液体喷头及液体喷射装置 【技术领域】
本发明涉及液体喷头及液体喷射装置。
背景技术
作为能够高画质、高速印刷的打印机，已知喷墨打印机。控制压电体层的结晶方位对于提高喷墨打印机用的液体喷头的压电元件特性是重要的。
作为控制压电体层的结晶方位的方法，已知使用MgO(100)单结晶基板进行控制的方法(参见日本特开2000-158648号公报)。但是，该方法中，有时液体喷头的制作工序变复杂。
【专利文献1】日本特开2000-158648号公报。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供蚀刻特性优异的液体喷头。
本发明的其他目的在于提供具有上述液体喷头的液体喷射装置。
本发明的液体喷头包括：
具有压力室的压力室基板；
设置在所述压力室基板的一侧的振动板；
设置在所述振动板的上方且对应于所述压力室的位置上的压电元件；
设置在所述压力室基板的另一侧，具有与所述压力室连通的喷嘴孔的喷嘴板，
所述压电元件包括：
下部电极；
形成在所述下部电极上方的取向层；
形成在所述取向层上方的压电体层；
形成在所述压电体层上方的上部电极，
所述取向层含有镍酸镧的混晶，
所述混晶所含的镍酸镧用式LaxNiyOz表示时，x是1至3中的任一个整数，y是1或2，且z是2至7中的任一个整数。
根据本发明，通过具有确定的取向层，可以提供具有压电特性优异的压电元件，例如能够高密度印刷和高速印刷，并且蚀刻特性优异的液体喷头。
此外，本发明的记载中，所谓用语“上方”，例如用作“确定的部件(以下称为“A”)的“上方”形成其他确定的部件(以下称为“B”)”等时，包括在A上直接形成B的情况与在A上隔着其他部件形成B的情况，使用用语“上方”。
本发明的液体喷头中，所述混晶可以由选自LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4以及La3Ni2O7中的两种以上的镍酸镧构成。
本发明的液体喷头中，所述混晶在由使用CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，在21°至25°之间具有峰顶位置。此处，所谓“峰顶位置”表示起因于所述混晶的峰的顶点。并且，以将从所述峰顶位置至21°的峰强度进行积分得到的值为IA，以将从所述峰顶位置至25°的峰强度进行积分得到的值为IB时，可以为IA＞IB或IA＜IB。另外，此时，所述混晶可以含有LaNiO2、LaNiO3及La2NiO4。另外，此时，所述混晶中，镧相对于镍的摩尔比(La/Ni)可以为1.5以下。
本发明的液体喷头中，所述混晶在由使用CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，在从30°至34°之间可以具有峰顶位置。并且，以将从所述峰顶位置至30°的峰强度进行积分得到的值为IC，以将从所述峰顶位置至33°的峰强度进行积分得到的值为ID时，可以为IC＞ID或IC＜ID。另外，此时，所述混晶可以含有LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4及La3Ni2O7。另外，此时，所述混晶中，镧相对于镍地摩尔比(La/Ni)为1.5以上。
本发明的液体喷射装置包括：
供给及输出被喷出介质的被喷出介质输送机构，
利用所述液体喷头向利用所述被喷出介质输送机构供给的被喷出介质上的任意位置供给液滴的控制部。
【附图说明】
图1是示意地表示实施方式的液体喷头的主要部分的剖面图。
图2是示意地表示实施方式的液体喷头的剖面图。
图3是示意地表示实施方式的液体喷头的分解立体图。
图4是用于说明实施方式的液体喷头的动作的图。
图5是示意地表示实施方式的液体喷头的制造方法的图。
图6是示意地表示实施方式的液体喷头的制造方法的图。
图7是示意地表示实施方式的液体喷头的制造方法的图。
图8是表示用于溅射法的靶的制造方法的图。
图9是实施方式的喷墨打印机的概略结构图。
图10是实施例的具有镍酸镧膜的试样1的θ-2θ扫描的X射线衍射图。
图11是实施例的具有镍酸镧膜的试样2的θ-2θ扫描的X射线衍射图。
图12是实施例的具有镍酸镧膜的试样3的θ-2θ扫描的X射线衍射图。
图13是实施例的具有镍酸镧膜的试样4的θ-2θ扫描的X射线衍射图。
图14是表示实施例的试样的溅射法进行的镍酸镧的取向率依赖性的图。
图15是实施例及比较实施例的试样的θ-2θ扫描的X射线衍射图。
图16是实施例及比较实施例的试样的耐电压特性的图。
图17是表示实施例及比较实施例的试样的蚀刻特性的图。
符号说明
1-基板；2-绝缘层；3-弹性层；4-下部电极；5-压电体层；6-上部电极；7-取向层；50-液体喷头；51-喷嘴板；52-墨液室基板；54-压电元件；55-振动板；511-喷嘴孔；521-压力室；522-侧壁；523-贮存槽；524-供给口；531-连通孔；600-喷墨打印机；620-装置主体；621-托架；622-排出口；630-头单元；631-墨盒；632-支架；640-印刷装置；641-滑架电动机；642-往复运动机构；643-同步带；644-滑架导向轴；650-供纸装置；651-供纸电动机；652-给纸辊；660-控制部；670-操作面板
【具体实施方式】
以下，参见附图说明适合本发明的实施方式。
1.液体喷头
图1是示意地表示本实施方式的液体喷头的主要部分的一例的剖面图。图2是示意地表示本实施方式的液体喷头的一例的剖面图。图3是表示本实施方式的液体喷头的概略结构的分解立体图。此外，图3是与通常使用的状态上下颠倒示出的。
如图3所示，本实施方式的液体喷头50容纳并固定在基体56中。基体56由例如各种树脂材料、各种金属材料等形成。液体喷头50构成为请求形的压喷式头。
如图1及图2所示，液体喷头50包括：具有压力室(腔室)521的压力室基板52；设置在压力室基板52的一侧的振动板55；设置在振动板55上且与压力室521对应的位置上的压电元件54；设置在压力室基板52的另一侧，具有与压力室521连通的喷嘴孔511的喷嘴板51。
如图2所示，压力室521与各喷嘴孔511对应配置。压力室521根据振动板55的振动分别变化容积。压力室521构成为通过该容积变化来喷出墨液等液体或分散体。为了得到压力室基板52，可以使用(110)取向的硅单晶基板。该(110)取向的硅单晶基板适合于各向异性蚀刻，所以可以容易且可靠地通过蚀刻形成压力室基板52。
如图1及图2所示，振动板55固定在压力室基板52的一侧。振动板55可以具有绝缘层2、形成在该绝缘层2上的弹性层3。作为绝缘层2可以使用例如氧化硅等。在例如为了形成液体喷头50的压力室521、从里面侧蚀刻压力室基板52的工序中，绝缘层2作为蚀刻阻挡层发挥功能。作为弹性层3，可以使用例如氧化钇稳定氧化锆、氧化铈、氧化锆等。
喷嘴板51由例如不锈钢制的轧制板等构成，所以将用于喷出液滴的多个喷嘴孔511形成一列。上述喷嘴孔511间的间距根据印刷精度适当设定。
喷嘴板51粘接固定(固定)在压力室基板52的另一侧上。如图2及图3所示，压力室基板52通过喷嘴板51、侧壁(隔壁)522及振动板55划分形成多个压力室521、贮存槽523、供给口524。贮存槽523暂时贮存由墨盒631(参见图9)供给的墨液。通过供给口524，由贮存槽523向各压力室521供给墨液。
以下，说明压电元件54。
各压电元件54如下构成：电连接在下述压电元件驱动电路上，基于压电元件驱动电路的信号动作(振动、变形)。即，各压电元件54分别作为振动源(压电元件)发挥功能。振动板55具有下述功能：通过压电元件54的振动(挠曲)而振动(挠曲)，瞬间提高压力室521的内部压力。
如图1所示，压电元件54具有下部电极4、取向层7、压电体层5及上部电极6。
下部电极4是用于对压电体层5施加电压的一个电极。下部电极4只要能确保导电性，其材质没有特别限定。
下部电极4优选由电阻率比取向层7低的导电材料构成。作为下部电极4的材质，可以包括例如金属、该金属的氧化物及由该金属构成的合金中的至少一种。另外，下部电极4可以具有层叠多个导电层的构造。在此，作为金属，可以使用例如Pt、Ir、Ru、Ag、Au、Cu、Al、Ti及Ni中的至少一种。作为金属的氧化物，可以举出例如IrO2、RuO2等。作为由金属构成的合金，可以举出例如Pt-Ir、Ir-Al、Ir-Ti、Pt-Ir-Al、Pt-Ir-Ti、Pt-Ir-Al-Ti等。本实施方式中，该导电材料的结晶取向没有特别限定，例如可以取向为(111)。下部电极4的膜厚可以为例如50nm～200nm左右。
取向层7含有镍酸镧的混晶。即，取向层7含有多种镍酸镧。取向层7可以将压电体层5的结晶取向控制为规定的取向，并可以提高压电体层的压电常数等特性。进而，如下所述，通过设置含有特定混晶的取向层7，可以特别提高液体喷头50的蚀刻特性。另外，取向层7具有导电性，可以兼作电极。
混晶所含的镍酸镧由式LaxNiyOz表示时，x是1至3中的任一个整数，y是1或2，且z是2至7中的任一个整数。具体而言，混晶包括选自LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4以及La3Ni2O7中的两种以上的镍酸镧。取向层7还可以包括例如硅化合物、其他微量的镍酸镧等。
如下所述，本发明人确认了混晶所含的镍酸镧依赖于取向层7的成膜方法。
例如，通过旋转磁控溅射法成膜取向层7时，混晶的组成因成膜温度不同。例如在150℃至250℃下成膜时，所得的混晶含有LaNiO2、LaNiO3及La2NiO4作为主成分。
并且，如上所述在较低的温度下成膜时，混晶在由使用CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，在21°至25°间具有峰顶位置。并且，以将从所述峰顶位置至21°的峰强度进行积分得到的值为IA，以将所述峰顶位置至25°的峰强度进行积分得到的值为IB时，可以实现IA＞IB或IA＜IB。IA与IB具有上述关系是指θ-2θ法的峰相对于峰顶位置为非对称，该峰来自混晶。θ-θ2法的峰相对于峰顶位置为对称时，该峰来自LaNiO3的单轴取向。上述IA与IB的关系对于下述其他峰也具有同样的含义。进而，该成膜时，混晶中，镧相对于镍的摩尔比(La/Ni)为1.5以下，优选为1以上1.5以下。
另外，将混晶在例如400℃至600℃的较高的温度下成膜时，混晶含有LaNiO2、LaNiO3、La2NiO4及La3Ni2O7作为主成分。并且，此时，混晶在使用由CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，在30°至33°之间具有峰。以将从所述峰顶位置至30°的峰强度进行积分得到的值为IC，以将从所述峰顶位置至33°的峰强度进行积分的值为ID时，为IC＞ID或IC＜ID。进而，此时，混晶中，镧相对于镍的摩尔比(La/Ni)为1.5以上，优选为1.5以上2以下。
压电体层5可以由例如具有钙钛矿构造的压电体构成。压电体层5与取向层7连接。构成压电体层5的压电体为菱面体晶或正方晶与菱面体晶的混晶，并且可以取向为(100)。由上述压电体构成的压电体层5通常具有高压电常数。
该压电体例如可以由ABO3的通式表示。此处，A可以含有Pb，B可以含有Zr及Ti中的至少一种。进而，B也可以含有V、Nb及Ta中的至少一种。此时，该压电体可以含有Si及Ge中的至少一种。更具体而言，压电体可以含有例如锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)、铌酸锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti，Nb)O3)、钛酸铅镧((Pb，La)TiO3)、锆酸钛酸铅镧((Pb，La)ZrTiO3)、镁铌酸钛酸铅(Pb(Mg，Nb)TiO3)、镁铌酸锆酸钛酸铅(Pb(Mg，Nb)(Zr，Ti)O3)、锌铌酸钛酸铅(Pb(Zn，Nb)TiO3)、钪铌酸钛酸铅(Pb(Sc，Nb)TiO3)、镍铌酸钛酸铅(Pb(Ni，Nb)TiO3)及铟镁铌酸钛酸铅(Pb(In，Mg，Nb)TiO3)中的至少一种。
另外，压电体可以由例如(Ba1-xSrx)TiO3(0≤x≤0.3)、Bi4Ti3O12、SrBi2Ta2O9、LiNbO3、LiTaO3及KNbO3中的至少一种构成。
压电体层5的膜厚例如可以为0.1μm以上5μm以下。
上部电极6是用于对压电体层5施加电压的另一个电极。作为上部电极6的材质，可以使用与下部电极4相同的材质。另外，上部电极6可以为多个导电层的层叠体。例如上部电极6可以为导电性氧化物层与金属层的层叠体。
接着，说明本实施方式的液体喷头50的动作。本实施方式的液体喷头50在未通过压电元件驱动电路输入规定的喷出信号的状态、即不在压电元件54的下部电极4与上部电极6之间施加电压的状态下，如图1所示，压电体层5不发生变形。因此，振动板55也不产生变形，压力室521不发生容积变化。因此，不从喷嘴孔511喷出液滴。
另一方面，在通过压电元件驱动电路输入规定的喷出信号的状态、即在压电元件54的下部电极4与上部电极6之间施加电压的状态下，如图4所示，压电体层5中在其短轴方向(图4所示的箭头s的方向)上产生挠曲变形。由此，振动板55挠曲，压力室521发生容积变化。此时，压力室521内的压力瞬间升高，从喷嘴孔511喷出液滴58。
即，施加电压时，压电体层5的晶格在垂直于面方向的方向(图4所示的箭头d的方向)被拉伸，但同时在面方向被压缩。在该状态下，对于压电体层5而言，在面内，拉伸应力f发挥作用。因此，通过该拉伸应力f使振动板55弯曲而挠曲。在压力室521的短轴方向上压电体层5的位移量(绝对值)越大，振动板55的挠曲量越大，越能有效地喷出墨液等液状材料(以下也称为“液体”)的液滴。
1次液滴喷出结束时，压电元件驱动电路停止在下部电极4与上部电极6间施加电压。由此，压电元件54恢复为图1所示原来的形状，压力室521的容积增大。此外，此时，液体中，作用有从容纳该液体的容器(例如墨盒631(参见图9))向喷嘴孔511的压力(向正方向的压力)。因此，防止空气从喷嘴孔511进入压力室521，相当于液体的喷出量的量的墨液从墨盒631经由贮存槽523供给到压力室521中。
如上所述，相对于欲进行液滴喷出的位置的压电元件54，通过压电元件驱动电路依次输入喷出信号，由此可以向纸等被喷出介质的所期望的位置供给液滴。
以下，说明本实施方式的液体喷头50的主要特征。
根据本实施方式的液体喷头50，通过使用镍酸镧的混晶作为取向层7，可以将压电体层5的结晶取向控制为规定的取向，并可以提高压电体层5的压电常数等特性。由此，振动板55的挠曲量增大，可以更有效地喷出液滴。此处，所谓有效，是指可以以较低的电压飞溅相同量的液滴。即，可以简化驱动电路，同时可以降低消耗的电力，所以可以更高密度地形成喷嘴孔511的间距等。因此，能够高密度印刷和高速印刷。进而，由于可以缩短压力室521的长轴长度，所以可以将头整体小型化。
进而，如下所述，通过设置以镍酸镧的混晶为主成分的取向层7，可以得到蚀刻特性特别优异的液体喷头50。即，本实施方式中，由下述实施例可明确，通过使用确定的取向层7，能够将下述蚀刻工序的位移降低率抑制到约5％以内的极小范围。因此，在蚀刻工序后，可以将构成液体喷头50的部件例如压电元件54与振动板55设定为与初期设计值近似的值。因此，根据本实施方式的液体喷头50，可以具有优异的蚀刻特性，进而可以将压电元件54及振动板55的位移量的经时变化减小至非常小，并可以具有优异的耐久性。
2.液体喷头的制造方法
2.1.制造方法
以下，参照图1、图5至图7说明本实施方式的液体喷头50的制造方法。
首先，准备作为压力室基板52的母材的(110)取向的硅基板1。
然后，如图5所示，在硅基板1上形成绝缘层2。绝缘层2例如由氧化硅构成。由氧化硅构成的绝缘层2可以通过例如热氧化法形成在硅基板1的表面上。另外，绝缘层2可以通过CVD法等来形成。
接着，在绝缘层2上形成弹性层3。弹性层3可以通过例如CVD法、溅射法、蒸镀法等来形成。作为弹性层3的材质，可以使用上述材质。
接着，在弹性层3上形成下部电极4。本实施方式中，由于具有取向层7，所以构成下部电极4的导电材料的结晶取向没有特别限定，因此可以适当选择下部电极4的制作条件和制作方法。例如可以通过溅射法、真空蒸镀法等形成下部电极4。另外，形成下部电极4时的温度可以为例如室温～600℃。作为下部电极4的材质，可以使用上述材质。
然后，在下部电极4上形成取向层7。可以通过例如溅射法来形成取向层7。用溅射法形成取向层7时，可以使用旋转磁控溅射法或固定溅射法。下面说明用于溅射法的靶。
使用旋转磁控溅射法时，可以将功率设定为0.5～1.5kW，将成膜温度设定为150～600℃。旋转磁控溅射法如下：边旋转设置在靶正下方的磁铁边进行溅射。使用该旋转磁控溅射法时，具有下述优点：抑制对靶的放电局部地集中而导致的侵蚀(腐蚀)，并且可以均匀地没有浪费地利用靶。另外，使用固定溅射法时，可以将功率设定为0.5～1.5kW，将成膜温度设定为300～600℃。考虑到可以降低成膜温度，可以说相较于固定溅射法相比，优选旋转磁控溅射法。另外，溅射法中，氩与氧中的氧的比例(O2/(Ar+O2))可以为例如0％～50％。
然后，在取向层7上形成压电体层5。压电体层5可以通过例如溅射法、溶胶凝胶法等来形成。作为压电体层5的材质，可以使用下述材质。
接着，在压电体层5上形成上部电极6。上部电极6可以通过例如溅射法、真空蒸镀法等形成。作为上部电极6的材质，可以使用上述材质。
然后，如图6所示，将上部电极6、压电体层5、取向层7及下部电极4对应于各个压力室521进行成图，形成对应于压力室521数的数量的压电元件54。此外，将下部电极6用作共用电极时，可以用其他方法进行下部电极6的成图。
接着，如图7所示，使用公知的光刻技术对硅基板1进行成图，在对应于压电元件54的位置分别形成成为压力室521的凹部，并在规定位置形成成为贮存槽523与供给口524的凹部，由此形成压力室基板52。
本实施方式中，由于使用(110)取向的硅基板作为压力室基板52，所以优选采用使用高浓度碱水溶液的湿式蚀刻(各向异性蚀刻)。用高浓度碱水溶液进行湿式蚀刻时，如上所述，可以使绝缘层2作为蚀刻阻挡层发挥功能。因此，可以更容易地形成压力室基板52。
如上所述地操作，蚀刻除去硅基板1直至振动板55在其厚度方向上露出，由此形成压力室基板52。此时未被蚀刻而残留的部分成为侧壁522。
然后，使形成有多个喷嘴孔511的喷嘴板51对位为与各喷嘴孔511成为各压力室521的凹部对应，在该状态下接合。由此，形成多个压力室521、贮存槽523及多个供给口524。关于喷嘴板51的接合，可以例如用粘合剂进行的粘合法或熔融法等。以下，将压力室基板52安装到基体56上。
通过以上的工序，可以制造本实施方式的液体喷头50。
接着，可以对通过上述制造方法得到的液体喷头50进行蚀刻。蚀刻工序例如可以如下所述地进行。
形成压力室521后，可以施加蚀刻工序。蚀刻工序具有对压电元件54施加规定脉冲数的比实际使用时更高的电压且高频率的驱动信号，使压电体层5产生比实际使用时高的电场强度来驱动压电元件54的工序。通过蚀刻工序，能够将实际使用时的压电元件54及振动板55的位移量变化明显抑制为较低，通常可以得到稳定的液体喷出特性。即，通过实行蚀刻工序，可以将构成压电元件54的压电体层5分极，同时缓和振动板的内部应力，由此将实际使用时的压电元件54及振动板55的位移量的变化明显抑制为较小。
在蚀刻工序中在压电体层5产生的电场强度只要为比实际使用时高的电场强度，则没有特别限定，可以为300kV/cm以上。原因在于，使用该电场强度时，可以在较短的时间内将压电体层5分极。例如，在本实施方式中，通过将施加在压电元件54上的驱动信号的最高电压设定为50V，由此可以使压电体层5产生455kV/cm的电场强度。另外，驱动信号的频率也为比实际使用时高的频率即可，没有特别限定，可以为50kHz～200kHz左右。频率过低时，在蚀刻工序中花费过多的时间，频率过高时，压电元件54有可能被破坏。
另外，驱动信号的波形可以例如为sin波、矩形波等频率单一的波形。如果为上述单纯的波形，则可以在较短时间内驱动多次压电元件54，并且可以缩短蚀刻时间。另外，也能够抑制压电元件54的负担及驱动压电元件54的驱动电路的负担。进而，驱动信号的脉冲数必须根据压电元件54产生的电场强度、驱动信号的频率等来适当确定，但优选为至少0.1亿脉冲以上。由此，可靠地缓和振动板55的内部应力，并且将压电体层5可靠地分极。其结果，能够将实际使用时的压电元件54及振动板55的位移量变化抑制为较小。
此外，在蚀刻工序中，可以采用例如本申请的申请人的专利申请(日本特愿2002-374607号)中记载的方法。
2.2.用于取向层7的成膜的靶
以下，说明用于取向层7的成膜的绝缘性靶。该绝缘性靶具有与本申请的申请人提出的专利申请(日本特愿2005-235809号)中记载的绝缘性靶材料相同的特征。
该绝缘性靶含有镧的氧化物、镍的氧化物与硅化合物。绝缘性靶中含有Si化合物，由此由下述实施例也可明确，成为均质的绝缘性高的优异的绝缘性靶。另外，硅化合物优选为氧化物。
绝缘性靶可以用以下的方法形成。该方法与上述日本特愿2005-235809号记载的方法相同。
包括下述工序：首先，混合镧氧化物与镍氧化物，将混合的混合粉体进行热处理并粉碎，得到第一粉体的工序；混合所述第一粉体与含有硅原料的溶液后，回收粉体，得到第二粉体的工序；对所述第二粉体进行热处理并粉碎，由此得到第三粉体的工序；对所述第三粉体进行热处理的工序。
具体而言，上述制造方法可以具有图8所示的工序。
(1)制造第一粉体
例如以组合物1∶1混合镧氧化物的粉体与镍氧化物的粉体(步骤S1)。然后，在900℃至1000℃临时烧成所得的混合材料，之后，进行粉碎，得到第一粉体(步骤S2)。如上所述得到的第一粉体含有镧氧化物与镍氧化物。
(2)制造第二粉体
混合第一粉体与含有硅原料的溶液(步骤S3)。作为硅原料，可以使用在溶胶凝胶法或MOD法中可以用作前体材料的醇盐、有机酸盐、无机酸盐等。作为溶液，可以使用将硅原料溶解在醇等有机溶剂中的溶液。相对于所得的导电性复合氧化物，可以以2摩尔％至10摩尔％的比例含有硅原料。
作为硅原料，优选在室温下为液体或可溶于溶剂的硅原料。作为硅原料，有有机盐、醇盐、无机盐等。作为有机盐的具体例，有硅的甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、辛酸盐、硬脂酸盐。作为醇盐的具体例，有硅的乙醇盐、丙醇盐、丁醇盐，可以为混合醇盐。作为无机盐的具体例，有硅的氢氧化物、氯化物、氟化物。上述物质在室温下为液体时，可以直接使用，也可以溶解在其他溶剂中进行使用。另外，作为硅原料，并不限于此，可以使用大量硅盐。
然后，通过过滤等分离粉体与溶液回收粉体，得到第二粉体(步骤S4)。如上所述得到的第二粉体是混合第一粉体与所述溶液得到的。
(3)制造第三粉体
然后，在900℃至1000℃下临时烧成第二粉体，然后，进行粉碎，得到第三粉体(步骤S5)。如上所述得到的第三粉体含有镧氧化物、镍氧化物及硅氧化物。
(4)烧结
然后，用公知的方法烧结第三粉体(步骤S6)。例如可以将第三粉体放入模中，用真空热压法进行烧结。烧结可以在1000至1500℃下进行。如上所述操作，可以得到绝缘性靶。
(5)研磨
所得的绝缘性靶可以根据需要通过湿式研磨来研磨表面。
根据上述制造方法，通过具有混合第一粉体与硅原料的溶液，可以得到均质且绝缘性高的绝缘性靶。另外，根据该制造方法，可以得到所得的导电性复合氧化物膜的结晶取向控制性与表面形态高的绝缘性靶。
由该制造方法得到的靶可以使用镧氧化物与镍氧化物的比率为1或接近于1的比率的靶。进而，靶可以以2摩尔％至10摩尔％的比例含有硅。
根据本实施方式的液体喷头50的制造方法，可以通过溅射法形成由镍酸镧的混晶构成的取向层7。含有具有上述取向层7的压电元件54的液体喷头50的特征如上所述。
3.实施例
(1)制作用于溅射法的靶
通过以下的方法形成用于实施例与比较实施例的绝缘性靶。
首先，制造第一粉体。具体而言，按照组成比1∶1混合La的氧化物粉体与Ni的氧化物粉体。接着，在900℃至1000℃下临时烧成所得的混合材料，接着进行粉碎，得到第一粉体。
接着，制造第二粉体。具体而言，混合第一粉体与硅醇盐的溶液。硅醇盐溶液是将硅醇盐以5摩尔％的比例溶解于醇中得到的溶液。
然后，通过过滤分离粉体与溶液，回收粉体，得到第二粉体。如上所述得到的第二粉体是混合第一粉体与所述溶液得到的粉体。
然后，在900℃至1000℃下临时烧成第二粉体，然后，进行粉碎，得到第三粉体。
接着，用公知的方法烧结第三粉体。具体而言，将第三粉体放入模中，用真空热压法进行烧结。烧结在1400℃下进行。如上所述地操作，得到靶试样。确认靶试样表面均一，没有裂缝等不良情况。
(2)镍酸镧的混晶对成膜温度的依赖性
(2)-1.在低温下成膜的试样
首先，说明通过旋转磁控溅射法形成使用所述靶试样成膜的镍酸镧膜1的试样1。
试样1是如下所述成膜的，在(110)取向的硅基板上，在RF功率为1kW、基板温度为200℃、Ar/O2＝30/20sccm的条件下，形成膜厚为40nm的由镍酸镧的混晶构成的镍酸镧膜(以下称为“镍酸镧膜1”)。
图10是表示试样1的使用了CuKα射线的θ-2θ法进行的X射线衍射结果的图。由图10可知，衍射角2θ中，在21°至25°间确认镍酸镧的混晶(混晶LNO)的峰顶位置。21°至25°间的峰相对于峰顶位置为非对称。确认该混晶主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)及La2NiO4(L2NO4)。进而，镍酸镧膜1的混晶的镧相对于镍的摩尔比(La/Ni)通过ICP(电感耦合等离子体，Inductively Coupled Plasma)法来研究，确认为1.24。
除将用于形成镍酸镧膜的基板变更为层叠体以外，与上述硅基板的情况相同地操作，形成镍酸镧膜2，形成试样2。本实施例中使用的层叠体是在(110)取向的硅基板上形成氧化硅层(膜厚约为1μm)、氧化锆层(膜厚约为0.4μm)、铂层(膜厚约为0.1μm)得到的层叠体。
图11是表示试样2的X射线解析结果的图。由图11可知，与图10相同地在衍射角2θ中，于21°至25°间确认镍酸镧的混晶(混晶LNO)的峰顶位置。确认该混晶主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)及La2NiO4(L2NO4)。
(2)-2.在高温下成膜的试样
首先，说明形成有镍酸镧膜3的试样3，所述镍酸镧膜3是通过旋转磁控溅射法使用所述靶试样形成的。
试样3是在(110)取向的硅基板上，在RF功率为1kW、基板温度为550℃、Ar/O2＝30/20sccm的条件下形成膜厚为40nm的由镍酸镧的混晶构成的镍酸镧膜3。
图12是表示试样3的X射线解析结果的图。由图12可知，在衍射角2θ中，于30°至33°间确认镍酸镧的混晶(混晶LNO)的峰顶位置。30°至33°间的峰相对于峰顶位置为非对称。确认该混晶LNO主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)、La2NiO4(L2NO4)及La3Ni2O7(L3N2O7)。进而，通过ICP法调查镍酸镧膜3的镧相对于镍的摩尔比(La/Ni)时，为1.54。
除将用于形成镍酸镧膜的基板改变为层叠体以外，与上述硅基板的情况相同地操作，形成镍酸镧膜4，得到试样4。用于本实施例中的层叠体与上述(2)-1.中所述的层叠体相同。即，层叠体是在(110)取向的硅基板上形成氧化硅层、氧化锆层、铂层的层叠体。
图13是表示试样4的X射线解析结果的图。由图13可知，与图12相同在衍射角2θ中，于30°至33°间确认了镍酸镧的混晶(混晶LNO)的峰。30°至33°间的峰相对于峰顶位置为非对称。确认该混晶主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)及La2NiO4(L2NO4)。
由以上内容可知，确认镍酸镧膜中，混晶的成分依赖于成膜温度。具体而言，成膜温度为150℃至250℃时，得到主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)及La2NiO4(L2NO4)的混晶，成膜温度为400℃至600℃时，确认主要含有LaNiO2(LNO2)、LaNiO3(LNO3)、La2NiO4(L2NO4)及La3Ni2O7(L3N2O7)。进而，确认混晶的镧与镍的組成比也因成膜温度而不同。
(3)用溅射法得到的镍酸镧的取向率依赖性
图14是表示使用旋转磁控溅射法与固定溅射法时的成膜温度与结晶取向率的关系的图。使用CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，以21°至25°间的峰顶位置的强度为“混晶LNO强度A”，以30°至33°间的峰顶位置的强度为“混晶LNO强度B”时，图14所示的取向率如下表示：
取向率＝混晶LNO强度A/(混晶LNO强度A+混晶LNO强度B)。
图14中，符号a是使用旋转磁控溅射法时的图表，符号b是使用固定溅射法时的图表。
由图14可知，使用旋转磁控溅射法时，在成膜温度为约150℃至350℃时，能够得到约60％以上的取向率。
对此，可知在使用固定溅射法的情况下，在成膜温度高于约250℃时，能够得到约60％以上的取向率。
(4)压电体层的结晶取向性
以下，说明调查下述情况下的压电体层的结晶取向性的结果，即，使用镍酸镧的混晶膜作为取向层的情况与不适用上述混晶膜的情况。
(4)-1.使用取向层的实施例
在铂层上，在与上述(2)-1.所述的条件相同的条件下通过旋转磁控溅射法形成膜厚为40nm的镍酸镧膜。进而，通过溶胶凝胶法在该镍酸镧膜上形成1.3μm的PZT层。如以下所示地形成该PZT层。首先，将溶胶凝胶原料涂布在铂层上后，在100～150℃下临时烧成后，在400℃下脱脂，进一步在氧气氛中于700℃下烧成。反复该工序直至达到所希望的膜厚，形成PZT层。将如上所述得到的层叠体称为试样5。
图15中，符号a表示的图是对试样5进行使用CuKα射线的θ-2θ法进行的X射线衍射的结果。由图15可知，在试样5中确认了来自作为压电体层的PZT的较强的峰顶位置。另外，由图15的衍射结果求出PZT(100)的取向率，为96～99。此处，使用CuKα射线的θ-2θ法测定的X射线衍射的衍射角2θ中，以21°至25°间的峰顶位置的强度为“PZT(100)强度”，以30°至33°间的峰顶位置的强度为“PZT(110)强度”，以37°至39°间的峰顶位置的强度为“PZT(111)强度”时，PZT取向率如下表示：
PZT(100)的取向率＝PZT(100)强度/(PZT(100)强度+PZT(110)强度+PZT(111)强度)。
进而，使用CuKα射线的摇摆曲线法求出PZT(200)的半峰宽(半值幅)，为10.4°。
(4)-2.不使用取向层的实施例
代替使用由镍酸镧的混晶构成的取向层，在铂层上使用4nm的钛层作为种子层(seed layer)，除此之外，与上述(4)-1.相同地操作，得到试样。将如上所述得到的层叠体称为比较用试样6。
在图15中，符号b表示的图是对试样6进行的使用CuKα射线的θ-2θ法进行的X射线衍射的结果。由图15可知，在比较用的试样6中确认来自作为压电体层的PZT的峰，但该峰比试样5小。由图15的衍射结果求出PZT(100)的取向率，为90～95。另外，求出PZT(200)的峰的半峰宽，为22.4°。
由以上内容确认，本实施例的试样5与比较用的试样6相比，PZT层的结晶取向性高、并且峰的半峰宽小，结晶轴更集中。
(5)基于取向层不同而进行的耐电压试验
说明对使用本实施方式的镍酸镧的混晶作为取向层的试样7、与使用LaNiO3作为取向层的比较用的试样8进行的耐电压试验。其结果如图16所示。图16中，符号a所示的图表表示试样7的结果，符号b所示的图表表示比较用的试样8的结果。
对于与上述(2)-1.所述的试样2相同地制作的试样7，改变施加电压，调查裂缝的发生。其结果，确认试样8中，即使施加约80V的电压，在压电体层(PZT层)中也几乎不发生裂缝，压电元件未被破坏。
对此，使用LaNiO3作为取向层的比较用试样8中，在约35V下，压电体层开始产生裂缝，在约40V下元件被破坏。此外，比较用的试样8通过PLD(脉冲激光沉积法)法在Si基板上形成YBCO/CeO2/YSZ缓冲层，在其上外延生长有(100)取向的镍酸镧膜(LaNiO3)。
(6)蚀刻特性
对与试样2相同制作的试样9与试样10调查蚀刻特性，所述试样10是使用钛层作为种子层代替由镍酸镧构成的取向层之外，与试样2相同地制作的比较用试样。其结果示于图17。图17中，横轴表示驱动次数(shot)，纵轴表示从初期状态开始的位移降低率。图17中，符号a所示的图表表示试样9的结果，符号b所示的图表表示比较用试样10的结果。
用于调查蚀刻特性的实验条件是比实际使用时更为严格的条件。即，在电场强度为300kV/cm、驱动信号的频率为50kHz下进行蚀刻试验。
由图17可知，试样9中，位移降低率在5％以内。对此，比较用试样10中，位移降低率为15％以上。这确认本实施例的试样相对于比较用试样，蚀刻工序的位移降低率特别小。
4.液体喷射装置
以下，作为液体喷射装置的一例，说明喷墨打印机。即，说明具有本实施方式的液体喷头50的喷墨打印机的一个实施方式。图9是表示本实施方式的喷墨打印机600的概略结构图。喷墨打印机600可以作为能够在纸等上印刷的打印机发挥作用。此外，图9中的上侧称为“上部”，下侧称为“下部”。
喷墨打印机600具有装置主体620，在上部后方具有设置记录纸张P的托架621，在下部前方具有排出记录纸张P的排出口622，在上部面具有操作面板670。记录纸张P是被喷出介质的一例。
装置主体620的内部主要设置有下述构件：具有往复运动的头单元630的印刷装置640；将记录纸张P一张张送入印刷装置640的供纸装置650；对印刷装置640及供纸装置650进行控制的控制部660。
印刷装置640包括下述构件：头单元630；成为头单元630的驱动源的滑架电动机641；承受滑架电动机641的旋转，使头单元630往复运动的往复动机构642。
头单元630在其下部具有下述构件：具有上述多个喷嘴孔511的液体喷头50、向该液体喷头50供给墨液的墨盒631、搭载液体喷头50及墨盒631的滑架632。
往复运动机构642具有其两端被支承在框架(未图示)上的滑架导向轴644、与滑架导向轴644平行延伸的同步带643。滑架632被滑架导向轴644支承且往复运动自如，并且固定在同步带643的一部分上。通过滑架电动机641的动作，经由滑轮使同步带643正反行进时，头单元630被滑架导向轴644引导往复运动。进行该往复运动时，从液体喷头50适当喷出墨液，在记录纸张P上进行印刷。
供纸装置650具有成为其驱动源的供纸电动机651与通过供纸电动机651的动作而旋转的给纸辊652。给纸辊652由夹持记录纸张P的传输路径(记录纸张P)上下对置的从动辊652a与驱动辊652b构成，驱动辊652b连接到供纸电动机651上。
根据本实施方式的喷墨打印机600，由于具有高性能并能够使喷嘴高密度化的本实施方式的液体喷头50，所以能够高密度印刷和高速印刷。进而，根据本实施方式的喷墨打印机600，由于具有蚀刻特性优异的液体喷头50，所以可以长期进行高精度的印刷。
此外，本发明的喷墨打印机600也可以用作工业上使用的液体喷射装置。此时，作为喷出的墨液(液状材料)，将各种功能性材料用溶剂或分散介质调整为适当的粘度进行使用。
如上所述，详细说明了本发明的实施方式，但对于本领域的技术人员而言，可以容易理解能够进行各种实质上不脱离本发明的特征与效果的各种变更。因此，上述变形例均包括在本发明的范围中。例如本发明的压电元件不仅适用所述的液体喷头，也能够适用各种设备。