JP5679636B2 - Liquid ejecting head and actuator device - Google Patents

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Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and an actuator device.

液体噴射ヘッド等に用いられるアクチュエーター装置は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を2つの電極で挟んだ圧電素子であり、圧電体層は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。   An actuator device used for a liquid ejecting head or the like is a piezoelectric element in which a piezoelectric layer made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function is sandwiched between two electrodes, and the piezoelectric layer is made of, for example, crystallized piezoelectric ceramics. It is configured.

圧電素子は、基板(流路形成基板)の一方面側に第一電極膜をスパッタリング法により形成した後、第一電極上に圧電体層をゾル−ゲル法又はMOD法等により形成すると共に、圧電体層上に第二電極をスパッタリング法により形成し、その後、圧電体層及び第二電極をパターニングすることで圧電素子を形成している。この圧電素子の第一電極として、白金を用いるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   In the piezoelectric element, a first electrode film is formed on one surface side of a substrate (flow path forming substrate) by a sputtering method, and then a piezoelectric layer is formed on the first electrode by a sol-gel method or a MOD method, A second electrode is formed on the piezoelectric layer by a sputtering method, and then the piezoelectric layer and the second electrode are patterned to form a piezoelectric element. As the first electrode of this piezoelectric element, one using platinum is known (for example, see Patent Document 1).

特開2007−173604号公報JP 2007-173604 A

第一電極として白金を用いる利点としては、圧電体前駆体膜を焼成して圧電体層を形成する際に、高温の熱処理においても導電性を喪失しないという点や、第一電極上に形成される圧電体層を所望の結晶配向性を有するように形成できるという点等が挙げられる。しかしながら、第一電極に白金を用いることで圧電素子、ひいては液体噴射ヘッド及び液体噴射装置のコストが高くなり、製品の汎用化に対する支障となっているという問題があった。   The advantage of using platinum as the first electrode is that it does not lose conductivity even during high-temperature heat treatment when the piezoelectric precursor film is baked to form the piezoelectric layer. For example, the piezoelectric layer can be formed to have a desired crystal orientation. However, the use of platinum for the first electrode increases the cost of the piezoelectric element, and thus the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus, which hinders the generalization of products.

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに用いられるアクチュエーター装置に限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドに用いられるアクチュエーター装置においても存在し、且つ液体噴射ヘッド以外のデバイスに用いられるアクチュエーター装置にも存在する。   Such a problem is not limited to an actuator device used for an ink jet recording head, but also exists in an actuator device used for a liquid ejecting head that ejects another liquid, and is used for a device other than the liquid ejecting head. Also present in actuator devices.

本発明はこのような事情に鑑み、変位特性を低下させることなくコストを低減することができるアクチュエーター装置を有する液体噴射ヘッド及びアクチュエーター装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a liquid jet head及beauty Position actuator device having an actuator device which can reduce the cost without reducing the displacement characteristics.

本発明の液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、前記圧電体層側から、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなり、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、(100)面に優先配向したものであり、前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられていることを特徴とする。本発明の液体噴射ヘッドにおいては、圧電素子において白金層の代わりにクロム層が形成されていることで、液体噴射ヘッド自体の作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。また、圧電体層の成分が第一電極側に拡散することを抑制すべく、前記導電性酸化物層が酸化イリジウムを主成分としている。さらに、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、(100)面に優先配向したものであることが挙げられる。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。 The liquid ejecting head of the present invention includes a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and a piezoelectric element that causes a pressure change in the pressure generating chamber, and the piezoelectric element includes a first electrode, A piezoelectric layer formed on the first electrode; and a second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode, wherein the first electrode extends from the piezoelectric layer side. , Ri and chromium layer mainly composed of conductive oxide layer and a chromium oxide as a main component iridium name are laminated in this order, the piezoelectric layer is formed by epitaxial growth on the first electrode It is lead zirconate titanate, preferentially oriented in the (100) plane, and a platinum layer is provided thinner than the chromium layer in the upper layer or lower layer of the chromium layer . In the liquid ejecting head of the present invention, the chrome layer is formed instead of the platinum layer in the piezoelectric element, so that the manufacturing cost of the liquid ejecting head itself can be suppressed. In this case, by using chromium instead of other conductive materials, it is possible to maintain the same performance as a conventional piezoelectric element having a platinum layer formed, and the displacement characteristics are not deteriorated. Further, the conductive oxide layer contains iridium oxide as a main component in order to prevent the components of the piezoelectric layer from diffusing to the first electrode side. Furthermore, it is mentioned that the piezoelectric layer is lead zirconate titanate formed by epitaxial growth on the first electrode and is preferentially oriented on the (100) plane. Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction.

本発明の液体噴射装置は、前記の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられている圧電素子を備えることでコストを抑制した液体噴射ヘッドを具備することにより、液体噴射装置の作製コストも抑制することが可能である。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。 According to another aspect of the invention, a liquid ejecting apparatus includes the liquid ejecting head. By providing a liquid jet head in which the cost is reduced by providing a piezoelectric element in which a platinum layer is provided thinner than the chromium layer on the upper layer or the lower layer of the chromium layer, the manufacturing cost of the liquid jet apparatus is also suppressed. It is possible. In this case, by using chromium instead of other conductive materials, it is possible to maintain the same performance as a conventional piezoelectric element having a platinum layer formed, and the displacement characteristics are not deteriorated.

本発明のアクチュエーター装置は、第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、前記圧電体層側から、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなり、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、(100)面に優先配向したものであり、前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられていることを特徴とする。本発明のアクチュエーター装置においては、圧電素子において前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられていることで、作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であるので、本発明のアクチュエーター装置も従来と同様の変位特性を備える。
The actuator device of the present invention includes a first electrode, a piezoelectric layer formed on the first electrode, and a second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode. the first electrode, the piezoelectric layer side, Ri and chromium layer mainly composed of conductive oxide layer and a chromium oxide as a main component iridium name are laminated in this order, the piezoelectric layer Is lead zirconate titanate formed by epitaxial growth on the first electrode, and is preferentially oriented on the (100) plane, and a platinum layer is formed above or below the chromium layer than the chromium layer. It is characterized by being thinly provided . In the actuator device of the present invention, the production cost can be suppressed by providing a platinum layer thinner than the chromium layer in the upper or lower layer of the chromium layer in the piezoelectric element. In this case, by using chromium instead of other conductive materials, it is possible to maintain the same performance as the conventional piezoelectric element having the platinum layer formed, so the actuator device of the present invention is the same as the conventional one. Displacement characteristics are provided.

本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(インクジェット式記録ヘッド)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びそのA−A′断面図であり、図3は、インクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Inkjet recording head)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and a sectional view taken along line AA ′, and FIG. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head.

図示するように、流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。   As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate, and an elastic film 50 made of silicon dioxide is formed on one surface thereof.

流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のリザーバー部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。   A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a supply path 14 and a communication path 15. The communication part 13 communicates with a reservoir part 31 of a protective substrate, which will be described later, and constitutes a part of a reservoir that becomes a common ink chamber of each pressure generating chamber 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。   Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, or stainless steel.

一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、絶縁体膜55が形成されている。絶縁体膜55としては、本実施形態においては、酸化ジルコニウムを用いている。さらに、この絶縁体膜55上には、第一電極60と圧電体層70と第二電極80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、第一電極60、圧電体層70及び第二電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第一電極60を圧電素子300の共通電極とし、第二電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、駆動により変位が生じる圧電素子300をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び第一電極60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、第一電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。   On the other hand, the elastic film 50 is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above, and the insulator film 55 is formed on the elastic film 50. As the insulator film 55, zirconium oxide is used in this embodiment. Furthermore, the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are laminated on the insulator film 55 by a process that will be described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In the present embodiment, the first electrode 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300 and the second electrode 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. Here, the piezoelectric element 300 that is displaced by driving is referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the first electrode 60 function as a vibration plate. However, the present invention is not limited to this. For example, the elastic film 50 and the insulator film 55 are provided. Instead, only the first electrode 60 may act as a diaphragm. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.

圧電体層70は、第一電極60上に形成され、電気機械変換作用を示す圧電材料からなる。圧電体層70は、ペロブスカイト構造の結晶膜である圧電体膜を積層してなるものであり、Pb、Ti及びZrを少なくとも含むものである。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)等の圧電性材料(強誘電性材料)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が好適であり、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)等も用いることができる。本実施形態では、圧電体層70は、チタン酸ジルコン酸鉛を用いており、(100)面に優先配向している。圧電体層70の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度(0.5〜5μm)に厚く形成する。 The piezoelectric layer 70 is formed on the first electrode 60 and is made of a piezoelectric material that exhibits an electromechanical conversion action. The piezoelectric layer 70 is formed by laminating piezoelectric films that are crystal films having a perovskite structure, and includes at least Pb, Ti, and Zr. As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a piezoelectric material (ferroelectric material) such as lead zirconate titanate (PZT) or a metal oxide such as niobium oxide, nickel oxide, or magnesium oxide is added thereto. Are suitable, such as lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) or lead magnesium titanate zirconate (Pb (Zr, Ti) (Mg, Nb) O 3 ). ) Etc. can also be used. In this embodiment, the piezoelectric layer 70 uses lead zirconate titanate and is preferentially oriented in the (100) plane. The piezoelectric layer 70 is formed to a thickness (0.5 to 5 μm) that suppresses the thickness to the extent that cracks do not occur in the manufacturing process and exhibits sufficient displacement characteristics.

第一電極60は、本実施形態では図3に示すように、絶縁体膜55側から、クロムを主成分とするクロム層61と、導電性酸化物(本実施形態では酸化イリジウム(IrO))を主成分とする導電性酸化物層62とをこの順で積層してなる。また、第一電極60と圧電体層70との間には、酸化チタン(TiO)を主成分とする結晶種層63が設けられている。「主成分」とは、各層で検出される強度が最も高い金属元素をいい、各層に含まれる主成分の状態は特に限定されず、それぞれ単一の金属の状態、合金の状態、金属間化合物の状態、金属酸化物などのその他の化合物の状態などであってもよい。 As shown in FIG. 3 in the present embodiment, the first electrode 60 includes a chromium layer 61 mainly composed of chromium and a conductive oxide (iridium oxide (IrO x in this embodiment)) from the insulator film 55 side. ) And a conductive oxide layer 62 containing as a main component. A crystal seed layer 63 mainly composed of titanium oxide (TiO x ) is provided between the first electrode 60 and the piezoelectric layer 70. “Main component” means a metal element having the highest intensity detected in each layer, and the state of the main component contained in each layer is not particularly limited, and each is a single metal state, an alloy state, an intermetallic compound. Or the state of other compounds such as metal oxides.

クロム層61は、白金に比べコストの低いクロムを主成分とするものである。即ち、本実施形態においては、白金を用いずにクロムを用いて従来の白金を用いた第一電極と略同等の性能を有する第一電極60を形成しており、これにより圧電素子300作製のコストを抑制することが可能である。例えば、電気伝導率に関し、クロムの電気伝導率は7.7×10S/m、白金の電気伝導率が9.4×10S/mであるので、電気伝導率は略同等である。また、クロムは白金と同様に耐熱性に優れたものであるため、第一電極60上に圧電体前駆体膜を形成し焼成することにより圧電体層を形成しても導電性が低下しにくい。また、クロムのヤング率は250GPaであり、白金のヤング率が150GPaであるので、クロムを用いても圧電素子300の変位特性は略同等とすることができる。 The chromium layer 61 is mainly composed of chromium, which is lower in cost than platinum. That is, in the present embodiment, the first electrode 60 having substantially the same performance as that of the first electrode using conventional platinum is formed using chromium instead of platinum. Costs can be suppressed. For example, regarding electrical conductivity, the electrical conductivity of chromium is 7.7 × 10 6 S / m, and the electrical conductivity of platinum is 9.4 × 10 6 S / m. . Further, since chromium is excellent in heat resistance like platinum, even if a piezoelectric layer is formed by forming and firing a piezoelectric precursor film on the first electrode 60, the conductivity is not easily lowered. . Moreover, since the Young's modulus of chromium is 250 GPa and the Young's modulus of platinum is 150 GPa, the displacement characteristics of the piezoelectric element 300 can be made substantially equal even when chromium is used.

さらに、クロムを用いた場合、第一電極60上には、白金と同様に所望の結晶配向、即ち(100)面に優先配向した圧電体層70を形成することができる。この点について、以下詳述する。   Further, when chromium is used, a piezoelectric layer 70 having a desired crystal orientation, that is, preferentially oriented in the (100) plane, can be formed on the first electrode 60 in the same manner as platinum. This point will be described in detail below.

まず、従来の白金を用いた第一電極について説明する。従来は、振動板上に、白金を主成分とする白金層/導電性酸化物層/結晶種層/圧電体層の順で積層されていた。圧電体層はエピタキシャル成長により形成されたものであり、一般にエピタキシャル成長では、膜は下地層により優先配向が決定される。従来では、導電性酸化物層は十分に薄いので圧電体層の結晶配向に影響はなく、下地層としての白金層及び結晶種層により、エピタキシャル成長によって得られる圧電体層は(100)面に優先配向したものが得られていた。即ち、白金層は自然配向によって面心立方構造結晶における(111)面に優先配向しており、この白金層上に形成された結晶種層(Ti)は六方最密構造における(200)面に優先配向している。そして、このような結晶種層の結晶配向は白金層の結晶配向を打ち消すことができ、これにより結晶種層上に形成された圧電体層は、自由成長してペロヴスカイト構造(100)面に優先配向したものとなっていた。   First, a conventional first electrode using platinum will be described. Conventionally, a platinum layer containing platinum as a main component / conductive oxide layer / crystal seed layer / piezoelectric layer is laminated on the diaphragm in this order. The piezoelectric layer is formed by epitaxial growth. Generally, in epitaxial growth, the preferential orientation of the film is determined by the underlayer. Conventionally, since the conductive oxide layer is sufficiently thin, there is no influence on the crystal orientation of the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer obtained by epitaxial growth has priority over the (100) plane by the platinum layer and the crystal seed layer as the underlayer. An oriented product was obtained. That is, the platinum layer is preferentially oriented in the (111) plane in the face-centered cubic structure crystal by natural orientation, and the crystal seed layer (Ti) formed on the platinum layer is in the (200) plane in the hexagonal close-packed structure. Priority orientation. The crystal orientation of such a crystal seed layer can cancel the crystal orientation of the platinum layer, whereby the piezoelectric layer formed on the crystal seed layer is free-growing and has priority over the perovskite structure (100) plane. It was oriented.

これに対し、本実施形態においては、白金層とは異なって(100)面に優先配向するクロム層61を用いているが、結晶種層63上に形成された圧電体層70は自由成長して(100)面に優先配向することができる。これは、以下の理由による。クロムは、結晶格子が体心立方格子であり、その格子定数が2.879Åであり、自然配向により(100)面に優先配向したものとなる。白金は、結晶格子が面心立方格子であり、格子定数が3.9Åであるので、面心立方格子であることを考慮すれば、白金における原子間距離は、3.9×(1/√2)=2.757Åとなる。そうすると、クロムの格子間隔と白金の原子間距離とは非常に近いので(白金の原子間距離とクロムの格子定数との格子不整合値は4.4%)、このように第一電極60がクロム層61を有する場合でも、クロム層61上に形成された結晶種層63がこのクロム層61の配向を打ち消すことができる。従って、結晶種層63上にエピタキシャル成長した圧電体層70は、従来の圧電体層と同様に(100)面に優先配向することができる。   In contrast, in the present embodiment, unlike the platinum layer, the chromium layer 61 preferentially oriented in the (100) plane is used, but the piezoelectric layer 70 formed on the crystal seed layer 63 grows freely. (100) plane can be preferentially oriented. This is due to the following reason. Chromium has a body-centered cubic lattice and a lattice constant of 2.879Å, and is preferentially oriented in the (100) plane by natural orientation. Since the crystal lattice of platinum is a face-centered cubic lattice and the lattice constant is 3.9Å, considering the fact that it is a face-centered cubic lattice, the interatomic distance in platinum is 3.9 × (1 / √ 2) = 2.757 mm. Then, since the lattice spacing of chromium and the interatomic distance of platinum are very close (the lattice mismatch value between the interatomic distance of platinum and the lattice constant of chromium is 4.4%), the first electrode 60 is thus Even when the chromium layer 61 is provided, the crystal seed layer 63 formed on the chromium layer 61 can cancel the orientation of the chromium layer 61. Therefore, the piezoelectric layer 70 epitaxially grown on the crystal seed layer 63 can be preferentially oriented in the (100) plane as in the conventional piezoelectric layer.

ここで、クロム層61は酸化しやすく、クロムは酸化すると導電性を失ってしまうので、これを抑制する必要がある。そこで、本実施形態においては、上部からの酸素の拡散を抑制するために、クロム層61上には導電性酸化物層62が形成されている。この導電性酸化物層62は、酸素拡散防止層としてだけではなく、鉛拡散防止層として機能するものであり、圧電体層70を形成する際の高温の熱処理により圧電体層70を構成する成分である鉛が、第一電極60、特に第一電極60の下地である絶縁体膜55、弾性膜50及び流路形成基板10に拡散するのを抑制するためのものである。このようにクロム層61が、導電性酸化物層62及び酸化物からなる絶縁体膜55との間に形成されていることで、クロム層61に酸素が拡散して酸化することを抑制できる。なお、クロム層61の表面には酸化皮膜が形成されるが、これは酸素の透過を抑制するように機能する。   Here, the chromium layer 61 is easy to oxidize, and if chromium is oxidized, the conductivity is lost. Therefore, in the present embodiment, a conductive oxide layer 62 is formed on the chromium layer 61 in order to suppress diffusion of oxygen from above. The conductive oxide layer 62 functions not only as an oxygen diffusion preventing layer but also as a lead diffusion preventing layer, and is a component constituting the piezoelectric layer 70 by high-temperature heat treatment when the piezoelectric layer 70 is formed. This is to prevent the lead, which is, from diffusing into the first electrode 60, particularly the insulator film 55, the elastic film 50, and the flow path forming substrate 10 that are the foundation of the first electrode 60. As described above, since the chromium layer 61 is formed between the conductive oxide layer 62 and the insulator film 55 made of oxide, it is possible to suppress the diffusion and oxidation of oxygen in the chromium layer 61. Note that an oxide film is formed on the surface of the chromium layer 61, which functions to suppress oxygen permeation.

また、導電性酸化物層62の材料としては、本実施形態で挙げたように酸化イリジウムを用いることが好ましいが、この他にも、酸化パラジウム、酸化ロジウム、酸化ルテニウム及び酸化オスミウム等を用いることができる。   Further, as the material of the conductive oxide layer 62, it is preferable to use iridium oxide as mentioned in this embodiment, but in addition to this, palladium oxide, rhodium oxide, ruthenium oxide, osmium oxide, or the like is used. Can do.

各層の膜厚は、クロム層61が20〜150nm、導電性酸化物層62の膜厚が5〜20nm、結晶種層63が、1〜8nmである。この各膜の膜厚がこの範囲内であることで、所望の特性の、即ち(100)面に優先配向した変位特性の高い圧電体層70を得ることができる。   The thickness of each layer is 20 to 150 nm for the chromium layer 61, 5 to 20 nm for the conductive oxide layer 62, and 1 to 8 nm for the crystal seed layer 63. When the thickness of each film is within this range, it is possible to obtain the piezoelectric layer 70 having a desired characteristic, that is, a high displacement characteristic that is preferentially oriented in the (100) plane.

図1及び2に戻り、圧電素子300の個別電極である各第二電極80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜55上にまで延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。   Returning to FIGS. 1 and 2, each second electrode 80, which is an individual electrode of the piezoelectric element 300, is drawn from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side and extends to the insulator film 55. A lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is connected.

このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、第一電極60、絶縁体膜55及びリード電極90上には、リザーバー100の少なくとも一部を構成するリザーバー部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバー部31は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバー部31のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバーと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。   On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, that is, on the first electrode 60, the insulator film 55, and the lead electrode 90, there is a reservoir portion 31 that constitutes at least a part of the reservoir 100. The protective substrate 30 is bonded via an adhesive 35. In the present embodiment, the reservoir portion 31 is formed across the protective substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and as described above, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 is formed. The reservoir 100 is configured as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12. Alternatively, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 may be divided into a plurality of pressure generation chambers 12 and only the reservoir portion 31 may be used as the reservoir. Further, for example, only the pressure generating chamber 12 is provided in the flow path forming substrate 10, and a reservoir is provided on a member (for example, the elastic film 50, the insulator film 55, etc.) interposed between the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30. An ink supply path 14 that communicates with each pressure generating chamber 12 may be provided.

また、保護基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。   A piezoelectric element holding portion 32 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is provided in a region of the protective substrate 30 that faces the piezoelectric element 300. The piezoelectric element holding part 32 only needs to have a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300, and the space may be sealed or unsealed.

このような保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。   As such a protective substrate 30, it is preferable to use substantially the same material as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, ceramic material, etc. In this embodiment, the same material as the flow path forming substrate 10 is used. The silicon single crystal substrate was used.

また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。   The protective substrate 30 is provided with a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction. The vicinity of the end portion of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is provided so as to be exposed in the through hole 33.

保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。   A drive circuit 120 for driving the piezoelectric elements 300 arranged side by side is fixed on the protective substrate 30. For example, a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) can be used as the drive circuit 120. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 made of a conductive wire such as a bonding wire.

また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー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43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。   A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, and one surface of the reservoir portion 31 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is formed of a relatively hard material. Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第一電極60と第二電極80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、第一電極60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。   In the ink jet recording head of the present embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink, and then from the drive circuit 120. In accordance with the recording signal, a voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12, and the elastic film 50, the insulator film 55, the first electrode 60, and the piezoelectric layer 70 are moved. By deflecting and deforming, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

(インクジェット式記録ヘッドの製造方法)
図4〜図8を用いて本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。図4〜図8は、本実施形態の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。
(Inkjet recording head manufacturing method)
A method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment.

まず、図4(a)に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板10が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50を構成する酸化膜51を形成する。この酸化膜51の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウェハー110を拡散炉等で熱酸化することにより二酸化シリコン(SiO)からなる酸化膜51を形成すればよい。 First, as shown in FIG. 4A, an oxide film 51 constituting the elastic film 50 is formed on the surface of a wafer 110 for flow path forming substrate 110, which is a silicon wafer and in which a plurality of flow path forming substrates 10 are integrally formed. To do. The method for forming the oxide film 51 is not particularly limited. For example, the oxide film 51 made of silicon dioxide (SiO 2 ) may be formed by thermally oxidizing the flow path forming substrate wafer 110 in a diffusion furnace or the like.

そして、図4(b)に示すように、弾性膜50(酸化膜51)上に、弾性膜50とは異なる材料の酸化膜、本実施形態では、酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55を形成する。この絶縁体膜55の形成方法は、特に限定されないが、例えば、弾性膜50(酸化膜51)上に、ジルコニウム(Zr)層を形成した後、例えば500〜1200℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55を形成すればよい。 4B, on the elastic film 50 (oxide film 51), an oxide film made of a material different from that of the elastic film 50, in this embodiment, an insulator film made of zirconium oxide (ZrO 2 ). 55 is formed. A method for forming the insulator film 55 is not particularly limited. For example, after forming a zirconium (Zr) layer on the elastic film 50 (oxide film 51), the insulator film 55 is thermally oxidized in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Thus, the insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) may be formed.

次いで、一部拡大図である図4(c)に示すように、絶縁体膜55上にクロム膜65、導電体膜66及び結晶種膜67を順次積層する。絶縁体膜55上に形成する各膜65〜67は、同一スパッタリング装置内において連続してスパッタリングすることが好ましい。例えば、DCマグネトロンスパッタリング法において、成膜装置内を真空状態から開放せずにターゲットのみ変更し連続して成膜する。このようにDCマグネトロンスパッタリング装置内の成膜雰囲気を変更しないで連続してスパッタリングし成膜することで、所望の結晶配向性を備えたクロム層61、導電性酸化物層62及び結晶種層63を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 4C, which is a partially enlarged view, a chromium film 65, a conductor film 66, and a crystal seed film 67 are sequentially stacked on the insulator film 55. Each of the films 65 to 67 formed on the insulator film 55 is preferably sputtered continuously in the same sputtering apparatus. For example, in the DC magnetron sputtering method, only the target is changed without continuously releasing the inside of the film forming apparatus from the vacuum state, and the film is continuously formed. Thus, the chromium layer 61, the conductive oxide layer 62, and the crystal seed layer 63 having a desired crystal orientation are formed by continuously sputtering and forming a film without changing the film forming atmosphere in the DC magnetron sputtering apparatus. Can be obtained.

具体的には、まず絶縁体膜55上にクロム膜65を形成する。なお、クロム膜65は、後の工程で圧電体層70を加熱焼成して形成した際に同時に加熱されることで表面に酸化膜が形成されたクロム層61となる。   Specifically, first, a chromium film 65 is formed on the insulator film 55. Note that the chromium film 65 becomes a chromium layer 61 having an oxide film formed on the surface by being simultaneously heated when the piezoelectric layer 70 is formed by heating and baking in a later step.

次いで、クロム膜65上に、イリジウム(Ir)からなる導電体膜66を形成する。導電体膜66は、後の工程で圧電体層70を加熱焼成して形成した際に、導電性酸化物層62となるものであり、このクロム膜65の酸化を抑制すると共に、圧電体層70の成分である鉛が第一電極60側に拡散するのを抑制するものである。本実施形態では、導電性酸化物層62(図3参照)の厚さが10nmとなるように形成した。なお、本実施形態では、導電体膜66の材料としてイリジウムを用いたが、導電体膜材料としては、この他、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びオスミウムから選ばれた一種を用いてもよい。   Next, a conductor film 66 made of iridium (Ir) is formed on the chromium film 65. The conductor film 66 becomes the conductive oxide layer 62 when the piezoelectric layer 70 is formed by heating and baking in a later step, and suppresses the oxidation of the chromium film 65, and at the same time, the piezoelectric layer. The lead which is a component of 70 is prevented from diffusing to the first electrode 60 side. In the present embodiment, the conductive oxide layer 62 (see FIG. 3) is formed to have a thickness of 10 nm. In the present embodiment, iridium is used as the material of the conductor film 66, but the conductor film material may be one selected from palladium, rhodium, ruthenium, and osmium.

次いで、導電体膜66上にチタンからなる結晶種膜67を形成する。このように導電体膜66の上に結晶種膜67を設けることにより、後の工程で導電体膜66上に結晶種膜67を介して圧電体層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。なお、結晶種膜67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の焼成後にはその一部が圧電体層70内に拡散すると共に、第一電極60上に熱酸化されて一部が残留するもの(結晶種層63)である。また、本実施形態では、結晶種膜67として、チタン(Ti)を用いるようにしたが、結晶種膜67は、後の工程で圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の結晶の核となるものであれば、特にこれに限定されず、例えば、結晶種膜67として、酸化チタン(TiO)を用いてもよい。なお、このような結晶種膜67は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法などのスパッタリング法やCVD法(化学蒸着法)等によって形成することができる。 Next, a crystal seed film 67 made of titanium is formed on the conductor film 66. By providing the crystal seed film 67 on the conductor film 66 in this manner, the piezoelectric layer 70 is formed when the piezoelectric layer 70 is formed on the conductor film 66 via the crystal seed film 67 in a later step. Can be controlled to (100), and a piezoelectric layer 70 suitable as an electromechanical transducer can be obtained. The crystal seed film 67 functions as a seed for promoting crystallization when the piezoelectric layer 70 is crystallized, and a part of the crystal seed film 67 diffuses into the piezoelectric layer 70 after the piezoelectric layer 70 is fired. The first electrode 60 is thermally oxidized and partially remains (crystal seed layer 63). In the present embodiment, titanium (Ti) is used as the crystal seed film 67. However, when the piezoelectric layer 70 is formed in a later step, the crystal seed film 67 is a crystal of the piezoelectric layer 70. For example, titanium oxide (TiO 2 ) may be used as the crystal seed film 67. Such a crystal seed film 67 can be formed by, for example, a sputtering method such as a DC magnetron sputtering method, a CVD method (chemical vapor deposition method), or the like.

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。ここで、本実施形態では、有機金属化合物を溶媒に溶解・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。なお、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(Metal-Organic Decomposition)法やスパッタリング法等を用いてもよい。   Next, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. Here, in this embodiment, a so-called sol in which an organometallic compound is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 is formed using a gel method. The method for manufacturing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD (Metal-Organic Decomposition) method or a sputtering method may be used.

具体的な方法について以下説明する。まず、図5(a)に示すように、第一電極60上に圧電体前駆体膜71を成膜する。すなわち、第一電極60が形成された流路形成基板10上に金属有機化合物を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。次いで、この圧電体前駆体膜71を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜71を150〜180℃で3〜10分間保持することで乾燥することができる。   A specific method will be described below. First, as shown in FIG. 5A, a piezoelectric precursor film 71 is formed on the first electrode 60. That is, a sol (solution) containing a metal organic compound is applied onto the flow path forming substrate 10 on which the first electrode 60 is formed (application process). Next, the piezoelectric precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time (drying step). For example, in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 71 can be dried by holding at 150 to 180 ° C. for 3 to 10 minutes.

次に、乾燥した圧電体前駆体膜71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、本実施形態では、圧電体前駆体膜71を300〜400℃程度の温度に加熱して約3〜10分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜71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 71 is degreased by heating it to a predetermined temperature and holding it for a predetermined time (degreasing step). For example, in this embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is degreased by heating to a temperature of about 300 to 400 ° C. and holding for about 3 to 10 minutes. Here, degreasing refers, the organic components contained in the piezoelectric precursor film 71, for example, is to be detached as NO 2, CO 2, H 2 O or the like.

次に、圧電体前駆体膜71を赤外線加熱装置によって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72を形成する(焼成工程)。   Next, the piezoelectric precursor film 71 is crystallized by being heated to a predetermined temperature by an infrared heating device and held for a certain period of time to form a piezoelectric film 72 (firing step).

なお、上述した乾燥工程及び脱脂工程においても、焼成工程で用いる赤外線加熱装置を用いることで、使用する装置の種類を減少させて製造コストを低減することができるが、乾燥工程及び脱脂工程では、赤外線加熱装置とは別の装置、例えば、ホットプレート等を用いるようにしてもよい。   In addition, in the drying step and the degreasing step described above, by using the infrared heating device used in the firing step, the type of device to be used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced, but in the drying step and the degreasing step, A device other than the infrared heating device, for example, a hot plate may be used.

圧電体前駆体膜71を加熱焼成して圧電体膜72を形成する焼成工程を行うことで、クロム膜65、導電体膜66及び結晶種膜67も同時に加熱される。この焼成工程により、クロム膜65、導電体膜66及び結晶種膜67は、それぞれクロム層61、導電性酸化物層62及び結晶種層63となり、第一電極60が形成される。もちろん結晶種層63は、圧電体前駆体膜71中に全て拡散していてもよい。   The chromium film 65, the conductor film 66, and the crystal seed film 67 are also heated at the same time by performing a baking process for forming the piezoelectric film 72 by heating and baking the piezoelectric precursor film 71. By this firing step, the chromium film 65, the conductor film 66, and the crystal seed film 67 become the chromium layer 61, the conductive oxide layer 62, and the crystal seed layer 63, respectively, and the first electrode 60 is formed. Of course, the crystal seed layer 63 may be entirely diffused in the piezoelectric precursor film 71.

次に、図5(b)に示すように、第一電極60上に1層目の圧電体膜72を形成した段階で、第一電極60、結晶種層63及び1層目の圧電体膜72を同時にパターニングする。なお、第一電極60及び1層目の圧電体膜72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. 5B, when the first piezoelectric film 72 is formed on the first electrode 60, the first electrode 60, the crystal seed layer 63, and the first piezoelectric film. 72 is simultaneously patterned. The patterning of the first electrode 60 and the first piezoelectric film 72 can be performed by dry etching such as ion milling, for example.

次に、図5(c)に示すように、1層目の圧電体膜72と第一電極60とをパターニングした後は、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72からなる圧電体層70を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, after patterning the first-layer piezoelectric film 72 and the first electrode 60, the piezoelectric body comprising the above-described coating process, drying process, degreasing process, and firing process. By repeating the film formation step a plurality of times, a piezoelectric layer 70 composed of a plurality of layers of piezoelectric films 72 is formed.

次に、図6(a)に示すように、圧電体層70上に亘って、例えば、イリジウム(Ir)からなる第二電極80を形成した後、図6(b)に示すように、圧電体層70及び第二電極80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。圧電体層70及び第二電極80のパターニングとしては、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. 6A, after the second electrode 80 made of, for example, iridium (Ir) is formed on the piezoelectric layer 70, the piezoelectric layer is formed as shown in FIG. 6B. The body layer 70 and the second electrode 80 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300. Examples of the patterning of the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 include dry etching such as reactive ion etching and ion milling.

次に、リード電極90を形成する。具体的には、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングすることで形成される。   Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 6C, the lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and then made of, for example, a resist or the like. It is formed by patterning each piezoelectric element 300 via a mask pattern (not shown).

次に、図7(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子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130を接着剤35を介して接合する。   Next, as shown in FIG. 7A, a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is disposed on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 via an adhesive 35. Join.

次に、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。   Next, as shown in FIG. 7B, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次いで、図7(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図8に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15等を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, a mask film 52 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 8, the flow path forming substrate wafer 110 is subjected to anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 52, whereby a pressure corresponding to the piezoelectric element 300 is obtained. A generation chamber 12, a communication portion 13, an ink supply path 14, a communication path 15 and the like are formed.

その後は、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130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の保護基板用ウェハー130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIとする。   Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet recording head I of this embodiment is obtained by dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態では、第一電極60として白金を用いずにクロムを用いたクロム層61を形成することで、コストを抑制しながら、第一電極60上には従来と同様に圧電体層70を形成することができる。この場合に、クロムは酸化しやすいが、鉛拡散防止層として機能する導電性酸化物層62が形成されていることで、クロム層61全体が酸化クロムになることはない。   As described above, in the present embodiment, the first electrode 60 is formed on the first electrode 60 while suppressing the cost by forming the chromium layer 61 using chromium without using platinum. Then, the piezoelectric layer 70 can be formed. In this case, chromium is easily oxidized, but the entire chromium layer 61 does not become chromium oxide because the conductive oxide layer 62 that functions as a lead diffusion preventing layer is formed.

(インクジェット式記録装置)
これらインクジェット式記録ヘッドIは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図9は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
(Inkjet recording device)
These ink jet recording heads I constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on an ink jet recording apparatus. FIG. 9 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図9に示すインクジェット式記録装置IIにおいて、インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1B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に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。   In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 9, the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head I are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting the ink supply means, and the recording head units 1A and 1B. Is mounted on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

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、記録ヘッドユニット1A及び1B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にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。   The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、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。例えば、導電性向上のため、クロム層61の上層又は下層に白金層をクロム層61よりも薄く設けてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the fundamental structure of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, a platinum layer may be provided thinner than the chromium layer 61 in the upper layer or the lower layer of the chromium layer 61 in order to improve conductivity.

また、上述した実施形態では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。   In the embodiment described above, a silicon single crystal substrate is exemplified as the flow path forming substrate 10, but the present invention is not particularly limited thereto, and for example, a material such as an SOI substrate or glass may be used.

なお、上述した実施形態では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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、液晶ディスプレー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ディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and the liquid ejecting ejects a liquid other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

また、上述したインクジェット式記録装置IIでは、インクジェット式記録ヘッドI(ヘッドユニット1A、1B)がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に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、インクジェット式記録ヘッドIが固定されて、紙等の記録シートSを副走査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。   In the ink jet recording apparatus II described above, the ink jet recording head I (head units 1A, 1B) is mounted on the carriage 3 and moves in the main scanning direction. However, the present invention is not particularly limited thereto. The present invention can also be applied to a so-called line recording apparatus in which the ink jet recording head I is fixed and printing is performed simply by moving the recording sheet S such as paper in the sub-scanning direction.

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に搭載されるアクチュエーター装置に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置にも適用することができる。   The present invention is not limited to an actuator device mounted on a liquid ejecting head typified by an ink jet recording head, and can also be applied to an actuator device mounted on another device.

I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバー部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 第一電極、 61 クロム層、 62 導電性酸化物層、 63 結晶種層、 70 圧電体層、 72 圧電体膜、 80 第二電極、 90 リード電極、 100 リザーバー、 120 駆動回路、 300 圧電素子   I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 15 communicating path, 20 nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection substrate, 31 Reservoir part, 40 Compliance substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film, 60 First electrode, 61 Chromium layer, 62 Conductive oxide layer, 63 Crystal seed layer, 70 Piezoelectric layer 72 piezoelectric film, 80 second electrode, 90 lead electrode, 100 reservoir, 120 driving circuit, 300 piezoelectric element

Claims (2)

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、
該圧電素子が、第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、
前記第一電極が、前記圧電体層側から、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなり、
前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、(100)面に優先配向したものであり、
前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid; and a piezoelectric element that causes a pressure change in the pressure generation chamber,
The piezoelectric element includes a first electrode, a piezoelectric layer formed on the first electrode, and a second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode,
The first electrode is formed by laminating a conductive oxide layer mainly composed of iridium oxide and a chromium layer mainly composed of chromium in this order from the piezoelectric layer side.
The piezoelectric layer is lead zirconate titanate formed by epitaxial growth on the first electrode, and is preferentially oriented in the (100) plane;
The liquid jet head according to claim 1, wherein a platinum layer is provided thinner than the chromium layer on an upper layer or a lower layer of the chromium layer.
第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、
前記第一電極が、前記圧電体層側から、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなり、
前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、(100)面に優先配向したものであり、
前記クロム層の上層又は下層には白金層が前記クロム層よりも薄く設けられていることを特徴とするアクチュエーター装置。
A first electrode; a piezoelectric layer formed on the first electrode; and a second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode;
The first electrode is formed by laminating a conductive oxide layer mainly composed of iridium oxide and a chromium layer mainly composed of chromium in this order from the piezoelectric layer side.
The piezoelectric layer is lead zirconate titanate formed by epitaxial growth on the first electrode, and is preferentially oriented in the (100) plane;
An actuator device, wherein a platinum layer is provided thinner than the chromium layer on the upper layer or the lower layer of the chromium layer.
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