JPH1093153A - 電気機械変換素子及びその製造方法並びにインクジェットヘッド - Google Patents
電気機械変換素子及びその製造方法並びにインクジェットヘッドInfo
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- JPH1093153A JPH1093153A JP24345796A JP24345796A JPH1093153A JP H1093153 A JPH1093153 A JP H1093153A JP 24345796 A JP24345796 A JP 24345796A JP 24345796 A JP24345796 A JP 24345796A JP H1093153 A JPH1093153 A JP H1093153A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コストが高くなる。
【解決手段】 電気機械変換素子１は、予め所定の粒径
に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体２に金属酸
化物３を添加し、これを所定形状に成形して焼成した。
に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体２に金属酸
化物３を添加し、これを所定形状に成形して焼成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気機械変換素子及
びその製造方法並びにインクジェットヘッドに関する。
びその製造方法並びにインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気信号を機械的変位に変換し、
或いは機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素
子は、インクジェットヘッドのアクチュエータ素子や、
モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピーカ
ー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、振動
センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動体、
発振体などの多くの用途に用いられている。なお、本明
細書において、機械的変位とは、変位、応力、振動等を
含む意味で用いる。
或いは機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素
子は、インクジェットヘッドのアクチュエータ素子や、
モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピーカ
ー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、振動
センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動体、
発振体などの多くの用途に用いられている。なお、本明
細書において、機械的変位とは、変位、応力、振動等を
含む意味で用いる。
【０００３】このような電気機械変換素子を用いたイン
クジェットヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出す
る複数の吐出口（ノズル）と、ノズルが連通するインク
液室と、インク液室の壁面の一部を変形させる圧電素子
等の電気機械変換素子を備え、この電気機械変換素子を
駆動させることでインク液室内容積を変化させてノズル
からインク滴を吐出させるもの（ピエゾアクチュエータ
方式）が知られている。
クジェットヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出す
る複数の吐出口（ノズル）と、ノズルが連通するインク
液室と、インク液室の壁面の一部を変形させる圧電素子
等の電気機械変換素子を備え、この電気機械変換素子を
駆動させることでインク液室内容積を変化させてノズル
からインク滴を吐出させるもの（ピエゾアクチュエータ
方式）が知られている。
【０００４】そして、このインクジェットヘッドを用い
るインクジェット記録装置としては、インクジェットヘ
ッドをキャリッジに搭載して、キャリッジを主走査方向
に走査しながら受像材を副走査方向に搬送して所要の記
録を行うシリアルスキャン型記録装置、或いは複数のノ
ズルを主走査方向に列設して例えばＡ４横幅相当の長さ
を有するライン型インクジェットヘッドを用いたライン
型記録装置がある。このインクジェット記録装置は、カ
ラー化が容易であることなどから、プリンタ、ファクシ
ミリ、複写機、プロッター等の各種記録装置として汎用
されている。
るインクジェット記録装置としては、インクジェットヘ
ッドをキャリッジに搭載して、キャリッジを主走査方向
に走査しながら受像材を副走査方向に搬送して所要の記
録を行うシリアルスキャン型記録装置、或いは複数のノ
ズルを主走査方向に列設して例えばＡ４横幅相当の長さ
を有するライン型インクジェットヘッドを用いたライン
型記録装置がある。このインクジェット記録装置は、カ
ラー化が容易であることなどから、プリンタ、ファクシ
ミリ、複写機、プロッター等の各種記録装置として汎用
されている。
【０００５】ところで、従来の電気機械変換素子として
は、例えば特開平５−２９６７５号公報に記載されてい
るように、薄肉のセラミック基板とこのセラミック基板
上に設けた電極及び圧電／電歪層からなる圧電／電歪作
動部とを備え、この圧電／電歪作動部を膜形成法で形成
すると共に、セラミック基板を酸化イットリウム、酸化
イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム及び酸
化マグネシウムからなる群より選んだ１つの化合物を含
有することで結晶相を安定化した酸化ジルコニウムを主
成分とする材料で形成したものが知られている。
は、例えば特開平５−２９６７５号公報に記載されてい
るように、薄肉のセラミック基板とこのセラミック基板
上に設けた電極及び圧電／電歪層からなる圧電／電歪作
動部とを備え、この圧電／電歪作動部を膜形成法で形成
すると共に、セラミック基板を酸化イットリウム、酸化
イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム及び酸
化マグネシウムからなる群より選んだ１つの化合物を含
有することで結晶相を安定化した酸化ジルコニウムを主
成分とする材料で形成したものが知られている。
【０００６】また、このような電気機械変換素子を製造
するには、図１２に示すように、強誘電体粉末などの原
料を秤量して混合、乾燥した後、８５０℃〜９５０℃で
一次焼成を行い、これを粉砕して乾燥し、バインダーを
添加して混合し、コールドプレスを行って所定の製品形
状、例えばインクジェットヘッド用圧電素子の形状に成
形した後、強誘電体粉末を単結晶に成長させるために必
要な高温度（一般的には１１００℃〜１４５０℃）で二
次焼成を行うことによって、所定形状を有する電気機械
変換素子を得るようにしている。或いは、上記特開平５
−２９６７５号公報に記載されているように、圧電／電
歪材料のセラミック粒子を主成分とするペーストやスラ
リーを用いて酸化シルコニア基板上に膜形成し、これを
９００℃〜１４００℃で焼成する方法も知られている。
するには、図１２に示すように、強誘電体粉末などの原
料を秤量して混合、乾燥した後、８５０℃〜９５０℃で
一次焼成を行い、これを粉砕して乾燥し、バインダーを
添加して混合し、コールドプレスを行って所定の製品形
状、例えばインクジェットヘッド用圧電素子の形状に成
形した後、強誘電体粉末を単結晶に成長させるために必
要な高温度（一般的には１１００℃〜１４５０℃）で二
次焼成を行うことによって、所定形状を有する電気機械
変換素子を得るようにしている。或いは、上記特開平５
−２９６７５号公報に記載されているように、圧電／電
歪材料のセラミック粒子を主成分とするペーストやスラ
リーを用いて酸化シルコニア基板上に膜形成し、これを
９００℃〜１４００℃で焼成する方法も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の電気
機械変換素子にあっては、一次焼成粉体を８５０℃〜１
０００℃で焼成し、これをバインダー等を用いて所望の
形状に成形した後、１３００℃〜１４５０℃程度の高温
で二次焼成を行って強誘電体材料の結晶を成長させるた
め、強誘電体材料の結晶が小さく、しかも焼成温度が極
めて高くなり、コストの増大を招いている。
機械変換素子にあっては、一次焼成粉体を８５０℃〜１
０００℃で焼成し、これをバインダー等を用いて所望の
形状に成形した後、１３００℃〜１４５０℃程度の高温
で二次焼成を行って強誘電体材料の結晶を成長させるた
め、強誘電体材料の結晶が小さく、しかも焼成温度が極
めて高くなり、コストの増大を招いている。
【０００８】また、従来の電気機械変換素子は焼成温度
が高温であるために、例えばインクジェットヘッドを構
成するために基板上に電気機械変換素子を一体焼成で形
成する場合に、基板自体も高温焼成に耐え得る酸化ジル
コニアなどを使用しなければならず、コストが増大して
いる。そのためインクジェットヘッドを用いるインクジ
ェット記録装置のコストが増加している。さらに、ライ
ン型インクジェットヘッドを製造する場合には歩留りが
悪く、低コストで、高速記録が可能なインクジェット記
録装置を得ることが困難である。
