(57)【要約】【課題】圧電素子を繰り返し駆動しても圧電素子の変位量の低下を防止することができるアクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】基板上に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を有すると共に、圧電体層上に形成され圧電体層に引張り応力を付与する上電極を含む引張り膜を有し、下電極膜及び上電極膜間に印加する電圧を抗電界よりも高い最低電圧から最高電圧の範囲で変化させることで圧電素子を撓み変形させるアクチュエータ装置の製造方法であって、圧電素子の繰り返し駆動に伴う圧電素子の電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定しておき、このシフト量に応じて決定した応力となるように引張り膜を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を有すると共に、前記圧電体層上に形成され当該圧電体層に引張り応力を付与する前記上電極膜を含む引張り膜を有し、前記下電極膜及び前記上電極膜間に印加する電圧を抗電界よりも高い最低電圧から最高電圧の範囲で変化させることで前記圧電素子を撓み変形させるアクチュエータ装置の製造方法であって、
前記圧電素子の繰り返し駆動に伴う当該圧電素子の電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定しておき、このシフト量に応じて決定した応力となるように前記引張り膜を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項２】
前記引張り膜の応力を、前記上電極膜の厚さによって調整することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項３】
前記アクチュエータ装置は、前記上電極膜上に各圧電素子の前記圧電体層を覆って設けられる保護膜をさらに有し、前記引張り膜が前記上電極膜と前記保護膜とで構成されており、
前記引張り膜の応力を、前記上電極膜及び前記保護膜の厚さによって調整することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜の前記上電極膜に対向する領域に開口部を形成すると共に、当該開口部内の前記上電極膜の厚さ方向の一部を除去することで、前記引張り膜の応力を調整することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項５】
前記電圧対変位特性曲線のシフトによる前記最高電圧における前記圧電素子の変位特性の変化量が、前記圧電素子の電圧対変位特性曲線が前記最低電圧における変位特性の変化量と同等となるように、前記引張り膜の応力を調整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アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の製造方法によって、液滴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の一方面に、前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする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、基板上に変位可能に設けられた下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を具備するアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置を具備する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【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。このような圧電素子を有する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。このようなインクジェット式記録ヘッドのアクチュエータ装置（圧電素子）は、例えば、振動板の表面全体に亘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圧力発生室毎に独立するように形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２７３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなアクチュエータ装置では、圧電素子を繰り返し駆動するとその変位量が徐々に低下してしまうという問題がある。
【０００５】
圧電素子の変位量の低下の一つの原因として、いわゆるインプリントに伴って圧電素子に印加する電圧に対する変位特性が変化することが挙げられる。すなわち、電圧に対する変位特性との関係を示す電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側に若干シフトしてしまうことが挙げられる。なお、「インプリント」とは、圧電素子の繰り返し駆動に伴って分極反転し難くなる現象である。
【０００６】
そして、このように電圧対変位特性曲線がシフトすると、圧電素子を駆動するための駆動信号の最高電圧における変位特性の変化量が、最低電圧における変位特性の変化量よりも小さくなる。その結果、圧電素子の変位量が低下してしまう。
【０００７】
このような問題は液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を繰り返し駆動しても圧電素子の変位量の低下を防止することができるアクチュエータ装置の製造方法及び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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、基板上に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子を有すると共に、前記圧電体層上に形成され当該圧電体層に引張り応力を付与する前記上電極膜を含む引張り膜を有し、前記下電極膜及び前記上電極膜間に印加する電圧を抗電界よりも高い最低電圧から最高電圧の範囲で変化させることで前記圧電素子を撓み変形させるアクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電素子の繰り返し駆動に伴う当該圧電素子の電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定しておき、このシフト量に応じて決定した応力となるように前記引張り膜を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる本発明では、引張り膜によって圧電体層に所定の引張り応力が付与され、電圧対変位特性曲線が実質的にプラス電圧側にシフトした状態となる。これにより、いわゆるインプリントによって電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトした場合でも、圧電素子の変位量の低下が防止される。
【００１０】
ここで、前記引張り膜の応力を、前記上電極膜の厚さによって調整することが好ましい。これにより、引張り膜の応力を比較的容易に調整することができる。
【００１１】
また、前記アクチュエータ装置は、前記上電極膜上に各圧電素子の前記圧電体層を覆って設けられる保護膜をさらに有し、前記引張り膜が前記上電極膜と前記保護膜とで構成されている場合、前記引張り膜の応力を、前記上電極膜及び前記保護膜の厚さによって調整することが好ましい。これにより、引張り膜の応力を比較的容易に調整することができる。
【００１２】
また、前記保護膜の前記上電極膜に対向する領域に開口部を形成すると共に、当該開口部内の前記上電極膜の厚さ方向の一部を除去することで、前記引張り膜の応力を調整することが好ましい。これにより、上電極膜の電気的特性を大幅に変化させることなく、引張り膜の応力を良好に調整することができる。
【００１３】
また前記電圧対変位特性曲線のシフトによる前記最高電圧における前記圧電素子の変位特性の変化量が、前記圧電素子の電圧対変位特性曲線が前記最低電圧における変位特性の変化量と同等となるように、前記引張り膜の応力を調整することが好ましい。これにより、圧電素子の繰り返し駆動による変位量の低下をより確実に防止することができる。
【００１４】
さらに本発明は、このような製造方法によって、液滴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の一方面に、前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。かかる本発明では、長期間に亘って液滴を良好に吐出することができる液体噴射ヘッドを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、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。また図３は、インクジェット式記録ヘッドの要部を示す圧力発生室の幅方向の断面図である。
【００１６】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（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って二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室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。
【００１７】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２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、ステンレス鋼などで形成されている。
【００１８】
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上には下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。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。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、本実施形態では、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及び絶縁体膜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。
【００１９】
また、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。これにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。ここで、圧電体層７０上に形成されている膜、本実施形態では、上電極膜８０及び保護膜２００は圧電体層７０に引張り応力を付与する引張り膜として機能している。
【００２０】
このように引張り膜として機能する上電極膜８０及び保護膜２００によって圧電体層７０に引張り応力が付与されることで、図３に示すように、圧電体層７０及び振動板は、初期状態で圧力発生室１２とは反対側が若干凸となるように変形した状態となっている。
【００２１】
保護膜２００は、本実施形態では、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られている。すなわち、上電極膜８０上の保護膜２００には、上電極膜８０の略中心部に開口部２０１が設けられており、上電極膜８０の主要部が露出されている。また、この保護膜２００の開口部２０１に対向する領域の上電極膜８０の厚さは、他の領域の厚さよりも薄くなっている。すなわち、上電極膜８０の開口部２０１に対向する領域には他の領域よりも膜厚の薄い薄肉部８１が形成されている。詳しくは後述するが、開口部２０１の大きさ及び開口部２０１に対向する領域の上電極膜８０の厚さを変化させることで、圧電体層７０に付与される引張り応力を調整している。
【００２２】
この保護膜２００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜２００に設けられた接続孔２０２を介して一端部が上電極膜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、後述する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【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、下電極膜６０、弾性膜５０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。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。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、この貫通孔３３内に露出されている。
【００２４】
保護基板３０上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０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とが、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によって電気的に接続されている。
【００２５】
また保護基板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、金属等の硬質の材料で形成される。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。
【００２６】
このような本実施形態の製造方法によって製造される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、各圧力発生室１２に対応する圧電素子３００の下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加して圧電素子（アクチュエータ装置）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。
【００２７】
ところで、このようなアクチュエータ装置を構成する圧電素子３００に印加される駆動信号４００は、図４に示すように、中間電圧ＶＭを維持した状態から最低電圧ＶＬまで降下させて圧力発生室１２を膨張させる第１の膨張工程４０１と、最低電圧ＶＬを一定時間維持する第１のホールド工程４０２と、最低電圧ＶＬから最高電圧ＶＨまで上昇させて圧力発生室１２を収縮させることによってインク滴を吐出させる収縮工程４０３と、最高電圧ＶＨを一定時間維持する第２のホールド工程４０４と、最高電圧ＶＨから中間電圧ＶＭまで降下させる第２の膨張工程４０５とで構成されている。
【００２８】
また圧電素子３００は、薄膜によって形成され且つ分極処理が施されており、図５に示すように、圧電素子３００に印加する電圧を変化させると、抗電界Ｅｃを発生する電圧Ｖｃ近傍を境として変位方向が反転する特性を有する。そして、駆動信号４００によって印加される最低電圧ＶＬは、抗電界Ｅｃを発生する電圧Ｖｃよりも高い電圧に設定されている。つまり、電圧Ｖｃよりも高い範囲で圧電素子３００に印加する電圧を変化させて圧電素子３００を駆動させている。
【００２９】
ここで、圧電素子３００の変位量は、抗電界Ｅｃを発生する電圧Ｖｃを上回るとその変化量が徐々に増加し、その後直線的に増加し、電圧がある程度以上となるとその変化量が徐々に低下するという特性を有する。すなわち、図５に示すように、電圧に対する変位特性との関係を示す電圧対変位特性曲線は、電圧Ｖｃを上回るとその傾斜角度が徐々に大きくなり、その後直線的に変化し、印加電圧がある程度高くなると傾斜角度が徐々に小さくなる。そして、駆動信号４００の最高電圧ＶＨは、圧電素子３００の変位量を確保するために、比較的高い電圧に設定されている。
【００３０】
また図５中点線で示すように、電圧対変位特性曲線が、いわゆるインプリントによってマイナス電圧側にシフトされてしまうと、駆動信号によって印加される最低電圧ＶＬ及び最高電圧ＶＨにおける圧電素子３００の変位量がそれぞれ増加することになる。ただし、その増加量は異なる。具体的に説明すると、駆動信号４００の最高電圧ＶＨは、圧電素子３００の変位量を確保するために、比較的高い電圧に設定されている。すなわち、電圧対変位特性曲線において圧電素子３００の変位の変化量が低下している部分に最高電圧ＶＨが設定されている。このため、最高電圧ＶＨにおける変位の変化量ΔＤＨは、最低電圧ＶＬにおける変位の変化量ΔＤＬよりも小さくなってしまう。
【００３１】
したがって、このように電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトすると、最低電圧ＶＬから最高電圧ＶＨまで電圧を変化させた際の圧電素子３００の撓み変位量Ｄ１が、初期状態の電圧対変位特性曲線における変位量Ｄ２よりも小さくなってしまう。
【００３２】
このため、本発明では、インプリントによる電位変位特性曲線のシフト量を予め推定し、推定したシフト量に応じて決定した応力となるように引張り膜を形成するようにした。つまり、電位変位特性曲線のシフト量に基づいて、圧電体層７０にかかる引張り応力の強さを調整するようにした。詳しくは後述するが、これにより電位変位特性曲線がマイナス電圧側にシフトしたとしても圧電素子３００の変位量が低下してしまうのを防止することができる。
【００３３】
以下、インクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、アクチュエータ装置の製造方法について図６〜図９を参照して説明する。なお、図６〜図９は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３４】
まず、図６（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（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図６（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。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３５】
次いで、図６（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜６０は、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
【００３６】
次に、図６（ｄ）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を形成する。圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等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。また、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７０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法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。
【００３７】
次に、図７（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板１０の全面に形成する。このとき、上述した電圧対変位特性曲線のシフト量を予め推定し、このシフト量に応じた所定応力となるように上電極膜８０を形成する。つまり、上電極膜８０を含む引張り膜が圧電体層７０に所定の引張り応力がかかるように、上電極膜８０の応力を調整する。なお、電圧対変位特性曲線のシフト量は、圧電体層７０の特性から容易に推定することができる。例えば、圧電体層７０の静電容量を測定し、その結果からシフト量を容易に推定することができる。勿論、試験的にヘッドを作製して実際に圧電素子３００を駆動させてシフト量を測定するようにしてもよい。
【００３８】
上電極膜８０の応力は、上電極膜８０のヤング率及び残留ひずみによって決まるため、上電極膜８０の材料、形状或いは成膜条件によって調整することができる。本実施形態では、スパッタリング法によって上電極膜８０を成膜しているため、例えば、スパッタ温度等の成膜条件を適宜調整することで所望の応力を有する上電極膜８０を形成することができる。
【００３９】
また上電極膜８０の応力は、成膜時に完全に調整するようにしてもよいが、必ずしも成膜時に完全に調整する必要はない。本実施形態では、成膜条件によって上電極膜８０の応力を調整しつつ、後述するように上電極膜８０の厚さ（形状）によっても上電極膜８０の応力を調整している。
【００４０】
次いで、図７（ｂ）に示すように、これら上電極膜８０及び圧電体層７０を各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００４１】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に保護膜２００を形成する。保護膜２００は、上述したように上電極膜８０と共に引張り膜として機能する。このため、保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であり、且つ圧電体層７０に引張り応力を付与できる必要がある。具体的には、例えば、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く、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。なお保護膜２００の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜２００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。また保護膜２００の応力は、上電極膜８０と同様に、形状や成膜条件によって調整することができる。ちなみに、保護膜２００の応力は、材料や成膜条件によっても異なるものの上電極膜８０の応力に比べて小さい。すなわち、保護膜２００も引張り膜として機能するが、主に上電極膜８０が引張り膜として機能する。
【００４２】
次いで、図７（ｄ）に示すように、保護膜２００の各圧電素子３００に対応する領域をエッチングすることにより開口部２０１及び接続孔２０２を形成する。なお、保護膜２００のエッチングは、例えば、イオンミリングや、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより行うことができる。またこのとき、必要に応じて上電極膜８０の厚さ方向の一部を除去して薄肉部８１を形成する。つまり、上電極膜８０の一部の厚さを薄くすることで、引張り膜が圧電体層７０に付与する引張り応力の大きさを調整している。これにより、引張り膜である上電極膜８０及び保護膜２００によって所望の大きさの引張り応力が圧電体層７０に付与される。
【００４３】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属膜９１を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介してこの金属膜９１を各圧電素子３００毎にパターニングする。次に、図８（ｂ）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を介して接合する。次に、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みとなるように加工する。
【００４４】
次いで、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に絶縁膜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９（ｂ）に示すように、この絶縁膜５２をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（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。
【００４５】
このとき、上電極膜８０と保護膜２００とが引張り膜として機能して圧電体層７０に所定の引張り応力が付与されているため、圧力発生室１２が形成されると、圧電素子３００及び振動板は、圧力発生室１２とは反対側が凸となるように若干撓んだ状態となる（図３参照）。このように初期状態の圧電素子３００が圧力発生室１２とは反対側が凸に撓んだ状態となるようにすることで、その電圧対変位特性曲線は、図１０（ａ）に示すように、撓みが生じていない圧電素子の電圧対変位特性曲線（図中点線）よりも、実質的にプラス電圧側にシフトすることになる。つまり、駆動信号の最低電圧ＶＬ及び最高電圧ＶＨの何れもが、電圧対変位特性曲線のほぼ直線的に変化している部分に設定されることになる。
【００４６】
これにより、図１０（ｂ）に点線で示すように、電圧対変位特性曲線がマイナス電圧側に若干シフトしたとしても、最低電圧ＶＬにおける変位の変化量ΔＤＬと、最高電圧ＶＨにおける変位の変化量ΔＤＨとは、ほぼ同一の大きさとなる。つまり、最低電圧ＶＬと最高電圧ＶＨとの間の電圧対変位特性曲線は、シフト前後で実質的に線形となる。したがって、最低電圧ＶＬから最高電圧ＶＨまで変化させることよる圧電素子３００の変位量Ｄ１，Ｄ２もほぼ同一となる。すなわち、電圧対変位特性曲線が、いわゆるインプリントによってマイナス電圧側にシフトしたとしても、圧電素子３００の変位量が低下することはない。しがって、長期間使用した場合でも、吐出特性が低下することがなく、常に良好な吐出特性で各ノズル開口２１からインク滴が吐出される。
【００４７】
また、圧電対変位特性曲線のシフト量、つまり圧電体層７０の圧電特性は、各ヘッドで多少ばらつきが生じる場合がある。このため、同一の駆動信号で各ヘッドのアクチュエータ装置（圧電素子３００）を駆動すると、インク吐出特性にばらつきが生じる虞がある。しかしながら、上述したようにシフト量に応じて、引張り膜によって圧電体層７０に所定の引張り応力が付与されるようにすることで、各ヘッドのアクチュエータ装置を同一駆動信号で駆動しても、インク滴の吐出特性が均一化される。
【００４８】
また本実施形態では、上電極膜８０と保護膜２００とが引張り膜として機能するようにし、これら上電極膜８０及び保護膜２００の応力を、厚さ（形状）等によって制御するようにしている。これにより、引張り膜によって圧電体層７０に所望の引張り応力を付与することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、保護膜２００の開口部２０１を介して上電極膜８０の一部の厚さを薄くすることで、上電極膜８０の応力を調整するようにした。これにより、上電極膜８０の応力を確実に調整することができると共に、上電極膜８０の抵抗値が大幅に増加してしまうのを防止することができる。つまり、圧電素子３００の駆動に悪影響を及ぼすことなく圧電体層７０に所望の引張り応力を付与することができる。
【００５０】
なお流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２等を形成した後は、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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、上電極膜８０及び保護膜２００が引張り膜として機能するようにした例を説明したが、これに限定されるものではなく、保護膜２００は必ずしも設けられていなくてもよい。この場合でも、上電極膜８０が引張り膜として十分に機能する。また、勿論、圧電体層７０に引張り応力を付与するための引張り膜を、上電極膜８０や保護膜２００とは別に設けるようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、駆動信号の一例について説明したが、駆動信号の形状は、特に限定されるものではなく、最低電圧が抗電界を発生させる電圧よりも高い駆動信号であればよい。
【００５３】
なお、上述した実施形態では、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。
【００５４】
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アクチュエータ装置の製造方法に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置の製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの平面図及び圧力発生室の長手方向の断面図である。
【図３】記録ヘッドの圧力発生室の幅方向の断面図である。
【図４】圧電素子に印加する駆動信号を示す図である。
【図５】圧電素子の電圧対変位特性を示すグラフである。
【図６】一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】圧電素子の変位量の変化を説明する電圧対変位特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流路形成基板、  ２０  ノズルプレート、  ３０  保護基板、４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ８１  薄肉部、  ９０  リード電極、  ２００  保護膜、  ２０１  開口部、  ２０２  接続孔、  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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【図９】
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【図１０】
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