JP6292332B2 - Liquid ejecting head, piezoelectric element, and method of manufacturing liquid ejecting head - Google Patents

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Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、および液体噴射ヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, a piezoelectric element, and a method for manufacturing a liquid ejecting head.

結晶を歪ませると帯電し、また電界中に置くと歪む特徴を持つ圧電素子は、インクジェットプリンターといった液体噴射装置、アクチュエーター、センサー、等に広く使用されている。
また、圧電素子の構成としては、下電極を圧電体層毎の個別電極とし、上電極を複数の個別電極に対して共通の共通電極とするものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
Piezoelectric elements having a characteristic of being charged when a crystal is distorted and distorted when placed in an electric field are widely used in liquid ejecting apparatuses such as ink jet printers, actuators, sensors, and the like.
Further, as a configuration of the piezoelectric element, there is known a configuration in which the lower electrode is an individual electrode for each piezoelectric layer and the upper electrode is a common electrode common to a plurality of individual electrodes (for example, see Patent Document 1). .)

特開2010−42683号公報JP 2010-42683 A

上電極を共通電極とする圧電素子において、上電極で覆われない圧電体層の領域においてクラックや焼損が生じることがあった。その原因としては、上電極又は配線をパターニングする際に、用いられる薬品等により圧電体層の組成を不安定にしていると考えられる。   In a piezoelectric element using the upper electrode as a common electrode, cracks and burnout may occur in the region of the piezoelectric layer not covered with the upper electrode. The cause is considered to be that the composition of the piezoelectric layer is made unstable by chemicals used when the upper electrode or the wiring is patterned.

以上を鑑み、本発明の目的の一つは、少なくとも圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の安定性を向上させることにある。   In view of the above, one of the objects of the present invention is to improve the stability of at least the piezoelectric element, the liquid ejecting head, and the liquid ejecting apparatus.

上記目的の少なくとも1つを達成するために、本発明では、複数の個別電極と、前記個別電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成され、前記個別電極に対して共通の電極となる共通電極と、前記個別電極上において前記共通電極に覆われていない前記圧電体層の領域を覆う保護膜と、を有する。   In order to achieve at least one of the above objects, in the present invention, a plurality of individual electrodes, a piezoelectric layer formed on the individual electrodes, and formed on the piezoelectric layer, A common electrode serving as a common electrode; and a protective film covering a region of the piezoelectric layer not covered with the common electrode on the individual electrode.

上記のように構成された発明では、圧電素子は、上電極を共通電極とする構成である。そして、個別電極の上で、且つ、共通電極に覆われていない圧電体層の領域を保護膜が覆っている。そのため、個別電極の上であって、且つ、共通電極に覆われていない領域におけるクラックや焼損を低減することが可能となる。   In the invention configured as described above, the piezoelectric element has a configuration in which the upper electrode is a common electrode. The protective film covers the region of the piezoelectric layer that is not covered by the common electrode on the individual electrode. Therefore, it is possible to reduce cracks and burnout on the individual electrodes and in a region not covered by the common electrode.

(a)(b)は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドに含まれる圧電素子3の要部を示す一部上面図、及び垂直断面図である。(A) and (b) are a partial top view and a vertical sectional view showing a main part of the piezoelectric element 3 included in the liquid jet head according to the embodiment of the present invention. 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1を分解して示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head 1 which is an example of a liquid ejecting head in an exploded manner. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the recording head 1. FIG. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the recording head 1. FIG. 上述した記録ヘッド1を有する記録装置(液体噴射装置)200の外観を示している。2 shows an appearance of a recording apparatus (liquid ejecting apparatus) 200 having the recording head 1 described above. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the recording head 1. FIG. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the recording head 1. FIG.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態に記載する構成は一例にすぎずこれに限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. In addition, the structure described in this embodiment is only an example, and is not limited to this.

(1)液体吐出ヘッド、及び圧電素子の構成:
図1(a)(b)は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドに含まれる圧電素子3の要部を示す一部上面図、及び垂直断面図である。また、図2は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド1を分解して示す分解斜視図である。そして、図3(a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。さらに、図4(a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。
(1) Configuration of liquid ejection head and piezoelectric element:
FIGS. 1A and 1B are a partial top view and a vertical sectional view showing a main part of the piezoelectric element 3 included in the liquid jet head according to the embodiment of the invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the ink jet recording head 1 which is an example of the liquid ejecting head in an exploded manner. 3A to 3C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1. 4A to 4C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1.

図2に例示する記録ヘッド(液体噴射ヘッド)1は、圧電体層30、及び電極(20、40)を有する圧電素子3と、ノズル開口71に連通し圧電素子3により圧力変化が生じる圧力発生室12とを備えている。より具体的には、圧電素子3は、弾性膜を備える振動板16上に下電極20、圧電体層30及び上電極40の順に積層して構成されている。
そして、振動板16の圧電素子3が積層されない側には、流路形成基板10が固着されている。この流路形成基板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の圧力発生室の長手方向外側の領域には連通路13が形成され、連通路13と圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。
The recording head (liquid ejecting head) 1 illustrated in FIG. 2 includes a piezoelectric element 3 having a piezoelectric layer 30 and electrodes (20, 40), and pressure generation that causes a pressure change by the piezoelectric element 3 communicating with the nozzle opening 71. And a chamber 12. More specifically, the piezoelectric element 3 is configured by laminating the lower electrode 20, the piezoelectric layer 30, and the upper electrode 40 in this order on the diaphragm 16 having an elastic film.
The flow path forming substrate 10 is fixed to the side of the diaphragm 16 where the piezoelectric element 3 is not laminated. 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 path 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber of the flow path forming substrate 10, and the communication path 13 and the pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. It is communicated through.

そして、流路形成基板10の振動板16と固着されない側には、ノズルプレート70が固着されている。このノズルプレート70にはインクが吐出する流路の一部と成るノズル開口71が複数穿設されている。さらに、振動板16の圧電素子3が固着される側には、コンプライアンス基板60が固着された保護基板50が固着されている。   A nozzle plate 70 is fixed to the side of the flow path forming substrate 10 that is not fixed to the diaphragm 16. The nozzle plate 70 has a plurality of nozzle openings 71 that are part of a flow path for ejecting ink. Further, a protective substrate 50 to which a compliance substrate 60 is fixed is fixed to the side of the diaphragm 16 to which the piezoelectric element 3 is fixed.

次に、図1を参照して、圧電素子3の構成を説明する。   Next, the configuration of the piezoelectric element 3 will be described with reference to FIG.

図1(a)に示すように、圧電素子3は、上電極40を共通電極とする構成であり、振動板16上に積層されて形成されている。
即ち、図1(b)に示すように、振動板16の直上には、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とチタン(Ti)の少なくとも一つを含有する層を有する下電極20が積層されている。下電極20は、個別電極であり、本実施形態では4つの圧電素子毎に形成されている。無論、圧電素子を4つとすることは一例であり、これに限定されない。
As shown in FIG. 1A, the piezoelectric element 3 has a configuration in which the upper electrode 40 is a common electrode, and is laminated on the diaphragm 16.
That is, as shown in FIG. 1B, a lower electrode 20 having a layer containing at least one of platinum (Pt), iridium (Ir), and titanium (Ti) is laminated immediately above the diaphragm 16. ing. The lower electrode 20 is an individual electrode, and is formed for every four piezoelectric elements in this embodiment. Of course, using four piezoelectric elements is an example, and the present invention is not limited to this.

そして、下電極20の直上には、鉛(Pb)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)を少なくとも含む圧電体層30が積層されている。この圧電体層30は、ペロブスカイト型酸化物により構成され、Aサイト元素にPbを含み、Bサイト元素にZr及びTiをそれぞれ含むチタン酸ジルコン酸鉛により構成されている。このようなペロブスカイト型酸化物には、下記一般式で表される組成のペロブスカイト型酸化物が含まれる。
Pb(Zr、Ti)Ox … (1)
(Pb、MA)(Zr、Ti)Ox … (2)
Pb(Zr、Ti、MB)Ox …(3)
(Pb、MA)(Zr、Ti、MB)Ox … (4)
ここで、MAはPbを除く1種類以上の金属元素であり、MBはZr、Ti及びPbを除く1種類以上の金属元素である。xは3が標準であるが、ペロブスカイト構造を取り得る範囲で3からずれてもよい。Aサイト元素とBサイト元素との比は1:1が標準であるが、ペロブスカイト構造を取り得る範囲で1:1からずれてもよい。
MB元素には、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、等が含まれる。
A piezoelectric layer 30 containing at least lead (Pb), zirconium (Zr), and titanium (Ti) is laminated immediately above the lower electrode 20. The piezoelectric layer 30 is made of a perovskite oxide, and is made of lead zirconate titanate containing Pb as the A site element and Zr and Ti as the B site element. Such a perovskite oxide includes a perovskite oxide having a composition represented by the following general formula.
Pb (Zr, Ti) Ox (1)
(Pb, MA) (Zr, Ti) Ox (2)
Pb (Zr, Ti, MB) Ox (3)
(Pb, MA) (Zr, Ti, MB) Ox (4)
Here, MA is one or more metal elements excluding Pb, and MB is one or more metal elements excluding Zr, Ti, and Pb. x is 3 as a standard, but may deviate from 3 within a range where a perovskite structure can be taken. The ratio of the A site element to the B site element is 1: 1 as a standard, but may be deviated from 1: 1 within a range where a perovskite structure can be taken.
The MB element includes Nb (niobium), Ta (tantalum), and the like.

なお、圧電体層30をチタン酸ジルコン酸鉛により形成することは一例にすぎず、これ以外の鉛系圧電材料や、非鉛系の圧電材料である組成が(Bi、Ba)(Zr、Ti)Oxで示される圧電材料により形成するものであってもよい。   The formation of the piezoelectric layer 30 with lead zirconate titanate is merely an example, and other lead-based piezoelectric materials or compositions that are lead-free piezoelectric materials are (Bi, Ba) (Zr, Ti ) It may be formed of a piezoelectric material represented by Ox.

そして、圧電体層30の直上には、上電極40が積層されている。上電極40は、全ての圧電素子3に共通となる共通電極であり、各圧電体層30に連続して形成されている。上電極40を構成する金属は、イリジウム(Ir)、金(Au)、白金(Pt)等を用いることができる。無論これ以外にも、上記した金属に異なる金属を含有するものであってもよい。   An upper electrode 40 is stacked immediately above the piezoelectric layer 30. The upper electrode 40 is a common electrode common to all the piezoelectric elements 3, and is continuously formed on each piezoelectric layer 30. As the metal constituting the upper electrode 40, iridium (Ir), gold (Au), platinum (Pt), or the like can be used. Of course, in addition to this, a different metal may be contained in the above-described metal.

図1(b)に示すように、下電極20の長手方向端部は、圧力発生室12の長手方向端部より外側まで延設している。また、各圧力発生室12に対応するパターニングされた上電極40の長手方向端部は、下電極20が形成される領域の長手方向端部より手前に位置する。また、上電極40の長手方向端部は、圧力発生室12の長手方向端部より外側まで延設している。即ち、圧電体層30においては、下電極20上に位置するが上電極40に覆われない領域と、下電極20上に位置し、且つ上電極40に覆われる領域とが存在することとなる。無論、下電極20と上電極40との長手方向端部の位置関係は一例にすぎず、例えば、上電極40の長手方向端部が、圧力発生室12の長手方向端部より手前に形成されていてもよい。   As shown in FIG. 1B, the longitudinal end of the lower electrode 20 extends to the outside from the longitudinal end of the pressure generating chamber 12. Further, the longitudinal end portion of the patterned upper electrode 40 corresponding to each pressure generating chamber 12 is positioned in front of the longitudinal end portion of the region where the lower electrode 20 is formed. Further, the longitudinal end portion of the upper electrode 40 extends outward from the longitudinal end portion of the pressure generating chamber 12. That is, in the piezoelectric layer 30, there are a region located on the lower electrode 20 but not covered by the upper electrode 40 and a region located on the lower electrode 20 and covered by the upper electrode 40. . Of course, the positional relationship between the longitudinal ends of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 is merely an example. For example, the longitudinal end of the upper electrode 40 is formed in front of the longitudinal end of the pressure generating chamber 12. It may be.

また、圧電素子3の内、電界の作用により変形する領域を能動部3a、電界の作用によっては変形しない領域を非能動部3bと規定する。図1(b)に示す圧電素子3では、能動部3aは、圧電体層30が配置される領域の内、下電極20が配置される領域であって、且つ上電極40が配置される領域を能動部3aとしている。また、非能動部3bは、圧電体層30が配置される領域の内、下電極20が配置される領域であるが、上電極40に覆われない領域を非能動部3bとしている。なお、能動部3aと非能動部3bとの境界は、発生する電界の位置によっても影響を受けるため、必ずしも、上記した下電極20及び上電極40の位置によって規定されるものではない。   In addition, a region of the piezoelectric element 3 that is deformed by the action of an electric field is defined as an active portion 3a, and a region that is not deformed by the action of an electric field is defined as an inactive portion 3b. In the piezoelectric element 3 shown in FIG. 1B, the active portion 3a is a region in which the lower electrode 20 is disposed in a region in which the piezoelectric layer 30 is disposed, and a region in which the upper electrode 40 is disposed. Is the active part 3a. The inactive portion 3b is a region in which the lower electrode 20 is disposed in a region in which the piezoelectric layer 30 is disposed, but a region that is not covered by the upper electrode 40 is defined as the inactive portion 3b. Note that the boundary between the active part 3a and the non-active part 3b is also affected by the position of the generated electric field, and thus is not necessarily defined by the positions of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 described above.

そして、圧電体層30の内、上電極40が形成される側の能動部3aと非能動部3bとの境を含む領域には、この領域を覆うように保護膜80が形成されている。図1(b)では、圧電体層30における、下電極20上であって、上電極40で覆われない領域を覆うように保護膜80が形成されている。   A protective film 80 is formed in a region including the boundary between the active portion 3a and the inactive portion 3b on the side where the upper electrode 40 is formed in the piezoelectric layer 30 so as to cover this region. In FIG. 1B, a protective film 80 is formed so as to cover a region of the piezoelectric layer 30 on the lower electrode 20 and not covered with the upper electrode 40.

ここで、圧電体層30における能動部3aと非能動部3bとの境界付近においてクラックやこのクラックに起因する焼損の発生が顕著となることが分かっている。この原因の1つとして、上電極40を共通電極とする圧電素子3では、上電極膜を圧電体層30の上に製膜した後、パターニングして上電極40を形成したり、配線をパターニングして形成するが、このパターニングの際に圧電体層30に薬品等が付着し、圧電体層30の組成を不安定化させているということが分かっている。また、別の原因の1つとして、圧電体層30における能動部3aと非能動部3bの境界付近において、圧電体層30内のひずみの発生状態が不均一となることに起因する応力集中がある。そのため、能動部3aと非能動部3bとの境界を覆うよう保護膜80を形成することで、この領域におけるクラック及び焼損の発生を低減する構成としてある。   Here, it has been found that cracks and burnout due to the cracks are prominent in the vicinity of the boundary between the active portion 3a and the inactive portion 3b in the piezoelectric layer 30. As one of the causes, in the piezoelectric element 3 having the upper electrode 40 as a common electrode, the upper electrode film is formed on the piezoelectric layer 30 and then patterned to form the upper electrode 40 or the wiring is patterned. However, it is known that chemicals or the like are attached to the piezoelectric layer 30 during the patterning, thereby destabilizing the composition of the piezoelectric layer 30. Further, as another cause, stress concentration due to non-uniform strain generation in the piezoelectric layer 30 in the vicinity of the boundary between the active portion 3a and the inactive portion 3b in the piezoelectric layer 30 is caused. is there. Therefore, the protective film 80 is formed so as to cover the boundary between the active portion 3a and the inactive portion 3b, thereby reducing the occurrence of cracks and burnout in this region.

また、保護膜80の長手方向における上電極40側の端部は、圧力発生室12上より手前に形成されることが好ましい。即ち、圧力発生室12が形成される領域の上方には、保護膜80が形成されないことが好ましい。保護膜80を圧力発生室12が形成される領域にかからないようにすることで、圧電素子3の駆動を阻害することを防止するためである。   Further, it is preferable that the end portion on the upper electrode 40 side in the longitudinal direction of the protective film 80 is formed in front of the pressure generation chamber 12. That is, it is preferable that the protective film 80 is not formed above the region where the pressure generation chamber 12 is formed. This is because the protection film 80 is prevented from covering the region where the pressure generation chamber 12 is formed, thereby preventing the driving of the piezoelectric element 3 from being hindered.

保護膜80の材質としては、ポリイミド(芳香族ポリイミド)等の有機材料を用いることができる。保護膜80をポリイミドで形成する場合は、膜厚を1.7μm以上とすることが好ましい。また、これ以外にも、保護膜80を、エポキシ系の接着剤やシリコン系の接着剤により形成するものであってもよい。また、保護膜80を接着剤で形成する場合は、膜厚を1.6μm以上とすることが好ましい。
保護膜80を有機保護膜とすれば、保護膜80を形成し易くすることができる。
As a material of the protective film 80, an organic material such as polyimide (aromatic polyimide) can be used. When the protective film 80 is formed of polyimide, the film thickness is preferably 1.7 μm or more. In addition, the protective film 80 may be formed of an epoxy adhesive or a silicon adhesive. Moreover, when forming the protective film 80 with an adhesive agent, it is preferable that a film thickness shall be 1.6 micrometers or more.
If the protective film 80 is an organic protective film, the protective film 80 can be easily formed.

(2)圧電素子及び液体噴射ヘッドの製造方法
図2〜図4を参照して、上述した圧電素子3及びこの圧電素子3を備える記録ヘッド(液体噴射ヘッド)1の製造方法を説明する。なお、ここでは、保護膜80としてポリイミド(有機保護膜)を使用した場合を例に説明を行う。
(2) Manufacturing Method of Piezoelectric Element and Liquid Ejecting Head A manufacturing method of the above-described piezoelectric element 3 and a recording head (liquid ejecting head) 1 including the piezoelectric element 3 will be described with reference to FIGS. Here, a case where polyimide (organic protective film) is used as the protective film 80 will be described as an example.

記録ヘッド1の製造方法として、まずは、シリコン単結晶基板等から流路形成基板10を形成する。そして、例えば、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコン基板15を約1100℃の拡散路で熱酸化等することによって二酸化シリコン(SiO)から成る弾性膜(振動板16)を一体的に形成する。弾性膜の厚みは、弾性を有する限り限定されないが、例えば0.5〜2μm程度とすることができる。 As a method for manufacturing the recording head 1, first, the flow path forming substrate 10 is formed from a silicon single crystal substrate or the like. For example, the elastic film (diaphragm 16) made of silicon dioxide (SiO 2 ) is integrated by thermally oxidizing the silicon substrate 15 having a film thickness of about 625 μm, which is relatively thick and highly rigid, with a diffusion path of about 1100 ° C. Form. The thickness of the elastic film is not limited as long as it has elasticity, but can be, for example, about 0.5 to 2 μm.

次いで、図3(a)に示すように、スパッタ法等により振動板16上に下電極20を構成するための下電極膜を形成する。下電極20の構成金属は、Pt、Au、Ir、Ti、等の1種類以上の金属を用いることができる。下電極の厚みは特に限定されないが、例えば50〜500nm程度とすることができる。なお、密着層又は拡散防止層として、TiAlN(窒化チタンアルミ)膜、Ir膜、IrO(酸化イリジュウム)膜、ZrO(酸化ジルコニウム)膜等の層を振動板16上に形成したうえで、下電極20を形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 3A, a lower electrode film for forming the lower electrode 20 is formed on the diaphragm 16 by sputtering or the like. As a constituent metal of the lower electrode 20, one or more kinds of metals such as Pt, Au, Ir, Ti, and the like can be used. Although the thickness of a lower electrode is not specifically limited, For example, it can be set as about 50-500 nm. After forming a layer such as a TiAlN (titanium aluminum nitride) film, an Ir film, an IrO (iridium oxide) film, or a ZrO 2 (zirconium oxide) film on the diaphragm 16 as an adhesion layer or a diffusion prevention layer, The electrode 20 may be formed.

次いで、少なくとも、鉛塩、ジルコニウム塩、及びチタン塩、を含む前駆体溶液を下電極20の表面に塗布する。前駆体溶液中の金属モル濃度比は、形成されるペロブスカイト型酸化物の組成に応じて決めることができる。上述した式(1)〜(4)におけるAサイト元素及びBサイト元素のモル比は1:1が標準であるが、ペロブスカイト酸化物が形成される範囲内で1:1からずれてもよい。   Next, a precursor solution containing at least a lead salt, a zirconium salt, and a titanium salt is applied to the surface of the lower electrode 20. The metal molar concentration ratio in the precursor solution can be determined according to the composition of the perovskite oxide to be formed. The molar ratio of the A site element and the B site element in the above formulas (1) to (4) is 1: 1 as a standard, but may be deviated from 1: 1 within the range in which the perovskite oxide is formed.

そして、図3(a)に示すように塗布した前駆体溶液を結晶化させて圧電体層30を形成する。一例として、好ましくは、前駆体溶液を、140〜190℃程度で加熱して乾燥させ、その後、例えば、300℃〜400℃程度で加熱して脱脂し、例えば、550℃〜850℃程度で加熱して結晶化させる。
なお、圧電体層30を厚くするため、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程の組合せを複数回行ってもよい。焼成工程を減らすために、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程の組合せを複数回行った後に焼成工程を行ってもよい。さらに、これらの工程の組合せを複数回行ってもよい。図3(b)に示す例では、下電極膜20上に圧電体層30を形成した後に下電極20及び圧電体層30を各圧力発生室12に対向する領域にパターニングしている。
Then, as shown in FIG. 3A, the applied precursor solution is crystallized to form the piezoelectric layer 30. As an example, preferably, the precursor solution is heated and dried at about 140 to 190 ° C., and then degreased by heating at about 300 to 400 ° C., for example, heated at about 550 to 850 ° C. To crystallize.
In addition, in order to thicken the piezoelectric layer 30, the combination of the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process may be performed a plurality of times. In order to reduce the firing process, the firing process may be performed after the combination of the coating process, the drying process, and the degreasing process is performed a plurality of times. Further, a combination of these steps may be performed a plurality of times. In the example shown in FIG. 3B, after the piezoelectric layer 30 is formed on the lower electrode film 20, the lower electrode 20 and the piezoelectric layer 30 are patterned in regions facing the pressure generation chambers 12.

なお、上記した乾燥及び脱脂を行うための加熱装置には、ホットプレート、赤外線ランプの照射により加熱する赤外線ランプアニール装置等を用いることができる。また、上記焼成を行うための加熱装置には、赤外線ランプアニール装置等を用いることができる。好ましくは、RTA(Rapid Thermal Annealing)法等を用いて昇温レートを比較的早くするとよい。   In addition, as a heating apparatus for performing the above-described drying and degreasing, a hot plate, an infrared lamp annealing apparatus that heats by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used. An infrared lamp annealing device or the like can be used as the heating device for performing the firing. Preferably, the temperature rising rate may be made relatively fast by using an RTA (Rapid Thermal Annealing) method or the like.

こうして形成された圧電体層30の上に、図3(b)に示すように、スパッタ法等によって上電極40を形成する。上電極を構成する金属には、Ir、Au、Pt等の1種類以上の金属を用いることができる。また、上電極の厚みは、特に限定されないが、例えば、10〜200nm程度とすることができる。なお、図3(c)に示す例では、上電極膜を形成した後に、上電極膜を各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子3を形成している。   On the piezoelectric layer 30 thus formed, as shown in FIG. 3B, the upper electrode 40 is formed by sputtering or the like. As the metal constituting the upper electrode, one or more kinds of metals such as Ir, Au, and Pt can be used. Moreover, the thickness of the upper electrode is not particularly limited, but can be, for example, about 10 to 200 nm. In the example shown in FIG. 3C, after forming the upper electrode film, the upper electrode film is patterned in a region facing each pressure generating chamber 12 to form the piezoelectric element 3.

続いて、リード電極45を形成する。例えば、図3(c)に示すように、流路形成基板10の前面に亘って金層を形成した後、レジスト等からなるマスクパターンを介して圧電素子3毎にパターニングすることにより、リード電極45が設けられる(図4(a))。図2に示す各下電極20には、インク供給路14側の端部付近から振動板16に延びたリード電極45が接続されている。   Subsequently, the lead electrode 45 is formed. For example, as shown in FIG. 3C, a lead layer is formed by forming a gold layer over the front surface of the flow path forming substrate 10 and then patterning each piezoelectric element 3 through a mask pattern made of a resist or the like. 45 is provided (FIG. 4A). A lead electrode 45 extending from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side to the diaphragm 16 is connected to each lower electrode 20 shown in FIG.

なお、下電極20や上電極40やリード電極45は、DC(直流)マグネトロンスパッタリング法といったスパッタ法等によって形成することができる。各層の厚みは、スパッタ装置の印加電圧やスパッタ処理時間を変えることにより調整することができる。   The lower electrode 20, the upper electrode 40, and the lead electrode 45 can be formed by a sputtering method such as a DC (direct current) magnetron sputtering method. The thickness of each layer can be adjusted by changing the voltage applied to the sputtering apparatus and the sputtering processing time.

そして、図4(a)に示すように、圧電体層30の能動部と非能動部との境を覆うように保護膜80を形成する。保護膜80の形成方法としては、例えば、まず、上電極40を含む圧電体層30上にポリイミドの膜を製膜する。次に、例えば、レジスト等からなるマスクパターンを介してポリイミドの層をパターニングし、ドライエッチングして保護膜80を形成する。また、保護膜80として、感光性ポリイミドを用いれば、成膜後、マスクパターンを用いて、露光、現像してパターニングすればよい。   Then, as shown in FIG. 4A, a protective film 80 is formed so as to cover the boundary between the active part and the inactive part of the piezoelectric layer 30. As a method for forming the protective film 80, for example, first, a polyimide film is formed on the piezoelectric layer 30 including the upper electrode 40. Next, for example, a polyimide layer is patterned through a mask pattern made of resist or the like, and dry etching is performed to form the protective film 80. Further, if a photosensitive polyimide is used as the protective film 80, it may be patterned by exposing and developing using a mask pattern after film formation.

以上により、圧電体層30及び電極(20、40)を有する圧電素子3が形成され、この圧電素子3及び振動板16を備えた圧電アクチュエーターが形成される。   Thus, the piezoelectric element 3 having the piezoelectric layer 30 and the electrodes (20, 40) is formed, and a piezoelectric actuator including the piezoelectric element 3 and the diaphragm 16 is formed.

次に、図4(b)に示すように、圧電素子保持部52等を予め形成した保護基板50を流路形成基板10上に例えば接着剤によって接合する。保護基板50には、例えば、シリコン単結晶基板、ガラス、セラミックス材料等を用いることができる。保護基板50の厚みは、特に限定されないが、例えば400μm程度とすることができる。保護基板50の厚み方向に貫通したリザーバ部51は、連通路13とともに、共通のインク室となるリザーバ9を構成する。圧電素子3に対向する領域に設けられた圧電素子保持部52は、圧電素子3の運動を阻害しない程度の空間を有する。保護基板50の貫通孔53内には、各圧電素子3から引き出されたリード電極45の端部付近が露出する。   Next, as shown in FIG. 4B, the protective substrate 50 on which the piezoelectric element holding portion 52 and the like are formed in advance is bonded onto the flow path forming substrate 10 with an adhesive, for example. As the protective substrate 50, for example, a silicon single crystal substrate, glass, a ceramic material, or the like can be used. Although the thickness of the protective substrate 50 is not specifically limited, For example, it can be set as about 400 micrometers. The reservoir portion 51 penetrating in the thickness direction of the protective substrate 50 constitutes the reservoir 9 serving as a common ink chamber together with the communication path 13. The piezoelectric element holding portion 52 provided in the region facing the piezoelectric element 3 has a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 3. In the through hole 53 of the protective substrate 50, the vicinity of the end portion of the lead electrode 45 drawn from each piezoelectric element 3 is exposed.

次いで、シリコン基板15をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることによりシリコン基板15を所定の厚み(例えば70μm程度)にする。次いで、図4(b)に示すように、シリコン基板15上にマスク膜17を新たに形成し、所定形状にパターニングする。マスク膜17には、窒化シリコン(SiN)等を用いることができる。次いで、KOH等のアルカリ溶液を用いてシリコン基板15を異方性エッチング(ウェットエッチング)する。これにより、複数の隔壁11(図2参照)によって区画された圧力発生室12と細幅のインク供給路14を備えた複数の液体流路と、各インク供給路14に繋がる共通の液体流路である連通路13とが形成される。液体流路(12,14)は、圧力発生室12の短手方向である幅方向D1へ並べられている。
なお、圧力発生室12は、圧電素子3の形成前に形成されてもよい。
Next, after polishing the silicon substrate 15 to a certain thickness, the silicon substrate 15 is further etched to a predetermined thickness (for example, about 70 μm) by wet etching with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 4B, a mask film 17 is newly formed on the silicon substrate 15 and patterned into a predetermined shape. Silicon nitride (SiN) or the like can be used for the mask film 17. Next, the silicon substrate 15 is anisotropically etched (wet etching) using an alkaline solution such as KOH. As a result, a plurality of liquid flow paths including the pressure generating chambers 12 and the narrow ink supply paths 14 defined by the plurality of partition walls 11 (see FIG. 2), and a common liquid flow path connected to each ink supply path 14. The communication path 13 is formed. The liquid flow paths (12, 14) are arranged in the width direction D1, which is the short direction of the pressure generating chamber 12.
The pressure generation chamber 12 may be formed before the piezoelectric element 3 is formed.

次いで、図4(c)に示すように、シリコン基板15の保護基板50とは反対側の面にノズルプレート70を接合する。ノズルプレート70は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼、等を用いることができ、流路形成基板10の開口面側に固着される。この固着には、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。ノズルプレート70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71が穿設されている。従って、圧力発生室12は、液体を吐出するノズル開口71に連通している。   Next, as shown in FIG. 4C, the nozzle plate 70 is bonded to the surface of the silicon substrate 15 opposite to the protective substrate 50. The nozzle plate 70 can be made of glass ceramics, silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like, and is fixed to the opening surface side of the flow path forming substrate 10. For this fixation, an adhesive, a heat welding film, or the like can be used. The nozzle plate 70 is formed with nozzle openings 71 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14. Therefore, the pressure generation chamber 12 communicates with the nozzle opening 71 that discharges the liquid.

次いで、封止膜61及び固定板62を有するコンプライアンス基板60を保護基板50上に接合する。封止膜61は、例えば厚み6μm程度のポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルムといった剛性が低く可撓性を有する材料等が用いられ、リザーバ部51の一方の面を封止する。固定板62は、例えば厚み30μm程度のステンレス鋼(SUS)といった金属等の硬質の材料が用いられ、リザーバ9に対向する領域が開口部63とされている。   Next, the compliance substrate 60 having the sealing film 61 and the fixing plate 62 is bonded onto the protective substrate 50. The sealing film 61 is made of, for example, a material having low rigidity such as a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of about 6 μm, and seals one surface of the reservoir unit 51. The fixed plate 62 is made of a hard material such as a metal such as stainless steel (SUS) having a thickness of about 30 μm, for example, and an area facing the reservoir 9 is an opening 63.

また、保護基板50上には、並設された圧電素子3を駆動するための駆動回路65が固定される。駆動回路65には、回路基板、半導体集積回路(IC)、等を用いることができる。駆動回路65とリード電極45とは、接続配線66を介して電気的に接続される。接続配線66には、ボンディングワイヤといった導電性ワイヤ等を用いることができる。
以上により、記録ヘッド1が製造される。
A driving circuit 65 for driving the piezoelectric elements 3 arranged in parallel is fixed on the protective substrate 50. For the drive circuit 65, a circuit board, a semiconductor integrated circuit (IC), or the like can be used. The drive circuit 65 and the lead electrode 45 are electrically connected via the connection wiring 66. As the connection wiring 66, a conductive wire such as a bonding wire can be used.
Thus, the recording head 1 is manufactured.

本記録ヘッド1は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ9からノズル開口71に至るまで内部をインクで満たす。駆動回路65からの記録信号に従い、圧力発生室12毎に下電極20と上電極40との間に電圧を印加すると、圧電体層30、下電極20及び振動板16の変形によりノズル開口71からインク滴が吐出する。   The recording head 1 takes in ink from an ink introduction port connected to an external ink supply unit (not shown), and fills the interior from the reservoir 9 to the nozzle opening 71 with ink. When a voltage is applied between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 for each pressure generating chamber 12 in accordance with a recording signal from the drive circuit 65, the deformation of the piezoelectric layer 30, the lower electrode 20 and the diaphragm 16 causes deformation from the nozzle opening 71. Ink droplets are ejected.

(3)液体噴射装置:
図5は、上述した記録ヘッド1を有する記録装置(液体噴射装置)200の外観を示している。記録ヘッド1を記録ヘッドユニット211,212に組み込むと、記録装置200を製造することができる。図5に示す記録装置200は、記録ヘッドユニット211,212のそれぞれに、記録ヘッド1が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ221,222が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット211,212を搭載したキャリッジ203は、装置本体204に取り付けられたキャリッジ軸205に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター206の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト207を介してキャリッジ203に伝達されると、キャリッジ203がキャリッジ軸205に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート290は、プラテン208上に搬送され、インクカートリッジ221,222から供給され記録ヘッド1から吐出するインクにより印刷がなされる。
(3) Liquid ejecting apparatus:
FIG. 5 shows the appearance of a recording apparatus (liquid ejecting apparatus) 200 having the recording head 1 described above. When the recording head 1 is incorporated in the recording head units 211 and 212, the recording apparatus 200 can be manufactured. In the recording apparatus 200 shown in FIG. 5, the recording head 1 is provided in each of the recording head units 211 and 212, and ink cartridges 221 and 222 as external ink supply units are detachably provided. A carriage 203 on which the recording head units 211 and 212 are mounted is provided so as to be able to reciprocate along a carriage shaft 205 attached to the apparatus main body 204. When the driving force of the driving motor 206 is transmitted to the carriage 203 via a plurality of gears and a timing belt 207 (not shown), the carriage 203 moves along the carriage shaft 205. A recording sheet 290 fed by a sheet feeding roller (not shown) is conveyed onto the platen 208 and printed by ink supplied from the ink cartridges 221 and 222 and ejected from the recording head 1.

(4)実施例:
以下、実施例を示すが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
(4) Example:
Hereinafter, although an example is shown, the present invention is not limited by the following examples.

ここで、下記実施例1−3のインクジェット式記録ヘッドを作製し、圧電素子へDC通電試験を行った。
[実施例1]
圧電素子における能動部端部(能動部と非能動部の境界付近)を覆うように、膜厚0.7μmのポリイミドから成る保護膜を有するインクジェット式記録ヘッドを実施例1とした。この、ポリイミドのヤング率Eは3.0GPaである。
[実施例2]
膜厚2.6μmのポリイミドから成る保護膜以外は、実施例1と同様のインクジェット式記録ヘッドを実施例2とした。
[実施例3]
膜厚3.0μmの接着剤から成る保護膜以外は、実施例1と同様のインクジェット式記録ヘッドを実施例3とした。また、接着剤のヤング率Eは3.0Gpaである。
Here, an ink jet recording head of Example 1-3 below was manufactured, and a DC current test was performed on the piezoelectric element.
[Example 1]
An ink jet recording head having a protective film made of polyimide having a film thickness of 0.7 μm so as to cover the end of the active part (near the boundary between the active part and the inactive part) in the piezoelectric element was taken as Example 1. The Young's modulus E of this polyimide is 3.0 GPa.
[Example 2]
Example 2 was an ink jet recording head similar to Example 1 except for a protective film made of polyimide having a film thickness of 2.6 μm.
[Example 3]
Example 3 was an ink jet recording head similar to Example 1 except for a protective film made of an adhesive having a thickness of 3.0 μm. The Young's modulus E of the adhesive is 3.0 Gpa.

表1は、この耐電圧評価を行った場合の実施例1〜4の各条件(膜厚t、ヤング率E、ヤング率と膜厚との積:E×t)と、能動部の端部における焼損の状態を示している。即ち、「○」の場合は、焼損が発生しなかったことを示し、「△」の場合は保護膜を形成しない場合に比べて、焼損が低減していることを示す。

Figure 0006292332
Table 1 shows each condition (film thickness t, Young's modulus E, product of Young's modulus and film thickness: E × t) in Examples 1 to 4 when this withstand voltage evaluation is performed, and the end of the active portion Shows the state of burnout. That is, “◯” indicates that no burning occurred, and “Δ” indicates that the burning is reduced as compared with the case where no protective film is formed.
Figure 0006292332

表1に示すように、ヤング率Eと膜厚tの積が7800(Pa・m)以上となる実施例2、3において、能動部3aの端部での焼損が観察されなかった。また、ヤング率Eと膜厚tの積が2100(Pa・m)となる実施例1において、能動部3aの端部での焼損が低減されていることが観察された。
以上により、能動部3aと非能動部3bとの境界を覆うよう保護膜80を形成することで、焼損が抑制されることが分かった。また、ヤング率Eと膜厚tとの積が2000(Pa・m)以上であれば焼損を低減でき、より好ましくは、ヤング率Eと膜厚tの積が7800(Pa・m)以上であれば焼損を発生させないことが分かった。
As shown in Table 1, in Examples 2 and 3 in which the product of the Young's modulus E and the film thickness t is 7800 (Pa · m) or more, no burning at the end of the active portion 3a was observed. In Example 1 where the product of Young's modulus E and film thickness t was 2100 (Pa · m), it was observed that burning at the end of the active portion 3a was reduced.
From the above, it was found that burning was suppressed by forming the protective film 80 so as to cover the boundary between the active part 3a and the inactive part 3b. Moreover, if the product of the Young's modulus E and the film thickness t is 2000 (Pa · m) or more, the burnout can be reduced. More preferably, the product of the Young's modulus E and the film thickness t is 7800 (Pa · m) or more. It was found that burning would not occur if there was.

(5)第2の実施形態:
以下、第2の実施形態として、保護膜80を無機保護膜とする場合を説明する。図6(a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。そして、図7(a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。
(5) Second embodiment:
Hereinafter, a case where the protective film 80 is an inorganic protective film will be described as a second embodiment. 6A to 6C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1.

第2の実施形態に係る保護膜80は、圧電体層30における能動部3aと非能動部3bとの境を覆うよう形成される構成において第1の実施形態と同一である。一方、保護膜80が形成される工程の順序が、上電極40が形成された工程の直後である点において、第1の実施形態と異なる。これは、第1の実施形態が有機材料により保護膜80を形成したのに対して、第2の実施形態が無機材料により保護膜80を形成することに起因する。   The protective film 80 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment in the configuration formed so as to cover the boundary between the active part 3a and the inactive part 3b in the piezoelectric layer 30. On the other hand, the order of the steps for forming the protective film 80 is different from that of the first embodiment in that it is immediately after the step for forming the upper electrode 40. This is because the protective film 80 is formed of an organic material in the first embodiment, whereas the protective film 80 is formed of an inorganic material in the second embodiment.

一例として、第2の実施形態に係る保護膜80は、無機保護膜として例えば、酸化アルミニウム(Al)により形成される。そして、保護膜80をAlで形成する場合は、好ましくは、膜厚を25nm以上とすることができる。 As an example, the protective film 80 according to the second embodiment is formed of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as an inorganic protective film. Then, the case of forming the protective film 80 with Al 2 O 3 is preferably be a 25nm or more thickness.

図6、及び図7を参照して、上述した圧電素子3及びこの圧電素子3を備える記録ヘッド(液体噴射ヘッド)1の製造方法を説明する。なお、ここでは、保護膜80としてAl(無機保護膜)を使用した場合を例に説明を行う。なお、記録ヘッド1を構成する際の各条件は第1の実施形態と同じである。 A manufacturing method of the above-described piezoelectric element 3 and a recording head (liquid ejecting head) 1 including the piezoelectric element 3 will be described with reference to FIGS. Here, the case where Al 2 O 3 (inorganic protective film) is used as the protective film 80 will be described as an example. The conditions for configuring the recording head 1 are the same as those in the first embodiment.

まず、第1の実施形態同様、シリコン単結晶基板等から流路形成基板10を形成する。そして、シリコン基板15を約1100℃の拡散路で熱酸化等することによって二酸化シリコン(SiO)から成る弾性膜(振動板16)を一体的に形成する。 First, as in the first embodiment, the flow path forming substrate 10 is formed from a silicon single crystal substrate or the like. Then, an elastic film (vibrating plate 16) made of silicon dioxide (SiO 2 ) is integrally formed by thermally oxidizing the silicon substrate 15 with a diffusion path of about 1100 ° C.

次いで、図6(a)に示すように、スパッタ法等により弾性膜16上に下電極20を形成する。そして、図6(b)に示すように塗布した前駆体溶液を結晶化させて圧電体層30を形成する。こうして形成された圧電体層30の上に、図6(b)に示すように、スパッタ法等によって上電極40を形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, the lower electrode 20 is formed on the elastic film 16 by sputtering or the like. Then, as shown in FIG. 6B, the applied precursor solution is crystallized to form the piezoelectric layer 30. On the piezoelectric layer 30 thus formed, as shown in FIG. 6B, the upper electrode 40 is formed by sputtering or the like.

そして、圧電体層30の能動部3aと非能動部3bとの境界を覆うよう保護膜80を形成する。保護膜80の形成方法としては、図6(c)に示すように、まず、上電極40を含む圧電体層30上にAlの膜を製膜する。次に、例えば、レジスト等からなるマスクパターンを介して酸化アルミニウムの層をパターニングし、更に、ドライエッチングして保護膜80を形成する。 Then, a protective film 80 is formed so as to cover the boundary between the active portion 3a and the inactive portion 3b of the piezoelectric layer 30. As a method of forming the protective film 80, as shown in FIG. 6C, first, an Al 2 O 3 film is formed on the piezoelectric layer 30 including the upper electrode 40. Next, for example, a layer of aluminum oxide is patterned through a mask pattern made of a resist or the like, and further, a protective film 80 is formed by dry etching.

続いて、図7(a)に示すように、保護膜80上にリード電極45を形成する。例えば、流路形成基板10の前面に亘って金層を形成した後にレジスト等からなるマスクパターンを介して圧電素子3毎にパターニングすることにより、リード電極45が設けられる。即ち、第2の実施形態では、保護膜80の形成の後、リード電極45を形成するためのパターニングが行われる。そのため、保護膜80によりリード電極45をパターニングする際に使用される薬剤から圧電体層30を保護することもできる。   Subsequently, as shown in FIG. 7A, the lead electrode 45 is formed on the protective film 80. For example, the lead electrode 45 is provided by forming a gold layer over the front surface of the flow path forming substrate 10 and then patterning each piezoelectric element 3 through a mask pattern made of a resist or the like. That is, in the second embodiment, after the formation of the protective film 80, patterning for forming the lead electrode 45 is performed. Therefore, the piezoelectric layer 30 can be protected from a chemical used when the lead electrode 45 is patterned by the protective film 80.

そして、図7(b)に示すように、圧電素子保持部52等を予め形成した保護基板50を流路形成基板10上に例えば接着剤によって接合する。次いで、シリコン基板15上にマスク膜17を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図7(c)に示すように、シリコン基板15の保護基板50とは反対側の面にノズルプレート70を接合する。次いで、封止膜61及び固定板62を有するコンプライアンス基板60を保護基板50上に接合し、所定のチップサイズに分割する。以上により、記録ヘッド1が形成される。   Then, as shown in FIG. 7B, the protective substrate 50 on which the piezoelectric element holding portion 52 and the like are formed in advance is bonded onto the flow path forming substrate 10 with, for example, an adhesive. Next, a mask film 17 is newly formed on the silicon substrate 15 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 7C, the nozzle plate 70 is bonded to the surface of the silicon substrate 15 opposite to the protective substrate 50. Next, the compliance substrate 60 having the sealing film 61 and the fixing plate 62 is bonded onto the protective substrate 50 and divided into a predetermined chip size. Thus, the recording head 1 is formed.

(6)実施例
以下、第2の実施形態に係る実施例を示すが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
(6) Examples Hereinafter, examples according to the second embodiment will be described, but the present invention is not limited to the following examples.

ここで、下記の実施例4におけるインクジェット式記録ヘッドを作製し、圧電素子へDC通電試験を行った。
[実施例4]
圧電素子を構成する圧電体層の能動部端部(能動部と非能動部の境界付近)を覆うように、膜厚90nmのAlから成る保護膜を有するインクジェット式記録ヘッドを実施例4とした。この、Alのヤング率Eは200GPaである。
[実施例5]
膜厚45nmのAlから成る保護膜以外は、実施例4と同様のインクジェット式記録ヘッドを実施例5とした。
Here, an ink jet recording head in Example 4 below was manufactured, and a DC current test was performed on the piezoelectric element.
[Example 4]
An example of an ink jet recording head having a protective film made of Al 2 O 3 with a film thickness of 90 nm so as to cover the end of the active part of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element (near the boundary between the active part and the inactive part) It was set to 4. This Young's modulus E of Al 2 O 3 is 200 GPa.
[Example 5]
An ink jet recording head similar to that of Example 4 was used in Example 5 except for a protective film made of Al 2 O 3 having a thickness of 45 nm.

表2は、この耐電圧評価を行った場合の実施例4〜5の各条件(膜厚t、ヤング率E、ヤング率と膜厚の積:E×t)と、能動部の端部における焼損の有無を示している。

Figure 0006292332
Table 2 shows the conditions (film thickness t, Young's modulus E, product of Young's modulus and film thickness: E × t) in Examples 4 to 5 when this withstand voltage evaluation is performed, and the end of the active portion. Indicates the presence or absence of burning.
Figure 0006292332

表2に示すように、第2の実施形態においても、圧電体層の焼損が低減されているのが分かる。即ち、ヤング率Eと膜厚tの積が4500(Pa・m)以上となる保護膜において、能動部の端部での焼損が観察されなかった。
第1の実施形態と第2の実施形態より、ヤング率Eと膜厚tの積が5000(Pa・m)以上とすれば、能動部の端部での焼損が抑制できる。
そのため、能動部と非能動部との境界に無機材料で形成された保護膜を形成することで、焼損が抑制されることが分かった。
As shown in Table 2, it can be seen that also in the second embodiment, the burning of the piezoelectric layer is reduced. That is, in the protective film in which the product of the Young's modulus E and the film thickness t is 4500 (Pa · m) or more, no burning at the end of the active part was observed.
From the first embodiment and the second embodiment, if the product of the Young's modulus E and the film thickness t is 5000 (Pa · m) or more, burning at the end of the active portion can be suppressed.
For this reason, it was found that burning was suppressed by forming a protective film made of an inorganic material at the boundary between the active part and the inactive part.

(7)応用、その他:
本発明は、種々の変形例が考えられる。
上述した実施形態では圧力発生室毎に個別の圧電体を設けているが、複数の圧力発生室に共通の圧電体を設け圧力発生室毎に個別電極を設けることも可能である。
上述した実施形態では流路形成基板にリザーバの一部を形成しているが、流路形成基板とは別の部材にリザーバを形成することも可能である。
上述した実施形態では圧電素子の上側を圧電素子保持部で覆っているが、圧電素子の上側を大気に開放することも可能である。
上述した実施形態では振動板を隔てて圧電素子の反対側に圧力発生室を設けたが、圧電素子側に圧力発生室を設けることも可能である。例えば、固定した板間及び圧電素子間で囲まれた空間を形成すれば、この空間を圧力発生室とすることができる。
(7) Application and others:
Various modifications can be considered for the present invention.
In the above-described embodiment, an individual piezoelectric body is provided for each pressure generation chamber. However, a common piezoelectric body may be provided for a plurality of pressure generation chambers, and an individual electrode may be provided for each pressure generation chamber.
In the above-described embodiment, a part of the reservoir is formed on the flow path forming substrate. However, the reservoir may be formed on a member different from the flow path forming substrate.
In the above-described embodiment, the upper side of the piezoelectric element is covered with the piezoelectric element holding unit, but the upper side of the piezoelectric element can be opened to the atmosphere.
In the embodiment described above, the pressure generating chamber is provided on the opposite side of the piezoelectric element with the diaphragm interposed therebetween, but it is also possible to provide the pressure generating chamber on the piezoelectric element side. For example, if a space surrounded by fixed plates and piezoelectric elements is formed, this space can be used as a pressure generating chamber.

流体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ELディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。   The liquid ejected from the fluid ejecting head may be any material that can be ejected from the liquid ejecting head, such as a solution in which a dye or the like is dissolved in a solvent, or a sol in which solid particles such as pigments or metal particles are dispersed in a dispersion medium. Is included. Such fluids include ink, liquid crystal, and the like. The liquid ejecting head can be mounted on an image recording apparatus such as a printer, a color filter manufacturing apparatus such as a liquid crystal display, an electrode manufacturing apparatus such as an organic EL display, a biochip manufacturing apparatus, and the like.

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、少なくとも圧電体層を有する圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の性能を向上させる技術等を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
As described above, according to the present invention, a technique for improving the performance of at least a piezoelectric element having a piezoelectric layer, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus can be provided according to various aspects.
In addition, the configurations disclosed in the embodiments and modifications described above are mutually replaced, the combinations are changed, the known technology, and the configurations disclosed in the embodiments and modifications described above are mutually connected. It is possible to implement a configuration in which replacement or combination is changed. The present invention includes these configurations and the like.

1…記録ヘッド、3…圧電素子、9…リザーバ、10…流路形成基板、11…隔壁、12…圧力発生室、15…シリコン基板、16…振動板、20…下電極、30…圧電体層、40…上電極、45…リード電極、50…保護基板、60…コンプライアンス基板、70…ノズルプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Recording head, 3 ... Piezoelectric element, 9 ... Reservoir, 10 ... Channel formation substrate, 11 ... Partition, 12 ... Pressure generating chamber, 15 ... Silicon substrate, 16 ... Vibration plate, 20 ... Lower electrode, 30 ... Piezoelectric body Layer, 40 ... upper electrode, 45 ... lead electrode, 50 ... protective substrate, 60 ... compliance substrate, 70 ... nozzle plate

Claims (10)

圧力発生室
前記圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜と、
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に形成された第1電極と、
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に形成された第2電極と、
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う保護膜と、を有し、
前記弾性膜の厚さ方向に直交する方向において、前記圧電体層の端部は、前記第2電極の端部より外側に位置し、
前記保護膜は、有機保護膜であり、
前記保護膜は、0.7μm以上3.0μm以下の厚さを有する
液体噴射ヘッド。
And the pressure generating chamber,
An elastic membrane that seals at least a portion of the pressure generating chamber;
A first electrode formed on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generating chamber;
A piezoelectric layer formed on the opposite side of the first electrode from the pressure generating chamber;
A second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the pressure generating chamber;
A protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer,
In a direction perpendicular to the thickness direction of the elastic film, the end of the piezoelectric layer is located outside the end of the second electrode ,
The protective film is an organic protective film,
The protective film is a liquid jet head having a thickness of 0.7 μm or more and 3.0 μm or less .
前記保護膜は、2.6μm以上3.0μm以下の厚さを有する  The protective film has a thickness of 2.6 μm to 3.0 μm.
請求項1の液体噴射ヘッド。  The liquid jet head according to claim 1.
圧力発生室と、  A pressure generating chamber;
前記圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜と、  An elastic membrane that seals at least a portion of the pressure generating chamber;
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に形成された第1電極と、  A first electrode formed on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generating chamber;
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に形成された圧電体層と、  A piezoelectric layer formed on the opposite side of the first electrode from the pressure generating chamber;
前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に形成された第2電極と、  A second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the pressure generating chamber;
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う保護膜と、を有し、  A protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer,
前記弾性膜の厚さ方向に直交する方向において、前記圧電体層の端部は、前記第2電極の端部より外側に位置し、  In a direction perpendicular to the thickness direction of the elastic film, the end of the piezoelectric layer is located outside the end of the second electrode,
前記保護膜は、無機保護膜であり、  The protective film is an inorganic protective film,
前記保護膜は、25nm以上90nm以下の厚さを有する  The protective film has a thickness of 25 nm to 90 nm.
液体噴射ヘッド。  Liquid jet head.
前記第2電極は、10nm以上200nm以下の厚さを有する  The second electrode has a thickness of 10 nm to 200 nm.
請求項1から請求項3の何れかの液体噴射ヘッド。  The liquid jet head according to claim 1.
前記第1電極は、50nm以上500nm以下の厚さを有する  The first electrode has a thickness of 50 nm to 500 nm.
請求項1から請求項4の何れかの液体噴射ヘッド。  The liquid jet head according to claim 1.
前記弾性膜は、0.5μm以上2μm以下の厚さを有する  The elastic membrane has a thickness of 0.5 μm or more and 2 μm or less.
請求項1から請求項5の何れかの液体噴射ヘッド。  The liquid jet head according to claim 1.
空間に重なる第1電極と、
前記第1電極の前記空間とは反対側に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記第1電極とは反対側に形成された第2電極と、
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う保護膜と、を有し、
前記空間から外側に向かう方向において、前記圧電体層の端部は、前記第2電極の端部より外側に位置し、
前記保護膜は、有機保護膜であり、
前記保護膜は、0.7μm以上3.0μm以下の厚さを有する
圧電素子。
A first electrode overlapping the space;
A piezoelectric layer formed on the opposite side of the space of the first electrode;
A second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode;
A protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer,
In the direction from the space to the outside, the end of the piezoelectric layer is located outside the end of the second electrode,
The protective film is an organic protective film,
The protective film is a piezoelectric element having a thickness of 0.7 μm or more and 3.0 μm or less .
空間に重なる第1電極と、  A first electrode overlapping the space;
前記第1電極の前記空間とは反対側に形成された圧電体層と、  A piezoelectric layer formed on the opposite side of the space of the first electrode;
前記圧電体層の前記第1電極とは反対側に形成された第2電極と、  A second electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the first electrode;
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う保護膜と、を有し、  A protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer,
前記空間から外側に向かう方向において、前記圧電体層の端部は、前記第2電極の端部より外側に位置し、  In the direction from the space to the outside, the end of the piezoelectric layer is located outside the end of the second electrode,
前記保護膜は、無機保護膜であり、  The protective film is an inorganic protective film,
前記保護膜は、25nm以上90nm以下の厚さを有する  The protective film has a thickness of 25 nm to 90 nm.
圧電素子。  Piezoelectric element.
圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜を形成し、
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に第1電極を形成し、
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に圧電体層を形成し、
前記弾性膜の厚さ方向に直交する第1方向において、第2電極の端部が、前記圧電体層の端部よりも前記圧力発生室の中心側に位置するように、前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に前記第2電極を形成し、
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う有機保護膜を、0.7μm以上3.0μm以下の厚さに形成する
液体噴射ヘッドの製造方法。
Forming an elastic membrane that seals at least a portion of the pressure generating chamber;
Forming a first electrode on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generating chamber;
Forming a piezoelectric layer on the opposite side of the first electrode from the pressure generating chamber;
In the first direction orthogonal to the thickness direction of the elastic film, the end of the second electrode is positioned closer to the center of the pressure generating chamber than the end of the piezoelectric layer. Forming the second electrode on the opposite side of the pressure generating chamber;
An organic protective film that covers a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer is formed to a thickness of 0.7 μm to 3.0 μm .
圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜を形成し、  Forming an elastic membrane that seals at least a portion of the pressure generating chamber;
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に第1電極を形成し、  Forming a first electrode on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generating chamber;
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に圧電体層を形成し、  Forming a piezoelectric layer on the opposite side of the first electrode from the pressure generating chamber;
前記弾性膜の厚さ方向に直交する第1方向において、第2電極の端部が、前記圧電体層の端部よりも前記圧力発生室の中心側に位置するように、前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に前記第2電極を形成し、  In the first direction orthogonal to the thickness direction of the elastic film, the end of the second electrode is positioned closer to the center of the pressure generating chamber than the end of the piezoelectric layer. Forming the second electrode on the opposite side of the pressure generating chamber;
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う無機保護膜を、25nm以上90nm以下の厚さに形成する  An inorganic protective film that covers a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer is formed to a thickness of 25 nm to 90 nm.
液体噴射ヘッドの製造方法。  A method for manufacturing a liquid jet head.
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