JPH11238921A - 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド - Google Patents
圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドInfo
- Publication number
- JPH11238921A JPH11238921A JP4005398A JP4005398A JPH11238921A JP H11238921 A JPH11238921 A JP H11238921A JP 4005398 A JP4005398 A JP 4005398A JP 4005398 A JP4005398 A JP 4005398A JP H11238921 A JPH11238921 A JP H11238921A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- ratio
- piezoelectric
- plane orientation
- element according
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた圧電特性を示す圧電体素子を結晶構造
から明らかにする。 【解決手段】 この圧電体素子は、ペロブスカイト結晶
構造を持つ強誘電体を備えた圧電体層と当該圧電体層を
挟んで配置される上電極および下電極とを備える。そし
て結晶が、圧電体層のペロブスカイト結晶構造は正方晶
系であること、（００１）面方位と（１１１）面方位と
が混在していること、膜厚に対する（００１）面方位の
配向割合の比が膜厚に対する（１１１）面方位の配向割
合の比より大きく設定されていること等の条件を満たし
ている。
から明らかにする。 【解決手段】 この圧電体素子は、ペロブスカイト結晶
構造を持つ強誘電体を備えた圧電体層と当該圧電体層を
挟んで配置される上電極および下電極とを備える。そし
て結晶が、圧電体層のペロブスカイト結晶構造は正方晶
系であること、（００１）面方位と（１１１）面方位と
が混在していること、膜厚に対する（００１）面方位の
配向割合の比が膜厚に対する（１１１）面方位の配向割
合の比より大きく設定されていること等の条件を満たし
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッドや不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデン
サ、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空
間光変調器等に用いられる圧電体素子に係り、特に、圧
電体素子の結晶における配向特性を特定の条件に設定す
ることで特性向上させたものである。
記録ヘッドや不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデン
サ、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空
間光変調器等に用いられる圧電体素子に係り、特に、圧
電体素子の結晶における配向特性を特定の条件に設定す
ることで特性向上させたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電体素子に用いられる圧電体層
としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いること
が一般的であった。これら化学式ＲＭＸ３で表される物
質はペロブスカイト（perovskite）構造を示すことが知
られており、この結晶構造は電気機械変換作用を有す
る。例えばこの結晶構造を備えた圧電体素子の例が、特
開平３−６９５１２号公報、Applied Physics Letters,
1991, Vol. 58, No. 11,pp1161-1163に開示されてい
る。
としてジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いること
が一般的であった。これら化学式ＲＭＸ３で表される物
質はペロブスカイト（perovskite）構造を示すことが知
られており、この結晶構造は電気機械変換作用を有す
る。例えばこの結晶構造を備えた圧電体素子の例が、特
開平３−６９５１２号公報、Applied Physics Letters,
1991, Vol. 58, No. 11,pp1161-1163に開示されてい
る。
【０００３】また特開平６−１１６０９５号公報には特
性のよい圧電体素子を形成するための方法について記載
されている。この公報によれば、基板面が（１１１）面
方位に配向した白金基板上にチタン酸ジルコン酸鉛また
はランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体溶液を塗
布し所定の熱処理を施すことで、圧電体素子の結晶を特
定の方向に配向させることができる旨記載されている。
性のよい圧電体素子を形成するための方法について記載
されている。この公報によれば、基板面が（１１１）面
方位に配向した白金基板上にチタン酸ジルコン酸鉛また
はランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体溶液を塗
布し所定の熱処理を施すことで、圧電体素子の結晶を特
定の方向に配向させることができる旨記載されている。
【０００４】結晶の配向は面方位によって特定する場合
が多い。結晶はいくつかの晶系に分けられるが、いずれ
の晶系であっても基準となる結晶軸によって晶系の頂点
を含む面が特定される。結晶はその結晶に設定可能な面
のうちいずれかの面の法線方向に配向する。この法線ベ
クトルを、この法線に対応する面を特定するための結晶
軸の数値によって特定する。この方向性を面方位とい
う。圧電体素子を構成するペロブスカイト結晶について
もいずれかの面方位に結晶が配向していると考えられ
る。
が多い。結晶はいくつかの晶系に分けられるが、いずれ
の晶系であっても基準となる結晶軸によって晶系の頂点
を含む面が特定される。結晶はその結晶に設定可能な面
のうちいずれかの面の法線方向に配向する。この法線ベ
クトルを、この法線に対応する面を特定するための結晶
軸の数値によって特定する。この方向性を面方位とい
う。圧電体素子を構成するペロブスカイト結晶について
もいずれかの面方位に結晶が配向していると考えられ
る。
【０００５】上記圧電体素子を用いたインクジェット式
記録ヘッドの従来例は、例えば米国出願５，２６５，３
１５号明細書が存在する。
記録ヘッドの従来例は、例えば米国出願５，２６５，３
１５号明細書が存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の文
献では圧電体素子を構成する結晶がどのような構造をし
ていればよいのかについて具体的に記載されておらず、
圧電体素子として優れた結晶構造を特定することが不可
能であった。
献では圧電体素子を構成する結晶がどのような構造をし
ていればよいのかについて具体的に記載されておらず、
圧電体素子として優れた結晶構造を特定することが不可
能であった。
【０００７】本願発明者はこのことに鑑み優れた圧電体
素子が備えるべき結晶構造を面方位から測定して一定の
結論を得るに到った。
素子が備えるべき結晶構造を面方位から測定して一定の
結論を得るに到った。
【０００８】すなわち本発明の第１の課題は、優れた特
性を示す結晶構造を明らかにし、その結晶構造を備える
ことにより、優れた圧電特性を示す圧電体素子を提供す
ることである。
性を示す結晶構造を明らかにし、その結晶構造を備える
ことにより、優れた圧電特性を示す圧電体素子を提供す
ることである。
【０００９】また、本発明の第２の課題は、優れた特性
を示す結晶構造を備えた圧電体素子により、少ない電力
で多くのインクを吐出可能なインクジェット式記録ヘッ
ドを提供することである。
を示す結晶構造を備えた圧電体素子により、少ない電力
で多くのインクを吐出可能なインクジェット式記録ヘッ
ドを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体素子は、
ペロブスカイト結晶構造を持つ強誘電体を備えた圧電体
層と前記圧電体層を挟んで配置される上電極および下電
極とを備えた圧電体素子において、圧電体層のペロブス
カイト結晶構造は正方晶系をであって、（００１）面方
位と（１１１）面方位とが混在しており、全面方位に対
する（１１１）面方位の割合が（００１）面方位の割合
より大きく設定されている。
ペロブスカイト結晶構造を持つ強誘電体を備えた圧電体
層と前記圧電体層を挟んで配置される上電極および下電
極とを備えた圧電体素子において、圧電体層のペロブス
カイト結晶構造は正方晶系をであって、（００１）面方
位と（１１１）面方位とが混在しており、全面方位に対
する（１１１）面方位の割合が（００１）面方位の割合
より大きく設定されている。
【００１１】例えばこの圧電体素子は、全面方位に対す
る（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率βと全面方位に対する（１１１）面方
位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加率
