JP2007042984A

JP2007042984A - Actuator, liquid ejection head, and liquid ejector

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Publication number: JP2007042984A
Application number: JP2005227678A
Authority: JP
Inventors: 本規 ▲高▼部; Honki Takabe; Koji Sumi; 浩二角; Naoto Yokoyama; 直人横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP5158299B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator equipped with a piezoelectric layer of strainless crystal and exhibiting good displacement, and to provide a liquid ejection head equipped with an actuator as a drive source for ejecting a liquid drop, and a liquid ejector. <P>SOLUTION: The actuator is provided, on the upper side of an elastic film 50 formed of silicon dioxide SiO<SB>2</SB>on a silicon Si single crystal substrate, with a piezoelectric element 300 including a lower electrode 60, a buffer layer 65 of a conductive material having a plane orientation (100) provided on the lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 of lead zirconate titanate (PZT) grown epitaxially on the buffer layer 65 and having a plane direction (100), and an upper electrode 80 provided on the piezoelectric layer 70, wherein the piezoelectric layer 70 has a stepwise layer 72 consisting of a plurality of layers provided on the boundary to the buffer layer 65 and having a composition progressively varied in each layer, and a piezoelectric layer body 76 laminated on the stepwise layer 72. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、エピタキシャル成長によって形成される圧電体層を具備する圧電素子を用いたアクチュエータ装置及び液滴を噴射するための駆動源としてアクチュエータ装置を具備する液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。 The present invention relates to an actuator device using a piezoelectric element including a piezoelectric layer formed by epitaxial growth, a liquid ejecting head including the actuator device as a driving source for ejecting droplets, and a liquid ejecting device.

電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの液体吐出手段として用いられる。このような液体噴射装置としては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置が知られている。 An actuator device including a piezoelectric element that is displaced by applying a voltage is used, for example, as a liquid ejecting unit of a liquid ejecting head mounted on a liquid ejecting apparatus that ejects droplets. As such a liquid ejecting apparatus, for example, a part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element so as to pressurize the ink in the pressure generation chamber and press the nozzle opening. There is known an ink jet recording apparatus including an ink jet recording head for discharging ink droplets.

インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。 Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those equipped with an actuator device in a longitudinal vibration mode that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those equipped with an actuator device in a flexural vibration mode. As a device using a flexural vibration mode actuator device, for example, a uniform piezoelectric film is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and the piezoelectric layer is formed by a lithography method. In some cases, piezoelectric elements are formed so as to be independent for each pressure generating chamber by cutting into shapes corresponding to the above.

印刷品質を向上するために、このような圧電素子の配列の高密度化が図られてきているが、近年、さらなる高密度化が望まれている。しかしながら、圧電素子の超高密度化を図ろうとすると、これに伴って圧電素子を小型化する必要があり、小型化した圧電素子では、所定の変位量が得られないという問題がある。このため、比較的小さな駆動電圧でも大きな変形を得ることができる圧電素子が要望されている。 In order to improve the printing quality, the density of such an arrangement of piezoelectric elements has been increased. In recent years, a further increase in density has been desired. However, when trying to increase the density of the piezoelectric element, it is necessary to reduce the size of the piezoelectric element. Accordingly, there is a problem that a predetermined amount of displacement cannot be obtained with the reduced size of the piezoelectric element. Therefore, there is a demand for a piezoelectric element that can obtain a large deformation even with a relatively small driving voltage.

このような要望に対し、例えば、シリコン基板上にエピタキシャル成長したバッファ層と、バッファ層上にエピタキシャル成長した下部電極と、下部電極上にエピタキシャル成長した強誘電体薄膜（圧電体層）と、強誘電体薄膜上に形成された上部電極とで圧電素子を構成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。このように強誘電体薄膜がエピタキシャル成長により形成された圧電素子では、圧電特性が向上するため、比較的小さな駆動電圧であっても、ある程度の変位量を得ることはできる。 In response to such a demand, for example, a buffer layer epitaxially grown on the silicon substrate, a lower electrode epitaxially grown on the buffer layer, a ferroelectric thin film (piezoelectric layer) epitaxially grown on the lower electrode, and a ferroelectric thin film There is one in which a piezoelectric element is constituted by an upper electrode formed on the upper electrode (see, for example, Patent Document 1). As described above, in the piezoelectric element in which the ferroelectric thin film is formed by epitaxial growth, the piezoelectric characteristics are improved, so that a certain amount of displacement can be obtained even with a relatively small driving voltage.

この特許文献１に記載の強誘電体薄膜は、下部電極上にエピタキシャル成長によって形成されているため、強誘電体薄膜の結晶は、下部電極の結晶の結晶性と整合性を保つように成長する。このように、エピタキシャル成長により圧電体層を設けた場合、形成される圧電体層は圧電体層の下地の影響を受けるため、下地と圧電体層との格子不整合により発生した応力が、圧電体層の結晶系に歪みを生じさせ、アクチュエータの変位を阻害するという問題がある。なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に発生する。 Since the ferroelectric thin film described in Patent Document 1 is formed by epitaxial growth on the lower electrode, the crystal of the ferroelectric thin film grows so as to maintain the crystallinity and consistency of the crystal of the lower electrode. As described above, when the piezoelectric layer is provided by epitaxial growth, the formed piezoelectric layer is affected by the base of the piezoelectric layer, and therefore stress generated by lattice mismatch between the base and the piezoelectric layer is caused by the piezoelectric body. There is a problem that the crystal system of the layer is distorted and the displacement of the actuator is hindered. Such a problem occurs not only in the ink jet recording head but also in other liquid ejecting heads.

特開２００１−２６７６４５号公報（第４頁）JP 2001-267645 A (page 4)

本発明は、このような事情に鑑み、歪のない結晶からなり良好な変位を有する圧電体層を具備するアクチュエータ装置及び液滴を噴射するための駆動源としてアクチュエータ装置を具備する液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, the present invention provides an actuator device having a piezoelectric layer made of a crystal without distortion and having a good displacement, a liquid ejecting head having an actuator device as a drive source for ejecting droplets, and It is an object to provide a liquid ejecting apparatus.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、シリコン（Ｓｉ）単結晶基板上に設けられた二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜の上側に、下電極と、該下電極上に設けられた導電性の材料からなる面方位（１００）のバッファ層と、該バッファ層上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる面方位（１００）の圧電体層と、該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子を有し、前記圧電体層は前記バッファ層との境界部分に設けられて組成を層ごとに段階的に変化させた複数層からなる階段状層とこの階段状層上に積層された圧電体層本体とを有することを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、圧電体層がバッファ層との境界部分に組成を層ごとに段階的に変化させた階段状層を有するので、下地と圧電体層との格子不整合による応力の発生が抑制される。したがって、圧電体層を構成するチタン酸ジルコン酸鉛の結晶が歪みを生じないため、良好な変位を生ずるアクチュエータ装置となる。 A first aspect of the present invention for solving the above-described problem is that a lower electrode is provided on an upper side of an elastic film made of silicon dioxide (SiO ₂ ) provided on a silicon (Si) single crystal substrate, and provided on the lower electrode. A surface orientation (100) buffer layer made of the conductive material formed, a surface orientation (100) piezoelectric layer made of lead zirconate titanate (PZT) formed by epitaxial growth on the buffer layer, and A piezoelectric element including an upper electrode provided on the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer is provided at a boundary portion with the buffer layer and includes a plurality of layers whose composition is changed stepwise for each layer; The actuator device includes a stepped layer and a piezoelectric layer body laminated on the stepped layer.
In the first aspect, since the piezoelectric layer has a step-like layer whose composition is changed step by step at the boundary with the buffer layer, stress is generated due to lattice mismatch between the base and the piezoelectric layer. Is suppressed. Accordingly, since the lead zirconate titanate crystal constituting the piezoelectric layer does not cause distortion, the actuator device produces a good displacement.

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記階段状層は、Ｚｒ／Ｔｉ（モル比）が層ごとに段階的に変化したものであることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、階段状層のＺｒ／Ｔｉが層ごとに段階的に変化することより、階段状層の格子定数が段階的に変化するため、バッファ層と圧電体層との格子不整合が緩和され、応力の発生を抑制できる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the stepped layer is an actuator device in which Zr / Ti (molar ratio) is changed stepwise for each layer.
In the second aspect, since the lattice constant of the stepped layer changes stepwise because Zr / Ti of the stepped layer changes step by step, the lattice defect between the buffer layer and the piezoelectric layer changes. The alignment is relaxed and the generation of stress can be suppressed.

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記階段状層は、格子定数が層ごとに段階的に変化したものであることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第３の態様では、圧電体層がバッファ層との境界部分に格子定数が層ごとに段階的に変化した階段状層を有するので、圧電体層形成時に発生する応力が確実に抑制される。 A third aspect of the present invention is the actuator device according to the second aspect, wherein the stepped layer has a lattice constant that is changed stepwise for each layer.
In the third aspect, since the piezoelectric layer has a stepped layer whose lattice constant changes stepwise for each layer at the boundary with the buffer layer, the stress generated when the piezoelectric layer is formed is reliably suppressed. .

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記階段状層の各層の格子定数が、前記バッファ層の格子定数と前記圧電体層本体の格子定数との間の値であり、前記バッファ層から厚さ方向に離れるにしたがって、前記バッファ層の格子定数に近い値から前記圧電体層本体の格子定数に近い値へと層ごとに段階的に変化していることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、格子定数をバッファ層の格子定数に近い値から圧電体層本体の格子定数に近い値へと一定方向に段階的に変化させた階段状層を間に有することで、バッファ層上に圧電体層本体を直接設けた場合よりも、格子定数の不整合が緩和されるため、バッファ層と圧電体層との格子不整合による応力の発生が確実に抑制される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the lattice constant of each layer of the stepped layer is a value between the lattice constant of the buffer layer and the lattice constant of the piezoelectric layer body, As the distance from the buffer layer in the thickness direction, the actuator gradually changes from a value close to the lattice constant of the buffer layer to a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body. In the device.
In the fourth aspect, by having a stepped layer in which the lattice constant is changed stepwise in a certain direction from a value close to the lattice constant of the buffer layer to a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body, Compared to the case where the piezoelectric layer main body is directly provided on the buffer layer, the mismatch of the lattice constant is alleviated, so that the generation of stress due to the lattice mismatch between the buffer layer and the piezoelectric layer is surely suppressed.

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記バッファ層と前記圧電体層本体の格子定数の差が８％以下であることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第５の態様では、バッファ層と圧電体層本体との格子定数の不整合が小さいため、アクチュエータ装置としての変位が良好になる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the actuator device is characterized in that a difference in lattice constant between the buffer layer and the piezoelectric layer body is 8% or less.
In the fifth aspect, since the mismatch of the lattice constant between the buffer layer and the piezoelectric layer main body is small, the displacement as the actuator device is good.

本発明の第６の態様は、第４または５の態様において、前記バッファ層の格子定数が前記圧電体層本体の格子定数よりも小さく、前記階段状層の各層のＺｒ／Ｔｉ（モル比）が、前記バッファ層から厚さ方向に離れる層ほど漸大していることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、階段状層の各層のＺｒ／Ｔｉをバッファ層から厚さ方向に離れる層ほど増大させることにより、階段状層の各層の格子定数がバッファ層から厚さ方向に離れる層ほど大きくなるため、バッファ層から圧電体層本体へいくにしたがって格子定数が大きくなる。したがって、バッファ層と階段状層、階段状層と圧電体層本体の格子定数の不整合が小さくなるため、圧電体層をエピタキシャル成長し易く下地層との格子不整合による応力の発生が抑えられる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, a lattice constant of the buffer layer is smaller than a lattice constant of the piezoelectric layer body, and Zr / Ti (molar ratio) of each layer of the stepped layer. However, the actuator device is characterized in that the distance from the buffer layer in the thickness direction increases gradually.
In the sixth aspect, by increasing the Zr / Ti of each stepped layer in the thickness direction as the layer is separated from the buffer layer, the lattice constant of each layer of the stepped layer is separated from the buffer layer in the thickness direction. Therefore, the lattice constant increases from the buffer layer to the piezoelectric layer body. Accordingly, the mismatch of the lattice constant between the buffer layer and the stepped layer, and between the stepped layer and the piezoelectric layer main body is reduced, so that the piezoelectric layer is easily grown epitaxially, and the generation of stress due to the lattice mismatch with the base layer can be suppressed.

本発明の第７の態様は、第４または５の態様において、前記バッファ層の格子定数が前記圧電体層本体の格子定数よりも大きく、前記階段状層の各層のＺｒ／Ｔｉ（モル比）が、前記バッファ層から厚さ方向に離れる層ほど漸小していることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第７の態様では、階段状層の各層のＺｒ／Ｔｉをバッファ層から厚さ方向に離れる層ほど減少させることにより、階段状層の各層の格子定数がバッファ層から厚さ方向に離れる層ほど小さくなるため、バッファ層から圧電体層本体へいくにしたがって格子定数が小さくなる。したがって、バッファ層と階段状層、階段状層と圧電体層本体の格子定数の不整合が小さくなるため、圧電体層をエピタキシャル成長し易く下地層との格子不整合による応力の発生が抑えられる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, the buffer layer has a lattice constant larger than the lattice constant of the piezoelectric layer body, and Zr / Ti (molar ratio) of each layer of the stepped layer. However, the actuator device is characterized in that the layer is gradually smaller from the buffer layer in the thickness direction.
In the seventh aspect, by reducing the Zr / Ti of each stepped layer in the thickness direction from the buffer layer, the lattice constant of each stepped layer is separated from the buffer layer in the thickness direction. Therefore, the lattice constant decreases as the distance from the buffer layer to the piezoelectric layer body increases. Accordingly, the mismatch of the lattice constant between the buffer layer and the stepped layer, and between the stepped layer and the piezoelectric layer main body is reduced, so that the piezoelectric layer is easily grown epitaxially, and the generation of stress due to the lattice mismatch with the base layer can be suppressed.

本発明の第８の態様は、第３〜７の何れかの態様において、前記格子定数はａ軸の格子定数であることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第８の態様では、格子定数のｂ軸やｃ軸に比べて、ａ軸を調整することで、バッファ層と階段状層、階段状層と圧電体層本体の格子定数の不整合が小さくなるため、圧電体層をエピタキシャル成長し易く下地層との格子不整合による応力の発生が抑えられる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the actuator device according to any one of the third to seventh aspects, the lattice constant is an a-axis lattice constant.
In the eighth aspect, the lattice constant mismatch between the buffer layer and the stepped layer and between the stepped layer and the piezoelectric layer body is reduced by adjusting the a-axis as compared with the b-axis and c-axis of the lattice constant. Therefore, it is easy to epitaxially grow the piezoelectric layer, and the generation of stress due to lattice mismatch with the underlayer is suppressed.

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に当該圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出させるための圧力を発生させる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、圧電特性の優れたアクチュエータ装置を圧力発生手段として備えた液体噴射ヘッドとなる。 According to a ninth aspect of the present invention, the actuator device according to any one of the first to eighth aspects generates a pressure for causing the liquid in the pressure generating chamber to be discharged from the nozzle opening in the pressure generating chamber formed on the substrate. In the liquid ejecting head, the pressure generating means is provided.
In the ninth aspect, the liquid ejecting head includes an actuator device having excellent piezoelectric characteristics as pressure generating means.

本発明の第１０の態様は、第９の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第１０の態様では、圧電特性に優れたアクチュエータ装置を圧力発生手段として備えた液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を実現することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, a liquid ejecting apparatus includes the ninth liquid ejecting head.
In the tenth aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus having a liquid ejecting head including an actuator device having excellent piezoelectric characteristics as pressure generating means.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図（図２（ａ））及びＡ−Ａ′断面図（図２（ｂ））並びに圧電素子部の拡大図（図２（ｃ））である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view schematically showing a liquid jet head according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 (FIG. 2A) and a cross-sectional view taken along line AA ′ (FIG. 1). 2 (b)) and an enlarged view of the piezoelectric element portion (FIG. 2 (c)).

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。なお、この弾性膜５０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板である流路形成基板１０を熱酸化することにより形成した酸化シリコンからなるアモルファス（非晶質）膜であり、流路形成基板１０の表面状態をそのまま維持した平滑な表面状態を有している。また、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等の膜がさらに設けられていてもよい。 As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and is made of silicon dioxide on one surface thereof, and is an elastic film 50 having a thickness of 0.5 to 2 μm. Is formed. In the present embodiment, the elastic film 50 is an amorphous film made of silicon oxide formed by thermally oxidizing the flow path forming substrate 10 that is a silicon single crystal substrate. It has a smooth surface state in which the surface state of 10 is maintained as it is. Further, a film such as zirconium oxide (ZrO ₂ ) may be further provided on the elastic film 50.

この流路形成基板１０には、シリコン単結晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。なお、このインク供給路１４の幅は、本実施形態では、圧力発生室１２の幅よりも小さくなっており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。 In the flow path forming substrate 10, pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction by anisotropically etching a silicon single crystal substrate from one surface side thereof. Further, on the outer side in the longitudinal direction, a communication portion 13 that is in communication with a reservoir portion 32 of a protective substrate 30 described later is formed. The communication portion 13 is in communication with each other at one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via an ink supply path 14. In this embodiment, the width of the ink supply path 14 is smaller than the width of the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13 is kept constant. ing.

このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。 As the thickness of the flow path forming substrate 10 on which such a pressure generation chamber 12 and the like are formed, it is preferable to select an optimum thickness in accordance with the density at which the pressure generation chamber 12 is disposed. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at about 180 (180 dpi) per inch, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. is there. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density of about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall 11 between the adjacent pressure generation chambers 12.

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。 Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through.

一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。 On the other hand, on the elastic film 50 opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and a piezoelectric layer having a thickness of, for example, about 1 μm. A piezoelectric element 300 made up of 70 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.05 μm is formed. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device.

なお、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極８５がそれぞれ接続されている。このリード電極８５は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１４に対応する領域の弾性膜５０上にそれぞれ延設されて後述する駆動ＩＣと接続されている。 Note that a lead electrode 85 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300. The lead electrodes 85 are drawn out from the vicinity of the end portions in the longitudinal direction of the piezoelectric elements 300, are respectively extended on the elastic film 50 in the region corresponding to the ink supply path 14, and are connected to a driving IC described later.

ここで、下電極膜６０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の金属材料で形成されている。また、下電極膜６０は、これらの金属材料からなる複数の層を積層したものであってもよい。なお、積層した場合には、後のプロセスにより、結果的に混合層となってもよい。下電極膜６０の配向には特に制限はなく、例えば（１１１）配向でも、（１００）配向でもよい。本実施形態では、白金（Ｐｔ）で（１１１）配向のものを下電極膜６０とした。 Here, the lower electrode film 60 is formed of a metal material such as iridium (Ir) or platinum (Pt), for example. The lower electrode film 60 may be a laminate of a plurality of layers made of these metal materials. In addition, when it laminates | stacks, it may become a mixed layer as a result by a later process. The orientation of the lower electrode film 60 is not particularly limited, and may be, for example, (111) orientation or (100) orientation. In this embodiment, platinum (Pt) having (111) orientation is used as the lower electrode film 60.

この下電極膜６０上には、導電性の材料からなり面方位（１００）のバッファ層６５が０．５〜２００ｎｍ程度の厚さで設けられている。バッファ層６５上にエピタキシャル成長により形成される圧電体層７０を面方位（１００）とするためにバッファ層６５は面方位（１００）である必要があり、また、圧電素子３００として機能するためにバッファ層６５も導電性であることが必要である。なお、バッファ層６５は、正方晶または立方晶であることが好ましい。 On the lower electrode film 60, a buffer layer 65 made of a conductive material and having a plane orientation (100) is provided with a thickness of about 0.5 to 200 nm. In order for the piezoelectric layer 70 formed by epitaxial growth on the buffer layer 65 to have a plane orientation (100), the buffer layer 65 needs to have a plane orientation (100), and to function as the piezoelectric element 300, the buffer layer 65 needs to have a plane orientation (100). Layer 65 also needs to be conductive. The buffer layer 65 is preferably tetragonal or cubic.

また、バッファ層６５は、後述する圧電体層本体７６との格子定数、特にａ軸の格子定数の差が８％以下であることが好ましい。このように格子定数の差が小さいと、圧電体層７０を構成する階段状層７２及び圧電体層本体７６を、バッファ層６５上に良好にエピタキシャル成長させることができ、アクチュエータ装置としての変位が特に良好になる。 Further, the buffer layer 65 preferably has a difference in lattice constant with the piezoelectric layer main body 76 described later, in particular, a difference in lattice constant of the a axis of 8% or less. Thus, when the difference in lattice constant is small, the stepped layer 72 and the piezoelectric layer main body 76 constituting the piezoelectric layer 70 can be satisfactorily epitaxially grown on the buffer layer 65, and the displacement as the actuator device is particularly large. Become good.

バッファ層６５の格子定数は、圧電体層本体７６の格子定数よりも、大きくても小さくてもよい。圧電体層本体７６をａ軸の格子定数が４．０３ÅのＰＺＴとした場合、４．０３Åより小さい格子定数（ａ軸）を有するものとしては、ＷＯ_３（ａ軸の格子定数は３．７１４Å。以下括弧内はａ軸の格子定数を表す。）等の金属酸化物、Ａｌ_０．６４Ｔｉ_０．３６（４．０２９６Å）、Ａｌ_３Ｔｉ（３．９７２Å）、ＡｌＮｉ_３（３．７８Å）、ＣｏＴｉ（３．９６４Å）等の合金、ＣａＴｉＯ（３．８９５Å）、ＳｒＴｉＯ（３．９０５Å）、Ｓｒ_２ＴｉＯ_４（３．８８６Å）、ＳｒＣｏＯ_２．２９（３．９１２Å）、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）（３．８６１Å）等の複合酸化物を挙げることができる。また、圧電体層本体７６を格子定数（ａ軸）が４．０３ÅのＰＺＴとした場合、圧電体層本体７６の格子定数（ａ軸）よりも大きな格子定数（ａ軸）を有するものとしては、ＭｇＯ（４．２１１Å）、ＴｉＯ_２（４．１７７Å）、ＮｉＯ（４．１７７Å）、Ｃｕ_２Ｏ（４．２１７Å）、ＮｂＯ（４．２１１Å）等の金属酸化物、ＡｌＮ（４．０４５Å）、ＴｉＮ（４．２４２Å）、Ｔｉ_２Ｎ（４．１４Å）、ＴｉＡｌＮ（４．１１２Å）、ＣｒＮ（４．１４Å）、ＣｏＮ（４．２８Å）等の金属窒化物、Ａｌ_３Ｎｉ_２（４．０６５Å）等の合金、ＭｇＮｉＯ_２（４．１９３Å）、ＣｏＮｉＯ_２（４．２４Å）等の複合酸化物が挙げられる。なお、本実施形態では、バッファ層６５は、ＬＮＯであり、８０ｎｍ程度の厚さとしている。ＬＮＯは、（１１１）配向の結晶上でも自由成長して（１００）配向で成長するという性質を有するため、ＬＮＯからなるバッファ層６５は、下電極膜６０が（１１１）配向であっても自由成長し、配向の揺らぎが少ない状態で（１００）配向の結晶となる。 The lattice constant of the buffer layer 65 may be larger or smaller than the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. When the piezoelectric layer body 76 is PZT having an a-axis lattice constant of 4.03 ＷＯ, WO ₃ (a-axis lattice constant is 3.714 として) having a lattice constant (a-axis) smaller than 4.03 Å. In the following, the parentheses indicate the a-axis lattice constant.) Metal oxides such as Al _0.64 Ti _0.36 (4.0296Å), Al ₃ Ti (3.972Å), AlNi ₃ (3.78Å) , CoTi (3.964Å) alloy such _{_{as, CaTiO (3.895Å), SrTiO (}} 3.905Å), Sr 2 TiO 4 (3.886Å), SrCoO 2.29 (3.912Å), lanthanum nickel oxide (LNO ) (3.861Å) and the like. Further, when the piezoelectric layer body 76 is PZT having a lattice constant (a axis) of 4.03 mm, the piezoelectric layer body 76 has a lattice constant (a axis) larger than the lattice constant (a axis) of the piezoelectric layer body 76. MgO (4.211 Å), TiO ₂ (4.177 Å), NiO (4.177 Å), Cu ₂ O (4.217 Å), NbO (4.211 Å), and other metal oxides, AlN (4.045 Å) , TiN (4.224 Å), Ti ₂ N (4.14 Å), TiAlN (4.112 Å), CrN (4.14 Å), CoN (4.28 Å) and other metal nitrides, Al ₃ Ni ₂ (4. 065)) and composite oxides such as MgNiO ₂ (4.193) and CoNiO ₂ (4.24). In the present embodiment, the buffer layer 65 is LNO and has a thickness of about 80 nm. Since LNO has the property of growing freely on (111) oriented crystals and growing in (100) orientation, the buffer layer 65 made of LNO is free even if the lower electrode film 60 is in (111) orientation. It grows and becomes a (100) -oriented crystal with little fluctuation in orientation.

圧電体層７０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる強誘電体薄膜であり、（１００）面配向のバッファ層６５上にエピタキシャル成長によって形成されている。そして、このように結晶がエピタキシャル成長した圧電体層７０は、下地であるバッファ層６５の拘束を受けて結晶化しているため、バッファ層６５と同様に（１００）面配向となっている。ＰＺＴからなる圧電体層７０が面方位（１００）であると、菱面体晶系であるとき、特に圧電特性を高めることができる。 The piezoelectric layer 70 is a ferroelectric thin film made of lead zirconate titanate (PZT), and is formed on the (100) -oriented buffer layer 65 by epitaxial growth. Since the piezoelectric layer 70 in which crystals are epitaxially grown in this manner is crystallized under the constraint of the buffer layer 65 which is the base, it has a (100) plane orientation like the buffer layer 65. When the piezoelectric layer 70 made of PZT has a plane orientation (100), the piezoelectric characteristics can be particularly improved when the piezoelectric layer 70 is rhombohedral.

この圧電体層７０は、図２（ｃ）に示すように、バッファ層６５との境界部分に設けられ組成を層ごとに段階的に変化させた複数層からなる階段状層７２を有し、この階段状層７２上に積層された圧電体層本体７６を有する。圧電体層本体７６と同材料であるＰＺＴからなる複数の層が、バッファ層６５と圧電体層本体７６との間に存在しており、これらの層の組成を段階的に変化させることにより、バッファ層６５と圧電体層７０の格子定数を極めて近い値にできる。これにより、圧電体層７０をエピタキシャル成長し易く、格子の不整合による応力がほとんど発生しない。なお、階段状層７２の存在によりバッファ層６５と圧電体層７０のａ軸の格子定数を近い値にした場合は、ｂ軸やｃ軸を調整した場合よりも、バッファ層と階段状層、階段状層と圧電体層本体の格子定数の不整合が小さくなるため、圧電体層をエピタキシャル成長し易く下地層との格子不整合による応力の発生が特に抑えられる。 As shown in FIG. 2C, the piezoelectric layer 70 includes a stepped layer 72 that is provided at a boundary portion with the buffer layer 65 and includes a plurality of layers in which the composition is changed stepwise for each layer. The piezoelectric layer body 76 is laminated on the stepped layer 72. A plurality of layers made of PZT, which is the same material as the piezoelectric layer main body 76, are present between the buffer layer 65 and the piezoelectric layer main body 76, and by changing the composition of these layers stepwise, The lattice constants of the buffer layer 65 and the piezoelectric layer 70 can be made very close to each other. As a result, the piezoelectric layer 70 is easily grown epitaxially, and stress due to lattice mismatch is hardly generated. When the a-axis lattice constants of the buffer layer 65 and the piezoelectric layer 70 are made close to each other due to the presence of the stepped layer 72, the buffer layer and the stepped layer, Since the mismatch between the lattice constants of the stepped layer and the piezoelectric layer body is reduced, the piezoelectric layer is easily grown epitaxially, and the generation of stress due to the lattice mismatch with the underlying layer is particularly suppressed.

階段状層７２についてさらに詳述すると、バッファ層６５と圧電体層本体７６との間に存在している階段状層７２は、図２（ｃ）に示すように、複数の階段状層構成層７１からなり、階段状層構成層７１各層のＰＺＴを構成する元素の比率、例えば、Ｚｒ／Ｔｉ（モル比）は、バッファ層６５から厚さ方向に離れるにしたがって、階段状層構成層７１ごとに徐々に減少している又は増大している。このように、組成、例えばＺｒ／Ｔｉ（モル比）が、階段状層構成層７１ごとに段階的に変化すると、階段状層７２のａ軸の格子定数は、階段状層構成層７１ごとに段階的に変化する。すなわち、各階段状層構成層７１のＺｒ／Ｔｉ比を調整することで、階段状層７２のａ軸の格子定数を、バッファ層６５の格子定数に近い値から圧電体層本体７６の格子定数に近い値へと、極めて精密に段階的に変化させることが可能となる。 The stepped layer 72 will be described in further detail. As shown in FIG. 2C, the stepped layer 72 existing between the buffer layer 65 and the piezoelectric layer body 76 includes a plurality of stepped layer constituting layers. The ratio of elements constituting the PZT of each stepped layer constituting layer 71, for example, Zr / Ti (molar ratio), for each stepped layer constituting layer 71 as the distance from the buffer layer 65 in the thickness direction increases. Gradually decreasing or increasing. Thus, when the composition, for example, Zr / Ti (molar ratio) changes stepwise for each stepped layer constituting layer 71, the lattice constant of the a axis of the stepped layer 72 is changed for each stepped layer constituting layer 71. It changes step by step. That is, by adjusting the Zr / Ti ratio of each stepped layer constituting layer 71, the lattice constant of the a-axis of the stepped layer 72 is changed from a value close to the lattice constant of the buffer layer 65 to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. It becomes possible to change it to a value close to 1 in steps with extremely high precision.

本発明において、バッファ層６５から厚さ方向に離れるにしたがって、階段状層７２の格子定数、特にａ軸の格子定数は、バッファ層６５の格子定数と圧電体層本体７６の格子定数との間の値でバッファ層６５の格子定数に近い値から圧電体層本体７６の格子定数に近い値へと段階的に変化する。すなわち、階段状層７２の格子定数は、バッファ層６５側の階段状層構成層７１ではバッファ層６５に近い値であり、厚さ方向にバッファ層６５から離れるにしたがって各階段状層構成層７１ごとに段階的に小さくなる又は大きくなっていき、圧電体層本体７６側の階段状層構成層７１では、圧電体層本体７６の格子定数に近い値となる。 In the present invention, as the distance from the buffer layer 65 increases in the thickness direction, the lattice constant of the stepped layer 72, particularly the a-axis lattice constant, is between the lattice constant of the buffer layer 65 and the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. The value gradually changes from a value close to the lattice constant of the buffer layer 65 to a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. That is, the lattice constant of the stepped layer 72 is a value close to the buffer layer 65 in the stepped layer constituting layer 71 on the buffer layer 65 side, and each stepped layer constituting layer 71 is separated from the buffer layer 65 in the thickness direction. Each stepwise layer constituting layer 71 on the piezoelectric layer body 76 side becomes a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76.

具体的には、例えばバッファ層６５の格子定数が圧電体層本体７６の格子定数よりも小さい場合は、階段状層７２の格子定数は、バッファ層６５に接する階段状層構成層７１ではバッファ層６５の格子定数に近い値であり、バッファ層６５から厚さ方向に離れるにしたがって各階段状層構成層７１ごとに段階的に大きくなっていき、圧電体層本体７６に接する階段状層構成層７１では、圧電体層本体７６の格子定数に近い値となる。なお、格子定数を段階的に大きくするためには、階段状層構成層７１ごとにＺｒ／Ｔｉを漸大させていけばよい。 Specifically, for example, when the lattice constant of the buffer layer 65 is smaller than the lattice constant of the piezoelectric layer main body 76, the lattice constant of the stepped layer 72 is the buffer layer in the stepped layer constituting layer 71 in contact with the buffer layer 65. A stepwise layer constituent layer that is close to the lattice constant of 65 and increases stepwise for each stepped layer constituent layer 71 as the distance from the buffer layer 65 in the thickness direction increases. 71 is a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. In order to increase the lattice constant in a stepwise manner, Zr / Ti may be gradually increased for each stepped layer constituting layer 71.

一方、例えばバッファ層６５の格子定数が圧電体層本体７６の格子定数よりも大きい場合は、階段状層７２の格子定数は、バッファ層６５に接する階段状層構成層７１ではバッファ層６５の格子定数に近い値であり、バッファ層６５から厚さ方向に離れるにしたがって各階段状層構成層７１ごとに段階的に小さくなっていき、圧電体層本体７６に接する階段状層構成層７１では、圧電体層本体７６の格子定数に近い値となる。なお、格子定数を段階的に小さくするためには、階段状層構成層７１ごとにＺｒ／Ｔｉを漸小させていけばよい。 On the other hand, for example, when the lattice constant of the buffer layer 65 is larger than the lattice constant of the piezoelectric layer body 76, the lattice constant of the stepped layer 72 is the lattice of the buffer layer 65 in the stepped layer constituting layer 71 in contact with the buffer layer 65. It is a value close to a constant, and decreases stepwise for each stepped layer constituting layer 71 as it moves away from the buffer layer 65 in the thickness direction. In the stepped layer constituting layer 71 in contact with the piezoelectric layer body 76, The value is close to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76. In order to decrease the lattice constant stepwise, Zr / Ti may be gradually decreased for each stepped layer constituting layer 71.

このように、バッファ層６５の格子定数に近い値から圧電体層本体７６の格子定数に近い値へと格子定数を一定方向に段階的に変化させた階段状層７２を間に有することで、バッファ層６５上に圧電体層本体７６を直接設けた場合よりも、格子定数の不整合が緩和されるため、応力の発生が抑えられる。また、階段状層７２の格子定数が段階的に変化するので、階段状層７２を形成する際にも応力の発生が抑制される。したがって圧電体層を構成するＰＺＴの結晶系に歪みが生じないため、良好な変位を有するアクチュエータ装置となる。 Thus, by having the stepped layer 72 in which the lattice constant is changed stepwise in a certain direction from a value close to the lattice constant of the buffer layer 65 to a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body 76, Compared with the case where the piezoelectric layer main body 76 is directly provided on the buffer layer 65, the mismatch of the lattice constant is alleviated, so that the generation of stress is suppressed. In addition, since the lattice constant of the stepped layer 72 changes stepwise, the generation of stress is suppressed when the stepped layer 72 is formed. Therefore, since the PZT crystal system constituting the piezoelectric layer is not distorted, the actuator device has a good displacement.

なお、この階段状層７２は、例えば、１０〜１００ｎｍ程度の厚さを有し、圧電体層本体７６は、例えば０．２〜５μｍ程度の厚さを有する。また、階段状層構成層７１の積層数は、例えば２〜１０層であり、厚さは、例えば５〜１０ｎｍ程度である。 The stepped layer 72 has a thickness of about 10 to 100 nm, for example, and the piezoelectric layer body 76 has a thickness of about 0.2 to 5 μm, for example. Further, the number of stepped layer constituting layers 71 is, for example, 2 to 10 layers, and the thickness is, for example, about 5 to 10 nm.

圧電体層本体７６は特に限定されないが、ａ軸の格子定数が４．０３Å前後のチタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ_{１．１４〜１．２５}（Ｚｒ_{０．５０〜０．５５}Ｔｉ_{０．５０〜０．４５}）Ｏ_３であることが好ましく、本実施形態ではＰｂ_１．１８（Ｚｒ_{０．５１６}Ｔｉ_{０．４８４}）Ｏ_３）を用いた。また、本実施形態ではバッファ層６５として、ａ軸の格子定数が３．８６１Åで、圧電体層本体７６との格子定数（ａ軸）の差が４．１９％であるＬＮＯを用いた。なお、圧電体層７０は、厚さ２０ｎｍの階段状層７２と厚さ１μｍの圧電体層本体７６からなり、また、この階段状層７２は、各層の厚さが５ｎｍの４層の階段状層構成層７１からなる（図２（ｃ））。そして、バッファ層６５から厚さ方向に離れるにしたがって、バッファ層６５側から順に、階段状層構成層７１のＺｒ／Ｔｉ（モル比）が、０、０.２５、０.６７、１となるようにし、階段状層７２の格子定数（ａ軸）を段階的に圧電体層本体７６の４．０３Åに近づくように形成した。このような階段状層７２を間に設けることにより、下地（バッファ層６５）と圧電体層７０の格子不整合が緩和されるので、当該下地上に設けた圧電体層７０に発生する応力が低減され、結晶系に歪みのない圧電体層７０となる。 The piezoelectric layer main body 76 is not particularly limited, but lead zirconate titanate Pb _{1.14 to 1.25} (Zr _{0.50 to 0.55} Ti _{0.50 to 0)} having an a-axis lattice constant of around _4.03 _{mm. .45} ) O ₃ , and Pb _1.18 (Zr _0.516 Ti _0.484 ) O ₃ ) was used in this embodiment. In this embodiment, LNO having an a-axis lattice constant of 3.861 mm and a difference in lattice constant (a-axis) from the piezoelectric layer body 76 of 4.19% is used as the buffer layer 65. The piezoelectric layer 70 is composed of a stepped layer 72 having a thickness of 20 nm and a piezoelectric layer body 76 having a thickness of 1 μm. The stepped layer 72 has four steps having a thickness of 5 nm. It consists of the layer structure layer 71 (FIG.2 (c)). As the distance from the buffer layer 65 increases, the Zr / Ti (molar ratio) of the stepped layer constituting layer 71 becomes 0, 0.25, 0.67, 1 in order from the buffer layer 65 side. Thus, the lattice constant (a-axis) of the stepped layer 72 was formed so as to gradually approach 4.03 mm of the piezoelectric layer body 76. By providing such a stepped layer 72 in between, the lattice mismatch between the base (buffer layer 65) and the piezoelectric layer 70 is alleviated, so that the stress generated in the piezoelectric layer 70 provided on the base is reduced. The piezoelectric layer 70 is reduced and the crystal system has no distortion.

このような圧電素子３００が設けられた側の流路形成基板１０上には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保する圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に形成されている。なおこの圧電素子保持部３１は、空間が密封されていてもよいし、密封されていなくてもよい。また、保護基板３０には、各圧力発生室１２に共通するリザーバ９０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられ、このリザーバ部３２は、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されてリザーバ９０を構成している。 A protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 that secures a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is bonded onto the flow path forming substrate 10 on the side where the piezoelectric element 300 is provided. The element 300 is formed in the piezoelectric element holding portion 31. The piezoelectric element holding portion 31 may be sealed in the space or may not be sealed. Further, the protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 90 common to the pressure generating chambers 12, and the reservoir portion 32 is connected to the flow path forming substrate 10 as described above. 13 constitutes a reservoir 90.

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間には、この保護基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１側とは反対側の表面には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ３４が実装されている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極８５は、接続孔３３まで延設されており、図示しないが、例えば、ワイヤボンディング等からなる接続配線を介して駆動ＩＣ３４と接続されている。 Further, a connection hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction is provided between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the protective substrate 30. A driving IC 34 for driving each piezoelectric element 300 is mounted on the surface of the protective substrate 30 opposite to the piezoelectric element holding portion 31 side. The lead electrode 85 drawn out from each piezoelectric element 300 extends to the connection hole 33 and is connected to the drive IC 34 through a connection wiring made of, for example, wire bonding, although not shown.

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなる。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ９０に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された開口部４３が形成され、リザーバ９０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。 On the protective substrate 30, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). An opening 43 that is completely removed in the thickness direction is formed in a region facing the reservoir 90 of the fixing plate 42, and one surface of the reservoir 90 is sealed only with a flexible sealing film 41. ing.

なお、このような液体噴射ヘッドは、図示しない外部液体供給手段から液体を取り込み、リザーバ９０からノズル開口２１に至るまで内部を液体で満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１から液滴が吐出する。 Such a liquid ejecting head takes in liquid from an external liquid supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 90 to the nozzle opening 21, and then generates a pressure in accordance with a recording signal from a drive circuit (not shown). A voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the chamber 12, and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are bent and deformed, whereby each pressure generating chamber 12 is provided. The internal pressure increases and droplets are ejected from the nozzle openings 21.

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、上述したように、この二酸化シリコン膜５１は、アモルファス膜である。また、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。 Here, a method of manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 7 are cross-sectional views of the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction. First, as shown in FIG. 3A, a channel forming substrate wafer 110 which is a silicon wafer is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and a silicon dioxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface thereof. To do. As described above, the silicon dioxide film 51 is an amorphous film. In this embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０上に下電極膜６０を形成する。例えば、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に、スパッタリング法によって白金（Ｐｔ）からなる金属層６１を形成し、その後、この金属層６１を所定形状にパターニングすることによって下電極膜６０を形成した。このように形成された下電極膜６０は、面方位（１１１）となる。 Next, as shown in FIG. 3B, the lower electrode film 60 is formed on the elastic film 50. For example, in the present embodiment, the metal layer 61 made of platinum (Pt) is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110 by sputtering, and then the lower electrode is patterned by patterning the metal layer 61 into a predetermined shape. A film 60 was formed. The lower electrode film 60 formed in this way has a plane orientation (111).

その後、図３（ｃ）に示すように、この下電極膜６０上に、導電性材料からなる面方位（１００）のバッファ層６５を形成する。本実施形態では、下電極膜６０上にスパッタリング法により、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなり面方位（１００）配向のバッファ層６５を形成している。なお、このバッファ層６５の厚さは特に限定されないが、例えば、０．５ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さであることが好ましく、本実施形態では、８０ｎｍ程度としている。 Thereafter, as shown in FIG. 3C, a buffer layer 65 having a plane orientation (100) made of a conductive material is formed on the lower electrode film 60. In this embodiment, a buffer layer 65 made of lanthanum nickel oxide (LNO) and having a plane orientation (100) orientation is formed on the lower electrode film 60 by sputtering. Although the thickness of the buffer layer 65 is not particularly limited, for example, it is preferably about 0.5 nm to 200 nm, and in this embodiment, about 80 nm.

次いで、図４に示すように、このバッファ層６５上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。本実施形態では、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉをそれぞれ含む金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することでＰＺＴからなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０はエピタキシャル成長により製造されていればゾル−ゲル法に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）やＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等であってもよい。 Next, as shown in FIG. 4, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed on the buffer layer 65. In the present embodiment, a so-called sol obtained by dissolving and dispersing a metal organic material containing Pb, Zr, and Ti in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of PZT. The piezoelectric layer 70 was formed using a sol-gel method. The piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method as long as it is manufactured by epitaxial growth. May be.

具体的には、バッファ層６５上に、まず複数の階段状層構成層７１からなる階段状層７２を形成する。階段状層７２の形成手順としては、まず、バッファ層６５上にＰＺＴを構成する金属を含む膜（ＰＺＴ前駆体膜）を成膜する。すなわち、バッファ層６５上に、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉをそれぞれ含む金属有機物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、ＰＺＴ前駆体膜を、例えば、１４０℃〜１７０℃で、５〜５０分間程度加熱させてゾルの溶媒を蒸発させることで、ＰＺＴ前駆体膜を乾燥させる（乾燥工程）。本実施形態では、１４０℃で５分間加熱した。 Specifically, a stepped layer 72 composed of a plurality of stepped layer constituting layers 71 is first formed on the buffer layer 65. As a procedure for forming the stepped layer 72, first, a film (PZT precursor film) containing a metal constituting PZT is formed on the buffer layer 65. That is, a sol (solution) containing a metal organic material containing Pb, Zr and Ti is applied onto the buffer layer 65 (application process). Next, the PZT precursor film is dried by, for example, heating the PZT precursor film at 140 ° C. to 170 ° C. for about 5 to 50 minutes to evaporate the solvent of the sol (drying step). In this embodiment, heating was performed at 140 ° C. for 5 minutes.

次いで、一定の温度で一定時間、例えば、３５０〜４５０℃で１５〜３０分程度ＰＺＴ前駆体膜を脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることである。本実施形態では、４００℃で１０分間加熱した。 Next, the PZT precursor film is degreased at a certain temperature for a certain time, for example, at 350 to 450 ° C. for about 15 to 30 minutes (degreasing step). Here, degreasing refers, the organic components of the sol film, for _example, is to be detached as _{_{NO 2, CO 2, H 2}} O or the like. In this embodiment, heating was performed at 400 ° C. for 10 minutes.

その後、このＰＺＴ前駆体膜を、例えば６８０〜９００℃で５〜３０分程度加熱処理することによって、結晶化させて階段状層構成層７１を形成する（焼成工程）。本実施形態では、６８０℃で５分間加熱した。このように形成した階段状層構成層７１は（１００）面配向のバッファ層６５上にエピタキシャル成長しており、結晶は（１００）面に優先配向する。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。 Thereafter, the PZT precursor film is crystallized by, for example, heat treatment at 680 to 900 ° C. for about 5 to 30 minutes to form the stepped layer constituting layer 71 (firing step). In this embodiment, heating was performed at 680 ° C. for 5 minutes. The stepped layer constituting layer 71 formed in this way is epitaxially grown on the (100) plane oriented buffer layer 65, and the crystals are preferentially oriented in the (100) plane. Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction.

ここで、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置などが挙げられる。 Here, examples of the heating device used in the drying step, the degreasing step, and the baking step include an RTA (Rapid Thermal Annealing) device that heats by irradiation with a hot plate or an infrared lamp.

次に、このバッファ層６５上に設けられた階段状層構成層７１上に、当該階段状層構成層７１とは組成の異なるゾルを用いて、上記塗布工程・乾燥工程・脱脂工程・焼成工程を行い、階段状層構成層７１を積層する。本実施形態では、バッファ層６５の格子定数が圧電体層本体７６よりも小さいため、バッファ層６５から離れる階段状層構成層７１ほどＺｒ／Ｔｉ（モル比）が大きいゾルを用いる。この階段状層構成層７１を所望の回数積層して、階段状層７２を形成する（図４（ｂ））。 Next, on the stepped layer constituting layer 71 provided on the buffer layer 65, using the sol having a composition different from that of the stepped layer constituting layer 71, the coating step, the drying step, the degreasing step, and the firing step. And the stepped layer constituting layer 71 is laminated. In this embodiment, since the lattice constant of the buffer layer 65 is smaller than that of the piezoelectric layer body 76, a sol having a larger Zr / Ti (molar ratio) is used for the stepped layer constituting layer 71 that is separated from the buffer layer 65. The stepped layer constituting layer 71 is laminated a desired number of times to form the stepped layer 72 (FIG. 4B).

本実施形態では、バッファ層６５側から順に、Ｚｒ／Ｔｉ（モル比）が、０、０.２５、０.６７、１であるゾルを用いて階段状層構成層７１を４層積層し、階段状層７２とした。焼成工程後の各階段状層構成層７１のＺｒ／Ｔｉ（モル比）は、用いたゾルのＺｒ／Ｔｉ（モル比）と同じであった。なお、本実施形態では、各階段状層構成層７１について、塗布・乾燥・脱脂・焼成の各工程を行ってから、次の階段状層構成層７１を積層したが、階段状層構成層７１の形成工程において、脱脂工程を行った後焼成工程を行う前に、次の階段状層構成層７１について塗布・乾燥・脱脂の各工程を行って、例えば２〜１０層積層し、この乾燥工程まで行った階段状層構成層７１について、まとめて焼成工程を行ってもよい。 In the present embodiment, in order from the buffer layer 65 side, four step-like layer constituting layers 71 are laminated using a sol whose Zr / Ti (molar ratio) is 0, 0.25, 0.67, and 1, A stepped layer 72 was obtained. The Zr / Ti (molar ratio) of each stepped layer constituting layer 71 after the firing step was the same as the Zr / Ti (molar ratio) of the sol used. In this embodiment, each stepwise layer constituent layer 71 is subjected to the steps of coating, drying, degreasing, and firing, and then the next stepped layer constituent layer 71 is laminated. In the forming step, after performing the degreasing step and before performing the firing step, each step of coating, drying and degreasing is performed on the next stepped layer constituting layer 71, for example, 2 to 10 layers are laminated, and this drying step The step-like layer constituting layer 71 that has been performed up to may be subjected to the firing step collectively.

次に、階段状層７２上にＰＺＴからなる圧電体層本体７６を形成する。本実施形態では、ゾル−ゲル法を用いて圧電体層本体７６を形成している。圧電体層本体７６は、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順に行うことにより、製造することができる。各工程の製造条件は、上記階段状層７２の製造における各工程と同様の条件とすることができる。但し、上記階段状層７２の製造方法とは異なり、圧電体層本体７６を複数層からなる層とした場合であっても、同一組成のゾルを用いて製造する。なお、圧電体層本体７６は実質的に組成傾斜していないことが好ましい。常に安定した圧電特性が得られるようにするためである。実質的に組成傾斜していない圧電体層本体７６の具体的な形成方法を、以下に例示する。 Next, a piezoelectric layer body 76 made of PZT is formed on the stepped layer 72. In the present embodiment, the piezoelectric layer body 76 is formed using a sol-gel method. The piezoelectric layer body 76 can be manufactured by sequentially performing a coating process, a drying process, a degreasing process, and a firing process. The manufacturing conditions of each step can be the same conditions as the respective steps in manufacturing the stepped layer 72. However, unlike the manufacturing method of the stepped layer 72, the piezoelectric layer body 76 is manufactured using a sol having the same composition even when the piezoelectric layer main body 76 is formed of a plurality of layers. It is preferable that the piezoelectric layer body 76 is not substantially compositionally inclined. This is to always obtain stable piezoelectric characteristics. A specific method for forming the piezoelectric layer body 76 that is not substantially compositionally inclined will be exemplified below.

まず、図４（ｃ）に示すように、階段状層７２上に、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉをそれぞれ含む金属有機物を含むゾル（溶液）を塗布しＰＺＴ前駆体膜７３を形成する（塗布工程）。次いで、ＰＺＴ前駆体膜７３を、室温からゾルの主溶媒である溶剤の沸点よりも低い温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることでＰＺＴ前駆体膜７３を乾燥させる（第１の乾燥工程）。 First, as shown in FIG. 4C, a sol (solution) containing a metal organic material containing Pb, Zr and Ti is applied on the stepped layer 72 to form a PZT precursor film 73 (application process). . Next, the PZT precursor film 73 is heated from room temperature to a temperature lower than the boiling point of the solvent that is the main solvent of the sol, dried for a certain period of time, and the PZT precursor film 73 is dried by evaporating the solvent of the sol ( First drying step).

ここで、ゾルの主溶媒は、特に限定されないが、例えば、エタノール系の溶剤を用いることが好ましく、本実施形態では、沸点が１７６℃である２−ｎ−ブトキシエタノールを用いている。このため、本実施形態では、第１の乾燥工程において、塗布したゾルを溶剤の沸点である１７６℃以下、例えば、約１４０℃程度に加熱して３分間程度保持することで、ＰＺＴ前駆体膜７３を乾燥させている。 Here, the main solvent of the sol is not particularly limited, but for example, an ethanol-based solvent is preferably used, and in this embodiment, 2-n-butoxyethanol having a boiling point of 176 ° C. is used. For this reason, in the present embodiment, in the first drying step, the applied sol is heated to a boiling point of the solvent of 176 ° C. or lower, for example, about 140 ° C. and held for about 3 minutes, whereby the PZT precursor film 73 is dried.

次いで、ＰＺＴ前駆体膜７３を再び加熱することにより、例えば、本実施形態では、第１の乾燥工程よりも高い温度まで上昇させて一定時間保持し、ゾルの主溶媒をさらに蒸発させてＰＺＴ前駆体膜７３を乾燥させる（第２の乾燥工程）。第２の乾燥工程における到達温度は、１４０℃〜１７０℃に設定されている。乾燥時間は、５〜５０分間程度であることが好ましい。 Next, by heating the PZT precursor film 73 again, for example, in this embodiment, the temperature is raised to a temperature higher than that in the first drying step and maintained for a certain time, and the main solvent of the sol is further evaporated to cause the PZT precursor to evaporate. The body film 73 is dried (second drying step). The ultimate temperature in the second drying step is set to 140 ° C to 170 ° C. The drying time is preferably about 5 to 50 minutes.

このような乾燥工程で用いる加熱装置としては、例えば、クリーンオーブン（拡散炉）、あるいはベーク装置等が挙げられるが、特に、ベーク装置を用いることが好ましい。クリーンオーブンでは、熱風を当てることによって温度を制御しているため、流路形成基板用ウェハの面内方向で、ＰＺＴ前駆体膜の特性がばらつきやすいからである。 Examples of the heating device used in such a drying step include a clean oven (diffusion furnace), a baking device, and the like. In particular, it is preferable to use a baking device. This is because in a clean oven, the temperature is controlled by applying hot air, so that the characteristics of the PZT precursor film are likely to vary in the in-plane direction of the flow path forming substrate wafer.

このような第１及び第２の乾燥工程によってＰＺＴ前駆体膜７３を乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、ＰＺＴ前駆体膜７３を脱脂する（脱脂工程）。 After the PZT precursor film 73 is dried by such first and second drying steps, the PZT precursor film 73 is further degreased at a certain temperature and for a certain time in an air atmosphere (degreasing step).

脱脂工程における加熱方法は、特に限定されないが、本実施形態では、ホットプレート上に流路形成基板用ウェハを載置して、ＰＺＴ前駆体膜７３を所定の温度まで上昇させている。昇温レートを低下させる際には、流路形成基板用ウェハ１１０よりも外径が若干大きい所定厚さのアルミ板である治具を介してウェハを加熱することとしている。脱脂工程での脱脂温度は、３５０℃〜４５０℃の範囲の温度に設定されている。 The heating method in the degreasing step is not particularly limited, but in this embodiment, the flow path forming substrate wafer is placed on the hot plate and the PZT precursor film 73 is raised to a predetermined temperature. When the temperature increase rate is lowered, the wafer is heated via a jig that is an aluminum plate having a predetermined thickness that is slightly larger in outer diameter than the flow path forming substrate wafer 110. The degreasing temperature in the degreasing step is set to a temperature in the range of 350 ° C to 450 ° C.

また、圧電体層７０の結晶性を向上させるためには、脱脂工程における昇温レートが重要である。具体的には、脱脂工程における昇温レートは１５［℃／ｓｅｃ］以上にされている。なお、ここで言う「昇温レート」とは、加熱開始時の温度（室温）と到達温度との温度差の２０％上昇した温度から、温度差の８０％の温度に達するまでの温度の時間変化率と規定する。例えば、室温２５℃から１００℃まで５０秒で昇温させた場合の昇温レートは、（１００−２５）×（０．８−０．２）／５０＝０．９［℃／ｓｅｃ］となる。 Further, in order to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 70, the temperature rising rate in the degreasing process is important. Specifically, the temperature increase rate in the degreasing step is set to 15 [° C./sec] or more. The “temperature increase rate” referred to here is the time from the temperature at which the temperature difference between the temperature at the start of heating (room temperature) and the attained temperature increases by 20% to the temperature at which the temperature difference reaches 80%. It is defined as the rate of change. For example, when the temperature is raised from room temperature 25 ° C. to 100 ° C. in 50 seconds, the rate of temperature rise is (100−25) × (0.8−0.2) /50=0.9 [° C./sec]. Become.

そして、このような塗布工程・第１の乾燥工程・第２の乾燥工程・脱脂工程を所定回数、例えば、本実施形態では、２回繰り返すことで、図４（ｄ）に示すように、所定厚のＰＺＴ前駆体膜７４を形成する。なお、本実施形態では、塗布工程・第１の乾燥・第２の乾燥・脱脂工程を２回繰り返すことで所定厚のＰＺＴ前駆体膜７４を形成したが、勿論、繰り返し回数は２回に限らず、１回のみでもよいし、３回以上でもよい。 Then, by repeating the coating step, the first drying step, the second drying step, and the degreasing step a predetermined number of times, for example, twice in the present embodiment, as shown in FIG. A thick PZT precursor film 74 is formed. In the present embodiment, the PZT precursor film 74 having a predetermined thickness is formed by repeating the coating process, the first drying process, the second drying process, and the degreasing process twice, but of course, the number of repetitions is limited to two. It can be used only once or three times or more.

その後、このＰＺＴ前駆体膜７４を加熱処理することによって結晶化させ、圧電体膜７５を形成する（焼成工程）。本実施形態では、例えば、６８０℃以上で５〜３０分間加熱を行ってＰＺＴ前駆体膜７４を焼成して圧電体膜７５を形成した。加熱装置としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置が使用され、焼成工程の昇温レートは１００［℃／ｓｅｃ］〜１５０［℃／ｓｅｃ］に設定され、急速加熱されるようになっている。 Thereafter, the PZT precursor film 74 is crystallized by heat treatment to form a piezoelectric film 75 (firing process). In the present embodiment, for example, the PZT precursor film 74 is baked by heating at 680 ° C. or higher for 5 to 30 minutes to form the piezoelectric film 75. As the heating device, an RTA (Rapid Thermal Annealing) device is used, and the rate of temperature increase in the firing step is set to 100 [° C./sec] to 150 [° C./sec] so that rapid heating is performed.

そして、上述した塗布工程・第１及び第２の乾燥工程・脱脂工程・焼成工程を、複数回繰り返すことで、図４（ｅ）に示すように、複数層、本実施形態では、５層の圧電体膜７５からなる所定厚さの圧電体層本体７６を形成する。例えば、ゾルの塗布１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、圧電体層本体７６全体の膜厚は約１μｍとなる。このようにして得られた圧電体層本体７６は、組成が実質的に傾斜していない。この圧電体層本体７６と上述の階段状層７２とで、圧電体層７０となる。 And by repeating the application | coating process, 1st and 2nd drying process, degreasing process, and baking process mentioned above several times, as shown in FIG.4 (e), as shown in FIG.4 (e), in this embodiment, it is 5 layers. A piezoelectric layer body 76 having a predetermined thickness made of the piezoelectric film 75 is formed. For example, when the film thickness per sol application is about 0.1 μm, the entire film thickness of the piezoelectric layer body 76 is about 1 μm. The piezoelectric layer main body 76 obtained in this way is not substantially inclined in composition. The piezoelectric layer body 76 and the stepped layer 72 described above form the piezoelectric layer 70.

このような製造方法で製造された階段状層７２は、格子定数が段階的に大きくなっており、この階段状層７２がバッファ層６５と圧電体層本体７６との間に挟まれているため、圧電体層本体７６と圧電体層本体７６より小さい格子定数有するバッファ層６５との格子定数の不整合が緩和される。したがって、バッファ層６５上に圧電体層７０をエピタキシャル成長により設ける際に発生する応力が抑制されるため、結晶歪のない圧電体層７０を得ることができる。 The stepped layer 72 manufactured by such a manufacturing method has a stepwise increase in lattice constant, and the stepped layer 72 is sandwiched between the buffer layer 65 and the piezoelectric layer body 76. The lattice constant mismatch between the piezoelectric layer body 76 and the buffer layer 65 having a smaller lattice constant than the piezoelectric layer body 76 is alleviated. Therefore, since the stress generated when the piezoelectric layer 70 is provided on the buffer layer 65 by epitaxial growth is suppressed, the piezoelectric layer 70 having no crystal distortion can be obtained.

このように圧電体層７０を形成した後は（図５（ａ））、図５（ｂ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、バッファ層６５、圧電体層７０及び上電極膜８０を各圧力発生室に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次いで、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層８６を形成し、その後、この金属層８６を圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極８５を形成する。 After the piezoelectric layer 70 is formed in this manner (FIG. 5A), as shown in FIG. 5B, for example, an upper electrode film 80 made of iridium is applied to the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Form. Next, as shown in FIG. 5C, the buffer layer 65, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80 are patterned in regions facing the respective pressure generating chambers to form the piezoelectric element 300. Next, as shown in FIG. 6A, a metal layer 86 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and then the metal layer 86 is formed into a piezoelectric element. The lead electrode 85 is formed by patterning every 300.

次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、例えば、厚さが４００ｎｍ程度のシリコンウェハからなり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。次いで、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, the protective substrate wafer is formed of, for example, a silicon wafer having a thickness of about 400 nm on the side of the piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate wafer 110 and becomes a plurality of protective substrates 30. 130 is joined. Next, as shown in FIG. 6C, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, it is further wet-etched with hydrofluoric acid so that the flow path forming substrate wafer 110 has a predetermined thickness. To. Next, as shown in FIG. 7A, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched through the mask film 52, whereby, as shown in FIG. 13 and the ink supply path 14 are formed.

なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによってインクジェット式記録ヘッドとする。 After that, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. Then, the flow path forming substrate wafer 110 or the like is divided into a single chip size flow path forming substrate 10 or the like as shown in FIG.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。また、このような本発明の液体噴射ヘッドは、液体カートリッジ等と連通する液体流路を具備する噴射ヘッドユニットの一部を構成して、液体噴射装置に搭載される。図８は、その液体噴射装置の一例を示す概略図である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the structure of this invention is not limited to what was mentioned above. In addition, such a liquid jet head according to the present invention constitutes a part of a jet head unit including a liquid flow path communicating with a liquid cartridge or the like, and is mounted on the liquid jet apparatus. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the liquid ejecting apparatus.

図８に示すように、液体噴射ヘッドを有する噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体として、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。 As shown in FIG. 8, in the ejection head units 1A and 1B having the liquid ejection head, cartridges 2A and 2B constituting liquid supply means are detachably provided, and the carriage 3 on which the ejection head units 1A and 1B are mounted is provided. A carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 is provided so as to be movable in the axial direction. The ejection head units 1A and 1B eject, for example, a black ink composition and a color ink composition, respectively, as a liquid.

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。 Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 through a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the ejection head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is conveyed onto the platen 8. It is like that.

また、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。さらに、本発明は、液体噴射ヘッドに利用されるアクチュエータ装置に限定されず、他のあらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置にも適用できる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。 The basic configuration of the present invention is not limited to the above-described one. The present invention covers a wide range of liquid ejecting heads, and is used for manufacturing various recording heads such as ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers and color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to a color material ejecting head, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an FED (surface emitting display), a bioorganic matter ejecting head used for biochip production, and the like. Needless to say, a liquid ejecting apparatus including such a liquid ejecting head is not particularly limited. Furthermore, the present invention is not limited to an actuator device used for a liquid ejecting head, and can also be applied to an actuator device mounted on any other device. For example, the actuator device can be applied to a sensor or the like in addition to the head described above.

実施形態１に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the liquid ejecting head according to the first embodiment. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの平面図及び断面図並びに拡大図である。FIG. 3 is a plan view, a cross-sectional view, and an enlarged view of the liquid jet head according to the first embodiment. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid jet head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid jet head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid jet head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid jet head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る液体噴射ヘッドの製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid jet head according to Embodiment 1. FIG. 本発明の一実施形態に係る液体噴射装置の概略図である。1 is a schematic view of a liquid ejecting apparatus according to an embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１０流路形成基板、１１隔壁、１２圧力発生室、１３連通部、１４インク供給路、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、３１圧電素子保持部、３２リザーバ部、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、６０下電極膜、６５バッファ層、７０圧電体層、７１階段状層構成層、７２階段状層、７６圧電体層本体、８０上電極膜、９０リザーバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 11 Partition, 12 Pressure generating chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board, 31 Piezoelectric element holding part, 32 Reservoir part, 40 Compliance board, 50 Elastic film, 60 lower electrode film, 65 buffer layer, 70 piezoelectric layer, 71 stepped layer constituent layer, 72 stepped layer, 76 piezoelectric layer body, 80 upper electrode film, 90 reservoir

Claims

On the upper side of an elastic film made of silicon dioxide (SiO ₂ ) provided on a silicon (Si) single crystal substrate, a lower electrode and a plane orientation (100) made of a conductive material provided on the lower electrode A piezoelectric layer comprising a buffer layer, a piezoelectric layer having a plane orientation (100) made of lead zirconate titanate (PZT) formed by epitaxial growth on the buffer layer, and an upper electrode provided on the piezoelectric layer. The piezoelectric layer is provided at a boundary portion with the buffer layer, and a stepped layer composed of a plurality of layers whose composition is changed stepwise for each layer, and a piezoelectric layer laminated on the stepped layer. An actuator device comprising a body layer body.

2. The actuator device according to claim 1, wherein the stepped layer has a Zr / Ti (molar ratio) changed stepwise for each layer.

3. The actuator device according to claim 2, wherein the stepped layer has a lattice constant that changes stepwise for each layer.

The lattice constant of each layer of the stepped layer according to claim 3 is a value between the lattice constant of the buffer layer and the lattice constant of the piezoelectric layer body, and as the distance from the buffer layer increases in the thickness direction. The actuator device is characterized in that each layer changes stepwise from a value close to the lattice constant of the buffer layer to a value close to the lattice constant of the piezoelectric layer body.

5. The actuator device according to claim 4, wherein a difference in lattice constant between the buffer layer and the piezoelectric layer body is 8% or less.

6. The buffer layer according to claim 4, wherein a lattice constant of the buffer layer is smaller than a lattice constant of the piezoelectric layer body, and a Zr / Ti (molar ratio) of each layer of the stepped layer extends in a thickness direction from the buffer layer. An actuator device characterized in that the distance from the layers increases gradually.

6. The buffer layer according to claim 4, wherein a lattice constant of the buffer layer is larger than a lattice constant of the piezoelectric layer body, and a Zr / Ti (molar ratio) of each layer of the stepped layer extends in a thickness direction from the buffer layer. An actuator device characterized by being gradually smaller as the layers are separated.

The actuator device according to claim 3, wherein the lattice constant is an a-axis lattice constant.

9. The actuator device according to claim 1, wherein the actuator device is provided as pressure generating means for generating a pressure for discharging a liquid in the pressure generating chamber from a nozzle opening in a pressure generating chamber formed on the substrate. Liquid ejecting head.

A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 9.