が高温であるために、例えばインクジェットヘッドを構
成するために基板上に電気機械変換素子を一体焼成で形
成する場合に、基板自体も高温焼成に耐え得る酸化ジル
コニアなどを使用しなければならず、コストが増大して
いる。そのためインクジェットヘッドを用いるインクジ
ェット記録装置のコストが増加している。さらに、ライ
ン型インクジェットヘッドを製造する場合には歩留りが
悪く、低コストで、高速記録が可能なインクジェット記
録装置を得ることが困難である。
【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、低温焼成を可能にすることで、電気機械変換素子
及び電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドの
コストを低減することを目的とする。
あり、低温焼成を可能にすることで、電気機械変換素子
及び電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドの
コストを低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の電気機械変換素子は、電気信号を機械的
変位に変換し、或いは機械的変位を電気信号に変換する
電気機械変換素子において、予め所定の粒径に成長させ
た強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し
焼成してなる構成とした。
め、請求項１の電気機械変換素子は、電気信号を機械的
変位に変換し、或いは機械的変位を電気信号に変換する
電気機械変換素子において、予め所定の粒径に成長させ
た強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し
焼成してなる構成とした。
【００１１】請求項２の電気機械変換素子は、上記請求
項１の電気機械変換素子において、前記微粒子単結晶体
の粒径が０．５〜２０μｍである構成とした。
項１の電気機械変換素子において、前記微粒子単結晶体
の粒径が０．５〜２０μｍである構成とした。
【００１２】請求項３の電気機械変換素子は、上記請求
項１又は２の電気機械変換素子において、前記金属酸化
物がＮ型又はＰ型の酸化物半導体である構成とした。
項１又は２の電気機械変換素子において、前記金属酸化
物がＮ型又はＰ型の酸化物半導体である構成とした。
【００１３】請求項４の電気機械変換素子は、上記請求
項１又は２の電気機械変換素子において、前記金属酸化
物が誘電体材料からなる構成とした。
項１又は２の電気機械変換素子において、前記金属酸化
物が誘電体材料からなる構成とした。
【００１４】請求項５の電気機械変換素子は、上記請求
項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料がＰbＺrＯ3・ＰbＴiＯ3系の材料である
構成とした。
項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料がＰbＺrＯ3・ＰbＴiＯ3系の材料である
構成とした。
【００１５】請求項６の電気機械変換素子は、上記請求
項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料が反強誘電体材料である構成とした。
項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料が反強誘電体材料である構成とした。
【００１６】請求項７の電気機械変換素子は、上記請求
項６の電気機械変換素子において、前記反強誘電体材料
がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材
料である構成とした。
項６の電気機械変換素子において、前記反強誘電体材料
がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材
料である構成とした。
【００１７】請求項８の電気機械変換素子は、上記請求
項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料の微粒子単結晶体の表面が滑らかである
構成とした。
項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料の微粒子単結晶体の表面が滑らかである
構成とした。
【００１８】請求項９の電機機械変換素子は、上記請求
項１乃至８のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料の微粒子単結晶体は表面改質処理が施さ
れている構成とした。
項１乃至８のいずれかの電気機械変換素子において、前
記強誘電体材料の微粒子単結晶体は表面改質処理が施さ
れている構成とした。
【００１９】請求項１０の電気機械変換素子の製造方法
は、電気信号を機械的変位に変換し、或いは機械的変位
を電気信号に変換する電気機械変換素子の製造方法にお
いて、予め所望の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒
子単結晶体に金属酸化物を添加混合した後、この混合物
を所定の形状に形成し、９００℃を越えない温度で焼成
する構成とした。
は、電気信号を機械的変位に変換し、或いは機械的変位
を電気信号に変換する電気機械変換素子の製造方法にお
いて、予め所望の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒
子単結晶体に金属酸化物を添加混合した後、この混合物
を所定の形状に形成し、９００℃を越えない温度で焼成
する構成とした。
【００２０】請求項１１の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０の電気機械変換素子の製造方法にお
いて、前記微粒子単結晶体として粒径が０．５〜２０μ
ｍのものを用いる構成とした。
は、上記請求項１０の電気機械変換素子の製造方法にお
いて、前記微粒子単結晶体として粒径が０．５〜２０μ
ｍのものを用いる構成とした。
【００２１】請求項１２の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の製造
方法において、前記金属酸化物にＮ型又はＰ型の酸化物
半導体を用いる構成とした。
は、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の製造
方法において、前記金属酸化物にＮ型又はＰ型の酸化物
半導体を用いる構成とした。
【００２２】請求項１３の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の製造
方法において、前記金属酸化物として誘電体材料を用い
る構成とした。
は、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の製造
方法において、前記金属酸化物として誘電体材料を用い
る構成とした。
【００２３】請求項１４の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記強誘電体材料がＰbＺrＯ
3・ＰbＴiＯ3系の材料である構成とした。
は、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記強誘電体材料がＰbＺrＯ
3・ＰbＴiＯ3系の材料である構成とした。
【００２４】請求項１５の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記強誘電体材料が反強誘電
体材料である構成とした。
は、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記強誘電体材料が反強誘電
体材料である構成とした。
【００２５】請求項１６の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１５の電気機械変換素子の製造方法にお
いて、前記反強誘電体材料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又は
ＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料である構成とした。
は、上記請求項１５の電気機械変換素子の製造方法にお
いて、前記反強誘電体材料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又は
ＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料である構成とした。
【００２６】請求項１７の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項１０乃至１６のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、強誘電体材料を高温で一次焼
成で形成し、これを湿式粉砕して表面改質を行った後、
高温で二次焼成を行ない、これを粉砕して予め所望の粒
径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体を生成す
る構成とした。
は、上記請求項１０乃至１６のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、強誘電体材料を高温で一次焼
成で形成し、これを湿式粉砕して表面改質を行った後、
高温で二次焼成を行ない、これを粉砕して予め所望の粒
径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体を生成す
