KR100572916B1 - 압전체 및 그 제조방법, 그리고 이 압전체를 구비한 압전소자, 잉크젯헤드 및 잉크젯방식 기록장치 - Google Patents

압전체 및 그 제조방법, 그리고 이 압전체를 구비한 압전소자, 잉크젯헤드 및 잉크젯방식 기록장치 Download PDF

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Abstract

기판(1) 상에 형성된 제 1 전극(2)과, 이 제 1 전극(2) 상에 형성된 압전체(3)와, 이 압전체(3) 상에 형성된 제 2 전극(4)을 구비하는 압전소자에 있어서, 상기 압전체(3)를, 식 ABO3으로 표시되며 이 A사이트 주성분이 Pb이며, B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb인 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 것으로 하고, 상기 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율을 3% 이상 30% 이하로 한다. 즉 압전체(3)를 Pb 과잉으로 함과 동시에, 이 과잉 Pb원자를 성막 시에 활성화시킴으로써 Pb4+로 하여 B사이트에 도입한다.

Description

압전체 및 그 제조방법, 그리고 이 압전체를 구비한 압전소자, 잉크젯헤드 및 잉크젯방식 기록장치{PIEZOELECTRIC BODY, MANUFACTURING METHOD THEREOF, PIEZOELECTRIC ELEMENT HAVING THE PIEZOELECTRIC BODY, INJECT HEAD, AND INJECT TYPE RECORDING DEVICE}
본 발명은, 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체 및 그 제조방법, 그리고 이 압전체를 구비한 압전소자, 잉크젯헤드 및 잉크젯방식 기록장치에 관한 기술분야에 속한다.
최근 마이크로펌프, 마이크로스피커, 마이크로스위치, 잉크젯헤드 등과 같은, 압전체를 구비한 기기에 대해, 소형화, 저전력화, 고속구동화 등이 강하게 요구돼오고 있으며, 이 요구를 만족시키기 위해 압전체를, 이전부터 많이 사용해온 소결체에 비해 현저하게 체적을 작게 할 수 있는 박막으로 형성하게 되었다. 그리고 이와 같은 박막 압전체에 있어서, 압전특성을 향상시키기 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있으며, 예를 들어 일특개 2000-299510호 공보에는 Pb, Zr 및 Ti을 주성분으로 하는 페로브스카이트형 결정구조의 압전체(티탄산지르콘산납(PZT))의 Pb, Zr 및 Ti의 조성 몰비 Pb/(Zr+Ti)를 1보다 크고 1.3 이하로 하는, 즉 Pb과잉으로 하도록 하는 것이 개시되었다. 또 일특개 2000-299510호 공보에서, 상기 박막 압전체는 MgO, Si 등으로 이루어지는 기판 상에 스퍼터링법으로 성막함으로써 용이하게 제조할 수 있음과 동시에, 이 스퍼터링 시에 이용하는 타겟의 조성을 PZT와 PbO의 혼합물로 하고, 그 PZT와 PbO의 조성 몰비 PbO/(PZT+PbO)를 0.05~0.35로 함으로써, Pb과잉의 압전체가 용이하게 얻어지고 있다. 이 압전체는, 식 ABO3로 표시되며 이 A사이트의 주성분이 Pb이고, B사이트의 주성분이 Zr 및 Ti인 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 것이다.
그러나 상기와 같은 Pb과잉의 압전체에서는, 고습도하에서 변질될 우려가 있어 개량의 여지가 있다. 즉 도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(101) 상에 제 1 전극(102), 압전체(103) 및 제 2 전극(104)을 순차 스퍼터링법 등으로 성막시켜 제조한 압전소자의 상기 압전체(103)에서는, 통상 페로브스카이트형의 주상결정입 사이에 결정입계(103a) 등의 격자결함이 존재하며, Pb과잉으로 하면 이 과잉 Pb원자가 상기 결정입계(103a) 등에 산화납(PbOx) 등으로 도입되게 된다. 때문에 이와 같은 압전체(103)가 고습도(특히 고온이며 고습도)의 분위기에 노출된 상태에서, 제 1 및 제 2 전극(102, 104) 사이에 전압을 인가하여 이 압전체(103)에 전계를 가하면, 리크전류가 발생하여 압전체(103)가 변질될 가능성이 높아진다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 압전상수가 크며, 고온, 고습도의 분위기에 노출돼도 변질되지 않는 신뢰성 높은 압전체가 얻어지도록 하는 것이다.
(발명의 개시)
상기의 목적을 달성하기 위해, 식 ABO3로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체의 상기 B사이트에, 과잉 Pb원자를 활성화시켜 도입함으로써 결정입계로 들어가는 Pb량을 감소시키도록 한다.
구체적으로는, 제 1 발명에서, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체로서, 상기 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 B사이트에서 전체 원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것으로 한다.
이로써, 과잉 Pb원자가 B사이트로 도입되어 결정격자 내에 안정되게 유지되고, 이로써 결정입계 등으로 도입되는 Pb량을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 Pb원자를 B사이트로 도입하기는 쉽다. 즉 압전체를 스퍼터링법 등으로 성막시킬 때의 성막조건을 적절히 설정함으로써, Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 함으로써 쉽게 B사이트로 도입할 수 있다. 그리고 B사이트에서 전체 원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3%보다 적으면, 결정입계 등으로 도입되는 Pb량을 충분히 감소시킬 수 없는 한편, 30%보다 많으면, 결정격자 내의 산소원자 위치가 크게 변화하는 등 결정구조에 변조를 초래하며, 이에 따르는 내부응력의 영향에 의해 압전체로의 전계인가에 의한 기계적 변위에 수반해 압전체에 균열이 발생하므로, 3% 이상 30%로 한다. 따라서 Pb과잉으로 함으로써 압전체의 압전상수를 향상시킬 수 있음과 동시에, 이 과잉 Pb원자가 결정입계 등으로 도입되지 않도록 하여 결정입계 등에 존재하는 PbOx량을 감소시킴으로써, 고온 고 습도의 분위기에 노출돼도 변질되지 않는 신뢰성 높은 압 전체로 할 수 있다.
제 2 발명에서는, 상기 제 1 발명에 있어서, B사이트의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 0.3 이상 0.7 이하인 것으로 한다.
이로써, 압전체의 압전상수를 최대한으로 향상시킬 수 있다.
제 3 발명에서는, 상기 제 1 발명에 있어서, 결정구조가 (001)면 또는 (111)면으로 우선배향하며 또 분극축이 1 축 방향으로 일치된 것임으로 한다.
이렇게 함으로써, 전계인가 방향과 분극방향 사이의 각도를 항상 일정하게 유지할 수 있으므로, 전계인가에 의한 분극 회전이 일어나지 않고, 이로써 압전특성의 편차를 낮게 억제할 수 있다. 또 분극방향을 전계인가 방향으로 일치시킴으로써, 편차가 작고 보다 큰 압전특성이 얻어진다.
제 4 발명에서는, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체로서, 상기 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로서 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로서 존재하는 것으로 한다.
이 발명으로서, 상기 제 1 발명과 마찬가지로 과잉 Pb원자가 Pb4+로서 B사이트로 도입되며, 이로써 결정입계 등에 존재하는 PbOx량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 압전체의 압전상수를 향상시킬 수 있음과 동시에, 리크전류에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제 5 발명에서는 상기 제 4 발명에 있어서, B사이트에서 전체원자에 대한 Pb 원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것으로 한다.
이렇게 함으로써 상술한 바와 같이, 압전체에 균열이 발생하는 것을 억제하면서, 결정입계 등에 존재하는 PbOx량을 충분히 감소시킬 수 있다.
제 6 발명에서는, 상기 제 4 발명에 있어서, B사이트의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 0.3 이상 0.7 이하인 것으로 한다.
이로써 상기 제 2 발명과 마찬가지 효과가 얻어진다.
제 7 발명에서는, 상기 제 4 발명에 있어서, 결정구조가 (001)면 또는 (111)면으로 우선배향하며 또 분극축이 1 축 방향으로 일치된 것임으로 한다.
이렇게 함으로써 상기 제 3 발명과 마찬가지 효과가 얻어진다.
제 8 발명은, 식 ABO3으로 표시되고 이 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb인 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체를, 기판 상에 스퍼터링법으로 성막시켜 제조하는 압전체 제조방법의 발명이며, 이 발명에서는 상기 스퍼터링 시의 상기 기판 온도를 400℃ 이상 700℃ 이하로 설정하고, 상기 스퍼터링 시에 사용하는 스퍼터링 가스를 아르곤과 산소의 혼합가스로 함과 동시에, 이 스퍼터링 가스의 산소분압을 2% 이상 30% 이하로 설정하며, 상기 스퍼터링 가스압력을 0.01Pa 이상 3.0Pa 이하로 설정하고, 상기 스퍼터링 시에 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 1.0~10W/㎠로 설정하도록 한다.
이 발명으로, Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 함으로써 B사이트로 쉽게 도입할 수 있어 제 1 또는 제 4 발명에 관한 압전체를 쉽게 제조할 수 있다.
제 9 발명에서는 상기 제 8 발명에 있어서, 스퍼터링 가스압력을 0.01Pa 이상 1.0Pa 이하로 설정하도록 한다.
제 10 발명에서는 상기 제 8 발명에 있어서, 스퍼터링가스의 산소분압을 2% 이상 10% 이하로 설정하도록 한다.
제 11 발명에서는 상기 제 8 발명에 있어서, 스퍼터링 시에 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 2.5~10W/㎠로 설정하도록 한다.
이들 제 9~제 11 발명으로 Pb원자를 더 한층 활성화시키기 쉬워져, 제 1 또는 제 4 발명에 관한 압전체를 더욱 확실하게 얻을 수 있다.
제 12 발명은, 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 이 제 1 전극 상에 형성되며, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체 상에 형성된 제 2 전극을 구비한 압전소자의 발명으로서, 이 발명에서는 상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며, 상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것으로 한다.
이 발명에 의해, 상기 제 1 발명과 마찬가지 작용효과가 얻어지며, 이 압전소자를 액추에이터나 센서 등으로서 폭넓게 이용할 수 있게 된다.
제 13 발명에서는 상기 제 12 발명에 있어서, 압전체 B사이트의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 제 1 전극 쪽에서 제 2 전극 쪽을 향해 커지는 것으로 한다.
이로써 압전체를 기판 상의 제 1 전극 상에 성막시킬 때, 그 성막 초기에 Pb 와의 친화성이 낮은 Zr이 적어지므로, B사이트로의 Pb원자 도입을 보다 안정되게 실시할 수 있다.
제 14 발명에서는, 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 이 제 1 전극 상에 형성되며, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체 상에 형성된 제 2 전극을 구비한 압전소자로서, 상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며, 상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것으로 한다.
이로써 상기 제 4 발명과 마찬가지 작용효과가 얻어지며, 이 압전소자를 액추에이터나 센서 등으로서 폭넓게 이용할 수 있게 된다.
제 15 발명에서는 상기 제 14 발명에 있어서, 압전체 B사이트의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 제 1 전극 쪽에서 제 2 전극 쪽을 향해 커지는 것으로 한다.
이렇게 함으로써 상기 제 13 발명과 마찬가지 작용효과가 얻어진다.
제 16 발명은, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되며, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하고, 상기 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜 상기 압력실 내의 잉크를 토출시키도록 구성된 잉크젯헤드의 발명으로서, 이 발명에서는, 상기 압전체 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 압전체 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것으로 한다.
제 17 발명에서는, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되며, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하고, 상기 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜 상기 압력실 내의 잉크를 토출시키도록 구성된 잉크젯헤드로서, 상기 압전체 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 압전체 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것으로 한다.
이들 제 16 및 제 17 발명으로, 잉크토출성능이 환경에 좌우되지 않고 안정되며 또 양호한 잉크젯헤드가 얻어진다.
제 18 발명은, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되고, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비 하며 또 기록매체에 대해 상대이동 가능하게 구성된 잉크젯헤드를 구비하며, 이 잉크젯헤드가 기록매체에 대해 상대이동할 때, 이 잉크젯헤드에서 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜, 상기 압력실 내의 잉크를, 이 압력실로 연통하는 노즐구멍으로부터 상기 기록매체로 토출시켜 기록을 행하도록 구성된 잉크젯방식 기록장치의 발명으로서, 이 발명에서는 상기 잉크젯헤드에서 압전체 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 압전체 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것으로 한다.
제 19 발명에서는, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되고, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하며 또 기록매체에 대해 상대이동 가능하게 구성된 잉크젯헤드를 구비하며, 이 잉크젯헤드가 기록매체에 대해 상대이동할 때, 이 잉크젯헤드에서 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜, 상기 압력실 내의 잉크를, 이 압력실로 연통하는 노즐구멍으로부터 상기 기록매체로 토출시켜 기록을 행하도록 구성된 잉크젯방식 기록장치로서, 상기 잉크젯헤드에서 압전체 A사이트의 주성분이 Pb이며, 상기 압전체 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고, 상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것으로 한 다.
이들 제 18 및 제 19 발명으로써, 인자성능이 사용환경에 영향을 받지 않고 항상 양호한 기록장치가 용이하게 얻어진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 압전체를 구비한 압전소자를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 II-II선 단면도.
도 3은 상기 압전체의 결정구조에 있어서 B사이트가 Zr 또는 Ti인 결정격자를 나타내는 도.
도 4는 상기 압전체의 결정구조에 있어서 B사이트가 Pb인 결정격자를 나타내는 도.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 잉크젯헤드를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5의 VI-VI선 단면도.
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 잉크젯방식 기록장치를 나타내는 개략사시도.
도 8은 종래의 압전체를 나타내는 단면도.
(제 1 실시형태)
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시형태에 관한 압전체(3)를 구비하는 압전소자를 나타내며, 이 압전소자는, 기판(1) 상에 형성된 제 1 전극(2)과, 이 제 1 전극(2) 상에 형성된 상기 압전체(3)와, 이 압전체(3) 상에 형성된 제 2 전극(4)을 구비한다.
상기 기판(1)은 예를 들어 두께 0.2mm의 실리콘(Si)으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 전극(2, 4)은 예를 들어 두께 0.1㎛의 백금(Pt)으로 이루어진다.
상기 압전체(3)는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 및 티탄(Ti)을 주성분으로 하는 압전재료로 구성되며, 식 ABO3으로 표시되고 A사이트의 주성분이 Pb이며, B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb인 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 것이다. 즉 이 압전체(3)는, 도 3에 나타내는 바와 같이 종래의 티탄산지르콘산납과 마찬가지로, 중심에 지르코늄원자 또는 티탄원자가 위치하는 제 1 결정격자와, 도 4에 나타내는 바와 같이 중심에 Pb원자가 위치하는 제 2 결정격자로 이루어진다. 상기 A사이트의 Pb원자는, Pb2+로서 존재하는 한편, 상기 B사이트의 Zr원자, Ti원자 및 Pb원자는 각각 Zr4+, Ti4+ 및 Pb4+로서 존재한다.
상기 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율은, 이 실시형태에서는 약 10%이다. 바꾸어 말하면 B사이트에서 약 10mol%의 Pb4+가 존재한다. 다시 말하면 상기 제 2 결정격자가 약 10% 존재하는 한편, 상기 제 1 결정격자가 약 90% 존재하는 것이다.
또 상기 압전체(3)의 결정구조는, 이 실시형태에서는 (001)면으로 우선배향하며 또 분극축이 압전체(3) 두께방향과 일치하는 것이고, 압전체(3) 두께는 3㎛이 다.
상기 압전소자는, 기판(1) 상에 제 1 전극(2), 압전체(3) 및, 제 2 전극(4)을 순차 스퍼터링법으로 성막시켜 제조한다. 상기 제 1 및 제 2 전극(2, 4)을 성막시킬 때, 스퍼터링 시의 기판(1) 온도를 각각 500℃ 및 실온으로 설정하고, 스퍼터링가스를 아르곤(Ar)으로 하며, 그 스퍼터링가스 압력을 1Pa로 설정한다.
상기 압전체(3)를 성막시킬 때는, 스퍼터링 시의 기판(1) 온도를 650℃로 설정하고, 스퍼터링 시 사용할 스퍼터링가스를 아르곤과 산소의 혼합가스로 하며, 그 스퍼터링가스의 산소분압을 10%(Ar: 90체적%, O2: 10체적%)로 설정함과 동시에, 그 스퍼터링가스 압력을 0.5Pa로 설정한다. 또 타겟은 납, 지르코늄 및 티탄을 주성분으로 하는 산화물(이 실시형태에서는 화학조성이 0.1(PbO)+0.9(PbZr0.53Ti0.47O3 )인 산화물)로 하고(이하 이 실시형태에서는 PbZr0.53Ti0.47O3을 PZT로 칭함), 스퍼터링 시에 이 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 3W/㎠로 설정한다. 또 스퍼터링 시간은 100 분간으로 한다.
이렇게 하여 얻어진 압전체(3)는, Pb1.11Zr0.47Ti0.42O3으로 표시되는 화학조성을 갖는 것으로서 Pb과잉이 된다. 또한 이 압전체(3)에서는 B사이트에서의 지르코늄과 티탄의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))는,
0.47/(0.47+0.42)＝0.53이다.
상기와 같이 Pb과잉으로 함으로써, Pb(Zr, Ti)O3으로 표시되는 압전체(3)의 압전특성 향상이 가능해지지만, 이 과잉 Pb원자가 결정입계 등의 격자결함에 불안 정한 상태로 존재하므로, 고 습도하에서 제 1 및 제 2 전극(2, 4) 사이에 전압을 인가하면, 리크전류가 발생하여 압전체(3)가 변질될 가능성이 높아진다. 또 강유전체막을 형성하는 경우와 같이, 기판 가열을 실시하지 않고 형성된 막(비정질)을, 그 후의 고온(700~800℃)으로 열처리하여 결정화시키는 경우도, Pb과잉으로 된 막이 얻어지기는 하지만 B사이트에 Pb원자는 존재하지 않으며, 과잉 Pb원자는 비정질 PbOx 등으로서 입계에 존재할 것으로 생각된다.
그러나 이 실시형태에서는, 과잉 Pb원자를 A사이트가 아닌 B사이트로 도입함으로써, 과잉 Pb원자가 결정입계 등으로 도입되지 않도록 하여 결정입계 등에 존재하는 PbOx량을 감소시키고, 이로써 높은 압전특성이 얻어짐과 동시에 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게 설명하자면, Pb4+의 이온반경은 0.92Å이며, Zr4+의 이온반경은 0.86Å이고, Ti4+의 이온반경은 0.75Å이며, Pb4+의 이온반경은 Zr4+ 및 Ti4+의 이온반경에 가까우며, 이 때문에 특정 성막조건에서는 B사이트로 도입하는 것이 결정구조적으로 가능하다고 생각된다. 또 스퍼터링법 등으로 대표되는 플라즈마 중에서의 기상성장법은, 통상의 열평형처리와는 달리 기판(1) 표면이 활성화된 상태이며, Pb원자가 B사이트로 Pb4+로서 도입되는 반응을 일으키기 쉬워진다. 따라서 압전체(3)를 스퍼터링법으로 성막시킬 때, 그 성막조건으로서, Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 할 수 있는 조건을 채용함으로써, 스퍼터링된 Pb원자의 운동에너지가 증가하 여 기판(1) 표면에서의 활성화가 일어나, 통상은 일어나지 않는 Pb원자의 B사이트로의 부분적 도입이 가능해진다.
이 실시형태에서는 상기와 같이, 스퍼터링 시의 기판(1)온도를 650℃로 설정하고, 스퍼터링가스의 산소분압을 10%로 설정함과 동시에, 이 스퍼터링 가스압력을 0.5Pa로 설정하며, 스퍼터링 시에 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 3W/㎠로 설정함으로써, Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 할 수 있으며, 이로써 Pb원자를 B사이트로 도입하는 것이 가능해진다.
여기서 기판(1)온도는 통상 성막조건보다 높은 온도, 즉 400℃~700℃이면 되며, 스퍼터링가스의 산소분압은 통상 성막조건보다 낮은 압력, 즉 2% 이상 30% 이하이면 되고, 스퍼터링 가스압력은 통상 성막조건보다 낮은 압력, 즉 0.01Pa 이상 3.0Pa 이하이면 되며, 고주파전력 밀도는 통상 성막조건보다 높은 전력밀도, 즉 1.0W/㎠~10W/㎠이면 된다. 이와 같은 성막조건으로, Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 하기가 가능해진다. 특히 기판(1)온도를 400℃~700℃로 하면서, 방전이 일어날 수 있는 스퍼터링 조건하, 스퍼터링가스의 산소분압을 2% 이상 10% 이하(아르곤과 산소의 체적비 Ar/O2를 98/2 이상 90/10 이하)로 하거나, 스퍼터링 가스압력을 0.01Pa 이상 1.0Pa 이하로 하거나, 또는 고주파전력 밀도를 2.5W/㎠ 이상 10W/㎠ 이하로 하면, 보다 확실하게 Pb원자를 고활성화시킬 수 있다. 이는 방전 중의 플라즈마 분광분석으로 확인된다.
상기 스퍼터링조건으로 성막된 압전체(3)에 대해, 일본 효고현(兵庫縣)에 있 는 대형 방사광 시설 SPring-8에서 방사광인 강력 X선(BL02B Line)을 조사시켜 실시하는 분말 X선 회절법으로 결정구조를 평가했다. 그 결과 통상 지르코늄 또는 티탄이 존재하는 B사이트에 약 10mol%의 납이 Pb4+로 존재함이 판명됐다. 또 X선 마이크로분석기에 의한 조성분석 결과, 화학조성이 Pb1.11Zr0.47Ti0.42O3(Pb{Pb0.11(Zr0.53Ti 0.47)0.89}O3으로도 표현할 수 있음)이며, 이 조성분석 결과로써 과잉 Pb원자가 그대로 B사이트에 약 10mol% 도입됐음을 입증할 수 있다.
상기 압전소자를, 온도 60℃, 상대습도 80%의 분위기 중에 두고, 제 1 및 제 2 전극(2, 4) 사이에, 정격전압 30V를 인가시켜 10 일간 연속구동시킨 결과, 압전체(3)의 변질 및 압전특성 열화는 관측되지 않았다. 한편 비교를 위해, 과잉 Pb원자가 B사이트에 도입되지 않고 비정질 PbOx 등으로서 결정입계에 존재하는 압전소자(후술하는 시료No. 5 참조)도 마찬가지로 구동시킨 결과, 약 3 일만에 압전체에 변질이 일어나 압전특성이 가속적으로 저하됐다.
이상으로부터, Pb원자가 통상과는 다른 B사이트로 도입됨으로써, 과잉 Pb원자가 결정입계 등에 PbOx 등으로 석출되는 것을 억제할 수 있으며, 이로써 고 습도하에서도 리크전류가 발생하기 어려워져, 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 압전소자는, 후술하는 잉크젯헤드(잉크젯방식 기록장치)를 비롯해, 마이크로펌프, 마이크로 스피커, 마이크로 스위치 등의 각종 기기에 이용 가능하다.
또 상기 실시형태에서는 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율을, 약 10%로 하지만, 3% 이상이면 결정입계 등으로 도입되는 Pb량을 충분히 감소시켜 신뢰성 향상효과를 충분히 얻을 수 있게 된다. 한편 상기 Pb원자의 점유율이 30%를 초과하면, 결정격자 내의 산소원자 위치가 크게 변화하는 등 결정구조에 변조를 초래하며, 이에 따른 내부응력의 영향으로 압전체(3)로의 전계인가에 의한 기계적 변위에 수반하여 압전체(3)에 균열이 발생해버린다. 따라서 B사이트에서 전체원자의 3% 이상 30% 이하를 Pb원자로 하는 것이 좋다.
또 상기 실시형태에서는, 압전체(3)를 성막시킬 때 사용하는 타겟의 조성을 PZT와 PbO의 혼합물로 하고, 이 PZT와 PbO의 조성 몰비(PbO/(PZT+PbO))(PbO 과잉량)를 0.1로 하지만, 이 PbO 과잉량을 0 이상 0.35 이하로 해도 된다. PbO 과잉량이 0이라도, 기판(1)온도, 스퍼터링 가스압력 및 산소분압을 최적화 함으로써, B사이트에서 전체원자의 10% 이상을 Pb원자로 할 수 있다.
또한 상기 실시형태에서는, 압전체(3)의 B사이트에서의 지르코늄과 티탄의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))를 0.53으로 하지만, 이 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))는 0.3 이상 0.7 이하의 범위 내라면, 압전체(3)의 압전상수를 최대한으로 향상시킬 수 있어 바람직하며, 나아가 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))를 제 1 전극(2) 쪽에서 제 2 전극(4) 쪽을 향해 커지도록 하면, 압전체(3)를 기판(1) 상(제 1 전극(2) 상)에 성막시킬 때, 그 성막 초기에 Pb와의 친화성이 낮은 지르코늄이 적어지므로, B사이트로의 Pb원자 도입을 보다 안정되게 실시할 수 있어 더 한층 바람직하다.
더불어, A사이트의 Pb원자 일부를 란탄(La) 또는 스트론튬(Sr)으로 치환하면, 기판(1)온도가 더 낮아도, 비 열평형적인 결정성장이 촉진되어 Pb원자를 더욱 안정적으로 B사이트로 도입할 수 있게 된다.
또한 압전체(3)는 (111)면으로 우선배향된 것이라도 되며, 분극축은 <111>방향 등의 일축 방향으로 일치된 것이라면 된다.
그리고 상기 실시형태에서는, 실리콘으로 된 기판(1) 상에 압전체(3)를 성막시키지만, 이 기판(1)은 산화마그네슘(MgO)으로 된 것이나, 스테인리스강 등의 철을 주성분으로 하는 것이라도 된다.
또 상기 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 전극(2, 4)을 백금으로 구성하지만 이에 한정되지 않으며, 루테늄산스트론튬, 산화루테늄, 팔라듐, 이리듐 등으로 구성해도 된다.
더불어 상기 실시형태에서는, 압전체(3)를 스퍼터링법으로 성막하지만, 예를 들어 플라즈마 CVD법으로 성막시킴으로써, Pb원자를 Pb4+로서 B사이트로 도입하는 것도 가능하다. 또 제 1 및 제 2 전극(2, 4)은, 어떠한 성막법을 이용해 성막시켜도 상관없다.
여기서 표 1에 나타내는 바와 같이, 타겟조성 및 스퍼터링 성막조건을 바꾸어 5 종류의 압전체(시료No1~No5)를 성막했다. 이 표 1에서 시료No1의 압전체는 상기 실시형태에서 설명한 것과 같으며, 시료No5의 압전체에서는 스퍼터링가스의 산소분압이 50%로, 상기 실시형태에서 설명한 적절한 범위(2% 이상 10% 이하)에서 벗어난다.
Figure 112003037315084-pct00001
상기 시료No1~No5의 각 압전체에 있어서, 상기 강력 X선에 의한 분말 X선 회절법으로 얻어지는 B사이트 중의 Pb(Pb4+)량과, X선 마이크로분석기(XMA)에 의한 화학조성 및 이들에 의해 역산되는, 결정입계 등에 존재할 것으로 생각되는 과잉Pb량과, 각 압전체를 이용하여 제작한 압전소자(전극면적 0.35㎠)의 압전특성을 나타내는 압전상수(d31)(pC/N)와, 온도 60℃, 상대습도 80%의 분위기 중에서 제 1 및 제 2 전극 사이에 정격전압 30V를 인가시켜 연속 구동시켰을 때의 인가 직후 및 80 시간 경과 후의 리크전류 값을 표 2에 나타낸다.
Figure 112003037315084-pct00002
그 결과 시료No1~No3에서는, B사이트로 Pb원자가 도입됨과 동시에, 결정입계에 납이 존재하지 않게 되어, 압전특성 및 리크전류에 대한 신뢰성이 모두 양호함을 알 수 있다. 또 시료No.3과 같이, 타겟의 PbO과잉량이 0이라도, 성막조건에 따라서는 B사이트로의 Pb원자 도입이 가능함을 알 수 있다.
또한 시료No.4에서는, Pb과잉으로는 되지 않으며, 그 때문에 B사이트로 Pb원자가 도입되지 않음과 동시에 결정입계에도 Pb원자가 존재하지 않게 된다. 이로써 압전특성은 그다지 좋지 않으나 리크전류에 대한 신뢰성은 양호한 것이 된다.
그리고 시료No.5에서는 Pb원자가 B사이트로 도입되지 않고, 과잉 Pb원자가 비정질 PbOx 등으로서 결정입계에 존재한다. 이는 스퍼터링 시의 산소분압이 지나치게 커서, Pb원자의 활성도가 낮아 B사이트로 도입되지 않았기 때문으로 생각된다.
따라서 시료No1~No3과 같이, Pb과잉으로 함으로써 압전특성을 향상시키면서, 그 과잉 Pb원자를 B사이트로 도입시켜 결정입계 등으로 들어가지 않도록 하면, 리크전류에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 5 및 도 6은, 본 발명의 실시형태에 관한 잉크젯헤드를 나타내며, 이 잉크젯헤드는 상기 제 1 실시형태에서 설명한 것과 마찬가지의 복수 압전체(13)와, 이 각 압전체(13)의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제 1 및 제 2 전극(12, 14)(상기 제 1 실시형태에서 설명한 제 1 및 제 2 전극(2, 4)과 동일전극)과, 이 한쪽 전극(제 1 전극(12))의 상기 압전체(13)와는 반대쪽 면(하면)에 형성된 진동판(15)과, 이 진동판(15)의 상기 제 1 전극(12)과는 반대쪽 면(하면)에 접합되며, 잉크를 수용하는 압력실(20)을 구성하기 위한 압력실부재(16)를 구비한다. 이 실시형태에서 상기 복수의 압전체(13)는, 1 인치당 200 개 배치된다.
상기 진동판(15)은, 두께 3.5㎛의 산화실리콘(SiO)으로 이루어진다. 또 상기 압력실부재(16)는, 진동판(15)에 접합되며 또 실리콘으로 된 제 1 부재(17)와, 이 제 1 부재(17)의 진동판(15)과는 반대쪽 면(하면)에 접합되며 스테인리스강 등으로 된 제 2 부재(18)와, 이 제 2 부재(18)의 제 1 부재(17)와는 반대쪽 면(하면)에 접합되며 복수의 스테인리스강 등의 판재가 중첩되어 이루어지는 제 3 부재(19)로 구성된다.
상기 제 1 및 제 2 부재(17, 18)의 각 압전체(13)에 대응하는 부분에는, 이 양 부재(17, 18)를 연속하여 두께방향으로 관통하는 관통공(17a, 18a)이 각각 형성되며, 이 관통공(17a, 18a)이 상기 진동판(15) 및 제 3 부재(19)에 의해 각각 폐색 됨으로써, 이 관통공(17a, 18a)이 압력실(20)로 된다.
상기 제 3 부재(19)에는, 도시하지 않은 잉크탱크와 접속되면서 상기 압력실(20)로 연통하여 이 압력실(20) 내로 잉크를 유입하기 위한 잉크유입로(21)와, 압력실(20)로 연통하여 이 압력실(20) 내의 잉크를 토출하기 위한 잉크토출로(22)와, 이 잉크토출로(22)의 압력실(20)과는 반대쪽(아래쪽) 개구에 접속된 노즐구멍(23)이 형성된다.
그리고 상기 잉크젯헤드의 각 압전체(13)에 대응하는 제 1 및 제 2 전극(12, 14) 사이에 전압을 인가하면, 각 압전체(13)의 압전효과에 의해 진동판(15)의 각 압력실(20)에 대응하는 부분이 압전체(13)의 두께방향으로 변위되어, 각 압력실(20) 내의 잉크가, 이 압력실(20)로 잉크토출로(22)를 통해 연통되는 노즐구멍(23)으로부터 토출되게 된다.
상기 잉크젯헤드를 제조하기 위해서는 우선, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지의 압전소자(이 제 2 실시형태에서는 진동판(15)이 추가됨)를 제조한다. 즉 압력실부재(16)의 제 1 부재(17)(관통공(17a)이 형성되지 않은 것)를 상기 제 1 실시형태와 마찬가지 기판으로서 이용하고, 이 기판(제 1 부재(17)) 상에, 진동판(15), 제 1 전극(12), 압전체(13) 및 제 2 전극(14)을 순차 스퍼터링법으로 성막시킨다. 이 압전체(13)의 성막조건은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 과잉 Pb원자를 활성화시켜 Pb4+로 함으로써 B사이트로 도입되도록 한다.
이어서, 상기 제 2 전극(14) 상에 레지스트를 스핀코팅으로 도포하고, 압력실(20)이 형성될 위치에 맞추어 노광, 현상을 실시하여 패터닝한다. 그리고 제 2 전극(14), 압전체(13) 및 제 1 전극(12)을 드라이에칭으로 개별화시킨다. 또 진동판(15)을 소정 형상으로 형성한다.
계속해서 상기 제 1 부재(17)에 관통공(17a)을 형성한다. 구체적으로는, 제 1 부재(17)에 상기 각 막을 형성한 면과는 반대쪽 면의 관통공(17a)을 형성하지 않은 부분에 에칭마스크를 형성한 후, 이방성 드라이에칭으로 관통공(17a)을 형성한다.
한편, 미리 관통공(18a)을 형성한 제 2 부재(18)와, 미리 잉크유로(21), 잉크토출로(22) 및 노즐구멍(23)을 형성한 제 3 부재(19)를 접착으로써 접합시켜둔다.
그리고, 상기 제 1 부재(17)의 상기 각 막을 형성한 면과는 반대쪽 면에, 상기 제 3 부재(19)와 접합된 제 2 부재(18)를 접착으로써 접합시킴으로써, 잉크젯헤드가 완성된다.
이 잉크젯헤드는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지 압전소자를 구비하게 되므로, 고온, 고 습도의 분위기에 노출돼도 잉크토출성능이 안정되며 양호한 것이 된다.
(제 3 실시형태)
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 잉크젯방식 기록장치를 나타내며, 이 잉크젯방식 기록장치는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지의 잉크젯헤드(28)를 구비한다. 이 잉크젯헤드(28)에 있어서 압력실(상기 제 2 실시형태에서의 압력실(20))로 연통되도록 형성한 노즐구멍(상기 제 2 실시형태에서의 노즐구멍(23))으로부터 이 압력실 내의 잉크를 기록매체(29)(기록지 등)로 토출시켜 기록을 행하도록 구성된다.
상기 잉크젯헤드(28)는, 주 주사방향(X)으로 연장되는 이동축(30)에 형성된 캐리지(31)에 탑재되며, 이 캐리지(31)가 이동축(30)을 따라 왕복운동함에 따라 주 주사방향(X)으로 왕복운동하도록 구성된다. 이로써 캐리지(31)는, 잉크젯헤드(28)와 기록매체(29)를 주 주사방향(X)으로 상대이동시키는 상대이동수단을 구성하게 된다.
또 이 잉크젯방식 기록장치는, 상기 기록매체(29)를 잉크젯헤드(28)의 주 주사방향(X)(폭 방향)과 거의 수직방향의 부 주사방향(Y)으로 이동시키는 복수의 롤러(32)를 구비한다. 이로써 복수의 롤러(32)는, 잉크젯헤드(28)와 기록매체(29)를 부 주사방향(Y)으로 상대이동시키는 상대이동수단을 구성하게 된다.
그리고 잉크젯헤드(28)가 캐리지(31)에 의해 주 주사방향(X)으로 이동할 때, 잉크젯헤드(28)의 노즐구멍으로부터 잉크를 기록매체(29)로 토출시키고, 이 1 주사 기록이 종료하면 상기 롤러(32)에 의해 기록매체(29)를 소정량 이동시켜 다음 1 주사 기록을 실행한다.
이 잉크젯방식 기록장치는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지의 잉크젯헤드(28)를 구비하므로, 고온, 고 습도의 분위기에 노출돼도 인자성능이 안정되며 양호한 것으로 된다.
본 발명의 압전체 및 압전소자는, 마이크로펌프, 마이크로 스피커, 마이크로 스위치, 잉크젯헤드(잉크젯방식 기록장치) 등과 같은 기기에 유용하며, 압전상수가 크고, 또 고온 고 습도의 분위기에 노출돼도 변질되지 않는 신뢰성 높은 압전체가 얻어지는 점에서 산업상의 이용가능성이 높다.

Claims (19)

  1. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체로서,
    상기 A사이트의 주성분이 Pb이며,
    상기 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 B사이트에서 전체 원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 압전체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    B사이트에 있어서 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 0.3 이상 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 압전체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    결정구조가 (001)면 또는 (111)면으로 우선배향하며 또 분극축이 1 축 방향으로 일치된 것임을 특징으로 하는 압전체.
  4. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체로서,
    상기 A사이트의 주성분이 Pb이며,
    상기 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로서 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로서 존재하는 것을 특징으로 하는 압전체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 압전체.
  6. 제 4 항에 있어서,
    B사이트에서의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 0.3 이상 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 압전체.
  7. 제 4 항에 있어서,
    결정구조가 (001)면 또는 (111)면으로 우선배향하며 또 분극축이 1 축 방향으로 일치된 것임을 특징으로 하는 압전체.
  8. 식 ABO3으로 표시되며 이 A사이트의 주성분이 Pb이고 또 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb인 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체를, 기판 상에 스퍼터링법으로 성막시켜 제조하는 압전체의 제조방법이며,
    상기 스퍼터링 시의 상기 기판 온도를 400℃ 이상 700℃ 이하로 설정하고,
    상기 스퍼터링 시에 사용하는 스퍼터링 가스를 아르곤과 산소의 혼합가스로 함과 동시에, 이 스퍼터링 가스의 산소분압을 2% 이상 30% 이하로 설정하며,
    상기 스퍼터링 가스압력을 0.01Pa 이상 3.0Pa 이하로 설정하고,
    상기 스퍼터링 시에 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 1.0W/㎠ 이상 10W/㎠로 설정하는 것을 특징으로 하는 압전체의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    스퍼터링 가스압력을 0.01Pa 이상 1.0Pa 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 압전체의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    스퍼터링 가스의 산소분압을 2% 이상 10% 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 압전체의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    스퍼터링 시에 타겟에 인가하는 고주파전력 밀도를 2.5W/㎠ 이상 10W/㎠ 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 압전체의 제조방법.
  12. 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 이 제 1 전극 상에 형성되며, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체 상에 형성된 제 2 전극을 구비하는 압전소자로서,
    상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 압전소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    압전체 B사이트에서의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 제 1 전극 쪽에서 제 2 전극 쪽을 향해 커지는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  14. 기판 상에 형성된 제 1 전극과, 이 제 1 전극 상에 형성되며, 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체 상에 형성된 제 2 전극을 구비한 압전소자로서,
    상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    압전체 B사이트에서의 Zr과 Ti의 조성 몰비(Zr/(Ti+Zr))가, 제 1 전극 쪽에서 제 2 전극 쪽을 향해 커지는 것을 특징으로 하는 압전소자.
  16. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되며, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하고, 상기 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜 상기 압력실 내의 잉크를 토출시키도록 구성된 잉크젯헤드로서,
    상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯헤드.
  17. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되며, 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하고, 상기 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜 상기 압력실 내의 잉 크를 토출시키도록 구성된 잉크젯헤드로서,
    상기 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것을 특징으로 하는 잉크젯헤드.
  18. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되며 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하고 또 기록매체에 대해 상대이동 가능하게 구성된 잉크젯헤드를 구비하며, 이 잉크젯헤드가 기록매체에 대해 상대이동 할 때, 이 잉크젯헤드에서 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜, 상기 압력실 내의 잉크를, 이 압력실로 연통되는 노즐구멍으로부터 상기 기록매체로 토출시켜 기록을 행하도록 구성된 잉크젯방식 기록장치로서,
    상기 잉크젯헤드에서 압전체 A사이트의 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체 B사이트의 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체의 B사이트에서 전체원자에 대한 Pb원자의 점유율이 3% 이상 30% 이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯방식 기록장치.
  19. 식 ABO3으로 표시되는 페로브스카이트형 결정구조를 갖는 압전체와, 이 압전체의 두께방향 양면에 각각 형성된 한 쌍의 전극과, 이 한쪽 전극의 상기 압전체와는 반대쪽 면에 형성된 진동판과, 이 진동판의 상기 전극과는 반대쪽 면에 접합되고, 또 잉크를 수용하는 압력실을 구성하기 위한 압력실 부재를 구비하며 또 기록매체에 대해 상대이동 가능하게 구성된 잉크젯헤드를 구비하며, 이 잉크젯헤드가 기록매체에 대해 상대이동할 때, 이 잉크젯헤드에서 압전체의 압전효과에 의해 상기 진동판을 두께방향으로 변위시켜, 상기 압력실 내의 잉크를, 이 압력실로 연통하는 노즐구멍으로부터 상기 기록매체로 토출시켜 기록을 행하도록 구성된 잉크젯방식 기록장치로서,
    상기 잉크젯헤드에서 압전체의 A사이트 주성분이 Pb이며,
    상기 압전체의 B사이트 주성분이 Zr, Ti 및 Pb이고,
    상기 압전체 A사이트의 Pb원자가 Pb2+로 존재하는 한편, B사이트의 Pb원자가 Pb4+로 존재하는 것을 특징으로 하는 잉크젯방식 기록장치.
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