CN101997080A - 压电元件及其制造方法、压电致动器、液体喷射头及装置 - Google Patents

压电元件及其制造方法、压电致动器、液体喷射头及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供可靠性高的压电元件及其制造方法、压电致动器、液体喷射头及装置。本发明的压电元件(100)包括基板(10)、设置在基板(10)的上方的第1导电层(20)、覆盖第1导电层(20)的上方及侧方的压电体层(30)、设置在压电体层(30)的顶面(32)且沿顶面(32)的边缘而设置的缓冲层(40)和至少覆盖缓冲层(40)及压电体层(30)的第2导电层(50)。

Description

压电元件及其制造方法、压电致动器、液体喷射头及装置
技术领域
本发明涉及压电元件、压电致动器、液体喷射头、液体喷射装置以及压电元件的制造方法。
背景技术
压电元件包含由2个电极夹持压电体而成的结构。压电元件因为包含这样的结构，所以能够对压电体施加电场而使之产生伸缩等变形。作为压电体的典型材质，已知有锆钛酸铅等。
压电元件也可应用于液体喷射头等压电致动器。压电元件的性能有时会由于压电体的劣化而变差。已知：在压电材料为锆钛酸铅等氧化物的情况下，若水分与压电体相接触，则例如会发生在2个电极间产生的泄漏电流的增加等，压电元件的可靠性会下降。
作为抑制压电体与水分相接触的方法，进行通过阻挡膜覆盖压电体的处理。作为这样的例子，在特开2005-119199号公报(专利文献1)中，公开了用绝缘膜覆盖压电体的结构的液体喷射头。此外，例如，在特开2005-088441号公报(专利文献2)中，有如下液体喷射头的公开：用电极覆盖压电体，使该电极兼具阻挡膜的功能，从而抑制压电体与水分的接触。
【专利文献1】特开2005-119199号公报
【专利文献2】特开2005-088441号公报
可是，在用绝缘膜等覆盖压电体的情况下，若绝缘膜的刚性大，则有时会压制压电元件的伸缩等变形，从而牺牲压电元件的工作性能。
此外，在用电极覆盖压电体的情况下，在形成电极时，成膜时的应力有时残留于该电极的内部。若应力残留于电极，则在该残留应力集中的区域，有时会在电极中产生龟裂等，从而水分的阻挡性能变得不充分。
发明内容
发明人基于在电极层产生的残留应力容易集中于电极的弯曲部位这样的认知，而完成了本发明。
本发明的几种方式的目的之一在于提供可靠性高的压电元件。
本发明是为了解决上述问题的至少一部分而提出的，其能够作为以下的方式或应用例而实现。
[应用例1]
本发明的压电元件的一种方式包括：
基板；
设置在所述基板的上方的第1导电层；
覆盖所述第1导电层的上方及侧方的压电体层；
缓冲层，其设置在所述压电体层的上方，沿该压电体层的顶面的边缘而设置；以及
至少覆盖所述缓冲层及所述压电体层的第2导电层。
这样的压电元件，其压电体层的压电材料由第2导电层覆盖，并且该第2导电层的应力集中部位与覆盖压电材料的区域分隔开。由此，上述应用例的压电元件可抑制例如大气等氛围中的水分与压电材料的接触，从而压电材料难以劣化而可靠性变高。
还有，在本发明的记载中，将“上方”这样的表述用为例如“在特定物(以下称为“A”)的“上方”形成其他特定物(以下称为“B”)”等。在本发明的记载中，在该例子的情况下，作为包括在A上直接形成B的情况和在A上隔着其他物形成B的情况，使用“上方”这样的表述。
[应用例2]
在应用例1的压电元件中：
所述缓冲层具有连接该缓冲层的顶面及所述压电体层的侧面的第1侧面和连接所述缓冲层的顶面及所述压电体层的顶面的第2侧面；
所述第2侧面相对于所述缓冲层的顶面的倾斜度比所述第1侧面相对于所述缓冲层的顶面的倾斜度小。
这样的压电元件，因为在缓冲层的第2侧面与压电体层的顶面相连接的部位，在第2导电层中难以产生残留应力，所以能够提高可靠性。
[应用例3]
在应用例1或应用例2的压电元件中：
还包括：覆盖所述压电体层的顶面且设置在该压电体层与所述第2导电层之间的第3导电层；
其中，所述缓冲层设置于所述第3导电层的上方。
这样的压电元件，因为在形成缓冲层时，第3导电层成为蚀刻停止层，并且能够保护压电体层的上方，所以压电体层更加难以与水分等接触，从而能够进一步提高可靠性。
[应用例4]
在应用例1～应用例3的任意一例的压电元件中：
所述缓冲层的材质包括从氧化铝、氧化钛、氮化硅及氧化镧镍中选择的至少一种。
这样的压电元件，因为具备使水分难以透过的缓冲层，所以压电材料进一步难以劣化，能够使可靠性进一步提高。
[应用例5]
在应用例1～应用例4的任意一例的压电元件中：
具有多个包括所述第1导电层、所述压电体层、所述缓冲层及所述第2导电层的叠层结构；
所述第1导电层成为各所述叠层结构中的分立电极，所述第2导电层成为多个所述叠层结构中的共用电极。
这样的压电元件，因为第2导电层成为共用电极，所以具有与上述的压电元件同样高的可靠性，并且小型且制造容易。
[应用例6]
本发明的压电元件的制造方法的一种方式包括：
在基板的上方形成第1导电层的工序；
使压电体层成膜于所述基板及所述第1导电层的上方的工序；
使缓冲层成膜于所述压电体层的上方的工序；
对所述缓冲层及所述压电体层进行图案形成的第1图案形成工序；
对图案形成后的所述缓冲层进一步进行图案形成的第2图案形成工序；以及
以包覆所述压电体层及所述缓冲层的方式形成第2导电层的工序；
其中，在所述第2图案形成工序中，所述缓冲层以沿所述压电体层的顶面的边缘的方式形成。
根据这样的压电元件的制造方法，能够以不使第2导电层中的应力的集中产生的方式制造压电元件，能够容易地制造具有高可靠性的压电元件。
[应用例7]
本发明的压电致动器的一种方式包括：
应用例1～应用例5中的任意一例所述的压电元件；
其中，所述基板具有可挠性，通过所述压电体层的工作而发生变形。
这样的压电致动器，因为包括前述压电元件，所以能够具有高的可靠性。
[应用例8]
本发明的液体喷射头的一种方式包括：
应用例7所述的压电致动器；以及
压力室，其与喷嘴孔相连通，且其容积通过所述压电致动器的工作而发生变化。
这样的液体喷射头，因为包括前述压电致动器，所以能够具有高的可靠性。
[应用例9]
本发明的液体喷射装置的一种方式包括：
应用例8所述的液体喷射头。
这样的液体喷射装置，因为包括前述液体喷射头，所以能够具有高的可靠性。
附图说明
图1是实施方式的压电元件100的剖面的示意图。
图2是实施方式的压电元件100的主要部分的剖面的示意图。
图3是变形例1的压电元件120的主要部分的剖面的示意图。
图4是变形例2的压电元件140的主要部分的剖面的示意图。
图5是变形例3的压电元件140的主要部分的剖面的示意图。
图6是实施方式的压电元件300的剖面的示意图。
图7是变形例4的压电元件400的剖面的示意图。
图8是变形例5的压电元件500的剖面的示意图。
图9是实施方式的压电元件的制造工序的示意图。
图10是实施方式的压电元件的制造工序的示意图。
图11是实施方式的压电元件的制造工序的示意图。
图12是实施方式的压电元件的制造工序的示意图。
图13是实施方式的液体喷射头600的剖面的示意图。
图14是示意性地表示实施方式的液体喷射头600的分解立体图。
图15是示意性地表示实施方式的液体喷射装置700的立体图。
符号说明
10…基板，12…氧化锆层，14…硅基板，20…第1导电层，30、30a…压电体层，32…顶面，34…侧面，36…驱动区域，40、40a、40b、46、48…缓冲层，42…顶面，44…第1侧面，45…第2侧面，50…第2导电层，60…第3导电层，64…侧面，70…导电性缓冲层，74…侧面，100、120、140、160、300、400、500…压电元件，102…压电致动器，200…叠层结构，600…液体喷射头，610…喷嘴板，612…喷嘴孔，620…压力室基板，622…压力室，624…贮液部，626…供给口，628…贯通孔，630…框体，700…液体喷射装置，710…驱动部，720…装置主体，721…托架，722…排出口，730…头单元，731…墨盒，732…滑架，741…滑架电动机，742…往复移动机构，743…同步带，744…滑架导轴，750…供纸部，751…供纸电动机，752…供纸卷轴，752a…从动卷轴，752b…驱动卷轴，760…控制部，770…操作面板。
具体实施方式
以下关于本发明的优选的实施方式，参照附图进行说明。而且，以下的实施方式对本发明的一例进行说明。此外，本发明并不限定于下述的实施方式，而也包括在不改变其主旨的范围所实施的各种变形例。
1.压电元件
图1是本实施方式的压电元件100的剖面的示意图。图2是压电元件100的主要部分的剖面的示意图。
本实施方式的压电元件100包括基板10、第1导电层20、压电体层30、缓冲层40和第2导电层50。
基板10例如能够形成为由导电体、半导体、绝缘体形成的平板。基板10既可以是单层，也可以是多层叠层而成的结构。此外，基板10只要其顶面是平面的形状，并不限定其内部的结构，例如，也可以是在内部形成有空间等的结构。例如，在如后述的液体喷射头那样在基板10的下方形成有压力室等的情况下，也可以将形成于基板10下方的多个结构统一看作为一块基板10。
基板10例如也可以是具有可挠性并通过压电体层30的工作而发生变形(弯曲)的振动板。在此情况下，压电元件100成为包括振动板、第1导电层20、压电体层30、缓冲层40和第2导电层50的压电致动器102。在此，所谓基板10具有可挠性，指基板10能够挠曲。在将基板10形成为振动板的情况下，基板10的挠曲例如在将压电致动器102用于液体喷射头的情况下，是能够使压力室的容积与所喷出的液体的体积相同程度地变化的程度。
在基板10是振动板的情况下，作为基板10的材质，例如能够例示氧化锆(ZrO2)、氮化硅、氧化硅等无机氧化物、不锈钢等合金。它们之中，作为基板10(振动板)的材质，在化学稳定性及刚性这一点上，氧化锆尤其合适。在该情况下，基板10也可以是所例示的物质中的2种以上物质的叠层结构。
在本实施方式中，以下，例示基板10是振动板而利用氧化锆形成的情况。从而，压电元件100与具备具有可挠性并能够通过压电体层30的工作而发生变形(弯曲)的振动板的压电致动器102实质上相同。从而在以下的说明中，压电元件100及压电致动器102能够相互改换称谓。
基板10(振动板)的厚度能够按照所采用的材质的弹性系数等最佳地选择。基板10的厚度例如能够设定为200nm以上2000nm以下。若基板10的厚度比200nm薄，则存在会难以获取振动等机械性输出的情况，若比2000nm厚，则存在不产生振动等的情况。
第1导电层20形成于基板10的上方。作为第1导电层20的材质，例如能够例示：镍、铱、铂等各种金属，它们的导电性氧化物(例如氧化铱等)，锶与钌的复合氧化物(SrRuOX:SRO)，镧与镍的复合氧化物(LaNiOX:LNO)等。第1导电层20既可以是所例示的材料的单层结构，也可以是叠层有多种材料的结构。此外，在第1导电层20与基板10之间，例如也可以形成紧密附着层等。作为该情况下的紧密附着层，例如可举出钛层等。第1导电层20的厚度例如能够设定为50nm以上300nm以下。作为第1导电层20的功能之一，可举出成为用于对压电体层30施加电压的一个电极(形成于压电体层30的下部的下部电极)的功能。
压电体层30覆盖第1导电层20的上方及侧方而形成。在图示的例子中，压电体层30覆盖第1导电层20的顶面及侧面和基板10的顶面12而形成。在压电体层30与第1导电层20之间，也可以形成其他层。作为该情况下的其他层，例如可举出用于对压电体层30的晶体取向进行控制的取向控制层(例如钛层)等。压电体层30的厚度例如能够设定为300nm以上3000nm以下。若压电体层30的厚度脱离前述范围，则存在得不到为了使基板10发生变形而所需的伸缩的情况。
压电体层30具有顶面32和与顶面32连接的侧面34。在图2的例子中，压电体层30的顶面32是平坦的面(平面)，与基板10的顶面基本平行。压电体层30的顶面32并不一定限定为平坦的面，而也可以具有反映了基底的第1导电层20的形状的凸形状。压电体层30的侧面34成为将压电体层30的顶面32与基板10的顶面连接的面。压电体层30的侧面34既可以由一个平坦的面构成，也可以由多个平坦的面构成。此外，压电体层30的侧面34也可以包括曲面而构成。
压电体层30由压电材料形成。因此，压电体层30能够通过由第1导电层20及第2导电层50(后面描述)施加电场而发生变形。基板10能够通过该变形而挠曲、振动。还有，在本说明书中，将压电体层30之中的第1导电层20与第2导电层50俯视相重叠的区域称为驱动区域36而附加符号。
作为压电体层30的材质，优选由通式ABO3表示的钙钛矿型氧化物(例如，A包括Pb，B包括Zr及Ti)。作为这样的材料的具体例子，可举出锆钛酸铅(Pb(Zr、Ti)O3)(以下有时将其简写为“PZT”)、铌酸锆酸钛酸铅(Pb(Zr、Ti、Nb)O3)(以下有时将其简写为“PZTN”)、钛酸钡(BaTi O3)、铌酸钾钠((K、Na)NbO3)等。它们之中，PZT及PZTN因为压电特性优异所以尤其适合作为压电体层30的材质。
缓冲层40设置于压电体层30的上方。在图1及图2的例子中，缓冲层40设置于压电体层30的顶面32。此外，缓冲层40如图2所示沿压电体层30的顶面32的端部而设置，其具有与压电体层30的侧面34连续的第1侧面44、与第1侧面连续并基本平行于基板10的顶面42、与顶面42连续并俯视在压电体层30的内侧与压电体层30的顶面32连接的第2侧面45。更优选：缓冲层40避开压电体层30的驱动区域36而设置。即，更优选：缓冲层40处于第1导电层20与第2导电层50相重叠的区域的外侧，且沿顶面32的端部而设置。若以这样的配置设置缓冲层40，则能够将由缓冲层40引起的压电体层30的机械性工作(变形等)的约束抑制得更小。
作为缓冲层40的功能之一，可举出在压电体层30的顶面32的端部，赋予使在第2导电层50中难以产生残留应力的形状(后面描述)。此外，作为缓冲层40的功能之一，可举出在缓冲层40的第2侧面45与压电体层30的顶面32的连接部分，赋予使在第2导电层50中难以产生残留应力的形状。此外，作为缓冲层40的功能之一，可举出使第2导电层50的容易损坏的部位与压电体层30分隔开。进而，作为缓冲层40的功能之一，可举出使压电体层30与水分难以接触。
缓冲层40的材质并不特别限定，但是能够举出从氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铱、氮化硅、氮化钛、氧化镧镍(LNO)、铂、铱及铝中选择的至少一种。在水分的阻挡性能高这一点及与其他部件的干蚀刻的选择性这一点的至少一点上，更优选：缓冲层40的材质包括从上述材质之中的氧化铝、氧化钛、氮化硅及LNO中选择的至少一种。此外，缓冲层40既可以是所例示的材料的单层，也可以是叠层多种材料而成的结构。
缓冲层40在压电体层30的顶面32的端部的内侧，沿该端部而设置。在压电元件100的压电体层30的顶面32与侧面34相接合的端部(边缘)，通过覆盖压电体层30及缓冲层40而形成的第2导电层50的厚度方向的弯曲，由于存在缓冲层40，所以在边缘的位置能够得到缓和。此外，缓冲层40的第2侧面45相对于缓冲层40的顶面42的倾斜度能够形成得比缓冲层40的第1侧面44相对于缓冲层的顶面42的倾斜度小。如果这样，则第2导电层50的厚度方向的弯曲能够在缓冲层40的第2侧面45与压电体层30的顶面32相连接的边缘部分得到缓和。
缓冲层40的剖面，在图2的例子中，是缓冲层40的顶面42与底面互相平行，第1侧面44相对于缓冲层40的顶面42，成为以角度α(锐角侧)倾斜的形状。而且，在图示的例子中，与压电体层30的侧面34相同侧的缓冲层40的第1侧面44，倾斜度与压电体层30的侧面34相等。在此，虽然也存在第1侧面44的倾斜度与压电体层30的侧面34的倾斜度不相等的情况，但是在该情况下，压电体层30的侧面34的倾斜度比缓冲层40的第1侧面的倾斜度小。进而，缓冲层40的第2侧面45为平面，其相对于缓冲层40的顶面42，成为以角度β(锐角侧)倾斜的形状。而且，此时的角度α及角度β的关系成为α＞β。因此，在图2的例子中，第2导电层50的厚度方向的弯曲在缓冲层40的第2侧面45与压电体层30的顶面32相连接的边缘部分被缓和。缓冲层40的厚度例如能够设定为20nm以上200nm以下。
第2导电层50覆盖压电体层30及缓冲层40而形成。在图1及图2的例子中，第2导电层50覆盖基板10的顶面、压电体层30的侧面34、缓冲层40的第1侧面44、缓冲层40的顶面42、缓冲层40的第2侧面45以及压电体层30的顶面32而形成。
第2导电层50的厚度只要处于具有水分的阻挡性且不会对压电元件100的工作造成不良影响的范围，并不进行限定。第2导电层50的厚度例如能够设定为20nm以上200nm以下。若第2导电层50的厚度比20nm薄，则存在引起电阻的增大和/或水分阻挡能力的不足的情况，若比200nm厚，则存在将阻碍压电元件100的变形的情况。
作为第2导电层50的功能之一，可举出与第1导电层20成对，成为压电元件100的一个电极(形成于压电体层30的上部的上部电极)。此外，作为第2导电层50的功能之一，可举出抑制压电体层30的压电材料与来自外界的水分的接触。即，第2导电层50具有使水分难以透过的水分阻挡能力。因此，由第2导电层50覆盖的压电体层30的压电材料因水分引起的劣化得到抑制。
第2导电层50的材质只要具有水分阻挡能力并且具有导电性，并不进行特别限定。第2导电层50的材质例如能够例示：镍、铱、铂、钨等各种金属，它们的导电性氧化物(例如氧化铱等)，SRO，LNO等。此外，第2导电层50既可以是单层，也可以是叠层多层而成的结构。
第2导电层50例如能够通过蒸镀、溅射等方法形成。通过这样的方法成膜的第2导电层50存在成膜时在内部产生残留应力的情况。根据本发明人的研究，明白了：残留于内部的应力容易集中产生于第2导电层50在厚度方向上弯曲的部位。第2导电层50中的残留应力所集中的部位，与其他部位相比较，容易产生裂纹等损坏。还有，在通过蒸镀和/或溅射等方法形成第2导电层50的情况下，第2导电层50的形状当然依赖于形成第2导电层50时的基底的形状。
本实施方式的压电元件100，如上所述，具有缓冲层40。因此，在压电体层30的顶面32的端部的位置，第2导电层50的厚度方向的弯曲得到缓和。即，本实施方式的压电元件100中的第2导电层50在压电体层30的顶面32的端部的位置，与不形成缓冲层40的情况相比较，其厚度方向的弯曲的程度得到缓和。由此，第2导电层50在压电体层30的顶面32的端部的位置，其残留应力的集中得到降低。因此，第2导电层50在压电体层30的顶面32与侧面34相连接的位置(顶面32的端部)，被抑制裂纹的生成。此外，缓冲层40的第2侧面45与压电体层30的顶面32的连接部，由于具有缓冲层40，所以新形成为第2导电层50的弯曲部。在本实施方式的压电元件100中，通过减小缓冲层40的第2侧面45相对于顶面42的倾斜度，进一步使该部分的弯曲的程度缓和，从而使该部分处的应力的集中的程度缓和。通过这些，第2导电层50的阻挡能力在各位置处的降低得到抑制。还有，如图2的例子那样，在压电体层30的侧面34与缓冲层40的侧面44具有相同的倾斜度的情况下，能够使该位置处的第2导电层50的弯曲变得非常小，从而进一步抑制残留应力在该位置处的产生。
此外，本实施方式的压电元件100因为如上所述具有缓冲层40，所以能够使第2导电层50在厚度方向上较大弯曲的部位配置于缓冲层40的上方。即，使第2导电层50中的残留应力所集中的区域与压电体层30分隔开而配置。由此，即使假设由于残留应力的集中而在第2导电层50中生成裂纹，也在与压电体层30分隔开的部位，比其他部位先生成裂纹。因此，在对缓冲层40选择了使水分难以透过的材料的情况下，能够使缓冲层40作为安全装置(fail-safe)而起作用。从而，在该情况下，即使假设第2导电层50具有会产生裂纹的程度的残留应力，也能够充分地保护压电体层30以免于由水分引起的劣化。
以上所说明的本实施方式的压电元件100，在通过第2导电层50包覆压电体层30的压电材料的区域，第2导电层50的残留应力的集中得到抑制，此外该第2导电层50的残留应力的集中部位与包覆压电体层30的区域分隔开。因为通过它们至少一方的作用，水分与压电材料难以相接触，从而压电材料的劣化得到抑制，所以压电元件100的可靠性高。
2.变形例
图3是变形例1的压电元件120的主要部分的剖面的示意图。以下，在压电元件120中，关于与上述的压电元件100的部件具有实质上相同的作用、功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
压电元件120，如图3所示，除了具有第3导电层60并且缓冲层40设置于第3导电层60的上方以外，与上述的压电元件100相同。
第3导电层60覆盖压电体层30的顶面32而设置。第3导电层60的平面的外形形状与压电体层30的顶面32的形状一致。第3导电层60的厚度例如能够设定为5nm以上50nm以下。
此外，第3导电层60的剖面形状并不特别限定。第3导电层60的剖面在图3的例子中，成为侧面64相对于压电体层30的顶面32倾斜了的形状。而且在图示的例子中，进而第3导电层60的侧面64以及缓冲层40的第1侧面44与压电体层30的侧面34倾斜度相等。因此，压电元件120能够得到与上述的压电元件100同样的效果。
还有，第3导电层60与压电体层30及缓冲层40相比较厚度薄。因此，在本变形例1中，第3导电层60的顶面的外周与压电体层30的顶面32的外周也可以一致。从而，在本变形例1中，缓冲层40也俯视沿压电体层30的顶面32的端部而形成。
作为第3导电层60的功能之一，可举出使缓冲层40成膜时的压电体层30的顶面32的保护。此外，作为第3导电层60的功能之一，可举出成为对缓冲层40进行图案形成时的蚀刻停止层。进而，作为第3导电层60的功能之一，可举出成为如下的安全装置(fail-safe)：即使在缓冲层40的第2侧面45与第3导电层60的连接部处在第2导电层50中出现裂纹，水分也不会进入压电体层30。作为第3导电层60的材质，例如能够举出镍、铱、铂等各种金属。
这样的变形例1的压电元件120具有第3导电层60。因此，在具有与上述的压电元件100同样的特征的基础上还具有如下特征：在对缓冲层40进行成膜及图案形成时，压电体层30不与等离子体及蚀刻剂等相接触。此外，还能够以缓冲层40的材质的蚀刻速度相对于第3导电层60的材质的蚀刻速度变得快的方式，对二者的材质进行选择。在该情况下，在制造压电元件120时，第3导电层60能够成为对缓冲层40进行图案形成时的蚀刻停止层。因此，在这样的情况下，压电元件120的制造能够容易化。进而，能够使第3导电层60的材质成为存在水分阻挡性的材料及膜厚。在该情况下，即使在缓冲层40的第2侧面45与第3导电层60的连接部处在第2导电层50中出现裂纹，也能够使得水分不会进入压电体层30，能够成为更高可靠性的压电元件。此外，因为也可以不考虑缓冲层40的第2侧面45与第3导电层60的连接部的弯曲的程度，所以此时的缓冲层40的剖面形状并不特别限定，从而制造工序能够容易化。
图4是变形例2的压电元件140的主要部分的剖面的示意图。以下，在压电元件140中，关于与上述的变形例1的压电元件120的部件具有实质上相同的作用、功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
压电元件140具有导电性缓冲层70。导电性缓冲层70相当于压电元件120中的第3导电层60及缓冲层40利用相同的材质一体地形成而得到的部件。从而，作为导电性缓冲层70的材质，例如能够举出镍、铱、铂等各种金属。
此外，导电性缓冲层70的剖面形状并不特别限定，但是与使压电元件120中的第3导电层60及缓冲层40一体化的情况相同。导电性缓冲层70的剖面在图4的例子中，成为侧面74相对于压电体层30的顶面32倾斜了的形状。而且在图示的例子中，进而导电性缓冲层70的侧面74与压电体层30的侧面34倾斜度相等。因此，压电元件140能够得到与上述的压电元件100同样的效果。此外，如在实施方式的压电元件100中已经描述的那样，侧面74的倾斜度也可以比压电体层30的侧面34的倾斜度小。
这样的变形例2的压电元件140，因为具有导电性缓冲层70，所以在具有与压电元件120同样的特征的基础上，在制造时，能够通过半蚀刻形成导电性缓冲层70。因此，压电元件140与压电元件120相比较制造工序能够更简单化。
进而，因为如果使具有水分阻挡性的材料作为导电性缓冲层70，并以保留适当的膜厚的方式形成缓冲层70，则作为安全装置而起作用，且无需考虑缓冲层70的加工形状，所以能够使制造时的工序简单化。
图5是变形例3的压电元件160的主要部分的剖面的示意图。以下，在压电元件160中，关于与上述的实施方式的压电元件100的部件具有实质上相同的作用、功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
变形例3的压电元件160其缓冲层40的第2侧面45的形状并非直线状，而是形成为曲线状。而且，该曲线在剖面看下朝向缓冲层40而成为凹型。即，缓冲层40的第2侧面45及压电体层30的顶面32进一步平缓地连接。因此，变形例3的压电元件160其第2导电层50的厚度方向的弯曲在与缓冲层40的第2侧面45和压电体层30的顶面32相连接的边缘部分变得非常平缓。如果这样，则能够进一步抑制第2导电层50在压电体层30的顶面32及侧面34相连接的位置(顶面32的端部)处的裂纹的生成。还有，这样的缓冲层40的形状能够在形成缓冲层40时，通过基于液相的加工(湿法蚀刻等)而形成。
在本实施方式的压电元件中，也可以形成多个包括第1导电层20、压电体层30、缓冲层40及第2导电层50的叠层结构200。图6是压电元件300的剖面的示意图。以下，在压电元件300中，关于与上述的压电元件100的构成部件具有相同的功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
在压电元件300中，如图6所示，第1导电层20、压电体层30、缓冲层40及第2导电层构成叠层结构200(也可以称为叠层结构体200)，该叠层结构200形成有多个。虽然在图6的例子中，叠层结构200设置了3个，但是其数量并不特别限定。更具体地，在图6的例子中，在压电元件300中，设置有多个第1导电层20、多个压电体层30、多个缓冲层40和1个第2导电层50。第2导电层50在多个叠层结构200中，成为共用的上部电极。第2导电层50在多个叠层结构中，可以认为相连续。第2导电层50覆盖多个缓冲层40的各个、多个压电体层30的各个和基板10的顶面。第1导电层20在多个叠层结构200中，成为分立的下部电极而电分离。
压电元件300因为其第2导电层50成为共用电极，所以具有高可靠性，并且能够实现叠层结构200的高密度化(集成化)，是小型且制造容易的压电元件。
本实施方式的压电元件在具有多个叠层结构200的情况下，可以进一步实现如下的变形。图7是变形例4的压电元件400的剖面的示意图。在压电元件400中，关于与上述的压电元件300的构成部件具有实质上相同的功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
在上述的压电元件300的例子中，第2导电层50是连续的1个共用电极。在压电元件400中，如图7所示，进一步使压电体层30在多个叠层结构200中，成为共用的压电体层30。即，在压电元件400中，设置有多个第1导电层20、1个压电体层30、多个缓冲层40和1个第2导电层50。压电体层30在多个叠层结构200中，可以认为相连续。第2导电层50覆盖多个缓冲层40的各个和压电体层30。
在压电元件400中，第2导电层50不与基板10接触。因此，在采用具有可挠性的振动板作为基板10的情况下，通过对叠层结构200之间的压电体层30的量(厚度)进行控制，例如能够调整共振频率。
进而，本实施方式的压电元件在具有多个叠层结构200的情况下，也可以进行其他的变形。图8是变形例5的压电元件500的剖面的示意图。在压电元件500中，关于与压电元件300的构成部件具有实质上相同的功能的部件附加相同的符号，并省略其详细的说明。
在压电元件300的例子中，第2导电层50是相连续的1个共用电极。在压电元件500中，如示于图8地，第2导电层50与多个压电体层30对应地设置有多个。多个第2导电层50通过布线(未图示)电连接而成为共用电极。
在压电元件500中，在各叠层结构200之间、在第2导电层50上形成有间隙。因此，在相邻的叠层结构200中，能够减小一个压电体层30的驱动对另一个压电体层30的驱动产生的影响(串扰)。因此，压电元件500能够具有更高的可靠性。
3.压电元件的制造方法
接下来，作为压电元件的制造方法，例示制造上述的本实施方式的压电元件100的方法，参照附图进行说明。图9～图12是示意性地表示压电元件100的制造工序的剖面图。
首先，如图9所示，在基板10上形成第1导电层20。在图9的例子中，作为基板10，采用在硅基板12之上形成有氧化锆层14的基板。第1导电层20例如能够通过溅射法、喷镀法、真空蒸镀法等所形成。更具体地，能够在基板10上的整个面形成导电层(未图示)，并通过对该导电层进行图案形成，而形成第1导电层20。
接着，如图10所示，以覆盖第1导电层20的方式，在基板10的顶面的整个面形成压电体层30a。由此，在第1导电层20的侧方及上方形成压电体层30a。压电体层30a例如能够通过溶胶凝胶法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法、MOD(Metal Organic Deposition，金属有机沉积)法、溅射法、激光烧蚀法等形成。在此，在压电体层30a的材质例如是PZT的情况下，通过在氧气氛围中进行700℃左右的退火，能够使压电体层30a结晶化。还有，结晶化也可以在对压电体层30a进行了图案形成之后进行。
接着，在压电体层30a上的整个面，通过溅射法、喷镀法、真空蒸镀法等形成缓冲层40a。接着，进行第1图案形成工序。在第1图案形成工序中，如图11所示，对缓冲层40a及压电体层30a进行蚀刻，形成第1导电层20、压电体层30及缓冲层40b的叠层结构。第1图案形成工序中的蚀刻，例如能够通过采用了ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)这样的高密度等离子体装置的干蚀刻而进行。在该高密度等离子体装置(干蚀刻装置)中，若设定为1.0Pa以下的压力则能够进行良好的蚀刻。作为用于对缓冲层40a进行蚀刻的蚀刻气体，例如，能够采用氯类气体与氩气的混合气体。作为用于对压电体层30a进行蚀刻的蚀刻气体，例如，能够采用氯类气体与氟氯化碳(フロン)类气体的混合气体。作为氯类气体，例如可举出Cl2、BCl3等。作为氟氯化碳类气体，例如可举出C4F8、CF4等。还有，在采用混合气体对压电体层30a进行蚀刻的情况下，也能够使压电体层30的侧面32成为引出末端的形状。例如在制造上述的压电元件400(压电体层30由多个叠层结构200所共用)的情况下，能够通过在这样的压电体层30的侧面32形成末端而进行制造。
接着，进行对缓冲层40b进一步进行图案形成的第2图案形成工序。在第2图案形成工序中，如图12所示，以使缓冲层40的第2侧面45与缓冲层40的顶面42所成的角度β比缓冲层40的顶面42与第1侧面44所成的角度α小的方式对缓冲层40b进行蚀刻，并使压电体层30的顶面32露出。若经过第2图案形成工序，则可形成缓冲层40。在第2图案形成工序中，缓冲层40沿着压电体层30的顶面32的端部而残留。此外，虽然未图示，但是在本工序中，在形成于缓冲层40b之上的掩模的图案形成中，能够取对准余量。缓冲层40b的蚀刻能够与第1图案形成工序中的缓冲层40a的蚀刻同样地进行。还有，在缓冲层40b的蚀刻中也能够以湿法蚀刻来进行。
并且，如图1所示，在整个面形成第2导电层50。第2导电层50能够通过例如溅射法、喷镀法、真空蒸镀法等而形成。此外，第2导电层50能够根据需要进行图案形成。
通过以上的工序，能够制造压电元件100。
而且，变形例1的压电元件120的制造例如能够如以下那样进行。虽然在上述的压电元件100的制造工序中，在压电体层30a之上进行了缓冲层40a的成膜，但是在制造压电元件120的情况下，在压电体层30a之上，进行第3导电层的成膜，并在其上进行缓冲层40a的成膜。第3导电层能够通过例如溅射法、喷镀法、真空蒸镀法等而形成。其后的工序能够与上述的压电元件100的制造工序实质上同样地进行，由此能够制造变形例1的压电元件120。而且，在变形例1的压电元件120的制造工序中，在第2图案形成工序中，第3导电层能够作为缓冲层40b的蚀刻中的蚀刻停止层而起作用。因此，能够更容易地制造压电元件。关于变形例3的压电元件160的制造，能够按照上述变形例1的压电元件120的制造方法进行。
此外，变形例2的压电元件140的制造例如能够如以下那样进行。虽然在上述的压电元件100的制造工序中，在压电体层30a之上，进行了缓冲层40a的成膜，但是在制造压电元件140的情况下，在压电体层30a之上，通过导电性的材料进行缓冲层40a的成膜。其后，在第2图案形成工序中，进行缓冲层40b的半蚀刻。其他工序能够与上述的压电元件100的制造工序实质上同样地进行，由此能够制造变形例的压电元件140。在这样的变形例的压电元件140的制造工序中，并不存在缓冲层40a的成膜工序。因此，能够以更少的工序制造压电元件140。
根据本实施方式的压电元件的制造方法，如上所述，能够容易地制造残留应力的集中得到了缓解的可靠性高的压电元件。
4.液体喷射头
接下来，关于本发明的压电元件作为压电致动器而起作用的液体喷射头600，参照附图进行说明。图13是示意性地表示液体喷射头600的主要部分的剖面图。图14是液体喷射头600的分解立体图，与通常使用的状态上下相反地示出。
液体喷射头600能够具有上述的压电元件(压电致动器)。在以下的例子中，关于具有压电元件100作为压电致动器的液体喷射头600进行说明。而且，如上所述，在压电元件100作为压电致动器而起作用的情况下，基板10成为具有可挠性并通过压电体层30的工作而发生变形的振动板。
液体喷射头600如图13及图14所示，包括具有喷嘴孔612的喷嘴板610、用于形成压力室622的压力室基板620和压电元件100。进而，液体喷射头600，如图14所示，能够具有框体630。还有，在图14中，将压电元件100的叠层结构200简略化而图示。
喷嘴板610如图13及图14所示，具有喷嘴孔612。从喷嘴孔612，能够排出墨水。在喷嘴板610上，例如多个喷嘴孔612设置为一列。作为喷嘴板620的材质，例如能够举出硅、不锈钢(SUS)等。
压力室基板620设置于喷嘴板610之上(在图14的例子中为之下)。作为压力室基板620的材质，例如能够例示硅等。通过压力室基板620对喷嘴板610与基板10之间的空间进行划分，如图14所示，设置有贮液部(液体贮留部)624、与贮液部624相连通的供给口626和与供给口626相连通的压力室622。即，贮液部624、供给口626及压力室622通过喷嘴板610、压力室基板620和基板10而划分。贮液部624能够暂时贮留从外部(例如墨盒)通过设置于基板10的贯通孔628而供给的墨水。贮液部624内的墨水经由供给口626能够被供给至压力室622。压力室622通过基板10的变形而容积发生变化。压力室622与喷嘴孔612相连通，通过压力室622的容积发生变化，从喷嘴孔612排出墨水等。
压电元件100设置于压力室基板620之上(在图14的例子中为之下)。压电元件100的叠层结构200与压电元件驱动电路(未图示)电连接，其能够基于压电元件驱动电路的信号进行工作(振动、变形)。基板10能够通过叠层结构200(压电体层30)的工作而发生变形，使压力室622的内部压力适宜变化。
框体630如图14所示，能够收置喷嘴板610、压力室基板620及压电元件100。作为框体630的材质，例如能够举出树脂、金属等。
液体喷射头600具有上述的可靠性高的压电元件100。从而，液体喷射头600成为可靠性高的液体喷射头。
还有，在此，关于液体喷射头600是喷墨式记录头的情况进行了说明。但是，本发明的液体喷射头例如也能够用作为：在液晶显示器等的滤色器的制造中使用的色材喷射头；在有机EL显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成中使用的电极材料输出头；在生物芯片制造中使用的生物有机物输出头等。
4.液体喷射装置
接下来，关于本实施方式的液体喷射装置，参照附图进行说明。图15是示意性地表示本实施方式的液体喷射装置700的立体图。液体喷射装置700具有本发明的液体喷射头。以下，关于液体喷射装置700是具有上述的液体喷射头600的喷墨打印机的情况进行说明。
液体喷射装置700如图15所示，包括头单元730、驱动部710和控制部760。进而，液体喷射装置700能够包括装置主体720、供纸部750、设置记录用纸P的托架721、排出记录用纸P的排出口722和配置于装置主体720的顶面的操作面板770。
头单元730具有由上述的液体喷射头600构成的喷墨式记录头(以下也简称为“头”)。头单元730进一步具备对头供给墨水的墨盒731和搭载有头及墨盒731的输送部(滑架)732。
驱动部710能够使头单元730往复移动。驱动部710具有成为头单元730的驱动源的滑架电动机741和接受滑架电动机741的旋转而使头单元730往复移动的往复移动机构742。
往复移动机构742具备其两端支持于机架(未图示)的滑架导轴744和与滑架导轴744平行地延伸的同步带(タイミングベルト)743。滑架导轴744边使得滑架732能够自由地往复移动，边对滑架732进行支撑。进而，滑架732固定于同步带743的一部分。若通过滑架电动机741的工作而使同步带743传动，则由滑架导轴744所引导，头单元730进行往复移动。在该往复移动时，从头适宜排出墨水，进行向记录用纸P的印刷。
控制部760能够对头单元730、驱动部710及供纸部750进行控制。
供纸部750能够将记录用纸P从托架721送入头单元730侧。供纸部750具备成为其驱动源的供纸电动机751和通过供纸电动机751的工作而进行旋转的供纸卷轴752。供纸卷轴752具备隔着记录用纸P的输送路径而上下地相对的从动卷轴752a及驱动卷轴752b。驱动卷轴752b与供纸电动机751连接。若通过控制部760驱动供纸部750，则记录用纸P以通过头单元730的下方的方式被输送。
头单元730、驱动部710、控制部760及供纸部750设置于装置主体720的内部。
液体喷射装置700，具有可靠性高的液体喷射头600。从而，液体喷射装置700成为可靠性高的液体喷射装置。
还有，虽然在上述的例子中，关于液体喷射装置700是喷墨打印机的情况进行了说明，但是本发明的液体喷射装置也能够用作为工业的液体喷射装置。作为在该情况下所排出的液体(液状材料)，能够采用通过溶剂和/或分散剂将各种功能性材料调整为适当的粘度而得到的液体等。
还有，上述的实施方式及变形例是一例，而并非限定于此。例如，各实施方式及各变形例也可以多个进行适宜组合。
本发明并非限定于上述的实施方式，而可以进一步实现各种变形。例如，本发明包括与在实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法及结果相同的结构或者目的及效果相同的结构)。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构的非本质性的部分进行置换而得到的结构。此外，本发明包括能够起到与在实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或能够达到相同目的的结构。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构附加了公知技术而得到的结构。

Claims (9)

1.一种压电元件，包括：
基板；
设置在所述基板的上方的第1导电层；
覆盖所述第1导电层的上方及侧方的压电体层；
缓冲层，其设置在所述压电体层的上方，沿该压电体层的顶面的边缘而设置；以及
至少覆盖所述缓冲层及所述压电体层的第2导电层。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中：
所述缓冲层具有连接该缓冲层的顶面及所述压电体层的侧面的第1侧面和连接所述缓冲层的顶面及所述压电体层的顶面的第2侧面；
所述第2侧面相对于所述缓冲层的顶面的倾斜度比所述第1侧面相对于所述缓冲层的顶面的倾斜度小。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件，还包括：
覆盖所述压电体层的顶面且设置在该压电体层与所述第2导电层之间的第3导电层；
其中，所述缓冲层设置于所述第3导电层的上方。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的压电元件，其中：
所述缓冲层的材质包括从氧化铝、氧化钛、氮化硅及氧化镧镍中选择的至少一种。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的压电元件，其中：
具有多个包括所述第1导电层、所述压电体层、所述缓冲层及所述第2导电层的叠层结构；
所述第1导电层成为各所述叠层结构中的分立电极，所述第2导电层成为多个所述叠层结构中的共用电极。
6.一种压电元件的制造方法，包括：
在基板的上方形成第1导电层的工序；
使压电体层成膜于所述基板及所述第1导电层的上方的工序；
使缓冲层成膜于所述压电体层的上方的工序；
对所述缓冲层及所述压电体层进行图案形成的第1图案形成工序；
对图案形成后的所述缓冲层进一步进行图案形成的第2图案形成工序；以及
以包覆所述压电体层及所述缓冲层的方式形成第2导电层的工序；
其中，在所述第2图案形成工序中，所述缓冲层以沿所述压电体层的顶面的边缘的方式形成。
7.一种压电致动器，包括：
权利要求1～5中的任意一项所述的压电元件；
其中，所述基板具有可挠性，通过所述压电体层的工作而发生变形。
8.一种液体喷射头，包括：
权利要求7所述的压电致动器；以及
压力室，其与喷嘴孔相连通，且其容积通过所述压电致动器的工作而发生变化。
9.一种液体喷射装置，包括：
权利要求8所述的液体喷射头。
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