壓電元件模塊、以及壓電元件模塊的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠使發(fā)送部以及接收部雙方的靈敏度均提高的壓電元件模塊、超聲波換能器、超聲波設(shè)備、液體噴射頭、液體噴射裝置以及壓電元件模塊的制造方法。在同一基板（310）上具備具有第一壓電體層（371）的第一壓電元件、和具有與上述第一壓電體層不同的第二壓電體層（372）的第二壓電元件，且上述第一壓電體層的d常量比上述第二壓電體層的d常量大。
【專利說明】壓電元件模塊、以及壓電元件模塊的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電元件模塊、超聲波換能器、液體噴射頭、液體噴射裝置以及壓電元件模塊的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在作為具備使用了壓電元件的超聲波換能器的超聲波設(shè)備的一個例子的超聲波傳感器方面，可以列舉出收發(fā)一體型和收發(fā)分離型兩種。作為壓電元件的選擇指針，相對于在超聲波的發(fā)送之際施加電壓時的振幅振動較大，即壓電應(yīng)變常數(shù)d33較大的重要性，期望在接收之際施加壓力時的產(chǎn)生電壓較大，即壓電電壓常數(shù)g33較大。
[0003]然而，以往作為元件而使用了 d33較大的相界(MPB)組成的PZT，雖然發(fā)送性能優(yōu)異，但PZT的相對介電常數(shù)較大所以g33較低，存在接收性能變差的問題。
[0004]于是，例如存在通過利用收發(fā)分離型的結(jié)構(gòu)，使各單元的配置模式最佳化，來期望性能提高的元件(參照專利文獻(xiàn)I)。另外，存在通過利用收發(fā)分離型的結(jié)構(gòu)，在各單元間設(shè)置空隙部，來抑制聲音的環(huán)繞、殘留振動的元件(參照專利文獻(xiàn)2)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010 - 183437號公報
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2011 - 82624號公報
[0007]然而，專利文獻(xiàn)1、2所記載的超聲波傳感器還不能夠說靈敏度足夠，仍期望更好的傳感器。
[0008]此外，在專利文獻(xiàn)1、2中，發(fā)送部以及接收部的壓電元件均相同，由于制造方法的難度，在發(fā)送部和接收部不對壓電元件進(jìn)行改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠使發(fā)送部以及接收部雙方的靈敏度均提高的壓電元件模塊、超聲波換能器、超聲波設(shè)備、液體噴射頭、液體噴射裝置以及壓電元件模塊的制造方法。
[0010]本發(fā)明解決上述問題的方式在于壓電元件模塊，其特征在于，在同一基板上具備:具有第一壓電體層的第一壓電元件、和具有與上述第一壓電體層不同的第二壓電體層的第二壓電元件，上述第一壓電體層的d常量比上述第二壓電體層的d常量大。
[0011]在所述的方式中，在同一基板上具備上述第一壓電體層的d常量比上述第二壓電體層的d常量大的、特性不同的壓電元件，從而在超聲波換能器中，能夠使發(fā)送部、接收部雙方的靈敏度提高，另外，在液體噴射頭中，即使驅(qū)動波形相同也能夠噴出大小不一的液滴。
[0012]這里，優(yōu)選上述第一壓電元件與上述第二壓電元件被并列設(shè)置在同一平面上。據(jù)此，兩種壓電元件并列設(shè)置于同一平面上，能夠應(yīng)用于各種用途。
[0013]另外，另一方式在于超聲波換能器，其特征在于，具備上述方式的壓電元件模塊，上述第一壓電體層的g常量比上述第二壓電體層的g常量小，將上述第一壓電元件作為發(fā)送部，將上述第二壓電元件作為接收部。
[0014]在所述的方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了發(fā)送部以及接收部兩者的靈敏度的超聲波換能器。
[0015]另外，另一方式在于超聲波設(shè)備，其特征在于，具備:基板，其具有開口 ；和上述方式的超聲波換能器，其被設(shè)置在上述基板上。
[0016]在所述的方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了發(fā)送部以及接收部兩者的靈敏度的超聲波設(shè)備。
[0017]另外，另一方式在于液體噴射頭，其特征在于，具備:流路形成基板，其被設(shè)置有與噴射液體的噴嘴開口連通的壓力產(chǎn)生室；和上述方式的壓電元件模塊，其被設(shè)置在該流路形成基板上。
[0018]在所述的方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)即使驅(qū)動波形相同也能夠噴出大小不一的液滴的液體嗔射頭。
[0019]另外，另一方式在于液體噴射裝置，其特征在于，具備上述方式的液體噴射頭。
[0020]在所述的方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)即使驅(qū)動波形相同也能夠噴出大小不一的液滴的液體嗔射頭。
[0021]另外，另一方式在于壓電元件模塊的制造方法，其特征在于，該壓電元件模塊的制造方法為在同一基板上具備:具有第一壓電體層的第一壓電兀件、和具有與上述第一壓電體層不同的第二壓電體層的第二壓電元件，上述第一壓電體層的d常量比上述第二壓電體層的d常量大的壓電元件模塊的制造方法，該壓電元件模塊的制造方法具備以下工序:將上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的任意一方的第一電極圖案化為單個電極的工序；涂覆上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的任意一方的壓電體層并進(jìn)行圖案化的工序；將上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的任意一方的第二電極設(shè)置為共用電極的工序；將上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的另一方的第一電極圖案化為單個電極的工序；涂覆上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的另一方的壓電體層并進(jìn)行圖案化的工序；以及將上述第一壓電元件以及上述第二壓電元件的另一方的第二電極設(shè)置為共用電極的工序。
[0022]在所述的方式中，能夠在同一基板上并列設(shè)置種類不同的壓電元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是表示實施方式的超聲波設(shè)備的概略構(gòu)成的俯視圖以及A — A'線剖視圖。
[0024]圖2是表示壓電元件模塊的制造過程的圖。
[0025]圖3是表示壓電元件模塊的制造過程的圖。
[0026]圖4是表示壓電元件模塊的制造過程的圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的實施方式所涉及的記錄頭的分解立體圖。
[0028]圖6是本發(fā)明的實施方式所涉及的記錄頭的俯視圖以及剖視圖。
[0029]圖7是放大了本發(fā)明的實施方式所涉及的記錄頭的主要部分的剖視圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的實施方式所涉及的記錄裝置的概略圖。

【具體實施方式】
[0031]以下，基于實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]圖1是安裝有本發(fā)明的一個實施方式所涉及的超聲波換能器的超聲波設(shè)備的俯視圖以及其A — A'線剖視圖。
[0033]如圖1 (a)所示，超聲波設(shè)備200將多個發(fā)送用超聲波換能器301和接收用超聲波換能器302以陣列狀的方式設(shè)置于基板310上的基板開口部312的區(qū)域，而構(gòu)成陣列傳感器。按照每一列交替配置多個發(fā)送用超聲波換能器301以及多個接收用超聲波換能器302，并按照每個換能器的列切換通電。根據(jù)這樣的通電切換而實現(xiàn)行掃描、扇形掃描。另夕卜，根據(jù)通電的換能器的個數(shù)和列數(shù)而決定超聲波的輸出和輸入的等級。在圖中省略為描繪6行X6列。排列的行數(shù)與列數(shù)根據(jù)掃描的范圍的寬廣來決定。
[0034]此外，也能夠按照每個換能器交替配置發(fā)送用超聲波換能器301與接收用超聲波換能器302。該情況下，通過將發(fā)送側(cè)與接收側(cè)的中心軸作為合并的超聲波發(fā)送接收源，從而容易地使發(fā)送接收的指向角合并。
[0035]另外，本實施例為了使設(shè)備小型化，使用了在一塊基板310上配置了發(fā)送用超聲波換能器301和接收用超聲波換能器302雙方的壓電元件模塊，詳細(xì)內(nèi)容如后述，對各個發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302分別使用了最適合的壓電元件。
[0036]在圖1 (b)中，作為能夠作為超聲波轉(zhuǎn)換器使用的實施例，例如，基板310由具有
(100)、(110)或者(111)取向的單晶硅構(gòu)成。另外，除了硅材料以外也能夠使用以ZrO2或者Al2O3為代表的陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、如MgO、LaAlO3這樣的氧化物基板材料、如SiC、S12、多晶硅、Si3N4這樣的無機(jī)材料?；蛘?，也可以是由這些材料的組合而成的層疊材料。
[0037]在基板310的上方形成有振動板50。振動板50具備在基板310上形成的氧化物，例如，由二氧化硅構(gòu)成的氧化層51、和由在氧化層51上通過液相法形成的氧化鋯(ZrO2)構(gòu)成的氧化鋯層52。此外，振動板50的膜厚基于共振頻率而決定。
[0038]在振動板50上，配置有發(fā)送用超聲波換能器301和接收用超聲波換能器302。
[0039]發(fā)送用超聲波換能器301由按照各發(fā)送用超聲波換能器301進(jìn)行了圖案化而成為單個電極的第一電極361、壓電體層371、以及成為共用電極的第二電極380構(gòu)成。
[0040]另一方面，接收用超聲波換能器302由按照各接收用超聲波換能器302進(jìn)行了圖案化而成為單個電極的第一電極362、壓電體層372、以及成為共用電極的第二電極380構(gòu)成。
[0041]這里，壓電體層371由d常量比壓電體層372大，并且相對介電常數(shù)比壓電體層372大的壓電材料構(gòu)成。作為這種材料，優(yōu)選包含鉛(Pb)、鈦(Ti)以及鋯(Zr)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物，在本實施方式中，利用鋯鈦酸鉛(PZT ;組成為Zr / Ti = 52 / 48)形成壓電體層 371。
[0042]另一方面，壓電體層372由d常量比壓電體層371小且相對介電常數(shù)比壓電體層371小的壓電材料構(gòu)成。作為這種壓電材料，優(yōu)選包含鉍(Bi)、鐵(Fe)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物、包含鉍(Bi )、鑭(La)、鐵(Fe)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物、包含鉍(Bi )、鋇(Ba)、鐵(Fe)、鈦(Ti )的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物、包含鉀(K)、鈉(Na)、鈮(Nb )的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物、或者除了這些元素還包含Mn等元素的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物，具體而言，優(yōu)選BiFeO3系材料，例如BiLaFeMn03、BiFeMn 一 BaT13、“KNaNbO3系材料”等。另外，也能夠使用鋯鈦酸鉛(PZT ；組成為Zr / Ti = 30 / 70)等。在本實施方式中，使用了 BiFeMn — BaTi03。
[0043]根據(jù)這種構(gòu)成，當(dāng)在電壓施加時的振幅振動較大的超聲波的發(fā)送之際進(jìn)行動作的發(fā)送用超聲波換能器301由于壓電體層371的壓電應(yīng)變常數(shù)d33較大，所以靈敏度良好。另外，當(dāng)在壓力施加時的產(chǎn)生電壓較大的接收之際進(jìn)行動作的接收用超聲波換能器302的壓電體層372與壓電體層371相比雖然壓電應(yīng)變常數(shù)d33較小，但相對介電常數(shù)相當(dāng)小，所以壓電電壓常數(shù)g33相比壓電體層371變大，使靈敏度良好。根據(jù)這種觀點，作為接收用超聲波換能器302的壓電體層372優(yōu)選使用相對介電常數(shù)盡量小的材料，其結(jié)果是，需要使用壓電電壓常數(shù)g33比壓電體層371大的材料。
[0044]第一電極361以及362的材料需要為在形成壓電體層371以及372時不使其氧化，而能夠維持導(dǎo)電性的材料，例如，適合使用白金(Pt)等貴金屬，或者以鑭鎳氧化物(LNO)等為代表的導(dǎo)電性氧化物。在本實施方式中，未特別圖示但也可以設(shè)置鋯、鈦、氧化鈦等緊貼層來作為第一電極361的基底。
[0045]壓電體層371以及壓電體層372由上述的材料構(gòu)成，但在本實施方式中，均通過液相法形成，在形成了壓電體層371之后，進(jìn)行圖案化，之后，設(shè)置壓電體層372。在進(jìn)行壓電體層371的圖案化時，為了防止壓電體層371的惡化，優(yōu)選較薄地設(shè)置白金等導(dǎo)體層來進(jìn)行圖案化。另外，在本實施方式中，為了在之后設(shè)置壓電體層372時保護(hù)壓電體層371，也可以在以覆蓋壓電體層371的方式設(shè)置白金等導(dǎo)體層并進(jìn)行圖案化之后，設(shè)置壓電體層372。這里設(shè)置的導(dǎo)體層也可以與第一電極361共用化。
[0046]根據(jù)這種圖案化法，在燒制壓電體層372時，壓電體層371也再次被燒制，所以優(yōu)選壓電體層371的燒制溫度比壓電體層372高。因此優(yōu)選根據(jù)使用的材料，來確定首先形成壓電體層371以及372的哪一個。
[0047]此外，壓電體層371以及壓電體層372能夠不利用液相法，而利用濺射法、激光燒蝕法等PVD (Physical Vapor Deposit1n:物理氣相沉積)法(氣相法)等形成。
[0048]另外，為了使發(fā)送用超聲波換能器301和接收用超聲波換能器302的靈敏度提高，壓電體層371以及372優(yōu)選取向于規(guī)定的面，特別是取向于(100)面，優(yōu)選在壓電體層371以及372的基底設(shè)置籽晶層、取向控制膜等。在本實施方式中為了由PZT構(gòu)成的壓電體層371的取向控制，優(yōu)選設(shè)置由晶鈦、LNO (LaN13)構(gòu)成的取向控制膜。另外，在本實施方式中優(yōu)選在由BiFeMn — BaT13構(gòu)成的壓電體層372的基底設(shè)置由LNO、BiMnO3等包含Bi以及Mn的氧化物、BiFeT13等包含B1、Fe以及Ti的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物構(gòu)成的籽晶層、取向控制層。
[0049]另外，壓電體層371以及372除了利用上述的圖案化法依次設(shè)置之外，雖然在精度上劣于圖案化，但也可以利用噴墨法的打印分開涂抹設(shè)置壓電體層371以及372。
[0050]第二電極380是發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302的共用電極，該第二電極380將發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302雙方共用化，但也可以作為發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302的各自獨立的共用電極。第二電極380優(yōu)選能夠良好地形成壓電體層371以及372的界面，且能夠發(fā)揮絕緣性以及壓電特性的材料，適合使用銥(Ir)、白金(Pt)、鈕!(Pd)、金(Au)等貴金屬材料，以及以鑭鎳氧化物(LNO)為代表的導(dǎo)電性氧化物。另外，第二電極380也可以是多種材料的層疊。而且，第二電極380能夠通過派射法、激光燒蝕法等PVD (Physical Vapor Deposit1n:物理氣相沉積)法(氣相法)、溶膠凝膠法、MOD (Metal-Organic Decomposit1n:金屬有機(jī)物分解)法、電鍍法等液相法來形成。
[0051]在本實施方式中，在基板310上形成有基板開口部312?；彘_口部312能夠根據(jù)基板材料而使用蝕刻、研磨、激光加工等加工方法來形成，在使用了硅基板的情況下優(yōu)選通過各向異性濕法蝕刻形成。
[0052]以上說明的超聲波設(shè)備200具備分別對發(fā)送部和接收部配置了適合的壓電元件300的壓電元件模塊，所以能夠發(fā)揮最大限度的性能。另外，由于能夠利用簡便的工序在同一晶圓上形成壓電元件模塊，所以也容易進(jìn)行發(fā)送部與接收部的鄰接配置，且被檢測物的檢測精度也為良好。
[0053]具體而言，在基板310上的同一平面上鄰接地并列設(shè)置有發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302。這樣，通過按照每個換能器交替配置發(fā)送用超聲波換能器301與接收用超聲波換能器302，能夠?qū)l(fā)送側(cè)與接收側(cè)的中心軸作為合并的超聲波發(fā)送接收源從而容易地使發(fā)送接收的指向角合并。
[0054]這樣，在本申請的超聲波設(shè)備中，與利用了整體型壓電陶瓷等的傳感器相比能夠以狹窄的間距(高分辨率)配置使用MEMS的技術(shù)制作而成的壓電元件，并且驅(qū)動電壓較低，所以對設(shè)備和安裝該設(shè)備的裝置的小型化、輕薄化和節(jié)能化具有效果。另外，由于壓電元件間的制造偏差較小，所以也有提高識別精度的效果。
[0055]并且，通過使壓電體層371、372的膜厚變薄來提高位移特性，從而獲得能夠提高超聲波的發(fā)送與接收的效率的效果。
[0056]接下來，基于圖2?圖4對以上說明的超聲波設(shè)備200所使用的壓電元件模塊的制造方法的一個例子進(jìn)行說明。
[0057]如圖2 (a)所示，在基板310上設(shè)置了由氧化硅構(gòu)成的氧化層51以及氧化鋯層52之后，設(shè)置白金等導(dǎo)體層并進(jìn)行圖案化來設(shè)置第一電極361。
[0058]接下來，如圖2 (b)所示，根據(jù)需要，在設(shè)置了晶鈦等之后，通過液相法涂覆壓電體前驅(qū)體層，并通過干燥、脫脂、燒制，形成壓電體層371A，并且，在較薄地設(shè)置了白金等第一導(dǎo)體層381A之后，對壓電體層371A以及第一導(dǎo)體層381A進(jìn)行圖案化，而成為壓電體層371以及第一導(dǎo)體層381。
[0059]這里，壓電體前驅(qū)體層例如能夠使用MOD法、溶膠凝膠法等液相法、激光燒蝕法、濺射法、脈沖激光沉積法(PLD法)、CVD法、氣溶膠沉積法等氣相法來形成。壓電體層371A以及第一導(dǎo)體層381A的圖案化能夠利用干法蝕刻等進(jìn)行。
[0060]此外，也可以通過根據(jù)所希望的膜厚等反復(fù)多次進(jìn)行上述的涂覆工序、干燥工序以及脫脂工序或者涂覆工序、干燥工序、脫脂工序以及燒制工序，來形成由多層的壓電體膜構(gòu)成的壓電體層。
[0061]接下來，如圖2 (C)所示，在對整體設(shè)置了第二導(dǎo)體層382A之后，進(jìn)行圖案化，成為覆蓋壓電體層371的第二導(dǎo)體層382、和第一電極362。這里，第二電極380在設(shè)置接收用超聲波換能器302的壓電體層372時，是用于保護(hù)壓電體層371的電極，另外，與第一導(dǎo)體層381—起，兼為發(fā)送用超聲波換能器301的第二電極380。并且，在該例子中，與第二導(dǎo)體層382 —起，設(shè)置了接收用超聲波換能器302的第一電極362，但第一電極362也可以另外設(shè)置。此外，根據(jù)這種觀點，第二導(dǎo)體層382A需要對壓電體層372的燒制的溫度具備耐久性，例如，優(yōu)選為白金。
[0062]接下來，如圖3 (a)所示，根據(jù)需要，在設(shè)置了取向控制層之后，通過液相法涂覆壓電體前驅(qū)體層，并通過干燥、脫脂、燒制，而形成壓電體層372A，并且，在該電體層372A上形成第三導(dǎo)體層383A，并通過圖案化，在與接收用超聲波換能器302對應(yīng)的位置設(shè)置第三導(dǎo)體層383。該第三導(dǎo)體層383用于保護(hù)接收用超聲波換能器302的壓電體層372的表面，但也可以省略。
[0063]接下來，如圖3 (b)所示，設(shè)置抗蝕層391，并進(jìn)行圖案化，使該抗蝕層391成為用于通過濕法蝕刻對接收用超聲波換能器302進(jìn)行圖案化的掩模392。
[0064]接下來，如圖3 (C)所示，通過掩模392，對壓電體層372A進(jìn)行圖案化，使其成為壓電體層372。
[0065]之后，如圖4 (a)所示，設(shè)置構(gòu)成第二電極380的主要部分的第四導(dǎo)體層384，如圖4 (b)所示，通過各向異性濕法蝕刻在基板310上設(shè)置基板開口部312。
[0066]這樣，通過濕法蝕刻進(jìn)行發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302中的后形成的接收用超聲波換能器302的壓電體層372的圖案化，而能夠?qū)l(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302并列設(shè)置在基板310上。此外，對首先形成發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302的哪一個并不特別限定，考慮材料、工序來決定即可。然而，首先形成的一方，在該情況下，發(fā)送用超聲波換能器301的壓電體層371被第二導(dǎo)體層382覆蓋。
[0067]在以上說明的例子中，發(fā)送用超聲波換能器301由第一導(dǎo)體層381、第二導(dǎo)體層382和第四導(dǎo)體層384構(gòu)成第二電極380，接收用超聲波換能器302由第三導(dǎo)體層383以及第四導(dǎo)體層384構(gòu)成第二電極380,但第一導(dǎo)體層381、第四導(dǎo)體層384也可以省略。
[0068]另外，在通過濕法蝕刻進(jìn)行發(fā)送用超聲波換能器301以及接收用超聲波換能器302中的后形成的接收用超聲波換能器302的壓電體層372的圖案化的情況下，也可以通過干法蝕刻來進(jìn)行，直到第二導(dǎo)體層382露出為止，之后，通過濕法蝕刻來進(jìn)行。此外，對于先形成的壓電體層371，在上述的制造例子中為干法蝕刻，但當(dāng)然也可以通過濕法蝕刻進(jìn)行圖案化。
[0069]通過例示以上說明的超聲波設(shè)備而說明的壓電元件模塊，S卩，適當(dāng)?shù)嘏渲昧司邆涮匦圆煌膲弘婓w層的壓電元件的壓電元件模塊能夠應(yīng)用于液體噴射頭。即，在以往的液體噴射頭中，通過變更驅(qū)動波形，來用同一個壓電元件噴出大小不同的液滴，但能夠通過使用上述的壓電體元件模塊來實現(xiàn)無法通過驅(qū)動波形的變更而應(yīng)對的情況下的大小墨點的噴出、和能夠?qū)Ⅱ?qū)動波形設(shè)為相同再噴出大小墨點的液體噴射頭。
[0070]具備特性不同的壓電體層的壓電元件可以交替或者按照每塊配置在一個壓電元件的列，也可以以在一個基板具備兩列壓電元件列的方式，在每一列設(shè)置不同的壓電元件。
[0071]以下將對這種液體噴射頭的一個例子進(jìn)行說明，但如何配置不同的壓電元件是按照上述那樣進(jìn)行的，所以省略該點的說明。
[0072]圖5是作為本發(fā)明的一個實施方式所涉及的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記錄頭的立體圖，圖6是噴墨式記錄頭的俯視圖以及B — B'線剖視圖，圖7是放大了第一方向X的主要部分的剖視圖。
[0073]如圖所示，在作為本實施方式的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記錄頭I所具備的流路形成基板10中形成有壓力產(chǎn)生室12。而且，由多個隔壁11劃分的壓力產(chǎn)生室12沿并列設(shè)置排出相同顏色的墨水的多個噴嘴開口 21的方向而并列設(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，或者第一方向X。另外，在流路形成基板10上，設(shè)置有多列在第一方向X上并列設(shè)置了壓力產(chǎn)生室12的列，在本實施方式中為兩列。以下，將設(shè)置了多列沿第一方向X形成了壓力產(chǎn)生室12的該壓力產(chǎn)生室12的列的列設(shè)置方向稱為第二方向Y。
[0074]另外，在流路形成基板10的壓力產(chǎn)生室12的長度方向的一端部側(cè)，即與第一方向X正交的第二方向Y的一端部側(cè)，通過多個隔壁11劃分有墨水供給路13和連通路14。在連通路14的外側(cè)(在第二方向Y上與壓力產(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的共用的墨水室(液體室)的連通器100的一部分。S卩，在流路形成基板10設(shè)置有由壓力產(chǎn)生室12、墨水供給路13、連通路14以及連通部15構(gòu)成的液體流路。
[0075]在流路形成基板10的一面?zhèn)燃磯毫Ξa(chǎn)生室12等液體流路開口的面，通過粘合劑、熔融膠膜等接合有被貫穿設(shè)置了與各壓力產(chǎn)生室12連通的噴嘴開口 21的噴嘴板20。SP，在噴嘴板20上，沿第一方向X并列設(shè)置有噴嘴開口 21。
[0076]在流路形成基板10的另一面?zhèn)?，形成有振動?0。如圖6所示，本實施方式的振動板50具備:在流路形成基板10上形成的由氧化物構(gòu)成的氧化層51、和在氧化層51上通過液相法形成的由氧化鋯(ZrO2)構(gòu)成的氧化鋯層52。
[0077]在振動板50上形成有第一電極60、壓電體層70以及第二電極80。在本實施方式中，通過振動板50、第一電極60、壓電體層70以及第二電極80構(gòu)成壓電兀件300A。在該基板(流路形成基板10 )上以能夠變形的方式設(shè)置的壓電元件300A成為本實施方式的壓電致動器。
[0078]這里，構(gòu)成壓電元件300A的第一電極60按照每個壓力產(chǎn)生室12被切開，并按照每個后述的能動部構(gòu)成電獨立的單個電極。而且第一電極60在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上，以比壓力產(chǎn)生室12的寬度窄的寬度形成。即，在壓力產(chǎn)生室12的第一方向X上，第一電極60的端部位于與壓力產(chǎn)生室12對置的區(qū)域的內(nèi)側(cè)。另外，在第二方向Y上，第一電極60的兩端部分別被延伸設(shè)置到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)。
[0079]壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的一端部側(cè)(在本實施方式中，是墨水供給路側(cè))的壓電體層70的端部與第一電極60的端部相比位于外側(cè)。即，第一電極60的端部被壓電體層70覆蓋。壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的另一端側(cè)的壓電體層70的端部與第一電極60的端部相比位于內(nèi)側(cè)(壓力產(chǎn)生室12側(cè))。
[0080]此外，在延伸設(shè)置到壓電體層70的外側(cè)的第一電極60例如連接有由金(Au)等構(gòu)成的引線電極90。雖然省略圖示，但該引線電極90構(gòu)成連接與驅(qū)動電路等連結(jié)的連接布線的端子部。
[0081]這里，對壓電元件300A的壓電體層70使用與上述的壓電體層371以及壓電體層372相同的壓電材料，以使得噴出大小不同的液滴。此外，壓電體層371如上所述，另一方面，壓電體層372由d常量比壓電體層371小但相對介電常數(shù)比壓電體層371小的壓電材料構(gòu)成之處也如上所述。
[0082]這種構(gòu)成的壓電元件300通過在第一電極60與第二電極80之間施加電壓而產(chǎn)生位移。即通過在兩電極60、80之間施加電壓，從而使夾在第一電極60與第二電極80之間的壓電體層70產(chǎn)生壓電形變。而且，將在對兩個電極60、80施加了電壓時，壓電體層70產(chǎn)生壓電形變的部分稱為能動部。與此相對，將壓電體層70未產(chǎn)生壓電形變的部分稱為非能動部。另外，在壓電體層70產(chǎn)生壓電形變的能動部中，將與壓力產(chǎn)生室12對置的部分稱為可撓部，并將壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)的部分稱為非可撓部。
[0083]在本實施方式中，在壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)為止，連續(xù)地設(shè)置有第一電極60、壓電體層70以及第二電極80的全部。即到壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)為止，連續(xù)地設(shè)置有能動部。因此，能動部中與壓電元件300的壓力產(chǎn)生室12對置的部分成為可撓部，壓力產(chǎn)生室12的外側(cè)的部分成為非可撓部。
[0084]如圖6所示，在形成了這種壓電元件300A的流路形成基板10上，通過粘合劑35接合有保護(hù)壓電元件300A的保護(hù)基板30。
[0085]在保護(hù)基板30設(shè)置有劃分收納壓電元件300的空間的凹部亦即壓電元件保持部31。另外在保護(hù)基板30設(shè)置有構(gòu)成連通器100的一部分的連通器部32。連通器部32在厚度方向上貫通保護(hù)基板30并且沿整個壓力產(chǎn)生室12的寬度方向而形成，如上述那樣該連通器部32與流路形成基板10的連通部15連通。另外在保護(hù)基板30設(shè)置有在厚度方向上貫通保護(hù)基板30的貫通孔33。與各能動部的第一電極60連接的引線電極90在該貫通孔33內(nèi)露出，與未圖示的驅(qū)動電路連接的連接布線的一端在該貫通孔33內(nèi)與引線電極90連接。
[0086]在保護(hù)基板30上接合有由密封膜41以及固定板42構(gòu)成的柔性基板40。密封膜41由剛性較低且具有可撓性的材料構(gòu)成，通過該密封膜41來密封連通器部32的一個面。另外，固定板42由金屬等硬質(zhì)的材料形成。由于該固定板42的與連通器100對置的區(qū)域為在厚度方向上被完全除去的開口部43，所以連通器100的一個面僅被具有可撓性的密封膜41密封。
[0087]在這種本實施方式的噴墨式記錄頭I中，從與未圖示的外部墨水供給單元連接的墨水導(dǎo)入口獲取墨水，在從連通器100到噴嘴開口 21使內(nèi)部充滿了墨水后，根據(jù)來自驅(qū)動電路的記錄信號，對分別與壓力產(chǎn)生室12對應(yīng)的第一電極60和第二電極80之間施加電壓。由此振動板50與壓電元件300 —起彎曲變形使各壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力升高，而使墨水滴從各噴嘴開口 21噴射。
[0088]另外，如圖8所示，本實施方式的噴墨式記錄頭I例如被安裝于噴墨式記錄裝置
II。具有噴墨式記錄頭I的記錄頭單元I以能夠拆卸的方式被設(shè)置于構(gòu)成墨水供給單元的墨盒2，安裝了該記錄頭單元I的滑架3以能夠進(jìn)行軸向移動的方式被設(shè)置于安裝在裝置主體4中的滑架軸5。該記錄頭單元I例如噴射黑色油墨組合物以及彩色油墨組合物。
[0089]而且，通過經(jīng)由未圖示的多個齒輪以及同步帶7將驅(qū)動馬達(dá)6的驅(qū)動力傳遞給滑架3，從而使安裝了記錄頭單元I的滑架3沿滑架軸5移動。另一方面，在裝置主體4中，沿滑架軸5設(shè)置有壓紙滾筒8，通過未圖示的供紙輥等供給的紙等記錄介質(zhì)亦即記錄薄片S纏繞于壓紙滾筒8并被輸送。
[0090]而且在本發(fā)明中，如上述那樣具備多種特性不同的構(gòu)成噴墨式記錄頭I的壓電元件300，所以即使不變更驅(qū)動波形，也能夠噴出大小不同的液滴。作為結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)提高打印質(zhì)量并提高耐久性的噴墨式記錄裝置II。
[0091]此外，在上述的例子中，作為噴墨式記錄裝置II，例示了噴墨式記錄頭I被安裝于滑架3并在主掃描方向上移動的裝置，但其構(gòu)成并未特別限定。噴墨式記錄裝置II例如也可以是固定噴墨式記錄頭I，通過使紙等記錄薄片S在副掃描方向上移動來進(jìn)行打印的所謂的行式記錄裝置。
[0092]另外，在上述的例子中，噴墨式記錄裝置II為作為液體存積單元的墨盒2安裝于滑架3的構(gòu)成，但并不特別限定于此，例如，也可以將墨容器等液體存積單元固定于裝置主體4，并經(jīng)由軟管等供給管而連接存積單元與噴墨式記錄頭I。另外，液體存積單元也可以不安裝于噴墨式記錄裝置。
[0093]其他的實施方式
[0094]以上，對本發(fā)明的各實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的基本的構(gòu)成并不限定于上述的構(gòu)成。
[0095]本發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于超聲波設(shè)備、液體噴射頭(噴墨式記錄頭)，還能夠應(yīng)用于所有的安裝于裝置的致動器裝置或者利用了壓電元件的各種傳感器類等。
[0096]另外，在上述的實施方式中，作為液體噴射頭的一個例子列舉了噴墨式記錄頭來對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明是廣泛地以液體噴射頭整體為對象的。作為液體噴射頭，例如，除了打印機(jī)等圖像記錄裝置所使用的各種記錄頭之外，還列舉了液晶顯示器等的彩色濾光片的制造所使用的顏色材料噴射頭、有機(jī)EL顯示器、FED (場致發(fā)射顯示器)等的電極形成所使用的電極材料噴射頭、生物chip制造所使用的生物有機(jī)物噴射頭等。
[0097]符號說明:
[0098]I…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(基板)，11…隔壁，12…壓力產(chǎn)生室(基板開口部)，13…墨水供給路，14…連通路，15...連通部,20...噴嘴板,21...噴嘴開口，30...保護(hù)基板,31...壓電兀件保持部,32...連通器部，33…貫通孔,35...粘合劑,40...柔性基板,41...密封膜,42…固定板,43...開口部,50...振動板，51...氧化層，52...氧化鋯層，60...第一電極，70...壓電體層，80...第二電極，90…引線電極，100…連通器，200…超聲波設(shè)備，300、300A…壓電元件，301…發(fā)送用超聲波換能器，302…接收用超聲波換能器，361、362…第一電極，371、372…壓電體層，380…第二電極。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電元件模塊，其特征在于， 在同一基板上具備:具有第一壓電體層的第一壓電元件、和具有與所述第一壓電體層不同的第二壓電體層的第二壓電元件， 所述第一壓電體層的d常量比所述第二壓電體層的d常量大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件模塊，其特征在于， 所述第一壓電元件與所述第二壓電元件被并列設(shè)置在同一平面上。
3.一種超聲波換能器，其特征在于， 具備權(quán)利要求1或者2所述的壓電元件模塊，所述壓電元件模塊的第一壓電體層的g常量比所述壓電元件模塊的第二壓電體層的g常量小，將所述第一壓電元件作為發(fā)送部，將所述第二壓電元件作為接收部。
4.一種超聲波設(shè)備,其特征在于,具備: 基板，其具有開口 ；和 被設(shè)置在所述基板上的權(quán)利要求3所述的超聲波換能器。
5.—種液體噴射頭,其特征在于,具備: 流路形成基板，其被設(shè)置有與噴射液體的噴嘴開口連通的壓力產(chǎn)生室；和 被設(shè)置在該流路形成基板上的權(quán)利要求1或者2所述的壓電元件模塊。
6.一種液體噴射裝置，其特征在于， 具備權(quán)利要求5所述的液體噴射頭。
7.一種壓電元件模塊的制造方法，其特征在于， 該壓電兀件模塊的制造方法為在同一基板上具備:具有第一壓電體層的第一壓電兀件、和具有與所述第一壓電體層不同的第二壓電體層的第二壓電元件，且所述第一壓電體層的d常量比所述第二壓電體層的d常量大的壓電元件模塊的制造方法， 具備: 將所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的任意一方的第一電極圖案化為單個電極的工序； 涂覆所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的任意一方的壓電體層并進(jìn)行圖案化的工序； 將所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的任意一方的第二電極設(shè)置為共用電極的工序； 將所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的另一方的第一電極圖案化為單個電極的工序； 涂覆所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的另一方的壓電體層并進(jìn)行圖案化的工序；以及 將所述第一壓電元件以及所述第二壓電元件的另一方的第二電極設(shè)置為共用電極的工序。
【文檔編號】B41J2/045GK104078452SQ201410116108
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】古林智一, 西脅學(xué) 申請人:精工愛普生株式會社