(57)【要約】      （修正有）【課題】エージング工程で実使用時よりも高い負荷を圧電素子等に与えることなく、圧電素子の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造する。【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板１０上に前記圧電素子３００を形成する圧電素子形成工程と、該圧電素子形成工程により形成した前記圧電素子３００に駆動信号を入力して当該圧電素子３００を駆動するエージング工程と、前記流路形成基板１０に前記圧力発生室１２を形成する圧力発生室形成工程とを有し、前記エージング工程は、前記圧電素子３００の変位を実使用時よりも拘束する拘束部材を前記圧電素子３００に設けた拘束状態で行う。【選択図】図２
2008188922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成さ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た下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、該圧電素子形成工程により形成した前記圧電素子に駆動信号を入力して当該圧電素子を駆動するエージング工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成工程とを有し、
前記エージング工程は、前記圧電素子の変位を実使用時よりも拘束する拘束部材を前記圧電素子に設けた拘束状態で行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記圧力発生室形成工程の前に前記エージング工程を有し、当該エージング工程では、前記流路形成基板が前記拘束部材となることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記圧電素子形成工程の後に前記圧電素子を覆うように保護膜を設ける保護膜形成工程を有し、前記エージング工程では、前記保護膜が前記拘束部材となることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記エージング工程の後に、前記保護膜の前記上電極に相対向する領域に凹部を形成する保護膜凹部形成工程を有することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記エージング工程では、前記圧電素子に実使用時よりも低い駆動電圧となる駆動信号を入力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記圧電体層は厚さが１〜１０μｍの薄膜であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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には、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものとの２種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の変位量が変動し、インク吐出量、インク吐出速度等のインク吐出特性が安定しないという問題がある。特に、初期段階では、圧電素子の変位量が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、圧力発生室を形成した後に、実使用時よりも高電圧及び高周波数の駆動信号を圧電素子に所定パルス数印加して圧電素子を駆動するエージング工程を行うことにより、実使用時に圧電素子の変位量の変動が小さく抑えられ安定したインク吐出特性が得られるという技術がある（特許文献１参照）。これは、実使用時よりも高い電界強度で圧電素子を駆動して圧電体層を分極させることにより、圧電素子の変位量を安定した状態にするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０２８４９号公報（請求項１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、実使用時よりも高電圧及び高周波数でエージング工程を行っているので実使用時よりも高い負荷を圧電素子等に与えるため、エージング工程で圧電体層に大きなダメージを与えたり、圧電体層等にクラックが発生する等の不都合が生じる場合があるという問題があった。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、エージング工程で実使用時よりも高い負荷を圧電素子等に与えることなく、圧電素子の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる液体噴射ヘッドの製造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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１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形成さ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た下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、該圧電素子形成工程により形成した前記圧電素子に駆動信号を入力して当該圧電素子を駆動するエージング工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成工程とを有し、前記エージング工程は、前記圧電素子の変位を実使用時よりも拘束する拘束部材を前記圧電素子に設けた拘束状態で行うことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、圧電素子の変位を実使用時よりも拘束した状態でエージング工程を行うので、圧電素子に実使用時よりも大きな応力が付与された状態でエージング工程が行われる。したがって、実使用時よりも高い負荷を与えることなく低い駆動電圧（電界強度）でも十分なエージングを行うことができる。実使用時よりも低い電圧でエージング工程を行うと、エージング工程で圧電体層等の変形が実使用時よりも小さくなるため、エージング工程で圧電体層にクラックを発生させることなく、圧電素子の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、低い電圧でエージング工程を行うことにより、過剰に圧電体層にダメージを与えることもない。
【０００８】
ここで、前記圧力発生室形成工程の前に前記エージング工程を有し、当該エージング工程では、前記流路形成基板が前記拘束部材となることが好ましい。これによれば、液体噴射ヘッドの構成部材のみを用い、エージング工程を圧力発生室形成工程の前に行うという簡便な方法で、エージング工程で実使用時よりも高い負荷を圧電素子等に与えることなく、圧電素子の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
【０００９】
また、前記圧電素子形成工程の後に前記圧電素子を覆うように保護膜を設ける保護膜形成工程を有し、前記エージング工程では、前記保護膜が前記拘束部材となるようにしてもよい。これによれば、圧電素子を保護膜で覆うという簡便な方法で、エージング工程で実使用時よりも高い負荷を圧電素子等に与えることなく、圧電素子の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００１０】
また、前記エージング工程の後に、前記保護膜の前記上電極に相対向する領域に凹部を形成する保護膜凹部形成工程を有してもよい。これによれば、上電極に相対向する領域に凹部を設けるため、圧電素子の変位を妨げることなく圧電素子を湿度から保護する膜として保護膜を残すことができる。
【００１１】
また、前記エージング工程では、前記圧電素子に実使用時よりも低い駆動電圧となる駆動信号を入力することが好ましい。これによれば、エージング工程でのクラックの発生を確実に抑制できる。また、低い電圧を印加するので、過剰に圧電体層にダメージを与えることもない。
【００１２】
さらに、前記圧電体層は厚さが１〜１０μｍの薄膜であることが好ましい。圧電体層が薄膜の場合は厚膜に比べて他部材から受ける応力の影響が大きいため、より低い駆動電圧で十分なエージングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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に係る製造方法によって製造され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（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【００１４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、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１５からなる液体流路が設けられている。
【００１５】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。そして、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きく圧力発生室１２と同等の断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００１６】
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、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。
【００１７】
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約０.５〜２μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば約０．１〜０．５μｍの下電極膜６０と、例えば厚さが約１〜５μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり（１００）面が優先配向している菱面体晶系の圧電体層７０と、上電極膜８０とが、後述する成膜プロセスで積層形成されて、圧電素子３００が形成されている。そして、この圧電素子３００は、詳しくは後述するが、駆動信号を入力して圧電素子３００を駆動するエージング工程が、実使用時よりも圧電素子３００の変位が拘束された状態で実行されたものである。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜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。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３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜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。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。なお、本実施形態では、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図２（ｂ）に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。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。上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜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、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜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。
【００１８】
圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属材料からなる。また、本実施形態では圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料（圧電材料）として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いたが、実使用時に変位が十分得られるものであれば特に限定されず、その他の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成としては、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。また、上電極膜８０は、下電極膜６０と同様に、白金（Ｐｔ）、又はイリジウム（Ｉｒ）、もしくはこれらの積層又は合金等の金属材料からなる。
【００１９】
そして、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜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。
【００２０】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、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を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、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。
【００２１】
また、保護基板３０には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられており、このリザーバ部３１は、上述したように、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、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００２２】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための図示しない駆動回路が固定されており、駆動回路とリード電極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を介して電気的に接続されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）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、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。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。
