JP4821974B2 - Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide - Google Patents
Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide Download PDFInfo
- Publication number
- JP4821974B2 JP4821974B2 JP2005343361A JP2005343361A JP4821974B2 JP 4821974 B2 JP4821974 B2 JP 4821974B2 JP 2005343361 A JP2005343361 A JP 2005343361A JP 2005343361 A JP2005343361 A JP 2005343361A JP 4821974 B2 JP4821974 B2 JP 4821974B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lead
- composite oxide
- containing composite
- forming
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、鉛含有複合酸化物、例えば、強誘電体薄膜を形成するのに用いられ優れた分散安定性を有する鉛含有複合酸化物形成用組成物の製造方法に関する。 The present invention, lead-containing composite oxide, for example, relates to the production how lead-containing composite oxide forming composition having excellent dispersion stability used to form a ferroelectric thin film.
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等に代表される結晶を含む強誘電体薄膜は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、圧電素子等の広範なデバイス開発に応用されている。このような強誘電体薄膜の成膜方法としては、例えば、MOD(Metal Organic Deposition)法、ゾル−ゲル法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法等が知られているが、特に、MOD法及びゾル−ゲル法は、強誘電体薄膜を比較的低コストで且つ簡便に成膜することができるという利点を有する。 Ferroelectric thin films containing crystals typified by lead zirconate titanate (PZT) have spontaneous polarization, high dielectric constant, electro-optic effect, piezoelectric effect, pyroelectric effect, etc. It is applied to a wide range of device development. As a method for forming such a ferroelectric thin film, for example, a MOD (Metal Organic Deposition) method, a sol-gel method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, and the like are known. The method and the sol-gel method have an advantage that a ferroelectric thin film can be easily formed at a relatively low cost.
強誘電体薄膜は、MOD法によって成膜する場合、一般的に、金属アルコキシドやアセチルアセトナート錯体等の有機金属化合物をアルコールに溶解し、これにアルカノールアミン等を加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜される。一方、ゾル−ゲル法によって成膜する場合には、有機金属化合物をアルコール等の溶媒に溶解し、加水分解させて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜される(例えば、特許文献1参照)。 When a ferroelectric thin film is formed by the MOD method, generally, a colloidal solution obtained by dissolving an organometallic compound such as a metal alkoxide or an acetylacetonate complex in alcohol and adding alkanolamine or the like to this is coated. After coating on the object, it is dried and fired to form a film. On the other hand, in the case of forming a film by the sol-gel method, a colloidal solution obtained by dissolving an organometallic compound in a solvent such as alcohol and hydrolyzing it is applied onto an object, and then dried and fired. By doing so, it forms into a film (for example, refer to patent documents 1).
このようなコロイド溶液は、長期間保存するとゾルが凝集して析出してしまい、保存安定性が悪いという問題がある。特に、有機金属化合物としてアセチルアセトナート錯体を用いると、アセチルアセトナート錯体は分解し難く析出し易いため分散安定性が悪いという問題がある。このように析出が生じると、強誘電体薄膜形成用組成物の組成が変動し、これが原因となって、強誘電体薄膜の膜成分が不均一に分散し、強誘電体薄膜を有する圧電素子の圧電特性が変動してしまう。さらに、圧電素子をアクチュエータ装置として備えた液体噴射ヘッドにおいては、このような圧電素子の圧電特性の変動が、液体吐出特性のばらつきの原因となってしまう。なお、上述したアセチルアセトナート錯体の分散安定性が悪いという問題は、強誘電体薄膜形成用組成物だけでなく、アセチルアセトナート錯体を含有する鉛含有複合酸化物形成用組成物においても同様に存在する。 Such a colloidal solution has a problem that when stored for a long period of time, the sol aggregates and precipitates, resulting in poor storage stability. In particular, when an acetylacetonate complex is used as the organometallic compound, the acetylacetonate complex is difficult to be decomposed and is likely to be precipitated, resulting in poor dispersion stability. When precipitation occurs in this way, the composition of the ferroelectric thin film forming composition fluctuates, and this causes the film components of the ferroelectric thin film to be dispersed unevenly, resulting in a piezoelectric element having a ferroelectric thin film. The piezoelectric characteristics of the fluctuate. Furthermore, in a liquid ejecting head that includes a piezoelectric element as an actuator device, such a variation in piezoelectric characteristics of the piezoelectric element causes variations in liquid ejection characteristics. In addition, the problem that the dispersion stability of the acetylacetonate complex mentioned above is bad is not only in the composition for forming a ferroelectric thin film but also in the composition for forming a lead-containing composite oxide containing the acetylacetonate complex. Exists.
