CN103802478A

CN103802478A - 液体喷射头、液体喷射装置以及致动装置

Info

Publication number: CN103802478A
Application number: CN201310560206.5A
Authority: CN
Inventors: 矢崎士郎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-05-21
Also published as: EP2730415A1; JP2014112646A; JP6226121B2; US20140132676A1

Abstract

本发明提供一种液体喷射头、液体喷射装置以及致动装置，其能够抑制压电体层的损坏。液体喷射头具备：第一电极（60），其被设置于基板上；压电体层（70），其被设置于该第一电极（60）上；第二电极（80），其被设置于该压电体层（70）上，所述压电体层（70）具有被所述第一电极（60）和所述第二电极（80）夹持且至少一端部通过所述第二电极（80）而被规定的有源部（310）、和被设置于与所述第二电极（80）的对所述有源部（310）进行规定的端部相比靠外侧的位置处且厚度薄于所述有源部（310）的无源部（320），所述无源部（320）通过倾斜面（330）而与所述有源部（310）连续，所述第二电极（80）具有压缩应力。

Description

液体喷射头、液体喷射装置以及致动装置

技术领域

本发明涉及一种通过使压电元件变形从而从喷嘴喷射液滴的液体喷射头及液体喷射装置，尤其涉及一种具备压电元件的致动装置。

背景技术

一直以来，已知一种如下的液体喷射头，即，通过使压电元件（致动装置）变形而使压力产生室内的液体产生压力变动，从而从与压力产生室连通的喷嘴喷射液滴。作为其代表例，存在一种以液滴的形式喷射油墨滴的喷墨式记录头。

喷墨式记录头例如在设置有与喷嘴开口连通的压力产生室的、流道形成基板的一面侧具备作为压电元件的致动装置，通过利用该致动装置的驱动而使振动板发生变形，从而使压力产生室产生压力变化，由此使油墨滴从喷嘴被喷射。

在此，致动装置由设置于振动板上的第一电极、压电体层及第二电极构成（例如，参照专利文献1）。

在这种压电致动器中，当向第一电极与第二电极之间施加了电压时，将在压电体层中产生压电变形的部分（有源部）、和不产生压电变形的部分（压电体无源部）之间的边界部分上产生应力集中。

此外，在构成压电致动器的第一电极、压电体层及第二电极延伸设置到压力产生室的外侧的结构中，存在如下的可能性，即，在压电体层上产生压电变形的部分（有源部）处，在作为与压力产生室对置的部分（可挠部）和压力产生室的外侧的部分（非可挠部）之间的边界的、压力产生室的端部，将产生更大的应力集中，从而在压电体层中产生烧坏或裂纹等。

另外，这种问题不仅存在于喷墨式记录头中，还同样存在于喷射油墨以外的液体的液体喷射头中。

专利文献1：日本特开2009－172878号公报

发明内容

鉴于这种情况，本发明的目的在于，提供一种能够抑制压电体层的损坏的液体喷射头、液体喷射装置以及致动装置。

用于解决上述课题的本发明的方式在于一种液体喷射头，其特征在于，具备：第一电极，其被设置于基板上方；压电体层，其被设置于该第一电极上方；第二电极，其被设置于该压电体层上方，所述压电体层具有有源部和无源部，其中，所述有源部被所述第一电极和所述第二电极夹持，且至少一端部通过所述第二电极而被规定，所述无源部被设置于，与所述第二电极的对所述有源部进行规定的端部相比靠外侧的位置处，且厚度薄于所述有源部，所述无源部通过倾斜面而与所述有源部连续，所述第二电极具有压缩应力。

在所涉及的方式中，通过将第二电极的内部应力设为压缩应力，从而实施对内部应力为牵拉应力的压电体层的应力缓和，由此能够抑制有源部与无源部之间的边界处的应力集中。此外，通过利用倾斜面而使有源部和无源部连续，从而能够抑制有源部与无源部之间的边界处的应力集中，由此能够抑制由应力集中而引起的烧坏、或裂纹等损坏。

在此，优选为，所述第二电极具备第一层和第二层，所述第一层被设置于所述压电体层侧，所述第二层被设置于该第一层的与所述压电体层相反的一侧，且所述第二层的材料与所述第一层不同。由此，能够在形成了第一层之后，对压电体层进行再加热处理（后期退火），从而能够通过再加热处理来提高压电体层的压电特性。

此外，优选为，所述第一层含有氧化铱及氧化钛，所述第二层含有铱。由此，能够实现导电性优异的第二电极。

此外，优选为，所述第二电极构成以横跨多个有源部的方式而连续设置的共用电极。由此，无需另外设置保护膜等，从而能够抑制位移量的降低，且能够降低成本。

此外，优选为，所述第二电极的厚度在15nm以上且25nm以下。由此，能够提高有源部的位移量。

而且，本发明的另一方式在于一种液体喷射装置，其特征在于，具备上述方式的液体喷射头。

在所涉及的方式中，能够实现对损坏进行抑制从而提高了可靠性的液体喷射装置。

此外，本发明的另一方式在于一种致动装置，其特征在于，具备：第一电极，其被设置于基板上方；压电体层，其被设置于该第一电极上方；第二电极，其被设置于该压电体层上方，所述压电体层具有有源部和无源部，其中，所述有源部被所述第一电极和所述第二电极夹持，且至少一端部通过所述第二电极而被规定，所述无源部被设置于，与所述第二电极的对所述有源部进行规定的端部相比靠外侧的位置处，且厚度薄于所述有源部，所述无源部通过倾斜面而与所述有源部连续，所述第二电极具有压缩应力。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的分解立体图。

图2为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的俯视图及剖视图。

图3为将表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的主要部分放大了的剖视图。

图4为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的制造方法的剖视图。

图5为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的制造方法的剖视图。

图6为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的制造方法的剖视图。

图7为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的制造方法的剖视图。

图8为表示本发明的实施方式1所涉及的记录头的制造方法的剖视图。

图9为表示试验结果的曲线图。

图10为表示本发明的一个实施方式所涉及的液体喷射装置的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

实施方式1

图1为作为本发明的实施方式1所涉及的液体喷射头的一个示例的喷墨式记录头的立体图，图2为喷墨式记录头的俯视图及剖视图，图3为将图2的主要部分放大了的剖视图。

如图所示，在作为本实施方式的液体喷射头的一个示例的喷墨式记录头I所具备的流道形成基板10上，形成有压力产生室12。而且，通过多个隔壁11而划分的压力产生室12沿着喷出相同颜色的油墨的多个喷嘴开口21并排设置的方向而被并排设置。此后，将该方向称为压力产生室12的并排设置方向或第一方向X。另外，此后，将与第一方向X正交的方向称为第二方向Y。

另外，在流道形成基板10的压力产生室12的长度方向上的一端部侧、即与第一方向X正交的第二方向Y上的一端部侧，通过多个隔壁11而被划分出油墨供给通道13和连通通道14。在连通通道14的外侧（在第二方向Y上与压力产生室12相反的一侧），形成有构成歧管100的一部分的连通部15，所述歧管100成为各个压力产生室12的共用的油墨室（液体室）。即，在流道形成基板10上，设置有由压力产生室12、油墨供给通道13、连通通道14及连通部15构成的液体流道。

在流道形成基板10的一面侧、即压力产生室12等液体流道开口的面上，通过粘合剂或热熔敷薄膜等而接合有喷嘴板20，在所述喷嘴板20上贯穿设置有与各个压力产生室12连通的喷嘴开口21。即，在喷嘴板20上，沿着第一方向X而并排设置有喷嘴开口21。

在流道形成基板10的另一面侧，形成有振动板50。本实施方式所涉及的振动板50由形成于流道形成基板10上的弹性膜51、和形成于弹性膜51上的绝缘体膜52构成。另外，压力产生室12等液体流道是通过从一面对流道形成基板10进行各向异性蚀刻而形成的，压力产生室12等液体流道的另一面由振动板50（弹性膜51）构成。

在绝缘体膜52上形成有压电元件300，所述压电元件300由厚度例如为大约0.2μm的第一电极60、厚度例如为大约1.0μm的压电体层70、和厚度例如为大约0.05μm的第二电极80构成。设置于该基板（流道形成基板10）上的压电元件300成为本实施方式的致动装置。

以下，参照图3，进一步对构成致动装置的压电元件300进行详细说明。

如图3所示，构成压电元件300的第一电极60针对于每个压力产生室12而被分割，并且构成相对于每个压电元件300而独立的独立电极。而且，第一电极60在压力产生室12的第一方向X上以与压力产生室12的宽度相比较窄的宽度而形成。即，在压力产生室12的第一方向X上，第一电极60的端部位于与压力产生室12对置的区域的内侧。在压力产生室12的第二方向Y上，第一电极60的两端部分别延伸设置到压力产生室12的外侧。另外，虽然第一电极60的材料只要为金属材料，则不被特别限定，但例如，优选使用铂（Pt）、铱（Ir）等。

压电体层70以在第二方向Y上成为预定的宽度的方式，而横跨第一方向X连续设置。压电体层70在第二方向Y上的宽度大于压力产生室12在第二方向Y上的长度。因此，在压力产生室12的第二方向Y上，压电体层70被设置到压力产生室12的外侧。

压力产生室12的第二方向Y上的一端部侧（在本实施方式中，为油墨供给通道侧）的、压电体层70的端部位于，与第一电极60的端部相比靠外侧的位置处。即，第一电极60的端部被压电体层70所覆盖。压力产生室12的第二方向Y上的另一端侧的、压电体层70的端部位于，与第一电极60的端部相比靠内侧（压力产生室12侧）的位置处。

另外，在被延伸设置到压电体层70的外侧的第一电极60上，例如连接有由金（Au）等构成的引线电极90。虽然省略了图示，但是，该引线电极90构成连接有连接配线的端子部，所述连接配线与驱动电路等相连。

此外，在压电体层70上，形成有与各个隔壁11对置的凹部71。该凹部71在第一方向X上的宽度与各个隔壁11在第一方向X上的宽度大致相同，或者大于各个隔壁11在第一方向X上的宽度。由此，由于振动板50的与压力产生室12的宽度方向端部对置的部分（所谓的振动板50的臂部）的刚性被抑制，因此，能够良好地使压电元件300发生位移。

作为压电体层70，可列举出形成于第一电极60上的、由显示出电子机械转换作用的强介电性陶瓷材料构成的钙钛矿结构的结晶膜（钙钛矿型结晶）。作为压电体层70的材料，例如，可以使用锆钛酸铅（PZT）等强介电性压电材料、或在其中添加了氧化铌、氧化镍或氧化镁等金属氧化物的材料。具体而言，可以使用钛酸铅（PbTiO₃）、锆钛酸铅（Pb（Zr，Ti）O₃）、锆酸铅（PbZrO₃）、钛酸铅镧（（Pb，La）TiO₃）、锆钛酸铅镧（（Pb，La）（Zr，Ti）O₃）、或镁铌酸锆钛酸铅（Pb（Zr，Ti）（Mg，Nb）O₃）等。在本实施方式中，作为压电体层70，使用了锆钛酸铅（PZT）。

另外，作为压电体层70的材料，并不限定于含有铅的铅类的压电材料，也可以使用不含铅的非铅类的压电材料。作为非铅类的压电材料，例如，可列举出铁酸铋（BiFeO₃，简称为“BFO”）、钛酸钡（BaTiO₃，简称为“BT”）、铌酸钾钠（（K，Na）NbO₃，简称为“KNN”）、铌酸钾钠锂（（K，Na，Li）NbO₃）、铌钽酸钾钠锂（（K，Na，Li）（Nb，Ta）O₃）、钛酸铋钾（（Bi_1/2K_1/2）TiO₃，简称为“BKT”）、钛酸铋钠（（Bi_1/2Na_1/2）TiO₃，简称为“BNT”）、锰酸铋（BiMnO₃，简称为“BM”）、含有铋、钾、钛及铁并具有钙钛矿结构的复合氧化物（x[（Bi_xK₁ _－x）TiO₃]－（1－x）[BiFeO₃]，简称为“BKT－BF”）、含有铋、铁、钡及钛并具有钙钛矿结构的复合氧化物（（1－x）[BiFeO₃]－x[BaTiO₃]，简称为“BFO－BT”）、或在其中添加了锰、钴、铬等金属的材料（（1－x）[Bi（Fe_1－yM_y）O₃]－x[BaTiO₃]（M为，Mn、Co或Cr））等。

关于压电体层70，虽然将在后文详细叙述，但是，压电体层70可以通过溶胶－凝胶法、MOD（Metal－Organic Decomposition，金属有机物分解）法等液相法，或溅射法、激光烧蚀法等PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）法（气相法）等而形成。另外，在本实施方式中，压电体层70的形成时的内部应力成为牵拉应力。

第二电极80在压力产生室12的第一方向X上被连续设置在压电体层70上，并且构成多个压电元件300共用的共用电极。在本实施方式中，第二电极80具备第一层81和第二层82，其中，所述第一层81被设置于压电体层70侧，所述第二层82被设置于第一层81的与压电体层70相反的一侧。并且，对于第一层81，虽然将在后文详细叙述，但是，第一层81例如具有通过在压电体层70上形成了由铱构成的铱层，并在铱层上形成了由钛构成的钛层之后进行加热从而氧化的物质、即氧化铱和氧化钛。并且，第一层81的铱层还作为扩散防止层而发挥功能，所述扩散防止层用于抑制在进行了加热处理时构成压电体层70的成分在第一层81中过度扩散的现象，且用于抑制钛层的成分在压电体层70中进行扩散的现象。

另外，第一层81的钛层具有如下的作用，即，对压电体层70的表面（第二电极80侧）的过剩的成分进行吸附，例如，在含铅的压电体层70的情况下，对压电体层70的表面的过剩的铅进行吸附，从而提高压电体层70的压电特性的作用。

另外，构成第二电极80的第二层82可以使用具有导电性的材料，例如，可以使用铱或层压了钛和铱的材料。并且，为了降低电阻，第二层82与第一层81相比形成得较厚。而且，由于铱的内部应力成为压缩应力，且钛的内部应力大致为0，因此，第二电极80的内部应力成为压缩应力。

压力产生室12的第二方向Y上的一端侧（油墨供给通道侧）的、第二电极80的端部位于，与压电体层70的端部相比靠内侧（压力产生室12侧）的位置处。也就是说，压电体层70的第二方向Y上的端部以与第二电极80相比向外侧突出的方式而设置。

这种结构的压电元件300通过向第一电极60和第二电极80之间施加电压从而产生位移。即，通过向两个电极之间施加电压，从而使被第一电极60和第二电极80夹持的压电体层70产生压电变形。而且，将向两个电极施加了电压时压电体层70中产生压电变形的部分称为有源部310。与此相对，将压电体层70中未产生压电变形的部分称为无源部320。另外，将在压电体层70中产生压电变形的有源部310中，与压力产生室12对置的部分称为可挠部，而将压力产生室12的外侧的部分称为非可挠部。

在本实施方式中，第一电极60、压电体层70及第二电极80全部在压力产生室12的第二方向Y上连续设置到压力产生室12的外侧。即，有源部310连续设置到压力产生室12的外侧。因此，有源部310中，压电元件300的与压力产生室12对置的部分成为可挠部，而压力产生室12的外侧的部分成为非可挠部。

因此，在本实施方式中，如图3所示，有源部310的第二方向Y上的端部通过第二电极80而被规定，并且有源部310的第二方向Y上的端部被设置于，与压力产生室12相对置的区域的外侧、即非可挠部上。

而且，未设置有第二电极80的无源部320被配置在有源部310的第二方向Y上的外侧，在本实施方式中为与油墨供给通道13相反的一侧。在此，在第二方向Y上，无源部320薄于有源部310的厚度。即，在有源部310和无源部320之间的边界处，设置有由于厚度的差异而形成的高低差。而且，该高低差通过倾斜面330而被形成，所述倾斜面330相对于与流道形成基板10的设置有压电元件300的面垂直的方向（法线方向）而倾斜。另外，有源部310和无源部320的厚度是指压电体层70的厚度，并且是指第一电极60、压电体层70及第二电极80层压方向上的厚度。

这种有源部310和无源部320之间的边界的倾斜面330优选为，相对于有源部310的表面而以10～45度的角度形成。这是因为，例如在倾斜面330大于45度而接近垂直面时，应力将集中于由倾斜面330和无源部320构成的角部处，从而在倾斜面330和无源部320之间的角部处产生裂纹等损坏。

另外，无源部320和有源部310之间的膜厚之差Δt优选为，当将第二电极80的膜厚设为s时，满足s≤Δt≤2×s。在本实施方式中，由于无源部320的表面在对第二电极80进行蚀刻时利用过蚀刻而被去除，因此，有源部310的表面与无源部320的被实施了过蚀刻的表面之间的间隔成为膜厚之差Δt。而且，该Δt优选为，以第二电极80的厚度s以上且第二电极80的厚度s的两倍以下的大小而形成。

如此，通过将有源部310的表面和无源部320的表面之间的高低差的高度Δt设为第二电极80的厚度s以上，从而能够抑制由于流道形成基板10的面内的分布而产生无源部320未被过蚀刻的区域的现象。也就是说，即使在流道形成基板10（详细内容将在后文中进行叙述的流道形成基板用晶片110）的面内，过蚀刻量产生了偏差，也能够通过将过蚀刻量（Δt）设为第二电极80的厚度s以上，从而抑制产生未被过蚀刻的区域的现象。并且，当使过蚀刻量（Δt）小于第二电极80的厚度s时，有可能产生未被过蚀刻的区域，当压电体层70未被过蚀刻时，存在成为第二电极80未被完全去除，从而有源部310的端部未被规定的状态的情况。

另外，通过将有源部310的表面和无源部320的表面之间的高低差的高度Δt设为第二电极80的厚度s的两倍以下，从而能够抑制应力集中于由倾斜面330和无源部320的表面构成的角部上的现象，由此能够抑制角部的因应力集中而受到的损坏。即，当有源部310和无源部320之间的表面的高低差（Δt）变得过大时，存在如下的可能性，即，应力集中于由倾斜面330和无源部320的表面构成的角部上，从而角部产生裂纹等损坏、或烧坏。

另外，如上文所述，第二电极80的内部应力成为压缩应力。并且，压电体层70的内部应力为牵拉应力，通过将第二电极80的内部应力设为压缩应力，从而缓和压电体层70的牵拉应力。也就是说，压电体层70的牵拉应力通过第二电极80的压缩应力而减少，从而压电体层70的内部应力被降低。由此，通过降低压电体层70的内部应力，从而能够抑制压电体层70的有源部310和无源部320之间的边界处的裂纹等损坏、或烧坏等。

并且，在本实施方式中，由于有源部310和无源部320之间的边界被设置于非可挠部上，因此，有源部310和无源部320之间的边界处的应力不会通过振动板50的变形而被释放。在本实施方式中，通过设置内部应力为压缩应力的第二电极80以缓和内部应力为牵拉应力的压电体层70的内部应力，从而能够抑制压电体层70的烧坏或裂纹等损坏，该压电体层70的烧坏或裂纹等损坏是因未通过振动板50的变形而被释放的、向有源部310和无源部320之间的边界的应力集中而引起的。

另外，有源部310的第二方向Y上的油墨供给通道13侧的端部被配置于，油墨供给通道13或连通通道14等的开口上。因此，在有源部310的第二方向Y上的油墨供给通道13侧的端部处，有源部310和无源部320之间的边界处的应力通过振动板50的变形而被释放。因此，即使不在有源部310的第二方向Y上的油墨供给通道13侧的端部处设置倾斜面330等，也不易在压电体层70上产生烧坏、或裂纹等损坏。当然，如果在有源部310的第二方向Y上的油墨供给通道13侧的端部处也设置无源部320和倾斜面330，则能够可靠地抑制产生烧坏或裂纹等的现象，该烧坏或裂纹等是因有源部310的第二方向Y上的油墨供给通道13侧的端部处的应力集中而引起的。

另外，有源部310的第一方向X上的端部通过第一电极60的第一方向X上的端部而被规定。而且，第一电极60的第一方向X上的端部被设置于，与压力产生室12相对置的区域内。因此，有源部310的第一方向X上的端部被设置于可挠部上，从而在第一方向X上，有源部310和无源部320之间的边界处的应力通过振动板的变形而被释放。因此，在本实施方式中，无需在压电体层70的有源部310的第一方向X上的端部处设置倾斜面330。当然，如果在有源部310的第一方向X上的端部处设置倾斜面330，则能够抑制烧坏、或裂纹等损坏，该烧坏、或裂纹等损坏是因有源部310的第一方向X上的端部处的应力集中而引起的。

如图1及图2所示，在形成有这种压电元件300的流道形成基板10上，通过粘合剂35而接合有对压电元件300进行保护的保护基板30。在保护基板30上，设置有压电元件保持部31，所述压电元件保持部31为形成对压电元件300进行收纳的空间的凹部。另外，在保护基板30上设置有歧管部32，所述歧管部32构成歧管100的一部分。歧管部32在厚度方向上贯穿保护基板30并横跨压力产生室12的宽度方向而形成，并且如上文所述，与流道形成基板10的连通部15连通。另外，在保护基板30上，设置有在厚度方向上贯穿保护基板30的贯穿孔33。与各个有源部310的第一电极60相连接的引线电极90露出于该贯穿孔33内，并且与未图示的驱动电路相连接的连接配线的一端在该贯穿孔33内与引线电极90相连接。

在保护基板30上，接合有由密封膜41及固定板42构成的可塑性基板40。密封膜41由刚性较低且具有可挠性的材料构成，通过该密封膜41从而歧管部32的一面被封闭。另外，固定板42由金属等硬质的材料形成。由于该固定板42的与歧管100对置的区域成为在厚度方向上被完全去除的开口部43，因此，歧管100的一面仅被具有可挠性的密封膜41封闭。

在这种本实施方式的喷墨式记录头I中，在从与未图示的外部油墨供给单元连接的油墨导入口引入油墨，并且从歧管100到喷嘴开口21为止由油墨填满了内部之后，根据来自驱动电路的记录信号，向与压力产生室12相对应的各个第一电极60和第二电极80之间施加电压。由此，振动板50与压电元件300一起发生挠曲变形，从而使各个压力产生室12内的压力增高，由此从各个喷嘴开口21喷射油墨滴。

在此，对这种本实施方式的喷墨式记录头的制造方法进行说明。并且，图4至图8为表示喷墨式记录头的制造方法的剖视图。

首先，如图4（a）所示，在作为硅晶片的流道形成基板用晶片110的表面上，形成弹性膜51。在本实施方式中，通过对流道形成基板用晶片110进行热氧化，从而形成由二氧化硅构成的弹性膜51。当然，弹性膜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、有机膜（聚酰亚胺、异戊稀炔等）等。弹性膜51的形成方法并不限定于热氧化，也可以通过溅射法、CVD（化学气相沉积）法、旋涂法等而形成。

接下来，如图4（b）所示，在弹性膜51上，形成由氧化锆构成的绝缘体膜52。当然，绝缘体膜52并不限定于氧化锆，也可以使用氧化钛（TiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化铪（HfO₂）、氧化镁（MgO）、铝酸镧（LaAlO₃）等。作为形成绝缘体膜52的方法，可列举出溅射法、CVD法、蒸镀法等。在本实施方式中，虽然通过该弹性膜51及绝缘体膜52而形成了振动板50，但是，作为振动板50，也可以仅设置弹性膜51及绝缘体膜52的某一方。

接下来，如图4（c）所示，在绝缘体膜52上的整个面上形成第一电极60。该第一电极60的材料未被特别限定，在作为压电体层70而使用锆钛酸铅（PZT）的情况下，优选为，因氧化铅的扩散而导致的导电性的变化较少的材料。因此，作为第一电极60的材料，优选使用铂、铱等。另外，第一电极60例如可以通过溅射法或PVD法（物理蒸镀法）等而形成。

接下来，如图5（a）所示，在第一电极60上形成由钛（Ti）构成的籽晶层61。通过以此种方式在第一电极60之上设置籽晶层61，从而能够在之后的工序中，在第一电极60上隔着籽晶层61而形成压电体层70时，将压电体层70的优先取向方位控制为（100），由此能够获得作为电子机械转换元件而较为理想的压电体层70。并且，籽晶层61在压电体层70结晶化时，作为促进结晶化的晶种而发挥功能，并在压电体层70的烧成后，扩散到压电体层70内。另外，在本实施方式中，虽然作为籽晶层61，使用了钛（Ti），但是，只要籽晶层61在之后的工序中形成压电体层70时成为压电体层70的结晶的核，则并不特别限定于此，例如，作为籽晶层61，也可以使用氧化钛（TiO₂），还可以使用钛及钛氧化物以外的材料，例如，使用镧镍氧化物（LNO）等。当然，也可以使籽晶层61残留于第一电极60和压电体层70之间。另外，籽晶层61既可以为层状，也可以为岛状。

接下来，在本实施方式中，形成由锆钛酸铅（PZT）构成的压电体层70。在此，在本实施方式中，使用所谓的溶胶－凝胶法，来形成压电体层70，在所述溶胶－凝胶法中，通过对将金属络合物溶解分散于溶剂中的所谓的溶胶进行涂布干燥，而使之凝胶化，并进一步在高温下进行烧成，从而获得由金属氧化物构成的压电体层70。并且，压电体层70的制造方法并不限定于溶胶－凝胶法，例如，也可以使用MOD（Metal－Organic Decomposition）法、溅射法或激光烧蚀法等PVD（Physical Vapor Deposition）法等。即，压电体层70可以通过液相法、气相法中的任意一种方法而形成。

作为压电体层70的具体的形成顺序，首先，如图5（b）所示，在籽晶层61上，对作为PZT前驱体膜的压电体前驱体膜73进行成膜。即，在形成有第一电极60（籽晶层61）的流道形成基板用晶片110上，涂布含有金属络合物的溶胶（溶液）（涂布工序）。接下来，将该压电体前驱体膜73加热到预定温度并干燥固定时间（干燥工序）。例如，在本实施方式中，通过在170～180℃下保持8～30分钟，从而能够对压电体前驱体膜73进行干燥。

接下来，通过将干燥了的压电体前驱体膜73加热到预定温度，并保持固定时间，从而进行脱脂（脱脂工序）。例如，在本实施方式中，通过将压电体前驱体膜73加热到300～400℃左右的温度，并保持大约10～30分钟，从而进行脱脂。并且，此处所说的脱脂是指，使压电体前驱体膜73所含有的有机成分以例如NO₂、CO₂、H₂O等的形式而脱离。

接下来，如图5（c）所示，通过将压电体前驱体膜73加热到预定温度并保持固定时间，使之结晶化，从而形成压电体膜74（烧成工序）。在该烧成工序中，优选为，将压电体前驱体膜73加热到700℃以上。并且，在烧成工序中，优选为，将升温速率设为50℃/sec以上。由此，能够获得具有优异特性的压电体膜74。

另外，形成于第一电极60上的籽晶层61扩散到压电体膜74内。当然，籽晶层61既可以以钛的形式、也可以以氧化钛的形式而残留于第一电极60和压电体膜74之间。

并且，作为在这种干燥工序、脱脂工序及烧成工序中所使用的加热装置，例如，可以使用加热板、或通过红外线灯的照射而进行加热的RTP（RapidThermal Processing，快速热处理）装置等。

接下来，如图5（d）所示，在第一电极60上形成第一层的压电体膜74的阶段中，以使第一电极60及第一层的压电体膜74的侧面倾斜的方式而同时对第一电极60及第一层的压电体膜74进行图案形成。并且，第一电极60及第一层的压电体膜74的图案形成例如可以通过离子铣削等干蚀刻而实施。

在此，例如在对第一电极60进行图案形成之后再形成第一层的压电体膜74时，由于通过光刻工序、离子铣削、抛光而对第一电极60进行图案形成，因此，第一电极60的表面、或设置于表面上的未图示的钛等的籽晶层等将发生变质。于是，即使在发生了变质的面上形成压电体膜74，该压电体膜74的结晶性也不会良好，并且，第二层以后的压电体膜74也将受到第一层的压电体膜74的结晶状态的影响而进行结晶成长，因此，无法形成具有良好的结晶性的压电体层70。

与此相比，如果在形成了第一层的压电体膜74之后与第一电极60同时进行图案形成，则第一层的压电体膜74与钛等的籽晶相比，即使作为使第二层以后的压电体膜74良好地进行结晶成长的种（晶种），性质也较强，例如即使通过图案形成而在表层上形成了极薄的变质层，也不会对第二层以后的压电体膜74的结晶成长造成较大的影响。

接下来，如图5（e）所示，在对第一层的压电体膜74和第一电极60进行了图案形成之后，以遍及绝缘体膜52上、第一电极60的侧面、第一层的压电体膜74的侧面及压电体膜74上的方式而形成中间籽晶层200。中间籽晶层200与籽晶层61相同，可以使用钛或镧镍氧化物等。另外，中间籽晶层200与籽晶层61相同，既可以为层状，也可以为岛状。

接下来，如图6（a）所示，通过多次反复实施由上述的涂布工序、干燥工序、脱脂工序及烧成工序构成的压电体膜形成工序，从而形成由多层压电体膜74构成的压电体层70。

并且，第二层以后的压电体膜74以遍及绝缘体膜52上、第一电极60及第一层的压电体膜74的侧面上、及第一层的压电体膜74上的方式而连续形成。由于在形成有该第二层以后的压电体膜74的区域中，形成有中间籽晶层200，因此，能够通过该中间籽晶层200，从而将第二层以后的压电体膜74的优先取向控制为（100），并且能够由微小粒径形成。另外，在压电体层70结晶化时，中间籽晶层200作为促进结晶化的晶种而发挥功能，并且在压电体层70的烧成后，既可以全部扩散到压电体层70中，此外，也可以有一部分以原形式或氧化物的形式而残留。

接下来，如图6（b）所示，在压电体层70上，层压具有铱的铱层811，并在铱层811上层压具有钛的钛层812。该铱层811及钛层812可以通过溅射法或CVD法等形成。

然后，如图6（c）所示，进一步对形成有铱层811及钛层812的压电体层70进行再加热处理（后期退火）。通过以此种方式进行再加热处理，从而即使产生了在压电体层70的第二电极80侧形成铱层811等时的损坏，也能够通过实施再加热处理，消除压电体层70的损坏，从而提高压电体层70的压电特性。另外，在如本实施方式那样使用含有铅的压电体层70的情况下，能够通过实施再加热处理，使压电体层70的第二电极80侧的过剩的铅（过剩铅）吸附于铱层811及钛层812侧，从而抑制由于过剩铅而导致的压电体层70的压电特性的降低。

另外，铱层811及钛层812通过实施再加热处理从而成为具有氧化铱及氧化钛的第一层81。并且，也可以如上文所述那样使过剩铅吸附在第一层81上。

实施这种再加热处理的温度优选为，在压电体膜74的烧成温度（对压电体前驱体膜73进行加热而使其结晶化的温度）的－10℃以上且＋50℃以下。

接下来，如图7（a）所示，以与各个压力产生室12相对应的方式对第一层81及压电体层70进行图案形成。在本实施方式中，在第一层81上设置形成为预定形状的掩膜（未图示），并通过经由该掩膜而对压电体层70进行蚀刻的、所谓的光蚀刻来进行图案形成。并且，压电体层70的图案形成例如可列举出反应性离子蚀刻或离子铣削等干蚀刻。

接下来，如图7（b）所示，通过以遍及第一层81上及压电体层70的实施了图案形成的侧面上以及绝缘体膜52上的方式而形成例如由铱（Ir）构成的第二层82，从而形成第二电极80，并将第二电极80图案形成为预定形状。由此，通过在形成有源部310和无源部320的同时，对压电体层70的厚度方向上的一部分进行过蚀刻，从而同时形成倾斜面330（参照图3）。

接下来，虽然未进行图示，但形成引线电极90，且图案形成为预定形状（参照图2）。

接下来，如图8（a）所示，在通过粘合剂35而将硅晶片且成为多个保护基板30的保护基板用晶片130接合于流道形成基板用晶片110的压电元件300侧之后，将流道形成基板用晶片110减薄为预定的厚度。

接下来，如图8（b）所示，在流道形成基板用晶片110上新形成掩膜53，并图案形成为预定形状。然后，如图8（c）所示，通过经由掩膜53而对流道形成基板用晶片110进行使用了KOH（氢氧化钾）等碱性溶液的各向异性蚀刻（湿蚀刻），从而形成与压电元件300相对应的压力产生室12、油墨供给通道13、连通通道14及连通部15等。

之后，通过利用例如切割器等进行切断，从而去除流道形成基板用晶片110及保护基板用晶片130的外边缘部的不需要的部分。然后，通过将贯穿设置有喷嘴开口21的喷嘴板20接合于流道形成基板用晶片110的与保护基板用晶片130相反的一侧的面上，且将可塑性基板40接合于保护基板用晶片130上，并将流道形成基板用晶片110等分割成如图1所示的一个芯片尺寸的流道形成基板10等，从而形成本实施方式的喷墨式记录头。

实施例1～5

通过与上述的实施方式1相同的制造方法，而形成了压电元件300。具体而言，以1.3～1.4μm的膜厚形成了弹性膜51，以0.3～0.4μm的膜厚形成了绝缘体膜55，以0.1～0.2μm的膜厚形成了第一电极60，并以1～2μm的膜厚形成了压电体层。另外，第二电极80以15nm以上且25nm以下的膜厚而形成。在本实施方式中，将在15nm～25nm的范围内以2.5nm的间距而形成第二电极80的压电元件分别设为实施例1～5的压电元件。

并且，压力产生室12在压电元件300侧开口为长方形，并将第一方向X上的宽度设为70μm，将第二方向Y上的长度设为360μm。

另外，在压电元件300上，形成了与上述的实施方式1相同的倾斜面330。

并且，对于第二电极80的厚度而言，相对于各个膜厚而产生±10%左右的误差。

比较例1～3

为了进行比较，除了将第二电极80的膜厚设为27.5nm、30nm、50nm以外，以与上述的实施例1～5相同的膜厚形成比较例1～3的压电元件300。另外，关于压力产生室12的形状和尺寸等，与上述的实施例1～5相同。

试验例

对实施例1～5的压电元件300和比较例1～3的压电元件300进行驱动，并对其位移量进行测定。并且，向压电元件施加0～35V的矩形的脉冲波形，并通过激光多普勒位移计而对位移量进行测定。对于该测定，在压力产生室的长边方向（长度方向）上的多个部位处进行测定。图9中图示了实施例1与比较例3的测定结果。另外，下述表1中示出了实施例1～5及比较例1～3的测定结果、和实施例1～5及比较例1及2的位移量相对于比较例3的位移量的提高率。

表1

第二电极的厚度(nm)	15	17.5	20	22.5	25	27.5	30	50
									位移量(μm)	786	780	775	762	750	726	690	600
提高率(%)	31	30	29	27	25	21	15	-

根据该结果，将第二电极80设为15nm以上且25nm以下的实施例1～5的压电元件与将第二电极的厚度设为50nm的比较例3的压电元件相比，位移量提高了25％，最大提高了大约30％。

并且，通过将第二电极80的厚度设为15nm以上，从而不会对作为电极的可靠性造成影响。也就是说，当将第二电极80的厚度设为小于15nm时，由于作为电极的可靠性存在不稳定，因此，对于厚度小于15nm的第二电极，未实施试验。

另外，第二电极80的厚度在15nm以上且25nm以下的实施例1～5的压电元件相对于比较例3的位移提高率的差较小，为1％～2％，与此相对，实施例5的压电元件（第二电极的膜厚为25nm）和比较例1的压电元件（第二电极的膜厚为27.5nm）之间的位移提高率的差为4％，超过了实施例1～5中的差即1～2％，并且在比较例1及2中，位移提高率加速降低。因此，在本实施方式中，通过采用将第二电极80的膜厚设为15nm以上且25nm以下的压电元件，从而能够有效提高压电元件300的位移量。

根据以上的说明，第二电极80形成得较薄的压电元件的位移量得到了提高。而且，在上述的实施方式1中，通过在有源部310和无源部320之间的边界处设置倾斜面330，且将第二电极80的内部应力设为压缩应力，从而能够降低压电体层70的内部应力且抑制有源部310和无源部320之间的应力集中。由于能够以上述方式抑制由于应力集中而造成的损坏，因此，即使使第二电极80的膜厚较薄而提高了压电元件300的位移量，也能够抑制由于应力集中而造成的损坏。也就是说，这是因为，当在未设置倾斜面330而在压电元件300上容易产生由于应力集中而造成的损坏的状态下，提高压电元件300的位移量时，整体的应力将被增大，因而更加容易产生由于应力集中而造成的损坏。

其他实施方式

以上，虽然对本发明的一个实施方式进行了说明，但是，本发明的基本结构并不限定于上述的结构。

例如，虽然在上述的实施方式中，例示了各个有源部310的压电体层70被连续设置的结构，但是，当然也可以针对每个有源部310而独立设置压电体层70。另外，例如，虽然在上述的实施方式1中，将第二电极80设为多个有源部310的共用电极，将第一电极60设为各个有源部310的独立电极，但是，并不特别限定于此，例如，也可以将第一电极60设为多个有源部310共用的共用电极，将第二电极80设为各个有源部310的独立电极。如此，当将第一电极60设为多个有源部310的共用电极时，由于以横跨多个有源部310的方式而设置第一电极60，因此，例如，也可以不设置弹性膜51及绝缘体膜55，而仅使第一电极60作为振动板而发挥作用。此外，无论在如上述的实施方式1那样，第一电极60作为独立电极而被设置的情况下，还是在第一电极60作为共用电极而被设置的情况下，压电元件300自身实质上均可以兼作振动板。但是，在流道形成基板10上直接设置第一电极60的情况下，优选为，通过绝缘性的保护膜等而对第一电极60进行保护，以使第一电极60和油墨不导通。也就是说，在基板（流道形成基板10）上设置第一电极60的情况，既包括在基板的紧上方设置第一电极60的状态，也包括之间存在其他部件的状态（上方）。

另外，虽然在上述的实施方式1中，将第二电极80设为层压了第一层81和第二层82的电极，但是，并不特别限定于此，第二电极80既可以为单层的电极，也可以为层压了三层以上的电极。

而且，例如，虽然在上述的实施方式1中，在对压电体前驱体膜73进行了涂布、干燥及脱脂之后，进行烧成，从而形成压电体膜74，但是，并不特别限定于此，例如，也可以通过在反复实施了多次例如两次对压电体前驱体膜73进行涂布、干燥及脱脂的工序之后，进行烧成，从而形成压电体膜74。

另外，压力产生室12的形状并不特别限定于此，例如，压力产生室12的压电元件300侧的开口也可以为长方形、平行四边形等四边形、或四边形以外的多边形形状等。

另外，如图10所示，喷墨式记录头I例如被搭载于喷墨式记录装置II中。在具有喷墨式记录头I的记录头单元1A、1B中，构成油墨供给单元的盒2A、2B以可拆装的方式而设置，搭载了该记录头单元1A、1B的滑架3以可轴向移动的方式被设置于滑架轴5上，所述滑架轴5被安装在装置主体4上。该记录头单元1A、1B例如喷射黑色油墨组成物及彩色油墨组成物。

而且，由于驱动电机6的驱动力经由未图示的多个齿轮及同步齿型带7而被传递至滑架3，因此搭载了记录头单元1A、1B的滑架3沿着滑架轴5而进行移动。另一方面，在装置主体4中，沿着滑架轴5而设置有压印板8，并且通过未图示的送纸辊等而被输送的纸等作为记录介质的记录薄片S被卷绕在压印板8上，从而被输送。

而且，在本发明中，如上文所述那样能够在抑制构成喷墨式记录头I的压电元件300的损坏的同时，实现喷射特性的均匀化。其结果为，能够实现提高了印刷品质且提高了耐久性的喷墨式记录装置II。

并且，虽然在上述的示例中，作为喷墨式记录装置II，而例示了喷墨式记录头I被搭载于滑架3上并在主扫描方向上进行移动的记录装置，但是，其结构并不特别限定于此。喷墨式记录装置II也可以为，例如，通过对喷墨式记录头I进行固定，并使纸等记录薄片S在副扫描方向上进行移动从而实施印刷的、所谓的行式的记录装置。

另外，虽然在上述的实施方式中，列举了喷墨式记录头以作为液体喷射头的一个示例，而对本发明进行了说明，但是，本发明为广泛地以全部液体喷射头作为对象的发明。作为液体喷射头，例如，除了打印机等在图像记录装置中所使用的各种记录头之外，还可列举出液晶显示器等的滤色器的制造中所使用的颜色材料喷射头、有机EL（Electro Luminescence：电致发光）显示器、FED（面发光显示器）等的电极形成中所使用的电极材料喷射头、生物芯片制造中所使用的生物体有机物喷射头等。

而且，本发明不仅能够应用于这种液体喷射头（喷墨式记录头）中，还能够应用于搭载于任何装置中的致动装置中。本发明的致动装置例如还能够应用于各种传感器类等中。

符号说明

I…喷墨式记录头（液体喷射头）；II…喷墨式记录装置（液体喷射装置）；10…流道形成基板（基板）；11…隔壁；12…压力产生室；13…油墨供给通道；14…连通通道；15…连通部；20…喷嘴板；21…喷嘴开口；30…保护基板；31…压电元件保持部；32…歧管部；33…贯穿孔；35…粘合剂；40…可塑性基板；41…密封膜；42…固定板；43…开口部；50…振动板；51…弹性膜；52…绝缘体膜；60…第一电极；70…压电体层；71…凹部；80…第二电极；90…引线电极；100…歧管；300…压电元件；310…有源部；320…无源部；330…倾斜面。

Claims

1.一种液体喷射头，其特征在于，具备：

第一电极，其被设置于基板上方；

压电体层，其被设置于该第一电极上方；

第二电极，其被设置于该压电体层上方，

所述压电体层具有有源部和无源部，其中，所述有源部被所述第一电极和所述第二电极夹持，且至少一端部通过所述第二电极而被规定，所述无源部被设置于，与所述第二电极的对所述有源部进行规定的端部相比靠外侧的位置处，且厚度薄于所述有源部，

所述无源部通过倾斜面而与所述有源部连续，

所述第二电极具有压缩应力。

2.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，

所述第二电极具备第一层和第二层，所述第一层被设置于所述压电体层侧，所述第二层被设置于该第一层的与所述压电体层相反的一侧，且所述第二层的材料与所述第一层不同。

3.如权利要求2所述的液体喷射头，其特征在于，

所述第一层含有氧化铱及氧化钛，所述第二层含有铱。

4.如权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头，其特征在于，

所述第二电极构成以横跨多个有源部的方式而连续设置的共用电极。

5.如权利要求4所述的液体喷射头，其特征在于，

所述第二电极的厚度在15nm以上且25nm以下。

6.一种液体喷射装置，其特征在于，

具备权利要求1至5中任一项所述的液体喷射头。

7.一种致动装置，其特征在于，具备：

第一电极，其被设置于基板上方；

压电体层，其被设置于该第一电极上方；

第二电极，其被设置于该压电体层上方，

所述无源部通过倾斜面而与所述有源部连续，

所述第二电极具有压缩应力。