る構成とした。
【００２７】請求項１８のインクジェットヘッドは、上
記請求項１乃至９のいずれかの電気機械変換素子と、こ
の電気機械変換素子の変位で内容積が変化するインク液
室と、このインク液室に連通してインク滴を吐出する吐
出口とを備えた構成とした。
記請求項１乃至９のいずれかの電気機械変換素子と、こ
の電気機械変換素子の変位で内容積が変化するインク液
室と、このインク液室に連通してインク滴を吐出する吐
出口とを備えた構成とした。
【００２８】請求項１９のインクジェットヘッドは、上
記請求項１０乃至１７のいずれかの電機機械変換素子の
製造方法で製造した電気機械変換素子と、この電気機械
変換素子の変位で内容積が変化するインク液室と、この
インク液室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備
えた構成とした。
記請求項１０乃至１７のいずれかの電機機械変換素子の
製造方法で製造した電気機械変換素子と、この電気機械
変換素子の変位で内容積が変化するインク液室と、この
インク液室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備
えた構成とした。
【００２９】請求項１９のインクジェットヘッドは、上
記請求項１８又は１９のインクジェットヘッドにおい
て、複数のノズルを主走査方向にライン状に列設してな
るライン型ヘッドである構成とした。
記請求項１８又は１９のインクジェットヘッドにおい
て、複数のノズルを主走査方向にライン状に列設してな
るライン型ヘッドである構成とした。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した電気
機械変換素子の模式的断面図、図２は同電気機械変換素
子を基板上に配設した状態の模式的断面図である。
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した電気
機械変換素子の模式的断面図、図２は同電気機械変換素
子を基板上に配設した状態の模式的断面図である。
【００３１】この電気機械変換素子１は、予め所定の粒
径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体２に金属
酸化物３を添加し、これを所定形状に成形して焼成した
ものである。この電気機械変換素子１は、図２に示すよ
うに基板４上に配設して上下両面に電極５，５を付設
し、電極５，５間に電圧を印加することによって収縮及
び伸張の変位を生起させることができる。
径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体２に金属
酸化物３を添加し、これを所定形状に成形して焼成した
ものである。この電気機械変換素子１は、図２に示すよ
うに基板４上に配設して上下両面に電極５，５を付設
し、電極５，５間に電圧を印加することによって収縮及
び伸張の変位を生起させることができる。
【００３２】ここで、この電気機械変換素子１は強誘電
体材料の微粒子単結晶体２を予め所望の粒径に成長させ
ているので、９００℃を越えない温度（以下、これを
「低温」という。）で焼成することができる。低温焼成
が可能であることによる本発明の効果をより少ない範囲
で得るのであれば、低温を越える温度、即ち、９００℃
を越える温度、例えば従来のような１３００℃程度で焼
成することもできる。
体材料の微粒子単結晶体２を予め所望の粒径に成長させ
ているので、９００℃を越えない温度（以下、これを
「低温」という。）で焼成することができる。低温焼成
が可能であることによる本発明の効果をより少ない範囲
で得るのであれば、低温を越える温度、即ち、９００℃
を越える温度、例えば従来のような１３００℃程度で焼
成することもできる。
【００３３】強誘電体材料の微粒子単結晶体２の粒径
は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータ素子
として用いる場合など所要の変位量を得る上では０．５
μｍ〜２０μｍが好ましい。
は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータ素子
として用いる場合など所要の変位量を得る上では０．５
μｍ〜２０μｍが好ましい。
【００３４】また、強誘電体材料の微粒子単結晶体２と
して用いる強誘電体材料としては、ＰbＺrＯ3・ＰbＴi
Ｏ3（ジルコン酸チタン酸鉛）（ＰＺＴ）系、マグネシ
ウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）系、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐ
ＮＮ）系、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、
亜鉛ニオブ酸鉛、チタン酸鉛などの材料を挙げることが
できる。この場合、強誘電体材料としては、反強誘電体
材料を用いることもできる。反強誘電体材料としては、
ＰbＬaＺrＳnＴiＯ3（ＰＬＺＳＴ）系又はＰbＮbＺrＳn
ＴiＯ3（ＰＮＺＳＴ）系の材料を挙げることができる。
これらの反強誘電体材料は、強誘電体材料に比べて約２
倍の変位量が得られる。
して用いる強誘電体材料としては、ＰbＺrＯ3・ＰbＴi
Ｏ3（ジルコン酸チタン酸鉛）（ＰＺＴ）系、マグネシ
ウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）系、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐ
ＮＮ）系、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、
亜鉛ニオブ酸鉛、チタン酸鉛などの材料を挙げることが
できる。この場合、強誘電体材料としては、反強誘電体
材料を用いることもできる。反強誘電体材料としては、
ＰbＬaＺrＳnＴiＯ3（ＰＬＺＳＴ）系又はＰbＮbＺrＳn
ＴiＯ3（ＰＮＺＳＴ）系の材料を挙げることができる。
これらの反強誘電体材料は、強誘電体材料に比べて約２
倍の変位量が得られる。
【００３５】金属酸化物３としては、低温焼成が可能
な、ＺnＯ、ＴiＯ2、ＳnＯ2、Ａl2Ｏ3、Ｔa2Ｏ5等のｎ
型（還元型）金属酸化物半導体、ＮiＯ、ＣoＯ、Ｆe
Ｏ、Ｃr2Ｏ3、Ｂi2Ｏ3等のｐ型（酸化型）金属酸化物半
導体を用いることが好ましい。これらの金属酸化物半導
体を例えば０．５〜１０wt％加えて３００〜８００℃で
焼成することによって電気機械変換素子としての強誘電
体素子が得られる。すなわち、電場は添加された金属酸
化物により単結晶体のグレインバンダリー（結晶障壁
層）を通じて印加され、単結晶体の極性を整合すること
が可能になる。
な、ＺnＯ、ＴiＯ2、ＳnＯ2、Ａl2Ｏ3、Ｔa2Ｏ5等のｎ
型（還元型）金属酸化物半導体、ＮiＯ、ＣoＯ、Ｆe
Ｏ、Ｃr2Ｏ3、Ｂi2Ｏ3等のｐ型（酸化型）金属酸化物半
導体を用いることが好ましい。これらの金属酸化物半導
体を例えば０．５〜１０wt％加えて３００〜８００℃で
焼成することによって電気機械変換素子としての強誘電
体素子が得られる。すなわち、電場は添加された金属酸
化物により単結晶体のグレインバンダリー（結晶障壁
層）を通じて印加され、単結晶体の極性を整合すること
が可能になる。
【００３６】つまり、従前は、強誘電体素子材料を１２
００℃〜１４００℃の高温で焼成するために、グレイン
バンダリーを１００nm〜３００nmと薄膜化して印加極性
整合を行うことができるが、９００℃を越えない低温焼
成を行う場合、グレインバンダリーが０．５μｍ〜１０
μｍと厚くなって電圧を印加してもバンダリーの高抵抗
によって極性整合ができないことがある。そのため、金
属酸化物として金属酸化物半導体を用いることによっ
て、単結晶粒子の界面に印加電圧をチャージ（荷電）し
て容易に極性整合させることができる。ただし、この場
合、グレインバンダリーの抵抗が１０3〜１０6Ωcm以下
では抵抗成分が容量成分を上回ることになり、印加電圧
が導通状態になって極性整合ができなくなるおそれがあ
る。これは、金属酸化物の添加量及び焼成温度に依存す
るので、最適条件を見出す必要がある。
００℃〜１４００℃の高温で焼成するために、グレイン
バンダリーを１００nm〜３００nmと薄膜化して印加極性
整合を行うことができるが、９００℃を越えない低温焼
成を行う場合、グレインバンダリーが０．５μｍ〜１０
μｍと厚くなって電圧を印加してもバンダリーの高抵抗
によって極性整合ができないことがある。そのため、金
属酸化物として金属酸化物半導体を用いることによっ
て、単結晶粒子の界面に印加電圧をチャージ（荷電）し
て容易に極性整合させることができる。ただし、この場
合、グレインバンダリーの抵抗が１０3〜１０6Ωcm以下
では抵抗成分が容量成分を上回ることになり、印加電圧
が導通状態になって極性整合ができなくなるおそれがあ
る。これは、金属酸化物の添加量及び焼成温度に依存す
るので、最適条件を見出す必要がある。
【００３７】また、金属酸化物としては誘電体材料の酸
化物を用いることもできる。この誘電体材料の酸化物と
しては、例えば、Ｐb5Ｇe3Ｏ11やＰbＴiＯ3、ＰbＺr
Ｏ3、さらにＰb（Ｍg1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3・Ｐb
ＺrＯ3等の材料を挙げることができる。さらに、Ｐb5Ｇ
e3-X（Ｘ＝Ｓi2.4〜2.6）なども低温焼成が可能であ
る。
化物を用いることもできる。この誘電体材料の酸化物と
しては、例えば、Ｐb5Ｇe3Ｏ11やＰbＴiＯ3、ＰbＺr
Ｏ3、さらにＰb（Ｍg1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3・Ｐb
ＺrＯ3等の材料を挙げることができる。さらに、Ｐb5Ｇ
e3-X（Ｘ＝Ｓi2.4〜2.6）なども低温焼成が可能であ
る。
【００３８】さらに、強誘電体材料の微粒子単結晶体２
としては表面を滑らかにしたものを用いることが好まし
い。微粒子単結晶体２の表面を滑らかにするには表面改
質処理を施す。例えば０．５〜２０μｍの微粒子単結晶
体を湿式（ボールミル、ＺrＯ2）で錬成する。これによ
って、同系列のアモルファス状態の微粉粒が発生する。
これは、アルコール系溶媒と酢酸や鉱酸（ＨＣl，ＨＮ
Ｏ3）を微量添加することで単結晶体の表面の未結晶化
の微粒子やボールミルによる粉砕粒子の表面が活性化さ
れることによる。これをゲル化、アモルファス化するこ
とで、これらの粉体を成形、スクリーン印刷して低温焼
成することが可能になる。
としては表面を滑らかにしたものを用いることが好まし
い。微粒子単結晶体２の表面を滑らかにするには表面改
質処理を施す。例えば０．５〜２０μｍの微粒子単結晶
体を湿式（ボールミル、ＺrＯ2）で錬成する。これによ
って、同系列のアモルファス状態の微粉粒が発生する。
これは、アルコール系溶媒と酢酸や鉱酸（ＨＣl，ＨＮ
Ｏ3）を微量添加することで単結晶体の表面の未結晶化
の微粒子やボールミルによる粉砕粒子の表面が活性化さ
れることによる。これをゲル化、アモルファス化するこ
とで、これらの粉体を成形、スクリーン印刷して低温焼
成することが可能になる。
【００３９】この電気機械変換素子１は低温焼成が可能
になることから、基板４は、酸化ジルコニム等の高温焼
成に耐え得る基板である必要はなく、例えばＳi基板、
ガラス、石英板、アルミナ、ステアタイト等も基板とし
て使用することができる。また、電極５の材料として
も、Ａg−Ｐd等の安価な材料を使用することができる。
になることから、基板４は、酸化ジルコニム等の高温焼
成に耐え得る基板である必要はなく、例えばＳi基板、
ガラス、石英板、アルミナ、ステアタイト等も基板とし
て使用することができる。また、電極５の材料として
も、Ａg−Ｐd等の安価な材料を使用することができる。
【００４０】このように、予め所定の粒径に成長させた
強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し焼
成することで電気機械変換素子を得ることによって、９
００℃を越えない焼成温度（低温焼成）で所望の製品を
得ることができ、耐熱性の低い基板や電極材料を使用す
ることができ、更にデバイス作成工程における温度管理
も容易になり、素子のコストが廉価になるだけでなく、
例えばこの素子を用いたインクジェットヘッドやこのヘ
ッドを備えたインクジェット記録装置のコストを下げる
ことができ、更にライン型インクジェットヘッドの製作
も容易に低コストで行うことができる。
強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し焼
成することで電気機械変換素子を得ることによって、９
００℃を越えない焼成温度（低温焼成）で所望の製品を
得ることができ、耐熱性の低い基板や電極材料を使用す
ることができ、更にデバイス作成工程における温度管理
も容易になり、素子のコストが廉価になるだけでなく、
例えばこの素子を用いたインクジェットヘッドやこのヘ
ッドを備えたインクジェット記録装置のコストを下げる
ことができ、更にライン型インクジェットヘッドの製作
も容易に低コストで行うことができる。
【００４１】次に、本発明に係る電気機械変換素子の製
造方法の一例について図３を参照して説明する。まず、
強誘電体材料などの原料を秤量して、ボールミル或いは
乳鉢混合によって原料を混合し、乾燥した後、０．５〜
２ｔ／cm2でコールドプレスを行って、１１００℃〜１
４５０℃で一次焼成を行う。そして、焼成したものをボ
ールミルでＥtＯＨを添加しながら粉砕し、これを乾燥
して０．５〜２ｔ／cm2でコールドプレスをした後、１
１００℃〜１４５０℃で二次焼成を行う。さらに、二次
焼成したものをボールミルでＥtＯＨを添加しながら粉
砕することによって、０．５〜２μｍ径の強誘電体材料
の微粒子単結晶体が得られる。
造方法の一例について図３を参照して説明する。まず、
強誘電体材料などの原料を秤量して、ボールミル或いは
乳鉢混合によって原料を混合し、乾燥した後、０．５〜
２ｔ／cm2でコールドプレスを行って、１１００℃〜１
４５０℃で一次焼成を行う。そして、焼成したものをボ
ールミルでＥtＯＨを添加しながら粉砕し、これを乾燥
して０．５〜２ｔ／cm2でコールドプレスをした後、１
１００℃〜１４５０℃で二次焼成を行う。さらに、二次
焼成したものをボールミルでＥtＯＨを添加しながら粉
砕することによって、０．５〜２μｍ径の強誘電体材料
の微粒子単結晶体が得られる。
【００４２】そこで、これに金属酸化物を０．５〜１０
wt％添加して、乾式混合（乳鉢混合）をした後、プレス
成形又はスラリー状スクリーン印刷或いはグリーンシー
ト化などを行って形状を整えた後、９００℃を越えない
温度、好ましくは３００℃〜８００℃で低温焼成するこ
とによって、所望形状の製品を得る。
wt％添加して、乾式混合（乳鉢混合）をした後、プレス
成形又はスラリー状スクリーン印刷或いはグリーンシー
ト化などを行って形状を整えた後、９００℃を越えない
温度、好ましくは３００℃〜８００℃で低温焼成するこ
とによって、所望形状の製品を得る。
【００４３】ここで、強誘電体材料の結晶成長は１１０
０℃〜１４５０℃という高温下で生じ、粒子の増大化は
緻密な粉末粒塊の中で生成する。従前のようの粉末のま
までルツボ等で焼成しても粒径０．１〜１μｍ程度の微
粒子単結晶しか得られないが、この図３で説明した方法
を用いることによって容易に粒径０．５〜２０μｍ程度
の単結晶粒子が得られるので、これに金属酸化物を添加
することによって、低温焼成で大きな粒径の単結晶強誘
電体を内蔵した電気機械変換素子が得られ、変位量の大
きな素子を得ることができる。
０℃〜１４５０℃という高温下で生じ、粒子の増大化は
緻密な粉末粒塊の中で生成する。従前のようの粉末のま
までルツボ等で焼成しても粒径０．１〜１μｍ程度の微
粒子単結晶しか得られないが、この図３で説明した方法
を用いることによって容易に粒径０．５〜２０μｍ程度
の単結晶粒子が得られるので、これに金属酸化物を添加
することによって、低温焼成で大きな粒径の単結晶強誘
電体を内蔵した電気機械変換素子が得られ、変位量の大
きな素子を得ることができる。
【００４４】また、金属酸化物混合工程でＮ型或いはＰ
型金属酸化物半導体を０．５〜１０wt％添加して低温焼
成を行うことで、高温焼成によって強誘電体材料の単結
晶増大化は完了しているため、導電性と容量成分とを適
合させたグレインバンダリーが形成され、電気機械変換
素子が得られる。その変換効果（圧電効果）は、多結晶
状態の粒子化単結晶の性能に依存するので、低温焼成で
も強誘電体素子となる電気機械変換素子が得られる。
型金属酸化物半導体を０．５〜１０wt％添加して低温焼
成を行うことで、高温焼成によって強誘電体材料の単結
晶増大化は完了しているため、導電性と容量成分とを適
合させたグレインバンダリーが形成され、電気機械変換
素子が得られる。その変換効果（圧電効果）は、多結晶
状態の粒子化単結晶の性能に依存するので、低温焼成で
も強誘電体素子となる電気機械変換素子が得られる。
【００４５】この単結晶粒子とグレインバンダリーのモ
デルを図４及び図５を参照して説明する。グレンインバ
ンダリー（粒界障壁層）６は抵抗Ｒ0と容量Ｃ0の合成と
なる。この抵抗Ｒ0の成分としては１０6Ωcm以上である
ことが必要である。また、単結晶粒子２の内部の抵抗Ｒ
は、１０〜１０3Ωcm程度のものであり、極性はしきい
値電圧以上で配向整合する。
デルを図４及び図５を参照して説明する。グレンインバ
ンダリー（粒界障壁層）６は抵抗Ｒ0と容量Ｃ0の合成と
なる。この抵抗Ｒ0の成分としては１０6Ωcm以上である
ことが必要である。また、単結晶粒子２の内部の抵抗Ｒ
は、１０〜１０3Ωcm程度のものであり、極性はしきい
値電圧以上で配向整合する。
【００４６】金属酸化物として、異種強誘電体材料、例
えば上述したＰb5Ｇe3Ｏ11やＰbＴiＯ3、ＰbＺrＯ3、さ
らにＰb（Ｍg1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3・ＰbＺrＯ3等
の微粉末を０．５〜１０wt％混合添加することによっ
て、３００℃〜８００℃の温度による焼成によってもバ
ンダリレイヤーが形成できる。これらの材料は、一部ガ
ラス化し易く、内部に微結晶が生成するもので、緻密な
バンダリレイヤーを形成できる。その結果、単結晶体の
圧電効果との相乗効果が得られる。
えば上述したＰb5Ｇe3Ｏ11やＰbＴiＯ3、ＰbＺrＯ3、さ
らにＰb（Ｍg1/3Ｎb2/3）Ｏ3−ＰbＴiＯ3・ＰbＺrＯ3等
の微粉末を０．５〜１０wt％混合添加することによっ
て、３００℃〜８００℃の温度による焼成によってもバ
ンダリレイヤーが形成できる。これらの材料は、一部ガ
ラス化し易く、内部に微結晶が生成するもので、緻密な
バンダリレイヤーを形成できる。その結果、単結晶体の
圧電効果との相乗効果が得られる。
【００４７】次に、本発明に係る電気機械変換素子の製
造方法の他の例について図６を参照して説明する。前述
した二次焼成で０．５〜２０μｍ程度に結晶成長させた
単結晶体粒子をボールミルにて一部粉砕する。このと
き、ＥtＯＨにＨＣＯＨやＣＨ3ＣＯＨを２０〜３０％加
えるか、鉱酸（ＨＣlかＨＮＯ3）を１Ｎ（規定）の溶液
で２０〜３０％加える。これによって、単結晶体粒子の
破砕粒子やアモルファス成分を活性化させて、水酸基を
付与した構造とすることができる。これを乾燥し、再度
粉砕した後、コールドプレス成形、グリーンシート化、
スクリーン印刷などの工法を用いて所望の素子形状と
し、これを３００℃〜９００℃程度で低温焼成すること
によって、電気機械変換素子を得ることができる。
造方法の他の例について図６を参照して説明する。前述
した二次焼成で０．５〜２０μｍ程度に結晶成長させた
単結晶体粒子をボールミルにて一部粉砕する。このと
き、ＥtＯＨにＨＣＯＨやＣＨ3ＣＯＨを２０〜３０％加
えるか、鉱酸（ＨＣlかＨＮＯ3）を１Ｎ（規定）の溶液
で２０〜３０％加える。これによって、単結晶体粒子の
破砕粒子やアモルファス成分を活性化させて、水酸基を
付与した構造とすることができる。これを乾燥し、再度
粉砕した後、コールドプレス成形、グリーンシート化、
スクリーン印刷などの工法を用いて所望の素子形状と
し、これを３００℃〜９００℃程度で低温焼成すること
によって、電気機械変換素子を得ることができる。
【００４８】次に、本発明に係る電気機械変換素子を使
用したインクジェットヘッドの一例について図７乃至図
９を参照して説明する。図７はインクジェットヘッドの
外観斜視図、図８は図７の要部拡大断面図、図９はノズ
ルプレートの斜視図である。
用したインクジェットヘッドの一例について図７乃至図
９を参照して説明する。図７はインクジェットヘッドの
外観斜視図、図８は図７の要部拡大断面図、図９はノズ
ルプレートの斜視図である。
【００４９】このインクジェットヘッドは、１又は複数
の共通インク流路及び複数のインク液室である加圧液室
を形成する液室プレート１１、加圧液室に連通する吐出
口（ノズル、オリフィス）、共通インク流路と加圧液室
とを連通するインク供給路を形成するノズルプレート１
２と、液室プレート１１の各加圧液室に対応して接合又
は液室プレート１１と一体焼成したアクチュエータ素子
である複数の本発明に係る電気機械変換素子からなる圧
電素子１３とを備えている。
の共通インク流路及び複数のインク液室である加圧液室
を形成する液室プレート１１、加圧液室に連通する吐出
口（ノズル、オリフィス）、共通インク流路と加圧液室
とを連通するインク供給路を形成するノズルプレート１
２と、液室プレート１１の各加圧液室に対応して接合又
は液室プレート１１と一体焼成したアクチュエータ素子
である複数の本発明に係る電気機械変換素子からなる圧
電素子１３とを備えている。
【００５０】液室プレート１１は、図８に示すように、
複数の各加圧液室１５をなす複数の凹部１１ａと、これ
ら複数の各加圧液室１５と隔壁部１６で隔てられ、各加
圧液室１５にインクを供給するための共通インク流路１
７を形成する凹部１１ｂとを有している。加圧液室１５
の上面隔壁は、材質によって異なるが、数μｍから数１
０μｍの薄板状で変形可能なダイアフラム部１８とし
て、このダイアフラム部１８の外面に圧電素子１３を接
着又は一体焼成している。また、共通インク流路１７に
は外部からのインクが流入するためのインク供給穴１９
を形成している。
複数の各加圧液室１５をなす複数の凹部１１ａと、これ
ら複数の各加圧液室１５と隔壁部１６で隔てられ、各加
圧液室１５にインクを供給するための共通インク流路１
７を形成する凹部１１ｂとを有している。加圧液室１５
の上面隔壁は、材質によって異なるが、数μｍから数１
０μｍの薄板状で変形可能なダイアフラム部１８とし
て、このダイアフラム部１８の外面に圧電素子１３を接
着又は一体焼成している。また、共通インク流路１７に
は外部からのインクが流入するためのインク供給穴１９
を形成している。
【００５１】ここで、液室プレート１１の材質として
は、前述したように圧電素子１３を一体焼成するのであ
れば、低温焼成が可能であるので、Ｓi基板、アルミ
ナ、ステアタイトなどを用いることができる。また、接
着の場合には、樹脂等を用いることもでき、例えばポリ
フェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポ
リイミド等のエンジニアリングプラスチック系の樹脂、
或いは、これらの樹脂にチタン、アルミナ、ガラスフィ
ラー等の粒子材を混入し、熱膨張係数を低減した樹脂を
用いるのが好ましい。その他のセラミックス材料として
は、チタニア系セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、
ジルコニア等の材料を用いることもできる。
は、前述したように圧電素子１３を一体焼成するのであ
れば、低温焼成が可能であるので、Ｓi基板、アルミ
ナ、ステアタイトなどを用いることができる。また、接
着の場合には、樹脂等を用いることもでき、例えばポリ
フェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポ
リイミド等のエンジニアリングプラスチック系の樹脂、
或いは、これらの樹脂にチタン、アルミナ、ガラスフィ
ラー等の粒子材を混入し、熱膨張係数を低減した樹脂を
用いるのが好ましい。その他のセラミックス材料として
は、チタニア系セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、
ジルコニア等の材料を用いることもできる。
【００５２】この場合、圧電素子１３の焼成温度は上述
したように９００℃を越えない低温焼成が可能であるの
で、Ｓi基板等で液室プレート１１を成形後、ダイアフ
ラム部１８上に圧電素子１３を一体的に焼成できる。
したように９００℃を越えない低温焼成が可能であるの
で、Ｓi基板等で液室プレート１１を成形後、ダイアフ
ラム部１８上に圧電素子１３を一体的に焼成できる。
【００５３】この液室プレート１１の外面には、図７に
示すように、各列のすべての圧電素子１３の一方の電極
２１に接続した共通電極パターン２２を形成すると共
に、圧電素子１３の他方の電極２３に個別的に接続した
個別電極パターン２４とを形成している。ここで、個別
電極パターン２４と圧電素子１３の他方の電極２３と
は、ワイヤーボンディング、導電接着、またはＦＰＣ等
によって接続する。この圧電素子１３に接続した共通電
極パターン２２にはＧＮＤを接続し又は数１０Ｖの電圧
を印加し、個別電極パターン２４には選択的に数１０Ｖ
の電圧を印加する。更に、液室プレート１１の共通イン
ク流路１７にインク供給穴１９を介して外部からインク
を供給するためのインク供給パイプ２５を取付けてい
る。
示すように、各列のすべての圧電素子１３の一方の電極
２１に接続した共通電極パターン２２を形成すると共
に、圧電素子１３の他方の電極２３に個別的に接続した
個別電極パターン２４とを形成している。ここで、個別
電極パターン２４と圧電素子１３の他方の電極２３と
は、ワイヤーボンディング、導電接着、またはＦＰＣ等
によって接続する。この圧電素子１３に接続した共通電
極パターン２２にはＧＮＤを接続し又は数１０Ｖの電圧
を印加し、個別電極パターン２４には選択的に数１０Ｖ
の電圧を印加する。更に、液室プレート１１の共通イン
ク流路１７にインク供給穴１９を介して外部からインク
を供給するためのインク供給パイプ２５を取付けてい
る。
【００５４】ノズルプレート１２には、図８及び図９に
示すように、加圧液室１５に臨む吐出口２７及びこの吐
出口２７の導入口２７ａを形成すると共に、液室プレー
ト１１の隔壁部１６に対応して、共通インク流路１７か
ら加圧液室１５にインクを供給するインク供給路１８を
形成している。
示すように、加圧液室１５に臨む吐出口２７及びこの吐
出口２７の導入口２７ａを形成すると共に、液室プレー
ト１１の隔壁部１６に対応して、共通インク流路１７か
ら加圧液室１５にインクを供給するインク供給路１８を
形成している。
【００５５】このインクジェットヘッドにおいては、圧
電素子１３にパルス状の電圧を印加することでダイアフ
ラム部１８とのユニモルフ構造によって厚み方向が拡張
し、面方向が収縮してダイアフラム部１８の加圧液室１
５方向への変形が発生し、加圧液室１５内のインクをパ
ルス状に加圧して吐出口２７からインク滴を吐出させ
る。
電素子１３にパルス状の電圧を印加することでダイアフ
ラム部１８とのユニモルフ構造によって厚み方向が拡張
し、面方向が収縮してダイアフラム部１８の加圧液室１
５方向への変形が発生し、加圧液室１５内のインクをパ
ルス状に加圧して吐出口２７からインク滴を吐出させ
る。
【００５６】次に、本発明に係る電気機械変換素子を使
用したライン型インクジェットヘッドを備えたライン型
インクジェット記録装置の一例について図１０及び図１
１を参照して説明する。図１０はインクジェット記録装
置の要部概略斜視図、図１１はインクジェットヘッドの
概略平面図である。
用したライン型インクジェットヘッドを備えたライン型
インクジェット記録装置の一例について図１０及び図１
１を参照して説明する。図１０はインクジェット記録装
置の要部概略斜視図、図１１はインクジェットヘッドの
概略平面図である。
【００５７】このインクジェット記録装置は、多数の吐
出口（ノズル）を形成したインクジェットヘッド３１を
ステップモータ３２で左右（水平）方向に微小移動さ
せ、搬送ローラ３３で主走査方向と直交する方向に記録
媒体（受像材）である記録紙３４を搬送しながら、イン
クジェットヘッド３１の吐出口からインク滴３５を吐出
させて記録紙３４上に所要の画像を記録するライン型記
録装置である。
出口（ノズル）を形成したインクジェットヘッド３１を
ステップモータ３２で左右（水平）方向に微小移動さ
せ、搬送ローラ３３で主走査方向と直交する方向に記録
媒体（受像材）である記録紙３４を搬送しながら、イン
クジェットヘッド３１の吐出口からインク滴３５を吐出
させて記録紙３４上に所要の画像を記録するライン型記
録装置である。
【００５８】インクジェットヘッド３１は、図１０に示
すように、基板４０に先端部を吐出口４１とする所定の
深さを有するインク液室であるインク流路溝４２を所定
のピッチで形成すると共に、各インク流路溝４２，４２
……に連通してインクを一次保存するための共通流路溝
４３を形成し、基板４０上に振動板４４を接着して、こ
の振動板４４上に各インク流路溝４２，４２……に対応
して本発明に係る電気機械変換素子で形成した圧電素子
４５，４５……を設けて構成している。
すように、基板４０に先端部を吐出口４１とする所定の
深さを有するインク液室であるインク流路溝４２を所定
のピッチで形成すると共に、各インク流路溝４２，４２
……に連通してインクを一次保存するための共通流路溝
４３を形成し、基板４０上に振動板４４を接着して、こ
の振動板４４上に各インク流路溝４２，４２……に対応
して本発明に係る電気機械変換素子で形成した圧電素子
４５，４５……を設けて構成している。
【００５９】このインクジェット記録装置においては、
例えば３２０μｍのノズルピッチ（吐出口４１の間隔）
を有するインクジェットヘッド４１をステップモータ４
２で記録紙搬送方向と直交する方向に３２μｍずつステ
ッピングさせることで、８００dpiの記録ドット密度で
画像を記録することができる。なお、ステップモータに
代えて従前の圧電素子或いは本発明に係る電気機械変換
素子で形成した圧電素子を用いてインクジェットヘッド
４１を微小移動させることもできる。つまり、このイン
クジェット記録装置においては、ライン型インクジェッ
トヘッドを微小移動させることでノズルピッチよりも高
い記録密度で記録を行う。
例えば３２０μｍのノズルピッチ（吐出口４１の間隔）
を有するインクジェットヘッド４１をステップモータ４
２で記録紙搬送方向と直交する方向に３２μｍずつステ
ッピングさせることで、８００dpiの記録ドット密度で
画像を記録することができる。なお、ステップモータに
代えて従前の圧電素子或いは本発明に係る電気機械変換
素子で形成した圧電素子を用いてインクジェットヘッド
４１を微小移動させることもできる。つまり、このイン
クジェット記録装置においては、ライン型インクジェッ
トヘッドを微小移動させることでノズルピッチよりも高
い記録密度で記録を行う。
【００６０】なお、本発明に係る電気機械変換素子は、
上記実施例で説明したインクジェットヘッドのアクチュ
エータ素子として用いることができるだけでなく、その
他、モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピ
ーカー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、
振動センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動
体、発振体などの多くの用途に用いることができる。ま
た、上述したインクジェットヘッドやインクジェット記
録装置の構成も上記実施例のものに限られるものではな
い。
上記実施例で説明したインクジェットヘッドのアクチュ
エータ素子として用いることができるだけでなく、その
他、モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピ
ーカー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、
振動センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動
体、発振体などの多くの用途に用いることができる。ま
た、上述したインクジェットヘッドやインクジェット記
録装置の構成も上記実施例のものに限られるものではな
い。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電気機
械変換素子によれば、予め所定の粒径に成長させた強誘
電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し焼成し
てなる構成としたので、低温焼成が可能になって、素子
の製造コストを低減することができる。
械変換素子によれば、予め所定の粒径に成長させた強誘
電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し焼成し
てなる構成としたので、低温焼成が可能になって、素子
の製造コストを低減することができる。
【００６２】請求項２の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１の電気機械変換素子において、微粒子単結晶
体の粒径が０．５〜２０μｍである構成としたので、大
きな変位量が得られる。
記請求項１の電気機械変換素子において、微粒子単結晶
体の粒径が０．５〜２０μｍである構成としたので、大
きな変位量が得られる。
【００６３】請求項３の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１又は２の電気機械変換素子において、金属酸
化物がＮ型又はＰ型の酸化物半導体である構成としたの
で、単結晶体の極性整合を容易に行うことができる。
記請求項１又は２の電気機械変換素子において、金属酸
化物がＮ型又はＰ型の酸化物半導体である構成としたの
で、単結晶体の極性整合を容易に行うことができる。
【００６４】請求項４の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１又は２の電気機械変換素子において、金属酸
化物が誘電体材料からなる構成としたので、緻密なバン
ダリーレイヤを構成することができる。
記請求項１又は２の電気機械変換素子において、金属酸
化物が誘電体材料からなる構成としたので、緻密なバン
ダリーレイヤを構成することができる。
【００６５】請求項５の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料がＰbＺrＯ3・ＰbＴiＯ3系の材料であ
る構成としたので、変位量の大きな素子が得られる。
記請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料がＰbＺrＯ3・ＰbＴiＯ3系の材料であ
る構成としたので、変位量の大きな素子が得られる。
【００６６】請求項６の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料が反強誘電体材料である構成としたの
で、変位量の大きな素子が得られる。
記請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料が反強誘電体材料である構成としたの
で、変位量の大きな素子が得られる。
【００６７】請求項７の電気機械変換素子によれば、上
記請求項６の電気機械変換素子において、反強誘電体材
料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の
材料である構成としたので、変位量の大きな素子が得ら
れる。
記請求項６の電気機械変換素子において、反強誘電体材
料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の
材料である構成としたので、変位量の大きな素子が得ら
れる。
【００６８】請求項８の電気機械変換素子によれば、上
記請求項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料の微粒子単結晶体の表面が滑らかであ
る構成としたので、不純物のダメージやアルカリイオン
の妨害イオンダメージのない素子を製造することが可能
になる。
記請求項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子におい
て、強誘電体材料の微粒子単結晶体の表面が滑らかであ
る構成としたので、不純物のダメージやアルカリイオン
の妨害イオンダメージのない素子を製造することが可能
になる。
【００６９】請求項９の電機機械変換素子によれば、上
記請求項１乃至８のいずれかの電気機械変換素子におい
て、前記強誘電体材料の微粒子単結晶体は表面改質処理
が施されている構成としたので、不純物のダメージやア
ルカリイオンの妨害イオンダメージのない素子が得ら
れ、素子の性能が向上する。
記請求項１乃至８のいずれかの電気機械変換素子におい
て、前記強誘電体材料の微粒子単結晶体は表面改質処理
が施されている構成としたので、不純物のダメージやア
ルカリイオンの妨害イオンダメージのない素子が得ら
れ、素子の性能が向上する。
【００７０】請求項１０の電気機械変換素子の製造方法
によれば、予め所望の粒径に成長させた強誘電体材料の
微粒子単結晶体に金属酸化物を添加混合した後、この混
合物を所定の形状に形成し、９００℃を越えない温度で
焼成する構成としたので、低温焼成ができて温度管理が
容易になり、また、耐温度が低い他の部材と一体焼成す
ることが可能になり、コストが低減する。
によれば、予め所望の粒径に成長させた強誘電体材料の
微粒子単結晶体に金属酸化物を添加混合した後、この混
合物を所定の形状に形成し、９００℃を越えない温度で
焼成する構成としたので、低温焼成ができて温度管理が
容易になり、また、耐温度が低い他の部材と一体焼成す
ることが可能になり、コストが低減する。
【００７１】請求項１１の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１０の電気機械変換素子の製造方
法において、微粒子単結晶体として粒径が０．５〜２０
μｍのものを用いる構成としたので、変位量の大きな素
子を得ることができる。
によれば、上記請求項１０の電気機械変換素子の製造方
法において、微粒子単結晶体として粒径が０．５〜２０
μｍのものを用いる構成としたので、変位量の大きな素
子を得ることができる。
【００７２】請求項１２電気機械変換素子の製造方法に
よれば、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の
製造方法において、金属酸化物にＮ型又はＰ型の酸化物
半導体を用いる構成としたので、単結晶体の極性整合を
容易に行うことができる。
よれば、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子の
製造方法において、金属酸化物にＮ型又はＰ型の酸化物
半導体を用いる構成としたので、単結晶体の極性整合を
容易に行うことができる。
【００７３】請求項１３の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子
の製造方法において、金属酸化物として誘電体材料を用
いる構成としたので、緻密なバンダリーレイヤを構成す
ることができる。
によれば、上記請求項１０又は１１の電気機械変換素子
の製造方法において、金属酸化物として誘電体材料を用
いる構成としたので、緻密なバンダリーレイヤを構成す
ることができる。
【００７４】請求項１４の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料がＰbＺr
Ｏ3・ＰbＴiＯ3系の材料である構成としたので、変位量
の大きな素子を得ることができる。
によれば、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料がＰbＺr
Ｏ3・ＰbＴiＯ3系の材料である構成としたので、変位量
の大きな素子を得ることができる。
【００７５】請求項１５の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料が反強誘
電体材料である構成としたので、変位量の大きな素子を
得ることができる。
によれば、上記請求項１０乃至１３のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料が反強誘
電体材料である構成としたので、変位量の大きな素子を
得ることができる。
【００７６】請求項１６の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１５の電気機械変換素子の製造方
法において、反強誘電体材料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又
はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料である構成としたので、
変位量の大きな素子を得ることができる。
によれば、上記請求項１５の電気機械変換素子の製造方
法において、反強誘電体材料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又
はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料である構成としたので、
変位量の大きな素子を得ることができる。
【００７７】請求項１７の電気機械変換素子の製造方法
によれば、上記請求項１０乃至１６のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料を高温で
一次焼成で形成し、これを湿式粉砕して表面改質を行っ
た後、高温で二次焼成を行ない、これを粉砕して予め所
望の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体を
生成する構成としたので、不純物のダメージやアルカリ
イオンの妨害イオンダメージのない素子を製造すること
ができる。
によれば、上記請求項１０乃至１６のいずれかの電気機
械変換素子の製造方法において、強誘電体材料を高温で
一次焼成で形成し、これを湿式粉砕して表面改質を行っ
た後、高温で二次焼成を行ない、これを粉砕して予め所
望の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体を
生成する構成としたので、不純物のダメージやアルカリ
イオンの妨害イオンダメージのない素子を製造すること
ができる。
【００７８】請求項１８のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至９のいずれかの電気機械変換素子
と、この電気機械変換素子の変位で内容積が変化するイ
ンク液室と、このインク液室に連通してインク滴を吐出
する吐出口とを備えた構成としたので、インクジェット
ヘッドのコストを低減することができる。
ば、上記請求項１乃至９のいずれかの電気機械変換素子
と、この電気機械変換素子の変位で内容積が変化するイ
ンク液室と、このインク液室に連通してインク滴を吐出
する吐出口とを備えた構成としたので、インクジェット
ヘッドのコストを低減することができる。
【００７９】請求項１９のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１０乃至１７のいずれかの電機機械変換
素子の製造方法で製造した電気機械変換素子と、この電
気機械変換素子の変位で内容積が変化するインク液室
と、このインク液室に連通してインク滴を吐出する吐出
口とを備えた構成としたので、インクジェットヘッドの
コストを低減することができる。
ば、上記請求項１０乃至１７のいずれかの電機機械変換
素子の製造方法で製造した電気機械変換素子と、この電
気機械変換素子の変位で内容積が変化するインク液室
と、このインク液室に連通してインク滴を吐出する吐出
口とを備えた構成としたので、インクジェットヘッドの
コストを低減することができる。
【００８０】請求項２０のインクジェットヘッドは、上
記請求項１８又は１９のインクジェットヘッドにおい
て、複数のノズルを主走査方向にライン状に列設してな
るライン型ヘッドである構成としたので、ライン型イン
クジェットヘッドのコストを低減することができる。
記請求項１８又は１９のインクジェットヘッドにおい
て、複数のノズルを主走査方向にライン状に列設してな
るライン型ヘッドである構成としたので、ライン型イン
クジェットヘッドのコストを低減することができる。
【図１】本発明を適用した電気機械変換素子の模式的断
面図
面図
【図２】同電気機械変換素子を基板上に配設した状態の
模式的断面図
模式的断面図
【図３】本発明に係る電気機械変換素子の製造方法の一
例を示すフロー図
例を示すフロー図
【図４】単結晶粒子とグレインバンダリーのモデルを説
明する模式図
明する模式図
【図５】図４の等価回路を示す説明図
【図６】本発明に係る電気機械変換素子の製造方法の他
の一例を示す要部フロー図
の一例を示す要部フロー図
【図７】本発明に係る電気機械変換素子を使用したイン
クジェットヘッドの一例を示す外観斜視図
クジェットヘッドの一例を示す外観斜視図
【図８】図７の要部拡大断面図
【図９】図８のノズルプレートの斜視図
【図１０】本発明に係る電気機械変換素子を使用したラ
イン型インクジェットヘッドを有するインクジェット記
録装置の要部概略斜視図
イン型インクジェットヘッドを有するインクジェット記
録装置の要部概略斜視図
【図１１】同ライン型インクジェットヘッドの説明図
【図１２】従来の電気機械変換素子の製造方法を説明す
るフロー図
るフロー図
１…電気機械変換素子、２…微粒子単結晶体、３…金属
酸化物、１１…液室プレート、１３…圧電素子、１２…
ノズルプレート、２７…吐出口、３１…ライン型インク
ジェットヘッド。
酸化物、１１…液室プレート、１３…圧電素子、１２…
ノズルプレート、２７…吐出口、３１…ライン型インク
ジェットヘッド。
Claims (20)
- 【請求項１】 電気信号を機械的変位に変換し、或いは
機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子にお
いて、この電気機械変換素子は予め所定の粒径に成長さ
せた強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加
し焼成してなることを特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電気機械変換素子にお
いて、前記微粒子単結晶体の粒径が０．５〜２０μｍで
あることを特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の電気機械変換素
子において、前記金属酸化物がＮ型又はＰ型の酸化物半
導体であることを特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載の電気機械変換素
子において、前記金属酸化物が誘電体材料からなること
を特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の電気
機械変換素子において、前記強誘電体材料がＰbＺrＯ3
・ＰbＴiＯ3系の材料であることを特徴とする電気機械
変換素子。 - 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれかに記載の電気
機械変換素子において、前記強誘電体材料が反強誘電体
材料であることを特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項７】 請求項６に記載の電気機械変換素子にお
いて、前記反強誘電体材料がＰbＬaＺrＳnＴiＯ3系又は
ＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料であることを特徴とする電
気機械変換素子。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の電気
機械変換素子において、前記強誘電体材料の微粒子単結
晶体の表面が滑らかであることを特徴とする電気機械変
換素子。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の電気
機械変換素子において、前記強誘電体材料の微粒子単結
晶体は表面改質処理が施されていることを特徴とする電
気機械変換素子。 - 【請求項１０】 電気信号を機械的変位に変換し、或い
は機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子の
製造方法において、予め所望の粒径に成長させた強誘電
体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加混合した
後、この混合物を所定の形状に形成し、９００℃を越え
ない温度で焼成することを特徴とする電気機械変換素子
の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の電気機械変換素子
の製造方法において、前記微粒子単結晶体として粒径が
０．５〜２０μｍのものを用いることを特徴とする電気
機械変換素子。 - 【請求項１２】 請求項１０又は１１に記載の電気機械
変換素子の製造方法において、前記金属酸化物にＮ型又
はＰ型の酸化物半導体を用いることを特徴とする電気機
械変換素子の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１０又は１１に記載の電気機械
変換素子の製造方法において、前記金属酸化物として誘
電体材料を用いることを特徴とする電気機械変換素子の
製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１０乃至１３のいずれかに記載
の電気機械変換素子の製造方法において、前記強誘電体
材料がＰbＺrＯ3・ＰbＴiＯ3系の材料であることを特徴
とする電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１０乃至１３のいずれかに記載
の電気機械変換素子の製造方法において、前記強誘電体
材料が反強誘電体材料であることを特徴とする電気機械
変換素子の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の電気機械変換素子
の製造方法において、前記反強誘電体材料がＰbＬaＺr
ＳnＴiＯ3系又はＰbＮbＺrＳnＴiＯ3系の材料であるこ
とを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１０乃至１６のいずれかに記載
の電気機械変換素子の製造方法において、強誘電体材料
を高温で一次焼成で形成し、これを湿式粉砕して表面改
質を行った後、高温で二次焼成を行ない、これを粉砕し
て予め所望の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒子単
結晶体を生成することを特徴とする電気機械変換素子の
製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１乃至９のいずれかに記載の電
気機械変換素子と、この電気機械変換素子の変位で内容
積が変化するインク液室と、このインク液室に連通して
インク滴を吐出する吐出口とを備えたことを特徴とする
インクジェットヘッド。 - 【請求項１９】 請求項１０乃至１７のいずれかに記載
の電機機械変換素子の製造方法で製造した電気機械変換
素子と、この電気機械変換素子の変位で内容積が変化す
るインク液室と、このインク液室に連通してインク滴を
吐出する吐出口とを備えたことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。 - 【請求項２０】 請求項１８又は１９に記載のインクジ
ェットヘッドにおいて、このインクジェットヘッドは複
数のノズルを主走査方向にライン状に列設してなるライ
ン型ヘッドであることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24345796A JPH1093153A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 電気機械変換素子及びその製造方法並びにインクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24345796A JPH1093153A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 電気機械変換素子及びその製造方法並びにインクジェットヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093153A true JPH1093153A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17104178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24345796A Pending JPH1093153A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 電気機械変換素子及びその製造方法並びにインクジェットヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1093153A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1033250A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-06 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, ink-jet type recording head, manufacturing method therefor, and ink-jet printer |
| US6328432B1 (en) | 1997-06-25 | 2001-12-11 | Nec Corporation | Ink jet recording head having mending layers between side walls and electrodes |
| JP2005019758A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | 圧電積層体及びその製造方法、圧電アクチュエータ及び電子部品 |
| JP2010023524A (ja) * | 1999-02-01 | 2010-02-04 | Xaar Technology Ltd | 小滴堆積装置 |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP24345796A patent/JPH1093153A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6328432B1 (en) | 1997-06-25 | 2001-12-11 | Nec Corporation | Ink jet recording head having mending layers between side walls and electrodes |
| JP2010023524A (ja) * | 1999-02-01 | 2010-02-04 | Xaar Technology Ltd | 小滴堆積装置 |
| EP1033250A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-06 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, ink-jet type recording head, manufacturing method therefor, and ink-jet printer |
| US6419848B1 (en) | 1999-03-02 | 2002-07-16 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, ink-jet type recording head, manufacturing method therefor, and ink-jet printer |
| JP2005019758A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | 圧電積層体及びその製造方法、圧電アクチュエータ及び電子部品 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040720 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041116 |