本発明はこのような事情に鑑み、アセチルアセトナート錯体の分散安定性が良好で保存安定性を長期に亘って維持することができる鉛含有複合酸化物形成用組成物の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, to provide a manufacturing how lead-containing composite oxide forming composition can be dispersion stability of the acetylacetonato complex is maintained over a long term good storage stability This is the issue.
本発明の第1の態様は、酸化鉛の原料としての酢酸鉛と、鉛以外の金属の酸化物の原料としてのチタニウムアルコキシド及びジルコニウムアセチルアセトナートと、酢酸とを、酢酸/ジルコニウムアセチルアセトナート(モル比)が2より大きくなり且つPb:Zr:Ti=1.0〜1.2:0.51〜0.56:0.44〜0.49(モル比)となるように、加熱せずに混合することによりコロイド溶液からなる鉛含有複合酸化物形成用組成物を得ることを特徴とする鉛含有複合酸化物形成用組成物の製造方法にある。
かかる第1の態様では、アセチルアセトナート錯体であるジルコニウムアセチルアセトナートの分散安定性が良好で且つ保存安定性に優れた鉛含有複合酸化物形成用組成物を比較的容易な方法で製造することができる。
According to a first aspect of the present invention, lead acetate as a raw material for lead oxide, titanium alkoxide and zirconium acetylacetonate as raw materials for metal oxides other than lead, and acetic acid are mixed with acetic acid / zirconium acetylacetonate ( No heating so that the molar ratio) is greater than 2 and Pb: Zr: Ti = 1.0 to 1.2: 0.51 to 0.56: 0.44 to 0.49 (molar ratio). The composition for forming a lead-containing composite oxide comprising a colloidal solution is obtained by mixing in a method for producing a composition for forming a lead-containing composite oxide.
In the first embodiment, a composition for forming a lead-containing composite oxide having excellent dispersion stability and excellent storage stability of zirconium acetylacetonate, which is an acetylacetonate complex , is produced by a relatively easy method. Can do.
本発明の第2の態様は、前記酢酸鉛を溶媒に混合した後、前記酢酸及び前記ジルコニウムアセチルアセトナートを混合することを特徴とする第1の態様に記載の鉛含有複合酸化物形成用組成物の製造方法にある。
かかる第2の態様では、添加された酢酸により、アセチルアセトナート錯体であるジルコニウムアセチルアセトナートの分散安定性が良好になる。
According to a second aspect of the present invention, the lead-containing composite oxide forming composition according to the first aspect is characterized in that the acetic acid and the zirconium acetylacetonate are mixed after the lead acetate is mixed in a solvent. It is in the manufacturing method of a thing.
In the second embodiment, the dispersion stability of zirconium acetylacetonate, which is an acetylacetonate complex , is improved by the added acetic acid.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、強誘電体薄膜等の鉛含有複合酸化物を形成するのに用いられるコロイド溶液(ゾル)であり、具体的には、酸化鉛の原料としての酢酸鉛と、鉛以外の金属酸化物の原料としての金属アルコキシド及びアセチルアセトナート錯体と、酢酸とを含有するコロイド溶液からなり、当該コロイド溶液中の酢酸とアセチルアセトナート錯体とのモル比、すなわち、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)が2より大きいものである。ここで、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)中の「酢酸」とは、コロイド溶液中に含まれる酢酸、すなわち、原料として添加した酢酸及び酢酸鉛から遊離した酢酸を意味する。本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、酢酸を添加することにより、アセチルアセトナート錯体に酢酸が弱い相互作用で結合するため、アセチルアセトナート錯体の分散性安定性が顕著に向上し、鉛含有複合酸化物形成用組成物の保存安定性が良好になる。このように本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は分散安定性及び保存安定性に優れているため、これを用いて鉛含有複合酸化物を形成すると、金属成分が略均一な複合酸化物を得ることができる。なお、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)はさらに好ましくは4以上である。また、本発明において、酢酸の含有量は、アセチルアセトナート錯体の分散安定性を高める点においては特に上限はないが、塗布、乾燥及び焼成等の複合酸化物形成プロセスの条件に対する鉛含有複合酸化物形成用組成物の粘度を考慮することが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
The composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention is a colloidal solution (sol) used to form a lead-containing composite oxide such as a ferroelectric thin film, specifically, as a raw material for lead oxide. Lead acetate, a metal alkoxide and acetylacetonate complex as a raw material for metal oxides other than lead, and a colloidal solution containing acetic acid, the molar ratio of acetic acid and acetylacetonate complex in the colloidal solution, That is, the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is larger than 2. Here, “acetic acid” in the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) means acetic acid contained in the colloidal solution, that is, acetic acid liberated from acetic acid added as a raw material and lead acetate. In the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention, by adding acetic acid, acetic acid binds to the acetylacetonate complex with a weak interaction, so the dispersibility stability of the acetylacetonate complex is significantly improved. In addition, the storage stability of the composition for forming a lead-containing composite oxide is improved. As described above, the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention is excellent in dispersion stability and storage stability. Therefore, when a lead-containing composite oxide is formed using the composition, the metal component has a substantially uniform composite oxidation. You can get things. The acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is more preferably 4 or more. In the present invention, the content of acetic acid is not particularly limited in terms of enhancing the dispersion stability of the acetylacetonate complex, but the lead-containing complex oxidation with respect to the conditions of the complex oxide formation process such as coating, drying and firing. It is preferable to consider the viscosity of the product forming composition.
