JP2015044321A - Liquid jetting head, liquid jetting device and piezoelectric element - Google Patents

Liquid jetting head, liquid jetting device and piezoelectric element Download PDF

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小興 王
朋裕 酒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jetting head, a liquid jetting device and a piezoelectric element which preferentially orient a crystal of a BaTiOtype piezoelectric material in a predetermined direction and are excellent in piezoelectric characteristics.SOLUTION: A liquid jetting head is provided with a piezoelectric element 300 which includes a first electrode 60, at least one layer orientation control layer 72 which is disposed on the first electrode, a piezoelectric layer 70 disposed on the orientation control layer and a second electrode 80 disposed on the piezoelectric layer. Therein, the orientation control layer 72 comprises a complex oxide of a perovskite structure which contains bismuth, barium, iron and titanate, and the piezoelectric layer 70 comprises a complex oxide of a perovskite structure which contains at least barium and titanium and is preferentially oriented on a prescribed crystal surface.

Description

本発明は、圧電材料からなる圧電体層及び電極を有する圧電素子を具備し、ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and a piezoelectric element that include a piezoelectric element having a piezoelectric layer made of a piezoelectric material and an electrode and eject liquid droplets from nozzle openings.

液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズルと連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズルからインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。インクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料を2つの電極で挟んで構成されたものがある。   As a typical example of a liquid ejecting head, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle for ejecting ink droplets is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to add ink in the pressure generation chamber. There is an ink jet recording head that presses and ejects ink droplets from a nozzle. As a piezoelectric element used for an ink jet recording head, there is one constituted by sandwiching a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function between two electrodes.

圧電材料としては、優れた圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が主に使用されている(例えば、特許文献1参照)。   As the piezoelectric material, lead zirconate titanate (PZT) having excellent piezoelectric characteristics is mainly used (see, for example, Patent Document 1).

他方、環境問題の観点から、鉛を含有しない圧電材料、すなわち、非鉛系圧電材料の開発が進められている。非鉛系圧電材料としては、例えばABOで示されるペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウム(BaTiO)や鉄酸ビスマス(BiFeO)が挙げられる(例えば、特許文献2,3参照)。 On the other hand, from the viewpoint of environmental problems, development of piezoelectric materials that do not contain lead, that is, lead-free piezoelectric materials, is in progress. Examples of the lead-free piezoelectric material include barium titanate (BaTiO 3 ) and bismuth ferrate (BiFeO 3 ) having a perovskite structure represented by ABO 3 (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

圧電材料の圧電特性を向上させるためには、結晶性が良好であり、且つ結晶が所定の方向に優先配向していることが望ましいとされている。例えば、非鉛系圧電材料の結晶を(110)面に配向させ、圧電特性を向上させる技術が知られている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、非鉛系圧電材料の圧電特性をチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電特性に匹敵させるためには、結晶配向性をより一層向上させることが重要となる。特に、非鉛系圧電材料の中でもBaTiOは、結晶格子の異方性が極めて小さく、結晶面を所定の方向に優先配向させることが極めて困難であるとされている。 In order to improve the piezoelectric characteristics of the piezoelectric material, it is desirable that the crystallinity is good and the crystal is preferentially oriented in a predetermined direction. For example, a technique for improving the piezoelectric characteristics by orienting crystals of a lead-free piezoelectric material in the (110) plane is known (see, for example, Patent Document 4). However, in order to make the piezoelectric characteristics of the lead-free piezoelectric material comparable to that of lead zirconate titanate (PZT), it is important to further improve the crystal orientation. In particular, among the lead-free piezoelectric materials, BaTiO 3 has extremely small crystal lattice anisotropy, and it is extremely difficult to preferentially orient the crystal plane in a predetermined direction.

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置等の圧電素子においても同様に存在する。   Such a problem is not limited to a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and similarly exists in a piezoelectric element such as an actuator device mounted in another device.

特開2001−223404号公報JP 2001-223404 A 特開2012−156493号公報JP 2012-156493 A 特開2012−175092号公報JP 2012-175092 A 特開2011−205067号公報JP 2011-205067 A

本発明は、このような事情に鑑み、BaTiO系の圧電材料の結晶が所定の方向に優先配向しており、且つ圧電特性に優れた液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention provides a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and a piezoelectric element in which crystals of a BaTiO 3 based piezoelectric material are preferentially oriented in a predetermined direction and have excellent piezoelectric characteristics. With the goal.

上記課題を解決する本発明の態様は、第1電極と、前記第1電極上に設けられた少なくとも一層の配向制御層と、前記配向制御層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第2電極とを具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、前記配向制御層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記圧電体層は、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、所定の結晶面に優先配向している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、圧電体層が所定の結晶面に優先配向し、圧電特性に優れた液体噴射ヘッドが実現される。
An aspect of the present invention for solving the above problems includes a first electrode, at least one orientation control layer provided on the first electrode, a piezoelectric layer provided on the orientation control layer, and the piezoelectric body. A liquid ejecting head including a piezoelectric element including a second electrode provided on the layer, wherein the orientation control layer is made of a complex oxide having a perovskite structure including bismuth, barium, iron, and titanium, The piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing at least barium and titanium, and is preferentially oriented in a predetermined crystal plane.
In this aspect, a liquid jet head in which the piezoelectric layer is preferentially oriented in a predetermined crystal plane and has excellent piezoelectric characteristics is realized.

ここで、前記配向制御層は、さらにマンガンを含み、前記圧電体層は、(110)面に優先配向していることが好ましい。
これによれば、圧電体層が(110)面に強く配向し、圧電特性が向上する。
Here, it is preferable that the orientation control layer further contains manganese, and the piezoelectric layer is preferentially oriented in the (110) plane.
According to this, the piezoelectric layer is strongly oriented in the (110) plane, and the piezoelectric characteristics are improved.

ここで、前記配向制御層は、前記第1電極の側にさらに第2の配向制御層を備え、前記第2の配向制御層は、ビスマス及びマンガンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記圧電体層は、(100)面に優先配向していることが好ましい。
これによれば、圧電体層が(100)面に強く配向し、圧電特性が向上する。
Here, the alignment control layer further includes a second alignment control layer on the first electrode side, and the second alignment control layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing bismuth and manganese, The piezoelectric layer is preferably preferentially oriented in the (100) plane.
According to this, the piezoelectric layer is strongly oriented in the (100) plane, and the piezoelectric characteristics are improved.

ここで、前記配向制御層は、前記第1電極の側にさらに第2の配向制御層を備え、前記第2の配向制御層は、ビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記圧電体層は、(111)面に優先配向していることが好ましい。
これによれば、圧電体層が(111)面に強く配向し、圧電特性が向上する。
Here, the alignment control layer further includes a second alignment control layer on the first electrode side, and the second alignment control layer is a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth, lanthanum, iron, and manganese. The piezoelectric layer is preferably preferentially oriented in the (111) plane.
According to this, the piezoelectric layer is strongly oriented in the (111) plane, and the piezoelectric characteristics are improved.

ここで、前記圧電体層は、さらにリチウム、ボロン及び銅を含むことが好ましい。
これによれば、圧電体層が(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つにより強く配向し、圧電特性がさらに向上する。
Here, it is preferable that the piezoelectric layer further contains lithium, boron, and copper.
According to this, the piezoelectric layer is strongly oriented in any one of the (110) plane, the (100) plane, and the (111) plane, and the piezoelectric characteristics are further improved.

ここで、前記圧電体層は、さらにマンガンを含むことが好ましい。これによれば、リーク電流が抑制される。   Here, it is preferable that the piezoelectric layer further contains manganese. According to this, leakage current is suppressed.

本発明の他の態様は、前記何れかの態様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にある。
かかる態様では、圧電体層が所定の結晶面に優先配向し、優れた圧電特性を有する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置が実現される。
Another aspect of the invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the above aspects.
In this aspect, a liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head in which the piezoelectric layer is preferentially oriented in a predetermined crystal plane and has excellent piezoelectric characteristics is realized.

また、本発明の他の態様は、第1電極と、前記第1電極上に設けられた少なくとも一層の配向制御層と、前記配向制御層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第2電極とを具備する圧電素子であって、前記配向制御層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記圧電体層は、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、所定の結晶面に優先配向し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、圧電体層が所定の結晶面に優先配向し、圧電特性に優れた圧電素子が実現される。
In another aspect of the present invention, a first electrode, at least one orientation control layer provided on the first electrode, a piezoelectric layer provided on the orientation control layer, and the piezoelectric layer The orientation control layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing bismuth, barium, iron, and titanium, and the piezoelectric layer has at least barium. And a perovskite structure composite oxide containing titanium and preferentially oriented in a predetermined crystal plane.
In such an embodiment, the piezoelectric layer is preferentially oriented in a predetermined crystal plane, and a piezoelectric element having excellent piezoelectric characteristics is realized.

実施形態1に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図。FIG. 3 is a plan view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment. 実施例1の圧電体層のX線回折パターンを示す図。FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the piezoelectric layer of Example 1. 実施例2の圧電体層のX線回折パターンを示す図。FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a piezoelectric layer according to Example 2. 実施例3の圧電体層のX線回折パターンを示す図。FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a piezoelectric layer of Example 3. 比較例1の圧電体層のX線回折パターンを示す図。The figure which shows the X-ray-diffraction pattern of the piezoelectric material layer of the comparative example 1. 実施例1の圧電体層の断面、実施例2,3の圧電体層の断面及び表面のSEM写真。FIG. 3 is an SEM photograph of the cross section of the piezoelectric layer of Example 1, the cross section of the piezoelectric layer of Examples 2 and 3, and the surface. 実施例3及び比較例1の電流密度と印加電圧との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the current density and applied voltage of Example 3 and Comparative Example 1. 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造され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概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図であり、図3は図2のA−A′線断面図である。図1〜図3に示すように、本実施形態の流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head manufactured by a manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. As shown in FIGS. 1 to 3, the flow path forming substrate 10 of the present embodiment is made of a silicon single crystal substrate, and an elastic film 50 made of silicon dioxide is formed on one surface thereof.

流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のマニホールド部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。本実施形態では、流路形成基板10には、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15からなる液体流路が設けられていることになる。   A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a supply path 14 and a communication path 15. The communication part 13 communicates with a manifold part 31 of a protective substrate, which will be described later, and constitutes a part of a manifold that becomes a common ink chamber for each pressure generating chamber 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13. In this embodiment, the ink supply path 14 is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path. In the present embodiment, the flow path forming substrate 10 is provided with a liquid flow path including the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the communication path 15.

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

一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、例えば厚さ30〜50nm程度の酸化チタン等からなり、弾性膜50と第1電極60との密着性を向上させるための密着層56が設けられている。なお、弾性膜50上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。   On the other hand, the elastic film 50 is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above. On the elastic film 50, for example, titanium oxide having a thickness of about 30 to 50 nm or the like. An adhesion layer 56 for improving adhesion between the elastic film 50 and the first electrode 60 is provided. Note that an insulator film made of zirconium oxide or the like may be provided on the elastic film 50 as necessary.

また、この密着層56上には、第1電極60と、詳しくは後述するがビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなる少なくとも一層の配向制御層72と、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層70と、第2電極80とが積層形成されて、圧力発生室12に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としての圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。   Further, on the adhesion layer 56, the first electrode 60, at least one orientation control layer 72 made of a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth, barium, iron and titanium, which will be described in detail later, and at least barium and A piezoelectric layer 300 made of a composite oxide having a perovskite structure including titanium and a second electrode 80 are laminated to form a piezoelectric element 300 as pressure generating means for causing a pressure change in the pressure generating chamber 12. Yes. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12.

本実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜50、密着層56、第1電極60及び必要に応じて設ける絶縁体膜が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50や密着層56を設けなくてもよい。また、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。ただし、流路形成基板10上に直接第1電極60を設ける場合には、第1電極60とインクとが導通しないように第1電極60を絶縁性の保護膜等で保護するのが好ましい。   In the present embodiment, the first electrode 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the second electrode 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. Also, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the adhesion layer 56, the first electrode 60, and the insulator film provided as necessary function as a vibration plate. However, the present invention is not limited to this. For example, the elastic film 50 and the adhesion layer 56 may not be provided. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm. However, when the first electrode 60 is provided directly on the flow path forming substrate 10, it is preferable to protect the first electrode 60 with an insulating protective film or the like so that the first electrode 60 and the ink are not electrically connected.

本実施形態の配向制御層72は、配向制御層72上に形成されるBa及びTiを含む圧電体層70の結晶を所定の方向(所定の結晶面)、具体的には、(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つに優先配向させる。   The orientation control layer 72 of the present embodiment has a crystal of the piezoelectric layer 70 containing Ba and Ti formed on the orientation control layer 72 in a predetermined direction (predetermined crystal plane), specifically, a (110) plane. , (100) plane and (111) plane are preferentially oriented.

ここで、「所定の方向に優先配向する」とは、圧電体層70の全ての結晶が所定の方向に配向している場合と、ほとんどの結晶(例えば、50%以上)が所定の方向に配向している場合とを含むものである。   Here, “preferentially oriented in a predetermined direction” means that all the crystals of the piezoelectric layer 70 are oriented in a predetermined direction and that most crystals (for example, 50% or more) are in a predetermined direction. And the case where it is oriented.

このような配向制御層72は、少なくとも一層からなり、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなる。ペロブスカイト構造、すなわち、ABO型構造のAサイトには酸素が12配位しており、また、Bサイトには酸素が6配位して8面体(オクタヘドロン)をつくっている。このAサイトにBi、Baが、BサイトにFe、Tiが位置する。 Such an orientation control layer 72 is composed of at least one layer, and is composed of a complex oxide having a perovskite structure containing bismuth, barium, iron and titanium. In the perovskite structure, that is, the A site of the ABO 3 type structure, oxygen is 12-coordinated, and oxygen is 6-coordinated at the B site to form an octahedron. Bi and Ba are located at the A site, and Fe and Ti are located at the B site.

ここで、配向制御層72がビスマス、バリウム、鉄及びチタンと、さらにマンガンを含む一層の複合酸化物からなる場合、圧電体層70は(110)面に優先配向する。   Here, in the case where the orientation control layer 72 is made of one composite oxide containing bismuth, barium, iron, and titanium and further manganese, the piezoelectric layer 70 is preferentially oriented in the (110) plane.

また、配向制御層72が二層の複合酸化物からなる場合であって、第1電極60上にビスマス及びマンガンを含む第2の配向制御層と、この第2の配向制御層上にビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含む第1の配向制御層とを有する場合、圧電体層70は(100)面に優先配向する。   In addition, the orientation control layer 72 is made of a composite oxide of two layers, and the second orientation control layer containing bismuth and manganese on the first electrode 60, and bismuth on the second orientation control layer, In the case of having the first orientation control layer containing barium, iron, and titanium, the piezoelectric layer 70 is preferentially oriented in the (100) plane.

また、配向制御層72が二層の複合酸化物からなる場合であって、第1電極60上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む第2の配向制御層と、この第2の配向制御層上にビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含む第1の配向制御層とを有する場合、圧電体層70は(111)面に優先配向する。   In addition, the orientation control layer 72 is made of a composite oxide of two layers, and the second orientation control layer containing bismuth, lanthanum, iron and manganese on the first electrode 60, and the second orientation control layer. When the first orientation control layer containing bismuth, barium, iron, and titanium is provided on the top, the piezoelectric layer 70 is preferentially oriented in the (111) plane.

このように、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含む配向制御層72を少なくとも一層設けることにより、配向制御層72の組成に依存して、この配向制御層72上に形成されるバリウム及びチタンを含む圧電体層70を、(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つに優先配向させることが可能となる。   In this manner, by providing at least one orientation control layer 72 containing bismuth, barium, iron and titanium, depending on the composition of the orientation control layer 72, barium and titanium formed on the orientation control layer 72 are included. The piezoelectric layer 70 can be preferentially oriented in any one of the (110) plane, the (100) plane, and the (111) plane.

圧電体層70は結晶の方位によって、変位量、誘電率、ヤング率等様々な物理的性質が異なるため、圧電体層70の配向は、単一配向の場合の方が、ランダムな配向や複数の配向をもつ場合よりも、圧電特性を発揮させることが可能となる。本実施形態の圧電体層70は、配向制御層72により所定の方向に優先配向するため、後述する実施例に示すように、結晶性が良好なものとなり、電流電圧特性(I−V特性)が優れたものとなる。   Since the piezoelectric layer 70 has various physical properties such as a displacement amount, a dielectric constant, and a Young's modulus depending on the crystal orientation, the orientation of the piezoelectric layer 70 is a random orientation or a plurality of orientations in the case of a single orientation. It is possible to exhibit piezoelectric characteristics as compared with the case of having the following orientation. Since the piezoelectric layer 70 of the present embodiment is preferentially oriented in a predetermined direction by the orientation control layer 72, the crystallinity is good and current-voltage characteristics (IV characteristics) as shown in examples described later. Will be excellent.

さらに、本実施形態では、少なくとも一層の配向制御層72として、圧電材料であるビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物を用いている。よって、配向制御層72は、圧電体層70を所定の方向に優先配向させる配向制御層であると共に、圧電特性を発現する圧電体層としても機能する。すなわち、本実施形態では、配向制御層72を設けることにより圧電特性は低下せず、むしろ、圧電体層70と共に優れた圧電特性を発現することができる。このため、配向制御層72と後述する圧電材料層74とを併せて圧電体層70ということもできる。   Furthermore, in this embodiment, a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth, barium, iron, and titanium, which are piezoelectric materials, is used as at least one orientation control layer 72. Therefore, the orientation control layer 72 is an orientation control layer that preferentially orients the piezoelectric layer 70 in a predetermined direction, and also functions as a piezoelectric layer that exhibits piezoelectric characteristics. That is, in this embodiment, the piezoelectric characteristics are not deteriorated by providing the orientation control layer 72, but rather, excellent piezoelectric characteristics can be exhibited together with the piezoelectric layer 70. For this reason, the orientation control layer 72 and the piezoelectric material layer 74 described later can be collectively referred to as a piezoelectric layer 70.

ここで、配向制御層72が一層設けられる場合であって、配向制御層72がBi、Ba、Fe及びTiを含む複合酸化物からなる場合、又は配向制御層72が二層設けられる場合であって、第2の配向制御層上に設けられる第1の配向制御層がBi、Ba、Fe及びTiを含む複合酸化物からなる場合、複合酸化物は鉄酸ビスマス(BiFeO)とチタン酸バリウム(BaTiO)との混晶、または、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体として表される。 Here, there is a case where one orientation control layer 72 is provided, in which the orientation control layer 72 is made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe and Ti, or a case where two orientation control layers 72 are provided. When the first orientation control layer provided on the second orientation control layer is made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe, and Ti, the composite oxide is composed of bismuth ferrate (BiFeO 3 ) and barium titanate. It is expressed as a mixed solution with (BaTiO 3 ) or as a solid solution in which bismuth ferrate and barium titanate are uniformly dissolved.

この場合の配向制御層の組成は、例えば、((Bi,Ba)(Fe,Ti)O)で表され、代表的には、下記一般式(1)で表される混晶として表される。また、式(1)は、下記一般式(1’)で表すこともできる。 The composition of the orientation control layer in this case is represented by, for example, ((Bi, Ba) (Fe, Ti) O 3 ), and typically represented as a mixed crystal represented by the following general formula (1). The Moreover, Formula (1) can also be represented by the following general formula (1 ′).

(1−x)[BiFeO]−x[BaTiO] (1)
(0<x<0.40)
(Bi1−xBa)(Fe1−xTi)O (1’)
(0<x<0.40)
(1-x) [BiFeO 3 ] -x [BaTiO 3 ] (1)
(0 <x <0.40)
(Bi 1-x Ba x ) (Fe 1-x Ti x ) O 3 (1 ′)
(0 <x <0.40)

また、配向制御層72が一層設けられる場合であって、配向制御層72がBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む複合酸化物からなる場合、又は配向制御層72が二層設けられる場合であって、第2の配向制御層上に設けられる第1の配向制御層がBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む複合酸化物からなる場合、複合酸化物は鉄酸マンガン酸ビスマス(Bi(Fe,Mn)O)とチタン酸バリウム(BaTiO)との混晶、または、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体として表される。 In addition, when the orientation control layer 72 is provided in a single layer, the orientation control layer 72 is made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn, or when the orientation control layer 72 is provided in two layers. When the first alignment control layer provided on the second alignment control layer is composed of a complex oxide containing Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn, the complex oxide is bismuth iron manganate (Bi ( Fe, Mn) O 3 ) and barium titanate (BaTiO 3 ) or a solid solution in which bismuth ferrate manganate and barium titanate are uniformly dissolved.

この場合の配向制御層72の組成は、例えば、((Bi,Ba)(Fe,Ti,Mn)O)で表され、代表的には、下記一般式(2)で表される混晶として表される。また、式(2)は、下記一般式(2’)で表すこともできる。 The composition of the orientation control layer 72 in this case is represented by, for example, ((Bi, Ba) (Fe, Ti, Mn) O 3 ), and is typically a mixed crystal represented by the following general formula (2). Represented as: Moreover, Formula (2) can also be represented by the following general formula (2 ′).

(1−x)[Bi(Fe1−yMn)O]−x[BaTiO] (2)
(0<x<0.40、0.01<y<0.10)
(Bi1−xBa)((Fe1−yMn1−xTi)O(2’)
(0<x<0.40、0.01<y<0.10)
(1-x) [Bi ( Fe 1-y Mn y) O 3] -x [BaTiO 3] (2)
(0 <x <0.40, 0.01 <y <0.10)
(Bi 1-x Ba x) ((Fe 1-y Mn y) 1-x Ti x) O 3 (2 ')
(0 <x <0.40, 0.01 <y <0.10)

ここで、上記の一般式(1)、(2)及び一般式(1’)、(2’)の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比が1とすると、0.85〜1.20の範囲内のものは許容される。また、上記の一般式で表した場合は異なるものであっても、Aサイトの元素とBサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。   Here, the descriptions of the general formulas (1) and (2) and the general formulas (1 ′) and (2 ′) are compositional notations based on stoichiometry, and as described above, as long as a perovskite structure can be taken. However, inevitable compositional shift due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc., as well as partial substitution of elements are allowed. For example, if the stoichiometric ratio is 1, the range of 0.85 to 1.20 is allowed. Further, even if they are different from those represented by the above general formula, those having the same ratio of the A site element to the B site element may be regarded as the same composite oxide.

また、配向制御層72が二層設けられる場合であって、第1電極60上に設けられる第2の配向制御層がBi及びMnを含む複合酸化物、又はBi、La、Fe及びMnを含む複合酸化物からなる場合、これらの複合酸化物の組成はマンガン酸ビスマス(BiMnO)、又は鉄酸マンガン酸ビスマスランタン((Bi,La)(Fe,Mn)O)で表される。 In addition, in the case where two orientation control layers 72 are provided, the second orientation control layer provided on the first electrode 60 includes a composite oxide containing Bi and Mn, or Bi, La, Fe, and Mn. When composed of complex oxides, the composition of these complex oxides is represented by bismuth manganate (BiMnO 3 ) or bismuth lanthanum ferrate manganate ((Bi, La) (Fe, Mn) O 3 ).

なお、X線回折パターンにおいて、上述した複合酸化物、すなわち、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマス、マンガン酸ビスマス及び鉄酸マンガン酸ビスマスランタンは、単独では検出されないものである。また、これらの複合酸化物は、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが知られている。例えば、BiFeO、BaTiO、Bi(Fe,Mn)O、BiMnO及び(Bi,La)(Fe,Mn)Oとして、元素(Bi、Fe、Ba、Ti、Mn、LaやO)が一部欠損する又は過剰である、又は元素の一部が他の元素に置換されたものも知られているが、本実施形態で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマス、マンガン酸ビスマス及び鉄酸マンガン酸ビスマスランタンと表記した場合、基本的な特性が変わらない限り、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや元素の一部が他の元素に置換されたものも、これらの複合酸化物の範囲に含まれるものとする。また、BiFeOとBaTiOとの比や、Bi(Fe,Mn)OとBaTiOとの比も、種々変更することができる。 In the X-ray diffraction pattern, the above-mentioned composite oxides, that is, bismuth ferrate, barium titanate, bismuth ferrate manganate, bismuth manganate and bismuth lanthanum manganate are not detected alone. Further, these complex oxides are known piezoelectric materials each having a perovskite structure, and those having various compositions are known. For example, BiFeO 3 , BaTiO 3 , Bi (Fe, Mn) O 3 , BiMnO 3 and (Bi, La) (Fe, Mn) O 3 are used as elements (Bi, Fe, Ba, Ti, Mn, La and O). Is known to be partially missing or excessive, or a part of the element is replaced with another element. In this embodiment, bismuth ferrate, barium titanate, bismuth ferrate manganate, manganese When expressed as bismuth oxalate and bismuth lanthanum iron manganate, as long as the basic characteristics remain the same, those that deviate from the stoichiometric composition due to deficiency or excess, or some of the elements are replaced with other elements Is also included in the range of these complex oxides. Further, the ratio of BiFeO 3 and BaTiO 3 and the ratio of Bi (Fe, Mn) O 3 and BaTiO 3 can be variously changed.

なお、配向制御層72の厚さは限定されないが、薄い方が好ましい。例えば、配向制御層72の厚さは80nm以下、好ましくは40nm以下である。   The thickness of the orientation control layer 72 is not limited, but is preferably thinner. For example, the thickness of the orientation control layer 72 is 80 nm or less, preferably 40 nm or less.

本実施形態の圧電体層70は、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電材料である。代表的には、AサイトにBa、BサイトにTiが位置するチタン酸バリウム(BaTiO)が挙げられる。また、圧電体層70は、チタン酸バリウムのバリウムやチタンの一部を他の元素に置換したものの他、これらに、鉛を含有しない他のペロブスカイト構造の圧電材料を固溶したものも含む。チタン酸バリウムやその一部を置換したものに固溶させるペロブスカイト型圧電材料としては、チタン酸ビスマスナトリウム系、アルカリニオブ系、鉄酸ビスマス系の圧電材料を挙げることができる。 The piezoelectric layer 70 of the present embodiment is a piezoelectric material made of a complex oxide having a perovskite structure containing at least barium and titanium. A typical example is barium titanate (BaTiO 3 ) in which Ba is located at the A site and Ti is located at the B site. The piezoelectric layer 70 includes not only those obtained by replacing barium of barium titanate or a part of titanium with other elements, but also those obtained by dissolving other perovskite structure piezoelectric materials not containing lead. Examples of the perovskite-type piezoelectric material that is solid-solved in barium titanate or a partially substituted one include bismuth sodium titanate, alkali niobium, and bismuth ferrate piezoelectric materials.

このようなチタン酸バリウムは、非鉛系圧電材料の中でも結晶格子の異方性が極めて小さいため、結晶面を所定の方向に優先配向させることは困難であるとされている。しかしながら、上述した配向制御層72を少なくとも一層設けることにより、圧電体層70、すなわち、チタン酸バリウムの結晶は所定の方向、具体的には、(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つに優先配向することが可能となる。   Such barium titanate is considered to have difficulty in preferentially orienting crystal planes in a predetermined direction because crystal lattice anisotropy is extremely small among lead-free piezoelectric materials. However, by providing at least one orientation control layer 72 as described above, the piezoelectric layer 70, that is, the barium titanate crystal, has a predetermined direction, specifically, (110) plane, (100) plane, and (111). It becomes possible to preferentially orient to any one of the surfaces.

また、圧電体層70を構成する複合酸化物は、さらにリチウム、ボロン及び銅を含むことが好ましい。これにより、圧電体層70の結晶配向性がさらに向上し、電流電圧特性が改善される。   Moreover, it is preferable that the composite oxide constituting the piezoelectric layer 70 further contains lithium, boron, and copper. Thereby, the crystal orientation of the piezoelectric layer 70 is further improved, and the current-voltage characteristics are improved.

ここで、Liの含有量はTiに対して2モル%以上5モル%以下が好ましく、Bの含有量は、Tiに対して2モル%以上5モル%以下が好ましい。また、Cuの含有量は、Tiに対して3モル%以下が好ましく、0.5モル%以上3モル%以下がより好ましい。なお、これらのLi、B及びCuを含んでいても、圧電体層70はペロブスカイト構造を有するものであり、Li、B及びCuは、AサイトのBaやBサイトのTiの一部を置換する、又はグレインの界面に存在しているものと推測される。   Here, the Li content is preferably 2 mol% or more and 5 mol% or less with respect to Ti, and the B content is preferably 2 mol% or more and 5 mol% or less with respect to Ti. Moreover, 3 mol% or less is preferable with respect to Ti, and, as for content of Cu, 0.5 mol% or more and 3 mol% or less are more preferable. Even if Li, B, and Cu are contained, the piezoelectric layer 70 has a perovskite structure, and Li, B, and Cu replace a part of Ba at the A site and Ti at the B site. Or presumably present at the grain interface.

また、圧電体層70は、Ba、Ti、Li、B及びCu以外の元素をさらに含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Mn、Co及びCr等が挙げられ、Mnを含むことが好ましい。これにより、圧電体層70のリーク特性が向上する。CoやCrを含む場合も、Mnを含む場合と同様にリーク特性が向上する。   The piezoelectric layer 70 may further contain an element other than Ba, Ti, Li, B, and Cu. Examples of other elements include Mn, Co, and Cr, and preferably contains Mn. Thereby, the leak characteristic of the piezoelectric layer 70 is improved. In the case of containing Co or Cr, the leakage characteristics are improved as in the case of containing Mn.

圧電体層70が、これらの他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有する必要がある。圧電体層70が、Mn、CoやCrを含む場合、Mn、CoやCrは、ペロブスカイト構造のBサイトに位置する。   Even when the piezoelectric layer 70 is a composite oxide containing these other elements, it is necessary to have a perovskite structure. When the piezoelectric layer 70 contains Mn, Co, and Cr, Mn, Co, and Cr are located at the B site of the perovskite structure.

なお、圧電体層70の厚さは限定されない。例えば、圧電体層70の厚さは3μm以下、好ましくは0.3μm以上1.5μm以下である。   Note that the thickness of the piezoelectric layer 70 is not limited. For example, the thickness of the piezoelectric layer 70 is 3 μm or less, preferably 0.3 μm or more and 1.5 μm or less.

このような圧電素子300の個別電極である各第2電極80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され、弾性膜50上や必要に応じて設ける絶縁体膜上にまで延設されるリード電極90が接続されている。リード電極90は、例えば、金(Au)等からなる。   Each second electrode 80, which is an individual electrode of the piezoelectric element 300, is drawn from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side and extends to the elastic film 50 or an insulator film provided as necessary. The lead electrode 90 to be connected is connected. The lead electrode 90 is made of, for example, gold (Au).

このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、第1電極60、弾性膜50や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極90上には、マニホールド100の少なくとも一部を構成するマニホールド部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このマニホールド部31は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、マニホールド部31のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、必要に応じて設ける絶縁体膜等)にマニホールド100と各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。   At least a part of the manifold 100 is formed on the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, that is, on the first electrode 60, the elastic film 50, the insulator film provided as necessary, and the lead electrode 90. A protective substrate 30 having a manifold portion 31 constituting the above is joined via an adhesive 35. In this embodiment, the manifold portion 31 penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction and is formed across the width direction of the pressure generating chamber 12. As described above, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. The manifold 100 is configured as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. Alternatively, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 may be divided into a plurality of pressure generation chambers 12 and only the manifold portion 31 may be used as a manifold. Further, for example, only the pressure generation chamber 12 is provided in the flow path forming substrate 10 and a member (for example, an elastic film 50, an insulator film provided as necessary, etc.) interposed between the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 ) May be provided with an ink supply path 14 for communicating the manifold 100 and each pressure generating chamber 12.

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

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

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

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

また、このような保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のマニホールド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。   In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, and one surface of the manifold portion 31 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is formed of a relatively hard material. 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、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、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120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、弾性膜50、密着層56、第1電極60、配向制御層72及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。   In such an ink jet recording head I of this embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the manifold 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink, and then driven. In accordance with the recording signal from the circuit 120, a voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generation chamber 12, and the elastic film 50, the adhesion layer 56, the first electrode 60, and the orientation control. By bending and deforming the layer 72 and the piezoelectric layer 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図4〜図8を参照して説明する。なお、図4〜図8は、圧力発生室の長手方向の断面図である。本実施形態では、配向制御層72として、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む複合酸化物からなる層を一層形成し、圧電体層70として、Ba及びTiを含む複合酸化物からなる圧電材料層74を9層積層する場合について例示する。   Next, an example of a method for manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber. In the present embodiment, a layer made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn is formed as the orientation control layer 72, and a piezoelectric material made of a composite oxide containing Ba and Ti is formed as the piezoelectric layer 70. An example in which nine material layers 74 are stacked will be described.

まず、図4(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50を構成する二酸化シリコン(SiO)等からなる二酸化シリコン膜を熱酸化等で形成する。次いで、図4(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜)上に、酸化チタン等からなる密着層56を、スパッタリング法や熱酸化等で形成する。 First, as shown in FIG. 4A, a silicon dioxide film made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like constituting the elastic film 50 is formed by thermal oxidation or the like on the surface of a flow path forming substrate wafer 110 that is a silicon wafer. To do. Next, as shown in FIG. 4B, an adhesion layer 56 made of titanium oxide or the like is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film) by sputtering or thermal oxidation.

次に、図5(a)に示すように、密着層56の上に、白金からなる第1電極60をスパッタリング法や蒸着法等により全面に形成する。次に、図5(b)に示すように、第1電極60上に所定形状のレジスト(図示なし)をマスクとして、密着層56及び第1電極60の側面が傾斜するように同時にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 5A, a first electrode 60 made of platinum is formed on the entire surface of the adhesion layer 56 by sputtering or vapor deposition. Next, as shown in FIG. 5B, patterning is performed simultaneously on the first electrode 60 so that the side surfaces of the adhesion layer 56 and the first electrode 60 are inclined using a resist (not shown) having a predetermined shape as a mask.

次いで、レジストを剥離した後、この第1電極60上に、配向制御層前駆体膜71を形成する。この配向制御層前駆体膜71は、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる配向制御層72を得るMOD(Metal−Organic Decomposition)法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて製造することができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、CVD法、エアロゾル・デポジション法などでも、配向制御層72を製造することができる。   Next, after removing the resist, an orientation control layer precursor film 71 is formed on the first electrode 60. This alignment control layer precursor film 71 is formed by, for example, applying a MOD (Metal-Organic Decomposition) method or a sol to obtain an alignment control layer 72 made of a metal oxide by applying and drying a solution containing a metal complex and baking at a high temperature. -It can be produced using a chemical solution method such as a gel method. In addition, the orientation control layer 72 can be manufactured by a laser ablation method, a sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD method), a CVD method, an aerosol deposition method, or the like.

配向制御層72を化学溶液法で形成する場合の具体的な形成手順例としては、まず、図5(c)に示すように、Ptからなる第1電極60上に、金属錯体を含むMOD溶液やゾルからなる配向制御層形成用組成物(配向制御層の前駆体溶液)をスピンコート法などを用いて塗布して、配向制御層前駆体膜71を形成する(配向制御層前駆体溶液塗布工程)。   As a specific example of the formation procedure when the orientation control layer 72 is formed by the chemical solution method, first, as shown in FIG. 5C, a MOD solution containing a metal complex on the first electrode 60 made of Pt. An alignment control layer forming composition (orientation control layer precursor solution) made of sol or sol is applied using a spin coating method or the like to form an alignment control layer precursor film 71 (orientation control layer precursor solution application) Process).

塗布する配向制御層の前駆体溶液は、焼成によりBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体を混合し、該混合物を有機溶媒に溶解または分散させたものである。Bi、Ba、Fe、Ti及びMnをそれぞれ含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、β−ジケトン錯体などを用いることができる。Biを含む金属錯体としては、例えば2−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマスなどが挙げられる。Baを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、2−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Feを含む金属錯体としては、例えば2−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄、トリス(アセチルアセトナート)鉄などが挙げられる。Tiを含有する金属錯体としては、例えばチタニウムイソプロポキシド、2−エチルヘキサン酸チタン、チタン(ジ−i−プロポキシド)ビス(アセチルアセトナート)などが挙げられる。Mnを含む金属錯体としては、例えば2−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。勿論、Bi、Ba、Fe、Ti及びMn等を二種以上含む金属錯体を用いてもよい。また、配向制御層の前駆体溶液の溶媒としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸などが挙げられる。   The precursor solution of the orientation control layer to be applied is obtained by mixing a metal complex capable of forming a composite oxide containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn by firing, and dissolving or dispersing the mixture in an organic solvent. is there. As a metal complex containing Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn, for example, alkoxide, organic acid salt, β-diketone complex, and the like can be used. Examples of the metal complex containing Bi include bismuth 2-ethylhexanoate and bismuth acetate. Examples of the metal complex containing Ba include barium isopropoxide, barium 2-ethylhexanoate, barium acetylacetonate, and the like. Examples of the metal complex containing Fe include iron 2-ethylhexanoate, iron acetate, and tris (acetylacetonato) iron. Examples of the metal complex containing Ti include titanium isopropoxide, titanium 2-ethylhexanoate, titanium (di-i-propoxide) bis (acetylacetonate), and the like. Examples of the metal complex containing Mn include manganese 2-ethylhexanoate and manganese acetate. Of course, a metal complex containing two or more of Bi, Ba, Fe, Ti, Mn and the like may be used. Examples of the solvent for the orientation control layer precursor solution include propanol, butanol, pentanol, hexanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, octane, decane, cyclohexane, xylene, toluene, tetrahydrofuran, acetic acid, octylic acid, and the like. It is done.

このように、配向制御層72を作製するには、例えば、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnの金属錯体を含む前駆体溶液を用い、これをPtからなる第1電極60上に塗布等し焼成すればよい。前駆体溶液等の原料の組成は特に限定されず、各金属が所望のモル比となるように混合すればよい。   Thus, in order to produce the orientation control layer 72, for example, a precursor solution containing a metal complex of Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn is used, and this is applied onto the first electrode 60 made of Pt. What is necessary is just to bake. The composition of the raw material such as the precursor solution is not particularly limited, and may be mixed so that each metal has a desired molar ratio.

次いで、この配向制御層前駆体膜71を所定温度(例えば、150〜200℃)に加熱して一定時間乾燥させる(配向制御層乾燥工程)。次に、乾燥した配向制御層前駆体膜71を所定温度(例えば、350〜450℃)に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(配向制御層脱脂工程)。ここで言う脱脂とは、配向制御層前駆体膜71に含まれる有機成分を、例えば、NO、CO、HO等として離脱させることである。配向制御層乾燥工程や配向制御層脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。 Next, the orientation control layer precursor film 71 is heated to a predetermined temperature (for example, 150 to 200 ° C.) and dried for a predetermined time (alignment control layer drying step). Next, the dried alignment control layer precursor film 71 is degreased by heating to a predetermined temperature (for example, 350 to 450 ° C.) and holding for a certain time (alignment control layer degreasing step). Degreasing as used herein refers to removing organic components contained in the alignment control layer precursor film 71 as, for example, NO 2 , CO 2 , H 2 O, or the like. The atmosphere of the orientation control layer drying step and the orientation control layer degreasing step is not limited, and may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas.

次に、図5(d)に示すように、配向制御層前駆体膜71を所定温度、例えば600〜850℃程度に加熱して、一定時間、例えば、1〜10分間保持することによって結晶化させ、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnの元素を含む複合酸化物からなる配向制御層72を形成する(配向制御層焼成工程)。   Next, as shown in FIG. 5D, the orientation control layer precursor film 71 is heated to a predetermined temperature, for example, about 600 to 850 ° C., and held for a certain time, for example, 1 to 10 minutes for crystallization. Then, the orientation control layer 72 made of a composite oxide containing elements of Bi, Ba, Fe, Ti and Mn is formed (orientation control layer firing step).

この配向制御層焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。配向制御層乾燥工程、配向制御層脱脂工程及び配向制御層焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するRTA(Rapid Thermal Annealing)装置やホットプレート等が挙げられる。   Also in this orientation control layer firing step, the atmosphere is not limited, and it may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas. Examples of the heating device used in the orientation control layer drying step, the orientation control layer degreasing step, and the orientation control layer firing step include an RTA (Rapid Thermal Annealing) device that heats by irradiation with an infrared lamp and a hot plate.

本実施形態では、塗布工程を1回として一層からなる配向制御層72を形成したが、上述した配向制御層塗布工程、配向制御層乾燥工程及び配向制御層脱脂工程や、配向制御層塗布工程、配向制御層乾燥工程、配向制御層脱脂工程及び配向制御層焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数層からなる配向制御層72を形成してもよい。   In the present embodiment, the orientation control layer 72 consisting of a single layer is formed as a single coating step, but the above-described orientation control layer coating step, orientation control layer drying step and orientation control layer degreasing step, orientation control layer coating step, The orientation control layer drying step, the orientation control layer degreasing step, and the orientation control layer firing step may be repeated a plurality of times depending on the desired film thickness and the like to form the orientation control layer 72 composed of a plurality of layers.

次に、配向制御層72上にBa及びTiを含む複合酸化物からなる圧電材料層74を9層積層して圧電体層70を形成する。圧電材料層74は、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成するMOD法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて製造することができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、CVD法、エアロゾル・デポジション法などでも圧電材料層74を製造することができる。   Next, nine piezoelectric material layers 74 made of a composite oxide containing Ba and Ti are stacked on the orientation control layer 72 to form the piezoelectric layer 70. The piezoelectric material layer 74 can be manufactured using, for example, a chemical solution method such as a MOD method or a sol-gel method in which a solution containing a metal complex is applied and dried, and further baked at a high temperature. In addition, the piezoelectric material layer 74 can be manufactured by a laser ablation method, a sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD method), a CVD method, an aerosol deposition method, or the like.

圧電材料層74を化学溶液法で形成する場合の具体的な形成手順例としては、まず、図6(a)に示すように、配向制御層72上に、金属錯体、具体的には、Ba及びTiを含有する金属錯体を含むMOD溶液やゾルからなる圧電材料層形成用組成物(前駆体溶液)をスピンコート法等を用いて、塗布して圧電材料層74の前駆体膜(圧電材料層前駆体膜)73を形成する(塗布工程)。   As a specific example of the formation procedure when the piezoelectric material layer 74 is formed by the chemical solution method, first, as shown in FIG. 6A, a metal complex, specifically, Ba is formed on the orientation control layer 72. And a piezoelectric material layer forming composition (precursor solution) composed of a MOD solution containing a metal complex containing Ti and Ti or a sol by using a spin coating method or the like. A layer precursor film) 73 is formed (application process).

塗布する前駆体溶液は、焼成によりBa及びTiを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体を混合し、該混合物を有機溶媒に溶解または分散させたものである。Ba及びTiをそれぞれ含む金属錯体の混合割合は、各金属が所望のモル比となるように混合すればよい。Ba及びTiをそれぞれ含む金属錯体は、上述した通りである。勿論、Ba及びTiを二種以上含む金属錯体を用いてもよい。   The precursor solution to be applied is obtained by mixing a metal complex capable of forming a composite oxide containing Ba and Ti by firing, and dissolving or dispersing the mixture in an organic solvent. What is necessary is just to mix the mixing ratio of the metal complex each containing Ba and Ti so that each metal may become a desired molar ratio. The metal complex containing Ba and Ti is as described above. Of course, you may use the metal complex containing 2 or more types of Ba and Ti.

なお、Li、B及びCuを含む複合酸化物からなる圧電材料層74を形成する場合は、さらに、Li、B及びCuを有する金属錯体を含有する前駆体溶液を用いる。Liを含む金属錯体としては、例えば、2−エチルヘキサン酸リチウム、アルキルリチウム等が挙げられる。Bを含む金属錯体としては、例えば、2−エチルヘキサン酸ホウ素、アルキルホウ素等が挙げられる。Cuを含む金属錯体としては、例えば、2−エチルヘキサン酸銅、酢酸銅等が挙げられる。勿論、Li、B及びCuを二種以上含む金属錯体を用いてもよい。   In addition, when forming the piezoelectric material layer 74 which consists of complex oxide containing Li, B, and Cu, the precursor solution containing the metal complex which has Li, B, and Cu further is used. Examples of the metal complex containing Li include lithium 2-ethylhexanoate and alkyl lithium. Examples of the metal complex containing B include boron 2-ethylhexanoate, alkylboron and the like. Examples of the metal complex containing Cu include copper 2-ethylhexanoate and copper acetate. Of course, you may use the metal complex containing 2 or more types of Li, B, and Cu.

また、前駆体溶液の溶媒としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸等が挙げられる。   Examples of the solvent for the precursor solution include propanol, butanol, pentanol, hexanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, octane, decane, cyclohexane, xylene, toluene, tetrahydrofuran, acetic acid, octylic acid, and the like.

次いで、この圧電材料層前駆体膜73を所定温度(例えば、150〜200℃)に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。次に、乾燥した圧電材料層前駆体膜73を所定温度(例えば、350〜450℃)に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。ここで言う脱脂とは、圧電材料層前駆体膜73に含まれる有機成分を、例えば、NO、CO、HO等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を複数回行ってもよい。 Next, the piezoelectric material layer precursor film 73 is heated to a predetermined temperature (for example, 150 to 200 ° C.) and dried for a predetermined time (drying step). Next, the dried piezoelectric material layer precursor film 73 is degreased by heating it to a predetermined temperature (for example, 350 to 450 ° C.) and holding it for a predetermined time (degreasing step). The degreasing referred to here is to release the organic component contained in the piezoelectric material layer precursor film 73 as, for example, NO 2 , CO 2 , H 2 O or the like. The atmosphere of the drying step or the degreasing step is not limited, and may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas. In addition, you may perform an application | coating process, a drying process, and a degreasing process in multiple times.

次に、図6(b)に示すように、圧電材料層前駆体膜73を所定温度、例えば600〜850℃程度に加熱して、一定時間、例えば、1〜10分間保持することによって焼成する(焼成工程)。これにより結晶化し、Ba及びTiを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電材料層74となる。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するRTA(Rapid Thermal Annealing)装置やホットプレート等が挙げられる。   Next, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric material layer precursor film 73 is heated to a predetermined temperature, for example, about 600 to 850 ° C., and is baked by holding for a certain time, for example, 1 to 10 minutes. (Baking process). As a result, the piezoelectric material layer 74 is crystallized and is made of a composite oxide having a perovskite structure containing Ba and Ti. Also in this firing step, the atmosphere is not limited, and may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas. Examples of the heating device used in the drying step, the degreasing step, and the firing step include an RTA (Rapid Thermal Annealing) device that heats by irradiation with an infrared lamp, a hot plate, and the like.

次いで、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数の圧電材料層74を形成する。図6(c)に示すように、本実施形態では、9層の圧電材料層74からなる圧電体層70を形成した。例えば、塗布溶液の1回あたりの膜厚が0.1μm程度の場合には、一層の配向制御層72と9層の圧電材料層74からなる圧電体層70とを併せて、全体の膜厚は約1.0μm程度となる。なお、圧電材料層74は一層のみでもよい。   Next, a plurality of piezoelectric material layers 74 are formed by repeating the above-described coating process, drying process, degreasing process, coating process, drying process, degreasing process, and firing process a plurality of times according to a desired film thickness and the like. As shown in FIG. 6C, in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 composed of nine piezoelectric material layers 74 is formed. For example, when the film thickness of the coating solution per one time is about 0.1 μm, the entire film thickness is obtained by combining the single orientation control layer 72 and the piezoelectric layer 70 composed of nine piezoelectric material layers 74. Is about 1.0 μm. The piezoelectric material layer 74 may be only one layer.

このように、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む複合酸化物からなる配向制御層72を一層設けることにより、この上に形成されるBa及びTiを含む圧電体層70が(110)面に優先配向する。これにより、圧電体層70の結晶性が良好となり、圧電体層70の圧電特性が向上する。具体的には、配向制御層72上に形成された圧電体層70は、配向制御層72がない圧電体層、すなわち、結晶が(110)面に優先配向していない圧電体層と比較して、リーク電流が抑制される。これは、配向制御層72によって、その上に形成される圧電体層70のペロブスカイト構造の結晶成長が促進されたためである。   Thus, by providing one orientation control layer 72 made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn, the piezoelectric layer 70 containing Ba and Ti formed thereon has a (110) plane. Preferred orientation. Thereby, the crystallinity of the piezoelectric layer 70 is improved, and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 70 are improved. Specifically, the piezoelectric layer 70 formed on the orientation control layer 72 is compared with a piezoelectric layer without the orientation control layer 72, that is, a piezoelectric layer in which crystals are not preferentially oriented in the (110) plane. Thus, the leakage current is suppressed. This is because the crystal growth of the perovskite structure of the piezoelectric layer 70 formed thereon is promoted by the orientation control layer 72.

圧電体層70を形成した後は、図7(a)に示すように、圧電体層70上に白金等からなる第2電極80をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室12に対向する領域に、配向制御層72、圧電体層70及び第2電極80を同時にパターニングして、第1電極60と配向制御層72と圧電体層70と第2電極80とを有する圧電素子300を形成する。なお、配向制御層72、圧電体層70及び第2電極80のパターニングでは、所定形状に形成したレジスト(図示なし)を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。その後、必要に応じて、例えば、600〜850℃の温度域でアニールを行ってもよい。これにより、配向制御層72と第1電極60や、圧電体層70と第2電極80との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層70の結晶性をさらに高くすることができる。   After the piezoelectric layer 70 is formed, as shown in FIG. 7A, a second electrode 80 made of platinum or the like is formed on the piezoelectric layer 70 by sputtering or the like, and faces each pressure generating chamber 12. In the region, the orientation control layer 72, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are simultaneously patterned to form the piezoelectric element 300 having the first electrode 60, the orientation control layer 72, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. To do. The patterning of the orientation control layer 72, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 can be performed collectively by dry etching through a resist (not shown) formed in a predetermined shape. Then, you may anneal in the temperature range of 600-850 degreeC as needed, for example. As a result, a good interface between the orientation control layer 72 and the first electrode 60 or between the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 can be formed, and the crystallinity of the piezoelectric layer 70 can be further increased. it can.

次に、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 7B, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and then a mask pattern made of, for example, a resist or the like. Patterning is performed for each piezoelectric element 300 via (not shown).

次に、図7(c)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に、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さに薄くする。   Next, as shown in FIG. 7C, a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is placed on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 via an adhesive 35. After the bonding, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次に、図8(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110上に、マスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 8A, a mask film 52 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape.

そして、図8(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15等を形成する。   Then, as shown in FIG. 8B, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 52 to form the piezoelectric element 300. Corresponding pressure generating chambers 12, communication portions 13, ink supply passages 14, communication passages 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とは反対側の面のマスク膜52を除去した後にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIとする。   Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. Then, after removing the mask film 52 on the surface opposite to the protective substrate wafer 130 of the flow path forming substrate wafer 110, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed therein is bonded, and the protective substrate wafer 130 is also formed. The compliance substrate 40 is bonded to the substrate, and the flow path forming substrate wafer 110 or the like is divided into a single chip size flow path forming substrate 10 or the like as shown in FIG. To do.

本実施形態では、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む配向制御層72を一層設けることにより、Ba及びTiを含む圧電体層70を、(110)面に優先配向させることが可能となる。これにより、優れた圧電特性を有する圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置が実現される。   In this embodiment, by providing one orientation control layer 72 containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn, the piezoelectric layer 70 containing Ba and Ti can be preferentially oriented in the (110) plane. . Thereby, a piezoelectric element, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus having excellent piezoelectric characteristics are realized.

以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
(100)面に配向した単結晶シリコン基板の表面に熱酸化により膜厚1200nmの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にRFマグネトロンスパッター法により膜厚40nmのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にRFマグネトロンスパッター法により膜厚100nmの白金膜を形成し、(111)面に配向した第1電極60を形成し、電極付き基板とした。
(Example 1)
A silicon dioxide film having a thickness of 1200 nm was formed on the surface of the single crystal silicon substrate oriented in the (100) plane by thermal oxidation. Next, a titanium film with a thickness of 40 nm was formed on the silicon dioxide film by RF magnetron sputtering, and a titanium oxide film was formed by thermal oxidation. Next, a platinum film having a thickness of 100 nm was formed on the titanium oxide film by RF magnetron sputtering, and the first electrode 60 oriented in the (111) plane was formed, whereby a substrate with an electrode was obtained.

次いで、2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸バリウム、2−エチルヘキサン酸鉄、2−エチルヘキサン酸マンガン、2−エチルヘキサン酸チタンのn−オクタン溶液を、Bi:Ba:Fe:Mn:Tiのモル比が、75:25:71.25:3.75:25となる割合で混合して、配向制御層前駆体溶液を調製した。   Subsequently, an n-octane solution of bismuth 2-ethylhexanoate, barium 2-ethylhexanoate, iron 2-ethylhexanoate, manganese 2-ethylhexanoate, and titanium 2-ethylhexanoate was added to Bi: Ba: Fe: Mn. : Ti was mixed at a ratio of 75: 25: 71.25: 3.75: 25 to prepare an orientation control layer precursor solution.

この配向制御層前駆体溶液を第1電極60上にスピンコート法により2500rpmで塗布した(配向制御層塗布工程)。次に、ホットプレート上に上記電極付き基板を載せ、180℃で2分間乾燥した(配向制御層乾燥工程)後、350℃で3分間脱脂した(配向制御層脱脂工程)。そして、酸素雰囲気中で、RTA(Rapid Thermal Annealing)装置で750℃、5分間焼成を行って(配向制御層焼成工程)、膜厚約40nmの配向制御層72を形成した。   This alignment control layer precursor solution was applied onto the first electrode 60 by spin coating at 2500 rpm (alignment control layer application step). Next, the substrate with the electrode was placed on a hot plate, dried at 180 ° C. for 2 minutes (alignment control layer drying step), and then degreased at 350 ° C. for 3 minutes (alignment control layer degreasing step). Then, in an oxygen atmosphere, firing was performed at 750 ° C. for 5 minutes using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus (alignment control layer firing step), thereby forming an orientation control layer 72 having a thickness of about 40 nm.

次いで、2−エチルヘキサン酸バリウム、2−エチルヘキサン酸チタン、2−エチルヘキサン酸銅、2−エチルヘキサン酸リチウム、2−エチルヘキサン酸ホウ素の各n−オクタン溶液を混合し、Ba:Ti:Cu:Li:Bのモル比が、100:100:1:3:3となるように混合して、圧電体膜前駆体溶液を調製した。   Then, each n-octane solution of barium 2-ethylhexanoate, titanium 2-ethylhexanoate, copper 2-ethylhexanoate, lithium 2-ethylhexanoate and boron 2-ethylhexanoate was mixed, and Ba: Ti: A piezoelectric film precursor solution was prepared by mixing such that the molar ratio of Cu: Li: B was 100: 100: 1: 3: 3.

この圧電体層前駆体溶液を配向制御層上にスピンコート法により1500rpmで塗布した(塗布工程)。次に、ホットプレート上に上記電極付き基板を載せ、150℃で2分間乾燥した(乾燥工程)後、350℃で2分間脱脂した(脱脂工程)。そして、酸素雰囲気中で、RTA(Rapid Thermal Annealing)装置で800℃、5分間焼成を行い(焼成工程)、圧電材料層74を形成した。この塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる工程を8回繰り返し、9層の圧電材料層74からなる厚さ約900nmの圧電体層70を得た。   This piezoelectric layer precursor solution was applied onto the orientation control layer by spin coating at 1500 rpm (application process). Next, the substrate with the electrode was placed on a hot plate, dried at 150 ° C. for 2 minutes (drying step), and then degreased at 350 ° C. for 2 minutes (degreasing step). Then, in an oxygen atmosphere, firing was performed at 800 ° C. for 5 minutes using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus (firing step), and the piezoelectric material layer 74 was formed. This coating step, drying step, degreasing step, and firing step were repeated eight times to obtain a piezoelectric layer 70 having a thickness of about 900 nm consisting of nine piezoelectric material layers 74.

その後、圧電体層70上に、DCスパッタ法により直径500μmで膜厚100nmの白金膜からなる第2電極80を形成し、RTAを用いて650℃で5分間焼成を行い、圧電素子300を形成した。   Thereafter, a second electrode 80 made of a platinum film having a diameter of 500 μm and a film thickness of 100 nm is formed on the piezoelectric layer 70 by DC sputtering, and baked at 650 ° C. for 5 minutes using RTA to form the piezoelectric element 300. did.

(実施例2)
配向制御層72として、第1電極60上にBi及びMnを含む第2の配向制御層を形成し、この第2の配向制御層上に、実施例1と同様の構成のBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む第1の配向制御層を形成した以外は、実施例1と同様の手順で圧電素子300を形成した。
(Example 2)
As the orientation control layer 72, a second orientation control layer containing Bi and Mn is formed on the first electrode 60, and Bi, Ba, and Fe having the same configuration as in Example 1 are formed on the second orientation control layer. The piezoelectric element 300 was formed in the same procedure as in Example 1 except that the first orientation control layer containing Ti and Mn was formed.

まず、第1電極60上に、2−エチルヘキサン酸ビスマスと2−エチルヘキサン酸マンガンのn−オクタン溶液を、Bi:Mnのモル比が、1:1となる割合で混合して、第2の配向制御層前駆体溶液を調製し、この第2の配向制御層前駆体溶液を第1電極60上に塗布することにより、厚さ約20nmの第2の配向制御層を形成した。   First, an n-octane solution of bismuth 2-ethylhexanoate and manganese 2-ethylhexanoate is mixed on the first electrode 60 in such a ratio that the molar ratio of Bi: Mn is 1: 1. A second alignment control layer precursor solution was prepared, and the second alignment control layer precursor solution was applied onto the first electrode 60 to form a second alignment control layer having a thickness of about 20 nm.

次いで、第2の配向制御層上に、実施例1と同様の配向制御層前駆体溶液を塗布することにより第1の配向制御層を形成した。これ以外は、実施例1と同様の手順で圧電素子300を形成した。   Next, the same orientation control layer precursor solution as in Example 1 was applied on the second orientation control layer to form the first orientation control layer. Except this, the piezoelectric element 300 was formed in the same procedure as in Example 1.

(実施例3)
配向制御層72として、第1電極60上にBi、La、Fe及びMnを含む第2の配向制御層を形成した以外は、実施例2と同様の手順で圧電素子300を形成した。
Example 3
A piezoelectric element 300 was formed in the same procedure as in Example 2 except that a second alignment control layer containing Bi, La, Fe, and Mn was formed on the first electrode 60 as the alignment control layer 72.

第1電極60上に、2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ランタン、2−エチルヘキサン酸鉄、2−エチルヘキサン酸マンガンのn−オクタン溶液を、Bi:La:Fe:Mnのモル比が、85:15:97:3となる割合で混合して、第2の配向制御層前駆体溶液を調製し、この第2の配向制御層前駆体溶液を第1電極60上に塗布することにより、厚さ約40nmの第2の配向制御層を形成した。これ以外は、実施例2と同様の手順で圧電素子300を形成した。   An n-octane solution of bismuth 2-ethylhexanoate, lanthanum 2-ethylhexanoate, iron 2-ethylhexanoate, manganese 2-ethylhexanoate on the first electrode 60 is added to a Bi: La: Fe: Mn mole. The second alignment control layer precursor solution is prepared by mixing at a ratio of 85: 15: 97: 3, and this second alignment control layer precursor solution is applied onto the first electrode 60. As a result, a second alignment control layer having a thickness of about 40 nm was formed. Except this, the piezoelectric element 300 was formed in the same procedure as in Example 2.

(比較例1)
配向制御層を形成しない以外は実施例1と同様の手順で圧電素子を形成した。
(Comparative Example 1)
A piezoelectric element was formed in the same procedure as in Example 1 except that the orientation control layer was not formed.

(試験例1)
実施例1〜3及び比較例1の圧電体層について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用いて、X線回折の測定を行った。図9〜図11に実施例1〜3の測定結果をそれぞれ示し、図12に比較例1の測定結果を示す。
(Test Example 1)
The piezoelectric layers of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured for X-ray diffraction using “D8 Discover” manufactured by Bruker AXS. The measurement results of Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 9 to 11, respectively, and the measurement result of Comparative Example 1 is shown in FIG.

図9及び図12に示すように、実施例1のピークを比較例1のピークと比べると、実施例1では、(100)面を示すピークが比較例1より弱くなっており、(110)面を示すピークが鋭くなっていることがわかった。これにより、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む配向制御層を設けることにより、圧電体層は、(110)面に優先配向することがわかった。   As shown in FIGS. 9 and 12, when the peak of Example 1 is compared with the peak of Comparative Example 1, in Example 1, the peak indicating the (100) plane is weaker than Comparative Example 1, and (110) It turned out that the peak which shows a surface is sharp. Accordingly, it was found that the piezoelectric layer is preferentially oriented in the (110) plane by providing the orientation control layer containing Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn.

また、図10及び図12の比較から、比較例1の圧電体層は、(100)面を示すピークがほとんど認められなかったのに対し、実施例2の圧電体層は、(100)面を示すピークが大きく且つ鋭いことがわかった。これにより、配向制御層をBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む第1の配向制御層と、Bi及びMnを含む第2の配向制御層の二層で構成することにより、圧電体層は、(100)面に優先配向することがわかった。   Further, from the comparison between FIG. 10 and FIG. 12, the piezoelectric layer of Comparative Example 1 has almost no peak indicating the (100) plane, whereas the piezoelectric layer of Example 2 has the (100) plane. It was found that the peak indicating was large and sharp. Thereby, the piezoelectric layer is formed by configuring the orientation control layer with two layers of the first orientation control layer containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn and the second orientation control layer containing Bi and Mn. , (100) plane was found to be preferentially oriented.

また、図11及び図12の比較から、比較例1の圧電体層は、(111)面を示すピークがほとんど認められなかったが、実施例3の圧電体層は、(111)面を示すピークが鋭く認められ、(100)面及び(110)面を示すピークがほとんど認められなかった。これにより、配向制御層をBi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む第1の配向制御層と、Bi、La、Fe及びMnを含む第2の配向制御層の二層で構成することにより、圧電体層は、(111)面に優先配向することがわかった。   Further, from the comparison between FIG. 11 and FIG. 12, the piezoelectric layer of Comparative Example 1 showed almost no peak showing the (111) plane, but the piezoelectric layer of Example 3 showed the (111) plane. A peak was recognized sharply, and peaks indicating (100) plane and (110) plane were hardly recognized. Thereby, by constituting the orientation control layer with two layers of the first orientation control layer containing Bi, Ba, Fe, Ti and Mn and the second orientation control layer containing Bi, La, Fe and Mn, It was found that the piezoelectric layer is preferentially oriented in the (111) plane.

(試験例2)
第2電極80を形成していない状態の圧電体層70について、実施例1では圧電体層70の断面を、実施例2,3では圧電体層70の断面及び表面を走査電子顕微鏡(SEM)により5万倍にて観察した。この結果を図13に示す。
(Test Example 2)
Regarding the piezoelectric layer 70 in which the second electrode 80 is not formed, the cross section of the piezoelectric layer 70 in Example 1 and the cross section and the surface of the piezoelectric layer 70 in Examples 2 and 3 are scanned with an electron microscope (SEM). Was observed at 50,000 times. The result is shown in FIG.

実施例1〜3の圧電体層の断面写真から、いずれの結晶も柱状で緻密であることがわかった。また、実施例2,3の圧電体層の表面写真からも結晶が緻密であることがわかった。さらに、これらの表面写真から結晶粒径が均一に揃っていることがわかった。これは、配向制御層を設けることにより、実施例1〜3の圧電体層のペロブスカイト構造の結晶成長が所定の方向に優先配向し、結晶性が良好になったためである。   From the cross-sectional photographs of the piezoelectric layers of Examples 1 to 3, it was found that all the crystals were columnar and dense. Also, it was found from the surface photographs of the piezoelectric layers of Examples 2 and 3 that the crystals were dense. Furthermore, it was found from these surface photographs that the crystal grain sizes were uniform. This is because by providing the orientation control layer, the crystal growth of the perovskite structure of the piezoelectric layers of Examples 1 to 3 is preferentially oriented in a predetermined direction, and the crystallinity is improved.

(試験例3)
実施例3及び比較例1の圧電素子について、±50Vの電圧を印加して、電流密度と印加電圧との関係を求めた。この結果を図14に示す。
(Test Example 3)
For the piezoelectric elements of Example 3 and Comparative Example 1, a voltage of ± 50 V was applied to determine the relationship between the current density and the applied voltage. The result is shown in FIG.

図14に示すように、実施例3の圧電素子は、比較例1の圧電素子よりリーク電流値が小さくなり、電流電圧特性(I−V特性)が改善されることがわかった。   As shown in FIG. 14, it was found that the piezoelectric element of Example 3 had a smaller leakage current value than the piezoelectric element of Comparative Example 1, and improved current-voltage characteristics (IV characteristics).

試験例1〜3の結果から、Bi、Ba、Fe、Ti及びMnを含む配向制御層を少なくとも一層設けることにより、BaTiO系の圧電体層が所定の方向に優先配向し、圧電特性が向上することがわかった。したがって、本発明によれば、信頼性の高い液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子が実現される。 From the results of Test Examples 1 to 3, by providing at least one orientation control layer containing Bi, Ba, Fe, Ti, and Mn, the BaTiO 3 -based piezoelectric layer is preferentially oriented in a predetermined direction and the piezoelectric characteristics are improved. I found out that Therefore, according to the present invention, a highly reliable liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element are realized.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above.

本発明にかかる圧電体層70、すなわち、(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つに優先配向したBaTiO膜は、BaTiOの焼結体(バルク)のシード層として用いることもできる。 The piezoelectric layer 70 according to the present invention, that is, the BaTiO 3 film preferentially oriented in any one of the (110) plane, the (100) plane, and the (111) plane, is a seed of a sintered body (bulk) of BaTiO 3. It can also be used as a layer.

従来技術において、所定の方向に配向したBaTiOの焼結体を作製する方法としては、所謂、テンプレート粒子成長法や反応性テンプレート粒子成長法が挙げられる。これらの手法では、板状のBaTiO粉体や針状のTiO粒子等をテンプレート粒子として用いているが、このテンプレート粒子の選択や合成が煩雑である。具体的に、(100)面に配向したBaTiOの焼結体を得るためには、テープ成形により板状のBaTiO粒子の板面が平行に配列しているBaTiO粒子をテンプレート粒子として用いる必要がある。また、(111)面に配向したBaTiOの焼結体を得るためには、2段溶融法により、板状のBaTiO粉体とTiO粉体とを反応させた後、さらにBaCOを加えて合成したBaTiO粒子をテンプレート粒子として用いる必要がある。 In the prior art, methods for producing a sintered body of BaTiO 3 oriented in a predetermined direction include so-called template particle growth method and reactive template particle growth method. In these methods, plate-like BaTiO 3 powder, needle-like TiO 2 particles, and the like are used as template particles. However, selection and synthesis of the template particles are complicated. Specifically, in order to obtain a sintered body of BaTiO 3 oriented in the (100) plane is used BaTiO 3 particles plate surface of the plate-like BaTiO 3 particles are arranged in parallel by tape casting as a template particles There is a need. In order to obtain a sintered body of BaTiO 3 oriented in the (111) plane, plate-like BaTiO 3 powder and TiO 2 powder are reacted by a two-stage melting method, and then BaCO 3 is further added. In addition, it is necessary to use synthesized BaTiO 3 particles as template particles.

本発明にかかる(110)面、(100)面及び(111)面のいずれか1つに優先配向したBaTiO膜をシード層として用いれば、従来技術のようなテンプレート粒子が不要となり、シード層上にBaTiO粉体等を設け積層することにより、所定の方向に配向したBaTiOの焼結体を簡易な方法で得ることができる。そして、得られたBaTiOの焼結体は、圧電材料、誘電材料、半導体、その他の各種電子デバイス材料として用いることができる。 If the BaTiO 3 film preferentially oriented in any one of the (110) plane, the (100) plane, and the (111) plane according to the present invention is used as a seed layer, template particles as in the prior art become unnecessary, and the seed layer A BaTiO 3 sintered body oriented in a predetermined direction can be obtained by a simple method by providing and laminating BaTiO 3 powder or the like thereon. The obtained sintered body of BaTiO 3 can be used as a piezoelectric material, a dielectric material, a semiconductor, and other various electronic device materials.

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

さらに、上述した実施形態では、基板(流路形成基板10)上に第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を順次積層した圧電素子300を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the piezoelectric element 300 in which the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are sequentially stacked on the substrate (the flow path forming substrate 10) is illustrated, but the present invention is not particularly limited thereto. For example, the present invention can also be applied to a longitudinal vibration type piezoelectric element in which piezoelectric materials and electrode forming materials are alternately stacked to expand and contract in the axial direction.

また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図15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。   In addition, the ink jet recording head of these embodiments constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 15 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図15に示すインクジェット式記録装置IIにおいて、インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。   In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 15, the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head I are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting the ink supply means, and the recording head units 1A and 1B. Is mounted on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

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

なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and the liquid ejecting ejects a liquid other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

また、本発明にかかる圧電素子は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルターなどが挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子、強誘電体メモリーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー(角速度センサー)等が挙げられる。   Further, the piezoelectric element according to the present invention is not limited to the piezoelectric element used in the liquid ejecting head, and can be used in other devices. Other devices include, for example, an ultrasonic device such as an ultrasonic transmitter, an ultrasonic motor, a temperature-electric converter, a pressure-electric converter, a ferroelectric transistor, a piezoelectric transformer, and a filter for blocking harmful rays such as infrared rays. And filters such as an optical filter using a photonic crystal effect by quantum dot formation, an optical filter using optical interference of a thin film, and the like. The present invention can also be applied to a piezoelectric element used as a sensor and a piezoelectric element used as a ferroelectric memory. Examples of the sensor using the piezoelectric element include an infrared sensor, an ultrasonic sensor, a thermal sensor, a pressure sensor, a pyroelectric sensor, and a gyro sensor (angular velocity sensor).

I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 56 密着層、 60 第1電極、 70 圧電体層、 72 配向制御層、 74 圧電材料層、 80 第2電極、 90 リード電極、 100 マニホールド、 120 駆動回路、 300 圧電素子

I ink jet recording head (liquid ejecting head), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 15 communicating path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 40 compliance substrate , 50 elastic film, 56 adhesion layer, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 72 orientation control layer, 74 piezoelectric material layer, 80 second electrode, 90 lead electrode, 100 manifold, 120 drive circuit, 300 piezoelectric element

Claims (8)

第1電極と、前記第1電極上に設けられた少なくとも一層の配向制御層と、前記配向制御層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第2電極とを具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記配向制御層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
前記圧電体層は、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、所定の結晶面に優先配向していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
A first electrode; at least one orientation control layer provided on the first electrode; a piezoelectric layer provided on the orientation control layer; and a second electrode provided on the piezoelectric layer. A liquid ejecting head including a piezoelectric element comprising:
The orientation control layer is composed of a complex oxide having a perovskite structure including bismuth, barium, iron and titanium,
The liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure including at least barium and titanium, and is preferentially oriented in a predetermined crystal plane.
前記配向制御層は、さらにマンガンを含み、
前記圧電体層は、(110)面に優先配向していることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
The orientation control layer further contains manganese,
The liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is preferentially oriented in a (110) plane.
前記配向制御層は、前記第1電極の側にさらに第2の配向制御層を備え、
前記第2の配向制御層は、ビスマス及びマンガンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
前記圧電体層は、(100)面に優先配向していることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
The alignment control layer further includes a second alignment control layer on the first electrode side,
The second orientation control layer is made of a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth and manganese,
The liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is preferentially oriented in a (100) plane.
前記配向制御層は、前記第1電極の側にさらに第2の配向制御層を備え、
前記第2の配向制御層は、ビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
前記圧電体層は、(111)面に優先配向していることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
The alignment control layer further includes a second alignment control layer on the first electrode side,
The second orientation control layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing bismuth, lanthanum, iron and manganese,
The liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is preferentially oriented in a (111) plane.
前記圧電体層は、さらにリチウム、ボロン及び銅を含む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。   The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer further contains lithium, boron, and copper. 前記圧電体層は、さらにマンガンを含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。   The liquid jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer further contains manganese. 請求項1〜6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電極と、前記第1電極上に設けられた少なくとも一層の配向制御層と、前記配向制御層上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第2電極とを具備する圧電素子であって、
前記配向制御層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
前記圧電体層は、少なくともバリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、所定の結晶面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。
A first electrode; at least one orientation control layer provided on the first electrode; a piezoelectric layer provided on the orientation control layer; and a second electrode provided on the piezoelectric layer. A piezoelectric element comprising:
The orientation control layer is composed of a complex oxide having a perovskite structure including bismuth, barium, iron and titanium,
The piezoelectric element is characterized in that the piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing at least barium and titanium, and is preferentially oriented in a predetermined crystal plane.
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