JPH10286953A - インクジェット記録装置とその製造方法 - Google Patents
インクジェット記録装置とその製造方法Info
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- JPH10286953A JPH10286953A JP9095491A JP9549197A JPH10286953A JP H10286953 A JPH10286953 A JP H10286953A JP 9095491 A JP9095491 A JP 9095491A JP 9549197 A JP9549197 A JP 9549197A JP H10286953 A JPH10286953 A JP H10286953A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インクジェット記録装置の解像度を向上させ
るために必要な多素子化を鉛系誘電体薄膜を用いた圧電
素子を用いて実現した。薄膜形成プロセスを用いてＰＺ
Ｔ等の鉛系誘電体を高い圧電特性を維持したまま薄膜化
するため、それらを微細加工することにより多素子化が
容易に行うことができ、低電圧でインク吐出能力の良い
インクジェット記録装置用圧電素子を形成することがで
きる。 【解決手段】 rfスパッタ法により形成したＰＺＴ薄膜
を用いた圧電素子３を有し、さらに薄膜状の振動板４を
圧力室１の上壁に形成した。
るために必要な多素子化を鉛系誘電体薄膜を用いた圧電
素子を用いて実現した。薄膜形成プロセスを用いてＰＺ
Ｔ等の鉛系誘電体を高い圧電特性を維持したまま薄膜化
するため、それらを微細加工することにより多素子化が
容易に行うことができ、低電圧でインク吐出能力の良い
インクジェット記録装置用圧電素子を形成することがで
きる。 【解決手段】 rfスパッタ法により形成したＰＺＴ薄膜
を用いた圧電素子３を有し、さらに薄膜状の振動板４を
圧力室１の上壁に形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関するものである。
録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パソコンなどの印刷装置としてイ
ンクジェット記録装置を用いたプリンタが印字性能がよ
く取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及し
ている。このインクジェット記録装置には、熱エネルギ
ーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による
圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力により
インク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動
子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。
ンクジェット記録装置を用いたプリンタが印字性能がよ
く取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及し
ている。このインクジェット記録装置には、熱エネルギ
ーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による
圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力により
インク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動
子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。
【０００３】一般に、圧電素子を用いたものは、例え
ば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのイン
ク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、
圧電素子が接合された振動板等により構成されている。
従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向
である。このような構成において、圧電素子に所定の電
圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧
電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のイ
ンクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液
滴が吐出する。現在カラーのインクジェト記録装置が普
及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化お
よび高速印字が求められている。そのためインクヘッド
の微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度お
よび高速印字を実現する事が試みられている。インクヘ
ッドの微細化には、インクを供給するための圧電素子の
小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のため
には圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ
振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能で
ある。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常
に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低
下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出するこ
とができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有
した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜
厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発
し、その製造方法を確立することが必要がある。
ば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのイン
ク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、
圧電素子が接合された振動板等により構成されている。
従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向
である。このような構成において、圧電素子に所定の電
圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧
電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のイ
ンクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液
滴が吐出する。現在カラーのインクジェト記録装置が普
及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化お
よび高速印字が求められている。そのためインクヘッド
の微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度お
よび高速印字を実現する事が試みられている。インクヘ
ッドの微細化には、インクを供給するための圧電素子の
小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のため
には圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ
振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能で
ある。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常
に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低
下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出するこ
とができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有
した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜
厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発
し、その製造方法を確立することが必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように厚みの薄い圧電体を用いて、十分なインクの吐出
に必要な特性を有する小型の圧電素子およびインクヘッ
ドをこれまで実現することができなかった。特に、従来
から用いてきた焼結体の圧電材料では、素子を切削等の
機械的な加工により小型化してきたが、機械的加工では
小型化に限界がある上、圧電特性の劣化を招き、小型化
と高解像度を両立させる事は困難であった。
ように厚みの薄い圧電体を用いて、十分なインクの吐出
に必要な特性を有する小型の圧電素子およびインクヘッ
ドをこれまで実現することができなかった。特に、従来
から用いてきた焼結体の圧電材料では、素子を切削等の
機械的な加工により小型化してきたが、機械的加工では
小型化に限界がある上、圧電特性の劣化を招き、小型化
と高解像度を両立させる事は困難であった。
【０００５】本発明は、従来のこのようなインクジェッ
ト記録装置における圧電素子の課題を解決するもので、
圧電素子を構成する圧電体や振動板等を薄膜化すること
で半導体プロセスで一般に用いられている微細加工が可
能な形状とし、更に膜厚が薄くても大きな圧電特性を有
する薄膜材料を開発し、ノズルの構造が２０００ｄｐｉ
の多素子化を実現する構成、かつその製造方法を提供す
る事を目的とするものである。
ト記録装置における圧電素子の課題を解決するもので、
圧電素子を構成する圧電体や振動板等を薄膜化すること
で半導体プロセスで一般に用いられている微細加工が可
能な形状とし、更に膜厚が薄くても大きな圧電特性を有
する薄膜材料を開発し、ノズルの構造が２０００ｄｐｉ
の多素子化を実現する構成、かつその製造方法を提供す
る事を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にかかるインクジェット記録装置は、インク
を吐出させる圧力印加手段を圧力室に形成した振動板
と、その振動板を振動させるための、鉛を含有したペロ
ブスカイト型誘電体薄膜で形成したものを圧電部材とす
る圧電素子を有することを特徴とし、多素子化を容易に
実現できる構成としたものである。
め、本発明にかかるインクジェット記録装置は、インク
を吐出させる圧力印加手段を圧力室に形成した振動板
と、その振動板を振動させるための、鉛を含有したペロ
ブスカイト型誘電体薄膜で形成したものを圧電部材とす
る圧電素子を有することを特徴とし、多素子化を容易に
実現できる構成としたものである。
【０００７】この時、前記圧力室に面する振動板として
は、ニッケル、クロム、またはアルミニウム金属、もし
くは金属の酸化物、またはシリコンの酸化物、または高
分子有機物を用い、圧電部材としては、鉛、チタンおよ
びジルコニウムを含有した厚み２０μｍ以下のペロブス
カイト型の酸化物薄膜であり、電圧を印加するための電
極の少なくとも一部に白金もしくは金を用いる事が好ま
しい。
は、ニッケル、クロム、またはアルミニウム金属、もし
くは金属の酸化物、またはシリコンの酸化物、または高
分子有機物を用い、圧電部材としては、鉛、チタンおよ
びジルコニウムを含有した厚み２０μｍ以下のペロブス
カイト型の酸化物薄膜であり、電圧を印加するための電
極の少なくとも一部に白金もしくは金を用いる事が好ま
しい。
【０００８】更に、圧電部材として、ジルコニウムの組
成が異なるいくつかの層からなる多層構造、もしくはジ
ルコニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造であ
る方がよい。
成が異なるいくつかの層からなる多層構造、もしくはジ
ルコニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造であ
る方がよい。
【０００９】本発明にかかるインクジェット記録装置の
製造方法として、ＭgＯ基板上に電極を形成し、その電
極上に鉛を含有した酸化物誘電体である鉛系誘電体層を
形成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し鉛系
誘電体層の厚み方向に電圧を印加でいる構成とする。更
にその電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物か
らなる材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、
メッキもしくはスピンコート法により形成する。次に、
前記ＭｇＯ基板の全て、もしくは一部をエッチング除
去、および振動板の上にインク液体を収容するための圧
力室を樹脂もしくはガラスにより形成し、前記圧力室に
圧力を印加するための圧力印加手段を作製することによ
り多素子化を実現したインクジェット記録装置の製造方
法である。
製造方法として、ＭgＯ基板上に電極を形成し、その電
極上に鉛を含有した酸化物誘電体である鉛系誘電体層を
形成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し鉛系
誘電体層の厚み方向に電圧を印加でいる構成とする。更
にその電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物か
らなる材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、
メッキもしくはスピンコート法により形成する。次に、
前記ＭｇＯ基板の全て、もしくは一部をエッチング除
去、および振動板の上にインク液体を収容するための圧
力室を樹脂もしくはガラスにより形成し、前記圧力室に
圧力を印加するための圧力印加手段を作製することによ
り多素子化を実現したインクジェット記録装置の製造方
法である。
【００１０】更に、ＭｇＯ基板上に形成する電極として
白金もしくはルテニウム酸化物を用い、鉛系誘電体とし
ては膜厚２０μｍ以下のＰＺＴ系強誘電体をスパッタ法
により形成し、かつＺｒ／Ｔｉ比が３０／７０から７０
／３０の範囲内の薄膜、もしくはＰＺＴ系強誘電体にニ
オブおよび錫を添加した反強誘電性の薄膜であり、また
振動板としてはニッケル、アルミニウム、アルミナ、酸
化シリコン、またはポリイミド系樹脂を用い、更にＭｇ
Ｏ基板のエッチング溶液として燐酸を用いた製造方法が
好ましい。
白金もしくはルテニウム酸化物を用い、鉛系誘電体とし
ては膜厚２０μｍ以下のＰＺＴ系強誘電体をスパッタ法
により形成し、かつＺｒ／Ｔｉ比が３０／７０から７０
／３０の範囲内の薄膜、もしくはＰＺＴ系強誘電体にニ
オブおよび錫を添加した反強誘電性の薄膜であり、また
振動板としてはニッケル、アルミニウム、アルミナ、酸
化シリコン、またはポリイミド系樹脂を用い、更にＭｇ
Ｏ基板のエッチング溶液として燐酸を用いた製造方法が
好ましい。
【００１１】更に本発明にかかるインクジェット記録装
置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上に
電極を形成し、その電極上に鉛系誘電体から成る層を形
成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し、その
電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物からなる
材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、メッ
キ、もしくはスピンコーティングにより形成する。次
に、振動板の上にインク液体を収容するための圧力室を
樹脂もしくはガラスにより形成、および前記シリコンも
しくはガラス基板のすべて、もしくは一部を弗酸系溶
液、もしくは水酸化カリウム溶液を用いてエッチングを
行い除去することにより前記圧力室に圧力を印加するた
めの圧力印加手段を作製することを特徴とするインクジ
ェット記録装置の製造方法である。
置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上に
電極を形成し、その電極上に鉛系誘電体から成る層を形
成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し、その
電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物からなる
材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、メッ
キ、もしくはスピンコーティングにより形成する。次
に、振動板の上にインク液体を収容するための圧力室を
樹脂もしくはガラスにより形成、および前記シリコンも
しくはガラス基板のすべて、もしくは一部を弗酸系溶
液、もしくは水酸化カリウム溶液を用いてエッチングを
行い除去することにより前記圧力室に圧力を印加するた
めの圧力印加手段を作製することを特徴とするインクジ
ェット記録装置の製造方法である。
【００１２】また、本発明にかかるインクジェット記録
装置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上
に金属、酸化物、窒化物もしくは高分子有機物からなる
材料を振動板として形成し、その上に電極を形成し、更
にその電極上に鉛系誘電体を形成し、その鉛系誘電体層
上に更に電極を形成する。更に前記シリコン、またはガ
ラス基板の一部を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム
溶液を用いてエッチングを行い、前記シリコン、または
ガラス基板を用いてインク液体を収容するための圧力室
を形成することを特徴とするインクジェット記録装置の
製造方法である。
装置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上
に金属、酸化物、窒化物もしくは高分子有機物からなる
材料を振動板として形成し、その上に電極を形成し、更
にその電極上に鉛系誘電体を形成し、その鉛系誘電体層
上に更に電極を形成する。更に前記シリコン、またはガ
ラス基板の一部を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム
溶液を用いてエッチングを行い、前記シリコン、または
ガラス基板を用いてインク液体を収容するための圧力室
を形成することを特徴とするインクジェット記録装置の
製造方法である。
【００１３】更にシリコン、またはガラス基板上に形成
する電極として白金もしくはルテニウム酸化物を用い、
鉛系誘電体としては膜厚２０μｍ以下のＰＺＴ系強誘電
体をスパッタ法により形成し、かつＺｒ／Ｔｉ比が３０
／７０から７０／３０の範囲内のもの、もしくはＰＺＴ
系強誘電体にニオブおよび錫を添加した反強誘電性の薄
膜である製造方法が好ましい。
する電極として白金もしくはルテニウム酸化物を用い、
鉛系誘電体としては膜厚２０μｍ以下のＰＺＴ系強誘電
体をスパッタ法により形成し、かつＺｒ／Ｔｉ比が３０
／７０から７０／３０の範囲内のもの、もしくはＰＺＴ
系強誘電体にニオブおよび錫を添加した反強誘電性の薄
膜である製造方法が好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面をもちいて説明する。
いて図面をもちいて説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）図１(a)は、本発明
にかかる第１の実施の形態のインクジェット記録装置に
おけるノズルヘッドを横から見た断面図、(b)はその概
観図である。
にかかる第１の実施の形態のインクジェット記録装置に
おけるノズルヘッドを横から見た断面図、(b)はその概
観図である。
【００１６】図１において、本実施の形態のノズルヘッ
ドは、インクを収容する圧力室１、インクを吐出する吐
出口２、その吐出口２に連通し圧力室１に圧力を印加す
るための圧電素子３、及びその圧電素子３で振動する振
動板４から構成されている。尚、図１は断面図であり、
圧力室１は隔壁により分離された複数個が、この断面と
垂直方向に並んだ構成になっており、吐出口２、圧電素
子３も圧力室１と同数が同様に並んでいる。
ドは、インクを収容する圧力室１、インクを吐出する吐
出口２、その吐出口２に連通し圧力室１に圧力を印加す
るための圧電素子３、及びその圧電素子３で振動する振
動板４から構成されている。尚、図１は断面図であり、
圧力室１は隔壁により分離された複数個が、この断面と
垂直方向に並んだ構成になっており、吐出口２、圧電素
子３も圧力室１と同数が同様に並んでいる。
【００１７】圧力室１は、感光性有機高分子材料、感光
性ガラスおよびシリコンなどにより構成されている。圧
力室１の上部は振動板４により形成されている。振動板
４はSiO2層により構成されている。振動板４の上には圧
電素子３が形成され、この圧電素子３には、図示してい
ないが上下に電極が配されている。
性ガラスおよびシリコンなどにより構成されている。圧
力室１の上部は振動板４により形成されている。振動板
４はSiO2層により構成されている。振動板４の上には圧
電素子３が形成され、この圧電素子３には、図示してい
ないが上下に電極が配されている。
【００１８】ここで、本実施の形態では、圧電素子３を
形成する圧電体として鉛を含有したペロブスカイト型誘
電体薄膜がその優れた圧電性から効果的であり、膜厚が
２０μｍ以下の厚みにおいても十分な圧電特性を有して
いた。また圧電体の厚みを２０μｍ以下とする事によ
り、圧電体を薄膜プロセスにより形成できる事に加え、
また微細加工も行えることから圧電素子３の大きさも約
１０μｍ程度の幅でも加工できた。そのため図１(b)の
様にノズルを約１０μｍの幅で１列に配置することが可
能で、印字解像度を向上し、更に印字速度を向上させる
ことができる。
形成する圧電体として鉛を含有したペロブスカイト型誘
電体薄膜がその優れた圧電性から効果的であり、膜厚が
２０μｍ以下の厚みにおいても十分な圧電特性を有して
いた。また圧電体の厚みを２０μｍ以下とする事によ
り、圧電体を薄膜プロセスにより形成できる事に加え、
また微細加工も行えることから圧電素子３の大きさも約
１０μｍ程度の幅でも加工できた。そのため図１(b)の
様にノズルを約１０μｍの幅で１列に配置することが可
能で、印字解像度を向上し、更に印字速度を向上させる
ことができる。
【００１９】図２は圧電素子３の構成を詳しく示した図
である。圧力室１に面する振動板４として、振動部分の
厚みが２μｍのSiO2層、圧電体５としてPb(Zr0.5Ti0.5)
O3の組成式で示される厚み３μｍのPZT薄膜を用いた。
圧電体５の上下には厚み０．１μｍの白金から成る電極
６および７が形成されている。圧電体５の厚みは薄いほ
ど微細加工が容易となり、また駆動電圧も低くすること
が可能で、シリコンの振動板４の厚みも２μｍとたわみ
やすい厚みとしたことで５０Ｖ以下の電圧においても良
好なたわみ振動を発生させることができた。また、PZT
薄膜の微細加工では弗酸や硝酸など強酸性の溶液を用い
て行うが、電極６または７として白金もしくは金を用い
ることにより電極材料が腐食することを防止し、素子化
を安定に行うことができた。この振動板４の材料として
は、SiO2のほかにニッケル、クロム、アルミニウムなど
の金属を蒸着、もしくはメッキにより形成したものでも
振動中に亀裂が生じるなどの劣化はなく、インクを吐出
するのに十分な振動を発生することができた。振動板４
の材料としてこれらの金属の酸化物でも同様の振動特性
を得ることができた。振動板４としてはポリイミドなど
の有機高分子材料でも同様の振動効果を得ることが可能
で、感光性ポリイミドを用いることにより素子化を容易
に進めることができた。
である。圧力室１に面する振動板４として、振動部分の
厚みが２μｍのSiO2層、圧電体５としてPb(Zr0.5Ti0.5)
O3の組成式で示される厚み３μｍのPZT薄膜を用いた。
圧電体５の上下には厚み０．１μｍの白金から成る電極
６および７が形成されている。圧電体５の厚みは薄いほ
ど微細加工が容易となり、また駆動電圧も低くすること
が可能で、シリコンの振動板４の厚みも２μｍとたわみ
やすい厚みとしたことで５０Ｖ以下の電圧においても良
好なたわみ振動を発生させることができた。また、PZT
薄膜の微細加工では弗酸や硝酸など強酸性の溶液を用い
て行うが、電極６または７として白金もしくは金を用い
ることにより電極材料が腐食することを防止し、素子化
を安定に行うことができた。この振動板４の材料として
は、SiO2のほかにニッケル、クロム、アルミニウムなど
の金属を蒸着、もしくはメッキにより形成したものでも
振動中に亀裂が生じるなどの劣化はなく、インクを吐出
するのに十分な振動を発生することができた。振動板４
の材料としてこれらの金属の酸化物でも同様の振動特性
を得ることができた。振動板４としてはポリイミドなど
の有機高分子材料でも同様の振動効果を得ることが可能
で、感光性ポリイミドを用いることにより素子化を容易
に進めることができた。
【００２０】圧電体５の材料として、鉛、チタン、ジル
コニウムから構成された酸化物であるペロブスカイト型
PZT薄膜材料を用いることにより、低電圧でも良好な振
動を発生させることができた。またこのＰＺＴ薄膜の組
成は、Pb(Zr0.53Ti0.47)O3の場合に最大の圧電性を示す
とされているが、この組成の薄膜を直接基板上に形成す
ることは容易ではない。そのため第１層としてＺｒの含
有していないPbTiO3やPbTiO3にランタンを添加したＰＬ
Ｔを形成し、第２層としてPb(Zr0.53Ti0.47)O3の組成の
２層構造とした場合、高品質圧電薄膜を形成しやすく、
更に良好な圧電特性を得ることができた。図３に多層構
造圧電体の断面構造を示す。第１層として膜厚０．１μ
ｍのPbTiO3層８、第２層として膜厚２．９μｍのPb(Zr
0.53Ti0.4 7)O3の組成を有するＰＺＴ層９とした。この
２層構造の圧電体５を用いることにより、低電圧におい
ても十分なインク吐出能力を有するインクジェット記録
装置を作ることができた。また、この様な多層構造とせ
ずに、PbTiO3からPb(Zr0.5Ti 0.5)O3付近の組成へと連続
に組成傾斜をしている層から成る圧電体５でも同様の効
果が得られた。
コニウムから構成された酸化物であるペロブスカイト型
PZT薄膜材料を用いることにより、低電圧でも良好な振
動を発生させることができた。またこのＰＺＴ薄膜の組
成は、Pb(Zr0.53Ti0.47)O3の場合に最大の圧電性を示す
とされているが、この組成の薄膜を直接基板上に形成す
ることは容易ではない。そのため第１層としてＺｒの含
有していないPbTiO3やPbTiO3にランタンを添加したＰＬ
Ｔを形成し、第２層としてPb(Zr0.53Ti0.47)O3の組成の
２層構造とした場合、高品質圧電薄膜を形成しやすく、
更に良好な圧電特性を得ることができた。図３に多層構
造圧電体の断面構造を示す。第１層として膜厚０．１μ
ｍのPbTiO3層８、第２層として膜厚２．９μｍのPb(Zr
0.53Ti0.4 7)O3の組成を有するＰＺＴ層９とした。この
２層構造の圧電体５を用いることにより、低電圧におい
ても十分なインク吐出能力を有するインクジェット記録
装置を作ることができた。また、この様な多層構造とせ
ずに、PbTiO3からPb(Zr0.5Ti 0.5)O3付近の組成へと連続
に組成傾斜をしている層から成る圧電体５でも同様の効
果が得られた。
【００２１】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第
２の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法
を説明する図である。
２の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法
を説明する図である。
【００２２】図４において、まず、ＭgＯ 基板１０の
（１００）面上に個別電極１１となるＰt 層を形成し、
その個別電極１１の上に圧電材料として鉛系誘電体層１
２をｒｆスパッタリングにより形成した。この鉛系誘電
体層１２としては、膜厚３μｍのＰＺＴ系のｃ軸方向に
配向した単結晶層であればよい圧電性を得ることができ
た。鉛系誘電体層１２の形成法としてｒｆスパッタ法を
用いることにより、（１００）ＭｇＯ基板１０上にｃ軸
方向に配向した結晶性の良いＰＺＴ薄膜を形成すること
ができた。またＭｇＯ基板１０の表面にはＰｔの個別電
極１１があるが、その表面に直接ＰＺＴを堆積させず第
１層としてＺｒの含有していないPbTiO3層を厚み約0.01
μｍと非常に薄く形成しておくことで、単結晶のＰＺＴ
薄膜が形成することが可能となった。鉛系誘電体層１２
の形成方法としてｒｆスパッタ法の他、ＭＯＣＶＤもし
くはゾルゲル溶液を用いたスピンコート法においても良
好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成することができ
た。次にその鉛系誘電体層１２の上に共通電極１３とな
るＰｔ層を形成する。その共通電極１３の上にSiO2から
なる材料で振動板４をスパッタリング法により形成し
た。この振動板４は個別電極１１と対応する鉛系強誘電
体層１２が振動し、この振動が振動板４により増幅され
る。この個別電極１１の下の振動板の厚みが２μｍの
時、良好な振動特性が得られた。次に振動板４の上に圧
力室１の構造体を感光性樹脂１４などにより形成し、最
後にＭgＯ 基板１０を酸性溶液でエッチング除去する。
個別電極１１は鉛系誘電体層１２の形成前、もしくはＭ
ｇＯ基板１０をエッチング除去した後にパターンニング
する。 鉛系誘電体層１２は、共通電極１３を形成する
前にパターンニングする。もしくは共通電極１３を形成
し、ＭｇＯ基板１０をエッチング後に、各圧力室１に対
応した分割された形状となるように強酸性溶液を用いて
パターンニングした。本発明におけるインクヘッド形成
法を図５に示す。(a)は個別電極１１をはじめに電極パ
ターンを形成する方法で、(b)は工程の終盤でＭｇＯ基
板１０をエッチング除去した後個別電極１１のパターン
形成を行う方法である。
（１００）面上に個別電極１１となるＰt 層を形成し、
その個別電極１１の上に圧電材料として鉛系誘電体層１
２をｒｆスパッタリングにより形成した。この鉛系誘電
体層１２としては、膜厚３μｍのＰＺＴ系のｃ軸方向に
配向した単結晶層であればよい圧電性を得ることができ
た。鉛系誘電体層１２の形成法としてｒｆスパッタ法を
用いることにより、（１００）ＭｇＯ基板１０上にｃ軸
方向に配向した結晶性の良いＰＺＴ薄膜を形成すること
ができた。またＭｇＯ基板１０の表面にはＰｔの個別電
極１１があるが、その表面に直接ＰＺＴを堆積させず第
１層としてＺｒの含有していないPbTiO3層を厚み約0.01
μｍと非常に薄く形成しておくことで、単結晶のＰＺＴ
薄膜が形成することが可能となった。鉛系誘電体層１２
の形成方法としてｒｆスパッタ法の他、ＭＯＣＶＤもし
くはゾルゲル溶液を用いたスピンコート法においても良
好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成することができ
た。次にその鉛系誘電体層１２の上に共通電極１３とな
るＰｔ層を形成する。その共通電極１３の上にSiO2から
なる材料で振動板４をスパッタリング法により形成し
た。この振動板４は個別電極１１と対応する鉛系強誘電
体層１２が振動し、この振動が振動板４により増幅され
る。この個別電極１１の下の振動板の厚みが２μｍの
時、良好な振動特性が得られた。次に振動板４の上に圧
力室１の構造体を感光性樹脂１４などにより形成し、最
後にＭgＯ 基板１０を酸性溶液でエッチング除去する。
個別電極１１は鉛系誘電体層１２の形成前、もしくはＭ
ｇＯ基板１０をエッチング除去した後にパターンニング
する。 鉛系誘電体層１２は、共通電極１３を形成する
前にパターンニングする。もしくは共通電極１３を形成
し、ＭｇＯ基板１０をエッチング後に、各圧力室１に対
応した分割された形状となるように強酸性溶液を用いて
パターンニングした。本発明におけるインクヘッド形成
法を図５に示す。(a)は個別電極１１をはじめに電極パ
ターンを形成する方法で、(b)は工程の終盤でＭｇＯ基
板１０をエッチング除去した後個別電極１１のパターン
形成を行う方法である。
【００２３】本実施の形態に示した製造方法によれば圧
電特性の良い薄膜材料を形成することができ、更に半導
体の微細加工技術を応用し多素子化が可能となる。図６
に上記の方法で製作したインクジェット記録装置のノズ
ルヘッドを正面から見た図を示す。作製したヘッドは、
ノズルが２０００ｄｐｉの密度で形成されたヘッドであ
る。
電特性の良い薄膜材料を形成することができ、更に半導
体の微細加工技術を応用し多素子化が可能となる。図６
に上記の方法で製作したインクジェット記録装置のノズ
ルヘッドを正面から見た図を示す。作製したヘッドは、
ノズルが２０００ｄｐｉの密度で形成されたヘッドであ
る。
【００２４】この構成のインクジェット記録装置の製造
において、ＭｇＯ基板１０上の個別電極１１として白金
もしくはルテニウム酸化物を用いることにより、ペロブ
スカイト構造を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形
成することができた。結晶性を改善することにより圧電
特性を向上させることができ、多素子化した場合でもイ
ンク吐出能力の素子間のばらつきを少なくすることがで
きた。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２とし
ては、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内
にあるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有しい
た。Ｚｒ／Ｔｉ比が５０／５０のＰＺＴ薄膜を鉛系誘電
体層１２とし、各圧力室１に対応して幅１０μｍ、長さ
１ｍｍの大きさにパターンニングしたものに対して、印
加電圧と振動板４の最大たわみ量の関係を図７に示す。
図より印加電圧を増加すると振動板がたわみ３０Ｖの電
圧に対して約２μｍの変位を発生させることができた。
この良好な圧電特性を利用して、インク吐出能力の高い
インクジェット記録装置とすることができた。このほ
か、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn
0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦ y ≦0.065)の組成を有す
る反強誘電体の薄膜を用いた場合について、印加電圧と
振動板４の最大変位との関係を図８に示す。この場合、
１５Ｖの電圧で、反強誘電体から強誘電体への相転移が
起こるため不連続な変位特性を示し、２０Ｖで約０．８
μｍの変位が発生した。このことは、ある電圧以上を印
加した場合ほぼ一定の変位を発生させることができ、イ
ンク吐出量のばらつきを少なくする事ができた。更にPb
0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0. 98O3 (0.060≦ y ≦
0.065)の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の
薄膜でも安定なインク吐出能力を有する圧電素子とする
ことができた。
において、ＭｇＯ基板１０上の個別電極１１として白金
もしくはルテニウム酸化物を用いることにより、ペロブ
スカイト構造を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形
成することができた。結晶性を改善することにより圧電
特性を向上させることができ、多素子化した場合でもイ
ンク吐出能力の素子間のばらつきを少なくすることがで
きた。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２とし
ては、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内
にあるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有しい
た。Ｚｒ／Ｔｉ比が５０／５０のＰＺＴ薄膜を鉛系誘電
体層１２とし、各圧力室１に対応して幅１０μｍ、長さ
１ｍｍの大きさにパターンニングしたものに対して、印
加電圧と振動板４の最大たわみ量の関係を図７に示す。
図より印加電圧を増加すると振動板がたわみ３０Ｖの電
圧に対して約２μｍの変位を発生させることができた。
この良好な圧電特性を利用して、インク吐出能力の高い
インクジェット記録装置とすることができた。このほ
か、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn
0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦ y ≦0.065)の組成を有す
る反強誘電体の薄膜を用いた場合について、印加電圧と
振動板４の最大変位との関係を図８に示す。この場合、
１５Ｖの電圧で、反強誘電体から強誘電体への相転移が
起こるため不連続な変位特性を示し、２０Ｖで約０．８
μｍの変位が発生した。このことは、ある電圧以上を印
加した場合ほぼ一定の変位を発生させることができ、イ
ンク吐出量のばらつきを少なくする事ができた。更にPb
0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0. 98O3 (0.060≦ y ≦
0.065)の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の
薄膜でも安定なインク吐出能力を有する圧電素子とする
ことができた。
【００２５】更に振動板４はスパッタ法などの薄膜プロ
セスを用いることにより微細加工が容易となる。その材
料として、酸化シリコンSiO2の他、ニッケル、アルミニ
ウムなどの金属もスパッタ法、真空蒸着およびメッキ法
により容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振
動特性を得ることができた。またアルミナでもSiO2と同
様の効果を得ることができ、スパッタリング法により容
易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂はスピン
コート法により容易に形成でき、またその微細加工も容
易であり、インクジェット記録装置の振動板として適し
た材料であった。スパッタリングなどの薄膜プロセスに
よって得られた鉛系誘電体層１２は、ＭｇＯ基板１０上
に形成するが、最終的に酸性溶液により除去する。この
酸性溶液として燐酸溶液を用いることでＭｇＯを安定に
溶解することができ、かつ圧電体にダメージを与えるこ
となくインクジェット記録装置を作製することができ
た。
セスを用いることにより微細加工が容易となる。その材
料として、酸化シリコンSiO2の他、ニッケル、アルミニ
ウムなどの金属もスパッタ法、真空蒸着およびメッキ法
により容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振
動特性を得ることができた。またアルミナでもSiO2と同
様の効果を得ることができ、スパッタリング法により容
易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂はスピン
コート法により容易に形成でき、またその微細加工も容
易であり、インクジェット記録装置の振動板として適し
た材料であった。スパッタリングなどの薄膜プロセスに
よって得られた鉛系誘電体層１２は、ＭｇＯ基板１０上
に形成するが、最終的に酸性溶液により除去する。この
酸性溶液として燐酸溶液を用いることでＭｇＯを安定に
溶解することができ、かつ圧電体にダメージを与えるこ
となくインクジェット記録装置を作製することができ
た。
【００２６】（第３の実施の形態）図９は、本発明の第
３の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法
を説明する図である。
３の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法
を説明する図である。
【００２７】図９において、まず、シリコン基板１５上
に個別電極１１となるＰt 層を形成し、その個別電極１
１の上に圧電材料として鉛系誘電体層１２をスパッタ法
により形成した。この鉛系誘電体層１２としては、厚み
が３μｍのＰＺＴ系の多結晶層であればよい圧電性を得
ることができた。鉛系誘電体層１２の形成法としてＭＯ
ＣＶＤもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコートにお
いても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成すること
ができた。次にその鉛系誘電体層１２の上に共通電極１
３となるＰｔ層を形成する。その共通電極１３の上にSi
O2からなる材料で振動板４をスパッタ法により形成し
た。次に振動板４の上に圧力室１の構造体を感光性樹脂
１４により形成し、最後にシリコン基板１５を弗酸系溶
液、もしくは水酸化カリウム溶液でエッチング除去す
る。圧力室１は感光性ガラスもしくは感光性樹脂などに
より分割形成され多素子化している。個別電極１１は鉛
系誘電体層１２の形成前、もしくはシリコン基板１５を
エッチングした後にパターンニングする。また鉛系誘電
体層１２は、共通電極１３を形成する前にパターンニン
グする。もしくはシリコン基板１５をエッチング除去し
た後に、各圧力室１に分割した形状となるようにパター
ンニングした。本実施例の製造方法の一例を図１０に示
す。本実施の形態に示した製造方法によればＭｇＯ基板
６より安価に、かつ大きな面積を有した単結晶基板が入
手しやすいシリコン基板１５を用いることができ、イン
クジェット用圧電素子を一度に多数形成することが可能
で、更に圧電特性の良い薄膜材料を形成することができ
る。またこれまで確立されてきたシリコンの微細加工技
術を応用し非常に高精度な微細加工から作り出される多
素子化も容易となる。上記の方法で製作したインクジェ
トのヘッドは、図６と同様の構成が可能でノズルが２０
００ｄｐｉの密度まで形成できた。
に個別電極１１となるＰt 層を形成し、その個別電極１
１の上に圧電材料として鉛系誘電体層１２をスパッタ法
により形成した。この鉛系誘電体層１２としては、厚み
が３μｍのＰＺＴ系の多結晶層であればよい圧電性を得
ることができた。鉛系誘電体層１２の形成法としてＭＯ
ＣＶＤもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコートにお
いても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成すること
ができた。次にその鉛系誘電体層１２の上に共通電極１
３となるＰｔ層を形成する。その共通電極１３の上にSi
O2からなる材料で振動板４をスパッタ法により形成し
た。次に振動板４の上に圧力室１の構造体を感光性樹脂
１４により形成し、最後にシリコン基板１５を弗酸系溶
液、もしくは水酸化カリウム溶液でエッチング除去す
る。圧力室１は感光性ガラスもしくは感光性樹脂などに
より分割形成され多素子化している。個別電極１１は鉛
系誘電体層１２の形成前、もしくはシリコン基板１５を
エッチングした後にパターンニングする。また鉛系誘電
体層１２は、共通電極１３を形成する前にパターンニン
グする。もしくはシリコン基板１５をエッチング除去し
た後に、各圧力室１に分割した形状となるようにパター
ンニングした。本実施例の製造方法の一例を図１０に示
す。本実施の形態に示した製造方法によればＭｇＯ基板
６より安価に、かつ大きな面積を有した単結晶基板が入
手しやすいシリコン基板１５を用いることができ、イン
クジェット用圧電素子を一度に多数形成することが可能
で、更に圧電特性の良い薄膜材料を形成することができ
る。またこれまで確立されてきたシリコンの微細加工技
術を応用し非常に高精度な微細加工から作り出される多
素子化も容易となる。上記の方法で製作したインクジェ
トのヘッドは、図６と同様の構成が可能でノズルが２０
００ｄｐｉの密度まで形成できた。
【００２８】この構成のインクジェット記録装置の製造
において、シリコン基板１５を用いる他、ガラス基板を
用いても同様の多素子構成のインクジェット記録装置が
作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いてガラス基板
をエッチングする事により、図５と同様の構成を有する
多素子化したインクジェット記録装置を形成することが
できた。
において、シリコン基板１５を用いる他、ガラス基板を
用いても同様の多素子構成のインクジェット記録装置が
作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いてガラス基板
をエッチングする事により、図５と同様の構成を有する
多素子化したインクジェット記録装置を形成することが
できた。
【００２９】上の個別電極１１として白金以外に、ルテ
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形成することが
できた。このため圧電体として良好な特性を有すること
ができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間
のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成でき
た。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２として
は、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内に
あるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有し、イ
ンク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすること
ができた。また、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印
加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出
量のばらつきを少なくする事ができた。
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形成することが
できた。このため圧電体として良好な特性を有すること
ができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間
のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成でき
た。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２として
は、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内に
あるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有し、イ
ンク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすること
ができた。また、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印
加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出
量のばらつきを少なくする事ができた。
【００３０】更に振動板４の材料として、酸化シリコン
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッ
タリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成す
ることができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることが
できた。またアルミナ等の酸化物でもSiO2と同様の効果
を得ることができ、スパッタリング法により容易に形成
できた。この他、ポリイミド系の樹脂などの高分子有機
物はスピンコート法により容易に形成でき、またその加
工も容易であり、インクジェット記録装置の振動板とし
て適した材料であった。
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッ
タリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成す
ることができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることが
できた。またアルミナ等の酸化物でもSiO2と同様の効果
を得ることができ、スパッタリング法により容易に形成
できた。この他、ポリイミド系の樹脂などの高分子有機
物はスピンコート法により容易に形成でき、またその加
工も容易であり、インクジェット記録装置の振動板とし
て適した材料であった。
【００３１】（第４の実施の形態）図１１は、本発明の
第４の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方
法を説明する図である。
第４の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方
法を説明する図である。
【００３２】図１１において、まず、シリコン基板１５
上に膜厚２μｍのSiO2からなる振動板４をスパッタ法を
用いて形成する。更にその上に共通電極１３となるＰt
層を形成する。個別電極１３の上に圧電材料として鉛系
誘電体層１２をｒｆスパッタ法により形成した。この鉛
系誘電体層１２としては、厚みが３μｍのＰＺＴ系の多
結晶層であればよい圧電特性を得ることができた。鉛系
誘電体層１２の形成法としてＭＯＣＶＤもしくはゾルゲ
ル溶液を用いたスピンコートにおいても良好な結晶性を
有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその鉛
系誘電体層１２の上に個別電極１１となるＰｔ層を形成
する。この個別電極１１はイオンエッチングによって微
細加工し、各圧力室１に対応した箇所に分離した形状と
なるようにした。なお、振動板４が絶縁物である場合、
個別電極１１を振動板４上に形成し、共通電極１３を鉛
系誘電体層４上に形成しても良い。次にシリコン基板１
５を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液で部分的
にエッチング除去し、シリコン基板１５の一部を圧力室
１の構造部材として用いた。鉛系誘電体層１２は、共通
電極１３を形成する前に、各圧力室１に対応し分割され
た形状となるようにパターンニングした。本実施の形態
に示した製造方法の一例を図１２に示す。この方法では
圧力室１の形成を圧電素子を形成する基板の一部を用い
て作製するため、工程が簡略化でき、かつシリコンの微
細加工技術を用いることにより微細な素子化も可能にな
る。上記の方法で製作したインクジェトのヘッドは、図
６と同様の構成が可能でノズルが２０００ｄｐｉの密度
まで形成できた。
上に膜厚２μｍのSiO2からなる振動板４をスパッタ法を
用いて形成する。更にその上に共通電極１３となるＰt
層を形成する。個別電極１３の上に圧電材料として鉛系
誘電体層１２をｒｆスパッタ法により形成した。この鉛
系誘電体層１２としては、厚みが３μｍのＰＺＴ系の多
結晶層であればよい圧電特性を得ることができた。鉛系
誘電体層１２の形成法としてＭＯＣＶＤもしくはゾルゲ
ル溶液を用いたスピンコートにおいても良好な結晶性を
有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその鉛
系誘電体層１２の上に個別電極１１となるＰｔ層を形成
する。この個別電極１１はイオンエッチングによって微
細加工し、各圧力室１に対応した箇所に分離した形状と
なるようにした。なお、振動板４が絶縁物である場合、
個別電極１１を振動板４上に形成し、共通電極１３を鉛
系誘電体層４上に形成しても良い。次にシリコン基板１
５を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液で部分的
にエッチング除去し、シリコン基板１５の一部を圧力室
１の構造部材として用いた。鉛系誘電体層１２は、共通
電極１３を形成する前に、各圧力室１に対応し分割され
た形状となるようにパターンニングした。本実施の形態
に示した製造方法の一例を図１２に示す。この方法では
圧力室１の形成を圧電素子を形成する基板の一部を用い
て作製するため、工程が簡略化でき、かつシリコンの微
細加工技術を用いることにより微細な素子化も可能にな
る。上記の方法で製作したインクジェトのヘッドは、図
６と同様の構成が可能でノズルが２０００ｄｐｉの密度
まで形成できた。
【００３３】この構成のインクジェット記録装置の製造
において、シリコン基板１５を用いる他、更に安価なガ
ラス基板を用いても同様の多素子構成のインクジェット
記録装置が作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いて
ガラス基板１３をエッチングする事により、図６と同様
の構成を有する多素子化したインクジェット記録装置を
形成することができた。
において、シリコン基板１５を用いる他、更に安価なガ
ラス基板を用いても同様の多素子構成のインクジェット
記録装置が作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いて
ガラス基板１３をエッチングする事により、図６と同様
の構成を有する多素子化したインクジェット記録装置を
形成することができた。
【００３４】上の個別電極１１として白金以外に、ルテ
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形成することが
できた。このため圧電体として良好な特性を有すること
ができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間
のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成でき
た。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２として
は、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内に
あるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有し、イ
ンク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすること
ができた。また、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印
加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出
量のばらつきを少なくする事ができた。また Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦ y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の薄膜で
も安定なインク吐出能力を有する圧電素子とすることが
できた。
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する鉛系誘電体層１２を結晶性よく形成することが
できた。このため圧電体として良好な特性を有すること
ができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間
のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成でき
た。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層１２として
は、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０／７０〜７０／３０の範囲内に
あるＰＺＴ層であれば、更に良好な圧電特性を有し、イ
ンク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすること
ができた。また、鉛系誘電体層１２として Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印
加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出
量のばらつきを少なくする事ができた。また Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦ y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の薄膜で
も安定なインク吐出能力を有する圧電素子とすることが
できた。
【００３５】更に振動板４の材料として、酸化シリコン
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッ
タリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成す
ることができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることが
できた。またアルミナでもSiO2と同様の効果を得ること
ができ、スパッタリング法により容易に形成できた。こ
の他、ポリイミド系の樹脂はスピンコート法により容易
に形成でき、またその加工も容易であり、インクジェッ
ト記録装置の振動板として適した材料であった。
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッ
タリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成す
ることができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることが
できた。またアルミナでもSiO2と同様の効果を得ること
ができ、スパッタリング法により容易に形成できた。こ
の他、ポリイミド系の樹脂はスピンコート法により容易
に形成でき、またその加工も容易であり、インクジェッ
ト記録装置の振動板として適した材料であった。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、インクジ
ェット記録装置の解像度を向上させるため、薄膜形成プ
ロセスを用いてＰＺＴ等の鉛系誘電体層を高い圧電特性
を維持したまま薄膜化し、それらを微細加工することに
より低電圧でインク吐出能力の良いインクジェット記録
装置用圧電素子を形成することができる。
ェット記録装置の解像度を向上させるため、薄膜形成プ
ロセスを用いてＰＺＴ等の鉛系誘電体層を高い圧電特性
を維持したまま薄膜化し、それらを微細加工することに
より低電圧でインク吐出能力の良いインクジェット記録
装置用圧電素子を形成することができる。
【図１】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置のヘッドを横から見た断面を示す図、およびヘッド
の概観図
装置のヘッドを横から見た断面を示す図、およびヘッド
の概観図
【図２】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置のヘッドの断面を拡大した図
装置のヘッドの断面を拡大した図
【図３】本発明の一実施例におけるインクジェト記録装
置の圧電素子の構成を示す図
置の圧電素子の構成を示す図
【図４】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の圧電素子及び圧力室の製造方法を示す図
装置の圧電素子及び圧力室の製造方法を示す図
【図５】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の製造工程を示す図
装置の製造工程を示す図
【図６】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の製造方法により製造したノズルヘッドを正面から
見た図
装置の製造方法により製造したノズルヘッドを正面から
見た図
【図７】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の圧電素子における印加電圧と振動板の最大変位量
の関係を示す図
装置の圧電素子における印加電圧と振動板の最大変位量
の関係を示す図
【図８】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の圧電素子における印加電圧と振動板の最大変位量
の関係を示す図
装置の圧電素子における印加電圧と振動板の最大変位量
の関係を示す図
【図９】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の製造方法を示す図
装置の製造方法を示す図
【図１０】本発明の一実施例におけるインクジェット記
録装置の製造工程を示す図
録装置の製造工程を示す図
【図１１】本発明の一実施例におけるインクジェット記
録装置の製造方法を示す図
録装置の製造方法を示す図
【図１２】本発明の一実施例におけるインクジェット記
録装置の製造工程を示す図
録装置の製造工程を示す図
１ 圧力室 ２ 吐出口 ３ 圧電素子 ４ 振動板 ５ 鉛系誘電体層 ６ 共通電極 ７ 個別電極 ８ PbTiO3 ９ ＰＺＴ １０ ＭｇＯ基板 １１ 個別電極 １２ 鉛系誘電体層 １３ 共通電極 １４ 感光性樹脂 １５ シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌田 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 インク液体を吐出させて文字および図形
を記録するインクジェト記録装置において、インクを吐
出させる圧力印加手段を圧力室に形成した振動板と、そ
の振動板を振動させるための、鉛を含有したペロブスカ
イト型誘電体薄膜で形成したものを圧電部材とする圧電
素子を有することを特徴とするインクジェット記録装
置。 - 【請求項２】 圧力室に面する振動板としては、ニッケ
ル、クロム、またはアルミニウム、もしくはそれらの酸
化物、シリコンまたはシリコン酸化物、または高分子有
機物を用いることを特徴とする請求項１記載のインクジ
ェット記録装置。 - 【請求項３】 圧電部材としては、鉛、チタンおよびジ
ルコニウムを含有した厚み２０μｍ以下のペロブスカイ
ト型の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１また
は２記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項４】 圧電部材の組成が、Ｚｒ／Ｔｉ比が３０
／７０から７０／３０の範囲内である請求項３記載のイ
ンクジェット記録装置。 - 【請求項５】 圧電部材がＰＺＴ系強誘電体にニオブお
よび錫を添加した反強誘電性の薄膜であることを特徴と
する請求項３記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項６】 圧電部材として、ジルコニウムの組成が
異なるいくつかの層からなる多層構造、もしくはジルコ
ニウムの組成が連続して変化する傾斜組成構造である請
求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項７】 電圧を印加するための電極の少なくとも
一部に白金もしくは金を用いることを特徴とする請求項
１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項８】 ＭgＯ基板上に電極を形成し、前記電極
上に鉛系誘電体層を形成し、前記鉛系誘電体層上に更に
第２の電極を形成し、前記第２の電極上に振動板を形成
した後、前記ＭｇＯ基板の全て、もしくは一部を除去
し、前記振動板の上にインク液体を収容するための圧力
室を形成するインクジェット記録装置の製造方法。 - 【請求項９】 鉛系誘電体をスパッタ法により形成する
ことを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装
置の製造方法。 - 【請求項１０】 ＭｇＯ基板のエッチング溶液として燐
酸を用いる請求項８に記載のインクジェット記録装置の
製造方法。 - 【請求項１１】 ＭｇＯ基板に変えて、シリコン、また
はガラス基板を用いることを特徴とする請求項８に記載
のインクジェット記録装置の製造方法。 - 【請求項１２】 シリコン、またはガラス基板の除去を
弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液を用いたエッ
チングで行うことを特徴とする請求項１１記載のインク
ジェット記録装置の製造方法。
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