[发明专利]压电元件和液体排放记录头的结构、及其制造方法

说明书

本发明涉及用于喷墨记录装置的液体排放记录头，及其制造方法。本发明还涉及用于该液体排放记录头的压电元件或类似元件的结构。

近年来，由于良好的打印能力及其易于操作和低成本、以及其他的优越性，采用喷墨记录装置作为打印设备的打印机已经被广泛应用于个人计算机等。喷墨记录装置具有各种类型，如通过应用热能在油墨或其他一些记录液内产生泡沫，以及通过这种泡沫发出的压力波使液滴排放；通过静电能量吸入液滴并使之排放；或利用振荡器如压电元件使液滴排放。

通常，使用压电元件的这种喷墨记录装置设有与记录液箱连接的压力箱，和与压力箱连接的液体排放元件。然后，该结构提供具有振动板的压力箱，振动板具有与其粘结固定的压电元件。通过这种结构排列，指定的电压被应用到每一个压电元件以允许其伸展或压缩来产生弯曲振动，从而压迫压力箱内的记录液，然后使液滴从每一个液体排放口排放。近年来，彩色喷墨打印机已经被广泛应用，随之而来，要求提高其打印性能，如更高的清晰度、更高的打印速度，尤其是记录头的延长。至此，试图通过提供由精确排列的记录头形成的多喷嘴结构实现高清晰度和高速打印。为了精确排列记录头，应当小型化压电元件以使记录液排放。从这一点来说，通过一种连续半导体膜形成工艺来完成整个工序，能够高精密低成本制造延长的记录头。

然而，这里采用的方法是如通过烧灼已模压成片状的粉末化的PbO、ZrO₂、和TiO₂。因此难以形成厚度小于例如10μm的压电膜。因此，不能容易地处理压电膜，并使其难以小型化压电元件。并且，通过烧灼这种粉末形成的压电膜受到当膜厚度较小时不能忽视的结晶化的颗粒界面的影响，使得无法获得突出的压电性能。结果，遇到一个问题，当使压电膜厚度小于10μm时，通过烧灼粉末形成的压电膜不能提供足够的压电特性来使记录液排放。由于这种无能，不可能实现具有使记录液较好地排放所必须的性能的小记录头。

此外，为了获得高密度陶瓷，当同时在振动板和陶瓷结构构件上以1000℃高温烧灼粉末板时，对粉末板来说收缩造成的尺寸变化不能忽视。这里自动地有一个涉及到尺寸的限制。这里，目前的限制是20μm。因此难以排列多个液体排放口(喷嘴)。

并且在日本专利申请公开11-348285中提出喷墨记录头的结构，该喷墨记录头是利用喷镀方法通过半导体工艺微处理的记录头。所提出的喷墨记录头的特征在于用铂金在单晶MgO上定位镀膜，然后，不包含Zr层和PZT层的钙钛矿形成于其上，提供一个层压部件。现在，作为发明者之一，已经在Kiyotaka Wasa和Shigetomo Hayakawa的合著者的“喷镀技术”(Kyoritsu出版有限公司1992年9月20日出版)中144到146页以及其他地方准确描述，其他的在与，已经被作为镀膜PbTiO₃或PLT之后镀膜PZT或PLZT的有效方法公开，其预先不包含Zr，但其晶格常数并非大大不同，例如，或通过在处理期间引入逐步增加的步骤，从而依此顺序改变PZT膜到PLT膜。这里，当形成包含Zr以及PZT的压电元件时，Zr被最终引出到衬底棱晶。

此外，在前述日本申请公开的说明书中提出的方法具有如下重要的问题。(1)通过该申请公开的制造方法，不可能获得任何单一取向的晶体或有很好的再生能力的稳定单晶PZT。(2)通过该申请公开的制造方法，不可能获得取向的PZT，除非在及其昂贵的单晶衬底上，如单晶MgO，这就最终导致及其昂贵的加工过程。那么，此外，MgO单晶衬底在尺寸上受到限制，使其难以获得具有大区域的衬底。(3)根据该说明书公开的方法，通过粘合剂在压力箱(液体箱)部件和压电元件的结合处进行连接，或在压电元件附近，相对于重复应力等很难在伴随着微处理的显微机械加工区域获得可靠性。

本发明的目的是提供一种具有高精密形成的液体排放口的延长的液体排放记录头，并且，提供制造这种记录头的高度可靠和稳定的方法，以及用于这种记录头的压电元件结构，因此通过研制膜厚度小、压电性能高的薄膜材料能够执行通常用于半导体工艺的微处理，从而构成压电部件的压电元件、振动板等以薄膜的形式形成。

本发明的压电元件结构包括支承衬底，和支承在支承衬底上压电膜，其中压电膜包含第一层、和具有锆的第二层，每一层具有钙钛矿结构，并且彼此接触形成或通过中间层层压，薄膜形成时的温度为500℃或更高以提供压电膜，为了形成薄膜，以30℃/min或更快的冷却速度从薄膜形成温度到至少450℃快速冷却。