CN114434964A - 压电器件、液体喷射头以及液体喷射装置 - Google Patents

压电器件、液体喷射头以及液体喷射装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抑制第二电极的端部附近的压电体层的裂纹或烧坏等不良现象的产生的压电器件、液体喷射头以及液体喷射装置。液体喷射头具备振动板和压电致动器，振动板被设置于基板的一个面侧，压电致动器具有在振动板的与基板相反的面侧在第一方向上层叠的第一电极、压电体层和第二电极，当将第二电极的与第一方向交叉的第二方向的两个区域中的、距第二电极的端部较远的一个区域设为第一区域，且将距第二电极的端部较近的一个区域设为第二区域时，第二电极被形成为，第二区域中的第一方向的刚性为17000N/m以上，且高于第一区域中的第一方向的刚性，并且，第二区域中的第一方向的长度为第二区域中的压电体层的第一方向的长度以下。

Description

压电器件、液体喷射头以及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及压电器件、液体喷射头以及液体喷射装置，所述压电器件具备振动板和具有第一电极、压电体层以及第二电极的压电致动器。
背景技术
作为压电器件之一液体喷射头的代表示例，可以列举出喷射油墨滴的喷墨式记录头。作为喷墨式记录头，已知一种喷墨式记录头，其具备形成有与例如喷嘴连通的压力室的流道形成基板、和经由振动板而被设置于该流道形成基板的一个面侧的压电致动器，通过压电致动器而使压力室内的油墨产生压力变化，从而从喷嘴喷射油墨滴。
此外，作为压电致动器，已知一种压电致动器，其具备第一电极、压电体层和第二电极，所述第一电极被形成于振动板上，所述压电体层通过具有电机械转换特性的压电材料而被形成在第一电极上，所述第二电极被设置在压电体层上。在该结构的压电致动器中，有可能因压电体层的挠曲变形而在压电体层中产生裂纹或烧坏等。以抑制这样的不良现象的产生为目的，提出了压电致动器的各种各样的结构(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1中，公开了一种结构，即，压电元件从与压力室的开口部相对应的位置起超过压力室的开口边缘而被延伸设置至外侧的位置，并且，压电体层在被延伸设置至压力室的外侧的位置的部分中具有被去除了第二电极的露出部，该压电体层的露出部被粘合剂覆盖的结构。
通过设为这样的结构，从而能够抑制针对压电体层的裂纹或烧坏等的产生。
但是，即使设为上述结构，在被延伸设置至压力室的外侧的第二电极的端部附近，也难以完全抑制针对压电体层的裂纹或烧坏的产生。虽然在被延伸设置至压力室的外侧而妨碍了压电体层的挠曲变形的区域中，在施加电压的压电体层中的重叠有第二电极的活性部处产生应变，但在未重叠第二电极的非活性部中未产生应变。
因此，在压电体层的活性部和非活性部的边界部、即第二电极的端部附近，易于产生裂纹或烧坏等不良现象。尤其，当从电极被供给至压电体层的驱动脉冲成为高频时，由于活性部的应变动作成为高频，因此，在上述边界部中容易产生裂纹或烧坏等不良现象。
另外，这样的问题未被限定于以喷射油墨的喷墨式记录头为代表的液体喷射头中，在其他的压电器件中也同样存在。
专利文献1：日本特开2017-074798公报
发明内容
用于解决上述课题的本发明的一个方式在于一种压电器件，其特征在于，具备：基板，其形成有多个凹部；振动板，其被设置于所述基板的一个面侧；压电致动器，其具有在所述振动板的与所述基板相反的面侧在第一方向上层叠的第一电极、压电体层和第二电极，当将所述第二电极的与所述第一方向交叉的第二方向上的两个区域中的、距所述第二电极的端部较远的一个区域设为第一区域，且将距所述第二电极的端部较近的一个区域设为第二区域时，所述第二电极被形成为，所述第二区域中的所述第一方向的刚性为17000N/m以上，且高于所述第一区域中的所述第一方向的刚性，并且，所述第二区域中的所述第一方向的长度为所述第二区域中的所述压电体层的所述第一方向的长度以下。
本发明的其他的方式在于一种液体喷射头，其特征在于，具备：基板，其形成有多个凹部；振动板，其被设置于所述基板的一个面侧；压电致动器，其具有在所述振动板的与所述基板相反的面侧在第一方向上层叠的第一电极、压电体层和第二电极，当将所述第二电极的与所述第一方向交叉的第二方向上的两个区域中的、距所述第二电极的端部较远的一个区域设为第一区域，且将距所述第二电极的端部较近的一个区域设为第二区域时，所述第二电极被形成为，所述第二区域中的所述第一方向的刚性为17000N/m以上，且高于所述第一区域中的所述第一方向的刚性，并且，所述第二区域中的所述第一方向的长度为所述第二区域中的所述压电体层的所述第一方向的长度以下。
而且，本发明的其他的方式在于一种具备上述液体喷射头的液体喷射装置。
附图说明
图1为实施方式1所涉及的记录头的分解立体图。
图2为实施方式1所涉及的记录头的平面图。
图3为实施方式1所涉及的记录头的剖视图。
图4为实施方式1所涉及的记录头的主要部分剖视图。
图5为实施方式1所涉及的记录头的剖视图。
图6为实施方式1所涉及的第二电极的主要部分剖视图。
图7为表示第二电极的刚性与击穿电压以及工艺缺陷率之间的关系的坐标图。
图8为实施方式2所涉及的记录头的主要部分剖视图。
图9为表示一个实施方式所涉及的记录装置的概要结构的图。
具体实施方式
以下，基于实施方式，对本发明进行详细的说明。但是，以下的说明为关于本发明的一个方式的说明，本发明的结构能够在发明的范围内进行任意的变更。在各个图中，对相同部件标记相同的符号，并省略重复的说明。
此外，在各个图中，X、Y、Z表示相互正交的三个空间轴。在本说明书中，将沿着这些轴的方向设为X方向、Y方向以及Z方向。将各个图的箭头标记所朝向的方向设为正(+)方向，将箭头标记的相反方向设为负(-)方向，并进行说明。此外，Z方向表示铅直方向，+Z方向表示铅直下方向，-Z方向表示铅直上方向。而且，关于未对正方向以及负方向进行限定的三个X、Y、Z的空间轴，作为X轴、Y轴、Z轴进行说明。
实施方式1
图1为在本发明的实施方式1的液体喷射头的一个示例即喷墨式记录头的分解立体图。图2为记录头的平面图。图3为图2的A-A’线剖视图，图4为将图3中的压电致动器部分放大的图，图5为图2的B-B’线剖视图，且为将压电致动器部分放大的图。此外，图6为表示第二电极的主要部分的放大剖视图。
如图所示，本实施方式的液体喷射头的一个示例即喷墨式记录头(以下，也仅称为记录头)1为，向作为第一方向的Z轴方向、更具体为向+Z方向喷射油墨滴的记录头。
作为基板的一个示例，喷墨式记录头1具备流道形成基板10。流道形成基板10例如由硅基板、玻璃基板、SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)基板、各种陶瓷基板等构成。另外，流道形成基板10既可以为(100)面择优取向的基板，也可以为(110)面择优取向的基板。
在流道形成基板10中，多个压力室12在作为与第一方向即Z轴方向交叉的第二方向的X轴方向上被配置有两列。即，构成各个列的多个压力室12沿着作为与X轴方向交叉的第三方向的Y轴方向而被配置。
构成各列的多个压力室12以X轴方向的位置成为相同的位置的方式而被配置在沿着Y轴方向的直线上。在Y轴方向上彼此相邻的压力室12通过隔壁11而被划分出。当然，压力室12的配置并未被特别限定。例如，在Y轴方向上并排的多个压力室12的配置也可以成为，设为将各个压力室12以每隔一个的方式而在X轴方向上错开的位置的、所谓的交错配置。
此外，本实施方式的压力室12在从+Z方向平面观察时X轴方向的长度长于Y轴方向的长度，例如，被形成为长方形。当然，从+Z方向平面观察时的压力室12的形状并未被特别限定，也可以为平行四边形形状、多边形形状、圆形形状、长圆形形状等。另外，在此所说的长圆形形状是指，以长方形形状为基础而将长度方向的两端部设为半圆形状的形状，并设为包含圆角长方形状、椭圆形形状、蛋形形状等。
在流道形成基板10的+Z方向侧，依次层叠有连通板15、喷嘴板20以及可塑性基板45。
在连通板15中，设置有使压力室12和喷嘴21连通的喷嘴连通通道16。此外，在连通板15中，设置有构成成为多个压力室12所连通的共用液室的歧管100的一部分的第一歧管部17以及第二歧管部18。第一歧管部17被设置为，在Z轴方向上贯穿连通板15。此外，第二歧管部18以未在Z轴方向上贯穿连通板15的方式而被设置为在+Z方向侧的面开口。
而且，在连通板15中，与压力室12的X轴方向上的一个端部连通的供给连通通道19独立地被设置于压力室12的每一个中。供给连通通道19使第二歧管部18与各个压力室12连通，从而将歧管100内的油墨供给至各个压力室12。
作为连通板15，能够使用硅基板、玻璃基板、SOI基板、各种陶瓷基板、金属基板等。作为金属基板，例如，可以列举不锈钢基板等。另外，优选为，连通板15使用热膨胀系数与流道形成基板10大致相同的材料。由此，在流道形成基板10以及连通板15的温度发生了变化时，能够抑制因热膨胀系数的不同而引起的流道形成基板10以及连通板15的翘曲。
喷嘴板20被设置于连通板15的与流道形成基板10相反侧、即+Z方向侧的面上。在喷嘴板20中，形成有经由喷嘴连通通道16而与各个压力室12连通的喷嘴21。
在本实施方式中，多个喷嘴21以沿着Y轴方向而成为一列的方式被并排配置。而且，在喷嘴板20上，将这些多个喷嘴21成列设置而成的喷嘴列在X轴方向上被设置有两列。即，各列的多个喷嘴21以X轴方向的位置成为相同的位置的方式被配置。另外，喷嘴21的配置并未被特别限定。例如，在Y轴方向上被并排配置的喷嘴21也可以被配置于在X轴方向上以每隔一个的方式而错开的位置上。
作为喷嘴板20的材料，并未被特别限定，例如，能够使用硅基板、玻璃基板、SOI基板、各种陶瓷基板、金属基板。作为金属基板，例如，可以列举出不锈钢基板等。而且，作为喷嘴板20的材料，也能够使用如聚酰亚胺树脂那样的有机物等。其中，优选为，喷嘴板20使用与连通板15的热膨胀系数大致相同的材料。由此，当喷嘴板20以及连通板15的温度发生变化时，能够抑制因热膨胀系数的不同而引起的喷嘴板20以及连通板15的翘曲。
可塑性基板45与喷嘴板20一起被设置于连通板15的与流道形成基板10相反侧、即+Z方向侧的面上。该可塑性基板45被设置于喷嘴板20的周围，并对被设置于连通板15中的第一歧管部17以及第二歧管部18的开口进行密封。在本实施方式中，可塑性基板45具备由具有挠性的薄膜构成的密封膜46、和由金属等硬质的材料构成的固定基板47。固定基板47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48。因此，歧管100的一个面成为仅由具有挠性的密封膜46密封的可塑性部49。
另一方面，虽然详细情况将在后文叙述，但在流道形成基板10的与喷嘴板20等相反的一侧、即-Z方向侧的面上，设置有振动板50和压电致动器300，所述压电致动器300使该振动板50发生挠曲变形，从而使压力室12内的油墨产生压力变化。另外，图3为用于对记录头1的整体结构进行说明的图，并简化示出了压电致动器300的结构。
在流道形成基板10的-Z方向侧的面上，进一步通过粘合剂等而接合有具有与流道形成基板10大致相同的大小的保护基板30。保护基板30具有作为对压电致动器300进行保护的空间的保持部31。保持部31针对在Y轴方向上被并排配置的压电致动器300的每一列而被独立设置，并在X轴方向上被并排形成两个。此外，在保护基板30中，设置有贯穿孔32，所述贯穿孔32在Z轴方向上贯穿于在X轴方向上被并排设置的两个保持部31之间。
此外，在保护基板30上，固定有和流道形成基板10一起将与多个压力室12连通的歧管100划分出的外壳部件40。外壳部件40在平面观察时具有与上述的连通板15大致相同的形状，该外壳部件40与保护基板30接合，也与上述的连通板15接合。
这样的外壳部件40在保护基板30侧具有作为能够对流道形成基板10以及保护基板30进行收纳的深度的空间的收纳部41。该收纳部41具有和保护基板30的与流道形成基板10接合的面相比较大的开口面积。而且，在流道形成基板10以及保护基板30被收纳于收纳部41内的状态下，收纳部41的喷嘴板20侧的开口面由连通板15密封。
此外，在外壳部件40中，在X轴方向上的收纳部41的两个外侧，分别划分出第三歧管部42。而且，通过被设置于连通板15中的第一歧管部17以及第二歧管部18、和第三歧管部42，从而构成了本实施方式的歧管100。歧管100在Y轴方向上被连续地设置，将各个压力室12和歧管100连通的供给连通通道19在Y轴方向上被并排配置。
此外，在外壳部件40中，设置有用于与歧管100连通而向各个歧管100供给油墨的导入口44。而且，在外壳部件40中，设置有连接口43，所述连接口43与保护基板30的贯穿孔32连通，并供配线基板120插穿。
在这样的本实施方式的记录头1中，从与未图示的外部油墨供给单元连接的导入口44取入油墨，在从歧管100至喷嘴21为止，内部充满油墨后，依照来自驱动电路121的记录信号，对与压力室12相对应的各个压电致动器300施加电压。由此，振动板50与压电致动器300一起发生挠曲变形，从而使各个压力室12内的压力升高，油墨滴被从各个喷嘴21中喷射出。
以下，对本实施方式所涉及的压电致动器300的结构进行说明。如上文所述，压电致动器300隔着振动板50而被设置于流道形成基板10的与喷嘴板20相反侧的面上。
如图4～图6所示，振动板50由弹性膜51和绝缘体膜52构成，所述弹性膜51被设置于流道形成基板10侧且由氧化硅构成，所述绝缘体膜52被设置于弹性膜51上且由氧化锆膜构成。压力室12等液体流道通过从+Z方向侧的面起对流道形成基板10进行各向异性蚀刻而被形成，压力室12等液体流道的-Z方向侧的面由弹性膜51构成。
另外，振动板50的结构并未被特别限定。振动板50例如也可以由弹性膜51和绝缘体膜52中的任意一方构成，而且，也可以包含除了弹性膜51以及绝缘体膜52以外的其他的膜。作为其他的膜的材料，可以列举出硅、氮化硅等。
压电致动器300为使压力室12内的油墨产生压力变化的压力产生单元，也称为压电元件。该压电致动器300具备从作为振动板50侧的+Z方向侧朝向-Z方向侧而被依次层叠的第一电极60、压电体层70和第二电极80。也就是说，压电致动器300具备相对于振动板50而沿着作为第一方向的Z轴方向、在本实施方式中朝向-Z方向侧而被依次层叠的第一电极60、压电体层70和第二电极80。
将压电致动器300中的在向第一电极60与第二电极80之间施加电压时在压电体层70中产生压电应变的部分称为活性部310。与此相对，将在压电体层70中未产生压电应变的部分称为非活性部320。即，压电致动器300中的压电体层70被第一电极60和第二电极80夹着的部分为活性部310，压电体层70未被第一电极60和第二电极80夹着的部分为非活性部320。此外，在使压电致动器300驱动时，将实际在Z轴方向上位移的部分称为挠性部，并将在Z方向上未位移的部分称为非挠性部。即，压电致动器300中的在Z轴方向上与压力室12对置的部分成为挠性部，压力室12的外侧部分成为非挠性部。
一般而言，将活性部310的任意一方的电极设为针对每个活性部310而独立的独立电极，并将另一方的电极设为多个活性部310所共用的共用电极，从而构成。在本实施方式中，第一电极60构成独立电极，第二电极80构成共用电极。
具体而言，第一电极60针对每个压力室12而被切分，从而构成针对每个活性部310而独立的独立电极。第一电极60在Y轴方向上以窄于压力室12的宽度的宽度而被形成。即，在Y轴方向上，第一电极60的端部位于与压力室12对置的区域的内侧。
此外，第一电极60的+X方向的端部60a以及-X方向的端部60b分别被配置于压力室12的外侧。如图4所示，第一电极60的+X方向的端部60a被配置于与压力室12的+X方向的端部12a相比靠+X方向的位置。第一电极60的-X方向的端部60b被配置于与压力室12的-X方向的端部12b相比靠-X方向的位置。
虽然第一电极60的材料未被特别限定，但例如，使用了铱或铂这样的金属、被缩写为ITO的氧化铟锡这样的导电性金属氧化物等导电材料。
压电体层70由被形成于第一电极60上的具有极化结构的氧化物的压电材料构成，例如，能够由通式ABO3所示的钙钛矿型氧化物构成。作为压电体层70所使用的钙钛矿型氧化物，例如，能够使用包含铅的铅类压电材料或不含铅的非铅类压电材料等。此外，虽然压电体层70的厚度并未被特别限定，但只要被形成为1～4μm左右即可。
此外，如图2所示，压电体层70将X轴方向的长度设为预定长度而在Y轴方向上被连续地设置。即，压电体层70以预定的厚度沿着压力室12的并排设置方向而被连续地设置。此外，如图4所示，压电体层70的X轴方向的长度长于作为压力室12的长度方向的X轴方向的长度。因此，在压力室12的X轴方向的两侧，压电体层70延伸至压力室12的外侧。这样，通过压电体层70在X轴方向上延伸至压力室12的外侧，从而提高了振动板50的强度。因此，当驱动活性部310而使压电致动器300位移时，能够抑制在压电体层70中产生裂纹等的情况。
此外，如图4所示，压电体层70的+X方向的端部70a位于与第一电极60的端部60a相比靠外侧。即，第一电极60的+X方向的端部60a被压电体层70覆盖。另一方面，压电体层70的-X方向的端部70b位于与第一电极60的端部60b相比靠内侧，第一电极60的-X方向的端部60b未被压电体层70覆盖。
另外，如图2以及图5所示，在压电体层70上，与各个隔壁11相对应而形成有与其他的区域相比厚度较薄的部分即槽部71。本实施方式的槽部71通过在Z轴方向上将压电体层70完全去除而被形成。即，所谓压电体层70具有与其他的区域相比厚度较薄的部分，也包含压电体层70在Z轴方向上被完全去除后获得的部分。当然，在槽部71的底面上，压电体层70也可以被形成为薄于其他的部分。
此外，槽部71的Y轴方向的长度、即槽部71的宽度与隔壁11的宽度相同，或者与其相比较大。在本实施方式中，槽部71的宽度大于隔壁11的宽度。
这样的槽部71在从-Z方向侧平面观察时以成为矩形形状的方式被形成。当然，槽部71的形状在从-Z方向侧平面观察时未被限定为矩形形状，可以为五边形以上的多边形状，也可以为圆形形状或椭圆形状等。
由于通过在压电体层70上设置槽部71，而抑制了振动板50的与压力室12的Y轴方向的端部对置的部分、所谓的振动板50的臂部的刚性，因此，能够使压电致动器300更加良好地位移。
如图4以及图5所示，第二电极80被设置于压电体层70的与第一电极60相反侧、即-Z方向侧，并构成多个活性部310所共用的共用电极。第二电极80将X轴方向的长度设为预定长度，从而在Y轴方向上被连续地设置。该第二电极80也被设置于槽部71的内表面、即压电体层70的槽部71的侧面上以及作为槽部71的底面的绝缘体膜52上。另外，关于槽部71内部，第二电极80既可以仅被设置于槽部71的内表面的一部分上，也可以未被设置成遍及槽部71的内表面的整个面。
此外，如图4所示，第二电极80的+X方向的端部80a被配置为，成为与被压电体层70覆盖的第一电极60的+X方向的端部60a相比靠外侧。即，第二电极80的+X方向的端部80a位于与压力室12的+X方向的端部12a相比靠外侧、且与第一电极60的端部60a相比靠外侧。在本实施方式中，第二电极80的+X方向的端部80a实质上与压电体层70的端部70a一致。因此，活性部310的+X方向的端部、即活性部310与非活性部320的边界通过第一电极60的端部60a而被规定。
另一方面，虽然第二电极80的-X方向的端部80b被配置于与压力室12的-X方向的端部12b相比靠外侧，但被配置于与压电体层70的X轴方向的端部70b相比靠内侧。如上文所述，压电体层70的-X方向的端部70b位于与第一电极60的端部60b相比靠内侧。因此，第二电极80的-X方向的端部80b位于与第一电极60的-X方向的端部60b相比靠内侧的压电体层70上。因此，在第二电极80的-X方向的端部80b的外侧，存在压电体层70的表面露出的部分。
这样，由于第二电极80的-X方向的端部80b被配置于与压电体层70以及第一电极60的-X方向的端部相比靠+X方向侧，因此，活性部310的-X方向的端部、即活性部310与非活性部320的边界通过第二电极80的-X方向的端部80b而被规定。
在此，这样活性部310与非活性部320的边界通过第二电极80的端部80b而被规定，在非活性部320中的压电体层70的表面露出的部分中，在压电体层70中容易产生裂纹或烧坏这样的不良现象。
而且，在本发明中，当将第二电极80的X轴方向上的两个区域中的、距第二电极80的端部较远的一个区域设为第一区域S1，并将距第二电极80的端部较近的一个区域设为第二区域S2时，第二电极80被形成为，第二区域S2中的Z轴方向的刚性为17000N/m以上，且高于第一区域S1中的Z轴方向的刚性，并且，第二区域S2中的Z轴方向的长度成为第二区域S2中的压电体层70的Z轴方向的长度以下。
第一区域S1以及第二区域S2具体为如下的区域。第一区域S1为位于振动板50与作为凹部的压力室12相接的驱动区域内的区域。第二区域S2为位于振动板50未与压力室12相接的非驱动区域内的区域。即，第一区域S1为压力室12的内侧的区域，优选为，X轴方向上的压力室12的中央部附近的区域，第二区域S2为压力室12的-X方向的端部12b的外侧的区域，优选为，第二电极80的端部80b附近的区域。另外设为，在第二区域S2中包含第二电极80的端部80b。
在本实施方式中，使第二电极80中的、处于-X方向的端部80b的附近的第二区域S2中的Z轴方向的刚性高于作为压力室12的中央部附近的区域的第一区域S1中的Z轴方向的刚性。通过设为这样的结构，从而使第二电极80中的第二区域S2中的Z轴方向的刚性局部升高而成为预定值以上，从而在不妨碍压电致动器300的位移的情况下抑制了压电体层70的不良现象的产生。
如图4以及图6所示，第一区域S1中的第二电极80具有在Z轴方向上相对于压电体层70而连续的第一层81。此外，第二区域S2中的第二电极80具有从第一区域S1起延伸设置的第一层81、和相对于该第一层81而在Z方向上连续设置且导电率低于第一层81的第二层82。此外，第二区域S2中的第二电极80还具有相对于第二层82而在Z方向上连续设置且导电率高于第二层82的第三层83。该第三层83不仅被设置于第二区域S2内，还以遍及整个第一层81的方式而被设置，第一区域S1中的第二电极80由第一层81和第三层83构成。因此，第二区域S2中的第二电极80的厚度t1厚于第一区域S1中的第二电极80的厚度t2。
虽然第一层81以及第三层83的材料并未被特别限定，但与第一电极60相同，例如，优选使用铱或铂这样的金属、氧化铟锡这样的导电性金属氧化物等导电材料。此外，虽然第二层82的材料只要导电率低于第一层81即可，但优选为绝缘体。作为具体示例，可以列举TiOX、被缩写为TaOX的氧化钽、AlOX、ZrOX、SiOX等。
此外，在第二电极80中，如上文所述，由于第二区域S2中的第二电极80的厚度t1厚于第一区域S1中的第二电极80的厚度t2，因此，第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性高于第一区域S1中的第二电极80的Z轴方向的刚性。
而且，通过由第一层81、第二层82以及第三层83构成第二区域S2中的第二电极80，从而使第二区域S2中的Z轴方向的刚性成为17000N/m以上，并且，使第二区域S2中的Z轴方向的长度成为第二区域S2中的压电体层70的Z轴方向的长度以下。
由此，当使压电致动器300驱动时，抑制了第二电极80的端部80b附近的压电体层70的应变。即，抑制了活性部310与非活性部320的边界附近的压电体层70的应变。虽然当将电压施加在压电致动器300上时，在压力室12的外侧的活性部310中产生应变，但通过第二区域S2中的第二电极80成为上述结构，从而抑制了在活性部310中产生的应变。
因此，能够抑制压电致动器300的活性部310与非活性部320的边界附近处的压电体层70的裂纹或烧坏这样的不良现象的产生。尤其，通过第二区域S2中的第二电极80被构成为包含由TiOX等绝缘体形成的第二层82，从而使第二电极80作为对压电体层70进行加强的结构体而更加有效地发挥功能。因此，能够更加可靠地抑制压电致动器300的活性部310与非活性部的边界附近处的不良现象的产生。
第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性只要如上所述为17000N/m以上即可，进一步优选为22000N/m以上。通过使第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性成为22000N/m以上，从而以适当的范围进一步抑制了活性部310的应变。因此，能够进一步可靠地抑制相对于压电体层70的裂纹等不良现象。
而且，第二电极80在第二区域S2中的Z轴方向的长度短于第二区域S2中的压电体层70的Z轴方向的长度。即，如图4所示，第二电极80在第二区域S2中的厚度t1薄于第二区域S2中的压电体层70的厚度t3。由此，能够高精度地加工第二电极80，因此，能够比较容易地将第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性调节为所期望的值。因此，能够更加适当地抑制第二区域S2中的活性部310的应变。
如上文所述，第一区域S1中的第二电极80未包含第二层82，而由第一层81以及第三层83构成，其厚度t2薄于第二区域S2中的第二电极80的厚度t1。因此，第一区域S1的第二电极80的Z轴方向的刚性低于第二区域S2的刚性。因此，也抑制了驱动区域中的压电致动器300的变形量的过度的降低。
此外，第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性能够通过第一层81、第二层82以及第三层83的材料、厚度来调节。尤其，能够通过对由绝缘体等形成的第二层82的厚度进行变更，从而比较容易地对第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性进行调节。
此外，虽然在本实施方式中，例示了第二电极80具有第一层81、第二层82以及第三层83这样的多个层的结构，但第二电极80的结构并未被特别限定。第二电极80可以仅通过由具有导电性的材料组成的一层来构成，也可以设为具有4层以上的多个层的结构。此外，虽然在本实施方式中，例示了在第二区域S2的第二电极80中由绝缘体组成的第二层82被设置于由导电材料形成的第一层81与第三层83之间的结构，但第二层也可以未被第一层81和第三层83夹持。第二电极80的各个层例如也可以从压电体层70侧起按照第一层81、第三层83、第二层82的顺序被层叠。
在此，制作第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向上的刚性不同的多个样品，关于各个样品，在图7的坐标图中，示出了对第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向上的刚性、与在压电体层70中产生裂纹等的击穿电压以及制作时的次品的发生率即工艺缺陷率之间的关系进行调查后获得的结果。
在图7中，示出了上述刚性为17490N/m和22870N/m的点，击穿电压和工艺缺陷率在17490N/m和22870N/m的点处良好。由图7所示的坐标图可知，如第二电极80的上述刚性大致为17000N/m以上，则击穿电压变得较高，大致为130V以上。尤其，如果上述刚性大致为22000N/m以上，则击穿电压较高，大致为145V以上，未产生次品。
工艺缺陷率的检查是指，施加通常使用压电器件时以上的电压，使压电器件中的在使用开始后短时间内击穿的可能性较高的部分显现的检查。在所实施的工艺缺陷率的检查中，对作为压电器件的液体喷射头施加喷射油墨滴的电压以上的电压，并使在使用开始后短时间内击穿的可能性较高的部分显现。另外，在该检查中，对液体喷射头施加小于145V的电压。
而且，如图7所示，可知，在刚性大致为17000N/m以上的情况下，工艺缺陷率急剧减少。即，可知，在刚性大致为17000N/m以上的情况下，即使对液体喷射头施加通常使用时以上的高电压，成为次品的比例也会急剧减少。
根据以上的情况，能够判断出，通过设为第二区域S2中的第二电极80的Z轴方向的刚性为17000N/m以上，优选为22000N/m以上，而能够有效地抑制因压电致动器300的反复驱动而引起的压电体层70的缺陷。
可是，如图2以及图4所示，在第二电极80的-X方向的端部80b的外侧、即第二电极80的端部80b的进一步靠-X方向侧，设置有虽然由与第二电极80相同的层构成但不与第二电极80电连续的配线部85。另外，在本实施方式中，配线部85与第一区域S1同样地由第一层81和第三层83构成。此外，配线部85在以与第二电极80的-X方向的端部80b不接触的方式而隔开间隔的状态下，从压电体层70上跨至与压电体层70相比向-X方向延伸设置的第一电极60上而被形成。该配线部85针对每个活性部310而被独立设置。即，配线部85沿着Y轴方向而以预定的间隔被配置多个。另外，虽然配线部85也可以由独立于第二电极80的层形成，但优选为，由与第二电极80相同的层形成。由此，能够简化配线部85的制造工序，从而实现成本的减少。
此外，在构成压电致动器300的第一电极60和第二电极80上，分别连接有独立引线电极91和作为驱动用共用电极的共用引线电极92。在独立引线电极91以及共用引线电极92的与连接于压电致动器300上的端部相反侧的端部上，连接有具有挠性的配线基板120。在本实施方式中，独立引线电极91以及共用引线电极92以在被形成于保护基板30中的贯穿孔32内露出的方式被延伸设置，并在该贯穿孔32内与配线基板120电连接。在配线基板120上，安装有驱动电路121，所述驱动电路121具有用于对压电致动器300进行驱动的开关元件。
虽然独立引线电极91以及共用引线电极92在本实施方式中由相同的层构成，但以不电连续的方式被形成。由此，与分别独立地形成独立引线电极91和共用引线电极92的情况相比，能够简化制造工序，从而减少成本。当然，也可以使独立引线电极91和共用引线电极92由不同的层形成。
独立引线电极91以及共用引线电极92的材料只要为具有导电性的材料，则未被特别限定，例如，能够使用金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)等。在本实施方式中，作为独立引线电极91以及共用引线电极92，使用了金(Au)。此外，独立引线电极91以及共用引线电极92也可以具有使与第一电极60以及第二电极80或振动板50之间的紧贴性提高的紧贴层。
独立引线电极91针对每个活性部310、即针对每个第一电极60而被设置。如图2以及图4所示，独立引线电极91经由配线部85而与被设置于压电体层70的外侧的第一电极60的-X方向的端部60b附近连接，并在-X方向上被引出至流道形成基板10上，实际上在-X方向上被引出至振动板50上。
另一方面，如图2以及图4所示，共用引线电极92在Y轴方向的两端部处在-X方向上被从构成压电体层70上的共用电极的第二电极80上引出至振动板50上。此外，共用引线电极92具有在与压力室12的-X方向侧的端部12b相对应的区域中具有沿着Y轴方向而被延伸设置的作为第三电极的延伸设置部93。而且，在本实施方式中，共用引线电极92在与压力室12的+X方向侧的端部12a相对应的区域中具备沿着Y轴方向而被延伸设置的延伸设置部94。这些延伸设置部93、94相对于多个活性部310而在Y轴方向上被连续设置。如上文所述，共用引线电极92在Y轴方向的两端部处在-X方向上被引出至振动板50上。
此外，作为第三电极的延伸设置部93从压力室12的内侧起被延伸设置至压力室12的外侧的第二电极80的-X方向的端部80b的附近。在本实施方式中，压电致动器300的活性部310超过压力室12的-X方向的端部12b而被延伸设置至压力室12的外侧，延伸设置部93在该活性部310上被延伸设置至压力室12的外侧。
在此，在本实施方式中，作为第三电极的延伸设置部93被延伸设置至第二电极80的端部80b附近。即，延伸设置部93被延伸设置至第二区域S2。通过延伸设置部93被延伸设置至第二区域S2，从而与上述的第二电极80一起，即使通过该延伸设置部93，也进一步抑制了活性部310的应变。因此，能够更加可靠地抑制针对压电体层70的裂纹的产生这样的不良现象。
但是，作为第三电极的延伸设置部93被设置于第二电极80的除了端部80b之外的部分上。当作为共用引线电极92的延伸设置部93被设置于第二电极80的端部80b处时，例如，由镍铬合金或钛钨合金等形成的共用引线电极92的紧贴层有可能与压电体层70接触，从而产生漏电流。因此，优选为，延伸设置部93未被延伸设置至第二区域S2中的第二电极80的端部80b。即，优选为，延伸设置部93的-X方向侧的端部在不与第二电极80的端部80b一致的情况下位于与端部80b相比靠内侧。
而且，在该情况下，优选为，在第二区域S2中，作为第三电极的延伸设置部93的导电率高于第二电极80的导电率。此外，优选为，在第二区域S2中，作为第三电极的延伸设置部93的Z轴方向的长度长于第二电极80的Z轴方向的长度。如图4所示，优选为，在第二区域S2中，延伸设置部93的厚度t4厚于第二电极80的厚度t1。通过设为这样的结构，从而在第二区域S2中，电流容易流向第二电极80的形成有延伸设置部93的部分，减少了流向第二电极80的端部80b的电流。因此，能够进一步抑制在第二电极80的端部80b附近的压电体层70中产生裂纹或烧坏等不良现象的情况。
如以上说明的那样，在作为本实施方式的压电器件的一个示例的液体喷射头即喷墨式记录头1中，具备流道形成基板10、振动板50和压电致动器300，所述流道形成基板10为形成有多个作为凹部的压力室12的基板，所述振动板50被设置于流道形成基板的一个面侧，所述压电致动器300具有在振动板50的与流道形成基板10相反的面侧被层叠在作为第一方向的Z轴方向上的第一电极60、压电体层70和第二电极80。而且，当将第二电极80的与作为第一方向的Z轴方向交叉的第二方向即X轴方向上的两个区域中的、距第二电极80的端部80b较远的一个区域设为第一区域S1，且将距第二电极80的端部80b较近的一个区域设为第二区域S2时，第二电极80被形成为，第二区域S2中的Z轴方向的刚性为17000N/m以上，且高于第一区域S1中的Z轴方向的刚性，并且，第二区域S2中的Z轴方向的长度成为第二区域S2中的压电体层70的第一方向的长度以下。
当通过这样的结构而使压电致动器300驱动时，抑制了第二电极80的端部80b附近、即第二区域S2中的活性部310的应变。因此，能够抑制压电致动器300的活性部310和非活性部320的边界附近的压电体层70的裂纹或烧坏这样的不良现象的产生。
实施方式2
图8为作为本发明的实施方式2所涉及的液体喷射头的一个示例的喷墨式记录头的剖视图，且为表示压电致动器300的结构的放大图。另外，对与实施方式1相同的部件标记相同的符号，并省略重复的说明。
如图8所示，本实施方式所涉及的压电致动器300具备被设置于第二电极80的-Z方向侧、即第二电极80上的保护膜200。第二区域S2中的第二电极80的端部80b被该保护膜200覆盖。即，保护膜200以覆盖压电致动器300的活性部310和非活性部320的边界部分的方式而被设置。另外，保护膜200以外的结构与实施方式1相同。
在活性部310和非活性部320的边界附近的压电体层70中，例如，有时因应变的产生状态变得不均而产生应力集中，伴随于此，有时裂纹或因该裂纹而引起的烧坏的产生变得明显。但是，在本实施方式中，由于以覆盖活性部310和非活性部320的边界部分的方式设置了保护膜200，因此，能够更可靠地减少该区域中的裂纹以及烧坏的产生。
虽然在图8所示的示例中，保护膜200仅被设置于第二电极80的端部80b附近，但形成保护膜200的范围未被特别限定。例如，保护膜200也可以以覆盖非活性部320的供压电体层70的表面露出的部分的方式被设置。
此外，虽然保护膜200的材料未被特别限定，但例如能够使用聚酰亚胺(芳香族聚酰亚胺)等有机材料。此外，保护膜200也可以由环氧类的粘合剂或硅类的粘合剂形成。此外，在通过粘合剂来形成保护膜200的情况下，也可以设为，用于在流道形成基板10上粘合保护基板30的粘合剂作为保护膜200而发挥功能。即，也可以设为，通过粘合剂而将保护基板30粘合在流道形成基板10的与第二电极80的端部80b相对应的部分处，第二电极80的端部80b被该粘合剂覆盖。
此外，优选为，保护膜200的杨氏模量在第二区域S2中低于第二电极80的杨氏模量。在本实施方式中，由于保护膜200例如由聚酰亚胺等有机材料形成，因此，保护膜200的杨氏模量低于由铱这样的金属等形成的第二电极80的杨氏模量。由此，活性部310和非活性部320的边界部分中的压电体层70的压电应变更加难以产生，此外，由于振动也容易被吸收，因此，能够更可靠地减少该区域中的裂纹以及烧坏的产生。
其他的实施方式
以上，对本发明的各个实施方式进行了说明，但本发明的基本结构未被限定于上述的实施方式。
虽然在上述的实施方式中，将第二电极80的-Y方向的端部80b附近的结构作为一个示例而对本发明进行了说明，但本发明也当然能够应用于第二电极80的+Y方向的端部80b附近。在压力室12的+Y方向外侧存在由第二电极80的端部80a规定的压电致动器300的活性部310和非活性部320的边界部的情况下，也能够将上述的本发明的结构应用于第二电极80的+Y方向的端部80a侧。
此外，虽然在上述的各个实施方式中设为，第一电极60构成每个活性部310的独立电极，第二电极80构成多个活性部310的共用电极，但也可以设为，第一电极60构成多个活性部310的共用电极，第二电极80构成每个活性部310的独立电极。即使在该情况下，也可以获得与上述的实施方式相同的效果。
此外，这些各个实施方式的记录头1被搭载于作为液体喷射装置的一个示例的喷墨式记录装置上。图9为表示一个实施方式所涉及的液体喷射装置的一个示例即喷墨式记录装置的一个示例的概要图。
在图9所示的喷墨式记录装置I中，记录头1以可拆装的方式而设置有构成油墨供给单元的盒2，并被搭载于滑架3上。搭载了该记录头1的滑架3以在被安装于装置主体4上的滑架轴5的轴向上移动自如的方式而被设置。
而且，通过驱动电机6的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带7而被传递至滑架3，从而使搭载了记录头1的滑架3沿着滑架轴5而移动。另一方面，在装置主体4中设置有作为输送单元的输送辊8，纸等作为记录介质的记录薄片S通过输送辊8而被输送。另外，对记录薄片S进行输送的输送单元不限于输送辊，也可以为带或滚筒等。
在这样的喷墨式记录装置I中，在相对于记录头1而在+X方向上对记录薄片S进行输送，并使滑架3相对于记录薄片S而在Y方向上往复移动的同时，使油墨滴从记录头1喷射，从而跨及记录薄片S的大致整个面而实施油墨滴的喷落、所谓的印刷。
此外，虽然在上述的喷墨式记录装置I中，例示了记录头1被搭载于滑架3上并在作为主扫描方向的Y方向上往复移动的方式，但并未被特别限定于此，例如，也能够将本发明应用于，记录头1被固定从而仅通过使纸等记录薄片S在作为副扫描方向的X方向上移动而实施印刷的、所谓行式记录装置中。
另外，在上述实施方式中，作为液体喷射头的一个示例而列举出喷墨式记录头，此外，作为液体喷射装置的一个示例而列举出喷墨式记录装置，并进行了说明，但本发明为广泛地以全部的液体喷射头以及液体喷射装置为对象的发明，当然，也能够应用于喷射油墨以外的液体的液体喷射头或液体喷射装置中。作为其他的液体喷射头，例如，可以列举应用于打印机等图像记录装置中的各种记录头、应用于液晶显示器等的彩色滤波滤器的制造中的颜色材料喷射头、应用于有机EL(Electro Luminescence，电致发光)显示器、FED(场发射显示器)等的电极形成中的电极材料喷射头、应用于生物芯片制造中的生物体有机物喷射头等，也能够应用于具备所涉及的液体喷射头的液体喷射装置中。
此外，本发明不仅能够应用于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头中，也能够应用于超声波发射机等超声波器件、超声波电机、压力传感器、热电传感器等其他的压电器件中。
符号说明
S1…第一区域；S2…第二区域；I…喷墨式记录装置(记录装置)；1…喷墨式记录头(记录头)；2…盒；3…滑架；4…装置主体；5…滑架轴；6…驱动电机；7…同步带；8…输送辊；10…流道形成基板(基板)；11…隔壁；12…压力室(凹部)；15…连通板；16…喷嘴连通通道；17…第一歧管部；18…第二歧管部；19…供给连通通道；20…喷嘴板；21…喷嘴；30…保护基板；31…保持部；32…贯穿孔；40…外壳部件；41…收纳部；42…第三歧管部；43…连接口；44…导入口；45…可塑性基板；46…密封膜；47…固定基板；48…开口部；49…可塑性部；50…振动板；51…弹性膜；52…绝缘体膜；60…第一电极；70…压电体层；71…槽部；80…第二电极；81…第一层；82…第二层；83…第三层；85…配线部；91…独立引线电极；92…共用引线电极；93…延伸设置部(第三电极)；94…延伸设置部；100…歧管；120…配线基板；121…驱动电路；200…保护膜；300…压电致动器；310…活性部；320…非活性部；S…记录薄片。

Claims (12)

1.一种压电器件，其特征在于，具备：
基板，其形成有多个凹部；
振动板，其被设置于所述基板的一个面侧；
压电致动器，其具有在所述振动板的与所述基板相反的面侧在第一方向上层叠的第一电极、压电体层和第二电极，
当将所述第二电极的与所述第一方向交叉的第二方向上的两个区域中的、距所述第二电极的端部较远的一个区域设为第一区域，且将距所述第二电极的端部较近的一个区域设为第二区域时，
所述第二电极被形成为，所述第二区域中的所述第一方向的刚性为17000N/m以上，且高于所述第一区域中的所述第一方向的刚性，并且，所述第二区域中的所述第一方向的长度为所述第二区域中的所述压电体层的所述第一方向的长度以下。
2.如权利要求1所述的压电器件，其特征在于，
所述第二电极的所述第二区域中的所述第一方向的刚性为22000N/m以上。
3.如权利要求1或2所述的压电器件，其特征在于，
所述第一区域位于所述振动板与所述凹部相接的驱动区域，所述第二区域位于所述振动板不与所述凹部相接的非驱动区域。
4.如权利要求1所述的压电器件，其特征在于，
所述第一区域中的所述第二电极具有第一层，所述第一层在所述第一方向上相对于所述压电体层而连续，
所述第二区域中的所述第二电极具有所述第一层和第二层，所述第二层相对于所述第一层而在所述第一方向上连续设置，并且与所述第一层相比导电率较低。
5.如权利要求4所述的压电器件，其特征在于，
所述第二区域中的所述第二电极还具有第三层，所述第三层相对于所述第二层而在所述第一方向上连续设置，并且与所述第二层相比导电率较高。
6.如权利要求1所述的压电器件，其特征在于，
具有第三电极，所述第三电极相对于所述第二电极而在所述第一方向上连续设置，
在所述第二区域中，所述第三电极被设置于所述第二电极的除了端部之外的部分上。
7.如权利要求6所述的压电器件，其特征在于，
在所述第二区域中，所述第三电极的导电率高于所述第二电极的导电率。
8.如权利要求6或7所述的压电器件，其特征在于，
在所述第二区域中，所述第三电极的所述第一方向上的长度长于所述第二电极的所述第一方向上的长度。
9.如权利要求1所述的压电器件，其特征在于，
所述第二区域中的所述第二电极的端部被保护膜覆盖。
10.如权利要求9所述的压电器件，其特征在于，
所述保护膜的杨氏模量低于所述第二电极的杨氏模量。
11.一种液体喷射头，其特征在于，具备：
基板，其形成有多个凹部；
振动板，其被设置于所述基板的一个面侧；
压电致动器，其具有在所述振动板的与所述基板相反的面侧在第一方向上层叠的第一电极、压电体层和第二电极，
当将所述第二电极的与所述第一方向交叉的第二方向上的两个区域中的、距所述第二电极的端部较远的一个区域设为第一区域，且将距所述第二电极的端部较近的一个区域设为第二区域时，
所述第二电极被形成为，所述第二区域中的所述第一方向的刚性为17000N/m以上，且高于所述第一区域中的所述第一方向的刚性，并且，所述第二区域中的所述第一方向的长度为所述第二区域中的所述压电体层的所述第一方向的长度以下。
12.一种液体喷射装置，其特征在于，
具备权利要求11所述的液体喷射头。
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