专利名称：致动器装置、液体喷射头以及液体喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用了压电元件的致动器装置、具有作为驱动源的致动器装置的液体喷射头、以及液体喷射装置，其中所述压电元件具有抑制了极化方向的变动的压电体层，所述驱动源用于喷射液滴。
背景技术：
具有因施加电压而导致位移的压电元件的致动器装置例如被安装在喷射液滴的液体喷射头等上。作为具有该液体喷射头的液体喷射装置，例如有如下的喷墨式记录装置，该喷墨式记录装置具有喷墨式记录头，该喷墨式记录头具有多个压力产生室，通过压电元件或发热元件等压力产生单元来产生用于喷出墨滴的压力；共用贮液器，向各个压力产生室供应墨水；以及喷嘴开口，与各个压力产生室连通。在该喷墨式记录装置中，与打印信号相对应，向与喷嘴连通的压力产生室内的墨水施加喷出能量从而自喷嘴开口喷出墨滴。
该喷墨式记录装置大致分为两类，一种是如前所述在压力产生室内设置作为压力产生装置的电阻丝等发热元件，该发热元件根据驱动信号产生焦耳热，通过由该发热元件产生的气泡而从喷嘴开口喷出墨滴；另一种是压电振动式由振动板构成压力产生室的一部分，通过压电元件使该振动板变形，从而自喷嘴开口喷出墨滴。
另外，在压电振动式的喷墨式记录头中，已经得到实际应用的有两种，一种使用使压电元件在轴向上伸长、收缩的纵振动模式的压电致动器，另一种使用弯曲振动模式的压电致动器。
在这里，例如通过在单晶硅基板的一面侧顺次层叠下电极、压电体层、以及上电极来形成压电元件。此时，下电极的结晶性受到作为其基底的单晶硅基板的面取向的影响，成为与单晶硅基板的面取向相同的取向。而且，层叠在该下电极上的压电体层的结晶性也同样受到其基底的影响而成为与下电极的面取向相同的取向。
另外，实际情况下，在单晶硅基板的一面侧例如预先设置有作为下电极的基底的氧化硅层等无定形(非晶质)层。因此，下电极的结晶性不会在实质上受到单晶硅基板的晶向的影响，表现出结晶的生长能量最小的取向。具体来说，如果例如由铂(Pt)等来形成无定形层上的下电极的话，则面取向(111)向单晶硅基板的法线方向取向。而且，如果在该下电极上形成压电体层的话，压电体层的面取向为(111)取向。
另外，通过对单晶硅基板的、与压电元件一侧相反的另一面侧进行各向异性蚀刻来形成压力产生室。这样，由于利用各向异性蚀刻来形成压力产生室，所以通常需要使用面取向为(110)的单晶硅基板。
但是，为了在实质上提高压电体层的压电特性，当该晶系为菱形晶系时，优选压电体层的面取向为(100)取向。并且进行了以下尝试使用面取向(110)的基板来作为单晶硅基板，在该单晶硅基板的一面侧形成氧化硅层以后，在氧化硅层上形成(100)取向的下电极，使压电体层为(100)取向，但是，发现使下电极呈(100)取向非常困难。
因此，通常在形成了例如由铂、铱等构成的(111)取向的下电极之后，在下电极上形成具有控制压电体层的取向的功能的钛(晶种)，并在该钛上形成压电体层。根据该方法，由于有作为基底的钛，压电体层不会受到下电极的影响而自由地生长，其面取向大多为(100)取向。由此，能够容易地利用各向异性蚀刻来形成压力产生室，并且可以使压电体层的大部分取向为面取向(100)(参照专利文献1)。
但是，即使设置了具有控制压电体层取向的功能的钛，由于通过自由生长来形成压电体层，所以存在着取向发生变动从而无法使面取向完全沿(100)取向的问题。另外，为了在下电极上形成钛，要求严格的工序管理，因此存在着制造工序繁杂、制造效率低的问题。
另外，这样的问题不仅存在于喷墨式记录头，毫无疑问其他液体喷射头同样会产生该问题。
专利文献1日本专利文献特开2001-274472号公报(权利要求书等)发明内容本发明是鉴于以上问题而完成的，其目的在于提供一种具有压电体层的致动器装置、具有作为驱动源的致动器装置的液体喷射头、以及液体喷射装置，该压电体层由抑制了极化方向的变动的、无变形状态的结晶构成，该驱动源用于喷射液滴。
为了达到上述目的，本发明第一方式的致动器装置的特征在于，具有由设置在单结晶硅(Si)基板上的二氧化(SiO2)构成的层、设置在由二氧化硅(SiO2)构成的层上的至少一层缓冲层、以及设置在该缓冲层上并由面取向(100)的镍酸镧(LNO)构成的基底层，并且还具有压电元件，所述压电元件包括下电极，设置在该基底层上并由面取向(100)的铂(Pt)构成；压电体层，由面取向为(100)取向的铁电体层构成，所述压电体层通过外延生长而形成在该下电极上，具有选自由正方晶系、单斜晶系、以及菱形晶系构成的组中的至少一种晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系；以及设置在该压电体层上的上电极。
在该第一方式中，通过使由铂(Pt)构成的下电极在由面取向(100)的镍酸镧(LNO)构成的基底层上生长，将由铂(Pt)构成的下电极的面取向控制为(100)，并且通过使压电体层在该由面取向为(100)的铂(Pt)构成的下电极上外延生长，可以使压电体层沿没有结晶变形的面取向(100)生长，从而成为抑制了极化方向的变动的、无变形状态的致动器装置。
本发明的第二方式为具有以下特征的第一方式的致动器装置所述缓冲层是至少由氧化锆(ZrO2)构成的层。
在该第二方式中，由氧化锆(ZrO2)构成的缓冲层可以保持作为振动板的刚性，并且即使铅(Pb)从压电体层洗提出来，也能够防止铅(Pb)扩散至二氧化硅(SiO2)，从而更可靠地提高致动器装置的耐久性。
本发明的第三方式是具有以下特征的第一方式的致动器装置所述缓冲层具有由所述氧化锆(ZrO2)构成的层、以及提高与所述基底层的粘合力的层。
在该第三方式中，通过设置由氧化锆(ZrO2)构成的层，可以保持作为振动板的刚性，并且即使铅(Pb)从压电体层洗提出来，也能够防止铅(Pb)扩散至二氧化(SiO2)，并且通过设置提高粘合力的层，可以提高由氧化锆(ZrO2)构成的层与由结晶性高的镍酸镧(LNO)构成的基底层的粘合力。
本发明的第四方式是具有以下特征的第一方式的致动器装置所述缓冲层是防止所述压电体层内的铅(Pb)扩散至所述二氧化硅(SiO2)的层。
通过该第四方式，即使铅(Pb)从压电体层洗提出来，也可以防止铅(Pb)扩散至二氧化硅(SiO2)，从而更可靠地提高了致动器装置的耐久性。
本发明的第五方式是具有以下特征的第一方式的致动器装置所述压电体层是单晶铁电体薄膜、或者面内无取向且在基板法线方向上取向的多晶铁电体薄膜，其中所述单晶铁电体薄膜由选自锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶钡((Ba，Sr)TiO3)、铌镁酸铅(PMN)和钛酸铅(PT)的固溶体、以及弛豫铁电体中的某一种构成。
通过该第五方式，可以获得足以实用的电致变形。
本发明第六方式是具有以下特征的第五方式的致动器装置所述单晶铁电体薄膜或所述多晶铁电体薄膜具有点缺陷。
通过该第六方式，能够以低电压来获得大的变形。
本发明第七方式是具有以下特征的第一方式的致动器装置所述单晶硅(Si)基板是面取向为(110)的单晶硅基板。
在该第七方式中，即使基板的面取向为(110)，由于具有由面取向(100)的镍酸镧(LNO)构成的基底层，因此下电极的面取向为(100)取向。
本发明第八方式的液体喷射头的特征在于，具有作为压力产生单元的第一方式的致动器装置，所述压力产生单元使在所述基板上形成的压力产生室产生压力，该压力用于从喷嘴开口喷出该压力产生室内的液体。
本发明第九方式的液体喷射装置的特征在于，具有第八方式的液体喷射头。
该第九方式的液体喷射装置所具有的液体喷射头具有作为压力产生单元的、压电特性优良的致动器装置。
图1是一个实施方式的液体喷射头的分解立体图；图2是一个实施方式的液体喷射头的平面图和截面图；图3是表示一个实施方式的液体喷射头的制造工序的截面图；图4是表示一个实施方式的液体喷射头的制造工序的截面图；图5是表示一个实施方式的液体喷射头的制造工序的截面图；图6是表示一个实施方式的液体喷射头的制造工序的截面图；图7是一个实施方式的液体喷射装置的简要立体图。
具体实施例方式
下面，根据实施方式来详细地说明本发明。
图1是示出作为本发明一个实施方式的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的概况的分解立体图，图2是图1的俯视图和沿A-A’线所取的截面图。
在本实施方式中，流路形成基板10由面取向(110)的单晶硅构成，在其一个表面上形成有由二氧化硅(SiO2)构成的、厚度为0.5～2μm的弹性膜50。并且，在本实施方式中，该弹性膜50是由通过对作为单晶硅基板的流路形成基板10进行热氧化而形成氧化硅构成的无定形(非晶质)膜，具有将流路形成基板10的表面状态维持不变的平滑的表面状态。
通过从单晶硅基板的一面侧对其进行各向异性蚀刻，在该流路形成基板10上沿宽度方向并列设置有多个被隔壁11区划出的压力产生室12。另外，在压力产生室12的长度方向的外侧形成有与后述的保护基板30的贮存部32连通的连通部13。另外，该连通部13在各个压力产生室12的长度方向的一个端部处分别通过墨水供应通路14与其连通。另外，连通部13与后述的保护基板的贮存部连通，并构成各个压力产生室12共用的墨水室、即贮存部的一部分。墨水供应通路14比压力产生室12的宽度窄，使得墨水从连通部13流入压力产生室12时的流路阻力保持恒定。另外，在流路形成基板10的开口面一侧间隔掩膜52固定有喷嘴板20，所述喷嘴板20在各个压力产生室12的与墨水供应通路14相反的一侧贯穿设置有连通的喷嘴开口21。
在与流路形成基板10的开口面相反一侧的弹性膜50上依次形成有缓冲层56、由镍酸镧(LNO)构成的基底层57、由铂(Pt)构成的下电极60、压电体层70、以及上电极80。
在这里，压电元件300由包括下电极60、压电体层70、以及上电极80的部分构成。压电元件300由厚度例如大约为0.2μm的下电极60、厚度例如大约为1μm的压电体层70、以及厚度例如大约为0.05μm的上电极80构成。通常，将两个电极中的任一个电极作为共用电极，并按每一个压力产生室12对另一个电极及压电体层70进行图案化，从而形成压电元件300。而且，在这里，将由图案化的某一个电极和压电体层70构成的、通过向两个电极施加电压而产生压电变形的部分称为压电体能动部。在本实施方式中，将下电极60作为压电元件300的共用电极，将上电极80作为压电元件300的专用电极，也可以按照驱动电路或布线的情况而将其互换。在任一情况下，都可在每个压力产生室中形成压电体能动部。另外，在这里，将压电元件300和由于该压电元件300的驱动而产生位移的振动板合称为压电致动器。
在本发明中，缓冲层56可使用能够有效防止从压电元件300洗提出的金属扩散至弹性膜50、并具有适于用作振动板的强度的层，另外，优选使用与基底层57的粘合性良好的层。并且，最好对在缓冲层56上形成的基底层57的结晶取向没有影响，只要满足以上条件，既可以是无定形(非晶质)，也可以是结晶。在本实施方式中，使用氧化锆(ZrO2)来作为缓冲层56。另外，缓冲层56不限于氧化锆(ZrO2)，只要是具有上述功能的层即可。另外，不限于单层，例如也可以是由氧化锆(ZrO2)构成的层以及提高与基底层57的粘合力的层所构成的双层结构。
在本实施方式中，作为缓冲层56的氧化锆(ZrO2)能够有效地防止从压电体层70洗提出的金属、尤其是铅扩散至由二氧化(SiO2)构成的弹性膜50。
在本发明中，由镍酸镧(LNO)构成的基底层57的厚度例如为60nm，基底层57的厚度只要保证基底层57成为在极化方向上没有变动的结晶即可。镍酸镧(LNO)具有即使在(111)取向的结晶上也可自由生长并以(100)取向生长的性质。通过利用该性质，由镍酸镧(LNO)构成的基底层57即使在缓冲层56为(111)取向时也可自由生长，并在取向的变动少的状态下成为(100)取向的结晶。另外，如果弹性膜50的表面平滑，缓冲层56的表面也会变得平滑，在缓冲层56上自由生长的基底层57会成为取向的变动非常少的结晶。
并且，镍酸镧(LNO)的晶格常数非常接近铂(Pt)的晶格常数3.861，为3.923。因此，基底层57使在其上形成的由铂(Pt)构成的下电极60在没有结晶变形的状态下生长。如上所述，设置基底层57的目的在于控制下电极60为(100)取向，并形成变动少、无变形的结晶。另外，镍酸镧(LNO)具有导电性，也可以作为下电极的一部分而起作用。
在本实施方式中，下电极60由铂(Pt)构成，使其在由取向的变动非常小、并且晶格常数接近的(100)取向的镍酸镧(LNO)构成的基底层57上外延生长。由此，下电极60几乎完全被控制为(100)取向，并成为变动非常小、无变形的结晶。
在该下电极60上形成的压电体层70在本实施方式中为锆钛酸铅(PZT)，受到下电极60的面取向的影响而外延生长，成为选自由正方晶系、单斜晶系、或菱形晶系构成的组中的至少一种晶系相对其他晶系占主导地位的晶系，面取向为(100)取向。即，与现有技术中间隔钛而设置在下电极上的压电体层不同，不是通过自由生长而形成的，而是受到下电极60的面取向的影响而被控制了取向的层，因此在取向的变动非常少的状态下优先取向为(100)。
作为该压电体层70，除了锆钛酸铅(PZT)之外，例如还可以列举出由选自钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶钡((Ba，Sr)TiO3)、铌镁酸铅(PMN)和钛酸铅(PT)的固溶体、以及弛豫铁电体中的某一种构成的单晶铁电体薄膜、或面内无取向且在基板法线方向(柱形基准方向)取向的多晶铁电体薄膜。在这里所说的单晶铁电体薄膜是指没有结晶与结晶之间的晶界的状态，面内无取向且在基板法线方向(柱形基准方向)取向的多晶铁电体薄膜是指结晶相对于基板形成为柱形并紧密地集合在一起，各结晶在面内无取向且在沿基板法线方向(柱形基准方向)取向的状态。
在这里，作为铌镁酸铅和钛酸铅的固溶体，可以列举出Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3[PMN-PT]等。另外，作为锌铌酸铅和钛酸铅的固溶体，可以列举出Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3[PZN-PT]等。
另外，弛豫铁电体是指具有室温附近的居里温度、介电常数比PZT等压电体大(例如相对介电常数为5000以上等)、电致变形比PZT等压电体大的物质。例如，PZT等压电体的电致变形为0.3％左右，而弛豫铁电体的电致变形为1.2％左右。作为这样的弛豫铁电体，例如有含有钛酸铅的弛豫铁电体，例如可以列举出PMN-PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PZN-PT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PNN-PT(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PIN-PT(Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3)、PST-PT(Pb(Sc1/3Ta2/3)O3-PbTiO3)、PSN-PT(Pb(Sc1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、BS-PT(BiScO3-PT)、BiYbO3-PT等。
另外，作为上述的压电陶瓷材料，例如，当使用PZT时，优选使其构成元素中的Zr的摩尔量A与Ti的摩尔量B的关系满足规定条件，例如，A/(A+B)≥0.55。同样，当使用PMN-PT时，优选使PMN的摩尔量C与PT的摩尔量D的关系满足规定条件，例如，0.65≤C/(C+D)≤0.75。另外，当使用PZN-PT时，优选使PZN的摩尔量E与PT的摩尔量F的关系满足规定条件，例如，0.90≤E/(E+F)≤0.965。另外，通过用满足该条件的压电陶瓷材料来形成压电体层70，压电体层70的结晶结构中，菱形晶系相对其他晶系占主导地位，从而在实质上提高了压电体层70的压电特性。
例如使用溶胶-凝胶法来形成这样的压电体层70，该溶胶-凝胶方法如下对将金属有机物溶解、分散到触媒中所得的溶胶进行涂布并干燥，使其凝胶化，再用高温烧固。具体地说，形成结晶以与下电极60的面取向相同的取向生长的压电体层70。勿庸置疑，该压电体层70的成膜方法没有特别的限定，例如也可以通过溅射法和MOD法等来形成。
另外，为了使压电体层70与基底的下电极60同样都在(100)取向上外延生长，例如，优选在规定条件下形成该层，使得该层与基底的结晶结构和晶面间距类似。另外，优选形成为以下结晶结构在与基底的表面之间没有由于静电作用而产生的斥力。
另外，在本实施方式中，使用满足A/(A+B)≥0.55的条件的锆钛酸铅(PZT)来形成压电体层70。锆钛酸铅(PZT)是菱形晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系，并且成长为柱形。其原因在于，下电极60的立方晶系和晶界的晶格形状为正方形并一致，在结晶生长的初期阶段以正方晶系生长，随着生长而改变为菱形晶系。另外，还因为可以容易地使压电体层70在下电极60上外延生长。如上所述使结晶外延生长的压电体层70受到作为基底的、面取向(100)的下电极60的约束而结晶化，因此与下电极60一样变为(100)取向。在这里，形成压电体层的锆钛酸铅(PZT)和铂(Pt)的A轴的晶格常数分别非常接近4.03、3.923。因此，压电体层70也可以在无结晶变形的状态下生长。
另外，锆钛酸铅(PZT)在0.55＞A/(A+B)≥0.50的条件下成为单斜晶系和菱形晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系，另外，在A/(A+B)＜0.50的条件下成为正方晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系，在本发明中也可以选择这些条件。
如上所述而成膜的压电体层70的优先取向是受到下电极60的(100)取向约束的(100)取向，优选结晶成为柱形。另外，优先取向是指结晶的取向方向并不是无序的、而是特定的晶面大致朝向固定方向的状态。另外，结晶为柱形的薄膜是指近似圆柱形的结晶在使中心轴在厚度方向上大约一致的状态下在面方向上集合在一起并形成薄膜的状态。勿庸置疑，也可以是取向为优先取向的粒状的结晶所形成的薄膜。另外，这样通过薄膜工序制造的压电体层的厚度通常为0.2～5μm。
另外，特别地，由单晶铁电体薄膜构成的、或者由面内无取向且在基板法线方向上取向的多晶铁电体薄膜构成的压电体层70也可以具有点缺陷，其中所述单晶铁电体薄膜由钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶钡((Ba，Sr)TiO3)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)等铁电体构成，例如可以通过离子注入法来形成该点缺陷。即，具有通过离子注入选自Fe离子、Co离子、Ni离子、以及Cr离子等VIIIB族中的至少一种离子、或Ar离子而形成的点缺陷。
由于具有通过离子注入而形成的点缺陷，因此该压电体层70显示出巨大电致变形效应，可以通过低驱动电压而获得大的变形。尤其是如果使压电体层70成为面取向为(100)取向的单晶铁电体薄膜的话，可以通过离子注入这种比较简便的方法而比较容易地形成点缺陷，从而可以使其成为具有巨大电致变形的压电体层70。
通过离子注入而形成点缺陷的方法没有特别的限定，例如，将Fe、Co、Ni、以及Cr等VIIIB族的元素作为离子源并进行电离来形成离子，使用带电粒子加速器向其施加能量，对压电体层70的表面进行溅射。由此，离子由于注入效应而侵入到压电体层70内，与内部的原子冲撞并失去能量而静止，从而被掺杂进去而形成点缺陷。另外，在Ar离子的离子注入中，通过离子注入来形成空穴，由此变为点缺陷，Ar离子被包含在其他部分中。另外，也可以将选自Fe离子、Co离子、Ni离子、以及Cr离子等VIIIB族中的至少一种离子与Ar离子一起进行离子注入。另外，进行离子注入的离子量只要是可以形成点缺陷并获得巨大电致变形的量即可，对其并没有特别的限定，由于过多的话晶系会改变，因此最好例如注入0.1％以下的微小的量。另外，优选通过控制带电粒子加速器的驱动而在压电体层70的整体、即面方向和厚度方向上均匀地进行离子注入。
另外，为了使点缺陷扩散至稳定的位置，优选对压电体层70进行时效处理。在这里，时效是指使压电体层70保持为固定的温度。
另一方面，例如使用铱等在上电极80上分别连接例如由金(Au)等构成的引导电极85。该引导电极85被从各压电元件300的长度方向的端部附近引出到外部，分别在与墨水供应通路14相对应区域的弹性膜50上延伸设置，并与后述的驱动IC连接。
另外，在设置有该压电元件300的一侧的流路形成基板10上接合有具有压电元件保持部31的保护基板30，该压电元件保持部31用于确保使压电元件300的运动不会受到阻碍的那种程度的空间，压电元件300形成在该压电元件保持部31内。另外，在保护基板30上设置有贮存部32，该贮存部32构成各个压力产生室12共用的贮存器90的至少一部分，该贮存部32如上所述与流路形成基板10的连通部13连通并构成贮存90。
并且，在保护基板30的压电元件保持部31与贮存部32之间设置有连接孔33，该连接孔33在厚度方向上贯穿该保护基板30，从各个压电元件300引出的引导电极85的顶端部露出到该连接孔33内。另外，在保护基板30的、与压电元件保持部31侧相反的那侧的表面上安装有用于驱动各个压电元件300的驱动IC 34。而且，从各个压电元件300引出的引导电极85延伸设置至连接孔33，虽然图中未示出，但是例如通过由线焊等形成的连接线路与驱动IC 34连接。
在保护基板30上接合有由密封膜41和固定板42形成的柔性基板40。在这里，密封膜41由刚性低并具有柔性的材料(例如，厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)构成。另外，固定板42由金属等硬质材料(例如，厚度为30μm的不锈钢(SUS)等)形成。在该固定板42的与贮存器90相对的区域上形成有在厚度方向上被完全除去的开口部43，仅以具有柔性的密封膜41来密封贮存器90的一个表面。
另外，该喷墨式记录头从未图示的外部墨水供应单元获取墨水，在从贮存器90至喷嘴开口21的内部被墨水充满后，根据来自图中未示出的驱动电路的记录信号，在与压力产生室12对应的各个下电极60和上电极80之间施加电压，使弹性膜50、缓冲层56、基底层57、下电极60、以及压电体层70弯曲变形，由此各个压力产生室12内的压力升高，从而从喷嘴开口21喷出液滴。
在这里，参照图3～图6来说明该喷墨式记录头的制造方法。另外，图3～图6是压力产生室12的长度方向的截面图。首先，如图3的(a)所示，用大约1100℃的扩散炉对作为硅晶片的流路形成基板用晶片110进行热氧化，在其表面上形成构成弹性膜50的二氧化硅膜51。另外，如上所述，该二氧化硅膜51是无定形膜。另外，在本实施方式中，使用膜厚大约为625μm的比较厚的、刚性高的硅晶片来作为流路形成基板用晶片110。
接着，如图3的(b)所示，在弹性膜50上形成缓冲层56。在本实施方式中，在流路形成基板用晶片110的整个表面上通过溅射法形成锆(Zr)层后，例如用500～1200℃左右的扩散炉对该锆层进行热氧化，由此形成由二氧化锆(ZrO2)构成的缓冲层56。另外，该缓冲层56的厚度没有特别的限定，在本实施方式中，根据振动板的刚性而调整为20～500nm左右。
如图3的(c)所示，在形成的缓冲层56上通过溅射法形成由镍酸镧(LNO)构成的60nm左右厚的基底层57。如果缓冲层56的表面平滑，则该由镍酸镧(LNO)构成的基底层57在取向的变动非常小的状态下以(100)取向自由生长，并成为(100)取向。
接着，如图3的(d)所示，在基底层57上形成下电极60。在本实施方式中，在流路形成基板用晶片110的整个表面上通过溅射法形成铂(Pt)层61，然后通过将该铂(Pt)层61图案化为规定形状来形成下电极60。这样形成的下电极60如上所述在基底层57上外延生长，由此其取向受到控制并成为(100)取向，并且在极化方向上变动非常小的状态下形成结晶。
接着，如图4的(a)所示，在该下电极60上形成由锆钛酸铅(PZT)构成的压电体层70。在本实施方式中，涂布并干燥将金属有机物溶解、分散在触媒中而得的溶胶，使之凝胶化，再用高温烧固，由此得到由金属氧化物构成的压电体层70，即使用溶胶-凝胶法来形成压电体层70。在这里，压电体层70受到下电极60的约束而结晶化。形成的压电体层70的结晶与下电极60一样沿面取向(100)取向，并且在极化方向上变动非常小的状态下形成。
另外，在本实施方式中，是通过溶胶-凝胶法来成膜压电体层70的，但是压电体层70的成膜方法没有特别的限定，例如也可以使用溅射法、MOCVD法(金属有机化合物化学气相沉积法)、或MOD法等。
另外，这样形成了压电体层70之后，如图4的(b)所示，例如在流路形成基板用晶片110的整个表面上形成由铱构成的上电极80。接着，如图4的(c)所示，对压电体层70和上电极80的与各个压力产生室相对的区域进行图案化，从而形成压电元件300。
接着，如图5的(a)所示，在流路形成基板用晶片110的整个表面上例如形成由金(Au)等构成的金属层86，然后通过按每个压电元件300对该金属层86进行图案化来形成引导电极85。
接着，如图5的(b)所示，在流路形成基板用晶片110的压电元件300的一侧接合例如由厚度为400μm左右的硅晶片构成的、成为多个保护基板30的保护基板用晶片130。
接着，如图5的(c)所示，将流路形成基板用晶片110研磨至某一程度的厚度之后，再用氢氟酸-硝酸混合溶液进行晶片蚀刻，从而使流路形成基板用晶片110成为规定厚度。
接着，如图6的(a)所示，在流路形成基板用晶片110上新形成例如由氮化硅(SiN)构成的掩膜52，并将其图案化为规定形状。然后，通过该掩膜52对流路形成基板用晶片110进行各向异性蚀刻，由此如图6的(b)所示，在流路形成基板用晶片110上形成压力产生室12、连通部13、以及墨水供应通路14等。
然后，例如用切割机等切断并除去流路形成基板用晶片110和保护基板用晶片130的外周边缘部上的不需要的部分。然后，在流路形成基板用晶片110的、与保护基板用晶片130相反一侧的表面上接合贯穿设置了喷嘴开口21的喷嘴板20，并且在保护基板用晶片130上接合柔性基板40，将流路形成基板用晶片110等分割为如图1所示的一个芯片大小的流路形成基板10等，由此做成喷墨式记录头。
另外，这样的喷墨式记录头构成记录头单元的一部分，该记录头单元具有与墨盒等连通的墨水流动通路，将该喷墨式记录头装载在喷墨式记录装置上。图7是该喷墨式记录装置的简要立体图。
如图7所示，构成墨水供应装置的墨盒2A和2B可装卸地设置在具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B上，装载该记录头单元1A和1B的托架3可沿轴向自由移动地设置在安装于装置主体4上的托架轴5上。该记录头单元1A和1B例如分别喷出黑色墨水组合物和彩色墨水组合物。
而且，驱动马达6的驱动力通过图中未示出的多个齿轮和同步带7而被传递至托架3，从而将装载有记录头单元1A和1B的托架3沿着托架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿托架轴5设置有台板8，由图中未示出的送纸辊等输送的纸等作为记录介质的记录薄片S被搬送到台板8上。
以上说明了本发明的一个实施方式，但本发明的基本结构不限于上述内容。本发明广泛地以所有的液体喷射头为对象，也可适用于喷出墨滴以外的液滴的液体喷射头，例如用于打印机等图像记录装置的喷墨式记录头等各种记录头、用于制造液晶显示器等的滤色器的颜料喷射头、用于形成有机EL显示器及FED(面发光显示器)等的电极的电极材料喷射头、用于制造生物芯片的生物有机物喷射头等。勿庸置疑，装载有该液体喷射头的液体喷射装置也没有特别的限定。并且，本发明不局限于用于液体喷射头的致动器装置，也可适用于装载在其他所有装置上的致动器装置。例如，除了上述喷射头外，致动器装置也可适用于传感器等。
权利要求
1.一种致动器装置，其特征在于，具有设置在单结晶硅(Si)基板上，由二氧化硅(SiO2)构成的层；设置在由二氧化硅(SiO2)构成的层上的至少一层缓冲层；和设置在该缓冲层上并由面取向(100)的镍酸镧(LNO)构成的基底层；并且还具有压电元件，所述压电元件包括设置在该基底层上，由面取向(100)的铂(Pt)构成的下电极；由面取向为(100)取向的铁电体层构成的压电体层，所述压电体层通过外延生长而形成在该下电极上，具有选自由正方晶系、单斜晶系、以及菱形晶系构成的组中的至少一种晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系；和由设置在该压电体层上的上电极。
2.如权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述缓冲层是至少由氧化锆(ZrO2)构成的层。
3.如权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述缓冲层具有由所述氧化锆(ZrO2)构成的层、以及提高与所述基底层的粘合力的层。
4.如权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述缓冲层是防止所述压电体层内的铅(Pb)扩散至所述二氧化硅(SiO2)的层。
5.如权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述压电体层是单晶铁电体薄膜、或者面内无取向且在基板法线方向上取向的多晶铁电体薄膜，其中所述单晶铁电体薄膜由选自锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶钡((Ba，Sr)TiO3)、铌镁酸铅(PMN)和钛酸铅(PT)的固溶体、以及弛豫铁电体中的某一种构成。
6.如权利要求5所述的致动器装置，其特征在于，所述单晶铁电体薄膜或所述多晶铁电体薄膜具有点缺陷。
7.如权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述单晶硅基板是面取向为(110)的单晶硅基板。
8.一种液体喷射头，其特征在于，具有作为压力产生装置的、如权利要求1所述的致动器装置，所述压力产生装置使得形成于所述基板上的压力产生室产生用于使所述压力产生室内的液体从喷嘴开口喷出的压力。
9.一种液体喷射装置，其特征在于，具有权利要求8所述的液体喷射头。
全文摘要
本发明提供了一种具有压电体层的致动器装置、液体喷射头以及液体喷射装置，其中该压电体层由抑制了极化方向的变动的、无变形状态的结晶构成。本发明的致动器装置具有设置在单晶硅基板上的二氧化硅；设置在二氧化硅上的至少一层缓冲层；以及设置在该缓冲层上，由面取向(100)的镍酸镧构成的基底层；并且还具有压电元件，其包括设置在该基底层上，由面取向(100)的铂构成的下电极；由面取向为(100)取向的铁电体构成的压电体层，其通过外延生长而形成在该下电极上，具有从由正方晶系、单斜晶系、以及菱形晶系构成的组中选出的至少一种晶系相对于其他晶系占主导地位的晶系；以及设置在该压电体层上的上电极。
文档编号B41J2/045GK1893138SQ2006100984
公开日2007年1月10日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月8日
发明者高部本规, 角浩二, 横山直人 申请人:精工爱普生株式会社