JP6133655B2 - 圧電／電歪素子とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、スルーホール電極を備える圧電／電歪素子とその製造方法に関する。
従来、圧電体のスルーホールに充填されたスルーホール電極を備える圧電／電歪素子が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。具体的に、圧電／電歪素子は、圧電体の上面に形成された第１及び第２上部電極と、圧電体の下面に形成された下部電極と、を備え、スルーホール電極は、下部電極と第２上部電極に接続される。
このような圧電／電歪素子によれば、第１上部電極と第２上部電極に電圧を印加することによって、第１上部電極と下部電極に電圧を印加することができる。
ところで、スルーホール電極は、電極材料として、導電材料を含む電極ペーストを用い、スクリーン印刷等の塗布法によって充填することが好適に用いられている。その電極材料の使用量を少なくするには、電極材料をスルーホールに充填するのではなく、電極材料をスルーホールの内側面に薄く塗布することでスルーホール電極を形成するのが有効である。
しかしながら、電極材料はスルーホールの内側面との表面張力の関係から濡れにくいため、スルーホールの内側面に塗布された電極材料を内側面上に一様にとどまらせることは容易ではなく、電極材料の塗布時や乾燥時にスルーホール電極が断線しやすいという問題がある。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、スルーホール電極の断線を抑制可能な圧電／電歪素子とその製造方法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、スルーホール電極と、第１電極と、第２電極と、第３電極と、を備える。圧電体は、第１主面から第２主面まで貫通するスルーホールを有する。スルーホール電極は、スルーホールの内側面上に形成される。第１電極は、第１主面上に形成され、スルーホール電極に接続される。第２電極は、第２主面上に形成され、スルーホール電極に接続される。第３電極は、第２主面上に形成され、第２電極から離れている。内側面における算術平均粗さは、０．１１μｍより大きく１６μｍより小さい。内側面における最大高さ粗さは、０．２μｍより大きく２０μｍより小さい。
本発明によれば、スルーホール電極の断線を抑制可能な圧電／電歪素子とその製造方法を提供することができる。
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。図３は、圧電／電歪素子２０の断面を示すＳＥＭ画像である。
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。図３は、圧電／電歪素子２０の断面を示すＳＥＭ画像である。
なお、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。
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、インク導入口１４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１４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、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、第１下部電極２１と、第２下部電極２２と、圧電体２３と、スルーホール電極２４と、上部電極２５と、を有する。本実施形態において、上部電極２５は“第１電極”の一例であり、第１下部電極２１は“第２電極”の一例であり、第２下部電極２２は“第３電極”の一例である。
２−１． 第１下部電極２１
第１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。第１下部電極２１は、スルーホール電極２４に接続される。第１下部電極２１の一端部は、圧電体２３の一端部から突出している。第１下部電極２１は、第２下部電極２２よりも小さいサイズに形成される。第１下部電極２１の長さは、例えば1μｍ〜５００μｍであり、第１下部電極２１の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、第１下部電極２１の厚みは、例えば０．１μｍ〜１０．０μｍである。
第１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。第１下部電極２１は、スルーホール電極２４に接続される。第１下部電極２１の一端部は、圧電体２３の一端部から突出している。第１下部電極２１は、第２下部電極２２よりも小さいサイズに形成される。第１下部電極２１の長さは、例えば1μｍ〜５００μｍであり、第１下部電極２１の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、第１下部電極２１の厚みは、例えば０．１μｍ〜１０．０μｍである。
第１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． 第２下部電極２２
第２下部電極２２は、振動膜１１上に配置される薄板状の焼成体である。第２下部電極２２は、第１下部電極２１から離間しており、スルーホール電極２４には接続されていない。第２下部電極２２の一端部は、圧電体２３の他端部から突出している。第２下部電極２２は、第１下部電極２１よりも大きいサイズに形成される。第２下部電極２２の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、第２下部電極２２の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、第２下部電極２２の厚みは、例えば０．１μｍ〜１０．０μｍである。
第２下部電極２２は、振動膜１１上に配置される薄板状の焼成体である。第２下部電極２２は、第１下部電極２１から離間しており、スルーホール電極２４には接続されていない。第２下部電極２２の一端部は、圧電体２３の他端部から突出している。第２下部電極２２は、第１下部電極２１よりも大きいサイズに形成される。第２下部電極２２の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、第２下部電極２２の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、第２下部電極２２の厚みは、例えば０．１μｍ〜１０．０μｍである。
第２下部電極２１は、第１下部電極２１と同様の導電材料によって構成される。
２−３． 圧電体２３
圧電体２３は、第１及び第２下部電極２１，２２上に配置される薄板状の焼成体である。圧電体２３は、第１主面２３Ｓと、第２主面２３Ｔと、を有する。第１主面２３Ｓ上には、上部電極２５が配置される。第２主面２３Ｔ上には、第１及び第２下部電極２１，２２が配置される。第１及び第２下部電極２１，２２に電圧を印加すると、上部電極２５と第２下部電極２２に電圧が印加され、圧電体２３は厚み方向に垂直な方向に伸縮する。この圧電体２３の伸縮に起因して、振動膜１１が厚み方向に振動（変位）する。
圧電体２３は、第１及び第２下部電極２１，２２上に配置される薄板状の焼成体である。圧電体２３は、第１主面２３Ｓと、第２主面２３Ｔと、を有する。第１主面２３Ｓ上には、上部電極２５が配置される。第２主面２３Ｔ上には、第１及び第２下部電極２１，２２が配置される。第１及び第２下部電極２１，２２に電圧を印加すると、上部電極２５と第２下部電極２２に電圧が印加され、圧電体２３は厚み方向に垂直な方向に伸縮する。この圧電体２３の伸縮に起因して、振動膜１１が厚み方向に振動（変位）する。
圧電体２３は、第１及び第２下部電極２１，２２を合わせたサイズ以下に形成される。圧電体２３の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、圧電体２３の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、圧電体２３の厚みは、例えば０．５μｍ〜２０．０μｍである。圧電体２３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。
ここで、圧電体２３は、第１主面２３Ｓから第２主面２３Ｔまで貫通するスルーホール２３ａを有する。スルーホール２３ａは、１．０μｍ〜５００μｍ程度の円形に形成することができるが、スルーホール２３ａの平面形状とサイズは、これに限られるものではない。スルーホール２３ａは、四角形であってもよいし、ライン状に形成されていてもよい。
図３に示すように、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕには、複数の凹部２３ｂが形成されている。凹部２３ｂは、内側面２３Ｕの全面に形成されていることが好ましいが、均一である必要はない。また、凹部２３ｂの形状、開口サイズ及び深さなどは一つ一つ異なっていてもよい。凹部２３ｂの形状は、例えば、円形、楕円形、或いは矩形にすることができるが、これに限られるものではない。凹部２３ｂの開口サイズは、円相当径で０．１μｍ〜２０μｍとすることができ、凹部２３ｂの深さは、０．１μｍ〜３０μｍとすることができる。
このように複数の凹部２３ｂが形成された内側面２３Ｕの算術平均粗さＲａは、０．１１μｍより大きく１６μｍより小さいことが好ましい。また、内側面２３Ｕの最大高さ粗さＲｚは、０．２μｍより大きく２０μｍより小さいことが好ましい。算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚは、例えば、白色干渉式の非接触表面粗さ計を用いて計測することができる。
また、凹部２３ｂの内部は、空洞である。すなわち、凹部２３ｂの内部には、スルーホール電極２４が充填されていない。ただし、後述するように、電極材料の塗布工程では、凹部２３ｂの内部に電極材料が充填されているが、その後、電極材料の焼成工程において、凹部２３ｂ内の電極材料が外に抜け出る。
図３に示すように、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕは、第２主面２３Ｔに対して傾斜している。図３では、最小二乗法によって内側面２３Ｕに直線フィッティングされた直線Ｌ１と、最小二乗法によって第２主面２３Ｔに直線フィッティングされた直線Ｌ２が示されている。このように、最小二乗法で表された直線Ｌ１と直線Ｌ２が成す内角θは、５５度以上１１０度以下であることが好ましい。
２−４． スルーホール電極２４
スルーホール電極２４は、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕ上に形成される導電材料の焼成膜である。スルーホール電極２４は、内側面２３Ｕの全体を被覆していることが好ましい。スルーホール電極２４は、第１主面２３Ｓ側で上部電極２５に接続され、第２主面２３Ｔ側で第１下部電極２１に接続されている。本実施形態において、スルーホール電極２４は、塗布法によって上部電極２５と一体的に形成されている。ここでいう塗布法とは、例えば、スクリーン印刷、スピンコート、スプレーコート、ディスペンサーなどの液体を塗る方法を指す。
スルーホール電極２４は、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕ上に形成される導電材料の焼成膜である。スルーホール電極２４は、内側面２３Ｕの全体を被覆していることが好ましい。スルーホール電極２４は、第１主面２３Ｓ側で上部電極２５に接続され、第２主面２３Ｔ側で第１下部電極２１に接続されている。本実施形態において、スルーホール電極２４は、塗布法によって上部電極２５と一体的に形成されている。ここでいう塗布法とは、例えば、スクリーン印刷、スピンコート、スプレーコート、ディスペンサーなどの液体を塗る方法を指す。
スルーホール電極２４の厚みは、例えば０．０１μｍ〜１０μｍとすることができる。スルーホール電極２４の厚みは、一様であることが好ましいが、局所的に薄く形成された箇所があってもよい。
図３に示すように、スルーホール電極２４は、内側面２３Ｕの凹部２３ｂには侵入していない。スルーホール電極２４は、凹部２３ｂの開口を塞ぐように配置されている。
スルーホール電極２４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、スルーホール電極２４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。
２−５． 上部電極２５
上部電極２５は、圧電体２３上に配置される薄膜状の焼成体である。上部電極２５は、第１主面２３Ｓの略全面を覆うように形成される。上部電極２５は、スルーホール電極２４と接続されている。本実施形態において、上部電極２５は、塗布法によってスルーホール電極２４と一体的に形成されている。
上部電極２５は、圧電体２３上に配置される薄膜状の焼成体である。上部電極２５は、第１主面２３Ｓの略全面を覆うように形成される。上部電極２５は、スルーホール電極２４と接続されている。本実施形態において、上部電極２５は、塗布法によってスルーホール電極２４と一体的に形成されている。
上部電極２５は、平面視において、圧電体２３以下のサイズに形成される。上部電極２５の長さは、例えば５００μｍ〜５０００μｍであり、上部電極２５の幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍであり、上部電極２５の厚みは、例えば０．０１μｍ〜１０μｍである。上部電極２５は、スルーホール電極２４と同様の導電材料によって構成することができる。
（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。
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、吐出ノズル１３及びインク導入口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第１及び第２下部電極２１，２２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、触媒を下地として第１及び第２下部電極２１，２２を形成する。
次に、圧電体２３用のテープを第１及び第２下部電極２１，２２上に配置する。圧電体２３用のテープには、圧電材料のほか、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２３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２３を形成する。ただし、ここでは、圧電体２３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をスルーホール２３ａ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、圧電体２３の圧電材料用のエッチング液で圧電体２３をエッチングすることによってスルーホール２３ａを形成した後に、フォトレジスト膜Ｒ１を除去する。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。
このエッチング工程では、エッチング条件を調整することによって、スルーホール２３ａの形状や凹部２３ａの数及びサイズを調整することができる。具体的には、液を吐出するノズルの高さ、液の吐出圧、支持体１０の揺動周波数、及び処理時間を制御することによって、内側面２３Ｕの算術平均粗さＲａ、最大高さ粗さＲｚ、及び内角θを調整できる。算術平均粗さＲａは０．１１μｍより大きく１６μｍより小さく、最大高さ粗さＲｚは０．２μｍより大きくかつ２０μｍより小さいことが好ましい。また、内角θは５５度以上１１０度以下であることがより好ましい。
次に、スピンコート法などを用いて、圧電体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５（ｃ）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を上部電極２５に対応する形状にパターニングする。
次に、図６（ａ）に示すように、スピンコート法などの塗布法を用いて、パターニングされたフォトレジスト膜Ｒ２上に導電材料を含む電極材料２５ａを塗布する。電極材料２５ａは、圧電体２３の表面だけでなく内側面２３Ｕにも連続的に塗布される。この際、上述の通り、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕが適度に荒らされているため、電極材料２５ａの一部が凹部２３ａの内部に入り込むことによって、電極材料２５ａは内側面２３Ｕの全面を覆った状態で維持される。
次に、図６（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜Ｒ２を除去した後に、電極材料２５ａを所定条件（焼成温度４００℃〜１０００℃、焼成時間１min〜２ｈｒ）で焼成して、スルーホール電極２４と上部電極２５を形成する。この焼成工程によって、凹部２３ｂの内部に充填されていた電極材料２５ａが凹部２３ｂの外に抜け出て、一様な薄膜状のスルーホール電極２４が作製される。
次に、スピンコート法などを用いて、スルーホール電極２４及び上部電極２５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、スルーホール電極２４と上部電極２５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２３をエッチングすることによって、図１に示すように圧電体２３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）
スルーホール２３ａの内側面２３Ｕの算術平均粗さＲａは、０．１１μｍより大きく１６μｍより小さい。また、内側面２３Ｕの最大高さ粗さＲｚは、０．２μｍより大きくかつ２０μｍより小さい。
スルーホール２３ａの内側面２３Ｕの算術平均粗さＲａは、０．１１μｍより大きく１６μｍより小さい。また、内側面２３Ｕの最大高さ粗さＲｚは、０．２μｍより大きくかつ２０μｍより小さい。
このように、スルーホール２３ａの内側面２３Ｕが適度に荒らされていることで、電極材料２５ａと内側面２３Ｕの表面張力の関係が改善される。そのため、電極材料２５ａが濡れやすくなり、電極材料２５ａの乾燥時にスルーホール電極２４が断線すること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。
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。
例えば、上記実施形態では、圧電体２３の第１主面２３Ｓ上に１つの上部電極２５が形成され、第２主面２３Ｓ上に２つの第１及び第２下部電極２１，２２が形成されることとしたが、電極構造は反対であってもよい。すなわち、第１主面２３Ｓ上に２つの第１及び第２上部電極が形成され、第２主面２３Ｓ上に１つの下部電極が形成されていてもよい。この場合には、第１上部電極と下部電極がスルーホール電極２４に接続されていればよい。
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。
以下のようにして、サンプルＮｏ．１〜１１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、６μｍ厚のレジスト膜を形成した。
次に、吐出ノズルから圧力室内にカーボンブラックを含む遮光液を注入し、真空チャンバー内で６．７Ｐａで脱泡した。
次に、露光装置（ウシオ電機(株)製マルチライト）を用いて、支持体の裏面側から波長３６５ｎｍ、４０５ｎｍ及び４３６ｎｍの紫外線（積算光量６０ｍＪ/ｃｍ２）を１分間当てた。これによって、遮光液をマスクとして露光されてレジスト膜がパターニングされた。
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（上村工業製）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（メタローテクノロジーズジャパン(株)製）によって下部電極を形成した。
次に、0.2Ｂｉ（Ｎｉ２／３Ｎｂ１／３）Ｏ３＋0.8ＰＺＴ組成からなる圧電粉末、焼結助剤としてＰｂ３Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ３の粉末、及び有機バインダー、分散剤、可塑剤を含むスラリーを成形して８μｍ厚の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、スプレーコーターを用いて、圧電体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、表面から露光装置（ウシオ電機(株)製マルチライト）で、波長３６５ｎｍ、４０５ｎｍ及び４３６ｎｍの紫外線（積算光量６０ｍＪ/ｃｍ２）を１分間当てた。これによって、φ３０μｍの円形状のスルーホールに対応する形状にレジスト膜をパターニングした。
次に、表１に示す条件によって、スルーホールを形成した。具体的に、サンプルNo.１，４〜１１では、エッチング法によってスルーホールを形成し、サンプルNo.２，３では、ブラスト法によってスルーホールを形成した。サンプルNo.１，４〜１１では、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）を用いた。スルーホールのサイズは全てφ３０μmで円形に形成した。
このエッチング工程では、エッチング条件とブラスト条件を表１に示すように制御することによって、スルーホールの内側面の表面粗さと内角を調整した。内側面の算術平均粗さＲａ、最大高さ粗さＲｚ、及び内角θ（図３参照）は、表１に示す通りであった。なお、算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚの計測には、白色干渉式の非接触表面粗さ計（キャノン(株)製：zygo NewView7300）を用いた。また、走査型電子顕微鏡（加速電圧１５ｋV）でスルーホール断面を撮影して、画像上で内側面と下面に最小二乗法で直線フィッティングをして内角θを計測した。
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、電極材料を圧電体上に塗布した。電極材料にはＡｕレジネートペーストを用いた。この際、圧電体の表面からスルーホールの内側面に連なるように電極材料を一様に塗布した。
次に、電極材料を６００℃で０．５時間焼成して上部電極（幅７５μｍ、厚さ０．１μｍ）とスルーホール電極を作製した。
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、上部電極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、エッチャントと圧電体を４０℃に加熱した。
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。
（スルーホール内側面の表面粗さ）
上述のスルーホール形成工程後において、サンプルＮｏ．１〜１１のスルーホールの内側面の算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚを測定した。算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚの測定には、白色干渉式の非接触表面粗さ計（キャノン(株)製：zygo NewView7300）を用いた。測定結果は表１に示す通りである。
上述のスルーホール形成工程後において、サンプルＮｏ．１〜１１のスルーホールの内側面の算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚを測定した。算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚの測定には、白色干渉式の非接触表面粗さ計（キャノン(株)製：zygo NewView7300）を用いた。測定結果は表１に示す通りである。
（スルーホール内側面の内角）
サンプルＮｏ．１〜１１の圧電体の断面を走査型電子顕微鏡（加速電圧１５ｋV）で撮影してＳＥＭ画像を取得した。そして、ＳＥＭ画像上において、内側面と下面それぞれを最小二乗法で直線フィッティングして、両直線の内角θを測定
した。測定結果は表１に示す通りである。
サンプルＮｏ．１〜１１の圧電体の断面を走査型電子顕微鏡（加速電圧１５ｋV）で撮影してＳＥＭ画像を取得した。そして、ＳＥＭ画像上において、内側面と下面それぞれを最小二乗法で直線フィッティングして、両直線の内角θを測定
した。測定結果は表１に示す通りである。
（スルーホール電極の断線）
サンプルＮｏ．１〜１１のスルーホール電極が断線していないか顕微鏡で確認した。評価結果は表１に示す通りである。表１では、断線が確認されなかったサンプルを○と評価し、断線が確認されたサンプルを×と評価した。
サンプルＮｏ．１〜１１のスルーホール電極が断線していないか顕微鏡で確認した。評価結果は表１に示す通りである。表１では、断線が確認されなかったサンプルを○と評価し、断線が確認されたサンプルを×と評価した。
表１に示すとおり、サンプルＮｏ．１，４，６，８では、スルーホール電極の断線が確認されなかった。従って、算術平均粗さＲａは０．１１μｍより大きく１６μｍより小さく、最大高さ粗さＲｚは０．２μｍより大きくかつ２０μｍより小さいことが好ましいことが分かった。
また、サンプルNo.５では、算術平均粗さＲａ及び最大高さ粗さＲｚは適切であるにもかかわらず、スルーホール電極の断線が確認された。従って、内側面と下面が成す内角θは５５度以上１１０度以下であることが好ましいことが分かった。
１０ 支持体
２０ 圧電／電歪素子
２１ 第１下部電極
２２ 第２下部電極
２３ 圧電体
２３ａ スルーホール
２３Ｓ 第１主面
２３Ｔ 第２主面
２３Ｕ 内側面
２４ スルーホール電極
２５ 上部電極
１００ アクチュエータ
２０ 圧電／電歪素子
２１ 第１下部電極
２２ 第２下部電極
２３ 圧電体
２３ａ スルーホール
２３Ｓ 第１主面
２３Ｔ 第２主面
２３Ｕ 内側面
２４ スルーホール電極
２５ 上部電極
１００ アクチュエータ
Claims (3)
- 第１主面から第２主面まで貫通するスルーホールを有する圧電体と、
前記スルーホールの内側面上に形成されるスルーホール電極と、
前記第１主面上に形成され、前記スルーホール電極に接続される第１電極と、
前記第２主面上に形成され、前記スルーホール電極に接続される第２電極と、
前記第２主面上に形成され、前記第２電極から離間する第３電極と、
を備え、
前記内側面における算術平均粗さは、０．１１μｍより大きく１６μｍより小さく、
前記内側面における最大高さ粗さは、０．２μｍより大きく２０μｍより小さく、
前記内側面と前記第２主面それぞれの断面を最小二乗法で直線的に表した場合、前記内側面と前記第２主面が成す内角は、５５度以上１１０度以下である、
圧電／電歪素子。 - 前記内側面には、複数の凹部が形成されており、
前記複数の凹部それぞれの内部は、空洞である、
請求項１に記載の圧電／電歪素子。 - エッチング法によって、圧電体の第１主面から第２主面まで貫通するスルーホールを形成する工程と、
塗布法によって、前記圧電体の主面と前記スルーホールの内側面に連続的に電極材料を塗布する工程と、
を備え、
前記スルーホールを形成する工程では、前記スルーホールの内側面における算術平均粗さを０．１１μｍより大きく１６μｍより小さくし、かつ、前記内側面における最大高さ粗さを０．２μｍより大きく２０μｍより小さし、さらに、前記内側面と前記第２主面それぞれの断面を最小二乗法で直線的に表した場合における前記内側面と前記第２主面が成す内角を５５度以上１１０度以下にする、
圧電／電歪素子の製造方法。
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