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JP6508370B2 - Liquid jet head and method of manufacturing liquid jet head - Google Patents

Liquid jet head and method of manufacturing liquid jet head Download PDF

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JP6508370B2 JP2018024158A JP2018024158A JP6508370B2 JP 6508370 B2 JP6508370 B2 JP 6508370B2 JP 2018024158 A JP2018024158 A JP 2018024158A JP 2018024158 A JP2018024158 A JP 2018024158A JP 6508370 B2 JP6508370 B2 JP 6508370B2
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Description

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

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

特開2010−42683号公報JP, 2010-42683, A

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

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

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

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

(a)(b)は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドに含まれる圧電素子3の要部を示す一部上面図、及び垂直断面図である。(A) and (b) are a partial top view and a vertical cross-sectional view showing the main part of the piezoelectric element 3 included in the liquid jet head according to the embodiment of the present invention. 液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド1を分解して示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head 1 as an example of a liquid jet head in an exploded manner. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1. 上述した記録ヘッド1を有する記録装置(液体噴射装置)200の外観を示している。The external view of a recording apparatus (liquid ejecting apparatus) 200 having the recording head 1 described above is shown. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1. (a)〜(c)は記録ヘッド1の製造工程を説明するための断面図である。FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the recording head 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 0006508370
Table 1 shows each of the conditions (film thickness t, Young's modulus E, product of Young's modulus and film thickness: E × t) and the end of the active portion in Examples 1 to 4 when the withstand voltage evaluation is performed. Shows the state of burnout in That is, in the case of “o”, it shows that no burnout occurred, and in the case of “Δ”, it shows that the burnout is reduced compared to the case where the protective film is not formed.
Figure 0006508370

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Figure 0006508370
Table 2 shows each of the conditions (film thickness t, Young's modulus E, product of Young's modulus and film thickness: E × t) and the end of the active portion in Examples 4 to 5 when the withstand voltage evaluation is performed. Indicates the presence or absence of burnout.
Figure 0006508370

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

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

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

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

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

Claims (5)

圧力発生室と、
前記圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜と、
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に形成された第1電極と、
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に形成された第2電極と、
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う保護膜と、を有し、
前記弾性膜の厚さ方向に直交する方向において、前記圧電体層の端部は、前記第2電極の端部より外側に位置し、
前記保護膜は、平面視で前記圧力発生室の外側に形成された無機保護膜であり、25nm以上45nm以下の厚さを有する
液体噴射ヘッド。
A pressure generation chamber,
An elastic membrane sealing at least a part of the pressure generating chamber;
A first electrode formed on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generation chamber;
A piezoelectric layer formed on the side opposite to the pressure generating chamber of the first electrode;
A second electrode formed on the side opposite to the pressure generating chamber of the piezoelectric layer;
A protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer;
In a direction orthogonal to the thickness direction of the elastic film, the end of the piezoelectric layer is located outside the end of the second electrode,
The protective film is an inorganic protective film formed outside the pressure generating chamber in plan view, and has a thickness of 25 nm or more and 45 nm or less.
前記第2電極は、10nm以上200nm以下の厚さを有する
請求項1の液体噴射ヘッド。
The liquid jet head according to claim 1, wherein the second electrode has a thickness of 10 nm or more and 200 nm or less.
前記第1電極は、50nm以上500nm以下の厚さを有する
請求項1または請求項2の液体噴射ヘッド。
The liquid jet head according to claim 1, wherein the first electrode has a thickness of 50 nm or more and 500 nm or less.
前記弾性膜は、0.5μm以上2μm以下の厚さを有する
請求項1から請求項3の何れかの液体噴射ヘッド。
The liquid jet head according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic film has a thickness of 0.5 μm to 2 μm.
圧力発生室の少なくとも一部を封止する弾性膜を形成し、
前記弾性膜の前記圧力発生室とは反対側に第1電極を形成し、
前記第1電極の前記圧力発生室とは反対側に圧電体層を形成し、
前記弾性膜の厚さ方向に直交する第1方向において、第2電極の端部が、前記圧電体層の端部よりも前記圧力発生室の中心側に位置するように、前記圧電体層の前記圧力発生室とは反対側に前記第2電極を形成し、
前記第2電極と前記圧電体層との境界を覆う無機保護膜を、平面視で前記圧力発生室の外側に、25nm以上45nm以下の厚さに形成する
液体噴射ヘッドの製造方法。
Forming an elastic membrane sealing at least a part of the pressure generating chamber;
Forming a first electrode on the opposite side of the elastic membrane from the pressure generating chamber;
Forming a piezoelectric layer on the side opposite to the pressure generating chamber of the first electrode;
In the first direction orthogonal to the thickness direction of the elastic film, the end of the second electrode is positioned closer to the center of the pressure generating chamber than the end of the piezoelectric layer, The second electrode is formed on the side opposite to the pressure generation chamber,
A method of manufacturing a liquid jet head, comprising: forming an inorganic protective film covering a boundary between the second electrode and the piezoelectric layer in a thickness of 25 nm or more and 45 nm or less outside the pressure generation chamber in plan view.
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