壓電元件、液體噴射頭、液體噴射裝置和傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓電元件、液體噴射頭、液體噴射裝置和傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為液體噴射頭的代表例公知的噴墨式記錄頭等所使用的壓電元件中，為了實(shí)質(zhì) 上提高壓電體層的壓電特性，其結(jié)晶系為菱面體晶時(shí)優(yōu)選在（100)面取向。而且，例如為了 使鋯鈦酸鉛（PZT)在（100)面優(yōu)先取向，已公開(kāi)有了在下部電極上介由鈦酸鉛層形成由鋯 鈦酸鉛構(gòu)成的壓電體層的壓電元件的制造方法（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。另外，公開(kāi)有使用 鑭鎳氧化物（LNO)作為晶種層，使鐵酸鉍系和鈦酸鉍系的壓電體層在（100)面優(yōu)先取向的 技術(shù)（例如，參照專利文獻(xiàn)2)。此外，還提出有將由能夠形成PZT結(jié)晶B位點(diǎn)的金屬元素構(gòu) 成的緩沖層作為晶種層而在（100)面優(yōu)先取向的技術(shù)（例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2011-238774號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2012-006182號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2005-340428號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 如果使用這樣的晶種層，能夠使壓電體層在（100)面有效地取向。然而，在驅(qū)動(dòng)壓 電元件時(shí)，電壓也被分配到晶種層，施加于壓電體層的電壓下降，產(chǎn)生壓電元件的位移量降 低的問(wèn)題。
[0009] 應(yīng)予說(shuō)明，這樣的問(wèn)題不僅存在于噴墨式記錄頭，在噴出油墨以外的液滴的其它 液體噴射頭中也同樣存在，另外，用于液體噴射頭以外的壓電元件、壓電致動(dòng)器中也同樣存 在。
[0010] 本發(fā)明鑒于這樣的情況，其目的是提供使用可減小電壓下降對(duì)其施加電壓的影響 的晶種層而能夠使壓電體層在（100)面優(yōu)先取向并且能夠提高位移量的壓電元件、具備壓 電元件的液體噴射頭、液體噴射裝置和傳感器。
[0011] 解決上述課題的本發(fā)明的方式是一種壓電元件，其特征在于，具備第1電極、隔著 晶種層設(shè)置于上述第1電極的壓電體層以及設(shè)置于上述壓電體層的第2電極，其中，上述晶 種層由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)且A位點(diǎn)含有鉍、B位點(diǎn)含有鐵和鈦的在（100)面優(yōu)先取向的復(fù)合 氧化物構(gòu)成，上述壓電體層由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)且在（100)面優(yōu)先取向的壓電材料構(gòu)成，上 述晶種層的厚度小于20nm〇
[0012] 根據(jù)上述方式，通過(guò)設(shè)置具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)且A位點(diǎn)含有鉍、B位點(diǎn)含有鐵和鈦的在 (100)面優(yōu)先取向的晶種層，能夠使晶種層上的壓電體層在（100)面優(yōu)先取向。另外，由于 晶種層小于20nm、較薄，所以能夠?qū)崿F(xiàn)減小對(duì)晶種層的電壓分配而使位移量提高的壓電元 件。
[0013] 另外，上述晶種層優(yōu)選設(shè)置成島狀。這里，上述晶種層可通過(guò)控制材料溶液的稀 釋率、煅燒條件而制成薄膜狀或島狀，島狀是指因凝聚等而未全面膜化，結(jié)晶分離或獨(dú)立存 在的狀態(tài)，相對(duì)于覆蓋壓電體層面，島狀時(shí)的晶種層的占有率優(yōu)選為30%以上，更優(yōu)選為 60%以上。認(rèn)為如果為30%以上，則取向控制功能提高，如果為60%以上，則有助于壓電層 的結(jié)晶性提高。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步減小對(duì)晶種層的電壓分配而使位移量進(jìn)一步提高的 壓電元件。
[0014] 這里，優(yōu)選上述第1電極由在（111)面優(yōu)先取向的鉑構(gòu)成，來(lái)源于上述（111)面的 基于X射線衍射法的衍射峰的半峰寬為10度以下。由此，能夠在（111)面優(yōu)先取向的鉑上 設(shè)置（100)面優(yōu)先取向的壓電體層。
[0015] 這里，優(yōu)選上述A位點(diǎn)的鉍與上述B位點(diǎn)的鐵和鈦的摩爾比（鉍八鐵和鈦））為 I. 0~1. 4 (鉍：鐵和鈦=I. 0 :1. 0~I. 4 :1. 0)。由此，構(gòu)成晶種層的復(fù)合氧化物的組成為 最佳，能夠使壓電體層可靠地在（100)面優(yōu)先取向。
[0016] 這里，優(yōu)選上述B位點(diǎn)的鐵與鈦的摩爾比（鐵/鈦）為9/11~3.0(鐵：鈦=9 : 11~9 :3)。由此，B位點(diǎn)的鐵與鈦的摩爾比成為最佳，能夠使壓電體層更可靠地在（100) 面優(yōu)先取向。
[0017] 另外，本發(fā)明的另一方式是一種液體噴射頭，其特征在于，具備上述方式的壓電元 件。根據(jù)該方式，由于具備位移量得到提高的壓電元件，所以能夠?qū)崿F(xiàn)噴出特性優(yōu)異的液體 噴'射頭。
[0018] 另外，本發(fā)明的又一方式是一種液體噴射裝置，其特征在于，具備上述方式的液體 噴射頭。根據(jù)該方式，能夠?qū)崿F(xiàn)具備位移量得到了提高而噴出特性優(yōu)異的液體噴射頭的液 體噴射裝置。
[0019] 另外，本發(fā)明的又一方式是一種傳感器，其特征在于，具備上述方式的壓電元件。 在該方式中，由于具備位移量得到提高的壓電元件，所以能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)靈敏度優(yōu)異的傳感 器。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的概略構(gòu)成的分解立體圖。
[0021] 圖2是實(shí)施方式1涉及的記錄頭的俯視圖。
[0022] 圖3是實(shí)施方式1涉及的記錄頭的截面圖和主要部位放大截面圖。
[0023] 圖4是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。
[0024] 圖5是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。
[0025] 圖6是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。
[0026] 圖7是表示實(shí)施方式1涉及的記錄頭的制造工序的截面圖。
[0027] 圖8是表示樣品1~3的X射線衍射圖案的圖。
[0028] 圖9是表示樣品4~6的X射線衍射圖案的圖。
[0029] 圖10是表示樣品7、8、9的X射線衍射圖案的圖。
[0030] 圖11是樣品6的壓電元件的EFTEM-BF圖像。
[0031] 圖12是樣品6的壓電元件的EFTEM-BF圖像的放大圖。
[0032] 圖13是樣品6的壓電元件的STEM-EDS映射圖像。
[0033] 圖14是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的記錄裝置的概略構(gòu)成的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] (實(shí)施方式1)
[0035] 圖1是屬于本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的液體噴射頭的一個(gè)例子的噴墨式記錄頭的 分解立體圖，圖2是圖1的俯視圖。另外，圖3(a)是以圖2的A-A'線為基準(zhǔn)的截面圖，圖 3(b)是以圖3(a)的B-B'線為基準(zhǔn)的截面圖。
[0036] 如圖所示，記錄頭I所具備的流路形成基板10形成有壓力產(chǎn)生室12。而且，被多 個(gè)隔壁11劃分成的壓力產(chǎn)生室12沿著并列設(shè)置噴出相同顏色油墨的多個(gè)噴嘴開(kāi)口 21的 方向并列設(shè)置。以下，將該方向稱為壓力產(chǎn)生室12的并列設(shè)置方向或者第1方向X，將與第 1方向X正交的方向稱為第2方向Y。
[0037] 另外，在流路形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長(zhǎng)邊方向的一端部側(cè)，即與第1方向 X正交的第2方向Y的一端部側(cè)，被多個(gè)隔壁11劃分出油墨供給路13和連通路14。在連 通路14的外側(cè)（在第2方向Y與壓力產(chǎn)生室12相反的一側(cè)）形成有連通部15,該連通部 15構(gòu)成成為各壓力產(chǎn)生室12的共通的油墨室（液體室）的歧管100的一部分。即，在流路 形成基板10設(shè)有由壓力產(chǎn)生室12、油墨供給路13、連通路14和連通部15構(gòu)成液體流路。
[0038] 在流路形成基板10的一面?zhèn)?，即壓力產(chǎn)生室12等液體流路開(kāi)口的面通過(guò)粘接劑、 熱熔膜等接合有噴嘴板20,在該噴嘴板20上穿設(shè)有與各壓力產(chǎn)生室12連通的噴嘴開(kāi)口 21。即，在噴嘴板20上沿第1方向X并列設(shè)有噴嘴開(kāi)口 21。應(yīng)予說(shuō)明，噴嘴板20例如由玻 璃陶瓷、單晶硅基板、不銹鋼等構(gòu)成。
[0039] 在流路形成基板10的另一面?zhèn)刃纬捎姓駝?dòng)板50。本實(shí)施方式涉及的振動(dòng)板50由 彈性膜51和絕緣體膜52構(gòu)成，該彈性膜51例如由二氧化硅等構(gòu)成，該絕緣體膜52例如由 氧化錯(cuò)（ZrO2)等構(gòu)成。
[0040] 另外，在絕緣體膜52的上方例如隔著鈦等構(gòu)成密合層56層疊形成有第1電極60 ; 設(shè)置在第1電極60的上方且厚度例如小于20nm的晶種層65 ;設(shè)置在該晶種層65上且厚 度為3 ym以下、優(yōu)選為0. 3~I. 5 ym的薄膜的壓電體層70 ;設(shè)置在壓電體層70的上方的 第2電極80;從而構(gòu)成壓電元件300。應(yīng)予說(shuō)明，這里所說(shuō)的上方不僅是正上方，也包括在 中間存在其它部件的狀態(tài)。這里，壓電元件300是指包含第1電極60、晶種層65、壓電體層 70和第2電極80的部分。通常是將壓電元件300的一個(gè)電極作為共用電極，將另一電極和 壓電體層70在每個(gè)壓力產(chǎn)生室12中進(jìn)行圖案形成而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，將第1電極 60對(duì)應(yīng)各壓力產(chǎn)生室12進(jìn)行分割，作為相對(duì)于后述的每個(gè)能動(dòng)部310獨(dú)立的獨(dú)立電極，將 第2電極80作為壓電元件300的共用電極。
[0041] 另外，這里，將壓電元件300和通過(guò)該壓電元件300的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生位移的振動(dòng)板50 合起來(lái)稱為壓電致動(dòng)器。應(yīng)予說(shuō)明，在上述例子中，彈性膜51、絕緣體膜52、密合層56和第 1電極60可作為振動(dòng)板發(fā)揮作用，當(dāng)然并不限于此，例如也可以不設(shè)置彈性膜51、絕緣體膜 52和密合層56中的一個(gè)以上，僅將第1電極60作為振動(dòng)板發(fā)揮作用。另外，壓電元件300 本身實(shí)際上可以兼作振動(dòng)板50。但是