專利名稱：壓電元件、液滴噴射頭、液滴噴射裝置以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電元件、液滴噴射頭、液滴噴射裝置以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
已知一種壓電元件和噴墨式記錄頭，為了減薄壓電元件的厚度并能夠?qū)崿F(xiàn)高密度高速驅(qū)動(dòng)，能夠使用薄膜技術(shù)制造。例如，在專利文獻(xiàn)1中，記載了能夠使用薄膜技術(shù)制造的噴墨式記錄頭。專利文獻(xiàn)1所記載的噴墨式記錄頭具有如下所述的壓電元件壓電體層覆蓋設(shè)置于振動(dòng)板之上的下部電極，以連續(xù)覆蓋多個(gè)該壓電體層的方式設(shè)置有上部電極。這樣的壓電元件能夠通過例如上部電極降低大氣中的水分等對(duì)壓電體層的影響。在向這樣的結(jié)構(gòu)的壓電元件附加電壓而驅(qū)動(dòng)的情況下，電場(chǎng)容易集中于第1電極從振動(dòng)板向壓電體層側(cè)突出的部分(例如，下部電極的角部周邊等)，其結(jié)果是，在壓電體層等可能會(huì)產(chǎn)生裂紋。因此，在具有上述結(jié)構(gòu)的壓電元件中，期待能夠在驅(qū)動(dòng)時(shí)緩和在壓電體層的電場(chǎng)集中的壓電元件。專利文獻(xiàn)1 特開2009-172878號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)方式，能夠提供通過使在壓電體層的電場(chǎng)集中緩和等而提高了可靠性的壓電元件和包括該壓電元件的液滴噴射頭以及液滴噴射裝置。(1) 一種作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件，其中，包括振動(dòng)板，其在第1面具有凹部；第1電極，其形成于所述凹部?jī)?nèi)；壓電體層，其形成于所述振動(dòng)板以及所述第1電極之上；和第2電極，其形成于所述壓電體層之上；所述第1電極的上側(cè)的面構(gòu)成與所述第1面連續(xù)的平面。在本發(fā)明中，將“上”這一文字用于例如“在特定的部件(下面稱為“A”)之“上” 形成其他的特定的部件(下面稱為“B”)”等。在本發(fā)明中，該例那樣的情況中包括在A上直接形成B那樣的情況和在A上隔著其他的部件而形成B那樣的情況，而使用“上”這一文字。同樣，“下”這一文字包括在A下直接形成B那樣的情況和在A下隔著其他的部件而形成B那樣的情況。根據(jù)本發(fā)明，第1電極形成于振動(dòng)板的凹部?jī)?nèi)，并且其上側(cè)的面構(gòu)成與振動(dòng)板的第1面連續(xù)的平面。由此，第1電極不具有從振動(dòng)板的第1面向壓電體層側(cè)突出的部分，所以能夠緩和在壓電體層內(nèi)的電場(chǎng)集中。因此，施加于壓電體層的電場(chǎng)更均勻化也緩和了應(yīng)力的集中，所以難以在壓電體層等產(chǎn)生裂紋。根據(jù)以上情況，能夠提供可靠性提高了的壓電元件。(2)在作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件中，
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所述振動(dòng)板為包括構(gòu)成所述第1面的第1層的層疊體；所述凹部也可以不貫通所述第1層。由此，第1層能夠作為阻擋層而起作用，能夠進(jìn)一步提高壓電元件的可靠性。(3)在作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件中，所述振動(dòng)板為包括構(gòu)成所述第1面的第1層的層疊體；所述凹部也可以貫通所述第1層。由此，能夠使振動(dòng)板更容易變形，所以能夠進(jìn)一步增大壓電元件的移位量。(4)在作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件中，所述第1層也可以為氧化鋯。(5) 一種作為本發(fā)明的方式之一的液滴噴射頭，其中包括上述任意一項(xiàng)所述的壓電元件。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件的液滴噴射頭。(6) 一種作為本發(fā)明的方式之一的液滴噴射裝置，其中包含上述的液滴噴射頭。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有作為本發(fā)明的方式之一的液滴噴射頭的液滴噴射裝置。(7) 一種作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件的制造方法，其中，包括在振動(dòng)板形成凹部的工序；在所述振動(dòng)板的所述凹部?jī)?nèi)形成第1電極的工序；在所述振動(dòng)板以及所述第1電極之上形成壓電體層的工序；和在所述壓電體層之上形成第2電極的工序；形成所述第1電極的工序包括以填充所述凹部的方式形成導(dǎo)電膜的工序；和從所述導(dǎo)電膜側(cè)進(jìn)行研磨、進(jìn)行平坦化的工序；在所述平坦化的工序中，使所述振動(dòng)板露出。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件的制造方法。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠在平坦化后的平面上形成壓電體層。由此，能夠使所得到的壓電體層的膜厚度均勻化。壓電體層結(jié)晶化時(shí)的成長(zhǎng)界面為平面，所以能夠使所得到的壓電體層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)更均勻化。因此，能夠提供能夠提高可靠性的壓電元件的制造方法。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠使所得到的壓電體層的膜厚度均勻化，并且能夠使壓電體層的上側(cè)的面成為平坦的面。由此，在制造工序中，能夠提高設(shè)置于壓電體層之上的部件的成形性。因此，能夠提供能夠提高成品率的壓電元件的制造方法。(8)在作為本發(fā)明的方式之一的壓電元件的制造方法中，
所述平坦化的工序也可以通過化學(xué)機(jī)械研磨來進(jìn)行。(9) 一種作為本發(fā)明的方式之一的液滴噴射頭的制造方法，其中包括上述任意一項(xiàng)所述的壓電元件的制造方法。(10) 一種作為本發(fā)明的方式之一的液滴噴射裝置的制造方法，其中包括上述的液滴噴射頭的制造方法。


圖1 (A)是模式性表示本實(shí)施方式的壓電元件的俯視圖，圖1 (B)是模式性表示圖 I(A)所示的IB-IB線處的壓電元件的剖視圖。圖2是模式性表示本實(shí)施方式的變形例所涉及的壓電元件的剖視圖。圖3(A) 圖3(D)是模式性表示本實(shí)施方式的壓電元件的制造工序的剖視圖。圖4(A) 圖4(D)是模式性表示本實(shí)施方式的壓電元件的制造工序的剖視圖。圖5是模式性表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射頭的重要部分的剖視圖。圖6是模式性表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射頭的分解立體圖。圖7是模式性表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射裝置的立體圖。符號(hào)說明10 振動(dòng)板14:凹部21 上側(cè)的面35 驅(qū)動(dòng)區(qū)域110:第 1 方向610 噴嘴板622 壓力室6 貫通孔710 驅(qū)動(dòng)部722:排出口732 滑架743:同步帶751 供紙馬達(dá)752b 驅(qū)動(dòng)輥
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，下面將說明的實(shí)施方式未不當(dāng)限定技術(shù)方案所記載的本發(fā)明的內(nèi)容。另外，并未限定下面所說明的全部構(gòu)成為本發(fā)明的必須構(gòu)成要件。1.壓電元件1-1.壓電元件的結(jié)構(gòu)圖1 (A)是模式性表示本實(shí)施方式的壓電元件的俯視圖，圖1 (B)是模式性表示圖 1 (A)所示的IB-IB線處的壓電元件的剖視圖。另外，圖2是模式性表示本實(shí)施方式的變形例所涉及的壓電元件的剖視圖。本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100如圖KA)以及圖I(B)所示，包括振動(dòng)板10、第 1電極20、壓電體層30以及第2電極40。另外，在本發(fā)明中，“壓電元件”這一詞能夠置換為“壓電致動(dòng)器”這一詞。因此，也可以說壓電致動(dòng)器100包括振動(dòng)板10、第1電極20、壓電體層30以及第2電極40。如圖1 (A)所示，壓電元件100以振動(dòng)板10為基板而形成。如圖1㈧所示，壓電元件100也可以形成為向一個(gè)方向延伸。在這里，將壓電元件100延伸的方向作為第1方向
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11 第1層 16 第1面 30 壓電體層 40 第2電極
120 第2方向 612 噴嘴孔 624 儲(chǔ)存箱 630 殼體 720 裝置本體 730 噴頭單元 741 滑架馬達(dá) 744 滑架導(dǎo)引軸 752 供紙輥 760 控制部
12 第2層 20 第1電極 31 上側(cè)的面 100 壓電元件 600 液滴噴射頭 620 壓力室基板 626 供給口 700 液滴噴射裝置 721 托盤 731 墨盒 742 往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu) 750 供紙部 752a 從動(dòng)輥 770 操作面110。另外，如圖1所示，將與第1方向交叉的方向作為第2方向120。例如，第1方向110 與第2方向120也可以實(shí)質(zhì)為正交關(guān)系。振動(dòng)板10能夠?yàn)槔缡褂脤?dǎo)電體、半導(dǎo)體、絕緣體中的至少一種而形成的板狀的基板。如圖I(B)所示，振動(dòng)板10具有第1面16(上側(cè)的面)。第1面16為設(shè)置后述的壓電體層30以及第2電極40的面。振動(dòng)板10如圖I(B)所示，也可以是多層的層疊體。另外，雖然未圖示，但振動(dòng)板10也可以是單層。在振動(dòng)板10為層疊體的情況下，如圖I(B)所示，振動(dòng)板10包括構(gòu)成第1面16的第1層11。如圖1 (B)所示，第1層11也可以層疊于第 2層12之上。雖然未圖示，但振動(dòng)板10也可以還包括第3層。振動(dòng)板10能夠成為包括壓電元件100的壓電致動(dòng)器的可動(dòng)部分，也可以構(gòu)成壓力發(fā)生室等的壁的一部分。作為振動(dòng)板10的材質(zhì)，能夠使用例如氮化硅等無機(jī)氮化物、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦等無機(jī)氧化物、 不銹鋼等合金。例如，在振動(dòng)板10中，可以在第1層11使用氧化鋯，在第2層12使用氧化硅。振動(dòng)板10的厚度根據(jù)所使用的材質(zhì)的彈性模量等最適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇。在振動(dòng)板10為包括壓電元件100的壓電致動(dòng)器的振動(dòng)板的情況下，振動(dòng)板10的厚度能夠設(shè)為例如200nm 以上且5000nm以下。如果振動(dòng)板10的厚度比200nm薄，則有時(shí)難以獲取振動(dòng)等的機(jī)械輸出；如果比5000nm厚，則有時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)等。振動(dòng)板10通過壓電體層30的工作能夠撓曲和/或者振動(dòng)。振動(dòng)板10如圖KA)以及圖I(B)所示，在第1面16具有凹部14。凹部14在第1 面16形成于在上方設(shè)置后述的壓電體層30的位置。雖然未圖示，但也可以在振動(dòng)板10中以相鄰的方式設(shè)置有多個(gè)凹部14。凹部14的形狀只要能夠在振動(dòng)板10的第1面16形成凹陷即可，沒有特別限定。凹部14的內(nèi)面也可以包括與第1面16的開口部連續(xù)的錐面狀側(cè)面以及底面。如圖I(A)所示，凹部14也可以形成為底面在第1方向110上延伸。S卩，凹部14也可以是槽狀凹部。雖然未圖示，但凹部14的側(cè)面也可以不是錐面狀的，而是從第1 面16向鉛垂方向延伸的面。另外，雖然未圖示，但凹部14的內(nèi)面也可以由例如大致圓弧狀的連續(xù)的曲面形成。凹部14如圖I(B)所示，也可以不貫通振動(dòng)板10的第1層11而僅形成于第1層 11。由此，殘留于凹部14的底面與第2層12之間的第1層11作為阻擋層而起作用，能夠防止例如第1電極20以及壓電體層30等所含的金屬元素的擴(kuò)散，所以能夠提高壓電元件 100的可靠性。另夕卜，凹部14如圖2所示，也可以形成為貫通第1層11而到達(dá)第2層12。由此， 能夠使可動(dòng)區(qū)域的振動(dòng)板10的膜厚度更薄。因此，能夠進(jìn)一步增大施加預(yù)定的電壓時(shí)的壓電元件100的移位量。第1電極20如圖I(A)以及圖I(B)所示，形成于振動(dòng)板10的凹部14內(nèi)并填充凹部14。在這里，如圖1 (B)所示，第1電極20具有構(gòu)成與第1面16連續(xù)的平面的面21 (上側(cè)的面21)。因此，形成第1電極20的區(qū)域由形成于振動(dòng)板10的凹部14的形狀限制。如圖I(A)所示，凹部14形成為在第1方向110上延伸，所以第1電極20也形成為在第1方向110上延伸。第1電極20與第2電極40成對(duì)，作為夾著壓電體層30的一方的電極而起作用。第1電極20也可以為例如壓電元件100的下部電極。雖然未圖示，但第1電極20 與引線布線電連接，所述引線布線與驅(qū)動(dòng)電路電連接。第1電極20與引線布線的電連接方法沒有特別限定。
第1電極20的材質(zhì)只要是具有導(dǎo)電性的物質(zhì)即可并無特別限定。作為第1電極 20的材質(zhì)，能夠使用例如Ni、Ir、Au、Pt、W、Ti、Cr、Ag、Pd、Cu等各種金屬以及這些金屬的合金、這些金屬的導(dǎo)電性氧化物(例如氧化銥等)、Sr與Ru的復(fù)合氧化物、La與Ni的復(fù)合氧化物等。另外，第1電極20既可以是例示的材料的單層，也可以是層疊有多種材料的結(jié)構(gòu)。壓電體層30如圖I(A)以及圖I(B)所示，配設(shè)于第1電極20與第2電極40之間。如圖KA)以及圖I(B)所示，壓電體層30形成于振動(dòng)板10(第1面16)以及第1電極 10 (上側(cè)的面21)所構(gòu)成的連續(xù)的平面之上。如圖1 (A)所示，壓電體層30也可以形成為在第1方向110上延伸。如圖1 (B)所示，壓電體層30具有形成有后述的第2電極40的上側(cè)的面31 (與第1電極20側(cè)的面相反一側(cè)的面)和錐面狀的側(cè)面。壓電體層30的厚度只要在施加電壓時(shí)能夠?qū)嵸|(zhì)性地進(jìn)行伸縮變形即可，沒有特別限定。作為壓電體層30的材質(zhì)，只要是具有壓電特性的壓電材料即可，沒有特別限定， 優(yōu)選，使用由通式ABO3所示的鈣鈦礦型氧化物。作為這樣的材質(zhì)的具體的例子，可以列舉鈦酸鋯酸鉛(Pb (Zr, Ti) O3)、鈮酸鈦酸鋯酸鉛(Pb (Zr, Ti，Nb) O3)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈮酸鉀鈉((K，Na)NbO3)等。第2電極40以與第1電極20相對(duì)的方式配置于壓電體層30之上。如圖1㈧以及圖I(B)所示，第2電極40也可以以覆蓋壓電體層30的方式形成于第2方向120上。形成第2電極40的區(qū)域，如圖I(B)所示，只要在壓電體層30之上與第1電極20的至少一部分重疊以形成驅(qū)動(dòng)區(qū)域35 (在被夾在第1電極20與第2電極40之間的壓電體層30的區(qū)域中，實(shí)質(zhì)性變形的區(qū)域)即可，沒有特別限定。因此，第2電極40的詳細(xì)的形狀是確定驅(qū)動(dòng)區(qū)域時(shí)的設(shè)計(jì)事項(xiàng)，能夠根據(jù)所希望的驅(qū)動(dòng)區(qū)域適當(dāng)確定。未圖示，但第2電極40也可以連續(xù)覆蓋多個(gè)相鄰的壓電體層30。第2電極40與第1電極20成對(duì)，作為夾著壓電體層30的一方電極而起作用。在第1電極20為下部電極的情況下，第2電極40也可以為上部電極。第2電極40與未圖示的驅(qū)動(dòng)電路電連接。第2電極40與驅(qū)動(dòng)電路的電連接方法沒有特別限定。第2電極40與驅(qū)動(dòng)電路也可以經(jīng)由未圖示的引線布線電連接。另外，未圖示，但也可以在第2電極40的一部分表面上形成有絕緣性保護(hù)膜。第2電極40的材質(zhì)只要是具有導(dǎo)電性的物質(zhì)即可沒有特別限定。作為第2電極 40的材質(zhì)，能夠使用例如Ni、Ir、Au、Pt、W、Ti、Ta、Mo、Cr、Pd、Cu等各種金屬以及這些金屬的合金、這些金屬的導(dǎo)電性氧化物(例如氧化銥等)、Sr與Ru的復(fù)合氧化物、La與Ni的復(fù)合氧化物等。另外，第2電極40既可以是例示的材料的單層，也可以是層疊有多種材料的結(jié)構(gòu)。通過上面的任何一種構(gòu)成，都能夠構(gòu)成本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100。本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100具有例如下面的特征。根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100，第1電極20形成于振動(dòng)板10的凹部14 內(nèi)，并且其上側(cè)的面21構(gòu)成與振動(dòng)板10的第1面16連續(xù)的平面。由此，第1電極20不具有從振動(dòng)板10的第1面16向壓電體層30側(cè)突出的部分，所以能夠緩和驅(qū)動(dòng)時(shí)在壓電體層 30內(nèi)的電場(chǎng)集中。因此，使施加于壓電體層30的電場(chǎng)更均勻化，施加于構(gòu)成部件的應(yīng)力的集中也得到緩和，所以變得難以產(chǎn)生裂紋。因此，能夠提供可靠性提高了的壓電元件100。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100，具有形成于振動(dòng)板10(第1面16) 以及第1電極20(上側(cè)的面21)所構(gòu)成的連續(xù)的平面之上的壓電體層30。由此，本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100的壓電體層30的膜厚度均勻，且上側(cè)的面31能夠?yàn)槠教沟拿?。另外，結(jié)晶成長(zhǎng)的界面為平面，所以壓電體層30能夠?yàn)榻Y(jié)晶成長(zhǎng)穩(wěn)定、結(jié)晶結(jié)構(gòu)變得更均勻的壓電體層。因此，由于具有形成于平面之上的壓電體層30，所以與具有以覆蓋結(jié)構(gòu)物的方式所形成的壓電體層的壓電元件相比，能夠提供可靠性更高的壓電元件100。詳細(xì)情況將后述。1-2.壓電元件的制造方法接下來，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100的制造方法進(jìn)行說明。圖3(A) 圖 3(D)以及圖4(A) 圖4(D)是模式性表示本實(shí)施方式的壓電元件100的制造工序的剖視圖。在各圖中，左圖為沿第1方向110的剖視圖，右圖為沿第2方向120的剖視圖。本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法包括在振動(dòng)板10形成凹部14的工序； 在振動(dòng)板10的凹部14內(nèi)形成第1電極20的工序；在振動(dòng)板10以及第1電極20之上形成壓電體層30的工序；和在壓電體層30之上形成第2電極40的工序。首先，如圖3(A)所示，在振動(dòng)板10形成凹部14。在這里，所準(zhǔn)備的振動(dòng)板10也可以是比作為壓電元件100所希望的厚度厚的振動(dòng)板10。例如，在振動(dòng)板10具有第1以及第 2層11、12時(shí)，第1層11也可以具有比所希望的厚度厚的膜厚度。另外，未圖示，但也可以以所希望的厚度準(zhǔn)備振動(dòng)板10。對(duì)凹部14進(jìn)行構(gòu)圖的方法沒有特別限定。凹部14的構(gòu)圖能夠通過例如在所希望的位置形成抗蝕劑、通過公知的光刻技術(shù)以及/或者蝕刻技術(shù)來進(jìn)行。在使用蝕刻技術(shù)時(shí)，能夠使用濕式蝕刻或者干式蝕刻。在這里，如圖3(A)所示，將振動(dòng)板10的形成有凹部14的面設(shè)為第1面16a。接下來，如圖3(B)所示，以填充振動(dòng)板10的凹部14的方式形成導(dǎo)電膜20a。如圖 3(B)所示，導(dǎo)電膜20a也可以形成為填充凹部14并覆蓋第1面16a。另外，未圖示，但導(dǎo)電膜20a也可以形成為導(dǎo)電膜20a的上側(cè)的面的一部分與第1面16a構(gòu)成同一面。另外，未圖示，但也可以形成為形成于凹部14內(nèi)的導(dǎo)電膜20a的膜厚度與所希望的第一電極20的膜厚度相同。形成導(dǎo)電膜20a的方法沒有特別限定，能夠使用公知的成膜方法。例如，能夠通過濺射法、CVD (化學(xué)氣相沉積)法、PVD (物理氣相沉積)法等蒸鍍法、旋涂法、MOD法(金屬有機(jī)物沉積法)、鍍敷法等來形成導(dǎo)電膜20a。接下來，如圖3(C)所示，從導(dǎo)電膜20a側(cè)進(jìn)行研磨，進(jìn)行平坦化。在該平坦化工序中，使由導(dǎo)電膜20a所覆蓋的振動(dòng)板10露出。進(jìn)行基于研磨的平坦化，使得凹部14內(nèi)的導(dǎo)電膜20a變?yōu)樗Ｍ哪ず穸取Ｓ纱?，形成形成于凹?4內(nèi)的第1電極20 (以及上側(cè)的面 21)與第1面16。另外，也可以在第1面16a露出后，進(jìn)一步研磨去除振動(dòng)板10的第1層 11的表層部分。由此，能夠可靠地使第1電極20的上側(cè)的面21與振動(dòng)板10的第1面16 所構(gòu)成的連續(xù)的平面成為平坦的面。研磨的方法能夠使用公知的研磨方法。例如，研磨的方法能夠使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、旋涂玻璃(SOG)等。更優(yōu)選的是，通過由化學(xué)機(jī)械研磨 (CMP)進(jìn)行平坦化，由此能夠更均勻地將第1面16與上側(cè)的面21所構(gòu)成的平面平坦化。接下來，如圖3(D)所示，在振動(dòng)板10以及第一電極20之上形成壓電體層30a。形成方法沒有特別限定，能夠使用公知的成膜方法以及燒制方法。例如能夠涂敷包括通過溶膠-凝膠法等形成的前體溶液的壓電材料，通過進(jìn)行熱處理形成壓電體層30a。另外，壓電體層30a也可以使用旋涂法、CVD法、MOD法、濺射法、激光消融(laserablation)法等來形成。熱處理的條件根據(jù)所使用的工藝、壓電材料適當(dāng)確定。熱處理的條件，只要是所使用的壓電材料膜能夠結(jié)晶化的溫度即可，沒有特別限定。熱處理，能夠在例如氧氣氣氛中在500 度以上且900度以下進(jìn)行。另外，熱處理也可以包括以脫脂等為目的的預(yù)燒制。此時(shí)，如圖3(D)所示，也可以在第一面16與上側(cè)的面21所構(gòu)成的平面之上形成取向控制膜30b。所謂取向控制膜30b，是控制壓電體層30a在燒制時(shí)進(jìn)行結(jié)晶化時(shí)的取向的層。就取向控制膜30b而言，能夠使用例如鈦膜、鑭鎳氧化物膜等。另外，除了取向控制膜30b外，也可以形成氮化鈦膜等的導(dǎo)電膜20a的氧化防止膜。在這里，如圖3(D)所示，壓電體層30a是在第1面16與上側(cè)的面21所構(gòu)成的平面之上成膜后實(shí)施熱處理而形成的。由此，如圖3(D)所示，能夠使所得到的壓電體層30a 的膜厚度均勻，并且使上側(cè)的面31為平坦的面。接下來，如圖4㈧ 圖4(D)所示，形成壓電體層30以及第2電極40。在下面，對(duì)形成壓電體層30以及第2電極40的工序的一例進(jìn)行說明。然而，形成壓電體層30以及第 2電極40的工序只要能夠形成具備上述的構(gòu)成的壓電體層30以及第2電極40即可，能夠使用公知的方法，其方法以及工序順序并不限定于下面的說明。首先，如圖4(A)所示，也可以在壓電體層30a之上形成導(dǎo)電膜40a。導(dǎo)電膜40a由與第2電極40相同的材料或者不同的材料形成，并且具有比第2電極40的膜厚度薄的膜厚度。形成導(dǎo)電膜40a的方法沒有特別限定，能夠使用公知的成膜技術(shù)形成。就公知的成膜方法而言，能夠使用例如濺射法、CVD法、PVD法等蒸鍍法、旋涂法、MOD法、鍍敷法等。接下來，如圖4(B)所示，也可以將導(dǎo)電膜40a構(gòu)圖為所希望的形狀，形成導(dǎo)電膜 40b，將導(dǎo)電膜40b作為硬掩模來對(duì)壓電體層30a進(jìn)行構(gòu)圖。就導(dǎo)電膜40a以及壓電體層 30a的構(gòu)圖而言，能夠使用公知的光刻技術(shù)以及/或者蝕刻技術(shù)。在使用蝕刻技術(shù)的情況下，能夠適當(dāng)?shù)匦纬晒目刮g劑而采用濕式蝕刻或者干式蝕刻。在這里，未圖示，但也可以通過適當(dāng)形成抗蝕劑等，進(jìn)行分級(jí)式的蝕刻，從而在壓電體層30中形成朝向第1電極20 的接觸孔。接下來，如圖4(C)所示，也可以在被構(gòu)圖后的壓電體層30之上形成導(dǎo)電膜40c。 導(dǎo)電膜40c能夠由與第2電極40相同的材料或者不同的材料形成并且包入導(dǎo)電膜40b。導(dǎo)電膜40c也可以通過與導(dǎo)電膜40a同樣的方法形成。接下來，如圖4(D)所示，也可以將導(dǎo)電膜40c構(gòu)圖為所希望的形狀，形成第2電極 40。導(dǎo)電膜40c也可以通過與導(dǎo)電膜40b同樣的方法被構(gòu)圖。由此，如圖4(D)所示，能夠在壓電體層30中形成由第1電極20與第2電極40所夾著的部分即驅(qū)動(dòng)區(qū)域35。通過上面的工序，能夠制造壓電元件100。然而，如上所述，形成壓電體層30與第 2電極40的工序并不限定于上述工序。未圖示，但也可以例如在壓電體層30a之上形成與第2電極40相同膜厚度的導(dǎo)電膜并形成所希望的抗蝕劑，然后連續(xù)對(duì)該導(dǎo)電膜與壓電體層 30a進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成壓電體層30與第2電極40。另外，也可以例如分級(jí)地形成抗蝕劑， 由此形成壓電體層30與第2電極40。本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法具有例如下面的特征。根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠提供本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100。另外，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠提高壓電元件的可
9靠性，并且能夠提高制造工序的成品率。下面說明詳細(xì)情況。一般來說，在使用公知的成膜技術(shù)在設(shè)置有結(jié)構(gòu)物的平面上以覆蓋結(jié)構(gòu)物的方式形成壓電體層的情況下，將其膜厚度形成得均勻在技術(shù)上是很困難的。另外，該壓電體層的上側(cè)的面與結(jié)構(gòu)物的形狀相對(duì)應(yīng)，所以確保上側(cè)的面的平坦性也伴有技術(shù)上的困難。然而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠在振動(dòng)板10(第1面 16)以及第1電極20 (上側(cè)的面21)所構(gòu)成的連續(xù)的平面之上形成壓電體層30。由此，與以覆蓋結(jié)構(gòu)物的方式所形成的壓電體層相比，能夠制造具有膜厚度更均勻的壓電體層30的壓電元件。另外，能夠?qū)弘婓w層30在平面上結(jié)晶化，所以燒制時(shí)的壓電體層的結(jié)晶成長(zhǎng)穩(wěn)定，能夠制造結(jié)晶結(jié)構(gòu)更均勻的壓電體層30。因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠提高壓電元件的可靠性。另外，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠制造具有上側(cè)的面31 的平坦性更高的壓電體層30的壓電元件。與以覆蓋結(jié)構(gòu)物的方式所形成的壓電體層相比， 被構(gòu)圖前的壓電體層30a的上側(cè)的面31的平坦性升高，由此使得在后面的工序中所形成的抗蝕劑和/或?qū)щ娔さ雀鞑考哪ず穸茸兊镁鶆?，?gòu)圖時(shí)的對(duì)準(zhǔn)精度等提高，所以各部件的成形性提高。因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的制造方法，能夠提高制造工序的成品率。2.液滴噴射頭接下來，一邊參照附圖一邊對(duì)具有本實(shí)施方式所涉及的壓電元件100的液滴噴射頭600進(jìn)行說明。圖5是模式性表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射頭600的重要部分的剖視圖。圖6是表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射頭600的分解立體圖，與通常使用的狀態(tài)上下反向地表示。另外，在圖6中，將壓電元件100簡(jiǎn)略化而進(jìn)行圖示。如圖5以及圖6所示，液滴噴射頭600具有上述的壓電元件100 (壓電致動(dòng)器100)。 另外，液滴噴射頭600如圖5以及圖6所示，包括具有噴嘴孔612的噴嘴板610 ；和用于形成壓力室622的壓力室基板620。壓電元件100的個(gè)數(shù)沒有特別限定，可以形成多個(gè)。另外，在形成有多個(gè)壓電元件 100的情況下，振動(dòng)板10為共用的基板并形成多個(gè)凹部14，并且第2電極40為共用電極。 進(jìn)而，液滴噴射頭600如圖6所示，能夠具有殼體630。噴嘴板610如圖5以及圖6所示，具有噴嘴孔612。能夠從噴嘴孔612，作為液滴而排出墨液等的液體等(不僅是液體，也包括通過溶劑和/或分散介質(zhì)將各種功能性材料調(diào)整為適當(dāng)粘度而成的物質(zhì)或者包含金屬薄片等的物質(zhì)等。下同)。在噴嘴板610，將例如多個(gè)噴嘴孔612設(shè)置成一列。作為噴嘴板610的材質(zhì)，能夠列舉例如硅、不銹鋼(SUS)等。壓力室基板620設(shè)置于噴嘴板610上(在圖6的例子中為下)。作為壓力室基板 620的材質(zhì)，能夠例示例如硅等。壓力室基板620對(duì)噴嘴板610與振動(dòng)板10之間的空間進(jìn)行劃分，由此如圖6所示，設(shè)置有儲(chǔ)存箱(液體貯存部)6M、與儲(chǔ)存箱擬4連通的供給口 626 和與供給口 6 連通的壓力室622。在該例子中，將儲(chǔ)存箱624、供給口 6 與壓力室622 區(qū)別說明，但它們都是液體等的流路，這樣的流路怎樣設(shè)計(jì)都可以。另外，例如，供給口 6 在圖示的例子中具有使流路的一部分變狹窄的形狀，但能夠根據(jù)設(shè)計(jì)而任意形成，并不是必須的構(gòu)成。儲(chǔ)存箱624、供給口 6 以及壓力室622是由噴嘴板610、壓力室基板620與振動(dòng)板10劃分出的。儲(chǔ)存箱624能夠暫時(shí)貯存從外部(例如墨盒)通過設(shè)置于振動(dòng)板10的貫通孔擬8供給的墨液。儲(chǔ)存箱624內(nèi)的墨液能夠經(jīng)由供給口 626向壓力室622供給。 壓力室622由于振動(dòng)板10的變形而導(dǎo)致容積變化。壓力室622與噴嘴孔612連通，通過壓力室622的容積變化，從噴嘴孔612排出液體等。壓電元件100設(shè)置于壓力室基板620上(在圖6的例子中為下)。壓電元件100 與壓電元件驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)電連接，能夠基于壓電元件驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)工作(振動(dòng)、變形)。振動(dòng)板10通過層疊結(jié)構(gòu)(壓電體層30)的工作而變形，能夠使壓力室622的內(nèi)部壓力適當(dāng)變化。殼體630如圖6所示，能夠收納噴嘴板610、壓力室基板620以及壓電元件100。作為殼體630的材質(zhì)，能夠列舉例如樹脂、金屬等。液滴噴射頭600包括可靠性提高了的壓電元件100。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性提高了的液滴噴射頭。另外，在這里，對(duì)于液滴噴射頭600為噴墨式記錄頭的情況進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明的液滴噴射頭，也能夠作為例如在液晶顯示器等的濾色器的制造中所用的色材噴射頭、在有機(jī)EL(電致發(fā)光)顯示器、FED(面發(fā)光顯示器)等的電極形成中所用的電極材料噴射頭、在生物芯片制造中所用的生物有機(jī)物噴射頭等來使用。3.液滴噴射裝置接下來，一邊參照附圖一邊對(duì)本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射裝置進(jìn)行說明。液滴噴射裝置具有上述的液滴噴射頭。在下面，對(duì)于液滴噴射裝置為具有上述的液滴噴射頭600 的噴墨打印機(jī)的情況進(jìn)行說明。圖7是模式性表示本實(shí)施方式所涉及的液滴噴射裝置700 的立體圖。液滴噴射裝置700如圖7所示，包括噴頭單元730、驅(qū)動(dòng)部710與控制部760。進(jìn)而，液滴噴射裝置700能夠包括裝置本體720、供紙部750、設(shè)置記錄用紙P的托盤721、排出記錄用紙P的排出口 722和配置于裝置本體720的上側(cè)的面的操作面板770。噴頭單元730具有由上述的液滴噴射頭600所構(gòu)成的噴墨式記錄頭(下面也簡(jiǎn)稱為“噴頭”)。噴頭單元730還具備向噴頭供給墨液的墨盒731和搭載噴頭以及墨盒731的運(yùn)送部(滑架)732。驅(qū)動(dòng)部710能夠使噴頭單元730往復(fù)移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)部710具有作為噴頭單元730 的驅(qū)動(dòng)源的滑架馬達(dá)741 ；和承受滑架馬達(dá)741的旋轉(zhuǎn)而使噴頭單元730往復(fù)移動(dòng)的往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)742。往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)742具備兩端被支持于框架(未圖示)的滑架導(dǎo)引軸744 ；和與滑架導(dǎo)引軸744平行地延伸的同步帶743。滑架導(dǎo)引軸744 —邊使滑架732能夠自如地往復(fù)移動(dòng)一邊支持滑架732。進(jìn)而，滑架732固定于同步帶743的局部。在通過滑架馬達(dá)741的工作使同步帶743移動(dòng)時(shí)，噴頭單元730由滑架導(dǎo)引軸744導(dǎo)引而往復(fù)移動(dòng)。在該往復(fù)移動(dòng)時(shí)，從噴頭適當(dāng)排出墨液，進(jìn)行向記錄用紙P的印刷。另外，在本實(shí)施方式中，表示了液滴噴射頭600以及記錄用紙P都一邊移動(dòng)一邊進(jìn)行印刷的例子，但本發(fā)明的液滴噴射裝置也可以是液滴噴射頭600以及記錄用紙P互相相對(duì)地改變位置而對(duì)記錄用紙P進(jìn)行印刷的機(jī)構(gòu)。另外，在本實(shí)施方式中，表示了對(duì)記錄用紙 P進(jìn)行印刷的例子，但作為能夠通過本發(fā)明的液滴噴射裝置實(shí)施印刷的記錄介質(zhì)，并不限定于紙，也能夠列舉布、膜、金屬等廣泛的介質(zhì)，能夠適當(dāng)變更構(gòu)成。
控制部760能夠控制噴頭單元730、驅(qū)動(dòng)部710以及供紙部750。供紙部750能夠?qū)⒂涗浻眉圥從托盤721向噴頭單元730側(cè)送入。供紙部750具備作為其驅(qū)動(dòng)源的供紙馬達(dá)751 ；和通過供紙馬達(dá)751的工作而旋轉(zhuǎn)的供紙輥752。供紙輥752具備夾著記錄用紙P的輸送路徑而上下相對(duì)的從動(dòng)輥75 以及驅(qū)動(dòng)輥752b。驅(qū)動(dòng)輥752b連接于供紙馬達(dá)751。當(dāng)通過控制部760驅(qū)動(dòng)供紙部750時(shí)，記錄用紙P以通過噴頭單元730的下方的方式被輸送。噴頭單元730、驅(qū)動(dòng)部710、控制部760以及供紙部750設(shè)置于裝置本體720的內(nèi)部。液滴噴射裝置700包括可靠性提高了的壓電元件100。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性提高了的液滴噴射裝置。另外，上述例示的液滴噴射裝置具有1個(gè)液滴噴射頭，能夠通過該液滴噴射頭對(duì)記錄介質(zhì)進(jìn)行印刷，但也可以具有多個(gè)液滴噴射頭。在液滴噴射裝置具有多個(gè)液滴噴射頭的情況下，多個(gè)液滴噴射頭既可以分別獨(dú)立地如上所述那樣工作，也可以將多個(gè)液滴噴射頭相互連接而成為一個(gè)集合了的噴頭。作為這樣的成為集合的噴頭，能夠列舉例如多個(gè)噴頭的各個(gè)的噴嘴孔整體具有均勻的間隔那樣的行式噴頭。上面，作為本發(fā)明所涉及的液滴噴射裝置的一例，對(duì)于作為噴墨打印機(jī)的噴墨記錄裝置700進(jìn)行了說明，但本發(fā)明所涉及的液滴噴射裝置也能夠利用于工業(yè)。作為在這樣的情況下所排出的液體等(液狀材料)，能夠使用通過溶劑和/或分散介質(zhì)將各種功能性材料調(diào)整為適當(dāng)粘度而成的物質(zhì)等。本發(fā)明中的液滴噴射裝置，除了例示的打印機(jī)等圖像記錄裝置以外，也能夠作為液晶顯示器等的濾色器的制造中所用的色材噴射裝置、有機(jī)EL顯示器、FED (面發(fā)光顯示器)、電泳顯示器等的電極和/或?yàn)V色器的形成中所用的液體材料噴射裝置、在生物芯片制造中所用的生物有機(jī)材料噴射裝置而良好地使用。另外，上述的實(shí)施方式以及各種變形分別為一例，本發(fā)明并不限定于它們。例如能夠適當(dāng)組合多個(gè)實(shí)施方式以及各變形。本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，還能夠進(jìn)行各種變形。例如，本發(fā)明包括與在實(shí)施方式中所說明的構(gòu)成實(shí)質(zhì)相同的構(gòu)成(例如，功能、方法以及結(jié)果相同的構(gòu)成或者目的以及效果相同的構(gòu)成)。另外，本發(fā)明包括將在實(shí)施方式中所說明的構(gòu)成中的非本質(zhì)部分置換后的構(gòu)成。另外，本發(fā)明包括能夠起到與在實(shí)施方式中所說明的構(gòu)成相同的作用效果的構(gòu)成或者達(dá)成相同的目的的構(gòu)成。另外，本發(fā)明包括對(duì)在實(shí)施方式中所說明的構(gòu)成附加公知技術(shù)而成的構(gòu)成。
1權(quán)利要求
1.一種壓電元件，其中，包括 振動(dòng)板，其在第1面具有凹部； 第1電極，其形成于所述凹部?jī)?nèi)；壓電體層，其形成于所述振動(dòng)板以及所述第1電極之上；和第2電極，其形成于所述壓電體層之上，所述第1電極的上側(cè)的面構(gòu)成與所述第1面連續(xù)的平面。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中所述振動(dòng)板為包括構(gòu)成所述第1面的第1層的層疊體； 所述凹部不貫通所述第1層。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中所述振動(dòng)板為包括構(gòu)成所述第1面的第1層的層疊體； 所述凹部貫通所述第1層。
4.如權(quán)利要求2或3所述的壓電元件，其中 所述第1層為氧化鋯。
5.一種液滴噴射頭，其中包括權(quán)利要求4所述的壓電元件。
6.一種液滴噴射裝置，其中包括權(quán)利要求5所述的液滴噴射頭。
7.一種壓電元件的制造方法，其中，包括 在振動(dòng)板形成凹部的工序；在所述振動(dòng)板的所述凹部?jī)?nèi)形成第1電極的工序；在所述振動(dòng)板以及所述第1電極之上形成壓電體層的工序；和在所述壓電體層之上形成第2電極的工序；形成所述第1電極的工序包括以填充所述凹部的方式形成導(dǎo)電膜的工序；和從所述導(dǎo)電膜側(cè)進(jìn)行研磨、進(jìn)行平坦化的工序；在所述平坦化的工序中，使所述振動(dòng)板露出。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電元件的制造方法，其中 所述平坦化的工序通過化學(xué)機(jī)械研磨來進(jìn)行。
9.一種液滴噴射頭的制造方法，其中包括權(quán)利要求7或8所述的壓電元件的制造方法。
10.一種液滴噴射裝置的制造方法，其中包括權(quán)利要求9所述的液滴噴射頭的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明提供可靠性提高了的壓電元件、液滴噴射頭、液滴噴射裝置以及它們的制造方法。本發(fā)明所涉及的壓電元件，包括在第1面(16)具有凹部(14)的振動(dòng)板(10)；形成于凹部(14)內(nèi)的第1電極(20)；形成于振動(dòng)板(10)以及第1電極(20)之上的壓電體層(30)；和形成于壓電體層(30)之上的第2電極(40)，第1電極(20)的上側(cè)的面(21)構(gòu)成與第1面(16)連續(xù)的平面。
文檔編號(hào)H01L41/22GK102416767SQ20111026169
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者小島力, 平井榮樹 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社