JP2011040515A

JP2011040515A - Piezoelectric actuator, method for manufacturing the same, liquid jet head and liquid jet apparatus

Info

Publication number: JP2011040515A
Application number: JP2009185494A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yokoyama; 直人横山; Masao Nakayama; 雅夫中山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】固定端側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーターおよびその製造方法、この圧電アクチュエーターを用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得ること。
【解決手段】振動板５６の固定端５７側に形成された圧電体７０の厚みｄ２が、固定端５７間の中央部７３に形成された圧電体７０の厚みｄ１よりも厚いので、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界を、中央部７３と比較して固定端５７側を弱くできる。したがって、固定端５７側の変形量を、中央部７３と比較して小さくでき、固定端５７側とその近傍に加わる応力を低減でき、固定端５７付近からクラックの生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【選択図】図３A piezoelectric actuator that hardly causes cracks from a fixed end side, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus using the piezoelectric actuator are provided.
A thickness d2 of a piezoelectric body 70 formed on a fixed end 57 side of a diaphragm 56 is thicker than a thickness d1 of a piezoelectric body 70 formed in a central portion 73 between the fixed ends 57, so that a lower electrode 60 is provided. As compared with the central portion 73, the electric field applied to the piezoelectric body 70 sandwiched between the upper electrode 80 and the upper electrode 80 can be weakened on the fixed end 57 side. Therefore, the deformation amount on the fixed end 57 side can be reduced compared to the central portion 73, the stress applied to the fixed end 57 side and the vicinity thereof can be reduced, and the piezoelectric actuator 310 that hardly causes cracks from the vicinity of the fixed end 57 is obtained. Can do.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、圧電アクチュエーターおよびその製造方法、この圧電アクチュエーターを用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, a manufacturing method thereof, a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus using the piezoelectric actuator.

チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等に代表される結晶を含む圧電体は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、圧電体素子等の広範なデバイス開発に応用されている。
圧電アクチュエーターは、圧電体素子が電圧の印加によって変形することを利用している。一般に、圧電アクチュエーターは、圧電体素子と固定端を有する振動板とを備えている。
圧電アクチュエーターが駆動すると、変形によって固定端付近に応力が集中し、圧電体素子および振動板にクラックが生じやすい。 Piezoelectric materials including crystals typified by lead zirconate titanate (PZT) have spontaneous polarization, high dielectric constant, electro-optic effect, piezoelectric effect, pyroelectric effect, etc. It is applied to a wide range of device development.
Piezoelectric actuators utilize the fact that piezoelectric elements are deformed by the application of voltage. In general, a piezoelectric actuator includes a piezoelectric element and a diaphragm having a fixed end.
When the piezoelectric actuator is driven, stress concentrates near the fixed end due to deformation, and cracks are likely to occur in the piezoelectric element and the diaphragm.

圧電体素子である圧電素子の長手方向に沿って複数の凹部を設け、長手方向の引張応力を緩和し、圧電体のクラックを防止するアクチュエーター、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 An actuator, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus that are provided with a plurality of recesses along the longitudinal direction of a piezoelectric element that is a piezoelectric element, relieve tensile stress in the longitudinal direction, and prevent cracks in the piezoelectric body are known ( For example, see Patent Document 1).

特開２００９−０１８５５１号公報（７頁、図３）JP 2009-018551 A (page 7, FIG. 3)

圧電アクチュエーターを構成する圧電体素子および振動板では、長手方向にかかわらず、固定端付近は他の部分と比較して応力が集中しやすく、固定端付近からクラックが生じやすい。 In the piezoelectric element and the diaphragm constituting the piezoelectric actuator, regardless of the longitudinal direction, stress is likely to concentrate near the fixed end as compared with other portions, and cracks are likely to occur near the fixed end.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.

［適用例１］
基板と、前記基板に固定された複数の固定端を有する振動板と、前記振動板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成され、前記振動板の前記固定端側の厚みが、前記固定端間に形成された中央部の厚みよりも厚い圧電体と、前記圧電体上に形成された上電極とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエーター。 [Application Example 1]
A substrate, a diaphragm having a plurality of fixed ends fixed to the substrate, a lower electrode formed on the diaphragm, and a thickness on the fixed end side of the diaphragm formed on the lower electrode. A piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric body thicker than a thickness of a central portion formed between the fixed ends; and an upper electrode formed on the piezoelectric body.

この適用例によれば、振動板の固定端付近に形成された圧電体の厚みが、固定端間の中央部に形成された圧電体の厚みよりも厚いので、下電極と上電極とに挟まれた圧電体に加わる電界は、中央部と比較して固定端側が弱い。したがって、固定端側の変形量は、中央部と比較して小さくなり、固定端側とその近傍に加わる応力が低減し、固定端側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーターが得られる。
ここで、基板に固定された複数の固定端とは、振動板の外周部全体が基板に固定されている固定端も含む。 According to this application example, the thickness of the piezoelectric body formed in the vicinity of the fixed end of the diaphragm is thicker than the thickness of the piezoelectric body formed in the central portion between the fixed ends, so that it is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode. The electric field applied to the piezoelectric body is weaker on the fixed end side than the central portion. Accordingly, the deformation amount on the fixed end side is smaller than that in the central portion, the stress applied to the fixed end side and the vicinity thereof is reduced, and a piezoelectric actuator that is less prone to crack from the fixed end side is obtained.
Here, the plurality of fixed ends fixed to the substrate include fixed ends in which the entire outer peripheral portion of the diaphragm is fixed to the substrate.

［適用例２］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、前記凹面は、滑らかに連続した曲面であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
この適用例では、圧電体の上電極に対向する面が滑らかに連続した凹面なので、圧電体の厚みおよび電界が固定端付近から中央部にかけて滑らかに変化し、応力が集中する部分も少ない。また上部電極のカバレッジ（被覆率）が良いという特徴がある。したがって、クラックのより生じにくい圧電アクチュエーターが得られる。 [Application Example 2]
In the above piezoelectric actuator, the surface of the piezoelectric body facing the upper electrode has a concave surface, and the concave surface is a smoothly continuous curved surface.
In this application example, since the surface facing the upper electrode of the piezoelectric body is a smoothly continuous concave surface, the thickness and electric field of the piezoelectric body change smoothly from the vicinity of the fixed end to the central portion, and there are few portions where stress is concentrated. In addition, the upper electrode has a good coverage (coverage). Therefore, a piezoelectric actuator that is less prone to cracking can be obtained.

［適用例３］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、前記凹面は、段差を有する階段状からなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
この適用例では、凹面が段差を有する階段状からなるので、凹面を形成しやすい圧電アクチュエーターが得られる。この特徴であれば、中央部と固定端側との膜厚がより正確に調整可能となる。 [Application Example 3]
In the above piezoelectric actuator, the surface of the piezoelectric body facing the upper electrode has a concave surface, and the concave surface has a stepped shape having a step.
In this application example, since the concave surface has a stepped shape having a step, a piezoelectric actuator that easily forms the concave surface can be obtained. With this feature, the film thickness between the central portion and the fixed end side can be adjusted more accurately.

［適用例４］
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板と、前記流路形成基板上に形成され、前記圧力発生室の一部を構成する上記圧電アクチュエーターとを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 [Application Example 4]
A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and the piezoelectric actuator formed on the flow path forming substrate and constituting a part of the pressure generating chamber. A liquid ejecting head.

