液体喷射头及液体喷射装置制造方法

液体喷射头及液体喷射装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及液体喷射头及液体喷射装置，可降低压电元件的应力集中来抑制压电元件的损坏。具备：沿着短边方向并列设置有与喷嘴开口连通的压力发生室的流路形成基板；和压电元件，其在该流路形成基板的一个面侧与压力发生室对应设置，具有第1电极、在第1电极上设置的压电体层及在压电体层上设置的第2电极，第1电极对应于压力发生室独立设置，并且第2电极遍及压力发生室的并列设置方向连续设置，与压力发生室的并列设置方向交叉的方向上，在压电体层的实质上驱动的活性部和实质上不驱动的非活性部的边界的至少一方边界的活性部侧，在第1电极与第2电极之间设置有介电常数比活性部的中央部低的低电介质层。
【专利说明】液体喷射头及液体喷射装置
[0001]本申请是2011年I月11日向中国国家专利局提出的申请号为201110008111.3、发明名称为“液体喷射头及液体喷射装置”这一申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及具备压电元件的液体喷射头及液体喷射装置。
【背景技术】
[0003]液体喷射头有如下所述的喷墨式记录头，所述喷墨式记录头在设置有与喷嘴开口连通的压力发生室的流路形成基板的一面侧，设置由第I电极、压电体层及第2电极构成的压电元件，通过压电元件的驱动使压力发生室发生压力变化而从喷嘴开口喷出墨滴。这样的喷墨式记录头所采用的压电元件例如有因湿气等外部环境而容易被损坏的问题。为了解决该问题，例如可以构成为由第2电极覆盖压电体层的外周面(例如参照专利文献I)。在该专利文献I中，第I电极成为公用电极，第2电极成为个别电极。
[0004]另外，还提出了一种将压电元件的第I电极按每个压力发生室设置来作为个别电极，遍布多个压力发 生室连续设置第2电极来作为公用电极的方案(例如参照专利文献2)。
[0005]【专利文献I】日本特开2005-88441号公报
[0006]【专利文献2】日本特开2009-172878号公报(参照图2及图4)
[0007]但是，在专利文献2的图2及图4所示的将第2电极作为公用电极那样的压电元件中，由于在压力发生室的长度方向上，第2电极的端部设置在与压力发生室对置的区域，所以设置有第2电极的区域和未设置的区域刚性出现差异，并且设置有第2电极的区域和未设置的区域成为产生电场的区域(活性部)和不产生电场的区域(非活性部)的边界部分，因此，在活性部和非活性部的边界部分发生应力集中，存在压电体层有可能出现裂纹等损坏这一问题。
[0008]需要说明的是，这样的问题不仅存在于喷墨式记录头中，在喷射墨液以外的液体的液体喷射头中也同样存在。

【发明内容】

[0009]本发明鉴于这样的情况提出，其目的在于，提供一种可以降低压电元件的应力集中来抑制压电元件的损坏的液体喷射头及液体喷射装置。
[0010]解决上述课题的本发明的方式涉及的液体喷射头具备:沿短方向并列设置有与喷嘴开口连通的压力发生室的流路形成基板；和压电元件，其在该流路形成基板的一个面侧与上述压力发生室对应设置，具有第I电极、在该第I电极上设置的压电体层及在该压电体层上设置的第2电极；上述第I电极对应于上述压力发生室独立设置，并且上述第2电极遍及上述压力发生室的并列设置方向连续设置，与上述压力发生室的并列设置方向交叉的方向上，在上述压电体层的实质上驱动的活性部和实质上不驱动的非活性部的边界的至少一方边界的上述活性部侧，在上述第I电极与上述第2电极之间设置有介电常数比上述活性部的中央部低的低电介质层。
[0011]在该方式中，通过在压电元件的活性部和非活性部的边界的活性部侧设置低电介质层，可以使对边界的压电体层施加的电场降低，能够抑制位移量。由此，可以降低应力向活性部和非活性部的边界的集中，抑制压电元件的损坏。
[0012]这里，优选上述低电介质层被设置成覆盖上述第I电极的表面的宽度从上述活性部侧向上述边界逐渐增大。这样，可以使向活性部侧的边界的压电体层施加的电场降低的区域朝向边界递减，能够进一步抑制应力在边界集中。
[0013]而且，优选上述低电介质层遍及上述活性部和上述非活性部设置。这样，即便向接近活性部的非活性部施加电场，也可以通过低电介质层降低所施加的电场。
[0014]并且，上述低电介质层可以被设置成遍及上述活性部和上述非活性部而覆盖上述第I电极的表面的宽度逐渐增大。
[0015]另外，上述低电介质层具有朝向上述边界逐渐减小而露出上述第I电极的表面的锥形部，上述锥形部的侧面被设置成相对于上述第I电极的中央部的直线部的侧面成为45度以下的角度。由此，可以通过规定角度的锥形部可靠地降低应力向活性部和非活性部的边界的集中。
[0016]而且，优选上述低电介质层具有与上述活性部的中央部不同的结晶结构，优选上述低电介质层设置在上述第I电极的正上方。这样，通过利用薄膜成膜法在低电介质层上形成压电体层，可使低电介质层上的结晶性降低、使位移特性降低，能够进一步抑制边界发生应力集中。
[0017]并且，优选在与上述压力发生室的并列设置方向交叉的方向上，在上述第I电极的一端部侧，设置有延伸到上述压电体层的外侧的延设部，上述低电介质层设置在上述压电体层的活性部与非活性部的边界的至少与上述延设部相反一侧的边界。由此，在压电元件的活性部与非活性部的边界的延设部侧，由于通过该延设部而不会发生刚性的急剧变化，所以与延设部的相反侧相比，压电元件难以发生损坏，因此，通过设置宽度朝向更容易被破坏的延设部相反侧的边界逐渐减小的锥形部，可以抑制更容易损坏的区域的应力集中。
[0018]另外，上述低电介质层还可以在上述压电体层的活性部和非活性部的边界的上述延设部侧的边界设置。由此，能够更可靠地抑制难以被损坏的延设部侧的边界的损坏。
[0019]而且，优选上述低电介质层在成为上述活性部的区域中被设置成沿长度方向对称。由此，可以容易地形成锥形部，并且抑制应力分散的偏颇，能够得到安定的位移。
[0020]并且，本发明的另一方式涉及的液体喷射装置具备上述方式的液体喷射头。
[0021]通过该方式，可以实现可靠性及耐久性得以提高的液体喷射装置。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1是实施方式I涉及的记录头的分解立体图。
[0023]图2是实施方式I涉及的记录头的剖面图。
[0024]图3是实施方式I涉及的记录头的主要部分放大俯视图及剖面图。
[0025]图4是表示实施方式I涉及的记录头的驱动状态的剖面图。
[0026]图5是表示实施方式I涉及的记录头的制造方法的剖面图。[0027]图6是表示实施方式I涉及的记录头的制造方法的剖面图。
[0028]图7是表示实施方式I涉及的记录头的制造方法的剖面图。
[0029]图8是表示实施方式I涉及的记录头的制造方法的剖面图。
[0030]图9是表示实施方式I涉及的记录头的制造方法的剖面图。
[0031]图10是表示实施方式2涉及的记录头的俯视图。
[0032]图11是表示实施方式2涉及的记录头的变形例的俯视图。
[0033]图12是实施方式3涉及的记录头的俯视图。
[0034]图13是实施方式4涉及的记录头的俯视图。
[0035]图14是其他实施方式涉及的记录头的剖面图。
[0036]图15是一个实施方式涉及的记录装置的简要图。
[0037]图中:A、B 一边界，I 一喷墨式记录头(液体喷射头)，II 一喷墨式记录装置(液体喷射装置)，10 一流路形成基板，12 一压力发生室，13 一连通部，14 一墨液供给路，15 一连通路,20 —喷嘴板，21 —喷嘴开口，30 —保护基板，31 —歧管(manifold)部,40 —柔性基板，50 —弹性膜，55 —绝缘体膜，60 —第I电极，65 —延设部，70 —压电体层，80 —第2电极，100 一歧管，120 一驱动电路，200、200A、200B、200C—低电介质层，201 一锥形部，202 —第I低电介质部，203 —第2低电介质部，300、300A、300B、300C —压电元件，320 一活性部，330 一非活性部。
【具体实施方式】
[0038]以下根据实施方式，对本发明进行详细说明。
[0039](实施方式I)
[0040]图1是本发明的实施方式I涉及的液体喷射头的一例、即喷墨式记录头的分解立体图，图2 Ca)是喷墨式记录头的剖面图，图2 (b)是图2 Ca)的X_X’放大剖面图。
[0041]如图所示，本实施方式的流路形成基板10由单晶硅基板形成，在其一个面上形成了由二氧化硅构成的弹性膜50。
[0042]在流路形成基板10中，多个压力发生室12沿其宽度方向并列设置。而且，在流路形成基板10的压力发生室12的长度方向外侧的区域形成有连通部13，连通部13和各压力发生室12借助按各个压力发生室12设置的墨液供给路14及连通路15连通。连通部13与后述的保护基板的歧管部31连通，构成了成为各压力发生室12的公用墨液室的歧管的一部分。墨液供给路14以比压力发生室12窄的宽度形成，将从连通部13向压力发生室12流入的墨液的流路阻力保持一定。另外，在本实施方式中，通过从一侧缩窄流路的宽度形成了墨液供给路14，但也可以从两侧缩窄流路的宽度来形成墨液供给路。而且，也可以不缩窄流路的宽度而通过从厚度方向进行缩窄来形成墨液供给路。
[0043]需要说明的是，在本实施方式中，流路形成基板10上设置有由压力发生室12、连通部13、墨液供给路14及连通路15构成的液体流路。
[0044]而且，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接有喷嘴板20，该喷嘴板20上贯穿设有与各压力产生室12的和墨液供给路14相反侧的端部附近连通的喷嘴开口 21。其中，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、硅单晶基板、不锈钢等构成。
[0045]另一方面，在这样的流路形成基板10的开口面的相反侧，如上所述形成有弹性膜50，在该弹性膜50上形成有绝缘体膜55。并且，在该绝缘体膜55上层叠形成有第一电极60、压电体层70和第二电极80，构成了压电元件300。这里，压电元件300是指包括第一电极60、压电体层70及第二电极80的部分。一般来说，将压电元件300的任意一个电极作为公用电极，将另一个电极及压电体层70按各压力产生室12图案化而构成。而且，将在压电体层70的由2个电极夹持的区域中通过向两电极施加电压而发生压电变形的部分称为活性部320。在本实施方式中，通过将第I电极60按各压力发生室12设置，将其作为压电元件300的个别电极，通过遍布多个压力发生室12设置第2电极80，将其作为公用电极。即，将压电体层70的由第I电极60及第2电极80夹持并实质上驱动的区域作为活性部320，将压电体层70的未设置电极60、80的一方或双方且实质上不驱动的区域作为非活性部330。并且，这里将具有能够位移的压电元件300的装置称为执行元件装置。另外，在上述的例子中，弹性膜50、绝缘体膜55及第I电极60作为振动板发挥作用，但当然并不限定于此，例如也可以不设置弹性膜50及绝缘体膜55，而仅使第I电极60作为振动板发挥作用。而且，压电元件300自身可以实质上兼作振动板。
[0046]这里，参照图3及图4，对压电元件300的构成进行详细说明。
[0047]如图3及图4所示，构成压电元件300的第I电极60对应于各压力发生室12独立设置。这里，第I电极60对应于各压力发生室12独立设置是指:第I电极60被分割成在压力发生室12的并列设置方向上不连续。在本实施方式中，通过将第I电极60设置成宽度比压力发生室12的短边方向的宽度(压力发生室12的并列设置方向的宽度)窄，将第I电极60对应于各压力发生室12独立设置。
[0048]而且，这样的按每个压力发生室12独立设置的第I电极60通过彼此未被电导通，来作为压电元件300的个别电极发挥功能。
[0049]并且，在压力发生室12的长度方向，在第I电极60的与墨液供给路14相反侧的端部，设置有与压电体层70的端部相比延伸设置到外侧的延设部65。该延设部65的端部未被压电体层70覆盖而是露出，由此成为与后面详述的驱动电路120电连接的连接端子。SP，第I电极60还作为从压电元件300引出来连接驱动电路120的引出布线发挥功能。当然，也可以另外设置导电性与第I电极60不同的布线作为引出布线。
[0050]压电体层70被设置成在压力发生室12的短边方向(压力发生室12的并列设置方向)上比第I电极60宽，且比压力发生室12的短边方向的宽度窄，压电体层70覆盖第I电极60的宽度方向的端面。
[0051]而且，压电体层70被设置成在压力发生室12的长度方向(与压力发生室12的并列设置方向交叉的方向)上比压力发生室12长。在本实施方式中，压电体层70在压力发生室12的长度方向上以覆盖第I电极60的墨液供给路14侧的端部的大小进行设置。
[0052]并且，压电体层70被设置成在压力发生室12的长度方向上比第I电极60的与连通部13相反侧的端部短，露出了第I电极60的引出布线的一部分。该露出的第I电极60的端部与驱动电路120电连接。
[0053]其中，压电体层70由表现电气机械转换作用的压电材料、例如具有钙钛矿结构且含有Zr或Ti作为金属的强电介质材料，例如锆钛酸铅(PZT)等强电介质材料、或向其中添加了氧化铌、氧化镍或氧化镁等金属氧化物而得到的材料等形成。具体而言，可以举出锆钛酸铅(Pb (Zr，Ti) O3)、钛锆酸钡(Ba (Zr，Ti) O3)、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。
[0054]对压电体层70的厚度没有特别限定，只要将厚度控制成在制造工序中不会发生裂纹的程度、且将厚度形成为显现足够的位移特性的程度即可。例如，通过以0.2?5μπι左右的厚度形成压电体层70，容易得到所希望的结晶结构。在本实施方式中，为了得到最佳的压电特性，使压电体层70的膜厚为1.2 μ m。
[0055]而且，对压电体层70的制造方法没有特别限定，例如可以使用下述的所谓溶胶一凝胶法来形成压电体层70，所述溶胶一凝胶法通过涂敷将有机金属化合物溶解.分散到溶剂中而得到的所谓溶胶，并使其干燥而凝胶化，进而在高温下烧成，由此得到由金属氧化物构成的压电体层70。当然，压电体层70的制造方法不限于溶胶一凝胶法，例如也可以使用MOD (有机金属分解法:Metal-Organic Decomposition)法、派射法等。
[0056]另外，在本实施方式中，按每个压力发生室12独立设置了压电体层70，但并不限于此，例如也可以遍及多个压力发生室12连续设置压电体层70。在本实施方式中，通过按每个压力发生室12分开独立设置压电体层70，使得压电体层70不会妨碍压电元件300的位移。
[0057]第2电极80遍及多个压力发生室12的并列设置方向连续设置。这里，第2电极80与多个压力发生室12连续设置的情况，除了如图3 Ca)所示在相邻的压力发生室12之间连续之外，还包括在相邻的压力发生室12之间一部分被切分的情况。
[0058]而且，第2电极80在压力发生室12的长度方向(与压力发生室12的并列设置方向交叉的方向)上，被设置在与压力发生室12对置的区域内。即，第2电极80的长度方向(压力发生室12的长度方向)的端部设置成位于压力发生室12的区域内。
[0059]并且，第2电极80在第I电极60的延设部65侧被设置成与第I电极60相比成为内侧(压力发生室12的中央侧)成为端部，即与第I电极60相比压力发生室12侧成为端部，第2电极80规定了压电体层70的活性部320的长度方向的端部。
[0060]在这样的由第I电极60、压电体层70及第2电极80构成的压电元件300中，由第I电极60的宽度方向(压力发生室12的短边方向且为并列设置方向)的端部规定了压电体层70的作为实质驱动部的活性部320的短边方向(宽度)的端部，由第2电极80的长度方向(压力发生室12的长度方向)的端部规定了活性部320的长度方向的端部(长度)。而且，将其以外的压电体层70的区域、即未设置第I电极60及第2电极80的任何一方或两方的区域作为非活性部330。因此，活性部320与非活性部330的边界由第I电极60和第2电极80规定。这里，在本实施方式中，对于压力发生室12的长度方向上的活性部320与非活性部330的边界，将墨液供给路14侧作为边界A，将墨液供给路14相反侧(延设部65侦D作为边界B。
[0061]在这样的压电元件300的第I电极60的上方、即第2电极80侧，设置有低电介质层 200。
[0062]低电介质层200在与压力发生室12的并列设置方向交叉的方向(压力发生室12的长度方向)上，被设置在活性部320与非活性部330的边界A、B的一个边界A的活性部320侧，在本实施方式中，遍及活性部320和非活性部330、即跨边界A连续设置。
[0063]这样的低电介质层200在本实施方式中，被设置在第I电极60的正上方，即设置在第I电极60与压电体层70之间。而且，在本实施方式中，遍及压电体层70的宽度(压电元件300的并列设置方向)设置了低电介质层200。
[0064]其中，低电介质层200是介电常数比活性部320的中央部的压电体层70低的材料。具体而言，作为低电介质层200，可以使用陶瓷材料，作为陶瓷材料，例如可以举出TiO3、ZrO3> PbTi03、Si03、BaTi03、SrTiO3> LaFeO3> BiFeO3等。另外，在使用锆钛酸铅作为压电体层70的情况下，作为低电介质层200，优选使用材料与压电体层70相同且介电常数比压电体层70低的PbTi03、PbZrTiO3等。这样，只要介电常数比压电体层70低的锆钛酸铅含有钛(Ti)比压电体层70多即可。顺便说明，通过低电介质层200使用材料与压电体层70相同且介电常数比压电体层70低的材料，压电体层70和低电介质层200的刚性、杨氏模量等特性不会产生大的差异，不会使压电元件300整体的位移特性降低，而且，难以发生低电介质层200与压电体层70、第I电极60等的层间剥离。
[0065]另外，在本实施方式中，还在压力发生室12的长度方向上的与墨液供给路14相反侧的活性部320和非活性部330的边界B，在活性部320侧的第I电极60与第2电极80之间设置了低电介质层200。在本实施方式中，在边界B处也与边界A侧的低电介质层200同样，遍及活性部320和非活性部330、即跨边界B设置了低电介质层200。
[0066]这里，在第I电极60的与墨液供给路14相反侧，设置有如上所述延伸设置至压电体层70的外部的延设部65。该延设部65与活性部320的第I电极60连续，延伸设置到压力发生室12的外侧，延设部65延伸设置的端部与后述的驱动电路120的连接布线121连接。
[0067]这样，通过在第I电极60的上方遍及活性部320和非活性部330设置低电介质层200，在设置有低电介质层200的活性部320的端部(边界A)附近，施加给压电体层70的电场减少。这里，对压电体层70而言，由于位移量对应于电场强度发生变化，所以在跨过在第I电极60与第2电极80之间设置有低电介质层200的边界A的区域中，与活性部320的中央部(仅由压电体层70构成的区域)相比，位移量降低。顺便说明，在非活性部330中，未对压电体层70施加电场。这样，在压力发生室12的长度方向上，压电体层70中存在被施加电场的区域(活性部320)、和未被施加电场的区域(非活性部330)，其中，在被施加电场的区域(活性部320)中，存在大幅位移的中央侧(未设置低电介质层200的区域)、和在活性部320与非活性部330的边界区域(边界A及其附近)位移量比中央减小的区域。顺便说明，当向未设置低电介质层200的压电元件300施加电压而使其变形时，进行图4的虚线所示的变形，在活性部320与非活性部330的边界A发生应力集中。这是因为，在设置了第2电极80的活性部320与未设置第2电极80的非活性部330的边界A，产生了因第2电极80的有无所引起的刚性差。而且，边界A的应力集中还因为向活性部320施加电场使其变形，未向非活性部330施加电场没有使其自发变形(进行追随活性部320的变形的变形)而发生。
[0068]但是，在本实施方式中，通过设置低电介质层200，可以向活性部320的非活性部330侧的端部(边界A)侧的压电体层70施加比活性部320的中央侧低的电场，能够减少活性部320的非活性部330侧的端部的位移量。由此，如图4所示，可以缓和压电元件300位移后的边界A及其附近的倾斜角度，能够降低应力在压电体层70的边界A及其附近集中，可抑制裂纹等损坏的发生。
[0069]而且，在本实施方式中，跨过边界A将低电介质层200设置于活性部320和非活性部330。即，低电介质层200还设置在非活性部330的活性部320侧的端部(边界A侧)。当然，低电介质层200只要设置在活性部320侧即可，可以不设置于非活性部330。
[0070]并且，在本实施方式中，由于在延设部65侧的活性部320与非活性部330的边界B，也设置了在第I电极60上遍及活性部320和非活性部330连续的低电介质层200，所以与上述的边界A侧的低电介质层200同样，通过边界B侧的低电介质层200也可以降低压电体层70的边界B侧的边界部分的应力集中，能够抑制裂纹等损坏的发生。
[0071]另外，在活性部320与非活性部330的边界A侧，在非活性部330中设置了第I电极60，但第I电极60被设置成与压力发生室12的长度方向的端部相比内侧成为端部。与此相对，在活性部320与非活性部330的边界B侧的非活性部330中，第I电极60 (延设部65)设置到压力发生室12的端部的外侧。因此，与边界B的附近相比，在边界A的附近，在与压力发生室12对置的区域内，非活性部330的刚性与活性部320的刚性产生大的差异。因此，低电介质层200优选至少设置在边界A。
[0072]而且，在本实施方式中，将低电介质层200设于墨液供给路14侧、和延设部65侧双方的边界A、B。因此，这2个低电介质层200在成为活性部320的区域中可以沿着长度方向对称。
[0073]并且，通过使用结晶性与压电体层70不同的材料作为低电介质层200，可以使第I电极60上形成的压电体层70、和低电介质层200上形成的压电体层70的结晶性发生变化。具体而言，当在低电介质层200上通过外延生长使压电体层70进行结晶生长时，由于作为基底的低电介质层200的结晶性的影响，形成结晶性比第I电极60上形成的压电体层70低的压电体层70。由此，低电介质层200上形成的压电体层70具有比其他区域低的压电特性，由此也会使低电介质层200上的压电体层70的位移量降低，可以降低活性部320与非活性部330的边界A、B及其附近的应力集中。
[0074]另外，在本实施方式中，将低电介质层200设置在第I电极60与压电体层70之间，但并不限于此，例如也可以设置在压电体层70的厚度方向的中途、或压电体层70与第2电极80之间等。不过，通过如上述那样，将低电介质层200设置在低电介质层200上有压电体层70存在的位置、即设置在压电体层70的厚度方向的中途、第I电极60与压电体层70之间，利用薄膜成膜法(例如溅射、CVD法、溶胶一凝胶法等)在低电介质层200上设置压电体层70，可以使将压电体层70形成在第I电极60上的结晶结构、与形成在低电介质层200上的结晶结构成为不同的结构，通过使低电介质层200上的压电体层70的结晶性比活性部320的中央部的压电体层70的结晶性降低而难以位移，能够进一步有效降低应力集中。
[0075]而且,在本实施方式中，通过在设置有延设部65的边界B设置低电介质层200,可以抑制边界B的应力集中，但由于低电介质层200只不过设置在第I电极60上，所以低电介质层200不会提高第I电极60 (延设部65)的电阻，施加给压电元件300的电压不会降低。顺便说明，也可以可以通过缩窄第I电极60的边界B附近的宽度或设置开口，来降低施加给压电体层70的电场，但如果缩窄第I电极60的宽度或设置开口，则第I电极的电阻升高，导致施加给压电兀件300的电压降低。在本实施方式中，由于未使第I电极60变形，所以第I电极60的电阻不会升高。
[0076]在形成了这样的压电元件300的流路形成基板10上、即在第I电极60及绝缘体膜55上，借助粘接剂35接合了具有构成歧管100的至少一部分的歧管部31的保护基板30。该歧管部31在本实施方式中沿着厚度方向贯通保护基板30并遍及压力发生室12的宽度方向形成，如上所述构成了与流路形成基板10的连通部13连通并成为各压力发生室12的公用墨液室的歧管100。另外，可以按每个压力发生室12将流路形成基板10的连通部13分割成多个，仅将歧管部31作为歧管。并且，例如可以在流路形成基板10上仅设置压力发生室12，在介于流路形成基板10与保护基板30之间的构件(例如弹性膜50、绝缘体膜55等)上设置将歧管和各压力发生室12连通的墨液供给路14。
[0077]另外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域，设置了具有不妨碍压电元件300运动的程度的空间的压电元件保持部32。压电元件保持部32只要具有不妨碍压电元件300的运动程度的空间即可，该空间可以被密封，也可以未被密封。
[0078]作为这样的保护基板30，优选使用热膨胀率与流路形成基板10大致相同的材料，例如使用玻璃、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用材料与流路形成基板10相同的单晶硅基板形成。
[0079]另外，在保护基板30上固定了用于驱动并列设置的压电元件300的驱动电路120。作为该驱动电路120，例如可以使用电路基板、半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路120和第I电极60及第2电极80借助由接合线等导电性线构成的连接布线121电连接。
[0080]另外，在这样的保护基板30上，接合有由密封膜41及固定板42构成的柔性基板40。这里，密封膜41由刚性低且具有可挠性的材料形成，通过该密封膜41密封歧管部31的一个面。而固定板42由比较硬质的材料形成。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除去的开口部43，所以歧管100的一个面仅被具有可挠性的密封膜41密封。
[0081]在这样的本实施方式的喷墨式记录头中，从与未图示的外部墨液供给机构连接的墨液导入口摄入墨液，在从歧管100至喷嘴开口 21由墨液充满了内部之后，按照来自驱动电路120的记录信号，向与压力发生室12对应的各第I电极60和第2电极80之间施加电压，使弹性膜50、绝缘体膜55、第I电极60及压电体层70挠曲变形，由此各压力发生室12内的压力升高，从喷嘴开口 21喷出墨滴。
[0082]此时，通过在与第I电极60的延设部65相反侧的活性部320和非活性部330的边界A，遍及活性部320和非活性部330设置跨过边界A的低电介质层200，可以抑制应力向活性部320和非活性部330的边界A集中。同样，通过在延设部65侧的边界B也设置低电介质层200，可以抑制应力向延设部65侧的活性部320和非活性部330的边界B集中。
[0083]下面，对这样的本实施方式的喷墨式记录头的制造方法进行说明。其中，图5?图9是表示本发明的实施方式I涉及的喷墨式记录头的制造方法的剖面图。
[0084]首先，如图5(a)所示，在作为硅晶片且一体化形成多个流路形成基板10的流路形成基板用晶片110的表面，形成构成弹性膜50的氧化膜51。该氧化膜51的形成方法没有特别限定，例如只要通过扩散炉等对流路形成基板用晶片110进行热氧化而形成即可。接着，如图5 (b)所示，在弹性膜50 (氧化膜51)上形成由材料与弹性膜50不同的氧化膜构成的绝缘体膜55。
[0085]接着,如图5 (C)所示,例如遍及绝缘体膜55的整个面形成由钼及铱构成的第I电极60。第I电极60例如可以通过溅射法等形成。
[0086]接下来，如图6 (a)所示，在第I电极60上形成由钛(Ti)构成的种晶层61。该种晶层61以3.5?5.5nm的厚度形成。其中，种晶层61的厚度优选为4.0nm。在本实施方式中，以4.0nm的厚度形成了种晶层61。另外，在本实施方式中，作为种晶层61，使用了钛(Ti)，但种晶层61只要在以后的工序中形成压电体层70时，成为压电体层70的结晶的核即可，没有特别限定于此，例如作为种晶层61，也可以使用氧化钛(Ti02)。
[0087]接着，如图6 (b)所示，在形成低电介质层200的区域，本实施方式中是在跨过边界A的区域、和跨过边界B的区域(未图示)，形成由钛(Ti)构成的低电介质层形成层62。在本实施方式中，以20nm的厚度形成了低电介质层形成层62。上述种晶层61及低电介质层形成层62可以分别通过溅射法形成。通过该低电介质层形成层62的钛向后述的压电体膜72扩散而引起氧化，形成了 PbTi03、TiO2等的低电介质层200。
[0088]接着，形成由锆钛酸铅(PZT)构成的压电体层70。这里，在本实施方式中，例如可以使用如下所述的溶胶一凝胶法形成压电体层70，所述溶胶-凝胶法通过涂敷将金属有机物溶解.分散到溶剂中得到的所谓溶胶，并将其干燥而凝胶化，进而在高温下烧成，来得到由金属氧化物构成的压电体层70。另外，压电体层70的制造方法不限于溶胶一凝胶法，例如也可以使用MOD (有机金属分解法:Metal_0rganic Decomposition)法、派射法等。
[0089]作为压电体层70的具体形成步骤，首先，如图6 (c)所示，在种晶层61及低电介质层形成层62上形成作为PZT前体膜的压电体前体膜71。S卩，在形成了种晶层61及低电介质层形成层62的流路形成基板10上，涂敷含有金属有机化合物的溶胶(溶液)(涂敷工序)。接下来，将该压电体前体膜71加热至规定温度，使其干燥一定时间(干燥工序)。接着，将干燥后的压电体前体膜71加热至规定温度，保持一定时间，由此进行脱脂(脱脂工序)。然后，如图6 (d)所示，通过将压电体前体膜71加热至规定温度，并保持一定时间而使其结晶化，形成压电体膜72 (烧成工序)。通过该烧成工序的加热，种晶层61及低电介质层形成层62的钛向压电体膜72的膜中扩散。此时，设置有低电介质层形成层62的区域的压电体膜72与其他区域(未形成低电介质层形成层62的区域)相比，由于被更多地扩散了钛，所以在低电介质层形成层62上形成与其他区域相比更富含钛的PZT。而且，由于含钛比其他区域多的富含钛的PZT，成为结晶性与具有单斜结构的其他区域不同的四方晶结构，介电常数降低，所以可以作为低电介质层200使用。顺便说明，虽然种晶层61、低电介质层形成层62等向压电体膜72扩散，但可以残留在压电体膜72与第I电极60的界面。
