JP6110182B2 - 圧電／電歪素子 - Google Patents

圧電／電歪素子 Download PDF

Info

Publication number
JP6110182B2
JP6110182B2 JP2013070896A JP2013070896A JP6110182B2 JP 6110182 B2 JP6110182 B2 JP 6110182B2 JP 2013070896 A JP2013070896 A JP 2013070896A JP 2013070896 A JP2013070896 A JP 2013070896A JP 6110182 B2 JP6110182 B2 JP 6110182B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric body
electrode
piezoelectric
sample
glass layer
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013070896A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014195001A (ja
Inventor
慎也 竹村
慎也 竹村
隆 海老ヶ瀬
隆 海老ヶ瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2013070896A priority Critical patent/JP6110182B2/ja
Priority to US14/186,487 priority patent/US9484519B2/en
Priority to EP14159738.5A priority patent/EP2784838A1/en
Publication of JP2014195001A publication Critical patent/JP2014195001A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6110182B2 publication Critical patent/JP6110182B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • 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
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • 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
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • 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
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • 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
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1645—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by spincoating
    • 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
    • H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、圧電体上に配置される電極を備える圧電／電歪素子に関する。
従来、圧電体上に形成される電極の剥離抑制を目的として、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、圧電体と電極の間にガラス層を介挿する手法が提案されている。また、特許文献２では、電極の端部を樹脂層で封止する手法が提案されている。
特開平０６−２３７０２６号公報 特開２０００−４０９３６号公報
しかしながら、上述の手法では、密着層や樹脂層の剛性によって圧電体の変位量が低減してしまうという問題がある。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、電極の剥離を抑制しつつ、圧電体の変位量の低減を抑制可能な圧電／電歪素子を提供することを目的とする。
本発明に係る圧電／電歪素子は、圧電体と、第１電極と、第２電極と、ガラス層と、を備える。圧電体は、薄板状に形成される。第１電極は、圧電体の第１主面上に配置される。第１電極は、第１主面に連なる電極側面を有する。第２電極は、圧電体の第２主面上に配置される。ガラス層は、ガラスを主成分として含有する。ガラス層は、第１主面上と電極側面上に連続して形成される。ガラス層は、圧電体の側面から離れている。
本発明によれば、電極の剥離を抑制しつつ、圧電体の変位量の低減を抑制可能な圧電／電歪素子を提供することができる。
アクチュエータの構成を示す平面図 図１のＸ−Ｘ断面図 図２の部分拡大図 アクチュエータの製造方法を説明するための図 アクチュエータの製造方法を説明するための図 アクチュエータの製造方法を説明するための図 サンプルNo.１の断面図 サンプルNo.２の断面図 サンプルNo.３の断面図 サンプルNo.４の断面図 サンプルNo.５の断面図 サンプルNo.６の断面図 サンプルNo.１のガラス層を示すＳＥＭ画像
