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JP2000044392A - セラミック膜の作製方法 - Google Patents

セラミック膜の作製方法

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JP2000044392A
JP2000044392A JP20792398A JP20792398A JP2000044392A JP 2000044392 A JP2000044392 A JP 2000044392A JP 20792398 A JP20792398 A JP 20792398A JP 20792398 A JP20792398 A JP 20792398A JP 2000044392 A JP2000044392 A JP 2000044392A
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Japan
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sol
gel
amorphous powder
prepared
film
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JP20792398A
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Kenji Kitaoka
賢治 北岡
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低温での焼結で結晶成長と緻密化が可
能なセラミック膜の作製方法を提供する。 【解決手段】 本発明のセラミック膜の作製方法は、ゾ
ル−ゲル法により作製したアモルファスの粉末をゾル−
ゲル法により調製したゾルに分散してスラリーを作製
し、このスラリーを簿膜状に塗布して熱処理により結晶
化するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドのアクチュエータ部等に用いられるセラミック膜の
作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、インクジェットプリンタヘッドの
アクチュエータ部となる圧電部材としてPZT(ジルコ
ン酸チタン酸鉛)が用いられているが、近年、その圧電
部材を膜厚10μm程度のPZT厚膜とすることへの要
求がある。このような膜厚のPZT厚膜は従来のバルク
技術や薄膜技術では膜厚をそこまで厚くことができず作
製が困難であるため、例えば米国特許第5,585,1
36号において提案されるようにゾル−ゲル法による作
製を行ってみた。
【0003】クラックや剥離のない膜を作製するために
は、PZTセラミックス粉末とゾル−ゲル法により調整
したPZTゾルの混合溶液を基板にスピン、ディップ、
スプレー、又は印刷等により塗布した後に熱処理を行う
ことで、有機物の除去と結晶化によって目標のPZT厚
膜を得ることができた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
セラミックス粉末を用いるため、緻密な膜を得るには熱
処理温度が高くなり過ぎるという問題がある。それに加
えて、基板材料の高温による劣化、鉛成分の揮発による
組織ずれ(鉛雰囲気焼成により組織ずれは防げるが、鉛
蒸発により基板が劣化する)、電極材料の酸化による劣
化と鉛成分の拡散による劣化等の問題がある。一方、熱
処理温度を低くすると、緻密な膜が得られなくなる。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、上記問題を解決
するため本発明のセラミック膜の作製方法は、ゾル−ゲ
ル法により作製したアモルファスの粉末をゾル−ゲル法
により調製したゾルに分散してスラリーを作製し、この
スラリーを簿膜状に塗布して熱処理により結晶化するも
のである。
【0006】本発明のセラミック膜の作製方法では、上
記アモルファスの粉末を、ゾル−ゲル法によって得られ
たゲルを水蒸気雰囲気中での暴露によって加水分解する
ことより生成されたものを熱処理して粉砕することによ
り作製することが好ましい。また、上記アモルファス粉
末及びゾルは、鉛とジルコニウムとチタンの金属イオン
を含んでいてもよい。
【0007】
【発明の効果】本発明のセラミック膜の作製方法によれ
ば、アモルファス状態を経由するため、従来よりも低温
の700〜800℃程度での結晶成長と緻密化が可能と
なり、基板材料や電極材料に悪影響を与えることなく良
好な膜を作製できる。また、基板材料への悪影響を考慮
しなければ、従来と同じ高温の熱処理によってさらに良
好な膜を作製できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。この説明では、本発明の一実施例であるP
ZT膜の作製方法を具体的な材料及び数値を挙げて例示
する。まず、以下の手順でPZTゾルを調製した。はじ
めに、モル比で2メトキシエタノール:酢酸鉛3水和
物:ジルコニウムプロポキシド:チタンイソプロポキシ
ド:エタノール:水=6:1.00:0.48:0.5
2:20:2を含むゾル溶液を次の手順で調製した。ま
ず、2メトキシエタノールに酢酸鉛3水和物を加えて9
0℃に加熱し溶解させた(溶液A)。この溶液Aとは別
に、モル比で全量の半分の量のエタノールに、チタンイ
ソプロポキシド及びジルコニウムプロポキシドを順に加
