JP2005260003A - Manufacturing method of actuator device and liquid injector - Google Patents

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マキ 伊藤
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正己 村井
Kinzan Ri
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Toshinao Shinpo
俊尚 新保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an actuator device which can improve the characteristic of a piezoelectric layer constituting a piezoelectric element and stabilize the characteristic of the piezoelectric layer, and to provide a liquid injector. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of the actuator device, a process for forming a vibration plate comprises a process for forming a zirconium layer and also forming an insulator film which is formed of a zirconium oxide, and constitutes the outermost layer of a vibration plate by thermally oxidizing the zirconium layer at a prescribed temperature so that its surface roughness is 2 nm or less. In the method, a process for forming a piezoelectric element comprises a process for forming a seed titanium layer by applying titanium (Ti) by a sputtering method on a lower electrode, and a process for forming a piezoelectric precursor film by applying a piezoelectric material on the seed titanium layer and forming a piezoelectric layer by baking and crystallizing the piezoelectric precursor film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板上に圧電体層を有する圧電素子を形成して、圧電素子の変位により振動板を変形させるアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置を用いて液滴を吐出させる液体噴射装置に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing an actuator device in which a part of a pressure generating chamber is configured by a diaphragm, a piezoelectric element having a piezoelectric layer is formed on the diaphragm, and the diaphragm is deformed by the displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to a liquid ejecting apparatus that ejects droplets using an actuator device.

電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの液体吐出手段として用いられる。このような液体噴射装置としては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置が知られている。   An actuator device including a piezoelectric element that is displaced by applying a voltage is used, for example, as a liquid ejecting unit of a liquid ejecting head mounted on a liquid ejecting apparatus that ejects droplets. As such a liquid ejecting apparatus, for example, a part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element so as to pressurize the ink in the pressure generation chamber and thereby the nozzle opening There is known an ink jet recording apparatus including an ink jet recording head for discharging ink droplets.

インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものの2種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。   Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those equipped with an actuator device in a longitudinal vibration mode that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those equipped with an actuator device in a flexural vibration mode. As a device using a flexural vibration mode actuator device, for example, a uniform piezoelectric film is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and the piezoelectric layer is formed by a lithography method. In some cases, piezoelectric elements are formed so as to be independent for each pressure generating chamber by cutting into shapes corresponding to the above.

この圧電体層(圧電体薄膜)としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体が用いられている。そして、このような圧電体薄膜は、例えば、下部電極上にスパッタ等によりチタン結晶を形成し、このチタン結晶上にゾル−ゲル法により圧電体前駆体膜を形成すると共にこの圧電体前駆体膜を焼成することによって形成される(例えば、特許文献1参照)。   As the piezoelectric layer (piezoelectric thin film), for example, a ferroelectric such as lead zirconate titanate (PZT) is used. Such a piezoelectric thin film is formed, for example, by forming a titanium crystal on the lower electrode by sputtering or the like, and forming a piezoelectric precursor film on the titanium crystal by a sol-gel method. It is formed by baking (for example, refer patent document 1).

このような方法で圧電体層を形成すると、チタン結晶を核として圧電体層の結晶が成長し、比較的緻密で柱状の結晶を得ることができる。しかしながら、圧電体層の結晶性を制御するのは難しく、圧電体層の電気的、あるいは機械的特性を均一化することができないため、圧電素子の変位特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。   When the piezoelectric layer is formed by such a method, the crystal of the piezoelectric layer grows with the titanium crystal as a nucleus, and a relatively dense columnar crystal can be obtained. However, it is difficult to control the crystallinity of the piezoelectric layer, and the electrical or mechanical characteristics of the piezoelectric layer cannot be made uniform, resulting in variations in the displacement characteristics of the piezoelectric elements. . Such a problem exists not only in an actuator device mounted on a liquid ejecting head such as an ink jet recording head but also in an actuator device mounted on another device.

特開2001−274472号公報(第5頁)JP 2001-274472 A (page 5)

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子を構成する圧電体層の特性を向上でき且つ圧電体層の特性を安定させることができるアクチュエータ装置の製造方法及びそのアクチュエータ装置を用いた液体噴射装置を提供することを課題とする。   In view of such circumstances, the present invention can improve the characteristics of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element and can stabilize the characteristics of the piezoelectric layer, and a liquid ejecting apparatus using the actuator apparatus It is an issue to provide.

上記課題を解決する本発明の第1の態様は、基板の一方面に振動板を形成する工程と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを具備するアクチュエータ装置の製造方法であって、前記振動板を形成する工程が、ジルコニウム層を形成すると共に該ジルコニウム層を所定温度で熱酸化することで酸化ジルコニウムからなり前記振動板の最表層を構成する絶縁体膜をその表面粗さが2nm以下となるように形成する工程を含み、且つ前記圧電素子を形成する工程が、前記下電極上にスパッタ法によりチタン(Ti)を塗布して種チタン層を形成する工程と、該種チタン層上に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させることで前記圧電体層を形成する工程とを含むことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第1の態様では、圧電体層の下地である絶縁体膜の表面粗さが所定値以下となるように制御することで、圧電体層の特性を向上させることができる。
A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a step of forming a diaphragm on one surface of a substrate, and a step of forming a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode on the diaphragm. The step of forming the diaphragm includes forming a zirconium layer and thermally oxidizing the zirconium layer at a predetermined temperature to form the outermost layer of the diaphragm. A step of forming the insulating film so as to have a surface roughness of 2 nm or less, and the step of forming the piezoelectric element comprises applying titanium (Ti) on the lower electrode by sputtering and seeding A step of forming a titanium layer, a piezoelectric material is applied on the seed titanium layer to form a piezoelectric precursor film, and the piezoelectric precursor film is baked and crystallized to form the piezoelectric layer. Process Sometimes the method of manufacturing an actuator device according to claim including.
In the first aspect, the characteristics of the piezoelectric layer can be improved by controlling the surface roughness of the insulator film, which is the base of the piezoelectric layer, to be a predetermined value or less.

本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記絶縁体膜を形成する工程では、当該絶縁体膜の表面粗さRaが1nm以下となるようにすることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第2の態様では、圧電体層の特性をさらに向上させることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in the step of forming the insulator film, the surface roughness Ra of the insulator film is 1 nm or less. In the manufacturing method.
In the second aspect, the characteristics of the piezoelectric layer can be further improved.

本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記絶縁体膜を形成する工程では、前記ジルコニウム層の(002)面配向度が80%以上となるようにすることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第3の態様では、ジルコニウム層の結晶配向を制御することで、結晶性に優れ所望の表面粗さを有する絶縁体膜を形成することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, in the step of forming the insulator film, the (002) plane orientation degree of the zirconium layer is 80% or more. A method of manufacturing the actuator device.
In the third aspect, by controlling the crystal orientation of the zirconium layer, an insulator film having excellent crystallinity and a desired surface roughness can be formed.

本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記種チタン層を形成する工程では、チタンをDCスパッタ法により塗布し且つそのときのスパッタ圧力を2〜5(Pa)としたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第4の態様では、所定のスパッタ圧力で、種チタン層を形成することで、下電極上にチタンが分散され、圧電体層の結晶の核となる多数の種チタンが形成される。したがって、圧電体層の結晶性が向上する。
In a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, in the step of forming the seed titanium layer, titanium is applied by a DC sputtering method, and the sputtering pressure at that time is 2 to 5 (Pa The method of manufacturing an actuator device is characterized in that:
In the fourth aspect, by forming the seed titanium layer at a predetermined sputtering pressure, titanium is dispersed on the lower electrode, and a large number of seed titanium serving as the crystal nucleus of the piezoelectric layer is formed. Accordingly, the crystallinity of the piezoelectric layer is improved.

本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記種チタン層を形成する際のパワー密度を1〜4(kW/m)としたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第5の態様では、圧電体層の結晶の核となる種チタンがより多く形成されるため、圧電体層の結晶性がさらに向上する。
A fifth aspect of the present invention is the method for manufacturing an actuator device according to the fourth aspect, wherein the power density when forming the seed titanium layer is 1 to 4 (kW / m 2 ). .
In the fifth aspect, since more seed titanium serving as the crystal nucleus of the piezoelectric layer is formed, the crystallinity of the piezoelectric layer is further improved.

本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記種チタン層を形成する工程では、前記下電極上にチタン(Ti)を少なくとも2回以上塗布することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第6の態様では、圧電体層の結晶の核となる種チタンがより多く形成されるため、圧電体層の結晶性がさらに向上する。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, in the step of forming the seed titanium layer, titanium (Ti) is applied on the lower electrode at least twice. A method of manufacturing the actuator device.
In the sixth aspect, since more seed titanium is formed as the crystal nucleus of the piezoelectric layer, the crystallinity of the piezoelectric layer is further improved.

本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの製造方法によって製造されたアクチュエータ装置を液体吐出手段とする液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第7の態様では、圧電素子の変位特性が向上し、液滴の吐出特性を向上した液体噴射ヘッドを製造することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head having the actuator device manufactured by any one of the first to sixth manufacturing methods as a liquid ejecting unit.
In the seventh aspect, it is possible to manufacture a liquid jet head in which the displacement characteristics of the piezoelectric element are improved and the droplet discharge characteristics are improved.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
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を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、隔壁11によって画成された複数の圧力発生室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を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and one surface thereof is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation. A 2 μm elastic film 50 is formed. A plurality of pressure generating chambers 12 defined by partition walls 11 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. The communication part 13 constitutes a part of a reservoir that communicates with a reservoir part of a protective substrate, which will be described later, and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 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、後述するマスク膜を介して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、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。 Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end portion of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 will be described later. It is fixed by an adhesive, a heat welding film or the like through a mask film. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm, a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.], glass ceramics, silicon It consists of a single crystal substrate or non-rust 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、厚さが例えば約1.0μmの二酸化シリコン(SiO)からなる弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、厚さが例えば、約0.4μmの酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55が形成されている。また、この絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.1〜0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜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、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜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。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜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。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、本実施形態では、弾性膜、絶縁体膜及び下電極膜が振動板として作用するが、勿論、弾性膜及び絶縁体膜のみが振動板として作用するようにしてもよい。 On the other hand, as described above, the elastic film 50 made of silicon dioxide (SiO 2 ) having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. On the elastic film 50, an insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) having a thickness of, for example, about 0.4 μm is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.1 to 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.0 μm, and a thickness of For example, the upper electrode film 80 of about 0.05 μm is laminated and formed by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 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 addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 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. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the present embodiment, the elastic film, the insulator film, and the lower electrode film act as a diaphragm, but of course, only the elastic film and the insulator film may act as a diaphragm.

また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、リード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。   Further, a lead electrode 90 is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. .

ここで、本発明では、圧電素子300を構成する圧電体層70の下地となる振動板の最表層を構成する絶縁体膜55の表面粗さ(算術平均粗さRa)が2nm以下、好ましくは1nm以下となっている。なお、このような絶縁体膜55上に形成される下電極膜60の表面粗さも2nm以下となっている。詳しくは後述するが、このように絶縁体膜55の表面粗さを比較的小さく抑えることで、この絶縁体膜55上に形成される圧電体層70の特性を向上させることができる。   Here, in the present invention, the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the insulator film 55 constituting the outermost layer of the diaphragm serving as the base of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 is 2 nm or less, preferably 1 nm or less. Note that the surface roughness of the lower electrode film 60 formed on the insulator film 55 is also 2 nm or less. As will be described in detail later, the characteristics of the piezoelectric layer 70 formed on the insulator film 55 can be improved by keeping the surface roughness of the insulator film 55 relatively small.

また、流路形成基板10上の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域に圧電素子保持部31を有する保護基板30が接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32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の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。   Further, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 is bonded to a surface facing the piezoelectric element 300 on the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment. Further, the protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the reservoir portion 32 is provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged so as to penetrate the protective substrate 30 in the thickness direction, and as described above, the communication portion of the flow path forming substrate 10. The reservoir 100 is connected to the pressure generation chamber 12 and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12.

また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバ部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部及びリード電極90の先端部が露出され、これら下電極膜60及びリード電極90には、図示しないが、駆動ICから延設される接続配線の一端が接続される。   In addition, a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the protective substrate 30. A part of the lead electrode 90 and the leading end of the lead electrode 90 are exposed, and one end of a connection wiring extending from the drive IC is connected to the lower electrode film 60 and the lead electrode 90, although not shown.

なお、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。   In addition, examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is more preferable that the material is substantially the same as the thermal expansion coefficient of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

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。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ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. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and one surface of the reservoir portion 32 is sealed by the sealing film 41. Yes. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). 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.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動IC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下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜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 such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then in accordance with a recording signal from a drive IC (not shown). Then, a voltage is applied between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70. As a result, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3〜図6を参照して説明する。なお、図3〜図6は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板10として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。   Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction. First, as shown in FIG. 3A, a channel forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface thereof. To do. In the present embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate 10.

次いで、図3(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、DCスパッタ法又はRFスパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成する。このとき、ジルコニウム層の表面粗さ(算術平均粗さRa)が2nm以下、好ましくは1nm以下となるようにする。   Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51). Specifically, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51) by DC sputtering or RF sputtering. At this time, the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the zirconium layer is 2 nm or less, preferably 1 nm or less.

さらに、ジルコニウム層は、その表面の(002)面配向度が80%以上となっていることが好ましい。なお、ここで言う「配向度」とは、X線回折広角法によってジルコニウム層を測定した際に生じる回折強度の比率をいう。具体的には、ジルコニウム層をX線回折広角法により測定すると、(100)面、(002)面及び(101)面に相当する回折強度のピークが発生する。そして、「(002)面配向度」とは、これら各面に相当するピーク強度の和に対する(002)面に相当するピーク強度の比率を意味する。   Furthermore, it is preferable that the (002) plane orientation degree of the surface of the zirconium layer is 80% or more. The “orientation degree” here refers to the ratio of the diffraction intensity generated when the zirconium layer is measured by the X-ray diffraction wide angle method. Specifically, when the zirconium layer is measured by the X-ray diffraction wide angle method, peaks of diffraction intensity corresponding to the (100) plane, the (002) plane, and the (101) plane are generated. The “(002) plane orientation degree” means the ratio of the peak intensity corresponding to the (002) plane to the sum of the peak intensity corresponding to each plane.

そして、このようにジルコニウム層の表面粗さを2nm以下とするためには、ジルコニウム層を形成する際のスパッタ出力を500W以下とすることが好ましい。また、スパッタ時の加熱温度は100℃以上とすることが好ましい。ただし、加熱温度はあまり高すぎると流路形成基板用ウェハ110に割れ等が生じる虞があるため、100〜300℃程度とするのが望ましい。さらに、スパッタ圧力は0.5Pa以下とするのが好ましい。このように成膜条件を適宜選択してジルコニウム層を形成することにより、ジルコニウム層の表面粗さを2nm以下とすることができ、また同時に(002)面配向度を80%以上とすることができる。   And in order to make the surface roughness of a zirconium layer into 2 nm or less in this way, it is preferable that the sputtering output at the time of forming a zirconium layer shall be 500 W or less. The heating temperature during sputtering is preferably 100 ° C. or higher. However, if the heating temperature is too high, cracks or the like may occur in the flow path forming substrate wafer 110, so it is desirable that the heating temperature be about 100 to 300 ° C. Furthermore, the sputtering pressure is preferably 0.5 Pa or less. By forming the zirconium layer by appropriately selecting the film forming conditions as described above, the surface roughness of the zirconium layer can be made 2 nm or less, and at the same time, the (002) plane orientation degree can be made 80% or more. it can.

このようにジルコニウム層を形成した後は、このジルコニウム層を所定温度で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。このとき、加熱温度等の熱酸化条件を調整することで、絶縁体膜55の表面粗さ(算術平均粗さRa)が2nm以下、好ましくは1nm以下となるように形成する。例えば、本実施形態では、約850〜1000℃と比較的高温に加熱された拡散炉内に、300mm/min以上、好ましくは500mm/min以上のスピードで流路形成基板用ウェハ110を挿入してジルコニウム層を熱酸化させるようにした。   After the zirconium layer is thus formed, the zirconium layer is thermally oxidized at a predetermined temperature to form an insulator film 55 made of zirconium oxide. At this time, the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the insulator film 55 is adjusted to 2 nm or less, preferably 1 nm or less by adjusting thermal oxidation conditions such as heating temperature. For example, in the present embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is inserted into a diffusion furnace heated to a relatively high temperature of about 850 to 1000 ° C. at a speed of 300 mm / min or more, preferably 500 mm / min or more. The zirconium layer was thermally oxidized.

これにより、結晶状態が良好な絶縁体膜55が得られ、表面粗さは2nm以下となる。すなわち、絶縁体膜55を構成する酸化ジルコニウムの結晶が比較的大きく且つ下面から上面まで連続的な柱状結晶となることで、表面粗さが2nm以下と極めて小さく抑えられる。   Thereby, the insulator film 55 having a good crystal state is obtained, and the surface roughness is 2 nm or less. That is, since the zirconium oxide crystal constituting the insulator film 55 is relatively large and becomes a continuous columnar crystal from the lower surface to the upper surface, the surface roughness can be suppressed to an extremely small value of 2 nm or less.

次いで、図3(c)に示すように、例えば、少なくとも白金とイリジウムとからなる下電極膜60を絶縁体膜55の全面にスパッタ法等により形成後、下電極膜60を所定形状にパターニングする。なお、この下電極膜60の表面粗さRaは、絶縁体膜55の表面粗さRaに依存するため、絶縁体膜55の表面粗さRaが2nm以下であると、下電極膜60の表面粗さRaも2nm以下となる。   Next, as shown in FIG. 3C, for example, a lower electrode film 60 made of at least platinum and iridium is formed on the entire surface of the insulator film 55 by sputtering or the like, and then the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. . Since the surface roughness Ra of the lower electrode film 60 depends on the surface roughness Ra of the insulator film 55, the surface roughness Ra of the lower electrode film 60 when the surface roughness Ra of the insulator film 55 is 2 nm or less. The roughness Ra is also 2 nm or less.

次に、図3(d)に示すように、下電極膜60及び絶縁体膜55上に、チタン(Ti)をスパッタ法、例えば、DCスパッタ法で2回以上、本実施形態では2回塗布することにより所定の厚さの種チタン層65を形成する。このときのスパッタ圧力は2〜5(Pa)程度とするのが好ましい。さらに、パワー密度は1〜4kW/m程度とすることが好ましい。これにより、次工程で形成する圧電体層70の結晶の核となる種チタンを多数形成することができる。 Next, as shown in FIG. 3D, on the lower electrode film 60 and the insulator film 55, titanium (Ti) is applied twice or more by sputtering, for example, DC sputtering, and twice in this embodiment. Thus, a seed titanium layer 65 having a predetermined thickness is formed. The sputtering pressure at this time is preferably about 2 to 5 (Pa). Furthermore, the power density is preferably about 1 to 4 kW / m 2 . As a result, a large number of seed titanium serving as the crystal nucleus of the piezoelectric layer 70 to be formed in the next step can be formed.

次に、このように形成した種チタン層65上に、例えば、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、金属有機物を触媒に溶解・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を形成した。   Next, a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) is formed on the seed titanium layer 65 thus formed. In this embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. Thus, the piezoelectric layer 70 was formed.

圧電体層70の形成手順としては、まず、図4(a)に示すように、種チタン層65上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜71を成膜する。すなわち、流路形成基板用ウェハ110上に金属有機化合物を含むゾル(溶液)を塗布する。次いで、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、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜71を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜71を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を離脱させることである。   As a procedure for forming the piezoelectric layer 70, first, as shown in FIG. 4A, a piezoelectric precursor film 71 which is a PZT precursor film is formed on the seed titanium layer 65. That is, a sol (solution) containing a metal organic compound is applied onto the flow path forming substrate wafer 110. Next, the piezoelectric precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time, and the sol solvent is evaporated to dry the piezoelectric precursor film 71. Further, the piezoelectric precursor film 71 is degreased at a constant temperature for a predetermined time in an air atmosphere. In addition, degreasing said here is removing the organic component of a sol film | membrane.

そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、本実施形態では、2回繰り返すことで、図4(b)に示すように、圧電体前駆体膜71を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜71を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜72を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜71を焼成することで種チタン層65を核として結晶が成長して圧電体膜72が形成される。例えば、本実施形態では、約700℃で30分間加熱を行って圧電体前駆体膜71を焼成して圧電体膜72を形成した。なお、このように形成した圧電体膜72の結晶は(100)面に優先配向する。   Then, by repeating such coating, drying, and degreasing processes a predetermined number of times, for example, twice in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 71 has a predetermined thickness as shown in FIG. Then, the piezoelectric precursor film 71 is crystallized by heat treatment in a diffusion furnace to form the piezoelectric film 72. That is, by firing the piezoelectric precursor film 71, crystals grow with the seed titanium layer 65 as a nucleus to form the piezoelectric film 72. For example, in this embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is baked by heating at about 700 ° C. for 30 minutes to form the piezoelectric film 72. The crystal of the piezoelectric film 72 thus formed is preferentially oriented in the (100) plane.

さらに、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図4(c)に示すように、複数層、本実施形態では、5層の圧電体膜72からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、ゾルの塗布1回あたりの膜厚が0.1μm程度の場合には、圧電体層70全体の膜厚は約1μmとなる。   Further, by repeating the above-described coating, drying, degreasing, and firing steps a plurality of times, as shown in FIG. 4C, a predetermined thickness composed of a plurality of layers, in this embodiment, five layers of piezoelectric films 72. The piezoelectric layer 70 is formed. For example, when the film thickness per sol application is about 0.1 μm, the entire film thickness of the piezoelectric layer 70 is about 1 μm.

以上のような工程で圧電体層70を形成することにより、圧電体層70の特性を向上させることができ且つ特性を安定させることができる。すなわち、圧電体層70の結晶性、例えば、配向度、強度、粒径等は、その下地の影響を受けやすく、下地が平坦である程、結晶性は向上する傾向にある。本発明では、圧電体層70の下地となる振動板(絶縁体膜55)の表面粗さRaを2nm以下に抑えることで、下電極膜60の表面粗さRaを2nm以下に抑えると共にこの下電極膜60上に形成される圧電体層70の結晶性を向上させている。これにより、電気的及び機械的特性に優れた圧電体層70を形成することができる。また、同一ウェハ内での圧電体層70の特性のばらつきも極めて小さく抑えることができる。さらに、圧電体層70の結晶性をコントロールしやすくなり、所望の特性の圧電体層70を比較的容易に製造することができ、量産性も大幅に向上する。   By forming the piezoelectric layer 70 through the steps as described above, the characteristics of the piezoelectric layer 70 can be improved and the characteristics can be stabilized. That is, the crystallinity of the piezoelectric layer 70, for example, the degree of orientation, strength, particle size, etc., is easily affected by the underlying layer, and the flatter the underlying layer tends to improve the crystallinity. In the present invention, by suppressing the surface roughness Ra of the diaphragm (insulator film 55) serving as the base of the piezoelectric layer 70 to 2 nm or less, the surface roughness Ra of the lower electrode film 60 is suppressed to 2 nm or less and The crystallinity of the piezoelectric layer 70 formed on the electrode film 60 is improved. Thereby, the piezoelectric layer 70 having excellent electrical and mechanical characteristics can be formed. In addition, variations in the characteristics of the piezoelectric layer 70 within the same wafer can be suppressed to an extremely low level. Furthermore, the crystallinity of the piezoelectric layer 70 can be easily controlled, the piezoelectric layer 70 having desired characteristics can be manufactured relatively easily, and mass productivity is greatly improved.

なお、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)等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO(PT)、PbZrO(PZ)、Pb(ZrTi1−x)O(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O−PbTiO(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O−PbTiO(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O−PbTiO(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O−PbTiO(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta1/2)O−PbTiO(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb1/2)O−PbTiO(PSN−PT)、BiScO−PbTiO(BS−PT)、BiYbO−PbTiO(BY−PT)等が挙げられる。また、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)法等を用いてもよい。 As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a relaxor ferroelectric material obtained by adding a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or ytterbium to a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). Etc. may be used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics and application of the piezoelectric element. For example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT) , Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PZN-PT), Pb (Ni 1 / 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/3 Ta 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PST-PT), Pb (Sc 1/3 Nb 1/2 ) O 3 -PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 -PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 -PbTiO 3 ( BY-PT Etc. The. 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 the like may be used.

また、このように圧電体層70を形成した後は、図5(a)に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜80を流路形成基板用ウェハ110の全面に形成する。次いで、図5(b)に示すように、圧電体層70及び上電極膜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。次に、リード電極90を形成する。具体的には、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属層91を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して金属層91を各圧電素子300毎にパターニングすることでリード電極90が形成される。   After the piezoelectric layer 70 is formed in this way, as shown in FIG. 5A, for example, an upper electrode film 80 made of iridium is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Next, as shown in FIG. 5B, the piezoelectric layer 300 and the upper electrode film 80 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300. Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 5C, a metal layer 91 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Thereafter, for example, the lead electrode 90 is formed by patterning the metal layer 91 for each piezoelectric element 300 through a mask pattern (not shown) made of a resist or the like.

次に、図5(d)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の圧電素子300側に、シリコンウェハであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハ130を接合する。なお、この保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ130を接合することによって流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。   Next, as shown in FIG. 5D, a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is bonded to the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110. Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 μm, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次いで、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研磨した後、更に弗化硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約70μm厚になるように流路形成基板用ウェハ110をエッチング加工した。次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜52を介して流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチングすることにより、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, it is further wet-etched with fluorinated nitric acid, so that the flow path forming substrate wafer 110 is Make it thick. For example, in this embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is etched so as to have a thickness of about 70 μm. Next, as shown in FIG. 6B, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched through the mask film 52, whereby, as shown in FIG. 13 and the ink supply path 14 are formed.

なお、その後は、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ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110の保護基板用ウェハ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とする。   After that, 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. By dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into the flow path forming substrate 10 and the like of one chip size as shown in FIG. 1, the ink jet recording head of this embodiment is obtained.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、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7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。図7に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、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などにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Further, the ink jet recording head of the above-described embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 7 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 7, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus 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. 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, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is conveyed on the platen 8. It is like that.

なお、上述した実施形態においては、アクチュエータ装置を液体吐出手段として具備し液体噴射装置に搭載される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例示したが、本発明は、広くアクチュエータ装置の全般を対象としたものである。したがって、勿論、本発明は、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも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の製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。また、本発明は、液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用できる。なお、アクチュエータ装置が搭載される他の装置としては、上述した液体噴射ヘッドの他に、例えば、センサー等が挙げられる。   In the above-described embodiment, the ink jet recording head is illustrated as an example of the liquid ejecting head that includes the actuator device as the liquid ejecting unit and is mounted on the liquid ejecting device. It is intended. Therefore, of course, the present invention can also be applied to a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. 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 (surface emitting 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. In addition, the present invention can be applied not only to an actuator device mounted on a liquid ejecting head but also to an actuator device mounted on any device. As another device on which the actuator device is mounted, for example, a sensor or the like can be cited in addition to the liquid jet head described above.

実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 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 the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 一実施形態に係る記録装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 下電極膜、 65 種チタン層、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board | substrate, 40 Compliance board | substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film | membrane, 60 Lower electrode film | membrane, 65 seed titanium layer, 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film, 300 Piezoelectric element

Claims (7)

基板の一方面に振動板を形成する工程と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを具備するアクチュエータ装置の製造方法であって、
前記振動板を形成する工程が、ジルコニウム層を形成すると共に該ジルコニウム層を所定温度で熱酸化することで酸化ジルコニウムからなり前記振動板の最表層を構成する絶縁体膜をその表面粗さが2nm以下となるように形成する工程を含み、且つ前記圧電素子を形成する工程が、前記下電極上にスパッタ法によりチタン(Ti)を塗布して種チタン層を形成する工程と、該種チタン層上に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させることで前記圧電体層を形成する工程とを含むことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
A method for manufacturing an actuator device comprising: a step of forming a diaphragm on one surface of a substrate; and a step of forming a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on the diaphragm,
The step of forming the diaphragm forms a zirconium layer and thermally oxidizes the zirconium layer at a predetermined temperature to form an insulator film comprising the outermost layer of the diaphragm with a surface roughness of 2 nm. The step of forming the piezoelectric element includes forming a seed titanium layer by applying titanium (Ti) on the lower electrode by sputtering, and the seed titanium layer. An actuator device comprising: forming a piezoelectric precursor film by applying a piezoelectric material thereon; and forming the piezoelectric layer by firing and crystallizing the piezoelectric precursor film. Manufacturing method.
請求項1において、前記絶縁体膜を形成する工程では、当該絶縁体膜の表面粗さRaが1nm以下となるようにすることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。 2. The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein in the step of forming the insulator film, the surface roughness Ra of the insulator film is 1 nm or less. 請求項1又は2において、前記絶縁体膜を形成する工程では、前記ジルコニウム層の(002)面配向度が80%以上となるようにすることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。 3. The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein in the step of forming the insulator film, a (002) plane orientation degree of the zirconium layer is 80% or more. 請求項1〜3の何れかにおいて、前記種チタン層を形成する工程では、チタンをDCスパッタ法により塗布し且つそのときのスパッタ圧力を2〜5(Pa)としたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。 4. The actuator device according to claim 1, wherein in the step of forming the seed titanium layer, titanium is applied by a DC sputtering method, and a sputtering pressure at that time is set to 2 to 5 (Pa). Manufacturing method. 請求項4において、前記種チタン層を形成する際のパワー密度を1〜4(kW/m)としたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。 5. The method for manufacturing an actuator device according to claim 4, wherein a power density when forming the seed titanium layer is set to 1 to 4 (kW / m < 2 >). 請求項1〜5の何れかにおいて、前記種チタン層を形成する工程では、前記下電極上にチタン(Ti)を少なくとも2回以上塗布することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。 6. The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein in the step of forming the seed titanium layer, titanium (Ti) is applied at least twice on the lower electrode. 請求項1〜6の何れかの製造方法によって製造されたアクチュエータ装置を液体吐出手段とする液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。 A liquid ejecting apparatus comprising: a liquid ejecting head having the actuator device manufactured by the manufacturing method according to claim 1 as a liquid ejecting unit.
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