(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力発生室等の溝部を形成する前段階で性能を比較的高精度に評価できるアクチュエータ装置の評価方法及び液体噴射ヘッドの評価方法を提供する。【解決手段】評価方法は、圧電素子３００を形成した後、圧力発生室を形成する前にアクチュエータの性能を評価するものであり、まず、圧電素子３００と同時に形成され、第２電極８０の面積が互いに異なる圧電素子３００のテストパターン４０１を測定領域とし、各測定領域の第１電極６０及び第２電極８０に電圧を印加して、各測定領域の第１電極６０側及び第２電極８０側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定して、圧電素子のテストパターン４０１の変位量を測定し、各測定領域の第２電極８０の面積に対する圧電素子３００の変位量の変化率を求める。【選択図】図５
2010087102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部が形成された基板と、
該溝部上に形成された第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を具備するアクチュエ
ータ装置の評価方法であって、
前記溝部が形成される前の前記基板上に前記第１電極となる第１電極材料層を形成する
工程と、
該第１電極材料層上に前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に前記第２電極となる第２電極材料層を形成する工程と、
該第２電極材料層を面積が異なる少なくとも２つの前記第２電極に加工して、少なくと
も２種類の測定領域を形成する工程と、
該測定領域を形成する工程後、前記基板に前記溝部を形成する前に、各測定領域の前記
第１電極及び前記第２電極に電圧を印加すると共に、各測定領域の前記第１電極側及び前
記第２電極側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定することで当該圧電
素子の変位量を測定し、各測定領域の第２電極の面積に対する前記圧電素子の変位量の変
化率を求める工程を有することを特徴とするアクチュエータ装置の評価方法。
【請求項２】
前記変位量の変化率から、前記圧電体層の下地のヤング率を算出することを特徴とする
請求項１記載のアクチュエータ装置の評価方法。
【請求項３】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる第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、
前記流路形成基板上に前記第１電極となる第１電極材料層を形成する工程と、
該第１電極材料層上に前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に前記第２電極となる第２電極材料層を形成する工程と、
該第２電極材料層を面積が異なる少なくとも２つの前記第２電極に加工して、少なくと
も２種類の測定領域を形成する工程と、
該測定領域を形成する工程後、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する前に、各
測定領域の前記第１電極及び第２電極に電圧を印加すると共に、各測定領域の前記第１電
極側及び第２電極層側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定することで
当該圧電素子の変位量を測定し、各測定領域の第２電極の面積に対する前記圧電素子の変
位量の変化率を求める工程を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有するアクチュエータ装置の評価
方法及び液体噴射ヘッドの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ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装置は、一般的に、撓み振動モ
ードのアクチュエータ装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されて
いる。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（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなインクジェット式記録ヘッ
ドでは、流路形成基板上に圧電素子を形成後、流路形成基板の圧電素子に対向する領域を
反対面側からエッチングすることにより、圧力発生室が形成されている。
【０００３】
ここで、このようなアクチュエータ装置の性能を評価する方法として、インクジェット
式記録ヘッドが完成した後に、圧電素子の変位量を測定する評価方法がある。
【特許文献１】特開２００５−２６８５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インクジェット式記録ヘッドが完成した後に評価すると、圧電素子の形
成工程で評価がされていないので、不良品についても、圧電素子の形成工程後の圧力発生
室を形成する工程等を施さなければならず、製造コストが大きくなるという問題がある。
また、インクジェット式記録ヘッドが完成した後に評価すると、完成段階での評価は行え
るものの、各製造工程の具体的な評価を行うことができず、トラブルが発生した際にトラ
ブルの原因の特定が困難になり対処するのが遅くなってしまうという問題がある。特に、
圧電素子の形成工程や圧力発生室等の形成工程は、圧電素子の変位量に大きな影響を与え
るため、トラブルの原因が圧電素子の形成工程なのか、圧力発生室等の形成工程なのかを
特定することは重要である。なお、本発明は、インクジェット式記録ヘッドのみに限定さ
れずに、液体を噴射する液体噴射ヘッド一般にまで拡張して適用できるものである。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑み、圧力発生室等の溝部を形成する前段階で性能を比較的
高精度に評価できるアクチュエータ装置の評価方法及び液体噴射ヘッドの評価方法を提供
することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の態様は、溝部が形成された基板と、該溝部上に形成された
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を具備するアクチュエータ装置の評価方法であ