金属アルコキシドとしては、チタニウムアルコキシド、チタニウムイソプロポキシド等が挙げられる。また、アセチルアセトナート錯体としては、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムモノアセチルアセトナート、ジルコニウムビスアセチルアセトナート等が挙げられる。なお、金属アルコキシドがチタニウムアルコキシドで、アセチルアセトナート錯体がジルコニウムアセチルアセトナートであることが好ましい。 Examples of the metal alkoxide include titanium alkoxide and titanium isopropoxide. Examples of the acetylacetonate complex include zirconium acetylacetonate, zirconium tetraacetylacetonate, zirconium monoacetylacetonate, and zirconium bisacetylacetonate. The metal alkoxide is preferably titanium alkoxide and the acetylacetonate complex is preferably zirconium acetylacetonate.
金属アルコキシドやアセチルアセトナート錯体中の金属と鉛のモル比は特に限定されないが、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)形成用組成物の場合は、Pb:Zr:Ti=1.0〜1.2:0.51〜0.56:0.44〜0.49(モル比)となるように、酢酸鉛、金属アルコキシド及び金属アセチルアセトナートを含有することが好ましい。 The molar ratio of metal to lead in the metal alkoxide or acetylacetonate complex is not particularly limited. For example, in the case of a composition for forming lead zirconate titanate (PZT), Pb: Zr: Ti = 1.0 to 1 It is preferable to contain lead acetate, a metal alkoxide, and a metal acetylacetonate so that it may become 0.2: 0.51-0.56: 0.44-0.49 (molar ratio).
本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物に含有される溶媒としては、アルコール系溶媒が挙げられる。このアルコール系溶媒として、例えば、2−n−ブトキシアルコール、n−ペンチルアルコール、2−フェニルエタノール、2−フェノキシエタノール、メトキシエタノール、エチレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコール、トリメチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、酢酸イソアミルを挙げることができ、これらの溶媒は単独で用いても複数種用いてもよい。 Examples of the solvent contained in the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention include alcohol solvents. Examples of the alcohol solvent include 2-n-butoxy alcohol, n-pentyl alcohol, 2-phenylethanol, 2-phenoxyethanol, methoxyethanol, ethylene glycol monoacetate, triethylene glycol, trimethylene glycol, propylene glycol, and neopentyl. Examples thereof include glycol and isoamyl acetate, and these solvents may be used alone or in combination.
本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、さらに、アルカノールアミンを含有していてもよい。アルカノールアミンを含有すると、金属アルコキシド及び酢酸鉛の分散安定性を良好にすることができる。アルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンを挙げることができる。これらのアルカノールアミンは、単独で用いても複数種用いてもよい。 The composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention may further contain an alkanolamine. When the alkanolamine is contained, the dispersion stability of the metal alkoxide and lead acetate can be improved. Examples of the alkanolamine include monoethanolamine and diethanolamine. These alkanolamines may be used alone or in combination.
また、必要に応じて、鉛含有複合酸化物を安定化させるため、また、形成される強誘電体薄膜のクラックの発生を防止するための安定化剤として、例えば、ポリエチレングリコール等を添加物として加えてもよく、その他の添加剤として、増粘剤等を加えてもよい。 In addition, if necessary, as a stabilizer for stabilizing the lead-containing composite oxide and for preventing the occurrence of cracks in the formed ferroelectric thin film, for example, polyethylene glycol or the like as an additive You may add and you may add a thickener etc. as another additive.
本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、MOD法に好適に適用することができる。なお、MOD(Metal Organic Deposition)法とは、ゲル化反応(加水分解反応)を起こさず、単に金属アルコキシドやアセチルアセトナート錯体等を原料とした有機金属材料の溶液の塗布、乾燥、熱処理だけで膜などを得る方法をいう。本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物はMOD法に適用することができるため、強誘電体薄膜等の鉛含有複合酸化物を比較的低コストで且つ簡便に成膜することができる。 The composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention can be suitably applied to the MOD method. The MOD (Metal Organic Deposition) method does not cause a gelation reaction (hydrolysis reaction), but simply applies a solution of an organic metal material, such as a metal alkoxide or an acetylacetonate complex, is dried, and heat-treated. A method for obtaining a film or the like. Since the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention can be applied to the MOD method, a lead-containing composite oxide such as a ferroelectric thin film can be easily formed at a relatively low cost.
以下、本発明の鉛含有複合後酸化物形成用組成物について、下記試験例に基づいてさらに詳細に説明する。
(試験例) Zrアセチルアセトナートの分散安定性
ジルコニウムアセチルアセトナート27.5gを2−n−ブトキシエタノール(CH3(CH2)3OCH2CH2OH)118gに添加し、ジルコニウムアセチルアセトナート(Zr(CH3COCHCOCH3)4)の濃度が0.3mol/Lの溶液を作製した。この溶液に、酢酸(CH3COOH)、水(H2O)及びイソプロピルアルコール(IPA)を、ジルコニウムアセチルアセトナート1モルに対して、下記表1のモル数となるように混合した。上記操作は全て室温下で行った。各混合液を容器に入れ開封状態で10日間室温で保存し、析出の有無を観察した。結果を表1に示す。なお、酢酸鉛3水和物(Pb(CH3COO)2・3H2O)に由来する水、及び、チタニウムテトライソプロポキシド(Ti((CH3)2CHO)4)に由来するIPAを想定して、水及びIPAを表1に示すモル数で混合した。具体的には、Pb:Zr:Ti=1.2:0.55:0.45(モル比)のチタン酸ジルコン酸鉛形成用組成物を製造する際に生じる酢酸鉛3水和物に由来する水6.6モルと、チタニウムテトライソプロポキシドに由来するIPA3.2モルとを混合したものがサンプル1及び4であり、その他のサンプルについては、サンプル1及び4と同量又はそれよりも少ない量をそれぞれ混合した。
Hereinafter, the lead-containing composite post-oxide forming composition of the present invention will be described in more detail based on the following test examples.
(Test example) Dispersion stability of Zr acetylacetonate 27.5 g of zirconium acetylacetonate was added to 118 g of 2-n-butoxyethanol (CH 3 (CH 2 ) 3 OCH 2 CH 2 OH), and zirconium acetylacetonate ( A solution having a concentration of Zr (CH 3 COCHCOCH 3 ) 4 ) of 0.3 mol / L was prepared. To this solution, acetic acid (CH 3 COOH), water (H 2 O) and isopropyl alcohol (IPA) were mixed so as to have the number of moles shown in Table 1 below with respect to 1 mole of zirconium acetylacetonate. All the above operations were performed at room temperature. Each mixed solution was put in a container and stored at room temperature for 10 days in an opened state, and the presence or absence of precipitation was observed. The results are shown in Table 1. In addition, IPA derived from water derived from lead acetate trihydrate (Pb (CH 3 COO) 2 .3H 2 O) and titanium tetraisopropoxide (Ti ((CH 3 ) 2 CHO) 4 ). Assuming water and IPA were mixed in the number of moles shown in Table 1. Specifically, Pb: Zr: Ti = 1.2: 0.55: 0.45 (molar ratio) derived from lead acetate trihydrate produced when producing a composition for forming lead zirconate titanate Samples 1 and 4 are a mixture of 6.6 moles of water and 3.2 moles of IPA derived from titanium tetraisopropoxide, and the other samples have the same amount or more than Samples 1 and 4. Small amounts were mixed respectively.
表1に示すように、酢酸/アセチルアセトネート錯体(モル比)が2であるサンプル1〜3は10日後にはジルコニウムアセチルアセトネート等が析出し、特に水の添加量を少なくしていくにしたがって、析出量が多くなった(サンプル2及3)。一方、酢酸/アセチルアセトネート錯体(モル比)が4であるサンプル4〜8は、10日間経過後も析出は全く無く、水の含有量を少なくしたサンプル5及び6や、IPAの含有量を少なくしたサンプル7及び8も、分散安定性が非常に良好だった。 As shown in Table 1, in samples 1 to 3, in which the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is 2, zirconium acetylacetonate and the like are precipitated after 10 days, and the amount of water added is particularly reduced. Therefore, the amount of precipitation increased (Samples 2 and 3). On the other hand, Samples 4 to 8 having an acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) of 4 have no precipitation even after 10 days, and samples 5 and 6 with a reduced water content and IPA content are reduced. The reduced samples 7 and 8 also had very good dispersion stability.
この試験結果から、鉛含有複合酸化物形成用組成物において、酢酸/アセチルアセトネート錯体(モル比)が2より大きい場合は、ジルコニウムアセチルアセトネートの分散安定性が良く、また、長期間保存しても析出が生じないため、非常に優れたジルコニウムアセチルアセトネートの分散安定性及び保存安定性を有することが分かった。また、酢酸/アセチルアセトネート錯体(モル比)が2より大きい場合は、鉛含有複合酸化物形成用組成物の調整中又は保存中に水やIPAが減少しても、水やIPAに関係なく保存安定性に優れていることが分かった。 From this test result, in the lead-containing composite oxide forming composition, when the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is greater than 2, the dispersion stability of zirconium acetylacetonate is good and the composition is stored for a long time. However, since precipitation did not occur, it was found that the zirconium acetylacetonate had very excellent dispersion stability and storage stability. In addition, when the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is larger than 2, even if water or IPA decreases during the preparation or storage of the lead-containing composite oxide forming composition, regardless of water or IPA It was found that the storage stability was excellent.
このような、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、酸化鉛の原料としての酢酸鉛と、鉛以外の金属酸化物の原料としての金属アルコキシド及びアセチルアセトナート錯体と、酢酸とを、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)が2より大きくなるように混合することによりコロイド溶液として得ることができる。また、アルカノールアミンも混合してもよい。酢酸を添加することにより、アセチルアセトナート錯体に酢酸が弱い相互作用で結合するため、アセチルアセトナート錯体の分散安定性が顕著に向上し、製造される鉛含有複合酸化物形成用組成物の保存安定性が良好になる。このように、金属酸化物の原料に酢酸を添加して酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)が2より大きくなるように配合するという比較的容易な方法で、アセチルアセトナート錯体の分散安定性が良好で且つ保存安定性に優れた鉛含有複合酸化物形成用組成物を製造することができる。ここで、上述のように鉛含有複合酸化物形成用組成物には酢酸鉛も混合されるため、この酢酸鉛から遊離する酢酸を考慮すると、例えば、アセチルアセトナート錯体に対して原料としての酢酸を2モル以上混合することにより、アセチルアセトナート錯体の分散安定性が向上し、製造される鉛含有複合酸化物形成用組成物の保存安定性が良好になる。なお、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物においては、酢酸を添加することにより金属アセチルアセトナート錯体の分散安定性が良好になるため、加熱しなくてもアルコール系溶媒等の溶媒中に分散可能である。従って、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は加熱せずに製造することができ、望まない反応が起こらず不純物が混入しないという利点も有する。 Such a composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention comprises lead acetate as a raw material for lead oxide, a metal alkoxide and acetylacetonate complex as a raw material for metal oxides other than lead, and acetic acid. By mixing so that the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is larger than 2, a colloidal solution can be obtained. Moreover, you may mix alkanolamine. By adding acetic acid, acetic acid binds to the acetylacetonate complex with a weak interaction, so that the dispersion stability of the acetylacetonate complex is remarkably improved, and the lead-containing composite oxide forming composition is preserved. Stability is improved. Thus, the dispersion stability of the acetylacetonate complex is relatively easy by adding acetic acid to the metal oxide raw material and blending so that the acetic acid / acetylacetonate complex (molar ratio) is greater than 2. Can be produced, and a composition for forming a lead-containing composite oxide having excellent storage stability can be produced. Here, since lead acetate is also mixed in the composition for forming a lead-containing composite oxide as described above, taking into account the acetic acid liberated from this lead acetate, for example, acetic acid as a raw material for the acetylacetonate complex By mixing 2 moles or more, the dispersion stability of the acetylacetonate complex is improved, and the storage stability of the produced lead-containing composite oxide forming composition is improved. In addition, in the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention, by adding acetic acid, the dispersion stability of the metal acetylacetonate complex is improved. Therefore, in a solvent such as an alcohol solvent without heating. Can be distributed. Therefore, the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention can be produced without heating, and has an advantage that no unwanted reaction occurs and impurities are not mixed.
