專利名稱：液體噴射頭、液體噴射裝置、以及執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓電元件的變位而從噴嘴噴射液滴的液體噴射頭、液 體噴射裝置、以及具有壓電元件的執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
在作為噴射液滴的液體噴射頭的代表示例的噴墨式記錄頭中，有的噴 墨式記錄頭例如具有壓電元件，該壓電元件由間隔著振動板而設(shè)置在形成 有壓力產(chǎn)生室的流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、以及上電 極構(gòu)成，所述噴墨式記錄頭通過該壓電元件的變位而向壓力產(chǎn)生室內(nèi)施加 壓力，由此從噴嘴噴射墨滴。公知這種噴墨式記錄頭所使用的壓電元件的 位移特性根據(jù)壓電體層的結(jié)晶取向而會發(fā)生很大的變化。并且，提出了通 過使構(gòu)成壓電元件的壓電體層的結(jié)晶為預定取向來提高位移特性的壓電元 件(例如，參照專利文獻l)。
在這樣由下電極、壓電體層、以及上電極構(gòu)成的壓電元件中，有的壓 電元件的壓電體層的端面為以下側(cè)靠外側(cè)的方式傾斜的傾斜面(錐形面)
(例如，參照專利文獻2)。
例如，在專利文獻2所記載的結(jié)構(gòu)中，在作為壓電體層的傾斜面的部 分(以下稱為錐形部)上未形成電極，但是由于下電極跨多個壓電元件而 連續(xù)地形成，因此在該壓電體層的錐形部上也可能會作用有強烈的驅(qū)動電 場，從而會導致壓電體層的錐形部遭受破壞。
另外，在專利文獻1和專利文獻2所記載的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成壓電元件的 下電極跨多個壓電元件而連續(xù)地形成，但是例如也有下電極針對各個壓電 元件被圖案化(patterning)、壓電體層連續(xù)地形成至下電極的外側(cè)的壓電 元件(例如，參照專利文獻3)。
專利文獻1:日本專利文獻特開2004—66600號公報；專利文獻2:日本專利文獻特開2007 — 118193號公報； 專利文獻3:日本專利文獻特開2000 — 32653號公報。

發(fā)明內(nèi)容
在這樣的專利文獻3所記載的壓電元件中，由于驅(qū)動電場不會強烈地 施加在壓電體層的錐形部上，因此不會由此而導致壓電體層遭受破壞。但 是，在這樣的專利文獻3所記載的結(jié)構(gòu)中，例如在采用專利文獻1所記載 的壓電體層來提高壓電元件的變位特性的情況下，由于下電極上的壓電體 層和下電極的外側(cè)(振動板上)的壓電體層的結(jié)晶性發(fā)生了變化等原因， 在驅(qū)動了壓電元件時，在下電極的端部附近壓電體層可能會遭受破壞。另 外，還存在壓電元件的響應(yīng)速度慢而難以高速驅(qū)動壓電元件的問題。
該問題不僅存在于噴射墨滴的噴墨式記錄頭，而且還同樣地存在于噴 射其他液滴的液體噴射頭中，另外不僅是液體噴射頭，具有壓電元件的執(zhí) 行器也同樣存在該問題。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種能夠提高壓 電元件的變位特性而實現(xiàn)了高速驅(qū)動、并且能夠抑制壓電體層的破壞而提 高了耐久性的液體噴射頭、液體噴射裝置、以及執(zhí)行器。
解決上述問題的本發(fā)明提供一種液體噴射頭，該液體噴射頭包括流路 形成基板和壓電元件，所述流路形成基板并列設(shè)置有多個分別與噴射液滴 的噴嘴連通的壓力產(chǎn)生室，所述壓電元件包括間隔著振動板而設(shè)置在所述 流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、上電極，所述壓電體層的 端面由傾斜面構(gòu)成，該傾斜面以其下電極側(cè)的端部比上電極側(cè)的端部更靠 外側(cè)的方式傾斜，構(gòu)成各個壓電元件的所述下電極以比所述壓力產(chǎn)生室的 寬度窄的寬度形成，并且所述壓電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形 成，所述下電極的端面被所述壓電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣 體膜構(gòu)成，所述絕緣體膜由氧化鈦(TiOx)形成，所述下電極的最表層由 取向控制層構(gòu)成，所述取向控制層由鎳酸鑭(LaNiyOx)形成，并且，所 述取向控制層和至少該取向控制層上的所述壓電體層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶 形成，并且晶面方向沿(113)優(yōu)先取向。在該發(fā)明中，通過提高壓電體層的結(jié)晶性，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件的高速驅(qū)動并能夠抑制壓電體層的破壞而 提高了耐久性。
這里，優(yōu)選的是在所述振動板與所述壓電體層之間形成有金屬層， 所述金屬層不與所述下電極連續(xù)，所述金屬層的最表層的至少一部分由所 述取向控制層構(gòu)成。由此，在未形成下電極的非能動部區(qū)域中壓電體層的 結(jié)晶性也得以提高，因此壓電體層整體會協(xié)調(diào)地產(chǎn)生變位，從而能夠確保 變位量。因此，能夠進一步實現(xiàn)壓電元件的高速驅(qū)動并能夠進一步抑制壓 電體層的破壞而提高耐久性。
另外，優(yōu)選的是所述壓電體層的晶體結(jié)構(gòu)為菱形晶系
(rhombohedral)、四方晶系(tetragonal)或單斜晶系(monoclinic)。另
外，優(yōu)選的是至少所述取向控制層上的所述壓電體層由柱狀結(jié)晶形成。 并且，優(yōu)選的是所述絕緣體膜上的所述壓電體層也由柱狀結(jié)晶形成。由 此，能夠進一步可靠地高速驅(qū)動壓電元件并能夠進一步可靠地抑制隨著壓 電元件的反復驅(qū)動而產(chǎn)生的壓電體層的破壞。
另外，優(yōu)選的是被所述壓電體層覆蓋的所述下電極的端面為傾斜 面，該傾斜面以其振動板側(cè)的端部比壓電體層側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾 斜。由此，在下電極的端面部分上形成的壓電體層的結(jié)晶性進一步提高。 因此，能夠進一步可靠地高速驅(qū)動壓電元件并能夠進一步可靠地抑制隨著 壓電元件的反復驅(qū)動而產(chǎn)生的壓電體層的破壞。
另外，優(yōu)選的是所述下電極在所述取向控制層的下層具有導電層， 所述導電層由電阻率比所述取向控制層低的材料形成。由此，即使同時驅(qū) 動多個壓電元件，也能夠獲得足夠的電流供應(yīng)能力。因此，能夠使并列設(shè) 置的各個壓電元件的變位特性均勻化。
另外，在設(shè)置導電層的情況下，優(yōu)選的是所述導電層被所述取向控制 層覆蓋。由此，由于僅下電極的取向控制層與壓電體層接觸，因此進一步 可靠地提高了壓電體層的結(jié)晶性。
另外，優(yōu)選的是所述導電層由金屬材料、金屬材料的氧化物或它們的 合金形成。特別優(yōu)選的是所述金屬材料包括選自以下組中的至少一種， 所述組包括銅、鋁、鎢、鉑、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、鈷。通過使用這些材料，能夠進一步可靠地獲得上述電流供應(yīng)能力。
另外，優(yōu)選的是所述壓電體層的主要成分為鋯鈦酸鉛(PZT)。由 此，壓電元件具有良好的變位特性。
另外，優(yōu)選的是所述壓電體層的端面被具有耐濕性的保護膜覆蓋。另 外，優(yōu)選的是所述壓電體層的端面被所述上電極覆蓋。由此，能夠抑制由 于大氣中的水分等引起的壓電體層的破壞。
另外，對壓電元件的電極構(gòu)造沒有特殊的限定，所述下電極可以與所 述壓力產(chǎn)生室相對應(yīng)地獨立設(shè)置并構(gòu)成所述壓電元件的專用電極，所述上 電極可以在所述壓力產(chǎn)生室的并列設(shè)置方向上跨所述壓力產(chǎn)生室連續(xù)地設(shè) 置并構(gòu)成所述壓電元件的共用電極。由此，無論壓電元件的電極構(gòu)造如 何，均能夠提高壓電元件的變位特性并能夠抑制壓電體層的破壞而提高耐 久性。
另外，本發(fā)明提供一種具有上述液體噴射頭的液體噴射裝置。根據(jù)該 發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了頭的可靠性的液體噴射裝置。
并且，本發(fā)明提供一種執(zhí)行器，該執(zhí)行器包括振動板和壓電元件，所 述振動板設(shè)置在基板的一個面?zhèn)?，所述壓電元件包括設(shè)置在所述振動板上 的下電極、壓電體層、上電極，所述壓電體層的端面由傾斜面構(gòu)成，該傾 斜面以其下電極側(cè)的端部比上電極側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜，所述壓 電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形成，所述下電極的端面被所述壓 電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣體膜構(gòu)成，所述絕緣體膜由氧化 鈦(TiOx)形成，所述下電極的最表層由取向控制層構(gòu)成，所述取向控制 層由鎳酸鑭(LaNiyOx)形成，并且，所述取向控制層和至少該取向控制 層上的所述壓電體層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113) 優(yōu)先取向。
根據(jù)該發(fā)明，通過提高壓電體層的結(jié)晶性，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件的高速 驅(qū)動并能夠抑制壓電體層的破壞而提高耐久性。即，能夠?qū)崿F(xiàn)兼具高速響 應(yīng)性和耐久性的執(zhí)行器。
這里，優(yōu)選的是在所述振動板與所述壓電體層之間形成有金屬層， 所述金屬層與所述下電極不連續(xù)，所述金屬層的最表層的至少一部分由所
8述取向控制層構(gòu)成。由此，在未形成下電極的非能動部區(qū)域中壓電體層的 結(jié)晶性也得以提高，因此壓電體層整體會協(xié)調(diào)地產(chǎn)生變位，從而能夠確保 變位量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件可以進一步高速驅(qū)動并進一步抑制了壓 電體層的破壞而提高了耐久性的執(zhí)行器。


圖1是實施方式一的記錄頭的分解立體圖2的(a)和(b)是實施方式一的記錄頭的平面圖和截面圖3是表示實施方式一的記錄頭的主要部分的截面圖4的(a) (c)是表示實施方式一的記錄頭的制造工序的截面
圖5的(a) (c)是表示實施方式一的記錄頭的制造工序的截面
圖6的(a) (c)是表示實施方式一的記錄頭的制造工序的截面
圖7的(a) (c)是表示實施方式一的記錄頭的制造工序的截面
圖8是表示實施方式二的記錄頭的主要部分的截面圖9是實施方式三的記錄頭的分解立體圖10的(a)和(b)是實施方式三的記錄頭的平面圖和截面圖ll是表示實施方式三的記錄頭的主要部分的截面圖12的(a)禾n (b)是實施方式四的記錄頭的平面圖和截面圖13是一個實施方式的記錄裝置的簡要示圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)實施方式來詳細地說明本發(fā)明。 (實施方式一)
圖1是表示本發(fā)明的實施方式一的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記 錄頭的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖2的(a)禾D (b)是圖1的平面圖和該平面圖的A —A'截面圖。
如圖所示，流路形成基板10在本實施方式中由晶面方向為(110)的 單晶硅基板形成，在其一個面上形成有由氧化膜構(gòu)成的彈性膜51。在流路 形成基板10上，由間隔壁ll劃分的、 一個面由彈性膜51構(gòu)成的多個壓力 產(chǎn)生室12在其寬度方向上并列設(shè)置。
在流路形成基板10上，在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部側(cè) 設(shè)置有由間隔壁11劃分并與各壓力產(chǎn)生室12連通的墨水供應(yīng)通路13和連 通路徑14。在連通路徑14的外側(cè)設(shè)置有與各連通路徑14連通的連通部 15。該連通部15與后述的保護基板30的貯存部32連通，并構(gòu)成作為各個 壓力產(chǎn)生室12的共同的墨水室(液體室)的貯存器100的一部分。
這里，墨水供應(yīng)通路13的截面積比壓力產(chǎn)生室12窄，該墨水供應(yīng)通 路13將從連通部15向壓力產(chǎn)生室12流入的墨水的流路阻力保持為恒定。 例如，墨水供應(yīng)通路13通過在寬度方向上縮小貯存器100與各壓力產(chǎn)生 室12之間的壓力產(chǎn)生室12側(cè)的流路而以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度 形成。在本實施方式中，通過從單側(cè)縮小流路的寬度而形成了墨水供應(yīng)通 路，但是也可以通過從雙側(cè)縮小流路的寬度來形成墨水供應(yīng)通路。另外， 可以不縮小流路的寬度而通過從厚度方向縮小來形成墨水供應(yīng)通路。另 外，各個連通路徑14通過壓力產(chǎn)生室12的寬度方向上的兩側(cè)的間隔壁11 向連通部15側(cè)延伸設(shè)置并劃分出墨水供應(yīng)通路13與連通路徑15之間的空 間而形成。
作為流路形成基板10的材料，在本實施方式中使用單晶硅基板，但 是當然不限于此，例如也可以使用玻璃陶瓷、不銹鋼等。
在流路形成基板10的開口面?zhèn)韧ㄟ^粘接劑或熱熔敷膜等粘合有噴嘴 板20，在該噴嘴板20上穿設(shè)有與各壓力產(chǎn)生室12的、與墨水供應(yīng)通路 13相反的一側(cè)的端部附近連通的噴嘴21。噴嘴板20例如由玻璃陶瓷、單 晶硅基板、不銹鋼等形成。
另一方面，在這樣的流路形成基板10的與開口面相反的一側(cè)間隔著 振動板50而形成有壓電元件300。這里，將該壓電元件300和通過壓電元 件300的驅(qū)動而產(chǎn)生變位的振動板50合稱為執(zhí)行器。在本實施方式中，在流路形成基板10上如上所述形成有彈性膜51，在該彈性膜51上形成有 由氧化鈦(TiOx)形成的絕緣體膜52，由該彈性膜51和絕緣體膜52構(gòu)成 了振動板50。
在振動板50 (絕緣體膜52)上形成有由下電極膜60、壓電體層70、 以及上電極膜80構(gòu)成的壓電元件300。這里，壓電元件300不僅包括具有 下電極膜60、壓電體層70、上電極膜80的部分，而且還包括至少具有壓 電體層70的部分。 一般來說，將壓電元件300的任一個電極作為共用電 極，將另一個電極與壓電體層70 —起針對每個壓力產(chǎn)生室12圖案化并作 為專用電極。并且，這里將由被圖案化的電極和壓電體層70構(gòu)成并通過 向兩個電極施加電壓而產(chǎn)生電致伸縮的區(qū)域稱為壓電體能動部320。
這里，對本實施方式的壓電元件300的結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。如圖3 所示，構(gòu)成壓電元件300的下電極膜60在與各壓力產(chǎn)生室12相對的每個 區(qū)域以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度設(shè)置并構(gòu)成各壓電元件300的專 用電極。并且，下電極膜60的端面由傾斜面構(gòu)成，該傾斜面以其下側(cè)的 端部比上側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜。另外，下電極膜60從各壓力產(chǎn) 生室12的長度方向上的一個端部側(cè)延伸至周壁而設(shè)置，在壓力產(chǎn)生室12 的外側(cè)的區(qū)域分別與例如由金(Au)等形成的引線電極90連接，電壓經(jīng) 由該引線電極90被選擇性地施加在各壓電元件300上(參照圖2)。
這里，將未形成被圖案化的下電極膜60的區(qū)域稱為非能動部區(qū)域
330。
另外，下電極膜60在本實施方式中由在絕緣體膜52上形成的導電層 61和在導電層61上形成的由鎳酸鑭(LaNiyOx)構(gòu)成的取向控制層62構(gòu) 成。導電層61由電阻率比取向控制層62低的材料形成，例如由金屬材 料、金屬材料的氧化物或它們的合金等形成。作為形成導電層61的金屬 材料，具體地說優(yōu)選包括選自以下組中的至少一種，所述組包括銅、鋁、 鎢、鉑、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、鈷。
作為用作取向控制層62的鎳酸鑭，例如在本實施方式中使用x=3、 y =1的LaNi03。這樣的由鎳酸鑭形成的取向控制層62實質(zhì)上不會受到作 為基底的導電層61的晶面方向的影響，其由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113)優(yōu)先取向。
對形成這樣的取向控制層62的方法沒有特殊的限定，例如有濺射 法、溶膠—凝膠法、MOD法等，通過適當?shù)卣{(diào)整成膜條件，可以形成具 有上述那樣的結(jié)晶性的取向控制層62。
壓電體層70在壓力產(chǎn)生室12的寬度方向上以比下電極膜60寬并比壓 力產(chǎn)生室12窄的寬度設(shè)置。即，壓電體層70從下電極膜60上連續(xù)地形成 至下電極膜60外側(cè)的絕緣體膜52上。另一方面，在壓力產(chǎn)生室12的長度 方向上，壓電體層70的兩個端部延伸至壓力產(chǎn)生室12的端部的外側(cè)而設(shè) 置(參照圖2)。并且，與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的下電極膜60被該 壓電體層70覆蓋。壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部側(cè)的壓電體層 70的端部位于壓力產(chǎn)生室12的端部附近，下電極膜60進一步延伸至該壓 電體層70的端部外側(cè)的區(qū)域而設(shè)置(參照圖2)。
這里，在取向控制層62 (下電極膜60)上形成的壓電體層70a由鈣鈦 礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成。另外，取向控制層62上的壓電體層70a受到取向控制 層62的結(jié)晶取向的影響，晶面方向沿(113)取向。即，壓電體層70在 取向控制層62上外延生長，晶面方向沿(113)取向。優(yōu)選的是在取向 控制層62以外的部分形成的壓電體層70b、即絕緣體膜52上的壓電體層 70b也由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113)取向。
具有這樣的壓電體層70的壓電元件300由于壓電體層70的結(jié)晶性優(yōu) 良而提高了響應(yīng)速度和耐久性。即，壓電元件300能夠進行高速驅(qū)動，并 且能夠抑制隨著壓電元件300的反復驅(qū)動而產(chǎn)生的變位量的降低。如果壓 電元件300反復驅(qū)動，則隨著壓電元件300的劣化等，其變位量逐漸下 降，但是由于壓電體層70具有良好的結(jié)晶性，因此能夠抑制該變位量的 下降。
優(yōu)選的是壓電體層70的整體由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成并且晶面方向 沿(113)取向，但是由于在絕緣體膜52上形成的壓電體層70b實質(zhì)上不 會影響壓電元件300的變位，因此不必一定由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成并且 晶面方向沿(113)取向。g卩，在壓電體層70中，至少在取向控制層62 上形成的部分(壓電體層70a)由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成并且晶面方向沿
12(113)取向即可。
另外，壓電體層70、特別是取向控制層62上的壓電體層70a的晶體 結(jié)構(gòu)優(yōu)選為菱形晶系、四方晶系、單斜晶系。并且，壓電體層70優(yōu)選由 柱狀結(jié)晶形成。由此，能夠進一步可靠地抑制壓電元件300的變位量的下 降并實現(xiàn)壓電元件300的高速驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，下電極膜60的 最表層由取向控制層62構(gòu)成，所述取向控制層62由鎳酸鑭形成，并且振 動板50的最表層由絕緣體膜52構(gòu)成，所述絕緣體膜52由氧化鈦形成。壓 電體層70的結(jié)晶從作為基底的這些取向控制層62和絕緣體膜52生長。因 此，能夠比較容易地形成為上述某一晶體結(jié)構(gòu)并為柱狀結(jié)晶的壓電體層 70。
作為壓電體層70的材料，例如優(yōu)選由以鋯鈦酸鉛Pb (Zr， Ti) 03: PZT為主要成分的材料形成，此外也可以使用鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛的固溶 體Pb (Mg1/3Nb2/3) 03—PbTi03: PMN—PT、鋅鈮酸鉛和鈦酸鉛的固 溶體Pb (Zn1/3Nb2/3) 03—PbTi03: PZN—PT等。無論是哪一種，如果 壓電體層70的材料由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成的話，則不限于上述材料。
對這樣的壓電體層70的制造方法沒有特殊的限定，例如有溶膠一凝 膠法、MOD法等。并且，當通過這樣的方法來形成壓電體層70時，通過 適當?shù)卣{(diào)整成膜條件、加熱(燒固)條件等，能夠形成具有上述結(jié)晶性的 壓電體層70。
另外，在本實施方式中，如上所述下電極膜60的端面由相對于振動 板50的表面傾斜的面而非相對于振動板50的表面近似垂直的面構(gòu)成(參 照圖3)。該下電極膜60的端面相對于振動板50的表面的傾斜角度例如 優(yōu)選為10 30°。由此，在該下電極膜60的端面上也會較好地形成壓電體 層70。 g卩，壓電體層70的整體的結(jié)晶性會進一步均勻化。因此，更加可 靠地抑制了壓電元件300和振動板50的變位量的下降。
并且，在本實施方式中，由于如上所述下電極膜60具有電阻率比取 向控制層62低的導電層61，因此即使同時驅(qū)動多個壓電元件300，也能 夠獲得足夠的電流供應(yīng)能力。因此，即使同時驅(qū)動并列設(shè)置的多個壓電元 件300，各個壓電元件300的變位特性也不會產(chǎn)生差異，從而能夠得到穩(wěn)定的、近似均勻的變位特性。
上電極膜80在本實施方式中與和多個壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域連續(xù) 地形成，另外從壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側(cè)延伸至周壁 而設(shè)置。g卩，上電極膜80覆蓋與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的壓電體層70 的上表面和端面的大致整個區(qū)域而設(shè)置。由此，通過上電極膜80，實質(zhì)上 防止了大氣中的水分(濕氣)浸透至壓電體層70。因此，能夠抑制由于水 分(濕氣)引起的壓電元件300 (壓電體層70)的破壞，從而能夠顯著地 提高壓電元件300的耐久性。
在形成有由這樣的振動板50和壓電元件300構(gòu)成的執(zhí)行器的流路形 成基板10上通過粘接劑35接合有保護基板30，所述保護基板30在與壓 電元件300相對的區(qū)域具有壓電元件保護部31，所述壓電元件保護部31 能夠確保不會阻礙壓電元件300運動的程度的空間。壓電元件300由于在 該壓電元件保護部31內(nèi)形成，因此在幾乎不會受到外部環(huán)境影響的狀態(tài) 下被保護。另外，在保護基板30上的與流路形成基板10的連通部15相對 應(yīng)的區(qū)域設(shè)置有貯存部32。在本實施方式中，該貯存部32在厚度方向上 貫穿保護基板30并沿壓力產(chǎn)生室12的并列設(shè)置方向設(shè)置，如上所述構(gòu)成 與流路形成基板10的連通部15連通的、作為各個壓力產(chǎn)生室12的共同的 墨水室的C:存器100。
并且，在保護基板30的壓電元件保持部31與貯存部32之間的區(qū)域設(shè) 置有在厚度方向上貫穿保護基板30的通孔33，下電極膜60和引線電極 90的端部在該通孔33內(nèi)露出。并且，雖然未進行圖示，但是這些下電極 膜60和引線電極90通過在通孔33內(nèi)延伸設(shè)置的連接布線而與用于驅(qū)動壓 電元件300的驅(qū)動IC等連接。
作為保護基板30的材料，例如有玻璃、陶瓷材料、金屬、樹脂等， 但是更優(yōu)選的是由與流路形成基板10的熱膨脹率大致相同的材料形成， 在本實施方式中使用與流路形成基板10相同的材料、即單晶硅基板來形 成。
在該保護基板30上還接合有由密封膜41和固定板42構(gòu)成的柔性基板 40。密封膜41由剛性低并具有撓性的材料形成，通過該密封膜41來密封屬等硬質(zhì)材料形成。該固定板42的與 貯存器100相對的區(qū)域為在厚度方向上完全被除去的開口部43，因此貯存 器100的一個面僅被具有可撓性的密封膜41密封。
在這樣的本實施方式的噴墨式記錄頭中，從未圖示的外部墨水供應(yīng)單 元獲取墨水，在從貯存器100至噴嘴21的內(nèi)部充滿了墨水后，按照來自 未圖示的驅(qū)動IC的記錄信號向與壓力產(chǎn)生室12相對應(yīng)的各個壓電元件 300施加電壓，使壓電元件300發(fā)生彎曲變形，由此各個壓力產(chǎn)生室12內(nèi) 的壓力升高，從而從噴嘴21噴出墨滴。
以下，參照圖4 圖7來說明這樣的噴墨式記錄頭的制造方法。圖 4 圖7是表示噴墨式記錄頭的制造工序的截面圖。
首先，如圖4的(a)所示，在作為由晶面方向(110)的單晶硅基板 形成的晶片的流路形成基板用晶片110的表面上形成振動板50。具體地 說，首先形成構(gòu)成彈性膜51的二氧化硅膜53。例如，在本實施方式中， 通過對流路形成基板用晶片110的表面進行熱氧化來形成彈性膜51 (二氧 化硅膜53)。當然，也可以通過熱氧化以外的方法來形成彈性膜51。然 后，在該彈性膜51 (二氧化硅膜53)上形成由氧化鈦(TiOx)形成的絕 緣體膜52。對絕緣體膜52的形成方法沒有特殊的限定，例如可以通過濺 射法來形成。
構(gòu)成振動板50的絕緣體膜52還具有防止構(gòu)成壓電元件300的壓電體 層70的鉛成分向彈性膜51或流路形成基板IO擴散的作用。
然后，如圖4的(b)所示，在振動板50 (絕緣體膜52)上形成由導 電層61和取向控制層62構(gòu)成的下電極膜60，將該下電極膜60圖案化為 預定的形狀。具體地說，例如通過濺射法等將鉑(Pt)等預定的金屬材料 在絕緣體膜52上形成導電層61，然后在該導電層61上形成由鎳酸鑭構(gòu)成 的取向控制層62。然后，依次對這些取向控制層62和導電層61進行圖案 化。
取向控制層62的形成方法如上所述例如有濺射法、溶膠一凝膠法、 MOD法等。并且，通過適當?shù)卣{(diào)整成膜條件，能夠形成具有上述結(jié)晶性 的取向控制層62。
15然后，如圖4的(c)所示，例如使由鋯鈦酸鉛(PZT)等形成的壓電 體層70在形成有下電極膜60的流路形成基板用晶片110的整個表面上成 膜。對壓電體層70的形成方法沒有特殊的限定，例如在本實施方式中采 用以下的溶膠一凝膠法來形成壓電體層70:對金屬有機物溶解、分散在溶 劑中而形成的所謂的溶膠進行涂布干燥而使其凝膠化，然后通過在高溫下 燒固而得到由金屬氧化物形成的壓電體層70。當然，壓電體層70的形成 方法不限于溶膠一凝膠法，例如也可以使用MOD法或濺射法等。
并且，當通過這樣的方法來形成壓電體層70時，通過適當?shù)卣{(diào)整成 膜條件、加熱(燒固)條件等，能夠形成具有上述結(jié)晶性的壓電體層70。
然后，將該壓電體層70圖案化為預定的形狀。具體地說，如圖5的 (a)所示，在壓電體層70上涂布抗蝕劑，對該抗蝕劑進行曝光和顯影， 由此形成預定圖案的抗蝕劑膜200。 S卩，例如通過旋轉(zhuǎn)覆蓋法等將負性抗 蝕劑涂布在壓電體層70上，然后通過使用預定的掩模進行曝光、顯影、 烘焙來形成抗蝕劑膜200。當然，也可以代替負性抗蝕劑而使用正性抗蝕 劑。在本實施方式中，抗蝕劑膜200的端面按照以預定的角度傾斜的方式 形成。
然后，如圖5的(b)所示，通過將該抗蝕劑膜200作為掩模對壓電 體層70進行離子銑削(ion milling)而將其圖案化為預定的形狀。此時， 壓電體層70沿抗蝕劑膜200的傾斜的端面被圖案化。即，壓電體層70的 端面為傾斜面。
然后，如圖5的(c)所示，剝離壓電體層70上的抗蝕劑膜200。對 抗蝕劑膜200的剝離方法沒有特殊的限定，例如可以通過有機剝離液等來 進行剝離。然后，進一步通過預定的清洗液等清洗壓電體層70的表面， 由此完全除去抗蝕劑膜200。
然后，如圖6的(a)所示，通過將上電極膜80形成在流路形成基板 用晶片110的整個面上并將該上電極膜80圖案化為預定的形狀來形成壓 電元件300。作為上電極膜80的材料，只要是導電性較高的材料即可，此 外沒有特殊的限定，例如優(yōu)選使用銥、鈾、鈀等金屬材料。另外，上電極 膜80的厚度必須是不會妨礙壓電元件300變位的程度的厚度。但是，該上電極膜80在本實施方式中兼用作抑制由于水分而引起的壓電體層70的
破壞的耐濕保護膜，因此優(yōu)選形成得較厚。
然后，如圖6的(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整個面上 形成由金(Au)構(gòu)成的引線電極90，然后針對每個壓電元件300進行圖 案化。然后，如圖6的(c)所示，通過粘接劑35將多個保護基板30—體 地形成的保護基板用晶片130粘接在流路形成基板用晶片110上。在保護 基板用晶片130上預先形成有壓電元件保護部31、貯存部32、以及通孔 33。
然后，如圖7的(a)所示，使流路形成基板用晶片IIO變薄至預定的 厚度。然后，如圖7的(b)所示，在流路形成基板用晶片110上例如新 形成由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的保護膜55，并通過預定的掩模將保護膜55 圖案化為預定的形狀。然后，如圖7的(c)所示，將該保護膜55作為掩 模并例如使用KOH等堿液對流路形成基板用晶片110進行各向異性蝕刻 (濕蝕刻)，由此在流路形成基板用晶片IIO上形成壓力產(chǎn)生室12、墨水 供應(yīng)通路13、連通路徑14、以及連通部15。
然后，例如通過切割(dicing)等切斷、除去未圖示的流路形成基板 用晶片IIO和保護基板用晶片130的外周邊緣部的不需要的部分，將噴嘴 板20接合在流路形成基板用晶片110上并將柔性基板40接合在保護基板 用晶片130上，然后將這些流路形成基板用晶片IIO分割成圖l所示的一 個芯片的大小，由此制造出噴墨式記錄頭。 (實施方式二)
圖8是表示實施方式二的噴墨式記錄頭的主要部分的截面圖。 本實施方式是下電極膜的結(jié)構(gòu)的其他示例，下電極膜60以外的結(jié)構(gòu) 與實施方式一相同。S卩，在實施方式一中，將取向控制層62形成在導電 層61上(上表面)，與此相對，如圖8所示，在本實施方式中，將構(gòu)成 下電極膜60的取向控制層62A設(shè)置在導電層61的上表面和端面上，即使 其覆蓋導電層61。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，即使在下電極膜60的端面處壓電體層70也形成在 取向控制層62A上，因此進一步提高了下電極膜60的端部附近的壓電體層70的結(jié)晶性。
(實施方式三)
圖9是表示實施方式三的噴墨式記錄頭的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖 10的(a)和(b)是圖9的平面圖和該平面圖的B—B '截面圖。另外， 圖ll是表示實施方式三的噴墨式記錄頭的主要部分的截面圖。對與圖l 圖3所示的部件相同的部件標注相同的標號并省略重復的說明。
本實施方式除了由構(gòu)成壓電元件300的下電極膜60A來構(gòu)成壓電元件 300的共用電極、由上電極膜80A來構(gòu)成專用電極以外與實施方式一相 同。
如圖所示，本實施方式的下電極膜60A在與各壓力產(chǎn)生室12相對的 每個區(qū)域以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度從各壓力產(chǎn)生室12的長度方 向上的一個端部側(cè)延伸至周壁而設(shè)置，并在周壁上被連結(jié)而構(gòu)成各個壓電 元件300共用的共用電極。壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側(cè) 的下電極膜60A的端部位于與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域內(nèi)。
壓電體層70在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上延伸至兩個端部的外側(cè)而 設(shè)置，與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域中的下電極膜60A的上表面和端面被 壓電體層70完全覆蓋。另外，在壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的一個端部 側(cè)，下電極膜60A進一步延伸至壓電體層70的外側(cè)而設(shè)置。
上電極膜80A以比壓電體層70的寬度寬的寬度在與各壓力產(chǎn)生室12 相對的區(qū)域中分別獨立地設(shè)置。即，上電極膜80A被壓力產(chǎn)生室12之間 的間隔壁11斷開而構(gòu)成壓電元件300的專用電極。另外，上電極膜80A 從壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的另一個端部側(cè)延伸至周壁而設(shè)置。
在本實施方式中，上電極膜80A在各壓力產(chǎn)生室12的長度方向上的 另一個端部側(cè)延伸至比壓電體層70的端部靠外側(cè)的位置而設(shè)置。并且， 在該上電極膜80A的端部附近連接有引線電極91，電壓經(jīng)由該引線電極 91被選擇性地施加在各壓電元件300上。
在這樣的本實施方式的結(jié)構(gòu)中，由于壓電體層70具有優(yōu)良的結(jié)晶 性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)壓電元件300的高速驅(qū)動，并抑制了壓電體層70的破 壞而提高了耐久性。并且，由于壓電體層70的表面被上電極膜80A覆蓋，因此能夠抑制由于水分等引起的壓電元件300的破壞。g卩，無論壓電 元件300的電極構(gòu)造如何，均能夠可靠地抑制壓電體層70的破壞，從而 能夠獲得一種提高了耐久性的噴墨式記錄頭。 (實施方式四)
圖12的(a)和(b)是實施方式四的噴墨式記錄頭的平面圖和表示其 主要部分的C一C'截面圖。對與實施方式一的圖1 圖3所示的部件相同 的部件標注相同的標號并省略重復的說明。
本實施方式是除了下電極膜60以外在振動板50與壓電體層70之間還 形成有不與下電極膜60連續(xù)的金屬層65的示例，除了增加了金屬層65以 外結(jié)構(gòu)與實施方式一相同。
在圖12中，金屬層65在未形成下電極膜60的振動板50上的區(qū)域中 在振動板50與壓電體層70之間形成。另外，金屬層65不與下電極膜60 連續(xù)而未與其電連接。
金屬層65的平面形狀不限于在本實施方式中所示的矩形形狀，可以 是不與下電極膜60連續(xù)的任意形狀。另外，截面形狀也不限于矩形形 狀，也可以與下電極膜60同樣地形成為梯形形狀。
金屬層65與下電極膜60同樣地具有雙層結(jié)構(gòu)，在導電層61上作為最 表層而形成有取向控制層62。作為形成導電層61和取向控制層62的材 料，可以使用與實施方式一相同的材料，但是導電層61不限于這些材 料。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在未形成下電極膜60的非能動部區(qū)域330中，壓 電體層70b的結(jié)晶性由于取向控制層62也得以提高，壓電體層70的整體 會協(xié)調(diào)地產(chǎn)生變位，因而能夠進一步確保變位量。因此，能夠進一步實現(xiàn) 壓電元件300的高速驅(qū)動，并且能夠抑制壓電體層70的破壞而進一步提 高了耐久性。
另外，金屬層65的構(gòu)造可以與實施方式二的圖8所示的下電極膜60 同樣地為取向控制層62覆蓋導電層61的構(gòu)造。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，即使在金屬層65的端面處壓電體層70也形成在取 向控制層62上，因此能夠進一步提高壓電體層70的結(jié)晶性。 (其他實施方式)
15
19以上說明了本發(fā)明的各個實施方式，但是本發(fā)明不限于上述實施方式。
例如，在上述實施方式中說明了下電極膜60由導電層61和取向控制 層62這兩層構(gòu)成的示例，但是下電極膜60的結(jié)構(gòu)不限于此。如果下電極 膜60的最表層為由鎳酸鑭形成的取向控制層62，則對其下側(cè)的結(jié)構(gòu)沒有 特殊的限制，例如導電層61也可以由多層構(gòu)成。
同樣，在上述實施方式中說明了振動板50由彈性膜51和絕緣體膜52 這兩層構(gòu)成的示例，但是振動板50的結(jié)構(gòu)不限于此。如果振動板50的最 表層為由氧化鈦形成的絕緣體膜52，則例如還可以在彈性膜51與絕緣體 膜52之間、或者在彈性膜51與流路形成基板IO之間設(shè)置有其他的層。
并且，例如在上述實施方式中，通過上電極膜80來覆蓋壓電體層 70，由此來抑制壓電體層70由于水分而遭受破壞，但是上電極膜80的結(jié) 構(gòu)不限于此。例如，上電極膜80也可以僅設(shè)置在與下電極膜60相對的區(qū) 域中。此時，可以在壓電體層70的其他部分上例如形成由包括氧化鋁等 的具有耐濕性的材料形成的保護膜并通過該保護膜來抑制由于水分而引起 的壓電體層70的破壞。
另外，上述實施方式的噴墨式記錄頭構(gòu)成具有與墨盒等連通的墨水流 路的記錄頭單元的一部分并安裝在作為液體噴射裝置的一個例子的噴墨式 記錄裝置上。圖13是表示該噴墨式記錄裝置的一個例子的簡要示圖。如 圖13所示，具有噴墨式記錄頭的記錄頭單元1A和1B可拆裝地設(shè)置有構(gòu) 成墨水供應(yīng)單元的墨盒2A和2B，安裝有這些記錄頭單元1A和1B的托架 3可在軸向上自由移動地設(shè)置在安裝于裝置主體4上的托架軸5上。該記 錄頭單元1A和1B例如分別噴出黑色墨水合成物和彩色墨水合成物。并 且，驅(qū)動馬達6的驅(qū)動力經(jīng)由未圖示的多個齒輪和正時帶7被傳遞給托架 3，由此安裝有記錄頭單元1A和1B的托架3沿托架軸5移動。另一方 面，在裝置主體4上沿托架軸5設(shè)置有壓紙巻軸8，作為由未圖示的送紙 輥等運送的紙張等記錄介質(zhì)的記錄片S在壓紙巻軸8上被運送。
在上述實施方式中，作為本發(fā)明的液體噴射頭的一個例子而說明了噴 墨式記錄頭，但是液體噴射頭的基本結(jié)構(gòu)不限于此。本發(fā)明廣泛地以所有的液體噴射頭為對象，勿庸置疑也能夠應(yīng)用于噴射墨水以外的液體的液體 噴射頭。作為其他的液體噴射頭，例如可以列舉出打印機等圖像記錄裝 置所使用的各種記錄頭、在液晶顯示器等濾色器的制造中所使用的色料噴
射頭、在有機EL顯示器和FED (場致發(fā)射顯示器)等的電極形成中所使
用的電極材料噴射頭、在生物芯片制造中所使用的生物有機物噴射頭等。
另外，本發(fā)明不限于安裝在由噴墨式記錄頭代表的液體噴射頭中的執(zhí) 行器，勿庸置疑也能夠應(yīng)用于安裝在其他裝置中的執(zhí)行器。
權(quán)利要求
1. 一種液體噴射頭，包括流路形成基板和壓電元件，所述流路形成基板并列設(shè)置有多個分別與噴射液滴的噴嘴連通的壓力產(chǎn)生室，所述壓電元件包括間隔著振動板而設(shè)置在所述流路形成基板的一個面?zhèn)鹊南码姌O、壓電體層、上電極，所述壓電體層的端面由傾斜面構(gòu)成，該傾斜面以其下電極側(cè)的端部比上電極側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜，構(gòu)成各個壓電元件的所述下電極以比所述壓力產(chǎn)生室的寬度窄的寬度形成，并且所述壓電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形成，所述下電極的端面被所述壓電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣體膜構(gòu)成，所述絕緣體膜由氧化鈦形成，所述下電極的最表層由取向控制層構(gòu)成，所述取向控制層由鎳酸鑭形成，并且，所述取向控制層和至少該取向控制層上的所述壓電體層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113)優(yōu)先取向。
2. 如權(quán)利要求1所述的液體噴射頭，其中，在所述振動板與所述壓電體層之間形成有金屬層，所述金屬層不與所 述下電極連續(xù)，所述金屬層的最表層的至少一部分由所述取向控制層構(gòu) 成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的液體噴射頭，其中，所述壓電體層的晶體結(jié)構(gòu)為菱形晶系、四方晶系或單斜晶系。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的液體噴射頭，其中， 至少所述取向控制層上的所述壓電體層由柱狀結(jié)晶形成。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的液體噴射頭，其中，所述絕緣體膜上的所述壓電體層由柱狀結(jié)晶形成。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的液體噴射頭，其中， 被所述壓電體層覆蓋的所述下電極的端面為傾斜面，該傾斜面以其振動板側(cè)的端部比壓電體層側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的液體噴射頭，其中，所述下電極在所述取向控制層的下層具有導電層，所述導電層由電阻率比所述取向控制層低的材料形成。
8. 如權(quán)利要求7所述的液體噴射頭，其中， 所述導電層被所述取向控制層覆蓋。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的液體噴射頭，其中， 所述導電層由金屬材料、金屬材料的氧化物或它們的合金形成。
10. 如權(quán)利要求9所述的液體噴射頭，其中，所述金屬材料包括選自以下組中的至少一種，所述組包括銅、鋁、 鎢、鉬、銥、釕、銀、鎳、鋨、鉬、銠、鈦、鎂、鈷。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的主要成分為鋯鈦酸鉛。
12. 如權(quán)利要求1至11中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的端面被具有耐濕性的保護膜覆蓋。
13. 如權(quán)利要求1至12中任一項所述的液體噴射頭，其中， 所述壓電體層的端面被所述上電極覆蓋。
14. 如權(quán)利要求13所述的液體噴射頭，其中，所述下電極與所述壓力產(chǎn)生室相對應(yīng)地獨立設(shè)置并構(gòu)成所述壓電元件 的專用電極，所述上電極在所述壓力產(chǎn)生室的并列設(shè)置方向上跨所述壓力 產(chǎn)生室連續(xù)地設(shè)置并構(gòu)成所述壓電元件的共用電極。
15. —種液體噴射裝置，具有權(quán)利要求1至14中任一項所述的液體噴 射頭。
16. —種執(zhí)行器，包括振動板和壓電元件，所述振動板設(shè)置在基板的 一個面?zhèn)龋鰤弘娫ㄔO(shè)置在所述振動板上的下電極、壓電體層、 上電極，所述壓電體層的端面由傾斜面構(gòu)成，該傾斜面以其下電極側(cè)的端 部比上電極側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜，所述壓電體層以比所述下電極的寬度寬的寬度形成，所述下電極的端 面被所述壓電體層覆蓋，所述振動板的最表層由絕緣體膜構(gòu)成，所述絕緣體膜由氧化鈦形成， 所述下電極的最表層由取向控制層構(gòu)成，所述取向控制層由鎳酸鑭形成，并且，所述取向控制層和至少該取向控制層上的所述壓電體層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113)優(yōu)先取向。
17.如權(quán)利要求16所述的執(zhí)行器，其中，在所述振動板與所述壓電體層之間形成有金屬層，所述金屬層與所述 下電極相獨立，所述金屬層的最表層由所述取向控制層構(gòu)成。
全文摘要
提供一種提高了壓電元件的變位特性而能夠?qū)崿F(xiàn)高速驅(qū)動并能夠抑制壓電體層的破壞而提高了耐久性的液體噴射頭、液體噴射裝置以及執(zhí)行器。壓電體層的端面由以下電極側(cè)的端部比上電極側(cè)的端部更靠外側(cè)的方式傾斜的傾斜面構(gòu)成，構(gòu)成各個壓電元件的下電極以比壓力產(chǎn)生室的寬度窄的寬度形成，并且壓電體層以比下電極的寬度寬的寬度形成，該下電極的端面被該壓電體層覆蓋，振動板的最表層由絕緣體膜構(gòu)成，該絕緣體膜由氧化鈦(TiO_x)形成，下電極的最表層由取向控制層構(gòu)成，該取向控制層由鎳酸鑭(LaNi_yO_x)形成，并且取向控制層和至少取向控制層上的壓電體層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形成，并且晶面方向沿(113)優(yōu)先取向。
文檔編號B41J2/14GK101544113SQ200910127099
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者島田勝人 申請人:精工愛普生株式會社