專利名稱：壓電元件，液體噴射頭和液體噴射設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括有下電極、壓電層和上電極的壓電元件。具體地，本發(fā)明涉及從噴嘴口噴射液滴的液體噴射頭以及用于液體噴射設備的壓電元件。
背景技術：
具有如下構造的噴墨記錄頭已經投入了實際使用。根據該構造，與墨滴從此噴出的噴嘴口相連通的壓力產生腔的一部分由振動板構成。振動板被壓電元件變形，于是每個壓力產生腔中的墨水受壓。由此，從每個噴嘴口中噴出墨滴。例如以如下方式構造的噴墨記錄頭屬于這樣的噴墨記錄頭。通過使用膜形成技術在振動板的整個表面上形成由壓電材料制成的均勻層。然后，通過光刻法將該由壓電材料制成的層切割成與壓力產生腔相對應的形狀。由此，在壓力產生腔中分別形成壓電元件，以使得壓電元件可以彼此相互獨立。
包括具有通過抑制其泄漏電流而提高的耐受電壓的壓電元件已經被提出作為用于該噴墨記錄頭的壓電元件，而泄漏電流是通過將包含于其中的一定量的鹵素材料設定為壓電層的組分來抑制的。(參見例如日本專利特開No.2004-107181的第11頁中的權利要求書)但是，根據日本專利特開No.2004-107181，雖然壓電層的泄漏電流可以被抑制，但是壓電層的電阻率沒有被設定。因此，存在如下問題，即如果電阻率較低，由于泄漏電流增大而導致壓電層的耐久性劣化。
應該注意，這樣的問題不限于噴墨記錄頭所代表的液體噴射頭。在其他的壓電元件中也存在類似的問題。

發(fā)明內容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種具有高耐受電壓和更長的耐久性壽命的壓電元件，一種液體噴射頭和一種液體噴射設備。
用于解決前述問題的本發(fā)明的第一方面是一種壓電元件，其特征在于包括設置在襯底之上的下電極；設置在所述下電極之上的壓電層；和設置在所述壓電層之上的上電極，其中，所述壓電層的電阻率不低于20MΩ·cm。
在第一方面中，通過設定壓電元件的電阻率，可以提高壓電元件的耐受電壓，同時可以提高其耐久壽命，由此可以提高其可靠性。
本發(fā)明的第二方面是如本發(fā)明的第一方面的壓電元件，其特征在于所述壓電層的耐受電壓不低于900kV/cm。
在第二方面中，通過設定壓電元件的耐受電壓，可以提高壓電層的耐久壽命，由此可以提高其可靠性。
本發(fā)明的第三方面是如本發(fā)明的第一方面和第二方面中任一項的壓電元件，其特征在于所述壓電層的泄漏電流不大于1×10-8A/cm2。
在第三方面中，通過設定壓電元件的泄漏電流，可以提高壓電層的耐久壽命，由此可以提高其可靠性。
本發(fā)明的第四方面是如本發(fā)明的第一方面至第三方面中任一項的壓電元件，其特征在于所述壓電層的相對介電常數為750到1500。
在第四方面中，壓電層的結晶度被顯著提高。因此，可以提供位移特性優(yōu)異并且具有高耐受電壓和更長的耐久壽命的壓電元件。
本發(fā)明的第五方面是如本發(fā)明的第一方面至第四方面中任一項的壓電元件，其特征在于所述壓電層的矯頑電場為15到30 kV/cm，且剩余極化強度為10到25μC/cm2。
在第五方面中，壓電層的結晶度被進一步提高。因此，壓電元件的位移特性和耐久壽命被進一步提高。
本發(fā)明的第六方面是一種壓電元件，其特征在于包括設置在襯底之上的下電極；設置在所述下電極之上的壓電層；和設置在所述壓電層之上的上電極，所述壓電元件的特征在于所述壓電層的電阻率不低于20MΩ·cm，所述壓電層的泄漏電流不大于1×10-8A/cm2，且所述壓電層的耐受電壓不低于900kV/cm。
在第六方面中，通過設定其電阻率、泄漏電流和耐受電壓可以提高壓電元件的耐久壽命，由此可以提高其可靠性。
本發(fā)明的第七方面是一種液體噴射頭，其特征在于包括如第一方面至第六方面中任一項的壓電元件；和通道形成襯底，所述壓電元件在振動板被置于所述通道形成襯底與所述壓電元件之間的情況下設置到所述通道形成襯底，并且與噴嘴口連通的壓力產生腔被設置到所述通道形成襯底。
在第七方面的情形中，可以獲得這樣的液體噴射頭，其耐久壽命被提高從而其可靠性被提高。
本發(fā)明的第八方面是一種液體噴射設備，其特征在于包括如第七方面的液體噴射頭。
在第八方面的情形中，可以獲得這樣的液體噴射設備，其耐久壽命被提高從而其可靠性被提高。


圖1是示出了根據第一實施例的記錄頭的示意性構造的分解透視圖。
圖2A和2B分別是根據實施例1的記錄頭的俯視圖和剖視圖。
圖3是示出了壓電層的滯后回線(hysteresis loop)的示例的圖線。
圖4A至圖4C是示出根據第一實施例的記錄頭的制造方法的剖視圖。
圖5A到圖5C是示出根據第一實施例的記錄頭的制造方法的剖視圖。
圖6A到圖6D是示出根據第一實施例的記錄頭的制造方法的剖視圖。
圖7是示出樣品壓電元件的位移量和位移減小率的圖線。
圖8是示出了根據一個實施例的記錄裝置的示意性構造的視圖。
具體實施例方式
下面將基于實施例來詳細描述本發(fā)明。
(第一實施例)圖1是根據本發(fā)明的第一實施例的噴墨記錄頭的分解透視圖。圖2A是圖1中所示的噴墨記錄頭的俯視圖，并且圖2B是沿圖2A的線A-A’所取的噴墨記錄頭的剖視圖。
在本實施例的情形中，通道形成襯底10由單晶硅襯底制成，如圖所示。在通道形成襯底10的兩個表面之一上形成彈性膜50。彈性膜50具有0.5到2μm的厚度，并且由預先通過熱氧化形成的二氧化硅制成。
在通道形成襯底10中，通過從另一側各向異性刻蝕通道形成襯底10，并排地布置多個由分隔壁11隔開的壓力產生腔12。連通部分13形成在壓力產生腔12的縱向外側。連通部分13構成儲液室100的一部分，所述儲液室100是用于壓力產生腔12的公共墨水腔。連通部分13與每一個壓力產生腔12縱向上的一個端部通過其墨水供應通路14連通。每一個墨水供應通路14以比壓力產生腔12的寬度更窄的寬度形成，并且使墨水從連通部分13流入到壓力產生腔12中的通道阻力保持恒定。
噴嘴板20通過被置于其間的膠粘劑、熱膠粘膜等固定到通道形成襯底10的開口表面上。在噴嘴板20中鉆有噴嘴口21。噴嘴口21分別與壓力產生腔12在壓力產生腔12的與墨水供應通路14相反一側處連通。順帶地，噴嘴板20由厚度為例如0.05至1mm、線性膨脹系數為例如在不高于300℃的溫度下2.5～4.5[×10-6/℃]的玻璃陶瓷或者不銹鋼等制成。噴嘴板20的一個表面完全覆蓋通道形成襯底10的一個表面，因此起到增強板的作用，用于保護單晶硅襯底不受震動和外力作用。此外，噴嘴板20可以由與通道形成襯底10具有幾乎相同的熱膨脹系數的材料形成。在本情形中，通道形成襯底10的熱變形和噴嘴板20的熱變形彼此大致相似。因此，可以通過使用熱硬化膠粘劑等容易地將通道形成襯底10和噴嘴板20彼此接合。
另一方面，如上所述，在通道形成襯底10的與開口表面相反一側的另一個表面上，形成彈性膜50。彈性膜50的厚度例如為約1.0μm并且由二氧化硅制成。絕緣膜55通過將其層疊在此彈性膜50上而被形成在此彈性膜50上。絕緣膜55由氧化鋯(ZrO2)等制成，并且其厚度為約0.4μm。此外，使用將在后面描述的工藝，通過將其彼此層疊，在此絕緣膜55上形成下電極膜60、壓電層70和上電極膜80。每一個壓電元件300由下電極膜60、一個壓電層70和一個上電極膜80構成。下電極膜60的厚度例如為約0.1～0.5μm。每一個壓電層70由鋯鈦酸鉛(PZT)等制成，并且具有例如為約1.0μm的厚度。每一個上電極80由金、鉑、銥等制成，并且具有例如為約0.05μm的厚度。
在此，壓電元件300是包括下電極膜60、一個壓電層70和一個上電極膜80的部分。一般而言，壓電元件300以如下方式被構造。壓電元件300的兩個電極中的一個被用作公共電極。另一電極以及壓電層70按照各個壓力產生腔12被圖案化。由已經圖案化的壓電層70和兩個電極中的相應的被圖案化的一個構成的部分中，由于對兩個電極施加電壓而發(fā)生壓電應變。該部分被稱為“壓電主動部分”。在本實施例中，下電極膜60被用作壓電元件300的公共電極，而上電極膜80用作壓電元件300的單個電極。但是，為了驅動電路和互連線的方便而將其用途顛倒，也不會有什么問題。在這兩種情況下，在每個壓力產生腔中都分別形成壓電主動部分。此處，一個壓電元件300和振動板的組合被稱為“壓電致動器”。振動板依靠壓電元件300的驅動而提供位移。順帶地，在前述示例中，彈性膜50、絕緣膜55和下電極膜60共同地充當振動板。但是，無需多言，這不是限制性的。例如，可以僅僅使下電極膜60充當振動板，而不用提供彈性膜50和絕緣膜55。
注意，本實施例的壓電層70具有至少20MΩ·cm的電阻率。通過設置這樣的電阻率，可以防止泄漏電流變大，并且可以延長壓電層70的耐久壽命。這種壓電層70的泄漏電流優(yōu)選不大于1×10-8A/cm2。此外，壓電層70的耐受電壓優(yōu)選不低于900kV/cm。通過如上所述地設定壓電層70的泄漏電流和耐受電壓，可以延長壓電層70的耐久壽命。
此外，這樣的壓電層70具有750～1500的相對介電常數。此外，這樣的壓電層70的特性在于矯頑電場為Ec＝15～30kV/cm(2Ec＝30～60kV/cm)，并且剩余極化強度為Pr＝10～25μC/cm2(2Pr＝20～50μC/cm2)。注意，矯頑電場Ec和剩余極化強度Pr例如是利用如圖3所示的壓電層的滯后回線(hysteresis loop)的2Er和2Pr得到的值。
對于具有這樣的特性的壓電層70，其壓電常數變得尤其優(yōu)異，就是說，壓電常數d31變?yōu)?50～250pC/N。因此，提高了壓電元件300的位移特性。此外，作為本實施例的這種壓電層70，作為示例的是由表現(xiàn)出電機械轉換效應并且具有鈣鈦礦結構的鐵電陶瓷材料制成的晶體膜。作為用于壓電層70的材料，例如，鐵電-壓電材料和通過將金屬氧化物添加到該鐵電-壓電材料所得到的材料等是理想的。這樣的鐵電-壓電材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)。這樣的金屬氧化物包括氧化鈮、氧化鎳和氧化鎂。具體地，可以使用鈦酸鉛(PbTiO3)、鋯鈦酸鉛(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)、鋯鈦酸鎂鈮酸鉛(Pb(Zr，Ti)(Mg，Nb)O3)等。在此實施例中，包含Pb(鉛)、Zr(鋯)和Ti(鈦)的材料以滿足式Pb/(Zr+Ti)＝1.0～1.3的方式被用于壓電層70。因此，過量的鉛累積在晶界中以防止泄漏電流變大，由此可以設定泄漏電流。
此外，優(yōu)選將選自鎳(Ni)、錳(Mn)和鍶(Sr)的至少一種摻雜劑摻雜到本實施例的壓電層70。如上所述，通過將預定的摻雜劑摻雜到壓電層70，可以設定壓電層70的電阻率、泄漏電流、耐受電壓、相對介電常數、剩余極化強度、矯頑電場、壓電常數等。這樣的摻雜劑的量優(yōu)選是預定的量，具體來說，不超過其10％。在此設定“不超過10％”并不意味著將摻雜劑的量減小更多就更好。設定“不超過10％”的上限是因為大量的摻雜劑導致壓電層70位移量的減小。無需多言，壓電層70可以不包含任何鎳(Ni)、錳(Mn)和鍶(Sr)。即使在這樣的情形中，也可以獲得具有所期望特性的壓電層70。
此外，壓電層70形成有一定的厚度，該厚度防止在制造過程中在壓電層70中產生裂紋，并且使得壓電層70可以充分表現(xiàn)出其位移特性。在此實施例中，例如，壓電層70被形成為約1μm到2μm的厚度。
此外，引出電極90被連接到每一個上電極膜80，所述上電極膜80是用于各個壓電元件300的單個電極。引出電極90被從相應的墨水供應通路14的端部附近引出，并且延伸到絕緣膜55的頂部。引出電極90由例如金(Au)等制成。
保護板30通過被置于其間的膠粘劑34，被接合到通道形成襯底10的形成有這樣的壓電元件300的頂面上，換句話說，接合到下電極膜60、彈性膜50和引出電極90上方。保護板30包括構成儲液室1 00的至少一部分的儲液室部分31。在本實施例中，此儲液室部分31以如下方式形成，即儲液室部分31沿厚度方向穿透保護板30，并且儲液室部分31沿與壓力產生腔12的寬度方向相同的方向延伸。如上所述，儲液室部分31與通道形成襯底10的連通部分13連通，由此構成儲液室100，所述儲液室100被用作用于多個壓力產生腔12的公共墨水腔。
此外，壓電元件容納部分32被設置在保護板30的與壓電元件300相對的區(qū)域。壓電元件容納部分32具有一個空腔，該空腔足夠大，而使壓電元件300不受阻礙地移動。如果保護板30具有大得足以使壓電元件300不受阻礙地移動的空腔，就足夠了?？涨皇欠衩芊夥忾]是不重要的。
理想的是，具有與通道形成襯底10相同的熱膨脹系數的材料被用于這樣的保護板30。所述材料的示例包括玻璃、陶瓷材料等。在本實施例中，保護板30由作為與形成通道形成襯底10相同的材料的單晶硅襯底形成。
此外，保護板30設置有沿厚度方向穿透保護板30的通孔33。而且，分別從壓電元件300引出的引出電極90的端部的附近部分以該附近部分被暴露于通孔33的方式來布置。并且，驅動電路110被固定到保護板30的頂部。驅動電路110驅動沿平行線排列的壓電元件300。例如，電路板、半導體集成電路(IC)等可以被用作此驅動電路110。此外，驅動電路110和每一個引出電極90通過連接互連120相互電連接。連接互連120由諸如接合導線之類的導線制成。
此外，柔性板(compliance plate)40被接合到保護板30頂部。柔性板40由密封膜41和固定板42構成。在此，密封膜41由較低剛度的柔性材料(例如，厚度為6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)制成。儲液室部分31的一端由該密封膜41密封封閉。此外，固定板42由諸如金屬的硬材料(例如，厚度為30μm等的不銹鋼(SUS)等)形成。該固定板42的與儲液室100相對的區(qū)域是開口部分43，該開口部分43通過沿厚度方向完全去除固定板的對應于該區(qū)域的部分而得到。因此，儲液室100的一端僅僅由柔性的密封膜41來密封。
用于將墨水供應到儲液室100的墨水引入端口44形成在柔性板40的一部分中。柔性板40的該部分處在儲液室100的外部，并且位于大致對應于儲液室100的沿縱向的中心的位置上。此外，保護板30設置有墨水引入通路35，通過墨水引入通路35，墨水引入端口44和儲液室100的側壁相互連通。
根據本實施例的這樣的噴墨記錄頭從與外部墨水供應裝置(沒有示出)連接的墨水引入端口44吸入墨水，并且將從儲液室100到噴嘴口21范圍內的內部充滿墨水。然后，根據來自驅動電路的記錄信號，在對應于壓力產生腔12的每一個上電極膜80和下電極膜60之間施加電壓。由此，噴墨記錄頭使彈性膜50、下電極膜60和壓電層70以彎曲狀態(tài)變形。此變形使每一個壓力產生腔12內的壓力上升，由此從噴嘴口21噴出墨滴。
此后，將參考圖4A到圖6D提供對于制造這樣的噴墨記錄頭的方法的描述。注意，圖4A到圖6D是壓力產生腔12沿縱向的剖視圖。首先，如圖4A所示，由單晶硅襯底制成的通道形成襯底10在擴散爐中在約1100℃下被熱氧化。由此，在通道形成襯底10的表面上形成二氧化硅膜52，該二氧化硅膜52將在后面變成彈性膜50和保護膜51。隨后，如圖4B所示，鋯(Zr)層被形成在彈性膜50(二氧化硅膜52)上。此后，通過例如在擴散爐中在500℃～1200℃下熱氧化鋯(Zr)層，形成由氧化鋯(ZrO2)制成的絕緣層55。
接著，如圖4C所示，在通道形成襯底10的頂部上整個形成銥、鉑等。此后，通過將其圖案化成預定形狀的方式形成下電極60。
隨后，壓電層70被形成在下電極60上。在此，在本實施例中利用被稱為溶膠凝膠法的方法形成壓電層70。根據溶膠凝膠法，被稱為溶膠的是通過將金屬有機物質溶解和分散在催化劑所得到的。涂布和干燥所述溶膠以形成凝膠。然后在更高溫度下烘焙所述凝膠。由此得到由金屬氧化物制成的壓電層70。此外，制造壓電層70的方法不限于溶膠凝膠法。例如，也可以使用MOD(金屬有機物沉積)法等。
用于壓電層70的材料是一種含Pb、Zr和Ti的材料。在此實施例中，壓電層70由鋯鈦酸鉛(PZT)形成。此外，本實施例的壓電層70基于式Pb/(Zr+Ti)＝1.0～1.3來形成。換句話說，壓電層70包含不超過30％的過量的鉛。通過使得壓電層70包含不超過30％的過量的鉛，防止了壓電層70的泄漏電流變大。此外，優(yōu)選將選自Ni、Mn和Sr的至少一種摻雜劑摻雜到壓電層70。過量的摻雜劑減小壓電層70的位移量。因此，優(yōu)選的是，摻雜劑的量不超過壓電層70的10％。
形成壓電層70的具體過程如下。如圖5A所示，首先，作為PZT前驅體的壓電前驅體膜71被形成在下電極膜60上。換句話說，包含金屬有機化合物的溶膠(液體溶液)被涂布到已經被形成在通道形成襯底10上的下電極膜60的頂部(在涂布步驟中)。
隨后，在預定溫度下加熱壓電前驅體膜71，并這樣干燥一定的時間。在本實施例中，可以例如通過將壓電前驅體膜71在170～180℃下保持8～30分鐘來干燥壓電前驅體膜71。此外，理想的是，在干燥步驟中溫度升高的速率為0.5～1.5℃/秒。順帶地，在這里所提及的“溫度升高的速率”被定義為從溫度1到溫度2的溫度改變相對于時間的速率。用以下方法計算溫度1和溫度2。開始，獲得加熱開始時的溫度(室溫)和壓電前驅體膜71通過加熱達到的溫度之間的差。然后，通過將該差的20％加到加熱開始時的溫度得到溫度1。通過將該差的80％加到加熱開始時的溫度得到溫度2。在例如其中溫度在50秒中從室溫25℃升到100℃的情況下，溫度升高的速率如下(100-25)×(0.8-0.2)/50＝0.9[℃/秒]隨后，通過將已經被干燥的壓電前驅體膜71加熱到預定溫度并將該膜在此溫度下保持一定的時間，對壓電前驅體膜71進行脫脂。在本實施例的情形中，例如通過將壓電前驅體膜71加熱到約300～400℃的溫度并且將該膜在此溫度下保持約10～30分鐘，來對該膜進行脫脂。順帶地，在此提及的脫脂的意思是包含在壓電前驅體膜71中的有機組分例如以NO2、CO2、H2O等被從其除去。在脫脂步驟中，理想的是，溫度升高的速率為0.5～1.5℃/秒。
然后，如圖5B所示，壓電前驅體膜71被加熱到預定溫度，并且在該溫度下保持一定的時間，由此進行結晶。于是，壓電膜72被形成(在烘焙步驟中)。在烘焙步驟中，理想的是，壓電前驅體膜71被加熱到650～750℃的溫度。在本實施例中，將壓電前驅體膜71在680℃加熱30分鐘。而且，在烘焙步驟中，理想的是，溫度升高的速率不超過15℃/秒。如所述的，在通過烘焙形成壓電膜72的情形中，優(yōu)選的是，壓電前驅體膜71被加熱至少30分鐘。于是，可以得到具有優(yōu)異特性的壓電膜72。
注意，例如RTP(快速熱處理)系統(tǒng)可以被用作用于干燥、脫脂和烘焙步驟的加熱系統(tǒng)。RTP系統(tǒng)通過來自熱板或者紅外線燈的輻射執(zhí)行熱處理。
然后，包括前述的涂布、干燥、脫脂和烘焙步驟的壓電層形成步驟被重復多次。在本實施例的情形中，壓電層形成步驟被重復十次。這樣，如圖5C所示，形成包括十層壓電膜72的具有預定厚度的壓電層70。在其中溶膠每一次涂布的厚度為約0.1μm的情形中，壓電膜70的總的膜厚為約1.1μm。
注意，在實際的工藝中，通過分別烘焙多個壓電前驅體膜71形成第一和第二壓電膜72。第三和隨后的膜以如下方式形成。首先，對于壓電前驅體膜71中的每一個執(zhí)行涂布、干燥和脫脂步驟兩次。隨后，在烘焙步驟中，一次烘焙兩個壓電前驅體膜71。換句話說，通過執(zhí)行六次烘焙，可以形成由十層壓電膜72組成的壓電層70。在此，優(yōu)選的是，對于這樣的壓電層70的總的烘焙時間不超過三小時。這使得形成具有優(yōu)異特性的壓電層70成為可能。
通過以這樣的方式形成壓電層70，壓電層70的電阻率可以大于20MΩ·cm。換句話說，通過以這樣的方式設定電阻率，可以防止泄漏電流變大，并且可以延長壓電層70的耐久壽命。此外，本實施例的壓電層70的制造方法可以形成泄漏電流不大于1×10-8A/cm2并且耐受電壓不小于900 kV/cm的壓電層70。通過以此方式設定壓電層70的泄漏電流和耐受電壓，可以延長壓電層70的耐久壽命。
因此，在本實施例的條件下形成壓電層70的情形中，可以可靠地形成具有相對介電常數為750～1500的優(yōu)異特性的壓電層70。在此，在壓電層70在這樣的條件下被形成的情形中，壓電層70的矯頑電場Ec為約15～30kV/cm并且壓電層70的剩余極化強度Pr為約10～25μC/cm2。
此外，在通過圖5A到圖5C所示的步驟形成壓電層70之后，上電極膜80被形成在通道形成襯底10的整個表面上，如圖6A所示。上電極膜80由例如銥制成。然后，壓電層70和上電極膜80被圖案化為分別與多個壓力產生腔12相對的多個區(qū)域的每一個。于是，形成壓電元件300。
以這樣的方式所形成的壓電層70具有高達150～250(pC/N)的壓電常數d31，由此壓電元件300的位移特性被顯著提高。于是，可以提高噴墨特性。
隨后，形成引出電極90。具體地，引出電極90以如下方式被形成。如圖6B所示，首先，引出電極90被形成在通道形成襯底10的整個表面上。引出電極90由例如金(Au)等制成。此后，通過使用由光刻膠等制成的的掩模圖案(沒有示出)在各個壓電元件300中圖案化引出電極90。
然后，如圖6C所示，例如利用膠粘劑34，將保護板30接合到通道形成襯底10的頂部。保護板30容納這樣被圖案化的多個壓電元件300。順帶地，儲液室部分3 1和壓電元件容納部分32等預先被形成在保護板30中。此外，保護板30由例如厚度為約400μm的單晶硅襯底制成。將保護板30接合到通道形成襯底10明顯地增大了所得通道形成襯底10的剛度。
隨后，如圖6D所示，通過將通道形成襯底10的表面(該表面與其上形成壓電元件300的表面相反)上的二氧化硅膜52圖案化成預定形狀，形成保護膜51。在將保護膜51作為掩模的情況下，使用諸如KOH的堿性溶液對通道形成襯底10進行各向異性刻蝕(濕法刻蝕)。由此，在通道形成襯底10中形成壓力產生腔12、連通部分13、墨水供應通路14等。
隨后，噴嘴板20被接合到通道形成襯底10的表面，所述表面與保護板30已經被接合到其上的表面相反。在噴嘴板20中鉆有噴嘴口21。同時，柔性板40被接合到保護板30上。由此，形成了如圖1所示的噴墨記錄頭。
注意，通過前述的多系列的膜形成和各向異性刻蝕，在單個晶片上一次實際形成大量的芯片。在該工藝完成之后，晶片被分割成如圖1所示的每一個具有芯片大小的通道形成襯底10。于是，形成了噴墨記錄頭。
根據本發(fā)明，如上所述，構成壓電元件300的壓電層70中的每一個被形成為具有不小于20MΩ·cm的電阻率。這增大了壓電層70的壓電常數d31。因此，提高了壓電元件300的位移特性。此外，提高了壓電層70的結晶度。因此，例如，壓電層70的耐受電壓可以不低于900kV/cm，同時其泄漏電流可以不大于1×10-8A/cm2。由此，壓電層70的耐久壽命可以被顯著延長。
在此，對具有上述特性的壓電元件的樣品進行了耐久性測試，其中，將預定的驅動脈沖連續(xù)地施加到該樣品300億次。圖7示出了壓電元件的位移和位移減小的檢測結果。順帶地，對于樣品壓電元件，壓電層的厚度為1.5μm，下電極膜的厚度為200nm，上電極膜80的厚度為50nm。在耐久性測試中施加的驅動脈沖為50V電壓的頻率為100kHz的正弦波。在位移測量過程中施加的驅動脈沖為30V電壓的頻率為800Hz的梯形波。
如圖7所示，對于根據本發(fā)明的壓電元件，其位移量隨著承受的脈沖的次數的增加而減小，就是說，位移減小率增大。但是，即使在施加300億次的驅動脈沖之后，位移減小率為相當低的13.3％。從結果明顯看出，根據本發(fā)明，壓電元件(壓電層)的耐久性壽命顯著提高。
(其他實施例)上面已經描述了本發(fā)明的第一實施例。但是，噴墨記錄頭的基本構造不限于前述的構造。在上述的第一實施例中，例如，通過使用溶膠凝膠法或者MOD法形成了壓電層。但是，其并不具體地被限制于此。例如，壓電層可以通過濺射法形成。在通過所述的濺射法形成壓電膜的情形中，在650～750℃下對壓電前驅體膜進行半小時至三小時的后退火就足夠了。
此外，在上述的第一實施例中，選自鎳(Ni)、錳(Mn)和鍶(Sr)的至少一種摻雜劑被摻雜到構成壓電元件300的每一個壓電層70中。但是，其并不具體地被限制于此。即使沒有將鎳(Ni)、錳(Mn)和鍶(Sr)等摻雜到其中，也可以獲得具有所期望特性的壓電層70。
此外，根據這些實施例的每一個的噴墨記錄頭構成了具有與墨盒等連通的墨水通道的記錄頭單元的一部分，并且被安裝在噴墨記錄裝置中。圖8是示出了噴墨記錄裝置的示例的示意性構造圖。
如圖8所示，包括各自的噴墨記錄頭的記錄頭單元1A和1B被可拆卸地設置到構成墨水供應裝置的盒2A和2B。記錄頭單元1A和1B被安裝到其上的托架3以如下的方式被設置到固定于裝置主體4的托架軸5即托架3可以在所述軸延伸的方向上自由地移動。這些記錄頭單元1A和1B被指定來分別噴射黑色墨水成分和彩色墨水成分。
此外，來自驅動電機6的驅動力通過多個沒有示出的齒輪和同步帶7傳遞到托架3。由此，使得記錄頭單元1A和1B被安裝到其上的托架3沿著托架軸5移動。另一方面，裝置主體4設置有沿著托架軸5的滾筒8。作為諸如紙片之類的記錄介質、并且由送紙輥等送入的記錄片S被設計為在滾筒8上傳輸，其中送紙輥未示出。
注意，雖然上面在以噴墨記錄頭作為液體噴射頭的示例的情況下描述了第一實施例，但是本發(fā)明意在寬泛地應用于液體噴射頭的整個范圍。不言自明的是本發(fā)明可以應用于噴射不同于墨水的液體的任何液體噴射頭。噴射不同于墨水的液體的液體噴射頭的示例包括用于諸如打印機的圖象記錄裝置的各種記錄頭；用于制造液晶顯示裝置等的色彩過濾器的顏料噴射頭；用于形成有機EL顯示裝置和FED(場發(fā)射顯示)裝置等的電極的電極材料噴射頭；用于制造生物芯片的生物有機物質噴射頭等。
權利要求
1.一種壓電元件，包括設置在襯底之上的下電極；設置在所述下電極之上的壓電層；和設置在所述壓電層之上的上電極，其中，所述壓電層的電阻率不低于20MΩ·cm。
2.如權利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層的耐受電壓不低于900kV/cm。
3.如權利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層的泄漏電流不大于1×10-8A/cm2。
4.如權利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層的相對介電常數為750到1500。
5.如權利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層的矯頑電場為15到30kV/cm，且剩余極化強度為10到25μC/cm2。
6.一種壓電元件，包括設置在襯底之上的下電極；設置在所述下電極之上的壓電層；和設置在所述壓電層之上的上電極，其中，所述壓電層的電阻率不低于20MΩ·cm，所述壓電層的泄漏電流不大于1×10-8A/cm2，且所述壓電層的耐受電壓不低于900kV/cm。
7.一種液體噴射頭，包括如權利要求1至6中任一項所述的壓電元件；和通道形成襯底，所述壓電元件在振動板被置于所述通道形成襯底與所述壓電元件之間的情況下被設置到所述通道形成襯底，并且與噴嘴口連通的壓力產生腔被設置到所述通道形成襯底。
8.一種液體噴射設備，包括如權利要求7所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高耐受電壓和更長的耐久性壽命的壓電元件，一種液體噴射頭和一種液體噴射設備。該壓電元件包括設置在襯底之上的下電極；設置在所述下電極之上的壓電層；和設置在所述壓電層之上的上電極，并且所述壓電層的電阻率不低于20MΩ·cm。
文檔編號B41J2/045GK1838444SQ200610065140
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權日2005年3月22日
發(fā)明者李欣山 申請人:精工愛普生株式會社