專利名稱：液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件以及壓電材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備壓電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件以及壓電材料，該壓電元件使與噴嘴開(kāi)口連通的壓力產(chǎn)生室產(chǎn)生壓力變化并且具有壓電體層和對(duì)壓電體層施加電壓的電極。
背景技術(shù)：
作為用于液體噴射頭的壓電元件，存在利用兩個(gè)電極夾著呈現(xiàn)電機(jī)械轉(zhuǎn)換功能的壓電材料、例如由結(jié)晶化了的介電材料形成的壓電體層而構(gòu)成的壓電元件。這樣的壓電元件作為例如撓曲振動(dòng)模式的致動(dòng)裝置搭載于液體噴射頭。作為液體噴射頭的代表例子，例如存在如下的噴墨式記錄頭，該噴墨式記錄頭由振動(dòng)板構(gòu)成與噴出墨滴的噴嘴開(kāi)口連通的壓力產(chǎn)生室的一部分，利用壓電元件使該振動(dòng)板變形而對(duì)壓力產(chǎn)生室的墨水進(jìn)行加壓，來(lái)從噴嘴開(kāi)口噴出墨滴。搭載于這樣的噴墨式記錄頭的壓電元件例如存在以如下方式形成的壓電元件在振動(dòng)板的整個(gè)表面，利用成膜技術(shù)形成均勻的壓電材料層，并利用光刻法將該壓電材料層分割成與壓力產(chǎn)生室對(duì)應(yīng)的形狀，使之按各壓力產(chǎn)生室分別獨(dú)立。要求用于這樣的壓電元件的壓電材料具有高壓電特性(應(yīng)變量)，作為代表例可舉出鋯鈦酸鉛(PZT)(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2001-223404號(hào)公報(bào)然而，從環(huán)境問(wèn)題的觀點(diǎn)出發(fā)，正尋求抑制了鉛含有量的壓電材料。作為不含有鉛的壓電材料，例如存在作為以ABO3表示的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的Bii^eO3等，但這樣的含有 Bi*!^的Bii^eO3類的壓電材料存在絕緣性低會(huì)產(chǎn)生泄漏電流的問(wèn)題。此外，這樣的問(wèn)題不限于以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭，在其它壓電元件中也同樣存在。本發(fā)明鑒于這樣的問(wèn)題，目的在于提供具有絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生并且對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)小的壓電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件以及壓電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決所述課題的方式是一種液體噴射頭，其特征在于，具有壓力產(chǎn)生室， 其與噴嘴開(kāi)口連通；和壓電元件，其具備壓電體層和設(shè)置于所述壓電體層的電極，所述壓電體層是包含鉍、鐵以及鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，所述壓電體層包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0.01 0. 13。在該方式中，通過(guò)將由包含鐵、鉍以及規(guī)定比例的鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物構(gòu)成的壓電材料作為壓電體層，絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生。此外，因?yàn)橐种屏算U的含有量，所以能夠降低對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。此外，所述壓電體層還可以包含鑭。由此，會(huì)成為具有如下壓電材料的液體噴射頭，該壓電材料在維持絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生的效果的同時(shí)能夠成為鐵電體、 呈現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)相變的反鐵電體。此外，還能夠抑制由鐵酸鉍導(dǎo)致的異相。并且，優(yōu)選所述壓電體層包含的鑭相對(duì)于鉍、鈰以及鑭的總量的摩爾比是0.05 0. 20。由此，成為對(duì)應(yīng)于鑭量而具有鐵電體、呈現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)相變的反鐵電體的壓電材料的液體噴射頭。進(jìn)而，所述壓電體層也可以呈現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)相變。由此，能夠成為具有應(yīng)變量大的壓電元件的液體噴射頭。此外，所述壓電體層也可以是鐵電體。由此，容易控制應(yīng)變量，能夠形成例如具有容易控制噴出的液滴大小的壓電元件的液體噴射頭。并且，優(yōu)選所述壓電體層在粉末X線衍射圖案中同時(shí)觀測(cè)到歸屬于呈現(xiàn)鐵電性的相的衍射峰和歸屬于呈現(xiàn)反鐵電性的相的衍射峰。由此，因?yàn)槭欠磋F電相與鐵電相的相邊界(M. P. B.)，所以能夠形成應(yīng)變量大的壓電元件。本發(fā)明的其它方式是一種液體噴射裝置，其特征在于具備所述方式的液體噴射頭。在該方式中，因?yàn)榫哂薪^緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生的液體噴射頭，所以是可防止絕緣損壞且可靠性優(yōu)良的液體噴射裝置。此外，能夠提供抑制了鉛的含有量并且降低了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)的液體噴射裝置。此外，本發(fā)明的其它方式是一種具備壓電體層和設(shè)置于所述壓電體層的電極的壓電元件，該壓電元件的特征在于所述壓電體層是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物， 所述壓電體層包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0. 01 0. 13。在該方式中，通過(guò)將由包含鐵、鉍以及規(guī)定比例的鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物構(gòu)成的壓電材料作為壓電體層，絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生。此外，因?yàn)橐种屏算U的含有量，所以能夠降低對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明的其它方式是一種壓電材料，其是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物， 其特征在于包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0. 01 0. 13。由此，成為絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生的壓電材料。此外，因?yàn)橐种屏算U的含有量，所以能夠降低對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。




圖1是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的概略結(jié)構(gòu)的分解立體圖。 圖2是實(shí)施方式1涉及的記錄頭的平面圖。 圖3是實(shí)施方式1涉及的記錄頭的截面圖。 圖4是表示反鐵電體的P-V滯后的圖。 圖5是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。 圖6是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。 圖7是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。 圖8是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。 圖9是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。 圖10是表示樣品1 4的P-E曲線的圖。 圖11是表示樣品1 4的X線衍射圖案的圖。 圖12是表示樣品1 4的J-E曲線的圖。 圖13是表示樣品1的S-V曲線的圖。 圖14是表示樣品6、11、17和21的P-E曲線的圖。
圖15是表示樣品2和11的X線衍射圖案的圖。圖16是表示樣品6、11和17的X線衍射圖案的圖。圖17是對(duì)組分描繪X線衍射圖案的解析結(jié)果而成的圖。圖18是表示J-E曲線的測(cè)定結(jié)果的圖。圖19是表示樣品6、11、17和21的S-V曲線是圖。圖20是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的記錄裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I...噴墨式記錄頭(液體噴射頭)，II...噴墨式記錄裝置(液體噴射裝置)， 10...流路形成基板，12...壓力產(chǎn)生室，13...連通部，14...墨水供給通路，20...噴嘴板， 21...噴嘴開(kāi)口，30...保護(hù)基板，31...貯存部，32...壓電元件保持部，40...塑性基板， 50...彈性膜，60...第1電極，70...壓電體層，80...第2電極，90...引腳電極，100...貯存器，120...驅(qū)動(dòng)電路，300...壓電元件。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1)圖1是表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的液體噴射頭的一個(gè)例子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的平面圖，圖3是圖2的A-A’截面圖。如圖1 圖3所示，本實(shí)施方式的流路形成基板10由單晶硅基板構(gòu)成，在其一個(gè)面上形成由二氧化硅構(gòu)成的彈性膜50。在流路形成基板10中在其寬度方向并列設(shè)有多個(gè)壓力產(chǎn)生室12。此外，在流路形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長(zhǎng)度方向外側(cè)的區(qū)域形成有連通部13，連通部13與各壓力產(chǎn)生室12通過(guò)設(shè)置于各壓力產(chǎn)生室12的墨水供給通路14和連通路15連通。連通部13與后述的保護(hù)基板的貯存部31連通，構(gòu)成作為各壓力產(chǎn)生室12共用的墨水室的貯存器的一部分。墨水供給通路14以比壓力產(chǎn)生室12狹窄的寬度形成，使從連通部13流入壓力產(chǎn)生室12的墨水的流路阻力保持一定。其中，在本實(shí)施方式中通過(guò)從單側(cè)壓縮流路寬度來(lái)形成墨水供給通路14，但是也可以通過(guò)從兩側(cè)壓縮流路寬度來(lái)形成墨水供給通路。此外，也可以不壓縮流路的寬度，而通過(guò)從厚度方向壓縮來(lái)形成墨水供給通路。在本實(shí)施方式中，在流路形成基板10中設(shè)置有由壓力產(chǎn)生室12、連通部13、墨水供給通路14和連通路15構(gòu)成的液體流路。此外，在流路形成基板10的開(kāi)口面?zhèn)?，通過(guò)粘接劑或熱熔膜等來(lái)固定噴嘴板20， 在該噴嘴板20中穿設(shè)有連通于各壓力產(chǎn)生室12的與墨水供給通路14相反一側(cè)的端部附近的噴嘴開(kāi)口 21。其中，噴嘴板20例如由玻璃陶瓷、單晶硅基板、不銹鋼等構(gòu)成。另一方面，在與這樣的流路形成基板10的開(kāi)口面相反一側(cè)，如上所述形成有彈性膜50，在該彈性膜50上設(shè)有由氧化鈦等形成并且用于提高彈性膜50等與第1電極60的基底的貼緊性的貼緊層56。其中，在彈性膜50上也可以根據(jù)需要設(shè)置由氧化鋯等構(gòu)成的絕緣體膜。進(jìn)而，在該貼緊層56上層疊形成第1電極60、壓電體層70和第2電極80來(lái)構(gòu)成壓電元件300，其中該壓電體層70是厚度為2 μ m以下并且優(yōu)選為1 0. 3 μ m的薄膜。此處，壓電元件300是指包括第1電極60、壓電體層70和第2電極80的部分。一般地，將壓電元件300的任意一個(gè)電極作為共用電極，按每個(gè)各壓力產(chǎn)生室12來(lái)對(duì)另一個(gè)電極和壓電體層70進(jìn)行圖案化而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，將第1電極60作為壓電元件300的共用電極，將第2電極80作為壓電元件300的單獨(dú)電極，但是根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路、配線的情況也可以使其相反。此外，在此處，將壓電元件300和受該壓電元件300的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生位移的振動(dòng)板總稱為致動(dòng)裝置。其中，在所述的例子中，彈性膜50、貼緊層56、第1電極60和根據(jù)需要設(shè)置的絕緣體膜作為振動(dòng)板而發(fā)揮作用，但是當(dāng)然也不限于此，例如也可以不設(shè)置彈性膜50、貼緊層56。此外，也可以使壓電元件300自身實(shí)際上兼任振動(dòng)板。而且，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成壓電體層70的壓電材料是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物。其中，在鈣鈦礦型復(fù)合氧化物即ABO3型復(fù)合氧化物的A位置配位12氧，此外在B位置配位6氧來(lái)形成8面體(octahedron)。鉍(Bi)和鈰(Ce)位于該A位置，鐵(Fe) 位于B位置。即，推斷出包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物是鐵酸鉍的Bi的一部分被 Ce取代了的構(gòu)造。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，在該包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物中，Ce相對(duì)于Bi禾口 Ce的總量的摩爾比是0.01 0. 13。這樣，使構(gòu)成壓電體層70的壓電材料為包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物， 鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0.01 0. 13，此時(shí)如后述的實(shí)施例所示，與未添加Ce 的類即含有Bi和!^e而不含有Ce的Bii^eO3類的壓電材料相比，能夠提高絕緣性并抑制泄漏電流。當(dāng)然，由于抑制了鉛的含有量，還能夠降低對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。例如能夠形成施加了 SOOkVcnT1的電場(chǎng)時(shí)泄漏電流為1. OXKr1AcnT2以下的壓電體層70。此外，壓電體層70還可以含有鑭(La)。通過(guò)形成包含鉍、鐵、鈰、鑭的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，成為能夠獲得鐵電體、顯現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)相變的反鐵電體的壓電材料。推斷出該包含鉍、鐵、鈰和鑭的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物是鐵酸鉍的Bi的一部分被Ce和La取代了的構(gòu)造。當(dāng)然，作為還添加了 La的壓電材料，還能夠維持所述的能夠提高絕緣性并抑制泄漏電流的效果。其中，La的含有比例沒(méi)有限定，但例如可以是相對(duì)于Bi、Ce和La的總量的摩爾比是0. 05 0. 20。此處，電場(chǎng)誘導(dǎo)相變是指由電場(chǎng)引起的相變，表示從反鐵電相向鐵電相的相變、從鐵電相向反鐵電相的相變。其中，鐵電相是指極化軸在同一方向排列的狀態(tài)，反鐵電相是指極化軸相互不同排列的狀態(tài)。例如從反鐵電相向鐵電相的相變是指通過(guò)使反鐵電相的相互不同排列的極化軸旋轉(zhuǎn)180度，極化軸變成一個(gè)方向來(lái)成為鐵電相，晶格由于這樣的電場(chǎng)誘導(dǎo)相變發(fā)生膨脹或伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)變是由于電場(chǎng)誘導(dǎo)相變而產(chǎn)生的電場(chǎng)誘導(dǎo)相變應(yīng)變。顯現(xiàn)這樣的電場(chǎng)誘導(dǎo)相變的是反鐵電體，換言之，在無(wú)電場(chǎng)的狀態(tài)下極化軸相互不同排列，極化軸因電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)而朝向同一方向排列的是反鐵電體。這樣的反鐵電體如作為表示反鐵電體的極化量P與電壓V的關(guān)系的P-V曲線的一個(gè)例子的圖4所示，形成在正電場(chǎng)方向和負(fù)電場(chǎng)方向上具有兩個(gè)磁滯回線形狀的雙滯后。而且，在圖4中，極化量急劇變化的區(qū)域Vf和Vaf是進(jìn)行從鐵電相向反鐵電相的相變、從鐵電相向反鐵電相的相變的部位。另外，與反鐵電體不同，鐵電體在P-V曲線中顯現(xiàn)滯后曲線，由于極化方向統(tǒng)一成一個(gè)方向而應(yīng)變量相對(duì)于施加電壓線性變化。另一方面，鐵電體不會(huì)如反鐵電體這樣P-V曲線出現(xiàn)雙滯后現(xiàn)象，而是由于極化方向統(tǒng)一成一個(gè)方向而應(yīng)變量相對(duì)于施加電壓線性變化。從而，應(yīng)變量的控制容易所以噴出的液滴大小等的控制也容易，能夠由一個(gè)壓電元件來(lái)產(chǎn)生以下兩者產(chǎn)生微振動(dòng)的小振幅振動(dòng)和產(chǎn)生大排除體積的大振幅振動(dòng)。而且，在鐵電體的情況下，在對(duì)壓電體層70進(jìn)行粉末X線衍射測(cè)定時(shí)，在該衍射圖案中，觀察到歸屬于顯現(xiàn)鐵電性的相(鐵電相)的衍射峰，但是優(yōu)選同時(shí)觀測(cè)到歸屬于顯現(xiàn)鐵電性的相(鐵電相)的衍射峰和歸屬于顯現(xiàn)反鐵電性的相(反鐵電相)的衍射峰。這樣，若形成同時(shí)觀測(cè)到歸屬于顯現(xiàn)鐵電性的相的衍射峰和歸屬于顯現(xiàn)反鐵電性的相的衍射峰、即作為反鐵電相與鐵電相的組成相邊界(M.P.B.)的壓電體層70，則在鐵電體中也能夠形成應(yīng)變量大的壓電元件。在例如進(jìn)行粉末X線衍射測(cè)定時(shí)會(huì)在2 θ =46°附近觀察到歸屬于顯示鐵電性的相的衍射峰，此外在例如進(jìn)行使用CuK α線作為X線源的粉末X線衍射測(cè)定時(shí)會(huì)在2 θ =46.5°附近觀察歸屬于顯示反鐵電性的相的衍射峰。其中，由于這些衍射峰位置依賴于面間隔，因此根據(jù)作成方法、形狀或外部應(yīng)力等的不同，來(lái)自基板和外部的應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，由此引起衍射峰位置的偏移。另一方面，對(duì)于反鐵電體，觀察不到歸屬于顯現(xiàn)鐵電性的相的衍射峰，只觀察到歸屬于呈現(xiàn)反鐵電性的相的衍射峰。此外，當(dāng)壓電體層70含有La時(shí)，能夠抑制由鐵酸鉍造成的異相。作為這樣的壓電元件300的單獨(dú)電極的各第2電極80連接著例如由金(Au)等構(gòu)成的引腳電極(lead electrodeMO，該引腳電極90從墨水供給通路14側(cè)的端部附近引出并且延伸設(shè)置到彈性膜50上、根據(jù)需要設(shè)置的絕緣體膜上。在形成有這樣的壓電元件300的流路形成基板10上，即在第1電極60、彈性膜50、 根據(jù)需要設(shè)置的絕緣體膜和引腳電極90上，通過(guò)粘接劑35接合保護(hù)基板30，該保護(hù)基板 30具有構(gòu)成貯存器100的至少一部分的貯存部31。在本實(shí)施方式中，該貯存部31在厚度方向貫通保護(hù)基板30并形成在壓力產(chǎn)生室12的整個(gè)寬度方向，如所述那樣與流路形成基板10的連通部13連通來(lái)構(gòu)成成為各壓力產(chǎn)生室12共用的墨水室的貯存器100。此外，也可以按壓力產(chǎn)生室12將流路形成基板10的連通部13分割成多個(gè)，僅將貯存部31作為貯存器。進(jìn)而，也可以例如在流路形成基板10中僅設(shè)置壓力產(chǎn)生室12，在介于流路形成基板 10與保護(hù)基板30之間的部件(例如彈性膜50、根據(jù)需要設(shè)置的絕緣體膜等)上設(shè)置連通貯存器100與各壓力產(chǎn)生室12的墨水供給通路14。此外，在保護(hù)基板30的與壓電元件300對(duì)置的區(qū)域，設(shè)有具有不損害壓電元件300 運(yùn)動(dòng)的程度的空間的壓電元件保持部32。壓電元件保持部32具有不損害壓電元件300運(yùn)動(dòng)的程度的空間即可，該空間可以密封，也可以不密封。作為這樣的保護(hù)基板30，優(yōu)選使用與流路形成基板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(shí)施方式中，使用與流路形成基板10相同材料的單晶硅基板來(lái)形成。此外，在保護(hù)基板30中設(shè)有在厚度方向貫通保護(hù)基板30的貫通孔33。而且，從各壓電元件300引出的引腳電極90的端部附近被設(shè)置成露出到貫通孔33內(nèi)。此外，在保護(hù)基板30上，固定有用于驅(qū)動(dòng)并列設(shè)置的壓電元件300的驅(qū)動(dòng)電路 120。作為該驅(qū)動(dòng)電路120，能夠使用例如電路基板、半導(dǎo)體集成電路(IC)等。而且，驅(qū)動(dòng)電路120與引腳電極90通過(guò)由焊線等導(dǎo)電性電線形成的連接配線121而電連接。此外，在這樣的保護(hù)基板30上接合有由密封膜41和固定板42構(gòu)成的塑性 (compliance)基板40。此處，密封膜41由剛性低且具有撓性的材料構(gòu)成，利用該密封膜41來(lái)密封貯存部31的一個(gè)面。此外，固定板42由相對(duì)硬質(zhì)的材料形成。該固定板42的與貯存器100對(duì)置的區(qū)域成為在厚度方向被完全除去的開(kāi)口部43，所以貯存器100的一個(gè)面僅被具有撓性的密封膜41密封。在這樣的本實(shí)施方式的噴墨式記錄頭I中，從與未圖示的外部墨水供給單元連接的墨水導(dǎo)入口取入墨水，在墨水從貯存器100到噴嘴開(kāi)口 21為止填滿內(nèi)部以后，根據(jù)來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路120的記錄信號(hào)，對(duì)與壓力產(chǎn)生室12對(duì)應(yīng)的各個(gè)第1電極60與第2電極80之間施加電壓，使彈性膜50、貼緊層56、第1電極60和壓電體層70發(fā)生撓曲變形，從而提高各壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力來(lái)從噴嘴開(kāi)口 21噴出墨水滴。接著，參照?qǐng)D5 圖9對(duì)本實(shí)施方式的噴墨式記錄頭的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。其中，圖5 圖9是壓力產(chǎn)生室的長(zhǎng)度方向的截面圖。首先，如圖5(a)所示，在作為硅晶片的流路形成基板用晶片110的表面利用熱氧化等來(lái)形成構(gòu)成彈性膜50的由二氧化硅(SiO2)等構(gòu)成的二氧化硅膜。接著，如圖5(b)所示，在彈性膜50 ( 二氧化硅膜)上利用反應(yīng)性濺射法、熱氧化等形成由氧化鈦等形成的貼緊層56。接著，如圖6(a)所示，在貼緊層56上，利用濺射法等在整個(gè)面上形成由白金、銥、 氧化銥或由它們的疊層構(gòu)造等構(gòu)成的第1電極60。接著，在第1電極60上層疊壓電體層70。壓電體層70的制造方法沒(méi)有特別限定，能夠利用例如涂布將有機(jī)金屬化合物溶解、分散在溶劑中而成的溶液并進(jìn)行干燥， 進(jìn)一步地在高溫下煅燒得到由金屬氧化物構(gòu)成的壓電體層70的MOD (Metal-Organic Decomposition)法、溶膠-凝膠法等化學(xué)溶液法來(lái)形成壓電體層70。除此之外，也可以利用激光燒蝕(Laser Ablation)法、濺射法、脈沖激光沉積法(PLD法)、CVD法、氣浮沉積 (Aerosol Deposition)法等。作為壓電體層70的具體形成步驟示例，首先如圖6(b)所示在第1電極60上，利用旋涂法等涂布膠體、MOD溶液(前體溶液)來(lái)形成壓電體前體膜71(涂布工序)，其中，所述膠體、MOD溶液包含有機(jī)金屬化合物，具體而言包含以成為目的組分比的比例來(lái)含有Bi、 Ce、Fe和根據(jù)需要而含有La的金屬化合物。涂布的前體溶液是將分別包含Bi、Ce、Fe、La的有機(jī)金屬化合物混合成各金屬想要的摩爾比，并使用乙醇等有機(jī)溶劑來(lái)溶解或分散該混合物而成的溶液。作為分別包含Bi、 Ce、Fe、La的有機(jī)金屬化合物，例如能夠使用金屬烷氧化物、有機(jī)酸鹽、β雙酮絡(luò)合物等。作為包含Bi的有機(jī)金屬化合物，例如能夠舉出2-乙基己酸鉍等。作為包含狗的有機(jī)金屬化合物，例如能夠舉出2-乙基己酸鐵等。作為包含Ce的有機(jī)金屬化合物，例如能夠舉出2-乙基己酸鈰等。作為包含La的有機(jī)金屬化合物，能夠舉出2-乙基己酸鑭等。接著，將該壓電體前體膜71加熱至規(guī)定溫度并使其干燥一定時(shí)間(干燥工序)。 接著，通過(guò)將干燥后的壓電體前體膜71加熱至規(guī)定溫度并保持一定時(shí)間來(lái)進(jìn)行脫脂(脫脂工序)。其中，這里所說(shuō)的脫脂是指使壓電體前體膜71包含的有機(jī)成分作為例如N02、CO2, H2O等而脫離。干燥工序、脫脂工序的氣氛沒(méi)有限定，可以在大氣中也可以在惰性氣體中進(jìn)行。接著，如圖6 (c)所示，通過(guò)將壓電體前體膜71加熱至規(guī)定溫度，例如600 700°C 左右并保持一定時(shí)間來(lái)使其結(jié)晶化，形成壓電體膜72(煅燒工序)。該煅燒工序也不限定氣氛，可以在大氣中也可以在惰性氣體中進(jìn)行。其中，作為在干燥工序、脫脂工序和煅燒工序中使用的加熱裝置，例如可以舉出利用紅外線燈的照射來(lái)進(jìn)行加熱的RTA(RapidThermal Annealing)裝置、加熱板等。接著，如圖7(a)所示，在壓電體膜72上以規(guī)定形狀的抗蝕劑(無(wú)圖示)作為掩模， 同時(shí)對(duì)第1電極60和壓電體膜72的第1層進(jìn)行圖案化，以使其側(cè)面發(fā)生傾斜。接著，在將抗蝕劑剝離后，根據(jù)想要的膜厚等來(lái)反復(fù)進(jìn)行多次所述的涂布工序、干燥工序和脫脂工序或者涂布工序、干燥工序、脫脂工序和煅燒工序，來(lái)形成由多個(gè)壓電體膜 72構(gòu)成的壓電體層70，從而如圖7 (b)所示形成由多層壓電體膜72構(gòu)成的規(guī)定厚度的壓電體層70。例如在涂布溶液的平均一次的膜厚為0. 1 μ m左右的情況下，例如由10層壓電體膜72構(gòu)成的壓電體層70整體的膜厚為大約1. 1 μ m左右。其中，在本實(shí)施方式中，層疊設(shè)置了壓電體膜72，但是也可以僅有1層。在如此地形成了壓電體層70以后，如圖8(a)所示，在壓電體層70上利用濺射法等形成由白金等構(gòu)成的第2電極80，在與各壓力產(chǎn)生室12對(duì)置的區(qū)域同時(shí)對(duì)壓電體層70 和第2電極80進(jìn)行圖案化，形成由第1電極60、壓電體層70和第2電極80構(gòu)成的壓電元件300。其中，對(duì)于壓電體層70與第2電極80的圖案化，能夠隔著形成規(guī)定形狀的抗蝕劑 (無(wú)圖示)進(jìn)行干蝕刻而一并進(jìn)行。其后，也可以根據(jù)需要，在600°C 700°C的溫度范圍進(jìn)行后期退火。由此，能夠形成壓電體層70與第1電極60或第2電極80的良好界面，并且能夠改善壓電體層70的結(jié)晶性。接著，如圖8(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整個(gè)面上形成例如由金(Au) 等構(gòu)成的引腳電極90后，通過(guò)例如由抗蝕劑等構(gòu)成的掩模圖案(無(wú)圖示)對(duì)各壓電元件 300進(jìn)行圖案化。接著，如圖8(c)所示，在流路形成基板用晶片110的壓電元件300側(cè)，在通過(guò)粘接劑35接合了作為硅晶片并形成多個(gè)保護(hù)基板30的保護(hù)基板用晶片130以后，使流路形成基板用晶片110減薄至規(guī)定厚度。接著，如圖9(a)所示，在流路形成基板用晶片110上，重新形成掩模膜52，并圖案化成規(guī)定形狀。然后，如圖9(b)所示，通過(guò)利用掩模膜52對(duì)流路形成基板用晶片110進(jìn)行使用了 KOH等堿性溶液的各向異性蝕刻(濕蝕刻)，來(lái)形成與壓電元件300對(duì)應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12、連通部13、墨水供給通路14和連通路15等。其后，利用例如切割(dicing)等切斷除去流路形成基板用晶片110和保護(hù)基板用晶片130的外周緣部的不需要的部分。然后，在除去了流路形成基板用晶片110的與保護(hù)基板用晶片130相反一側(cè)的面的掩模膜52以后，接合穿設(shè)有噴嘴開(kāi)口 21的噴嘴板20，并且將塑性基板40與保護(hù)基板用晶片130接合，并將流路形成基板用晶片110等分割成圖1所示的那種一個(gè)芯片大小的流路形成基板10等，由此形成本實(shí)施方式的噴墨式記錄頭I。實(shí)施例以下，表示實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不限于以下的實(shí)施例。(樣品1)首先，在硅(110)基板的表面利用熱氧化形成膜厚為1070nm的二氧化硅膜。接著， 在二氧化硅膜上利用RF濺射法形成鈦膜，通過(guò)熱氧化形成膜厚為40nm的氧化鈦膜。接著， 在氧化鈦膜上利用DC濺射法形成膜厚為130nm的白金膜，得到向(111)取向的第1電極。
接著，在第1電極上利用旋涂法形成壓電體層。其手法如下。首先，以規(guī)定比例混合2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鈰、2-乙基己酸鐵的二甲苯和辛烷溶液，調(diào)制出前體溶液。然后將該前體溶液滴到形成有氧化鈦膜和第1電極的所述基板上，使基板以1500rpm旋轉(zhuǎn)來(lái)形成壓電體前體膜(涂布工序)。接著，在350°C下進(jìn)行3分鐘干燥、脫脂(干燥和脫脂工序)。在反復(fù)進(jìn)行3次該涂布工序、干燥和脫脂工序以后，利用快速熱退火(RTA)在650°C 下、3分鐘、氮?dú)鈿夥障?氮?dú)庖訧OOcc/分的流量在加熱裝置內(nèi)流動(dòng))進(jìn)行煅燒(煅燒工序)。在反復(fù)3次該涂布工序、干燥和脫脂工序以后，反復(fù)三次進(jìn)行統(tǒng)一煅燒的煅燒工序的工序，利用共計(jì)9次涂布來(lái)在整體上形成厚度為564nm的壓電體層。其后，在壓電體層上，利用DC濺射法形成了膜厚為IOOnm的白金膜作為第2電極以后，使用RTA在650°C下煅燒5分鐘，從而形成以復(fù)合氧化物作為壓電體層70的壓電元件300，所述復(fù)合氧化物是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，各金屬的摩爾比為 Bi La Ce Fe = (Ι-χ-y) χ y 1 (χ 和 y 的值如表 1 所示。)。(樣品2 4)除了變更2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鈰、2-乙基己酸鐵的二甲苯和辛烷溶液的混合比例，以Bi La Ce Fe = (l-x-y) χ y 1 (χ和y的值如表1所示。)的復(fù)合氧化物作為壓電體層70以外，與實(shí)施例1相同地形成壓電元件300。(樣品5 22)除了使用將2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鑭、2-乙基己酸鈰、2-乙基己酸鐵的二甲苯和辛烷溶液以規(guī)定比例混合而成的溶液作為前體溶液，另外在反復(fù)進(jìn)行3次涂布工序、 干燥和脫脂工序以后，反復(fù)進(jìn)行4次統(tǒng)一煅燒的煅燒工序的工序，以Bi La Ce Fe = (l-x-y) χ y 1(χ和y的值如表1所示。)的復(fù)合氧化物作為壓電體層70以外，與實(shí)施例1相同地形成壓電元件300。表1
權(quán)利要求
1.一種液體噴射頭，其特征在于， 具有壓力產(chǎn)生室，其與噴嘴開(kāi)口連通；和壓電元件，其具備壓電體層和設(shè)置于所述壓電體層的電極，所述壓電體層是包含鉍、鐵以及鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，所述壓電體層包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0. 01 0. 13。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述壓電體層還包含鑭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體噴射頭，其特征在于，所述壓電體層包含的鑭相對(duì)于鉍、鈰以及鑭的總量的摩爾比是0. 05 0. 20。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述壓電體層呈現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)相變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的液體噴射頭，其特征在于 所述壓電體層是鐵電體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體噴射頭，其特征在于，所述壓電體層在粉末X線衍射圖案中同時(shí)觀測(cè)到歸屬于呈現(xiàn)鐵電性的相的衍射峰和歸屬于呈現(xiàn)反鐵電性的相的衍射峰。
7.一種液體噴射裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述的液體噴射頭。
8.一種壓電元件，其具備壓電體層和設(shè)置于所述壓電體層的電極，所述壓電元件的特征在于，所述壓電體層是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，所述壓電體層包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0. 01 0. 13。
9.一種壓電材料，其是包含鉍、鐵和鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，所述壓電材料的特征在于，包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0. 01 0. 13。
全文摘要
本發(fā)明提供具有絕緣性高能夠抑制泄漏電流的產(chǎn)生并且對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)小的壓電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置和壓電元件以及壓電材料。該液體噴射頭包括壓力產(chǎn)生室，其與噴嘴開(kāi)口連通；和壓電元件，其具備壓電體層和設(shè)置于所述壓電體層的電極，所述壓電體層是包含鉍、鐵以及鈰的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，所述壓電體層包含的鈰相對(duì)于鉍和鈰的總量的摩爾比是0.01～0.13。
文檔編號(hào)B41J2/135GK102205719SQ201110060738
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者宮澤弘, 米村貴幸 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社