壓電元件、液體噴射頭及液體噴射裝置的製作方法
2023-08-09 23:45:46
專利名稱：壓電元件、液體噴射頭及液體噴射裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在壓電體層的兩側設置有電極的壓電元件、液體噴射頭及液體噴射裝置。
背景技術：
作為液體噴射頭，例如，有一種使用振動板構成壓力發生室的一部分，該壓力發生室與用於噴射出液體的噴嘴開口連通，並利用壓力發生單元使該振動板變形來對壓力發生室的墨水加壓，使墨滴從噴嘴開口噴出的噴墨式記錄頭。作為壓力發生單元，使用利用2個電極夾著由呈現電機械轉換功能的壓電材料構成的電壓體膜的壓電元件(例如，參照專利文獻1)。實際使用了如下2種噴墨式記錄頭。一種是使用了在壓電元件的軸方向伸長、收縮的縱向振動模式的致動器的噴墨式記錄頭，另一種是使用了彎曲振動模式的致動器的噴墨式記錄頭。在這樣的致動器中，為了實現高密度地配置，希望有一種可以使用小的驅動電壓獲得大的變形的壓電元件，即，變位大的壓電元件。專利文獻1 日本特開2000-3^503號公報。然而，專利文獻1涉及的壓電元件在作為壓電體層的下側的電極的第1導電層中含有鑭鎳氧化物，存在對壓電元件施加的有效電場由於膜厚而降低，並導致電壓特性降低的問題。而且，這樣的問題不僅在噴射墨水的噴墨式記錄頭中存在，而且在噴射墨水以外的其他液體噴射頭中也同樣存在。
發明內容
本發明鑑於上述問題而提出，其目的在於提供一種提高了壓電特性的壓電元件、 液體噴射頭及液體噴射裝置。解決上述課題的本發明的實施方式的壓電元件，其特徵在於具備第1電極、被設置在所述第1電極上的壓電體層、被設置在所述壓電體層上的金屬氧化膜及被設置在所述金屬氧化膜上的第2電極，所述金屬氧化膜具有鈣鈦礦結構，並且由鑭相對鎳的摩爾比為 1. 2 1. 5的鑭鎳氧化物組成。在上述的方式中，提供一種飽和極化值幾乎不因反覆驅動而降低，且耐壓性良好、 變位量大的壓電元件。這裡，優選所述金屬氧化膜為Inm以上。在上述的方式中，若金屬氧化膜被形成為Inm以上，則可以防止由於在壓電體層上形成第2電極而在壓電體層與第2電極之間的界面形成損傷層的情況。並且，優選所述第1電極以鉬或銥為主要成分。由此，以鉬或銥為主要成分所形成的第1電極的導電性高，容易調整膜厚。第1電極的膜厚影響壓電元件的諧振頻率。因此， 由於容易調整第1電極的膜厚，所以能夠容易地調整壓電元件的諧振頻率。
並且，本發明的其他的實施方式的液體噴射頭，其特徵在於，具有將上述方式記載的壓電元件作為使與用於噴射液體的噴嘴開口連通的壓力發生室產生壓力變化的壓力發生單元。在上述的方式中，可以抑制壓電元件的反覆驅動而導致變位降低，從而實現長壽命化的液體噴射頭。此外，在本發明的其他方式中的液體噴射裝置，其特徵在於，具有上述方式所述的液體噴射頭。在上述的方式中，可以實現長壽命，並且提高了長期信賴性的液體噴射裝置。
圖1是表示實施方式1的記錄頭的概略構成的分解立體圖。圖2是實施方式1的記錄頭的俯視圖及剖視圖。圖3是實施方式1的記錄頭的主要部分放大剖視圖。圖4是表示實施方式1的記錄頭的製造方法的剖視圖。圖5是表示實施方式1的記錄頭的製造方法的剖視圖。圖6是表示實施方式1的記錄頭的製造方法的剖視圖。圖7是表示實施方式1的記錄頭的製造方法的剖視圖。圖8是表示實施方式1的記錄頭的製造方法的剖視圖。圖9是表示各個壓電元件的飽和極化值的測量結果的曲線圖。圖10是表示各個壓電元件的破壞耐壓的測量結果的曲線圖。圖11是表示各個壓電元件的變位量的測量結果的曲線圖。圖12是表示鑭相對鎳的摩爾比與晶格常數之間的關係的曲線圖。圖13是表示一個實施方式的記錄裝置的概略構成圖。符號說明1…噴墨式記錄頭(液體噴射頭)；II…噴墨式記錄裝置(液體噴射裝置)；10…流路形成基板；12…壓力發生室；13···連通部；14…墨水供給路；15…連通路； 20…噴嘴板；21…噴嘴開口 ；30··· ·保護基板；31···貯存部；40…可塑性基板；50…彈性膜； 55…絕緣體膜；60···第1電極；70…壓電體層；72…壓電體膜；80···第2電極；90···引線電極；100…貯存器；120…驅動電路；121…連接布線；200…金屬氧化膜；300…壓電元件。
具體實施例方式下面，根據實施方式對本發明進行詳細說明。圖1是表示作為本發明的實施方式的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記錄頭的概略構成的分解立體圖，圖2是圖1的俯視圖及其A-A'線剖視圖，圖3是圖2的主要部分放大圖。在本實施方式中，流路形成基板10由矽單晶體基板構成，在其一側的面，形成有由二氧化矽構成的彈性膜50。在流路形成基板10中，多個壓力發生室12在其寬度方向上被排列設置。並且，在流路形成基板10的壓力發生室12的長度方向的外側的區域形成有連通部13，連通部13和各個壓力發生室12經由按每個壓力發生室12設置的墨水供給路 14以及連通路15連通。連通部13與將下面說明的保護基板的貯存部31連通，構成貯存
4器的一部分，該貯存器為各個壓力發生室12的共同的墨水室。墨水供給路14以比壓力發生室12小的寬度形成，並將從連通部13流入到壓力發生室12的墨水的流路阻力保持為恆定。此外，在本實施方式中，雖然通過從單側將流路的寬度縮小而形成了墨水供給路14，但還可以通過從兩側將流路的寬度縮小來形成墨水供給路。並且，還可通過不縮小流路的寬度而從厚度方向進行縮小流路來形成墨水供給路。這樣，在本實施方式中，在流路形成基板 10中設置有由壓力發生室12、連通部13、墨水供給路14以及連通部15構成的液體流路。並且，在流路形成基板10的開口面一側，噴嘴板20利用粘結劑或熱溶膠膜等被固定。噴嘴板20與各個壓力發生室12的墨水供給路14相反側的端部附近穿透設有連通的噴嘴開口 21。其中，噴嘴板20例如由玻璃陶瓷、矽單晶體基板、不鏽鋼等構成。另一方面，在與上述流路形成基板10的開口面相反一側，如上述所述形成有彈性膜50，在該彈性膜50上形成有絕緣體膜55。並且，在該絕緣體膜55上通過下面將說明的工序層疊形成有第1電極60、電壓體層70、金屬氧化膜200以及第2電極80，從而構成了壓電元件300。這裡，壓電元件300稱為包含第1電極60、電壓體層70、金屬氧化膜200以及第2電極80的部分。一般而言，將壓電元件300的任意一方的電極作為公共電極，將另一方的電極和壓電體層70按照每個壓力發生室12形成圖案構成。在本實施方式中，雖然將第1電極60作為壓電元件300的公共電極，將第2電極80作為壓電元件300的單獨電極， 但是根據驅動電路和布線等狀況，即使將其反過來也不造成妨礙。此外，這裡，將具有可變位地設置的壓電元件300的裝置稱為致動裝置，在本實施方式中，可變位地設置有壓電元件300的致動裝置被設置為使壓力發生室12產生壓力變化的壓力發生單元。並且，在上述例子中，雖然彈性膜50、絕緣體膜55以及第1電極60作為振動板發揮作用，但不限於此， 例如還可以不設置彈性膜50和絕緣體膜55，僅使用第1電極60作為振動板發揮作用。此外，還可以使壓電元件300本身實質上兼作振動板。第1電極60可以由具有導電性的金屬、合金或金屬氧化物形成，但沒有特別的材料限制。在本實施方式中，第1電極60以鉬或銥為主要成分而形成。以鉬或銥為主要成分而形成的第1電極60其導電性高，且膜厚調整容易。第1電極60的膜厚影響上述壓電元件300的諧振頻率。因此，通過調整第1電極60的膜厚，可以容易地調整壓電元件300的諧振頻率。另外，第1電極60與由鑭鎳氧化物組成的第1電極比較，其膜厚調整容易。因此， 具有第1電極60的壓電元件300與具有由鑭鎳氧化物組成的第1電極的壓電元件比較，其諧振頻率的調整容易。壓電體層70是形成在第1電極60上的顯現出電機械轉換作用的壓電材料、尤其是在壓電材料中具有鈣鈦礦型晶體構造，由含有金屬Hk^ 及Ti的強電介質材料構成。作為壓電體層70優選例如鋯鈦酸鉛(PZT)等強電介質材料，或者對其添加了氧化鈮、氧化鎳或氧化鎂等金屬氧化物的材料等。具體而言，可以使用鋯鈦酸鉛O^b(ZiNTi)O3)、鋯鈦酸鉛鑭((Pb, La) (Zr、Ti)O3)、或者鋯鈦酸鉛鎂鈮酸鉛(Pb (Zr, Ti) (Mg、Nb)O3)等。並且，壓電體層70可以在(100)面、(110)面或(111)面中的任意面優先配向， 而且，該晶體構造可以是稜面體晶系(rhombohedral)、正方晶系(tetragonal)、單斜晶系 (monoclinic)中的任意一種。並且，本實施方式的壓電體層70在(100)面優先配向。這樣在(100)面優先配向的壓電體層70可以通過低的驅動電壓獲得大的變位量，即，變位特性優良，適用於噴墨式記錄頭I。而且，為了使壓電體層70在(100)面或(110)面優先配向，在第1電極60上或下設置有具有規定的晶體配向的配向控制層，或者在第1電極60上設置使第1電極60的配向無效的鈦等晶種層，並通過調整形成壓電體層70時的熱處理溫度等而形成。並且，本發明中「晶體在(100)面優先配向」包括全部的晶體在(100)面配向的情況和大部分的晶體(例如，90%以上)在(100)面配向的情況。關於壓電體層70的厚度，將其抑制為在製造工序中不發生裂紋程度的厚度，並且較厚地形成為呈現出充分的變位特性的程度。例如，在本實施方式中，將壓電體層70以 0. 5 5μπι左右的厚度形成。此外，在壓電體層70上(在與第1電極60相反側)，設置有由鑭鎳氧化物(LNO) 構成的金屬氧化膜200，在該金屬氧化膜200上例如設置有銥(Ir)等導電性良好的第2電極80。金屬氧化膜200具有鈣鈦礦結構，由鑭相對鎳的摩爾比為1. 2 1. 5的鑭鎳氧化物構成。將在後面進行詳細說明，通過將這樣的金屬氧化膜200設置在壓電體層70與第2 電極80之間，提供了一種變位特性優良，並且提高了耐壓性的壓電元件300。並且，金屬氧化膜200的厚度優選為Inm以上。若不設置金屬氧化膜200而使用濺射法形成第2電極80，則導致在壓電體層70與第2電極80之間的界面形成混合了鋯鈦酸鉛等和銥的混合層(損傷層)，但是通過設置Inm以上的金屬氧化膜200，則可以抑制形成這樣的損傷層。此外，金屬氧化膜200由於是具有導電性的膜，所以實質上作為對壓電體層70施加的電壓一方電極(第2電極)發揮作用。並且，在各個第2電極80連接有引線電極90，該引線電極90例如由金(Au)等構成，從墨水供給路14側的端部附近被引出，延伸設置至絕緣體膜55上。在形成有這樣的壓電元件300的流路形成基板10上，即，第1電極60、絕緣體膜陽及引線電極90上，如圖1及圖2所示，通過粘結劑35粘接有保護基板30，該保護基板30 具有構成貯存器100的至少一部分的貯存部31。該貯存部31在本實施方式中，從厚度方向貫通保護基板30，遍布壓力發生室12整個寬度方向而形成，如上述那樣構成了與流路形成基板10的連通部13連通並成為各個壓力發生室12的共同的墨水室的貯存器100。此外，還可以按照每個壓力發生室12將流路形成基板10的連通部13分割成多個，僅將貯存部31作為貯存器。並且，例如，還可以在流路形成基板10上只設置壓力發生室12，在流路形成基板10與保護基板30之間被夾著的部件(例如，彈性膜50、絕緣體膜55等)中設置用於連通貯存器100與各個壓力發生室12的墨水供給路14。此外，在與保護基板30的壓電元件300對置的區域中設置有壓電元件保持部32， 該壓電元件保持部32具有不阻礙壓電元件300的運動程度的空間。壓電元件保持部32隻要具有不阻礙壓電元件300的運動程度的空間即可，該空間可以被密閉，也可以不被密閉。作為這樣的保護基板30，優選使用與流路形成基板10的熱膨脹率近似相同的材料，例如玻璃、陶瓷材料等，在本實施方式中，使用與流路形成基板10相同材料的矽單晶體基板形成。並且，在保護基板30中，設置有在厚度方向貫通保護基板30的貫通孔33。並且， 從各個壓電元件300引出的引線電極90的端部近旁被設置成從貫通孔33內露出。而且，在保護基板30上固定有驅動電路120，該驅動電路120用於驅動排列設置的壓電元件300。作為該驅動電路120，可以使用例如電路基板或半導體集成電路(IC)等。 並且，驅動電路120與引線電極90通過由鍵合引線等導電性導線構成的連接布線121電連接。此外，在這樣的保護基板30上粘接有由密封膜41及固定板42構成的可塑性基板 40。這裡，密封膜41由具有剛性低的可撓性的材料構成，並利用該密封膜41將貯存部31的一面密封。並且，固定板42由比較硬質的材料形成。由於與該固定板42的貯存器100對置的區域為在厚度方向上完全被去除的開口部43，所以貯存器100的一側的面僅通過具有可撓性的密封膜41被密封。在這樣的本實施方式的噴墨式記錄頭中，從與未圖示的外部的墨水供應單元連接的墨水導入口導入墨水，並從貯存器100至噴嘴開口 21為止用墨填滿內部後，按照來自驅動電路120的記錄信號，對與壓力發生室12對應的每個第1電極60與第2電極80間施加電壓，並通過使彈性膜50、絕緣體膜55、第1電極60以及壓電體層70彎曲變形，各個壓力發生室12內的壓力升高，從而從噴嘴開口 21噴出墨滴。下面，對這樣的噴墨式記錄頭的製造方法，參照圖4 圖8進行說明。其中，圖4 圖8是表示作為本發明的實施方式的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記錄頭的製造方法的壓力發生室的長度方向的剖視圖。並且，作為壓電體層70，雖然使用鋯鈦酸鉛進行說明， 當然，不限於該材料，還包除括鋯鈦酸鉛以外的壓電材料。首先，如圖4(a)所示，在作為矽晶片的、一體地形成了多個流路形成基板10的流路形成基板用晶片110的表面形成有構成彈性膜50的氧化膜51。並且，如圖4(b)所示，在彈性膜50 (氧化膜51)上，形成由與彈性膜50不同的材料的氧化膜構成的絕緣體膜陽。其次，如圖4(c)所示，在絕緣體膜55上的整個面形成第1電極60。該第1電極 60的材料沒有被特別的限定，在使用鋯鈦酸鉛(PZT)作為壓電體層70的情況下，優選是藉助氧化鉛的擴散而使導電性變化小的材料。因此，作為第1電極60的材料，優選使用鉬、銥等。此外，第1電極60例如可以通過濺射法或PVD法(物理蒸鍍法)等形成。接著，形成由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的壓電體層70。這裡，在本實施方式中，使用所謂的溶膠-凝膠法形成壓電體層70。其中，壓電體層70的製造方法不限於溶膠-凝膠法， 還可以使用MOD (Metal-Organic Decomposition 金屬有機分解法)法。對壓電體層70的具體製作順序進行說明。首先，如圖5(a)所示，在第1電極60 上形成作為PZT前驅體膜的壓電體前驅體膜71。即，在形成有第1電極60的流路形成基板用晶片110上塗布含有金屬有機化合物的溶膠(溶液)(塗布工序)。接著，將該壓電體前驅體膜71加熱到規定溫度使其乾燥一定時間(乾燥工序)。例如，在本實施方式的乾燥工序中，通過將塗布在流路形成基板用晶片Iio上的溶膠以150 170°C保持3 30分鐘，使其乾燥。其次，通過將乾燥後的壓電體前驅體膜71加熱到規定溫度並保持一定時間來進行脫脂(脫脂工序)。在本實施方式中，通過將乾燥後的壓電體前驅體膜71加熱到300 400°C並保持大約3 30分鐘以進行脫脂。其中，這裡所說的脫脂是將包含在壓電體前驅體膜71中的有機成分，例如，使其成為N02、C02、H20等脫離，達到壓電體前驅體膜71不結晶化的程度，即，所謂形成非晶體的壓電體前驅體膜71。
接著，如圖5 (b)所示，通過將壓電體前驅體膜71加熱到規定溫度並保持一定時間使其結晶化，從而形成壓電體膜72(焙燒工序)。在本實施方式中，優選將脫脂後的壓電體前驅體膜71加熱到500 800°C進行焙燒。接下來，如圖5 (c)所示，在第1電極60上形成第1層壓電體膜72的階段中，按照第1電極60以及第1層壓電體膜72的側面傾斜的方式，同時進行第1電極60以及第1層壓電體膜72的圖案形成。其中，第1電極60以及第1層壓電體膜72的圖案形成例如可以通過離子銑削等幹蝕刻法進行。這裡，例如，在對第1電極60進行圖案形成後形成第1層壓電體膜72的情況下， 由於通過光刻工序、離子銑削、灰化來對第1電極60進行圖案形成，導致第1電極60的表面和設置在表面的未圖示的鈦等晶種層等變質。這樣，在變質的面上形成壓電體膜72，該壓電體膜72的結晶性也不會良好，由於第2層以後的壓電體膜72的晶體成長也影響第1層的壓電體膜72的晶體狀態，所以不能夠形成具有良好晶體性的壓電體層70。與此相比，若在形成第1層的壓電體膜72後，與第1電極60同時地進行圖案形成， 則第1層的壓電體膜72與鈦等晶種相比，使第2層以後的壓電體膜72良好地晶體成長的種子(seed)性質增強，即使通過圖案形成在表面形成了極薄的變質層，也不會對第2層以後的壓電體膜72的晶體成長有較大的影響。並且，通過反覆進行2次以上具有上述的前軀體膜形成工序(塗布工序、乾燥工序以及脫脂工序)和焙燒工序的壓電體膜形成工序，如圖5(d)所示，形成由層疊了 2層以上的壓電體膜72構成的壓電體層70。下面，如圖5 (e)所示，在壓電體層70上形成由鑭鎳氧化物組成的金屬氧化膜200。 金屬氧化膜200可以通過例如溶膠-凝膠法、濺射法或PVD法(物理蒸鍍法)等形成。並且，對壓電體層70來說，通過反覆進行壓電體膜72的形成工序，在其最上面形成有比其他區域缺氧的缺氧層，但是由於金屬氧化膜200的形成是在有氧環境中進行的， 所以氧氣被導入缺氧層。即，通過形成金屬氧化膜200可以降低缺氧層的形成。接著，如圖5(f)所示，遍布金屬氧化膜200上形成由銥(Ir)構成的第2電極80。 並且，如圖6(a)所示，在與各個壓力發生室12對置的區域，對壓電體層70、金屬氧化膜200 及第2電極80進行圖案形成，來形成壓電元件300。作為壓電體層70、金屬氧化膜200及第2電極80的圖案形成方法，例如例舉了反應性離子蝕刻或離子銑削等幹蝕刻法。接下來，形成引線電極90。具體而言，如圖6(b)所示，遍布流路形成基板用晶片 110的整個面，例如在形成由金(Au)等構成的引線電極90後，例如隔著由抗蝕劑等構成的掩模圖案(未圖示)，按每個壓電元件300進行圖案形成而形成引線電極90。其次，如圖7 (a)所示，在流路形成基板用晶片110的壓電元件300側，將作為矽晶片的、多個保護基板30的保護基板用晶片130接合。並且，如圖7(b)所示，使流路形成基板用晶片110薄到規定的厚度。接下來，如圖8 (a)所示，對流路形成基板用晶片110再次形成掩膜52，並圖案形成為規定形狀。並且，如圖8(b)所示，通過隔著掩膜52對流路形成基板用晶片110進行使用了 KOH等鉀溶液的各向異性蝕刻(溼蝕刻)，形成與壓電元件300對應的壓力發生室12、連通部13、墨水供給路14以及連通路15等。然後，例如通過切割等切斷而去除流路形成基板用晶片110以及保護基板用晶片130的外周邊部的不要的部分。並且，將穿設有噴嘴開口 21的噴嘴板20與流路形成基板用晶片110的保護用晶片130的相反側的面接合，並且將可塑性基板40與保護基板用晶片 130接合，並將流路形成基板用晶片110分割成圖1所示的一個晶片大小的流路形成基板 10等，由此製成本實施方式的噴墨式記錄頭。(實施例)使用與上述的製造方法相同的方法形成了噴墨式記錄頭I。具體而言，在由鋯鈦酸鉛構成的壓電體層上，使用濺射法以250°C、並使用氬氣與氧氣的混合氣體(氣體流量比為 02/(Ar+02) = 50% )，以1. 2Pa的氣壓形成由鑭鎳氧化物組成的厚度為IOnm的金屬氧化膜 200。此外，對厚度為40nm的銥使用濺射法，以250°C並以約6kW/m2功率密度，形成第2電極。並且，金屬氧化膜200的鑭相對鎳的比為1. 489。通過調整鑭與鎳的靶子的質量比，可以形成上述比例的金屬氧化膜200。(比較例)除了形成金屬氧化膜200的工序以外，通過使用與上述實施例1相同材料、相同製造方法形成了比較例1的噴墨式記錄頭。具體而言，在壓電體層上形成了由銥構成的、厚度為50nm的第2電極80。(實驗例)對實施例、比較例的各個噴墨式記錄頭的壓電元件進行反覆驅動使其變位。測量與此時的各個噴墨式記錄頭的壓力發生室不對置的區域中的壓電元件的飽和極化值 (最大極化值Pm)。其中，在本實施方式中，作為反覆驅動壓電元件的驅動波形，使用了以士25V的電壓、50kHz頻率的矩形波。並且，飽和極化值(Pm)的測量是通過反覆施加士35V、 66Hz的三角波測量的。其結果如圖9所示。其中，飽和極化值(Pm)是將反覆變位前的初始狀態的Rn作為100%，來求出對初始狀態的比例。如圖9所示，在實施例的壓電元件中，初始狀態與反覆驅動後的飽和極化值(Pm) 幾乎沒有變化，表現出大致恆定的飽和極化值。具體而言，實施例的壓電元件的1. OX IO8次脈衝驅動後的飽和極化值為99. 1 %。與此相對，在比較例的壓電元件中，飽和極化值比實施例中的低，為92. 3%。並且，測量了對實施例以及比較例的壓電元件施加的電壓逐漸升高時的壓電元件的破壞率。其結果表示在圖10。如該圖所示，實施例與比較例相比，其耐壓性被提高。此外，測量了各個噴墨式記錄頭的壓電元件的變位量。其結果如圖11所示。圖11 是表示按照對壓電元件施加的脈衝驅動的諧振頻率進行測量的壓電元件的變位量的曲線圖。如圖11所示，實施例的壓電元件，即使在任意的諧振頻率下，具有比比較例的壓電元件變位量大的傾向。這樣，實施例的壓電元件與比較例比較，其變位量大。如上面的說明，通過在壓電體層70與第2電極之間設置了具有鈣鈦礦構造且鑭相對鎳的摩爾比為1. 2 1. 5的鑭鎳氧化膜200，壓電元件300幾乎沒有因反覆驅動而使飽和極化值降低，而成為耐壓性優良，變位量大的壓電元件。這樣的效果是通過使用了鑭比鎳的摩爾比大(富鑭)的鑭鎳氧化物組成的金屬氧化膜200而得到的。對此使用圖12進行說明。圖12表示鑭相對鎳的摩爾比與鑭鎳氧化物
9的晶格常數之間的關係的曲線圖。如該圖所示，具有鑭相對鎳的摩爾比越大晶格常數越大的關係。具體而言，相對摩爾比為1. 190，其晶格常數為1. 946 Λ ,相對摩爾比為1.261，其晶格常數為1. 949 A或者 1.951 A，相對摩爾比為1.489，其晶格常數為1.957 A.另一方面，形成壓電體層70的PZT (200)的晶格定數為2. 033 A。即，鑭鎳氧化物的摩爾比越大，其晶格常數越接近PZT的晶格常數。由此，被認為由富鑭的鑭鎳氧化物構成的金屬氧化膜200由於提高了壓電體層70(PZT)與晶格常數的匹配，因此如上述那樣其壓電特性和耐電性好。這裡，將本實施方式的壓電元件300與使用了化學計量的鑭鎳氧化物(圖中，表示為LN(K200)bulk)的壓電元件進行比較。所謂體積LNO是指具有鈣鈦礦構成且鑭與鎳為1 比1的狀態，將體積LNO稱為化學計量(化學計量學中的等量組成)。在化學計量的LNO中，晶格常數比金屬氧化膜200的鑭鎳氧化物的晶格定數小。 即，由化學計量的LNO構成的金屬氧化膜不是與壓電體膜70的晶格定數匹配好的。因此， 本實施方式的壓電元件300即使在比較了使用化學計量的LNO的情況下，也具有良好的壓電特性和耐壓性。並且，與鑭的楊氏模數為38. 4Gpa相對，鎳的楊氏模數為205GPa。因此，被認為富鑭的鑭鎳氧化物的楊氏模數低而易撓曲，特別提高了變位特性。(其他的實施方式)上面，對本發明的一個實施方式進行了說明，但本發明的基板構成不被上述的說明所限定。例如，還可以在上述實施方式1中，作為流路形成基板10例示了矽單晶體基板， 但並不限於此，例如還可使用SOI基板、玻璃等材料。此外，在這些實施方式中製造的噴墨式記錄頭構成為具有與墨盒等連通的墨水流路的記錄頭單元的一部分，並被搭載於噴墨式記錄裝置中。圖13是表示該噴墨式記錄裝置的一個例子的概略圖。如圖13所示，噴墨式記錄裝置II的噴出墨滴的噴墨式記錄頭(下面稱記錄頭)I 被固定於託架412上，作為存儲有黑色(B)、青色(C)、洋紅(M)和黃色(Y)等多種不同顏色的墨水的液體存儲單元的墨盒413可裝卸地被分別固定在託架412中。搭載有記錄頭I的託架412在安裝於裝置主體414的搬送軸415軸方向上移動自如地設置。並且，驅動馬達416的驅動力通過未圖示的多個齒輪以及同步帶417被傳送到託架412，從而使託架412沿著搬送軸415移動。另一方面，在裝置主體414中沿搬送軸415 設置有滾筒418，使由未圖示的給置裝置供給的紙等被記錄介質S被搬送到滾筒418上。並且，在上述的噴墨式記錄裝置II中，例出了在託架412中搭載了噴墨式記錄頭I，且在主掃描方向上移動的例子，但並不限於此，例如對固定有噴墨式記錄頭I，並僅通過使紙等記錄片S自副掃描方向上移動來進行列印的、所謂行式記錄裝置也可以適用本發明。此外，在上述實施方式1中，作為液體噴射頭的一個例子，以噴墨式記錄頭為例進行了說明，但本發明還可以擴展為將液體噴射頭全體作為對象，當然也適用於噴射其他液體的液體噴射頭。作為其他液體的噴射頭，例如，印表機等圖像記錄裝置用的各種記錄頭、 液晶顯示器等的彩色濾波器製造用的色材噴射頭、有機EL顯示器、FED (場發射顯示器)等電極形成用的電極材料噴射頭、生物晶片製造用的生物體有機物噴射頭等。
權利要求
1.一種壓電元件，其特徵在於，具備第1電極、被設置在所述第1電極上的壓電體層、被設置在所述壓電體層上的金屬氧化膜及被設置在所述金屬氧化膜上的第2電極，所述金屬氧化膜具有鈣鈦礦結構，並且由鑭相對鎳的摩爾比為1. 2 1. 5的鑭鎳氧化物組成。
2.根據權利要求1所述的壓電元件，其特徵在於， 所述金屬氧化膜為Inm以上。
3.根據權利要求1或2所述的壓電元件，其特徵在於， 所述第1電極以鉬或銥為主要成分。
4.一種液體噴射頭，其特徵在於，作為壓力發生單元具備權利要求1至3中任意一項所述壓電元件，該壓力發生單元使與噴射液體的噴嘴開口連通的壓力發生室產生壓力變化。
5.一種液體噴射裝置，其特徵在於， 具有權利要求4所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發明涉及壓電元件、液體噴射頭及液體噴射裝置。該壓電元件具備第1電極(60)、被設置在第1電極(60)上的壓電體層(70)、被設置在壓電體層(70)上的由鑭鎳氧化物組成的金屬氧化膜(200)、被設置在金屬氧化膜(200)上的第2電極(80)。金屬氧化膜(200)具有鈣鈦礦結構，並且鑭相對鎳的摩爾比為1.2～1.5。由此提高了壓電元件的壓電特性。
文檔編號B41J2/135GK102189791SQ2011100468
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月24日 優先權日2010年2月25日
發明者大澤榮治 申請人:精工愛普生株式會社