αとの間に、α＜βの関係が成り立つように設定されて
いる。
る（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率βと全面方位に対する（１１１）面方
位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加率
αとの間に、α＜βの関係が成り立つように設定されて
いる。
【００１２】またこの圧電体素子は、全面方位に対する
（１１１）面方位の占める割合が当該圧電体素子の厚み
の増加に伴い減少する傾向に設定されている。
（１１１）面方位の占める割合が当該圧電体素子の厚み
の増加に伴い減少する傾向に設定されている。
【００１３】さらにこの圧電体素子は、全面方位に対す
る（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率αが、−１＜α＜０の範囲、好ましく
は−０．３に設定されている。
る（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率αが、−１＜α＜０の範囲、好ましく
は−０．３に設定されている。
【００１４】さらにまたこの圧電体素子は、全面方位に
対する（００１）面方位の占める割合が当該圧電体素子
の厚みの増加に伴い増加する傾向に設定されている。
対する（００１）面方位の占める割合が当該圧電体素子
の厚みの増加に伴い増加する傾向に設定されている。
【００１５】またこの圧電体素子は、全面方位に対する
（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚み
に対する増加率βが、０＜β＜１の範囲、好ましくは
０．２に設定されている。
（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚み
に対する増加率βが、０＜β＜１の範囲、好ましくは
０．２に設定されている。
【００１６】さらにこの圧電体素子は、当該圧電体素子
の厚みが、０．２μｍ乃至４．０μｍの範囲に設定され
ている。
の厚みが、０．２μｍ乃至４．０μｍの範囲に設定され
ている。
【００１７】この圧電体素子は、圧電体層がジルコニウ
ム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、
（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）またはマグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のうちい
ずれかの物質を含む。
ム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、
（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）またはマグネシ
ウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、
Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のうちい
ずれかの物質を含む。
【００１８】本発明によれば、圧電体素子は圧電体層が
ゾルゲル法により形成されたものである。
ゾルゲル法により形成されたものである。
【００１９】本発明によれば、圧電体素子は圧電体層
が、 １）酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルアセトナ
ートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を、酢酸を溶媒
として攪拌し、 ２）さらにチタニウムテトライソプロポキシドおよびペ
ンタエトキシニオブを加えて攪拌し、 ３）さらにブトキシエタノールを加えて攪拌し、 ４）さらに塩酸アルコールを加えて攪拌し、 ５）さらにアセチレアセトンアセトンを加えて攪拌し、 ６）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成される酢酸系溶媒を塗布して形成されたも
のである。
が、 １）酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルアセトナ
ートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を、酢酸を溶媒
として攪拌し、 ２）さらにチタニウムテトライソプロポキシドおよびペ
ンタエトキシニオブを加えて攪拌し、 ３）さらにブトキシエタノールを加えて攪拌し、 ４）さらに塩酸アルコールを加えて攪拌し、 ５）さらにアセチレアセトンアセトンを加えて攪拌し、 ６）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成される酢酸系溶媒を塗布して形成されたも
のである。
【００２０】本発明によれば、圧電体素子は圧電体層
が、 １）チタニウムテトライソプロポキシドおよびペンタエ
トキンイオブを、ブトキシエタノールを溶媒として攪拌
し、 ２）さらにジエタノールアミンを加えた攪拌し、 ３）さらに酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルア
セトナートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を加えた
攪拌し、 ４）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成されるアルコールアミン系溶媒を塗布して
形成されたものである。
が、 １）チタニウムテトライソプロポキシドおよびペンタエ
トキンイオブを、ブトキシエタノールを溶媒として攪拌
し、 ２）さらにジエタノールアミンを加えた攪拌し、 ３）さらに酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルア
セトナートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を加えた
攪拌し、 ４）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成されるアルコールアミン系溶媒を塗布して
形成されたものである。
【００２１】本発明のインクジェット式記録ヘッドは、
上記本発明の圧電体素子を、インクが充填される圧力室
基板の圧力室に対応させて当該圧力室を加圧可能な位置
に形成した。
上記本発明の圧電体素子を、インクが充填される圧力室
基板の圧力室に対応させて当該圧力室を加圧可能な位置
に形成した。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明における最良の実施
の形態を、図面を参照して説明する。
の形態を、図面を参照して説明する。
【００２３】（実施形態１）本実施形態は本発明の圧電
体素子をインクジェット式記録ヘッドの圧電体素子に適
用したものである。特にゾルゲル法により強誘電体ＰＺ
Ｔを形成する。
体素子をインクジェット式記録ヘッドの圧電体素子に適
用したものである。特にゾルゲル法により強誘電体ＰＺ
Ｔを形成する。
【００２４】（構成）図２に本形態のインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図を示す。図３にインクジェット
式記録ヘッドの主要部一部断面図を示す。図２に示すよ
うに、本インクジェット式記録ヘッド１は、ノズル板１
０、圧力室基板２０、振動板３０および筐体２５を備え
て構成されている。
記録ヘッドの分解斜視図を示す。図３にインクジェット
式記録ヘッドの主要部一部断面図を示す。図２に示すよ
うに、本インクジェット式記録ヘッド１は、ノズル板１
０、圧力室基板２０、振動板３０および筐体２５を備え
て構成されている。
【００２５】図３に示すように、圧力室基板２は、キャ
ビティ２１、側壁２２、リザーバ２３および供給口２４
を備えている。キャビティ２１は、圧力室であってシリ
コン等の基板をエッチングすることにより形成されるも
のである。側壁２２は、キャビティ２１間を仕切るよう
構成され、リザーバ２３は、各キャビティ２１にインク
充填時にインクを供給可能な共通の流路として構成され
ている。供給口２４は、各キャビティ２１にインクを導
入可能に構成されている。
ビティ２１、側壁２２、リザーバ２３および供給口２４
を備えている。キャビティ２１は、圧力室であってシリ
コン等の基板をエッチングすることにより形成されるも
のである。側壁２２は、キャビティ２１間を仕切るよう
構成され、リザーバ２３は、各キャビティ２１にインク
充填時にインクを供給可能な共通の流路として構成され
ている。供給口２４は、各キャビティ２１にインクを導
入可能に構成されている。
【００２６】振動板３０は圧力室基板２０の一方の面に
貼り合わせ可能に構成されている。振動板３０には本発
明の圧電体素子４０が設けられている。圧電体素子４０
は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、
振動板３０上に所定の形状で形成されて構成されてい
る。
貼り合わせ可能に構成されている。振動板３０には本発
明の圧電体素子４０が設けられている。圧電体素子４０
は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、
