JP2022103958A - Piezoelectric device, liquid jet head and liquid jet device - Google Patents

Piezoelectric device, liquid jet head and liquid jet device Download PDF

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大介 永野
Daisuke Nagano
真士 藤岡
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Abstract

To solve the problem that repeated driving of a piezoelectric actuator may cause a crack on a vibration plate.SOLUTION: An active part 310 of a piezoelectric actuator 300 is configured to have, in a region opposing to a recessed part 12, a first site 311 extending in a first direction which deforms when a voltage is applied to a space between a first electrode 60 and a second electrode 80, and a second site 312, provided at a region corresponding to a center portion of the recessed part 12 in the first direction and at a center portion of the active part 310 in a second direction, which is suppressed from deforming more than the first site 311 is, when a voltage is applied to the space between the first electrode 60 and the second electrode 80.SELECTED DRAWING: Figure 5

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 Patent Document 1, an adhesive is poured into a notch formed in a diaphragm overlapping a partition wall that partitions a pressure chamber to cure the diaphragm, and damage such as cracks to the diaphragm, which is a movable region, is suppressed. Is disclosed.

特開2017-80946号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-80946

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 Patent Document 1 and the like, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the diaphragm. However, even when the strength of the diaphragm is increased, it is difficult to prevent the occurrence of cracks in the diaphragm.

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.

実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図である。It is a top view of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの要部平面図である。It is a main part plan view of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの要部断面図である。It is sectional drawing of the main part of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの要部断面図である。It is sectional drawing of the main part of the recording head which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る記録ヘッドの要部平面図である。It is a main part plan view of the recording head which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る記録ヘッドの要部平面図である。It is a main part plan view of the recording head which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る記録ヘッドの変形例を示す要部平面図である。It is a main part plan view which shows the modification of the recording head which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態3に係る記録ヘッドの要部断面図である。It is sectional drawing of the main part of the recording head which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの要部断面図である。It is sectional drawing of the main part of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る記録ヘッドの製造方法の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the manufacturing method of the recording head which concerns on Embodiment 4. FIG. 一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the recording apparatus which concerns on one Embodiment.

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 inkjet recording head 1 includes a flow path forming substrate 10 as an example of the substrate. The flow path forming substrate 10 is made of, for example, a silicon substrate such as single crystal silicon, a glass substrate, an SOI substrate, various ceramic substrates, and the like. The flow path forming substrate 10 may be a (100) plane-preferred-oriented substrate or a (110) plane-preferred-oriented substrate.

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 pressure chambers 12 which are recesses are formed in the flow path forming substrate 10. The plurality of pressure chambers 12 are arranged in two rows in the X-axis direction, which is the first direction intersecting the Z-axis. Each pressure chamber 12 constituting each row is arranged along the Y-axis direction, which is a second direction intersecting the X-axis direction. The plurality of pressure chambers 12 constituting each row are arranged on a straight line along the Y-axis direction so that the positions in the X-axis direction are the same. The pressure chambers 12 adjacent to each other in the Y-axis direction are partitioned by a partition wall 11.

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 pressure chamber 12 in the flow path forming substrate 10 is not particularly limited. For example, the arrangement of a plurality of pressure chambers 12 arranged in the Y-axis direction is a so-called staggered arrangement in which each pressure chamber 12 is displaced in the X-axis direction, or a zigzag arrangement in which each pressure chamber 12 is displaced in the X-axis direction. It may have a zigzag arrangement other than the above.

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 pressure chamber 12 is formed in a shape in which the length a1 in the X-axis direction is longer than the length b1 in the Y-axis direction in a plan view in the Z-axis direction (see FIG. 4). In the present embodiment, the pressure chamber 12 is formed so as to be rectangular in a plan view in the Z-axis direction. That is, the pressure chamber 12 is formed so that the aspect ratio is larger than 1. In the present embodiment, the pressure chamber 12 is formed so that the aspect ratio is about 9: 1. In this configuration, the longitudinal direction of the pressure chamber 12 corresponds to the X-axis direction which is the first direction, and the lateral direction of the pressure chamber 12 corresponds to the Y-axis direction which is the second direction.

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 pressure chamber 12 may satisfy the relationship of length a1 in the X-axis direction> length b1 in the Y-axis direction, and includes, for example, a parallel quadrilateral shape, an elliptical shape, and the like in addition to the rectangle. It may have an oval shape or the like.

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 communication plate 15, the nozzle plate 20, and the compliance substrate 45 are sequentially laminated on the + Z direction side of the flow path forming substrate 10 in which the plurality of pressure chambers 12 are formed.

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 communication plate 15 is provided with a nozzle communication passage 16 that communicates the pressure chamber 12 and the nozzle 21 for injecting ink droplets. Further, the communication plate 15 is provided with a first manifold portion 17 and a second manifold portion 18 that form a part of a manifold 100 that is a common liquid chamber through which a plurality of pressure chambers 12 communicate. The first manifold portion 17 is provided so as to penetrate the communication plate 15 in the Z-axis direction. The second manifold portion 18 is provided so as to open in the surface on the + Z direction side without penetrating the communication plate 15 in the Z-axis direction.

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 communication plate 15 is formed with a plurality of supply communication passages 19 communicating with one end of each pressure chamber 12 in the X-axis direction. Each supply passage 19 is provided independently corresponding to each of the pressure chambers 12. These supply communication passages 19 communicate the second manifold portion 18 and each pressure chamber 12, and supply the ink in the manifold 100 to each pressure chamber 12.

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 communication plate 15, a silicon substrate, a glass substrate, an SOI substrate, various ceramic substrates, a metal substrate, or the like can be used. Examples of the metal substrate include a stainless steel substrate and the like. The communication plate 15 preferably uses a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as that of the flow path forming substrate 10. As a result, when the temperatures of the flow path forming substrate 10 and the communication plate 15 change, the warpage of the flow path forming substrate 10 and the communication plate 15 due to the difference in the coefficient of thermal expansion can be suppressed.

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 nozzle plate 20 is provided on the side of the communication plate 15 opposite to the flow path forming substrate 10, that is, on the surface on the + Z direction side. The nozzle plate 20 is formed with a plurality of nozzles 21 communicating with each pressure chamber 12 via the nozzle communication passage 16.

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 nozzles 21 are arranged side by side so as to form a line along the Y-axis direction. On the nozzle plate 20, nozzle rows in which a plurality of nozzles 21 are arranged are arranged in two rows in the X-axis direction. That is, the plurality of nozzles 21 in each row are arranged so that the positions in the X-axis direction are the same. The arrangement of these nozzles 21 is not particularly limited. For example, when the arrangement of the pressure chambers 12 is a so-called staggered arrangement, the arrangement of the plurality of nozzles 21 constituting each row may be the so-called staggered arrangement according to the arrangement of the pressure chambers 12.

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 nozzle plate 20, for example, a silicon substrate, a glass substrate, an SOI substrate, various ceramic substrates, a metal substrate, or the like can be used. Examples of the metal plate include a stainless steel substrate and the like. Further, as the material of the nozzle plate 20, an organic substance such as a polyimide resin can also be used. However, it is preferable to use a material for the nozzle plate 20 that is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the communication plate 15. As a result, when the temperatures of the nozzle plate 20 and the communication plate 15 change, it is possible to suppress the warp of the nozzle plate 20 and the communication plate 15 due to the difference in the coefficient of thermal expansion.

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 compliance substrate 45 is provided together with the nozzle plate 20 on the side of the communication plate 15 opposite to the flow path forming substrate 10, that is, on the surface on the + Z direction side. The compliance board 45 is provided around the nozzle plate 20 and seals the openings of the first manifold portion 17 and the second manifold portion 18 provided in the communication plate 15. In the present embodiment, the compliance substrate 45 includes a sealing film 46 made of a flexible thin film and a fixed substrate 47 made of a hard material such as metal. The region of the fixed substrate 47 facing the manifold 100 is an opening 48 completely removed in the thickness direction. Therefore, one surface of the manifold 100 is a compliance portion 49 sealed only by the flexible sealing film 46.

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 path forming substrate 10 opposite to the nozzle plate 20 and the like, that is, the surface on the −Z direction side, will be described in detail later, but the diaphragm 50 and the diaphragm 50 are flexed and deformed to form the pressure chamber 12. A piezoelectric actuator 300 that causes a pressure change in the ink inside is provided. Note that FIG. 3 is a diagram for explaining the overall configuration of the recording head 1, and the configuration of the piezoelectric actuator 300 is shown in a simplified manner.

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 protective substrate 30 having substantially the same size as the flow path forming substrate 10 is further bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 on the −Z direction side with an adhesive or the like. The protective substrate 30 has a holding portion 31 which is a space for protecting the piezoelectric actuator 300. The holding portions 31 are independently provided for each row of the piezoelectric actuators 300 arranged side by side in the Y-axis direction, and are formed by arranging two holding portions 31 side by side in the X-axis direction. Further, the protective substrate 30 is provided with a through hole 32 penetrating in the Z-axis direction between two holding portions 31 arranged side by side in the X-axis direction.

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 protective substrate 30, a case member 40 for defining a manifold 100 communicating with a plurality of pressure chambers 12 together with a flow path forming substrate 10 is fixed. The case member 40 has substantially the same shape as the communication plate 15 in a plan view, and is joined to the protective substrate 30 and also to the communication plate 15.

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 case member 40 has an accommodating portion 41, which is a space having a depth capable of accommodating the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30, on the protective substrate 30 side. The accommodating portion 41 has a wider opening area than the surface of the protective substrate 30 joined to the flow path forming substrate 10. Then, the opening surface of the accommodating portion 41 on the nozzle plate 20 side is sealed by the communication plate 15 in a state where the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 are accommodated in the accommodating portion 41.

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 case member 40, a third manifold portion 42 is defined on both outer sides of the accommodating portion 41 in the X-axis direction. The manifold 100 is composed of the first manifold portion 17 and the second manifold portion 18 provided in the communication plate 15, and the third manifold portion 42. The manifold 100 is continuously provided in the Y-axis direction, and the supply communication passages 19 that communicate each pressure chamber 12 and the manifold 100 are arranged side by side in the Y-axis direction.

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 case member 40 is provided with an introduction port 44 for communicating with the manifold 100 and supplying ink to each manifold 100. Further, the case member 40 is provided with a connection port 43 through which the wiring board 120 is inserted so as to communicate with the through hole 32 of the protective board 30.

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 recording head 1 of the present embodiment, ink is taken in from an introduction port 44 connected to an external ink supply means (not shown), the inside from the manifold 100 to the nozzle 21 is filled with ink, and then the drive circuit 121 is used. According to the recorded signal, a voltage is applied to each piezoelectric actuator 300 corresponding to the pressure chamber 12. As a result, the diaphragm 50 bends and deforms together with the piezoelectric actuator 300, the pressure in each pressure chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from each nozzle 21.

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 piezoelectric actuator 300 according to the present embodiment will be described. As described above, the piezoelectric actuator 300 is provided on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the nozzle plate 20 via the diaphragm 50.

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 diaphragm 50 is an insulator film made of an elastic film 51 made of silicon oxide provided on the flow path forming substrate 10 side and a zirconium oxide film provided on the elastic film 51. It is composed of 52 and. The liquid flow path of the pressure chamber 12 or the like is formed by anisotropic etching the flow path forming substrate 10 from the surface on the + Z direction side, and the surface of the liquid flow path such as the pressure chamber 12 on the −Z direction side is formed. , It is composed of an elastic film 51.

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 diaphragm 50 is not particularly limited. The diaphragm 50 may be composed of, for example, either an elastic film 51 or an insulator film 52, and may further include a film other than the elastic film 51 and the insulator film 52. Examples of the material of this film include silicon and silicon nitride.

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 piezoelectric actuator 300 is a pressure generating means provided corresponding to each pressure chamber 12 formed on the flow path forming substrate 10 to cause a pressure change in the ink in the pressure chamber 12, and is also called a piezoelectric element. The piezoelectric actuator 300 includes a first electrode 60 sequentially laminated from the + Z direction side on the diaphragm 50 side toward the −Z direction side, a piezoelectric layer 70, and a second electrode 80. That is, the piezoelectric actuator 300 includes a first electrode 60 sequentially laminated toward the −Z direction side in the present embodiment along the Z-axis direction, which is the first direction with respect to the diaphragm 50, and the piezoelectric layer 70. And the second electrode 80.

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 piezoelectric actuator 300 having such a configuration, a portion where piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70 when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80 is referred to as an active portion. On the other hand, a portion where piezoelectric strain does not occur in the piezoelectric layer 70 is referred to as an inactive portion. That is, in the piezoelectric actuator 300, the portion where the piezoelectric layer 70 is sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80 becomes the active portion 310, and the piezoelectric layer 70 is formed by the first electrode 60 and the second electrode 80. The portion that is not sandwiched becomes the inactive portion 320. Further, a portion that actually deforms in the Z-axis direction when the piezoelectric actuator 300 is driven is referred to as a flexible portion, and a portion that does not deform in the Z-axis direction is referred to as a non-flexible portion. That is, of the active portion 310 of the piezoelectric actuator 300, the portion facing the pressure chamber 12 in the Z-axis direction becomes a flexible portion, and the outer portion of the pressure chamber 12 becomes a non-flexible portion.

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 active portion 310 is configured as an independent individual electrode for each active portion 310, and the other electrode is configured as a common electrode common to the plurality of active portions 310. In the present embodiment, the first electrode 60 constitutes an individual electrode, and the second electrode 80 constitutes a common electrode.

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 first electrode 60 constituting the piezoelectric actuator 300 constitutes an individual electrode that is separated into each pressure chamber 12 and is independent for each active portion 310. The first electrode 60 is formed with a width narrower than the width of the pressure chamber 12, that is, the length b1 of the pressure chamber 12 in the Y-axis direction. Both ends of the first electrode 60 in the Y-axis direction are located inside the ends of the pressure chamber 12 in the Y-axis direction, respectively. That is, the active portion 310 of the piezoelectric actuator 300 is provided facing each pressure chamber 12 with a width narrower than that of the pressure chamber 12.

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 first electrode 60 extends to both outer sides of the pressure chamber 12. That is, both ends of the first electrode 60 in the X-axis direction are located outside the ends of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, respectively. Both ends of the first electrode 60 in the X-axis direction may be located inside the ends of the pressure chamber 12, but preferably extend to the vicinity of both ends of the pressure chamber 12.

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 first electrode 60 is not particularly limited, but for example, a conductive material such as a metal such as iridium or platinum or a conductive metal oxide such as indium tin oxide abbreviated as ITO is used.

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 piezoelectric layer 70 is continuously provided along the Y-axis direction, which is the lateral direction of the pressure chamber 12, with the length in the X-axis direction, which is the longitudinal direction of the pressure chamber 12, as a predetermined length. That is, the piezoelectric layer 70 is continuously provided with a predetermined thickness along the parallel arrangement direction of the pressure chambers 12. The thickness of the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, but is formed, for example, with a thickness of about 1 to 4 μm. The length of the piezoelectric layer 70 in the X-axis direction is not particularly limited, but as shown in FIG. 4, it is longer than the length of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, and the piezoelectric layer 70 has a pressure in the X-axis direction. It extends to the outside of both ends of the chamber 12.

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 piezoelectric layer 70 to the outside of the pressure chamber 12 in the X-axis direction in this way, the strength of the diaphragm 50 near the end portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction is improved. Therefore, when the piezoelectric actuator 300 is driven, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 in the vicinity of the longitudinal end portion of the pressure chamber 12.

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 piezoelectric layer 70 is located outside the + X-direction end of the first electrode 60, and the + X-direction end of the first electrode 60 is piezoelectric. It is covered by the body layer 70. On the other hand, the −X direction end of the piezoelectric layer 70 is located inside the end of the first electrode 60, and the −X direction end of the first electrode 60 is covered by the piezoelectric layer 70. It is exposed without being damaged.

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 pressure chamber 12 in the Y-axis direction, a groove 71 in which at least a part of the piezoelectric layer 70 is removed is provided in the Z-axis direction. In other words, the thickness of the piezoelectric layer 70 in the region facing both ends of the pressure chamber 12 in the Y-axis direction is thinner than the other portions. The groove portion 71 of the present embodiment is formed by removing substantially all of the piezoelectric layer 70 in the Z-axis direction. Of course, a part of the piezoelectric layer 70 in the Z-axis direction may be removed from the groove 71, and the piezoelectric layer 70 may remain thinner than the other parts on the bottom surface of the groove 71.

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 groove portion 71 provided on each partition wall 11 in the Y-axis direction, that is, the width of the groove portion 71 is formed to be wider than the width of the partition wall 11. That is, each groove 71 is continuously formed from above the partition wall 11 over a region facing the two adjacent pressure chambers 12. The groove 71 may be independently provided in a region facing the end of the pressure chamber 12 in the Y-axis direction. That is, two groove 71s may be provided in the region facing each partition wall 11.

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 groove portion 71 is formed so as to have a rectangular shape in a plan view in the Z-axis direction. The shape of the groove 71 is not particularly limited, and may be, for example, a polygonal shape of pentagon or more, a circular shape, an elliptical shape, or the like.

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 groove 71 is formed in the piezoelectric layer 70, the rigidity of the portion of the diaphragm 50 facing the end in the Y-axis direction, that is, the arm portion of the diaphragm 50 is suppressed. Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric actuator 300, the piezoelectric actuator 300 and the diaphragm 50 can be satisfactorily deformed.

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(PbTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O)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)O)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 piezoelectric layer 70 include a perovskite-structured crystal film (perovskite-type crystal) formed on the first electrode 60 and made of a strong dielectric ceramic material exhibiting an electromechanical conversion action. As the material of the piezoelectric layer 70, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) or a material to which a metal oxide such as niobide oxide, nickel oxide or magnesium oxide is added is used. be able to. Specifically, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), lead zirconium acid (PbZrO 3 ), lead titanate lantern ((Pb, La), TiO 3 ). ), Lead zirconate titanate lanthanum ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), lead magnesium niobate zirconium lead titanate (Pb (Zr, Ti) (Mg, Nb) O 3 ), etc. Can be done. In this embodiment, lead zirconate titanate (PZT) was used as the piezoelectric layer 70.

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((BiFeO)、略「BFO」)、チタン酸バリウム((BaTiO)、略「BT」)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)(NbO)、略「KNN」)、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(NbO))、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)O)、チタン酸ビスマスカリウム((Bi1/21/2)TiO、略「BKT」)、チタン酸ビスマスナトリウム((Bi1/2Na1/2)TiO、略「BNT」)、マンガン酸ビスマス(BiMnO、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[(Bi1-x)TiO]-(1-x)[BiFeO]、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)[BiFeO]-x[BaTiO]、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-y)O]-x[BaTiO](Mは、Mn、CoまたはCr))等が挙げられる。 Further, the material of the piezoelectric layer 70 is not limited to the lead-based piezoelectric material containing lead, and a lead-free piezoelectric material containing no lead can also be used. Examples of the lead-free piezoelectric material include bismuth iron acid ((BiFeO 3 ), abbreviated as “BFO”), barium titanate ((BaTIO 3 ), abbreviated as “BT”), and sodium potassium niobate ((K, Na)). ) (NbO 3 ), abbreviated as "KNN"), lithium sodium potassium niobate ((K, Na, Li) (NbO 3 )), lithium sodium potassium titanate niobate ((K, Na, Li) (Nb, Ta). ) O 3 ), bismuth potassium titanate ((Bi 1/2 K 1/2 ) TiO 3 , abbreviated as "BKT"), bismuth sodium titanate ((Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 , abbreviated as "BNT" ”), Bismuth manganate (BimnO 3 , abbreviated as“ BM ”), bismuth, potassium, titanium and a composite oxide having a perovskite structure containing iron (x [(Bi x K 1-x ) TiO 3 ]-(1-) x) [BiFeO 3 ], abbreviated as "BKT-BF"), a composite oxide containing bismuth, iron, barium and titanium and having a perovskite structure ((1-x) [BiFeO 3 ]-x [BaTIO 3 ], abbreviated as " BFO-BT ”) or a substance to which metals such as manganese, cobalt, and chromium are added ((1-x) [Bi (Fe 1- y My ) O 3 ]-x [BaTIO 3 ] (M is Mn, Co or Cr)) and the like can be mentioned.

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 second electrode 80 is provided on the −Z direction side opposite to the first electrode 60 of the piezoelectric layer 70, and is a common electrode common to the plurality of piezoelectric actuators 300. Configure. The second electrode 80 is continuously provided in the Y-axis direction with a length in the X-axis direction as a predetermined length. The second electrode 80 is also provided on the inner surface of the groove portion 71, that is, on the side surface of the groove portion 71 of the piezoelectric layer 70 and on the insulator film 52 which is the bottom surface of the groove portion 71. Regarding the inside of the groove 71, the second electrode 80 may be provided only on a part of the inner surface of the groove 71.

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 second electrode 80 in the + X direction is arranged so as to be outside the end portion of the first electrode 60 covered with the piezoelectric layer 70 in the + X direction. That is, the end portion of the second electrode 80 in the + X direction is located outside the end portion of the pressure chamber 12 in the + X direction and outside the end portion of the first electrode 60. In the present embodiment, the end portion of the second electrode 80 in the + X direction substantially coincides with the end portion of the piezoelectric layer 70. Therefore, the + X direction end portion of the active portion 310, that is, the boundary between the active portion 310 and the inactive portion 320 is defined by the + X direction end portion of the first electrode 60.

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 second electrode 80 is arranged outside the −X direction end portion of the pressure chamber 12, but is inside the X-axis direction end portion of the piezoelectric layer 70. Have been placed. As described above, the end portion of the piezoelectric layer 70 in the −X direction is located inside the end portion of the first electrode 60. Therefore, the end portion of the second electrode 80 in the −X direction is located on the piezoelectric layer 70 inside the end portion of the first electrode 60 in the −X direction. Therefore, on the outside of the end portion of the second electrode 80 in the −X direction, there is a portion where the surface of the piezoelectric layer 70 is exposed.

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 second electrode 80 in the −X direction is arranged on the + X direction side with respect to the end portion of the piezoelectric layer 70 and the first electrode 60 in the −X direction, the −X of the active portion 310 The end in the direction, that is, the boundary between the active portion 310 and the inactive portion 320 is defined by the end in the −X direction of the second electrode 80.

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 second electrode 80 is not particularly limited, but similarly to the first electrode 60, for example, a conductive material such as a metal such as iridium or platinum or a conductive metal oxide such as indium tin oxide is preferably used.

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 second electrode 80, that is, further on the −X direction side of the end portion of the second electrode 80, the same layer as the second electrode 80 is formed, but the second electrode 80 is electric. A wiring portion 85 that is discontinuous is provided. Further, the wiring portion 85 extends from the top of the piezoelectric layer 70 in the −X direction to the piezoelectric layer 70 in a state of being spaced so as not to come into contact with the end portion of the second electrode 80 in the −X direction. It is formed over one electrode 60. The wiring portion 85 is provided independently for each active portion 310. That is, a plurality of wiring portions 85 are arranged at predetermined intervals along the Y-axis direction. The wiring portion 85 may be formed of a layer different from that of the second electrode 80, but is preferably formed of the same layer as the second electrode 80. As a result, the manufacturing process of the wiring portion 85 can be simplified and the cost can be reduced.

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 individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92, which is a common driving electrode, are connected to the first electrode 60 and the second electrode 80 constituting the piezoelectric actuator 300 (see FIG. 2 and the like). A flexible wiring board 120 is connected to the end of the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 on the opposite side to the end connected to the piezoelectric actuator 300 (see FIG. 3 and the like). In the present embodiment, the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 are extended so as to be exposed in the through hole 32 formed in the protective substrate 30, and are electrically connected to the wiring board 120 in the through hole 32. Has been done. A drive circuit 121 having a switching element for driving the piezoelectric actuator 300 is mounted on the wiring board 120.

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 individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 are made of the same layer, but are formed so as to be electrically discontinuous. As a result, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced as compared with the case where the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 are individually formed. Of course, the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 may be formed of different layers.

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 individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 is not particularly limited as long as it is a conductive material, and for example, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu) and the like are used. be able to. In this embodiment, gold (Au) is used as the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92. Further, the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 may have an adhesion layer for improving the adhesion with the first electrode 60, the second electrode 80, and the diaphragm 50.

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 individual lead electrode 91 is provided for each active portion 310, that is, for each first electrode 60. The individual lead electrode 91 is connected to the vicinity of the end portion of the first electrode 60 provided on the outside of the piezoelectric layer 70 in the −X direction via a wiring portion 85, and is actually a diaphragm on the flow path forming substrate 10. It is pulled out in the -X direction up to 50. On the other hand, the common lead electrode 92 is drawn out in the −X direction from the second electrode 80 constituting the common electrode on the piezoelectric layer 70 to the diaphragm 50 at both ends in the Y-axis direction.

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 piezoelectric actuator 300 has an active portion 310 and an inactive portion 320, and the portion of the active portion 310 facing the pressure chamber 12 becomes a flexible portion, and the portion outside the pressure chamber 12 is a flexible portion. It becomes a non-flexible part.

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 active portion 310 facing the pressure chamber 12, that is, the flexible portion, a voltage is applied between the first portion 311 extending in the X-axis direction and the first electrode 60 and the second electrode 80. It has a second site 312, in which the deformation is suppressed more than the first site 311.

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 active portion 310 facing the pressure chamber 12 is mainly composed of the first portion 311 but a second portion 312 is provided in a part thereof. The second portion 312 is provided in a region corresponding to the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction and in the central portion of the active portion 310 in the Y-axis direction. That is, the second portion 312 is provided in the region corresponding to the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, and the first portion 311 exists on both sides of the second portion 312 in the Y-axis direction. In other words, the second part 312 is provided in an island shape in the central part of the first part 311 extending in the region facing the pressure chamber 12 in the plan view in the Z-axis direction, and the second part 312 is provided. Is surrounded by the first part 311.

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 second portion 312, the resistance value of at least one of the first electrode 60 and the second electrode 80 is higher than that of the first portion 311. In the present embodiment, the resistance value of the second electrode 80 is higher than that of the first portion 311. As a result, the deformation of the piezoelectric actuator 300 when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80 is suppressed as compared with the first portion 311.

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 second electrode 80 of the second portion 312 is a thin film portion 81 having a thickness thinner than that of the second electrode 80 of the first portion 311. That is, the second electrode 80 of the second portion 312 becomes a thin film portion 81 as a result of forming a recessed portion in which a part of the second electrode 80 in the thickness direction is removed from the side opposite to the piezoelectric layer 70. ing.

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 second electrode 80 of the second portion 312 becomes higher than the resistance value of the second electrode 80 of the first portion 311. Therefore, when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80, the electric field applied to the piezoelectric layer 70 of the second portion 312 becomes weaker than that of the first portion 311. That is, the piezoelectric strain of the piezoelectric layer 70 of the second portion 312 is smaller than that of the first portion 311. Therefore, the deformation of the piezoelectric actuator 300 at the second portion 312 is suppressed to be smaller than that at the first portion 311. As a result, when the piezoelectric actuator 300 is driven, the displacement of the diaphragm 50 in the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction is partially suppressed.

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 diaphragm 50 due to repeated driving of the piezoelectric actuator 300. In particular, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 in the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction.

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 pressure chamber 12 is formed in a rectangular shape long in the X-axis direction in a plan view in the Z-axis direction, the displacement of the vibrating plate 50 due to the drive of the piezoelectric actuator 300 is large in the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction. The crack of the vibrating plate 50 is likely to occur. Such cracks in the diaphragm 50 can be suppressed by limiting the deformation of the entire piezoelectric actuator 300 to a small extent, but there is a risk that the ejection characteristics such as the ejection amount and the ejection speed of ink droplets will deteriorate.

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 piezoelectric actuator 300 in the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, it is possible to effectively suppress cracks in the diaphragm 50 while maintaining good discharge characteristics. ..

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 thin film portion 81, which is the second portion 312, may be appropriately determined so that the diaphragm 50 is appropriately displaced as the piezoelectric actuator 300 is driven, but the thickness of the second electrode 80 in the first portion 311 It is preferably 1/10 or less, particularly preferably 1/100 or less. That is, it is preferable that the thickness of the second electrode 80 of the second portion 312 is as thin as possible.

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 second electrode 80 of the second portion 312 is the thin film portion 81 in this way, the resistance value of the second electrode 80 of the second portion 312 is higher than the resistance value of the second electrode 80 of the first portion 311. Will definitely be higher. Therefore, the piezoelectric strain of the second portion 312 when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80 is surely suppressed to be smaller than that of the first portion 311.

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 second electrode 80 of the second portion 312 is the thin film portion 81, that is, the second electrode 80 remains in the second portion 312, the first electrode 60 and the second electrode 80 are combined. When a voltage is applied between them, electric field concentration does not occur near the boundary between the first portion 311 and the second portion 312, and damage to the piezoelectric layer 70 can be prevented.

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 second electrode 80 of the second portion 312 may be completely removed from the viewpoint of making the resistance value of the second electrode 80 of the second portion 312 higher than that of the first portion 311. Therefore, the thin film portion 81 according to the present embodiment includes a thin film portion 81 having a thickness of the second electrode 80 that is substantially zero.

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 thin film portion 81 on the second electrode 80 is not particularly limited, but there are the following methods. After forming the second electrode 80 on the entire surface of the piezoelectric layer 70, for example, a portion corresponding to the second portion 312 of the second electrode 80 is removed by a photolithography method. Alternatively, after forming the second electrode 80 on the entire surface of the piezoelectric layer 70, for example, by irradiating the second electrode 80 with a laser beam, the portion corresponding to the second portion 312 of the second electrode 80 is selectively removed. Further, when the second electrode 80 of the second portion 312 is completely removed, the following method can also be adopted. Before forming the second electrode 80, a resist film for lift-off is provided on the portion corresponding to the second portion 312 on the piezoelectric layer 70, and after forming the second electrode 80 on the entire surface of the piezoelectric layer 70, the second electrode 80 is formed. The second electrode 80 of the portion corresponding to the two-site 312 is removed together with the resist film.

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 second portion 312 may be provided in a region facing the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, but more specifically, as shown in FIG. 5, the pressure chamber 12 is 3 in the X-axis direction. It is preferable that the region is provided in the central region S2 when the region is equally divided into the regions S1, S2 and S3. Further, it is preferable that the second portion 312 is provided so as to straddle the center line L1 of the pressure chamber 12 in the X-axis direction.

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 second portion 312 is provided so as to straddle the active portion 310 in the region facing the pressure chamber 12, that is, the center line L2 in the X-axis direction of the flexible portion. In the present embodiment, the active portion 310 extends to the outside of both ends of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, and the center line L2 of the flexible portion in the X-axis direction is the center line L1 of the pressure chamber 12. Match. Therefore, the second portion 312 according to the present embodiment is provided in the region S2 so as to straddle the center line L1 of the pressure chamber 12 and the center line L2 of the flexible portion.

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 second portion 312 at such a position, it is possible to more reliably suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 due to the repeated drive of the piezoelectric actuator 300.

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 second portion 312 in the plan view in the Z-axis direction, that is, the size of the thin film portion 81 formed on the second electrode 80 may be appropriately determined in consideration of the displacement of the vibrating plate 50. It is preferable that the length a2 of the two sites 312 in the X-axis direction is longer than the length b2 of the second site 312 in the Y-axis direction. In the present embodiment, the second portion 312 is formed into a rectangle that satisfies the relationship of length a2 in the X-axis direction> length b2 in the Y-axis direction in a plan view in the Z-axis direction.

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 second portion 312 in the X-axis direction may be appropriately determined, but the active portion 310 provided facing the pressure chamber 12, that is, the length a3 of the flexible portion in the X-axis direction 5 It is preferably about 20%, for example, about 10%. In the present embodiment, the length a3 of the flexible portion of the active portion 310 in the X-axis direction coincides with the length a1 of the pressure chamber 12 in the X-axis direction. On the other hand, the length b2 of the second portion 312 in the Y-axis direction may be appropriately determined, but is about 5 to 20% of the length b3 of the active portion 310 provided facing the pressure chamber 12 in the Y-axis direction. For example, it is preferably about 10%. The end portion of the active portion 310 in the Y-axis direction is defined by the end portion of the first electrode 60 in the Y-axis direction.

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 second portion 312 with such a size, it is possible to more effectively suppress cracks in the diaphragm 50 that occur at that time while maintaining good ejection characteristics due to the drive of the piezoelectric actuator 300. ..

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 inkjet recording head 1 which is the liquid injection head according to the present embodiment has a flow path forming substrate 10 in which a pressure chamber 12 which is a plurality of recesses is formed and one surface of the flow path forming substrate 10. A piezoelectric actuator 300 having a vibrating plate 50 provided on the side, a first electrode 60 laminated on the side opposite to the flow path forming substrate 10 of the vibrating plate 50, a piezoelectric layer 70, and a second electrode 80. The pressure chamber 12 has a shape in which the length in the X-axis direction is longer than the length in the Y-axis direction intersecting the X-axis direction, and the piezoelectric actuator 300 has a piezoelectric layer 70 as a first electrode 60. An active portion 310 sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80 is provided, and the active portion 310 extends in the X-axis direction in a region facing the pressure chamber 12 and has a voltage between the first electrode 60 and the second electrode 80. The first electrode 60 and the first electrode 60, which are provided in the region corresponding to the central portion of the pressure chamber 12 in the X-axis direction and the central portion of the active portion 310 in the Y-axis direction, and the first portion 311 that deforms when is applied. It has a second portion 312 in which deformation when a voltage is applied between the two electrodes 80 is suppressed more than that of the first portion 311. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 while maintaining good ejection characteristics due to the drive of the piezoelectric actuator 300.

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 second electrode 80 is set to be higher than that of the first portion 311. However, instead of the second electrode 80, the resistance value of the first electrode 60 is higher than that of the first portion 311. It may be. For example, the thickness of the first electrode 60 of the second portion 312 may be made thinner than that of the first portion 311. Further, the resistance values of the first electrode 60 and the second electrode 80 may be higher than those of the first portion 311. Even with such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 while maintaining good ejection characteristics due to the drive of the piezoelectric actuator 300.

(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 second portion 312 according to the first embodiment was formed into a rectangle having a length in the Y-axis direction in a plan view in the Z-axis direction having a substantially constant length. On the other hand, as shown in FIG. 7, the second portion 312A according to the present embodiment is formed in a rhombus shape in a plan view in the Z-axis direction. That is, the second portion 312A has a shape in which the length b2 in the Y-axis direction is the longest in the central portion in the X-axis direction and becomes shorter toward the end portion in the X-axis direction. Further, the second electrode 80 of the second portion 312A is a thin film portion 81 as in the first embodiment.

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 active portion 310 in which the second portion 312A is formed, the displacement amount of the active portion 310 gradually changes in the X-axis direction. Specifically, the deformation in the vicinity of both ends in the central region S4 of the active portion 310 in the X-axis direction is the smallest, and the deformation amount in the central portion in the X-axis direction is the largest. Therefore, the displacement amount of the active portion 310 gradually changes in the vicinity of the end portion of the central region S4 of the active portion 310 without abrupt change. Therefore, the occurrence of cracks in the diaphragm 50 in this portion can be more reliably suppressed. Further, the load applied to the piezoelectric actuator 300 can be suppressed.

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 second portion 312A, which is a rhombus, each have an R shape. When the second portion 312A is a rhombus, stress concentration is likely to occur in the four corners when a voltage is applied, but since each of the four corners has an R shape, this stress concentration can be suppressed.

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 second portion 312A in the plan view in the Z-axis direction is limited to a diamond shape as long as the length in the Y-axis direction is the longest in the central portion in the X-axis direction and becomes shorter toward the end portion in the X-axis direction. Not done. The shape of the second portion 312A may be, for example, an ellipse as shown in FIG. 8, a polygonal shape having a pentagon or more, an oval shape, or the like. The oval shape referred to here mainly refers to a shape in which both ends in the longitudinal direction are semicircular based on a rectangle, but a so-called rounded rectangle or the like is also included.

(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 second electrode 80 of the second portion 312B according to the present embodiment has a plurality of holes 82 penetrating the second electrode 80 in the thickness direction instead of the thin film portion 81. Are provided independently. The second portion 312B is set as a substantially diamond-shaped region in a plan view in the Z-axis direction, and a plurality of hole portions 82 are arranged in this region at predetermined intervals. Further, these plurality of hole portions 82 are arranged in such a size and number that the total area thereof is the same as the area of the thin film portion 81 according to the second embodiment. The opening shape of each hole 82 is not particularly limited, but is formed in a substantially circular shape in the present embodiment.

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 second electrode 80 of the second portion 312B is higher than that of the first portion 311 and between the first electrode 60 and the second electrode 80, as in the above-described embodiment. The deformation of the second portion 312B when a voltage is applied to the second portion 312B is suppressed to be smaller than that of the first portion 311. Therefore, even in the configuration of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the diaphragm 50 due to the repeated driving of the piezoelectric actuator 300 while maintaining good ejection characteristics by driving the piezoelectric actuator 300.

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 hole portions 82 are arranged in the diamond-shaped region with a size and number such that the total area is about the same as that of the thin film portion 81 according to the second embodiment, the active portion 310 is the first. In the central region S4 of the active portion 310 in which the two sites 312B are formed, the displacement amount of the piezoelectric actuator 300 gradually changes in the X-axis direction, as in the second embodiment. Therefore, the occurrence of cracks in the diaphragm 50 can be suppressed more reliably, and the load applied to the piezoelectric actuator 300 can also be suppressed.

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 holes 82 are formed so as to penetrate the second electrode 80. That is, a portion is formed in a part of the second portion 312B so that the piezoelectric layer 70 does not cause piezoelectric distortion even when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80. As a result, even if the second electrode 80 of the second portion 312B is not used as the thin film portion 81, the deformation of the piezoelectric actuator 300 in the second portion 312 can be suppressed to be sufficiently smaller than that of the first portion 311.

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 hole 82 is provided so as to penetrate the second electrode 80 in the thickness direction, when a voltage is applied between the first electrode 60 and the second electrode 80, the hole 82 is formed on the outer peripheral portion of the hole 82. Electrode concentration occurs. However, in the present embodiment, the second portion 312B is formed with a plurality of holes 82 having a total area of a predetermined area, instead of a single hole having a predetermined area. Therefore, even if the electric field concentration occurs, the generated points are dispersed in the outer peripheral portions of the plurality of hole portions 82. Therefore, the degree of electric field concentration generated in each part becomes relatively weak, and damage to the piezoelectric layer 70 due to the electric field concentration is less likely to occur.

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 second electrode 80 of the second portion 312B is not used as the thin film portion 81, and a plurality of holes 82 are formed. Of course, the second electrode 80 of the second portion 312B is formed of the thin film portion 81. Therefore, a plurality of pores 82 may be formed in the thin film portion 81. In that case, it is preferable to make the opening diameter of each hole 82 as small as possible and to form a large number of holes 82 in the thin film 81. As a result, the conduction path in the thin film portion 81 becomes narrower, so that the second electrode 80 of the second portion 312B has higher resistance. Further, by making each hole 82 a minute hole, it is possible to suppress the occurrence of electric field concentration in each hole 82.

(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 second electrode 80 is formed to have the same thickness at the first portion 311 and the second portion 312C, and is a crystal of the piezoelectric layer 70 at the second portion 312C. By making at least one of the structure, crystal orientation rate, crystal phase amount, and crystallinity different from that of the first part 311, the deformation of the second part 312C is suppressed as compared with the first part 311. ing.

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 first portion 311 of the piezoelectric actuator 300, the piezoelectric layer 70 is formed so as to have a (100) plane preferential orientation, and in the second portion 312C, the piezoelectric layer 70 has a (100) plane orientation ratio. It is formed so as to be lower than the (100) plane orientation rate of the piezoelectric layer 70 of the first portion 311. That is, the piezoelectric layer 70 includes a first alignment portion 75 having (100) plane priority orientation in the first portion 311 and a second alignment portion 76 having a lower (100) plane orientation ratio than the first orientation portion 75. It is prepared for the second part 312.

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 second alignment portion 76 may have a (100) plane orientation rate lower than that of the first alignment portion 75, and of course may have a (100) plane orientation, but the second alignment portion 76 does not have a (100) plane orientation. May be good. In the present embodiment, the second alignment portion 76 has a (111) plane priority orientation.

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 first alignment portion 75 having the (100) plane priority orientation has a relatively large piezoelectric strain when a voltage is applied between the electrodes. On the other hand, in the second alignment portion 76 having a (100) plane orientation rate lower than that of the first alignment portion 75, the piezoelectric strain when a voltage is applied between the electrodes is smaller than that of the first alignment portion 75. That is, the deformation of the second portion 312C of the piezoelectric actuator 300 is suppressed as compared with that of the first portion 311.

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 diaphragm 50 due to the repeated drive of the piezoelectric actuator 300 while maintaining the good ejection characteristics of the piezoelectric actuator 300 as in the above-described embodiment. can.

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 inkjet recording head 1 including such a piezoelectric actuator, particularly an example of a method for manufacturing the piezoelectric actuator 300 will be described. 12 to 22 are sectional views showing a method of manufacturing an inkjet recording head.

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 elastic film 51 is formed on the surface of a wafer 110 for a flow path forming substrate, which is a silicon wafer. In the present embodiment, the elastic film 51 made of silicon dioxide is formed by thermally oxidizing the wafer 110 for the flow path forming substrate. Of course, the material of the elastic film 51 is not limited to silicon dioxide, and may be a silicon nitride film, a polysilicon film, an organic film (polyimide, parylene, etc.) or the like. The method for forming the elastic film 51 is not limited to thermal oxidation, and the elastic film 51 may be formed by a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, or the like.

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(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミン酸ランタン(LaAlO)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 insulator film 52 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 51. The insulator film 52 is not limited to zirconium oxide, but is not limited to titanium oxide, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), magnesium oxide (MgO), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) , and the like. May be used. Examples of the method for forming the insulator film 52 include a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method.

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 first electrode 60 is formed on the entire surface of the insulator film 52. The material of the first electrode 60 is not particularly limited, but when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70, it is desirable that the material has little change in conductivity due to the diffusion of lead oxide. Therefore, platinum, iridium, or the like is preferably used as the material for the first electrode 60. Further, the first electrode 60 can be formed by, for example, a sputtering method, a PVD method (physical vapor deposition method), or the like.

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 crystal seed layer 61 made of titanium (Ti) as an orientation control layer is formed on the first electrode 60. The crystal seed layer 61 may be formed in a layered shape or an island shape. The crystal seed layer 61 functions as a seed that promotes crystallization when the piezoelectric layer 70 crystallizes, and diffuses into the piezoelectric layer 70 after firing of the piezoelectric layer 70.

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 crystal seed layer 61, as shown in FIG. 16, the crystal seed layer 61a at the position corresponding to the first portion 311 of the piezoelectric actuator 300 and the crystal seed layer 61b at the position corresponding to the second portion 312C Have different thicknesses. For example, the crystal seed layer 61a at the position corresponding to the first portion 311 has a predetermined thickness at which the piezoelectric layer 70 has a (100) plane preferential orientation, and the crystal seed layer 61b corresponding to the second portion 312C is a crystal species. The thickness is different from that of the layer 61a.

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 crystal seed layer 61 on the entire surface of the first electrode 60 with a predetermined thickness, the crystal seed layer 61 at the position corresponding to the second portion 312C is formed by, for example, a photolithography method or a laser. It is selectively removed by irradiating it with light. As a result, as shown in FIG. 16, the crystal seed layer 61a having a predetermined thickness is located at the position corresponding to the first portion 311 of the active portion 310, that is, at the position where the first alignment portion 75 of the piezoelectric layer 70 is formed. Is formed. Further, a crystal seed layer 61b having a thickness thinner than the crystal seed layer 61a is formed at a position corresponding to the second portion 312C, that is, a position where the second alignment portion 76 of the piezoelectric layer 70 is formed. The crystal seed layer 61b may be completely removed.

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 first alignment portion 75 and the second alignment portion 76 are formed by virtual lines. In the present embodiment, the crystal seed layer 61b is substantially removed, and the crystal seed layer 61 in the other region including the crystal seed layer 61a is left at a predetermined thickness. The etching method of the crystal seed layer 61 is not particularly limited, and may be, for example, an etching solution or dry etching such as ion milling.

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 crystal seed layer 61a formed with a predetermined thickness, the preferential orientation of the piezoelectric layer 70 can be controlled to (100) when the piezoelectric layer 70 is formed in a later step, and electromechanical conversion can be performed. A piezoelectric layer 70 suitable as an element can be obtained. On the other hand, in the crystal seed layer 61b, when the piezoelectric layer 70 is formed in a later step, the piezoelectric layer 70 grows under the influence of the first electrode 60 which is the base layer. Since the first electrode 60, which is the base layer, is made of platinum or the like and has a (111) plane preferential orientation, the piezoelectric layer 70 of the second portion 312C is affected by the first electrode 60 (111). ) Make surface priority orientation.

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 piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. In this embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal complex is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and then calcined at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 is formed. The method for producing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a liquid phase film forming method such as a MOD method, a sputtering method, a physical vapor deposition method (PVD method), a laser ablation method, or the like. A membrane method may be used.

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 piezoelectric layer 70, first, as shown in FIG. 17, a piezoelectric precursor film 73, which is a PZT precursor film, is formed on the first electrode 60 on which the crystal seed layer 61 is formed. Membrane. That is, a sol (solution) containing a metal complex is applied onto the flow path forming substrate wafer 110 on which the first electrode 60 (crystal seed layer 61) is formed (coating step). Next, the piezoelectric precursor membrane 73 is heated to a predetermined temperature and dried for a certain period of time. For example, the piezoelectric precursor membrane 73 is dried by holding it at 170 to 180 ° C. for 8 to 30 minutes (drying step).

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、NO、CO、HO等として離脱させることである。 Next, the dried piezoelectric precursor film 73 is degreased by heating it to a predetermined temperature and holding it for a certain period of time (defatting step). For example, the piezoelectric precursor membrane 73 is degreased by heating it to a temperature of about 300 to 400 ° C. and holding it for about 10 to 30 minutes. The degreasing referred to here is to remove the organic component contained in the piezoelectric precursor membrane 73 as, for example, NO 2 , CO 2 , H 2 O, or the like.

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 piezoelectric precursor film 73 is heated to a predetermined temperature and held for a certain period of time to crystallize the piezoelectric precursor film 73 to form the piezoelectric film 74 (firing step). In this firing step, it is preferable to heat the piezoelectric precursor film 73 to 700 ° C. or higher. In the firing step, the temperature rising rate is preferably 50 ° C./sec or more. As a result, the piezoelectric film 74 having excellent characteristics can be obtained.

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 layer piezoelectric film 74 is formed on the first electrode 60, the first electrode 60 and the first layer piezoelectric film 74 are simultaneously patterned. The patterning of the first electrode 60 and the piezoelectric film 74 of the first layer can be performed by, for example, dry etching such as ion milling.

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 piezoelectric layer 70 composed of a plurality of layers of the piezoelectric film 74 is formed by repeating the above-mentioned piezoelectric film forming step including the coating step, the drying step, the degreasing step, and the firing step a plurality of times. Form.

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 piezoelectric layer 70 is patterned corresponding to each pressure chamber 12. In the present embodiment, a mask (not shown) formed in a predetermined shape is provided on the piezoelectric layer 70, and the piezoelectric layer 70 is etched through the mask, that is, patterning is performed by a so-called photolithography method. The patterning of the piezoelectric layer 70 includes, for example, dry etching such as reactive ion etching and ion milling.

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 second electrode 80 made of, for example, iridium (Ir) is formed over the piezoelectric layer 70 and the insulator film 52, and the second electrode 80 is patterned into a predetermined shape. do. Next, as shown in FIG. 23, an individual lead electrode 91 and a common lead electrode 92 (not shown) are formed on the flow path forming substrate wafer 110. As a result, the piezoelectric actuator 300 is formed.

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 protective substrates 30, to the piezoelectric actuator 300 side of the flow path forming substrate wafer 110. The wafer 110 is thinned to a predetermined thickness. Further, the pressure chamber 12 partitioned by the partition wall 11 is formed by anisotropic etching (wet etching) of the flow path forming substrate wafer 110 using an alkaline solution such as KOH via a mask film patterned in a predetermined shape. Form.

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 substrate wafer 110 and the protective substrate wafer are removed by cutting, for example, by dicing or the like. Then, the bonded body of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer is divided into one chip-sized flow path forming substrate 10 or the like as shown in FIG. Then, the recording head 1 of the present embodiment is manufactured by joining the communication plate 15, the nozzle plate 20, the case member 40, the compliance board 45, and the like to the joint body of the protective substrate 30 and the flow path forming substrate 10.

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 piezoelectric layer 70 is formed, the orientation of the piezoelectric layer 70, that is, the first alignment portion 75 and the alignment portion 75 are adjusted by adjusting the thickness of the crystal seed layer 61 formed on the first electrode 60. Although the orientation of the second alignment portion 76 is controlled, the orientation of the piezoelectric layer 70 can also be controlled by adjusting the thickness of the so-called intermediate crystal seed layer.

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 layer piezoelectric film 74 and the first electrode 60 (see FIG. 19), the intermediate crystal seed layer 62 is on the insulator film 52 and on the side surface of the first electrode 60, as shown in FIG. 24. It is formed over the side surface of the first layer piezoelectric film 74 and over the piezoelectric film 74. Similar to the crystal seed layer 61, titanium is preferably used for the intermediate crystal seed layer 62, and the intermediate crystal seed layer 62 is formed in a layered or island shape. After that, as described above, the second and subsequent layers of the piezoelectric film 74 are formed (see FIG. 20).

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 piezoelectric film 74 after the second layer can also be controlled by the intermediate crystal seed layer 62. Similar to the case of the crystal seed layer 61 described above, the thickness of the intermediate crystal seed layer 62b at the position corresponding to the second alignment portion 76 is set from the thickness of the intermediate crystal seed layer 62a at the position corresponding to the first alignment portion 75. Also thin (see FIG. 24). As a result, the first alignment portion 75 can be preferentially oriented in the (100) plane, and the second alignment portion 76 can be preferentially oriented in the (111) plane.

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 crystal seed layer 62 is formed, the crystal seed layer 61 may not be formed, or the crystal seed layer 61 may be formed together with the intermediate crystal seed layer 62. When the crystal seed layer 61 is formed together with the intermediate crystal seed layer 62, the thickness of the crystal seed layer 61 may be substantially uniform over the entire thickness.

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 piezoelectric actuator 300 is not limited to the above method. For example, in the present embodiment, the portion corresponding to the second portion 312C, that is, the crystal seed layer 61 corresponding to the second orientation portion 76 is selectively removed by a photolithography method or the like, but for example, the crystal seed layer. Before forming the 61, a resist film for lift-off is provided in the portion corresponding to the portion corresponding to the second portion 312C on the first electrode 60, and the crystal seed layer 61 is formed on the entire surface on the first electrode 60. Later, the crystal seed layer 61 of the portion corresponding to the second portion 312C may be removed together with the resist film.

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 crystal seed layer 61 of the portion corresponding to the second portion 312C may be modified by, for example, irradiating with a laser beam without removing the crystal seed layer 61 of the portion. Further, before or during the formation of the piezoelectric layer 70 on the first electrode 60, an inhibitory film made of a material that inhibits the crystallization of the piezoelectric layer 70 is provided in the portion corresponding to the second portion 312C. You may. Even in such a method, the crystal orientation of the piezoelectric layer 70 of the second portion 312C is different from the crystal orientation of the piezoelectric layer 70 of the first portion 311.

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 piezoelectric layer 70 of the second portion 312C is different from that of the piezoelectric layer 70 of the first portion 311. However, the configuration of the second site 312C is not limited to this, although the deformation of the second site is suppressed more than that of the first site. The second portion 312C has at least one of the crystal structure, crystal orientation rate, crystal phase amount, and crystallinity of the piezoelectric layer 70 different from that of the piezoelectric layer 70 of the first portion 311. It suffices that the deformation of the two-site 312C is suppressed more than that of the first site 311.

(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 piezoelectric actuator 300 has a configuration in which the active portion 310 extends to both outer sides of the pressure chamber 12 in the X-axis direction, that is, the length of the flexible portion of the active portion 310 is the pressure chamber 12. Although the configuration that matches the length is illustrated, the configuration of the piezoelectric actuator 300 is not particularly limited.

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 active portion 310 may be arranged in the pressure chamber 12 in the X-axis direction. That is, the length of the flexible portion in the X-axis direction may be shorter than the length of the pressure chamber 12. However, even in this case, it is preferable that the active portion 310 extends to the vicinity of the end portion of the pressure chamber 12, and it is preferable that the active portion 310 is arranged in the center of the pressure chamber 12 in the X-axis direction.

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 recording head 1 of each of these embodiments is mounted on an inkjet recording device which is an example of a liquid injection device. FIG. 25 is a schematic view showing an example of an inkjet recording device which is an example of the liquid injection device according to the embodiment.

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 recording head 1 is provided with a detachable cartridge 2 constituting the ink supply means, and is mounted on the carriage 3. The carriage 3 on which the recording head 1 is mounted is provided so as to be movable in the axial direction of the carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4.

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 carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 equipped with the recording head 1 is moved along the carriage shaft 5. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a transport roller 8 as a transport means, and the recording sheet S, which is a recording medium such as paper, is transported by the transport roller 8. The transporting means for transporting the recording sheet S is not limited to the transport roller, and may be a belt, a drum, or the like.

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 recording head 1 in the + X direction, and the carriage 3 is reciprocated in the Y direction with respect to the recording sheet S while inking ink droplets from the recording head 1. By injecting the ink droplets, so-called printing is executed over substantially the entire surface of the recording sheet S.

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 recording head 1 is mounted on the carriage 3 and reciprocates in the Y direction, which is the main scanning direction, but the present invention is not particularly limited to this, and for example, the recording head 1 is used. The present invention can also be applied to a so-called line-type recording device in which printing is performed by simply moving a recording sheet S such as paper in the X direction, which is a sub-scanning direction.

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)

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。
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.
請求項1に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項2に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1又は2に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項4に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項5に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1又は2に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1~7の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1~8の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1~9の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1~10の何れか一項に記載の圧電デバイスであって、
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.
請求項1に記載の圧電デバイスであって、
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.
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。
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.
請求項13に記載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。
A liquid injection device comprising the liquid injection head according to claim 13.
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