JP2012011615A

JP2012011615A - Liquid discharge head, liquid discharge head unit and liquid discharge device

Info

Publication number: JP2012011615A
Application number: JP2010148753A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Furubayashi; 智一古林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニッ
ト及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、該
流路形成基板１０の一方面側に設けられた第１電極６０、該第１電極６０上に当該第１電
極６０の端部の外側まで設けられた圧電体層７０、及び該圧電体層７０上に設けられた第
２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備し、前記圧電体層７０が、鉛を含まないペ
ロブスカイト型酸化物からなり、前記第１電極６０の端部の外側の前記圧電体層７０と前
記流路形成基板１０の前記一方面側との間には、当該第１電極６０の前記圧電体層７０側
の表面と面一となる厚さで設けられて、酸化シリコンを主成分とする充填層７５が設けら
れている。
【選択図】図３A liquid ejecting head, a liquid ejecting head unit, and a liquid ejecting apparatus capable of suppressing destruction of a piezoelectric element are provided.
A flow path forming substrate 10 provided with a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening, a first electrode 60 provided on one side of the flow path forming substrate 10, and the first electrode 60 on the first electrode 60. A piezoelectric layer 70 provided to the outside of the end portion of the first electrode 60, and a piezoelectric element 300 having a second electrode 80 provided on the piezoelectric layer 70, and the piezoelectric layer 70. Is made of a perovskite oxide that does not contain lead, and the first layer 60 is formed between the piezoelectric layer 70 outside the end of the first electrode 60 and the one surface side of the flow path forming substrate 10. A filling layer 75 having a thickness that is flush with the surface of the electrode 60 on the piezoelectric layer 70 side and mainly composed of silicon oxide is provided.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及
び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド、
インクジェット式記録ヘッドユニット及びインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening, a liquid ejecting head unit, and a liquid ejecting apparatus, and more particularly, an ink jet recording head that ejects ink as liquid,
The present invention relates to an ink jet recording head unit and an ink jet recording apparatus.

液体噴射ヘッドには、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一
方面側に、第１電極、圧電体層及び第２電極からなる圧電素子を設け、圧電素子の駆動に
よって圧力発生室に圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を吐出するインクジ
ェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素
子は、流路形成基板上に設けられて所定形状にパターニングされた第１電極と、第１電極
上に第１電極の端面を覆うように設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電
極とを有する圧電素子を具備し、第１電極の端面を流路形成基板の面に対して１０〜５０
度の範囲で傾斜する傾斜面としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 The liquid ejecting head is provided with a piezoelectric element including a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode on one side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and driving the piezoelectric element. There is an ink jet recording head in which a pressure change is generated in the pressure generating chamber to eject ink droplets from nozzle openings. A piezoelectric element used in such an ink jet recording head is provided on a flow path forming substrate and patterned in a predetermined shape, and is provided on the first electrode so as to cover the end face of the first electrode. A piezoelectric element having a piezoelectric layer and a second electrode provided on the piezoelectric layer, the end surface of the first electrode being 10 to 50 with respect to the surface of the flow path forming substrate.
An inclined surface that is inclined in a range of degrees has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００５−３５２８２号公報JP 2005-35282 A

しかしながら、圧電体層を第１電極の端部の外側まで設けると、圧電体層の下地として
、流路形成基板と第１電極とが存在すると、下地の違いによって圧電体層の結晶性に相違
が生じ、変位量の相違から第１電極の端部近傍に変位の応力集中が発生して破壊されやす
い。また、下地に段差が設けられていることで、圧電体層の段差部分に対向する領域の結
晶性が悪化し、応力集中による破壊が発生してしまうという問題がある。 However, if the piezoelectric layer is provided to the outside of the end of the first electrode, if the flow path forming substrate and the first electrode exist as the base of the piezoelectric layer, the crystallinity of the piezoelectric layer differs depending on the base. Due to the difference in the amount of displacement, the stress concentration of the displacement occurs near the end of the first electrode and is easily destroyed. Further, since the step is provided on the base, there is a problem that the crystallinity of the region facing the step portion of the piezoelectric layer is deteriorated and the breakdown due to the stress concentration occurs.

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッ
ド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head, a liquid ejecting head unit, and a liquid ejecting apparatus that can suppress the destruction of a piezoelectric element.

上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流
路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に当該第
１電極の端部の外側まで設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第２電極を
有する圧電素子と、を具備し、前記圧電体層が、鉛を含まないペロブスカイト型酸化物か
らなり、前記第１電極の端部の外側の前記圧電体層と前記流路形成基板の前記一方面側と
の間には、当該第１電極の前記圧電体層側の表面と面一となる厚さで設けられて、酸化シ
リコンを主成分とする充填層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、酸化シリコンからなる充填層を設けることで、圧電体層の第１電極の
端部に相対向する領域の配向及び柱状結晶の形状に生じる乱れを抑制して、圧電体層の応
力集中による破壊を抑制することができると共に、圧電素子の変位特性を向上することが
できる。 An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a first electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate, and the first electrode. And a piezoelectric layer having a piezoelectric layer provided to the outside of the end portion of the first electrode and a second electrode provided on the piezoelectric layer, wherein the piezoelectric layer contains lead. The perovskite oxide is not included, and the piezoelectric layer side of the first electrode is between the piezoelectric layer outside the end of the first electrode and the one surface side of the flow path forming substrate. The liquid ejecting head is provided with a filling layer having a thickness that is flush with the surface of the surface and having a filling layer mainly composed of silicon oxide.
In such an embodiment, by providing a filling layer made of silicon oxide, the stress in the piezoelectric layer can be suppressed by suppressing the disturbance in the orientation of the region opposite to the end of the first electrode of the piezoelectric layer and the shape of the columnar crystal. Breakage due to concentration can be suppressed, and the displacement characteristics of the piezoelectric element can be improved.

ここで、前記第１電極及び前記充填層と、前記圧電体層との間には、ランタンニッケル
酸化物からなる配向制御層を有することが好ましい。これによれば、ランタンニッケル酸
化物からなる配向制御層上に、所望の配向を有する圧電体層を形成することができる。 Here, it is preferable that an alignment control layer made of lanthanum nickel oxide is provided between the first electrode, the filling layer, and the piezoelectric layer. According to this, a piezoelectric layer having a desired orientation can be formed on the orientation control layer made of lanthanum nickel oxide.

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする
液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、液体噴射特性及び耐久性を向上した液体噴射ヘッドユニットを実現で
きる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting head unit including the liquid ejecting head according to the above aspect.
In this aspect, it is possible to realize a liquid ejecting head unit with improved liquid ejecting characteristics and durability.

また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッド又は液体噴射ヘッドユニットを
具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体噴射特性及び耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head or the liquid ejecting head unit according to the above aspect.
In this aspect, a liquid ejecting apparatus with improved liquid ejecting characteristics and durability can be realized.

実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head according to the first embodiment. 圧電体層の結晶状態を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the crystal state of a piezoelectric material layer. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態２に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a recording head according to a second embodiment. 一実施形態に係る記録装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面
図であり、図３は、図２の要部拡大断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単
結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる弾性膜
５０が形成されている。 As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and an elastic film 50 made of silicon dioxide is previously formed on one surface thereof by thermal oxidation. Yes.

流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１
１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また
、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通
路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生
室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１
３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、
インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。 A plurality of partition walls 1 are formed on the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching from the other surface side.
The pressure generating chambers 12 partitioned by 1 are juxtaposed in the width direction (short direction). In addition, an ink supply path 14 and a communication path 15 are partitioned by a partition wall 11 on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. Further, at one end of the communication passage 15, a communication portion 1 that constitutes a part of the manifold 100 serving as a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generation chamber 12.
3 is formed. That is, the flow path forming substrate 10 includes a pressure generation chamber 12, a communication portion 13,
A liquid flow path including an ink supply path 14 and a communication path 15 is provided.

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２
より小さい断面積を有する。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力
発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このイン
ク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積
を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。 The ink supply path 14 communicates with one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 and the pressure generation chamber 12.
Has a smaller cross-sectional area. In other words, the flow path forming substrate 10 is connected to the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14 having a smaller cross-sectional area in the short direction of the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the ink supply. A communication passage 15 having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area in the short direction of the path 14 is provided by being partitioned by a plurality of partition walls 11.

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側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
熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば
、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6
／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。 Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive. Or a heat-welded film or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 ^−6.
/ ° C] glass ceramics, silicon single crystal substrate or stainless steel.

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からな
る絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧
電体層７０と第２電極８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を
構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８
０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、
他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして
、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極
への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。 On the other hand, the elastic film 50 is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above, and the elastic film 50 is made of, for example, zirconium oxide (ZrO ₂ ). An insulator film 55 is formed. Further, the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are laminated on the insulator film 55 by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 includes the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 8.
A portion including zero. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is a common electrode,
The other electrode and the piezoelectric layer 70 are configured by patterning for each pressure generating chamber 12. In this case, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320.

本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００に亘って設けることで、第１電
極６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、圧電体層７０及び第２電極８０を各圧電
素子３００毎に設けることで第２電極８０を各圧電素子３００の個別電極としている。な
お、本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８
０を各圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にして
も支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部３２０が形成
されていることになる。 In the present embodiment, by providing the first electrode 60 over the plurality of piezoelectric elements 300, the first electrode 60 is used as a common electrode for the plurality of piezoelectric elements 300, and the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are used for each piezoelectric element. By providing every 300, the second electrode 80 is an individual electrode of each piezoelectric element 300. In the present embodiment, the first electrode 60 is used as a common electrode for the plurality of piezoelectric elements 300, and the second electrode 8 is used.
Although 0 is an individual electrode of each piezoelectric element 300, there is no problem even if it is reversed for the convenience of a drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active part 320 is formed for each pressure generating chamber 12.

また、図２及び図３に示すように、本実施形態では、第１電極６０は、複数の圧電素子
３００に亘って設けられている。ここで、当該第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向
に相当する方向を長手方向とし、圧力発生室１２の幅方向に相当する方向を第１電極６０
の短手方向（幅方向）とする。そして、第１電極６０の長手方向の端部を圧力発生室１２
に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動
部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電素子３００の短手方向で
ある第２電極８０の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで
、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部
３２０は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極８０によって、圧力発生室１２
に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、圧電体層７０及び第２電極
８０は、圧電素子３００の長手方向で、第１電極６０の両端部の外側まで延設されて設け
られている。 As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, the first electrode 60 is provided across a plurality of piezoelectric elements 300. Here, the direction corresponding to the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the first electrode 60 is defined as the longitudinal direction, and the direction corresponding to the width direction of the pressure generating chamber 12 is defined as the first electrode 60.
The short direction (width direction). Then, the longitudinal end of the first electrode 60 is connected to the pressure generating chamber 12.
By providing it in a region opposite to each other, an end (length) in the longitudinal direction of the piezoelectric active part 320 that becomes a substantial driving part of the piezoelectric element 300 is defined. Further, by providing an end in the short direction of the second electrode 80, which is the short direction of the piezoelectric element 300, in a region opposite to the pressure generation chamber 12, an end in the short direction of the piezoelectric active part 320. (Width) is specified. That is, the piezoelectric active part 320 has the pressure generation chamber 12 formed by the patterned first electrode 60 and second electrode 80.
It is provided only in the area opposite to each other. Further, the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are provided so as to extend to the outside of both end portions of the first electrode 60 in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300.

また、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶縁体膜５５との間には、酸化シリ
コンからなる充填層７５が設けられている。 In addition, a filling layer 75 made of silicon oxide is provided between the piezoelectric layer 70 outside the end portion of the first electrode 60 and the insulator film 55.

充填層７５は、第１電極６０の圧電体層７０側の表面と面一となるように設けられてい
る。このような充填層７５としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いること
ができる。このような酸化シリコンからなる充填層７５は、化学蒸着法（ＣＶＤ）や、Ｓ
ｉＯ_２を溶剤で溶かしたＳＯＧ溶剤をスピンコート法により塗布するＳＯＧ（Spin On Gl
ass)法などによって第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶縁体膜５５との間に容
易に且つ低コストで形成することができる。また、酸化シリコンからなる充填層７５は、
酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５や圧電体層７０との密着性が良く、剥離等が発生
し難い。 The filling layer 75 is provided so as to be flush with the surface of the first electrode 60 on the piezoelectric layer 70 side. As such a filling layer 75, for example, silicon dioxide (SiO ₂ ) can be used. The filling layer 75 made of silicon oxide is formed by chemical vapor deposition (CVD), S
SOG (Spin On Gl) is applied by spin coating with SOG solvent in which iO ₂ is dissolved in a solvent.
Ass) or the like, it can be formed easily and at low cost between the piezoelectric layer 70 outside the end portion of the first electrode 60 and the insulator film 55. The filling layer 75 made of silicon oxide is
Adhesion with the insulator film 55 and the piezoelectric layer 70 made of zirconium oxide is good, and peeling or the like hardly occurs.

このように第１電極６０の端部の外側の絶縁体膜５５と圧電体層７０との間に酸化シリ
コンからなる充填層７５を第１電極６０の圧電体層７０の表面と面一となるように設ける
ことで、図４（ａ）に示すように、第１電極６０の端部に相対向する領域Ｐ及びその周辺
の圧電体層７０の結晶を垂直に形成することができる。これにより、圧電体層７０全体（
面方向）に亘って配向を均一化することができると共に全体に亘って柱上結晶の形状等に
乱れが発生するのを抑制して、圧電素子３００の圧電特性を向上して、圧電素子３００の
変位特性を向上することができる。ちなみに、図４（ｂ）に示すように、充填層７５を設
けていない場合、圧電体層７０の第１電極６０の端面に相対向する領域Ｐ′では、柱状結
晶が斜めに湾曲するように成長し、配向及び柱状結晶の形状に乱れが生じる。そして、こ
の領域Ｐ′によって圧電体層７０全体の圧電特性が低下すると共に、領域Ｐ′に応力が集
中し、亀裂等の破壊が発生する虞がある。本実施形態では、充填層７５を設けることで、
圧電体層７０の結晶性を均一化することができるため、領域Ｐへの応力集中を抑制して、
亀裂等の破壊が発生するのを抑制することができる。 Thus, the filling layer 75 made of silicon oxide is flush with the surface of the piezoelectric layer 70 of the first electrode 60 between the insulator film 55 outside the end portion of the first electrode 60 and the piezoelectric layer 70. By providing in this manner, as shown in FIG. 4A, the crystal of the region P facing the end of the first electrode 60 and the piezoelectric layer 70 in the vicinity thereof can be formed vertically. As a result, the entire piezoelectric layer 70 (
The orientation of the piezoelectric element 300 can be made uniform over the entire surface direction, and disturbances in the shape of the columnar crystals and the like can be suppressed throughout, thereby improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element 300 and the piezoelectric element 300. The displacement characteristics can be improved. Incidentally, as shown in FIG. 4B, when the filling layer 75 is not provided, in the region P ′ opposite to the end face of the first electrode 60 of the piezoelectric layer 70, the columnar crystals are curved obliquely. It grows and the orientation and the shape of the columnar crystal are disturbed. Then, the piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric layer 70 are deteriorated by the region P ′, and stress is concentrated on the region P ′, so that there is a possibility that destruction such as cracks may occur. In the present embodiment, by providing the filling layer 75,
Since the crystallinity of the piezoelectric layer 70 can be made uniform, the stress concentration on the region P is suppressed,
The occurrence of breakage such as cracks can be suppressed.

また、本実施形態では、酸化シリコンからなる充填層７５を設けることによって、第１
電極６０の端面が絶縁材料で覆われることになり、第１電極６０の端面に印加される電界
を減少させて、電界集中を防止することができる。これにより、圧電素子３００全体の変
位を小さくすることなく、第１電極６０の端部近傍での変位を小さくして、第１電極６０
の端部への応力集中を分散させることができ、圧電素子３００及び振動板にクラックなど
の破壊が発生するのを防止することができると共に、圧電素子３００の各層の剥離を防止
することができる。なお、このような圧電体層７０のクラック等の破壊は、例えば、第１
電極の端面を下地である絶縁体膜５５の表面に対して垂直に形成することで顕著に発生す
る。本実施形態では、上述のように、充填層７５を設けることで、第１電極６０端部近傍
で、結晶が流路形成基板１０に対して垂直に形成された圧電体層７０を設けたため、結晶
性が悪い領域が存在することなく、圧電体層７０の破壊を防止することができると共に、
圧電特性を向上して圧電特性を均一化することができる。 In the present embodiment, the first layer is formed by providing the filling layer 75 made of silicon oxide.
The end face of the electrode 60 is covered with an insulating material, and the electric field applied to the end face of the first electrode 60 can be reduced to prevent electric field concentration. Accordingly, the displacement in the vicinity of the end portion of the first electrode 60 is reduced without reducing the displacement of the entire piezoelectric element 300, and the first electrode 60 is thereby reduced.
It is possible to disperse the stress concentration on the ends of the piezoelectric element 300, to prevent the piezoelectric element 300 and the diaphragm from being broken such as cracks, and to prevent peeling of the layers of the piezoelectric element 300. . Such destruction of the piezoelectric layer 70 such as cracks is, for example, the first
This occurs remarkably when the end face of the electrode is formed perpendicularly to the surface of the insulating film 55 as a base. In the present embodiment, as described above, by providing the filling layer 75, the piezoelectric layer 70 in which crystals are formed perpendicular to the flow path forming substrate 10 is provided in the vicinity of the end portion of the first electrode 60. The piezoelectric layer 70 can be prevented from being destroyed without a region having poor crystallinity,
The piezoelectric characteristics can be improved and the piezoelectric characteristics can be made uniform.

さらに、第１電極６０の端部の外側の絶縁体膜５５と圧電体層７０との間に比較的、ヤ
ング率が低い材料（約７０ＧＰａ）である酸化シリコンからなる充填層７５を設けること
で、充填層７５が圧電素子３００の変位を阻害するのを抑制することができる。ちなみに
、充填層７５として、酸化ジルコニウムなどを用いた場合、酸化ジルコニウムのヤング率
は約２５０ＧＰａであることから、酸化ジルコニウムからなる充填層が圧電素子３００の
変形を阻害して、インク吐出特性が低下してしまう虞がある。 Further, by providing a filling layer 75 made of silicon oxide, which is a material having a relatively low Young's modulus (about 70 GPa), between the insulator film 55 outside the end portion of the first electrode 60 and the piezoelectric layer 70. Further, it is possible to suppress the filling layer 75 from inhibiting the displacement of the piezoelectric element 300. Incidentally, when zirconium oxide or the like is used as the filling layer 75, since the Young's modulus of zirconium oxide is about 250 GPa, the filling layer made of zirconium oxide inhibits the deformation of the piezoelectric element 300, and the ink discharge characteristics are lowered. There is a risk of it.

また、充填層７５として用いる酸化シリコンは、化学蒸着法やＳＯＧ法などによって表
面に段差が存在する基板上に成膜し易く、ヤング率が低いことで平坦化し易い。このこと
から、詳しくは後述するが、流路形成基板１０の表面（絶縁体膜５５上）に第１電極６０
をパターニングすることで段差が形成されていても、この段差が存在する表面に容易に成
膜することができると共に、他の材料よりも第１電極６０の圧電体層７０側の表面と面一
となる平坦な面を得ることができる。そして、このように第１電極６０と充填層７５とで
より平坦な下地を形成した上に圧電体層７０を形成するため、第１電極６０と充填層７５
上とに亘って結晶性が均一な圧電体層７０を形成することができる。このように結晶性が
均一な圧電体層７０は、変位特性が向上すると共に、第１電極６０の端面上の圧電体層７
０への応力集中等による破壊を抑制することができる。 In addition, silicon oxide used as the filling layer 75 can be easily formed on a substrate having a step on the surface by a chemical vapor deposition method, an SOG method, or the like, and can be easily planarized due to a low Young's modulus. From this, as will be described in detail later, the first electrode 60 is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 (on the insulator film 55).
Even if a step is formed by patterning, it is possible to easily form a film on the surface where the step exists and to be flush with the surface of the first electrode 60 on the piezoelectric layer 70 side as compared with other materials. A flat surface can be obtained. Then, the first electrode 60 and the filling layer 75 are formed on the first electrode 60 and the filling layer 75 in order to form the piezoelectric layer 70 on the flat base.
A piezoelectric layer 70 having uniform crystallinity can be formed over the top. Thus, the piezoelectric layer 70 having uniform crystallinity has improved displacement characteristics and the piezoelectric layer 7 on the end face of the first electrode 60.
Breakage due to stress concentration to 0 can be suppressed.

なお、本実施形態では、充填層７５は、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶
縁体膜５５との間のみに設けることで、充填層７５が圧電素子３００の変位を阻害するの
を抑制することができる。もちろん、充填層７５を圧電体層７０と絶縁体膜５５との間の
外側まで延設してもよく、例えば、充填層７５を流路形成基板１０（絶縁体膜５５）の第
１電極６０以外の領域に亘って連続して設けるようにしてもよい。 In the present embodiment, the filling layer 75 is provided only between the piezoelectric layer 70 outside the end portion of the first electrode 60 and the insulator film 55, so that the filling layer 75 displaces the piezoelectric element 300. Inhibiting can be suppressed. Of course, the filling layer 75 may be extended to the outside between the piezoelectric layer 70 and the insulating film 55. For example, the filling layer 75 may be provided on the first electrode 60 of the flow path forming substrate 10 (insulating film 55). You may make it provide continuously over area | regions other than.

また、第１電極６０上及び充填層７５の上には、圧電体層７０の配向を制御するランタ
ンニッケル酸化物（ＬＮＯ）等からなる配向制御層を設けるようにしてもよい。なお、配
向制御層として、ランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）を用いる場合には、例えば、（１０
０）に優先配向させればよい。 An orientation control layer made of lanthanum nickel oxide (LNO) or the like for controlling the orientation of the piezoelectric layer 70 may be provided on the first electrode 60 and the filling layer 75. When lanthanum nickel oxide (LNO) is used as the orientation control layer, for example, (10
0) may be preferentially oriented.

さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び第２電極８０が、図３に示すように、第２
電極８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。 Further, in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are formed as shown in FIG.
Patterning is performed so that the width on the electrode 80 side is narrow, and the side surface is an inclined surface.

ここで、圧電素子３００を所定の基板上（流路形成基板１０上）に設け、当該圧電素子
３００を駆動させた装置をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性
膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定され
るものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが
振動板として作用するようにしてもよい。 Here, a device in which the piezoelectric element 300 is provided on a predetermined substrate (on the flow path forming substrate 10) and the piezoelectric element 300 is driven is referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the first electrode 60 function as a diaphragm. However, the present invention is not limited to this. For example, the elastic film 50 and the insulator film 55 are provided. Instead, only the first electrode 60 may act as a diaphragm.

なお、圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性
セラミックス材料からなる鉛を含まないペロブスカイト型酸化物の結晶膜である。圧電体
層７０の材料としては、例えば、ビスマス（Ｂｉ）系の圧電材料や、ＫＮＮ系の圧電材料
、バリウム（Ｂａ）系の圧電材料などを用いることができる。このような圧電材料として
は、例えば、ＢｉＦｅＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＢｉＫＴｉＯ_３、ＢｉＮａＴｉＯ_３、ＫＮｂ
Ｏ_３、ＮａＮｂＯ_３、ＢｉＦｅＭｎＯ_３、ＢｉＬａＦｅＭｎＯ_３、ＢｉＣｅＬａＦｅＭｎ
Ｏ_３、ＢｉＦｅＣｏＯ_３、ＢｉＦｅＭｎＯ_３−ＢａＴｉＯ_３、ＢｉＦｅＣｏＯ_３−ＢａＴ
ｉＯ_３、ＢｉＦｅＭｎＯ_３−ＢｉＫＴｉＯ_３、ＢｉＮａＴｉＯ_３−ＢａＴｉＯ_３、ＢｉＮ
ａＴｉＯ_３−ＢｉＫＴｉＯ_３−ＢａＴｉＯ_３、ＫＮａＮｂＯ_３、ＫＮａＮｂＯ_３−ＢｉＦ
ｅＯ_３、ＫＮｂＯ_３−ＮａＮｂＯ_３やＫＮｂＯ_３−ＮａＮｂＯ_３−ＬｉＮｂＯ_３、ＢａＴ
ｉＯ_３やＢａＴｉＯ_３−（Ｂｉ_０．５，Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３などが挙げられる。 The piezoelectric layer 70 is a lead-free perovskite-type oxide crystal film formed on the first electrode 60 and made of a ferroelectric ceramic material having an electromechanical conversion effect. As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a bismuth (Bi) -based piezoelectric material, a KNN-based piezoelectric material, a barium (Ba) -based piezoelectric material, or the like can be used. Examples of such piezoelectric materials include BiFeO ₃ , BaTiO ₃ , BiKTiO ₃ , BiNaTiO ₃ , and KNb.
_{_{_{O 3, NaNbO 3, BiFeMnO 3}}} , BiLaFeMnO 3, BiCeLaFeMn
O ₃ , BiFeCoO ₃ , BiFeMnO ₃ —BaTiO ₃ , BiFeCoO ₃ —BaT
iO ₃ , BiFeMnO ₃ —BiKTiO ₃ , BiNaTiO ₃ —BaTiO ₃ , BiN
_{_{_{aTiO 3 -BiKTiO 3 -BaTiO 3, KNaNbO}}} 3, KNaNbO 3 -BiF
eO ₃ , KNbO ₃ —NaNbO ₃ , KNbO ₃ —NaNbO ₃ —LiNbO ₃ , BaT
Examples include iO ₃ and BaTiO ₃ — (Bi _0.5 , Na _0.5 ) TiO ₃ .

圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、
且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７
０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。 About the thickness of the piezoelectric layer 70, the thickness is suppressed to such an extent that cracks do not occur in the manufacturing process,
Further, it is formed thick enough to exhibit sufficient displacement characteristics. For example, in the present embodiment, the piezoelectric layer 7
0 was formed with a thickness of about 1 to 2 μm.

このような圧電体層７０は、鉛を含有していないため、酸化シリコンからなる充填層７
５上に形成しても、鉛ガラスが形成されることがない。ちなみに、圧電体層として、鉛を
含有する材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、充填層として酸
化シリコンを用いることはできず、酸化ジルコニウム等のヤング率の高い材料を使用せざ
るを得ない。 Since the piezoelectric layer 70 does not contain lead, the filling layer 7 made of silicon oxide is used.
Even if formed on 5, lead glass is not formed. Incidentally, when a material containing lead, for example, lead zirconate titanate (PZT), is used as the piezoelectric layer, silicon oxide cannot be used as the filling layer, and a material having a high Young's modulus such as zirconium oxide is used. It must be used.

さらに、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の
端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等から
なるリード電極９０が接続されている。 Further, each second electrode 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300 is drawn from the vicinity of the end on the ink supply path 14 side and extended to the insulator film 55, for example, gold (Au) or the like. The lead electrode 90 which consists of is connected.

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０
、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成
するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。こ
のマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生
室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板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マニホールド１００を構成している
。 On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, that is, the first electrode 60.
On the insulator film 55 and the lead electrode 90, the protective substrate 30 having the manifold portion 31 constituting at least a part of the manifold 100 is bonded via the adhesive 35. In this embodiment, the manifold portion 31 penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction and is formed across the width direction of the pressure generating chamber 12. As described above, the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. The manifold 100 is configured as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12.

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻
害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２
は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封
されていても、密封されていなくてもよい。 A piezoelectric element holding portion 32 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is provided in a region of the protective substrate 30 that faces the piezoelectric element 300. Piezoelectric element holder 32
Need only have a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300, and the space may or may not be sealed.

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例え
ば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。 As such a protective substrate 30, it is preferable to use substantially the same material as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, ceramic material, etc. In this embodiment, the same material as the flow path forming substrate 10 is used. The silicon single crystal substrate was used.

また、保護基板３０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、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。 The protective substrate 30 is provided with a through hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction. The vicinity of the end portion of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is provided so as to be exposed in the through hole 33.

また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。 A driving circuit 12 for driving the piezoelectric elements 300 arranged side by side on the protective substrate 30.
0 is fixed. For example, a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) can be used as the drive circuit 120. The drive circuit 120 and the lead electrode 90 are electrically connected via a connection wiring 121 made of a conductive wire such as a bonding wire.

また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプラ
イアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する
材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定
板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）
で形成される。この固定板４２のマニホールド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、マニホールド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。 In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the manifold portion 31. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm).
Formed with. Since the area of the fixing plate 42 facing the manifold 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the manifold 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、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、マニホールド１００からノズル開口
２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力
発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾
性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより
、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。 In such an ink jet recording head of the present embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the manifold 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink, and then the drive circuit 120. In accordance with the recording signal from the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12, the elastic film 50, the insulator film 55, the first electrode 60, and the piezoelectric layer. By bending and deforming 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図８を参照
して説明する。なお、図５〜図８は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 5 to 8 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber showing the method of manufacturing the ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention.

まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１
０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる二酸化シリコン膜
５１を形成する。 First, as shown in FIG. 5A, a flow path forming substrate wafer 11 which is a silicon wafer.
A silicon dioxide film 51 made of silicon dioxide (SiO ₂ ) constituting the elastic film 50 is formed on the 0 surface.

次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジ
ルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。 Next, as shown in FIG. 5B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 51).

次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金及びイリジウムからなる第１電極６０
を絶縁体膜５５の全面に亘って形成すると共に所定形状にパターニングする。第１電極６
０は、例えば、スパッタリング法などにより形成することができる。また、第１電極６０
をパターニングする際には、後の工程で形成する充填層７５の付き回りを向上するために
、絶縁体膜５５の表面に垂直な方向に対して傾斜して設けるのが好ましい。 Next, as shown in FIG. 5C, for example, the first electrode 60 made of platinum and iridium.
Is formed over the entire surface of the insulator film 55 and patterned into a predetermined shape. First electrode 6
0 can be formed by sputtering, for example. Also, the first electrode 60
When patterning is performed, in order to improve the contact of the filling layer 75 to be formed in a later step, it is preferable to provide the layer with an inclination with respect to the direction perpendicular to the surface of the insulator film 55.

次に、図５（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の第１電極６０が設け
られた一方面の全面に亘って酸化シリコンからなる充填層７５を形成する。充填層７５の
形成方法は、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）やＳＯＧ法等によって絶縁体膜５５上から第
１電極６０上に亘って連続して所定の厚さで形成することができる。また、充填層７５を
化学蒸着法又はＳＯＧ法によって形成すると共に、第１電極６０の端面を傾斜させること
によって、充填層７５の第１電極６０の端面への付き回りを向上して、第１電極６０と充
填層７５との剥離や空隙の発生を抑制することができる。 Next, as shown in FIG. 5D, a filling layer 75 made of silicon oxide is formed over the entire surface of the first surface of the flow path forming substrate wafer 110 where the first electrode 60 is provided. For example, the filling layer 75 can be formed to have a predetermined thickness continuously from the insulator film 55 to the first electrode 60 by chemical vapor deposition (CVD), SOG, or the like. Further, the filling layer 75 is formed by a chemical vapor deposition method or an SOG method, and the end surface of the first electrode 60 is inclined, thereby improving the contact of the filling layer 75 to the end surface of the first electrode 60. Separation of the electrode 60 and the filling layer 75 and generation of voids can be suppressed.

また、充填層７５は、第１電極６０の厚さよりも厚く形成しておく必要がある。これは
、充填層７５を第１電極６０の厚さよりも薄く形成すると、充填層７５の表面を第１電極
６０の表面と面一にできないからである。 In addition, the filling layer 75 needs to be formed thicker than the thickness of the first electrode 60. This is because if the filling layer 75 is formed thinner than the thickness of the first electrode 60, the surface of the filling layer 75 cannot be flush with the surface of the first electrode 60.

次に、図６（ａ）に示すように、充填層７５の表面側を除去することにより、第１電極
６０の表面と面一とする。これにより、充填層７５と第１電極６０との表面は平坦化され
る。充填層７５の表面側を、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによって平坦化
することができる。また、充填層７５を化学的機械研磨する際に、第１電極６０の表面に
達するまで行うことで、充填層７５と第１電極６０とを面一とすることができる。なお、
充填層７５を第１電極６０と面一に平坦化する方法は、化学的機械研磨に限定されず、例
えば、ドライエッチングによるエッチバックにより薄くするようにしてもよい。ちなみに
、ドライエッチングによるエッチバックによって充填層７５を平坦化する際には、充填層
７５の表面（第１電極６０とは反対側）にレジスト等を適宜設けるようにすればよい。 Next, as shown in FIG. 6A, the surface side of the filling layer 75 is removed to make the surface of the first electrode 60 flush with the surface. Thereby, the surfaces of the filling layer 75 and the first electrode 60 are planarized. The surface side of the filling layer 75 can be planarized by, for example, chemical mechanical polishing (CMP). In addition, when the filling layer 75 is subjected to chemical mechanical polishing until the surface of the first electrode 60 is reached, the filling layer 75 and the first electrode 60 can be flush with each other. In addition,
The method for planarizing the filling layer 75 flush with the first electrode 60 is not limited to chemical mechanical polishing, and may be made thin by, for example, etch back by dry etching. Incidentally, when the filling layer 75 is planarized by etch back by dry etching, a resist or the like may be appropriately provided on the surface of the filling layer 75 (on the side opposite to the first electrode 60).

次に、図６（ｂ）に示すように、第１電極６０と充填層７５との平坦化した表面に、例
えば、鉄マンガン酸ビスマスランタン（ＢＬＦＭ）からなる圧電体層７０と、例えば、イ
リジウムからなる第２電極８０とを形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施
形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さ
らに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル
法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず
、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザー
アブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric layer 70 made of, for example, bismuth lanthanum ferromanganate (BLFM), and iridium, for example, are formed on the planarized surfaces of the first electrode 60 and the filling layer 75. The second electrode 80 made of is formed. In this embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed by applying and drying a so-called sol obtained by dissolving and dispersing a metal organic substance in a solvent, gelling it, and baking it at a high temperature to form a piezoelectric layer made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 was formed using a so-called sol-gel method for obtaining 70. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a MOD (Metal-Organic Decomposition) method, a sputtering method, or a laser ablation method may be used.

このとき、圧電体層７０は、第１電極６０と充填層７５との平坦化された表面に亘って
形成されるため、圧電体層７０を基板（流路形成基板用ウェハー１１０）の表面に対して
その結晶粒子を均一に成長させて形成することができる。これにより、圧電体層７０全体
の結晶性を均一化して、第１電極６０の端部での応力集中などによる破壊を抑制すること
ができる。また、本実施形態では、ヤング率の低い酸化シリコンからなる充填層７５を設
けているため、第１電極６０と充填層７５とは、他の材料に比べて平坦化される精度が高
い。したがって、高精度に平坦化された第１電極６０と充填層７５との表面に亘って形成
された圧電体層７０の結晶性を均一化することができる。 At this time, since the piezoelectric layer 70 is formed over the flattened surfaces of the first electrode 60 and the filling layer 75, the piezoelectric layer 70 is formed on the surface of the substrate (flow path forming substrate wafer 110). On the other hand, the crystal grains can be uniformly grown and formed. Thereby, the crystallinity of the entire piezoelectric layer 70 can be made uniform, and the breakage due to the stress concentration at the end of the first electrode 60 can be suppressed. In the present embodiment, since the filling layer 75 made of silicon oxide having a low Young's modulus is provided, the first electrode 60 and the filling layer 75 are more accurately flattened than other materials. Therefore, the crystallinity of the piezoelectric layer 70 formed over the surfaces of the first electrode 60 and the filling layer 75 flattened with high accuracy can be made uniform.

次に、図６（ｃ）に示すように、第２電極８０、圧電体層７０及び充填層７５を同時に
エッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する
。ここで、第２電極８０、圧電体層７０及び充填層７５のエッチングは、例えば、反応性
イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。 Next, as shown in FIG. 6C, the second electrode 80, the piezoelectric layer 70, and the filling layer 75 are simultaneously etched to form the piezoelectric element 300 in a region corresponding to each pressure generating chamber 12. Here, examples of the etching of the second electrode 80, the piezoelectric layer 70, and the filling layer 75 include dry etching such as reactive ion etching and ion milling.

すなわち、本実施形態では、第２電極８０及び圧電体層７０と同時に充填層７５をパタ
ーニングして、圧電体層７０の側面と充填層７５の側面とが面一となるようにした。この
ように充填層７５をパターニングすることで、圧電体層７０の外側の圧力発生室１２に相
対向する領域に充填層７５が残留することがなく、余分な充填層７５によって振動板の変
位特性が劣化するのを防止している。すなわち、充填層７５が圧電体層７０の外側まで設
けられていると、充填層７５が振動板を拘束し、変位特性が低下してしまう虞がある。 That is, in the present embodiment, the filling layer 75 is patterned simultaneously with the second electrode 80 and the piezoelectric layer 70 so that the side surface of the piezoelectric layer 70 and the side surface of the filling layer 75 are flush with each other. By patterning the filling layer 75 in this way, the filling layer 75 does not remain in a region facing the pressure generation chamber 12 outside the piezoelectric layer 70, and the displacement characteristics of the diaphragm are caused by the extra filling layer 75. Is prevented from deteriorating. That is, if the filling layer 75 is provided to the outside of the piezoelectric layer 70, the filling layer 75 may restrain the diaphragm, and the displacement characteristics may be deteriorated.

また、本実施形態では、圧電素子３００を第２電極８０側の幅が狭くなるようにパター
ニングして、その側面を傾斜面とした。 Further, in the present embodiment, the piezoelectric element 300 is patterned so that the width on the second electrode 80 side is narrow, and the side surface thereof is an inclined surface.

次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｄ）に示すように、流路形成基
板用ウェハー１１０の一方面の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極
９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電
素子３００毎にパターニングすることで形成される。このとき、上述のように圧電素子３
００の側面は傾斜面で形成されているため、リード電極９０の付き回りを向上して、均一
な厚さのリード電極９０を形成することができる。これにより、リード電極９０の抵抗の
ばらつきや、断線等を防止することができる。 Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 6D, after forming the lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) over the entire surface of one surface of the flow path forming substrate wafer 110, for example, resist It is formed by patterning each piezoelectric element 300 through a mask pattern (not shown) made up of and the like. At this time, as described above, the piezoelectric element 3
Since the side surface of 00 is formed as an inclined surface, it is possible to improve the contact of the lead electrode 90 and form the lead electrode 90 having a uniform thickness. Thereby, variation in resistance of the lead electrode 90, disconnection, and the like can be prevented.

また、本実施形態では、リード電極９０は、充填層７５の側面上にも設けられているが
、酸化シリコンからなる充填層７５は絶縁材料からなるため、第１電極６０とリード電極
９０（第２電極８０）とが充填層７５によって短絡することがない。すなわち、第１電極
６０を圧電体層７０の側面まで延設することも考えられるが、第１電極６０を圧電体層７
０の側面まで延設すると、第１電極６０とリード電極９０とが短絡してしまう。また、こ
のとき、第１電極６０とリード電極９０との間に絶縁膜を設ければ、第１電極６０とリー
ド電極９０との短絡を防止できるものの、絶縁膜が圧電素子３００の変位を阻害しないよ
うにするために、薄く形成する必要があり、薄い絶縁膜では、第１電極６０とリード電極
９０とを確実に絶縁することができず、信頼性が低下してしまう。本実施形態では、絶縁
材料からなる充填層７５を設けることで、上記問題が発生することがなく、信頼性を向上
することができる。 In this embodiment, the lead electrode 90 is also provided on the side surface of the filling layer 75. However, since the filling layer 75 made of silicon oxide is made of an insulating material, the first electrode 60 and the lead electrode 90 (the first electrode 90) The two electrodes 80) are not short-circuited by the filling layer 75. That is, the first electrode 60 may be extended to the side surface of the piezoelectric layer 70, but the first electrode 60 is connected to the piezoelectric layer 7.
If it extends to the 0 side, the first electrode 60 and the lead electrode 90 are short-circuited. At this time, if an insulating film is provided between the first electrode 60 and the lead electrode 90, a short circuit between the first electrode 60 and the lead electrode 90 can be prevented, but the insulating film inhibits the displacement of the piezoelectric element 300. In order to avoid such a situation, it is necessary to form a thin film. A thin insulating film cannot reliably insulate the first electrode 60 and the lead electrode 90, and the reliability is lowered. In the present embodiment, by providing the filling layer 75 made of an insulating material, the above problem does not occur and the reliability can be improved.

次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に
、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤
３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハー１３０は、例えば、４００μｍ程
度の厚さを有するため、保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板
用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。 Next, as shown in FIG. 7A, a protective substrate wafer 130 that is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is disposed on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 via an adhesive 35. Join. Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 μm, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くす
る。 Next, as shown in FIG. 7B, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次いで、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０のエッチング加工し
た面に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定
形状にパターニングする。 Next, as shown in FIG. 7C, a mask film 52 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the etched surface of the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. .

そして、図８に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫ
ＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより
、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路
１５等を形成する。 Then, as shown in FIG. 8, the flow path forming substrate wafer 110 is passed through the mask film 52 through the K film.
By performing anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as OH, the pressure generation chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, the communication path 15 and the like corresponding to the piezoelectric element 300 are formed.

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

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付
して重複する説明は省略する。 (Embodiment 2)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to Embodiment 1 mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図９に示すように、本実施形態の圧電素子は、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２
電極８０と、を具備し、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と基板（絶縁体膜５５
）との間に充填層７５が設けられている。また、第１電極６０及び充填層７５と、圧電体
層７０との間には、配向制御層７６が設けられている。配向制御層７６は、配向制御層７
６上に形成する圧電体層７０の配向を制御するためのものである。具体的には、配向制御
層７６としては、例えば、ランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）を用いることができる。な
お、配向制御層７６に用いるランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）は、ペロブスカイト構造
を有し、結晶の配向面が疑キュービック表示で（１００）面に優先配向しているものが好
ましい。なお、本発明で「結晶が（１００）面に優先配向している」とは、全ての結晶が
（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以上）が（１００
）面に優先配向している場合と、を含むものである。本実施形態の配向制御層は、Ｘ線回
折試験を行った結果、（１００）面の配向率は９７％以上であった。 As shown in FIG. 9, the piezoelectric element of the present embodiment includes a first electrode 60, a piezoelectric layer 70, and a second
An electrode 80, and a piezoelectric layer 70 outside the end of the first electrode 60 and a substrate (insulator film 55).
) Is provided between them. An orientation control layer 76 is provided between the first electrode 60 and the filling layer 75 and the piezoelectric layer 70. The alignment control layer 76 includes the alignment control layer 7.
6 for controlling the orientation of the piezoelectric layer 70 formed on the substrate 6. Specifically, for example, lanthanum nickel oxide (LNO) can be used as the orientation control layer 76. The lanthanum nickel oxide (LNO) used for the orientation control layer 76 preferably has a perovskite structure, and the crystal orientation plane is preferentially oriented to the (100) plane in a pseudo cubic display. In the present invention, “crystals are preferentially oriented in the (100) plane” means that all crystals are oriented in the (100) plane and most crystals (for example, 90% or more) are ( 100
And the case where the surface is preferentially oriented. As a result of performing an X-ray diffraction test, the orientation control layer of this embodiment has an orientation rate of (100) plane of 97% or more.

このような配向制御層上に、ゾル−ゲル法やＭＯＤ法等によって圧電体層を所望の結晶
配向で形成することができる。本実施形態では、配向制御層として、（１００）面に優先
配向したランタンニッケル酸化物を用いたため、鉄マンガン酸ビスマスランタン（ＢＬＦ
Ｍ）などの鉛を含まないペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層を（１００）面に優先
配向させることができる。 On such an orientation control layer, a piezoelectric layer can be formed with a desired crystal orientation by a sol-gel method, a MOD method, or the like. In this embodiment, since lanthanum nickel oxide preferentially oriented in the (100) plane was used as the orientation control layer, bismuth lanthanum iron manganate (BLF)
A piezoelectric layer made of a perovskite oxide that does not contain lead such as M) can be preferentially oriented in the (100) plane.

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明のインクジェット式記録ヘッドの基本
的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２で
は、第１電極６０として、白金及びイリジウムを例示したが、特にこれに限定されるもの
ではない。 (Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head of the present invention is not limited to the above-described one. For example, in Embodiments 1 and 2 described above, platinum and iridium are exemplified as the first electrode 60, but the present invention is not particularly limited thereto.

また、上述した実施形態１及び２では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１
０）面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位
が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガ
ラス等の材料を用いるようにしてもよい。 In the first and second embodiments described above, the flow path forming substrate 10 has a crystal plane orientation of (11
Although the silicon single crystal substrate having the 0) plane has been illustrated, the present invention is not particularly limited thereto. For example, a silicon single crystal substrate having a (100) plane of crystal plane may be used, and an SOI substrate, glass, or the like may be used. The material may be used.

なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩは、インクカートリッジ等と連通する
インク流路を具備する液体噴射ヘッドユニット（以下、単にヘッドユニットとも言う）の
一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１０は、そのインクジェッ
ト式記録装置の一例を示す概略図である。図１０に示すように、インクジェット式記録装
置ＩＩは、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する
。ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが
着脱可能に設けられ、このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置
本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッド
ユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成
物を吐出するものとしている。 Such an ink jet recording head I constitutes a part of a liquid ejecting head unit (hereinafter also simply referred to as a head unit) having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is used in an ink jet recording apparatus. Installed. FIG. 10 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 10, the ink jet recording apparatus II includes head units 1A and 1B having ink jet recording heads. The head units 1A and 1B are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting ink supply means. A carriage 3 on which the head units 1A and 1B are mounted is axially mounted on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. It is provided movably. The head units 1A and 1B, for example, discharge 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、ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリ
ッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿
ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ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上を搬送されるようになっている。 The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 through a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. . On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a not-shown paper feed roller, is conveyed on the platen 8. It is like that.

なお、上述した例では、インクジェット式記録ヘッドＩを具備するヘッドユニット１Ａ
及び１Ｂをインクジェット式記録装置ＩＩに設けるようにしたが、インクジェット式記録
装置ＩＩに搭載するヘッドユニット１を２以上としてもよい。また、インクジェット式記
録装置ＩＩに直接インクジェット式記録ヘッドＩを搭載するようにしてもよい。 In the example described above, the head unit 1A including the ink jet recording head I is used.
And 1B are provided in the ink jet recording apparatus II, but the number of head units 1 mounted in the ink jet recording apparatus II may be two or more. Further, the ink jet recording head I may be directly mounted on the ink jet recording apparatus II.

さらに、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ
（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを
例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定され
て、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録
装置にも本発明を適用することができる。 Further, in the above-described ink jet recording apparatus II, the ink jet recording head I
Although the example in which the (head units 1A and 1B) are mounted on the carriage 3 and move in the main scanning direction is illustrated, the invention is not particularly limited thereto. For example, the ink jet recording head I is fixed, and a recording sheet such as paper The present invention can also be applied to a so-called line-type recording apparatus that performs printing only by moving S in the sub-scanning direction.

なお、上述した各実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘ
ッドを挙げて説明したが、本発明は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の製造方法にも勿論適用することができる。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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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 each of the above-described embodiments, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and is a liquid ejecting liquid other than ink. Of course, the present invention can also be applied to a method of manufacturing an ejection head. 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.

Ｉインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 II インクジェット式記録装
置、１０流路形成基板、１２圧力発生室、１３連通部、１４インク供給
路、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、３１マニホ
ールド部、３２圧電素子保持部、４０コンプライアンス基板、６０第１電極
、７０圧電体層、７２圧電体膜、７５充填層、７６配向制御層、８０
第２電極、９０リード電極、１００マニホールド、１２０駆動回路、１
２１接続配線、３００圧電素子 I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus, 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 Manifold part, 32 piezoelectric element holding part, 40 compliance substrate, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 72 piezoelectric film, 75 filling layer, 76 orientation control layer, 80
Second electrode, 90 lead electrode, 100 manifold, 120 drive circuit, 1
21 connection wiring, 300 piezoelectric element

Claims

A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening;
A first electrode provided on one side of the flow path forming substrate, a piezoelectric layer provided on the first electrode to the outside of the end of the first electrode, and provided on the piezoelectric layer A piezoelectric element having a second electrode;
The piezoelectric layer is made of a perovskite oxide that does not contain lead,
A thickness that is flush with the surface of the first electrode on the piezoelectric layer side between the piezoelectric layer outside the end of the first electrode and the one surface side of the flow path forming substrate. And a filling layer mainly composed of silicon oxide is provided.

The liquid ejecting head according to claim 1, further comprising an alignment control layer made of lanthanum nickel oxide between the first electrode, the filling layer, and the piezoelectric layer.

A liquid ejecting head unit comprising the liquid ejecting head according to claim 1.

A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head unit according to claim 3.

A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1.