JP5773134B2 - 圧電素子の製造方法、圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
かかる態様では、絶縁体膜上にランタンニッケル酸化物を設けることで、絶縁体膜上に結晶が微小粒径の圧電体層を形成することができると共に、圧電体層の絶縁体膜と第1電極との境界に小穴が形成されるのを抑制することができ、小穴を起点としたクラックの発生を抑制することができる。また、ランタンニッケル酸化物によって圧電体層の結晶配向を制御することができ、圧電特性に優れた圧電体層を有する圧電素子を製造することができる。さらに、ランタンニッケル酸化物を島状に形成することで、ランタンニッケル酸化物が電極として機能するのを抑制して、圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部を第1電極によって規定することができる。
ここで、前記ランタンニッケル酸化物を形成する工程では、4nm以上、20nm以下の厚さで形成することが好ましい。これによれば、圧電体層に小穴が発生するのを確実に抑制することができると共に、ランタンニッケル酸化物が電極として機能するのを抑制して、圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部を第1電極によって規定することができる。
また、前記第1電極が、独立して複数設けられていると共に、前記第2電極が複数に独立して設けられた第1電極に亘って連続して設けられていることが好ましい。これによれば、圧電体層を覆う絶縁材料の保護膜が不要となると共に、島状のランタンニッケル酸化物によって独立した第1電極同士が導通するのを抑制することができる。
また、前記ランタンニッケル酸化物は、スパッタリング法により形成することが好ましい。これによれば、島状のランタンニッケル酸化物を容易に形成することができる。
さらに、本発明の他の態様は、絶縁体膜と、該絶縁体膜上に設けられた第1電極と、該第1電極上に設けられて、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電体層と、該圧電体層の前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を具備し、前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って、島状のランタンニッケル酸化物が形成されていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、結晶性に優れた圧電体層を有すると共に、圧電体層の破壊を抑制した圧電素子を実現できる。
ここで、前記ランタンニッケル酸化物が、前記第1電極の前記第2電極側の面上にも形成されていることが好ましい。これによれば、第1電極上に形成された圧電体層の配向を制御して、優れた圧電体層を実現できる。
また、本発明の他の態様は、上記態様の圧電素子を、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、液体噴射特性に優れ、圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体噴射特性に優れ、圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
さらに、他の態様は、絶縁体膜と、該絶縁体膜上に設けられた第1電極と、該第1電極上に設けられて、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電体層と、該圧電体層の前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を具備する圧電素子の製造方法であって、前記絶縁体膜上に前記第1電極を形成すると共にパターニングする工程と、前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って島状のランタンニッケル酸化物を形成する工程と、前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って、圧電体前駆体膜を形成し、該圧電体前駆体膜を焼成することで結晶化した圧電体膜を有する圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる態様では、絶縁体膜上にランタンニッケル酸化物を設けることで、絶縁体膜上に結晶が微小粒径の圧電体層を形成することができると共に、圧電体層の絶縁体膜と第1電極との境界に小穴が形成されるのを抑制することができ、小穴を起点としたクラックの発生を抑制することができる。また、ランタンニッケル酸化物によって圧電体層の結晶配向を制御することができ、圧電特性に優れた圧電体層を有する圧電素子を製造することができる。さらに、ランタンニッケル酸化物を島状に形成することで、ランタンニッケル酸化物が電極として機能するのを抑制して、圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部を第1電極によって規定することができる。
かかる態様では、結晶性に優れた圧電体層を有すると共に、圧電体層の破壊を抑制した圧電素子を実現できる。
かかる態様では、液体噴射特性に優れ、圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1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、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の第2の方向の断面図であり、図3は、図2のA−A′線断面図及びその要部を拡大した断面図である。
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向と称する。また、流路形成基板10の圧力発生室12の第1の方向と直交する第2の方向の外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のマニホールド部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅(第1の方向)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。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
図示するように、圧電素子300を構成する第1電極60は、各圧力発生室12に対応して独立して設けられている。ここで、第1電極60が各圧力発生室12に対応して独立して設けられているとは、第1電極60が圧力発生室12の並設方向において不連続となるように切り分けられていることを言う。本実施形態では、第1電極60を圧力発生室12の第1の方向の幅(圧力発生室12の並設方向における幅)よりも幅狭に設けることで、第1電極60を各圧力発生室12に対応して独立して設けるようにした。
上述した実施形態と同様の製造方法によってランタンニッケル酸化物の厚さを変更したものを実施例の圧電素子とした。
比較のため、絶縁体膜上の全面に亘って第1電極を形成し、第1電極上に厚さが5nmのチタンを形成した後、1層目の圧電体膜を形成した。また、1層目の圧電体膜と第1電極とを同時にパターニングした後、絶縁体膜上、第1電極の側面上及び1層目の圧電体膜上に亘って厚さが4nmのチタンを形成した後、2層目以降の圧電体膜を形成して圧電体層を形成した。これを比較例の圧電素子とした。
これら各実施例及び比較例の圧電素子について、絶縁体膜上の圧電体層70の結晶が大粒径化しているか測定した。また、絶縁体膜と第1電極60の境界部分での小穴の発生状況を測定した。さらに、圧電素子に電圧を印加して圧電素子のクラックの発生率を測定した。これらの結果を下記表1に示す。なお、結晶の大粒径化及び小穴の発生状況の測定は、SEM画像により測定した。また、圧電素子のクラック発生率は、10個の流路形成基板について、各流路形成基板上に設けられた180個の圧電素子に60Vの電圧を25分間印加した際に、クラックが発生した圧電素子の数を測定した。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、第1電極を複数の圧電素子の個別電極とし、第2電極を複数の圧電素子に共通する共通電極としたが、特にこれに限定されず、例えば、第1電極を共通電極、第2電極を個別電極としてもよい。この場合、ランタンニッケル酸化物を島状ではなく、層状に設けることも考えられるが、ランタンニッケル酸化物は、導電性を有するため、ランタンニッケル酸化物を層状で設けると、第1電極によって圧電体能動部の端部を規定することができず、圧電体能動部が、圧力発生室12の外側まで形成されてしまう。本実施形態では、ランタンニッケル酸化物を島状に設けることで、圧電体能動部の端部を第1電極によって規定することができ、圧電体能動部を圧力発生室12に相対向する領域内に設けて、変位特性を確保することができる。また、ランタンニッケル酸化物を層状に設けると、振動板の剛性が高くなり、圧電素子の変位低下も招く虞があるが、ランタンニッケル酸化物を島状に設けることで、振動板の剛性が高くなるのを抑えて、圧電素子の変位低下を抑制することができる。
Claims (8)
- 絶縁体膜と、
該絶縁体膜上に設けられた第1電極と、
該第1電極上に設けられて、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電体層と、
該圧電体層の前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を具備する圧電素子の製造方法であって、
前記絶縁体膜上に前記第1電極を形成すると共にパターニングする工程と、
前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って島状のランタンニッケル酸化物を形成する工程と、
前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って、圧電体前駆体膜を形成し、該圧電体前駆体膜を焼成することで結晶化した圧電体膜を有する圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とする圧電素子の製造方法。 - 前記ランタンニッケル酸化物を形成する工程では、4nm以上、20nm以下の厚さで形成することを特徴とする請求項1記載の圧電素子の製造方法。
- 前記第1電極が、独立して複数設けられていると共に、前記第2電極が複数に独立して設けられた第1電極に亘って連続して設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の圧電素子の製造方法。
- 前記ランタンニッケル酸化物は、スパッタリング法により形成することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の圧電素子の製造方法。
- 絶縁体膜と、
該絶縁体膜上に設けられた第1電極と、
該第1電極上に設けられて、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる圧電体層と、
該圧電体層の前記第1電極とは反対側に設けられた第2電極と、を具備し、
前記絶縁体膜上及び前記第1電極上に亘って、島状のランタンニッケル酸化物が形成されていることを特徴とする圧電素子。 - 前記ランタンニッケル酸化物が、前記第1電極の前記第2電極側の面上にも形成されていることを特徴とする請求項5記載の圧電素子。
- 請求項5又は6に記載の圧電素子を、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項7に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
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