JP2022103958A - Piezoelectric device, liquid jet head and liquid jet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動板と、第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電アクチュエーターとを有する圧電デバイス、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric device having a diaphragm and a piezoelectric actuator having a first electrode, a piezoelectric layer and a second electrode, a liquid injection head and a liquid injection device.
圧電デバイスの一つである液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えばノズルに連通する圧力室が形成された流路形成基板と、この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アクチュエーターと、を具備し、圧電アクチュエーターによって圧力室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射するものが知られている。 A typical example of a liquid injection head, which is one of the piezoelectric devices, is an inkjet recording head that ejects ink droplets. The inkjet recording head includes, for example, a flow path forming substrate in which a pressure chamber communicating with a nozzle is formed, and a piezoelectric actuator provided on one side of the flow path forming substrate via a vibrating plate. It is known that an ink droplet is ejected from a nozzle by causing a pressure change in the ink in the pressure chamber by a piezoelectric actuator.
また圧電アクチュエーターとしては、振動板上に形成された第1電極と、第1電極上に電気機械変換特性を有する圧電材料で形成された圧電体層と、圧電体層上に設けられた第2電極と、を具備するものが知られている。このような圧電アクチュエーターを備える圧電デバイスにおいては、圧電アクチュエーターの撓み変形に起因して振動板にクラックが発生するという問題がある。このような振動板に対するクラックの発生を抑制することを目的として、圧電デバイスの様々な構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 The piezoelectric actuator includes a first electrode formed on a vibrating plate, a piezoelectric layer formed of a piezoelectric material having electromechanical conversion characteristics on the first electrode, and a second piezoelectric layer provided on the piezoelectric layer. Those provided with an electrode are known. In the piezoelectric device provided with such a piezoelectric actuator, there is a problem that a crack is generated in the diaphragm due to the bending deformation of the piezoelectric actuator. Various configurations of piezoelectric devices have been proposed for the purpose of suppressing the occurrence of cracks in such a diaphragm (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、圧力室を区画する隔壁と重なる部分の振動板に形成される切欠部に、接着剤を流し込み硬化させ、可動領域である振動板に対するクラック等の損傷の発生を抑制することが開示されている。
In
特許文献1等に記載の構成として振動板の強度を高めることで、振動板に対するクラックの発生を抑えることはできる。しかしながら、振動板の強度を高めた場合でも、振動板のクラックの発生を防止することは難しい。
By increasing the strength of the diaphragm as the configuration described in
振動板にクラックが発生する要因の一つとして、例えば、圧電アクチュエーターを繰り返し駆動する際に、圧力室内に流入する気泡によって振動板が過度に変形すること等が挙げられる。このような要因による振動板のクラックは、振動板の強度を高めることで発生時期を遅らせることはできるかもしれないが、過度な変形が繰り返される限りクラックの発生を防止することは難しい。 One of the factors that cause cracks in the diaphragm is, for example, that the diaphragm is excessively deformed by air bubbles flowing into the pressure chamber when the piezoelectric actuator is repeatedly driven. It may be possible to delay the occurrence of cracks in the diaphragm due to such factors by increasing the strength of the diaphragm, but it is difficult to prevent the occurrence of cracks as long as excessive deformation is repeated.
またこのような振動板のクラックは、圧力室の形状によって発生する場所が異なり、例えば、圧力室の形状が、第1方向の長さが第1方向とは交差する第2方向の長さよりも長い形状である場合、第1方向における圧力室の中央部において、特に生じ易い。 Further, such cracks in the diaphragm differ in the place where they occur depending on the shape of the pressure chamber. For example, the shape of the pressure chamber is larger than the length in the second direction where the length in the first direction intersects with the first direction. In the case of a long shape, it is particularly likely to occur in the central portion of the pressure chamber in the first direction.
なお、このような問題は、インクを噴射するインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、その他の圧電デバイスにおいても同様に存在する。 It should be noted that such a problem is not limited to the liquid injection head represented by the inkjet recording head that ejects ink, and also exists in other piezoelectric devices.
上記課題を解決する本発明の態様は、複数の凹部が形成される基板の一方面側に設けられる振動板と、前記振動板の前記基板とは反対面側に積層される第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電アクチュエーターと、を備える圧電デバイスであって、前記凹部は、第1方向の長さが前記第1方向とは交差する第2方向の長さよりも長い形状を有し、前記圧電アクチュエーターは、前記圧電体層が前記第1電極と前記第2電極とで挟まれる活性部を備え、前記活性部は、前記凹部に対向する領域に前記第1方向で延在して前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際に変形する第1部位と、前記第1方向における前記凹部の中央部に対応する領域で且つ前記第2方向における前記活性部の中央部に設けられ、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際の変形が前記第1部位よりも抑制される第2部位と、を有することを特徴とする圧電デバイスにある。 Aspects of the present invention for solving the above problems include a vibrating plate provided on one side of a substrate on which a plurality of recesses are formed, a first electrode laminated on the side of the vibrating plate opposite to the substrate, and piezoelectric. A piezoelectric device comprising a body layer and a piezoelectric actuator having a second electrode, the recess having a shape in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction intersecting the first direction. The piezoelectric actuator includes an active portion in which the piezoelectric layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the active portion extends in the first direction in a region facing the recess. The first portion deformed when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the region corresponding to the central portion of the recess in the first direction and in the second direction. It is characterized by having a second portion provided in the central portion of the active portion and in which deformation when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode is suppressed more than the first portion. It is in the piezoelectric device.
本発明の他の態様は、複数の凹部が形成された基板と、前記基板の一方面側に設けられる振動板と、前記振動板の前記基板とは反対面側に積層される第1電極と、圧電体層と、第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、前記凹部は、第1方向の長さが前記第1方向とは交差する第2方向の長さよりも長い形状を有し、前記圧電アクチュエーターは、前記圧電体層が前記第1電極と前記第2電極とで挟まれる活性部を備え、前記活性部は、前記凹部に対向する領域に前記第1方向で延在して前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際に変形する第1部位と、前記第1方向における前記凹部の中央部に対応する領域で且つ前記第2方向における前記活性部の中央部に設けられ、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際の変形が前記第1部位よりも抑制される第2部位と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。 In another aspect of the present invention, a substrate having a plurality of recesses formed therein, a vibrating plate provided on one side of the substrate, and a first electrode laminated on the side of the vibrating plate opposite to the substrate. , A liquid injection head comprising a piezoelectric layer and a piezoelectric actuator having a second electrode, wherein the recess has a length in the second direction where the length in the first direction intersects with the first direction. The piezoelectric actuator also has a long shape, the piezoelectric actuator includes an active portion in which the piezoelectric layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the active portion is the first in a region facing the recess. A region corresponding to a first portion extending in a direction and deforming when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and a central portion of the recess in the first direction, and said. A second portion provided in the central portion of the active portion in the second direction, in which deformation when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode is suppressed more than that of the first portion. The liquid injection head is characterized by having.
さらに本発明の他の態様は、上記の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。 Yet another aspect of the present invention is in a liquid injection device comprising the above liquid injection head.
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の一態様についての説明であり、本発明の構成は、発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments. However, the following description is a description of one aspect of the present invention, and the configuration of the present invention can be arbitrarily changed within the scope of the invention. In each figure, the same members are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
また、各図においてX、Y、Zは、互いに直交する3つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向をX方向、Y方向、及びZ方向とする。X方向及びY方向については、各図の矢印が向かう方向を正(+)方向、矢印の反対方向を負(-)方向として説明する。またZ方向は、鉛直方向を示し、+Z方向は鉛直下向き、-Z方向は鉛直上向きを示す。さらに、正方向及び負方向を限定しない3つのX、Y、Zの空間軸については、X軸、Y軸、Z軸として説明する。 Further, in each figure, X, Y, and Z represent three spatial axes orthogonal to each other. In the present specification, the directions along these axes are the X direction, the Y direction, and the Z direction. The X-direction and the Y-direction will be described with the direction in which the arrow in each figure points as the positive (+) direction and the opposite direction of the arrow as the negative (-) direction. Further, the Z direction indicates a vertical direction, the + Z direction indicates a vertical downward direction, and the −Z direction indicates a vertical upward direction. Further, the three X, Y, and Z spatial axes that do not limit the positive direction and the negative direction will be described as the X axis, the Y axis, and the Z axis.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。図2は、インクジェット記録ヘッドの平面図である。図3は、図2のA-A´線断面図である。図4は、圧電アクチュエーター部分を拡大した平面図である。図5は、図4のB-B´線断面図であり、図6は、図4のC-C´線断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet recording head, which is an example of the liquid injection head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the inkjet recording head. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 4 is an enlarged plan view of the piezoelectric actuator portion. 5 is a sectional view taken along line BB'of FIG. 4, and FIG. 6 is a sectional view taken along line CC'of FIG.
