液體噴射頭、液體噴射裝置、壓電元件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠抑制壓電體層封入損壞的液體噴射頭及液體噴射裝置、壓電元件及其制造方法。其具備：流道形成基板（10）和壓電元件（300），該流道形成基板（10）具有連通于噴嘴開口的壓力產(chǎn)生室，該壓電元件（300）具有設于該流道形成基板的一側(cè)的第一電極（60）、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層（70）以及第二電極80，所述第二電極具備設于所述壓電體層側(cè)的第一層（81）和設在該第一層的與所述壓電體層的相反側(cè)的第二層（82）；其中，在所述第二電極的與所述壓電體層相反側(cè)設有由包含于所述壓電體層中的鉛聚集而成的多個凸部。
【專利說明】液體噴射頭、液體噴射裝置、壓電元件及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及從噴嘴開口噴射液體的液體噴射頭、液體噴射裝置、以及裝載在液體噴射頭等上的壓電元件及其制造方法。

【背景技術】
[0002]以往已知一種如下的液體噴射頭，其通過使壓電元件的變形以使壓力產(chǎn)生室內(nèi)的液體發(fā)生壓力變動，從而從與壓力產(chǎn)生室連通的噴嘴噴射液滴。作為這種液體噴射頭的代表示例，存在有以液滴的形式噴射油墨滴的噴墨式記錄頭。
[0003]噴墨式記錄頭例如，在設置有與噴嘴開口連通的壓力產(chǎn)生室的流道形成基板的一側(cè)設有壓電元件，通過此壓電元件的驅(qū)動而使振動板變形從而使壓力產(chǎn)生室內(nèi)產(chǎn)生壓力變化，由此從噴嘴噴射油墨滴。
[0004]在此，噴墨式記錄頭中所使用的壓電元件包括如下的壓電元件，即，具備設置在振動板上的第一電極、壓電體層以及第二電極，而作為壓電體層而使用了鋯鈦酸鉛等(參照專利文獻I)。
[0005]這樣的噴墨式記錄頭的壓電元件中存在由于壓電體層內(nèi)所含有的過量鉛而導致耐電壓降低從而可能發(fā)生損壞的問題。
[0006]此外，此類問題不僅存在于噴墨式記錄頭中，同樣地還存在于噴射油墨以外的液體的液體噴射頭中。
[0007]專利文獻1:日本特開2009-172878號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于這種情形，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制壓電體層的損壞的液體噴射頭及液體噴射裝置、壓電元件及其制造方法。
[0009]為了解決上述問題本發(fā)明的方式為一種液體噴射頭，其特征在于，具備:流道形成基板，其具有連通于噴嘴開口的壓力產(chǎn)生室；壓電元件，其具有設置于該流道形成基板的一側(cè)上的第一電極、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層以及第二電極，所述第二電極具備設于所述壓電體層側(cè)的第一層、和設置在該第一層的與所述壓電體層相反側(cè)的第二層，在所述第二電極的與所述壓電體層相反側(cè)上設有由包含于所述壓電體層中的鉛聚集而成多個凸部。
[0010]在本實施方案中，由于壓電體層中包含的過量的鉛可以被第一層吸附，所以能夠提高壓電體層的壓電特性，尤其是耐電壓特性。
[0011]此處，優(yōu)選為，所述第一電極為，分別設于所述壓電元件的多個作為實質(zhì)性的驅(qū)動部的有源部上的獨立電極，所述第二電極為，多個所述有源部所共用的共同電極。由此，能夠用壓電體層來覆蓋第一電極，而不需要用于抑制由于第一電極和第二電極的接觸而導致的泄漏電流的保護膜，從而不會有保護膜妨礙壓電元件的位移的情況，而能夠?qū)崿F(xiàn)具備具有良好的位移特性的壓電元件的液體噴射頭。
[0012]另外，本發(fā)明的另一個方式為一種液體噴射裝置，其特在于，具備上述方式的液體嗔射頭。
[0013]在該實施方案中，能夠?qū)崿F(xiàn)通過抑制由于泄漏電流而引起的壓電元件的損壞來提高其可靠性的液體噴射裝置。
[0014]另外，本發(fā)明的另一個方式為一種壓電元件，其特征在于:具備第一電極、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層和第二電極，所述第二電極具備設于所述壓電體層側(cè)的第一層、和設在該第一層的與所述壓電體層相反側(cè)的第二層；在所述第二電極的與所述壓電體層相反側(cè)上設有由包含于所述壓電體層中的鉛聚集而成多個凸部。
[0015]在該方式中，由于壓電體層中包含的過量的鉛可以被第一層吸附，因此能夠提高壓電體層的壓電特性，尤其是耐電壓特性。
[0016]另外，本發(fā)明的另一個方式提供一種壓電元件的制造方法，其特征在于:所述壓電元件具備第一電極、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層和第二電極，所述壓電元件的制造方法包括以下工序:通過氣相沉積法而在所述壓電體層上形成構(gòu)成為所述第二電極的第一層的工序；通過對所述壓電體層和所述第一層進行圖案形成并進行加熱處理，從而使包含于所述壓電體層中的鉛吸附于所述第一層上，而形成由該鉛聚集而成的多個凸部的工序。
[0017]在該方式中，由于壓電體層中包含的過量的鉛可以被第一層吸附，因此能夠提高壓電體層的壓電特性，尤其是耐電壓特性。
[0018]另外，優(yōu)選為，在形成多個所述凸部之后，還具備在所述第一層上形成第二層以形成所述第二電極的工序。由此，可通過第二層來降低電阻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的分解立體圖；
[0020]圖2為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的俯視圖和剖視圖；
[0021]圖3為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的將主要部分放大的剖視圖；
[0022]圖4為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的制造方法的剖視圖；
[0023]圖5為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的制造方法的剖視圖；
[0024]圖6為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的制造方法的剖視圖；
[0025]圖7為本發(fā)明的實施方式I中所述的第一層的SEM圖像；
[0026]圖8為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的制造方法的剖視圖；
[0027]圖9為表示本發(fā)明的實施方式I中所述的記錄頭的制造方法的剖視圖；
[0028]圖10為表示本發(fā)明的一個實施方式中所述的液體噴射裝置的簡略圖。

【具體實施方式】
[0029]下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
[0030]實施方式I
[0031]圖1是表示作為本發(fā)明的第一實施方式中所述的液體噴射頭的一個示例的噴墨式記錄頭的立體圖，圖2是噴墨式記錄頭的俯視圖以及A-A'線剖視圖，圖3是將圖2的主要部分放大的剖視圖。
[0032]如圖所示，在作為本實施方式的液體噴射頭的一個示例的噴墨式記錄頭I所具備的流道形成基板10上形成有壓力產(chǎn)生室12。并且，多個由隔壁11劃分成的壓力產(chǎn)生室12沿著噴射油墨的多個噴嘴開口 21的并排設置方向而并排設置。以下，將此方向稱之為壓力產(chǎn)生室12的并排設置方向或第一方向X。另外，在流道形成基板10上，壓力產(chǎn)生室12沿著第一方向X并排設置的列為多列，在本實施方式中，設有2列。對于此壓力產(chǎn)生室12沿著第一方向X所形成的壓力產(chǎn)生室12的列被多列設置的、成列設置方向，以下稱之為第二方向。
[0033]另外，在流道形成基板10的垂直于壓力產(chǎn)生室12的第一方向X的第二方向Y的一端部側(cè)，通過多個隔壁11而劃分出油墨供給通道13和連通通道14。在連通通道14的外側(cè)(在第二方向Y上與壓力產(chǎn)生室12相反側(cè))上形成有連通部15，其構(gòu)成成為各個壓力產(chǎn)生室12所共用的油墨室(液體室)的歧管100的一部分。即，在流道形成基板10上設有液體流道，其由壓力產(chǎn)生室12、油墨供給通道13、連通通道14以及連通部15組成。