【００２５】
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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜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。
【００２６】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、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膜５１を形成する。次に、図３（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。
【００２７】
次に、絶縁体膜５５上に圧電素子３００を形成する。具体的には、まず、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金等からなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングする。次に、図４（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、白金等の金属からなる上電極膜８０とを順次積層し、図４（ｂ）に示すように、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。以上が膜形成プロセスである。なお、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て圧電体前駆体膜を形成し、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。また、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。また、圧電体層７０と上電極膜８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。そして、このようなドライエッチングでは、レジストの側面を予め傾斜させておくと、圧電体層７０及び上電極膜８０が、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面が傾斜面となる。
【００２８】
本実施形態では、このように圧電素子３００を形成した後で且つ圧力発生室１２を形成する前に、すなわち、図４（ｃ）の段階で、実使用時よりも低い駆動電圧となる駆動信号を圧電素子３００に入力してエージング工程を行う。なお、圧電素子３００に高電圧を印加すると、圧電素子３００が変位しなくなったり、圧電体層７０等にクラックが発生するという問題が生じるため、実使用時には、当然、これらの問題が生じない条件で圧電素子３００を駆動して、圧電素子３００及び振動板を変形させて圧力発生室１２に充填したインクをノズル開口２１から吐出する。
【００２９】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの圧電素子３００を駆動すると、経時的に圧電素子３００の変位量が変動する。このような圧電素子３００の変位量の変動は、圧電素子３００の駆動を繰り返すことによって、圧電体層７０を構成する圧電材料の分極が一部固定されて残留分極が圧電素子３００内に生じ、圧電素子３００の変位量が減少することによるものである。特に駆動の初期段階では、圧電素子３００の変位量は著しく低下する。しかし、この著しく低下する段階（第１段階）を超えると、当該段階に比べて変位量の低下が緩やかになる段階（第２段階）を有する。そこで、本実施形態では、製造段階で圧電素子３００に駆動信号を入力して圧電素子３００を駆動するエージング工程を行って、あらかじめ圧電材料の分極を一部固定することにより、実使用時では第２段階の圧電素子３００として変位量を安定した状態にする。なお、分極の固定はある程度で飽和するため、エージング工程でその飽和状態まで到達させて第２段階にすることにより、実使用時の圧電素子３００の変位量の急激な低下を無くし、所定の電圧に対して所定のインク滴重量を吐出できる圧電素子の変位量を安定した状態にすることができる。
【００３０】
本実施形態では、このエージング工程を圧力発生室１２を形成する前に行う。すなわち、エージング工程を、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハ１１０）が圧電素子３００の下側の全面に接合されている状態で行う。なお、本実施形態では、圧力発生室１２が形成される前の流路形成基板１０が請求項１に記載する「拘束部材」に相当する。
【００３１】
このように、圧電素子３００が流路形成基板１０に固定された状態で圧電素子３００に駆動信号を入力して圧電素子３００を駆動させると、圧電体層７０は収縮しようとするが、圧電素子３００は流路形成基板１０に固定され動きが拘束されている。したがって、本実施形態のエージング工程では、実使用時よりも、すなわち、流路形成基板１０に圧力発生室１２が設けられ圧電素子３００等がたわみ変形できる場合よりも、圧電素子３００の変位が流路形成基板１０により拘束されている。その結果、本実施形態のエージング工程では、実使用時よりも大きな引張り応力が圧電素子３００に付与される。なお、このように拘束部材を圧電素子３００に設けることにより、圧電素子３００の変位が実使用時よりも拘束されている状態を拘束状態という。
【００３２】
実使用時よりも大きな引張り応力が圧電素子３００に付与された状態でエージング工程を行うことにより、圧電材料の分極を固定することができるので、エージング工程で圧電素子３００に印加する電圧が実使用時よりも低くても、十分なエージングをすることができる。
【００３３】
このように実使用時よりも低い電圧でエージング工程を行うと、エージング工程での圧電体層７０の変形が実使用時よりも小さくなるため、エージング工程で圧電体層７０にクラックを発生させることなく、実使用時に圧電素子３００の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、振動板の変形も実使用時よりも小さくなるため、エージング工程での振動板のクラックの発生が抑制できる。そして、低い電圧でエージング工程を行うことにより、過剰に圧電体層７０にダメージを与えて圧電素子３００が変位しなくなるという問題も生じない。さらに、エージング工程に必要な時間も短縮できるため、エージング工程を短時間にすることで、圧電素子３００への負荷をさらに低減することができる。また、圧力発生室１２が形成される前の流路形成基板１０といったインクジェット式記録ヘッドを構成する部材をインクジェット式記録ヘッドとして利用する際の最終形状に加工する前に使用することで新たな部材を用意することなく、従来に比べ効率の良いエージングが行える。なお、圧電素子３００に入力する駆動信号は直流でも交流でもよく、パルス波でもよい。波形は、例えば、ｓｉｎ波、矩形波等の周波数が単一の波形であることが好ましい。本実施形態では、圧電素子３００にＤＣ２５Ｖを数秒間印加してエージング工程を行うことにより、圧電素子３００の実使用時の変位量変化を十分に低減した。また、エージング工程で圧電体層７０や振動板にクラックが発生することもなかった。さらに、エージング工程後も十分な変位量を有する圧電素子３００であった。
【００３４】
なお、特許文献１では、圧力発生室形成後に実使用時よりも高電圧及び高周波数でエージング工程を行うことにより十分なエージングがなされているため、実使用時の圧電素子及び振動板の変位量の変動が小さく抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができるが、高電圧及び高周波数でエージングを行っているため、圧電素子３００等にクラックが発生したり、圧電素子３００に過剰なダメージを与える場合があるという問題を有する。
【００３５】
このように、本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成する前にエージング工程を行うことで、エージング工程で流路形成基板１０が圧電素子３００に付与する引張り応力を利用できるため、実使用時よりも低い電圧で十分なエージングをすることができる。
【００３６】
エージング工程を実行した後、図５（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接着剤３５を介して接合し、次に流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとなるまで薄くする。その後、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、マスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
【００３７】
そして、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜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。
【００３８】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面の二酸化シリコン膜５１を除去した後にノズル開口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が形成される。
【００３９】
本実施形態では、圧電素子３００を所定形状にパターニングした後にエージング工程を行ったが、圧電素子３００をパターニングする前にエージング工程を行ってもよい。圧電素子３００をパターニングした後にエージング工程を行うと、エージング工程で各圧電素子３００の電極毎に電圧を印加する必要があるが、パターニング前に行えば複数の圧電素子３００の各電極がつながっているため、エージング工程での電圧の印加を一括で行うことができる。また、圧電素子３００が他の圧電素子３００を拘束するかのような構造であるため、圧電素子３００への応力の付与がより顕著になる。また、本実施形態では、リード電極９０を形成後エージング工程を行い、その後保護基板３０を設けたが、リード電極９０の形成前にエージング工程を行ってもよく、また、保護基板３０を設けた後にエージング工程を行ってもよい。さらに、本実施形態では、エージング工程で実使用時よりも低い電圧を印加したが、実使用時と同じ電圧を印加してエージング工程を行ってもよい。
【００４０】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る製造方法によって製造され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断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、実施形態１のインクジェット式記録ヘッドに、圧電素子３００を覆うように耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜２００を設けたものである。ここで、図２（ｂ）と同じ部材には同じ符号を付してある。また、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００４１】
具体的には、本実施形態において、圧電素子３００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜２００によって覆われている。本実施形態では、保護膜２００を圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆い、且つ複数の圧電素子３００に亘って連続して設けるようにした。すなわち、上電極膜８０の上面の略中心領域である主要部は、保護膜２００が設けられておらず、上電極膜８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。開口部２０１は、保護膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものである。
【００４２】
このように圧電素子３００を保護膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止する構造となっている。そして、圧電素子３００には、実質的に駆動しない非能動領域と実質的に駆動する能動領域（圧電体能動部３２０）とが存在し、圧電素子３００の駆動を過度に低下させないようにするために、保護膜２００の圧電素子３００の能動領域に対向する位置に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００の変位を阻害することなく、インク吐出特性が良好に保持されている。この場合、大気中の水分は圧電素子３００の側面から圧電素子３００内部に侵入しやすいので、上記側面を保護膜２００が覆うことで水分の侵入をほとんど防止できるため、圧電素子３００の上面の一部は保護膜２００で覆われている必要は無い。
【００４３】
保護膜２００の材料としては、例えば、無機アモルファス材料である、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましい。
【００４４】
そして、この保護膜２００上には、リード電極９０が設けられている。リード電極９０は、一端部が上電極膜８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は圧電素子３００を駆動する駆動回路と接続配線を介して接続されている。
【００４５】
このような、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図７及び図８を参照して説明する。具体的には、実施形態１と同様に圧電素子３００を形成した後（図３（ａ）〜図４（ｂ））、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０全面に亘って保護膜２００を形成する。その後、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さに薄くした後、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、マスク膜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（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜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。
【００４６】
その後、実施形態１と同様に、実使用時よりも低い駆動電圧となる駆動信号を圧電素子３００に入力して、エージング工程を行う。本実施形態では、圧電素子３００を覆うように保護膜２００を形成した後で且つ保護膜２００に開口部２０１を形成する前に、すなわち、図８（ａ）の段階で、エージング工程を行う。なお、本実施形態では、開口部２０１が形成される前の保護膜２００が請求項１に記載する「拘束部材」に相当する。
【００４７】
このように、圧電素子３００が保護膜２００に覆われた状態で圧電素子３００に駆動信号を入力して圧電素子３００を駆動させると、圧電体層７０は収縮しようとするが、圧電素子３００は保護膜２００により覆われ動きが拘束されている。したがって、本実施形態のエージング工程では、実使用時よりも、すなわち、保護膜２００の上電極膜８０に相対向する領域に開口部２０１が形成されている状態よりも、圧電素子３００の変位が保護膜２００により拘束されている。その結果、本実施形態のエージング工程では、実使用時よりも大きな引張り応力が圧電素子３００に付与される。このように、実使用時よりも大きな引張り応力が圧電素子３００に付与された状態でエージング工程を行うことにより、圧電材料の分極を固定することができるので、エージング工程で圧電素子３００に印加する電圧が実使用時よりも低くても、十分なエージングをすることができる。
【００４８】
このように実使用時よりも低い電圧でエージング工程を行うと、エージング工程での圧電体層７０の変形が実使用時よりも小さくなるため、エージング工程で圧電体層７０にクラックを発生させることなく、実使用時に圧電素子３００の変位量の変動が抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、振動板の変形も実使用時よりも小さくなるため、エージング工程での振動板のクラックの発生が抑制できる。そして、低い電圧でエージング工程を行うことにより、過剰に圧電体層７０にダメージを与えて圧電素子３００が変位しなくなるという問題も生じない。さらに、エージング工程に必要な時間も短縮できるため、エージング工程を短時間にすることで、圧電素子３００への負荷をさらに低減することができる。また、開口部２０１が形成される前の保護膜２００といったインクジェット式記録ヘッドを構成する部材をインクジェット式記録ヘッドとして利用する際の最終形状に加工する前に使用することで新たな部材を用意することなく、従来に比べ効率の良いエージングが行える。
【００４９】
エージング工程後、図８（ｂ）に示すように、保護膜２００の各圧電素子３００に対応する領域を選択的にイオンミリングや反応性ドライエッチングなどのドライエッチングをすることにより、保護膜２００の上電極膜８０に相対向する領域に開口部２０１を形成する。このように、開口部２０１を形成するため、保護膜２００は容易に除去できる材質であることが好ましい。
【００５０】
その後、図８（ｃ）に示すように、リード電極９０を形成した後、実施形態１と同様に流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接着剤３５を介して接合する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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。その後、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面の二酸化シリコン膜５１を除去した後にノズル開口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が形成される。
【００５１】
なお、本実施形態では圧力発生室１２を形成した後にエージング工程を行ったが、圧力発生室１２を形成する前にエージング工程を行ってもよい。保護膜２００を形成し且つ圧力発生室１２を形成する工程の前にエージング工程を行うことにより、エージング工程でより大きな引張り応力を圧電素子３００に付与することができるため、より低い印加電圧で十分なエージングをすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では保護膜２００を耐湿性材料としたが、エージング工程で圧電素子３００の変位を拘束できるものであれば、材質は特に限定されない。さらに、本実施形態では流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜２００を設けた状態でエージング工程を行ったが、保護膜２００は圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の表面を覆うように設ければよく、各圧電素子３００毎に保護膜を設け、複数の圧電素子３００に亘って不連続となるようにした状態でエージング工程を行ってもよい。また、本実施形態ではエージング工程後、保護膜２００に開口部２０１を形成して耐湿性保護膜としたが、エージング工程後に保護膜２００を全て除去してもよい。なお、保護膜２００を除去した場合は、実施形態１と同様のインクジェット式記録ヘッドが製造されることになる。
【００５３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。但し、１〜１０μｍ程度の薄膜の圧電体層７０を有するインクジェット式記録ヘッドに適用した方が、応力の影響が大きいため、本発明の効果がより顕著に発揮される。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの製造方法の一例として、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明したが、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る。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を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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製造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２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図７】実施形態２に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】実施形態２に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  １００  リザーバ、  ２００  保護膜、  ２０１  開口部、  ３００  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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