JP2013089848A - Method for manufacturing piezoelectric ceramic, method for manufacturing piezoelectric element, method for manufacturing liquid injection head, and method for manufacturing liquid injection apparatus - Google Patents

Method for manufacturing piezoelectric ceramic, method for manufacturing piezoelectric element, method for manufacturing liquid injection head, and method for manufacturing liquid injection apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method which improves the performance of a piezoelectric element, a liquid injection head, and a liquid injection apparatus, each having a piezoelectric layer containing at least Bi, Ba, Fe and Ti.SOLUTION: A precursor solution 31 containing at least Bi, Ba, Fe and Ti, whose pH, when made into an aqueous solution, is 7 or more, is coated on a lower electrode 20, and then the coated precursor solution 31 is crystallized to form a piezoelectric ceramic containing a perovskite-type oxide. A method for manufacturing a piezoelectric element includes a step of forming an electrode on a piezoelectric ceramic 30. A method for manufacturing a liquid injection head includes a step of forming a piezoelectric element according to the method for manufacturing a piezoelectric element.

Description

本発明は、圧電セラミックスの製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric ceramic manufacturing method, a piezoelectric element manufacturing method, a liquid ejecting head manufacturing method, and a liquid ejecting apparatus manufacturing method.

結晶を歪ませると帯電したり、電界中に置くと歪んだりする特徴を持つ圧電材料は、インクジェットプリンターといった液体噴射装置、アクチュエーター、センサー、等に広く使用されている。代表的な圧電材料として、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛、Pb(Zrx,Ti1-x)O3)が用いられている。しかしながらPZTは鉛(Pb)を含むため、環境負荷の観点から鉛を含まない非鉛圧電材料の研究開発が広く行われている。 Piezoelectric materials that have the characteristics of being charged when the crystals are distorted or distorted when placed in an electric field are widely used in liquid ejecting apparatuses such as inkjet printers, actuators, sensors, and the like. As a typical piezoelectric material, PZT (lead zirconate titanate, Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ) is used. However, since PZT contains lead (Pb), research and development of lead-free piezoelectric materials not containing lead are widely performed from the viewpoint of environmental load.

近年、非鉛圧電材料の圧電薄膜及びこれを応用した薄膜圧電素子の研究開発が行われている。薄膜圧電素子は、例えば、基板上に形成した電極上に数μm以下の膜厚の圧電薄膜を形成し、前記圧電薄膜上に上部電極を形成するプロセスにより作製される。このプロセスは半導体プロセスと同様の微細なプロセスにより行われるため、薄膜圧電素子はバルク状の圧電体を用いた圧電素子と比較して高密度な圧電素子を形成することができるという利点を有する。例えば、特許文献1に開示されたBiFeO3−BaTiO3系材料は、非鉛薄膜圧電材料として良好な特性を有する。 In recent years, research and development of piezoelectric thin films made of lead-free piezoelectric materials and thin film piezoelectric elements using the piezoelectric thin films have been conducted. The thin film piezoelectric element is manufactured by, for example, a process of forming a piezoelectric thin film having a thickness of several μm or less on an electrode formed on a substrate and forming an upper electrode on the piezoelectric thin film. Since this process is performed by a fine process similar to the semiconductor process, the thin film piezoelectric element has an advantage that a high-density piezoelectric element can be formed as compared with a piezoelectric element using a bulk piezoelectric body. For example, the BiFeO 3 —BaTiO 3 material disclosed in Patent Document 1 has good characteristics as a lead-free thin film piezoelectric material.

スピンコート法等の液相法で圧電薄膜を形成する場合、圧電薄膜は、前駆体溶液を電極上に塗布し、塗布膜を結晶化することにより、形成される。前駆体溶液に用いる金属塩には、通常、2−エチルヘキサン酸塩といった有機酸塩が用いられ、前駆体溶液を水溶液とした場合には、pH<7の酸性となる。   When forming a piezoelectric thin film by a liquid phase method such as a spin coating method, the piezoelectric thin film is formed by applying a precursor solution on an electrode and crystallizing the applied film. As the metal salt used in the precursor solution, an organic acid salt such as 2-ethylhexanoate is usually used, and when the precursor solution is an aqueous solution, the acidity becomes pH <7.

特開2009−252790号公報JP 2009-252790 A

しかしながら、BiFeO3−BaTiO3系圧電材料を用いて圧電素子を作製したところ、PZTと比較して、圧電材料のリーク電流が大きく実用化が難しいことが分かった。なお、このような問題は、液体噴射ヘッドに限らず、圧電アクチュエーターやセンサー等の圧電素子においても同様に存在する。 However, when a piezoelectric element was fabricated using a BiFeO 3 —BaTiO 3 based piezoelectric material, it was found that the leakage current of the piezoelectric material was large compared with PZT, making it difficult to put it into practical use. Such a problem exists not only in the liquid ejecting head but also in a piezoelectric element such as a piezoelectric actuator or a sensor.

以上を鑑み、本発明の目的の一つは、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む圧電体層を有する圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の性能を向上させることにある。   In view of the above, one of the objects of the present invention is to improve the performance of a piezoelectric element, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus each having a piezoelectric layer containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti.

上記目的の一つを達成するため、本発明は、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液であって、水溶液とした場合にpHが7以上である前駆体溶液を塗布する工程と、
該塗布した前駆体溶液を結晶化させてペロブスカイト型酸化物を含む圧電セラミックスを形成する工程と、を備えた、圧電セラミックスの製造方法の態様を有する。
また、本発明は、上記圧電セラミックスの製造方法により圧電セラミックスを形成する工程と、
前記圧電セラミックスに電極を形成する工程と、を備えた、圧電素子の製造方法の態様を有する。
In order to achieve one of the above objects, the present invention includes a step of applying a precursor solution containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti, and having a pH of 7 or more when an aqueous solution is formed. ,
And a step of crystallizing the applied precursor solution to form a piezoelectric ceramic containing a perovskite oxide, and a method for producing a piezoelectric ceramic.
The present invention also includes a step of forming piezoelectric ceramics by the method for manufacturing piezoelectric ceramics,
Forming an electrode on the piezoelectric ceramic. A method for manufacturing a piezoelectric element is provided.

さらに、本発明は、上記圧電素子の製造方法を含む液体噴射ヘッドの製造方法の態様を有する。
さらに、本発明は、上記液体噴射ヘッドの製造方法を含む液体噴射装置の製造方法の態様を有する。
Furthermore, the invention includes an aspect of a method for manufacturing a liquid jet head including the method for manufacturing a piezoelectric element.
Furthermore, the invention includes an aspect of a method of manufacturing a liquid ejecting apparatus including the method of manufacturing the liquid ejecting head.

本製造方法により形成される圧電セラミックスは、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含み水溶液とした場合にpHが7以上である前駆体溶液が結晶化したペロブスカイト型酸化物が含まれている。このような圧電セラミックスを圧電体層として有する圧電素子は、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含み水溶液とした場合に酸性の前駆体溶液を結晶化したペロブスカイト型酸化物を含む圧電素子と比べてリーク電流が抑制されることが分かった。   The piezoelectric ceramic formed by this manufacturing method contains a perovskite oxide in which a precursor solution having a pH of 7 or higher is crystallized when an aqueous solution containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti is used. A piezoelectric element having such a piezoelectric ceramic as a piezoelectric layer is compared with a piezoelectric element including a perovskite oxide obtained by crystallizing an acidic precursor solution when an aqueous solution containing at least Bi, Ba, Fe and Ti is used. It was found that leakage current was suppressed.

ここで、上記前駆体溶液は、ゾル等の状態が含まれる。前駆体溶液は、Mn(マンガン)等、Bi、Ba、Fe及びTi以外の金属が含まれてもよいし、不純物が含まれていてもよい。前駆体溶液に含まれる金属は、当然ながら、イオンの状態が含まれる。上記圧電体層も、Mn等、Bi、Ba、Fe及びTi以外の金属が含まれてもよいし、不純物が含まれていてもよい。   Here, the precursor solution includes a state such as a sol. The precursor solution may contain a metal other than Bi, Ba, Fe, and Ti, such as Mn (manganese), or may contain impurities. The metal contained in the precursor solution naturally includes an ionic state. The piezoelectric layer may also contain a metal other than Bi, Ba, Fe, and Ti, such as Mn, or may contain impurities.

ところで、上記前駆体溶液にアミンが含まれていると、前駆体溶液を水溶液とした場合のpHを容易に7以上とすることができる。前駆体溶液中のアミンは、圧電体層のクラックを抑制する観点から、3〜30vol%が好ましく、3〜10vol%がさらに好ましい。これらの態様は、圧電体層のリーク電流を抑制させる好ましい製造方法を提供することができる。
上記前駆体溶液にMnが含まれていると、圧電体層の絶縁性を高く(リーク特性を改善)する効果が期待される。
By the way, when amine is contained in the precursor solution, the pH when the precursor solution is an aqueous solution can be easily set to 7 or more. From the viewpoint of suppressing cracks in the piezoelectric layer, the amine in the precursor solution is preferably 3 to 30 vol%, and more preferably 3 to 10 vol%. These aspects can provide a preferable manufacturing method for suppressing the leakage current of the piezoelectric layer.
When Mn is contained in the precursor solution, an effect of increasing the insulation of the piezoelectric layer (improving leakage characteristics) is expected.

(a)は圧電素子の製造工程を例示する流れ図、(b),(c)はリーク電流の測定結果を示す図。(A) is a flowchart which illustrates the manufacturing process of a piezoelectric element, (b), (c) is a figure which shows the measurement result of leakage current. 記録ヘッド1の構成の概略を例示する便宜上の分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view for convenience illustrating the outline of the configuration of the recording head 1. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を例示するための断面図。FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the recording head 1. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を例示するための断面図。FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views for illustrating a manufacturing process of the recording head 1. 記録装置200の構成の概略を例示する図。2 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a recording apparatus 200. FIG. (a),(b)は実施例のヒステリシス特性を示すグラフ。(A), (b) is a graph which shows the hysteresis characteristic of an Example. (a),(b)は比較例のヒステリシス特性を示すグラフ。(A), (b) is a graph which shows the hysteresis characteristic of a comparative example. 有機アミン添加量に対するクラックのピクセル面積比を例示するグラフ。The graph which illustrates the pixel area ratio of the crack with respect to organic amine addition amount. (a)〜(g)はヒステリシス特性を示すグラフ。(A)-(g) is a graph which shows a hysteresis characteristic.

以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下に説明する実施形態は、本発明を例示するものに過ぎない。   Embodiments of the present invention will be described below. Of course, the embodiments described below are merely illustrative of the present invention.

(1)圧電素子、圧電セラミックス、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の製法の概要:
まず、図1〜5を参照して、本製造方法の例を説明する。図2及び図4(c)に例示する記録ヘッド(液体噴射ヘッド)1は、圧電体層(圧電セラミックス)30及び電極(20,40)を有する圧電素子3と、ノズル開口71に連通し圧電素子3により圧力変化が生じる圧力発生室12とを備えている。従って、液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電素子を形成する工程と、圧力発生室を形成する工程と、を備えることになる。圧力発生室12は、流路形成基板10のシリコン基板15に形成されている。ノズル開口71は、ノズルプレート70に形成されている。流路形成基板10の弾性膜(振動板)16上に下電極(第1電極)20、圧電体層30及び上電極(第2電極)40が順に積層され、圧力発生室12が形成されたシリコン基板15にノズルプレート70が固着されている。
なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、第1電極の上以外の位置、例えば、下、左、右、等に第2電極が配置されることも、本発明に含まれる。
(1) Outline of manufacturing method of piezoelectric element, piezoelectric ceramic, liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus:
First, an example of this manufacturing method will be described with reference to FIGS. The recording head (liquid ejecting head) 1 illustrated in FIGS. 2 and 4C includes a piezoelectric element 3 having a piezoelectric layer (piezoelectric ceramics) 30 and electrodes (20, 40), and a nozzle opening 71. A pressure generation chamber 12 in which a pressure change is generated by the element 3 is provided. Accordingly, the method for manufacturing the liquid ejecting head includes a step of forming a piezoelectric element and a step of forming a pressure generation chamber. The pressure generating chamber 12 is formed on the silicon substrate 15 of the flow path forming substrate 10. The nozzle opening 71 is formed in the nozzle plate 70. A lower electrode (first electrode) 20, a piezoelectric layer 30, and an upper electrode (second electrode) 40 are sequentially laminated on the elastic film (vibrating plate) 16 of the flow path forming substrate 10 to form the pressure generating chamber 12. A nozzle plate 70 is fixed to the silicon substrate 15.
In addition, the positional relationship demonstrated in this specification is only the illustration for demonstrating invention, and does not limit invention. Accordingly, the present invention also includes the second electrode disposed at a position other than the top of the first electrode, for example, below, left, right, and the like.

図1に例示する本製造方法は、工程S1,S2を備えている。
塗布工程S1では、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む圧電体前駆体溶液であって水溶液とした場合にpHが7以上である前駆体溶液31を塗布する。図1(a)の例では、電極(20)の表面に少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液31を膜状に塗布している。前駆体溶液には、Bi、Ba、Fe及びTiを主要成分としてモル比で少ない別の金属(例えばMn)が含まれてもよい。ここで、主要成分は、モル比合計が他の含有成分のモル比よりも多いような一以上の対象成分とする。前駆体溶液の塗布は、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、等の液相法で行うことができる。
The manufacturing method illustrated in FIG. 1 includes steps S1 and S2.
In the application step S1, a precursor solution 31 having a pH of 7 or more when applied as an aqueous solution is a piezoelectric precursor solution containing at least Bi, Ba, Fe and Ti. In the example of FIG. 1A, the precursor solution 31 containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti is applied in a film shape on the surface of the electrode (20). The precursor solution may contain another metal (for example, Mn) with Bi, Ba, Fe, and Ti as main components and in a small molar ratio. Here, the main component is one or more target components whose total molar ratio is larger than the molar ratio of the other contained components. The precursor solution can be applied by a liquid phase method such as a spin coating method, a dip coating method, or an ink jet method.

圧電体層形成工程S2では、塗布した前駆体溶液31を結晶化させてペロブスカイト型酸化物を含む圧電セラミックス(圧電体層)30を形成する。得られるペロブスカイト型酸化物は、少なくともBi、Ba、Fe及びTiが含まれ、Bi、Ba、Fe及びTiを主要成分としてモル比で少ない別の金属(例えばMn)が含まれてもよい。圧電セラミックス(30)には、ペロブスカイト型酸化物以外の物質(例えば金属酸化物)が含まれてもよい。   In the piezoelectric layer forming step S2, the applied precursor solution 31 is crystallized to form a piezoelectric ceramic (piezoelectric layer) 30 containing a perovskite oxide. The obtained perovskite oxide contains at least Bi, Ba, Fe and Ti, and may contain another metal (for example, Mn) having a small molar ratio with Bi, Ba, Fe and Ti as main components. The piezoelectric ceramic (30) may contain a substance (for example, a metal oxide) other than the perovskite oxide.

図1(b),(c)にリーク電流の測定結果を例示するように、水溶液とした場合にpH<7の酸性である前駆体溶液を用いた圧電素子はリーク電流が比較的大きい一方、水溶液とした場合にpH≧7である前駆体溶液を用いた圧電素子はリーク電流が比較的小さいことが分かった。これは、以下の理由が考えられる。   As illustrated in FIG. 1B and FIG. 1C, the leakage current is relatively large in the piezoelectric element using the acidic precursor solution with pH <7 when the aqueous solution is used. It was found that the piezoelectric element using the precursor solution having a pH ≧ 7 when the aqueous solution was used had a relatively small leakage current. The following reasons can be considered for this.

少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含むペロブスカイト型酸化物を有する圧電体層は、PZTとは異なり、表面モフォロジーが粗くなる傾向がある。前駆体溶液を水で所定倍率に希釈して水溶液とした場合にpH7以上、好ましくはアルカリ性(例えばpH7.1以上)にすると、前駆体溶液中で有機酸塩といった金属塩と有機溶媒といった溶媒とが混ざり易くなり、前駆体溶液の均一性が向上すると考えられる。前駆体溶液が酸性である場合、混合不十分の金属塩が結晶化時に核となって圧電体層の表面が粗くなり、圧電体層にリーク電流が発生する部分が生じると推測される。一方、前駆体溶液がpH7以上である場合、混合不十分の金属塩が少なくなり、このような金属塩が結晶化時に核とならず圧電体層の表面の平滑性が向上し、圧電体層にリーク電流が発生する部分が生じ難いと推測される。
以上より、リーク電流を抑制するためには、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液を水溶液とした場合にpH7以上、好ましくはアルカリ性にすればよい。
Unlike PZT, a piezoelectric layer having a perovskite oxide containing at least Bi, Ba, Fe and Ti tends to have a rough surface morphology. When the precursor solution is diluted with water to a predetermined magnification to obtain an aqueous solution, if the pH is 7 or more, preferably alkaline (for example, pH 7.1 or more), a metal salt such as an organic acid salt and a solvent such as an organic solvent in the precursor solution Is likely to be mixed, and the uniformity of the precursor solution is considered to be improved. When the precursor solution is acidic, it is presumed that the insufficiently mixed metal salt becomes a nucleus during crystallization and the surface of the piezoelectric layer becomes rough, and a portion where a leakage current is generated in the piezoelectric layer is generated. On the other hand, when the precursor solution has a pH of 7 or higher, the amount of insufficiently mixed metal salts is reduced, and such metal salts do not become nuclei during crystallization and the surface smoothness of the piezoelectric layer is improved. It is presumed that a portion where leakage current is generated is difficult to occur.
From the above, in order to suppress the leakage current, the pH should be 7 or more, preferably alkaline when the precursor solution containing at least Bi, Ba, Fe and Ti is used as an aqueous solution.

また、圧電体層の表面モフォロジーが粗いと、圧電素子を形成したときに、リーク電流が比較的小さい部分とリーク電流が比較的大きい部分とが生じたり、電圧に対する十分な耐圧がある部分と耐圧が低下した部分とが生じたりする等、信頼性が低下することがある。少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液を水溶液とした場合にpH≧7にすることにより、圧電体層表面の平滑性が向上し、圧電素子の性能ばらつきが少なくなり、圧電素子の信頼性、特に耐久性が向上する。   In addition, if the surface morphology of the piezoelectric layer is rough, when a piezoelectric element is formed, a portion having a relatively small leakage current and a portion having a relatively large leakage current are generated, or a portion having a sufficient withstand voltage and a withstand voltage. In some cases, the reliability may be reduced, for example, a part where the temperature is reduced. When the precursor solution containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti is made into an aqueous solution, by making the pH ≧ 7, the smoothness of the surface of the piezoelectric layer is improved and the performance variation of the piezoelectric element is reduced. Reliability, especially durability, is improved.

前駆体溶液31に含まれる少なくともBi、Ba、Fe及びTiの金属塩には、2−エチルヘキサン酸塩や酢酸塩といった有機酸塩等を用いることができる。前駆体溶液には、前記金属塩を溶媒に溶解させた溶液、前記金属塩を分散媒に分散させたゾル、等が含まれる。前駆体溶液の溶媒(分散媒を含む。)には、例えば、オクタン、キシレン、これらの組合せ、といった有機溶媒を用いることができる。水溶液とした場合の前駆体溶液をpH7以上にする物質には、2−ジメチルアミノエタノール(DMAE)、2−ジエチルアミノエタノール(DEAE)、ジエタノールアミン(DEA)、といったアミン、アンモニア、等のアリカリ性物質を用いることができる。なお、前駆体溶液を水溶液にする際の希釈倍率は、特に限定されないが、例えば2〜100倍程度とすることができる。   For at least the metal salts of Bi, Ba, Fe and Ti contained in the precursor solution 31, organic acid salts such as 2-ethylhexanoate and acetate can be used. The precursor solution includes a solution in which the metal salt is dissolved in a solvent, a sol in which the metal salt is dispersed in a dispersion medium, and the like. For the solvent (including the dispersion medium) of the precursor solution, for example, an organic solvent such as octane, xylene, or a combination thereof can be used. Substances that bring the precursor solution to pH 7 or higher in the case of aqueous solution include amines such as 2-dimethylaminoethanol (DMAE), 2-diethylaminoethanol (DEAE), diethanolamine (DEA), and ammonia, etc. Can be used. In addition, the dilution rate at the time of making a precursor solution into aqueous solution is although it does not specifically limit, For example, it can be about 2-100 times.

前駆体溶液に含まれる金属は、ペロブスカイト構造の中で原子半径に応じたサイトに配置される。得られるペロブスカイト型酸化物は、AサイトにBiとBaを少なくとも含み、BサイトにFeとTiを少なくとも含む。このようなペロブスカイト型酸化物には、下記一般式で表される組成の非鉛系ペロブスカイト型酸化物が含まれる。
(Bi,Ba)(Fe,Ti)Oz …(1)
(Bi,Ba,MA)(Fe,Ti)Oz …(2)
(Bi,Ba)(Fe,Ti,MB)Oz …(3)
(Bi,Ba,MA)(Fe,Ti,MB)Oz …(4)
ここで、MAはBi、Ba及びPbを除く1種以上の金属元素であり、MBはFe、Ti及びPbを除く1種以上の金属元素である。zは、3が標準であるが、ペロブスカイト構造をとり得る範囲内で3からずれてもよい。Aサイト元素とBサイト元素との比は、1:1が標準であるが、ペロブスカイト構造をとり得る範囲内で1:1からずれてもよい。
The metal contained in the precursor solution is arranged at a site corresponding to the atomic radius in the perovskite structure. The resulting perovskite oxide contains at least Bi and Ba at the A site and at least Fe and Ti at the B site. Such a perovskite oxide includes a lead-free perovskite oxide having a composition represented by the following general formula.
(Bi, Ba) (Fe, Ti) O z (1)
(Bi, Ba, MA) (Fe, Ti) O z (2)
(Bi, Ba) (Fe, Ti, MB) O z (3)
(Bi, Ba, MA) (Fe, Ti, MB) O z (4)
Here, MA is one or more metal elements excluding Bi, Ba and Pb, and MB is one or more metal elements excluding Fe, Ti and Pb. As for z, 3 is a standard, but may deviate from 3 within a range in which a perovskite structure can be taken. The ratio of the A site element to the B site element is 1: 1 as a standard, but may be deviated from 1: 1 within a range where a perovskite structure can be taken.

Bi,Ba,MAのモル数合計に対するBiのモル数比は、例えば50〜99.9%程度とすることができる。Bi,Ba,MAのモル数合計に対するBaのモル数比は、例えば0.1〜50%程度とすることができる。Bi,Ba,MAのモル数合計に対するMAのモル数比は、例えば0.1〜33%程度とすることができる。
Fe,Ti,MBのモル数合計に対するFeのモル数比は、例えば50〜99.9%程度とすることができる。Fe,Ti,MBのモル数合計に対するTiのモル数比は、例えば0.1〜50%程度とすることができる。Fe,Ti,MBのモル数合計に対するMBのモル数比は、例えば0.1〜33%程度とすることができる。
The molar ratio of Bi to the total molar number of Bi, Ba, MA can be, for example, about 50 to 99.9%. The mole number ratio of Ba to the total mole number of Bi, Ba, MA can be, for example, about 0.1 to 50%. The molar ratio of MA to the total molar number of Bi, Ba, MA can be, for example, about 0.1 to 33%.
The ratio of the number of moles of Fe to the total number of moles of Fe, Ti, MB can be, for example, about 50 to 99.9%. The mole number ratio of Ti with respect to the total mole number of Fe, Ti, and MB can be, for example, about 0.1 to 50%. The ratio of the number of moles of MB to the total number of moles of Fe, Ti, MB can be, for example, about 0.1 to 33%.

前駆体溶液に添加可能なMB元素には、Mn等が含まれる。Bサイト構成金属中のMnのモル濃度比は、Bサイト構成金属の全モル濃度比を100%として、例えば、0.1〜10%程度とすることができる。Mnを添加すると圧電体層の絶縁性を高く(リーク特性を改善)する効果が期待されるが、Mnが無くても圧電性能を有する圧電素子を形成することができる。塗布膜の厚みは、特に限定されないが、例えば0.1μm程度とすることができる。   MB elements that can be added to the precursor solution include Mn and the like. The molar concentration ratio of Mn in the B site constituent metal can be, for example, about 0.1 to 10%, with the total molar concentration ratio of the B site constituent metal being 100%. When Mn is added, an effect of increasing the insulating property of the piezoelectric layer (improving leakage characteristics) is expected, but a piezoelectric element having piezoelectric performance can be formed without Mn. Although the thickness of a coating film is not specifically limited, For example, it can be set as about 0.1 micrometer.

少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含むペロブスカイト型酸化物を有する圧電体層30の結晶化温度は、例えば400〜450℃程度になる。   The crystallization temperature of the piezoelectric layer 30 having a perovskite oxide containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti is, for example, about 400 to 450 ° C.

前駆体溶液31の結晶化の前に、電極(20)の表面の塗布膜(31)をペロブスカイト型酸化物の結晶化温度未満で加熱する第1加熱工程が行われてもよい。結晶化前に塗布膜(31)が乾燥し、脱脂温度以上では塗布膜(31)が脱脂されるので、圧電体層30を良好に形成することができる。また、第1加熱工程の後に電極(20)の表面の塗布膜(31)を結晶化温度以上で加熱する第2加熱工程が行われてもよい。この焼成により、圧電体層30を良好に形成することができる。加熱には種々の装置を用いることができるが、RTA(Rapid Thermal Annealing)法を使用することのできる赤外線ランプアニール装置を結晶化温度以上の加熱に用いると、圧電体層30を良好に形成することができる。
上記第1加熱工程では、乾燥温度<脱脂温度<結晶化温度として、電極(20)の表面の塗布膜(31)を乾燥温度で加熱した後、乾燥処理後に電極(20)の表面の塗布膜(31)を脱脂温度で加熱してもよい。
Before the crystallization of the precursor solution 31, a first heating step of heating the coating film (31) on the surface of the electrode (20) at a temperature lower than the crystallization temperature of the perovskite oxide may be performed. Since the coating film (31) is dried before crystallization and the coating film (31) is degreased at a temperature higher than the degreasing temperature, the piezoelectric layer 30 can be formed satisfactorily. Moreover, the 2nd heating process of heating the coating film (31) on the surface of an electrode (20) above the crystallization temperature after a 1st heating process may be performed. By this firing, the piezoelectric layer 30 can be satisfactorily formed. Various devices can be used for heating. However, when an infrared lamp annealing device capable of using a rapid thermal annealing (RTA) method is used for heating at a temperature higher than the crystallization temperature, the piezoelectric layer 30 is satisfactorily formed. be able to.
In the first heating step, the coating film (31) on the surface of the electrode (20) is heated at the drying temperature such that the drying temperature <the degreasing temperature <the crystallization temperature, and then the coating film on the surface of the electrode (20) after the drying treatment. (31) may be heated at a degreasing temperature.

(2)圧電素子及び液体噴射ヘッドの製造方法の例:
図2は、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1を便宜上、分解した分解斜視図である。図3,4は、記録ヘッドの製造方法を例示するための断面図であり、圧力発生室12の長手方向D2に沿った垂直断面図である。記録ヘッド1を構成する各層は、接合されて積層されてもよいし、分離されない材料の表面を変性する等して一体に形成されてもよい。
(2) Example of manufacturing method of piezoelectric element and liquid jet head:
FIG. 2 is an exploded perspective view in which an ink jet recording head 1 which is an example of a liquid ejecting head is disassembled for convenience. 3 and 4 are cross-sectional views for illustrating a method for manufacturing a recording head, and are vertical cross-sectional views along the longitudinal direction D2 of the pressure generating chamber 12. FIG. The layers constituting the recording head 1 may be bonded and laminated, or may be integrally formed by modifying the surface of a material that is not separated.

流路形成基板10は、シリコン単結晶基板等から形成することができる。弾性膜16は、例えば、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコン基板15の一方の面を約1100℃の拡散炉で熱酸化する等によってシリコン基板15と一体に形成することができ、二酸化シリコン(SiO2)等で構成することができる。弾性膜16の厚みは、弾性を示す限り特に限定されないが、例えば0.5〜2μm程度とすることができる。 The flow path forming substrate 10 can be formed from a silicon single crystal substrate or the like. The elastic film 16 can be integrally formed with the silicon substrate 15 by, for example, thermally oxidizing one surface of the relatively thick and rigid silicon substrate 15 having a thickness of about 625 μm in a diffusion furnace at about 1100 ° C. , Silicon dioxide (SiO 2 ) or the like. The thickness of the elastic film 16 is not particularly limited as long as it exhibits elasticity, but can be, for example, about 0.5 to 2 μm.

次いで、図3(a)に示すように、スパッタ法等によって弾性膜16上に下電極20を形成する。図3(b)に示す例では、下電極20を形成した後にパターニングしている。下電極20の構成金属には、Pt、Au、Ir、Ti、等の1種以上の金属を用いることができる。下電極20の厚みは、特に限定されないが、例えば50〜500nm程度とすることができる。なお、密着層又は拡散防止層として、TiAlN(窒化チタンアルミ)膜、Ir膜、IrO(酸化イリジウム)膜、ZrO2(酸化ジルコニウム)膜、等の層を弾性膜16上に形成したうえで、当該層上に下電極20を形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 3A, the lower electrode 20 is formed on the elastic film 16 by sputtering or the like. In the example shown in FIG. 3B, patterning is performed after the lower electrode 20 is formed. As a constituent metal of the lower electrode 20, one or more metals such as Pt, Au, Ir, and Ti can be used. Although the thickness of the lower electrode 20 is not specifically limited, For example, it can be set as about 50-500 nm. In addition, after forming a layer such as a TiAlN (titanium nitride aluminum) film, an Ir film, an IrO (iridium oxide) film, a ZrO 2 (zirconium oxide) film on the elastic film 16 as an adhesion layer or a diffusion prevention layer, The lower electrode 20 may be formed on the layer.

次いで、図1(a)に示すように、上述した少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液31を下電極20の表面に塗布する(塗布工程S1)。前駆体溶液中の金属のモル濃度比は、形成されるペロブスカイト型酸化物の組成に応じて決めることができる。上述した式(1)〜(4)におけるAサイト構成金属及びBサイト構成金属のモル濃度比は、1:1が標準であるが、ペロブスカイト型酸化物が形成される範囲内で1:1からずれていてもよい。   Next, as shown in FIG. 1A, the precursor solution 31 containing at least Bi, Ba, Fe and Ti described above is applied to the surface of the lower electrode 20 (application step S1). The molar concentration ratio of the metal in the precursor solution can be determined according to the composition of the perovskite oxide to be formed. The molar ratio of the A-site constituent metal and the B-site constituent metal in the above formulas (1) to (4) is 1: 1 as a standard, but from 1: 1 within the range in which the perovskite oxide is formed. It may be shifted.

次いで、塗布した前駆体溶液31を結晶化させてペロブスカイト型酸化物を含む圧電体層30を形成する(圧電体層形成工程S2)。前駆体溶液31の膜をペロブスカイト型酸化物の結晶化温度以上で加熱すると、ペロブスカイト型酸化物を含む薄膜状の圧電体層30が形成される。好ましくは、例えば140〜190℃程度に加熱して乾燥し(乾燥工程)、その後、例えば300〜400℃程度に加熱して脱脂し(脱脂工程)、その後、例えば550〜850℃程度に加熱して結晶化させる(焼成工程)。圧電体層30を厚くするため、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程の組合せを複数回行ってもよい。焼成工程を減らすために、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程の組合せを複数回行った後に焼成工程を行ってもよい。さらに、これらの工程の組合せを複数回行ってもよい。
形成される圧電体層30の厚みは、電気機械変換作用を示す範囲で特に限定されないが、例えば0.2〜5μm程度とすることができる。好ましくは、製造工程でクラックが発生しない程度に圧電体層30の厚さを抑え、十分な変位特性を示す程度に圧電体層30を厚くするとよい。
Next, the applied precursor solution 31 is crystallized to form the piezoelectric layer 30 containing a perovskite oxide (piezoelectric layer forming step S2). When the film of the precursor solution 31 is heated at a temperature higher than the crystallization temperature of the perovskite oxide, a thin film piezoelectric layer 30 containing the perovskite oxide is formed. Preferably, for example, heating to about 140 to 190 ° C. and drying (drying step), then heating to about 300 to 400 ° C. and degreasing (degreasing step), and then heating to, for example, about 550 to 850 ° C. To crystallize (firing step). In order to increase the thickness of the piezoelectric layer 30, the combination of the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process may be performed a plurality of times. In order to reduce the firing process, the firing process may be performed after the combination of the coating process, the drying process, and the degreasing process is performed a plurality of times. Further, a combination of these steps may be performed a plurality of times.
The thickness of the formed piezoelectric layer 30 is not particularly limited as long as it exhibits an electromechanical conversion effect, but can be, for example, about 0.2 to 5 μm. Preferably, the thickness of the piezoelectric layer 30 is suppressed to such an extent that cracks do not occur in the manufacturing process, and the piezoelectric layer 30 is made thick enough to exhibit sufficient displacement characteristics.

上述した乾燥工程及び脱脂工程を行うための加熱装置には、ホットプレート、赤外線ランプの照射により加熱する赤外線ランプアニール装置、等を用いることができる。上記焼成工程を行うための加熱装置には、赤外線ランプアニール装置等を用いることができる。好ましくは、RTA(Rapid Thermal Annealing)法等を用いて昇温レートを比較的速くするとよい。   As a heating apparatus for performing the above-described drying process and degreasing process, a hot plate, an infrared lamp annealing apparatus for heating by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used. An infrared lamp annealing device or the like can be used as a heating device for performing the firing step. Preferably, the temperature rising rate may be made relatively fast by using an RTA (Rapid Thermal Annealing) method or the like.

圧電体層30を形成した後、図3(b)に示すように、スパッタ法等によって上電極40を圧電体層30上に形成する。上電極40を構成する金属には、Ir、Au、Pt、等の1種以上の金属を用いることができる。上電極40の厚みは、特に限定されないが、例えば50〜200nm程度とすることができる。なお、図3(c)に示す例では、上電極40を形成した後に、圧電体層30及び上電極40を各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子3を形成している。
一般的には、圧電素子3の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層30を圧力発生室12毎にパターニングして圧電素子3を構成する。図2,4に示す圧電素子3は、下電極20を共通電極とし、上電極40を個別電極としている。
After the piezoelectric layer 30 is formed, as shown in FIG. 3B, the upper electrode 40 is formed on the piezoelectric layer 30 by sputtering or the like. As the metal constituting the upper electrode 40, one or more metals such as Ir, Au, and Pt can be used. Although the thickness of the upper electrode 40 is not specifically limited, For example, it can be set as about 50-200 nm. In the example shown in FIG. 3C, after the upper electrode 40 is formed, the piezoelectric layer 30 and the upper electrode 40 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 3. .
In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 3 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 30 are patterned for each pressure generating chamber 12 to configure the piezoelectric element 3. The piezoelectric element 3 shown in FIGS. 2 and 4 uses the lower electrode 20 as a common electrode and the upper electrode 40 as an individual electrode.

以上により、圧電体層30及び電極(20,40)を有する圧電素子3が形成され、この圧電素子3及び弾性膜16を備えた圧電アクチュエーター2が形成される。   Thus, the piezoelectric element 3 having the piezoelectric layer 30 and the electrodes (20, 40) is formed, and the piezoelectric actuator 2 including the piezoelectric element 3 and the elastic film 16 is formed.

次いで、図3(c)に示すように、リード電極45を形成する。例えば、流路形成基板10の全面に亘って金層を形成した後にレジスト等からなるマスクパターンを介して圧電素子3毎にパターニングすることにより、リード電極45が設けられる。図2に示す各上電極40には、インク供給路14側の端部近傍から弾性膜16上に延びたリード電極45が接続されている。   Next, as shown in FIG. 3C, the lead electrode 45 is formed. For example, after forming a gold layer over the entire surface of the flow path forming substrate 10, the lead electrode 45 is provided by patterning for each piezoelectric element 3 through a mask pattern made of a resist or the like. Connected to each upper electrode 40 shown in FIG. 2 is a lead electrode 45 extending on the elastic film 16 from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side.

なお、下電極20や上電極40やリード電極45は、DC(直流)マグネトロンスパッタリング法といったスパッタ法等によって形成することができる。各層の厚みは、スパッタ装置の印加電圧やスパッタ処理時間を変えることにより調整することができる。   The lower electrode 20, the upper electrode 40, and the lead electrode 45 can be formed by a sputtering method such as a DC (direct current) magnetron sputtering method. The thickness of each layer can be adjusted by changing the voltage applied to the sputtering apparatus and the sputtering processing time.

次いで、図4(a)に示すように、圧電素子保持部52等を予め形成した保護基板50を流路形成基板10上に例えば接着剤によって接合する。保護基板50には、例えば、シリコン単結晶基板、ガラス、セラミックス材料、等を用いることができる。保護基板50の厚みは、特に限定されないが、例えば400μm程度とすることができる。保護基板50の厚み方向に貫通したリザーバ部51は、連通部13とともに、共通のインク室(液体室)となるリザーバ9を構成する。圧電素子3に対向する領域に設けられた圧電素子保持部52は、圧電素子3の運動を阻害しない程度の空間を有する。保護基板50の貫通孔53内には、各圧電素子3から引き出されたリード電極45の端部近傍が露出する。   Next, as shown in FIG. 4A, the protective substrate 50 on which the piezoelectric element holding portion 52 and the like are formed in advance is bonded onto the flow path forming substrate 10 with, for example, an adhesive. As the protective substrate 50, for example, a silicon single crystal substrate, glass, a ceramic material, or the like can be used. Although the thickness of the protective substrate 50 is not specifically limited, For example, it can be set as about 400 micrometers. The reservoir portion 51 penetrating in the thickness direction of the protective substrate 50 constitutes the reservoir 9 serving as a common ink chamber (liquid chamber) together with the communication portion 13. The piezoelectric element holding portion 52 provided in the region facing the piezoelectric element 3 has a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 3. In the through hole 53 of the protective substrate 50, the vicinity of the end portion of the lead electrode 45 drawn from each piezoelectric element 3 is exposed.

次いで、シリコン基板15をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることによりシリコン基板15を所定の厚み(例えば70μm程度)にする。次いで、図4(b)に示すように、シリコン基板15上にマスク膜17を新たに形成し、所定形状にパターニングする。マスク膜17には、窒化シリコン(SiN)等を用いることができる。次いで、KOH等のアルカリ溶液を用いてシリコン基板15を異方性エッチング(ウェットエッチング)する。これにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12と細幅のインク供給路14を備えた複数の液体流路と、各インク供給路14に繋がる共通の液体流路である連通部13とが形成される。液体流路(12,14)は、圧力発生室12の短手方向である幅方向D1へ並べられている。
なお、圧力発生室12は、圧電素子3の形成前に形成されてもよい。
Next, after polishing the silicon substrate 15 to a certain thickness, the silicon substrate 15 is further etched to a predetermined thickness (for example, about 70 μm) by wet etching with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 4B, a mask film 17 is newly formed on the silicon substrate 15 and patterned into a predetermined shape. Silicon nitride (SiN) or the like can be used for the mask film 17. Next, the silicon substrate 15 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH. As a result, a plurality of liquid flow paths including the pressure generating chambers 12 defined by the plurality of partition walls 11 and the narrow ink supply paths 14, and a communication portion 13 that is a common liquid flow path connected to each ink supply path 14. And are formed. The liquid flow paths (12, 14) are arranged in the width direction D1, which is the short direction of the pressure generating chamber 12.
The pressure generation chamber 12 may be formed before the piezoelectric element 3 is formed.

次いで、流路形成基板10及び保護基板50の周縁部の不要部分を例えばダイシングにより切断して除去する。次いで、図4(c)に示すように、シリコン基板15の保護基板50とは反対側の面にノズルプレート70を接合する。ノズルプレート70は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼、等を用いることができ、流路形成基板10の開口面側に固着される。この固着には、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。ノズルプレート70には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口71が穿設されている。従って、圧力発生室12は、液体を吐出するノズル開口71に連通している。   Next, unnecessary portions at the peripheral portions of the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 50 are removed by cutting, for example, by dicing. Next, as shown in FIG. 4C, the nozzle plate 70 is bonded to the surface of the silicon substrate 15 opposite to the protective substrate 50. The nozzle plate 70 can be made of glass ceramics, silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like, and is fixed to the opening surface side of the flow path forming substrate 10. For this fixation, an adhesive, a heat welding film, or the like can be used. The nozzle plate 70 is formed with nozzle openings 71 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14. Therefore, the pressure generation chamber 12 communicates with the nozzle opening 71 that discharges the liquid.

次いで、封止膜61及び固定板62を有するコンプライアンス基板60を保護基板50上に接合し、所定のチップサイズに分割する。封止膜61は、例えば厚み6μm程度のポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)といった剛性が低く可撓性を有する材料等が用いられ、リザーバ部51の一方の面を封止する。固定板62は、例えば厚み30μm程度のステンレス鋼(SUS)といった金属等の硬質の材料が用いられ、リザーバ9に対向する領域が開口部63とされている。   Next, the compliance substrate 60 having the sealing film 61 and the fixing plate 62 is bonded onto the protective substrate 50 and divided into a predetermined chip size. The sealing film 61 is made of, for example, a material having low rigidity and flexibility such as a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of about 6 μm, and seals one surface of the reservoir unit 51. The fixed plate 62 is made of a hard material such as a metal such as stainless steel (SUS) having a thickness of about 30 μm, for example, and an area facing the reservoir 9 is an opening 63.

また、保護基板50上には、並設された圧電素子3を駆動するための駆動回路65が固定される。駆動回路65には、回路基板、半導体集積回路(IC)、等を用いることができる。駆動回路65とリード電極45とは、接続配線66を介して電気的に接続される。接続配線66には、ボンディングワイヤといった導電性ワイヤ等を用いることができる。
以上により、記録ヘッド1が製造される。
A driving circuit 65 for driving the piezoelectric elements 3 arranged in parallel is fixed on the protective substrate 50. For the drive circuit 65, a circuit board, a semiconductor integrated circuit (IC), or the like can be used. The drive circuit 65 and the lead electrode 45 are electrically connected via the connection wiring 66. As the connection wiring 66, a conductive wire such as a bonding wire can be used.
Thus, the recording head 1 is manufactured.

本記録ヘッド1は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ9からノズル開口71に至るまで内部をインクで満たす。駆動回路65からの記録信号に従い、圧力発生室12毎に下電極20と上電極40との間に電圧を印加すると、圧電体層30、下電極20及び弾性膜16の変形によりノズル開口71からインク滴が吐出する。
なお、記録ヘッドは、下電極を共通電極とし上電極を個別電極とした共通下電極構造とされてもよいし、上電極を共通電極とし下電極を個別電極とした共通上電極構造とされてもよいし、下電極及び上電極を共通電極とし両電極間に個別電極を設けた構造とされてもよい。
The recording head 1 takes in ink from an ink introduction port connected to an external ink supply unit (not shown), and fills the interior from the reservoir 9 to the nozzle opening 71 with ink. When a voltage is applied between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 for each pressure generation chamber 12 in accordance with a recording signal from the drive circuit 65, the deformation of the piezoelectric layer 30, the lower electrode 20, and the elastic film 16 causes deformation from the nozzle opening 71. Ink droplets are ejected.
The recording head may have a common lower electrode structure in which the lower electrode is a common electrode and the upper electrode is an individual electrode, or a common upper electrode structure in which the upper electrode is a common electrode and the lower electrode is an individual electrode. Alternatively, the lower electrode and the upper electrode may be a common electrode, and an individual electrode may be provided between the two electrodes.

(3)液体噴射装置:
図5は、上述した記録ヘッド1を有する記録装置(液体噴射装置)200の外観を示している。記録ヘッド1を記録ヘッドユニット211,212に組み込むと、記録装置200を製造することができる。図5に示す記録装置200は、記録ヘッドユニット211,212のそれぞれに、記録ヘッド1が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ221,222が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット211,212を搭載したキャリッジ203は、装置本体204に取り付けられたキャリッジ軸205に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター206の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト207を介してキャリッジ203に伝達されると、キャリッジ203がキャリッジ軸205に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート290は、プラテン208上に搬送され、インクカートリッジ221,222から供給され記録ヘッド1から吐出するインクにより印刷がなされる。
(3) Liquid ejecting apparatus:
FIG. 5 shows the appearance of a recording apparatus (liquid ejecting apparatus) 200 having the recording head 1 described above. When the recording head 1 is incorporated in the recording head units 211 and 212, the recording apparatus 200 can be manufactured. In the recording apparatus 200 shown in FIG. 5, the recording head 1 is provided in each of the recording head units 211 and 212, and ink cartridges 221 and 222 as external ink supply units are detachably provided. A carriage 203 on which the recording head units 211 and 212 are mounted is provided so as to be able to reciprocate along a carriage shaft 205 attached to the apparatus main body 204. When the driving force of the driving motor 206 is transmitted to the carriage 203 via a plurality of gears and a timing belt 207 (not shown), the carriage 203 moves along the carriage shaft 205. A recording sheet 290 fed by a sheet feeding roller (not shown) is conveyed onto the platen 208 and printed by ink supplied from the ink cartridges 221 and 222 and ejected from the recording head 1.

(4)実施例:
以下、実施例を示すが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
(4) Example:
Hereinafter, although an example is shown, the present invention is not limited by the following examples.

[下電極を積層した基板の作製]
Pt/TiOx(酸化チタン)/SiO2/Siの各層を有する基板を次のようにして作製した。
まず、Si基板を拡散炉中で1100℃の熱酸化を行い、膜厚1.3μmのSiO2膜をSi基板表面に形成した。次に、SiO2膜表面にDCスパッタ法により膜厚20nmのTi膜を成膜して、ランプ熱処理装置(RTA法)で酸素中700℃5分間の熱処理を行い、TiOx薄膜を形成した。さらに、TiOx膜表面に330℃300WのDCスパッタ法により膜厚130nmのPt薄膜を形成した。
[Fabrication of substrate with lower electrode laminated]
A substrate having each layer of Pt / TiO x (titanium oxide) / SiO 2 / Si was produced as follows.
First, the Si substrate was thermally oxidized at 1100 ° C. in a diffusion furnace to form a 1.3 μm thick SiO 2 film on the Si substrate surface. Next, a Ti film having a thickness of 20 nm was formed on the surface of the SiO 2 film by DC sputtering, and heat treatment was performed in oxygen at 700 ° C. for 5 minutes with a lamp heat treatment apparatus (RTA method) to form a TiO x thin film. Further, a 130 nm thick Pt thin film was formed on the surface of the TiO x film by DC sputtering at 330 ° C. and 300 W.

[実施例1,2及び比較例1,2]
(BFM−BT前駆体溶液作製)
Bi,Fe,Mn,Ba,Ti各金属元素の前駆体材料として2−エチルヘキサン酸塩を用いた。溶解する金属のモル比は、Bi:Fe:Mn=100:95:5、Ba:Ti=100:100、且つ、BFM:BT=75:25にした。ここでBFM−BTは、一般式(Bi,Ba)(Fe,Ti,Mn)Ozで表され、Bi:Fe:Mn:Ba:Ti=75:71.25:3.75:25:25となる。また、BFMはBiのモル数、すなわち、FeとMnのモル数の合計、BTはBaのモル数、すなわち、Tiのモル数、を表している。
溶媒には、オクタンとキシレンの混合物を用いた。
以上の溶液に対して、全量の10vol%となるように2−ジメチルアミノエタノール(DMAE)を添加して実施例1の前駆体溶液を作製し、全量の10vol%となるようにジエタノールアミンを添加して実施例2の前駆体溶液を作製し、全量の10vol%となるようにn−オクタノールを添加して比較例1の前駆体溶液を作製した。また、何も添加していない原料溶液を比較例2の前駆体溶液とした。
[Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2]
(Preparation of BFM-BT precursor solution)
2-ethylhexanoate was used as a precursor material for each metal element of Bi, Fe, Mn, Ba, and Ti. The molar ratio of the dissolved metal was Bi: Fe: Mn = 100: 95: 5, Ba: Ti = 100: 100, and BFM: BT = 75: 25. Here BFM-BT has the general formula (Bi, Ba) (Fe, Ti, Mn) is represented by O z, Bi: Fe: Mn : Ba: Ti = 75: 71.25: 3.75: 25: 25 It becomes. BFM represents the number of moles of Bi, that is, the total number of moles of Fe and Mn, and BT represents the number of moles of Ba, that is, the number of moles of Ti.
As a solvent, a mixture of octane and xylene was used.
To the above solution, 2-dimethylaminoethanol (DMAE) was added so as to be 10 vol% of the total amount to prepare the precursor solution of Example 1, and diethanolamine was added so as to be 10 vol% of the total amount. Then, the precursor solution of Example 2 was prepared, and n-octanol was added so as to be 10 vol% of the total amount to prepare the precursor solution of Comparative Example 1. The raw material solution to which nothing was added was used as the precursor solution of Comparative Example 2.

(BFM−BT薄膜作製)
それぞれの前駆体溶液をPt/TiOx/SiO2/Si基板上に3000rpmでスピンコートし(塗布工程)、加熱して乾燥し(乾燥工程)、さらに加熱して脱脂した(脱脂工程)。これらの工程を8回繰り返して8層に成膜し、ランプ熱処理装置(RTA法)で800℃5分間の熱処理により結晶化させてBFM−BTの圧電薄膜を形成した。
(BFM-BT thin film production)
Each precursor solution was spin-coated on a Pt / TiO x / SiO 2 / Si substrate at 3000 rpm (application process), heated to dry (drying process), and further heated to degrease (degreasing process). These steps were repeated 8 times to form 8 layers, and crystallized by a heat treatment at 800 ° C. for 5 minutes with a lamp heat treatment apparatus (RTA method) to form a BFM-BT piezoelectric thin film.

表1に各BFM−BT薄膜の膜厚を示している。

Figure 2013089848
Table 1 shows the film thickness of each BFM-BT thin film.
Figure 2013089848

(各BFM−BT前駆体溶液のpH)
表2に各前駆体溶液を50倍希釈水溶液とした場合のpHを示している。

Figure 2013089848
表2に示すように、実施例1,2のpHは7.2及び8.0であり、いずれも弱塩基性であった。一方、比較例1,2のpHは6.0及び5.3であり、いずれも弱酸性であった。 (PH of each BFM-BT precursor solution)
Table 2 shows the pH when each precursor solution is a 50-fold diluted aqueous solution.
Figure 2013089848
As shown in Table 2, the pH of Examples 1 and 2 was 7.2 and 8.0, and both were weakly basic. On the other hand, the pH of Comparative Examples 1 and 2 was 6.0 and 5.3, both of which were weakly acidic.

(BFM−BT薄膜の評価)
各BFM−BT薄膜の外観を暗視野像で確認したところ、実施例1,2では比較的平滑な外観を示したのに対し、比較例1においては突起状の外観異常が白斑として表れ、比較例2においてはヒビ状の外観異常が白線として表れた。各BFM−BT薄膜の表面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、実施例1,2のBFM−BT薄膜は、比較例1,2のBFM−BT薄膜と比較して結晶粒界がはっきりしない、平滑な薄膜表面を示した。各BFM−BT薄膜の表面に傷をつけて傷の形状を評価したところ、実施例1,2においては傷の形状を評価することができた一方、比較例1,2においては傷の形状を評価することができなかった。傷の形状を評価するためには薄膜表面が平滑であることが必要なことが他の材料による評価から分かっており、このことからも水溶液とした場合にpH≧7である前駆体溶液から得られる圧電体層は表面の平滑性が向上することが分かる。表面が平滑であるということは、圧電体層のリーク電流抑制に繋がる。
(Evaluation of BFM-BT thin film)
When the appearance of each BFM-BT thin film was confirmed by a dark field image, in Examples 1 and 2, a relatively smooth appearance was shown, but in Comparative Example 1, a protrusion-like appearance abnormality appeared as a white spot. In Example 2, a crack-like appearance abnormality appeared as a white line. When the surface of each BFM-BT thin film was observed by SEM (scanning electron microscope), the BFM-BT thin film of Examples 1 and 2 had a grain boundary as compared with the BFM-BT thin film of Comparative Examples 1 and 2. An unclear and smooth thin film surface was shown. When the surface of each BFM-BT thin film was scratched and the shape of the scratch was evaluated, the shape of the scratch could be evaluated in Examples 1 and 2, while the shape of the scratch was compared in Comparative Examples 1 and 2. Could not be evaluated. It is known from the evaluation with other materials that the surface of the thin film needs to be smooth in order to evaluate the shape of the scratch. From this, it can be obtained from the precursor solution having a pH ≧ 7 in the case of an aqueous solution. It can be seen that the surface smoothness of the piezoelectric layer is improved. The smooth surface leads to suppression of leakage current of the piezoelectric layer.

また、各BFM−BT薄膜についてX線回折広角法(XRD)によりX線回折チャートを求めたところ、いずれも(110)面に優先配向していることが分かり、大きな差は無かった。   Moreover, when the X-ray diffraction chart was calculated | required by X-ray diffraction wide angle method (XRD) about each BFM-BT thin film, it turned out that all are preferentially oriented to (110) plane, and there was no big difference.

さらに、各BFM−BT薄膜について、DCスパッタ法により膜厚100nmのPt薄膜を成膜してランプ熱処理装置(RTA法)により酸素中775℃5分間の熱処理を行い、BFM−BTキャパシタを作製した。各BFM−BTキャパシタについて、東陽テクニカ社製FCEを用い、室温大気中で周波数1kHzの三角波を印加して、分極量P(μC/cm2)と電界E(kV/cm)の関係(P−E曲線)を求めた。 Further, for each BFM-BT thin film, a Pt thin film having a film thickness of 100 nm was formed by DC sputtering, and heat treatment was performed in oxygen at 775 ° C. for 5 minutes by a lamp heat treatment apparatus (RTA method) to produce a BFM-BT capacitor. . For each BFM-BT capacitor, a triangular wave with a frequency of 1 kHz is applied in an atmosphere of room temperature using an FCE manufactured by Toyo Corporation, and the relationship between the polarization amount P (μC / cm 2 ) and the electric field E (kV / cm) (P− E curve).

図6,7に各BFM−BTキャパシタのヒステリシス特性を示している。ここで、図6(a)は実施例1、図6(b)は実施例2、図7(a)は比較例1、図7(b)は比較例2、を示している。図6,7に示すように、各ヒステリシス特性に大きな差は無かった。   6 and 7 show the hysteresis characteristics of each BFM-BT capacitor. 6A shows the first embodiment, FIG. 6B shows the second embodiment, FIG. 7A shows the first comparative example, and FIG. 7B shows the second comparative example. As shown in FIGS. 6 and 7, there was no significant difference between the hysteresis characteristics.

[実施例3,4及び比較例3]
(BFM−BT前駆体溶液作製)
実施例1,2と同様、各金属元素の前駆体材料として2−エチルヘキサン酸塩を用い、溶解する金属のモル比は、Bi:Fe:Mn=100:95:5、Ba:Ti=100:100、且つ、BFM:BT=75:25にした。すなわち、Bi:Fe:Mn:Ba:Ti=75:71.25:3.75:25:25となる。溶媒には、オクタンとキシレンの混合物を用いた。
以上の溶液に対して、それぞれ全量の3vol%、10vol%、30vol%、となるようにDMAEを添加して実施例3の前駆体溶液を作製し、それぞれ全量の3vol%、10vol%、30vol%、となるように2−ジエチルアミノエタノール(DEAE)を添加して実施例4の前駆体溶液を作製した。また、何も添加していない原料溶液を比較例3の前駆体溶液とした。
[Examples 3 and 4 and Comparative Example 3]
(Preparation of BFM-BT precursor solution)
As in Examples 1 and 2, 2-ethylhexanoate was used as a precursor material for each metal element, and the molar ratio of the dissolved metal was Bi: Fe: Mn = 100: 95: 5, Ba: Ti = 100. : 100 and BFM: BT = 75: 25. That is, Bi: Fe: Mn: Ba: Ti = 75: 71.25: 3.75: 25: 25. As a solvent, a mixture of octane and xylene was used.
The precursor solution of Example 3 was prepared by adding DMAE so as to be 3 vol%, 10 vol%, and 30 vol% of the total amount of the above solutions, respectively, and 3 vol%, 10 vol%, and 30 vol% of the total amount, respectively. Then, 2-diethylaminoethanol (DEAE) was added so that a precursor solution of Example 4 was produced. The raw material solution to which nothing was added was used as the precursor solution of Comparative Example 3.

(BFM−BT薄膜作製)
それぞれの前駆体溶液をPt/TiOx/SiO2/Si基板上に3000rpmでスピンコートし、180℃で乾燥し、次いで350℃で脱脂し、さらにランプ熱処理装置(RTA法)で750℃5分間の熱処理により結晶化させた。その後、3000rpmでスピンコートし(塗布工程)、180℃で乾燥し(乾燥工程)、次いで350℃で脱脂し(脱脂工程)、これらの工程を3回繰り返した後、ランプ熱処理装置(RTA法)で750℃5分間の熱処理により結晶化させた(焼成工程)。「塗布工程と乾燥工程と脱脂工程の組合せ3回」と「焼成工程」の組合せを3回繰り返すことにより、基板上に10層のBFM−BT薄膜を形成した。
(BFM-BT thin film production)
Each precursor solution was spin-coated on a Pt / TiO x / SiO 2 / Si substrate at 3000 rpm, dried at 180 ° C., degreased at 350 ° C., and further 750 ° C. for 5 minutes with a lamp heat treatment apparatus (RTA method). It was crystallized by heat treatment. Then, spin coating at 3000 rpm (application process), drying at 180 ° C. (drying process), then degreasing at 350 ° C. (degreasing process), and repeating these processes three times, a lamp heat treatment apparatus (RTA method) And crystallized by heat treatment at 750 ° C. for 5 minutes (firing step). The BFM-BT thin film of 10 layers was formed on the substrate by repeating the combination of “the combination of the coating process, the drying process and the degreasing process three times” and the “firing process” three times.

表3に各前駆体溶液を50倍希釈水溶液とした場合のpHを示している。

Figure 2013089848
表3に示すように、実施例3,4の前駆体溶液の50倍希釈水溶液は、いずれもpH≧7であった。また、有機アミンの添加量が多くなるほどpHが大きくなった。一方、比較例3のpHは5.3であり、弱酸性であった。 Table 3 shows the pH when each precursor solution is a 50-fold diluted aqueous solution.
Figure 2013089848
As shown in Table 3, the 50-fold diluted aqueous solutions of the precursor solutions of Examples 3 and 4 all had pH ≧ 7. Further, the pH increased as the amount of organic amine added increased. On the other hand, the pH of Comparative Example 3 was 5.3, which was weakly acidic.

(リーク電流の測定)
さらに、各BFM−BT薄膜について、DCスパッタ法により膜厚100nmのPt薄膜を成膜してランプ熱処理装置(RTA法)により酸素中750℃5分間の熱処理を行い、BFM−BTキャパシタを作製した。各BFM−BTキャパシタについて、アジレント社製4140Bを用い、+500kV/cmの条件で2回、及び、−500kV/cmの条件で2回、リーク電流(I−V特性)を測定した。
(Measurement of leakage current)
Further, for each BFM-BT thin film, a Pt thin film having a film thickness of 100 nm was formed by DC sputtering, and heat treatment was performed in oxygen at 750 ° C. for 5 minutes using a lamp heat treatment apparatus (RTA method), thereby producing a BFM-BT capacitor. . About each BFM-BT capacitor, leak current (IV characteristic) was measured twice using 4140B made by Agilent, and twice under the condition of +500 kV / cm and twice under the condition of -500 kV / cm.

図1(b)に実施例3及び比較例3のリーク電流の測定結果を示し、図1(c)に実施例4及び比較例3のリーク電流の測定結果を示している。ここで、横軸が有機アミン添加量(%)、縦軸がリーク電流(A/cm2)であり、有機アミン添加量0%が比較例3に相当し、有機アミン添加量3〜30%が実施例3,4に相当する。 FIG. 1B shows the measurement results of the leakage current of Example 3 and Comparative Example 3, and FIG. 1C shows the measurement results of the leakage current of Example 4 and Comparative Example 3. Here, the horizontal axis represents the organic amine addition amount (%), the vertical axis represents the leakage current (A / cm 2 ), the organic amine addition amount 0% corresponds to Comparative Example 3, and the organic amine addition amount 3 to 30%. Corresponds to Examples 3 and 4.

図1(b),(c)に示すように、実施例3,4のリーク電流は、比較例3のリーク電流よりも少なくなった。実施例3,4のBFM−BT薄膜は、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含み水溶液とした場合のpHが7以上である前駆体溶液が結晶化したペロブスカイト型酸化物が含まれている。このような圧電体層を有する圧電素子は、水溶液とした場合に酸性の前駆体溶液を結晶化したペロブスカイト型酸化物を有する圧電素子と比べてリーク電流が抑制されることが分かる。
また、比較例3のリーク電流はばらつきが大きいのに対し、実施例3,4のリーク電流はばらつきが小さい。このように、少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含み水溶液とした場合のpHが7以上である前駆体溶液が結晶化したペロブスカイト型酸化物を有する圧電素子は、水溶液とした場合に酸性の前駆体溶液を結晶化したペロブスカイト型酸化物を有する圧電素子と比べて性能ばらつきが少なくなり、圧電素子の信頼性が向上することが分かる。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the leakage currents of Examples 3 and 4 were smaller than the leakage current of Comparative Example 3. The BFM-BT thin films of Examples 3 and 4 contain a perovskite oxide obtained by crystallizing a precursor solution having a pH of 7 or higher when containing Bi, Ba, Fe, and Ti as an aqueous solution. It can be seen that a piezoelectric element having such a piezoelectric layer has a leakage current suppressed when compared with a piezoelectric element having a perovskite oxide obtained by crystallizing an acidic precursor solution when an aqueous solution is used.
Further, the leakage current of Comparative Example 3 has a large variation, while the leakage currents of Examples 3 and 4 have a small variation. As described above, a piezoelectric element having a perovskite oxide obtained by crystallizing a precursor solution having a pH of 7 or more in an aqueous solution containing at least Bi, Ba, Fe, and Ti has an acidic precursor in an aqueous solution. It can be seen that there is less variation in performance than a piezoelectric element having a perovskite oxide obtained by crystallizing a body solution, and the reliability of the piezoelectric element is improved.

(クラック面積比の測定)
各BFM−BT薄膜の表面について、所定面積中に存在するクラックの面積(ピクセル面積)を測定し、比較例3のクラック面積を1とした面積相対値を求めた。
(Measurement of crack area ratio)
About the surface of each BFM-BT thin film, the area (pixel area) of the crack which exists in a predetermined area was measured, and the area relative value which made the crack area of the comparative example 3 1 was calculated | required.

図8に、結果の一例として、DEAE添加量に対するクラックのピクセル面積比を示している。ここで、横軸がDEAE添加量(%)、縦軸がピクセル面積比であり、DEAE添加量0%が比較例3に相当し、DEAE添加量3〜30%が実施例4に相当する。   FIG. 8 shows the pixel area ratio of the crack with respect to the DEAE addition amount as an example of the result. Here, the horizontal axis represents the DEAE addition amount (%), the vertical axis represents the pixel area ratio, the DEAE addition amount of 0% corresponds to Comparative Example 3, and the DEAE addition amount of 3 to 30% corresponds to Example 4.

図8に示すように、実施例4のクラック面積は、比較例3のクラック面積よりも少なくなった。従って、水溶液とした場合にpH≧7である前駆体溶液から得られる圧電体層は、クラックが抑制されることが分かる。クラック面積が少ないということは、圧電体層のリーク電流抑制に繋がる。
また、有機アミン添加量3〜10%の前駆体溶液から得られる圧電体層は、有機アミン添加量30%の前駆体溶液から得られる圧電体層よりもクラックが抑制されることが分かる。従って、前駆体溶液に添加するアミンのさらに好ましい量は、3〜10vol%であることが分かる。
As shown in FIG. 8, the crack area of Example 4 was smaller than the crack area of Comparative Example 3. Therefore, it can be seen that cracks are suppressed in the piezoelectric layer obtained from the precursor solution having a pH ≧ 7 when an aqueous solution is used. A small crack area leads to suppression of leakage current of the piezoelectric layer.
In addition, it can be seen that the piezoelectric layer obtained from the precursor solution having the organic amine addition amount of 3 to 10% is suppressed in cracking than the piezoelectric layer obtained from the precursor solution having the organic amine addition amount of 30%. Therefore, it turns out that the more preferable quantity of the amine added to a precursor solution is 3-10 vol%.

(その他の評価)
各BFM−BT薄膜についてX線回折広角法(XRD)によりX線回折チャートを求めたところ、いずれも(110)面に優先配向していることが分かり、大きな差は無かった。
(Other evaluation)
When X-ray diffraction charts were obtained for each BFM-BT thin film by the X-ray diffraction wide angle method (XRD), it was found that all were preferentially oriented in the (110) plane, and there was no significant difference.

各BFM−BTキャパシタについて、東陽テクニカ社製FCEを用い、室温大気中で周波数1kHzの三角波を印加して、分極量P(μC/cm2)と電界E(kV/cm)の関係(P−E曲線)を求めた。ここで、図9(a)は比較例3、図9(b)はDMAE3%添加の実施例、図9(c)はDMAE10%添加の実施例、図9(d)はDMAE30%添加の実施例、図9(e)はDEAE3%添加の実施例、図9(f)はDEAE10%添加の実施例、図9(g)はDEAE30%添加の実施例、を示している。図9に示すように、各ヒステリシス特性に大きな差は無かった。 For each BFM-BT capacitor, a triangular wave with a frequency of 1 kHz is applied in an atmosphere of room temperature using an FCE manufactured by Toyo Corporation, and the relationship between the polarization amount P (μC / cm 2 ) and the electric field E (kV / cm) (P− E curve). Here, FIG. 9 (a) is a comparative example 3, FIG. 9 (b) is an example with 3% DMAE added, FIG. 9 (c) is an example with 10% DMAE added, and FIG. 9 (d) is an example with 30% DMAE added. For example, FIG. 9 (e) shows an example with 3% DEAE added, FIG. 9 (f) shows an example with 10% DEAE added, and FIG. 9 (g) shows an example with 30% DEAE added. As shown in FIG. 9, there was no significant difference between the hysteresis characteristics.

(5)応用、その他:
本発明は、種々の変形例が考えられる。
上述した実施形態では圧力発生室毎に個別の圧電体を設けているが、複数の圧力発生室に共通の圧電体を設け圧力発生室毎に個別電極を設けることも可能である。
上述した実施形態では流路形成基板にリザーバの一部を形成しているが、流路形成基板とは別の部材にリザーバを形成することも可能である。
上述した実施形態では圧電素子の上側を圧電素子保持部で覆っているが、圧電素子の上側を大気に開放することも可能である。
上述した実施形態では振動板を隔てて圧電素子の反対側に圧力発生室を設けたが、圧電素子側に圧力発生室を設けることも可能である。例えば、固定した板間及び圧電素子間で囲まれた空間を形成すれば、この空間を圧力発生室とすることができる。
(5) Application and others:
Various modifications can be considered for the present invention.
In the above-described embodiment, an individual piezoelectric body is provided for each pressure generation chamber. However, a common piezoelectric body may be provided for a plurality of pressure generation chambers, and an individual electrode may be provided for each pressure generation chamber.
In the above-described embodiment, a part of the reservoir is formed on the flow path forming substrate. However, the reservoir may be formed on a member different from the flow path forming substrate.
In the above-described embodiment, the upper side of the piezoelectric element is covered with the piezoelectric element holding unit, but the upper side of the piezoelectric element can be opened to the atmosphere.
In the embodiment described above, the pressure generating chamber is provided on the opposite side of the piezoelectric element with the diaphragm interposed therebetween, but it is also possible to provide the pressure generating chamber on the piezoelectric element side. For example, if a space surrounded by fixed plates and piezoelectric elements is formed, this space can be used as a pressure generating chamber.

流体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドには、粉体や気体を吐出するものも含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ELディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。   The liquid ejected from the fluid ejecting head may be any material that can be ejected from the liquid ejecting head, such as a solution in which a dye or the like is dissolved in a solvent, or a sol in which solid particles such as pigments or metal particles are dispersed in a dispersion medium. Is included. Such fluids include ink, liquid crystal, and the like. The liquid ejecting head includes one that discharges powder or gas. The liquid ejecting head can be mounted on an image recording apparatus such as a printer, a color filter manufacturing apparatus such as a liquid crystal display, an electrode manufacturing apparatus such as an organic EL display, a biochip manufacturing apparatus, and the like.

上述した製造方法により製造される積層セラミックスは、強誘電体デバイス、焦電体デバイス、圧電体デバイス、及び光学フィルターの強誘電体薄膜を形成するのに好適に用いることができる。強誘電体デバイスとしては、強誘電体メモリー(FeRAM)、強誘電体トランジスタ(FeFET)等が挙げられ、焦電体デバイスとしては、温度センサー、赤外線検出器、温度−電気変換器等が挙げられ、圧電体デバイスとしては、流体吐出装置、超音波モーター、加速度センサー、圧力−電気変換器等が挙げられ、光学フィルターとしては、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルターが挙げられる。   The laminated ceramics produced by the production method described above can be suitably used to form ferroelectric thin films for ferroelectric devices, pyroelectric devices, piezoelectric devices, and optical filters. Ferroelectric devices include ferroelectric memory (FeRAM), ferroelectric transistors (FeFET), etc., and pyroelectric devices include temperature sensors, infrared detectors, temperature-electric converters, and the like. Examples of piezoelectric devices include fluid ejection devices, ultrasonic motors, acceleration sensors, and pressure-electric converters. Optical filters include blocking filters for harmful rays such as infrared rays, and photonic crystal effects due to quantum dot formation. And an optical filter using optical interference of a thin film.

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、液相法で少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む圧電体層を形成した圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の性能を向上させる技術等を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
As described above, according to the present invention, the performance of the piezoelectric element, the liquid ejecting head, and the liquid ejecting apparatus in which the piezoelectric layer including at least Bi, Ba, Fe, and Ti is formed by the liquid phase method is improved according to various aspects. Technology can be provided.
In addition, the configurations disclosed in the embodiments and modifications described above are mutually replaced, the combinations are changed, the known technology, and the configurations disclosed in the embodiments and modifications described above are mutually connected. It is possible to implement a configuration in which replacement or combination is changed. The present invention includes these configurations and the like.

1…記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、2…圧電アクチュエーター、3…圧電素子、10…流路形成基板、12…圧力発生室、15…シリコン基板、16…弾性膜(振動板)、20…下電極(第1電極)、30…圧電体層(圧電セラミックス)、31…前駆体溶液(圧電体前駆体溶液)、40…上電極(第2電極)、50…保護基板、60…コンプライアンス基板、65…駆動回路、70…ノズルプレート、71…ノズル開口、200…記録装置(液体噴射装置)、S1…塗布工程、S2…圧電体層形成工程。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Recording head (liquid ejecting head), 2 ... Piezoelectric actuator, 3 ... Piezoelectric element, 10 ... Channel formation substrate, 12 ... Pressure generating chamber, 15 ... Silicon substrate, 16 ... Elastic film (vibration plate), 20 ... Bottom Electrode (first electrode), 30 ... piezoelectric layer (piezoelectric ceramic), 31 ... precursor solution (piezoelectric precursor solution), 40 ... upper electrode (second electrode), 50 ... protective substrate, 60 ... compliance substrate, 65 ... Drive circuit, 70 ... Nozzle plate, 71 ... Nozzle opening, 200 ... Recording apparatus (liquid ejecting apparatus), S1 ... Application step, S2 ... Piezoelectric layer forming step

Claims (7)

少なくともBi、Ba、Fe及びTiを含む前駆体溶液であって、水溶液とした場合にpHが7以上である前駆体溶液を塗布する工程と、
該塗布した前駆体溶液を結晶化させてペロブスカイト型酸化物を含む圧電セラミックスを形成する工程と、を備えた、圧電セラミックスの製造方法。
A precursor solution containing at least Bi, Ba, Fe and Ti, and a step of applying a precursor solution having a pH of 7 or more when an aqueous solution is formed;
Crystallizing the applied precursor solution to form a piezoelectric ceramic containing a perovskite oxide, and a method for producing the piezoelectric ceramic.
前記前駆体溶液にアミンが含まれている、請求項1に記載の圧電セラミックスの製造方法。   The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the precursor solution contains an amine. 前記前駆体溶液に3〜30vol%のアミンが含まれている、請求項2に記載の圧電セラミックスの製造方法。   The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 2, wherein the precursor solution contains 3 to 30 vol% of amine. 前記前駆体溶液に3〜10vol%のアミンが含まれている、請求項3に記載の圧電セラミックスの製造方法。   The method for producing a piezoelectric ceramic according to claim 3, wherein the precursor solution contains 3 to 10 vol% of amine. 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の圧電セラミックスの製造方法により圧電セラミックスを形成する工程と、
前記圧電セラミックスに電極を形成する工程と、を備えた、圧電素子の製造方法。
Forming a piezoelectric ceramic by the method for manufacturing a piezoelectric ceramic according to any one of claims 1 to 4,
And a step of forming an electrode on the piezoelectric ceramic.
請求項5に記載の圧電素子の製造方法により圧電素子を形成する工程を備えた、液体噴射ヘッドの製造方法。   A method for manufacturing a liquid jet head, comprising the step of forming a piezoelectric element by the method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 5. 請求項6に記載の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを形成する工程を備えた、液体噴射装置の製造方法。   A method of manufacturing a liquid ejecting apparatus, comprising the step of forming a liquid ejecting head by the method of manufacturing a liquid ejecting head according to claim 6.
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