JP2018101754A

JP2018101754A - Piezoelectric actuator and liquid discharge head

Info

Publication number: JP2018101754A
Application number: JP2016248531A
Authority: JP
Inventors: 貴巳石田; Takami Ishida; 貴聖張替; Takakiyo Harigai; 川崎　哲生; Tetsuo Kawasaki; 哲生川崎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator which can improve generation force, and the like.SOLUTION: A piezoelectric actuator 170 comprises: a diaphragm 131 having a first principal face 132 and a second principal face 133 at a side opposite to the first principal face 132; a support part 118 disposed so as to surround the diaphragm 131; and a piezoelectric driving part 150 disposed on the second principal face 133 of the diaphragm 131. The diaphragm 131 includes: a first rectangular part 134 having a rectangular shape; and a first tapered part 135 which is formed so as to be tapered from one end of the first rectangular part 134 in a plan view. The piezoelectric driving part 150 includes: a second rectangular part 155 having a rectangular shape; and a second tapered part 156 which is formed so as to be tapered from one end of the second rectangular part 155 in the plan view. The piezoelectric driving part 150 is arranged so that the second rectangular part 155 overlaps with the first rectangular part 134, and the second tapered part 156 overlaps with the first tapered part 135.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator and a liquid discharge head.

従来より、インクジェット式プリンタなどの液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid discharge head mounted on a liquid discharge apparatus such as an ink jet printer is known that includes a piezoelectric actuator (see, for example, Patent Document 1).

特開２００８−２３２９１２号公報JP 2008-232912 A

ここで、インクジェットプリンタを用いて布などに画像を形成することもあるが、布の表面には凹凸があるために、液体吐出ヘッドと布との間隔（プリントギャップ）をある程度確保しておく必要がある。プリントギャップを大きくしても、画像形成の正確性を維持するには、液体吐出ヘッドから液滴を強く吐出させなければならない。このため、圧電アクチュエータにおけるインクを押し出す力（発生力）を高めることが望まれている。 Here, an image may be formed on a cloth or the like by using an ink jet printer. However, since the surface of the cloth has irregularities, it is necessary to secure a certain distance (print gap) between the liquid discharge head and the cloth. There is. In order to maintain the accuracy of image formation even when the print gap is increased, it is necessary to strongly eject droplets from the liquid ejection head. For this reason, it is desired to increase the force (generated force) for pushing out ink in the piezoelectric actuator.

そこで、本発明は、発生力を向上させることができる圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドを提供する。 Therefore, the present invention provides a piezoelectric actuator and a liquid discharge head that can improve the generated force.

本発明の一態様に係る圧電アクチュエータは、第一主面及び第一主面とは反対側の第二主面を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムを囲むように配置された支持部と、ダイヤフラムの第二主面に配置された圧電駆動部と、一端部が圧電駆動部に接続され、他端部が平面視でダイヤフラム外に配置された引き出し電極と、を備え、圧電駆動部は、ダイヤフラムの第二主面に積層された第一電極と、第一電極におけるダイヤフラムとは反対側に積層されて、平面視においてダイヤフラムに包含された圧電体層と、圧電体層における第一電極とは反対側に積層されて、平面視においてダイヤフラムに包含された第二電極とを備え、ダイヤフラムは、平面視において矩形状の第一矩形状部と、第一矩形状部の一端部から先細るように形成された第一先細り部とを備え、圧電駆動部は、平面視において矩形状の第二矩形状部と、第二矩形状部の一端部から先細るように形成された第二先細り部とを備え、第二矩形状部が第一矩形状部に重なるとともに、第二先細り部が第一先細り部に重なるように、配置されている。 A piezoelectric actuator according to an aspect of the present invention includes a diaphragm having a first principal surface and a second principal surface opposite to the first principal surface, a support portion disposed so as to surround the diaphragm, and a second diaphragm. A piezoelectric drive unit disposed on the main surface, and a lead electrode having one end connected to the piezoelectric drive unit and the other end disposed outside the diaphragm in plan view. The first electrode laminated on the main surface, the piezoelectric layer laminated on the opposite side of the diaphragm in the first electrode, and included in the diaphragm in plan view, and the first electrode in the piezoelectric layer opposite to the first electrode And a second electrode included in the diaphragm in plan view, and the diaphragm is formed to taper from a rectangular first rectangular portion and one end of the first rectangular portion in plan view. First The piezoelectric drive unit includes a rectangular second rectangular portion in plan view, and a second tapered portion formed so as to taper from one end of the second rectangular portion, The rectangular portion is disposed so as to overlap the first rectangular portion, and the second tapered portion overlaps the first tapered portion.

本発明の一態様に係る液体吐出ヘッドは、上記の圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータのダイヤフラムによって一部が形成され、内部の液体に対して圧力を付与する圧力室と、圧力室に連通し、液体を吐出する吐出流路とを備える。 A liquid discharge head according to an aspect of the present invention includes a piezoelectric chamber, a pressure chamber that is partially formed by the diaphragm of the piezoelectric actuator, and that applies pressure to the internal liquid; A discharge flow path for discharging the liquid.

この構成によれば、平面視において、圧電駆動部の第二矩形状部がダイヤフラムの第一矩形状部に重なるとともに、圧電駆動部の第二先細り部がダイヤフラムの第一先細り部に重なっているので、平面視においてダイヤフラムと圧電駆動部との両者が矩形状の圧電アクチュエータ（基準モデル）と比べると、発生力を高めることができる。 According to this configuration, in plan view, the second rectangular portion of the piezoelectric driving unit overlaps the first rectangular portion of the diaphragm, and the second tapered portion of the piezoelectric driving unit overlaps the first tapered portion of the diaphragm. Therefore, the generated force can be increased as compared with the piezoelectric actuator (reference model) in which both the diaphragm and the piezoelectric drive unit are rectangular in plan view.

さらに、この構成であると、圧電アクチュエータの一次共振周波数と二次共振周波数との差も基準モデルよりも大きくすることができるので、一次共振周波数で圧電アクチュエータを駆動させやすくすることができる。 Furthermore, with this configuration, the difference between the primary resonance frequency and the secondary resonance frequency of the piezoelectric actuator can also be made larger than that of the reference model, so that the piezoelectric actuator can be easily driven at the primary resonance frequency.

また、圧電駆動部及びダイヤフラムの少なくとも一方は、平面視における角部が曲線状に形成されていてもよい。 In addition, at least one of the piezoelectric drive unit and the diaphragm may have a corner portion in a curved shape in plan view.

この構成によれば、平面視における圧電駆動部及びダイヤフラムの少なくとも一方の角部が曲線状に形成されているので、発生力向上に伴う角部への応力集中を緩和することができ、長期的な信頼性を高めることができる。 According to this configuration, since at least one corner of the piezoelectric drive unit and the diaphragm in a plan view is formed in a curved shape, the stress concentration on the corner due to the improvement in generated force can be reduced, and long-term Reliability can be improved.

また、第二電極における圧電体層とは反対側に積層された絶縁層を備え、引き出し電極の一端部は、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して、第二電極に接続されていてもよい。 The second electrode includes an insulating layer laminated on the opposite side of the piezoelectric layer, and one end of the lead electrode may be connected to the second electrode via a contact hole formed in the insulating layer. Good.

この構成によれば、引き出し電極の一端部が、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して第二電極に接続されているので、絶縁層が緩衝体として機能することになる。発生力が向上することによって、引き出し電極の一端部と第二電極との接続部に大きな力が作用するが、絶縁層があることで当該絶縁層がその力を緩和する。つまり、接続部の破損を抑制することができる。 According to this configuration, since the one end portion of the extraction electrode is connected to the second electrode through the contact hole formed in the insulating layer, the insulating layer functions as a buffer. When the generated force is improved, a large force acts on the connection portion between the one end portion of the extraction electrode and the second electrode. However, the presence of the insulating layer reduces the force of the insulating layer. That is, the breakage of the connection portion can be suppressed.

また、ダイヤフラムは、第一主面をなす硬質層と、第二主面をなすように硬質層に積層され、当該硬質層よりも縦弾性係数が小さい弾性層とを備えていてもよい。 The diaphragm may include a hard layer that forms the first main surface and an elastic layer that is stacked on the hard layer so as to form the second main surface and has a smaller longitudinal elastic modulus than the hard layer.

この構成によれば、第一主面をなす硬質層と、第二主面をなす弾性層とによってダイヤフラムが形成されているので、ダイヤフラムの撓みの中立面と圧電駆動部までの距離を大きくすることができる。これにより、圧電駆動部で生じた力を効率的に撓みに変換することができる。 According to this configuration, since the diaphragm is formed by the hard layer forming the first main surface and the elastic layer forming the second main surface, the distance between the neutral surface of the diaphragm bending and the piezoelectric drive unit is increased. can do. Thereby, the force generated in the piezoelectric drive unit can be efficiently converted into bending.

また、第二矩形状部と第二先細り部との並び方向に直交する方向での圧電駆動部の幅Ｗ１と、第一矩形状部と第一先細り部との並び方向に直交する方向でのダイヤフラムの幅Ｗ２との関係が、０．６≦Ｗ１／Ｗ２＜０．８を満たしてもよい。 Further, the width W1 of the piezoelectric drive unit in a direction orthogonal to the arrangement direction of the second rectangular portion and the second tapered portion, and the direction orthogonal to the arrangement direction of the first rectangular portion and the first tapered portion. The relationship with the width W2 of the diaphragm may satisfy 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8.

この構成によれば、圧電駆動部の幅Ｗ１と、ダイヤフラムの幅Ｗ２との関係が、０．６≦Ｗ１／Ｗ２＜０．８を満たしているので、一定の共振周波数を維持したまま、ダイヤフラムの最大変位量を高めることができる。これにより、振動効率を高めることができる。 According to this configuration, since the relationship between the width W1 of the piezoelectric drive unit and the width W2 of the diaphragm satisfies 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8, the diaphragm is maintained while maintaining a constant resonance frequency. The maximum amount of displacement can be increased. Thereby, vibration efficiency can be improved.

また、圧電体層は、ニオブが添加されたチタン酸ジルコン酸鉛により形成されていてもよい。 The piezoelectric layer may be formed of lead zirconate titanate to which niobium is added.

この構成によれば、ニオブが添加されたチタン酸ジルコン酸鉛により圧電体層が形成されているので、圧電体層の圧電定数を高めることができる。これにより、圧電駆動部の駆動効率が高められる。 According to this configuration, since the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate to which niobium is added, the piezoelectric constant of the piezoelectric layer can be increased. Thereby, the drive efficiency of a piezoelectric drive part is improved.

本発明の圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドは、発生力を向上させることができる。 The piezoelectric actuator and the liquid discharge head of the present invention can improve the generated force.

実施の形態に係る液体吐出ヘッドの要部構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main configuration of a liquid ejection head according to an embodiment. 実施の形態に係る圧電アクチュエータの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the piezoelectric actuator which concerns on embodiment. 実施の形態に係る圧電駆動部とダイヤフラムの平面視形状を示す平面図である。It is a top view which shows the planar view shape of the piezoelectric drive part and diaphragm which concern on embodiment. 実施の形態に係る圧電アクチュエータを製造する際の各工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows each process at the time of manufacturing the piezoelectric actuator which concerns on embodiment. 実施の形態に係る圧電アクチュエータを製造する際の各工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows each process at the time of manufacturing the piezoelectric actuator which concerns on embodiment. 比較例に係る圧電アクチュエータの圧電駆動部とダイヤフラムの平面視形状を示す平面図である。It is a top view which shows the planar view shape of the piezoelectric drive part and diaphragm of the piezoelectric actuator which concerns on a comparative example. 実施の形態に係る圧電アクチュエータの発生力と、比較例に係る圧電アクチュエータの発生力を示すグラフである。It is a graph which shows the generated force of the piezoelectric actuator which concerns on embodiment, and the generated force of the piezoelectric actuator which concerns on a comparative example. 実施の形態に係る圧電アクチュエータと、比較例に係る圧電アクチュエータとのそれぞれの一次モード及び二次モードでの共振周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the resonant frequency in each primary mode and secondary mode of the piezoelectric actuator which concerns on embodiment, and the piezoelectric actuator which concerns on a comparative example. 実施の形態に係る圧電駆動部の幅を変化させた場合の、ダイヤフラムの最大変位量及び共振周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum displacement amount and resonance frequency of a diaphragm at the time of changing the width | variety of the piezoelectric drive part which concerns on embodiment. 変形例１に係る圧電駆動部とダイヤフラムの平面視形状を示す平面図である。It is a top view which shows the planar view shape of the piezoelectric drive part which concerns on the modification 1, and a diaphragm. 変形例２に係る振動層の概略構成を示す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a vibration layer according to Modification 2. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本発明はこれらの実施の形態により限定されるものではない。つまり、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is an example and this invention is not limited by these embodiment. That is, each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。 Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member.

図１は、実施の形態に係る液体吐出ヘッド１００の要部構成を示す断面図である。液体吐出ヘッド１００は、例えばインクジェット式記録ヘッドであり、インクジェットプリンタなどの画像形成装置に搭載されている。このインクジェットプリンタは、例えば布Ｓなどのシート状の記録媒体に対して画像を形成する。布Ｓには、画像形成面に凹凸があるため、液体吐出ヘッド１００と布Ｓとの間隔（プリントギャップＧ）が、例えば紙に画像を形成するインクジェットプリンタよりも大きく設定されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a liquid ejection head 100 according to an embodiment. The liquid discharge head 100 is, for example, an ink jet recording head, and is mounted on an image forming apparatus such as an ink jet printer. This ink jet printer forms an image on a sheet-like recording medium such as cloth S, for example. Since the cloth S has irregularities on the image forming surface, the interval (print gap G) between the liquid ejection head 100 and the cloth S is set larger than that of, for example, an ink jet printer that forms an image on paper.

液体吐出ヘッド１００は、ノズルプレート層１１０と、複数の流路形成層１２１、１２２、１２３、１２４と、振動層１３０とを、駆動部１４０とを備えている。 The liquid ejection head 100 includes a nozzle plate layer 110, a plurality of flow path forming layers 121, 122, 123, and 124, a vibration layer 130, and a drive unit 140.

ノズルプレート層１１０は、例えばＳｉ（ケイ素）等の単結晶材料から形成されており、布Ｓに対向する面（吐出面１１１）を備えている。吐出面１１１には、布Ｓに対してインク滴ｄを吐出する複数の吐出口１１２が形成されている。複数の吐出口１１２は、Ｙ軸方向に沿って配列されている。図１では、１つの吐出口１１２のみを図示している。 The nozzle plate layer 110 is made of, for example, a single crystal material such as Si (silicon), and includes a surface (discharge surface 111) facing the cloth S. A plurality of discharge ports 112 that discharge ink droplets d onto the cloth S are formed on the discharge surface 111. The plurality of discharge ports 112 are arranged along the Y-axis direction. In FIG. 1, only one ejection port 112 is illustrated.

複数の流路形成層１２１、１２２、１２３、１２４は、例えばＳｉ等からの単結晶材料から形成されており、ノズルプレート層１１０からＺ軸方向に流路形成層１２１、１２２、１２３、１２４という順で積層されている。この流路形成層１２１、１２２、１２３、１２４には、インクＩを各吐出口１１２まで案内するインク流路１２５が形成されている。 The plurality of flow path forming layers 121, 122, 123, and 124 are formed of a single crystal material such as Si, and are referred to as flow path forming layers 121, 122, 123, and 124 in the Z-axis direction from the nozzle plate layer 110. They are stacked in order. In the flow path forming layers 121, 122, 123, and 124, ink flow paths 125 that guide the ink I to the ejection ports 112 are formed.

インク流路１２５は、共通液室１２６と、供給流路１２７と、圧力室１２８と、吐出流路１２９とを備えている。共通液室１２６は、インク供給源（図示省略）から液体吐出ヘッド１００に送られたインクを一時的に貯留する部分であり、流路形成層１２２に形成されている。この共通液室１２６から、各吐出口１１２までインクが案内されるように、供給流路１２７と、圧力室１２８と、吐出流路１２９とが形成されている。具体的には、供給流路１２７と、圧力室１２８と、吐出流路１２９とは、複数の吐出口１１２のそれぞれに対して一組設けられている。つまり、１つの共通液室１２６から分岐して各吐出口１１２にインクが供給されるようになっている。なお、いずれの組の供給流路１２７と、圧力室１２８と、吐出流路１２９とは同じ構成であるので、以下の説明では、一組の供給流路１２７と、圧力室１２８と、吐出流路１２９とについて説明する。 The ink flow path 125 includes a common liquid chamber 126, a supply flow path 127, a pressure chamber 128, and a discharge flow path 129. The common liquid chamber 126 is a part for temporarily storing ink sent from the ink supply source (not shown) to the liquid ejection head 100, and is formed in the flow path forming layer 122. A supply flow path 127, a pressure chamber 128, and a discharge flow path 129 are formed so that ink is guided from the common liquid chamber 126 to each discharge port 112. Specifically, one set of the supply channel 127, the pressure chamber 128, and the discharge channel 129 is provided for each of the plurality of discharge ports 112. In other words, ink is branched from one common liquid chamber 126 and supplied to each ejection port 112. In addition, since any pair of the supply flow path 127, the pressure chamber 128, and the discharge flow path 129 have the same configuration, in the following description, the set of the supply flow path 127, the pressure chamber 128, and the discharge flow path The route 129 will be described.

供給流路１２７は、共通液室１２６から圧力室１２８までインクを案内する流路であり、流路形成層１２３に形成されている。圧力室１２８は、流路形成層１２４に対してＸ軸方向に長尺な形状に形成されており、その一端部に供給流路１２７が連通され、他端部に吐出流路１２９が連通されている。吐出流路１２９は、圧力室１２８から吐出口１１２までＺ軸方向に沿って連通するように、流路形成層１２１、１２２、１２３に形成されている。画像形成時においては、インク流路１２５はインクＩで満たされており、圧力室１２８でインクＩに圧力が付与されると、吐出流路１２９を介して吐出口１１２からインク滴ｄが吐出するようになっている。 The supply flow path 127 is a flow path for guiding ink from the common liquid chamber 126 to the pressure chamber 128, and is formed in the flow path forming layer 123. The pressure chamber 128 is formed in an elongated shape in the X-axis direction with respect to the flow path forming layer 124, the supply flow path 127 is communicated with one end thereof, and the discharge flow path 129 is communicated with the other end. ing. The discharge flow path 129 is formed in the flow path forming layers 121, 122, and 123 so as to communicate from the pressure chamber 128 to the discharge port 112 along the Z-axis direction. At the time of image formation, the ink flow path 125 is filled with the ink I, and when the pressure is applied to the ink I in the pressure chamber 128, the ink droplet d is discharged from the discharge port 112 via the discharge flow path 129. It is like that.

振動層１３０は、例えばＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）により形成されており、流路形成層１２４における流路形成層１２３側とは反対側の面に積層されている。振動層１３０は、圧力室１２８に対応する部分（ダイヤフラム１３１）が振動して、圧力室１２８内のインクＩに圧力（発生力）を付与する。この圧力によって、圧力室１２８内のインクＩは吐出流路１２９を介して吐出口１１２からインク滴ｄとなって吐出する。 The vibration layer 130 is made of, for example, SiO ₂ (silicon dioxide), and is laminated on the surface of the flow path forming layer 124 opposite to the flow path forming layer 123 side. In the vibration layer 130, a portion (diaphragm 131) corresponding to the pressure chamber 128 vibrates and applies pressure (generated force) to the ink I in the pressure chamber 128. With this pressure, the ink I in the pressure chamber 128 is ejected as an ink droplet d from the ejection port 112 through the ejection channel 129.

駆動部１４０は、ダイヤフラム１３１を駆動させるための部位であり、圧電駆動部１５０と、引き出し部１６０とを備えている。この駆動部１４０と、ダイヤフラム１３１と、流路形成層１２４の一部とによって、圧電アクチュエータ１７０が形成されている。 The drive unit 140 is a part for driving the diaphragm 131, and includes a piezoelectric drive unit 150 and a drawer unit 160. The drive unit 140, the diaphragm 131, and a part of the flow path forming layer 124 form a piezoelectric actuator 170.

以下、圧電アクチュエータ１７０について説明する。 Hereinafter, the piezoelectric actuator 170 will be described.

図２は、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０の概略構成を示す断面図である。具体的には、図２は、図１における二点鎖線部を拡大して示している。なお、振動層１３０及びダイヤフラム１３１において、圧力室１２８側の主面を第一主面１３２とし、第一主面１３２とは反対側の主面を第二主面１３３とする。そして、流路形成層１２４のうち、ダイヤフラム１３１を囲むように、振動層１３０の第一主面１３２側に配置された部分を支持部１１８とする。つまり、支持部１１８は、振動層１３０におけるダイヤフラム１３１の外方に密着しており、これによりダイヤフラム１３１を振動層１３０の第一主面１３２側から支持している。また、支持部１１８は、圧力室１２８の内壁の一部を構成している。 FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment. Specifically, FIG. 2 shows an enlarged view of a two-dot chain line portion in FIG. In the vibration layer 130 and the diaphragm 131, the main surface on the pressure chamber 128 side is a first main surface 132, and the main surface opposite to the first main surface 132 is a second main surface 133. A portion of the flow path forming layer 124 that is disposed on the first main surface 132 side of the vibration layer 130 so as to surround the diaphragm 131 is defined as a support portion 118. That is, the support portion 118 is in close contact with the outer side of the diaphragm 131 in the vibration layer 130, thereby supporting the diaphragm 131 from the first main surface 132 side of the vibration layer 130. The support portion 118 constitutes a part of the inner wall of the pressure chamber 128.

駆動部１４０の圧電駆動部１５０は、第一電極１５１と、圧電体層１５２と、第二電極１５３とを備えている。第一電極１５１は、例えばＰｔ（白金）などの導電性材料により形成されており、ダイヤフラム１３１の第二主面１３３に積層されている。圧電体層１５２は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材料により形成されており、第一電極１５１におけるダイヤフラム１３１とは反対側に積層されている。第二電極１５３は、例えばＡｕ（銅）などの導電性材料により形成されており、圧電体層１５２における第一電極１５１とは反対側に積層されている。 The piezoelectric drive unit 150 of the drive unit 140 includes a first electrode 151, a piezoelectric layer 152, and a second electrode 153. The first electrode 151 is made of a conductive material such as Pt (platinum), and is laminated on the second main surface 133 of the diaphragm 131. The piezoelectric layer 152 is made of, for example, a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate), and is laminated on the first electrode 151 opposite to the diaphragm 131. The second electrode 153 is formed of a conductive material such as Au (copper), for example, and is stacked on the opposite side of the piezoelectric layer 152 from the first electrode 151.

駆動部１４０の引き出し部１６０は、第一引き出し電極１６１と、絶縁層１６２と、第二引き出し電極１６３とを備えている。 The lead-out portion 160 of the drive unit 140 includes a first lead-out electrode 161, an insulating layer 162, and a second lead-out electrode 163.

第一引き出し電極１６１は、振動層１３０における第一電極１５１と同一面上に積層された導電層であり、第一電極１５１と連続して形成されている。第一引き出し電極１６１は、第一電極１５１と同じ導電性材料により形成されている。第一引き出し電極１６１は、ダイヤフラム１３１の外方まで引き出されている。 The first extraction electrode 161 is a conductive layer laminated on the same surface as the first electrode 151 in the vibration layer 130, and is formed continuously with the first electrode 151. The first lead electrode 161 is made of the same conductive material as the first electrode 151. The first extraction electrode 161 is extracted to the outside of the diaphragm 131.

絶縁層１６２は、絶縁材料により形成されており、第一引き出し電極１６１及び第二電極１５３を連続して覆うように、第一引き出し電極１６１及び第二電極１５３に積層されている。つまり、絶縁層１６２の一部は、第二電極１５３における圧電体層１５２とは反対側に積層されている。そして、絶縁層１６２には、第一引き出し電極１６１の一部を露出する第一コンタクトホール１６４と、第二電極１５３の一部を露出する第二コンタクトホール１６５とが形成されている。第一コンタクトホール１６４を介して、第一引き出し電極１６１に電源１８０が電気的に接続されるので、第一電極１５１と電源１８０とが電気的に接続されている。第一コンタクトホール１６４の設置箇所は、第一引き出し電極１６１の一部を露出するのであれば如何様でもよい。同様に、第二コンタクトホール１６５の設置箇所は、第二電極１５３の一部を露出するのであれば如何様でもよい。 The insulating layer 162 is made of an insulating material, and is laminated on the first extraction electrode 161 and the second electrode 153 so as to continuously cover the first extraction electrode 161 and the second electrode 153. That is, a part of the insulating layer 162 is stacked on the opposite side of the second electrode 153 from the piezoelectric layer 152. In the insulating layer 162, a first contact hole 164 exposing a part of the first extraction electrode 161 and a second contact hole 165 exposing a part of the second electrode 153 are formed. Since the power supply 180 is electrically connected to the first extraction electrode 161 via the first contact hole 164, the first electrode 151 and the power supply 180 are electrically connected. The first contact hole 164 may be installed in any location as long as a part of the first extraction electrode 161 is exposed. Similarly, the second contact hole 165 may be installed in any location as long as a part of the second electrode 153 is exposed.

第二引き出し電極１６３は、例えばＰｔなどの導電性材料により形成されており、絶縁層１６２における振動層１３０とは反対側に積層されている。第二引き出し電極１６３の一端部は、第二コンタクトホール１６５を介して、圧電駆動部１５０の第二電極１５３に接続されている。また、第二引き出し電極１６３の他端部は、ダイヤフラム１３１外に配置されている。この第二引き出し電極１６３を介して電源１８０と第二電極１５３とが電気的に接続されている。これにより、圧電駆動部１５０に電圧が供給されることになり、圧電駆動部１５０が振動することになる。この圧電駆動部１５０が振動することによって、ダイヤフラム１３１も振動して、発生力が発生することになる。 The second extraction electrode 163 is formed of a conductive material such as Pt, for example, and is stacked on the insulating layer 162 on the side opposite to the vibration layer 130. One end of the second lead electrode 163 is connected to the second electrode 153 of the piezoelectric drive unit 150 through the second contact hole 165. Further, the other end portion of the second extraction electrode 163 is disposed outside the diaphragm 131. The power supply 180 and the second electrode 153 are electrically connected via the second extraction electrode 163. As a result, a voltage is supplied to the piezoelectric drive unit 150, and the piezoelectric drive unit 150 vibrates. When the piezoelectric driving unit 150 vibrates, the diaphragm 131 also vibrates and generates force.

ここで、発生力とは、圧力室１２８内のインクＩを押し出す力（圧力）である。具体的には、圧電駆動部１５０に一定電圧（例えばＤＣ１０Ｖ）を印加した際の、ダイヤフラム１３１の変位量（例えば図２における破線Ｌ１参照）がゼロとなるように、圧力室１２８側からダイヤフラム１３１に対して圧力を加えた際の圧力値を発生力とする。この発生力が大きいほど、インク滴ｄを強く吐出させることができる。発生力を高めるには、圧電駆動部１５０とダイヤフラム１３１との平面視形状が大きく寄与する。 Here, the generated force is a force (pressure) for pushing out the ink I in the pressure chamber 128. Specifically, the diaphragm 131 from the pressure chamber 128 side so that the amount of displacement of the diaphragm 131 (see, for example, the broken line L1 in FIG. 2) when a constant voltage (for example, DC 10 V) is applied to the piezoelectric driving unit 150 becomes zero. The pressure value when pressure is applied to is taken as the generating force. The greater the generated force, the stronger the ink droplet d can be ejected. In order to increase the generated force, the planar view shape of the piezoelectric drive unit 150 and the diaphragm 131 greatly contributes.

図３は、実施の形態に係る圧電駆動部１５０とダイヤフラム１３１の平面視形状を示す平面図である。図３に示すように、ダイヤフラム１３１は、平面視において矩形状の第一矩形状部１３４と、第一矩形状部１３４の一端部から先細るように形成された第一先細り部１３５とを備えている。 FIG. 3 is a plan view showing a plan view shape of the piezoelectric drive unit 150 and the diaphragm 131 according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the diaphragm 131 includes a first rectangular portion 134 that is rectangular in a plan view, and a first tapered portion 135 that is formed to taper from one end of the first rectangular portion 134. ing.

具体的には、第一矩形状部１３４は、Ｘ軸方向に長尺な矩形に形成されており、そのＸ軸方向プラス側の先端部に第一先細り部１３５が連続して形成されている。第一先細り部１３５は、Ｙ軸方向に平行な辺を底辺とした二等辺三角形であり、Ｘ軸方向に沿って先細る形状となっている。このため、ダイヤフラム１３１は、Ｘ軸方向に平行な第一辺１３１ａと第二辺１３１ｂと、第一辺１３１ａ及び第二辺１３１ｂの一端部同士に連結されたＹ軸方向に平行な第三辺１３１ｃとを有している。さらに、ダイヤフラム１３１は、第一辺１３１ａの他端部に連結され、Ｘ軸方向プラス側に進むに連れてＹ軸方向マイナス側に進む第四辺１３１ｄと、第二辺１３１ｂの他端部に連結されて、Ｘ軸方向プラス側に進むに連れてＹ軸方向プラス側に進む第五辺１３１ｅとを備えている。第四辺１３１ｄと第五辺１３１ｅとが二等辺三角形の等辺をなしている。このように、ダイヤフラム１３１の平面視形状における角部は、いずれも一対の直線（辺）で構成されている。 Specifically, the first rectangular portion 134 is formed in a rectangular shape that is long in the X-axis direction, and the first tapered portion 135 is continuously formed at the tip end portion on the plus side in the X-axis direction. . The first tapered portion 135 is an isosceles triangle having a base parallel to the Y-axis direction, and has a shape that tapers along the X-axis direction. Therefore, the diaphragm 131 includes a first side 131a and a second side 131b that are parallel to the X-axis direction, and a third side that is connected to one ends of the first side 131a and the second side 131b and that is parallel to the Y-axis direction. 131c. Further, the diaphragm 131 is connected to the other end portion of the first side 131a, and is connected to the fourth side 131d that advances to the Y axis direction minus side as it advances to the X axis direction plus side, and the other end portion of the second side 131b. A fifth side 131e that is connected and advances toward the Y axis direction plus side as it advances toward the X axis direction plus side is provided. The fourth side 131d and the fifth side 131e form equal sides of an isosceles triangle. As described above, each of the corner portions of the diaphragm 131 in the plan view shape includes a pair of straight lines (sides).

圧電駆動部１５０は、第一電極１５１、圧電体層１５２及び第二電極１５３が重なった部分で形成されている。つまり、圧電駆動部１５０の平面視形状は、第一電極１５１、圧電体層１５２及び第二電極１５３の重なり部分の外周形状によって定義される。この重なり部分の平面視形状は、全体としてダイヤフラム１３１よりも小さく形成されている。そして、圧電駆動部１５０は、平面視において矩形状の第二矩形状部１５５と、第二矩形状部１５５の一端部から先細るように形成された第二先細り部１５６とを備えている。 The piezoelectric drive unit 150 is formed by a portion where the first electrode 151, the piezoelectric layer 152, and the second electrode 153 overlap. That is, the planar view shape of the piezoelectric drive unit 150 is defined by the outer peripheral shape of the overlapping portion of the first electrode 151, the piezoelectric layer 152, and the second electrode 153. The overlapping portion in plan view is formed smaller than the diaphragm 131 as a whole. The piezoelectric drive unit 150 includes a second rectangular portion 155 that is rectangular in plan view, and a second tapered portion 156 that is formed to taper from one end of the second rectangular portion 155.

具体的には、第二矩形状部１５５は、Ｘ軸方向に長尺な矩形に形成されており、そのＸ軸方向プラス側の先端部に第二先細り部１５６が連続して形成されている。第二先細り部１５６は、Ｙ軸方向に平行な辺を底辺とした二等辺三角形であり、Ｘ軸方向に沿って先細る形状となっている。このため、圧電駆動部１５０は、Ｘ軸方向に平行な第六辺１５０ａと第七辺１５０ｂと、第六辺１５０ａ及び第七辺１５０ｂの一端部同士に連結されたＹ軸方向に平行な第八辺１５０ｃとを有している。さらに、圧電駆動部１５０は、第六辺１５０ａの他端部に連結され、Ｘ軸方向プラス側に進むに連れてＹ軸方向マイナス側に進む第九辺１５０ｄと、第七辺１５０ｂの他端部に連結され、Ｘ軸方向プラス側に進むに連れてＹ軸方向プラス側に進む第十辺１５０ｅとを備えている。第九辺１５０ｄと第十辺１５０ｅとが二等辺三角形の等辺をなしている。このように、圧電駆動部１５０の平面視形状における角部は、いずれも一対の直線（辺）で構成されている。 Specifically, the second rectangular portion 155 is formed in a rectangular shape that is long in the X-axis direction, and a second tapered portion 156 is continuously formed at the tip end portion on the plus side in the X-axis direction. . The second tapered portion 156 is an isosceles triangle having a base parallel to the Y-axis direction, and has a shape that tapers along the X-axis direction. For this reason, the piezoelectric driving unit 150 includes a sixth side 150a and a seventh side 150b parallel to the X-axis direction, and a first side parallel to the Y-axis direction connected to one end portions of the sixth side 150a and the seventh side 150b. And eight sides 150c. Furthermore, the piezoelectric drive unit 150 is connected to the other end portion of the sixth side 150a, and has a ninth side 150d that advances to the Y axis direction minus side as it goes to the X axis direction plus side, and the other end of the seventh side 150b. A tenth side 150e that is connected to the portion and advances toward the Y axis direction plus side as it advances toward the X axis direction plus side. The ninth side 150d and the tenth side 150e form equal sides of an isosceles triangle. As described above, each of the corners in the plan view shape of the piezoelectric driving unit 150 is configured by a pair of straight lines (sides).

そして、圧電駆動部１５０は、第二矩形状部１５５が第一矩形状部１３４に重なるとともに、第二先細り部１５６が第一先細り部１３５に重なるように配置されている。なお、この場合、ダイヤフラム１３１の中心軸（第一先細り部１３５の頂点を通るＸ軸方向に平行な軸）と、圧電駆動部１５０の中心軸（第二先細り部１５６の頂点を通るＸ軸方向に平行な軸）とは重なっている。 The piezoelectric driving unit 150 is arranged such that the second rectangular portion 155 overlaps the first rectangular portion 134 and the second tapered portion 156 overlaps the first tapered portion 135. In this case, the central axis of the diaphragm 131 (axis parallel to the X-axis direction passing through the apex of the first tapered portion 135) and the central axis of the piezoelectric drive unit 150 (X-axis direction passing through the apex of the second tapered portion 156) (Axis parallel to).

なお、本実施の形態では、第一電極１５１は、振動層１３０の第一主面１３２全体に形成され、圧電体層１５２及び第二電極１５３は、平面視でダイヤフラム１３１内に包含されており、かつ平面視で同じ形状に形成されて、積層されている場合を例示して説明した。しかしながら、第一電極１５１は、平面視においてダイヤフラム１３１に包含されていればよい。また、圧電体層１５２は、平面視において第一電極１５１に包含されていればよい。そして、第二電極１５３は、平面視において圧電体層１５２に包含されていればよい。つまり、第一電極１５１は、ダイヤフラム１３１よりも平面視で小さい形状であってもよい。また、圧電体層１５２は、第一電極１５１よりも平面視で小さい形状であってもよく、第二電極１５３は、圧電体層１５２よりも平面視で小さい形状であってもよい。また、平面視において、第一電極１５１と、圧電体層１５２と、第二電極１５３との少なくとも２つが一致していてもよい。 In the present embodiment, the first electrode 151 is formed on the entire first main surface 132 of the vibration layer 130, and the piezoelectric layer 152 and the second electrode 153 are included in the diaphragm 131 in plan view. In addition, the case where they are formed in the same shape in a plan view and stacked is described. However, the first electrode 151 may be included in the diaphragm 131 in a plan view. The piezoelectric layer 152 only needs to be included in the first electrode 151 in plan view. The second electrode 153 only needs to be included in the piezoelectric layer 152 in plan view. That is, the first electrode 151 may be smaller than the diaphragm 131 in plan view. The piezoelectric layer 152 may have a shape smaller than that of the first electrode 151 in plan view, and the second electrode 153 may have a shape smaller than that of the piezoelectric layer 152 in plan view. Further, at least two of the first electrode 151, the piezoelectric layer 152, and the second electrode 153 may coincide with each other in plan view.

次に、圧電アクチュエータ１７０の製造方法について説明する。なお、圧電アクチュエータ１７０は、液体吐出ヘッド１００をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で製造することにより一緒に製造される。ここでは、液体吐出ヘッド１００を製造する全工程のうち、圧電アクチュエータ１７０を製造する工程について詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 170 will be described. The piezoelectric actuator 170 is manufactured together by manufacturing the liquid discharge head 100 with MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Here, the process of manufacturing the piezoelectric actuator 170 among all processes of manufacturing the liquid ejection head 100 will be described in detail.

図４及び図５は、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０を製造する際の各工程を示す断面図である。図４及び図５は、いずれも図２に対応する図である。 4 and 5 are cross-sectional views showing respective steps in manufacturing the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment. 4 and 5 are diagrams corresponding to FIG.

まず図４の（ａ）に示すように、支持部１１８となるＳｉなどの単結晶材料からなる基板２００に対して、ＳｉＯ_２製の第一膜２０１を成膜する。この第一膜２０１は、振動層１３０となる。次いで、図４の（ｂ）に示すように、第一膜２０１に対してＰｔ製の第二膜２０２を成膜する。その後、図４の（ｃ）に示すように、第二膜２０２に対してＰＺＴ製の第三膜２０３を成膜する。 First, as shown in FIG. 4A, a first film 201 made of SiO _{2 is formed on a} substrate 200 made of a single crystal material such as Si that becomes the support portion 118. The first film 201 becomes the vibration layer 130. Next, as shown in FIG. 4B, a second film 202 made of Pt is formed on the first film 201. Thereafter, as shown in FIG. 4C, a PZT third film 203 is formed on the second film 202.

そして、図４の（ｄ）に示すように、第三膜２０３に対してＡｕ製の第四膜２０４を成膜する。そして、図４の（ｅ）に示すように、ＡｕとＰＺＴを除去するエッチング処理を第三膜２０３と第四膜２０４とに施して、当該第三膜２０３と第四膜２０４とを部分的に除去して、第二膜２０２の一部を露出させる。 Then, as shown in FIG. 4D, a fourth film 204 made of Au is formed on the third film 203. Then, as shown in FIG. 4E, an etching process for removing Au and PZT is performed on the third film 203 and the fourth film 204, and the third film 203 and the fourth film 204 are partially formed. Then, a part of the second film 202 is exposed.

次いで図５の（ａ）に示すように、第二膜２０２、第三膜２０３及び第四膜２０４のそれぞれの露出部分を覆うように、絶縁材料からなる第五膜２０５を成膜する。そして、図５の（ｂ）に示すように、第五膜２０５に対して、第一コンタクトホール１６４と、第二コンタクトホール１６５を形成する。これにより、第一コンタクトホール１６４が第二膜２０２を露出し、第二コンタクトホール１６５が第四膜２０４を露出する。 Next, as shown in FIG. 5A, a fifth film 205 made of an insulating material is formed so as to cover the exposed portions of the second film 202, the third film 203, and the fourth film 204. Then, as shown in FIG. 5B, a first contact hole 164 and a second contact hole 165 are formed in the fifth film 205. As a result, the first contact hole 164 exposes the second film 202 and the second contact hole 165 exposes the fourth film 204.

次いで、図５の（ｃ）に示すように、Ｐｔ製の第二引き出し電極１６３を形成する。このとき、第二引き出し電極１６３の一端部は第二コンタクトホール１６５を介して、第四膜２０４に接続されている。その後、Ｓｉを除去するエッチング処理を基板２００に対して施して、基板２００の一部を除去する。この除去された部分が圧力室１２８となって、図２に示す圧電アクチュエータ１７０が製造される。 Next, as shown in FIG. 5C, a second lead electrode 163 made of Pt is formed. At this time, one end of the second extraction electrode 163 is connected to the fourth film 204 via the second contact hole 165. Thereafter, an etching process for removing Si is performed on the substrate 200, and a part of the substrate 200 is removed. The removed portion becomes the pressure chamber 128, and the piezoelectric actuator 170 shown in FIG. 2 is manufactured.

これにより、基板２００によって支持部１１８が形成され、第一膜２０１によってダイヤフラム１３１（振動層１３０）が形成され、第二膜２０２によって第一電極１５１及び第一引き出し電極１６１が形成されている。また、第三膜２０３によって圧電体層１５２が形成され、第四膜２０４によって第二電極１５３が形成され、第五膜２０５によって絶縁層１６２が形成されている。 As a result, the support portion 118 is formed by the substrate 200, the diaphragm 131 (vibration layer 130) is formed by the first film 201, and the first electrode 151 and the first extraction electrode 161 are formed by the second film 202. Further, the piezoelectric film 152 is formed by the third film 203, the second electrode 153 is formed by the fourth film 204, and the insulating layer 162 is formed by the fifth film 205.

次に、本実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０と、比較例に係る圧電アクチュエータ５００とのそれぞれの特性を比較する。 Next, the characteristics of the piezoelectric actuator 170 according to the present embodiment and the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example will be compared.

図６は、比較例に係る圧電アクチュエータ５００の圧電駆動部５５０とダイヤフラム５３１の平面視形状を示す平面図である。具体的には、図６は図３に対応する図である。図６に示すように、ダイヤフラム５３１は、平面視において長尺な矩形状に形成されている。また、圧電駆動部５５０は、平面視において長尺な矩形状に形成されており、ダイヤフラム５３１よりも小さく形成されている。そして、圧電駆動部５５０は、当該圧電駆動部５５０の長手方向とダイヤフラム５３１の長手方向とが平行な状態で、全体としてダイヤフラム５３１内に包含されるように配置されている。 FIG. 6 is a plan view showing a plan view shape of the piezoelectric drive unit 550 and the diaphragm 531 of the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example. Specifically, FIG. 6 corresponds to FIG. As shown in FIG. 6, the diaphragm 531 is formed in a long rectangular shape in plan view. In addition, the piezoelectric driving unit 550 is formed in a long rectangular shape in plan view, and is smaller than the diaphragm 531. And the piezoelectric drive part 550 is arrange | positioned so that the longitudinal direction of the said piezoelectric drive part 550 and the longitudinal direction of the diaphragm 531 may be contained in the diaphragm 531 as a whole.

そして、上記実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０と、比較例に係る圧電アクチュエータ５００とのそれぞれのモデルに対して、例えばモーダル解析などの周知のシミュレーションを施すことによって、圧電アクチュエータ１７０、５００のそれぞれの特性を求めた。具体的には、圧電アクチュエータ１７０、５００のそれぞれの発生力、一次モード及び二次モードでの共振周波数である。なお、圧電駆動部１５０、５５０の平面視形状と、ダイヤフラム１３１、５３１の平面視形状以外の条件は、同等としてシミュレーションを行っている。 Then, for each model of the piezoelectric actuator 170 according to the above embodiment and the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example, by performing a well-known simulation such as modal analysis, each of the piezoelectric actuators 170 and 500 is performed. The characteristics were determined. Specifically, the generated force of each of the piezoelectric actuators 170 and 500, the resonance frequency in the primary mode and the secondary mode. The simulation is performed assuming that the conditions other than the plan view shape of the piezoelectric drive units 150 and 550 and the plan view shapes of the diaphragms 131 and 531 are the same.

図７は、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０の発生力と、比較例に係る圧電アクチュエータ５００の発生力を示すグラフである。図７に示すように、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０の方が、比較例に係る圧電アクチュエータ５００よりも発生力が１．０５倍程度に高められていることが分かる。 FIG. 7 is a graph showing the generated force of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment and the generated force of the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example. As shown in FIG. 7, it can be seen that the generated force of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment is about 1.05 times higher than that of the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example.

現時点では正確なメカニズムは不明であるが、この要因について発明者は以下のように推測している。実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０の場合、圧電駆動部１５０の平面視形状が先細る形状となっているために、圧電駆動部１５０の面積も先に向かうほど小さくなる。この変化に伴い発生力の分布も変化する。発生力の分布にこのような変化が生じていると、複数の分布の組み合わせにより、全体として大きな発生力が生じるものと推測される。 At present, the exact mechanism is unknown, but the inventor speculates about this factor as follows. In the case of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment, since the planar view shape of the piezoelectric driving unit 150 is tapered, the area of the piezoelectric driving unit 150 becomes smaller toward the front. With this change, the generated force distribution also changes. If such a change occurs in the distribution of the generated force, it is estimated that a large generated force is generated as a whole by combining a plurality of distributions.

図８は、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０と、比較例に係る圧電アクチュエータ５００とのそれぞれの一次モード及び二次モードでの共振周波数を示すグラフである。図８に示すように、比較例に係る圧電アクチュエータ５００では、一次モードでの共振周波数（一次共振周波数）と、二次モードでの共振周波数（二次共振周波数）との差（離調周波数）が０．０２ＭＨｚ程度である。一方、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０では、離調周波数が０．０６ＭＨｚ程度である。つまり、実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０の方が、比較例に係る圧電アクチュエータ５００よりも離調周波数が３倍程度に高められていることが分かる。離調周波数が大きいと、一次共振周波数で圧電アクチュエータ１７０を駆動させやすくすることができる。 FIG. 8 is a graph illustrating resonance frequencies in the primary mode and the secondary mode of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment and the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example. As shown in FIG. 8, in the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example, the difference (detuning frequency) between the resonance frequency in the primary mode (primary resonance frequency) and the resonance frequency in the secondary mode (secondary resonance frequency). Is about 0.02 MHz. On the other hand, in the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment, the detuning frequency is about 0.06 MHz. That is, it can be seen that the detuning frequency of the piezoelectric actuator 170 according to the embodiment is increased to about three times that of the piezoelectric actuator 500 according to the comparative example. When the detuning frequency is large, the piezoelectric actuator 170 can be easily driven at the primary resonance frequency.

この要因については以下に説明する。実施の形態に係るダイヤフラム１３１では、先細りしていない領域で、一次モード、二次モードなどの固有モードが発生する。また、圧電アクチュエータ１７０と圧電アクチュエータ５００とでは、二次モードでの共振周波数（二次共振周波数）が大きく変化しているものの、一次モードでの共振周波数（一次共振周波数）はそれほど変化していない。これは、一次共振周波数を決める因子のほとんどが、ダイヤフラム１３１、５３１の幅方向（長手方向に直交する方向：Ｙ軸方向）の剛性であるためである。本実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０のダイヤフラム１３１は、平面視形状が先細る形状となっているために、この先細りした部分では、長手方向の剛性は高められているものの、幅方向の剛性はそれほど変化しない。このため、ダイヤフラム１３１の一次共振周波数が比較例と比べても大きく変化しないことになる。 This factor will be described below. In the diaphragm 131 according to the embodiment, eigenmodes such as a primary mode and a secondary mode are generated in a non-tapered region. Further, in the piezoelectric actuator 170 and the piezoelectric actuator 500, the resonance frequency in the secondary mode (secondary resonance frequency) changes greatly, but the resonance frequency in the primary mode (primary resonance frequency) does not change so much. . This is because most of the factors that determine the primary resonance frequency are the rigidity of the diaphragms 131 and 531 in the width direction (direction perpendicular to the longitudinal direction: Y-axis direction). Since the diaphragm 131 of the piezoelectric actuator 170 according to the present embodiment has a tapered shape in plan view, the rigidity in the longitudinal direction is increased in this tapered portion, but the rigidity in the width direction is It does n’t change that much. For this reason, the primary resonance frequency of the diaphragm 131 does not change greatly even when compared with the comparative example.

一方で、ダイヤフラム１３１、５３１の長手方向の剛性も、若干ではあるが固有モードに影響を及ぼす。ここで、二次モード以降の高次モードでは、次数に応じて長手方向に変位・屈曲する固有モードとなる。つまり、一次モードと比較すると、高次モードになるほど、長手方向の剛性の影響が大きくなり、共振周波数が大きくなる。このことから、先細る形状のダイヤフラム１３１の方が、比較例よりも二次共振周波数が大きく変化することとなり、離調周波数も大きくなるものである。 On the other hand, the rigidity in the longitudinal direction of the diaphragms 131 and 531 also affects the eigenmodes, albeit slightly. Here, the higher-order modes after the secondary mode are eigenmodes that are displaced and bent in the longitudinal direction according to the order. That is, as compared with the primary mode, the higher the mode, the greater the influence of rigidity in the longitudinal direction and the higher the resonance frequency. For this reason, the taper-shaped diaphragm 131 has a greater change in the secondary resonance frequency than the comparative example, and the detuning frequency is also increased.

次に、圧電駆動部１５０の幅を変化させた場合の圧電アクチュエータ１７０の特性変化について説明する。なお、この場合においても、上述した圧電アクチュエータ１７０のモデルに対して周知のシミュレーションを施すことで、特性変化を求めている。具体的には、圧電駆動部１５０の幅Ｗ１（図３参照）を、６５μｍから１２５μｍまで５μｍ間隔で変化させて特性を求めている。この幅Ｗ１は、第二矩形状部１５５と第二先細り部１５６との並び方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）での圧電駆動部１５０の最大長さである。 Next, a change in characteristics of the piezoelectric actuator 170 when the width of the piezoelectric drive unit 150 is changed will be described. Even in this case, the characteristic change is obtained by performing a well-known simulation on the model of the piezoelectric actuator 170 described above. Specifically, the characteristics are obtained by changing the width W1 (see FIG. 3) of the piezoelectric driving unit 150 from 65 μm to 125 μm at intervals of 5 μm. The width W1 is the maximum length of the piezoelectric drive unit 150 in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction) of the second rectangular portion 155 and the second tapered portion 156.

このとき、圧力室１２８の幅Ｗ２（図３参照）は１２０μｍとしている。この幅Ｗ２は、第一矩形状部１３４と第一先細り部１３５との並び方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）でのダイヤフラム１３１の最大長さである。そして、ここで求める圧電アクチュエータ１７０の特性は、振動時におけるダイヤフラム１３１の最大変位量と、一次モードの共振周波数とである。 At this time, the width W2 (see FIG. 3) of the pressure chamber 128 is 120 μm. The width W2 is the maximum length of the diaphragm 131 in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction) of the first rectangular portion 134 and the first tapered portion 135. And the characteristic of the piezoelectric actuator 170 calculated | required here is the maximum displacement amount of the diaphragm 131 at the time of a vibration, and the resonant frequency of a primary mode.

図９は、実施の形態に係る圧電駆動部１５０の幅Ｗ１を変化させた場合の、ダイヤフラム１３１の最大変位量及び共振周波数を示すグラフである。ここで、本モデルの場合、ダイヤフラム１３１の最大変位量の適正値は５０ｎｍ以上である。図９に示すように、最大変位量が５０ｎｍ以上となる幅Ｗ１は、７５μｍ以上９５μｍ以下に収まる値である。さらに、例えば線形補間によって補間することで、最大変位量が５０ｎｍ以上となる幅Ｗ１は、７２μｍ以上９６μｍ以下の範囲に収まる値であればよいことが分かる。そして、この範囲においては、共振周波数も大きく変動していないので、この範囲の幅Ｗ１が好適であることが分かる。そして、このことから、ダイヤフラム１３１の幅Ｗ１と、圧力室１２８の幅Ｗ２との関係は、０．６≦Ｗ１／Ｗ２＜０．８を満たしていればよいと言える。 FIG. 9 is a graph showing the maximum displacement amount and resonance frequency of the diaphragm 131 when the width W1 of the piezoelectric driving unit 150 according to the embodiment is changed. Here, in the case of this model, the appropriate value of the maximum displacement amount of the diaphragm 131 is 50 nm or more. As shown in FIG. 9, the width W1 at which the maximum displacement is 50 nm or more is a value that falls within the range of 75 μm to 95 μm. Further, for example, by performing interpolation by linear interpolation, it is understood that the width W1 at which the maximum displacement amount is 50 nm or more may be a value that falls within the range of 72 μm to 96 μm. In this range, since the resonance frequency does not vary greatly, it can be seen that the width W1 in this range is suitable. From this, it can be said that the relationship between the width W1 of the diaphragm 131 and the width W2 of the pressure chamber 128 only needs to satisfy 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8.

以上のように、本実施の形態に係る圧電アクチュエータ１７０は、第一主面１３１及び第一主面１３１とは反対側の第二主面を有するダイヤフラム１３１と、ダイヤフラム１３１を囲むように配置された支持部１１８と、ダイヤフラム１３１の第二主面１３３に配置された圧電駆動部１５０と、一端部が圧電駆動部１５０に接続され、他端部が平面視でダイヤフラム１３１外に配置された引き出し電極（第二引き出し電極１６３）と、を備えている。圧電駆動部１５０は、ダイヤフラムの第二主面１３３に積層された第一電極１５１と、第一電極１５１におけるダイヤフラム１３１とは反対側に積層されて、平面視においてダイヤフラム１３１に包含された圧電体層１５２と、圧電体層１５２における第一電極１５１とは反対側に積層されて、平面視においてダイヤフラム１３１に包含された第二電極１５３とを備えている。ダイヤフラム１３１は、平面視において矩形状の第一矩形状部１３４と、第一矩形状部１３４の一端部から先細るように形成された第一先細り部１３５とを備えている。圧電駆動部１５０は、平面視において矩形状の第二矩形状部１５５と、第二矩形状部１５５の一端部から先細るように形成された第二先細り部１５６とを備えている。圧電駆動部１５０は、平面視において第二矩形状部１５５が第一矩形状部１３４に重なるとともに、第二先細り部１５６が第一先細り部１３５に重なるように、配置されている。 As described above, the piezoelectric actuator 170 according to the present embodiment is disposed so as to surround the diaphragm 131 having the first main surface 131 and the second main surface opposite to the first main surface 131, and the diaphragm 131. The support 118, the piezoelectric drive unit 150 disposed on the second main surface 133 of the diaphragm 131, and a drawer having one end connected to the piezoelectric drive unit 150 and the other end disposed outside the diaphragm 131 in plan view. And an electrode (second extraction electrode 163). The piezoelectric driving unit 150 includes a first electrode 151 stacked on the second main surface 133 of the diaphragm and a piezoelectric body that is stacked on the opposite side of the first electrode 151 from the diaphragm 131 and is included in the diaphragm 131 in plan view. The layer 152 includes a second electrode 153 that is stacked on the opposite side of the piezoelectric layer 152 from the first electrode 151 and is included in the diaphragm 131 in plan view. The diaphragm 131 includes a first rectangular portion 134 that is rectangular in plan view, and a first tapered portion 135 that is formed to taper from one end of the first rectangular portion 134. The piezoelectric drive unit 150 includes a second rectangular portion 155 that is rectangular in plan view, and a second tapered portion 156 that is formed to taper from one end of the second rectangular portion 155. The piezoelectric drive unit 150 is arranged so that the second rectangular portion 155 overlaps the first rectangular portion 134 and the second tapered portion 156 overlaps the first tapered portion 135 in plan view.

また、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド１００は、上記の圧電アクチュエータ１７０と、圧電アクチュエータ１７０のダイヤフラム１３１によって一部が形成され、内部の液体に対して圧力を付与する圧力室１２８と、圧力室１２８に連通し、インクＩ（液体）を吐出する吐出流路１２９とを備えている。 The liquid discharge head 100 according to the present embodiment is partly formed by the piezoelectric actuator 170 and the diaphragm 131 of the piezoelectric actuator 170, and a pressure chamber 128 that applies pressure to the internal liquid, and a pressure An ejection channel 129 that communicates with the chamber 128 and ejects ink I (liquid) is provided.

この構成によれば、平面視において、圧電駆動部１５０の第二矩形状部１５５がダイヤフラム１３１の第一矩形状部１３４に重なるとともに、圧電駆動部１５０の第二先細り部１５６がダイヤフラム１３１の第一先細り部１３５に重なっているので、平面視においてダイヤフラム５３１と圧電駆動部５５０との両者が矩形状の圧電アクチュエータ（比較例）と比べると、発生力を高めることができる。 According to this configuration, the second rectangular portion 155 of the piezoelectric driving unit 150 overlaps the first rectangular portion 134 of the diaphragm 131 and the second tapered portion 156 of the piezoelectric driving unit 150 is the second tapered portion 156 of the diaphragm 131 in plan view. Since the taper overlaps the one-sided taper portion 135, the generated force can be increased as compared with the rectangular piezoelectric actuator (comparative example) in which both the diaphragm 531 and the piezoelectric drive portion 550 are planar.

さらに、この構成であると、一次共振周波数と二次共振周波数との差（離調周波数）も比較例よりも大きくすることができるので、一次共振周波数で圧電アクチュエータ１７０を駆動させやすくすることができる。 Furthermore, with this configuration, the difference (detuning frequency) between the primary resonance frequency and the secondary resonance frequency can also be made larger than that of the comparative example, so that the piezoelectric actuator 170 can be easily driven at the primary resonance frequency. it can.

また、圧電アクチュエータ１７０は、さらに第二電極１５３における圧電体層１５２とは反対側に積層された絶縁層１６２を備えている。第二引き出し電極１６３の一端部は、絶縁層１６２に形成された第二コンタクトホール１６５を介して、第二電極１５３に接続されている。 The piezoelectric actuator 170 further includes an insulating layer 162 laminated on the second electrode 153 on the opposite side to the piezoelectric layer 152. One end of the second lead electrode 163 is connected to the second electrode 153 through a second contact hole 165 formed in the insulating layer 162.

この構成によれば、第二引き出し電極１６３の一端部が、絶縁層１６２に形成された第二コンタクトホール１６５を介して第二電極１５３に接続されているので、絶縁層１６２が緩衝体として機能することになる。発生力が向上することによって、第二引き出し電極１６３の一端部と第二電極１５３との接続部に大きな力が作用するが、絶縁層１６２があることで当該絶縁層１６２がその力を緩和する。つまり、接続部の破損を抑制することができる。 According to this configuration, one end portion of the second extraction electrode 163 is connected to the second electrode 153 via the second contact hole 165 formed in the insulating layer 162, so that the insulating layer 162 functions as a buffer. Will do. When the generated force is improved, a large force acts on the connection portion between the one end portion of the second extraction electrode 163 and the second electrode 153, but the insulating layer 162 reduces the force due to the presence of the insulating layer 162. . That is, the breakage of the connection portion can be suppressed.

また、第二矩形状部１５５と第二先細り部１５６との並び方向に直交する方向での圧電駆動部１５０の幅Ｗ１と、第一矩形状部１３４と第一先細り部１３５との並び方向に直交する方向でのダイヤフラム１３１の幅Ｗ２との関係が、０．６≦Ｗ１／Ｗ２＜０．８を満たしている。 Further, the width W1 of the piezoelectric drive unit 150 in the direction orthogonal to the direction in which the second rectangular portion 155 and the second tapered portion 156 are aligned, and the direction in which the first rectangular portion 134 and the first tapered portion 135 are aligned. The relationship with the width W2 of the diaphragm 131 in the orthogonal direction satisfies 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8.

この構成によれば、圧電駆動部１５０の幅Ｗ１と、ダイヤフラム１３１の幅Ｗ２との関係が０．６≦Ｗ１／Ｗ２＜０．８を満たしているので、一定の共振周波数を維持したまま、ダイヤフラム１３１の最大変位量を高めることができる。これにより、振動効率を高めることができる。 According to this configuration, since the relationship between the width W1 of the piezoelectric driving unit 150 and the width W2 of the diaphragm 131 satisfies 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8, the constant resonance frequency is maintained, The maximum displacement amount of the diaphragm 131 can be increased. Thereby, vibration efficiency can be improved.

（変形例１）
上記実施の形態では、圧電駆動部１５０の平面視形状における角部が、一対の直線（辺）で構成される場合を例示して説明した。この変形例１では、圧電駆動部の平面視における角部が曲線状に形成されている場合について説明する。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。 (Modification 1)
In the above-described embodiment, the case where the corner portion in the plan view shape of the piezoelectric driving unit 150 is configured by a pair of straight lines (sides) has been described as an example. In the first modification, a case will be described in which a corner portion of the piezoelectric driving unit in a plan view is formed in a curved shape. In the following description, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図１０は、変形例１に係る圧電駆動部１５０Ａとダイヤフラム１３１の平面視形状を示す平面図である。具体的には、図１０は図３に対応する図である。図１０に示すように、変形例１に係る圧電駆動部１５０Ａの平面視形状における全ての角部が、曲線状に形成されている。具体的には、圧電駆動部１５０Ａの角部は、外方に向けて凸となるＲ形状に形成されている。 FIG. 10 is a plan view showing a planar view shape of the piezoelectric drive unit 150A and the diaphragm 131 according to the first modification. Specifically, FIG. 10 corresponds to FIG. As shown in FIG. 10, all corners in the plan view shape of the piezoelectric drive unit 150 A according to Modification 1 are formed in a curved shape. Specifically, the corners of the piezoelectric drive unit 150A are formed in an R shape that is convex outward.

この構成によれば、平面視における圧電駆動部１５０Ａの角部が曲線状に形成されているので、発生力向上に伴う角部への応力集中を緩和することができ、長期的な信頼性を高めることができる。 According to this configuration, since the corner portion of the piezoelectric driving unit 150A in a plan view is formed in a curved shape, the stress concentration on the corner portion due to the improvement in generated force can be reduced, and long-term reliability can be achieved. Can be increased.

なお、変形例１では、圧電駆動部１５０Ａの平面視形状における全ての角部が曲線状に形成されている場合を例示した。しかし、圧電駆動部１５０Ａの平面視形状における少なくとも一つの角部が曲線状に形成されていればよい。また、ダイヤフラム１３１においても、少なくとも１つの角部が曲線状に形成されてもよい。この場合においても、発生力向上に伴う角部への応力集中を緩和することができる。 In the first modification, the case where all the corners in the plan view shape of the piezoelectric driving unit 150A are formed in a curved shape is illustrated. However, it is sufficient that at least one corner in the plan view of the piezoelectric driving unit 150A is formed in a curved shape. In the diaphragm 131, at least one corner may be formed in a curved shape. Even in this case, the stress concentration on the corners accompanying the improvement in the generated force can be reduced.

（変形例２）
上記実施の形態では、ダイヤフラム１３１（振動層１３０）が単層である場合を例示して説明した。この変形例２では、ダイヤフラムが硬質層と弾性層との二層から形成されている場合について説明する。 (Modification 2)
In the above embodiment, the case where the diaphragm 131 (vibration layer 130) is a single layer has been described as an example. In the second modification, the case where the diaphragm is formed of two layers of a hard layer and an elastic layer will be described.

図１１は、変形例２に係る振動層１３０Ｂの概略構成を示す断面図である。具体的には、図１１は図２に対応する図である。図１１に示すように、変形例２に係る振動層１３０Ｂは、硬質層１３６と、硬質層１３６よりも縦弾性係数が小さい弾性層１３７との二層により形成されている。具体的には、硬質層１３６は、圧力室１２８側に配置されており、弾性層１３７は、硬質層１３６における圧力室１２８とは反対側に積層されている。また、硬質層１３６は、例えば銅などの無機材料により形成されている。他方、弾性層１３７は、例えばエポキシ樹脂などの有機材料により形成されている。このように、振動層１３０Ｂが形成されているので、ダイヤフラム１３１Ｂでは、第一主面１３２が硬質層１３６から形成され、第二主面１３３が弾性層１３７から形成されている。これにより、ダイヤフラム１３１Ｂの撓みの中立面（ダイヤフラム１３１Ｂが撓んでも長さが変わらない面）は、単層のダイヤフラム１３１よりも圧力室１２８側にシフトする。つまり、撓みの中立面から圧電駆動部１５０までの距離を大きくすることができる。これにより、圧電駆動部１５０で生じた力を効率的に撓みに変換することができる。 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a vibration layer 130 B according to the second modification. Specifically, FIG. 11 corresponds to FIG. As shown in FIG. 11, the vibration layer 130 B according to the second modification is formed by two layers of a hard layer 136 and an elastic layer 137 having a smaller longitudinal elastic modulus than the hard layer 136. Specifically, the hard layer 136 is disposed on the pressure chamber 128 side, and the elastic layer 137 is stacked on the opposite side of the hard layer 136 from the pressure chamber 128. The hard layer 136 is formed of an inorganic material such as copper. On the other hand, the elastic layer 137 is formed of an organic material such as an epoxy resin. As described above, since the vibration layer 130 B is formed, in the diaphragm 131 B, the first main surface 132 is formed from the hard layer 136 and the second main surface 133 is formed from the elastic layer 137. As a result, the neutral surface of the diaphragm 131 B (the surface whose length does not change even when the diaphragm 131 B is bent) is shifted to the pressure chamber 128 side with respect to the single-layer diaphragm 131. That is, it is possible to increase the distance from the neutral plane of deflection to the piezoelectric drive unit 150. Thereby, the force generated in the piezoelectric driving unit 150 can be efficiently converted into bending.

（変形例３）
上記実施の形態では、圧電体層１５２がチタン酸ジルコン酸鉛のみから形成されている場合を例示して説明した。しかし、ニオブが添加されたチタン酸ジルコン酸鉛により圧電体層を形成してもよい。このようにニオブが添加されたチタン酸ジルコン酸鉛により圧電体層が形成されていると、圧電体層の圧電定数を高めることができる。したがって、圧電駆動部の駆動効率が高められる。 (Modification 3)
In the above embodiment, the case where the piezoelectric layer 152 is formed only from lead zirconate titanate has been described as an example. However, the piezoelectric layer may be formed of lead zirconate titanate to which niobium is added. When the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate to which niobium is added as described above, the piezoelectric constant of the piezoelectric layer can be increased. Accordingly, the driving efficiency of the piezoelectric driving unit is increased.

（その他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本実施の形態における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。 (Other embodiments)
As described above, the embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present embodiment is not limited to this, and can be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by each said embodiment into a new embodiment.

例えば、上記実施の形態では、液体吐出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、本開示は液体吐出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吐出する液体吐出ヘッドにも適用することができる。その他の液体吐出ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材吐出ヘッド、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吐出ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等が挙げられる。 For example, in the above embodiment, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid discharge head. However, the present disclosure is intended for all liquid discharge heads, and is a liquid discharge head that discharges liquids other than ink. It can also be applied to. Other liquid discharge heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material discharge heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). And electrode material discharge heads used for electrode formation, bio-organic discharge heads used for biochip manufacturing, and the like.

また、本開示は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドに搭載される圧電アクチュエータに限られず、他の装置に搭載される圧電アクチュエータにも適用することができる。その他の装置としては、例えば、圧電スピーカなどが挙げられる。 The present disclosure is not limited to a piezoelectric actuator mounted on a liquid discharge head typified by an ink jet recording head, and can also be applied to a piezoelectric actuator mounted on another apparatus. Examples of other devices include a piezoelectric speaker.

本発明に係る圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタなどの液体吐出装置に適用することができる。 The piezoelectric actuator and the liquid discharge head according to the present invention can be applied to a liquid discharge apparatus such as an ink jet printer.

１００液体吐出ヘッド
１１０ノズルプレート層
１１１吐出面
１１２吐出口
１１８支持部
１２１、１２２、１２３、１２４流路形成層
１２５インク流路
１２６共通液室
１２７供給流路
１２８圧力室
１２９吐出流路
１３０、１３０Ｂ振動層
１３１、５３１、１３１Ｂダイヤフラム
１３１ａ第一辺
１３１ｂ第二辺
１３１ｃ第三辺
１３１ｄ第四辺
１３１ｅ第五辺
１３２第一主面
１３３第二主面
１３４第一矩形状部
１３５第一先細り部
１３６硬質層
１３７弾性層
１４０駆動部
１５０、５５０、１５０Ａ圧電駆動部
１５０ａ第六辺
１５０ｂ第七辺
１５０ｃ第八辺
１５０ｄ第九辺
１５０ｅ第十辺
１５１第一電極
１５２圧電体層
１５３第二電極
１５５第二矩形状部
１５６第二先細り部
１６０引き出し部
１６１第一引き出し電極
１６２絶縁層
１６３第二引き出し電極（引き出し電極）
１６４第一コンタクトホール
１６５第二コンタクトホール（コンタクトホール）
１７０、５００圧電アクチュエータ
１８０電源
２００基板
２０１第一膜
２０２第二膜
２０３第三膜
２０４第四膜
２０５第五膜
ｄインク滴
Ｇプリントギャップ
Ｉインク
Ｌ１破線
Ｓ布
Ｗ１幅
Ｗ２幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid discharge head 110 Nozzle plate layer 111 Discharge surface 112 Discharge port 118 Support part 121,122,123,124 Flow path formation layer 125 Ink flow path 126 Common liquid chamber 127 Supply flow path 128 Pressure chamber 129 Discharge flow path 130, 130B Vibration layers 131, 531, 131B Diaphragm 131a First side 131b Second side 131c Third side 131d Fourth side 131e Fifth side 132 First major surface 133 Second major surface 134 First rectangular portion 135 First tapered portion 136 Hard layer 137 Elastic layer 140 Driving unit 150, 550, 150A Piezoelectric driving unit 150a Sixth side 150b Seventh side 150c Eight side 150d Ninth side 150e Tenth side 151 First electrode 152 Piezoelectric layer 153 Second electrode 155 First Two rectangular portions 156 Second tapered portion 160 Lead portion 161 First lead electrode 16 Insulating layer 163 second extraction electrode (extraction electrode)
164 First contact hole 165 Second contact hole (contact hole)
170, 500 Piezoelectric actuator 180 Power supply 200 Substrate 201 First film 202 Second film 203 Third film 204 Fourth film 205 Fifth film d Ink droplet G Print gap I Ink L1 Broken line S Cloth W1 Width W2 Width

Claims

A diaphragm having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
A support portion arranged to surround the diaphragm;
A piezoelectric drive disposed on the second main surface of the diaphragm;
One end is connected to the piezoelectric drive unit, and the other end is arranged outside the diaphragm in plan view, and
The piezoelectric drive unit is
A first electrode laminated on the second main surface of the diaphragm;
The first electrode is laminated on the opposite side of the diaphragm, and the piezoelectric layer included in the diaphragm in plan view;
The second electrode is stacked on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode, and is included in the diaphragm in a plan view.
The diaphragm includes a first rectangular portion that is rectangular in plan view, and a first tapered portion that is formed to taper from one end of the first rectangular portion,
The piezoelectric drive unit includes a second rectangular part that is rectangular in plan view, and a second tapered part that is formed to taper from one end of the second rectangular part, and the second rectangular part The piezoelectric actuator is disposed so that the second tapered portion overlaps the first rectangular portion, and the second tapered portion overlaps the first tapered portion.

The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein at least one of the piezoelectric drive unit and the diaphragm has a curved corner in a plan view.

An insulating layer laminated on the opposite side of the second electrode from the piezoelectric layer;
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the one end portion of the extraction electrode is connected to the second electrode through a contact hole formed in the insulating layer.

The diaphragm includes a hard layer that forms the first main surface, and an elastic layer that is laminated on the hard layer so as to form the second main surface, and has a smaller longitudinal elastic modulus than the hard layer. 4. The piezoelectric actuator according to any one of 3.

The width W1 of the piezoelectric drive unit in a direction orthogonal to the alignment direction of the second rectangular portion and the second tapered portion is orthogonal to the alignment direction of the first rectangular portion and the first tapered portion. The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein a relationship with a width W2 of the diaphragm in a direction satisfies 0.6 ≦ W1 / W2 <0.8.

The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate to which niobium is added.

The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 6,
A pressure chamber that is partly formed by the diaphragm of the piezoelectric actuator and applies pressure to the liquid inside;
A liquid discharge head, comprising: a discharge passage communicating with the pressure chamber and discharging the liquid.