专利名称：压电元件、液体喷出头及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有电机械转换功能的压电元件、采用该压电元件的液体喷出头及它们的制造方法。特别涉及一种可获得优良的耐电压性及持久性的压电元件、采用该压电元件的液体喷出头及它们的制造方法。
背景技术：
喷墨式记录头等液体喷出头采用作为墨滴等液滴喷出的驱动源的压电元件。该压电元件一般具有压电薄膜、及夹着压电薄膜设置的上部电极和下部电极而构成。
为了在高密度设置压电元件的同时，提高压电元件的耐电压性，例如日本专利申请特开2000-198197号公报公开了以规定形状布线形成下部电极，由此形成压电薄膜的技术。
但是，上述现有的压电元件，特别是有时下部电极端部附近的压电薄膜的结晶性不充分，可靠性不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电元件及液体喷出头，下部电极端部附近的压电薄膜的结晶性良好，且耐高电压、可靠性更高。
为解决上述问题，本发明的压电元件具有振动板、在前述振动板上形成规定布线图案的下部电极、形成在前述下部电极上的压电薄膜、形成在前述压电薄膜上的上部电极。而且，在前述压电薄膜的附近设有金属层，该金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离。通过在压电薄膜的形成区域的附近设置金属层，压电薄膜的烧成条件变得均一，即使在下部电极的端部附近，压电薄膜的结晶性也很好。
上述压电元件中，最好前述金属层是由与前述下部电极相同的材料形成的。而且，前述下部电极与和其电隔离的前述金属层之间的间隔最好在200μm以下。
上述压电元件中，最好形成前述压电薄膜，使其覆盖前述金属层的至少一部分，从前述上部电极延伸的配线用电极形成在前述金属层中的被前述压电薄膜覆盖住的部分上，通过该压电薄膜与前述金属层绝缘。
也可以在前述压电薄膜的附近还具有第二金属层，该金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离，且与从前述上部电极延伸的配线用电极导通。
前述压电元件中，最好前述压电薄膜形成在位于前述规定布线图案上的下部电极上及不存在下部电极的前述振动板上，前述压电薄膜中形成在前述下部电极上的部分与形成在前述振动板上的部分相比，前者的前述压电薄膜的层数更多。
本发明的液体喷出头具有上述压电元件、由于该压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室、与该压力室连通并喷出液滴的喷出口。
本发明的液体喷出装置具有上述液体喷出头、驱动该液体喷出头的驱动装置。
本发明的压电元件的制造方法具有在振动板上，将下部电极、前述下部电极附近的金属层形成规定的布线图案的工序、在前述下部电极上形成压电薄膜的工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，形成前述金属层，使其与前述下部电极电隔离。
本发明的另一种压电元件的制造方法具有在振动板上形成导电膜的成膜工序、在前述导电膜上形成压电薄膜的压电体成膜第一工序、对在前述压电体成膜第一工序中成膜的压电薄膜及前述导电膜进行图案化，使前述导电膜与下部电极及金属层分离的工序、在前述图案化后残留的压电薄膜上及除去了压电薄膜后的前述振动板上进一步形成压电薄膜的压电体成膜第二工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中上述金属层与该下部电极电隔离且位于前述下部电极附近。
本发明的液体喷出头的制造方法包括按照上述方法形成压电元件的工序、形成由于前述压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室的工序、形成与该压力室连通并喷出液滴的喷出口的工序。
图1是说明使用本发明一个实施方式所述的压电元件的打印机(液体喷出装置)的构造的立体图。
图2是表示本发明一个实施方式所述的液体喷出头，即喷墨式记录头的主要部分的构造的分解立体图。
图3是表示第一实施方式所述的喷墨式记录头中的压电元件设置的详细情况的平面图。
图4(a)是放大显示图3的包围线iii部分的平面图，图4(b)是沿其i-i线所作的截面图，图4(c)是沿其ii-ii线所作的截面图。
图5是表示第二实施方式所述的喷墨式记录头中的压电元件设置的详细情况的平面图。
图6(a)是放大显示图5的包围线iii部分的平面图，图6(b)是沿其i-i线所作的截面图，图6(c)是沿其ii-ii线所作的截面图。
图7是表示上述喷墨式记录头的制造方法的截面模式图。
图8是表示上述喷墨式记录头的制造方法的截面模式图。
图9是表示上述制造方法的变形例的截面模式图，表示与图7相对应的工序。
另外，图中的符号20表示压力室基板，30表示振动板，31表示氧化膜，32表示ZrO2膜，40表示压电元件，42表示导电层，42a表示内侧金属层，42b表示外侧金属层，42d表示下部电极，43表示压电薄膜，44表示上部电极。
具体实施例方式
下面参照
本发明的优选实施方式。
<1.喷墨打印机的整体构成>
图1是说明使用本发明一个实施方式所述的压电元件的液体喷出装置，即打印机的构造的立体图。该打印机的主体2上设有托盘3、排出口4及操作按钮9。而主体2的内部具有液体喷出头，即喷墨式记录头1、给纸机构6、控制回路8。
喷墨式记录头1具有形成在基板上的多个压电元件，按照从控制回路8供给的喷出信号，可从喷嘴喷出液体，即墨水。
主体2是打印机的壳体，在可从托盘3供给纸张5的位置上设置给纸机构6，可在纸张5上打印地设置喷墨式记录头1。托盘3可向给纸机构6供给打印前的纸张5，排出口4是打印结束后的纸张5的排出出口。
给纸机构6具有马达600、辊601，602、其它图中未示出的机械构造。马达600可与从控制回路8供给的驱动信号相应地旋转。机械构造可将马达600的旋转力传递给辊601、602。一旦马达600的旋转力传递到辊601、602，辊601及602就旋转，通过旋转将放置在托盘3上的纸张5导入并供给，以便记录头1可以打印。
控制回路8具有图中未示出的CPU、ROM、RAM、接口回路等，可通过图中未示出的连接端子，与从计算机供给的打印信息相对应地将驱动信号供给给纸机构6，或将喷出信号供给喷墨式记录头1。而且，控制回路8与来自操作面板9的操作信号相对应地进行动作模式的设定、复位处理等。
由于本实施方式的打印机具有具有后述优良的耐电压性及持久性，且具有良好的打印性能的喷墨式记录头，因此成为高性能的打印机。
<2.喷墨式记录头的构成>
图2是表示本发明一个实施方式所述的液体喷出头，即喷墨式记录头的主要部分的构造的分解立体图。
如图2所示，喷墨式记录头由喷嘴板10、压力室基板20、振动板30构成。
压力室基板20具有压力室(腔室)21、侧壁22、贮存容器23及供给口24。压力室21是通过蚀刻硅等的基板，为了喷出墨水等而形成的贮存空间。形成侧壁22，以便分隔压力室21。贮存容器23成为用于通过供给口24向各压力室21供给墨水的公共流路。上述压力室21、侧壁22、贮存容器23、供给口24只是简略地示出，但是也可以如后述图3那样地具有多个压力室等。
将喷嘴板10贴合在压力室基板20的一个面上，并使其喷嘴11设置在与设在压力室基板20上的各压力室21相对应的位置上。
振动板30是如后所述地叠加氧化膜31和ZrO2膜32而形成的，并将其贴合在压力室基板20的另一个面上。在振动板30上设有图中未示出的墨水腔连接口，图中未示出的墨水腔中储存的墨水可供给到压力室基板20的贮存容器23。
由喷嘴板10、振动板30及压力室基板20构成的喷出头单元容纳在壳体25中，构成喷墨式记录头1。
<3.压电元件的构成>
<3-1.第一实施方式>
图3是表示第一实施方式的喷墨式记录头中的压电元件设置的详细情况的平面图。此处，多个压电元件40相互错开地排成2列。例如360dpi(点/英寸)时，1英寸中的360个压电元件40排成第一列，第二列中的360个压电元件40设置在与上述第一列错开1/720英寸的位置上。
压电元件40的下部电极42d构成各列的公共电极。在2列下部电极42d的内侧附近形成与下部电极42d和后述的上部电极44均电隔离的内侧金属层42a。并在2列下部电极42d的外侧附近形成与下部电极42d和后述的上部电极44均电隔离的外侧金属层42b。此处所述的内侧金属层42a、外侧金属层42b围住下部电极42d中没有形成压电元件40的部分，同时也围住压电元件40。各配线用细带电极45从压电元件40的上部电极开始，不接触内侧金属层42a地通过内侧金属层42a的上方，向各列的内侧延伸。
图4(a)是放大图3的包围线iii部分的平面图，图4(b)是沿其i-i线所作的截面图，图4(c)是沿其ii-ii线所作的截面图。
如图4所示，喷墨头1的各喷出部是在氧化膜31上依次叠加ZrO2膜32、下部电极42d、压电薄膜43及上部电极44而构成的。
氧化膜31在由例如厚100μm的单晶硅构成的压力室基板20上形成绝缘膜。最好以1.0μm的厚度形成由氧化硅(SiO2)构成的膜。
ZrO2膜32是具有弹性的层，并与氧化膜31形成一体，构成振动板30。为了使该ZrO2膜32具备赋予弹性的功能，最好具有200nm以上，800nm以下的厚度。
也可以在ZrO2膜32与下部电极42d之间设置使两层紧密接触的金属，最好是由钛或铬构成的紧密接触层(图中未示出)。紧密接触层是为了提高对于压电元件的设置面的紧密接触性能而形成的，因此可确保该紧密接触性能时，也可以不形成该层。而且，设置紧密接触层时，最好构成10nm以上的厚度。
此处下部电极42d至少是包含Ir的层，例如可构成从最下层开始具有包含Ir的层/包含Pt的层/包含Ir的层的多层构造。下部电极42d的整体厚度例如为200nm。
下部电极42d的多层构造并不限于此，也可以是包含Ir的层/包含Pt的层，或是包含Pt的层/包含Ir的层构成的2层构造。或者仅由包含Ir的层构成也可以。
压电薄膜43是由压电性陶瓷的结晶构成的强电介体，最好是钛锆酸铅(PZT)等的强感应性压电性材料，或在其中添加氧化铌、氧化镍或氧化镁等金属氧化物后得到的物质构成压电薄膜。可考虑压电元件的特性、用途等，适宜地选择压电薄膜43的组成。具体地说，可适宜地采用钛酸铅(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。而且，通过在钛酸铅或锆酸铅中适宜地添加铌(Nb)，可获得压电特性优良的膜。
将压电薄膜43的厚度抑制到在制造工序中不产生裂纹的程度，另一方面需要将其厚度增加到呈现出充分的变位特性的程度，压电薄膜的厚度为例如1000nm以上，1500nm以下。
上部电极44是与下部电极42d成对的电极，最好由Pt或Ir构成。上部电极44的厚度最好为50nm。
下部电极42d构成各压电元件的公共电极。与此相对，内侧金属层42a和外侧金属层42b位于与下部电极42d相同高度的层中，但与下部电极42d分离。其间隔在200μm以下，优选在100μm以下，最好在50μm以下。该间隔的下限只要达到电不导通的程度即可，希望在例如5μm以上。在内侧金属层42a之上，各压电元件40的压电薄膜43延伸，在其上形成可与上部电极44导通的配线用细带电极45。从而，该第一实施方式中，利用压电薄膜43使细带电极45与内侧金属层42a绝缘。另外，希望用与下部电极42d同样的材料形成内侧金属层42a。即使不用同样的材料形成，也希望其红外线吸收率与下部电极42d的材料近似。
外侧金属层42b也位于与下部电极42d相同高度的层中，与下部电极42d及内侧金属层42a分离。其间隔在200μm以下，优选在100μm以下，最好在50μm以下。该间隔的下限只要达到电不导通的程度即可，希望在例如5μm以上。外侧金属层42b也与细带电极45及上部电极44分离。并在外侧金属层42b上的一部分上形成压电薄膜43，但上部电极44与外侧金属层42b不接触。另外，也希望用与下部电极42d相同的材料来形成外侧金属层42b。即使不用相同的材料形成，也希望其红外线的吸收率与下部电极42d的材料近似。
而且，用于向压力室21供给液体的贮存容器23设置在比压电元件40更靠近外侧金属层42b一侧的位置上。
<3-2.第二实施方式>
图5是表示第二实施方式的喷墨式记录头中的压电元件设置的详细情况的平面图。具有与第一实施方式相同的功能的部分用同一符号表示。第二实施方式与第一实施方式不同，第二金属层，即内侧金属层42c分割为与各压电元件40相对应的片段。由于细带电极45形成在各内侧金属层42c之上，因此在图5的平面图中见不到内侧金属层42c。
图6(a)是放大图5的包围线iii部分的平面图，图6(b)是沿其i-i线所作的截面图，图6(c)是沿其ii-ii线所作的截面图。如图6(b)所示，压电薄膜43没有完全覆盖内侧金属层42c。从而，与上部电极44导通的配线用细带电极45可与内侧金属层42c导通。由于内侧金属层42c不与下部电极42d导通，也不与相邻的内侧电极层42c(片段)导通，因此即使与细带电极45导通，在电路方面也没有问题。
<4.喷墨式记录头的动作>
以上说明了喷墨式记录头1的构成，下面说明其打印动作。一旦从控制回路8输出驱动信号，给纸机构6工作，纸张5输送至可通过喷出头1打印的位置。当未从控制回路8供给喷出信号，在压电元件的下部电极42d与上部电极44之间不施加驱动电压时，压电薄膜43中不发生变形。未供给喷出信号的压电元件所在的压力室21中不发生压力变化，因而不会从其喷嘴11中喷出墨滴。
另一方面，当从控制回路8供给喷出信号，从而在压电元件的下部电极42d与上部电极44之间施加一定的驱动电压时，压电薄膜43中发生变形。供给了喷出信号的压电元件所在的压力室21中，其振动板30发生大的变形。因此压力室21内的压力瞬间增大，从喷嘴11中喷出墨滴。通过个别地向喷出头中与图像数据相对应的位置上的压电元件供给喷出信号，可打印任意的文字及图形。
<5.制造方法>
下面说明本发明的压电元件的制造方法。图7及图8是表示上述压电元件及喷墨式记录头的制造方法的截面模式图。图7及图8是沿用上述图3及图4说明的第一实施方式的喷墨式记录头的构成而说明的，但是按照与此相同的顺序，也可以制造出图5及图6说明的第二实施方式的喷墨式记录头。
氧化膜形成工序(S1)该工序是在包含氧或水蒸气的氧化性气氛中对构成压力室基板20的硅基板进行高温处理，形成由氧化硅(SiO2)构成的氧化膜31的工序。除了该工序中常用的热氧化法以外，也可以使用CVD法。
形成ZrO2膜的工序(S2)这是在位于压力室基板20的一个面上的氧化膜31上形成ZrO2膜32的工序。在氧气氛中对通过溅射法或真空蒸镀法等而形成了Zr层的材料进行高温处理，从而得到该ZrO2膜32。
形成导电膜的工序(S3)在ZrO2膜32上形成导电膜42，该导电膜42构成包含Ir的下部电极。例如，首先形成包含Ir的层，接着形成包含Pt的层，再形成包含Ir的层。
利用溅射法等，分别使Ir或Pt附着在ZrO2膜32上，从而形成构成导电膜42的各层。另外，也可以在形成导电膜42之前，通过溅射法或真空蒸镀法形成由钛或铬构成的紧密接触层(图中未示出)。
形成导电膜后的图案化工序(S4)形成导电膜之后，为了使其与内侧金属层42a及外侧金属层42b、下部电极42d分离，首先将导电膜42按所需的形状进行遮罩，对其周围进行蚀刻，从而进行图案化。具体地说，首先通过自旋法、喷涂法等将均匀厚度的保护膜材料涂敷在导电膜42上(未图示)，其次，按压电元件的形状形成掩模后，进行曝光、显像，在导电膜上形成保护膜图案(未图示)。通过一般使用的离子铣削法或干式蚀刻法等蚀刻除去导电膜的一部分，露出ZrO2膜32，形成内侧金属层42a、外侧金属层42b、下部电极42d。
进而，在前述图案化工序中，为了除去附着在下部电极表面上的污染物及氧化部分等，可通过逆溅射进行清洁(图中未示出)。
形成Ti核(层)的工序该工序是通过溅射法等，在下部电极42d上形成Ti核(层)(图中未示出)的工序。形成Ti核(层)是为了以Ti结晶为核，使PZT成长，结晶成长从下部电极侧开始，以得到致密的柱状结晶。
而且，前述Ti核(层)的平均厚度为3～7nm，最好为4～6nm。
形成压电前体膜的工序(S5)该工序是通过溶胶凝胶法形成压电前体膜43’的工序。
首先，通过旋涂法等涂布法将由有机金属醇盐溶液所形成的溶胶涂敷在Ti核上。其次，在一定温度下，将其干燥一定时间，使溶媒蒸发。干燥后，进一步在大气环境中，以设定的高温，按一定的时间对其进行脱脂处理，使配位在金属中的有机配位基热分解，形成金属氧化物。将该涂敷、干燥、脱脂各工序重复规定的次数、例如2次，叠层形成由2层构成的压电前体膜。通过该干燥和脱脂处理，使溶液中的金属醇盐和醋酸盐经过配位基的热分解而形成金属、氧、金属的网络。
另外，该工序并不仅限于溶剂凝胶法，也可以采用MOD(金属有机沉积)法。
烧成工序(S6)这是在形成压电前体膜43’后烧成，并使压电体薄膜结晶化的工序。通过该烧成，压电体薄膜43’从非晶形状态成为菱形结晶构造，变化成为表示出电机械转换作用的薄膜，即形成压电薄膜43。
此处，由于ZrO2膜32比下部电极42d的近红外线吸收率低，因此，没有形成下部电极42d的区域烧成时的温度上升比较平缓。但是本实施方式中，如图3及图5所示，由于形成压电薄膜的区域被下部电极42d、内侧金属层42a及外侧金属层42b围住，因此即使是未形成下部电极42d的区域，也可以确保充分的温度上升。其结果，压电薄膜的烧成条件均一。从而，压电薄膜中，特别是下部电极42d的端部附近的结晶性增强，提高了耐电压性、持久性。而且，由于晶片整体的烧成条件也可均一化，因此可使压电元件之间的压电特性也均一化。
上述形成前体膜(S5)及其烧成(S6)反复进行数次，可使压电薄膜43形成所需的膜厚。例如，每一次烧成涂布的前体膜的膜厚为200nm，反复进行6次。
上部电极形成工序(S7)通过电子束蒸镀法或溅射法，在压电薄膜43上形成上部电极44。
压电薄膜及上部电极图案化工序(S8)这是将压电薄膜43及上部电极44按压电元件的规定形状图案化的工序。具体地说，在上部电极44上旋涂抗蚀剂后，对应形成压力室的位置进行曝光、显影，并形成布线图案。将残留的抗蚀剂作为掩模，通过离子铣削等方法腐蚀上部电极44、压电薄膜43。通过以上的工序形成压电元件40。
细带电极的形成工序(S9)接着形成与上部电极44导通的细带电极45。细带电极45的材质最好是刚性低，电阻的金。此外也可以采用铝、铜等。细带电极45以约0.5μm的膜厚形成膜，此后形成布线图案，与各上部电极导通并引出配线。
压力室的形成工序(S10)接着，在形成了压电元件40的压力室基板20的另一个面上进行各向异性腐蚀或平行平板型反应性离子腐蚀等使用活性气体的各向异性腐蚀，从而形成压力室21、贮存容器23、供给口24。没有腐蚀的残留部分构成侧壁22。另外，贮存容器23形成在外侧金属层42b的相对位置上，并且形状比外侧金属层42b小一圈，并利用激光等形成通孔。
喷嘴板贴合工序(S11)最后用粘接剂将喷嘴板10贴合在腐蚀后的压力室基板20上。贴合时要对齐位置，将各喷嘴11设置在各压力室21的空间中。再将贴合上喷嘴板10的压力室基板20装入图中未示出的壳体中，制成喷墨式记录头1。
<6.制造方法的变形例>
图9是表示上述制造方法的变形例的截面模式图，表示与图7相对应的工序。S1～S3的工序与图7是一样的，从S6c以后的工序与图8一样，因此省略对其的说明。本例中，在S3中形成导电膜42之后，在图案化之前形成压电薄膜的第一层43a(S6a)，此后将压电薄膜的第一层43a及导电膜42一起进行图案化(S6b)。
形成压电薄膜的第一层的工序(S6a)在S3中形成导电膜42之后，在导电膜42上形成压电薄膜的第一层43a。形成方法在使例如Ti核(层)的厚度为3～7nm，最好为4～6nm之后，与上述图7的S5及S6说明的一样，反复2次进行溶胶的涂布、干燥、脱脂工序，将其烧成，使压电薄膜的第一层43a形成大约200nm。
图案化工序(S6b)接着，将上述压电薄膜的第一层43a及导电膜42以与图7的S4同样的形状图案化。使导电膜42与下部电极42d、内侧金属层42a、外侧金属层42b分离。在除去压电薄膜的第一层43a及导电膜42后的部分，ZrO2膜32露出来。
压电薄膜的第二层以后的形成工序(S6c)接着，在上述压电薄膜的第一层43a上及上述露出的ZrO2膜32上形成例如1nm以上，4nm以下的Ti核(层)之后，以与上述第一层同样的方法形成压电薄膜的第二层以后的结构。从而，直到形成规定的厚度，反复进行涂布、干燥、脱脂的工序及烧成的工序。其结果，在下部电极42d上形成压电薄膜43，且该压电薄膜43比上述露出的ZrO2膜32上的层数更多。例如，在下部电极42d上形成6层，而在上述露出的ZrO2膜32上形成5层压电薄膜43。
此后的形成上部电极等工序与图8的S7以后相同。
烧成压电薄膜时，有时产生构成下部电极的导电层的组成变化(氧化及从压电薄膜的扩散)及与之相伴的膜厚增加，特别是压电薄膜的第一层烧成时，容易引起那样的情况。如果在导电层的图案化之后烧成压电薄膜的第一层，则有可能布线图案的边界附近的导电层的膜厚会变得不均匀，产生压电薄膜的结晶性下降，或有时也有可能发生裂纹，但采用图9的变形例，可防止这种情况。即，由于在对导电层42进行图案化之前形成压电薄膜的第一层43a，因此烧成压电薄膜的第一层43a时的导电层的组成及膜厚的变化在膜面方向上是均匀的。因此，可确保压电薄膜的稳定的结晶性，可防止压电薄膜发生裂纹。
由于压电薄膜的第一层43a烧成时，导电层的组成及膜厚发生变化，因此烧成压电薄膜的第二层以后的结构时，下部电极42d的组成及膜厚的变化小。从而，可得到与压电薄膜的第一层同样的良好的结晶性。特别是，即使在构成下部电极的导电层图案化后，由于压电薄膜的形成区域被下部电极42d、内侧金属层42a及外侧金属层42b围住，因此压电薄膜的烧成条件可保持均一。因而，如图7的S6说明的那样，由于进一步提高了压电薄膜中，特别是下部电极42d的布线图案的边界附近的结晶性，因此耐电压性、持久性更好。
<7.试验结果>
对于每个按照图9及图8说明的变形例的方法制造的图3及图4说明的第一实施方式的喷墨式记录头(压电薄膜为膜厚1.1μm的PZT，下部电极42d与内侧金属层42a及外侧金属层42b之间的间隔为50μm)及每个按照原来的方法制造的记录头(压电薄膜为膜厚1.1μm的PZT，下部电极42d与内侧金属层42a及外侧金属层42b之间的间隔为500μm)，调查了其耐电压性及持久性。
关于耐电压性，现有的记录头在40V～50V下产生裂纹，出现了绝缘破坏的现象(发生裂纹的地方几乎都是下部电极端部附近)，而上述实施方式的记录头表现出90～110V的耐电压性(发生变形的地方不集中在特定部分，是随机的)。
关于持久性，在35V的驱动电压下进行了研究。现有的记录头在10亿脉冲的程度下特性恶化，而上述实施方式的记录头可耐受400亿脉冲以上的驱动。由此，确认了上述实施方式的喷墨式记录头表现出极大的性能提升。
<8.其它应用例子>
本发明不局限于上述实施方式而可以进行各种变形。例如，由本发明制造的压电元件不仅适用于上述喷墨式记录头的压电元件，而且也适用于非易失性半导体存储装置、薄膜电容器、热电检测器、传感器、表面弹性波光学导波管、光学存储装置、空间光调制器、二极管激光用倍频器等强电介体装置、电介体装置、热电装置、压电装置及电光装置的制造。
而且，本发明的液体喷出头除了适用于喷墨记录装置中使用的喷出墨水的喷出头以外，还可适用于制造液晶显示器等的滤色器时使用的喷出包含色剂的液体的喷出头、形成有机EL显示器及FED(面发光显示器)等的电极时使用的喷出包含电极材料的液体的喷出头、制造仿生物功能集成电路片时使用的喷出包含生物有机物的液体的喷出头等，喷射各种液体的喷出头。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.(补正后)一种压电元件，具有振动板、在前述振动板上形成规定布线图案的下部电极、形成在前述下部电极上的压电薄膜、形成在前述压电薄膜上的上部电极，其特征在于，在前述压电薄膜的附近设有金属层，该金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离，前述压电薄膜形成在位于前述规定布线图案上的下部电极上及不存在下部电极的前述振动板上，前述压电薄膜中形成在前述下部电极上的部分与形成在前述振动板上的部分相比，前者的前述压电薄膜的层数更多。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，前述金属层是由与前述下部电极相同的材料形成的。
3.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，前述下部电极与和其电隔离的前述金属层之间的间隔为200μm以下。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的压电元件，其特征在于，形成前述压电薄膜，使其覆盖前述金属层的至少一部分，从前述上部电极延伸的配线用电极形成在前述金属层中的被前述压电薄膜覆盖住的部分上，通过该压电薄膜与前述金属层绝缘。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的压电元件，其特征在于，在前述压电薄膜的附近还具有第二金属层，该第二金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离，且与从前述上部电极延伸的配线用电极导通。
6.删除7.(补正后)一种液体喷出头，其特征在于，具有如权利要求1～5中任意一项所述的压电元件、由于该压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室、与该压力室连通并喷出液滴的喷出口。
8.一种液体喷出装置，其特征在于，具有权利要求7所述的液体喷出头、驱动该液体喷出头的驱动装置。
9.一种压电元件的制造方法，其特征在于，具有在振动板上，将下部电极、前述下部电极附近的金属层形成规定的布线图案的工序、在前述下部电极上形成压电薄膜的工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中前述金属层以与前述下部电极电隔离的方式形成。
10.一种压电元件的制造方法，具有在振动板上形成导电膜的工序、在前述导电膜上形成压电薄膜的压电体成膜第一工序、对在前述压电体成膜第一工序中成膜的压电薄膜及前述导电膜进行图案化，使前述导电膜与下部电极及金属层分离的工序、在前述图案化后残留的压电薄膜上及除去了压电薄膜后的前述振动板上进一步形成压电薄膜的压电体成膜第二工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中上述金属层与该下部电极电隔离且位于前述下部电极附近。
11.一种液体喷出头的制造方法，其特征在于，具有按照如权利要求9或10所述的方法形成压电元件的工序、形成由于前述压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室的工序、形成与该压力室连通并喷出液滴的喷出口的工序。
12.(追加)一种液体喷出头，其特征在于，具有压力基板、形成在前述压力室基板上的压电元件、形成在设有该压电元件的前述压力室基板的另一个面上，且为了喷出液体而贮存墨水的压力室、向该压力室供给该液体的流路，即贮存容器，其中上述压电元件具有振动板、在前述振动板上形成规定布线图案的下部电极、形成在前述下部电极上的压电薄膜、形成在前述压电薄膜上的上部电极，在前述贮存容器的开口部的周围形成不与前述下部电极电连接的金属层。
权利要求
1.一种压电元件，具有振动板、在前述振动板上形成规定布线图案的下部电极、形成在前述下部电极上的压电薄膜、形成在前述压电薄膜上的上部电极，其特征在于，在前述压电薄膜的附近设有金属层，该金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，前述金属层是由与前述下部电极相同的材料形成的。
3.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，前述下部电极与和其电隔离的前述金属层之间的间隔为200μm以下。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的压电元件，其特征在于，形成前述压电薄膜，使其覆盖前述金属层的至少一部分，从前述上部电极延伸的配线用电极形成在前述金属层中的被前述压电薄膜覆盖住的部分上，通过该压电薄膜与前述金属层绝缘。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的压电元件，其特征在于，在前述压电薄膜的附近还具有第二金属层，该第二金属层与形成在前述振动板上的金属层，即前述下部电极电隔离，且与从前述上部电极延伸的配线用电极导通。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的压电元件，其特征在于，前述压电薄膜形成在位于前述规定布线图案上的下部电极上及不存在下部电极的前述振动板上，前述压电薄膜中形成在前述下部电极上的部分与形成在前述振动板上的部分相比，前者的前述压电薄膜的层数更多。
7.一种液体喷出头，其特征在于，具有如权利要求1～6中任意一项所述的压电元件、由于该压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室、与该压力室连通并喷出液滴的喷出口。
8.一种液体喷出装置，其特征在于，具有权利要求7所述的液体喷出头、驱动该液体喷出头的驱动装置。
9.一种压电元件的制造方法，其特征在于，具有在振动板上，将下部电极、前述下部电极附近的金属层形成规定的布线图案的工序、在前述下部电极上形成压电薄膜的工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中前述金属层以与前述下部电极电隔离的方式形成。
10.一种压电元件的制造方法，具有在振动板上形成导电膜的工序、在前述导电膜上形成压电薄膜的压电体成膜第一工序、对在前述压电体成膜第一工序中成膜的压电薄膜及前述导电膜进行图案化，使前述导电膜与下部电极及金属层分离的工序、在前述图案化后残留的压电薄膜上及除去了压电薄膜后的前述振动板上进一步形成压电薄膜的压电体成膜第二工序、在前述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中上述金属层与该下部电极电隔离且位于前述下部电极附近。
11.一种液体喷出头的制造方法，其特征在于，具有按照如权利要求9或10所述的方法形成压电元件的工序、形成由于前述压电元件的机械变位而导致内容积变化的压力室的工序、形成与该压力室连通并喷出液滴的喷出口的工序。
全文摘要
本发明提供一种压电元件及液体喷出头，该压电元件具有振动板(30)、在前述振动板上形成规定布线图案的下部电极(42d)、形成在前述下部电极上的压电薄膜(43)、形成在前述压电薄膜上的上部电极(44)，在前述压电薄膜的附近设有金属层(42b)，该金属层(42b)与形成在前述振动板上的前述下部电极及前述上部电极电隔离。下部电极与金属层之间的间隔为200μm以下。由此，即使在下部电极端部附近，压电薄膜的结晶性也很好，因此可耐高电压，可靠性更高。
文档编号B41J2/055GK1630949SQ0380368
公开日2005年6月22日 申请日期2003年9月17日 优先权日2002年9月17日
发明者村井正己 申请人:精工爱普生株式会社