專利名稱：壓電元件、液體噴射頭和液體噴射設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括下電極、壓電層和上電極的壓電元件。此外，本發(fā)明涉及包括該壓電元件并從噴嘴口噴射液滴的液體噴射頭，并涉及液體噴射設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于液體噴射頭等的壓電元件是壓電膜被置于兩個(gè)電極之間的元件，其中所述壓電膜由具有電-機(jī)轉(zhuǎn)換功能的壓電材料制成。壓電膜由例如結(jié)晶的壓電陶瓷組成。
已經(jīng)存在具有以下構(gòu)造的噴墨記錄頭。根據(jù)該構(gòu)造，與噴嘴口相連通的壓力產(chǎn)生腔的一部分由振動(dòng)板構(gòu)成，墨滴從噴嘴口噴出。振動(dòng)板被壓電元件變形，于是每個(gè)壓力產(chǎn)生腔中的墨水受壓。因此，從每個(gè)噴嘴口噴出墨滴。兩種類型的噴墨記錄頭已經(jīng)被投入實(shí)用。一種類型使用縱向振動(dòng)模式的壓電致動(dòng)器，其中壓電致動(dòng)器沿壓電元件的縱向伸展和收縮。另一種類型使用彎曲振動(dòng)模式的壓電致動(dòng)器。對于這樣的致動(dòng)器，需要可以用低的驅(qū)動(dòng)電壓獲得大的變形的壓電元件，以便以高密度布置壓電元件。換句話說，需要具有大位移的壓電元件。
順帶地，為了使壓電常數(shù)更大且消除振動(dòng)，已經(jīng)公開了每一個(gè)都具有鋯鈦酸鉛(PZT)和電極的壓電元件。這些壓電元件中之一具有鈣鈦礦(perovskite)結(jié)構(gòu)，并且包含具有在室溫下呈斜方六面晶體的Zr和Ti組成比的PZT。在此情形中，晶體以這樣的方式取向，即[100]、
或
方向幾乎垂直于電極的面表面。另一種壓電元件具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并且包含具有在室溫下呈四方晶體的Zr和Ti組成比的PZT。在此情形中，PZT具有其中
方向幾乎垂直于電極的面表面的晶體取向(參見日本專利早期公開公報(bào)No.Hei 11-233844)。但是，用這樣的壓電元件不能獲得足夠的位移。注意，這樣的問題不限于由噴墨記錄頭所代表的液體噴射頭。該問題同樣存在于其他的壓電元件中。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種利用低的驅(qū)動(dòng)電壓獲得大的變形的壓電元件、液體噴射頭和液體噴射設(shè)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，其特征在于包括下電極、上電極和壓電膜，所述壓電膜由鋯鈦酸鉛(PZT)制成，并且具有<100>面優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體，所述壓電膜被置于所述下電極和所述上電極之間。所述壓電元件的特征在于由所述壓電膜的所述<100>面得到的X射線衍射峰位置處在2θ＝21.79～21.88度的范圍內(nèi)。
在第一方面中，壓電膜由鋯鈦酸鉛制成，并且具有<100>面優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體。壓電膜具有范圍在2θ＝21.79～21.88度內(nèi)的由壓電膜<100>面得到的X射線衍射峰位置。因此，壓電元件可以用低的驅(qū)動(dòng)電壓得到大的應(yīng)變，并具有大的位移。
本發(fā)明的第二方面是如本發(fā)明第一方面所述的壓電元件，其特征在于所述衍射峰位置為2θ＝21.83～21.87度。
在第二方面中，壓電膜具有大的位移而不出現(xiàn)故障。
本發(fā)明的第三方面是如本發(fā)明第一方面或第二方面所述的壓電元件，其特征在于所述壓電膜具有斜方晶系結(jié)構(gòu)。
在第三方面中，因?yàn)閴弘娔ぞ哂行狈骄到Y(jié)構(gòu)，所以可以用低的電壓獲得大的變形。
本發(fā)明的第四方面是如本發(fā)明第一方面到第三方面中任何一項(xiàng)所述的壓電元件，其特征在于所述壓電膜包含選自由Sc、Y、Th、鑭系元素和錒系元素構(gòu)成的組中的至少一種元素。
在第四方面中，壓電膜包含選自由Sc、Y、Th、鑭系元素和錒系元素構(gòu)成的組中的至少一種元素。因此，容易出現(xiàn)變形，由此壓電元件的位移變得更大。
本發(fā)明的第五方面是一種液體噴射頭，其特征在于包括如第一方面到第四方面中任何一項(xiàng)所述的壓電元件；和通道形成襯底，所述壓電元件在振動(dòng)板被置于其間的情況下設(shè)置到所述通道形成襯底，并且所述通道形成襯底中設(shè)有與噴嘴口連通的壓力產(chǎn)生腔。
在第五方面中，使用包括以下壓電膜的壓電元件，該壓電膜由鋯鈦酸鉛(PZT)制成并且具有<100>面優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體。壓電膜具有范圍在2θ＝21.79～21.88度內(nèi)的由所述壓電膜的<100>面得到的X射線衍射峰位置。因此，可以提供能用低的驅(qū)動(dòng)電壓得到大的變形的液體噴射頭。
本發(fā)明的第六方面是一種液體噴射設(shè)備，其特征在于包括如第五方面所述的液體噴射頭。
根據(jù)第六方面，可以提供液滴噴射特性明顯改善的液體噴射設(shè)備。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的液體噴射頭的分解立體圖。
圖2A和圖2B分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的液體噴射頭的平面圖和橫截面圖。
圖3是示出了衍射峰值、鉛的量和Zr/(Zr+Ti)之間的關(guān)系的圖線。
圖4是示出了衍射峰值、膜中PZT的應(yīng)力和Zr/(Zr+Ti)之間的關(guān)系的圖線。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的噴墨記錄裝置的示意性立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面將基于實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。
(第一實(shí)施例)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的液體噴射頭的分解立體圖。圖2A是圖1中所示液體噴射頭的平面圖，圖2B是圖1液體噴射頭的橫截面圖。
如圖所示，在此實(shí)施例中，通道形成襯底10由單晶硅襯底制成，其中襯底的面表面上的硅晶體處于<110>面方向。在通道形成襯底10的兩個(gè)表面之一上形成彈性膜50。彈性膜50的厚度為0.5～2μm，并且由二氧化硅制成。注意，在此實(shí)施例中，彈性膜50是通過熱氧化通道形成襯底10形成的氧化硅制成的非晶態(tài)硅膜。彈性膜50具有平坦的表面，同時(shí)保持了通道形成襯底10原有的表面狀態(tài)。
在通道形成襯底10中，通過從單晶硅襯底的另一表面各向異性刻蝕該單晶硅襯底，并排地布置多個(gè)由分隔壁11隔開的壓力產(chǎn)生腔12。連通部分13形成在壓力產(chǎn)生腔12的縱向外側(cè)。連通部分13與將在后面描述的保護(hù)板30的儲(chǔ)液室部分32連通。此外，連通部分13與每一個(gè)壓力產(chǎn)生腔12縱向上的一個(gè)端部通過其相應(yīng)的墨水供應(yīng)通路14連通。
在此，通過利用單晶硅襯底的刻蝕速率的不同來執(zhí)行各向異性刻蝕。例如在此實(shí)施例中，通過利用單晶硅襯底的特性來執(zhí)行各向異性刻蝕。這些特性如下。當(dāng)其中襯底的面表面上的硅晶體處于<100>面方向的單晶硅襯底被浸入諸如KOH的堿性溶液中時(shí)，該單晶硅襯底被逐漸腐蝕。由此，第一<111>面和第二<111>面逐漸顯現(xiàn)。第一<111>面中的每一個(gè)面垂直于<110>面，且第二<111>面與第一<111>面和<110>面分別成70度和35度的角度。<110>面的刻蝕速率為<111>面的大約1/180。因?yàn)楦飨虍愋钥涛g，由兩個(gè)第一<111>面和兩個(gè)傾斜的第二<111>面形成平行四邊形深度?；趯ι疃鹊奶幚?，可以精確地形成深度，由此可以以高密度排列壓力產(chǎn)生腔12。
在此實(shí)施例中，每一個(gè)壓力產(chǎn)生腔12的每一長側(cè)面由第一<111>面形成。每一個(gè)壓力產(chǎn)生腔12的每一短側(cè)面由第二<111>面形成。通過以壓力產(chǎn)生腔12到達(dá)彈性膜50同時(shí)幾乎穿透通道形成襯底10的方式刻蝕通道形成襯底10，來形成壓力產(chǎn)生腔12。在此，彈性膜50中非常小的部分用堿溶液來浸泡，以刻蝕單晶硅襯底。此外，與每一個(gè)壓力產(chǎn)生腔12的一端分別連通的每一個(gè)墨水供應(yīng)通路14以比壓力產(chǎn)生腔12的寬度更窄的寬度形成，由此使墨水流入到壓力產(chǎn)生腔12中的通道阻力保持恒定。
優(yōu)選的是，根據(jù)排列壓力產(chǎn)生腔12的密度，為形成這樣的壓力產(chǎn)生腔12等的通道形成襯底10選擇合適的厚度。例如，在每英寸形成180個(gè)壓力產(chǎn)生腔12(180dpi)的情形中，通道形成襯底10的厚度優(yōu)選為約180μm～280μm，更優(yōu)選的是約220μm。在以例如360dpi的較大密度形成壓力產(chǎn)生腔12的情形中，通道形成襯底10的厚度優(yōu)選不大于100μm。這是因?yàn)?，利用上述的厚度，可以保持壓力產(chǎn)生腔12之間的分隔壁11的剛度，同時(shí)增大形成相鄰的壓力產(chǎn)生腔12的密度。
此外，噴嘴板20通過被置于其間的膠粘劑、熱膠粘膜等粘接到通道形成襯底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(chǎn)生腔12在壓力產(chǎn)生腔12的與墨水供應(yīng)通路14相反的一側(cè)連通。
另一方面，其中晶體以<100>面方向取向的取向控制層55被形成在彈性膜50上，與通道形成襯底10的開口表面相反。此取向控制層55由鈣鈦礦、金屬氧化物等制成?？梢酝ㄟ^使用MOD法或者溶膠凝膠法涂覆、干燥和焙燒鈣鈦礦的前驅(qū)體，來形成鈣鈦礦。鈣鈦礦在由氧化硅等形成的非晶彈性膜50上自由生長，由此形成其中晶體以<100>面方向取向的膜。在此，例如通過濺射法等形成金屬氧化物。
這樣的取向控制層55成為其中晶體以<100>面方向取向的膜。如果取向控制層55下方的彈性膜50具有平坦的面表面，則取向的變化被明顯減小。因此，取向控制層55有效地控制在其上形成的膜的取向。此外，具體來說，從彈性膜50的面表面(上表面)自由生長的鈣鈦礦幾乎不受作為取向控制層55下層的彈性膜50的面表面平坦度的影響。因此，對于控制將在其上形成的膜的取向，鈣鈦礦是特別優(yōu)選的。
作為鈣鈦礦，可以作為示例的是KNbO3、BaSnO3、CaZrO3、SrCeO3、BaTiO3、SrRuO3、LiNbO3、LiTaO3、KTaO3、CaTiO3等。但是鈣鈦礦不限于這些。在這些之中，BaTiO3、KNbO3、LiNbO3是尤其優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冎械拿恳粋€(gè)從其面表面(上表面)自由生長。
此外，例如氧化鎂(MgO)可以作為金屬氧化物的示例。
優(yōu)選的是，這樣的鈣鈦礦或者金屬氧化物的晶格常數(shù)處在3.86±0.3埃的范圍內(nèi)。如將在后面描述的，這是為了便于與將在該鈣鈦礦或者金屬氧化物上形成的下電極的晶格匹配。例如，用作下電極的鉑的晶格常數(shù)為3.92埃，銥的晶格常數(shù)為3.8埃。因此，這些晶格常數(shù)和該鈣鈦礦或金屬氧化物的晶格常數(shù)之間的差異處在5％～6％的范圍內(nèi)。于是，下電極容易外延生長，從而控制了下電極的晶體取向。
鈣鈦礦或者金屬氧化物的晶系優(yōu)選為立方晶系、四方晶系或者單斜晶系。其原因是鈣鈦礦或者金屬氧化物的晶格的形成與將在其上形成的下電極的金屬的晶格形成相匹配，如果下電極的金屬具有立方晶系的話。
注意，這樣的取向控制層55可以具有約5～100nm的厚度。在此，在此實(shí)施例中，取向控制層55直接形成在彈性膜50上。但是，也可以在由氧化硅制成的彈性膜50上形成一層其他的層，然后將取向控制層55形成在所述的一層其他的層上，如果所述的一層其他的層滿足如下條件，即該層可以維持面表面狀態(tài)同時(shí)為非晶態(tài)的話。或者，如果取向控制層55從彈性膜50的面表面(上表面)側(cè)結(jié)晶，并且不是明顯受到處在取向控制層55下方的彈性膜50的面表面平坦度的影響，則一層其他的層可以在對于取向控制層55的晶體取向沒有影響的條件下，被設(shè)置在彈性膜50上。
通過使用下述的工藝，將下電極膜60、壓電膜70和上電極膜80層疊在這樣的取向控制層55上，以構(gòu)成壓電元件300。每一個(gè)壓電元件300由下電極膜60、一個(gè)壓電膜70和一個(gè)上電極膜80構(gòu)成。下電極膜60、每一個(gè)壓電膜70和每一個(gè)上電極80分別具有例如約0.2μm、1μm和0.05μm的厚度。在此，壓電元件300是指包括下電極膜60、一個(gè)壓電膜70和一個(gè)上電極膜80的部分。一般而言，壓電元件300以如下方式被構(gòu)造。壓電元件300的兩個(gè)電極中的一個(gè)被用作公共電極。另一電極以及壓電膜70在各個(gè)壓力產(chǎn)生腔12中被圖案化。在由經(jīng)圖案化的壓電層70和兩個(gè)電極中的被圖案化的一個(gè)構(gòu)成的部分中，當(dāng)對兩個(gè)電極施加電壓時(shí)發(fā)生壓電應(yīng)變。該部分被稱為“壓電活性部分”。在本實(shí)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(gè)電極。但是，也可以為了驅(qū)動(dòng)電路和互連的方便而將其用途顛倒。在這兩種情況下，在各個(gè)壓力產(chǎn)生腔中形成壓電活性部分。此外，一個(gè)壓電元件300和振動(dòng)板的組合被稱為“壓電致動(dòng)器”。振動(dòng)板依靠壓電元件300的驅(qū)動(dòng)而位移。
順帶地，多個(gè)引線電極85被分別連接到壓電元件300的上電極膜80。例如，引線電極85由金等制成。引線電極85中的每一個(gè)從壓電元件300的縱向端部附近延伸到對應(yīng)于墨水供應(yīng)通路14的區(qū)域。此外，如在后面所詳細(xì)描述的，這樣的引線電極85被電連接到驅(qū)動(dòng)IC。
順帶地，上述的下電極60由選自金(Au)和諸如銥(Ir)、鉑(Pt)、鈀(Pd)的鉑族金屬等的金屬形成。下電極60可以是多個(gè)層的疊層。注意，在此層疊的多個(gè)層的情形中，如果其可以在后述加工中得到上述金屬的混合層也是可以的。在此實(shí)施例中，下電極60以如下方式形成，即從取向控制層55一側(cè)開始依次層疊Pt、Ir和Pt，以形成疊層膜。也可以使用諸如SrRuO3、LaNiO3等的材料作為下電極60，來代替上述的金(Au)和鉑族金屬。此材料可以使壓電膜70的晶體以<100>面方向取向。在此情形中，因?yàn)橄码姌O60也具有取向控制功能，所以無需設(shè)置取向控制層55。
其中晶體沿<100>面方向取向的取向控制層55控制下電極60，以使其晶體沿<100>面方向取向。換句話說，如上所述，尤其是在取向控制層55的晶格常數(shù)接近下電極60的晶格常數(shù)的情形中，下電極60外延生長，由此下電極60幾乎被完全控制為使其晶體具有<100>面方向。
此外，在構(gòu)成取向控制層55的鈣鈦礦的晶系為立方晶系、四方晶系或者單斜晶系的情形中，下電極60特別容易外延生長，因?yàn)殂K族金屬和金中的每一個(gè)都具有立方晶系。換句話說，在此情形中，取向控制層55和下電極60在其界面處的晶體的形成中的每一個(gè)都變?yōu)檎降?，并且彼此匹配。因此，下電極60可以以該正方被層疊的方式外延生長。
壓電膜70被形成在下電極膜60上，在下電極膜60中，晶體通過外延生長沿<100>面方向取向。因?yàn)橄码姌O膜60的面方向的影響，壓電膜70的晶體沿<100>面方向取向。注意，因?yàn)閴弘娔?0的晶體取向控制由下電極60的晶體取向的影響完成，所以壓電膜70的晶體在取向變化被明顯減小的狀態(tài)下具有<100>面的優(yōu)先取向。
壓電膜70由鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3)(此后稱為“PZT”)構(gòu)成。壓電膜70具有<100>面方向優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體。利用寬角X射線衍射法測量由壓電膜70的<100>面得到的衍射峰位置(2θ)。該衍射峰的位置處在21.79～21.88度的范圍內(nèi)，優(yōu)選21.83～21.87度，更優(yōu)選21.85度。如果由壓電膜70的<100>面得到的X射線衍射峰位置2θ處在21.79～21.88度的范圍內(nèi)，則壓電元件300的應(yīng)變量被明顯提高。此外，如果從<100>面得到的X射線衍射峰位置2θ處在21.79～21.88度的范圍內(nèi)，則具有<100>面優(yōu)先取向并構(gòu)成壓電膜的PZT晶體變?yōu)榫哂行狈浇Y(jié)構(gòu)。注意，“優(yōu)先取向”指的是其中晶體的取向方向不是無規(guī)則的并且特定的晶面以幾乎均一的方向取向的狀態(tài)。具體地，“具有<100>面的優(yōu)先取向”指的是<100>面、<110>面和<111>面的衍射強(qiáng)度比<100>/(<100>+<110>+<111>)大于0.5，所述比值通過使用寬角X射線衍射法測量壓電膜得到。
在此實(shí)施例中，壓電層70由PZT制成。但是，在壓電膜中還可以包含選自由鈧(Sc)、鐿(Y)、釷(Th)、鑭系元素和錒系元素構(gòu)成的組中的至少一種元素。如果在PZT制成的壓電膜中包含這些金屬中的至少一種，則可以進(jìn)一步增大壓電元件的應(yīng)變。被包含的最優(yōu)選的金屬是Y。被包含的這樣的金屬的量沒有特別的限制。但是，優(yōu)選的是，該量不超過相對于PZT的10at％。
例如利用被稱為溶膠凝膠法的方法形成壓電層70。根據(jù)溶膠凝膠法，通過將PZT溶解和分散在催化劑中得到所謂的溶膠。所述溶膠被涂覆和干燥，以轉(zhuǎn)變成凝膠。然后在高溫下燒結(jié)所述凝膠。具體地，壓電膜70以以下方式形成，即在壓電膜70的晶體生長的同時(shí)使其晶體沿與下電極膜60的晶體相同的面方向取向。無需多言，形成壓電膜70的方法不具體限制于上述的方法?？梢允褂脼R射法、MOD法等來形成壓電膜70。
在任何情形中，壓電膜70被設(shè)置成具有<100>面的優(yōu)先取向。在此，在所述的薄膜形成工藝中所制備的壓電膜70的厚度一般為0.2μm～5.0μm。
在此實(shí)施例中，壓電膜70通過外延生長法形成。因此，該膜優(yōu)選在預(yù)定條件下形成，以便具有與膜的基底相似的晶體結(jié)構(gòu)和晶格面間距。此外，壓電膜70優(yōu)選被形成為具有這樣的晶體結(jié)構(gòu)，在具有該晶體結(jié)構(gòu)的情況下，不存在由于壓電膜70和基底表面之間的靜電相互作用導(dǎo)致的排斥。順帶地，壓電膜70可以在不由基底取向進(jìn)行控制的情況下自由生長形成。
在此，構(gòu)成壓電膜70的PZT中所含的鉛的量和壓電膜的應(yīng)力在下電極上形成壓電膜的步驟或者類似的步驟中被調(diào)整。因此，壓電膜可以被形成為具有上述預(yù)定衍射峰位置的晶系?；蛘撸ㄟ^調(diào)整PZT中Zr和Ti的比例，也可以形成具有帶預(yù)定衍射峰位置的晶系的壓電膜。注意，PZT的晶系可以由于來自下電極等的力而變化。
例如，如圖3中PZT中的含鉛量以及Zr/(Zr+Ti)(摩爾比)和衍射峰值之間的關(guān)系所示的，衍射峰值也根據(jù)Zr/(Zr+Ti)而變化。但是，即使Zr/(Zr+Ti)沒有變化，在Pb的量增大的情況下，由壓電膜的<100>面得到的X射線衍射峰位置也處在較小角度側(cè)。因此，可以通過調(diào)整PZT中Pb的量形成具有所需要結(jié)構(gòu)晶系的壓電層。此外，如圖4中膜中PZT的應(yīng)力以及Zr/(Zr+Ti)(摩爾比)和衍射峰值之間的關(guān)系所示的，即使Zr/(Zr+Ti)沒有變化，在壓電膜中的應(yīng)力變小的情況下，由壓電膜的<100>面得到的X射線衍射峰位置也處在較小角度側(cè)。因此，也可以通過改變壓電膜中的應(yīng)力強(qiáng)度形成具有所需要結(jié)構(gòu)晶系的壓電層。注意，“壓電膜中的應(yīng)力”是指因?yàn)橐r底在被焙燒以通過外延生長形成壓電膜的步驟或者類似的步驟中變形而產(chǎn)生的張應(yīng)力。
在此，壓電膜70的介電常數(shù)和楊氏模量在很大程度上取決于Zr和Ti的比例。因此，在調(diào)整Zr和Ti的比例之后PZT具有擁有預(yù)定X射線衍射峰位置晶系的情形中，壓電膜70的介電常數(shù)和楊氏模量基本被限制。由此，難以控制介電常數(shù)和楊氏模量。但是，根據(jù)本發(fā)明，對于構(gòu)成壓電元件的壓電膜，可以任意地設(shè)定楊氏模量和介電常數(shù)，即使所述的膜屬于前述的晶系。此外，可以具有所期望的晶系而不用改變Zr和Ti的比例。
具體來說，通過使壓電膜70外延生長同時(shí)使其晶體沿<100>面方向取向，在由SrRuO3制成的下電極上形成由PZT制成的壓電膜。PZT的組成為1.05的過量的鉛并且Zr/Ti＝55/45(Pb1.05(Zr0.55Ti0.45)O3)。在此情形中，當(dāng)膜中應(yīng)力為50～150MPa的張應(yīng)力時(shí)，由<100>面得到的X射線衍射峰位置(2θ)處在21.88～21.79度的范圍內(nèi)。在此衍射峰位置的情況下，<100>面之間的面間距為4.05±0.03，并且其晶系是接近MPB(相界或者介電常數(shù)最大區(qū)域)的斜方晶系。注意，PZT的晶格間距比下電極的晶格間距大百分之幾，并且當(dāng)上述晶格間距失配時(shí)由于下電極的晶格變形產(chǎn)生力。
另一方面，通過使壓電膜70自由生長同時(shí)使其晶體沿<100>面方向取向，在下電極上形成由PZT制成的壓電膜。此處，PZT的組成為1.10的過量的鉛并且Zr/Ti＝50/50(Pb1.10(Zr0.50Ti0.50)O3)。在此情形中，當(dāng)膜中應(yīng)力為100～200MPa的張應(yīng)力時(shí)，由<100>面得到的X射線衍射峰位置(2θ)處在21.88～21.79度的范圍內(nèi)。在此衍射峰位置的情況下，<100>面之間的面間距為4.05±0.03。
此外，如果在上述每一情形中以將0.5at％的Y、Th或Sc添加到PZT中的方式形成壓電膜，則每一情形中的最大變形增大約20％。由此，壓電元件的位移增大。
如上所述，如果壓電膜70被形成為具有處于21.88～21.79度的范圍內(nèi)的由<100>面得到的X射線衍射峰位置(2θ)，則壓電元件的位移增大。此外，如果諸如Y、Th或Sc之類的金屬被添加到壓電膜70，則其位移被進(jìn)一步增大。
注意，上述X射線衍射的波長λ為λ＝1.5405埃。
而且，具有壓電元件保持部分31的保護(hù)板30被接合到通道形成襯底10的壓電元件300一側(cè)。壓電元件保持部分32具有大到足以使壓電元件300不受阻礙地移動(dòng)的空腔。壓電元件300被形成在此壓電元件保持部分31中。
此外，保護(hù)板30設(shè)有構(gòu)成儲(chǔ)液室90至少一部分的儲(chǔ)液室部分32，所述儲(chǔ)液室90被用作多個(gè)壓力產(chǎn)生腔12中每個(gè)的公共墨水腔。如上所述，此儲(chǔ)液室部分32與通道形成襯底10的連通部分13連通，由此構(gòu)成儲(chǔ)液室90，所述儲(chǔ)液室90被用作多個(gè)壓力產(chǎn)生腔12中每個(gè)的公共墨水腔。
此外，連接孔33被設(shè)置在壓電元件保持部分31和儲(chǔ)液室部分32之間。換句話說，連接孔33被設(shè)置到對應(yīng)于墨水供應(yīng)通路14的區(qū)域。連通孔33沿厚度方向穿透保護(hù)板30。而且，用于驅(qū)動(dòng)壓電元件300的驅(qū)動(dòng)IC34被安裝在保護(hù)板30的面向壓電元件保持部分31的表面的相反側(cè)上。而且，分別從多個(gè)壓電元件300引出的引線電極85被延伸到連接孔33，并且例如通過引線接合等連接到驅(qū)動(dòng)IC34。
柔性板40被接合到保護(hù)板30頂部。柔性板40由密封膜41和固定板42構(gòu)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。此外，固定板42由諸如金屬的硬材料(例如，厚度為30μm的不銹鋼(SUS)等)形成。在該固定板42與儲(chǔ)液室90相對的區(qū)域中形成開口部分43。開口部分43通過沿厚度方向完全去除該區(qū)域而得到。因此，儲(chǔ)液室90的一側(cè)僅僅由柔性的密封膜41來密封。
根據(jù)本實(shí)施例的液體噴射頭從外部墨水供應(yīng)裝置(沒有示出)吸入墨水，并且將從儲(chǔ)液室90直到噴嘴口21范圍內(nèi)的內(nèi)部充滿墨水。然后，液體噴射頭根據(jù)來自驅(qū)動(dòng)IC34的記錄信號，在對應(yīng)于壓力產(chǎn)生腔12的每一個(gè)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彎曲變形。此變形使每一個(gè)壓力產(chǎn)生腔12內(nèi)的壓力上升，由此從噴嘴口21噴出墨滴。
(其他實(shí)施例)上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明的構(gòu)造不限于此。
此外，根據(jù)本發(fā)明的液體噴射頭構(gòu)成了記錄頭單元的一部分并且被安裝在噴墨記錄設(shè)備中，該記錄頭單元設(shè)有與墨盒等連通的墨水通道。圖5是示出了液體噴射設(shè)備的示例的示意性構(gòu)造圖。
如圖5所示，包括各自液體噴射頭的記錄頭單元1A和1B被可拆卸地設(shè)置到構(gòu)成墨水供應(yīng)裝置的盒2A和2B。其上安裝了記錄頭單元1A和1B的托架3以如下方式被設(shè)置到固定于裝置主體4上的托架軸5，即托架3可以在所述軸延伸的方向上自由地移動(dòng)。這些記錄頭單元1A和1B被指定來分別噴射黑色墨水組合物和彩色墨水組合物。
此外，來自驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)力通過多個(gè)沒有示出的齒輪和同步帶7傳遞到托架3。由此，使得其上安裝了記錄頭單元1A和1B的托架3沿著托架軸5移動(dòng)。另一方面，裝置主體4設(shè)置有沿著托架軸5的滾筒8。記錄片S是諸如紙片的記錄介質(zhì)，并且由供入輥等供入，所述記錄片S被設(shè)計(jì)為在滾筒8上傳輸，其中供入輥沒有被示出。
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實(shí)施例。液體噴射頭的基本構(gòu)造不限于上面所述的那些。但是本發(fā)明意在寬泛地應(yīng)用于所有的液體噴射頭。液體噴射頭的示例包括用于諸如打印機(jī)的圖像記錄裝置的各種記錄頭；用于制造液晶顯示器裝置等的色彩過濾器的顏料噴射頭；用于形成有機(jī)EL顯示器和FED(場發(fā)射顯示器)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(jī)物質(zhì)噴射頭等。
無需多說，其上安裝這樣的液體噴射頭的液體噴射設(shè)備也沒有具體的限制。
此外，本發(fā)明可以不僅僅用于構(gòu)造安裝在這樣的液體噴射頭中作為壓力產(chǎn)生裝置的致動(dòng)器裝置的壓電元件，而且可以用于構(gòu)造安裝在各種設(shè)備中的致動(dòng)器裝置的壓電元件。例如，除了上述的頭之外，本發(fā)明可以應(yīng)用于傳感器等。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，包括下電極；上電極；和壓電膜，所述壓電膜由鋯鈦酸鉛制成，并且具有<100>面優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體，所述壓電膜被置于所述下電極和所述上電極之間，其中由所述壓電膜的所述<100>面得到的X射線衍射峰位置處在2θ＝21.79～21.88度的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述衍射峰位置為2θ＝21.83～21.87度。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電膜具有斜方晶系結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電膜包含選自由Sc、Y、Th、鑭系元素和錒系元素構(gòu)成的組中的至少一種元素。
5.一種液體噴射頭，包括如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的壓電元件；和通道形成襯底，所述壓電元件在振動(dòng)板被置于其間的情況下設(shè)置到所述通道形成襯底，并且所述通道形成襯底中設(shè)有與噴嘴口連通的壓力產(chǎn)生腔。
6.一種液體噴射設(shè)備，包括如權(quán)利要求5所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了以低的驅(qū)動(dòng)電壓獲得大的應(yīng)變的壓電元件、液體噴射頭和液體噴射設(shè)備。該壓電元件包括下電極、上電極和壓電膜，所述壓電膜由鋯鈦酸鉛(PZT)制成，并且具有<100>面優(yōu)先取向的鈣鈦礦晶體，所述壓電膜被置于下電極和上電極之間。在該壓電元件中，由壓電膜的<100>面得到的X射線衍射峰位置處在2θ＝21.79～21.88度的范圍內(nèi)。
文檔編號B41J2/14GK1841802SQ2006100668
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者角浩二, 風(fēng)間宏信 申請人:精工愛普生株式會(huì)社