振動板３０上に所定の形状で形成されて構成されてい
る。
【００２７】ノズル板１０は、圧力室基板２０に複数設
けられたキャビティ（圧力室）２１の各々に対応する位
置にそのノズル穴１１が配置されるよう、圧力室基板２
０に貼り合わせられている。ノズル板１０を貼り合わせ
た圧力室基板２０は、さらに図１に示すように筐体２５
に填められて、インクジェット式記録ヘッド１を構成し
ている。
けられたキャビティ（圧力室）２１の各々に対応する位
置にそのノズル穴１１が配置されるよう、圧力室基板２
０に貼り合わせられている。ノズル板１０を貼り合わせ
た圧力室基板２０は、さらに図１に示すように筐体２５
に填められて、インクジェット式記録ヘッド１を構成し
ている。
【００２８】図１に圧電体素子４０の層構造を説明する
断面図を示す。図１に示すように、振動板３０は絶縁膜
３１および下部電極３２を積層して構成され、圧電体素
子４０は圧電体層４１および上部電極４２を積層して構
成されている。下部電極３２、圧電体層４１および上部
電極４２によって圧電体素子として機能させることがで
きる。
断面図を示す。図１に示すように、振動板３０は絶縁膜
３１および下部電極３２を積層して構成され、圧電体素
子４０は圧電体層４１および上部電極４２を積層して構
成されている。下部電極３２、圧電体層４１および上部
電極４２によって圧電体素子として機能させることがで
きる。
【００２９】絶縁膜３１は、導電性のない材料、例えば
シリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素によ
り構成され、圧電体層の体積変化により変形し、キャビ
ティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構
成されている。
シリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素によ
り構成され、圧電体層の体積変化により変形し、キャビ
ティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構
成されている。
【００３０】下部電極３２は、圧電体層に電圧を印加す
るための上部電極４２と対になる電極であり、導電性を
有する材料、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）
層、チタン（Ｔｉ）層を積層して構成されている。この
ように複数の層を積層して下部電極を構成するのは、白
金層と圧電体層、白金層と絶縁膜との密着性を高めるた
めである。
るための上部電極４２と対になる電極であり、導電性を
有する材料、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）
層、チタン（Ｔｉ）層を積層して構成されている。この
ように複数の層を積層して下部電極を構成するのは、白
金層と圧電体層、白金層と絶縁膜との密着性を高めるた
めである。
【００３１】圧電体層４１は、ニオブ（Ｎｂ）が添加さ
れた強誘電体により構成されている。この強誘電体の組
成としては、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、
Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：Ｐ
ＬＺＴ）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：Ｐ
ＭＮ−ＰＺＴ）のうちいずれかであることが好ましい。
例えば、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸
鉛であれば、 Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔ
ｉ０．３９６Ｏ３ という組成が好適である。
れた強誘電体により構成されている。この強誘電体の組
成としては、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、
Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：Ｐ
ＬＺＴ）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：Ｐ
ＭＮ−ＰＺＴ）のうちいずれかであることが好ましい。
例えば、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸
鉛であれば、 Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔ
ｉ０．３９６Ｏ３ という組成が好適である。
【００３２】なお、圧電体層はあまりに厚くすると、層
全体の厚みが厚くなり、高い駆動電圧が必要となり、あ
まりに薄くすると、膜厚を均一にできずエッチング後に
分離された各圧電体素子の特性がばらついたり、製造工
数が多くなり、妥当なコストで製造できなくなったりす
る。したがって圧電体層４１の厚みは５００ｎｍ〜２０
００ｎｍ程度が好ましい。
全体の厚みが厚くなり、高い駆動電圧が必要となり、あ
まりに薄くすると、膜厚を均一にできずエッチング後に
分離された各圧電体素子の特性がばらついたり、製造工
数が多くなり、妥当なコストで製造できなくなったりす
る。したがって圧電体層４１の厚みは５００ｎｍ〜２０
００ｎｍ程度が好ましい。
【００３３】上部電極膜４２は、圧電体層に電圧を印加
するための一方の電極となり、導電性を有する材料、例
えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されている。
するための一方の電極となり、導電性を有する材料、例
えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されている。
【００３４】（作用）図１１に、上記組成の強誘電体に
おいて見られるペロブスカイト結晶構造の説明図を示
す。この構造図は前記したようにＡＢＯ３という化学式
で表される。例えば強誘電体がＰＺＴで構成される場
合、ＡはＰｂ２＋、ＢはＺｒ４＋またはＴｉ４＋、Ｏは
Ｏ２−が配置される。強誘電体がＰＭＮ−ＰＺＴで構成
される場合には、ＰＺＴにおけるＢに相当する原子とし
てＭｇ２＋またはＮｂ５＋が置換される。ここで図１１
のａ，ｂおよびｃのように結晶軸を規定する。
おいて見られるペロブスカイト結晶構造の説明図を示
す。この構造図は前記したようにＡＢＯ３という化学式
で表される。例えば強誘電体がＰＺＴで構成される場
合、ＡはＰｂ２＋、ＢはＺｒ４＋またはＴｉ４＋、Ｏは
Ｏ２−が配置される。強誘電体がＰＭＮ−ＰＺＴで構成
される場合には、ＰＺＴにおけるＢに相当する原子とし
てＭｇ２＋またはＮｂ５＋が置換される。ここで図１１
のａ，ｂおよびｃのように結晶軸を規定する。
【００３５】本願発明者は、後の実施例で示すように優
れた圧電特性を示す強誘電体として、以下の条件が必要
であることを発見した。面方位は結晶軸方向の原子間距
離を単位ベクトルとしてベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を法線
方向とする面によって規定する。
れた圧電特性を示す強誘電体として、以下の条件が必要
であることを発見した。面方位は結晶軸方向の原子間距
離を単位ベクトルとしてベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を法線
方向とする面によって規定する。
【００３６】 正方晶系であること。
【００３７】 （００１）面方位と（１１１）面方位
とが混在していること。
とが混在していること。
【００３８】 全面方位に対する（１１１）面方位の
割合が（００１）面方位の割合より大きく設定されてい
ること。
割合が（００１）面方位の割合より大きく設定されてい
ること。
【００３９】さらに具体的には、 全面方位に対する
前記（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の
厚みに対する増加率βと全面方位に対する（１１１）面
方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加
率αとの間に、α＜βの関係が成り立つこと。
前記（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の
厚みに対する増加率βと全面方位に対する（１１１）面
方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加
率αとの間に、α＜βの関係が成り立つこと。
【００４０】 全面方位に対する（１１１）面方位の
占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い減少す
る傾向に設定されていること。具体的には、全面方位に
対する（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子
の厚みに対する増加率αが、−１＜α＜０の範囲（好ま
しくは−０．３）に設定されていること。
占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い減少す
る傾向に設定されていること。具体的には、全面方位に
対する（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子
の厚みに対する増加率αが、−１＜α＜０の範囲（好ま
しくは−０．３）に設定されていること。
【００４１】 全面方位に対する前記（００１）面方
位の占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い増
加する傾向に設定されていること。具体的には、全面方
位に対する（００１）面方位の占める割合の当該圧電体
素子の厚みに対する増加率βが、０＜β＜１の範囲（好
ましくは０．２）に設定されていること。
位の占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い増
加する傾向に設定されていること。具体的には、全面方
位に対する（００１）面方位の占める割合の当該圧電体
素子の厚みに対する増加率βが、０＜β＜１の範囲（好
ましくは０．２）に設定されていること。
【００４２】なお上記各条件は、当該圧電体素子の厚み
が、０．２μｍ乃至４．０μｍの範囲で有効であり、圧
電体層はこの範囲の厚みに設定されていることを要す
る。（００１）面方位および（１１１）面方位は図１１
の斜線で示す面の各法線方向となる。
が、０．２μｍ乃至４．０μｍの範囲で有効であり、圧
電体層はこの範囲の厚みに設定されていることを要す
る。（００１）面方位および（１１１）面方位は図１１
の斜線で示す面の各法線方向となる。
【００４３】（製造方法）上記条件を満たす圧電体素子
およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法について
図４乃至図６を参照して説明する。本実施形態では酢酸
系溶媒からＰＺＴを強誘電体とした圧電体素子を製造す
る。
およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法について
図４乃至図６を参照して説明する。本実施形態では酢酸
系溶媒からＰＺＴを強誘電体とした圧電体素子を製造す
る。
【００４４】酢酸系溶媒（圧電体前駆体）製造工程（図
４）： まず酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）
２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナート
（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）および酢酸マ
グネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ
２Ｏ）を、酢酸を溶媒として攪拌する（Ｓ１）。初期は
室温で攪拌し、次いで１００℃程度の雰囲気下で１０分
から２０分間程度攪拌し、室温下で冷却する。次いでチ
タニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３
Ｈ７）４）およびペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２
Ｈ５）５）を加えて攪拌する（Ｓ２）。さらにブトキシ
エタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を加えて室温下
で５分間程度攪拌する（Ｓ３）。３％塩酸アルコールを
加えて室温下で５分間程度攪拌する（Ｓ４）。さらにア
セチルアセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）を加え
て室温にて６０分間程度攪拌する（Ｓ５）。最後に、ポ
リエチレングリコール（ＨＯ（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加え
て室温下で５分間程度攪拌する（Ｓ６）。以上の工程に
よって酢酸系溶媒が完成する。
４）： まず酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）
２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナート
（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）および酢酸マ
グネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ
２Ｏ）を、酢酸を溶媒として攪拌する（Ｓ１）。初期は
室温で攪拌し、次いで１００℃程度の雰囲気下で１０分
から２０分間程度攪拌し、室温下で冷却する。次いでチ
タニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３
Ｈ７）４）およびペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２
Ｈ５）５）を加えて攪拌する（Ｓ２）。さらにブトキシ
エタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を加えて室温下
で５分間程度攪拌する（Ｓ３）。３％塩酸アルコールを
加えて室温下で５分間程度攪拌する（Ｓ４）。さらにア
セチルアセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）を加え
て室温にて６０分間程度攪拌する（Ｓ５）。最後に、ポ
リエチレングリコール（ＨＯ（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加え
て室温下で５分間程度攪拌する（Ｓ６）。以上の工程に
よって酢酸系溶媒が完成する。
【００４５】絶縁膜形成工程（図５（ａ））： 上記酢
酸系溶媒の製造と並行して、圧力室基板の基礎となるシ
リコン基板２０に絶縁膜３１を形成する。シリコン基板
２０は、例えば２００μｍ程度、絶縁膜３１は、１μｍ
程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には、公知の熱酸
化法等を用いる。
酸系溶媒の製造と並行して、圧力室基板の基礎となるシ
リコン基板２０に絶縁膜３１を形成する。シリコン基板
２０は、例えば２００μｍ程度、絶縁膜３１は、１μｍ
程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には、公知の熱酸
化法等を用いる。
【００４６】下部電極膜形成工程（同図５(ｂ)）： 次
いで絶縁膜３１の上に下部電極３２を形成する。下部電
極３２は、例えば、チタン層、酸化チタン層、チタン
層、白金層、チタン層を０．０１μｍ、０．０１μｍ、
０．００５μｍ，０．５μｍ、０．００５μｍの厚みで
積層する。これら層の製造は、公知の直流スパッタ法等
を用いる。
いで絶縁膜３１の上に下部電極３２を形成する。下部電
極３２は、例えば、チタン層、酸化チタン層、チタン
層、白金層、チタン層を０．０１μｍ、０．０１μｍ、
０．００５μｍ，０．５μｍ、０．００５μｍの厚みで
積層する。これら層の製造は、公知の直流スパッタ法等
を用いる。
【００４７】圧電体層形成工程（同図（ｃ））： 次い
で上記酢酸系溶媒を用いて上部電極３２上に圧電体層４
１を形成する。この酢酸系溶媒を一定の厚みに塗布す
る。例えば、公知のスピンコート法を用いる場合には、
毎分５００回転で３０秒、毎分１５００回転で３０秒、
最後に毎分５００回転で１０秒間塗布する。塗布後、一
定温度（例えば１８０度）で一定時間（例えば１０分程
度）乾燥させる。乾燥により溶媒であるブトキシエタノ
ールが蒸発する。乾燥後、さらに大気雰囲気下において
所定の高温（例えば４００度）で一定時間（３０分間）
脱脂する。脱脂により金属に配位している有機の配位子
が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となる。こ
の塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、例えば８回繰
り返して８層のセラミックス層を積層する。これらの乾
燥や脱脂により、溶液中の金属アルコキシドが加水分解
や重縮合され金属−酸素−金属のネットワークが形成さ
れる。
で上記酢酸系溶媒を用いて上部電極３２上に圧電体層４
１を形成する。この酢酸系溶媒を一定の厚みに塗布す
る。例えば、公知のスピンコート法を用いる場合には、
毎分５００回転で３０秒、毎分１５００回転で３０秒、
最後に毎分５００回転で１０秒間塗布する。塗布後、一
定温度（例えば１８０度）で一定時間（例えば１０分程
度）乾燥させる。乾燥により溶媒であるブトキシエタノ
ールが蒸発する。乾燥後、さらに大気雰囲気下において
所定の高温（例えば４００度）で一定時間（３０分間）
脱脂する。脱脂により金属に配位している有機の配位子
が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となる。こ
の塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、例えば８回繰
り返して８層のセラミックス層を積層する。これらの乾
燥や脱脂により、溶液中の金属アルコキシドが加水分解
や重縮合され金属−酸素−金属のネットワークが形成さ
れる。
【００４８】酢酸系溶媒を４層重ねた後と８層重ね塗り
した後には、さらに圧電体層の結晶化を促進し圧電体と
しての特性を向上させるために、所定の雰囲気下で熱処
理する。例えば、４層積層後、酸素雰囲気下において、
