JP5696424B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 - Google Patents
液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5696424B2 JP5696424B2 JP2010230296A JP2010230296A JP5696424B2 JP 5696424 B2 JP5696424 B2 JP 5696424B2 JP 2010230296 A JP2010230296 A JP 2010230296A JP 2010230296 A JP2010230296 A JP 2010230296A JP 5696424 B2 JP5696424 B2 JP 5696424B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- piezoelectric
- electrode film
- layer
- piezoelectric element
- 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.)
- Active
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 29
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 28
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 198
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 105
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 47
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 22
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 11
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 11
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14274—Structure of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、第1電極と第2電極との2つの
電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子を有するアクチュエーター装置
は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエーター装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッ
ド等に搭載されて使用されている。液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴
を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電
素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させ
るインクジェット式記録ヘッド等がある。
ム(Ir)を含む第一層と、次層に位置し白金(Pt)を含む第二層とを少なくとも備え
た下部電極を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
く得ることにより、安定した圧電特性を得ている。しかしながら、このような圧電素子に
おいて、安定すると同時に、より高い圧電特性、即ち圧電変位量の向上が求められている
。
る圧電素子においても同様に存在する。
用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにより圧電特性が高い圧電素子を提供する
ことを目的とする。
電素子を具備し、前記第1電極膜は、白金を主成分とした(111)面に優先配向したも
のであり、菱面体晶系の結晶構造を有することを特徴とする。このような菱面体晶系の結
晶構造を有する第1電極膜は、結晶性が高いため、導電率が高く、電圧損失が低いため、
圧電素子の圧電特性が向上する。従って、液体噴射ヘッドの液体噴射特性が向上する。
とが好ましい。このような圧電体層を結晶性の高い第1電極膜上に形成することで、圧電
体層の結晶性が向上し、より圧電素子の圧電特性を向上することができる。
されていることが好ましい。イリジウム(Ir)を主成分とする膜が形成されていること
で、圧電体層が(100)面により結晶性良く配向しやすく、好ましい圧電特性を有する
圧電素子を得ることができる。
る。圧電特性の高い圧電素子を有する液体噴射ヘッドを備えていることから、本発明の液
体噴射装置は、液体噴射特性が高い。
記第1電極膜は、白金を主成分とした(111)面に優先配向したものであり、菱面体晶
系の結晶構造を有することを特徴とする。このような菱面体晶系の結晶構造を有する第1
電極膜は結晶性が高いため、導電率が高く、電圧損失が低い。従って、本発明の圧電素子
は、圧電特性が向上している。
図1は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘ
ッドの分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図である。インク
ジェット式記録ヘッドIの流路形成基板10は、表面の結晶面方位が(110)面のシリ
コン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜50が形成されている
。
1によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また
、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通
路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生
室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバー100の一部を構成する連通部13
が形成されている。
より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、リザーバー
100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の流路を幅方向に絞ることで、圧力
発生室12の幅より小さい幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入す
るインクの流路抵抗を一定に保持している。
面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると
共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路15とから
なる液体流路が複数の隔壁11により区画されて設けられている。
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
熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラ
スセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
たように、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、
厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。
厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの第2電
極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されている。絶縁体膜55と第1電極膜60
との間には、絶縁体膜55と第1電極膜60との密着性を高めるための密着層61が設け
られており、また、第1電極膜60と圧電体層70との間には、層間での金属の拡散を防
止するために拡散防止層62が設けられている。圧電素子300は、少なくともこれらの
第1電極膜60と圧電体層70と第2電極膜80とを備えているものであり、本実施形態
では、さらに拡散防止層62も備えている。