この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。 According to this application example, a liquid jet head having the above-described effects can be obtained.

［適用例５］
上記液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。 [Application Example 5]
A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head.

この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。 According to this application example, a liquid ejecting apparatus having the above-described effects can be obtained.

［適用例６］
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、前記下電極に圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程と、前記圧電体膜から、前記下電極に接する面に対向する上面に凹面を形成して圧電体を得る圧電体形成工程と、前記圧電体の前記上面に上電極を形成する上電極形成工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。 [Application Example 6]
A lower electrode forming step of forming a lower electrode on the substrate; a piezoelectric film forming step of forming a piezoelectric film on the lower electrode; and a concave surface on the upper surface of the piezoelectric film facing the surface in contact with the lower electrode. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising: a piezoelectric body forming step of obtaining a piezoelectric body by forming; and an upper electrode forming step of forming an upper electrode on the upper surface of the piezoelectric body.

この適用例によれば、圧電体の上面に凹面を形成することにより、圧電体の外周部の厚さが、中央部の厚さと比較して厚くなり、下電極と上電極とに挟まれた圧電体に加わる電界は、中央部と比較して外周部で弱くなる。したがって、前述の効果を有する圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。 According to this application example, by forming a concave surface on the upper surface of the piezoelectric body, the thickness of the outer peripheral portion of the piezoelectric body becomes larger than the thickness of the central portion, and is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode. The electric field applied to the piezoelectric body is weaker at the outer peripheral portion than at the central portion. Therefore, a method for manufacturing a piezoelectric actuator having the above-described effects can be obtained.

［適用例７］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記圧電体形成工程は、前記圧電体膜をパターンニングして加工圧電体を形成する圧電体膜加工工程と、前記加工圧電体をレジストで覆うレジスト膜形成工程と、前記加工圧電体の前記上面の中央部のレジストを取り除き、穴を形成するフォトリソ工程と、前記加工圧電体を前記穴から湿式エッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
この適用例では、エッチング当初、湿式エッチングで使用するエッチング液はレジストに形成された穴から露出した加工圧電体の部分を侵食する。エッチングが進むにつれ、エッチング液はレジストと加工圧電体との界面、隙間に入り込み、加工圧電体を侵食し、穴に相当する中央部から離れるほど、加工圧電体のエッチングの始まる時間が遅くなる。したがって、レジストに接した加工圧電体の表面が滑らかに連続してエッチングされ、最終的に圧電体の面に滑らかで連続した凹面が形成され、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。 [Application Example 7]
In the piezoelectric actuator manufacturing method, the piezoelectric body forming step includes a piezoelectric film processing step of forming a processed piezoelectric body by patterning the piezoelectric film, and a resist film forming step of covering the processed piezoelectric body with a resist. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising: a photolithography process for removing a resist at a central portion of the upper surface of the processed piezoelectric body to form a hole; and an etching process for wet-etching the processed piezoelectric body from the hole. .
In this application example, at the beginning of etching, the etching solution used in the wet etching erodes the portion of the processed piezoelectric body exposed from the hole formed in the resist. As the etching progresses, the etching solution enters the interface and the gap between the resist and the processed piezoelectric material, erodes the processed piezoelectric material, and the longer the distance from the central portion corresponding to the hole, the longer the etching start time of the processed piezoelectric material becomes. Therefore, the surface of the processed piezoelectric body in contact with the resist is smoothly and continuously etched, and finally, a smooth and continuous concave surface is formed on the surface of the piezoelectric body. can get.

［適用例８］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記圧電体形成工程は、第１の圧電体膜形成工程としての前記圧電体膜形成工程と、第１の圧電体膜をエッチングして段差を有する凹部を形成する圧電体膜エッチング工程と、前記凹部を埋めるように液相プロセスで、第２の圧電体膜を前記第１の圧電体膜に形成し、前記第２の圧電体膜に前記凹面を形成する第２の圧電体膜形成工程と、前記第１の圧電体膜および前記第２の圧電体膜を加工して前記圧電体を形成する圧電体膜加工工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
この適用例では、液相プロセスで、第１の圧電体膜に形成された凹部を埋めるように、原料溶液を塗布することにより、第１の圧電体膜に形成された凹部の段差部分に、表面張力によって滑らかに連続した凹面が原料溶液に生じ、予備加熱、結晶化アニールによって第２の圧電体膜の上面にも段差の少ない滑らかに連続した凹面が形成される。したがって、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。 [Application Example 8]
In the method for manufacturing a piezoelectric actuator, the piezoelectric body forming step forms the concave portion having a step by etching the piezoelectric film forming step as the first piezoelectric film forming step and etching the first piezoelectric film. A second piezoelectric film is formed on the first piezoelectric film and a concave surface is formed on the second piezoelectric film by a piezoelectric film etching step and a liquid phase process so as to fill the recess. And a piezoelectric film processing step of forming the piezoelectric body by processing the first piezoelectric film and the second piezoelectric film. Production method.
In this application example, by applying a raw material solution so as to fill the recess formed in the first piezoelectric film in a liquid phase process, the step portion of the recess formed in the first piezoelectric film is A smooth continuous concave surface is generated in the raw material solution due to the surface tension, and a smooth continuous concave surface with few steps is also formed on the upper surface of the second piezoelectric film by preheating and crystallization annealing. Therefore, the manufacturing method of the piezoelectric actuator which can achieve the above-mentioned effect more is obtained.

実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating an example of an ink jet recording apparatus according to an embodiment. インクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head. （ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。(A) is a fragmentary top view of an inkjet recording head, (b) is AA sectional drawing in (a). インクジェット式記録ヘッドの図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図。BB schematic partial cross-sectional view of the ink jet recording head in FIG. 圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエーターの製造方法を示す概略部分断面図。The schematic fragmentary sectional view which shows the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 実施形態における、（ａ）は圧電アクチュエーターの動作を示す概略部分断面図、（ｂ）は電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図。In embodiment, (a) is a schematic fragmentary sectional view which shows operation | movement of a piezoelectric actuator, (b) is a schematic diagram which shows the mode at the time of deform | transforming by the application of a voltage. 従来における、（ａ）は圧電アクチュエーターの動作を示す概略部分断面図、（ｂ）は電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図。In the past, (a) is a schematic partial sectional view showing the operation of a piezoelectric actuator, and (b) is a schematic diagram showing a state in which the piezoelectric actuator is deformed by application of a voltage. 変形例１における圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator in the modification 1. 圧電アクチュエーターの製造方法を示す概略部分断面図。The schematic fragmentary sectional view which shows the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 変形例２における圧電アクチュエーターを示す概略部分断面図。FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view showing a piezoelectric actuator in Modification 2.

以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、実施形態における液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。インクジェット式記録装置１０００は、記録媒体である記録シートＳに液体としてのインクを噴射して記録を行う装置である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を有する記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられている。
ここで、インクジェット式記録ヘッド１は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳと対向する側に設けられており、図１においては図示されていない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an ink jet recording apparatus 1000 as a liquid ejecting apparatus according to an embodiment. The ink jet recording apparatus 1000 is an apparatus that performs recording by ejecting ink as a liquid onto a recording sheet S that is a recording medium.
In FIG. 1, an ink jet recording apparatus 1000 includes recording head units 1A and 1B each having an ink jet recording head 1 as a liquid ejecting head. The recording head units 1A and 1B are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
Here, the ink jet recording head 1 is provided on the side of the recording head units 1A and 1B facing the recording sheet S, and is not shown in FIG.

