專利名稱：液體噴射頭、液體噴射裝置、以及致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過壓電元件的變位而從噴嘴噴射液滴的液體噴射頭、液 體噴射裝置、以及具有壓電元件的致動器。
背景技術：
在作為噴射液滴的液體噴射頭的代表示例的噴墨式記錄頭中，有的噴 墨式記錄頭例如具有壓電元件，該壓電元件由隔著振動板而設置在形成有 壓力產(chǎn)生室的流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、以及上電極 構成，所述噴墨式記錄頭通過該壓電元件的變位而向壓力產(chǎn)生室內(nèi)施加壓 力，由此從噴嘴噴射墨滴。公知這種噴墨式記錄頭所使用的壓電元件的位 移特性根據(jù)壓電體層的結晶取向而會發(fā)生很大的變化。并且，提出有通過 使構成壓電元件的壓電體層的結晶為預定取向來提高位移特性的壓電元件 (例如，參照專利文獻l)。然而，在這樣由下電極、壓電體層、以及上電極構成的壓電元件中， 有的壓電元件的壓電體層的端面形成為朝著其外側向下傾斜的傾斜面(錐形面)(例如，參照專利文獻2)。例如，在專利文獻2所記載的結構中，在作為壓電體層的傾斜面的部 分(以下稱為錐形部)上盡管未形成上電極，但是由于下電極跨越多個壓 電元件而連續(xù)地形成，因此在該壓電體層的錐形部上也可能會作用有強烈 的驅(qū)動電場，從而會導致壓電體層的錐形部遭受破壞。另外，雖然在專利文獻1和專利文獻2所記載的結構中，構成壓電元件的下電極跨越多個壓電元件而連續(xù)地形成，但是例如也有如下結構下電極按照每個壓電元件而被圖案化(patterning)，并且壓電體層連續(xù)地形 成至下電極的外側(例如，參照專利文獻3)。專利文獻1:日本專利文獻特開2004—66600號公報；4專利文獻2:日本專利文獻特開2007 —118193號公報；專利文獻3:日本專利文獻特開2000 — 32653號公報。

發(fā)明內(nèi)容
在這樣的專利文獻3所記載的壓電元件中，由于不會有很強的驅(qū)動電場作用于壓電體層的錐形部上，因此不會由此而導致壓電體層遭受破壞。但是，在這樣的專利文獻3所記載的結構中，例如在想要采用專利文獻1所記載的壓電體層來提高壓電元件的變位特性的情況下，有可能由于下電極上的壓電體層和下電極的外側(振動板上)的壓電體層的結晶性發(fā)生了變化的原因，在驅(qū)動壓電元件時，在下電極的端部附近壓電體層可能會遭受破壞。
該問題不僅存在于噴射墨滴的噴墨式記錄頭，而且還同樣地存在于噴射其他液滴的液體噴射頭中，另外不僅是液體噴射頭，具有壓電元件的致動器也同樣存在該問題。另外，還存在壓電元件的響應速度慢而難以高速驅(qū)動壓電元件的問題。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種能夠提高壓電元件的變位特性而實現(xiàn)對其高速驅(qū)動、并且能夠抑制壓電體層的破壞而提高耐久性的液體噴射頭、液體噴射裝置、以及致動器。
解決上述問題的本發(fā)明提供一種液體噴射頭，包括流路形成基板和壓電元件，所述流路形成基板并列設置有分別與噴射液滴的噴嘴連通的多個壓力產(chǎn)生室，所述壓電元件包括間隔著振動板而設置在所述流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、以及上電極，所述壓電體層的端面由向其外側傾斜的傾斜面構成，構成各個壓電元件的所述下電極以比所述壓力產(chǎn)生室的寬度窄的寬度形成，并且所述壓電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形成，所述振動板的最表層由絕緣體膜構成，所述絕緣體膜由氧化鈦(TiOx)形成，所述下電極的最表層由取向控制層構成，所述取向控制層由鎳酸鑭(LaNiyOj形成，并且，所述壓電體層由柱狀結晶形成，并且形成在所述絕緣體膜上的壓電體層的晶粒的平均粒徑比形成在所述取向控制層上的壓電體層的晶粒的平均粒徑小。在該發(fā)明中，提高了壓電體層整體的結晶性并實現(xiàn)了實質(zhì)性的均勻 化。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)對壓電元件的高速驅(qū)動并能夠抑制對壓電體層的破壞 從而提高耐久性。這里。優(yōu)選的是所述壓電體層的晶體結構為菱形晶、四方晶或單斜 晶。另外，優(yōu)選的是所述取向控制層和至少形成在該取向控制層上的壓 電體層由鈣鈦礦結構的結晶形成，并且晶面方向沿(110) 、 (001)、(111)或者(113)優(yōu)先取向。由此，能夠更可靠地對壓電元件進行高速 驅(qū)動，并能夠更可靠地抑制隨著反復驅(qū)動而對壓電體層的破壞。另外，優(yōu)選的是被所述壓電體層覆蓋的所述下電極的端面為向其外 側傾斜的傾斜面。由此，在下電極的端面部分上形成的壓電體層的結晶性 進一步提高。因此，能夠進一步可靠地高速驅(qū)動壓電元件并能夠進一步可 靠地抑制隨著反復驅(qū)動壓電元件而對壓電體層的破壞。另外，優(yōu)選的是所述下電極在所述取向控制層的下層具有導電層， 所述導電層由電阻率比所述取向控制層低的材料形成。由此，即使同時驅(qū) 動多個壓電元件，也能夠獲得足夠的電流供應能力。因此，能夠使并列設 置的各個壓電元件的變位特性均勻化。另外，在設置導電層的情況下，優(yōu)選的是所述導電層被所述取向控 制層覆蓋。由此，由于僅下電極的取向控制層與壓電體層接觸，因此進一 步可靠地提高了壓電體層的結晶性。另外，優(yōu)選的是所述導電層由金屬材料、金屬材料的氧化物或它們的 合金形成。特別優(yōu)選的是所述金屬材料包括選自以下組中的至少一種， 所述組包括銅、鋁、鎢、鉑、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、 鈷。通過使用這些材料，能夠進一步可靠地獲得上述電流供應能力。另外，優(yōu)選的是所述壓電體層的主要成分為鋯鈦酸鉛(PZT)。由 此，壓電元件具有良好的變位特性。另外，優(yōu)選的是所述壓電體層的端面被具有耐濕性的保護膜覆蓋。另 外，優(yōu)選的是所述壓電體層的端面被所述上電極覆蓋。由此，能夠抑制由 于大氣中的水分等引起的對壓電體層的破壞。另外，對壓電元件的電極構造沒有特殊的限定，所述下電極可以與所述壓力產(chǎn)生室相對應地獨立設置并構成所述壓電元件的專用電極，所述上電極可以在所述壓力產(chǎn)生室的并列設置方向上跨所述壓力產(chǎn)生室連續(xù)地設置并構成所述壓電元件的共用電極。由此，無論壓電元件的電極構造如何，均能夠提高壓電元件的變位特性并能夠抑制壓電體層的破壞而提高耐久性。
另外，本發(fā)明提供一種具有上述液體噴射頭的液體噴射裝置。根據(jù)該發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了頭的可靠性的液體噴射裝置。
并且，本發(fā)明提供一種致動器，包括振動板和壓電元件，所述振動板設置在基板的一個面?zhèn)龋鰤弘娫ㄔO置在所述振動板上的下電極、壓電體層、以及上電極，所述壓電體層的端面由向其外側傾斜的傾斜面構成，所述壓電體層以比所述下電極寬的寬度形成，所述下電極的端面被所述壓電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣體膜構成，所述絕緣體
膜由氧化鈦(TiOx)形成，所述下電極的最表層由取向控制層構成，所述取向控制層由鎳酸鑭(LaNiyOx)形成，并且，所述壓電體層由柱狀結晶形成，并且形成在所述絕緣體膜上的壓電體層的晶粒的平均粒徑比形成在所述取向控制層上的壓電體層的晶粒的平均粒徑小。
根據(jù)該發(fā)明，提高了壓電體層整體的結晶性并實現(xiàn)了實質(zhì)性的均勻化。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)對壓電元件的高速驅(qū)動并能夠抑制對壓電體層的破壞從而提高耐久性。即，能夠?qū)崿F(xiàn)可高速驅(qū)動并提高了耐久性的致動器。


圖1是實施方式1的記錄頭的分解立體圖2的(a)和(b)是實施方式l的記錄頭的平面圖和截面圖3是表示實施方式1的記錄頭的主要部分的截面圖4的(a) (c)是表示實施方式1的記錄頭的制造工序的截面
圖5的(a) (c)是表示實施方式1的記錄頭的制造工序的截面
圖6的(a) (c)是表示實施方式1的記錄頭的制造工序的截面圖；圖7的(a) (c)是表示實施方式1的記錄頭的制造工序的截面圖；圖8是表示實施方式2的記錄頭的主要部分的截面圖；圖9是實施方式3的記錄頭的分解立體圖；圖10的(a)和(b)是實施方式3的記錄頭的平面圖和截面圖；圖11是表示實施方式3的記錄頭的主要部分的截面圖；圖12是一個實施方式的記錄裝置的簡要示圖。具體實施方式

以下，根據(jù)實施方式來詳細地說明本發(fā)明。 (實施方式1)圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記 錄頭的簡要結構的分解立體圖，圖2的(a)禾n (b)是圖1的平面圖和該 平面圖的A—A'截面圖。如圖所示，流路形成基板10在本實施方式中由晶面方向為(110)的 單晶硅基板形成，在其一個面上形成有由氧化膜構成的彈性膜51。在流路 形成基板10上，由間隔壁ll劃分的、 一個面由彈性膜51構成的多個壓力 產(chǎn)生室12在其寬度方向上并列設置。在流路形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部側設置 有由間隔壁ll劃分并與各壓力產(chǎn)生室12連通的墨水供應通路13和連通路 徑14。在連通路徑14的外側設置有與各連通路徑14連通的連通部15。 該連通部15與后述的保護基板30的貯存部32連通，并構成作為各個壓力 產(chǎn)生室12的共同的墨水室(液體室)的貯存器100的一部分。這里，墨水供應通路13以截面積比壓力產(chǎn)生室12的截面積窄的方式 來形成，該墨水供應通路13將從連通部15向壓力產(chǎn)生室12流入的墨水的 流路阻力保持為固定。例如，墨水供應通路13通過在寬度方向上縮小貯 存器l(K)與各壓力產(chǎn)生室12之間的壓力產(chǎn)生室12側的流路而以比壓力產(chǎn) 生室12的寬度窄的寬度形成。在本實施方式中，通過從單側縮小流路的寬度來形成了墨水供應通路，但是也可以通過從兩側縮小流路的寬度來形成墨水供應通路。另外，可以不縮小流路的寬度而通過縮小流路的厚度來形成墨水供應通路。另外，通過將壓力產(chǎn)生室12的寬度方向上兩側的間
隔壁11向連通部15側延伸設置而劃分墨水供應通路13與連通路徑15之間的空間，由此形成各個連通路徑14。
作為流路形成基板10的材料，在本實施方式中使用了單晶硅基板，但是當然不限于此，例如也可以使用玻璃陶瓷、不銹鋼等。
在流路形成基板10的開口面?zhèn)韧ㄟ^粘接劑或熱熔敷膜等固定有噴嘴板20，在該噴嘴板20上貫穿設置有噴嘴21，該噴嘴21與各壓力產(chǎn)生室12的與墨水供應通路13相反一側的端部附近連通。噴嘴板20例如由玻璃陶瓷、單晶硅基板、不銹鋼等形成。
另一方面，在這樣的流路形成基板10的與開口面相反的一側間隔著振動板50而形成有壓電元件300。這里，將該壓電元件300和通過壓電元件300的驅(qū)動而產(chǎn)生變位的振動板50合稱為致動器。在本實施方式中，在流路形成基板10上如上述那樣形成有彈性膜51，在該彈性膜51上形成有由氧化鈦(TiOx)形成的絕緣體膜52，由該彈性膜51和絕緣體膜52構成了振動板50。
在振動板50 (絕緣體膜52)上形成有包括下電極膜60、壓電體層70、以及上電極膜80的壓電元件300。這里，壓電元件300不僅包括具有下電極膜60、壓電體層70、以及上電極膜80的部分，而且還包括至少具有壓電體層70的部分。 一般來說，將壓電元件300的任一個電極作為共用電極，將另一個電極與壓電體層70—起按照每個壓力產(chǎn)生室12圖案化并作為專用電極。
這里，對本實施方式的壓電元件300的結構進行詳細的說明。如圖3所示，構成壓電元件300的下電極膜60以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度設置在與各壓力產(chǎn)生室12相對的每個區(qū)域，構成了各壓電元件300的專用電極。并且，下電極膜60的端面為朝著其外側傾斜的傾斜面。另外，下電極膜60從各壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部側延伸至周壁而設置，在壓力產(chǎn)生室12外側的區(qū)域分別與例如由金(Au)等形成的引線電極90連接，電壓經(jīng)由該引線電極90被選擇性地施加在各壓電元件 300上(參照圖2)。另外，下電極膜60在本實施方式中由在絕緣體膜52上形成的導電層 61和在導電層61上形成的由鎳酸鑭(LaNiyOx)構成的取向控制層62構 成。導電層61由電阻率比取向控制層62低的材料形成，例如由金屬材 料、金屬材料的氧化物或它們的合金等形成。作為形成導電層61的金屬 材料，具體地說優(yōu)選包括選自以下組中的至少一種，所述組包括銅、鋁、 鎢、鉬、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、鈷。作為用作取向控制層62的鎳酸鑭，例如在本實施方式中使用x=3、 y =1的LaNi03。由這樣的鎳酸鑭形成的取向控制層62實質(zhì)上不會受到作 為基底的導電層61的晶面方向的影響，而由鈣鈦礦結構的結晶形成。對形成這樣的取向控制層62的方法沒有特殊的限定，例如有濺射 法、溶膠一凝膠法、MOD法等，通過適當?shù)卣{(diào)整成膜條件，可以形成具 有上述那樣的結晶性的取向控制層62。壓電體層70以比下電極膜60寬并比壓力產(chǎn)生室12窄的寬度設置。 即，壓電體層70從下電極膜60上連續(xù)地形成至下電極膜60外側的絕緣體 膜52上，與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的下電極膜60被該壓電體層70覆 蓋。在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上，壓電體層70的兩個端部延伸至壓力 產(chǎn)生室12的端部的外側而設置。并且，壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一 個端部側的壓電體層70的端部位于壓力產(chǎn)生室12的端部附近，下電極膜 60進一步延伸至該壓電體層70的端部外側的區(qū)域而設置。并且，在本發(fā)明中，形成在絕緣體膜52上的壓電體層70a由粒徑比取 向控制層62上的壓電體層70b的結晶的粒徑小的結晶構成。即，絕緣體 膜52上的壓電體層70a的結晶粒徑Dl變得比取向控制層62的壓電體層 70b的結晶粒徑D2小。這里所說的結晶粒徑D1、 D2是平面觀看壓電體層 時的晶粒的平均粒徑。由此，壓電體層70的整體的結晶性良好并且實際上變得均勻。艮P， 能夠提高壓電元件300的變位量并抑制隨著壓電元件300的變位而產(chǎn)生對 壓電體層70的破壞。如上所述，取向控制層62上的壓電體層70b在取向10控制層62上外延生長結晶。因此，壓電體層70b即使結晶粒徑比較大也具有良好的結晶性。另一方面，形成在絕緣體膜52上的壓電體層70a雖然沒有外延生長，但是因為由粒徑比取向控制層62上的壓電體層70b的粒徑小的結晶構成，因此具有與取向控制層62上的壓電體層70b同等的良好結晶性。
并且，壓電體層70優(yōu)選至少形成在取向控制層62上的部分70b與取向控制層62相同由鈣鈦礦結構的結晶構成。并且，這些取向控制層62和取向控制層62上的壓電體層70b優(yōu)選晶面方向沿(110) 、 (001)、(111)、或者(113)優(yōu)先取向。S口，優(yōu)選取向控制層62的晶面方向沿(110) 、 (001) 、 (111)、或者(113)優(yōu)先取向，取向控制層62上的壓電體層70b優(yōu)選在取向控制層62上外延生長。優(yōu)選的是形成在取向控制層62以外的部分上的壓電體層70a、即形成在壓電體層70的絕緣體膜52上的部分70a也由鈣鈦礦結構的結晶構成并且晶面取向沿(110) 、 (001) 、 (111)、或者(113)優(yōu)先取向。
具有這樣的壓電體層70的壓電元件300充分確保了變位量并提高了耐久性。即，由于壓電體層70的結晶性優(yōu)良，因此能夠確保作為壓電元件300的充分的變位量，并且能夠抑制由于反復驅(qū)動壓電體層300而導致的壓電元件300的變位量的下降。如果反復驅(qū)動壓電元件300，則隨著壓電元件300的劣化等，其變位量逐漸下降，但是由于壓電體層70具有良好的結晶性，因此能夠抑制該變位量的下降。并且，由于壓電體層70具有良好的結晶性，因此也提高了壓電元件300的響應性，由此也能夠高速驅(qū)動壓電元件300。
另外，壓電體層70、特別是取向控制層62上的壓電體層70a的晶體結構優(yōu)選為菱形晶、四方晶、單斜晶。并且，壓電體層70優(yōu)選由柱狀結晶形成。由此，能夠進一步可靠地抑制壓電元件300的變位量的下降。根據(jù)本發(fā)明的結構，下電極膜60的最表層由取向控制層62構成，所述取向控制層62由鎳酸鑭形成，并且振動板50的最表層由絕緣體膜52構成，所述絕緣體膜52由氧化鈦形成。因此，能夠比較容易地形成為上述某一晶體結構并由柱狀結晶形成的壓電體層70。作為壓電體層70的材料，例如優(yōu)選由以鋯鈦酸鉛[Pb (Zr， Ti) 03: PZT]為主要成分的材料形成，此外也可以使用鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛的固溶體 [Pb (Mg1/3Nb2/3) 03 —PbTi03: PMN —PT]、鋅鈮酸鉛和鈦酸鉛的固溶體 [Pb (Zn1/3Nb2/3) 03—PbTi03: PZN—PT]等。對這樣的壓電體層70的制造方法沒有特殊的限定，例如可例舉出溶 膠一凝膠法、MOD法等。并且，當通過這樣的方法來形成壓電體層70 時，通過適當?shù)卣{(diào)整成膜條件、加熱(燒固)條件等，能夠形成具有上述 結晶性的壓電體層70。另外，在本實施方式中，如上所述下電極膜60的端面由相對于振動 板50的表面傾斜的面構成而不是由與其近似垂直的面構成(參照圖3)。 該下電極膜60的端面相對于振動板50的表面的傾斜角度例如優(yōu)選為10 30°。由此，在該下電極膜60的端面上也會較好地形成壓電體層70。艮P， 壓電體層70的整體的結晶性會進一步均勻化。因此，更加可靠地抑制了 壓電元件300和振動板50的變位量的下降。并且，在本實施方式中，由于如上所述下電極膜60具有電阻率比取 向控制層62低的導電層61，因此即使同時驅(qū)動多個壓電元件300，也能 夠獲得足夠的電流供應能力。因此，即使同時驅(qū)動并列設置的多個壓電元 件300，各個壓電元件300的變位特性也不會產(chǎn)生差異，從而能夠得到穩(wěn) 定的、近似均勻的變位特性。在本實施方式中，上電極膜80與和多個壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域連 續(xù)地形成，另外從壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側延伸至周 壁而設置。即，上電極膜80覆蓋與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的壓電體層 70的上表面和端面的大致整個區(qū)域而設置。由此，通過上電極膜80，實 質(zhì)上能夠防止大氣中的水分(濕氣)浸透至壓電體層70。因此，能夠抑制 由于水分(濕氣)引起的壓電元件300 (壓電體層70)的破壞，從而能夠 顯著地提高壓電元件300的耐久性。在形成有由這樣的振動板50和壓電元件300構成的致動器的流路形 成基板10上通過粘接劑35接合有保護基板30，所述保護基板30在與壓 電元件300相對的區(qū)域具有壓電元件保持部31，所述壓電元件保持部31能夠確保不會阻礙壓電元件300運動的程度的空間。壓電元件300由于形成在該壓電元件保持部31內(nèi)，因此在幾乎不會受到外部環(huán)境影響的狀態(tài)下被保護。另外，在保護基板30上的與流路形成基板IO的連通部15相對應的區(qū)域設置有貯存部32。在本實施方式中，該貯存部32在厚度方向上貫穿保護基板30并沿壓力產(chǎn)生室12的并列設置方向設置，如上所述與流路形成基板IO的連通部15連通，構成作為各個壓力產(chǎn)生室12的共同的墨水室的貯存器100。
并且，在保護基板30的壓電元件保持部31與貯存部32之間的區(qū)域設置有在厚度方向上貫穿保護基板30的通孔33，下電極膜60和引線電極90的端部在該通孔33內(nèi)露出。并且，雖然未進行圖示，但是這些下電極膜60和引線電極90通過在通孔33內(nèi)延伸設置的連接布線而與用于驅(qū)動壓電元件300的驅(qū)動IC等連接。
作為保護基板30的材料，例如有玻璃、陶瓷材料、金屬、樹脂等，但是更優(yōu)選的是由與流路形成基板10的熱膨脹率大致相同的材料形成，在本實施方式中使用與流路形成基板10相同的材料、即單晶硅基板來形成。
在該保護基板30上還接合有由密封膜41和固定板42構成的柔性基板40。密封膜41由剛性低并具有撓性的材料形成，通過該密封膜41來密封貯存部32的一個面。固定板42由金屬等硬質(zhì)材料形成。由于該固定板42的與貯存器100相對的區(qū)域為在厚度方向上完全被除去的開口部43，因此fc存器100的一個面僅被具有可撓性的密封膜41密封。
在這樣的本實施方式的噴墨式記錄頭中，從未圖示的外部墨水供應單元取入墨水，在從貯存器100至噴嘴21的內(nèi)部充滿了墨水后，按照來自未圖示的驅(qū)動IC的記錄信號向與壓力產(chǎn)生室12相對應的各個壓電元件300施加電壓，使壓電元件300發(fā)生撓曲變形，由此各個壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力升高，從而從噴嘴21噴出墨滴。
以下，參照圖4的(a) (c)至圖7的(a) (c)來說明這樣的噴墨式記錄頭的制造方法。圖4的(a) (c)至圖7的(a) (c)是表示噴墨式記錄頭的制造工序的截面圖。首先，如圖4的(a)所示，在作為由晶面方向(110)的單晶硅基板 形成的硅晶片的流路形成基板用晶片110的表面上形成振動板50。具體地 說，首先形成構成彈性膜51的二氧化硅膜53。例如，在本實施方式中， 通過對流路形成基板用晶片110的表面進行熱氧化來形成彈性膜51 (二氧 化硅膜53)。當然，也可以通過熱氧化以外的方法來形成彈性膜51。然 后，在該彈性膜51 (二氧化硅膜53)上形成由氧化鈦(TiOx)形成的絕 緣體膜52。對絕緣體膜52的形成方法沒有特殊的限定，例如可以通過濺 射法來形成。構成振動板50的絕緣體膜52還具有防止構成壓電元件300的壓電體 層70的鉛成分向彈性膜51或流路形成基板IO擴散的作用。然后，如圖4的(b)所示，在振動板50 (絕緣體膜52)上形成下電 極膜60，將該下電極膜60圖案化為預定的形狀。具體地說，例如通過濺 射法等用鉑(Pt)等預定的金屬材料在絕緣體膜52上形成導電層61，然 后在該導電層61上形成由鎳酸鑭構成的取向控制層62。然后，依次對這 些取向控制層62和導電層61進行圖案化。如上所述，取向控制層62的形成方法例如可例舉出濺射法、溶膠一 凝膠法、MOD法等。并且，通過適當?shù)卣{(diào)整成膜條件，能夠形成上述結 晶性優(yōu)良的取向控制層62。然后，如圖4的(c)所示，例如使由鋯鈦酸鉛(PZT)等形成的壓電 體層70在形成有下電極膜60的流路形成基板用晶片110的整個表面上成 膜。對壓電體層70的形成方法沒有特殊的限定，例如在本實施方式中采 用以下的溶膠一凝膠法來形成壓電體層70:對金屬有機物溶解、分散在溶 劑中而形成的所謂的溶膠進行涂布干燥而使其凝膠化，然后通過在高溫下 燒固而得到由金屬氧化物形成的壓電體層70。當然，壓電體層70的形成 方法不限于溶膠一凝膠法，例如也可以使用MOD法或濺射法等。并且，當通過這樣的方法來形成壓電體層70時，通過適當?shù)卣{(diào)整成 膜條件、加熱(燒固)條件等，能夠形成上述結晶性優(yōu)良的壓電體層70。然后，將該壓電體層70圖案化為預定的形狀。具體地說，如圖5的 (a)所示，在壓電體層70上涂布抗蝕劑，對該抗蝕劑進行曝光和顯影，由此形成預定圖案的抗蝕劑膜200。 g卩，例如通過旋涂法等將負性抗蝕劑涂布在壓電體層70上，然后通過使用預定的掩模進行曝光、顯影、烘培來形成抗蝕劑膜200。當然，也可以代替負性抗蝕劑而使用正性抗蝕劑。在本實施方式中，抗蝕劑膜200的端面按照以預定的角度傾斜的方式形成。
然后，如圖5的(b)所示，通過將該抗蝕劑膜200作為掩模對壓電體層70進行離子銑削(ion milling)而將其圖案化為預定的形狀。此時，壓電體層70沿抗蝕劑膜200的傾斜的端面被圖案化。即，壓電體層70的端面為傾斜面。
然后，如圖5的(c)所示，剝離壓電體層70上的抗蝕劑膜200。對抗蝕劑膜200的剝離方法沒有特殊的限定，例如可以通過有機剝離液等來進行剝離。然后，進一步通過預定的清洗液等清洗壓電體層70的表面，由此完全除去抗蝕劑膜200。
然后，如圖6的(a)所示，通過將上電極膜80形成在流路形成基板用晶片110的整個面上并將該上電極膜80圖案化為預定的形狀，來形成壓電元件300。作為上電極膜80的材料，只要是導電性較高的材料即可，此外沒有特殊的限定，例如優(yōu)選使用銥、鉑、鈀等金屬材料。另外，上電極膜80的厚度必須是不會妨礙壓電元件300變位的程度的厚度。但是，該上電極膜80在本實施方式中兼用作耐濕保護膜以防止由于水分而引起的對壓電體層70的破壞，因此優(yōu)選形成得較厚。
然后，如圖6的(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整個面上形成由金(Au)構成的引線電極90，然后針對每個壓電元件300進行圖案化。然后，如圖6的(c)所示，通過粘接劑35將多個保護基板30—體地形成的保護基板用晶片130粘接在流路形成基板用晶片110上。在保護基板用晶片130上預先形成有壓電元件保持部31、貯存部32、以及通孔33。
然后，如圖7的(a)所示，使流路形成基板用晶片IIO變薄至預定的厚度。然后，如圖7的(b)所示，在流路形成基板用晶片110上例如新形成由氮化硅(SiNx)構成的保護膜55，并通過預定的掩模將保護膜55圖案化為預定的形狀。然后，如圖7的(c)所示，將該保護膜55作為掩 模并例如使用KOH等堿溶液對流路形成基板用晶片110進行各向異性蝕 刻(濕蝕刻)，由此在流路形成基板用晶片110上形成壓力產(chǎn)生室12、墨 水供應通路13、連通路徑14、以及連通部15。然后，例如通過切割(dicing)等切斷來除去未圖示的流路形成基板 用晶片110和保護基板用晶片130的外周邊緣部的不需要的部分，將噴嘴 板20接合在流路形成基板用晶片110上并將柔性基板40接合在保護基板 用晶片130上，然后將這些流路形成基板用晶片110分割成圖l所示的一 個芯片的大小，由此制造出噴墨式記錄頭。 (實施方式2)圖8是表示實施方式2的噴墨式記錄頭的主要部分的截面圖。 本實施方式是下電極膜60的結構的其他示例，下電極膜60以外的結 構與實施方式l相同。即，在實施方式l中，將取向控制層62形成在導電 層61上(上表面)，與此相對，如圖8所示，在本實施方式中，覆蓋導 電層61的上表面和端面上、即覆蓋導電層61來設置取向控制層62A。通過這樣的結構，由于即使在下電極膜60的端面處，壓電體層70也 形成在取向控制層62A上，因此進一步提高了下電極膜60的端部附近的 壓電體層70的結晶性。 (實施方式3)圖9是表示實施方式3的噴墨式記錄頭的簡要結構的分解立體圖，圖 10的(a)和(b)是圖9的平面圖和該平面圖的B—B '截面圖。另外， 圖11是表示實施方式3的噴墨式記錄頭的主要部分的截面圖。對與圖l 圖3所示的部件相同的部件標注相同的標號并省略重復的說明。本實施方式除了由構成壓電元件300的下電極膜60A來構成壓電元件 300的共用電極、由上電極膜80A來構成專用電極以外與實施方式1相 同。如圖所示，本實施方式的下電極膜60A在與各壓力產(chǎn)生室12相對的 每個區(qū)域以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度從各壓力產(chǎn)生室12的長度方 向上的一個端部側延伸至周壁而設置，并在周壁上被連結而構成各個壓電元件300共用的共用電極。壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側的下電極膜60A的端部位于與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域內(nèi)。
壓電體層70在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上延伸至兩個端部的外側而設置，與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域中的下電極膜60A的上表面和端面被壓電體層70完全覆蓋。另外，在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部側，下電極膜60A進一步延伸至壓電體層70的外側而設置。
上電極膜80A以比壓電體層70的寬度寬的寬度在與各壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域中分別獨立地設置?！熠啵想姌O膜80A被壓力產(chǎn)生室12之間的間隔壁11斷開而構成壓電元件300的專用電極。另外，上電極膜80A從壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側延伸至周壁而設置。
在本實施方式中，上電極膜80A在各壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側延伸至比壓電體層70的端部靠外側的位置而設置。并且，在該上電極膜80A的端部附近連接有引線電極91，電壓經(jīng)由該引線電極91被選擇性地施加給各壓電元件300。
毋庸置疑，即使在這樣的本實施方式的結構中，也能夠充分確保壓電元件300和振動板50的變位量，并能夠抑制隨著反復驅(qū)動而導致的壓電元件300的變位量的下降。并且，由于壓電體層70的表面被上電極膜80A覆蓋，因此能夠抑制由于水分等引起的壓電元件300的破壞。g卩，無論壓電元件300的電極構造如何，均能夠可靠地抑制壓電體層70的破壞，從而能夠?qū)崿F(xiàn)一種提高了耐久性的噴墨式記錄頭。(其他實施方式)
以上說明了本發(fā)明的各個實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式。
例如，在上述實施方式中說明了下電極膜60由導電層61和取向控制層62這兩層構成的示例，但是下電極膜60的結構不限于此。如果下電極膜60的最表層通過由鎳酸鑭形成的取向控制層62構成，則對其下側的結構沒有特殊的限制，例如導電層61也可以由多層構成。
同樣，在上述實施方式中說明了振動板50由彈性膜51和絕緣體膜52這兩層構成的示例，但是振動板50的結構不限于此。如果振動板50的最表層通過由氧化鈦形成的絕緣體膜52構成，則例如還可以在彈性膜51與 絕緣體膜52之間、或者在彈性膜51與流路形成基板IO之間設置有其他的 層。并且，例如在上述實施方式中，通過上電極膜80來覆蓋壓電體層 70，由此來抑制壓電體層70由于水分而遭受破壞，但是上電極膜80的結 構不限于此。例如，上電極膜80也可以僅設置在與下電極膜60相對的區(qū) 域中。此時，可以在壓電體層70的其他部分上例如形成由包括氧化鋁等 的具有耐濕性的材料形成的保護膜并通過該保護膜來抑制由于水分而引起 的對壓電體層70的破壞。另外，上述實施方式的噴墨式記錄頭構成具有與墨盒等連通的墨水流 路的記錄頭單元的一部分并安裝在作為液體噴射裝置的一個例子的噴墨式 記錄裝置上。圖12是表示該噴墨式記錄裝置的一個例子的簡要示圖。如 圖12所示，具有噴墨式記錄頭的記錄頭單元1A和1B可拆裝地設置在構 成墨水供應單元的墨盒2A和2B上，安裝有這些記錄頭單元1A和1B的 托架3可在軸向上自由移動地設置在安裝于裝置主體4上的托架軸5上。 該記錄頭單元1A和1B例如分別噴出黑色墨水組合物和彩色墨水組合物。 并且，驅(qū)動馬達6的驅(qū)動力經(jīng)由未圖示的多個齒輪和正時帶7被傳遞給托 架3，由此安裝有記錄頭單元1A和1B的托架3沿托架軸5移動。另一方 面，在裝置主體4上沿托架軸5設置有壓紙巻軸8，作為由未圖示的送紙 輥等運送的紙張等記錄介質(zhì)的記錄片S在壓紙巻軸8上被運送。在上述實施方式中，作為本發(fā)明的液體噴射頭的一個例子而說明了噴 墨式記錄頭，但是液體噴射頭的基本結構不限于此。本發(fā)明廣泛地以所有 的液體噴射頭為對象，勿庸置疑也能夠應用于噴射墨水以外的液體的液體 噴射頭。作為其他的液體噴射頭，例如可以例舉出打印機等圖像記錄裝 置所使用的各種記錄頭、在液晶顯示器等濾色器的制造中所使用的色料噴 射頭、在有機EL顯示器和FED (場致發(fā)射顯示器)等的電極形成中所用 的電極材料噴射頭、在生物芯片制造中所使用的生物有機物噴射頭等。另外，本發(fā)明不限于安裝在由噴墨式記錄頭代表的液體噴射頭中的致 動器，勿庸置疑也能夠應用于安裝在其他裝置中的致動器。
權利要求
1. 一種液體噴射頭，包括流路形成基板和壓電元件，所述流路形成基板并列設置有分別與噴射液滴的噴嘴連通的多個壓力產(chǎn)生室，所述壓電元件包括間隔著振動板而設置在所述流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、以及上電極，所述壓電體層的端面由向其外側傾斜的傾斜面構成，構成各個壓電元件的所述下電極以比所述壓力產(chǎn)生室的寬度窄的寬度形成，并且所述壓電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形成，所述振動板的最表層由絕緣體膜構成，所述絕緣體膜由氧化鈦(TiOx)形成，所述下電極的最表層由取向控制層構成，所述取向控制層由鎳酸鑭(LaNivOx)形成，并且，所述壓電體層由柱狀結晶形成，并且形成在所述絕緣體膜上的壓電體層的晶粒的平均粒徑比形成在所述取向控制層上的壓電體層的晶粒的平均粒徑小。
2. 如權利要求1所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的晶體結構為菱形晶、四方晶或單斜晶。
3. 如權利要求1或2所述的液體噴射頭，其中，所述取向控制層和至少形成在該取向控制層上的壓電體層由鈣鈦礦結 構的結晶形成，并且晶面方向沿(110) 、 (001) 、 (111)或者(113) 優(yōu)先取向。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的液體噴射頭，其中， 被所述壓電體層覆蓋的所述下電極的端面為向其外側傾斜的傾斜面。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的液體噴射頭，其中，所述下電極在所述取向控制層的下層具有導電層，所述導電層由電阻 率比所述取向控制層低的材料形成。
6. 如權利要求5所述的液體噴射頭，其中， 所述導電層被所述取向控制層覆蓋。
7. 如權利要求5或6所述的液體噴射頭，其中，所述導電層由金屬材料、金屬材料的氧化物或它們的合金形成。
8. 如權利要求7所述的液體噴射頭，其中，所述金屬材料包括選自以下組中的至少一種，所述組包括銅、鋁、 鴇、鉑、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、鈷。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的主要成分為鋯鈦酸鉛(PZT)。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的端面被具有耐濕性的保護膜覆蓋。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的端面被所述上電極覆蓋。
12. 如權利要求U所述的液體噴射頭，其中，所述下電極與所述壓力產(chǎn)生室相對應地獨立設置并構成所述壓電元件 的專用電極，所述上電極在所述壓力產(chǎn)生室的并列設置方向上跨越所述壓 力產(chǎn)生室連續(xù)地設置并構成所述壓電元件的共用電極。
13. —種液體噴射裝置，具有權利要求1至12中任一項所述的液體噴 射頭。
14. 一種致動器，包括振動板和壓電元件，所述振動板設置在基板的 一個面?zhèn)?，所述壓電元件包括設置在所述振動板上的下電極、壓電體層、 以及上電極，所述壓電體層的端面由向其外側傾斜的傾斜面構成，所述壓電體層以比所述下電極寬的寬度形成，所述下電極的端面被所 述壓電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣體膜構成，所述絕緣體膜由氧化鈦 (TiOx)形成，所述下電極的最表層由取向控制層構成，所述取向控制層 由鎳酸鑭(LaNiyOx)形成，并且，所述壓電體層由柱狀結晶形成，并且形成在所述絕緣體膜上的 壓電體層的晶粒的平均粒徑比形成在所述取向控制層上的壓電體層的晶粒 的平均粒徑小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液體噴射頭、液體噴射裝置、以及致動器，能夠提高壓電元件的變位特性并實現(xiàn)高速驅(qū)動，并且能夠抑制對壓電體層的破壞而提高耐久性。壓電體層(70)的端面由向其外側傾斜的傾斜面構成，構成各個壓電元件的下電極(60)以比壓力產(chǎn)生室(12)的寬度窄的寬度形成，并且壓電體層(70)以比下電極(60)的寬度寬的寬度形成，振動板(50)的最表層由絕緣體膜(52)構成，該絕緣體膜由氧化鈦(TiO_x)形成，下電極的最表層由取向控制層(62)構成，該取向控制層由鎳酸鑭(LaNi_yO_x)形成，并且，壓電體層(70)由柱狀結晶形成，并且形成在絕緣體膜(52)上的壓電體層(70a)的晶粒的平均粒徑比形成在取向控制層(62)上的壓電體層(70b)的晶粒的平均粒徑小。
文檔編號B41J2/14GK101544114SQ200910127100
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權日2008年3月27日
發(fā)明者島田勝人 申請人:精工愛普生株式會社