JP2003110160A - Ferroelectric device and actuator, and ink jet head and ink jet recording apparatus - Google Patents
Ferroelectric device and actuator, and ink jet head and ink jet recording apparatusInfo
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- B41J2002/1425—Embedded thin film piezoelectric element
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体素子およ
びそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド
ならびにインクジェット記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric element, an actuator using the same, an ink jet head and an ink jet recording apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インクジェット式記録装置のインクジェ
ットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室
部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのア
クチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強
誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧
を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極と
を備えており、強誘電体膜の圧電効果により変位する振
動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から吐出させ
るように構成されている。2. Description of the Related Art An ink jet head of an ink jet type recording apparatus comprises a pressure chamber component having a pressure chamber for containing an ink liquid, and a ferroelectric element which is an actuator portion for ejecting an ink droplet from this pressure chamber. ing. The ferroelectric element is provided with a ferroelectric film and individual electrodes and a common electrode that contract and expand by applying a voltage to the ferroelectric film, and the vibration that is displaced by the piezoelectric effect of the ferroelectric film is provided. The plate is configured to eject an ink droplet from the nozzle hole of the pressure chamber.
【０００３】ここで、強誘電体素子においては、上部電
極を含む強誘電体膜がむき出しになっていたために、湿
度などの外部環境の影響を受けやすくなる。すると、内
部に結晶構造欠陥などが存在したならば、そのような欠
陥部を起点にいわゆる水パスが発生し、素子の耐電圧特
性が劣化して耐圧破壊する場合がある。Here, in the ferroelectric element, since the ferroelectric film including the upper electrode is exposed, it is easily affected by the external environment such as humidity. Then, if a crystal structure defect or the like exists inside, a so-called water path is generated starting from such a defect portion, and the withstand voltage characteristic of the device may deteriorate and the device may break down withstand voltage.
【０００４】このような問題を解消するために、たとえ
ば特開平６−１１２５４５号公報、あるいは特開平２−
２４０９７６号公報に記載の技術が提案されている。In order to solve such a problem, for example, JP-A-6-112545 or JP-A-2-
The technology described in Japanese Patent No. 240976 has been proposed.
【０００５】ここで、特開平６−１１２５４５号公報に
は、圧電セラミック層と内部電極とを交互に積層した機
能層の上面全体および下面全体を圧電セラミック製もし
くは絶縁体層の保護層で覆う技術が開示されている。Here, Japanese Patent Laid-Open No. 6-112545 discloses a technique of covering the entire upper surface and the entire lower surface of a functional layer in which piezoelectric ceramic layers and internal electrodes are alternately laminated with a protective layer made of piezoelectric ceramic or an insulating layer. Is disclosed.
【０００６】また、特開平２−２４０９７６号公報に
は、積層型圧電アクチュエータの少なくとも両側に形成
された石油ワックスを備えることにより、水分の浸入や
透過、および高湿度環境下での長時間使用時の内部電極
間の絶縁抵抗の低下を防止する技術が開示されている。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-240976 discloses that a laminated piezoelectric actuator is provided with petroleum wax formed on at least both sides of the laminated piezoelectric actuator, so that water can be infiltrated or permeated through the laminated piezoelectric actuator and used for a long time in a high humidity environment. There is disclosed a technique for preventing a decrease in insulation resistance between the internal electrodes.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】特開平６−１１２５４
５号公報に記載の技術は側面はむき出しのままなので、
また特開平２−２４０９７６号公報に記載の技術では上
面がむき出しのままなので、外部環境の影響を側面ある
いは上面から受け、前述した問題が発生するおそれがあ
る。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
Since the side surface of the technology described in Japanese Patent Publication No. 5 is exposed,
Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-240976, since the upper surface is exposed, there is a possibility that the above-mentioned problem occurs due to the influence of the external environment from the side surface or the upper surface.
【０００８】また、特開平６−１１２５４５号公報に記
載の技術は、横歪みを利用して縦方向変位を出力する圧
電アクチュエータにおいて、機能層で発生する電極に対
して平行な方向の横歪みを発生しないように形成してい
るが、バルクの圧電セラミックで構成されているために
変位量が大きいので、圧電セラミック層の変位を拘束す
るように作用する保護膜による影響が比較的小さい。し
かしながら、機能層である強誘電体膜の膜厚が薄くなっ
て変位量が小さくなると、強誘電体膜上に保護膜を形成
することで変位が拘束されて所期の素子特性が得られな
くなる場合がある。そして、このような保護膜による強
誘電体膜の変位拘束の問題は、特開平２−２４０９７６
号公報に記載の技術においても、同じように発生する。Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-112545 discloses a piezoelectric actuator which outputs a longitudinal displacement by utilizing lateral strain, and which causes lateral strain in a direction parallel to electrodes generated in a functional layer. Although it is formed so as not to occur, since the displacement amount is large because it is made of bulk piezoelectric ceramic, the influence of the protective film that acts to restrain the displacement of the piezoelectric ceramic layer is relatively small. However, when the ferroelectric film, which is a functional layer, becomes thin and the displacement amount becomes small, the displacement is restrained by forming the protective film on the ferroelectric film and the desired device characteristics cannot be obtained. There are cases. The problem of restraint of displacement of the ferroelectric film due to such a protective film is described in JP-A-2-240976.
