CN1530231A - 介质膜构成体和利用该介质膜构成体的压电致动器及油墨喷头 - Google Patents

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Abstract

一种介质膜构成体，具有基板和在该基板上设置的介质膜，其特征在于，介质膜相对于该基板具有(00l)面取向性，其中，该介质膜由下述式(1)表示，u为大于2的实数：u＝(Cc/Ca)×(Wa/Wc)……(1)。在上述式(1)中，Cc是面外X射线衍射测定的介质膜的(00l′)面的峰值的计数(在此，1′为Cc最大值时选定的自然数。)；Ca是面内X射线衍射测定的介质膜的(h′00)面的峰值的计数(在此h′为Cc最大值时选定的自然数。)；Wc是面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(00l′)面的峰值的半值宽度；Wa是面内波动曲线X射线衍谢测定的介质膜的(h′00)面的峰值的半值宽度。)

Description

介质膜构成体和利用该介质膜构 成体的压电致动器及油墨喷头
技术领域
本发明涉及一种能用于致动器、存储器、传感器等元件的介质膜构成体，其具有优良的介电特性、压电特性、热电特性和强介电特性。此外，本发明涉及一种具有这种介质膜构成体的压电致动器。此外，本发明涉及将这种压电致动器用作喷射液体的喷射压力产生元件的油墨喷头。
背景技术
目前，介质膜构成体被广泛用于利用其介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性等性质的致动器、存储器、传感器等各种元件中，该介质膜构成体具有由锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3、PZT)、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅镁铌酸铅(Pb(Zr，Ti)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PZT-PMN)固溶体等构成的介质膜。目前，随着电子电器机器的小型化或高性能化，迫切希望将这种元件自身小型化或高度集成化。
例如，具有介质膜构成体的压电致动器用作个人计算机的输出设备的油墨喷出部件的喷墨打印机中。
利用压电致动器的油墨喷头的各种各样的方式是众所周知的。作为这种方式，可以列举出如特公昭53-12138中公开了一种双压电晶片方式，特公昭62-22790中公开了一种单压电晶片方式，美国专利No.4584590中、特公平7-33089中或美国专利No.5265315等公开了一种共用压电晶片方式。
下面，以利用单压电晶片方式的压电致动器的油墨喷头为例，举例说明油墨喷头。图4A是单压电晶片方式的油墨喷头的侧视图；图4B表示沿图4A的4B-4B线截取的剖面图。油墨喷头主要部分，由压电致动器8、流体通路基板9、喷嘴板10这三个部分构成。在喷嘴板以特定节距和排列形成多个喷嘴3，在各个喷嘴的流体通路基板的内侧形成作为喷射油墨开口的喷射口。此外，对应于每1个致动器各设置1个喷嘴，在流体通路基板上对应于每个喷嘴形成油墨加压室1。
喷嘴板和流体通路基板通过连通的喷嘴和油墨加压室相结合。并且，在流体通路基板上形成公用油墨室2，多个油墨加压室全体与公用油墨室连通。油墨加压室1的侧壁之一(图中的天窗部分)兼作压电致动器的振动板4。在振动板之上依次层叠下部电极5、介质膜6、上部电极7，由此构成压电致动器。
当进行油墨喷射时，从公用油墨室2向油墨加压室1供应油墨，使油墨加压室1充满油墨。在此状态下，通过在压电致动器8的上部电极7和下部电极5上施加电压，就能使介质膜6沿平行于膜面的方向收缩或膨胀。结果，压电致动器8向油墨加压室1的内侧或外侧弯曲。例如，当使压电致动器向油墨加压室的内侧弯曲时，就对油墨加压室内的油墨施加压力，利用这种压力，就能从喷嘴喷射出油墨滴。
现在，通常利用压电陶瓷浆的丝网印刷形成普及的油墨喷头的介质膜。压电陶瓷浆是在压电材料的原料粉体中添加有少量有机粘合剂的物质。按照以特定节距形成它们的油墨加压室，在形成下部电极之上通过丝网印刷，进行构图涂覆，并进行烧结，获得多晶体的介质膜。
但是，由于喷嘴排列的高密度化和油墨喷头的加长(增加每1个喷头中的喷嘴数目)的进一步发展，利用丝网印刷方法就存在以下问题。
追求在油墨喷头中喷嘴排列的高密度化的情况下，就必须与此相符地降低油墨加压室的宽度，获取压电致动器更大的位置变化。因此，在实现喷嘴排列的进一步高密度化时，利用丝网印刷就会出现介质膜不能满足压电特性的情况。
此外，在利用丝网印刷形成介质膜中，必须在950℃～1300℃的温度范围内进行从十分钟起到几个小时的加热烧结。由于在烧结时的体积收缩，由此获得的介质膜的图形，在丝网印刷时就会产生图形位置偏移。这样的介质膜位置偏移，在喷嘴排列密度越高，油墨喷头加长越长时，对喷射特性等的影响就存在大问题。并且，作为常规的油墨加压室的高集成化的方法，认为由希望利用半导体制造技术微细加工硅基板，就可以避免利用丝网印刷形成介质膜时，因烧结时的加热而引起的硅基板劣化。
为了解决上述问题，研讨利用溅射方法、溶胶凝胶方法、有机金属化学气相淀积方法(MOCVD)等方法，使成膜条件低温化，进一步控制介质膜的晶体、从而改善其特性。
例如，特开平6-350154中公开了采用溅射方法在基板上成膜<111>取向度大于70％的菱面体晶系的锆钛酸铅的介质膜(压电体)元件，以及采用溅射方法在基板上成膜<001>取向度大于70％的立方晶系的锆钛酸铅的介质膜(压电体)元件，教导作为液体喷射装置的应用。
但是，在上述公报中公开的介质膜(压电体)元件中，存在几个问题。
首先，由于与多晶体的锆钛酸铅(PZT)烧结体相比，其压电特性较高，大多数情况下不能充分地满足高密度喷嘴排列的喷墨印刷机器。而且，与多晶体的PZT烧结体相比，存在寿命短、反复使用时压电特性明显下降的情况。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种可实现具有优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性的介质膜构成体，可实现致动器、存储器、传感器等元件的小型化、高集成化的技术，特别是提供一种超过现有多晶体烧结体的介质膜的特性、且寿命性能也优良的压电致动器。
本发明的另一个目的是：提供一种具备这种压电致动器、具有适用于高密度喷嘴排列以及可加长的结构的油墨喷头。
作为本发明的第1发明的介质膜构成体，该介质膜构成体具有基板和在基板上设置的介质膜，其中，
介质膜相对于该基板具有(001)面取向性，并且，该介质膜由下列式(1)表示，u为大于2的实数：
u＝(Cc/Ca)×(Wa/Wc)          ……(1)
(在上述式(1)中，
Cc：面外X射线衍射测定的介质膜的(00l’)面的峰值的计数(在此，l’为Cc最大值时选定的自然数。)；
Ca：面内X射线衍射测定的介质膜的(h’00)面的峰值的计数(在此，h’为Cc最大值时选定的自然数。)；
Wc：面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(00l’)面的峰值的半值宽度；
Wa：面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(h’00)面的峰值的半值宽度。)
在本发明中对计数及半值宽度，示出X射线衍射测定图表(模式图)的一个实例加以说明。例如，作为本发明的第1发明的介质膜构成体的面外X射线衍射测定图表为图5和图6(波动曲线)的情况，Cc是PZT(002)峰值的计数，Wc是图6的PZT(002)峰值的半值宽度。
作为本发明的第1发明，介质膜构成体的介质膜没有必要必须直接设置在基板上，在介质膜和基板之间也可以包括例如缓冲层、电极层等中间层。此外，中间层也可为多层。
作为本发明的第1发明的介质膜构成体，该介质膜具有相对于该基板的(001)面取向性，并且此晶体通过由上述式(1)表示的关系来控制，使u为大于2的实数，即，在介质膜的膜厚方向以及直行方向上，通过以较好的状态控制晶体，实现了优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。使用具有这种结晶性的介质膜，在这些各种特性中，获得了超过现有的多晶体或现有的(001)面取向性的介质膜的特性的介质膜构成体。此外，作为本发明的第1发明的介质膜构成体具有优良的寿命实验性，即使反复使用几乎也不会出现特性下降。作为本发明的第1发明的介质膜构成体中，优选u为大于3的实数，u为大于5的实数更好，u为大于7的实数最好。
作为本发明的第1发明的(001)面取向性的介质膜，优选通过面外X射线衍射测定、(00l)面之外的面的计数为(00l’)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定、(h00)面以外的面的计数为(h’00)面的计数的10％或10％以下。但是，在此h以及l为任意的自然数，l’为面外X射线衍射测定的(00l’)面的峰值计数为最大时选取的自然数，h’为面内X射线衍射测定的(h’00)面的峰值计数为最大时选取的自然数。优选为同时5％以下，最好为1％以下。利用本发明的介质体的(001)面和(h00)面成为结晶的面指数(hkl)时，与该基板表面有平行关系的面为(001)面，与该基板表面大致垂直关系的面为(h00)面。
作为本发明的第1发明的介质膜构成体，其特征在于，优选介质膜含有Pb、Zr、Ti、Mg、Zn及Nb中的至少3种以上的元素。最好优选介质膜以锆钛酸铅为主要成分。由此，在较宽温度范围内能发挥介质膜构成体的优良特性。
作为本发明的第1发明的介质膜构成体，优选介质膜的厚度为大于或等于10nm且小于或等于20μm。由此，通过将介质膜的厚度变厚，提高电气耐压性。并且，能在更加广泛的电压范围内使用。此外，介质膜的厚度过厚和成膜时间加长，从制造效率的观点来看不希望如此。更优选为大于或等于100nm且小于或等于15μm，最好为大于或等于500nm且小于或等于10μm。
作为本发明的第1发明的介质膜构成体，优选介质膜的晶体结构为立方晶体。可容易实现将作为立方晶体的介质膜的极化方向朝向膜厚方向。
本发明的第1发明的压电致动器含有上述第1发明的介质膜构成体。因此，由于能发挥超过现有压电致动器的优良压电特性，因而就能实现致动器的小型化、高集成化。
本发明的第1发明的油墨喷头具备上述第1发明的压电致动器。由此使喷嘴排列的高密度化和油墨喷头的加长(增加每1个喷头的喷嘴数目)成为可能，实现了利用油墨喷头获得图像的高精度化、打印速度的高速化。
本发明第1发明的介质膜构成体具有的介质膜，X射线衍射测定值在u＝(Cc/Ca)×(Wa/Wc)式中，在u为大于2的实数，优选为大于3的实数，进一步为大于5的实数，大于7的实数时，可实现优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。在这些各种特性上，超过现有多晶体或现有的(001)面取向性的介质膜的特性，并且还有优良的寿命特性，即使反复使用也几乎不会出现特性下降。
虽然还不能详细解释本发明的介质膜构成体实现优良特性的机理，但可考虑下面那样的机理。首先，第一，能举出介质膜的结晶方位不象常规多晶体物质那样随机，与膜厚方向和面内方向。由于介质膜的功能不向各个方向发散，集中在特定方向上发挥，由此能获得更大的效果。
下面，对本发明的介质膜规则排列的晶格排列进行详细考虑。这样的晶格排列一般为符合规则的整齐排列，但严格地看，排列并不完整，众所周知还存在结晶方位的混乱。这种混乱通过X射线衍射测定，观察波动曲线的半值宽度大小。在本发明的介质膜构成体中，认为介质膜的结晶晶格的波动曲线的半值宽度大小在膜厚方向要比面内方向要大，结晶晶格的自由度在面内方向变大。其结果，假设出作为介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性的根源的介质膜结晶的结构离子的位移非常容易产生，能体现本发明优良特性的机理。
再有，在上述式(1)中，没有特别限定用于求出u的X射线衍射测定条件，但可以使用：例如，缝隙宽度0.2°-1°，X射线管电压为50kV，X射线管电流为40mA的条件进行测定。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体，具有基板和该基板上设置的介质膜，其特征在于，
该介质膜具有相对于该基板的(111)面取向性，并且该介质膜由下列式(2)表示，v为大于2的实数：
v＝(C111/C-110)×(W-110/W111)         ……(2)
(在上述式(2)中，
C111：面外X射线衍射测定的介质膜的(111)面的峰值的计数；
C-110：面内X射线衍射测定的介质膜的(-110)面的峰值的计数；
W111：面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(111)面的峰值的半值宽度；
W-110：面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(-110)面的峰值的半值宽度。)
再有，面内的X射线衍射的(-110)面反射峰值存在多个的场合下，认为C-110和W-110对应于表示最大计数的峰值。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体的介质膜直接设置在基板上，在介质膜和基板之间也可以含有例如缓冲层、电极层等中间层。此外，中间层也可以是多个。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体，该介质膜具有相对于该基板的(111)面取向性，并且其晶体结构通过由上述式(2)中表示的关系控制，其中v为大于2的实数，即，通过比介质膜的膜厚方向与其平行的面内方向更好的状态控制晶体结构，可实现了优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。利用具有这种结晶性的介质膜，在这些各种特性中，获得了超过现有的多晶体或现有的(111)面取向性的介质膜的特性的介质膜构成体。此外，作为本发明的第2发明的介质膜构成体具有优良的寿命实验性、即使反复使用几乎也不会出现特性下降。作为本发明的第2发明的介质膜构成体中，优选v为大于3的实数，v为大于5的实数更好，k为大于7的实数最好。
作为本发明的第2发明的(111)面取向性的介质膜，通过面外X射线衍射测定，与(111)面不平行的面的计数为(111)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定、与(-110)面不平行的面的计数为{-110}面的计数的10％或10％以下。优选同时为5％以下，最好为1％以下。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体，其特征在于，优选介质膜含有Pb、Zr、Ti、Mg、Zn及Nb中的至少3种以上的元素。最好优选以锆钛酸铅为主要成分的介质膜。由此，在较宽温度范围能发挥介质膜构成体的优良特性。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体，优选介质膜的厚度为大于或等于10nm且小于或等于20μm。因此，通过将介质膜的厚度变厚，可提高电气的耐压性。并且，能在更宽的电压范围内使用。此外，如果介质膜的厚度过厚，则成膜时间就加长，从制造效率的观点来看不希望如此。更优选为大于或等于100nm且小于或等于15μm，最好为大于或等于500nm且小于或等于10μm。
作为本发明的第2发明的介质膜构成体，优选介质膜的晶体结构为菱面体晶体。通过为菱面体晶体使介质膜的极化方向向膜厚方向统一。
本发明的第2发明的压电致动器含有上述第2发明的介质膜构成体。因此，由于能发挥超过现有压电致动器的优良压电特性，就能实现致动器的小型化、高集成化。
本发明的第2发明的油墨喷头具备上述第2发明的压电致动器。由此使喷嘴排列的高密度化和油墨喷头的加长(增加每1个喷头的喷嘴数目)成为可能，实现了利用油墨喷头获得图像的高精度化、打印速度的高速化。
本发明的第2发明的介质膜构成体具有的介质膜，X射线衍射测定值，在v＝(C111/C-110)×(W-110/W111)式中，在v为大于2的实数，优选为大于3的实数，进一步为大于5的实数，大于7的实数时，可实现优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。在这些各种特性上，超过现有多晶体或现有的(111)面取向性的介质膜的特性，并且还有优良的寿命特性，即使反复使用也几乎不会出现特性下降。
虽然还不能详细解释本发明的介质膜构成体实现优良特性的机理，但可考虑下面对那样的机理。首先第一，能举出介质膜的结晶方位不象常规多晶体物质那样随机，与膜厚方向和面内方向一致。由于介质膜的功能不向各个方向发散，集中在特定方向上发挥，由此能获得更大的效果。
下面，对本发明的介质膜规则排列的晶格排列进行详细考查。这样的晶格排列一般为符合规则的整齐排列，但严格地看，排列并不完整，众所周知还存在结晶方位的混乱。这种混乱通过X射线衍射测定，观察到波动曲线的半值宽度大小。在本发明的介质膜构成体中，认为介质膜的结晶晶格的波动曲线的半值宽度大小在膜厚方向要比面内方向要大，使得晶格的自由度在面内方向变大。其结果，假设出作为介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性的根源的介质膜结晶的结构离子的位移非常容易产生，能体现本发明优良特性的机理。
再有，在上述式(2)中，没有特别限定用于求出v的X射线衍射测定条件，但可以使用：例如，缝隙宽度0.2°-1°，X射线管电压为50kV，X射线管电流为40mA的条件进行。
作为本发明的第3发明的介质膜构成体，具有基板和在该基板上设置的介质膜，其特征在于，
该介质膜具有相对于该基板的(110)面取向性，并且该介质膜由下列式(3)表示，w为大于2的实数：
w＝(C110/C00m)×(W00m/W110)             ……(3)
(在上述式(3)中，
C110：面外X射线衍射测定的介质膜的(110)面的峰值的计数；
C00m：面内X射线衍射测定的介质膜的(00m)面的峰值的计数(在此m为C00m最大值时选择的自然数)；
W110：面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(110)面的峰值的半值宽度；
W00m：面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(00m)面的峰值的半值宽度)。
作为本发明的第3发明的介质膜构成体的介质膜直接设置在基板上，在介质膜和基板之间也可以含有例如缓冲层、电极层等中间层。此外，中间层可以是多个。
作为本发明的第3发明的介质膜构成体，该介质膜具有相对于该基板的(110)面取向性，并且此晶体通过由上述式(3)表示的关系控制，其中w为大于2的实数，即，通过比介质膜的膜厚方向以及与其平行的面内方向更好的状态控制晶体结构，可实现优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。利用具有这种结晶性的介质膜，在这些各种特性中，获得了超过现有的多晶体或现有的(110)面取向性的介质膜的特性的介质膜构成体。此外，作为本发明的第3发明的介质膜构成体具有优良的寿命实验性，即使反复使用几乎也不会出现特性下降。作为本发明的第3发明的介质膜构成体中，优选w为大于3的实数，w为大于5的实数更好，k为大于7的实数最好。
作为本发明的第3发明的(110)面取向性的介质膜，通过面外X射线衍射测定、与(110)面不平行的面的计数为(110)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定、与(-110)面不平行的面的计数为(-110)面的计数的10％或10％以下。优选同时为5％以下，最好为1％以下。
作为本发明的第3发明的介质膜构成体，其特征在于，优选介质膜含有Pb、Zr、Ti、Mg、Zn及Nb中的至少3种以上的元素。最好优选以锆钛酸铅为主要成分的介质膜。由此，在较宽温度范围能发挥介质膜构成体的优良特性。
作为本发明的第3发明的介质膜构成体，优选介质膜的厚度为10nm以上、20μm以下。因此通过将介质膜的厚度变厚，可提高电气的耐压性。并且，能在更宽的电压范围内使用。此外，如果介质膜的厚度过厚，成膜时间就加长，从制造效率的观点来看不希望如此。更优选为大于或等于100nm且小于或等于15μm，最好为大于或等于500nm且小于或等于10μm。
本发明的第3发明的压电致动器含有上述第3发明的介质膜构成体。因此，由于能发挥超过现有压电致动器的优良压电特性，就能实现致动器的小型化、高集成化。
本发明的第3发明的油墨喷头具备上述第3发明的压电致动器。由此使喷嘴排列的高密度化和油墨喷头的加长(增加每1个喷头的喷嘴数目)成为可能，实现了利用油墨喷头获得图像的高精度化、打印速度的高速化。
本发明的第3发明的介质膜构成体具有的介质膜，X射线衍射测定值，在w＝(C110/C00m)×(W00m/W110)式中，在w为大于2的实数，优选为大于3的实数，进一步为大于5的实数，大于7的实数时，可实现优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性。在这些各种特性上，超过现有多晶体或现有的(110)面取向性的介质膜的特性，并且还有优良的寿命特性、即使反复使用也几乎不会出现特性下降。
虽然还不能详细解释本发明的介质膜构成体实现优良特性的机理，但可考虑基于下面那样的机理。首先第一，能举出介质膜的结晶方位不象常规多晶体物质那样随机，与膜厚方向和面内方向一致。由于介质膜的功能不向各个方向发散，集中在特定方向上发挥，由此能获得更大的效果。
下面，对本发明的介质膜规则排列的晶格排列进行详细考查。这样的晶格排列一般为符合规则的整齐排列，但严格地看，排列并不完整，众所周知还存在结晶方位的混乱。这种混乱通过X射线衍射测定，观察到波动曲线的半值宽度大小。在本发明的介质膜构成体中，认为介质膜的结晶晶格的波动曲线的半值宽度大小在膜厚方向要比面内方向要大，使得晶格的自由度在面内方向变大。其结果，假设出作为介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性的根源的介质膜结晶的结构离子的位移非常容易产生，能体现本发明优良特性的机理。
再有，在上述式(3)中，没有特别限定用于求出w的X射线衍射测定条件，但可以使用：例如，缝隙宽度0.2°-1°，X射线管电压为50kV，X射线管电流为40mA的条件进行。
这样的本发明的介质膜构成体由于具有优良的介电特性、压电特性、热电特性、强介电特性，就使得致动器、存储器、传感器等元件的小型化、高集成化成为可能。
进一步，本发明的压电致动器同时具有优良的压电特性和寿命实验性，能长期维持优良的压电特性。
更进一步，本发明的油墨喷头由于具备上述压电致动器，在具有优越的油墨滴喷射能力以及寿命实验性的同时，还能实现高密度喷嘴排列的增长油墨喷头。
附图说明
图1A是本发明的两支撑柱的压电致动器的透视图；图1B是沿图1A的1B-1B线截取的表示本发明的两支撑柱的压电致动器的剖面图。
图2A是本发明的油墨喷头的透视图；图2B是沿图2A的2B-2B线截取的表示本发明的油墨喷头的剖面图。
图3A是使用压电陶瓷浆的两支撑柱的压电致动器的透视图；图3B是沿图3A的3B-3B线截取的表示使用压电陶瓷浆的两支撑柱的压电致动器的剖面图。
图4A是单压电晶片方式的油墨喷头的透视图；图4B是沿图4A的4B-4B线截取的单压电晶片方式的油墨喷头的剖面图。
图5是X射线衍射测定图表的模式图。
图6是波动曲线的X射线衍射测定图表的模式图。
具体实施方式
不特别局限于本发明的介质膜的形成方法，优选可以采用溅射方法、蒸发方法、激光烧蚀方法、MOCVD方法、分子束外延方法、溶胶凝胶方法、离子注入方法等方法，设定获得具有由上述示出的式(1)中的u、式(2)中的v、或式(3)中的w具有设定值的晶体结构的制造条件。作为采用溅射方法的成膜条件，成膜时的基板温度为500℃以上、700℃以下，氩·氧元素气氛中氩/氧元素比为20/1以上、50/1以下，气压为0.2Pa以上、0.5Pa以下，RF输入功率为0.5W/cm2以上、1.2W/cm2以下，成膜后的基板冷却速度为65℃/min以上。进一步优选条件为：成膜时的氩/氧元素比为30/1以上、50/1以下，气压为0.2Pa以上、0.3Pa以下，RF输入功率为0.5W/cm2以上、0.8W/cm2以下，成膜后的基板冷却速度为100℃/min以上。特别是希望按上述速度冷却到180℃为止，此外，优选在成膜前进行压力固定，在成膜时RF输入功率的一半以下时简单地进行，立即转换到成膜。依据上述条件对应于目标介质膜的组成，能选择适合的条件进行成膜。特别是添加La等杂质，能使基板温度下降，并且能较高设定RF输入功率。基板加热优选为按红外加热方法或电阻加热方法执行。在这种情况下，基板的温度偏差在正负5％以内，即使使用大面积基板成膜的介质膜时，也能获得特性均匀、稳定的介质膜。
本发明的介质膜的组成材料不特别限于获得先前示出的式(1)中的u、式(2)中的v以及式(3)中的w具有预定值的晶体结构的范围内，可列举出优选钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3、PT)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3、PZT)、钛酸铅镧、亚铅铌酸铅(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、PZN)、镁铌酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、PMN)、镍铌酸铅(Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、PNN)、铌酸钾(KNbO3、KN)、铌酸锂(LiNbO3、LN)等，或为其固溶体(例如，PMN-PT固溶体、PZN-PT固溶体、PNN-PT固溶体等)。更优选以锆钛酸铅为主要成分的材料。
介质膜以材料改性等为目的，添加微量添加物，用其它元素置换组成元素，也可以固溶其它成分。没有特别限制这些的用量，作为优选的用量，微量添加物为10质量％以下，作为置换组成元的元素，为10摩尔％以下，作为固溶成分，为整个成分的10摩尔％以下。
在能实现本发明的目的效果的范围内，不特别限制这些其它成分，氮作为优点，可以列举出Na、K、Ca、Cr、Co、Bi、Sr、La、Zr、Sn、Mg、Mn、Zn、Nb、Ta和Ni等元素(离子)，或含有这些元素的氧化物和复合氧化物等。
本发明的介质膜构成体也可以包含作为构成要素的电极，作为以规定节距在相对的一对电极之间配置介质膜的结构，例如可以是压电元件等元件。虽然未特别限制电极材料，氮作为优选，可列举铂、铱、铷、钯、铑、锇、金、银、铜、铬、铝等金属。特别地，在电极上外延生长介质膜等其它层的场合下，优选铂。而且，作为电极材料也可以采用导电特性氧化物。
在本发明中，当并列构成多个元件时，也可以把一对电极的一个作为多个元件的公用电极来形成。
用于本发明中的基板，只要能经受制造条件就可以，没有特别限制，作为优选，可以列举出硅、钛酸锶(SrTiO3)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、稳定的氧化锆、磷化镓(GaP)、蓝宝石(□-Al2O3)及钛酸铅等材料构成的基板。特别是从微细加工的观点出发，优选硅基板。而且，也可以在硅基板上叠层使用上述材料。此时，还可以将氧化硅或氮化硅层作为它们的中间层设置。
本发明的压电致动器在振动板上的上述结构的一对电极间具有介质膜。振动板至少作为支撑介质膜的基板的一部分，或者由在基板上通过其它方法层叠的膜形成。作为其它方法层叠的膜的材料，可以采用能构成上述基板表面的材料。
本发明的油墨喷头，具有液体喷射口和用于将液体从该喷射口喷射的喷射压力产生元件，作为该喷射压力产生元件使用上述结构的压电致动器。就液体而言，可以根据相应的目的来选择各种液体，就记录而言，可以使用油墨。
实施例1-5
制作作为实施例1-5的介质膜构成体的由图1A和图2B中示出的两支撑柱的压电致动器。图1A是本发明的两支撑柱的致动器的透视图，图1B表示沿图1A的1B-1B线截取的剖面图。柱101大小为宽100μm、长800μm。
首先，为能形成柱图形，在(100)硅基板102上制作掩模，通过溅射方法，成膜厚度为700nm～4000nm的面取向的钛酸锶，作为振动板103。104作为本发明的介质膜构成体的基板。同样地在该基板上制作掩模，通过溅射方法外延生长(100)面取向的铂，形成厚度大约100nm的下部电极105。为了构图，在其上制作掩模，通过适当调整采用RF磁控管轰击法对照组成成膜锆钛酸铅(PZT)时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，来控制晶体的取向性，进行(100)面取向的外延生长，形成介质膜106。此时的成膜条件为：基板温度为600℃～650℃，成膜时的氩/氧元素比为25/1～30/1，气压为0.2Pa，成膜时的RF输入功率为0.8W/cm2，将成膜后的冷却速度控制为100℃/min以上，直到180℃以下为止，以0.3W/cm2的RF输入功率进行3分钟的成膜前压力固定。表2示出了介质膜的膜厚以及锶与钛的元素比。通过ICP(等离子体发光)方法进行介质膜的组成分析。
并且，对介质膜进行面外和面内X射线衍射测定。在实施例1-5全部的面外(out-of-plane)X射线衍射测定中的介质膜的最大计数的峰值为(002)面的峰值。在此，将与(002)面不平行的面的峰值之中最大的计数设为Cnc，将面内(in-plane)X射线衍射测定中与(200)面不平行的面的峰值之中最大的计数设为Cna。实施例1-5中全部的面外X射线衍射测定中的Cnc为Cc(在此为(002)面峰值的计数)的10％以下。实施例1-5中全部的面内X射线衍射测定中的Cna为Ca(在此为(200)面峰值的计数)的10％以下。表2详细地示出了计数的比Cnc/Cc及Cna/Ca。而且，表1中示出了Cc、Wc、Ca、Wa、u。
并且，通过溅射方法在介质膜上成膜大约100nm厚度的铂，形成上部电极107。最后，通过各向异性腐蚀去除柱下部的硅，完成两支撑柱的致动器。
在此致动器的上部电极和下部电极之间施加电压，进行107次反复位移的寿命实验。表2示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表1
实施例  Cc  Wc(°)  Ca  Wa(°)  u
 1  21079  0.26  5373  0.48  7.24
 2  20873  0.24  5296  0.32  5.26
 3  27664  0.36  9734  0.39  3.08
 4  22486  0.34  9150  0.38  2.75
 5  18667  0.47  9739  0.52  2.12
表2
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   Cnc/Cc(％)   Cna/Ca(％)   u   施加电压(V)   初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  1   2.26   54/46   0.12   0.11   7.24   ±70   1.27   1.27   0.00
  2   1.36   55/45   0.08   0.12   5.26   ±40   1.07   1.05   1.87
  3   3.19   42/58   0.43   0.28   3.08   ±95   0.91   0.88   3.30
  4   1.83   41/59   0.34   0.26   2.75   ±55   0.84   0.81   3.57
  5   0.82   62/38   0.83   0.62   2.12   ±25   0.74   0.70   5.41
比较例1
如下制作由图3A和图3B所示的两支撑柱的压电致动器。在层叠经冲加工的稳定的氧化锶生片之后，经加热压接，形成宽200μm、长800μm的两支撑柱。将其用作基板401，在柱上丝网印刷含有铂的电极膏之后，经干燥，形成下部电极402。通过丝网印刷在下部电极上涂覆锆钛酸铅(PZT)的压电陶瓷膏之后经干燥，形成介质膜403。在介质膜上丝网印刷含有铂的电极膏之后经干燥，形成上部电极404。在110℃同时烧结由得到的基板、下部电极、介质膜，以及上部电极形成的构成体，完成两支撑柱的致动器。X射线衍射测定的结果，介质膜为无取向性的多晶体。表4示出了介质膜的膜厚以及锶与钛元素的比率。
对使用这种致动器的各个实施例同样地进行107次反复位移寿命实验。表4中示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次反复寿命实验之后的位移量、相对于初期的107次反复寿命实验之后的位移量的减少率。
比较例2-7
按与实施例1相同的工序，调整介质膜成膜时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，制作比较例2-7的两支撑柱的压电致动器。再有，介质膜成膜时，没有将成膜后的冷却速度控制在400℃以下。此外，与成膜时的RF输入功率相同的功率，并且按60分钟进行压力固定。X射线衍射测定的结果，特别是比较例2的介质膜，在面外测定中，(00h)面之外的峰值也引人注目，为(001)面取向性低的多晶体。表4示出了介质膜的膜厚以及锶与钛元素的比率。表3以及表4示出了面外以及面内X射线衍射测定的结果。
用这种致动器进行107次反复位移寿命实验。表4中示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期的107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表3
比较例  Cc  Wc(°)  Ca  Wa(°)  u
 1
 2  17873  0.81  9958  0.85  1.88
 3  17844  0.79  9826  0.41  0.94
 4  18781  0.68  13862  0.34  0.68
 5  19187  0.57  13186  0.61  1.56
 6  21989  0.26  14123  0.31  1.86
 7  19914  0.57  14326  0.60  1.46
表4
比较例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   Cnc/Cc(％)   Cna/Ca(％)   u   施加电压(V)   初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  1   2.82   52/48   ±85   0.18   0.15   16.67
  2   1.62   61/39   32.74   35.31   1.88   ±50   0.26   0.20   23.08
  3   1.35   43/57   0.75   0.89   0.94   ±40   0.25   0.18   28.00
  4   2.40   55/45   0.97   1.65   0.68   ±72   0.28   0.20   28.57
  5   2.72   60/40   0.59   0.27   1.56   ±80   0.66   0.60   9.09
  6   1.48   53/47   2.73   4.03   1.86   ±45   0.62   0.55   11.29
  7   2.06   39/61   5.75   6.89   1.46   ±60   0.42   0.37   11.90
实施例6
在(100)钛酸锶基板上，采用溅射方法外延生长厚度为10nm的(100)面取向的铂，作为下部电极。在下部电极上，采用RF磁控管轰击方法按上述成膜条件外延生长(100)面取向的锆钛酸铅，作为厚度为10nm的介质膜。表5示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。在介质膜上，采用溅射方法成膜厚度为10nm的铂，作为上部电极，完成介质膜构成体。对其进行耐压试验。施加电压最高到1V，没有产生泄漏电流，无耐压性问题。
表5
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   Cc   Wc(°)   Ca   Wa(°)   u   Cnc/Cc(％)   Cna/Ca(％)
  6   10   55/45   7918   0.23   1929   0.51   7.22   0.23   0.25
实施例7
如下那样制作图2A和图2B中所示的油墨喷头。图2A是展示本发明的油墨喷头的一个实例的透视图，图2B是沿图2A的2B-2B线截取的剖面图。
在成为流体通路基板201的(100)硅基板上，通过溅射方法成膜其厚度大约2000nm的(100)面取向的钛酸锶层，作为振动板202。将其作为本发明的介质膜构成体的基板203。依照在此钛酸锶层上形成油墨加压室208的位置，利用掩模进行构图，用溅射方法外延生长(100)面取向的铂，形成厚度大约为100nm的下部电极204。在下部电极204上，利用掩模，按宽100μm、长5mm构图，通过RF磁控管轰击方法以上述成膜条件外延生长(001)面取向的0.9PZT-0.1PMN固溶体的介质膜205，其在宽度方向上以200dpi的节距形成200个。表6示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。并且，在介质膜上，通过溅射方法成膜其厚度大约100nm的铂，形成上部电极206。
从流体通路基板201的下侧通过反应离子腐蚀(RIE)，形成油墨加压室208、公用油墨室209、连通油墨加压室和公用油墨室的通路210、连通公用油墨室和油墨槽的通路(未图示)。接下来，在另一硅基板211上，对应于各个油墨加压室208利用反应离子腐蚀(RIE)，以200dpi的节距形成喷嘴212，作为喷嘴板211。如图2A及图2B所示结合流体通路基板201和喷嘴板211，完成油墨喷头。
采用这种油墨喷头，进行喷射试验。能以14.5m/sec的喷射速度喷射10pl的油墨滴，可获得足够的喷射速度。
表6
实施例 膜厚(μm) Zr/Ti比 Cc Wc(°) Ca Wa(°) u Cnc/Cc(％) Cna/Ca(％)
  7 2.04   51/49   20142   0.29   5105   0.53   7.21   0.65   0.69
实施例8-12
以下那样制作作为实施例8-12的介质膜构成体的图1A和图1B所示的两支撑柱的压电致动器。图1A是本发明的两支撑柱的致动器的透视图，图1B是沿图1A的1B-1B线截取的剖面图。柱101大小为宽100μm、长800μm。
首先，为能形成柱图形，在(100)硅基板102上制作掩模，通过溅射方法，成膜厚度为700nm～4000nm(111)面取向的钛酸锶，作为振动板103。104作为本发明的介质膜构成体的基板。同样地在该基板上制作掩模，通过溅射方法外延生长(111)面取向的铂，形成厚度大约100nm的下部电极105。为了构图，在其上制作掩模，通过适当调整采用RF磁控管轰击法对照组成成膜锆钛酸铅(PZT)时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，来控制晶体的取向性，进行(111)面取向的外延生长，形成介质膜106。此时的成膜条件为：基板温度为600℃～650℃，成膜时的氩/氧元素比为25/1～30/1，气压为0.2Pa，成膜时的RF输入功率为0.8W/cm2，成膜后的冷却速度控制为100℃/min以上，直到180℃以下为止，以0.3W/cm2的输入功率进行3分钟的成膜压力固定。表7示出了介质膜的膜厚以及锶与钛的元素比。通过ICP(等离子体发光)方法进行介质膜的组成分析。
并且，对介质膜进行面外和面内X射线衍射测定。在实施例8-12全部的面外X射线衍射测定中的介质膜的最大计数的峰值为(111)面的峰值。在此，将与(111)面不平行的面的峰值之中最大的计数设为Cn111，将面内X射线衍射测定与{-110}面不平行的面的峰值之中最大的计数设为Cn-110。实施例8-12全部的面外X射线衍射测定的Cn111为C111的10％以下。实施例8-12全部的面内X射线衍射测定中的Cn-110为C-110的10％以下。表8详细地示出了计数的比Cn111/C111及Cn-110/C-110。而且，表7中示出了C111、W111、C-110、W-110、v。
并且，通过溅射方法在介质膜上成膜厚度大约100nm的铂、形成上部电极107。最后，通过各向异性腐蚀去除柱下部的硅，完成两支撑柱的致动器。
在此致动器的上部电极和下部电极之间施加电压，进行107次反复位移的寿命实验。表8示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期的107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表7
实施例  C111  W111(°)  C-110  W-110(°)  v
 8  4031  1.18  2106  4.48  7.27
 9  5218  2.87  1324  3.86  5.30
 10  1931  1.15  2106  4.08  3.25
 11  2810  4.75  1143  5.30  2.74
 12  5833  3.78  2843  4.16  2.26
表8
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比  Cn111/C111(％) Cn-110/C-110(％)   v   施加电压(V)   初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  8   2.88   44/56   0.25   0.32   7.27   ±85   1.14   1.13   0.88
  9   1.75   53/47   0.21   0.24   5.30   ±50   1.03   1.01   1.94
  10   1.21   60/40   0.36   0.25   3.25   ±35   0.96   0.94   2.08
  11   2.45   56/44   0.44   0.71   2.74   ±75   0.85   0.82   3.53
  12   3.26   42/58   0.47   0.56   2.26   ±100   0.78   0.74   5.13
比较例8-13
按与实施例8相同的工序，调整介质膜成膜时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，制作比较例8-13的两支撑柱的压电致动器。再有，介质膜成膜时，没有将成膜后的冷却速度控制在400℃以下。此外，以与成膜时的RF输入功率相同的功率，并且按60分钟进行压力固定。X射线衍射测定的结果，特别是比较例9的介质膜，在面外测定中，(111)面之外的峰值也引入注目，为(111)面取向性低的多晶体。表10示出了介质膜的膜厚以及锶与钛元素的比率。表9和表10示出了面外以及面内X射线衍射测定的结果。
用这种致动器进行107次反复位移寿命实验。表10中示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期的107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表9
比较例  C111 W111(°)  C-110  W-110(°)  v
 8  1685  5.83  1106  6.30  1.65
 9  4878  2.26  3207  1.17  0.79
 10  6737  5.98  4879  2.99  0.69
 11  3356  3.89  3263  4.75  1.26
 12  3664  2.60  2353  3.10  1.86
 13  2844  1.78  2387  1.88  1.26
表10
比较例   膜厚(μm)   Zr/Ti比  Cn111/C111(％) Cn110/C-110(％)   u   施加电压(V)   初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  8   2.10   58/42   38.67   39.44   1.65   ±65   0.29   0.23   20.69
  9   1.26   56/44   0.93   1.14   0.79   ±40   0.26   0.19   26.92
  10   2.47   38/62   0.25   0.37   0.69   ±75   0.29   0.21   27.59
  11   2.28   48/52   0.84   0.63   1.26   ±70   0.69   0.63   8.70
  12   3.12   58/42   3.67   3.85   1.86   ±95   0.64   0.56   12.50
  13   1.86   57/43   7.55   8.76   1.26   ±55   0.45   0.39   13.33
实施例13
在(111)钛酸锶基板上，采用溅射方法外延生长厚度为10nm、(111)面取向的铂，作为下部电极。在下部电极上，采用RF磁控管轰击方法按上述成膜条件外延生长(111)面取向的锆钛酸铅，作为厚度为10nm的介质膜。表11示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。在介质膜上，采用溅射方法成膜厚度为10nm的铂，作为上部电极，完成介质膜构成体。对其进行耐压试验。施加电压最高到1V，没有产生泄漏电流，无耐压性问题。
表11
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   C111 W111(°) C-110 W-110(°)  w   Cn111/C111(％)   Cn-110/C-110(％)
  13   10   53/47   6255 2.82 1878 6.12   7.23   0.76   0.83
实施例14
如下那样制作图2A和图2B中所示的油墨喷头。图2A是展示本发明的油墨喷头的一个实例的透视图，图2B是沿图2A的2B-2B线截取的剖面图。
在成为流体通路基板201的(100)硅基板上，通过溅射方法成膜厚度大约为2000nm的(111)面取向的钛酸锶层，作为振动板202。将其作为本发明的介质膜构成体的基板203。依照在此钛酸锶层上形成油墨加压室208的位置，利用掩模进行构图，用溅射方法外延生长(111)面取向的铂，形成厚度大约为100nm的下部电极204。在下部电极204上，利用掩模，按宽100μm、长5mm构图，通过RF磁控管轰击方法以上述成膜条件外延生长(111)面取向的0.9PZT-0.1PMN固溶体的介质膜205，其在宽度方向上以200dpi的节距形成200个。表12示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。并且，在介质膜上，通过溅射方法成膜厚度大约100nm的铂，形成上部电极206。
从流体通路基板201的下侧通过反应离子腐蚀(RIE)，形成油墨加压室208、公用油墨室209、连通油墨加压室和公用油墨室的通路210、连通公用油墨室和油墨槽的通路(未图示)。接下来，在另一硅基板211上，对应于各个油墨加压室208利用反应离子腐蚀(RIE)，以200dpi的节距形成喷嘴212，作为喷嘴板211。如图2A及图2B所示结合流体通路基板201和喷嘴板211，完成油墨喷头。
采用这种油墨喷头，进行喷射试验。确认能以16.1m/sec的喷射速度喷射12pl的油墨滴，可获得足够的喷射速度。
表12
实施例 膜厚(μm) Zr/Ti比 C111  W111(°) C-110  W-110(°)   w Cn111/C111(％) Cn-110/C-110(％)
  14 2.13 60/40 5542  2.21 2254  6.54   7.28 0.36 0.45
实施例15-19
如下那样制作作为实施例15-19的介质膜构成体的图1A和图1B中示出的两支撑柱的压电致动器。图1A是本发明的两支撑柱的致动器的透视图，图1B表示沿图1A的1B-1B线截取的剖面图。柱101大小为宽100μm、长800μm。
首先，为能形成柱图形在(100)硅基板102上制作掩模，通过溅射方法，将成膜厚度为700nm～4000nm厚的(110)面取向的钛酸锶，作为振动板103。104作为本发明的介质膜构成体的基板。同样地在该基板上制作掩模，通过溅射方法外延生长(110)面取向的铂，形成厚度大约100nm的下部电极105。为了构图在其上制作掩模，通过适当调整采用RF磁控管轰击法对照组成成膜锆钛酸铅(PZT)时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，来控制晶体的取向性，进行(110)面取向的外延生长，形成介质膜106。此时的成膜条件为：基板温度600℃～650℃，成膜时的氩/氧元素比为25/1～30/1，气压为0.2Pa，成膜时的RF输入功率为0.8W/cm2，将成膜后的冷却速度控制为100℃/min以上，直到180℃以下为止，以0.3W/cm2的RF输入功率进行3分钟的成膜前的压力固定。表7示出了介质膜的膜厚以及锶与钛的元素比。通过ICP(等离子体发光)方法进行介质膜的组成分析。
并且，对介质膜进行平面之外和面内X射线衍射测定。在实施例15-19全部的面外X射线衍射测定中的介质膜的最大计数的峰值为(110)面的峰值。在此，将与(110)面不平行的面的峰值之中最大的计数设为Cn110，将面内X射线衍射测定不平行于(001)面的面的峰值之中最大的计数设为Cn001。实施例15-19全部的面外X射线衍射测定中的Cn110为C110的10％以下。实施例15-19全部的面内X射线衍射测定中的Cn001为C001的10％以下。表14详细地示出了计数的比Cn110/C110及Cn001/C001。而且，表13中示出了C110、W110、C001、W001、W。
并且，通过溅射方法在介质膜上成膜大约100nm厚度的铂，形成上部电极107。最后，通过各向异性腐蚀去除柱下部的硅，完成两支撑柱的致动器。
在此致动器的上部电极和下部电极之间施加电压，进行107次反复位移的寿命实验。表14示出了此时施加的电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表13
实施例  C110  W110(°)  C001  W001(°)  w
 15  3224  1.29  1850  5.28  7.13
 16  2816  1.27  1726  4.08  5.24
 17  2566  1.76  1487  3.39  3.32
 18  2494  2.98  1662  5.34  2.69
 19  2638  2.56  1872  3.98  2.19
表14
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比  Cn110/C110(％) Cn001/C001(％)   w 施加电压(V) 初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  15   2.52   70/30   0.15   0.17   7.13   70   1.18   1.17   0.85
  16   2.38   68/32   0.19   0.25   5.24   70   1.02   1.00   1.96
  17   2.47   75/25   0.37   0.33   3.32   70   0.93   0.91   2.15
  18   2.64   71/29   0.40   0.45   2.69   70   0.80   0.77   3.75
  19   2.19   70/30   0.25   0.28   2.19   50   0.71   0.67   5.63
比较例14-16
按与实施例15相同的工序，调整介质膜成膜时的气氛、基板温度、成膜后的冷却条件等，制作比较例14-16的两支撑柱的压电致动器。再有介质膜成膜时，没有将成膜后的冷却速度控制在400℃以下，此外，以与成膜时的RF输入功率相同的功率，并且按60分钟进行压力固定。表16示出了介质膜的膜厚以及锶与钛元素的比率。表15和表16示出了面外以及面内X射线衍射测定的结果。
用这种致动器进行107次反复位移寿命实验。表16中示出了此时的施加电压、初期的位移量、107次寿命实验之后的位移量、相对于初期的107次寿命实验之后的位移量的减少率。
表15
比较例  C110  W110(°)  C001  W001(°)  w
 14  2153  3.25  1882  4.86  1.71
 15  2382  3.78  1834  4.13  1.42
 16  2127  4.56  2079  3.92  0.88
表16
比较例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   Cn110/C110(％)   C1001/C001(％)   w   施加电压(V) 初期位移(μm)   寿命实验后位移(μm)   位移减少率(％)
  14   2.46   68/32   0.57   0.17   1.71   70   0.61   0.55   9.84
  15   2.50   72/28   0.34   0.25   1.42   70   0.58   0.51   12.07
  16   2.52   75/25   2.92   3.17   0.88   70   0.44   0.38   13.64
实施例20
在(110)钛酸锶基板上，采用溅射方法外延生长厚度为10nm、(110)面取向的铂，作为下部电极。在下部电极上，采用RF磁控管轰击方法按上述成膜条件外延生长(110)面取向的锆钛酸铅，作为厚度为10nm的介质膜。表17示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。在介质膜上，采用溅射方法成膜厚度10nm的铂，作为上部电极，完成介质膜构成体。利用此进行耐压试验。施加电压最高到1V，没有产生泄漏电流，无耐压性问题。
表17
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   C110   W110(°)   C001   W001(°)   w Cn110/C110(％)   Cn001/C001(％)
  20   10   68/32   3064   1.12   2180   5.73   7.19 0.26   0.31
实施例21
如下那样制作图2A和图2B中所示的油墨喷头。图2A是展示本发明的油墨喷头的一个实例的透视图，图2B是示出沿图2A的2B-2B线截取的剖面图。
在成为流体通路基板201的(100)硅基板上，通过溅射方法成膜其厚度大约2000nm的(110)面取向的钛酸锶层膜，作为振动板202。将其作为本发明的介质膜构成体的基板203。依照在此钛酸锶层上形成油墨加压室208的位置，利用掩模进行构图，用溅射方法外延生长(110)面取向的铂，形成厚度大约为100nm的下部电极204。在下部电极204上，利用掩模，按宽100μm、长5mm构图，通过RF镁溅射方法以上述成膜条件外延生长(110)面取向的0.9PZT-0.1PMN固溶体的介质膜205，其在宽度方向上以200dpi的节距形成200个。在表18示出了介质膜的膜厚、锆与钛的元素比率、X射线衍射测定的结果。并且，在介质膜上，通过溅射方法成膜其厚度大约100nm厚度的铂，形成上部电极206。
从流体通路基板201的下侧通过反应离子腐蚀(RIE)，形成油墨加压室208、公用油墨室209、连通油墨加压室和公用油墨室的通路210、连通公用油墨室和油墨槽的通路(未示出)。接下来，在另一硅基板211上，对应于各个油墨加压室208利用反应离子腐蚀(RIE)，以200dpi的节距形成喷嘴212，作为喷嘴板211。如图2A及图2B所示结合流体通路基板201和喷嘴板211，完成油墨喷头。
采用这种油墨喷头，进行喷射试验。确认能以13.8m/sec的喷射速度喷射13pl的油墨滴，可获得足够的喷射速度。
表18
实施例   膜厚(μm)   Zr/Ti比   C110   W110(°)   C001   W001(°)   w   Cn110/C110(％)   Cn001/C001(％)
  21   2.21   65/35   2972   1.21   1815   5.27   7.13   0.31   0.44

Claims (15)

1、一种介质膜构成体，具有基板和设置在该基板上的介质膜，其特征在于：
介质膜具有相对于该基板的(00l)面取向性，并且该介质膜由下列式(1)表示，其中u为大于2的实数：
u＝(Cc/Ca)×(Wa/Wc)    ......  (1)
在上述式(1)中，
Cc是面外X射线衍射测定的介质膜的(00l’)面的峰值的计数，在此，l’为使Cc为最大值时选定的自然数；
Ca是面内X射线衍射测定的介质膜的(h’00)面的峰值的计数，在此h’为使Cc为最大值时选定的自然数；
Wc是面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(00l’)面的峰值的半值宽度；
Wa是面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(h’00)面的峰值的半值宽度。
2、根据权利要求1所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜通过面外X射线衍射测定，(00l)面之外的面的计数为(00l’)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定，(h00)面之外的面的计数为(h’00)面的计数的10％或10％以下，在此，h和l为任意的自然数，l’为使面外X射线衍射测定的(00l’)面的峰值计数为最大而选取的自然数，h’为使面内X射线衍射测定的(h’00)面的峰值计数为最大而选取的自然数。
3、根据权利要求1所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜的厚度为大于或等于10nm且小于或等于20μm。
4、根据权利要求1中所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜的晶体结构为立方晶体。
5、一种介质膜构成体，具有基板和设置在该基板上的介质膜，其特征在于：
该介质膜具有相对于该基板的(111)面取向性，并且该介质膜由下列式(2)表示，其中v为大于2的实数：
v＝(C111/C-110)×(W-110/W111)  ......  (2)
在上述式(2)中，
C111是面外X射线衍射测定的介质膜的(111)面的峰值的计数；
C-110是面内X射线衍射测定的介质膜的(-110)面的峰值的计数；
W111是面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(111)面的峰值的半值宽度；
W-110是面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(-110)面的峰值的半值宽度。
6、根据权利要求5所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜通过面外X射线衍射测定，不平行于(111)面的面的计数为(111)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定，不平行于{-110}面的面的计数为(-110)面的计数的10％或10％以下。
7、根据权利要求5所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜的晶体结构为菱面体晶体。
8、一种介质膜构成体，具有基板和设置在该基板上的介质膜，其特征在于：
该介质膜具有相对于该基板的(110)面取向性，并且该介质膜由下列式(3)表示，其中w为大于2的实数：
w＝(C110/C00m)×(W00m/W110)......  (3)
在上述式(3)中，
C110是面外X射线衍射测定的介质膜的(110)面的峰值的计数；
C00m是面内X射线衍射测定的介质膜的(00m)面的峰值的计数，在此，m为使C00m为最大值而选定的自然数；
W110是面外波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(110)面的峰值的半值宽度；
W00m是面内波动曲线X射线衍射测定的介质膜的(00m)面的峰值的半值宽度。
9、根据权利要求8中所述的介质膜构成体，其中，上述介质膜通过面外X射线衍射测定，不平行于(110)面的面的计数为(110)面的计数的10％或10％以下，并且通过面内X射线衍射测定，不平行于{-110}面的面的计数为(-110)面的计数的10％或10％以下。
10、一种压电致动器，其特征在于，具有权利要求1所述的介质膜构成体和用于将电压施加到该介质膜构成体上的电极。
11、一种压电致动器，其特征在于，具有权利要求5所述的介质膜构成体和用于将电压施加到该介质膜构成体上的电极。
12、一种压电致动器，其特征在于，具有权利要求8所述的介质膜构成体和用于将电压施加到该介质膜构成体上的电极。
13、一种油墨喷头，其特征在于，具备：具有权利要求1所述的介质膜构成体和用于将电压施加到该介质膜构成体上的电极的压电致动器，驱动该压电致动器来喷射油墨。
14、一种油墨喷头，其特征在于，具备：具有权利要求5所述的介质膜构成体和用于将电压旋加到该介质膜构成体上的电极的压电致动器，驱动该压电致动器来喷射油墨。
15、一种油墨喷头，其特征在于，具备：具有权利要求8所述的介质膜构成体和用于将电压施加在该介质膜构成体上的电极的压电致动器，驱动该压电致动器来喷射油墨。
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