專利名稱：壓電元件、致動器裝置、液體噴射頭和液體噴射設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由下電極、壓電層和上電極構(gòu)成的壓電元件；通過將壓電元件設(shè)置在襯底上并使得振動板處于壓電元件組和襯底之間而制造的致動器裝置；通過利用致動器裝置從噴嘴口噴射液滴的液體噴射頭；和液體噴射設(shè)備。
背景技術(shù)：
具有以下構(gòu)造的噴墨記錄頭已經(jīng)投入實用。根據(jù)該構(gòu)造，與噴嘴口相連通的各個壓力產(chǎn)生腔的一部分由振動板構(gòu)成。墨滴從噴嘴口噴出。通過壓電元件使振動板變形，于是每個壓力產(chǎn)生腔中的墨水受壓。因此，從每個噴嘴口中噴出墨滴。例如以下面的方式構(gòu)造的噴墨記錄頭屬于這樣的噴墨記錄頭。通過使用成膜技術(shù)在振動板的整個表面上形成由壓電材料制成的均勻?qū)?。然后，通過使用光刻方法將此由壓電材料制成的層切成與壓力產(chǎn)生腔相對應(yīng)的形狀。由此，壓電元件被形成在各個壓力產(chǎn)生腔中，以使壓電元件可以彼此獨立。
具有如下壓電層的壓電元件屬于用于這種噴墨記錄頭的壓電元件。該壓電層構(gòu)成壓電元件，并且當(dāng)該壓電層的面表面通過寬角X射線衍射法來測量時，壓電層的<100>面的半高寬(half-value width)被限定為不大于2.0度(參見例如日本專利特開No.2001-203404的權(quán)利要求范圍等)。
但是，雖然壓電層的<100>面的半高寬以這樣的方式被限定，但是關(guān)于B位原子的信息是未知的。這帶來如下問題，即壓電層的諸如位移量之類的位移特性仍然是未知的。換句話說，存在這樣的問題，即由于下面的原因，無法僅僅通過測量<100>面的半高寬來鑒別B位原子的偏離。當(dāng)B位原子從晶體中心的偏離越小時，壓電層的位移量也越小。當(dāng)B位原子從中心的偏離越大時，壓電層的位移量也越大。
順帶地，這樣的問題不限于由噴墨記錄頭所代表的液體噴射記錄頭，而是類似地存在于其他類型的壓電元件和使用壓電元件的其他類型的致動器裝置中。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種均具有優(yōu)異位移特性的壓電元件、致動器裝置、液體噴射頭和液體噴射設(shè)備。
用于解決前述問題的本發(fā)明的第一方面是一種壓電元件，其特征在于由下電極、壓電層和上電極構(gòu)成。同時，所述壓電元件的特征在于，當(dāng)通過寬角X射線衍射法測量所述壓電層的面表面時，<100>面的半高寬不大于0.2度，且同時<200>面的半高寬不小于0.25度。
該第一方面使得可以通過<200>面的半高寬來測量晶體中B位原子的偏離。使<200>面的半高寬不小于0.25度可以限定B位原子從中心的偏離，并因此獲得優(yōu)異的位移特性。
本發(fā)明的第二方面是如本發(fā)明第一方面所述的壓電元件，其特征在于所述壓電層的厚度不小于300nm。
該第二方面可以防止壓電層受到襯底等的限制，并因此防止<100>面和<200>面各自的半高寬不能被精確地測量。
本發(fā)明的第三方面是如本發(fā)明第一方面或第二方面所述的壓電元件，其特征在于所述壓電層由鋯鈦酸鉛制成。
該第三方面可以限定為PZT的鋯或者鈦的B位原子從中心的偏離，并因此獲得具有優(yōu)異位移特性的壓電層。
本發(fā)明的第四方面是一種致動器裝置，其特征在于，其通過將多個如第一到第三方面中任一項所述的壓電元件設(shè)置在襯底上且使振動板位于這組壓電元件與所述襯底之間來進行制造。
該第四方面可以實現(xiàn)具有優(yōu)異位移特性的致動器裝置。
本發(fā)明的第五方面是一種液體噴射頭，其特征在于包括如第四方面所述的致動器裝置作為從噴嘴口噴射液體的液體噴射裝置。
該第五方面可以實現(xiàn)具有優(yōu)異液體噴射特性的液體噴射頭。
本發(fā)明的第六方面是一種液體噴射設(shè)備，其特征在于包括如第五方面所述的液體噴射頭。
該第六方面可以實現(xiàn)具有優(yōu)異液體噴射特性的液體噴射設(shè)備。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的記錄頭的示意性構(gòu)造的分解立體圖。
圖2A和圖2B分別是根據(jù)本發(fā)明實施例1的記錄頭的俯視圖和橫截面圖。
圖3A至圖3C是示出制造根據(jù)本發(fā)明實施例1的記錄頭的方法的橫截面圖。
圖4A至圖4C是示出制造根據(jù)本發(fā)明實施例1的記錄頭的方法的橫截面圖。
圖5A至圖5D是示出制造根據(jù)本發(fā)明實施例1的記錄頭的方法的橫截面圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的記錄設(shè)備的示意性構(gòu)造的視圖。
具體實施例方式
下面將基于實施例來詳細描述本發(fā)明。
(實施例1)圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的噴墨記錄頭的分解立體圖。圖2A是圖1中所示噴墨記錄頭的俯視圖，圖2B是噴墨記錄頭沿圖2A中的線A-A’所取的橫截面圖。
在本實施例的情形中，通道形成襯底10由單晶硅襯底制成。如圖所示，在通道形成襯底10的一個表面上形成彈性膜50。彈性膜由預(yù)先通過熱氧化形成的二氧化硅制成，并且厚度為0.5～2μm。
在通道形成襯底10中，通過從另一側(cè)各向異性刻蝕通道形成襯底10，并排地布置多個由分隔壁11隔開的壓力產(chǎn)生腔12。連通部分13形成在壓力產(chǎn)生腔12的縱向外部。連通部分13構(gòu)成儲液室100的一部分，所述儲液室100是用于壓力產(chǎn)生腔12的公共墨水腔。連通部分13與每一個壓力產(chǎn)生腔12縱向上的一個端部通過其相應(yīng)的墨水供應(yīng)通路14連通。墨水供應(yīng)通路14以比壓力產(chǎn)生腔12的寬度更窄的寬度形成，并由此使墨水從連通部分13流到壓力產(chǎn)生腔12的通道阻力保持恒定。
此外，利用被置于其間的膠粘劑、熱膠粘膜等將噴嘴板20固定到通道形成襯底10的開口表面。在噴嘴板20中鉆有噴嘴口21。噴嘴口21分別與壓力產(chǎn)生腔12在壓力產(chǎn)生腔12的與墨水供應(yīng)通路14相反一側(cè)連通。順帶地，噴嘴板20由厚度為例如0.01至1mm、線性膨脹系數(shù)為例如在不高于300℃下2.5～4.5[×10-6/℃]的玻璃陶瓷或者不銹鋼制成。噴嘴板20的一個表面完全覆蓋通道形成襯底10的一個表面，因此起到增強板的作用，用于保護單晶硅襯底不受震動和外力影響。此外，噴嘴板20是否由具有與通道形成襯底10幾乎相同的熱膨脹系數(shù)的材料形成是不重要的。在此情況下，通道形成襯底10的熱變形和噴嘴板20的熱變形彼此大致相似。因此，可以通過使用熱硬化膠粘劑等容易地將通道形成襯底10和噴嘴板20彼此接合。
另一方面，如上所述，在通道形成襯底10與開口表面相反一側(cè)的表面上形成彈性膜50。彈性膜50由二氧化硅制成且厚度例如約為1.0μm。絕緣膜55通過將其層疊在此彈性膜50上而被形成在彈性膜50上。絕緣膜55由二氧化鋯(ZrO2)等制成，并且其厚度約為0.4μm。此外，下電極膜60、壓電層70和上電極膜80通過使用后述工藝彼此層疊，而形成在此絕緣膜55上。下電極膜60、一個壓電層70和一個上電極膜80構(gòu)成每一個壓電元件300。下電極膜60由銥(Ir)制成，且厚度例如約為0.1至0.5μm。每一個壓電層70由鋯鈦酸鉛(PZT)等制成，并且具有例如約為1.0μm的厚度。每一個上電極80由金、鉑、銥等制成，并且具有例如約為0.05μm的厚度。在此，壓電元件300是包括下電極膜60、一個壓電層70和一個上電極膜80的部分。一般而言，壓電元件300以如下方式被構(gòu)造。壓電元件300的兩個電極中的一個被用作公共電極。壓電元件300的兩個電極中的另一電極以及壓電層70在各個壓力產(chǎn)生腔12中圖案化。在由經(jīng)圖案化的壓電層70和兩個電極中的相應(yīng)的被圖案化的一個構(gòu)成的部分中，由于對這兩個電極施加電壓而發(fā)生壓電應(yīng)變。該部分在此被稱為“壓電活性部分”320。在本實施例的情形中，下電極膜60被用作壓電元件300的公共電極，而上電極膜80用作壓電元件300的單個電極。但是，為了方便驅(qū)動電路和互連線的布置而將其用途顛倒，不會有什么問題。在這兩種情況下，對于各個壓力產(chǎn)生腔12分別形成壓電活性部分。此外，一個壓電元件300和振動板的組合被稱為“壓電致動器”。振動板依靠壓電元件300的驅(qū)動而提供位移。順帶地，在前述示例中，彈性膜50和絕緣膜55共同地充當(dāng)振動板。構(gòu)造壓電元件300的下電極膜60也可以被設(shè)計來執(zhí)行振動板的功能。
此外，作為用于壓電層70的材料，例如，壓電材料(鐵電材料)和通過將金屬氧化物添加到該材料所得到的材料等是理想的。這樣的壓電材料(鐵電材料)的示例包括鋯鈦酸鉛(PZT)。這樣的金屬氧化物的示例包括氧化鈮、氧化鎳和氧化鎂。具體地，可以使用鈦酸鉛(PbTiO3)、鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3)、鋯酸鉛(PbZrO3)、鈦酸鉛鑭((Pb，La)TiO3)、鋯鈦酸鉛鑭((Pb，La)(Zr，Ti)O3)、鋯鈦酸鎂鈮酸鉛(Pb(Zr，Ti)(Mg，Nb)O3)等。壓電層70形成有一定的厚度，該厚度小到足以防止制造過程中在壓電層70中產(chǎn)生裂紋，并且大到足以使得壓電層70可以充分表現(xiàn)出其位移特性。在此實施例的情形中，壓電層70被形成為例如約0.5μm到2μm的厚度。
此外，在根據(jù)本實施例的每一個壓電層70的情形中，當(dāng)使用寬角X射線衍射法測量壓電層70的面表面時，<100>面的半高寬不大于0.2度，同時<200>面的半高寬不小于0.25。
在此，當(dāng)使用寬角X射線衍射法測量壓電層70的面表面時，產(chǎn)生分別對應(yīng)于<100>面和<200>面的衍射強度峰。此外，“半高寬”指的是在與每一個晶面相對應(yīng)的峰值強度的半值處的封閉曲線(locking curve)的寬度，該封閉曲線由通過寬角X射線衍射法測量晶面所獲得的X射線衍射圖示出。
應(yīng)該注意，<100>面的半高寬指示壓電層70的晶格沿厚度方向的偏離。在壓電層70的晶格沿厚度方向基本均一的情況下，壓電層70的位移特性是優(yōu)異的。因此，理想的是，<100>面的半高寬盡可能小。在此情況下，<100>面的半高寬基本指示壓電層70的晶格的偏離。
此外，<200>面的半高寬指示鋯(Zr)或者鈦(Ti)的B位原子從晶體中心的偏離。而且，在B位原子從中心的偏離更大的情況下，壓電層70表現(xiàn)出優(yōu)異的位移特性，包括優(yōu)異的位移量。因此，理想的是，<200>面的半高寬盡可能的大。在此情況下，<200>面的半高寬指示壓電層70的晶體中的B位原子從中心的偏離。
如上所述，在當(dāng)通過寬角X射線衍射法測量根據(jù)本實施例的壓電層70的面表面時，<100>面的半高寬不大于0.2度且同時<200>面的半高寬不小于0.25度的情況下，可以獲得優(yōu)異的位移特性。換句話說，通過使用較小的驅(qū)動電壓可以獲得較大的應(yīng)變。因此，這使得可以實現(xiàn)提供更大位移的壓電元件300。
此外，引線電極90被連接到每一個上電極膜80，所述上電極膜80是用于各個壓電元件300的單個電極。引線電極90從相應(yīng)的墨水供應(yīng)通路14的端部附近引出，并且延伸到絕緣膜55的頂部。引線電極90由例如金等制成。
利用被置于保護板30與通道形成襯底10之間的膠粘劑34，將保護板30接合到通道形成襯底10的形成有這樣的壓電元件300的頂部，換句話說，接合到下電極膜60、彈性膜50和引線電極90上方。保護板30包括構(gòu)成儲液室100至少一部分的儲液室部分31。在本實施例的情形中，該儲液室部分31以如下方式形成，即儲液室部分31沿厚度方向穿透保護板30，并且儲液室部分31沿與壓力產(chǎn)生腔12的寬度方向相同的方向延伸。儲液室部分31與通道形成襯底10的連通部分13連通，由此構(gòu)成儲液室100，所述儲液室100被用作用于多個壓力產(chǎn)生腔12的公共墨水腔。
此外，壓電元件保持部分32被設(shè)置到保護板30的與壓電元件300相對的區(qū)域。壓電元件保持部分32具有一個空腔，該空腔大到足以不阻礙壓電元件300的移動。如果保護板30具有大得足以不阻礙壓電元件300移動的空腔，就足夠了。空腔是否密封是不重要的。
理想的是，具有與通道形成襯底10相同的熱膨脹系數(shù)的材料被用于這樣的保護板30。所述材料的示例包括玻璃、陶瓷材料等。在本實施例的情形中，保護板30由作為與形成通道形成襯底10的相同的材料的單晶硅襯底形成。
此外，保護板30設(shè)置有沿厚度方向穿透保護板30的通孔33。而且，分別從壓電元件300引出的引線電極90的端部的附近部分以該附近部分對通孔33暴露的方式來布置。
同樣，驅(qū)動電路110被固定到保護板30的頂部。驅(qū)動電路110驅(qū)動并排排列的壓電元件300。例如，電路板、半導(dǎo)體集成電路(IC)等可以被用作此驅(qū)動電路110。此外，驅(qū)動電路110和每一個引線電極90通過連接配線120相互電連接。連接配線120由諸如接合線的導(dǎo)線制成。
此外，柔性板40被接合到保護板30頂部。柔性板40由密封膜41和固定板42構(gòu)成。密封膜41由較低剛度的柔性材料(例如，厚度為6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)制成。儲液室部分31的一端由該密封膜41密封。此外，固定板42由諸如金屬的硬材料(例如，厚度為30μm的不銹鋼(SUS)等)形成。該固定板42與儲液室100相對的區(qū)域是開口部分43，該開口部分43通過沿厚度方向從固定板42完全去除對應(yīng)于該區(qū)域的部分而得到。因此，儲液室100的一端僅僅由柔性的密封膜41來密封。
用于將墨水供應(yīng)到儲液室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的該部分處在儲液室100的外部，且其位置大致對應(yīng)于儲液室100的縱向中心。此外，保護板30設(shè)置有墨水引入通路35，墨水引入端口44和儲液室100的側(cè)壁通過該墨水引入通路35相互連通。
根據(jù)本實施例的這樣的噴墨記錄頭從與外部墨水供應(yīng)裝置(沒有示出)連接的墨水引入端口44吸入墨水，并且將從儲液室100直到噴嘴口21范圍內(nèi)的內(nèi)部充滿墨水。之后，噴墨記錄頭根據(jù)來自驅(qū)動電路的記錄信號，在對應(yīng)于壓力產(chǎn)生腔12的每個上電極膜80和下電極膜60之間施加電壓。由此，噴墨記錄頭使彈性膜50、下電極膜60和壓電層70彎曲變形。此變形使每個壓力產(chǎn)生腔12的壓力上升，由此從噴嘴口21噴出墨滴。
此后，將參考圖3到圖5提供對于制造這樣的噴墨記錄頭的方法的描述。順帶地，圖3到圖5是壓力產(chǎn)生腔12沿縱向的橫截面圖。首先，如圖3A所示，由單晶硅襯底制成的通道形成襯底10在擴散爐中約1100℃下被熱氧化。由此，在通道形成襯底10的表面上形成二氧化硅膜52，該二氧化硅膜52將在后面變成彈性膜50和保護膜51。隨后，如圖3B所示，鋯(Zr)層被形成在彈性膜50(二氧化硅膜52)的頂部上。此后，通過例如在擴散爐中500℃～1200℃下熱氧化鋯層，形成由氧化鋯(ZrO2)制成的絕緣層55。
接著，如圖3C所示，在通道形成襯底10的整個表面上形成由銥(Ir)制成的下電極膜60，將隨后其圖案化成預(yù)定形狀。
隨后，形成由鋯鈦酸鉛制成的壓電層70。在此，在本實施例的情形中，利用被稱為溶膠凝膠法的方法形成壓電層70。根據(jù)溶膠凝膠法，被稱為溶膠的是通過將金屬有機物質(zhì)溶解和分散在催化劑中得到的。通過涂覆和干燥將所述溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠。然后在高溫度下焙燒所述凝膠。由此得到由金屬氧化物制成的壓電層70。順帶地，用于壓電層70的材料不限于鋯鈦酸鉛。是否使用另一種例如馳豫鐵電體(例如，PMN-PT、PZN-PT、PNN-PT等)的壓電材料是不重要的。此外，制造壓電層70的方法不限于溶膠凝膠法。是否使用例如MOD(金屬有機物沉積)法等是不重要的。
形成壓電層70的具體過程如下。首先，由鈦(Ti)制成的粘附層被形成在下電極膜60上，但是該粘附層沒有被示出。此后，如圖4A所示，壓電前驅(qū)體膜71被形成在下電極膜60的頂部上。該壓電前驅(qū)體膜71是PZT前驅(qū)體膜。換句話說，包含金屬有機物的溶膠(液體溶液)被涂覆到已形成在通道形成襯底10上的下電極膜60的頂部(在涂覆步驟中)。隨后，在預(yù)定溫度下加熱壓電前驅(qū)體膜71，并這樣干燥一定的時間。在本實施例的情形中，可以例如通過將壓電前驅(qū)體膜71在170～180℃下保持8～30分鐘來干燥壓電前驅(qū)體膜71。此外，理想的是，在干燥步驟中溫度升高的速率為0.5～1.5℃/秒。順帶地，在這里所提及的“溫度升高的速率”被定義為相對于時間溫度從溫度1變化到溫度2的速率。以以下方式計算溫度1和2。開始，獲得加熱開始時的溫度(室溫)與壓電前驅(qū)體膜71通過加熱達到的溫度之間的差。然后，通過將該差的20％加到加熱開始時的溫度得到溫度1。通過將該差的80％加到加熱開始時的溫度得到溫度2。在例如其中溫度在50秒中從室溫(25℃)升到100℃的情況下，溫度升高的速率由下面的等式表示。
(100-25)×(0.8-0.2)/50＝0.9[℃/秒]隨后，通過將壓電前驅(qū)體膜71加熱到預(yù)定溫度并將該膜在此溫度下保持一定的時間，來對已經(jīng)被干燥的壓電前驅(qū)體膜71進行脫脂。在本實施例的情形中，例如通過將壓電前驅(qū)體膜71加熱到約300～400℃的溫度并且將該膜在此溫度下保持約10～30分鐘，來對該膜進行脫脂。順帶地，在此提及的脫脂指的是將包含在壓電前驅(qū)體膜71中的有機組分例如NO2、CO2、H2O等從其除去。在脫脂步驟中，理想的是溫度升高的速率為0.5～1.5℃/秒。
然后，壓電前驅(qū)體膜71被加熱到預(yù)定溫度，并且在該溫度下保持一定的時間，由此進行結(jié)晶。于是，如圖4B所示，壓電膜72被形成(在焙燒步驟中)。在焙燒步驟中，理想的是壓電前驅(qū)體膜71被加熱到680～900℃的溫度。在本實施例的情形中，通過將壓電前驅(qū)體膜71在680℃加熱5～30分鐘來焙燒壓電前驅(qū)體膜71，由此形成壓電層72。而且，在根據(jù)本實施例的焙燒步驟中，溫度升高的速率為120℃/秒。
應(yīng)該注意，例如RTA(快速熱退火)系統(tǒng)可以被用作用于干燥、脫脂和焙燒步驟的加熱系統(tǒng)。RTA系統(tǒng)通過來自熱板、擴散爐或者紅外線燈的輻射進行熱處理。在此實施例中，溫度升高的速率高至120℃/秒。因此，使用可以以這樣高的溫度升高速率執(zhí)行焙燒工藝的RTA系統(tǒng)。
同樣在本實施例的情形中，如上所述，由鈦(Ti)制成的沒有被示出的粘附層被形成在下電極膜60上。此后，形成壓電膜72。由此，通過利用鈦晶體作為核生長PZT。這使得晶體從下電極膜60生長，因此使得可以獲得致密的柱狀晶體。這樣的粘附層在焙燒之后擴散到壓電膜72中。
然后，包括前述的涂覆、干燥、脫脂和焙燒步驟的壓電層形成步驟被重復(fù)多次。在本實施例的情形中，壓電層形成步驟被重復(fù)10次。由此如圖4C所示，形成壓電層70。壓電層70具有預(yù)定厚度并包括10層壓電膜72。在其中每次涂覆的溶膠厚度約為0.1μm的情形中，壓電層70的總膜厚約為1.1μm。
當(dāng)通過寬角X射線衍射法測量這樣形成的壓電層70時，<100>面的半高寬不大于0.2度，同時<200>面的半高寬不小于0.25度。這樣，如果以所述半高寬值可以分別等于預(yù)定值的方式形成壓電層70，則可以獲得優(yōu)異的位移特性。
此外，在通過如圖4A～4C所示的步驟形成壓電層70之后，上電極膜80被形成在通道形成襯底10的整個表面上，如圖5A所示。上電極膜80由例如銥制成。然后，在分別與多個壓力產(chǎn)生腔12相對的多個區(qū)域中的每一個中圖案化壓電層70和上電極膜80。于是，形成壓電元件300。隨后，形成引線電極90。具體地，引線電極90以如下方式被形成。首先，引線電極90被形成在通道形成襯底10的整個表面上，如圖5B所示。引線電極90由例如金(Au)等制成。此后，通過使用由光刻膠等制成的掩模圖案(沒有示出)在各個壓電元件300中圖案化引線電極90。
然后，如圖5C所示，例如利用膠粘劑34，將保護板30接合到通道形成襯底10的頂部。保護板30容納多個這樣被圖案化的壓電元件300。順帶地，儲液室部分31和壓電元件保持部分32等預(yù)先被形成在保護板30中。此外，保護板30由例如厚度約為400μm的單晶硅襯底制成。將保護板30接合到通道形成襯底10明顯地增大了所得通道形成襯底10的剛度。
隨后如圖5D所示，通過將通道形成襯底10的表面上的二氧化硅膜52圖案化成預(yù)定形狀而形成保護膜51，其中所述表面與其上形成壓電元件300的表面相反。在將保護膜51作為掩模的情況下，使用如KOH的堿性溶液對通道形成襯底10進行各向異性刻蝕(濕法刻蝕)。由此，在通道形成襯底10中形成壓力產(chǎn)生腔12、連通部分13、墨水供應(yīng)通路14等。
隨后，噴嘴板20被接合到通道形成襯底10的表面，所述表面與保護板30所接合到的表面相反。在噴嘴板20中鉆有噴嘴口21。同時，柔性板40被接合到保護板30。由此，如圖1所示的噴墨記錄頭被形成。
應(yīng)該注意，通過前述的一系列的膜形成工藝和各向異性刻蝕工藝，在單個晶片上一次實際形成大量的芯片。在這些工藝完成之后，晶片被分割成如圖1所示的每一個具有芯片大小的通道形成襯底10。于是，噴墨記錄頭被形成。
(示例)由鋯鈦酸鉛(PZT)制成的壓電膜通過RTA系統(tǒng)以120℃/秒的溫度升高速率被焙燒。多層這樣的壓電膜被彼此層疊，由此制成根據(jù)示例的壓電層。
(對比示例1)由鋯鈦酸鉛(PZT)制成的壓電膜通過RTA系統(tǒng)以10℃/秒的溫度升高速率被焙燒。多層這樣的壓電膜被彼此層疊，由此制成根據(jù)對比示例1的壓電層。
(對比示例2)由鋯鈦酸鉛(PZT)制成的壓電膜通過RTA系統(tǒng)以1℃/秒的溫度升高速率被焙燒。多層這樣的壓電膜被彼此層疊，由此制成根據(jù)對比示例2的壓電層。
(實驗示例)對于根據(jù)示例以及對比示例1和2的壓電層中的每一個的面表面，通過寬角X射線衍射法測量<100>面的半高寬和<200>面的半高寬。此外，對于根據(jù)示例以及對比示例1和2的壓電層中的每一個的面表面，通過拉曼光譜分析法測量B位原子從中心的偏離。而且，對于根據(jù)示例以及對比示例1和2的壓電層中的每一個的面表面，測量位移常數(shù)。下面的表示出了這些測量的結(jié)果。
從表1可知，比較示例1的<100>面的半高寬大于比較示例2的。相反，從表1可知，比較示例2的<200>面的半高寬大于比較示例1的。此外，比較示例2的壓電層的位移常數(shù)大于比較示例1的。因此，就位移常數(shù)而言，比較示例2的壓電層好于比較示例1的。結(jié)果可知，根據(jù)通過寬角X射線衍射法測得的<200>面的半高寬確定了壓電層的位移特性(位移常數(shù))。此外，通過使用拉曼光譜分析法測得的對比示例1的晶體的B位原子的偏離大于通過使用相同方法測得的對比示例2的晶體的B位原子的偏離。結(jié)果可知，<200>面的半高寬的值對應(yīng)于通過拉曼光譜分析法測得的B位原子從中心的偏離。
類似地，可知由于下面的原因，示例的壓電層表現(xiàn)出優(yōu)異的位移特性。雖然示例和對比示例1的<100>面的半高寬不小于0.2度，但是示例的壓電層的<200>面的半高寬不小于0.25度，而對比示例1的壓電層的<200>面的半高寬小于0.25度。此外，示例的壓電層的位移常數(shù)大于對比示例1的。結(jié)果可知，示例的壓電層表現(xiàn)出優(yōu)異的位移特性。
從前面的描述可知，如果類似于示例的壓電層，壓電層具有不大于0.2度的<100>面的半高寬和不小于0.25度的<200>面的半高寬，則該壓電層獲得優(yōu)異的位移特性。
而且，可知如果在焙燒壓電層時使用的溫度升高速率高至120℃/秒，則使得可以形成具有優(yōu)異位移特性的壓電層。
(其他實施例)上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例1。但是，噴墨記錄頭的基本構(gòu)造不限于前述的構(gòu)造。在上述的實施例1的情形中，例如，在壓電前驅(qū)體膜71被涂覆、干燥和脫脂之后，焙燒該壓電前驅(qū)體膜71，由此形成壓電膜72。但是，形成壓電膜72的方法不限于此。壓電膜72以下面的方式形成也是可以的。首先，涂覆、干燥和脫脂壓電前驅(qū)體膜71的過程被重復(fù)數(shù)次，例如2次。此后，壓電前驅(qū)體膜71被焙燒。由此，形成壓電膜72。
此外，在實施例1的情形中，下電極60通過圖案化來形成。此后，形成壓電層70。但是，為了方便裝置的制造，第一壓電膜可以被形成在下電極膜上，此后，下電極膜可以與壓電層一起被圖案化。
類似地，在實施例1的情形中，銥(Ir)被用作下電極膜60的材料。但是，該材料不具體地被限制于此。例如，基本包含銥(Ir)的導(dǎo)電材料可以被用作下電極膜60的材料?；蛘?，下電極膜60可以通過將銥(Ir)、鉑(Pt)和銥(Ir)依次地彼此層疊來形成。
此外，根據(jù)這些實施例的每一個的噴墨記錄頭構(gòu)成了具有與墨盒等連通的墨水通道的記錄頭單元的一部分，并且被安裝在噴墨記錄設(shè)備中。圖6是示出了噴墨記錄設(shè)備的示例的示意圖。
如圖6所示，包括各自的噴墨記錄頭的記錄頭單元1A和1B被可拆卸地設(shè)置到構(gòu)成墨水供應(yīng)裝置的盒2A和2B。記錄頭單元1A和1B所安裝到的托架3以如下的方式被設(shè)置到固定于設(shè)備主體4的托架軸5，即托架3可以在所述軸延伸的方向上自由地移動。這些記錄頭單元1A和1B被指定來分別噴射黑色墨水組合物和彩色墨水組合物。
此外，來自驅(qū)動電機的驅(qū)動動力通過多個沒有示出的齒輪和同步帶7傳遞到托架3。由此，使得記錄頭單元1A和1B所安裝到的托架3沿著托架軸5移動。另一方面，設(shè)備主體4設(shè)置有沿著托架軸5的滾筒8。記錄片S是諸如紙片的記錄介質(zhì)，并被設(shè)計為在滾筒8上傳輸。所述記錄片S由供入輥等供入，盡管供入輥沒有被示出。
應(yīng)該注意，雖然在將噴墨記錄頭作為液體噴射頭示例的情況下描述了實施例1，但是本發(fā)明意在寬泛地應(yīng)用于整個范圍的液體噴射頭。不用說明的是本發(fā)明可以被應(yīng)用于任何的噴射除墨水之外的其他液體的液體噴射頭。噴射除墨水之外的其他液體的液體噴射頭的示例包括用于諸如打印機的圖像記錄設(shè)備的各種記錄頭；用于制造液晶顯示器等的色彩過濾器的顏料噴射頭；用于形成有機EL顯示器、FED(場發(fā)射顯示器)設(shè)備等的電極的電極材料噴射頭；用于制造生物芯片的生物有機物質(zhì)噴射頭。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，包括下電極；壓電層；和上電極，其中，當(dāng)通過寬角X射線衍射法測量所述壓電層的面表面時，<100>面的半高寬不大于0.2度，且<200>面的半高寬不小于0.25度。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層的厚度不小于300nm。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電層由鋯鈦酸鉛制成。
4.一種致動器裝置，其中多個如權(quán)利要求1到3中任一項所述的壓電元件被設(shè)置在襯底上，且振動板位于一組所述壓電元件與所述襯底之間。
5.一種液體噴射頭，包括如權(quán)利要求4所述的致動器裝置作為從噴嘴口噴射液體的液體噴射裝置。
6.一種液體噴射設(shè)備，包括如權(quán)利要求5所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發(fā)明提供了表現(xiàn)出優(yōu)異位移特性的壓電元件、致動器裝置、液體噴射頭和液體噴射設(shè)備，所述壓電元件由下電極、壓電層和上電極構(gòu)成，并且當(dāng)通過寬角X射線衍射法測量所述壓電層的面表面時，<100>面的半高寬不大于0.2度，且<200>面的半高寬不小于0.25度。
文檔編號B41J2/045GK1841804SQ20061006
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者高部本規(guī), 角浩二 申請人:精工愛普生株式會社