CN1841803A - 压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了表现出优异位移特性的压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备，该压电元件由下电极、压电层和上电极构成，在该压电元件中，压电层的面表面中存在的<100>面占其中存在的<100>、<110>和<111>面的比例不小于70％，并且其中与压电层的面表面正交的垂直表面中存在的<100>、<110>和<210>面占其中存在的<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的比例不小于80％。

Description

压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备
技术领域
本发明涉及由下电极、压电层和上电极构成的压电元件；通过将压电元件设置在衬底上并使得振动板处于压电元件组和衬底之间而制造的致动器装置；通过利用致动器装置从喷嘴口喷射液滴的液体喷射头；和液体喷射设备。
背景技术
具有以下构造的喷墨记录头已经投入实用。根据该构造，与喷嘴口相连通的各个压力产生腔的一部分由振动板构成。墨滴从喷嘴口喷出。通过压电元件使振动板变形，于是每个压力产生腔中的墨水受压。因此，从每个喷嘴口中喷出墨滴。例如以下面的方式构造的喷墨记录头属于这样的喷墨记录头。通过使用成膜技术在振动板的整个表面上形成由压电材料制成的均匀层。然后，通过使用光刻方法将此由压电材料制成的层切成与压力产生腔相对应的形状。由此，压电元件被形成在各个压力产生腔中，以使压电元件可以彼此独立。
具有如下压电层的压电元件属于用于这样的喷墨记录头的压电元件。构成压电元件的压电层的<100>面的取向度被限定为不小于70％(参见例如日本专利公报No.3555682的权利要求范围等)。
但是，即使通过限定<100>面的取向度而将压电层的面表面中的<100>面限定为优先取向，当压电层的面表面通过宽角X射线衍射法来测量时，对于作为压电层倾斜面的<111>面和<100>面中的每个也仅仅可以测量垂直于衬底(压电层的面表面)形成的分量。这带来了无法区分实际取向如何的问题。此外，作为压电层倾斜面的<111>、<100>和<211>面不仅仅自身不变形，而且还阻碍压电层整体上的变形。因此，这带来了一个问题，即包括更高比例的各个<111>、<100>和<211>面的压电层在包括位移量在内的位移特性上很差。
顺带地，这样的问题不限于由喷墨记录头所代表的液体喷射记录头，而是类似地存在于其他类型的压电元件和使用压电元件的其他类型的致动器装置中。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供其中每一种都表现出优异位移特性的压电元件、致动器装置、液体喷射头和液体喷射设备。
用于解决前述问题的本发明的第一方面是一种压电元件，其特征在于由下电极、压电层和上电极构成。此外，所述压电元件的特征在于，对于所述压电层的面表面，其中存在的<100>面占其中存在的<100>、<110>和<111>面的比例不小于70％。另外，所述压电元件的特征在于，对于与所述压电层的所述面表面正交的垂直表面，其中存在的<100>、<110>和<210>面占其中存在的<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的比例不小于80％。
该第一方面使得可以实现这样的压电层，其中晶体垂直形成且其因此表现出优异的位移特性。
本发明的第二方面是如第一方面所述的压电元件，其特征在于所述压电层通过将多个压电膜彼此层叠而形成。
该第二方面使得可以以更高精度获得具有所期望厚度的压电层。
本发明的第三方面是如第二方面所述的压电元件，其特征在于第一类型的<100>面的丰度不小于第二类型<100>面和第一类型<100>面之和的10％。第一类型的<100>面存在于与所述压电层的所述面表面正交的所述垂直表面中。第二类型的<100>面存在于与正交于所述压电层面表面的所述垂直表面成预定角度的表面中。
该第三方面使得可以实现表现出优异位移特性的压电层。
本发明的第四方面是如第一至第三方面所述的压电元件，其特征在于所述压电层由锆钛酸铅制成。
该第四方面使得可以获得具有由锆钛酸铅制成的理想晶体的压电层。
本发明的第五方面是一种致动器装置，其特征在于，其通过将多个如第一到第四方面中任一项所述的压电元件设置在衬底上且使振动板位于这组压电元件与所述衬底之间来进行制造。
该第五方面使得可以实现具有每个都表现出优异位移特性的压电元件的致动器装置。
本发明的第六方面是一种液体喷射头，其特征在于包括如第五方面所述的致动器装置作为从喷嘴口喷射液体的液体喷射装置。
该第六方面使得可以通过使用每个都表现出优异位移特性的压电元件来实现表现出优异液体喷射特性的液体喷射头。
本发明的第七方面是一种液体喷射设备，其特征在于包括如第六方面所述的液体喷射头。
该第七方面使得可以实现表现出优异液体喷射特性的液体喷射设备。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例1的记录头的示意性构造的分解立体图。
图2A和图2B分别是根据本发明实施例1的记录头的俯视图和横截面图。
图3是示出根据本发明实施例1的压电层的垂直表面的取向度的曲线图。
图4A至图4C是示出制造根据本发明实施例1的记录头的方法的横截面图。
图5A至图5C是示出制造根据本发明实施例1的记录头的方法的横截面图。
图6A至图6D是示出制造根据本发明实施例1的记录头的方法的横截面图。
图7是示出根据本发明的一个实施例的记录设备的示意性构造的视图。
具体实施方式
下面将基于实施例来详细描述本发明。
(实施例1)
图1是根据本发明实施例1的喷墨记录头的分解立体图。图2A是图1中所示的喷墨记录头的俯视图，图2B是喷墨记录头沿图2A中的线A-A’所取的横截面图。
在本实施例的情形中，通道形成衬底10由单晶硅衬底制成。如图所示，在通道形成衬底10的一个表面上形成弹性膜50。弹性膜由预先通过热氧化形成的二氧化硅制成，并且厚度为0.5～2μm。
在通道形成衬底10中，通过从与衬底上形成有弹性膜50的表面相反的那一侧各向异性刻蚀通道形成衬底10，而并排地布置多个压力产生腔12。压力产生腔12由分隔壁11隔开。连通部分13形成在压力产生腔12的纵向外侧。连通部分13构成储液室100的一部分，所述储液室100是用于压力产生腔12的公共墨水腔。连通部分13与每一个压力产生腔12纵向上的一个端部通过其相应的墨水供应通路14连通。墨水供应通路14以比压力产生腔12的宽度更窄的宽度形成，并由此使墨水从连通部分13流到各个压力产生腔12中的通道阻力保持恒定。
此外，通过使用胶粘剂、热胶粘膜等将喷嘴板20固定到通道形成衬底10的开口表面，保护膜51置于其间。保护膜51被用作形成压力产生腔12时的掩模。在喷嘴板20中钻有喷嘴口21。每一个喷嘴口21分别与压力产生腔12在压力产生腔12的与墨水供应通路14相反一侧连通。顺带地，喷嘴板20厚度为例如0.01至1mm，线性膨胀系数为例如在不高于300℃下2.5～4.5[×10-6/℃]。喷嘴板20由玻璃陶瓷或者不锈钢制成。喷嘴板20的一个表面完全覆盖通道形成衬底10的一个表面，因此，喷嘴板20也起到增强板的作用，用于保护单晶硅衬底不受震动和外力影响。此外，喷嘴板20是否由具有与通道形成衬底10几乎相同的热膨胀系数的材料形成是不重要的。在此情况下，通道形成衬底10的热变形和喷嘴板20的热变形彼此大致相似。因此，可以通过使用热硬化胶粘剂等容易地将通道形成衬底10和喷嘴板20彼此接合。
另一方面，如上所述，在通道形成衬底10的与开口表面相反一侧的表面上形成弹性膜50。弹性膜50由二氧化硅制成且厚度例如为约1.0μm。绝缘膜55通过将其层叠在此弹性膜50上而被形成在弹性膜50上。绝缘膜55由二氧化锆(ZrO2)等制成，并且其厚度为约0.4μm。此外，下电极膜60、压电层70和上电极膜80通过使用后述工艺将其彼此层叠在绝缘膜55上，而形成在此绝缘膜55上。下电极膜60，一个压电层70和一个上电极膜80构成每一个压电元件300。下电极膜60由铱(Ir)制成，且厚度例如为约0.1至0.5μm。每一个压电层70由锆钛酸铅(PZT)等制成，并且具有例如为约1.0μm的厚度。每一个上电极80由金、铂、铱等制成，并且具有例如为约0.05μm的厚度。在此，压电元件300是包括下电极膜60、一个压电层70和一个上电极膜80的部分。一般而言，压电元件300以如下方式被构造。压电元件300的两个电极中的一个被用作公共电极。压电元件300的两个电极中的另一电极以及压电层70在各个压力产生腔12中图案化。在此，由于对由经图案化的压电层70和两个电极中的相应的被图案化的一个构成的部分中的两个电极施加电压而发生压电应变。该部分被称为“压电活性部分”320。在本实施例的情形中，下电极膜60被用作压电元件300的公共电极，而上电极膜80用作压电元件300的单个电极。但是，为了方便驱动电路和互连线的布置而将其用途颠倒，不会有什么问题。在这两种情况下，对于各个压力产生腔12分别形成压电活性部分。此外，一个压电元件300和振动板的组合被称为“压电致动器”。振动板依靠压电元件300的驱动而提供位移。顺带地，在前述示例中，弹性膜50和绝缘膜55共同地充当振动板。构造压电元件300的下电极膜60也可以被设计来执行振动板的功能。
此外，作为用于压电层70的材料，例如压电材料(铁电材料)和通过将金属氧化物添加到该材料所得到的材料是理想的。这样的压电材料(铁电材料)的示例包括锆钛酸铅(PZT)。这样的金属氧化物的示例包括氧化铌、氧化镍和氧化镁。具体地，可以使用钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)、锆酸铅(PbZrO3)、钛酸铅镧((Pb，La)TiO3)、锆钛酸铅镧((Pb，La)(Zr，Ti)O3)、锆钛酸镁铌酸铅(Pb(Zr，Ti)(Mg，Nb)O3)等。压电层70形成有一定的厚度，该厚度小至足以防止制造过程中在压电层70中产生裂纹，并且大至足以使得压电层70可以充分表现出其位移特性。在此实施例的情形中，压电层70被形成为例如约0.5μm到2μm的厚度。
此外，在根据本实施例的压电层70的情形中，面表面中存在的<100>面占同一面表面中存在的<100>、<110>和<111>面的比例(下面称为“面表面的取向度”)不小于70％。在此，“面表面的取向度”指的是当通过宽角X射线衍射法测量压电层70时得到的衍射强度比例。具体而言，当通过宽角X射线衍射法测量压电层70的面表面时，得到分别对应于<100>、<110>和<111>面的衍射强度峰。“面表面的取向度”指的是对应于<100>面的峰值强度占<100>、<110>和<111>面各自峰值强度之和的比例。在此实施例的情形中，压电层70的面表面中存在的<100>面的取向度不小于70％。这意味着其中的<100>面具有优先取向。
此外，在根据本实施例的压电层70的情形中，面表面中存在的<100>面的峰值强度为100cps。所以，这使得压电层70可以表现出优异的位移特性。
类似地，在根据本实施例的压电层70的情形中，与面表面正交的垂直表面中存在的<100>、<110>和<210>面占同一垂直表面中存在的<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的比例(下面称为“垂直表面的取向度”)不小于80％。在此，“垂直表面的取向度”指的是当通过面内X射线衍射法测量压电层70时得到的衍射强度比例。具体而言，当通过面内X射线衍射法测量压电层70的垂直表面时，得到如图3所示对应于<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的衍射强度峰。<100>、<110>和<210>面的衍射强度峰对应于面表面中存在的<100>面的衍射强度峰，后一峰值在通过宽角X射线衍射法测量面表面时得到。<111>和<211>面是倾斜面。“垂直表面的取向度”指的是对应于<100>、<110>和<210>面的峰值强度占对应于<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的峰值强度之和的比例。
如果压电层70的垂直表面中存在的<100>、<110>和<210>面的取向度不小于80％，则这使得晶体可以垂直生长，并由此使压电层70表现出优异的位移特性。具体而言，如果仅仅调整压电层70的面表面的取向度，则不考虑作为压电层70倾斜面的<111>、<110>和<211>面。所以，无法获得优异的位移特性。顺带地，作为压电层70倾斜面的<111>、<110>和<211>面自身不变形，而且还阻碍整个压电层70的变形。此外，虽然通过宽角X射线衍射法测量压电层70的面表面，可以通过该方法测量<111>和<211>面，但<111>和<211>面也可以通过面内X射线衍射法测量。考虑到这一点，当通过面内X射线衍射法测量压电层70的面表面时，与压电层70的面表面正交的垂直表面中存在的<100>、<110>和<210>面占同一垂直表面中存在的<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的比例被限定为不小于80％。所以，这使得可以通过注意作为压电层70倾斜面的<111>和<211>面而获得优异的位移特性。
而且，压电层70以这样的方式形成，即第一类型的<100>面的丰度不小于第二类型<100>面和第一类型<100>面之和的10％。所以，这使得可以提高位移特性。在此情况下，第一类型的<100>面存在于与压电层70的面表面正交的垂直表面中。第二类型的<100>面存在于与正交于压电层70面表面的垂直表面成预定角度的表面中。
此外，引线电极90被连接到每一个上电极膜80，所述上电极膜80是用于各个压电元件300的单个电极。引线电极90从相应的墨水供应通路14的端部附近引出，并且延伸到绝缘膜55的顶部。引线电极90由例如金等制成。
利用被置于保护板30与通道形成衬底10之间的胶粘剂34，将保护板30接合到通道形成衬底10的形成有这样的压电元件300的顶部，换句话说，接合到下电极膜60、绝缘膜55和引线电极90上方。保护板30包括构成储液室100至少一部分的储液室部分31。在本实施例的情形中，该储液室部分31以如下方式形成，即储液室部分31沿厚度方向穿透保护板30，并且储液室部分31沿与压力产生腔12的宽度方向相同的方向延伸。储液室部分31与通道形成衬底10的连通部分13连通，由此构成储液室100，所述储液室100被用作用于多个压力产生腔12的公共墨水腔。
此外，压电元件保持部分32被设置到保护板30与压电元件300相对的区域。压电元件保持部分32具有一个空腔，该空腔大到足以不阻碍压电元件300的移动。如果保护板30具有大得足以不阻碍压电元件300移动的空腔，就足够了。空腔是否密封是不重要的。
理想的是，具有与通道形成衬底10相同的热膨胀系数的材料被用于这样的保护板30。所述材料的示例包括玻璃和陶瓷。在本实施例的情形中，保护板30由作为与形成通道形成衬底10相同的材料的单晶硅衬底形成。
此外，保护板30设置有沿厚度方向穿透保护板30的通孔33。而且，分别从压电元件300引出的引线电极90的端部的附近部分以该附近部分暴露于通孔33的方式来布置。
同样，驱动电路110被固定到保护板30的顶部。驱动电路110驱动并排排列的压电元件300。例如，电路板、半导体集成电路(IC)等可以被用作此驱动电路110。此外，驱动电路110和每一个引线电极90通过连接配线120相互电连接。连接配线120由诸如接合线的导线制成。
此外，柔性板40被接合到保护板30顶部。柔性板40由密封膜41和固定板42构成。在此，密封膜41由较低刚度的柔性材料(例如，厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)制成。储液室部分31的一端由该密封膜41密封。此外，固定板42由诸如金属的硬材料(例如，厚度为30μm的不锈钢(SUS)等)形成。该固定板42与储液室100相对的区域是开口部分43，该开口部分43通过沿厚度方向从固定板42完全去除对应于该区域的部分而得到。因此，储液室100的一端仅仅由柔性的密封膜41来密封。
用于将墨水供应到储液室100的墨水引入端口44形成在柔性板40的一部分中。柔性板40的该部分处在储液室100的外部，并且其位置大致对应于储液室100的纵向中心。此外，保护板30设置有墨水引入通路35，墨水引入端口44和储液室100的侧壁通过该墨水引入通路35相互连通。
根据本实施例的这样的喷墨记录头从与外部墨水供应装置(没有示出)连接的墨水引入端口44吸入墨水，并且将从储液室100直到喷嘴口21范围内的内部充满墨水。之后，喷墨记录头根据来自驱动电路的记录信号，在对应于压力产生腔12的每一个上电极膜80和下电极膜60之间施加电压。由此，喷墨记录头使弹性膜50、绝缘膜55、下电极膜60和压电层70弯曲变形。此变形使每一个压力产生腔12内的压力上升，由此从喷嘴口21喷出墨滴。
下面，将参考图4到图6提供对于制造这样的喷墨记录头的方法的描述。顺带地，图4到图6是压力产生腔12沿纵向的横截面图。首先，如图4A所示，由单晶硅衬底制成的通道形成衬底10在扩散炉中约1100℃下被热氧化。由此，在通道形成衬底10的表面上形成二氧化硅膜52，该二氧化硅膜52将在后面变成弹性膜50和保护膜51。随后，如图4B所示，锆(Zr)层被形成在弹性膜50(二氧化硅膜52)顶部上。之后，通过例如在扩散炉中500℃～1200℃下热氧化锆层，形成由氧化锆(ZrO2)制成的绝缘层55。
接着，如图4C所示，在通道形成衬底10的整个表面上形成由铱(Ir)制成的下电极膜60，之后将其图案化成预定形状。
随后，形成由锆钛酸铅(PZT)制成的压电层70。在此，在本实施例的情形中，利用被称为溶胶凝胶法的方法形成压电层70。根据溶胶凝胶法，被称为溶胶的是通过将金属有机物质溶解和分散在催化剂中得到的。通过涂覆和干燥将所述溶胶转变成凝胶。然后在高温下焙烧所述凝胶。由此得到由金属氧化物制成的压电层70。顺带地，用于压电层70的材料不限于锆钛酸铅。也可以使用另一种例如驰豫铁电体(例如，PMN-PT、PZN-PT、PNN-PT等)的压电材料。此外，制造压电层70的方法不限于溶胶凝胶法。也可以使用例如MOD(金属有机物沉积)法等。
形成压电层70的具体过程如下。首先，在下电极膜60上形成种晶钛(Ti)，尽管该种晶钛没有被示出。此后，如图5A所示，压电前驱体膜71被形成在下电极膜60的顶部上。该压电前驱体膜71是PZT前驱体膜。换句话说，将包含金属有机物的溶胶(液体溶液)涂覆到已形成在通道形成衬底10上的下电极膜60的顶部(在涂覆步骤中)。随后，在预定温度下加热压电前驱体膜71，并这样干燥一定的时间。在本实施例的情形中，可以例如通过将压电前驱体膜71在170～180℃下保持8至30分钟来干燥压电前驱体膜71。此外，理想的是，在干燥步骤中温度升高的速率为0.5至1.5℃/秒。顺带地，在这里所提及的“温度升高的速率”被定义为相对于时间温度从温度1变化到温度2的速率。用以下方式计算温度1和2。开始，获得加热开始时的温度(室温)与压电前驱体膜71通过加热达到的温度之间的差。然后，通过将该差的20％加到加热开始时的温度得到温度1。通过将该差的80％加到加热开始时的温度得到温度2。在例如其中温度在50秒中从室温(25℃)升到100℃的情况下，温度升高的速率由下面的等式表示。
(100-25)×(0.8-0.2)/50＝0.9[℃/秒]
随后，通过将压电前驱体膜71加热到预定温度并将该膜在此温度下保持一定的时间，来对已经被干燥的压电前驱体膜71进行脱脂。在本实施例的情形中，例如通过将压电前驱体膜71加热到约300～400℃的温度并且将该膜在此温度下保持约10～30分钟，来对该膜进行脱脂。顺带地，在此提及的脱脂指的是将包含在压电前驱体膜71中的有机组分作为例如NO2、CO2、H2O等从其除去。在脱脂步骤中，理想的是温度升高的速率为0.5～1.5℃/秒。
然后，压电前驱体膜71被加热到预定温度，并且在该温度下保持一定的时间，由此进行结晶。于是，如图5B所示，压电膜72被形成(在焙烧步骤中)。在焙烧步骤中，理想的是压电前驱体膜71被加热到680～900℃的温度。在本实施例的情形中，通过将压电前驱体膜71在680℃加热5～30分钟来焙烧压电前驱体膜71，由此形成压电层72。而且，在根据本实施例的焙烧步骤中，温度升高的速率为120℃/秒。
应该注意，例如RTA(快速热退火)系统可以被用作用于干燥、脱脂和焙烧步骤的加热系统。RTA系统通过来自热板、扩散炉或者红外线灯的辐射进行热处理。在此实施例中，温度升高的速率高至120℃/秒。因此，使用可以以这样高的温度升高速率执行焙烧工艺的RTA系统。
同样，在本实施例的情形中，如上所述，未示出的种晶钛(Ti)被形成在下电极膜60上。此后，形成压电膜72。由此，通过利用钛晶体作为核生长PZT。这使得晶体从下电极膜60生长，因此使得可以获得致密的柱状晶体。这样的种晶钛(Ti)在焙烧之后扩散到压电膜72中。
然后，包括前述的涂覆、干燥、脱脂和焙烧步骤的压电层形成步骤被重复多次。在本实施例的情形中，压电层形成步骤被重复10次。由此，如图5C所示，形成压电层70。压电层具有预定厚度并包括10层压电膜72。在其中每次涂覆的溶胶厚度为约0.1μm的情形中，压电层70的总膜厚为约1.1μm。
这种制造方法使得可以形成这样的压电层70，其中面表面的取向度不小于70％，并且其中与面表面正交的垂直表面的取向度不小于80％。所以，这使得压电层70可以表现出优异的位移特性。
此外，在通过如图5A～5C所示的步骤形成压电层70之后，上电极膜80被形成在通道形成衬底10的整个表面上，如图6A所示。上电极膜80由例如铱制成。然后，在分别与多个压力产生腔12相对的多个区域中的每一个中图案化压电层70和上电极膜80。于是，形成压电元件300。随后，形成引线电极90。具体地，引线电极90以如下方式被形成。首先，引线电极90被形成在通道形成衬底10的整个表面上，如图6B所示。引线电极90由例如金(Au)等制成。此后，通过使用由光刻胶等制成的掩模图案(没有示出)在各个压电元件300中图案化引线电极90。
然后，如图6C所示，例如利用胶粘剂34，将保护板30接合到通道形成衬底10的顶部。保护板30容纳多个这样被图案化的压电元件300。顺带地，储液室部分31和压电元件保持部分32等预先被形成在保护板30中。此外，保护板30由例如厚度为约400μm单晶硅衬底制成。将保护板30接合到通道形成衬底10明显地增大了所得通道形成衬底10的刚度。
随后，如图6D所示，通过将通道形成衬底10的表面上的二氧化硅膜52图案化成预定形状，形成保护膜51，其中所述表面与其上形成压电元件300的表面相反。在将保护膜51作为掩模的情况下，使用诸如KOH的碱性溶液对通道形成衬底10进行各向异性刻蚀(湿法刻蚀)。由此，在通道形成衬底10中形成压力产生腔12、连通部分13、墨水供应通路14等。
随后，在保护膜51位于其间的情况下，喷嘴板20被接合到通道形成衬底10的表面，所述表面与保护板30已经被接合到其上的表面相反。在喷嘴板20中钻有喷嘴口21。同时，柔性板40被接合到保护板30。由此，如图1所示的喷墨记录头被形成。
应该注意，通过前述的一系列的膜形成工艺和各向异性刻蚀工艺，在单个晶片上一次实际形成大量的芯片。在这些工艺完成之后，晶片被分割成如图1所示的每一个具有芯片大小的通道形成衬底10。于是，喷墨记录头被形成。
(示例)
由锆钛酸铅(PZT)制成的压电膜通过RTA系统以120℃/秒的温度升高速率被焙烧。四层压电膜被彼此层叠，由此形成根据示例的压电层。
(对比示例1)
由锆钛酸铅(PZT)制成的压电膜通过RTA系统以10℃/秒的温度升高速率被焙烧。四层压电膜被彼此层叠，由此形成根据对比示例1的压电层。
(对比示例2)
由锆钛酸铅(PZT)制成的压电膜通过RTA系统以1℃/秒的温度升高速率被焙烧。四层压电膜被彼此层叠，由此形成根据对比示例2的压电层。
(对比示例3)
由锆钛酸铅(PZT)制成的压电膜通过RTA系统以3℃/秒的温度升高速率被焙烧。四层压电膜被彼此层叠，由此形成根据对比示例3的压电层。
(实验示例)
对于根据示例以及对比示例1至3的压电层中的每一个，以与测量根据实施例1的压电层相同的方式，通过宽角X射线衍射法测量面表面的取向度。此外，以与测量根据实施例1的压电层相同的方式，通过面内X射线衍射法测量垂直表面的取向度。另外，测量了这些压电层各自的位移常数。下列表1示出了这些测量的结果。
[表1]
温度升高速率(℃/秒) <100>面强度(cps) 面表面的取向度(％) 垂直表面的取向度(％) 位移常数(pC/N)
示例 120  446  86  87  157
对比示例1 10  444  84  70  136
对比示例2 1  387  84  78  144
对比示例3 3(扩散炉)  374  92  69  131
如表1所示，可知对于根据示例和对比示例1至3的压电层中的每一个，面表面的取向度都不小于70％。但是，还可知根据对比示例1至3的压电层中的每一个都形成有小于80％的垂直表面取向度。此外，可知即使根据对比示例1至3的压电层中的每一个的面表面取向度都不小于70％，但是由于垂直表面的取向度使得位移常数即位移特性恶化。结果，可知类似于根据示例的压电层，其中面表面的取向度不小于70％且垂直表面的取向度不小于80％的压电层的位移特性优异。
同样，如果类似于如示例所述的压电元件以这样的方式形成压电层，即第一类型的<100>面的丰度不小于第二类型<100>面和第一类型<100>面之和的10％，则提高了位移特性。在此情况下，第一类型的<100>面存在于与压电层的面表面正交的垂直表面中。第二类型的<100>面存在于与正交于压电层面表面的垂直表面成预定角度的表面中。
而且，可知如果在焙烧压电层时使用的温度升高速率高至120℃/秒，则使得可以形成类似于根据示例的压电层那样表现出优异位移特性的压电层。
(其他实施例)
上面已经描述了本发明的实施例1。但是，喷墨记录头的基本构造不限于前述的构造。在上述的实施例1的情形中，例如，在压电前驱体膜71被涂覆、干燥和脱脂之后，该压电前驱体膜71被焙烧，由此形成压电膜72。但是，形成压电层72的方法不限于此。压电膜72以下面的方式形成也是可以的。首先，涂覆、干燥和脱脂压电前驱体膜71的过程被重复数次，例如2次。此后，压电前驱体膜71被焙烧。由此，形成压电膜72。
此外，在实施例1的情形中，下电极60通过图案化来形成。此后，形成压电层70。但是，为了方便制造器件，第一压电膜可以被形成在下电极膜上，此后，下电极膜可以与压电层一起被图案化。
类似地，在实施例1的情形中，铱(Ir)被用作用于下电极膜60的材料。但是，该材料不具体地被限制于此。例如，基本包含铱(Ir)的导电材料可以被用作用于下电极膜60的材料。或者，下电极膜60可以通过将铱(Ir)、铂(Pt)和铱(Ir)依次彼此层叠来形成。
此外，根据这些实施例的每一个的喷墨记录头构成了具有与墨盒等连通的墨水通道的记录头单元的一部分，并且被安装在喷墨记录设备中。图7是示出了喷墨记录设备的示例的示意图。
如图7所示，包括各自喷墨记录头的记录头单元1A和1B被可拆卸地设置到构成墨水供应装置的盒2A和2B。记录头单元1A和1B被安装到其上的托架3以如下的方式被设置到固定到设备主体4的托架轴5：即托架3可以在所述轴延伸的方向上自由地移动。这些记录头单元1A和1B被指定来分别喷射黑色墨水组合物和彩色墨水组合物。
此外，来自驱动电机的驱动动力通过多个没有示出的齿轮和同步带7传递到托架3。由此，使得记录头单元1A和1B被安装到其上的托架3沿着托架轴5移动。另一方面，设备主体4设置有沿着托架轴5的滚筒8。记录片S是诸如纸片的记录介质，并被设计为在滚筒8上传输。所述记录片S由供入辊等供入，尽管供入辊没有被示出。
应该注意，虽然在将喷墨记录头作为液体喷射头示例的情况下描述了实施例1，但是本发明意在宽泛地应用于整个范围的液体喷射头。不用说明的是本发明可以被应用于任何的喷射除墨水之外的其他液体的液体喷射头。喷射除墨水之外的其他液体的液体喷射头的示例包括：用于诸如打印机的图像记录设备的各种记录头；用于制造液晶显示器等的色彩过滤器的颜料喷射头；用于形成有机EL显示器、FED(场发射显示器)设备等的电极的电极材料喷射头；用于制造生物芯片的生物有机物质喷射头。

Claims (7)

1.一种压电元件，包括：
下电极；
压电层；和
上电极，
其中，所述压电层的面表面中存在的<100>面占同一面表面中存在的<100>、<110>和<111>面的比例不小于70％，并且
其中，与所述压电层的所述面表面正交的垂直表面中存在的<100>、<110>和<210>面占同一垂直表面中存在的<100>、<110>、<210>、<111>和<211>面的比例不小于80％。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述压电层通过将多个压电膜彼此层叠而形成。
3.根据权利要求2所述的压电元件，其中，第一类型的<100>面的丰度不小于第二类型<100>面和第一类型<100>面之和的10％，其中第一类型的<100>面存在于与所述压电层的所述面表面正交的所述垂直表面中，且其中第二类型的<100>面存在于与正交于所述压电层面表面的所述垂直表面成预定角度的表面中。
4.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述压电层由锆钛酸铅制成。
5.一种致动器装置，其中多个根据权利要求1到4中任一项所述的压电元件被设置在衬底上，且振动板位于一组所述压电元件与所述衬底之间。
6.一种液体喷射头，包括根据权利要求5所述的致动器装置作为从喷嘴口喷射液体的液体喷射装置。
7.一种液体喷射设备，包括根据权利要求6所述的液体喷射头。
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