JPH11348285A - Ink jet recorder and manufacture thereof - Google Patents

Ink jet recorder and manufacture thereof

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Publication number
JPH11348285A
JPH11348285A JP16183698A JP16183698A JPH11348285A JP H11348285 A JPH11348285 A JP H11348285A JP 16183698 A JP16183698 A JP 16183698A JP 16183698 A JP16183698 A JP 16183698A JP H11348285 A JPH11348285 A JP H11348285A
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JP
Japan
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layer
piezoelectric
ink
jet head
piezoelectric film
Prior art date
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Pending
Application number
JP16183698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isaku Jinno
伊策 神野
Ryoichi Takayama
良一 高山
Takeshi Kamata
健 鎌田
Satoru Fujii
覚 藤井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP16183698A priority Critical patent/JPH11348285A/en
Publication of JPH11348285A publication Critical patent/JPH11348285A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14258Multi layer thin film type piezoelectric element

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head having ejection nozzles which are formed in high density by a method wherein a piezoelectric material and a vibration plate forming a piezoelectric device is made to be a thin film so that fine processing which is regularly used in a semiconductor process can be used. SOLUTION: The ink jet recorder comprises an ink ejection nozzle, a pressure generating chamber 1 connected to an ink ejection nozzle 2 and a piezoelectric vibration section which consists of a piezoelectric membrane 5 having Pb, Ti and Zr and electrodes 6, 7 provided to both sides of the piezoelectric membrane 5 and is provided to a part of the pressure generating chamber 1. The piezoelectric membrane 5 consists of a first layer 8 and a second layer 9 each having a perovskite structure both of which are contacted with each other. The first layer 8 does not include Zr or the content of the Zr in the first layer 8 is less than that in the second layer 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に使用されるインクジェットヘッド記録装置及び
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head recording apparatus used in an ink jet recording apparatus and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パソコンなどの印刷装置としてイ
ンクジェット記録装置を用いたプリンタが印字性能がよ
く取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及し
ている。このインクジェット記録装置には、熱エネルギ
ーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による
圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力により
インク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動
子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。
2. Description of the Related Art In recent years, printers using an ink jet recording apparatus as a printing apparatus such as a personal computer have been widely used because of their good printing performance, easy handling and low cost. This ink jet recording apparatus includes a device that generates bubbles in ink by thermal energy and discharges ink droplets by pressure waves generated by the bubbles, a device that suctions and discharges ink droplets by electrostatic force, and a vibrator such as a piezoelectric element. There are various systems such as those using pressure waves.

【0003】一般に、圧電素子を用いたものは、例え
ば、インク供給室に連通した圧力室とその圧力室に連通
したインク吐出口とを備え、その圧力室に圧電素子が接
合された振動板が設けられて構成されている。このよう
な構成において、圧電素子に所定の電圧を印加して圧電
素子を伸縮させることにより、たわみ振動を起こさせて
圧力室内のインクを圧縮することによりインク吐出口か
らインク液滴を吐出させる。現在カラーのインクジェト
記録装置が普及してきたが、その印字性能の向上、特に
高解像度化および高速印字が求められている。そのため
インクヘッドを微細化したマルチノズルヘッド構造を用
いて高解像度および高速印字を実現する事が試みられて
いる。インクヘッドを微細化するためには、インクを吐
き出させるための圧電素子を小型化することが必要にな
る。
In general, a device using a piezoelectric element includes, for example, a pressure chamber communicating with an ink supply chamber and an ink discharge port communicating with the pressure chamber, and a diaphragm having a piezoelectric element joined to the pressure chamber. It is provided and configured. In such a configuration, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element to expand and contract the piezoelectric element, thereby causing flexural vibration and compressing the ink in the pressure chamber, thereby discharging ink droplets from the ink discharge ports. At present, color ink jet recording apparatuses have become widespread, but there is a demand for improved printing performance, particularly for higher resolution and higher speed printing. Therefore, it has been attempted to realize high resolution and high speed printing using a multi-nozzle head structure in which an ink head is miniaturized. In order to miniaturize the ink head, it is necessary to reduce the size of a piezoelectric element for discharging ink.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この圧
電素子の圧電膜は、PbO、ZrO2及びTiO2の粉末
をシート状に成型加工した後、焼成することにより形成
する方法が採用されていたことから、圧電膜を例えば2
0μm以下に薄く形成することが困難であった。このた
めに、圧電膜を微細に加工することが困難であり、圧電
素子を小型化することが困難であった。また、このよう
に粉末を焼成することにより形成された圧電膜は、その
厚さが薄くなるに従って、結晶粒界の影響が無視できな
いようになり、良好な圧電特性を得ることができなかっ
た。その結果、粉末を焼成することにより形成された圧
電膜は、15μm以下になるとインクを吐き出させるた
めの十分な圧電特性を得ることができないという問題点
があった。このため、十分なインクの吐出に必要な特性
を有する小型のインクヘッドをこれまで実現することが
できなかった。
However, the method of forming the piezoelectric film of the piezoelectric element by forming a powder of PbO, ZrO2 and TiO2 into a sheet and then firing the sheet is adopted. For example, if the piezoelectric film
It was difficult to form a thin film having a thickness of 0 μm or less. For this reason, it was difficult to finely process the piezoelectric film, and it was difficult to reduce the size of the piezoelectric element. Further, as the thickness of the piezoelectric film formed by sintering the powder becomes thinner, the influence of the crystal grain boundaries cannot be ignored, and good piezoelectric characteristics cannot be obtained. As a result, the piezoelectric film formed by baking the powder has a problem that when the thickness is 15 μm or less, it is not possible to obtain sufficient piezoelectric characteristics for discharging ink. For this reason, it has not been possible to realize a small-sized ink head having characteristics necessary for sufficient ink ejection.

【0005】本発明は、膜厚が薄くても大きな圧電特性
を有する薄膜材料を開発し、圧電素子を構成する圧電体
や振動板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に
用いられている微細加工を可能とし、高密度に形成され
た吐出口を有するインクジェットヘッドを実現する構成
と、その製造方法を提供することを目的とする。
According to the present invention, a thin film material having a large piezoelectric property even if the film thickness is small is developed, and a piezoelectric material or a diaphragm constituting a piezoelectric element is thinned to obtain a thin film material generally used in a semiconductor process. It is an object of the present invention to provide a configuration capable of processing and realizing an inkjet head having discharge ports formed at high density, and a method of manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第1のイン
クジェットヘッドは、インク吐出口とそのインク吐出口
に接続された圧力室とを有する本体部と、Pb、Ti及
びZrを有する圧電膜と圧電膜の両側に設けられた電極
とを含んでなり圧力室の一部に設けられた圧電振動部と
を備え、圧電振動部をたわみ振動させることによりイン
ク吐出口からインクを吐き出させるインクジェットヘッ
ドであって、圧電膜が、Sr又はBaを含むペロブスカ
イト構造を有する第1層と、第1層に接するように形成
されたPb、Ti及びZrを有するペロブスカイト構造
の第2層とを含んでいることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first ink jet head having a main body having an ink discharge port and a pressure chamber connected to the ink discharge port, and a piezoelectric film having Pb, Ti and Zr. And an electrode provided on both sides of the piezoelectric film, comprising: a piezoelectric vibrating portion provided in a part of the pressure chamber, wherein the piezoelectric vibrating portion bends and vibrates to discharge ink from an ink discharge port. Wherein the piezoelectric film includes a first layer having a perovskite structure containing Sr or Ba, and a second layer having a perovskite structure having Pb, Ti, and Zr formed so as to be in contact with the first layer. It is characterized by the following.

【0007】このように、Sr又はBaを含むペロブス
カイト構造を有する第1層と第1層に接するように第2
層とを含んで構成することにより、Zrを含んでいる第
2層を良質でかつ薄くしかも大きな圧電定数を有するよ
うに形成することができる。これによって、本発明の第
1のインクジェットヘッドは極めて小型で軽量にでき
る。
Thus, the first layer having a perovskite structure containing Sr or Ba and the second layer in contact with the first layer are provided.
By including the layer, the second layer containing Zr can be formed so as to be high quality, thin, and have a large piezoelectric constant. Thereby, the first inkjet head of the present invention can be made extremely small and lightweight.

【0008】また、本発明に係る第2のインクジェット
ヘッドは、インク吐出口とインク吐出口に接続された圧
力室とを備えた本体部と、Pb、Ti及びZrを有する
圧電膜と圧電膜の両側に設けられた電極とを含んでなり
圧力室の一部に設けられた圧電振動部とを備え、圧電振
動部をたわみ振動させることによりインク吐出口からイ
ンクを吐き出させるインクジェットヘッドであって、圧
電膜が、それぞれペロブスカイト構造を有しかつ互いに
接するように形成された第1層と第2層とを含んでな
り、第1層のZrの含有量が第2層のZrの含有量に比
較して少ないことを特徴とする。
A second ink jet head according to the present invention comprises a main body having an ink discharge port and a pressure chamber connected to the ink discharge port, a piezoelectric film having Pb, Ti and Zr, and a piezoelectric film having Pb, Ti and Zr. An ink jet head that includes an electrode provided on both sides and includes a piezoelectric vibrating part provided in a part of the pressure chamber, and discharges ink from an ink discharge port by bending and vibrating the piezoelectric vibrating part, The piezoelectric film includes a first layer and a second layer each having a perovskite structure and formed so as to be in contact with each other, and the Zr content of the first layer is compared with the Zr content of the second layer. It is characterized by being small.

【0009】このように、圧電膜を互いに接するように
形成された第1層と第2層とを含んで構成することによ
り、Zrを比較的多く含んでいる第2層を良質でかつ薄
くしかも大きな圧電定数を有するように形成することが
できる。これによって、本発明の第2のインクジェット
ヘッドは極めて小型で軽量にできる。
As described above, by configuring the piezoelectric film to include the first layer and the second layer formed so as to be in contact with each other, the second layer containing a relatively large amount of Zr can be made of a high quality, thin, and thin. It can be formed to have a large piezoelectric constant. Thereby, the second inkjet head of the present invention can be made extremely small and lightweight.

【0010】また、本発明に係る第3のインクジェット
ヘッドは、インク吐出口とインク吐出口に接続された圧
力室とを備えた本体部と、Pb、Ti及びZrを有する
圧電膜と圧電膜の両側に設けられた電極とを含んでなり
圧力室の一部に設けられた圧電振動部とを備え、圧電振
動部をたわみ振動させることによりインク吐出口からイ
ンクを吐き出させるインクジェットヘッドであって、圧
電膜が、それぞれペロブスカイト構造を有しかつ互いに
接するように形成されたZrを有していない第1層とZ
rを有する第2層とを含んでなりることを特徴とする。
A third ink jet head according to the present invention comprises a main body having an ink discharge port and a pressure chamber connected to the ink discharge port, a piezoelectric film having Pb, Ti and Zr, and a piezoelectric film having a piezoelectric film having Pb, Ti and Zr. An ink jet head that includes an electrode provided on both sides and includes a piezoelectric vibrating part provided in a part of the pressure chamber, and discharges ink from an ink discharge port by bending and vibrating the piezoelectric vibrating part, A first layer having a perovskite structure and having no Zr formed so as to be in contact with each other;
and a second layer having r.

【0011】これによって、第2のインクジェットヘッ
ドに比較してさらに良質で圧電定数の高い第2層が形成
できる。
As a result, a second layer having higher quality and a higher piezoelectric constant can be formed as compared with the second ink jet head.

【0012】また、本発明に係る第2と第3のインクジ
ェットヘッドでは、第1層を容易にかつ低温で形成する
ために、第1層がLaを含んでいることが好ましい。
In the second and third ink jet heads according to the present invention, it is preferable that the first layer contains La in order to easily form the first layer at a low temperature.

【0013】さらに、本発明に係る第1〜第3のインク
ジェットヘッドでは、圧電膜の圧電定数をさらに高くす
るために、第2層においてZr/Ti比が、30/70
以上70/30以下に設定されることが好ましい。
Further, in the first to third ink jet heads according to the present invention, in order to further increase the piezoelectric constant of the piezoelectric film, the Zr / Ti ratio in the second layer is 30/70.
It is preferable to set it to 70/30 or less.

【0014】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいて、圧電膜は単結晶であることがさ
らに好ましい。これによって、圧電膜を構成する材料の
固有の圧電定数を効果的に利用することができる。
In the first to third ink jet heads according to the present invention, it is more preferable that the piezoelectric film is a single crystal. Thereby, the inherent piezoelectric constant of the material constituting the piezoelectric film can be effectively used.

【0015】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいて、圧電膜が、10μm以下の厚さ
に形成されていることが好ましく、これによって、圧電
膜の形状を微細に加工できる。
In the first to third ink jet heads according to the present invention, the piezoelectric film is preferably formed to a thickness of 10 μm or less, whereby the shape of the piezoelectric film can be finely processed.

【0016】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいて、圧電膜が、1μm以上、3μm
以下の厚さに形成されていることがさらに好ましく、こ
れによって、圧電膜を微細に加工できるとともに、十分
なインク吐出力及び十分な圧電膜の信頼性が得られる。
この場合、第1層は、50nm以上、100nm以下の
厚さに形成されていることが好ましく、これによって、
良質な第2層を形成することができ、圧電膜全体として
の圧電定数を低下させることもない。
In the first to third ink jet heads according to the present invention, the piezoelectric film has a thickness of 1 μm or more and 3 μm or more.
It is more preferable that the piezoelectric film is formed to have the following thickness, whereby the piezoelectric film can be finely processed, and a sufficient ink ejection force and a sufficient reliability of the piezoelectric film can be obtained.
In this case, the first layer is preferably formed to have a thickness of 50 nm or more and 100 nm or less.
A high-quality second layer can be formed, and the piezoelectric constant of the entire piezoelectric film does not decrease.

【0017】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいて、圧電振動部が振動板を備えるこ
とにより、圧電振動部を容易にたわみ振動させることが
できる。この場合、振動板が、Ni、Cr、Al及びそ
れらの酸化物、Si、Si酸化物、高分子有機物からな
る群から選ばれた少なくとも1つの材料からなることが
好ましい。
Further, in the first to third ink jet heads according to the present invention, since the piezoelectric vibrating section includes the vibration plate, the piezoelectric vibrating section can easily bend and vibrate. In this case, it is preferable that the diaphragm is made of at least one material selected from the group consisting of Ni, Cr, Al and oxides thereof, Si, Si oxide, and a high molecular organic substance.

【0018】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいては、圧電振動部において、電極間
にさらに、圧電膜と中間電極層を介して対向する、圧電
膜とは別の圧電膜を設け、その2つの圧電膜によってた
わみ振動をさせてもよい。このように2つの圧電膜でた
わみ振動させると振動板を用いる場合に比較してより大
きな振幅をえることができる。
Further, in the first to third ink jet heads according to the present invention, in the piezoelectric vibrating portion, a piezoelectric film different from the piezoelectric film and facing the piezoelectric film via the intermediate electrode layer between the electrodes. May be provided, and the two piezoelectric films may cause flexural vibration. If the two piezoelectric films are flexibly vibrated in this manner, a larger amplitude can be obtained as compared with the case where a diaphragm is used.

【0019】また、本発明に係る第1と第3のインクジ
ェットヘッドにおいては、圧電膜の第2層が、Nb及び
Snを含む反強誘電性を有する圧電体であってもよい。
Further, in the first and third ink jet heads according to the present invention, the second layer of the piezoelectric film may be an antiferroelectric piezoelectric material containing Nb and Sn.

【0020】さらに、本発明に係る第1〜第3のインク
ジェットヘッドにおいては、第1層を、Zr濃度が厚さ
方向に連続的に増加するように分布している層とし、か
つ第1層のZr濃度が高い一方の面で第2層と接するよ
うに構成してもよい。
Further, in the first to third ink jet heads according to the present invention, the first layer is a layer in which the Zr concentration is distributed so as to increase continuously in the thickness direction, and May be configured to be in contact with the second layer on one surface having a high Zr concentration.

【0021】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいては、圧電膜の両側に形成された電
極層がPt又はAuで形成されていることが好ましい。
これによって、例えばエッチングを用いて圧電膜を微細
加工する場合に、エッチング液により電極にダメージを
与えないようにできる。
In the first to third ink jet heads according to the present invention, it is preferable that the electrode layers formed on both sides of the piezoelectric film are formed of Pt or Au.
Thus, when the piezoelectric film is finely processed by, for example, etching, the electrodes can be prevented from being damaged by the etchant.

【0022】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいては、本体部が複数のインク吐出口
と各インク吐出口にそれぞれ対応して設けられた複数の
圧力室を有し、圧電膜の両側に設けられた電極のうち少
なくとも一方の電極を圧力室に対応するように分離して
設けることにより、各圧力室に対応した圧電振動部を備
えたインクジェットヘッドを構成できる。このような構
成により、複数のインク吐出口が極めて高密度に形成さ
れたインクジェットヘッドを作製できる。この場合、圧
電膜を圧力室に対応するように分離して設け、一方の電
極を分離された各圧電膜上に形成するようにしても、同
様に吐出口が高密度に形成されたインクジェットヘッド
を作製できる。このように、圧電膜を各圧力室に対応す
るように分離して形成する場合、各圧電膜の幅を圧力室
の幅より小さくすることが好ましい。また、圧電膜を分
離して形成する場合、分離された圧電膜の間に、圧電膜
の伸縮を阻害しない剛性の低い樹脂を充填してもよい。
これによって、ヘッドの信頼性を高くできる。
In the first to third ink-jet heads according to the present invention, the main body has a plurality of ink discharge ports and a plurality of pressure chambers provided respectively corresponding to the respective ink discharge ports. By separately providing at least one of the electrodes provided on both sides of the film so as to correspond to the pressure chamber, it is possible to configure an ink jet head having a piezoelectric vibrating portion corresponding to each pressure chamber. With such a configuration, an ink jet head in which a plurality of ink ejection ports are formed at a very high density can be manufactured. In this case, even if the piezoelectric film is separately provided so as to correspond to the pressure chamber, and one electrode is formed on each of the separated piezoelectric films, the ink jet head similarly having the ejection ports formed at a high density Can be produced. As described above, when the piezoelectric films are formed separately so as to correspond to the respective pressure chambers, it is preferable that the width of each piezoelectric film is smaller than the width of the pressure chamber. In the case where the piezoelectric films are formed separately, a resin having low rigidity that does not hinder expansion and contraction of the piezoelectric films may be filled between the separated piezoelectric films.
Thereby, the reliability of the head can be increased.

【0023】また、本発明に係る第1〜第3のインクジ
ェットヘッドにおいて、圧電振動部は、その周辺部が圧
力室の周辺部と弾性を有しかつ膜厚が3μm以下の樹脂
層を介して接合するようにしてもよく、これによって、
接合時に圧電振動部に歪みが加わることを防止でき、製
造時の歩留まりを高くできかつ信頼性を高くできる。
Further, in the first to third ink jet heads according to the present invention, the piezoelectric vibrating portion has a peripheral portion which is elastic with the peripheral portion of the pressure chamber via a resin layer having a thickness of 3 μm or less. May be joined together,
It is possible to prevent distortion from being applied to the piezoelectric vibrating portion during bonding, and to increase the production yield and reliability.

【0024】圧電振動部は、その周辺部が圧力室の周辺
部と、セラミック、金属又は樹脂からなる台座を介して
接合されていることが好ましく、これによって、接合部
を圧電振動部から離すことができるので、圧電振動部を
安定して振動させることができる。
Preferably, the peripheral portion of the piezoelectric vibrating portion is joined to the peripheral portion of the pressure chamber via a pedestal made of ceramic, metal, or resin, so that the joining portion is separated from the piezoelectric vibrating portion. Therefore, the piezoelectric vibrating portion can be vibrated stably.

【0025】また、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法は、インク吐出口とインク吐出口に接続され
かつ一部に開口部が形成された圧力室とを有する本体部
と、開口部を塞ぐように設けられた圧電振動部とを備え
たインクジェットヘッドの製造方法であって、基板上
に、Pb及びTiを含むペロブスカイト構造を有する第
1層を形成し、第1層上にZrとPb及びTiとを含む
ペロプスカイト構造を有する第2層を形成するすること
により、第1層と第2層とを含む圧電膜を形成する工程
とを含み、基板上に圧電膜を有する圧電振動部を形成す
る第1工程と、本体部の開口部の周辺部と圧電振動部の
周辺部とを対向させて接合する第2工程と、接合後に基
板を除去する第3工程とを含み、第1工程において、第
1層をZrを含まないように、又は第2層に比較してZ
rの量が少なくなるように形成することを特徴とする。
Further, the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is characterized in that a main body having an ink discharge port and a pressure chamber connected to the ink discharge port and having an opening formed in a part thereof is formed, and the opening is closed. And a piezoelectric vibrating section provided on the substrate, wherein a first layer having a perovskite structure containing Pb and Ti is formed on a substrate, and Zr, Pb and Ti are formed on the first layer. Forming a piezoelectric layer including a first layer and a second layer by forming a second layer having a perovskite structure including: a piezoelectric vibrating section having a piezoelectric film on a substrate. A first step of bonding the peripheral portion of the opening of the main body to the peripheral portion of the piezoelectric vibrating portion, and a third step of removing the substrate after the bonding. , The first layer does not contain Zr. Z As or compared to the second layer
It is characterized in that it is formed so as to reduce the amount of r.

【0026】本製造方法により、Zrを比較的多く含ん
でいる第2層を良質でかつ薄くしかも大きな圧電定数を
有するように形成することができる。これによって、本
発明の製造方法によれば、極めて小型で軽量のインクジ
ェットヘッドを製造できる。
According to the present manufacturing method, the second layer containing a relatively large amount of Zr can be formed to have good quality, be thin, and have a large piezoelectric constant. Thus, according to the manufacturing method of the present invention, an extremely small and lightweight inkjet head can be manufactured.

【0027】本発明に係る製造方法では、第1層及び第
2層を精度よくかつ良質に形成するためにスパッタ法又
はCVD法により形成することが好ましい。
In the manufacturing method according to the present invention, it is preferable to form the first layer and the second layer by a sputtering method or a CVD method in order to form the layers accurately and with good quality.

【0028】本発明に係る製造方法では、基板としてM
gO基板を用いることにより、単結晶の第1層及び第2
層を形成することができる。また、この場合、第3工程
において基板を燐酸を用いたエッチングにより除去する
ことができる。
In the manufacturing method according to the present invention, M
By using the gO substrate, the first layer of the single crystal and the second layer
Layers can be formed. In this case, in the third step, the substrate can be removed by etching using phosphoric acid.

【0029】本発明に係る製造方法では、基板としてシ
リコン基板又はガラス基板を用いることもでき、これに
より、MgO基板を用いる場合に比較して安価に製造で
きる。この場合、第3工程において、基板をフッ酸系溶
液又は水酸化カリウム溶液を用いてエッチングにより除
去することができる。
In the manufacturing method according to the present invention, a silicon substrate or a glass substrate can be used as the substrate, and thus, it can be manufactured at a lower cost than when an MgO substrate is used. In this case, in the third step, the substrate can be removed by etching using a hydrofluoric acid-based solution or a potassium hydroxide solution.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】(実施の形態1)本発明に係る実施の形態
1のインクジェットヘッド100は、従来困難であった
スパッタリング等のいわゆる薄膜形成方法を用いて形成
された、薄くてかつ大きな圧電定数を有する圧電膜を用
いて構成され、従来例のインクジェットヘッドに比較し
て極めて小型でかつインクの吐出口の間隔を狭く形成す
ることができるという特徴を有する。
(Embodiment 1) An ink jet head 100 according to Embodiment 1 of the present invention has a thin and large piezoelectric constant formed by using a so-called thin film forming method such as sputtering, which has been conventionally difficult. It is constituted by using a piezoelectric film, and is characterized in that it is extremely small in size and can be formed with a narrow interval between ink discharge ports as compared with the conventional ink jet head.

【0032】図1(a)は、本発明にかかる実施の形態
1のインクジェットヘッド100の斜視図であり、図1
(b)は、図1(a)のA−A’線についての断面図で
ある。
FIG. 1A is a perspective view of an ink jet head 100 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0033】このインクジェットヘッド100は、図1
(a)(b)に示すように、複数の吐出口2と、各吐出
口2に対応して設けられた圧力室1と、圧力室1にそれ
ぞれ設けられた圧電素子3とを備えて以下のように構成
される。
This ink jet head 100 has the structure shown in FIG.
(A) As shown in (b), a plurality of discharge ports 2, pressure chambers 1 provided for each of the discharge ports 2, and a piezoelectric element 3 provided in each of the pressure chambers 1 are provided. It is configured as follows.

【0034】インクジェットヘッド100において、吐
出口2は本体部50の側面に所定の間隔で形成され、圧
力室1は、吐出口2にそれぞれ対応するように本体部5
0に並んで形成されている。そして各吐出口2と対応す
る圧力室1とは、本体部50に形成されたインク流路2
aを介して接続される。また、本体部50の上面にはの
各圧力室1にそれぞれ対応して開口部51が形成され、
さらに本体部50の上面には開口部51を塞ぐように振
動板4が形成され、振動板4の上に各圧力室1に対応し
て各開口部51上に位置するように圧電素子3が設けら
れる。
In the ink jet head 100, the discharge ports 2 are formed at predetermined intervals on the side surface of the main body 50, and the pressure chambers 1 are formed so as to correspond to the discharge ports 2, respectively.
0. The pressure chamber 1 corresponding to each ejection port 2 is provided with an ink flow path 2 formed in the main body 50.
a. Openings 51 are formed on the upper surface of the main body 50 so as to correspond to the respective pressure chambers 1.
Further, a diaphragm 4 is formed on the upper surface of the main body 50 so as to cover the opening 51, and the piezoelectric element 3 is located on the diaphragm 4 so as to be located on each opening 51 corresponding to each pressure chamber 1. Provided.

【0035】また、圧電素子3は、図2に示すように、
それぞれ0.1μmの厚さを有する白金から成る電極6
および7と、電極6,7の間に形成された3μmの厚さ
の圧電膜5からなり、振動板4上に設けられる。ここ
で、振動板4は、振動部分の厚みが2μmのSiO2
からなる。以上のようにして、圧電素子3と圧電板4と
によって圧電振動部30が形成される。
The piezoelectric element 3 is, as shown in FIG.
Electrodes 6 of platinum each having a thickness of 0.1 μm
And 7 and a piezoelectric film 5 having a thickness of 3 μm formed between the electrodes 6 and 7, and is provided on the diaphragm 4. Here, the diaphragm 4 is formed of a SiO 2 layer having a thickness of 2 μm at a vibrating portion. As described above, the piezoelectric vibrating portion 30 is formed by the piezoelectric element 3 and the piezoelectric plate 4.

【0036】圧電膜5の材料として、鉛、チタン、ジル
コニウムから構成された酸化物であるペロブスカイト型
PZT薄膜材料を用いることにより、低電圧でも良好な
振動をさせることができる。尚、本明細書において、単
にPZTというときは、Pb、Zr及びTiを含む、一
般式Pb(ZrxTi1-x)O3で表される圧電材料を言
うものとする。このPZT薄膜の組成は、Pb(Zr
0.53Ti0.47)O3の場合に最大の圧電性を示すことが
焼結体では明らかにされている。しかしながら、この組
成の薄膜を直接電極上に形成することは容易ではない。
By using a perovskite-type PZT thin film material, which is an oxide composed of lead, titanium and zirconium, as the material of the piezoelectric film 5, good vibration can be achieved even at a low voltage. In this specification, the term “PZT” refers to a piezoelectric material represented by the general formula Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 containing Pb, Zr and Ti. The composition of this PZT thin film is Pb (Zr
It has been revealed that the sintered body exhibits the maximum piezoelectricity in the case of 0.53 Ti 0.47 ) O 3 . However, it is not easy to form a thin film of this composition directly on the electrode.

【0037】そこで、実施の形態1では、図3に示すよ
うに、圧電膜5を2層で構成し、第1層8としてZrの
含有していないPbTiO3又はPbTiO3にランタン
を添加したPLTを形成し、第2層9としてPb(Zr
0.53Ti0.47)O3の組成の層を形成することにより、
良好な圧電特性を有する高品質圧電薄膜(圧電膜5)を
形成した。すなわち、本発明は、第1層としてZrの含
有していないPbTiO3又はPbTiO3にランタンを
添加したPLTを形成し、第2層としてPb(Zr0.53
Ti0.47)O3の組成の層を形成することにより、良好
な圧電特性を有する高品質圧電薄膜を形成することがで
きることを見いだして完成させたものである。
Accordingly, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the piezoelectric film 5 is composed of two layers, and the first layer 8 is PtTiO 3 containing no Zr or PLT in which lanthanum is added to PbTiO 3. Is formed, and Pb (Zr
By forming a layer having a composition of 0.53 Ti 0.47 ) O3,
A high quality piezoelectric thin film (piezoelectric film 5) having good piezoelectric characteristics was formed. That is, the present invention forms PbTiO 3 containing no Zr or PLT in which lanthanum is added to PbTiO 3 as a first layer, and forms Pb (Zr 0.53
The present invention was completed by finding that a high-quality piezoelectric thin film having good piezoelectric characteristics can be formed by forming a layer having a composition of Ti 0.47 ) O 3 .

【0038】以下、2層からなる圧電膜5についてさら
に詳細に説明する。上述のように、PZTは、良好な圧
電特性を有し、かつZr/Tiの比率が約50/50に
なると極めて高い圧電係数を有することが知られてい
る。しかしながら、PZTはスパッタ法やCVD法等の
薄膜形成方法を用いて良好な膜を形成する事が困難であ
り、Tiに対するZrの比率が大きくなる程その傾向は
顕著である。我々の検討によると、その原因は、薄膜形
成過程において、Zrの酸化物が基板表面に吸着し、そ
の後の膜成長を阻害するためであることが明らかになっ
た。また、その傾向は、Pt電極上にPZT膜を成長さ
せようとした場合にさらに顕著であることも明らかにな
った。しかしながら、PbTiO3又はPbTiO3にL
aを10mol%程度添加し結晶化温度を低下させた
(Pb,La)TiO3(以下、単にPLTという。)
上に、薄膜形成方法を用いてPZTを成長させると、Z
r酸化物を析出させることなく、良好なPZT膜を作成
することができる。また、PbTiO3及びPLTは、
PZTと同様ペロブスカイト構造を有し、薄膜形成方法
を用いてPt電極上にも比較的容易に形成することがで
きる膜である。この第1層としては、基本的な条件とし
てペロブスカイト型構造を有していることが必要で、P
bTiO3、PLT以外にもSrTiO3、BaTiO 3
及びSrRuO3等も効果があることが我々の検討によ
り実証されている。また、この第1層はPZTと同様R
Fスパッタリング装置を用いて形成でき、多元ターゲッ
トを装着できるスパッタ装置を用いることにより、第1
層8と第2層9の形成を一連の工程で進めることができ
る。
Hereinafter, the piezoelectric film 5 having two layers will be described.
This will be described in detail. As mentioned above, PZT has good pressure
With electrical characteristics and Zr / Ti ratio of about 50/50
Is known to have a very high piezoelectric coefficient
You. However, PZT is not suitable for sputtering or CVD.
It is difficult to form a good film using the thin film forming method.
That is, as the ratio of Zr to Ti increases, the tendency becomes
Notable. According to our study, the cause is thin film type
During the formation process, the oxide of Zr is adsorbed on the substrate surface,
It is clear that this is to inhibit the film growth after
Was. The tendency is that a PZT film is grown on a Pt electrode.
It is clear that it is even more pronounced when trying to
Was. However, PbTiOThreeOr PbTiOThreeTo L
a was added to about 10 mol% to lower the crystallization temperature.
(Pb, La) TiOThree(Hereinafter simply referred to as PLT)
When PZT is grown using a thin film forming method,
Creates a good PZT film without depositing r-oxide
can do. Also, PbTiOThreeAnd PLT
A thin film forming method having a perovskite structure similar to PZT
Can be formed relatively easily also on the Pt electrode using
It is a film that can be cut. For this first layer, the basic conditions
Must have a perovskite-type structure.
bTiOThreeSrTiO besides PLTThree, BaTiO Three
According to our studies, SrRuO3 and others are also effective.
Has been proven. This first layer has the same R as that of PZT.
It can be formed using F sputtering equipment,
By using a sputtering device that can attach
The formation of layer 8 and second layer 9 can proceed in a series of steps.
You.

【0039】尚、本発明では、この様な多層構造とせず
に、Znを含まないPbTiO3からPb(Zr0.5Ti
0.5)O3付近の組成へと連続的に変化させた組成傾斜を
有する第1層を用いて圧電膜5を用いても同様の効果が
得られる。
In the present invention, instead of such a multilayer structure, Zn-free PbTiO 3 is converted to Pb (Zr 0.5 Ti
0.5 ) The same effect can be obtained by using the piezoelectric film 5 using the first layer having a composition gradient continuously changed to a composition near O 3 .

【0040】以下、実施の形態1のインクジェットヘッ
ドの製造方法について図5(a)を参照しながら説明す
る。
Hereinafter, a method of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0041】本製造方法ではまず、2cm角の(10
0)面を上面として有する単結晶MgO基板10の上面
に、単結晶のPt電極膜を配向させて0.1μmの厚さ
に形成する(図5(a)のステップS1)。
In this manufacturing method, first, a 2 cm square (10
On the upper surface of the single-crystal MgO substrate 10 having the 0) plane as the upper surface, a single-crystal Pt electrode film is oriented and formed to a thickness of 0.1 μm (step S1 in FIG. 5A).

【0042】次に、Pt電極膜を各圧力室に対応するよ
うにドライエッチング(真空中でArイオンによる)を
用いてパターンニングして個別の電極11に分離する
(図5(a)のステップS2及び図4)。
Next, the Pt electrode film is patterned into individual electrodes 11 by dry etching (using Ar ions in a vacuum) so as to correspond to each pressure chamber (step of FIG. 5A). S2 and FIG. 4).

【0043】次に、PbTiO3からなる初期層(第1
層)を約0.01μmの厚さに形成する(図5(a)の
ステップS3)。
Next, an initial layer made of PbTiO 3 (first layer)
Layer) is formed to a thickness of about 0.01 μm (Step S3 in FIG. 5A).

【0044】そして、初期層上にPZT薄膜をスパッタ
リングにより約3μmの厚さに形成する(図5(a)の
ステップS4)。
Then, a PZT thin film is formed on the initial layer to a thickness of about 3 μm by sputtering (step S4 in FIG. 5A).

【0045】尚、このステップS3,4において、基板
温度は500から600℃の温度に設定して膜を成長さ
せる。
In steps S3 and S4, the substrate is grown at a temperature of 500 to 600 ° C. to grow a film.

【0046】このように、本製造方法においては、PZ
T薄膜を形成する前に、PbTiO 3からなる初期層を
形成しているので、組成の偏りの少ない結晶性に優れ
た、c軸に配向した単結晶のPZT薄膜を形成すること
ができる。尚、PZTは、c軸方向に最も高い圧電係数
を有する。
As described above, in the present manufacturing method, PZ
Before forming the T thin film, PbTiO ThreeThe initial layer consisting of
As it is formed, it is excellent in crystallinity with less deviation of composition
Forming a single-crystal PZT thin film oriented along the c-axis;
Can be. PZT is the highest piezoelectric coefficient in the c-axis direction.
Having.

【0047】次に、PZT薄膜(初期層を含む)を強酸
性溶液を用いたエッチングによりパターンニングして、
各圧力室に対応するように個別の圧電膜12に分離する
(図5(a)のステップS5及び図4)。
Next, the PZT thin film (including the initial layer) is patterned by etching using a strongly acidic solution.
It is separated into individual piezoelectric films 12 so as to correspond to each pressure chamber (step S5 in FIG. 5A and FIG. 4).

【0048】次に、各圧電膜12上に共通電極13を形
成する(図5(a)のステップS6及び図4)。尚、共
通電極は図4に示すように、各圧電膜12毎に個別の電
極としてもよいし、複数の圧電膜12にわたって連続し
た電極としてもよい。
Next, a common electrode 13 is formed on each piezoelectric film 12 (Step S6 in FIG. 5A and FIG. 4). As shown in FIG. 4, the common electrode may be an individual electrode for each piezoelectric film 12 or may be a continuous electrode over a plurality of piezoelectric films 12.

【0049】次に、共通電極13上にSiO2を2μm
の厚さに形成することにより振動板4を形成する(図5
(a)のステップS7)。尚、図4には図示していない
が、振動板4を形成する前に、圧電膜12の両側に樹脂
を埋め込み振動板4を形成する表面を平坦にして振動板
4を形成する。
Next, 2 μm of SiO 2 was formed on the common electrode 13.
The diaphragm 4 is formed by forming the vibrating plate 4 to a thickness of FIG.
(A) Step S7). Although not shown in FIG. 4, before forming the vibration plate 4, the vibration plate 4 is formed by embedding resin on both sides of the piezoelectric film 12 and flattening the surface on which the vibration plate 4 is formed.

【0050】MgO基板上に上述の各層を形成した後、
予め圧力室、インク流路が形成されたステンレスからな
る本体部を接着剤を用いて接合する。これによって、圧
力室、インク流路が、振動板上に形成される(図5
(a)のステップS8)。尚、ここで使用する接着剤
は、圧電振動を吸収することがないように、比較的硬度
が高い方が好ましい。
After forming the above layers on the MgO substrate,
A main body made of stainless steel in which a pressure chamber and an ink flow path are previously formed is joined using an adhesive. Thereby, a pressure chamber and an ink flow path are formed on the diaphragm (FIG. 5).
(A) Step S8). The adhesive used here preferably has a relatively high hardness so as not to absorb the piezoelectric vibration.

【0051】次に、MgO基板を、最終的に酸性溶液に
より除去する(図5(a)のステップS9)。MgO基
板10は、この酸性溶液として燐酸溶液を用いることで
圧電膜にダメージを与えることなく安定して溶解するこ
とができる。
Next, the MgO substrate is finally removed with an acidic solution (Step S9 in FIG. 5A). The MgO substrate 10 can be stably dissolved without damaging the piezoelectric film by using a phosphoric acid solution as the acidic solution.

【0052】さらに、例えば10μm径の吐出口を所定
の間隔で形成した部材を本体部の側面に取り付けて、実
施の形態1のインクジェットヘッドは作成される。
Further, an ink jet head according to the first embodiment is manufactured by attaching a member having, for example, 10 μm diameter discharge ports formed at predetermined intervals to the side surface of the main body.

【0053】尚、図5(a)を参照して説明した製造方
法では、圧電膜及び個別電極11は、共通電極13を形
成する前にパターンニングしたが、本発明はこれに限ら
ず、図5(b)に示すように共通電極13を形成しMg
O基板10をエッチング後に、圧電膜及びPt個別電極
をパターンニングするようにしてもよい。
In the manufacturing method described with reference to FIG. 5A, the piezoelectric film and the individual electrodes 11 are patterned before forming the common electrode 13, but the present invention is not limited to this. 5 (b), the common electrode 13 is formed and Mg
After the O substrate 10 is etched, the piezoelectric film and the Pt individual electrode may be patterned.

【0054】以上説明した製造方法によれば圧電特性の
良い薄い圧電膜を形成することができ、その薄い圧電膜
を半導体の製造に用いられる微細加工技術を応用するこ
とで極めて小さい圧力室に対応した圧電素子を形成する
ことができるので、高い密度で吐出口が形成されたイン
クジェットヘッドを作製することができる。
According to the manufacturing method described above, a thin piezoelectric film having good piezoelectric characteristics can be formed, and the thin piezoelectric film can be applied to an extremely small pressure chamber by applying the fine processing technology used for manufacturing a semiconductor. Thus, an ink jet head having ejection ports formed at a high density can be manufactured.

【0055】例えば、150dpiの密度のノズルヘッ
ドを作製しようとすると、通常圧力室の幅が100μm
で隣接する圧力室間の隔壁が66μm程度に設定される
が、PZT薄膜の膜厚を5μm以下にすると、PZT薄
膜を50μm以下の幅に加工することが十分可能である
から、圧電膜の形状を100μm幅の圧力室に対応する
大きさに加工することが十分可能である。尚、20μm
以上の厚さの従来の圧電膜では、50μm幅の圧電膜に
加工することは困難である。本実施の形態1において、
圧電膜を20μm以下の幅に加工することも可能である
から、圧電膜の加工可能な形状をもとに考えると、50
0dpi又はそれ以上の密度を有するノズルヘッドを作
製することも可能である。図6は、この方法で製作し
た、吐出口(ノズル)が200dpiの密度で形成され
たノズルヘッドを正面から見た図である。また、圧力室
の幅を狭くできることで、その圧力室の共振周波数を高
くでき、その分高い周波数で駆動することができるとい
う利点もある。また、この高い周波数で駆動できるとい
うことは、印加電圧に対する応答を早くできることを意
味し、インクの吐き出し量の細かな制御が可能であるこ
とを意味し、これによって、階調を向上させることがで
きる。尚、圧力室の幅を100μm(すなわち、150
dpi)とすると共振周波数は約1MHzである。
For example, in order to manufacture a nozzle head having a density of 150 dpi, the width of the pressure chamber is usually 100 μm.
The partition between adjacent pressure chambers is set to about 66 μm. However, if the thickness of the PZT thin film is set to 5 μm or less, it is possible to process the PZT thin film to a width of 50 μm or less. Can be processed to a size corresponding to a pressure chamber having a width of 100 μm. In addition, 20 μm
It is difficult to process a conventional piezoelectric film having the above thickness into a 50 μm-wide piezoelectric film. In the first embodiment,
Since it is possible to process the piezoelectric film to a width of 20 μm or less, considering the processable shape of the piezoelectric film,
It is also possible to make nozzle heads having a density of 0 dpi or higher. FIG. 6 is a front view of a nozzle head manufactured by this method and having discharge ports (nozzles) formed at a density of 200 dpi. Further, since the width of the pressure chamber can be reduced, the resonance frequency of the pressure chamber can be increased, and there is an advantage that the pressure chamber can be driven at a higher frequency. Further, being able to drive at this high frequency means that the response to the applied voltage can be made faster, which means that it is possible to finely control the ink ejection amount, and thereby it is possible to improve the gradation. it can. The width of the pressure chamber is set to 100 μm (that is, 150 μm).
Assuming dpi), the resonance frequency is about 1 MHz.

【0056】さらに、インクの吐出性能は、一般にたわ
み量Yと発生圧力Pの積で表され、この値は圧電膜の膜
厚をt、圧電定数をd31、電圧をVとすると、次の式
(1)で表されるので、膜厚が薄いと印加電圧を低くで
きるという利点も有する。
Further, the ink discharge performance is generally represented by the product of the deflection amount Y and the generated pressure P. This value is represented by the following equation, where t is the piezoelectric film thickness, d31 is the piezoelectric constant, and V is the voltage. Since it is represented by (1), there is also an advantage that the applied voltage can be reduced when the film thickness is small.

【0057】 Y・P=k・d312・V2/t・・・・・式(1) 以上の方法に従って、Zr/Ti比が50/50のPZ
T薄膜を、各圧力室1に対応して幅10μm、長さ1m
mの大きさにパターンニングした試料を用いて、印加電
圧と振動板4の最大たわみ量の関係を測定した。その結
果を図7に示す。図7より印加電圧を増加すると振動板
がたわみ30Vの電圧に対して約2μmの変位を発生さ
せることができることがわかる。この良好な圧電特性を
利用して、インク吐出能力の高いインクジェットヘッド
を作製できることが確認できた。
Y · P = k · d312 · V2 / t Equation (1) According to the above method, PZ having a Zr / Ti ratio of 50/50
The T thin film is 10 μm wide and 1 m long corresponding to each pressure chamber 1.
The relationship between the applied voltage and the maximum deflection of the diaphragm 4 was measured using a sample patterned to a size of m. FIG. 7 shows the result. It is understood from FIG. 7 that when the applied voltage is increased, the diaphragm can generate a displacement of about 2 μm with respect to the deflection of 30 V. It was confirmed that an ink jet head having a high ink discharging ability can be manufactured by utilizing the good piezoelectric characteristics.

【0058】以上説明したように、実施の形態1のイン
クジェットヘッドは、圧電膜5を、Zrを含まないペロ
ブスカイト型の第1層と、Zrを含むPZTからなる第
2層とによって構成された、圧電特性の優れた薄い圧電
膜を加工することによって形成している。これによっ
て、圧電特性の優れた微細な圧電膜5を形成することが
できるので、従来例のインクジェットヘッドに比較して
極めて小型でかつ高密度に形成されたインクの吐出口を
備えたインクジェットヘッドを提供できる。
As described above, in the ink jet head of the first embodiment, the piezoelectric film 5 is constituted by the first layer of perovskite type not containing Zr and the second layer made of PZT containing Zr. It is formed by processing a thin piezoelectric film having excellent piezoelectric characteristics. As a result, a fine piezoelectric film 5 having excellent piezoelectric characteristics can be formed, so that an ink jet head having an ink ejection port which is extremely small and has a high density formed as compared with the conventional ink jet head can be obtained. Can be provided.

【0059】以上の説明において、適宜、具体的な材料
及び数字を挙げて説明したが、本発明は上述した数字に
限定されるものではない。
In the above description, specific materials and numerals have been appropriately described, but the present invention is not limited to the numerals described above.

【0060】圧電膜における第1層(初期層)について
言えば、上述したようにこの第1層8は、結晶性の良好
な第2層9を形成するための層であり、圧電性を有する
膜としての機能は専ら第2層9が担っている。従って、
第1層8の膜厚は、良好な第2層を形成するという機能
を果たすかぎり、圧電膜5の全体としての圧電特性を低
下させないように、薄ければ薄い程よい。我々は、膜厚
制御性のよいスパッタリング装置を用いた場合、第1層
8は5nm以下であっても、その機能を十分発揮できる
ことを確認している。しかしながら、Pt電極をムラ無
く覆い、かつ製造工程上の管理等を考慮すると、50n
m〜100nmの範囲に設定することが好ましい。この
範囲に設定すると、圧電膜5の全体としての圧電特性を
実質的に低下させないようにでき、かつ良質の第2層を
形成するという効果を十分果たすことができ、しかも圧
電膜5を形成する工程における工程管理負担を増加させ
ることも少なくできる。尚、実施の形態1では、第1層
8として膜厚0.1μmのPbTiO3層、第2層9と
して膜厚2.9μmのPb(Zr0.53Ti0.47)O3
組成を有するPZT層とすることにより、低電圧におい
ても十分なインク吐出能力を有するインクジェットヘッ
ドを作製できることが確認されている。
With respect to the first layer (initial layer) in the piezoelectric film, as described above, the first layer 8 is a layer for forming the second layer 9 having good crystallinity, and has piezoelectricity. The function as a film is exclusively performed by the second layer 9. Therefore,
The thickness of the first layer 8 is preferably as small as possible so long as the function of forming a favorable second layer is not reduced so that the piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric film 5 are not deteriorated. We have confirmed that when a sputtering apparatus having good film thickness controllability is used, even if the first layer 8 is 5 nm or less, its function can be sufficiently exhibited. However, when the Pt electrode is covered evenly and the management in the manufacturing process is taken into consideration, 50n is considered.
It is preferable to set in the range of m to 100 nm. When the thickness is set in this range, the piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric film 5 can be substantially prevented from lowering, and the effect of forming the second layer of good quality can be sufficiently achieved. In addition, the piezoelectric film 5 is formed. It is possible to reduce an increase in the process management burden in the process. In the first embodiment, the first layer 8 is a PbTiO 3 layer having a thickness of 0.1 μm, and the second layer 9 is a PZT layer having a composition of 2.9 μm Pb (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3. By doing so, it has been confirmed that an ink jet head having a sufficient ink discharge capability can be manufactured even at a low voltage.

【0061】また、本発明において、PZTで構成され
る第2層9の膜厚は特に限定されるものではないが、薄
膜形成方法を用いて形成する場合、膜厚が厚くなると膜
の形成時間が長くなるので、10μm以下に設定するこ
とが好ましい。また、圧電膜5は、成膜後に各圧力室に
それぞれ対応する所定の形状にパターンニングされる
が、吐出口2の間隔を今後ますます狭くする必要が生じ
ることを考慮すると、それに対応した精度のよいパター
ンニングをするためには、圧電膜5の膜厚は5μmに以
下に設定することがさらに好ましい。また、圧電膜5の
膜厚は、膜の強度や発生させる応力を考慮すると0.5
μm以上に設定することが好ましい。我々の検討による
と、圧電膜5の膜厚を、1〜3μmの範囲に設定するこ
とが最も好ましく、この範囲に設定することにより、イ
ンクを安定して飛翔させ、かつ膜の信頼性を一定以上に
保つことができることが確認されている。
In the present invention, the thickness of the second layer 9 made of PZT is not particularly limited. Is preferably set to 10 μm or less. Further, the piezoelectric film 5 is patterned into a predetermined shape corresponding to each pressure chamber after the film formation. However, considering that it is necessary to further narrow the interval between the discharge ports 2 in the future, the accuracy corresponding to the patterning is required. In order to achieve good patterning, the thickness of the piezoelectric film 5 is more preferably set to 5 μm or less. The thickness of the piezoelectric film 5 is set to 0.5 in consideration of the strength of the film and the generated stress.
It is preferable to set it to μm or more. According to our study, it is most preferable to set the thickness of the piezoelectric film 5 in a range of 1 to 3 μm. By setting the thickness in this range, the ink can fly stably and the reliability of the film is kept constant. It has been confirmed that the above can be maintained.

【0062】実施の形態1において、本体部50は、ス
テンレス(SUS)を用いて形成したが、本発明はこれ
に限られず、感光性有機高分子材料、感光性ガラスおよ
びシリコンなどにより構成してもよい。
In the first embodiment, the main body 50 is formed by using stainless steel (SUS). However, the present invention is not limited to this, and is constituted by a photosensitive organic polymer material, photosensitive glass, silicon, and the like. Is also good.

【0063】また、振動板4はスパッタ法などの薄膜プ
ロセスを用いることにより微細加工が容易となる。その
材料として、実施の形態1では、酸化シリコンSiO2
を用いたが、本発明はこれに限らず、ニッケル、クロ
ム、アルミニウムなどの金属を用いることができる。こ
れらの金属もスパッタ法、真空蒸着およびメッキ法によ
り容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振
動特性を得ることができた。また、振動板4にアルミナ
を用いてもSiO2と同様の効果を得ることができ、ス
パッタリング法により容易に形成できた。この他、振動
板4としてポリイミド系の樹脂を用いることもでき、こ
のポリイミド系の樹脂はスピンコート法により容易に形
成でき、またその微細加工も容易であり、インクジェッ
ト記録装置の振動板として適した材料であった。
The diaphragm 4 can be easily finely processed by using a thin film process such as a sputtering method. In Embodiment 1, the material is silicon oxide SiO 2.
However, the present invention is not limited to this, and metals such as nickel, chromium, and aluminum can be used. These metals could also be easily formed by sputtering, vacuum evaporation and plating, and good vibration characteristics could be obtained as with SiO 2 . Further, even if alumina was used for the diaphragm 4, the same effect as that of SiO 2 could be obtained, and it could be easily formed by the sputtering method. In addition, a polyimide resin can be used for the diaphragm 4, and the polyimide resin can be easily formed by spin coating, and its microfabrication is easy, which is suitable for a diaphragm of an ink jet recording apparatus. Material.

【0064】以上の各材料を用いて振動板4を形成して
も、振動中に亀裂が生じるなどの劣化はなく、インクを
吐出するのに十分な振動を発生することができる。ま
た、振動板4の材料として各金属の酸化物を用いても同
様の振動特性を得ることができる。さらに、振動板4と
しては、感光性ポリイミドを用いることにより素子の製
造を容易にできる。
Even if the vibration plate 4 is formed using the above-mentioned materials, there is no deterioration such as generation of a crack during the vibration, and vibrations sufficient to discharge the ink can be generated. The same vibration characteristics can be obtained even if an oxide of each metal is used as the material of the diaphragm 4. Further, the use of photosensitive polyimide as the diaphragm 4 facilitates the manufacture of the element.

【0065】以上のような構成において、圧力室1に面
する振動板4を厚みが2μmのSiO2層とし、圧電膜
5の第2層9としてPb(Zr0.5Ti0.5)O3の組成式
で示される厚み3μmのPZT薄膜、厚み0.1μmの
白金から成る電極6および7を用いた場合、50V以下
の電圧においても良好なたわみ振動を発生させることが
できた。しかしながら、本発明では、振動板4の厚さ
は、上述の2μmに限られるものではなく、圧電膜5の
圧電特性及び厚さ、振動板4を構成する材料の固有の振
動特性等を考慮して適宜設定されるものである。
In the above configuration, the diaphragm 4 facing the pressure chamber 1 is a 2 μm thick SiO 2 layer, and the second layer 9 of the piezoelectric film 5 is composed of Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 In the case of using the PZT thin film having a thickness of 3 μm and the electrodes 6 and 7 made of platinum having a thickness of 0.1 μm, good flexural vibration could be generated even at a voltage of 50 V or less. However, in the present invention, the thickness of the diaphragm 4 is not limited to the above-mentioned 2 μm, but takes into account the piezoelectric characteristics and thickness of the piezoelectric film 5, the inherent vibration characteristics of the material constituting the diaphragm 4, and the like. Is set as appropriate.

【0066】また、本発明では、MgO基板10上の電
極11として白金、金もしくはルテニウム酸化物を用い
ることにより、ペロブスカイト構造を有する鉛系誘電体
層からなる圧電膜5,12を結晶性よく形成することが
できた。いずれの材料からなる電極上に形成された圧電
膜5,12を用いても、特性バラツキが少ない複数の圧
電膜5,12を形成することができ、インク吐出能力の
素子間のばらつきを少なくすることができる。
In the present invention, the piezoelectric films 5 and 12 made of a lead-based dielectric layer having a perovskite structure are formed with good crystallinity by using platinum, gold or ruthenium oxide as the electrode 11 on the MgO substrate 10. We were able to. Even if the piezoelectric films 5 and 12 formed on the electrodes made of any material are used, a plurality of the piezoelectric films 5 and 12 with small characteristic variations can be formed, and the variation of the ink ejection capability among the elements can be reduced. be able to.

【0067】また、PZT薄膜の微細加工では弗酸や硝
酸など強酸性の溶液を用いて行うが、電極として白金、
金又はルテニウム酸化物を用いることにより電極材料が
腐食することを防止し、素子の作成を安定に行うことが
できる。また、圧電膜5,12を構成する第2層の圧電
材料として用いたPZTは、良好な圧電特性を有するZ
r/Ti比が30/70〜70/30の範囲内にあるP
ZT層を用いることが好ましい。また、本発明におい
て、第2層として用いることができる圧電材料として
は、上述のPZTのほか、例えば、Pb0.99Nb
0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.983 (0.060≦ y
≦0.065)等の組成を有する、Pb、Ti、Zr以外の元
素を含む圧電材料を用いることができる。尚、Pb0.99
Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.983 (0.060≦
y ≦0.065)は、反強誘電体の材料であるが差し支えな
い。この場合について、印加電圧と振動板4の最大変位
との関係を図8に示す。この場合、15Vの電圧で、反
強誘電体から強誘電体への相転移が起こるため不連続な
変位特性を示し、20Vで約0.8μmの変位が発生し
た。20V以上のある電圧以上を印加した場合ほぼ一定
の変位を発生させることができ、インク吐出量のばらつ
きを少なくする事ができた。更にPb0.99Nb0.02[(Z
0.6Sn0.4)1-yTiy]0.983 (0.060≦ y ≦0.065)
の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の薄膜で
も安定なインク吐出能力を有する圧電素子とすることが
できた。
In the fine processing of a PZT thin film, a strong acid solution such as hydrofluoric acid or nitric acid is used.
By using gold or ruthenium oxide, corrosion of the electrode material can be prevented, and the device can be manufactured stably. Further, PZT used as a piezoelectric material of the second layer constituting the piezoelectric films 5 and 12 has a Z
P having an r / Ti ratio in the range of 30/70 to 70/30
It is preferable to use a ZT layer. In the present invention, as the piezoelectric material that can be used as the second layer, in addition to the above-described PZT, for example, Pb 0.99 Nb
0.02 [(Zr 0.6 Sn 0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 O 3 (0.060 ≦ y
≦ 0.065), and a piezoelectric material containing an element other than Pb, Ti, and Zr can be used. In addition, Pb 0.99
Nb 0.02 [(Zr 0.6 Sn 0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 O 3 (0.060 ≦
(y ≦ 0.065) is an antiferroelectric material, but may be used. FIG. 8 shows the relationship between the applied voltage and the maximum displacement of the diaphragm 4 in this case. In this case, a phase transition from an antiferroelectric substance to a ferroelectric substance occurred at a voltage of 15 V, so that a discontinuous displacement characteristic was exhibited, and a displacement of about 0.8 μm occurred at 20 V. When a voltage of 20 V or more was applied, a substantially constant displacement could be generated, and the variation in the ink ejection amount could be reduced. Furthermore, Pb 0.99 Nb 0.02 [(Z
r 0.6 Sn 0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 O 3 (0.060 ≦ y ≦ 0.065)
With the antiferroelectric thin film having the following composition, a piezoelectric element having stable ink ejection ability was able to be formed even with a polycrystalline thin film.

【0068】また、実施の形態1では、第1層8として
Zrの含有していないPbTiO3又はPbTiO3にラ
ンタンを添加したPLTを形成し、第2層9としてPb
(Zr0.53Ti0.47)O3の組成の層を形成するした例
を最も好ましい例として示したが、本発明はこれに限定
されるものではない。圧電膜5,12を構成する第1層
(初期層)の圧電材料として、x<0.3に設定された
Pb(ZrxTi1-x)O3からなるPZT層又はその層
にさらにLaを含む層を用い、第2層として0.7≧x
≧0.3に設定されたPb(ZrxTi1-x)O3からな
るPZT層を用いて形成しても、結晶性が良好でかつ圧
電定数の比較的大きい第2層を形成することができる。
尚、この場合、第1層として、x<0.2に設定された
Pb(ZrxTi1-x)O3からなるPZT層又はその層
にさらにLaを含む層を用いることが好ましい。
In the first embodiment, PbTiO 3 containing no Zr or PLT in which lanthanum is added to PbTiO 3 is formed as the first layer 8, and Pb is formed as the second layer 9.
Although an example in which a layer having a composition of (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3 is formed is shown as the most preferable example, the present invention is not limited to this. As the piezoelectric material of the first layer (initial layer) constituting the piezoelectric films 5 and 12, a PZT layer made of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 set to x <0.3 or a La layer is further added to the layer. And a second layer having 0.7 ≧ x
Even if it is formed using a PZT layer made of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 set to ≧ 0.3, a second layer having good crystallinity and a relatively large piezoelectric constant is formed. Can be.
In this case, it is preferable to use, as the first layer, a PZT layer made of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 where x <0.2 or a layer further containing La.

【0069】(実施の形態2)図9,10は、本発明に
係る実施の形態2のインクジェットヘッドの製造方法を
説明する図である。この実施の形態2の製造方法は、実
施の形態1で説明した製造方法において、MgO基板に
代えてSi基板を用いた他は実施の形態1とほぼ同様で
ある。
(Embodiment 2) FIGS. 9 and 10 are views for explaining a method of manufacturing an ink jet head according to Embodiment 2 of the present invention. The manufacturing method according to the second embodiment is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment except that a Si substrate is used instead of the MgO substrate.

【0070】本製造方法では、まず、図9,10に示す
ように、シリコン基板15上に個別電極11となるPt
層を形成し、その個別電極11の上に圧電材料として鉛
系誘電体層からなる圧電膜12をスパッタ法により形成
した。ここで、鉛系誘電体層からなる圧電膜12は、実
施の形態1と同様、Zrを含まない鉛系誘電体からなる
第1層を形成した後、Zrを含むPZTからなる第2層
を形成することにより形成される。以上のように構成さ
れた圧電膜12は、多結晶体であるが、第1層としてZ
rを含まない鉛系誘電体からなる第1層を形成した後、
Zrを含むPZTからなる第2層を形成しているので、
極めて良好な圧電特性を有する第2層を形成することが
できる。この圧電膜12として、PZT系の多結晶層を
3μm形成することにより、良好な圧電性を得ることが
できた。圧電膜12の形成法として、上述のスパッタ法
に代えて、MOCVDもしくはゾルゲル溶液を用いたス
ピンコートにおいても良好な結晶性を有する圧電性薄膜
を形成することができた。次にその圧電膜12の上に共
通電極13となるPt層を形成する。尚、ゾルゲル溶液
を用いたスピンコート法を用いる場合、まず、第1層と
なるZrを含まないゾルゲル溶液をコートし、その上に
第2層となるZrを含むゾルゲル溶液を所定の厚さにコ
ートした後、焼成することにより圧電膜12を形成す
る。以上のようにしてスパッタ法と同様、多結晶層であ
る圧電膜12を形成することができる。
In this manufacturing method, first, as shown in FIGS.
A layer was formed, and a piezoelectric film 12 made of a lead-based dielectric layer was formed as a piezoelectric material on the individual electrode 11 by a sputtering method. Here, as in the first embodiment, the piezoelectric film 12 made of a lead-based dielectric layer is formed by forming a first layer made of a lead-based dielectric not containing Zr and then forming a second layer made of PZT containing Zr. It is formed by forming. The piezoelectric film 12 configured as described above is a polycrystalline body, and has a Z layer as a first layer.
After forming a first layer made of a lead-based dielectric containing no r,
Since the second layer made of PZT containing Zr is formed,
The second layer having extremely good piezoelectric characteristics can be formed. By forming a PZT-based polycrystalline layer with a thickness of 3 μm as the piezoelectric film 12, good piezoelectricity could be obtained. As a method of forming the piezoelectric film 12, a piezoelectric thin film having good crystallinity could be formed by MOCVD or spin coating using a sol-gel solution instead of the above-described sputtering method. Next, a Pt layer serving as the common electrode 13 is formed on the piezoelectric film 12. In the case of using a spin coating method using a sol-gel solution, first, a sol-gel solution containing no Zr as a first layer is coated, and a sol-gel solution containing Zr as a second layer is formed to a predetermined thickness. After coating, firing is performed to form the piezoelectric film 12. As described above, similarly to the sputtering method, the piezoelectric film 12 as a polycrystalline layer can be formed.

【0071】その共通電極13の上にSiO2からなる
材料で振動板4をスパッタ法により形成した。次に振動
板4の上に、感光性樹脂により形成した圧力室1を有す
る本体部を設けた後、最後にシリコン基板15を弗酸系
溶液、もしくは水酸化カリウム溶液でエッチング除去す
る。圧力室1は、本体部において、感光性ガラスもしく
は感光性樹脂などにより各吐出口に対応するように分割
して形成されている。図10において、個別電極11は
圧電膜12の形成前にパターンニングしているが、シリ
コン基板15をエッチングした後にパターンニングする
ようにしてもよい。また圧電膜12は、図10におい
て、共通電極13を形成する前にパターンニングしてい
るが、シリコン基板15をエッチング除去した後に、各
圧力室1に分割された形状となるようにパターンニング
してもよい。本実施の形態に示した製造方法によれば、
MgO基板10より安価に、かつ大きな面積を有した単
結晶基板が入手しやすいシリコン基板15を用いること
ができ、インクジェット用圧電素子を一度に多数形成す
ることが可能で、更に圧電特性の良い薄膜材料を形成す
ることができる。またこれまで確立されてきたシリコン
の微細加工技術を応用し非常に高精度な微細加工から作
り出される多素子化も容易となる。上記の方法で製作し
たインクジェトのヘッドは、図6と同様の構成が可能で
ノズルが200dpiの密度にできた。またさらに、高
密度のノズルを有するインクジェットヘッドを作製する
ことも可能である。この構成のインクジェットヘッドの
製造において、シリコン基板15を用いる他、ガラス基
板を用いても同様の多素子構成のインクジェットヘッド
が作製できる。この場合弗酸系の溶液を用いてガラス基
板をエッチングする事により、図6と同様の構成を有す
る多素子化したインクジェットヘッドを形成することが
できた。
The vibration plate 4 was formed on the common electrode 13 with a material made of SiO 2 by sputtering. Next, after a main body having the pressure chamber 1 formed of a photosensitive resin is provided on the vibration plate 4, the silicon substrate 15 is finally removed by etching with a hydrofluoric acid solution or a potassium hydroxide solution. The pressure chamber 1 is formed in the main body by dividing it with photosensitive glass or photosensitive resin so as to correspond to each discharge port. In FIG. 10, the individual electrodes 11 are patterned before the formation of the piezoelectric film 12, but may be patterned after the silicon substrate 15 is etched. Further, in FIG. 10, the piezoelectric film 12 is patterned before forming the common electrode 13, but after the silicon substrate 15 is removed by etching, the piezoelectric film 12 is patterned so as to be divided into the respective pressure chambers 1. You may. According to the manufacturing method shown in the present embodiment,
It is possible to use a silicon substrate 15 which is cheaper than the MgO substrate 10 and easily obtains a single-crystal substrate having a large area. The material can be formed. In addition, it becomes easy to increase the number of elements produced by very high-precision microfabrication by applying the silicon microfabrication technology that has been established up to now. The ink jet head manufactured by the above-described method can have the same configuration as that of FIG. 6 and the nozzles have a density of 200 dpi. Further, it is also possible to manufacture an ink jet head having high-density nozzles. In manufacturing an ink jet head having this configuration, an ink jet head having a similar multi-element configuration can be manufactured by using a glass substrate instead of using the silicon substrate 15. In this case, by etching the glass substrate using a hydrofluoric acid-based solution, a multi-element inkjet head having the same configuration as in FIG. 6 could be formed.

【0072】上の個別電極11として白金以外に、ルテ
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する圧電膜12を結晶性よく形成することができ
た。このため圧電膜として良好な特性を有することがで
き、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間のば
らつきの少ないインクジェットヘッドが作成できた。ま
た圧電材料として用いる圧電膜12としては、Zr/T
i比が30/70〜70/30の範囲内にあるPZT層
であれば、更に良好な圧電特性を有し、インク吐出能力
の高いインクジェットヘッドとすることができた。ま
た、圧電膜12として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn
0.4)1-yTiy]0.983 (0.060≦ y ≦0.065)の組成を有
する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印加に対して
安定した応答が得ることができ、インク吐出量のばらつ
きを少なくする事ができた。
By using ruthenium oxide in addition to platinum as the individual electrode 11, the piezoelectric film 12 having a perovskite structure could be formed with good crystallinity. As a result, the piezoelectric film can have good characteristics, and an ink jet head having a small variation in ink discharge capability among the elements can be produced even when the number of elements is increased. The piezoelectric film 12 used as a piezoelectric material is made of Zr / T
With a PZT layer having an i-ratio in the range of 30/70 to 70/30, an inkjet head having even better piezoelectric characteristics and a high ink-discharging ability could be obtained. Further, as the piezoelectric film 12, Pb 0.99 Nb 0.02 [(Zr 0.6 Sn
0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 When using an antiferroelectric thin film having a composition of O 3 (0.060 ≦ y ≦ 0.065), a stable response to voltage application can be obtained, and the ink ejection amount Was reduced.

【0073】更に振動板4の材料として、酸化シリコン
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もス
パッタリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形
成することができ、SiO2と同様良好な振動特性を得
ることができた。またアルミナ等の酸化物でもSiO2
と同様の効果を得ることができ、スパッタリング法によ
り容易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂など
の高分子有機物はスピンコート法により容易に形成で
き、またその加工も容易であり、インクジェットヘッド
の振動板として適した材料であった。
Further, in addition to silicon oxide SiO 2 , metals such as nickel and aluminum can be easily formed by sputtering, vacuum deposition and plating as a material of the diaphragm 4, and have good vibration characteristics similar to SiO 2. I got it. Also, oxides such as alumina can be used in the form of SiO 2
The same effect as described above can be obtained, and the film can be easily formed by the sputtering method. In addition, a high molecular organic material such as a polyimide resin can be easily formed by a spin coating method, and the processing thereof is also easy, so that the material is suitable for a diaphragm of an ink jet head.

【0074】(実施の形態3)図11,12は、本発明
に係る実施の形態3のインクジェットヘッドの製造方法
を説明する図である。
(Embodiment 3) FIGS. 11 and 12 are diagrams illustrating a method of manufacturing an ink jet head according to Embodiment 3 of the present invention.

【0075】本製造方法では、まず、図11,12に示
すように、シリコン基板15上に膜厚2μmのSiO2
からなる振動板4をスパッタ法、もしくはシリコン基板
を熱酸化することにより形成する。更にその上に共通電
極13となるPt 層を形成する。共通電極13の上に鉛
系誘電体からなる圧電膜12をrfスパッタ法により形
成した。ここで、圧電膜12は、実施の形態1と同様、
Zrを含まない鉛系誘電体からなる第1層を形成した
後、Zrを含むPZTからなる第2層を形成することに
より形成される。以上のように構成された圧電膜12
は、多結晶体であるが、第1層としてZrを含まない鉛
系誘電体からなる第1層を形成した後、Zrを含むPZ
Tからなる第2層を形成しているので、極めて良好な圧
電特性を有する第2層を形成することができる。この圧
電膜12としては、厚みが3μmのPZT系の多結晶層
を形成することにより優れた圧電特性を得ることができ
た。圧電膜12の形成法としてMOCVDもしくはゾル
ゲル溶液を用いたスピンコートにおいても良好な結晶性
を有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその
圧電膜12の上に個別電極11となるPt層を形成す
る。この個別電極11はイオンエッチングによって微細
加工し、各圧力室1に対応した箇所に分離した形状とな
るようにした。なお、振動板4が絶縁物である場合、個
別電極11を振動板4上に形成し、共通電極13を圧電
膜12上に形成しても良い。
[0075] In this manufacturing method, first, as shown in FIG. 11, 12, SiO 2 film thickness 2μm on the silicon substrate 15
Is formed by sputtering or thermal oxidation of a silicon substrate. Further, a Pt layer serving as the common electrode 13 is formed thereon. The piezoelectric film 12 made of a lead-based dielectric was formed on the common electrode 13 by rf sputtering. Here, the piezoelectric film 12 is formed similarly to the first embodiment.
It is formed by forming a first layer made of a lead-based dielectric not containing Zr and then forming a second layer made of PZT containing Zr. Piezoelectric film 12 configured as above
Is a polycrystalline, but after forming a first layer made of a lead-based dielectric not containing Zr as a first layer, a PZ containing Zr is formed.
Since the second layer made of T is formed, the second layer having extremely good piezoelectric characteristics can be formed. By forming a PZT-based polycrystalline layer having a thickness of 3 μm as the piezoelectric film 12, excellent piezoelectric characteristics could be obtained. As a method of forming the piezoelectric film 12, a piezoelectric thin film having good crystallinity was able to be formed even by MOCVD or spin coating using a sol-gel solution. Next, a Pt layer serving as the individual electrode 11 is formed on the piezoelectric film 12. The individual electrodes 11 were finely processed by ion etching so as to be separated into portions corresponding to the respective pressure chambers 1. When the vibration plate 4 is an insulator, the individual electrodes 11 may be formed on the vibration plate 4 and the common electrode 13 may be formed on the piezoelectric film 12.

【0076】次にシリコン基板15を弗酸系溶液、もし
くは水酸化カリウム溶液で部分的にエッチング除去し、
シリコン基板15の一部を圧力室1の構造部材として用
いた。圧電膜12は、共通電極13を形成する前に、各
圧力室1に対応し分割された形状となるようにパターン
ニングした。この方法では圧力室1の形成を圧電素子を
形成する基板の一部を用いて作製するため、工程が簡略
化でき、かつシリコンの微細加工技術を用いることによ
り微細な素子化も可能になる。上記の方法で製作したイ
ンクジェトのヘッドは、図6と同様の構成が可能でノズ
ルを200dpi以上の密度に形成できた。この構成の
インクジェットヘッドの製造において、シリコン基板1
5を用いる他、更に安価なガラス基板を用いても同様の
多素子構成のインクジェットヘッドが作製できた。この
場合弗酸系の溶液を用いてガラス基板13をエッチング
する事により、図6と同様の構成を有する多素子化した
インクジェットヘッドを形成することができた。
Next, the silicon substrate 15 is partially removed by etching with a hydrofluoric acid solution or a potassium hydroxide solution.
A part of the silicon substrate 15 was used as a structural member of the pressure chamber 1. Before forming the common electrode 13, the piezoelectric film 12 was patterned so as to have a divided shape corresponding to each pressure chamber 1. In this method, since the pressure chamber 1 is formed using a part of the substrate on which the piezoelectric element is formed, the process can be simplified, and a fine element can be formed by using a silicon fine processing technique. The ink jet head manufactured by the above method can have the same configuration as that of FIG. 6, and the nozzles can be formed at a density of 200 dpi or more. In the manufacture of the inkjet head having this configuration, the silicon substrate 1
In addition to using No. 5, an inkjet head having a similar multi-element configuration could be manufactured using a cheaper glass substrate. In this case, by etching the glass substrate 13 using a hydrofluoric acid-based solution, a multi-element inkjet head having the same configuration as in FIG. 6 could be formed.

【0077】上の個別電極11として白金以外に、ルテ
ニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造
を有する圧電膜12を結晶性よく形成することができ
た。このため圧電膜として良好な特性を有することがで
き、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間のば
らつきの少ないインクジェットヘッドが作成できた。ま
た圧電材料として用いる圧電膜12としては、Zr/T
i比が30/70〜70/30の範囲内にあるPZT層
であれば、更に良好な圧電特性を有し、インク吐出能力
の高いインクジェットヘッドとすることができた。ま
た、圧電膜12として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn
0.4)1-yTiy]0.983 (0.060≦y≦0.065)
の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印
加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出
量のばらつきを少なくする事ができた。また Pb0.99
Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.983 (0.0
60≦y≦0.065)の組成を有する反強誘電体薄膜
では、多結晶質の薄膜でも安定なインク吐出能力を有す
る圧電素子とすることができた。
By using ruthenium oxide in addition to platinum as the individual electrode 11, the piezoelectric film 12 having a perovskite structure could be formed with good crystallinity. As a result, the piezoelectric film can have good characteristics, and an ink jet head having a small variation in ink discharge capability among the elements can be produced even when the number of elements is increased. The piezoelectric film 12 used as a piezoelectric material is made of Zr / T
With a PZT layer having an i-ratio in the range of 30/70 to 70/30, an inkjet head having even better piezoelectric characteristics and a high ink-discharging ability could be obtained. Further, as the piezoelectric film 12, Pb 0.99 Nb 0.02 [(Zr 0.6 Sn
0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 O 3 (0.060 ≦ y ≦ 0.065)
When an antiferroelectric thin film having the following composition was used, a stable response to voltage application could be obtained, and variations in the ink ejection amount could be reduced. Pb 0.99
Nb 0.02 [(Zr 0.6 Sn 0.4 ) 1-y Ti y ] 0.98 O 3 (0.0
With the antiferroelectric thin film having the composition of 60 ≦ y ≦ 0.065), a piezoelectric element having a stable ink ejection ability was able to be formed even with a polycrystalline thin film.

【0078】更に振動板4の材料として、酸化シリコン
SiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もス
パッタリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形
成することができ、SiO2と同様良好な振動特性を得
ることができた。またアルミナでもSiO2と同様の効
果を得ることができ、スパッタリング法により容易に形
成できた。この他、ポリイミド系の樹脂はスピンコート
法により容易に形成でき、またその加工も容易であり、
インクジェットヘッドの振動板として適した材料であっ
た。
Further, as the material of the vibration plate 4, in addition to silicon oxide SiO 2 , metals such as nickel and aluminum can be easily formed by sputtering, vacuum deposition and plating, and have good vibration characteristics similar to SiO 2. I got it. Also, the same effect as SiO 2 can be obtained with alumina, and it was easily formed by the sputtering method. In addition, a polyimide resin can be easily formed by spin coating, and its processing is also easy.
The material was suitable for a diaphragm of an inkjet head.

【0079】(実施の形態4)図13(a)は、本発明に
かかる実施の形態4のインクジェットヘッド200の斜
視図であり、図13(b)は、(a)のC−C’線につ
いての断面図である。また、図14は、図13(a)の
D−D’線についての断面図である。
(Embodiment 4) FIG. 13 (a) is a perspective view of an ink jet head 200 according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 13 (b) is a sectional view taken along line CC 'of FIG. FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line DD ′ of FIG.

【0080】このインクジェットヘッド200は、複数
の吐出口202と、各吐出口202に対応して設けられ
た圧力室201とが形成された本体部250と、本体部
250の上面に設けられた振動板204と、振動板20
4上に設けられた圧電素子203とを備えて以下のよう
に構成される。
The ink jet head 200 has a main body 250 having a plurality of discharge ports 202, pressure chambers 201 provided corresponding to the respective discharge ports 202, and a vibration provided on the upper surface of the main body 250. The plate 204 and the diaphragm 20
4 and a piezoelectric element 203 provided on the same.

【0081】本体部250において、吐出口202は本
体部250の下面に所定の間隔で形成され、圧力室20
1は、吐出口202にそれぞれ対応するように本体部2
50に並んで形成されている。そして各吐出口202と
対応する圧力室201とは、本体部250に形成された
インク流路202aを介して接続されている。尚、本体
部250は、樹脂、ガラス、ステンレス、セラミック及
びシリコン等、剛性の高い素材を用いて構成されてい
る。
In the main body 250, the discharge ports 202 are formed at predetermined intervals on the lower surface of the main body 250, and
1 is a main body 2 so as to correspond to the discharge ports 202, respectively.
50 are formed side by side. Each ejection port 202 and the corresponding pressure chamber 201 are connected via an ink flow path 202 a formed in the main body 250. Note that the main body 250 is made of a highly rigid material such as resin, glass, stainless steel, ceramic, and silicon.

【0082】圧電素子203は、図14に示すように、
振動板204上に形成された共通電極208と、共通電
極208上に各圧力室201に対応して所定の間隔で形
成された圧電体205と、各圧電体205上にそれぞれ
設けられた個別電極209とを備え、隣接する圧電体5
の間にポリイミド樹脂からなる充填材が埋め込まれて構
成される。ここで、圧電体205は、実施の形態1と同
様、第1層としてZrの含有していないPbTiO3
はPbTiO3にランタンを添加したPLTを形成し、
第2層9としてPb(Zr0.53Ti0.47)O3の組成の
層を約3μmの厚さに形成した。これによって、実施の
形態1と同様、良好な圧電特性を有する圧電体205が
形成される。
The piezoelectric element 203 is, as shown in FIG.
A common electrode 208 formed on the vibration plate 204, a piezoelectric body 205 formed on the common electrode 208 at a predetermined interval corresponding to each pressure chamber 201, and an individual electrode provided on each piezoelectric body 205 209 and adjacent piezoelectric bodies 5
A filler made of a polyimide resin is embedded between them. Here, the piezoelectric body 205 forms PtTiO 3 containing no Zr or PLT in which lanthanum is added to PbTiO 3 , as in the first embodiment,
As the second layer 9, a layer having a composition of Pb (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3 was formed to a thickness of about 3 μm. As a result, as in the first embodiment, a piezoelectric body 205 having good piezoelectric characteristics is formed.

【0083】振動板204は、スパッタ法を用いて形成
した2μmの厚さのアルミナ層からなり、共通電極20
8及び個別電極209は、いずれも0.1μmのPt層
で構成した。振動板204の素材としては、アルミナの
他、Ni、Cr、Ti、Al、Zrを使用することがで
き、いずれの材料を用いても、圧電体205及び電極材
料との密着性及び振動特性において優れている。また、
本発明では、Ni、Cr、Ti、Al、Zrの酸化物、
さらにシリコン酸化物及び樹脂材料を用いることができ
る。また、振動板204の厚さは、良好なインク吐き出
し性能を得るためには圧電体205と同等又はそれ以下
の厚さであることが好ましい。
The vibration plate 204 is made of a 2 μm-thick alumina layer formed by a sputtering method.
8 and the individual electrodes 209 were each formed of a 0.1 μm Pt layer. As a material of the diaphragm 204, in addition to alumina, Ni, Cr, Ti, Al, Zr can be used. Regardless of which material is used, adhesion and vibration characteristics with the piezoelectric body 205 and the electrode material can be improved. Are better. Also,
In the present invention, an oxide of Ni, Cr, Ti, Al, Zr,
Further, a silicon oxide and a resin material can be used. The thickness of the vibration plate 204 is preferably equal to or less than the thickness of the piezoelectric body 205 in order to obtain good ink ejection performance.

【0084】圧電体205は、圧電体205の幅が対応
する圧力室の幅より狭くなるように形成することが好ま
しい。しかしながら、本発明はこれに限定されるもので
はなく、分離されていない1つの圧電膜を用い、個別電
極209を各圧力室201に対応させて形成することに
より、圧電体層のうち各圧力室に対応する部分のみを振
動させるようにしてインクを吐き出させるようにしても
よい。
The piezoelectric body 205 is preferably formed such that the width of the piezoelectric body 205 is smaller than the width of the corresponding pressure chamber. However, the present invention is not limited to this. By using one unseparated piezoelectric film and forming the individual electrode 209 corresponding to each pressure chamber 201, each pressure chamber among the piezoelectric layers is formed. The ink may be ejected by vibrating only the portion corresponding to.

【0085】また、隣接する圧電体205の間に埋め込
まれる充填材210は、上述のポリイミド樹脂に限定さ
れるものではなく、比較的剛性の低い材料であれば使用
することができる。このように充填材として、比較的剛
性の低い材料を用いることにより、圧電体205の横方
向の伸縮を阻害することなく圧電体を振動させることが
できるので、振動特性を劣化させることがない。
The filler 210 buried between the adjacent piezoelectric members 205 is not limited to the above-described polyimide resin, but may be any material having a relatively low rigidity. By using a material having a relatively low rigidity as the filler as described above, the piezoelectric body can be vibrated without obstructing the expansion and contraction of the piezoelectric body 205 in the horizontal direction, so that the vibration characteristics are not deteriorated.

【0086】例えば、圧力室201の幅を70μmと
し、圧電体205の幅を圧力室201の幅より若干狭く
なるように形成したとき、10Vの電圧を印加すること
により、最大50nm変化させることができた。
For example, when the width of the pressure chamber 201 is set to 70 μm and the width of the piezoelectric body 205 is formed to be slightly smaller than the width of the pressure chamber 201, a maximum of 50 nm can be changed by applying a voltage of 10V. did it.

【0087】以上のように、実施の形態4においては、
実施の形態1と同様、圧電体205を第1層と第2層と
の2重構造としてスパッタリング等の薄膜形成方法を用
いて作製しているので、極めて緻密で結晶性のよい圧電
体205を形成することができ、比較的簡単な構成で良
好な振動特性を得ることができた。これは、圧電体20
5として結晶性のよい圧電膜が形成できるので、通常の
焼結体では絶縁破壊を起こすような高い電圧を印加して
駆動することができるようになったことによるものであ
る。また、実施の形態1と同様、圧電体205を極めて
薄くすることができるので、微細化が容易で、200d
piのノズル密度を有するヘッドが容易に作製できるよ
うになった。
As described above, in the fourth embodiment,
As in the first embodiment, the piezoelectric body 205 is formed using a thin film forming method such as sputtering as a double structure of the first layer and the second layer. Thus, good vibration characteristics could be obtained with a relatively simple configuration. This is the piezoelectric body 20
This is because a piezoelectric film having good crystallinity can be formed as No. 5, and a normal sintered body can be driven by applying a high voltage that causes dielectric breakdown. Further, as in the first embodiment, the piezoelectric body 205 can be made extremely thin, so that miniaturization is easy and 200 d
A head having a nozzle density of pi can be easily manufactured.

【0088】圧電体205の形成方法は、上述のスピン
コートの他、CVD法等の他の薄膜形成方法を用いても
よい。
As a method of forming the piezoelectric body 205, other thin film forming methods such as a CVD method may be used in addition to the spin coating described above.

【0089】また、この圧電体205の厚さは、10μ
m以上になると、微細加工が困難となるので、圧電体2
05の厚さは、10μm以下に設定することが好まし
い。
The thickness of the piezoelectric body 205 is 10 μm.
m or more, fine processing becomes difficult.
It is preferable that the thickness of 05 is set to 10 μm or less.

【0090】実施の形態4において、この圧電体205
は、実施の形態1又は実施の形態2と同様、MgO基板
又はSi基板を用いて形成したものが用いられる。
In the fourth embodiment, the piezoelectric body 205
As in Embodiment 1 or Embodiment 2, a substrate formed using an MgO substrate or a Si substrate is used.

【0091】すなわち、基板として、(100)面が表
面に表れるように劈開された単結晶MgO基板を用い、
MgO基板の(100)面上に、Zrを含まない初期層
を形成した後、その初期層上に一般式(Pb1-xLax
(Zr1-yTiy)O3で表される圧電体を形成すること
により、c軸に配向した圧電体を形成することができ
る。このように一般式Pb(Zr1-yTiy)O3で表さ
れる圧電体に、Laを添加することにより、結晶化温度
を下げることができ、薄膜圧電体の圧電性を向上させる
ことができる。さらに、このようにして形成された単結
晶の(Pb1-xLax)(Zr1-yTiy)O3は、同組成
の多結晶体に比較して1.5倍の圧電定数を得ることが
できる。また、圧電体205を形成する方法としては、
スパッタ法もしくはCVD法を用いることにより、結晶
性のよい単結晶の膜が、1時間に1μm以上の早い堆積
速度で形成することができる。さらに、電極材料として
白金もしくはルテニウム酸化物を用いることにより、良
好な界面特性を維持しながら圧電膜を成長させることが
できる。また、白金又はルテニウム酸化物を電極として
用いた場合、基板材料としてMgO以外に、微細加工が
容易であるシリコン又はガラス、もしくは剛性の高いス
テンレス材料を用いることも可能となり、ヘッド作製コ
ストを下げることができる。
That is, a single crystal MgO substrate cleaved such that the (100) plane appears on the surface is used as the substrate.
After forming an initial layer containing no Zr on the (100) plane of the MgO substrate, a general formula (Pb 1-x La x ) is formed on the initial layer.
By forming the piezoelectric body represented by (Zr 1-y Ti y ) O 3 , a piezoelectric body oriented in the c-axis can be formed. As described above, by adding La to the piezoelectric body represented by the general formula Pb (Zr 1 -y Ti y ) O 3 , the crystallization temperature can be lowered and the piezoelectricity of the thin film piezoelectric body can be improved. Can be. Further, the single crystal (Pb 1-x La x ) (Zr 1-y Ti y ) O 3 thus formed has a piezoelectric constant 1.5 times that of the polycrystal having the same composition. Obtainable. As a method of forming the piezoelectric body 205,
By using a sputtering method or a CVD method, a single-crystal film with good crystallinity can be formed at a high deposition rate of 1 μm or more per hour. Further, by using platinum or ruthenium oxide as an electrode material, a piezoelectric film can be grown while maintaining good interface characteristics. In addition, when platinum or ruthenium oxide is used as an electrode, it is also possible to use silicon or glass, which can be easily micro-processed, or a highly rigid stainless material, as well as MgO, as a substrate material, thereby reducing the head manufacturing cost. Can be.

【0092】また、一般式(Pb1-xLax)(Zr1-y
Tiy)O3で表される圧電膜を白金もしくはルテニウム
酸化物の電極上に形成する場合、電極と接する部分の組
成で、特にyを0.7以上に設定(Zrの割合を小さく
する)することにより、電極上にZrの酸化物等の不純
物層の析出を押さえることができ、良好に結晶性を有す
る圧電体205を形成することができる。従って、電極
のすぐ上に上述のZrの少ない初期層を形成しその初期
層の上に、yが0.7以下に設定された、大きな圧電定
数を有する圧電膜を数μm形成することにより、高い圧
電定数を有する圧電体205を結晶性よく形成すること
ができる。
Further, the general formula (Pb 1-x La x ) (Zr 1-y
When a piezoelectric film represented by Ti y ) O 3 is formed on a platinum or ruthenium oxide electrode, the composition of the portion in contact with the electrode, particularly, y is set to 0.7 or more (the ratio of Zr is reduced). By doing so, deposition of an impurity layer such as an oxide of Zr on the electrode can be suppressed, and the piezoelectric body 205 having good crystallinity can be formed. Therefore, by forming the above-mentioned Zr-reduced initial layer immediately above the electrode and forming a few μm thick piezoelectric film having a large piezoelectric constant with y set to 0.7 or less on the initial layer, The piezoelectric body 205 having a high piezoelectric constant can be formed with good crystallinity.

【0093】また、本発明のインクジェットヘッドで
は、上述のように薄い圧電体及び振動板を用いて構成さ
れるので、圧力室が形成された本体部と振動板との接着
には留意する必要がある。すなわち、本体部の隔壁と振
動板とを接着剤で接合する場合、接着剤の硬化による収
縮により薄い圧電体205に大きな応力がかかり、亀裂
が発生したり剥離する場合がある。また、亀裂や剥離に
まで至らない場合でも、安定した振動を妨げることにな
るからである。
Also, since the ink jet head of the present invention is formed using the thin piezoelectric member and the vibration plate as described above, it is necessary to pay attention to the adhesion between the main body in which the pressure chamber is formed and the vibration plate. is there. That is, when the partition wall of the main body and the diaphragm are joined with an adhesive, a large stress is applied to the thin piezoelectric member 205 due to shrinkage due to the curing of the adhesive, which may cause cracking or peeling. In addition, even if cracking or peeling does not occur, stable vibration is hindered.

【0094】そこで、本実施の形態4では、図16に示
すように、膜厚が2μm程度の剛性の低い樹脂層212
を介して本体部の隔壁207と振動板204を接合する
ことが好ましい。この樹脂層212は、例えばポリイミ
ドからなり、スピンコート法等を用いて形成することが
できる。尚、図16において、213の符号を付して示
すものは、接着剤である。
Therefore, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 16, a resin layer 212 having a film thickness of about 2 μm and a low rigidity is used.
It is preferable that the partition wall 207 of the main body and the diaphragm 204 are joined through the intermediary of the main body. The resin layer 212 is made of, for example, polyimide and can be formed by using a spin coating method or the like. In FIG. 16, what is denoted by reference numeral 213 is an adhesive.

【0095】以上のようにポリイミドからなる樹脂層2
12を設けることにより、接着剤213の収縮により、
圧電体205に応力が加わるのを防止でき、圧電体20
5を安定して振動させることができると同時に破損等を
防止することができた。また、このポリイミド樹脂によ
り、インクが振動板に直接接することがなくなり、寿命
を向上させることができる。尚、樹脂層212の厚さ
は、3μm以下にすることが好ましく、3μm以上の厚
さにすると、振動板の振動を樹脂層が吸収して効果的に
インクの吐き出し性能が劣化する。
As described above, the resin layer 2 made of polyimide
By providing 12, the shrinkage of the adhesive 213 causes
It is possible to prevent stress from being applied to the piezoelectric body 205,
5 was able to be vibrated stably, and at the same time, damage and the like were prevented. In addition, the polyimide resin prevents the ink from directly contacting the vibration plate, so that the life can be improved. The thickness of the resin layer 212 is preferably 3 μm or less, and if the thickness is 3 μm or more, the vibration of the diaphragm is absorbed by the resin layer, and the ink ejection performance is effectively deteriorated.

【0096】また、インクの吐き出し性能を効果的に発
揮させかつインクの吐き出し量や吐き出し速度のばらつ
きを押さえるために、樹脂層212及び接着剤213の
量及び厚さを精度よく管理する必要がある。図17は、
圧電振動部(圧電素子と振動板からなる)230におけ
る隔壁と接着される部分に7μmの厚さのアルミナ層2
14を形成したものである。このアルミナ層214は、
圧電振動部230上に7μmの厚さの膜を形成した後、
隔壁に対する部分を残して、酸によるウェットエッチン
グすることにより形成される。このように、アルミナ層
214を介して隔壁207と圧電振動部230とを接合
することにより、圧電振動部230のうち、圧力室20
1上に位置する部分のみに限って振動させることがで
き、インク吐き出し量等のばらつきを減少させることが
できる。尚、本発明では、アルミナ層214に代えて、
各種金属酸化物からなるセラミック、エポキシ樹脂等の
剛性の高い樹脂や、Cr等を用いてもよい。すなわち、
圧電振動部230との密着性がよく、微細加工が可能な
材料を用いることができる。
Further, in order to effectively exhibit the ink ejection performance and suppress variations in the ejection amount and the ejection speed of the ink, it is necessary to accurately control the amounts and thicknesses of the resin layer 212 and the adhesive 213. . FIG.
A 7 μm-thick alumina layer 2 is formed on a portion of the piezoelectric vibrating portion (composed of a piezoelectric element and a diaphragm) 230 to be bonded to a partition wall.
14 is formed. This alumina layer 214
After forming a film having a thickness of 7 μm on the piezoelectric vibrating part 230,
It is formed by wet etching with an acid, leaving a portion for the partition. As described above, by joining the partition wall 207 and the piezoelectric vibrating section 230 via the alumina layer 214, the pressure chamber 20 of the piezoelectric vibrating section 230 is joined.
It is possible to vibrate only in the portion located on the upper side, and it is possible to reduce variations in ink ejection amount and the like. In the present invention, instead of the alumina layer 214,
Highly rigid resins such as ceramics and epoxy resins made of various metal oxides, Cr and the like may be used. That is,
A material having good adhesion to the piezoelectric vibrating portion 230 and capable of fine processing can be used.

【0097】以上の圧電振動部では、圧電体205を1
層で構成したが、本発明はこれに限らず、図15に示す
ように、圧電体205a及び圧電体205bの2層で構
成してもよい。この場合、個別電極209を、圧電体2
05a上に形成された電極209aと圧電体205bの
下に形成された電極209bとに分割して形成し、圧電
体205aと圧電体205bとの間に、共通の接地電極
である中間電極211を形成する。このように、圧電体
205を圧電体205a,205bの2層で構成するこ
とにより、1層で構成した場合の2倍の変位を得ること
ができる。尚、圧電体205a,205bはそれぞれ、
初期層(第1層)と第2層とからなる。また、このよう
な構成にすると、圧電体205a,205bによってた
わみ振動をするので、原理的には圧電体と共同して振動
を発生する振動板204が不要となり、インクから圧電
体を保護するための、例えば1μm程度の樹脂層を形成
するだけでよい。言い換えると図15に示す構成では、
振動板を備えることなく、圧電体205a,205bの
2層を備えることで圧電振動部を構成している。
In the above piezoelectric vibrating section, the piezoelectric body 205 is
Although the configuration is made up of layers, the present invention is not limited to this, and may be made up of two layers of a piezoelectric body 205a and a piezoelectric body 205b as shown in FIG. In this case, the individual electrodes 209 are
The electrode 209a formed on the electrode 05a and the electrode 209b formed below the piezoelectric body 205b are divided into two parts. An intermediate electrode 211, which is a common ground electrode, is provided between the piezoelectric body 205a and the piezoelectric body 205b. Form. As described above, by configuring the piezoelectric body 205 with two layers of the piezoelectric bodies 205a and 205b, it is possible to obtain a displacement twice as large as the case where the piezoelectric body 205 is configured with one layer. The piezoelectric bodies 205a and 205b are respectively
It comprises an initial layer (first layer) and a second layer. In addition, in such a configuration, since the flexural vibration is generated by the piezoelectric bodies 205a and 205b, the diaphragm 204 that generates vibration in cooperation with the piezoelectric body becomes unnecessary in principle, and the piezoelectric body is protected from ink. For example, it is only necessary to form a resin layer of about 1 μm. In other words, in the configuration shown in FIG.
The piezoelectric vibrating section is constituted by providing two layers of the piezoelectric bodies 205a and 205b without providing the vibration plate.

【0098】(実施の形態5)図18は、本発明に係る
実施の形態5のインクジェットヘッドの構成を示す部分
断面図であり、この実施の形態5のインクジェットヘッ
ドは以下のような手順で作製される。
(Embodiment 5) FIG. 18 is a partial sectional view showing the structure of an ink jet head according to Embodiment 5 of the present invention. The ink jet head of Embodiment 5 is manufactured by the following procedure. Is done.

【0099】まず、単結晶のシリコン基板上に共通電極
208となるPt層を形成し、その共通電極208上に
実施の形態1と同様にして、各圧力室に対応する膜厚3
μmの圧電体205及び個別電極209を形成する。そ
して、個別電極209上に振動板204aとなる膜厚2
のアルミナ層を形成する。尚、隣接する圧電体205の
間は、ポリイミド樹脂からなる埋め込み樹脂210によ
り埋め込まれている。次に、シリコン基板を約0.1m
mの厚さに研磨し、さらに研磨後のシリコン基板を各圧
力室を隔てる隔壁に対応する部分(シリコン台座15)
が残るように、例えばKOH水溶液等のアルカリ溶液に
よりエッチングする。そして、ステンレス、樹脂又はガ
ラスからなる圧力室が形成された本体部の隔壁とシリコ
ン台座15とを対向させて接着して、図18に示す実施
の形態5のインクジェットヘッドが作製される。尚、本
実施の形態5において、圧力室201の幅は、例えば、
70μmに設定される。
First, a Pt layer serving as a common electrode 208 is formed on a single-crystal silicon substrate, and a film thickness 3 corresponding to each pressure chamber is formed on the common electrode 208 in the same manner as in the first embodiment.
A μm piezoelectric body 205 and individual electrodes 209 are formed. Then, on the individual electrode 209, a film thickness 2 that becomes the diaphragm 204a
To form an alumina layer. The space between the adjacent piezoelectric bodies 205 is filled with a filling resin 210 made of polyimide resin. Next, the silicon substrate is
(a silicon pedestal 15) corresponding to the partition wall that separates each pressure chamber from the polished silicon substrate.
Is etched using an alkaline solution such as a KOH aqueous solution, for example. Then, the partition of the main body in which the pressure chamber made of stainless steel, resin or glass is formed and the silicon pedestal 15 are opposed to each other and bonded to produce the ink jet head of the fifth embodiment shown in FIG. In the fifth embodiment, the width of the pressure chamber 201 is, for example,
It is set to 70 μm.

【0100】以上のように、実施の形態5のインクジェ
ットヘッドでは、シリコン基板を微細加工することによ
り、その一部を用いて圧力室を形成し、本体部との接着
部を圧電体から離れるように構成しているので、接着部
の影響による振動特性の劣化を実質的に無くすことがで
きる。従って、実施の形態5のインクジェットヘッドで
は、インクの吐き出し性能のばらつきを極めて小さくで
きる。また、本実施の形態において、圧電体205を形
成する時に、(Pb0.95La0.05)TiO3からなる初
期層を形成したところ、Ptからなる共通電極208上
に、500℃の低い基板温度で、結晶性のよい初期層を
形成することができることが確認された。このように低
い温度で初期層が形成できることは、実用上極めて有益
である。
As described above, in the ink jet head according to the fifth embodiment, the silicon substrate is finely processed to form a pressure chamber using a part of the silicon substrate, and the bonding portion with the main body is separated from the piezoelectric body. Therefore, the deterioration of the vibration characteristics due to the influence of the bonding portion can be substantially eliminated. Therefore, in the ink jet head according to the fifth embodiment, variations in the ink ejection performance can be extremely reduced. In this embodiment, when the piezoelectric layer 205 is formed, an initial layer made of (Pb 0.95 La 0.05 ) TiO 3 is formed. On the common electrode 208 made of Pt, a low substrate temperature of 500 ° C. It was confirmed that an initial layer having good crystallinity could be formed. The ability to form the initial layer at such a low temperature is extremely useful in practice.

【0101】また、実施の形態5では、基板としてシリ
コン基板の代わりに石英ガラスを用いることができ、こ
の石英ガラスを用いると、基板の微細加工にフッ酸によ
るエッチングを用いることができるので、さらに安価に
ヘッドを作製することができる。また、基板として(1
00)面に配向させたMgO基板を用いることにより、
実施の形態1で説明したように、Pt電極上に初期層を
介してc軸に配向したPb(Zr0.53Ti0.47)O3
らなる圧電体205を形成することができるので、同様
の組成の多結晶薄膜からなる圧電体の約1.5倍の圧電
定数を得ることができる。また、MgO基板を用いた場
合も同様に、基板を約0.1mmの厚さに研磨もしくは
エッチングした後、図18に示すように加工し、その部
分を本体部の隔壁と接合することができる。
In the fifth embodiment, quartz glass can be used as a substrate instead of a silicon substrate. When this quartz glass is used, etching with hydrofluoric acid can be used for fine processing of the substrate. The head can be manufactured at low cost. In addition, (1)
By using the MgO substrate oriented on the (00) plane,
As described in the first embodiment, the piezoelectric body 205 made of Pb (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3 oriented in the c-axis can be formed on the Pt electrode with the initial layer interposed therebetween. It is possible to obtain a piezoelectric constant about 1.5 times that of a piezoelectric body made of a polycrystalline thin film. Similarly, when an MgO substrate is used, the substrate is polished or etched to a thickness of about 0.1 mm, then processed as shown in FIG. 18, and that portion can be joined to the partition of the main body. .

【0102】(実施の形態6)図19は、実施の形態6
のインクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。こ
の実施の形態6のインクジェットヘッドは、4つのステ
ンレス板351,352,353,354を積層して構
成した本体部350と、本体部350に形成された圧力
室301を塞ぐように設けられた圧電振動部(圧電素子
303及び振動板304からなる)とからなる。なお、
本体部350において、インク吐出口302は、図19
に示すようにステンレス板354の下面に幅方向に並置
して設けられ、隔壁(図示せず)で分離されたインク室
301はそれぞれ、各インク吐出口302に対応して設
けられている。圧電素子303は、共通電極(図示せ
ず)と圧電膜305と個別電極309とからなり、個別
電極309がそれぞれ、各圧力室301の直上に形成さ
れて、各圧力室301に対応する個別の圧電素子が構成
される。ここで、圧電膜305は、実施の形態1〜5と
同様に構成される。
(Embodiment 6) FIG. 19 shows Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of an inkjet head of FIG. The ink jet head according to the sixth embodiment includes a main body 350 formed by laminating four stainless steel plates 351, 352, 353, and 354, and a piezoelectric member provided to close a pressure chamber 301 formed in the main body 350. A vibrating portion (consisting of a piezoelectric element 303 and a vibrating plate 304). In addition,
In the main body 350, the ink discharge port 302 is
As shown in FIG. 5, the ink chambers 301 provided side by side in the width direction on the lower surface of the stainless steel plate 354 and separated by partition walls (not shown) are provided corresponding to the respective ink ejection ports 302. The piezoelectric element 303 includes a common electrode (not shown), a piezoelectric film 305, and an individual electrode 309. The individual electrode 309 is formed directly above each pressure chamber 301, and an individual electrode 309 corresponding to each pressure chamber 301 is provided. A piezoelectric element is configured. Here, the piezoelectric film 305 is configured similarly to the first to fifth embodiments.

【0103】以上の実施の形態6では、ステンレス板3
51〜354を用いて本体部350を形成したが、本発
明はこれに限らず、ガラス板を積層して本体部を構成す
るようにしてもよい。また、図19に示す構造の本体部
を樹脂を用いて形成してもよい。
In the sixth embodiment, the stainless steel plate 3
Although the main body 350 is formed using 51 to 354, the present invention is not limited to this, and the main body may be formed by laminating glass plates. Further, the main body having the structure shown in FIG. 19 may be formed using resin.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、スパッタ法及びCVD法等の薄膜形成方法を用
いて、従来例に比較して薄くかつ大きい圧電定数を有す
る圧電膜を形成することができるので、圧電膜の微細加
工が可能となり、高密度にインク吐出口が形成され、か
つ高速応答が可能なインクジェット記録装置用の小型の
ヘッドが提供できる。従って、この小型で高密度に吐出
口が形成されたインクジェットヘッドを使用することに
より、高解像度で高速印字が可能なインクジェット記録
装置を実現できる。
As described in detail above, according to the present invention, a thin film having a large piezoelectric constant as compared with the conventional example can be formed by using a thin film forming method such as a sputtering method and a CVD method. Since it can be formed, fine processing of the piezoelectric film becomes possible, an ink ejection port is formed at high density, and a small head for an ink jet recording apparatus capable of high-speed response can be provided. Therefore, by using this small-sized inkjet head having ejection ports formed at high density, it is possible to realize an inkjet recording apparatus capable of high-speed printing at high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)実施の形態1のインクジェットヘッドの
構成を示す斜視図 (b)(a)のA−A’線についての断面図
FIG. 1A is a perspective view illustrating a configuration of an inkjet head according to a first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.

【図2】実施の形態1のインクジェットヘッドにおける
圧電振動部を拡大して示す部分断面図
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view illustrating a piezoelectric vibrating portion of the inkjet head according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1のインクジェットヘッドにおける
圧電膜5を拡大して示す部分断面図
FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional view showing a piezoelectric film 5 in the ink jet head according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1のインクジェットヘッドの製造方
法において、MgO基板10上に圧電振動部を形成した
時の断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view when a piezoelectric vibrating portion is formed on the MgO substrate 10 in the method of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment.

【図5】(a)実施の形態1のインクジェットヘッドに
おける一例の製造方法の主要工程を示す工程図 (b)(a)とは異なる例を示す工程図
5A is a process chart showing main steps of an example of a manufacturing method of the ink jet head according to the first embodiment. FIG. 5B is a process chart showing an example different from FIG.

【図6】実施の形態1のインクジェットヘッドの正面図FIG. 6 is a front view of the inkjet head according to the first embodiment.

【図7】実施の形態1のインクジェットヘッドの一例に
おける、印加電圧に対する振動板のたわみ量を示す図
FIG. 7 is a diagram illustrating a deflection amount of a diaphragm with respect to an applied voltage in an example of the inkjet head according to the first embodiment;

【図8】実施の形態1のインクジェットヘッドの他の例
における、印加電圧に対する振動板のたわみ量を示す図
FIG. 8 is a diagram illustrating a deflection amount of a diaphragm with respect to an applied voltage in another example of the inkjet head according to the first embodiment.

【図9】実施の形態2のインクジェットヘッドの製造方
法において、シリコン基板15上に圧電振動部を形成し
た時の断面図
FIG. 9 is a cross-sectional view when a piezoelectric vibrating portion is formed on a silicon substrate 15 in the method of manufacturing an ink jet head according to the second embodiment.

【図10】実施の形態2のインクジェットヘッドの製造
方法の主要な工程を示す工程図
FIG. 10 is a process chart showing main steps of a method for manufacturing an ink jet head according to the second embodiment.

【図11】実施の形態3の製造方法により作製されるイ
ンクジェットヘッドの特徴を示す部分断面図
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing features of an ink jet head manufactured by the manufacturing method according to the third embodiment.

【図12】実施の形態3のインクジェットヘッドの製造
方法の主要な工程を示す工程図
FIG. 12 is a process chart showing main steps of a method for manufacturing an ink jet head according to the third embodiment.

【図13】(a)実施の形態4のインクジェットヘッド
の構成を示す斜視図 (b)図13(a)のC−C’線についての断面図
13A is a perspective view showing a configuration of an inkjet head according to a fourth embodiment. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG.

【図14】図13(a)のD−D’線についての断面図FIG. 14 is a sectional view taken along line D-D ′ of FIG.

【図15】実施の形態4の変形例の圧電振動部の構成を
示す部分断面図
FIG. 15 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of a piezoelectric vibrating unit according to a modification of the fourth embodiment.

【図16】実施の形態4における好ましい接続構造を示
す部分断面図
FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing a preferred connection structure according to the fourth embodiment.

【図17】実施の形態4における他の好ましい接続構造
を示す部分断面図
FIG. 17 is a partial cross-sectional view showing another preferred connection structure according to the fourth embodiment.

【図18】実施の形態5のインクジェットヘッドの構成
を示す部分断面図
FIG. 18 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of an inkjet head according to a fifth embodiment.

【図19】実施の形態6のインクジェットヘッドの構成
を示す斜視図
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of an inkjet head according to a sixth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力室 2 吐出口 3 圧電素子 4 振動板 5 圧電膜 6,7 電極 8 第1層 9 第2層 30 圧電振動部 50 本体部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure chamber 2 Discharge port 3 Piezoelectric element 4 Vibration plate 5 Piezoelectric film 6, 7 Electrode 8 1st layer 9 2nd layer 30 Piezoelectric vibrating part 50 Main part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 覚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Satoru Fujii 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク吐出口と、前記インク吐出口に接
続された圧力室とを有する本体部と、鉛、チタン及びジ
ルコニウムを有する圧電膜と前記圧電膜の両側に設けら
れた電極とを含んでなり前記圧力室の一部に設けられた
圧電振動部とを備え、前記圧電振動部をたわみ振動させ
ることによりインク吐出口からインクを吐き出させるイ
ンクジェットヘッド記録装置であって、前記圧電膜が、
ストロンチウム又はバリウムを含むペロブスカイト構造
を有する第1層と、前記第1層に接するように形成され
た鉛、チタン及びジルコニウムを有するペロブスカイト
構造の第2層とを含んでいることを特徴とするインクジ
ェットヘッド記録装置。
1. A main body having an ink discharge port, a pressure chamber connected to the ink discharge port, a piezoelectric film containing lead, titanium, and zirconium, and electrodes provided on both sides of the piezoelectric film. A piezoelectric vibrating portion provided in a part of the pressure chamber, wherein the piezoelectric vibrating portion bends and vibrates to eject ink from an ink discharge port by causing ink to flexibly vibrate, wherein the piezoelectric film has
An ink jet head comprising: a first layer having a perovskite structure containing strontium or barium; and a second layer having a perovskite structure having lead, titanium, and zirconium formed so as to be in contact with the first layer. Recording device.
【請求項2】 インク吐出口と、前記インク吐出口に接
続された圧力室とを有する本体部と、鉛、チタン及びジ
ルコニウムを有する圧電膜と前記圧電膜の両側に設けら
れた電極とを含んでなり前記圧力室の一部に設けられた
圧電振動部とを備え、前記圧電振動部をたわみ振動させ
ることによりインク吐出口からインクを吐き出させるイ
ンクジェットヘッド記録装置であって、前記圧電膜が、
それぞれペロブスカイト構造を有しかつ互いに接するよ
うに形成された第1層と第2層とを含んでなり、前記第
1層のジルコニウムの含有量が前記第2層のジルコニウ
ムの含有量に比較して少ないことを特徴とするインクジ
ェットヘッド記録装置。
2. A main body having an ink discharge port, a pressure chamber connected to the ink discharge port, a piezoelectric film containing lead, titanium, and zirconium, and electrodes provided on both sides of the piezoelectric film. A piezoelectric vibrating portion provided in a part of the pressure chamber, wherein the piezoelectric vibrating portion bends and vibrates to eject ink from an ink discharge port by causing ink to flexibly vibrate, wherein the piezoelectric film has
It comprises a first layer and a second layer each having a perovskite structure and formed in contact with each other, wherein the content of zirconium in the first layer is smaller than the content of zirconium in the second layer. An ink jet head recording apparatus characterized in that the number is small.
【請求項3】 インク吐出口と、前記インク吐出口に接
続された圧力室とを有する本体部と、鉛、チタン及びジ
ルコニウムを有する圧電膜と前記圧電膜の両側に設けら
れた電極とを含んでなり前記圧力室の一部に設けられた
圧電振動部とを備え、前記圧電振動部をたわみ振動させ
ることによりインク吐出口からインクを吐き出させるイ
ンクジェットヘッド記録装置であって、前記圧電膜が、
それぞれペロブスカイト構造を有しかつ互いに接するよ
うに形成されたジルコニウムを有していない第1層とジ
ルコニウムを有する第2層とを含んでなることを特徴と
するインクジェットヘッド記録装置。
3. A main body having an ink discharge port, a pressure chamber connected to the ink discharge port, a piezoelectric film containing lead, titanium, and zirconium, and electrodes provided on both sides of the piezoelectric film. A piezoelectric vibrating portion provided in a part of the pressure chamber, wherein the piezoelectric vibrating portion bends and vibrates to eject ink from an ink discharge port by causing ink to flexibly vibrate, wherein the piezoelectric film has
An ink jet head recording apparatus comprising: a first layer having no zirconium and a second layer having zirconium, each of which has a perovskite structure and is formed so as to be in contact with each other.
【請求項4】 第1層がランタンを含んでいる請求項2
又は3のインクジェットヘッド記録装置。
4. The method according to claim 2, wherein the first layer contains lanthanum.
Or the inkjet head recording device of 3.
【請求項5】 第2層において、ジルコニウム/チタン
比が、30/70以上70/30以下に設定された請求
項1〜4のうちのいずれか1項に記載のインクジェット
ヘッド記録装置。
5. The ink-jet head recording apparatus according to claim 1, wherein the zirconium / titanium ratio in the second layer is set to 30/70 or more and 70/30 or less.
【請求項6】 圧電膜が単結晶である請求項1〜5のう
ちのいずれか1項に記載のインクジェットヘッド記録装
置。
6. The ink jet head recording apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric film is a single crystal.
【請求項7】 圧電膜が、10μm以下の厚さに形成さ
れている請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のイ
ンクジェットヘッド記録装置。
7. The ink jet head recording apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric film has a thickness of 10 μm or less.
【請求項8】 圧電膜が、1μm以上、3μm以下の厚
さに形成されている請求項7に記載のインクジェットヘ
ッド記録装置。
8. The ink jet head recording apparatus according to claim 7, wherein the piezoelectric film is formed to a thickness of 1 μm or more and 3 μm or less.
【請求項9】 第1層が、50nm以上、100nm以
下の厚さに形成されている請求項7又は8に記載のイン
クジェットヘッド記録装置。
9. The ink-jet head recording apparatus according to claim 7, wherein the first layer has a thickness of 50 nm or more and 100 nm or less.
【請求項10】 圧電振動部がさらに振動板を備え、前
記圧電振動部がたわみ振動する請求項1〜9のうちのい
ずれか1項に記載のインクジェットヘッド記録装置。
10. The ink jet head recording apparatus according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating section further includes a vibration plate, and the piezoelectric vibrating section flexibly vibrates.
【請求項11】 振動板が、ニッケル、クロム、アルミ
ニウム及びそれらの酸化物、シリコン、シリコン酸化
物、高分子有機物からなる群から選ばれた少なくとも1
つの材料からなる請求項10記載のインクジェットヘッ
ド記録装置。
11. The vibration plate is at least one selected from the group consisting of nickel, chromium, aluminum and their oxides, silicon, silicon oxide, and high molecular organic matter.
The ink jet head recording apparatus according to claim 10, which is made of one material.
【請求項12】 圧電振動部において、電極間にさら
に、圧電膜と中間電極層を介して対向する、前記圧電膜
とは別の圧電膜を設け、その2つの圧電膜によってたわ
み振動をさせる請求項1〜9のうちのいずれか1項に記
載のインクジェットヘッド記録装置。
12. A piezoelectric vibrating part, wherein a piezoelectric film, which is opposed to the piezoelectric film and is interposed between the electrodes via an intermediate electrode layer, is provided separately from the piezoelectric film, and the two piezoelectric films cause flexural vibration. Item 10. The inkjet head recording apparatus according to any one of Items 1 to 9.
【請求項13】 圧電膜の第2層が、ニオブ及びスズを
含み反強誘電性を有する請求項1〜12のうちのいずれ
か1項に記載のインクジェットヘッド記録装置。
13. The ink-jet head recording apparatus according to claim 1, wherein the second layer of the piezoelectric film contains niobium and tin and has antiferroelectricity.
【請求項14】 第1層において、ジルコニウムの濃度
が厚さ方向に連続的に増加するように分布しておりかつ
ジルコニウムの濃度が高い一方の面で第2層と接してい
る請求項1〜13のうちのいずれか1項に記載のインク
ジェットヘッド記録装置。
14. The first layer, wherein the zirconium concentration is distributed so as to continuously increase in the thickness direction and is in contact with the second layer on one surface having a high zirconium concentration. 14. The ink jet head recording apparatus according to any one of the thirteenth aspect.
【請求項15】 圧電膜の両側に設けられた電極層が、
白金又は金で形成されている請求項1〜14のうちのい
ずれか1項に記載のインクジェットヘッド記録装置。
15. An electrode layer provided on both sides of a piezoelectric film,
The ink-jet head recording apparatus according to any one of claims 1 to 14, which is formed of platinum or gold.
【請求項16】 本体部は複数のインク吐出口と各イン
ク吐出口にそれぞれ対応して設けられた複数の圧力室を
有し、圧電膜の両側に設けられた電極のうち少なくとも
一方の電極を前記圧力室に対応するように分離して設け
ることにより、各圧力室に対応した圧電振動部を構成し
た請求項1〜15のうちのいずれか1項に記載のインク
ジェットヘッド記録装置。
16. The main body section has a plurality of ink ejection ports and a plurality of pressure chambers provided respectively corresponding to the respective ink ejection ports, and at least one of the electrodes provided on both sides of the piezoelectric film is provided. The ink jet head recording apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein a piezoelectric vibrating portion corresponding to each pressure chamber is configured by being provided separately so as to correspond to the pressure chamber.
【請求項17】 圧電膜を圧力室に対応するように分離
して設け、一方の電極を前記分離された各圧電膜上に形
成した請求項16に記載のインクジェットヘッド記録装
置。
17. The ink jet head recording apparatus according to claim 16, wherein a piezoelectric film is separately provided so as to correspond to the pressure chamber, and one electrode is formed on each of the separated piezoelectric films.
【請求項18】 分離された圧電膜の間に、前記圧電膜
の伸縮を阻害しない剛性の低い樹脂を充填した請求項1
6に記載のインクジェットヘッド記録装置。
18. A resin having a low rigidity that does not hinder expansion and contraction of the piezoelectric film is filled between the separated piezoelectric films.
7. The ink jet head recording apparatus according to 6.
【請求項19】 圧電振動部は、その周辺部が圧力室の
周辺部と弾性を有しかつ膜厚が3μm以下の樹脂層を介
して接合されている請求項1〜18のうちのいずれか1
項に記載のインクジェットヘッド記録装置。
19. The piezoelectric vibrating portion according to claim 1, wherein a peripheral portion of the piezoelectric vibrating portion has elasticity with a peripheral portion of the pressure chamber via a resin layer having a thickness of 3 μm or less. 1
Item 6. An ink jet head recording apparatus according to item 1.
【請求項20】 圧電振動部は、その周辺部が圧力室の
周辺部と、セラミック、金属又は樹脂からなる台座を介
して接合されている請求項1〜18のうちのいずれか1
項に記載のインクジェットヘッド記録装置。
20. The piezoelectric vibrating portion according to claim 1, wherein a peripheral portion thereof is joined to a peripheral portion of the pressure chamber via a base made of ceramic, metal or resin.
Item 6. An ink jet head recording apparatus according to item 1.
【請求項21】 インク吐出口と前記インク吐出口に接
続されかつ一部に開口部が形成された圧力室とを有する
本体部と、前記開口部を塞ぐように設けられた圧電振動
部とを備えたインクジェットヘッド記録装置の製造方法
であって、基板上に、鉛及びチタンを含むペロブスカイ
ト構造を有する第1層を形成し、第1層上にジルコニウ
ムと鉛及びチタンとを含むペロプスカイト構造を有する
第2層を形成するすることにより、前記第1層と第2層
とを含む圧電膜を形成する工程とを含み、前記基板上に
前記圧電膜を有する圧電振動部を形成する第1工程と、
前記本体部の前記開口部の周辺部と前記圧電振動部の周
辺部とを対向させて接合する第2工程と、接合後に前記
基板を除去する第3工程とを含み、前記第1工程におい
て、前記第1層をジルコニウムを含まないように、又は
前記第2層に比較してジルコニウムの量が少なくなるよ
うに形成することを特徴とするインクジェットヘッド記
録装置の製造方法。
21. A main body having an ink discharge port and a pressure chamber connected to the ink discharge port and partially having an opening, and a piezoelectric vibrating section provided to cover the opening. A method for manufacturing an ink jet head recording device comprising: forming a first layer having a perovskite structure containing lead and titanium on a substrate, and forming a perovskite structure containing zirconium, lead and titanium on the first layer. Forming a piezoelectric film including the first layer and the second layer by forming a second layer having the first layer, and forming a piezoelectric vibrating portion having the piezoelectric film on the substrate. When,
A second step of joining the peripheral portion of the opening of the body portion and a peripheral portion of the piezoelectric vibrating portion so as to face each other, and a third step of removing the substrate after the joining, wherein the first step includes: A method for manufacturing an ink-jet head recording apparatus, wherein the first layer is formed so as not to contain zirconium or to have a smaller amount of zirconium than the second layer.
【請求項22】 第1層及び第2層をスパッタリングに
より形成した請求項21記載のインクジェットヘッド記
録装置の製造方法。
22. The method according to claim 21, wherein the first layer and the second layer are formed by sputtering.
【請求項23】 基板として酸化マグネシウム基板を用
い、第3工程において、前記記基板を燐酸を用いたエッ
チングにより除去した請求項21又は22記載のインク
ジェットヘッド記録装置の製造方法。
23. The method according to claim 21, wherein a magnesium oxide substrate is used as the substrate, and in the third step, the substrate is removed by etching using phosphoric acid.
【請求項24】 基板としてシリコン基板又はガラス基
板を用いた請求項21又は22記載のインクジェットヘ
ッド記録装置の製造方法。
24. The method according to claim 21, wherein a silicon substrate or a glass substrate is used as the substrate.
【請求項25】 第3工程において、基板をフッ酸系溶
液又は水酸化カリウム溶液を用いてエッチングにより除
去する請求項24記載のインクジェットヘッド記録装置
の製造方法。
25. The method according to claim 24, wherein, in the third step, the substrate is removed by etching using a hydrofluoric acid-based solution or a potassium hydroxide solution.
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