專(zhuān)利名稱(chēng)：致動(dòng)器裝置及其制造方法、液體噴射頭以及液體噴射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在振動(dòng)板上具有壓電元件的致動(dòng)器裝置及其制造方法、使用該致動(dòng)器裝置的液體噴射頭以及液體噴射裝置，其中所述壓電元件由下電極、壓電體層、以及上電極構(gòu)成，所述壓電體層由壓電材料形成。
背景技術(shù)：
作為用于致動(dòng)器裝置的壓電元件，有以下電極和上電極兩個(gè)電極夾持壓電體層而構(gòu)成的壓電元件，所述壓電體層由呈機(jī)電轉(zhuǎn)換功能的壓電材料、例如結(jié)晶化的壓電陶瓷等形成。該致動(dòng)器裝置通常被稱(chēng)為撓曲振動(dòng)模式的致動(dòng)器裝置，例如被安裝在液體噴射頭等中來(lái)使用。另外，作為液體噴射頭的代表示例，例如有噴墨式記錄頭等，在該噴墨式記錄頭中，與噴出墨滴的噴嘴開(kāi)口連通的壓力產(chǎn)生室的一部分由振動(dòng)板構(gòu)成，通過(guò)壓電元件使該振動(dòng)板變形，對(duì)壓力產(chǎn)生室的墨水進(jìn)行加壓，從而從噴嘴開(kāi)口噴出墨滴。另外，作為安裝在噴墨式記錄頭中的致動(dòng)器裝置，例如有通過(guò)成膜技術(shù)在振動(dòng)板的整個(gè)表面上形成均勻的壓電材料層，通過(guò)平板印刷方法將該壓電材料層切分成與壓力產(chǎn)生室對(duì)應(yīng)的形狀，從而形成每個(gè)壓力產(chǎn)生室各自獨(dú)立的壓電元件(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
在具有該壓電元件的致動(dòng)器裝置中，通過(guò)平板印刷方法這種精密、簡(jiǎn)單的方法，不僅可以高密度地固定壓電元件，而且還可以使壓電元件的厚度很薄，從而可以高速驅(qū)動(dòng)。但是，這樣形成的壓電元件存在著由構(gòu)成壓電元件的各個(gè)膜的膜質(zhì)、或膜應(yīng)力等所導(dǎo)致的膜剝離的問(wèn)題。尤其是壓電元件的最上層、即上電極容易從壓電體層上剝離。
另外，為了調(diào)整構(gòu)成壓電元件的膜的應(yīng)力，例如可以在壓電層(壓電體層)之間設(shè)置應(yīng)力緩和層(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。通過(guò)做成這種結(jié)構(gòu)，也許可以在一定程度上防止構(gòu)成壓電元件的膜剝離。但是，卻存在著壓電體層的壓電特性降低、從而造成驅(qū)動(dòng)壓電元件時(shí)無(wú)法獲得想要的位移量的危險(xiǎn)。
當(dāng)然，不僅安裝在噴墨式記錄頭等液體噴射頭中的致動(dòng)器裝置存在該問(wèn)題，安裝在其他所有裝置上的致動(dòng)器裝置均存在同樣的問(wèn)題。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)平5-286131號(hào)公報(bào)(圖3、第0013段等)；專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2004-128492號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種可以保持良好的壓電體層的壓電特性并且可以防止上電極剝離的致動(dòng)器裝置、該致動(dòng)器裝置的制造方法、液體噴射頭以及液體噴射裝置。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明第一方式的致動(dòng)器裝置的制造方法的特征在于，具有在基板上形成振動(dòng)板的步驟以及在該振動(dòng)板上形成由下電極、壓電體層、以及上電極構(gòu)成的壓電元件的步驟，在形成所述壓電元件的步驟中，通過(guò)濺射法在所述壓電體層上形成所述上電極，使濺射時(shí)的溫度為25～250(℃)、壓力為0.4～1.5(Pa)，由此形成厚度為30～100(nm)、應(yīng)力為0.3～2.0(Gpa)、且電阻率為2.0(×10-7Ω·m)以下的所述上電極。
通過(guò)該第一方式，由于確保了上電極與壓電體層的粘合性，所以能夠保持良好的壓電體層的壓電特性并且可以提高上電極的膜質(zhì)。因此，可以實(shí)現(xiàn)位移特性和耐久性均優(yōu)良的致動(dòng)器裝置。
本發(fā)明的第二方式是如第一方式所述致動(dòng)器裝置的制造方法，其特征在于，使形成所述上電極時(shí)的能量密度為3～30(kW/m2)。
通過(guò)該第二方式，可以更加可靠地形成具有期望應(yīng)力的上電極。
本發(fā)明的第三方式是如第一或第二方式所述致動(dòng)器裝置的制造方法，其特征在于，使用銥(Ir)來(lái)作為所述上電極的材料。
在該第三方式中，通過(guò)使用預(yù)定的材料來(lái)作為上電極，更加可靠地提高了上電極的膜質(zhì)。
本發(fā)明的第四方式是一種致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述致動(dòng)器裝置是通過(guò)第一至第三方式中任一種方式的制造方法來(lái)制造的。
在所述第四方式中，實(shí)現(xiàn)了位移特性和耐久性均顯著提高的致動(dòng)器裝置。
本發(fā)明的第五方式是一種液體噴射頭，其特征在于，所述液體噴射頭具有第四方式的致動(dòng)器裝置。
在所述第五方式中，實(shí)現(xiàn)了噴出特性良好并且耐久性顯著提高的液體噴射頭。
本發(fā)明的第六方式是一種液體噴射裝置，其特征在于，具有第五方式的液體噴射頭。
通過(guò)第六方式，由于提高了噴出特性和耐久性，因此可以實(shí)現(xiàn)可靠性顯著提高的液體噴射裝置。


圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的大體結(jié)構(gòu)的分解立體圖；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的平面圖和截面圖；圖3是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的制造方法的截面圖；圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的制造方法的截面圖；圖5是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的制造方法的截面圖；圖6是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的記錄頭的制造方法的截面圖；圖7是實(shí)施例和比較例的PZT薄膜的磁滯曲線(xiàn)；圖8是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的記錄裝置的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
(第一實(shí)施方式)圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的噴墨式記錄頭的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖2中的(a)和(b)是圖1的平面圖和沿A-A’所取的截面圖。如圖所示，在本實(shí)施方式中，流路形成基板10由面取向(110)的單晶硅基板形成，在其一個(gè)表面上形成有厚度為0.5～2μm的彈性膜50，該彈性膜50由通過(guò)預(yù)熱氧化形成的二氧化硅構(gòu)成。在流路形成基板10上，在其寬度方向上并列設(shè)置著由隔壁11區(qū)劃出的多個(gè)壓力產(chǎn)生室12。另外，在流路形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長(zhǎng)度方向外側(cè)的區(qū)域中形成有連通部13，連通部13與各個(gè)壓力產(chǎn)生室12通過(guò)按每個(gè)壓力產(chǎn)生室12分別設(shè)置的墨水供應(yīng)通路14而相連通。另外，連通部13與后述的保護(hù)基板的貯存部連通，并構(gòu)成作為各個(gè)壓力產(chǎn)生室12共用的墨水室的貯存器的一部分。墨水供應(yīng)通路14的寬度比壓力產(chǎn)生室12窄，從而使從連通部13流入壓力產(chǎn)生室12的墨水的流路阻力保持恒定。
另外，在流路形成基板10的開(kāi)口面一側(cè)間隔掩膜52并通過(guò)粘接劑或熱熔敷膜等固定有噴嘴板20，與各個(gè)壓力產(chǎn)生室12的與墨水供應(yīng)通路14相反的一側(cè)的端部附近連通的噴嘴開(kāi)口21穿透設(shè)置在該噴嘴板20上。另外，噴嘴板20例如由玻璃陶瓷、單晶硅基板或不銹鋼形成。
另一方面，在流路形成基板10的與開(kāi)口面相反的一側(cè)上形成有如上所述的由二氧化硅形成的、厚度例如大約為1.0μm的彈性膜50，在該彈性膜50上層積形成有例如由二氧化鋯(ZrO2)等形成的、厚度例如大約為0.4μm的絕緣體膜55。另外，在絕緣體膜55上形成有壓電元件300，所述壓電元件300由厚度例如大約為0.1～0.2μm的下電極膜60、厚度例如大約為0.5～5μm的壓電體層70、以及厚度例如大約為0.05μm的上電極膜80構(gòu)成。即，在本發(fā)明中，振動(dòng)板具有氧化膜，在該氧化膜上形成有壓電元件300。另外，通常將壓電元件300的某一個(gè)電極作為共用電極，并按每一個(gè)壓力產(chǎn)生室12對(duì)另一個(gè)電極和壓電體層70進(jìn)行圖案化。在本實(shí)施方式中，將下電極膜60做為壓電元件300的共用電極，將上電極膜80作為壓電元件300的專(zhuān)用電極，但也可以按照驅(qū)動(dòng)電路或布線(xiàn)的情況而將其互換。另外，在這里，將壓電元件300以及通過(guò)該壓電元件300的驅(qū)動(dòng)而改變位置的振動(dòng)板合稱(chēng)為致動(dòng)器裝置。
另外，在該各個(gè)壓電元件300的上電極膜80上分別連接有例如由金(Au)等形成的導(dǎo)線(xiàn)電極90，通過(guò)該導(dǎo)線(xiàn)電極90向各個(gè)壓電元件300選擇性地施加電壓。
另外，在本實(shí)施方式中，除了與下電極膜60的連接部60a以及導(dǎo)線(xiàn)電極90的連接部90a相對(duì)的區(qū)域以外，壓電元件300的各層以及導(dǎo)線(xiàn)電極90的布圖區(qū)域均被由絕緣材料形成的絕緣膜95覆蓋。即，除了該連接部60a、90a以外，下電極膜60、壓電體層70、上電極膜80、以及導(dǎo)線(xiàn)電極90的表面被絕緣膜95覆蓋。由此，可以防止壓電體層70的水分(濕氣)造成損害。另外，絕緣膜95的材料沒(méi)有特別的限定，只要是無(wú)機(jī)絕緣材料即可，例如，可以列舉出三氧化二鋁(Al2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)等，尤其優(yōu)選使用三氧化二鋁(Al2O3)。
在形成有該壓電元件300的流路形成基板10上，在與壓電元件300相對(duì)的區(qū)域中通過(guò)粘接劑等接合有具有壓電元件保持部31的保護(hù)基板30，該壓電元件保持部31用于保護(hù)壓電元件300。另外，壓電元件保持部31所確保的空間只要不會(huì)阻礙壓電元件300的運(yùn)動(dòng)即可，既可以密封該空間，也可以不進(jìn)行密封。另外，在保護(hù)基板30上，在與連通部13相對(duì)的區(qū)域中設(shè)有貯存部32，該貯存部32如上所述與流路形成基板10的連通部13連通并構(gòu)成作為各個(gè)壓力產(chǎn)生室12共用的墨水室的貯存器100。另外，在保護(hù)基板30的壓電元件保持部31與貯存部32之間的區(qū)域中設(shè)有在厚度方向上貫穿保護(hù)基板30的貫穿孔33，下電極膜60的一部分以及導(dǎo)線(xiàn)電極90的頂端部分露出到該貫通孔33內(nèi)，盡管圖中未示出，但在該下電極膜60和導(dǎo)線(xiàn)電極90上連接有從驅(qū)動(dòng)IC延伸設(shè)置的連接布線(xiàn)的一端。
作為保護(hù)基板30，優(yōu)選使用熱膨脹率與流路形成基板10大致相同的材料，例如玻璃、陶瓷材料等。在本實(shí)施方式中，使用材料與流路形成基板10相同的單晶硅基板。
在保護(hù)基板30上接合有由密封膜41和固定板42構(gòu)成的柔性基板40。這里，密封膜41由剛性低并具有可撓性的材料(例如，厚度為6μm的聚苯硫醚(PPS)膜)形成，通過(guò)該密封膜41來(lái)密封貯存部32的一個(gè)表面。另外，固定板42由金屬等硬質(zhì)材料(例如，厚度為30μm的不銹鋼(SUS)等)形成。該固定板42的與貯存器100相對(duì)的區(qū)域形成為在厚度方向上被完全除去的開(kāi)口部43，因此僅以具有可撓性的密封膜41來(lái)密封貯存器100的一個(gè)表面。
在本實(shí)施方式的該噴墨式記錄頭中，從圖中未示出的外部墨水供應(yīng)單元獲取墨水，在從貯存器100至噴嘴開(kāi)口21的內(nèi)部被墨水充滿(mǎn)后，根據(jù)來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路IC的記錄信號(hào)，在與壓力產(chǎn)生室12對(duì)應(yīng)的各個(gè)下電極膜60和上電極膜80之間施加電壓，使彈性膜50、下電極膜60、以及壓電體層70彎曲變形，由此各個(gè)壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力升高，從而從噴嘴開(kāi)口21噴出墨滴。
下面，參照?qǐng)D3～圖6來(lái)說(shuō)明噴墨式記錄頭的制造方法。另外，圖3～圖6是壓力產(chǎn)生室12的長(zhǎng)度方向的截面圖。首先，如圖3中的(a)所示，用大約1100℃的擴(kuò)散爐對(duì)流路形成基板用晶片110進(jìn)行熱氧化并在其表面上形成構(gòu)成彈性膜50的二氧化硅膜51，該基板用晶片110為硅晶片。另外，在本實(shí)施方式中，使用膜厚大約為625μm的較厚的、高剛性的硅晶片作為流路形成基板用晶片110。
接著，如圖3中的(b)所示，在彈性膜50(二氧化硅膜51)上形成由氧化鋯構(gòu)成的絕緣體膜55。具體來(lái)說(shuō)，在彈性膜50(二氧化硅膜51)上例如通過(guò)濺射(sputtering)法形成鋯(Zr)層后，例如用500～1200℃下的擴(kuò)散爐對(duì)該鋯層進(jìn)行熱氧化，由此形成由二氧化鋯(ZrO2)構(gòu)成的絕緣體膜55。
接著，如圖3中的(c)所示，在絕緣體膜55的整個(gè)表面上形成了由鉑(Pt)、銥(Ir)等構(gòu)成的下電極膜60后，將其圖案化為預(yù)定的形狀。例如，在本實(shí)施方式中，通過(guò)濺射法層積由銥構(gòu)成的膜以及由鉑構(gòu)成的膜，并將層積的多個(gè)膜圖案化為預(yù)定形狀，由此來(lái)形成下電極膜60。
接著，如圖3中的(d)所示，例如通過(guò)濺射法等在下電極60以及絕緣膜55上涂敷鈦(Ti)，由此形成預(yù)定厚度的鈦晶種層65。然后，在該鈦晶種層65上形成由壓電材料、在本實(shí)施方式中即鋯鈦酸鉛(PZT)構(gòu)成的壓電體層70。另外，在本實(shí)施方式中，將金屬有機(jī)物溶解、分散在觸媒中獲得所謂的溶膠，涂敷干燥該溶膠并使其凝膠化，再用高溫?zé)?，由此得到由金屬氧化物?gòu)成的壓電體層70，即使用溶膠-凝膠方法來(lái)形成壓電體層70。另外，壓電體層70的制造方法不限于溶膠-凝膠方法，例如也可以使用MOD(Metal-Organic Decomposition，有機(jī)金屬裂解)方法等。
作為壓電體層70的形成次序的一個(gè)例子，首先如圖4中的(a)所示，在鈦晶種層65上成膜形成作為PZT前驅(qū)體膜的壓電體前驅(qū)體膜71。即，在流路形成基板用晶片110上涂敷含有金屬有機(jī)化合物的溶膠(溶液)。然后，將壓電體前驅(qū)體膜71加熱至預(yù)定溫度，并將其干燥一定時(shí)間，使溶膠的溶媒蒸發(fā)，由此使壓電體前驅(qū)體膜71干燥。并且，在大氣氣氛中，在一定的溫度下使壓電體前驅(qū)體膜71脫脂一定的時(shí)間。另外，在這里所說(shuō)的脫脂是指使溶膠膜的有機(jī)成分成為例如NO2、CO2、H2O等而脫離。
然后，將該涂敷、干燥、脫脂的工序重復(fù)預(yù)定的次數(shù)、例如兩次，則如圖4中的(b)所示，形成預(yù)定厚度的壓電體前驅(qū)體膜71，用擴(kuò)散爐等對(duì)該壓電體前驅(qū)體膜71進(jìn)行加熱處理，由此使之結(jié)晶化，從而形成壓電體膜72。即，通過(guò)燒固壓電體前驅(qū)體膜71而使結(jié)晶以鈦晶種層65為晶核生長(zhǎng)，從而形成壓電體膜72。另外，燒固溫度優(yōu)選為650～850℃左右，例如，在本實(shí)施方式中，在大約700℃下將壓電體前驅(qū)體膜71燒固30分鐘，從而形成壓電體膜72。另外，在該條件下形成的壓電體膜72的結(jié)晶優(yōu)先沿(100)面取向。
再通過(guò)多次重復(fù)上述涂敷、干燥、脫脂、燒固等工序，如圖4中的(c)所示，形成例如由五層壓電體膜72構(gòu)成的預(yù)定厚度的壓電體層70。
另外，作為壓電體層70的材料，例如也可以使用在鋯鈦酸鉛(PZT)等鐵電壓電材料中添加了鈮、鎳、鎂、鉍、釔等金屬的弛豫鐵電體等。考慮壓電元件的特性、用途等來(lái)適宜地選擇其組分即可，例如可以列舉出PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)、Pb(Zi1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PIN-PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O3-PbTiO3(PST-PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PSN-PT)、BiScO3-PbTiO3(BS-PT)、BiYbO3-PbTiO3(BY-PT)等。
在這樣形成了壓電體層70之后，如圖5中的(a)所示，在流路形成用晶片110的整個(gè)表面上形成例如由銥(Ir)構(gòu)成的上電極膜80。此時(shí)，在本發(fā)明中，通過(guò)濺射法、例如DC或RF濺射法來(lái)形成厚度為30～100(nm)、應(yīng)力為0.3～2.0(GPa)、并且電阻率為2.0(×10-7Ω·m)以下的上電極膜80。另外，在這里，以正值表示拉伸方向的應(yīng)力，以負(fù)值表示壓縮方向的應(yīng)力。
為了使上電極膜80的應(yīng)力和電阻率為上述值，使成膜上電極膜80時(shí)的濺射壓力為0.4～1.5(Pa)，使成膜上電極膜80時(shí)的溫度、即流路形成基板用晶片110的加熱溫度處于25℃(常溫)～250℃的范圍內(nèi)。由此，通過(guò)形成厚度為30～100(nm)的上電極膜80，可以使上電極膜80的應(yīng)力和電阻率均為期望的值。另外，通過(guò)使成膜上電極膜80時(shí)的溫度處于25℃(常溫)～250℃的范圍內(nèi)，可以防止形成上電極膜80時(shí)的熱量對(duì)壓電體層70造成損害，從而可以使壓電體層70維持良好的壓電特性。
另外，對(duì)通過(guò)濺射法成膜上電極膜時(shí)的能量密度(power density)沒(méi)有特別的限定，優(yōu)選使其處于3～30(kW/m2)的范圍內(nèi)。由此，能夠更加可靠地形成應(yīng)力和電阻率為上述值的上電極膜80。
另外，通過(guò)以上述條件來(lái)成膜上電極膜80，可以使上電極膜80的電阻率為2.0(×10-7Ω·m)以下，而例如通過(guò)改變以濺射法成膜上電極膜80時(shí)導(dǎo)入的氬(Ar)等氣體的壓力，也可以調(diào)節(jié)上電極膜80的電阻率。
在這樣形成了上電極膜80之后，如圖5中的(b)所示，在與各個(gè)壓力產(chǎn)生室12相對(duì)的區(qū)域中對(duì)壓電體層70和上電極膜80進(jìn)行圖案化，從而形成壓電元件300。另外，在形成了壓電元件300之后，如圖5中的(c)所示，在流路形成基板用晶片110的整個(gè)表面上形成例如由金(Au)等構(gòu)成的金屬層91，然后，例如通過(guò)由抗蝕劑等構(gòu)成的掩膜圖案(圖中未示出)，按每個(gè)壓電元件300對(duì)金屬層91進(jìn)行圖案化，由此形成導(dǎo)線(xiàn)電極90。
然后，如圖5中的(d)所示，形成例如由二氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的絕緣膜95。即，在流路形成基板10的整個(gè)表面上形成絕緣膜95，然后通過(guò)離子研磨等干蝕刻對(duì)該絕緣膜95進(jìn)行圖案化，使成為下電極膜60的連結(jié)部60a和導(dǎo)線(xiàn)電極90的連接部90a的區(qū)域等露出來(lái)。
然后，如圖6中的(a)所示，在流路形成基板用晶片110的壓電元件300一側(cè)接合有將變成多個(gè)保護(hù)基板30的保護(hù)基板用晶片130，該保護(hù)基板用晶片130為硅晶片。另外，由于該保護(hù)基板用晶片130具有例如400μm左右的厚度，所以通過(guò)接合保護(hù)基板用晶片130，可以顯著地提高流路形成基板用晶片110的剛性。
然后，如圖6中的(b)所示，將流路形成基板用晶片110研磨到一定程度的厚度之后，再通過(guò)氟硝酸進(jìn)行濕蝕刻，由此使流路形成基板用晶片110具有預(yù)定的厚度。例如，在本實(shí)施方式中，對(duì)流路形成基板用晶片110進(jìn)行蝕刻加工，使其厚度為大約70μm左右。然后，如圖6中的(c)所示，在流路形成基板用晶片110上重新形成例如由氮化硅(SiN)構(gòu)成的掩膜52，并將其圖案化為預(yù)定的形狀。然后，通過(guò)該掩膜52對(duì)流路形成基板用晶片110進(jìn)行各向異性蝕刻，由此如圖6中的(d)所示，在流路形成基板用晶片110上形成壓力產(chǎn)生室12、連通部13以及墨水供應(yīng)通路14等。
然后，例如用切割機(jī)等切斷并除去流路形成基板用晶片110和保護(hù)基板用晶片130的外周邊緣部上的不需要的部分。然后，在流路形成基板用晶片110的與保護(hù)基板用晶片130相反的一側(cè)的表面上接合穿透設(shè)置有噴嘴開(kāi)口21的噴嘴板20，并且在保護(hù)基板用晶片130上接合柔性基板40，將流路形成基板用晶片110等分割為如圖1所示的一個(gè)芯片大小的流路形成基板10等，由此做成本實(shí)施方式的噴墨式記錄頭。
如上所述，在本發(fā)明中，形成厚度為30～100(nm)、應(yīng)力為0.3～2.0(GPa)、并且電阻率為2.0(×10-7Ω·m)以下的構(gòu)成壓電元件300的上電極膜80。由此，可以提高上電極膜80和壓電體層70的粘合性、防止上電極膜80剝離、并且壓電體層70的電特性不會(huì)降低。即，上電極膜80在壓縮方向的應(yīng)力強(qiáng)時(shí)容易剝離，而當(dāng)拉伸方向的應(yīng)力強(qiáng)時(shí)難以剝離，但是此時(shí)壓電體層70的極化特性有降低的趨勢(shì)。通過(guò)以上述條件來(lái)形成上電極膜80，可以獲得壓電體層70的電特性和上電極膜80的粘合性均良好的壓電元件300。另外，電阻率只要為2.0(×10-7Ω·m)以下即可，對(duì)其下限值沒(méi)有特別的限制。優(yōu)選為1.59(×10-7Ω·m)以上。
并且，該上電極膜80的膜質(zhì)得以提高并且其表面變?yōu)閷?shí)質(zhì)上沒(méi)有凹凸的平滑的表面，因此可以很好地在該上電極膜80上形成厚度均勻的絕緣膜95，其結(jié)果是防止了絕緣膜95的剝離。因此，可以得到位移特性和耐久性均優(yōu)良的致動(dòng)器裝置，并能夠?qū)崿F(xiàn)可以長(zhǎng)期維持優(yōu)良印刷質(zhì)量的噴墨式記錄頭。
在這里，制作了以下述表1所示的成膜條件來(lái)成膜作為上電極膜的Ir膜的實(shí)施例1～8、以及比較例1～15的致動(dòng)器裝置，測(cè)定該各個(gè)實(shí)施例和比較例的致動(dòng)器裝置的上電極膜在最大翹曲方向的應(yīng)力，并評(píng)價(jià)致動(dòng)器裝置的位移量、以及上電極膜(TE)和壓電體層之間的粘合力。下述表1同時(shí)示出了其結(jié)果。
另外，如果致動(dòng)器裝置的位移量約為210(nm)以下的話(huà)，在上述液體噴射頭的結(jié)構(gòu)中將影響墨水的噴出特性。因此，如果致動(dòng)器的位移量為210(nm)以上的話(huà)，評(píng)價(jià)為“良好”；當(dāng)比210(nm)小時(shí)，評(píng)價(jià)為“降低”(不良)。另外，在制作致動(dòng)器裝置的階段中觀(guān)察上電極膜的狀態(tài)，根據(jù)上電極膜有無(wú)剝離以及壓電體層與上電極膜之間有無(wú)空間來(lái)評(píng)價(jià)上電極膜(TE)與壓電體層的貼緊力。即，如果存在上述剝離及空間的話(huà)，評(píng)價(jià)為“降低”(不良)；如果不存在的話(huà)，評(píng)價(jià)為“良好”。
表1



如上表1所示，在實(shí)施例1～8的致動(dòng)器裝置中，對(duì)位移量和TE粘合力的評(píng)價(jià)均為“良好”，在比較例1～15的致動(dòng)器裝置中，對(duì)位移量或TE粘合力中的至少一個(gè)的評(píng)價(jià)為“降低”。從該結(jié)果可以明確地知道，根據(jù)本發(fā)明，可以提高上電極膜80與壓電體層70之間的粘合性，從而可以防止上電極膜80剝離，并且可以使壓電體層70維持良好的電氣特性。
另外，在下述表2中示出了從上述各個(gè)實(shí)施例和比較例的致動(dòng)器中任意選擇的致動(dòng)器裝置(實(shí)施例4和比較例2的致動(dòng)器裝置)中的、作為壓電體層的PZT薄膜的剩余極化(2Pr)的調(diào)查結(jié)果。另外，在下述表2中同時(shí)示出了Ir成膜條件、Ir應(yīng)力、Ir電阻率、以及致動(dòng)器裝置的位移量。另外，圖7示出了實(shí)施例和比較例的致動(dòng)器裝置的PZT薄膜(壓電體層)的磁滯曲線(xiàn)。
表2


如上表2所示，在實(shí)施例的致動(dòng)器裝置中，PZT薄膜的剩余極化(2Pr)和致動(dòng)器的位移量均顯示出良好的值，但是在比較例的致動(dòng)器裝置中，該值與實(shí)施例的致動(dòng)器裝置相比均變低。另外，從圖7所示的PZT薄膜的磁滯曲線(xiàn)也可知，與比較例相比，實(shí)施例的致動(dòng)器裝置的極化強(qiáng)度較大。
上述表2所示的實(shí)施例的濺射壓力(Pa)為0.4(Pa)，當(dāng)然也可以使濺射壓力在0.4～1.5(Pa)的范圍內(nèi)。另外，溫度為250℃，但只要為25～250℃即可。由此，可以確保使PZT薄膜的剩余極化(2Pr)的數(shù)值比比較例的高。
另外，上電極膜80的材料可以使用銥(Ir)。作為上電極膜80的具體的方式，不限于由單層銥(Ir)構(gòu)成的方式，也可以是由以銥(Ir)為主要成分的合金層構(gòu)成的方式。另外，也可以在銥(Ir)層或以銥(Ir)為主要成分的合金層的、與壓電體層70接觸的表面的相反一側(cè)的表面上層積其他的層來(lái)形成上電極膜80。
(其他實(shí)施方式)以上說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。
另外，該各個(gè)實(shí)施方式的噴墨式記錄頭構(gòu)成具有與墨盒等連通的墨水流路的記錄頭單元的一部分并安裝在噴墨式記錄裝置中。圖8是示出該噴墨式記錄裝置的一個(gè)示例的簡(jiǎn)圖。如圖8所示，具有噴墨式記錄頭的記錄頭單元1A和1B可裝卸地設(shè)置在構(gòu)成墨水供應(yīng)單元的墨盒2A和2B上，裝載有該記錄頭單元1A和1B的托架3可沿軸向自由移動(dòng)地設(shè)置在托架軸5上，該托架軸5安裝在裝置主體4上。該記錄頭單元1A和1B例如分別噴出黑墨水組成物和彩色墨水組成物。
并且，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)6的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)未圖示的多個(gè)齒輪和同步帶7傳至托架3，由此裝載有記錄頭單元1A和1B的托架3沿托架軸5移動(dòng)。另一方面，在裝置主體4上沿托架軸5設(shè)有臺(tái)板8，在臺(tái)板8上傳送由未圖示的進(jìn)紙輥等輸送的紙等作為記錄介質(zhì)的記錄薄片S。
在上述第一實(shí)施方式中，說(shuō)明了作為液體噴射頭的一個(gè)示例的噴墨式記錄頭，但本發(fā)明廣泛地以所有的液體噴射頭為對(duì)象，當(dāng)然也可適用于噴出墨滴以外的液體的液體噴射頭。作為其他的液體噴射頭，例如可以列舉出用于打印機(jī)等圖像記錄裝置的各種記錄頭、用于制造液晶顯示器等的濾色器的顏料噴射頭、用于形成有機(jī)EL顯示器及FED(面發(fā)光顯示器)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(jī)物噴射頭等。勿庸置疑，本發(fā)明不限于用于液體噴射頭的致動(dòng)器裝置，例如，也可適用于裝載在傳感器等其他任何裝置上的致動(dòng)器裝置。
權(quán)利要求
1.一種致動(dòng)器裝置的制造方法，其特征在于，具有在基板上形成振動(dòng)板的步驟；以及在該振動(dòng)板上形成由下電極、壓電體層、和上電極構(gòu)成的壓電元件的步驟；并且，在形成所述壓電元件的步驟中，通過(guò)濺射法在所述壓電體層上形成所述上電極，使進(jìn)行濺射時(shí)的溫度為25～250(℃)、壓力為0.4～1.5(Pa)，由此，形成厚度為30～100(nm)、應(yīng)力為0.3～2.0(GPa)、且電阻率為2.0(×10-7Ω·m)以下的所述上電極。
2.如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器裝置的制造方法，其特征在于，使形成所述上電極時(shí)的能量密度為3～30(kW/m2)。
3.如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器裝置的制造方法，其特征在于，使用銥(Ir)來(lái)作為所述上電極的材料。
4.一種致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述致動(dòng)器裝置是通過(guò)權(quán)利要求1所述的制造方法而制造的。
5.一種液體噴射頭，其特征在于，所述液體噴射頭具有權(quán)利要求4所述的致動(dòng)器裝置。
6.一種液體噴射裝置，其特征在于，所述液體噴射裝置具有權(quán)利要求5所述的液體噴射頭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以保持良好的壓電體層的壓電特性并且可以防止上電極剝離的致動(dòng)器裝置及其制造方法、以及液體噴射頭和液體噴射裝置。所述方法具有在基板上形成振動(dòng)板的步驟以及在振動(dòng)板上形成由下電極、壓電體層、和上電極構(gòu)成的壓電元件的步驟，在形成壓電元件的步驟中，通過(guò)濺射法在壓電體層上形成上電極，使濺射時(shí)的溫度為25～250(℃)、壓力為0.4～1.5(Pa)，由此，形成厚度為30～100(nm)、應(yīng)力為0.3～2.0(GPa)、且電阻率為2.0(×10
文檔編號(hào)B41J2/045GK1911665SQ200610109730
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者李欣山, 西脅學(xué) 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社