JP6287188B2 - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 - Google Patents
圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6287188B2 JP6287188B2 JP2013268679A JP2013268679A JP6287188B2 JP 6287188 B2 JP6287188 B2 JP 6287188B2 JP 2013268679 A JP2013268679 A JP 2013268679A JP 2013268679 A JP2013268679 A JP 2013268679A JP 6287188 B2 JP6287188 B2 JP 6287188B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- film
- layer
- thin film
- lower electrode
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 148
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 74
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 73
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 71
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 58
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 153
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 32
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 31
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 26
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 18
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 13
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 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 10
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 9
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 4
- -1 organometallic alkoxide Chemical class 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 241000877463 Lanio Species 0.000 description 2
- 229910004121 SrRuO Inorganic materials 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N acetic acid;trihydrate Chemical compound O.O.O.CC(O)=O KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 1
- 229910000487 osmium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N oxoosmium Chemical compound [Os]=O JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBEQXAKJSGXAIQ-UHFFFAOYSA-N oxopalladium Chemical compound [Pd]=O HBEQXAKJSGXAIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DYIZHKNUQPHNJY-UHFFFAOYSA-N oxorhenium Chemical compound [Re]=O DYIZHKNUQPHNJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N oxorhodium Chemical compound [Rh]=O SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910003449 rhenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003450 rhodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
振動板と、
前記振動板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられる鉛、ジルコニウム、チタンを含む複数の圧電体層を積層してなる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動板の上に形成された白金膜と、当該白金膜の上に形成された酸化チタン膜とを有する前記下部電極が形成され、
前記複数の圧電体層のうち前記下部電極上に積層される第1層目の圧電体層の鉛含有率が、前記第1層目以外の圧電体層の鉛含有率より高く、
前記圧電体薄膜の成膜に使用される圧電体前駆体溶液の元素組成比は、Pb:Zr:Ti=(1+x):y:(1−y)とされ、
前記第1層目の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.18以上0.20以下とされた圧電体前駆体溶液が使用され、
前記第1層目以外の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.10以上0.17以下とされた圧電体前駆体溶液が使用される。
本実施例による圧電アクチュエータは、下部電極、圧電体薄膜、及び上部電極から成る電気−機械変換素子を有する。電気−機械変換素子の下部電極は、振動板の上側に形成された酸化チタン密着層の上に積層されている。そして、下部電極は、酸化チタン密着層の上に形成された白金膜と、この白金膜の上に形成された酸化チタン膜からなっている。
以下、本実施形態による圧電アクチュエータについて図面を参照しつつ詳細に説明する。
次に、上記した構成の圧電アクチュエータ10の製造方法について、図2を参照しつつ説明する。
先ず、基板11として、シリコン(Si)材料から成るシリコン基板を用いる。そして、基板11の表面を熱酸化して、基板11上にSiO2絶縁膜を形成する。このSiO2絶縁膜が成膜振動板13となる。このときのSiO2絶縁膜の膜厚は2μmとした。
本願出願人は、下部電極の圧電体側に酸化チタン膜を形成した後、複数の圧電体層を成膜して(100)面優先配向したPZTである圧電体薄膜を形成することにより、圧電体膜の結晶が(100)の配向を持つ圧電体素子を形成できることを見出している。特に、下部電極上に酸化チタン膜を形成した後、複数の圧電体層の鉛含有量を層毎に高くしていくと、PZT(100)の結晶核が高密度となり、配向度を安定して再現性良く得ることができる。しかし、PZT膜中の鉛(Pb)成分が過剰になり過ぎると、圧電体素子のリーク電流を増大させ、耐電圧を減少させてしまう。また、液滴速度の劣化を促進させるという問題があった。つまり、ジルコン酸チタン酸鉛を有する圧電体層の鉛含有量を層毎に高めて成膜する際、過剰な鉛成分による耐電圧の低下と液滴速度の劣化の問題を解決し、且つ圧電体薄膜の結晶を<100>の結晶配向で安定的に成膜することができなかった。
特に第1層目(初回)の圧電体層の成膜に使用される圧電体前駆体溶液の鉛(Pb)含有量が、第1層目以外(2層目以降)の圧電体層の各成膜に使用される圧電体前駆体溶液の鉛含有量よりも多くなるようにしている。
Pb(鉛):Zr(ジルコニウム):Ti(チタン)=(1+x):y:(1−y)
の元素組成比で調合した圧電体前駆体溶液を準備する。
具体的には、上記した式の鉛(Pb)含有量は、(1+x)で算出され、x値を第1層目の圧電体層と、第2層目以降の圧電体層とで異なる値とした圧電体前駆体溶液を2種類を準備する。即ち、上記式の元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.18以上0.20以下とされた圧電体前駆体溶液を、第1層目(初回)の圧電体層の成膜用として準備する。
上記した式の圧電体前駆体溶液のy値は、同じ値であり、0.40以上、0.60以下の範囲とした。因みに、圧電体薄膜(圧電体)16のZr:Ti比は、0.52:0.48のチタン酸ジルコン酸鉛(Lead Zirconate Titanate、以下PZTという)が通常良く用いられ、圧電性能も良好で特性も安定しているため主流として用いられている。
具体的には、PZTを例に取ると、Pb、Zr、およびTiをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液を、下部電極膜(下部電極15の膜)上に塗布する。その後、コーティングした圧電体膜の固化のための焼成工程、次に圧電体膜の結晶化のための焼成工程を経ることにより、複数の圧電体層を圧電体薄膜16として形成する。
まず、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により酸化チタン膜15b上に塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。
そして、3層目(3回目)の圧電体前躯体膜の成膜、熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度700℃)をRTA(急速熱処理)にて行った。このときPZTの膜厚は250nmであった。上記した成膜、熱分解処理工程を計8回(24層)実施し、約2μmのPZT膜厚(圧電体薄膜16)が得られた。
上部電極17においては、白金膜に限定されるものではなく、イリジウムや金などの金属電極を用いることができる。また、酸化物電極層と金属電極の積層膜を利用することもできる。酸化物電極層としては、IrO2、LaNiO3、RuO2、SrO、SrRuO3などが用いられ、また、金属電極層としては、白金、イリジウムや金などが用いられている。
そのため、本実施形態における圧電アクチュエータ10は、製造上再現性が良く、十分な圧電特性を得ることができる。
図3は第2の実施形態を示しており、第1の実施形態の圧電アクチュエータ10を、液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット記録ヘッド20に設けた場合の一例である。
以降の工程は、ノズル板、駆動回路、インク液供給機構を組み立てて、インクジェット記録ヘッド20とする。
図4は第3の実施形態を示している。本実施形態では、第2の実施形態のインクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)が設けられた液体カートリッジとしてのインクカートリッジ80を示している。
図5及び図6は第4の実施形態を示している。本実施形態では、第2の実施形態のインクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)、または第3の実施形態のインクカートリッジを搭載した画像形成装置(インクジェット記録装置)を示している。
本実施形態によれば、リーク電流を最小限にし、液滴速度の劣化を防止する信頼性に優れた圧電体薄膜を適用しているため、高品位な画像形成装置が得られる。
以下に具体的な実施例1〜5を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例は、第1の実施形態に記載した構成と製造方法により形成される圧電体薄膜を有する圧電アクチュエータにおいて、第1層目(初回)の圧電体層に使用する圧電体前駆体溶液の元素組成比と、第2層目の圧電体層に使用する圧電体前駆体溶液の元素組成比を所定の範囲内で変化させて実施した例を示す。
実施例1は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。
実施例2は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.20:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。
比較例1は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。この比較例1は、第1層と、第2層以降に使用する圧電体前駆体溶液とを同じ元素組成比とした場合を比較するためである。
比較例2は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.21:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。この比較例2は、第1層目の圧電体層に使用する圧電体前駆体溶液の鉛含有量を、第2層目以降の圧電体層に使用する鉛含有量に比して相当に高くした場合(実施例1、2より高い)を比較するためである。
比較例2の第1層目(初回)の圧電体層の鉛含有量を最も大きくした場合において、(100)面配向率98%を得ることができた。一方、第1層目(初回)の圧電体層の鉛含有量と第2層目以降の圧電体層の鉛含有量とを同じにした比較例1の場合、(100)面配向率が80%で最も悪い値となった。したがって、第1層目の圧電体層の鉛含有量を大きくすると(100)配向度を大きくすることができる。
実施例3は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.17:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。
実施例4は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.10:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。
実施例5は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液として、3層毎にPb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47、Pb:Zr:Ti=1.14:0.53:0.47、Pb:Zr:Ti=1.16:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。これは、Pb組成勾配は焼成中によるPb抜けにより生じることから、第2層以降において、3層毎の圧電体層のPb組成勾配を抑制する必要がある。上記実験はその抑制効果を検証するために行なった。
比較例3は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。この比較例3は、第1層目の圧電体層と、第2層目以降の圧電体層とを同じ元素組成比とした場合を比較するためである。
比較例4は、第1層目(初回)の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.18:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用した。また、第2層目以降の圧電体層の圧電体前駆体溶液としてPb:Zr:Ti=1.09:0.53:0.47の元素組成比で調合した溶液を使用し、圧電アクチュエータを製作した。この比較例4は、第2層目以降の圧電体層に使用する圧電体前駆体溶液の鉛含有量を、第1層目の圧電体層に使用する圧電体前駆体溶液の鉛含有量に比して相当に低くした場合を比較するためである。
11 基板
11' 隔壁
11a 圧力室
12 圧電体薄膜素子(圧電素子)
13 成膜振動板(振動板)
14 電気−機械変換素子
15 下部電極
15a 白金膜(白金電極)
15b 酸化チタン膜
16 圧電体薄膜(PZT)
17 上部電極
18 酸化チタン密着層
19 ノズル板
19a ノズル
20 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
80 インクカートリッジ(液体カートリッジ)
82 インクタンク(タンク)
90 画像形成装置
100 液滴吐出ヘッド
Claims (6)
- 振動板と、
前記振動板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられる鉛、ジルコニウム、チタンを含む複数の圧電体層を積層してなる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極とを備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動板の上に形成された白金膜と、当該白金膜の上に形成された酸化チタン膜とを有する前記下部電極が形成され、
前記複数の圧電体層のうち前記下部電極上に積層される第1層目の圧電体層の鉛含有率が、前記第1層目以外の圧電体層の鉛含有率より高く、
前記圧電体薄膜の成膜に使用される圧電体前駆体溶液の元素組成比は、Pb:Zr:Ti=(1+x):y:(1−y)とされ、
前記第1層目の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.18以上0.20以下とされた圧電体前駆体溶液が使用され、
前記第1層目以外の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.10以上0.17以下とされた圧電体前駆体溶液が使用されることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記圧電体薄膜は、(100)の結晶性を持ったPZT膜であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
- 振動板と、
前記振動板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられる鉛、ジルコニウム、チタンを含む複数の圧電体層を積層してなる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極とを有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の上に白金膜、当該白金膜の上に酸化チタン膜をそれぞれ成膜して前記下部電極を形成する工程と、
前記複数の圧電体層のうち前記下部電極上に積層される第1層目の圧電体層の鉛含有率を、前記第1層目以外の圧電体層の鉛含有率より高くして、前記圧電体薄膜を形成する工程と、
を有し、
前記圧電体薄膜を形成する工程において、
前記圧電体薄膜の成膜に使用される圧電体前駆体溶液の元素組成比を、Pb:Zr:Ti=(1+x):y:(1−y)とし、
前記第1層目の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.18以上0.20以下とされた圧電体前駆体溶液を使用し、
前記第1層目以外の圧電体層には、前記元素組成比の鉛含有量を決定するx値が、0.10以上0.17以下とされた圧電体前駆体溶液を使用することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 - 液滴を吐出するノズルが連通する加圧液室内の液体を圧電アクチュエータにより加圧して前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
前記液滴吐出ヘッドは、請求項1又は2に記載の圧電アクチュエータを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 液滴を吐出する請求項4記載の液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したことを特徴とする液体カートリッジ。
- 請求項4に記載の液滴吐出ヘッド又は請求項5に記載の液体カートリッジを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013268679A JP6287188B2 (ja) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013268679A JP6287188B2 (ja) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015126059A JP2015126059A (ja) | 2015-07-06 |
JP6287188B2 true JP6287188B2 (ja) | 2018-03-07 |
Family
ID=53536591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013268679A Expired - Fee Related JP6287188B2 (ja) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6287188B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6764557B2 (ja) * | 2015-10-16 | 2020-10-07 | ローム株式会社 | 圧電素子利用装置 |
JP7543784B2 (ja) | 2020-08-31 | 2024-09-03 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び、圧電デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3903474B2 (ja) * | 1997-03-25 | 2007-04-11 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ、及びインクジェット式記録ヘッド、並びに圧電体薄膜素子の製造方法 |
JP2005119166A (ja) * | 2003-10-17 | 2005-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子、インクジェットヘッド、及びこれらの製造方法、並びにインクジェット式記録装置 |
JP2007242778A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Seiko Epson Corp | 薄膜素子の製造方法 |
JP2009076819A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Seiko Epson Corp | 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 |
JP5320886B2 (ja) * | 2008-07-28 | 2013-10-23 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
JP2010084160A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Fujifilm Corp | 鉛含有ペロブスカイト型酸化物膜の成膜方法、圧電素子、および液体吐出装置 |
JP4452752B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-21 | 富士フイルム株式会社 | 鉛含有圧電膜およびその作製方法、鉛含有圧電膜を用いる圧電素子、ならびにこれを用いる液体吐出装置 |
-
2013
- 2013-12-26 JP JP2013268679A patent/JP6287188B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015126059A (ja) | 2015-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6525255B2 (ja) | 電気機械変換素子、電気機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 | |
JP5811728B2 (ja) | 電気−機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 | |
JP5892406B2 (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 | |
JP6390170B2 (ja) | 電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置 | |
JP2015079935A (ja) | 圧電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド、並びに画像形成装置 | |
JP2015023053A (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置、及び、電気機械変換素子の製造方法 | |
JP2013197522A (ja) | 圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置 | |
JP2013201198A (ja) | 電気機械変換素子及びその製造方法、圧電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置 | |
JP2016150471A (ja) | 液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置 | |
JP6939214B2 (ja) | 電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド及び液体を吐出する装置 | |
JP2017112281A (ja) | 電気‐機械変換素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、電気‐機械変換膜の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法 | |
JP2016062984A (ja) | 圧電アクチュエータ及びその製造方法及び液体カートリッジ及び画像形成装置 | |
JP2017094615A (ja) | 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 | |
JP5720879B2 (ja) | 電気−機械変換膜とその作製方法、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 | |
JP6287188B2 (ja) | 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、及び画像形装置 | |
JP5834675B2 (ja) | 電気−機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 | |
JP5998543B2 (ja) | 電気−機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 | |
JP7351106B2 (ja) | 電気機械変換素子、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び圧電装置 | |
JP2014054802A (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 | |
JP6175956B2 (ja) | 電気−機械変換素子、電気−機械変換素子を配置した液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置 | |
JP2016215446A (ja) | 液滴吐出装置 | |
JP5998537B2 (ja) | 電気−機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 | |
JP2015005554A (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置、及び、電気機械変換素子の製造方法 | |
JP2014157850A (ja) | 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 | |
JP6102099B2 (ja) | 電気機械変換素子及びその製造方法、並びに液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161208 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170925 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171003 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171129 |
|
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: 20180109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180122 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6287188 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |