專(zhuān)利名稱：液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)壓電元件的變位從噴嘴噴射液滴的液體噴射頭、液體噴射裝置以及具備壓電元件的致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
作為液體噴射頭的代表例子，可舉出通過(guò)利用壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)使壓力發(fā)生室內(nèi)產(chǎn)生壓力而從噴嘴噴射墨滴的噴墨式記錄頭。作為構(gòu)成該噴墨式記錄頭的壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)，可舉出例如由2個(gè)電極夾持壓電體層而成的壓電元件，通過(guò)使該壓電元件撓曲變形而對(duì)壓力發(fā)生室內(nèi)賦予壓力從而使墨滴從噴嘴噴射出，其中該壓電體層包括呈現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換作用的壓電材料。
而且，作為在這樣的壓電元件中所使用的壓電體層，提出有下述方案例如含有鈦 (Ti)和鋯(&)，其元素比(組分比)Zr/(Zr+Ti)為0. 5 0. 8，并且其結(jié)晶系為單斜晶系 (例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
另外，作為壓電體層，提出有下述方案例如含有鈦(Ti)和鋯(&)，在其元素比 (組分比)Zr/(Zr+Ti)為0. 50左右時(shí)其結(jié)晶系為正方晶系(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
這里，已知包括例如鈦酸鋯酸鉛(PZT)等具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料的壓電體層的結(jié)晶系，一般由Ti和ττ的組分比決定。例如，已知在包括塊(KA ” )的PZT的壓電體層的情況下即對(duì)壓電體層沒(méi)有施加外部應(yīng)力也沒(méi)有被基板等約束的情況下，在組分比Ti/ (Zr+Ti)為大約0. 50以上(組分比&/(&+Ti)小于大約0. 50)時(shí)，壓電體層的結(jié)晶系成為正方晶系，在組分比小于大約0.50時(shí)成為菱面體晶系或單斜晶系。S卩，已知包括PZT的壓電體層的正方晶系和菱面體晶系的準(zhǔn)同型相界(MPB)存在于組分比Ti/(&+Ti)為0. 50附近。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 特開(kāi)2007-088446號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 特開(kāi)2005-119166號(hào)公報(bào) 壓電體層的壓電特性，依壓電體層的組成而變化，但也依壓電體層的結(jié)晶系而變化。但是，如上所述構(gòu)成壓電元件的壓電體層的結(jié)晶系，通常依賴于壓電體層的組成。如上述專(zhuān)利文獻(xiàn)所記載的那樣，對(duì)壓電體層的組成和/或結(jié)晶系提出了各種各樣的方案，但都是壓電體層的結(jié)晶系依賴于壓電體層的組成的方案。另外，由于壓電體層的組成例如受到壓電體層的晶格常數(shù)與基底的晶格常數(shù)的關(guān)系等的制約，因此其調(diào)整范圍受到限制，所得到的壓電體層的特性也有限。因此，難以實(shí)現(xiàn)由壓電體層的壓電特性所獲得的壓電元件的進(jìn)一步的變位特性的提高。進(jìn)而，近年來(lái)，期望實(shí)現(xiàn)壓電元件的變位特性的進(jìn)一步提高，但滿足這樣的期望是困難的。
另外，這樣的問(wèn)題并不限定于噴墨式記錄頭所使用的壓電元件，而也存在于噴射其他液滴的液體噴射頭所使用的壓電元件中，進(jìn)而也同樣存在于液體噴射頭以外的裝置所使用的致動(dòng)器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而實(shí)現(xiàn)的，其目的在于提供一種提高了壓電元件的變位特性的液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動(dòng)器。
解決上述問(wèn)題的本發(fā)明在于一種液體噴射頭，其具備流路形成基板，其形成有與噴射液滴的噴嘴相連通的壓力發(fā)生室；以及壓電元件，其設(shè)置于該流路形成基板上并使所述壓力發(fā)生室產(chǎn)生壓力變化，該壓電元件包括含有鈦(Ti)以及鋯(Zr)的壓電體層和分別設(shè)置在該壓電體層的兩側(cè)的第一電極及第二電極，其中，所述壓電體層中所含的鋯和鈦的組分比Ti/(&+Ti)在0. 50以上且0. 60以下的范圍內(nèi)并且該壓電體層含有菱面體晶系的晶體。而且，所述壓電體層中所含的菱面體晶系的晶體，具體地，是由于從基底層受到的應(yīng)力而使得正方晶系的晶體相變而成的晶體。
在本發(fā)明中，由于上述組分比在預(yù)定范圍內(nèi)，所以使得壓電體層的介電常數(shù)變低并且極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的變形變大。另外，由于壓電體層含有菱面體晶系的晶體，所以使得壓電體層的變位相對(duì)大。因此，能夠提高壓電元件的變位量等變形特性。另外，能夠降低對(duì)壓電元件施加的電壓而使電源裝置的負(fù)荷減小。
這里，優(yōu)選，在所述壓電體層是層疊多層的壓電體膜而成的層的情況下，所述流路形成基板側(cè)的至少最外層的所述壓電體膜包含菱面體晶系的晶體。由此，能夠更為可靠地提高壓電元件的變位特性。
另外，優(yōu)選，所述壓電體層由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料、例如鈦酸鋯酸鉛(PZT)形成。在壓電體層由這樣的材料形成的情況下，壓電元件的變位特性顯著地提高。
而且，本發(fā)明在于一種液體噴射裝置，其具備上述那樣的液體噴射頭。在該發(fā)明中，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了液滴的噴射特性的液體噴射裝置。
另外，本發(fā)明在于一種致動(dòng)器，其具備壓電元件，其包括含有鈦(Ti)以及鋯(Zr) 的壓電體層和分別設(shè)置在該壓電體層的兩側(cè)的第一電極及第二電極，其中，所述壓電體層中所含的鋯和鈦的組分比Ti/(&+Ti)為0. 50以上且0. 60以下并且該壓電體層含有菱面體晶系的晶體。
在本發(fā)明中，由于上述組分比在預(yù)定范圍內(nèi)，所以使得壓電體層的介電常數(shù)變低并且極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的變形變大。另外，由于壓電體層含有菱面體晶系的晶體，所以使得壓電體層的變位相對(duì)大。因此，能夠提高壓電元件的變位量等變形特性。另外，能夠降低對(duì)壓電元件施加的電壓而使電源裝置的負(fù)荷減小。


圖1是表示實(shí)施方式1的記錄頭的概略結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
圖2是表示實(shí)施方式1的記錄頭的俯視圖和剖面圖。
圖3是表示實(shí)施方式1的壓電元件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是表示實(shí)施方式1的記錄頭的制造方法的剖面圖。
圖5是表示實(shí)施方式1的記錄頭的制造方法的剖面圖。
圖6是表示實(shí)施方式1的記錄頭的制造方法的剖面圖。
圖7是表示壓電體層的組分比Ti/(Zr+Ti)與晶格常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示一種實(shí)施方式的記錄裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
符號(hào)說(shuō)明 10流路形成基板，12壓力發(fā)生室，20噴嘴板，21噴嘴，30保護(hù)基板，40柔性(二 > 4 7 基板，41密封膜，42固定板，50彈性膜，55絕緣體膜，60第一電極，61導(dǎo)電層，62取向控制層，70壓電體層，80第二電極，90引線電極，300壓電元件。
具體實(shí)施例方式下面，基于實(shí)施方式詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
(實(shí)施方式1) 圖1是表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式1的液體噴射頭的一例的噴墨式記錄頭的概略結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖2是圖1的俯視圖及其A-A’剖面圖。
構(gòu)成噴墨式記錄頭的流路形成基板10，例如由面方位(110)的單晶硅基板構(gòu)成， 如圖1以及圖2所示，多個(gè)壓力發(fā)生室12在其寬度方向上并排設(shè)置。另外，在流路形成基板10的壓力發(fā)生室12的縱長(zhǎng)方向外側(cè)的區(qū)域形成有連通部13，連通部13與各壓力發(fā)生室12經(jīng)由按各壓力發(fā)生室12設(shè)置的墨供給通路14以及連通路15連通。連通部13與后述的保護(hù)基板的貯存部32相連通而構(gòu)成作為各壓力發(fā)生室12的共用的墨室的儲(chǔ)液室的一部分。墨供給通路14，起到將從連通部13流入至壓力發(fā)生室12的墨的流路阻力保持為一定的作用，在本實(shí)施方式中，其以比壓力發(fā)生室12窄的寬度形成。
另外，在流路形成基板10的一面?zhèn)?，通過(guò)粘接劑和/或熱熔接薄膜等接合有噴嘴板20，該噴嘴板20排列設(shè)置有與各壓力發(fā)生室12相連通的噴嘴21。另外，噴嘴板20，由例如玻璃陶瓷、單晶硅基板、不銹鋼等構(gòu)成。
另一方面，在這樣的流路形成基板的與噴嘴板20相反的一側(cè)的面上，形成有由氧化膜構(gòu)成的彈性膜50，在該彈性膜50上形成有由與彈性膜50不同的材料的氧化膜構(gòu)成的絕緣體膜55。進(jìn)而，在該絕緣體膜55上形成有由第一電極60、壓電體層70和第二電極80 構(gòu)成的壓電元件300。一般來(lái)說(shuō)，將壓電元件300的某一方的電極作為多個(gè)壓電元件300所共用的共用電極，將另一方的電極與壓電體層70 —起在與各壓力發(fā)生室12相對(duì)的區(qū)域進(jìn)行圖案形成而作為獨(dú)立電極。在本實(shí)施方式中，將第一電極60作為壓電元件300的共用電極，將第二電極80作為壓電元件300的獨(dú)立電極，但因驅(qū)動(dòng)電路和/或布線的關(guān)系也可以相反地設(shè)定。
另外，將這樣的壓電元件300和通過(guò)壓電元件300的驅(qū)動(dòng)而發(fā)生變位的部分即振動(dòng)板合稱為致動(dòng)器。在上述的例子中，彈性膜50、絕緣體膜55以及第一電極60作為振動(dòng)板發(fā)揮作用，但振動(dòng)板的結(jié)構(gòu)并不特別限定，例如也可以不設(shè)置彈性膜50和絕緣體膜55而僅使第一電極60作為振動(dòng)板發(fā)揮作用。另外，例如也可以使壓電元件300自身實(shí)質(zhì)上兼作振動(dòng)板。
這里，第一電極60，在本實(shí)施方式中，由形成于絕緣體膜55上的導(dǎo)電層61和形成于導(dǎo)電層61上的例如由鎢(W)等構(gòu)成的取向控制層62構(gòu)成。
壓電體層70，包括顯現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換作用的壓電材料，例如具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、包括 &和/或Ti作為金屬的強(qiáng)電介質(zhì)材料，例如鈦酸鋯酸鉛(PZT)等強(qiáng)電介質(zhì)材料，和/或在其中添加了氧化鈮、氧化鎳或氧化鎂等金屬氧化物而得到的材料。具體而言，可以舉出鈦酸鋯酸鉛(Pb (Zr，Ti)O3)、鈦酸鋯酸鋇(Ba(Zr，Ti)O3)、鋯酸鈦酸鉛鑭((Pb, La) (Zr，Ti)O3)或者鎂鈮鋯鈦酸鉛(Pb (Zr, Ti) (Mg，Nb) O3)等。
而且，壓電體層70的至少形成于取向控制層62上的部分，受到取向控制層62的結(jié)晶取向的影響，其晶面方位取向?yàn)?100)。即壓電體層70，在取向控制層62上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，從而其晶面方位取向?yàn)?100)。
另外，壓電體層70，其鋯(Zr)與鈦(Ti)的組分比Ti/(&+Ti)在0.50以上且0.60 以下的范圍內(nèi)，并且含有菱面體晶系的晶體。已知由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成的壓電體層，一般來(lái)說(shuō)，在其組分比Ti/(&+Ti)為大約0. 50以上時(shí)，其晶體為正方晶系，在其組分比小于大約0.50時(shí)變?yōu)榱饷骟w晶系。S卩，在組分比Ti/(&+Ti)為0.50以上且0.60以下的情況下，原本為含有正方晶系的晶體的膜，但本發(fā)明的壓電體層70，成為含有菱面體晶系的晶體而非正方晶系的晶體的膜。
這里，所謂這樣壓電體層70所包含的菱面體晶系的晶體，具體而言，是壓電體層 70由于受到來(lái)自基底層的應(yīng)力而相變得到的晶體。例如，在本實(shí)施方式中，通過(guò)使壓電體層 70從基底層受到預(yù)定強(qiáng)度的壓縮應(yīng)力，來(lái)使正方晶系的晶體等相變?yōu)榱饷骟w晶系。即，本實(shí)施方式的壓電體層70，成為下述膜其組分比Ti/(&+Ti)大于例如塊的壓電體層那樣沒(méi)有從基底層受到應(yīng)力的狀態(tài)下的準(zhǔn)同型相界(MPB)，并且主要包含菱面體晶系的晶體。另外， 所謂壓電體層70的基底層，是與壓電體層70相比靠流路形成基本10側(cè)的層，其不僅包括取向控制層62 (第一電極60)，而且也包含絕緣體膜55等。
在本實(shí)施方式中，通過(guò)設(shè)置由晶格常數(shù)比壓電體層70小的材料構(gòu)成的取向控制層62作為基底層，并在該取向控制層62上形成壓電體層70，利用該取向控制層62與壓電體層70的晶格常數(shù)的不匹配(misfit)使得壓電體層70從基底層受到預(yù)定強(qiáng)度的壓縮應(yīng)力。構(gòu)成取向控制層62的鎢(W)的晶體是體心立方晶，還有其晶格常數(shù)是3.16λ,與晶格常數(shù)是4.00λ左右的PZT相比很小。因此，壓電體層70從取向控制層62受到預(yù)定強(qiáng)度的壓縮應(yīng)力，其結(jié)果，壓電體層70成為主要包含菱面體晶系的晶體的膜。
另外，這里所謂的“晶格常數(shù)”，是沿著壓電體層70的與第一電極60的界面的方向 (a軸或b軸方向)的晶格常數(shù)。
本實(shí)施方式的壓電體層70，如圖3所示，通過(guò)層疊多層(在本實(shí)施方式中為12層) 壓電體膜71而形成。這樣，優(yōu)選，在壓電體層70由多個(gè)壓電體膜71構(gòu)成的情況下，至少第一電極60側(cè)的最外層的壓電體膜71a，主要由菱面體晶系的晶體構(gòu)成。尤其是，優(yōu)選，壓電體層70的厚度方向的1/3左右主要由菱面體晶系的晶體構(gòu)成。例如，在本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有由鎢(W)構(gòu)成的取向控制層62，其結(jié)果，第一電極60側(cè)的4層左右的壓電體膜 71a 71d主要由菱面體晶系的晶體構(gòu)成。
而且，通過(guò)壓電元件300具備這樣的壓電體層70，能夠大幅地提高壓電元件300的變位量等變位特性。當(dāng)壓電體層70的組分比Ti/(&+Ti)為0. 50以上時(shí)，壓電體層70的介電常數(shù)變低。即，壓電體層70的電容變小。另外極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的變形增大。進(jìn)而，通過(guò)在壓電體層70中包含菱面體晶系的晶體，使變位相對(duì)變大。因此，與以往的壓電元件相比，能夠降低所施加的電壓，能夠減輕電源裝置的負(fù)荷。另外，通過(guò)施加與以往的壓電元件的情況相等的電壓，也能夠提高壓電元件300的變位量。
另外，在作為壓電元件300的獨(dú)立電極的各第二電極80上，連接有從墨供給通路 14側(cè)的端部附近引出并延伸設(shè)置至絕緣體膜55上的、例如由金(Au)等構(gòu)成的引線電極90。
在形成有這樣的壓電元件300的流路形成基板10上，在與壓電元件300相對(duì)的區(qū)域，接合有保護(hù)基板30，該保護(hù)基板30具有用于保護(hù)壓電元件300的空間即壓電元件保持部31。另外，在保護(hù)基板30上，設(shè)置有貯存部32，該貯存部如上所述與流路形成基板10的連通部13相連通而構(gòu)成成為各壓力發(fā)生室12的共用的墨室的儲(chǔ)液室100。另外，在保護(hù)基板30上設(shè)置有在厚度方向上貫通保護(hù)基板30的貫通孔33，從各壓電元件300引出的引線電極90的端部附近設(shè)置為在該貫通孔33內(nèi)露出。
在保護(hù)基板30上固定有用于驅(qū)動(dòng)壓電元件300的驅(qū)動(dòng)電路120，該驅(qū)動(dòng)電路120 與引線電極90經(jīng)由連接布線121電連接，連接布線121由接合線等導(dǎo)線構(gòu)成。另外，在保護(hù)基板30上接合有包括密封膜41和固定板42的柔性基板40。密封膜41包括剛性低且具有撓性的材料，利用該密封膜41密封貯存部32的一個(gè)面。固定板42由相對(duì)硬質(zhì)的材料形成。該固定板42的與儲(chǔ)液室100相對(duì)的區(qū)域，成為在厚度方向上完全被去掉了的開(kāi)口部 43，儲(chǔ)液室100的一個(gè)面僅被具有撓性的密封膜41密封。
在上述那樣的結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的噴墨式記錄頭中，從與未圖示的外部的墨供給單元連接的墨導(dǎo)入口獲取墨，在從儲(chǔ)液室100直至噴嘴21為止內(nèi)部充滿了墨之后，通過(guò)按照來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路120的記錄信號(hào)，對(duì)與壓力發(fā)生室12對(duì)應(yīng)的各壓電元件300施加電壓而使之撓曲變形，使各壓力發(fā)生室12內(nèi)的壓力升高從而從噴嘴21噴射墨滴。
下面，對(duì)于這樣的噴墨式記錄頭的制造方法的一例、具體而言是構(gòu)成制動(dòng)器的壓電元件300的制造方法的一例，進(jìn)行說(shuō)明。圖4至圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的噴墨式記錄頭的制造方法的剖面圖。
首先，如圖4(a)所示，例如通過(guò)對(duì)作為硅基板的流路形成基板10進(jìn)行熱氧化，在流路形成基板10的表面形成由二氧化硅(SiO2)等構(gòu)成的彈性膜50。接下來(lái)，如圖4(b)所示，在彈性膜50上以100 500nm左右的膜厚形成由氧化鋯等絕緣體膜55。接下來(lái)，如圖 4(c)所示，在絕緣體膜55上形成第一電極60。具體而言，首先在絕緣體膜55上，例如以 20 SOnm左右的厚度通過(guò)濺射法形成由白金(Pt)、銥(Ir)等構(gòu)成的導(dǎo)電層61。進(jìn)而，在該導(dǎo)電層61上，例如以5 20nm左右的厚度通過(guò)濺射法形成由鎢(W)構(gòu)成的取向控制層 62。
接下來(lái)，形成壓電體層70。在本實(shí)施方式中，使用所謂的溶膠_凝膠法形成壓電體層70，該所謂的溶膠-凝膠法通過(guò)涂敷將金屬有機(jī)物溶解、分散在溶劑中而得到的所謂的溶膠并使之干燥而溶膠化，進(jìn)而用高溫進(jìn)行燒結(jié)，來(lái)得到包括金屬氧化物的壓電體層70。另外，壓電體層70的制造方法，并不限定于溶膠-凝膠法，也可以采用MOD (Metal OrganicDecomposition,金屬有機(jī)物分解)法和/或?yàn)R射法等。
作為壓電體層70的具體的形成步驟，首先，如圖5 (a)所示，在第一電極60上形成作為壓電體層70的前驅(qū)膜的壓電體前驅(qū)膜72。S卩，在取向控制層62上涂敷含有Ti和ττ 的溶膠(溶液)(涂敷工序)。接著，將該壓電體前驅(qū)膜72加熱至預(yù)定溫度，使其干燥一定時(shí)間(干燥工序)。例如，通過(guò)將壓電體前驅(qū)膜72在150 170°C下保持5 10分鐘，能夠使其干燥。接下來(lái)，通過(guò)將干燥了的壓電體前驅(qū)膜72加熱至預(yù)定溫度并保持一定時(shí)間，使其脫脂(脫脂工序)。例如，通過(guò)將壓電體前驅(qū)膜72加熱至300 400°C左右的溫度并保持大約5 10分鐘，能夠使其脫脂。另外，這里所謂的脫脂，指使壓電體前驅(qū)膜72中所含的有機(jī)成分脫離為例如N02、C02、H20等。另外，在脫脂工序中，優(yōu)選，將升溫速度設(shè)為15V/ 秒以上。
接下來(lái)，如圖5(b)所示，通過(guò)將壓電體前驅(qū)膜72加熱至預(yù)定溫度并保持一定時(shí)間而使之結(jié)晶化，從而形成第一層的壓電體膜71a (燒結(jié)工序)。具體而言，例如以650 800°C對(duì)壓電體前驅(qū)膜72加熱5 30分鐘而形成壓電體膜71a。另外，優(yōu)選，將此時(shí)的升溫速度設(shè)為15°C/秒以下。
接下來(lái)，如圖5(c)所示，在第一層的壓電體膜71a形成在了第一電極60(取向控制層62)上的階段中，同時(shí)將第一電極60以及第一層的壓電體膜71a圖案形成為預(yù)定形狀。接著，多次重復(fù)上述的涂敷工序、干燥工序以及脫脂工序，如圖5(d)所示，在包括第一層的壓電體膜7Ia上方在內(nèi)的流路形成基板10上形成第二層 第四層的壓電體前驅(qū)膜72。 然后，同時(shí)對(duì)這多層的壓電體前驅(qū)膜72進(jìn)行加熱并使之結(jié)晶化，從而形成壓電體膜71b至 71d(燒結(jié)工序)。之后，通過(guò)多次重復(fù)這樣形成多層的壓電體前驅(qū)膜72的工序和使這多層的壓電體前驅(qū)膜72結(jié)晶化的工序，來(lái)形成包括多層(在本實(shí)施方式中為12層)的壓電體膜71的壓電體層70。
而且，這樣形成的壓電體層70的形成于取向控制層62上的部分，由于與作為基底層的取向控制層62的晶格常數(shù)的不匹配，而從取向控制層62受到預(yù)定強(qiáng)度的壓縮應(yīng)力。由此，壓電體層70，雖然其組分比Ti/ (Zr+Ti)為0. 50以上且0. 60以下，但是成為包括菱面體晶系的晶體的膜。另外，壓電體層70所受到的壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度，能夠例如利用取向控制層 62的材料來(lái)調(diào)整。作為取向控制層62的材料，除鎢(W)之外，還能夠使用鉭(Ta)、鎳(Ni)寸。
另外，這樣形成的壓電體層70的至少形成于取向控制層62上的部分，由于受到取向控制層62的結(jié)晶取向的影響，其晶面方位取向?yàn)?100)。即，壓電體層70，在取向控制層 62上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，從而其晶面方位取向?yàn)?100)。
之后，如圖6(a)所示，在壓電體層70上形成例如由銥(Ir)等構(gòu)成的第二電極80， 之后，如圖6(b)所示，在與各壓力發(fā)生室12相對(duì)的區(qū)域?qū)弘婓w層70以及第二電極80進(jìn)行圖案形成而形成壓電元件300。
如上所述，在本實(shí)施方式中，由于取向控制層62與壓電體層70的晶格常數(shù)的不匹配，使得壓電體層70從取向控制層62受到壓縮應(yīng)力，但通過(guò)用線性膨脹系數(shù)比壓電體層70 大的預(yù)定材料形成第一電極60和/或絕緣體膜55等基底層，并在燒結(jié)之后的冷卻過(guò)程中構(gòu)成壓電體層70，使得壓電體層70從這些基底層受到預(yù)定強(qiáng)度的壓縮應(yīng)力。因此，在制造壓電元件300時(shí)，例如通過(guò)適當(dāng)改變第一電極60、絕緣體膜55等壓電體層70的基底層的材料和/或厚度、壓電體層70的組成、進(jìn)而燒結(jié)溫度等制造條件，能夠調(diào)整壓電體層70從基底層受到的壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度。即，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整壓電體層70從基底層受到的壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度，即使其組分比Ti/(&+Ti)為0. 50以上且0.60以下，也能夠形成包含菱面體晶系的晶體的膜。
這里，對(duì)除了使組分比Ti/(&+Ti)變化以外使其他制造條件固定地制造壓電體層70時(shí)的壓電體層70的晶格常數(shù)的變化進(jìn)行說(shuō)明。圖7是表示壓電體層的組分比Ti/ (Zr+Ti)與晶格常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
另外，壓電體層的晶格常數(shù)，基于X射線衍射法(XRD法)的平面外、平面內(nèi)這2種測(cè)定手段的測(cè)定結(jié)果。另外，壓電體層70如下形成。首先，在基板上以300nm左右的厚度形成由氧化鋯等構(gòu)成的絕緣體膜55。接著，在絕緣體膜55上通過(guò)濺射法從下層側(cè)開(kāi)始層疊白金(Pt)、銥(Ir)而形成導(dǎo)電層61。導(dǎo)電層61的膜厚為Ir/Pt = 10/50nm。進(jìn)而，在該導(dǎo)電層61上，通過(guò)離子束輔助濺射法，以IOnm左右的膜厚形成由鎢(W)構(gòu)成的取向控制層62。通過(guò)采用離子束輔助法，使得鎢晶體在膜厚方向上進(jìn)行(100)面取向。然后，在該取向控制層62上，通過(guò)涂敷將金屬有機(jī)物溶解、分散在溶劑中而得到的所謂的溶膠并使之干燥，之后在4001下使之溶膠化，進(jìn)而在7501的1^^0^ 丨(1 Thermal Anealing，快速熱退火)下進(jìn)行燒結(jié)，來(lái)形成包括金屬氧化物的壓電體層70。
如圖7的曲線所示，直到壓電體層70的組分比Ti/(&+Ti)為0. 6附近為止，結(jié)晶晶格的a軸、b軸以及c軸的晶格常數(shù)都為大致一定(a = b = c)，當(dāng)組分比Ti/(&+Ti)為大于0. 6時(shí)，出現(xiàn)了與a軸以及b軸的晶格常數(shù)不同的c軸的晶格常數(shù)(a = b < c)。從該結(jié)果可知，直至壓電體層70的組分比Ti/(&+Ti)為0. 60附近為止，壓電體層70都為主要包含菱面體晶系的晶體的膜，當(dāng)組分比Ti/(&+Ti)大于0. 6時(shí)，壓電體層70為主要包含正方晶系的晶體的膜。即，如從該結(jié)果可知的那樣，通過(guò)調(diào)整壓電體層70從基底層所受到的壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度，能夠形成組分比Ti/ (Zr+Ti)為0. 50以上且0. 60以下并且主要包含菱面體晶系的壓電體層70。
(其他實(shí)施方式) 以上，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但當(dāng)然本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式。例如，在上述的實(shí)施方式中，作為第一電極60設(shè)置了取向控制層62，壓電體層70 也從該取向控制層62受到壓縮應(yīng)力，但當(dāng)然，只要能夠通過(guò)改變構(gòu)成第一電極60的導(dǎo)電層 61和/或絕緣體膜55等的材料和/或各種制造條件，來(lái)使得壓電元件300受到期望的壓縮應(yīng)力，也可以不設(shè)置取向控制層62。另外，例如也可以通過(guò)在絕緣體膜55和第一電極60 之間進(jìn)而形成其他的層，來(lái)調(diào)整壓電體層70所受到的壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度。
另外，例如在上述實(shí)施方式中，例示了壓電體層進(jìn)行(100)面擇優(yōu)取向的結(jié)構(gòu)的例子，但當(dāng)然也可以擇優(yōu)取向?yàn)?110)面、(001)面、(111)面的任何一種。另外，在上述的實(shí)施方式中，作為流路形成基板10，例示了單晶硅基板，但流路形成基板10的材料，只要考慮壓電體層70所受到的應(yīng)力而適宜確定即可，也可以使用例如SOI基板、玻璃等。
另外，上述的噴墨式記錄頭，構(gòu)成具有與墨盒等連通的墨流路的記錄頭單元的一部分，被搭載于噴墨式記錄裝置中。如圖8所示，具有噴墨式記錄頭的記錄頭單元IA以及 1B，能夠裝卸地設(shè)置有構(gòu)成墨供給單元的墨盒2A以及2B，搭載著該記錄頭單元IA以及IB 的滑架3，軸方向移動(dòng)自由地設(shè)置于滑架軸5上，滑架軸5安裝在裝置主體4上。該記錄頭單元IA以及1B，例如分別排出黑墨組成物以及彩墨組成物。
并且，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)6的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)由未圖示的多個(gè)齒輪和同步帶(夕彳S > ，《> 卜)傳遞至滑架3，而使搭載著該記錄頭單元IA以及IB的滑架3沿著滑架軸5移動(dòng)。另一方面，在裝置主體4上，沿著滑架軸5設(shè)置有卷筒(，〒> )8，由未圖示的供紙輥等供給的紙等記錄介質(zhì)即記錄片S由卷筒8卷繞并傳送。
另外，在上述的實(shí)施方式中，作為液體噴射頭以及液體噴射裝置的一例，舉出噴墨式記錄頭以及液體噴射裝置對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明寬泛地以所有的液體噴射頭及具備液體噴射頭的液體噴射裝置為對(duì)象，當(dāng)然也能夠適用于噴射墨以外的液體的液體噴射頭。作為其他的液體噴射頭，可舉出例如在打印機(jī)等圖像記錄裝置中使用的各種記錄頭， 在液晶顯示器等的濾色器的制造中使用的彩色材料噴射頭，在有機(jī)EL顯示器、FED (場(chǎng)發(fā)射顯示器)等的電極形成中使用的電極材料噴射頭，在生物芯片制造中使用的生物有機(jī)物噴射頭等。
另外，本發(fā)明不僅適用于以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭，也能夠適用于在其他裝置中搭載的致動(dòng)器。
權(quán)利要求
1.一種液體噴射頭，其特征在于，具備流路形成基板，其形成有與噴射液滴的噴嘴相 連通的壓力發(fā)生室；以及壓電元件，其設(shè)置于該流路形成基板上并使所述壓力發(fā)生室產(chǎn)生 壓力變化，該壓電元件包括含有鈦(Ti)以及鋯(Zr)的壓電體層和分別設(shè)置在該壓電體層 的兩側(cè)的第一電極及第二電極，其中，所述壓電體層中所含的鋯和鈦的組分比Ti/(&+Ti)在0. 50以上且0. 60以下的 范圍內(nèi)并且該壓電體層的至少形成于所述第一電極上的部分含有菱面體晶系的晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體噴射頭，其特征在于，所述壓電體層中所含的菱面體晶系的晶體，是由于從基底層受到的應(yīng)力而相變而成的 晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴射頭，其特征在于，所述壓電體層是層疊多層的壓電體膜而成的層，所述第一電極側(cè)的至少最外層的所述 壓電體膜包含菱面體晶系的晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述壓電體層包括具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述壓電體層由鈦酸鋯酸鉛(PZT)形成。
6.一種液體噴射裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的液體噴射頭。
7.一種致動(dòng)器，其特征在于，具備壓電元件，其包括含有鈦(Ti)以及鋯(Zr)的壓電體層和分別設(shè)置在該壓電體層的兩 側(cè)的第一電極及第二電極，其中，所述壓電體層中所含的鋯和鈦的組分比Ti/(&+Ti)為0. 50以上且0. 60以下并 且該壓電體層的至少形成于所述第一電極上的部分含有菱面體晶系的晶體。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種提高了壓電元件的變位特性的液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動(dòng)器。該液體噴射頭具備流路形成基板(10)，其形成有與噴嘴(21)相連通的壓力發(fā)生室；以及壓電元件(300)，其使壓力發(fā)生室產(chǎn)生壓力變化，該壓電元件(300)包括含有鈦(Ti)以及鋯(Zr)的壓電體層(70)和分別設(shè)置在該壓電體層(70)的兩側(cè)的第一電極(60)和第二電極(80)，其中，壓電體層(70)中所含的鋯和鈦的組分比Ti/(Zr+Ti)在0.50以上且0.60以下的范圍內(nèi)并且壓電體層(70)的至少形成于第一電極(60)上的部分含有菱面體晶系的晶體。
文檔編號(hào)H01L41/18GK101844440SQ201010143229
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者角浩二 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社