液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動裝置，其能夠抑制壓電體層的損壞。液體噴射頭具備：第一電極（60），其被設(shè)置于基板上；壓電體層（70），其被設(shè)置于該第一電極（60）上；第二電極（80），其被設(shè)置于該壓電體層（70）上，所述壓電體層（70）具有被所述第一電極（60）和所述第二電極（80）夾持且至少一端部通過所述第二電極（80）而被規(guī)定的有源部（310）、和被設(shè)置于與所述第二電極（80）的對所述有源部（310）進行規(guī)定的端部相比靠外側(cè)的位置處且厚度薄于所述有源部（310）的無源部（320），所述無源部（320）通過傾斜面（330）而與所述有源部（310）連續(xù)，所述第二電極（80）具有壓縮應(yīng)力。
【專利說明】液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過使壓電元件變形從而從噴嘴噴射液滴的液體噴射頭及液體噴射裝置，尤其涉及一種具備壓電元件的致動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，已知一種如下的液體噴射頭，即，通過使壓電元件(致動裝置)變形而使壓力產(chǎn)生室內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力變動，從而從與壓力產(chǎn)生室連通的噴嘴噴射液滴。作為其代表例，存在一種以液滴的形式噴射油墨滴的噴墨式記錄頭。
[0003]噴墨式記錄頭例如在設(shè)置有與噴嘴開口連通的壓力產(chǎn)生室的、流道形成基板的一面?zhèn)染邆渥鳛閴弘娫闹聞友b置，通過利用該致動裝置的驅(qū)動而使振動板發(fā)生變形，從而使壓力產(chǎn)生室產(chǎn)生壓力變化，由此使油墨滴從噴嘴被噴射。
[0004]在此，致動裝置由設(shè)置于振動板上的第一電極、壓電體層及第二電極構(gòu)成(例如，參照專利文獻I)。
[0005]在這種壓電致動器中，當向第一電極與第二電極之間施加了電壓時，將在壓電體層中產(chǎn)生壓電變形的部分(有源部)、和不產(chǎn)生壓電變形的部分(壓電體無源部)之間的邊界部分上產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0006]此外，在構(gòu)成壓電致動器的第一電極、壓電體層及第二電極延伸設(shè)置到壓力產(chǎn)生室的外側(cè)的結(jié)構(gòu)中，存在如下的可能性，即，在壓電體層上產(chǎn)生壓電變形的部分(有源部)處，在作為與壓力產(chǎn)生室對置的部分(可撓部)和壓力產(chǎn)生室的外側(cè)的部分(非可撓部)之間的邊界的、壓力產(chǎn)生室的端部，將產(chǎn)生更大的應(yīng)力集中，從而在壓電體層中產(chǎn)生燒壞或裂紋
坐寸ο
[0007]另外，這種問題不僅存在于噴墨式記錄頭中，還同樣存在于噴射油墨以外的液體的液體噴射頭中。
[0008]專利文獻1:日本特開2009 - 172878號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于這種情況，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制壓電體層的損壞的液體噴射頭、液體噴射裝置以及致動裝置。
[0010]用于解決上述課題的本發(fā)明的方式在于一種液體噴射頭，其特征在于，具備:第一電極，其被設(shè)置于基板上方；壓電體層，其被設(shè)置于該第一電極上方；第二電極，其被設(shè)置于該壓電體層上方，所述壓電體層具有有源部和無源部，其中，所述有源部被所述第一電極和所述第二電極夾持，且至少一端部通過所述第二電極而被規(guī)定，所述無源部被設(shè)置于，與所述第二電極的對所述有源部進行規(guī)定的端部相比靠外側(cè)的位置處，且厚度薄于所述有源部，所述無源部通過傾斜面而與所述有源部連續(xù)，所述第二電極具有壓縮應(yīng)力。
[0011]在所涉及的方式中，通過將第二電極的內(nèi)部應(yīng)力設(shè)為壓縮應(yīng)力，從而實施對內(nèi)部應(yīng)力為牽拉應(yīng)力的壓電體層的應(yīng)力緩和，由此能夠抑制有源部與無源部之間的邊界處的應(yīng)力集中。此外，通過利用傾斜面而使有源部和無源部連續(xù)，從而能夠抑制有源部與無源部之間的邊界處的應(yīng)力集中，由此能夠抑制由應(yīng)力集中而引起的燒壞、或裂紋等損壞。
[0012]在此，優(yōu)選為，所述第二電極具備第一層和第二層，所述第一層被設(shè)置于所述壓電體層側(cè)，所述第二層被設(shè)置于該第一層的與所述壓電體層相反的一側(cè)，且所述第二層的材料與所述第一層不同。由此，能夠在形成了第一層之后，對壓電體層進行再加熱處理(后期退火)，從而能夠通過再加熱處理來提高壓電體層的壓電特性。
[0013]此外，優(yōu)選為，所述第一層含有氧化銥及氧化鈦，所述第二層含有銥。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電性優(yōu)異的第二電極。
[0014]此外，優(yōu)選為，所述第二電極構(gòu)成以橫跨多個有源部的方式而連續(xù)設(shè)置的共用電極。由此，無需另外設(shè)置保護膜等，從而能夠抑制位移量的降低，且能夠降低成本。
[0015]此外,優(yōu)選為,所述第二電極的厚度在15nm以上且25nm以下。由此,能夠提高有源部的位移量。
[0016]而且，本發(fā)明的另一方式在于一種液體噴射裝置，其特征在于，具備上述方式的液體嗔射頭。
[0017]在所涉及的方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)對損壞進行抑制從而提高了可靠性的液體噴射裝置。
[0018]此外，本發(fā)明的另一方式在于一種致動裝置，其特征在于，具備:第一電極，其被設(shè)置于基板上方；壓電體層，其被設(shè)置于該第一電極上方；第二電極，其被設(shè)置于該壓電體層上方，所述壓電體層具有有源部和無源部，其中，所述有源部被所述第一電極和所述第二電極夾持，且至少一端部通過所述第二電極而被規(guī)定，所述無源部被設(shè)置于，與所述第二電極的對所述有源部進行規(guī)定的端部相比靠外側(cè)的位置處，且厚度薄于所述有源部，所述無源部通過傾斜面而與所述有源部連續(xù)，所述第二電極具有壓縮應(yīng)力。
[0019]在所涉及的方式中，通過將第二電極的內(nèi)部應(yīng)力設(shè)為壓縮應(yīng)力，從而實施對內(nèi)部應(yīng)力為牽拉應(yīng)力的壓電體層的應(yīng)力緩和，由此能夠抑制有源部與無源部之間的邊界處的應(yīng)力集中。此外，通過利用傾斜面而使有源部和無源部連續(xù)，從而能夠抑制有源部與無源部之間的邊界處的應(yīng)力集中，由此能夠抑制由應(yīng)力集中而引起的燒壞、或裂紋等損壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的分解立體圖。
[0021]圖2為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的俯視圖及剖視圖。
[0022]圖3為將表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的主要部分放大了的剖視圖。
[0023]圖4為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0024]圖5為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0025]圖6為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0026]圖7為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0027]圖8為表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0028]圖9為表示試驗結(jié)果的曲線圖。
[0029]圖10為表示本發(fā)明的一個實施方式所涉及的液體噴射裝置的概要圖?！揪唧w實施方式】
[0030]以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
[0031]實施方式I
[0032]圖1為作為本發(fā)明的實施方式I所涉及的液體噴射頭的一個示例的噴墨式記錄頭的立體圖，圖2為噴墨式記錄頭的俯視圖及剖視圖，圖3為將圖2的主要部分放大了的剖視圖。
[0033]如圖所示，在作為本實施方式的液體噴射頭的一個示例的噴墨式記錄頭I所具備的流道形成基板10上，形成有壓力產(chǎn)生室12。而且，通過多個隔壁11而劃分的壓力產(chǎn)生室12沿著噴出相同顏色的油墨的多個噴嘴開口 21并排設(shè)置的方向而被并排設(shè)置。此后，將該方向稱為壓力產(chǎn)生室12的并排設(shè)置方向或第一方向X。另外，此后，將與第一方向X正交的方向稱為第二方向Y。
[0034]另外，在流道形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一端部側(cè)、即與第一方向X正交的第二方向Y上的一端部側(cè)，通過多個隔壁11而被劃分出油墨供給通道13和連通通道14。在連通通道14的外側(cè)(在第二方向Y上與壓力產(chǎn)生室12相反的一側(cè))，形成有構(gòu)成歧管100的一部分的連通部15，所述歧管100成為各個壓力產(chǎn)生室12的共用的油墨室(液體室)。S卩，在流道形成基板10上，設(shè)置有由壓力產(chǎn)生室12、油墨供給通道13、連通通道14及連通部15構(gòu)成的液體流道。
[0035]在流道形成基板10的一面?zhèn)?、即壓力產(chǎn)生室12等液體流道開口的面上，通過粘合劑或熱熔敷薄膜等而接合有噴嘴板20，在所述噴嘴板20上貫穿設(shè)置有與各個壓力產(chǎn)生室12連通的噴嘴開口 21。即，在噴嘴板20上，沿著第一方向X而并排設(shè)置有噴嘴開口 21。
[0036]在流道形成基板10的另一面?zhèn)?，形成有振動?0。本實施方式所涉及的振動板50由形成于流道形成基板10上的彈性膜51、和形成于彈性膜51上的絕緣體膜52構(gòu)成。另夕卜，壓力產(chǎn)生室12等液體流道是通過從一面對流道形成基板10進行各向異性蝕刻而形成的，壓力產(chǎn)生室12等液體流道的另一面由振動板50 (彈性膜51)構(gòu)成。
[0037]在絕緣體膜52上形成有壓電元件300，所述壓電元件300由厚度例如為大約
0.2 μ m的第一電極60、厚度例如為大約1.0 μ m的壓電體層70、和厚度例如為大約0.05 μ m的第二電極80構(gòu)成。設(shè)置于該基板(流道形成基板10)上的壓電元件300成為本實施方式的致動裝置。
[0038]以下，參照圖3，進一步對構(gòu)成致動裝置的壓電元件300進行詳細說明。
[0039]如圖3所不,構(gòu)成壓電兀件300的第一電極60針對于每個壓力產(chǎn)生室12而被分害I]，并且構(gòu)成相對于每個壓電元件300而獨立的獨立電極。而且，第一電極60在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上以與壓力產(chǎn)生室12的寬度相比較窄的寬度而形成。即，在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上，第一電極60的端部位于與壓力產(chǎn)生室12對置的區(qū)域的內(nèi)側(cè)。在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上，第一電極60的兩端部分別延伸設(shè)置到壓力產(chǎn)生室12的外偵U。另外，雖然第一電極60的材料只要為金屬材料，則不被特別限定，但例如，優(yōu)選使用鉬(Pt)、銥(Ir)等。
[0040]壓電體層70以在第二方向Y上成為預(yù)定的寬度的方式，而橫跨第一方向X連續(xù)設(shè)置。壓電體層70在第二方向Y上的寬度大于壓力產(chǎn)生室12在第二方向Y上的長度。因此，在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上，壓電體層70被設(shè)置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。[0041]壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上的一端部側(cè)(在本實施方式中，為油墨供給通道側(cè))的、壓電體層70的端部位于，與第一電極60的端部相比靠外側(cè)的位置處。即，第一電極60的端部被壓電體層70所覆蓋。壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上的另一端側(cè)的、壓電體層70的端部位于，與第一電極60的端部相比靠內(nèi)側(cè)(壓力產(chǎn)生室12側(cè))的位置處。
[0042]另外，在被延伸設(shè)置到壓電體層70的外側(cè)的第一電極60上，例如連接有由金(Au)等構(gòu)成的引線電極90。雖然省略了圖示，但是，該引線電極90構(gòu)成連接有連接配線的端子部，所述連接配線與驅(qū)動電路等相連。
[0043]此外，在壓電體層70上，形成有與各個隔壁11對置的凹部71。該凹部71在第一方向X上的寬度與各個隔壁11在第一方向X上的寬度大致相同，或者大于各個隔壁11在第一方向X上的寬度。由此，由于振動板50的與壓力產(chǎn)生室12的寬度方向端部對置的部分(所謂的振動板50的臂部)的剛性被抑制，因此，能夠良好地使壓電元件300發(fā)生位移。
[0044]作為壓電體層70，可列舉出形成于第一電極60上的、由顯示出電子機械轉(zhuǎn)換作用的強介電性陶瓷材料構(gòu)成的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜(鈣鈦礦型結(jié)晶)。作為壓電體層70的材料，例如，可以使用鋯鈦酸鉛(PZT)等強介電性壓電材料、或在其中添加了氧化鈮、氧化鎳或氧化鎂等金屬氧化物的材料。具體而言，可以使用鈦酸鉛(PbTi03)、錯鈦酸鉛(Pb (Zr, Ti)O3)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鈦酸鉛鑭((Pb，La) TiO3)、鋯鈦酸鉛鑭((Pb,La) (Zr，Ti) O3)、或鎂鈮酸鋯鈦酸鉛(Pb (Zr, Ti) (Mg，Nb)03)等。在本實施方式中，作為壓電體層70，使用了鋯鈦酸鉛(PZT)。
[0045]另外，作為壓電體層70的材料，并不限定于含有鉛的鉛類的壓電材料，也可以使用不含鉛的非鉛類的壓電材料。作為非鉛類的壓電材料，例如，可列舉出鐵酸鉍(BiFeO3,簡稱為“BF0”)、鈦酸鋇(BaTiO3，簡稱為“BT”)、鈮酸鉀鈉((K，Na) NbO3，簡稱為“KNN”)、鈮酸鉀鈉鋰((K，Na, Li) NbO3)、鈮鉭酸鉀鈉鋰((K，Na, Li) (Nb, Ta) O3)、鈦酸鉍鉀((Bi1/2K1/2)TiO3,簡稱為“BKT”)、鈦酸鉍鈉((Bi1/2Na1/2) TiO3,簡稱為“BNT”)、錳酸鉍(BiMnO3,簡稱為“BM”)、含有鉍、鉀、鈦及鐵并具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物(x[ (BixK1I)TiO3] - (1- x)[BiFeO3],簡稱為“BKT — BF”)、含有鉍、鐵、鋇及鈦并具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物((I 一x) [BiFeO3] — X[BaTi03]，簡稱為“BF0 — BT”)、或在其中添加了錳、鈷、鉻等金屬的材料((1- x) [Bi (Fe1-yMy) O3] — X[BaTiO3] (Μ 為，Mn、Co 或 Cr))等。
[0046]關(guān)于壓電體層70，雖然將在后文詳細敘述，但是，壓電體層70可以通過溶膠一凝膠法、MOD (Metal — Organic Decomposition,金屬有機物分解)法等液相法,或派射法、激光燒蝕法等PVD (Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積)法(氣相法)等而形成。另夕卜，在本實施方式中，壓電體層70的形成時的內(nèi)部應(yīng)力成為牽拉應(yīng)力。
[0047]第二電極80在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上被連續(xù)設(shè)置在壓電體層70上，并且構(gòu)成多個壓電元件300共用的共用電極。在本實施方式中，第二電極80具備第一層81和第二層82，其中，所述第一層81被設(shè)置于壓電體層70側(cè)，所述第二層82被設(shè)置于第一層81的與壓電體層70相反的一側(cè)。并且，對于第一層81，雖然將在后文詳細敘述，但是，第一層81例如具有通過在壓電體層70上形成了由銥構(gòu)成的銥層，并在銥層上形成了由鈦構(gòu)成的鈦層之后進行加熱從而氧化的物質(zhì)、即氧化銥和氧化鈦。并且，第一層81的銥層還作為擴散防止層而發(fā)揮功能，所述擴散防止層用于抑制在進行了加熱處理時構(gòu)成壓電體層70的成分在第一層81中過度擴散的現(xiàn)象，且用于抑制鈦層的成分在壓電體層70中進行擴散的現(xiàn)象。
[0048]另外，第一層81的鈦層具有如下的作用，即，對壓電體層70的表面(第二電極80偵D的過剩的成分進行吸附，例如，在含鉛的壓電體層70的情況下，對壓電體層70的表面的過剩的鉛進行吸附，從而提高壓電體層70的壓電特性的作用。
[0049]另外，構(gòu)成第二電極80的第二層82可以使用具有導(dǎo)電性的材料，例如，可以使用銥或?qū)訅毫蒜伜豌灥牟牧?。并且，為了降低電阻，第二?2與第一層81相比形成得較厚。而且，由于銥的內(nèi)部應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力，且鈦的內(nèi)部應(yīng)力大致為0，因此，第二電極80的內(nèi)部應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力。
[0050]壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上的一端側(cè)(油墨供給通道側(cè))的、第二電極80的端部位于，與壓電體層70的端部相比靠內(nèi)側(cè)(壓力產(chǎn)生室12側(cè))的位置處。也就是說，壓電體層70的第二方向Y上的端部以與第二電極80相比向外側(cè)突出的方式而設(shè)置。
[0051]這種結(jié)構(gòu)的壓電元件300通過向第一電極60和第二電極80之間施加電壓從而產(chǎn)生位移。即，通過向兩個電極之間施加電壓，從而使被第一電極60和第二電極80夾持的壓電體層70產(chǎn)生壓電變形。而且，將向兩個電極施加了電壓時壓電體層70中產(chǎn)生壓電變形的部分稱為有源部310。與此相對，將壓電體層70中未產(chǎn)生壓電變形的部分稱為無源部320。另外，將在壓電體層70中產(chǎn)生壓電變形的有源部310中，與壓力產(chǎn)生室12對置的部分稱為可撓部，而將壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)的部分稱為非可撓部。
[0052]在本實施方式中，第一電極60、壓電體層70及第二電極80全部在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上連續(xù)設(shè)置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。即，有源部310連續(xù)設(shè)置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。因此，有源部310中，壓電元件300的與壓力產(chǎn)生室12對置的部分成為可撓部，而壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)的部分成為非可撓部。
[0053]因此，在本實施方式中，如圖3所示，有源部310的第二方向Y上的端部通過第二電極80而被規(guī)定，并且有源部310的第二方向Y上的端部被設(shè)置于，與壓力產(chǎn)生室12相對置的區(qū)域的外側(cè)、即非可撓部上。
[0054]而且，未設(shè)置有第二電極80的無源部320被配置在有源部310的第二方向Y上的外側(cè)，在本實施方式中為與油墨供給通道13相反的一側(cè)。在此，在第二方向Y上，無源部320薄于有源部310的厚度。即，在有源部310和無源部320之間的邊界處，設(shè)置有由于厚度的差異而形成的高低差。而且，該高低差通過傾斜面330而被形成，所述傾斜面330相對于與流道形成基板10的設(shè)置有壓電元件300的面垂直的方向(法線方向)而傾斜。另外，有源部310和無源部320的厚度是指壓電體層70的厚度，并且是指第一電極60、壓電體層70及第二電極80層壓方向上的厚度。
[0055]這種有源部310和無源部320之間的邊界的傾斜面330優(yōu)選為，相對于有源部310的表面而以10?45度的角度形成。這是因為,例如在傾斜面330大于45度而接近垂直面時，應(yīng)力將集中于由傾斜面330和無源部320構(gòu)成的角部處，從而在傾斜面330和無源部320之間的角部處產(chǎn)生裂紋等損壞。
[0056]另外，無源部320和有源部310之間的膜厚之差Λ t優(yōu)選為，當將第二電極80的膜厚設(shè)為s時，滿足s < 2XSo在本實施方式中，由于無源部320的表面在對第二電極80進行蝕刻時利用過蝕刻而被去除，因此，有源部310的表面與無源部320的被實施了過蝕刻的表面之間的間隔成為膜厚之差A(yù)t。而且，該At優(yōu)選為，以第二電極80的厚度s以上且第二電極80的厚度s的兩倍以下的大小而形成。
[0057]如此，通過將有源部310的表面和無源部320的表面之間的高低差的高度Λ t設(shè)為第二電極80的厚度s以上，從而能夠抑制由于流道形成基板10的面內(nèi)的分布而產(chǎn)生無源部320未被過蝕刻的區(qū)域的現(xiàn)象。也就是說，即使在流道形成基板10 (詳細內(nèi)容將在后文中進行敘述的流道形成基板用晶片110)的面內(nèi)，過蝕刻量產(chǎn)生了偏差，也能夠通過將過蝕刻量(At)設(shè)為第二電極80的厚度s以上，從而抑制產(chǎn)生未被過蝕刻的區(qū)域的現(xiàn)象。并且，當使過蝕刻量(At)小于第二電極80的厚度s時，有可能產(chǎn)生未被過蝕刻的區(qū)域，當壓電體層70未被過蝕刻時,存在成為第二電極80未被完全去除,從而有源部310的端部未被規(guī)定的狀態(tài)的情況。
[0058]另外，通過將有源部310的表面和無源部320的表面之間的高低差的高度At設(shè)為第二電極80的厚度s的兩倍以下，從而能夠抑制應(yīng)力集中于由傾斜面330和無源部320的表面構(gòu)成的角部上的現(xiàn)象，由此能夠抑制角部的因應(yīng)力集中而受到的損壞。即，當有源部310和無源部320之間的表面的高低差(At)變得過大時，存在如下的可能性，S卩，應(yīng)力集中于由傾斜面330和無源部320的表面構(gòu)成的角部上，從而角部產(chǎn)生裂紋等損壞、或燒壞。
[0059]另外，如上文所述，第二電極80的內(nèi)部應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力。并且，壓電體層70的內(nèi)部應(yīng)力為牽拉應(yīng)力，通過將第二電極80的內(nèi)部應(yīng)力設(shè)為壓縮應(yīng)力，從而緩和壓電體層70的牽拉應(yīng)力。也就是說，壓電體層70的牽拉應(yīng)力通過第二電極80的壓縮應(yīng)力而減少，從而壓電體層70的內(nèi)部應(yīng)力被降低。由此，通過降低壓電體層70的內(nèi)部應(yīng)力，從而能夠抑制壓電體層70的有源部310和無源部320之間的邊界處的裂紋等損壞、或燒壞等。
[0060]并且，在本實施方式中，由于有源部310和無源部320之間的邊界被設(shè)置于非可撓部上，因此，有源部310和無源部320之間的邊界處的應(yīng)力不會通過振動板50的變形而被釋放。在本實施方式中，通過設(shè)置內(nèi)部應(yīng)力為壓縮應(yīng)力的第二電極80以緩和內(nèi)部應(yīng)力為牽拉應(yīng)力的壓電體層70的內(nèi)部應(yīng)力，從而能夠抑制壓電體層70的燒壞或裂紋等損壞，該壓電體層70的燒壞或裂紋等損壞是因未通過振動板50的變形而被釋放的、向有源部310和無源部320之間的邊界的應(yīng)力集中而引起的。
[0061]另外，有源部310的第二方向Y上的油墨供給通道13側(cè)的端部被配置于，油墨供給通道13或連通通道14等的開口上。因此，在有源部310的第二方向Y上的油墨供給通道13側(cè)的端部處，有源部310和無源部320之間的邊界處的應(yīng)力通過振動板50的變形而被釋放。因此，即使不在有源部310的第二方向Y上的油墨供給通道13側(cè)的端部處設(shè)置傾斜面330等，也不易在壓電體層70上產(chǎn)生燒壞、或裂紋等損壞。當然，如果在有源部310的第二方向Y上的油墨供給通道13側(cè)的端部處也設(shè)置無源部320和傾斜面330，則能夠可靠地抑制產(chǎn)生燒壞或裂紋等的現(xiàn)象，該燒壞或裂紋等是因有源部310的第二方向Y上的油墨供給通道13側(cè)的端部處的應(yīng)力集中而引起的。
[0062]另外，有源部310的第一方向X上的端部通過第一電極60的第一方向X上的端部而被規(guī)定。而且，第一電極60的第一方向X上的端部被設(shè)置于，與壓力產(chǎn)生室12相對置的區(qū)域內(nèi)。因此，有源部310的第一方向X上的端部被設(shè)置于可撓部上，從而在第一方向X上，有源部310和無源部320之間的邊界處的應(yīng)力通過振動板的變形而被釋放。因此，在本實施方式中，無需在壓電體層70的有源部310的第一方向X上的端部處設(shè)置傾斜面330。當然，如果在有源部310的第一方向X上的端部處設(shè)置傾斜面330，則能夠抑制燒壞、或裂紋等損壞，該燒壞、或裂紋等損壞是因有源部310的第一方向X上的端部處的應(yīng)力集中而引起的。
[0063]如圖1及圖2所示，在形成有這種壓電元件300的流道形成基板10上，通過粘合劑35而接合有對壓電元件300進行保護的保護基板30。在保護基板30上，設(shè)置有壓電元件保持部31，所述壓電元件保持部31為形成對壓電元件300進行收納的空間的凹部。另夕卜，在保護基板30上設(shè)置有歧管部32，所述歧管部32構(gòu)成歧管100的一部分。歧管部32在厚度方向上貫穿保護基板30并橫跨壓力產(chǎn)生室12的寬度方向而形成，并且如上文所述，與流道形成基板10的連通部15連通。另外，在保護基板30上，設(shè)置有在厚度方向上貫穿保護基板30的貫穿孔33。與各個有源部310的第一電極60相連接的引線電極90露出于該貫穿孔33內(nèi)，并且與未圖示的驅(qū)動電路相連接的連接配線的一端在該貫穿孔33內(nèi)與引線電極90相連接。
[0064]在保護基板30上，接合有由密封膜41及固定板42構(gòu)成的可塑性基板40。密封膜41由剛性較低且具有可撓性的材料構(gòu)成，通過該密封膜41從而歧管部32的一面被封閉。另外，固定板42由金屬等硬質(zhì)的材料形成。由于該固定板42的與歧管100對置的區(qū)域成為在厚度方向上被完全去除的開口部43，因此，歧管100的一面僅被具有可撓性的密封膜41封閉。
[0065]在這種本實施方式的噴墨式記錄頭I中，在從與未圖示的外部油墨供給單元連接的油墨導(dǎo)入口引入油墨，并且從歧管100到噴嘴開口 21為止由油墨填滿了內(nèi)部之后，根據(jù)來自驅(qū)動電路的記錄信號，向與壓力產(chǎn)生室12相對應(yīng)的各個第一電極60和第二電極80之間施加電壓。由此，振動板50與壓電元件300 —起發(fā)生撓曲變形，從而使各個壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力增高，由此從各個噴嘴開口 21噴射油墨滴。
[0066]在此，對這種本實施方式的噴墨式記錄頭的制造方法進行說明。并且，圖4至圖8為表示噴墨式記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0067]首先，如圖4 Ca)所示，在作為硅晶片的流道形成基板用晶片110的表面上，形成彈性膜51。在本實施方式中，通過對流道形成基板用晶片110進行熱氧化，從而形成由二氧化硅構(gòu)成的彈性膜51。當然，彈性膜51的材料并不限定于二氧化硅，也可以采用氮化硅膜、多晶硅膜、有機膜(聚酰亞胺、異戊稀炔等)等。彈性膜51的形成方法并不限定于熱氧化，也可以通過濺射法、CVD (化學(xué)氣相沉積)法、旋涂法等而形成。
[0068]接下來，如圖4(b)所示，在彈性膜51上，形成由氧化鋯構(gòu)成的絕緣體膜52。當然，絕緣體膜52并不限定于氧化錯，也可以使用氧化鈦(Ti02)、氧化招(A1203)、氧化鉿(Hf02)、氧化鎂(MgO)、鋁酸鑭(LaAlO3)等。作為形成絕緣體膜52的方法，可列舉出濺射法、CVD法、蒸鍍法等。在本實施方式中，雖然通過該彈性膜51及絕緣體膜52而形成了振動板50，但是，作為振動板50，也可以僅設(shè)置彈性膜51及絕緣體膜52的某一方。
[0069]接下來，如圖4 (C)所示，在絕緣體膜52上的整個面上形成第一電極60。該第一電極60的材料未被特別限定，在作為壓電體層70而使用鋯鈦酸鉛(PZT )的情況下，優(yōu)選為，因氧化鉛的擴散而導(dǎo)致的導(dǎo)電性的變化較少的材料。因此，作為第一電極60的材料，優(yōu)選使用鉬、銥等。另外，第一電極60例如可以通過濺射法或PVD法(物理蒸鍍法)等而形成。
[0070]接下來，如圖5 (a)所示，在第一電極60上形成由鈦(Ti)構(gòu)成的籽晶層61。通過以此種方式在第一電極60之上設(shè)置籽晶層61,從而能夠在之后的工序中,在第一電極60上隔著籽晶層61而形成壓電體層70時，將壓電體層70的優(yōu)先取向方位控制為(100)，由此能夠獲得作為電子機械轉(zhuǎn)換元件而較為理想的壓電體層70。并且，籽晶層61在壓電體層70結(jié)晶化時，作為促進結(jié)晶化的晶種而發(fā)揮功能，并在壓電體層70的燒成后，擴散到壓電體層70內(nèi)。另外，在本實施方式中，雖然作為籽晶層61，使用了鈦(Ti)，但是，只要籽晶層61在之后的工序中形成壓電體層70時成為壓電體層70的結(jié)晶的核，則并不特別限定于此，例如，作為籽晶層61，也可以使用氧化鈦(TiO2)，還可以使用鈦及鈦氧化物以外的材料,例如，使用鑭鎳氧化物(LNO)等。當然，也可以使籽晶層61殘留于第一電極60和壓電體層70之間。另外，籽晶層61既可以為層狀，也可以為島狀。
[0071]接下來，在本實施方式中，形成由鋯鈦酸鉛(PZT)構(gòu)成的壓電體層70。在此，在本實施方式中，使用所謂的溶膠一凝膠法，來形成壓電體層70，在所述溶膠一凝膠法中，通過對將金屬絡(luò)合物溶解分散于溶劑中的所謂的溶膠進行涂布干燥，而使之凝膠化，并進一步在高溫下進行燒成，從而獲得由金屬氧化物構(gòu)成的壓電體層70。并且，壓電體層70的制造方法并不限定于溶膠一凝膠法，例如，也可以使用MOD (Metal — Organic Decomposition)法、派射法或激光燒蝕法等PVD (Physical Vapor Deposition)法等。S卩，壓電體層70可以通過液相法、氣相法中的任意一種方法而形成。
[0072]作為壓電體層70的具體的形成順序，首先，如圖5 (b)所示，在籽晶層61上，對作為PZT前驅(qū)體膜的壓電體前驅(qū)體膜73進行成膜。即，在形成有第一電極60 (籽晶層61)的流道形成基板用晶片110上，涂布含有金屬絡(luò)合物的溶膠(溶液)(涂布工序)。接下來，將該壓電體前驅(qū)體膜73加熱到預(yù)定溫度并干燥固定時間(干燥工序)。例如，在本實施方式中，通過在170?180°C下保持8?30分鐘，從而能夠?qū)弘婓w前驅(qū)體膜73進行干燥。
[0073]接下來，通過將干燥了的壓電體前驅(qū)體膜73加熱到預(yù)定溫度，并保持固定時間，從而進行脫脂(脫脂工序)。例如，在本實施方式中，通過將壓電體前驅(qū)體膜73加熱到300?400°C左右的溫度，并保持大約10?30分鐘，從而進行脫脂。并且，此處所說的脫脂是指，使壓電體前驅(qū)體膜73所含有的有機成分以例如N02、CO2, H2O等的形式而脫離。
[0074]接下來，如圖5 (c)所示，通過將壓電體前驅(qū)體膜73加熱到預(yù)定溫度并保持固定時間，使之結(jié)晶化，從而形成壓電體膜74 (燒成工序)。在該燒成工序中，優(yōu)選為，將壓電體前驅(qū)體膜73加熱到700°C以上。并且，在燒成工序中，優(yōu)選為，將升溫速率設(shè)為50°C /sec以上。由此，能夠獲得具有優(yōu)異特性的壓電體膜74。
[0075]另外，形成于第一電極60上的籽晶層61擴散到壓電體膜74內(nèi)。當然，籽晶層61既可以以鈦的形式、也可以以氧化鈦的形式而殘留于第一電極60和壓電體膜74之間。
[0076]并且，作為在這種干燥工序、脫脂工序及燒成工序中所使用的加熱裝置，例如，可以使用加熱板、或通過紅外線燈的照射而進行加熱的RTP (Rapid Thermal Processing,快速熱處理)裝置等。
[0077]接下來，如圖5 Cd)所示，在第一電極60上形成第一層的壓電體膜74的階段中，以使第一電極60及第一層的壓電體膜74的側(cè)面傾斜的方式而同時對第一電極60及第一層的壓電體膜74進行圖案形成。并且，第一電極60及第一層的壓電體膜74的圖案形成例如可以通過離子銑削等干蝕刻而實施。
[0078]在此，例如在對第一電極60進行圖案形成之后再形成第一層的壓電體膜74時，由于通過光刻工序、離子統(tǒng)削、拋光而對第一電極60進行圖案形成，因此,第一電極60的表面、或設(shè)置于表面上的未圖示的鈦等的籽晶層等將發(fā)生變質(zhì)。于是，即使在發(fā)生了變質(zhì)的面上形成壓電體膜74，該壓電體膜74的結(jié)晶性也不會良好，并且，第二層以后的壓電體膜74也將受到第一層的壓電體膜74的結(jié)晶狀態(tài)的影響而進行結(jié)晶成長，因此，無法形成具有良好的結(jié)晶性的壓電體層70。
[0079]與此相比，如果在形成了第一層的壓電體膜74之后與第一電極60同時進行圖案形成，則第一層的壓電體膜74與鈦等的籽晶相比，即使作為使第二層以后的壓電體膜74良好地進行結(jié)晶成長的種(晶種)，性質(zhì)也較強，例如即使通過圖案形成而在表層上形成了極薄的變質(zhì)層，也不會對第二層以后的壓電體膜74的結(jié)晶成長造成較大的影響。
[0080]接下來，如圖5 (e )所示，在對第一層的壓電體膜74和第一電極60進行了圖案形成之后，以遍及絕緣體膜52上、第一電極60的側(cè)面、第一層的壓電體膜74的側(cè)面及壓電體膜74上的方式而形成中間籽晶層200。中間籽晶層200與籽晶層61相同，可以使用鈦或鑭鎳氧化物等。另外，中間籽晶層200與籽晶層61相同，既可以為層狀，也可以為島狀。
[0081]接下來，如圖6 (a)所示，通過多次反復(fù)實施由上述的涂布工序、干燥工序、脫脂工序及燒成工序構(gòu)成的壓電體膜形成工序，從而形成由多層壓電體膜74構(gòu)成的壓電體層70。
[0082]并且，第二層以后的壓電體膜74以遍及絕緣體膜52上、第一電極60及第一層的壓電體膜74的側(cè)面上、及第一層的壓電體膜74上的方式而連續(xù)形成。由于在形成有該第二層以后的壓電體膜74的區(qū)域中，形成有中間籽晶層200，因此，能夠通過該中間籽晶層200，從而將第二層以后的壓電體膜74的優(yōu)先取向控制為(100)，并且能夠由微小粒徑形成。另夕卜，在壓電體層70結(jié)晶化時，中間籽晶層200作為促進結(jié)晶化的晶種而發(fā)揮功能，并且在壓電體層70的燒成后，既可以全部擴散到壓電體層70中，此外，也可以有一部分以原形式或氧化物的形式而殘留。
[0083]接下來，如圖6 (b)所示，在壓電體層70上，層壓具有銥的銥層811，并在銥層811上層壓具有鈦的鈦層812。該銥層811及鈦層812可以通過濺射法或CVD法等形成。
[0084]然后，如圖6 (c)所示，進一步對形成有銥層811及鈦層812的壓電體層70進行再加熱處理(后期退火)。通過以此種方式進行再加熱處理，從而即使產(chǎn)生了在壓電體層70的第二電極80側(cè)形成銥層811等時的損壞，也能夠通過實施再加熱處理，消除壓電體層70的損壞，從而提高壓電體層70的壓電特性。另外，在如本實施方式那樣使用含有鉛的壓電體層70的情況下，能夠通過實施再加熱處理，使壓電體層70的第二電極80側(cè)的過剩的鉛(過剩鉛)吸附于銥層811及鈦層812側(cè)，從而抑制由于過剩鉛而導(dǎo)致的壓電體層70的壓電特性的降低。
[0085]另外，銥層811及鈦層812通過實施再加熱處理從而成為具有氧化銥及氧化鈦的第一層81。并且，也可以如上文所述那樣使過剩鉛吸附在第一層81上。
[0086]實施這種再加熱處理的溫度優(yōu)選為，在壓電體膜74的燒成溫度(對壓電體前驅(qū)體膜73進行加熱而使其結(jié)晶化的溫度)的一 10°C以上且+ 500C以下。
[0087]接下來，如圖7 (a)所示，以與各個壓力產(chǎn)生室12相對應(yīng)的方式對第一層81及壓電體層70進行圖案形成。在本實施方式中，在第一層81上設(shè)置形成為預(yù)定形狀的掩膜(未圖示)，并通過經(jīng)由該掩膜而對壓電體層70進行蝕刻的、所謂的光蝕刻來進行圖案形成。并且，壓電體層70的圖案形成例如可列舉出反應(yīng)性離子蝕刻或離子銑削等干蝕刻。
[0088]接下來，如圖7 (b)所示，通過以遍及第一層81上及壓電體層70的實施了圖案形成的側(cè)面上以及絕緣體膜52上的方式而形成例如由銥(Ir)構(gòu)成的第二層82，從而形成第二電極80，并將第二電極80圖案形成為預(yù)定形狀。由此，通過在形成有源部310和無源部320的同時，對壓電體層70的厚度方向上的一部分進行過蝕刻，從而同時形成傾斜面330(參照圖3)。
[0089]接下來，雖然未進行圖示，但形成引線電極90，且圖案形成為預(yù)定形狀(參照圖2)。
[0090]接下來，如圖8 (a)所示，在通過粘合劑35而將硅晶片且成為多個保護基板30的保護基板用晶片130接合于流道形成基板用晶片110的壓電元件300側(cè)之后，將流道形成基板用晶片110減薄為預(yù)定的厚度。
[0091]接下來，如圖8 (b)所示，在流道形成基板用晶片110上新形成掩膜53，并圖案形成為預(yù)定形狀。然后，如圖8 (c)所示，通過經(jīng)由掩膜53而對流道形成基板用晶片110進行使用了 KOH (氫氧化鉀)等堿性溶液的各向異性蝕刻(濕蝕刻)，從而形成與壓電元件300相對應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12、油墨供給通道13、連通通道14及連通部15等。
[0092]之后，通過利用例如切割器等進行切斷，從而去除流道形成基板用晶片110及保護基板用晶片130的外邊緣部的不需要的部分。然后，通過將貫穿設(shè)置有噴嘴開口 21的噴嘴板20接合于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(cè)的面上，且將可塑性基板40接合于保護基板用晶片130上，并將流道形成基板用晶片110等分割成如圖1所示的一個芯片尺寸的流道形成基板10等，從而形成本實施方式的噴墨式記錄頭。
[0093]實施例1?5
[0094]通過與上述的實施方式I相同的制造方法，而形成了壓電元件300。具體而言，以1.3?1.4 μ m的膜厚形成了彈性膜51，以0.3?0.4 μ m的膜厚形成了絕緣體膜55，以
0.1?0.2 μ m的膜厚形成了第一電極60，并以I?2 μ m的膜厚形成了壓電體層。另外，第二電極80以15nm以上且25nm以下的膜厚而形成。在本實施方式中，將在15nm?25nm的范圍內(nèi)以2.5nm的間距而形成第二電極80的壓電元件分別設(shè)為實施例1?5的壓電元件。
[0095]并且，壓力產(chǎn)生室12在壓電元件300側(cè)開口為長方形，并將第一方向X上的寬度設(shè)為70 μ m，將第二方向Y上的長度設(shè)為360 μ m。
[0096]另外，在壓電元件300上，形成了與上述的實施方式I相同的傾斜面330。
[0097]并且，對于第二電極80的厚度而言,相對于各個膜厚而產(chǎn)生±10%左右的誤差。
[0098]比較例I?3
[0099]為了進行比較，除了將第二電極80的膜厚設(shè)為27.5nm、30nm、50nm以外，以與上述的實施例1?5相同的膜厚形成比較例I?3的壓電元件300。另外，關(guān)于壓力產(chǎn)生室12的形狀和尺寸等，與上述的實施例1?5相同。
[0100]試驗例
[0101]對實施例1?5的壓電元件300和比較例I?3的壓電元件300進行驅(qū)動，并對其位移量進行測定。并且，向壓電元件施加O?35V的矩形的脈沖波形，并通過激光多普勒位移計而對位移量進行測定。對于該測定，在壓力產(chǎn)生室的長邊方向(長度方向)上的多個部位處進行測定。圖9中圖示了實施例1與比較例3的測定結(jié)果。另外，下述表I中示出了實施例1?5及比較例I?3的測定結(jié)果、和實施例1?5及比較例I及2的位移量相對于比較例3的位移量的提高率。[0102]表1
【權(quán)利要求】
1.一種液體噴射頭，其特征在于，具備: 第一電極，其被設(shè)置于基板上方； 壓電體層，其被設(shè)置于該第一電極上方； 第二電極，其被設(shè)置于該壓電體層上方， 所述壓電體層具有有源部和無源部，其中，所述有源部被所述第一電極和所述第二電極夾持，且至少一端部通過所述第二電極而被規(guī)定，所述無源部被設(shè)置于，與所述第二電極的對所述有源部進行規(guī)定的端部相比靠外側(cè)的位置處，且厚度薄于所述有源部， 所述無源部通過傾斜面而與所述有源部連續(xù)， 所述第二電極具有壓縮應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述第二電極具備第一層和第二層，所述第一層被設(shè)置于所述壓電體層側(cè)，所述第二層被設(shè)置于該第一層的與所述壓電體層相反的一側(cè)，且所述第二層的材料與所述第一層不同。
3.如權(quán)利要求2所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述第一層含有氧化銥及氧化鈦，所述第二層含有銥。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述第二電極構(gòu)成以橫跨多個有源部的方式而連續(xù)設(shè)置的共用電極。
5.如權(quán)利要求4所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述第二電極的厚度在15nm以上且25nm以下。
6.一種液體噴射裝置，其特征在于， 具備權(quán)利要求1至5中任一項所述的液體噴射頭。
7.一種致動裝置，其特征在于，具備: 第一電極，其被設(shè)置于基板上方； 壓電體層，其被設(shè)置于該第一電極上方； 第二電極，其被設(shè)置于該壓電體層上方， 所述壓電體層具有有源部和無源部，其中，所述有源部被所述第一電極和所述第二電極夾持，且至少一端部通過所述第二電極而被規(guī)定，所述無源部被設(shè)置于，與所述第二電極的對所述有源部進行規(guī)定的端部相比靠外側(cè)的位置處，且厚度薄于所述有源部， 所述無源部通過傾斜面而與所述有源部連續(xù)， 所述第二電極具有壓縮應(yīng)力。
【文檔編號】B41J2/14GK103802478SQ201310560206
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】矢崎士郎 申請人:精工愛普生株式會社