[0034]在流道形成基板10的一側(cè)、即壓力產(chǎn)生室12等的液體流道所開口的面上，通過粘合劑或熱熔薄膜等而接合有噴嘴板20，在該噴嘴板20上貫穿設置有噴嘴開口 21，該噴嘴開口 21與各個壓力產(chǎn)生室12連通。即在噴嘴板20上，沿著第一方向X并排設置有噴嘴開口21。
[0035]在流道形成基板10的另一側(cè)上形成有振動板50。本實施方式所涉及的振動板50由彈性膜51和絕緣體膜52構(gòu)成，所述彈性膜51形成于流道形成基板10上，所述絕緣體膜52形成于彈性膜51上。另外，可以減薄加工流道形成基板10的一部分以作為振動板的彈性膜來使用。此外，壓力產(chǎn)生室12等的液體流道通過從一面起對流道形成基板10進行各向異性蝕刻的方式形成，壓力產(chǎn)生室12等的液體流道的另一面由振動板50 (彈性膜51)構(gòu)成。
[0036]在絕緣體膜52上形成有壓電元件300，該壓電元件300是由，厚度例如為約
0.2 μ m的第一電極60、厚度例如為約1.0 μ m的壓電體層70以及厚度例如為約0.05 μ m的第二電極80構(gòu)成。以可變形的方式設置于該基板(流道形成基板10)上的壓電元件300成為本實施方式的壓電致動器。
[0037]下面，進一步詳細說明作為壓電致動器的壓電元件300。此外，圖3是在本發(fā)明的實施方式I中所述的壓電元件的第一方向以及第二方向的剖視圖。
[0038]如圖3所示，構(gòu)成壓電元件300的第一電極60按照每個壓力產(chǎn)生室12而被分割，從而構(gòu)成針對每個后述的有源部而相互獨立的獨立電極。并且，第一電極60在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上，被形成為與壓力產(chǎn)生室12的寬度相比而較窄的寬度。即，在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上，第一電極60的端部位于與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的內(nèi)側(cè)。另外，在第二方向Y上，第一電極60的兩個端部分別延伸設置至壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。此外，第一電極80的材料須是在形成后述的壓電體層70時不會發(fā)生氧化且可以維持導電性的材料，優(yōu)選例如鉬(Pt)、銥(Ir)等貴金屬，或者鑭鎳氧化物(LNO)等為代表的導電性氧化物。
[0039]此外，作為第一電極60可使用用于在上述導電材料和振動板50之間確保粘附力的粘合層。在本實施方式中雖然沒有特別圖示，但使用鈦作為粘合層。此外，可使用鋯、鈦、氧化鈦等作為粘合層。也就是說，在本實施方式中通過由鈦構(gòu)成粘合層和從上述導電材料中選擇的至少一種的導電層來形成第一電極60。
[0040]在整個第一方向X上，以第二方向Y上的寬度成為預定的寬度的方式連續(xù)地設置壓電體層70。壓電體層70在第二方向Y上的寬度與壓力產(chǎn)生室12在第二方向Y上的長度相比而較大。因此，在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上，壓電體層70被設置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。
[0041]壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的一端側(cè)(本實施方式中油墨供給通道側(cè))上的壓電體層70的端部，位于與第一電極60的端部相比靠外側(cè)的位置處。也就是說，第一電極60的端部被壓電體層70所覆蓋。在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的另一端側(cè)上的壓電體層70的端部，位于與第一電極60的端部相比靠內(nèi)側(cè)(壓力產(chǎn)生室12側(cè))的位置處。
[0042]另外，在延伸設置至壓電體層70外側(cè)的第一電極60上連接有例如由金(Au)等構(gòu)成的引線電極90。雖省略圖示，但是該引線電極90構(gòu)成與連結(jié)于驅(qū)動電路等上連接配線相連接的端子部。
[0043]另外，在壓電體層70上形成有與各個隔壁11相對的凹部71。此凹部71的第一方向X上的寬度與各個隔壁11的第一方向X上的寬度大致相同或者與之相比而較寬。由此，能夠使與振動板50的壓力產(chǎn)生室12的寬度方向上的端部相對的部分(振動板50的臂部)的剛性得到抑制，從而能夠使壓電元件300良好地進行位移。
[0044]作為壓電體層70可以列舉鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜(鈣鈦礦型晶體)，其由形成于第一電極60上并具有機電轉(zhuǎn)換作用的強介電性陶瓷材料構(gòu)成。作為壓電體層70的材料可使用含有鉛(Pb )、鈦(Ti )以及鋯(Zr )的材料，例如鋯鈦酸鉛(PZT)等強介電性壓電材料、或在其中添加氧化鈮、氧化鎳或氧化鎂等金屬氧化物而形成的材料。具體可使用鈦酸鉛(PbTi03)、鋯鈦酸鉛(Pb (Zr，Ti) 03)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鈦酸鑭鉛((Pb，La)，Ti03)、鋯鈦酸鉛鑭((Pb，La) (Zr，Ti) 03)、或者鎂鈮鋯鈦酸鉛(Pb (Zr，Ti) (Mg，Nb) O3)等。在本實施方式中，作為壓電體層70而使用了鋯鈦酸鉛(PZT)。
[0045]如下面的詳細說明，壓電體層70可以通過溶膠一凝膠法，MOD (Metal-OrganicDecomposit1n:金屬有機化合物沉積)法等液相法、派射法、激光燒蝕法等PVD (PhysicalVapor Deposit1n:物理氣相沉積)法(氣相法)等形成。此外,在本實施方式中，壓電體層70形成時的內(nèi)部應力是拉伸應力。
[0046]第二電極80設置在壓電體層70的與第一電極60相反側(cè)，構(gòu)成多個有源部310所共用的共同電極。在本實施方式中，第二電極80具備設置于壓電體層70側(cè)的第一層81、以及設置于第一層81的與壓電體層70相反側(cè)的第二層82。其中，如下面的詳細說明，第一層81例如具有如下物質(zhì)，即，在壓電體層70上形成由銥構(gòu)成的銥層并在銥層上形成由鈦構(gòu)成的鈦層之后通過加熱而氧化形成的物質(zhì)、即氧化銥和氧化鈦。另外，第一層81的銥層還作為擴散防止層而發(fā)揮功能，所述擴散防止層用于抑制在加熱處理時構(gòu)成壓電體層70的成分在第一層81中過量擴散并抑制鈦層的成分在壓電體層70中擴散。
[0047]另外，第一層81的鈦層可以吸附壓電體層70的表面(第二電極80側(cè))的過量的成分，例如在采用含有鉛的壓電體層70的情況下，具有吸附壓電體層70表面多余的鉛以提高壓電體層70的壓電特性的功能。
[0048]另外，構(gòu)成第二電極80的第二層82可使用具有導電性的材料，例如銥或鈦和銥層疊而成的材料。此外，為了降低電阻，第二層82與第一層81相比形成得較厚。由于銥的內(nèi)部應力是壓縮應力，鈦的內(nèi)部應力大致為0，因而第二電極80的內(nèi)部應力是壓縮應力。
[0049]在這樣的第二電極80上，設置有向壓電體層70的相反側(cè)突出的多個凸部83。凸部83是通過壓電體層70中含有的鉛(Pb)被吸附在第一層81的鈦(Ti)上聚集而成的部分，并由壓電體層70的鉛和第二電極80 (第一層81)中所含有的成分即銥和鈦而形成。此夕卜，第二層82遵循凸部83的形狀而形成于第一層81上，在第二電極80的表面(壓電體層70的相反側(cè))上形成有凸部83。
[0050]這樣的凸部83的平面方向(第一方向X和第二方向Y)大小為500nm以下，高度方向(壓電體層70和第二電極80的層疊方向)大小為20nm以上50nm以下。另外，如下面的詳細說明，凸部83的大小根據(jù)實施熱處理的溫度、時間等條件而變化，具有加熱溫度越高則越大的趨勢。
[0051]在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的一側(cè)(油墨供給通道一側(cè))的第二電極80的端部位于與壓電體層70的端部相比靠內(nèi)側(cè)(壓力產(chǎn)生室12側(cè))的位置處。也就是說，壓電體層70的第二方向Y的端部與第二電極80相比向外側(cè)突出設置。
[0052]這種結(jié)構(gòu)的壓電元件300通過在第一電極60和第二電極80之間施加電壓而產(chǎn)生位移。即通過向兩電極之間施加電壓，從而使夾在第一電極60和第二電極80之間的壓電體層70上產(chǎn)生壓電應變。并且，將向兩電極施加電壓時在壓電體層70上產(chǎn)生壓電應變的部分稱為有源部310。相對于此，將壓電體層70上不能產(chǎn)生壓電應變的部分稱為非有源部320。另外，將在壓電體層70上產(chǎn)生壓電應變的有源部310中與壓力產(chǎn)生室12相對的部分稱為可撓部，將壓力產(chǎn)生室12外側(cè)的部分稱為非可撓部。
[0053]在本實施方式中,在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上，第一電極60、壓電體層70以及第二電極80連續(xù)地設置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。也就是說有源部310連續(xù)地設置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。因此，有源部310中與壓電元件300的壓力產(chǎn)生室12相對的部分是可撓部，壓力產(chǎn)生室12外側(cè)的部分是非可撓部。
[0054]其中，在本實施方式中如圖3 (a)所示，有源部310的第二方向Y的端部通過第二電極80來規(guī)定，并且有源部310的第二方向Y的端部設置在與壓力產(chǎn)生室12相對的區(qū)域的外側(cè)，即非可撓部上。
[0055]而且，在本實施方式中，在有源部310的第二方向Y的外側(cè)，于油墨供給通道的相反側(cè)配置有未設置第二電極80的非有源部320。其中，在第二方向Y上，非有源部320與有源部310厚度相比而較薄。既在有源部310和非有源部320的邊界上形成因厚度不同而導致的高低差。此高低差通過相對于與流道形成基板10的設置有壓電元件300的表面垂直的方向(法線方向)而傾斜的傾斜面330而形成。此外，有源部310和非有源部320的厚度是指第一電極60、壓電體層70以及第二電極80的層疊方向的厚度。
[0056]如此，通過設置傾斜面330，從而能夠抑制應力集中在傾斜面330和非有源部320表面所劃分形成的角部上，由此能夠抑制由于應力集中于角部而導致的損壞。
[0057]此外，優(yōu)選為，相對于有源部310的表面以10?45度角度形成傾斜面330。這是因為，例如當傾斜面330大于45度而接近于與垂直面時，應力會集中在傾斜面330和非有源部320劃分形成的角部處，從而使在傾斜面330和非有源部320間的角部處產(chǎn)生裂紋等。
[0058]在這種壓電兀件300中，由于第二電極80覆蓋著壓電體層70,所以第一電極60和第二電極80之間不會發(fā)生電流泄漏的情況，從而能夠抑制壓電元件300的損壞。另外，當?shù)谝浑姌O60和第二電極80在相接近的狀態(tài)下被露出時，在壓電體層70的表面上電流將發(fā)生泄漏，從而損壞壓電體層70。即使第一電極60和第二電極80被露出，但只要第一電極60和第二電極80的距離不接近，則不會發(fā)生電流的泄漏。
[0059]如圖1和圖2所示，在由這樣的壓電元件300所形成的流道形成基板10上通過粘合劑35而粘合有保護壓電元件300的保護基板30。
[0060]在保護基板30上設有壓電元件保持單元31,壓電元件保持單元31為構(gòu)成收納壓電元件300的空間的凹部。并且在保護基板30上設置有構(gòu)成歧管100的一部分的歧管部32。歧管部32沿厚度方向貫穿保護基板30并形成于整個壓力產(chǎn)生室12的寬度方向上，如上所述那樣與流道形成基板10的連通部15相連通。另外在保護基板30上設置有沿厚度方向貫穿保護基板30的貫通孔33。與各個有源部310的第一電極60連接的引線電極90在該貫通孔33內(nèi)露出，未圖示的連接于驅(qū)動電路的連接線的一端在該貫通孔33內(nèi)與引線電極90相連接。
[0061 ] 另外，如果在保護基板30被接合的區(qū)域形成有壓電體層70以及第二電極80，則在第二電極80中由于設置了凸部83，可以通過錨定效應提高粘附力。