The same problem occurs in the technique described in the publication.
【０００９】そこで、本発明は、外部環境の影響を確実
に遮断することのできる強誘電体素子に関する技術を提
供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a technique relating to a ferroelectric element capable of reliably blocking the influence of the external environment.
【００１０】また、本発明は、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することのできる強誘電体素子に関
する技術を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a technique relating to a ferroelectric element capable of relaxing the displacement constraint of the protective film with respect to the ferroelectric film.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の強誘電体素子は、第１の電極と、第１の電
極上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜上に形成さ
れた第２の電極と、第２の電極と同一平面上に形成さ
れ、第２の電極への給電を行うリードと、強誘電体膜お
よび第２の電極の露出部全体を覆い、且つリードの少な
くとも一部を覆う保護膜とを有する構成としたものであ
る。In order to solve this problem, a ferroelectric element of the present invention comprises a first electrode, a ferroelectric film formed on the first electrode, and a ferroelectric material. The second electrode formed on the film, the lead formed on the same plane as the second electrode for supplying power to the second electrode, the ferroelectric film and the entire exposed portion of the second electrode The protective film covers at least a part of the leads.
【００１２】これにより、強誘電体素子は保護膜で完全
に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮断
することが可能になる。As a result, since the ferroelectric element is completely covered with the protective film, it is possible to reliably block the influence of the external environment.
【００１３】また、この課題を解決するために、本発明
の強誘電体素子は、前述した発明において、保護膜は強
誘電体膜よりもヤング率の小さい、たとえば強誘電体膜
のヤング率の１／２０以下の物質で構成されているもの
である。In order to solve this problem, in the ferroelectric element of the present invention, in the above-mentioned invention, the protective film has a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film. It is composed of 1/20 or less of the substance.
【００１４】これにより、保護膜が強誘電体膜の変位に
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になる。As a result, the protective film flexes following the displacement of the ferroelectric film, so that the constraint of displacement of the protective film with respect to the ferroelectric film can be relaxed.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、第１の電極と、第１の電極上に形成された強誘電体
膜と、強誘電体膜上に形成された第２の電極と、第２の
電極と同一平面上に形成され、第２の電極への給電を行
うリードと、強誘電体膜および第２の電極の露出部全体
を覆い、且つリードの少なくとも一部を覆う保護膜とを
有する強誘電体素子であり、強誘電体素子は保護膜で完
全に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮
断することが可能になるという作用を有する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a first electrode, a ferroelectric film formed on the first electrode, and a ferroelectric film formed on the ferroelectric film. Second electrode, a lead formed on the same plane as the second electrode, for supplying power to the second electrode, and covering the entire exposed portion of the ferroelectric film and the second electrode, and at least one of the leads. This is a ferroelectric element having a protective film that covers a portion, and since the ferroelectric element is completely covered with the protective film, it has the effect of reliably blocking the influence of the external environment.
【００１６】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、保護膜は強誘電体膜よりもヤン
グ率の低い物質で構成されている強誘電体素子であり、
保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むようになるの
で、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和するこ
とが可能になるという作用を有する。A second aspect of the present invention is the ferroelectric element according to the first aspect, wherein the protective film is made of a substance having a Young's modulus lower than that of the ferroelectric film.
Since the protective film bends following the displacement of the ferroelectric film, it has an effect that it is possible to relax the displacement constraint of the protective film with respect to the ferroelectric film.
【００１７】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、保護膜は、ポリイミド、ナイロ
ン、ポリエチレン、天然ゴムおよびシリコーンの少なく
とも何れかを含む物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the protective film is made of a material containing at least one of polyimide, nylon, polyethylene, natural rubber and silicone. Since it is a dielectric element and the protective film bends following the displacement of the ferroelectric film, it has an effect that it is possible to relax the displacement constraint of the protective film with respect to the ferroelectric film.
【００１８】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、保護膜は強誘電体膜のヤング率
の１／２０以下の物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。A fourth aspect of the present invention is the ferroelectric element according to the second aspect, wherein the protective film is made of a substance having a Young's modulus of 1/20 or less of that of the ferroelectric film. Since the protective film bends following the displacement of the ferroelectric film, it has an effect that the displacement constraint of the protective film with respect to the ferroelectric film can be relaxed.
【００１９】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、第２の電極
およびリードの存在しない部位では、保護膜は陥没形成
されている強誘電体素子であり、強誘電体膜の両端に位
置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電
体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和すること
が可能になるという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the protective film is formed so as to be depressed at the portion where the second electrode and the lead do not exist. Since it is a ferroelectric element and the depressed portions of the protective film located at both ends of the ferroelectric film are easily bent, the constraint of displacement of the protective film with respect to the ferroelectric film can be further relaxed. Have.
【００２０】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５の何れか一項に記載の強誘電体素子が用いられて
いるアクチュエータであり、安定した変位動作を行うこ
とが可能になるという作用を有する。The invention according to claim 6 of the present invention is an actuator using the ferroelectric element according to any one of claims 1 to 5, and can perform a stable displacement operation. Has the effect of becoming.
【００２１】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
６記載のアクチュエータと、インク液が収容され、アク
チュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたイ
ンクジェットヘッドであり、安定したインク吐出を行う
ことが可能になるという作用を有する。The invention according to claim 7 of the present invention is an ink jet head provided with the actuator according to claim 6 and a plurality of pressure chambers in which ink liquid is accommodated and on which the displacement of the actuator acts, which is stable. It has an effect of enabling ink ejection.
【００２２】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
７記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット
記録装置であり、安定したインク吐出による高品質な印
字を行うことが可能になるという作用を有する。The invention according to claim 8 of the present invention is an ink jet recording apparatus provided with the ink jet head according to claim 7, and has an effect of enabling high quality printing by stable ink ejection. Have.
【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図８を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
Starting from FIG. In addition, in these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
【００２４】図１は本発明の一実施の形態である強誘電
体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概
略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記
録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す
断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２の
アクチュエータ部の要部の一例を示す平面図、図５、図
６は図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の
構成の一例を示す断面図、図７は本発明の一実施の形態
である強誘電体素子をアクチュエータとして用いた場合
における保護膜と変位量との関係を示すグラフ、図８は
図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成
の他の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic structure of an ink jet recording apparatus using a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an ink jet head in the ink jet recording apparatus of FIG. 2 is a perspective view showing the main part of FIG. 2, FIG. 4 is a plan view showing an example of the main part of the actuator section of FIG. 2, and FIGS. 5 and 6 are of the inkjet head of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the actuator section, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the protective film and the displacement amount when the ferroelectric element according to one embodiment of the present invention is used as an actuator, and FIG. It is sectional drawing which shows another example of a structure of the actuator part of the inkjet head of FIG.
【００２５】図１に示すインクジェット式記録装置４０
は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発
明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェ
ットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体
４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものであ
る。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置
したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭
載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿
って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動す
る。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒
体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわ
ち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動
させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。The ink jet recording apparatus 40 shown in FIG.
Is equipped with an inkjet head 41 of the present invention for recording by utilizing the piezoelectric effect of a ferroelectric element, and ink droplets ejected from this inkjet head 41 are made to land on a recording medium 42 such as paper to form a recording medium 42. It is to record. The inkjet head 41 is mounted on a carriage 44 provided on a carriage shaft 43 arranged in the main scanning direction X, and reciprocates in the main scanning direction X as the carriage 44 reciprocates along the carriage shaft 43. Move. Further, the inkjet recording apparatus 40 includes a plurality of rollers (moving means) 45 for moving the recording medium 42 in the sub-scanning direction Y which is substantially perpendicular to the width direction of the inkjet head 41 (that is, the main scanning direction X). .
【００２６】図２は本発明の実施の形態のインクジェッ
トヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成
を示す。図２および図３において、Ａは圧力室部品であ
って、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室用開
口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエ
ータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆うよう
に配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Ａの
圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュエー
タ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて圧力
室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の上方
に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されてい
る。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判る
ように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部
品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用す
る共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通する
供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク流
路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク流
路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、図
２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディングワ
イヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を供
給する。FIG. 2 shows the overall construction of the ink jet head 41 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows the construction of the essential parts thereof. 2 and 3, A is a pressure chamber component, and the pressure chamber opening 1 is formed therein. B is an actuator portion arranged so as to cover the upper end opening surface of the pressure chamber opening portion 1, and C is an ink liquid flow path component arranged so as to cover the lower end opening surface of the pressure chamber opening portion 1. The pressure chamber opening 1 of the pressure chamber component A is partitioned by the actuator unit B and the ink liquid flow channel component C located above and below to form a pressure chamber 2. In the actuator section B, an individual electrode (second electrode) 3 located above the pressure chamber 2 is arranged. These pressure chambers 2 and individual electrodes 3 are arranged in a zigzag pattern, as can be seen from FIG. In the ink liquid flow path component C, a common liquid chamber 5 that is shared between the pressure chambers 2 arranged in the ink liquid supply direction, a supply port 6 that connects the common liquid chamber 5 to the pressure chamber 2, and a pressure chamber 2 An ink flow path 7 through which the ink liquid flows is formed. D is a nozzle plate having nozzle holes 8 communicating with the ink flow paths 7. Further, in FIG. 2, E is an IC chip, which supplies a voltage to a large number of individual electrodes 3 via the bonding wires BW.
【００２７】次に、アクチュエータ部Ｂの構成を図４、
図５に基づいて説明する。Next, the structure of the actuator section B is shown in FIG.
A description will be given based on FIG.
【００２８】図４は図２に示したインクジェットヘッド
のアクチュエータ部の一部の素子平面図であある。ま
た、図５のアクチュエータ部Ｂは、図２に示したインク
液供給方向とは直交する方向の断面図であり、図４で示
したＥ、Ｅ’部分の断面を示す。同図では、直交方向に
並ぶ圧力室２を持つ圧力室部品Ａが参照的に描かれてい
る。FIG. 4 is a partial device plan view of the actuator portion of the ink jet head shown in FIG. In addition, the actuator section B of FIG. 5 is a sectional view in a direction orthogonal to the ink liquid supply direction shown in FIG. In the figure, the pressure chamber component A having the pressure chambers 2 arranged in the orthogonal direction is drawn for reference.
【００２９】このアクチュエータ部Ｂは、各圧力室２の
上方に位置する個別電極３、この個別電極３の直下に位
置する強誘電体膜１０、強誘電体膜１０の直下に位置す
る共通電極（第１の電極）１１、共通電極１１の直下に
位置し、強誘電体膜１０の圧電効果により変位して振動
する振動板１２とを有する。振動板１２は、導電性物質
で形成されている。さらに、アクチュエータ部Ｂは、各
圧力室２の相互を区画する区画壁２ａの上方に位置する
縦壁１３を持つ。なお、同図中、１４は圧力室部品Ａと
アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤である。各縦壁
１３は、接着剤１４を用いた接着時に、一部の接着剤１
４が区画壁２ａの外方にはみ出した場合にも、この接着
剤１４が振動板１２に付着せず、振動板１２が所期通り
の変位、振動を起こすように、圧力室２の上面と振動板
１２の下面との距離を拡げる役割を持つ。但し、振動板
１２と共通電極１１は一体となっていてもよい。The actuator section B includes an individual electrode 3 located above each pressure chamber 2, a ferroelectric film 10 located directly below the individual electrode 3, and a common electrode located immediately below the ferroelectric film 10 ( A first electrode 11 and a diaphragm 12 which is located immediately below the common electrode 11 and which is displaced and vibrated by the piezoelectric effect of the ferroelectric film 10. The diaphragm 12 is made of a conductive material. Further, the actuator portion B has a vertical wall 13 located above the partition wall 2a that partitions the pressure chambers 2 from each other. In the figure, reference numeral 14 is an adhesive that bonds the pressure chamber component A and the actuator portion B together. Each vertical wall 13 has a part of the adhesive 1 when the adhesive 14 is used.
Even when 4 protrudes to the outside of the partition wall 2a, the adhesive 14 does not adhere to the vibration plate 12, and the vibration plate 12 does not adhere to the upper surface of the pressure chamber 2 so that the vibration and displacement occur as expected. It has a role of expanding the distance from the lower surface of the diaphragm 12. However, the diaphragm 12 and the common electrode 11 may be integrated.
【００３０】なお、本実施の形態において、個別電極３
は例えばＰｔ（白金）で、強誘電体膜１０は例えばチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、共通電極１１は例えば
Ｃｕ（銅）で、振動板１２は例えばＣｒ（クロム）で、
形成されている。また、個別電極３は例えば厚さ０．１
〜０．５μｍに、強誘電体膜１０は例えば厚さ３〜５μ
ｍに、共通電極１１は例えば厚さ０．１〜６μｍに、振
動板１２は例えば厚さ２〜４μｍに、各々成膜されてい
る。In the present embodiment, the individual electrode 3
Is, for example, Pt (platinum), the ferroelectric film 10 is, for example, lead zirconate titanate (PZT), the common electrode 11 is, for example, Cu (copper), the diaphragm 12 is, for example, Cr (chrome),
Has been formed. The individual electrode 3 has a thickness of 0.1, for example.
To 0.5 μm, the ferroelectric film 10 has a thickness of 3 to 5 μm, for example.
m, the common electrode 11 has a thickness of, for example, 0.1 to 6 μm, and the diaphragm 12 has a thickness of, for example, 2 to 4 μm.
【００３１】なお、上記実施の形態においては、振動板
に導電性物質のＣｒ（クロム）を例に記載したが、振動
板は酸化物薄膜等の非導電性物質を用いてもかまわな
い。更に、上記実施の形態では共通電極と振動板を別々
に設けるようにしたが、共通電極と振動板が兼用されて
いてもかまわない。In the above embodiment, Cr (chromium) which is a conductive substance is described as an example of the diaphragm, but the diaphragm may be made of a non-conductive substance such as an oxide thin film. Further, although the common electrode and the vibration plate are separately provided in the above-described embodiment, the common electrode and the vibration plate may be used together.
【００３２】なお、上記個別電極３、強誘電体膜１０、
共通電極１１及び振動板１２の形成方法は、公知の各種
の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディ
ッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真
空蒸着法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得る
が、それらに何等限定されるものではない。The individual electrodes 3, the ferroelectric film 10,
The common electrode 11 and the diaphragm 12 can be formed by various known film forming methods, for example, a thick film method such as screen printing, a coating method such as dipping, a sputtering method, a CVD method, a vacuum deposition method, a thin film formation such as plating. Laws and the like can be adopted as appropriate, but are not limited thereto.
【００３３】図４および図５に示すように、個別電極３
と同一平面上には、個別電極３への給電を行うリード１
５が形成されている。そして、前述した強誘電体膜１０
および個別電極３の露出部全体を覆い、さらにリード１
５を覆うようにして、保護膜１６が例えば０．５〜５μ
ｍの膜厚で形成されている。ここで、保護膜の膜厚は強
誘電体膜１０の膜厚及び使用する保護膜のヤング率によ
って決められるものであるが、本実施の形態において
は、強誘電体膜の変位拘束を緩和する観点からヤング率
が５．０Ｅ＋０８〜５．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］程度の
保護膜で形成されている。保護膜の膜厚が０．５μｍ以
下になると、湿度などの外部環境の影響を完全に遮断す
ることができなくなり、また保護膜の膜厚が５μｍを越
えると、強誘電体膜１０及び個別電極３の膜厚以上にな
り、所期の素子特性が得られなくなる。なお、本実施の
形態においては保護膜はリード１５の全体を覆っている
が、リード１５の一部だけを覆うようにしてもよい。As shown in FIGS. 4 and 5, the individual electrode 3
On the same plane as, the lead 1 for supplying power to the individual electrode 3
5 is formed. Then, the above-mentioned ferroelectric film 10
And covers the entire exposed portion of the individual electrode 3, and further the lead 1
5 so that the protective film 16 covers, for example, 0.5 to 5 μm.
It is formed with a film thickness of m. Here, the film thickness of the protective film is determined by the film thickness of the ferroelectric film 10 and the Young's modulus of the protective film used, but in the present embodiment, the displacement constraint of the ferroelectric film is relaxed. From the viewpoint, it is formed of a protective film having a Young's modulus of about 5.0E + 08 to 5.0E + 09 [N / m 2 ]. When the thickness of the protective film is 0.5 μm or less, it becomes impossible to completely block the influence of the external environment such as humidity, and when the thickness of the protective film exceeds 5 μm, the ferroelectric film 10 and the individual electrodes are not formed. Since the film thickness is 3 or more, desired device characteristics cannot be obtained. Although the protective film covers the entire lead 15 in the present embodiment, it may cover only a part of the lead 15.
【００３４】ここで、個別電極３、強誘電体膜１０、共
通電極１１、リード１５および保護膜１６で強誘電体素
子が構成されており、それぞれの膜厚は前述したように
なっている。したがって、強誘電体素子全体としての膜
厚は約１０μｍ程度と、極めて薄くなっている。Here, the individual electrode 3, the ferroelectric film 10, the common electrode 11, the lead 15 and the protective film 16 constitute a ferroelectric element, and the respective film thicknesses are as described above. Therefore, the film thickness of the entire ferroelectric element is about 10 μm, which is extremely thin.
【００３５】そして、保護膜１６により強誘電体膜１０
および個別電極１０の露出部全体が覆われ、さらにリー
ド１５が覆われているので、強誘電体素子は保護膜１６
で完全に被覆されてしまうことになり、外部環境の影響
から確実に遮断されている。Then, the ferroelectric film 10 is formed by the protective film 16.
Since the exposed portions of the individual electrodes 10 and the leads 15 are also covered, the ferroelectric element is protected by the protective film 16.
It will be completely covered by and will be surely shielded from the influence of the external environment.
【００３６】したがって、たとえ強誘電体素子のどこか
に欠陥部があったとしても、湿度などの外部環境の影響
を受けて欠陥部から素子の劣化が進行し、耐圧破壊する
ことが未然に防止される。Therefore, even if there is a defective portion somewhere in the ferroelectric element, deterioration of the element from the defective portion due to the influence of the external environment such as humidity is prevented and the breakdown voltage is prevented. To be done.
【００３７】また、このような強誘電体素子を用いたア
クチュエータによりインクジェットヘッドを構成した場
合には、ヘッド組立工程における素子保護が図れ、組立
時の傷や断線により素子が毀損されることもない。Further, when the ink jet head is constructed by the actuator using such a ferroelectric element, the element can be protected in the head assembling process, and the element is not damaged by scratches or disconnection at the time of assembling. .
【００３８】ここで、保護膜１６は強誘電体膜１０より
もヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電体膜１０の
ヤング率（１．０Ｅ＋１１［Ｎ／ｍ2］）の１／２０以
下の物質で構成するのがよい。Here, the protective film 16 is a substance having a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film 10, preferably 1/20 or less of the Young's modulus (1.0E + 11 [N / m 2 ]) of the ferroelectric film 10. It should be composed of a substance.
【００３９】保護膜１６の厚みとアクチュエータの変位
量との関係を図７に示す。図示するように、保護膜１６
が強誘電体膜１０のヤング率の１／１０以上になると、
この保護膜１６の膜厚が厚くなると急激に変位量が減少
しているのが分かる。したがって、保護膜１６の膜厚形
成の自由度を考慮すると、前述のように保護膜１６は強
誘電体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成す
るのが望ましい。FIG. 7 shows the relationship between the thickness of the protective film 16 and the amount of displacement of the actuator. As shown, the protective film 16
Becomes 1/10 or more of the Young's modulus of the ferroelectric film 10,
It can be seen that the displacement amount sharply decreases as the thickness of the protective film 16 increases. Therefore, considering the degree of freedom in forming the film thickness of the protective film 16, it is desirable that the protective film 16 be made of a substance having a Young's modulus of 1/20 or less of the ferroelectric film 10 as described above.
【００４０】そして、このように保護膜１６を強誘電体
膜１０よりもヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電
体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成すれ
ば、保護膜１６が強誘電体膜１０の変位に追従して撓む
ようになるので、強誘電体膜１９に対する保護膜１６の
変位拘束を緩和することが可能になる。If the protective film 16 is made of a substance having a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film 10, preferably a substance having a Young's modulus of 1/20 or less of that of the ferroelectric film 10, the protective film 16 is formed. Is deformed following the displacement of the ferroelectric film 10, so that the displacement constraint of the protective film 16 with respect to the ferroelectric film 19 can be relaxed.
【００４１】ここで、強誘電体膜１０よりもヤング率の
小さい物質としては、たとえばポリイミド（ヤング率：
８．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ナイロン（ヤング率：
３．６Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ポリエチレン（ヤング
率：７．６Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）、天然ゴム（ヤング
率：１．０Ｅ＋０６［Ｎ／ｍ2］）、シリコーン（ヤン
グ率：２．１Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）などがある。ま
た、ゴム系材料としては、アクリル系、ウレタン系、塩
ビ系などがある。Here, as a substance having a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film 10, for example, polyimide (Young's modulus:
8.0E + 09 [N / m 2 ]), nylon (Young's modulus:
3.6E + 09 [N / m 2 ]), polyethylene (Young's modulus: 7.6E + 08 [N / m 2 ]), natural rubber (Young's modulus: 1.0E + 06 [N / m 2 ]), silicone (Young's modulus: 2) .1E + 08 [N / m 2 ]) and the like. Further, examples of the rubber-based material include acrylic-based, urethane-based, and vinyl chloride-based materials.
【００４２】なお、保護膜１６はこれらの何れか一つの
物質のみで構成することもできるが、２以上の物質を組
み合わせて構成することもできる。また、保護膜１６に
は、これら以外の物質であっても、強誘電体膜１０より
もヤング率の小さい種々の物質を適用することができ
る。The protective film 16 can be made of only one of these substances, but can also be made of a combination of two or more substances. Further, for the protective film 16, various substances having a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film 10 can be applied, other than these substances.
【００４３】保護膜１６の形成には、ディッピングと呼
ばれる浸漬法、刷毛塗り、スピンコート法、スプレー塗
布法など、種々の手法を用いることができる。To form the protective film 16, various methods such as dipping method called dipping, brush coating, spin coating method, spray coating method and the like can be used.
【００４４】図５に示すように、強誘電体素子において
は、個別電極３およびリード１５の存在しない部位Ｐで
は、保護膜１６は陥没形成されている。このようにすれ
ば、強誘電体膜１０の両端に位置する部位Ｐである保護
膜１６の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電体膜１
０に対する保護膜１６の変位拘束をより一層緩和するこ
とができる。更に、図６に示すように個別電極３および
リード１５の存在しない部位Ｐでの陥没個所の保護膜は
１７に示すように角がないようにＲ形状になるように陥
没形成されていてもよい。このように段差部底部が角を
もたないＲ形状に形成されていると、保護膜の段差部底
部の角の部分での応力集中が抑制され、保護膜のクラッ
ク（割れ）発生を防止可能になる。As shown in FIG. 5, in the ferroelectric element, the protective film 16 is recessed and formed at the portion P where the individual electrode 3 and the lead 15 do not exist. By doing so, the depressed portions of the protective film 16, which are the portions P located at both ends of the ferroelectric film 10, are easily bent, so that the ferroelectric film 1
The displacement constraint of the protective film 16 with respect to 0 can be further relaxed. Further, as shown in FIG. 6, the protective film at the depressed portion in the portion P where the individual electrode 3 and the lead 15 do not exist may be depressed so as to have an R shape so as to have no corner as shown in FIG. . When the bottom of the stepped portion is formed into an R shape having no corners in this manner, stress concentration at the corners of the bottom of the stepped portion of the protective film is suppressed, and cracking of the protective film can be prevented. become.
【００４５】但し、個別電極３およびリード１５の存在
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成することなく、
図８に示すように、当該部位を、個別電極３およびリー
ド１５が存在する部位と同じ高さに形成してもよい。図
５、６に示すように個別電極３およびリード１５の存在
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成すると強誘電体
膜１０の両端の端面での保護膜の厚みが薄くなりやす
く、強誘電体膜１０の端面を通して湿度などの外部環境
の影響を受けることがあった。図８に示すように陥没形
成することなく、当該部位を、個別電極３およびリード
１５が存在する部位と同じ高さに形成することにより、
強誘電体膜１０の前記端面での問題がなくなり、外部環
境の影響から確実に遮断可能になる。However, without forming the protective film 16 at the portion P where the individual electrode 3 and the lead 15 do not exist by depression,
As shown in FIG. 8, the site may be formed at the same height as the site where the individual electrode 3 and the lead 15 are present. As shown in FIGS. 5 and 6, when the protective film 16 is formed by recessing in the portion P where the individual electrode 3 and the lead 15 do not exist, the thickness of the protective film on both end faces of the ferroelectric film 10 tends to be thin, and the ferroelectric film 10 Through the end surface of the body membrane 10, it may be affected by the external environment such as humidity. As shown in FIG. 8, by forming the site at the same height as the site where the individual electrode 3 and the lead 15 exist without forming a depression,
The problem on the end face of the ferroelectric film 10 is eliminated, and it is possible to surely shield from the influence of the external environment.
【００４６】以上説明した本実施の形態では、本発明の
強誘電体素子をインクジェット式記録装置のインク吐出
に用いられるアクチュエータに適用した場合について説
明したが、圧電ジャイロ等の圧電素子応用センサや、強
誘電体材料の焦電性を利用した温度センサ等に用いるな
ど、他の種々の用途に適用することが可能である。In the present embodiment described above, the case where the ferroelectric element of the present invention is applied to an actuator used for ink ejection of an ink jet type recording apparatus has been described. However, a piezoelectric element applied sensor such as a piezoelectric gyro, or It can be applied to various other uses such as a temperature sensor using the pyroelectric property of a ferroelectric material.
【００４７】また、本実施の形態では、説明の便宜上、
個別電極を第２の電極とし、共通電極を第１の電極とし
たが、個別電極を第１の電極とし、共通電極を第２の電
極としてもよい。Further, in the present embodiment, for convenience of explanation,
Although the individual electrode is the second electrode and the common electrode is the first electrode, the individual electrode may be the first electrode and the common electrode may be the second electrode.
【００４８】なお、以上説明した強誘電体素子を用いた
アクチュエータによれば、安定した変位動作を行うこと
が可能になり、このようなアクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行う
ことが可能になる。そして、このようなインクジェット
ヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安
定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能
になる。The actuator using the ferroelectric element described above makes it possible to perform a stable displacement operation, and the ink jet head using such an actuator allows stable ink ejection. It will be possible to do. Then, according to the ink jet type recording apparatus including such an ink jet head, it is possible to perform high quality printing by stable ink ejection.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、強誘電
体素子は保護膜で完全に被覆されてしまうので、外部環
境の影響を確実に遮断することが可能になるという有効
な効果が得られる。As described above, according to the present invention, since the ferroelectric element is completely covered with the protective film, it is possible to reliably shield the influence of the external environment. Is obtained.
【００５０】また、保護膜を強誘電体膜よりもヤング率
の低い物質、たとえば強誘電体膜のヤング率の１／２０
以下の物質で構成すれば、保護膜が強誘電体膜の変位に
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になるという有効な
効果が得られる。Further, the protective film is made of a substance having a Young's modulus lower than that of the ferroelectric film, for example, 1/20 of the Young's modulus of the ferroelectric film.
If it is composed of the following substances, the protective film will bend following the displacement of the ferroelectric film, so the effective effect that the displacement constraint of the protective film with respect to the ferroelectric film can be relaxed is obtained. To be
【００５１】さらに、第２の電極およびリードの存在し
ない部位で保護膜を陥没形成すれば、強誘電体膜の両端
に位置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強
誘電体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和する
ことが可能になるという有効な効果が得られる。Further, if the protective film is formed in a depressed portion at the portion where the second electrode and the lead are not present, the depressed portions of the protective film located at both ends of the ferroelectric film are easily bent, so that the ferroelectric film is protected. An effective effect that the displacement constraint of the film can be further relaxed is obtained.
【００５２】このような強誘電体素子をアクチュエータ
に用いることにより、安定した変位動作を行うことが可
能になるという有効な効果が得られる。By using such a ferroelectric element as an actuator, an effective effect that a stable displacement operation can be performed can be obtained.
【００５３】このようなアクチュエータをインクジェッ
トヘッドに用いることにより、安定したインク吐出を行
うことが可能になるという有効な効果が得られる。By using such an actuator in the ink jet head, it is possible to obtain an effective effect that stable ink ejection can be performed.
【００５４】そして、このようなインクジェットヘッド
を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定した
インク吐出による高品質な印字を行うことが可能になる
という有効な効果が得られる。According to the ink jet recording apparatus equipped with such an ink jet head, it is possible to obtain an effective effect that high quality printing can be performed by stable ink ejection.
【図１】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用
いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示
す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an ink jet recording apparatus using a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のインクジェット式記録装置におけるイン
クジェットヘッドの全体構成を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the overall configuration of an inkjet head in the inkjet recording apparatus of FIG.
【図３】図２の要部を示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing a main part of FIG.
【図４】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の要部の一例を示す平面図FIG. 4 is a plan view showing an example of a main part of an actuator section of the inkjet head shown in FIG.
【図５】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の一例を示す断面図5 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of an actuator unit of the inkjet head of FIG.
【図６】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の他の一例を示す断面図6 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the actuator unit of the inkjet head of FIG.
【図７】本発明の一実施の形態である強誘電体素子をア
クチュエータとして用いた場合における保護膜と変位量
との関係を示すグラフFIG. 7 is a graph showing a relationship between a protective film and a displacement amount when a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention is used as an actuator.
【図８】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の他の一例を示す断面図8 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the actuator section of the inkjet head of FIG.
３ 個別電極（第２の電極） １０ 強誘電体膜 １１ 共通電極（第１の電極） １５ リード １６ 保護膜 １７ 陥没部分保護膜底部 ４１ インクジェットヘッド ４０ インクジェット式記録装置 3 Individual electrodes (second electrode) 10 Ferroelectric film 11 Common electrode (first electrode) 15 leads 16 Protective film 17 Bottom of protective film 41 inkjet head 40 Inkjet recording device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ (72)発明者 近縄 一成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AF93 AG44 AP02 AP15 AP58 BA04 BA14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme Coat (reference) H01L 41/187 B41J 3/04 103H (72) Inventor Issei Konnawa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Denki Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 2C057 AF65 AF93 AG44 AP02 AP15 AP58 BA04 BA14
Claims (8)
極への給電を行うリードと、 前記強誘電体膜および前記第２の電極の露出部全体を覆
い、且つ前記リードの少なくとも一部を覆う保護膜とを
有することを特徴とする強誘電体素子。1. A first electrode, a ferroelectric film formed on the first electrode, a second electrode formed on the ferroelectric film, and the same as the second electrode. A lead formed on a flat surface for supplying power to the second electrode; and a protective film covering the entire exposed portion of the ferroelectric film and the second electrode and at least a part of the lead. A ferroelectric element having.
率の小さい物質で構成されていることを特徴とする請求
項１記載の強誘電体素子。2. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the protective film is made of a substance having a Young's modulus smaller than that of the ferroelectric film.
リエチレン、天然ゴムおよびシリコーンの少なくとも何
れかを含む物質で構成されていることを特徴とする請求
項２記載の強誘電体素子。3. The ferroelectric element according to claim 2, wherein the protective film is made of a material containing at least one of polyimide, nylon, polyethylene, natural rubber and silicone.
１／２０以下の物質で構成されていることを特徴とする
請求項２記載の強誘電体素子。4. The ferroelectric element according to claim 2, wherein the protective film is made of a material having a Young's modulus of 1/20 or less of that of the ferroelectric film.
ない部位では、前記保護膜は陥没形成されていることを
特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の強誘電体
素子。5. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the protective film is recessed at a portion where the second electrode and the lead do not exist. .
体素子が用いられていることを特徴とするアクチュエー
タ。6. An actuator comprising the ferroelectric element according to any one of claims 1 to 5.
する複数の圧力室とを備えたことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。7. An ink jet head, comprising: the actuator according to claim 6; and a plurality of pressure chambers in which an ink liquid is contained and on which the displacement of the actuator acts.
えたことを特徴とするインクジェット記録装置。8. An inkjet recording apparatus comprising the inkjet head according to claim 7.
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