(57)【要約】【課題】短時間で高精度な評価を行い、信頼性を向上することができる液体噴射ヘッドの評価方法及びアクチュエーター装置の評価方法を提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する流路となる凹部１２が形成された流路形成基板１０と、該凹部１２の上方に形成された第１電極６０、該第１電極６０上に形成された圧電体層７０、及び該圧電体層７０の前記第１電極６０とは反対側に形成された第２電極８０からなる圧電素子３００と、を具備する液体噴射ヘッドの評価方法であって、前記凹部１２が形成される前の前記流路形成基板１０に前記圧電素子３００を形成する工程と、前記流路形成基板１０に前記凹部１２を形成する工程と、前記流路形成基板１０に前記圧電素子３００を形成した後に前記第２電極８０を除去する工程と、前記第２電極８０を除去した前記圧電体層７０の反り量を測定する工程と、を具備する。【選択図】      図１０
2010143169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する流路となる凹部が形成された流路形成基板と、
該凹部の上方に形成された第１電極、該第１電極上に形成された圧電体層、及び該圧電
体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極からなる圧電素子と、を具備する液
体噴射ヘッドの評価方法であって、
前記凹部が形成される前の前記流路形成基板に前記圧電素子を形成する工程と、
前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程と、
前記流路形成基板に前記圧電素子を形成した後に前記第２電極を除去する工程と、
前記第２電極を除去した前記圧電体層の反り量を測定する工程と、を具備することを特
徴とする液体噴射ヘッドの評価方法。
【請求項２】
前記第２電極を除去する工程を、前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程の後に行
うことを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの評価方法。
【請求項３】
前記圧電体層の反り量を測定する工程の後に、前記圧電素子を駆動するエージング工程
をさらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
基板に設けられた凹部と、
該凹部の上方に形成された第１電極、該第１電極上に形成された圧電体層、及び該圧電
体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極からなる圧電素子と、を具備するア
クチュエーター装置の評価方法であって、
前記凹部が形成される前の前記基板に前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板に前記凹部を形成する工程と、
前記基板に前記圧電素子を形成した後に前記第２電極を除去する工程と、
前記第２電極を除去した前記圧電体層の反り量を測定する工程と、を具備することを特
徴とするアクチュエータ装置の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドの評価方法及びアクチュエー
ター装置の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエーター装置に用いられる圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電
材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、下電極と上電極との２つの電極
で挟んで構成されたものがある。このようなアクチュエーター装置は、一般的に、撓み振
動モードのアクチュエーター装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用
されている。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズ
ル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形
させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェッ
ト式記録ヘッド等がある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッド等に搭載されるアクチュエーター装置の圧電素
子を評価する評価方法として、圧電素子に通常のインク吐出パルスを与えて耐久試験を行
うと時間がかかることから、圧電素子に通常のインク吐出パルスよりも高い駆動電圧の試
験パルスを与えることや、高温・高圧環境下で駆動するなどの加速試験によって圧電素子
を評価する方法が考えられる。
【０００４】
また、圧電体層は、駆動中に分極の回転伸縮を繰り返すことにより、時間の経過と共に
その分極方向が電界印加方向に沿うように一部固定される、いわゆる疲労現象によって変
位量が低下する。
【０００５】
そして、圧電素子は初期変位量と、一定量駆動した状態の変位量とで、変位量の変化率
（劣化率）が大きいことから、圧電素子の製造工程において圧電素子を一定期間駆動する
エージング工程を行い、圧電素子の変位量が安定した状態で出荷している（例えば、特許
文献１参照）。
【特許文献１】特許第４０２５９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加速試験では、微少な電圧誤差や周波数の誤差、環境の微小な差異など
によって評価にばらつきが生じてしまうため、圧電素子の高精度な評価を行うことが困難
であるという問題がある。
【０００７】
また、加速試験であっても、エージング工程であっても長時間かかってしまうという問
題がある。
【０００８】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけ
ではなく、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置においても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、短時間で高精度な評価を行い、信頼性を向上すること
ができる液体噴射ヘッドの評価方法及びアクチュエーター装置の評価方法を提供すること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する流路となる凹部が形成され
た流路形成基板と、該凹部の上方に形成された第１電極、該第１電極上に形成された圧電
体層、及び該圧電体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極からなる圧電素子
と、を具備する液体噴射ヘッドの評価方法であって、前記凹部が形成される前の前記流路
形成基板に前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程
と、前記流路形成基板に前記圧電素子を形成した後に前記第２電極を除去する工程と、前
記第２電極を除去した前記圧電体層の反り量を測定する工程と、を具備することを特徴と
する液体噴射ヘッドの評価方法にある。
かかる態様では、圧電体層の反り量を測定することによって、反り量から圧電素子の変
位低下率の大小を容易に且つ高精度に評価することができる。
【００１１】
ここで、前記第２電極を除去する工程を、前記流路形成基板に前記凹部を形成する工程
の後に行うことが好ましい。これによれば、製品と同じ流路形成基板による拘束力の影響
による圧電体層の反り量を測定することができ、高精度な評価を行うことができる。
【００１２】
また、前記圧電体層の反り量を測定する工程の後に、前記圧電素子を駆動するエージン
グ工程をさらに有することが好ましい。これによれば、評価に基づいてエージング工程の
時間を決めることができ、短時間のエージング工程も可能となる。
【００１３】
さらに本発明の他の態様は、基板に設けられた凹部と、該凹部の上方に形成された第１
電極、該第１電極上に形成された圧電体層、及び該圧電体層の前記第１電極とは反対側に
形成された第２電極からなる圧電素子と、を具備するアクチュエーター装置の評価方法で
あって、前記凹部が形成される前の前記基板に前記圧電素子を形成する工程と、前記基板
に前記凹部を形成する工程と、前記基板に前記圧電素子を形成した後に前記第２電極を除
去する工程と、前記第２電極を除去した前記圧電体層の反り量を測定する工程と、を具備
することを特徴とするアクチュエーター装置の評価方法にある。
かかる態様では、圧電体層の反り量を測定することによって、反り量から圧電素子の変
位低下率の大小を容易に且つ高精度に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面
図である。
【００１５】
本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸
化シリコンを主成分とする厚さが０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１６】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、
流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連
通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及
び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部
３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。
インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧
力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では
、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１
５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００１７】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や
熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラ
スセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００１８】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、
この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている
。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と
、が積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生素子）を構成している。ここ
で、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう
。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電
体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極
６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極として
いるが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素
子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエ
ーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６
０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０
及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよ
い。また、圧電体層７０の一部が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００１９】
また、本実施形態の第１電極６０は、圧電体層７０を形成する前に密着層と、密着層上
に白金（Ｐｔ）からなる白金層と、白金層上にイリジウムからなるイリジウム層とが順次
積層されて形成され、詳しくは後述する製造方法によって圧電体層７０を焼成して結晶化
させて形成した際に第１電極６０も同時に加熱処理されたものである。
【００２０】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に
圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物から
なる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材
料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加した
もの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ
，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ
）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００２１】
圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、
且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７
０を１〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００２２】
圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍
から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリー
ド電極９０が接続されている。
【００２３】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０
、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成す
るリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリ
ザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２
の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通さ
れて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、
流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１
のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２の
みを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０
、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設
けるようにしてもよい。
【００２４】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻
害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２
は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封
されていても、密封されていなくてもよい。
【００２５】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例え
ば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００２６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられて
いる。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００２７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。
【００２８】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプラ
イアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する
材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。ま
た、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１
００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザ
ーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインク供
給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口
２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力
発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾
性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより
、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００３０】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの評価方法について、図３〜図１０を参
照して説明する。なお、図３〜図１０は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例
であるインクジェット式記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。図１１は、本発明の
実施形態に係る記録ヘッドの評価結果を示すグラフである。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体
的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１
を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することにより、
二酸化シリコンからなる厚さが約１．０μｍの酸化膜５１を形成した。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、酸化ジルコニウムを
主成分とする絶縁体膜５５を０．２〜０．６μｍの厚さで形成する。本実施形態では、酸
化ジルコニウムからなる厚さが０．４μｍの絶縁体膜５５を形成した。
【００３３】
次いで、図４（ａ）に示すように、密着層６１、白金層６２及びイリジウム層６３から
なる第１電極６０を形成する。具体的には、まず、絶縁体膜５５上に、密着層６１を形成
する。密着層６１としては、例えば、厚さが１０〜５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、クロム（
Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びタングステン（Ｗ）からなる群か
ら選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、
密着層６１として、厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）を設けた。このように第１電極６０の
最下層に密着層６１を設けることによって、絶縁体膜５５と第１電極６０との密着力を高
めることができる。次いで、密着層６１上に白金（Ｐｔ）からなり厚さが５０〜５００ｎ
ｍの白金層６２を形成する。本実施形態では、厚さが１３０ｎｍの白金層６２を形成した
。そして、白金層６２上にイリジウム（Ｉｒ）からなるイリジウム層６３を形成する。こ
れにより、密着層６１、白金層６２及びイリジウム層６３からなる第１電極６０が形成さ
れる。なお、イリジウム層６３は、後の工程で圧電体層７０を焼成して結晶化させて形成
する際に、密着層６１の成分が圧電体層７０に拡散するのを防止すると共に圧電体層７０
の成分が第１電極６０に拡散するのを防止するためのものである。このようなイリジウム
層６３の厚さは５〜２０ｎｍが好ましく、本実施形態では、１０ｎｍで形成した。
【００３４】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１電極６０上にチタン（Ｔｉ）からなる結晶種層
６４を形成する。この結晶種層６４は、３．５〜５．５ｎｍの厚さで形成する。本実施形
態では、結晶種層６４を４．０ｎｍの厚さで形成した。なお、本実施形態では、結晶種層
６４として、チタン（Ｔｉ）を用いるようにしたが、結晶種層６４は、後の工程で圧電体
層７０を形成する際に、圧電体層７０の結晶の核となるものであれば、特に上記材料に限
定されず、例えば、結晶種層６４として、酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いてもよい。
【００３５】
このように第１電極６０の上に結晶種層６４を設けることにより、後の工程で第１電極
６０上に結晶種層６４を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配向方
位を所望の優先配向に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層７０
を得ることができる。なお、結晶種層６４は、圧電体層７０が結晶化する際に、結晶化を
促進させるシードとして機能し、圧電体層７０の焼成後には圧電体層７０内に全部又はそ
の一部が拡散するものである。
【００３６】
次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本
実施形態では、有機金属化合物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル
化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾ
ル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾ
ル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッ
タリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法
等を用いてもよい。
【００３７】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ｃ）に示すように、第１電極
６０上（結晶種層６４上）に圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、第１電極６０が
形成された流路形成基板１０上に有機金属化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工
程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥
工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を１７０〜１８０℃で８〜３０分
間保持することで乾燥することができる。
【００３８】
次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによっ
て脱脂する（脱脂工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３００〜４０
０℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱
脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等
として離脱させることである。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保
持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程で
は、圧電体前駆体膜７１を６５０〜８００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、
上記温度領域で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を
形成した。
【００４０】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例
えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Pr
ocessing）装置などを用いることができる。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段
階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７２をそれらの側面が傾斜するように同時にパ
ターニングする。なお、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７２のパターニングは、例え
ば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
【００４２】
次に、１層目の圧電体膜７２と第１電極６０とをパターニングした後は、上述した塗布
工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すこと
により、図５（ｂ）に示すように複数層の圧電体膜７２が積層された圧電体層７０を形成
することができる。そして、圧電体層７０の膜厚は約１〜３μｍ程度とすればよい。
【００４３】
また、圧電体膜形成工程を繰り返し行うことで、第１電極６０も同時に加熱され、密着
層６１、白金層６２、イリジウム層６３が混合及び拡散して合金化（特に白金層６２の再
結晶化）された第１電極６０となる。
【００４４】
次に、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ
）からなる第２電極８０を形成する。本実施形態では、５０ｎｍの厚さの第２電極８０を
形成した。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングす
ることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第
２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオン
ミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００４６】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａ
ｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００４７】
次に、図７（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハ
ー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、
保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、リ
ザーバー部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウェハー１３
０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することに
なる。
【００４８】
次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄く
する。
【００４９】
次いで、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上にマスク５２を新
たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図８に示すように、流路形成基板用
ウェハー１１０をマスク５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング
（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連
通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００５０】
本実施形態では、圧力発生室１２が特許請求の範囲に記載の凹部となる。すなわち、本
実施形態の凹部は、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハー１１０）を厚さ方向に貫
通した圧力発生室１２であるが、凹部は特にこれに限定されず、例えば、ノズル開口２１
側に開口する厚さ方向に貫通しないものであってもよく、また、圧電素子３００側に開口
する（実際には弾性膜５０等で塞がれた）、厚さ方向に貫通しないものであってもよい。
【００５１】
次に、図９に示すように、圧電素子３００の第２電極８０を除去する。第２電極８０の
除去方法としては、例えば、王水や、濃塩酸の塩素酸ナトリウム溶液を用いて除去するこ
とができる。ちなみに、ドライエッチングでも第２電極８０を除去することもできるが、
圧電体層７０の一部も除去されて、第２電極８０除去後の圧電体層７０の内部応力が変化
する可能性があるため、好ましくない。
【００５２】
なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０に保護基板用ウェハー１３０を
接合した後、凹部である圧力発生室１２を形成しているため、第２電極８０の除去は、保
護基板用ウェハー１３０を除去した後に行われる。もちろん、保護基板用ウェハー１３０
を接合することなく、圧電素子３００を保護した状態で、圧力発生室１２を形成すれば、
保護基板用ウェハー１３０を除去する必要はない。
【００５３】
そして、第２電極８０を除去した圧電体層７０の反り量を測定する。圧電体層７０の反
り量とは、圧電体層７０が圧力発生室１２側に向かって下に凸となるように反っているか
（ここでは例えばプラス方向）、圧電体層７０が圧力発生室１２とは反対側に向かった上
に凸、すなわち、圧力発生室１２側が凹となるように沿っているか（マイナス方向）のこ
とであり、圧電体層７０の第２電極８０が設けられていた側の表面を測定する。
【００５４】
例えば、図１０（ａ）に示すように、第２電極８０が設けられた状態で、圧電素子３０
０がマイナス（−）方向に反っている場合、第２電極８０を除去した際に、図１０（ｂ）
に示すように、圧電体層７０が同じマイナス（−）方向に反っていれば、以下に挙げる２
つの理由から低い変位低下率を有する圧電素子３００であると評価することができる。
【００５５】
１つ目の理由として、第２電極８０が設けられていない状態で、第２電極８０以外の層
（すなわち、圧電体層７０）が本来マイナス方向に反っている場合、第２電極８０を設け
ても、同じマイナス方向に反っていることから、圧電体層７０等への第２電極８０による
拘束力（内部応力）が低いことが挙げられる。このように、圧電体層７０等への拘束力（
内部応力）が低ければ、圧電素子３００を駆動しているうちに内部に結晶欠陥が増加する
ことがなく、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下率が低く、安定した変位と評
価することができる。
【００５６】
これに対して、例えば、図１０（ｃ）に示すように、第２電極８０が設けられていない
状態で、第２電極８０以外の層が本来プラス方向に反っているにも拘わらず、図１０（ａ
）に示すように、第２電極８０を設けることで逆のマイナス方向に反っている場合がある
。この場合には、圧電体層７０等には第１電極８０によって逆向きの大きな拘束力（内部
応力）がかかっていることになる。したがって、圧電体層７０等への拘束力（内部応力）
が高ければ、圧電素子３００を駆動しているうちに内部に結晶欠陥が増加して、圧電素子
３００の繰り返し駆動による変位低下が大きくなり、安定した変位を得ることができない
と評価することができる。
【００５７】
なお、この理由は、圧電素子３００の初期変位量についても言える。すなわち、第２電
極８０が圧電体層７０等に大きな拘束力を与えていれば、圧電素子３００の初期変位量も
低くなる。これに対して、第２電極８０が圧電体層７０等に小さな拘束力を与えているの
みであれば、圧電素子３００の初期変位量を高くすることができる。
【００５８】
また、本実施形態の圧電素子３００は、圧力発生室１２側に凸、すなわち、プラス方向
に凸となるように駆動するものであるが、例えば、圧電素子３００が圧力発生室１２とは
反対側に凸（マイナス方向）となるように駆動する場合であっても、同様の理由が言える
。
【００５９】
２つ目の理由として、本実施形態の圧電素子３００は、上述のように圧力発生室１２側
に凸、すなわち、プラス方向に凸となるように駆動することから、繰り返し駆動を行うと
残留分極の増大によって徐々にプラス方向に凸状に変形したまま戻らなくなることが挙げ
られる。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、第２電極８０を除去した圧電体層７０が
初期状態でマイナス方向に凸となるように変形していると、繰り返し駆動によってプラス
方向に凸となるように徐々に変形状態が維持されることになるが（へたり）、マイナス方
向からプラス方向へと圧電素子３００がへたるバッファーが大きく、繰り返し駆動による
変位低下率は低い。
【００６０】
これに対して、図１０（ｃ）に示すように、第２電極８０を除去した圧電体層７０等が
初期状態でプラス方向に凸となるように変形していると、繰り返し駆動によってさらにプ
ラス方向に変位した状態が維持されることになり（へたり）、圧電素子３００のへたるバ
ッファーが少なく、さらにへたりによって拘束力も増大する方向に働くため、繰り返し駆
動による変位低下率が高くなってしまう。
【００６１】
ちなみに、２つ目の理由は、本実施形態のように、圧電素子３００を圧力発生室１２側
に凸となるように変形させる、薄膜型の圧電素子３００特有のものである。
【００６２】
なお、圧電体層７０の反り量の測定は、例えば、接触式、非接触式の測定器で測定する
ことができる。接触式の測定器としては、例えば、触針で圧電体層７０の表面（第１電極
６０とは反対側の面）をスキャンする触針式表面形状測定器（Ｄｅｋｔａｋ６Ｍ；株式会
社アルバック社製）やそれと同等の機能を有するものなどを用いることができる。また、
非接触式の測定装置としては、例えば、レーザ光の照射及び反射光を取得して測定するレ
ーザプローブ方式を用いた非接触三次元測定装置（ＮＨ−３Ｎ〜６Ｎ、ＮＨ−３ＳＰ：三
鷹光器株式会社製）やそれと同等の機能を有するものなどを用いることができる。
【００６３】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩの評価は、例えば、同一の製造条件で
形成した複数のインクジェット式記録ヘッドＩで構成されるロットから一つのインクジェ
ット式記録ヘッドＩを抜き取って行えばよい。同一ロットでは、複数のインクジェット式
記録ヘッドＩが同一の製造条件で製造されることから、抜き取り評価を行うことで、他の
破壊していないインクジェット式記録ヘッドＩの圧電特性を把握することができる。
【００６４】
ここで、異なる製造条件で形成した複数のロットに対して、各ロットから抜き出したイ
ンクジェット式記録ヘッドＩの評価を行った。また、各ロットで評価していない（破壊し
ていない）インクジェット式記録ヘッドＩに対して、ポーリング処理（４５Ｖ、２０分）
を行った後、５ピコリットルのパルス駆動を１９０億回行った後に、圧電素子３００の変
位量の低下率を測定した。これらの結果を図１１に示す。
【００６５】
図１１に示すように、圧電体層７０がマイナス側に反っていたインクジェット式記録ヘ
ッドＩと同じ製造条件で形成したインクジェット式記録ヘッドＩは、変位低下率（劣化率
％）が低くなったのに対し、圧電体層７０がプラス側に反っていたインクジェット式記録
ヘッドＩと同じ製造条件で形成したインクジェット式記録ヘッドＩは、変位低下率（劣化
率％）が高い。
【００６６】
この結果から、第２電極８０を除去した際に、圧電体層７０が圧力発生室１２とは反対
側に凸（マイナス側）となるように変形していた方が、繰り返し駆動による変位低下率を
低減することができ、繰り返し駆動を行っても安定した変位量を得ることができると評価
することができる。すなわち、上記２つの理由が立証できた。
【００６７】
また、圧電素子３００を評価することによって、変位量の低下率が低いものを選択する
ことができる。したがって、エージング工程が不要となるか、又はエージング工程が必要
になったとしても、その時間を短縮することができる。もちろん、変位量の低下率が高い
ものに関しては、従来と同様に長時間のエージング工程を行うようにしてもよい。
【００６８】
ちなみに、第２電極８０を除去した後の圧電体層７０等の反りは、圧電素子３００や振
動板を構成する膜の製造条件によって変化するものである。それは、製造条件の些細な違
いによって変化するものである。同材料からなる膜であっても、この製造条件の違いによ
って、膜が持つ特性が変化するためであると思われる。したがって、圧電素子３００の評
価を行うことにより、圧電素子３００や振動板を構成する膜の製造条件にフィードバック
をかけて、所望の圧電素子３００を形成することができる。
【００６９】
また、圧電体層７０等の反りは、流路形成基板１０の拘束力によっても影響を受けるも
のである。したがって、本実施形態のように、凹部である圧力発生室１２を形成した後に
、圧電体層７０の反り量を測定することで、実際の製品と同じ条件（同じ流路形成基板１
０による拘束力）で評価することができ、高精度な評価を行うことができる。
【００７０】
また、このような評価を行うことで、加速試験やエージング工程に比べて短時間で評価
することができる。また、加速試験とは異なり、微少な電圧誤差や周波数の誤差、環境の
微小な差異などによって評価にばらつきが生じることがないため、非統計的に評価するこ
とができる。すなわち、本実施形態の評価方法であれば、高精度、短時間、非統計的に評
価することができるため、製造コストの低減、製造時間の短縮、不良品率の低下を実現で
きる。そして、本実施形態で製造した条件の圧電体層７０のみに当該評価方法は適用でき
るのではなく、製造条件や膜厚が本実施形態と異なっていても、当該評価方法を適用でき
る。
【００７１】
その後、流路形成基板用ウェハー１１０表面のマスク５２を除去し、流路形成基板用ウ
ェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシン
グ等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保
護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２
０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、
流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板
１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。この
ようなノズルプレート２０の接合や、チップサイズへの分割等の工程は、評価を行う前に
行ってもよく、また、評価を行った後にこれらの工程を行う場合には、評価していないイ
ンクジェット式記録ヘッドＩにのみ行えばよい。
【００７２】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定
されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、インクの吐出に用いる圧電素子
３００の第２電極８０を除去して反り量を測定するようにしたが、特にこれに限定されず
、例えば、インクの吐出に用いないテスト用の圧電素子を形成し、このテスト用圧電素子
の反り量を測定するようにしてもよい。例えば、テスト用圧電素子を保護基板３０の圧電
素子保持部３２の外側に設けるようにすれば、インクジェット式記録ヘッドＩの完成後で
あってもテスト用圧電素子の第２電極８０を除去し、圧電体層７０の反り量を測定するこ
とができる。また、テスト用圧電素子を設ける位置に関係なく、テスト用圧電素子の反り
量を測定することによって、インク吐出用の圧電素子を破壊しなくても評価することがで
きるため、評価後にインクジェット式記録ヘッドＩとして利用することができる。
【００７３】
また、上述した実施形態１では、凹部である圧力発生室１２を形成した後に、圧電素子
３００の第２電極８０を除去して、圧電体層７０の反り量を測定するようにしたが、特に
これに限定されず、例えば、凹部である圧力発生室１２を形成する前に第２電極８０を除
去して圧電体層７０の反り量を測定してもよい。
【００７４】
さらに、例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基
板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面、（１１０
）面等のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の
材料を用いるようにしてもよい。
【００７５】
また、これらのインクジェット式記録ヘッドＩは、インクカートリッジ等と連通するイ
ンク流路を具備する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。図１２は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７６】
図１２に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ
を有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２
Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャ
リッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられて
いる。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物
及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００７７】
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を
介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキ
ャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５
に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙
等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになって
いる。
【００７８】
また、上述した実施形態１では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘ
ッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、イ
ンク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体
噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッ
ド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機Ｅ
Ｌディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴
射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００７９】
さらに、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載さ
れるアクチュエーター装置に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置にも
適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図１０】実施形態１に係る記録ヘッドの評価方法を示す断面図である。
【図１１】実施形態１に係る記録ヘッドの評価結果を示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  Ｉ１  インクジェット式記録
装置、  Ｉ０  流路形成基板（基板）、  １２  圧力発生室（凹部）、  １３  連通部、
１４  インク供給路、  １５  連通路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口
、  ３０  保護基板、  ３１  リザーバー部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  
弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ８０  第２電極、
９０  リード電極、  １００  リザーバー、  １２０  駆動回路、  ３００  圧電素子
【図１】
2010143169.tif 000003
【図２】
2010143169.tif 000004
【図３】
2010143169.tif 000005
【図４】
2010143169.tif 000006
【図５】
2010143169.tif 000007
【図６】
2010143169.tif 000008
【図７】
2010143169.tif 000009
【図８】
2010143169.tif 000010
【図９】
2010143169.tif 000011
【図１０】
2010143169.tif 000012
【図１１】
2010143169.tif 000013
【図１２】
2010143169.tif 000014