って、前記溝部が形成される前の前記基板上に前記第１電極となる第１電極材料層を形成
する工程と、該第１電極材料層上に前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前
記第２電極となる第２電極材料層を形成する工程と、該第２電極材料層を面積が異なる少
なくとも２つの前記第２電極に加工して、少なくとも２種類の測定領域を形成する工程と
、該測定領域を形成する工程後、前記基板に前記溝部を形成する前に、各測定領域の前記
第１電極及び前記第２電極に電圧を印加すると共に、各測定領域の前記第１電極側及び前
記第２電極側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定することで当該圧電
素子の変位量を測定し、各測定領域の第２電極の面積に対する前記圧電素子の変位量の変
化率を求める工程を有することを特徴とするアクチュエータ装置の評価方法にある。
かかる態様では、面積の異なる測定領域を形成し、各測定領域について、厚さ方向の両
側からレーザードップラー変位計で変位量を測定し、測定領域の面積に対する変位量の変
化率を求めることにより、圧力発生室等の溝部（凹部や貫通穴等）を基板に形成する前に
、圧電特性（変位特性）、圧電素子の下地の拘束力やヤング率等のアクチュエータ装置の
性能を評価することができる。したがって、不良品についても圧力発生室等を形成する工
程等を施して製造コストが大きくなるという問題が生じず、圧電素子の形成工程後の工程
を調整したり、中止したりすることにより、製造コストを削減することができる。また、
製造途中で評価するため、トラブルが発生した際にトラブルの原因の特定が容易になり、
早く的確に対処することができる。
【０００７】
また、前記変位量の変化率から、前記圧電体層の下地のヤング率を算出してもよい。こ
れによれば、従来圧力発生室形成前には測定し難く、アクチュエータ装置の性能に影響を
与えるヤング率を製造途中で算出するので、このヤング率を評価することにより、トラブ
ルが生じた場合でも、早い段階で的確に対処できる。
【０００８】
本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流
路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさ
せる第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、前記流路形成基板上に前記第１電極となる第１電極材料層を形成する工程と、該第
１電極材料層上に前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記第２電極となる
第２電極材料層を形成する工程と、該第２電極材料層を面積が異なる少なくとも２つの前
記第２電極に加工して、少なくとも２種類の測定領域を形成する工程と、該測定領域を形
成する工程後、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する前に、各測定領域の前記第
１電極及び第２電極に電圧を印加すると共に、各測定領域の前記第１電極側及び第２電極
層側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定することで当該圧電素子の変
位量を測定し、各測定領域の第２電極の面積に対する前記圧電素子の変位量の変化率を求
める工程を有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。
これによれば、面積の異なる測定領域を形成し、各測定領域について、厚さ方向の両側
からレーザードップラー変位計で変位量を測定し、測定領域の面積に対する変位量の変化
率を求めることにより、圧力発生室等の微細構造を基板に形成する前に、圧電特性（変位
特性）、圧電素子の下地の拘束力やヤング率等の液体噴射ヘッドの性能を評価することが
できる。したがって、不良品についても圧力発生室を形成する工程等を施して製造コスト
が大きくなるという問題が生じず、圧電素子の形成工程後の工程を調整したり、中止した
りすることにより、製造コストを削減することができる。また、製造途中で評価するため
、トラブルが発生した際にトラブルの原因の特定が容易になり、早く的確に対処すること
ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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、流路形成基板の平面図であり、図３
は、図２のＡ−Ａ′断面図である。
【００１０】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、
その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００１１】
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部３
１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
路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞るこ
とでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞
ることでインク供給路を形成してもよい。
【００１２】
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又はステンレス鋼などからなる。
【００１３】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この
絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが、後述するプロセ
スで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１
電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３０
０の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２
毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧
電体能動部という。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装置と称する。なお、上述した例では