たものである。ここで、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面
がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、主成分とは、膜から検出される強度が
最も高い金属元素をいい、各膜に含まれる主成分の状態は特に限定されず、それぞれ単一
の金属の状態、合金の状態、金属間化合物の状態、金属酸化物などのその他の化合物の状
態などであってもよい。
系であるのに対し、菱面体晶系である。これは、本実施形態における第1電極膜60が厚
さ方向に収縮されているからであり、厚さ方向に収縮されることで、通常の白金が面心立
方系であるのに対して(111)面方向に収縮された菱面体晶系となっているものである
。即ち、このような第1電極膜60の膜厚方向の(111)面における結晶面間隔(以下
、単に(111)面間隔ともいう)は、バルクの白金の(111)面間隔(2.27Å)
よりも短い2.262Å以下であるように厚さ方向に収縮されている。このように収縮さ
れることにより、本実施形態の第1電極膜60は、(111)方向への可動域が小さくな
り、そのため結晶構造が面心立方である白金よりも結晶性が高い。第1電極膜60の結晶
性が向上することにより、第1電極膜60の導電性が向上して、電圧損失を減少させるこ
とができる。
形成するので、第1電極膜60の結晶性が高いことにより圧電体層70の結晶性も向上さ
せることができる。従って、このように結晶性が高い第1電極膜60を形成することで、
圧電素子300の圧電特性を向上させることができる。なお、このような第1電極膜60
の(111)面間隔は、2.242Å以上であることが好ましい。2.242Å未満であ
ると、歪みが1%以上となりクラックが入りやすいからである。なお、上述したように第
1電極膜60の膜厚方向の(111)面における結晶面間隔が2.262Å以下であるこ
とで、結晶性がより向上する。
タル(Ta)、ジルコニウム(Zr)及びタングステン(W)からなる群から選択される
少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられ、Ti及びZrのいずれかが好まし
い。本実施形態では、密着層61として、厚さ20nmのチタン(Ti)膜を設けた。こ
のように第1電極膜60と絶縁体膜55との間に密着層61を設けることによって、絶縁
体膜55と第1電極膜60との密着力を高めることができる。
着層61の成分が圧電体層70に拡散するのを防止すると共に圧電体層70の成分が第1
電極膜60に拡散するのを防止するためのものである。このような拡散防止層62として
は、厚さが10〜50nmのイリジウム(Ir)、パラジウム(Pb)、ロジウム(Rh
)、ルテニウム(Ru)及びオスミウム(Os)からなる群から選択される少なくとも一
つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、拡散防止層62として、イ
リジウムを主成分とした酸化イリジウム膜(例えば、厚さ20nmのIrO2膜)を用い
た。IrO2膜等のイリジウムを主成分とした酸化イリジウム膜を用いることで、圧電体
層70が(100)面により結晶性良く配向しやすく、この場合、より高い圧電特性を得
ることができる。
(PZT)からなる。本実施形態では、圧電体層70は、結晶性の高い第1電極膜60上
の酸化イリジウムからなる拡散防止層62上に形成されているので、結晶性が高く、圧電
特性に優れている。なお、本実施形態において圧電体層70は(100)面に優先配向し
たものとしているが、(111)面に優先配向したものであってもよい。
式がABO3で表されるペロブスカイト型構造のものであればよい。例えば、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)にニオブ、ニッケル又はマグネシウム等の金属を添加したものや、
ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウ
ムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)等も用い
ることができる。また、さらにタングステン(W)、ナトリウム(Na)、カリウム(K
)、タンタル(Ta)、ストロンチウム(Sr)などが添加されていてもよい。なお、圧
電体層70は、本実施形態のように、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むものであること
が好ましい。これらを含むことで、本実施形態の圧電体層70は好適な電気機械変換素子
として駆動するからである。
の端部近傍から絶縁体膜55上まで延設される金(Au)等のリード電極90がそれぞれ
接続されている。このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加さ
れ、圧電素子300が変位するように構成されている。この圧電素子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たものがアクチュエーター装置であ
る。なお、流路形成基板10に振動板となる弾性膜50や絶縁体膜55を形成せずに、直
接第1電極膜60を形成してもよい。リード電極90は、保護基板30に設けられた貫通
孔33に露出する。
して接合されている。保護基板30には、連通部13に対向する領域に連通部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ー100を構成するリザーバー
部31が設けられている。
るための圧電素子保持部32が設けられている。なお、圧電素子保持部32は、圧電素子
300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても
、密封されていなくてもよい。
31とがリザーバー100を構成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流
路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバー部31の
みをリザーバーとしてもよい。また、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを
設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶
縁体膜55等)にリザーバーと各圧力発生室12とを連通するインク供給路を設けるよう
にしてもよい。
れている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等
を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とはボンディングワイ
ヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からな
り、この封止膜41によってリザーバー部31の一方面が封止されている。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のリザーバー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、リザーバー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。
給手段からインクを取り込み、リザーバー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、駆動回路120からの駆動信号に従い、圧電素子300を駆動させ、
弾性膜50、絶縁体膜55、第1電極膜60及び圧電体層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される。
以下、図3〜図6を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ついて説明する。図3〜図6は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を
説明するための要部断面図である。
0を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン
膜52を形成する。
ルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン
膜52)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジル
コニウム層を、例えば、熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶
縁体膜55を形成する。
膜65をこの順で形成する。具体的には、まず、絶縁体膜55上に、密着層形成膜63を
形成する。密着層形成膜63としては、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によ
りTiからなる膜を形成する。密着層形成膜63は、後工程により加熱されて密着層61
となる。
64を形成する。本実施形態では、白金膜64を130nmの厚さで形成した。このよう
な白金膜64は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング装置により形成することがで
きる。本実施形態では、この白金膜64を形成後、加熱工程を行って、白金膜64を厚さ
方向に収縮させることにより、白金を菱面体晶系とすることができ、所望の結晶性の高い
第1電極膜60とすることができる。
らその後の工程を行うことから、第1電極膜60上に形成される各膜の結晶性を高めるこ
とができる。即ち、本実施形態のように加熱工程を行わずに、例えば圧電体前駆体膜の乾
燥工程や脱脂工程における加熱を用いて白金膜を収縮して第1電極膜を形成するとすれば
、優れた結晶となる前の状態で圧電体膜の結晶化が開始されることになり、圧電体膜の結
晶成長において、配向にばらつきが生じることがある。従って、本実施形態のように、圧
電体膜72を形成する前に加熱工程を行い、所望の結晶性の高い第1電極膜60を形成す
ることが好ましいのである。
450℃未満で加熱することが挙げられる。300℃以上で加熱することで、結晶構造が
菱面体晶系である所望の第1電極膜60を得ることができる。なお、450℃以上で加熱
すると、熱応力が大きく基板の反りが発生しやすいので、好ましくない。
60を得たが、成膜時の成膜レート、ターゲット基板間距離、成膜圧力及びアルゴン流量
などを適宜調整することによっても所望の第1電極膜60を得ることができる。例えば、
第1電極膜60を成膜する際の成膜圧力を大きくしたり、アルゴンガスの圧力を大きくす
ることによって、成膜された第1電極膜60の結晶構造を菱面体晶系とすることができる
。また、第1電極膜60の下地層となる密着層形成膜63により得られる密着層61の格
子定数や結晶粒径を制御してもよい。しかしながら、本実施形態のように別に加熱工程を
設けることで、簡易に、かつ、効率よく所望の第1電極膜60を得ることができる。
としては、例えば、Irからなる膜をDCマグネトロンスパッタリング法により形成する
ことができる。かかるIrからなる膜が後工程により酸化されることで、拡散防止層62
としてのIrO2膜となる。
1〜20nm、本実施形態では厚さが4nmのチタン層66を形成する。そして詳しくは
後述するが、第1電極膜60上にチタン層66を形成した後に、圧電体膜72の1層目を
形成した段階で、第1電極膜60と1層目の圧電体膜72とを側面が傾斜するように同時
にパターニングする。
極膜60上にチタン層66を介して圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配
向方位を(100)に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層70
を得ることができる。なお、チタン層66は、圧電体層70が結晶化する際に、結晶化を
促進させるシードとして機能し、圧電体前駆体膜71の焼成時には圧電体層70内に拡散
するものである。
実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し
、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−
ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法
に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
ングする前のチタン層66上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜71を成膜する。す
なわち、第1電極膜60が形成された流路形成基板10上に金属有機化合物を含むゾル(
溶液)を塗布する(塗布工程)。次いで、この圧電体前駆体膜71を所定温度に加熱して
一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜71を10
0〜250℃で8〜30分保持することで乾燥することができる。
て脱脂する(脱脂工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜71を300〜40
0℃程度の温度に加熱して約10〜30分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱
脂とは、圧電体前駆体膜71に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等
として離脱させることである。
持することによって結晶化させ、圧電体膜72を形成する(焼成工程)。焼成工程では、
圧電体前駆体膜71を680〜900℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、68
0℃で5〜30分間加熱を行って圧電体前駆体膜71を焼成して圧電体膜72を形成した
。ここで、焼成工程における圧電体膜72の加熱方法は特に限定されないが、例えば、R
TA(Rapid Thermal Annealing)法等を用いて、昇温レートを比較的速くすることが好
ましい。例えば、本実施形態では、赤外線ランプの照射により加熱するRTP(Rapid Th
ermal Processing)装置を用いて、圧電体膜を比較的速い昇温レートで加熱した。
や、RTP装置などを用いることができる。
た段階で、第1電極膜60及び1層目の圧電体膜72をそれらの側面が傾斜するように同
時にパターニングする。
る圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、図4(d)に示すように複数層の圧電体膜
72からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、ゾルの1回あたりの膜厚が0
.1μm程度の場合には、10層の圧電体膜72からなる圧電体層70全体の膜厚は約1
.1μm程度となる。本実施形態では、白金膜64を形成後、加熱工程を行って得られた
結晶性の高い第1電極膜60上に圧電体層70を形成しているため、圧電体層70の結晶
性は向上している。
グして、第1電極膜60及び1層目の圧電体膜72の側面を傾斜させることで、2層目以
降の圧電体前駆体膜71を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、
密着性及び信頼性に優れた圧電体層70を形成することができる。
5(a)に示すように、例えば、イリジウム(Ir)からなる第2電極膜80を流路形成
基板用ウェハー110の全面に形成する。次いで、図5(b)に示すように、圧電体層7
0及び第2電極膜80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
300を形成する。次に、リード電極90を形成する。具体的には、図5(c)に示すよ
うに、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリ
ード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介し
て各圧電素子300毎にパターニングすることで形成される。
成された保護基板用ウェハー130を、上記膜形成プロセス終了後の流路形成基板用ウェ
ハー110上に接着剤35によって接着する。次いで、図6(b)に示すように、流路形
成基板用ウェハー110を所望の厚さにし、その後、図6(c)に示すように、マスク5
6を形成してシリコン単結晶基板である流路形成基板用ウェハー110の異方性エッチン
グを行い、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15を形成する。
ェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによっ
て除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反
対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板
用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110
等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって
、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
(実施例1〜4)
上述した実施形態1と同様の製造方法により、シリコンウェハーからなる流路形成基板
用ウェハーを熱酸化することにより二酸化シリコン(SiO2)からなる弾性膜50を形
成し、この弾性膜上に酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成した。
そして、厚さが20nmのチタン(Ti)からなる密着層形成膜63と、厚さが130n
mの白金(Pt)からなる白金膜64とをこの順で積層して形成し、それぞれ加熱温度を
表1に記載するように設定して5分間加熱工程を行って、密着層61及び第1電極膜60
を形成した。その後、厚さが10nmのイリジウム(Ir)からなる拡散防止層形成膜6
5を形成した。さらに、拡散防止層上に厚さが4nmのチタン(Ti)からなるチタン層
66を形成した。
)面の面間隔を、X線回折装置X’pertProMPDにより(管球:Cu Kα線、
スリット:DS 1/2°、ASS1°、ソーラースリット0.04rad、検出器:モ
ノクロメーター&PIXcel スペクトリス株式会社製)広角測定法で求めた。そして
、それぞれのばらつき低減率を調べ、これに基づいて面間隔のばらつきを評価した。なお
、ばらつき低減率は、比較データの半価幅から各実施例の半価幅を引いて、引いた値を比
較例の半価幅で割ってパーセント表示したものであり、数値が高いほどばらつきを低減で
きており、結果が良好であることを示す。ここで、比較データとは、一般的なバルク立方
晶の白金と同じ面間隔を有する薄膜のデータである。また、「半価幅」とは、X線回折広
角法により測定されたX線回折θ/2θチャートの各結晶面に相当するピーク強度の半価
での幅のことを言う。なお、半価幅と面間隔のばらつきとは略比例する関係にある。
の(111)面間隔に対するばらつき低減率を示す結果を図8に示す。
晶系の第1電極膜60を得ることができ、かかる第1電極膜60は、結晶のばらつきが少
なく、結晶性が高いことが分かった。このように、本実施形態の第1電極膜60は結晶性
が高いことから、電圧損失が少なく、また、圧電体層の結晶性も高い。従って、圧電素子
300の圧電特性が向上する。
るインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装
置IIに搭載される。図9は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である
。
1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、こ
の記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けら
れたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及
び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するも
のとしている。
介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキ
ャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5
に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙
等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになって
いる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上
述したものに限定されるものではない。上述した実施形態では、白金膜64を形成後に加
熱工程を行ったが、白金膜64の形成後、圧電体層70、即ち圧電体前駆体膜71の塗布
前に加熱工程を行えばよい。例えば、白金膜64を形成後、拡散防止層形成膜65を形成
し、その後、加熱工程を行って第1電極膜60及び拡散防止層62を形成してもよい。こ
の場合も、圧電体前駆体膜71は、第1電極膜60とともに結晶成長した拡散防止層62
上に形成することができるので、圧電体膜72の結晶性は高くなる。
して圧電体膜72を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆
体膜71を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、2回繰り返し行った後、焼成
することで圧電体膜72を形成するようにしてもよい。
たが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層70をMOD法やスパッタリング法など
により形成するようにしてもよい。
いたが、特にこれに限定されず、例えば、密着層61と第1電極膜60との間に密着層が
白金層に拡散するのを防止して密着性を維持するための拡散防止層を形成するようにして
もよい。
ドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、イン
ク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その
他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記
録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、
有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)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が挙げられる
。
る圧電素子の製造方法に限られず、他の装置に搭載される圧電素子の製造方法にも適用す
ることができる。
形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズ
ルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、
60 第1電極膜、 61 密着層、 62 拡散防止層、 63 密着層形成膜、
65 拡散防止層形成膜、 66 チタン層、 70 圧電体層、 71 圧電体前駆体
膜、 72 圧電体膜、 80 第2電極膜、 90 リード電極、 300 圧電素子
Claims (6)
- 第1電極膜と第2電極膜との間に圧電体層が設けられた圧電素子を具備し、
前記第1電極膜は、白金を主成分とした(111)面に優先配向したものであり、菱面体晶系の結晶構造を有することを特徴とする圧電素子。 - 前記第1電極膜は、前記第1電極膜の(111)面における結晶面間隔が2.251〜2.262Åであることを特徴とする請求項1記載の圧電素子。
- 前記圧電体層は、一般式がABO3で示されるペロブスカイト構造を有することを特徴とする請求項1又は2記載の圧電素子。
- 前記第1電極膜と前記圧電体層との間に、イリジウム(Ir)を主成分とする膜が形成されていることを特徴とする請求項3記載の圧電素子。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項5に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010230296A JP5696424B2 (ja) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
US13/270,447 US8529024B2 (en) | 2010-10-13 | 2011-10-11 | Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010230296A JP5696424B2 (ja) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012084716A JP2012084716A (ja) | 2012-04-26 |
JP5696424B2 true JP5696424B2 (ja) | 2015-04-08 |
Family
ID=45933801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010230296A Active JP5696424B2 (ja) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8529024B2 (ja) |
JP (1) | JP5696424B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023012770A (ja) * | 2021-07-14 | 2023-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出ヘッドユニットおよび液体吐出装置 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3567977B2 (ja) | 2000-03-24 | 2004-09-22 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法 |
US6494567B2 (en) | 2000-03-24 | 2002-12-17 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof |
JP4178888B2 (ja) * | 2002-09-04 | 2008-11-12 | セイコーエプソン株式会社 | 強誘電体デバイスの作製方法、およびそれを用いた強誘電体メモリ、圧電素子、インクジェット式ヘッドおよびインクジェットプリンタ |
JP4793568B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2011-10-12 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
JP5105040B2 (ja) | 2005-12-22 | 2012-12-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 |
JP4735639B2 (ja) | 2007-11-15 | 2011-07-27 | ソニー株式会社 | 圧電素子、角速度センサ、及び圧電素子の製造方法 |
US7915794B2 (en) | 2007-11-15 | 2011-03-29 | Sony Corporation | Piezoelectric device having a tension stress, and angular velocity sensor |
JP5434563B2 (ja) * | 2009-12-18 | 2014-03-05 | 日立金属株式会社 | 圧電体薄膜付き基板の製造方法 |
JP5531653B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2014-06-25 | 日立金属株式会社 | 圧電薄膜素子、その製造方法及び圧電薄膜デバイス |
-
2010
- 2010-10-13 JP JP2010230296A patent/JP5696424B2/ja active Active
-
2011
- 2011-10-11 US US13/270,447 patent/US8529024B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012084716A (ja) | 2012-04-26 |
US20120092423A1 (en) | 2012-04-19 |
US8529024B2 (en) | 2013-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5251031B2 (ja) | 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、センサー | |
JP4333686B2 (ja) | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 | |
US7882607B2 (en) | Method of manufacturing an actuator device | |
JP2006245247A (ja) | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
JP2008060259A (ja) | 圧電素子及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド | |
JP2006278489A (ja) | 圧電素子及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
JP2009286118A (ja) | 液体噴射ヘッド及びアクチュエーター装置 | |
JP2011171335A (ja) | 圧電アクチュエーターの製造方法、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
JP5105040B2 (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP4811598B2 (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド | |
US20090205182A1 (en) | Method of manufacturing liquid ejection head and method of manufacturing piezoelectric element | |
JP5741799B2 (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 | |
JP5257580B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 | |
JP5696424B2 (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 | |
JP2008153551A (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド | |
JP2007173605A (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP2009226728A (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法 | |
JP2006245248A (ja) | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
JP2009076819A (ja) | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 | |
JP2011098439A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 | |
JP2009208411A (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP5365793B2 (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP2008205048A (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
JP5716939B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置 | |
JP5670017B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130730 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140805 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141001 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150106 |
|
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: 20150113 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150126 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5696424 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
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 |