JP2009126020A - 液体噴射ヘッドの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の圧電特性を容易に且つ高精度に検査することができると共に、検査による液体噴射特性のばらつきを確実に防止した液体噴射ヘッドの検査方法を提供する。
【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が形成される流路形成基板１０の一方面側に、下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０を積層形成した後、前記下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０をパターニングすることで、複数の圧電素子３００を形成すると共に、該圧電素子３００の並設方向の両側に、前記下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０で構成される検査用圧電素子３００Ａを形成する工程と、各検査用圧電素子３００Ａの圧電特性を測定する工程とを具備する。
【選択図】 図３

Description

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検査方法に関し、特に液体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検査方法に関する。

液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、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圧電素子の撓み振動モードのアクチュエータ装置を使用したものが知られている。

このようなインクジェット式記録ヘッドは、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、流路形成基板の圧力発生室に相対向する領域に振動板となる絶縁膜を介して下電極膜、圧電体層及び上電極膜を積層形成した圧電素子とで構成されている（例えば、特許文献１等）。

特開２００７−２１６４２９号公報（第３〜５頁、第１〜３図）

このような圧電素子は電圧の印加により分極の回転伸縮を繰り返すものであり、圧電素子の圧電特性を測定するために、実際にインクを吐出させる圧電素子に電圧を印加すると、電圧を印加した圧電素子の分極方向が一部固定される、いわゆる疲労現象が発生し、測定に用いた圧電素子が測定に用いていない圧電素子に比べて圧電特性が劣化してしまい、圧電素子の圧電特性にばらつきが生じてインク吐出特性（液体噴射特性）を均一化することができないという問題がある。

特に、流路形成基板に圧力発生室を形成した後に圧電素子の圧電特性を測定すると、圧電素子の製造による特性に加えて、圧力発生室の形成ばらつきが測定結果に反映されてしまうため、圧電素子の製造時の不具合等を発見することが困難で、圧電素子の高精度な検査を行うことができないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の圧電特性を容易に且つ高精度に検査することができると共に、検査による液体噴射特性のばらつきを確実に防止した液体噴射ヘッドの検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、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る流路形成基板の一方面側に、下電極、圧電体層及び上電極を積層形成した後、前記下電極、圧電体層及び上電極をパターニングすることで、複数の圧電素子を形成すると共に、該圧電素子の並設方向の両側に、前記下電極、圧電体層及び上電極で構成される検査用圧電素子を形成する工程と、各検査用圧電素子の圧電特性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検査方法にある。
かかる態様では、検査用圧電素子の圧電特性を測定することで、実際に液体の噴射に用いる圧電素子に電圧を印加することなく、圧電素子の分極方向の固定が発生するのを防止して、液体噴射特性を均一化した状態で圧電素子の圧電特性を検査することができる。また、圧電素子の並設方向両側に検査用圧電素子を設け、この検査用圧電素子の圧電特性を測定することで、２つの検査用圧電素子に挟まれた圧電素子の圧電特性の傾きを取得することができる。これにより、液体噴射特性のばらつきを検査することができる。

ここで、前記検査用圧電素子の圧電特性を測定する工程では、前記圧電素子の並設方向両側の前記検査用圧電素子の圧電特性の差を算出することが好ましい。これによれば、２つの検査用圧電素子に挟まれた圧電素子の圧電特性の傾きを取得することができる。これにより、液体噴射特性のばらつきを検査することができる。

また、前記検査用圧電素子の圧電特性を測定する工程を、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程の前に行うことが好ましい。これによれば、圧電素子（検査用圧電素子）の成膜工程、焼成工程及びリソグラフィ法等の製造工程における不具合を直ちに検知して、圧電素子の製造工程にフィードバックをかけることができ、圧電素子の製造工程の不具合による不良製品の発生を減少させることができる。

また、前記検査用圧電素子を形成する工程では、当該検査用圧電素子を前記圧力発生室が形成されない領域に形成することが好ましい。これによれば、圧力発生室を検査用圧電素子に相対向する領域に形成することがなく、流路形成基板の剛性が低下してクラック等の破壊が発生するのを防止して、圧電素子の検査を良好に行うことができる。