、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限
定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０
のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振
動板を兼ねるようにしてもよい。
【００１４】
さらに、流路形成基板１０の圧電素子３００の並設方向の一端側には、流路形成基板１
０側から順に、上記圧電素子３００の第１電極が延設された第１電極６０、圧電体層７０
及び第２電極８０からなり、平面視の形状が円形状である、２つの圧電素子のテストパタ
ーン４０１、４０２が設けられている。そして、この２つの圧電素子のテストパターン４
０１及び４０２の第２電極８０は、面積が異なっている。この第２電極８０の面積が異な
る圧電素子のテストパターン４０１及び４０２は、後述するレーザードップラー変位計に
より変位量を測定する際の測定領域となる。なお、図３においては、測定領域（圧電素子
のテストパターン４０１及び４０２）が２つ設けられているものを示したが、本発明にお
いては、少なくとも２つの測定領域を有していればよく、第２電極８０の面積が異なる３
つ以上の測定領域を設けるようにしてもよい。測定領域を多くすると、変位量測定の精度
がより良好になる。また、図３においては、円形状の第２電極を有するものを示したが、
レーザードップラー変位計で変位量を測定することができればよく、例えば、四角形でも
よい。また、測定領域の第２電極８０の大きさに特に制限はないが、小さすぎると変位量
の測定精度が良好ではなくなり、大きすぎるとスペースの問題が生じるため、例えば、円
形であれば、直径１００〜６００μｍ程度とすることが好ましい。
【００１５】
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からな
る。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、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。
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７０
を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。
【００１６】
また、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。
【００１７】
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１００の少なくとも一部を構成する
リザーバ部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、リザーバ部３１のみをリザ
ーバとしてもよい。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５
５等）にリザーバと各圧力発生室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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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
ディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されてい
る。
【００２２】
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１００
に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ
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。
【００２３】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ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。
【００２４】
ここで、上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図６を参照して
説明する。なお、図４及び図５は、圧力発生室の短手方向の断面図であり、図６は流路形
成基板用ウェハの平面図である。
【００２５】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコン
ウェハである流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン
（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すよう
に、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５
を形成する。
【００２６】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に、例えば、白金の単層又は、この
白金層にイリジウム層を積層等することにより第１電極６０を形成した後、この第１電極
６０を所定形状にパターニングする。ここで、第１電極６０は、流路形成基板用ウェハ１
１０の圧力発生室１２となる領域に亘って形成されると共に、圧力発生室１２の長手方向
における端部側が除去されている。また、第１電極６０をパターニングする際に、レーザ
ードップラー変位計により変位量を測定する測定領域（圧電素子のテストパターン４０１
及び４０２）を形成する領域にも第１電極６０を形成する。なお、本実施形態では、測定
領域を流路形成基板用ウェハ１１０の各流路形成基板１０となる領域に、圧電素子３００
の並設方向の一端側に設けるようにしている。
【００２７】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる
圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハ１
１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物
を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成するこ
とで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７
０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Me
tal-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。
【００２８】
次に、図５（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。第２電極８
０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。また、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、
圧電素子３００をエッチングによりパターニングする際に、同時に測定領域の圧電体層７
０及び第２電極８０をエッチングすることにより、平面視の形状が円形状で、測定領域と
なる圧電素子のテストパターン４０１及び４０２を形成した。そして、この測定領域とな
る圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の各第２電極８０は、図１及び図２に示す
ように、面積が異なり、圧電素子のテストパターン４０１の第２電極８０の面積よりも、
圧電素子のテストパターン４０２の第２電極８０の面積の方が大きくなるように形成した
。本発明においては、この圧電素子のテストパターン４０１及び４０２を測定領域として
、アクチュエータの評価を行う。
【００２９】
次に、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）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。その後、保護基板３０が複数一体的
に形成され、また、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている保護基
板用ウェハを、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。
【００３０】
次いで、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。次いで、流路形成基板
用ウェハ１１０上にマスクを新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路
形成基板用ウェハ１１０をマスクを介して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等の溝部を形成する。
【００３１】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスクを除去し、流路形成基板用ウェハ
１１０及び保護基板用ウェハ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１１０の保護基板用ウェハと
は反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護
基板用ウェハ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、イン
クジェット式記録ヘッドＩとする。
【００３２】
上述した製造方法例に示すような方法で、インクジェット式記録ヘッドＩは製造される
が、本実施形態の評価方法は、圧電素子３００を形成した後、圧力発生室１２を形成する
前にアクチュエータの性能を評価するものである。
【００３３】
詳述すると、本実施形態の評価方法では、まず、圧電素子３００と同時に形成され、第
２電極８０の面積が互いに異なる圧電素子のテストパターン４０１及び４０２を測定領域
とし、各測定領域の第１電極６０及び第２電極８０に電圧を印加して、各測定領域の第１
電極６０側及び第２電極８０側の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定し
て、当該圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量を測定する。なお、各測定
領域の中心を測定する。測定領域の中心が、測定領域内で最も大きく変位する領域となる
からである。
【００３４】
このレーザードップラー変位計は、電圧の印加前後に圧電素子のテストパターン４０１
及び４０２の第１電極６０側及び第２電極８０側にレーザー光を照射することにより、電
圧の印加前後の第１電極６０側及び第２電極８０側の両側の変位量を同時に測定し、その
差を圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量として求めるものである。なお
、流路形成基板用ウェハ１１０自体が変形する可能性があり、電極の片側のみから測定し
た場合、流路形成基板用ウェハ１１０の変位量と圧電素子のテストパターン４０１及び４
０２の変位量とを反映した変位量となってしまうが、両側から測定しその差から変位量を
求めているので、本実施形態の評価方法で測定した変位量は圧電素子のテストパターン４
０１及び４０２のみの変位量である。なお、流路形成基板用ウェハ１１０上に設けられた
第１電極６０側からも測定するため、流路形成基板用ウェハ１１０は、レーザー変位計で
測定できるもの、すなわちレーザーを反射するものである必要がある。
【００３５】
そして、各測定領域の変位量を測定した後、各測定領域の第２電極８０の面積に対する
圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量の変化率を求める。
【００３６】
その後、本実施形態においては、各測定領域の第２電極８０の面積に対する圧電素子の
テストパターン４０１及び４０２の変位量の変化率から、圧電体層７０の下地のヤング率
を算出する。ここで、後述する試験例に示すように、第２電極８０の面積に対する変位量
の変化率と圧電体層７０の下地、すなわち、下構造（本実施形態では、流路形成基板用ウ
ェハ１１０、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０）のヤング率とは、相関がある。
したがって、あらかじめ第２電極８０の面積に対する変位量の変化率と下構造のヤング率
との関係を求めておくことにより、第２電極８０の面積に対する変位量の変化率から、下
構造のヤング率を算出することができる。下構造のヤング率は、圧電特性（変位特性）や
インク吐出速度等のアクチュエータ装置の性能に影響を与えるため、ヤング率を把握する
ことはアクチュエータ装置を製造する上で重要である。しかし、下構造のヤング率は、従
来圧力発生室１２を形成する前には測定し難く、圧力発生室１２を形成する前に下構造の
ヤング率を評価することはできなかった。本実施形態においては、異なる面積の第２電極
８０を有する測定領域について、第１電極６０側及び第２電極８０側の変位量をレーザー
ドップラー変位計によって同時に測定することにより求めた変位量から、測定領域の第２
電極８０の面積の大きさに対する圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量の
変化率を求めるという簡単な方法により、圧力発生室１２の形成前に、圧電素子の下構造
のヤング率を容易に求めることができる。
【００３７】
そして、このヤング率をもとに、所望のインクジェット式記録ヘッドＩとなるように、
圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の形成工程後の工程を調整したり、中止した
りすることにより、製造コストを削減することができる。また、圧電素子のテストパター
ン４０１及び４０２の形成工程前の工程を適正化することもできる。さらに、製造途中で
評価するため、トラブルが発生した際にトラブルの原因の特定が容易になり、早く的確に
対処することができる。なお、図７に示すように、変位量は流路形成基板用ウェハ１１０
の厚さにも大きく依存するため、あらかじめ第２電極の面積に対する変位量の変化率と下
構造のヤング率との関係を求める際には、評価対象のものと同じ厚さの流路形成基板用ウ
ェハを用いる必要がある。また、厚さが１５０μｍ未満では、薄すぎてレーザードップラ
ー変位計でも変位量を正確に測定し難くなるため、変位量を測定する際の流路形成基板用
ウェハ１１０の厚さは１５０μｍ以上が好ましい。
【００３８】
また、圧力発生室１２形成前に測定された上記圧電素子のテストパターン４０１及び４
０２の変位量は、圧電素子の圧電特性の目安となる。例えば、圧電素子の下地等の他の条
件が同じであれば、圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量が大きいと、イ
ンクジェット式記録ヘッド完成品でも大きな変位特性を発揮する。したがって、ヤング率
と圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量との両方を評価し、その評価を製
造工程に反映させることにより、より性能の優れたインクジェット式記録ヘッドを製造で
きるようになる。
【００３９】
ここで、第２電極の面積を変化させた圧電素子のテストパターンを測定領域として、イ
ンクジェット式記録ヘッドを評価した具体例を以下に示す。
【００４０】
（試験例１）
＜サンプル１及びサンプル２＞
流路形成基板用ウェハ上に弾性膜及び絶縁体膜が順に積層された構造体の上に形成され
、第１電極、第１電極上に形成された圧電体層、及び、圧電体層上に形成された第２電極
からなり、第２電極の面積の直径がそれぞれ１００μｍ，２００μｍ，３００μｍ，４０
０μｍ，５００μｍである円形状の５つの測定領域を有するサンプル１及びサンプル２を
上記製造方法により作成した。なお、サンプル１とサンプル２は、下構造が異なるもので
ある。
【００４１】
そして、このサンプル１及びサンプル２の各測定領域の第１電極及び第２電極に電圧を
印加すると共に、各測定領域の第１電極側及び第２電極側の中心の変位量をレーザードッ
プラー変位計により同時に測定することで、各測定領域の電圧の印加前後の変位量を測定
した。なお、第１電極及び第２電極に印加した測定電圧パルス（１ｋＨｚ，２８．６Ｖ，
台形波）を、図８に示す。また、レーザードップラー変位計は、ダブルビーム式レーザー
干渉計（製品名：ａｉｘＤＢＬＩ）を用いた。結果を表１及び図９に示す。また、サンプ
ル１については、レーザードップラー変位計の測定データも図１０に示す。そして、各サ
ンプルについて、測定領域の第２電極の面積に対する変位量の変化率、すなわち、第２電
極の直径が５００μｍの測定領域の変位量と、第２電極の直径が１００μｍの測定領域の
変位量との差の割合（変位量減少率）を求めた。
その後サンプル１及びサンプル２に上述した製造方法で圧力発生室を形成する等して、
インクジェット式記録ヘッドを作成し、駆動させて両者の変位量を比較したところ、サン
プル２が１０％程度高い変位特性を示した。
【００４２】
＜下構造のヤング率測定＞
下構造を種々変化させた以外はサンプル１及びサンプル２と同条件で、第１電極、第１
電極上に形成された圧電体層、及び、圧電体層上に形成された第２電極からなり、第２電
極の面積の直径がそれぞれ１００μｍ，２００μｍ，３００μｍ，４００μｍ，５００μ
ｍである５つの円形状の測定領域を有するヤング率測定用サンプルを複数作成した。
【００４３】
そして、各ヤング率測定用サンプルについて、下構造から圧電体層を酸により剥離し、
表面弾性波によるヤング率評価装置（ＬＡ−ＷＡＶＥ）を用いてヤング率を求めた。また
、各ヤング率測定用サンプルについて、上記サンプル１及びサンプル２と同様の方法で、
各測定領域の第１電極及び第２電極に電圧を印加すると共に、各測定領域の第１電極側及
び第２電極側の中心の変位量をレーザードップラー変位計により同時に測定することで変
位量を測定し、第２電極の面積に対する変位量の変化率（変位量減少率）を求めた。結果
を図１１に示す。図１１に示すように、測定領域の第２電極の面積に対する変位量の変化
率と下構造のヤング率とは相関があった。
【００４４】
この図１１に、上記サンプル１及びサンプル２の第２電極の面積に対する変位量の変化
率（サンプル１：０．３８２、サンプル２：０．４００）を適応すると、ヤング率がサン
プル１では５８．４ＧＰａ、サンプル２では５５．７ＧＰａと算出され、両者は４．６％
異なる。このヤング率の結果は、上記のインクジェット式記録ヘッドを駆動させて変位量
を比較した結果と整合する。したがって、ヤング率を算出することで、インクジェット式
記録ヘッドＩの性能を精密に評価することができるといえる。一方、表１及び図９に示す
ように、サンプル１は３．００８ｎｍ、サンプル２は３．１１５ｎｍで圧電変位量の差は
両サンプルで３．４％程度しか異ならず、上記のインクジェット式記録ヘッドを駆動させ
て変位量を比較した結果と整合しているとは言い難く、圧力発生室を形成する前に測定し
た変位量のみでは、精密な評価を行えなかったといえる。
【００４５】
【表１】
2010087102.tif 000003
【００４６】
ここで、本実施形態では、各測定領域（圧電素子のテストパターン４０１及び４０２）
の第２電極８０の面積に対する圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量の変
化率を求め、さらに下構造のヤング率を算出することにより、評価する方法を示したが、
ヤング率は算出しなくても、各測定領域の第２電極８０の面積に対する圧電素子のテスト
パターン４０１及び４０２の変位量の変化率でも、評価することができる。
【００４７】
図９に示すように、測定領域の第２電極８０の面積が変化すると、圧電素子のテストパ
ターン４０１及び４０２の変位量も変化する。そして、圧電素子のテストパターン４０１
及び４０２の下構造の拘束力は圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の変位量に影
響を与えるが、その下構造の拘束力が変位量に与える影響の寄与率は、圧電素子の面積が
大きいほど小さくなる。したがって、第２電極の面積が異なる圧電素子のテストパターン
４０１及び４０２の変位量をそれぞれ測定した場合、図９からもわかるように、下構造の
拘束力が大きい圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の第２電極の面積に対する変
位量の変化率は、下構造の拘束力が小さい圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の
第２電極の面積に対する変位量の変化率とは異なる。
【００４８】
よって、測定領域の第２電極の面積に対する変位量の変化率を求めることにより、圧電
素子の下構造の拘束力を評価することができる。例えば、サンプル２のレベルの性能のイ
ンクジェット式記録ヘッドを製造したい場合は、圧力発生室形成前に測定した第２電極の
面積に対する変位量の変化率が０．４００付近であれば良品と評価される。そして、０．
４００付近よりはずれた値であれば不良品となるが、後段のエッチング等の工程を調整す
ることにより、良品を作成することができる。
【００４９】
（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、測定領域となる圧電素子のテス
トパターン４０１及び４０２の第１電極６０が圧電素子３００の第１電極６０とつながっ
ているものを示したが、測定領域となる圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の第
１電極６０が圧電素子３００の第１電極６０とはつながっていなくてもよい。また、上述
した実施形態では、測定領域となる圧電素子のテストパターン４０１及び４０２の圧電体
層７０を第２電極８０と同じ形状となるようにしたが、測定領域となる圧電素子のテスト
パターン４０１及び４０２の圧電体層７０の形状は特に限定されず、例えばパターニング
されていなくてもよい。
【００５０】
そして、上記実施形態では、圧力発生手段である圧電素子３００とは別部材として測定
領域となる圧電素子のテストパターン４０１及び４０２を設けたが、圧電素子３００が測
定領域をかねてもよい。さらに、上記実施形態では、流路形成基板１０の圧電素子３００
の並設方向の一端側に測定領域を設けたが、測定領域を設ける箇所はどこでもよく、例え
ば、圧電素子３００の並設方向の両端に設けてもよい。両端に測定領域を設けることによ
り、両者を比較することで、同一チップ内のばらつきを評価することもできる。また、複
数のチップが形成されるウェハ上のチップ外の領域に設けるようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、流路形成基板として、シリコン基板を示したが、流路形
成基板の種類は、レーザードップラー変位計で、第１電極６０側からも変位量を測定する
ことができればよく、たとえば、ＭｇＯ基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板などでもよい。
【００５２】
さらに、上述した実施形態では、圧力発生室形成前でのみ圧電性能を評価しているが、
圧力発生室の形成後等、後段でも、さらに圧電性能等を評価してもよい。複数段階で評価
することにより、トラブルの原因の特定が早く且つ容易になり、より的確な対処をするこ
とができる。
【００５３】
なお、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の製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ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。また、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圧電素子
に限られず、他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す平面図である。
【図７】基板の厚さと変位の関係を示す図である。
【図８】測定パルスを示す図である。
【図９】試験例の測定結果を示す図である。
【図１０】サンプル１の測定結果を示す図である。
【図１１】試験例の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  １０  流路形成基板、  １２
圧力発生室、  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  リザーバ部、  ３２  圧
電素子保持部、  ４０  コンプライアンス基板、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、
８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  １２０  駆動回路、  
１２１  接続配線、  ３００  圧電素子、  ４０１、４０２  圧電素子のテストパターン
【図１】
2010087102.tif 000004
【図２】
2010087102.tif 000005
【図３】
2010087102.tif 000006
【図４】
2010087102.tif 000007
【図５】
2010087102.tif 000008
【図６】
2010087102.tif 000009
【図７】
2010087102.tif 000010
【図８】
2010087102.tif 000011
【図９】
2010087102.tif 000012
【図１０】
2010087102.tif 000013
【図１１】
2010087102.tif 000014