[0090]其中，作为在这样的干燥工序、脱脂工序及烧成工序中使用的加热装置，例如可以使用加热板、通过红外线灯的照射进行加热的RTP (快速热处理:Rapid ThermalProcessing)装置等。
[0091]然后，如图7 Ca)所示，在将压电体膜72的第I层形成在第I电极60上的阶段，使第I电极60及第I层的压电体膜72按照它们的侧面倾斜的方式同时形成图案。
[0092]这样，如果在形成了第I层的压电体膜72之后与第I电极60同时形成图案，则第I层的压电体膜72即使作为使第2层以后的压电体膜72良好结晶生长的种(籽晶)，性质也较强，即便通过形成图案在表层形成极薄的变质层，也不会对第2层以后的压电体膜72的结晶生长造成较大影响。
[0093]而且，通过在形成图案之后，多次反复进行由上述的涂敷工序、干燥工序、脱脂工序及烧成工序构成的压电体膜形成工序，来形成如图7 (b)所示的由多层压电体膜72构成的规定厚度的压电体层70。在如此形成了多层压电体膜72时，如上所述，形成在低电介质层200上的压电体膜72与其他压电体膜72相比结晶性低，可以使位移特性降低。[0094]接着，如图8 (a)所示，在压电体层70上形成由铱(Ir)构成的第2电极80。
[0095]然后，如图8 (b)所示，将压电体层70及第2电极80在分别与各压力发生室12对置的区域形成图案，形成压电元件300。
[0096]接着，如图8 (c)所示，在流路形成基板用晶片110的压电元件300侧，借助粘接剂35接合作为硅晶片且成为多个保护基板30的保护基板用晶片130。其中，由于该保护基板用晶片130例如具有为数百ym左右的厚度，所以通过接合保护基板用晶片130，使得流路形成基板用晶片110的刚性显著提高。然后，如图9 (a)所示，使流路形成基板用晶片110成为规定的厚度。
[0097]接着，如图9 (b)所示，在流路形成基板用晶片110上新形成例如由氮化硅(SiN)构成的掩模膜52，形成规定形状的图形。然后，如图9 (。)所示，通过隔着掩模膜52对流路形成基板用晶片110实施使用了 KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿式蚀刻)，形成与压电元件300对应的压力发生室12、连通部13、墨液供给路14及连通路15等。
[0098]随后，利用例如切割刀具等切断流路形成基板用晶片110及保护基板用晶片130的外周缘部的不要部分而将其除去。然后，在流路形成基板用晶片110的与保护基板用晶片130相反侧的面接合穿设有喷嘴开口 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等分割成图1所示那样的一个芯片尺寸的流路形成基板10等，由此制成本实施方式的喷墨式记录头。
[0099](实施方式2)
[0100]图10是将本发明的实施方式2涉及的液体喷射头的一例、即喷墨式记录头的主要部分放大后的俯视图。其中，对与上述的实施方式I同样的构件附加相同的符号，并省略重复的说明。
[0101]如图10所示，实施方式2的压电元件300A具备:第I电极60、低电介质层200A、压电体层70及第2电极80。
[0102]低电介质层200A在压力发生室12的长度方向(与并列设置方向交叉的方向)的活性部320和非活性部330的墨液供给路14侧的边界A，遍及活性部320和非活性部330跨边界A连续设置。
[0103]而且，低电介质层200A被设置成覆盖第I电极60的宽度从活性部320侧向边界A逐渐增大。换言之，低电介质层200A被设置成在从第2电极80侧俯视第I电极60时,与上述第I电极60重叠的宽度从活性部320向边界A逐渐增大。
[0104]本实施方式中，在低电介质层200A的活性部320侧，设置了使第I电极60的边界A侧的端部朝向边界A缓缓露出的切成三角形状的开口、即锥形部201。而且，通过本实施方式的锥形部201被设置成遍及活性部320和非活性部330跨边界A连续，锥形部201遍及活性部320和非活性部330对第I电极60的表面进行能够覆盖的宽度逐渐增大。
[0105]这样的锥形部201的内侧面的角度Θ相对于第I电极60的侧面以45度以下形成为。即，锥形部201的边界A侧的先端的角度为90度以下。通过如此规定锥形部201的角度，可以将朝向活性部320与非活性部330的边界向压电体层70施加大的电场的面积的逐渐减小率设成合适的值，能够可靠地降低应力向活性部320和非活性部330的边界部分集中，可抑制应力集中引起的裂纹的发生。
[0106]另外，优选锥形部201的覆盖第I电极60的边界A的宽度W1相对于第I电极60的宽度Wtl为50%以下，希望为25%?50%。这样，通过规定边界A的宽度W1,能够可靠地进行由边界的锥形部201实现的应力的分散。
[0107]这样，在本实施方式的压电元件300A中，由于在边界A设置了具有锥形部201的低电介质层200A，所以活性部320的向压电体层70施加大电场的面积朝向边界A缓缓递减。换言之，在活性部320的非活性部330侧的压电体层70中，通过低电介质层200A屏蔽电场而被施加弱的电场的区域，朝向边界A缓缓增大。这里，由于如上所述那样，压电体层70对应于被施加电场的面积而改变位移量，所以在设置有锥形部201的区域中，位移量朝向活性部320和非活性部330的边界A递减。结果，压电元件300位移后的边界部分的倾斜角度进一步趋缓，可以降低边界部分的应力集中。因此，可抑制在压电体层70的边界A及其附近发生裂纹等损坏。
[0108]而且，在本实施方式中，与上述的实施方式I同样，在与墨液供给路14相反侧的活性部320和非活性部330的边界B，设置了具有从活性部320向边界B覆盖第I电极60的宽度逐渐增大的锥形部201的低电介质层200A。这样，通过在第I电极60的延设部65侧的边界B也设置具有锥形部201的低电介质层200A，可抑制延设部65侧的活性部320和非活性部330的边界B的应力集中，降低裂纹等损坏的发生。
[0109]另外，本实施方式中，在边界B侧仅设置了一个低电介质层200A，但不特别限于此。这里在图11中表示了其他例子。其中，图11是表示本发明的实施方式2涉及的喷墨式记录头的变形例的俯视图。
[0110]如图11所示，在第I电极60的边界B侧，对活性部320侧和非活性部330双方分别设置I个低电介质层200A，使活性部320侧的低电介质层200A和非活性部330侧的低电介质层200A在边界B连续。而且，各低电介质层200A的锥形部201在边界B连续并开口。
[0111]这样，即使在边界B设置2个低电介质层200A，且使各锥形部201朝向边界B开口率逐渐增大，也可以缓和边界B处的应力集中。
[0112]而且，在本实施方式中，未对低电介质层200A的位置进行说明，但低电介质层200A与上述的实施方式I同样，可以位于第I电极60与压电体层70之间，也可以位于压电体层70的厚度方向的中途，还可以位于压电体层70与第2电极80之间。顺便说明，通过在低电介质层200A的第2电极80侧存在压电体层70，且利用薄膜成膜法形成压电体层70，可以使低电介质层200A上的压电体层70的结晶性降低能够进一步降低应力向边界A、B的集中。
[0113](实施方式3)
[0114]图12是将本发明的实施方式3涉及的液体喷射头的一例、即喷墨式记录头的主要部分放大后的俯视图。其中，对与上述的实施方式I同样的构件附加相同的符号，并省略重复的说明。
[0115]如图12所示，实施方式3的压电元件300B具备:第I电极60、低电介质层200B、压电体层70及第2电极80。
[0116]低电介质层200B在压力发生室12的长度方向(与并列设置方向交叉的方向)的活性部320和非活性部330的墨液供给路14侧的边界A，遍及活性部320和非活性部330具有跨边界A连续设置的多个短栅状的第I低电介质部202。这些第I低电介质部202在与第I电极60对置的区域沿着第I电极60的宽度方向(压电元件300的并列设置方向)并列设置多个，在本实施方式中为4个。
[0117]通过这样的低电介质层200B，也可以与上述的实施方式I同样，降低边界A的应力集中，抑制压电体层70发生裂纹等损坏。
[0118]而且，在本实施方式中，与上述的实施方式I同样，在与墨液供给路14相反侧的活性部320和非活性部330的边界B，也设置有低电介质层200B。这样，通过在第I电极60的延设部65侧的边界B也设置低电介质层200B，可以抑制延设部65侧的活性部320和非活性部330的边界B的应力集中，降低裂纹等损坏的发生。
[0119]另外，在本实施方式中，未对低电介质层200B的位置进行说明，但低电介质层200B与上述的实施方式I同样，可以位于第I电极60和压电体层70之间，也可以位于压电体层70的厚度方向的中途，还可以位于压电体层70与第2电极80之间。顺便说明，通过在低电介质层200B的第2电极80侧存在压电体层70，且利用薄膜成膜法形成压电体层70，可以使低电介质层200B上的压电体层70的结晶性降低，能够进一步降低应力向边界A、B的集中。
[0120](实施方式4)
[0121]图13是将本发明的实施方式4涉及的液体喷射头的一例、即喷墨式记录头的主要部分放大后的俯视图。其中，对与上述的实施方式同样的构件附加相同的符号，并省略重复的说明。
[0122]如图13所示，实施方式3的压电元件300C具备:第I电极60、低电介质层200C、压电体层70及第2电极80。
[0123]低电介质层200C在压力发生室12的长度方向(与并列设置方向交叉的方向)的活性部320和非活性部330的墨液供给路14侧的边界A，具有遍及活性部320和非活性部330被设置成跨边界A且不连续的多个第2低电介质部203。这些第2低电介质部203在与第I电极60对置的区域中，沿着第I电极60的长度方向(与压电元件300的并列设置方向交叉的方向)设置多个而成的列在第I电极60的宽度方向上并列设置有3列。
[0124]在本实施方式中，使第2低电介质部203为矩形，以单体遍及活性部320和非活性部330非连续设置，通过多个第2低电介质部203设置在边界A的两侧(活性部320及非活性部330)，由多个第2低电介质部203构成的低电介质层200C遍及活性部320和非活性部330而设置。
[0125]而且，低电介质层200C覆盖第I电极60的宽度从活性部320朝向非活性部330逐渐增大。在本实施方式中，作为低电介质层200C，设置了 3列如上所述从活性部320朝向非活性部330并列设置的第2低电介质部203的列，在其中的中心I列中，减小活性部320的中央侧的第2低电介质部203的面积，增大了非活性部330侧的第2低电介质部203的面积。而对于第2低电介质部203并列设置的其他2列，成为相同的开口面积。由此，低电介质层200C从活性部320朝向非活性部330，覆盖第I电极60的面积逐渐增大。结果，压电元件300位移后的边界部分的倾斜角度进一步趋缓，可以降低边界部分的应力集中。因此，可抑制压电体层70的边界A及其附近发生裂纹等损坏。
[0126]另外，在本实施方式中，与上述的实施方式I同样，在与墨液供给路14相反侧的活性部320和非活性部330的边界B，设置了具有从活性部320朝向边界B覆盖第I电极60的宽度逐渐增大的第2低电介质部203的低电介质层200C。这样,通过在第I电极60的延设部65侧的边界B也设置低电介质层200C，可以抑制延设部65侧的活性部320和非活性部330的边界B的应力集中，降低裂纹等损坏的发生。
[0127]当然，在本实施方式中，也可以像上述的实施方式2的图11所示的例子那样，将低电介质层200C分别设置在边界B的两侧的活性部320及非活性部330。
[0128]另外，在本实施方式中，未对低电介质层200C的位置进行说明，但低电介质层200C与上述的实施方式I同样，可以位于第I电极60和压电体层70之间，也可以位于压电体层70的厚度方向的中途，还可以位于压电体层70与第2电极80之间。顺便说明，通过在低电介质层200C的第2电极80侧存在压电体层70，且利用薄膜成膜法形成压电体层70，可以使低电介质层200C上的压电体层70的结晶性降低，能够进一步降低应力向边界A、B的集中。
[0129](其他实施方式)
[0130]以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明的基本构成并不限于上述。例如，上述的实施方式I?4中，在与墨液供给路14相反侧的活性部320的端部(边界B)也设置了低电介质层200?200C，但延设部65侧的低电介质层200?200C也可以是与其相反侧的墨液供给路14侧的低电介质层200?200C不同的组合。
[0131]而且，在上述的例子中，将低电介质层200?200C设置在第I电极60的正上方，但如上所述，低电介质层200?200C的位置并不限于此。这里，将变更了低电介质层200?200C的位置的例子表示于图14。其中，图14是表示其他实施方式涉及的变形例的剖面图。如图14 (a)所示，低电介质层200可以设置在压电体层70的厚度方向的中途。另外，还可以如图14 (b)所示，低电介质层200被设置在压电体层70与第2电极80之间。
[0132]并且，在上述的例子中，作为流路形成基板10，例示了单晶硅基板，但并不限于此，例如也可以使用SOI基板、玻璃等材料。
[0133]而且，在上述的例子中，即便不在压电元件300?300C上设置具有耐湿性的保护膜，由于第I电极60的压力发生室12的长度方向的一端部被压电体层70覆盖,所以在第I电极60和第2电极80之间也没有电流漏泄，可以抑制压电元件300?300C的损坏。另夕卜，虽然第I电极60的压力发生室12的长度方向的另一端部未被压电体层70覆盖,但由于在第I电极60和第2电极80之间有距离，所以没有特别影响。当然，通过在上述例子的压电元件300?300C上设置具有耐湿性的保护膜，能够进一步可靠地保护压电元件300?300C，但通过如上述例子的压电元件300?300C那样不设置保护膜，可以在保护膜不妨碍压电元件300?300C的位移的情况下得到大的位移量。
[0134]并且，在上述的例子中，按各压力发生室12将压电体层70分开，但并不限于此，例如也可以设置遍及压力发生室12的并列设置方向连续的压电体层70。该情况下，例如可以遍及压电元件300?300C的并列设置方向连续设置低电介质层200?200C。
[0135]另外，上述各实施方式的喷墨式记录头构成了具备与墨盒等连通的墨液流路的记录头单元的一部分，被搭载于喷墨式记录装置。图15是表示其喷墨式记录装置的一例的简要图。
[0136]在图15所示的喷墨式记录装置II中，具有喷墨式记录头I的记录头单元IA及IB以能够装卸的方式设有构成墨液供给机构的墨盒2A及2B，搭载了该记录头单元IA及IB的托架3轴向移动自如地设置于安装在装置主体4上的滑架轴5。该记录头单元IA及IB例如分别喷出黑色墨液组合物及彩色墨液组合物。
[0137]而且，驱动马达6的驱动力通过未图示的多个齿轮及同步带7传递给滑架3，由此使搭载了记录头单元IA及IB的滑架3沿着滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4上沿着滑架轴5设有压板8，由未图示的供纸辊等供给的纸等作为记录介质的记录片S被卷绕到压板8上而输送。
[0138]另外，在上述的喷墨式记录装置II中，例示了将喷墨式记录头I (喷头单元1A、1B)搭载于托架3上并沿主扫描方向移动的构成，但并不特别限定于此，例如也可以将本发明应用于下述的所谓行式记录装置中，即喷墨式记录头I被固定，仅使纸等记录片材S沿副扫描方向移动来进行打印。
[0139]此外，在上述的实施方式I中，作为液体喷射头的一例举例说明了喷墨式记录头，但本发明是以所有液体喷射头为对象的，当然也能够应用于喷射墨液以外的液体的液体喷射头中。作为其他液体喷射头，例如可举出打印机等图像记录装置所用的各种记录头、液晶显示器等滤色器的制造所用的色材喷头、有机EL显示器、FED (场致显示器)等的电极形成所用的电极材料喷头、生物芯片制造所用的生体有机物喷头等。
【权利要求】
1.一种液体喷射头，其特征在于，具备: 在第I电极与第2电极之间具有压电体层的压电元件、和与所述压电元件对应设置的压力发生室， 在包括被所述第I电极和所述第2电极夹持的活性部与未被所述第I电极和所述第2电极夹持的非活性部的边界的区域，设置有介电常数比所述压电体层低的低电介质层。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层具有与所述压电体层不同的结晶构造。
3.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层的介电常数低于所述活性部的中央部。
4.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层设置在所述第I电极与所述第2电极之间。
5.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层被设置成覆盖所述第I电极的表面的宽度从所述活性部侧朝向所述边界逐渐增大。
6.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层被遍及所述活性部的短边方向的宽度设置。
7.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层形成为短栅状。
8.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层不连续地形成。
9.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层与所述活性部的长边方向的两端部各自的所述边界对应地分别设置。
10.如权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于， 所述低电介质层被设置成在所述活性部的长边方向或者短边方向的任意一个方向对称。
11.一种液体喷射装置，其特征在于， 具备权利要求1?10中任意一项所述的液体喷射头。
【文档编号】B41J2/045GK103950290SQ201410101265
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2011年1月11日 优先权日:2010年1月13日
【发明者】宫泽弘, 伊藤浩, 加藤治郎 申请人:精工爱普生株式会社