JP2005168172A - Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector - Google Patents

Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector Download PDF

Info

Publication number
JP2005168172A
JP2005168172A JP2003403337A JP2003403337A JP2005168172A JP 2005168172 A JP2005168172 A JP 2005168172A JP 2003403337 A JP2003403337 A JP 2003403337A JP 2003403337 A JP2003403337 A JP 2003403337A JP 2005168172 A JP2005168172 A JP 2005168172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
piezoelectric
insulating film
lower electrode
piezoelectric actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003403337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Murai
正己 村井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003403337A priority Critical patent/JP2005168172A/en
Publication of JP2005168172A publication Critical patent/JP2005168172A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator that can prevent lead contained in a piezoelectric film from spreading to a silicon oxide film via a zirconium oxide film at a portion where the zirconium oxide film and the piezoelectric film contact with each other when baking the piezoelectric film, without increasing the thickness of the zirconium oxide film, and to provide a liquid injection head using the actuator, and a liquid injector. <P>SOLUTION: The piezoelectric actuator is constituted such that: a piezoelectric element 300 having a lower electrode 33, the piezoelectric film 43 and an upper electrode 44 is formed on a vibrating plate 50; the piezoelectric film 43 has a close contact area that closely contacts with the vibrating plate 50; the vibrating plate 50 is formed with at least a first insulating film 51 and a second insulating film 52 that is formed at the piezoelectric element 300 side apart from the first insulating film 51 and has a spread prevention function; and the second insulating film 52 has an amorphous structure at is portion that corresponds to at least the close contact area. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気機械変換機能を有する圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator having an electromechanical conversion function, a liquid ejecting head using the same, and a liquid ejecting apparatus.

従来から、液体噴射ヘッドの一例として、インクジェット式記録ヘッドがある。このインクジェット式記録ヘッドは、プリンタのインク吐出の駆動源として圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータは、一般に、インク滴を吐出するノズル開口（吐出口）と連通する圧力発生室の一部を構成する振動板と、この振動板上に形成され、かつ下部電極、圧電体膜及び上部電極を有する圧電体素子と、を備えて構成されている。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、安定した液滴吐出特性が得られ、信頼性を向上することを目的とした様々な改善がなされている。   Conventionally, there is an ink jet recording head as an example of a liquid ejecting head. This ink jet recording head uses a piezoelectric actuator as a drive source for ink ejection of a printer. A piezoelectric actuator is generally formed on a diaphragm that forms part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening (ejection port) that ejects ink droplets, and a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper part. And a piezoelectric element having electrodes. In such an ink jet recording head, various improvements have been made for the purpose of obtaining stable droplet discharge characteristics and improving reliability.

例えば、特開２００３−１４５７６２号公報には、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた圧電体素子と、を備え、圧力発生室と同一の深さを有すると共に前記圧力発生室の長手方向一端部に連通して当該圧力発生室に液体を供給する液体供給路が前記流路形成基板に設けられ、且つ該液体供給路に対向する領域の前記振動板上に補強膜を有すると共に該補強膜と前記振動板との全体の内部応力が引張り応力となるインクジェット式記録ヘッドが開示されている。このインクジェット式記録ヘッドでは、前記振動板を、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と、この上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成し、この酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜上に、前記圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-145762, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and a piezoelectric body provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate. And a liquid supply path having the same depth as the pressure generation chamber and communicating with one end in the longitudinal direction of the pressure generation chamber to supply liquid to the pressure generation chamber is provided in the flow path forming substrate. An ink jet recording head is disclosed in which a reinforcing film is provided on the diaphragm in a region facing the liquid supply path, and the entire internal stress of the reinforcing film and the diaphragm is a tensile stress. In this ink jet recording head, the vibration plate, a silicon (SiO 2) film oxidation, the formed zirconium oxide on (ZrO 2) composed of a film, a zirconium oxide (ZrO 2) film, wherein A piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is formed is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1).

また、特開２００２−３４１１６３号公報には、酸化シリコンからなる絶縁膜上に、弾性を備える膜として酸化ジルコニウム膜を形成し、この上に下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜を順に形成し、次に、これら下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜を所定の形状にパターニングした後、このパターニングにより残された第１の圧電体膜上及び第１の圧電体膜が除去された酸化ジルコニウム膜上に、さらに第２の圧電体膜を形成し、次いで上部電極を形成する製造方法も開示されている。（例えば、特許文献２参照）。   In JP 2002-341163 A, a zirconium oxide film is formed as an elastic film on an insulating film made of silicon oxide, and a lower electrode forming film and a first piezoelectric film are sequentially formed thereon. Next, after patterning the lower electrode forming film and the first piezoelectric film into a predetermined shape, the first piezoelectric film and the first piezoelectric film left by the patterning are removed. There is also disclosed a manufacturing method in which a second piezoelectric film is further formed on the formed zirconium oxide film, and then an upper electrode is formed. (For example, refer to Patent Document 2).

これらの構成を備えたインクジェット式記録ヘッドに用いられている圧電アクチュエータでは、酸化ジルコニウム膜上に圧電体膜が形成されている部分、すなわち、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが密着している部分が存在している。
特開２００３−１４５７６２号公報 特開２００２−３４１１６３号公報 In the piezoelectric actuator used in the ink jet recording head having these configurations, the portion where the piezoelectric film is formed on the zirconium oxide film, that is, the portion where the zirconium oxide film and the piezoelectric film are in close contact with each other Is present.
JP 2003-145762 A JP 2002-341163 A

従来の圧電アクチュエータを備えたインクジェット式記録ヘッドでは、通常、絶縁膜としての酸化シリコン膜上に酸化ジルコニウム膜を形成する際に、スパッタ法や真空蒸着法等によりジルコニア（Ｚｒ）層を形成した後、これを酸素雰囲気中で高温処理している。このため、得られた酸化ジルコニウム膜が柱状の多結晶体となり、酸化ジルコニウム膜は、結晶と結晶との間に粒界が存在することになる。   In an ink jet recording head equipped with a conventional piezoelectric actuator, after forming a zirconia (Zr) layer by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like, usually when forming a zirconium oxide film on a silicon oxide film as an insulating film This is processed at high temperature in an oxygen atmosphere. For this reason, the obtained zirconium oxide film becomes a columnar polycrystalline body, and the zirconium oxide film has a grain boundary between the crystals.

ここで、前記圧電体膜は、製造の過程において焼成されるが、この時、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが密着する（接触する）部分では、圧電体膜に含まれている鉛（Ｐｂ）が、酸化ジルコニウム膜に形成されている粒界を通って、酸化シリコン膜へ拡散しようとするが、従来のインクジェット式記録ヘッドでは、この酸化シリコン膜への鉛の拡散を防止するため、酸化ジルコニウム膜の膜厚をある程度厚く（例えば、４００ｎｍ程度）構成しているが、酸化ジルコニウム膜を厚くすることで振動板が過度に厚くなり、圧電素子の機械的変位を振動板が伝えにくくしてしまう共に、当該酸化ジルコニウム膜形成に時間を要するという問題があった。   Here, the piezoelectric film is baked in the manufacturing process. At this time, the lead (Pb) contained in the piezoelectric film is in a portion where the zirconium oxide film and the piezoelectric film are in close contact (contact). ) Will try to diffuse into the silicon oxide film through the grain boundaries formed in the zirconium oxide film. However, in the conventional ink jet recording head, in order to prevent lead from diffusing into the silicon oxide film, oxidation is performed. The film thickness of the zirconium film is thick to some extent (for example, about 400 nm), but increasing the thickness of the zirconium oxide film makes the diaphragm excessively thick, making it difficult for the diaphragm to transmit mechanical displacement of the piezoelectric element. In addition, there is a problem that it takes time to form the zirconium oxide film.

本発明は、このような従来の圧電アクチュエータを改良することを課題とするものであり、酸化ジルコニウム膜の膜厚を厚くすることなく、圧電体膜の焼成時に、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが接触する部分において、圧電体膜に含まれている鉛が、酸化ジルコニウム膜を介して酸化シリコン膜へ拡散することを防止することが可能な圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体射出ヘッド、並びに液体射出装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to improve such a conventional piezoelectric actuator. When the piezoelectric film is fired without increasing the thickness of the zirconium oxide film, the zirconium oxide film, the piezoelectric film, , A piezoelectric actuator capable of preventing lead contained in the piezoelectric film from diffusing into the silicon oxide film through the zirconium oxide film, a liquid ejecting head using the same, and An object is to provide a liquid ejecting apparatus.

この目的を達成するため、本発明は、振動板上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極を備えた圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータであって、前記圧電体膜は、前記振動板と密着する密着領域を有し、前記振動板は、第１の絶縁膜と、当該第１の絶縁膜より前記圧電体素子側に形成され且つ拡散防止機能を備えた第２の絶縁膜と、を少なくとも備え、前記第２の絶縁膜は、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えてなる圧電アクチュエータを提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention provides a piezoelectric actuator in which a piezoelectric element having a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode is formed on a vibration plate, wherein the piezoelectric film has the vibration. An adhesive region closely contacting the plate, wherein the diaphragm includes a first insulating film, a second insulating film formed on the piezoelectric element side of the first insulating film and having a diffusion preventing function; The second insulating film provides a piezoelectric actuator in which at least a portion corresponding to the adhesion region has an amorphous structure.

この構成を備えた圧電アクチュエータは、第２の絶縁膜のうち、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えているため、例えば、第２の絶縁膜と圧電体膜が密着（接触）していたとしても、アモルファス構造には粒界が存在しないため、圧電体膜に含有されている成分（例えば、鉛（Ｐｂ））が、結晶と結晶との間の粒界を介して第１の絶縁膜に拡散されることを防止することができる。そのため、第２の絶縁膜を従来のように厚くする必要がなく、また、第２の絶縁膜の形成時間を従来よりも短縮させることができるという効果を奏する。   In the piezoelectric actuator having this configuration, since at least a portion corresponding to the adhesion region of the second insulating film has an amorphous structure, for example, the second insulating film and the piezoelectric film are in close contact (contact). ), The grain structure does not exist in the amorphous structure. Therefore, the component (for example, lead (Pb)) contained in the piezoelectric film is not allowed to pass through the grain boundary between the crystals. It is possible to prevent diffusion into one insulating film. Therefore, it is not necessary to make the second insulating film thicker than in the prior art, and the time for forming the second insulating film can be shortened as compared with the prior art.

なお、本発明にかかる振動板は、第２の絶縁膜上に、下部電極との密着性を向上させるための密着層をさらに形成し、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜及び密着層を備えた構成としてもよい。この場合であっても、圧電体膜が振動板（この場合は、密着層）と密着する密着領域に対応する第２の絶縁膜部分が、アモルファス構造を備えているため、例え、圧電体膜に含有されている鉛が、この密着層を通過して第２の絶縁膜に到達したとしても、第２の絶縁膜が拡散防止機能を発揮するため、第１の絶縁膜にこの鉛が拡散されることを防止することができる。   In the diaphragm according to the present invention, an adhesion layer for improving adhesion to the lower electrode is further formed on the second insulating film, and the first insulating film, the second insulating film, and the adhesion layer are formed. It is good also as a structure provided with. Even in this case, the second insulating film portion corresponding to the close contact region where the piezoelectric film is in close contact with the diaphragm (in this case, the close contact layer) has an amorphous structure. Even if the lead contained in the metal passes through the adhesion layer and reaches the second insulating film, the lead is diffused in the first insulating film because the second insulating film exhibits a diffusion preventing function. Can be prevented.

また、前記下部電極はパターニングされてなり、前記圧電体膜は、当該パターニングにより形成された下部電極上と、前記振動板の当該下部電極が形成されていない領域上に形成させることができる。   Further, the lower electrode is patterned, and the piezoelectric film can be formed on the lower electrode formed by the patterning and on the region of the diaphragm where the lower electrode is not formed.

そしてまた、前記第２の絶縁膜は、その全体にわたってアモルファス構造を備えていてもよい。このようにすることで、振動板の強度をより向上させることができる。   Further, the second insulating film may have an amorphous structure over the whole. By doing in this way, the intensity | strength of a diaphragm can be improved more.

また、前記第２の絶縁膜は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンのいずれかを主成分として構成することができるので、密着性を十分に確保できる。   In addition, since the second insulating film can be composed mainly of any one of zirconium oxide, aluminum oxide, and titanium oxide, sufficient adhesion can be secured.

さらにまた、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上に直接形成されてなることができる。このようにすることで、前記利点に加え、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着性をさらに向上させることができる。   Furthermore, the second insulating film can be formed directly on the first insulating film. By doing in this way, in addition to the said advantage, the adhesiveness of a 1st insulating film and a 2nd insulating film can further be improved.

そしてまた、本発明は、前述した本発明にかかる圧電アクチュエータと、当該アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッドを提供するものである。   The present invention also includes the piezoelectric actuator according to the present invention described above, a pressure generation chamber whose internal volume changes due to mechanical displacement of the actuator, a discharge port that communicates with the pressure generation chamber and discharges droplets. A liquid ejecting head including the above is provided.

この構成を備えた液体噴射ヘッドは、前記圧電アクチュエータの構成要素である圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが阻止されるため、高精度であり、且つ信頼性を向上させることができる。   In the liquid jet head having this configuration, the lead contained in the piezoelectric film, which is a component of the piezoelectric actuator, is prevented from diffusing into the first insulating film by the second insulating film. Therefore, it is highly accurate and can improve reliability.

さらにまた、本発明は、前述した本発明にかかる液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a liquid ejecting apparatus including the above-described liquid ejecting head according to the present invention and a driving device that drives the liquid ejecting head.

この構成を備えた液体噴射装置は、液体噴射ヘッドの圧電アクチュエータにおいて、圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが阻止されるため、高精度であり、且つ信頼性を向上させることができる。   In the liquid ejecting apparatus having this configuration, in the piezoelectric actuator of the liquid ejecting head, the lead contained in the piezoelectric film is prevented from diffusing into the first insulating film by the second insulating film. Therefore, it is highly accurate and can improve reliability.

本発明にかかる圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置は、圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが防止されるため、第２の絶縁膜の膜厚を従来に比べて薄くすることができ、振動特性を向上させることができる。また、振動板の強度を向上させることもでき、駆動信頼性を向上させることもできる。   In the piezoelectric actuator according to the present invention, the liquid ejecting head using the same, and the liquid ejecting apparatus, lead contained in the piezoelectric film is diffused into the first insulating film by the second insulating film. Therefore, the thickness of the second insulating film can be made thinner than the conventional one, and the vibration characteristics can be improved. In addition, the strength of the diaphragm can be improved, and driving reliability can be improved.

次に、本発明の好適な実施形態にかかる圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置について図面を参照して説明する。   Next, a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention, a liquid ejecting head using the same, and a liquid ejecting apparatus will be described with reference to the drawings.

なお、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Note that in this embodiment, an ink jet recording head that ejects ink droplets as a liquid ejecting head and a printer that includes an ink jet recording head as a liquid ejecting apparatus will be described as an example. The embodiments described below are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited only to these embodiments. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

図１は、本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図、図２は、図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は、図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図、図４は、図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図、図５は、図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図、図６及び図７は、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。   1 is a perspective view showing a printer according to the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of an ink jet recording head used in the printer shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an ink jet recording head shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line ii shown in FIG. 3, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line ii-ii shown in FIG. 3, and FIGS. FIG. 7 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the piezoelectric actuator and the ink jet recording head according to the present embodiment.

図１に示すように、本実施の形態にかかるプリンタ１は、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０ヘッド（図２参照）を有するヘッドユニット２００を備え、このヘッドユニット２００には、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられている。なお、本実施の形態では、カートリッジ１Ａは１室からなり、ブラックインク組成物が収容されている。また、カートリッジ１Ｂは例えば３つの部屋に仕切られており、各々の部屋には、シアンインク組成物、マゼンタインク組成物、イエロインク組成物が各々収容されている。これらのカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられたヘッドユニット２００は、キャリッジ３に搭載されており、このキャリッジ３は、プリンタ本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。   As shown in FIG. 1, the printer 1 according to this embodiment includes a head unit 200 having a plurality of ink jet recording heads 220 (see FIG. 2), and the head unit 200 constitutes an ink supply means. The cartridges 1A and 1B to be attached are detachable. In the present embodiment, the cartridge 1A has one chamber and contains a black ink composition. The cartridge 1B is partitioned into, for example, three rooms, and each room contains a cyan ink composition, a magenta ink composition, and a yellow ink composition. A head unit 200 on which these cartridges 1A and 1B are detachably mounted is mounted on a carriage 3. The carriage 3 is provided on a carriage shaft 5 attached to a printer body 4 so as to be movable in the axial direction. Yes.

また、プリンタ本体４には、キャリッジ３を駆動するための駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。   The printer body 4 is provided with a drive motor 6 for driving the carriage 3, and the driving force of the drive motor 6 is transmitted to the carriage 3 through a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown). Thus, the carriage 3 on which the head unit 200 is mounted is moved along the carriage shaft 5.

さらに、プリンタ本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。そして、ヘッドユニット２００から、所望のインク組成物が、所望のタイミングで記録シートＳに吐出されることで、文字や画像等が印刷される。   Further, the printer body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is conveyed on the platen 8. It has become so. A desired ink composition is ejected from the head unit 200 onto the recording sheet S at a desired timing, so that characters, images, and the like are printed.

本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、図２〜図５に示すようにノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられた圧電体素子３００を備えて構成されている。そして、振動板５０及び圧電体素子３００により、圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させるための駆動源としての圧電アクチュエータを構成している。   As shown in FIGS. 2 to 5, the ink jet recording head 220 according to the present embodiment includes a flow path forming substrate 10 in which a pressure generating chamber 12 communicating with the nozzle openings 21 is formed, and one of the flow path forming substrates 10. The piezoelectric element 300 is provided on the direction side with a diaphragm 50 interposed therebetween. The diaphragm 50 and the piezoelectric element 300 constitute a piezoelectric actuator as a drive source for increasing the pressure in the pressure generating chamber 12 and ejecting ink droplets from the nozzle openings 21.

流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板から構成されており、この流路形成基板１０の一方側に形成されている振動板５０は、流路形成基板１０を予め熱酸化して形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第１の絶縁膜５１と、この第１の絶縁膜５１上に形成した第２の絶縁膜５２から構成されている。（図４及び図５参照）。この第２の絶縁膜５２は、本実施の形態では、アモルファス構造を備えた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成されており、後述する圧電体膜４３に含有されている鉛（Ｐｂ）が、第１の絶縁膜５１に拡散されることを防止するための拡散防止膜としての機能を備えている。 The flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate, and a vibration plate 50 formed on one side of the flow path forming substrate 10 is formed by previously oxidizing the flow path forming substrate 10 by thermal oxidation. The first insulating film 51 is made of silicon (SiO 2 ) and the second insulating film 52 is formed on the first insulating film 51. (See FIGS. 4 and 5). In the present embodiment, the second insulating film 52 is composed of a zirconium oxide (ZrO 2 ) film having an amorphous structure, and lead (Pb) contained in a piezoelectric film 43 described later is A function as a diffusion preventing film for preventing diffusion to the first insulating film 51 is provided.

また、この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁２２によって区画された圧力発生室１２が複数形成されている。各圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部に各々連通されている。   The flow path forming substrate 10 is formed with a plurality of pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 22 by anisotropic etching from the other side. On the outer side in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12, a communicating portion 13 is formed which communicates with a reservoir portion 31 provided on a reservoir forming substrate 30 to be described later and constitutes a reservoir 100 serving as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12. Has been. The communication portion 13 is in communication with one end portion in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 through the ink supply path 14.

流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。すなわち、本実施の形態では、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。   On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 is provided via an adhesive, a heat welding film, or the like. It is fixed. That is, in the present embodiment, two rows of nozzle rows 21 </ b> A in which the nozzle openings 21 are arranged in parallel are provided in one ink jet recording head 220.

振動板５０上には、所定の形状にパターニングされた下部電極３３と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜４３と、上部電極４４と、を備えた圧電体素子３００が形成されている。この圧電体素子３００では、下部電極３３がパターニングされていることから、圧電体膜４３と第２の絶縁膜５２とが密着する（接触する）密着領域５３が形成されている。   A piezoelectric element 300 including a lower electrode 33 patterned in a predetermined shape, a piezoelectric film 43 made of lead zirconate titanate (PZT), and an upper electrode 44 is formed on the diaphragm 50. ing. In the piezoelectric element 300, since the lower electrode 33 is patterned, an adhesion region 53 in which the piezoelectric film 43 and the second insulating film 52 are in close contact (contact) is formed.

このような圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施の形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。   A reservoir forming substrate 30 having a reservoir portion 31 constituting at least a part of the reservoir 100 is joined on the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed. In the present embodiment, the reservoir portion 31 is formed across the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12. A reservoir 100 that is in communication with the unit 13 and serves as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12 is configured.

なお、このようなリザーバ形成基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。   Examples of the reservoir forming substrate 30 include glass, ceramic, metal, plastic, and the like. However, it is preferable to use a material that is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. Then, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 was used.

さらに、リザーバ形成基板３０上には、各圧電体素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電体素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。   Furthermore, a drive IC 110 for driving each piezoelectric element 300 is provided on the reservoir forming substrate 30. Each terminal of the drive IC 110 is connected to a lead wiring drawn from an individual electrode of each piezoelectric element 300 via a bonding wire or the like (not shown). Each terminal of the driving IC 110 is connected to the outside via an external wiring 111 such as a flexible printed cable (FPC), and receives various signals such as a print signal from the outside via the external wiring 111. .

また、このようなリザーバ形成基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４５が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４５以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４６となっており、リザーバ１００は、可撓部４６により封止されている。そして、この可撓部４６により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。   A compliance substrate 40 is bonded on the reservoir forming substrate 30. In the region of the compliance substrate 40 facing the reservoir 100, an ink introduction port 45 for supplying ink to the reservoir 100 is formed by penetrating in the thickness direction. Further, the region other than the ink inlet 45 in the region facing the reservoir 100 of the compliance substrate 40 is a flexible portion 46 formed thin in the thickness direction, and the reservoir 100 is sealed by the flexible portion 46. Has been. The flexible portion 46 provides compliance within the reservoir 100.

このように、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４５に連通すると共に、図示しないカートリッジケースのインク連通路に連通して、カートリッジケースからのインクをインク導入口４５に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４６に対向する領域に、図示しない凹部が形成され、可撓部４６の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。   As described above, the ink jet recording head 220 according to the present embodiment includes the four substrates of the nozzle plate 20, the flow path forming substrate 10, the reservoir forming substrate 30, and the compliance substrate 40. On the compliance substrate 40 of the ink jet recording head 220, the ink introduction port 45 communicates with an ink communication path of a cartridge case (not shown), and ink from the cartridge case is supplied to the ink introduction port 45. A head case 230 is provided in which an ink supply communication path 231 is provided. The head case 230 is provided with a recess (not shown) in a region facing the flexible portion 46 so that the flexible portion 46 is flexibly deformed. The head case 230 is provided with a drive IC holding part 233 penetrating in the thickness direction in a region facing the drive IC 110 provided on the reservoir forming substrate 30, and the external wiring 111 is connected to the drive IC holding part. The drive IC 110 is connected through the H.233.

このようなインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジから供給されるインクをインク導入口４５から取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電体素子３００に電圧を印加し、振動板５０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させる。   Such an ink jet recording head 220 takes in ink supplied from the ink cartridge from the ink introduction port 45, fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then in accordance with a recording signal from the drive IC 110, A voltage is applied to each piezoelectric element 300 corresponding to the pressure generating chamber 12 to cause the diaphragm 50 to bend and deform, thereby increasing the pressure in each pressure generating chamber 12 and ejecting ink droplets from the nozzle openings 21.

次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the ink jet recording head 220 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

（振動板の形成工程：Ｓ１）
シリコン単結晶基板（例えば、厚さ２００μｍ程度）からなる流路形成基板１０を、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、流路形成基板１０に、二酸化シリコン膜からなる第１の絶縁膜５１（例えば、厚さ１μｍ程度）を形成する。この工程には通常用いる熱酸化法の他、ＣＶＤ法を使用することもできる。 (Diaphragm forming step: S1)
A flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate (for example, a thickness of about 200 μm) is treated at a high temperature in an oxidizing atmosphere containing oxygen or water vapor, and the flow path forming substrate 10 is made of a first film made of a silicon dioxide film. An insulating film 51 (for example, a thickness of about 1 μm) is formed. In this step, the CVD method can be used in addition to the thermal oxidation method that is usually used.

次に、酸化ジルコニウムターゲットを用いてＲＦスパッタを行い、第１の絶縁膜５１上に、アモルファス構造の酸化ジルコニウム膜からなる第２の絶縁膜５２（例えば、厚さ２００ｎｍ程度）を直接形成する。なお、本実施の形態では、このＲＦスパッタは、酸素１０％、アルゴン９０％の雰囲気中で、常温、パワー１kＷで行った。このようにして、第１の絶縁膜５１及び第２の絶縁膜５２からなる振動板５０を形成した。この第２の絶縁膜５２は、第１の絶縁膜５１上に直接形成され、酸化物と酸化物の積層であるため、両者の密着性も向上させることができる。   Next, RF sputtering is performed using a zirconium oxide target, and a second insulating film 52 (for example, a thickness of about 200 nm) made of an amorphous zirconium oxide film is directly formed on the first insulating film 51. In the present embodiment, this RF sputtering was performed in an atmosphere of 10% oxygen and 90% argon at normal temperature and power of 1 kW. In this way, the diaphragm 50 composed of the first insulating film 51 and the second insulating film 52 was formed. Since the second insulating film 52 is formed directly on the first insulating film 51 and is a stack of an oxide and an oxide, the adhesion between them can also be improved.

（下部電極形成用膜の形成工程：Ｓ２）
次に、第２の絶縁膜５２上に、後に説明する工程で、パターニングにより下部電極３３を形成するための下部電極形成用膜３３ａを形成する。この下部電極形成用膜３３ａは、本実施の形態では、例えば、スパッタ法等でイリジウム（Ｉｒ）を含む層を三回積層して三層を形成する工程と、該三層上に、スパッタ法等で白金（Ｐｔ）を含む層を二回積層して二層を形成する工程と、該二層上にスパッタ法等でイリジウムを含む一層を形成する工程を行うことで形成した。なお、第２の絶縁膜５２上には、下部電極形成用の膜３３ａの形成に先立ち、チタン又はクロム（Ｃｒ）からなる密着層（図示せず）をスパッタ法又は真空蒸着法により形成してもよい。 (Process for forming lower electrode forming film: S2)
Next, a lower electrode forming film 33a for forming the lower electrode 33 is formed on the second insulating film 52 by patterning in a process described later. In the present embodiment, the lower electrode forming film 33a is formed by, for example, a step of forming three layers by laminating a layer containing iridium (Ir) three times by a sputtering method or the like, and a sputtering method on the three layers. For example, a layer containing platinum (Pt) was stacked twice to form two layers, and a layer containing iridium was formed on the two layers by sputtering or the like. An adhesive layer (not shown) made of titanium or chromium (Cr) is formed on the second insulating film 52 by sputtering or vacuum deposition prior to the formation of the lower electrode forming film 33a. Also good.

また、下部電極形成用膜３３ａを形成した後、これに連続して下部電極形成用膜３３ａ上に図示しないチタン（Ｔｉ）層を形成してもよい。このチタン層は、後に形成される圧電体前駆体膜４３ａを成長させるための核となる機能を有するものであり、チタン結晶を核として圧電体前駆体膜４３ａを成長させることにより、結晶成長が下部電極形成用膜３３ａ側から起こり、緻密で柱状の結晶を得ることができる。このチタン層は、例えばスパッタ法等により、２ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みで形成することが好ましい。チタン層は、下部電極形成用膜３３ａ上に膜が連続的に形成されておらず部分的に存在する状態である島状に形成されていることが好ましい。   Further, after forming the lower electrode forming film 33a, a titanium (Ti) layer (not shown) may be formed on the lower electrode forming film 33a continuously. The titanium layer has a function as a nucleus for growing a piezoelectric precursor film 43a to be formed later. By growing the piezoelectric precursor film 43a using a titanium crystal as a nucleus, the crystal growth is achieved. Dense and columnar crystals can be obtained which originate from the lower electrode forming film 33a side. The titanium layer is preferably formed with a thickness of 2 nm or more and 20 nm or less by, for example, sputtering. The titanium layer is preferably formed in an island shape in which the film is not continuously formed on the lower electrode forming film 33a but is partially present.

（第１の圧電体膜の形成工程：Ｓ３及びＳ４）
次に、下部電極形成用膜３３ａ上に、最終的に形成されるべき圧電体膜４３の所望の厚さ以下、好ましくは所望の厚さの半分以下の厚さで圧電体前駆体膜４３ａを形成する。例えば、全体の膜厚１．５μｍの圧電体膜４３を７層で構成する場合、この第１工程では少なくとも１層からなる０．２μｍの圧電体前駆体膜４３ａを形成する。（Ｓ３参照）。 (First piezoelectric film forming step: S3 and S4)
Next, the piezoelectric precursor film 43a is formed on the lower electrode forming film 33a with a thickness not more than a desired thickness of the piezoelectric film 43 to be finally formed, preferably not more than half of the desired thickness. Form. For example, when the entire piezoelectric film 43 having a film thickness of 1.5 μm is composed of seven layers, the piezoelectric precursor film 43 a having a thickness of 0.2 μm composed of at least one layer is formed in the first step. (See S3).

具体的には、ゾル・ゲル法により、下部電極形成用膜３３ａ上に、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して圧電体前駆体膜４３ａを積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。   Specifically, a sol made of an organometallic alkoxide solution is applied onto the lower electrode forming film 33a by a sol-gel method by a coating method such as spin coating. Then, it is dried at a constant temperature for a certain time, and the solvent is evaporated. After drying, the product is further degreased at a predetermined high temperature for a certain period of time in an air atmosphere to thermally decompose the organic ligand coordinated to the metal to obtain a metal oxide. The piezoelectric precursor film 43a is laminated by repeating the coating, drying, and degreasing steps a predetermined number of times, for example, twice. By these drying and degreasing treatments, the metal alkoxide and acetate in the solution form a metal, oxygen, and metal network through thermal decomposition of the ligand.

次に、圧電体前駆体膜４３ａを焼成して結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜４３ａは、アモルファス状態から菱面体結晶構造をとるようになり、電気機械変換作用を示す膜へと変化する。以上の圧電体前駆体膜４３ａの形成および焼成の工程を１回行うことにより、１層からなる第１の圧電体膜４３ｂが形成される。（Ｓ４参照）。   Next, the piezoelectric precursor film 43a is fired and crystallized. By this firing, the piezoelectric precursor film 43a changes from an amorphous state to a rhombohedral crystal structure and changes to a film exhibiting an electromechanical conversion action. By performing the steps of forming and firing the piezoelectric precursor film 43a as described above, a first piezoelectric film 43b consisting of one layer is formed. (See S4).

こうして形成された第１の圧電体膜４３ｂは、下部電極形成用膜３３ａの組成および前記チタン層の影響を受け、Ｘ線回折広角法により測定した（１００）面配向度が約８０％となる。ここで（１００）面配向度とは、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を１００とした時の（１００）面の回折強度の割合を示すものとする。また、前記焼成に伴い、下部電極形成用膜３３ａも一部酸化し、及び圧電体膜の成分が一部拡散することにより膜厚が増加する。ここで、下部電極形成用膜をパターニングしてから圧電体膜を形成する方法では、下部電極形成用膜のパターニング境界付近の膜厚の増加が他の部分より少ないため膜厚が不均一となるが、本実施の形態の方法によれば、下部電極形成用膜３３ａをパターニングする前に第１の圧電体膜４３ｂを形成するので、下部電極形成用膜３３ａの膜厚は全体的に増加し、不均一となることがない。   The first piezoelectric film 43b thus formed is affected by the composition of the lower electrode forming film 33a and the titanium layer, and the degree of (100) plane orientation measured by the X-ray diffraction wide angle method is about 80%. . Here, the (100) plane orientation degree indicates the ratio of the diffraction intensity of the (100) plane when the sum of the diffraction intensities of the (100) plane, the (110) plane, and the (111) plane is 100. . In addition, with the firing, the lower electrode forming film 33a is also partially oxidized, and the film thickness is increased by partially diffusing the components of the piezoelectric film. Here, in the method of forming the piezoelectric film after patterning the lower electrode formation film, the increase in the film thickness in the vicinity of the patterning boundary of the lower electrode formation film is smaller than in the other portions, resulting in non-uniform film thickness. However, according to the method of the present embodiment, since the first piezoelectric film 43b is formed before the lower electrode forming film 33a is patterned, the film thickness of the lower electrode forming film 33a increases as a whole. It will not be uneven.

（下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜のパターニング工程：Ｓ５）
次に、第１の圧電体膜４３ｂ上に所望の形状のマスクを形成し、マスク領域以外をエッチングすることで第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａのパターニングを行い、下部電極３３及び配線用電極３３ｂを形成する。具体的には、まずスピンナー法、スプレー法等により均一な厚みのレジスト材料を第１の圧電体膜４３ｂ上に塗布し（図示せず）、次いで、このレジスト材料を所定の形状にパターニングした後、露光・現像して、レジストパターンを形成し（図示せず）、これをマスクとして第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａを、通常用いるイオンミリング又はドライエッチング法等によりエッチング除去し、第２の絶縁膜５２を露出させる。 (Patterning process of lower electrode forming film and first piezoelectric film: S5)
Next, a mask having a desired shape is formed on the first piezoelectric film 43b, and the first piezoelectric film 43b and the lower electrode forming film 33a are patterned by etching the portions other than the mask region, so that the lower electrode 33 and wiring electrode 33b are formed. Specifically, first, a resist material having a uniform thickness is applied on the first piezoelectric film 43b by a spinner method, a spray method, or the like (not shown), and then the resist material is patterned into a predetermined shape. Then, exposure and development are performed to form a resist pattern (not shown), and using this as a mask, the first piezoelectric film 43b and the lower electrode forming film 33a are etched away by a commonly used ion milling or dry etching method or the like. Then, the second insulating film 52 is exposed.

（第２の圧電体膜の形成工程：Ｓ６）
次に、スパッタ法等により、第１の圧電体膜４３ｂ上及び露出された第２の絶縁膜５２上に、図示しないチタン層（核）を形成する。ここで形成するチタン層は、１ｎｍ以上６ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。チタン層の膜厚が１ｎｍ未満であると核層としての作用が少なくなる傾向にあり、６ｎｍを超えるとＰＺＴ結晶の成長がチタン層を境に分断されてしまい、結晶が不連続となったり層間剥離が生じたりする虞がある。したがって、より好ましくはチタン層を３ｎｍ程度の厚みとする。 (Second piezoelectric film forming step: S6)
Next, a titanium layer (nucleus) (not shown) is formed on the first piezoelectric film 43b and the exposed second insulating film 52 by sputtering or the like. The titanium layer formed here preferably has a thickness of 1 nm to 6 nm. When the thickness of the titanium layer is less than 1 nm, the action as a nucleus layer tends to be reduced. When the thickness exceeds 6 nm, the growth of the PZT crystal is divided at the titanium layer, and the crystal becomes discontinuous or the interlayer There is a risk of peeling. Therefore, the thickness of the titanium layer is more preferably about 3 nm.

次いで、図示しないチタン層上に、前記第１の圧電体膜の形成工程と同様の工程を、例えば６回繰り返し、合計１．５μｍの圧電体膜４３を形成する。この第２の圧電体膜の形成工程では、第１の圧電体膜の形成工程と同様に圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させる工程が行われる。この焼成時には、圧電体前駆体膜に含有されている鉛が、第２の絶縁膜５２に拡散しようとするが、第２の絶縁膜５２は、アモルファス構造を備えているため、粒界が存在せず、前記鉛が第２の絶縁膜５２を通過して第１の絶縁膜５１に到達することはない。したがって、第２の絶縁膜５２と圧電体膜４３とが密着している密着領域５３であっても、第２の絶縁膜５２が拡散防止膜としての機能を発揮するため、前記鉛が第１の絶縁膜５１に到達することはない。このアモルファス構造の第２の絶縁膜５２は、その膜厚が例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度と薄くても、十分な拡散防止機能を発揮することができる。   Next, a step similar to the step of forming the first piezoelectric film is repeated, for example, six times on a titanium layer (not shown) to form a total of 1.5 μm of the piezoelectric film 43. In the second piezoelectric film forming step, a step of firing and crystallizing the piezoelectric precursor film is performed in the same manner as the first piezoelectric film forming step. At the time of firing, lead contained in the piezoelectric precursor film tends to diffuse into the second insulating film 52, but the second insulating film 52 has an amorphous structure, so there is a grain boundary. The lead does not pass through the second insulating film 52 and reach the first insulating film 51. Therefore, even in the close contact region 53 where the second insulating film 52 and the piezoelectric film 43 are in close contact, the second insulating film 52 functions as a diffusion preventing film, so that the lead is the first. The insulating film 51 is not reached. The amorphous second insulating film 52 can exhibit a sufficient diffusion preventing function even if its film thickness is as thin as about 20 nm to 100 nm, for example.

下部電極３３は、前記第１の圧電体膜の形成工程における焼成で既に酸化および拡散され、全体的に膜厚が増加しているので、第２の圧電体膜の形成工程で膜厚が更に増加することはない。したがって下部電極３３の膜厚が不均一になることはないし、下部電極３３のパターニング境界付近に存在している圧電体膜４３に、下部電極３３の膜厚変化によるクラックが入ったり結晶が膜面方向に不連続となったりすることはない。また、第２の絶縁膜５２が露出した部分に形成された圧電体膜４３は、前記チタン層の影響を受け、（１００）面に優先配向される。さらに、上記パターニング工程（Ｓ５）後に形成するチタン層の膜厚を４ｎｍ以下としたことにより、第１の圧電体膜の形成工程で得られた第１の圧電体膜４３ｂと、第２の圧電体膜の形成工程で得られた第２の圧電体膜との間で結晶構造が膜厚方向に連続し、層間剥離が起こりにくいため信頼性の高い圧電体膜４３を得ることができる。   Since the lower electrode 33 has already been oxidized and diffused by firing in the first piezoelectric film forming step and the film thickness has increased overall, the thickness of the lower electrode 33 is further increased in the second piezoelectric film forming step. There is no increase. Accordingly, the film thickness of the lower electrode 33 does not become uneven, and the piezoelectric film 43 existing near the patterning boundary of the lower electrode 33 is cracked due to a change in the film thickness of the lower electrode 33 or the crystal is film surface. There is no discontinuity in the direction. In addition, the piezoelectric film 43 formed in the portion where the second insulating film 52 is exposed is preferentially oriented in the (100) plane under the influence of the titanium layer. Further, by setting the thickness of the titanium layer formed after the patterning step (S5) to 4 nm or less, the first piezoelectric film 43b obtained in the first piezoelectric film forming step and the second piezoelectric film are obtained. A highly reliable piezoelectric film 43 can be obtained because the crystal structure is continuous in the film thickness direction with the second piezoelectric film obtained in the body film forming step, and delamination hardly occurs.

また、圧電体膜４３のうち、下部電極３３上に形成された部分は、良好な圧電特性を示すために、Ｘ線回折広角法により測定した（１００）面配向度が７０％以上、１００％以下、より好ましくは８０％以上の膜であることが望ましい。そして、（１１０）面配向度は１０％以下、（１１１）面配向度が残部であることが望ましい。但し（１００）面配向度、（１１０）面配向度及び（１１１）面配向度の和は１００％とする。圧電体膜４３の厚みは、例えば１５００ｎｍとする。   In addition, the portion of the piezoelectric film 43 formed on the lower electrode 33 has a (100) plane orientation degree of 70% or more and 100% measured by the X-ray diffraction wide angle method in order to exhibit good piezoelectric characteristics. Hereinafter, a film of 80% or more is more preferable. It is desirable that the (110) plane orientation degree is 10% or less and the (111) plane orientation degree is the balance. However, the sum of (100) plane orientation, (110) plane orientation, and (111) plane orientation is 100%. The thickness of the piezoelectric film 43 is, for example, 1500 nm.

（上部電極形成用膜の形成工程：Ｓ７）
次に、圧電体膜４３上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により上部電極形成用膜４４ａを形成する。この上部電極形成用膜４４ａとしては、白金、イリジウム、あるいはその他の金属等を用い、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。 (Upper electrode forming film forming step: S7)
Next, an upper electrode forming film 44a is formed on the piezoelectric film 43 by electron beam evaporation or sputtering. The upper electrode forming film 44a is formed with a film thickness of about 50 nm using platinum, iridium, or other metal.

（圧電体膜及び上部電極の形成工程：Ｓ８）
次に、圧電体膜４３及び上部電極形成用膜４４ａを、形成すべき圧電体素子３００の所定形状にパターニングする。具体的には、上部電極形成用膜４４ａ上にレジスト材料をスピンコートした後、圧力発生室１２が形成されるべき位置に合わせてパターニングする。残ったレジスト材料をマスクとして上部電極形成用膜４４ａ及び圧電体膜４３をイオンミリング等でエッチングする。以上の工程により圧電体素子３００が形成される。 (Piezoelectric film and upper electrode forming step: S8)
Next, the piezoelectric film 43 and the upper electrode forming film 44a are patterned into a predetermined shape of the piezoelectric element 300 to be formed. Specifically, after a resist material is spin-coated on the upper electrode formation film 44a, patterning is performed in accordance with a position where the pressure generation chamber 12 is to be formed. The upper electrode formation film 44a and the piezoelectric film 43 are etched by ion milling or the like using the remaining resist material as a mask. The piezoelectric element 300 is formed by the above process.

（細帯電極形成工程：Ｓ９）
次に、上部電極４４と配線用電極３３ｂを導通する細帯電極５５を形成する。細帯電極５５の材質は剛性が低く、電気抵抗が低い金から形成することが好ましいが、他に、アルミニウム、銅等も好適である。細帯電極５５は、約０．２μｍの膜厚で形成し、その後各上部電極４４と配線用電極３３ｂとの導通部が残るようにパターニングする。 (Strip electrode forming step: S9)
Next, a narrow band electrode 55 that conducts the upper electrode 44 and the wiring electrode 33b is formed. The material of the thin strip electrode 55 is preferably made of gold having low rigidity and low electrical resistance, but aluminum, copper, etc. are also suitable. The thin strip electrode 55 is formed with a film thickness of about 0.2 μm, and then patterned so that the conductive portion between each upper electrode 44 and the wiring electrode 33b remains.

（圧力発生室の形成工程：Ｓ１０）
次に、圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０の他方の面に、異方性エッチングまたは平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを施し、圧力発生室１２を形成する。エッチングされずに残された部分が隔壁２２（図５参照）になる。 (Pressure generation chamber forming step: S10)
Next, anisotropic etching using an active gas such as anisotropic etching or parallel plate type reactive ion etching is performed on the other surface of the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed to generate pressure. A chamber 12 is formed. A portion left without being etched becomes a partition wall 22 (see FIG. 5).

（ノズルプレートの貼り合わせ工程：Ｓ１１）
最後に、エッチング後の流路形成基板１０にノズルプレート２０を接着剤で貼り合わせる。貼り合わせの時に各ノズル開口２１が圧力発生室１２の各々の空間に配置されるよう位置合わせする。ノズルプレート２０が貼り合わせられた流路形成基板１０をヘッドケース２３０に取り付け、インクジェット式記録ヘッド２２０を完成させる。 (Nozzle plate bonding step: S11)
Finally, the nozzle plate 20 is bonded to the channel forming substrate 10 after etching with an adhesive. At the time of bonding, the nozzle openings 21 are aligned so as to be arranged in the respective spaces of the pressure generating chambers 12. The flow path forming substrate 10 to which the nozzle plate 20 is bonded is attached to the head case 230 to complete the ink jet recording head 220.

なお、本実施の形態では、第２の絶縁膜５２の全体をアモルファス構造とした場合について説明したが、これに限らず、第２の絶縁膜５２は、少なくとも密着領域５３に対応する部分がアモルファス構造であればよい。   Note that although the case where the entire second insulating film 52 has an amorphous structure has been described in this embodiment mode, the present invention is not limited thereto, and the second insulating film 52 has an amorphous portion corresponding to at least the adhesion region 53. Any structure can be used.

また、本実施の形態では、第２の絶縁膜５２を酸化ジルコニウム膜から構成した場合について説明したが、これに限らず、第２の絶縁膜５２は、拡散防止機能を備えていれば、例えば、酸化アルミニウムや、酸化チタン等、他の材料から構成してもよく、また、所望により、添加物等が加えられていてもよい。   In the present embodiment, the case where the second insulating film 52 is formed of a zirconium oxide film has been described. However, the present invention is not limited to this, and the second insulating film 52 may have, for example, a diffusion preventing function. In addition, other materials such as aluminum oxide and titanium oxide may be used, and additives may be added as desired.

そしてまた、本実施の形態では、圧電体膜４３をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した場合について説明したが、これに限らず、圧電体膜４３は、圧電性セラミックスの結晶であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したものから構成してもよい。また、圧電体膜４３の組成は、圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等が好適に用いられる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することにより、圧電特性に優れた膜を得ることができる。 In the present embodiment, the case where the piezoelectric film 43 is formed of lead zirconate titanate (PZT) has been described. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric film 43 is a crystal of piezoelectric ceramics. In addition to a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), a metal oxide such as niobium oxide, nickel oxide or magnesium oxide may be added thereto. In addition, the composition of the piezoelectric film 43 is appropriately selected in consideration of the characteristics, application, etc. of the piezoelectric element. Specifically, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La), TiO 3 ) ), Lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) or lead magnesium titanate zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) (Mg, Nb) O 3 ), etc. Used. In addition, a film having excellent piezoelectric characteristics can be obtained by appropriately adding niobium (Nb) to lead titanate or lead zirconate.

そしてまた、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明したが、これに限らず、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。   In the present embodiment, an ink jet recording head that discharges ink droplets as a liquid ejecting head has been described as an example of a printer that includes an ink jet recording head as a liquid ejecting apparatus. The present invention is intended for all liquid ejecting apparatuses having a wide liquid ejecting head. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Electrode material ejecting heads used in manufacturing, bioorganic matter ejecting heads used in biochip production, and the like.

本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a printer according to an embodiment. 図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of an ink jet recording head used in the printer shown in FIG. 1. 図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view of the vicinity of a piezoelectric actuator of the ink jet recording head shown in FIG. 2. 図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the ii line shown in FIG. 図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the ii-ii line | wire shown in FIG. 本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator and inkjet recording head concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator and inkjet recording head concerning this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・プリンタ、１０・・・流路形成基板、１２・・・圧力発生室、３３・・・下部電極、４３・・・圧電体膜、４４・・・上部電極、５０・・・振動板、５１・・・第１の絶縁膜、５２・・・第２の絶縁膜、５３・・・密着領域、２２０・・・インクジェット式記録ヘッド、３００・・・圧電体素子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer, 10 ... Channel formation board | substrate, 12 ... Pressure generation chamber, 33 ... Lower electrode, 43 ... Piezoelectric film, 44 ... Upper electrode, 50 ... Vibration Plate 51... First insulating film 52. Second insulating film 53. Adhesive region 220. Ink jet recording head 300. Piezoelectric element

Claims (7)

振動板上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極を備えた圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータであって、
前記圧電体膜は、前記振動板と密着する密着領域を有し、
前記振動板は、第１の絶縁膜と、当該第１の絶縁膜より前記圧電体素子側に形成され且つ拡散防止機能を備えた第２の絶縁膜と、を少なくとも備え、
前記第２の絶縁膜は、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えてなる圧電アクチュエータ。 A piezoelectric actuator in which a piezoelectric element having a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode is formed on a diaphragm,
The piezoelectric film has a close contact area in close contact with the diaphragm,
The diaphragm includes at least a first insulating film and a second insulating film formed on the piezoelectric element side of the first insulating film and having a diffusion preventing function,
The second insulating film is a piezoelectric actuator in which at least a portion corresponding to the adhesion region has an amorphous structure. 前記下部電極はパターニングされてなり、前記圧電体膜は、当該パターニングにより形成された下部電極上と、前記振動板の当該下部電極が形成されていない領域上に形成されてなる請求項１記載の圧電アクチュエータ。   The lower electrode is patterned, and the piezoelectric film is formed on a lower electrode formed by the patterning and on a region of the diaphragm where the lower electrode is not formed. Piezoelectric actuator. 前記第２の絶縁膜全体がアモルファス構造を備えてなる請求項１または請求項２記載の圧電アクチュエータ。   3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the entire second insulating film has an amorphous structure. 前記第２の絶縁膜は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンのいずれかを主成分とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the second insulating film is mainly composed of any one of zirconium oxide, aluminum oxide, and titanium oxide. 前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上に直接形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   5. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the second insulating film is formed directly on the first insulating film. 6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、当該アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッド。   A piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5, a pressure generating chamber whose internal volume changes due to mechanical displacement of the actuator, and a discharge that discharges droplets in communication with the pressure generating chamber. And a liquid ejecting head having an outlet. 請求項６記載の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置。

A liquid ejecting apparatus comprising: the liquid ejecting head according to claim 6; and a driving device that drives the liquid ejecting head.

JP2003403337A 2003-12-02 2003-12-02 Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector Pending JP2005168172A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403337A JP2005168172A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403337A JP2005168172A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005168172A true JP2005168172A (en) 2005-06-23

Family

ID=34726673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003403337A Pending JP2005168172A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005168172A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007001218A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Seiko Epson Corp Liquid jetting head, its manufacturing method, and liquid jetting device
JP2007229961A (en) * 2006-02-27 2007-09-13 Fujifilm Corp Method for manufacturing liquid discharge head
JP2014187219A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Hitachi Metals Ltd Piezoelectric material-thin-film-multilayer substrate
US9085146B2 (en) 2012-10-24 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus and piezoelectric element
US9186898B2 (en) 2007-03-28 2015-11-17 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Method for producing piezoelectric actuator
CN106994829A (en) * 2015-12-21 2017-08-01 精工爱普生株式会社 Vibration board structure and piezoelectric element application apparatus
JP2020151899A (en) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社リコー Piezoelectric thin film element, liquid discharge head, head module, liquid discharge unit, liquid discharging device, and manufacturing method of piezoelectric thin film element
EP3828944A1 (en) 2019-11-29 2021-06-02 Seiko Epson Corporation Method for producing a piezoelectric actuator

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007001218A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Seiko Epson Corp Liquid jetting head, its manufacturing method, and liquid jetting device
JP4743393B2 (en) * 2005-06-27 2011-08-10 セイコーエプソン株式会社 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2007229961A (en) * 2006-02-27 2007-09-13 Fujifilm Corp Method for manufacturing liquid discharge head
US9186898B2 (en) 2007-03-28 2015-11-17 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Method for producing piezoelectric actuator
US9085146B2 (en) 2012-10-24 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus and piezoelectric element
JP2014187219A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Hitachi Metals Ltd Piezoelectric material-thin-film-multilayer substrate
CN106994829A (en) * 2015-12-21 2017-08-01 精工爱普生株式会社 Vibration board structure and piezoelectric element application apparatus
JP2020151899A (en) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社リコー Piezoelectric thin film element, liquid discharge head, head module, liquid discharge unit, liquid discharging device, and manufacturing method of piezoelectric thin film element
US11130335B2 (en) 2019-03-19 2021-09-28 Ricoh Company, Ltd. Piezoelectric thin-film element, liquid discharge head, head module, liquid discharge device, liquid discharge apparatus, and method for manufacturing piezoelectric thin-film element
JP7363067B2 (en) 2019-03-19 2023-10-18 株式会社リコー Piezoelectric thin film element, liquid ejection head, head module, liquid ejection unit, device for ejecting liquid, and method for manufacturing piezoelectric thin film element
EP3828944A1 (en) 2019-11-29 2021-06-02 Seiko Epson Corporation Method for producing a piezoelectric actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5251031B2 (en) Piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, sensor
JP4333686B2 (en) Actuator device, liquid jet head, and liquid jet device
JP3555682B2 (en) Liquid ejection head
JP2006245247A (en) Piezoelectric element and its fabrication process, liquid ejection head and its manufacturing process, and liquid ejector
JP2008060259A (en) Piezoelectric element, its manufacturing method, and liquid jetting head
JP4058691B2 (en) Liquid discharge head and liquid discharge apparatus
US8579417B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, actuator device, and manufacturing method of liquid ejecting head
US7514854B2 (en) Piezoelectric element, liquid-jet head using piezoelectric element and liquid-jet apparatus
JP2005168172A (en) Piezoelectric actuator and liquid injection head using the same, and liquid injector
JP5741799B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element
JP5257580B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element
JP4337096B2 (en) Piezoelectric actuator, liquid ejecting apparatus including the same, and method of manufacturing piezoelectric actuator
JP2011181556A (en) Method for manufacturing actuator
US7963638B2 (en) Method of manufacturing liquid jet head, a method of manufacturing a piezoelectric element and a liquid jet apparatus
KR100816169B1 (en) Method for producing actuator device, actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP4310672B2 (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and printer
JP5201304B2 (en) Method for manufacturing actuator device and method for manufacturing liquid jet head
JP2005209898A (en) Piezoelectric material element, manufacturing method thereof, and liquid injection head
JP2009076819A (en) Actuator device, liquid jetting head and liquid jetting device
JP2006245248A (en) Piezoelectric element and its fabrication process, liquid ejection head and its manufacturing process, and liquid ejector
JP2009220310A (en) Liquid jet head, liquid jet apparatus, and piezoelectric element
JP2005191289A (en) Piezoelectric actuator and method for manufacturing liquid spray head using the same
JP5256998B2 (en) Method for manufacturing actuator device and method for manufacturing liquid jet head
JP5716939B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and actuator device
JP2005260003A (en) Manufacturing method of actuator device and liquid injector