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JP2008218879A - Piezoelectric element and manufacturing method thereof, liquid injection head, and printer - Google Patents

Piezoelectric element and manufacturing method thereof, liquid injection head, and printer Download PDF

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JP2008218879A
JP2008218879A JP2007057116A JP2007057116A JP2008218879A JP 2008218879 A JP2008218879 A JP 2008218879A JP 2007057116 A JP2007057116 A JP 2007057116A JP 2007057116 A JP2007057116 A JP 2007057116A JP 2008218879 A JP2008218879 A JP 2008218879A
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piezoelectric element
layer
piezoelectric
buffer layer
lower electrode
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JP2007057116A
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Inventor
Hiroshi Miyazawa
弘 宮澤
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element capable of improving the amount of displacement. <P>SOLUTION: The piezoelectric element 100 has: a substrate 1; a lower electrode 4 formed at an upper portion of the substrate 1; a buffer layer 22 that is formed at an upper portion of the lower electrode, is made of a metal oxide in a sodium chloride type structure, and is orientated in (100); a piezoelectric substrate layer 6 formed at the upper portion of the buffer layer 22 and made of a perovskite type oxide; and an upper electrode 7 formed at the upper portion of the piezoelectric substrate layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタに関する。   The present invention relates to a piezoelectric element and a manufacturing method thereof, a liquid ejecting head, and a printer.

現在、高精細、高速印刷手法として、インクジェット法が実用化されている。インク液滴を吐出させるためには、圧電体層を電極で挟んだ構造の圧電素子を用いる方法が有用である。代表的な圧電体層の材料としては、ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)が挙げられる(例えば特許文献1参照)。
特開2001−223404号公報
At present, the inkjet method is put into practical use as a high-definition and high-speed printing method. In order to eject ink droplets, a method using a piezoelectric element having a structure in which a piezoelectric layer is sandwiched between electrodes is useful. As a typical material of the piezoelectric layer, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT) which is a perovskite oxide can be given (for example, see Patent Document 1).
JP 2001-223404 A

本発明の目的は、変位量の向上を図ることができる圧電素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電素子を有する、液体噴射ヘッドおよびプリンタを提供することにある。   The objective of this invention is providing the piezoelectric element which can aim at the improvement of displacement, and its manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a liquid ejecting head and a printer having the piezoelectric element.

本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなり、(100)に配向しているバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成され、ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含む。
The piezoelectric element according to the present invention is
A substrate;
A lower electrode formed above the substrate;
A buffer layer formed above the lower electrode, made of a metal oxide with a sodium chloride structure and oriented in (100);
A piezoelectric layer formed above the buffer layer and made of a perovskite oxide;
An upper electrode formed above the piezoelectric layer.

本発明に係る圧電素子では、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなり、(100)に配向している前記バッファ層の上方に前記圧電体層が形成されている。これにより、前記圧電体層は、前記バッファ層の配向を引き継いで、擬立方晶の表示で(100)に配向することができる。(100)に配向した前記圧電体層は、優れた圧電性を示すため、本発明に係る圧電素子によれば、前記圧電体層などの変位量の向上を図ることができる。   In the piezoelectric element according to the present invention, the piezoelectric layer is formed above the buffer layer made of a metal oxide having a sodium chloride structure and oriented in (100). Thereby, the piezoelectric layer can take over the orientation of the buffer layer and can be oriented to (100) in a pseudo cubic crystal display. Since the piezoelectric layer oriented in (100) exhibits excellent piezoelectricity, the amount of displacement of the piezoelectric layer and the like can be improved according to the piezoelectric element according to the present invention.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に形成された他の特定のもの(以下「B」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A上に直接Bが形成されているような場合と、A上に他のものを介してBが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description according to the present invention, the word “upward” refers to, for example, “another specific thing (hereinafter referred to as“ B ”) formed“ above ”a specific thing (hereinafter referred to as“ A ”)”. Etc. In the description of the present invention, in the case of this example, there are a case where B is directly formed on A and a case where B is formed on A via another. The word “above” is used as included.

また、本発明において、「(100)に配向」とは、(100)にすべての結晶が配向している場合と、(100)にほとんどの結晶(例えば90%以上)が配向しており、(100)に配向していない残りの結晶が(111)等に配向している場合と、を含む。即ち、「(100)に配向」とは、「(100)に優先配向」ということもできる。   In the present invention, “oriented to (100)” means that all crystals are oriented to (100) and most crystals (for example, 90% or more) are oriented to (100). And the case where the remaining crystals not oriented to (100) are oriented to (111) or the like. That is, “orientation at (100)” can also be referred to as “priority orientation at (100)”.

本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、擬立方晶の表示で(100)に配向していることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The piezoelectric layer may be oriented to (100) in a pseudo cubic display.

なお、本発明において、「擬立方晶」とは、結晶構造を立方晶とみなした状態をいう。   In the present invention, “pseudo cubic” means a state in which the crystal structure is regarded as cubic.

本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の結晶構造は、モノクリニック構造であることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The crystal structure of the piezoelectric layer may be a monoclinic structure.

本発明に係る圧電素子において、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムであることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The metal oxide may be magnesium oxide.

本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層の厚さは、3nm以下であることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The buffer layer may have a thickness of 3 nm or less.

本発明に係る圧電素子において、
前記ペロブスカイト型酸化物は、一般式ABOで示され、
前記Aは、鉛(Pb)を含み、
前記Bは、ジルコニウム(Zr)およびチタン(Ti)を含むことができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The perovskite oxide is represented by the general formula ABO 3 ,
A includes lead (Pb),
The B may include zirconium (Zr) and titanium (Ti).

本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、白金族金属からなることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The lower electrode may be made of a platinum group metal.

本発明に係る圧電素子において、
前記バッファ層は、前記下部電極の直接上に形成されており、
前記圧電体層は、前記バッファ層の直接上に形成されていることができる。
In the piezoelectric element according to the present invention,
The buffer layer is formed directly on the lower electrode;
The piezoelectric layer may be formed directly on the buffer layer.

本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述の圧電素子を有する。   A liquid jet head according to the present invention includes the above-described piezoelectric element.

本発明に係る液体噴射ヘッドは、
圧力室に通じるノズル孔を有するノズル板と、
前記ノズル板の上方に形成された上述した圧電素子と、を含み、
前記圧力室は、前記基体の有する基板の開口部から構成されることができる。
A liquid ejecting head according to the present invention includes:
A nozzle plate having a nozzle hole leading to the pressure chamber;
Including the above-described piezoelectric element formed above the nozzle plate,
The pressure chamber may be configured by an opening of a substrate included in the base body.

本発明に係るプリンタは、上述の圧電素子を有する。   A printer according to the present invention includes the above-described piezoelectric element.