図1及び図2に示す本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドとも言う)1は、Z軸方向、より具体的は+Z方向にインク滴を噴射するものである。 The inkjet recording head (hereinafter, also simply referred to as a recording head) 1, which is an example of the liquid injection head of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, ejects ink droplets in the Z-axis direction, more specifically, in the + Z direction. It is a thing.
インクジェット式記録ヘッド1は、基板の一例として流路形成基板10を具備する。流路形成基板10は、例えば、単結晶シリコンなどのシリコン基板、ガラス基板、SOI基板、各種セラミック基板等からなる。なお、流路形成基板10は、(100)面優先配向した基板であっても、(110)面優先配向した基板であってもよい。
The
流路形成基板10には、凹部である複数の圧力室12が形成されている。複数の圧力室12は、Z軸とは交差する第1方向であるX軸方向で2列に配置されている。各列を構成する各圧力室12は、X軸方向とは交差する第2方向であるY軸方向に沿って配置されている。各列を構成する複数の圧力室12は、X軸方向の位置が同じ位置となるように、Y軸方向に沿った直線上に配置されている。Y軸方向で互いに隣り合う圧力室12は、隔壁11によって区画されている。
A plurality of
もちろん、流路形成基板10における圧力室12の配置は特に限定されるものではない。例えば、Y軸方向に並ぶ複数の圧力室12の配置は、各圧力室12を1つ置きにX軸方向にずれた位置とするいわゆる千鳥配置や、X軸方向にずれてジグザグとなる千鳥配置以外のジグザグ配置となっていてもよい。
Of course, the arrangement of the
ここで、各圧力室12は、Z軸方向の平面視においてX軸方向の長さa1がY軸方向の長さb1よりも長い形状に形成されている(図4参照)。本実施形態では圧力室12は、Z軸方向の平面視において長方形となるように形成されている。つまり圧力室12はアスペクト比が1よりも大きくなるように形成されている。本実施形態では、圧力室12はアスペクト比が9:1程度となるように形成されている。この構成において圧力室12の長手方向とは、第1方向であるX軸方向に相当し、圧力室12の短手方向とは、第2方向であるY軸方向に相当する。
Here, each
なお圧力室12の形状は、X軸方向の長さa1>Y軸方向の長さb1の関係を満たしていればよく、長方形以外に、例えば、平行四辺形状、楕円形状等を含む形状であるオーバル形状等であってもよい。
The shape of the
複数の圧力室12が形成された流路形成基板10の+Z方向側には、連通板15とノズルプレート20及びコンプライアンス基板45とが順次積層されている。
The
連通板15には、圧力室12とインク滴を噴射させるノズル21とを連通するノズル連通路16が設けられている。また連通板15には、複数の圧力室12が連通する共通液室となるマニホールド100の一部を構成する第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18が設けられている。第1マニホールド部17は、連通板15をZ軸方向に貫通して設けられている。第2マニホールド部18は、連通板15をZ軸方向に貫通することなく、+Z方向側の面に開口して設けられている。
The
さらに連通板15には、各圧力室12のX軸方向の一方の端部に連通する複数の供給連通路19が形成されている。各供給連通路19は、圧力室12の各々に対応して独立して設けられている。これらの供給連通路19は、第2マニホールド部18と各圧力室12とを連通して、マニホールド100内のインクを各圧力室12に供給する。
Further, the
連通板15としては、シリコン基板、ガラス基板、SOI基板、各種セラミック基板、金属基板等を用いることができる。金属基板としては、例えば、ステンレス基板等が挙げられる。なお連通板15は、熱膨張率が流路形成基板10と略同一の材料を用いることが好ましい。これにより、流路形成基板10及び連通板15の温度が変化した際、熱膨張率の違いに起因する流路形成基板10及び連通板15の反りを抑制することができる。
As the
ノズルプレート20は、連通板15の流路形成基板10とは反対側、すなわち、+Z方向側の面に設けられている。ノズルプレート20には、ノズル連通路16を介して各圧力室12に連通する複数のノズル21が形成されている。
The
本実施形態では、複数のノズル21は、Y軸方向に沿って一列となるように並んで配置されている。そしてノズルプレート20には、複数のノズル21が列設されたノズル列がX軸方向で2列に配置されている。すなわち、各列の複数のノズル21は、X軸方向の位置が同じ位置となるように配置されている。これらノズル21の配置は特に限定されるものではない。例えば、圧力室12の配置がいわゆる千鳥配置となっている場合、各列を構成する複数のノズル21の配置も、圧力室12の配置に合わせて、いわゆる千鳥配置としてもよい。
In the present embodiment, the plurality of
ノズルプレート20の材料としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、SOI基板、各種セラミック基板、金属基板等を用いることができる。金属板としては、例えば、ステンレス基板等が挙げられる。さらにノズルプレート20の材料としては、ポリイミド樹脂のような有機物などを用いることもできる。ただし、ノズルプレート20は、連通板15の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。これにより、ノズルプレート20及び連通板15の温度が変化した際、熱膨張率の違いに起因するノズルプレート20及び連通板15の反りを抑制することができる。
As the material of the
コンプライアンス基板45は、ノズルプレート20と共に、連通板15の流路形成基板10とは反対側、すなわち、+Z方向側の面に設けられている。このコンプライアンス基板45は、ノズルプレート20の周囲に設けられ、連通板15に設けられた第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18の開口を封止する。コンプライアンス基板45は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜46と、金属等の硬質の材料からなる固定基板47と、を具備する。固定基板47のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部48となっている。このため、マニホールド100の一方面は、可撓性を有する封止膜46のみで封止されたコンプライアンス部49となっている。
The
一方、流路形成基板10のノズルプレート20等とは反対側、すなわち-Z方向側の面には、詳しくは後述するが、振動板50と、この振動板50を撓み変形させて圧力室12内のインクに圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーター300と、が設けられている。なお図3は記録ヘッド1の全体構成を説明するための図であり、圧電アクチュエーター300の構成については簡略化して示している。
On the other hand, the surface of the flow
流路形成基板10の-Z方向側の面には、さらに、流路形成基板10と略同じ大きさを有する保護基板30が接着剤等によって接合されている。保護基板30は、圧電アクチュエーター300を保護する空間である保持部31を有する。保持部31は、Y軸方向に並んで配置された圧電アクチュエーター300の列毎に独立して設けられたものであり、X軸方向に2つ並んで形成されている。また、保護基板30には、X軸方向に並んで配置された2つの保持部31の間にZ軸方向に貫通する貫通孔32が設けられている。
A
また、保護基板30上には、複数の圧力室12に連通するマニホールド100を流路形成基板10と共に画成するケース部材40が固定されている。ケース部材40は、平面視において連通板15と略同一形状を有し、保護基板30に接合されると共に連通板15にも接合されている。
Further, on the
このようなケース部材40は、流路形成基板10及び保護基板30を収容可能な深さの空間である収容部41を保護基板30側に有する。この収容部41は、保護基板30の流路形成基板10に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、収容部41に流路形成基板10及び保護基板30が収容された状態で収容部41のノズルプレート20側の開口面が連通板15によって封止されている。
Such a
またケース部材40には、X軸方向における収容部41の両外側に、第3マニホールド部42がそれぞれ画成されている。そして、連通板15に設けられた第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18と、第3マニホールド部42と、によってマニホールド100が構成されている。マニホールド100は、Y軸方向に亘って連続して設けられており、各圧力室12とマニホールド100とを連通する供給連通路19は、Y軸方向に並んで配置されている。
Further, on the
またケース部材40には、マニホールド100に連通して各マニホールド100にインクを供給するための導入口44が設けられている。さらにケース部材40には、保護基板30の貫通孔32に連通して配線基板120が挿通される接続口43が設けられている。
Further, the
このような本実施形態の記録ヘッド1では、図示しない外部インク供給手段と接続した導入口44からインクを取り込み、マニホールド100からノズル21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路121からの記録信号に従い、圧力室12に対応するそれぞれの圧電アクチュエーター300に電圧を印加する。これにより圧電アクチュエーター300と共に振動板50がたわみ変形して各圧力室12内の圧力が高まり、各ノズル21からインク滴が噴射される。
In such a
以下、本実施形態に係る圧電アクチュエーター300の構成について説明する。上述のように圧電アクチュエーター300は、流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面に振動板50を介して設けられている。
Hereinafter, the configuration of the
図4~図6に示すように、振動板50は、流路形成基板10側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜51と、弾性膜51上に設けられた酸化ジルコニウム膜からなる絶縁体膜52と、で構成されている。圧力室12等の液体流路は、流路形成基板10を+Z方向側の面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力室12等の液体流路の-Z方向側の面は、弾性膜51で構成されている。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
なお振動板50の構成は特に限定されるものではない。振動板50は、例えば、弾性膜51と絶縁体膜52との何れか一方で構成されていてもよく、さらには、弾性膜51及び絶縁体膜52以外の膜が含まれていてもよい。この膜の材料としては、例えば、シリコン、窒化ケイ素等が挙げられる。
The configuration of the
圧電アクチュエーター300は、流路形成基板10に形成された各圧力室12に対応して設けられて圧力室12内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段であり、圧電素子とも言う。この圧電アクチュエーター300は、振動板50側である+Z方向側から-Z方向側に向かって順次積層された第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とを具備する。つまり圧電アクチュエーター300は、振動板50に対して第1の方向であるZ軸方向に沿って、本実施形態では-Z方向側に向かって順次積層された第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とを具備する。
The
このような構成の圧電アクチュエーター300において、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際に圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を活性部と称する。これに対し、圧電体層70に圧電歪みが生じない部分を非活性部と称する。すなわち、圧電アクチュエーター300のうち、圧電体層70が第1電極60と第2電極80とで挟まれた部分が活性部310となり、圧電体層70が第1電極60と第2電極80とで挟まれていない部分が非活性部320となる。また圧電アクチュエーター300を駆動させた際、実際にZ軸方向に変形する部分を可撓部と称し、Z軸方向に変形しない部分を非可撓部と称する。すなわち、圧電アクチュエーター300の活性部310のうち、Z軸方向で圧力室12に対向する部分が可撓部となり、圧力室12の外側部分が非可撓部となる。
In the
一般的には、活性部310の何れか一方の電極を活性部310毎に独立する個別電極とし、他方の電極を複数の活性部310に共通する共通電極として構成する。本実施形態では、第1電極60が個別電極を構成し、第2電極80が共通電極を構成している。
Generally, one of the electrodes of the
具体的には、圧電アクチュエーター300を構成する第1電極60は、圧力室12毎に切り分けられて活性部310毎に独立する個別電極を構成する。第1電極60は、圧力室12の幅、すなわちY軸方向における圧力室12の長さb1、よりも狭い幅で形成されている。そしてY軸方向における第1電極60の両端部は、それぞれY軸方向における圧力室12の端部よりも内側に位置している。つまり圧電アクチュエーター300の活性部310は、各圧力室12に対向して圧力室12よりも狭い幅で設けられている。
Specifically, the
X軸方向においては、第1電極60は、圧力室12の両外側まで延設されている。つまりX軸方向における第1電極60の両端部は、それぞれ圧力室12のX軸方向の端部よりも外側に位置している。なおX軸方向における第1電極60の両端部は、圧力室12の端部の内側に位置していてもよいが、圧力室12の両端部近傍まで延在していることが好ましい。
In the X-axis direction, the
第1電極60の材料は、特に限定されないが、例えば、イリジウムや白金といった金属、ITOと略される酸化インジウムスズといった導電性金属酸化物等の導電材料が用いられる。
The material of the
圧電体層70は、圧力室12の長手方向であるX軸方向の長さを所定長さとして、圧力室12の短手方向であるY軸方向に亘って連続して設けられている。すなわち圧電体層70は、所定の厚さで圧力室12の並設方向に沿って連続して設けられている。圧電体層70の厚さは特に限定されないが、例えば、1~4μm程度の厚さで形成される。またX軸方向における圧電体層70の長さは、特に限定されないが、図4に示すように、X軸方向における圧力室12の長さよりも長く、圧電体層70は、X軸方向における圧力室12の両端部の外側まで延在している。
The
このように圧電体層70がX軸方向における圧力室12の外側まで延在していることで、圧力室12のX軸方向の端部付近における振動板50の強度が向上する。したがって、圧電アクチュエーター300を駆動させた際、圧力室12の長手方向端部付近において振動板50にクラックが発生するのを抑制することができる。
By extending the
なお本実施形態では、上述のように圧電体層70の+X方向の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置しており、第1電極60の+X方向の端部は圧電体層70によって覆われている。一方、圧電体層70の-X方向の端部は、第1電極60の端部よりも内側に位置しており、第1電極60の-X方向の端部は、圧電体層70では覆われることなく露出されている。
In the present embodiment, as described above, the + X-direction end of the
またY軸方向における圧力室12の両端部に対向する領域のそれぞれには、Z軸方向において圧電体層70の少なくとも一部が除去された溝部71が設けられている。言い換えれば、Y軸方向における圧力室12の両端部に対向する領域の圧電体層70の厚さは、他の部分よりも薄くなっている。本実施形態の溝部71は、圧電体層70をZ軸方向に実質的に全て除去することで形成されている。勿論、溝部71は、圧電体層70のZ軸方向の一部が除去されていてもよく、溝部71の底面に圧電体層70が他の部分よりも薄く残っていてもよい。
Further, in each of the regions facing both ends of the
また、各隔壁11上に設けられる溝部71のY軸方向の長さ、つまり溝部71の幅は、隔壁11の幅よりも広く形成されている。すなわち各溝部71は、隔壁11上から隣接する二つの圧力室12に対向する領域に亘って連続的に形成されている。この溝部71は、Y軸方向における圧力室12の端部に対向する領域にそれぞれ独立して設けられていてもよい。すなわち、各隔壁11に対向する領域に、それぞれ2つの溝部71が設けられていてもよい。
Further, the length of the
また溝部71は、Z軸方向の平面視において矩形状となるように形成されている。この溝部71の形状は、特に限定されず、例えば、5角形以上の多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状等であってもよい。
Further, the
このような溝部71が圧電体層70に形成されていることで、振動板50の圧力室12のY軸方向の端部に対向する部分、いわゆる振動板50の腕部の剛性が抑えられる。したがって、圧電アクチュエーター300に電圧を印加した際、圧電アクチュエーター300及び振動板50を良好に変形させることができる。
Since such a
圧電体層70としては、第1電極60上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜(ペロブスカイト型結晶)が挙げられる。圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。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)等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層70として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた。
Examples of the
また、圧電体層70の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス((BiFeO3)、略「BFO」)、チタン酸バリウム((BaTiO3)、略「BT」)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)(NbO3)、略「KNN」)、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(NbO3))、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(Nb,Ta)O3)、チタン酸ビスマスカリウム((Bi1/2K1/2)TiO3、略「BKT」)、チタン酸ビスマスナトリウム((Bi1/2Na1/2)TiO3、略「BNT」)、マンガン酸ビスマス(BiMnO3、略「BM」)、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物(x[(BixK1-x)TiO3]-(1-x)[BiFeO3]、略「BKT-BF」)、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物((1-x)[BiFeO3]-x[BaTiO3]、略「BFO-BT」)や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの((1-x)[Bi(Fe1-yMy)O3]-x[BaTiO3](Mは、Mn、CoまたはCr))等が挙げられる。
Further, the material of the
第2電極80は、図5及び図6に示すように、圧電体層70の第1電極60とは反対側である-Z方向側に設けられ、複数の圧電アクチュエーター300に共通する共通電極を構成する。第2電極80は、X軸方向の長さを所定長さとして、Y軸方向に亘って連続して設けられている。この第2電極80は、溝部71の内面、すなわち圧電体層70の溝部71の側面上及び溝部71の底面である絶縁体膜52上にも設けられている。なお溝部71内に関しては、第2電極80は、溝部71の内面の一部のみに設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第2電極80の+X方向の端部は、圧電体層70で覆われた第1電極60の+X方向の端部よりも外側となるように配置されている。すなわち第2電極80の+X方向の端部は、圧力室12の+X方向の端部よりも外側で、第1電極60の端部よりも外側に位置している。本実施形態では、第2電極80の+X方向の端部は、圧電体層70の端部と実質的に一致している。このため、活性部310の+X方向の端部、すなわち活性部310と非活性部320との境界は、第1電極60の+X方向の端部によって規定される。
The end portion of the
一方、第2電極80の-X方向の端部は、圧力室12の-X方向の端部よりも外側に配置されているが、圧電体層70のX軸方向の端部よりも内側に配置されている。上述のように圧電体層70の-X方向の端部は、第1電極60の端部よりも内側に位置している。したがって第2電極80の-X方向の端部は、第1電極60の-X方向の端部よりも内側の圧電体層70上に位置している。このため、第2電極80の-X方向の端部の外側には、圧電体層70の表面が露出された部分が存在する。
On the other hand, the −X direction end portion of the
このように第2電極80の-X方向の端部は、圧電体層70及び第1電極60の-X方向の端部よりも+X方向側に配置されているため、活性部310の-X方向の端部、すなわち活性部310と非活性部320との境界は、第2電極80の-X方向の端部によって規定される。
As described above, since the end portion of the
第2電極80の材料は、特に限定されないが、第1電極60と同様に、例えば、イリジウムや白金といった金属、酸化インジウムスズといった導電性金属酸化物などの導電材料が好適に用いられる。
The material of the
また、第2電極80の-X方向の端部の外側、すなわち第2電極80の端部のさらに-X方向側には、第2電極80と同一層からなるが第2電極80とは電気的に不連続となる配線部85が設けられている。また配線部85は、第2電極80の-X方向の端部と接触しないように間隔を空けた状態で、圧電体層70上から圧電体層70よりも-X方向に延設された第1電極60上に亘って形成されている。この配線部85は、活性部310毎に独立して設けられている。すなわち、配線部85は、Y軸方向に沿って所定の間隔で複数配置されている。なお配線部85は、第2電極80とは別の層で形成されていてもよいが、第2電極80と同一層で形成することが好ましい。これにより、配線部85の製造工程を簡略化してコストの低減を図ることができる。
Further, on the outside of the −X direction end of the
なお圧電アクチュエーター300を構成する第1電極60と第2電極80とには、個別リード電極91と駆動用共通電極である共通リード電極92とがそれぞれ接続されている(図2等参照)。個別リード電極91及び共通リード電極92の圧電アクチュエーター300に接続された端部とは反対側の端部には、可撓性を有する配線基板120が接続されている(図3等参照)。本実施形態では、個別リード電極91及び共通リード電極92は、保護基板30に形成された貫通孔32内に露出するように延設され、この貫通孔32内で配線基板120と電気的に接続されている。配線基板120には、圧電アクチュエーター300を駆動するためのスイッチング素子を有する駆動回路121が実装されている。
The
個別リード電極91及び共通リード電極92は、本実施形態では、同一層からなるが、電気的に不連続となるように形成されている。これにより、個別リード電極91と共通リード電極92とをそれぞれ個別に形成する場合に比べて、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。もちろん、個別リード電極91と共通リード電極92とを異なる層で形成するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
個別リード電極91及び共通リード電極92の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等を用いることができる。本実施形態では、個別リード電極91及び共通リード電極92として金(Au)を用いた。また、個別リード電極91及び共通リード電極92は、第1電極60及び第2電極80や振動板50との密着性を向上する密着層を有していてもよい。
The material of the
個別リード電極91は、活性部310毎、すなわち、第1電極60毎に設けられたものである。個別リード電極91は、圧電体層70の外側に設けられた第1電極60の-X方向の端部付近に配線部85を介して接続され、流路形成基板10上、実際には振動板50上まで-X方向に引き出されている。一方、共通リード電極92は、Y軸方向の両端部において、圧電体層70上の共通電極を構成する第2電極80上から振動板50上にまで-X方向に引き出されている。
The
ところで、上述のように圧電アクチュエーター300は、活性部310と非活性部320とを有し、活性部310のうち圧力室12に対向する部分が可撓部となり、圧力室12の外側の部分が非可撓部となる。
By the way, as described above, the
さらに活性部310の圧力室12に対向する部分、つまり可撓部は、X軸方向に延在する第1部位311と、第1電極60と第2電極80との間に電圧が印加された際の変形が第1部位311よりも抑制される第2部位312と、を有する。
Further, in the portion of the
活性部310の圧力室12に対向する部分は、主に第1部位311で構成されているが、その一部に第2部位312が設けられている。この第2部位312は、X軸方向における圧力室12の中央部に対応する領域で且つY軸方向における活性部310の中央部に設けられている。すなわち第2部位312は、X軸方向における圧力室12の中央部に対応する領域に設けられ、Y軸方向における第2部位312の両側には、第1部位311が存在している。別の言い方をすれば、第2部位312は、Z軸方向の平面視において、圧力室12に対向する領域に延在する第1部位311の中央部に島状に設けられ、第2部位312の周囲は第1部位311によって囲まれている。
The portion of the
ここで、第2部位312は、第1電極60及び第2電極80の少なくとも一方の抵抗値が、第1部位311よりも高くなっている。本実施形態では、第2電極80の抵抗値が第1部位311よりも高くなっている。これにより、第1電極60と第2電極80との間に電圧が印加された際の圧電アクチュエーター300の変形が第1部位311よりも抑制されている。
Here, in the
具体的には、第2部位312の第2電極80は、第1部位311の第2電極80よりも厚さの薄い薄膜部81となっている。すなわち、第2部位312の第2電極80は、圧電体層70とは反対側から第2電極80の厚さ方向の一部が除去された窪み部が形成された結果、薄膜部81となっている。
Specifically, the
このような構成とすることで、第2部位312の第2電極80の抵抗値は、第1部位311の第2電極80の抵抗値よりも高くなる。このため、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際、第2部位312の圧電体層70にかかる電界が第1部位311よりも弱くなる。すなわち第2部位312の圧電体層70の圧電歪みが第1部位311よりも小さくなる。したがって、第2部位312における圧電アクチュエーター300の変形が第1部位311よりも小さく抑えられる。その結果、圧電アクチュエーター300を駆動した際、X軸方向の圧力室12の中央部における振動板50の変位が部分的に抑えられる。
With such a configuration, the resistance value of the
これにより、圧電アクチュエーター300の繰り返し駆動に伴う振動板50のクラックの発生を抑制することができる。特に、X軸方向の圧力室12の中央部における振動板50のクラックの発生を効果的に抑制することができる。
As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the
Z軸方向の平面視において圧力室12がX軸方向に長い長方形に形成されていると、X軸方向における圧力室12の中央部では、圧電アクチュエーター300の駆動に伴う振動板50の変位が大きくなり振動板50のクラックが発生し易い。このような振動板50のクラックは、圧電アクチュエーター300の全体の変形を小さく制限することで抑制することはできるが、インク滴の吐出量、吐出速度といった吐出特性が低下してしまう虞がある。
When the
しかしながら、X軸方向における圧力室12の中央部において圧電アクチュエーター300の変形を部分的に小さくすることで、良好な吐出特性を維持しつつ、振動板50のクラックを効果的に抑制することができる。
However, by partially reducing the deformation of the
第2部位312である薄膜部81の厚さは、圧電アクチュエーター300の駆動に伴い振動板50が適切に変位するよう適宜決定されればよいが、第1部位311における第2電極80の厚さの1/10以下、特に、1/100以下とすることが好ましい。すなわち第2部位312の第2電極80の厚さは、極力薄くなっていることが好ましい。
The thickness of the
このように第2部位312の第2電極80が薄膜部81となっていることで、第2部位312の第2電極80の抵抗値は、第1部位311の第2電極80の抵抗値よりも確実に高くなる。このため、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際の第2部位312の圧電歪みが、第1部位311よりも確実に小さく抑えられる。
Since the
また第2部位312の第2電極80が薄膜部81となっていることで、つまり第2部位312に第2電極80が残存していることで、第1電極60と第2電極80との間に電圧が印加された際、第1部位311と第2部位312との境界付近で電界集中が発生することがなく、圧電体層70の損傷を防止することができる。
Further, since the
なお第2部位312の第2電極80の抵抗値を第1部位311よりも高くするという観点では、第2部位312の第2電極80は完全に除去されていてもよい。このため、本実施形態に係る薄膜部81には、第2電極80の厚さが実質的にゼロであるものも含まれることとする。
The
第2電極80に薄膜部81を形成する方法は、特に限定されるものではないが、次のような方法がある。圧電体層70上の全面に第2電極80を形成後、例えば、フォトリソグラフィー法により、第2電極80の第2部位312に相当する部分を除去する。あるいは、圧電体層70上の全面に第2電極80を形成後、例えば、レーザー光を照射することで第2電極80の第2部位312に相当する部分を選択的に除去する。さらに第2部位312の第2電極80を完全に除去する場合には、次の方法を採用することもできる。第2電極80を形成する前に、圧電体層70上の第2部位312に相当する部分にリフトオフ用のレジスト膜を設け、圧電体層70上の全面に第2電極80を形成後、第2部位312に相当する部分の第2電極80をレジスト膜と共に除去する。
The method for forming the
また第2部位312は、X軸方向における圧力室12の中央部に対向する領域に設けられていればよいが、より詳しくは、図5に示すように、X軸方向で圧力室12を3つの領域S1,S2,S3に等分したときの中央の領域S2内に設けられていることが好ましい。また第2部位312は、X軸方向における圧力室12の中心線L1を跨いで設けられていることが好ましい。
Further, the
さらに、第2部位312は、圧力室12に対向する領域内の活性部310、つまり可撓部のX軸方向における中心線L2を跨いで設けられていることが好ましい。本実施形態では、活性部310は、X軸方向において圧力室12の両端部の外側まで延設されており、X軸方向において可撓部の中心線L2は、圧力室12の中心線L1と一致している。したがって、本実施形態に係る第2部位312は、領域S2内に圧力室12の中心線L1及び可撓部の中心線L2を跨いで設けられている。
Further, it is preferable that the
このような位置に第2部位312を設けることで、圧電アクチュエーター300の繰り返し駆動に起因する振動板50に対するクラックの発生をより確実に抑えることができる。
By providing the
またZ軸方向の平面視における第2部位312の大きさ、すなわち第2電極80に形成される薄膜部81の大きさも、振動板50の変位を考慮して適宜決定されればよいが、第2部位312のX軸方向の長さa2は、Y軸方向における第2部位312の長さb2よりも長くなっていることが好ましい。本実施形態では、第2部位312は、Z軸方向の平面視において、X軸方向の長さa2>Y軸方向の長さb2の関係を満たす長方形に形成されている。
Further, the size of the
また第2部位312のX軸方向の長さa2は、適宜決定されればよいが、圧力室12に対向して設けられる活性部310、すなわち可撓部のX軸方向の長さa3の5~20%程度、例えば、10%程度とすることが好ましい。本実施形態では、活性部310のうち可撓部のX軸方向の長さa3は、圧力室12のX軸方向の長さa1と一致している。一方、第2部位312のY軸方向の長さb2も、適宜決定されればよいが、圧力室12に対向して設けられる活性部310のY軸方向の長さb3の5~20%程度、例えば、10%程度とすることが好ましい。なお活性部310のY軸方向の端部は、第1電極60のY軸方向の端部によって規定される。
Further, the length a2 of the
第2部位312をこのような大きさで形成することで、圧電アクチュエーター300の駆動による良好な吐出特性を維持しつつ、その際に生じる振動板50のクラックをより効果的に抑制することができる。
By forming the
以上説明したように、本実施形態に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッド1は、複数の凹部である圧力室12が形成された流路形成基板10と、流路形成基板10の一方面側に設けられる振動板50と、振動板50の流路形成基板10とは反対面側に積層される第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とを有する圧電アクチュエーター300と、を備え、圧力室12は、X軸方向の長さがX軸方向とは交差するY軸方向の長さよりも長い形状を有し、圧電アクチュエーター300は、圧電体層70が第1電極60と第2電極80とで挟まれる活性部310を備え、活性部310は、圧力室12に対向する領域にX軸方向で延在して第1電極60と第2電極80との間に電圧が印加された際に変形する第1部位311と、X軸方向における圧力室12の中央部に対応する領域で且つY軸方向における活性部310の中央部に設けられ、第1電極60と第2電極80との間に電圧が印加された際の変形が第1部位311よりも抑制される第2部位312と、を有する。これにより、圧電アクチュエーター300の駆動による良好な吐出特性を維持しつつ、振動板50のクラックの発生を抑制することができる。
As described above, the
なお本実施形態では、第2電極80の抵抗値が第1部位311よりも高くなるようにしたが、第2電極80の代わりに、第1電極60の抵抗値が第1部位311よりも高くなるようにしてもよい。例えば、第2部位312の第1電極60の厚さを第1部位311よりも薄くするようにしてもよい。さらには、第1電極60及び第2電極80のそれぞれ抵抗値が第1部位311よりも高くなるようにしてもよい。このような構成としても、圧電アクチュエーター300の駆動による良好な吐出特性を維持しつつ、振動板50のクラックの発生を抑制することができる。
In this embodiment, the resistance value of the
(実施形態2)
図7は、実施形態2に係る圧電アクチュエーターの第2部位を示す拡大平面図であり、図8は実施形態2に係るアクチュエーターの第2部位の他の例を示す拡大平面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is an enlarged plan view showing a second portion of the piezoelectric actuator according to the second embodiment, and FIG. 8 is an enlarged plan view showing another example of the second portion of the actuator according to the second embodiment.
本実施形態は、圧電アクチュエーターの一部である第2部位の変形例であり、それ以外の構成は実施形態1と同様である。なお図中、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 This embodiment is a modification of the second portion that is a part of the piezoelectric actuator, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. In the figure, the same members are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
実施形態1に係る第2部位312は、Z軸方向の平面視におけるY軸方向の長さが略一定の長さである長方形に形成されていた。これに対し、本実施形態に係る第2部位312Aは、図7に示すように、Z軸方向の平面視においてひし形に形成されている。つまり第2部位312Aは、Y軸方向の長さb2がX軸方向の中央部で最も長くX軸方向の端部側ほど短くなる形状となっている。また第2部位312Aの第2電極80は、実施形態1と同様に薄膜部81となっている。
The
これにより、第2部位312Aが形成された活性部310の中央領域S4では、活性部310の変位量がX軸方向において徐々に変化する。具体的には、活性部310の中央領域S4内のX軸方向の両端部付近での変形が最も小さく、X軸方向の中央部での変形量が最も大きくなる。したがって、活性部310の中央領域S4の端部付近において活性部310の変位量が急激に変化することなく徐々に変化する。したがって、この部分における振動板50のクラックの発生をより確実に抑制できる。さらには圧電アクチュエーター300にかかる負荷も抑制することもできる。
As a result, in the central region S4 of the
また、ひし形である第2部位312Aの四つ角は、それぞれR形状となっていることが好ましい。第2部位312Aをひし形とすると、電圧を印加した際、四つ角部分に応力集中が生じ易いが、四つ各角部がR形状となっていることで、この応力集中を抑制することができる。
Further, it is preferable that the four corners of the
なおZ軸方向の平面視における第2部位312Aの形状は、Y軸方向の長さがX軸方向の中央部で最も長くX軸方向の端部側ほど短くなる形状であれば、ひし形に限定されない。第2部位312Aの形状は、例えば、図8に示すように楕円形であってもよいし、その他、5角形以上の多角形状や、オーバル形状等であってもよい。ここでいうオーバル形状とは、主に長方形を基本として長手方向の両端部を半円状とした形状をいうが、いわゆる角丸長方形状なども含まれるものとする。
The shape of the
(実施形態3)
図9は、実施形態3に係る圧電アクチュエーターの第2部位を説明する平面図であり、図10は、図9のD-D′線断面図である。
(Embodiment 3)
9 is a plan view illustrating a second portion of the piezoelectric actuator according to the third embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD' of FIG.
本実施形態は、圧電アクチュエーターの一部である第2部位の変形例であり、それ以外の構成は上述の実施形態と同様である。なお図中、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 This embodiment is a modification of the second portion that is a part of the piezoelectric actuator, and other configurations are the same as those of the above-described embodiment. In the figure, the same members are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
図9及び図10に示すように、本実施形態に係る第2部位312Bの第2電極80には、薄膜部81の代わりに、第2電極80を厚さ方向に貫通する複数の孔部82がそれぞれ独立して設けられている。第2部位312Bは、Z軸方向の平面視において略ひし形の領域として設定されており、複数の孔部82は、この領域内に所定間隔で配置されている。またこれら複数の孔部82は、その合計面積が実施形態2に係る薄膜部81と同程度の面積となるような大きさ及び数で配置されている。各孔部82の開口形状は、特に限定されないが、本実施形態では略円形に形成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
このような構成としても、上述の実施形態と同様に、第2部位312Bの第2電極80の抵抗値が、第1部位311よりも高くなり、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際の第2部位312Bの変形は、第1部位311よりも小さく抑えられる。したがって、本実施形態の構成においても、圧電アクチュエーター300の駆動による良好な吐出特性を維持しつつ、圧電アクチュエーター300の繰り返し駆動に伴う振動板50のクラックの発生を抑制することができる。
Even with such a configuration, the resistance value of the
また複数の孔部82は、ひし形の領域内に、合計面積が実施形態2に係る薄膜部81と同程度の面積となるような大きさ及び数で配置されているため、活性部310の第2部位312Bが形成された活性部310の中央領域S4では、実施形態2と同様、圧電アクチュエーター300の変位量がX軸方向において徐々に変化する。したがって、振動板50のクラックの発生をより確実に抑制でき、圧電アクチュエーター300にかかる負荷も抑制することもできる。
Further, since the plurality of
また本実施形態では、複数の孔部82は、第2電極80を貫通して形成されている。すなわち第2部位312Bの一部に、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加しても圧電体層70に圧電歪みが生じない部分が形成されている。これにより、第2部位312Bの第2電極80を薄膜部81としなくても、第2部位312における圧電アクチュエーター300の変形を第1部位311よりも十分に小さく抑えることができる。
Further, in the present embodiment, the plurality of
なお孔部82は、第2電極80を厚さ方向に貫通して設けられているため、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際、孔部82の外周部において電界集中が発生する。ただし本実施形態では、第2部位312Bには、所定面積の一つの孔部ではなく、合計面積が所定面積となる複数の孔部82が形成されている。このため、電界集中が発生するとしても、発生個所が複数の孔部82の外周部に分散される。したがって、各部で生じる電界集中の程度は比較的弱くなり、電界集中に伴う圧電体層70の損傷等も起こり難くなる。
Since the
また本実施形態では、第2部位312Bの第2電極80を薄膜部81とすることなく複数の孔部82を形成しているが、勿論、第2部位312Bの第2電極80を薄膜部81とし、この薄膜部81に複数の孔部82を形成してもよい。その場合、各孔部82の開口径を極力小さくし、薄膜部81に多数の孔部82を形成するのが好ましい。これにより、薄膜部81における導通経路が細くなるため、第2部位312Bの第2電極80がより高抵抗化される。さらに各孔部82を微小孔とすることで、各孔部82での電界集中の発生も抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the
(実施形態4)
図11は、実施形態4に係る圧電アクチュエーター部分の拡大断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the piezoelectric actuator portion according to the fourth embodiment.
本実施形態は、圧電アクチュエーターの一部である第2部位の変形例であり、それ以外の構成は上述の実施形態と同様である。なお図中、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 This embodiment is a modification of the second portion that is a part of the piezoelectric actuator, and other configurations are the same as those of the above-described embodiment. In the figure, the same members are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
図11に示すように、本実施形態では、第2電極80は、第1部位311と第2部位312Cとで同一の厚さで形成されており、第2部位312Cにおける圧電体層70の結晶構造、結晶配向率、結晶相量及び結晶化度のうちの少なくとも何れか一つを第1部位311とは異なるものとすることで、第2部位312Cの変形が第1部位311よりも抑えられている。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the
具体的には、圧電アクチュエーター300の第1部位311において、圧電体層70は(100)面優先配向するように形成され、第2部位312Cにおいて、圧電体層70は(100)面配向率が第1部位311の圧電体層70の(100)面配向率よりも低くなるように形成されている。すなわち、圧電体層70は、(100)面優先配向をする第1配向部75を第1部位311に備え、第1配向部75よりも(100)面配向率が低い第2配向部76を第2部位312に備えている。
Specifically, in the
なお、ここでいう「優先配向する」とは、50%以上、好ましくは80%以上の結晶が、所定の結晶面に配向することを示すものとする。例えば「(100)面優先配向をしている」とは、全ての結晶が(100)面配向をしている場合だけでなく、半分以上の結晶(換言すると50%以上、好ましくは80%以上)が(100)面配向をしている場合、を含む。 The term "priority orientation" as used herein means that 50% or more, preferably 80% or more of the crystals are oriented to a predetermined crystal plane. For example, "(100) plane-oriented orientation" means not only when all the crystals are (100) plane-oriented, but also more than half of the crystals (in other words, 50% or more, preferably 80% or more). ) Is (100) plane oriented, including.
そして第2配向部76は、第1配向部75よりも(100)面配向率が低ければよく、もちろん(100)面配向をしていてもよいが、(100)面配向をしていなくてもよい。本実施形態では、第2配向部76は(111)面優先配向をしている。
The
そして、(100)面優先配向をする第1配向部75は、電極間に電圧を印加した際の圧電歪みが比較的大きい。一方、第1配向部75よりも(100)面配向率が低い第2配向部76は、電極間に電圧を印加した際の圧電歪みが第1配向部75よりも小さくなる。すなわち圧電アクチュエーター300の第2部位312Cの変形は、第1部位311よりも抑えられている。
The
したがって、本実施形態の構成としても、上述の実施形態と同様、圧電アクチュエーター300による良好な吐出特性を維持しつつ、圧電アクチュエーター300の繰り返し駆動に伴う振動板50のクラックの発生を抑制することができる。
Therefore, as in the configuration of the present embodiment, it is possible to suppress the generation of cracks in the
以下、このような圧電アクチュエーターを備えるインクジェット式記録ヘッド1の製造方法の一例、特に、圧電アクチュエーター300の製造方法の一例について説明する。図12~図22は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an
まず、図12に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜51を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成した。もちろん、弾性膜51の材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜(ポリイミド、パリレンなど)等にしてもよい。弾性膜51の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法、CVD法、スピンコート法等によって形成してもよい。
First, as shown in FIG. 12, an
次いで、図13に示すように、弾性膜51上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52を形成する。絶縁体膜52は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミン酸ランタン(LaAlO3)等を用いるようにしてもよい。絶縁体膜52を形成する方法としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 13, an
次いで、図14に示すように、絶縁体膜52上の全面に第1電極60を形成する。この第1電極60の材料は特に限定されないが、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第1電極60の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第1電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)などにより形成することができる。
Next, as shown in FIG. 14, the
次いで、図15に示すように、第1電極60上に配向制御層としてのチタン(Ti)からなる結晶種層61を形成する。なお結晶種層61は、層状に形成されてもよいし、島状に形成されてもよい。この結晶種層61は、圧電体層70が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層70の焼成後には圧電体層70内に拡散する。
Next, as shown in FIG. 15, a
この結晶種層61を形成する際、図16に示すように、圧電アクチュエーター300の第1部位311に対応する位置の結晶種層61aと、第2部位312Cに対応する位置の結晶種層61bとを異なる厚さとする。例えば、第1部位311に対応する位置の結晶種層61aは、圧電体層70が(100)面優先配向をする所定の厚さとし、第2部位312Cに対応する結晶種層61bは、結晶種層61aとは異なる厚さとする。
When forming the
具体的には、第1電極60上の全面に結晶種層61を所定厚さで形成した後、第2部位312Cに対応する位置の結晶種層61を、例えば、フォトリソグラフィー法により、或いはレーザー光を照射することで、選択的に除去する。これにより、図16に示すように、活性部310の第1部位311に対応する位置、つまり圧電体層70の第1配向部75が形成される位置には、所定厚さの結晶種層61aが形成される。また、第2部位312Cに対応する位置、つまり圧電体層70の第2配向部76が形成される位置には、結晶種層61aよりも薄い厚さの結晶種層61bが形成される。なお結晶種層61bは完全に除去するようにしてもよい。
Specifically, after forming the
なお図16には、第1配向部75及び第2配向部76が形成される位置を仮想線で示す。本実施形態では、結晶種層61bを実質的に除去し、結晶種層61aを含むその他の領域の結晶種層61については所定の厚さのまま残している。結晶種層61のエッチング方法は特に限定されず、例えば、エッチング液によるものでも、イオンミリング等のドライエッチングであってもよい。
Note that FIG. 16 shows the positions where the
所定の厚さで形成された結晶種層61aにより、後の工程で圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配向方位を(100)に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層70を得ることができる。一方、結晶種層61bにおいては、後の工程で圧電体層70を形成する際に、圧電体層70が下地層である第1電極60の影響を受けて成長する。下地層である第1電極60は、例えば、白金等からなり(111)面優先配向をしているため、第2部位312Cの圧電体層70は、第1電極60の影響を受けて(111)面優先配向をする。
Due to the
次に、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル-ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。圧電体層70の製造方法は、ゾル-ゲル法に限定されず、例えば、MOD法などの液相成膜法や、スパッタリング法、物理蒸着法(PVD法)、レーザーアブレーション法等の気相成膜法を用いてもよい。
Next, the
圧電体層70の具体的な形成手順としては、まず、図17に示すように、結晶種層61が形成された第1電極60上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜73を成膜する。すなわち、第1電極60(結晶種層61)が形成された流路形成基板用ウェハー110上に金属錯体を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。次いで、この圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる。例えば、圧電体前駆体膜73を170~180℃で8~30分間保持することで乾燥させる(乾燥工程)。
As a specific procedure for forming the
次に、乾燥した圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。例えば、圧電体前駆体膜73を300~400℃程度の温度に加熱して約10~30分保持することで脱脂する。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜73に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
Next, the dried
次に、図18に示すように、圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜74を形成する(焼成工程)。この焼成工程では、圧電体前駆体膜73を700℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを50℃/sec以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜74を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 18, the
次に、図19に示すように、第1電極60上に1層目の圧電体膜74を形成した段階で、第1電極60及び1層目の圧電体膜74を同時にパターニングする。なお、第1電極60及び1層目の圧電体膜74のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
Next, as shown in FIG. 19, at the stage where the first
次に、図20に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, the
次いで、図21に示すように、圧電体層70を各圧力室12に対応してパターニングする。本実施形態では、圧電体層70上に所定形状に形成したマスク(図示なし)を設け、このマスクを介して圧電体層70をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィー法によってパターニングした。なお、圧電体層70のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 21, the
次に、図22に示すように、圧電体層70及び絶縁体膜52上に亘って、例えば、イリジウム(Ir)からなる第2電極80を形成し、この第2電極80を所定形状にパターニングする。次いで図23に示すように、流路形成基板用ウェハー110上に個別リード電極91及び共通リード電極92(図示なし)を形成する。これにより圧電アクチュエーター300が形成される。
Next, as shown in FIG. 22, a
その後の工程については図示を省略するが、流路形成基板用ウェハー110の圧電アクチュエーター300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハーを接合した後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。また流路形成基板用ウェハー110を所定形状にパターニングされたマスク膜を介してKOH等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、隔壁11によって区画された圧力室12を形成する。
Although the subsequent steps are not shown, the flow path forming substrate is used after bonding the protective substrate wafer, which is a silicon wafer and serves as a plurality of
さらに、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハーとの接合体を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割する。そして、保護基板30と流路形成基板10との接合体に連通板15、ノズルプレート20、ケース部材40、コンプライアンス基板45等を接合することで、本実施形態の記録ヘッド1が製造される。
Further, unnecessary portions of the outer peripheral edge portion of the flow path forming
なお本実施形態では、圧電体層70を形成する際、第1電極60上に形成する結晶種層61の厚さを調整することで、圧電体層70の配向、すなわち第1配向部75及び第2配向部76の配向を制御するようにしたが、いわゆる中間結晶種層の厚さを調整することによっても、圧電体層70の配向を制御することができる。
In the present embodiment, when the
中間結晶種層62は、1層目の圧電体膜74と第1電極60とをパターニングした後(図19参照)、図24に示すように、絶縁体膜52上、第1電極60の側面、1層目の圧電体膜74の側面及び圧電体膜74上に亘って形成する。この中間結晶種層62は、結晶種層61と同様に、チタンが好適に用いられ、層状あるいは島状に形成する。その後は、上述のように2層目以降の圧電体膜74を形成する(図20参照)。
After patterning the first
そして2層目以降の圧電体膜74の配向は、この中間結晶種層62によっても制御することができる。上述した結晶種層61の場合と同様に、第2配向部76に対応する位置の中間結晶種層62bの厚さを、第1配向部75に対応する位置の中間結晶種層62aの厚さよりも薄くする(図24参照)。これにより、第1配向部75を(100)面優先配向させ、第2配向部76を(111)面優先配向させることができる。
The orientation of the
なお中間結晶種層62を形成する場合、結晶種層61は形成しなくてもよいし、中間結晶種層62と共に結晶種層61を形成してもよい。中間結晶種層62と共に結晶種層61を形成する場合、結晶種層61の厚さは全体に亘って略均一とすればよい。
When the intermediate
また圧電アクチュエーター300の製造方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、第2部位312Cに対応する部分、つまり第2配向部76に対応する結晶種層61をフォトリソグラフィー法等により選択的に除去するようにしたが、例えば、結晶種層61を形成する前に、第1電極60上の第2部位312Cに相当する部分に対応する部分にリフトオフ用のレジスト膜を設けておき、第1電極60上の全面に結晶種層61を形成後、第2部位312Cに相当する部分の結晶種層61をレジスト膜と共に除去するようにしてもよい。
Further, the method for manufacturing the
また第2部位312Cに相当する部分の結晶種層61を除去せずに、例えば、レーザー光を照射することで、その部分の結晶種層61の改質を行うようにしてもよい。また第1電極60上に圧電体層70を形成する前、あるいはその途中で、第2部位312Cに対応する部分に、圧電体層70の結晶化を阻害する材料からなる阻害膜を設けるようにしてもよい。このような方法でも、第2部位312Cの圧電体層70の結晶配向は、第1部位311の圧電体層70の結晶配向とは異なるものとなる。
Further, the
以上説明したように、本実施形態では、一例として第2部位312Cの圧電体層70の結晶配向率を、第1部位311の圧電体層70とは異なるものとすることで、第2部位312Cの変形が第1部位よりも抑制されるようにしたが、第2部位312Cの構成はこれに限定されるものではない。第2部位312Cは、圧電体層70の結晶構造、結晶配向率、結晶相量及び結晶化度のうちの少なくとも何れか一つが、第1部位311の圧電体層70とは異なっており、第2部位312Cの変形が第1部位311よりも抑制されていればよい。
As described above, in the present embodiment, as an example, the crystal orientation ratio of the
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
Although each embodiment of the present invention has been described above, the basic configuration of the present invention is not limited to the above.
例えば、上述の実施形態では、圧電アクチュエーター300として、活性部310がX軸方向において圧力室12の両外側まで延設された構成、つまり活性部310の可撓部の長さが圧力室12の長さと一致する構成を例示したが、圧電アクチュエーター300の構成は特に限定されるものではない。
For example, in the above-described embodiment, the
例えば、活性部310は、X軸方向で圧力室12内に配置されていてもよい。すなわちX軸方向での可撓部の長さは、圧力室12の長さよりも短くてもよい。ただしこの場合でも、活性部310は、圧力室12の端部付近まで延在していることが好ましく、またX軸方向における圧力室12の中央に配置されていることが好ましい。
For example, the
また、これら各実施形態の記録ヘッド1は、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置に搭載される。図25は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
Further, the
図25に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、記録ヘッド1は、インク供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられ、キャリッジ3に搭載されている。この記録ヘッド1を搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5の軸方向に移動自在に設けられている。
In the inkjet recording device I shown in FIG. 25, the
そして、駆動モーター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、記録ヘッド1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。一方、装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートSが搬送ローラー8により搬送されるようになっている。なお、記録シートSを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
Then, the driving force of the drive motor 6 is transmitted to the
このようなインクジェット式記録装置Iでは、記録ヘッド1に対して記録シートSを+X方向に搬送し、キャリッジ3を記録シートSに対してY方向に往復移動させながら、記録ヘッド1からインク滴を噴射させることで記録シートSの略全面に亘ってインク滴の着弾、所謂、印刷が実行される。
In such an inkjet recording apparatus I, the recording sheet S is conveyed to the
また、上述したインクジェット式記録装置Iでは、記録ヘッド1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向であるY方向に往復移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド1が固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向であるX方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
Further, in the above-mentioned inkjet recording apparatus I, an example is described in which the
なお、上記実施形態においては、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を、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドや液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)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が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。 In the above embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid injection head, and the ink jet recording device has been described as an example of the liquid injection device. However, the present invention broadly describes the liquid injection head and the liquid injection device. It is intended for general purposes, and can of course be applied to a liquid injection head or a liquid injection device that injects a liquid other than ink. Other liquid injection heads include, for example, various recording heads used in image recording devices such as printers, color material injection heads used in manufacturing color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (electrode emission displays). Examples thereof include an electrode material injection head used for forming an electrode, a bioorganic substance injection head used for biochip production, and the like, and the present invention can also be applied to a liquid injection device provided with such a liquid injection head.
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドのみならず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の圧電デバイスにも適用することができる。 Further, the present invention is applied not only to a liquid injection head typified by an inkjet recording head, but also to other piezoelectric devices such as an ultrasonic device such as an ultrasonic transmitter, an ultrasonic motor, a pressure sensor, and a charcoal sensor. be able to.
I…インクジェット式記録装置(記録装置)、1…インクジェット式記録ヘッド(記録ヘッド)、2…カートリッジ、3…キャリッジ、4…装置本体、5…キャリッジ軸、6…駆動モーター、7…タイミングベルト、8…搬送ローラー、10…流路形成基板(基板)、11…隔壁、12…圧力室(凹部)、15…連通板、16…ノズル連通路、17…第1マニホールド部、18…第2マニホールド部、19…供給連通路、20…ノズルプレート、21…ノズル、30…保護基板、31…保持部、32…貫通孔、40…ケース部材、41…収容部、42…第3マニホールド部、43…接続口、44…導入口、45…コンプライアンス基板、46…封止膜、47…固定基板、48…開口部、49…コンプライアンス部、50…振動板、51…弾性膜、52…絶縁体膜、60…第1電極、61…結晶種層(シード層)、62…中間結晶種層、70…圧電体層、71…溝部、73…圧電体前駆体膜、74…圧電体膜、75…第1配向部、76…第2配向部、80…第2電極、81…薄膜部、82…孔部、85…配線部、91…個別リード電極、92…共通リード電極、100…マニホールド、110…流路形成基板用ウェハー、120…配線基板、121…駆動回路、300…圧電アクチュエーター、310…活性部、320…非活性部、311…第1部位、312…第2部位
I ... Inkjet recording device (recording device), 1 ... Inkjet recording head (recording head), 2 ... Cartridge, 3 ... Carriage, 4 ... Device body, 5 ... Carriage shaft, 6 ... Drive motor, 7 ... Timing belt, 8 ... Conveying roller, 10 ... Flow path forming substrate (board), 11 ... Bulk partition, 12 ... Pressure chamber (recess), 15 ... Communication plate, 16 ... Nozzle communication path, 17 ... First manifold part, 18 ... Second manifold Section, 19 ... Supply communication passage, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle, 30 ... Protective substrate, 31 ... Holding section, 32 ... Through hole, 40 ... Case member, 41 ... Accommodating section, 42 ... Third manifold section, 43 ... Connection port, 44 ... Introduction port, 45 ... Compliance board, 46 ... Sealing film, 47 ... Fixed board, 48 ... Opening, 49 ... Compliance part, 50 ... Vibration plate, 51 ... Elastic film, 52 ... Inkjet film , 60 ... 1st electrode, 61 ... Crystal seed layer (seed layer), 62 ... Intermediate crystal seed layer, 70 ... Piezoelectric layer, 71 ... Groove, 73 ... Piezoelectric precursor film, 74 ... Piezoelectric film, 75 ... 1st alignment part, 76 ... 2nd alignment part, 80 ... 2nd electrode, 81 ... thin film part, 82 ... hole part, 85 ... wiring part, 91 ... individual lead electrode, 92 ... common lead electrode, 100 ... manifold, 110 ... Wafer for flow path forming substrate, 120 ... Wiring board, 121 ... Drive circuit, 300 ... Piezoelectric actuator, 310 ... Active part, 320 ... Inactive part, 311 ... First part, 312 ... Second part
Claims (14)
前記振動板の前記基板とは反対面側に積層される第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電アクチュエーターと、を備える圧電デバイスであって、
前記凹部は、第1方向の長さが前記第1方向とは交差する第2方向の長さよりも長い形状を有し、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧電体層が前記第1電極と前記第2電極とで挟まれる活性部を備え、
前記活性部は、
前記凹部に対向する領域に前記第1方向で延在して前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際に変形する第1部位と、
前記第1方向における前記凹部の中央部に対応する領域で且つ前記第2方向における前記活性部の中央部に設けられ、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際の変形が前記第1部位よりも抑制される第2部位と、を有する
ことを特徴とする圧電デバイス。 A diaphragm provided on one side of the substrate on which multiple recesses are formed,
A piezoelectric device comprising a first electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric actuator having a second electrode laminated on the side of the diaphragm opposite to the substrate.
The recess has a shape in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction intersecting with the first direction.
The piezoelectric actuator comprises an active portion in which the piezoelectric layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode.
The active part is
A first portion extending in the first direction in a region facing the recess and deforming when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode provided in the region corresponding to the central portion of the concave portion in the first direction and in the central portion of the active portion in the second direction. A piezoelectric device characterized by having a second portion in which the deformation of the first portion is suppressed more than the first portion.
前記第2部位における前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方の抵抗値が、前記第1部位よりも高い
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1.
A piezoelectric device characterized in that the resistance value of at least one of the first electrode and the second electrode in the second portion is higher than that in the first portion.
前記第2部位における前記第2電極の抵抗値が、前記第1部位よりも高い
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 2.
A piezoelectric device characterized in that the resistance value of the second electrode at the second portion is higher than that at the first portion.
前記第2部位の前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方には、前記第1部位よりも厚さが薄い薄膜部が形成されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1 or 2.
A piezoelectric device characterized in that a thin film portion having a thickness thinner than that of the first portion is formed on at least one of the first electrode and the second electrode of the second portion.
前記薄膜部における前記第1電極又は前記第2電極の厚さは、前記第1部位における厚さの1/10以下である
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 4.
A piezoelectric device characterized in that the thickness of the first electrode or the second electrode in the thin film portion is 1/10 or less of the thickness in the first portion.
前記薄膜部における前記第1電極又は前記第2電極の厚さは、前記第1部位における厚さの1/100以下である
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 5.
A piezoelectric device characterized in that the thickness of the first electrode or the second electrode in the thin film portion is 1/100 or less of the thickness in the first portion.
前記第2部位における前記第1電極又は前記第2電極の少なくとも一方の電極には、それぞれ独立する複数の孔部が形成されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1 or 2.
A piezoelectric device characterized in that a plurality of independent holes are formed in at least one of the first electrode and the second electrode in the second portion.
前記第2部位は、前記第1方向で前記凹部を3つの領域に等分したときの中央の領域内に設けられている
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 7.
The piezoelectric device is characterized in that the second portion is provided in a central region when the recess is equally divided into three regions in the first direction.
前記第1方向における前記第2部位の長さが、前記第2方向における前記第2部位の長さよりも長い
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 8.
A piezoelectric device characterized in that the length of the second portion in the first direction is longer than the length of the second portion in the second direction.
前記第2方向における前記第2部位の長さは、前記第1方向における前記第2部位の中央部が最も長く前記第1方向の端部側ほど短い
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 9.
A piezoelectric device characterized in that the length of the second portion in the second direction is the longest in the central portion of the second portion in the first direction and shorter toward the end portion in the first direction.
前記第2方向における前記凹部の両端部に対向する領域には、前記圧電体層の厚さが他の部分よりも薄い溝部が設けられている
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 10.
A piezoelectric device characterized in that a groove having a thickness of the piezoelectric layer thinner than that of other portions is provided in a region facing both ends of the recess in the second direction.
前記第2部位における前記圧電体層の結晶構造、結晶配向率、結晶相量および結晶化度のうちの少なくとも何れか一つが、前記第1部位とは異なる
ことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1.
A piezoelectric device characterized in that at least one of the crystal structure, crystal orientation rate, crystal phase amount, and crystallinity of the piezoelectric layer at the second site is different from that at the first site.
前記基板の一方面側に設けられる振動板と、
前記振動板の前記基板とは反対面側に積層される第1電極と、圧電体層と、第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記凹部は、第1方向の長さが前記第1方向とは交差する第2方向の長さよりも長い形状を有し、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧電体層が前記第1電極と前記第2電極とで挟まれる活性部を備え、
前記活性部は、
前記凹部に対向する領域に前記第1方向で延在して前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際に変形する第1部位と、
前記第1方向における前記凹部の中央部に対応する領域で且つ前記第2方向における前記活性部の中央部に設けられ、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加された際の変形が前記第1部位よりも抑制される第2部位と、を有する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A substrate with multiple recesses and
A diaphragm provided on one side of the substrate and
A liquid injection head comprising a first electrode laminated on the side of the diaphragm opposite to the substrate, a piezoelectric layer, and a piezoelectric actuator having a second electrode.
The recess has a shape in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction intersecting with the first direction.
The piezoelectric actuator comprises an active portion in which the piezoelectric layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode.
The active part is
A first portion extending in the first direction in a region facing the recess and deforming when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
When a voltage is applied between the first electrode and the second electrode provided in the region corresponding to the central portion of the concave portion in the first direction and in the central portion of the active portion in the second direction. A liquid injection head characterized by having a second portion in which the deformation of the first portion is suppressed more than the first portion.
ことを特徴とする液体噴射装置。
A liquid injection device comprising the liquid injection head according to claim 13.
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