JP6332738B2 - アクチュエータ及びその製造方法、並びに、そのアクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械変換膜を有するアクチュエータ及びその製造方法、並びに、そのアクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、電気機械変換膜を電極で挟むように構成された電気機械変換素子は、例えば画像形成装置としてのインクジェット記録装置で用いられている。インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さく、かつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは画像形成装置として広く展開されている。このインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドは、主として、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、加圧液室、加圧室、圧力室、インク流路等とも称される）と、液室内に圧力を発生させる圧力発生手段とで構成されている。この圧力発生手段として、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて液室の壁面の一部を形成している振動板を変形変位させることで液滴を吐出させるピエゾ型の圧力発生手段が知られている。このピエゾ型の圧力発生手段に使用される電気機械変換素子は、下部電極（第１の電極）と、電気機械変換層と、上部電極（第２の電極）とが積層したものからなる。上記液室を複数備えた液滴吐出ヘッドの場合は、各液室に個別の電気機械変換素子が配置されることになる。電気機械変換素子に設けられる電気機械変換層はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。

ここで、電気機械変換膜の形成方法として、電気機械変換膜を形成するための原料を含む塗布液の液滴をノズルから吐出させる液滴吐出方式により、電極上の所定部分に前記塗布液を塗布する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、特許文献３には、部分的に表面改質した電極上にゾルゲル液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程とを繰返し行うことにより、所望の膜厚を得るゾルゲル法にて電気機械変換膜を形成する電気機械変換膜の形成方法が開示されている。

また、上記液滴吐出ヘッドについて、アクチュエータを構成する基板に形成された液室や電気機械変換素子の寸法について様々な提案がなされている。例えば、特許文献４では、インク滴を吐出するノズルと、基板に形成されノズルと連通する液室と、液室の壁面の一部を構成する振動板と、振動板上に形成された圧電素子（電気機械変換素子）を具備する液体噴射ヘッドにおいて、次のように寸法を規定した構成が開示されている。具体的には、液室の配列方向における上電極の長さをＬｕ、圧電膜の長さをＬｐ、下電極の長さをＬ１、液室の長さをＬとしたときに、Ｌｕ≦Ｌｐ＜Ｌ１の関係を満たすように構成している。このように構成することにより、製造プロセス上の問題がなく、かつ上電極と下電極との間のリーク電流を抑えて、小型化、高密度化を図っている。また、Ｌｕ＜Ｌの関係を満たすように構成している。このように構成することにより、振動板を効率的に変形させて、液体噴射の効率化を図っている。

しかしながら、上記従来の液滴吐出ヘッドにおける電気機械変換素子（圧電素子）と振動板と液室が形成された基板とを有するアクチュエータについて本発明者らが実験及び検討等を行ったところ、次のような課題があることがわかった。その課題は、電気機械変換素子の印加電圧に対する変形の効率（以下、「変形効率」という。）を悪化させ、振動板を効率的に変形させることができず、アクチュエータの駆動効率が悪くなってしまうおそれがあるというものである。

なお、上記従来のアクチュエータは、電気機械変換素子を設けるベース部材が振動板と液室の基板とを組み合わせて構成した構造を有するものであるが、上記課題は、このような構成のアクチュエータだけでなく、次のような構造のアクチュエータであれば発生し得る。すなわち、上記課題は、電気機械変換素子を設けるベース部材が、その電気機械変換素子が設けられた面とは反対側の面から凹状に形成された薄肉部を有し、その薄肉部が電気機械変換素子によって変形させられるような構造であれば発生し得るものである。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電気機械変換素子の変形効率を向上させて、より駆動効率の良いアクチュエータ及びその製造方法、並びに、そのアクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、板状のベース部材と、前記ベース部材の一方の面上に設けられた、第１の電極、電気機械変換膜及び第２の電極を有する電気機械変換素子と、を備えアクチュエータであって、前記ベース部材は、前記一方の面における前記電気機械変換素子が設けられた部分とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部を有し、前記電気機械変換膜は中央部から該電気機械変換膜の膜厚方向と交差する少なくとも一方向における両端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、前記電気機械変換膜の膜厚が変化している前記少なくとも一方向における幅をＷｐとし、該電気機械変換膜の膜厚変化方向における前記ベース部材の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たし、前記電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ ^２ ＋ｂで近似される、ことを特徴とするものである。但し、前記式１中、ｘは、前記断面における、前記電気機械変換膜の断面中央を０とした、前記膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、ｙは、ｘにおける前記電気機械変換膜の膜厚を表し、ａは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍと、前記電気機械変換膜のｘ軸方向の幅Ｗと、を用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }の関係を満たす。

本発明によれば、電気機械変換素子の変形効率を向上させて、より駆動効率を良くすることができる、という効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る電気機械変換膜の形成を伴う電気機械変換素子の製造方法の一部の工程を示す説明図。 同電気機械変換素子の製造方法における残りの工程を示す説明図。 同電気機械変換素子の製造方法に用いることができる液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置の一構成例を示す斜視図。 ＰＺＴ膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線の一例を示すグラフ。 ＰＺＴ前駆体溶液Ａを重ね塗布して形成したＰＺＴ膜の断面方向（短手方向）の膜厚を、表面粗さ計を用いて計測した結果を示すグラフ。 本実施形態のＰＺＴ膜の変位量を測定するために作製したアクチュエータの断面図。 図６のアクチュエータにおけるＰＺＴ膜の短手方向の寸法と変形量との比較を示すグラフ。 本実施形態の製造方法で製造した電気機械変換素子（ＰＺＴ素子）を用いて構成した液滴吐出ヘッドの一構成例を示す概略構成図。 図８の液滴吐出ヘッドを複数並べた構成例を示す概略構成図。 本実施形態の製造方法で製造した電気機械変換素子を用いることができる液滴吐出装置の一構成例を示す概略構成図。 同液滴吐出装置の概略透視斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、圧電定数ｄ３１の変形を利用した横振動（ベンドモード）型の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子を例として説明するが、本発明は、この型の電気機械変換膜に限定されることなく適用可能である。更に、本発明は、後述のゾルゲル液以外の塗布液を用いて電気機械変換膜を形成する場合にも適用可能である。また、本発明は、電気機械変換膜以外の膜を形成する場合にも適用可能である。例えば、本発明は、インクジェット技術を利用する三次元造型技術における膜の形成にも適用可能である。

電気機械変換膜がＰＺＴ膜の場合、酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムを出発材料として合成したＰＺＴ前駆体溶液を用いることができる。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解した後、脱水する。化学量論的組成に対し鉛量を１０［モル％］過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、上記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と均一に混合することによりＰＺＴ前駆体溶液を合成することができる。このＰＺＴ前駆体溶液のＰＺＴ濃度は例えば０．１［モル／リットル］にする。後述の説明では、以上の方法で合成したＰＺＴ前駆体溶液（「ＰＺＴ前駆体溶液Ａ」として参照する。）を用いた。
また、電気機械変換膜がＰＺＴ膜の場合のＰＺＴ前駆体溶液は、非特許文献１に記載されている液を用いてもよい。すなわち、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ、均一溶液として得るようにしてもよい。
なお、上記ＰＺＴ前駆体溶液は「ゾルゲル液」とも呼ばれる。

ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ_０．５３，Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３、一般にＰＺＴ（５３／４７）と示される。酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物の出発材料は、この化学式に従って秤量される。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加してもよい。

ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。

また、下地となる基板上の第１の電極の表面に電気機械変換膜としてのパターン化したＰＺＴ膜を得る場合、次のようにしてＰＺＴ膜が得られる。すなわち、上記溶液を塗布液として液滴吐出方式で塗布することにより塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことでパターン化したＰＺＴ膜が得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるようにするのが好ましい。そして、前駆体濃度は、電気機械変換膜の成膜面積とＰＺＴ前駆体溶液の塗布量との関係から適正化するように調整するのが好ましい。また、液滴吐出装置の電気機械変換素子として用いる場合、このＰＺＴ膜の膜厚は１［μｍ］〜２［μｍ］が要求される。この膜厚を得るには十数回、工程を繰り返すことになる。

更に、ゾルゲル法によるパターン化した電気機械変換層の形成の場合には、下地となる基板の濡れ性を制御したＰＺＴ前駆体溶液の塗り分けをする。これは、非特許文献２に示されているアルカンチオールが特定金属上に自己配列する現象を利用したものであり、まず、基板の白金族金属の表面に、チオールのＳＡＭ（Self assembled monolayer）膜を形成する。ＳＡＭ膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。このＳＡＭ膜は、例えば周知のフォトリソグラフィ・エッチングにより、フォトレジストを用いてパターニングすることができる。レジスト剥離後も、パターン化ＳＡＭ膜は残っているので、この部位は疎水性になっている。一方、ＳＡＭ膜が除去された部位は白金表面が露出しているため、親水性になっている。この表面エネルギーのコントラストを利用してＰＺＴ前駆体溶液の塗り分けをすることができる。本実施形態では、上記ＳＡＭ膜を、ＰＺＴ前駆体溶液を塗布しない領域に選択的に形成した後、以下に示すように、ＰＺＴ前駆体溶液の消費量を低減することができる液滴吐出方式による塗工（インクジェット塗工）でＰＺＴ前駆体溶液を選択的に塗布している。なお、ＰＺＴ前駆体溶液は、インクジェットヘッドで塗布可能なように粘度、表面張力が調整される。

上記インクジェット塗工によりＰＺＴ前駆体溶液を塗布して第１のパターン化したＰＺＴ前駆体塗膜を形成し、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。２回目以降の工程は次の理由から簡便化できる。
ＳＡＭ膜は酸化物薄膜上には形成できず、第１の処理によりＰＺＴ膜の無い（露出している）白金膜上のみにＳＡＭ膜が形成される。第１のパターンを形成した試料にＳＡＭ処理を行った後、ＰＺＴ前駆体溶液をインクジェット方式により塗り分け塗工を行い、熱処理を施す。所望の膜厚になるまで、塗工と熱処理とを繰り返して行う。この方法によるパターン化は、膜厚が５［μｍ］の厚さまで形成できる。インクジェット方式でＰＺＴ前駆体溶液を塗布することにより、従来法のスピンコーターによる塗布と比較して少量の材料の使用で済み、工程の飛躍的な簡略化が可能である。また、インクジェット方式で形成されたパターンは塗布後は液体状態であるため、乾燥時には断面が中央部が凸で周囲の端部に向けて膜厚が徐々に薄くなるシリンドリカル型の形状（以下、「シリンドリカル形状」という。）となる。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る電気機械変換膜の形成を伴う電気機械変換素子の製造方法を示す説明図である。
図１の工程Ａに示す基板１１の表面（上面）には、チオールとの反応性に優れた第１の電極としての図示しない白金族金属からなる白金電極が、例えばスパッタ法により形成されている。この基板１１の白金電極の表面に、図１の工程Ｂに示すようにＳＡＭ膜１２が形成される。ＳＡＭ膜１２は、アルカンチオール液に基板１１をディップして自己配列させることで得られる。本例では、ＣＨ_３（ＣＨ_２）−ＳＨのアルカンチオールの分子を一般的な有機溶媒（アルコール、アセトン、トルエンなど）に所定濃度（例えば、数［モル／リットル］）で溶解させたアルカンチオール液を用いた。このアルカンチオール液に基板１１を浸漬させ、所定時間後に取り出した後、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することにより、白金電極の表面にＳＡＭ膜１２を形成することができる。次に、図１の工程Ｃに示すように、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト１３をパターン形成する。そして、図１の工程Ｄに示すようにドライエッチング（例えば、酸素プラズマの照射又はＵＶ光の照射）によりＳＡＭ膜１２を除去し、加工に用いたフォトレジスト１３を除去してＳＡＭ膜１２のパターニングを終了する。このように形成されたＳＡＭ膜１２は、純水に対する接触角が例えば９２度であり、疎水性を示す。一方、ＳＡＭ１２が除去されて露出した基板１１の白金電極の表面は、純水に対する接触角が例えば５４度であり、親水性を示す。