以下、図面を参照しながら、本発明に係る圧電／電歪素子を適用したインクジェットヘッド用のアクチュエータについて説明する。ただし、本発明に係る圧電／電歪素子は、発振回路、各種センサ、或いはインジェクター用アクチュエータなど様々な用途に適用可能である。
なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（アクチュエータ１００の構成）
アクチュエータ１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、アクチュエータ１００の構成を示す平面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。以下の説明では、図１に示すように、圧電／電歪素子２０が延びる方向を“長さ方向”と称し、長さ方向に直交する方向を“幅方向”と称する。また、図２に示すように、長さ方向及び幅方向に直交する方向を“厚み方向”と称する。
アクチュエータ１００は、支持体１０と、複数の圧電／電歪素子２０と、を備える。
１．支持体１０
支持体１０は、板状の焼成体である。支持体１０は、絶縁材料によって構成される。支持体１０を構成する絶縁材料としては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化珪素などが挙げられる。
ただし、支持体１０を構成する絶縁材料は、セラミックス材料に限られず、ガラス材料や樹脂材料などであってもよい。また、支持体１０を構成する粒子は、単結晶、多結晶、或いは非晶質であってもよい。
支持体１０は、振動膜１１と、圧力室１２と、吐出ノズル１３と、を有する。
振動膜１１は、圧電／電歪素子２０を支持する薄板である。振動膜１１は、圧電／電歪素子２０の伸縮に応じて、厚み方向に振動（変位）する。圧力室１２は、振動膜１１の下方に設けられた空洞である。圧力室１２には、インク導入口（不図示）から注入されたインクが貯留される。吐出ノズル１３は、圧力室１２から下方に延びるように形成される。圧力室１２に貯留されたインクは、振動膜１１の振動に応じて、吐出ノズル１３から吐出される。
２．圧電／電歪素子２０
圧電／電歪素子２０は、支持体１０上において、長さ方向に延びるように形成される。複数の圧電／電歪素子２０は、互いに平行に並べられる。
圧電／電歪素子２０は、下部電極２１と、圧電体２２と、上部電極２３と、ガラス層２４と、を有する。本実施形態において、上部電極２３は“第１電極”の一例であり、下部電極２１は“第２電極”の一例である。
２−１． 下部電極２１
下部電極２１は、振動膜１１上に配置される薄板状の焼成体である。下部電極２１は、平面視において、振動膜１１よりも一回り小さいサイズに形成される。下部電極２１の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、下部電極２１の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、下部電極２１の厚みは、例えば０．１μｍ〜１０．０μｍである。
下部電極２１は、耐酸性の導電材料によって構成される。このような導電材料としては、白金（Ｐｔ）などの貴金属のほか導電性高分子や導電性酸化物などが挙げられる。
２−２． 圧電体２２
圧電体２２は、下部電極２１上に配置される薄板状の焼成体である。圧電体２２は、第１主面２２Ｓと、第２主面２２Ｔと、側面２２Ｕと、を有する。第１主面２２Ｓ上には、上部電極２３が配置される。第２主面２２Ｔ上には、下部電極２１が配置される。下部電極２１と上部電極２３に電圧を印加すると、圧電体２２は厚み方向に垂直な方向に伸縮する。この圧電体２２の伸縮に起因して、振動膜１１が厚み方向に振動（変位）する。側面２２Ｕは、第１主面２２Ｓと第２主面２２Ｔに連なる。側面２２Ｕは、第１主面２２Ｓ及び第２主面２２Ｔに対して垂直でなくてもよい。
圧電体２２は、平面視において、下部電極２１以下のサイズに形成される。圧電体２２の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、圧電体２２の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、圧電体２２の厚みは、例えば０．５μｍ〜１５．０μｍである。また、圧電体２２は、上部電極２３よりも一回り大きいサイズに形成される。そのため、圧電体２２の第１主面２２Ｓの外縁部分は、上部電極２３から露出している。
圧電体２２は、多結晶の圧電材料によって構成される。このような圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）などが挙げられる。
２−３． 上部電極２３
上部電極２３は、圧電体２２上に配置される薄板状の焼成体である。上部電極２３は、電極側面２３Ｓと、電極上面２３Ｔと、を有する。電極側面２３Ｓは、圧電体２２の第１主面２２Ｓに連なる。電極側面２３Ｓは、第１主面２２Ｓに垂直でなくてもよく、第１主面２２Ｓに対して傾いていてもよい。電極上面２３Ｔは、電極側面２３Ｓに連なる。電極上面２３Ｔは、電極側面２３Ｓに垂直でなくてもよく、電極側面２３Ｓに対して傾いていてもよい。
上部電極２３は、平面視において、圧電体２２よりも一回り小さいサイズに形成される。上部電極２３の長さは、例えば４９８μｍ〜４９９８μｍであり、上部電極２３の幅は、例えば２８μｍ〜４９８μｍであり、上部電極２３の厚みは、例えば０．０１μｍ〜１０．０μｍである。
上部電極２３は、耐酸性の導電材料によって構成される。このような導電材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、或いは銅（Ｃｕ）などの貴金属やこれらの貴金属の合金が挙げられる。ただし、上部電極２３を構成する導電材料は、貴金属に限られず、導電性高分子や導電性酸化物などであってもよい。また、上部電極２３には、導電材料以外の物質が添加されていてもよい。例えば、後述するように、エッチング法によってガラス層２４を形成する場合、導電材料にはガラス層２４を構成するガラス材料が微量に添加される。
２−４． ガラス層２４
ガラス層２４は、圧電体２２の第１主面２２Ｓ上と上部電極２３の電極側面２３Ｓ上とに連続して形成されている。ただし、ガラス層２４は、圧電体２２の側面２２Ｕには形成されておらず、側面２２Ｕから離れている。
ここで、図３は、図２の部分拡大図である。図３に示すように、ガラス層２４は、密着部２４１と、第１延在部２４２と、第２延在部２４３と、を有している。
密着部２４１は、第１主面２２Ｓと電極側面２３Ｓの境界Ｐを被覆するように形成される。密着部２４１は、第１主面２２Ｓ上から電極側面２３Ｓ上にかけて連続的に形成されている。密着部２４１が第１主面２２Ｓと電極側面２３Ｓを連結することによって、上部電極２３が圧電体２２に密着されている。これによって、上部電極２３の外縁が圧電体２２から剥離することが抑制されている。
第１延在部２４２は、密着部２４１に連なっており、第１主面２２Ｓ上に延在する。第１延在部２４２は、第１主面２２Ｓ上にのみ延在しており、圧電体２２の側面２２Ｕ上には形成されていない。第２延在部２４３は、密着部２４１に連なっており、電極側面２３Ｓ上に延在する。第２延在部２４３は、電極側面２３Ｓ上にのみ延在しており、電極上面２３Ｔ上には形成されていない。
ガラス層２４は、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化リン、酸化カルシウム及び酸化チタンから選ばれる少なくとも一種を主成分として含有する。本実施形態において、組成物Ｘが物質Ｙを「主成分として含有する」とは、組成物Ｘ全体のうち、物質Ｙが好ましくは６０重量％以上を占め、より好ましくは７０重量％以上を占め、さらに好ましくは９０重量％以上を占めることを意味する。
ガラス層２４は、一様な層状に形成されていてもよいが、メッシュ状に形成されていてもよい。ガラス層２４が層状に形成されている場合には、ガラス層２４自体の強度を向上できる。一方で、ガラス層２４がメッシュ状に形成されている場合には、圧電体２２の伸縮（変位）に与える影響を小さくすることができる。なお、ガラス層２４の一部が層状に形成され、それ以外の部分がメッシュ状に形成されていてもよい。
ガラス層２４の厚みは、例えば1nm〜１０μｍとすることができる。ガラス層２４の厚みは、上部電極２３の厚みよりも小さいことが好ましい。具体的に、ガラス層２４の厚みは、上部電極２３の厚みの３０％以下であることが好ましい。これは、ガラス層２４の剛性が振動膜１１の変位に与える影響を顕著に小さくできるためである。
（アクチュエータ１００の製造方法）
次に、アクチュエータ１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、支持体１０用の絶縁材料によって構成される複数枚のテープを積層して積層体を作製する。複数枚のテープそれぞれは所定パターンに打ち抜かれており、積層体の内部には圧力室１２や吐出ノズル１３に対応する空洞が形成される。
次に、図４（ａ）に示すように、積層体を焼成して支持体１０を作製する。
次に、スピンコート法などを用いて、支持体１０上にフォトレジスト（ネガ型レジスト）を塗布することによってフォトレジスト膜を形成する。
次に、フォトリソグラフィによって、フォトレジスト膜を下部電極２１に対応する形状にパターニングする。
次に、スプレーコート法などを用いて、例えばパラジウムを含む触媒液をフォトレジスト膜の開口部に塗布する。
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜を除去した後に、めっき法などを用いて、触媒を下地として下部電極２１を形成する。
次に、圧電体２２用のテープを下部電極２１上に配置する。圧電体２２用のテープには、圧電材料粉末のほか、焼結助剤としてのＰｂ３Ｏ４粉末やＢｉ２Ｏ３粉末、分散剤及び有機バインダーなどが含まれていてもよい。
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体２２用のテープを所定条件（焼成温度８００℃〜１２００℃、焼成時間０．５ｈ〜５．０ｈ）で焼成して圧電体２２を形成する。ただし、ここでは、圧電体２２は一枚の大きな板状に形成される。
次に、スピンコート法などを用いて、圧電体２２上にフォトレジスト（ネガ型レジスト）を塗布することによってフォトレジスト膜Ｒ１を形成する。
次に、図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによって、フォトレジスト膜Ｒ１を上部電極２３に対応する形状にパターニングする。
次に、図５（ｂ）に示すように、スピンコート法などを用いて、パターニングされたフォトレジスト膜Ｒ１上に上部電極２３用の導電材料を含むレジネートペースト２３ａを塗布する。本実施形態では、上部電極２３用のレジネートペースト２３ａには、上部電極２３用の有機金属化合物のほか、ガラス層２４用のガラス材料が混合されている。
次に、図５（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜Ｒ１を除去した後に、上部電極２３用のレジネートペースト２３ａを所定条件（焼成温度４００℃〜１０００℃、焼成時間１min〜２ｈｒ）で焼成して上部電極２３を形成する。
次に、スピンコート法などを用いて、上部電極２３上にフォトレジスト（ポジ型レジスト）を塗布することによってフォトレジスト膜Ｒ２を形成する。
次に、図６（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによって、フォトレジスト膜Ｒ２をガラス層２４に対応する形状にパターニングする。すなわち、フォトレジスト膜Ｒ２の外周を除去して一回り小さくすることによって、上部電極２３の外縁を露出させる。
次に、図６（ｂ）に示すように、上部電極２３の導電材料用のエッチング液で上部電極２３の外縁をエッチングする。これによって、上部電極２３に混合されたガラス材料だけが残留してガラス層２４が形成される。ガラス層２４は、上部電極２３のレジネートペースト２３ａに混合されたガラス材料の混合量が多ければ層状に形成され、上部電極２３のレジネートペースト２３ａに混合されたガラス材料の混合量が少なければメッシュ状に形成される。
次に、スピンコート法などを用いて、圧電体２２上にフォトレジスト（ポジ型レジスト）を塗布することによってフォトレジスト膜Ｒ３を形成する。
次に、図６（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによって、上部電極２３とガラス層２４を覆うようにフォトレジスト膜Ｒ３をパターニングする。
次に、圧電材料用のエッチング液によって圧電体２２をエッチングすることによって、図２に示すように圧電体２２をパターニングする。エッチング液には、酸性水溶液（例えば、濃度１０％の希塩酸）、微量のフッ化アンモニウム、増粘剤、錯化剤及び界面活性剤等の混合液を用いることができる。
以上によって、アクチュエータ１００が完成する。
（作用及び効果）
ガラス層２４は、圧電体２２の第１主面２２Ｓ上と上部電極２３の電極側面２３Ｓ上とに連続して形成されている。従って、ガラス層２４によって上部電極２３が圧電体２２に密着させることができるため、上部電極２３が圧電体２２から剥離することを抑制することができる。
また、ガラス層２４は、圧電体２２の側面２３Ｓから離れている。従って、厚み方向における圧電体２２の伸縮（変位）がガラス層２４によって妨げられることを抑えることができる。
以上によって、本実施形態に係る圧電／電歪素子２０によれば、上部電極２３の剥離を抑制しつつ、圧電体２２の変位量の低減を抑制することができる。
（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
（Ａ）上記実施形態において、ガラス層２４は、密着部２４１、第１延在部２４２及び第２延在部２４３を有することとしたが、これに限られるものではない。ガラス層２４は、密着部２４１を有していればよく、第１延在部２４２及び第２延在部２４３を有していなくてもよい。
（Ｂ）上記実施形態では、上部電極２３の外縁部をエッチングしてガラス材料を残留させることによってガラス層２４を形成することとしたが、これに限られるものではない。圧電体２２上に上部電極２３を一回り小さく形成した後に、ガラス材料を境界Ｐ（図３参照）に沿って塗布することによってガラス層２４を形成してもよい。また、塗布法以外の公知の方法（例えば印刷法やディップ法など）によっても、上部電極２３の外周にガラス層２４を形成することができる。ただし、上記実施形態で説明した通り、エッチング法を用いる方が、薄いガラス層２４を低コストかつ精度良く形成することができる。
（Ｃ）上記実施形態では特に触れていないが、圧電／電歪素子２０は、圧電体２２の第２主面２２Ｔ上と下部電極２１の電極側面上とに連続して形成されるガラス層を備えていてもよい。このようなガラス層は、上記実施形態の上部電極２３と同様に下部電極２１を形成することによって作製可能である。このようなガラス層によれば、下部電極２１の剥離を抑制しつつ、圧電体２２の変位量の低減を抑制することができる。
以下において本発明に係る実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
以下に説明するように、サンプルＮｏ．１〜３として「圧電／電歪素子」を作製し、サンプルＮｏ．４〜６として「インクジェットヘッド用アクチュエータ」を作製した。
図７〜図１２は、サンプルＮｏ．１〜６の断面の模式図である。図７〜図１２に示すように、サンプルＮｏ．１の素子はサンプルＮｏ．４のアクチュエータに適用され、サンプルＮｏ．２の素子はサンプルＮｏ．５のアクチュエータに適用され、サンプルＮｏ．３の素子はサンプルＮｏ．６のアクチュエータに適用されている。
（サンプルＮｏ．１）
以下のようにして、サンプルＮｏ．１に係る圧電／電歪素子を作製した。
まず、ＰＺＴ＋Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ2／３）Ｏ３組成から成る圧電粉末、有機バインダー、分散剤及び可塑剤を含むスラリーを成形してグリーンシートを作製した。
次に、グリーンシートを１１００℃で３時間焼成して圧電体（長さ１．３５ｍｍ、幅１ｍｍ、厚み０．１３ｍｍ）を作製した。
次に、スピンコーターを用いて、ガラス成分（酸化ビスマス：酸化ホウ素：酸化ケイ素=5：60：3）をAuに対して２ｗｔ％含むＡｕレジネートペーストを圧電体の両主面の全面に塗布した。
次に、Ａｕレジネート（有機金化合物）ペーストを６００℃で０．５時間焼成して一対の電極（厚み１μｍ）を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、各電極上にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって保護膜を形成した。この際、各電極の外縁が保護膜から露出するように保護膜をパターニングした。
次に、Ａｕエッチング液を用いて、保護膜から露出した各電極の外縁をエッチングした。これによって、図７に示すように、圧電体の主面上から電極の側面上に連なるガラス層が形成された。これに伴い、各電極は、エッチングによって一回り小さいサイズ（長さ１．３４ｍｍ、幅０．９９ｍｍ、厚み１μｍ）に形成された。
ここで、図１３は、サンプルＮｏ．１に形成されたガラス層を示すＳＥＭ画像である。図１３では、圧電体上に形成されたガラス層（すなわち、図３に示す第１延在部２４２に対応する部分）が示されている。図１３に示すように、サンプルＮｏ．１ではメッシュ状のガラス層が形成されていることが確認された。ガラス層の厚みは、３００nmであった。
なお、図１３に示すＳＥＭ画像は、走査型電子顕微鏡（加速電圧１ｋＶ）で取得することができる。
（サンプルＮｏ．２）
以下のようにして、サンプルＮｏ．２に係る圧電／電歪素子を作製した。サンプルＮｏ．１との相違点は、図８に示すように、ガラス層を形成しなかった点である。
まず、サンプルＮｏ．１と同様にして圧電体を作製した。
次に、スクリーン印刷を用いて、Ａｕレジネートペーストを圧電体の両主面に塗布した。
次に、Ａｕレジネートペーストを６００℃で０．５時間焼成して一対の電極を作製した。各電極のサイズは、サンプルＮｏ．１と同じサイズ（長さ１．３４ｍｍ、幅０．９９ｍｍ、厚み１μｍ）であった。
（サンプルＮｏ．３）
以下のようにして、サンプルＮｏ．３に係る圧電／電歪素子を作製した。サンプルＮｏ．１との相違点は、図９に示すように、ガラス層を圧電体の側面にも形成した点である。
まず、サンプルＮｏ．１と同様にして圧電体を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、サンプルＮｏ．１と同じガラス成分を含むＡｕレジネートペーストを圧電体の全ての面に塗布した。
次に、Ａｕレジネートペーストを６００℃で０．５時間焼成して、圧電体の全体を取り囲むように上部電極材料の焼成体を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、サンプルＮｏ．１と同じ領域にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって、サンプルＮｏ．１と同じ保護膜を形成した。
次に、Ａｕエッチング液を用いて、上部電極材料の焼成体をエッチングした。これによって、図９に示すように、圧電体の主面と各電極の側面だけでなく、圧電体の側面全体をも覆うガラス層（厚み３００nm）が形成された。すなわち、ガラス層は、圧電体と電極の全体を覆うように形成された。なお、一対の電極は、サンプルＮｏ．１と同じサイズ（長さ１．３４ｍｍ、幅０．９９ｍｍ、厚み１μｍ）であった。
（サンプルＮｏ．４）
以下のようにして、サンプルＮｏ．４に係るインクジェットヘッド用アクチュエータを作製した。
まず、部分安定化ジルコニアスラリーを成型した複数枚のテープを積層して２５０μｍ厚の積層体を作製した。複数枚のテープそれぞれを所定パターンで打ち抜くことで、積層体の内部に圧力室に対応する空洞（長さ１ｍｍ、幅８０μｍ、深さ６０μｍ）と吐出ノズルに対応する貫通孔を形成した。
次に、積層体を１４５０℃で２時間焼成して支持体を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、支持体の表面上にネガ型レジスト液を塗布して乾燥させて、レジスト膜を形成した。
次に、露光装置（ウシオ電機(株)製マルチライト）とガラスマスクを用いて、レジスト膜をパターニングした。
次に、スプレーコーターによって、パラジウムを含む触媒液をフォトレジスト膜の開口部に塗布した。
次に、フォトレジスト膜を除去した後に、白金無電解めっきによって下部電極（幅８０μｍ、厚さ１μｍ）を形成した。
次に、ＰＺＴ＋Ｂｉ（Ｎｉ２／３Ｎｂ１／３）Ｏ３組成から成る圧電粉末、焼結助剤としてＰｂ３Ｏ４粉末やＢｉ２Ｏ３粉末、有機バインダー、分散剤及び可塑剤を含むスラリーを成形してグリーンシートを作製した。
次に、真空チャンバー内でグリーンシートを下部電極上に貼り付け、脱脂処理を行った。
次に、グリーンシートを１０００℃で２時間焼成して一枚の板状の圧電体（厚さ３μｍ）を作製した。
次に、下部電極の形成工程と同様にレジスト膜をパターニングした後に、スプレーコーターを用いて、ガラス成分（酸化ビスマス：酸化ホウ素：酸化ケイ素=5：60：3）をAuに対して２ｗｔ％含むＡｕレジネートペーストを圧電体上に塗布した。
次に、Ａｕレジネートペーストを６００℃で０．５時間焼成して上部電極（幅７５μｍ、厚さ０．１μｍ）を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、上部電極上にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって保護膜を形成した。この際、上部電極の外縁が保護膜から露出するように保護膜をパターニングした。
次に、Ａｕエッチング液を用いて、保護膜から露出した上部電極の外縁をエッチングした。これによって、図１０に示すように、圧電体の主面上から上部電極の側面上に連なるガラス層（厚み３０nm）が形成され、上部電極は一回り小さいサイズ（幅６５μｍ）となった。
次に、スプレーコーターを用いて、上部電極上にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって、上部電極とガラス層を覆うように保護膜を形成した。
次に、濃度１０％の希塩酸に微量のフッ化アンモニウムと増粘剤と錯化剤と界面活性剤を添加したエッチャント（フッ素濃度１％未満）を準備した。
次に、基板から８ｃｍ離したノズルからエッチャントを２分間噴霧して、圧電体をエッチングした。これによって、圧電体の幅を７５μｍに整えた。その後、圧電体を純水で洗浄し、１１０℃で乾燥させた。
（サンプルＮｏ．５）
以下のようにして、サンプルＮｏ．５に係るインクジェットヘッド用アクチュエータを作製した。サンプルＮｏ．４との相違点は、図１１に示すように、ガラス層を形成しなかった点である。
まず、サンプルＮｏ．４と同様に、支持体と下部電極と圧電体を作製した。
次に、スクリーン印刷を用いて、Ａｕレジネートペーストを圧電体上に塗布した。
次に、Ａｕレジネートペーストを６００℃で０．５時間焼成して上部電極（幅６５μｍ、厚さ０．１μｍ）を作製した。
その後、サンプルＮｏ．４と同様に、圧電体をエッチングした。
（サンプルＮｏ．６）
以下のようにして、サンプルＮｏ．６に係るインクジェットヘッド用アクチュエータを作製した。サンプルＮｏ．４との相違点は、図１２に示すように、ガラス層を圧電体の側面にも形成した点である。
まず、サンプルＮｏ．４と同様に、支持体と下部電極と圧電体を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、各電極上にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって保護膜を形成した。この際、上部電極とガラス層が作製される領域を覆うように保護膜をパターニングした。
次に、濃度１０％の希塩酸に微量のフッ化アンモニウムと増粘剤と錯化剤と界面活性剤を添加したエッチャント（フッ素濃度１％未満）を準備した。
次に、基板から８ｃｍ離したノズルからエッチャントを２分間噴霧して、圧電体をエッチングした。これによって、圧電体の幅を７５μｍに整えた。その後、圧電体を純水で洗浄し、１１０℃で乾燥させた。
次に、スプレーコーターを用いて、サンプルＮｏ．４と同じガラス成分を含むＡｕレジネートペーストを下部電極と圧電体の全体を覆うように塗布した。
次に、Ａｕレジネートペーストを６００℃で０．５時間焼成して、下部電極と圧電体の全体を覆うように上部電極材料の焼成体を作製した。
次に、スプレーコーターを用いて、上部電極となる領域にポジ型レジスト液（東京応化工業(株)製）を塗布して乾燥させた。
次に、ガラスマスクを用いてレジスト膜を露光することによって、サンプルＮｏ．４と同じ保護膜を形成した。
次に、Ａｕエッチング液（東京応化工業(株)製）を用いて、上部電極材料の焼成体をエッチングした。これによって、図１２に示すように、圧電体の主面と上部電極の側面だけでなく、圧電体の側面全体をも覆うガラス層（厚み３０nm）が形成された。一対の電極は、サンプルＮｏ．４と同じサイズであった。
（電極の密着力）
サンプルＮｏ．１〜６の電極の密着力を評価した。
まず、サンプルＮｏ．１〜３の圧電／電歪素子に対して分極処理（温度６０℃、直流で電界１０ｋＶ／ｍｍ相当の電圧、電圧印加時間１０秒）を行った。その後、各サンプルの暴露環境を高温（１２０℃）と低温（−４０℃）に１時間毎に切り替える処理を５サイクル繰り返し行った。そして、両電極の剥離の有無を観察した。
次に、サンプルＮｏ．４〜６のインクジェットヘッド用アクチュエータに対して分極処理（温度７５℃、直流で電界１５ｋＶ／ｍｍ相当の電圧、電圧印加時間１０秒）を行った。その後、電界強度１０ｋＶ／ｍｍ、１ｋＨｚの矩形波パターンの電界を各サンプルに６７時間印加し続けた。そして、上部電極の剥離の有無を観察した。
観察結果は表１に示すとおりである。表１では、電極の剥離が確認されなかったサンプルを○と評価し、電極の剥離が確認されたサンプルを×と評価した。
（圧電／電歪素子の変位量）
サンプルＮｏ．１，３，４，６の圧電／電歪素子の変位量を測定した。サンプルＮｏ．２，５については、上記密着力評価試験において電極の剥離が確認されたため変位量を測定しなかった。
まず、サンプルＮｏ．１，３の圧電／電歪素子に対して分極処理（温度６０℃、直流で電界１０ｋＶ／ｍｍ相当の電圧、電圧印加時間１０秒）を行った。その後、電界強度１０ｋＶ／ｍｍ、１００Ｈｚの矩形波パターンの電界を各サンプルに印加して変位量を測定した。変位量としては、レーザードップラー変位計を用いて、圧電／電歪素子の上面中央が厚み方向に変位した値を測定した。測定結果は表１に示すとおりである。
次に、サンプルＮｏ．４，６のインクジェットヘッド用アクチュエータに対して分極処理（温度７５℃、直流で電界１５ｋＶ／ｍｍ相当の電圧、電圧印加時間１０秒）を行った。その後、電界強度１０ｋＶ／ｍｍ、１Ｈｚの三角波パターンの電界を各サンプルに印加して変位量を測定した。変位量としては、レーザードップラー変位計を用いて、圧電／電歪素子の上面中央が厚み方向に変位した値を測定した。測定結果は表１に示すとおりである。
表１に示すとおり、サンプルＮｏ．１，３，４，６では、密着力評価試験において電極の剥離が観察されなかった。これは、圧電体の主面上から電極の側面上に連なるように形成されたガラス層によって、電極の密着力を向上できたためである。
また、サンプルＮｏ．１では、サンプルＮｏ．３に比べて大きな変位量を得ることができた。同様に、サンプルＮｏ．４では、サンプルＮｏ．６に比べて大きな変位量を得ることができた。これは、サンプルＮｏ．１，４では、圧電体の側面にガラス層を形成しなかったことによって、ガラス層によって圧電体の伸縮が妨げられなかったためである。従って、圧電体の側面にガラス層を形成しない方がよいことが確認された。
１０ 支持体
２０ 圧電／電歪素子
２１ 下部電極
２２ 圧電体
２２Ｓ 第１主面
２２Ｔ 第２主面
２２Ｕ 側面
２３ 上部電極
２３Ｓ 電極側面
２３Ｔ 電極上面
２４ ガラス層
１００ アクチュエータ

Claims (2)

  1. 薄板状に形成された圧電体と、
    前記圧電体の第１主面上に配置され、前記第１主面に連なる電極側面を有する第１電極と、
    前記圧電体の第２主面上に配置される第２電極と、
    前記第１主面上と前記電極側面上に連続して形成され、ガラスを主成分として含有するガラス層と、
    を備え、
    前記ガラス層は、前記圧電体の側面から離れており、
    前記ガラス層の厚みは、前記第１電極の厚みよりも小さい、
    圧電／電歪素子。
  2. 前記ガラス層は、メッシュ状に形成されている、
    請求項１に記載の圧電／電歪素子。
JP2013070896A 2013-03-29 2013-03-29 圧電／電歪素子 Expired - Fee Related JP6110182B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013070896A JP6110182B2 (ja) 2013-03-29 2013-03-29 圧電／電歪素子
US14/186,487 US9484519B2 (en) 2013-03-29 2014-02-21 Piezoelectric/electrostrictive element
EP14159738.5A EP2784838A1 (en) 2013-03-29 2014-03-14 Piezoelectric/electrostrictive element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013070896A JP6110182B2 (ja) 2013-03-29 2013-03-29 圧電／電歪素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014195001A JP2014195001A (ja) 2014-10-09
JP6110182B2 true JP6110182B2 (ja) 2017-04-05

Family

ID=50280206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013070896A Expired - Fee Related JP6110182B2 (ja) 2013-03-29 2013-03-29 圧電／電歪素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9484519B2 (ja)
EP (1) EP2784838A1 (ja)
JP (1) JP6110182B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6202721B2 (ja) * 2013-04-08 2017-09-27 アオイ電子株式会社 回路基板およびそれを用いたサーマルプリントヘッド
CN107086268B (zh) * 2017-04-19 2019-08-02 成都新柯力化工科技有限公司 一种机器人柔性触感控制材料的制备方法
GB2571361B (en) * 2018-03-02 2020-04-22 Novosound Ltd Ultrasound array transducer manufacturing

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61207087A (ja) * 1985-03-11 1986-09-13 Murata Mfg Co Ltd 圧電装置の製造方法
JPS62291541A (ja) * 1986-06-11 1987-12-18 Shimadzu Corp 湿度センサおよびその製造法
JPH06237026A (ja) 1993-02-09 1994-08-23 Murata Mfg Co Ltd 厚膜電極の形成方法
JPH07297672A (ja) * 1994-04-27 1995-11-10 Kyocera Corp 圧電装置
JP2000040936A (ja) 1998-07-23 2000-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電共振子、圧電共振子の製造方法、圧電共振部品および圧電共振部品の製造方法
EP1170862B1 (en) 2000-06-23 2012-10-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator and piezoelectric filter using the same
JP2004147246A (ja) * 2002-10-28 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電振動子、それを用いたフィルタ及び圧電振動子の調整方法
JP4453655B2 (ja) 2003-09-24 2010-04-21 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP5026681B2 (ja) * 2005-07-25 2012-09-12 日本碍子株式会社 圧電／電歪デバイス
JP5564858B2 (ja) 2009-08-31 2014-08-06 ブラザー工業株式会社 圧電アクチュエータ
US9048812B2 (en) 2011-02-28 2015-06-02 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Bulk acoustic wave resonator comprising bridge formed within piezoelectric layer
US8330325B1 (en) * 2011-06-16 2012-12-11 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Bulk acoustic resonator comprising non-piezoelectric layer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014195001A (ja) 2014-10-09
US20140292157A1 (en) 2014-10-02
EP2784838A1 (en) 2014-10-01
US9484519B2 (en) 2016-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7732997B2 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof, electronic device, ink jet device
GB2334483A (en) Forming an oxide piezoelectric element(s) and upper electrode layer(s) of an inkjet printhead microactuator using a photoresist film(s) and etching process
JP4737375B2 (ja) アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法並びに液体噴射装置の製造方法
JP6133655B2 (ja) 圧電／電歪素子とその製造方法
US20140091678A1 (en) Laminate
KR20080033099A (ko) 액츄에이터 장치의 제조 방법, 액츄에이터 장치 및 액체분사 헤드
JP6110182B2 (ja) 圧電／電歪素子
JP4501917B2 (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド
JP5024518B2 (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに画像記録装置
JP4877451B2 (ja) 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッド
US20070220724A1 (en) Manufacturing method of piezoelectric/electrostrictive device
JP2009190351A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法
JP2009231514A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子
JP2006093312A (ja) 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子の製造方法
JP5099303B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法
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
US8460948B2 (en) Method for manufacturing liquid ejecting head
JP5934539B2 (ja) 圧電／電歪膜型素子
JP2006144090A (ja) スパッタリング方法、スパッタリング装置、圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッド
KR100374589B1 (ko) 마이크로 액츄에이터 및 이를 적용한 잉크젯 프린터 헤드
JP2005175230A (ja) 圧電素子の製造方法
JP2009158967A (ja) アクチュエーター装置及び液体噴射ヘッド
JP2011103372A (ja) 圧電体膜の製造方法、圧電素子の製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法
JP2007152913A (ja) 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法
GB2345883A (en) Forming an oxide piezoelectric element(s) and upper electrode layer(s) of an inkjet printhead microactuator using a photoresist film(s) and etching process

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161228

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: 20170214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6110182

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees