JP4968536B2 - 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド - Google Patents
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Description
図6に、本実施形態による圧電体薄膜素子40の部分拡大断面図を示す。圧電体薄膜素子40は、圧電体薄膜43を上部電極44及び下部電極42で挟んだ構成となっている。
I=V1/r1=V2/r2
の関係より、r1>r2の場合に、V1>V2となる。従って下部電極側の層431の電気抵抗率を上部電極側の層432より高くすることにより、下部電極側の層431には上部電極側の層432より大きい電界がかかり、大きいひずみが得られる。これにより、大きなひずみが必要な部分には大きな電界をかけ、それより小さなひずみが必要な部分には小さな電界をかけることができる。従って、各部に要求されるひずみ量に応じた適切な電界をかけることができ、低電圧による駆動でも全体として大きなひずみを得ることができる。
D=ε1E1+Ps1=ε2E2+Ps2
の関係が成立する。各層の自発分極Ps1及びPs2がほぼ等しいと仮定すると、ε1<ε2の場合に、E1>E2となる。従ってこの場合、下部電極側の層431には上部電極側の層432より大きい電界がかかり、大きいひずみが得られる。従って、ε1<ε2とすることにより、大きなひずみが必要な部分には大きな電界をかけ、それより小さなひずみが必要な部分には小さな電界をかけることができる。従って、各部に要求されるひずみ量に応じた適切な電界をかけることができ、低電圧による駆動でも全体として大きなひずみを得ることができる。
図1に、インクジェットプリンタの斜視図を示す。プリンタには、本体2に、トレイ3、排出口4および操作ボタン9が設けられている。
図2に、本実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図を示す。インクジェットヘッドは、ノズル板10、圧力室基板20、振動板30を備えている。
図3に、本実施形態のインクジェットヘッドのうち個々の圧電体薄膜素子に対応する部分を拡大した断面図を示す。図3に示すように、インクジェットヘッドは、ノズル板10を備えた圧力室基板20の上に振動板30が積層され、この上に下部電極42、圧電体薄膜43、上部電極44を備えた圧電体薄膜素子40が積層されて構成されている。
以下に、上記インクジェット式記録ヘッドの印刷動作を説明する。制御回路から駆動信号が出力されると、給紙機構が動作し用紙がヘッドによって印刷可能な位置まで搬送される。制御回路から吐出信号が供給されず圧電体素子の下部電極と上部電極との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層には変化を生じない。吐出信号が供給されていない圧電体素子が設けられている圧力室には圧力変化が生じず、そのノズル穴からインク滴は吐出されない。
次に、図4および5を参照しながら、圧電体薄膜素子及びインクジェットヘッドの製造工程を説明する。
まず、図4(S1)に示すように、シリコンからなる圧力室基板20上に、熱酸化やCVD法等の成膜法を用いて、膜厚約1μmのSiO2膜31を形成する。
次いで、図4(S3)に示すように、振動板の上に、下部電極42を形成する。下部電極42の成膜は、電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを用いる。例えば、膜厚200nm程度の白金層を形成したり、あるいは、膜厚100nm程度の白金層を形成した後、この上に膜厚100nm程度のイリジウム層を形成する。下部電極上には、膜厚3nm〜10nm程度の種Ti膜を形成してもよい。
次に、図4(S4)に示すように、ゾルゲル法、スパッタ法又はMOCVD法などを用いて、下部電極42の上に圧電体薄膜43を成膜する。
以上により形成された圧電体薄膜43上に、図4(S5)に示すように、上部電極44を形成する。例えば、イリジウムを50nm〜100nmの膜厚となるようにDCスパッタ法により成膜する。
次に、図5(S6)に示すように、上部電極44上にレジストをスピンコートし、圧力室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極44、圧電体薄膜43をイオンミリングやドライエッチン法などでエッチングする。これにより個々の圧電体薄膜素子40が完成する。
続いて、図5(S7)に示すように、圧力室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、平行平板型反応性イオンエッチングなどの活性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められた深さまで圧力室基板20をエッチングし、圧力室21を形成する。ドライエッチングされずに残った部分は側壁22となる。
最後に、図5(C)に示すように、接着剤を用いてノズル板10を圧力室基板20に貼り合わせる。この際には、各ノズル11が圧力室21の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。ノズル板10を貼り合わせた圧力室基板20を図2の筐体25に取り付け、インクジェット式記録ヘッドを完成させる。
Claims (3)
- 下部電極上に圧電体薄膜を形成する工程と、前記圧電体薄膜上に上部電極を形成する工程と、を備え、
前記圧電体薄膜の形成工程は、MOCVD法による圧電体薄膜の形成中に、ジルコニウム、チタン、及び鉛からなる金属錯体原料中に含まれるドーパントの濃度を連続的若しくは段階的に変化させるか、又は、前記圧電体薄膜の形成工程は、チタン酸ジルコン酸鉛をターゲットとする不活性ガスを用いたRFスパッタ法による圧電体薄膜の形成中に、ドーパントを含む付属ターゲットに印加するスパッタパワーを連続的又は段階的に変化させる製造方法により得られる圧電体薄膜素子であって、
前記下部電極と、該下部電極上に設けられた前記圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に設けられた前記上部電極と、を備え、
前記圧電体薄膜は、膜厚方向の所定位置より上部電極側の誘電率に対し、前記所定位置より下部電極側の誘電率の方が、低いことを特徴とする、圧電体薄膜素子。 - 下部電極上に圧電体薄膜を形成する工程と、前記圧電体薄膜上に上部電極を形成する工程と、を備え、
前記圧電体薄膜の形成工程は、MOCVD法による圧電体薄膜の形成中に、ジルコニウム、チタン、及び鉛からなる金属錯体原料中に含まれるドーパントの濃度を連続的若しくは段階的に変化させるか、又は、前記圧電体薄膜の形成工程は、チタン酸ジルコン酸鉛をターゲットとする不活性ガスを用いたRFスパッタ法による圧電体薄膜の形成中に、ドーパントを含む付属ターゲットに印加するスパッタパワーを連続的又は段階的に変化させる製造方法により得られる圧電体薄膜素子であって、
前記下部電極と、該下部電極上に設けられた前記圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に設けられた前記上部電極と、を備え、
前記圧電体薄膜は、上部電極側から下部電極側に向けて、膜厚方向の誘電率が、膜厚方向に連続的又は段階的に低くなる傾斜組成を有することを特徴とする、圧電体薄膜素子。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧電体薄膜素子と、当該圧電体薄膜素子の機械的変位によって内容積が変化する圧力室と、当該圧力室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備えることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
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