高速熱処理（ＲＴＡ）で、６００度で５分間、さらに７
２５度で１分間加熱する。８層積層後、酸素雰囲気下に
おいて、ＲＴＡで、６５０度で５分間、さらに９００度
で１分間加熱する。この熱処理によりアモルファス状態
の溶媒からペロブスカイト結晶構造が形成される。この
結晶化の際に、上記したような条件に合致する結晶構造
になる。上記処理により圧電体層４１が所定の厚み、例
えば０．８μｍ程度で形成される。
した後には、さらに圧電体層の結晶化を促進し圧電体と
しての特性を向上させるために、所定の雰囲気下で熱処
理する。例えば、４層積層後、酸素雰囲気下において、
高速熱処理（ＲＴＡ）で、６００度で５分間、さらに７
２５度で１分間加熱する。８層積層後、酸素雰囲気下に
おいて、ＲＴＡで、６５０度で５分間、さらに９００度
で１分間加熱する。この熱処理によりアモルファス状態
の溶媒からペロブスカイト結晶構造が形成される。この
結晶化の際に、上記したような条件に合致する結晶構造
になる。上記処理により圧電体層４１が所定の厚み、例
えば０．８μｍ程度で形成される。
【００４９】上部電極形成工程（同図(d)）： 圧電体
層４１の上に、さらに電子ビーム蒸着法、スパッタ法等
の技術を用いて、上部電極４２を形成する。上部電極の
材料は、白金（Ｐｔ）等を用いる。厚みは１００ｎｍ程
度にする。
層４１の上に、さらに電子ビーム蒸着法、スパッタ法等
の技術を用いて、上部電極４２を形成する。上部電極の
材料は、白金（Ｐｔ）等を用いる。厚みは１００ｎｍ程
度にする。
【００５０】エッチング工程（図６(ａ)）： 各層を形
成後、振動板膜３０（３１，３２）上の積層構造（４１
および４２）を、各キャビティ２１に合わせた形状にな
るようマスクし、その周囲をエッチングする。不要な部
分の圧電体層４１および上部電極４２を取り除く。エッ
チングのために、まずスピンナー法、スプレー法等の方
法を用いて均一な厚さのレジスト材料を塗布する。次い
でマスクを圧電体素子の形状に形成してから露光し現像
して、成形されたレジストが上部電極４２上に形成され
る。これに通常用いるイオンミリング、あるいはドライ
エッチング法等を適用して、不要な層構造部分を除去す
る。
成後、振動板膜３０（３１，３２）上の積層構造（４１
および４２）を、各キャビティ２１に合わせた形状にな
るようマスクし、その周囲をエッチングする。不要な部
分の圧電体層４１および上部電極４２を取り除く。エッ
チングのために、まずスピンナー法、スプレー法等の方
法を用いて均一な厚さのレジスト材料を塗布する。次い
でマスクを圧電体素子の形状に形成してから露光し現像
して、成形されたレジストが上部電極４２上に形成され
る。これに通常用いるイオンミリング、あるいはドライ
エッチング法等を適用して、不要な層構造部分を除去す
る。
【００５１】圧力室形成工程（同図（ｂ））： 圧電体
素子４０が形成された圧力室基板２０の他方の面をエッ
チングしてキャビティ２１を形成する。例えば、異方性
エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いた異方性エッチングを用いて、キャビティ
２１空間のエッチングを行う。エッチングされずに残さ
れた部分が側壁２２になる。
素子４０が形成された圧力室基板２０の他方の面をエッ
チングしてキャビティ２１を形成する。例えば、異方性
エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いた異方性エッチングを用いて、キャビティ
２１空間のエッチングを行う。エッチングされずに残さ
れた部分が側壁２２になる。
【００５２】ノズル板貼り合わせ工程（同図（ｃ））：
エッチング後のシリコン基板２０にノズル板１０を、
樹脂等を用いて貼り合わせる。このとき、各ノズル穴１
１がキャビティ２１各々の空間に配置されるよう位置合
せする。ノズル板１０の貼り合わせられた圧力室基板２
０を筐体２５に取り付け（図２参照）、インクジェット
式記録ヘッド１が完成する。なお、ノズル板１０を貼り
合わせる代わりに、ノズル板と圧力室基板を一体的にエ
ッチングして形成してもよい。ノズル穴はエッチングに
設ける。
エッチング後のシリコン基板２０にノズル板１０を、
樹脂等を用いて貼り合わせる。このとき、各ノズル穴１
１がキャビティ２１各々の空間に配置されるよう位置合
せする。ノズル板１０の貼り合わせられた圧力室基板２
０を筐体２５に取り付け（図２参照）、インクジェット
式記録ヘッド１が完成する。なお、ノズル板１０を貼り
合わせる代わりに、ノズル板と圧力室基板を一体的にエ
ッチングして形成してもよい。ノズル穴はエッチングに
設ける。
【００５３】上記実施形態１によれば、上記条件を満た
す結晶構造を備えた圧電体素子は優れた圧電特性を示
し、良好な電気機械変換効率を有する。この圧電体素子
をインクジェット式記録ヘッドに用いれば、少ない電力
でより多くのインクを吐出させることができるようにな
る。
す結晶構造を備えた圧電体素子は優れた圧電特性を示
し、良好な電気機械変換効率を有する。この圧電体素子
をインクジェット式記録ヘッドに用いれば、少ない電力
でより多くのインクを吐出させることができるようにな
る。
【００５４】またこの圧電体素子は電気機械変換特性か
ら判断すると残留歪みが少ないことが予想され、製造段
階においてクラック等の障害が発生するおそれが小さ
い。このため製造工程における歩留まりも向上できる。
ら判断すると残留歪みが少ないことが予想され、製造段
階においてクラック等の障害が発生するおそれが小さ
い。このため製造工程における歩留まりも向上できる。
【００５５】（実施形態２）本発明の実施形態２は、実
施形態１と同様の結晶構造の圧電体素子を他の溶媒から
製造するものである。特に有機金属熱分解法により強誘
電体ＰＭＮ−ＰＺＴを製造する。
施形態１と同様の結晶構造の圧電体素子を他の溶媒から
製造するものである。特に有機金属熱分解法により強誘
電体ＰＭＮ−ＰＺＴを製造する。
【００５６】実施形態２の圧電体素子およびインクジェ
ット式記録ヘッドは上記実施形態１と同様の構成および
結晶構造を備えるのでその説明を省略する。
ット式記録ヘッドは上記実施形態１と同様の構成および
結晶構造を備えるのでその説明を省略する。
【００５７】次に本実施形態２の圧電体素子およびイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。本製造
方法では上記実施形態１の酢酸系溶媒の代わりに、アル
コールアミン系溶媒を用いる。溶媒生成以外の工程（図
５および図６）については上記実施形態１と同様なの
で、説明を省略する。
クジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。本製造
方法では上記実施形態１の酢酸系溶媒の代わりに、アル
コールアミン系溶媒を用いる。溶媒生成以外の工程（図
５および図６）については上記実施形態１と同様なの
で、説明を省略する。
【００５８】図７に本実施形態におけるアルコールアミ
ン系溶媒の製造方法を示す。まずチタニウムテトライソ
プロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）およびペ
ンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）を溶媒と
してブトキシエタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を
加えて室温下で１０分間程度攪拌する（Ｓ１）。さらに
ジエタノールアミンを加えて室温で１０分間程度攪拌す
る（Ｓ２）。次いで酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３Ｃ
ＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナ
ート（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）および酢
酸マグネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・
３Ｈ２Ｏ）を加えて攪拌する（Ｓ３）。前半は７５℃程
度の温度で３０分間程度攪拌し、後半は室温にて１０分
程度冷却する。最後に、ポリエチレングリコール（ＨＯ
（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加えて室温下で１０分間程度攪拌
する（Ｓ４）。以上の工程によってアルコールアミン系
溶媒が完成する。
ン系溶媒の製造方法を示す。まずチタニウムテトライソ
プロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）およびペ
ンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）を溶媒と
してブトキシエタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を
加えて室温下で１０分間程度攪拌する（Ｓ１）。さらに
ジエタノールアミンを加えて室温で１０分間程度攪拌す
る（Ｓ２）。次いで酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３Ｃ
ＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナ
ート（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）および酢
酸マグネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・
３Ｈ２Ｏ）を加えて攪拌する（Ｓ３）。前半は７５℃程
度の温度で３０分間程度攪拌し、後半は室温にて１０分
程度冷却する。最後に、ポリエチレングリコール（ＨＯ
（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加えて室温下で１０分間程度攪拌
する（Ｓ４）。以上の工程によってアルコールアミン系
溶媒が完成する。
【００５９】上記アルコールアミン系溶媒は、上記実施
形態１と同様に圧電体層形成工程で同様に塗布される
（図５(c)）。この工程で熱処理をする前はアルコール
アミン系溶媒中の各金属は金属キレートとして単独で分
散しているが、熱処理によって有機物が熱分解し酸化金
属を形成する。さらに高い熱処理工程によって各酸化金
属同士が拡散固相反応することにより結晶となる。熱処
理後、溶媒はＰＭＮ−ＰＺＴの結晶となる。
形態１と同様に圧電体層形成工程で同様に塗布される
（図５(c)）。この工程で熱処理をする前はアルコール
アミン系溶媒中の各金属は金属キレートとして単独で分
散しているが、熱処理によって有機物が熱分解し酸化金
属を形成する。さらに高い熱処理工程によって各酸化金
属同士が拡散固相反応することにより結晶となる。熱処
理後、溶媒はＰＭＮ−ＰＺＴの結晶となる。
【００６０】上記実施形態２によれば、上記実施形態１
と異なる溶媒の生成方法によって、ＰＭＮ−ＰＺＴを形
成することができる。その作用効果は上記実施形態１と
同様である。
と異なる溶媒の生成方法によって、ＰＭＮ−ＰＺＴを形
成することができる。その作用効果は上記実施形態１と
同様である。
【００６１】（その他の変形例）本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、本発明の圧電体素子は、上記同一の結晶の
条件を満たすものであれば、他の製造方法によって製造
されるものであってもよい。上記条件を満たせば、良好
な圧電特性を示す圧電体素子およびインクジェット式記
録ヘッドを製造できる。
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、本発明の圧電体素子は、上記同一の結晶の
条件を満たすものであれば、他の製造方法によって製造
されるものであってもよい。上記条件を満たせば、良好
な圧電特性を示す圧電体素子およびインクジェット式記
録ヘッドを製造できる。
【００６２】また、本発明の圧電体素子は、上記インク
ジェットプリンタヘッドのみならず、不揮発性半導体記
憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出器、センサ、
表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器、
ダイオードレーザ用周波数二倍器等のような強誘電体装
置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装置、および電
気光学装置の製造に適応することができる。すなわち、
本発明の圧電体素子は高い誘電率を備えるために、誘電
率の高さによりその性能が定められるような媒体に適用
する薄膜として最適だからである。
ジェットプリンタヘッドのみならず、不揮発性半導体記
憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出器、センサ、
表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器、
ダイオードレーザ用周波数二倍器等のような強誘電体装
置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装置、および電
気光学装置の製造に適応することができる。すなわち、
本発明の圧電体素子は高い誘電率を備えるために、誘電
率の高さによりその性能が定められるような媒体に適用
する薄膜として最適だからである。
【００６３】
【実施例】上記実施形態にしたがって強誘電体としてマ
グネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＭＮ
−ＰＺＴ）を製造しその特性をＸ線回折広角法により測
定した。この強誘電体は、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎ
ｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔｉ０．３９６Ｏ３と
いう組成である。この強誘電体結晶は、正方晶系であ
る。
グネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＭＮ
−ＰＺＴ）を製造しその特性をＸ線回折広角法により測
定した。この強誘電体は、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎ
ｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔｉ０．３９６Ｏ３と
いう組成である。この強誘電体結晶は、正方晶系であ
る。
【００６４】図８に圧電体層の厚みに対する（００１）
面方位および（１１１）面方位の回折強度およびその割
合を示す。図９に圧電体層の厚みに対する（００１）面
方位および（１１１）面方位の配向割合の関係を示す。
図１０に圧電体層の厚みに対する（００１）面方位およ
び（１１１）面方位の配向の回折強度、並びに全回折強
度の関係を示す。
面方位および（１１１）面方位の回折強度およびその割
合を示す。図９に圧電体層の厚みに対する（００１）面
方位および（１１１）面方位の配向割合の関係を示す。
図１０に圧電体層の厚みに対する（００１）面方位およ
び（１１１）面方位の配向の回折強度、並びに全回折強
度の関係を示す。
【００６５】配向の割合Ｐ（ｘｘｘ）は、全回折強度Σ
Ｉ（ｈｋｌ）に対するその配向の回折強度Ｉ（ｘｘｘ）
の比である。全回折強度ΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折広
角法でＣｕＫα線を用いたときの２θが１０度から９０
度の範囲にある回折強度の和を示す。
Ｉ（ｈｋｌ）に対するその配向の回折強度Ｉ（ｘｘｘ）
の比である。全回折強度ΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折広
角法でＣｕＫα線を用いたときの２θが１０度から９０
度の範囲にある回折強度の和を示す。
【００６６】 Ｐ（ｘｘｘ）＝Ｉ（ｘｘｘ）／ΣＩ（ｈｋｌ） 回折強度の大きさはその配向の大きさを示す。図１０か
ら判るように、（００１）面方位の配向と（１１１）面
方位の配向とが混在している。図８乃至図１０において
配向の割合を比べると判るように、全面方位に対する
（００１）面方位の割合の当該圧電体素子の厚みに対す
る増加率βが（１１１）面方位の割合の当該圧電体素子
の厚みに対する増加率αより大きくなっている。すなわ
ち両者の間に、α＜βの関係が成り立つことが判る。
ら判るように、（００１）面方位の配向と（１１１）面
方位の配向とが混在している。図８乃至図１０において
配向の割合を比べると判るように、全面方位に対する
（００１）面方位の割合の当該圧電体素子の厚みに対す
る増加率βが（１１１）面方位の割合の当該圧電体素子
の厚みに対する増加率αより大きくなっている。すなわ
ち両者の間に、α＜βの関係が成り立つことが判る。
【００６７】さらに全面方位に対する（１１１）面方位
の占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い減少
する傾向であり、その比αは膜厚０．２μｍから４μｍ
の範囲で、−１＜α＜０の範囲に収まっている。また全
面方位に対する（００１）面方位の占める割合が当該圧
電体素子の厚みの増加に伴い増加する傾向であり、その
比βは膜厚０．２μｍから４μｍの範囲で、０＜β＜１
の範囲に収まっている。特に全面方位に対する（００
１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対す
る増加率βは０．２程度、全方位に対する（１１１）面
方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加
率αは−０．３程度になっている。
の占める割合が当該圧電体素子の厚みの増加に伴い減少
する傾向であり、その比αは膜厚０．２μｍから４μｍ
の範囲で、−１＜α＜０の範囲に収まっている。また全
面方位に対する（００１）面方位の占める割合が当該圧
電体素子の厚みの増加に伴い増加する傾向であり、その
比βは膜厚０．２μｍから４μｍの範囲で、０＜β＜１
の範囲に収まっている。特に全面方位に対する（００
１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対す
る増加率βは０．２程度、全方位に対する（１１１）面
方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増加
率αは−０．３程度になっている。
【００６８】このように製造した圧電体素子は好適な圧
電特性を示している。
電特性を示している。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、圧電体素子が特定の結
晶構造を備えたので、優れた圧電特性を示すことができ
る。
晶構造を備えたので、優れた圧電特性を示すことができ
る。
【００７０】また、本発明によれば、特定の結晶構造を
有する圧電体素子を備えたので、少ない電力で多くのイ
ンクを吐出可能なインクジェット式記録ヘッドを提供す
ることができる。
有する圧電体素子を備えたので、少ない電力で多くのイ
ンクを吐出可能な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】本発明の圧電体素子の積層構造を説明する断面
図である。
図である。
【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの分解斜
視図である。
視図である。
【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの斜視図
一部断面図である。
一部断面図である。
【図４】実施形態１の酢酸系溶媒を製造するための工程
図である。
図である。
【図５】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。
法を説明する製造工程断面図である。
【図６】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。
法を説明する製造工程断面図である。
【図７】実施形態２のアルコールアミン系溶媒を製造す
るための工程図である。
るための工程図である。
【図８】圧電体層の厚みに対する（００１）面方位およ
び（１１１）面方位の回折強度およびその割合を示す表
である。
び（１１１）面方位の回折強度およびその割合を示す表
である。
【図９】圧電体層の厚みに対する（００１）面方位およ
び（１１１）面方位の配向割合の関係を示す特性図であ
る。
び（１１１）面方位の配向割合の関係を示す特性図であ
る。
【図１０】圧電体層の厚みに対する（００１）面方位お
よび（１１１）面方位の配向の回折強度、並びに全回折
強度の関係を示す特性図である。
よび（１１１）面方位の配向の回折強度、並びに全回折
強度の関係を示す特性図である。
【図１１】ペロブスカイト結晶構造と面方位を説明する
図である。
図である。
１…インクジェット式記録ヘッド １０…ノズル板 ２０…圧力室基板 ２１…圧力室（キャビティ） ３０…振動板 ３２…下部電極 ４０…圧電体素子 ４１…圧電体層 ４２…上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西脇 学 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 ペロブスカイト結晶構造を持つ強誘電体
を備えた圧電体層と前記圧電体層を挟んで配置される上
電極および下電極とを備えた圧電体素子において、 前記圧電体層の前記ペロブスカイト結晶構造は正方晶系
であって、（００１）面方位と（１１１）面方位とが混
在しており、全面方位に対する前記（１１１）面方位の
割合が前記（００１）面方位の割合より大きく設定され
ていることを特徴とする圧電体素子。 - 【請求項２】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率βと全面方位に対する前記（１１１）
面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚みに対する増
加率αとの間に、α＜βの関係が成り立つように設定さ
れている請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項３】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（１１１）面方位の占める割合が当該圧電体素子の厚
みの増加に伴い減少する傾向に設定されている請求項１
に記載の圧電体素子。 - 【請求項４】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率αが、−１＜α＜０の範囲に設定され
ている請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項５】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（１１１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率αが、略−０．３に設定されている請
求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（００１）面方位の占める割合が当該圧電体素子の厚
みの増加に伴い増加する傾向に設定されている請求項１
に記載の圧電体素子。 - 【請求項７】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率βが、０＜β＜１の範囲に設定されて
いる請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項８】 前記圧電体素子は、全面方位に対する前
記（００１）面方位の占める割合の当該圧電体素子の厚
みに対する増加率βが、略０．２に設定されている請求
項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項９】 前記圧電体素子は、当該圧電体素子の厚
みが、０．２μｍ乃至４．０μｍの範囲に設定されてい
る請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の圧電体
素子。 - 【請求項１０】 前記圧電体素子は、前記圧電体層がジ
ルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：Ｐ
ＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｔｉ
Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）Ｚ
ｒＯ３：ＰＬＺＴ）またはマグネシウムニオブ酸ジルコ
ニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔ
ｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のうちいずれかの物質を含
む請求項１に記載の圧電体素子。 - 【請求項１１】 前記圧電体素子は、前記圧電体層がゾ
ルゲル法により形成されたものである請求項１に記載の
圧電体素子。 - 【請求項１２】 前記圧電体素子は、前記圧電体層が、 １）酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルアセトナ
ートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を、酢酸を溶媒
として攪拌し、 ２）さらにチタニウムテトライソプロポキシドおよびペ
ンタエトキシニオブを加えて攪拌し、 ３）さらにブトキシエタノールを加えて攪拌し、 ４）さらに塩酸アルコールを加えて攪拌し、 ５）さらにアセチルアセトンを加えて攪拌し、 ６）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成される酢酸系溶媒を塗布して形成されたも
のである請求項１１に記載の圧電体素子。 - 【請求項１３】 前記圧電体素子は、前記圧電体層が、 １）チタニウムテトライソプロポキシドおよびペンタエ
トキンイオブを、ブトキシエタノールを溶媒として攪拌
し、 ２）さらにジエタノールアミンを加えた攪拌し、 ３）さらに酢酸鉛・三水和物、ジルコニウムアセチルア
セトナートおよび酢酸マグネシウム・三水和物を加えた
攪拌し、 ４）さらにポリエチレングリコールを加えて攪拌する工
程により生成されるアルコールアミン系溶媒を塗布して
形成されたものである請求項１１に記載の圧電体素子。 - 【請求項１４】 請求項１乃至請求項１３のいずれかに
記載の圧電体素子を、インクが充填される圧力室基板の
圧力室に対応させて当該圧力室を加圧可能な位置に形成
したインクジェット式記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04005398A JP4178578B2 (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 圧電体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04005398A JP4178578B2 (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 圧電体素子の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007272266A Division JP4289429B2 (ja) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11238921A true JPH11238921A (ja) | 1999-08-31 |
