方法。
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