ここで、各成分を混合する順番は、酢酸鉛を溶媒に混合して酢酸鉛を溶媒に分散させた後、酢酸とアセチルアセトナート錯体を混合することが好ましい。具体的には、例えば、溶媒に金属アルコキシドを混合した後、必要に応じてアルカノールアミンを混合し、この混合液に酢酸鉛を混合した後、アセチルアセトナート錯体と酢酸を混合する方法を挙げることができる。なお、酢酸の添加はアセチルアセトナート錯体の添加の前後のどちらでもよい。また、アルカノールアミンの添加も酢酸の添加の前後のどちらでもよいが、酢酸の添加の前にアルカノールアミンを添加するのが好ましい、アセチルアセトナート錯体の分散安定性が良好になる傾向があるためである。 Here, the order of mixing the components is preferably that acetic acid and an acetylacetonate complex are mixed after mixing lead acetate in a solvent and dispersing lead acetate in the solvent. Specifically, for example, a method of mixing a metal alkoxide with a solvent, mixing an alkanolamine as necessary, mixing lead acetate with this mixed solution, and then mixing an acetylacetonate complex and acetic acid. Can do. The acetic acid may be added before or after the addition of the acetylacetonate complex. Also, alkanolamine may be added before or after the addition of acetic acid, but it is preferable to add alkanolamine before the addition of acetic acid, because the dispersion stability of the acetylacetonate complex tends to be good. is there.
また、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物により、強誘電体薄膜を形成することができる。本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物は、アセチルアセトナート錯体の分散安定性に優れ、鉛含有複合酸化物形成用組成物の保存安定性を長期に亘って維持することができるため、これを用いて形成される強誘電体薄膜は、膜成分が略均一に分散、すなわち、強誘電体薄膜の膜質が略均一となり、安定した圧電特性を発揮することができる。 Moreover, a ferroelectric thin film can be formed with the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention. The composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention is excellent in dispersion stability of the acetylacetonate complex and can maintain the storage stability of the composition for forming a lead-containing composite oxide over a long period of time. In the ferroelectric thin film formed using this, the film components are dispersed substantially uniformly, that is, the film quality of the ferroelectric thin film becomes substantially uniform, and stable piezoelectric characteristics can be exhibited.
ここで、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物により形成される強誘電体薄膜は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性材料(圧電性材料)やこれにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等の結晶を含むものである。その組成としては、例えば、PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1−x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PIN−PT)、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3−PbTiO3(PST−PT)、Pb(Sc1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(PSN−PT)、BiScO3−PbTiO3(BS−PT)、BiYbO3−PbTiO3(BY−PT)等が挙げられる。 Here, the ferroelectric thin film formed by the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention is, for example, a ferroelectric material (piezoelectric material) such as lead zirconate titanate (PZT) or niobium. In addition, a crystal such as a relaxor ferroelectric substance to which a metal such as nickel, magnesium, bismuth or ytterbium is added. As the composition, for example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PZN-PT), Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/2 Ta 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PST-PT), Pb (Sc 1/2 nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 ( PSN-PT), biScO 3 -PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 -PbTiO 3 (BY-PT) and the like.
このような強誘電体薄膜は、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物を被対象物上に塗布し、これを乾燥して焼成することにより製造することができる。なお、被対象物上に鉛含有複合酸化物形成用組成物を塗布する塗布工程においては、鉛含有複合酸化物形成用組成物が貯留されたタンク内に乾燥不活性ガスを所定流量で導入し、鉛含有複合酸化物形成用組成物をタンクに接続されたノズルまで搬送して、鉛含有複合酸化物形成用組成物をそのノズルから回転する被対象物上に滴下するのが好ましい。これにより、膜成分が略均一に分散した強誘電体薄膜の前駆体膜を比較的容易に製造することができる。 Such a ferroelectric thin film can be produced by applying the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention on an object, drying it and firing it. In the coating step of applying the lead-containing composite oxide forming composition on the object, dry inert gas is introduced at a predetermined flow rate into the tank in which the lead-containing composite oxide forming composition is stored. Preferably, the composition for forming a lead-containing composite oxide is transported to a nozzle connected to a tank, and the composition for forming a lead-containing composite oxide is dropped onto an object to be rotated from the nozzle. Thereby, a precursor film of a ferroelectric thin film in which film components are dispersed substantially uniformly can be manufactured relatively easily.