本発明に係るプリンタは、
上述した液体噴射ヘッドを有するヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを往復動させるヘッドユニット駆動部と、
前記ヘッドユニットおよび前記ヘッドユニット駆動部を制御する制御部と、を含むことができる。
The printer according to the present invention is
A head unit having the liquid jet head described above;
A head unit driving section for reciprocating the head unit;
And a control unit that controls the head unit and the head unit driving unit.

本発明に係る圧電素子の製造方法は、
前記基体の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなるように、(100)に配向するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、ペロブスカイト型酸化物からなるように圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含む。
The method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention includes:
Forming a lower electrode above the substrate;
Forming a buffer layer oriented in (100) above the lower electrode so as to be composed of a metal oxide having a sodium chloride structure;
Forming a piezoelectric layer on the buffer layer so as to be made of a perovskite oxide;
Forming an upper electrode above the piezoelectric layer.

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1. まず、本実施形態に係る圧電素子100について説明する。図1は、圧電素子100を概略的に示す断面図である。   1. First, the piezoelectric element 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric element 100.

圧電素子100は、図1に示すように、基体1と、駆動部54と、を含む。基体1は、基板52と、弾性板55と、を有することができる。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 100 includes a base 1 and a drive unit 54. The base body 1 can include a substrate 52 and an elastic plate 55.

基板52としては、例えば(110)単結晶シリコン基板(面方位<110>)を用いることができる。基板52は、開口部521を有する。開口部521は、例えばインクジェット式記録ヘッドの圧力室となることができる。開口部521の形状は、例えば、幅65μm、長さ1mm、高さ80μmの直方体である。   As the substrate 52, for example, a (110) single crystal silicon substrate (plane orientation <110>) can be used. The substrate 52 has an opening 521. The opening 521 can be, for example, a pressure chamber of an ink jet recording head. The shape of the opening 521 is, for example, a rectangular parallelepiped having a width of 65 μm, a length of 1 mm, and a height of 80 μm.

弾性板55は、基板52上に形成されている。弾性板55は、例えば、エッチングストッパ層30と、エッチングストッパ層30上に形成された弾性層32と、を有することができる。エッチングストッパ層30は、例えば酸化シリコン(SiO)からなる。エッチングストッパ層30の厚さは、例えば1μmである。弾性層32は、例えば酸化ジルコニウム(ZrO)からなる。弾性層32の厚さは、例えば1μmである。なお、図示しないが、弾性板55は、エッチングストッパ層30を有しないこともできる。 The elastic plate 55 is formed on the substrate 52. The elastic plate 55 can include, for example, an etching stopper layer 30 and an elastic layer 32 formed on the etching stopper layer 30. The etching stopper layer 30 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ). The thickness of the etching stopper layer 30 is, for example, 1 μm. The elastic layer 32 is made of, for example, zirconium oxide (ZrO 2 ). The thickness of the elastic layer 32 is, for example, 1 μm. Although not shown, the elastic plate 55 may not have the etching stopper layer 30.

駆動部54は、弾性板55上に形成されている。駆動部54は、弾性板55を屈曲させることができる。駆動部54は、弾性板55(より具体的には弾性層32)上に形成された下部電極4と、下部電極4上に形成されたバッファ層22と、バッファ層22上に形成された圧電体層6と、圧電体層6上に形成された上部電極7と、を有する。駆動部54の主要部は、例えば開口部521の上に形成されており、駆動部54の一部(より具体的には下部電極4)は、例えば基板52の上にも形成されている。   The drive unit 54 is formed on the elastic plate 55. The drive unit 54 can bend the elastic plate 55. The driving unit 54 includes a lower electrode 4 formed on the elastic plate 55 (more specifically, the elastic layer 32), a buffer layer 22 formed on the lower electrode 4, and a piezoelectric formed on the buffer layer 22. It has a body layer 6 and an upper electrode 7 formed on the piezoelectric layer 6. A main part of the drive unit 54 is formed, for example, on the opening 521, and a part (more specifically, the lower electrode 4) of the drive unit 54 is also formed on the substrate 52, for example.

下部電極4は、圧電体層6に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極4は、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)などの白金族金属からなることができる。下部電極4としては、例えば、1種類の白金族金属の単層、複数種類の白金族金属が積層されたものなどを用いることができる。より具体的には、下部電極4としては、例えば、白金(Pt)層(厚さ150nm)の上にイリジウム(Ir)層(厚さ10nm)が積層されたものなどを用いることができる。   The lower electrode 4 is one electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 6. The lower electrode 4 can be made of, for example, a platinum group metal such as platinum (Pt) or iridium (Ir). As the lower electrode 4, for example, a single layer of a single platinum group metal or a laminate of a plurality of types of platinum group metals can be used. More specifically, as the lower electrode 4, for example, an electrode in which an iridium (Ir) layer (thickness 10 nm) is stacked on a platinum (Pt) layer (thickness 150 nm) can be used.

バッファ層22は、塩化ナトリウム(NaCl)型構造の金属酸化物からなる。この金属酸化物としては、例えば酸化マグネシウム(MgO)が挙げられる。バッファ層22は、(100)に配向している。下地である下部電極4が(100)配向とは異なる面配向(例えば(111)優先配向)であっても、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなるバッファ層22自体は、容易に(100)に配向する性質がある。これは、塩化ナトリウム型構造の(100)面の表面エネルギーが最も低いために、(100)面が膜成長時の優先配向面になるからと考えられる。この現象は、塩化ナトリウム型構造を有する酸化マグネシウム(MgO)で顕著に発現する。このようなバッファ層22の直接上に圧電体層6を形成することにより、バッファ層22の配向を引き継いで、擬立方晶の表示で(100)に配向している圧電体層6を容易に得ることができる。即ち、バッファ層22は、圧電体層6の結晶配向性を制御する機能を有することができる。バッファ層22の厚さは、3nm以下であることが好ましい。これは、バッファ層22が3nmよりも厚くなると、所望の弾性板55の変位量が得られなくなるからである。このことについては後の実験例にて詳述する。   The buffer layer 22 is made of a metal oxide having a sodium chloride (NaCl) type structure. Examples of the metal oxide include magnesium oxide (MgO). The buffer layer 22 is oriented in (100). Even if the lower electrode 4 which is the base has a plane orientation different from the (100) orientation (for example, (111) preferential orientation), the buffer layer 22 itself made of a metal oxide having a sodium chloride structure can be easily (100). Has the property of being oriented. This is presumably because the (100) plane of the sodium chloride structure has the lowest surface energy, and the (100) plane becomes the preferential orientation plane during film growth. This phenomenon is remarkably exhibited in magnesium oxide (MgO) having a sodium chloride structure. By forming the piezoelectric layer 6 directly on such a buffer layer 22, the orientation of the buffer layer 22 is succeeded, and the piezoelectric layer 6 oriented to (100) in a pseudo cubic display can be easily obtained. Obtainable. That is, the buffer layer 22 can have a function of controlling the crystal orientation of the piezoelectric layer 6. The thickness of the buffer layer 22 is preferably 3 nm or less. This is because when the buffer layer 22 is thicker than 3 nm, a desired amount of displacement of the elastic plate 55 cannot be obtained. This will be described in detail in a later experimental example.

圧電体層6は、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料からなる。ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、一般式ABOで示され、該A(元素A:Aサイト)は、鉛(Pb)を含み、該B(元素B:Bサイト)は、ジルコニウム(Zr)およびチタン(Ti)を含むものが挙げられる。このペロブスカイト型酸化物としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体などが挙げられる。チタン酸ジルコン酸鉛固溶体としては、例えばニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O:PZTN)などが挙げられる。また、上記Aサイトに、鉛(Pb)以外の元素、例えば、ランタン(La)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)などがさらに添加されていることもできる。 The piezoelectric layer 6 is made of a perovskite-type oxide piezoelectric material. As the perovskite oxide, for example, represented by the general formula ABO 3 , the A (element A: A site) contains lead (Pb), and the B (element B: B site) is zirconium (Zr). And those containing titanium (Ti). Examples of the perovskite oxide include lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT), lead zirconate titanate solid solution, and the like. Examples of the lead zirconate titanate solid solution include lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O 3 : PZTN). Further, an element other than lead (Pb), for example, lanthanum (La), barium (Ba), calcium (Ca), or the like may be further added to the A site.

例えば、圧電体層6がチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(ZrTi1−x)O)からなる場合には、Zr組成xは、例えば0.5である。圧電体層6の厚さは、例えば1.0μmである。 For example, when the piezoelectric layer 6 is made of lead zirconate titanate (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ), the Zr composition x is, for example, 0.5. The thickness of the piezoelectric layer 6 is, for example, 1.0 μm.

圧電体層6は、擬立方晶の表示で(100)に配向していることができる。圧電体層6の結晶構造は、モノクリニック構造であることが望ましい。なお、本発明において、例えば、「結晶構造はモノクリニック構造である」とは、すべての結晶がモノクリニック構造である場合と、ほとんどの結晶(例えば90%以上)がモノクリニック構造であり、モノクリニック構造ではない残りの結晶がテトラゴナル構造等である場合と、を含む。また、圧電体層6の分極方向は、膜面垂直方向(圧電体層6の厚さ方向)に対して傾いているエンジニアード・ドメイン配置であることが望ましい。   The piezoelectric layer 6 can be oriented to (100) in a pseudo cubic display. The crystal structure of the piezoelectric layer 6 is preferably a monoclinic structure. In the present invention, for example, “the crystal structure is a monoclinic structure” means that all crystals have a monoclinic structure, and most crystals (for example, 90% or more) have a monoclinic structure. And the case where the remaining crystal having no clinic structure has a tetragonal structure or the like. The polarization direction of the piezoelectric layer 6 is preferably an engineered domain arrangement that is inclined with respect to the direction perpendicular to the film surface (the thickness direction of the piezoelectric layer 6).

上部電極7は、圧電体層6に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極7としては、例えば、イリジウム(Ir)層(厚さ200nm)などを用いることができる。   The upper electrode 7 is the other electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer 6. As the upper electrode 7, for example, an iridium (Ir) layer (thickness: 200 nm) can be used.

バッファ層22、圧電体層6、および上部電極7は、例えば柱状の堆積体(柱状部)5を構成することができる。柱状部5の幅(バッファ層22の下面の幅)は、例えば50μmであり、柱状部5の長さ(バッファ層22の下面の長さ)は、例えば1mmである。   The buffer layer 22, the piezoelectric layer 6, and the upper electrode 7 can constitute, for example, a columnar deposit (columnar portion) 5. The width of the columnar part 5 (the width of the lower surface of the buffer layer 22) is, for example, 50 μm, and the length of the columnar part 5 (the length of the lower surface of the buffer layer 22) is, for example, 1 mm.

2. 次に、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法について説明する。図2は、本実施形態の圧電素子100の一製造工程を概略的に示す断面図であり、図1に示す断面図に対応している。   2. Next, a method for manufacturing the piezoelectric element 100 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the piezoelectric element 100 of the present embodiment, and corresponds to the cross-sectional view shown in FIG.

(1)まず、図2に示すように、基板52上に弾性板55を形成する。具体的には、例えば、基板52上の全面に、エッチングストッパ層30、弾性層32をこの順に成膜する。これにより、エッチングストッパ層30および弾性層32を有する弾性板55が形成される。エッチングストッパ層30は、例えば熱酸化法により成膜される。弾性層32は、例えばスパッタリングにより成膜される。   (1) First, the elastic plate 55 is formed on the substrate 52 as shown in FIG. Specifically, for example, the etching stopper layer 30 and the elastic layer 32 are formed in this order on the entire surface of the substrate 52. Thereby, the elastic plate 55 having the etching stopper layer 30 and the elastic layer 32 is formed. The etching stopper layer 30 is formed by, for example, a thermal oxidation method. The elastic layer 32 is formed by sputtering, for example.

(2)次に、図2に示すように、弾性板55上に駆動部54を形成する。具体的には、まず、弾性板55上の全面に、下部電極4、バッファ層22、圧電体層6、および上部電極7をこの順に成膜する。   (2) Next, as shown in FIG. 2, the drive unit 54 is formed on the elastic plate 55. Specifically, first, the lower electrode 4, the buffer layer 22, the piezoelectric layer 6, and the upper electrode 7 are formed in this order on the entire surface of the elastic plate 55.

下部電極4は、例えばスパッタリングにより成膜される。   The lower electrode 4 is formed by sputtering, for example.

バッファ層22は、例えばスパッタリングにより成膜される。バッファ層22は、(100)に自然配向し、自己配向することができる。従って、(100)に配向したバッファ層22を得ることができる。バッファ層22の成膜直後の厚さは、3nm以下であることが好ましい。これは、バッファ層22が3nmよりも厚くなると、所望の弾性板55の変位量が得られなくなるからである。このことについては後の実験例にて詳述する。また、バッファ層22の成膜直後の厚さは、例えば0.5nm以上である。バッファ層22の厚さが0.5nmよりも薄いと、バッファ層としての機能を果せなくなるものと考えられる。   The buffer layer 22 is formed by sputtering, for example. The buffer layer 22 is naturally oriented to (100) and can be self-oriented. Therefore, the buffer layer 22 oriented in (100) can be obtained. The thickness immediately after the formation of the buffer layer 22 is preferably 3 nm or less. This is because when the buffer layer 22 is thicker than 3 nm, a desired amount of displacement of the elastic plate 55 cannot be obtained. This will be described in detail in a later experimental example. Further, the thickness immediately after the formation of the buffer layer 22 is, for example, 0.5 nm or more. If the thickness of the buffer layer 22 is less than 0.5 nm, it is considered that the function as the buffer layer cannot be achieved.

圧電体層6は、例えばゾルゲル法(溶液法)により成膜される。ここでは一例として、PZTからなる圧電体層6を成膜する場合について説明する。   The piezoelectric layer 6 is formed by, for example, a sol-gel method (solution method). Here, as an example, a case where the piezoelectric layer 6 made of PZT is formed will be described.

まず、Pb、Zr、およびTiをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液(圧電材料)を、バッファ層22上の全面にスピンコート法等により塗布する。例えば、この溶液中のZrおよびTiをそれぞれ含有する有機金属化合物の混合比率を変えることにより、ZrとTiの組成比(Zr:Ti)を調整することができる。例えば、Zr組成=Zr/(Zr+Ti)が0.5となるように有機金属化合物を混合することができる。なお、Pbの組成についても、有機金属化合物の混合比率を変えることにより調整することができる。   First, a solution (piezoelectric material) in which an organometallic compound containing Pb, Zr, and Ti is dissolved in a solvent is applied to the entire surface of the buffer layer 22 by a spin coating method or the like. For example, the composition ratio (Zr: Ti) of Zr and Ti can be adjusted by changing the mixing ratio of the organometallic compound containing Zr and Ti in the solution. For example, the organometallic compound can be mixed so that Zr composition = Zr / (Zr + Ti) is 0.5. The composition of Pb can also be adjusted by changing the mixing ratio of the organometallic compound.

次に、熱処理(乾燥工程、脱脂工程)を行うことにより、圧電体層6の前駆体層を形成することができる。乾燥工程の温度は、例えば、150℃以上200℃以下であることが好ましい。また、乾燥工程の時間は、例えば、5分以上であることが好ましい。脱脂工程では、乾燥工程後のPZT前駆体層中に残存する有機成分をNO、CO、HO等に熱分解して離脱させることができる。脱脂工程の温度は、例えば300℃程度である。 Next, the precursor layer of the piezoelectric layer 6 can be formed by performing heat treatment (drying step, degreasing step). It is preferable that the temperature of a drying process is 150 degreeC or more and 200 degrees C or less, for example. Moreover, it is preferable that the time of a drying process is 5 minutes or more, for example. In the degreasing step, the organic component remaining in the PZT precursor layer after the drying step can be thermally decomposed into NO 2 , CO 2 , H 2 O, etc. and separated. The temperature of the degreasing process is, for example, about 300 ° C.

なお、前駆体層を成膜する場合には、1回で成膜せず、複数回に分けて成膜することもできる。具体的には、例えば、圧電材料の塗布、乾燥、および脱脂を複数回繰り返すことができる。   When the precursor layer is formed, the precursor layer can be formed in a plurality of times without being formed once. Specifically, for example, the application, drying, and degreasing of the piezoelectric material can be repeated a plurality of times.

次に、前駆体層を焼成する。焼成工程では、PZT前駆体層を加熱することによって結晶化させることができる。焼成工程の温度は、例えば700℃である。焼成工程の時間は、例えば、5分以上30分以下であることが好ましい。焼成工程に用いる装置としては、特に限定されず、拡散炉やRTA(Rapid Thermal Annealing)装置などを用いることができる。なお、焼成工程は、例えば、圧電材料の塗布、乾燥、および脱脂の1サイクルごとに行っても良い。   Next, the precursor layer is fired. In the firing step, the PZT precursor layer can be crystallized by heating. The temperature of the firing step is, for example, 700 ° C. It is preferable that the time of a baking process is 5 minutes or more and 30 minutes or less, for example. The apparatus used for the firing step is not particularly limited, and a diffusion furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, or the like can be used. In addition, you may perform a baking process for every cycle of application | coating of a piezoelectric material, drying, and degreasing, for example.

また、例えばこの焼成工程において、バッファ層22の一部は、例えばその上層の圧電体層6や下層の下部電極4などに吸収されることができる。その結果、バッファ層22は、バッファ層22の成膜直後の厚さよりも、薄くなることができる。   Further, for example, in this firing step, a part of the buffer layer 22 can be absorbed by, for example, the upper piezoelectric layer 6 or the lower electrode 4 below. As a result, the buffer layer 22 can be thinner than the thickness immediately after the buffer layer 22 is formed.

以上の工程により、圧電体層6を形成することができる。   Through the above steps, the piezoelectric layer 6 can be formed.

上部電極7は、例えばスパッタリングにより成膜される。   The upper electrode 7 is formed by sputtering, for example.

次に、例えば上部電極7、圧電体層6、およびバッファ層22をパターニングして、所望の形状の柱状部5を形成することができる。その後、例えば下部電極4をパターニングしても良い。各層のパターニングには、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。下部電極4、バッファ層22、圧電体層6、および上部電極7は、各層の形成ごとにパターニングされることもできるし、複数層の形成ごとに一括してパターニングされることもできる。   Next, for example, the upper electrode 7, the piezoelectric layer 6, and the buffer layer 22 can be patterned to form a columnar portion 5 having a desired shape. Thereafter, for example, the lower electrode 4 may be patterned. For patterning each layer, for example, a lithography technique and an etching technique can be used. The lower electrode 4, the buffer layer 22, the piezoelectric layer 6, and the upper electrode 7 can be patterned every time each layer is formed, or can be patterned all together when a plurality of layers are formed.

以上の工程により、下部電極4、バッファ層22、圧電体層6、および上部電極7を有する駆動部54が形成される。   Through the above steps, the drive unit 54 having the lower electrode 4, the buffer layer 22, the piezoelectric layer 6, and the upper electrode 7 is formed.

(3)次に、図1に示すように、基板52をパターニングして、開口部521を形成する。基板52のパターニングには、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。開口部521は、例えば、エッチングストッパ層30を露出させるように基板52の一部をエッチングして形成される。このエッチング工程においては、エッチングストッパ層30をエッチングのストッパとして機能させることができる。即ち、基板52をエッチングする際には、エッチングストッパ層30のエッチング速度は、基板52のエッチング速度よりも遅い。   (3) Next, as shown in FIG. 1, the substrate 52 is patterned to form openings 521. For the patterning of the substrate 52, for example, a lithography technique and an etching technique can be used. For example, the opening 521 is formed by etching a part of the substrate 52 so that the etching stopper layer 30 is exposed. In this etching step, the etching stopper layer 30 can function as an etching stopper. That is, when the substrate 52 is etched, the etching rate of the etching stopper layer 30 is slower than the etching rate of the substrate 52.

以上の工程により、図1に示すように、本実施形態の圧電素子100が形成される。   Through the above steps, as shown in FIG. 1, the piezoelectric element 100 of the present embodiment is formed.

3. 本実施形態の圧電素子100では、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物(例えばMgO)からなり、(100)に配向しているバッファ層22の直接上に圧電体層6が形成されている。これにより、圧電体層6は、バッファ層22の配向を引き継いで、擬立方晶の表示で(100)に配向することができる。(100)に配向した圧電体層6は、優れた圧電性を示すため、本実施形態の圧電素子100によれば、圧電体層6や弾性板55の変位量の向上を図ることができる。このことは、後述する実験例においても確認されている。   3. In the piezoelectric element 100 of the present embodiment, the piezoelectric layer 6 is formed directly on the buffer layer 22 made of a metal oxide having a sodium chloride structure (for example, MgO) and oriented in (100). Thereby, the piezoelectric layer 6 can take over the orientation of the buffer layer 22 and can be oriented to (100) in a pseudo cubic display. Since the piezoelectric layer 6 oriented in (100) exhibits excellent piezoelectricity, the amount of displacement of the piezoelectric layer 6 and the elastic plate 55 can be improved according to the piezoelectric element 100 of the present embodiment. This has also been confirmed in experimental examples described later.

また、本実施形態の圧電素子100のバッファ層22は、例えば多結晶の白金族金属からなる下部電極4の直接上に成膜されても、(100)に自然配向することができる。従って、本実施形態の圧電素子100によれば、例えばゾルゲル法の焼成工程のような高温プロセスにおいても熱的に安定している白金族金属を下部電極4の材料として用いることができ、かつ、バッファ層22が(100)に配向することにより、圧電体層6を(100)に配向させることができる。   Further, even if the buffer layer 22 of the piezoelectric element 100 of the present embodiment is formed directly on the lower electrode 4 made of, for example, polycrystalline platinum group metal, it can be naturally oriented to (100). Therefore, according to the piezoelectric element 100 of the present embodiment, a platinum group metal that is thermally stable even in a high-temperature process such as a baking process of a sol-gel method can be used as the material of the lower electrode 4, and When the buffer layer 22 is oriented to (100), the piezoelectric layer 6 can be oriented to (100).

4. 次に、上述した圧電素子を有する液体噴射ヘッドについて説明する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射ヘッド50がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明する。   4). Next, a liquid ejecting head having the above-described piezoelectric element will be described. Here, a case where the liquid ejecting head 50 according to the present embodiment is an ink jet recording head will be described.

図3は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド50を概略的に示す分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図3では、便宜上、圧電素子100の駆動部54を簡略化して示している。   FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing the liquid jet head 50 according to the present embodiment, which is shown upside down from a state in which it is normally used. In FIG. 3, for convenience, the drive unit 54 of the piezoelectric element 100 is shown in a simplified manner.

液体噴射ヘッド50は、例えば図1に示す圧電素子100と、ノズル板51と、を含む。液体噴射ヘッド50は、さらに、筐体56を有することができる。   The liquid ejecting head 50 includes, for example, the piezoelectric element 100 illustrated in FIG. 1 and a nozzle plate 51. The liquid ejecting head 50 can further include a housing 56.

ノズル板51は、圧力室521に通じるノズル孔511を有する。ノズル孔511からは、インクが吐出される。ノズル板51には、例えば、多数のノズル孔511が一列に設けられている。ノズル板51は、例えばステンレス鋼(SUS)製の圧延プレートである。ノズル板51は、通常使用される状態では基板52の下(図3では上)に固定される。筐体56は、ノズル板51および圧電素子100を収納することができる。筐体56は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。   The nozzle plate 51 has a nozzle hole 511 that communicates with the pressure chamber 521. Ink is ejected from the nozzle hole 511. In the nozzle plate 51, for example, a number of nozzle holes 511 are provided in a line. The nozzle plate 51 is, for example, a rolled plate made of stainless steel (SUS). The nozzle plate 51 is fixed below the substrate 52 (upper in FIG. 3) in a state where it is normally used. The housing 56 can accommodate the nozzle plate 51 and the piezoelectric element 100. The housing 56 is formed using, for example, various resin materials, various metal materials, and the like.

圧電素子100の基板52がノズル板51と弾性板55との間の空間を区画することにより、リザーバ(液体貯留部)523、供給口524、および複数のキャビティ(圧力室)521が設けられている。圧電素子100の弾性板55には、厚さ方向に貫通した貫通孔531が設けられている。リザーバ523は、外部(例えばインクカートリッジ)から貫通孔531を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口524によって、リザーバ523から各キャビティ521へインクが供給される。   The substrate 52 of the piezoelectric element 100 partitions the space between the nozzle plate 51 and the elastic plate 55, so that a reservoir (liquid storage unit) 523, a supply port 524, and a plurality of cavities (pressure chambers) 521 are provided. Yes. The elastic plate 55 of the piezoelectric element 100 is provided with a through hole 531 penetrating in the thickness direction. The reservoir 523 temporarily stores ink supplied from the outside (for example, an ink cartridge) through the through hole 531. Ink is supplied from the reservoir 523 to each cavity 521 through the supply port 524.

キャビティ521は、基板52の開口部521から構成されている。キャビティ521は、各ノズル孔511に対して1つずつ配設されている。キャビティ521は、弾性板55の変形により容積可変になっている。この容積変化によりキャビティ521からインクが吐出される。   The cavity 521 includes an opening 521 of the substrate 52. One cavity 521 is provided for each nozzle hole 511. The cavity 521 has a variable volume due to the deformation of the elastic plate 55. This volume change causes ink to be ejected from the cavity 521.

駆動部54は、圧電素子駆動回路(図示せず)に電気的に接続され、該圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)することができる。弾性板55は、駆動部54の変形によって変形し、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めることができる。   The drive unit 54 is electrically connected to a piezoelectric element drive circuit (not shown), and can be operated (vibrated or deformed) based on a signal from the piezoelectric element drive circuit. The elastic plate 55 is deformed by the deformation of the driving unit 54, and the internal pressure of the cavity 521 can be instantaneously increased.

なお、上述した例では、液体噴射ヘッド50がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。   In the example described above, the case where the liquid ejecting head 50 is an ink jet recording head has been described. However, the liquid ejecting head of the present invention includes, for example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL display and FED (surface emitting display), It can also be used as a bioorganic matter ejecting head used for biochip manufacture.

5. 次に、実験例について説明する。   5. Next, experimental examples will be described.

本実験例では、本実施形態に係る圧電素子100を有する液体噴射ヘッド50、および、比較例に係る圧電素子を有する液体噴射ヘッドを作製した。   In this experimental example, the liquid ejecting head 50 including the piezoelectric element 100 according to the present embodiment and the liquid ejecting head including the piezoelectric element according to the comparative example were manufactured.

本実施形態に係る圧電素子100のバッファ層22としては、酸化マグネシウム(MgO)を用いた。また、バッファ層22の厚さは、1.0nmから、1.0nmずつ、4.0nmまで変化させた。なお、バッファ層22の厚さは、バッファ層22の成膜直後、即ち、圧電体層6の成膜前の値である。   Magnesium oxide (MgO) was used as the buffer layer 22 of the piezoelectric element 100 according to the present embodiment. Further, the thickness of the buffer layer 22 was changed from 1.0 nm to 4.0 nm by 1.0 nm. Note that the thickness of the buffer layer 22 is a value immediately after the buffer layer 22 is formed, that is, before the piezoelectric layer 6 is formed.

また、比較例に係る圧電素子には、バッファ層を設けなかった。言い換えるならば、比較例に係る圧電素子のバッファ層の厚さは0nmとした。   Further, the buffer layer was not provided in the piezoelectric element according to the comparative example. In other words, the thickness of the buffer layer of the piezoelectric element according to the comparative example was set to 0 nm.

これらの実験サンプルに対してX線回折測定を行い、圧電体層の結晶の(100)面の配向度をピーク強度より求めた。なお、(100)面のピーク強度をa、(111)面のピーク強度をb、(110)面のピーク強度をcとすると、
(100)配向度(%)={a/(a+b+c)}×100
である。また、圧電体層の各面の表示は、擬立方晶の表示である。
X-ray diffraction measurement was performed on these experimental samples, and the degree of orientation of the (100) plane of the crystal of the piezoelectric layer was determined from the peak intensity. The peak intensity of the (100) plane is a, the peak intensity of the (111) plane is b, and the peak intensity of the (110) plane is c.
(100) Degree of orientation (%) = {a / (a + b + c)} × 100
It is. The display on each surface of the piezoelectric layer is a pseudo cubic display.

また、これらの実験サンプルに対して、上下電極に、0Vから35Vに変化する電圧を印加して、弾性板の変位量を求めた。弾性板の変位量の測定には、レーザードップラー計を用いた。   Moreover, the voltage which changes from 0V to 35V was applied to the upper and lower electrodes with respect to these experimental samples, and the amount of displacement of the elastic plate was determined. A laser Doppler meter was used to measure the displacement of the elastic plate.

表1に、各サンプルの圧電体層の(100)配向度、および、弾性板の変位量を示す。   Table 1 shows the degree of (100) orientation of the piezoelectric layer of each sample and the displacement of the elastic plate.

Figure 2008218879
これらの測定結果から、本実施形態の圧電素子100は、比較例の圧電素子に比べ、(100)配向度および弾性板の変位量が大きいことが分かる。特に、バッファ層22の厚さが1.0nm〜3.0nmのサンプルでは、弾性板55の変位量が400nm以上という大きな値である。従って、本実施形態の圧電素子100によれば、弾性板55の変位量の向上、即ち、圧電体層6の変位量の向上を図ることができることが確認された。
Figure 2008218879
From these measurement results, it can be seen that the piezoelectric element 100 of the present embodiment has a larger degree of (100) orientation and displacement of the elastic plate than the piezoelectric element of the comparative example. In particular, in a sample having a thickness of the buffer layer 22 of 1.0 nm to 3.0 nm, the displacement amount of the elastic plate 55 is a large value of 400 nm or more. Therefore, according to the piezoelectric element 100 of this embodiment, it was confirmed that the displacement amount of the elastic plate 55, that is, the displacement amount of the piezoelectric layer 6 can be improved.

また、表1に示すように、本実施形態に係るバッファ層22の厚さが3.0nmを越えると、弾性板55の変位量は、所望の値である400nmを下回ってしまう。これは、下部電極4と圧電体層6との界面に残存するバッファ層22が厚くなり、その影響が強くなるためである。本実験例においてバッファ層22を構成する酸化マグネシウム(MgO)は、常誘電体であり、その比誘電率は、10以下である。これに対し、本実験例において圧電体層6を構成するPZTの比誘電率は、1000程度である。従って、残存するバッファ層22の影響が強くなると、圧電体層6自体に十分な電圧を印加することができなくなり、変位量が低下するのである。従って、バッファ層22の成膜直後の厚さは、3.0nm以下であることが好ましい。これにより、バッファ層22の影響を低減し、圧電体層6自体に十分な電圧を印加することができ、大きな変位量を得ることができる。なお、バッファ層22の成膜直後の厚さが3.0nm以下であるならば、圧電素子100を形成した後のバッファ層22の厚さも3.0nm以下である。従って、圧電素子100の有するバッファ層22の厚さも3.0nm以下であることが好ましいことが分かる。   Further, as shown in Table 1, when the thickness of the buffer layer 22 according to the present embodiment exceeds 3.0 nm, the displacement amount of the elastic plate 55 falls below the desired value of 400 nm. This is because the buffer layer 22 remaining at the interface between the lower electrode 4 and the piezoelectric layer 6 becomes thick, and the influence thereof becomes strong. In this experimental example, magnesium oxide (MgO) constituting the buffer layer 22 is a paraelectric material, and its relative dielectric constant is 10 or less. On the other hand, the relative dielectric constant of PZT constituting the piezoelectric layer 6 in this experimental example is about 1000. Therefore, if the influence of the remaining buffer layer 22 becomes strong, a sufficient voltage cannot be applied to the piezoelectric layer 6 itself, and the amount of displacement decreases. Therefore, it is preferable that the thickness immediately after the formation of the buffer layer 22 is 3.0 nm or less. Thereby, the influence of the buffer layer 22 is reduced, a sufficient voltage can be applied to the piezoelectric layer 6 itself, and a large displacement can be obtained. If the thickness immediately after the formation of the buffer layer 22 is 3.0 nm or less, the thickness of the buffer layer 22 after forming the piezoelectric element 100 is also 3.0 nm or less. Therefore, it can be seen that the thickness of the buffer layer 22 of the piezoelectric element 100 is preferably 3.0 nm or less.

また、本実験例で得られた本実施形態に係る圧電体層6の結晶構造は、ペロブスカイト型構造であって、モノクリニック構造であることが確認された。従って、圧電体層6の分極方向は、膜面垂直方向に対して傾いているエンジニアード・ドメイン配置であることが推察できる。圧電体層6の結晶構造、および分極方向の同定には、X線散乱およびラマン散乱を用いた。   In addition, it was confirmed that the crystal structure of the piezoelectric layer 6 according to this embodiment obtained in this experimental example is a perovskite structure and a monoclinic structure. Therefore, it can be inferred that the polarization direction of the piezoelectric layer 6 is an engineered domain arrangement inclined with respect to the direction perpendicular to the film surface. X-ray scattering and Raman scattering were used to identify the crystal structure and the polarization direction of the piezoelectric layer 6.

6. 次に、本実施形態の圧電素子の変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した図1に示す圧電素子100およびその製造方法(以下「圧電素子100の例」という)と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。図4は、本変形例の圧電素子120を概略的に示す断面図である。   6). Next, a modification of the piezoelectric element of the present embodiment will be described with reference to the drawings. Differences from the above-described piezoelectric element 100 shown in FIG. 1 and the manufacturing method thereof (hereinafter referred to as “example of the piezoelectric element 100”) will be described, and description of similar points will be omitted. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric element 120 according to this modification.

圧電素子100の例では、圧電素子100を形成してもバッファ層22が残存している場合について説明したが、例えば図4に示すように、バッファ層22は、圧電素子120の形成工程(例えば圧電体層6の形成工程におけるゾルゲル法の焼成工程)において、バッファ層22の上下の層にすべて吸収されて、最終的に残存しなくても良い。即ち、本変形例の圧電素子120は、バッファ層22を有しないことができる。言い換えるならば、本変形例の圧電素子120のバッファ層22の厚さは、0nmであることができる。なお、バッファ層22の成膜直後の厚さは、例えば3.0nm以下であり、極めて薄いため、バッファ層22が上下層にすべて吸収されても、バッファ層22の構成成分が圧電体層6や下部電極4などに与える影響は極めて少ない。   In the example of the piezoelectric element 100, the case where the buffer layer 22 remains even when the piezoelectric element 100 is formed has been described. However, as shown in FIG. In the baking step of the sol-gel method in the step of forming the piezoelectric layer 6), it is not necessarily absorbed by the upper and lower layers of the buffer layer 22 and finally left. That is, the piezoelectric element 120 according to the present modification can have no buffer layer 22. In other words, the thickness of the buffer layer 22 of the piezoelectric element 120 of the present modification can be 0 nm. The thickness immediately after the formation of the buffer layer 22 is, for example, 3.0 nm or less and is extremely thin. Therefore, even if the buffer layer 22 is absorbed by the upper and lower layers, the constituent components of the buffer layer 22 are the piezoelectric layer 6. And the influence on the lower electrode 4 is extremely small.

なお、上述した変形例は一例であって、これに限定されるわけではない。   In addition, the modification mentioned above is an example, Comprising: It is not necessarily limited to this.

7. 次に、上述した液体噴射ヘッドを有するプリンタについて説明する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ600がインクジェットプリンタである場合について説明する。   7. Next, a printer having the above-described liquid ejecting head will be described. Here, a case where the printer 600 according to the present embodiment is an inkjet printer will be described.

図5は、本実施形態に係るプリンタ600を概略的に示す斜視図である。プリンタ600は、ヘッドユニット630と、ヘッドユニット駆動部610と、制御部660と、を含む。また、プリンタ600は、装置本体620と、給紙部650と、記録用紙Pを設置するトレイ621と、記録用紙Pを排出する排出口622と、装置本体620の上面に配置された操作パネル670と、を含むことができる。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing the printer 600 according to the present embodiment. The printer 600 includes a head unit 630, a head unit driving unit 610, and a control unit 660. In addition, the printer 600 includes an apparatus main body 620, a paper feeding unit 650, a tray 621 on which the recording paper P is placed, a discharge port 622 for discharging the recording paper P, and an operation panel 670 disposed on the upper surface of the apparatus main body 620. And can be included.

ヘッドユニット630は、上述した液体噴射ヘッドから構成されるインクジェット式記録ヘッド(以下単に「ヘッド」ともいう)50を有する。ヘッドユニット630は、さらに、ヘッド50にインクを供給するインクカートリッジ631と、ヘッド50およびインクカートリッジ631を搭載した運搬部(キャリッジ)632と、を備える。   The head unit 630 includes an ink jet recording head (hereinafter, also simply referred to as “head”) 50 formed of the liquid jet head described above. The head unit 630 further includes an ink cartridge 631 that supplies ink to the head 50, and a transport unit (carriage) 632 on which the head 50 and the ink cartridge 631 are mounted.

ヘッドユニット駆動部610は、ヘッドユニット630を往復動させることができる。ヘッドユニット駆動部610は、ヘッドユニット630の駆動源となるキャリッジモータ641と、キャリッジモータ641の回転を受けて、ヘッドユニット630を往復動させる往復動機構642と、を有する。   The head unit driving unit 610 can reciprocate the head unit 630. The head unit driving unit 610 includes a carriage motor 641 serving as a drive source for the head unit 630 and a reciprocating mechanism 642 that reciprocates the head unit 630 in response to the rotation of the carriage motor 641.

往復動機構642は、その両端がフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸644と、キャリッジガイド軸644と平行に延在するタイミングベルト643と、を備える。キャリッジガイド軸644は、キャリッジ632が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ632を支持している。さらに、キャリッジ632は、タイミングベルト643の一部に固定されている。キャリッジモータ641の作動により、タイミングベルト643を走行させると、キャリッジガイド軸644に導かれて、ヘッドユニット630が往復動する。この往復動の際に、ヘッド50から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。   The reciprocating mechanism 642 includes a carriage guide shaft 644 supported at both ends by a frame (not shown), and a timing belt 643 extending in parallel with the carriage guide shaft 644. The carriage guide shaft 644 supports the carriage 632 while allowing the carriage 632 to freely reciprocate. Further, the carriage 632 is fixed to a part of the timing belt 643. When the timing belt 643 is caused to travel by the operation of the carriage motor 641, the head unit 630 is reciprocated by being guided by the carriage guide shaft 644. During this reciprocation, ink is appropriately discharged from the head 50 and printing on the recording paper P is performed.

制御部660は、ヘッドユニット630、ヘッドユニット駆動部610、および給紙部650を制御することができる。   The control unit 660 can control the head unit 630, the head unit driving unit 610, and the paper feeding unit 650.

給紙部650は、記録用紙Pをトレイ621からヘッドユニット630側へ送り込むことができる。給紙部650は、その駆動源となる給紙モータ651と、給紙モータ651の作動により回転する給紙ローラ652と、を備える。給紙ローラ652は、記録用紙Pの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ652aおよび駆動ローラ652bを備える。駆動ローラ652bは、給紙モータ651に連結されている。   The paper feeding unit 650 can feed the recording paper P from the tray 621 to the head unit 630 side. The paper feed unit 650 includes a paper feed motor 651 serving as a driving source thereof, and a paper feed roller 652 that rotates by the operation of the paper feed motor 651. The paper feed roller 652 includes a driven roller 652a and a drive roller 652b that are vertically opposed to each other with the feeding path of the recording paper P interposed therebetween. The drive roller 652b is connected to the paper feed motor 651.

ヘッドユニット630、ヘッドユニット駆動部610、制御部660、および給紙部650は、装置本体620の内部に設けられている。   The head unit 630, the head unit driving unit 610, the control unit 660, and the paper feeding unit 650 are provided inside the apparatus main body 620.

なお、上述した例では、プリンタ600がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液滴吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。   In the example described above, the case where the printer 600 is an ink jet printer has been described. However, the printer of the present invention can also be used as an industrial droplet discharge device. As the liquid (liquid material) discharged in this case, various functional materials adjusted to an appropriate viscosity with a solvent or a dispersion medium can be used.

8. 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   8). Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、発振器や周波数フィルタなどに用いられる圧電振動子、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどに用いられる角速度センサなどに適用されることができる。   For example, the above-described piezoelectric element according to the embodiment of the present invention can be applied to a piezoelectric vibrator used for an oscillator, a frequency filter or the like, an angular velocity sensor used for a digital camera, a car navigation system, or the like.

本実施形態に係る圧電素子を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a piezoelectric element according to an embodiment. 本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically one manufacturing process of the piezoelectric element of this embodiment. 本実施形態の液体噴射ヘッドを概略的に示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view schematically illustrating the liquid ejecting head according to the embodiment. 本実施形態の圧電素子の変形例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the modification of the piezoelectric element of this embodiment. 本実施形態のプリンタを概略的に示す斜視図。1 is a perspective view schematically illustrating a printer according to an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 基体、4 下部電極、5 柱状部、6 圧電体層、7 上部電極、22 バッファ層、30 エッチングストッパ層、32 弾性層、50 液体噴射ヘッド、51 ノズル板、52 基板、54 駆動部、55 弾性板、56 筐体、100,120 圧電素子、511 ノズル孔、521 開口部(キャビティ)、523 リザーバ、524 供給口、531 貫通孔、600 プリンタ、610 ヘッドユニット駆動部、620 装置本体、621 トレイ、622 排出口、630 ヘッドユニット、631 インクカートリッジ、632 キャリッジ、641 キャリッジモータ、642 往復動機構、643 タイミングベルト、644 キャリッジガイド軸、650 給紙部、651 給紙モータ、652 給紙ローラ、660 制御部,670 操作パネル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate, 4 Lower electrode, 5 Columnar part, 6 Piezoelectric layer, 7 Upper electrode, 22 Buffer layer, 30 Etching stopper layer, 32 Elastic layer, 50 Liquid ejecting head, 51 Nozzle plate, 52 Substrate, 54 Drive part, 55 Elastic plate, 56 housing, 100, 120 piezoelectric element, 511 nozzle hole, 521 opening (cavity), 523 reservoir, 524 supply port, 531 through hole, 600 printer, 610 head unit driving unit, 620 device main body, 621 tray , 622 Discharge port, 630 Head unit, 631 Ink cartridge, 632 Carriage, 641 Carriage motor, 642 Reciprocating mechanism, 643 Timing belt, 644 Carriage guide shaft, 650 Paper feed unit, 651 Paper feed motor, 652 Paper feed roller, 660 Control unit, 670 operations Panel

Claims (11)

基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなり、(100)に配向しているバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成され、ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含む、圧電素子。
A substrate;
A lower electrode formed above the substrate;
A buffer layer formed above the lower electrode, made of a metal oxide with a sodium chloride structure and oriented in (100);
A piezoelectric layer formed above the buffer layer and made of a perovskite oxide;
A piezoelectric element comprising: an upper electrode formed above the piezoelectric layer.
請求項1において、
前記圧電体層は、擬立方晶の表示で(100)に配向している、圧電素子。
In claim 1,
The piezoelectric layer is a piezoelectric element having a pseudo cubic crystal orientation (100) orientation.
請求項1または2において、
前記圧電体層の結晶構造は、モノクリニック構造である、圧電素子。
In claim 1 or 2,
A piezoelectric element in which a crystal structure of the piezoelectric layer is a monoclinic structure.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムである、圧電素子。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The piezoelectric element, wherein the metal oxide is magnesium oxide.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記バッファ層の厚さは、3nm以下である、圧電素子。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The piezoelectric element, wherein the buffer layer has a thickness of 3 nm or less.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記ペロブスカイト型酸化物は、一般式ABOで示され、
前記Aは、鉛(Pb)を含み、
前記Bは、ジルコニウム(Zr)およびチタン(Ti)を含む、圧電素子。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The perovskite oxide is represented by the general formula ABO 3 ,
A includes lead (Pb),
Said B is a piezoelectric element containing zirconium (Zr) and titanium (Ti).
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記下部電極は、白金族金属からなる、圧電素子。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The lower electrode is a piezoelectric element made of a platinum group metal.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、前記下部電極の直接上に形成されており、
前記圧電体層は、前記バッファ層の直接上に形成されている、圧電素子。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The buffer layer is formed directly on the lower electrode;
The piezoelectric element is a piezoelectric element formed directly on the buffer layer.
請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電素子を有する、液体噴射ヘッド。   A liquid ejecting head comprising the piezoelectric element according to claim 1. 請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電素子を有する、プリンタ。   A printer comprising the piezoelectric element according to claim 1. 前記基体の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に、塩化ナトリウム型構造の金属酸化物からなるように、(100)に配向するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、ペロブスカイト型酸化物からなるように圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
Forming a lower electrode above the substrate;
Forming a buffer layer oriented in (100) above the lower electrode so as to be composed of a metal oxide having a sodium chloride structure;
Forming a piezoelectric layer on the buffer layer so as to be made of a perovskite oxide;
Forming an upper electrode above the piezoelectric layer. A method for manufacturing a piezoelectric element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011238774A (en) * 2010-05-11 2011-11-24 Nippon Signal Co Ltd:The Manufacturing method of piezoelectric element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05145123A (en) * 1991-11-25 1993-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ferroelectric thin film composition and its manufacture
JP2006032627A (en) * 2004-07-15 2006-02-02 Seiko Epson Corp Piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink jet-type recording head, ink jet printer, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator, and electronic apparatus
JP2006066795A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Seiko Epson Corp Piezoelectric film, piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink-jet type record head, ink-jet printer, surface elastic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator and electronic device
JP2006069837A (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Seiko Epson Corp Piezoelectric layer, piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink-jet type recording head, ink-jet printer, surface elastic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator, and electronic appliance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05145123A (en) * 1991-11-25 1993-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ferroelectric thin film composition and its manufacture
JP2006032627A (en) * 2004-07-15 2006-02-02 Seiko Epson Corp Piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink jet-type recording head, ink jet printer, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator, and electronic apparatus
JP2006066795A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Seiko Epson Corp Piezoelectric film, piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink-jet type record head, ink-jet printer, surface elastic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator and electronic device
JP2006069837A (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Seiko Epson Corp Piezoelectric layer, piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink-jet type recording head, ink-jet printer, surface elastic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin-film piezoelectric resonator, and electronic appliance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011238774A (en) * 2010-05-11 2011-11-24 Nippon Signal Co Ltd:The Manufacturing method of piezoelectric element

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