压电元件以及液滴喷出头的制作方法

1.本发明涉及一种压电元件以及液滴喷出头。


背景技术：

2.一直以来，使用具备基板、压电体层和可对该压电体层施加电压的电极的压电元件。作为这样的压电元件的一个示例，例如，在专利文献1中公开了如下的压电元件，该压电元件具备：基板；第一电极；压电体层，其被形成在该第一电极之上；第二电极，其被形成在该压电体层之上。
3.但是，在具备基板、压电体层和电极的现有的压电元件中，有在压电体层的表面上产生空穴的情况，且有水等异物进入到该空穴中的情况。在压电元件的制造时等，当水等异物进入到压电体层的表面的空穴中时，有发生漏电流的可能性、压电元件破损的可能性。此外，有随着压电元件的驱动而应力集中在该空穴从而导致压电元件破损的可能性。虽然在专利文献1中公开了例如使树脂等保护膜配置在压电体层的表面上的结构，但是有因保护膜的构成材料或形成方法而导致保护膜的材料未适当地进入到空穴中的情况，并且有随着压电元件的驱动而该保护膜剥落的可能性。因此，希望适当地填充压电体层表面的空穴。另外，在压电体层为具有相对于基板平行的平面部分和相对于基板倾斜的倾斜面部分的结构的情况下，特别是在倾斜面部分中易于发生上述问题。
4.专利文献1：日本特开2011
‑
71410号公报


技术实现要素：

5.用于解决上述课题的本发明的压电元件的特征在于，具备：基板；第一电极，其被形成在所述基板的第一方向的第一基板面上；第一压电体层，其被形成在所述第一电极上，且具有沿着所述第一基板面的平面部分和从所述平面部分朝向所述第一基板面倾斜的倾斜面部分；第二压电体层，其被形成在所述倾斜面部分上，且与所述第一压电体层的所述平面部分的厚度相比较薄；第二电极，其至少被形成在所述平面部分上。
附图说明
6.图1为具备本发明的一个实施方式所涉及的液滴喷出头的实施例1的记录装置的概要图。
7.图2为表示图1的记录装置的液滴喷出头的分解立体图。
8.图3为表示图1的记录装置的液滴喷出头的平面图。
9.图4为表示图1的记录装置的液滴喷出头的剖视图。
10.图5为表示图2至图3的液滴喷出头的压电元件的剖视图。
11.图6为表示实施例2的记录装置中的压电元件的剖视图。
12.图7为表示现有的记录装置中的压电元件的一个示例的剖视图。
具体实施方式
13.首先，对本发明概要性地进行说明。
14.用于解决上述课题的本发明的第一方式的压电元件的特征在于，具备：基板；第一电极，其被形成在所述基板的第一方向的第一基板面上；第一压电体层，其被形成在所述第一电极上，且具有沿着所述第一基板面的平面部分和从所述平面部分朝向所述第一基板面倾斜的倾斜面部分；第二压电体层，其被形成在所述倾斜面部分上，且与所述第一压电体层的所述平面部分的厚度相比较薄；第二电极，其至少被形成在所述平面部分上。
15.根据本方式，与第一压电体层的平面部分的厚度相比较薄的第二压电体层对第一压电体层的倾斜面部分进行覆盖。通过与第一压电体层相比较薄的第二压电体层对倾斜面部分进行覆盖，从而第二压电体层的构成材料进入到第一压电体层的倾斜面部分的空穴内，并填充该空穴。通过上述的结构，能够抑制水等异物的进入从而抑制发生漏电流的情况。此外，能够抑制应力集中在该空穴从而导致压电元件破损的情况。即，能够适当地填充作为第一压电体层的表面的倾斜面部分的空穴。
16.本发明的第二方式的压电元件的特征在于，在所述第一方式中，所述第二压电体层成为从所述倾斜面部分至所述平面部分的配置。
17.根据本方式，第二压电体层成为从倾斜面部分至平面部分的配置。因此，除了倾斜面部分之外，还能够适当地填充作为第一压电体层的表面的平面部分的空穴。
18.本发明的第三方式的压电元件的特征在于，在所述第二方式中，所述第二电极在所述第一方向的位置被形成在所述第二压电体层上。
19.根据本方式，第二电极在第一方向的位置被形成在第二压电体层上。因此，第二压电体层被第二电极保护，且能够抑制第二压电体层以及第一压电体层的腐蚀和损伤。
20.本发明的第四方式的压电元件的特征在于，在所述第一至第三中的任意一个方式中，所述第一压电体层具有多个，所述第二电极为，对于多个所述第一压电体层施加共同的电压的共用电极。
21.根据本方式，第二电极为，对于多个第一压电体层施加电压的共用电极。因此，能够使压电元件整体的结构简化。
22.本发明的第五方式的压电元件的特征在于，在所述第一至第四中的任意一个方式中，所述第一压电体层为，使液体状态的压电体材料晶化而形成的压电体层。
23.根据本方式，第一压电体层为通过所谓液相法形成的压电体层。在通过液相法来形成压电体层的情况下，压电体层的形成是容易的，但与通过使成为气体状态即分子状态的压电体材料附着的所谓气相法来形成压电体层的情况相比，易于在压电体层的表面上产生空穴。但是，即使通过液相法来形成压电体层也能够适当地填充压电体层的表面的空穴。
24.本发明的第六方式的压电元件的特征在于，在所述第一至第五中的任意一个方式中，构成所述第二压电体层的晶体粒子的晶体粒径与构成所述第一压电体层的晶体粒子的晶体粒径相比较小。另外，晶体粒径为，通过求积法所求出的晶体的平均粒径，具体而言，求出被完全包含在预定的测量面积w(例如，纵1.5μm
×
横1.5μm的长方形)内的晶体粒的数a和对该测量面积w的边上所载的晶体粒的数b乘以0.5的值之和，且将测量面积w除以该和a 0.5b所得的值的平方根。
25.根据本方式，构成第二压电体层的晶体粒子的晶体粒径与构成第一压电体层的晶
体粒子的晶体粒径相比较小。因此，由于厚度较薄而使晶体粒被微细化，所以能够封堵孔，从而能够有效地填充该空穴。
26.本发明的第七方式的压电元件的特征在于，在所述第一至第六中的任意一个方式中，所述第一压电体层包含铅、锌和钛，所述第二压电体层包含铅、锌和钛。
27.根据本方式，第一压电体层以及第二压电体层均包含铅、锌和钛。即，第二压电体层的构成材料与第一压电体层的构成材料共同。因此，能够将第二压电体层设为与第一压电体层同样的特性，进而能够特别地有效地抑制随着压电元件的驱动而导致第二压电体层从第一压电体层剥离下来的情况。
28.本发明的第八方式的液体喷出头的特征在于，具备：喷嘴，其喷出液滴；压力室，其与所述喷嘴连通；所述第一至第七方式中的任意一个所述的压电元件，所述基板形成所述压力室的壁面的一部分。
29.根据本方式，能够通过具备适当地填充了压电体层表面的空穴的压电元件的液体喷出头，而适当地使液体喷出。
30.以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。另外，在各图中，在如图1所示的那样配置了记录装置1的情况下，图中的x轴方向为水平方向，y轴方向为水平方向并且为与x轴方向正交的方向，z轴方向为铅直方向。
31.实施例1
32.记录装置
33.首先，参照图1，对具备作为本发明的一个示例的液体喷出头100的实施例1的记录装置1进行说明。图1所示的记录装置1为，具备一边在沿着y轴方向的往复移动方向b上进行往复移动一边喷出油墨的液体喷出头100，且使介质p相对于液体喷出头100在沿着x轴方向的输送方向a上进行移动，从而在介质p上形成图像的结构。但是，具备本发明的液体喷出头100的记录装置并不限定于这样结构的记录装置。只要能够使介质p和液体喷出头100相对性地进行移动且在介质p上形成图像即可。此外，作为介质p除了使用单张纸等单张状的介质的结构之外，也可以设为使用卷筒纸等长条状的介质作为介质p的结构。
34.液体喷出头
35.接下来，参照图2至图4，对液体喷出头100进行说明。在此，图4为基于图3的f
‑
f线的剖视图。
36.液体喷出头100具有基板110，该基板110具有作为第一方向的 z方向的表面即第一基板面110a和作为第一方向的相反侧的第二方向的
‑
z方向的表面即第二基板面110b。在基板110上形成有压力室112。而且，通过多个隔壁111被划分出的压力室112、和喷出相同颜色的油墨的多个喷嘴121沿着x轴方向并列设置。
37.如图2所示，在基板110的压力室112的y轴方向的一端部侧，通过将压力室112的单侧从x轴方向收窄而缩小了开口面积的油墨供给通道113和在x轴方向中具有与压力室112大致相同宽度的连通通道114被多个隔壁111划分。如图4所示，在连通通道114的外侧即在y轴方向上与压力室112相反的一侧，形成有构成歧管137的一部分的连通部115，歧管137成为各压力室112的共用的油墨室。即，在基板110上形成有由压力室112、油墨供给通道113、连通通道114以及连通部115组成的液体流道。
38.在基板110的第二基板面110b、即压力室112等液体流道所开口的面上，通过粘合
剂或热熔膜等而接合有喷嘴板120，喷嘴板120上贯穿设置有与各压力室112连通的喷嘴121。在喷嘴板120上，喷嘴121被并列设置。
39.在基板110的第一基板面110a上形成有振动板150。振动板150例如能够由被设于基板110上的弹性膜151和被设于弹性膜151上的绝缘体膜152构成。但是，并不限定于这样的结构，也能够将基板110的一部分加工得较薄来作为弹性膜使用。
40.在绝缘体膜152上，例如经由由钛构成的紧贴层，而形成有由第一电极160、压电体层170和第二电极180构成的压电元件300。但是，紧贴层能够省略。另外，对压电元件300的详细结构，在下文中进行叙述。
41.在本实施方式中，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而发生位移的振动板150组合称为致动器。此外，虽然振动板150以及第一电极160作为振动板发挥作用，但是并不限制于此。也可以不设置弹性膜151以及绝缘体膜152中的任何一方或双方，仅使第一电极160作为振动板发挥作用。此外，也可以设为压电元件300自身实质性地兼作振动板的方式。在将第一电极160直接设置在基板110上的情况下，优选为通过绝缘性的保护膜等对第一电极160进行保护，以使第一电极160以及油墨不导通。
42.在这样的压电元件300中，一般而言，任一方的电极被设为共用电极，另一方的电极根据每个压力室112的图案形成而被设为单独电极。虽然在本实施方式中，第一电极160被设为单独电极，第二电极180被设为共用电极，但是，根据驱动电路135、连接配线136的情况，即使进行相反的设置也没有问题。在本实施方式中，通过使第二电极180跨多个压力室112而连续地形成而设为共用电极。
43.第二电极180被设置在压电体层170的与第一电极160相反的面侧。上述的第一电极160和该第二电极180的材料只要为具有导电性的材料则未被特别地限定，优选使用白金(pt)、铱(ir)等贵金属。
44.在设置有压电元件300的基板110上，即，在振动板150、第一电极160以及引线电极190上，通过粘合剂138而接合有具有歧管部132的保护基板130，歧管部132构成歧管137的至少一部分。在本实施方式中，歧管部132将保护基板130在厚度方向上贯穿并跨压力室112的宽度方向而被形成，且如上所述那样与基板110的连通部115连通而构成了成为各压力室112的共用的油墨室的歧管137。此外，也可以将基板110的连通部115按照各个压力室112而分割成多个，并仅将歧管部132作为歧管。另外，例如，也可以设为如下的方式，即，在基板110上仅设置压力室112，且在夹设于基板110以及保护基板130之间的弹性膜151以及绝缘体膜152上设置对歧管以及各压力室112进行连通的油墨供给通道113。
45.在保护基板130上，在与压电元件300对置的区域，设置有具有不妨碍压电元件300的运动的程度的空间的压电元件保持部131。另外，压电元件保持部131只要具有不妨碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间既可以被密封又可以未被密封。在保护基板130上固定有作为信号处理部而发挥功能的驱动电路135。驱动电路135能够使用例如电路基板、半导体集成电路(ic)等，且与未图示的记录装置1的控制部进行连接。驱动电路135以及引线电极190能够经由插穿贯穿孔133的键合引线等导电性线所构成的连接配线136进行电连接。
46.此外，在保护基板130上接合有由密封膜141以及固定板142组成的可塑性基板140。密封膜141由刚性较低的材料构成，且歧管部132的一面被该密封膜141密封。此外，固
定板142能够由金属等硬质的材料构成。由于该固定板142的与歧管137对置的区域成为密封膜141在厚度方向上被完全去除了的开口部143，因此歧管137的一面仅被具有可挠性的密封膜141密封。
47.压电元件
48.接下来，对于作为上述压电元件300的本实施方式的压电元件300a的详细情况，在参照图5的同时，与作为现有的记录装置所使用的压电元件300c的一个示例的图7的压电元件进行比较，而进行说明。
49.如上述那样，本实施方式的压电元件300a具备：基板110；第一电极160，其被形成在基板110的第一基板面110a上；压电体层170；以及第二电极180。在此，如图5所示，压电体层170的至少一部分被形成在第一电极160的第一方向( z方向)上。压电体层170具备第一压电体层171和第二压电体层172，所述第一压电体层171具有沿着第一基板面110a的平面部分170b和相对于平面部分170b倾斜的倾斜面部分170a，所述第二压电体层172被形成在倾斜面部分170a上，且具有与第一压电体层171的平面部分170b的厚度l1相比较薄的厚度l2。而且，第二电极180至少被形成在平面部分170b上。另外，“被形成在”是指，除了直接被形成在对象的部件上的结构之外，也包括如本实施方式的第一电极160经由振动板150而被形成在第一基板面110a上的结构那样，经由其他的部件被形成在对象的部件上的结构的意思。
50.如图5所示，在使压电体层170成膜的情况下或者形成图案的情况下等，有在压电体层170上产生空穴h的情况，且在压电元件300的制造时等，有水等异物进入到于压电体层170的表面上所产生的空穴h中的情况。当水等异物进入到压电体层170的表面的空穴h中时，有在使压电元件300驱动时发生漏电流的可能性，且有第二电极180从压电体层170上剥离等而导致压电元件300破损的可能性。特别是，在为如本实施方式的压电元件300a那样压电体层170具有倾斜面部分170a的结构的情况下，在倾斜面部分170a处，第二电极180易于从压电体层170剥离下来。
51.但是，本实施方式的压电元件300a中，通过与第一压电体层171的平面部分170b的厚度l1相比较薄的厚度l2的第二压电体层172来对第一压电体层171的倾斜面部分170a进行覆盖。如果将压电体层170设得较厚，则易于产生空穴h，如果将压电体层170设得较薄，则难以产生空穴h。虽然为了适当地驱动压电元件300而需要预定的厚度的压电体层170，但是通过用较薄的压电体层对较厚的压电体层170的表面进行覆盖，从而能够在填充被覆盖侧的较厚的压电体层170的表面的空穴h的同时不会在实施覆盖侧的较薄的压电体层170的表面上产生新的空穴h。即，如此，通过以用与第一压电体层171相比较薄的第二压电体层172对倾斜面部分170a进行覆盖的方式来处理，从而能够使第二压电体层172的构成材料适当地进入到倾斜面部分170a的空穴h中。通过使第二压电体层172的构成材料进入到空穴h来填充该空穴h，从而能够抑制水等异物向该空穴h的进入并抑制发生漏电流的情况。
52.此外，在本实施方式中，第一压电体层171以及第二压电体层172均由pzt(锆钛酸铅)形成。即，不仅第一压电体层171，第二压电体层172也具有作为压电体层170的作用。如此，通过作为压电体层170的第二压电体层172对作为压电体层170的第一压电体层171进行覆盖，从而能够抑制随着压电元件300的驱动而在压电体层170上发生应变等的情况，进而能够抑制随着压电元件300的驱动而导致压电体层170等发生破损的情况。即，本实施方式
的压电元件300a能够适当地填充作为第一压电体层171的表面的倾斜面部分170a的空穴h。这是因为使用了杨氏模量相近的材料的方式能够抑制应变的发生。
53.另一方面，如图7所示，在现有的一般的压电元件300c中，压电体层170为单层，且在作为表面的倾斜面部分170a上形成了空穴h。因此，易于从倾斜面部分170a发生漏电流，且在倾斜面部分170a处第二电极180变得易于剥离，并且随着压电元件300c的驱动，应力会集中于倾斜面部分170a的空穴h处，导致压电体层170易于发生破损。
54.此外，如上述那样，本实施方式的液体喷出头100除了这样的压电元件300a之外，还具备喷出液滴的喷嘴121和与喷嘴121连通的压力室112，且压电元件300a的基板110形成了压力室112的壁面的一部分。如此，由于本实施方式的液体喷出头100具备能够适当填充压电体层170的表面的空穴h的压电元件300，因此能够适当地使作为液体的油墨喷出。
55.如图5所示，第二电极180在第一方向( z方向)的位置被形成在第二压电体层172上。因此，第二压电体层172被第二电极180保护，第一压电体层171也被第二电极180保护，因此，本实施方式的压电元件300a能够抑制第二压电体层172以及第一压电体层171的腐蚀和损伤。
56.在此，如上述那样，在本实施方式的压电元件300a中，第二电极180为共用电极。详细而言，本实施方式的压电元件300a具有多个第一压电体层171，第二电极180为对多个第一压电体层171施加共同的电压的共用电极。本实施方式的压电元件300a通过这样的结构，从而简化压电元件整体的结构。但是，也可以将第二电极180设为分别针对多个第一压电体层171的单独电极，将第一电极160设为共用电极。
57.在此，第一压电体层171的特征在于，为使液体状态的压电体材料晶化而形成的压电体层。即，第一压电体层171为通过所谓液相法而形成的压电体层170。在通过液相法形成压电体层170的情况下，压电体层170的形成是容易的，但与通过使成为气体状态即分子状态的压电体材料附着的所谓气相法来形成压电体层170的情况相比，空穴h易于出现在压电体层170的表面上。但是，本实施方式的压电元件300a通过设为如上述那样的结构，即使通过液相法形成压电体层170，也能够适当地填充压电体层170的表面的空穴h。
58.另外，在本实施方式的压电元件300a中，第二压电体层172也通过液相法形成。但是，当然也可以通过气相法来形成第一压电体层171以及第二压电体层172。在此，优选的第一压电体层的膜厚为300nm以上且5000nm以下，优选的第一压电体层的层压数为2以上且25以下。另一方面，优选的第二压电体层的膜厚为10nm以上且100nm以下，优选的第二压电体层的层压数为8以上且18以下。
59.在此，第一压电体层171的厚度l1能够根据压电元件300所需的特性来确定，并没有特别地限定。另一方面，第二压电体层172的厚度l2优选为5nm以上且100nm以下。这是因为通过设为这样的范围的厚度l2，能够适当地填充第一压电体层171的表面的空穴h。另外，厚度l2特别优选为50nm以下。
60.此外，在本实施方式的压电元件300a中，构成第二压电体层172的晶体粒子的晶体粒径与构成第一压电体层171的晶体粒子的晶体粒径相比较小。因此，本实施方式的压电元件300a中，由于厚度较薄而晶体粒被微细化，所以能够封堵孔，因此能够有效地填充该空穴h。另外，构成第一压电体层171的晶体粒子的优选的晶体粒径的范围为50nm以上且200nm以下。另一方面，构成第二压电体层172的晶体粒子的优选的晶体粒径的范围为10nm以上且
50nm以下。
61.此外，如上述那样，第一压电体层171以及第二压电体层172均由pzt构成。换而言之，第一压电体层171以及第二压电体层172均包括铅、锌和钛。如此，第二压电体层172的构成材料优选为与第一压电体层171的构成材料共同。这是因为，能够将第二压电体层172设为与第一压电体层171相同的特性，且能够特别有效地抑制随着压电元件300的驱动而导致第二压电体层172从第一压电体层171剥落下来的情况。但是，只要第一压电体层171以及第二压电体层172均能够起到作为压电体层的作用，则第一压电体层171以及第二压电体层172的构成材料也可以不是共同的。
62.另外，在代替第二压电体层172而配置树脂层的结构的情况下，如本实施方式的压电元件300a那样的、适当地填充作为第一压电体层171的表面的倾斜面部分170a的空穴h的情况是困难的。这是因为，随着压电元件300的驱动而导致该树脂层易于从压电体层170上剥离下来。但是，在设为代替第二压电体层172并不是配置树脂层而是配置lno(lanio3)层或氧化锆的层的结构的情况下，尽管不会达到本实施方式的压电元件300a那样的程度，但是也能够适当地填充作为第一压电体层171的表面的倾斜面部分170a的空穴h。
63.作为第一压电体层171和第二压电体层172的杨氏模量的关系，优选为第二压电体层172的杨氏模量成为第一压电体层171的杨氏模量以上。另外，第二电极180的杨氏模量优选为大于第二压电体层172的杨氏模量。这是因为，能够使得压电元件300的驱动特别适合。在本实施方式的压电元件300a中，作为pzt的第一压电体层171以及第二压电体层172的杨氏模量为84gpa，第二电极180的杨氏模量为200gpa，满足了上述关系。另外，作为杨氏模量的测量方法，例如，作为静态的测量法能够采用如下的方法，即，对实验片施加拉伸或者压缩、弯曲、扭曲等静态载荷，对应力和应变进行测量，从而求出弹性模量。此外，例如，作为共振法能够采用如下方法，即，使试样产生自由振动或强制振动并测量其固有振动，从而求出弹性模量。上述值为通过静态测量法所测量出来的值。
64.另外，由于在对第二压电体层172使用了lno的情况下的该第二压电体层172的杨氏模量为120gpa，因此在本实施方式的压电元件300a中，在对于第二压电体层172使用了lno而不是pzt的情况下，也满足上述关系。同样地，由于在对于第二压电体层172使用了氧化锆的情况下的该第二压电体层172的杨氏模量为190gpa，因此在本实施方式的压电元件300a中，在对于第二压电体层172使用了氧化锆而不是pzt的情况下也满足上述关系。
65.实施例2
66.在下文中，参照图6，对实施例2的记录装置进行说明。另外，图6为与实施例1的记录装置1中的图5相对应的图，并且在图6中，与上述实施例1共同的结构部件用相同的符号来表示，并省略详细的说明。在此，本实施例的记录装置具有与上述所说明的实施例1的记录装置1相同的特征，并且在下述的说明的地方以外设为与实施例1的记录装置1相同的结构。具体而言，压电元件300中的第二压电体层172的结构以外，设为与实施例1的记录装置1相同的结构。因此，实施例1的记录装置1中的利用图1至图4的说明内容对本实施例的记录装置也同样地适用。
67.如图5所示，在实施例1的记录装置1的压电元件300a中，第二压电体层172仅被形成在倾斜面部分170a上。另一方面，如图6所示，在本实施例的记录装置的压电元件300b中，第二压电体层172不仅在倾斜面部分170a上，而是成为从倾斜面部分170a至平面部分170b
的配置。因此，本实施方式的压电元件300b除了倾斜面部分170a之外，还能够适当地填充平面部分170b的空穴h。
68.本发明并不限于上述的实施例，在不脱离其主旨的范围内能够通过各种的结构来实现。与发明内容部分所记载的各方式中的技术性特征相对应的实施例中的技术性特征为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者，达成上述的效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换或组合。此外，如果该技术性特征在本说明书中未作为必要技术特征被说明，则能够适当地进行删除。
69.符号说明
[0070]1…
记录装置；100
…
液体喷出头；110
…
基板；110a
…
第一基板面；110b
…
第二基板面；111
…
隔壁；112
…
压力室；113
…
油墨供给通道；114
…
连通通道；115
…
连通部；120
…
喷嘴板；121
…
喷嘴；130
…
保护基板；131
…
压电元件保持部；132
…
歧管部；133
…
贯穿孔；135
…
驱动电路；136
…
连接配线；137
…
歧管；138
…
粘合剂；140
…
可塑性基板；141
…
密封膜；142
…
固定板；143
…
开口部；150
…
振动板；151
…
弹性膜；152
…
绝缘体膜；160
…
第一电极；170
…
压电体层；170a
…
倾斜面部分；170b
…
平面部分；171
…
第一压电体层；172
…
第二压电体层；180
…
第二电极；190
…
引线电极；300
…
压电元件；300a
…
压电元件；300b
…
压电元件；p
…
介质。