記録ヘッドユニット１Ａおよび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。この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出するものである。 The carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B eject, for example, a black ink composition and a color ink composition, respectively.

そして、駆動モーター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、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。
一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモーターの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラー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に巻き掛けられて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 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. .
On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

以下、図２、図３および図４を参照して、インクジェット式記録ヘッド１について詳細に説明する。
図２は、インクジェット式記録ヘッド１の概略を示す分解斜視図であり、図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図、図３（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図４には、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図を示した。 Hereinafter, the ink jet recording head 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3, and 4.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of the ink jet recording head 1, FIG. 3A is a partial plan view of the ink jet recording head 1, and FIG. 3B is AA in FIG. It is sectional drawing. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view taken along line BB in FIG.

図２、図３および図４において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とを備えている。
流路形成基板１０は、例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコンからなる、厚さ０．５０μｍ〜２．００μｍの弾性膜５０が形成されている。 2, 3, and 4, the ink jet recording head 1 includes a flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20, and a protective substrate 30.
The flow path forming substrate 10 is made of, for example, a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), and an elastic film having a thickness of 0.50 μm to 2.00 μm made of silicon oxide previously formed by thermal oxidation on one surface thereof. 50 is formed.

シリコン単結晶基板を、弾性膜５０が形成された面に対向する面側から異方性エッチングすることにより、この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が複数並設されている。このとき、弾性膜５０はエッチングストッパーとして働く。
また、圧力発生室１２の並設方向（幅方向でＹ軸方向とする）とは直交する方向（長手方向でＸ軸方向とする）の一方の端部の外側には、保護基板３０の後述するリザーバ部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。 By subjecting the silicon single crystal substrate to anisotropic etching from the side facing the surface on which the elastic film 50 is formed, the flow path forming substrate 10 has pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11. A plurality are arranged side by side. At this time, the elastic film 50 functions as an etching stopper.
In addition, the protective substrate 30 will be described later on the outer side of one end portion in a direction orthogonal to the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged in parallel (the Y axis direction in the width direction) (the X axis direction in the longitudinal direction). A communicating portion 13 that communicates with the reservoir portion 32 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.

また、流路形成基板１０の弾性膜５０が形成された面に対向する面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスク膜５１が設けられており、このマスク膜５１上には、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。 A mask film 51 for forming the pressure generating chamber 12 is provided on the surface of the flow path forming substrate 10 that faces the surface on which the elastic film 50 is formed. A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 opposite to the ink supply path 14 is fixed via an adhesive, a heat welding film, or the like.

一方、このような流路形成基板１０とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．４０μｍの絶縁体膜５５が形成され、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２０μｍの下電極６０と、平均の厚さが例えば、約０．８０μｍの圧電体７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが積層形成されて、圧電体素子３００を構成している。 On the other hand, an insulating film 55 having a thickness of, for example, about 0.40 μm is formed on the elastic film 50 on the side opposite to the flow path forming substrate 10, and on the insulating film 55, A lower electrode 60 having a thickness of, for example, about 0.20 μm, a piezoelectric body 70 having an average thickness of, for example, about 0.80 μm, and an upper electrode 80 having a thickness of, for example, about 0.05 μm are laminated. Thus, the piezoelectric element 300 is configured.

なお、圧電体素子３００とは、下電極６０、圧電体７０および上電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電体素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体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いずれか一方の電極および圧電体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。いずれの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。 The piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode 60, the piezoelectric body 70, and the upper electrode 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric body 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 body 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber 12.

実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５および下電極６０が振動板５６として作用し、圧電体素子３００の駆動により変形が生じる。
また、ここでは、圧電体素子３００と圧電体素子３００の駆動により変形が生じる部分を含む振動板５６と振動板５６とを合わせて圧電アクチュエーター３１０と称する。
ここで、下電極６０だけで振動板を構成してもよい。この場合、圧電体素子３００が圧電アクチュエーターとなる。 In the embodiment, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode 60 act as the diaphragm 56, and deformation occurs due to the driving of the piezoelectric element 300.
In addition, here, the piezoelectric element 310 and the diaphragm 56 including a portion that is deformed by driving the piezoelectric element 300 and the diaphragm 56 are collectively referred to as a piezoelectric actuator 310.
Here, the diaphragm may be constituted by only the lower electrode 60. In this case, the piezoelectric element 300 is a piezoelectric actuator.

振動板５６を構成する弾性膜５０および絶縁体膜５５は、酸化シリコンのほかに、例えば、酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種の層、またはこれらの層の積層体とすることができる。
振動板５６の外周部は、流路形成基板１０に固定されている。したがって、実施形態では、外周部全体が固定端５７となっている。
振動板５６は、圧電体素子３００が駆動することによって振動する機能を有する。振動板５６は、圧電体素子３００の動作によって変形し、圧力発生室１２の体積を変化させる。インクが充填された圧力発生室１２の体積が小さくなれば、圧力発生室１２内部の圧力が大きくなり、ノズルプレート２０のノズル開口２１よりインク滴が噴射される。 The elastic film 50 and the insulator film 55 constituting the diaphragm 56 can be, for example, at least one layer selected from zirconium oxide or aluminum oxide, or a laminate of these layers, in addition to silicon oxide.
The outer peripheral portion of the diaphragm 56 is fixed to the flow path forming substrate 10. Therefore, in the embodiment, the entire outer peripheral portion is the fixed end 57.
The diaphragm 56 has a function of vibrating when the piezoelectric element 300 is driven. The diaphragm 56 is deformed by the operation of the piezoelectric element 300 and changes the volume of the pressure generating chamber 12. When the volume of the pressure generation chamber 12 filled with ink is reduced, the pressure inside the pressure generation chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21 of the nozzle plate 20.

下電極６０の材質は、導電性を有する限り特に限定されず、例えばニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。
下電極６０は、上電極８０と対になり、圧電体７０を挟む一方の電極として機能する。下電極６０は、例えば、複数の圧電体素子３００の共通電極とすることができる。下電極６０は、図示しない外部回路と電気的に接続されている。 The material of the lower electrode 60 is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, various metals such as nickel, iridium, and platinum, their conductive oxides (such as iridium oxide), composite oxides of strontium and ruthenium, A composite oxide of lanthanum and nickel can be used.
The lower electrode 60 is paired with the upper electrode 80 and functions as one electrode sandwiching the piezoelectric body 70. The lower electrode 60 can be a common electrode of a plurality of piezoelectric elements 300, for example. The lower electrode 60 is electrically connected to an external circuit (not shown).

圧電体７０の形状は、下電極６０と接する面を底面７１とする略台形状となっている。一方、上電極８０に対向して接している面である上面７２は、凹面に加工されている。凹面は滑らかに連続した曲面である。実施形態の図では、上面７２が円弧状に描かれているが、滑らかに連続した曲面であれば、例えばバスタブ状であってもよい。
したがって、圧電体７０の中央部７３の厚みｄ１は、図３におけるＸ軸方向の外周部７４の厚みｄ２および図４におけるＹ軸方向の外周部７４の厚みｄ３よりも薄くなっている。厚みｄ２と厚みｄ３は同じ厚みであってもよいし、異なっていてもよい。 The shape of the piezoelectric body 70 is substantially trapezoidal with the bottom surface 71 as the surface in contact with the lower electrode 60. On the other hand, the upper surface 72 that is a surface facing the upper electrode 80 is processed into a concave surface. The concave surface is a smoothly continuous curved surface. In the drawing of the embodiment, the upper surface 72 is drawn in an arc shape, but may be a bathtub shape as long as it is a smoothly continuous curved surface.
Therefore, the thickness d1 of the central portion 73 of the piezoelectric body 70 is thinner than the thickness d2 of the outer peripheral portion 74 in the X-axis direction in FIG. 3 and the thickness d3 of the outer peripheral portion 74 in the Y-axis direction in FIG. The thickness d2 and the thickness d3 may be the same or different.

圧電体７０としては、一般式ＡＢＯ₃で示されるペロブスカイト型酸化物を好適に用いることができる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）（以下、「ＰＺＴ」と略す。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ₃）（以下、「ＰＺＴＮ（登録商標）」と略すことがある。）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ₃）などが挙げられる。
圧電体７０は、下電極６０および、上電極８０によって電界が印加されることで伸縮変形し、機械的な出力を行うことができる。圧電体７０の材質としては、ＰＺＴおよびＰＺＴＮ（登録商標）が、圧電性能が特に良好であるためより好ましい。 As the piezoelectric body 70, a perovskite oxide represented by the general formula ABO ₃ can be suitably used. Specifically, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O ₃ ) (hereinafter abbreviated as “PZT”), lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O ₃ ) (Hereinafter, may be abbreviated as “PZTN (registered trademark)”), barium titanate (BaTiO ₃ ), potassium sodium niobate ((K, Na) NbO ₃ ), and the like.
The piezoelectric body 70 can expand and contract by being applied with an electric field by the lower electrode 60 and the upper electrode 80, and can perform mechanical output. As the material of the piezoelectric body 70, PZT and PZTN (registered trademark) are more preferable because the piezoelectric performance is particularly good.

上電極８０は、圧電体７０の上面７２に形成されている。
上電極８０の材質は、下電極６０と同様に、例えばニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。 The upper electrode 80 is formed on the upper surface 72 of the piezoelectric body 70.
The material of the upper electrode 80 is the same as that of the lower electrode 60, for example, various metals such as nickel, iridium and platinum, their conductive oxides (for example, iridium oxide, etc.), composite oxides of strontium and ruthenium, lanthanum and nickel A composite oxide or the like can be used.

以下に、圧電アクチュエーター３１０の製造方法について詳しく説明する。
図５は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示すフローチャート図である。
圧電アクチュエーター３１０の製造方法は、圧電体膜形成工程であるステップ１（Ｓ１）と、圧電体膜加工工程であるステップ２（Ｓ２）と、レジスト膜形成工程であるステップ３（Ｓ３）と、フォトリソ工程としてのステップ４（Ｓ４）と、エッチング工程としてのステップ５（Ｓ５）と、レジスト剥離工程としてのステップ６（Ｓ６）と、上電極形成工程としてのステップ７（Ｓ７）とを含む。
圧電体形成工程は、圧電体膜加工工程（Ｓ２）と、レジスト膜形成工程（Ｓ３）と、フォトリソ工程（Ｓ４）と、エッチング工程（Ｓ５）とを含む。 Below, the manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 is demonstrated in detail.
FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric actuator 310.
The manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 includes step 1 (S1), which is a piezoelectric film forming process, step 2 (S2), which is a piezoelectric film processing process, step 3 (S3), which is a resist film forming process, and photolithography. Step 4 (S4) as a process, Step 5 (S5) as an etching process, Step 6 (S6) as a resist stripping process, and Step 7 (S7) as an upper electrode forming process are included.
The piezoelectric body forming step includes a piezoelectric film processing step (S2), a resist film forming step (S3), a photolithography step (S4), and an etching step (S5).

また、図６は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法のうち、主に圧電体７０の製造方法を示す概略部分断面図である。ここで、この概略部分断面図は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する。図３（ｂ）におけるＡ−Ａ断面に相当する概略部分断面図は図示しないが、圧電体７０のＹ軸方向長さとＸ軸方向の長さが異なるものの、圧電体については同様の断面となる。
図６（ａ）は圧電体膜形成工程（Ｓ１）を、図６（ｂ）は圧電体膜加工工程（Ｓ２）を、図６（ｃ）はレジスト膜形成工程（Ｓ３）を、図６（ｄ）はフォトリソ工程（Ｓ４）を、図６（ｅ）はエッチング工程（Ｓ５）を、図６（ｆ）はレジスト剥離工程（Ｓ６）を、図６（ｇ）は上電極形成工程（Ｓ７）を図示している。 FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view mainly showing a method for manufacturing the piezoelectric body 70 in the method for manufacturing the piezoelectric actuator 310. Here, this schematic partial cross-sectional view corresponds to the BB cross section in FIG. Although a schematic partial cross-sectional view corresponding to the AA cross section in FIG. 3B is not shown, the piezoelectric body 70 has the same cross section although the length in the Y-axis direction is different from the length in the X-axis direction. .
6A shows the piezoelectric film forming step (S1), FIG. 6B shows the piezoelectric film processing step (S2), FIG. 6C shows the resist film forming step (S3), and FIG. d) shows a photolithography step (S4), FIG. 6 (e) shows an etching step (S5), FIG. 6 (f) shows a resist stripping step (S6), and FIG. 6 (g) shows an upper electrode forming step (S7). Is illustrated.

図６（ａ）において、圧電体膜形成工程（Ｓ１）では、流路形成基板１０上に形成された下電極６０に、圧電体膜７５を形成する。流路形成基板１０には、弾性膜５０および絶縁体膜５５が形成されており、下電極６０は、絶縁体膜５５に形成する。ここでは、下電極６０と弾性膜５０と絶縁体膜５５とで振動板５６を構成している。
振動板５６の一部である弾性膜５０および絶縁体膜５５は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で形成することができる。 6A, in the piezoelectric film forming step (S1), the piezoelectric film 75 is formed on the lower electrode 60 formed on the flow path forming substrate 10. FIG. An elastic film 50 and an insulator film 55 are formed on the flow path forming substrate 10, and the lower electrode 60 is formed on the insulator film 55. Here, the lower electrode 60, the elastic film 50, and the insulator film 55 constitute a diaphragm 56.
The elastic film 50 and the insulator film 55 which are part of the diaphragm 56 can be formed by a method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD.

下電極６０は、下電極形成工程によって形成する。下電極６０は、弾性膜５０および絶縁体膜５５上の全面に、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で導電体の層を形成した後、フォトリソグラフィー等によりパターニングして形成することができる。また、下電極は、印刷法などのパターニングが不要な方法によって形成してもよい。
下電極６０の厚みは、例えば０．１０ｎｍ〜０．３０ｎｍとすることができる。また、下電極６０は、前述の材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。 The lower electrode 60 is formed by a lower electrode forming process. The lower electrode 60 may be formed by forming a conductor layer on the entire surface of the elastic film 50 and the insulator film 55 by a method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD, and then patterning by photolithography or the like. it can. The lower electrode may be formed by a method that does not require patterning, such as a printing method.
The thickness of the lower electrode 60 can be set to, for example, 0.10 nm to 0.30 nm. Further, the lower electrode 60 may be a single layer made of the above-described material, or may have a structure in which a plurality of materials are stacked.

圧電体膜７５は、ゾルゲル法やＣＶＤ法などによって形成することができる。ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。
例えば、ＰＺＴを形成する場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを含むゾルゲル溶液を用いて、スピンコート法、印刷法などにより形成することができる。
圧電体膜７５の厚みは、０．５０μｍ〜１．５０μｍとすることができる。 The piezoelectric film 75 can be formed by a sol-gel method, a CVD method, or the like. In the sol-gel method, a predetermined film thickness may be obtained by repeating a series of operations of raw material solution application, preheating, and crystallization annealing a plurality of times.
For example, when PZT is formed, it can be formed by spin coating, printing, or the like using a sol-gel solution containing Pb, Zr, and Ti.
The thickness of the piezoelectric film 75 can be set to 0.50 μm to 1.50 μm.

図６（ｂ）において、圧電体膜加工工程（Ｓ２）では、圧電体膜７５をパターニングして、加工圧電体７６を形成する。
圧電体膜７５のパターニングは、フォトリソ等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。またこの工程では、フォトリソ等を複数回行ってもよい。本工程のエッチングは、例えば乾式エッチング等の方法により行うことができる。 6B, in the piezoelectric film processing step (S2), the piezoelectric film 75 is patterned to form a processed piezoelectric body 76.
Patterning of the piezoelectric film 75 can be performed by forming a mask or the like using a method such as photolithography. In this step, photolithography or the like may be performed a plurality of times. The etching in this step can be performed by a method such as dry etching, for example.

図６（ｃ）において、レジスト膜形成工程（Ｓ３）では、レジスト５００を、加工圧電体７６を覆うように形成する。 In FIG. 6C, in the resist film forming step (S3), a resist 500 is formed so as to cover the processed piezoelectric body 76.

図６（ｄ）において、フォトリソ工程（Ｓ４）では、加工圧電体７６の上面７６１の中央部７６２のレジスト５００を取り除き、Ｙ軸方向の外周部７６３のレジスト５００を残し、穴５１０を形成する。 In FIG. 6D, in the photolithography process (S4), the resist 500 in the central portion 762 of the upper surface 761 of the processed piezoelectric body 76 is removed, and the resist 500 in the outer peripheral portion 763 in the Y-axis direction is left to form a hole 510.

図６（ｅ）において、エッチング工程（Ｓ５）では、加工圧電体７６の湿式エッチングをレジスト５００に形成された穴５１０から行い、圧電体７０を形成する。
例えば、圧電材料（ＰＺＴ：ジルコン酸チタン酸鉛）の湿式のエッチングは、いろいろな酸の複合したもので行うことができる。例えば、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、塩酸、酢酸、硝酸、塩化アンモニウム、緩衝酸化物エッチング溶液の混合物２５％＋水７５％のエッチング液を用いて行う。
エッチングレートは特に限定はされないが、穴５１０に相当する中央部７３で、例えば、０．２０μｍ／ｍｉｎ程度で行う。 6E, in the etching step (S5), wet etching of the processed piezoelectric body 76 is performed from the hole 510 formed in the resist 500, and the piezoelectric body 70 is formed.
For example, wet etching of a piezoelectric material (PZT: lead zirconate titanate) can be performed with a composite of various acids. For example, etching is performed using an etching solution of 25% mixture of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, ammonium chloride, and a buffer oxide etching solution + 75% water.
The etching rate is not particularly limited, but is performed at the central portion 73 corresponding to the hole 510 at, for example, about 0.20 μm / min.

図６（ｆ）において、レジスト剥離工程（Ｓ６）では、有機酸等を用いたウェットエッチングあるいは酸素プラズマで灰化して除去するドライエッチングによって、レジスト５００を除去する。 In FIG. 6F, in the resist stripping step (S6), the resist 500 is removed by wet etching using an organic acid or the like or dry etching that is ashed by oxygen plasma and removed.

図６（ｇ）において、上電極形成工程（Ｓ７）では、上電極８０を、圧電体７０の上面７２に形成する。スパッタ法、真空蒸着等とフォトリソ工程を用いて上面７２に形成することができる。上電極８０の厚みは、例えば０．０５μｍ〜０．５０μｍとすることができる。
以上説明した圧電体形成工程を含む工程により、圧電アクチュエーター３１０が得られる。 In FIG. 6G, in the upper electrode formation step (S 7), the upper electrode 80 is formed on the upper surface 72 of the piezoelectric body 70. The upper surface 72 can be formed using a sputtering method, vacuum deposition, or the like and a photolithography process. The thickness of the upper electrode 80 can be set to, for example, 0.05 μm to 0.50 μm.
The piezoelectric actuator 310 is obtained by processes including the piezoelectric body forming process described above.

ウェーハー状態で圧電体７０、上電極８０、リード電極９０等の形成を行い、最終的にウェーハー状態から分割することによって、複数のインクジェット式記録ヘッド１、圧電体素子３００、圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。 A plurality of ink jet recording heads 1, piezoelectric elements 300, and piezoelectric actuators 310 are obtained by forming the piezoelectric body 70, the upper electrode 80, the lead electrode 90, and the like in the wafer state and finally dividing the wafer from the wafer state. Can do.

図２および図３において、圧電体素子３００には、上電極８０に電気的に接続するリード電極９０が設けられている。例えば、リード電極９０は、上電極８０と電気的に接続し延出して設けることができ、リード電極９０は、回路素子等に接続されている。
圧電体素子３００が保護膜を有する場合は、保護膜にスルーホールを形成し、上電極８０とリード電極９０とを接続してもよい。 2 and 3, the piezoelectric element 300 is provided with a lead electrode 90 that is electrically connected to the upper electrode 80. For example, the lead electrode 90 can be electrically connected and extended with the upper electrode 80, and the lead electrode 90 is connected to a circuit element or the like.
When the piezoelectric element 300 has a protective film, a through hole may be formed in the protective film, and the upper electrode 80 and the lead electrode 90 may be connected.

流路形成基板１０の圧電体素子３００側には、圧電体素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電体素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電体素子３００は、この圧電体素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。
なお、圧電体素子保持部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。 On the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of securing a space that does not hinder its movement in a region facing the piezoelectric element 300 is provided with an adhesive. Are joined through. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding portion 31, it is protected in a state where it is hardly affected by the external environment.
Note that the piezoelectric element holding portion 31 may have a sealed space or may not be sealed.

また、保護基板３０には、リザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。また、保護基板３０の圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電体素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。 The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32. The reservoir section 32 communicates with the communication section 13 of the flow path forming substrate 10 and constitutes a reservoir 100 that serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. A through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 31 and the reservoir portion 32 of the protective substrate 30. The lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is exposed in the through hole 33 in the vicinity of its end.

さらに、このような保護基板３０上には、封止膜４１および固定板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。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００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。 Furthermore, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal. Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

このようなインクジェット式記録ヘッド１では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。その後、図示しない駆動ＩＣからの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極６０および圧電体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からインク滴が吐出する。 In such an ink jet recording head 1, ink is taken in from an external ink supply unit (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink. Thereafter, in accordance with a drive signal from a drive IC (not shown), a drive voltage is applied between the lower electrode 60 and the upper electrode 80 corresponding to the pressure generation chamber 12, and the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode 60 are applied. Further, by bending and deforming the piezoelectric body 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

図７に、実施形態における、上面７２に凹面が形成された圧電体７０の場合の圧電アクチュエーター３１０を示した。（ａ）は概略部分断面図で、（ｂ）は圧電アクチュエーター３１０が電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図を表している。
図８に従来の上面が凹面でない圧電体７７の場合の圧電アクチュエーター３２０を示した。（ａ）は概略部分断面図で、（ｂ）は圧電アクチュエーター３２０が電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図を表している。
ここで、概略部分断面図は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する。 FIG. 7 shows a piezoelectric actuator 310 in the case of the piezoelectric body 70 having a concave surface formed on the upper surface 72 in the embodiment. (A) is a schematic partial cross-sectional view, and (b) is a schematic diagram showing a state where the piezoelectric actuator 310 is deformed by application of a voltage.
FIG. 8 shows a conventional piezoelectric actuator 320 in the case of a piezoelectric body 77 whose upper surface is not concave. (A) is a schematic partial cross-sectional view, and (b) is a schematic diagram showing a state in which the piezoelectric actuator 320 is deformed by application of a voltage.
Here, the schematic partial cross-sectional view corresponds to the BB cross section in FIG.

図７（ａ）において、圧電体７０の上面７２が凹面の場合、中央部７３における下電極６０と上電極８０との間の距離と比較して、外周部７４における下電極６０と上電極８０との間の距離が長いため、電圧を印加した際に図中矢印で示したように、中央部７３の電界が、外周部７４と比較して大きくなる。
図７（ｂ）において、圧電体７０の中央部７３の電界が大きく、外周部７４の電界が小さいため、圧電アクチュエーター３１０の中央部７３での変形が大きく、固定端５７での変形が小さくなる。 In FIG. 7A, when the upper surface 72 of the piezoelectric body 70 is concave, the lower electrode 60 and the upper electrode 80 in the outer peripheral portion 74 are compared with the distance between the lower electrode 60 and the upper electrode 80 in the central portion 73. Since the distance between the central portion 73 and the outer peripheral portion 74 becomes larger as shown by the arrow in the figure when a voltage is applied.
In FIG. 7B, since the electric field of the central portion 73 of the piezoelectric body 70 is large and the electric field of the outer peripheral portion 74 is small, the deformation at the central portion 73 of the piezoelectric actuator 310 is large and the deformation at the fixed end 57 is small. .

図８（ａ）において、圧電体７７を有する圧電体素子３０５では、中央部７３と外周部７４とで下電極６０と上電極８０との間の距離が変わらないため、電圧を印加した際に図中矢印で示したように略均一な電界が圧電体７７に印加される。
図８（ｂ）において、圧電体７７にわたって略均一な電界となるため、変形も均一に起こり、固定端３２１間で連続してなだらかに変形する。 In FIG. 8A, in the piezoelectric element 305 having the piezoelectric body 77, the distance between the lower electrode 60 and the upper electrode 80 does not change between the central portion 73 and the outer peripheral portion 74. A substantially uniform electric field is applied to the piezoelectric body 77 as indicated by arrows in the figure.
In FIG. 8B, since the electric field is substantially uniform over the piezoelectric body 77, the deformation also occurs uniformly, and it is gradually and gently deformed between the fixed ends 321.

以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）振動板５６の固定端５７側に形成された圧電体７０の厚みｄ２が、固定端５７間の中央部７３に形成された圧電体７０の厚みｄ１よりも厚いので、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界は、中央部７３と比較して固定端５７側で弱くなる。したがって、固定端５７側とその近傍の変形量を、中央部７３と比較して小さくでき、固定端５７側とその近傍に加わる応力を低減でき、固定端５７側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) Since the thickness d2 of the piezoelectric body 70 formed on the fixed end 57 side of the diaphragm 56 is thicker than the thickness d1 of the piezoelectric body 70 formed in the central portion 73 between the fixed ends 57, the lower electrode 60 and The electric field applied to the piezoelectric body 70 sandwiched between the upper electrodes 80 is weaker on the fixed end 57 side than the central portion 73. Therefore, the deformation amount on the fixed end 57 side and the vicinity thereof can be made smaller than that of the central portion 73, the stress applied to the fixed end 57 side and the vicinity thereof can be reduced, and the piezoelectric actuator 310 is less prone to crack from the fixed end 57 side. Can be obtained.

（２）圧電体７０の上電極８０に対向する上面７２が滑らかに連続した凹面なので、圧電体７０の厚みおよび電界が固定端５７側から中央部７３にかけて滑らかに変化し、応力が集中する部分を少なくできる。したがって、クラックのより生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。 (2) Since the upper surface 72 facing the upper electrode 80 of the piezoelectric body 70 is a smoothly continuous concave surface, the thickness and electric field of the piezoelectric body 70 change smoothly from the fixed end 57 side to the central portion 73, and stress is concentrated. Can be reduced. Therefore, the piezoelectric actuator 310 that is less prone to cracking can be obtained.

（３）前述の効果を有するインクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００を得ることができる。 (3) The ink jet recording head 1 and the ink jet recording apparatus 1000 having the above-described effects can be obtained.

（４）圧電体７０の上面７２に凹面を形成することにより、圧電体７０の外周部７４の厚さｄ２，ｄ３を、中央部７３の厚さｄ１と比較して厚くでき、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界を、中央部７３と比較して外周部７４で弱くできる。したがって、前述の効果を有する圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。 (4) By forming a concave surface on the upper surface 72 of the piezoelectric body 70, the thicknesses d2 and d3 of the outer peripheral portion 74 of the piezoelectric body 70 can be made thicker than the thickness d1 of the central portion 73. The electric field applied to the piezoelectric body 70 sandwiched between the upper electrodes 80 can be weakened at the outer peripheral portion 74 as compared with the central portion 73. Therefore, the manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 which has the above-mentioned effect can be obtained.

（５）エッチング当初、湿式エッチングで使用するエッチング液はレジスト５００に形成された穴５１０から露出した加工圧電体７６の部分を侵食する。エッチングが進むにつれ、エッチング液はレジスト５００と加工圧電体７６との界面、隙間に入り込み、加工圧電体７６を侵食し、穴５１０に相当する部分から離れるほど、加工圧電体７６のエッチングの始まる時間を遅くできる。したがって、レジスト５００に接した加工圧電体７６の上面７６１が滑らかに連続してエッチングされ、最終的に圧電体７０の上面７２に滑らかで連続した凹面を形成でき、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。 (5) At the beginning of etching, the etching solution used in the wet etching erodes the portion of the processed piezoelectric body 76 exposed from the hole 510 formed in the resist 500. As the etching progresses, the etching solution enters the interface and the gap between the resist 500 and the processed piezoelectric body 76, erodes the processed piezoelectric body 76, and the etching start time of the processed piezoelectric body 76 increases as the distance from the portion corresponding to the hole 510 increases. Can slow down. Therefore, the upper surface 761 of the processed piezoelectric body 76 that is in contact with the resist 500 is smoothly and continuously etched, and finally, a smooth and continuous concave surface can be formed on the upper surface 72 of the piezoelectric body 70. A manufacturing method of the actuator 310 can be obtained.

（変形例１）
図９は、本変形例における圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示すフローチャート図である。
圧電アクチュエーター３１０の製造方法は、第１の圧電体膜形成工程であるステップ１１（Ｓ１１）と、レジスト膜形成工程であるステップ１２（Ｓ１２）と、フォトリソ工程であるステップ１３（Ｓ１３）と、圧電体膜エッチング工程としてのステップ１４（Ｓ１４）と、レジスト剥離工程としてのステップ１５（Ｓ１５）と、第２の圧電体膜形成工程であるステップ１６（Ｓ１６）と、圧電体膜加工工程としてのステップ１７（Ｓ１７）と、上電極形成工程であるステップ１８（Ｓ１８）とを含む。
レジスト膜形成工程（Ｓ１２）と、フォトリソ工程（Ｓ１３）と、圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）と、レジスト剥離工程（Ｓ１５）と、第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）と、圧電体膜加工工程（Ｓ１７）とを含む工程が、圧電体形成工程である。 (Modification 1)
FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing the piezoelectric actuator 310 in the present modification.
The manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 includes step 11 (S11) as a first piezoelectric film forming process, step 12 (S12) as a resist film forming process, step 13 (S13) as a photolithography process, Step 14 (S14) as a body film etching process, Step 15 (S15) as a resist stripping process, Step 16 (S16) as a second piezoelectric film forming process, and Step as a piezoelectric film processing process 17 (S17) and step 18 (S18) which is an upper electrode formation process.
Resist film forming step (S12), photolithography step (S13), piezoelectric film etching step (S14), resist stripping step (S15), second piezoelectric film forming step (S16), and piezoelectric film A step including the processing step (S17) is a piezoelectric body forming step.

また、図１０は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示す概略部分断面図である。図１０（ａ）は第１の圧電体膜形成工程（Ｓ１１）を、図１０（ｂ）はレジスト膜形成工程（Ｓ１２）を、図１０（ｃ）はフォトリソ工程（Ｓ１３）を、図１０（ｄ）は圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）を、図１０（ｅ）はレジスト剥離工程（Ｓ１５）を、図１０（ｆ）は第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）を、図１０（ｇ）は圧電体膜加工工程（Ｓ１７）を、図１０（ｈ）は上電極形成工程（Ｓ１８）を図示している。 FIG. 10 is a schematic partial sectional view showing a method for manufacturing the piezoelectric actuator 310. 10A shows the first piezoelectric film forming step (S11), FIG. 10B shows the resist film forming step (S12), FIG. 10C shows the photolithography step (S13), and FIG. d) shows a piezoelectric film etching step (S14), FIG. 10 (e) shows a resist stripping step (S15), FIG. 10 (f) shows a second piezoelectric film forming step (S16), and FIG. ) Shows the piezoelectric film processing step (S17), and FIG. 10 (h) shows the upper electrode forming step (S18).

図１０（ａ）において、第１の圧電体膜形成工程（Ｓ１１）では、実施形態の圧電体膜形成工程（Ｓ１）と同様に第１の圧電体膜７５を形成することができるが、その厚みは実施形態よりは薄く形成する。
また、実施形態と同様に、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。 In FIG. 10A, in the first piezoelectric film forming step (S11), the first piezoelectric film 75 can be formed as in the piezoelectric film forming step (S1) of the embodiment. The thickness is smaller than that of the embodiment.
Similarly to the embodiment, a series of operations of raw material solution application, preheating, and crystallization annealing may be repeated a plurality of times to obtain a predetermined film thickness.

図１０（ｂ）において、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）では、レジスト５００を第１の圧電体膜７５に形成する。 In FIG. 10B, a resist 500 is formed on the first piezoelectric film 75 in the resist film forming step (S12).

図１０（ｃ）において、フォトリソ工程（Ｓ１３）では、後の工程で圧電体７０が形成される第１の圧電体膜７５の部分７００の中心部のレジスト５００を取り除き、穴５２０を形成する。圧電体７０が形成される部分７００の外周部７０２にはレジスト５００を残す。 In FIG. 10C, in the photolithography process (S13), the resist 500 at the center of the portion 700 of the first piezoelectric film 75 where the piezoelectric body 70 is formed in the subsequent process is removed, and the hole 520 is formed. The resist 500 is left on the outer peripheral portion 702 of the portion 700 where the piezoelectric body 70 is formed.

図１０（ｄ）において、圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）では、乾式エッチングによって、第１の圧電体膜７５をエッチングし、段差のある凹部７８を形成する。 In FIG. 10D, in the piezoelectric film etching step (S14), the first piezoelectric film 75 is etched by dry etching to form a concave portion 78 having a step.

図１０（ｅ）において、レジスト剥離工程（Ｓ１５）では、実施形態のレジスト剥離工程（Ｓ６）と同様に、レジスト５００を剥離する。 In FIG. 10E, in the resist stripping step (S15), the resist 500 is stripped similarly to the resist stripping step (S6) of the embodiment.

図１０（ｆ）において、第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）では、凹部７８を埋めるように、第１の圧電体膜７５に第２の圧電体膜７９を形成する。ここで、第２の圧電体膜７９は、液相プロセス、例えば、ゾルゲル法を用いて形成する。
本工程においても、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。 In FIG. 10F, in the second piezoelectric film forming step (S16), a second piezoelectric film 79 is formed on the first piezoelectric film 75 so as to fill the recess 78. Here, the second piezoelectric film 79 is formed using a liquid phase process, for example, a sol-gel method.
Also in this step, a predetermined film thickness may be obtained by repeating a series of operations of raw material solution coating, preheating, and crystallization annealing a plurality of times.

図１０（ｇ）において、圧電体膜加工工程（Ｓ１７）では、第１の圧電体膜７５および第２の圧電体膜７９をパターニングして、第１の圧電体層７５０および最外圧電体層としての第２の圧電体層７９０からなる圧電体７０を形成する。
第１の圧電体膜７５および第２の圧電体膜７９のパターニングは、フォトリソ等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。またこの工程では、フォトリソ等を複数回行ってもよい。本工程のエッチングは、例えばドライエッチング等の方法により行うことができる。
なお、第２の圧電体層７９０と下電極６０との間には、圧電体層が複数形成されていてもよい。複数の圧電体層に異なる形状の凹部を形成することにより、第２の圧電体膜７９の形状を調節することができる。 In FIG. 10G, in the piezoelectric film processing step (S17), the first piezoelectric film 75 and the second piezoelectric film 79 are patterned, and the first piezoelectric layer 750 and the outermost piezoelectric layer are patterned. A piezoelectric body 70 composed of the second piezoelectric body layer 790 is formed.
The patterning of the first piezoelectric film 75 and the second piezoelectric film 79 can be performed by forming a mask or the like using a method such as photolithography. In this step, photolithography or the like may be performed a plurality of times. The etching in this step can be performed by a method such as dry etching.
A plurality of piezoelectric layers may be formed between the second piezoelectric layer 790 and the lower electrode 60. By forming concave portions having different shapes in the plurality of piezoelectric layers, the shape of the second piezoelectric film 79 can be adjusted.

図１０（ｈ）において、上電極形成工程（Ｓ１８）では、実施形態における上電極形成工程（Ｓ７）と同様に、上電極８０を、圧電体７０の上面７２に形成する。 In FIG. 10H, in the upper electrode forming step (S18), the upper electrode 80 is formed on the upper surface 72 of the piezoelectric body 70 as in the upper electrode forming step (S7) in the embodiment.

本変形例によれば、実施形態の効果に加えて以下の効果がある。
（６）最外圧電体層７９０と下電極６０との間の第１の圧電体層７５０の凹部７８に応じて最外圧電体層７９０の上電極８０に対向する上面７２に凹面が生じ、前述の効果を有する圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。 According to this modification, in addition to the effects of the embodiment, the following effects can be obtained.
(6) A concave surface is formed on the upper surface 72 facing the upper electrode 80 of the outermost piezoelectric layer 790 according to the concave portion 78 of the first piezoelectric layer 750 between the outermost piezoelectric layer 790 and the lower electrode 60, The piezoelectric actuator 310 having the above-described effects can be obtained.

（７）液相プロセスで、第１の圧電体膜７５に形成された凹部７８を埋めるように、原料溶液を塗布することにより、第１の圧電体膜７５に形成された凹部７８の段差部分に、表面張力によって滑らかに連続した凹面が原料溶液に生じ、予備加熱、結晶化アニールによって第２の圧電体膜７９の上面７９１にも段差の少ない滑らかに連続した凹面を形成できる。したがって、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。 (7) A step portion of the recess 78 formed in the first piezoelectric film 75 by applying a raw material solution so as to fill the recess 78 formed in the first piezoelectric film 75 by a liquid phase process. In addition, a smoothly continuous concave surface is generated in the raw material solution due to surface tension, and a smooth continuous concave surface with few steps can be formed on the upper surface 791 of the second piezoelectric film 79 by preheating and crystallization annealing. Therefore, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 310 that can achieve the above-described effects can be obtained.

（変形例２）
図１１に、本変形例における圧電体素子３３０および圧電アクチュエーター３４０の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する概略部分断面図を示した。
図１１において、上電極８１に対向する圧電体７１０の上面７１２は段差を有する階段状の凹面となっており、上面７１２には上電極８１が形成されている。
段差は、実施形態の製造方法を用いる場合、多段階のエッチングによって形成することができる。また、変形例１の製造方法を用いる場合、第１の圧電体膜に階段状の凹部を設けて形成してもよい。 (Modification 2)
FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view of the piezoelectric element 330 and the piezoelectric actuator 340 in this modification corresponding to the BB cross section in FIG.
In FIG. 11, the upper surface 712 of the piezoelectric body 710 facing the upper electrode 81 is a stepped concave surface having a step, and the upper electrode 81 is formed on the upper surface 712.
When the manufacturing method of the embodiment is used, the step can be formed by multi-stage etching. Moreover, when using the manufacturing method of the modification 1, you may provide and form a step-shaped recessed part in a 1st piezoelectric material film.

本変形例によれば、実施形態の効果に加えて以下の効果がある。
（８）上面７１２が段差を有する階段状の凹面からなるので、凹面を形成しやすい圧電アクチュエーター３４０が得られる。 According to this modification, in addition to the effects of the embodiment, the following effects can be obtained.
(8) Since the upper surface 712 is a stepped concave surface having a step, the piezoelectric actuator 340 that easily forms the concave surface is obtained.

上述した実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、圧電アクチュエーターの基板としては、流路形成基板１０に限らず、例えば、半導体基板、樹脂基板などを用途に応じて任意に用いることができる。
また、振動板は、例えば、ステンレス鋼等の金属の層が積層されていてもよい。 Various changes can be made in addition to the above-described embodiments and modifications.
For example, the substrate of the piezoelectric actuator is not limited to the flow path forming substrate 10, and for example, a semiconductor substrate, a resin substrate, or the like can be arbitrarily used depending on the application.
The diaphragm may be laminated with a metal layer such as stainless steel.

また、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッド１を挙げて説明したが、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルター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（電界放出ディスプレー）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が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head 1 is described as an example of the liquid ejecting head. However, the ink jet recording head 1 is widely used as a general target, and the liquid ejecting head ejects liquid other than ink. Of course, it is also applicable. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、１０…基板としての流路形成基板、１２…圧力発生室、２１…ノズル開口、５６…振動板、５７…固定端、６０…下電極、７０，７７…圧電体、７２，７１２，７９１…上面、７３…中央部、７４…外周部、７５…圧電体膜または第１の圧電体膜、７６…加工圧電体、７８…凹部、７９…第２の圧電体膜、８０，８１…上電極、３００，３３０…圧電体素子、３１０，３４０…圧力発生手段としての圧電アクチュエーター、５００…レジスト、５１０，５２０…穴、７５０…第１の圧電体層、７６１…加工圧電体の上面、７６２…加工圧電体の上面の中央部、７６３…加工圧電体の上面の外周部、７９０…最外圧電体層としての第２の圧電体層、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet recording head as liquid ejecting head, 10 ... Flow path forming substrate as substrate, 12 ... Pressure generating chamber, 21 ... Nozzle opening, 56 ... Vibration plate, 57 ... Fixed end, 60 ... Lower electrode, 70, 77 ... piezoelectric body, 72,712,791 ... upper surface, 73 ... central portion, 74 ... outer peripheral portion, 75 ... piezoelectric film or first piezoelectric film, 76 ... machined piezoelectric body, 78 ... concave, 79 ... second Piezoelectric film, 80, 81 ... upper electrode, 300, 330 ... piezoelectric element, 310, 340 ... piezoelectric actuator as pressure generating means, 500 ... resist, 510, 520 ... hole, 750 ... first piezoelectric layer , 761... Upper surface of processed piezoelectric material, 762. Center portion of upper surface of processed piezoelectric material, 763. Outer peripheral portion of upper surface of processed piezoelectric material, 790. Second piezoelectric layer as outermost piezoelectric material layer, 1000. A as an injection device Kujetto type recording apparatus.

Claims

A substrate,
A diaphragm having a plurality of fixed ends fixed to the substrate;
A lower electrode formed on the diaphragm;
A piezoelectric body formed on the lower electrode, wherein the thickness of the diaphragm on the fixed end side is thicker than the thickness of the central portion formed between the fixed ends;
A piezoelectric actuator comprising: an upper electrode formed on the piezoelectric body.

The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein
The surface of the piezoelectric body facing the upper electrode has a concave surface,
The piezoelectric actuator is characterized in that the concave surface is a smoothly continuous curved surface.

The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein
The surface of the piezoelectric body facing the upper electrode has a concave surface,
The said concave surface consists of step shape which has a level | step difference. The piezoelectric actuator characterized by the above-mentioned.

A flow path forming substrate including a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid;
A liquid ejecting head comprising: the piezoelectric actuator according to claim 1, which is formed on the flow path forming substrate and constitutes a part of the pressure generating chamber.

A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 4.

A lower electrode forming step of forming a lower electrode on the substrate;
Forming a piezoelectric film on the lower electrode; and
A piezoelectric body forming step of obtaining a piezoelectric body by forming a concave surface on the upper surface facing the surface in contact with the lower electrode from the piezoelectric film;
An upper electrode forming step of forming an upper electrode on the upper surface of the piezoelectric body. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising:

In the manufacturing method of the piezoelectric actuator according to claim 6,
The piezoelectric body forming step includes
A piezoelectric film processing step of forming a processed piezoelectric body by patterning the piezoelectric film;
A resist film forming step of covering the processed piezoelectric body with a resist;
Removing the resist at the center of the upper surface of the processed piezoelectric body and forming a hole; and
An etching step of wet-etching the processed piezoelectric body from the hole. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising:

In the manufacturing method of the piezoelectric actuator according to claim 6,
The piezoelectric body forming step includes
The piezoelectric film forming step as the first piezoelectric film forming step;
Etching the first piezoelectric film to form a recess having a step, and a piezoelectric film etching step;
A second piezoelectric film forming step of forming a second piezoelectric film on the first piezoelectric film by a liquid phase process so as to fill the recess, and forming the concave surface on the second piezoelectric film. When,
And a piezoelectric film processing step of forming the piezoelectric body by processing the first piezoelectric film and the second piezoelectric film. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising: