JPH10217458A - 圧電体素子及びこれを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録ヘッド - Google Patents
圧電体素子及びこれを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録ヘッドInfo
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- JPH10217458A JPH10217458A JP2185597A JP2185597A JPH10217458A JP H10217458 A JPH10217458 A JP H10217458A JP 2185597 A JP2185597 A JP 2185597A JP 2185597 A JP2185597 A JP 2185597A JP H10217458 A JPH10217458 A JP H10217458A
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- H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電体素子の耐電圧性を向上し、信頼性の高
い圧電体素子を提供し、この圧電体素子を用いた信頼性
の高いアクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド
を提供する。 【解決手段】 下電極１１と、下電極１１上に形成され
た圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上電極
１３と、を備えた圧電体素子１０であって、少なくとも
圧電体膜１２の粒界露出領域に、圧電体膜１２より低誘
電率を備えた低誘電性物質１４を形成した。
い圧電体素子を提供し、この圧電体素子を用いた信頼性
の高いアクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド
を提供する。 【解決手段】 下電極１１と、下電極１１上に形成され
た圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上電極
１３と、を備えた圧電体素子１０であって、少なくとも
圧電体膜１２の粒界露出領域に、圧電体膜１２より低誘
電率を備えた低誘電性物質１４を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体素子及びこ
れを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録
ヘッドに係り、特に耐電圧性が向上した圧電体素子及び
これを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記
録ヘッドに関する。
れを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録
ヘッドに係り、特に耐電圧性が向上した圧電体素子及び
これを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記
録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電気的エネルギーを機械的エ
ネルギーに変換する素子として、圧電体膜を下電極と上
電極とで挟んだ構造を備えた圧電体素子がある。この圧
電体素子は、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の
アクチュエータとして使用されている。具体的には、こ
のインクジェット式記録ヘッドは、一般に、多数の個別
インク通路（インクキャビティやインク溜り等）を形成
したヘッド基台と、全ての個別インク通路を覆うように
前記ヘッド基台に取り付けた振動板と、この振動板の前
記個別インク通路上に対応する各部分に被着形成した圧
電体素子と、を備えて構成されている。この構成のイン
クジェット式記録ヘッドは、前記圧電体素子に電界を加
えてこれを変位させることにより、個別インク通路内に
収容されているインクを、個別インク通路に設けられた
ノズル板に形成されているインク吐出口から押出すよう
に設計されている。
ネルギーに変換する素子として、圧電体膜を下電極と上
電極とで挟んだ構造を備えた圧電体素子がある。この圧
電体素子は、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の
アクチュエータとして使用されている。具体的には、こ
のインクジェット式記録ヘッドは、一般に、多数の個別
インク通路（インクキャビティやインク溜り等）を形成
したヘッド基台と、全ての個別インク通路を覆うように
前記ヘッド基台に取り付けた振動板と、この振動板の前
記個別インク通路上に対応する各部分に被着形成した圧
電体素子と、を備えて構成されている。この構成のイン
クジェット式記録ヘッドは、前記圧電体素子に電界を加
えてこれを変位させることにより、個別インク通路内に
収容されているインクを、個別インク通路に設けられた
ノズル板に形成されているインク吐出口から押出すよう
に設計されている。
【０００３】前記圧電体素子は、下電極と、この下電極
上に形成された圧電体膜と、この圧電体膜上に形成され
た上電極とを備えて構成されている。ここで、前記圧電
体膜の組成は、一般的に、チタン酸ジルコン酸鉛（以
下、「ＰＺＴ」という）を主成分とする二成分系、また
は、この二成分系のＰＺＴに第三成分を加えた三成分系
とされている。これらの組成の圧電体膜は、例えば、ス
パッタ法、ゾルゲル法、レーザアブレーション法及びＣ
ＶＤ法等により形成することができる。
上に形成された圧電体膜と、この圧電体膜上に形成され
た上電極とを備えて構成されている。ここで、前記圧電
体膜の組成は、一般的に、チタン酸ジルコン酸鉛（以
下、「ＰＺＴ」という）を主成分とする二成分系、また
は、この二成分系のＰＺＴに第三成分を加えた三成分系
とされている。これらの組成の圧電体膜は、例えば、ス
パッタ法、ゾルゲル法、レーザアブレーション法及びＣ
ＶＤ法等により形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の圧電体素子は、耐電圧性の向上に関して何等検討が
なされておらず、圧電体素子に加えられた電界によって
は、圧電体膜が絶縁破壊を起こす恐れがある。また、圧
電体素子（圧電体膜）の圧電特性と、耐電圧性との関係
も検討されていない。また、この圧電体膜を薄膜化すれ
ばするほど切実な問題である。
来の圧電体素子は、耐電圧性の向上に関して何等検討が
なされておらず、圧電体素子に加えられた電界によって
は、圧電体膜が絶縁破壊を起こす恐れがある。また、圧
電体素子（圧電体膜）の圧電特性と、耐電圧性との関係
も検討されていない。また、この圧電体膜を薄膜化すれ
ばするほど切実な問題である。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題とするものであり、圧電体素子の耐電圧
性を向上し、信頼性の高い圧電体素子を提供することを
目的とするものである。また、この圧電体素子を用いた
アクチュエータ、さらには、このアクチュエータを用い
たインクジェット式記録ヘッドを提供することを目的と
する。
することを課題とするものであり、圧電体素子の耐電圧
性を向上し、信頼性の高い圧電体素子を提供することを
目的とするものである。また、この圧電体素子を用いた
アクチュエータ、さらには、このアクチュエータを用い
たインクジェット式記録ヘッドを提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、下電極と、当該下電極上に形成された圧電
体膜と、当該圧電体膜上に形成された上電極とを備えた
圧電体素子であって、少なくとも前記圧電体膜の粒界露
出領域に、当該圧電体膜より低誘電率を備えた低誘電性
物質が形成されてなる圧電体素子を提供するものであ
る。
に本発明は、下電極と、当該下電極上に形成された圧電
体膜と、当該圧電体膜上に形成された上電極とを備えた
圧電体素子であって、少なくとも前記圧電体膜の粒界露
出領域に、当該圧電体膜より低誘電率を備えた低誘電性
物質が形成されてなる圧電体素子を提供するものであ
る。
【０００７】この構造を備えた圧電体素子は、前記低誘
電性物質の存在により、電界が加えられた際に圧電体膜
の結晶粒界にかかる電圧を、低誘電性物質が形成されて
いない場合に比較して低くすることができる。言い換え
れば、圧電体膜の粒界を介して流れるリーク電流を減ら
すことができる。したがって、圧電体素子の耐電圧特性
が向上される。
電性物質の存在により、電界が加えられた際に圧電体膜
の結晶粒界にかかる電圧を、低誘電性物質が形成されて
いない場合に比較して低くすることができる。言い換え
れば、圧電体膜の粒界を介して流れるリーク電流を減ら
すことができる。したがって、圧電体素子の耐電圧特性
が向上される。
【０００８】前記圧電体膜の結晶体の粒界は、前記電極
面に対して略垂直方向に存在することができる。
面に対して略垂直方向に存在することができる。
【０００９】また、前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン
酸鉛を主成分として構成することができる。
酸鉛を主成分として構成することができる。
【００１０】そしてまた、前記圧電体膜の膜厚は、０．
５μｍ以上、５μｍ以下にすることがより好ましい。
５μｍ以上、５μｍ以下にすることがより好ましい。
【００１１】また、前記低誘電性物質は、ペロブスカイ
ト型構造を有さない結晶体から構成することができる。
ト型構造を有さない結晶体から構成することができる。
【００１２】さらに、前記低誘電性物質は、その構造式
が、Ａ2Ｂ2Ｏ7（但し、ＡはＰｂ、ＢはＺｒとＴｉを含
む）のパイロクロア型構造とすることができる。また、
前記低誘電性物質は、非晶質とすることができる。
が、Ａ2Ｂ2Ｏ7（但し、ＡはＰｂ、ＢはＺｒとＴｉを含
む）のパイロクロア型構造とすることができる。また、
前記低誘電性物質は、非晶質とすることができる。
【００１３】さらに、本発明は、前述した構成を備えた
圧電体素子を振動子として備えたアクチュエータを提供
するものである。
圧電体素子を振動子として備えたアクチュエータを提供
するものである。
【００１４】さらにまた、本発明は、前記アクチュエー
タを備えたインクジェット式記録ヘッドを提供するもの
である。
タを備えたインクジェット式記録ヘッドを提供するもの
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る好適な実施の
形態について図面を参照して説明する。
形態について図面を参照して説明する。
【００１６】図１は、本発明の実施の形態に係る圧電体
素子の断面図、図２は、図１に示す圧電体素子を構成す
る圧電体膜（ＰＺＴ膜）の表面を示す模式図、図３は、
本発明の実施の形態に係る圧電体素子を振動板として用
いたアクチュエータを備えたインクジェット式記録ヘッ
ドの一部を示す断面図、図４は、図３に示すインクジェ
ット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
素子の断面図、図２は、図１に示す圧電体素子を構成す
る圧電体膜（ＰＺＴ膜）の表面を示す模式図、図３は、
本発明の実施の形態に係る圧電体素子を振動板として用
いたアクチュエータを備えたインクジェット式記録ヘッ
ドの一部を示す断面図、図４は、図３に示すインクジェ
ット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【００１７】図１及び図２に示すように、本発明に係る
圧電体素子１０は、下電極１１と、下電極１１上に形成
された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上であって、圧電
体膜１２の粒界露出領域及びその付近に形成され、圧電
体膜１２より低誘電率を備えた低誘電性物質１４と、低
誘電性物質１４が形成された圧電体膜１２上に形成され
た上電極１３と、を備えて構成されている。
圧電体素子１０は、下電極１１と、下電極１１上に形成
された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上であって、圧電
体膜１２の粒界露出領域及びその付近に形成され、圧電
体膜１２より低誘電率を備えた低誘電性物質１４と、低
誘電性物質１４が形成された圧電体膜１２上に形成され
た上電極１３と、を備えて構成されている。
【００１８】圧電体膜１２の製造方法は後に詳述する
が、その組成は以下に示す化学式のようにした。
が、その組成は以下に示す化学式のようにした。
【００１９】 ＰｂＴｉαＺｒβ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）γＯ3＋δＰｂＯ 但し、α＝０．４、β＝０．５、γ＝０．１ この圧電体膜１２は、図１に示すように、柱状の結晶粒
３１で構成され、この結晶粒３１間の粒界３２は膜面に
対して略垂直方向に存在する。
３１で構成され、この結晶粒３１間の粒界３２は膜面に
対して略垂直方向に存在する。
【００２０】なお、この圧電体膜１２及び低誘電性物質
１４の誘電率を測定したところ、圧電体膜１２の比誘電
率は、１２００〜２８００であり、低誘電性物質１４の
比誘電率は、３〜８０であった。
１４の誘電率を測定したところ、圧電体膜１２の比誘電
率は、１２００〜２８００であり、低誘電性物質１４の
比誘電率は、３〜８０であった。
【００２１】本実施の形態に係るインクジェット式記録
ヘッドは、図３に示すように、複数のインク室２が形成
された単結晶シリコン基板１と、単結晶シリコン基板１
上に二酸化シリコン膜３を介して形成された圧電体素子
１０と、インク室２の前記と反対側の面を封止するとと
もに、インク吐出用のノズル口８が形成されたノズル板
７と、を備えて構成されている。このインクジェット式
記録ヘッドは、圧電体素子１０を振動板としたアクチュ
エータを備えている。
ヘッドは、図３に示すように、複数のインク室２が形成
された単結晶シリコン基板１と、単結晶シリコン基板１
上に二酸化シリコン膜３を介して形成された圧電体素子
１０と、インク室２の前記と反対側の面を封止するとと
もに、インク吐出用のノズル口８が形成されたノズル板
７と、を備えて構成されている。このインクジェット式
記録ヘッドは、圧電体素子１０を振動板としたアクチュ
エータを備えている。
【００２２】なお、本実施の形態では、インク室２の配
列方向の長さを１００μｍ、その奥行き方向の長さを４
ｍｍに設定した。さらに、インク室２の配列方向のピッ
チは１４１μｍとし、解像度は１８０ｄｐｉ（dot per
inch）とした。また、圧電体膜１２の配列方向の長さを
８０μｍに設定した。
列方向の長さを１００μｍ、その奥行き方向の長さを４
ｍｍに設定した。さらに、インク室２の配列方向のピッ
チは１４１μｍとし、解像度は１８０ｄｐｉ（dot per
inch）とした。また、圧電体膜１２の配列方向の長さを
８０μｍに設定した。
【００２３】次に、このインクジェット式記録ヘッドの
製造方法を図４に示す工程に沿って説明する。
製造方法を図４に示す工程に沿って説明する。
【００２４】図４(1)に示す工程では、面方位（１１
０）を有する単結晶シリコン基板１（基板厚：２２０μ
ｍ）を、１２００℃程度の温度で湿式熱酸化し、単結晶
シリコン基板１の上面に二酸化シリコン膜３を、下面に
二酸化シリコン膜４を同時に形成する。
０）を有する単結晶シリコン基板１（基板厚：２２０μ
ｍ）を、１２００℃程度の温度で湿式熱酸化し、単結晶
シリコン基板１の上面に二酸化シリコン膜３を、下面に
二酸化シリコン膜４を同時に形成する。
【００２５】次に、二酸化シリコン膜３上に、白金下電
極形成用膜１１Ａ、圧電体膜形成用膜１２Ａ及び上電極
形成用膜１３Ａを、順に形成する。実際には、二酸化シ
リコン膜３と、白金下電極形成用膜１１Ａとの間に、両
者の密着力を向上させるための中間膜として、チタン膜
（膜厚：２５０Å）、二酸化チタン膜（膜厚：２００
Å）及びチタン膜（膜厚５０Å）を順に形成した。この
中間層と、白金下電極形成用膜１１Ａは、直流スパッタ
リング法により４層連続形成した。なお、二酸化チタン
膜は、１０％酸素雰囲気によるリアクティブスパッタリ
ング法によって形成した。
極形成用膜１１Ａ、圧電体膜形成用膜１２Ａ及び上電極
形成用膜１３Ａを、順に形成する。実際には、二酸化シ
リコン膜３と、白金下電極形成用膜１１Ａとの間に、両
者の密着力を向上させるための中間膜として、チタン膜
（膜厚：２５０Å）、二酸化チタン膜（膜厚：２００
Å）及びチタン膜（膜厚５０Å）を順に形成した。この
中間層と、白金下電極形成用膜１１Ａは、直流スパッタ
リング法により４層連続形成した。なお、二酸化チタン
膜は、１０％酸素雰囲気によるリアクティブスパッタリ
ング法によって形成した。
【００２６】圧電体膜形成用膜１２Ａの形成は、先ず、
化学式 ＰｂＴｉαＺｒβ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）γＯ3＋δＰｂＯ 但し、α＝０．４、β＝０．５、γ＝０．１ で表わされる有機原料を調合する。次に、回転塗布機を
用い、この有機原料を白金下電極形成用膜１１Ａ上に回
転塗布（スピンコート）した後、これを１８０℃で１０
分間乾燥し、次いで、４００℃の大気中で３０分間脱脂
する。この有機原料の塗布、乾燥、脱脂工程を６回繰り
返す。その後、 ＲＴＡ（Rapid ThermalAnnealing)を用
いて、６５０℃で３分間、次いで９００℃で１分間の連
続焼成を行う。このようにして、膜厚が約１μｍのＰＺ
Ｔ膜からなる圧電体膜形成用膜１２Ａを得る。
化学式 ＰｂＴｉαＺｒβ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）γＯ3＋δＰｂＯ 但し、α＝０．４、β＝０．５、γ＝０．１ で表わされる有機原料を調合する。次に、回転塗布機を
用い、この有機原料を白金下電極形成用膜１１Ａ上に回
転塗布（スピンコート）した後、これを１８０℃で１０
分間乾燥し、次いで、４００℃の大気中で３０分間脱脂
する。この有機原料の塗布、乾燥、脱脂工程を６回繰り
返す。その後、 ＲＴＡ（Rapid ThermalAnnealing)を用
いて、６５０℃で３分間、次いで９００℃で１分間の連
続焼成を行う。このようにして、膜厚が約１μｍのＰＺ
Ｔ膜からなる圧電体膜形成用膜１２Ａを得る。
【００２７】この圧電体膜形成用膜１２Ａは、その結晶
体の粒界が、下電極１１の表面に対して略垂直方向に存
在している。また、この圧電体膜形成用膜１２Ａの粒界
露出領域及びその付近には、圧電体膜形成用膜１２Ａよ
り低誘電率を備えた低誘電性物質１４が形成された。
体の粒界が、下電極１１の表面に対して略垂直方向に存
在している。また、この圧電体膜形成用膜１２Ａの粒界
露出領域及びその付近には、圧電体膜形成用膜１２Ａよ
り低誘電率を備えた低誘電性物質１４が形成された。
【００２８】次に、圧電体膜形成用膜１２Ａ上に、白金
からなる上電極形成用膜１３Ａを直流スパッタリング法
により、２００ｎｍの膜厚で形成する。
からなる上電極形成用膜１３Ａを直流スパッタリング法
により、２００ｎｍの膜厚で形成する。
【００２９】次いで、二酸化シリコン膜４上に、フォト
レジスト膜（図示せず）を形成し、このフォトレジスト
膜のインク室２が形成される領域に対応する部分を選択
的に除去し、エッチングマスク（図示せず）を形成す
る。次に、このエッチングマスクをマスクとして、二酸
化シリコン膜４を、フッ酸とフッ化アンモニウムの水溶
液でパターニングし、開口部２３を形成する。
レジスト膜（図示せず）を形成し、このフォトレジスト
膜のインク室２が形成される領域に対応する部分を選択
的に除去し、エッチングマスク（図示せず）を形成す
る。次に、このエッチングマスクをマスクとして、二酸
化シリコン膜４を、フッ酸とフッ化アンモニウムの水溶
液でパターニングし、開口部２３を形成する。
【００３０】次に、図４(2)に示す工程では、上電極形
成用膜１３Ａ上の、上電極が形成される領域に対応する
部分に、エッチングマスク（図示せず）を形成する。次
いで、このエッチングマスクをマスクとして、イオンミ
リングにより上電極形成用膜１３Ａ及び圧電体膜形成用
膜１２Ａをエッチングし、上電極１３及び圧電体膜１２
を形成する。次に、白金下電極形成用膜１１Ａをパター
ニングして下電極１１を得る。このようにして、下電極
１１、圧電体膜１２、低誘電性物質１４及び上電極１３
からなる圧電体素子１０を形成した。
成用膜１３Ａ上の、上電極が形成される領域に対応する
部分に、エッチングマスク（図示せず）を形成する。次
いで、このエッチングマスクをマスクとして、イオンミ
リングにより上電極形成用膜１３Ａ及び圧電体膜形成用
膜１２Ａをエッチングし、上電極１３及び圧電体膜１２
を形成する。次に、白金下電極形成用膜１１Ａをパター
ニングして下電極１１を得る。このようにして、下電極
１１、圧電体膜１２、低誘電性物質１４及び上電極１３
からなる圧電体素子１０を形成した。
【００３１】次に、図４(3)に示す工程では、単結晶シ
リコン基板１の圧電体素子１０が形成されている側を治
具により保護する（図示せず）。次いで、これを８０℃
の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、開口部２３が形成さ
れた二酸化シリコン膜４をマスクとして、二酸化シリコ
ン膜３が露出するまで単結晶シリコン基板１に異方性エ
ッチングを行う。
リコン基板１の圧電体素子１０が形成されている側を治
具により保護する（図示せず）。次いで、これを８０℃
の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、開口部２３が形成さ
れた二酸化シリコン膜４をマスクとして、二酸化シリコ
ン膜３が露出するまで単結晶シリコン基板１に異方性エ
ッチングを行う。
【００３２】ここで、前記異方性エッチングのエッチン
グ溶液として水酸化カリウム水溶液を用いた場合、単結
晶シリコン基板１の（１１０）面と（１１１）面のエッ
チング速度の比は、３００：１程度となり、単結晶シリ
コン基板１０１の厚さ２２０μｍの深さの溝をサイドエ
ッチング１μｍ程度に抑えることができるので、インク
室２を精度よく形成することができる。
グ溶液として水酸化カリウム水溶液を用いた場合、単結
晶シリコン基板１の（１１０）面と（１１１）面のエッ
チング速度の比は、３００：１程度となり、単結晶シリ
コン基板１０１の厚さ２２０μｍの深さの溝をサイドエ
ッチング１μｍ程度に抑えることができるので、インク
室２を精度よく形成することができる。
【００３３】次に、前記治具を固定した状態のまま二酸
化シリコン膜４と、露出された二酸化シリコン膜３を、
フッ酸とフッ化アンモニウム水溶液でエッチング除去
し、インク室２を形成した。その後、所望の工程を行
い、インクジェット式記録ヘッドを完成する。
化シリコン膜４と、露出された二酸化シリコン膜３を、
フッ酸とフッ化アンモニウム水溶液でエッチング除去
し、インク室２を形成した。その後、所望の工程を行
い、インクジェット式記録ヘッドを完成する。
【００３４】低誘電性物質１４は、透過型電子顕微鏡や
電子線回析による解析によると、元素構成は前記圧電体
膜１２と同じであるが、結晶性は、圧電体膜１２がペロ
ブスカイト型であるのに対して、低誘電性物質１４は非
晶質かあるいはパイロクロア構造であった。
電子線回析による解析によると、元素構成は前記圧電体
膜１２と同じであるが、結晶性は、圧電体膜１２がペロ
ブスカイト型であるのに対して、低誘電性物質１４は非
晶質かあるいはパイロクロア構造であった。
【００３５】この低誘電性物質１４は、前記圧電体膜１
２の焼成による結晶成長過程で生じた余剰組成物が、図
１の圧電体結晶粒３１が成長するにしたがって、粒界３
２へと追いやられ、最終的に隣接結晶粒３１が接合し、
粒界３２が閉じた時点で、粒界３２を介して表層面に押
出されて形成されていると思われる。
２の焼成による結晶成長過程で生じた余剰組成物が、図
１の圧電体結晶粒３１が成長するにしたがって、粒界３
２へと追いやられ、最終的に隣接結晶粒３１が接合し、
粒界３２が閉じた時点で、粒界３２を介して表層面に押
出されて形成されていると思われる。
【００３６】低誘電性物質１４の生成量の程度は、圧電
性膜の原組成や焼成条件等により変動するが、前記組成
と焼成条件により直線的に変化するので、任意の生成量
に制御することができる。
性膜の原組成や焼成条件等により変動するが、前記組成
と焼成条件により直線的に変化するので、任意の生成量
に制御することができる。
【００３７】なお、本実施の形態では、低誘電性物質１
４は図２に示すように、圧電体膜１２の粒界露出領域及
びその付近に形成した場合について説明したが、これに
限らず、例えば、図５に示すように、圧電体膜１２のほ
ぼ全面に形成されていてもよく、また、粒界露出領域の
みに形成されていてもよい。
４は図２に示すように、圧電体膜１２の粒界露出領域及
びその付近に形成した場合について説明したが、これに
限らず、例えば、図５に示すように、圧電体膜１２のほ
ぼ全面に形成されていてもよく、また、粒界露出領域の
みに形成されていてもよい。
【００３８】次に、本実施の形態に係る圧電体膜１２を
示す化学式において、余剰のＰｂのモル比（δ）が表１
に示す値となるように圧電体膜を形成したインクジェッ
ト式記録ヘッドを形成した（サンプル１〜５）。
示す化学式において、余剰のＰｂのモル比（δ）が表１
に示す値となるように圧電体膜を形成したインクジェッ
ト式記録ヘッドを形成した（サンプル１〜５）。
【００３９】次に、これらのサンプルに対し、圧電体膜
の表面形態、圧電特性及び絶縁破壊電圧を調査した。こ
の結果を表１に示す。
の表面形態、圧電特性及び絶縁破壊電圧を調査した。こ
の結果を表１に示す。
【００４０】なお、圧電体膜の表面形態は、ＴＥＭ（透
過型電子顕微鏡）により観察した結果を模式的に表した
ものである。
過型電子顕微鏡）により観察した結果を模式的に表した
ものである。
【００４１】
【表１】
【００４２】表１に示すように、本発明に係るインクジ
ェット式記録ヘッド（サンプル１〜３）は、比較品（サ
ンプル４及び５）に比べ、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧
性が向上したことが判る。これは、本発明に係るインク
ジェット式記録ヘッドは、圧電体素子に電界を加えた際
に、前記低誘電性物質の存在により、圧電体膜の結晶粒
界にかかる電圧が低くなるため、結果的に高い電圧がか
かっても絶縁破壊が起きにくくなるためである。
ェット式記録ヘッド（サンプル１〜３）は、比較品（サ
ンプル４及び５）に比べ、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧
性が向上したことが判る。これは、本発明に係るインク
ジェット式記録ヘッドは、圧電体素子に電界を加えた際
に、前記低誘電性物質の存在により、圧電体膜の結晶粒
界にかかる電圧が低くなるため、結果的に高い電圧がか
かっても絶縁破壊が起きにくくなるためである。
【００４３】なお、本実施の形態では、低誘電性物質の
結晶構造が非晶質である場合について説明したが、これ
に限らず、低誘電性物質の結晶構造は、例えば、パイロ
クロアであってもよい。
結晶構造が非晶質である場合について説明したが、これ
に限らず、低誘電性物質の結晶構造は、例えば、パイロ
クロアであってもよい。
【００４４】また、本実施の形態では、圧電体膜を、前
述した化学式で示されるＰＺＴから構成した場合につい
て説明したが、これに限らず、圧電体膜は、他の化学式
で表わされる組成のＰＺＴ等、圧電体素子を構成可能な
特性を備えていれば、特に限定されるものではない。
述した化学式で示されるＰＺＴから構成した場合につい
て説明したが、これに限らず、圧電体膜は、他の化学式
で表わされる組成のＰＺＴ等、圧電体素子を構成可能な
特性を備えていれば、特に限定されるものではない。
【００４５】さらにまた、本実施の形態で説明した製造
方法は、一例であり、少なくとも圧電体膜の粒界露出領
域に、当該圧電体膜より低誘電率を備えた低誘電性物質
が形成されれば、任意に変更してよいことは勿論であ
る。
方法は、一例であり、少なくとも圧電体膜の粒界露出領
域に、当該圧電体膜より低誘電率を備えた低誘電性物質
が形成されれば、任意に変更してよいことは勿論であ
る。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
体素子は、これに電界を加えた際に、少なくとも圧電体
膜の粒界露出領域に形成された低誘電性物質の存在によ
り、圧電体膜の結晶粒界にかかる電圧を、低誘電性物質
が形成されていない場合と比較して低くすることができ
る。すなわち、圧電体膜の粒界を介して流れるリーク電
流を減らすことができるため、圧電体膜が絶縁破壊を起
こすことを防止することができる。この結果、圧電体素
子の耐電圧性を向上し、信頼性の高い圧電体素子を提供
することができる。
体素子は、これに電界を加えた際に、少なくとも圧電体
膜の粒界露出領域に形成された低誘電性物質の存在によ
り、圧電体膜の結晶粒界にかかる電圧を、低誘電性物質
が形成されていない場合と比較して低くすることができ
る。すなわち、圧電体膜の粒界を介して流れるリーク電
流を減らすことができるため、圧電体膜が絶縁破壊を起
こすことを防止することができる。この結果、圧電体素
子の耐電圧性を向上し、信頼性の高い圧電体素子を提供
することができる。
【００４７】また、この圧電体素子を使用することで、
信頼性の高いアクチュエータ、インクジェット式記録ヘ
ッドを提供することができる。
信頼性の高いアクチュエータ、インクジェット式記録ヘ
ッドを提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る圧電体素子の断面図
である。
である。
【図２】図１に示す圧電体素子を構成する圧電体膜（Ｐ
ＺＴ膜）の表面を示す模式図である。
ＺＴ膜）の表面を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る圧電体素子を振動板
として用いたアクチュエータを備えたインクジェット式
記録ヘッドの一部を示す断面図である。
として用いたアクチュエータを備えたインクジェット式
記録ヘッドの一部を示す断面図である。
【図４】図３に示すインクジェット式記録ヘッドの製造
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る圧電体素子を構
成する圧電体膜（ＰＺＴ膜）の表面を示す模式図であ
る。
成する圧電体膜（ＰＺＴ膜）の表面を示す模式図であ
る。
【図６】従来の圧電体素子を構成する圧電体膜（ＰＺＴ
膜）の表面を示す模式図である。
膜）の表面を示す模式図である。
１ 単結晶シリコン基板 ２ インク室 ３、４ 二酸化シリコン膜 ７ ノズル板 ８ ノズル口 １０ 圧電体素子 １１ 下電極 １２ 圧電体膜 １３ 上電極 １４ 低誘電性物質
Claims (9)
- 【請求項１】 下電極と、当該下電極上に形成された圧
電体膜と、当該圧電体膜上に形成された上電極と、を備
えた圧電体素子であって、少なくとも前記圧電体膜の粒
界露出領域に、当該圧電体膜より低誘電率を備えた低誘
電性物質が形成されてなる圧電体素子。 - 【請求項２】 前記圧電体膜の結晶体の粒界が、前記電
極面に対して略垂直方向に存在してなる圧電体素子。 - 【請求項３】 前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛
を主成分として構成されてなる請求項１または２記載の
圧電体素子。 - 【請求項４】 前記圧電体膜の膜厚が、０．５μｍ以
上、５μｍ以下である請求項１ないし請求項３のいずれ
か一項に記載の圧電体素子。 - 【請求項５】 前記低誘電性物質は、ペロブスカイト型
構造を有さない結晶体からなる請求項１ないし請求項４
のいずれか一項に記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 前記低誘電性物質の構造式が、Ａ2Ｂ2Ｏ
7（但し、ＡはＰｂ、ＢはＺｒとＴｉを含む）、のパイ
ロクロア構造である請求項３記載の圧電体素子。 - 【請求項７】 前記低誘電性物質が、非晶質である請求
項３記載の圧電体素子。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか一項
に記載の圧電体素子を振動子として備えたアクチュエー
タ。 - 【請求項９】 請求項８記載のアクチュエータを備えた
インクジェット式記録ヘッド。
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|---|---|---|---|
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| DE1998602214 DE69802214T2 (de) | 1997-02-04 | 1998-02-03 | Piezoelektrische Anordnung, eine diese Anordnung benutzender Antrieb und Tintenstrahlaufzeichnungskopf |
| EP19980101851 EP0856895B1 (en) | 1997-02-04 | 1998-02-03 | Piezoelectric device, actuator using the same, and ink-jet recording head |
| US09/018,440 US6051914A (en) | 1997-02-04 | 1998-02-04 | Piezoelectric device, actuator using the same, and ink-jet recording head |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2185597A JP3666163B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 圧電体素子及びこれを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10217458A true JPH10217458A (ja) | 1998-08-18 |
| JP3666163B2 JP3666163B2 (ja) | 2005-06-29 |
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ID=12066739
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|---|---|---|---|
| JP2185597A Expired - Fee Related JP3666163B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 圧電体素子及びこれを用いたアクチュエータ並びにインクジェット式記録ヘッド |
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| US6774541B1 (en) | 1999-11-18 | 2004-08-10 | Kri, Inc. | Piezoelectric element, process for producing the piezoelectric element, and head for ink-jet printer using the piezoelectric element |
| JP2004327607A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | Hitachi Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2005031886A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電素子及びそれを備えたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 |
| US7023036B2 (en) | 2001-10-02 | 2006-04-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ferroelectric element and actuator using the same, and ink jet head and ink jet recording device |
| EP1953840A2 (en) | 2007-01-31 | 2008-08-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric thin film device and piezoelectric thin film device manufacturing method and inkjet head and inkjet recording apparatus |
| JP2010018011A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電アクチュエータ |
| WO2010013438A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Fujifilm Corporation | Piezoelectric device, piezoelectric device manufacturing method, and liquid discharge apparatus |
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| US6594875B2 (en) | 1998-10-14 | 2003-07-22 | Samsung Electro-Mechanics Co. | Method for producing a piezoelectric/electrostrictive actuator |
| KR100308190B1 (ko) * | 1999-01-20 | 2001-09-26 | 윤종용 | 강유전 결정 물질 형성을 위한 공정 중 발생하는 파이로클로르를 제거하는 방법 |
| JP2000357826A (ja) † | 1999-04-13 | 2000-12-26 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子の製造方法、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタ |
| US6554407B1 (en) | 1999-09-27 | 2003-04-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ink jet head, method for manufacturing ink jet head and ink jet recorder |
| US6620237B2 (en) | 2001-11-15 | 2003-09-16 | Spectra, Inc. | Oriented piezoelectric film |
| US7063407B2 (en) * | 2002-08-21 | 2006-06-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric actuator, method for manufacturing the same, ink jet head, and ink jet recording apparatus |
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| JP4538493B2 (ja) * | 2007-12-18 | 2010-09-08 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子 |
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-
1997
- 1997-02-04 JP JP2185597A patent/JP3666163B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-03 EP EP19980101851 patent/EP0856895B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-03 DE DE1998602214 patent/DE69802214T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-04 US US09/018,440 patent/US6051914A/en not_active Expired - Fee Related
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