[0062]在保護基板30上接合有由密封膜41以及固定板42構(gòu)成的柔性基板40。密封膜41是由剛性低且具有可撓的材料構(gòu)成，通過該密封膜41密封歧管單元32的一面。另外，由金屬等硬質(zhì)的材料形成固定板42。由于與該固定板42的歧管100相對的區(qū)域是在厚度方向上被完全移除的開口部43，可僅用被具有可撓的密封膜41密封歧管100的一面。
[0063]在本實施方式的噴墨式記錄頭I中，直至油墨填滿從歧管100至噴嘴開口 21的內(nèi)部為止，從連接于未圖示的外部油墨供給裝置的油墨導入口輸入油墨之后，按照來自驅(qū)動電路的記錄信號向與壓力產(chǎn)生室12相對應的各個第一電極60和第二電極80之間施加電壓。因此振動板50與壓電元件300 —起撓曲變形而致各個壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力變高，從各噴嘴開口 21中噴射墨滴。
[0064]這里，如上所述的本實施方式的噴墨式記錄頭的制造方法進行說明。此外，圖4?圖6、圖8?圖9是表示噴墨式記錄頭的制造方法的剖視圖。
[0065]首先，如圖4 (a)所示，在作為硅晶片的流道形成基板用晶片110的表面上形成振動板50。在本實施方式中，通過層疊經(jīng)由熱氧化流道形成基板用晶片110而形成的二氧化硅(彈性膜51)和用濺射法形成膜后進行熱氧化而形成的氧化鋯(絕緣體膜52)構(gòu)成振動板50。
[0066]除了振動板50 (如果是層疊膜，在電極形成側(cè))必須是一種絕緣體，并且必須能承受形成壓電體層70時的溫度(一般在500°C以上)之外，在流道形成基板10上使用硅晶片且形成壓力產(chǎn)生室12等流道時，用KOH (氫氧化鉀)的各向異性蝕刻的情況下，振動板(如果是層疊，在硅晶片一側(cè))有必要作為蝕刻阻擋層發(fā)揮作用。另外，在振動板50的一部分上使用二氧化硅的情況下，如果壓電體層70中所含的鉛或鉍等擴散到二氧化硅，則二氧化硅變質(zhì)且上層的電極和壓電體層70剝離。因此，還需要二氧化硅的擴散防止層。
[0067]層疊了二氧化硅和氧化鋯的振動板50的各個材料可承受形成壓電體層70時的溫度，同時二氧化硅作為絕緣層和蝕刻阻擋層，氧化鋯作為絕緣層和擴散防止層發(fā)揮作用，因此是最優(yōu)選的。在本實施方式中，由該彈性膜51和絕緣體膜52形成了振動板50，但是作為振動板50也可以僅設置彈性膜51和絕緣體膜52中的任意一個。
[0068]接著，如圖4 (b)所示，在振動板50整個面上形成第一電極60。雖然沒有特別限定該第一電極60的材料，但是必須是一種不會因為形成壓電體層70時的熱處理(一般在500°C以上)時的氧化或壓電體層70中包括的材料的擴散等而失去導電性的材料。因此，作為第一電極60的材料優(yōu)選即使在高溫也不會失去導電性的鉬金，銥等金屬或者氧化銥、鑭鎳氧化物等導電性氧化物，以及這些材料的層疊材料來使用。此外，第一電極60可以通過例如濺射法和PVD法(物理蒸鍍法)、激光磨蝕法等氣相成膜、以及旋涂法等液相成膜等形成。另外，在所述的導電材料與振動板50之間可以使用確保粘附力的粘附層。在本實施方式中，雖然沒有特別圖示但粘附層采用的是鈦。此外，作為粘附層可以使用鋯、鈦、氧化鈦等。粘附層的成膜方法與電極材料相同。此外，在電極表面(壓電體層70的成膜側(cè))也可以形成用于控制壓電體層70的結(jié)晶生長的控制層。在本實施方式中使用鈦作為壓電體層70 (PZT)的結(jié)晶控制。鈦在壓電體層70成膜時被導入壓電體層70內(nèi)，因此在壓電體層70形成之后不存在膜。結(jié)晶控制層可以使用鑭鎳氧化物等鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的導電性氧化物等。結(jié)晶控制層的成膜方法與電極材料相同。而且，作為絕緣性的結(jié)晶控制層在壓電體層70形成之后最好不存在于壓電體層70和第一電極60之間。這是因為結(jié)晶控制層和壓電體層70的電容器串聯(lián)連接，導致施加到壓電體層70的電場降低的緣故。如本實施方式，作為取向控制層使用鈦，因此本來應經(jīng)過會成為氧化物(絕緣體)的熱處理，卻由于被導入到壓電體層70中所以不會以膜的形態(tài)存在。
[0069]然后，在本實施方式中，形成由鋯鈦酸鉛(PZT)構(gòu)成的壓電體層70。這里，在本實施方式中，溶解、分散了金屬絡合物的溶劑既所謂的溶膠通過涂敷干燥使其凝膠，進而通過高溫煅燒而得到由金屬氧化物構(gòu)成的壓電體層70，即使用溶膠-凝膠法形成壓電體層70。另外，壓電體層70的制造方法不局限于溶膠-凝膠法，也可以使用例如MOD(Metal-Organi c2Decompos it 1n)法或灘射法或激光磨蝕法等 PVD (Physical VaporDeposit1n)法等。即壓電體層70可以由液相法、氣相法中的任一種形成。
[0070]如圖5 (a)所示，壓電體層70的具體形成順序為，首先在第一電極60上形成作為PZT前驅(qū)體膜的壓電體前驅(qū)體膜73。即由第一電極60 (晶種層61)形成的流道形成基板用晶片110上涂布(涂布工序)含有金屬絡合物的溶膠(溶液)。然后將該壓電體前驅(qū)體膜73加熱至規(guī)定溫度并干燥一段時間(干燥工序)。例如，在本實施方式中，可以將壓電體前驅(qū)體膜73在170?180°C下干燥8?30分鐘。
[0071]然后，通過將干燥后的壓電體前驅(qū)體膜73加熱至規(guī)定溫度并維持一定時間來進行脫脂(脫脂工序)。例如，在本實施方式中，通過將壓電體前驅(qū)體膜73加熱至300?400°C左右的溫度并維持約10?30分鐘來進行脫脂。另外，這里所說的脫脂是指分離壓電體前驅(qū)體膜73中所包含的有機成分，例如N02、C02、H20等。
[0072]接著，如圖5 (b)所示，通過將壓電體前驅(qū)體膜73加熱至規(guī)定溫度并維持一定時間來使其結(jié)晶，以形成壓電體膜74(煅燒工序)。在該煅燒工序中優(yōu)選將壓電體前驅(qū)體膜73加熱至700°C以上。另外，在煅燒工序中優(yōu)選將升溫速度設定為50°C/sec以上。由此能夠得到具有優(yōu)異特性的壓電體膜74。
[0073]另外，作為在干燥工序、脫脂工序和煅燒工序中所使用的加熱裝置可使用例如利用加熱板或紅外線燈的照射來加熱的RTP (Rapid Thermal Processing)裝置等。
[0074]接著，如圖5 (c)所示，在第一電極60上形成第一層的壓電體膜74的階段，同時圖案化第一電極60和第一層的壓電體膜74以使其側(cè)面傾斜。另外，第一電極60和第一層的壓電體膜74的圖案化可以通過例如反應性離子蝕刻(RIE)、離子銑削等干蝕刻法進行。
[0075]這里，例如在第一電極60圖案化之后形成第一層的壓電體膜74時，由于通過光刻工序、離子纟先削、灰化將第一電極60圖案化,導致第一電極60的表面和設置在表面的未圖示的鈦等晶種層等變質(zhì)。于是即使在變質(zhì)的表面上形成壓電體膜74，該壓電體膜74的晶體性不好，由于第二層后續(xù)的壓電體膜74也影響第一層的壓電體膜74的結(jié)晶狀態(tài)而生長結(jié)晶，所以無法形成具有良好結(jié)晶性的壓電體層70。
[0076]與此相比,如果在第一層的壓電體膜74形成之后將其與第一電極60 —起圖案化，第一層的壓電體膜74與鈦等晶種相比即使作為使第二層后續(xù)的壓電體膜74良好地結(jié)晶生長的種子(種子)其性質(zhì)很強，例如即使由于圖案化在表層形成極薄的變質(zhì)層也不會對第二層后續(xù)的壓電體膜74的晶體生長造成大的影響。
[0077]另外，在形成第二層疊電體膜之前露出的振動板50 (本實施方式中為氧化鋯的絕緣體膜52)上，也可以使用晶體控制層(中間晶體控制層)。在本實施方式中，使用鈦作為中間晶體控制層。此由鈦構(gòu)成的中間晶體控制層與在第一電極60上形成晶體控制層的鈦相同，在形成壓電體膜74時被導入到壓電體膜74中。而且，當中間晶體控制層成為中間電極或并聯(lián)電容的電介質(zhì)時，會引起壓電特性的下降。因此，中間晶體控制層的材料優(yōu)選在被導入到壓電體膜74 (壓電體層70)且在壓電體層70成膜之后，不會作為膜殘留下來的材料。
[0078]接下來，如圖5 (d)所示，通過反復進行上述由涂布工序、干燥工序、脫脂工序及煅燒工序組成的壓電體膜形成工序，形成由多層疊電體膜74組成的壓電體層70。
[0079]接著，如圖6 (a)所示，在壓電體層70上層疊具有銥的銥層811和在銥層811上具有鈦的鈦層812。該銥層811及鈦層812可以通過濺射法或CVD法等形成。
[0080]然后，如圖6 (b)所示，銥層811及鈦層812進一步對形成的壓電體層70進行再加熱處理(后退火)。這樣，通過后退火銥層811及鈦層812就可被氧化成為具有氧化銥及氧化鈦的第一層81。另外，通過后退火在壓電體層70的第二電極80側(cè)形成銥層811等時即使發(fā)生損壞，也可以通過后退火恢復壓電體層70的損壞，提高壓電體層70的壓電特性。而且，通過進行后退火，可以使壓電體層70中所包含的第二電極80側(cè)的過量的鉛(過剩鉛)吸附，抑制過剩鉛造成的壓電體層70的壓電特性下降。然后，通過將該壓電體層70的鉛吸附在第一層81上，可以在凝聚了鉛的第一層81上形成向壓電體層70的相對面突出的多個凸部83。即凸部83是由第一層81的材料銥(銥層811)、鈦(鈦層812)、及壓電體層70的鉛構(gòu)成。
[0081]進行后退火時的溫度優(yōu)選壓電體膜74的煅燒溫度(加熱壓電體前驅(qū)體膜73使其結(jié)晶的溫度)的-10°C以上、+50°C以下。后退火的溫度越高，凸部83則越大。在本實施方式中，通過上述條件，即使溫度為壓電體膜74的煅燒溫度的-10°C以上、+50°C以下，凸部83的大小在平面方向上(第一方向X及第二方向Y)低于500nm,高度方向上(壓電體層70和第二電極80的層疊方向)高于20nm、低于50nm。
[0082]在本實施方式中，通過在740°C下對壓電體層70、銥層811及鈦層812加熱8分鐘來進行后退火。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察第一層81表面的結(jié)果如圖7所示。
[0083]另外，進行了凸部83的形成和壓電元件300的耐電壓是如何根據(jù)后退火溫度而變化的實驗。其結(jié)果如表I所示。另外，假定壓電元件300為在后續(xù)工序的第二層82之前形成的，在747°C的溫度下對壓電體層70進行煅燒。此外，壓電元件300的耐電壓測定50%的壓電元件300被損壞的電壓。驅(qū)動方向被設為第一電極60為正極(+ )，第二電極80為GND。
[0084]表I
[0085]

【權利要求】
1.一種液體噴射頭，其特征在于，具備: 流道形成基板，其具有連通于噴嘴開口的壓力產(chǎn)生室； 壓電元件，其具有設置于該流道形成基板的一側(cè)上的第一電極、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層以及第二電極， 所述第二電極具備設于所述壓電體層側(cè)的第一層、和設置在該第一層的與所述壓電體層相反側(cè)的第二層， 在所述第二電極的與所述壓電體層相反側(cè)上設有由包含于所述壓電體層中的鉛聚集而成多個凸部。
2.如權利要求1所述的液體噴射頭，其特征在于， 所述第一電極為，分別設于所述壓電元件的多個作為實質(zhì)性的驅(qū)動部的有源部上的獨立電極， 所述第二電極為，多個所述有源部所共用的共同電極。
3.一種液體噴射裝置，其特征在于: 具備權利要求1或2中所述的液體噴射頭。
4.一種壓電元件，其特征在于， 具備第一電極、含有鉛、鈦、錯的壓電體層和第二電極， 所述第二電極具備設于所述壓電體層側(cè)的第一層、和設在該第一層的與所述壓電體層相反側(cè)的第二層； 在所述第二電極的與所述壓電體層相反側(cè)上設有由包含于所述壓電體層中的鉛聚集而成多個凸部。
5.一種壓電元件的制造方法，其特征在于， 所述壓電元件具備第一電極、含有鉛、鈦、鋯的壓電體層和第二電極， 所述壓電元件的制造方法包括以下工序: 通過氣相沉積法而在所述壓電體層上形成構(gòu)成為所述第二電極的第一層的工序； 通過對所述壓電體層和所述第一層進行圖案形成并進行加熱處理，從而使包含于所述壓電體層中的鉛吸附于所述第一層上，而形成由該鉛聚集而成的多個凸部的工序。
6.如權利要求5所述的壓電元件的制造方法，其特征在于， 在形成多個所述凸部之后，還具備在所述第一層上形成第二層以形成所述第二電極的工序。
【文檔編號】B41J2/045GK104044346SQ201410088461
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2013年3月13日
【發(fā)明者】矢崎士郎, 上條隆弘, 清水稔弘, 高部本規(guī) 申請人:精工愛普生株式會社