JP2010214633A - Piezoelectric actuator, liquid droplet delivering head, liquid droplet head cartridge, liquid droplet delivering apparatus, micro-pump, and method for manufacturing piezoelectric actuator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator capable of obtaining stable droplet delivering characteristics by eliminating inferior operation caused by changes in external environment of a thin film piezoelectric element and performing high-quality recording with a high reliability. <P>SOLUTION: In the piezoelectric actuator having a vibrating plate 20 laminated on a substrate 11 and generating a pressure in the bending direction of the vibrating plate 20, the vibrating plate 20 comprises a piezoelectric body film 24 separated into a plurality of channels, a pair of electrode films laminated on both face sides of the piezoelectric body film 24, applying an electric voltage on the piezoelectric body film 24 to perform a bending vibration, and a layer consisting of gaps 14 sealed into vacuum and bulkheads 15 pinching respective gaps 14 corresponding to the channels of the piezoelectric body film 24 provided between one substrate side 11 of a pair of the electrode films and the substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電型アクチュエータに関し、特に、圧電素子に薄膜の圧電体膜を用いた圧電型アクチュエータ、これを用いた液適吐出ヘッド、液滴ヘッドカートリッジ、液適吐出装置、マイクロポンプ、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, and in particular, a piezoelectric actuator using a thin piezoelectric film as a piezoelectric element, an appropriate liquid discharge head, a liquid droplet head cartridge, a liquid appropriate discharge device, a micropump using the same It relates to a manufacturing method.

液滴吐出装置（以下、インクジェットプリンタ）は、記録ヘッド（インクジェットヘッド）に設けた吐出口（ノズル）からインクを吐出させて紙等の被記録材に付着させることにより各種情報を記録するものである。このようなインクジェットプリンタは騒音の発生が少なく、かつ高速記録が可能で、被記録材の選択範囲が広い等の多くの利点を有している。
このようなインクジェットヘッドの中で、圧電効果のエネルギーで振動板を駆動しインクに作用させて吐出口からインクを吐出させるタイプの記録ヘッドは、省エネルギーで記録信号に対する応答性が良く、またノズルの高密度マルチ化が容易である等の利点を有している。また圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電型アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電型アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。 A droplet discharge device (hereinafter referred to as an ink jet printer) records various information by discharging ink from a discharge port (nozzle) provided in a recording head (ink jet head) and attaching it to a recording material such as paper. is there. Such an ink jet printer has many advantages such as low noise generation, high speed recording, and a wide selection range of recording materials.
Among such inkjet heads, the type of recording head that drives the diaphragm with the energy of the piezoelectric effect and acts on the ink to eject the ink from the ejection port is energy-saving and has a good response to the recording signal. There are advantages such as easy high-density multi-sizing. In addition, there are two types in practical use, one using a piezoelectric actuator in a longitudinal vibration mode that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and one using a piezoelectric actuator in a flexural vibration mode.

ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきた。また、同時に、より高い印字品質を求めての高精細化が必要となってきている。そうした場合、従来から多く使用されてきた焼結体を圧電素子として用いるのではなく、焼結体に比べて著しく体積を小さくすることができる薄膜圧電素子を用いるのが好適である。
その理由は、焼結体で作製された圧電素子の膜厚は数１０μｍと薄膜圧電素子の３μｍ程度と比べて厚くせざるを得ず、フォトリソグラフィ技術を用いてのエッチングの精度に限界があるからである。所定のエッチングを精度良く行うには、線幅はその膜厚以下にしなければならず、膜厚の薄い薄膜圧電素子を用いることで精度の高い微細加工が可能となる。薄膜圧電素子、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）膜を形成する方法としては、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition Chemical Vapor Deposition）法（化学蒸着法）、ゾルゲル法などがあり、成膜条件の調節や熱処理条件の工夫によって高性能の薄膜圧電素子が得られるようになってきた。 By the way, with recent miniaturization of electronic devices, miniaturization of piezoelectric elements has been strongly demanded. At the same time, higher definition is required for higher print quality. In such a case, it is preferable to use a thin film piezoelectric element that can be remarkably reduced in volume as compared with the sintered body, instead of using a sintered body that has been conventionally used as a piezoelectric element.
The reason is that the thickness of the piezoelectric element made of a sintered body must be several tens of μm, which is about 3 μm that of a thin film piezoelectric element, and the accuracy of etching using photolithography technology is limited. Because. In order to perform predetermined etching with high accuracy, the line width must be equal to or less than the film thickness, and by using a thin film piezoelectric element having a thin film thickness, highly accurate fine processing is possible. Thin film piezoelectric elements, such as PZT (lead zirconate titanate) film, include sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition Chemical Vapor Deposition), and sol-gel methods. High-performance thin-film piezoelectric elements have been obtained by adjusting the temperature and devising heat treatment conditions.

ところが、圧電素子を湿度の高い雰囲気に長時間さらされた状態で高電圧を印加すると、圧電素子の電気絶縁性が低下して絶縁破壊が起こる。このような現象は、圧電素子における信頼性上の大きな問題の１つとされてきた。特に、膜厚が薄いために異物の影響を受け易い薄膜圧電素子を用いる方が、膜厚の厚い焼結体を圧電素子に用いるよりも絶縁破壊が起こり易くなる。
そこで、この水分の影響を極力抑え、高い信頼性を確保する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、乾燥した流体を圧電素子が形成された流路基板と封止キャップ内で作る空間に封入する方法（例えば、特許文献１参照）、発熱手段を併用して圧電素子を含んだ密閉空間に乾燥剤を封入する方法（例えば、特許文献２参照）、圧電素子を絶縁性液体が含浸されている保護部材で覆う方法などが提案されている。 However, when a high voltage is applied in a state where the piezoelectric element is exposed to a high humidity atmosphere for a long time, the electrical insulation of the piezoelectric element is reduced and dielectric breakdown occurs. Such a phenomenon has been regarded as one of the major problems in reliability of piezoelectric elements. In particular, the use of a thin film piezoelectric element that is easily affected by foreign substances because of its thin film thickness is more likely to cause dielectric breakdown than when a thick sintered body is used for the piezoelectric element.
Therefore, various methods have been proposed as a method for suppressing the influence of moisture as much as possible and ensuring high reliability. For example, a method in which a dried fluid is sealed in a space formed in a sealing cap and a flow path substrate on which a piezoelectric element is formed (see, for example, Patent Document 1), and heat generation means is used in combination in a sealed space including a piezoelectric element. There have been proposed a method of encapsulating a desiccant (for example, see Patent Document 2), a method of covering a piezoelectric element with a protective member impregnated with an insulating liquid, and the like.

しかしながら、従来の封止方法では、長期信頼性に関して十分なインクジェットヘッドを提供できるとは言い難い。薄膜圧電素子は、露点で−４０℃以下の低湿度状態で動作させなければ絶縁破壊の発生を完全に抑えることはできないと言われており、上述した従来の封止方法ではこの露点−４０℃以下の環境を長時間保つことはできず、最終的には絶縁破壊が起きてしまう。そのため、このインクジェットヘッドを搭載した記録装置は、製品寿命が短く、信頼性の乏しいものになる。
乾燥流体を封入する封止方法を開示している特許文献１においては、封止初期は水分の影響を完全に取り除くことができるが、長期間その状態を維持することはできない。また、時間の経過と共に封止キャップを接続している接着樹脂から水分が浸入して来るため、初期の低湿度状態を保てなくなる。水分透湿率の低い樹脂を採用することで水分の透過量を低減することができるが、樹脂の水分透過率を完全に抑えることは難しく、結局は水分の影響を受けることとなり、絶縁破壊が起きてリーク電流が流れる。 However, it is difficult to say that the conventional sealing method can provide a sufficient inkjet head with respect to long-term reliability. It is said that a thin film piezoelectric element cannot completely suppress the occurrence of dielectric breakdown unless it is operated in a low humidity state with a dew point of −40 ° C. or less. In the conventional sealing method described above, this dew point is −40 ° C. The following environment cannot be maintained for a long time, and eventually dielectric breakdown occurs. Therefore, a recording apparatus equipped with this inkjet head has a short product life and poor reliability.
In Patent Document 1, which discloses a sealing method for enclosing a dry fluid, the influence of moisture can be completely removed at the initial stage of sealing, but the state cannot be maintained for a long time. In addition, since moisture enters from the adhesive resin connected to the sealing cap with time, the initial low humidity state cannot be maintained. By adopting a resin with low moisture permeability, it is possible to reduce the amount of moisture permeation, but it is difficult to completely suppress the moisture permeability of the resin, and eventually it will be affected by moisture, resulting in dielectric breakdown. Wake up and leak current flows.