| JP4178578B2 JP4178578B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
ID=12570185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04005398A Expired - Fee Related JP4178578B2 (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 圧電体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4178578B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003046160A (ja) * | 2001-04-26 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子，アクチュエータ及びインクジェットヘッド |
| JP2007145657A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Seiko Epson Corp | 鉛含有複合酸化物形成用組成物及びその製造方法、強誘電体薄膜、圧電素子並びに液体噴射ヘッド |
| JP2008120644A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜形成用組成物及びその製造方法並びに強誘電体膜の製造方法 |
| JP2008153674A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 |
| JP2015026676A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 株式会社リコー | 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 |
| JP2015126006A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 電気−機械変換素子及び液滴吐出ヘッド |
-
1998
- 1998-02-23 JP JP04005398A patent/JP4178578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003046160A (ja) * | 2001-04-26 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子，アクチュエータ及びインクジェットヘッド |
| JP2007145657A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Seiko Epson Corp | 鉛含有複合酸化物形成用組成物及びその製造方法、強誘電体薄膜、圧電素子並びに液体噴射ヘッド |
| JP2008120644A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜形成用組成物及びその製造方法並びに強誘電体膜の製造方法 |
| JP2008153674A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-07-03 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 |
| JP2015026676A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 株式会社リコー | 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 |
| JP2015126006A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社リコー | 電気−機械変換素子及び液滴吐出ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4178578B2 (ja) | 2008-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4122564B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| US6402304B1 (en) | Piezoelectric actuator, ink jet printing head, printer, method for manufacturing piezoelectric actuator, and method for manufacturing ink jet printing head | |
| JP2000079689A (ja) | 機能性薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法、 | |
| JP3902023B2 (ja) | 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| JP3498836B2 (ja) | 圧電体素子およびその製造方法 | |
| JPH10287468A (ja) | 圧電性薄膜、その製造方法、圧電体素子およびインクジェットプリンタヘッド | |
| JP4069578B2 (ja) | 圧電体膜及びこれを備えた圧電体素子 | |
| JPH11238921A (ja) | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド | |
| JP3695625B2 (ja) | 圧電体素子およびその製造方法 | |
| JP4702552B2 (ja) | 圧電素子、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 | |
| JP5115910B2 (ja) | プリンタ | |
| JP2007165553A (ja) | 圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、インクジェット式記録ヘッド | |
| JP4289429B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 | |
| JP3591316B2 (ja) | 圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、及びプリンタ | |
| JP4092867B2 (ja) | 圧電体膜及びこれを備えた圧電体素子 | |
| JP2002314163A (ja) | 圧電体薄膜素子の製造方法、これを用いたインクジェットヘッド | |
| JPH11307834A (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JPH10264384A (ja) | インクジェット式記録ヘッド、その製造方法および圧電体素子 | |
| JP4836003B2 (ja) | 圧電体膜の製造方法、圧電体素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッドの製造方法 | |
| JP3646773B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JPH11238920A (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JP4207167B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
| JP2008153674A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及び圧電体素子 | |
| JP3800477B2 (ja) | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11317550A (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040107 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070821 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071019 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080219 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080416 |
|
| 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: 20080805 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080818 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |