JP5822057B2 - 圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 - Google Patents
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Description
第1電極と、
前記第1電極の上方および側方に形成された第1圧電体層と、
前記第1圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第1圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第2電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなることができる。
前記多孔質体層と前記第2電極との間に形成された絶縁層を、さらに含むことができる。
前記絶縁層のヤング率は、前記第2電極のヤング率より小さいことができる。
前記絶縁層の側面は、前記第1圧電体層の上面に対して、傾斜していることができる。
前記第1圧電体層および前記多孔質体層と、前記第2電極との間に形成された第2圧電体層を、さらに含むことができる。
前記第2圧電体層の材質は、前記第1圧電体層と同一であることができる。
前記多孔質体層の下方に、第3圧電体層を、さらに含むことができる。
前記第3圧電体層の材質は、前記第1圧電体層と同一であることができる。
第1電極と、
前記第1電極の上方に形成された第1圧電体層と、
前記第1電極の側面と前記第1電極の上面とによって形成された角部、および前記第1圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第1圧電体層の上方に形成された第3電極(以下「下側第2電極」という)と、
前記下側第2電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記下側第2電極と電気的に接続された第2電極(以下「上側第2電極」という)と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
前記第1電極、前記第1圧電体層、および前記第2電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第1電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第1電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第2電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されていることができる。
前記第1圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛であることができる。
本発明に係る圧電素子を含む。
本発明に係る圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第1電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第1圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している。
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
1.1. 第1実施形態
1.1.1. 圧電素子
まず、第1実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す断面図である。図2は、第1実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す平面図である。なお、図1(A)は、図2のA−A線断面図であり、図1(B)は、図2のB−B線断面図である。
次に、第1実施形態に係る圧電素子100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図3〜図7は、第1実施形態に係る圧電素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図3〜図7において、(A)は図1(A)に対応するものであり、(B)は図1(B)に対応するものである。
1.2.1. 圧電素子
図8は、第2実施形態に係る圧電素子200を模式的に示す断面図である。図9は、第2実施形態に係る圧電素子200を模式的に示す平面図である。なお、図8(A)は、図9のA−A線断面図であり、図8(B)は、図9のB−B線断面図である。以下、第2実施形態に係る圧電素子200において、第1実施形態に係る圧電素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第2実施形態に係る圧電素子200の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図3〜図5および図10〜図11は、第2実施形態に係る圧電素子200の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図3〜図5および図10〜図11において、(A)は図8(A)に対応するものであり、(B)は図8(B)に対応するものである。以下、第2実施形態に係る圧電素子200の製造方法において、第1実施形態に係る圧電素子100の製造方法と同様の製造方法である図3〜図5については、その詳細な説明を省略する。
次に、第3実施形態に係る圧電素子300について、図面を参照しながら説明する。図12は、第3実施形態に係る圧電素子300を模式的に示す断面図である。図13は、第3実施形態に係る圧電素子300を模式的に示す平面図である。なお、図12(A)は、図13のA−A線断面図であり、図12(B)は、図13のB−B線断面図である。以下、第3実施形態に係る圧電素子300において、第1実施形態に係る圧電素子100および第2実施形態に係る圧電素子200の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第4実施形態に係る圧電素子400について、図面を参照しながら説明する。図15は、第4実施形態に係る圧電素子400を模式的に示す断面図である。図16は、第4実施形態に係る圧電素子400を模式的に示す平面図である。なお、図15(A)は、図16のA−A線断面図であり、図15(B)は、図16のB−B線断面図である。以下、第4実施形態に係る圧電素子400において、第1実施形態に係る圧電素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
シリコン基板上に、スパッタ法により、酸化シリコン(SiO2)および酸化ジルコニウム(ZrO2)をこの順で成膜し、基板を形成した。次に、スパッタ法によりイリジウムを成膜し、第1電極を形成した。次に、MOD法によりPZTを形成し、レジストをマスクとして、PZTをウェットエッチングして、多孔質体層および圧電体を形成した。ウェットエッチングは、10%フッ酸水溶液を用いて、2分で行った。
図17は、上記のように作製した試料のSEM観察結果である。図17より、多孔質体層の密度は、圧電体の密度より小さいことがわる。さらに、多孔質体層は、圧電体に近づくにつれて、その密度が大きくなっていることがわかる。
次に、本実施形態にかかる圧電素子(圧電アクチュエーター)の用途の一例として、これらを有する液体噴射ヘッド600について、図面を参照しながら説明する。図18は、液体噴射ヘッド600の要部を模式的に示す断面図であって、図1(A)に対応するものである。図19は、液体噴射ヘッド600の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
され、圧電素子100と振動板1aとが圧電アクチュエーター102を構成している液体
噴射ヘッド600を例示して説明する。
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッド600を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図20は、本実施形態にかかる液体噴射装置700を模式的に示す斜視図である。
14 第2積層体、20 第1電極、22 第1電極の側面、24 第1電極の上面、
30 第1圧電体層、 30a 第1圧電体層、32 第1圧電体層の側面、
34 第1圧電体層の上面、36 コンタクトホール、40 第2電極、
42 配線層、50 多孔質体層、52 多孔質体層の上面、54 第3圧電体層、
56 第3圧電体層の上面、60 絶縁層、62 絶縁層の側面、64 第2圧電体層、66 第2圧電体の上面、100 圧電素子、102 圧電アクチュエーター、
200 圧電素子、300 圧電素子、400 圧電素子、440 下側第2電極、
442 上側第2電極、600 液体噴射ヘッド、610 ノズル板、
612 ノズル孔、620 圧力室基板、622 圧力室、624 リザーバー、
626 供給口、628 貫通孔、630 筐体、700 液体噴射装置、
710 駆動部、720 装置本体、721 トレイ、722 排出口、
730 ヘッドユニット、731 インクカートリッジ、732 キャリッジ、
741 キャリッジモーター、742 往復動機構、743 タイミングベルト、
744 キャリッジガイド軸、750 給紙部、751 給紙モーター、
752 給紙ローラー、752a 従動ローラー、752b 駆動ローラー、
760 制御部、770 操作パネル
Claims (15)
- 第1電極と、
前記第1電極の上方および側方に形成された第1圧電体層と、
前記第1圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第1圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第2電極と、
前記多孔質体層と前記第2電極との間に形成された絶縁層と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。 - 請求項1において、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなる、圧電素子。 - 請求項1または2において、
前記絶縁層のヤング率は、前記第2電極のヤング率より小さい、圧電素子。 - 請求項1ないし3のいずれか一項において、
前記絶縁層の側面は、前記第1圧電体層の上面に対して、傾斜している、圧電素子。 - 第1電極と、
前記第1電極の上方および側方に形成された第1圧電体層と、
前記第1圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第1圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第2電極と、
前記第1圧電体層および前記多孔質体層と、前記第2電極との間に形成された第2圧電体層と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。 - 請求項5において、
前記多孔質体層は、前記第1圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなる、圧電素子。 - 請求項5または6において、
前記第2圧電体層の材質は、前記第1圧電体層と同一である、圧電素子。 - 請求項1ないし7のいずれか1項において、
前記多孔質体層の下方に、第3圧電体層を、さらに含む、圧電素子。 - 請求項8において、
前記第3圧電体層の材質は、前記第1圧電体層と同一である、圧電素子。 - 請求項1ないし4のいずれか一項において、
前記第1圧電体層の上方に形成された第3電極を含み、
前記多孔質体層は、前記第1電極の側面と前記第1電極の上面とによって形成された角部を覆って形成され、
前記第2電極は、前記第3電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記第3電極と電気的に接続された、圧電素子。 - 請求項1ないし10のいずれか1項において、
前記第1電極、前記第1圧電体層、および前記第2電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第1電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第1電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第2電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されている、圧電素子。 - 請求項1ないし11のいずれか1項において、
前記第1圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛である、圧電素子。 - 請求項1ないし12のいずれか1項に記載の圧電素子を含む、圧電アクチュエーター。
- 請求項13に記載の圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第1電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第1圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している、液体噴射ヘッド。 - 請求項14に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
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