專利名稱：壓電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電元件和壓電作動(dòng)器，更具體地說，涉及供噴墨記錄設(shè)備之用的噴墨記錄頭。
背景技術(shù)：
近來，作為一種代替電磁電動(dòng)機(jī)的新穎電動(dòng)機(jī)，壓電促動(dòng)器正在便攜式信息設(shè)備領(lǐng)域，化學(xué)工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域引起人們的注意，因?yàn)樗軌蛟陔妱?dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)小型化和高密度。另外，在其驅(qū)動(dòng)過程中，壓電作動(dòng)器既不產(chǎn)生電磁噪聲，又不受噪聲影響。此外，作為生產(chǎn)由微機(jī)械代表的亞毫米尺寸的設(shè)備的一種技術(shù)，壓電作動(dòng)器正在引起人們的注意，作為這種微機(jī)械的驅(qū)動(dòng)源，需要微小的壓電作動(dòng)器。
現(xiàn)有的壓電元件一般由通過加工塊狀燒結(jié)構(gòu)件形成的，并設(shè)置在襯底，比如金屬或硅襯底上的預(yù)定位置的壓電構(gòu)件組成。通過把塊狀燒結(jié)構(gòu)件拋光成所需尺寸和厚度獲得壓電元件，或者通過從未燒結(jié)基板進(jìn)行沖壓，之后進(jìn)行熱處理獲得壓電元件。這樣的塊狀燒結(jié)元件或者由未燒結(jié)基板得到的模制元件一般具有幾微米或更大的厚度。這樣的壓電作動(dòng)器一般具有其中利用粘接材料粘附壓電元件和彈性材料的基本結(jié)構(gòu)。
另一方面，除了利用粘接材料的粘附之外，還有一種借助例如濺射或印刷方法，直接在襯底上形成壓電元件的已知方法。通常，由印刷法，濺射法，MOCVD法，溶膠-凝膠法或者氣相淀積法形成的壓電元件具有約數(shù)十納米(數(shù)百埃)到數(shù)百微米的厚度。另外在任何一種結(jié)構(gòu)中，壓電元件具備通過其施加電壓的電極。
如上所述，壓電元件基本上具有其中利用粘接材料粘附壓電元件和襯底的結(jié)構(gòu)，或者其中直接在襯底上形成壓電元件的結(jié)構(gòu)。
利用這種壓電元件的噴墨記錄設(shè)備由與供墨盒連通的壓力室，和與壓力室連通的出墨口形成，其中這樣的壓力室設(shè)有振動(dòng)板，壓電元件附加在或者直接形成在所述振動(dòng)板上。在這種結(jié)構(gòu)中，對(duì)壓電元件施加預(yù)定電壓，在壓電元件中造成伸縮，從而導(dǎo)致壓縮壓力室中的油墨，并從出墨口排出一小滴墨液的彎曲振動(dòng)。這樣的功能目前用在彩色噴墨記錄設(shè)備中，不過存在提高打印性能，尤其是更高的分辨率和更高的打印速度的要求。為此，正在試驗(yàn)一種具有小型化的噴墨頭的多噴嘴頭結(jié)構(gòu)，以便獲得更高的分辨率和更高的打印速度。為了使噴墨頭小型化，必須使排放油墨的壓電元件緊致。
通過精細(xì)地構(gòu)造燒結(jié)壓電構(gòu)件，例如通過如上所述的切割和拋光，生產(chǎn)這樣的緊致壓電元件。但是，另外正在研究通過以薄膜的形式形成壓電構(gòu)件，并利用在半導(dǎo)體行業(yè)中提出的精細(xì)加工技術(shù)，產(chǎn)生高精度的超緊致壓電元件。另外，為了獲得更高的性能，壓電構(gòu)件最好由單晶薄膜或單取向薄膜形成，目前正在積極開發(fā)異質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)。
另一方面，由通式ABO3代表的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料作為壓電材料正在引起人們的注意。以PZT為代表的這種材料的鐵電性，熱電性和壓電性優(yōu)良。另外，以PZN-PT為代表的弛豫(relaxer)型電致伸縮材料被期待作為壓電材料，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的壓電性。在“Ceramic Yudentai Kogaku”(Gakken-sha，第四版)，p333中解釋了PZT材料。另外在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.2001-328867中描述了弛豫材料(relaxer material)。
但是，已發(fā)現(xiàn)即使具有上述高壓電性的材料也不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的高水平的壓電性質(zhì)，即使具有取向特性，或者由單晶形成，并且預(yù)期具有更高壓電性的壓電和/或電致伸縮材料也只導(dǎo)致結(jié)晶度的輕微增大，而不會(huì)引起和不具有取向特性或者不是由單晶形成的壓電和/或電致伸縮材料不同的壓電性。另外，還沒有確定能夠避免主要起因于大壓電應(yīng)變并且當(dāng)壓電性被增大時(shí)遇到的壓電元件的電極剝落，以及在襯底上直接形成壓電元件的情況下遇到薄膜剝落的壓電元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種配備具有優(yōu)良?jí)弘娦缘膲弘姾?或電致伸縮材料的壓電元件。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有壓電和/或電致伸縮材料與下電極或上電極之間的滿意粘接的壓電元件。本發(fā)明的另一目的是防止當(dāng)在襯底上直接形成壓電元件時(shí)的薄膜剝落。本發(fā)明的另一目的是提供一種壓電作動(dòng)器和可靠性高的噴墨記錄頭。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的壓電元件的特征在于包括上電極，壓電和/或電致伸縮材料和下電極，其中壓電和/或電致伸縮材料是由通式ABO3構(gòu)成的復(fù)合氧化物，壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶。
作為大量研究的結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)壓電和/或電致伸縮材料中孿晶的存在允許獲得壓電性改進(jìn)的，并且壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力提高的壓電元件。
其原因并不清楚，但是估計(jì)壓電和/或電致伸縮材料中孿晶的存在釋放了在利用各種方法制備該材料時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，從而表現(xiàn)出材料本身固有的壓電性，并且提供壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間良好的粘合力。
在本發(fā)明中，孿晶意味著其中相同壓電和/或電致伸縮材料的兩個(gè)或更多晶體相對(duì)于某一晶面或軸對(duì)稱地鄰近并且結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)，和具有位于這樣的晶面或軸的孿晶疇邊界的孿晶。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[1]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中孿晶的孿晶面選自由{110}代表的組中。
{110}代表通常由(110)、(101)、(011)等表示的六個(gè)晶面的集合。另外，孿晶面指的是，如果在{110}兩側(cè)的晶格點(diǎn)的離子成鏡像關(guān)系，那么孿晶面{110就是孿晶面。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[1]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中孿晶的孿晶面選自由{100}代表的組。
{100}代表通常由(100)、(010)、(001)等表示的六個(gè)晶面的集合。另外，在{100}兩側(cè)的晶格點(diǎn)的離子成鏡像關(guān)系的情況下，孿晶面指的就是{100}。
壓電和/或電致伸縮材料為四方晶系。
雖然這種孿晶的存在有助于壓電和/或電致伸縮材料的改進(jìn)，或者壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力的提高的原因仍然不清楚，不過估計(jì)具有孿晶面(101)的孿晶疇的[100]一般相對(duì)于構(gòu)成四方晶系的壓電和/或電致伸縮材料的極化軸方向的
形成只有幾度的角度或者更小的角度，從而孿晶疇有助于釋放內(nèi)部應(yīng)力，而不會(huì)顯著損壞壓電和/或電致伸縮材料的固有結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出該材料固有的壓電性，和提高壓電和/或電致伸縮材料與下電極或上電極之間的粘合力，或者在電壓施加下孿晶疇的轉(zhuǎn)換或疇壁的位移允許晶格容易地變形，從而表現(xiàn)出大的壓電性。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[2]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料為正交晶系。
雖然這種孿晶的存在有助于壓電和/或電致伸縮材料的改進(jìn)，或者壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力的提高的原因仍然不清楚，不過估計(jì)具有孿晶面(110)的孿晶疇的[101]一般相對(duì)于構(gòu)成正交晶系的壓電和/或電致伸縮材料的極化軸方向的
形成僅僅幾度或者更小的角度，從而孿晶疇有助于釋放內(nèi)部應(yīng)力，而不會(huì)顯著損壞壓電和/或電致伸縮材料的固有結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出該材料固有的壓電性，和提高壓電和/或電致伸縮材料與下電極或上電極之間的粘合力，或者在電壓施加下孿晶疇的轉(zhuǎn)換或疇壁的位移允許晶格容易地變形，從而表現(xiàn)出大的壓電性。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[3]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料為菱形晶系(三角晶系)。
雖然這種孿晶的存在有助于壓電和/或電致伸縮材料的改進(jìn)，或者壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力的提高的原因仍然不清楚，不過估計(jì)具有孿晶面(100)的孿晶疇的[-111]一般相對(duì)于構(gòu)成菱形晶系的壓電和/或電致伸縮材料的極化軸方向的[111]形成僅僅幾度或者更小的角度，從而孿晶疇有助于釋放內(nèi)部應(yīng)力，而不會(huì)顯著損壞壓電和/或電致伸縮材料的固有結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出該材料固有的壓電性，和提高壓電和/或電致伸縮材料與下電極或上電極之間的粘合力，或者在電壓施加下孿晶疇的轉(zhuǎn)換或疇壁的位移允許晶格容易地變形，從而表現(xiàn)出大的壓電性。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[1]-[6]任意之一的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料具有從0.001～1.0的孿晶率。這種孿晶率的壓電和/或電致伸縮材料導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的釋放，從而表現(xiàn)出該材料固有的壓電性，和提高壓電和/或電致伸縮材料與下電極或上電極之間的粘合力。
在本發(fā)明中，孿晶率意味著在壓電和/或電致伸縮材料中，晶體中的孿晶疇的比例，借助高分辨率TEM或者X射線衍射，能夠確認(rèn)孿晶的存在或?qū)\晶率。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[1]-[7]任意之一的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料具有取向性。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[8]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中在至少某一軸的方向上，壓電和/或電致伸縮材料具有99％或者更高的取向率。
據(jù)認(rèn)為，具有取向性或者為單晶的壓電和/或電致伸縮材料一般表現(xiàn)出高的壓電性，但是僅僅借助結(jié)晶度的增大，壓電性不能達(dá)到預(yù)期的高水平，而是保持和不具有這樣的取向性或單晶性的壓電和/或電致伸縮材料相同的水平。
另一方面，在孿晶結(jié)構(gòu)的壓電和/或電致伸縮材料具有取向性的情況下，能夠獲得表現(xiàn)出高壓電性的壓電元件。另外，在具有取向性或者為單晶的壓電和/或電致伸縮材料中，與無取向的薄膜相比，與下電極或上電極的粘合力變次，但是，在具有孿晶結(jié)構(gòu)的壓電和/或電致伸縮材料具有取向性的情況下，事實(shí)上能夠獲得具有與下電極或上電極的滿意粘合力的壓電元件。
這種取向性可以是沿某一軸的取向，或者沿所有軸的取向。在壓電和/或電致伸縮材料中，優(yōu)選具有盡可能高的取向性，最好所有軸具有取向率為100％的取向性。
在本發(fā)明中，取向率意味著在壓電和/或電致伸縮材料中的所有晶粒內(nèi)，具有沿至少某一軸的相同方向的晶粒的比例，并且借助高分辨率TEM或X射線衍射，能夠確認(rèn)取向性的存在或取向率。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[8]或[9]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{100}的與上電極接觸的主晶面。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[8]或[9]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{111}的與上電極接觸的主晶面。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[8]或[9]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{110}的與上電極接觸的主晶面。
主晶面的意思是，在接觸不同相的晶面中，具有取向性的壓電和/或電致伸縮材料的主晶面，例如，就
取向來說，主晶面是(001)。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[1]-[12]任意之一的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中下電極和壓電和/或電致伸縮材料直接形成在襯底上。
在壓電和/或電致伸縮材料直接形成在襯底上的情況下，壓電和/或電致伸縮材料和下電極或襯底之間的薄膜剝落成為問題，但是，具有孿晶結(jié)構(gòu)的壓電和/或電致伸縮材料事實(shí)上能夠提供與下電極或上電極，以及與襯底的粘合力良好的壓電元件。此外，直接形成在襯底上的壓電元件適合于實(shí)現(xiàn)小型化和高密度，因?yàn)榭墒箟弘姾?或電致伸縮材料變薄。
上述目標(biāo)可由根據(jù)[13]的壓電元件實(shí)現(xiàn)，其中以1～10微米的厚度形成包括壓電和/或電致伸縮材料的一層。
就具有孿晶的壓電和/或電致伸縮材料來說，優(yōu)選厚度1微米或更大的膜厚，以便提高壓電性。另外假如直接在襯底上形成壓電和/或電致伸縮材料，那么在1微米或更大的膜厚下，薄膜剝落可能變成問題，但是，即使在1微米或更大的膜厚下，本發(fā)明的壓電元件也能夠防止薄膜剝落。
上述目標(biāo)可由采用根據(jù)[1]-[13]任意之一的壓電元件的壓電作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的壓電作動(dòng)器配有壓電性優(yōu)良的壓電元件。另外，本發(fā)明的壓電作動(dòng)器配有表現(xiàn)出壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的良好粘合力的壓電元件。此外，本發(fā)明的壓電作動(dòng)器配有免于當(dāng)在襯底上直接形成壓電元件時(shí)的薄膜剝落的壓電元件。于是，能夠獲得高度可靠的壓電作動(dòng)器，該壓電作動(dòng)器能夠容易地在壓電元件方面獲得更小的尺寸和更高的功能，于是獲得高性能的微機(jī)械或微傳感器。
上述目的可由采用根據(jù)[1]-[14]任意之一的壓電元件的噴墨記錄頭實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的噴墨記錄頭配有壓電性優(yōu)良的壓電元件。另外，本發(fā)明的噴墨記錄頭配有表現(xiàn)出壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的良好粘合力的壓電元件。此外，本發(fā)明的噴墨記錄頭配有免于當(dāng)在襯底上直接形成壓電元件時(shí)的薄膜剝落的壓電元件。于是，能夠獲得高度可靠的噴墨記錄頭，該噴墨記錄頭能夠容易地在壓電元件方面獲得更小的尺寸和更高的功能，于是能夠在各個(gè)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)精細(xì)并且準(zhǔn)確的墨滴控制。
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得一種壓電元件，它包括上電極，壓電和/或電致伸縮材料和下電極，其中壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶，以釋放壓電和/或電致伸縮材料的內(nèi)部應(yīng)力，從而表現(xiàn)出高壓電性。還可獲得一種壓電元件，它包括上電極，壓電和/或電致伸縮材料和下電極，其中壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶，從而表現(xiàn)出壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的良好粘合力。此外，能夠獲得一種壓電元件，它包括上電極，壓電和/或電致伸縮材料和下電極，其中在直接在襯底上形成下電極或壓電和/或電致伸縮材料的情況下，壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶，從而避免當(dāng)在襯底上直接形成壓電元件時(shí)的薄膜剝落。另外，利用包括上電極，壓電和/或電致伸縮材料和下電極的壓電元件，能夠獲得一種高可靠性的壓電作動(dòng)器或噴墨記錄頭，其中壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶。


圖1是表示一個(gè)實(shí)施例中的排液頭的透視圖。
圖2是表示圖1中所示的設(shè)備中的壓電作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是表示圖1中所示的排液頭的橫截面結(jié)構(gòu)的部分切開的局部透視圖。
圖4是表示利用倒易晶格空間映射定義孿晶率的示意圖。
圖5是表示利用極點(diǎn)測(cè)量定義孿晶率的示意圖。
圖6是本發(fā)明的例1的XRD譜圖(2θ/θ測(cè)量)。
圖7是本發(fā)明的例1的XRD譜圖((204)正極點(diǎn))。
圖8是本發(fā)明的例1的XRD譜圖((204)倒易晶格映射)。
圖9是本發(fā)明的比較例1的XRD譜圖((204)倒易晶格映射)。
圖10是本發(fā)明的比較例1的XRD譜圖((-204)倒易晶格映射)。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1-3表示了一個(gè)實(shí)施例的噴墨記錄頭，其中噴墨記錄頭M由構(gòu)成襯底的主體襯底1，多個(gè)排液口(噴嘴)2，分別對(duì)應(yīng)于排液口2的多個(gè)壓力室(液體室)3，和對(duì)應(yīng)于每個(gè)壓力室3設(shè)置的作動(dòng)器10組成，排液口2間隔預(yù)定的間距形成于噴嘴基板4上，而壓力室3平行地形成于主體襯底(液體室襯底)1上，從而分別對(duì)應(yīng)于排液口2。
在本實(shí)施例中，排液口2形成于下表面上，不過它們也可形成在側(cè)面上。
在主體襯底1的上表面上，對(duì)應(yīng)于每個(gè)壓力室3形成未表示的小孔，每個(gè)作動(dòng)器10被布置成鄰近這樣的小孔，并且由振動(dòng)板11和壓電元件15構(gòu)成，壓電元件15由壓電和/或電致伸縮材料和一對(duì)電極(下電極13和上電極14)形成。
本發(fā)明的壓電和/或電致伸縮材料不受特別限制，可以是能夠構(gòu)成本發(fā)明的壓電元件的任何材料，這種材料的優(yōu)選具體例子包括PZT[Pb(ZrxTi1-x)O3]、PMN[Pb(MgxNb1-x)O3]、PNN[Pb(NbxNi1-x)O3]、PSN[Pb(ScxNb1-x)O3]、PZN[Pb(ZrxNb1-x)O3]、PMN-PT[(1-y)[Pb(MgxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]、PSN-PT[(1-y)[Pb(ScxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]、PZN-PT[(1-y)[Pb(ZnxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]等。例如，PZT是典型的鈣鈦礦壓電材料，PZN-PT和PMN-PT是典型的弛豫電致伸縮材料。上面，x和y都是從1到0的數(shù)值。例如，這樣的材料可具有稱為MPB的晶相邊界，通常已知在MPB區(qū)域中具有良好的壓電性。在MPB區(qū)域中，x對(duì)于PZT最好在0.4～0.65的范圍內(nèi)，對(duì)于PMN最好在0.2～0.5的范圍內(nèi)，對(duì)于PSN最好在0.4～0.7的范圍內(nèi)，y對(duì)于PMN-PT最好在0.2～0.4的范圍內(nèi)，對(duì)于PSN-PT最好在0.35～0.5的范圍內(nèi)，對(duì)于PZN-PT最好在0.03～0.35的范圍內(nèi)。
另外，本發(fā)明的壓電和/或電致伸縮材料可以是不以鉛為基礎(chǔ)的材料，只要壓電和/或電致伸縮材料是由通式ABO3或AB2O3構(gòu)成的復(fù)合氧化物就可，例如BTO(鈦酸鋇)，SBN(鈮酸鍶鋇)，KNO(鈮酸鉀)，LNO(鈮酸鋰)，或者鉍基鈣鈦礦化合物(例如BNT(鈦酸鉍鈉))。這些材料可被歸入例如鉛基材料，非鉛基材料，壓電材料，電致伸縮材料等，但是，由于在鉛基弛豫型電致伸縮材料中壓電性最大，因此最好選擇例如PZN-PT或PMN-PT。也可選擇包含取代PMN-PT、PZN-PT、PNN-PT或PSN-PT中的Ti的Zr的PMN-PZT、PZN-PZT、PNN-PZT或PSN-PZT。
另外，本發(fā)明的壓電和/或電致伸縮材料可以具有單一組成或者兩種或更多種組成的組合。另外可以采用通過用微量元素?fù)诫s前述主要組分而獲得的組成，其典型例子是摻La的PZT或PLZT[(Pb，La)(Z，Ti)O3]。如上所述，本發(fā)明的壓電和/或電致伸縮材料并不局限于特定材料。最好，壓電和/或電致伸縮材料可以是由通式ABO3構(gòu)成的復(fù)合氧化物。
壓電和/或電致伸縮材料在形成方法方面不受限制，不過通常通過對(duì)利用助熔劑法，拉晶法，或者布里奇曼法制備的壓電和/或電致伸縮材料進(jìn)行拋光以獲得所需的尺寸和厚度，或者通過對(duì)未燒結(jié)板進(jìn)行沖壓并進(jìn)行熱處理，形成壓電和/或電致伸縮材料。這樣的模制元件的厚度一般約為100微米或者更大。利用這樣的壓電元件制成的壓電作動(dòng)器具有其中用粘結(jié)材料或者借助各種粘接方法，使壓電元件與諸如襯底之類的彈性材料粘接在一起的基本結(jié)構(gòu)。
另一方面，就100微米或者更小的模制元件來說，除了上述方法之外，最好借助例如印刷法直接在襯底上形成下電極13和壓電和/或電致伸縮材料。在這種情況下，最好在形成壓電元件之后進(jìn)行圖案形成。另外，對(duì)于厚度10微米或更小的薄膜來說，通常采用諸如溶膠-凝膠法，水熱合成法，氣相沉積法或者電泳法之類的成膜法，另外最好采用濺射法，CVD法，MOCVD法，離子束沉積法，分子束外延法或者激光燒蝕法。就這樣的成膜法來說，由于借助從襯底或下電極的外延生長(zhǎng)，在壓電和/或電致伸縮材料中能夠獲得更高的取向，因此能夠形成壓電性進(jìn)一步提高的壓電元件。
在本發(fā)明的壓電元件中采用的上電極或下電極最好與前述壓電和/或電致伸縮材料具有良好的粘附力，并且具有高的電導(dǎo)率，更具體地說，上電極或下電極最好具有10-7～10-2Ω·cm的電阻率。這樣的材料通常是金屬，作為電極經(jīng)常使用的有，例如Au、Ag、Cu或Pt族金屬，例如Ru、Rh、Pd、Os、Ir或Pt。另外，包含這種材料的合金，例如銀膏或焊料具有高的導(dǎo)電率，最好被用于元件形成。另外作為電極材料，最好采用導(dǎo)電氧化物，例如IrO(氧化銥)，SRO(釕酸鍶)，ITO(導(dǎo)電氧化錫)或者BPO(鉛酸鋇)。
下電極的厚度為10～2000納米，最好100～1000納米。構(gòu)成下電極的材料在形成方法方面沒有特別限制，例如，可利用印刷法直接在壓電和/或電致伸縮材料之上或之下形成下電極，或者利用印刷法直接在襯底或振動(dòng)板上形成下電極。另外，在壓電和/或電致伸縮材料是10微米或更小的薄膜的情況下，最好利用諸如溶膠-凝膠法，水熱合成法，氣相沉積法或者電泳法之類的成膜法，或者諸如濺射法，CVD法，MOCVD法，離子束沉積法，分子束外延法或者激光燒蝕法之類的真空成膜法直接在襯底或振動(dòng)板上形成下電極。由于通過利用從襯底或振動(dòng)板開始的外延生長(zhǎng)，這種成膜法便于在下電極中獲得單晶結(jié)構(gòu)和高的取向，因此變得能夠形成壓電性更高的壓電元件。另外，可根據(jù)膜厚，恰當(dāng)?shù)匦纬缮想姌O。
此外，在下電極和振動(dòng)板之間，可形成不同于下電極的金屬材料或金屬氧化物材料作為粘結(jié)層。就金屬來說，粘結(jié)層可由例如Ti、Cr或Ir構(gòu)成，或者就金屬氧化物來說，粘結(jié)層可由TiO2或IrO2構(gòu)成。粘結(jié)層的厚度為3～300納米，最好為3～70納米。在壓電和/或電致伸縮材料和上電極之間可設(shè)置類似的粘結(jié)層。
壓電和/或電致伸縮材料中孿晶的存在允許提高壓電性，以及獲得具有壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間良好的粘合力的壓電元件。
壓電和/或電致伸縮材料最好具有四方晶系晶體結(jié)構(gòu)，且孿晶中的孿晶面為(101)。否則壓電和/或電致伸縮材料最好具有菱形晶系晶體結(jié)構(gòu)，且孿晶中的孿晶面為(100)。否則壓電和/或電致伸縮材料最好具有正交晶系晶體結(jié)構(gòu)，且孿晶中的孿晶面為(110)。
上面，表示了三個(gè)例子，但是具有偏離極化軸幾度內(nèi)的晶軸的任何其它孿晶同樣有助于提高壓電和/或電致伸縮材料的壓電性，以及壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力，另外在其它晶系，例如六方晶系或者偽四方晶系(pseudu tetragonal system)中，具有偏離極化軸幾度內(nèi)的晶軸的任何孿晶能夠幫助提高壓電和/或電致伸縮材料的壓電性，以及壓電和/或電致伸縮材料和下電極或上電極之間的粘合力。
壓電和/或電致伸縮材料優(yōu)選具有在0.001～1.0范圍內(nèi)的孿晶率，最好具有取向特性。
利用極點(diǎn)測(cè)量或者X射線衍射中的倒易晶格空間映射，能夠容易地確定壓電和/或電致伸縮材料的孿晶率。例如，在(001)取向的四方晶系結(jié)構(gòu)的壓電和/或電致伸縮材料具有包括(101)孿晶面的孿晶的情況下，借助倒易晶格空間映射觀察非對(duì)稱晶面例如(204)時(shí)，如圖4中所示，在起因于(204)的衍射附近，出現(xiàn)起因于孿晶的(402)的衍射。壓電和/或電致伸縮材料的孿晶率由(I2+I3)/(I1+I2+I3)定義，其中I1是起因于(204)的衍射的峰值強(qiáng)度，而I2和I3是起因于孿晶的(402)的衍射的峰值強(qiáng)度。
類似地，在(100)取向的菱形晶系結(jié)構(gòu)的壓電和/或電致伸縮材料具有包括(010)孿晶面的孿晶的情況下，在借助極點(diǎn)測(cè)量觀察對(duì)稱晶面例如(400)時(shí)，如圖5中所示，在起因于(400)的衍射附近，出現(xiàn)起因于孿晶的(400)的衍射。這種情況下，壓電和/或電致伸縮材料的孿晶率由(I2+I3)/(I1+I2+I3)定義，其中I1是起因于(400)的衍射的峰值強(qiáng)度，而I2和I3是起因于孿晶的(400)的衍射的峰值強(qiáng)度。
如前所述，在壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶的情況下，可通過X射線衍射確認(rèn)孿晶率，但是除了上面提及的X射線衍射之外，通過例如利用TEM的橫截面或表面觀察，能夠確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料中孿晶的存在。
壓電和/或電致伸縮材料優(yōu)選具有90％或更高的取向率，最好具有99％或更高的取向率。壓電和/或電致伸縮材料具有盡可能高的取向性，最好在所有軸向具有取向率為100％的取向性。
壓電和/或電致伸縮材料的取向率可由X射線衍射的2θ/θ測(cè)量確定。
例如，在壓電和/或電致伸縮材料具有
取向的四方晶系結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)壓電和/或電致伸縮材料被這樣設(shè)置，以致最強(qiáng)地檢測(cè)到四方晶系晶體的(001)衍射時(shí)，取向率由起因于(00L)晶面(L＝0、1、2、...n；n是整數(shù))的所有反射峰值強(qiáng)度的總和與起因于壓電和/或電致伸縮材料的所有反射峰值強(qiáng)度的總和的比率定義。但是，包括孿晶疇的孿晶只需要被作為孿晶取向，起因于孿晶的孿晶疇的峰值強(qiáng)度未包含在反射峰值強(qiáng)度的總和中。
借助X射線衍射，能夠簡(jiǎn)單地把起因于孿晶的孿晶疇的峰值強(qiáng)度與其它峰值強(qiáng)度區(qū)分開。例如，在壓電和/或電致伸縮材料具有帶(101)孿晶面的四方晶系結(jié)構(gòu)的情況下，在X射線衍射的2θ/θ測(cè)量中，起因于(001)的反射峰值和起因于孿晶疇的(100)的反射峰值并不出現(xiàn)在相同測(cè)量軸的相同衍射點(diǎn)上，于是能夠容易地區(qū)分開。
此外，在壓電和/或電致伸縮材料具有90％或更高的取向率的情況下，在X射線衍射的2θ/θ測(cè)量中，起因于(001)的反射峰值和起因于孿晶疇的(100)的反射峰值并不出現(xiàn)在相同測(cè)量軸的相同衍射點(diǎn)上，于是能夠容易地區(qū)分開。這種情況下，可沿著某一軸或者在所有軸上存在取向性。
類似地，通過X射線衍射能夠確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料在所有軸上以100％的取向率取向。例如，在壓電和/或電致伸縮材料具有帶(101)孿晶面的四方晶系結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)壓電和/或電致伸縮材料被這樣設(shè)置，以致在X射線衍射的2θ/θ測(cè)量中最強(qiáng)烈地檢測(cè)到(001)衍射時(shí)，依據(jù)在X射線衍射的2θ/θ測(cè)量中，只檢測(cè)到起因于壓電和/或電致伸縮材料的(00L)晶面(L＝0、1、2、...n；n是整數(shù))的一個(gè)反射峰值，并且在X射線衍射的極點(diǎn)測(cè)量中，諸如(204)之類的非對(duì)稱晶面表現(xiàn)為四次對(duì)稱(four-times symmetrical)反射峰值的事實(shí)，能夠容易地確認(rèn)所有軸上取向率為100％的取向。但是，包括孿晶疇的孿晶只需要作為孿晶取向，起因于孿晶的孿晶疇的反射峰值也可被確認(rèn)。
借助X射線衍射，能夠簡(jiǎn)單地把起因于孿晶的孿晶疇的峰值強(qiáng)度與其它峰值強(qiáng)度區(qū)分開。例如，在壓電和/或電致伸縮材料具有帶(101)孿晶面的四方晶系結(jié)構(gòu)的情況下，在X射線衍射的2θ/θ測(cè)量中，起因于(001)的反射峰值和起因于孿晶疇的(100)的反射峰值并不出現(xiàn)在相同測(cè)量軸的相同衍射點(diǎn)上，于是能夠容易地區(qū)分開。
此外，壓電和/或電致伸縮材料具有取向性的情況下，壓電和/或電致伸縮材料與上電極接觸的主晶面最好是{100}，或者壓電和/或電致伸縮材料與上電極接觸的主晶面最好是{111}，或者壓電和/或電致伸縮材料與上電極接觸的主晶面最好是{110}。
主晶面指的是具有取向性的壓電和/或電致伸縮材料的取向晶面，例如就
取向來說，主晶面是(001)。
由于本發(fā)明的壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶，因此例如就具有
取向的四方晶系晶體來說，由于具有(101)孿晶面的孿晶疇的影響，[100]存在于從
傾斜幾度的方向上，但是，與上電極接觸的晶面可以在
方向上，或者在四個(gè)[100]方向任意之一上，或者在這些方向之間的一個(gè)方向上。
類似地，例如在具有[111]取向的四方晶系晶體中，由于孿晶疇的影響，[111]被分成三個(gè)方向。就(101)孿晶面來說，分離的方向相互傾斜幾度，與上電極接觸的晶面可以在這三個(gè)[111]方向任意之一上，或者在這些方向之間。
類似地，例如在具有[100]取向的菱形晶系晶體中，由于孿晶疇的影響，[100]被分成四個(gè)方向。就(100)孿晶面來說，分離的方向相互傾斜幾度，與上電極接觸的晶面可以在這四個(gè)[100]方向任意之一上，或者在這些方向之間。
類似地，例如在具有[111]取向的菱形晶系晶體中，由于具有(100)孿晶面的孿晶疇的影響，[-111]存在于與[111]傾斜幾度的方向上，但是，與上電極接觸的晶面可以在[111]方向上，或者在這三個(gè)[-111]方向任意之一上，或者在這些方向之間。
從而，在壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶的情況下，與上電極接觸的主晶面可在晶體的取向方向上，或者在由孿晶分開的取向方向中的任意一個(gè)上，或者在這些方向之間，于是具有幾度的傾斜范圍。
本發(fā)明的壓電元件最好直接形成在襯底上，因?yàn)閴弘娫杀恍⌒突?。?yōu)選利用直接成膜的成膜工藝，諸如溶膠-凝膠法，水熱合成法，氣相沉積法或者電泳法之類的成膜法，或者諸如濺射法，CVD法，MOCVD法，離子束沉積法，分子束外延法或激光燒蝕法之類的真空成膜法形成壓電元件。這樣的成膜方法還便于利用襯底或下電極的結(jié)晶性質(zhì)，控制壓電和/或電致伸縮材料的晶體取向，或者便于利用外延生長(zhǎng)，獲得壓電和/或電致伸縮材料的更高取向。
另外，由于本發(fā)明的壓電元件最好直接形成在襯底上，因此壓電和/或電致伸縮材料優(yōu)選具有1～10微米的厚度，最好具有1～5微米的厚度。在利用薄膜工藝直接形成在襯底上的壓電和/或電致伸縮材料的厚度為10微米或更大的壓電元件中，壓電和/或電致伸縮材料即使具有孿晶結(jié)構(gòu)，由于諸如薄膜剝落之類的困難性，因此對(duì)于前面提及的所有壓電和/或電致伸縮材料，難以獲得高取向性的壓電元件。
這種情況下要采用的襯底最好是單晶襯底，例如Si、SrTiO3、(La，Sr)TiO3、MgO、Al2O3、SrRuO3、RuO或Pt，特別是晶格常數(shù)與表現(xiàn)出優(yōu)良鐵電性質(zhì)的鉛基壓電薄膜，例如PZT或PLZT的晶格常數(shù)，或者與諸如PZN-PT之類的電致伸縮材料的晶格常數(shù)接近的單晶襯底，例如SrTiO3、(La，Sr)TiO3、MgO或SrRuO3。但是，作為襯底，優(yōu)選Si襯底，因?yàn)槟軌蛉菀椎孬@得大面積。另外，在采用例如Si襯底的情況下，通過控制襯底和壓電和/或電致伸縮材料之間的中間層，或者利用經(jīng)常用作電極的Pt電極的自然取向，或者控制電極的成膜條件，能夠在壓電和/或電致伸縮材料中獲得單晶狀態(tài)和高取向，從而提供更高壓電性的壓電元件。類似地，也可采用非單晶襯底，例如玻璃或不銹鋼。
在圖1-3中所示的本發(fā)明的實(shí)施例中圖解說明的噴墨記錄頭M的作動(dòng)器10是單壓電晶片(unimorph)振動(dòng)器型壓電作動(dòng)器。這種情況下，壓電作動(dòng)器由壓電元件15和振動(dòng)板11構(gòu)成，振動(dòng)板11最好由諸如硅之類的半導(dǎo)體，金屬，金屬氧化物或玻璃組成。上面提及的壓電元件可以與振動(dòng)板連接或者粘合，或者下電極和壓電和/或電致伸縮材料可以直接形成在構(gòu)成襯底的振動(dòng)板上。另外還可直接在襯底上形成振動(dòng)板。此外，襯底和主體襯底1可以是相同構(gòu)件或不同構(gòu)件。在圖1-3中所示的本發(fā)明的實(shí)施例中圖解說明的噴墨記錄頭M的作動(dòng)器10中，振動(dòng)板11最好具有10～300GPa的楊氏模量，以及10微米或更小的厚度。
壓電作動(dòng)器可具有各種其它形式，但是例如在利用疊層振動(dòng)器的噴墨記錄頭中，振動(dòng)板最好具有200微米或更小的厚度?？筛鶕?jù)壓電作動(dòng)器的用途，恰當(dāng)?shù)剡x擇振動(dòng)板的材料和物理性質(zhì)。另外，除了用于噴墨記錄頭的前述壓電作動(dòng)器之外，前述壓電元件可被用于微型泵，超聲電動(dòng)機(jī)，超聲振動(dòng)器，壓電變壓器，頻率濾波器，壓電傳感器，壓電揚(yáng)聲器，壓電中繼器，微機(jī)械，微反射鏡器件等的壓電作動(dòng)器。
通過利用薄膜工藝，依次在襯底上形成全部振動(dòng)板，下電極，壓電元件和上電極，或者形成它們中的一部分，能夠減小噴墨記錄頭的噴嘴的壓電作動(dòng)器的性能波動(dòng)，獲得與下電極或上電極的滿意粘合力，并且實(shí)現(xiàn)壓電元件的小型化和高密度。另外，通過采用壓電和/或電致伸縮材料，能夠進(jìn)一步提高壓電元件的壓電性，從而在壓電元件中能夠獲得進(jìn)一步的小型化或更高的密度。于是，本實(shí)施例特別適合于噴墨記錄頭。
下面將參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的壓電元件，利用該壓電元件的作動(dòng)器和噴墨記錄頭。
《例1，比較例1》生產(chǎn)例1的壓電元件的程序如下。
利用助熔劑法制備單晶電致伸縮材料PZN-PT
]，把該晶體切割成厚度300微米的薄板，切割方式使得與上電極或下電極接觸的主晶面變成(001)。利用Rigaku公司制造的多軸X射線衍射設(shè)備Rint-Inplane對(duì)這樣的電致伸縮材料進(jìn)行X射線衍射。如圖6中所示，2θ/θ測(cè)量只檢測(cè)到起因于(00L)晶面(L＝1、2、3、...、n；n是整數(shù))的反射峰值。另外，如圖7中所示，非對(duì)稱晶面(204)的正極點(diǎn)測(cè)量表現(xiàn)出四次對(duì)稱(4-timessymmetry)的反射峰值。從而，確認(rèn)電致伸縮材料PZN-PT的薄板以100％的取向率沿所有軸取向。另外，如圖8中所示，(204)的倒易晶格空間映射確認(rèn)例1的電致伸縮材料PZN-PT是具有帶(101)孿晶面和約0.6的孿晶率的孿晶的四方晶系晶體。
通過在所述薄板之上和之下濺射，形成Pt/Ti電極，從而獲得例1的壓電元件。
生產(chǎn)比較例1的壓電元件的程序如下。
在和例1不同的溫度條件下，利用助熔劑法制備單晶電致伸縮材料PZN-PT
]，把該晶體切割成厚度300微米的薄板，切割方式使得與上電極或下電極接觸的主晶面變成(001)。對(duì)這樣的電致伸縮材料進(jìn)行X射線衍射。2θ/θ測(cè)量只檢測(cè)到起因于(00L)晶面(L＝1、2、3、...、n；n是整數(shù))的反射峰值。另外，非對(duì)稱晶面(204)的正極點(diǎn)測(cè)量表現(xiàn)出四次對(duì)稱的反射峰值。從而，確認(rèn)電致伸縮材料PZN-PT的薄板以100％的取向率沿所有軸取向。另外，如圖9和10中所示，(204)和(-204)的倒易晶格空間映射確認(rèn)比較例1的電致伸縮材料PZN-PT是無孿晶的四方晶系晶體。
隨后通過在所述薄板之上和之下濺射，形成Pt/Ti電極，從而獲得比較例1的壓電元件。
表1表示例1和比較例1的壓電元件的壓電常數(shù)測(cè)量的結(jié)果。
表1

從而，確認(rèn)與比較例1相比，例1在壓電常數(shù)方面極好。
《例2、3，比較例2》生產(chǎn)例2的壓電元件的程序如下。
在還用作下電極的摻La的SrTiO3(100)襯底上，在400℃或更高的襯底溫度下，利用MO-CVD方法制備厚度3微米的壓電材料PZN[Pb(Zr0.55Ti0.45)O3]，對(duì)該壓電材料PZT進(jìn)行X射線衍射。2θ/θ測(cè)量只檢測(cè)到起因于(00L)晶面(L＝1、2、3、...、n；n是整數(shù))的反射峰值。另外，非對(duì)稱晶面(204)的正極點(diǎn)測(cè)量出現(xiàn)了四次對(duì)稱的反射峰值。從而，確認(rèn)壓電PZT膜以100％的取向率沿所有軸取向。另外，對(duì)稱晶面(004)的正極點(diǎn)測(cè)量提供了如圖5中簡(jiǎn)要所示的衍射圖，(204)的倒易晶格空間映射顯示在α軸上有和襯底基本相同的PZT的衍射點(diǎn)。從而，確認(rèn)例2的壓電材料PZN是具有帶(100)孿晶面和約0.8的孿晶率的孿晶的菱形晶系晶體。
隨后在所述薄膜上制備Pt/Ti電極，獲得例2的壓電元件。
生產(chǎn)例3的壓電元件的程序如下。
在還用作下電極的摻La的SrTiO3(100)襯底上，在400℃或更高的襯底溫度下，利用MO-CVD方法制備厚度3微米的壓電材料PZN[Pb(Zr0.45Ti0.55)O3]，對(duì)該壓電材料進(jìn)行X射線衍射。2θ/θ測(cè)量只檢測(cè)到起因于(00L)晶面(L＝1、2、3、...、n；n是整數(shù))的反射峰值。另外，非對(duì)稱晶面(204)的正極點(diǎn)測(cè)量顯示了四次對(duì)稱的反射峰值。從而，確認(rèn)壓電PZT膜以100％的取向率沿所有軸取向。另外，(204)的倒易晶格空間映射提供如圖4中示意表示的衍射圖。從而，確認(rèn)例3的壓電材料PZN是具有帶(101)孿晶面和約0.01的孿晶率的孿晶的四方晶系晶體。
隨后在所述薄膜上制備Pt/Ti電極，獲得例3的壓電元件。
生產(chǎn)比較例2的壓電元件的程序如下。
在還用作下電極的摻La的SrTiO3(111)襯底上，在400℃或更高的襯底溫度下，利用淺射方法制備厚度3微米的壓電材料PZN[Pb(Zr0.58Ti0.42)O3]，對(duì)該壓電材料進(jìn)行X射線衍射。2θ/θ測(cè)量只檢測(cè)到起因于(00L)晶面(L＝1、2、3、...、n；n是整數(shù))的反射峰值。另外，非對(duì)稱晶面(204)的正極點(diǎn)測(cè)量顯示了三次對(duì)稱的反射峰值。從而，確認(rèn)壓電PZT薄膜是單晶體。另外，對(duì)稱晶面(004)的正極點(diǎn)測(cè)量只提供在α＝90°的一個(gè)同心衍射圖，(204)的倒易晶格空間映射顯示在α軸上有與襯底基本相同的PZT的衍射點(diǎn)。從而，確認(rèn)比較例2的壓電材料PZN是沒有孿晶的菱形晶系晶體。
隨后在所述薄膜上制備Pt/Ti電極，獲得比較例2的壓電元件。
表2表示例2及3和比較例2的壓電元件的壓電常數(shù)測(cè)量的結(jié)果。
表2

從而，確認(rèn)與比較例2相比，例2和3在壓電常數(shù)方面極好。
《例4，比較例3》生產(chǎn)例4和比較例3的壓電元件的程序如下所示。
首先，在構(gòu)成襯底的主體襯底(Si襯底)上，濺射形成振動(dòng)板薄膜。在該操作中，在500℃或更高的溫度下加熱襯底的情況下進(jìn)行成膜，從而振動(dòng)板表現(xiàn)出晶體生長(zhǎng)，并沿單一方向取向。在振動(dòng)板上按照類似的方法形成下電極薄膜，從而獲得高取向的晶體薄膜。另外，在下電極上形成壓電和/或電致伸縮材料的薄膜，從而獲得高取向的壓電和/或電致伸縮材料。同樣通過濺射形成上電極。
隨后，在Si襯底上進(jìn)行濕法各向異性蝕刻，從后側(cè)消除中央部分，從而形成圖2中所示的壓電作動(dòng)器。每個(gè)壓電作動(dòng)器的振動(dòng)部分具有5000微米的長(zhǎng)度和200微米的寬度。
在例4的壓電作動(dòng)器中，確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶。另外在比較例3的壓電作動(dòng)器中，確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料不具有孿晶。
例4和比較例3具有下面表示的層組分和厚度，其中()表示取向的優(yōu)選方向，[]表示膜厚上電極Pt
/Ti
//壓電材料PZT(001)[3微米]//下電極Pt
/Ti
/振動(dòng)板YSZ(100)[2微米]/襯底Si(100)[600微米]；其中PZT具有65/35的組分Zr/Ti，YSZ表示氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯。
表3表示例4和比較例3中壓電材料PZT中孿晶的存在/不存在，當(dāng)在對(duì)每個(gè)壓電作動(dòng)器的10kHz頻率的漸增應(yīng)用下，振動(dòng)幅度被增大時(shí)的最大位移，和橫切剝落試驗(yàn)的結(jié)果。
表3

從而，確認(rèn)與比較例3相比，例4的壓電作動(dòng)器具有更大的位移和更高的粘合力。
《例5，比較例4》例4和比較例3的壓電作動(dòng)器分別被用于制備圖3中所示的噴墨記錄頭，作為例5和比較例4。
參見圖3，如前所述，層疊在主體襯底上的振動(dòng)板，下電極，壓電和/或電致伸縮材料和上電極具有下述膜厚上電極0.3微米/壓電和/或電致伸縮材料3微米/下電極0.5微米/振動(dòng)板2微米/襯底600微米。另外，壓力室具有90微米的寬度和50微米的壁厚，排液口的密度為180dpi。
如前所述，通過在構(gòu)成主體襯底的Si襯底上濺射形成振動(dòng)板，制備壓電作動(dòng)器。
在該操作中，在500℃或更高的溫度下加熱襯底的條件下進(jìn)行成膜，從而振動(dòng)板表現(xiàn)出晶體生長(zhǎng)，并且沿單一方向取向。按照類似的方法在振動(dòng)板上形成下電極薄膜，從而獲得高取向的晶體薄膜。另外在下電極上形成壓電和/或電致伸縮材料薄膜，從而獲得高取向的壓電和/或電致伸縮材料。另外通過濺射形成上電極。
隨后利用ICP在Si襯底上形成壓力室和液體供給通路，分別對(duì)應(yīng)于壓力室連接配有排液口的噴嘴板，從而產(chǎn)生噴墨記錄頭。在例5的壓電作動(dòng)器中，確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶。另外，在比較例4的壓力作動(dòng)器中，確認(rèn)壓電和/或電致伸縮材料不具有孿晶。
表4表示在施加20V和10kHz的信號(hào)時(shí)，例5和比較例4的噴墨記錄頭中的液滴的排放量和排放速度。
表4

從而，施加20V(10kHz)的信號(hào)的例5表現(xiàn)出19pl的排放量和15m/sec的排放速度。另一方面，比較例4表現(xiàn)出15pl的排放量和12m/sec的排放速度，從而孿晶的存在顯著地提高了排放性能。
另外在持久性試驗(yàn)中，在107～108排放之后，比較例4的噴墨記錄頭出現(xiàn)剝落，產(chǎn)生無法排放的噴嘴。另一方面，即使在108排放之后，例5的噴墨記錄頭也不會(huì)形成無法排放的噴嘴。
權(quán)利要求
1.一種包括上電極、壓電和/或電致伸縮材料和下電極的壓電元件，其特征在于，壓電和/或電致伸縮材料是由通式ABO3構(gòu)成的復(fù)合氧化物，并且該壓電和/或電致伸縮材料具有孿晶。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中孿晶具有從{110}代表的組中選擇的孿晶面。
3.按照權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中孿晶具有從{100}代表的組中選擇的孿晶面。
4.按照權(quán)利要求2所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料是四方晶系晶體。
5.按照權(quán)利要求2所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料是正交晶系晶體。
6.按照權(quán)利要求2所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料是菱形晶系晶體。
7.按照權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料具有從0.001～1.0的孿晶率。
8.按照權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料具有取向性。
9.按照權(quán)利要求8所述的壓電元件，其中在至少某一軸的方向上，壓電和/或電致伸縮材料具有99％或者更高的取向率。
10.按照權(quán)利要求8所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{100}的與上電極接觸的主晶面。
11.按照權(quán)利要求8所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{111}的與上電極接觸的主晶面。
12.按照權(quán)利要求8所述的壓電元件，其中壓電和/或電致伸縮材料具有{110}的與上電極接觸的主晶面。
13.按照權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中下電極和壓電和/或電致伸縮材料直接形成在襯底上。
14.按照權(quán)利要求13所述的壓電元件，其中以1～10微米的厚度形成包括壓電和/或電致伸縮材料的一層。
15.一種采用按照權(quán)利要求1所述的壓電元件的壓電作動(dòng)器。
16.一種采用按照權(quán)利要求1所述的壓電元件的噴墨記錄頭。
全文摘要
一種包括上電極、壓電和/或電致伸縮材料和下電極的壓電元件，其特征在于，壓電和/或電致伸縮材料是由通式ABO
文檔編號(hào)H01L41/41GK1745486SQ20048000311
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者伊福俊博, 武田憲一, 福井哲朗, 青木活水, 松田堅(jiān)義, 清水勝 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社, 清水勝