JP2012253087A - Manufacturing method of piezoelectric actuator, piezoelectric actuator, droplet ejection head, image forming device, and micropump - Google Patents

Manufacturing method of piezoelectric actuator, piezoelectric actuator, droplet ejection head, image forming device, and micropump Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a piezoelectric actuator capable of suppressing occurrence of cracking in a piezoelectric layer, and to provide a piezoelectric actuator, a droplet ejection head equipped with the piezoelectric actuator, an ink cartridge, an ink jet recorder and a micropump.SOLUTION: In the manufacturing method of a piezoelectric actuator 200, a piezoelectric element 56 is created by a lower electrode layer formation step, a piezoelectric precursor layer lamination step, a piezoelectric layer formation step for forming a piezoelectric layer 9 by crystallizing a piezoelectric precursor, and an upper electrode layer formation step, and a diaphragm 55 adhering to the piezoelectric element 56 is deformed by deformation of the piezoelectric element 56. In the piezoelectric layer formation step, a polycrystalline part 9a composed of a polycrystalline material is produced by calcining the piezoelectric precursor layer in the piezoelectric deformation region, and the piezoelectric layer 9 having the polycrystalline part 9a and an amorphous part 9b is formed.

Description

本発明は、電圧を印加されることで変形を生じる圧電素子を備えた圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及びマイクロポンプに関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric actuator including a piezoelectric element that is deformed by application of a voltage, a piezoelectric actuator, a droplet discharge head, a droplet discharge device, and a micropump.

インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出液収容部（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出液収容部内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出液収容部内インクを加圧することによってノズル孔からインク液滴を吐出させる。 The ink jet recording apparatus has many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and use of inexpensive plain paper with a high degree of freedom of ink. Among them, a so-called ink-on-demand system that discharges ink droplets only when recording is necessary does not require collection of ink droplets that are not necessary for recording, and has become mainstream.
An inkjet head, which is a droplet discharge head used in an inkjet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, or a copying apparatus, includes a nozzle hole that discharges ink droplets, and a discharge liquid storage section that communicates with the nozzle hole (Also referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) and a pressure generating means for generating a pressure for pressurizing the ink in the discharge liquid storage section, and the pressure generated by the pressure generating means Ink droplets are ejected from the nozzle holes by pressurizing the ink in the ejection liquid storage section.

このような液滴吐出ヘッドとしては、次のようなものがある。
圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出液収容部の壁面を形成している振動板を変形させることでインク液滴を吐出させるピエゾ型。
吐出液収容部内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰で気泡を発生させてインク液滴を吐出させるサーマル型。
ピエゾ型の液滴吐出ヘッドとして、近年、シリコン基板に振動板及び圧電素子の材料を積層して、パターニングすることで、振動板と圧電素子とからなる圧電アクチュエータや吐出液収容部をシリコン基板に直接形成するものが提案されている（特許文献１〜３）。 Examples of such a droplet discharge head include the following.
A piezo type that discharges ink droplets by deforming a diaphragm that forms the wall surface of the discharge liquid storage portion using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element as pressure generating means.
Thermal type that discharges ink droplets by generating bubbles by boiling the ink film using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the discharge liquid container.
As a piezo-type droplet discharge head, in recent years, a piezoelectric substrate made of a diaphragm and a piezoelectric element and a discharge liquid storage section are formed on a silicon substrate by laminating and patterning a diaphragm and a piezoelectric element on a silicon substrate. Direct formation is proposed (Patent Documents 1 to 3).

このような液滴吐出ヘッドが備える圧電アクチュエータは、以下のようにして作成される。振動板の材料を積層した後、振動板となる層の表面に圧電素子の下電極層となる膜を積層し、さらに、圧電体の前駆体からなる圧電体前駆体層を積層する。次に、焼成等により圧電体前駆体を結晶化して多結晶体の圧電体からなる圧電体層を形成し、この圧電体層の表面に圧電素子の上電極層となる膜を積層する。その後、必要に応じてパターニングを行うことで、下電極層、圧電体層及び上電極層を備えた圧電素子と、振動板とから構成される圧電アクチュエータが作成される。
この圧電アクチュエータでは、下電極層と上電極層とに電圧を印加することにより、圧電素子が変形を起こし、この圧電素子に密着した振動板が変形する。 The piezoelectric actuator provided in such a droplet discharge head is produced as follows. After laminating the material of the diaphragm, a film that becomes the lower electrode layer of the piezoelectric element is laminated on the surface of the layer that becomes the diaphragm, and further, a piezoelectric precursor layer made of a piezoelectric precursor is laminated. Next, the piezoelectric precursor is crystallized by firing or the like to form a piezoelectric layer made of a polycrystalline piezoelectric material, and a film that becomes the upper electrode layer of the piezoelectric element is laminated on the surface of the piezoelectric layer. Thereafter, patterning is performed as necessary to create a piezoelectric actuator including a piezoelectric element including a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer, and a diaphragm.
In this piezoelectric actuator, when a voltage is applied to the lower electrode layer and the upper electrode layer, the piezoelectric element is deformed, and the diaphragm in close contact with the piezoelectric element is deformed.

しかしながら、振動板及び圧電素子の材料を積層して作成した従来の圧電アクチュエータは、製造途中に圧電体層にクラックが発生するという不具合が生じることがあった。また、製造した時点ではクラックが発生していなくても、経時使用において短時間で圧電体層にクラックが発生するという不具合が生じることがあった。
圧電体層にクラックが発生すると、下電極層と上電極層とに所定の電圧を印加しても、圧電素子に所望の変形が起こらず、振動板にも所望の変形が起こらなくなる。このため、液滴吐出ヘッドが備える圧電アクチュエータの圧電体層にクラックが生じると、振動板によって加圧される吐出液収容部内の圧力が不安定になり、インク液滴を安定して吐出させることができなくなる。
圧電体層にクラックが発生することによる不具合は、液滴吐出ヘッドに限るものではない。例えば、液体の流路に圧電アクチュエータの振動板を配置し、その変形によって流路内の液体を移動させるマイクロポンプでは、圧電アクチュエータの圧電体層にクラックがあると、液体の搬送効率が低下する不具合が生じるおそれがある。 However, the conventional piezoelectric actuator prepared by laminating the material of the diaphragm and the piezoelectric element sometimes has a problem that a crack occurs in the piezoelectric layer during the manufacturing. Further, even when cracks have not occurred at the time of manufacture, there has been a problem that cracks occur in the piezoelectric layer in a short time during use over time.
If a crack occurs in the piezoelectric layer, even if a predetermined voltage is applied to the lower electrode layer and the upper electrode layer, the piezoelectric element does not undergo any desired deformation, and the diaphragm does not undergo any desired deformation. For this reason, when a crack is generated in the piezoelectric layer of the piezoelectric actuator provided in the droplet discharge head, the pressure in the discharge liquid storage portion pressurized by the vibration plate becomes unstable, and ink droplets can be stably discharged. Can not be.
Problems caused by cracks in the piezoelectric layer are not limited to the droplet discharge head. For example, in a micropump in which a diaphragm of a piezoelectric actuator is arranged in a liquid flow path and the liquid in the flow path is moved by deformation thereof, if there is a crack in the piezoelectric layer of the piezoelectric actuator, the liquid transport efficiency decreases There is a risk of malfunction.

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、圧電体層のクラックの発生を抑制することができる圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ、この圧電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置及びマイクロポンプを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric actuator capable of suppressing the occurrence of cracks in a piezoelectric layer, a piezoelectric actuator, and a droplet discharge head including the piezoelectric actuator. An ink cartridge, an ink jet recording apparatus, and a micro pump are provided.

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、下電極層と上電極層との間に圧電体層を有する圧電素子の、該下電極層を形成する下電極層形成工程と、該下電極層に圧電体の前駆体である圧電体前駆体の圧電体前駆体層を積層する圧電体前駆体層積層工程と、該圧電体前駆体を結晶化させて該圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、該圧電体層に該上電極層を積層して該上電極層を形成する上電極層形成工程と、によって上記圧電素子を作成し、該圧電素子の該下電極層と該上電極層との間に電圧を印加することで該圧電素子が変形を起こし、該圧電素子に密着した振動板が変形する圧電アクチュエータを製造する圧電アクチュエータの製造方法において、上記圧電体層形成工程で、上記圧電体層を形成したときに電圧の印加により変形する領域となる圧電変形領域の上記圧電体前駆体層を多結晶体からなる多結晶部とし、該圧電変形領域外の領域の少なくとも一部の該圧電体前駆体層を非晶質からなる非晶質部とするように、該圧電体前駆体の結晶化を行い、該多結晶部と該非晶質部とを有する該圧電体層を形成することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、振動板と、圧電体層を挟む二つの電極層に電圧を印加されることにより変形を起こして、この変形を伝達して該振動板を変形させる圧電素子と、を備えた圧電アクチュエータにおいて、上記圧電体層は、電圧の印加により変形する領域である圧電変形領域が多結晶体からなる多結晶部であり、該圧電変形領域外の領域の少なくとも一部が非晶質からなる非晶質部であることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a piezoelectric element having a piezoelectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer, a lower electrode layer forming step for forming the lower electrode layer, A piezoelectric precursor layer laminating step of laminating a piezoelectric precursor layer of a piezoelectric precursor, which is a piezoelectric precursor, on the lower electrode layer, and crystallizing the piezoelectric precursor to form the piezoelectric layer The piezoelectric element is formed by a piezoelectric layer forming step and an upper electrode layer forming step of forming the upper electrode layer by laminating the upper electrode layer on the piezoelectric layer, and the lower electrode layer of the piezoelectric element is formed. In the piezoelectric actuator manufacturing method, the piezoelectric element is deformed by applying a voltage between the piezoelectric element and the upper electrode layer, and the diaphragm in close contact with the piezoelectric element is deformed. Deformation by applying voltage when the piezoelectric layer is formed in the forming process The piezoelectric precursor layer in the piezoelectric deformation region to be a region to be formed is a polycrystalline portion made of a polycrystalline body, and at least a part of the piezoelectric precursor layer in a region outside the piezoelectric deformation region is non-crystalline. The piezoelectric precursor is crystallized so as to be a crystalline part, and the piezoelectric layer having the polycrystalline part and the amorphous part is formed.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a diaphragm and a piezoelectric element that causes deformation by applying a voltage to two electrode layers sandwiching the piezoelectric layer and transmits the deformation to deform the diaphragm. In the piezoelectric actuator having the above, the piezoelectric layer is a polycrystalline portion in which a piezoelectric deformation region, which is a region deformed by application of a voltage, is a polycrystalline body, and at least a part of the region outside the piezoelectric deformation region is It is an amorphous part made of an amorphous material.

上述した圧電アクチュエータの作成工程における下電極層に積層した圧電体前駆体層を結晶化する工程では、圧電体前駆体が結晶化して圧電体となるときに体積が収縮する。しかし、結晶化前の圧電体前駆体層が積層されている下電極層は変化しない。このため、体積収縮した圧電体層に対して、下電極層から体積収縮前の大きさを維持しようとする力が作用し、圧電体層に引っ張り応力が作用した状態で残留応力が生じた状態となる。
ここで結晶化して圧電体層となった圧電体前駆体層の面積が大きいほど収縮量が大きくなり、残留応力も大きくなる。このため、下電極層上に成膜した圧電前駆体層の膜全体を結晶化して上電極層を成膜すると、結晶化させる面積が大きくなり、残留応力が大きくなるため、クラックが生じやすかった。また、圧電体層のアクチュエータとして機能しない部分（電圧を印加されても変形しない部分）のみにクラックが生じても、結晶化した圧電体層は硬度が高く、クラックが伝播し易いため、圧電体層の成膜後の後工程や圧電アクチュエータが完成した後にクラックがアクチュエータとして機能する部分に伝播することがある。 In the step of crystallizing the piezoelectric precursor layer laminated on the lower electrode layer in the piezoelectric actuator manufacturing step described above, the volume shrinks when the piezoelectric precursor crystallizes into a piezoelectric body. However, the lower electrode layer on which the piezoelectric precursor layer before crystallization is laminated does not change. For this reason, a force that maintains the size before volume shrinkage from the lower electrode layer acts on the piezoelectric layer that has undergone volume shrinkage, and a residual stress has occurred in a state where tensile stress has acted on the piezoelectric layer. It becomes.
Here, the larger the area of the piezoelectric precursor layer that is crystallized into a piezoelectric layer, the greater the amount of shrinkage and the greater the residual stress. For this reason, if the entire film of the piezoelectric precursor layer formed on the lower electrode layer is crystallized to form the upper electrode layer, the area to be crystallized increases and the residual stress increases, so cracks are likely to occur. . In addition, even if a crack occurs only in a portion of the piezoelectric layer that does not function as an actuator (a portion that does not deform even when a voltage is applied), the crystallized piezoelectric layer has high hardness and the crack easily propagates. A crack may propagate to a portion that functions as an actuator after a layer is formed or after a piezoelectric actuator is completed.

請求項１の構成を備えた発明においては、圧電体層形成工程で、圧電体層を形成したときに電圧の印加により変形する領域となる圧電変形領域の圧電体前駆体層を多結晶体からなる多結晶部とすることにより、圧電アクチュエータとしての機能を発揮することできる。さらに、圧電変形領域外の領域の少なくとも一部の圧電体前駆体層を非晶質からなる非晶質部とするように、圧電体前駆体の結晶化を行い、結晶化した多結晶部と結晶化していない非晶質部とを有する圧電体層を形成する。このように、圧電体前駆体層を部分的に結晶化することで、結晶化して収縮する部分の面積を小さくし、収縮量を小さくしている。これにより、残留応力が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。また、結晶化する面積を小さくすることで、クラックが生じるおそれがある部分が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。   In the invention having the configuration of claim 1, the piezoelectric precursor layer in the piezoelectric deformation region, which becomes a region deformed by application of voltage when the piezoelectric layer is formed in the piezoelectric layer forming step, is formed from the polycrystalline body. By using such a polycrystalline part, the function as a piezoelectric actuator can be exhibited. Further, the piezoelectric precursor is crystallized so that at least a part of the piezoelectric precursor layer in the region outside the piezoelectric deformation region is an amorphous portion made of an amorphous material. A piezoelectric layer having an amorphous portion that is not crystallized is formed. Thus, by partially crystallizing the piezoelectric precursor layer, the area of the portion that crystallizes and shrinks is reduced, and the amount of shrinkage is reduced. Thereby, a residual stress becomes small and generation | occurrence | production of a crack can be suppressed. Further, by reducing the area to be crystallized, a portion where there is a possibility of causing a crack is reduced, and the generation of the crack can be suppressed.

また、請求項５の構成を備えた発明においては、圧電体層は、電圧の印加により変形する領域である圧電変形領域が多結晶体からなる多結晶部であり、圧電変形領域外の領域の少なくとも一部が非晶質からなる非晶質部であり、圧電体層が結晶化した多結晶部と結晶化していない非晶質部とを有する。このように、圧電体層が部分的に多結晶部であることにより、結晶化している面積を小さくすることで、クラックが生じるおそれがある部分が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。   In the invention having the configuration of claim 5, the piezoelectric layer is a polycrystalline portion in which a piezoelectric deformation region, which is a region deformed by application of a voltage, is a polycrystalline body, and a region outside the piezoelectric deformation region. At least a part is an amorphous part made of an amorphous material, and the piezoelectric layer has a crystallized polycrystalline part and an uncrystallized amorphous part. As described above, since the piezoelectric layer is partially a polycrystalline portion, by reducing the crystallized area, a portion where there is a possibility of causing a crack is reduced, and the generation of the crack can be suppressed. .

本発明によれば、圧電体層のクラックの発生を抑制することができるという優れた効果がある。   According to the present invention, there is an excellent effect that generation of cracks in the piezoelectric layer can be suppressed.

インクジェットプリンタの概略斜視図。1 is a schematic perspective view of an ink jet printer. インクジェットプリンタの概略断面図。1 is a schematic sectional view of an ink jet printer. インクカートリッジの概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ink cartridge. 液滴吐出ヘッドの分解斜視図、（ａ）はノズル基板の説明図、（ｂ）は液室基板の説明図、（ｃ）は保護基板の説明図。FIG. 4 is an exploded perspective view of a droplet discharge head, (a) is an explanatory view of a nozzle substrate, (b) is an explanatory view of a liquid chamber substrate, and (c) is an explanatory view of a protective substrate. 液滴吐出ヘッドの断面説明図、（ａ）は、図４中のＸ−Ｘ’断面に対応する断面説明図、（ｂ）は、図４に示したＹ−Ｙ’断面に対応する断面説明図。Cross-sectional explanatory view of the droplet discharge head, (a) is a cross-sectional explanatory view corresponding to the XX 'cross section in FIG. 4, (b) is a cross-sectional explanatory view corresponding to the YY' cross section shown in FIG. Figure. 液室基板の作成工程のＸ−Ｘ’断面での説明図。Explanatory drawing in the X-X 'cross section of the creation process of a liquid chamber board | substrate. 液室基板の作成工程のＹ−Ｙ’断面での説明図。Explanatory drawing in the Y-Y 'cross section of the creation process of a liquid chamber board | substrate. 液滴吐出ヘッドの作成工程のＸ−Ｘ’断面での説明図。Explanatory drawing in the X-X 'cross section of the production process of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドの作成工程のＹ−Ｙ’断面での説明図。Explanatory drawing in the Y-Y 'cross section of the production process of a droplet discharge head. 変形例に係るマイクロポンプの概略説明図。Schematic explanatory drawing of the micropump which concerns on a modification.

以下、本発明を適用可能な画像形成装置の一実施形態として、インクジェットプリンタ（以下、プリンタ１００）について説明する。
まず、プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ１００の斜視図である。プリンタ１００は、キャリッジ１０１と、記録ヘッド５１と、インクカートリッジ１０２とを含んで構成される印字機構部１０３を本体内部に有している。キャリッジ１０１は、用紙３０の搬送方向に対して直交方向である走査方向に移動可能な部材である。記録ヘッド５１は、キャリッジ１０１に搭載した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドであり、インクカートリッジ１０２は記録ヘッド５１にインク液を供給する。 Hereinafter, an ink jet printer (hereinafter, printer 100) will be described as an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applicable.
First, the basic configuration of the printer 100 will be described. FIG. 1 is a perspective view of the printer 100. The printer 100 includes a printing mechanism 103 that includes a carriage 101, a recording head 51, and an ink cartridge 102 inside the main body. The carriage 101 is a member that can move in a scanning direction that is orthogonal to the conveyance direction of the paper 30. The recording head 51 is an ink jet head which is an example of a droplet discharge head mounted on the carriage 101, and the ink cartridge 102 supplies ink liquid to the recording head 51.

図２は、プリンタ１００主走査方向の図１中の手前側から見たときのインクカートリッジ１０２部分における概略断面図である。図２に示すように、このプリンタの本体内部には、印字機構部１０３の他に、給紙機構部１０４を有している。
プリンタ１００は、詳細は後述するが、給紙トレイまたは手差しトレイ１０５から給送される用紙３０を取り込み、印字機構部１０３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１０６に排紙する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the ink cartridge 102 when viewed from the front side in FIG. 1 in the main scanning direction of the printer 100. As shown in FIG. 2, the printer main body has a paper feed mechanism section 104 in addition to the print mechanism section 103.
Although details will be described later, the printer 100 takes in the paper 30 fed from the paper feed tray or the manual feed tray 105, records a required image by the printing mechanism unit 103, and then discharges the paper discharge tray 106 mounted on the rear side. Paper is discharged.

印字機構部１０３のキャリッジ１０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブッラク（Ｂ）の各色のインク液を収容した四つのインクカートリッジ１０２がそれぞれ交換可能に装着されている。   The carriage 101 of the printing mechanism unit 103 is mounted with four ink cartridges 102 containing ink liquids of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (B) in a replaceable manner. .

図３は四つのインクカートリッジ１０２のうちの一つの概略構成図である。四つのインクカートリッジ１０２は、収容するインク液の色が異なる以外は同様の構成である。
キャリッジ１０１に搭載されたインクカートリッジ１０２は、ノズル孔を有する記録ヘッド５１と、インク液を収容し、記録ヘッド５１にインクを供給するタンク部１０２ａを有している。ここで、図１または図２では下方に向いて設置される記録ヘッド５１を、図３では説明の都合上、上方に描いている。
インクカートリッジ１０２のタンク部１０２ａの上方（図２中の上方）には、大気と連通する不図示の大気口が備えられている。また、図２に示すように、タンク部１０２ａの下方には、タンク部１０２ａ内のインク液を記録ヘッド５１に供給する供給口１０２ｂが設けられている。さらに、タンク部１０２ａの内部には、内部にはインク液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記録ヘッド５１へ供給されるインク液をわずかな負圧に維持している。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of one of the four ink cartridges 102. The four ink cartridges 102 have the same configuration except that the colors of the ink liquids to be stored are different.
The ink cartridge 102 mounted on the carriage 101 includes a recording head 51 having nozzle holes and a tank portion 102 a that stores ink liquid and supplies ink to the recording head 51. Here, in FIG. 1 or FIG. 2, the recording head 51 installed facing downward is drawn upward in FIG. 3 for convenience of explanation.
Above the tank portion 102a of the ink cartridge 102 (above in FIG. 2), an air port (not shown) communicating with the air is provided. As shown in FIG. 2, a supply port 102b for supplying ink liquid in the tank 102a to the recording head 51 is provided below the tank 102a. Further, the tank portion 102a has a porous body filled with ink liquid, and the ink liquid supplied to the recording head 51 by the capillary force of the porous body is made to have a slight negative pressure. Is maintained.

記録ヘッド５１は、インク吐出口である複数のノズル孔を主走査方向と交差する方向に配列し、インク液滴吐出方向が下方となるように配置されている。
本実施形態では、記録ヘッド５１とタンク部１０２ａとが一体となったインクカートリッジ１０２について説明したが、タンク部１０２ａと記録ヘッド５１とを別体としても良い。また、記録ヘッド５１としてここでは各色に対応したヘッド部を用いているが、各色のインク液を吐出するノズル孔を有する１個のヘッド部でもよい。 The recording head 51 is arranged such that a plurality of nozzle holes, which are ink ejection openings, are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and the ink droplet ejection direction is downward.
In the present embodiment, the ink cartridge 102 in which the recording head 51 and the tank portion 102a are integrated has been described. However, the tank portion 102a and the recording head 51 may be separated. In addition, although the head portion corresponding to each color is used here as the recording head 51, it may be a single head portion having nozzle holes for discharging the ink liquid of each color.

印字機構部１０３はキャリッジ１０１を保持する保持手段として、プリンタ１００本体の主走査方向の両側面に横架し、キャリッジ１０１の後方側（用紙搬送方向下流側）を貫通する主ガイドロッド１０７を有している。また、この主ガイドロッド１０７と一定間隔をおいて並行に延在し、キャリッジ１０１の前方側（用紙搬送方向上流側）が載置される従ガイドロッド１０８を有している。キャリッジ１０１は、主ガイドロッド１０７及び従ガイドロッド１０８によって主走査方向に移動可能なように摺動自在に保持されている。   The printing mechanism unit 103 has a main guide rod 107 that extends horizontally on both sides in the main scanning direction of the main body of the printer 100 and passes through the rear side of the carriage 101 (downstream side in the sheet conveyance direction) as a holding unit that holds the carriage 101. doing. The main guide rod 107 has a sub-guide rod 108 that extends in parallel with a predetermined interval and on which the front side of the carriage 101 (upstream side in the paper conveyance direction) is placed. The carriage 101 is slidably held by a main guide rod 107 and a sub guide rod 108 so as to be movable in the main scanning direction.

また、印字機構部１０３はキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するための移動手段として、タイミングベルト１１２と、タイミングベルト１１２を張架する駆動プーリ１１０及び従動プーリ１１１と、駆動プーリ１１０を回転駆動する主走査モータ１０９とを有している。図１に示すように、駆動プーリ１１０はプリンタ１００本体の一方の側面側に配置し、従動プーリ１１１は、本体の他方の側面側に配置して、タイミングベルト１１２が主走査方向に平行に延在するようにしている。また、タイミングベルト１１２にはキャリッジ１０１が固定されている。   In addition, the printing mechanism 103 serves as a moving unit for moving and scanning the carriage 101 in the main scanning direction. The timing belt 112, the driving pulley 110 and the driven pulley 111 that stretch the timing belt 112, and the driving pulley 110 are driven to rotate. Main scanning motor 109. As shown in FIG. 1, the driving pulley 110 is disposed on one side of the printer 100 main body, the driven pulley 111 is disposed on the other side of the main body, and the timing belt 112 extends in parallel to the main scanning direction. To be present. A carriage 101 is fixed to the timing belt 112.

主走査モータ１０９は、駆動プーリ１１０を正逆回転させる駆動源であり、駆動プーリ１１０が回転すると、タイミングベルト１１２が主走査方向に無端移動する。キャリッジ１０１は、タイミングベルト１１２に固定されているため、タイミングベルト１１２とともに主走査方向に移動する。このため、主走査モータ１０９によって駆動プーリ１１０を正逆回転させることで、キャリッジ１０１が主走査方向に往復移動される。   The main scanning motor 109 is a driving source that rotates the driving pulley 110 forward and backward. When the driving pulley 110 rotates, the timing belt 112 moves endlessly in the main scanning direction. Since the carriage 101 is fixed to the timing belt 112, the carriage 101 moves in the main scanning direction together with the timing belt 112. Therefore, the carriage 101 is reciprocated in the main scanning direction by rotating the driving pulley 110 forward and backward by the main scanning motor 109.

給紙機構部１０４には、用紙３０を積載した給紙トレイと、給紙ローラ１１３と、フリクションパッド１１４と、ガイド部材１１５と、搬送ローラ１１６とを備えている。給紙機構部１０４の給紙トレイは、複数枚の用紙３０の束を積載し、プリンタ１００本体に対して着脱可能に装着されている。
給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４は、用紙３０を、記録ヘッド５１の下方に搬送するために、給紙トレイ内にセットした用紙３０の束の最上段の一枚を分離給紙する。ガイド部材１１５は、給紙トレイから分離給紙された用紙３０を搬送ローラ１１６によって搬送される領域に案内する。 The paper feed mechanism unit 104 includes a paper feed tray on which the paper 30 is stacked, a paper feed roller 113, a friction pad 114, a guide member 115, and a transport roller 116. A paper feed tray of the paper feed mechanism unit 104 stacks a bundle of a plurality of sheets 30 and is detachably attached to the printer 100 main body.
The sheet feed roller 113 and the friction pad 114 separate and feed the uppermost sheet of the bundle of sheets 30 set in the sheet feed tray in order to convey the sheet 30 below the recording head 51. The guide member 115 guides the paper 30 separated and fed from the paper feed tray to an area where the paper is conveyed by the conveyance roller 116.

搬送ローラ１１６は、用紙３０を反転させて液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド５１と対向する位置に搬送する。また、搬送ローラ１１６の周囲には、用紙３０を搬送ローラ１１６に押し付ける搬送コロ１１７、及び、用紙３０を所定の送り出し角度で記録ヘッド５１との対向する位置に送り出す先端コロ１１８が配置されている。搬送ローラ１１６は、副走査モータ１３０によってギヤ列を介して回転駆動が伝達され、図１中の時計周りに回転する。   The conveyance roller 116 reverses the sheet 30 and conveys it to a position facing the recording head 51 as a droplet discharge head. Around the transport roller 116, a transport roller 117 that presses the paper 30 against the transport roller 116 and a leading roller 118 that feeds the paper 30 to a position facing the recording head 51 at a predetermined feed angle are arranged. . The conveyance roller 116 is rotated by a sub-scanning motor 130 through a gear train and rotates clockwise in FIG.

記録ヘッド５１と対向する位置には、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙３０を記録ヘッド５１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１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙３０を排出方向に送り出すための排出ローラ１２０と、排出ローラ１２０に対向する排出拍車１２１とが配置されている。さらに、送り出された用紙３０を排紙トレイ１０６に排出する排紙ローラ１２３と排紙ローラ１２３に対向する排紙拍車１２４とを備えている。また、排出ローラ１２０と排紙ローラ１２３との間には、排紙経路を形成する一対のガイド部材１２５が配設されている。   At a position facing the recording head 51, a printing guide is a sheet guide member that guides the sheet 30 fed from the conveying roller 116 corresponding to the movement range of the carriage 101 in the main scanning direction on the lower side of the recording head 51. A member 119 is provided. A discharge roller 120 for sending the paper 30 in the discharge direction and a discharge spur 121 opposed to the discharge roller 120 are disposed on the downstream side of the printing receiving member 119 in the paper conveyance direction. Further, a discharge roller 123 that discharges the fed paper 30 to the discharge tray 106 and a discharge spur 124 that faces the discharge roller 123 are provided. A pair of guide members 125 forming a paper discharge path are disposed between the discharge roller 120 and the paper discharge roller 123.

また、プリンタ１００には、手差しで用紙３０を給紙できるように手差しトレイ１０５が設けられており、プリンタ１００本体に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ１０５上の用紙３０は、手差し給紙ローラ１０５ａによって搬送ローラ１１６に搬送される。   Further, the printer 100 is provided with a manual feed tray 105 so that the paper 30 can be manually fed, and is attached to the printer 100 main body so that it can be turned over. The paper 30 on the manual feed tray 105 is transported to the transport roller 116 by the manual paper feed roller 105a.

また、印字機構部１０３におけるキャリッジ１０１の移動方向についての一端である、図１中の右手前側端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド５１の吐出不良を回復するための回復装置１２７を配置している。回復装置１２７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１０１は印字待機中にはこの回復装置１２７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド５１をキャッピングされ、ノズル孔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、記録途中などに回復装置１２７と対向する位置にキャリッジ１０１を移動させ、記録とは関係しないインク液を吐出することにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 127 for recovering the ejection failure of the recording head 51 is located at a position outside the recording area on the right front end side in FIG. Is arranged. The recovery device 127 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 101 is moved to the recovery device 127 side during printing standby and the recording head 51 is capped by the capping unit, and the nozzle hole is kept in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying. In addition, by moving the carriage 101 to a position facing the recovery device 127 during recording or the like and discharging ink liquid that is not related to recording, the ink viscosity of all nozzle holes is made constant and stable discharge performance is maintained. To do.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔を密封し、チューブを通して吸引手段でノズル孔からインク液とともに気泡等を吸い出し、ノズル孔が開口しているヘッド面に付着したインク液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、吸引されたインク液は、プリンタ１００本体下部に設置された不図示の廃インクタンク不図示）に排出され、廃インクタンク内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the nozzle hole of the recording head 51 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the nozzle hole with a suction unit through the tube, and adhere to the head surface where the nozzle hole is opened. The ink liquid, dust, and the like thus removed are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink liquid is discharged to a waste ink tank (not shown) installed at the lower part of the printer 100 main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink tank.

次に、プリンタ１００のプリント動作について説明する。
パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像情報などの信号が送られ、プリントを実行する。まず、手差しトレイ１０５から手差し給紙ローラ１０５ａによって、または、給紙トレイから給紙ローラ１１３によって用紙３０が給紙される。給紙トレイから給紙された用紙３０は、ガイド部材１１５や搬送コロ１１７に案内されて搬送ローラ１１６に搬送されて反転し、記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ１０５から供給された用紙３０は、搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されて記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。 Next, the printing operation of the printer 100 will be described.
A signal such as image information is sent from an external device such as a personal computer, and printing is executed. First, the sheet 30 is fed from the manual feed tray 105 by the manual feed roller 105 a or from the feed tray by the feed roller 113. The paper 30 fed from the paper feed tray is guided by the guide member 115 and the transport roller 117, transported to the transport roller 116, reversed, and transported to a position facing the recording head 51. On the other hand, the paper 30 supplied from the manual feed tray 105 is guided to the transport roller 117, transported to the transport roller 116, and transported to a position facing the recording head 51.

記録ヘッド５１に対向する位置に搬送された用紙３０が所定位置に達したら、搬送ローラ１１６を停止して用紙３０の移動を停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しなが、停止した用紙３０の所定箇所に所定のインク液を吐出して一行分を用紙３０に形成する。ここで、一行とは、記録ヘッド５１が用紙３０へ記録可能な副走査方向（記録ヘッド５１に対向する位置での用紙３０の移動方向）の範囲を言う。
主走査方向に一行分の記録が終了したら、搬送ローラ１１６を所定時間駆動させ、用紙３０を一行分、排紙トレイ１０６方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しなが一行分の画像を形成する。 When the sheet 30 conveyed to the position facing the recording head 51 reaches a predetermined position, the conveyance roller 116 is stopped to stop the movement of the sheet 30. Then, the carriage 101 does not reciprocate in the main scanning direction according to the image signal, but a predetermined ink liquid is ejected to a predetermined position of the stopped paper 30 to form one line on the paper 30. Here, one line refers to a range in the sub-scanning direction (the moving direction of the sheet 30 at a position facing the recording head 51) in which the recording head 51 can record on the sheet 30.
When the recording for one line in the main scanning direction is completed, the conveying roller 116 is driven for a predetermined time, and the sheet 30 is moved by one line in the direction of the paper discharge tray 106 and stopped. Then, the carriage 101 reciprocates in the main scanning direction according to the image signal to form an image for one line.

このような工程を所定回数繰り返して行い、用紙３０に所望の画像をプリントする。所望の画像がプリントされた用紙３０は、排出ローラ１２０及び排出拍車１２１と排紙ローラ１２３及び排紙拍車１２４とによって搬送され、排紙トレイ１０６に排出される。画像形成を終了したキャリッジ１０１は、図１中右手前側の回復装置１２７と対向する位置に移動して、図示しないキャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔をキャッピングする。   Such a process is repeated a predetermined number of times to print a desired image on the paper 30. The paper 30 on which a desired image is printed is conveyed by the discharge roller 120 and the discharge spur 121, the discharge roller 123 and the discharge spur 124, and is discharged to the discharge tray 106. After the image formation, the carriage 101 moves to a position facing the recovery device 127 on the right front side in FIG. 1, and capping the nozzle holes of the recording head 51 by a capping unit (not shown).

次に、記録ヘッド５１について説明する。
図４は、上述した記録ヘッド５１に適用可能な本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の分解斜視図である。図４に示す液滴吐出ヘッド５０は、圧電アクチュエータ２００を用いたものであり、インク液滴を基板の面部（ヘッド面）に設けたノズル孔から吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。 Next, the recording head 51 will be described.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the droplet discharge head 50 of the present embodiment applicable to the recording head 51 described above. The droplet discharge head 50 shown in FIG. 4 uses a piezoelectric actuator 200, and shows an example of a side shooter system that discharges ink droplets from nozzle holes provided on a surface portion (head surface) of a substrate. Show.

図４に示すように、液滴吐出ヘッド５０は三枚の基板重ねて形成されており、図４では、図３と同様に、ノズル孔２０が形成されたヘッド面を上方に示している。図４（ａ）は、インク液を吐出するノズル孔２０を有するノズル基板２の説明図、図４（ｂ）は、吐出液室１４、振動板、圧電素子を形成した液室基板１の説明図、図４（ｃ）は、圧電素子保護空間２２を配した保護基板３の説明図である。このように、液滴吐出ヘッド５０は、ノズル基板２、液室基板１及び保護基板３の三枚の基板を重ねた積層構造となっている。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、一部断面図で示してある。   As shown in FIG. 4, the droplet discharge head 50 is formed by stacking three substrates. In FIG. 4, the head surface on which the nozzle holes 20 are formed is shown upward as in FIG. 4A is an explanatory view of the nozzle substrate 2 having the nozzle holes 20 for discharging the ink liquid, and FIG. 4B is an explanatory view of the liquid chamber substrate 1 on which the discharge liquid chamber 14, the vibration plate, and the piezoelectric element are formed. FIG. 4C is an explanatory diagram of the protective substrate 3 provided with the piezoelectric element protection space 22. As described above, the droplet discharge head 50 has a laminated structure in which the three substrates of the nozzle substrate 2, the liquid chamber substrate 1 and the protective substrate 3 are stacked. FIGS. 4B and 4C are partially sectional views.

図５は、図４に示す液滴吐出ヘッド５０の断面説明図である。図５（ａ）は、図４中のＸ−Ｘ’断面に対応する断面説明図であり、便宜上二つの吐出液室１４に対応する部分のみ示しており、一方の吐出液室１４内のインクがノズル孔２０を通ってインク液滴２１として用紙３０に向けて吐出されている様子を模式的に示している。図５（ｂ）は、図４に示したＹ−Ｙ’断面に対応する断面説明図である。図５（ｂ）では、流路が狭くなっている流体抵抗部１５に対応する領域を破線で示している。   FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of the droplet discharge head 50 shown in FIG. FIG. 5A is a cross-sectional explanatory view corresponding to the XX ′ cross section in FIG. 4, and shows only a portion corresponding to the two discharge liquid chambers 14 for convenience. Is schematically shown as being discharged toward the paper 30 as ink droplets 21 through the nozzle holes 20. FIG. 5B is a cross-sectional explanatory diagram corresponding to the Y-Y ′ cross section shown in FIG. 4. In FIG.5 (b), the area | region corresponding to the fluid resistance part 15 where the flow path is narrow is shown with the broken line.

液室基板１は、シリコン基板４上にパイロ酸化、LPCVD法等により薄膜を形成することで振動板５５を形成し、その上に圧電素子５６を形成して、圧電アクチュエータ２００を構成する。圧電素子５６は、振動板５５の上に下電極層８となるチタン膜及び白金膜、圧電体層９となるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の膜、上電極層１０となる白金膜の多層構造を積層することで形成している。圧電素子５６は、シリコン基板４をエッチングすることにより形成された吐出液室１４に対向する領域に形成されている。   The liquid chamber substrate 1 forms a diaphragm 55 by forming a thin film on the silicon substrate 4 by pyro-oxidation, LPCVD method, or the like, and forms a piezoelectric element 56 thereon to constitute a piezoelectric actuator 200. The piezoelectric element 56 is a multilayer of a titanium film and a platinum film serving as the lower electrode layer 8 on the vibration plate 55, a PZT (lead zirconate titanate) film serving as the piezoelectric layer 9, and a platinum film serving as the upper electrode layer 10. It is formed by stacking structures. The piezoelectric element 56 is formed in a region facing the discharge liquid chamber 14 formed by etching the silicon substrate 4.

ノズル基板２は、ニッケル高速電鋳法を用いて厚さ３０［μｍ］に形成したニッケル基板であり、液室基板１に固定したときに吐出液室１４と対向する位置にノズル孔２０を備えている。
保護基板３は、圧電素子５６を構成する圧電素子の保護及び変形を妨げないための圧電素子保護空間２２と、液室隔壁４ａの剛性を高めるために液室隔壁４ａを振動板５５を介して補強する補強壁２３とが形成された基板である。 The nozzle substrate 2 is a nickel substrate formed to a thickness of 30 [μm] using a nickel high-speed electroforming method, and includes a nozzle hole 20 at a position facing the discharge liquid chamber 14 when fixed to the liquid chamber substrate 1. ing.
The protective substrate 3 includes a piezoelectric element protection space 22 for preventing protection and deformation of the piezoelectric elements constituting the piezoelectric element 56, and a liquid chamber partition wall 4a via a diaphragm 55 in order to increase the rigidity of the liquid chamber partition wall 4a. It is a board | substrate with which the reinforcement wall 23 to reinforce was formed.

以下、図４及び図５に示す液滴吐出ヘッド５０を図１〜図３を用いて説明したインクカートリッジ１０２の記録ヘッド５１に用いた場合のインク液を吐出する動作について説明する。
タンク部１０２ａ内から供給口１０２ｂを介して液滴吐出ヘッド５０に供給されたインク液は、共通液室１８からそれぞれの個別インク供給孔２４を経由してそれぞれの吐出液室１４内にインクが供給される。
吐出液室１４内がインク液により満たされた状態で、圧電素子５６の上電極層１０と下電極層８との間に電圧を印加し、これにより横振動モードで変形する圧電素子５６が縮み、圧電素子５６と密着している振動板５５全体が吐出液室１４側に凸形状に変形する。吐出液室１４の体積が減少し吐出液室１４内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔２０よりインク液滴２１を用紙３０に向けて吐出する。
上電極層１０と下電極層８との間にパルス電圧を連続的に繰り返して印加することによって、インク液滴２１を連続的に吐出することが出来る。 Hereinafter, an operation of discharging ink liquid when the droplet discharge head 50 shown in FIGS. 4 and 5 is used for the recording head 51 of the ink cartridge 102 described with reference to FIGS. 1 to 3 will be described.
The ink liquid supplied from the tank portion 102a to the droplet discharge head 50 via the supply port 102b is transferred from the common liquid chamber 18 to the discharge liquid chamber 14 via the individual ink supply holes 24. Supplied.
A voltage is applied between the upper electrode layer 10 and the lower electrode layer 8 of the piezoelectric element 56 in a state where the discharge liquid chamber 14 is filled with the ink liquid, whereby the piezoelectric element 56 deformed in the transverse vibration mode contracts. The entire diaphragm 55 in close contact with the piezoelectric element 56 is deformed into a convex shape toward the discharge liquid chamber 14. The volume of the discharge liquid chamber 14 decreases, and the pressure in the discharge liquid chamber 14 rapidly increases, and the ink droplets 21 are discharged from the nozzle holes 20 toward the paper 30.
By repeatedly applying a pulse voltage between the upper electrode layer 10 and the lower electrode layer 8 continuously, the ink droplets 21 can be continuously discharged.

次に、振動板５５及び圧電素子５６からなる圧電アクチュエータ２００を備える液室基板１の作製方法の実施例について説明する。
図６及び図７は液室基板１の作成工程の説明図である。図６は、図５（ａ）と同じ断面における説明図であり、図７は、図５（ｂ）と同じ断面における説明図である。
本実施例では、シリコン基板４に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことで圧電アクチュエータ２００を作成していく。 Next, an embodiment of a method for manufacturing the liquid chamber substrate 1 including the piezoelectric actuator 200 including the vibration plate 55 and the piezoelectric element 56 will be described.
6 and 7 are explanatory views of a process for producing the liquid chamber substrate 1. 6 is an explanatory diagram in the same cross section as FIG. 5A, and FIG. 7 is an explanatory diagram in the same cross section as FIG. 5B.
In this embodiment, the piezoelectric actuator 200 is formed by forming a diaphragm material and a piezoelectric element material on the silicon substrate 4.

まず、図６（ａ）及び図７（ａ）に示す工程について説明する。
厚み４００［ｕｍ］の＜１００＞シリコン基板４の表面に、パイロ（Ｗｅｔ）酸化法によりシリコン酸化膜５を０．６［μｍ］の厚みで成膜する。次に、ＬＰＣＶＤ法によりポリシリコン膜６を０．６［μｍ］の厚みで成膜し、さらに、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１３を０．３［μｍ］の厚みで成膜する。これにより、図６（ａ）及び図７（ａ）に示す状態となる。 First, the steps shown in FIGS. 6A and 7A will be described.
A silicon oxide film 5 having a thickness of 0.6 [μm] is formed on the surface of the <100> silicon substrate 4 having a thickness of 400 [um] by a pyro oxidation method. Next, a polysilicon film 6 is formed with a thickness of 0.6 [μm] by LPCVD, and a silicon nitride film 13 is formed with a thickness of 0.3 [μm] by LPCVD. As a result, the state shown in FIGS. 6A and 7A is obtained.

次に、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す工程について説明する。
リソエッチ法を用いて個別インク供給孔２４の入口となる部分のポリシリコン膜６及びシリコン窒化膜１３を除去する。その後、減圧化学気相成長法（以下、ＬＰＣＶＤ法）により高温酸化膜７（ＨＴＯ膜）を０．６［μｍ］の厚みで成膜する。これにより、シリコン酸化膜５、ポリシリコン膜６、シリコン窒化膜１３及び高温酸化膜７の積層膜によって構成される振動板５５が形成され、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す状態となる。 Next, the steps shown in FIGS. 6B and 7B will be described.
The polysilicon film 6 and the silicon nitride film 13 at the entrance of the individual ink supply hole 24 are removed using a lithoetch method. Thereafter, a high-temperature oxide film 7 (HTO film) is formed to a thickness of 0.6 [μm] by low pressure chemical vapor deposition (hereinafter referred to as LPCVD). As a result, a diaphragm 55 constituted by a laminated film of the silicon oxide film 5, the polysilicon film 6, the silicon nitride film 13 and the high temperature oxide film 7 is formed, and the state shown in FIGS. 6B and 7B. It becomes.

次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す工程について説明する。
圧電素子５６の下電極層８を構成する、Ｔｉ（チタン）層を０．０５［μｍ］の厚みで、Ｐｔ（白金）層を０．２［μｍ］の厚みで、それぞれスパッタ法により成膜し、０．２５［μｍ］の厚みの下電極層８を成膜する。
次に、圧電体の前駆体をスピンコート法により塗布して圧電前駆体層を成膜し、ソルゲル法で焼成することにより圧電体層９を２［μｍ］の厚みで形成する。 Next, the steps shown in FIGS. 6C and 7C will be described.
The Ti (titanium) layer constituting the lower electrode layer 8 of the piezoelectric element 56 is formed with a thickness of 0.05 [μm] and the Pt (platinum) layer is formed with a thickness of 0.2 [μm] by sputtering. Then, the lower electrode layer 8 having a thickness of 0.25 [μm] is formed.
Next, a piezoelectric precursor layer is formed by applying a piezoelectric precursor by spin coating, and is baked by sol-gel to form a piezoelectric layer 9 having a thickness of 2 [μm].

この圧電体層９の焼成時における圧電前駆体層の体積収縮により、圧電体層９の膜内部に残留応力が発生し、圧電素子５６及び振動板５５からなる圧電アクチュエータ２００の基板全体に反りを発生させる原因になる。
このため、本実施例では、圧電体層９の膜全体を焼成せず、メタルマスクを使用したランプアニール法によって部分的に焼成を行う方法を取る。
具体的にはアクチュエータとして機能させる部分のみが開口したメタルマスクを、焼成前の圧電体層９の表面上に重ね合わせて、ランプによるアニールを行う７５０［℃］まで昇温させ、ペロブスカイト構造の結晶化を行い、多結晶部９ａを形成する。メタルマスクによって覆われて、ランプ照射されなかった部分は、結晶化させる必要のない部分であり、非晶質のまま残り、非晶質部９ｂを形成する。
多結晶部９ａと非晶質部９ｂとからなる圧電体層９を成膜した後、さらに、上電極層１０を０．１［μｍ］の厚みで成膜することで、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す状態となる。 Due to the volume shrinkage of the piezoelectric precursor layer during the firing of the piezoelectric layer 9, residual stress is generated inside the piezoelectric layer 9, and the entire substrate of the piezoelectric actuator 200 including the piezoelectric element 56 and the diaphragm 55 is warped. Cause it to occur.
For this reason, in this embodiment, the whole film of the piezoelectric layer 9 is not baked, but a method of partially baking by a lamp annealing method using a metal mask is employed.
Specifically, a metal mask having only an opening functioning as an actuator is superposed on the surface of the piezoelectric layer 9 before firing, and the temperature is raised to 750 [° C.] where annealing with a lamp is performed, and a crystal having a perovskite structure is obtained. To form a polycrystalline portion 9a. The portion that is covered with the metal mask and is not irradiated with the lamp is a portion that does not need to be crystallized, remains amorphous and forms an amorphous portion 9b.
After the piezoelectric layer 9 composed of the polycrystalline portion 9a and the amorphous portion 9b is formed, the upper electrode layer 10 is further formed with a thickness of 0.1 [μm], whereby FIG. And it will be in the state shown in FIG.7 (c).

次に、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示す工程について説明する。
図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す状態からリソエッチ法を用いたエッチングによって、上電極層１０及び圧電体層９をパターニングする。このときパターニングにより残った圧電体層９は、多結晶部９ａの外周に非晶質部９ｂが残存している。非晶質部９ｂが残らないようにパターニングしても良いが、非晶質部９ｂが残らないようにエッチングするためには、非晶質部９ｂと同時に多結晶部９ａの一部もエッチングする必要が有る。このよな場合、エッチングレートが異なる領域を同時にエッチングする必要があるため、エッチングレートの遅い多結晶部９ａのエッチングで残渣がでる可能性がある。このような不具合が発生するよりは、多結晶部９ａをエッチングしないようにエッチング領域を非晶質部９ｂのみとして、非晶質部９ｂが僅かに残るようにして、加工した方が好ましい。
さらに、リソエッチ法により下電極層８のパターニングを行うことで、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示す状態となる。 Next, the steps shown in FIGS. 6D and 7D will be described.
The upper electrode layer 10 and the piezoelectric layer 9 are patterned by etching using a litho-etching method from the states shown in FIGS. 6C and 7C. At this time, the piezoelectric layer 9 left by patterning has the amorphous portion 9b remaining on the outer periphery of the polycrystalline portion 9a. Patterning may be performed so that the amorphous portion 9b does not remain. However, in order to perform etching so that the amorphous portion 9b does not remain, a part of the polycrystalline portion 9a is also etched simultaneously with the amorphous portion 9b. There is a need. In such a case, since it is necessary to simultaneously etch regions having different etching rates, there is a possibility that a residue may be produced by etching the polycrystalline portion 9a having a low etching rate. It is preferable to process the non-crystalline portion 9b so that the amorphous portion 9b remains slightly, so that the polycrystalline portion 9a is not etched.
Further, by patterning the lower electrode layer 8 by the lithoetch method, the state shown in FIGS. 6D and 7D is obtained.

次に、図６（ｅ）及び図７（ｅ）に示す工程について説明する。
図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示す状態から、リソエッチ法により個別インク供給孔２４の入口となる部分のシリコン酸化膜５及び高温酸化膜７を除去する。
その後、圧電アクチュエータ２００の電極を構成する下電極層８及び上電極層１０と配線層とを絶縁するための層間絶縁膜１１、及び、配線膜を含めたデバイスを保護する為のパッシベーション膜１２を成膜する。さらに、層間絶縁膜１１及びパッシベーション膜１２をパターニングすることにより、図６（ｅ）及び図７（ｅ）に示す状態となる。 Next, the steps shown in FIGS. 6E and 7E will be described.
From the state shown in FIGS. 6D and 7D, the silicon oxide film 5 and the high-temperature oxide film 7 at the entrance of the individual ink supply holes 24 are removed by a lithoetch method.
Thereafter, the lower electrode layer 8 and the upper electrode layer 10 constituting the electrode of the piezoelectric actuator 200, the interlayer insulating film 11 for insulating the wiring layer from the wiring layer, and the passivation film 12 for protecting the device including the wiring film are formed. Form a film. Further, by patterning the interlayer insulating film 11 and the passivation film 12, the state shown in FIGS. 6E and 7E is obtained.

次に、図６（ｆ）及び図７（ｆ）に示す工程について説明する。
図６（ｅ）及び図７（ｅ）に示す状態から、シリコン基板４における振動板５５が形成された面とは反対側の面に、ＩＣＰドライエッチングによって吐出液室１４、流体抵抗部１５及び個別インク供給孔２４となる凹部を形成する。これにより、圧電アクチュエータ２００を備える液室基板１が完成し、図６（ｆ）及び図７（ｆ）に示す状態となる。 Next, the steps shown in FIGS. 6F and 7F will be described.
From the state shown in FIGS. 6E and 7E, the discharge liquid chamber 14, the fluid resistance portion 15, and the surface of the silicon substrate 4 opposite to the surface on which the diaphragm 55 is formed are formed by ICP dry etching. A recess to be the individual ink supply hole 24 is formed. Thereby, the liquid chamber substrate 1 including the piezoelectric actuator 200 is completed, and the state shown in FIGS. 6 (f) and 7 (f) is obtained.

次に、液室基板１を備える液滴吐出ヘッド５０の作製方法について説明する。
図８及び図９は液滴吐出ヘッド５０の作成工程の説明図である。図８は、図５（ａ）及び図６と同じ断面における説明図であり、図９は、図５（ｂ）及び図７と同じ断面における説明図である。
図６（ｆ）及び図７（ｆ）に示す液室基板１に対して、スルファミン酸浴での高速電鋳法により別途、製作したノズル基板２を、液室基板１の吐出液室１４が形成された側の面に接着することで、図８（ａ）及び図９（ａ）に示す状態となる。 Next, a method for manufacturing the droplet discharge head 50 including the liquid chamber substrate 1 will be described.
FIG. 8 and FIG. 9 are explanatory diagrams of the production process of the droplet discharge head 50. 8 is an explanatory diagram in the same cross section as FIG. 5 (a) and FIG. 6, and FIG. 9 is an explanatory diagram in the same cross section as FIG. 5 (b) and FIG.
6 (f) and FIG. 7 (f), the nozzle substrate 2 separately manufactured by the high-speed electroforming method in the sulfamic acid bath is used as the discharge liquid chamber 14 of the liquid chamber substrate 1. By adhering to the formed surface, the state shown in FIGS. 8A and 9A is obtained.

最後に、シリコンからなる基板にリソエッチ法で圧電素子保護空間２２となる凹部を形成して作成した保護基板３を、液室基板１の圧電素子５６が形成された側の面に接着する。これにより、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す状態となる。さらに、圧電素子５６の上電極層１０及び下電極層８の配線部を不図示の駆動回路に接続することで本実施例の液滴吐出ヘッド５０が完成する。   Finally, the protective substrate 3 formed by forming a concave portion to be the piezoelectric element protection space 22 by a lithoetch method on a substrate made of silicon is bonded to the surface of the liquid chamber substrate 1 on which the piezoelectric element 56 is formed. As a result, the state shown in FIGS. 8B and 9B is obtained. Further, by connecting the wiring portions of the upper electrode layer 10 and the lower electrode layer 8 of the piezoelectric element 56 to a drive circuit (not shown), the droplet discharge head 50 of this embodiment is completed.

ここで、圧電素子を備えたピエゾ型の従来の液滴吐出ヘッドついて説明する。
ピエゾ型のものにはD３３方向の変形を利用した縦振動型、D３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等がある。
近年、半導体プロセスやマイクロマシニング技術の進歩により、パターニング加工技術が確立されてきており、コストの安いシリコン基板上に吐出液収容部及び圧電素子を直接形成する圧電アクチュエータ構成が提案されている。
しかし、シリコン基板上へ直接圧電体を成膜する薄膜ピエゾタイプのアクチュエータでは圧電体薄膜の内部応力により製造途中で圧電体層自体にクラックが発生する問題が発生する。そして、微細な圧力室から大きなインク液滴を吐出するために圧電体層の性能を向上させるほど圧電体層の内部応力が大きくなり不具合が発生しやすくなる。 Here, a conventional piezo-type droplet discharge head provided with a piezoelectric element will be described.
Piezoelectric types include a longitudinal vibration type using deformation in the D33 direction, a transverse vibration (bend mode) type using deformation in the D31 direction, and a shear mode type using shear deformation.
In recent years, patterning processing technology has been established due to advances in semiconductor processes and micromachining technology, and a piezoelectric actuator configuration has been proposed in which a discharge liquid storage portion and a piezoelectric element are directly formed on a low-cost silicon substrate.
However, in a thin film piezo-type actuator in which a piezoelectric material is directly formed on a silicon substrate, there is a problem that a crack occurs in the piezoelectric material layer itself during the manufacturing due to internal stress of the piezoelectric thin film. Then, as the performance of the piezoelectric layer is improved in order to eject large ink droplets from the fine pressure chamber, the internal stress of the piezoelectric layer becomes larger and defects are likely to occur.

特にゾルゲル法による圧電体層の成膜では膜の焼成過程の体積収縮で大きな内部応力が膜中に残存し、圧電体層のパターニングにより基板全体の応力が開放される前に後工程の処理でクラックを発生させる。圧電体層の相中の異物や欠陥がクラックの起点となる場合も多い。   In particular, when a piezoelectric layer is formed by the sol-gel method, a large internal stress remains in the film due to the volume shrinkage during the firing process of the film, and the subsequent processing is performed before the stress of the entire substrate is released by patterning the piezoelectric layer. Generate cracks. In many cases, a foreign substance or a defect in the phase of the piezoelectric layer becomes a starting point of the crack.

特許文献１では圧電体薄膜が下電極層である金属膜上に形成される際に行われる熱処理により、基板に反りやひずみが生じるという問題があるがクラックを生じることなく、必要な膜厚を持った圧電体薄膜を備える圧電体薄膜素子の製造方法を記載している。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜は菱面体晶系の結晶構造を備え、その結晶構造の、Ｘ線回折薄膜法で測定した＜１００＞配向度が３ ０ ％ 以上であるとしており、また圧電体の結晶体の粒界が、電極面に対して略垂直方向に形成されるとしている。しかし、ＰＺＴ薄膜に発生するクラックは膜自身の内部応力によるものが支配的であるが、特許文献１には内部応力低減についての記載がなく、基板上での内部応力に起因するクラックを防止することは困難である。   In Patent Document 1, there is a problem that the substrate is warped or distorted due to the heat treatment performed when the piezoelectric thin film is formed on the metal film as the lower electrode layer. A method of manufacturing a piezoelectric thin film element having a piezoelectric thin film having the holding is described. The lead zirconate titanate (PZT) thin film has a rhombohedral crystal structure, and the crystal structure has a <100> orientation degree of 30% or more measured by an X-ray diffraction thin film method. It is assumed that the grain boundaries of the body crystal are formed in a direction substantially perpendicular to the electrode surface. However, the cracks generated in the PZT thin film are predominantly caused by the internal stress of the film itself. However, Patent Document 1 does not describe the reduction of the internal stress and prevents the crack caused by the internal stress on the substrate. It is difficult.

特許文献２では圧力室及び隔壁に対向する領域に連続的に成膜された圧電体層に対して、隔壁および隔壁付近の圧電体層にイオン打ち込みによって、すでに形成された圧電体層の組成や構造を変化させて容易に変形抑制層が形成できる。変形抑制層を選択的に形成出来るので振動による振動板のクラックの発生等が少ない液体噴射ヘッドが得られるとしている。特許文献２は変形を伴う振動板上へ固定端まで含めた領域に圧電層を形成した構造で振動板の固定端付近での振動板クラックを防止する方法であり、圧電層の内部応力には触れられておらず応力によるＰＺＴのクラックに対する対策にはなっていない。   In Patent Document 2, the composition of a piezoelectric layer already formed by ion implantation in a piezoelectric layer continuously formed in a region facing the pressure chamber and the partition is ion-implanted into the piezoelectric layer near the partition and the partition. A deformation suppressing layer can be easily formed by changing the structure. Since the deformation suppressing layer can be selectively formed, a liquid ejecting head in which the occurrence of cracks in the diaphragm due to vibrations is reduced can be obtained. Patent Document 2 is a method in which a piezoelectric layer is formed in a region including a fixed end on a diaphragm with deformation, and a method for preventing a diaphragm crack near the fixed end of the diaphragm. It is not touched and is not a countermeasure against PZT cracks due to stress.

特許文献３では変形可能な振動板と下部電極と圧電体層上部電極とを有する圧電アクチュエータにおいて全ての膜の膜応力を合わせた膜応力が圧縮応力であるとしている。圧縮応力とすることでアクチュエータが変形しやすくなるとしている。圧電体層の内部応力に起因するクラック等不具合に関する記載がない。
このように、従来の圧電アクチュエータでは、圧電体層の内部応力（残留応力）に起因するクラック等については検討がなされていなかった。 In Patent Document 3, in a piezoelectric actuator having a deformable diaphragm, a lower electrode, and a piezoelectric layer upper electrode, the film stress that is the sum of the film stresses of all the films is a compressive stress. It is said that the actuator is easily deformed by using the compressive stress. There is no description on defects such as cracks caused by internal stress of the piezoelectric layer.
Thus, in the conventional piezoelectric actuator, the crack etc. resulting from the internal stress (residual stress) of the piezoelectric layer have not been studied.

図６（ｃ）及び図７（ｃ）で説明した焼成工程で生じる圧電体層９の残留応力が大きい場合は、圧電体層９の成膜後の後工程（本実施例では上電極層１０の成膜工程）で圧電体層９にクラックが発生する不具合が生じ易い。圧電体層９の残留応力は、以下の理由によって生じる。すなわち、焼成工程で圧電前駆体層が体積収縮するが、焼成前の圧電前駆体層が固定されている下電極層８は変化しない。このため、体積収縮で縮んだ圧電体層９の下電極層８に固定された面に、体積収縮前の大きさを維持しようとする力が作用し、圧電体層９に引っ張り応力が作用した状態で残留応力となる。   When the residual stress of the piezoelectric layer 9 generated in the firing step described with reference to FIGS. 6C and 7C is large, a post-process after forming the piezoelectric layer 9 (in this embodiment, the upper electrode layer 10). In the film forming step), the piezoelectric layer 9 is liable to be cracked. The residual stress of the piezoelectric layer 9 is generated for the following reason. That is, the piezoelectric precursor layer shrinks in volume in the firing step, but the lower electrode layer 8 to which the piezoelectric precursor layer before firing is fixed does not change. For this reason, a force is applied to the surface fixed to the lower electrode layer 8 of the piezoelectric layer 9 shrunk by volume shrinkage, and a tensile stress acts on the piezoelectric layer 9. Residual stress in the state.

焼成する圧電体層９の面積が大きいほど、収縮量が大きくなり、残留応力も大きくなる。このため、従来の圧電素子の製造方法のように、下電極層上に成膜した圧電前駆体層の膜全体を焼成すると、焼成する面積が大きくなり、残留応力が大きくなるため、クラックが生じやすかった。
また、圧電体層９のアクチュエータとして機能しない部分のみにクラックが生じても、結晶化した圧電体層９は硬度が高く、クラックが伝播し易いため、圧電体層９の成膜後の後工程や液滴吐出ヘッド５０が完成した後にクラックがアクチュエータとして機能する部分に伝播することがある。また、残留応力が生じていると、クラックだけでなく、圧電素子５６全体に反りが生じるという不具合もある。
圧電体層９のアクチュエータとして機能する部分にクラックが生じたり、圧電素子５６全体に反りが生じたりすると、上電極層１０と下電極層８との間に所定の電圧を印加しても圧電素子５６が所望の変形を得ることができなくなる。圧電素子５６が所望の変形を得られないと、その信頼性は低下し、クッラックや反りが多発すると圧電アクチュエータ２００を製造する際の歩留りも悪くなる。 The larger the area of the piezoelectric layer 9 to be fired, the greater the amount of shrinkage and the greater the residual stress. For this reason, when the entire film of the piezoelectric precursor layer formed on the lower electrode layer is fired as in the conventional method of manufacturing a piezoelectric element, cracks occur because the area to be fired increases and the residual stress increases. It was easy.
Even if a crack is generated only in a portion of the piezoelectric layer 9 that does not function as an actuator, the crystallized piezoelectric layer 9 has high hardness and the crack easily propagates. In addition, after the droplet discharge head 50 is completed, a crack may propagate to a portion that functions as an actuator. Further, when the residual stress is generated, there is a problem that not only the crack but also the entire piezoelectric element 56 is warped.
If a crack occurs in a portion of the piezoelectric layer 9 that functions as an actuator or warpage occurs in the entire piezoelectric element 56, the piezoelectric element can be applied even if a predetermined voltage is applied between the upper electrode layer 10 and the lower electrode layer 8. 56 cannot obtain the desired deformation. If the piezoelectric element 56 cannot obtain a desired deformation, its reliability is lowered, and if a crack or warp occurs frequently, the yield in manufacturing the piezoelectric actuator 200 is also deteriorated.

本実施例の圧電素子５６では、圧電体の前駆体を部分的に焼成して、結晶化することで、結晶化して収縮する部分の面積を小さくし、収縮量を小さくしている。これにより、残留応力が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。
さらに、図６（ｃ）に示すように、多結晶部９ａを必要な箇所に対向するように複数箇所形成し、その間が非晶質部９ｂとなることにより、残留応力が発生する箇所が分散し、圧電素子５６全体での反りを低減することができる。 In the piezoelectric element 56 of the present embodiment, the piezoelectric precursor is partially fired and crystallized to reduce the area of the portion that crystallizes and contracts, thereby reducing the amount of contraction. Thereby, a residual stress becomes small and generation | occurrence | production of a crack can be suppressed.
Further, as shown in FIG. 6 (c), a plurality of polycrystalline portions 9a are formed so as to face necessary portions, and an amorphous portion 9b is formed between the portions, so that portions where residual stress is generated are dispersed. And the curvature in the whole piezoelectric element 56 can be reduced.

上述した実施例では、圧電体層９の多結晶部９ａと非晶質部９ｂとを作り分ける工法でランプアニール法による工法を記載している。多結晶部９ａと非晶質部９ｂとを作り分ける工法としてはこれに限るものではない。例えば、ゾルゲル法によって圧電体の前駆体を塗布した後に、圧電前駆体層の膜全面を焼成して結晶化させた後に、リソグラフィー法によってマスキング後、イオン注入法によって部分的に非晶質化する方法により多結晶部９ａと非晶質部９ｂとを作り分けてもよい。このような方法によっても圧電体層９の成膜後の後工程（上述した実施例では上電極層１０の成膜工程）で圧電体層９にクラックが発生することを抑制できる。   In the above-described embodiment, the method of lamp annealing is described as a method of separately forming the polycrystalline portion 9a and the amorphous portion 9b of the piezoelectric layer 9. The method of separately forming the polycrystalline portion 9a and the amorphous portion 9b is not limited to this. For example, after applying a piezoelectric precursor by the sol-gel method, the entire surface of the piezoelectric precursor layer is baked and crystallized, then masked by a lithography method, and partially amorphousized by an ion implantation method. The polycrystalline portion 9a and the amorphous portion 9b may be separately formed by a method. Also by such a method, it is possible to suppress the generation of cracks in the piezoelectric layer 9 in a post-process after the formation of the piezoelectric layer 9 (in the above-described embodiment, the formation process of the upper electrode layer 10).

圧電体層９の全体を結晶化させることで、その後に部分的に非晶質化するまでの間は、圧電体層９内の残留応力が従来の製造方法と同様に生じ、その間はクラックが生じ易い状態となる。このため、上述した実施例のように、部分的に結晶化させる製造方法と比較するとクラックが発生し易いが、大きな残留応力を生じたままの状態で後工程を行う従来の製造方法よりもクラックの発生を抑制することができる。
なお、イオン注入種はＮ２（窒素）やＡｒ（アルゴン）など不活性ガス種を使用するのが望ましい。 By crystallizing the entire piezoelectric layer 9, the residual stress in the piezoelectric layer 9 is generated in the same manner as in the conventional manufacturing method until it is partially amorphized thereafter, and cracks are generated during that time. It is easy to occur. For this reason, as in the above-described embodiment, cracks are more likely to occur compared to the manufacturing method in which crystallization is partially performed, but the cracks are higher than those in the conventional manufacturing method in which the post-process is performed with a large residual stress. Can be suppressed.
It is desirable to use an inert gas species such as N 2 (nitrogen) or Ar (argon) as the ion implantation species.

上述した本実施例の製造方法によって圧電アクチュエータ２００を製造することにより、圧電体層９でのクラックの発生を抑制し、歩留り良く、高い信頼性をもったユニモルフ型の圧電アクチュエータを実現することが可能となる。
このような圧電アクチュエータ２００を備えた液滴吐出ヘッド５０を記録ヘッド５１に用いることにより、本実施形態のプリンタ１００は、振動板駆動不良に起因するインク液滴吐出不良がなく、安定したインク液滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また低コストで高品質な液滴吐出ヘッド５０を搭載するので、低コストかつ高品質なインクジェット記録装置を作成できる。
なお、上述した実施例中に記載した膜厚等の数値や材料はこれに限ったものではない。 By manufacturing the piezoelectric actuator 200 by the manufacturing method of the present embodiment described above, it is possible to suppress the generation of cracks in the piezoelectric layer 9 and to realize a unimorph type piezoelectric actuator with high yield and high reliability. It becomes possible.
By using the droplet discharge head 50 including such a piezoelectric actuator 200 for the recording head 51, the printer 100 according to the present embodiment has no ink droplet discharge failure due to vibration plate drive failure, and stable ink liquid. Drop ejection characteristics are obtained and image quality is improved. In addition, since the low-cost and high-quality droplet discharge head 50 is mounted, a low-cost and high-quality inkjet recording apparatus can be created.
In addition, the numerical values and materials such as the film thickness described in the above-described embodiments are not limited to this.

上述した実施形態においては、液滴吐出ヘッド５０をインクジェットプリンタの記録ヘッド５１に適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッド５０として、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。   In the embodiment described above, the example in which the droplet discharge head 50 is applied to the recording head 51 of the inkjet printer has been described. However, as the droplet discharge head 50 other than the inkjet head, for example, a liquid that discharges a liquid resist as droplets The present invention can also be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head and a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets.

〔変形例〕
上述した製造方法で作成した圧電アクチュエータ２００の適用範囲は、液滴吐出ヘッド５０に限るものではない。
以下、変形例として、上述した圧電アクチュエータ２００をマイクロポンプに適用した構成について説明する。 [Modification]
The application range of the piezoelectric actuator 200 created by the manufacturing method described above is not limited to the droplet discharge head 50.
Hereinafter, as a modification, a configuration in which the above-described piezoelectric actuator 200 is applied to a micropump will be described.

図１０は、変形例に係るマイクロポンプ３００の概略説明図である。
図１０に示すマイクロポンプ３００は、流路３３が形成されたシリコン基板４に、振動板５５及び圧電素子５６からなる圧電アクチュエータ２００が複数配置された流路形成基板３１に、蓋基板３２と保護基板３とを貼り付けた構成である。
振動板５５は、上述した実施例と同様に、複数の絶縁膜による積層構造になっている。また、圧電素子５６も、上述した実施例と同様に、圧電体層９を二つの電極で挟んだ構成となっている。 FIG. 10 is a schematic explanatory diagram of a micropump 300 according to a modification.
The micropump 300 shown in FIG. 10 protects the lid substrate 32 and the flow path forming substrate 31 in which a plurality of piezoelectric actuators 200 including the vibration plate 55 and the piezoelectric element 56 are arranged on the silicon substrate 4 on which the flow path 33 is formed. In this configuration, the substrate 3 is attached.
The diaphragm 55 has a laminated structure composed of a plurality of insulating films, as in the above-described embodiments. The piezoelectric element 56 also has a configuration in which the piezoelectric layer 9 is sandwiched between two electrodes, as in the above-described embodiment.

図１０に示すマイクロポンプ３００では、流路３３に沿って複数の圧電アクチュエータ２００を備えており、複数の圧電アクチュエータ２００を図中右側から順次駆動させることによって流路３３内の流体を図１０中の矢印方向へ流す流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
振動板５５に密着して設けられた圧電素子５６の圧電体層９を形成するときに、圧電体層９内の残留応力を低減するために、上述した実施例のように、部分的に結晶化させる方法で膜形成しパターニングすることで、クラックや反り等の発生を防止できる。これにより、歩留りが低下することを防ぐことが出来、低コストなマイクロポンプを生産できる。
本変形例では、圧電アクチュエータ２００を複数備えるマイクロポンプ３００の例を示したが、圧電アクチュエータ２００は一つでもよく、また、輸送効率を上げるために、流路３３に弁を設けても良い。 The micropump 300 shown in FIG. 10 includes a plurality of piezoelectric actuators 200 along the flow path 33. By sequentially driving the plurality of piezoelectric actuators 200 from the right side in the figure, the fluid in the flow path 33 is shown in FIG. The flow in the direction of the arrow is generated, and the fluid can be transported.
In order to reduce the residual stress in the piezoelectric layer 9 when the piezoelectric layer 9 of the piezoelectric element 56 provided in close contact with the vibration plate 55 is formed, as in the above-described embodiment, the crystal layer is partially crystallized. Formation of a film by patterning and patterning can prevent the occurrence of cracks and warpage. Thereby, it can prevent that a yield falls and can produce a low cost micropump.
In the present modification, an example of the micropump 300 including a plurality of piezoelectric actuators 200 is shown, but one piezoelectric actuator 200 may be provided, and a valve may be provided in the flow path 33 in order to increase transport efficiency.

本実施形態では、圧電アクチュエータ２００を、実施例として液滴吐出ヘッド５０に適用した構成、変形例としてマイクロポンプ３００に適用した構成について説明したが、これ以外の光学デバイス、マイクロアクチュエータなどにも応用可能である。   In the present embodiment, the configuration in which the piezoelectric actuator 200 is applied to the droplet discharge head 50 as an example and the configuration in which the piezoelectric actuator 200 is applied to the micropump 300 as a modification have been described. However, the piezoelectric actuator 200 can be applied to other optical devices and microactuators. Is possible.

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
〔態様Ａ〕
下電極層８と上電極層１０との間に圧電体層９を有する圧電素子５６の、下電極層８を形成する下電極層形成工程と、下電極層８に圧電体の前駆体である圧電体前駆体の圧電体前駆体層を積層する圧電体前駆体層積層工程と、圧電体前駆体を結晶化させて圧電体層９を形成する圧電体層形成工程と、圧電体層９に上電極層１０を積層して上電極層１０を形成する上電極層形成工程と、によって圧電素子５６を作成し、圧電素子５６の下電極層８と上電極層１０との間に電圧を印加することで圧電素子５６が変形を起こし、圧電素子５６に密着した振動板５５が変形する圧電アクチュエータ２００を製造する図６及び図７を用いて説明する圧電アクチュエータの製造方法において、圧電体層形成工程で、圧電体層９を形成したときに電圧の印加により変形する領域となる圧電変形領域の圧電体前駆体層を焼成して多結晶体からなる多結晶部９ａとし、圧電変形領域外の領域の少なくとも一部の圧電体前駆体層を非晶質からなる非晶質部９ｂとするように、圧電体前駆体の結晶化を行い、多結晶部９ａと非晶質部９ｂとを有する該圧電体層９を形成する。
このような圧電アクチュエータの製造方法では、圧電体層９の焼成工程で体積収縮による大きな残留応力が圧電体層９の内部に発生することを抑制し、大きな残留応力によって圧電体層形成工程後の工程で圧電体層９にクラックが発生することを抑制する。この製造方法で製造された圧電アクチュエータ２００の圧電体層９におけるアクチュエータとして機能させる部分は結晶化させ多結晶部９ａとし、アクチュエータとして機能させない部分は非晶質のままの非晶質部９ｂとする。部分的に非晶質のままとすることで、圧電体層９全体を多結晶体とするものに比べて、圧電体層９中の残留応力が低減し、クラックの発生を抑制できる。また、多結晶部９ａを必要な箇所に対向するように複数箇所形成し、その間が非晶質部９ｂとなることにより、残留応力が発生する箇所が分散し、圧電素子５６全体での反りを低減することができる。これにより信頼性の高い圧電アクチュエータ２００が歩留り良く生産することが出来る。
〔態様Ｂ〕
〔態様Ａ〕において、圧電体層形成工程では、圧電体層９のアクチュエータとして機能させる部分のみが開口したメタルマスクを、焼成前の圧電体層９の表面上に重ね合わせて、圧電体前駆体層の多結晶部９ａとなる部分のみを結晶化させる。このように、圧電体前駆体層を成膜後、部分的に焼成し結晶化することで、圧電体層中の残留応力が分散し、基板全体の反りを低減でき圧電膜にクラックが発生することを抑制することができる。具体的にはメタルマスクを用いたランプアニール法によって焼成を行い圧電体前駆体層を部分的に結晶化させる。これにより簡便な焼成方法で選択的に焼成が可能となり信頼性の高い圧電アクチュエータ２００を低コストかつ歩留り良く生産する事が出来る。
〔態様Ｃ〕
〔態様Ａ〕において、圧電体層形成工程では、圧電体前駆体層の全体を結晶化した後、非晶質部となる部分のみを非晶質化させてもよい。このような圧電アクチュエータの製造方法では、圧電体前駆体層を成膜後に基板を焼成し全面結晶化させた後にリソグラフィー法によってマスキングし、イオン注入法によって部分的に非晶質化する。全体を焼成し結晶化した領域をイオン注入法によって非晶質化し応力を開放させる。これによって結晶化による残留応力を次工程（本実施形態では上電極層形成工程）の前に低減させ、残留応力によって生じた基板反りも低減することができるため、圧電体層９にクラックが発生することを抑制することができる。このような製造方法では、圧電体前駆体層全体を結晶化する従来の製造方法に、非結晶化を行う簡単な工程を追加することで信頼性の高い圧電アクチュエータ２００を歩留り良く生産する事が出来る。
〔態様Ｄ〕
本実施形態の圧電アクチュエータ２００は、振動板５５と、圧電体層９を挟む二つの電極層（８及び１０）に電圧を印加されることにより変形を起こして、この変形を伝達して振動板５５を変形させる圧電素子５６と、を備えた圧電アクチュエータであり、〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｃ〕の何れか１つの態様に記載の圧電アクチュエータの製造方法によって製造されたものである。このような圧電アクチュエータ２００は、圧電体層９の焼成工程で体積収縮による大きな残留応力が生じることを抑制し、圧電体層９の残留応力によって圧電膜成膜後の後工程で圧電体層９にクラックが発生することを防止することが出来るため、信頼性の高い低コストな圧電膜アクチュエータである。
〔態様Ｅ〕
本実施形態の圧電アクチュエータ２００は、振動板５５と、圧電体層９を挟む二つの電極層（８及び１０）に電圧を印加されることにより変形を起こして、この変形を伝達して振動板５５を変形させる圧電素子５６と、を備えた圧電アクチュエータであり、圧電体層９は、電圧の印加により変形する領域である圧電変形領域が多結晶体からなる多結晶部９ａであり、圧電変形領域外の領域が非晶質からなる非晶質部９ｂである。圧電体層９が部分的に多結晶部９ａであることにより、結晶化している面積を小さくすることで、クラックが生じるおそれがある部分が小さくなり、クラックの発生を抑制することができる。また、上述した実施形態では、圧電アクチュエータ２００の製造工程において、成膜した圧電体層９をエッチングして、略アクチュエータとして用いる部分のみを残してくる。しかし、圧電アクチュエータとしては、圧電体層のアクチュエータとして用いない部分をエッチングせずにそのまま残した構成もある。エッチングしないことにより、コストの削減を図るとともに、圧電体は絶縁体としての機能を有するため、圧電体層を絶縁層として機能させることができる。このような構成の場合、アクチュエータとして用いない部分まで多結晶体であると、経時の使用によりアクチュエータとして用いない部分にクラックが発生し、そのクラックがアクチュエータとして用いる部分まで伝播する恐れがある。このような問題に対して、本態様Ｅの構成を備えた圧電アクチュエータでは、アクチュエータとして用いない部分を非晶質部とすることで、経時の使用によりアクチュエータとして用いない部分にクラックが発生することを防止できる。
〔態様Ｆ〕
インク液滴２１などの液滴を吐出するノズル孔２０と、ノズル孔２０により外部と連通し、かつ液滴となるインク液などの吐出液を収容する吐出液収容部である吐出液室１４と、吐出液室１４内の圧力を変化させることにより、吐出液室１４内の吐出液をノズル孔２０から吐出させる圧力変化手段とを有する記録ヘッド５１などの液滴吐出ヘッド５０において、圧力変化手段として、〔態様Ｄ〕または〔態様Ｅ〕の圧電アクチュエータ２００を備える。圧電体層９にクラックが発生することを抑制できる圧電アクチュエータ２００を備えているため、信頼性が高く、低コストな液滴吐出ヘッド５０を実現できる。
〔態様Ｇ〕
インク液滴２１を吐出するインク吐出ヘッドである記録ヘッド５１と、記録ヘッド５１にインク液を供給するインクタンクであるタンク部１０２ａを一体化したインクカートリッジ１０２において、記録ヘッド５１として〔態様Ｆ〕の液滴吐出ヘッド５０を用いる。このようにインクタンク一体型の記録ヘッド５１の場合、記録ヘッド５１の低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ１０２全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、インクカートリッジ１０２の製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
〔態様Ｈ〕
インク液滴２１を吐出するインクジェットヘッドである記録ヘッド５１を搭載したインクジェット記録装置であるプリンタ１００において、〔態様Ｆ〕の液滴吐出ヘッド５０を用い、液滴吐出ヘッド５０は、信頼性が高く、低コストな液滴吐出ヘッドであるため、これを備えたプリンタ１００全体としても信頼性の向上が図れ、低コスト化を図ることができる。
〔態様Ｉ〕
図１０に示すように、搬送対象の液体が通過する流路３３に配置された振動板５５を変形させる振動板変形手段を備え、振動板５５の変形によって液体を輸送するマイクロポンプ３００において、振動板変形手段として、〔態様Ｄ〕または〔態様Ｅ〕の圧電アクチュエータ２００を備える。これらの圧電アクチュエータ２００は、圧電体層９のクラックの発生や歩留り低下を改善することが出来るため、マイクロポンプ３００全体としても、小型であり、低コストのマイクロポンプが実現できる。 What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
[Aspect A]
The piezoelectric element 56 having the piezoelectric layer 9 between the lower electrode layer 8 and the upper electrode layer 10 has a lower electrode layer forming step for forming the lower electrode layer 8, and the lower electrode layer 8 is a piezoelectric precursor. A piezoelectric precursor layer laminating step of laminating a piezoelectric precursor layer of the piezoelectric precursor, a piezoelectric layer forming step of crystallizing the piezoelectric precursor to form the piezoelectric layer 9, and a piezoelectric layer 9 The upper electrode layer 10 is formed by laminating the upper electrode layer 10 to form the piezoelectric element 56 and apply a voltage between the lower electrode layer 8 and the upper electrode layer 10 of the piezoelectric element 56. In the piezoelectric actuator manufacturing method described with reference to FIGS. 6 and 7 for manufacturing the piezoelectric actuator 200 in which the piezoelectric element 56 is deformed and the diaphragm 55 in close contact with the piezoelectric element 56 is deformed. Application of voltage when the piezoelectric layer 9 is formed in the process The piezoelectric precursor layer in the piezoelectric deformation region, which becomes a more deformable region, is fired to form a polycrystalline portion 9a made of a polycrystalline body, and at least a part of the piezoelectric precursor layer in the region outside the piezoelectric deformation region is amorphous. The piezoelectric precursor 9 is crystallized so as to form the amorphous portion 9b made of the piezoelectric layer 9 having the polycrystalline portion 9a and the amorphous portion 9b.
In such a method of manufacturing a piezoelectric actuator, large residual stress due to volume shrinkage is prevented from being generated in the piezoelectric layer 9 in the firing process of the piezoelectric layer 9, and the piezoelectric layer 9 is formed by the large residual stress after the piezoelectric layer forming process. In the process, the generation of cracks in the piezoelectric layer 9 is suppressed. In the piezoelectric actuator 200 manufactured by this manufacturing method, a portion that functions as an actuator in the piezoelectric layer 9 is crystallized to be a polycrystalline portion 9a, and a portion that does not function as an actuator is an amorphous portion 9b that remains amorphous. . By remaining partially amorphous, the residual stress in the piezoelectric layer 9 is reduced and the occurrence of cracks can be suppressed as compared with the case where the entire piezoelectric layer 9 is made of a polycrystalline body. Further, the polycrystalline portion 9a is formed at a plurality of locations so as to face the necessary portions, and the portion between the polycrystalline portions 9a becomes the amorphous portion 9b, whereby the portions where the residual stress is generated are dispersed, and the warp of the entire piezoelectric element 56 is caused. Can be reduced. Thereby, the highly reliable piezoelectric actuator 200 can be produced with high yield.
[Aspect B]
In [Aspect A], in the piezoelectric layer forming step, a metal mask having only a portion that functions as an actuator of the piezoelectric layer 9 opened is overlaid on the surface of the piezoelectric layer 9 before firing, to thereby form a piezoelectric precursor. Only the portion to be the polycrystalline portion 9a of the layer is crystallized. In this way, after the piezoelectric precursor layer is formed, it is partially baked and crystallized to disperse the residual stress in the piezoelectric layer, thereby reducing the warpage of the entire substrate and generating cracks in the piezoelectric film. This can be suppressed. Specifically, the piezoelectric precursor layer is partially crystallized by baking by a lamp annealing method using a metal mask. As a result, selective firing can be performed selectively by a simple firing method, and a highly reliable piezoelectric actuator 200 can be produced at low cost and with high yield.
[Aspect C]
In [Aspect A], in the piezoelectric layer forming step, after the entire piezoelectric precursor layer is crystallized, only the portion that becomes an amorphous portion may be amorphized. In such a method of manufacturing a piezoelectric actuator, after forming a piezoelectric precursor layer, the substrate is baked to crystallize the entire surface, then masked by a lithography method, and partially amorphousized by an ion implantation method. The entire region that has been fired and crystallized is made amorphous by ion implantation to release the stress. As a result, the residual stress due to crystallization can be reduced before the next step (in this embodiment, the upper electrode layer forming step), and the substrate warpage caused by the residual stress can also be reduced. Can be suppressed. In such a manufacturing method, a highly reliable piezoelectric actuator 200 can be produced with a high yield by adding a simple process for non-crystallization to a conventional manufacturing method for crystallizing the entire piezoelectric precursor layer. I can do it.
[Aspect D]
The piezoelectric actuator 200 of this embodiment causes deformation by applying a voltage to the diaphragm 55 and the two electrode layers (8 and 10) sandwiching the piezoelectric layer 9, and transmits the deformation to transmit the diaphragm. The piezoelectric actuator 56 includes a piezoelectric element 56 that deforms 55, and is manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of [Aspect A] to [Aspect C]. Such a piezoelectric actuator 200 suppresses a large residual stress due to volume shrinkage in the firing process of the piezoelectric layer 9, and the piezoelectric layer 9 is formed in a subsequent process after the piezoelectric film is formed by the residual stress of the piezoelectric layer 9. Therefore, the piezoelectric film actuator is highly reliable and low cost.
[Aspect E]
The piezoelectric actuator 200 of this embodiment causes deformation by applying a voltage to the diaphragm 55 and the two electrode layers (8 and 10) sandwiching the piezoelectric layer 9, and transmits the deformation to transmit the diaphragm. The piezoelectric layer 56 is a polycrystal portion 9a in which a piezoelectric deformation region, which is a region that is deformed by application of a voltage, is made of a polycrystal. A region outside the region is an amorphous portion 9b made of amorphous material. Since the piezoelectric layer 9 is partially the polycrystalline portion 9a, by reducing the crystallized area, the portion where there is a possibility of cracking is reduced, and the occurrence of cracks can be suppressed. In the above-described embodiment, in the manufacturing process of the piezoelectric actuator 200, the formed piezoelectric layer 9 is etched to leave only a portion used as an actuator. However, as a piezoelectric actuator, there is a configuration in which a portion not used as an actuator of the piezoelectric layer is left as it is without being etched. By not etching, the cost can be reduced and the piezoelectric body functions as an insulator, so that the piezoelectric layer can function as an insulating layer. In the case of such a configuration, if the polycrystalline body is used up to a portion that is not used as an actuator, cracks may occur in a portion that is not used as an actuator due to use over time, and the crack may propagate to a portion that is used as an actuator. In order to solve such a problem, in the piezoelectric actuator having the configuration of this aspect E, the portion not used as the actuator is changed to an amorphous portion, so that cracks are generated in the portion not used as the actuator due to use over time. Can be prevented.
[Aspect F]
A nozzle hole 20 that discharges droplets such as ink droplets 21; a discharge liquid chamber 14 that communicates with the outside through the nozzle holes 20 and that is a discharge liquid storage unit that stores discharge liquid such as ink liquid that becomes droplets; In the droplet discharge head 50 such as the recording head 51 having pressure change means for discharging the discharge liquid in the discharge liquid chamber 14 from the nozzle hole 20 by changing the pressure in the discharge liquid chamber 14, the pressure change means As shown, the piezoelectric actuator 200 of [Aspect D] or [Aspect E] is provided. Since the piezoelectric actuator 200 capable of suppressing the occurrence of cracks in the piezoelectric layer 9 is provided, the droplet discharge head 50 with high reliability and low cost can be realized.
[Aspect G]
In an ink cartridge 102 in which a recording head 51 that is an ink discharge head that discharges ink droplets 21 and a tank portion 102a that is an ink tank that supplies ink liquid to the recording head 51 are integrated, the recording head 51 is referred to as [Mode F]. The droplet discharge head 50 is used. In this way, in the case of the ink tank integrated recording head 51, the cost reduction and reliability improvement of the recording head 51 immediately lead to cost reduction and reliability improvement of the ink cartridge 102 as a whole. As a result, the cost can be reduced.
[Aspect H]
In a printer 100 that is an inkjet recording apparatus equipped with a recording head 51 that is an inkjet head that ejects ink droplets 21, the droplet ejection head 50 of [Aspect F] is used, and the droplet ejection head 50 has high reliability. Since this is a low-cost droplet discharge head, the reliability of the printer 100 as a whole provided with this can be improved and the cost can be reduced.
[Aspect I]
As shown in FIG. 10, in the micropump 300 that includes a diaphragm deforming unit that deforms the diaphragm 55 disposed in the flow path 33 through which the liquid to be transported passes, As the plate deformation means, the piezoelectric actuator 200 of [Aspect D] or [Aspect E] is provided. Since these piezoelectric actuators 200 can improve the generation of cracks in the piezoelectric layer 9 and the decrease in yield, the micropump 300 as a whole is small in size and can realize a low-cost micropump.

１ 液室基板
２ ノズル基板
３ 保護基板
４ シリコン基板
５ シリコン酸化膜
６ ポリシリコン膜
７ 高温酸化膜
８ 下電極層
９ 圧電体層
９ａ 多結晶部
９ｂ 非晶質部
１０ 上電極層
１１ 層間絶縁膜
１２ パッシベーション膜
１３ シリコン窒化膜
１４ 吐出液室
１５ 流体抵抗部
１８ 共通液室
２０ ノズル孔
２１ インク液滴
２２ 圧電素子保護空間
２３ 補強壁
２４ 個別インク供給孔
３０ 用紙
３１ 流路形成基板
３２ 蓋基板
３３ 流路
５０ 液滴吐出ヘッド
５１ 記録ヘッド
５５ 振動板
５６ 圧電素子
１００ プリンタ
１０１ キャリッジ
１０２ インクカートリッジ
２００ 圧電アクチュエータ
３００ マイクロポンプ 1 Liquid chamber substrate 2 Nozzle substrate 3 Protective substrate 4 Silicon substrate 5 Silicon oxide film 6 Polysilicon film 7 High temperature oxide film 8 Lower electrode layer 9 Piezoelectric layer 9a Polycrystalline portion 9b Amorphous portion 10 Upper electrode layer 11 Interlayer insulating film 12 Passivation film 13 Silicon nitride film 14 Discharge liquid chamber 15 Fluid resistance section 18 Common liquid chamber 20 Nozzle hole 21 Ink droplet 22 Piezoelectric element protection space 23 Reinforcement wall 24 Individual ink supply hole 30 Paper 31 Flow path forming substrate 32 Cover substrate 33 Flow path 50 Droplet discharge head 51 Recording head 55 Diaphragm 56 Piezoelectric element 100 Printer 101 Carriage 102 Ink cartridge 200 Piezoelectric actuator 300 Micro pump

特許第３８９０６３４号Japanese Patent No. 3890634 特開２００９−２２０４８１号公報JP 2009-220482 A 特開２００９−２７４２２６号公報JP 2009-274226 A

Claims (9)

下電極層と上電極層との間に圧電体層を有する圧電素子の、該下電極層を形成する下電極層形成工程と、
該下電極層に圧電体の前駆体である圧電体前駆体の圧電体前駆体層を積層する圧電体前駆体層積層工程と、
該圧電体前駆体を結晶化させて該圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、
該圧電体層に該上電極層を積層して該上電極層を形成する上電極層形成工程と、によって上記圧電素子を作成し、
該圧電素子の該下電極層と該上電極層との間に電圧を印加することで該圧電素子が変形を起こし、該圧電素子に密着した振動板が変形する圧電アクチュエータを製造する圧電アクチュエータの製造方法において、
上記圧電体層形成工程で、上記圧電体層を形成したときに電圧の印加により変形する領域となる圧電変形領域の上記圧電体前駆体層を多結晶体からなる多結晶部とし、該圧電変形領域外の領域の少なくとも一部の該圧電体前駆体層を非晶質からなる非晶質部とするように、該圧電体前駆体の結晶化を行い、該多結晶部と該非晶質部とを有する該圧電体層を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 A lower electrode layer forming step of forming the lower electrode layer of a piezoelectric element having a piezoelectric layer between the lower electrode layer and the upper electrode layer;
A piezoelectric precursor layer laminating step of laminating a piezoelectric precursor layer of a piezoelectric precursor, which is a piezoelectric precursor, on the lower electrode layer;
A piezoelectric layer forming step of crystallizing the piezoelectric precursor to form the piezoelectric layer;
An upper electrode layer forming step of forming the upper electrode layer by laminating the upper electrode layer on the piezoelectric layer, and creating the piezoelectric element,
A piezoelectric actuator for manufacturing a piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is deformed by applying a voltage between the lower electrode layer and the upper electrode layer of the piezoelectric element, and a diaphragm in close contact with the piezoelectric element is deformed. In the manufacturing method,
In the piezoelectric layer forming step, when the piezoelectric layer is formed, the piezoelectric precursor layer in the piezoelectric deformation region that becomes a region deformed by application of voltage is a polycrystalline portion made of a polycrystalline body, and the piezoelectric deformation The piezoelectric precursor is crystallized so that at least a part of the piezoelectric precursor layer in the region outside the region is an amorphous portion made of amorphous, and the polycrystalline portion and the amorphous portion are A method of manufacturing a piezoelectric actuator comprising forming the piezoelectric layer having: 請求項１の圧電アクチュエータの製造方法において、
上記圧電体層形成工程では、上記圧電体前駆体層の上記多結晶部となる部分のみを結晶化させることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 In the manufacturing method of the piezoelectric actuator of Claim 1,
In the piezoelectric layer forming step, only the portion that becomes the polycrystalline portion of the piezoelectric precursor layer is crystallized. 請求項１の圧電アクチュエータの製造方法において、
上記圧電体層形成工程では、上記圧電体前駆体層の全体を結晶化した後、上記非晶質部となる部分のみを非晶質化させることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 In the manufacturing method of the piezoelectric actuator of Claim 1,
In the piezoelectric layer forming step, after the entire piezoelectric precursor layer is crystallized, only the portion that becomes the amorphous portion is made amorphous. 振動板と、
圧電体層を挟む二つの電極層に電圧を印加されることにより変形を起こして、この変形を伝達して該振動板を変形させる圧電素子と、を備えた圧電アクチュエータにおいて、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電アクチュエータ。 A diaphragm,
In a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric element that deforms by applying a voltage to two electrode layers sandwiching a piezoelectric layer, and transmits the deformation to deform the diaphragm.
A piezoelectric actuator manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3. 振動板と、
圧電体層を挟む二つの電極層に電圧を印加されることにより変形を起こして、この変形を伝達して該振動板を変形させる圧電素子と、を備えた圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電体層は、電圧の印加により変形する領域である圧電変形領域が多結晶体からなる多結晶部であり、該圧電変形領域外の領域の少なくとも一部が非晶質からなる非晶質部であることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A diaphragm,
In a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric element that deforms by applying a voltage to two electrode layers sandwiching a piezoelectric layer, and transmits the deformation to deform the diaphragm.
In the piezoelectric layer, a piezoelectric deformation region which is a region deformed by application of a voltage is a polycrystalline portion made of a polycrystalline body, and at least a part of a region outside the piezoelectric deformation region is amorphous. A piezoelectric actuator characterized by being a part. 液滴を吐出するノズル孔と、
該ノズル孔により外部と連通し、かつ該液滴となる吐出液を収容する吐出液収容部と、
該吐出液収容部内の圧力を変化させることにより、該吐出液収容部内の該吐出液を該ノズル孔から吐出させる圧力変化手段とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、
該圧力変化手段として、請求項４または５に記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 Nozzle holes for discharging droplets;
A discharge liquid storage portion that communicates with the outside through the nozzle hole and stores the discharge liquid that becomes the liquid droplets;
In a droplet discharge head having pressure changing means for discharging the discharge liquid in the discharge liquid storage part from the nozzle hole by changing the pressure in the discharge liquid storage part,
A droplet discharge head comprising the piezoelectric actuator according to claim 4 or 5 as the pressure changing means. インク液滴を吐出するインク吐出ヘッドと、該インク吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、
該液滴吐出ヘッドとして請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクカートリッジ。 In an ink cartridge in which an ink discharge head that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the ink discharge head are integrated,
An ink cartridge using the droplet discharge head according to claim 6 as the droplet discharge head. インク液滴を吐出す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において、
該インクジェットヘッドとして請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクジェット記録装置。 In an inkjet recording apparatus equipped with an inkjet head that ejects ink droplets,
An ink jet recording apparatus using the droplet discharge head according to claim 6 as the ink jet head. 搬送対象の液体が通過する流路に配置された振動板を変形させる振動板変形手段を備え、
該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、
該振動板変形手段として、請求項４または５に記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とするマイクロポンプ。 Comprising a diaphragm deforming means for deforming a diaphragm disposed in a flow path through which a liquid to be transported passes;
In a micropump that transports liquid by deformation of the diaphragm,
A micropump comprising the piezoelectric actuator according to claim 4 or 5 as the diaphragm deformation means.
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JP2018130913A (en) * 2017-02-16 2018-08-23 セイコーエプソン株式会社 Liquid injection head and liquid injection device
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