なお、以上説明した本発明に係る鉛含有複合酸化物形成用組成物及びこの鉛含有複合酸化物形成用組成物を用いて成膜された強誘電体薄膜は、広範なデバイス開発に応用することができ、その用途等は特に限定されないが、例えば、マイクロアクチュエータ、フィルタ、遅延線、リードセレクタ、音叉発振子、音叉時計、トランシーバ、圧電ピックアップ、圧電イヤホン、圧電マイクロフォン、SAWフィルタ、RFモジュレータ、共振子、遅延素子、マルチストリップカプラ、圧電加速度計、圧電スピーカ等に応用することができる。 The above-described composition for forming a lead-containing composite oxide according to the present invention and the ferroelectric thin film formed by using this composition for forming a lead-containing composite oxide should be applied to a wide range of device development. The application is not particularly limited, but for example, microactuator, filter, delay line, lead selector, tuning fork oscillator, tuning fork clock, transceiver, piezoelectric pickup, piezoelectric earphone, piezoelectric microphone, SAW filter, RF modulator, resonance It can be applied to a child, a delay element, a multi-strip coupler, a piezoelectric accelerometer, a piezoelectric speaker and the like.
(実施形態2)
以下、図1及び図2を参照して、本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物を圧電アクチュエータに適用した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について詳細に説明する。図1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の概略を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びA−A’断面図である。図1及び図2に示すように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン(SiO2)からなる、厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head in which the composition for forming a lead-containing composite oxide of the present invention is applied to a piezoelectric actuator will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an outline of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the flow
この流路形成基板10には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が複数並設されている。また、圧力発生室12の並設方向(幅方向)とは直交する方向(長手方向)の一方の端部の外側には、後述する保護基板30のリザーバ部32と連通される連通部13が形成されている。また、この連通部13は、各圧力発生室12の長手方向一端部でそれぞれインク供給路14を介して連通されている。
The flow
また、流路形成基板10の開口面側には、圧力発生室12を形成する際のマスク膜51が設けられており、このマスク膜51上には、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21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
A
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成され、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの強誘電体薄膜(圧電体層)70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、本実施形態の強誘電体薄膜70は、酸化鉛の原料としての酢酸鉛と、鉛以外の金属の酸化物の原料としての金属アルコキシド及びアセチルアセトナート錯体と、酢酸とを含有するコロイド溶液からなり、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)が2より大きい本発明の鉛含有複合酸化物形成用組成物を用いて、MOD法により形成されている。
On the other hand, an insulating
なお、圧電素子300とは、下電極膜60、強誘電体薄膜70、及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び強誘電体薄膜70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び強誘電体薄膜70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用する。振動板として下電極膜60だけを設けるようにしてもよい。
The
さらに、流路形成基板10の圧電素子300側には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板30が接着剤を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、空間が密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。
Further, on the
また、保護基板30には、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられ、このリザーバ部32は、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバ部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90は、その端部近傍が貫通孔33内で露出されている。
Further, the
さらに、このような保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
Further, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ICからの駆動信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に駆動電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜60及び強誘電体薄膜70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
以上説明した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、強誘電体薄膜70が、酸化鉛の原料としての酢酸鉛と、鉛以外の金属酸化物の原料としての金属アルコキシド及びアセチルアセトナート錯体と、酢酸とを含有するコロイド溶液からなり、酢酸/アセチルアセトナート錯体(モル比)が2より大きい鉛含有複合酸化物形成用組成物、すなわち、分散安定性及び保存安定性に優れた組成物によって形成されているので、強誘電体薄膜70の膜成分が略均一に分散し、強誘電体薄膜70の膜質が略均一となる。したがって、ヘッドのインク吐出特性が安定し、且つヘッドの信頼性を高めることができる。
In the ink jet recording head of the present embodiment described above, the ferroelectric
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、これに限定されず、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。 In the present embodiment, an ink jet recording head that discharges ink as an example of a liquid ejecting head has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a liquid crystal display, or the like. Examples include color material ejection heads used in the production of color filters, electrode material ejection heads used in electrode formation for organic EL displays, FEDs (surface emitting displays), and bioorganic matter ejection heads used in biochip production. .
10 流路形成基板、12 圧力発生室、20 ノズルプレート、21 ノズル開口、30 保護基板、31 圧電素子保持部、32 リザーバ部、40 コンプライアンス基板、60 下電極膜、70 強誘電体薄膜(圧電体層)、80 上電極膜、90 リード電極、100 リザーバ、300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005343361A JP4821974B2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005343361A JP4821974B2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007145657A JP2007145657A (en) | 2007-06-14 |
JP4821974B2 true JP4821974B2 (en) | 2011-11-24 |
Family
ID=38207509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005343361A Expired - Fee Related JP4821974B2 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4821974B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4484900B2 (en) | 2007-05-31 | 2010-06-16 | 株式会社スクウェア・エニックス | Game-based advertising distribution system |
JP2009214313A (en) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Fujifilm Corp | Liquid discharge device |
JP2011014820A (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Seiko Epson Corp | Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid-ejecting head and liquid-ejecting apparatus |
US20130112910A1 (en) | 2011-05-06 | 2013-05-09 | Seiko Epson Corporation | Precursor solution for piezoelectric films, method for manufacturing the same, and method for manufacturing piezoelectric film |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3105080B2 (en) * | 1992-06-22 | 2000-10-30 | ローム株式会社 | Manufacturing method of ferroelectric thin film |
JP3487068B2 (en) * | 1995-04-03 | 2004-01-13 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric thin film, method of manufacturing the same, and ink jet recording head using the same |
JP4178578B2 (en) * | 1998-02-23 | 2008-11-12 | セイコーエプソン株式会社 | Method for manufacturing piezoelectric element |
US6203608B1 (en) * | 1998-04-15 | 2001-03-20 | Ramtron International Corporation | Ferroelectric thin films and solutions: compositions |
JP2001213624A (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-07 | Seiko Epson Corp | Process of preparing ferroelectric thin film and raw material solution therefor |
JP3955001B2 (en) * | 2002-09-20 | 2007-08-08 | キヤノン株式会社 | Piezoelectric film forming composition and method for producing piezoelectric film |
JP2004107179A (en) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Canon Inc | Precursor sol of piezoelectric material, method of manufacturing piezoelectric film, piezoelectric element, and inkjet recording head |
-
2005
- 2005-11-29 JP JP2005343361A patent/JP4821974B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007145657A (en) | 2007-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4284557B2 (en) | Ferroelectric thin film forming composition, ferroelectric thin film, ferroelectric thin film manufacturing method, and liquid jet head | |
US7527822B2 (en) | Ferroelectric thin film formation composition, ferroelectric thin film and method of fabricating ferroelectric thin film | |
JP4821974B2 (en) | Method for producing composition for forming lead-containing composite oxide | |
US8678563B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element | |
JP2011014820A (en) | Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid-ejecting head and liquid-ejecting apparatus | |
US20100203236A1 (en) | Composition for ferroelectric thin film formation, ferroelectric thin film and liquid-jet head | |
JP2010214841A (en) | Liquid ejection head, liquid ejection device, and actuator device | |
JP4702552B2 (en) | Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus | |
JP2007165553A (en) | Piezoelectric element and its manufacturing method, piezoelectric actuator, and ink-jet recording head | |
JP2006269391A (en) | Manufacturing method of ferroelectric thin film and manufacturing method of piezoelectric element as well as composition for ferroelectric thin film formation | |
JP5257580B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element | |
JP2011014714A (en) | Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
US7887164B2 (en) | Liquid jet head, a liquid jet apparatus and a piezoelectric element | |
JP2013118252A (en) | Composition for forming lanthanum nickel oxide film, manufacturing method of the same, manufacturing method of lanthanum nickel oxide film, manufacturing method of piezoelectric element, manufacturing method of liquid injection head and manufacturing method of liquid injection device | |
JP2012235005A (en) | Precursor solution of piezoelectric film and manufacturing method of piezoelectric element | |
JP2006093042A (en) | Ferroelectric thin film, composition for forming the same, and liquid jet head | |
JP5790131B2 (en) | Precursor solution for piezoelectric film and method for manufacturing piezoelectric element | |
KR20070021181A (en) | Composition for forming ferroelectric thin film, ferroelectric thin film and method for preparing ferroelectric thin film, and liquid spraying head | |
JP2011171610A (en) | Method of manufacturing piezoelectric ceramics film, piezoelectric element, liquid injection head, liquid injection apparatus, and composition for forming piezoelectric ceramics film | |
JP2012243837A (en) | Manufacturing method of ceramic film, manufacturing method of piezoelectric element, manufacturing method of liquid injection head, and manufacturing method of liquid injection device | |
JP2011142205A (en) | Composition for ferroelectric thin film formation, method of manufacturing liquid ejection head, and method of manufacturing actuator device | |
JP2011142152A (en) | Method of preserving composition for formation of ceramic thin film, method of forming ceramic thin film, method of manufacturing piezoelectric element, and method of manufacturing liquid injection head | |
JP2009188104A (en) | Piezoelectric element, method of manufacturing the same, liquid injection head, and printer | |
JP2010083120A (en) | Liquid jetting head, liquid jetting device, and actuator | |
JP2007204341A (en) | Piezoelectric material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081028 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110516 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110518 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110719 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110810 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110823 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140916 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |