专利名称：液体喷射头、液体喷射装置、以及致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过压电元件的变位而从喷嘴喷射液滴的液体喷射头、液 体喷射装置、以及具有压电元件的致动器。
背景技术：
在作为喷射液滴的液体喷射头的代表示例的喷墨式记录头中，有的喷 墨式记录头例如具有压电元件，该压电元件由隔着振动板而设置在形成有 压力产生室的流路形成基板的一个面侧的下电极、压电体层、以及上电极 构成，所述喷墨式记录头通过该压电元件的变位而向压力产生室内施加压 力，由此从喷嘴喷射墨滴。公知这种喷墨式记录头所使用的压电元件的位 移特性根据压电体层的结晶取向而会发生很大的变化。并且，提出有通过 使构成压电元件的压电体层的结晶为预定取向来提高位移特性的压电元件 (例如，参照专利文献l)。然而，在这样由下电极、压电体层、以及上电极构成的压电元件中， 有的压电元件的压电体层的端面形成为朝着其外侧向下倾斜的倾斜面(锥形面)(例如，参照专利文献2)。例如，在专利文献2所记载的结构中，在作为压电体层的倾斜面的部 分(以下称为锥形部)上尽管未形成上电极，但是由于下电极跨越多个压 电元件而连续地形成，因此在该压电体层的锥形部上也可能会作用有强烈 的驱动电场，从而会导致压电体层的锥形部遭受破坏。另外，虽然在专利文献1和专利文献2所记载的结构中，构成压电元件的下电极跨越多个压电元件而连续地形成，但是例如也有如下结构下电极按照每个压电元件而被图案化(patterning)，并且压电体层连续地形 成至下电极的外侧(例如，参照专利文献3)。专利文献1:日本专利文献特开2004—66600号公报；4专利文献2:日本专利文献特开2007 —118193号公报；专利文献3:日本专利文献特开2000 — 32653号公报。
发明内容
在这样的专利文献3所记载的压电元件中，由于不会有很强的驱动电场作用于压电体层的锥形部上，因此不会由此而导致压电体层遭受破坏。但是，在这样的专利文献3所记载的结构中，例如在想要采用专利文献1所记载的压电体层来提高压电元件的变位特性的情况下，有可能由于下电极上的压电体层和下电极的外侧(振动板上)的压电体层的结晶性发生了变化的原因，在驱动压电元件时，在下电极的端部附近压电体层可能会遭受破坏。
该问题不仅存在于喷射墨滴的喷墨式记录头，而且还同样地存在于喷射其他液滴的液体喷射头中，另外不仅是液体喷射头，具有压电元件的致动器也同样存在该问题。另外，还存在压电元件的响应速度慢而难以高速驱动压电元件的问题。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高压电元件的变位特性而实现对其高速驱动、并且能够抑制压电体层的破坏而提高耐久性的液体喷射头、液体喷射装置、以及致动器。
解决上述问题的本发明提供一种液体喷射头，包括流路形成基板和压电元件，所述流路形成基板并列设置有分别与喷射液滴的喷嘴连通的多个压力产生室，所述压电元件包括间隔着振动板而设置在所述流路形成基板的一个面侧的下电极、压电体层、以及上电极，所述压电体层的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，构成各个压电元件的所述下电极以比所述压力产生室的宽度窄的宽度形成，并且所述压电体层以比所述下电极的宽度宽的宽度形成，所述振动板的最表层由绝缘体膜构成，所述绝缘体膜由氧化钛(TiOx)形成，所述下电极的最表层由取向控制层构成，所述取向控制层由镍酸镧(LaNiyOj形成，并且，所述压电体层由柱状结晶形成，并且形成在所述绝缘体膜上的压电体层的晶粒的平均粒径比形成在所述取向控制层上的压电体层的晶粒的平均粒径小。在该发明中，提高了压电体层整体的结晶性并实现了实质性的均匀 化。由此，能够实现对压电元件的高速驱动并能够抑制对压电体层的破坏 从而提高耐久性。这里。优选的是所述压电体层的晶体结构为菱形晶、四方晶或单斜 晶。另外，优选的是所述取向控制层和至少形成在该取向控制层上的压 电体层由钙钛矿结构的结晶形成，并且晶面方向沿(110) 、 (001)、(111)或者(113)优先取向。由此，能够更可靠地对压电元件进行高速 驱动，并能够更可靠地抑制随着反复驱动而对压电体层的破坏。另外，优选的是被所述压电体层覆盖的所述下电极的端面为向其外 侧倾斜的倾斜面。由此，在下电极的端面部分上形成的压电体层的结晶性 进一步提高。因此，能够进一步可靠地高速驱动压电元件并能够进一步可 靠地抑制随着反复驱动压电元件而对压电体层的破坏。另外，优选的是所述下电极在所述取向控制层的下层具有导电层， 所述导电层由电阻率比所述取向控制层低的材料形成。由此，即使同时驱 动多个压电元件，也能够获得足够的电流供应能力。因此，能够使并列设 置的各个压电元件的变位特性均匀化。另外，在设置导电层的情况下，优选的是所述导电层被所述取向控 制层覆盖。由此，由于仅下电极的取向控制层与压电体层接触，因此进一 步可靠地提高了压电体层的结晶性。另外，优选的是所述导电层由金属材料、金属材料的氧化物或它们的 合金形成。特别优选的是所述金属材料包括选自以下组中的至少一种， 所述组包括铜、铝、钨、铂、铱、钌、银、镍、锇、钼、铑、钛、镁、 钴。通过使用这些材料，能够进一步可靠地获得上述电流供应能力。另外，优选的是所述压电体层的主要成分为锆钛酸铅(PZT)。由 此，压电元件具有良好的变位特性。另外，优选的是所述压电体层的端面被具有耐湿性的保护膜覆盖。另 外，优选的是所述压电体层的端面被所述上电极覆盖。由此，能够抑制由 于大气中的水分等引起的对压电体层的破坏。另外，对压电元件的电极构造没有特殊的限定，所述下电极可以与所述压力产生室相对应地独立设置并构成所述压电元件的专用电极，所述上电极可以在所述压力产生室的并列设置方向上跨所述压力产生室连续地设置并构成所述压电元件的共用电极。由此，无论压电元件的电极构造如何，均能够提高压电元件的变位特性并能够抑制压电体层的破坏而提高耐久性。
另外，本发明提供一种具有上述液体喷射头的液体喷射装置。根据该发明，能够实现提高了头的可靠性的液体喷射装置。
并且，本发明提供一种致动器，包括振动板和压电元件，所述振动板设置在基板的一个面侧，所述压电元件包括设置在所述振动板上的下电极、压电体层、以及上电极，所述压电体层的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，所述压电体层以比所述下电极宽的宽度形成，所述下电极的端面被所述压电体层覆盖，所述振动板的最表层由绝缘体膜构成，所述绝缘体
膜由氧化钛(TiOx)形成，所述下电极的最表层由取向控制层构成，所述取向控制层由镍酸镧(LaNiyOx)形成，并且，所述压电体层由柱状结晶形成，并且形成在所述绝缘体膜上的压电体层的晶粒的平均粒径比形成在所述取向控制层上的压电体层的晶粒的平均粒径小。
根据该发明，提高了压电体层整体的结晶性并实现了实质性的均匀化。由此，能够实现对压电元件的高速驱动并能够抑制对压电体层的破坏从而提高耐久性。即，能够实现可高速驱动并提高了耐久性的致动器。
图1是实施方式1的记录头的分解立体图2的(a)和(b)是实施方式l的记录头的平面图和截面图3是表示实施方式1的记录头的主要部分的截面图4的(a) (c)是表示实施方式1的记录头的制造工序的截面
图5的(a) (c)是表示实施方式1的记录头的制造工序的截面
图6的(a) (c)是表示实施方式1的记录头的制造工序的截面图；图7的(a) (c)是表示实施方式1的记录头的制造工序的截面图；图8是表示实施方式2的记录头的主要部分的截面图；图9是实施方式3的记录头的分解立体图；图10的(a)和(b)是实施方式3的记录头的平面图和截面图；图11是表示实施方式3的记录头的主要部分的截面图；图12是一个实施方式的记录装置的简要示图。具体实施方式
以下，根据实施方式来详细地说明本发明。 (实施方式1)图1是表示本发明的实施方式1的液体喷射头的一个例子的喷墨式记 录头的简要结构的分解立体图，图2的(a)禾n (b)是图1的平面图和该 平面图的A—A'截面图。如图所示，流路形成基板10在本实施方式中由晶面方向为(110)的 单晶硅基板形成，在其一个面上形成有由氧化膜构成的弹性膜51。在流路 形成基板10上，由间隔壁ll划分的、 一个面由弹性膜51构成的多个压力 产生室12在其宽度方向上并列设置。在流路形成基板10的压力产生室12的长度方向上的一个端部侧设置 有由间隔壁ll划分并与各压力产生室12连通的墨水供应通路13和连通路 径14。在连通路径14的外侧设置有与各连通路径14连通的连通部15。 该连通部15与后述的保护基板30的贮存部32连通，并构成作为各个压力 产生室12的共同的墨水室(液体室)的贮存器100的一部分。这里，墨水供应通路13以截面积比压力产生室12的截面积窄的方式 来形成，该墨水供应通路13将从连通部15向压力产生室12流入的墨水的 流路阻力保持为固定。例如，墨水供应通路13通过在宽度方向上縮小贮 存器l(K)与各压力产生室12之间的压力产生室12侧的流路而以比压力产 生室12的宽度窄的宽度形成。在本实施方式中，通过从单侧縮小流路的宽度来形成了墨水供应通路，但是也可以通过从两侧縮小流路的宽度来形成墨水供应通路。另外，可以不縮小流路的宽度而通过縮小流路的厚度来形成墨水供应通路。另外，通过将压力产生室12的宽度方向上两侧的间
隔壁11向连通部15侧延伸设置而划分墨水供应通路13与连通路径15之间的空间，由此形成各个连通路径14。
作为流路形成基板10的材料，在本实施方式中使用了单晶硅基板，但是当然不限于此，例如也可以使用玻璃陶瓷、不锈钢等。
在流路形成基板10的开口面侧通过粘接剂或热熔敷膜等固定有喷嘴板20，在该喷嘴板20上贯穿设置有喷嘴21，该喷嘴21与各压力产生室12的与墨水供应通路13相反一侧的端部附近连通。喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、单晶硅基板、不锈钢等形成。
另一方面，在这样的流路形成基板10的与开口面相反的一侧间隔着振动板50而形成有压电元件300。这里，将该压电元件300和通过压电元件300的驱动而产生变位的振动板50合称为致动器。在本实施方式中，在流路形成基板10上如上述那样形成有弹性膜51，在该弹性膜51上形成有由氧化钛(TiOx)形成的绝缘体膜52，由该弹性膜51和绝缘体膜52构成了振动板50。
在振动板50 (绝缘体膜52)上形成有包括下电极膜60、压电体层70、以及上电极膜80的压电元件300。这里，压电元件300不仅包括具有下电极膜60、压电体层70、以及上电极膜80的部分，而且还包括至少具有压电体层70的部分。 一般来说，将压电元件300的任一个电极作为共用电极，将另一个电极与压电体层70—起按照每个压力产生室12图案化并作为专用电极。
这里，对本实施方式的压电元件300的结构进行详细的说明。如图3所示，构成压电元件300的下电极膜60以比压力产生室12的宽度窄的宽度设置在与各压力产生室12相对的每个区域，构成了各压电元件300的专用电极。并且，下电极膜60的端面为朝着其外侧倾斜的倾斜面。另外，下电极膜60从各压力产生室12的长度方向上的一个端部侧延伸至周壁而设置，在压力产生室12外侧的区域分别与例如由金(Au)等形成的引线电极90连接，电压经由该引线电极90被选择性地施加在各压电元件 300上(参照图2)。另外，下电极膜60在本实施方式中由在绝缘体膜52上形成的导电层 61和在导电层61上形成的由镍酸镧(LaNiyOx)构成的取向控制层62构 成。导电层61由电阻率比取向控制层62低的材料形成，例如由金属材 料、金属材料的氧化物或它们的合金等形成。作为形成导电层61的金属 材料，具体地说优选包括选自以下组中的至少一种，所述组包括铜、铝、 钨、钼、铱、钌、银、镍、锇、钼、铑、钛、镁、钴。作为用作取向控制层62的镍酸镧，例如在本实施方式中使用x=3、 y =1的LaNi03。由这样的镍酸镧形成的取向控制层62实质上不会受到作 为基底的导电层61的晶面方向的影响，而由钙钛矿结构的结晶形成。对形成这样的取向控制层62的方法没有特殊的限定，例如有溅射 法、溶胶一凝胶法、MOD法等，通过适当地调整成膜条件，可以形成具 有上述那样的结晶性的取向控制层62。压电体层70以比下电极膜60宽并比压力产生室12窄的宽度设置。 即，压电体层70从下电极膜60上连续地形成至下电极膜60外侧的绝缘体 膜52上，与压力产生室12相对的区域的下电极膜60被该压电体层70覆 盖。在压力产生室12的长度方向上，压电体层70的两个端部延伸至压力 产生室12的端部的外侧而设置。并且，压力产生室12的长度方向上的一 个端部侧的压电体层70的端部位于压力产生室12的端部附近，下电极膜 60进一步延伸至该压电体层70的端部外侧的区域而设置。并且，在本发明中，形成在绝缘体膜52上的压电体层70a由粒径比取 向控制层62上的压电体层70b的结晶的粒径小的结晶构成。即，绝缘体 膜52上的压电体层70a的结晶粒径Dl变得比取向控制层62的压电体层 70b的结晶粒径D2小。这里所说的结晶粒径D1、 D2是平面观看压电体层 时的晶粒的平均粒径。由此，压电体层70的整体的结晶性良好并且实际上变得均匀。艮P， 能够提高压电元件300的变位量并抑制随着压电元件300的变位而产生对 压电体层70的破坏。如上所述，取向控制层62上的压电体层70b在取向10控制层62上外延生长结晶。因此，压电体层70b即使结晶粒径比较大也具有良好的结晶性。另一方面，形成在绝缘体膜52上的压电体层70a虽然没有外延生长，但是因为由粒径比取向控制层62上的压电体层70b的粒径小的结晶构成，因此具有与取向控制层62上的压电体层70b同等的良好结晶性。
并且，压电体层70优选至少形成在取向控制层62上的部分70b与取向控制层62相同由钙钛矿结构的结晶构成。并且，这些取向控制层62和取向控制层62上的压电体层70b优选晶面方向沿(110) 、 (001)、(111)、或者(113)优先取向。S口，优选取向控制层62的晶面方向沿(110) 、 (001) 、 (111)、或者(113)优先取向，取向控制层62上的压电体层70b优选在取向控制层62上外延生长。优选的是形成在取向控制层62以外的部分上的压电体层70a、即形成在压电体层70的绝缘体膜52上的部分70a也由钙钛矿结构的结晶构成并且晶面取向沿(110) 、 (001) 、 (111)、或者(113)优先取向。
具有这样的压电体层70的压电元件300充分确保了变位量并提高了耐久性。即，由于压电体层70的结晶性优良，因此能够确保作为压电元件300的充分的变位量，并且能够抑制由于反复驱动压电体层300而导致的压电元件300的变位量的下降。如果反复驱动压电元件300，则随着压电元件300的劣化等，其变位量逐渐下降，但是由于压电体层70具有良好的结晶性，因此能够抑制该变位量的下降。并且，由于压电体层70具有良好的结晶性，因此也提高了压电元件300的响应性，由此也能够高速驱动压电元件300。
另外，压电体层70、特别是取向控制层62上的压电体层70a的晶体结构优选为菱形晶、四方晶、单斜晶。并且，压电体层70优选由柱状结晶形成。由此，能够进一步可靠地抑制压电元件300的变位量的下降。根据本发明的结构，下电极膜60的最表层由取向控制层62构成，所述取向控制层62由镍酸镧形成，并且振动板50的最表层由绝缘体膜52构成，所述绝缘体膜52由氧化钛形成。因此，能够比较容易地形成为上述某一晶体结构并由柱状结晶形成的压电体层70。作为压电体层70的材料，例如优选由以锆钛酸铅[Pb (Zr， Ti) 03: PZT]为主要成分的材料形成，此外也可以使用铌镁酸铅和钛酸铅的固溶体 [Pb (Mg1/3Nb2/3) 03 —PbTi03: PMN —PT]、锌铌酸铅和钛酸铅的固溶体 [Pb (Zn1/3Nb2/3) 03—PbTi03: PZN—PT]等。对这样的压电体层70的制造方法没有特殊的限定，例如可例举出溶 胶一凝胶法、MOD法等。并且，当通过这样的方法来形成压电体层70 时，通过适当地调整成膜条件、加热(烧固)条件等，能够形成具有上述 结晶性的压电体层70。另外，在本实施方式中，如上所述下电极膜60的端面由相对于振动 板50的表面倾斜的面构成而不是由与其近似垂直的面构成(参照图3)。 该下电极膜60的端面相对于振动板50的表面的倾斜角度例如优选为10 30°。由此，在该下电极膜60的端面上也会较好地形成压电体层70。艮P， 压电体层70的整体的结晶性会进一步均匀化。因此，更加可靠地抑制了 压电元件300和振动板50的变位量的下降。并且，在本实施方式中，由于如上所述下电极膜60具有电阻率比取 向控制层62低的导电层61，因此即使同时驱动多个压电元件300，也能 够获得足够的电流供应能力。因此，即使同时驱动并列设置的多个压电元 件300，各个压电元件300的变位特性也不会产生差异，从而能够得到稳 定的、近似均匀的变位特性。在本实施方式中，上电极膜80与和多个压力产生室12相对的区域连 续地形成，另外从压力产生室12的长度方向上的另一个端部侧延伸至周 壁而设置。即，上电极膜80覆盖与压力产生室12相对的区域的压电体层 70的上表面和端面的大致整个区域而设置。由此，通过上电极膜80，实 质上能够防止大气中的水分(湿气)浸透至压电体层70。因此，能够抑制 由于水分(湿气)引起的压电元件300 (压电体层70)的破坏，从而能够 显著地提高压电元件300的耐久性。在形成有由这样的振动板50和压电元件300构成的致动器的流路形 成基板10上通过粘接剂35接合有保护基板30，所述保护基板30在与压 电元件300相对的区域具有压电元件保持部31，所述压电元件保持部31能够确保不会阻碍压电元件300运动的程度的空间。压电元件300由于形成在该压电元件保持部31内，因此在几乎不会受到外部环境影响的状态下被保护。另外，在保护基板30上的与流路形成基板IO的连通部15相对应的区域设置有贮存部32。在本实施方式中，该贮存部32在厚度方向上贯穿保护基板30并沿压力产生室12的并列设置方向设置，如上所述与流路形成基板IO的连通部15连通，构成作为各个压力产生室12的共同的墨水室的贮存器100。
并且，在保护基板30的压电元件保持部31与贮存部32之间的区域设置有在厚度方向上贯穿保护基板30的通孔33，下电极膜60和引线电极90的端部在该通孔33内露出。并且，虽然未进行图示，但是这些下电极膜60和引线电极90通过在通孔33内延伸设置的连接布线而与用于驱动压电元件300的驱动IC等连接。
作为保护基板30的材料，例如有玻璃、陶瓷材料、金属、树脂等，但是更优选的是由与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料形成，在本实施方式中使用与流路形成基板10相同的材料、即单晶硅基板来形成。
在该保护基板30上还接合有由密封膜41和固定板42构成的柔性基板40。密封膜41由刚性低并具有挠性的材料形成，通过该密封膜41来密封贮存部32的一个面。固定板42由金属等硬质材料形成。由于该固定板42的与贮存器100相对的区域为在厚度方向上完全被除去的开口部43，因此fc存器100的一个面仅被具有可挠性的密封膜41密封。
在这样的本实施方式的喷墨式记录头中，从未图示的外部墨水供应单元取入墨水，在从贮存器100至喷嘴21的内部充满了墨水后，按照来自未图示的驱动IC的记录信号向与压力产生室12相对应的各个压电元件300施加电压，使压电元件300发生挠曲变形，由此各个压力产生室12内的压力升高，从而从喷嘴21喷出墨滴。
以下，参照图4的(a) (c)至图7的(a) (c)来说明这样的喷墨式记录头的制造方法。图4的(a) (c)至图7的(a) (c)是表示喷墨式记录头的制造工序的截面图。首先，如图4的(a)所示，在作为由晶面方向(110)的单晶硅基板 形成的硅晶片的流路形成基板用晶片110的表面上形成振动板50。具体地 说，首先形成构成弹性膜51的二氧化硅膜53。例如，在本实施方式中， 通过对流路形成基板用晶片110的表面进行热氧化来形成弹性膜51 (二氧 化硅膜53)。当然，也可以通过热氧化以外的方法来形成弹性膜51。然 后，在该弹性膜51 (二氧化硅膜53)上形成由氧化钛(TiOx)形成的绝 缘体膜52。对绝缘体膜52的形成方法没有特殊的限定，例如可以通过溅 射法来形成。构成振动板50的绝缘体膜52还具有防止构成压电元件300的压电体 层70的铅成分向弹性膜51或流路形成基板IO扩散的作用。然后，如图4的(b)所示，在振动板50 (绝缘体膜52)上形成下电 极膜60，将该下电极膜60图案化为预定的形状。具体地说，例如通过溅 射法等用铂(Pt)等预定的金属材料在绝缘体膜52上形成导电层61，然 后在该导电层61上形成由镍酸镧构成的取向控制层62。然后，依次对这 些取向控制层62和导电层61进行图案化。如上所述，取向控制层62的形成方法例如可例举出溅射法、溶胶一 凝胶法、MOD法等。并且，通过适当地调整成膜条件，能够形成上述结 晶性优良的取向控制层62。然后，如图4的(c)所示，例如使由锆钛酸铅(PZT)等形成的压电 体层70在形成有下电极膜60的流路形成基板用晶片110的整个表面上成 膜。对压电体层70的形成方法没有特殊的限定，例如在本实施方式中采 用以下的溶胶一凝胶法来形成压电体层70:对金属有机物溶解、分散在溶 剂中而形成的所谓的溶胶进行涂布干燥而使其凝胶化，然后通过在高温下 烧固而得到由金属氧化物形成的压电体层70。当然，压电体层70的形成 方法不限于溶胶一凝胶法，例如也可以使用MOD法或溅射法等。并且，当通过这样的方法来形成压电体层70时，通过适当地调整成 膜条件、加热(烧固)条件等，能够形成上述结晶性优良的压电体层70。然后，将该压电体层70图案化为预定的形状。具体地说，如图5的 (a)所示，在压电体层70上涂布抗蚀剂，对该抗蚀剂进行曝光和显影，由此形成预定图案的抗蚀剂膜200。 g卩，例如通过旋涂法等将负性抗蚀剂涂布在压电体层70上，然后通过使用预定的掩模进行曝光、显影、烘培来形成抗蚀剂膜200。当然，也可以代替负性抗蚀剂而使用正性抗蚀剂。在本实施方式中，抗蚀剂膜200的端面按照以预定的角度倾斜的方式形成。
然后，如图5的(b)所示，通过将该抗蚀剂膜200作为掩模对压电体层70进行离子铣削(ion milling)而将其图案化为预定的形状。此时，压电体层70沿抗蚀剂膜200的倾斜的端面被图案化。即，压电体层70的端面为倾斜面。
然后，如图5的(c)所示，剥离压电体层70上的抗蚀剂膜200。对抗蚀剂膜200的剥离方法没有特殊的限定，例如可以通过有机剥离液等来进行剥离。然后，进一步通过预定的清洗液等清洗压电体层70的表面，由此完全除去抗蚀剂膜200。
然后，如图6的(a)所示，通过将上电极膜80形成在流路形成基板用晶片110的整个面上并将该上电极膜80图案化为预定的形状，来形成压电元件300。作为上电极膜80的材料，只要是导电性较高的材料即可，此外没有特殊的限定，例如优选使用铱、铂、钯等金属材料。另外，上电极膜80的厚度必须是不会妨碍压电元件300变位的程度的厚度。但是，该上电极膜80在本实施方式中兼用作耐湿保护膜以防止由于水分而引起的对压电体层70的破坏，因此优选形成得较厚。
然后，如图6的(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整个面上形成由金(Au)构成的引线电极90，然后针对每个压电元件300进行图案化。然后，如图6的(c)所示，通过粘接剂35将多个保护基板30—体地形成的保护基板用晶片130粘接在流路形成基板用晶片110上。在保护基板用晶片130上预先形成有压电元件保持部31、贮存部32、以及通孔33。
然后，如图7的(a)所示，使流路形成基板用晶片IIO变薄至预定的厚度。然后，如图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)构成的保护膜55，并通过预定的掩模将保护膜55图案化为预定的形状。然后，如图7的(c)所示，将该保护膜55作为掩 模并例如使用KOH等碱溶液对流路形成基板用晶片110进行各向异性蚀 刻(湿蚀刻)，由此在流路形成基板用晶片110上形成压力产生室12、墨 水供应通路13、连通路径14、以及连通部15。然后，例如通过切割(dicing)等切断来除去未图示的流路形成基板 用晶片110和保护基板用晶片130的外周边缘部的不需要的部分，将喷嘴 板20接合在流路形成基板用晶片110上并将柔性基板40接合在保护基板 用晶片130上，然后将这些流路形成基板用晶片110分割成图l所示的一 个芯片的大小，由此制造出喷墨式记录头。 (实施方式2)图8是表示实施方式2的喷墨式记录头的主要部分的截面图。 本实施方式是下电极膜60的结构的其他示例，下电极膜60以外的结 构与实施方式l相同。即，在实施方式l中，将取向控制层62形成在导电 层61上(上表面)，与此相对，如图8所示，在本实施方式中，覆盖导 电层61的上表面和端面上、即覆盖导电层61来设置取向控制层62A。通过这样的结构，由于即使在下电极膜60的端面处，压电体层70也 形成在取向控制层62A上，因此进一步提高了下电极膜60的端部附近的 压电体层70的结晶性。 (实施方式3)图9是表示实施方式3的喷墨式记录头的简要结构的分解立体图，图 10的(a)和(b)是图9的平面图和该平面图的B—B '截面图。另外， 图11是表示实施方式3的喷墨式记录头的主要部分的截面图。对与图l 图3所示的部件相同的部件标注相同的标号并省略重复的说明。本实施方式除了由构成压电元件300的下电极膜60A来构成压电元件 300的共用电极、由上电极膜80A来构成专用电极以外与实施方式1相 同。如图所示，本实施方式的下电极膜60A在与各压力产生室12相对的 每个区域以比压力产生室12的宽度窄的宽度从各压力产生室12的长度方 向上的一个端部侧延伸至周壁而设置，并在周壁上被连结而构成各个压电元件300共用的共用电极。压力产生室12的长度方向上的另一个端部侧的下电极膜60A的端部位于与压力产生室12相对的区域内。
压电体层70在压力产生室12的长度方向上延伸至两个端部的外侧而设置，与压力产生室12相对的区域中的下电极膜60A的上表面和端面被压电体层70完全覆盖。另外，在压力产生室12的长度方向上的一个端部侧，下电极膜60A进一步延伸至压电体层70的外侧而设置。
上电极膜80A以比压电体层70的宽度宽的宽度在与各压力产生室12相对的区域中分别独立地设置。§卩，上电极膜80A被压力产生室12之间的间隔壁11断开而构成压电元件300的专用电极。另外，上电极膜80A从压力产生室12的长度方向上的另一个端部侧延伸至周壁而设置。
在本实施方式中，上电极膜80A在各压力产生室12的长度方向上的另一个端部侧延伸至比压电体层70的端部靠外侧的位置而设置。并且，在该上电极膜80A的端部附近连接有引线电极91，电压经由该引线电极91被选择性地施加给各压电元件300。
毋庸置疑，即使在这样的本实施方式的结构中，也能够充分确保压电元件300和振动板50的变位量，并能够抑制随着反复驱动而导致的压电元件300的变位量的下降。并且，由于压电体层70的表面被上电极膜80A覆盖，因此能够抑制由于水分等引起的压电元件300的破坏。g卩，无论压电元件300的电极构造如何，均能够可靠地抑制压电体层70的破坏，从而能够实现一种提高了耐久性的喷墨式记录头。(其他实施方式)
以上说明了本发明的各个实施方式，但是本发明不限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中说明了下电极膜60由导电层61和取向控制层62这两层构成的示例，但是下电极膜60的结构不限于此。如果下电极膜60的最表层通过由镍酸镧形成的取向控制层62构成，则对其下侧的结构没有特殊的限制，例如导电层61也可以由多层构成。
同样，在上述实施方式中说明了振动板50由弹性膜51和绝缘体膜52这两层构成的示例，但是振动板50的结构不限于此。如果振动板50的最表层通过由氧化钛形成的绝缘体膜52构成，则例如还可以在弹性膜51与 绝缘体膜52之间、或者在弹性膜51与流路形成基板IO之间设置有其他的 层。并且，例如在上述实施方式中，通过上电极膜80来覆盖压电体层 70，由此来抑制压电体层70由于水分而遭受破坏，但是上电极膜80的结 构不限于此。例如，上电极膜80也可以仅设置在与下电极膜60相对的区 域中。此时，可以在压电体层70的其他部分上例如形成由包括氧化铝等 的具有耐湿性的材料形成的保护膜并通过该保护膜来抑制由于水分而引起 的对压电体层70的破坏。另外，上述实施方式的喷墨式记录头构成具有与墨盒等连通的墨水流 路的记录头单元的一部分并安装在作为液体喷射装置的一个例子的喷墨式 记录装置上。图12是表示该喷墨式记录装置的一个例子的简要示图。如 图12所示，具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B可拆装地设置在构 成墨水供应单元的墨盒2A和2B上，安装有这些记录头单元1A和1B的 托架3可在轴向上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。 并且，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮和正时带7被传递给托 架3，由此安装有记录头单元1A和1B的托架3沿托架轴5移动。另一方 面，在装置主体4上沿托架轴5设置有压纸巻轴8，作为由未图示的送纸 辊等运送的纸张等记录介质的记录片S在压纸巻轴8上被运送。在上述实施方式中，作为本发明的液体喷射头的一个例子而说明了喷 墨式记录头，但是液体喷射头的基本结构不限于此。本发明广泛地以所有 的液体喷射头为对象，勿庸置疑也能够应用于喷射墨水以外的液体的液体 喷射头。作为其他的液体喷射头，例如可以例举出打印机等图像记录装 置所使用的各种记录头、在液晶显示器等滤色器的制造中所使用的色料喷 射头、在有机EL显示器和FED (场致发射显示器)等的电极形成中所用 的电极材料喷射头、在生物芯片制造中所使用的生物有机物喷射头等。另外，本发明不限于安装在由喷墨式记录头代表的液体喷射头中的致 动器，勿庸置疑也能够应用于安装在其他装置中的致动器。
权利要求
1. 一种液体喷射头，包括流路形成基板和压电元件，所述流路形成基板并列设置有分别与喷射液滴的喷嘴连通的多个压力产生室，所述压电元件包括间隔着振动板而设置在所述流路形成基板的一个面侧的下电极、压电体层、以及上电极，所述压电体层的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，构成各个压电元件的所述下电极以比所述压力产生室的宽度窄的宽度形成，并且所述压电体层以比所述下电极的宽度宽的宽度形成，所述振动板的最表层由绝缘体膜构成，所述绝缘体膜由氧化钛(TiOx)形成，所述下电极的最表层由取向控制层构成，所述取向控制层由镍酸镧(LaNivOx)形成，并且，所述压电体层由柱状结晶形成，并且形成在所述绝缘体膜上的压电体层的晶粒的平均粒径比形成在所述取向控制层上的压电体层的晶粒的平均粒径小。
2. 如权利要求1所述的液体喷射头，其中， 所述压电体层的晶体结构为菱形晶、四方晶或单斜晶。
3. 如权利要求1或2所述的液体喷射头，其中，所述取向控制层和至少形成在该取向控制层上的压电体层由钙钛矿结 构的结晶形成，并且晶面方向沿(110) 、 (001) 、 (111)或者(113) 优先取向。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头，其中， 被所述压电体层覆盖的所述下电极的端面为向其外侧倾斜的倾斜面。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头，其中，所述下电极在所述取向控制层的下层具有导电层，所述导电层由电阻 率比所述取向控制层低的材料形成。
6. 如权利要求5所述的液体喷射头，其中， 所述导电层被所述取向控制层覆盖。
7. 如权利要求5或6所述的液体喷射头，其中，所述导电层由金属材料、金属材料的氧化物或它们的合金形成。
8. 如权利要求7所述的液体喷射头，其中，所述金属材料包括选自以下组中的至少一种，所述组包括铜、铝、 鸨、铂、铱、钌、银、镍、锇、钼、铑、钛、镁、钴。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的液体喷射头，其中， 所述压电体层的主要成分为锆钛酸铅(PZT)。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的液体喷射头，其中， 所述压电体层的端面被具有耐湿性的保护膜覆盖。
11. 如权利要求1至10中任一项所述的液体喷射头，其中， 所述压电体层的端面被所述上电极覆盖。
12. 如权利要求U所述的液体喷射头，其中，所述下电极与所述压力产生室相对应地独立设置并构成所述压电元件 的专用电极，所述上电极在所述压力产生室的并列设置方向上跨越所述压 力产生室连续地设置并构成所述压电元件的共用电极。
13. —种液体喷射装置，具有权利要求1至12中任一项所述的液体喷 射头。
14. 一种致动器，包括振动板和压电元件，所述振动板设置在基板的 一个面侧，所述压电元件包括设置在所述振动板上的下电极、压电体层、 以及上电极，所述压电体层的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，所述压电体层以比所述下电极宽的宽度形成，所述下电极的端面被所 述压电体层覆盖，所述振动板的最表层由绝缘体膜构成，所述绝缘体膜由氧化钛 (TiOx)形成，所述下电极的最表层由取向控制层构成，所述取向控制层 由镍酸镧(LaNiyOx)形成，并且，所述压电体层由柱状结晶形成，并且形成在所述绝缘体膜上的 压电体层的晶粒的平均粒径比形成在所述取向控制层上的压电体层的晶粒 的平均粒径小。
全文摘要
本发明提供一种液体喷射头、液体喷射装置、以及致动器，能够提高压电元件的变位特性并实现高速驱动，并且能够抑制对压电体层的破坏而提高耐久性。压电体层(70)的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，构成各个压电元件的下电极(60)以比压力产生室(12)的宽度窄的宽度形成，并且压电体层(70)以比下电极(60)的宽度宽的宽度形成，振动板(50)的最表层由绝缘体膜(52)构成，该绝缘体膜由氧化钛(TiO<sub>x</sub>)形成，下电极的最表层由取向控制层(62)构成，该取向控制层由镍酸镧(LaNi<sub>y</sub>O<sub>x</sub>)形成，并且，压电体层(70)由柱状结晶形成，并且形成在绝缘体膜(52)上的压电体层(70a)的晶粒的平均粒径比形成在取向控制层(62)上的压电体层(70b)的晶粒的平均粒径小。
文档编号B41J2/14GK101544114SQ200910127100
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者岛田胜人 申请人:精工爱普生株式会社