以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド１の構成を説明するための図解的な断面図である。また、図２は、インクジェットヘッド１の主要部の構成を拡大して示す断面図である。
インクジェットヘッド１は、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３と、保護基板４と、駆動ＩＣ５とを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of an inkjet head 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the main part of the inkjet head 1.
The inkjet head 1 includes an actuator substrate 2, a nozzle substrate 3, a protective substrate 4, and a drive IC 5.
アクチュエータ基板２は、たとえばシリコン基板からなり、複数のキャビティ６を区画している。複数のキャビティ６は、たとえば、図１および図２の各紙面に垂直な方向に配列されている。アクチュエータ基板２は、表面２ａに振動膜１０を支持している。振動膜１０は、キャビティ６の天壁を形成しており、キャビティ６を区画している。振動膜１０の上に圧電素子２０が配置されている。
The actuator substrate 2 is made of, for example, a silicon substrate and defines a plurality of cavities 6. The plurality of cavities 6 are arranged, for example, in a direction perpendicular to each paper surface of FIGS. 1 and 2. The actuator substrate 2 supports the vibration film 10 on the surface 2a. The vibrating membrane 10 forms the top wall of the cavity 6 and defines the cavity 6. A piezoelectric element 20 is disposed on the vibration film 10.
アクチュエータ基板２の裏面２ｂにノズル基板３が接合されている。ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなり、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされ、アクチュエータ基板２および振動膜１０とともに、キャビティ６を区画している。ノズル基板３は、キャビティ６に臨む凹部３３を有し、凹部３３の底面にインク吐出通路３１が形成されている。インク吐出通路３１は、ノズル基板３を貫通しており、キャビティ６とは反対側に吐出口３２を有している。したがって、キャビティ６の容積変化が生じると、キャビティ６に溜められたインクは、インク吐出通路３１を通り、吐出口３２から吐出される。
The nozzle substrate 3 is bonded to the back surface 2 b of the actuator substrate 2. The nozzle substrate 3 is made of, for example, a silicon substrate, is bonded to the back surface 2 b of the actuator substrate 2, and defines the cavity 6 together with the actuator substrate 2 and the vibration film 10. The nozzle substrate 3 has a recess 33 that faces the cavity 6, and an ink discharge passage 31 is formed on the bottom surface of the recess 33. The ink discharge passage 31 penetrates the nozzle substrate 3 and has a discharge port 32 on the side opposite to the cavity 6. Accordingly, when the volume change of the cavity 6 occurs, the ink stored in the cavity 6 passes through the ink discharge passage 31 and is discharged from the discharge port 32.
保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子２０を覆うように配置され、アクチュエータ基板２の表面２ａに接合されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２の表面２ａに対向する対向面４１に収容凹所４２を有している。収容凹所４２内に複数のキャビティ６にそれぞれ対応する複数の圧電素子２０が収容されている。
The protective substrate 4 is made of, for example, a silicon substrate. The protective substrate 4 is disposed so as to cover the piezoelectric element 20 and is bonded to the surface 2 a of the actuator substrate 2. The protective substrate 4 has an accommodation recess 42 in a facing surface 41 that faces the surface 2 a of the actuator substrate 2. A plurality of piezoelectric elements 20 respectively corresponding to the plurality of cavities 6 are housed in the housing recesses 42.
駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面２ａに実装されている。アクチュエータ基板２上には、圧電素子２０と駆動ＩＣ５とを接続するための配線１５が形成されている。配線１５は、保護基板４外に引き出されている。配線１５のランド１６上に、駆動ＩＣ５が接合され、それによって駆動ＩＣ５がアクチュエータ基板２上に実装されている。
駆動ＩＣ５は、半導体集積回路であり、たとえばチップサイズパッケージの形態を有していてもよい。駆動ＩＣ５は、具体的には、半導体基板５１と、半導体基板５１の表面５１ａ側に配置された活性領域５２と、半導体基板５１の裏面５１ｂに配置された出力端子としてのバンプ５３とを含む。活性領域５２にトランジスタその他の半導体デバイスが形成されている。活性領域５２を保護するように、半導体基板５１の表面には保護樹脂層５４等が配置されている。半導体基板５１には、貫通ビア５５が形成されている。貫通ビア５５は、ＴＳＶ（Through-Silicon Via）からなっていてもよい。貫通ビア５５は、活性領域５２とバンプ５３とを接続し、活性領域５２に形成された電子回路の出力端子を半導体基板５１の裏面５１ｂに引き出している。半導体基板５１の裏面５１ｂは、駆動ＩＣ５の第１表面５ａである。この第１表面５ａは、アクチュエータ基板２に対向しており、駆動ＩＣ５の出力端子を構成する複数のバンプ５３が集中配置されている。バンプ５３の数は、アクチュエータ基板２上に設けられた圧電素子２０の個数にほぼ相当している。たとえば、アクチュエータ基板２上に約３００個の圧電素子２０が設けられるならば、出力端子としてのバンプ５３の個数は約３００個である。これらのバンプ５３が複数の圧電素子２０に対応する配線１５のランド１６上に接合されている。これにより、ワイヤボンディングやＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を用いることなく、駆動ＩＣ５と圧電素子２０との電気的接続が達成されている。
The drive IC 5 is mounted on the surface 2 a of the actuator substrate 2. A wiring 15 for connecting the piezoelectric element 20 and the drive IC 5 is formed on the actuator substrate 2. The wiring 15 is drawn out of the protective substrate 4. The driving IC 5 is bonded onto the land 16 of the wiring 15, and thereby the driving IC 5 is mounted on the actuator substrate 2.
The drive IC 5 is a semiconductor integrated circuit, and may have a form of a chip size package, for example. Specifically, the drive IC 5 includes a semiconductor substrate 51, an active region 52 disposed on the front surface 51 a side of the semiconductor substrate 51, and bumps 53 as output terminals disposed on the back surface 51 b of the semiconductor substrate 51. Transistors and other semiconductor devices are formed in the active region 52. A protective resin layer 54 and the like are disposed on the surface of the semiconductor substrate 51 so as to protect the active region 52. A through via 55 is formed in the semiconductor substrate 51. The through via 55 may be made of TSV (Through-Silicon Via). The through via 55 connects the active region 52 and the bump 53, and leads the output terminal of the electronic circuit formed in the active region 52 to the back surface 51 b of the semiconductor substrate 51. The back surface 51 b of the semiconductor substrate 51 is the first surface 5 a of the drive IC 5. The first surface 5 a faces the actuator substrate 2, and a plurality of bumps 53 constituting the output terminal of the drive IC 5 are concentratedly arranged. The number of bumps 53 substantially corresponds to the number of piezoelectric elements 20 provided on the actuator substrate 2. For example, if about 300 piezoelectric elements 20 are provided on the actuator substrate 2, the number of bumps 53 as output terminals is about 300. These bumps 53 are bonded onto the lands 16 of the wiring 15 corresponding to the plurality of piezoelectric elements 20. Thereby, the electrical connection between the driving IC 5 and the piezoelectric element 20 is achieved without using wire bonding or FPC (flexible printed circuit board).
半導体基板５１の活性領域５２側に位置する駆動ＩＣ５の第２表面５ｂには、活性領域５２に接続された入力端子５６が集中配置されている。入力端子５６は、保護樹脂層５４から露出したパッドの形態を有していてもよい。一方、アクチュエータ基板２には、駆動ＩＣ５の近傍に、ＦＰＣ５７の一端が固定されている。ＦＰＣ５７の複数の芯線に複数の入力端子５６がボンディングワイヤ５８を介してそれぞれ接続されている。入力端子５６の数はたとえば２０本程度であり、それに応じて、ＦＰＣ５７の芯線の数も２０本程度である。ＦＰＣ５７は、たとえば、制御用ＩＣ（図示せず）に接続されている。
Input terminals 56 connected to the active region 52 are concentrated on the second surface 5b of the driving IC 5 located on the active region 52 side of the semiconductor substrate 51. The input terminal 56 may have a pad shape exposed from the protective resin layer 54. On the other hand, one end of the FPC 57 is fixed to the actuator substrate 2 in the vicinity of the drive IC 5. A plurality of input terminals 56 are connected to a plurality of core wires of the FPC 57 via bonding wires 58, respectively. The number of input terminals 56 is, for example, about 20, and the number of core wires of the FPC 57 is accordingly about 20. The FPC 57 is connected to a control IC (not shown), for example.
保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク８が配置されている。保護基板４を貫通するようにインク供給路４３が形成されている。インクタンク８のインク供給口８ａはインク供給路４３に結合されている。保護基板４のインク供給路４３は、アクチュエータ基板２内のインク供給路４４に連通している。インク供給路４４は、キャビティ６に連通している。したがって、インク供給源であるインクタンク８内のインクは、インク供給路４３，４４を通ってキャビティ６に供給される。
An ink tank 8 that stores ink is disposed on the protective substrate 4. An ink supply path 43 is formed so as to penetrate the protective substrate 4. The ink supply port 8 a of the ink tank 8 is coupled to the ink supply path 43. The ink supply path 43 of the protective substrate 4 communicates with the ink supply path 44 in the actuator substrate 2. The ink supply path 44 communicates with the cavity 6. Therefore, the ink in the ink tank 8 as an ink supply source is supplied to the cavity 6 through the ink supply paths 43 and 44.
図３は、インクジェットヘッド１（とくにアクチュエータ基板２）の模式的な平面図である。図４は、図３のIV-IV線に沿う模式的な拡大断面図である。図５は、インクジェットヘッド１（とくにアクチュエータ基板２）の模式的な斜視図である。前述の図２は、図３のII−II線に沿う断面図である。
アクチュエータ基板２の表面２ａに振動膜形成層１１が形成されている。振動膜形成層１１において、キャビティ６の底面壁を構成している部分、すなわち、キャビティ６を区画している部分が振動膜１０である。
FIG. 3 is a schematic plan view of the inkjet head 1 (particularly, the actuator substrate 2). FIG. 4 is a schematic enlarged sectional view taken along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view of the inkjet head 1 (particularly the actuator substrate 2). 2 described above is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
A vibration film forming layer 11 is formed on the surface 2 a of the actuator substrate 2. In the vibration film forming layer 11, the part constituting the bottom wall of the cavity 6, that is, the part defining the cavity 6 is the vibration film 10.
キャビティ６は、この実施形態では、アクチュエータ基板２を貫通して形成されている。アクチュエータ基板２にはさらに、キャビティ６に連通するインク通路５０が形成されている。インク通路５０は、キャビティ６に連通しており、インクタンク８から保護基板４のインク供給路４３およびアクチュエータ基板のインク供給路４４を介して供給されるインクをキャビティ６に導くように形成されている。インク通路５０からキャビティ６に導入されたインクは、キャビティ６の長手方向に平行なインク流通方向４５に沿って移動し、インク吐出通路３１に達する。
In this embodiment, the cavity 6 is formed through the actuator substrate 2. The actuator substrate 2 further has an ink passage 50 communicating with the cavity 6. The ink passage 50 communicates with the cavity 6 and is formed to guide ink supplied from the ink tank 8 through the ink supply path 43 of the protective substrate 4 and the ink supply path 44 of the actuator substrate to the cavity 6. Yes. The ink introduced from the ink passage 50 into the cavity 6 moves along the ink circulation direction 45 parallel to the longitudinal direction of the cavity 6 and reaches the ink discharge passage 31.
アクチュエータ基板２には、複数のキャビティ６が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のキャビティ６は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各キャビティ６は、平面視において、インク通路５０からインク吐出通路３１に向かうインク流通方向４５に沿って細長く延びた長方形形状を有している。キャビティ６の天面部は、インク流通方向４５に沿う２つの側縁６ａ，６ｂと、インク流通方向４５に直交する方向に沿う２つの端縁６ｃ，６ｄとを有している。インク通路５０は、キャビティ６の一端部において、２つの通路に分かれて形成されており、共通インク通路４９に連通している。共通インク通路４９は、複数のキャビティ６に対応したインク通路５０に連通している。インクタンク８からのインクが導かれるインク供給路４４は、共通インク通路４９に連通している。図３および図５に示すように、複数のインク供給路４４が、共通インク通路４９に沿って間隔を開けて配列されている。インク供給路４４は、振動膜１０（配線１５が配置されているところではさらに配線１５）を貫通し、さらにアクチュエータ基板２を共通インク通路４９まで貫通して形成されている。
In the actuator substrate 2, a plurality of cavities 6 extend in parallel to each other and are formed in a stripe shape. The plurality of cavities 6 are formed at equal intervals with a minute interval (for example, about 30 μm to 350 μm) in the width direction thereof. Each of the cavities 6 has a rectangular shape elongated in the ink flow direction 45 from the ink passage 50 toward the ink discharge passage 31 in a plan view. The top surface portion of the cavity 6 has two side edges 6 a and 6 b along the ink circulation direction 45 and two end edges 6 c and 6 d along a direction orthogonal to the ink circulation direction 45. The ink passage 50 is divided into two passages at one end of the cavity 6 and communicates with the common ink passage 49. The common ink passage 49 communicates with the ink passages 50 corresponding to the plurality of cavities 6. The ink supply path 44 through which the ink from the ink tank 8 is guided communicates with the common ink path 49. As shown in FIGS. 3 and 5, a plurality of ink supply paths 44 are arranged at intervals along the common ink path 49. The ink supply path 44 is formed so as to penetrate the vibration film 10 (the wiring 15 where the wiring 15 is disposed) and further penetrate the actuator substrate 2 to the common ink path 49.
各キャビティ６は、振動膜１０と、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。キャビティ６の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク通路５０は、キャビティ６の長手方向一端部（この実施形態では、吐出口３２とは反対側に位置する端部）に連通するように形成されている。ノズル基板３の吐出口３２は、この実施形態では、キャビティ６の長手方向に関する他端部付近に配置されている。
Each cavity 6 is partitioned by the vibration film 10, the actuator substrate 2, and the nozzle substrate 3, and in this embodiment, is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. The length of the cavity 6 may be, for example, about 800 μm and the width thereof may be about 55 μm. The ink passage 50 is formed so as to communicate with one end portion in the longitudinal direction of the cavity 6 (in this embodiment, the end portion located on the side opposite to the ejection port 32). In this embodiment, the discharge port 32 of the nozzle substrate 3 is disposed near the other end in the longitudinal direction of the cavity 6.
振動膜１０は、酸化シリコン膜の単膜であってもよいし、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積層した積層膜であってもよい。キャビティ６は、アクチュエータ基板２を貫通している必要はなく、圧電素子２０側の一部を残すように下面側から掘り込んだ凹所であってもよい。この場合には、アクチュエータ基板２の残部は、振動膜１０の一部を構成する。この明細書において、振動膜１０とは、振動膜形成層１１のうちキャビティ６を区画している天壁部を意味している。
The vibration film 10 may be a single film of a silicon oxide film or a laminated film in which a silicon nitride film is laminated on a silicon oxide film. The cavity 6 does not need to penetrate the actuator substrate 2 and may be a recess dug from the lower surface side so as to leave a part on the piezoelectric element 20 side. In this case, the remaining part of the actuator substrate 2 constitutes a part of the vibration film 10. In this specification, the vibration film 10 means a top wall portion defining the cavity 6 in the vibration film forming layer 11.
振動膜１０の厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。振動膜１０が酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。振動膜１０が、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体から構成される場合には、シリコン層、酸化シリコン層および窒化シリコン層の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
The thickness of the vibration film 10 is, for example, 0.4 μm to 2 μm. When the vibration film 10 is composed of a silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film may be about 1.2 μm. When the vibration film 10 is composed of a laminate of a silicon layer, a silicon oxide layer, and a silicon nitride layer, the thicknesses of the silicon layer, the silicon oxide layer, and the silicon nitride layer are about 0.4 μm, respectively. Also good.
振動膜１０上に圧電素子２０が配置されている。振動膜１０と圧電素子２０とによって、圧電アクチュエータ（圧電装置の一例）が構成されている。圧電素子２０は、振動膜形成層１１上に形成された下部電極２２と、下部電極２２上に形成された圧電体膜２４と、圧電体膜２４上に形成された上部電極２１とを備えている。言い換えれば、圧電素子２０は、圧電体膜２４を上部電極２１および下部電極２２で挟むことにより構成されている。
A piezoelectric element 20 is disposed on the vibration film 10. The vibration film 10 and the piezoelectric element 20 constitute a piezoelectric actuator (an example of a piezoelectric device). The piezoelectric element 20 includes a lower electrode 22 formed on the vibration film forming layer 11, a piezoelectric film 24 formed on the lower electrode 22, and an upper electrode 21 formed on the piezoelectric film 24. Yes. In other words, the piezoelectric element 20 is configured by sandwiching the piezoelectric film 24 between the upper electrode 21 and the lower electrode 22.
下部電極２２は、たとえば、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を振動膜１０側から順に積層した２層構造を有していてもよい。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極２２を形成することもできる。下部電極２２は、圧電体膜２４の下面に接した主電極部２２Ａと、圧電体膜２４の外方の領域まで延びた延長部２２Ｂ（図４参照）とを有している。
The lower electrode 22 may have a two-layer structure in which, for example, a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer are sequentially stacked from the vibrating membrane 10 side. In addition, the lower electrode 22 may be formed of a single film such as an Au (gold) film, a Cr (chromium) layer, or a Ni (nickel) layer. The lower electrode 22 includes a main electrode portion 22A that is in contact with the lower surface of the piezoelectric film 24, and an extension 22B (see FIG. 4) that extends to a region outside the piezoelectric film 24.
圧電体膜２４としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜２４は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜２４の厚さは、１μｍ〜５μｍが好ましい。振動膜１０の全体の厚さは、圧電体膜２４の厚さと同程度か、圧電体膜２４の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
As the piezoelectric film 24, for example, a PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 : lead zirconate titanate) film formed by a sol-gel method or a sputtering method can be applied. Such a piezoelectric film 24 is made of a sintered body of metal oxide crystals. The thickness of the piezoelectric film 24 is preferably 1 μm to 5 μm. The total thickness of the vibration film 10 is preferably about the same as the thickness of the piezoelectric film 24 or about 2/3 of the thickness of the piezoelectric film 24.
上部電極２１は、圧電体膜２４と平面視でほぼ同じ形状に形成されている。上部電極２１は、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。
振動膜形成層１１の表面、圧電素子２０の表面および下部電極２２の延長部２２Ｂの表面は、水素バリア膜１２によって覆われている。水素バリア膜１２は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。これにより、圧電体膜２４の水素還元による特性劣化を防止することができる。水素バリア膜１２上には、絶縁膜１３が積層されている。絶縁膜１３は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。絶縁膜１３上に配線１５が形成されている。配線１５は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。
The upper electrode 21 is formed in substantially the same shape as the piezoelectric film 24 in plan view. The upper electrode 21 may have a stacked structure in which a conductive oxide film (for example, IrO 2 (iridium oxide) film) and a metal film (for example, Ir (iridium) film) are stacked.
The surface of the vibration film forming layer 11, the surface of the piezoelectric element 20, and the surface of the extension 22 </ b> B of the lower electrode 22 are covered with the hydrogen barrier film 12. The hydrogen barrier film 12 is made of, for example, Al 2 O 3 (alumina). Thereby, characteristic deterioration due to hydrogen reduction of the piezoelectric film 24 can be prevented. An insulating film 13 is laminated on the hydrogen barrier film 12. The insulating film 13 is made of, for example, SiO 2 . A wiring 15 is formed on the insulating film 13. The wiring 15 may be made of a metal material containing Al (aluminum).
配線１５の一端部は、上部電極２１の一端部の上方に配置されている。配線１５と上部電極２１との間において、水素バリア膜１２および絶縁膜１３を連続して貫通する貫通孔（コンタクト孔）１４が形成されている。配線１５の一端部は、貫通孔１４に入り込み、貫通孔１４内で上部電極２１に接続されている。配線１５は、一端部が上部電極２１の一端部（圧電素子２０の一方の端縁側の端部）に接続されかつ平面視において、インク流通方向と反対方向に延びて引き出されている。ランド１６は、配線１５の先端に配置され、配線１５と一体化している。水素バリア膜１２および絶縁膜１３には、上部電極２１の表面の中央部（上部電極２１の表面における周縁部によって囲まれた部分）に相当する領域に開口１７（図２参照）が形成されている。この開口１７は、上部電極２１の長手方向に長い矩形である。
One end of the wiring 15 is disposed above one end of the upper electrode 21. Between the wiring 15 and the upper electrode 21, a through hole (contact hole) 14 that continuously penetrates the hydrogen barrier film 12 and the insulating film 13 is formed. One end of the wiring 15 enters the through hole 14 and is connected to the upper electrode 21 in the through hole 14. One end portion of the wiring 15 is connected to one end portion of the upper electrode 21 (the end portion on one end edge side of the piezoelectric element 20), and is extended and drawn in a direction opposite to the ink circulation direction in a plan view. The land 16 is disposed at the tip of the wiring 15 and is integrated with the wiring 15. In the hydrogen barrier film 12 and the insulating film 13, an opening 17 (see FIG. 2) is formed in a region corresponding to the center of the surface of the upper electrode 21 (the portion surrounded by the peripheral edge on the surface of the upper electrode 21). Yes. The opening 17 is a rectangle that is long in the longitudinal direction of the upper electrode 21.
図２に表れているように、下部電極２２の延長部２２Ｂは、アクチュエータ基板２上で引き回されて駆動ＩＣ５の実装領域に達している。この実装領域には、下部電極２２を外部に接続するためのランド２２Ｃが配置されている。ランド２２Ｃには、駆動ＩＣ５のバンプ５３が接合されている。こうして、下部電極２２と駆動ＩＣ５との接続が達成されている。
As shown in FIG. 2, the extension 22 </ b> B of the lower electrode 22 is routed on the actuator substrate 2 and reaches the mounting area of the drive IC 5. In this mounting region, a land 22C for connecting the lower electrode 22 to the outside is disposed. The bumps 53 of the drive IC 5 are bonded to the land 22C. Thus, the connection between the lower electrode 22 and the driving IC 5 is achieved.
圧電素子２０は、振動膜１０を挟んでキャビティ６に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子２０は、振動膜１０のキャビティ６とは反対側の表面に接するように形成されている。アクチュエータ基板２上に振動膜形成層１１が形成されており、この振動膜形成層１１においてキャビティ６の周囲の部分によって振動膜１０が支持されている。こうして、振動膜１０は、アクチュエータ基板２に支持されている。振動膜１０は、キャビティ６に対向する方向（換言すれば振動膜１０の厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
The piezoelectric element 20 is formed at a position facing the cavity 6 with the vibration film 10 interposed therebetween. That is, the piezoelectric element 20 is formed so as to be in contact with the surface of the vibration film 10 opposite to the cavity 6. A vibration film forming layer 11 is formed on the actuator substrate 2, and the vibration film 10 is supported by a portion around the cavity 6 in the vibration film forming layer 11. Thus, the vibration film 10 is supported on the actuator substrate 2. The vibrating membrane 10 is flexible so that it can be deformed in the direction facing the cavity 6 (in other words, the thickness direction of the vibrating membrane 10).
駆動ＩＣ５は、バンプ５３および配線１５を介して複数の圧電素子２０のそれぞれの上部電極２１に接続されており、別のバンプ５３を介して複数の圧電素子２０に共通の下部電極２２に接続されている。これにより、駆動ＩＣ５は、各圧電素子２０の上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加することができる。駆動ＩＣ５から圧電素子２０に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜２４が変形する。これにより、圧電素子２０とともに振動膜１０が変形し、それによって、キャビティ６の容積変化がもたらされ、キャビティ６内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３１を通って、吐出口３２から微小液滴となって吐出される。
The drive IC 5 is connected to the upper electrodes 21 of the plurality of piezoelectric elements 20 via the bumps 53 and the wirings 15, and is connected to the lower electrode 22 common to the plurality of piezoelectric elements 20 via the other bumps 53. ing. Thereby, the drive IC 5 can apply a drive voltage between the upper electrode 21 and the lower electrode 22 of each piezoelectric element 20. When a drive voltage is applied from the drive IC 5 to the piezoelectric element 20, the piezoelectric film 24 is deformed by the inverse piezoelectric effect. Thereby, the vibrating membrane 10 is deformed together with the piezoelectric element 20, thereby causing a volume change of the cavity 6 and pressurizing the ink in the cavity 6. The pressurized ink passes through the ink discharge passage 31 and is discharged as fine droplets from the discharge port 32.
圧電素子２０は、インク流通方向４５（振動膜１０の長手方向と同方向）の長さが、振動膜１０の長手方向の長さよりも短く形成されており、平面視矩形形状を有している。そして、図３に示すように、圧電素子２０の長手方向の両端縁２０ｄ，２０ｃは、振動膜１０の対応する両端縁（平面視においてキャビティ６の両端縁６ｃ，６ｄと一致）に対して、所定の間隔ｄ１（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。また、圧電素子２０は、振動膜１０の長手方向に直交する短手方向（アクチュエータ基板２の主面に平行な方向）の幅が、振動膜１０（キャビティ６の天面部）の当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。そして、圧電素子２０の長手方向に沿う両側縁２０ａ，２０ｂは、振動膜１０の対応する両側縁（平面視においてキャビティ６の両側縁６ａ，６ｂと一致）に対して、所定の間隔ｄ２（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。
The piezoelectric element 20 has a length in the ink distribution direction 45 (the same direction as the longitudinal direction of the vibration film 10) shorter than the length in the longitudinal direction of the vibration film 10, and has a rectangular shape in plan view. . As shown in FIG. 3, both end edges 20 d and 20 c in the longitudinal direction of the piezoelectric element 20 are corresponding to both corresponding end edges of the vibration film 10 (matching both end edges 6 c and 6 d of the cavity 6 in plan view). They are arranged inside with a predetermined distance d1 (for example, 5 μm). In addition, the piezoelectric element 20 has a width in the short direction perpendicular to the longitudinal direction of the vibration film 10 (direction parallel to the main surface of the actuator substrate 2) in the short direction of the vibration film 10 (the top surface portion of the cavity 6). It is formed narrower than the width of. Then, both side edges 20a and 20b along the longitudinal direction of the piezoelectric element 20 are set to a predetermined distance d2 (for example, with the side edges 6a and 6b of the cavity 6 in plan view) corresponding to the corresponding side edges of the diaphragm 10 (for example, in plan view). 5 μm) is opened and arranged inside.
下部電極２２は、図３に示すように、平面視において、インク流通方向４５に所定幅を有し、かつインク流通方向４５と直交する方向に複数のキャビティ６を跨いで延びており、複数の圧電素子２０に対して共用される共通電極である。下部電極２２のインク流通方向４５と直交する方向に沿う第１の辺２２ａは、平面視において、複数の圧電素子２０の一方の端縁を結ぶ線と整合している。下部電極２２の第１の辺２２ａに対向する第２の辺２２ｂは、複数の圧電素子２０の他方の端縁に対応するキャビティ６の端縁６ｄ（振動膜１０の端縁）よりも外側（インク流通方向４５の下流側）に配置されている。
As shown in FIG. 3, the lower electrode 22 has a predetermined width in the ink circulation direction 45 and extends across the plurality of cavities 6 in a direction orthogonal to the ink circulation direction 45 in a plan view. It is a common electrode shared for the piezoelectric element 20. The first side 22a along the direction orthogonal to the ink flow direction 45 of the lower electrode 22 is aligned with a line connecting one end edge of the plurality of piezoelectric elements 20 in plan view. A second side 22b opposite to the first side 22a of the lower electrode 22 is outside the edge 6d of the cavity 6 corresponding to the other edge of the plurality of piezoelectric elements 20 (the edge of the vibration film 10) ( It is disposed on the downstream side of the ink distribution direction 45.
下部電極２２は、圧電素子２０を構成する平面視矩形状の主電極部２２Ａと、主電極部２２Ａから振動膜形成層１１の表面に沿う方向に引き出され、キャビティ６の天面部（振動膜１０）の周縁を跨いでキャビティ６の天面部の周縁の外方に延びた延長部２２Ｂとを含んでいる。主電極部２２Ａの平面視における形状、大きさおよび配置は、圧電素子２０と同様である。
The lower electrode 22 is pulled out in a direction along the surface of the vibration film forming layer 11 from the main electrode part 22A having a rectangular shape in plan view and constituting the piezoelectric element 20, and the top surface part of the cavity 6 (the vibration film 10). ) And an extension 22B extending outward from the periphery of the top surface of the cavity 6. The shape, size, and arrangement of the main electrode portion 22A in plan view are the same as those of the piezoelectric element 20.
延長部２２Ｂは、平面視において、主電極部２２Ａの各側縁からキャビティ６の天面部の対応する側縁を跨いで、キャビティ６の天面部の側縁の外方に延びている。延長部２２Ｂは、下部電極２２の全領域のうちの主電極部２２Ａを除いた領域である。延長部２２Ｂには、各圧電素子２０のインク流通方向４５の下流側に、下部電極２２を貫通する平面視矩形状の切除部２２Ｄが形成されている。各切除部２２Ｄは、平面視において、インク流通方向４５に沿う２つの側縁（短辺）と、インク流通方向に直交する方向に沿う２つの端縁（長辺）とを有している。切除部２２Ｄの一方の端縁はインク流通方向に関して圧電素子２０の端縁（主電極部２２Ａの下流側の端縁）と整合する位置に配置され、他方の端縁は振動膜１０の端縁よりも外側（インク流通方向４５の下流側）に配置されている。切除部２２Ｄの一方の側縁は振動膜１０の一方の側縁よりも外側に配置され、切除部２２Ｄの他方の側縁は振動膜１０の他方の側縁よりも外側に配置されている。したがって、平面視において、振動膜１０の端縁側の端部は切除部２２Ｄの内側に配置されている。
The extension 22B extends outward from the side edge of the top surface portion of the cavity 6 across the corresponding side edge of the top surface portion of the cavity 6 from each side edge of the main electrode portion 22A in plan view. The extension portion 22B is a region excluding the main electrode portion 22A in the entire region of the lower electrode 22. In the extension portion 22B, a cut-out portion 22D having a rectangular shape in plan view that penetrates the lower electrode 22 is formed on the downstream side in the ink circulation direction 45 of each piezoelectric element 20. Each cut portion 22D has two side edges (short sides) along the ink circulation direction 45 and two end edges (long sides) along a direction orthogonal to the ink circulation direction in plan view. One edge of the cut portion 22D is disposed at a position aligned with the edge of the piezoelectric element 20 (the edge on the downstream side of the main electrode portion 22A) in the ink flow direction, and the other edge is the edge of the vibrating membrane 10 It is arranged on the outer side (downstream side in the ink circulation direction 45). One side edge of the excision part 22D is arranged outside the one side edge of the vibration film 10, and the other side edge of the excision part 22D is arranged outside the other side edge of the vibration film 10. Therefore, in plan view, the end portion on the edge side of the vibrating membrane 10 is disposed inside the cut portion 22D.
上部電極２１は、平面視において、下部電極２２の主電極部２２Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極２１の平面視における形状、大きさおよび配置は、圧電素子２０と同様である。
圧電体膜２４は、平面視において、上部電極２１と同じパターン、すなわち、圧電素子２０と同じパターンの矩形状に形成されている。圧電体膜２４の下面は下部電極２２の主電極部２２Ａの上面に接しており、圧電体膜２４の上面は上部電極２１の下面に接している。
The upper electrode 21 is formed in a rectangular shape having the same pattern as the main electrode portion 22A of the lower electrode 22 in plan view. That is, the shape, size, and arrangement of the upper electrode 21 in plan view are the same as those of the piezoelectric element 20.
The piezoelectric film 24 is formed in a rectangular shape having the same pattern as the upper electrode 21 in plan view, that is, the same pattern as the piezoelectric element 20. The lower surface of the piezoelectric film 24 is in contact with the upper surface of the main electrode portion 22 A of the lower electrode 22, and the upper surface of the piezoelectric film 24 is in contact with the lower surface of the upper electrode 21.
下部電極２２の延長部２２Ｂには、隣接するキャビティ６の間に分離溝６０が形成されている。分離溝６０は、この実施形態では、キャビティ６の長手方向に沿って直線状に延びており、下部電極２２を各キャビティ６に対応する部分に分離している。分離溝６０の両端は、この実施形態では、キャビティ６の両端よりも長手方向に関して外側に位置している。したがって、分離溝６０は、隣接するキャビティ６を区画する区画壁６１（図４参照）の一端から他端に至る範囲に渡って形成されている。分離溝６０は、図４に示すように、下部電極２２および振動膜１０を貫通し、隣接するキャビティ６間を区画する区画壁６１に達している。分離溝６０の区画壁６１に形成された部分は、区画壁６１の高さ（キャビティ６の高さに等しい）の２分の１を超える深さを有している。
A separation groove 60 is formed between adjacent cavities 6 in the extension 22B of the lower electrode 22. In this embodiment, the separation groove 60 extends linearly along the longitudinal direction of the cavity 6, and separates the lower electrode 22 into portions corresponding to the cavities 6. In this embodiment, both ends of the separation groove 60 are located outside in the longitudinal direction from both ends of the cavity 6. Therefore, the separation groove 60 is formed over a range from one end to the other end of the partition wall 61 (see FIG. 4) that partitions the adjacent cavity 6. As shown in FIG. 4, the separation groove 60 passes through the lower electrode 22 and the vibrating membrane 10 and reaches a partition wall 61 that partitions the adjacent cavities 6. The portion formed in the partition wall 61 of the separation groove 60 has a depth that exceeds one half of the height of the partition wall 61 (equal to the height of the cavity 6).
このように、分離溝６０は、隣接するキャビティ６に対応した振動膜１０および下部電極２２を互いに分離している。これにより、各キャビティ６の振動膜１０は、隣接するキャビティ６の振動膜１０から独立して変位することができる。さらに、分離溝６０は、隣接するキャビティ６間の区画壁６１にまで達する深さに形成されているので、振動膜１０の変位に伴って区画壁６１も変位させることができる。
Thus, the separation groove 60 separates the vibrating membrane 10 and the lower electrode 22 corresponding to the adjacent cavities 6 from each other. Thereby, the vibration film 10 of each cavity 6 can be displaced independently from the vibration film 10 of the adjacent cavity 6. Furthermore, since the separation groove 60 is formed to a depth reaching the partition wall 61 between the adjacent cavities 6, the partition wall 61 can be displaced with the displacement of the vibrating membrane 10.
圧電体膜２４は、図４に示すように、短手方向に沿う横断面において、短手方向中央部に厚膜部２５を有し、短手方向両側部に薄膜部２６を有している。厚膜部２５および薄膜部２６は、それぞれ、キャビティ６の長手方向に沿って直線帯状に延びている。厚膜部２５の幅は、たとえば、キャビティ６の短手方向の長さの半分以下である。図２および図３に示すように、厚膜部２５は、キャビティ６の長手方向の長さが圧電体膜２４の同方向の長さよりも短い。そして、圧電体膜２４の両端部には、薄膜部２６が形成されている。すなわち、薄膜部２６は、厚膜部２５を環状に取り囲むように、圧電体膜２４の周縁に沿って帯状に形成されている。厚膜部２５は、圧電素子２０および振動膜１０を含む可動部分の中央付近における慣性質量の増加に寄与する錘として機能する。上部電極２１は、厚膜部２５および薄膜部２６に接している。
As shown in FIG. 4, the piezoelectric film 24 has a thick film portion 25 at the center in the short direction and thin film portions 26 at both sides in the short direction in a cross section along the short direction. . Each of the thick film portion 25 and the thin film portion 26 extends in a straight strip shape along the longitudinal direction of the cavity 6. The width of the thick film portion 25 is, for example, half or less of the length of the cavity 6 in the short direction. As shown in FIGS. 2 and 3, in the thick film portion 25, the length of the cavity 6 in the longitudinal direction is shorter than the length of the piezoelectric film 24 in the same direction. Thin film portions 26 are formed at both ends of the piezoelectric film 24. That is, the thin film portion 26 is formed in a band shape along the periphery of the piezoelectric film 24 so as to surround the thick film portion 25 in an annular shape. The thick film portion 25 functions as a weight that contributes to an increase in inertial mass in the vicinity of the center of the movable part including the piezoelectric element 20 and the vibration film 10. The upper electrode 21 is in contact with the thick film portion 25 and the thin film portion 26.
厚膜部２５と薄膜部２６との境界部には、厚膜部２５と薄膜部２６との膜厚の差に対応した段差面２８（図２および図４参照）が生じている。そして、厚膜部２５の表面と段差面２８とはほぼ直角に交差しており、それによって、屈曲部２７が形成されている。前述のとおり、薄膜部２６が環状に形成されているので、屈曲部２７も環状に形成されている。すなわち、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向に沿って延びる両側部と、それらの両側部をキャビティ６の長手方向両端部で結合する両端部とを有している。屈曲部２７は、上部電極２１および下部電極２２間に駆動電圧が印加されて圧電素子２０とともに振動膜１０が変位するときに、その変位が始まる起点部として機能する。
At the boundary portion between the thick film portion 25 and the thin film portion 26, a step surface 28 (see FIGS. 2 and 4) corresponding to the difference in film thickness between the thick film portion 25 and the thin film portion 26 occurs. And the surface of the thick film part 25 and the level | step difference surface 28 cross | intersect at substantially right angle, and the bending part 27 is formed by it. As described above, since the thin film portion 26 is formed in an annular shape, the bent portion 27 is also formed in an annular shape. That is, the bent portion 27 has both side portions that extend along the longitudinal direction of the cavity 6 and both end portions that connect the both side portions at both ends in the longitudinal direction of the cavity 6. The bending portion 27 functions as a starting point where the displacement starts when the vibration film 10 is displaced together with the piezoelectric element 20 when a driving voltage is applied between the upper electrode 21 and the lower electrode 22.
また、図２および図４に示すように、キャビティ６の内壁面６２は、振動膜１０と接する箇所に曲面部６２Ａを有している。曲面部６２Ａは、振動膜１０と内壁面６２とが接する周縁の全周に渡っていることが好ましい。曲面部６２Ａは、その上縁において振動膜１０と接し、その下縁において平坦面部６２Ｂに連なっている。曲面部６２Ａは、振動膜１０と接する縁部からキャビティ６の外方およびノズル基板３へと向かって後退する凹湾曲面を形成している。平坦面部６２Ｂは、キャビティ６の内壁面６２の一部である。平坦面部６２Ｂの下縁は、ノズル基板３に接している。平坦面部６２Ｂは、振動膜１０の法線方向に沿っていてもよいし、振動膜１０の法線方向に対して傾斜していてもよい。たとえば、平坦面部６２Ｂは、曲面部６２Ａに連続する縁部から、振動膜１０の法線方向に対して、キャビティ６の外方およびノズル基板３へと向かって傾斜していることが好ましい。
As shown in FIGS. 2 and 4, the inner wall surface 62 of the cavity 6 has a curved surface portion 62 </ b> A at a location in contact with the vibrating membrane 10. The curved surface portion 62 </ b> A preferably extends over the entire circumference of the peripheral edge where the vibrating membrane 10 and the inner wall surface 62 are in contact. The curved surface portion 62A is in contact with the vibration film 10 at the upper edge thereof and is continuous with the flat surface portion 62B at the lower edge thereof. The curved surface portion 62 </ b> A forms a concave curved surface that recedes toward the outside of the cavity 6 and toward the nozzle substrate 3 from the edge in contact with the vibration film 10. The flat surface portion 62 </ b> B is a part of the inner wall surface 62 of the cavity 6. The lower edge of the flat surface portion 62B is in contact with the nozzle substrate 3. The flat surface portion 62 </ b> B may be along the normal direction of the vibration film 10 or may be inclined with respect to the normal direction of the vibration film 10. For example, the flat surface portion 62 </ b> B is preferably inclined from the edge continuous with the curved surface portion 62 </ b> A toward the outside of the cavity 6 and toward the nozzle substrate 3 with respect to the normal direction of the vibration film 10.
図６に拡大平面図を示すように、上部電極２１には、周縁から内方に抉れたノッチ部３５が形成されている。ノッチ部３５は、この実施形態では、上部電極２１の一角部に配置されており、上部電極２１の一端からキャビティ６の長手方向に沿って直線状に所定長だけ延びている。ノッチ部３５内に、動作監視電極２３が配置されている。動作監視電極２３は、圧電体膜２４の上面に接している。動作監視電極２３は、平面視において、キャビティ６と重なる領域（ノッチ部３５内）に配置されている。したがって、動作監視電極２３は、圧電体膜２４を挟んで下部電極２２の主電極部２２Ａに対向している。動作監視電極２３は、ノッチ部３５内でＵ字形状に形成されている。動作監視電極２３の両端部には、一対の端子部２３ａ，２３ｂが設けられている。一対の端子部２３ａ，２３ｂは、ノッチ部３５外にある。この実施形態では、一対の端子部２３ａ，２３ｂは、キャビティ６の外方の領域、より具体的には保護基板４の外方の領域において、アクチュエータ基板２上に配置されている。
As shown in the enlarged plan view of FIG. 6, the upper electrode 21 is formed with a notch 35 that is inward from the periphery. In this embodiment, the notch portion 35 is arranged at one corner of the upper electrode 21 and extends linearly from the one end of the upper electrode 21 along the longitudinal direction of the cavity 6 by a predetermined length. The operation monitoring electrode 23 is disposed in the notch portion 35. The operation monitoring electrode 23 is in contact with the upper surface of the piezoelectric film 24. The operation monitoring electrode 23 is arranged in a region overlapping with the cavity 6 (in the notch portion 35) in plan view. Therefore, the operation monitoring electrode 23 faces the main electrode portion 22A of the lower electrode 22 with the piezoelectric film 24 interposed therebetween. The operation monitoring electrode 23 is formed in a U shape within the notch portion 35. A pair of terminal portions 23 a and 23 b are provided at both ends of the operation monitoring electrode 23. The pair of terminal portions 23 a and 23 b are outside the notch portion 35. In this embodiment, the pair of terminal portions 23 a and 23 b are disposed on the actuator substrate 2 in a region outside the cavity 6, more specifically in a region outside the protective substrate 4.
一対の端子部２３ａ，２３ｂは駆動状態監視回路３６に接続されている。駆動状態監視回路３６は、端子部２３ａ，２３ｂ間の電気抵抗、すなわち、動作監視電極２３の電気抵抗を測定し、それによって、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出回路を含む。逆圧電効果によって圧電体膜２４が伸縮すると、それに応じて圧電体膜２４の温度が上昇する。駆動状態監視回路３６は、圧電体膜２４の温度を測定することにより、圧電素子２０の動作状態を検出する。圧電素子２０に駆動電圧が印加されているにもかかわらず、圧電体膜２４の温度上昇が検出されなければ、圧電素子２０に異常が生じている可能性がある。このように、この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４の温度を検出するために用いられる温度検出電極である。
The pair of terminal portions 23 a and 23 b are connected to the drive state monitoring circuit 36. The drive state monitoring circuit 36 includes a temperature detection circuit that measures the electrical resistance between the terminal portions 23 a and 23 b, that is, the electrical resistance of the operation monitoring electrode 23, thereby detecting the temperature of the piezoelectric film 24. When the piezoelectric film 24 expands and contracts due to the inverse piezoelectric effect, the temperature of the piezoelectric film 24 rises accordingly. The drive state monitoring circuit 36 detects the operation state of the piezoelectric element 20 by measuring the temperature of the piezoelectric film 24. If the temperature rise of the piezoelectric film 24 is not detected despite the drive voltage being applied to the piezoelectric element 20, there is a possibility that an abnormality has occurred in the piezoelectric element 20. Thus, in this embodiment, the operation monitoring electrode 23 is a temperature detection electrode used to detect the temperature of the piezoelectric film 24.
駆動ＩＣ５は、上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加して圧電素子２０を駆動する。それにより、逆圧電効果によって圧電体膜２４が変形し、それに応じて振動膜１０が変位する。その結果、キャビティ６の容積が変化して、その内部の圧力が高まることにより、ノズル基板３に形成された吐出口３２からインクの液滴が吐出される。その一方で、インクタンク８からのインクが、インク供給路４３，４４、共通インク通路４９およびインク通路５０を通ってキャビティ６に供給される。
The drive IC 5 drives the piezoelectric element 20 by applying a drive voltage between the upper electrode 21 and the lower electrode 22. Thereby, the piezoelectric film 24 is deformed by the inverse piezoelectric effect, and the vibration film 10 is displaced accordingly. As a result, the volume of the cavity 6 changes and the internal pressure increases, so that ink droplets are ejected from the ejection ports 32 formed in the nozzle substrate 3. On the other hand, ink from the ink tank 8 is supplied to the cavity 6 through the ink supply paths 43 and 44, the common ink path 49 and the ink path 50.
この実施形態では、圧電体膜２４は、振動膜１０の中央付近に対応するように配置された厚膜部２５を有している。この厚膜部２５は、振動膜１０の中央付近の慣性質量を局所的に増加させる錘としての機能を有している。この錘としての厚膜部２５は、駆動電圧が加えられて振動膜１０が変位するときに、その慣性質量によって、振動膜１０の変位を増幅させる。これにより、キャビティ６の容積を大きく変化させることができるので、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。
In this embodiment, the piezoelectric film 24 has a thick film portion 25 disposed so as to correspond to the vicinity of the center of the vibration film 10. The thick film portion 25 has a function as a weight that locally increases the inertial mass near the center of the vibration film 10. The thick film portion 25 as the weight amplifies the displacement of the vibration film 10 by its inertial mass when the vibration film 10 is displaced by applying a driving voltage. Thereby, since the volume of the cavity 6 can be changed greatly, the inkjet head 1 excellent in drive performance is realizable.
圧電体膜２４の厚膜部２５を利用して錘を構成しているので、簡単な構成で、錘を内蔵した圧電素子２０を構成できる。
錘としての厚膜部２５は、平面視矩形のキャビティ６の長手方向に沿って延び、キャビティ６の短手方向の長さの半分以下の帯状に形成されていて、キャビティ６の短手方向の中央付近に配置されている。それにより、キャビティ６側縁から厚膜部２５の縁までの充分な間隔が確保されている。それによって、錘としての厚膜部２５の慣性質量によって振動膜１０の変位を効果的に増大させることができるから、インクジェットヘッド１の駆動性能を向上できる。
Since the weight is formed by using the thick film portion 25 of the piezoelectric film 24, the piezoelectric element 20 incorporating the weight can be configured with a simple configuration.
The thick film portion 25 as a weight extends along the longitudinal direction of the cavity 6 having a rectangular shape in plan view, and is formed in a strip shape that is less than half of the length in the short direction of the cavity 6. Located near the center. Thereby, a sufficient interval from the side edge of the cavity 6 to the edge of the thick film portion 25 is secured. As a result, the displacement of the vibration film 10 can be effectively increased by the inertial mass of the thick film portion 25 as a weight, so that the drive performance of the inkjet head 1 can be improved.
また、この実施形態では、圧電体膜２４の厚膜部２５と薄膜部２６との境界部に屈曲部２７が形成されている。屈曲部２７は、圧電体膜２４中の特異形状部であり、圧電体膜２４の変位の起点となる起点部を提供する。したがって、圧電体膜２４が変形（変位）するときに、起点部としての屈曲部２７から変形（変位）が始まることを保証できる。したがって、複数の圧電素子２０、および複数回の駆動において圧電体膜２４の変形（変位）が同様に生じる。それによって、動作制御が容易で、かつ精度の高い動作が可能になる。したがって、動作制御性の高い圧電素子２０を実現でき、それに応じて動作制御性の高いインクジェットヘッド１を提供できる。すなわち、安定かつ正確な動作制御が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。
In this embodiment, a bent portion 27 is formed at the boundary between the thick film portion 25 and the thin film portion 26 of the piezoelectric film 24. The bent portion 27 is a unique shape portion in the piezoelectric film 24 and provides a starting point portion that is a starting point of displacement of the piezoelectric film 24. Therefore, when the piezoelectric film 24 is deformed (displaced), it can be guaranteed that the deformation (displacement) starts from the bent portion 27 as the starting point portion. Therefore, the deformation (displacement) of the piezoelectric film 24 is similarly caused in the plurality of piezoelectric elements 20 and the plurality of times of driving. Thereby, operation control is easy and highly accurate operation becomes possible. Therefore, the piezoelectric element 20 with high operation controllability can be realized, and the inkjet head 1 with high operation controllability can be provided accordingly. That is, it is possible to provide the inkjet head 1 capable of stable and accurate operation control.
屈曲部２７は、圧電体膜２４の表面に、上部電極２１、圧電体膜２４および下部電極２２の積層方向に突出する凸部（厚膜部２５）および凹部（薄膜部２６）を設けることにより、その間に形成されている。さらに詳細には、圧電体膜２４の横断面を包摂する長方形の外形輪郭線を想定すると、その長方形の外形輪郭線において、上辺の中間位置に段差が介在されている。それによって、特異形状点としての屈曲部２７が形成され、その屈曲部２７によって外形輪郭線の途中断絶が生じている。これにより、屈曲部２７を起点として圧電体膜２４の変位を生じさせることができる。
The bent portion 27 is provided with a convex portion (thick film portion 25) and a concave portion (thin film portion 26) projecting in the stacking direction of the upper electrode 21, the piezoelectric film 24 and the lower electrode 22 on the surface of the piezoelectric film 24. , Formed in the meantime. More specifically, assuming a rectangular outer contour line that encompasses the cross section of the piezoelectric film 24, a step is interposed at an intermediate position of the upper side of the rectangular outer contour line. As a result, a bent portion 27 is formed as a unique shape point, and the outer contour line is interrupted by the bent portion 27. As a result, the piezoelectric film 24 can be displaced from the bent portion 27 as a starting point.
屈曲部２７は、前記積層方向に沿って窪んだ窪み形状の一種である。また、屈曲部２７は、圧電素子２０中の他の部分に比較して脆弱な脆弱部である。したがって、屈曲部２７は、確実に、圧電体膜２４の変位の起点を与えることができる。
また、屈曲部２７は、圧電素子２０の周縁に接し、かつ圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に至っている。それにより、圧電体膜２４の変位が始まりやすく、かつ圧電体膜２４の変位がその全体に伝搬しやすい。そのため、応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
The bent portion 27 is a kind of a hollow shape that is recessed along the stacking direction. The bent portion 27 is a fragile portion that is weaker than other portions in the piezoelectric element 20. Therefore, the bent portion 27 can surely give a starting point of displacement of the piezoelectric film 24.
Further, the bent portion 27 is in contact with the periphery of the piezoelectric element 20 and reaches an inner region than the periphery of the piezoelectric element 20. Thereby, the displacement of the piezoelectric film 24 is likely to start, and the displacement of the piezoelectric film 24 is easily propagated to the whole. Therefore, the piezoelectric element 20 with high responsiveness can be provided, and accordingly, the inkjet head 1 including the piezoelectric element 20 with high operation controllability can be realized.
さらに、屈曲部２７は、圧電体膜２４の周縁に連続しているので、圧電体膜２４の周縁を加工するときに同時に形成できる。したがって、製造工程を増やすことなく、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
また、変位の起点部となる屈曲部２７が圧電体膜２４に設けられていることにより、圧電体膜２４の変位を確実に屈曲部２７から生じさせることができ、それによって、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
Further, since the bent portion 27 is continuous with the periphery of the piezoelectric film 24, it can be formed simultaneously when the periphery of the piezoelectric film 24 is processed. Therefore, the inkjet head 1 including the piezoelectric element 20 with high operation controllability can be realized without increasing the number of manufacturing steps.
In addition, since the bending portion 27 serving as a starting point of the displacement is provided in the piezoelectric film 24, the displacement of the piezoelectric film 24 can be surely generated from the bending portion 27. The ink jet head 1 including the high piezoelectric element 20 can be realized.
さらに、屈曲部２７は、圧電素子２０の周縁に沿って延びた形状を有しているので、圧電体膜２４の変位を広い範囲で確実に開始させることができ、それに応じて、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
また、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向両端部近傍にも位置しているので、圧電体膜２４の変位をキャビティ６の両端部近傍から開始させることができる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
Further, since the bent portion 27 has a shape extending along the peripheral edge of the piezoelectric element 20, the displacement of the piezoelectric film 24 can be reliably started in a wide range, and the operation controllability is accordingly improved. Ink jet head 1 having high piezoelectric element 20 can be realized.
Further, since the bent portion 27 is also located in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the cavity 6, the displacement of the piezoelectric film 24 can be started from the vicinity of both ends of the cavity 6. Thereby, it is possible to provide the inkjet head 1 that is excellent not only in operation controllability but also in response to drive voltage.
また、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向に沿う辺に沿って延びているので、駆動電圧印加に応答して、広い範囲で圧電体膜２４の変位が始まる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
また、この実施形態では、圧電素子２０は、第１電極としての上部電極２１と、第２電極としての下部電極２２に加えて、第３電極としての動作監視電極２３を含み、動作監視電極２３は、圧電体膜２４に接している。動作監視電極２３により、圧電体膜２４の状態を検出することができる。この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出電極である。すなわち、上部電極２１と下部電極２２とに駆動ＩＣ５から駆動電圧を印加して圧電素子２０を作動させることにより、圧電体膜２４の温度上昇が生じる。そこで、動作監視電極２３によって圧電体膜２４の温度を検出することによって、圧電素子２０の動作を確認できる。
Further, since the bent portion 27 extends along the side along the longitudinal direction of the cavity 6, the displacement of the piezoelectric film 24 starts in a wide range in response to the drive voltage application. Thereby, it is possible to provide the inkjet head 1 that is excellent not only in operation controllability but also in response to drive voltage.
In this embodiment, the piezoelectric element 20 includes an operation monitoring electrode 23 as a third electrode in addition to an upper electrode 21 as a first electrode and a lower electrode 22 as a second electrode. Is in contact with the piezoelectric film 24. The state of the piezoelectric film 24 can be detected by the operation monitoring electrode 23. In this embodiment, the operation monitoring electrode 23 is a temperature detection electrode that detects the temperature of the piezoelectric film 24. That is, when the piezoelectric element 20 is operated by applying a driving voltage from the driving IC 5 to the upper electrode 21 and the lower electrode 22, the temperature of the piezoelectric film 24 is increased. Therefore, the operation of the piezoelectric element 20 can be confirmed by detecting the temperature of the piezoelectric film 24 by the operation monitoring electrode 23.
この実施形態では、動作監視電極２３は、上部電極２１と同一レイヤに配置されているので、圧電素子２０の製造時において、上部電極２１と同じ工程で形成することができる。したがって、工程を増やすことなく、状態監視機能を有する圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を提供できる。
また、この実施形態では、上部電極２１が、周縁から内方に抉れたノッチ部３５を有しており、動作監視電極２３が、ノッチ部３５に入り込むように配置されている。すなわち、動作監視電極２３は、上部電極２１と圧電体膜２４とが接している領域に入り込むように配置されている。したがって、動作監視電極２３は、動作ための変形が生じる領域において圧電体膜２４に接しているので、圧電体膜２４の状態をより正確に監視できる。より具体的には、圧電体膜２４の作動領域（変形領域）における温度を検出できる。
In this embodiment, since the operation monitoring electrode 23 is disposed in the same layer as the upper electrode 21, it can be formed in the same process as the upper electrode 21 when the piezoelectric element 20 is manufactured. Therefore, the inkjet head 1 provided with the piezoelectric element 20 having a state monitoring function can be provided without increasing the number of steps.
Further, in this embodiment, the upper electrode 21 has a notch portion 35 that is inward from the peripheral edge, and the operation monitoring electrode 23 is disposed so as to enter the notch portion 35. That is, the operation monitoring electrode 23 is disposed so as to enter the region where the upper electrode 21 and the piezoelectric film 24 are in contact with each other. Therefore, since the operation monitoring electrode 23 is in contact with the piezoelectric film 24 in a region where deformation for operation occurs, the state of the piezoelectric film 24 can be monitored more accurately. More specifically, the temperature in the operation region (deformation region) of the piezoelectric film 24 can be detected.
また、この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４を挟んで下部電極２２に対向している。そのため、動作監視電極２３は、駆動電圧印加時の作動領域において圧電体膜２４に接している。それにより圧電体膜２４の状態をより正確に監視できる。より具体的には、圧電体膜２４の作動領域における温度を検出できる。
また、この実施形態では、動作監視電極２３が、キャビティ６に対向する位置に配置されている。そのため、インク吐出のために変形する作動領域において圧電体膜２４の状態を検出できる。それにより、圧電体膜２４の状態をより正確に検出できる。
In this embodiment, the operation monitoring electrode 23 faces the lower electrode 22 with the piezoelectric film 24 interposed therebetween. Therefore, the operation monitoring electrode 23 is in contact with the piezoelectric film 24 in the operation region when the drive voltage is applied. Thereby, the state of the piezoelectric film 24 can be monitored more accurately. More specifically, the temperature in the operating region of the piezoelectric film 24 can be detected.
In this embodiment, the operation monitoring electrode 23 is disposed at a position facing the cavity 6. Therefore, the state of the piezoelectric film 24 can be detected in the operation region that is deformed for ink ejection. Thereby, the state of the piezoelectric film 24 can be detected more accurately.
この実施形態では、動作監視電極２３は、両端に配置された２つの端子部２３ａ，２３ｂを有している。駆動状態監視回路３６は、それらの２つの端子部２３ａ，２３ｂ間の電気抵抗を検出する。駆動状態監視回路３６が検出する電気抵抗は、圧電体膜２４の温度に対応している。すなわち、駆動状態監視回路３６は、この実施形態では、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出回路を含む。圧電体膜２４の温度、とくに作動領域の温度を検出することにより、圧電体膜２４の作動状態を監視できる。それによって、インクジェットヘッド１の動作状態を監視することができる。
In this embodiment, the operation monitoring electrode 23 has two terminal portions 23a and 23b arranged at both ends. The driving state monitoring circuit 36 detects the electrical resistance between the two terminal portions 23a and 23b. The electrical resistance detected by the drive state monitoring circuit 36 corresponds to the temperature of the piezoelectric film 24. That is, the drive state monitoring circuit 36 includes a temperature detection circuit that detects the temperature of the piezoelectric film 24 in this embodiment. By detecting the temperature of the piezoelectric film 24, particularly the temperature of the operating region, the operating state of the piezoelectric film 24 can be monitored. Thereby, the operation state of the inkjet head 1 can be monitored.
上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加したときに圧電体膜２４が変形すると、その変形によって生じた起電力が動作監視電極２３と下部電極２２との間に生じる。そこで、動作監視電極２３と下部電極２２との間の電位差を検出する検出回路を設けることにより、圧電体膜２４の作動状態を監視することもできる。
また、この実施形態では、アクチュエータ基板２のキャビティ６を区画する内壁面６２が、振動膜１０のキャビティ６側の表面に連なる曲面部６２Ａを有している。したがって、インクタンク８から供給されるインク中に気泡が含まれていても、その気泡はキャビティ６内に捕獲されにくく、気泡溜まりを形成する前に、インクとともに速やかに吐出口３２から排出される。それにより、キャビティ６内に気泡溜まりが生じることを抑制または防止できる。その結果、キャビティ６の容積変化が気泡の収縮によって吸収されることを抑制または防止できるので、圧電素子２０に加えた駆動電圧に対応したインク吐出量を精度良く実現できる。こうして、インク吐出制御性を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
When the piezoelectric film 24 is deformed when a driving voltage is applied between the upper electrode 21 and the lower electrode 22, an electromotive force generated by the deformation is generated between the operation monitoring electrode 23 and the lower electrode 22. Therefore, the operation state of the piezoelectric film 24 can be monitored by providing a detection circuit that detects a potential difference between the operation monitoring electrode 23 and the lower electrode 22.
In this embodiment, the inner wall surface 62 that defines the cavity 6 of the actuator substrate 2 has a curved surface portion 62 </ b> A that is continuous with the surface of the vibrating membrane 10 on the cavity 6 side. Therefore, even if air bubbles are included in the ink supplied from the ink tank 8, the air bubbles are not easily captured in the cavity 6, and are quickly discharged from the ejection port 32 together with the ink before forming a bubble reservoir. . Thereby, it is possible to suppress or prevent the occurrence of bubble accumulation in the cavity 6. As a result, since the volume change of the cavity 6 can be suppressed or prevented from being absorbed by the contraction of the bubbles, the ink discharge amount corresponding to the drive voltage applied to the piezoelectric element 20 can be realized with high accuracy. Thus, the ink jet head 1 with improved ink discharge controllability can be provided.
また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の内壁面６２に形成された曲面部６２Ａは、振動膜１０の表面に交差する断面において、振動膜１０との接点に連なり、キャビティ６の外方から当該接点に向かう曲線部を形成している。換言すれば、曲面部６２Ａは、振動膜１０と接触する位置からキャビティ６の外方へと後退する形状を有している。これにより、アクチュエータ基板２の内壁面６２と振動膜１０との間に角部が生じないから、気泡溜まりが生じ難い。それにより、インク吐出制御性を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
In this embodiment, the curved surface portion 62 </ b> A formed on the inner wall surface 62 of the actuator substrate 2 is connected to the contact point with the vibration film 10 in a cross section intersecting the surface of the vibration film 10. A curved portion toward the contact is formed. In other words, the curved surface portion 62 </ b> A has a shape that recedes from the position in contact with the vibrating membrane 10 to the outside of the cavity 6. As a result, no corners are formed between the inner wall surface 62 of the actuator substrate 2 and the vibration film 10, so that bubble accumulation is unlikely to occur. Thereby, it is possible to provide the inkjet head 1 with improved ink discharge controllability.
また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の内壁面６２は、曲面部６２Ａの下方（ノズル基板３側）に連なる平坦面部６２Ｂを有している。したがって、インク中の気泡がアクチュエータ基板２の内壁面６２で捕獲されることを抑制または防止できる。
さらに、この実施形態では、曲面部６２Ａは、アクチュエータ基板２のキャビティ６を区画する内壁面６２と振動膜１０との境界の全周に渡っている。これにより、内壁面６２と振動膜１０との交差部における気泡溜まりをより効果的に抑制または防止でき、それに応じて、インク吐出制御性能を向上できる。
In this embodiment, the inner wall surface 62 of the actuator substrate 2 has a flat surface portion 62B that is continuous with the curved surface portion 62A (on the nozzle substrate 3 side). Therefore, it is possible to suppress or prevent air bubbles in the ink from being captured by the inner wall surface 62 of the actuator substrate 2.
Furthermore, in this embodiment, the curved surface portion 62 </ b> A extends over the entire circumference of the boundary between the inner wall surface 62 that defines the cavity 6 of the actuator substrate 2 and the vibrating membrane 10. Thereby, bubble accumulation at the intersection of the inner wall surface 62 and the vibrating membrane 10 can be more effectively suppressed or prevented, and ink ejection control performance can be improved accordingly.
また、この実施形態では、隣接するキャビティ６の間に分離溝６０が形成されており、この分離溝６０が振動膜１０を貫通して、隣接するキャビティ６の間を区画する区画壁６１に達している。それにより、各キャビティ６の振動膜１０は、分離溝６０の部分において、振動膜１０の他の部分との拘束を解かれているので、その変位量が大きくなる。さらに、分離溝６０が区画壁６１に達しているので、振動膜１０の変位に応じて区画壁６１も変位する。すなわち、図７に示すように、振動膜１０がインクキャビティ６に向かって突出するように変形するとき、区画壁６１の上端部が振動膜１０によってキャビティ６の内側に引かれて変形する。これにより、二点鎖線で示す変形前の状態と、実線で示す変形後の状態とで、キャビティ６の容積が大きく変化する。それに応じてインク吐出量を増大できる。別の見方をすれば、キャビティ６の容積変化率を増大できるので、一定のインク吐出量を実現するためのキャビティ６の大きさを小さくすることができ、それに応じてインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
In this embodiment, the separation groove 60 is formed between the adjacent cavities 6, and the separation groove 60 passes through the vibration film 10 and reaches the partition wall 61 that partitions the adjacent cavities 6. ing. As a result, the vibration film 10 of each cavity 6 is unconstrained from the other part of the vibration film 10 at the separation groove 60, so that the amount of displacement increases. Furthermore, since the separation groove 60 reaches the partition wall 61, the partition wall 61 is also displaced in accordance with the displacement of the vibrating membrane 10. That is, as shown in FIG. 7, when the vibration film 10 is deformed so as to protrude toward the ink cavity 6, the upper end portion of the partition wall 61 is pulled inside the cavity 6 by the vibration film 10 and deforms. Thereby, the volume of the cavity 6 largely changes between the state before deformation indicated by the two-dot chain line and the state after deformation indicated by the solid line. Accordingly, the ink discharge amount can be increased. From another viewpoint, since the volume change rate of the cavity 6 can be increased, the size of the cavity 6 for realizing a constant ink discharge amount can be reduced, and the inkjet head 1 can be downsized accordingly. Can be planned.
また、この実施形態では、分離溝６０が、隣接する一対のキャビティ６を区画する区画壁６１の一端から他端に至る範囲にわたって連続して形成されている（図３参照）。すなわち、隣接するキャビティ６の境界部の全体に渡って連続した分離溝６０が形成されている。そのため、各キャビティ６に対応した振動膜１０に対する周囲からの拘束が少ない。また、区画壁６１の広い範囲が振動膜１０の変位に伴って大きく変位することができる。これにより、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
In this embodiment, the separation groove 60 is continuously formed over a range from one end to the other end of the partition wall 61 that partitions the pair of adjacent cavities 6 (see FIG. 3). That is, a continuous separation groove 60 is formed over the entire boundary between adjacent cavities 6. Therefore, there are few restrictions from the periphery with respect to the vibration film 10 corresponding to each cavity 6. FIG. Further, the wide range of the partition wall 61 can be largely displaced with the displacement of the vibrating membrane 10. As a result, the ink discharge amount can be increased or the inkjet head 1 can be downsized.
また、この実施形態では、分離溝６０が下部電極２２を貫通しているので、下部電極２２による拘束も小さい。それにより、振動膜１０の変位量が大きくなり、かつ区画壁６１の変位量も大きくなるので、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
さらに、この実施形態では、分離溝６０の下端が区画壁６１の高さの２分の１よりも低い位置にあり、分離溝６０の深さが区画壁６１の高さの２分の１よりも深い。それにより、振動膜１０の変形に伴って区画壁６１も大きく変形させることができるから、それに応じて、キャビティ６の容積を大きく変化させることができる。それにより、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
In this embodiment, since the separation groove 60 penetrates the lower electrode 22, the restraint by the lower electrode 22 is also small. Accordingly, the displacement amount of the vibration film 10 is increased and the displacement amount of the partition wall 61 is also increased, so that the ink discharge amount can be increased or the ink jet head 1 can be downsized.
Furthermore, in this embodiment, the lower end of the separation groove 60 is located at a position lower than half the height of the partition wall 61, and the depth of the separation groove 60 is less than half the height of the partition wall 61. Also deep. Accordingly, the partition wall 61 can be greatly deformed along with the deformation of the vibrating membrane 10, and accordingly, the volume of the cavity 6 can be greatly changed. As a result, the ink discharge amount can be increased or the inkjet head 1 can be downsized.
また、この実施形態では、圧電素子２０を駆動する駆動ＩＣ５がアクチュエータ基板２上に実装されており、駆動用ＩＣの出力端子としてのバンプ５３がアクチュエータ基板２に対向する第１表面５ａ（対向面）に集中配置されている。それらのバンプ５３がアクチュエータ基板２上の配線に設けられたランド１６，２２Ｃに接合されている。これにより、アクチュエータ基板２と駆動ＩＣ５の出力端子とを接続するためのケーブル（たとえばＦＰＣ）やボンディングワイヤが不要である。これにより、インクジェットヘッド１を小型化することができる。
In this embodiment, the driving IC 5 for driving the piezoelectric element 20 is mounted on the actuator substrate 2, and the bumps 53 as output terminals of the driving IC are opposed to the first surface 5 a (facing surface) facing the actuator substrate 2. ) Is concentrated. These bumps 53 are bonded to lands 16 and 22C provided on the wiring on the actuator substrate 2. Thereby, a cable (for example, FPC) and a bonding wire for connecting the actuator substrate 2 and the output terminal of the drive IC 5 are not required. Thereby, the inkjet head 1 can be reduced in size.
インクジェットヘッド１を駆動するための駆動ＩＣ５は、一般に、出力端子の数が入力端子の数よりも多い。そのため、出力端子に接続されるケーブルおよびボンディングワイヤを無くすことによって、大幅な省スペース化を図ることができる。
集中配置とは、駆動ＩＣ５が備えるほとんどの出力端子（好ましくは全部の出力端子）が第１表面５ａに配置されていることをいう。ただし、第１表面５ａに入力端子が配置されることを妨げない。
In general, the drive IC 5 for driving the inkjet head 1 has more output terminals than input terminals. Therefore, a significant space saving can be achieved by eliminating the cables and bonding wires connected to the output terminals.
The centralized arrangement means that most output terminals (preferably all output terminals) included in the drive IC 5 are arranged on the first surface 5a. However, the input terminal is not prevented from being arranged on the first surface 5a.
また、この実施形態では、駆動ＩＣ５の半導体基板５１において、アクチュエータ基板２とは反対側に活性領域５２が配置されており、その活性領域５２と出力端子（バンプ５３）とが貫通ビア５５（ＴＳＶ）によって接続されている。これにより、駆動ＩＣ５のアクチュエータ基板２側の第１表面５ａに出力端子を集中配置することが可能とされている。貫通ビア５５を有する駆動ＩＣ５は、半導体基板５１外で活性領域５２から非活性面側への配線の引き回しをする必要がないので、それ自体を小型に構成することができる。それによって、インクジェットヘッド１の小型化に寄与できる。
In this embodiment, an active region 52 is disposed on the semiconductor substrate 51 of the drive IC 5 on the opposite side to the actuator substrate 2, and the active region 52 and the output terminal (bump 53) are connected to the through via 55 (TSV). ). Thereby, the output terminals can be concentrated on the first surface 5a of the drive IC 5 on the actuator substrate 2 side. Since the driving IC 5 having the through via 55 does not need to route wiring from the active region 52 to the non-active surface side outside the semiconductor substrate 51, the driving IC 5 can be made small in size. Thereby, it can contribute to size reduction of the inkjet head 1.
また、駆動ＩＣ５は、第１表面５ａとは反対側の第２表面５ｂに配置された複数の入力端子５６を含む。そして、複数の入力端子５６は、ボンディングワイヤ５８を介してＦＰＣ５７に接続されている。ＦＰＣ５７は、たとえば、制御用ＩＣに接続されている。駆動ＩＣ５の入力端子５６の数はさほど多くないので、入力端子５６とＦＰＣ５７との接続をワイヤボンディングで行ってもインクジェットヘッド１はさほど大型化しない。
Further, the drive IC 5 includes a plurality of input terminals 56 disposed on the second surface 5b opposite to the first surface 5a. The plurality of input terminals 56 are connected to the FPC 57 via bonding wires 58. The FPC 57 is connected to a control IC, for example. Since the number of input terminals 56 of the drive IC 5 is not so large, the inkjet head 1 is not so large even if the connection between the input terminal 56 and the FPC 57 is performed by wire bonding.
図８は、圧電体膜２４の構成例を示す模式的な断面図である。振動膜１０の上に下部電極２２が形成されており、下部電極２２の上に圧電体膜２４が形成されており、圧電体膜２４の上に上部電極２１が形成されている。下部電極２２は、たとえば、Ｔｉ膜を下層としＰｔ膜を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。上部電極２１は、たとえば、ＩｒＯ２膜を下層としＩｒ膜を上層とするＩｒ／ＩｒＯ２積層膜からなる。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the piezoelectric film 24. A lower electrode 22 is formed on the vibration film 10, a piezoelectric film 24 is formed on the lower electrode 22, and an upper electrode 21 is formed on the piezoelectric film 24. The lower electrode 22 is made of, for example, a Pt / Ti laminated film having a Ti film as a lower layer and a Pt film as an upper layer. The upper electrode 21 is made of, for example, an Ir / IrO 2 laminated film having an IrO 2 film as a lower layer and an Ir film as an upper layer.
圧電体膜２４は、下部電極２２の表面に形成された密着層７１と、密着層７１の上に形成されたシード層７２と、シード層７２上に積層された複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３とを含む。
「本焼成単位のＰＺＴ層」とは、ＰＺＴを含む前駆体溶液の塗布膜をゲル化させて形成されるゲル化膜を１または複数枚積層した後に熱処理して本焼成させる本焼成工程を行って形成されるＰＺＴ層である。ゲル化膜を形成するゲル化膜形成工程は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜をゲル化させる仮焼成工程とを含む。このゲル化膜形成工程を１または複数回行った後に本焼成を行うことにより、本焼成単位のＰＺＴ層７３が形成される。つまり、本焼成単位のＰＺＴ層７３はゾルゲル法によって形成される。
The piezoelectric film 24 includes an adhesion layer 71 formed on the surface of the lower electrode 22, a seed layer 72 formed on the adhesion layer 71, and a plurality of main firing unit PZT layers stacked on the seed layer 72. 73.
“The PZT layer of the main firing unit” is a main firing step in which one or a plurality of gelled films formed by gelating a coating film of a precursor solution containing PZT is laminated and then heat-fired by heat treatment. This is a PZT layer formed. The gelled film forming step for forming the gelled film includes a coating step for applying a precursor solution containing PZT to form a coated film, a drying step for drying the coated film, and a gel after the drying step. And a preliminary firing step. By performing the main baking after performing the gelled film forming step one or more times, the PZT layer 73 of the main baking unit is formed. That is, the PZT layer 73 of the main firing unit is formed by a sol-gel method.
前駆体溶液には、ＰＺＴのほかに、溶媒が含まれる。塗布工程では、たとえば、前駆体溶液がスピンコートされる。乾燥工程は、たとえば１４０℃の温度環境下で行われる。乾燥工程は、自然乾燥でもよい。仮焼成工程では、乾燥工程後の塗布膜に対して、たとえば、鉛の融点（３２７．５℃）未満の温度（たとえば３００℃）の熱処理が行われてもよい。本焼成工程は、ゲル化した塗布膜に対して、たとえば７００℃の熱処理が施される。本焼成工程は、ＲＴＡ(Rapid Thermal Annealing)で行ってもよい。
The precursor solution contains a solvent in addition to PZT. In the application process, for example, the precursor solution is spin-coated. The drying process is performed in a temperature environment of 140 ° C., for example. The drying process may be natural drying. In the temporary firing step, for example, a heat treatment at a temperature (for example, 300 ° C.) lower than the melting point (327.5 ° C.) of lead may be performed on the coating film after the drying step. In the main baking step, for example, heat treatment at 700 ° C. is performed on the gelled coating film. The main firing step may be performed by RTA (Rapid Thermal Annealing).
密着層７１は、圧電体膜２４と下部電極２２との密着性を高めるために設けられる層である。密着層７１は、たとえば、ＴｉＯ層からなる。ＴｉＯ層は、たとえば、ゾルゲル法、スパッタ法等で形成することができる。
シード層７２は、ＰＺＴの結晶性および密着性を向上するために設けられる層であり、たとえば、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層またはＴｉＯからなるＴｉＯシード層で構成される。シード層７２は、スパッタ法で形成されることが好ましいが、ゾルゲル法で形成されてもよい。スパッタ法で形成される場合には、形成時に下部電極２２の近傍に電界が生じているので、分極状態で結晶が成長し、配向方向が揃ったシード層７２が得られる。この場合、シード層７２は、下部電極２２の法線方向に柱状に成長した結晶粒で構成された柱状組織層となる。ゾルゲル法によるときには、前駆体溶液の塗布、塗布膜の乾燥、乾燥後の塗布膜の加熱によるゲル化を順に行って１枚のゲル化した塗布膜を形成し、その塗布膜を本焼成してシード層７２が形成される。シード層７２の厚みは、たとえば、５ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
The adhesion layer 71 is a layer provided to improve adhesion between the piezoelectric film 24 and the lower electrode 22. The adhesion layer 71 is made of, for example, a TiO layer. The TiO layer can be formed by, for example, a sol-gel method or a sputtering method.
The seed layer 72 is a layer provided in order to improve the crystallinity and adhesion of PZT, and is composed of, for example, a PZT seed layer made of PZT or a TiO seed layer made of TiO. The seed layer 72 is preferably formed by sputtering, but may be formed by sol-gel method. When formed by sputtering, an electric field is generated in the vicinity of the lower electrode 22 at the time of formation, so that crystals grow in a polarized state and a seed layer 72 having a uniform orientation direction is obtained. In this case, the seed layer 72 is a columnar texture layer composed of crystal grains grown in a columnar shape in the normal direction of the lower electrode 22. In the case of the sol-gel method, the precursor solution is applied, the coating film is dried, and the coating film after drying is gelated in order to form a single gelled coating film. A seed layer 72 is formed. The thickness of the seed layer 72 is, for example, about 5 nm to 500 nm.
この実施形態では、スパッタ法でシード層７２（たとえばＰＺＴシード層）が形成され、そのシード層７２の上に、ゾルゲル法を複数回繰り返すことによって、複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３が順に積層される。スパッタ法で形成されたシード層は柱状組織層７５をなし、ゾルゲル法で形成された本焼成単位のＰＺＴ層７３は非晶質組織層７６をなす。
このようにして形成された圧電体膜２４は、柱状組織層７５からなるシード層７２と、そのシード層７２に接して積層され、圧電材料の非晶質組織層７６を構成する複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３とを含む。柱状組織層７５は、結晶の配向が揃っている。非晶質組織層７６は、緻密な膜質を有し、耐圧に優れている。そして、非晶質組織層７６は、柱状組織層７５に接して積層されているので、柱状組織層７５の配向に倣う。したがって、柱状組織層７５および非晶質組織層７６を積層した圧電体膜２４は、配向性および耐圧のいずれもが優れている。これにより配向性および耐圧に優れた圧電体膜２４を有する圧電素子２０によって駆動されるインクジェットヘッド１を提供できる。
In this embodiment, a seed layer 72 (for example, a PZT seed layer) is formed by sputtering, and a plurality of PZT layers 73 of a main firing unit are sequentially stacked on the seed layer 72 by repeating the sol-gel method a plurality of times. Is done. The seed layer formed by the sputtering method forms a columnar structure layer 75, and the PZT layer 73 of the main firing unit formed by the sol-gel method forms an amorphous structure layer 76.
The piezoelectric film 24 thus formed is laminated in contact with the seed layer 72 composed of the columnar structure layer 75 and the seed layer 72, and a plurality of main firings constituting the amorphous structure layer 76 of the piezoelectric material. Unit PZT layer 73. The columnar texture layer 75 has a uniform crystal orientation. The amorphous structure layer 76 has a dense film quality and is excellent in pressure resistance. Since the amorphous structure layer 76 is laminated in contact with the columnar structure layer 75, it follows the orientation of the columnar structure layer 75. Therefore, the piezoelectric film 24 in which the columnar structure layer 75 and the amorphous structure layer 76 are laminated is excellent in both orientation and pressure resistance. Thereby, the inkjet head 1 driven by the piezoelectric element 20 having the piezoelectric film 24 excellent in orientation and pressure resistance can be provided.
柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、非晶質組織層７６もその配向の傾向の強い層となる。この場合、圧電体膜２４は、電圧印加時の逆圧電効果による変位が大きく、また変形時の圧電効果による起電力が大きい性質を有する。一方、柱状組織層７５が＜１１１＞配向であるとき、非晶質組織層７６もその配向の傾向の強い層となる。この場合、圧電体膜２４は、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすく、また変形時の圧電効果による起電力が安定する性質を有する。
When the columnar texture layer 75 has a <100> orientation, the amorphous texture layer 76 also has a strong tendency to be oriented. In this case, the piezoelectric film 24 has a property that the displacement due to the inverse piezoelectric effect at the time of voltage application is large and the electromotive force due to the piezoelectric effect at the time of deformation is large. On the other hand, when the columnar structure layer 75 has the <111> orientation, the amorphous structure layer 76 also has a strong tendency to be oriented. In this case, the piezoelectric film 24 has a property that it is easy to control the magnitude of displacement due to the piezoelectric effect when a voltage is applied, and the electromotive force due to the piezoelectric effect during deformation is stable.
そこで、所要の特性に応じて柱状組織層７５の配向を制御することにより、優れた特性のインクジェットヘッド１を実現できる。たとえば、柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、振動膜１０の変位を大きくすることができるから、駆動性能の優れたインクジェットヘッド１を提供できる。また、柱状組織層が＜１１１＞配向であるとき、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすいので、制御性の優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
Therefore, by controlling the orientation of the columnar structure layer 75 according to the required characteristics, the ink jet head 1 having excellent characteristics can be realized. For example, when the columnar tissue layer 75 is in the <100> orientation, the displacement of the vibration film 10 can be increased, so that the inkjet head 1 having excellent driving performance can be provided. In addition, when the columnar tissue layer is in the <111> orientation, the magnitude of displacement due to the piezoelectric effect at the time of voltage application can be easily controlled, so that the inkjet head 1 having excellent controllability can be provided.
柱状組織層７５は、前述のとおり、スパッタ法によって成膜することができ、それにより、配向制御性の高い柱状組織層７５を形成できる。そして、圧電材料を分極状態で成膜することにより、配向性御性の高い柱状組織層７５を形成することができる。より具体的には、電界を印加した状態でスパッタ法によって圧電材料を成膜することによって、配向の揃った柱状組織層７５を形成できる。非晶質組織層７６は、前述のとおり、ゾルゲル法によって形成することができ、それによって、緻密で耐圧の高い非晶質組織層７６を形成できる。
As described above, the columnar structure layer 75 can be formed by a sputtering method, whereby the columnar structure layer 75 with high orientation controllability can be formed. Then, by forming the piezoelectric material in a polarized state, the columnar structure layer 75 with high orientation control can be formed. More specifically, the columnar tissue layer 75 with uniform orientation can be formed by depositing a piezoelectric material by sputtering with an electric field applied. As described above, the amorphous structure layer 76 can be formed by a sol-gel method, whereby the dense and high withstand pressure amorphous structure layer 76 can be formed.
柱状組織層７５および非晶質組織層７６を同種の圧電材料（たとえばＰＺＴ）で構成すれば、非晶質組織層７６の配向をより厳密に制御することができるので、配向性および耐圧に優れた圧電体膜２４を提供できる。
このような圧電体膜２４は、インクジェットヘッド１以外の圧電アクチュエータや、マイクロホンおよび超音波センサに代表される圧電センサにも適用することができる。すなわち、圧電アクチュエータでは、上部電極２１および下部電極２２の間に駆動電圧を印加することにより、逆圧電効果によって圧電体膜２４を変形させることができる。また、圧電センサでは、外力によって圧電体膜２４を変形させることにより、圧電効果によって、上部電極２１および下部電極２２の間に電圧を生じさせることができる。所要の特性に応じて柱状組織層７５の配向を制御することにより、優れた特性の圧電アクチュエータまたは圧電センサを実現できる。たとえば、柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、圧電体膜２４は、電圧印加時の逆圧電効果による変位が大きく、また変形時の圧電効果による起電力が大きい性質を有する。したがって、駆動性能の優れ圧電アクチュエータや、感度の高い圧電センサを実現できる。また、柱状組織層７５が＜１１１＞配向であるとき、圧電体膜２４は、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすく、また変形時の圧電効果による起電力が安定する性質を有する。したがって、制御性の優れた圧電アクチュエータや、出力の安定した圧電センサを実現できる。
If the columnar structure layer 75 and the amorphous structure layer 76 are made of the same kind of piezoelectric material (for example, PZT), the orientation of the amorphous structure layer 76 can be more strictly controlled, and thus the orientation and pressure resistance are excellent. Further, the piezoelectric film 24 can be provided.
Such a piezoelectric film 24 can also be applied to piezoelectric actuators other than the inkjet head 1, and piezoelectric sensors represented by microphones and ultrasonic sensors. That is, in the piezoelectric actuator, by applying a driving voltage between the upper electrode 21 and the lower electrode 22, the piezoelectric film 24 can be deformed by the inverse piezoelectric effect. In the piezoelectric sensor, a voltage can be generated between the upper electrode 21 and the lower electrode 22 by the piezoelectric effect by deforming the piezoelectric film 24 by an external force. By controlling the orientation of the columnar tissue layer 75 in accordance with the required characteristics, a piezoelectric actuator or piezoelectric sensor having excellent characteristics can be realized. For example, when the columnar tissue layer 75 is in the <100> orientation, the piezoelectric film 24 has a property that the displacement due to the inverse piezoelectric effect at the time of voltage application is large and the electromotive force due to the piezoelectric effect at the time of deformation is large. Therefore, it is possible to realize a piezoelectric actuator with excellent driving performance and a highly sensitive piezoelectric sensor. In addition, when the columnar tissue layer 75 is in the <111> orientation, the piezoelectric film 24 can easily control the magnitude of displacement due to the piezoelectric effect during voltage application, and can stabilize the electromotive force due to the piezoelectric effect during deformation. Have Therefore, a piezoelectric actuator with excellent controllability and a piezoelectric sensor with stable output can be realized.
図９Ａおよび図９Ｂは、シード層７２のパターンについての特徴を説明するための図解的な平面図である。シード層７２は、下部電極２２の表面全域に形成されていてもよいが、図９Ａおよび図９Ｂに例示するように、局所的にシード層７２（明瞭化のために斜線を付して示す）を形成してもよい。すなわち、下地層としての下部電極２２（とくに主電極部２２Ａ）上に設定したシード形成領域８１にシード層７２が形成され、下部電極２２上に設定したシード非形成領域８２にはシード層７２が形成されていなくてもよい。そして、圧電材料層が、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２に跨がって形成されていてもよい。
9A and 9B are schematic plan views for explaining the characteristics of the pattern of the seed layer 72. FIG. Although the seed layer 72 may be formed over the entire surface of the lower electrode 22, as shown in FIGS. 9A and 9B, the seed layer 72 is locally shown (hatched for clarity). May be formed. That is, the seed layer 72 is formed in the seed formation region 81 set on the lower electrode 22 (particularly the main electrode portion 22A) as the underlayer, and the seed layer 72 is formed in the seed non-formation region 82 set on the lower electrode 22. It may not be formed. The piezoelectric material layer may be formed across the seed formation region 81 and the seed non-formation region 82.
シード層７２に接して形成された圧電材料と、シード層７２に接することなく下地層（下部電極２２）に接して形成された圧電材料とでは、配向が異なり、それに応じて特性が異なる。そこで、シード層７２が形成されたシード形成領域８１と、シード層７２が形成されていないシード非形成領域８２とを設け、それらの領域に跨がるように圧電材料層を形成すると、中間的な性質の圧電体膜２４を得ることができる。よって、シード形成領域８１とシード非形成領域８２との面積割合や、配置パターンを様々に定めることによって、様々な性質の圧電体膜２４を得ることができる。したがって、用途に応じて特性を制御した圧電体膜２４を提供できる。
The piezoelectric material formed in contact with the seed layer 72 and the piezoelectric material formed in contact with the base layer (lower electrode 22) without contacting the seed layer 72 have different orientations and different characteristics accordingly. Therefore, when a seed formation region 81 in which the seed layer 72 is formed and a seed non-formation region 82 in which the seed layer 72 is not formed and a piezoelectric material layer is formed so as to straddle these regions, A piezoelectric film 24 having various properties can be obtained. Therefore, the piezoelectric film 24 having various properties can be obtained by variously determining the area ratio between the seed formation region 81 and the seed non-formation region 82 and the arrangement pattern. Therefore, it is possible to provide the piezoelectric film 24 whose characteristics are controlled according to the application.
圧電体膜２４は、シード形成領域８１に形成され第１方向に配向した第１配向領域と、シード非形成領域８２に形成され第２方向に配向した第２配向領域とを含むことになる。第１配向領域および第２配向領域は、それらの配向方向に応じた異なる性質を有している。したがって、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２の面積割合、配置パターン等に応じて、種々の性質の圧電体膜２４を提供できる。
The piezoelectric film 24 includes a first alignment region formed in the seed formation region 81 and oriented in the first direction, and a second alignment region formed in the seed non-formation region 82 and oriented in the second direction. The first alignment region and the second alignment region have different properties according to their alignment directions. Therefore, the piezoelectric film 24 having various properties can be provided according to the area ratio, arrangement pattern, and the like of the seed formation region 81 and the seed non-formation region 82.
シード形成領域８１の圧電体材料層の配向方向（第１方向）は、たとえば、＜１００＞である。また、シード非形成領域８２の圧電体材料層の配向方向（第２方向）は、たとえば、＜１１１＞である。より具体的には、下部電極２２の表面にＰｔ層があると、その配向の影響を受けて＜１１１＞配向の圧電材料層が形成される。＜１００＞配向の圧電材料層は、逆圧電効果が大きい。したがって、圧電素子２０に適用すると大きな変位特性が得られ、インクジェットヘッド１の吐出量を増大できる。一方、＜１１１＞配向の圧電材料層は圧電性能が安定している。したがって、圧電素子２０に適用すると安定した駆動性能が得られるから、インクジェットヘッド１の吐出量を精度良く安定に制御できる。そこで、それらの配向の圧電材料層の領域を混在させることによって、所要の特性に応じて、圧電性能の安定性および強弱を両立させることができる。すなわち、必要な制御精度および必要な変位に応じて第１配向領域および第２配向領域の面積割合、配置パターンを設定することにより、所要の駆動性能のインクジェットヘッド１を提供できる。
The orientation direction (first direction) of the piezoelectric material layer in the seed formation region 81 is, for example, <100>. The orientation direction (second direction) of the piezoelectric material layer in the seed non-formation region 82 is, for example, <111>. More specifically, if there is a Pt layer on the surface of the lower electrode 22, a <111> oriented piezoelectric material layer is formed under the influence of the orientation. The <100> oriented piezoelectric material layer has a large reverse piezoelectric effect. Therefore, when applied to the piezoelectric element 20, a large displacement characteristic can be obtained, and the discharge amount of the inkjet head 1 can be increased. On the other hand, the piezoelectric performance of the <111> oriented piezoelectric material layer is stable. Accordingly, when applied to the piezoelectric element 20, stable driving performance can be obtained, so that the ejection amount of the inkjet head 1 can be controlled with high accuracy and stability. Therefore, by mixing the regions of the piezoelectric material layers of those orientations, it is possible to achieve both stability and strength of the piezoelectric performance according to required characteristics. That is, by setting the area ratio and arrangement pattern of the first alignment region and the second alignment region in accordance with the required control accuracy and the required displacement, it is possible to provide the inkjet head 1 having the required drive performance.
図９Ａおよび図９Ｂの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が、合計で３個以上の分離された領域を含む。そして、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が下部電極２２（主電極部２２Ａ）上に交互に配置されている。このように、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が交互に配置されているので、圧電材料層は、中間的な性質を持ちやすくなる。これにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
In the example of FIGS. 9A and 9B, the seed formation region 81 and the non-seed formation region 82 include a total of three or more separated regions. The seed formation regions 81 and the seed non-formation regions 82 are alternately arranged on the lower electrode 22 (main electrode portion 22A). As described above, since the seed formation regions 81 and the non-seed formation regions 82 are alternately arranged, the piezoelectric material layer easily has an intermediate property. Thereby, the piezoelectric film 24 with high characteristic controllability can be provided.
図９Ａの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が、ストライプ状に交互に配置されている。それにより、配向の混在度合いが高まるから、さらに、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
より具体的には、図９Ａの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２がそれぞれ矩形に形成されており、隣接する矩形の一辺同士を重ね合わせて交互に配置されている。そして、複数のシード形成領域８１および複数のシード非形成領域８２が、全体として、下部電極２２の主電極部２２Ａに対応した矩形の領域を形成している。このように、矩形のシード形成領域８１および矩形のシード非形成領域８２が交互に揃えて配置されることにより、特性制御性の高い矩形の圧電体膜２４を提供できる。
In the example of FIG. 9A, seed formation regions 81 and non-seed formation regions 82 are alternately arranged in stripes. As a result, the degree of mixing of the orientation increases, so that it is possible to provide the piezoelectric film 24 with higher characteristic controllability.
More specifically, in the example of FIG. 9A, the seed formation regions 81 and the seed non-formation regions 82 are each formed in a rectangular shape, and are arranged alternately by overlapping one side of adjacent rectangles. The plurality of seed formation regions 81 and the plurality of seed non-formation regions 82 form a rectangular region corresponding to the main electrode portion 22A of the lower electrode 22 as a whole. As described above, the rectangular seed formation regions 81 and the rectangular seed non-formation regions 82 are alternately arranged to provide a rectangular piezoelectric film 24 with high characteristic controllability.
図９Ｂの例では、環状のシード形成領域８１と、環状のシード形成領域８１の内側または外側に配置された環状のシード非形成領域８２とが設けられている。環状のシード形成領域８１および環状のシード非形成領域８２が互いの内側または外側に配置されることにより、それぞれの配向に応じた特性の中間的な特性が得やすくなる。それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
In the example of FIG. 9B, an annular seed formation region 81 and an annular seed non-formation region 82 disposed inside or outside the annular seed formation region 81 are provided. By disposing the annular seed formation region 81 and the annular seed non-formation region 82 on the inner side or the outer side, it is easy to obtain intermediate characteristics according to the respective orientations. Thereby, the piezoelectric film 24 with high characteristic controllability can be provided.
また、環状のシード形成領域８１を有することにより、シード層７２の影響を受けた配向に応じた特性の影響を圧電体膜２４の広い範囲に及ぼすことができ、それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
また、同様に、環状のシード非形成領域８２を有することにより、下地層（下部電極２２）の影響を直接受けた配向に応じた特性の影響を圧電体膜２４の広い範囲に及ぼすことができ、それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
In addition, by having the annular seed formation region 81, the influence of the characteristics according to the orientation affected by the seed layer 72 can be exerted on a wide range of the piezoelectric film 24, thereby having high characteristic controllability. The piezoelectric film 24 can be provided.
Similarly, by having the annular seed non-formation region 82, the influence of the characteristics according to the orientation directly affected by the underlayer (lower electrode 22) can be exerted on a wide range of the piezoelectric film 24. Thereby, the piezoelectric film 24 with high characteristic controllability can be provided.
図９Ａおよび図９Ｂの各パターンのシード層は、スパッタ法によって形成されてもよいし、ゾルゲル法によって形成されてもよい。シード層７２は、圧電材料（たとえばＰＺＴ）で形成されることが好ましい。
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、錘の配置に関する変形例を示す。
図１０Ａの構成では、上部電極２１が保護膜１９で覆われており、その保護膜１９上に錘６５が配置されている。保護膜１９は、この例では、水素バリア膜１２および絶縁膜１３の積層膜である。錘６５は、金属膜で構成されていてもよい。錘６５は、キャビティ６の短手方向に関して中間付近の位置に配置され、キャビティ６の長手方向に沿って延びている。そして、錘６５は、キャビティ６の短手方向の幅よりも短い幅（好ましくは、キャビティ６の幅の２分の１程度の幅）を有する帯状に形成されている。したがって、錘６５と振動膜１０の側縁との間には、振動膜１０の変位を阻害しないように充分な間隔が確保されている。また、錘６５は、キャビティ６の長手方向に関してキャビティ６の長さよりも短く、錘６５の両端とキャビティ６の両端との間には、振動膜１０の変位を阻害しないように充分な間隔が確保されている。よって、錘６５によって振動膜１０の変位が大きく拘束されるおそれはない。
The seed layer of each pattern in FIGS. 9A and 9B may be formed by a sputtering method or a sol-gel method. The seed layer 72 is preferably formed of a piezoelectric material (for example, PZT).
10A, FIG. 10B, FIG. 10C, and FIG. 10D show modified examples related to the arrangement of the weights.
In the configuration of FIG. 10A, the upper electrode 21 is covered with the protective film 19, and the weight 65 is disposed on the protective film 19. In this example, the protective film 19 is a laminated film of the hydrogen barrier film 12 and the insulating film 13. The weight 65 may be made of a metal film. The weight 65 is disposed at a position near the middle with respect to the lateral direction of the cavity 6 and extends along the longitudinal direction of the cavity 6. The weight 65 is formed in a strip shape having a width shorter than the width of the cavity 6 in the short direction (preferably about a half of the width of the cavity 6). Therefore, a sufficient interval is secured between the weight 65 and the side edge of the vibration film 10 so as not to inhibit the displacement of the vibration film 10. Further, the weight 65 is shorter than the length of the cavity 6 with respect to the longitudinal direction of the cavity 6, and a sufficient interval is secured between both ends of the weight 65 and both ends of the cavity 6 so as not to disturb the displacement of the vibration film 10. Has been. Therefore, there is no possibility that the displacement of the vibration film 10 is largely restrained by the weight 65.
この構成では、錘６５は、上部電極２１の上に配置されているので、上部電極２１および錘６５の配置を独立に定めることができる。それにより、圧電体膜２４に対して効果的に駆動電圧を印加でき、かつ優れた駆動性能を実現するための錘６５の配置を決定できる。これにより、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、上部電極２１と錘６５との間に保護膜１９が配置されているので、保護膜１９で上部電極２１を保護しながら、その上に錘６５を配置できる。
In this configuration, since the weight 65 is arranged on the upper electrode 21, the arrangement of the upper electrode 21 and the weight 65 can be determined independently. Thereby, the driving voltage can be effectively applied to the piezoelectric film 24, and the arrangement of the weights 65 for realizing excellent driving performance can be determined. Thereby, the inkjet head 1 excellent in drive performance is realizable. In addition, since the protective film 19 is disposed between the upper electrode 21 and the weight 65, the weight 65 can be disposed thereon while protecting the upper electrode 21 with the protective film 19.
図１０Ｂの構成では、錘６５が上部電極２１と同じレイヤに配置されている。錘６５は、上部電極２１と同じ材料（金属材料）からなり、上部電極２１よりも厚い膜で構成されている。錘６５は、平面視において、キャビティ６の中央付近に配置されており、上部電極２１は、錘６５を取り囲む環状（四角環状）の形態を有している。上部電極２１と錘６５との間には隙間が開けられており、それらは互いに離隔している。
In the configuration of FIG. 10B, the weight 65 is arranged in the same layer as the upper electrode 21. The weight 65 is made of the same material (metal material) as the upper electrode 21 and is formed of a film that is thicker than the upper electrode 21. The weight 65 is arranged in the vicinity of the center of the cavity 6 in plan view, and the upper electrode 21 has an annular (square annular) shape surrounding the weight 65. There is a gap between the upper electrode 21 and the weight 65, which are separated from each other.
この構成では、上部電極２１と同じレイヤに錘６５が配置されているので、上部電極２１と錘６５とに同じ材料を用い、それらの少なくとも一部を同時に形成することができる。そして、錘６５の膜厚を上部電極２１よりも大きくすることによって、振動膜１０の中央付近の慣性質量が局所的に大きくなっている。これにより、製造工程を大きく改変することなく、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、環状の上部電極２１が錘６５を取り囲む形態であるので、錘６５を振動膜１０の中央付近に配置しやすい。それによって、振動膜１０の変位を大きくできる。また、上部電極２１は、振動膜１０の中央を取り囲む環状の形態であるので、圧電素子２０を効率良く駆動できる。こうして、優れた駆動性能のインクジェットヘッド１を実現できる
図１０Ｂには上部電極２１と錘６５とが分離されている構造を示したが、図１０Ｃに示すように、上部電極２１と錘６５とが繋がって、一体化していてもよい。この場合、上部電極２１と錘６５とは同電位となり、錘６５を介して圧電体膜２４に駆動電圧を印加できる。すなわち、錘６５が上部電極２１としての機能を兼ね備えている。これにより、圧電体膜２４の広い範囲に駆動電圧を印加でき、かつ錘６５による振動膜１０の変位を大きくできるから、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。
In this configuration, since the weight 65 is disposed in the same layer as the upper electrode 21, the same material can be used for the upper electrode 21 and the weight 65, and at least a part of them can be formed simultaneously. Then, by making the film thickness of the weight 65 larger than that of the upper electrode 21, the inertial mass near the center of the vibration film 10 is locally increased. Thereby, the inkjet head 1 excellent in driving performance can be realized without greatly modifying the manufacturing process. Further, since the annular upper electrode 21 surrounds the weight 65, the weight 65 can be easily disposed near the center of the vibration film 10. Thereby, the displacement of the vibrating membrane 10 can be increased. Further, since the upper electrode 21 has an annular shape surrounding the center of the vibration film 10, the piezoelectric element 20 can be driven efficiently. In this way, the inkjet head 1 having excellent driving performance can be realized. FIG. 10B shows a structure in which the upper electrode 21 and the weight 65 are separated from each other. However, as shown in FIG. They may be connected and integrated. In this case, the upper electrode 21 and the weight 65 have the same potential, and a driving voltage can be applied to the piezoelectric film 24 via the weight 65. That is, the weight 65 also has a function as the upper electrode 21. Thereby, a driving voltage can be applied to a wide range of the piezoelectric film 24 and the displacement of the vibration film 10 by the weight 65 can be increased, so that the inkjet head 1 having excellent driving performance can be realized.
図１０Ｄに示す構成では、上部電極２１と同一レイヤに形成された錘６５から、上部電極２１を横切る引き出し電極６６が形成されている。上部電極２１は、引き出し電極６６を挟んで離隔した両端を有する馬蹄形に形成されている。上部電極２１と錘６５との間、および上部電極２１と引き出し電極６６との間には、隙間が形成されており、それらは離隔している。
In the configuration shown in FIG. 10D, a lead electrode 66 that crosses the upper electrode 21 is formed from a weight 65 formed in the same layer as the upper electrode 21. The upper electrode 21 is formed in a horseshoe shape having both ends spaced from each other with the extraction electrode 66 interposed therebetween. Gaps are formed between the upper electrode 21 and the weight 65, and between the upper electrode 21 and the extraction electrode 66, and they are separated from each other.
この構成では、錘６５を振動膜１０の中央付近に配置しやすく、かつ上部電極２１は圧電体膜２４に対して効果的に駆動電圧を印加できるので、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、錘６５から引き出された引き出し電極６６が上部電極２１と接していないので、錘６５および上部電極２１に対して独立して電圧を印加することができる。それによって、駆動性能を一層向上する駆動方法を採用できる。
In this configuration, since the weight 65 can be easily disposed near the center of the vibration film 10 and the upper electrode 21 can effectively apply a driving voltage to the piezoelectric film 24, the inkjet head 1 having excellent driving performance is realized. it can. Further, since the extraction electrode 66 extracted from the weight 65 is not in contact with the upper electrode 21, a voltage can be applied to the weight 65 and the upper electrode 21 independently. Accordingly, a driving method that further improves the driving performance can be employed.
錘を利用した圧電装置は、インクジェットヘッドに限らない。すなわち、圧電装置は、振動膜と、振動膜上に配置された圧電素子と、前記振動膜の中央付近の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含むことができる。このような圧電装置は、圧電装置は、圧電アクチュエータ、または圧電センサであり得る。インクジェットヘッドは圧電アクチュエータの一種である。
The piezoelectric device using the weight is not limited to the inkjet head. That is, the piezoelectric device can include a vibration film, a piezoelectric element disposed on the vibration film, and a weight disposed so as to locally increase an inertial mass near the center of the vibration film. Such a piezoelectric device may be a piezoelectric actuator or a piezoelectric sensor. An ink jet head is a kind of piezoelectric actuator.
圧電アクチュエータにおいては、圧電素子に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電素子が変形し、それに応じて振動膜が変位する。錘は、振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、駆動性能に優れた圧電アクチュエータを実現できる。
圧電センサにおいては、振動膜が変位すると、圧電効果によって、圧電素子に電圧が生じる。錘は、振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、大きな電圧が圧電素子に生じるので、検出性能（とくに感度）に優れた圧電センサを実現できる。圧電センサとしては、マイクロホンや超音波センサを例示できる。
In the piezoelectric actuator, when a driving voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element is deformed by the inverse piezoelectric effect, and the vibration film is displaced accordingly. Since the weight is disposed so as to locally increase the inertial mass at the center of the diaphragm, the displacement of the diaphragm can be increased. Thereby, a piezoelectric actuator excellent in driving performance can be realized.
In the piezoelectric sensor, when the vibration film is displaced, a voltage is generated in the piezoelectric element due to the piezoelectric effect. Since the weight is disposed so as to locally increase the inertial mass at the center of the diaphragm, the displacement of the diaphragm can be increased. Thereby, since a large voltage is generated in the piezoelectric element, a piezoelectric sensor excellent in detection performance (particularly sensitivity) can be realized. Examples of the piezoelectric sensor include a microphone and an ultrasonic sensor.
図１１Ａ〜図１１Ｉは、圧電体膜２４の変位の起点部に関する変形例を示す。
図１１Ａの構成では、上部電極２１の両端部近傍に起点部としての一対のドット状の凹部８５がそれぞれ形成されている。凹部８５は、上部電極２１を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。凹部８５は、屈曲部の一例であり、上部電極２１、下部電極２２および圧電体膜２４の積層方向への窪み形状である。また、凹部８５においては、上部電極２１の少なくとも一部が除去されているので、凹部８５は、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部である。凹部８５は、圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に配置され、かつ圧電素子２０の周縁から分離されている。この例では、凹部８５は、矩形のドット状であるが、その他の多角形、円形、楕円形等の他の形状のドット状としてもよい。
FIG. 11A to FIG. 11I show modifications regarding the starting point of displacement of the piezoelectric film 24.
In the configuration of FIG. 11A, a pair of dot-like recesses 85 as starting points are formed in the vicinity of both ends of the upper electrode 21. The recess 85 may penetrate the upper electrode 21 or may not penetrate. The concave portion 85 is an example of a bent portion, and has a concave shape in the stacking direction of the upper electrode 21, the lower electrode 22, and the piezoelectric film 24. In addition, since at least a part of the upper electrode 21 is removed in the recess 85, the recess 85 is a fragile portion that is weaker than other portions of the piezoelectric element 20. The recess 85 is disposed in a region inward of the periphery of the piezoelectric element 20 and is separated from the periphery of the piezoelectric element 20. In this example, the recess 85 has a rectangular dot shape, but may have a dot shape of other shapes such as other polygons, circles, ellipses and the like.
この構成によれば、起点部としての凹部８５が圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に配置され、圧電素子２０の周縁から分離されていることで、圧電体膜２４の変位がその全体に伝搬しやすい。そのため、応答性の高いインクジェットヘッド１を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。また、上部電極２１の加工によって起点部としての凹部８５を設けることができるので、容易な製造工程で、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。そして、圧電体膜２４の変位は起点部としての凹部８５から始まるので、駆動電圧に対応した安定した応答性および安定した変位量が得られる。これにより、安定で正確な動作制御が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。また、圧電体膜２４の変位をキャビティ６の両端部近傍から開始させることができるので、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
According to this configuration, the concave portion 85 as the starting point portion is disposed in a region inward of the periphery of the piezoelectric element 20 and is separated from the periphery of the piezoelectric element 20, so that the displacement of the piezoelectric film 24 is entirely Easy to propagate. Therefore, the inkjet head 1 with high responsiveness can be provided, and the inkjet head 1 with high operation controllability can be realized accordingly. Further, since the concave portion 85 as the starting point portion can be provided by processing the upper electrode 21, the inkjet head 1 having high operation controllability can be realized by an easy manufacturing process. Then, since the displacement of the piezoelectric film 24 starts from the recess 85 as the starting point, a stable response and a stable displacement corresponding to the drive voltage can be obtained. Thereby, the inkjet head 1 which can perform stable and accurate operation control can be provided. In addition, since the displacement of the piezoelectric film 24 can be started from the vicinity of both ends of the cavity 6, it is possible to provide the inkjet head 1 that is excellent not only in operation controllability but also in response to drive voltage.
図１１Ｂの構成においては、上部電極２１に形成された凹部である溝８６によって起点部が構成されている。溝８６は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。溝８６は、キャビティ６の長手方向両端部の近傍に設けられており、積層方向への窪み形状であって、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。溝８６は、キャビティ６の短手方向に沿って、すなわち、圧電素子２０の周縁に沿って延びており、上部電極２１の全幅に及んでいる。それにより、溝８６は、圧電素子２０の内方の領域から圧電素子２０の周縁に向かって延びて、圧電素子２０の周縁と接している。したがって、溝８６は、圧電素子２０の周縁に連続する領域の加工によって形成されている。この例では、溝８６は、直線状に形成されているが、折れ線状または曲線状としてもよい。
In the configuration of FIG. 11B, the starting point portion is constituted by a groove 86 that is a concave portion formed in the upper electrode 21. The groove 86 may or may not penetrate the upper electrode 21 in the film thickness direction. The groove 86 is provided in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the cavity 6, has a hollow shape in the stacking direction, and provides a fragile portion that is weaker than other portions of the piezoelectric element 20. The groove 86 extends along the short direction of the cavity 6, that is, along the peripheral edge of the piezoelectric element 20, and reaches the entire width of the upper electrode 21. Accordingly, the groove 86 extends from the inner region of the piezoelectric element 20 toward the periphery of the piezoelectric element 20 and is in contact with the periphery of the piezoelectric element 20. Therefore, the groove 86 is formed by processing a region continuous with the periphery of the piezoelectric element 20. In this example, the groove 86 is formed in a straight line shape, but may be formed in a polygonal line shape or a curved line shape.
この構成によれば、起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁よりも内方の領域から圧電素子２０の周縁に向かって延びて、圧電素子２０の周縁に接している。起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁に接していることで、圧電体膜２４の変位が始まりやすい。それにより応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。また、起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁に沿って延びているので、圧電体膜２４の変位を広い範囲で確実に開始させることができ、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。
According to this configuration, the groove 86 as the starting point extends from the inner region of the piezoelectric element 20 toward the peripheral edge of the piezoelectric element 20 and is in contact with the peripheral edge of the piezoelectric element 20. Since the groove 86 as the starting point is in contact with the periphery of the piezoelectric element 20, the displacement of the piezoelectric film 24 is likely to start. Thereby, the piezoelectric element 20 with high responsiveness can be provided, and accordingly, the inkjet head 1 with high operation controllability can be realized. Further, since the groove 86 as the starting point extends along the periphery of the piezoelectric element 20, the displacement of the piezoelectric film 24 can be reliably started in a wide range, and accordingly, an inkjet with high operation controllability can be obtained. The head 1 can be realized.
図１１Ｃの構成では、上部電極２１の長手方向に沿う両側縁において、キャビティ６の両端部の近傍の位置にノッチ８７が形成されている。ノッチ８７は、平面視において屈曲した屈曲形状を呈しており、上部電極２１の内方に向かって窪んだ窪み形状の一例である。具体的には、ノッチ８７は、上部電極２１および圧電体膜２４の積層方向と交差する方向（直交する方向）に沿った窪み形状である。ノッチ８７は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし貫通していなくてもよい。ノッチ８７は、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。ノッチ８７は、圧電素子２０の周縁と接しており、圧電素子２０の周縁に連続する領域の加工によって形成されている。
In the configuration of FIG. 11C, notches 87 are formed in positions near both ends of the cavity 6 on both side edges along the longitudinal direction of the upper electrode 21. The notch 87 has a bent shape that is bent in plan view, and is an example of a hollow shape that is recessed inward of the upper electrode 21. Specifically, the notch 87 has a hollow shape along a direction (orthogonal direction) intersecting the stacking direction of the upper electrode 21 and the piezoelectric film 24. The notch 87 may or may not penetrate the upper electrode 21 in the film thickness direction. The notch 87 provides a weakened portion that is weaker than other portions of the piezoelectric element 20. The notch 87 is in contact with the periphery of the piezoelectric element 20, and is formed by processing a region continuous with the periphery of the piezoelectric element 20.
ノッチ８７は、圧電素子２０に駆動電圧が印加されたときに、変位が開始される起点部を提供する。したがって、動作制御が容易で、かつ精度の高い動作が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。また、起点部としてのノッチ８７が圧電素子２０の周縁に接していることで、圧電体膜２４の変位が始まりやすい。それにより応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を提供できる。そして、圧電素子２０の周縁（より具体的には上部電極２１の周縁）を加工するときに同時にノッチ８７を形成できるので、製造工程を増やすことなく、動作制御性の高い圧電素子２０を実現できる。また、圧電体膜２４の変位を、キャビティ６の両端部近傍から開始させることができるので、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
The notch 87 provides a starting point where displacement starts when a drive voltage is applied to the piezoelectric element 20. Therefore, it is possible to provide the ink jet head 1 which can be easily controlled and can be operated with high accuracy. Further, since the notch 87 as the starting point is in contact with the peripheral edge of the piezoelectric element 20, the displacement of the piezoelectric film 24 is likely to start. Thereby, the piezoelectric element 20 with high responsiveness can be provided, and the inkjet head 1 with high operation controllability can be provided accordingly. And since the notch 87 can be formed simultaneously when processing the periphery of the piezoelectric element 20 (more specifically, the periphery of the upper electrode 21), the piezoelectric element 20 with high operation controllability can be realized without increasing the number of manufacturing steps. . In addition, since the displacement of the piezoelectric film 24 can be started from the vicinity of both ends of the cavity 6, it is possible to provide the inkjet head 1 that is excellent not only in operation controllability but also in response to the drive voltage.
図１１Ｄの構成では、上部電極２１に形成された凹部である一対の溝８８によって起点部が構成されている。溝８８は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。溝８８は、キャビティ６の長手方向に沿う両側縁に沿って、すなわち圧電素子２０の周縁に沿って、その両側縁の近傍にそれぞれ設けられている。溝８８は、上部電極２１および圧電体膜２４の積層方向への窪み形状であって、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。溝８８は、キャビティ６の短手方向に沿って、上部電極２１の側縁から間隔を開けて配置されている。溝８８は、上部電極２１の長手方向の一端部近傍から他端部近傍まで直線状に連続して延びている。それらの両端は、上部電極２１の両端から間隔を開けて配置されている。したがって、溝８８は、圧電素子２０の周縁から分離されている。溝８８がキャビティ６の長手方向に沿って延びていることにより、駆動電圧印加に応答して、広い範囲で圧電体膜２４の変位が始まる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。溝８８は、直線形状以外にも、折れ線形状または曲線形状とすることもできる。
In the configuration of FIG. 11D, the starting point portion is constituted by a pair of grooves 88 that are concave portions formed in the upper electrode 21. The groove 88 may or may not penetrate through the upper electrode 21 in the film thickness direction. The grooves 88 are provided in the vicinity of both side edges along both side edges along the longitudinal direction of the cavity 6, that is, along the peripheral edge of the piezoelectric element 20. The groove 88 has a hollow shape in the stacking direction of the upper electrode 21 and the piezoelectric film 24, and provides a fragile portion that is weaker than other portions of the piezoelectric element 20. The groove 88 is arranged along the short direction of the cavity 6 with a gap from the side edge of the upper electrode 21. The groove 88 continuously extends linearly from the vicinity of one end in the longitudinal direction of the upper electrode 21 to the vicinity of the other end. Both ends of the upper electrode 21 are spaced from both ends. Therefore, the groove 88 is separated from the peripheral edge of the piezoelectric element 20. Since the groove 88 extends along the longitudinal direction of the cavity 6, the displacement of the piezoelectric film 24 starts in a wide range in response to the application of the driving voltage. Thereby, it is possible to provide the inkjet head 1 that is excellent not only in operation controllability but also in response to drive voltage. The groove 88 may have a polygonal line shape or a curved shape in addition to the linear shape.
図１１Ｅの構成は、図１１Ｄの構成と類似しているが、キャビティ６の長手方向に沿って直線状に延びた溝８９が不連続になっている点が異なる。この構成でも、図１１Ｄの構成と同様な効果が得られる。
図１１Ｄおよび図１１Ｅの構成において、溝８８，８９は、上部電極２１の一端から他端まで延びていて、圧電素子２０の周縁と接していてもよい。ただし、この場合、図１１Ｄに示す連続形状の溝８８の底部には、少なくとも一部に上部電極２１を残し、溝８８の内側と外側とで上部電極２１が分離しないようにすることが好ましい。
The configuration of FIG. 11E is similar to the configuration of FIG. 11D, except that a groove 89 extending linearly along the longitudinal direction of the cavity 6 is discontinuous. With this configuration, the same effect as the configuration of FIG. 11D can be obtained.
11D and 11E, the grooves 88 and 89 may extend from one end of the upper electrode 21 to the other end, and may be in contact with the periphery of the piezoelectric element 20. However, in this case, it is preferable to leave the upper electrode 21 at least partially at the bottom of the continuous groove 88 shown in FIG. 11D so that the upper electrode 21 is not separated between the inside and the outside of the groove 88.
図１１Ｆの構成では、上部電極２１に圧電素子２０の周縁に沿って延びる環状の溝９０が形成されている。この例では、上部電極２１が矩形形状であるので、矩形環状の溝９０が形成されている。溝９０は、キャビティ６の長手方向に沿って延びる一対の長辺部９１と、キャビティ６の短手方向に沿って延びる一対の短辺部９２とを含む。長辺部９１は、上部電極２１の側縁（すなわち圧電素子２０の周縁）の近傍に当該側縁から間隔を開けて配置されている。短辺部９２は、上部電極２１両端縁（すなわち圧電素子２０の周縁）の近傍に当該端縁から間隔を開けて配置されている。したがって、環状の溝９０は、圧電素子２０の周縁には接していない。環状の溝９０の内側および外側において上部電極２１が分離されないように、溝９０の底部には、少なくとも一部に上部電極２１を残すことが好ましい。
In the configuration of FIG. 11F, an annular groove 90 extending along the periphery of the piezoelectric element 20 is formed in the upper electrode 21. In this example, since the upper electrode 21 has a rectangular shape, a rectangular annular groove 90 is formed. The groove 90 includes a pair of long side portions 91 extending along the longitudinal direction of the cavity 6 and a pair of short side portions 92 extending along the short side direction of the cavity 6. The long side portion 91 is disposed in the vicinity of the side edge of the upper electrode 21 (that is, the peripheral edge of the piezoelectric element 20) with a gap from the side edge. The short side portion 92 is disposed in the vicinity of both end edges of the upper electrode 21 (that is, the peripheral edge of the piezoelectric element 20) with a gap from the end edge. Therefore, the annular groove 90 is not in contact with the peripheral edge of the piezoelectric element 20. It is preferable to leave the upper electrode 21 at least partially on the bottom of the groove 90 so that the upper electrode 21 is not separated inside and outside the annular groove 90.
図１１Ｇの構成は、図１１Ｆの構成と類似しているが、環状の溝９３が不連続になっている点が異なる。この構成の場合には、溝９３はすべての部分において上部電極２１を貫通していてもよい。
図１１Ｈの構成では、矩形の上部電極２１の四隅にほぼ円弧形状の凹部９４が形成されている。凹部は、上部電極２１を貫通していてもよく、貫通していなくてもよい。凹部は、上部電極２１の角部に向かって膨らむ円弧形状を有している。凹部は、キャビティ６の長手方向両端部の近傍に置いて、キャビティ６の短手方向両端部の近傍にそれぞれ配置されている。凹部は、圧電素子２０の周縁から分離して形成されている。この構成によっても、圧電素子２０に駆動電圧を印加したときに、凹部を変位の起点として圧電体膜２４および振動膜１０の変形が始まる。それにより、安定で応答性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。
The configuration of FIG. 11G is similar to the configuration of FIG. 11F, except that the annular groove 93 is discontinuous. In the case of this configuration, the groove 93 may penetrate the upper electrode 21 in all portions.
In the configuration of FIG. 11H, substantially arc-shaped recesses 94 are formed at the four corners of the rectangular upper electrode 21. The recess may or may not penetrate through the upper electrode 21. The recess has an arc shape that swells toward the corner of the upper electrode 21. The recesses are arranged in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the cavity 6 and in the vicinity of both ends in the short direction of the cavity 6. The recess is formed separately from the periphery of the piezoelectric element 20. Also with this configuration, when a driving voltage is applied to the piezoelectric element 20, the deformation of the piezoelectric film 24 and the vibration film 10 starts with the recess as a starting point of displacement. Thereby, the inkjet head 1 which is stable and highly responsive can be realized.
図１１Ｉの構成は、図２〜図５に示した構成と類似している。図２〜図５の構成では、圧電体膜２４の周縁部に環状の薄膜部２６が設けられている。これに対して、図１１Ｉの構成では、圧電体膜２４の長手方向に沿う両側部に沿って一対の薄膜部９６が設けられている。薄膜部９６は、圧電体膜２４の長手方向一端から他端に至る全長に渡って形成されている。そして、薄膜部９６は、圧電体膜２４の長手方向両端部においては、短手方向両端部にのみ形成されており、それらの間には厚膜部９５が存在している。薄膜部９６は、圧電素子２０の周縁に接している。
The configuration in FIG. 11I is similar to the configuration shown in FIGS. 2 to 5, an annular thin film portion 26 is provided on the peripheral edge portion of the piezoelectric film 24. In contrast, in the configuration of FIG. 11I, a pair of thin film portions 96 are provided along both side portions along the longitudinal direction of the piezoelectric film 24. The thin film portion 96 is formed over the entire length of the piezoelectric film 24 from one end to the other end in the longitudinal direction. The thin film portions 96 are formed only at both ends in the lateral direction at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric film 24, and a thick film portion 95 exists between them. The thin film portion 96 is in contact with the peripheral edge of the piezoelectric element 20.
圧電素子に変位の起点となる特異形状（たとえば屈曲形状）の起点部を設ける特徴は、インクジェットヘッド１のみならず、圧電スピーカ等の他の形態の圧電アクチュエータにも適用でき、さらには圧電センサにも適用できる。圧電センサにおいては、圧電体膜に外力が加わると、圧電効果によって、上部電極と下部電極との間に電圧が生じる。外力が加わるとき、圧電体膜の変形（変位）が起点部から始まることを保証できるので、複数の圧電素子、および複数回の外力に対して、圧電体膜の変形（変位）が同様に生じる。それによって、検出感度が安定し、精度の高い動作が可能になる。圧電センサの例は、マイクロホン、超音波センサなどである。
The feature of providing a starting point of a specific shape (for example, a bent shape) as a starting point of displacement in the piezoelectric element can be applied not only to the ink jet head 1 but also to other forms of piezoelectric actuators such as a piezoelectric speaker. Is also applicable. In the piezoelectric sensor, when an external force is applied to the piezoelectric film, a voltage is generated between the upper electrode and the lower electrode due to the piezoelectric effect. When an external force is applied, it can be ensured that the deformation (displacement) of the piezoelectric film starts from the starting point, so that the deformation (displacement) of the piezoelectric film similarly occurs for a plurality of piezoelectric elements and a plurality of external forces. . As a result, the detection sensitivity becomes stable and a highly accurate operation becomes possible. Examples of the piezoelectric sensor include a microphone and an ultrasonic sensor.
図１２Ａおよび図１２Ｂは、上部電極２１（第１電極）および下部電極２２（第２電極）に加えて第３電極を設ける特徴に関する変形例を示す。
図１２Ａの構成では、上部電極２１と同一レイヤに、動作監視電極１００が配置されている。動作監視電極１００は、上部電極２１に形成されたノッチ部１０１に入り込んでおり、圧電体膜２４を介して下部電極２２に対向している。また、動作監視電極１００は、キャビティ６に対向している。動作監視電極１００は、直線状に形成されており、ただ一つの端子部１０２を有している。端子部１０２は、ノッチ部１０１外に配置されている。ノッチ部１０１は、この例では、上部電極２１の端縁の中間位置からキャビティ６の長手方向に直線状に細長く延びた形状を有している。動作監視電極１００は、ノッチ部１０１の形状に対応するように、少なくともノッチ部１０１内では直線状に延びている。動作監視電極１００は、ノッチ部１０１の周縁から間隔を開けて配置されており、したがって、上部電極２１から電気的に分離されている。
FIG. 12A and FIG. 12B show a modification regarding the feature of providing the third electrode in addition to the upper electrode 21 (first electrode) and the lower electrode 22 (second electrode).
In the configuration of FIG. 12A, the operation monitoring electrode 100 is disposed in the same layer as the upper electrode 21. The operation monitoring electrode 100 enters the notch 101 formed in the upper electrode 21 and faces the lower electrode 22 with the piezoelectric film 24 interposed therebetween. Further, the operation monitoring electrode 100 faces the cavity 6. The operation monitoring electrode 100 is formed in a straight line and has only one terminal portion 102. The terminal part 102 is disposed outside the notch part 101. In this example, the notch 101 has a shape that is elongated in a straight line from the middle position of the edge of the upper electrode 21 in the longitudinal direction of the cavity 6. The motion monitoring electrode 100 extends linearly at least within the notch 101 so as to correspond to the shape of the notch 101. The operation monitoring electrode 100 is disposed at a distance from the periphery of the notch 101 and is therefore electrically separated from the upper electrode 21.
上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加したときに圧電体膜２４が変形すると、その変形によって生じた起電力が動作監視電極１００と下部電極２２との間に生じる。したがって、動作監視電極１００と下部電極２２との間の電位差を検出する検出回路を設けることにより、圧電体膜２４の作動状態を監視することができる。
図１２Ｂの構成では、上部電極２１および下部電極２２の間において、第３電極としての中間電極１０３が圧電体膜２４に接している。より具体的には、圧電体膜２４の膜厚中間位置に中間電極１０３が配置されている。中間電極１０３は、上部電極２１および下部電極２２と平行であり、圧電体膜２４を挟んで上部電極２１および下部電極２２に対向している。中間電極１０３は、このように、圧電体膜２４中に埋め込まれているので、この中間電極１０３を用いることにより、圧電体膜２４の状態をより正確に監視することができる。
When the piezoelectric film 24 is deformed when a driving voltage is applied between the upper electrode 21 and the lower electrode 22, an electromotive force generated by the deformation is generated between the operation monitoring electrode 100 and the lower electrode 22. Therefore, the operation state of the piezoelectric film 24 can be monitored by providing a detection circuit that detects a potential difference between the operation monitoring electrode 100 and the lower electrode 22.
In the configuration of FIG. 12B, the intermediate electrode 103 as the third electrode is in contact with the piezoelectric film 24 between the upper electrode 21 and the lower electrode 22. More specifically, the intermediate electrode 103 is disposed at the middle position of the film thickness of the piezoelectric film 24. The intermediate electrode 103 is parallel to the upper electrode 21 and the lower electrode 22 and faces the upper electrode 21 and the lower electrode 22 with the piezoelectric film 24 interposed therebetween. Since the intermediate electrode 103 is thus embedded in the piezoelectric film 24, the state of the piezoelectric film 24 can be monitored more accurately by using the intermediate electrode 103.
また、中間電極１０３と下部電極２２との間、および中間電極１０３と上部電極２１との間に、それぞれ圧電体膜２４が介在しているので、中間電極１０３と上部電極２１との間、および／または中間電極１０３と下部電極２２との間に駆動電圧を印加することで、圧電体膜２４の変形を生じさせることができる。したがって、多数の動作モードでの動作が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。たとえば、上部電極２１および下部電極２２をグランド電位とし、中間電極１０３に駆動電圧を印加することにより、圧電素子２０を駆動してもよい。
In addition, since the piezoelectric film 24 is interposed between the intermediate electrode 103 and the lower electrode 22, and between the intermediate electrode 103 and the upper electrode 21, respectively, between the intermediate electrode 103 and the upper electrode 21, and By applying a drive voltage between / or the intermediate electrode 103 and the lower electrode 22, the piezoelectric film 24 can be deformed. Accordingly, it is possible to provide the inkjet head 1 that can operate in a number of operation modes. For example, the piezoelectric element 20 may be driven by setting the upper electrode 21 and the lower electrode 22 to the ground potential and applying a driving voltage to the intermediate electrode 103.
上部電極（第１電極）および下部電極（第２電極）のほかに第３電極を備える特徴は、インクジェットヘッドのような圧電アクチュエータだけでなく、マイクロホンや超音波センサのような圧電センサにも適用できる。たとえば、図６や図１２Ａに示す構成を圧電センサに適用するならば、圧電体膜２４に外力を生じたときに、上部電極２１および下部電極２２からの検出出力信号に加えて、第３電極２３（動作監視電極）からの検出信号を検出することで、圧電体膜２４に加えられた外力をより詳細に検出することもできる。換言すれば、多数の検出モードを有する圧電センサを提供できる。また。図１２Ｂに示す構成を圧電センサに適用するならば、圧電体膜２４に外力が加わったときに、上部電極２１または下部電極２２と中間電極１０３との間に起電力が生じるから、多数の検出モードを有する圧電センサを提供できる。
The feature of having the third electrode in addition to the upper electrode (first electrode) and the lower electrode (second electrode) is applicable not only to piezoelectric actuators such as inkjet heads, but also to piezoelectric sensors such as microphones and ultrasonic sensors. it can. For example, if the configuration shown in FIGS. 6 and 12A is applied to a piezoelectric sensor, the third electrode in addition to the detection output signals from the upper electrode 21 and the lower electrode 22 when an external force is generated in the piezoelectric film 24. By detecting a detection signal from 23 (operation monitoring electrode), the external force applied to the piezoelectric film 24 can be detected in more detail. In other words, a piezoelectric sensor having a large number of detection modes can be provided. Also. If the configuration shown in FIG. 12B is applied to a piezoelectric sensor, an electromotive force is generated between the upper electrode 21 or the lower electrode 22 and the intermediate electrode 103 when an external force is applied to the piezoelectric film 24. A piezoelectric sensor having a mode can be provided.
図１３Ａ〜図１３Ｄは、キャビティ６の形状に関連する変形例を示す。
図１３Ａに示す構成では、アクチュエータ基板２の内壁面６２が、キャビティ６の外方に窪む窪み部６２Ｃを有している。窪み部６２Ｃは、振動膜１０のキャビティ６側の表面に交差する断面において鈍角をなす谷部を形成している。窪み部６２Ｃの上方側（アクチュエータ基板２側）には第１の平坦面部６２Ｄの下縁が連なっている。第１の平坦面部６２Ｄは、振動膜１０と平行な方向および振動膜１０の法線方向のいずれに対しても傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄの上縁は、曲面部６２Ａに連なっている。窪み部６２Ｃの下方側（ノズル基板３側）には、第２の平坦面部６２Ｅが窪み部６２Ｃに連なっている。第２の平坦面部６２Ｅは、振動膜１０と平行な方向および振動膜１０の法線方向のいずれに対しても傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄは、曲面部６２Ａから窪み部６２Ｃに向かってキャビティ６の外方に向けて傾斜している。第２の平坦面部６２Ｅは、ノズル基板３から窪み部６２Ｃに向かってキャビティ６の外方に向けて傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄが含まれる平面と第２の平坦面部６２Ｅが含まれる平面とは、振動膜１０の前記キャビティ６側の表面に交差する断面において鈍角を形成する。すなわち、窪み部６２Ｃは、断面において、鈍角を形成している。
13A to 13D show a modification related to the shape of the cavity 6.
In the configuration shown in FIG. 13A, the inner wall surface 62 of the actuator substrate 2 has a recessed portion 62 </ b> C that is recessed outward from the cavity 6. The recessed portion 62 </ b> C forms a trough that forms an obtuse angle in a cross section that intersects the surface of the vibrating membrane 10 on the cavity 6 side. The lower edge of the first flat surface portion 62D is continuous with the upper side (the actuator substrate 2 side) of the recessed portion 62C. The first flat surface portion 62D is inclined with respect to both the direction parallel to the vibration film 10 and the normal direction of the vibration film 10. The upper edge of the first flat surface portion 62D is continuous with the curved surface portion 62A. On the lower side (the nozzle substrate 3 side) of the recessed portion 62C, the second flat surface portion 62E is connected to the recessed portion 62C. The second flat surface portion 62E is inclined with respect to both the direction parallel to the vibration film 10 and the normal direction of the vibration film 10. The first flat surface portion 62D is inclined toward the outside of the cavity 6 from the curved surface portion 62A toward the recessed portion 62C. The second flat surface portion 62E is inclined toward the outside of the cavity 6 from the nozzle substrate 3 toward the recessed portion 62C. The plane including the first flat surface portion 62D and the plane including the second flat surface portion 62E form an obtuse angle in a cross section intersecting the surface of the vibration film 10 on the cavity 6 side. That is, the recess 62C forms an obtuse angle in the cross section.
この構成では、窪み部６２Ｃが鈍角の谷部を形成していることにより、窪み部６２Ｃでの気泡の捕獲を抑制または防止できる。それによって、インク吐出制御性能を向上できる。また、第１平坦面部６２Ｄおよび第２平坦面部６２Ｅを有する内壁面６２の形成は容易であり、かつそれらの交差部（窪み部）は鈍角を形成しているので、それらの交差部での気泡溜まりを抑制または防止できる。これにより、製造工程が容易で、かつインク吐出制御性能を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
In this configuration, since the hollow portion 62C forms an obtuse valley, trapping of bubbles in the hollow portion 62C can be suppressed or prevented. Thereby, the ink ejection control performance can be improved. In addition, the inner wall surface 62 having the first flat surface portion 62D and the second flat surface portion 62E can be easily formed, and the intersecting portions (indented portions) form obtuse angles, so that air bubbles at the intersecting portions are formed. The accumulation can be suppressed or prevented. As a result, it is possible to provide the ink jet head 1 that has a simple manufacturing process and improved ink ejection control performance.
図１３Ｂに示す構成は、図１３Ａの構成と類似しているが、窪み部６２Ｃに角がなく、その内面が湾曲面となっている点が異なる。窪み部６２Ｃが湾曲面を形成していることにより、窪み部６２Ｃでの気泡の捕獲をさらに効果的に抑制または防止できる。それによって、インク吐出制御性能を向上できる。
図１３Ｃに示す構成では、振動膜１０の下面に接する曲面部６２Ａが、アクチュエータ基板２の一方表面から他方表面にまで連続している。これにより、キャビティ６の内壁面に気泡溜まりが生じることを抑制または防止できる。しかも、曲面部６２Ａがノズル基板３にも接しているので、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界部においても気泡の捕獲が生じ難い。したがって、インク吐出制御性能を一層向上したインクジェットヘッド１を実現できる。曲面部６２Ａは、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界の全周に渡っていることが好ましい。これにより、気泡溜まりをより確実に抑制できる。
The configuration shown in FIG. 13B is similar to the configuration shown in FIG. 13A, except that the recess 62C has no corners and its inner surface is a curved surface. Since the recessed part 62C forms a curved surface, the trapping of bubbles in the recessed part 62C can be more effectively suppressed or prevented. Thereby, the ink ejection control performance can be improved.
In the configuration shown in FIG. 13C, the curved surface portion 62 </ b> A that is in contact with the lower surface of the vibrating membrane 10 is continuous from one surface of the actuator substrate 2 to the other surface. Thereby, it is possible to suppress or prevent bubble accumulation on the inner wall surface of the cavity 6. In addition, since the curved surface portion 62 </ b> A is also in contact with the nozzle substrate 3, it is difficult for air bubbles to be captured at the boundary portion between the inner wall surface 62 of the cavity 6 and the nozzle substrate 3. Accordingly, it is possible to realize the ink jet head 1 with further improved ink discharge control performance. The curved surface portion 62 </ b> A preferably extends over the entire circumference of the boundary between the inner wall surface 62 of the cavity 6 and the nozzle substrate 3. Thereby, bubble accumulation can be suppressed more reliably.
図１３Ｄに示す構成では、キャビティ６の内壁面６２は、ノズル基板３側に、外側に湾曲して広がる曲面部６２Ｆを有している。この曲面部６２Ｆの下縁はノズル基板３に接している。この構成によれば、ノズル基板３側においてもキャビティ６の内壁面６２が曲面部６２Ｆを有しているので、ノズル基板３と内壁面６２との交差部における気泡溜まりを抑制または防止できる。それにより、インク吐出制御性能を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。曲面部６２Ｆは、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界の全周に渡っていることが好ましい。これにより、キャビティ６内壁面とノズル基板３との交差部における気泡溜まりをより効果的に抑制または防止でき、それに応じて、インク吐出制御性能を向上できる。振動膜１０をノズル基板３よりも上に配置する場合には、気泡溜まりは振動膜１０側で生じるので、ノズル基板３側での気泡の捕獲はあまり考慮しなくてもよい。
In the configuration shown in FIG. 13D, the inner wall surface 62 of the cavity 6 has a curved surface portion 62F that curves and spreads outward on the nozzle substrate 3 side. The lower edge of the curved surface portion 62F is in contact with the nozzle substrate 3. According to this configuration, since the inner wall surface 62 of the cavity 6 has the curved surface portion 62F on the nozzle substrate 3 side, it is possible to suppress or prevent bubble accumulation at the intersection between the nozzle substrate 3 and the inner wall surface 62. Thereby, the ink jet head 1 with improved ink ejection control performance can be provided. The curved surface portion 62 </ b> F preferably extends over the entire circumference of the boundary between the inner wall surface 62 of the cavity 6 and the nozzle substrate 3. Thereby, bubble accumulation at the intersection between the inner wall surface of the cavity 6 and the nozzle substrate 3 can be more effectively suppressed or prevented, and ink ejection control performance can be improved accordingly. When the vibrating membrane 10 is disposed above the nozzle substrate 3, since bubble accumulation occurs on the vibrating membrane 10 side, trapping of bubbles on the nozzle substrate 3 side need not be considered much.
図１４Ａおよび図１４Ｂは、キャビティ６毎の振動膜１０の分離の特徴に関する変形例を示す。
図１４Ａに示すように、キャビティ６間の振動膜１０を分離する分離溝６０は、不連続パターンの溝であってもよい。より具体的には、分離溝６０は、キャビティ６の長手方向に沿って間隔を開けて配列された複数の溝部分を有している。各溝部分は、キャビティ６の長手方向、すなわち、複数の溝部分の配列方向に沿って延びている。そして、各溝部分の長手方向の長さは、隣り合う溝部分の間の距離よりも長い。このような不連続パターンの溝であっても、各キャビティ６に対応した振動膜１０に対する周囲からの拘束を少なくすることができる。
FIG. 14A and FIG. 14B show a modification regarding the separation characteristics of the vibrating membrane 10 for each cavity 6.
As shown in FIG. 14A, the separation groove 60 that separates the vibrating membranes 10 between the cavities 6 may be a discontinuous pattern groove. More specifically, the separation groove 60 has a plurality of groove portions arranged at intervals along the longitudinal direction of the cavity 6. Each groove portion extends along the longitudinal direction of the cavity 6, that is, the arrangement direction of the plurality of groove portions. And the length of the longitudinal direction of each groove part is longer than the distance between adjacent groove parts. Even with such a discontinuous pattern of grooves, it is possible to reduce the constraint on the vibrating membrane 10 corresponding to each cavity 6 from the periphery.
図１４Ｂに示すように、分離溝６０は、隣接する一対のキャビティ６を区画する区画壁６１からさらに延びて、キャビティ６を取り囲むパターンに形成してもよい。これにより、振動膜１０に対する周囲からの拘束を一層少なくすることができるので、振動膜１０および区画壁の変位をより大きくすることができる。図１４Ｂの例では、分離溝６０は、キャビティ６の側縁に沿って延びた側縁分離溝６０ａと、キャビティ６の端縁に沿って延びた端縁分離溝６０ｂとを含む。側縁分離溝６０ａの両端に端縁分離溝６０ｂがそれぞれ連なっている。側縁分離溝６０ａおよび／または端縁分離溝６０ｂは、不連続パターンの溝であってもよい。
As shown in FIG. 14B, the separation groove 60 may be formed in a pattern that further extends from a partition wall 61 that partitions a pair of adjacent cavities 6 and surrounds the cavities 6. Thereby, since the restraint from the circumference | surroundings with respect to the vibration film 10 can be decreased further, the displacement of the vibration film 10 and a partition wall can be enlarged more. In the example of FIG. 14B, the separation groove 60 includes a side edge separation groove 60 a extending along the side edge of the cavity 6 and an edge separation groove 60 b extending along the edge of the cavity 6. An edge separation groove 60b is connected to both ends of the side edge separation groove 60a. The side edge separation groove 60a and / or the edge separation groove 60b may be a discontinuous pattern groove.
図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１５Ｃは、駆動ＩＣ５の配置の特徴に関する変形例を示す。
図１５Ａの構成では、駆動ＩＣ５は、圧電素子２０を覆うようにアクチュエータ基板２の表面に実装されている。駆動ＩＣ５は、したがって、圧電素子２０を保護するための保護基板としての役割を兼ねている。これにより、圧電素子２０を保護するための保護基板を別途配置する必要がない。そのうえ、アクチュエータ基板２上において圧電素子２０と重なり合うように駆動ＩＣ５を実装できるので、インクジェットヘッド１を一層小型化することができる。
15A, FIG. 15B, and FIG. 15C show a modified example related to the feature of the arrangement of the drive IC 5.
In the configuration of FIG. 15A, the drive IC 5 is mounted on the surface of the actuator substrate 2 so as to cover the piezoelectric element 20. Therefore, the drive IC 5 also serves as a protective substrate for protecting the piezoelectric element 20. Thereby, it is not necessary to separately arrange a protective substrate for protecting the piezoelectric element 20. In addition, since the drive IC 5 can be mounted on the actuator substrate 2 so as to overlap the piezoelectric element 20, the ink jet head 1 can be further reduced in size.
駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面に対向する第１表面５ａ（対向面）に形成された凹部５ｃを有している。凹部５ｃに、圧電素子２０が収容されている。これにより、圧電素子２０が作動するための作動空間を確保でき、かつ、駆動ＩＣ５の上面（第２表面５ｂ。アクチュエータ基板２とは反対側の表面）の高さを低くすることができる。これにより、圧電素子２０の作動空間を確保しながら、小型のインクジェットヘッド１を実現できる。
The drive IC 5 has a recess 5 c formed on a first surface 5 a (opposing surface) facing the surface of the actuator substrate 2. The piezoelectric element 20 is accommodated in the recess 5c. As a result, an operation space for operating the piezoelectric element 20 can be secured, and the height of the upper surface (second surface 5b, the surface opposite to the actuator substrate 2) of the drive IC 5 can be reduced. Thereby, the small-sized inkjet head 1 can be realized while ensuring the working space of the piezoelectric element 20.
図１５Ｂに示す構成は、図１５Ａの構成と類似しているが、ＦＰＣ５７が駆動ＩＣ５の上面（第２表面５ｂ）に配置された入力端子５６に直接接合されている。これにより、駆動ＩＣ５の入力端子５６とＦＰＣ５７との間のワイヤボンディングが不要であるので、アクチュエータ基板２上にワイヤボンディングのためのスペースを設けなくてもよい。これにより、インクジェットヘッド１を一層小型化できる。
The configuration shown in FIG. 15B is similar to the configuration shown in FIG. 15A, but the FPC 57 is directly joined to the input terminal 56 disposed on the upper surface (second surface 5 b) of the drive IC 5. As a result, wire bonding between the input terminal 56 of the drive IC 5 and the FPC 57 is not necessary, so that it is not necessary to provide a space for wire bonding on the actuator substrate 2. Thereby, the inkjet head 1 can be further reduced in size.
図１５Ｃに示す構成では、駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面に対向する平坦な対向面を第１表面５ａとして有しており、その第１表面５ａに出力端子を構成するバンプ５３が形成されている。そして、駆動ＩＣ５は、圧電素子２０を覆うように配置されてアクチュエータ基板２上に実装されている。
バンプ５３によってアクチュエータ基板２の表面と駆動ＩＣ５の第１表面５ａとの間に間隙７が形成されており、その間隙７に圧電素子２０が配置されて、駆動ＩＣ５の平坦な第１表面５ａに対向している。このように、バンプ５３によって形成された空間が、圧電素子２０の配置およびその動作のための空間として利用されている。これにより、駆動ＩＣ５の第１表面５ａに凹所を形成する必要がないので、製造工程が簡単になる。
In the configuration shown in FIG. 15C, the drive IC 5 has a flat facing surface that faces the surface of the actuator substrate 2 as the first surface 5a, and bumps 53 that form output terminals are formed on the first surface 5a. ing. The driving IC 5 is disposed on the actuator substrate 2 so as to cover the piezoelectric element 20.
A gap 53 is formed between the surface of the actuator substrate 2 and the first surface 5 a of the drive IC 5 by the bump 53, and the piezoelectric element 20 is disposed in the gap 7, so that the flat first surface 5 a of the drive IC 5 is formed. Opposite. Thus, the space formed by the bumps 53 is used as a space for arranging and operating the piezoelectric element 20. Thereby, since it is not necessary to form a recess in the first surface 5a of the drive IC 5, the manufacturing process is simplified.
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、圧電素子に係わる特徴は、インクジェットヘッドだけでなく、電体膜を用いたマイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ、超音波センサ、スピーカ、ＩＲセンサ（熱センサ）などにも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the features related to piezoelectric elements are applicable not only to inkjet heads but also to microphones, pressure sensors, acceleration sensors, angular velocity sensors, ultrasonic sensors, speakers, IR sensors (thermal sensors), etc. Can do.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
