JP2014197576A - Liquid injection head, liquid injection apparatus, piezo electric element, ultrasonic transducer and ultrasonic device - Google Patents

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JP2014197576A JP2013071592A JP2013071592A JP2014197576A JP 2014197576 A JP2014197576 A JP 2014197576A JP 2013071592 A JP2013071592 A JP 2013071592A JP 2013071592 A JP2013071592 A JP 2013071592A JP 2014197576 A JP2014197576 A JP 2014197576A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid injection head, a liquid injection apparatus, a piezo electric element, an ultrasonic transducer and an ultrasonic device which can protect a piezo electric element, suppress occurrence of disconnection of wiring or generation of foreign matters, and enable high-density wiring.SOLUTION: A liquid injection head comprises a channel-formed board 10 equipped with a pressure generation chamber 12 intercommunicating with a nozzle opening for injecting liquid, and a piezo electric element 300 which is disposed on one surface side of the channel-formed board 10 and has a first electrode 60, a piezo electric layer 70 and a second electrode 80. Plural active parts 310 which substantially serve as a driving part sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80 are provided. The first electrode 60 is an individual electrode which is provided for each one of the active parts 310, the second electrode 80 is a common electrode provided across the plural active parts 310. The piezo electric layer 70 is provided across the plural active parts 310, and the piezo electric layer 70 is provided with recess portions 71 among the plural active parts 31. The second electrode 80 is not formed at least on a side surface of the recess portion 71.

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波トランスデューサー及び超音波デバイスに関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening, a liquid ejecting apparatus, a piezoelectric element, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic device.

圧電素子(圧電アクチュエーター)を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッドが知られている。この液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドがある。   A liquid ejecting head that ejects liquid droplets from a nozzle opening communicating with a pressure generating chamber by deforming a piezoelectric element (piezoelectric actuator) to cause a pressure fluctuation in the liquid in the pressure generating chamber is known. A typical example of the liquid ejecting head is an ink jet recording head that ejects ink droplets as droplets.

インクジェット式記録ヘッドは、例えば、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側に圧電素子を備え、圧電素子の駆動によって振動板を変形させることで、圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を噴射させる。   An ink jet recording head includes, for example, a piezoelectric element on one side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and deforms a diaphragm by driving the piezoelectric element, thereby The ink is caused to change in pressure, and ink droplets are ejected from the nozzle openings.

ここで、圧電素子は、振動板上に設けられた第1電極、圧電体層及び第2電極を具備し、第1電極及び第2電極には、駆動IC等に接続された配線と接続するための配線層が接続されたものがある(例えば、特許文献1参照)。   Here, the piezoelectric element includes a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode provided on the diaphragm, and the first electrode and the second electrode are connected to a wiring connected to a driving IC or the like. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses a wiring layer connected to the wiring layer.

特開2011−110784号公報JP 2011-110784 A

しかしながら、圧電素子の実質的な駆動部となる能動部を切り分ける圧電体層に設けられた凹部の側面形状が急峻、すなわち、流路形成基板の表面に対して垂直に近い角度で形成された場合や側面の凹凸(ラフネス)が大きい場合に側面上に第2電極がうまく形成されずに断線したり、剥離して異物となってしまうという虞があるという問題がある。
特に、圧電体層の凹部をウェットエッチングで形成する際にラフネスが大きくなってしまい、第2電極の付き周り不良が発生し易い。
However, when the side surface shape of the concave portion provided in the piezoelectric layer that separates the active portion that is the substantial driving portion of the piezoelectric element is steep, that is, formed at an angle close to perpendicular to the surface of the flow path forming substrate In addition, there is a problem that when the unevenness (roughness) of the side surface is large, the second electrode may not be well formed on the side surface and may be disconnected or peeled off to become a foreign matter.
In particular, when the concave portion of the piezoelectric layer is formed by wet etching, the roughness becomes large, and the attachment around the second electrode is liable to occur.

また、側面の角度を流路形成基板の表面に近づける角度で形成すると、圧電素子(能動部)を高密度で配置することができないという問題がある。
また、圧電素子の変位特性を向上するために、第2電極の厚さを薄くすると、凹部の側面内への付き周り不良が特に発生し易くなる。
Further, when the side surface is formed at an angle close to the surface of the flow path forming substrate, there is a problem that the piezoelectric elements (active portions) cannot be arranged with high density.
In addition, if the thickness of the second electrode is reduced in order to improve the displacement characteristics of the piezoelectric element, a contact defect in the side surface of the recess is particularly likely to occur.

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子を保護することができると共に配線の断線や異物の発生を抑え、高密度に配設することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波トランスデューサー及び超音波デバイスを提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention can protect a piezoelectric element, suppress disconnection of wiring and generation of foreign matter, and can be disposed at a high density, a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, a piezoelectric element, a super It is an object to provide an acoustic transducer and an ultrasonic device.

上記課題を解決する本発明の態様は、液体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と、該流路形成基板の一方面側に設けられて、第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、前記第1電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、前記第2電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、前記凹部の少なくとも側面上には、前記第2電極が形成されていないことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第2電極を形成しないようにすることで、凹部内での第2電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。
An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and a first electrode provided on one side of the flow path forming substrate. A liquid ejecting head including a piezoelectric layer and a piezoelectric element having a second electrode, and a plurality of active parts serving as a substantial driving part sandwiched between the first electrode and the second electrode. The first electrode is an individual electrode provided for each active part, the second electrode is a common electrode provided across the plurality of active parts, and the piezoelectric layer includes a plurality of active parts. The piezoelectric layer is provided with a recess between the plurality of active portions, and the second electrode is not formed on at least the side surface of the recess. The liquid jet head is characterized by the following.
In such an aspect, by preventing the second electrode from being formed on the side surface of the concave portion of the piezoelectric layer, disconnection or peeling due to poor formation of the second electrode in the concave portion can be suppressed.

ここで、前記凹部の少なくとも側面上には、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることが好ましい。これによれば、凹部の側面上に保護膜を形成することで、圧電体層の外部環境による破壊を抑制することができる。   Here, it is preferable that a protective film made of an insulating material is formed on at least the side surface of the recess. According to this, by forming the protective film on the side surface of the recess, it is possible to suppress the destruction of the piezoelectric layer due to the external environment.

また、前記保護膜が、前記第2電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることが好ましい。これによれば、保護膜が能動部の変位を阻害するのを抑制して、能動部の圧電特性を向上することができる。   The protective film is preferably formed of a material having a Young's modulus smaller than that of the second electrode. According to this, it can suppress that a protective film inhibits the displacement of an active part, and can improve the piezoelectric characteristic of an active part.

また、前記保護膜は内部応力が引っ張り応力であることが好ましい。これによれば、能動部を流路形成基板とは反対側に凸となるように変形させることができ、能動部の変位量を向上することができる。   The protective film preferably has a tensile stress as an internal stress. According to this, the active part can be deformed so as to be convex on the side opposite to the flow path forming substrate, and the amount of displacement of the active part can be improved.

また、前記第2電極上には、前記凹部以外の領域に複数の前記能動部に亘って連続して設けられた配線層を有することが好ましい。これによれば、第2電極が凹部で分断されることで電気抵抗値が高くなったとしても、一つ或いは少数の能動部を単独或いは同時に駆動する場合と、多数の能動部を同時に駆動して多数の液滴を一度に吐出させる場合とで電圧降下が発生するのを抑制して、液滴の吐出特性の低下及びばらつきを抑制することができる。   Moreover, it is preferable to have a wiring layer provided continuously over the plurality of active portions in a region other than the concave portion on the second electrode. According to this, even if the electrical resistance value is increased by dividing the second electrode by the concave portion, one or a few active parts are driven alone or simultaneously, and a large number of active parts are driven simultaneously. Thus, it is possible to suppress a voltage drop from occurring when a large number of droplets are discharged at a time, and to suppress a drop and variation in droplet discharge characteristics.

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、第2電極の断線や剥離等を抑制すると共に圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to the above aspect.
In this aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus that improves reliability by suppressing breakage and peeling of the second electrode and suppressing breakage of the piezoelectric layer.

また、本発明の他の態様は、第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電素子であって、前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、前記第1電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、前記第2電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、前記凹部の少なくとも側面上には、前記第2電極が形成されることなく、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第2電極を形成しないようにすることで、凹部内での第2電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。また、凹部の側面上に保護膜を形成することで、圧電体層の外部環境による破壊を抑制することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element having a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode, which is a substantial driving unit sandwiched between the first electrode and the second electrode. A plurality of active portions, wherein the first electrode is an individual electrode provided for each active portion, the second electrode is a common electrode provided across the plurality of active portions, and the piezoelectric layer Is provided over a plurality of active portions, and the piezoelectric layer is provided with a recess between the plurality of active portions, and the second electrode is provided on at least a side surface of the recess. The piezoelectric element is characterized in that a protective film made of an insulating material is formed without being formed.
In such an aspect, by preventing the second electrode from being formed on the side surface of the concave portion of the piezoelectric layer, disconnection or peeling due to poor formation of the second electrode in the concave portion can be suppressed. In addition, by forming a protective film on the side surface of the recess, it is possible to suppress destruction of the piezoelectric layer due to the external environment.

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の圧電素子を具備することを特徴とする超音波トランスデューサーにある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第2電極を形成しないようにすることで、凹部内での第2電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。したがって、能動部の側面を急峻にして、高密度配置が可能となる。
Furthermore, another aspect of the present invention is an ultrasonic transducer including the piezoelectric element according to the above aspect.
In such an aspect, by preventing the second electrode from being formed on the side surface of the concave portion of the piezoelectric layer, disconnection or peeling due to poor formation of the second electrode in the concave portion can be suppressed. Accordingly, the side surface of the active portion is steep and high density arrangement is possible.

また、本発明の他の態様は、開口を有する基板と、該基板上に設けられた上記態様の超音波トランスデューサーと、具備することを特徴とする超音波デバイスにある。
かかる態様では、第2電極の断線や剥離等を抑制すると共に圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した超音波デバイスを実現できる。
According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic device comprising: a substrate having an opening; and the ultrasonic transducer according to the above aspect provided on the substrate.
In this aspect, it is possible to realize an ultrasonic device that has improved reliability by suppressing breakage and peeling of the second electrode and suppressing breakage of the piezoelectric layer.

本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの流路形成基板の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a flow path forming substrate of the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの断面図及び拡大断面図である。2A and 2B are a cross-sectional view and an enlarged cross-sectional view of a recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head according to Embodiment 1 of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the recording head according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態1に係る液体噴射装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the liquid ejecting apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る超音波デバイスの平面図及び断面図である。It is the top view and sectional view of an ultrasonic device concerning Embodiment 2 of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(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斜視図であり、図2はインクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図3は図2のA−A′線に準ずる断面図であり、図4は図2のB−B′線に準ずる断面図であり、図5は図2のC−C′線の断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet recording head that is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a flow path forming substrate of the ink jet recording head, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.

図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドIが備える流路形成基板10には、圧力発生室12が形成されている。そして、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、この第1の方向Xと直交する方向を、以降、第2の方向Yと称する。   As shown in the drawing, a pressure generating chamber 12 is formed in a flow path forming substrate 10 provided in an ink jet recording head I which is an example of a liquid ejecting head of the present embodiment. The pressure generating chambers 12 partitioned by the plurality of partition walls 11 are arranged side by side along the direction in which the plurality of nozzle openings 21 for discharging ink are arranged in parallel. Hereinafter, this direction is referred to as a direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged side by side or a first direction X. Further, the direction orthogonal to the first direction X is hereinafter referred to as a second direction Y.

また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向の一端部側、すなわち第1の方向Xに直交する第2の方向Yの一端部側には、インク供給路13と連通路14とが複数の隔壁11によって区画されている。連通路14の外側(第2の方向Yにおいて圧力発生室12とは反対側)には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する連通部15が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路が設けられている。   An ink supply path 13 and a communication path 14 are provided on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10, that is, on one end side in the second direction Y orthogonal to the first direction X. Is partitioned by a plurality of partition walls 11. On the outside of the communication passage 14 (on the side opposite to the pressure generation chamber 12 in the second direction Y), a communication portion that constitutes a part of the manifold 100 serving as a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generation chamber 12. 15 is formed. That is, the flow path forming substrate 10 is provided with a liquid flow path including a pressure generation chamber 12, an ink supply path 13, a communication path 14, and a communication portion 15.

流路形成基板10の一方面側、すなわち圧力発生室12等の液体流路が開口する面には、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接合されている。すなわち、ノズルプレート20には、第1の方向Xにノズル開口21が並設されている。   On one side of the flow path forming substrate 10, that is, the surface where the liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 opens, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with each pressure generation chamber 12 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. In other words, the nozzle openings 21 are arranged in the nozzle plate 20 in the first direction X.

流路形成基板10の他方面側には、振動板50が形成されている。本実施形態に係る振動板50は、流路形成基板10上に形成された弾性膜51と、弾性膜51上に形成された絶縁体膜52とで構成されている。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、振動板50(弾性膜51)で構成されている。   A diaphragm 50 is formed on the other surface side of the flow path forming substrate 10. The diaphragm 50 according to the present embodiment includes an elastic film 51 formed on the flow path forming substrate 10 and an insulator film 52 formed on the elastic film 51. The liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 is formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 from one surface, and the other surface of the liquid flow path such as the pressure generation chamber 12 is a diaphragm. 50 (elastic film 51).

絶縁体膜52上には、第1電極60と圧電体層70と第2電極80とで構成される圧電素子300が形成されている。この基板(流路形成基板10)に設けられた圧電素子300が本実施形態のアクチュエーター装置となる。   On the insulator film 52, the piezoelectric element 300 including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 is formed. The piezoelectric element 300 provided on the substrate (the flow path forming substrate 10) is the actuator device of the present embodiment.

以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子300について、図3及び図4を参照してさらに詳細に説明する。
図示するように、圧電素子300を構成する第1電極60は、圧力発生室12毎に切り分けられて、後述する圧電素子300の実質的な駆動部である能動部毎に独立する個別電極を構成する。この第1電極60は、圧力発生室の第1の方向Xにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対抗する領域の内側に位置している。また、第2の方向Yにおいて、第1電極60の両端部は、それぞれ圧力発生室12の外側まで延設されている。なお、第1電極60の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)等の貴金属が好適に用いられる。
Hereinafter, the piezoelectric element 300 constituting the actuator device will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.
As shown in the figure, the first electrode 60 constituting the piezoelectric element 300 is separated for each pressure generation chamber 12 and constitutes an independent electrode for each active part which is a substantial driving part of the piezoelectric element 300 described later. To do. The first electrode 60 is formed with a width narrower than the width of the pressure generation chamber 12 in the first direction X of the pressure generation chamber. That is, in the first direction X of the pressure generation chamber 12, the end portion of the first electrode 60 is located inside the region facing the pressure generation chamber 12. In the second direction Y, both end portions of the first electrode 60 are extended to the outside of the pressure generation chamber 12. The material of the first electrode 60 is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, a noble metal such as platinum (Pt) or iridium (Ir) is preferably used.

圧電体層70は、第2の方向Yが所定の幅となるように、第1の方向Xに亘って連続して設けられている。圧電体層70の第2の方向Yの幅は、圧力発生室12の第2の方向Yの長さよりも広い。このため、圧力発生室12の第2の方向Yでは、圧電体層70は圧力発生室12の外側まで設けられている。   The piezoelectric layer 70 is continuously provided in the first direction X so that the second direction Y has a predetermined width. The width of the piezoelectric layer 70 in the second direction Y is wider than the length of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y. Therefore, in the second direction Y of the pressure generation chamber 12, the piezoelectric layer 70 is provided to the outside of the pressure generation chamber 12.

圧力発生室12の第2の方向Yにおいて、圧電体層70のインク供給路13側の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置している。すなわち、第1電極60の端部は圧電体層70によって覆われている。また、圧電体層70のノズル開口21側の端部は、第1電極60の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置しており、第1電極60のノズル開口21側の端部は、圧電体層70に覆われていない。   In the second direction Y of the pressure generating chamber 12, the end of the piezoelectric layer 70 on the ink supply path 13 side is located outside the end of the first electrode 60. That is, the end portion of the first electrode 60 is covered with the piezoelectric layer 70. The end of the piezoelectric layer 70 on the nozzle opening 21 side is located on the inner side (pressure generation chamber 12 side) of the end of the first electrode 60, and the end of the first electrode 60 on the nozzle opening 21 side. The portion is not covered with the piezoelectric layer 70.

圧電体層70は、第1電極60上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ABOで示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Aは、鉛を含み、Bは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Bは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層70としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3:PZT)、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O3:PZTNS)などを用いることができる。 The piezoelectric layer 70 is made of a piezoelectric material of the oxide having a polarization structure formed on the first electrode 60, for example, may consist of a perovskite oxide represented by the general formula ABO 3, A is Pb B can contain at least one of zirconium and titanium. The B may further contain niobium, for example. Specifically, as the piezoelectric layer 70, for example, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O3: PZT), lead zirconate titanate niobate containing silicon (Pb (Zr, Ti, Nb)) O3: PZTNS) or the like can be used.

また、圧電体層70は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。   Further, the piezoelectric layer 70 is a lead-free piezoelectric material that does not contain lead, for example, a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth ferrate or bismuth ferrate manganate, barium titanate or potassium bismuth titanate, or the like. It is good.

圧電体層70は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのPVD(Physical Vapor Deposition)法(気相法)などで形成することができる。   As will be described in detail later, the piezoelectric layer 70 is a liquid phase method such as a sol-gel method or a MOD (Metal-Organic Decomposition) method, or a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a sputtering method or a laser ablation method. Phase method).

このような圧電体層70には、各隔壁11に対応する凹部71が形成されている。この凹部71の第1の方向Xの幅は、各隔壁11の第1の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板50の圧力発生室12の第2の方向Yの端部に対抗する部分(いわゆる振動板50の腕部)の剛性が押さえられるため、圧電素子300を良好に変位させることができる。   In such a piezoelectric layer 70, recesses 71 corresponding to the respective partition walls 11 are formed. The width of the recess 71 in the first direction X is substantially the same as or wider than the width of each partition 11 in the first direction. As a result, the rigidity of the portion of the vibration plate 50 that opposes the end portion of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y (the arm portion of the vibration plate 50) is suppressed, so that the piezoelectric element 300 can be favorably displaced. it can.

第2電極80は、圧電体層70の第1電極60とは反対面側に設けられており、複数の能動部310に共通する共通電極を構成する。
ここで、第2電極80は、少なくとも圧電体層70の凹部71の内壁面には設けられていない。すなわち、圧電体層70の凹部71の流路形成基板10の表面に交差する側面上には、第2電極80が設けられていない。
The second electrode 80 is provided on the opposite surface side of the piezoelectric layer 70 from the first electrode 60 and constitutes a common electrode common to the plurality of active portions 310.
Here, the second electrode 80 is not provided at least on the inner wall surface of the recess 71 of the piezoelectric layer 70. That is, the second electrode 80 is not provided on the side surface intersecting the surface of the flow path forming substrate 10 of the recess 71 of the piezoelectric layer 70.

そして、このような第2電極80は、凹部71の第2の方向Yの両側において複数の能動部310に亘って連続して設けられている。すなわち、第2電極80は、凹部71内には設けられておらず、圧電体層70上の凹部71の周囲に亘って連続して設けられている。   The second electrode 80 is continuously provided across the plurality of active portions 310 on both sides of the recess 71 in the second direction Y. That is, the second electrode 80 is not provided in the recess 71, but is provided continuously around the periphery of the recess 71 on the piezoelectric layer 70.

このように、圧電体層70の凹部71の側面上に第2電極80を形成しないことで、第2電極80が剥離して異物となることや、断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層70の凹部71の側面が急峻、すなわち、流路形成基板10(流路形成基板用ウェハー110)の表面に対して垂直に近い角度で形成することや、凹部71の側面の凹凸(ラフネス)が大きすることができる。このため、圧電体層70の凹部71の側面を急峻にして圧電体層70を高密度に配置することができると共に、圧電体層70のパターニング方法に制限がなく、効率よく低コストな方法でパターニングすることができる。   Thus, by not forming the second electrode 80 on the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70, it is possible to suppress the second electrode 80 from being peeled off and becoming a foreign substance or from being disconnected. Accordingly, the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70 is steep, that is, formed at an angle close to perpendicular to the surface of the flow path forming substrate 10 (flow path forming substrate wafer 110), Unevenness (roughness) can be increased. For this reason, the side surfaces of the recesses 71 of the piezoelectric layer 70 can be steep, and the piezoelectric layer 70 can be arranged at a high density, and the patterning method of the piezoelectric layer 70 is not limited, and it is an efficient and low-cost method. It can be patterned.

また、第2電極80を圧電体層70の凹部71の側面上に形成しないことで、第2電極80の側面への付き周り不良を抑制することができるため、第2電極80の厚さを比較的薄くして、圧電素子300(能動部310)の変位特性を向上することができる。   In addition, since the second electrode 80 is not formed on the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70, it is possible to suppress poor contact with the side surface of the second electrode 80. The displacement characteristics of the piezoelectric element 300 (active part 310) can be improved by making it relatively thin.

また、第2電極80は、本実施形態では、第1電極60上から圧電体層70の側面を介して圧電体層70の流路形成基板10とは反対側の面上まで延設されている。そして、第1電極60上から連続する第2電極80と、圧電体層70の主要部(能動部310)に設けられた第2電極80とは、除去部83を介して電気的に切断されている。すなわち、第1電極60上から圧電体層70上に延設された第2電極80と、能動部310に設けられた第2電極80とは、同一層からなるが電気的に不連続となるように形成されている。ここで、除去部83は、圧電体層70上(流路形成基板10とは反対面側)のノズル開口21側に設けられており、第2電極80を厚さ方向(流路形成基板10と圧電素子300との積層方向)に貫通して電気的に切断するものである。このような除去部83は、第1の方向Xに亘って連続して設けられることで、隣り合う第1電極60上の第2電極80同士が電気的に独立するように設けられている。   In the present embodiment, the second electrode 80 extends from the first electrode 60 to the surface of the piezoelectric layer 70 opposite to the flow path forming substrate 10 through the side surface of the piezoelectric layer 70. Yes. Then, the second electrode 80 continuous from the top of the first electrode 60 and the second electrode 80 provided in the main part (active part 310) of the piezoelectric layer 70 are electrically disconnected via the removing part 83. ing. That is, the second electrode 80 extended from the first electrode 60 onto the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 provided in the active part 310 are made of the same layer but are electrically discontinuous. It is formed as follows. Here, the removing portion 83 is provided on the nozzle opening 21 side on the piezoelectric layer 70 (on the side opposite to the flow path forming substrate 10), and the second electrode 80 is disposed in the thickness direction (flow path forming substrate 10). And the piezoelectric element 300 in the stacking direction) and electrically cut. Such a removal part 83 is provided so that the 2nd electrodes 80 on the adjacent 1st electrode 60 may become electrically independent by providing continuously in the 1st direction X. As shown in FIG.

このような第2電極80としては、導電性を有する材料、例えば、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)等の金属材料や金属酸化物などを用いることができる。もちろん、第2電極80は、上記金属材料の単一材料であっても、複数の材料が混合した複数材料であってもよく、単層であっても2層以上を積層した複数層であってもよい。   As the second electrode 80, a conductive material, for example, a metal material such as iridium (Ir), platinum (Pt), palladium (Pd), or gold (Au), a metal oxide, or the like is used. it can. Of course, the second electrode 80 may be a single material of the above metal material, a plurality of materials in which a plurality of materials are mixed, or a single layer or a plurality of layers in which two or more layers are laminated. May be.

このような第1電極60、圧電体層70及び第2電極80で構成される圧電素子300は、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第1電極60と第2電極80とで挟まれている圧電体層70に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分、すなわち、第1電極60と第2電極80とで挟まれた領域を能動部310と称する。これに対して、圧電体層70に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層70に圧電歪みが生じる能動部310において、圧力発生室12に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室12の外側の部分を非可撓部と称する。   Such a piezoelectric element 300 including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 is displaced by applying a voltage between the first electrode 60 and the second electrode 80. That is, by applying a voltage between both electrodes, a piezoelectric strain is generated in the piezoelectric layer 70 sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80. A portion where piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70 when a voltage is applied to both electrodes, that is, a region sandwiched between the first electrode 60 and the second electrode 80 is referred to as an active portion 310. On the other hand, a portion where no piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70 is referred to as an inactive portion. Further, in the active part 310 in which piezoelectric distortion occurs in the piezoelectric layer 70, a part facing the pressure generation chamber 12 is referred to as a flexible part, and a part outside the pressure generation chamber 12 is referred to as a non-flexible part.

本実施形態では、第2の方向Yにおいて、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80の全てが圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部310が圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部310のうち圧電素子300の圧力発生室12に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室12の外側の部分が非可撓部となっている。
すなわち、本実施形態では、図3に示すように、能動部310の第2の方向Yの端部は、第2電極80の端部(除去部83による端部も含む)によって規定されている。
In the present embodiment, all of the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are continuously provided to the outside of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y. That is, the active part 310 is continuously provided to the outside of the pressure generation chamber 12. Therefore, a portion of the active portion 310 that faces the pressure generation chamber 12 of the piezoelectric element 300 is a flexible portion, and a portion outside the pressure generation chamber 12 is a non-flexible portion.
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the end portion in the second direction Y of the active portion 310 is defined by the end portion of the second electrode 80 (including the end portion by the removal portion 83). .

また、能動部310の第1の方向Xの端部は、第1電極60によって規定されている。そして、第1電極60の第1の方向Xの端部は、圧力発生室12に相対向する領域内に設けられている。したがって、能動部310の第1の方向Xの端部は、可撓部に設けられていることになり、第1の方向Xにおいて、能動部310と非能動部との境界における応力が振動板50の変形によって開放される。このため、能動部310の第1の方向Xの端部における応力集中に起因する焼損やクラック等の破壊を抑制することができる。   Further, the end of the active part 310 in the first direction X is defined by the first electrode 60. The end portion of the first electrode 60 in the first direction X is provided in a region facing the pressure generation chamber 12. Therefore, the end portion of the active portion 310 in the first direction X is provided in the flexible portion, and in the first direction X, the stress at the boundary between the active portion 310 and the inactive portion is caused by the diaphragm. Released by 50 deformations. For this reason, destruction such as burnout and cracks due to stress concentration at the end portion of the active portion 310 in the first direction X can be suppressed.

このような圧電素子300では、第1電極60の主要部分を圧電体層70が覆っているため、第1電極60と第2電極80との間で電流がリークすることがなく、圧電素子300の破壊を抑制することができる。ちなみに、第1電極60と第2電極80とが近接した状態で露出されていると、圧電体層70の表面を電流がリークし、圧電体層70が破壊されてしまう。なお、第1電極60と第2電極80とが露出されていても距離が近くなければ、電流のリークは発生しない。   In such a piezoelectric element 300, since the main part of the first electrode 60 is covered with the piezoelectric layer 70, current does not leak between the first electrode 60 and the second electrode 80, and the piezoelectric element 300. Can be prevented from breaking. Incidentally, if the first electrode 60 and the second electrode 80 are exposed in the proximity of each other, current leaks from the surface of the piezoelectric layer 70 and the piezoelectric layer 70 is destroyed. Even if the first electrode 60 and the second electrode 80 are exposed, current leakage does not occur unless the distance is short.

このような圧電素子300の圧電体層70に設けられた凹部71内には、圧電体層70の側面上に絶縁材料からなる保護膜200が設けられている。
保護膜200の材料としては、耐湿性を有する絶縁材料からなる。このように圧電素子300を保護膜200で覆うことにより、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、このような保護膜200の材料としては、耐湿性を有する材料であればよく、無機絶縁材料や有機絶縁材料などを用いることができる。
A protective film 200 made of an insulating material is provided on the side surface of the piezoelectric layer 70 in the recess 71 provided in the piezoelectric layer 70 of the piezoelectric element 300.
The material of the protective film 200 is made of an insulating material having moisture resistance. By covering the piezoelectric element 300 with the protective film 200 in this way, it is possible to prevent the piezoelectric element 300 from being destroyed due to moisture in the atmosphere. Here, the material of the protective film 200 may be a material having moisture resistance, and an inorganic insulating material, an organic insulating material, or the like can be used.

保護膜200として利用できる無機絶縁材料としては、例えば、酸化シリコン(SiOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化アルミニウム(AlOx)及び酸化チタン(TiOx)から選択される少なくとも一種が挙げられる。保護膜200の無機絶縁材料としては、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム(AlOx)、例えば、アルミナ(Al)を用いるのが好ましい。なお、無機絶縁材料からなる保護膜200は、例えば、MOD法、ゾル−ゲル法、スパッタリング法、CVD法等の気相成膜により形成することができる。 Examples of the inorganic insulating material that can be used as the protective film 200 include at least one selected from silicon oxide (SiOx), zirconium oxide (ZrOx), tantalum oxide (TaOx), aluminum oxide (AlOx), and titanium oxide (TiOx). Can be mentioned. As the inorganic insulating material of the protective film 200, it is particularly preferable to use inorganic amorphous material such as aluminum oxide (AlOx), for example, alumina (Al 2 O 3 ). The protective film 200 made of an inorganic insulating material can be formed by vapor phase film formation such as MOD method, sol-gel method, sputtering method, and CVD method, for example.

一方、保護膜200として利用できる有機絶縁材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、珪素系樹脂及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも一種が挙げられる。なお、有機絶縁材料からなる保護膜200は、例えば、スピンコーティング法、スプレー法などの溶液塗布法である液相成膜により形成することができる。   On the other hand, examples of the organic insulating material that can be used as the protective film 200 include at least one selected from an epoxy resin, a polyimide resin, a silicon resin, and a fluorine resin. The protective film 200 made of an organic insulating material can be formed, for example, by liquid phase film formation that is a solution coating method such as a spin coating method or a spray method.

なお、保護膜200としては、圧電体層70の凹部71内の側面に、第2電極80よりもカバレッジ良く形成できる材料が好ましい。これにより、圧電体層70の凹部71内の側面上に第2電極80を設けるのに比べて、圧電体層70の側面のカバレッジを向上することができ、保護膜200で圧電体層70の凹部71内の側面を確実に覆って圧電体層70を保護することができる。   The protective film 200 is preferably made of a material that can be formed on the side surface in the recess 71 of the piezoelectric layer 70 with better coverage than the second electrode 80. Accordingly, the coverage of the side surface of the piezoelectric layer 70 can be improved as compared with the case where the second electrode 80 is provided on the side surface in the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70, and the protective film 200 is used to improve the coverage of the piezoelectric layer 70. It is possible to protect the piezoelectric layer 70 by reliably covering the side surface in the recess 71.

また、保護膜200は、第2電極80よりもヤング率が低い材料を用いるのが好ましい。これにより、圧電体層70の側面(凹部71の壁面)に第2電極80を設けた場合に比べて、第2電極80よりもヤング率の低い保護膜200を設けることで、圧電素子300(能動部)の変位特性を向上することができる。   The protective film 200 is preferably made of a material having a Young's modulus lower than that of the second electrode 80. Thereby, compared with the case where the 2nd electrode 80 is provided in the side surface (wall surface of the recessed part 71) of the piezoelectric material layer 70, by providing the protective film 200 whose Young's modulus is lower than the 2nd electrode 80, the piezoelectric element 300 ( The displacement characteristics of the active part) can be improved.

さらに、保護膜200は、内部応力が引っ張り応力であるのが好ましい。このように保護膜200の内部応力を引っ張り応力とすることで、能動部310を圧力発生室12とは反対側に凸として、変位特性を向上することができる。なお、保護膜200の内部応力を引っ張り応力とするには、CVD法などの気相成膜やスピンコート法等の溶液塗布法などの液相成膜によって実現できる。   Furthermore, the protective film 200 preferably has a tensile stress as an internal stress. In this way, by making the internal stress of the protective film 200 a tensile stress, the active portion 310 can be convex on the side opposite to the pressure generating chamber 12 and the displacement characteristics can be improved. Note that the tensile stress can be used as the internal stress of the protective film 200 by liquid phase film formation such as vapor phase film formation such as CVD method or solution coating method such as spin coating method.

本実施形態では、保護膜200として、ポリイミドを凹部71内に充填するように設けた。また、本実施形態では、保護膜200をスピンコート法によって凹部71内のみに充填するように形成した。このように形成された保護膜200は、その表面(流路形成基板10とは反対面側)が第2電極80の表面に連続して凹となる曲面状に形成される。   In this embodiment, the protective film 200 is provided so that polyimide is filled in the recess 71. In the present embodiment, the protective film 200 is formed so as to be filled only in the recess 71 by spin coating. The protective film 200 thus formed is formed into a curved surface whose surface (on the side opposite to the flow path forming substrate 10) is continuously concave on the surface of the second electrode 80.

なお、このような本実施形態の保護膜200は、第2電極80の上には形成されていない。これは、能動部310上に保護膜200を設けると、能動部310が保護膜200によって拘束され、能動部310の変位特性が低下してしまうからである。また、能動部310以外の領域においても、第2電極80上に保護膜200が形成されていると、詳しくは後述する配線などを第2電極80上に形成する際に邪魔になってしまい、コンタクトホール等が必要になってしまう。本実施形態では、凹部71内のみに保護膜200を設けることで、能動部310の変位を阻害することなく、また、コンタクトホール等を形成することなく、圧電体層70を保護することができる。   Note that the protective film 200 of this embodiment is not formed on the second electrode 80. This is because if the protective film 200 is provided on the active part 310, the active part 310 is restrained by the protective film 200 and the displacement characteristics of the active part 310 are deteriorated. Further, even in a region other than the active portion 310, if the protective film 200 is formed on the second electrode 80, it will be an obstacle when forming a wiring or the like to be described later on the second electrode 80 in detail. Contact holes are required. In the present embodiment, by providing the protective film 200 only in the recess 71, the piezoelectric layer 70 can be protected without inhibiting the displacement of the active part 310 and without forming a contact hole or the like. .

また、凹部71内に設けられた保護膜200上には第2電極80が形成されていない。ちなみに、保護膜200上に第2電極80を形成すると、第2電極80はヤング率が大きいため、能動部310の変位量が低下してしまう。本実施形態では、保護膜200上に第2電極80や詳しくは後述する配線等を設けないことで、能動部310の変位低下を抑制することができる。
なお、本実施形態の凹部71は、例えば、圧力発生室12の第2の方向Yよりも短くてもよく、あた、圧力発生室12の第2の方向Yよりも長くてもよい。
Further, the second electrode 80 is not formed on the protective film 200 provided in the recess 71. Incidentally, when the second electrode 80 is formed on the protective film 200, the displacement amount of the active portion 310 is reduced because the second electrode 80 has a large Young's modulus. In the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in displacement of the active portion 310 by not providing the second electrode 80 or a wiring described later in detail on the protective film 200.
In addition, the recessed part 71 of this embodiment may be shorter than the 2nd direction Y of the pressure generation chamber 12, for example, and may be longer than the 2nd direction Y of the pressure generation chamber 12.

ここで、凹部71の大きさの違いを図5に示す。なお、図5は、凹部の大きさの違いを示す図2のC−C′線断面図である。
図5(a)に示すように、凹部71は、圧力発生室12の第2の方向Yの端部よりも内側に設けられている。これにより、圧力発生室12の第2の方向Yの端部上には、圧電素子300が形成されていることになり、圧力発生室12の第2の方向Yの端部上での振動板50等の破壊を抑制することができる。
Here, the difference in size of the recess 71 is shown in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 2 showing the difference in size of the recesses.
As shown in FIG. 5A, the recess 71 is provided on the inner side of the end portion in the second direction Y of the pressure generation chamber 12. Accordingly, the piezoelectric element 300 is formed on the end portion of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y, and the diaphragm on the end portion of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y is formed. The destruction of 50 or the like can be suppressed.

また、図5(b)に示すように、凹部71は、圧力発生室12の第2の方向Yの端部よりも外側まで延設されている。これにより、圧力発生室12の第2の方向Yの端部上の振動板50が変位し易くなり、能動部310の変位特性は向上する。
このような凹部71の第2の方向Yの長さについては、振動板50や圧電素子300の特性などに基づいて適宜選択すればよい。
Further, as shown in FIG. 5B, the recess 71 extends to the outside of the end portion of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y. Thereby, the diaphragm 50 on the end portion of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y is easily displaced, and the displacement characteristics of the active portion 310 are improved.
The length of the recess 71 in the second direction Y may be appropriately selected based on the characteristics of the diaphragm 50 and the piezoelectric element 300.

このような圧電素子300の第1電極60と、第2電極80とには、本実施形態の配線層であるリード電極90(個別リード電極91及び共通リード電極92)が接続されている。
個別リード電極91及び共通リード電極92(以降、両者を合わせてリード電極90と称する)は、本実施形態では、同一層からなるが、電気的に不連続となるように形成されている。
The lead electrode 90 (individual lead electrode 91 and common lead electrode 92), which is the wiring layer of the present embodiment, is connected to the first electrode 60 and the second electrode 80 of the piezoelectric element 300.
In this embodiment, the individual lead electrode 91 and the common lead electrode 92 (hereinafter collectively referred to as the lead electrode 90) are made of the same layer but are electrically discontinuous.

ここで、個別リード電極91は、圧電体層70の外側に設けられた第1電極60上、本実施形態では、第1電極60上に設けられた第2電極80と同一の電極層上から振動板50上まで引き出されている。
また、共通リード電極92は、第1の方向Xの両端部において、第2電極80上から振動板50上まで第2の方向Yに引き出されている。
Here, the individual lead electrode 91 is formed on the first electrode 60 provided on the outside of the piezoelectric layer 70, and in the present embodiment, on the same electrode layer as the second electrode 80 provided on the first electrode 60. It is pulled out to the top of the diaphragm 50.
Further, the common lead electrode 92 is drawn in the second direction Y from the second electrode 80 to the diaphragm 50 at both ends in the first direction X.

また、共通リード電極92は、凹部71の第2の方向Yの両側に、複数の能動部310に亘って連続して設けられた延設部93を有してもよい。本実施形態では、延設部93は、第2の方向Yにおいて、圧力発生室12の壁面上に、すなわち、可撓部と非可撓部との境界部分に跨って設けられている。すなわち、延設部93は、複数の能動部310の第1の方向Xに亘って連続して設けられており、第1の方向Xの両端部で共通リード電極92に連続する。すなわち、延設部93を有する共通リード電極92は、保護基板30側から平面視した際に、能動部310の周囲を囲むように連続して配置されている。このように、延設部93を設けることで、共通電極である第2電極80に電圧を印加する際に、配線抵抗差による能動部310に印加する電圧のばらつきを抑制することができる。すなわち、本実施形態では、圧電体層70の凹部71内に第2電極80を設けないため、第2電極80は、凹部71の第2の方向Yの両側でのみ複数の能動部310に亘って連続する。したがって、第2電極80の電気抵抗値が高くなってしまい、一つ或いは少数の能動部310を単独或いは同時に駆動する時に比べ、多数の能動部310を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して能動部310の変位量が不安定となり、インク吐出特性の低下及びばらつきが生じてしまう。本実施形態では、延設部93を設けることで、第2電極80の電圧降下を抑制して、インク吐出特性の低下及びばらつきを抑制することができる。また、延設部93を設けることで、可撓部と非可撓部との境界における応力集中における圧電体層70の破壊を抑制することができる。また、共通リード電極92が可撓部上には実質的に形成されていないため、能動部310の変位低下を抑えることができる。なお、このような延設部93は、上述した図5(a)に示す凹部71の長さ、つまり、凹部71の第2の方向Yが圧力発生室12よりも短い場合に可能である。すなわち、図5(b)に示すように凹部71を圧力発生室12の外側まで設けた場合、延設部93を可撓部と非可撓部との境界に設けると、延設部93が凹部71内に設けられた保護膜200上にも形成されてしまうからである。   In addition, the common lead electrode 92 may include extending portions 93 that are continuously provided across the plurality of active portions 310 on both sides of the concave portion 71 in the second direction Y. In the present embodiment, the extending portion 93 is provided on the wall surface of the pressure generation chamber 12 in the second direction Y, that is, across the boundary portion between the flexible portion and the non-flexible portion. That is, the extending portion 93 is provided continuously in the first direction X of the plurality of active portions 310, and continues to the common lead electrode 92 at both ends in the first direction X. That is, the common lead electrode 92 having the extending portion 93 is continuously disposed so as to surround the active portion 310 when viewed in plan from the protective substrate 30 side. Thus, by providing the extending portion 93, it is possible to suppress variation in the voltage applied to the active portion 310 due to a wiring resistance difference when a voltage is applied to the second electrode 80 that is a common electrode. That is, in the present embodiment, since the second electrode 80 is not provided in the recess 71 of the piezoelectric layer 70, the second electrode 80 extends over the plurality of active portions 310 only on both sides in the second direction Y of the recess 71. Are continuous. Accordingly, the electrical resistance value of the second electrode 80 is increased, and a large number of ink droplets are simultaneously driven by simultaneously driving a large number of active portions 310 as compared with a case where one or a small number of active portions 310 are driven individually or simultaneously. When ejected, a voltage drop occurs and the amount of displacement of the active portion 310 becomes unstable, resulting in a decrease and variation in ink ejection characteristics. In the present embodiment, by providing the extending portion 93, it is possible to suppress the voltage drop of the second electrode 80 and to suppress the deterioration and variation in the ink ejection characteristics. Further, by providing the extending portion 93, it is possible to suppress the destruction of the piezoelectric layer 70 due to stress concentration at the boundary between the flexible portion and the non-flexible portion. Further, since the common lead electrode 92 is not substantially formed on the flexible portion, it is possible to suppress a decrease in displacement of the active portion 310. Such an extended portion 93 is possible when the length of the recess 71 shown in FIG. 5A described above, that is, the second direction Y of the recess 71 is shorter than the pressure generation chamber 12. That is, when the recessed portion 71 is provided to the outside of the pressure generating chamber 12 as shown in FIG. 5B, when the extending portion 93 is provided at the boundary between the flexible portion and the non-flexible portion, the extending portion 93 is This is because it is also formed on the protective film 200 provided in the recess 71.

このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、図1及び図3に示すように、圧電素子300を保護する保護基板30が接着剤35によって接合されている。保護基板30には、圧電素子300を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部31が設けられている。また保護基板30には、マニホールド100の一部を構成するマニホールド部32が設けられている。マニホールド部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部15と連通している。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。各能動部310の第1電極60に接続されたリード電極90(個別リード電極91及び共通リード電極92)は、この貫通孔33内に露出するように設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 3, a protective substrate 30 that protects the piezoelectric element 300 is bonded to the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed by an adhesive 35. The protective substrate 30 is provided with a piezoelectric element holding portion 31 that is a recess that defines a space for accommodating the piezoelectric element 300. The protective substrate 30 is provided with a manifold portion 32 that constitutes a part of the manifold 100. The manifold portion 32 penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction and is formed across the width direction of the pressure generating chamber 12 and communicates with the communication portion 15 of the flow path forming substrate 10 as described above. The protective substrate 30 is provided with a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction. The lead electrode 90 (individual lead electrode 91 and common lead electrode 92) connected to the first electrode 60 of each active part 310 is provided so as to be exposed in the through hole 33.

また、保護基板30上には、信号処理部として機能する駆動回路120が固定されている。駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、貫通孔33を挿通させたボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121(本実施形態の外部配線)を介して電気的に接続されている。なお、外部配線は、導電性ワイヤーからなる接続配線121に限定されず、例えば、チップオンフィルム(COF)やテープキャリアパッケージ(TCP)等のフレキシブルプリント基板(FPC)をリード電極90に接続するようにしてもよい。   A driving circuit 120 that functions as a signal processing unit is fixed on the protective substrate 30. As the drive circuit 120, for example, a circuit board, a semiconductor integrated circuit (IC), or the like can be used. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 (external wiring in the present embodiment) made of a conductive wire such as a bonding wire having the through-hole 33 inserted therethrough. The external wiring is not limited to the connection wiring 121 made of a conductive wire. For example, a flexible printed circuit board (FPC) such as a chip on film (COF) or a tape carrier package (TCP) is connected to the lead electrode 90. It may be.

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からなり、この封止膜41によってマニホールド部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で形成される。この固定板42のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド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。   On the protective substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, and one surface of the manifold portion 32 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal. Since the area of the fixing plate 42 facing the manifold 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the manifold 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I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、マニホールド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、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加する。これにより圧電素子300と共に振動板50がたわみ変形して各圧力発生室12内の圧力が高まり、各ノズル開口21からインク滴が噴射される。   In such an ink jet recording head I of this embodiment, after taking ink from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the manifold 100 to the nozzle opening 21, the drive circuit A voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 in accordance with the recording signal from. As a result, the diaphragm 50 is bent and deformed together with the piezoelectric element 300 to increase the pressure in each pressure generating chamber 12, and an ink droplet is ejected from each nozzle opening 21.

ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図6〜図11は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。   Here, a method for manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment will be described. 6 to 11 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the ink jet recording head.

まず、図6(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜51を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成した。もちろん、弾性膜51の材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜(ポリイミド、パリレンなど)等にしてもよい。弾性膜51の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法、CVD法、スピンコート法等によって形成してもよい。   First, as shown in FIG. 6A, an elastic film 51 is formed on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 that is a silicon wafer. In the present embodiment, the elastic film 51 made of silicon dioxide is formed by thermally oxidizing the flow path forming substrate wafer 110. Of course, the material of the elastic film 51 is not limited to silicon dioxide, and may be a silicon nitride film, a polysilicon film, an organic film (such as polyimide or parylene), or the like. The formation method of the elastic film 51 is not limited to thermal oxidation, and may be formed by a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, or the like.

次いで、図6(b)に示すように、弾性膜51上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52を形成する。もちろん、絶縁体膜52は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミン酸ランタン(LaAlO)等を用いるようにしてもよい。絶縁体膜52を形成する方法としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等が挙げられる。本実施形態では、この弾性膜51及び絶縁体膜52によって振動板50が形成されるが、振動板50として、弾性膜51及び絶縁体膜52の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。 Next, as shown in FIG. 6B, an insulator film 52 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 51. Of course, the insulator film 52 is not limited to zirconium oxide, and titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), magnesium oxide (MgO), lanthanum aluminate (LaAlO 3). ) Etc. may be used. Examples of a method for forming the insulator film 52 include a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method. In the present embodiment, the diaphragm 50 is formed by the elastic film 51 and the insulator film 52, but only one of the elastic film 51 and the insulator film 52 may be provided as the diaphragm 50.

次いで、図6(c)に示すように、振動板50上の全面に第1電極60を形成する。この第1電極60の材料は特に限定されないが、圧電体層70を形成する際の熱処理(一般に500℃以上)時の酸化または圧電体層70に含まれる材料の拡散などによって導電性を消失しない材料であることが必須である。このため、第1電極60の材料としては高温でも導電性を失わない白金、イリジウム等の金属や、酸化イリジウム、ランタンニッケル酸化物などの導電性酸化物、及びこれらの材料の積層材料が好適に用いられる。また、第1電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)、レーザーアブレーション法などの気相成膜、スピンコート法などの液相成膜などにより形成することができる。また、前述の導電材料と、振動板50との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。密着層の成膜方法は、電極材料と同様である。また、電極表面(圧電体層70の成膜側)に圧電体層70の結晶成長を制御するための制御層を形成してもよい。本実施形態では、圧電体層70(PZT)の結晶制御としてチタンを使用している。チタンは、圧電体層70の成膜時に圧電体層70内に取り込まれるため、圧電体層70形成後には膜として存在していない。結晶制御層としては、ランタンニッケル酸化物などのペロブスカイト型結晶構造の導電性酸化物などを使用してもよい。結晶制御層の成膜方法は、電極材料と同様である。なお、絶縁性の結晶制御層は、圧電体層70形成後、圧電体層70と第1電極60との間に存在しないことが望ましい。これは、結晶制御層と圧電体層70のコンデンサの直列接続になるため、圧電体層70に印加される電界が低下するためである。本実施形態のように、配向制御層としてチタンを用いることで、本来であれば酸化物(絶縁体)になる熱処理を受けるが、圧電体層70中に取り込まれるため膜として存在しない。   Next, as shown in FIG. 6C, the first electrode 60 is formed on the entire surface of the diaphragm 50. The material of the first electrode 60 is not particularly limited, but the conductivity is not lost by oxidation during heat treatment (generally 500 ° C. or higher) or diffusion of the material contained in the piezoelectric layer 70 when the piezoelectric layer 70 is formed. It is essential to be a material. For this reason, the material of the first electrode 60 is preferably a metal such as platinum or iridium that does not lose conductivity even at a high temperature, a conductive oxide such as iridium oxide or lanthanum nickel oxide, or a laminated material of these materials. Used. The first electrode 60 can be formed by, for example, vapor phase film formation such as sputtering, PVD (physical vapor deposition), or laser ablation, or liquid phase film formation such as spin coating. Further, an adhesion layer for ensuring adhesion can be used between the conductive material described above and the diaphragm 50. In this embodiment, although not particularly shown, titanium is used as the adhesion layer. As the adhesion layer, zirconium, titanium, titanium oxide, or the like can be used. The method for forming the adhesion layer is the same as that for the electrode material. In addition, a control layer for controlling crystal growth of the piezoelectric layer 70 may be formed on the electrode surface (film formation side of the piezoelectric layer 70). In this embodiment, titanium is used for crystal control of the piezoelectric layer 70 (PZT). Since titanium is taken into the piezoelectric layer 70 when the piezoelectric layer 70 is formed, it does not exist as a film after the piezoelectric layer 70 is formed. As the crystal control layer, a conductive oxide having a perovskite crystal structure such as lanthanum nickel oxide may be used. The method for forming the crystal control layer is the same as that for the electrode material. It is desirable that the insulating crystal control layer does not exist between the piezoelectric layer 70 and the first electrode 60 after the piezoelectric layer 70 is formed. This is because the electric field applied to the piezoelectric layer 70 is reduced because the crystal control layer and the capacitor of the piezoelectric layer 70 are connected in series. As in the present embodiment, by using titanium as the orientation control layer, it is subjected to a heat treatment that would otherwise be an oxide (insulator), but does not exist as a film because it is taken into the piezoelectric layer 70.

次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のPVD(Physical Vapor Deposition)法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層70は液相法、気相法の何れで形成してもよい。本実施形態では、複数層の圧電体膜74を積層することで圧電体層70を形成するようにした。   Next, in this embodiment, the piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. Here, in this embodiment, a so-called sol-gel in which a so-called sol in which a metal complex is dissolved / dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 is formed using the method. The method for manufacturing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, using a MOD (Metal-Organic Decomposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a sputtering method or a laser ablation method. Also good. That is, the piezoelectric layer 70 may be formed by either a liquid phase method or a gas phase method. In the present embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed by laminating a plurality of piezoelectric films 74.

具体的には、図7(a)に示すように、第1電極60上に1層目の圧電体膜74を形成した段階で、第1電極60及び1層目の圧電体膜74を同時にパターニングする。なお、第1電極60及び1層目の圧電体膜74のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。   Specifically, as shown in FIG. 7A, when the first piezoelectric film 74 is formed on the first electrode 60, the first electrode 60 and the first piezoelectric film 74 are simultaneously formed. Pattern. The patterning of the first electrode 60 and the first piezoelectric film 74 can be performed by dry etching such as reactive ion etching (RIE) or ion milling, for example.

ここで、例えば、第1電極60をパターニングしてから1層目の圧電体膜74を形成する場合、フォト工程・イオンミリング・アッシングして第1電極60をパターニングするため、第1電極60の表面や、表面に設けた図示しないチタン等の結晶種層などが変質してしまう。そうすると変質した面上に圧電体膜74を形成しても当該圧電体膜74の結晶性が良好なものではなくなり、2層目以降の圧電体膜74も1層目の圧電体膜74の結晶状態に影響して結晶成長するため、良好な結晶性を有する圧電体層70を形成することができない。   Here, for example, when the first piezoelectric film 74 is formed after patterning the first electrode 60, the first electrode 60 is patterned because the first electrode 60 is patterned by a photo process, ion milling, and ashing. The surface and a crystal seed layer such as titanium (not shown) provided on the surface are denatured. Then, even if the piezoelectric film 74 is formed on the altered surface, the crystallinity of the piezoelectric film 74 is not good, and the second and subsequent piezoelectric films 74 are also crystals of the first piezoelectric film 74. Since the crystal growth is influenced by the state, the piezoelectric layer 70 having good crystallinity cannot be formed.

それに比べ、1層目の圧電体膜74を形成した後に第1電極60と同時にパターニングすれば、1層目の圧電体膜74はチタン等の結晶種に比べて2層目以降の圧電体膜74を良好に結晶成長させる種(シード)としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても2層目以降の圧電体膜74の結晶成長に大きな影響を与えない。   In contrast, if the first piezoelectric film 74 is formed and then patterned at the same time as the first electrode 60, the first piezoelectric film 74 is the second and subsequent piezoelectric films compared to the crystal species such as titanium. The seed 74 has a strong property as a seed (crystal seed) for satisfactorily growing a crystal, and even if an extremely thin altered layer is formed on the surface layer by patterning, the crystal growth of the second and subsequent piezoelectric films 74 is not greatly affected. .

なお、2層目の圧電体膜74を成膜する前に露出した振動板50上に、2層目以降の圧電体膜74を成膜するときに、結晶制御層(中間結晶制御層)を用いてもよい。本実施形態では、中間結晶制御層としてチタンを用いるようにした。このチタンからなる中間結晶制御層は、第1電極60上に形成する結晶制御層のチタンと同様に、圧電体膜74を成膜する際に圧電体膜74に取り込まれる。ちなみに、中間結晶制御層は、中間電極または直列接続されるコンデンサの誘電体となってしまった場合、圧電特性の低下を引き起こす。このため、中間結晶制御層は、圧電体膜74(圧電体層70)に取り込まれ、圧電体層70の成膜後に膜として残らないものが望ましい。   When the second and subsequent piezoelectric films 74 are formed on the diaphragm 50 exposed before forming the second piezoelectric film 74, a crystal control layer (intermediate crystal control layer) is formed. It may be used. In this embodiment, titanium is used as the intermediate crystal control layer. The intermediate crystal control layer made of titanium is taken into the piezoelectric film 74 when the piezoelectric film 74 is formed, similarly to the titanium of the crystal control layer formed on the first electrode 60. Incidentally, if the intermediate crystal control layer becomes a dielectric of an intermediate electrode or a capacitor connected in series, it causes a decrease in piezoelectric characteristics. Therefore, it is desirable that the intermediate crystal control layer is taken into the piezoelectric film 74 (piezoelectric layer 70) and does not remain as a film after the piezoelectric layer 70 is formed.

次に、図7(b)に示すように、2層目以降の圧電体膜74を積層することにより、複数層の圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。
ちなみに、2層目以降の圧電体膜74は、振動板50上、第1電極60及び1層目の圧電体膜74の側面上、及び1層目の圧電体膜74上に亘って連続して形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, a piezoelectric layer 70 composed of a plurality of piezoelectric films 74 is formed by laminating the second and subsequent layers of piezoelectric films 74.
Incidentally, the second and subsequent piezoelectric films 74 are continuous over the diaphragm 50, on the side surfaces of the first electrode 60 and the first piezoelectric film 74, and over the first piezoelectric film 74. Formed.

次に、図7(c)に示すように、圧電体層70をパターニングして凹部71等を形成する。本実施形態では、圧電体層70上に所定形状のマスク(図示なし)を設け、このマスクを介して圧電体層70をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィーによってパターニングした。なお、圧電体層70のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングであっても、エッチング液を用いたウェットエッチングであってもよい。   Next, as shown in FIG. 7C, the piezoelectric layer 70 is patterned to form the recesses 71 and the like. In the present embodiment, patterning is performed by so-called photolithography, in which a mask (not shown) having a predetermined shape is provided on the piezoelectric layer 70, and the piezoelectric layer 70 is etched through the mask. The patterning of the piezoelectric layer 70 may be, for example, dry etching such as reactive ion etching or ion milling, or wet etching using an etching solution.

ちなみに、エッチング液を用いたウェットエッチングにより圧電体層70をパターニングすると、バッチ処理によって複数の流路形成基板用ウェハー110を同時に処理することができるため、製造コストを低減することができる。ただし、ウェットエッチングによる圧電体層70のパターニングでは、エッチング面に凹凸が形成され易いが、本実施形態では、上述のように、後の工程で圧電体層70の凹部71内の側面(エッチング面)に第2電極80を形成しないため、第2電極80の脱落による異物の発生や、第2電極80の形成不良等を抑制することができる。   Incidentally, when the piezoelectric layer 70 is patterned by wet etching using an etching solution, a plurality of flow path forming substrate wafers 110 can be processed simultaneously by batch processing, so that the manufacturing cost can be reduced. However, in the patterning of the piezoelectric layer 70 by wet etching, irregularities are easily formed on the etched surface. However, in this embodiment, as described above, the side surface (etched surface) in the recess 71 of the piezoelectric layer 70 is formed in a later step. ), The second electrode 80 is not formed, so that it is possible to suppress the generation of foreign matter due to the second electrode 80 dropping off, the formation failure of the second electrode 80, and the like.

次に、図8(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の一方面側(圧電体層70が形成された面側)に亘って、圧電体層70のパターニングした側面上、振動板50上、及び第1電極60上等に亘って第2電極80を形成すると共にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 8A, on the patterned side surface of the piezoelectric layer 70 over one surface side (the surface side on which the piezoelectric layer 70 is formed) of the flow path forming substrate wafer 110, A second electrode 80 is formed over the diaphragm 50 and the first electrode 60 and patterned.

本実施形態では、第2電極80は、圧電体層70の流路形成基板用ウェハー110とは反対側の面と、第1電極60の圧電体層70に覆われていない領域上から圧電体層70上までとに形成されている。また、圧電体層70の凹部71の側面上には第2電極80を形成しないようにした。   In the present embodiment, the second electrode 80 is formed from the surface of the piezoelectric layer 70 opposite to the flow path forming substrate wafer 110 and the region of the first electrode 60 that is not covered by the piezoelectric layer 70. The layer 70 is formed up to the top. Further, the second electrode 80 is not formed on the side surface of the recess 71 of the piezoelectric layer 70.

なお、本実施形態では、圧電体層70をパターニングした後、第2電極80を形成すると共にパターニングするようにしたが、特にこれに限定されず、圧電体層70をパターニングする前に第2電極80を形成した後、第2電極80と圧電体層70とのパターニングを行うようにしてもよい。   In this embodiment, after the piezoelectric layer 70 is patterned, the second electrode 80 is formed and patterned. However, the present invention is not limited to this, and the second electrode 80 is patterned before the piezoelectric layer 70 is patterned. After forming 80, patterning of the second electrode 80 and the piezoelectric layer 70 may be performed.

このように、圧電体層70の凹部71の側面上に第2電極80を形成しないことで、第2電極80が剥離して異物となることや、断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層70の凹部71の側面が急峻、すなわち、流路形成基板10(流路形成基板用ウェハー110)の表面に対して垂直に近い角度で形成することや、凹部71の側面の凹凸(ラフネス)が大きすることができる。したがって、圧電体層70の凹部71の側面を急峻にして圧電体層70を高密度に配置することができると共に、圧電体層70のパターニング方法に制限がなく、効率よく低コストな方法でパターニングすることができる。   Thus, by not forming the second electrode 80 on the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70, it is possible to suppress the second electrode 80 from being peeled off and becoming a foreign substance or from being disconnected. Accordingly, the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70 is steep, that is, formed at an angle close to perpendicular to the surface of the flow path forming substrate 10 (flow path forming substrate wafer 110), Unevenness (roughness) can be increased. Therefore, the side surfaces of the recesses 71 of the piezoelectric layer 70 can be sharpened so that the piezoelectric layers 70 can be arranged at a high density, and the patterning method of the piezoelectric layer 70 is not limited, and the patterning can be performed efficiently and at a low cost. can do.

また、第2電極80を圧電体層70の凹部71の側面上に形成しないことで、第2電極80の側面への付き周り不良を抑制することができるため、第2電極80の厚さを比較的薄くして、圧電素子300(能動部310)の変位特性を向上することができる。   In addition, since the second electrode 80 is not formed on the side surface of the concave portion 71 of the piezoelectric layer 70, it is possible to suppress poor contact with the side surface of the second electrode 80. The displacement characteristics of the piezoelectric element 300 (active part 310) can be improved by making it relatively thin.

次に、図8(b)に示すように、凹部71内に保護膜200を形成する。本実施形態では、ポリイミド等の有機絶縁材料からなる保護膜200をスピンコーティング法によって凹部71内に充填するように形成した。このように保護膜200を設けることで、圧電体層70の側面、特に凹部71内の側面を保護膜200で確実に保護して、大気中に含まれる水分等によって圧電体層70が破壊されるのを抑制することができる。
なお、保護膜200は、例えば、圧電体層70に凹部71を形成した後、第2電極80を形成する前に形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8B, a protective film 200 is formed in the recess 71. In this embodiment, the protective film 200 made of an organic insulating material such as polyimide is formed so as to be filled in the recess 71 by spin coating. By providing the protective film 200 in this way, the side surfaces of the piezoelectric layer 70, particularly the side surfaces in the recesses 71, are reliably protected by the protective film 200, and the piezoelectric layer 70 is destroyed by moisture contained in the atmosphere. Can be suppressed.
The protective film 200 may be formed, for example, after forming the recess 71 in the piezoelectric layer 70 and before forming the second electrode 80.

次に、図示しないが、リード電極90を形成すると共に所定形状にパターニングする。
次に、図9(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接着剤35を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。
Next, although not shown, the lead electrode 90 is formed and patterned into a predetermined shape.
Next, as shown in FIG. 9A, a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is disposed on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 via an adhesive 35. After bonding, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次いで、図9(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜53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(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜53を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15等を形成する。   Next, as shown in FIG. 9B, a mask film 53 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 9C, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 53, so that the piezoelectric element 300 is formed. Corresponding pressure generating chambers 12, ink supply passages 13, communication passages 14, communication portions 15 and the like are formed.

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

なお、本実施形態では、第2電極80を圧電体層70上から第1電極60上まで延設し、除去部83によって能動部310の第2電極80と第1電極60上の電極とが不連続となるようにしたが、特にこれに限定されない。ここで、他の例を図10に示す。なお、図10は、本発明の他の実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。   In this embodiment, the second electrode 80 extends from the piezoelectric layer 70 to the first electrode 60, and the second electrode 80 of the active part 310 and the electrode on the first electrode 60 are separated by the removing unit 83. Although it is made discontinuous, it is not particularly limited to this. Here, another example is shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to another embodiment of the present invention.

図10に示すように、圧電体層70上、すなわち、圧電体層70の流路形成基板10とは反対面側に第2電極80が形成されている。圧電体層70と第2電極80とは、平面視した際に同じ形状となるように形成されている。このような構成では、圧電体層70のパターニングと第2電極80のパターニングとを同時に行うことができる。もちろん、このような構成であっても、圧電体層70のパターニングと第2電極80のパターニングとを別工程で行うようにしてもよい。圧電体層70と第2電極80とを別工程でパターニングする場合には、例えば、平面視した際に第2電極80は、圧電体層70よりも若干小さな面積となっていてもよい。   As shown in FIG. 10, the second electrode 80 is formed on the piezoelectric layer 70, that is, on the opposite side of the piezoelectric layer 70 from the flow path forming substrate 10. The piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are formed to have the same shape when viewed in plan. In such a configuration, the patterning of the piezoelectric layer 70 and the patterning of the second electrode 80 can be performed simultaneously. Of course, even with such a configuration, the patterning of the piezoelectric layer 70 and the patterning of the second electrode 80 may be performed in separate steps. When patterning the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 in separate steps, for example, the second electrode 80 may have a slightly smaller area than the piezoelectric layer 70 in plan view.

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、カートリッジ等と連通するインク流路を具備するインクジェット式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11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。   Further, the ink jet recording head of this embodiment constitutes a part of an ink jet recording head unit including an ink flow path communicating with a cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 11 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図11に示すインクジェット式記録装置IIにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッドIを有するインクジェット式記録ヘッドユニット1A、1B(以下、ヘッドユニット1A、1Bとも言う)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、このヘッドユニット1A、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。このヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。   In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 11, ink jet recording head units 1A and 1B (hereinafter also referred to as head units 1A and 1B) each having a plurality of ink jet recording heads I include a cartridge 2A and an ink supply unit. 2B is detachably provided, and the carriage 3 on which the head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The head units 1A and 1B, for example, discharge a black ink composition and a color ink composition, respectively.

そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、ヘッドユニット1A、1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。   Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. . On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

なお、上述したインクジェット式記録装置IIでは、インクジェット式記録ヘッドI(ヘッドユニット1A、1B)がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドIが固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。   In the ink jet recording apparatus II described above, the ink jet recording head I (head units 1A, 1B) is mounted on the carriage 3 and moved in the main scanning direction. The present invention can also be applied to a so-called line recording apparatus in which the ink jet recording head I is fixed and printing is performed simply by moving the recording sheet S such as paper in the sub-scanning direction.

また、上述した例では、インクジェット式記録装置IIは、液体貯留手段であるカートリッジ2A、2Bがキャリッジ3に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体4に固定して、貯留手段とインクジェット式記録ヘッドIとをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置IIに搭載されていなくてもよい。   In the above-described example, the ink jet recording apparatus II has a configuration in which the cartridges 2A and 2B, which are liquid storage units, are mounted on the carriage 3. However, the invention is not particularly limited thereto, and for example, a liquid storage such as an ink tank or the like. The means may be fixed to the apparatus body 4 and the storage means and the ink jet recording head I may be connected via a supply pipe such as a tube. Further, the liquid storage means may not be mounted on the ink jet recording apparatus II.

(実施形態2)
以下、本発明の一実施形態である超音波センサーについて説明する。なお、以下の説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であることとは限らない。また、上述した実施形態1と同一の部材には同一の符号をつけて重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention will be described. Note that the present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily. Further, the same members as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態においては、超音波の発信と受信は圧電効果を利用する電気音響変更器を用いて行われる。係る電気音響変換器は、圧電素子であり、超音波発信時には電気エネルギーを機械エネルギーに変換(逆圧電効果)を利用し、圧電体層の収縮と伸長による変化は、振動板を振動させるように励起させることによって超音波を発信する。従ってこの場合は、圧電素子は発信用超音波トランスデューサーである。   In the present embodiment, transmission and reception of ultrasonic waves are performed using an electroacoustic modifier that uses the piezoelectric effect. Such an electroacoustic transducer is a piezoelectric element, which utilizes electrical energy converted to mechanical energy (inverse piezoelectric effect) when transmitting ultrasonic waves, and changes due to contraction and expansion of the piezoelectric layer cause the diaphragm to vibrate. Ultrasound is transmitted by exciting. Therefore, in this case, the piezoelectric element is a transmitting ultrasonic transducer.

更に被検出体から反射された超音波を受信するには機械エネルギーを電気エネルギーに変換(正圧電効果)を利用し、圧電体層の変形によって電気エネルギーが生成され、電気エネルギーの信号を検出する。従ってこの場合は、圧電素子は受信用超音波トランスデューサーである。   Furthermore, in order to receive the ultrasonic waves reflected from the detection object, mechanical energy is converted into electric energy (positive piezoelectric effect), and electric energy is generated by deformation of the piezoelectric layer, and an electric energy signal is detected. . Therefore, in this case, the piezoelectric element is a receiving ultrasonic transducer.

なお、本実施形態においては、圧電素子(超音波トランスデューサー)とは、振動板と、振動板上に設けられた第1電極と、第1電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第2電極と、を具備するものである。なお、第1電極を振動板として使用することも可能である。   In the present embodiment, the piezoelectric element (ultrasonic transducer) is a diaphragm, a first electrode provided on the diaphragm, a piezoelectric layer provided on the first electrode, and a piezoelectric body. And a second electrode provided on the layer. The first electrode can also be used as a diaphragm.

図12は、本発明の実施形態2に係る超音波トランスデューサーを搭載する超音波デバイスの平面図及びそのE−E′線断面図である。
図12(a)に示すように、複数の発信用超音波トランスデューサー301と受信用超音波トランスデューサー302とが基板開口部12を有する基板10上にアレイ状に設けられ、超音波デバイス400(アレイセンサー)を成している。複数の発信用超音波トランスデューサー301及び複数の受信用超音波トランスデューサー302を列ごとに交互に配置し、トランスデューサーの列ごとに通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。また、通電するトランスデューサーの個数と列数とに応じて超音波の出力と入力のレベルが決定される。図中では省略されて6行×6列が描かれる。配列の行数と列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定される。
FIG. 12 is a plan view of an ultrasonic device equipped with the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along the line EE ′.
As shown in FIG. 12A, a plurality of transmitting ultrasonic transducers 301 and receiving ultrasonic transducers 302 are provided in an array on the substrate 10 having the substrate opening 12, and the ultrasonic device 400 ( Array sensor). A plurality of transmitting ultrasonic transducers 301 and a plurality of receiving ultrasonic transducers 302 are alternately arranged for each column, and energization is switched for each transducer column. Line scan and sector scan are realized according to such switching of energization. Further, the output level and input level of the ultrasonic wave are determined according to the number of transducers to be energized and the number of rows. In the figure, it is omitted and 6 rows × 6 columns are drawn. The number of rows and the number of columns in the array are determined according to the spread of the scan range.

なお、発信用超音波トランスデューサー301と受信用超音波トランスデューサー302とをトランスデューサーごとに交互に配置することも可能である。この場合は、発信側と受信側の中心軸を合わせた超音波発信・受信源とすることで発信・受信の指向角を合わせ易いものとする。   It is also possible to alternately arrange the transmitting ultrasonic transducer 301 and the receiving ultrasonic transducer 302 for each transducer. In this case, it is easy to match the directivity angles of transmission and reception by using an ultrasonic transmission / reception source that combines the central axes of the transmission side and the reception side.

また、本実施例は、デバイスの小型化のため、一枚の基板10上に発信用超音波トランスデューサー301と受信用超音波トランスデューサー302との両方を配置したが、超音波トランスデューサーの機能に応じて発信用超音波トランスデューサー301と受信用超音波トランスデューサー302とはそれぞれ独立の基板上に配置するか、或いは用途に応じて複数枚の基板を用いることも可能である。更に発信と受信の時間差を利用して一つの超音波トランスデューサーに発信と受信との機能を両方備えることも可能である。   In this embodiment, both the transmitting ultrasonic transducer 301 and the receiving ultrasonic transducer 302 are arranged on a single substrate 10 in order to reduce the size of the device. The transmitting ultrasonic transducer 301 and the receiving ultrasonic transducer 302 can be arranged on independent substrates, or a plurality of substrates can be used depending on the application. Furthermore, it is possible to provide both the functions of transmission and reception in one ultrasonic transducer using the time difference between transmission and reception.

図12(b)において、超音波変換器として使用可能な実施例としては、例えば、基板10は(100)、(110)或いは(111)配向を有する単結晶シリコンによって構成される。または、シリコン材料以外にもZrOあるいはAlを代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、MgO、LaAlOのような酸化物基板材料、SiC、SiO、多結晶シリコン、Siのような無機材料も使用できる。または、これらの材料の組合せによる積層材料でもよい。 In FIG. 12B, as an example that can be used as an ultrasonic transducer, for example, the substrate 10 is made of single crystal silicon having a (100), (110), or (111) orientation. Alternatively, besides silicon materials, ceramic materials typified by ZrO 2 or Al 2 O 3 , glass ceramic materials, oxide substrate materials such as MgO and LaAlO 3 , SiC, SiO 2 , polycrystalline silicon, Si 3 N 4 Inorganic materials such as can also be used. Or the laminated material by the combination of these materials may be sufficient.

基板10の上方(圧電体層70側)に振動板50が形成されている。振動板50は基板10の一部を薄化して用いることは可能であるが、圧電体層70或いは第1電極60を用いてもよい。更に別の材料を用いて製膜することも可能である。この場合は、例えば、SiO、SiC、Siのようなシリコン化合物、多結晶シリコン、ZrO、Alのようなセラミック材料、MgO、LaAlO、TiOのような酸化物にしでもよい。膜厚と材料の選定は、共振周波数に基づき決定する。なお、圧電体層70側の振動板50の表面層は、圧電体層材料の拡散を防止できる材料、例えばZrOなどを用いることが好ましい。この場合は、圧電体層の圧電特性が向上させることによってトランスデューサーの発信と受信特性が向上にも繋がる。 A vibration plate 50 is formed above the substrate 10 (on the piezoelectric layer 70 side). The diaphragm 50 can be used by thinning a part of the substrate 10, but the piezoelectric layer 70 or the first electrode 60 may be used. It is also possible to form a film using another material. In this case, for example, silicon compounds such as SiO 2 , SiC and Si 3 N 4 , polycrystalline silicon, ceramic materials such as ZrO 2 and Al 2 O 3 , oxides such as MgO, LaAlO 3 and TiO 2 You can do it. The film thickness and material selection are determined based on the resonance frequency. The surface layer of the diaphragm 50 on the piezoelectric layer 70 side is preferably made of a material that can prevent the diffusion of the piezoelectric layer material, such as ZrO 2 . In this case, the transmission and reception characteristics of the transducer are improved by improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer.

基板10には、開口である基板開口部12が形成されている。基板開口部12は、基板材料に応じてエッチング、研磨、レーザー加工などの加工方法を用いて形成することができる。   A substrate opening 12 which is an opening is formed in the substrate 10. The substrate opening 12 can be formed using a processing method such as etching, polishing, or laser processing depending on the substrate material.

第1電極60、圧電体層70及び第2電極80については上述した実施形態1と同様のため、構成の説明は省略する。なお、実施形態1に対して、超音波デバイスはインクジェット式記録ヘッドIに代表される液体噴射ヘッドに比べてより高周波数領域で駆動する必要が有るため、圧電体層70、振動板50と各電極材料の厚み及びヤング率などの物性値を調整してもよい。   Since the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are the same as those in the first embodiment, description of the configuration is omitted. In contrast to the first embodiment, the ultrasonic device needs to be driven in a higher frequency region than the liquid jet head typified by the ink jet recording head I. Therefore, the piezoelectric layer 70, the diaphragm 50, and each Physical property values such as the thickness and Young's modulus of the electrode material may be adjusted.

さらに、発信用超音波トランスデューサー301と受信用超音波トランスデューサー302とにそれぞれ配線(図示略)が接続され、各配線はフレキシブルプリント基板(図示略)を介して制御基板(図示略)の端子部(図示略)に接続されている。制御基板には演算部、記憶部などからなる制御部(図示略)が設けられている。制御部は、発信用超音波トランスデューサー301に入力する入力信号を制御すると共に、受信用超音波トランスデューサー302から出力された出力信号を処理するように構成されている。   Further, wiring (not shown) is connected to the transmitting ultrasonic transducer 301 and the receiving ultrasonic transducer 302, and each wiring is a terminal of a control board (not shown) via a flexible printed board (not shown). Connected to a portion (not shown). The control board is provided with a control unit (not shown) including a calculation unit and a storage unit. The control unit is configured to control an input signal input to the transmitting ultrasonic transducer 301 and process an output signal output from the receiving ultrasonic transducer 302.

このように、本願の超音波デバイス400では、バルク型圧電体セラミックスなどを利用したセンサーに比べてMEMSの技術を用いて作成した圧電素子300を狭いピッチ(高分解能)で配置でき、且つ駆動電圧が低いため、デバイスと該デバイスを搭載する装置の小型化、薄型化と省エネルギー化に効果がある。また、圧電素子300間の製造ばらつきが少ないため、認識精度が高くなる効果もある。
また、圧電体層70の膜厚を薄くすることによって変位特性を向上させ、超音波の発信と受信の効率を向上できる効果が得られる。
As described above, in the ultrasonic device 400 of the present application, the piezoelectric elements 300 created using the MEMS technology can be arranged at a narrow pitch (high resolution) as compared with a sensor using a bulk type piezoelectric ceramic or the like, and the drive voltage Therefore, the device and the apparatus on which the device is mounted are effective in reducing the size, thickness, and energy. In addition, since the manufacturing variation between the piezoelectric elements 300 is small, there is an effect that the recognition accuracy is increased.
In addition, by reducing the film thickness of the piezoelectric layer 70, it is possible to improve the displacement characteristics and improve the efficiency of transmitting and receiving ultrasonic waves.

さらに、本実施形態では、圧電体層70に凹部71を設け、凹部71内の側面上に第2電極80を設けないようにした。このため、第2電極80の剥離や断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層70の凹部71の壁面を基板10に対して垂直にすることができ、超音波トランスデューサー301、302を高密度に配設することが可能となる。また、本実施形態では、超音波トランスデューサー301、302に用いられた圧電体層70の側面を保護膜200によって覆われるようにしたため、超音波トランスデューサー301、302が破壊されるのを抑制することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the concave portion 71 is provided in the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 is not provided on the side surface in the concave portion 71. For this reason, peeling and disconnection of the second electrode 80 can be suppressed. Therefore, the wall surface of the recess 71 of the piezoelectric layer 70 can be made perpendicular to the substrate 10 and the ultrasonic transducers 301 and 302 can be arranged with high density. In the present embodiment, the side surfaces of the piezoelectric layer 70 used for the ultrasonic transducers 301 and 302 are covered with the protective film 200, so that the ultrasonic transducers 301 and 302 are prevented from being broken. be able to.

(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態1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本発明を説明したが、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る。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, the fundamental structure of this invention is not limited to what was mentioned above.
For example, in the first embodiment described above, the present invention has been described by taking an ink jet recording head as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads. Examples of the liquid ejecting head include various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used for manufacturing 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や超音波センサーに搭載される圧電素子に限られず、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。   In addition, the present invention is not limited to a liquid ejecting head typified by an ink jet recording head or a piezoelectric element mounted on an ultrasonic sensor, but a piezoelectric device mounted on another device such as an ultrasonic motor, a pressure sensor, or a pyroelectric sensor. It can also be applied to elements. The present invention can be similarly applied to a ferroelectric element such as a ferroelectric memory.

I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板(基板)、 11 隔壁、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 マニホールド部、 33 貫通孔、 35 接着剤、 40 コンプライアンス基板、 41 封止膜、 42 固定板、 43 開口部、 50 振動板、 51 弾性膜、 52 絶縁体膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 71 凹部、 80 第2電極、 90 リード電極(配線層)、 100 マニホールド、 300 圧電素子、 310 能動部、 301 発信用超音波トランスデューサー、 302 受信用超音波トランスデューサー、 400 超音波デバイス   I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate (substrate), 11 partition, 12 pressure generating chamber, 13 ink supply path, 14 communication path, 15 communication Part, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 piezoelectric element holding part, 32 manifold part, 33 through hole, 35 adhesive, 40 compliance board, 41 sealing film, 42 fixing plate, 43 opening part, 50 Diaphragm, 51 Elastic film, 52 Insulator film, 60 First electrode, 70 Piezoelectric layer, 71 Recess, 80 Second electrode, 90 Lead electrode (wiring layer), 100 Manifold, 300 Piezoelectric element, 310 Active part, 301 Ultrasonic transducer for transmission, 302 Ultra for reception Wave transducer, 400 ultrasound device

Claims (9)

液体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と、
該流路形成基板の一方面側に設けられて、第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、
前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、
前記第1電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、
前記第2電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、
前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、
前記凹部の少なくとも側面上には、前記第2電極が形成されていないことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid;
A liquid ejecting head provided on one surface side of the flow path forming substrate and including a first electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element having a second electrode,
A plurality of active portions that are substantially driving portions sandwiched between the first electrode and the second electrode;
The first electrode is an individual electrode provided for each active part,
The second electrode is a common electrode provided across a plurality of the active portions;
The piezoelectric layer is provided over a plurality of active portions, and the piezoelectric layer is provided with a recess between the plurality of active portions,
The liquid ejecting head, wherein the second electrode is not formed on at least a side surface of the recess.
前記凹部の少なくとも側面上には、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。   The liquid jet head according to claim 1, wherein a protective film made of an insulating material is formed on at least a side surface of the recess. 前記保護膜が、前記第2電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項2記載の液体噴射ヘッド。   The liquid ejecting head according to claim 2, wherein the protective film is made of a material having a Young's modulus smaller than that of the second electrode. 前記保護膜は内部応力が引っ張り応力であることを特徴とする請求項2又は3記載の液体噴射ヘッド。   The liquid jet head according to claim 2, wherein the protective film has a tensile stress as an internal stress. 前記第2電極上には、前記凹部以外の領域に複数の前記能動部に亘って連続して設けられた配線層を有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液体噴射ヘッド。   5. The wiring layer according to claim 1, further comprising a wiring layer provided continuously over the plurality of active portions in a region other than the concave portion on the second electrode. Liquid jet head. 請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。   A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1. 第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電素子であって、
前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、
前記第1電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、
前記第2電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、
前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、
前記凹部の少なくとも側面上には、前記第2電極が形成されていないことを特徴とする圧電素子。
A piezoelectric element having a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode,
A plurality of active portions that are substantially driving portions sandwiched between the first electrode and the second electrode;
The first electrode is an individual electrode provided for each active part,
The second electrode is a common electrode provided across a plurality of the active portions;
The piezoelectric layer is provided over a plurality of active portions, and the piezoelectric layer is provided with a recess between the plurality of active portions,
The piezoelectric element, wherein the second electrode is not formed on at least a side surface of the recess.
少なくとも請求項7に記載の圧電素子を具備することを特徴とする超音波トランスデューサー。   An ultrasonic transducer comprising at least the piezoelectric element according to claim 7. 開口を有する基板と、
該基板上に設けられた請求項8記載の超音波トランスデューサーと、
を具備することを特徴とする超音波デバイス。
A substrate having an opening;
The ultrasonic transducer according to claim 8 provided on the substrate;
An ultrasonic device comprising:
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