CN102810627A - 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置 - Google Patents

压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102810627A
CN102810627A CN2012101721056A CN201210172105A CN102810627A CN 102810627 A CN102810627 A CN 102810627A CN 2012101721056 A CN2012101721056 A CN 2012101721056A CN 201210172105 A CN201210172105 A CN 201210172105A CN 102810627 A CN102810627 A CN 102810627A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric body
piezoelectric element
substrate
electrode
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101721056A
Other languages
English (en)
Inventor
大桥幸司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN102810627A publication Critical patent/CN102810627A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/055—Devices for absorbing or preventing back-pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/077—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition
    • H10N30/078—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition by sol-gel deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead-based oxides
    • H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/03—Specific materials used

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

本发明提供一种压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置，所述压电元件能够以较小的驱动电压而获得较大的变形。压电元件具有：压电体膜，其由包含锆钛酸铅的钙钛矿型结晶构成；电极，其被设置于压电体膜上，源自压电体膜的（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下。液体喷射头具备该压电元件，液体喷射装置具备该液体喷射头。

Description

压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及一种压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置。
背景技术
液体喷射头等中所使用的压电元件为，通过两个电极对压电体膜进行夹持而形成的元件，所述压电体膜由具有机电转换功能的压电材料构成，并且，压电体膜例如通过结晶化了的压电性陶瓷而构成。
作为使用了这种压电元件的液体喷射头，例如存在如下的喷墨式记录头，即，由振动板构成与喷出油墨滴的喷嘴开口相连通的压力产生室的一部分，并通过压电元件使该振动板变形，从而对压力产生室的油墨加压，进而从喷嘴开口喷出油墨滴。在喷墨式记录头中，如下的两种记录头被实用化了，即，使用了在压电元件的轴向上进行拉伸、收缩的纵振动模式的压电致动器的记录头，和使用了挠曲振动模式的压电致动器的记录头。在这种致动器中，为了高密度地进行配置，要求一种能够以较小的驱动电压而获得较大的变形的压电元件，即位移较大的压电元件。
在此，已知如下的压电元件，即，以增大压电常数及消除误差为目的，而具备PZT和电极的压电元件，且PZT通过Zr和Ti在室温下成为菱面体晶的组成比的钙钛矿结构，而在（100）方向上结晶取向（参照专利文献1）。
但是，在这种压电元件中，无法获得满足需要的位移。另外，这种问题不限定于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头，也同样存在于其他的压电元件中。
专利文献1：日本特开平11-233844号公报
发明内容
鉴于如上情况，本发明的课题在于提供一种能够以较小的驱动电压而获得较大的变形的压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置。
本发明的压电元件的特征在于，具有：压电体膜，其由至少包含Pb、Ti以及Zr的钙钛矿型结晶构成；电极，其被设置于该压电体膜上，源自所述压电体膜的（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下。由于源自压电体层的（100）面的X射线的衍射波峰位置在2θ=21.89～21.97度的范围内，并且，（200）面半峰全宽在0.30以上0.50以下，因此可得到能够以较小的驱动电压而获得较大的变形的所需的较高的位移特性。
本发明的液体喷射头的特征在于，具备所述压电元件。由于具备能够获得较高的位移特性的压电元件，从而液体喷射特性较高。
本发明的液体喷射装置的特征在于，具备所述液体喷射头。由于具有液体喷射特性较高的液体喷射头，从而能够实现所需的液体喷射。
附图说明
图1为本发明的实施方式1所涉及的液体喷射头的分解立体图。
图2为本发明的实施方式1所涉及的液体喷射头的俯视图以及剖视图。
图3为表示压电体层的X射线的衍射峰值的图。
图4为表示本发明的记录头的制造方法的剖视图。
图5为本发明的记录头的制造方法中所使用的脱脂装置的模式图。
图6为表示本发明的记录头的制造方法的剖视图。
图7为表示本发明的记录头的制造方法的剖视图。
图8为表示本发明的记录头的制造方法的剖视图。
图9为表示本发明的记录头的制造方法的剖视图。
图10为表示本发明的液体喷射装置的立体图。
具体实施方式
喷墨式记录头
首先，对作为本发明的液体喷射头的一个示例的喷墨式记录头进行说明。
图1为表示本发明的实施方式1所涉及的喷墨式记录头的概要结构的分解立体图，图2为图1的俯视图以及图1的A-A′剖视图。
如图所示，流道形成基板10由单晶硅基板构成，且在其一个面上形成有由二氧化硅构成的弹性膜50。
在流道形成基板10上，于其宽度方向上并排设置有多个压力产生室12。此外，在与流道形成基板10的压力产生室12的并排设置方向正交的方向上的外侧的区域内形成有连通部13，并且连通部13与各个压力产生室12通过针对各个压力产生室12中的每一个所设置的油墨供给通道14以及连通通道15而被连通。连通部13与后述的保护基板的歧管部31连通，从而构成成为各个压力产生室12的共用的油墨室的歧管的一部分。油墨供给通道14以窄于压力产生室12的宽度而形成，并将从连通部13向压力产生室12流入的油墨的流道阻力保持为固定。
此外，在流道形成基板10的开口面侧，通过粘合剂或热熔敷薄膜等而粘着有贯穿设置了喷嘴开口21的喷嘴板20，所述喷嘴开口21连通于，与各个压力产生室12的油墨供给通道14相反的一侧的端部附近。另外，喷嘴板20由例如玻璃陶瓷、单晶硅基板或不锈钢等构成。
另一方面，如上文所述，在与这种流道形成基板10的开口面相反的一侧，形成有弹性膜50。在弹性膜50上形成有由氧化锆构成的绝缘体层55。另外，也可以以如下方式构成，即，取代该绝缘体层55、或在绝缘体层55的上表面上设置取向控制层，从而使第一电极60在（100）面上进行优先取向。
另外，在该绝缘体层55上，第一电极60、压电体层70以及第二电极80通过后述的制造方法而被层叠形成，从而构成压电元件300。在此，压电元件300是指包含第一电极60、压电体层70以及第二电极80在内的部分。一般情况下，通过如下方式而构成，即，将压电元件300的某一方的电极设定为共用电极，并且针对各个压力产生室12的每一个而对另一个电极和压电体层70进行图案形成。虽然在本实施方式中，将第一电极60设定为压电元件300的共用电极，并将第二电极80设定为压电元件300的独立电极，但即使根据驱动电路或布线的情况而对它们进行相反设定也不会产生障碍。而且，在此将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生位移的振动板统称为致动器装置。另外，虽然在上述的示例中，弹性膜50、绝缘体层55以及第一电极60作为振动板而发挥作用，但是当然不限定于此，例如，也可以不设置弹性膜50以及绝缘体层55，而是仅使第一电极60作为振动板而发挥作用。此外，也可以使压电元件300自身实质性地兼作振动板。
在此，上述的第一电极60也可以为由如下金属构成，且为层叠了多层的结构，所述金属选自铱（Ir）、铂（Pt）、钯（Pd）等的铂族金属以及金（Au）。另外，在层叠了的情况下，也可以通过后面的工序，最终成为混合层。在本实施方式中，从绝缘体层55侧起依次设定为Pt/Ir/Pt的层叠膜。
压电体层70被形成于这种第一电极60上，并由表现出机电转换作用的压电材料构成。压电体层70为，对作为钙钛矿型结构的结晶膜的压电体膜进行层叠而形成的结构，且至少包含Pb、Ti以及Zr。作为压电体层70的材料，例如，优选为锆钛酸铅（PZT）等的压电性材料（强介电性材料），或者在此基础上添加了氧化铌、氧化镍或氧化镁等的金属氧化物的材料等，并且也可以使用锆钛酸铅镧（（Pb，La）（Zr，Ti）O3）、或锆钛酸铅-铌镁酸铅（Pb（Zr，Ti）（M ｇ，Nb）O3）等。
在本实施方式中，使用锆钛酸铅。虽然在本实施方式中，压电体层70中所含有的锆钛酸铅Pb（ZrxTi1-xO3)列举了理想上x=0.5的情况，但是满足0.47≦x≦0.53，且优选满足0.48≦x≦0.52。由于为该范围，从而介电常数和压电特性变得极大，由此能够获得所需的位移特性。另一方面，由于超过该范围，而产生耐久性的降低和压电特性的降低。
在这种第一电极60上通过外延生长而形成的压电体层70，受到第一电极60的面方位的影响而被取向控制，从而结晶面方位在（100）上进行优先取向。另外，优先取向是指结晶的取向方向并不是无秩序，而是特定的结晶面基本朝向固定的方向的状态。具体而言，“在（100）面上进行优先取向”是指，在通过X射线衍射广角法来对压电体膜进行了测定时所产生的（100）面、（110）面以及（111）面的衍射强度的比率（100）/（（100）＋（110）＋（111））大于0.5。
对于压电体层70，当通过X射线衍射广角法来进行测定时，源自该进行了优先取向的（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下（衍射X射线的波长λ为，
Figure BDA00001697675000041
）。另外，在本实施方式中提及的压电体层为，除了与第一电极60上表面接触而被制成的第一层的压电体膜以外，一次性地进行烧成而形成的压电体层。在本实施方式中通过在脱脂工序或烧成工序等中进行调节，从而能够使压电体膜成为具有上述预定的衍射波峰位置的结晶系。
由于源自（100）面的X射线的衍射波峰位置如前文所述那样相对位于广角侧（数值较低侧），从而压电体层70成为菱面体晶，由此压电体层中的拉伸应力减小，进而能够向与压力产生室12相反的一侧对电压未被施加于压电体层的情况下的挠曲进行调节。由于在以此种方式向与压力产生室12相反的一侧挠曲之后施加电压时向压力产生室12侧挠曲，因此能够以较低的电压增大位移量。并且，由于X射线的衍射波峰的（200）面半峰全宽如前文所述那样较低，从而在厚度方向上组成变化（组成梯度）较低，由此能够形成具有所需的压电特性的压电体层，因此能够使位移量增加。
例如，当通过这种压电体层70的X射线衍射广角法来进行测定时（所使用的测定装置为Bruker AXS株式会社生产的商品名为D8DISCOVER WithGADDS，衍射X射线的波长λ为，
Figure BDA00001697675000051
），衍射波峰如图3所示。即，源自该（100）面的X射线的衍射波峰位置为2θ=21.93，并且，（200）面半峰全宽为0.39。
对于压电体层70的厚度，将厚度抑制为在制造工序中不产生裂纹的程度，并形成为呈现充分的位移特性的程度。具体而言，虽然压电体层70的厚度一般为0.2～5μm，但是在本发明中为0.6～1.5μm。在本实施方式中为1330nm。在这种较薄的压电体层70中，耐久性良好，且位移良好。
另外，由于在本实施方式中，如后文所述通过外延生长方法对压电体层70进行设置，因此优选为，以预定的条件将其膜形成为，与基底的结晶构造以及晶面间隔类似。此外，优选形成为，在与基底的表面之间没有因静电相互作用而产生的斥力的结晶构造。另外，也可以通过不被基底的取向所束缚的自由成长来对压电体层70进行设置。
以此方式，对于压电体层而言，如果源自（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下，则能够获得所需的较高的位移特性。
此外，在作为压电元件300的独立电极的各个第二电极80上连接有引线电极90，所述引线电极90从油墨供给通道14侧的端部附近被引出，并延伸设置至绝缘体层55上，且例如由金（Au）等构成。
在形成有这种压电元件300的流道形成基板10上，即，在第一电极60、绝缘体层55以及引线电极90上，通过粘合剂35而接合有保护基板30，所述保护基板30具有构成歧管100的至少一部分的歧管部31。在本实施方式中，该歧管部31在厚度方向上贯穿保护基板30且以横跨压力产生室12的宽度方向的方式而形成，并且该歧管部31如上文所述这样与流道形成基板10的连通部13连通，从而构成了成为各个压力产生室12的共用的油墨室的歧管100。
此外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域内设置有压电元件保持部32，所述压电元件保持部32具有不会阻碍压电元件300的运动的程度的空间。压电元件保持部32只需具有不会阻碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间既可以被密封，也可以不被密封。
作为这种保护基板30，优选使用与流道形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如，玻璃、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用与流道形成基板10为相同材料的单晶硅基板而形成所述保护基板30。
此外，在保护基板30上，设置有在厚度方向上贯穿保护基板30的贯穿孔33。而且，从各个压电元件300引出的引线电极90的端部附近被设置为，在贯穿孔33内露出。
此外，在保护基板30上，固定有用于对并排设置的压电元件300进行驱动的驱动电路120。作为该驱动电路120，例如，可以使用电路基板或半导体集成电路（IC）等。而且，驱动电路120与引线电极90通过由接合引线等的导电性引线构成的连接布线121而被电连接。
此外，在这种保护基板30上，接合有由密封膜41和固定板42构成的可塑性基板40。在此，密封膜41由刚性较低且具有可挠性的材料构成，通过该密封膜41而使歧管部31的一个面被密封。此外，固定板42由较为硬质的材料形成。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去除的开口部43，因此歧管100的一个面仅被具有可挠性的密封膜41密封。
在这种本实施方式的喷墨式记录头中，从与未图示的外部油墨供给单元连接的油墨导入口导入油墨，并在从歧管100至喷嘴开口21为止由油墨填满了内部后，根据来自驱动电路120的记录信号，向与压力产生室12对应的、各个第一电极60与第二电极80之间施加电压，而使弹性膜50、绝缘体层55、第一电极60以及压电体层70发生挠曲变形，由此增高各个压力产生室12内的压力从而从喷嘴开口21喷出油墨滴。此时，由于在本实施方式中，由于压电体层70在（100）面上进行优先取向，源自（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下，因此挠曲变形量较大，从而能够以较低的驱动电压获得较高的变形量（例如在图3所示的测定结果的情况下为470nm）。
制造方法
以下，参照图4～图9对上述的喷墨式记录头的制造方法进行说明。另外，图4～图9为表示喷墨式记录头的制造方法的剖视图。
首先，如图4（a）所示，在一体地形成有多个流道形成基板10的硅晶片即流道形成基板用晶片110的表面上，形成构成弹性膜50的、由二氧化硅（SiO2）构成的二氧化硅膜51。接下来，图4（b）所示，在弹性膜50（二氧化硅膜51）上形成了锗（Zr）层之后，例如，通过500～1200℃的扩散炉进行热氧化从而形成由氧化锗（ZrO2）构成的绝缘体层55。
接下来，如图4（c）所示，在绝缘体层55上的整个表面上形成第一电极60。如果鉴于压电体层70为锆钛酸铅（PZT），则优选为，该第一电极60的材料为因氧化铅的扩散而引起的导电性的变化较少的材料。因此，作为第一电极60的材料优选使用铂、铱等。此外，第一电极60例如能够通过阴极真空喷镀法或PVD法（物理蒸镀法）等而形成。
接下来，在流道形成基板用晶片110的形成有第一电极60的面上，形成由锆钛酸铅（PZT）构成的压电体层。此处，在本实施方式中，使用所谓的溶胶-凝胶法来形成压电体层70，其中，所谓的溶胶-凝胶法为如下的方法，即，通过对将有机金属化合物溶解、分散于溶剂中的所谓的溶胶（涂布溶液）进行涂敷干燥而使其凝胶化，进一步通过在高温下进行烧成，从而获得由金属氧化物构成的压电体层70。另外，压电体层70的制造方法并不限定于溶胶-凝胶法，例如，也可以使用MOD（Metal-Organic Decomposition）法等。
作为压电体层70的具体的形成顺序，首先，如图4（c）所示，在第一电极60上通过溅射法（例如，在本实施方式中为DC溅射法）而形成由预定的厚度的钛（Ti）构成的第一含钛层71。虽然未对此时的溅射条件进行特别的限定，但是，优选为溅射压力在0.4～4.0Pa的范围内。此外，优选将溅射输出设定为50～100W，并且优选将溅射温度设置在常温（约23～25℃）～200℃的范围内。而且，优选将功率密度设定为1～4kW/m2左右。通过以这种方式形成第一含钛层71，从而能够形成多个在接下来的工序中形成的成为压电体层70的结晶的核的籽晶钛。
之后，如图4（d）所示，对压电体前躯体膜72进行成膜，即，将含有金属有机化合物的溶胶（溶液）涂布在形成有第一含钛层71的流道形成基板用晶片110上，从而形成压电体前躯体膜72（涂布工序）。接下来，将该压电体前躯体膜72加热至预定温度并使其干燥固定时间（干燥工序）。例如，在本实施方式中，能够通过在100～180℃下将压电体前躯体膜72保持3～10分钟，进一步在100～180℃下将压电体前躯体膜72保持3～10分钟，从而进行干燥。
接下来，通过将干燥后的压电体前躯体膜72加热至预定温度并保持固定时间，从而进行脱脂（脱脂工序）。在脱脂工序中，通过将压电体前躯体膜72加热至300～400℃程度的温度并保持大约3～10分钟，从而进行脱脂。在本实施方式中，使用以下说明的脱脂装置而在375℃下保持3分钟。另外，此处所提及的脱脂是指，使压电体前躯体膜72中所含有的有机成分解吸成例如，NO2、CO2、H2O等。
如图5所示，脱脂装置400为装载有多个腔室401的所谓的多段式的脱脂装置。腔室401分别在内部具备基板载置台402，所述基板载置台402上载置有，形成有压电体前躯体膜72的流道形成基板用晶片110。在该基板载置台402中设置有加热器403，通过该加热器403能够对流道形成基板用晶片110进行加热。该腔室401的顶部被盖部404密封。该盖部404在其中央具备用于去除内部的气体的排气管405。排气管405在于垂直方向上装载的腔室401之间的腔室支承部406之间延伸设置，并将排气从各个腔室401之间向外部送出。
此处，在本实施方式中，从流道形成基板用晶片110的基板面到盖部404的距离H为10～20cm。在通常的脱脂装置中，从基板面到盖部404的距离为2cm左右，而在本实施方式中，由于脱脂装置400与通常的脱脂装置相比距离H较长，因此可高效地实施脱脂工序中的排气，从而由此而得到的压电体膜73能够成为上述那样的、以较低的电位而具有较大的位移的构件。
即，当像通常的多段式脱脂装置那样，从基板面到盖部404的距离H为2cm时，压电体膜通过盖部404的辐射热而不仅从下方也从上方被脱脂。原本在压电体膜形成时欲在压电体膜的下层形成结晶核，但是，在如前文所述这样也从上方脱脂时，所得到的压电体膜中将随机地形成有结晶核。因此，考虑如下的情况，即，从下方的结晶成长被阻碍，从而无法形成结晶方向一致的优选的压电体膜73。
此外，当像通常的脱脂装置那样，从基板面到盖部404的距离为2cm时，有时会有如下的情况，在脱脂工序中蒸发了的气体，即，压电体前躯体膜72中所含有的有机成分解吸成NO2、CO2、H2O等而形成的气体有时会在盖部404处反射，从而再次附着于流道形成基板用晶片110的压电体前躯体膜上的情况，从而无法充分地获得脱脂的效果。
相对于此，在本实施方式中，从流道形成基板用晶片110的基板面到盖部404的距离H为10～20cm，从而长于通常的脱脂装置的从基板面到盖部404的距离2cm。由此，被构成为，不易受到来自被载置于上方的腔室401的热的影响。而且，由于从流道形成基板用晶片110的基板面到盖部404的距离H较长，从而在脱脂工序中从压电体前躯体膜72解吸出的气体易于从排气管405流出，由此防止了再次附着于压电体前躯体膜上的情况。
因此，由于本实施方式中的压电体前躯体膜72（参照图4），在脱脂工序中能够以所预期的温度脱脂，且被构成为不易受到由来自上部的腔室401的热而产生的影响，因此在通过后续的工序来对压电体前躯体膜进行加热而使其结晶化时，组成梯度变小，从而能够形成所需的压电体膜。此外，由于在脱脂工序中解吸出的气体易于从排气管405流出，而抑制了再次附着的情况，因此抑制了杂质的混入。
接下来，如图6（a）所示，通过利用红外线加热装置将压电体前躯体膜加热至预定温度并保持固定时间，从而使其结晶化，由此形成压电体膜73（烧成工序）。另外，在本实施方式中，第一层的压电体膜73的厚度为120nm。像这样如本实施方式中后文所述，使第一层的压电体膜73的厚度薄于其他的压电体膜73的厚度是为了，对压电体层70的取向、结晶粒直径进行控制。
另外，在使用这种红外线加热装置进行加热的烧成工序中，优选将压电体前躯体膜72加热至700～760℃，在本实施方式中，通过红外线加热装置，而在740℃下加热5分钟从而对压电体前躯体膜72进行烧成，由此形成压电体膜73。此外，在烧成工序中，升温速度优选在100℃/sec以上。通过以此种方式将压电体膜73的烧成时的升温速度设置在100℃/sec以上，从而与以低温的升温速度长时间实施烧成相比，能够在短时间内实施烧成，且能够由粒径较小且均匀的结晶形成压电体膜73，从而能够实质性地防止大粒结晶的形成。
另外，虽然通过在上述的干燥工序以及脱脂工序中，也使用在烧成工序中所使用的红外线加热装置，从而使所使用的装置的种类减少由此降低制造成本，但是，在脱脂工序中，为了如上文所述那样在脱脂时从压电体前躯体膜72的第一电极60侧进行外延生长，而优选使用脱脂装置。
而且，如图6（a）所示，在第一电极60上形成第一层的压电体膜73的阶段中，对第一电极60以及第一层的压电体膜73同时实施图案形成。另外，第一电极60以及压电体膜73的图案形成，例如，能够通过离子铣削等的干蚀刻来实施。
接下来，在图案形成后形成第二含钛层74。第二含钛层74以横跨第一层的压电体膜73以及绝缘体层55的方式而形成。该第二含钛层74是为了实施对形成于该第二含钛层74上的压电体膜73的取向控制而形成的。第二含钛层74与第一含钛层71同样地，例如通过溅射法而以预定的厚度被形成。
之后，反复实施由上述的涂布工序、干燥工序以及脱脂工序组成的前躯体膜形成工序，从而如图6（b）所示，形成多层（图中为三层）压电体前躯体膜72，之后，一次性地实施烧成工序，从而一次性地形成由多个层构成的压电体膜73（一次性烧成工序）。在本实施方式中，在该一次性烧成工序中被一次性烧成而得到的压电体膜73的膜厚在140nm以上，且优选在240nm以上。
反复实施在反复实施了多次这些前躯体膜形成工序之后进行一次性烧成工序的工序，从而如图6（c）所示形成由多层的压电体膜73构成的预定厚度的压电体层70。例如，在本实施方式中，反复实施三次在反复实施了三次前躯体膜形成工序之后进行一次性烧成工序的工序，之后，在形成了两层压电体前躯体膜72之后实施一次性烧成工序，并通过总计十二次的涂布，从而得到了整体上为1330nm左右的厚度的压电体层70。
之后，如图7（a）所示，在整个压电体层70上，形成由例如铱（Ir）构成的第二电极80。而且，如图7（b）所示，在与各个压力产生室12对置的区域内对压电体层70以及第二电极80进行图案形成，从而形成压电元件300。作为压电体层70以及第二电极80的图案形成，例如，可以列举出反应性离子蚀刻或离子铣削等的干蚀刻。
接下来，形成引线电极90。具体而言，如图7（c）所示，通过在以横跨流道形成基板用晶片110的整个表面的方式形成了引线电极90之后，经由例如由抗蚀剂等构成的掩膜图案（未图示）而对各个压电元件300中的每一个进行图案形成，从而被形成。
接下来，如图8（a）所示，通过粘合剂35将保护基板用晶片130接合于流道形成基板用晶片110的压电元件300侧，其中，所述保护基板用晶片130为硅晶片并由多个保护基板30形成。
接下来，如图8（b）所示，将流道形成基板用晶片110变薄至预定的厚度。接下来，如图8（c）所示，在流道形成基板用晶片110上再次形成掩膜52，并图案形成为预定形状。然后，如图9所示，通过经由掩膜52来对流道形成基板用晶片110实施使用了KOH等的碱性溶液的各向异性蚀刻（湿蚀刻），从而形成与压电元件300对应的压力产生室12、连通部13、油墨供给通道14以及连通通道15等。
之后，例如，通过利用切割等进行切断，从而去除流道形成基板用晶片110以及保护基板用晶片130的外周边缘部的不需要的部分。然后，通过如下方式而形成图1所示这种喷墨式记录头I，所述方式为，将贯穿设置有喷嘴开口21的喷嘴板20接合在，流道形成基板用晶片110的与保护基板用晶片130相反的一侧的面上，并将可塑性基板40与保护基板用晶片130接合在一起，且将流道形成基板用晶片110等分割成一个芯片大小的流道形成基板10等。
试验例
对于所涉及的喷墨式记录头的压电元件，形成了上述的实施方式所记载的压电元件（试验例1）。此外，在试验例2～5中，分别改变试验例1的制造条件来形成压电元件，而且对X射线衍射波峰进行测定，且计算出位移量。
以下的表1示出了结果。另外，表1中示出了，（100）波峰位置、（200）半峰全宽、位移量被包含在数值范围内的情况。
【表1】
  制造条件   （100）波峰位置   （200）半峰全宽   位移量
 试验例1   基板-盖部距离2cm   21.89～21.97   0.51～0.65   400～450
 试验例2   基板-盖部距离10cm   21.89～21.97   0.41～0.5   450～500
 试验例3   基板-盖部距离20cm   21.89～21.97   0.3～0.4   500～550
 试验例4   基板-盖部距离2cm铅过剩   21.80～21.88   0.51～0.65   400～450
 试验例5   基板-部距离2cm钛过少   21.80～21.88   0.51～0.65   400～450
以此方式，在试验例2、3中，通过使用上述的基板―盖部间距离较长的脱脂装置来实施脱脂工序，从而能够形成如下的压电元件，即，源自所述压电体层的（100）面的X射线的衍射波峰位置在2θ=21.89～21.97的范围内，并且，（200）面半峰全宽在0.30以上0.50以下的压电元件。特别是，在试验例3的情况下，压电元件的位移量与其他的试验例相比较高，从而能够获得较高的位移量。与此相对，在基板―盖部间距离较短的试验例1、4、5中，位移量分别较低。
其他的实施方式
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的结构并不限定于上述内容。
此外，这种本发明的液体喷射头构成了具备与墨盒等连通的油墨流道的记录头单元的一部分，并被搭载于液体喷射装置中。图10为表示该液体喷射装置的一个示例的概要图。
如图10所示，在具有液体喷射头的记录头单元1A以及1B中，以可拆装的方式而设置有构成油墨供给装置的墨盒2A以及2B，搭载有该记录头单元1A和1B的滑架3以在轴向上移动自如的方式而被设置在安装于装置主体4上的滑架轴5上。该记录头单元1A和1B例如分别被设定为，例如喷出黑色油墨组合物和彩色油墨组合物的装置。
而且，通过使驱动电机6的驱动力通过未图示的多个齿轮和同步齿型带7而被传递至滑架3，从而使搭载有记录头单元1A和1B的滑架3沿着滑架轴5进行移动。另一方面，在装置主体4上沿着滑架轴5而设置有压印板8，通过未图示的供纸辊等而被供纸的、纸等的作为记录介质的记录薄片S被输送至压印板8上。
此处，虽然在上述实施方式中，作为本发明的液体喷射头的一个示例，对喷墨式记录头进行了说明，但是液体喷射头的基本结构并不限定于上述内容。本发明的对象广泛包括液体喷射头全体，例如，能够应用于打印机等的图像记录装置中使用的各种记录头、液晶显示器等的滤色器的制造中使用的颜色材料喷射头、有机EL（Electro Luminescence，电致发光）显示器和FED（面发光显示器）等的电极形成中使用的电极材料喷射头、生物芯片（biochip）制造中使用的生物有机物喷射头等。
显然，搭载有这种液体喷射头的液体喷射装置也未被进行特别的限定。
而且，本发明不仅可以应用于构成作为压力产生装置而被搭载于这种液体喷射头中的致动器装置的压电元件中，也可以应用于构成被搭载于各种装置中的致动器装置的压电元件中。例如，除了上述的头以外，也可以应用于传感器等中。
符号说明
10流道形成基板；
12压力产生室；
13连通部；
14油墨供给通道；
20喷嘴板；
21喷嘴开口；
30保护基板；
31歧管部；
32压电元件保持部；
33贯穿孔；
40可塑性基板；
50弹性膜；
55绝缘体层；
60第一电极；
70压电体层；
80第二电极；
100歧管。

Claims (3)

1.一种压电元件，其特征在于，具有：
压电体膜，其由至少包含Pb、Ti以及Zr的钙钛矿型结晶构成；
电极，其被设置于该压电体膜上，
源自所述压电体膜的（100）面的X射线的衍射波峰位置（2θ）在21.89以上21.97以下，并且，（200）面半峰全宽（2θ）在0.30以上0.50以下。
2.一种液体喷射头，其特征在于，
具备权利要求1所述的压电元件。
3.一种液体喷射装置，其特征在于，
具备权利要求2所述的液体喷射头。
CN2012101721056A 2011-06-01 2012-05-29 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置 Pending CN102810627A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011123837A JP2012253161A (ja) 2011-06-01 2011-06-01 圧電素子及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
JP2011-123837 2011-06-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102810627A true CN102810627A (zh) 2012-12-05

Family

ID=47234278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101721056A Pending CN102810627A (zh) 2011-06-01 2012-05-29 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9022530B2 (zh)
JP (1) JP2012253161A (zh)
CN (1) CN102810627A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111823714A (zh) * 2019-04-19 2020-10-27 精工爱普生株式会社 液体喷出头以及打印机

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9193163B2 (en) * 2013-02-01 2015-11-24 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge apparatus and manufacturing method thereof
JP6156068B2 (ja) * 2013-03-14 2017-07-05 株式会社リコー 圧電体薄膜素子及びインクジェット記録ヘッド、並びにインクジェット式画像形成装置
JP2015023053A (ja) 2013-07-16 2015-02-02 株式会社リコー 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置、及び、電気機械変換素子の製造方法
JP6390170B2 (ja) 2014-05-28 2018-09-19 株式会社リコー 電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置
US9385298B2 (en) 2014-10-01 2016-07-05 Ricoh Company, Ltd. Electromechanical conversion element, liquid drop discharge head and image forming apparatus
JP6414744B2 (ja) 2014-12-12 2018-10-31 株式会社リコー 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置
JP2017112281A (ja) 2015-12-17 2017-06-22 株式会社リコー 電気‐機械変換素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、電気‐機械変換膜の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法
JP2017157773A (ja) 2016-03-04 2017-09-07 株式会社リコー 電気機械変換素子、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置
US10160208B2 (en) 2016-04-11 2018-12-25 Ricoh Company, Ltd. Electromechanical-transducing electronic component, liquid discharge head, liquid discharge device, and liquid discharge apparatus
JP6904101B2 (ja) * 2017-06-26 2021-07-14 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1841802A (zh) * 2005-03-30 2006-10-04 精工爱普生株式会社 压电元件、液体喷射头和液体喷射设备
CN100456510C (zh) * 2005-03-28 2009-01-28 精工爱普生株式会社 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
US20100045144A1 (en) * 2008-08-25 2010-02-25 Sony Corporation Piezoelectric device, angular velocity sensor, electronic apparatus, and production method of a piezoelectric device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3755283B2 (ja) 1998-02-13 2006-03-15 オムロン株式会社 圧電素子及びその製造方法、圧電素子を用いた振動センサ、圧電アクチュエータ、光スキャナ、歪みセンサ、圧電式振動ジャイロ
JP4793568B2 (ja) * 2005-07-08 2011-10-12 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2009286119A (ja) * 2008-04-30 2009-12-10 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び圧電素子
JP2010214800A (ja) 2009-03-17 2010-09-30 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100456510C (zh) * 2005-03-28 2009-01-28 精工爱普生株式会社 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
CN1841802A (zh) * 2005-03-30 2006-10-04 精工爱普生株式会社 压电元件、液体喷射头和液体喷射设备
US20100045144A1 (en) * 2008-08-25 2010-02-25 Sony Corporation Piezoelectric device, angular velocity sensor, electronic apparatus, and production method of a piezoelectric device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.KHORSAND ZAK ET AL.: "Synthesis andcharacterization of sot-gel derived single-phase PZT nanoparticles in aqueous polyol solution", 《JOURNAL OF OPTPELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS》 *
J.W.HONG ET AL: "Nanoscale investigation of domain retention in preferentially oriented PbZr0.53Ti0.47O3 thin films on Pt and on LaNiO3", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111823714A (zh) * 2019-04-19 2020-10-27 精工爱普生株式会社 液体喷出头以及打印机

Also Published As

Publication number Publication date
US20120305665A1 (en) 2012-12-06
JP2012253161A (ja) 2012-12-20
US9022530B2 (en) 2015-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102810627A (zh) 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置
EP1935648B1 (en) Piezoelectric element, liquid-jet head and liquid-jet apparatus
US7535157B2 (en) Piezoelectric element, actuator device, liquid-jet head, and liquid-jet apparatus
CN102139565B (zh) 液体喷射头、液体喷射装置及压电元件和压电材料
EP2730415A1 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus and actuator
CN1841803B (zh) 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
CN101623953B (zh) 液体喷射头及液体喷射装置和压电元件
US8317304B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and actuator
JP2006245141A (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
US8529025B2 (en) Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP5310969B2 (ja) 積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法並びにアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
CN102529371B (zh) 液体喷射头和液体喷射装置以及压电元件
US8277031B2 (en) Liquid-ejecting head, liquid-ejecting apparatus, and actuator
CN100385698C (zh) 压电元件及液体喷头
CN101246948B (zh) 压电元件及液体喷头
CN101746137B (zh) 液体喷射头及液体喷射装置以及压电致动器
KR100816169B1 (ko) 액츄에이터 장치의 제조 방법 및 액츄에이터 장치 및 액체분사 헤드 및 액체 분사 장치
CN100478179C (zh) 致动器装置及其制造方法、液体喷射头以及液体喷射装置
US10173422B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2009076819A (ja) アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
JP2007042949A (ja) 圧電素子の製造方法及び圧電素子並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
EP2343748A1 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP5716939B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置
US7992972B2 (en) Method of manufacturing liquid jet head, method of manufacturing piezoelectric element and liquid jet apparatus
US8210659B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121205