えて混合した(溶液B)。そして、溶液Bに溶液Aを入
れて混合し、この混合溶液を78℃で2時間還流した
後、放置して室温まで温度を低下させた。さらに、残り
のエタノールと、水の混合溶媒を滴下し攪拌することで
均質なゾル溶液を調製した(溶液C)。
【0009】次に、溶液Cをロータリーエバポレータに
より、140℃で2時間の濃縮を行い、これにより得ら
れたゾルをさらに乾燥させて乾燥ゲルを作製した後に粒
径が約0.5mm以下程度に砕いた。
【0010】続いて、乾燥ゲルに図1に示す加圧水蒸気
処理装置10で水蒸気による暴露を行った。乾燥ゲル1
2は載置台14上に置かれた試料皿16の中に入れられ
ている。試料皿16は、上部に圧力逃がし弁18及び圧
力計20を備えた圧力容器22内にセットされ、さらに
圧力容器22内の載置台14の周囲には水24が入れら
れている。圧力容器22は、オーブン26内に収容され
ており、このオーブン26で温度を上げることによって
圧力容器22内に水蒸気が発生して内部圧力が高くなる
構造になっている。この加圧水蒸気処理装置10により
200℃、1.5MPaで2時間の水蒸気暴露を行っ
た。これにより、乾燥ゲル12は加水分解処理されて、
含有する有機成分をほとんど除去することができた。
【0011】次に、図2に示すように、乾燥ゲル12に
ついて、電気炉30により300℃で1時間の水蒸気雰
囲気中での熱処理を行った。この電気炉30では、酸素
をキャリアガス32として温水34のバブリングによる
水蒸気36が内部に導入されて、水蒸気中での熱処理が
行われるようになっている。
【0012】続いて、得られた乾燥ゲル12の試料をビ
ーズミルにより平均粒径が約0.5μm程度以下に粉砕
した。X線解析測定と赤外線吸収スペクトル測定の結果
より残留有機物がほとんどないアモルファス粉末が得ら
れたことが確認できた。
【0013】なお、本実施例では上述したように、ゲル
を加圧水蒸気処理することにより金属有機原料をほぼ完
全に加水分解でき、その後300℃程度の熱処理により
残留有機物のほとんど存在しないアモルファス粉末を作
製できたが、完全に加水分解する別の方法としては、ゾ
ルを調製する際に水の量を多くしたり、硝酸等の酸触媒
を加えたり、ゲルを温水に浸漬したりする方法もある。
【0014】続いて、次の工程での溶液Cとの分散性を
良くするために、ビーズミルを用いてアモルファス粉末
を平均粒径が0.3μmになるように粉砕した。そし
て、重量比でアモルファス粉末:溶液C=2:1の割合
で混合し、超音波分散を行うことによりスラリーを作製
した。このスラリーを白金電極付きシリコン基板にスピ
ンコートにより塗布し、電気炉により大気中400℃で
10分間の熱処理を行った。このようなコーティングと
熱処理を2回繰り返した。最後に、電気炉により大気中
で室温から800℃まで昇温速度200℃/minで昇
温し、800℃で30分間保持した後、炉冷することに
よりPZT厚膜を得ることができた。このPZT厚膜は
膜厚10μmで、非常に緻密であり、結晶相は正方晶の
ペロブスカイト相であって、電気機械結合係数はd33
300(N/C)であった。
【0015】比較例としてセラミック粉末を用いた場合
の膜作製を行った。出発原料としてPbO、ZrO2
TiO2の粉末を粉砕混合した後に電気炉で大気中80
0℃で2時間の熱処理を行ってPZTペロブスカイト結
晶を析出した。得られた試料をビーズミルにより平均粒
径が約0.5μm以下程度に粉砕してセラミックス粉末
を作製した。そして、重量比でセラミックス粉末:溶液
C=2:1の割合で混合し、超音波分散を行うことによ
りスラリーを作製した。以下、上述したPZT厚膜作製
方法と同様に、コーティングと熱処理を行った。その結
果、結晶相は正方相のペロブスカイト相であったが、十
分に焼結していなかったため膜強度が弱く、圧電特性も
発現しなかった。
【0016】このように本実施例のPZT厚膜の作製方
法によれば、アモルファス状態を経由するため、従来よ
りも低温の700〜800℃程度での結晶成長と緻密化
が可能となり、基板材料や電極材料に悪影響を与えるこ
となく良好なPZT厚膜を作製できる。また、基板材料
への悪影響を考慮しなければ、従来と同じ高温の熱処理
によってさらに良好なPZT厚膜を作製できる。
【0017】なお、本実施例ではPZT厚膜の作製方法
について例示的に説明したが、本発明はPZT厚膜に限
らず他のセラミック膜の作製にも広く適用できることは
言うまでもない。
【0018】次に、本実施例により作製したPZT厚膜
を用いたインクジェットヘッドについて説明する。図3
はインクジェットヘッド40の部分平面図、図4は図3
におけるA−A線断面図、図5は図4におけるB−B線
断面図である。
【0019】インクジェットヘッド40は、天板42、
隔壁44、スペーサ46及び基板48を備えている。天
板40は例えばシリコンプレートからなり、その下面に
エッチング等により複数の溝状凹部が形成されている。
隔壁44は天板42の凹部形成面に接着されている。こ
れにより、隔壁44によって覆われた天板42の各凹部
の内部がそれぞれ、インクを収容する複数のインク室5
0、各インク室50に供給されるインクを収容する共通
インク室52、及び各インク室52と共通インク室54
との間をそれぞれ連通する複数のインクインレット54
になっている。
【0020】各インク室50は、それぞれ平行に細長く
延びている。また、天板52には各インク室50のイン
クインレット54とは反対側の端部近傍に連通するノズ
ル56がそれぞれ形成されており、これらのノズル56
からインク室50内のインクが吐出されるようになって
いる。
【0021】スペーサ46は隔壁44の下部に固定さ
れ、基板48はスペーサ46の下部に固定されている。
スペーサ46によって隔壁44と基板48との間に空間
58が形成されている。
【0022】隔壁44の空間58に対向する面には、個
別電極60が各インク室50に対応して形成されてい
る。各個別電極60はインク室50の長手方向に沿って
天板42の外部まで帯状に延びており、スペーサ46の
上部において導電性接着層62を介してフレキシブル配
線64にそれぞれ接続されている。フレキシブル配線6
4はドライバ66に接続されている。
【0023】上記個別電極60上であってインク室50
に対応する位置には、駆動部となるPZT厚膜68が矩
形状にパターン形成されている。このPZT厚膜68
は、上述したPZT厚膜の作製方法により形成されたも
のである。各PZT厚膜68の上には共通電極70が形
成されている。各共通電極70は図示しない接続線によ
り基板48上の導電層72にそれぞれ接続されており、
この導電層72を介してアース74にそれぞれ接続され
ている。これにより、上記ドライバ66によって個別電
極60と共通電極70との間に駆動電圧が印加されるよ
うになっている。
【0024】上記構成からなるインクジェットヘッド1
0を用いて印字テストを行った。インクには、図6に示
す組成のブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ
(M)、及びシアン(C)の4種類を用いた。また、記
録紙にはミノルタ製EPペーパを用いた。上記インクジ
ェットヘッド10において、各インク室50に上記いず
れかのインクを充填した状態で、ドライバ66により印
字情報に応じてパルス電圧を各PZT厚膜68に印加し
たところ、各PZT厚膜68が長手方向に縮んで厚み方
向に膨らむように変形し、この変形により隔壁44が押
し上げられてインク室50内のインクが加圧され、ノズ
ル56からインク滴が吐出された。このインク滴が記録
紙に付着してドットが形成され、これらドットの集合に
より印字画像が形成された。その結果、印字性能が良好
であることが確認できた。
【0025】なお、上記説明ではインクジェットヘッド
の駆動部を本発明の一実施例であるPZT厚膜の作製方
法にて形成したが、本発明のセラミック膜の作製方法は
インクジェットヘッドに限られず、広く他の分野の装置
にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 乾燥ゲルの加圧水蒸気処理装置の概略構成
図。
【図2】 乾燥ゲルの熱処理装置の概略構成図。
【図3】 インクジェットヘッドの部分平面図。
【図4】 図3におけるA−A線断面図。
【図5】 図4におけるB−B線断面図。
【図6】 印字テストで用いたインクの組成を示す図
表。
【符号の説明】
10…加圧水蒸気処理装置、12…乾燥ゲル、30…電
気炉、40…インクジェットヘッド、42…天板、44
…隔壁、48…基板、50…インク室、60…個別電
極、68…PZT厚膜、70…共通電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/187 H01L 41/18 101D 41/22 41/22 Z // B41J 2/045 B41J 3/04 103A 2/055 Fターム(参考) 2C057 AF37 AF91 AF93 AG12 AG44 AG82 AG89 AG93 AP02 AP14 AP25 AQ02 BA04 BA14 4D075 BB21Z BB57Z DC19 DC21 EB05 4G031 AA11 AA12 AA32 BA10 CA08 GA01 GA06 GA19 4G077 AA03 BC43 CB01 CB04 CB08 FE07 FE19 HA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゾル−ゲル法により作製したアモルファ
    スの粉末をゾル−ゲル法により調製したゾルに分散して
    スラリーを作製し、このスラリーを簿膜状に塗布して熱
    処理により結晶化することを特徴とするセラミック膜の
    作製方法。
  2. 【請求項2】 上記アモルファスの粉末は、ゾル−ゲル
    法によって得られたゲルを水蒸気雰囲気中での暴露によ
    って加水分解することにより生成されたものを熱処理し
    て粉砕することにより作製されることを特徴とする請求
    項1に記載のセラミック膜の作製方法。
  3. 【請求項3】 上記アモルファス粉末及びゾルは、鉛と
    ジルコニウムとチタンの金属イオンを含むことを特徴と
    する請求項1に記載のセラミック膜の作製方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011010566A1 (ja) * 2009-07-24 2011-01-27 株式会社ユーテック Pzt膜、電子部品、酸化物材料膜の製造方法及び水蒸気加圧急速加熱装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011010566A1 (ja) * 2009-07-24 2011-01-27 株式会社ユーテック Pzt膜、電子部品、酸化物材料膜の製造方法及び水蒸気加圧急速加熱装置

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