壓電元件、液體噴射頭以及液體噴射裝置的制作方法

專利名稱：壓電元件、液體噴射頭以及液體噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓電元件、液體噴射頭以及液體噴射裝置。
背景技術：
液體噴射頭等中所使用的壓電元件為，通過兩個電極對壓電體膜進行夾持而形成的元件，所述壓電體膜由具有機電轉換功能的壓電材料構成，并且，壓電體膜例如通過結晶化了的壓電性陶瓷而構成。作為使用了這種壓電元件的液體噴射頭，例如存在如下的噴墨式記錄頭，S卩，由振動板構成與噴出油墨滴的噴嘴開口相連通的壓力產生室的一部分，并通過壓電元件使該振 動板變形，從而對壓力產生室的油墨加壓，進而從噴嘴開口噴出油墨滴。在噴墨式記錄頭中，如下的兩種記錄頭被實用化了，即，使用了在壓電元件的軸向上進行拉伸、收縮的縱振動模式的壓電致動器的記錄頭，和使用了撓曲振動模式的壓電致動器的記錄頭。在這種致動器中，為了高密度地進行配置，要求一種能夠以較小的驅動電壓而獲得較大的變形的壓電元件，即位移較大的壓電元件。在此，已知如下的壓電元件，即，以增大壓電常數及消除誤差為目的，而具備PZT和電極的壓電元件，且PZT通過Zr和Ti在室溫下成為菱面體晶的組成比的鈣鈦礦結構，而在(100)方向上結晶取向(參照專利文獻I)。但是，在這種壓電元件中，無法獲得滿足需要的位移。另外，這種問題不限定于以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭，也同樣存在于其他的壓電元件中。專利文獻I :日本特開平11-233844號公報

發明內容
鑒于如上情況，本發明的課題在于提供一種能夠以較小的驅動電壓而獲得較大的變形的壓電元件、液體噴射頭以及液體噴射裝置。本發明的壓電元件的特征在于，具有壓電體膜，其由至少包含Pb、Ti以及Zr的鈣鈦礦型結晶構成；電極，其被設置于該壓電體膜上，源自所述壓電體膜的(100)面的X射線的衍射波峰位置(2 Θ )在21. 89以上21. 97以下，并且，(200)面半峰全寬(2 Θ )在O. 30以上O. 50以下。由于源自壓電體層的(100)面的X射線的衍射波峰位置在2 Θ =21. 89 21. 97度的范圍內，并且，(200)面半峰全寬在O. 30以上O. 50以下，因此可得到能夠以較小的驅動電壓而獲得較大的變形的所需的較高的位移特性。本發明的液體噴射頭的特征在于，具備所述壓電元件。由于具備能夠獲得較高的位移特性的壓電元件，從而液體噴射特性較高。本發明的液體噴射裝置的特征在于，具備所述液體噴射頭。由于具有液體噴射特性較高的液體噴射頭，從而能夠實現所需的液體噴射。


圖I為本發明的實施方式I所涉及的液體噴射頭的分解立體圖。圖2為本發明的實施方式I所涉及的液體噴射頭的俯視圖以及剖視圖。圖3為表示壓電體層的X射線的衍射峰值的圖。圖4為表示本發明的記錄頭的制造方法的剖視圖。圖5為本發明的記錄頭的制造方法中所使用的脫脂裝置的模式圖。圖6為表示本發明的記錄頭的制造方法的剖視圖。圖7為表示本發明的記錄頭的制造方法的剖視圖。圖8為表示本發明的記錄頭的制造方法的剖視圖。 圖9為表示本發明的記錄頭的制造方法的剖視圖。圖10為表示本發明的液體噴射裝置的立體圖。
具體實施例方式噴墨式記錄頭首先，對作為本發明的液體噴射頭的一個示例的噴墨式記錄頭進行說明。圖I為表示本發明的實施方式I所涉及的噴墨式記錄頭的概要結構的分解立體圖，圖2為圖I的俯視圖以及圖I的k-k'剖視圖。如圖所示，流道形成基板10由單晶硅基板構成，且在其一個面上形成有由二氧化娃構成的彈性膜50。在流道形成基板10上，于其寬度方向上并排設置有多個壓力產生室12。此外，在與流道形成基板10的壓力產生室12的并排設置方向正交的方向上的外側的區域內形成有連通部13，并且連通部13與各個壓力產生室12通過針對各個壓力產生室12中的每一個所設置的油墨供給通道14以及連通通道15而被連通。連通部13與后述的保護基板的歧管部31連通，從而構成成為各個壓力產生室12的共用的油墨室的歧管的一部分。油墨供給通道14以窄于壓力產生室12的寬度而形成，并將從連通部13向壓力產生室12流入的油墨的流道阻力保持為固定。此外，在流道形成基板10的開口面側，通過粘合劑或熱熔敷薄膜等而粘著有貫穿設置了噴嘴開口 21的噴嘴板20，所述噴嘴開口 21連通于，與各個壓力產生室12的油墨供給通道14相反的一側的端部附近。另外，噴嘴板20由例如玻璃陶瓷、單晶硅基板或不銹鋼等構成。另一方面，如上文所述，在與這種流道形成基板10的開口面相反的一側，形成有彈性膜50。在彈性膜50上形成有由氧化鋯構成的絕緣體層55。另外，也可以以如下方式構成，即，取代該絕緣體層55、或在絕緣體層55的上表面上設置取向控制層，從而使第一電極60在(100)面上進行優先取向。另外，在該絕緣體層55上，第一電極60、壓電體層70以及第二電極80通過后述的制造方法而被層疊形成，從而構成壓電元件300。在此，壓電元件300是指包含第一電極60、壓電體層70以及第二電極80在內的部分。一般情況下，通過如下方式而構成，即，將壓電兀件300的某一方的電極設定為共用電極,并且針對各個壓力產生室12的每一個而對另一個電極和壓電體層70進行圖案形成。雖然在本實施方式中，將第一電極60設定為壓電元件300的共用電極，并將第二電極80設定為壓電元件300的獨立電極，但即使根據驅動電路或布線的情況而對它們進行相反設定也不會產生障礙。而且，在此將壓電元件300和通過該壓電元件300的驅動而產生位移的振動板統稱為致動器裝置。另外，雖然在上述的示例中，彈性膜50、絕緣體層55以及第一電極60作為振動板而發揮作用，但是當然不限定于此，例如，也可以不設置彈性膜50以及絕緣體層55，而是僅使第一電極60作為振動板而發揮作用。此外，也可以使壓電元件300自身實質性地兼作振動板。在此，上述的第一電極60也可以為由如下金屬構成，且為層疊了多層的結構，所述金屬選自銥(Ir)、鉬(Pt)、鈀(Pd)等的鉬族金屬以及金(Au)。另外，在層疊了的情況下，也可以通過后面的工序，最終成為混合層。在本實施方式中，從絕緣體層55側起依次設定為Pt/Ir/Pt的層疊膜。壓電體層70被形成于這種第一電極60上,并由表現出機電轉換作用的壓電材料構成。壓電體層70為，對作為鈣鈦礦型結構的結晶膜的壓電體膜進行層疊而形成的結構，且至少包含Pb、Ti以及Zr。作為壓電體層70的材料，例如，優選為鋯鈦酸鉛(PZT)等的壓電性材料(強介電性材料)，或者在此基礎上添加了氧化鈮、氧化鎳或氧化鎂等的金屬氧化 物的材料等，并且也可以使用鋯鈦酸鉛鑭((Pb，La) (Zr，Ti )03)、或鋯鈦酸鉛-鈮鎂酸鉛(Pb(Zr, Ti) (M g，Nb) O3)等。在本實施方式中，使用鋯鈦酸鉛。雖然在本實施方式中，壓電體層70中所含有的鋯鈦酸鉛Pb (ZrxTi1^xO3)列舉了理想上x=0. 5的情況，但是滿足O. 47 = X = O. 53，且優選滿足O. 48 = X = O. 52。由于為該范圍，從而介電常數和壓電特性變得極大，由此能夠獲得所需的位移特性。另一方面，由于超過該范圍，而產生耐久性的降低和壓電特性的降低。在這種第一電極60上通過外延生長而形成的壓電體層70,受到第一電極60的面方位的影響而被取向控制，從而結晶面方位在(100 )上進行優先取向。另外，優先取向是指結晶的取向方向并不是無秩序，而是特定的結晶面基本朝向固定的方向的狀態。具體而言，“在(100)面上進行優先取向”是指，在通過X射線衍射廣角法來對壓電體膜進行了測定時所產生的(100)面、(110)面以及(111)面的衍射強度的比率(100)/ ((100) + (110) +(111))大于 O. 5。對于壓電體層70，當通過X射線衍射廣角法來進行測定時，源自該進行了優先取向的(100)面的X射線的衍射波峰位置(2 Θ )在21. 89以上21. 97以下，并且，(200)面半峰全寬(2Θ )在O. 30以上O. 50以下(衍射X射線的波長λ為，λ=1. 5405 Α)ο另外，在本實施方式中提及的壓電體層為，除了與第一電極60上表面接觸而被制成的第一層的壓電體膜以外，一次性地進行燒成而形成的壓電體層。在本實施方式中通過在脫脂工序或燒成工序等中進行調節，從而能夠使壓電體膜成為具有上述預定的衍射波峰位置的結晶系。由于源自(100)面的X射線的衍射波峰位置如前文所述那樣相對位于廣角側(數值較低側)，從而壓電體層70成為菱面體晶，由此壓電體層中的拉伸應力減小，進而能夠向與壓力產生室12相反的一側對電壓未被施加于壓電體層的情況下的撓曲進行調節。由于在以此種方式向與壓力產生室12相反的一側撓曲之后施加電壓時向壓力產生室12側撓曲，因此能夠以較低的電壓增大位移量。并且，由于X射線的衍射波峰的(200)面半峰全寬如前文所述那樣較低，從而在厚度方向上組成變化(組成梯度)較低，由此能夠形成具有所需的壓電特性的壓電體層，因此能夠使位移量增加。例如，當通過這種壓電體層70的X射線衍射廣角法來進行測定時(所使用的測定裝置為Bruker AXS株式會社生產的商品名為D8DISC0VER WithGADDS,衍射X射線的波長λ為，λ 二i, 5405Λ)，衍射波峰如圖3所示。S卩，源自該(100 )面的X射線的衍射波峰位置為2 Θ =21. 93，并且，(200)面半峰全寬為O. 39。對于壓電體層70的厚度，將厚度抑制為在制造工序中不產生裂紋的程度，并形成為呈現充分的位移特性的程度。具體而言，雖然壓電體層70的厚度一般為O. 2 5μπι，但是在本發明中為O. 6 I. 5 μ m。在本實施方式中為1330nm。在這種較薄的壓電體層70中，耐久性良好,且位移良好。另外，由于在本實施方式中，如后文所述通過外延生長方法對壓電體層70進行設置，因此優選為，以預定的條件將其膜形成為，與基底的結晶構造以及晶面間隔類似。此外，優選形成為，在與基底的表面之間沒有因靜電相互作用而產生的斥力的結晶構造。另外，也可以通過不被基底的取向所束縛的自由成長來對壓電體層70進行設置。以此方式，對于壓電體層而言，如果源自(100)面的X射線的衍射波峰位置(2 Θ )在21. 89以上21. 97以下，并且，(200)面半峰全寬(2 Θ )在O. 30以上O. 50以下，則能夠獲 得所需的較高的位移特性。此外，在作為壓電元件300的獨立電極的各個第二電極80上連接有引線電極90，所述引線電極90從油墨供給通道14側的端部附近被引出，并延伸設置至絕緣體層55上，且例如由金(Au)等構成。在形成有這種壓電元件300的流道形成基板10上，S卩，在第一電極60、絕緣體層55以及引線電極90上，通過粘合劑35而接合有保護基板30，所述保護基板30具有構成歧管100的至少一部分的歧管部31。在本實施方式中，該歧管部31在厚度方向上貫穿保護基板30且以橫跨壓力產生室12的寬度方向的方式而形成，并且該歧管部31如上文所述這樣與流道形成基板10的連通部13連通，從而構成了成為各個壓力產生室12的共用的油墨室的歧管100。此外，在保護基板30的與壓電元件300對置的區域內設置有壓電元件保持部32，所述壓電元件保持部32具有不會阻礙壓電元件300的運動的程度的空間。壓電元件保持部32只需具有不會阻礙壓電元件300的運動的程度的空間即可，該空間既可以被密封，也可以不被密封。作為這種保護基板30，優選使用與流道形成基板10的熱膨脹率大致相同的材料，例如，玻璃、陶瓷材料等，在本實施方式中，使用與流道形成基板10為相同材料的單晶硅基板而形成所述保護基板30。此外，在保護基板30上，設置有在厚度方向上貫穿保護基板30的貫穿孔33。而且，從各個壓電元件300引出的引線電極90的端部附近被設置為，在貫穿孔33內露出。此外，在保護基板30上，固定有用于對并排設置的壓電元件300進行驅動的驅動電路120。作為該驅動電路120，例如，可以使用電路基板或半導體集成電路(IC)等。而且，驅動電路120與引線電極90通過由接合引線等的導電性引線構成的連接布線121而被電連接。此外，在這種保護基板30上，接合有由密封膜41和固定板42構成的可塑性基板40。在此，密封膜41由剛性較低且具有可撓性的材料構成，通過該密封膜41而使歧管部31的一個面被密封。此外，固定板42由較為硬質的材料形成。由于該固定板42的與歧管100對置的區域成為在厚度方向上被完全去除的開口部43，因此歧管100的一個面僅被具有可撓性的密封膜41密封。在這種本實施方式的噴墨式記錄頭中，從與未圖示的外部油墨供給單元連接的油墨導入口導入油墨，并在從歧管100至噴嘴開口 21為止由油墨填滿了內部后，根據來自驅動電路120的記錄信號，向與壓力產生室12對應的、各個第一電極60與第二電極80之間施加電壓，而使彈性膜50、絕緣體層55、第一電極60以及壓電體層70發生撓曲變形，由此增高各個壓力產生室12內的壓力從而從噴嘴開口 21噴出油墨滴。此時，由于在本實施方式中，由于壓電體層70在(100)面上進行優先取向，源自(100)面的X射線的衍射波峰位置(2 Θ )在21. 89以上21. 97以下，并且，(200)面半峰全寬(2 Θ )在O. 30以上O. 50以下，因此撓曲變形量較大，從而能夠以較低的驅動電壓獲得較高的變形量(例如在圖3所示的測定結果的情況下為470nm)。制造方法
以下，參照圖4 圖9對上述的噴墨式記錄頭的制造方法進行說明。另外，圖4 圖9為表示噴墨式記錄頭的制造方法的剖視圖。首先，如圖4 Ca)所示，在一體地形成有多個流道形成基板10的硅晶片即流道形成基板用晶片110的表面上，形成構成彈性膜50的、由二氧化硅(SiO2)構成的二氧化硅膜51。接下來，圖4 (b)所示，在彈性膜50 (二氧化硅膜51)上形成了鍺(Zr)層之后，例如，通過500 1200°C的擴散爐進行熱氧化從而形成由氧化鍺(ZrO2)構成的絕緣體層55。接下來，如圖4 (C)所示，在絕緣體層55上的整個表面上形成第一電極60。如果鑒于壓電體層70為鋯鈦酸鉛(PZT)，則優選為，該第一電極60的材料為因氧化鉛的擴散而引起的導電性的變化較少的材料。因此，作為第一電極60的材料優選使用鉬、銥等。此外，第一電極60例如能夠通過陰極真空噴鍍法或PVD法(物理蒸鍍法)等而形成。接下來，在流道形成基板用晶片110的形成有第一電極60的面上，形成由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的壓電體層。此處，在本實施方式中，使用所謂的溶膠-凝膠法來形成壓電體層70，其中，所謂的溶膠-凝膠法為如下的方法，即，通過對將有機金屬化合物溶解、分散于溶劑中的所謂的溶膠(涂布溶液)進行涂敷干燥而使其凝膠化，進一步通過在高溫下進行燒成，從而獲得由金屬氧化物構成的壓電體層70。另外，壓電體層70的制造方法并不限定于溶膠-凝膠法，例如，也可以使用MOD (Metal-Organic Decomposition)法等。作為壓電體層70的具體的形成順序，首先，如圖4(c)所示，在第一電極60上通過濺射法(例如，在本實施方式中為DC濺射法)而形成由預定的厚度的鈦(Ti)構成的第一含鈦層71。雖然未對此時的濺射條件進行特別的限定，但是，優選為濺射壓力在O. 4 4. OPa的范圍內。此外，優選將濺射輸出設定為50 100W，并且優選將濺射溫度設置在常溫(約23 25°C) 200°C的范圍內。而且，優選將功率密度設定為I 4kW/m2左右。通過以這種方式形成第一含鈦層71，從而能夠形成多個在接下來的工序中形成的成為壓電體層70的結晶的核的籽晶鈦。之后，如圖4 Cd)所示，對壓電體前軀體膜72進行成膜，即，將含有金屬有機化合物的溶膠(溶液)涂布在形成有第一含鈦層71的流道形成基板用晶片110上，從而形成壓電體前軀體膜72 (涂布工序)。接下來，將該壓電體前軀體膜72加熱至預定溫度并使其干燥固定時間(干燥工序)。例如，在本實施方式中，能夠通過在100 180°C下將壓電體前軀體膜72保持3 10分鐘，進一步在100 180°C下將壓電體前軀體膜72保持3 10分鐘，從而進行干燥。接下來，通過將干燥后的壓電體前軀體膜72加熱至預定溫度并保持固定時間，從而進行脫脂(脫脂工序)。在脫脂工序中，通過將壓電體前軀體膜72加熱至300 400°C程度的溫度并保持大約3 10分鐘，從而進行脫脂。在本實施方式中，使用以下說明的脫脂裝置而在375°C下保持3分鐘。另外，此處所提及的脫脂是指，使壓電體前軀體膜72中所含有的有機成分解吸成例如，NO2、CO2、H2O等。如圖5所示，脫脂裝置400為裝載有多個腔室401的所謂的多段式的脫脂裝置。腔室401分別在內部具備基板載置臺402，所述基板載置臺402上載置有，形成有壓電體前軀體膜72的流道形成基板用晶片110。在該基板載置臺402中設置有加熱器403，通過該加熱器403能夠對流道形成基板用晶片110進行加熱。該腔室401的頂部被蓋部404密封。該蓋部404在其中央具備用于去除內部的氣體的排氣管405。排氣管405在于垂直方向上裝載的腔室401之間的腔室支承部406之間延伸設置，并將排氣從各個腔室401之間向外部送出O 此處，在本實施方式中，從流道形成基板用晶片110的基板面到蓋部404的距離H為10 20cm。在通常的脫脂裝置中，從基板面到蓋部404的距離為2cm左右，而在本實施方式中，由于脫脂裝置400與通常的脫脂裝置相比距離H較長，因此可高效地實施脫脂工序中的排氣，從而由此而得到的壓電體膜73能夠成為上述那樣的、以較低的電位而具有較大的位移的構件。S卩，當像通常的多段式脫脂裝置那樣，從基板面到蓋部404的距離H為2cm時，壓電體膜通過蓋部404的輻射熱而不僅從下方也從上方被脫脂。原本在壓電體膜形成時欲在壓電體膜的下層形成結晶核，但是，在如前文所述這樣也從上方脫脂時，所得到的壓電體膜中將隨機地形成有結晶核。因此，考慮如下的情況，即，從下方的結晶成長被阻礙，從而無法形成結晶方向一致的優選的壓電體膜73。此外，當像通常的脫脂裝置那樣，從基板面到蓋部404的距離為2cm時，有時會有如下的情況，在脫脂工序中蒸發了的氣體，即，壓電體前軀體膜72中所含有的有機成分解吸成N02、C02、H20等而形成的氣體有時會在蓋部404處反射，從而再次附著于流道形成基板用晶片110的壓電體前軀體膜上的情況，從而無法充分地獲得脫脂的效果。相對于此，在本實施方式中，從流道形成基板用晶片110的基板面到蓋部404的距離H為10 20cm，從而長于通常的脫脂裝置的從基板面到蓋部404的距離2cm。由此，被構成為，不易受到來自被載置于上方的腔室401的熱的影響。而且，由于從流道形成基板用晶片110的基板面到蓋部404的距離H較長，從而在脫脂工序中從壓電體前軀體膜72解吸出的氣體易于從排氣管405流出，由此防止了再次附著于壓電體前軀體膜上的情況。因此，由于本實施方式中的壓電體前軀體膜72 (參照圖4)，在脫脂工序中能夠以所預期的溫度脫脂，且被構成為不易受到由來自上部的腔室401的熱而產生的影響，因此在通過后續的工序來對壓電體前軀體膜進行加熱而使其結晶化時，組成梯度變小，從而能夠形成所需的壓電體膜。此外，由于在脫脂工序中解吸出的氣體易于從排氣管405流出，而抑制了再次附著的情況，因此抑制了雜質的混入。接下來，如圖6 (a)所示，通過利用紅外線加熱裝置將壓電體前軀體膜加熱至預定溫度并保持固定時間，從而使其結晶化，由此形成壓電體膜73 (燒成工序)。另外，在本實施方式中，第一層的壓電體膜73的厚度為120nm。像這樣如本實施方式中后文所述，使第一層的壓電體膜73的厚度薄于其他的壓電體膜73的厚度是為了，對壓電體層70的取向、結晶粒直徑進行控制。另外，在使用這種紅外線加熱裝置進行加熱的燒成工序中，優選將壓電體前軀體膜72加熱至700 760°C，在本實施方式中，通過紅外線加熱裝置，而在740°C下加熱5分鐘從而對壓電體前軀體膜72進行燒成，由此形成壓電體膜73。此外，在燒成工序中，升溫速度優選在100°C /sec以上。通過以此種方式將壓電體膜73的燒成時的升溫速度設置在IOO0C /sec以上，從而與以低溫的升溫速度長時間實施燒成相比，能夠在短時間內實施燒成，且能夠由粒徑較小且均勻的結晶形成壓電體膜73，從而能夠實質性地防止大粒結晶的形成。另外，雖然通過在上述的干燥工序以及脫脂工序中，也使用在燒成工序中所使用的紅外線加熱裝置，從而使所使用的裝置的種類減少由此降低制造成本，但是，在脫脂工序中，為了如上文所述那樣在脫脂時從壓電體前軀體膜72的第一電極60側進行外延生長，而 優選使用脫脂裝置。而且，如圖6 Ca)所示，在第一電極60上形成第一層的壓電體膜73的階段中，對第一電極60以及第一層的壓電體膜73同時實施圖案形成。另外，第一電極60以及壓電體膜73的圖案形成，例如，能夠通過離子銑削等的干蝕刻來實施。接下來，在圖案形成后形成第二含鈦層74。第二含鈦層74以橫跨第一層的壓電體膜73以及絕緣體層55的方式而形成。該第二含鈦層74是為了實施對形成于該第二含鈦層74上的壓電體膜73的取向控制而形成的。第二含鈦層74與第一含鈦層71同樣地，例如通過濺射法而以預定的厚度被形成。之后，反復實施由上述的涂布工序、干燥工序以及脫脂工序組成的前軀體膜形成工序，從而如圖6 (b)所示，形成多層(圖中為三層)壓電體前軀體膜72，之后，一次性地實施燒成工序，從而一次性地形成由多個層構成的壓電體膜73 (—次性燒成工序)。在本實施方式中，在該一次性燒成工序中被一次性燒成而得到的壓電體膜73的膜厚在140nm以上，且優選在240nm以上。反復實施在反復實施了多次這些前軀體膜形成工序之后進行一次性燒成工序的工序，從而如圖6(c)所示形成由多層的壓電體膜73構成的預定厚度的壓電體層70。例如，在本實施方式中，反復實施三次在反復實施了三次前軀體膜形成工序之后進行一次性燒成工序的工序，之后，在形成了兩層壓電體前軀體膜72之后實施一次性燒成工序，并通過總計十二次的涂布，從而得到了整體上為1330nm左右的厚度的壓電體層70。之后，如圖7 (a)所示，在整個壓電體層70上，形成由例如銥(Ir)構成的第二電極80。而且，如圖7 (b)所示，在與各個壓力產生室12對置的區域內對壓電體層70以及第二電極80進行圖案形成，從而形成壓電元件300。作為壓電體層70以及第二電極80的圖案形成，例如，可以列舉出反應性離子蝕刻或離子銑削等的干蝕刻。接下來，形成引線電極90。具體而言，如圖7 (C)所示，通過在以橫跨流道形成基板用晶片110的整個表面的方式形成了引線電極90之后，經由例如由抗蝕劑等構成的掩膜圖案(未圖示)而對各個壓電元件300中的每一個進行圖案形成，從而被形成。
接下來，如圖8 (a)所示，通過粘合劑35將保護基板用晶片130接合于流道形成基板用晶片110的壓電元件300側，其中，所述保護基板用晶片130為硅晶片并由多個保護基板30形成。接下來，如圖8(b)所示，將流道形成基板用晶片110變薄至預定的厚度。接下來，如圖8 (c)所示，在流道形成基板用晶片110上再次形成掩膜52，并圖案形成為預定形狀。然后，如圖9所示，通過經由掩膜52來對流道形成基板用晶片110實施使用了 KOH等的堿性溶液的各向異性蝕刻(濕蝕刻)，從而形成與壓電元件300對應的壓力產生室12、連通部13、油墨供給通道14以及連通通道15等。之后，例如，通過利用切割等進行切斷，從而去除流道形成基板用晶片110以及保護基板用晶片130的外周邊緣部的不需要的部分。然后，通過如下方式而形成圖I所示這種噴墨式記錄頭I，所述方式為，將貫穿設置有噴嘴開口 21的噴嘴板20接合在，流道形成基板用晶片110的與保護基板用晶片130相反的一側的面上，并將可塑性基板40與保護基板 用晶片130接合在一起，且將流道形成基板用晶片110等分割成一個芯片大小的流道形成基板10等。試驗例對于所涉及的噴墨式記錄頭的壓電元件，形成了上述的實施方式所記載的壓電元件(試驗例I)。此外，在試驗例2 5中，分別改變試驗例I的制造條件來形成壓電元件，而且對X射線衍射波峰進行測定，且計算出位移量。以下的表I示出了結果。另外，表I中示出了，(100)波峰位置、(200)半峰全寬、位移量被包含在數值范圍內的情況。表I
制造條件(100)波峰位置~ (200)半峰全寬~ 位移量~
試驗例I 基板-蓋部距離2cm21. 89 21. 97 O. 51 O. 65400 450
試驗例2 基板-蓋部距離IOcm21. 89 21. 97 O. 41 O. 5450 500
試驗例3 基板-蓋部距離20cm21. 89 21. 97 O. 3 O. 4500 550
試驗例4 基板-蓋部距離2cm鉛過剩 21. 80 21. 88 O. 51 O. 65400 450
試驗例5 基板-部距離2cm鈦過少21. 80 21. 88 O. 51 O. 65400 450以此方式，在試驗例2、3中，通過使用上述的基板一蓋部間距離較長的脫脂裝置來實施脫脂工序，從而能夠形成如下的壓電元件，即，源自所述壓電體層的(100)面的X射線的衍射波峰位置在2 0=21.89 21. 97的范圍內，并且，(200)面半峰全寬在O. 30以上O. 50以下的壓電元件。特別是，在試驗例3的情況下，壓電元件的位移量與其他的試驗例相比較高，從而能夠獲得較高的位移量。與此相對，在基板一蓋部間距離較短的試驗例1、4、5中，位移量分別較低。
其他的實施方式以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是本發明的結構并不限定于上述內容。此外，這種本發明的液體噴射頭構成了具備與墨盒等連通的油墨流道的記錄頭單元的一部分，并被搭載于液體噴射裝置中。圖10為表示該液體噴射裝置的一個示例的概要圖。如圖10所示，在具有液體噴射頭的記錄頭單元IA以及IB中，以可拆裝的方式而設置有構成油墨供給裝置的墨盒2A以及2B，搭載有該記錄頭單元IA和IB的滑架3以在軸向上移動自如的方式而被設置在安裝于裝置主體4上的滑架軸5上。該記錄頭單元IA和IB例如分別被設定為，例如噴出黑色油墨組合物和彩色油墨組合物的裝置。而且，通過使驅動電機6的驅動力通過未圖示的多個齒輪和同步齒型帶7而被傳遞至滑架3，從而使搭載有記錄頭單元IA和IB的滑架3沿著滑架軸5進行移動。另一方 面，在裝置主體4上沿著滑架軸5而設置有壓印板8，通過未圖示的供紙輥等而被供紙的、紙等的作為記錄介質的記錄薄片S被輸送至壓印板8上。此處，雖然在上述實施方式中，作為本發明的液體噴射頭的一個示例，對噴墨式記錄頭進行了說明，但是液體噴射頭的基本結構并不限定于上述內容。本發明的對象廣泛包括液體噴射頭全體，例如，能夠應用于打印機等的圖像記錄裝置中使用的各種記錄頭、液晶顯示器等的濾色器的制造中使用的顏色材料噴射頭、有機EL (Electro Luminescence,電致發光)顯示器和FED (面發光顯示器)等的電極形成中使用的電極材料噴射頭、生物芯片(biochip)制造中使用的生物有機物噴射頭等。顯然，搭載有這種液體噴射頭的液體噴射裝置也未被進行特別的限定。而且，本發明不僅可以應用于構成作為壓力產生裝置而被搭載于這種液體噴射頭中的致動器裝置的壓電元件中，也可以應用于構成被搭載于各種裝置中的致動器裝置的壓電元件中。例如，除了上述的頭以外，也可以應用于傳感器等中。符號說明10流道形成基板；12壓力產生室；13連通部；14油墨供給通道；20噴嘴板；21 噴嘴開口；30保護基板；31歧管部；32壓電元件保持部；33貫穿孔；40可塑性基板；50彈性膜；55絕緣體層；60 第一電極；70壓電體層；
80 第二電極；100 歧管。
權利要求
1.一種壓電元件，其特征在于，具有 壓電體膜，其由至少包含Pb、Ti以及Zr的鈣鈦礦型結晶構成； 電極，其被設置于該壓電體膜上， 源自所述壓電體膜的(100)面的X射線的衍射波峰位置(20 )在21. 89以上21. 97以下，并且，(200)面半峰全寬(2 0 )在0.30以上0. 50以下。
2.一種液體噴射頭，其特征在于， 具備權利要求I所述的壓電元件。
3.一種液體噴射裝置，其特征在于， 具備權利要求2所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發明提供一種壓電元件、液體噴射頭以及液體噴射裝置，所述壓電元件能夠以較小的驅動電壓而獲得較大的變形。壓電元件具有壓電體膜，其由包含鋯鈦酸鉛的鈣鈦礦型結晶構成；電極，其被設置于壓電體膜上，源自壓電體膜的(100)面的X射線的衍射波峰位置(2θ)在21.89以上21.97以下，并且，(200)面半峰全寬(2θ)在0.30以上0.50以下。液體噴射頭具備該壓電元件，液體噴射裝置具備該液體噴射頭。
文檔編號H01L41/08GK102810627SQ20121017210
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月29日 優先權日2011年6月1日
發明者大橋幸司 申請人:精工愛普生株式會社