次に、図２の工程Ｅに示すように、ＰＺＴ前駆体溶液の液滴１７を液滴吐出ヘッド６９のノズルから吐出させる液滴吐出方式によりＰＺＴ前駆体溶液が塗布される。このＰＺＴ前駆体溶液の塗布は、疎水部であるＳＡＭ膜１２上にはＰＺＴ膜１４が形成されず、ＳＡＭ膜１２を除去された親水部のみにＰＺＴ膜１４が形成されるように行われる。その後、図２の工程Ｆに示すように、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで電気機械変換膜１５が得られる。

次に、図２の工程Ｄ’〜Ｆ’に示すように、液滴吐出方式によるＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程と、溶媒乾燥、熱分解及び結晶化の工程とを、所定回数（２回以上）繰り返して実行する。これにより、薄めに設定した電気機械変換膜を多層に重ねて形成し、所定膜厚の電気機械変換膜１５を得ている。この場合は、１回の工程Ｄ〜Ｆで所定膜厚の電気機械変換膜１５を形成する場合に比して、電気機械変換膜１５のクラックの発生をより確実に防止できる。

なお、上記図１及び図２の方法では、液滴吐出方式によるＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程と溶媒乾燥、熱分解及び結晶化の工程とを複数回繰り返し実行しているが、各工程の繰り返しの態様は、図１及び図２の方法のものに限定されるものではない。
例えば、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程と溶媒乾燥の工程と熱分解の工程とを含む膜形成工程を所定回数Ａ（例えば３回）だけ繰り返し実行し、その後に、所定回数Ａの膜形成工程で作製した膜に対して結晶化の工程を実行する。そして、所定回数Ａの膜形成工程と結晶化の工程とを所定回数Ｂ（例えば５回）だけ繰り返し実行し、所定膜厚の電気機械変換膜１５を得る。この場合、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程は合計でＡ×Ｂ回（例えば、３×５＝１５回）だけ実行されることになる。
また例えば、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程と溶媒乾燥の工程とを含む膜形成工程を所定回数Ａ’だけ繰り返し実行し、その後に、所定回数Ａ’の膜形成工程で作製した膜に対して熱分解及び結晶化の工程を実行する。そして、所定回数Ａ’の膜形成工程と熱分解及び結晶化の工程とを所定回数Ｂ’だけ繰り返し実行し、所定膜厚の電気機械変換膜１５を得る。この場合、ＰＺＴ前駆体溶液の塗布の工程は合計でＡ’×Ｂ’回だけ実行されることになる。

また、上記図１及び図２の方法では、第１の電極上のＰＺＴ前駆体溶液が塗布される所定部分（塗布対象領域）以外の表面をＳＡＭ膜１２によって疎水面にする表面改質を行っているが、次にように表面改質を行ってもよい。すなわち、第１の電極の表面が疎水面の場合は、その第１の電極上のＰＺＴ前駆体溶液が塗布される所定部分（塗布対象領域）の表面を親水面にする表面改質を行ってもよい。

図３は、上記構成の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置の一構成例を示す斜視図である。液滴吐出ヘッドを搭載した図３に示す液滴吐出塗布装置６０によれば、架台６１の上に、Ｙ軸駆動手段６２が設置してあり、その上に基板６３（上記図１における基板１１に相当）を搭載するステージ６４がＹ軸方向に駆動できるように設置されている。なお、ステージ６４には図示されていない真空、静電気などの吸着手段が付随して設けられており、基板６３が固定されている。また、Ｘ軸支持部材６５にはＸ軸駆動手段６６が取り付けられており、これにＺ軸駆動手段６７上に搭載されたヘッドベース６８が取り付けられており、Ｘ軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース６８の上には液体を吐出させる複数のノズルを有する液滴吐出ヘッド６９が２組搭載されている。この液滴吐出ヘッド６９には図示されていない液体タンクから供給用パイプ７０を介して液体（ＰＺＴ前駆体溶液）が供給される。

また、図３の液滴吐出塗布装置６０では、液滴吐出ヘッド６９の近くに、前述のＰＺＴ膜１４の膜厚を測定する膜厚測定手段としての膜厚測定装置（膜厚測定用カメラ）７１を備えてもよい。この膜厚測定装置７１としては、例えば測定対象に白色光を照射し、発生した干渉縞の間隔から膜厚を測定する膜厚測定装置（例えば、東レエンジニアリング製の全面膜厚測定装置ＦＴＭシリーズ）を用いることができる。この膜厚測定装置７１による膜厚測定結果を、液滴吐出ヘッド６９による液滴吐出を制御する図示しない制御装置に入力し、所望の膜厚が得られるように液滴の吐出を制御してもよい。

次に、上記構成の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置によってＰＺＴ前駆体溶液を塗布する工程を含むＰＺＴ膜の形成方法のより具体的な例について説明する。

本実施形態では、表面改質工程（図１中の工程Ｂ〜工程Ｄ）と塗布工程（図２中の工程Ｅ）と乾燥工程と熱分解工程とを１回ずつ行うことにより、基板１１の白金電極上に所定パターンからなる９０［ｎｍ］のＰＺＴ膜を得た。ここで、上記表面改質工程では、前述のアルカンチオール液に基板１１を浸漬させる浸漬処理により、ＳＡＭ膜１２を部分的に形成する。また、上記塗布工程では、上記構成の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置を用いてＰＺＴ前駆体溶液Ａを選択的に塗布した。また、乾燥工程では、塗布したＰＺＴ前駆体溶液Ａの膜１４’を所定温度（温度１２０℃）で乾燥させ、熱分解工程では、乾燥したＰＺＴ前駆体溶液Ａの膜中の有機物を所定温度（温度５００℃）で熱分解した。

次に、引き続き繰返し処理として、イソプロピルアルコールを洗浄した後、前述の同様の浸漬処理にてＳＡＭ膜を形成した。２回目以降はＳＡＭ膜は酸化膜上には形成されないので、図２の工程Ｄ’に示すようにフォトリソグラフィーの工程を実施せずにＳＡＭ膜１２のパターンが得られる。また、このときの接触角は純水に対してＳＡＭ膜１２上は９２度、電気機械変換膜１５上は３４度であった。この状態で１度目に形成したＰＺＴ膜１４上に位置合わせを行い、図２の工程Ｅ’に示すように、再度、液滴吐出塗布装置によりＰＺＴ前駆体溶液Ａの膜１４’を塗布した。さらに、１回目と同じ加熱プロセスの乾燥工程及び熱分解工程を実施し、図２の工程Ｆ’に示すように重ね塗りされた電気機械変換膜１５’が得られた。このときの膜厚は１８０［ｎｍ］であった。

更にその後、上記２層目について行った表面改質工程、塗布工程、乾燥工程（温度１２０℃）及び熱分解工程（温度５００℃）を６回繰り返し、５４０［ｎｍ］の電気機械変換膜１５’の膜を得た。その後、結晶化工程で熱処理（温度７００℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。これにより、基板１１の白金電極上にパターン化した電気機械変換膜としてのＰＺＴ膜を形成した。その結果、ＰＺＴ膜にクラックなどの不良は生じることなかった。

更にその後、表面改質工程、塗布工程、乾燥工程（温度１２０℃）及び熱分解工程（温度５００℃）を１６回繰り返し、結晶化工程を行った。その結果、ＰＺＴ膜にクラックなどの不良は生じることなく、ＰＺＴ膜の膜厚は２０００［ｎｍ］に達した。

このパターン化したＰＺＴ膜に白金からなる上部電極（第２の電極）をスパッタリング成膜し、電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。その結果、図４のＰ（分極）−Ｅ（電界強度）のヒステリシス曲線が得られた。そして、ＰＺＴ膜の比誘電率は１２２０、誘電損失は０．０２、残留分極は１９．３［μＣ／ｃｍ^２］、抗電界は３６．５［ｋＶ／ｃｍ］であり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持っていることがわかった。また、電気機械変換膜の性能（圧電定数）は電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その圧電定数ｄ３１は１２０［ｐｍ／Ｖ］となり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。この値は液滴吐出ヘッドに用いる圧電素子として十分設計できうる特性値である。この測定時の電気機械変換膜の最大印加電圧は５０［Ｖ］であった。

なお、本実施形態で形成したＰＺＴ膜のパターンは、長手方向に直交する断面（以下適宜、「膜断面」という。）における幅（短手方向の長さ）が約５２［μｍ］、長手方向の長さが約１［ｍｍ］、短手方向の中央部での膜厚（即ち、最大膜厚）が約２０００［ｎｍ］である。

図５は、本実施形態においてＰＺＴ前駆体溶液Ａを重ね塗布して形成したＰＺＴ膜の膜断面における短手方向の膜厚分布を、表面粗さ計を用いて計測した結果を示すグラフである。膜厚分布の形状はＰＺＴ膜の中心で最も厚く端部に向かい一様に膜厚が減少しており、中央部が凸のシリンドリカル形状となっている。このときの中央部の最大膜厚は、上述したように約２０００［ｎｍ］である。

図５において、実線は、本実施形態で得られたＰＺＴ膜の長手方向に垂直な膜断面での膜厚分布を表面粗さ計を用いて計測した計測結果である。また、図５において、破線は、本実施形態に係るＰＺＴ膜の膜厚分布形状を多項式近似で近似した曲線である。

図５より明らかであるように、本実施形態で得られたＰＺＴ膜は、膜厚分布形状が上部電極（第２の電極）側に凸状であり、かつ、ｙ＝−ａｘ^２＋ｂ（式１）の２次関数の近似式と非常に良い一致を示すことがわかる。より具体的には、本実施形態においては、ｘが、膜断面における、ＰＺＴ膜の断面中央を０とした、膜厚方向と垂直な方向の位置［μｍ］を表し、ｙがｘにおけるＰＺＴ膜の膜厚［ｎｍ］を表した場合において、ｙ＝−２．６４ｘ^２＋１９２７．４の２次関数と非常に良い一致を示した。

上記式１：ｙ＝−ａｘ^２＋ｂにおける係数ａ及び定数ｂの関係を調べるために、短手方向の幅と短手方向の中央部での膜厚とが互いに異なる複数のＰＺＴ膜を形成し、各々のＰＺＴ膜に対して多項式近似により、２次関数の近似式を求めた。その結果、いずれのＰＺＴ膜においても、計数ａは、ＰＺＴ膜の短手方向の中央部での膜厚Ｔｍ［ｎｍ］と短手方向の幅Ｗ［ｎｍ］とを用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}の関係を満たしていた。また、定数ｂは、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たしていた。

以上示したように、本実施形態のＰＺＴ膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が上部電極（第２の電極）側に凸状であり、かつ、前記膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ^２＋ｂで近似される。これは、インクジェット工法で形成されたＰＺＴ膜は、溶媒の乾燥時に、式１の２次関数で近似される膜厚分布形状に自己形成されていることを意味する。式１の２次関数で近似される膜厚分布形状を有することにより、本実施形態のＰＺＴ膜を備えた電気機械変換素子（圧電アクチュエータ）は、効率の良い振動や変形変位を得ることができる。

次に本実施形態で形成したＰＺＴ膜の変位量の測定について説明する。
図６は、ＰＺＴ膜の変位量を測定するための圧電アクチュエータの断面図である。この圧電アクチュエータは、ベース部材１９と、密着層４１を介してベース部材１９に形成された電気機械変換素子４０とから構成されている。ベース部材１９はシリコン基板２０と振動板３０とから形成されており、シリコン基板２０の貫通孔２０ｈと振動板３０とにより薄肉部２３が形成されている。また、電気機械変換素子４０は、第１の電極としての下部電極４２と、電気機械変換膜としてのＰＺＴ膜４３と、第２の電極としての上部電極４４とから構成されている。上記シリコン基板２０の貫通孔２０ｈは、シリコン基板２０を振動板３０に接合する前にエッチングにより形成してもよいし、シリコン基板２０を振動板３０に接合した後でエッチングにより形成してもよい。

図７は、ＰＺＴ膜４３の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している膜厚変化方向における幅をＷｐ、この膜厚変化方向における薄肉部２３の幅をＷｉとし、Ｗｉを一定としＷｐを変化させたときのＰＺＴ膜４３の変位量の変化を示すグラフである。具体的には、ＰＺＴ膜４３の膜厚変化方向における薄肉部の幅Ｗｉをエッチングにより６０［μｍ］に形成した。

図７のグラフに示すように、ＰＺＴ膜４３の変位量は、ＰＺＴ膜４３の膜厚変化方向における幅Ｗｐが、膜厚変化方向における薄肉部２３の幅（エッチング幅）Ｗｉと同等の６０［μｍ］以上で大きな変位量が得られていることが分かる。つまり、本実施形態の圧電アクチュエータでは、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たすことが好ましい。ベース部材１９の薄肉部２３の端部はベース部材１９本体に支持されているため、薄肉部２３の中央部は変形しやすく端部に向けて徐々に変形し難くなる。また、ＰＺＴ膜４３の変形量は、膜厚が薄い部分に比べて厚い部分の方が大きいので、膜厚を中央部から端部に向けて徐々に薄くなるようなシリンドリカル状に形成することにより、中央部の変形量を大きく端部の変形量を小さくしている。このようにベース部材１９の薄肉部２３の変形特性に合わせて、ＰＺＴ膜４３が中央部から端部に向けて徐々に薄くなるように形成されている。これにより、ベース部材１９の薄肉部２３の変形しやすい中央部に対向するＰＺＴ膜４３の中央部の変形量が大きくなり、ベース部材１９の薄肉部２３の変形しにくい端部に対向するＰＺＴ膜４３の端部の変形量が小さくなっている。これにより、ベース部材１９の薄肉部２３を効率よく変形させることができる。更に、上記Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たすことにより、ベース部材１９の薄肉部２３に対してＰＺＴ膜４３を確実に対向させることができるため、ベース部材１９の薄肉部２３をより確実に効率良く変形させることができる。なお、ＷｐがＷｉよりも極端に大きくなるとＰＺＴ膜の変位量が減少するため、さらにＷｐはＷｉの１．１倍以下であることが好ましい。以上のように、ベース部材１９の薄肉部２３を効率良く変形させることができるため、圧電アクチュエータの駆動効率をより向上させることができる。

図８は、上記製造方法で製造した電気機械変換素子（ＰＺＴ素子）４０を用いて構成した液滴吐出ヘッド５０の一構成例を示す概略構成図である。図示の例では、液室（圧力室）２０ａが形成される液室基板となるシリコン基板２０上に、振動板３０、密着層４１及び下部電極（第１の電極）４２を積層している。そして、その下部電極（第１の電極）４２上の所定部分に、上記簡便な製造方法により、バルクセラミックスと同等の性能を持つＰＺＴ膜４３及び上部電極４４をパターン化して形成することができる。その後、シリコン基板２０の裏面（図中の下面）からエッチング除去工程により液室２０ａを形成し、ノズル孔２１を有するノズル板２２を接合することにより、液滴吐出ヘッド５０を作製することができる。なお、図中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は省略した。また、図８の液滴吐出ヘッド５０は、図９に示すように複数個並べるように構成することもできる。

また、上記製造方法で製造した電気機械変換素子（ＰＺＴ素子）４０を用いて構成した液滴吐出ヘッドは、インクジェットヘッドとして、画像形成装置に用いることができる。また、上記製造方法で製造した電気機械変換素子（ＰＺＴ素子）４０を用いて構成した液滴吐出ヘッドは、マイクロポンプ、超音波モーター、加速度センサー、プロジェクター用２軸スキャナー、輸液ポンプなどの用途においても使用可能である。

図１０は上記製造方法で製造した電気機械変換素子を用いることができる液滴吐出装置の一構成例を示す概略構成図である。また、図１１は、同液滴吐出装置の概略透視斜視図である。なお、同図に示す本発明の液滴吐出装置は、上述した本発明の電気機械変換素子の製造方法によって製造された電気機械変換素子を具備する液滴吐出ヘッドを搭載している。同図に示す本発明の液滴吐出装置の一例であるインクジェット記録装置１００は、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１を備えている。更に、インクジェット記録装置１００は、キャリッジ１０１に搭載した本発明を実施して製造した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１０２を備えている。また、インクジェット記録装置１００は、記録ヘッド１０２へ画像形成用の液体としてのインクを供給する液体カートリッジとしてのインクカートリッジ１０３とを含んで構成される印字機構部１０４を備えている。また、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙１０５を積載可能な給紙カセット１０６を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙１０５を手差しで給紙するための手差しトレイ１０７を開倒することができる。給紙カセット１０６或いは手差しトレイ１０７から給送される用紙１０５を取り込み、印字機構部１０４によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０８に排紙する。印字機構部１０４は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０９と従ガイドロッド１１０とでキャリッジ１０１を主走査方向に摺動自在に保持する。このキャリッジ１０１には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１０２が装着されている。この記録ヘッド１０２は、複数のインク吐出口（ノズル）が主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。また、キャリッジ１０１には、記録ヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３が交換可能に装着されている。インクカートリッジ１０３は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１０２へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１０２へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッド１０２としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。ここで、キャリッジ１０１は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０９に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１１０に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１１１で回転駆動される駆動プーリ１１２と従動プーリ１１３との間にタイミングベルト１１４を張装している。このタイミングベルト１１４はキャリッジ１０１に固定されており、主走査モータ１１１の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセット１０６にセットした用紙１０５を記録ヘッド１０２の下方側に搬送するために、次の各部材が設けられている。まず、給紙カセット１０６から用紙１０５を分離給装する給紙ローラ１１５及びフリクションパッド１１６と、用紙１０５を案内するガイド部材１１７とが設けられている。更に、給紙された用紙１０５を反転させて搬送する搬送ローラ１１８と、この搬送ローラ１１８の周面に押し付けられる搬送コロ１１９及び搬送ローラ１１８からの用紙１０５の送り出し角度を規定する先端コロ１２０とが設けられている。また、搬送ローラ１１８は、副走査モータ１２１によってギヤ列を介して回転駆動される。また、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１８から送り出された用紙１０５を記録ヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１２２が設けられている。この印写受け部材１２２の用紙搬送方向下流側には、用紙１０５を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２３と拍車１２４とが設けられている。さらに、用紙１０５を排紙トレイ１０８に送り出す排紙ローラ１２５及び拍車１２６と、排紙経路を形成するガイド部材１２７，１２８とが配設されている。記録時には、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙１０５にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１０５を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１０５の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１０５を排紙する。また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１０２の吐出不良を回復するための回復装置１２９を配置している。回復装置１２９はキャッピング手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ１０１は印字待機中にはこの回復装置１２９側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１０２をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

なお、上記実施形態では、液滴吐出ヘッドから吐出した液滴を用紙に着弾させて画像を形成する画像形成装置に適用した場合について説明したが、本発明は、画像形成装置以外の液滴吐出装置にも適用することができる。例えば、本発明は、液滴を着弾させて付与する媒体が、用紙以外の媒体（記録媒体、転写材、記録紙）、例えば糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体である場合も同様に適用することができる。また、本発明は、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与する装置だけでなく、文字等の意味を持たないパターンを媒体に付与する（単に液滴を吐出する）装置にも適用することができる。また、本発明は、パターニング用の液体レジストを吐出して被着弾媒体上に着弾させる装置にも適用することができる。また、本発明は、遺伝子分析試料を吐出して被着弾媒体上に着弾させる液滴吐出装置や、三次元造型用の液滴吐出装置などにも適用することができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
板状のシリコン基板２０及び振動板３０などのベース部材１９と、ベース部材１９の一方の面上に設けられた、下部電極４２などの第１の電極、ＰＺＴ膜４３などの電気機械変換膜及び上部電極４４などの第２の電極を有する電気機械変換素子４０と、を備えたアクチュエータであって、ベース部材１９は、前記一方の面における電気機械変換素子４０が設けられた部分とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部２３を有し、電気機械変換膜は中央部から電気機械変換膜の膜厚方向と交差する少なくとも一方向における両端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している膜厚変化方向における幅をＷｐとし、電気機械変換膜の膜厚変化方向におけるベース部材１９の薄肉部２３の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たす。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ベース部材１９の薄肉部２３は、その中央部では、薄肉部２３の周辺の厚い部分からの拘束を受けにくく変形しやすい。また、薄肉部２３の電気機械変換膜の膜厚方向と交差する少なくとも一方向における両端部にいくに従って、薄肉部２３は上記厚い部分からの拘束を受けやすくなって変形しにくい。このようにベース部材１９の薄肉部２３は、その中央部が変形しやすく両端部に向けて徐々に変形し難くなるという変形特性を有する。このベース部材１９の薄肉部２３の変形特性に合わせて、薄肉部２３とともに変形する電気機械変換膜が中央部から両端部に向けて徐々に電圧印加時の変形量が小さくなるように、電気機械変換膜が中央部から両端部に向けて徐々に薄くなるように形成されている。これにより、ベース部材１９の薄肉部２３の変形しやすい中央部は、電気機械変換膜の電圧印加時の変形量が大きな中央部によって変形させることができるので、薄肉部２３の中央部を大きく変形させることができる。また、ベース部材１９の薄肉部２３の変形しにくい両端部側は、電気機械変換膜の電圧印加時の変形量が小さな両端部側で変形させるため、ベース部材１９の薄肉部２３に対する電気機械変換膜による無駄な駆動を抑制できる。以上のように、ベース部材１９の薄肉部２３の変形しにくい両端部側では無駄な駆動を抑制しつつ、薄肉部２３の変形しやすい中央部では変形させることできるので、ベース部材１９の薄肉部２３を効率よく変形させることができる。
更に、上記Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たすことにより、ベース部材の薄肉部２３の全体に電気機械変換膜が対応させることができるため、ベース部材１９の薄肉部２３の全体をより確実に効率良く変形させることができる。
以上のように、ベース部材１９の薄肉部２３を効率良く変形させることができるため、アクチュエータの駆動効率をより向上させることができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、ベース部材１９は、シリコン基板２０などの基板と、その基板と電気機械変換素子４０との間に位置する振動板３０と、を有し、ベース部材１９の薄肉部２３は基板の貫通孔２０ｈと振動板３０とにより形成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板３０により均一な所定の厚さを有する薄肉部２３を簡易に形成することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ^２＋ｂで近似される。但し、式１中、ｘは、断面における、電気機械変換膜の断面中央を０とした、膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、ｙは、ｘにおける電気機械変換膜の膜厚を表す。これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜が式１の２次関数で近似される膜厚分布形状を有することにより、電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ｃにおいて、式１中、ａは、前記断面の中央における電気機械変換膜の膜厚Ｔｍと、電気機械変換膜のｘ軸方向の幅Ｗと、を用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}の関係を満たす。これによれば、上記実施形態について説明したように、本態様Ｄの関係を有する電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、更に効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｃ又はＤにおいて、式１中、ｂは、前記断面の中央における電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす。これによれば、上記実施形態について説明したように、本態様Ｅの関係を有する電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、更に効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｆ）
板状のシリコン基板２０及び振動板３０などのベース部材１９の一方の面上に下部電極４２などの第１の電極を形成する工程と、第１の電極上に前駆体ゾルゲル液などの塗布液を塗布する工程と、塗布した塗布液の膜を乾燥させる乾燥工程とを含み、塗布工程と乾燥工程とを含む膜形成工程を繰り返すことにより、ＰＺＴ膜４３などの電気機械変換膜を形成するアクチュエータの製造方法であって、膜形成工程では、電気機械変換膜が中央部から端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、第１の電極に対向するように、ベース部材１９の一方の面とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部２３を、ベース部材１９に形成する薄肉部形成工程を更に含み、電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している膜厚変化方向における幅をＷｐとし、電気機械変換膜の膜厚変化方向におけるベース部材１９の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たす。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ベース部材１９の薄肉部２３を効率良く変形させることができる。更に、上記Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たすことにより、ベース部材１９の薄肉部２３に対して電気機械変換膜を確実に対向させることができるため、ベース部材１９の薄肉部２３をより確実に効率良く変形させることができる。以上のように、ベース部材１９の薄肉部２３を効率良く変形させることができるため、アクチュエータの駆動効率をより向上させることができる。
（態様Ｇ）
上記態様Ｆにおいて、ベース部材１９は、シリコン基板２０などの基板と、その基板と第１の電極との間に位置する振動板３０と、を有し、ベース部材１９の薄肉部２３を基板の貫通孔２０ｈと振動板３０とにより形成する。これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板３０により均一な所定の厚さを有する薄肉部２３を簡易に形成することができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ｆ又はＧにおいて、塗布工程は、パルス電圧が印加される電気機械変換素子を用いたインクジェット方式により塗布液の液滴を塗布する。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴の塗布位置と塗布量とを制御して、電気機械変換膜の膜厚を中央部から端部に向けて徐々に薄くなるように精度よく形成することができる。
（態様Ｉ）
上記態様Ｆ乃至Ｈのいずれかにおいて、塗布液はゾルゲル液であり、膜形成工程は、乾燥させた塗布液の膜を熱分解させる熱分解工程を含む。これによれば、上記実施形態について説明したように、ゾルゲル液を塗布して熱分解することによって膜を形成する場合に、膜厚を所定の厚みに形成することができる。
（態様Ｊ）
上記態様Ｉにおいて、熱分解した膜を結晶化させる結晶化工程を更に含み、膜形成工程及び結晶化工程を１回又は２回以上実行する。これによれば、上記実施形態について説明したように、熱分解した膜を結晶化させて最終的な膜を形成する場合に、膜厚を所定の厚みに形成することができる。
（態様Ｋ）
上記態様Ｉ又はＪにおいて、膜形成工程における塗布工程の前に、第１の電極に対して部分的に表面改質を行う表面改質工程を更に含む。これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜のパターン精度を高めることができる。
（態様Ｌ）
上記態様Ｋにおいて、表面改質工程では、第１の電極上にチオール化合物が形成され、形成されたチオール化合物をフォトリソグラフィーエッチング処理により部分的に除去する。これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜のパターン精度をより高めることができる。
（態様Ｍ）
上記態様Ｆ乃至Ｌのいずれかにおいて、電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ^２＋ｂで近似される。但し、式１中、ｘは、断面における、電気機械変換膜の断面中央を０とした、膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、ｙは、ｘにおける電気機械変換膜の膜厚を表す。これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜が式１の２次関数で近似される膜厚分布形状を有することにより、電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｎ）
上記態様Ｍにおいて、式１中、ａは、前記断面の中央における電気機械変換膜の膜厚Ｔｍと、電気機械変換膜のｘ軸方向の幅Ｗと、を用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ^２}の関係を満たす。これによれば、上記実施形態について説明したように、本態様Ｎの関係を有する電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、更に効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｏ）
上記態様Ｍ又はＮにおいて、式１中、ｂは、前記断面の中央における電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす。これによれば、上記実施形態について説明したように、本態様Ｏの関係を有する電気機械変換膜を備えたアクチュエータは、更に効率の良い振動や変形変位を得ることができる。
（態様Ｐ）
インク滴などの液滴を吐出するノズル２１と、ノズル２１が連通する液室２０ａなどの加圧室と、加圧室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出ヘッド５０において、圧力発生手段は、上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかのアクチュエータ、又は、上記態様Ｆ乃至Ｏのいずれかのアクチュエータの製造方法により得られたアクチュエータである。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数のアクチュエータそれぞれによる液滴の吐出特性のばらつきが小さい液滴吐出ヘッドを提供できる。
（態様Ｑ）
上記態様Ｐの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数のアクチュエータそれぞれによる液滴の吐出特性のばらつきが小さい液滴吐出ヘッドを提供できる。
（態様Ｒ）
液滴吐出ヘッドから画像形成用の液滴を吐出させて記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置１００などの画像形成装置であって、液滴吐出ヘッドとして、上記態様Ｐの液滴吐出ヘッドを備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数のアクチュエータそれぞれによるインク滴の吐出特性のばらつきが小さいインク滴吐出ヘッドを有する画像形成装置を提供できる。

なお、本発明は上記実施形態や実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

１１ 基板
１２ ＳＡＭ膜
１３ フォトレジスト
１４ ＰＺＴ膜
１５ 電気機械変換膜
１６ 塗布対象領域
１７ 液滴
１８ 塗布液のドット
１９ ベース部材
２０ シリコン基板
２０ａ 液室
２０ｈ 貫通孔
２１ ノズル
２３ 薄肉部
３０ 振動板
４０ 電気機械変換素子（ＰＺＴ素子）
４２ 下部電極
４３ ＰＺＴ膜
４４ 上部電極
５０ 液滴吐出ヘッド
６０ 液滴吐出塗布装置
６９ 液滴吐出ヘッド（製造用）
１００ インクジェット記録装置

特開２００３−２９７８２５号公報 特開２００６−１７６３８５号公報 特開２０１１−１４６６０１号公報 特開２００２−３７０３５３号公報

Ｋ．Ｄ．Ｂｕｄｄ， Ｓ．Ｋ．Ｄｅｙ ａｎｄ Ｄ．Ａ．Ｐａｙｎｅ，Ｐｒｏｃ．Ｂｒｉｔ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．３６，１０７（１９８５） Ａ．Ｋｕｍａｒ ａｎｄ Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３，２００２（１９９３）

Claims (16)

1. 板状のベース部材と、
   前記ベース部材の一方の面上に設けられた、第１の電極、電気機械変換膜及び第２の電極を有する電気機械変換素子と、を備えたアクチュエータであって、
   前記ベース部材は、前記一方の面における前記電気機械変換素子が設けられた部分とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部を有し、
   前記電気機械変換膜は中央部から該電気機械変換膜の膜厚方向と交差する少なくとも一方向における両端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、
   前記電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している前記少なくとも一方向における幅をＷｐとし、該電気機械変換膜の膜厚変化方向における前記ベース部材の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たし、
   前記電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ ^２ ＋ｂで近似される、ことを特徴とするアクチュエータ。
   但し、前記式１中、ｘは、前記断面における、前記電気機械変換膜の断面中央を０とした、前記膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、
   ｙは、ｘにおける前記電気機械変換膜の膜厚を表し、
   ａは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍと、前記電気機械変換膜のｘ軸方向の幅Ｗと、を用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }の関係を満たす。
2. 請求項１のアクチュエータにおいて、
   前記式１中、ｂは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす、ことを特徴とするアクチュエータ。
3. 板状のベース部材と、
   前記ベース部材の一方の面上に設けられた、第１の電極、電気機械変換膜及び第２の電極を有する電気機械変換素子と、を備えたアクチュエータであって、
   前記ベース部材は、前記一方の面における前記電気機械変換素子が設けられた部分とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部を有し、
   前記電気機械変換膜は中央部から該電気機械変換膜の膜厚方向と交差する少なくとも一方向における両端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、
   前記電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している前記少なくとも一方向における幅をＷｐとし、該電気機械変換膜の膜厚変化方向における前記ベース部材の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たし、
   前記電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ ^２ ＋ｂで近似される、ことを特徴とするアクチュエータ。
   但し、前記式１中、ｘは、前記断面における、前記電気機械変換膜の断面中央を０とした、前記膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、
   ｙは、ｘにおける前記電気機械変換膜の膜厚を表し、
   ｂは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす。
4. 請求項１乃至３のいずれかのアクチュエータにおいて、
   前記ベース部材は、基板と、該基板と前記電気機械変換素子との間に位置する振動板と、を有し、
   前記ベース部材の薄肉部は、前記基板に形成された貫通孔と前記振動板とにより形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
5. 板状のベース部材の一方の面上に第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極上に塗布液を塗布する塗布工程と、
   前記塗布した塗布液の膜を乾燥させる乾燥工程とを含み、
   前記塗布工程と前記乾燥工程とを含む膜形成工程を繰り返すことにより、電気機械変換膜を形成するアクチュエータの製造方法であって、
   前記膜形成工程では、前記電気機械変換膜が中央部から端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、
   前記第１の電極に対向するように、前記ベース部材の一方の面とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部を、前記ベース部材に形成する薄肉部形成工程を更に含み、
   前記電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している膜厚変化方向における幅をＷｐとし、該電気機械変換膜の膜厚変化方向における前記ベース部材の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たし、
   前記膜形成工程では、前記電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ ^２ ＋ｂで近似される、ことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
   但し、前記式１中、ｘは、前記断面における、前記電気機械変換膜の断面中央を０とした、前記膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、
   ｙは、ｘにおける前記電気機械変換膜の膜厚を表し、
   ａは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍと、前記電気機械変換膜のｘ軸方向の幅Ｗと、を用いて、０．８×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }＜ａ＜１．２×{（２Ｔｍ）／Ｗ ^２ }の関係を満たす。
6. 請求項５のアクチュエータの製造方法において、
   前記式１中、ｂは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす、ことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
7. 板状のベース部材の一方の面上に第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極上に塗布液を塗布する塗布工程と、
   前記塗布した塗布液の膜を乾燥させる乾燥工程とを含み、
   前記塗布工程と前記乾燥工程とを含む膜形成工程を繰り返すことにより、電気機械変換膜を形成するアクチュエータの製造方法であって、
   前記膜形成工程では、前記電気機械変換膜が中央部から端部に向けて徐々に薄くなるように形成され、
   前記第１の電極に対向するように、前記ベース部材の一方の面とは反対側の他方の面側から凹状に形成された薄肉部を、前記ベース部材に形成する薄肉部形成工程を更に含み、
   前記電気機械変換膜の膜厚方向と交差する方向であって膜厚が変化している膜厚変化方向における幅をＷｐとし、該電気機械変換膜の膜厚変化方向における前記ベース部材の薄肉部の幅をＷｉとしたときに、Ｗｐ≧Ｗｉの関係を満たし、
   前記膜形成工程では、前記電気機械変換膜の少なくとも１つの断面において、膜厚分布形状が、式１：ｙ＝−ａｘ ^２ ＋ｂで近似される、ことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
   但し、前記式１中、ｘは、前記断面における、前記電気機械変換膜の断面中央を０とした、前記膜厚方向に垂直な方向の座標位置を表し、
   ｙは、ｘにおける前記電気機械変換膜の膜厚を表し、
   ｂは、前記断面の中央における前記電気機械変換膜の膜厚Ｔｍを用いて、０．８Ｔｍ＜ｂ＜１．２Ｔｍの関係を満たす。
8. 請求項５乃至７のいずれかのアクチュエータの製造方法において、
   前記ベース部材は、基板と、該基板と前記第１の電極との間に位置する振動板と、を有し、
   前記ベース部材の薄肉部を前記基板に形成された貫通孔と前記振動板とにより形成することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
9. 請求項５乃至８のいずれかのアクチュエータの製造方法において、
   前記塗布工程は、パルス電圧が印加される電気機械変換素子を用いたインクジェット方式により前記塗布液の液滴を塗布することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
10. 請求項５乃至９のいずれかのアクチュエータの製造方法において、
    前記塗布液はゾルゲル液であり、
    前記膜形成工程は、前記乾燥させた塗布液の膜を熱分解させる熱分解工程を含むことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
11. 請求項１０のアクチュエータの製造方法において、
    前記熱分解した膜を結晶化させる結晶化工程を更に含み、
    前記膜形成工程及び前記結晶化工程を１回又は２回以上実行することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
12. 請求項１０又は１１のアクチュエータの製造方法において、
    前記膜形成工程における前記塗布工程の前に、前記第１の電極に対して部分的に表面改質を行う表面改質工程を更に含むことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
13. 請求項１２のアクチュエータの製造方法において、
    前記表面改質工程では、前記第１の電極上にチオール化合物が形成され、形成された該チオール化合物をフォトリソグラフィーエッチング処理により部分的に除去することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
14. 液滴を吐出するノズルと、該ノズルが連通する加圧室と、該加圧室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記圧力発生手段は、請求項１乃至４のいずれかのアクチュエータ、又は、請求項５乃至１３のいずれかのアクチュエータの製造方法により得られたアクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
15. 請求項１４の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
16. 液滴吐出ヘッドから画像形成用の液滴を吐出させて記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
    前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１４の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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