また、前記検査用圧電素子を、並設された両端部側の前記圧電素子からの距離が、互いに隣り合う前記圧電素子の間隔よりも広くなるように設けることが好ましい。これによれば、検査用圧電素子の圧電特性を測定するために電圧を印加した際に、近接する圧電素子に電圧が印加されるのを防止して、圧電素子の分極方向の固定が発生するのを防止して、液体噴射特性を均一化することができる。

また、前記圧電素子及び前記検査用圧電素子が強誘電体からなると共に、前記検査用圧電素子の圧電特性の測定は、当該検査用圧電素子の分極−電界におけるヒステリシス測定を行い、その分極量を測定することが好ましい。これによれば、検査用圧電素子の圧電特性を容易に且つ簡便に測定することができる。

また、前記分極量の測定が、前記圧電素子を駆動する駆動電圧における最大電圧印加時の分極量と最小電圧印加時の分極量との差であることが好ましい。これによれば、検査用圧電素子の圧電特性として、実際の圧電素子の圧電特性と同等のものを測定することができ、高精度な検査を行うことができる。

また、前記圧電素子が並設された列を複数列設けると共に、前記検査用圧電素子を前記圧電素子の各列にそれぞれ設けることが好ましい。これによれば、並設された圧電素子の列毎に高精度な検査を行うことができる。

また、前記圧電素子が並設された列が複数列設けられていると共に、前記検査用圧電素子を前記圧電素子の隣り合う列の間に設けることが好ましい。これによれば、検査用圧電素子の数を減らして、製造工程を簡略化することができると共に、検査回数を減少させて検査工程を簡略化することができる。

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′断面図であり、図３は、図２（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。

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。

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た列が２列設けられている。また、各列の圧力発生室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３０のリザーバ部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に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。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅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の幅方向の断面積よりも大きい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。

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。本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、ノズル開口２１の並設されたノズル列が２列設けられている。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。

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、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜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、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。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。

圧電体層７０は、下電極膜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。なお、本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２が並設された列を２列設けたため、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、圧電素子３００が圧力発生室１２の幅方向（圧電素子３００の幅方向）に並設された列が２列設けられている。

また、図２（ａ）及び図３に示すように、各列の圧電素子３００が並設された並設方向の両側、すなわち、並設された圧電素子３００の並設方向外側には、圧電素子３００と同じ膜構成、すなわち、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０からなる検査用圧電素子３００Ａが設けられている。本実施形態では、圧電素子３００が並設された各列の両端部側にそれぞれ検査用圧電素子３００Ａを設けるようにした。すなわち、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、４つの検査用圧電素子３００Ａが設けられている。

この検査用圧電素子３００Ａは、詳しくは後述するが、圧電素子３００の圧電特性を測定する際に用いられるものであり、圧電素子３００を形成する際に同時に形成される。

また、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。

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。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５５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。

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。

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。

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。

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２００が固定されている。この駆動回路２００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２００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２１０を介して電気的に接続されている。

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（例えば、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、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。

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２００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。

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法及び検査方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７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製造方法及び検査方法を示す圧力発生室の幅方向の断面図である。

まず、図４（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。次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に下電極膜６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この下電極膜６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、下電極膜６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。

次に、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に圧電体層７０及び上電極膜８０を順次積層形成する。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。また、上電極膜８０は、導電性の高い金属、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等を用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を同時にパターニングすることで、圧電素子３００及び検査用圧電素子３００Ａを形成する。具体的には、圧電体層７０及び上電極膜８０をパターニングすることで、流路形成基板用ウェハ１１０の各圧力発生室１２が形成される領域に相対向する領域に圧電素子３００を形成し、圧電素子３００が並設された両端部側に検査用圧電素子３００Ａを形成する。すなわち、検査用圧電素子３００Ａは、圧電素子３００と同時に形成される。

この検査用圧電素子３００Ａは、詳しくは後述するが、圧電素子３００の圧電特性を測定するために用いられるものである。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、圧電素子３００が並設された各列の両端部側にそれぞれ検査用圧電素子３００Ａを設けるようにした。すなわち、１つのインクジェット式記録ヘッドＩには、並設された圧電素子３００の列が２列設けられているため、圧電素子３００の各列に２つ、合計４つの検査用圧電素子３００Ａを設けている。

また、本実施形態では、図５（ｂ）及び図３に示すように、検査用圧電素子３００Ａを、並設された両端部の圧電素子３００からの距離が、互いに隣接する圧電素子３００の間隔よりも広くなるように設けるようにした。これは、例えば、検査用圧電素子３００Ａを互いに隣接する圧電素子３００と同じ間隔で設けると、検査用圧電素子３００Ａに電圧を印加して圧電特性を測定した際に、近接する圧電素子３００に電圧が印加されてしまう虞があるからである。すなわち、検査用圧電素子３００Ａと圧電素子３００との距離を、圧電素子３００のピッチよりも広いピッチとすることで、検査用圧電素子３００Ａに電圧を印加した際に、近接する圧電素子３００に電圧が印加されるのを確実に防止して、圧電素子３００に電圧が印加されることによる、分極方向の固定を防止することができる。

また、検査用圧電素子３００Ａは、本実施形態では、保護基板３０が接合される領域に設けられている。これにより流路形成基板１０の面積が広くなるのを防止して、インクジェット式記録ヘッドＩが大型化するのを防止することができる。勿論、検査用圧電素子３００Ａを流路形成基板１０と保護基板３０とが接合されない領域、例えば、圧電素子保持部３２内又は保護基板３０の外側に設けるようにしてもよい。これにより、流路形成基板１０に保護基板３０を接合した後であっても、検査用圧電素子３００Ａの圧電特性を測定することができる。

このように圧電素子３００と共に検査用圧電素子３００Ａを形成した後、検査用圧電素子３００Ａの圧電特性を測定する。検査用圧電素子３００Ａの圧電特性の測定は、本実施形態では、検査用圧電素子３００Ａの分極（Ｐ）−電界（Ｅ）におけるヒステリシス測定を行い、その分極量を測定した。なお、検査用圧電素子３００Ａの測定結果であるヒステリシス曲線の一例を図８に示す。

ここで、検査用圧電素子３００Ａの分極量の測定は、図８に示すように、圧電素子３００に電圧を印加してインクを吐出させる際の最大電圧（Ｖｍａｘ）を印加した分極量（Ｐｍ）と、最小電圧（Ｖｍｉｎ）を印加した際の分極量（Ｐｍｉｎ）とを測定し、その差を取得すればよい。

なお、圧電素子３００に実際にインクを吐出させる駆動波形としては、例えば、図９に示すものが挙げられる。すなわち、圧電素子３００からインクを吐出させる際の駆動波形が、図９に示す場合には、例えば、±Ｖｍａｘの三角波を検査用圧電素子３００Ａに印加して得た図８に示すヒステリシス曲線から、圧電素子３００からインクを吐出させる際の最大印加電圧（Ｖｍａｘ）での分極量（Ｐｍ）を測定すると共に、圧電素子３００からインクを吐出させる際の最小印加電圧（Ｖｍｉｎ）での分極量（Ｐｍｉｎ）を測定し、これらの差を取得すればよい。

このように実際にインクを吐出させる際に圧電素子３００に印加する駆動電圧における最大電圧印加時（Ｖｍａｘ）の分極量（Ｐｍ）と、最小電圧印加時（Ｖｍｉｎ）の分極量（Ｐｍｉｎ）との差を取得することで、検査用圧電素子３００Ａの圧電特性として、実際の圧電素子３００の圧電特性と同等のものを測定することができる。したがって、検査用圧電素子３００Ａの測定結果から圧電素子３００の高精度な検査を行うことができる。

なお、検査用圧電素子３００Ａの分極量の測定は、例えば、圧電素子３００に電圧を印加してインクを吐出させる際の最大電圧（Ｖｍａｘ）を印加した分極量（Ｐｍ）のみを測定してもよい。また、検査用圧電素子３００Ａの分極量の測定は、残留分極量（Ｐｒ）であってもよく、最大電圧印加時（Ｖｍａｘ）の分極量（Ｐｍ）と残留分極量（Ｐｒ）との差であってもよい。

このように、検査用圧電素子３００Ａに電圧を印加して圧電特性を測定することで、実際にインクの吐出に用いられる圧電素子３００に電圧を印加して検査することがなく、圧電素子３００の分極方向が一部固定される、いわゆる疲労現象が発生することがない。したがって、圧電素子３００の圧電特性にばらつきが生じるのを防止して、インク吐出特性（液体噴射特性）を均一化した状態で、圧電素子３００の圧電特性を検査することができる。すなわち、実際にインクの吐出に用いる圧電素子３００で圧電特性の測定を行うと、測定のために電圧を印加した圧電素子３００が、電圧を印加していない圧電素子３００に比べて圧電特性が劣化し、圧電特性にばらつきが生じてインク吐出特性（液体噴射特性）を均一化した状態で圧電素子３００の圧電特性を検査することができないからである。

また、圧電素子３００の並設方向両側に検査用圧電素子３００Ａをそれぞれ設け、各検査用圧電素子３００Ａの圧電特性を測定し、測定結果からその差を算出することで実際のインクを吐出する圧電素子３００の圧電特性の傾きを取得することができる。

すなわち、２つの検査用圧電素子３００Ａの圧電特性（本実施形態では、分極量）を測定することで、全ての圧電素子３００が規定の圧電特性を満たしているか判別することができる。また、２つの検査用圧電素子３００Ａの圧電特性（本実施形態では、分極量）を測定して、２つの検査用圧電素子３００Ａの圧電特性の差を算出することで、圧電素子３００の並設方向の傾きが規定の傾き以下か判別して、並設方向の圧電素子３００のばらつきを判別することができる。

そして、本実施形態では、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハ１１０）に圧力発生室１２を形成する前に、検査用圧電素子３００Ａ（圧電素子３００）の圧電特性を測定するようにしたため、圧電素子３００（検査用圧電素子３００Ａ）の成膜工程、焼成工程及びリソグラフィ法等の製造工程における不具合を直ちに検知して、圧電素子３００の製造工程にフィードバックをかけることができ、圧電素子３００の製造工程の不具合による不良製品の発生を減少させることができる。すなわち、圧力発生室１２等を形成した後に検査用圧電素子３００Ａの変位量や共振周波数を測定すると、圧力発生室１２を形成した際の製造ばらつきが圧電特性に反映されてしまうため、測定した圧電特性に基づいて圧電素子３００の製造工程の不具合か、圧力発生室１２の製造工程の不具合か判別することが困難である。本実施形態では、圧力発生室１２を形成する前に圧電素子３００の変位特性を測定することで、圧電素子３００の製造工程の不具合を早期に発見して、高精度な圧電素子３００の検査を行うことができる。また、圧力発生室１２を形成する前に圧電素子３００の検査を行って、良否判定をすることで、その後の保護基板３０を接合する工程や、圧力発生室１２を形成する工程等が無駄になることがない。

また、本実施形態では、並設された圧電素子３００の列を２列設け、圧電素子３００の各列に２つの検査用圧電素子３００Ａを設けるようにしたため、圧電素子３００の各列において、圧電素子３００の圧電特性及びその傾きを高精度に検査することができ、圧電素子３００の列毎に良否判定を行うことができる。したがって、製造工程へのフィードバックを詳細に行うことができ、優れた圧電特性を有する圧電素子を均一化した状態で製造できる。

このように検査用圧電素子３００Ａ（圧電素子３００）の圧電特性を検査した後は、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘ってリード電極９０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）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成される。

なお、本実施形態では、リード電極９０を形成する前に検査用圧電素子３００Ａの圧電特性の測定を行うようにしたため、検査用圧電素子３００Ａにはリード電極９０を形成していないが、検査用圧電素子３００Ａにリード電極９０を形成してもよい。これにより、例えば、検査用圧電素子３００Ａを接合領域以外、すなわち圧電素子保持部３２内に設けた場合には、流路形成基板用ウェハ１１０（流路形成基板１０）に保護基板用ウェハ１３０（保護基板３０）を接合した後で検査用圧電素子３００Ａの圧電特性の測定を行うことができる。勿論、検査用圧電素子３００Ａにリード電極９０を設けた場合であっても、設けていない場合であっても、圧電素子３００にリード電極９０を形成した後で、検査用圧電素子３００Ａの圧電特性の測定を行うようにしてもよい。

次に、図６（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を介して接合する。

次に、図６（ｂ）に示すように、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、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０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７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。

なお、本実施形態では、検査用圧電素子３００Ａに相対向する領域には、圧力発生室１２が形成されないようにした。すなわち、検査用圧電素子３００Ａは、圧力発生室１２が形成されない領域に設けるようにした。これにより、流路形成基板１０の剛性が低下して流路形成基板１０に亀裂等の破壊が発生することや、流路形成基板１０と保護基板３０とが熱により膨張・収縮した際の反りにより、基板に亀裂等の破壊が発生するのを確実に防止することができる。勿論、検査用圧電素子３００Ａに相対向する領域に圧力発生室１２を形成するようにしてもよい。検査用圧電素子３００Ａに相対向する領域に圧力発生室１２を形成することで、圧力発生室１２を形成した後に検査用圧電素子３００Ａの圧電特性を測定する際に、検査用圧電素子３００Ａの実際の変位量の測定や共振周波数の測定により圧電特性を測定することができる。ちなみに、圧力発生室１２を形成した後に検査用圧電素子３００Ａを測定する場合には、検査用圧電素子３００Ａを流路形成基板１０と保護基板３０とが接着されない領域、例えば、圧電素子保持部３２内や保護基板３０の外側などに設ける必要がある。また、圧力発生室１２を形成した後に検査用圧電素子３００Ａを測定する場合には、上述した実施形態のように、分極−電界におけるヒステリシス測定を行い、その分極量により検査してもよい。

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。

（実施形態２）
図１０は、本発明の実施形態２にかか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平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩには、圧電素子３００が幅方向（圧力発生室１２の幅方向）に並設された列が２列設けられている。

また、圧電素子３００の幅方向に並設された両側には、圧電素子３００の隣り合う列の間に検査用圧電素子３００Ｂが設けられている。すなわち、本実施形態では、２列の圧電素子３００に対して、検査用圧電素子３００Ｂを２つ設けるようにした。このような検査用圧電素子３００Ｂは、上述した実施形態１と同様に、圧電素子３００を形成する際に同時に形成することができる。また、この検査用圧電素子３００Ｂの圧電特性の検査方法は、上述した実施形態１と同様のため、重複する説明は省略する。

このように、検査用圧電素子３００Ｂを、圧電素子３００の幅方向の並設方向両側の圧電素子３００の隣り合う列の間に設けることによって、２つの検査用圧電素子３００Ｂの圧電特性を測定することで、２列の圧電素子３００の圧電特性を検査することができる。これにより、検査用圧電素子３００Ｂの形成工程を簡略化することができると共に、検査回数を減らすことができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各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、上述した実施形態１及び２では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面の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。

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。

本発明の実施形態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。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態１に係る測定結果であるヒステリシス曲線を示すグラフである。 実施形態１に係る駆動波形の一例を示す図である。 本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの平面図である。

符号の説明

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、 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 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 ２００ 駆動回路、 ２１０ 接続配線、 ３００ 圧電素子、 ３００Ａ、３００Ｂ 検査用圧電素子

Claims (9)

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る流路形成基板の一方面側に、下電極、圧電体層及び上電極を積層形成した後、前記下電極、圧電体層及び上電極をパターニングすることで、複数の圧電素子を形成すると共に、該圧電素子の並設方向の両側に、前記下電極、圧電体層及び上電極で構成される検査用圧電素子を形成する工程と、各検査用圧電素子の圧電特性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検査方法。
2. 前記検査用圧電素子の圧電特性を測定する工程では、前記圧電素子の並設方向両側の前記検査用圧電素子の圧電特性の差を算出することを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの検査方法。
3. 前記検査用圧電素子の圧電特性を測定する工程を、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程の前に行う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の検査方法。
4. 前記検査用圧電素子を形成する工程では、当該検査用圧電素子を前記圧力発生室が形成されない領域に形成することを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッドの検査方法。
5. 前記検査用圧電素子を、並設された両端部側の前記圧電素子からの距離が、互いに隣り合う前記圧電素子の間隔よりも広くなるように設け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検査方法。
6. 前記圧電素子及び前記検査用圧電素子が強誘電体からなると共に、前記検査用圧電素子の圧電特性の測定は、当該検査用圧電素子の分極−電界におけるヒステリシス測定を行い、その分極量を測定す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検査方法。
7. 前記分極量の測定が、前記圧電素子を駆動する駆動電圧における最大電圧印加時の分極量と最小電圧印加時の分極量との差であることを特徴とする請求項６記載の液体噴射ヘッドの検査方法。
8. 前記圧電素子が並設された列を複数列設けると共に、前記検査用圧電素子を前記圧電素子の各列にそれぞれ設けることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの検査方法。
9. 前記圧電素子が並設された列が複数列設けられていると共に、前記検査用圧電素子を前記圧電素子の隣り合う列の間に設けることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの検査方法。

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