JP2009081262A - Method for manufacturing actuator device, and method for manufacturing liquid spray head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an actuator device capable of preventing decrease in amount of displacement of a piezoelectric element even though the piezoelectric element is repeatedly driven, and to provide a method for manufacturing a liquid spraying head. <P>SOLUTION: The actuator device has: the piezoelectric element including a lower electrode film, a piezoelectric-substance layer, and an upper electrode film provided on the substrate; and a tension film formed on the piezoelectric-substance layer and including the upper electrode for giving a tension stress to the piezoelectric-substance layer. The actuator causes the piezoelectric element to flexibly deform by varying the voltage applied between the lower electrode film and the upper electrode film in the range from the minimum voltage higher than the anti-electric field to the maximum voltage. The method for manufacturing the actuator device includes the steps of: preliminarily estimating a shift amount of a voltage-displacement-characteristic-curve of the piezoelectric element caused by the repeated drive of the piezoelectric element; and forming the tension film so that the stress is determined by the shift amount. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に変位可能に設けられた下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を具備す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具備する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing method of an actuator device including a piezoelectric element including a lower electrode film, a piezoelectric layer, and an upper electrode film provided on a substrate in a displaceable manner, and a manufacturing method of a liquid ejecting head including the actuator device.

アクチュエータ装置に用いられる圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、下電極と上電極との2つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子を有するアクチュエータ装置は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエータ装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されている。液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出する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等がある。このようなインクジェット式記録ヘッドのアクチュエータ装置(圧電素子)は、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料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て圧力発生室毎に独立するように形成される(例えば、特許文献1参照)。   The piezoelectric element used in the actuator device includes a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function, for example, a piezoelectric layer made of a crystallized dielectric material sandwiched between two electrodes, a lower electrode and an upper electrode There is. An actuator device having such a piezoelectric element is generally called a flexural vibration mode actuator device, and is used by being mounted on, for example, a liquid ejecting head. As a typical example of a liquid ejecting head, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element so that ink in the pressure generation chamber is discharged. There are ink jet recording heads that pressurize and eject ink droplets from nozzle openings. In such an actuator device (piezoelectric element) of an ink jet recording head, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is formed by a lithography method into a pressure generating chamber. Are formed so as to be independent for each pressure generating chamber (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−127366号公報JP 2003-127366 A

このようなアクチュエータ装置では、圧電素子を繰り返し駆動するとその変位量が徐々に低下してしまうという問題がある。   In such an actuator device, there is a problem that when the piezoelectric element is repeatedly driven, the amount of displacement gradually decreases.

圧電素子の変位量の低下の一つの原因として、いわゆるインプリントに伴って圧電素子に印加する電圧に対する変位特性が変化することが挙げられる。すなわち、電圧に対する変位特性との関係を示す電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側に若干シフトしてしまうことが挙げられる。なお、「インプリント」とは、圧電素子の繰り返し駆動に伴って分極反転し難くなる現象である。   One cause of the decrease in the amount of displacement of the piezoelectric element is that the displacement characteristics with respect to the voltage applied to the piezoelectric element change with so-called imprinting. That is, the voltage vs. displacement characteristic curve showing the relationship between the voltage and the displacement characteristic is slightly shifted to the negative voltage side. Note that “imprint” is a phenomenon in which polarization inversion becomes difficult with repeated driving of a piezoelectric element.

そして、このように電圧対変位特性曲線がシフトすると、圧電素子を駆動するための駆動信号の最高電圧における変位特性の変化量が、最低電圧における変位特性の変化量よりも小さくなる。その結果、圧電素子の変位量が低下してしまう。   When the voltage versus displacement characteristic curve shifts in this way, the amount of change in the displacement characteristic at the highest voltage of the drive signal for driving the piezoelectric element becomes smaller than the amount of change in the displacement characteristic at the lowest voltage. As a result, the amount of displacement of the piezoelectric element is reduced.

このような問題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。   Such a problem exists not only in an actuator device mounted on a liquid ejecting head but also in an actuator device mounted on another device.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を繰り返し駆動しても圧電素子の変位量の低下を防止することができるアクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法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 provides a method of manufacturing an actuator device and a method of manufacturing a liquid ejecting head that can prevent a decrease in displacement of the piezoelectric element even when the piezoelectric element is repeatedly driven. The purpose is to provide.

上記課題を解決する本発明は、基板上に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を有すると共に、前記圧電体層上に形成され当該圧電体層に引張り応力を付与する前記上電極膜を含む引張り膜を有し、前記下電極膜及び前記上電極膜間に印加する電圧を抗電界よりも高い最低電圧から最高電圧の範囲で変化させることで前記圧電素子を撓み変形させるアクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電素子の繰り返し駆動に伴う当該圧電素子の電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定しておき、このシフト量に応じて決定した応力となるように前記引張り膜を形成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。
かかる本発明では、引張り膜によって圧電体層に所定の引張り応力が付与され、電圧対変位特性曲線が実質的にプラス電圧側にシフトした状態となる。これにより、いわゆるインプリントによって電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトした場合でも、圧電素子の変位量の低下が防止される。
The present invention for solving the above-described problems has a piezoelectric element comprising a lower electrode film, a piezoelectric layer, and an upper electrode film provided on a substrate, and is formed on the piezoelectric layer and applies tensile stress to the piezoelectric layer. The piezoelectric element is bent by changing a voltage applied between the lower electrode film and the upper electrode film in a range from the lowest voltage higher than the coercive electric field to the highest voltage. A method of manufacturing an actuator device to be deformed, wherein a shift amount of a voltage-displacement characteristic curve of the piezoelectric element associated with repeated driving of the piezoelectric element is estimated in advance so that a stress determined according to the shift amount is obtained. The tensile film is formed on the actuator device.
In the present invention, a predetermined tensile stress is applied to the piezoelectric layer by the tensile film, and the voltage versus displacement characteristic curve is substantially shifted to the positive voltage side. Thereby, even when the voltage-displacement characteristic curve is shifted to the negative voltage side by so-called imprinting, a decrease in the displacement amount of the piezoelectric element is prevented.

ここで、前記引張り膜の応力を、前記上電極膜の厚さによって調整することが好ましい。これにより、引張り膜の応力を比較的容易に調整することができる。   Here, it is preferable to adjust the stress of the tensile film according to the thickness of the upper electrode film. Thereby, the stress of the tensile film can be adjusted relatively easily.

また、前記アクチュエータ装置は、前記上電極膜上に各圧電素子の前記圧電体層を覆って設けられる保護膜をさらに有し、前記引張り膜が前記上電極膜と前記保護膜とで構成されている場合、前記引張り膜の応力を、前記上電極膜及び前記保護膜の厚さによって調整することが好ましい。これにより、引張り膜の応力を比較的容易に調整することができる。   The actuator device further includes a protective film provided on the upper electrode film so as to cover the piezoelectric layer of each piezoelectric element, and the tensile film is composed of the upper electrode film and the protective film. It is preferable that the stress of the tensile film is adjusted by the thicknesses of the upper electrode film and the protective film. Thereby, the stress of the tensile film can be adjusted relatively easily.

また、前記保護膜の前記上電極膜に対向する領域に開口部を形成すると共に、当該開口部内の前記上電極膜の厚さ方向の一部を除去することで、前記引張り膜の応力を調整することが好ましい。これにより、上電極膜の電気的特性を大幅に変化させることなく、引張り膜の応力を良好に調整することができる。   Further, the stress of the tensile film is adjusted by forming an opening in a region of the protective film facing the upper electrode film and removing a part of the opening in the thickness direction of the upper electrode film. It is preferable to do. Thereby, the stress of the tensile film can be adjusted well without significantly changing the electrical characteristics of the upper electrode film.

また前記電圧対変位特性曲線のシフトによる前記最高電圧における前記圧電素子の変位特性の変化量が、前記圧電素子の電圧対変位特性曲線が前記最低電圧における変位特性の変化量と同等となるように、前記引張り膜の応力を調整することが好ましい。これにより、圧電素子の繰り返し駆動による変位量の低下をより確実に防止することができる。   Further, the change amount of the displacement characteristic of the piezoelectric element at the highest voltage due to the shift of the voltage-displacement characteristic curve is equal to the change amount of the displacement characteristic at the lowest voltage of the voltage-displacement characteristic curve of the piezoelectric element. It is preferable to adjust the stress of the tensile film. Thereby, the fall of the displacement amount by the repeated drive of a piezoelectric element can be prevented more reliably.

さらに本発明は、このような製造方法によって、液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面に、前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。かかる本発明では、長期間に亘って液滴を良好に吐出することができる液体噴射ヘッドを実現することができる。   Further, according to the present invention, the actuator device is formed on one surface of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting droplets by such a manufacturing method. It is in the manufacturing method of an ejection head. According to the present invention, it is possible to realize a liquid ejecting head that can eject liquid droplets over a long period of time.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの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′断面図である。また図3は、インクジェット式記録ヘッドの要部を示す圧力発生室の幅方向の断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head, and FIG. 2 is a plan view of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view in the width direction of the pressure generating chamber showing the main part of the ink jet recording head.

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って二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。この流路形成基板10には、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成されている。   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 this embodiment, and an elastic film 50 made of silicon dioxide is previously formed on one surface thereof by thermal oxidation. Yes. In the flow path forming substrate 10, pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction (short direction). In addition, an ink supply path 14 and a communication path 15 are partitioned by a partition wall 11 on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 constituting a part of the reservoir 100 serving as an ink chamber (liquid chamber) common to the pressure generation chambers 12 is formed at one end of the communication passage 15.

流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12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、ステンレス鋼などで形成されている。   On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with each pressure generating chamber 12 is fixed by an adhesive, a heat welding film, or the like. The nozzle plate 20 is formed of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.

一方、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。さらに、この絶縁体膜55上には下電極膜60と、圧電体層70と、上電極膜80とで構成される圧電素子300が形成されている。本実施形態では、下電極膜60を圧電素子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。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50、絶縁体膜55及び下電極膜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、下電極膜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. Further, a piezoelectric element 300 composed of a lower electrode film 60, a piezoelectric layer 70, and an upper electrode film 80 is formed on the insulator film 55. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. 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 this embodiment, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 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 lower electrode film 60 may act as a diaphragm. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.

また、圧電素子300は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜200によって覆われている。これにより、大気中の水分等に起因する圧電素子300の破壊を防止することができる。ここで、圧電体層70上に形成されている膜、本実施形態では、上電極膜80及び保護膜200は圧電体層70に引張り応力を付与する引張り膜として機能している。   The piezoelectric element 300 is covered with a protective film 200 made of an insulating material having moisture resistance. Thereby, destruction of the piezoelectric element 300 caused by moisture in the atmosphere can be prevented. Here, the film formed on the piezoelectric layer 70, in this embodiment, the upper electrode film 80 and the protective film 200 function as a tensile film that applies a tensile stress to the piezoelectric layer 70.

このように引張り膜として機能する上電極膜80及び保護膜200によって圧電体層70に引張り応力が付与されることで、図3に示すように、圧電体層70及び振動板は、初期状態で圧力発生室12とは反対側が若干凸となるように変形した状態となっている。   As described above, as shown in FIG. 3, the piezoelectric layer 70 and the diaphragm are in an initial state by applying tensile stress to the piezoelectric layer 70 by the upper electrode film 80 and the protective film 200 that function as a tensile film. The side opposite to the pressure generating chamber 12 is deformed so as to be slightly convex.

保護膜200は、本実施形態では、圧電体層70の側面と上電極膜80の側面及び上面の周縁部を覆い且つ複数の圧電素子300に亘って連続して設けられている。すなわち、上電極膜80上の保護膜200には、上電極膜80の略中心部に開口部201が設けられており、上電極膜80の主要部が露出されている。また、この保護膜200の開口部201に対向する領域の上電極膜80の厚さは、他の領域の厚さよりも薄くなっている。すなわち、上電極膜80の開口部201に対向する領域には他の領域よりも膜厚の薄い薄肉部81が形成されている。詳しくは後述するが、開口部201の大きさ及び開口部201に対向する領域の上電極膜80の厚さを変化させることで、圧電体層70に付与される引張り応力を調整している。   In the present embodiment, the protective film 200 covers the side surface of the piezoelectric layer 70, the side surface of the upper electrode film 80, and the peripheral edge of the upper surface, and is continuously provided across the plurality of piezoelectric elements 300. That is, the protective film 200 on the upper electrode film 80 is provided with an opening 201 at a substantially central portion of the upper electrode film 80, and the main part of the upper electrode film 80 is exposed. Further, the thickness of the upper electrode film 80 in the region facing the opening 201 of the protective film 200 is thinner than the thickness of other regions. That is, a thin portion 81 having a smaller film thickness than other regions is formed in a region facing the opening 201 of the upper electrode film 80. As will be described in detail later, the tensile stress applied to the piezoelectric layer 70 is adjusted by changing the size of the opening 201 and the thickness of the upper electrode film 80 in the region facing the opening 201.

この保護膜200上には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が設けられている。リード電極90は、保護膜200に設けられた接続孔202を介して一端部が上電極膜80に接続されると共に、他端部が流路形成基板10のインク供給路14側まで延設され、延設された先端部は、後述する駆動回路120と接続配線121を介して接続されている。   On the protective film 200, for example, a lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is provided. The lead electrode 90 has one end connected to the upper electrode film 80 through a connection hole 202 provided in the protective film 200 and the other end extended to the ink supply path 14 side of the flow path forming substrate 10. The extended tip is connected to a drive circuit 120 (described later) via a connection wiring 121.

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、下電極膜60、弾性膜50及びリード電極90上には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。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。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、この貫通孔33内に露出されている。   On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, that is, on the lower electrode film 60, the elastic film 50, and the lead electrode 90, a protection having a reservoir portion 31 constituting at least a part of the reservoir 100. The substrate 30 is bonded via an adhesive 35. 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 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 of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is exposed in the through hole 33.

保護基板30上には、各圧電素子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とが、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によって電気的に接続されている。   A driving circuit 120 for driving each piezoelectric element 300 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 by 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によってリザーバ部31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. 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 made of a hard material such as metal. 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製造方法によって製造される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、各圧力発生室12に対応する圧電素子300の下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加して圧電素子(アクチュエータ装置)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 manufactured by the manufacturing method of this 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. After that, according to the recording signal from the drive circuit 120, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to each pressure generating chamber 12 to bend the piezoelectric element (actuator device). By deforming, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

ところで、このようなアクチュエータ装置を構成する圧電素子300に印加される駆動信号400は、図4に示すように、中間電圧VMを維持した状態から最低電圧VLまで降下させて圧力発生室12を膨張させる第1の膨張工程401と、最低電圧VLを一定時間維持する第1のホールド工程402と、最低電圧VLから最高電圧VHまで上昇させて圧力発生室12を収縮させることによってインク滴を吐出させる収縮工程403と、最高電圧VHを一定時間維持する第2のホールド工程404と、最高電圧VHから中間電圧VMまで降下させる第2の膨張工程405とで構成されている。   By the way, as shown in FIG. 4, the drive signal 400 applied to the piezoelectric element 300 constituting such an actuator device is expanded from the state in which the intermediate voltage VM is maintained to the lowest voltage VL to expand the pressure generation chamber 12. A first expansion step 401 for maintaining the minimum voltage VL for a certain period of time, and an ink droplet is ejected by increasing the minimum voltage VL to the maximum voltage VH to contract the pressure generating chamber 12. A contraction process 403, a second hold process 404 that maintains the maximum voltage VH for a certain period of time, and a second expansion process 405 that lowers the maximum voltage VH from the intermediate voltage VM.

また圧電素子300は、薄膜によって形成され且つ分極処理が施されており、図5に示すように、圧電素子300に印加する電圧を変化させると、抗電界Ecを発生する電圧Vc近傍を境として変位方向が反転する特性を有する。そして、駆動信号400によって印加される最低電圧VLは、抗電界Ecを発生する電圧Vcよりも高い電圧に設定されている。つまり、電圧Vcよりも高い範囲で圧電素子300に印加する電圧を変化させて圧電素子300を駆動させている。   The piezoelectric element 300 is formed of a thin film and is subjected to polarization treatment. As shown in FIG. 5, when the voltage applied to the piezoelectric element 300 is changed, the vicinity of the voltage Vc that generates the coercive electric field Ec is used as a boundary. The displacement direction is reversed. The lowest voltage VL applied by the drive signal 400 is set to a voltage higher than the voltage Vc that generates the coercive electric field Ec. That is, the piezoelectric element 300 is driven by changing the voltage applied to the piezoelectric element 300 in a range higher than the voltage Vc.

ここで、圧電素子300の変位量は、抗電界Ecを発生する電圧Vcを上回るとその変化量が徐々に増加し、その後直線的に増加し、電圧がある程度以上となるとその変化量が徐々に低下するという特性を有する。すなわち、図5に示すように、電圧に対する変位特性との関係を示す電圧対変位特性曲線は、電圧Vcを上回るとその傾斜角度が徐々に大きくなり、その後直線的に変化し、印加電圧がある程度高くなると傾斜角度が徐々に小さくなる。そして、駆動信号400の最高電圧VHは、圧電素子300の変位量を確保するために、比較的高い電圧に設定されている。   Here, the amount of displacement of the piezoelectric element 300 increases gradually when it exceeds the voltage Vc that generates the coercive electric field Ec, then increases linearly, and gradually increases when the voltage exceeds a certain level. It has the characteristic that it falls. That is, as shown in FIG. 5, the voltage-displacement characteristic curve showing the relationship with the displacement characteristic with respect to the voltage gradually increases in inclination angle when the voltage Vc is exceeded, and thereafter changes linearly, and the applied voltage changes to some extent. As the height increases, the inclination angle gradually decreases. The maximum voltage VH of the drive signal 400 is set to a relatively high voltage in order to ensure the amount of displacement of the piezoelectric element 300.

また図5中点線で示すように、電圧対変位特性曲線が、いわゆるインプリントによってマイナス電圧側にシフトされてしまうと、駆動信号によって印加される最低電圧VL及び最高電圧VHにおける圧電素子300の変位量がそれぞれ増加することになる。ただし、その増加量は異なる。具体的に説明すると、駆動信号400の最高電圧VHは、圧電素子300の変位量を確保するために、比較的高い電圧に設定されている。すなわち、電圧対変位特性曲線において圧電素子300の変位の変化量が低下している部分に最高電圧VHが設定されている。このため、最高電圧VHにおける変位の変化量ΔDHは、最低電圧VLにおける変位の変化量ΔDLよりも小さくなってしまう。   Further, as shown by the dotted line in FIG. 5, when the voltage versus displacement characteristic curve is shifted to the negative voltage side by so-called imprinting, the displacement of the piezoelectric element 300 at the lowest voltage VL and the highest voltage VH applied by the drive signal. Each amount will increase. However, the amount of increase is different. Specifically, the maximum voltage VH of the drive signal 400 is set to a relatively high voltage in order to ensure the amount of displacement of the piezoelectric element 300. That is, the maximum voltage VH is set in a portion where the amount of change in displacement of the piezoelectric element 300 is reduced in the voltage versus displacement characteristic curve. Therefore, the displacement change amount ΔDH at the highest voltage VH is smaller than the displacement change amount ΔDL at the lowest voltage VL.

したがって、このように電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトすると、最低電圧VLから最高電圧VHまで電圧を変化させた際の圧電素子300の撓み変位量D1が、初期状態の電圧対変位特性曲線における変位量D2よりも小さくなってしまう。   Therefore, when the voltage vs. displacement characteristic curve shifts to the minus voltage side in this way, the deflection displacement amount D1 of the piezoelectric element 300 when the voltage is changed from the lowest voltage VL to the highest voltage VH is the voltage vs. displacement characteristic in the initial state. It becomes smaller than the displacement amount D2 in the curve.

このため、本発明では、インプリントによる電位変位特性曲線のシフト量を予め推定し、推定したシフト量に応じて決定した応力となるように引張り膜を形成するようにした。つまり、電位変位特性曲線のシフト量に基づいて、圧電体層70にかかる引張り応力の強さを調整するようにした。詳しくは後述するが、これにより電位変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトしたとしても圧電素子300の変位量が低下してしまうのを防止することができる。   Therefore, in the present invention, the shift amount of the potential displacement characteristic curve due to imprinting is estimated in advance, and the tensile film is formed so as to have a stress determined according to the estimated shift amount. That is, the strength of the tensile stress applied to the piezoelectric layer 70 is adjusted based on the shift amount of the potential displacement characteristic curve. As will be described in detail later, it is possible to prevent the displacement of the piezoelectric element 300 from decreasing even if the potential displacement characteristic curve is shifted to the negative voltage side.

以下、インクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、アクチュエータ装置の製造方法について図6〜図9を参照して説明する。なお、図6〜図9は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図である。   Hereinafter, a method for manufacturing an ink jet recording head, in particular, a method for manufacturing an actuator device will be described with reference to FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber of the ink jet recording head.

まず、図6(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の表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン(SiO)からなる二酸化シリコン膜51を形成する。次いで、図6(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、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55を形成する。 First, as shown in FIG. 6A, a silicon dioxide film 51 made of silicon dioxide (SiO 2 ) constituting the elastic film 50 is formed on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer. Next, as shown in FIG. 6B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51). Specifically, after forming a zirconium (Zr) layer on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51) by, for example, sputtering, the zirconium layer 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 ) is formed.

次いで、図6(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜60は、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜60として、白金(Pt)とイリジウム(Ir)の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 6C, for example, after the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum and iridium on the insulator film 55, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. The lower electrode film 60 is not limited to a laminate of platinum (Pt) and iridium (Ir), and an alloy of these may be used. Further, the lower electrode film 60 may be used as a single layer of any one of platinum (Pt) and iridium (Ir), and a metal or a metal oxide other than these materials may be used. Also good.

次に、図6(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70を形成する。圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層70の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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を形成した。なお、圧電体層70の形成方法は、特に限定されず、例えば、MOD法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 6D, a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) or the like is formed. As a material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) or a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium is used. An added relaxor ferroelectric or the like is used. In the present embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed by applying a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a solvent, drying it to gel, and baking it at a high temperature to form a piezoelectric layer made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 was formed using a so-called sol-gel method for obtaining 70. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and for example, a MOD method or a sputtering method may be used.

次に、図7(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10の全面に形成する。このとき、上述した電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定し、このシフト量に応じた所定応力となるように上電極膜80を形成する。つまり、上電極膜80を含む引張り膜が圧電体層70に所定の引張り応力がかかるように、上電極膜80の応力を調整する。なお、電圧対変位特性曲線のシフト量は、圧電体層70の特性から容易に推定することができる。例えば、圧電体層70の静電容量を測定し、その結果からシフト量を容易に推定することができる。勿論、試験的にヘッドを作製して実際に圧電素子300を駆動させてシフト量を測定するようにしてもよい。   Next, as shown in FIG. 7A, for example, an upper electrode film 80 made of iridium is formed on the entire surface of the flow path forming substrate 10. At this time, the shift amount of the voltage versus displacement characteristic curve described above is estimated in advance, and the upper electrode film 80 is formed so as to have a predetermined stress corresponding to the shift amount. That is, the stress of the upper electrode film 80 is adjusted so that the tensile film including the upper electrode film 80 applies a predetermined tensile stress to the piezoelectric layer 70. Note that the shift amount of the voltage versus displacement characteristic curve can be easily estimated from the characteristics of the piezoelectric layer 70. For example, the capacitance of the piezoelectric layer 70 is measured, and the shift amount can be easily estimated from the result. Of course, it is also possible to make a test head and actually drive the piezoelectric element 300 to measure the shift amount.

上電極膜80の応力は、上電極膜80のヤング率及び残留ひずみによって決まるため、上電極膜80の材料、形状或いは成膜条件によって調整することができる。本実施形態では、スパッタリング法によって上電極膜80を成膜しているため、例えば、スパッタ温度等の成膜条件を適宜調整することで所望の応力を有する上電極膜80を形成することができる。   Since the stress of the upper electrode film 80 is determined by the Young's modulus and residual strain of the upper electrode film 80, it can be adjusted by the material, shape, or film forming conditions of the upper electrode film 80. In this embodiment, since the upper electrode film 80 is formed by the sputtering method, for example, the upper electrode film 80 having a desired stress can be formed by appropriately adjusting the film formation conditions such as the sputtering temperature. .

また上電極膜80の応力は、成膜時に完全に調整するようにしてもよいが、必ずしも成膜時に完全に調整する必要はない。本実施形態では、成膜条件によって上電極膜80の応力を調整しつつ、後述するように上電極膜80の厚さ(形状)によっても上電極膜80の応力を調整している。   Further, the stress of the upper electrode film 80 may be completely adjusted at the time of film formation, but it is not always necessary to adjust it completely at the time of film formation. In the present embodiment, the stress of the upper electrode film 80 is adjusted by the thickness (shape) of the upper electrode film 80 as will be described later, while the stress of the upper electrode film 80 is adjusted by the film forming conditions.

次いで、図7(b)に示すように、これら上電極膜80及び圧電体層70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。   Next, as shown in FIG. 7B, the upper electrode film 80 and the piezoelectric layer 70 are patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 300.

次に、図7(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に保護膜200を形成する。保護膜200は、上述したように上電極膜80と共に引張り膜として機能する。このため、保護膜200の材料としては、耐湿性を有する材料であり、且つ圧電体層70に引張り応力を付与できる必要がある。具体的には、例えば、酸化シリコン(SiO)、酸化タンタル(TaO)、酸化アルミニウム(AlO)等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム(AlO)、例えば、アルミナ(Al)を用いるのが好ましい。なお保護膜200の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜200の膜厚を100nm程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。また保護膜200の応力は、上電極膜80と同様に、形状や成膜条件によって調整することができる。ちなみに、保護膜200の応力は、材料や成膜条件によっても異なるものの上電極膜80の応力に比べて小さい。すなわち、保護膜200も引張り膜として機能するが、主に上電極膜80が引張り膜として機能する。 Next, as shown in FIG. 7C, a protective film 200 is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. The protective film 200 functions as a tensile film together with the upper electrode film 80 as described above. Therefore, the material of the protective film 200 needs to be a material having moisture resistance and to be able to apply tensile stress to the piezoelectric layer 70. Specifically, for example, silicon oxide (SiO x), tantalum oxide (TaO x), it is preferable to use an inorganic insulating material such as aluminum oxide (AlO x), in particular, aluminum oxide is an inorganic amorphous material (AlO x ), For example, it is preferable to use alumina (Al 2 O 3 ). In the case where aluminum oxide is used as the material of the protective film 200, moisture permeation in a high humidity environment can be sufficiently prevented even if the protective film 200 has a relatively thin film thickness of about 100 nm. Further, the stress of the protective film 200 can be adjusted according to the shape and film forming conditions, similarly to the upper electrode film 80. Incidentally, the stress of the protective film 200 is smaller than the stress of the upper electrode film 80 which varies depending on the material and the film forming conditions. That is, the protective film 200 also functions as a tensile film, but the upper electrode film 80 mainly functions as a tensile film.

次いで、図7(d)に示すように、保護膜200の各圧電素子300に対応する領域をエッチングすることにより開口部201及び接続孔202を形成する。なお、保護膜200のエッチングは、例えば、イオンミリングや、反応性ドライエッチング(RIE)等のドライエッチングにより行うことができる。またこのとき、必要に応じて上電極膜80の厚さ方向の一部を除去して薄肉部81を形成する。つまり、上電極膜80の一部の厚さを薄くすることで、引張り膜が圧電体層70に付与する引張り応力の大きさを調整している。これにより、引張り膜である上電極膜80及び保護膜200によって所望の大きさの引張り応力が圧電体層70に付与される。   Next, as shown in FIG. 7D, the opening 201 and the connection hole 202 are formed by etching the region corresponding to each piezoelectric element 300 of the protective film 200. The protective film 200 can be etched by dry etching such as ion milling or reactive dry etching (RIE). At this time, the thin portion 81 is formed by removing a part of the upper electrode film 80 in the thickness direction as necessary. That is, by reducing the thickness of a part of the upper electrode film 80, the magnitude of the tensile stress applied to the piezoelectric layer 70 by the tensile film is adjusted. Thus, a tensile stress having a desired magnitude is applied to the piezoelectric layer 70 by the upper electrode film 80 and the protective film 200 which are tensile films.

次に、リード電極90を形成する。具体的には、図8(a)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)等からなる金属膜91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)を介してこの金属膜91を各圧電素子300毎にパターニングする。次に、図8(b)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を接着剤35を介して接合する。次に、図8(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みとなるように加工する。   Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 8A, after forming a metal film 91 made of, for example, gold (Au) over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, it is made of, for example, a resist or the like. The metal film 91 is patterned for each piezoelectric element 300 through a mask pattern (not shown). Next, as shown in FIG. 8 (b), a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is placed on the side of the piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate wafer 110 through an adhesive 35. Join. Next, as shown in FIG. 8C, the flow path forming substrate wafer 110 is processed to have a predetermined thickness.

次いで、図9(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110に絶縁膜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9(b)に示すように、この絶縁膜52をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(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. 9A, an insulating film 52 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 9B, the pressure generating chamber 12 corresponding to the piezoelectric element 300 is obtained by anisotropically etching (wet etching) the flow path forming substrate wafer 110 using the insulating film 52 as a mask. A communication part 13, an ink supply path 14, a communication path 15 and the like are formed.

このとき、上電極膜80と保護膜200とが引張り膜として機能して圧電体層70に所定の引張り応力が付与されているため、圧力発生室12が形成されると、圧電素子300及び振動板は、圧力発生室12とは反対側が凸となるように若干撓んだ状態となる(図3参照)。このように初期状態の圧電素子300が圧力発生室12とは反対側が凸に撓んだ状態となるようにすることで、その電圧対変位特性曲線は、図10(a)に示すように、撓みが生じていない圧電素子の電圧対変位特性曲線(図中点線)よりも、実質的にプラス電圧側にシフトすることになる。つまり、駆動信号の最低電圧VL及び最高電圧VHの何れもが、電圧対変位特性曲線のほぼ直線的に変化している部分に設定されることになる。   At this time, since the upper electrode film 80 and the protective film 200 function as a tensile film and a predetermined tensile stress is applied to the piezoelectric layer 70, the piezoelectric element 300 and the vibration are generated when the pressure generation chamber 12 is formed. The plate is slightly bent so that the side opposite to the pressure generating chamber 12 is convex (see FIG. 3). Thus, by making the piezoelectric element 300 in the initial state bend in a convex shape on the side opposite to the pressure generating chamber 12, the voltage versus displacement characteristic curve is as shown in FIG. The voltage vs. displacement characteristic curve (dotted line in the figure) of the piezoelectric element that is not bent is substantially shifted to the positive voltage side. That is, both the minimum voltage VL and the maximum voltage VH of the drive signal are set in a portion where the voltage vs. displacement characteristic curve changes almost linearly.

これにより、図10(b)に点線で示すように、電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側に若干シフトしたとしても、最低電圧VLにおける変位の変化量ΔDLと、最高電圧VHにおける変位の変化量ΔDHとは、ほぼ同一の大きさとなる。つまり、最低電圧VLと最高電圧VHとの間の電圧対変位特性曲線は、シフト前後で実質的に線形となる。したがって、最低電圧VLから最高電圧VHまで変化させることよる圧電素子300の変位量D1,D2もほぼ同一となる。すなわち、電圧対変位特性曲線が、いわゆるインプリントによってマイナス電圧側にシフトしたとしても、圧電素子300の変位量が低下することはない。しがって、長期間使用した場合でも、吐出特性が低下することがなく、常に良好な吐出特性で各ノズル開口21からインク滴が吐出される。   As a result, as shown by the dotted line in FIG. 10B, even if the voltage versus displacement characteristic curve is slightly shifted to the negative voltage side, the displacement change ΔDL at the lowest voltage VL and the displacement change at the highest voltage VH. ΔDH has almost the same size. That is, the voltage versus displacement characteristic curve between the lowest voltage VL and the highest voltage VH is substantially linear before and after the shift. Accordingly, the displacement amounts D1 and D2 of the piezoelectric element 300 by changing from the lowest voltage VL to the highest voltage VH are substantially the same. That is, even if the voltage versus displacement characteristic curve is shifted to the negative voltage side by so-called imprinting, the displacement amount of the piezoelectric element 300 does not decrease. Therefore, even when used for a long time, the ejection characteristics do not deteriorate, and ink droplets are always ejected from the nozzle openings 21 with good ejection characteristics.

また、圧電対変位特性曲線のシフト量、つまり圧電体層70の圧電特性は、各ヘッドで多少ばらつきが生じる場合がある。このため、同一の駆動信号で各ヘッドのアクチュエータ装置(圧電素子300)を駆動すると、インク吐出特性にばらつきが生じる虞がある。しかしながら、上述したようにシフト量に応じて、引張り膜によって圧電体層70に所定の引張り応力が付与されるようにすることで、各ヘッドのアクチュエータ装置を同一駆動信号で駆動しても、インク滴の吐出特性が均一化される。   Further, the shift amount of the piezoelectric versus displacement characteristic curve, that is, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 70 may vary somewhat between the heads. For this reason, when the actuator device (piezoelectric element 300) of each head is driven by the same drive signal, there is a possibility that variations in ink ejection characteristics occur. However, as described above, a predetermined tensile stress is applied to the piezoelectric layer 70 by the tensile film in accordance with the shift amount, so that even if the actuator device of each head is driven with the same drive signal, the ink Drop ejection characteristics are made uniform.

また本実施形態では、上電極膜80と保護膜200とが引張り膜として機能するようにし、これら上電極膜80及び保護膜200の応力を、厚さ(形状)等によって制御するようにしている。これにより、引張り膜によって圧電体層70に所望の引張り応力を付与することができる。   In the present embodiment, the upper electrode film 80 and the protective film 200 function as a tensile film, and the stress of the upper electrode film 80 and the protective film 200 is controlled by the thickness (shape) or the like. . Thereby, a desired tensile stress can be applied to the piezoelectric layer 70 by the tensile film.

さらに、本実施形態では、保護膜200の開口部201を介して上電極膜80の一部の厚さを薄くすることで、上電極膜80の応力を調整するようにした。これにより、上電極膜80の応力を確実に調整することができると共に、上電極膜80の抵抗値が大幅に増加してしまうのを防止することができる。つまり、圧電素子300の駆動に悪影響を及ぼすことなく圧電体層70に所望の引張り応力を付与することができる。   Furthermore, in this embodiment, the stress of the upper electrode film 80 is adjusted by reducing the thickness of a part of the upper electrode film 80 through the opening 201 of the protective film 200. Thereby, the stress of the upper electrode film 80 can be adjusted with certainty, and the resistance value of the upper electrode film 80 can be prevented from greatly increasing. That is, a desired tensile stress can be applied to the piezoelectric layer 70 without adversely affecting the driving of the piezoelectric element 300.

なお流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12等を形成した後は、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 the pressure generating chamber 12 and the like are formed on the flow path forming substrate wafer 110, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are cut by, for example, dicing. To remove. 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.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、上電極膜80及び保護膜200が引張り膜として機能するようにした例を説明したが、これに限定されるものではなく、保護膜200は必ずしも設けられていなくてもよい。この場合でも、上電極膜80が引張り膜として十分に機能する。また、勿論、圧電体層70に引張り応力を付与するための引張り膜を、上電極膜80や保護膜200とは別に設けるようにしてもよい。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the present embodiment, an example in which the upper electrode film 80 and the protective film 200 function as a tensile film has been described. However, the present invention is not limited to this, and the protective film 200 is not necessarily provided. Good. Even in this case, the upper electrode film 80 functions sufficiently as a tensile film. Of course, a tensile film for applying a tensile stress to the piezoelectric layer 70 may be provided separately from the upper electrode film 80 and the protective film 200.

また、本実施形態では、駆動信号の一例について説明したが、駆動信号の形状は、特に限定されるものではなく、最低電圧が抗電界を発生させる電圧よりも高い駆動信号であればよい。   In this embodiment, an example of the drive signal has been described. However, the shape of the drive signal is not particularly limited as long as the minimum voltage is a drive signal higher than the voltage that generates the coercive electric field.

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

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 a recording head. 記録ヘッドの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。FIG. 2 is a plan view of a recording head and a longitudinal sectional view of a pressure generating chamber. 記録ヘッドの圧力発生室の幅方向の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view in the width direction of a pressure generation chamber of a recording head. 圧電素子に印加する駆動信号を示す図である。It is a figure which shows the drive signal applied to a piezoelectric element. 圧電素子の電圧対変位特性を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage versus displacement characteristic of a piezoelectric element. 一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a recording head manufacturing method according to an embodiment. 一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a recording head manufacturing method according to an embodiment. 一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a recording head manufacturing method according to an embodiment. 一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a recording head manufacturing method according to an embodiment. 圧電素子の変位量の変化を説明する電圧対変位特性を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage-displacement characteristic explaining the change of the displacement amount of a piezoelectric element.

符号の説明Explanation of symbols

10 流路形成基板、 20 ノズルプレート、 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、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 81 薄肉部、 90 リード電極、 200 保護膜、 201 開口部、 202 接続孔、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 20 Nozzle plate, 30 Protection board | substrate, 40 Compliance board | substrate, 50 Elastic film, 55 Insulator film | membrane, 60 Lower electrode film | membrane, 70 Piezoelectric body layer, 80 Upper electrode film | membrane, 81 Thin part, 90 Lead electrode, 200 protective film, 201 opening, 202 connection hole, 300 piezoelectric element

Claims (6)

基板上に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を有すると共に、前記圧電体層上に形成され当該圧電体層に引張り応力を付与する前記上電極膜を含む引張り膜を有し、前記下電極膜及び前記上電極膜間に印加する電圧を抗電界よりも高い最低電圧から最高電圧の範囲で変化させることで前記圧電素子を撓み変形させるアクチュエータ装置の製造方法であって、
前記圧電素子の繰り返し駆動に伴う当該圧電素子の電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定しておき、このシフト量に応じて決定した応力となるように前記引張り膜を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
A tensile film having a piezoelectric element including a lower electrode film, a piezoelectric layer, and an upper electrode film provided on a substrate, and including the upper electrode film formed on the piezoelectric layer and applying tensile stress to the piezoelectric layer And a method of manufacturing an actuator device that bends and deforms the piezoelectric element by changing a voltage applied between the lower electrode film and the upper electrode film in a range from a lowest voltage higher than a coercive electric field to a highest voltage. And
A shift amount of a voltage-displacement characteristic curve of the piezoelectric element that accompanies repeated driving of the piezoelectric element is estimated in advance, and the tensile film is formed to have a stress determined according to the shift amount. Method for manufacturing an actuator device.
前記引張り膜の応力を、前記上電極膜の厚さによって調整することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置の製造方法。   The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein the stress of the tensile film is adjusted by the thickness of the upper electrode film. 前記アクチュエータ装置は、前記上電極膜上に各圧電素子の前記圧電体層を覆って設けられる保護膜をさらに有し、前記引張り膜が前記上電極膜と前記保護膜とで構成されており、
前記引張り膜の応力を、前記上電極膜及び前記保護膜の厚さによって調整することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
The actuator device further includes a protective film provided on the upper electrode film so as to cover the piezoelectric layer of each piezoelectric element, and the tensile film is composed of the upper electrode film and the protective film,
2. The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein the stress of the tensile film is adjusted by the thicknesses of the upper electrode film and the protective film.
前記保護膜の前記上電極膜に対向する領域に開口部を形成すると共に、当該開口部内の前記上電極膜の厚さ方向の一部を除去することで、前記引張り膜の応力を調整することを特徴とする請求項3に記載のアクチュエータ装置の製造方法。   Adjusting the stress of the tensile film by forming an opening in a region of the protective film facing the upper electrode film and removing a part of the upper electrode film in the thickness direction in the opening; The method of manufacturing an actuator device according to claim 3. 前記電圧対変位特性曲線のシフトによる前記最高電圧における前記圧電素子の変位特性の変化量が、前記圧電素子の電圧対変位特性曲線が前記最低電圧における変位特性の変化量と同等となるように、前記引張り膜の応力を調整することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。   The amount of change in the displacement characteristic of the piezoelectric element at the highest voltage due to the shift of the voltage vs. displacement characteristic curve is such that the voltage vs. displacement characteristic curve of the piezoelectric element is equivalent to the amount of change in the displacement characteristic at the lowest voltage. The method for manufacturing an actuator device according to any one of claims 1 to 4, wherein a stress of the tensile film is adjusted. 請求項1〜5の何れか一項に記載の製造方法によって、液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面に、前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。   The actuator device is formed on one surface of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid droplets by the manufacturing method according to claim 1. A method of manufacturing a liquid ejecting head.
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