特許文献２に開示されている方法は、特許文献１に開示されている方法と比べると、進入してきた水分を吸湿剤により除去できるので、その分長時間の信頼性を確保できる。しかし、乾燥剤と発熱手段との併用となるため、構造が複雑化し、小型化に対応できない。また、例として挙げられているシリカゲル、消石灰、ＭｇＦ２等の吸湿剤では乾燥性能、乾燥能力共に性能が低い為、圧電素子のリーク電流を完全に抑えることができる露点−４０℃の環境を長時間保持することが難しい。
このように、これまでに提案された方法では、高信頼性を満足できてしかも構造が複雑化せず小型化が可能なインクジェットヘッドを実現することは困難であった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、薄膜圧電素子の外部環境の変化に起因する動作不良を解消して安定した滴吐出特性が得られ、信頼性の高い高画質記録が可能であり、かつその製造方法が複雑とならない圧電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、これを一体化した液体カートリッジ、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。 Compared with the method disclosed in Patent Document 1, the method disclosed in Patent Document 2 can remove moisture that has entered by using a hygroscopic agent, and thus can ensure long-term reliability. However, since the desiccant and the heat generating means are used in combination, the structure becomes complicated and it is impossible to cope with downsizing. In addition, the hygroscopic agents such as silica gel, slaked lime, and MgF2, which are mentioned as examples, have low performance in both drying performance and drying capacity, so the environment with a dew point of -40 ° C that can completely suppress the leakage current of the piezoelectric element is long Difficult to hold.
As described above, with the methods proposed so far, it has been difficult to realize an ink jet head that can satisfy high reliability and can be downsized without complicating the structure.
The present invention has been made in view of the above problems, eliminates malfunctions caused by changes in the external environment of the thin film piezoelectric element, provides stable droplet ejection characteristics, and enables high-quality recording with high reliability. An object of the present invention is to provide a liquid droplet ejection head including a piezoelectric actuator that does not complicate the manufacturing method, a liquid cartridge in which the liquid droplet integration head is integrated, and an image forming apparatus equipped with the liquid droplet ejection head or the liquid cartridge. And

以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、基板上に積層された振動板が、電圧を印加されて撓み振動をすることで該撓み方向に圧力を発生する圧電型アクチュエータであって、前記振動板は、複数のチャネルに分離された圧電体膜と、該圧電体膜の両面側に積層され、前記圧電体膜に電圧を印加して撓み振動をさせるための一対の電極膜と、該一対の電極膜のうちの前記基板側の一方及び前記基板の間に設けた、前記圧電体膜の前記チャネルに対応する、減圧に密封形成した空隙部及び各空隙部をはさむ隔壁からなる層と、を有する圧電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電型アクチュエータにおいて、前記振動板は、各空隙部を連通する連通路を備えている圧電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の圧電型アクチュエータにおいて、各空隙部を封止する封止口を備えている圧電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の圧電型アクチュエータにおいて、前記封止口を封止する封止材は、酸化膜及び窒化膜からなる群から選択される圧電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電型アクチュエータにおいて、前記空隙部には不活性ガスが充填してある圧電型アクチュエータを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a piezoelectric actuator in which a diaphragm laminated on a substrate generates a pressure in the bending direction by applying a voltage to bend and vibrate. The diaphragm includes a piezoelectric film separated into a plurality of channels and a pair of electrode films laminated on both sides of the piezoelectric film to apply a voltage to the piezoelectric film to cause flexural vibration. And a gap formed between one of the pair of electrode films on the substrate side and the substrate, corresponding to the channel of the piezoelectric film, hermetically sealed at a reduced pressure, and a partition wall sandwiching each gap And a piezoelectric actuator having a layer.
According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric actuator according to the first aspect, the diaphragm is characterized in that the diaphragm is provided with a communication path that communicates each gap.
According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric actuator according to the first or second aspect, the piezoelectric actuator includes a sealing port for sealing each gap.
According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric actuator according to the third aspect, the sealing material for sealing the sealing port is a piezoelectric actuator selected from the group consisting of an oxide film and a nitride film. And
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric actuator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the void portion is filled with an inert gas.

また、請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電型アクチュエータ及び前記基板からなるアクチュエータ基板と、前記圧電体膜の各チャネルに対応する複数の圧力発生室を有する液室基板と、前記圧力発生室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を備える液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴ヘッドカートリッジを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項７に記載の液滴ヘッドカートリッジを備えた液滴吐出装置を特徴とする。
また、請求項１０の発明は、振動板の変形によって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電型アクチュエータを具備するマイクロポンプを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an actuator substrate comprising the piezoelectric actuator according to any one of the first to fifth aspects and the substrate, and a plurality of pressure generating chambers corresponding to the respective channels of the piezoelectric film. It is characterized by a droplet discharge head comprising a liquid chamber substrate having a nozzle plate having a nozzle hole communicating with the pressure generating chamber.
According to a seventh aspect of the invention, there is provided a droplet head cartridge including the droplet discharge head according to the sixth aspect.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge device including the droplet discharge head according to the sixth aspect.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge device including the droplet head cartridge according to the seventh aspect.
A tenth aspect of the present invention is a micropump that transports a liquid by deformation of a vibration plate, and is characterized by a micropump including the piezoelectric actuator according to any one of the first to fifth aspects.

また、請求項１１の発明は、請求項１乃至５に記載の圧電型アクチュエータの製造方法であって、前記基板上にベースとなる酸化膜を形成し、前記酸化膜の上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングした溝に酸化膜を埋め込む工程と、前記酸化膜に対し、前記固定電極、前記圧電体膜及び前記上部電極を順次積層形成すると共にパターニングして前記圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体膜から前記犠牲層にかけてエッチングホールを形成し、前記犠牲層を除去して前記空隙部を形成すると共に前記エッチングホールを封止する工程と、を有する圧電型アクチュエータの製造方法を特徴とする。
また、請求項１２の発明は、請求項１１に記載の圧電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層を除去する工程は、前記エッチングホールから前記犠牲層を除去して前記エッチングホールを封止する時に前記空隙部に不活性ガスを注入する工程を含む圧電型アクチュエータの製造方法を特徴とする。
また、請求項１３の発明は、請求項１１又は１２に記載の圧電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層が多結晶シリコンである圧電型アクチュエータの製造方法を特徴とする。 The invention according to claim 11 is the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein an oxide film serving as a base is formed on the substrate, and a sacrificial layer is formed on the oxide film. A step of embedding an oxide film in the groove obtained by etching the sacrificial layer, and sequentially stacking and patterning the fixed electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode on the oxide film, and patterning the piezoelectric film. And a step of forming an etching hole from the piezoelectric film to the sacrificial layer, removing the sacrificial layer to form the gap, and sealing the etching hole. The manufacturing method is characterized.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a piezoelectric actuator according to the eleventh aspect, the step of removing the sacrificial layer removes the sacrificial layer from the etching hole and seals the etching hole. It is characterized by a method of manufacturing a piezoelectric actuator that sometimes includes a step of injecting an inert gas into the gap.
A thirteenth aspect of the invention is characterized in that in the piezoelectric actuator manufacturing method according to the eleventh or twelfth aspect, the sacrificial layer is made of polycrystalline silicon.

本発明に係る圧電型アクチュエータによれば、圧電素子の変形を阻害しない空間を負圧にすることにより水蒸気圧も低下するため耐湿効果が生まれ、また圧電素子が外部と遮断され、湿度等の外部環境による動作不良を防止できる。さらに圧電素子の信頼性向上が見込め、製品寿命を長くすることができる。   According to the piezoelectric actuator according to the present invention, the moisture pressure is reduced by reducing the water vapor pressure by making the space that does not inhibit the deformation of the piezoelectric element negative, and the piezoelectric element is cut off from the outside. It can prevent malfunction due to the environment. Further, the reliability of the piezoelectric element can be expected, and the product life can be extended.

本発明の圧電型アクチュエータを圧力発生手段として使用した液滴吐出ヘッドの構成の一例を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of a droplet discharge head using the piezoelectric actuator of the present invention as pressure generating means. 本実施形態の液滴吐出ヘッドの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a droplet discharge head according to the present embodiment. 本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention. 本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention. 本発明の第２の実施形態係る圧電型アクチュエータの透視状態平面図。The perspective state top view of the piezoelectric actuator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面図。Sectional drawing of the droplet discharge head which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係る液体カートリッジを示す図。The figure which shows the liquid cartridge concerning this invention. 本発明に係るインクジェット記録装置の機構の一例を示す図。1 is a diagram illustrating an example of a mechanism of an ink jet recording apparatus according to the present invention. 本発明に係るインクジェット記録装置の機構の一例を示す図。1 is a diagram illustrating an example of a mechanism of an ink jet recording apparatus according to the present invention. 本発明の構成を適用したマイクロポンプの構成を示す図。The figure which shows the structure of the micropump to which the structure of this invention is applied.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の圧電型アクチュエータを圧力発生手段として使用した液滴吐出ヘッドの構成の一例を示す分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、アクチュエータ基板１０、液室基板３０、ノズル板４０から主に構成されている。
これらに加えて、後述するように、図示しないフレーム、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、ドライバーＩＣを備えることで、インクカートリッジとして機能する。
以下に、本実施形態の液滴吐出ヘッドを構成する各構成について説明する。
ノズル板４０は、紙面Ｐ側に、例えば撥水膜をコーティングしたポリイミドフィルムであり、液滴を吐出するためのノズル孔４１を有している。なお、このノズル孔４１は、ノズル板４０を液室基板３０に接着したのち、レーザ加工にて開口したものである。
次に、液室基板３０は、結晶軸が＜１１０＞のシリコン基板を用い、ノズル板４０とは反対側の面に、液供給路１６を介して図示しないインクタンクから吐出液（インク）を供給される共通液室３１、流体抵抗部３２、ノズル孔４１からインクを吐出する圧力が発生される圧力発生室３３が形成されている。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of a droplet discharge head using the piezoelectric actuator of the present invention as pressure generating means.
As shown in FIG. 1, the droplet discharge head according to the present embodiment mainly includes an actuator substrate 10, a liquid chamber substrate 30, and a nozzle plate 40.
In addition to these, as will be described later, a frame, an FPC (Flexible Printed Circuit), and a driver IC (not shown) function as an ink cartridge.
Below, each structure which comprises the droplet discharge head of this embodiment is demonstrated.
The nozzle plate 40 is, for example, a polyimide film coated with a water-repellent film on the paper surface P side, and has a nozzle hole 41 for discharging droplets. The nozzle holes 41 are opened by laser processing after the nozzle plate 40 is bonded to the liquid chamber substrate 30.
Next, the liquid chamber substrate 30 uses a silicon substrate having a crystal axis of <110>, and discharge liquid (ink) from an ink tank (not shown) via a liquid supply path 16 on the surface opposite to the nozzle plate 40. A pressure generating chamber 33 is formed in which a pressure for ejecting ink from the common liquid chamber 31 to be supplied, the fluid resistance portion 32, and the nozzle hole 41 is generated.

また、ノズル孔４１と圧力発生室３３を連通させるための連通管３４が液室基板３０を貫通させて形成されている。このような構成とすることにより、液室基板３０の基板厚みよりも圧力発生室３３の高さを低くすることができ、ハンドリングの容易な厚さの基板を用いたまま、圧力発生室３３の高さを吐出特性面から最適化することが可能となっている。また、結晶軸が＜１１０＞のシリコン基板を用いているので、公知のごとく、圧力発生室等を異方性エッチングにて高精度に加工することが可能となっている。
また、圧力発生室３３その他を形成後、熱酸化により表面に酸化膜を形成し、濡れ性の向上とインクによる基材であるシリコンの腐食防止を図っている。このとき、図示は省略したが、液室基板３０のノズル接着面側には、ダミーパターンを設けておくことで、熱酸化後に酸化膜の内部応力により基板が反ることを防止している。
アクチュエータ基板１０では、結晶軸が＜１００＞のシリコン基板を用い、液室基板３０の圧力発生室３３内に圧力を発生させる圧電型アクチュエータとしての積層振動板２０がシリコン基板１１上に形成されている。 Further, a communication pipe 34 for communicating the nozzle hole 41 and the pressure generating chamber 33 is formed through the liquid chamber substrate 30. By adopting such a configuration, the height of the pressure generating chamber 33 can be made lower than the substrate thickness of the liquid chamber substrate 30, and the pressure generating chamber 33 can be maintained while using a substrate with a thickness that is easy to handle. The height can be optimized from the viewpoint of ejection characteristics. Further, since a silicon substrate having a crystal axis of <110> is used, as is well known, the pressure generating chamber and the like can be processed with high accuracy by anisotropic etching.
Further, after forming the pressure generating chamber 33 and others, an oxide film is formed on the surface by thermal oxidation to improve wettability and prevent corrosion of silicon as a base material by ink. At this time, although not shown, a dummy pattern is provided on the nozzle bonding surface side of the liquid chamber substrate 30 to prevent the substrate from warping due to internal stress of the oxide film after thermal oxidation.
In the actuator substrate 10, a silicon substrate having a crystal axis of <100> is used, and a laminated diaphragm 20 as a piezoelectric actuator that generates pressure in the pressure generation chamber 33 of the liquid chamber substrate 30 is formed on the silicon substrate 11. Yes.

また、積層振動部２０においては、各ノズル孔４１に対応したチャネルの振動領域を確保するために隔壁１５によって隔てられた空隙部１４が形成されている。
このように空隙部１４を隔壁１５によって隔てられる構成としたことにより、積層振動部２０が振動することで発生する空隙側への圧力変化が、隔壁により遮断され、特に隣接するチャネル同士の圧電振動の影響が発生しにくくなる効果がある。
また、各空隙部１４は、連通部２８を介して連通している。
隔壁の存在によって、空隙が狭くなることで発生するダンパー効果によって振動特性に影響を与えるようになってしまうが、連通部２８を設けることにより、空隙をできるだけ広くとることができ、振動特性への影響を抑えることが可能になる。また、連通部２８を設けることで、空隙部を形成した後の工程でも負圧を形成することができるため、工程の自由度が向上する。 Further, in the laminated vibration portion 20, a gap portion 14 separated by a partition wall 15 is formed in order to secure a vibration region of a channel corresponding to each nozzle hole 41.
By adopting a configuration in which the gap portion 14 is separated by the partition wall 15 in this way, the pressure change to the gap side generated by the vibration of the laminated vibration portion 20 is blocked by the partition wall, and in particular, piezoelectric vibration between adjacent channels. This has the effect of making it difficult for effects to occur.
In addition, each gap portion 14 communicates with the communication portion 28.
Due to the presence of the partition walls, the vibration characteristics are affected by the damper effect generated by the narrowing of the air gap. However, by providing the communication portion 28, the air gap can be made as wide as possible and the vibration characteristics can be improved. It becomes possible to suppress the influence. In addition, by providing the communication portion 28, the negative pressure can be formed even in the process after the formation of the gap, so that the degree of freedom of the process is improved.

図２は、本実施形態の液滴吐出ヘッドの断面図である。（ａ）は、ノズル孔から共通液室の方向における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ線における断面図である。
図２（ｂ）に示すように、振動板（圧電型アクチュエータ）２０は、圧電体膜２３、その両面側に設けた固定電極膜２２及び上部電極膜２４からなる圧電素子２７、空隙部１４から主に形成されている。低消費電力でＭＥＭＳ加工技術を用いて高集積加工が可能である。
また、図２（ａ）に示すように、アクチュエータ基板１０のノズル・液室側と反対の面（以後裏面とする）側から吐出液を供給するため、液供給路１６がシリコン基板１１を貫通して共通液室３１まで形成されている。
なお、上述のように本実施例においては、積層振動板２０は積層膜で形成されていて、空隙部１４側から、以下の６層からなっている。
・空隙側絶縁膜２１（酸化シリコン膜）：圧電素子２７の保護膜になる。あるいは空隙を形成するため犠牲層エッチング（後述する）時のストップ層の役目になる。
・固定電極層２２（白金／チタン）
・圧電体膜２３（ＰＺＴ）：電圧印加により振動板をたわみ振動させ、圧力発生室３３内に圧力を発生させる。
・上部電極層２４（白金）
・引っ張り応力膜２５（窒化シリコン膜）：振動板２０を全体として引っ張り応力とすることで、撓まず張った状態にする。および駆動時の反発力確保。
・犠牲層除去孔封止膜２６（酸化シリコン膜）：後述の犠牲層除去孔の封止。引っ張り応力膜２５（窒化シリコン膜）の割れ防止も兼ねている。接液膜としての機能もある。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head of this embodiment. (A) is sectional drawing in the direction of a common liquid chamber from a nozzle hole, (b) is sectional drawing in the XX line in (a).
As shown in FIG. 2B, the diaphragm (piezoelectric actuator) 20 includes a piezoelectric film 23, a piezoelectric element 27 including a fixed electrode film 22 and an upper electrode film 24 provided on both sides of the piezoelectric film 23, and a gap portion 14. It is mainly formed. Highly integrated processing is possible using MEMS processing technology with low power consumption.
Further, as shown in FIG. 2A, the liquid supply path 16 penetrates the silicon substrate 11 in order to supply the discharge liquid from the side opposite to the nozzle / liquid chamber side (hereinafter referred to as the back side) of the actuator substrate 10. Thus, the common liquid chamber 31 is formed.
As described above, in this embodiment, the laminated diaphragm 20 is formed of a laminated film, and includes the following six layers from the gap portion 14 side.
Air gap side insulating film 21 (silicon oxide film): A protective film for the piezoelectric element 27. Alternatively, it serves as a stop layer at the time of sacrificial layer etching (described later) to form a void.
・ Fixed electrode layer 22 (platinum / titanium)
Piezoelectric film 23 (PZT): The diaphragm is flexibly vibrated by applying a voltage to generate pressure in the pressure generation chamber 33.
-Upper electrode layer 24 (platinum)
-Tensile stress film 25 (silicon nitride film): By making the diaphragm 20 as a tensile stress as a whole, the diaphragm 20 is not bent and is stretched. Ensuring repulsive force when driving.
Sacrificial layer removal hole sealing film 26 (silicon oxide film): Sealing of a sacrificial layer removal hole described later. It also serves to prevent cracking of the tensile stress film 25 (silicon nitride film). There is also a function as a wetted film.

本実施例では省略したが、公知のごとく、上部電極層（白金）２４と引っ張り応力膜２５の間に振動板撓み防止膜として酸化シリコン膜を設ける場合もある。
また、固定電極層２２とシリコン基板１１の間にも基板絶縁膜１２として酸化シリコン膜が形成され、固定電極層２２とシリコン基板１１間の絶縁を確保している。
空隙部１４および連通路２８は、ポリシリコンを犠牲層に用いた犠牲層プロセスにて形成した。犠牲層除去孔やその周囲の詳細構造については図示していない。
なお、犠牲層はポリシリコンにて形成されているが、先に述べたように、空隙（となる部分）に面している部分は絶縁膜として設けたシリコン酸化膜で覆われているので、ポリシリコンとシリコン酸化膜で十分な選択性な選択性を有するエッチャント、例えばＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド））水溶液を用いて犠牲層除去を行うことにより、犠牲層除去時にエッチングされることは無い。
また、上部電極膜２４と固定電極膜２２のどちらか一方をノズル（チャネル）毎に分離した個別電極、他方を複数ノズル（チャネル）、例えば全ノズル（チャネル）、で共通の共通電極とすることで、吐出させるノズル（チャネル）の選択が可能であるが、上部電極膜２４側を共通電極、固定電極膜２２側を個別電極としてもよい。
なお、共通電極は、図１に示す共通電極用の引きだし線１７、個別電極用の各引き出し線１８に接続されて、電極パッド１９に接続されたＦＰＣを介して図示しない電源から電力を供給される構成である。 Although omitted in the present embodiment, as is well known, a silicon oxide film may be provided between the upper electrode layer (platinum) 24 and the tensile stress film 25 as a diaphragm deflection preventing film.
A silicon oxide film is also formed between the fixed electrode layer 22 and the silicon substrate 11 as the substrate insulating film 12 to ensure insulation between the fixed electrode layer 22 and the silicon substrate 11.
The gap 14 and the communication path 28 were formed by a sacrificial layer process using polysilicon as a sacrificial layer. The sacrificial layer removal hole and the detailed structure around it are not shown.
Although the sacrificial layer is formed of polysilicon, as described above, the portion facing the air gap (the portion to become) is covered with a silicon oxide film provided as an insulating film. Etching at the time of sacrificial layer removal by removing the sacrificial layer using an etchant having sufficient selectivity between polysilicon and silicon oxide film, for example, TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) solution It is never done.
Also, either one of the upper electrode film 24 and the fixed electrode film 22 is an individual electrode separated for each nozzle (channel), and the other is a common electrode common to a plurality of nozzles (channels), for example, all nozzles (channels). Thus, it is possible to select a nozzle (channel) to be discharged, but the upper electrode film 24 side may be a common electrode and the fixed electrode film 22 side may be an individual electrode.
The common electrode is connected to the common electrode lead wire 17 and the individual electrode lead wire 18 shown in FIG. 1, and is supplied with power from a power source (not shown) via the FPC connected to the electrode pad 19. This is a configuration.

図３、図４は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する図である。
本発明の一態様に係る圧電型アクチュエータは以下のような方法にて製造することができる。
ここで、シリコン単結晶基板からなるシリコン基板１１上に圧電素子２７及び耐湿負圧空隙を形成するプロセスを、図３を参照しながら説明する。なお、図３は、圧力発生室３３の幅方向の断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１にはシリコン単結晶基板（例えば＜１００＞）を用い、シリコン基板１１に熱酸化膜（約１１００℃ ０．５ｕｍ）を形成する。これが基板絶縁膜１２となる。
その上にさらに犠牲層膜１３（例えばＬＰＣＶＤポリシリコン０．５ｕｍ）を形成する。犠牲層膜１３の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、犠牲層膜１３を除去する際に周囲の絶縁膜（酸化シリコン）とのエッチング選択比の大きな材料が好適である。できるだけ圧電体膜２３、電極材料に影響を及ぼさない薬液で除去できる犠牲層膜１３がよい。圧電体膜２３が振動したときに対面壁に当接することの無いように、またダンパー効果の影響が無いような厚さの犠牲層膜１３を形成する。 3 and 4 are diagrams for explaining a method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention.
The piezoelectric actuator according to one embodiment of the present invention can be manufactured by the following method.
Here, a process of forming the piezoelectric element 27 and the moisture-proof negative pressure gap on the silicon substrate 11 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG. 3 is a cross-sectional view of the pressure generating chamber 33 in the width direction.
First, as shown in FIG. 3A, a silicon single crystal substrate (for example, <100>) is used as the silicon substrate 11, and a thermal oxide film (about 1100 ° C. 0.5 μm) is formed on the silicon substrate 11. This becomes the substrate insulating film 12.
A sacrificial layer film 13 (for example, LPCVD polysilicon 0.5 μm) is further formed thereon. The material of the sacrificial layer film 13 is not particularly limited, but in the present embodiment, a material having a large etching selection ratio with the surrounding insulating film (silicon oxide) when removing the sacrificial layer film 13 is suitable. The piezoelectric film 23 and the sacrificial layer film 13 that can be removed with a chemical solution that does not affect the electrode material as much as possible are preferable. A sacrificial layer film 13 having a thickness so as not to come into contact with the facing wall when the piezoelectric film 23 vibrates and has no influence of the damper effect is formed.

次に図３（ｂ）に示すように、個別の振動領域を確保する空隙の幅に合わせて犠牲層膜１３を溝エッチング（溝幅約０．５ｕｍ、ドライエッチ）し、空隙側絶縁膜２１を成膜（ＬＰＣＶＤ、シリコン酸化膜）してエッチングした溝（溝エッチング箇所）を埋め込む。
空隙側絶縁膜２１の材料は、後述する犠牲層膜１３を除去する工程で除去に耐えられる材料であれば特に限定されず、例えば、有機膜、酸化膜又は窒化膜を用いることができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、スパッタリング法により、空隙側絶縁膜２１上に、固定電極膜２２を形成すると共にパターニングする。
この時、パターニングにより図示しない配線用電極膜を形成する。この電極膜の材料としては、白金等が好適である。これは、ゾル−ゲル法やＭＯＤ法（Metal Organic Deposition：有機金属熱塗布分解法）で成膜する圧電体膜２３は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、固定電極膜２２の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜２３としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。 Next, as shown in FIG. 3B, the sacrificial layer film 13 is subjected to groove etching (groove width of about 0.5 μm, dry etching) in accordance with the width of the gap that secures an individual vibration region, and the gap-side insulating film 21 is then etched. A groove (groove etching portion) etched by depositing (LPCVD, silicon oxide film) is buried.
The material of the gap-side insulating film 21 is not particularly limited as long as it is a material that can be removed in the step of removing the sacrificial layer film 13 to be described later. For example, an organic film, an oxide film, or a nitride film can be used.
Next, as shown in FIG. 3C, a fixed electrode film 22 is formed and patterned on the gap-side insulating film 21 by sputtering.
At this time, a wiring electrode film (not shown) is formed by patterning. As a material of this electrode film, platinum or the like is suitable. This is because the piezoelectric film 23 formed by a sol-gel method or a MOD method (Metal Organic Deposition) is a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. This is because it is necessary to bak and crystallize. That is, the material of the fixed electrode film 22 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere, particularly when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric film 23. It is desirable that the change in conductivity due to diffusion of lead oxide is small, and platinum is preferable for these reasons.

さらに、圧電体膜２３上に上部電極膜２４をさらに積層して形成する。圧電体膜２３は、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い例えば、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等のスピンコート法により成膜する。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膜２３を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体膜２３の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体膜２３の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法等を用いてもよい。
また、上部電極膜２４は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
次に、図３（ｄ）に示すように、圧電体膜２３及び上部電極膜２４のみを、例えば、イオンミリング等でエッチングして圧電体能動部２７のパターニングを行う。 Further, the upper electrode film 24 is further laminated on the piezoelectric film 23. The piezoelectric film 23 is formed by using a lead zirconate titanate (PZT) which is an oxide having a perovskite crystal structure, for example, by a spin coating method such as a sol-gel method or a MOD method. In the present embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a solvent is applied and dried to be gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric film 23 made of a metal oxide. Formed. As the material of the piezoelectric film 23, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable for use in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric film 23 is not particularly limited, and for example, a sputtering method or the like may be used.
The upper electrode film 24 may be made of a highly conductive material, and many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, conductive oxides, and the like can be used. In this embodiment, the platinum film is formed by sputtering.
Next, as shown in FIG. 3D, only the piezoelectric film 23 and the upper electrode film 24 are etched by, for example, ion milling to pattern the piezoelectric active portion 27.

さらに、図４（ｅ）示すように、引っ張り応力膜２５（ＬＰＣＶＤ、窒化シリコン膜）を成膜する。膜厚については圧電素子２７の振動特性（圧電常数、変位量）との兼ね合いで決定する。
続いて、犠牲層膜１３を除去する。ここで、犠牲層膜１３の除去は、振動積層板（引っ張り応力膜２５、上部電極膜２４、圧電体膜２３、固定電極膜２２、空隙側絶縁膜２１、犠牲層膜１３）を貫通する貫通孔Ｔを設け、この貫通孔からＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等のエッチャントを浸透させることにより行った。
その後、貫通孔Ｔを、犠牲層除去孔封止膜２６（ＬＰＣＶＤ、酸化シリコン膜）を減圧で成膜することで埋める。この時、積層振動板２０は若干空隙部方向へ引っ張られるが特性に大きく影響しない。なお、不活性ガスを導入するには成膜時にプロセスガスに混入すると封止時点で減圧で封入される。不活性ガスの材料は、例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを使用できる。
一方では、パターニングされた保護膜をマスクパターンとして前述したＫＯＨ等のアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（液室基板）に異方性エッチングを行い液室基板３０を製作する。この工程では、貫通部３４に対応する部分の液室基板３０を完全に除去して圧力発生室３３を形成する。 Further, as shown in FIG. 4E, a tensile stress film 25 (LPCVD, silicon nitride film) is formed. The film thickness is determined in consideration of the vibration characteristics (piezoelectric constant, displacement amount) of the piezoelectric element 27.
Subsequently, the sacrificial layer film 13 is removed. Here, the sacrificial layer film 13 is removed by penetrating through the vibration laminated plate (the tensile stress film 25, the upper electrode film 24, the piezoelectric film 23, the fixed electrode film 22, the gap-side insulating film 21, and the sacrificial layer film 13). A hole T was provided, and an etchant such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was permeated through the through hole.
Thereafter, the through hole T is filled by forming a sacrificial layer removal hole sealing film 26 (LPCVD, silicon oxide film) under reduced pressure. At this time, the laminated diaphragm 20 is slightly pulled toward the gap, but does not greatly affect the characteristics. In order to introduce an inert gas, if it is mixed with a process gas during film formation, it is sealed under reduced pressure at the time of sealing. As the material of the inert gas, for example, an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N), helium (He), or the like can be used.
On the other hand, the liquid chamber substrate 30 is manufactured by performing anisotropic etching on the silicon single crystal substrate (liquid chamber substrate) with the alkali solution such as KOH described above using the patterned protective film as a mask pattern. In this step, the pressure chamber 33 is formed by completely removing the portion of the liquid chamber substrate 30 corresponding to the penetrating portion 34.

次に、図４（ｆ）に示すように、圧電型アクチュエータの上に液室基板３０及びノズルプレート４０を接合する。
最後に、図４（ｇ）に示すように、シリコン基板１１から液室基板３０の共通液室３１までを貫通する液供給路１６を形成する。
液供給路１６は、シリコン基板１１の裏面側にシリコン酸化膜あるいはレジストをマスクにしてシリコンドライエッチャーによる異方性エッチングにより基板貫通孔を開け、液供給路１６を形成する。図４（ｅ）（ｆ）には示していないが、犠牲層膜１３の除去をするために、積層振動板に貫通孔を設ける際に、同時に液供給路となる領域においても表面側から加工を施しておく。
以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングでは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの圧電型アクチュエータ１０毎に分割する。また、液室基板３０の開口面とは反対側の面にフレーム、ＦＰＣ、及びコンプライアンス基板（図示せず）を順次一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。 Next, as shown in FIG. 4F, the liquid chamber substrate 30 and the nozzle plate 40 are joined on the piezoelectric actuator.
Finally, as shown in FIG. 4G, the liquid supply path 16 penetrating from the silicon substrate 11 to the common liquid chamber 31 of the liquid chamber substrate 30 is formed.
The liquid supply path 16 forms a through-hole on the back surface of the silicon substrate 11 by anisotropic etching with a silicon dry etcher using a silicon oxide film or a resist as a mask to form the liquid supply path 16. Although not shown in FIGS. 4E and 4F, when a through-hole is provided in the laminated diaphragm for removing the sacrificial layer film 13, processing is also performed from the surface side even in a region serving as a liquid supply path. Give it.
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer, and after the completion of the process, each chip-type piezoelectric actuator 10 as shown in FIG. 1 is divided. To do. In addition, a frame, an FPC, and a compliance substrate (not shown) are sequentially integrated on the surface opposite to the opening surface of the liquid chamber substrate 30 to form an ink jet recording head.

このように本実施形態では、圧電体能動部２７が振動空隙部１４の密封減圧状態によって外部と遮断され、湿度等の外部環境の変化に起因する動作不良を防止することができる。
また振動空隙部１４が隔壁１５で隔てられているため隣接する圧電体膜２３ひいては弾性膜（振動板）２０の変形を阻害しないため、吐出特性のばらつきを小さくし、安定及び向上を図ることができる。
本発明に係る圧電型アクチュエータによれば、各々の圧電素子２７が振動することで発生する空隙側への圧力変化が隔壁により遮断されるため特に隣接する圧電振動の影響を受けにくくなる利点がある。液体吐出特性のばらつきを小さくすることができる。
本発明に係る圧電型アクチュエータによれば、該空隙が狭いとダンパー効果により振動特性に影響を与えるようになるため連通管を設けることでできるだけ広く取ることができる。また連通管を使うことで後の工程でも負圧を形成することができるため工程の自由度が向上する。 As described above, in the present embodiment, the piezoelectric active portion 27 is blocked from the outside by the sealed pressure-reducing state of the vibration gap portion 14, and it is possible to prevent malfunction caused by changes in the external environment such as humidity.
Further, since the vibration gap portion 14 is separated by the partition wall 15, the deformation of the adjacent piezoelectric film 23 and hence the elastic film (vibration plate) 20 is not hindered, so that variation in ejection characteristics can be reduced, and stability and improvement can be achieved. it can.
According to the piezoelectric actuator according to the present invention, since the pressure change to the air gap caused by the vibration of each piezoelectric element 27 is blocked by the partition wall, there is an advantage that the piezoelectric actuator is not easily affected by the adjacent piezoelectric vibration. . Variations in liquid ejection characteristics can be reduced.
According to the piezoelectric actuator according to the present invention, if the gap is narrow, the vibration characteristics are affected by the damper effect, so that it can be made as wide as possible by providing a communication pipe. Moreover, since a negative pressure can be formed in a later process by using a communication pipe, the degree of freedom in the process is improved.

さらに、振動空隙部１４を犠牲層工程で形成しているため、振動空隙部１４をシリコン基板１１上に接着剤等で張り付ける必要がなく、製造工程を簡略化できると共に接着剤等の流出による弾性膜（振動板）２０の変形の阻害を防止できる。
このように構成した液滴吐出ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続した液供給路１６からインクを取り込み、共通液室（リザーバ）３１からノズル孔４１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、固定電極膜２２と上部電極膜２４との間に電圧を印加し、弾性膜としての、積層振動板２０（引っ張り応力膜２５、犠牲層除去孔封止膜２６、両電極膜（固定電極膜２２、上部電極膜２４）及び圧電体膜２３）をたわみ変形させることにより、圧力発生室３３内の圧力が高まりノズル孔４１からインク滴が吐出する。
本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法によれば、空隙を犠牲層で形成し、スリット埋め込みによる分離をするため液室基板上に平坦面を維持しながら形成でき、半導体製造装置を用い容易に微細加工ができるため高集積化が可能となる。 Furthermore, since the vibration gap portion 14 is formed by the sacrificial layer process, it is not necessary to attach the vibration gap portion 14 to the silicon substrate 11 with an adhesive or the like, which can simplify the manufacturing process and cause the adhesive to flow out. Inhibition of deformation of the elastic membrane (vibrating plate) 20 can be prevented.
The droplet discharge head configured in this manner takes in ink from a liquid supply path 16 connected to an external ink supply means (not shown), and fills the interior from the common liquid chamber (reservoir) 31 to the nozzle hole 41 with ink. In accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), a voltage is applied between the fixed electrode film 22 and the upper electrode film 24, and a laminated diaphragm 20 (a tensile stress film 25, a sacrificial layer removal hole) as an elastic film. By deforming the sealing film 26, both electrode films (fixed electrode film 22, upper electrode film 24) and piezoelectric film 23), the pressure in the pressure generating chamber 33 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle holes 41. .
According to the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention, a gap is formed by a sacrificial layer, and can be formed while maintaining a flat surface on a liquid chamber substrate for separation by embedding a slit, and it is easy to use a semiconductor manufacturing apparatus. High integration is possible because microfabrication is possible.

またヘッド全体の組み上げ順番から見た場合、ヘッドの高集積化が進むとノズルと反対側からビルドアップしていく方法、順番の工法の方が接合工程を省け有効である。またマイクロポンプ等インク流路の配置自由度があがる利点がありアプリケーションしやすい。
本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法によれば、また該空隙の封止工程は後工程の振動板の酸化膜成膜（ＬＰＣＶＤ）時にできるため工程簡略化ができるとともに負圧にしながら封止が可能である。
さらに酸化膜成膜（ＬＰＣＶＤ）時に不活性ガスを混合して成膜すれば同時に空隙に封入することが可能であり同時に実施できるので工程簡略できコストを下げることができる。
また、犠牲層の材料がシリコンであるのでエッチングホールから酸化膜に対して選択比の高いアルカリ溶液を用いて犠牲層のエッチングが容易に可能である。
また、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、振動板の振動変位が安定するとともに、滴吐出量および滴吐出速度の安定化が図れ、信頼性に優れ、高画質記録が可能になる。またこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製品の信頼性を確保できると共に、低コスト化を図ることができる。 Further, when viewed from the assembly order of the entire head, the method of building up from the opposite side of the nozzle and the order of construction methods are more effective in omitting the joining process as the head is highly integrated. In addition, there is an advantage that the degree of freedom of arrangement of the ink flow path such as a micropump is increased and the application is easy.
According to the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention, the step of sealing the gap can be performed at the time of oxide film formation (LPCVD) of the diaphragm in the subsequent step, so that the process can be simplified and sealed while maintaining a negative pressure. Is possible.
Furthermore, if an inert gas is mixed and formed during oxide film formation (LPCVD), it can be simultaneously sealed in the gap and can be implemented simultaneously, so that the process can be simplified and the cost can be reduced.
In addition, since the material of the sacrificial layer is silicon, the sacrificial layer can be easily etched using an alkaline solution having a high selectivity from the etching hole to the oxide film.
In addition, since the electrostatic actuator according to the present invention is provided, the vibration displacement of the diaphragm is stabilized, the droplet discharge amount and the droplet discharge speed can be stabilized, excellent in reliability, and high-quality recording is possible. Become. Further, since the ink tank for supplying ink to the ink jet head is integrated, the reliability of the product can be secured and the cost can be reduced.

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る圧電型アクチュエータの透視状態平面図である。
本実施形態は、図５に示すように、第１の実施形態と同様に複数の空隙部１４を、連通路２８を設けて繋ぎ、さらに大気開放口２９（２９ａ、２９ｂ）で封止したものである。
この場合、空隙部１４がその自重、圧力によりたわまないように、犠牲層を所望の形状に除去して連通路を形成するものであり、各空隙部１４は少なくとも１箇所以上の連通路を有する。さらに、連通路２８に接続される大気開放部２９を設ければ、空隙部の密封工程を必要な工程、例えばヘッド形成の後に行うことができ、このような構成では、製造工程の自由度を増すことができる。封止のための封止材には水分透湿率の低い樹脂等を用いる。
封止口としての大気解放部を封止する封止口封止材としては、酸化膜あるいは窒化膜からなる緻密な膜であり、透気性が低いため、負圧状態を維持できる。このため、結果的に外部からの空隙への水蒸気の侵入を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。
また、各空隙部１４内には、不活性ガスを充填してもよい。こうすることで、空隙内での水蒸気の分圧を極端に下げることができ、湿度対策となるため、さらに信頼性を向上することができる。 [Second Embodiment]
FIG. 5 is a see-through plan view of the piezoelectric actuator according to the second embodiment.
In this embodiment, as shown in FIG. 5, a plurality of gaps 14 are connected by providing communication passages 28 and sealed by air release ports 29 (29 a, 29 b) as in the first embodiment. It is.
In this case, the sacrificial layer is removed in a desired shape so that the gaps 14 do not bend due to their own weight and pressure, and each of the gaps 14 has at least one communication path. Have Furthermore, if the atmosphere opening part 29 connected to the communication path 28 is provided, the sealing process of the gap part can be performed after a necessary process, for example, after the head formation. In such a configuration, the degree of freedom of the manufacturing process is increased. Can be increased. As the sealing material for sealing, a resin having a low moisture permeability is used.
As the sealing material for sealing the air opening portion as the sealing port, it is a dense film made of an oxide film or a nitride film, and has a low air permeability, so that a negative pressure state can be maintained. Therefore, as a result, it is possible to prevent water vapor from entering the voids from the outside, and improve the reliability.
Further, each void portion 14 may be filled with an inert gas. By doing so, the partial pressure of water vapor in the air gap can be drastically reduced and a measure against humidity can be obtained, so that the reliability can be further improved.

次に、実施形態の液滴吐出ヘッドの断面を図６に示す。この実施形態では、実施例３のアクチュエータにインク供給を主目的としたフレーム５０が加工、接合されている。
フレーム５０側から供給されたインクは液供給路１６を通り共通液室３１を通り、流体抵抗部３２で圧力制御され圧力発生室３３まで配液される。
一方ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）５１が配線接合され、圧電体膜２３の両面側の電極に電圧波形形成された信号を所望のビットに印加できるようになっている。
圧電体膜２３に電圧印加すると積層振動板２０がたわみ圧力発生しノズル孔からインクが吐出する。 Next, FIG. 6 shows a cross section of the droplet discharge head of the embodiment. In this embodiment, a frame 50 whose main purpose is ink supply is processed and joined to the actuator of Example 3.
The ink supplied from the frame 50 side passes through the liquid supply path 16, passes through the common liquid chamber 31, is pressure-controlled by the fluid resistance portion 32, and is distributed to the pressure generation chamber 33.
On the other hand, an FPC (Flexible Printed Circuit) 51 is wire-bonded so that a signal having a voltage waveform formed on the electrodes on both sides of the piezoelectric film 23 can be applied to a desired bit.
When a voltage is applied to the piezoelectric film 23, the laminated diaphragm 20 generates a deflection pressure, and ink is ejected from the nozzle holes.

次に、本発明の液体カートリッジについて図７を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド９５は、ノズル孔４１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド６１と、このインクジェットヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンク（液体タンク）を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）が低コストで得られる。
また、これら各実施形態の液滴吐出ヘッドは、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記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、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。 Next, the liquid cartridge of the present invention will be described with reference to FIG.
The ink cartridge integrated head 95 includes an ink jet head 61 that is a droplet discharge head according to any of the above embodiments having the nozzle holes 41 and the like, and an ink tank 62 that supplies ink to the ink jet head 61. It is an integrated one.
Thus, by integrating the ink tank (liquid tank) that supplies ink to the droplet discharge head according to the present invention, there is little variation in the droplet discharge characteristics, and a liquid that integrates a highly reliable droplet discharge head. A cartridge (ink tank integrated head) can be obtained at low cost.
The droplet discharge heads of these embodiments constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and are mounted on an ink jet recording apparatus.
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の機構の一例について図８及び図９を参照して説明する。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。 Next, an example of a mechanism of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head comprising the ink jet head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like. A paper feed cassette (or a paper feed tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body 81. The manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and the printing mechanism unit 82 takes After the image is recorded, it is discharged onto a discharge tray 86 mounted on the rear side.
The printing mechanism unit 82 holds the carriage 93 slidably in the main scanning direction (perpendicular to the paper surface) by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 93 is provided with a plurality of heads 94 composed of inkjet heads, which are droplet ejection heads according to the present invention, which eject ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). The ink discharge ports are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and are mounted with the ink droplet discharge direction facing downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 94 is replaceably mounted on the carriage 93. The ink cartridge according to the present invention can be mounted.

インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。 The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body. Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure.
Further, although the heads 94 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97, and the timing belt 100 is moved to the carriage 93. The carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１００を設けている。この印写受け部材１００の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。 On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the head 94, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. A guide member 103, a transport roller 104 that reverses and transports the fed paper 83, a transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104, and a leading end that defines a feed angle of the paper 83 from the transport roller 104 A roller 106 is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.
A printing receiving member 100 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 fed from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. A conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send the paper 83 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 100 in the paper conveyance direction, and the paper 83 is further delivered to the paper discharge tray 86. A roller 113 and a spur 114, and guide members 115 and 116 that form a paper discharge path are disposed.
At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。
ここまで述べてきたように、本実施形態の例として液滴吐出ヘッドを挙げてきたが、本発明による圧電型アクチュエータは光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用できるものである。 Further, a recovery device 117 for recovering defective ejection of the head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby and the head 94 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with the suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
Thus, since this inkjet recording apparatus is equipped with the inkjet head that is the droplet ejection head according to the present invention, there is little variation in the ejection characteristics of the ink droplets, and an image forming apparatus capable of recording an image with high image quality Is obtained.
As described above, the liquid droplet ejection head has been described as an example of this embodiment, but the piezoelectric actuator according to the present invention can also be used as an optical device such as an optical scanning mirror or an optical valve.

図１０は、本発明の圧電型アクチュエータの構成を適用したマイクロポンプの構成を示す図である。
かかるマイクロポンプの動作原理を図１０をもとに説明する。
圧力発生室２０３と空隙部２０４が、電極に挟まれた圧電体膜を含む振動板２０１を挟んで対峙しており、この組み合わせが複数設けられており流路２０３の中を流体が流れる構造となっている。図では省略しているが振動板２０１は圧電材料を電極が挟み絶縁膜に挟まれた積層構造になっている。
圧電体膜を含む振動板２０１を図中右側から順次駆動することによって流路２０３内の流体は矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
本実施例では振動板２０１を複数設けた例を示したが、振動板２０１は一つでも良く、また個別電極２０２は本発明の分割された個別電極２０２が高抵抗部材により接続された構成であるため、振動板２０１が脈動動作を行い、輸送効率を上げる構成になっている。
本実施例では動作原理を簡単に述べたが、第１の実施形態に示した製造方法、構成を本実施例に適用することで大流量の液体を効率よく送液できる駆動力（輸送力）の高いマイクロポンプとすることが出来る。
本発明の構成は液滴吐出ヘッド、マイクロポンプを例としてあげたが、これ以外の液体輸送デバイスにも応用可能である。 FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a micropump to which the configuration of the piezoelectric actuator of the present invention is applied.
The operation principle of such a micropump will be described with reference to FIG.
The pressure generating chamber 203 and the gap portion 204 are opposed to each other with the diaphragm 201 including the piezoelectric film sandwiched between the electrodes, and a plurality of combinations thereof are provided so that the fluid flows in the flow path 203. It has become. Although not shown in the figure, the diaphragm 201 has a laminated structure in which an electrode is sandwiched between piezoelectric materials and an insulating film.
By sequentially driving the diaphragm 201 including the piezoelectric film from the right side in the figure, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow, and the fluid can be transported.
In the present embodiment, an example in which a plurality of diaphragms 201 are provided is shown. However, the number of diaphragms 201 may be one, and the individual electrode 202 has a configuration in which the divided individual electrodes 202 of the present invention are connected by a high resistance member. For this reason, the vibration plate 201 performs a pulsating operation to increase the transportation efficiency.
In this example, the principle of operation was briefly described. However, by applying the manufacturing method and configuration shown in the first embodiment to this example, a driving force (transport force) that can efficiently supply a large flow rate of liquid. High micro pump.
The configuration of the present invention is exemplified by the droplet discharge head and the micropump, but can be applied to other liquid transport devices.

１０ アクチュエータ基板、１１ シリコン基板、１２ 基板絶縁膜、１３ 犠牲層膜、１４ 振動空隙部、１６ 液供給路、２０ 積層振動板、２１ 空隙側絶縁膜、２２ 固定電極膜、２３ 圧電体膜、２４ 上部電極膜、２５ 応力膜、２６ 犠牲層除去孔封止膜、２７ 圧電体能動部、２８ 連通路、２９ 大気開放口、３０ 液室基板、３１ 共通液室、３２ 流体抵抗部、３３ 圧力発生室、３４ 貫通部、３４ 連通管、４０ ノズルプレート、４０ ノズル板、４１ ノズル孔、５０ フレーム、６１ インクジェットヘッド、６２ インクタンク、９５ インクカートリッジ一体型ヘッド、８１ 記録装置本体、８２ 印字機構部、８３ 用紙、８４ 給紙カセット、８５ トレイ、８６ 排紙トレイ、９１ 主ガイドロッド、９２ 従ガイドロッド、９３ キャリッジ、９４ 記録ヘッド、９５ インクカートリッジ、９７ 主走査モータ、９８ 駆動プーリ、９９ 従動プーリ、１００ タイミングベルト、１０１ 給紙ローラ、１０２ フリクションパッド、１０３ ガイド部材、１０４ 搬送ローラ、１０５ 搬送コロ、１０６ 先端コロ、１０７ 副走査モータ、１００ 部材、１１１ 搬送コロ、１１２ 拍車、１１３ 排紙ローラ、１１４ 拍車、１１５ ガイド部材、１１７ 回復装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Actuator substrate, 11 Silicon substrate, 12 Substrate insulating film, 13 Sacrificial layer film, 14 Vibration gap part, 16 Liquid supply path, 20 Laminated vibration plate, 21 Air gap side insulating film, 22 Fixed electrode film, 23 Piezoelectric film, 24 Upper electrode film, 25 stress film, 26 sacrificial layer removal hole sealing film, 27 piezoelectric active part, 28 communication path, 29 atmosphere opening, 30 liquid chamber substrate, 31 common liquid chamber, 32 fluid resistance part, 33 pressure generation Chamber, 34 penetrating part, 34 communication pipe, 40 nozzle plate, 40 nozzle plate, 41 nozzle hole, 50 frame, 61 ink jet head, 62 ink tank, 95 ink cartridge integrated head, 81 recording apparatus main body, 82 printing mechanism part, 83 paper, 84 paper cassette, 85 tray, 86 paper output tray, 91 main guide rod, 92 secondary guide lock , 93 Carriage, 94 Recording head, 95 Ink cartridge, 97 Main scanning motor, 98 Drive pulley, 99 Driven pulley, 100 Timing belt, 101 Feed roller, 102 Friction pad, 103 Guide member, 104 Transport roller, 105 Transport roller, 106 tip roller, 107 sub-scanning motor, 100 member, 111 transport roller, 112 spur, 113 discharge roller, 114 spur, 115 guide member, 117 recovery device

特開平１０−３０５５７８号公報JP-A-10-305578 特開平１１−３００９５７号公報JP-A-11-300957

Claims (13)

基板上に積層された振動板が、電圧を印加されて撓み振動をすることで該撓み方向に変位する圧電型アクチュエータであって、
前記振動板は、
複数のチャネルに分離された圧電体膜及び該圧電体膜の両面側に形成され、前記圧電体膜に電圧を印加して撓み振動をさせるための一対の電極膜からなる圧電素子と、該一対の電極膜のうちの前記基板側の一方及び前記基板の間に設けた、前記圧電体膜の各チャネルに対応する、減圧に密封形成した空隙部及び各空隙部をはさむ隔壁からなる層と、を有することを特徴とする圧電型アクチュエータ。 A diaphragm laminated on a substrate is a piezoelectric actuator that is displaced in a bending direction by applying a voltage to bend and vibrate,
The diaphragm is
A piezoelectric element comprising a piezoelectric film separated into a plurality of channels and a pair of electrode films formed on both sides of the piezoelectric film for applying a voltage to the piezoelectric film to cause flexural vibration, and the pair A layer formed between one of the electrode films on the substrate side and the substrate, and corresponding to each channel of the piezoelectric film, and formed of a hermetically sealed void portion and a partition wall sandwiching each void portion; A piezoelectric actuator characterized by comprising: 請求項１に記載の圧電型アクチュエータにおいて、
前記振動板は、各空隙部を連通する連通路を備えていることを特徴とする圧電型アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein
The diaphragm is provided with a communication path that communicates each gap. 請求項１または２に記載の圧電型アクチュエータにおいて、
各空隙部を封止する封止口を備えていることを特徴とする圧電型アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2,
A piezoelectric actuator comprising a sealing port for sealing each gap. 請求項３に記載の圧電型アクチュエータにおいて、前記封止口を封止する封止材は、酸化膜及び窒化膜からなる群から選択されることを特徴とする圧電型アクチュエータ。   4. The piezoelectric actuator according to claim 3, wherein the sealing material for sealing the sealing port is selected from the group consisting of an oxide film and a nitride film. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電型アクチュエータにおいて、
前記空隙部には不活性ガスが充填してあることを特徴とする圧電型アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4,
A piezoelectric actuator characterized in that the gap is filled with an inert gas. 請求項1乃至５の何れか一項に記載の圧電型アクチュエータ及び前記基板からなるアクチュエータ基板と、前記圧電体膜の各チャネルに対応する複数の圧力発生室を有する液室基板と、前記圧力発生室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   6. The actuator substrate comprising the piezoelectric actuator according to claim 1 and the substrate, a liquid chamber substrate having a plurality of pressure generating chambers corresponding to each channel of the piezoelectric film, and the pressure generation A droplet discharge head comprising: a nozzle plate having a nozzle hole communicating with the chamber. 請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴ヘッドカートリッジ。   A droplet head cartridge comprising the droplet discharge head according to claim 6. 請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 6. 請求項７に記載の液滴ヘッドカートリッジを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet head cartridge according to claim 7. 振動板の変形によって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電型アクチュエータを具備することを特徴とするマイクロポンプ。   A micropump for transporting liquid by deformation of a diaphragm, comprising the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5. 請求項１乃至５に記載の圧電型アクチュエータの製造方法であって、
前記基板上にベースとなる酸化膜を形成し、前記酸化膜の上に、前記空隙部及び前記隔壁を形成するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングした溝に酸化膜を埋め込む工程と、
前記酸化膜に対し、電極膜、前記圧電体膜、電極膜を順次積層形成すると共にパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、
前記圧電素子から前記犠牲層にかけてエッチングホールを形成し、前記犠牲層を除去して前記空隙部を形成すると共に前記エッチングホールを封止する工程と、
を有することを特徴とする圧電型アクチュエータの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1,
Forming a base oxide film on the substrate, and forming a sacrificial layer on the oxide film for forming the gap and the partition;
A step of burying an oxide film in the groove obtained by etching the sacrificial layer;
Forming the piezoelectric element by sequentially laminating and patterning an electrode film, the piezoelectric film, and an electrode film on the oxide film; and
Forming an etching hole from the piezoelectric element to the sacrificial layer, removing the sacrificial layer to form the gap and sealing the etching hole;
A method for manufacturing a piezoelectric actuator, comprising: 請求項１１に記載の圧電型アクチュエータの製造方法において、
前記犠牲層を除去する工程は、前記エッチングホールから前記犠牲層を除去して前記エッチングホールを封止する時に前記空隙部に不活性ガスを注入する工程を含むことを特徴とする圧電型アクチュエータの製造方法。 In the manufacturing method of the piezoelectric actuator according to claim 11,
The step of removing the sacrificial layer includes a step of injecting an inert gas into the gap when removing the sacrificial layer from the etching hole and sealing the etching hole. Production method. 請求項１１又は１２に記載の圧電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層が多結晶シリコンであることを特徴とする圧電型アクチュエータの製造方法。   13. The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 11, wherein the sacrificial layer is polycrystalline silicon.

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