JP5398131B2 - 圧電体素子、圧電体の製造方法及び液体噴射ヘッド - Google Patents
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式(1) (Pb 1−x M x ) xm (Zr y Ti 1−y )O z
(式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又はNbのいずれかの原子を示す。x、xm、y、zは、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たす数値を示す。)
式(1) (Pb 1−x M x ) xm (Zr y Ti 1−y )O z
(式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又はNbのいずれかの原子を示す。x、xm、y、zは、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たす数値を示す。)
式(1) (Pb 1−x M x ) xm (Zr y Ti 1−y )O z
(式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又はNbのいずれかの原子を示す。x、xm、y、zは、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たす数値を示す。)
(Pb1-xMx)xm(ZryTi1-y)Oz (1)
で表される酸化物である。式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又は Nbのいずれかの原子を示す。式(1)中、x、xm、y、zは、これらを用いて得られたABO3ペロブスカイト型酸化物結晶の組成が、式(1)中、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たすような数値を示す。
(1)Pt/Ti(上部電極層)/PbZrTiO3(圧電/電歪体層)/Pt(下部電極層)/LaNiO3/CeO2/YSZ(Y2O3-ZrO2) (バッファー層)/Si/SiOx(振動板)/Si(基体)。
(2)SrRuO3(上部電極層)/PbZrTiO3(圧電/電歪体層)/SrRuO3(下部電極層)/LaNiO3/CeO2/YSZ(Y2O3-ZrO2(バッファー層))/Si/SiO2(振動板)/Si(基体)。
(3)Pt/Ti(上部電極層)/PbZrTiO3(圧電/電歪体層)/SrRuO3(下部電極層)/LaNiO3/CeO2/YSZ(Y2O3-ZrO2) (バッファー層)/Si/SiO2(振動板)/Si(基体)。
(4)Pt/Ti(上部電極層)/PbZrTiO3(圧電/電歪体層)/Pt/SrRuO3(下部電極層)/LaNiO3/CeO2/YSZ(Y2O3-ZrO2) (バッファー層)/Si/SiO2(振動板)/Si(基体)。
(1)AOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とが形成される温度P℃に前記基体を加熱し、A元素及びB元素を含む酸化物を用いてAOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とを含む膜を形成する形成工程。
(2)P℃より50℃以上高い温度に前記基体を加熱する。これにより、前記AOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とを含む膜を、前記ABO3ペロブスカイト型酸化物の結晶の膜に変える変換工程。
これらの工程によって、多孔質構造を有し、該多孔質構造は前記基体から遠い側の前記圧電体層の表面から前記圧電体層の厚さの1/2以下の領域に設けられており、且つ、少なくとも前記圧電体層の表面に開口する凹部構造と前記圧電体層内で閉口するセル状構造とで形成される圧電体層を製造する。
(Pb1-xMx)xm(ZryTi1-y)Oz (1)
で表される組成を有するものが好ましい。式中、MがLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W、 Nbから選択されるいずれか1種類以上の元素を示し、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たすようなx、y、zとするものを用いることができる。これらのうち、Pb系ペロブスカイト型酸化物が好ましく、特に、チタン酸ジルコン酸鉛であることが好ましい。このようなABO3ペロブスカイト型酸化物を用いてABO3ペロブスカイト型酸化物結晶の膜を成膜することができる。
本発明の液体噴射ヘッドは、上記圧電体素子と、該圧電体素子が対応して設けられ液体を吐出する吐出口に連通する液室とを有することを特徴とする。本発明の液体噴射ヘッドの一例として、図9に示すように、圧電/電歪体素子51と、液噴射口53を備えたノズルプレート52とで構成されたもの挙げることができる。圧電/電歪体素子51の基体41には、並列して複数の凹部61が設けられ、この凹部を閉塞するようにノズルプレート52が固定されることにより、液噴射口53を有する複数の液室61を形成する。この液体噴射ヘッドにおいては液吐出口53は、凹部の下側に所定の間隔をもって形成されているが、側面側に設けられていてもよい。
本発明の圧電体素子、圧電体の製造方法、液体噴射ヘッドについて、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
ターゲット組成
PbZryTi1-yOz 式中、y=0.52、z=3.0
その後、RTA(Rapid Thermal Annealing)を用いて、大気中で680℃5時間の加熱処理を行った。得られた圧電体の断面SEM像は図2に示すとおりである。
圧電体作製において、スパッタリング時の基体の温度を600℃として結晶成長させ、その後の大気中における加熱処理を行なわずに圧電体を作製した他は、実施例1と同様にして圧電体を作製し、液体噴射ヘッドを作製した。
圧電体作製において、CSD法を用いた。実施例1で用いたターゲット組成と同様の組成に相当する組成の酢酸鉛、ランタンイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド、チタンイソプロポキシドをメトキシエタノール中で加熱溶解した。この溶液を希塩酸で加水分解しPb1.1La0.01Zr0.52Ti0.48O3の10質量%(酸化物換算濃度)の圧電体用塗布液ゾルを得た。
2、45 圧電/電歪体層
3、46 上部電極層
42 振動板
43 バッファー層
44 下部電極層
51 圧電/電歪体素子
52 ノズルプレート
53 液噴出口
61 液室
M 基板
Claims (9)
- 基体上にエピタキシャル成長した式(1)で表されるABO3ペロブスカイト型酸化物の結晶の膜からなる圧電体層と、該圧電体層を間に挟む一対の電極層とを有する圧電体素子であって、
前記圧電体層は多孔質構造を有し、該多孔質構造は前記基体から遠い側の前記圧電体層の表面から前記圧電体層の厚さの1/2以下の領域に設けられており、且つ、少なくとも前記圧電体層の表面に開口する凹部構造と前記圧電体層内で閉口するセル状構造とで形成されていることを特徴とする圧電体素子。
式(1) (Pb 1−x M x ) xm (Zr y Ti 1−y )O z
(式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又はNbのいずれかの原子を示す。x、xm、y、zは、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たす数値を示す。) - 前記圧電体層が、単結晶又は単一配向結晶からなることを特徴とする請求項1記載の圧電体素子。
- 前記ABO3ペロブスカイト型酸化物の結晶が、チタン酸ジルコン酸鉛の結晶であることを特徴とする請求項1又は2記載の圧電体素子。
- 請求項1から3のいずれか記載の圧電体素子と、該圧電体素子が対応して設けられ液体を吐出する吐出口に連通する液室とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 基体上にエピタキシャル成長した式(1)で表されるABO3ペロブスカイト型酸化物の結晶の膜を形成して圧電体層を製造する圧電体の製造方法において、
AOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とが形成される温度のP℃に前記基体を加熱し、A元素及びB元素を含む酸化物を用いてAOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とを含む膜を形成する形成工程と、
前記P℃より50℃以上高い温度に前記基体を加熱することにより、前記AOx結晶とABO3ペロブスカイト型酸化物結晶とを含む膜を、前記ABO3ペロブスカイト型酸化物の結晶の膜に変える変換工程とによって圧電体層を製造し、
前記圧電体層は多孔質構造を有し、該多孔質構造は前記基体から遠い側の前記圧電体層の表面から前記圧電体層の厚さの1/2以下の領域に設けられており、且つ、少なくとも前記圧電体層の表面に開口する凹部構造と前記圧電体層内で閉口するセル状構造とで形成されていることを特徴とする圧電体の製造方法。
式(1) (Pb 1−x M x ) xm (Zr y Ti 1−y )O z
(式(1)中、MはLa、Ca、Ba、Sr、Bi、Sb、W又はNbのいずれかの原子を示す。x、xm、y、zは、0≦x<0.2、1.0≦xm≦1.3、0.40≦y<0.65、2.5≦z≦3.0を満たす数値を示す。) - 前記温度P℃が、450℃以上600℃未満であることを特徴とする請求項5記載の圧電体の製造方法。
- 前記ABO3ペロブスカイト型酸化物が、チタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする請求項5又は6記載の圧電体の製造方法。
- 前記形成工程が、スパッタリング法によってなされることを特徴とする請求項5から7のいずれか記載の圧電体の製造方法。
- 前記変換工程における加熱処理を、酸素を有する大気中で行う請求項5から8のいずれか記載の圧電体の製造方法。
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