压电元件及液体喷头制造技术

本发明专利技术提供一种压电元件及使用该压电元件的液体喷头以及它们的制造方法，其中所述压电元件可以得到良好的结晶性，并可提高其均匀性，此外，可以防止压电膜的破坏，从而可以得到稳定的位移特性。多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是：通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使所述凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中在形成最下层的压电层时，至少要使第一次脱脂时的升温率为５００℃／ｍｉｎ以下。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电元件及使用所述压电元件的液体喷头，特别是涉及一种可以使晶片平面的结晶取向均匀，并且使压电特性均匀的压电元件的制造方法。
技术介绍
压电元件是以两个电极夹着呈现机电转换功能的压电膜的元件，压电膜由结晶后的压电性陶瓷构成。以往，压电元件的制造方法公知有所谓的溶胶—凝胶法。即，在形成了下电极的衬底上涂布有机金属化合物的溶胶，并使其干燥及脱脂，从而形成压电体的前驱体。在执行该涂布、干燥及脱脂工序预定次数后，在高温中进行热处理从而使其结晶。为了再进一步增加其膜厚，在结晶后的压电层上进一步重复执行溶胶的涂布、干燥及脱脂工序、以及结晶工序。使上述有机金属化合物的溶胶脱脂的方法公知有使用箱型干燥机的方法、使用电热炉的方法。此外，所述压电元件适用于喷墨式记录头等液体喷头，所述喷墨式记录头中用振动膜构成与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力产生室的一部分，并通过压电元件使此振动膜变形从而给压力产生室的墨水加压，从而从喷嘴开口喷出墨滴。喷墨式记录头根据实际应用分为两种使用在压电元件的轴方向上伸长、收缩的纵振动模式的压电致动器的喷墨式记录头和使用挠曲振动模式的压电致动器的喷墨式记录头。作为使用挠曲振动模式的压电致动器的喷墨式记录头，例如，公知有按如下方式形成压电元件的喷墨式记录头通过遍及振动膜的表面整体的成膜技术形成均匀的压电层，并使用平板印刷术将此压电层切分为与压力产生室相对应的形状，使其按每个压力产生室各自独立。并且，例如在日本专利文献特开2000-326503号公报中所公开的那样，在具有这种挠曲振动模式的压电元件的喷墨式记录头中，通过在与压力产生室相对的区域内对构成压电元件的下电极进行图案化，可抑制振动膜的初期挠曲，并增加由压电元件的驱动所引起的振动膜的位移量。在压电元件制造中的以往的脱脂工序中，在压电体的前驱体中很难形成压电体结晶的核。因此，在结晶时很难得到想要的结晶。此外，根据晶片的面内位置的不同在升温率上会产生偏差，从而产生各种各样的脱脂条件。因此，在结晶取向和压电体特性上也会产生偏差。此外，若在被如上述那样图案化的下电极上形成压电膜，则在下电极的端部及其外侧形成的压电膜的膜质差，从而存在压电元件的驱动可靠性降低的问题。即，在下电极上的压电膜和在下电极外侧的压电膜上结晶性等特性不同，从而压电层在下电极端部附近实际上是不连续的。因此，存在当向压电膜施加电压时会产生裂纹等破坏。特别是在与下电极的长度方向的端部相对应的领域中的压电膜容易被破坏。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术要解决的问题是提供一种压电元件及使用该压电元件的液体喷头以及它们的制造方法，所述压电元件可以得到想要良好结晶性，并可以提高其均匀性，此外可以防止压电膜的破坏并得到稳定的位移特性。解决上述技术问题的本专利技术的第一方案是一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使所述凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，当形成最下层的压电层时，至少要使初次脱脂时的升温率为500℃/min以下。在所述第一方案中，通过在形成最下层的压电层时将脱脂时的升温率抑制得较低，从而在最下层的压电层内形成很多小种晶。由此，可以形成膜质良好的压电膜。本专利技术的第二方案是如第一方案所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成除最下层之外的至少一层压电层时，使脱脂时的升温率为1000℃/min以上。在所述第二方案中，由于通过提高升温率，结晶把在此之前结晶的压电体结晶作为核而成长，所以可以防止压电膜的结晶不连续。本专利技术的第三方案是一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使所述凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，当形成最下层的压电层时，至少要使第一次脱脂时的升温率为其他压电层脱脂时的升温率以下。在所述第三方案中，通过在形成最下层的压电层时将脱脂时的升温率抑制得较低，从而在最下层的压电层内形成很多小种晶。由此，可以形成膜质良好的压电膜。本专利技术的第四方案是如第三方案所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成所述压电膜的工序中，在设置在所述基板的大致整个表面上的所述下电极上形成有作为最下层压电层的第一压电层，并且在将所述下电极及第一压电层图案化为预定形状之后，覆盖所述下电极及第一压电层的端面地形成其他压电层，并且使在用于形成所述第一压电层及设置在所述第一压电层紧上面的第二压电层的脱脂时的升温率为在用于形成其他压电层的脱脂时的升温率以下。在所述第四方案中，提高了压电膜的膜质、特别是下电极端面及其外侧的压电膜的膜质。本专利技术的第五方案是如第四方案所述的压电元件的制造方法，其特征在于，通过在一次涂布有机金属化合物的溶胶之后使所述溶胶凝胶化进而使其结晶，从而形成所述第一及第二压电层，通过涂布所述有机金属化合物的溶胶两次以上之后使所述溶胶凝胶化进而使其结晶，从而形成其余的压电层。在所述第五方案中，可以提高压电膜的膜质，并且提高制造效率。本专利技术的第六方案是如第四或第五方案所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在对所述下电极及所述第一压电层进行图案化之后，从所述第一压电层上到其外侧连续形成作为所述压电膜的核的结晶种。在所述第六方案中，由于通过结晶种使第二压电层的结晶结构向一个方向取向并且大致相同，从而可靠地提高了压电膜的膜质。本专利技术的第七方案是如第四至第六方案中任一项所述的压电元件的制造方法，其特征在于，通过离子研磨对所述下电极及所述第一压电层进行图案化。在所述第七方案中，可以比较容易地将下电极及所述第一压电层图案化为期望的形状。本专利技术的第八方案是一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使所述凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，至少使得用于由第一次结晶所形成的压电层的脱脂时的升温率为用于由其他次数的结晶所形成的压电层的脱脂时的升温率以下。在所述第八方案中，通过在形成下层一侧的压电层时将脱脂时的升温率抑制得较低，从而在压电层内形成很多小种晶。由此，可以形成膜质良好的压电膜。本专利技术的第九方案是如第一至第八方案中任一项所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在进行所述脱脂时，从基板一侧进行加热。在所述第九方案中，可以在较均匀的温度条件下加热，并且可以均匀且有效地进行脱脂。本专利技术的第十本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是：多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是：通 过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使该凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，在形成最下层的压电层时，至少要使第一次脱脂时的升温率为５００℃／ｍｉ ｎ以下。

【技术特征摘要】
JP 2002-6-24 183512/2002;JP 2003-6-23 178799/20031.一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使所述金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使该凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，在形成最下层的压电层时，至少要使第一次脱脂时的升温率为500℃/min以下。2.如权利要求1所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成除最下层之外的至少一层压电层时，使脱脂时的升温率为1000℃/min以上。3.一种压电元件的制造方法，具有在基板上形成下电极的工序、在该下电极上形成压电膜的工序、在该压电膜上形成上电极的工序；其特征在于，所述形成压电膜的工序是多次进行形成压电层的工序，从而层积多层压电层，所述多次进行的形成压电层的工序是通过涂布有机金属化合物的溶胶并干燥该有机金属化合物的溶胶，再使其脱脂，从而使该金属有机化合物的溶胶凝胶化，进而使该凝胶化的有机金属化合物结晶，从而形成压电层；其中，在形成最下层的压电层时，至少要使第一次脱脂时的升温率在其他压电层脱脂时的升温率以下。4.如权利要求3所述的压电元件的制造方法，其特征在于，在形成所述压电膜的工序中，在设置在所述基板的大致整个表面上的所述下电极上形成有作为最下层压电层的第一压电层，并且在将该下电极及第一压电层图案化为预定形状之后，覆盖所述下电极及第一压电层的端面地形成其他压电层，使在用于形成所述第一压电层及设置在所述第一压电层紧上面的第二压电层的脱脂时的升温率为在用于形成其他压电层的脱脂时的升温率以下。5.如权利要求4所述的压电元件的制造方法，其特征在于，通过在一次涂布有机金属化合物的溶胶之后使所述溶胶凝胶化进而使其结晶，从而形成所述第一及第二压电层，通过涂布所述有机金属化合物的溶胶两次以上之后使所述溶胶凝胶化进而使其结晶，从而形成其余的压电层。6.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：村井正己，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]