CN101544119A - 液体喷射头、液体喷射装置以及执行器 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够提高压电元件的移位特性来实现高速驱动并能够抑制压电体层的破坏来提高耐久性的液体喷射头、液体喷射装置以及执行器。压电体层(70)的端面由向其外侧倾斜的倾斜面构成，构成各压电元件(300)的下电极(60)以比压力产生室(12)的宽度窄的宽度形成，压电体层(70)以比下电极(60)的宽度宽的宽度形成，下电极(60)的端面被压电体层(70)覆盖，振动板(50)的最表层由用氧化钛形成的绝缘体膜(52)构成，下电极的最表层由用镍酸镧形成的取向控制层(62)构成，并且取向控制层(62)和至少取向控制层(62)上的压电体层(70a)由钙钛矿结构的结晶形成，而且晶面方向沿(001)优先取向。
Description
技术领域
本发明涉及通过压电元件的移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执行器。
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，该压电元件由经由振动板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移位而向压力产生室内施加压力，由此从喷嘴喷射墨滴。已知这种喷墨式记录头所使用的压电元件的移位特性会根据压电体层的结晶取向而发生很大的变化。并且，已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移位特性的多种压电元件(例如，参照专利文献1)。
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以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，虽在作为压电体层的倾斜面的部分(以下称为锥形部)上没有形成上电极，但由于下电极跨多个压电元件而连续地形成，因此会有较强的驱动电场作用于该压电体层的锥形部，从而有可能导致压电体层的锥形部遭受破坏。
另外，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多个压电元件而连续地形成，但例如也有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外侧的压电元件(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；
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，由于不会有强的驱动电场作用于压电体层的锥形部，因此不会导致压电体层破坏。但是，在这样的专利文献3所记载的结构中，例如当想要采用专利文献1所记载的压电体层来提高压电元件的移位特性时，可能是因为下电极上的压电体层和下电极外侧(振动板上)的压电体层的结晶性发生了改变，在驱动了压电元件时下电极端部附近的压电体层可能会遭受破坏。
这种问题不仅存在于喷射墨滴的喷墨式记录头，喷射其他液滴的液体喷射头中也同样存在，另外不仅是液体喷射头，只要是具有压电元件的执行器就会同样存在。
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移位特性来实现高速驱动并能够抑制压电体层的破坏来提高耐久性的液体喷射头、液体喷射装置以及执行器。
解决上述问题的本发明提供一种液体喷射头，该液体喷射头包括流路形成基板和压电元件，在所述流路形成基板上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，所述压电元件包括经由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，从而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，所述取向控制层和至少该取向控制层上的所述压电体层由钙钛矿结构的结晶形成，而且晶面方向沿(001)优先取向。在上述本发明中，通过提高压电体层的结晶性，能够实现压电元件的高速驱动并能够抑制压电体层的破坏来提高耐久性。
这里，优选在所述振动板与所述压电体层之间形成有金属层，所述金属层不与所述下电极连续，并且所述金属层的最表层的至少一部分由所述取向控制层构成。由此，没有形成下电极的非能动部区域上的压电体层的结晶性也得以提高，因此压电体层整体会协调移位，从而能够确保移位量。因此，能够进一步实现压电元件的高速驱动并能够进一步抑制压电体层的破坏来提高耐久性。
另外，所述压电体层的晶体结构优选为菱形晶、四方晶或单斜晶。另外，至少所述取向控制层上的所述压电体层优选由柱状结晶形成。并且，所述绝缘体膜上的所述压电体层也优选由柱状结晶形成。由此，能够更加可靠地高速驱动压电元件，并且能够更可靠地抑制随着压电元件的反复驱动而压电体层被破坏。
另外，被所述压电体层覆盖的所述下电极的端面优选为向其外侧倾斜的倾斜面。由此，形成在下电极的端面部分上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而压电体层被破坏。
另外，所述下电极优选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移位特性均匀化。
另外，在设置导电层的情况下，所述导电层优选被所述取向控制层覆盖。由此，由于只有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，所述导电层优选由金属材料、金属材料的氧化物或它们的合金形成。所述金属材料特别优选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，所述压电体层优选以锆钛酸铅(PZT)为主要成分。由此，压电元件具有良好的移位特性。
另外，所述压电体层的端面优选被具有抗湿性的保护膜覆盖。另外，所述压电体层的端面优选被所述上电极覆盖。由此，能够抑制大气中的水分等对压电体层的破坏。
另外，压电元件的电极构造没有特别的限定，所述下电极可以与所述压力产生室相对应地被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而连续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移位特性并能够抑制压电体层被破坏来提高耐久性。
另外，本发明提供一种具有上述那样的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，本发明提供一种执行器，该执行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的宽度宽的宽度形成，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，所述取向控制层和至少该取向控制层上的所述压电体层由钙钛矿结构的结晶形成，而且晶面方向沿(001)优先取向。
根据上述本发明，通过提高压电体层的结晶性，能够实现压电元件的高速驱动，并且能够抑制压电体层的破坏来提高耐久性。即能够实现能够高速驱动并提高了耐久性的执行器。
这里，优选在所述振动板与所述压电体层之间形成有金属层，所述金属层不与所述下电极连续，并且所述金属层的最表层的至少一部分由所述取向控制层构成。由此，没有形成下电极的非能动部区域上的压电体层的结晶性也得以提高，压电体层整体协调移位，从而能够确保移位量。因此，可实现能够进一步实现压电元件的高速驱动并抑制压电体层的破坏来进一步提高了耐久性的执行器。
附图说明
图1是实施方式1的记录头的分解立体图；
图2A和图2B分别是实施方式1的记录头的平面图和截面图；
图3是示出实施方式1的记录头的主要部分的截面图；
图4A～图4C是示出实施方式1的记录头的制造工序的截面图；
图5A～图5C是示出实施方式1的记录头的制造工序的截面图；
图6A～图6C是示出实施方式1的记录头的制造工序的截面图；
图7A～图7C是示出实施方式1的记录头的制造工序的截面图；
图8是示出实施方式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10A和图10B分别是实施方式3的记录头的平面图和截面图；
图11是示出实施方式3的记录头的主要部分的截面图；
图12A和图12B分别是实施方式4的记录头的平面图和截面图；
图13是一个实施方式的记录装置的概要图。
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是示出喷墨式记录头的简要结构的分解立体图，该喷墨式记录头是本发明实施方式1的液体喷射头的一个例子，图2A和图2B分别是图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，通过间隔壁11被划分并且一个面由弹性膜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上的压力产生室12的长度方向上的一个端部侧设置有由间隔壁11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通过在宽度方向上缩小贮存器100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，通过从单侧缩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缩小流路的宽度来形成墨水供应通路。另外，也可以不缩小流路的宽度而通过缩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的宽度方向上的两侧的间隔壁11向连通部15侧延伸设置而划分出墨水供应通路13与连通路径15之间的空间，由此形成了各连通路径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。
喷嘴板20通过粘接剂或热熔敷膜等而粘在流路形成基板10的开口面侧，在该喷嘴板20上穿设有与各压力产生室12的与墨水供应通路13相反一侧的端部附近连通的喷嘴21。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，压电元件300经由振动板50形成在上述流路形成基板10的与开口面相反的一侧。这里，将该压电元件300和通过压电元件300的驱动而发生移位的振动板50合称为执行器。在本实施方式中，在流路形成基板10上如上所述形成有弹性膜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)上形成有由下电极膜60、压电体层70以及上电极膜80构成的压电元件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。通常，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70一起按照每个压力产生室12图案化以作为专用电极。并且，这里将由被图案化的电极和压电体层70构成并通过向两个电极施加电压而发生电致伸缩的区域称为压电体能动部320。
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的宽度窄的宽度被设置在与各压力产生室12相对的每个区域，并构成了各压电元件300的专用电极。并且，下电极膜60的端面形成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，并在压力产生室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被选择性地施加给各压电元件300(参照图2)。
这里，将没有形成被图案化的下电极膜60的区域称为非能动部区域330。
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。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、铂、铱、钌、银、镍、锇、钼、铑、钛、镁、钴。
用作取向控制层62的镍酸镧例如在本实施方式中使用了x＝3、y＝1的LaNiO3。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，其由钙钛矿结构的结晶形成，并且晶面方向沿(001)优先取向。
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—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在压力产生室12的宽度方向上以比下电极膜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。另一方面，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端部的外侧而设置(参照图2)。并且，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。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(参照图2)。
这里，形成在取向控制层62(下电极膜60)上的压电体层70a由钙钛矿结构的结晶形成。另外，取向控制层62上的压电体层70a受取向控制层62的结晶取向的影响而其晶面方向沿(001)取向。即，压电体层70在取向控制层62上外延生长，晶面方向沿(001)取向。在取向控制层62以外的部分形成的压电体层70b、即绝缘体膜52上的压电体层70b也优选由钙钛矿结构的结晶形成，并且晶面方向沿(001)取向。
具有这样的压电体层70的压电元件300由于压电体层70的结晶性优良，在提高响应速度的同时还提高了耐久性。即，压电元件300可高速驱动，并能够抑制随着压电元件300的反复驱动而移位量下降。如果反复驱动压电元件300，则随着压电元件300的劣化等，其移位量逐渐下降，但是由于压电体层70具有良好的结晶性，因此也能够抑制这种移位量的下降。
压电体层70优选其整体由钙钛矿结构的结晶形成并且晶面方向沿(001)取向，但是由于形成在绝缘体膜52上的压电体层70b实质上不会影响压电元件300的移位，因此并非一定要由钙钛矿结构的结晶形成并且晶面方向沿(001)取向。即，在压电体层70中，至少在取向控制层62上形成的部分(压电体层70a)由钙钛矿结构的结晶形成并且晶面方向沿(001)取向即可。
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，尤其优选为菱形晶系。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的移位量下降并能够实现压电元件300的高速驱动。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。压电体层70的结晶从作为基底的这些取向控制层62和绝缘体膜52生长。因此，能够比较容易地形成具有上述任一晶体结构并且为柱状结晶的压电体层70。
作为压电体层70的材料，例如优选由以锆钛酸铅[Pb(Zr，Ti)O3：PZT]为主要成分的材料形成，但此外也可以使用铌镁酸铅和钛酸铅的固溶体[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3—PbTiO3：PMN—PT]、锌铌酸铅和钛酸铅的固溶体[Pb(Zn1/3Nb2/3)O3—PbTiO3：PZN—PT]等。无论是哪一种，只要是由钙钛矿结构的结晶形成的材料，压电体层70的材料就不限于上述材料。
对这样的压电体层70的制造方法没有特殊的限定，例如有溶胶—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(煅烧)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的表面倾斜的倾斜面构成而不是以近似垂直的面构成(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。即，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的移位量下降。
并且，在本实施方式中，如上所述，由于下电极膜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，各压电元件300的移位特性也不会产生偏差，从而能够得到稳定且略均一的移位特性。
在本实施方式中，上电极膜80在与多个压力产生室12相对的区域上连续地形成，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。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的上表面和端面的几乎整个区域而设置。由此，通过上电极膜80实质上防止了大气中的水分(湿气)浸透至压电体层70。因此，能够抑制水分(湿气)对压电元件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构成的执行器的流路形成基板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护部31，所述压电元件保护部31可确保不会阻碍压电元件300运动的程度的空间。压电元件300由于在该压电元件保护部31内形成，因此以几乎不会受到外部环境影响的状态被保护。另外，在保护基板30的与流路形成基板10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并沿着压力产生室12的并列设置方向而设置，并且如上所述与流路形成基板10的连通部15连通，从而构成了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的端部暴露于该通孔33内。并且，虽然图中没有示出，但是这些下电极膜60和引线电极90通过延伸到通孔33内的连接配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，例如可举出玻璃、陶瓷材料、金属、树脂等，但更优选由与流路形成基板10的热膨胀系数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相对的区域是在厚度方向上完全被除去的开口部43，因此贮存器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，从图中没有示出的外部墨水供应单元获得墨水，在从贮存器100至喷嘴21的内部充满了墨水后，按照来自图中没有示出的驱动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发生弯曲变形，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4A～图4C至图7A～图7C来说明这样的喷墨式记录头的制造方法。图4A～图4C至图7A～图7C是示出喷墨式记录头的制造工序的截面图。
首先，如图4A所示，在流路形成基板用晶片110的表面上形成振动板50，流路形成基板用晶片110是由晶面方向(110)的单晶硅基板形成的晶片。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10扩散的作用。
然后，如图4B所示，在振动板50(绝缘体膜52)上形成由导电层61和取向控制层62构成的下电极膜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，并且在该导电层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。
取向控制层62的形成方法如上所述例如有溅射法、溶胶—凝胶法、MOD法等。并且，通过适当地调整成膜条件，能够形成具有上述结晶性的取向控制层62。
然后，如图4C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溶胶—凝胶法形成了压电体层70，即：对将金属有机物溶解、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，然后通过在高温下煅烧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—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(煅烧)条件等，能够形成具有上述结晶性的压电体层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5A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。即，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5B所示，通过将该抗蚀剂膜200作为掩模对压电体层70进行离子铣削而将其图案化为预定的形状。此时，压电体层70沿着抗蚀剂膜200的倾斜的端面而被图案化。即，压电体层70的端面为倾斜面。
然后，如图5C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6A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。上电极膜80的材料没有特殊的限定，只要是导电性较高的材料即可，例如优选使用铱、铂、钯等金属材料。另外，上电极膜80的厚度需为不会妨碍压电元件300移位的程度的厚度。但是，该上电极膜80在本实施方式中兼作用于抑制由水分导致压电体层70损坏的抗湿保护膜，因此优选形成得较厚。
然后，如图6B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6C所示，通过粘接剂35将由多个保护基板30形成为一体的保护基板用晶片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护部31、贮存部32以及通孔33。
然后，如图7A所示，将流路形成基板用晶片110弄薄至预定的厚度。然后，如图7B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7C所示，将该保护膜55作为掩模并例如使用KOH等碱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)等进行切断来去除图中没有示出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1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是示出实施方式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的结构的另一示例，下电极膜60以外的结构与实施方式1相同。即，相对于在实施方式1中将取向控制层62形成在导电层61上(上表面)，如图8所示，在本实施方式中，将构成下电极膜60的取向控制层62A设置在导电层61的上表面和端面上，即以覆盖导电层61的方式设置了取向控制层62A。
通过这样的结构，由于在下电极膜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是示出实施方式3的喷墨式记录头的简要结构的分解立体图，图10A和图10B分别是图9的平面图和该平面图的B—B′截面图。另外，图11是示出实施方式3的喷墨式记录头的主要部分的截面图。对于与图1～图3所示的部件相同的部件，标注相同的标号并省略重复说明。
本实施方式除了由构成压电元件300的下电极膜60A构成压电元件300的共用电极、并由上电极膜80A构成专用电极以外，其余与实施方式1相同。
如图所示，本实施方式的下电极膜60A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相对的每个区域上，并且从各压力产生室12的长度方向上的一个端部侧延伸至周壁，并在周壁上连在一起构成了各压电元件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延伸至压力产生室12的长度方向上的两端部的外侧，与压力产生室12相对的区域上的下电极膜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。
上电极膜80A以比压电体层70的宽度宽的宽度分别独立地设置在与各压力产生室12相对的区域上。即，上电极膜80A被压力产生室12之间的间隔壁11断开而构成了压电元件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。
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压电体层70端部的外侧。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。
当然，在本实施方式的上述结构中，由于压电体层70具有优良的结晶性，因此也能够充分地确保压电元件300的移位量，并且能够实现高速驱动，而且能够抑制压电体层遭受破坏来提高耐久性。并且，由于压电体层70的表面被上电极膜80A覆盖，因此能够抑制水分等对压电元件300的破坏。即，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损坏，从而能够实现提高了耐久性的喷墨式记录头。
(实施方式4)
图12A和图12B分别是实施方式4的喷墨式记录头的平面图和示出其主要部分的C—C′截面图。对于与实施方式1的图1～图3所示的部件相同的部件，标注相同的标号并省略重复说明。
本实施方式是除了下电极膜60以外还在振动板50与压电体层70之间形成了与下电极膜60不连续的金属层65的例子，除增加了金属层65以外，其余结构与实施方式1相同。
在图12A和图12B中，在振动板50上的没有形成下电极膜60的区域中的振动板50与压电体层70之间形成了金属层65。另外，金属层65不与下电极膜60连续并且不与其电连接。
金属层65的平面形状不限于在本实施方式中示出的矩形形状，只要不与下电极膜60连续，可以是任意的形状。另外，截面形状也不限于矩形形状，也可以与下电极膜60同样地形成为梯形形状。
金属层65与下电极膜60同样地具有双层结构，在导电层61上形成了取向控制层62作为最表层。形成导电层61和取向控制层62的材料可以使用与实施方式1相同的材料，但导电层61不限于这些材料。在这样的结构中，在没有形成下电极膜60的非能动部区域330处，压电体层70b的结晶性也通过取向控制层62而得以提高，因此压电体层70的整体协调移位，从而能够进一步确保移位量。因此能够进一步实现压电元件300的高速驱动，并且能够抑制压电体层70的破坏来进一步提高耐久性。
另外，金属层65的构造也可以与实施方式2的图8所示的下电极膜60同样地构成为由取向控制层62覆盖导电层61的构造。
在这样的结构中，在金属层65的端面处，压电体层70也被形成在取向控制层62上，因此能够进一步提高压电体层70的结晶性。
(其他实施方式)
以上说明了本发明的各个实施方式，但本发明不限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中对下电极膜60由导电层61和取向控制层62这两层构成的例子进行了说明，但下电极膜60的结构不限于此。只要下电极膜60的最表层由用镍酸镧形成的取向控制层62构成，则其下侧的结构不受特别限定，例如导电层61也可以由多层构成。
同样地，在上述实施方式中对振动板50由弹性膜51和绝缘体膜52这两层构成的例子进行了说明，但振动板50的结构不限于此。只要振动板50的最表层由用氧化钛形成的绝缘体膜52构成即可，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10之间设置其他的层。
并且，例如在上述的实施方式中，用上电极膜80覆盖压电体层70，并由此来抑制了水分对压电体层70的破坏，但上电极膜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相对的区域上。此时，也可以在压电体层70的其他部分例如形成由包括氧化铝等的具有抗湿性的材料形成的保护膜，并通过该保护膜来抑制水分对压电体层70的破坏。
另外，上述实施方式的喷墨式记录头构成了具有与墨盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，并被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13是示出该喷墨式记录装置的一个例子的概要图。如图13所示，构成墨水供应单元的墨盒2A和2B可拆装地被设置在具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B上，安装有这种记录头单元1A和1B的托架3可在轴向上移动自如地被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例如分别用于喷射黑色墨水组成物和彩色墨水组成物。并且，驱动马达6的驱动力经由图中没有示出的多个齿轮和正时带7被传递到托架3上，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设置有压纸卷筒8，通过图中没有示出的送纸辊等而运送来的纸张等记录介质、即记录片材S在压纸卷筒8上被运送。
在上述的实施方式中，作为本发明液体喷射头的一个例子，说明了喷墨式记录头，但液体喷射头的基本结构不限于上述的结构。本发明广泛地以所有的液体喷射头为对象，当然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，例如可举出：用于打印机等图像形成装置的各种记录头；在液晶显示器等的滤色器的制造中使用的色料喷射头；在有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成中使用的电极材料喷射头；在生物芯片的制造中使用的生物有机物喷射头等。
另外，本发明不限于安装到以喷墨式记录头为代表的液体喷射头上的执行器，当然也能够应用于安装到其他装置上的执行器。
Claims (17)
1.一种液体喷射头，包括流路形成基板和压电元件，在所述流路形成基板上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，所述压电元件包括经由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，从而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，所述取向控制层和至少该取向控制层上的所述压电体层由钙钛矿结构的结晶形成，而且晶面方向沿(001)优先取向。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，
在所述振动板与所述压电体层之间形成有金属层，所述金属层不与所述下电极连续，并且所述金属层的最表层的至少一部分由所述取向控制层构成。
3.如权利要求1或2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。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液体喷射头，其中，
至少所述取向控制层上的所述压电体层由柱状结晶形成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头，其中，
所述绝缘体膜上的所述压电体层由柱状结晶形成。
6.如权利要求1至4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朝着其外侧倾斜的倾斜面。
7.如权利要求1至6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。
8.如权利要求7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。
9.如权利要求7或8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。
10.如权利要求9所述的液体喷射头，其中，
所述金属材料包含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。
11.如权利要求1至10中任一项所述的液体喷射头，其中，
所述压电体层以锆钛酸铅(PZT)为主要成分。
12.如权利要求1至11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抗湿性的保护膜覆盖。
13.如权利要求1至12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。
14.如权利要求13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被独立设置并构成了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所述压力产生室而连续设置并构成了所述压电元件的共用电极。
15.一种液体喷射装置，具有权利要求1至14中任一项所述的液体喷射头。
16.一种执行器，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的宽度宽的宽度形成，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，所述取向控制层和至少该取向控制层上的所述压电体层由钙钛矿结构的结晶形成，并且晶面方向沿(001)优先取向。
17.如权利要求16所述的执行器，其中，
在所述振动板与所述压电体层之间形成有金属层，所述金属层与所述下电极相独立，并且所述金属层的最表层由所述取向控制层构成。
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