JP6015892B2 - Piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic device and sensor - Google Patents

Piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, ultrasonic device and sensor Download PDF

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層(圧電体膜)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. A piezoelectric element used in an ink jet recording head is configured by sandwiching a piezoelectric material (electromagnetic film) made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function, for example, a crystallized dielectric material, between two electrodes. There is something.

このような圧電素子を構成する圧電体層として用いられる圧電材料には高い圧電特性(歪量)が求められており、代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が挙げられる(特許文献1参照)。しかしながら、環境問題の観点から、非鉛又は鉛の含有量を抑えた圧電材料が求められている。鉛を含有しない圧電材料としては、例えば、Bi、Ba、Fe及びTiを含有する圧電材料がある(例えば、特許文献2参照)。   A piezoelectric material used as a piezoelectric layer constituting such a piezoelectric element is required to have high piezoelectric characteristics (amount of strain), and a typical example is lead zirconate titanate (PZT) (Patent Document 1). reference). However, from the viewpoint of environmental problems, there is a demand for a piezoelectric material with reduced lead or lead content. As a piezoelectric material not containing lead, for example, there is a piezoelectric material containing Bi, Ba, Fe, and Ti (see, for example, Patent Document 2).

特開2001−223404号公報JP 2001-223404 A 特開2007−287745号公報JP 2007-287745 A

このようなBi、Ba、Fe及びTiを含む圧電材料は、PZT系の圧電材料と比較してクラックが発生し易いという問題がある。この問題に対して、本発明者は、少なくともビスマス、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、チタンとバリウムのモル比(Ti/Ba)を1.17以上1.45以下とすることにより、クラックの発生を抑制できることを知見した。しかしながら、このような圧電体層とすると、歪量が小さくなるという問題が生じる。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、他の圧電素子においても同様に存在する。   Such a piezoelectric material containing Bi, Ba, Fe, and Ti has a problem that cracks are likely to occur compared to a PZT-based piezoelectric material. In order to solve this problem, the present inventor comprises a composite oxide having a perovskite structure containing at least bismuth, barium, iron and titanium, and the molar ratio of titanium to barium (Ti / Ba) is 1.17 or more and 1.45 or less. Thus, it was found that the generation of cracks can be suppressed. However, such a piezoelectric layer causes a problem that the amount of strain is reduced. Such a problem is not limited to a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and similarly exists in other piezoelectric elements.

本発明はこのような事情に鑑み、クラックの発生が抑制され且つ歪量が大きい圧電体層を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and a piezoelectric element including a piezoelectric element having a piezoelectric layer in which generation of cracks is suppressed and the amount of strain is large.

上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と前記圧電体層を挟む電極とを備えた圧電素子であって、前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、前記圧電体層は、第1圧電体層と、前記第1圧電体層上に設けられチタンとバリウムのモル比であるTi/Baが前記第1圧電体層よりも高い第2圧電体層とを有することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、第1圧電体層と、Ti/Baが第1圧電体層よりも高い第2圧電体層とを有する圧電体層とすることにより、圧電体層のクラックの発生を抑制でき、また、歪量も比較的大きいものとなる。また、鉛を含有しない又は鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減できる。
An aspect of the present invention that solves the above problem is a piezoelectric element that includes a piezoelectric layer and an electrode that sandwiches the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer includes bismuth, iron, barium, and titanium and has a perovskite structure. The piezoelectric layer is composed of a first piezoelectric layer, and Ti / Ba, which is provided on the first piezoelectric layer and has a molar ratio of titanium to barium, is higher than that of the first piezoelectric layer. A piezoelectric element having a high second piezoelectric layer.
In such an embodiment, the first piezoelectric layer is composed of a complex oxide having a perovskite structure including bismuth, iron, barium and titanium, and a second piezoelectric layer having a higher Ti / Ba than the first piezoelectric layer. By using the piezoelectric layer, the generation of cracks in the piezoelectric layer can be suppressed, and the amount of strain is relatively large. Moreover, since it does not contain lead or the content of lead can be suppressed, the burden on the environment can be reduced.

また、前記第2圧電体層は、Ti/Baが1.45以下であってもよい。   The second piezoelectric layer may have Ti / Ba of 1.45 or less.

本発明の他の態様は、上記圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド、及び当該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、クラックの発生が抑制された圧電体層を有するため、信頼性に優れた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置となる。また、鉛を含有しない又は鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷が低減された液体噴射ヘッド及び液体噴射装置となる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting head including the piezoelectric element, and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head. In such an aspect, since the piezoelectric layer in which the generation of cracks is suppressed is provided, the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus having excellent reliability are obtained. In addition, since the lead is not contained or the lead content is suppressed, the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus are reduced in environmental load .

また、本発明の他の態様は、上記圧電素子を具備することを特徴とする超音波デバイス、あるいは、上記圧電素子を具備するセンサーにある。かかる態様では、クラックの発生が抑制された圧電体層を有する圧電素子を具備するため、信頼性に優れた超音波デバイス、あるいは、センサーを実現することができる。また、鉛を含有しない又は鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷低減された超音波デバイス、あるいは、センサーを提供できる。 Another aspect of the present invention resides in an ultrasonic device including the piezoelectric element, or a sensor including the piezoelectric element. In this aspect, since the piezoelectric element having the piezoelectric layer in which the generation of cracks is suppressed is provided, an ultrasonic device or a sensor with excellent reliability can be realized. Further, since the suppressed content of not containing or lead to lead, ultrasound device burden on the environment is reduced, or may provide a sensor.

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及び要部拡大断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view and a main part enlarged 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. サンプル3の断面をSEM観察した写真。The photograph which observed the cross section of the sample 3 by SEM. サンプル1〜4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 samples 1-4. サンプル6〜9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 samples 6-9. 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(a)は図2のA−A′線断面図、図3(b)は図3(a)の要部拡大断面図である。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 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. 2, and 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 of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded 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等の第1電極60の下地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。本実施形態においては、密着層56として酸化チタンを用いたが、密着層56の材質は第1電極60とその下地の種類等により異なるが、例えば、ジルコニウム、アルミニウムを含む酸化物や窒化物や、SiO、MgO、CeO等とすることができる。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 first electrode 60 such as the elastic film 50 and the like is provided. In the present embodiment, titanium oxide is used as the adhesion layer 56, but the material of the adhesion layer 56 varies depending on the first electrode 60 and the type of the underlying layer, but for example, an oxide or nitride containing zirconium or aluminum, , SiO 2 , MgO, CeO 2 or the like. Note that an insulator film made of zirconium oxide or the like may be provided on the elastic film 50 as necessary.

さらに、この密着層56上には、第1電極60と、厚さが3μm以下、好ましくは0.3〜1.5μmの薄膜である圧電体層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。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が設けられていなくてもよい。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。   Further, on the adhesion layer 56, a first electrode 60, a piezoelectric layer 70 which is a thin film having a thickness of 3 μm or less, preferably 0.3 to 1.5 μm, and a second electrode 80 are laminated. Thus, a piezoelectric element 300 is configured as pressure generating means for causing a pressure change in the pressure generating chamber 12. 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. 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.

また、圧電体層70は、図3(b)に示すように、本実施形態においては、第1電極60上に設けられた第1圧電体層71と、第1圧電体層71上に設けられた第2圧電体層72とで構成されている。   Further, as shown in FIG. 3B, the piezoelectric layer 70 is provided on the first piezoelectric layer 71 provided on the first electrode 60 and the first piezoelectric layer 71 in the present embodiment. And the second piezoelectric layer 72 formed.

第1圧電体層71は、ビスマス(Bi)、鉄(Fe)、バリウム(Ba)及びチタン(Ti)を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる。ペロブスカイト構造、すなわち、ABO3型構造のAサイトは酸素が12配位しており、また、Bサイトは酸素が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及びBaが、BサイトにFe及びTiが位置している。 The first piezoelectric layer 71 is made of a complex oxide having a perovskite structure including bismuth (Bi), iron (Fe), barium (Ba), and titanium (Ti). In the A site of the perovskite structure, that is, the ABO 3 type structure, oxygen is 12-coordinated, and the B site is 6-coordinated of oxygen to form an octahedron. Bi and Ba are located at the A site, and Fe and Ti are located at the B site.

このような第1圧電体層71を構成するBi,Fe,Ba及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物、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も表される。なお、X線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマスや、チタン酸バリウムは、単独では検出されないものである。   The composite oxide having a perovskite structure including Bi, Fe, Ba and Ti constituting the first piezoelectric layer 71 is a composite oxide having a perovskite structure of a mixed crystal of bismuth ferrate and barium titanate, Alternatively, it is also expressed as a solid solution in which bismuth ferrate and barium titanate are uniformly dissolved. In the X-ray diffraction pattern, bismuth ferrate and barium titanate are not detected alone.

ここで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムは、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、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムとして、BiFeOやBaTiO以外に、元素が一部欠損する又は過剰であったり、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、本発明で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムと表記した場合、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、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムの範囲に含まれるものとする。 Here, bismuth ferrate and barium titanate are known piezoelectric materials each having a perovskite structure, and those having various compositions are known. For example, as bismuth ferrate and barium titanate, in addition to BiFeO 3 and BaTiO 3 , some elements are missing or excessive, or some elements are replaced with other elements. In the present invention, when expressed as bismuth ferrate or barium titanate, as long as the basic characteristics are not changed, those that deviate from the stoichiometric composition due to deficiency or excess, or some of the elements are replaced with other elements. Shall also be included in the ranges of bismuth ferrate and barium titanate.

このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第1圧電体層71の組成は、例えば、下記式(1)で表される混晶として表される。また、この式(1)は、下記式(1’)で表すこともできる。ここで、式(1)及び式(1’)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。
(1−x)[BiFeO]−x[BaTiO] (1)
(0<x<0.40)
(Bi1−xBa)(Fe1−xTi)O (1’)
(0<x<0.40)
The composition of the first piezoelectric layer 71 made of a complex oxide having such a perovskite structure is represented, for example, as a mixed crystal represented by the following formula (1). Moreover, this formula (1) can also be expressed by the following formula (1 ′). Here, the description of the formula (1) and the formula (1 ′) is a composition notation based on the stoichiometry, and as described above, as long as the perovskite structure can be taken, an unavoidable composition due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc. Of course, partial substitution of elements and the like are allowed. For example, if the stoichiometric ratio is 1, the range of 0.85 to 1.20 is allowed.
(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、第1圧電体層71を構成する複合酸化物は、Bi、Fe、Ba及びTi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やCoなどが挙げられる。勿論、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。   Further, the complex oxide constituting the first piezoelectric layer 71 may further contain an element other than Bi, Fe, Ba, and Ti. Examples of other elements include Mn and Co. Of course, even a complex oxide containing other elements needs to have a perovskite structure.

第1圧電体層71が、MnやCoを含む場合、MnやCoはBサイトに位置し、MnやCoがBサイトに位置するFeの一部を置換した構造の複合酸化物であると推測される。例えば、Mnを含む場合、第1圧電体層71を構成する複合酸化物は、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のFeの一部がMnで置換された構造、又は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物として表され、基本的な特性は鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と同じであるが、リーク特性が向上することがわかっている。また、Coを含む場合も、Mnと同様にリーク特性が向上するものである。なお、X線回折パターンにおいて、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及び鉄酸コバルト酸ビスマスは、単独では検出されないものである。また、Mn及びCoを例として説明したが、その他遷移金属元素の2元素を同時に含む場合にも同様にリーク特性が向上することがわかっており、これらも第1圧電体層71とすることができ、さらに、特性を向上させるため公知のその他の添加物を含んでもよい。   When the first piezoelectric layer 71 contains Mn and Co, it is estimated that Mn and Co are located at the B site, and Mn and Co are complex oxides having a structure in which a part of Fe located at the B site is substituted. Is done. For example, when Mn is included, the composite oxide constituting the first piezoelectric layer 71 has a structure in which a part of Fe in a solid solution in which bismuth ferrate and barium titanate are uniformly dissolved, is substituted with Mn, or It is expressed as a composite oxide having a perovskite structure of mixed crystal of bismuth ferrate manganate and barium titanate, and its basic characteristics are a composite oxide having a perovskite structure of mixed crystal of bismuth ferrate and barium titanate. Although the same, it has been found that the leakage characteristics are improved. Further, when Co is included, the leakage characteristics are improved similarly to Mn. In the X-ray diffraction pattern, bismuth ferrate, barium titanate, bismuth ferrate manganate and bismuth ferrate cobaltate are not detected alone. Further, although Mn and Co have been described as examples, it has been found that leakage characteristics are similarly improved when two other transition metal elements are included at the same time. In addition, other known additives may be included to improve the properties.

このようなBi、Fe、Ba及びTiに加えてMnやCoも含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第1圧電体層71は、例えば、下記式(2)で表される混晶である。また、この式(2)は、下記式(2’)で表すこともできる。なお式(2)及び式(2’)において、Mは、MnまたはCoである。ここで、式(2)及び式(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ずれは許容される。例えば、化学量論が1であれば、0.85〜1.20の範囲内のものは許容される。
(1−x)[Bi(Fe1−y)O]−x[BaTiO] (2)
(0<x<0.40、0.01<y<0.09)
(Bi1−xBa)((Fe1−y1−xTi)O (2’)
(0<x<0.40、0.01<y<0.09)
The first piezoelectric layer 71 made of a composite oxide having a perovskite structure including Mn and Co in addition to Bi, Fe, Ba, and Ti is, for example, a mixed crystal represented by the following formula (2). . Moreover, this formula (2) can also be expressed by the following formula (2 ′). In Formula (2) and Formula (2 ′), M is Mn or Co. Here, the description of the formula (2) and the formula (2 ′) is a composition notation based on the stoichiometry, and as described above, as long as the perovskite structure can be taken, an unavoidable composition due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc. Deviation is allowed. For example, if the stoichiometry is 1, one in the range of 0.85 to 1.20 is allowed.
(1-x) [Bi (Fe 1-y M y ) O 3 ] -x [BaTiO 3 ] (2)
(0 <x <0.40, 0.01 <y <0.09)
(Bi 1-x Ba x) ((Fe 1-y M y) 1-x Ti x) O 3 (2 ')
(0 <x <0.40, 0.01 <y <0.09)

また、第2圧電体層72は、第1圧電体層71と同様に、Bi、Fe、Ba及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなるが、第2圧電体層72のTiとBaのモル比(Ti/Ba)は、第1圧電体層71のTiとBaのモル比(Ti/Ba)より大きい。そして、TiとBaのモル比(Ti/Ba)は好ましくは1.45以下、さらに好ましくは1.17以上1.45以下である。なお、Ti/Baを1.17以上1.45以下とすることにより第2圧電体層72は粒径が微細化してより均一で緻密な膜となる。また、圧電体層70を構成する上述した複合酸化物は、BiとBaのモル比(Bi/Ba)が2.3以上4.0以下であるのが好ましい。   Similarly to the first piezoelectric layer 71, the second piezoelectric layer 72 is made of a composite oxide containing Bi, Fe, Ba, and Ti and having a perovskite structure. The second piezoelectric layer 72 includes Ti and Ba of the second piezoelectric layer 72. The molar ratio (Ti / Ba) of the first piezoelectric layer 71 is larger than the molar ratio of Ti and Ba (Ti / Ba). The molar ratio of Ti to Ba (Ti / Ba) is preferably 1.45 or less, more preferably 1.17 or more and 1.45 or less. When Ti / Ba is set to 1.17 or more and 1.45 or less, the second piezoelectric layer 72 has a finer grain size and becomes a more uniform and dense film. In addition, the above-described composite oxide constituting the piezoelectric layer 70 preferably has a Bi to Ba molar ratio (Bi / Ba) of 2.3 or more and 4.0 or less.

第2圧電体層72を構成する複合酸化物も、ペロブスカイト構造、すなわち、ABO型構造であり、この構造のAサイトは酸素が12配位しており、また、Bサイトは酸素が6配位して8面体(オクタヘドロン)をつくっている。そして、このペロブスカイト構造のAサイトにBi及びBaを含み、Bサイトに、Fe及びTiを含んでいる。 The composite oxide composing the second piezoelectric layer 72 also has a perovskite structure, that is, an ABO 3 type structure. In this structure, the A site is 12-coordinated with oxygen, and the B site is 6-coordinated with oxygen. To make an octahedron. The A site of the perovskite structure contains Bi and Ba, and the B site contains Fe and Ti.

このような第2圧電体層72を構成する複合酸化物は、例えば、Bi及びBaの総モル量と、Fe及びTiの総モル量との比(Bi+Ba):(Fe+Ti)=1:1のものが挙げられるが、第2圧電体層72を構成する複合酸化物も、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、酸素欠損等による組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。そして、上述した通り、第2圧電体層72のTi/Baは、第1圧電体層71のTi/Baよりも大きく、好ましくは1.45以下である。また、Bi/Baは、2.3以上4.0以下であるのが好ましい。このような第2圧電体層72の組成は、第1圧電体層71が上記式(1’)で表される複合酸化物である場合、すなわち、第1圧電体層71のTi/Baが1である場合は、例えば、下記式(3)で表すことができる。ここで、式(3)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、化学量論が1であれば、0.85〜1.20の範囲内のものは許容される。   The composite oxide constituting the second piezoelectric layer 72 has, for example, a ratio (Bi + Ba) :( Fe + Ti) = 1: 1 between the total molar amount of Bi and Ba and the total molar amount of Fe and Ti. As long as the composite oxide composing the second piezoelectric layer 72 can have a perovskite structure, not only compositional deviation due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc., but also partial substitution of elements are allowed. Is done. As described above, Ti / Ba of the second piezoelectric layer 72 is larger than Ti / Ba of the first piezoelectric layer 71, and is preferably 1.45 or less. Further, Bi / Ba is preferably 2.3 or more and 4.0 or less. The composition of the second piezoelectric layer 72 is such that when the first piezoelectric layer 71 is a composite oxide represented by the above formula (1 ′), that is, the Ti / Ba of the first piezoelectric layer 71 is When it is 1, it can be represented by the following formula (3), for example. Here, the description of the formula (3) is a composition notation based on the stoichiometry. As described above, as long as the perovskite structure can be taken, the compositional deviation due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc. Partial replacement is also allowed. For example, if the stoichiometry is 1, one in the range of 0.85 to 1.20 is allowed.

(Bi1−aBa)(Fe1−bTi)O (3)
(1<b/a、好ましくは1.17≦b/a≦1.45、2.3≦(1−a)/a≦4.0。)
(Bi 1-a Ba a ) (Fe 1-b Ti b ) O 3 (3)
(1 <b / a, preferably 1.17 ≦ b / a ≦ 1.45, 2.3 ≦ (1-a) /a≦4.0.)

また、第2圧電体層72を構成する複合酸化物も、所望の特性を向上させるためにBi、Fe、Ba及びTi以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Mn、Coが挙げられ、Mn及びCoのいずれも含むものであってもよい。勿論、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。   Further, the composite oxide constituting the second piezoelectric layer 72 may also contain elements other than Bi, Fe, Ba, and Ti in order to improve desired characteristics. Examples of other elements include Mn and Co, and may include both Mn and Co. Of course, even a complex oxide containing other elements needs to have a perovskite structure.

第2圧電体層72が、MnやCoを含む場合、MnやCoはBサイトに位置し、MnやCoがBサイトに位置するFeの一部を置換した構造の複合酸化物であると推測される。例えば、Mnを含む場合、第2圧電体層72を構成する複合酸化物は、基本的な特性はMnやCoを含有しないものと同じであるが、MnやCoを含有することによりリーク特性が向上するものである。具体的には、リークの発生が抑制される。また、Mn及びCoを例として説明したが、その他Cr、Ni、Cu等の遷移金属元素を含む場合や、前記の遷移元素を2種以上同時に含む場合にも同様にリーク特性が向上することがわかっており、これらも第2圧電体層72とすることができ、さらに、特性を向上させるため公知のその他の添加物を含んでもよい。   When the second piezoelectric layer 72 contains Mn and Co, it is assumed that Mn and Co are located at the B site, and that Mn and Co are complex oxides having a structure in which part of Fe located at the B site is substituted. Is done. For example, in the case where Mn is included, the composite oxide constituting the second piezoelectric layer 72 has the same basic characteristics as those not containing Mn or Co, but has leakage characteristics by containing Mn and Co. It will improve. Specifically, the occurrence of leak is suppressed. In addition, although Mn and Co have been described as examples, leakage characteristics can be improved in the same manner when transition metal elements such as Cr, Ni, and Cu are included or when two or more transition elements are included at the same time. These are also known to be the second piezoelectric layer 72, and may contain other known additives to improve properties.

このような第2圧電体層72を構成する複合酸化物の場合は、例えば、Aサイト元素の総モル量と、Bサイト元素の総モル量との比(Aサイト元素の総モル量):(Bサイト元素の総モル量)=1:1のものが挙げられるが、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、酸素欠損等による組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。このようなBi、Fe、Ba及びTiに加えて、Mn、Co及びその他の遷移金属元素のうち1以上を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第2圧電体層72の組成は、第1圧電体層71が上記式(2’)で表される複合酸化物である場合は、例えば、下記式(4)で表される混晶である。なお式(4)において、M’は、Mn、Co、Cr、Ni、Cu等の遷移金属元素である。ここで、式(4)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、酸素欠損等による組成ずれは許容される。例えば、化学量論が1であれば、0.85〜1.20の範囲内のものは許容される。   In the case of the complex oxide constituting the second piezoelectric layer 72, for example, the ratio of the total molar amount of the A site element to the total molar amount of the B site element (total molar amount of the A site element): (Total molar amount of B site element) = 1: 1, but as long as a perovskite structure can be obtained, not only compositional deviation due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc., but also partial substitution of elements is allowed Is done. In addition to Bi, Fe, Ba, and Ti, the composition of the second piezoelectric layer 72 made of a complex oxide having a perovskite structure including one or more of Mn, Co, and other transition metal elements is as follows. When the piezoelectric layer 71 is a composite oxide represented by the above formula (2 ′), for example, it is a mixed crystal represented by the following formula (4). In the formula (4), M ′ is a transition metal element such as Mn, Co, Cr, Ni, or Cu. Here, the description of the formula (4) is a composition notation based on stoichiometry, and as described above, compositional deviation due to lattice mismatch, oxygen deficiency, etc. is allowed as long as a perovskite structure can be taken. For example, if the stoichiometry is 1, one in the range of 0.85 to 1.20 is allowed.

(Bi1−aBa)(Fe1−b−cM’Ti)O (4)
(1<b/a、好ましくは1.17≦b/a≦1.45、2.3≦(1−a)/a≦4.0。0<c<0.09、好ましくは0.01≦c≦0.05。)
(Bi 1-a Ba a ) (Fe 1-bc M ′ c Ti b ) O 3 (4)
(1 <b / a, preferably 1.17 ≦ b / a ≦ 1.45, 2.3 ≦ (1-a) /a≦4.0. 0 <c <0.09, preferably 0.01 ≦ c ≦ 0.05.)

また、第2圧電体層72は、ペロブスカイト構造を有するその他の化合物、例えば、Bi(Zn,Ti)O、(Bi,K)TiO、(Bi,Na)TiO、(Li,Na,K)(Ta,Nb)O等を含有していてもよい。 The second piezoelectric layer 72 is made of other compounds having a perovskite structure, such as Bi (Zn, Ti) O 3 , (Bi, K) TiO 3 , (Bi, Na) TiO 3 , (Li, Na, K) (Ta, Nb) O 3 or the like may be contained.

このような第1圧電体層71及び第2圧電体層72を有する圧電体層70とすることにより、後述する実施例に示すように、第2圧電体層72を設けない場合と比較して、圧電体層70のクラックの発生を抑制できる。したがって、信頼性に優れた液体噴射ヘッドとなる。また、このように第2圧電体層72を有する圧電体層70としても、第2圧電体層72を設けない圧電体層、すなわち、第1圧電体層71のみからなる圧電体層と同様の歪量を得ることができ、また、第2圧電体層72のみとした場合よりも、歪量を大きくすることができる。換言すると、第2圧電体層72を有する圧電体層70とすることによりクラックの発生を抑制することができるという効果を発揮しつつ、非鉛系の圧電材料の中でも比較的変位量が大きいBi、Ba、Fe及びTiを含有する第1圧電体層71の歪量が維持できる。   By using the piezoelectric layer 70 having the first piezoelectric layer 71 and the second piezoelectric layer 72 as described above, the second piezoelectric layer 72 is not provided as shown in the examples described later. The occurrence of cracks in the piezoelectric layer 70 can be suppressed. Therefore, the liquid jet head is excellent in reliability. Further, the piezoelectric layer 70 having the second piezoelectric layer 72 in this way is the same as the piezoelectric layer without the second piezoelectric layer 72, that is, the piezoelectric layer composed of only the first piezoelectric layer 71. The amount of strain can be obtained, and the amount of strain can be made larger than when only the second piezoelectric layer 72 is used. In other words, the piezoelectric layer 70 having the second piezoelectric layer 72 exhibits the effect of suppressing the generation of cracks, and Bi has a relatively large displacement amount among non-lead-based piezoelectric materials. The strain amount of the first piezoelectric layer 71 containing Ba, Fe, and Ti can be maintained.

第1圧電体層71や、第2圧電体層72の厚さは限定されないが、例えば、第1圧電体層71の厚さは225nm〜1125nmである。また、第2圧電体層72の厚さは75nm〜375nmである。また、第1圧電体層71の厚さと第2圧電体層72の厚さとの比率は、第1圧電体層71の厚さ:第2圧電体層72の厚さ=1:0.2〜0.4とすることが好ましい。   The thickness of the first piezoelectric layer 71 and the second piezoelectric layer 72 is not limited. For example, the thickness of the first piezoelectric layer 71 is 225 nm to 1125 nm. The thickness of the second piezoelectric layer 72 is 75 nm to 375 nm. The ratio between the thickness of the first piezoelectric layer 71 and the thickness of the second piezoelectric layer 72 is as follows: the thickness of the first piezoelectric layer 71: the thickness of the second piezoelectric layer 72 = 1: 0.2 to It is preferable to set it to 0.4.

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、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。   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. For example, a lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is connected.

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 is provided. ) 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、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 a 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 generating chamber 12, and the elastic film 50, the adhesion layer 56, the first electrode 60, the piezoelectric body. By bending and deforming the layer 70, the pressure in each pressure generation 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。   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.

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。なお、弾性膜50上等に、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜(図示なし)を設ける場合は、例えば、反応性スパッター法や熱酸化等で形成することができる。 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. When an insulator film (not shown) made of zirconium oxide or the like is provided on the elastic film 50 or the like, it can be formed by, for example, a reactive sputtering method or thermal oxidation.

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、また、絶縁体膜を設けた場合は絶縁体膜上に、酸化チタン等からなる密着層56を、スパッターリング法や熱酸化等で形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, an adhesion layer 56 made of titanium oxide or the like is sputtered on the elastic film 50 (silicon dioxide film) or on the insulator film when an insulator film is provided. It is formed by ring method or thermal oxidation.

次に、図5(a)に示すように、密着層56の上に、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造等からなる第1電極60をスパッター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(図示無し)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, iridium, iridium oxide, or a laminated structure thereof is formed on the entire surface of the adhesion layer 56 by sputtering, vapor deposition, or the like. To do. 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、圧電体層70を積層する。具体的には、まず、第1電極60上に、第1圧電体層71を形成する。第1圧電体層71の製造方法は特に限定されないが、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第1圧電体層71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できる。その他、レーザーアブレーション法、スパッターリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、化学蒸着法(CVD法)、エアロゾル・デポジション法など、気相法、液相法や固相法でも第1圧電体層71を製造することができる。   Next, after peeling off the resist, the piezoelectric layer 70 is laminated on the first electrode 60. Specifically, first, the first piezoelectric layer 71 is formed on the first electrode 60. The manufacturing method of the first piezoelectric layer 71 is not particularly limited. For example, the first piezoelectric layer 71 made of a metal oxide is obtained by applying and drying a solution containing a metal complex and firing at a high temperature. It can be produced by using a chemical solution method such as an organic decomposition method or a sol-gel method. In addition, laser ablation method, sputtering method, pulse laser deposition method (PLD method), chemical vapor deposition method (CVD method), aerosol deposition method, etc. One piezoelectric layer 71 can be manufactured.

第1圧電体層71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、第1電極60上に、金属錯体、具体的にはBi、Fe、Ba及びTiを含む金属錯体を含むMOD溶液やゾルからなる第1圧電体層の前駆体溶液を、スピンコート法などを用いて塗布して、第1圧電体前駆体膜71aを形成する(第1圧電体層塗布工程)。   As a specific example of the formation procedure when the first piezoelectric layer 71 is formed by the chemical solution method, first, as shown in FIG. 5C, a metal complex, specifically, A MOD solution containing a metal complex containing Bi, Fe, Ba, and Ti or a precursor solution of a first piezoelectric layer made of a sol is applied using a spin coating method or the like to form a first piezoelectric precursor film 71a. Form (first piezoelectric layer coating step).

塗布する第1圧電体層の前駆体溶液は、焼成により第1圧電体層71を構成する複合酸化物を形成しうる金属錯体、本実施形態においては焼成によりBi、Fe、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。また、MnやCo等を含む複合酸化物からなる第1圧電体層71を形成する場合は、さらに、MnやCo等を有する金属錯体を含有する前駆体溶液を用いる。各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、具体的には、例えばTiとBaのモル比(Ti/Ba)が1の複合酸化物となるように混合すればよい。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。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。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。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。Coを含む有機金属化合物としては、例えば2−エチルヘキサン酸コバルト、コバルト(III)アセチルアセトナートなどが挙げられる。勿論、金属を二種以上含む金属錯体を用いてもよい。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、オクチル酸などが挙げられる。   The precursor solution of the first piezoelectric layer to be applied contains a metal complex capable of forming a complex oxide constituting the first piezoelectric layer 71 by firing, and in this embodiment, contains Bi, Fe, Ba, and Ti by firing. A metal complex capable of forming a composite oxide is mixed, and the mixture is dissolved or dispersed in an organic solvent. Further, when forming the first piezoelectric layer 71 made of a complex oxide containing Mn, Co or the like, a precursor solution containing a metal complex containing Mn, Co or the like is further used. The mixing ratio of each metal complex is such that each metal has a desired molar ratio, specifically, for example, a mixed oxide having a molar ratio of Ti and Ba (Ti / Ba) of 1 is obtained. Good. As the metal complex, 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 Fe include iron 2-ethylhexanoate, iron acetate, and tris (acetylacetonato) iron. Examples of the metal complex containing Ba include barium isopropoxide, barium 2-ethylhexanoate, barium acetylacetonate, and the like. 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. Examples of the organometallic compound containing Co include cobalt 2-ethylhexanoate and cobalt (III) acetylacetonate. Of course, a metal complex containing two or more metals may be used. 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、この第1圧電体前駆体膜71aを所定温度(例えば130〜200℃)に加熱して一定時間乾燥させる(第1圧電体層乾燥工程)。次に、乾燥した第1圧電体前駆体膜71a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(第1圧電体層脱脂工程)。ここで言う脱脂とは、第1圧電体前駆体膜71aに含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O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、第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程及び第1圧電体層脱脂工程はそれぞれ1回ずつでもよいが、第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程や第1圧電体層脱脂工程を複数回行ってもよい。図5においては、第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程及び第1圧電体層脱脂工程からなる一連の工程を3回おこなって、第1圧電体前駆体膜71aを3層積層した。 Next, the first piezoelectric precursor film 71a is heated to a predetermined temperature (for example, 130 to 200 ° C.) and dried for a predetermined time (first piezoelectric layer drying step). Next, the dried first piezoelectric precursor film 71a is degreased by heating to a predetermined temperature (for example, 350 to 450 ° C.) and holding for a certain time (first piezoelectric layer degreasing step). The degreasing referred to here is to release the organic component contained in the first piezoelectric precursor film 71a 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. The first piezoelectric layer coating step, the first piezoelectric layer drying step, and the first piezoelectric layer degreasing step may be performed once, but the first piezoelectric layer coating step, the first piezoelectric layer drying step, You may perform a 1st piezoelectric material layer degreasing process in multiple times. In FIG. 5, a series of steps including a first piezoelectric layer coating step, a first piezoelectric layer drying step, and a first piezoelectric layer degreasing step are performed three times to form three layers of the first piezoelectric precursor film 71a. Laminated.

次に、図5(d)に示すように、第1圧電体前駆体膜71a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及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第1圧電体膜71bを形成する(第1圧電体層焼成工程)。本実施形態においては、複数の第1圧電体前駆体膜71aを設け一括して焼成する操作を複数回行ったので、図6(a)に示すように、複数の第1圧電体膜71bからなる第1圧電体層71が形成される。この第1圧電体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。第1圧電体層乾燥工程、第1圧電体層脱脂工程及び第1圧電体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。   Next, as shown in FIG. 5D, the first piezoelectric precursor film 71a 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. To form a first piezoelectric film 71b made of a composite oxide containing Bi, Ba, Fe and Ti and having a perovskite structure (first piezoelectric layer firing step). In the present embodiment, since the operation of providing a plurality of first piezoelectric precursor films 71a and firing together is performed a plurality of times, as shown in FIG. 6A, from the plurality of first piezoelectric films 71b. The first piezoelectric layer 71 is formed. Even in the first piezoelectric layer firing step, the atmosphere is not limited, and may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas. As a heating device used in the first piezoelectric layer drying step, the first piezoelectric layer degreasing step, and the first piezoelectric layer firing step, for example, an RTA (Rapid Thermal Annealing) device or a hot plate for heating by irradiation with an infrared lamp. Etc.

なお、複数の第1圧電体膜71bからなる第1圧電体層71を形成する際には、上記のように第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程及び第1圧電体層脱脂工程を繰り返し行った後、複数層をまとめて焼成するようにしてもよいが、第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程、第1圧電体層脱脂工程及び第1圧電体層焼成工程を順に行って積層していってもよい。また、本実施形態では、第1圧電体膜71bを積層して設けたが、1層のみでもよい。   When forming the first piezoelectric layer 71 composed of the plurality of first piezoelectric films 71b, the first piezoelectric layer coating step, the first piezoelectric layer drying step, and the first piezoelectric layer as described above. After repeatedly performing the degreasing step, a plurality of layers may be baked together, but the first piezoelectric layer coating step, the first piezoelectric layer drying step, the first piezoelectric layer degreasing step, and the first piezoelectric body You may laminate | stack by performing a layer baking process in order. In the present embodiment, the first piezoelectric film 71b is provided by being laminated, but only one layer may be provided.

次に、第1圧電体層71上に、Bi、Fe、Mn、Ba及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、TiとBaのモル比であるTi/Baが第1圧電体層71よりも高い第2圧電体層72を形成する。第2圧電体層72の製造方法も特に限定されないが、第1圧電体層71の製造方法と同様に、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第2圧電体層72を得るMOD法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて製造できる。その他、レーザーアブレーション法、スパッターリング法、パルス・レーザー・デポジション法(PLD法)、化学蒸着法(CVD法)、エアロゾル・デポジション法など、気相法、液相法や固相法でも、第2圧電体層72を製造できる。   Next, on the first piezoelectric layer 71, Ti / Ba, which is made of a complex oxide containing Bi, Fe, Mn, Ba and Ti and having a perovskite structure, is the molar ratio of Ti and Ba is the first piezoelectric layer. A second piezoelectric layer 72 higher than 71 is formed. The manufacturing method of the second piezoelectric layer 72 is not particularly limited, but, like the manufacturing method of the first piezoelectric layer 71, a solution containing a metal complex is applied and dried, and further baked at a high temperature to be made of a metal oxide. The second piezoelectric layer 72 can be manufactured using a chemical solution method such as a MOD method or a sol-gel method. In addition, laser ablation method, sputtering method, pulse laser deposition method (PLD method), chemical vapor deposition method (CVD method), aerosol deposition method, vapor phase method, liquid phase method and solid phase method, The second piezoelectric layer 72 can be manufactured.

第2圧電体層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6(b)に示すように、第1圧電体層71上に、金属錯体、具体的にはBi、Fe、Ba及びTiを含む金属錯体を含むMOD溶液やゾルからなる第2圧電体層の前駆体溶液を、スピンコート法などを用いて塗布して、第2圧電体前駆体膜72aを形成する(第2圧電体層塗布工程)。   As a specific example of the formation procedure when the second piezoelectric layer 72 is formed by the chemical solution method, first, as shown in FIG. 6B, a metal complex, a specific example is formed on the first piezoelectric layer 71. The second piezoelectric precursor film is formed by applying a MOD solution containing a metal complex containing Bi, Fe, Ba, and Ti or a second piezoelectric layer precursor solution made of a sol using a spin coating method or the like. 72a is formed (second piezoelectric layer coating step).

塗布する第2圧電体層の前駆体溶液は、焼成により第2圧電体層72を構成する複合酸化物を形成しうる金属錯体、本実施形態においては焼成によりBi、Ba、Fe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。また、MnやCo等を含む複合酸化物からなる第2圧電体層72を形成する場合は、さらに、MnやCo等を有する金属錯体を含有する前駆体溶液を用いる。各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、具体的には、TiとBaのモル比(Ti/Ba)が第1圧電体層71より大きい複合酸化物となるように、好ましくはTi/Baが1.17以上1.45以下やBiとBaのモル比(Bi/Ba)が2.3以上4.0以下の複合酸化物となるように混合すればよい。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。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。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、酢酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。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。Coを含む有機金属化合物としては、例えば2−エチルヘキサン酸コバルト、コバルト(III)アセチルアセトナートなどが挙げられる。勿論、Bi、Ba、FeやTi等の金属を二種以上含む金属錯体を用いてもよい。また、第2圧電体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、2−エチルヘキサン酸などが挙げられる。   The precursor solution of the second piezoelectric layer to be applied contains a metal complex capable of forming a composite oxide constituting the second piezoelectric layer 72 by firing, and in this embodiment, contains Bi, Ba, Fe, and Ti by firing. A metal complex capable of forming a composite oxide is mixed, and the mixture is dissolved or dispersed in an organic solvent. Further, when forming the second piezoelectric layer 72 made of a complex oxide containing Mn, Co or the like, a precursor solution containing a metal complex containing Mn, Co or the like is further used. Specifically, the mixing ratio of each metal complex is a composite oxide in which the molar ratio of Ti and Ba (Ti / Ba) is larger than that of the first piezoelectric layer 71 so that each metal has a desired molar ratio. Thus, it is preferable to mix so that Ti / Ba is 1.17 or more and 1.45 or less, and the molar ratio of Bi to Ba (Bi / Ba) is 2.3 or more and 4.0 or less. . As the metal complex, 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 Fe include iron 2-ethylhexanoate, iron acetate, and tris (acetylacetonato) iron. Examples of the metal complex containing Ba include barium isopropoxide, barium 2-ethylhexanoate, barium acetate, and barium acetylacetonate. 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. Examples of the organometallic compound containing Co include cobalt 2-ethylhexanoate and cobalt (III) acetylacetonate. Of course, you may use the metal complex containing 2 or more types of metals, such as Bi, Ba, Fe, and Ti. Moreover, as a solvent of the precursor solution of the second piezoelectric layer, propanol, butanol, pentanol, hexanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, octane, decane, cyclohexane, xylene, toluene, tetrahydrofuran, acetic acid, 2-ethyl And hexanoic acid.

次いで、この第2圧電体前駆体膜72aを所定温度(例えば、150〜200℃)に加熱して一定時間乾燥させる(第2圧電体層乾燥工程)。次に、乾燥した第2圧電体前駆体膜72a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(第2圧電体層脱脂工程)。ここで言う脱脂とは、第2圧電体前駆体膜72a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。第2圧電体層乾燥工程や第2圧電体層脱脂工程の雰囲気も限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程及び第2圧電体層脱脂工程はそれぞれ1回ずつでもよいが、第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程及び第2圧電体層脱脂工程を複数回行ってもよい。図6(b)においては、第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程及び第2圧電体層脱脂工程からなる一連の工程を3回おこなって、第2圧電体前駆体膜72aを3層積層した。 Next, the second piezoelectric precursor film 72a is heated to a predetermined temperature (for example, 150 to 200 ° C.) and dried for a predetermined time (second piezoelectric layer drying step). Next, degreasing is performed by heating the dried second piezoelectric precursor film 72a to a predetermined temperature (for example, 350 to 450 ° C.) and holding it for a certain time (second piezoelectric layer degreasing step). The degreasing referred to here is to release the organic component contained in the second piezoelectric precursor film 72a as, for example, NO 2 , CO 2 , H 2 O or the like. The atmosphere of the second piezoelectric layer drying step and the second piezoelectric layer degreasing step is not limited, and may be in the air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas. The second piezoelectric layer coating step, the second piezoelectric layer drying step, and the second piezoelectric layer degreasing step may each be performed once, but the second piezoelectric layer coating step, the second piezoelectric layer drying step, You may perform a 2nd piezoelectric material layer degreasing process in multiple times. In FIG. 6B, a series of steps including a second piezoelectric layer coating step, a second piezoelectric layer drying step, and a second piezoelectric layer degreasing step are performed three times to obtain a second piezoelectric precursor film 72a. 3 layers were laminated.

次に、図6(c)に示すように、第2圧電体前駆体膜72a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及びTiを含みペロブスカイト構造を有し、Ti/Baが第1圧電体膜71bよりも高い複合酸化物からなる第2圧電体膜72bを形成する(第2圧電体層焼成工程)。図6においては、複数の第2圧電体前駆体膜72aを設けたので、複数の第2圧電体膜72bからなる第2圧電体層72が形成される。この第2圧電体層焼成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。第2圧電体層乾燥工程、第2圧電体層脱脂工程及び第2圧電体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装置やホットプレート等が挙げられる。なお、複数の第2圧電体膜72bからなる第2圧電体層72を形成する際には、上記のように第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程及び第2圧電体層脱脂工程を繰り返し行った後、複数層をまとめて焼成するようにしてもよいが、第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程、第2圧電体層脱脂工程及び第2圧電体層焼成工程を順に行って積層していってもよい。また、本実施形態では、第2圧電体膜72bを積層して設けたが、1層のみでもよい。   Next, as shown in FIG. 6C, the second piezoelectric precursor film 72a 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. To form a second piezoelectric film 72b having a perovskite structure containing Bi, Ba, Fe, and Ti and made of a complex oxide with Ti / Ba higher than the first piezoelectric film 71b (second piezoelectric body) Layer firing step). In FIG. 6, since the plurality of second piezoelectric precursor films 72a are provided, the second piezoelectric layer 72 composed of the plurality of second piezoelectric films 72b is formed. The atmosphere of the second piezoelectric layer firing step 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 second piezoelectric layer drying step, the second piezoelectric layer degreasing step, and the second piezoelectric layer firing step include an RTA device and a hot plate that are heated by irradiation with an infrared lamp. When forming the second piezoelectric layer 72 composed of the plurality of second piezoelectric films 72b, as described above, the second piezoelectric layer coating step, the second piezoelectric layer drying step, and the second piezoelectric layer. After repeatedly performing the degreasing step, a plurality of layers may be baked together, but the second piezoelectric layer coating step, the second piezoelectric layer drying step, the second piezoelectric layer degreasing step, and the second piezoelectric body You may laminate | stack by performing a layer baking process in order. Further, in the present embodiment, the second piezoelectric film 72b is provided by being laminated, but only one layer may be provided.

このような第1圧電体層71及び第2圧電体層72からなる圧電体層70は、後述する実施例に示すように、クラックの発生が抑制されたものとすることができる。また、所定の第2圧電体層72を有する圧電体層70としても、第1圧電体層71のみからなる圧電体層と同様の歪量を得ることができる。   Such a piezoelectric layer 70 composed of the first piezoelectric layer 71 and the second piezoelectric layer 72 can be suppressed in the generation of cracks, as shown in examples described later. Also, the piezoelectric layer 70 having the predetermined second piezoelectric layer 72 can obtain the same amount of strain as that of the piezoelectric layer composed of only the first piezoelectric layer 71.

また、このような製造方法においては、第2圧電体層72は、この第2圧電体層72と同様にBi、Ba、Fe及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第1圧電体層71上に設けられるため、第2圧電体層72は第1圧電体層71に連続して結晶を成長させることができる。   Further, in such a manufacturing method, the second piezoelectric layer 72 is a first piezoelectric body made of a complex oxide containing Bi, Ba, Fe, and Ti and having a perovskite structure in the same manner as the second piezoelectric layer 72. Since the second piezoelectric layer 72 is provided on the layer 71, crystals can be continuously grown on the first piezoelectric layer 71.

このように圧電体層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をスパッターリング法等で形成し、各圧力発生室12に対向する領域に圧電体層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と圧電体層70と第2電極80を有する圧電素子300を形成する。なお、圧電体層70と第2電極80と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、600℃〜800℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層70と第1電極60や第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の結晶性を改善することができる。   After the piezoelectric layer 70 is formed in this way, as shown in FIG. 7A, a second electrode 80 made of platinum or the like is formed on the piezoelectric layer 70 by a sputtering method or the like, and each pressure generating chamber is formed. Then, the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are simultaneously patterned in a region facing 12 to form the piezoelectric element 300 having the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. The patterning of the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 can be performed collectively by dry etching via a resist (not shown) formed in a predetermined shape. Thereafter, post-annealing may be performed in a temperature range of 600 ° C. to 800 ° C. as necessary. Thereby, a good interface between the piezoelectric layer 70 and the first electrode 60 or the second electrode 80 can be formed, and the crystallinity of the piezoelectric layer 70 can be improved.

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.

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.

(サンプル1)
まず、(110)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1170nm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20nm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130nmの白金膜を形成して第1電極60とした。
(Sample 1)
First, a silicon dioxide film having a thickness of 1170 nm was formed by thermal oxidation on the surface of a single crystal silicon substrate oriented in (110). Next, a titanium film with a thickness of 20 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 film thickness of 130 nm was formed on the titanium oxide film by RF magnetron sputtering to form the first electrode 60.

次いで、第1電極60上に、Bi、Ba、Fe、Mn及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第1圧電体層71を形成した。その手法は以下のとおりである。まず、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各n−オクタン溶液を混合し、Bi:Ba:Fe:Mn:Tiのモル比が、Bi:Ba:Fe:Mn:Ti=75.0:25.0:71.3:3.8:25.0となるように混合して、第1圧電体層の前駆体溶液を調製した。   Next, a first piezoelectric layer 71 made of a complex oxide containing Bi, Ba, Fe, Mn, and Ti and having a perovskite structure was formed on the first electrode 60. The method is as follows. First, each n-octane solution of bismuth 2-ethylhexanoate, barium 2-ethylhexanoate, iron 2-ethylhexanoate, manganese 2-ethylhexanoate, and titanium 2-ethylhexanoate was mixed, and Bi: Ba: The first piezoelectric was mixed so that the molar ratio of Fe: Mn: Ti was Bi: Ba: Fe: Mn: Ti = 75.0: 25.0: 71.3: 3.8: 25.0 A body layer precursor solution was prepared.

次いで、第1圧電体層の前駆体溶液を、第1電極60上に滴下し、500rpmで5秒間回転後、3000rpmで基板を20秒回転させてスピンコート法により第1圧電体前駆体膜71aを形成した(第1圧電体層塗布工程)。次に、ホットプレート上に基板を載せ、180℃で3分間乾燥した(第1圧電体層乾燥工程)。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、350℃で3分間脱脂を行った(第1圧電体層脱脂工程)。この第1圧電体層塗布工程、第1圧電体層乾燥工程及び第1圧電体層脱脂工程からなる工程を3回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、RTA装置で、800℃で5分間焼成を行った(第1圧電体層焼成工程)。次いで、上記の工程を3回繰り返し、計9回の塗布により第1圧電体層71を形成した。   Next, a precursor solution of the first piezoelectric layer is dropped on the first electrode 60, rotated at 500 rpm for 5 seconds, then rotated at 3000 rpm for 20 seconds, and the first piezoelectric precursor film 71a by spin coating. Was formed (first piezoelectric layer coating step). Next, the substrate was placed on a hot plate and dried at 180 ° C. for 3 minutes (first piezoelectric layer drying step). Next, the substrate was placed on a hot plate and degreased at 350 ° C. for 3 minutes (first piezoelectric layer degreasing step). After repeating this first piezoelectric layer coating step, first piezoelectric layer drying step, and first piezoelectric layer degreasing step three times, firing was performed at 800 ° C. for 5 minutes in an RTA apparatus in an oxygen atmosphere. This was performed (first piezoelectric layer firing step). Next, the above-described steps were repeated three times, and the first piezoelectric layer 71 was formed by a total of nine coatings.

次いで、この第1圧電体層71上に、Bi、Ba、Fe、Mn及びTiを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる第2圧電体層72を形成した。その手法は以下のとおりである。まず、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各n−オクタン溶液を混合し、Bi、Ba、Fe、Mn、Tiのモル比が、Bi:Ba:Fe:Mn:Ti=75.0:25.0:71.3:3.8:25.0となるように混合して、第2圧電体層の前駆体溶液を調製した。   Next, a second piezoelectric layer 72 made of a complex oxide containing Bi, Ba, Fe, Mn, and Ti and having a perovskite structure was formed on the first piezoelectric layer 71. The method is as follows. First, each n-octane solution of bismuth 2-ethylhexanoate, barium 2-ethylhexanoate, iron 2-ethylhexanoate, manganese 2-ethylhexanoate, titanium 2-ethylhexanoate was mixed, Bi, Ba, The second piezoelectric was mixed so that the molar ratio of Fe, Mn, and Ti was Bi: Ba: Fe: Mn: Ti = 75.0: 25.0: 71.3: 3.8: 25.0. A body layer precursor solution was prepared.

次いで、この第2圧電体層の前駆体溶液を第1圧電体層71上に滴下し、500rpmで5秒間回転後、3000rpmで基板を20秒回転させてスピンコート法により第2圧電体前駆体膜72aを形成した(第2圧電体層塗布工程)。次に、ホットプレート上に基板を載せ、180℃で3分間乾燥した(第2圧電体層乾燥工程)。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、350℃で3分間脱脂を行った(第2圧電体層脱脂工程)。この第2圧電体層塗布工程、第2圧電体層乾燥工程及び第2圧電体層脱脂工程からなる工程を3回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、RTA装置で、800℃で5分間焼成を行うことにより、第2圧電体層72を形成した(第2圧電体層焼成工程)。以上の工程により、9回の第1圧電体層の前駆体溶液の塗布による厚さ675nmの第1圧電体層71と、3回の第2圧電体層の前駆体溶液の塗布による厚さ225nmの第2圧電体層72とからなる圧電体層70を形成した。   Next, the second piezoelectric layer precursor solution is dropped on the first piezoelectric layer 71, rotated at 500 rpm for 5 seconds, then rotated at 3000 rpm for 20 seconds, and the second piezoelectric precursor by spin coating. A film 72a was formed (second piezoelectric layer coating step). Next, the substrate was placed on a hot plate and dried at 180 ° C. for 3 minutes (second piezoelectric layer drying step). Next, the substrate was placed on a hot plate and degreased at 350 ° C. for 3 minutes (second piezoelectric layer degreasing step). After repeating the process consisting of the second piezoelectric layer coating process, the second piezoelectric layer drying process, and the second piezoelectric layer degreasing process three times, firing was performed at 800 ° C. for 5 minutes in an RTA apparatus in an oxygen atmosphere. By performing, the 2nd piezoelectric material layer 72 was formed (2nd piezoelectric material layer baking process). Through the above steps, the first piezoelectric layer 71 having a thickness of 675 nm by applying the precursor solution of the first piezoelectric layer nine times and the thickness of 225 nm by applying the precursor solution of the second piezoelectric layer three times. A piezoelectric layer 70 composed of the second piezoelectric layer 72 was formed.

その後、圧電体層70上に、第2電極80としてDCスパッター法により膜厚100nmの白金膜を形成した後、RTA装置を用いてOフローのもと700℃で5分間焼成を行うことで、圧電素子を形成した。 Thereafter, a platinum film having a film thickness of 100 nm is formed as the second electrode 80 on the piezoelectric layer 70 by DC sputtering, and then fired at 700 ° C. for 5 minutes under an O 2 flow using an RTA apparatus. A piezoelectric element was formed.

(サンプル2〜9)
第2圧電体層の前駆体溶液のBi:Ba:Fe:Mn:Tiのモル比を、表1に示す組成比となるようにした以外はサンプル1と同様の操作を行った。表1に、TiとBaのモル比であるTi/Baの値も併記する。
(Samples 2-9)
The same operation as Sample 1 was performed except that the molar ratio of Bi: Ba: Fe: Mn: Ti in the precursor solution of the second piezoelectric layer was changed to the composition ratio shown in Table 1. Table 1 also shows the Ti / Ba value, which is the molar ratio of Ti and Ba.

(試験例1)
サンプル1〜9について、第2電極80を形成する前の圧電体層70について、形成直後の断面を、50,000倍の走査電子顕微鏡(SEM)により観察した。結果の一例として、サンプル3をSEM観察した結果を図9に示す。この結果、サンプル1は圧電体層70が単層であったが、図9に示すように、サンプル2〜9では第1圧電体層71と第2圧電体層72の境界が明確であり2層構造になっていた。
(Test Example 1)
For Samples 1 to 9, the piezoelectric layer 70 before forming the second electrode 80 was observed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 50,000 times. As an example of the result, the result of SEM observation of sample 3 is shown in FIG. As a result, in Sample 1, the piezoelectric layer 70 is a single layer, but as shown in FIG. 9, in Samples 2-9, the boundary between the first piezoelectric layer 71 and the second piezoelectric layer 72 is clear. It had a layered structure.

(試験例2)
サンプル1〜9について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、第1圧電体層71及び第2圧電体層72からなる圧電体層70のX線回折パターンを求めた。回折強度−回折角2θの相関関係を示す図であるX線回折パターンの一例を、図10及び図11に示す。この結果、サンプル1〜9の全てにおいて、ペロブスカイト構造に起因するピークと、基板由来のピークが観測された。具体的には、ペロブスカイト構造単相からなる圧電体層70に起因する(100)のピークが23°付近に、(110)のピークが32°付近に、白金に起因する(111)のピークが40°付近に確認され、異相は確認されなかった。
(Test Example 2)
For Samples 1 to 9, “D8 Discover” manufactured by Bruker AXS was used, CuKα rays were used as the X-ray source, and the piezoelectric layer 70 composed of the first piezoelectric layer 71 and the second piezoelectric layer 72 at room temperature. The X-ray diffraction pattern of was obtained. An example of an X-ray diffraction pattern showing the correlation between diffraction intensity and diffraction angle 2θ is shown in FIGS. As a result, in all of Samples 1 to 9, a peak due to the perovskite structure and a peak derived from the substrate were observed. Specifically, the (100) peak due to the piezoelectric layer 70 having a single phase of the perovskite structure is near 23 °, the (110) peak is near 32 °, and the (111) peak due to platinum is present. It was confirmed around 40 ° and no heterogeneous phase was confirmed.

(試験例3)
サンプル1〜9において、第2電極80を形成する前の圧電体層70について、5日間放置した後、圧電体層70のクラックの発生の有無を確認した。圧電体層70の表面を500倍の金属顕微鏡により観察した。結果を表1に示す。
(Test Example 3)
In Samples 1 to 9, the piezoelectric layer 70 before forming the second electrode 80 was left for 5 days, and then the presence or absence of cracks in the piezoelectric layer 70 was confirmed. The surface of the piezoelectric layer 70 was observed with a 500 × metal microscope. The results are shown in Table 1.

第2圧電体層72のTiとBaのモル比(Ti/Ba)が、第1圧電体層71のTiとBaのモル比(Ti/Ba)より大きいサンプル2〜9では、クラックが発生していなかった。一方、第2圧電体層72と、第1圧電体層71が同じであるサンプル1では、クラックが発生していた。   In Samples 2 to 9, where the molar ratio of Ti and Ba (Ti / Ba) of the second piezoelectric layer 72 is larger than the molar ratio of Ti and Ba of the first piezoelectric layer 71 (Ti / Ba), cracks occurred. It wasn't. On the other hand, in the sample 1 in which the second piezoelectric layer 72 and the first piezoelectric layer 71 are the same, cracks occurred.

(試験例4)
サンプル1〜9の各圧電素子について、アグザクト社製の変位測定装置(DBLI)を用い室温で、φ=500μmの電極パターンを使用し、周波数1kHzで30Vの電圧を印加して、電界誘起歪(変位量)を求めた。結果を表1に示す。
(Test Example 4)
For each of the piezoelectric elements of Samples 1 to 9, an electrode pattern of φ = 500 μm was used at room temperature using a displacement measuring device (DBLI) manufactured by Azact Corporation, and a voltage of 30 V was applied at a frequency of 1 kHz. Displacement). The results are shown in Table 1.

この結果、表1に示すように、第2圧電体層72のTi/Baが、第1圧電体層71のTi/Baより大きいサンプル2〜9は、第2圧電体層72と第1圧電体層71が同じであるサンプル1と同等の変位量であり、Ti/Baが第1圧電体層71のTi/Baより大きい第2圧電体層72を設けることにより、変位量が低下しないことが確認された。   As a result, as shown in Table 1, Samples 2 to 9 in which Ti / Ba of the second piezoelectric layer 72 is larger than Ti / Ba of the first piezoelectric layer 71 are the second piezoelectric layer 72 and the first piezoelectric layer. Displacement amount does not decrease by providing the second piezoelectric layer 72 having the same displacement amount as that of the sample 1 having the same body layer 71 and Ti / Ba larger than Ti / Ba of the first piezoelectric layer 71. Was confirmed.

(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。例えば、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。
(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. For example, in the above-described embodiment, the 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12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. 12 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図12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に軸方向移動可能に設けられている。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. 12, 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)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 マニホールド部、 32 圧電素子保持部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 71 第1圧電体層、 72 第2圧電体層、 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), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 manifold portion, 32 piezoelectric element holding portion, 40 compliance substrate, 50 elastic film, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 71 first piezoelectric layer, 72 second piezoelectric layer, 80 second electrode , 90 lead electrode, 100 manifold, 120 drive circuit, 300 piezoelectric element

Claims (5)

圧電体層と前記圧電体層を挟む電極とを備えた圧電素子であって、
前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、
前記圧電体層は、第1圧電体層と、第2圧電体層とを有し、
前記第1圧電体層は、下記式(1)又は(2)で表されるペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、
前記第2圧電体層は、下記式(3)又は(4)で表されるペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなることを特徴とする圧電素子。
(1−x)[BiFeO]−x[BaTiO] (1)
(0<x<0.40)
(1−x)[Bi(Fe1−y)O]−x[BaTiO] (2)
(0<x<0.40、0.01<y<0.09、Mは、Mn又はCoである
(Bi1−aBa)(Fe1−bTi)O (3)
(1.20≦b/a≦1.45、2.3≦(1−a)/a≦4.0)
(Bi1−aBa)(Fe1−b−cM’Ti)O (4)
(1.20≦b/a≦1.45、2.3≦(1−a)/a≦4.0、0<c<0.09、M’は、Mn、Co、Cr、Ni、又はCuの何れかである
A piezoelectric element comprising a piezoelectric layer and electrodes sandwiching the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure containing bismuth, iron, barium and titanium,
The piezoelectric layer has a first piezoelectric layer and a second piezoelectric layer,
The first piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure represented by the following formula (1) or (2):
The second piezoelectric layer is made of a complex oxide having a perovskite structure represented by the following formula (3) or (4).
(1-x) [BiFeO 3 ] -x [BaTiO 3 ] (1)
(0 <x <0.40)
(1-x) [Bi (Fe 1-y M y ) O 3 ] -x [BaTiO 3 ] (2)
(0 <x <0.40, 0.01 <y <0.09 , M is Mn or Co )
(Bi 1-a Ba a ) (Fe 1-b Ti b ) O 3 (3)
(1.20 ≦ b / a ≦ 1.45, 2.3 ≦ (1-a) /a≦4.0)
(Bi 1-a Ba a ) (Fe 1-bc M ′ c Ti b ) O 3 (4)
(1.20 ≦ b / a ≦ 1.45, 2.3 ≦ (1-a) /a≦4.0, 0 <c <0.09 , M ′ is Mn, Co, Cr, Ni, or Any of Cu )
請求項1に記載の圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。 A liquid ejecting head comprising the piezoelectric element according to claim 1 . 請求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 2 . 請求項1に記載の圧電素子を具備することを特徴とする超音波デバイス。 An ultrasonic device comprising the piezoelectric element according to claim 1 . 請求項1に記載の圧電素子を具備することを特徴とするセンサー。
A sensor comprising the piezoelectric element according to claim 1 .
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