(57)【要約】【課題】電気機械変換素子自体の変形効率の向上を図る。【解決手段】下部電極２１１と、下部電極２１１上に形成されたＰＺＴ膜２１３と、ＰＺＴ膜２１３上に形成された上部電極２１２と、を備えたアクチュエータ素子２０１であって、上部電極２１２は、ＰＺＴ膜２１３の下部電極２１１とは反対側の表面の一部に形成され、ＰＺＴ膜２１３の上部電極２１２が設けられていない部分は、ＰＺＴ膜２１３の上部電極２１２が設けられている部分よりも薄く形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された電気機械変換膜と、
前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備えた電気機械変換素子であって、
前記第２の電極は、前記電気機械変換膜の前記第１の電極とは反対側の表面の一部に形成され、
前記電気機械変換膜の前記第２の電極が設けられていない部分は、該電気機械変換膜の該第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成されていることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項２】
請求項１の電気機械変換素子において、
前記第２の電極は、前記電気機械変換膜の前記第１の電極とは反対側の表面における外周縁の近傍に形成されていないことを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２の電気機械変換素子において、
前記電気機械変換膜は前記第１の電極の一部に形成され、
前記第１の電極の前記電気機械変換膜が設けられていない部分は、該第１の電極の該電気機械変換膜が設けられている部分よりも薄く形成されていることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項４】
基板または下地膜上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に電気機械変換膜を形成するステップと、
前記電気機械変換膜上に第２の電極を形成するステップと、を有し、
前記第２の電極は、前記電気機械変換膜の前記第１の電極とは反対側の表面の一部に形成され、
前記電気機械変換膜の前記第２の電極が設けられていない部分は、該電気機械変換膜の該第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の電極は、前記電気機械変換膜の前記第１の電極とは反対側の表面における外周縁の近傍に形成しないことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の電極の前記電気機械変換膜が設けられていない部分は、該第１の電極の該電気機械変換膜が設けられている部分よりも薄く形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記電気機械変換膜及び前記第１の電極の少なくとも一方をパターニングする際にドライエッチング法を用いることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７の電気機械変換素子の製造方法において、
前記電気機械変換膜は、複数の膜が繰り返して形成された積層膜であり、
前記電気機械変換膜を前記ドライエッチング法によるエッチング処理でパターニングするときに、前記電気機械変換膜に含まれる原子に対応するプラズマ発光強度の変化によって該エッチング処理の終了を検知することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項９】
液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する個別液室と、該個別液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３のいずれかの電気機械変換素子、又は、請求項４乃至８のいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに液体を供給するタンクと、を備えた液体カートリッジであって、
前記液滴吐出ヘッドとして、請求項９の液滴吐出ヘッドを用いたことを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項１１】
液滴吐出ヘッドからインク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９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。
【請求項１２】
請求項９の液滴吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。
【請求項１３】
液体を収容可能な液室と、該液室内の液体を搬送する搬送手段と、を備えたポンプ装置であって、
前記搬送手段として、前記液室の壁の一部に、請求項１乃至３のいずれかの電気機械変換素子、又は、請求項４乃至８のいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子を配置したことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子及びその電気機械変換素子の製造方法、その電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジ、画像形成装置及び液滴吐出装置、並びに、電気機械変換素子を備えたポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置を用いて、用紙等の記録媒体を搬送しながら液体としてのインクを記録媒体に付着させることにより、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置が知られている。この画像形成装置に用いられる液滴吐出ヘッドは、複数のノズルと、ノズルに連通した複数の個別液室（圧力室、加圧室ともいう。）とを有する。これら複数の個別液室それぞれには比較的容積の大きな共通液室が連通している。そして、各個別液室内の液体に選択的に圧力を発生させることによりノズルから液滴を吐出させて任意の画像を形成することができる。
【０００３】
液滴吐出ヘッドの個別液室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段としては、例えば、電圧を印加した圧電素子などの電気機械変換素子を用いて個別液室の壁面を形成している振動板を変形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の振動モードとして、例えば縦振動モード及び横振動モードの２種類の振動モードが実用化されている。縦振動モードは、電気機械変換素子が主に厚さ方向（電界の方向）に伸張・圧縮する振動モードである。横振動モードは、電気機械変換素子が主に厚さ方向と直交する方向に伸張・圧縮する振動モードである。この横振動モードは、電気機械変換素子の全体に曲げ（たわみ）を発生させるため、たわみ振動モードやベントモードとも呼ばれる。
【０００４】
上記曲げ（たわみ）を発生させる横振動モードを使用する電気機械変換素子としては、薄膜の圧電素子が知られている。
【０００５】
特許文献１には、圧電体薄膜が形成されていない領域の振動板の厚みを、圧電体薄膜が形成されている領域の振動板の厚みより薄くして、圧電体薄膜が形成されていない領域の振動板が撓みやすい構成のインクジェット式記録ヘッドが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、振動板の一部に溝を形成して薄くすることにより、振動板の一部の剛性を低下させて変形量を向上させた液体吐出装置（インクジェットヘッド）が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記薄膜の電気機械変換素子（圧電素子）は、前述のように主に厚さ方向と直交する方向に伸張・圧縮することで振動板をたわませるように変形させるが、その変形させる駆動力が弱い。そのため、電気機械変換素子に印加する単位電圧あたりの電気機械変換素子の変形量、つまり、電気機械変換素子に供給される電気的な駆動エネルギーに対する電気機械変換素子の変形の効率（以下、「変形効率」という。）の良い構造とすることが重要である。
また、上記特許文献１、２に開示されている従来のインクジェットヘッドでは、電気機械変換素子（圧電素子）の駆動による振動板の変位量（変形量）を向上させるために、振動板の一部を薄くして剛性を低下させ撓みやすく（柔らかく）している。しかしながら、このように振動板の一部の剛性を低下させると、振動板の変形量は大きくなるが、振動板のばね定数（反発力）が低下してしまうため、印加電圧を解除したときに振動板が元の形状に戻りにくくなる。そのため、液滴の吐出を繰り返し安定して行うために、振動板を速やかに元の形状に戻すための電圧印加が必要になり、電気機械変換素子（圧電素子）の電気的な駆動エネルギーが増加してしまう。その結果、電気機械変換素子の駆動エネルギーに対する液滴を吐出させる能力、すなわち電気機械変換素子に供給される電気的な駆動エネルギーに対する液滴の吐出効率が低下してしまう。
従って、液滴の吐出効率を向上させるために、振動板の一部を薄くするのではなく、電気機械変換素子自体の変形効率の向上が望まれている。
【０００８】
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、電気機械変換素子自体の変形効率の向上を図ることができる電気機械変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備えた電気機械変換素子であって、前記第２の電極は、前記電気機械変換膜の前記第１の電極とは反対側の表面の一部に形成され、前記電気機械変換膜の前記第２の電極が設けられていない部分は、該電気機械変換膜の該第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気機械変換素子自体の変形効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図。
【図２】（ａ）は図１中のＸ−Ｘ’断面図、（ｂ）は図１中のＹ−Ｙ’断面図。
【図３】（ａ）〜（ｈ）は、液滴吐出ヘッドの製造方法の一例について説明するための断面図。
【図４】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ素子の一例を示す拡大断面図。
【図５】ゾルゲル法によるＰＺＴ膜の膜厚方向におけるＴｉ、Ｚｒ、Ｐｂの濃度比の分布を測定した結果の一例を示すグラフ。
【図６】他の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジの一例を示す斜視図。
【図７】更に他の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図。
【図８】同インクジェット記録装置の機構部全体の一例を示す概略構成図。
【図９】更に他の実施形態に係るマイクロポンプの動作原理を説明するための斜視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
〔実施形態１〕
図１は本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッド１の一例を示す分解斜視図である。また、図２は液滴吐出ヘッドの断面図であり、（ａ）は図１中のＸ−Ｘ’断面図、（ｂ）は図１中のＹ−Ｙ’断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、液滴吐出ヘッド１は、サブフレーム基板１５０と、アクチュエータ基板２００と、ノズル基板３００とを接着剤によって接合した積層基板で構成されている。
【００１４】
サブフレーム基板１５０は、例えばシリコン基板で構成することができる。サブフレーム基板１５０には、アクチュエータ基板２００との接合面に、アクチュエータ保護キャビティ１５１とサブフレーム接合部１５２とが形成されている。これら以外にも、サブフレーム基板１５０には、外部より液体を供給するための液体供給孔、外部への電気配線の取り回し用開口、及びアクチュエータ基板２００とのアライメント用マーク等（いずれも不図示）が形成されている。これらの液体供給孔等については、本発明と直接の関連性がないため説明を省略する。
【００１５】
アクチュエータ基板２００は、例えばシリコン基板で構成することができる。アクチュエータ基板２００の一方の面（図１中の下側の面）には、電気機械変換素子としてのアクチュエータ素子２０１が形成されている。アクチュエータ素子２０１は、第１の電極としての下部電極２１１（電極層）と、電気機械変換膜としての圧電体からなるＰＺＴ膜２１３と、第２の電極としての上部電極２１２（電極層）とを有する積層構成から成る。
【００１６】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、アクチュエータ素子２０１上には、基本構成として、層間絶縁膜２０４と、外部駆動回路からの信号を伝達するメタル配線２０５と、さらにメタル配線２０５を保護するためのパッシベーション保護膜２０６とが形成されている。
【００１７】
また、アクチュエータ基板２００の他方の面（図１中の上側の面）には、振動板２０３を介して、個別液室２０２及び隔壁２０７が形成されている。アクチュエータ基板２００及び振動板２０３は、個別液室２０２内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段として機能する。
【００１８】
このように構成されたアクチュエータ素子２０１は、隔壁２０７上に形成された接合面段差２０８とサブフレーム接合面１５２とが接着剤によって接合されている。接合面段差２０８は、層間絶縁膜２０４と、メタル配線２０５と、パッシベーション保護膜２０６とによって形成されている。
【００１９】
ノズル基板３００は、例えば周知のプレス加工あるいはＮｉ電鋳工法等によってノズル３０１が形成されている。ノズル基板３００は、アクチュエータ基板２００の個別液室側に接着剤によって接合されている。
【００２０】
上記構成の液滴吐出ヘッド１において、圧電素子２１３に所定波形の駆動電圧を印加することにより、圧電素子２１３が振動板２０３とともにたわむように変形する。これにより、個別液室２０２内の液体に圧力が加わり、ノズル３０１から記録媒体Ｐ等の対象物に向けて液滴Ｌが吐出される。
【００２１】
次に、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１の形成方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１の製造方法の一例について説明するための断面図である。
まず、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、アクチュエータ基板２００上に振動板２０３を形成する。本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１では、アクチュエータ基板２００として、６２５［μｍ］の厚さを有する（１００）面のシリコンウェハを用いている。また、振動板２０３は熱酸化及びＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び、ポリシリコン膜が所望の構成にて形成されたものである。
【００２２】
次に、図３（ｃ）に示すように、振動板２０３上にアクチュエータ素子２０１を形成する。アクチュエータ素子２０１は、下部電極２１１としてＴｉ層及びＰｔ層がスパッタ法によって形成されている。また、ゾルゲル法（例えば、非特許文献１参照）によって電気機械変換膜としてのＰＺＴ膜２１３が所望の厚みに形成されている。さらに、ＰＺＴ膜２１３上には、上部電極２１２としてＰｔ層が形成されている。
【００２３】
ここで、上記ＰＺＴは、ペロブスカイト結晶構造を有する三元系金属酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３）である。なお、本実施形態における電気機械変換膜の材料としては、ＰＺＴ以外の圧電材料を用いてもよい。
【００２４】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせたパターン形成方法（以下「リソエッチ法」という。）により、アクチュエータ素子２０１を形成する。ここで、上部電極２１２と下部電極２１１との間の絶縁耐圧性を向上させることを目的として、上部電極２１２をＰＺＴ膜２１３の形成パターンよりも小さく形成している。
【００２５】
次に、図３（e）に示すように、パターン形成されたアクチュエータ素子２０１上に絶縁保護膜２０４を形成する。絶縁保護膜２０４は、原子層堆積法（ＡＤＬ：Atomic Layer Deposition）によって形成されるＡｌ２Ｏ３膜と、ＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜とを有する、二層構造としている。更に、外部回路の信号を伝播するための配線として、所望のパターンのメタル配線２０５を形成する。また、メタル配線２０５の絶縁保護としてパッシベーション膜２０６を形成する。
【００２６】
本実施形態ではアクチュエータ素子２０１の変形効率を高めるために、アクチュエータ素子２０１上のパッシベーション膜２０６は取り除いた構成としている。なお、本実施形態におけるプロセスではパッシベーション膜２０６としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜している。
【００２７】
一方、サブフレーム基板１５０は、４００［μｍ］の厚さを有する（１００）面のシリコンウェハを用いている。このサブフレーム基板１５０は、アクチュエータ素子２０１に対応する領域を空隙としたアクチュエータ保護キャビティ１５１と、サブフレーム接合面１５２のパターンとをリソエッチングによって形成している。サブフレーム基板１５０は、アクチュエータ保護キャビティ１５１やサブフレーム接合面１５２以外に、外部より液体を供給するための液体供給孔１５３や、駆動ＩＣ実装用の開口エリア（不図示）が形成されているものである。
【００２８】
次に、図３（ｆ）に示すように、サブフレーム基板１５０のサブフレーム接合面１５２上に接着剤をフレキソ印刷技術によって塗布し、アクチュエータ基板２００とサブフレーム基板１５０との接合を行う。ここで、「フレキソ印刷」とは、凸版印刷方式の一種であり、版の素材にゴムや合成樹脂を使用し、液状インキを用いる印刷方式である。なお、図３（ｆ）及び後述の図３（ｇ）及び（ｈ）では、アクチュエータ基板２００とサブフレーム基板１５０とを接合させた基板の向きを、図３（ｅ）に対して上下反転させて表示している。
【００２９】
次に、図３（ｇ）に示すように、個別液室２０２を形成するにあたって、アクチュエータ基板２００を所望の液室高さとするために研磨加工を行う。その後、リソエッチ法によってアクチュエータ基板２００に個別液室２０２及び隔壁２０７を形成する。
【００３０】
最後に、図３（ｈ）に示すように、ノズル３０１が形成されたノズル基板３００をアクチュエータ基板２００に接合することで、液滴吐出ヘッド１が形成される。
【００３１】
以上説明した方法で形成した本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１は、図３（ｄ）等に示したように、上部電極２１２と下部電極２１１との間の絶縁耐圧性を向上させることを目的として、上部電極２１２がＰＺＴ膜２１３の形成パターンよりも小さい構成になっている。この構成について本発明者らが鋭意実験及び検討を行った結果、次のことがわかった。すなわち、ＰＺＴ膜２１３のうち上部電極２１２が形成されていない表面及びその近傍部分は、ＰＺＴ膜２１３の変形に寄与するような電界が生じないだけでなく、かえって、ＰＺＴ膜２１３の変形を阻害する部分として機能するおそれがある。そして、ＰＺＴ膜２１３のうち上部電極２１２が形成されていない部分のＰＺＴ膜２１３の膜厚を薄くすることにより、ＰＺＴ膜２１３が変形しやすくなり、単位駆動電圧（単位駆動エネルギー）あたりのアクチュエータ素子２０１の変形量である変形効率が向上することがわかった。
【００３２】
図４は、上記図３（ｄ）の上部電極２１２及びＰＺＴ膜２１３のパターン形成が終了した後のアクチュエータ素子２０１の一例を示す拡大断面図である。図４に示すように、アクチュエータ素子２０１は、ＰＺＴ膜２１３のうち上部電極２１２が形成されていない部分、すなわち、ＰＺＴ膜２１３の上側角部に傾斜面Ｃ１を設けて、膜厚が周囲に向かって徐々に薄くなるように形成されている。
【００３３】
また、図４の構成について、さらに、本発明者らが検討した結果、振動板２０３に密着している下部電極２１１の厚みを部分的に薄くすることにより、振動板２０３の変形量を増加できることがわかった。一方、ＰＺＴ膜２１３が形成されている部分の下部電極２１１は電極の強度を保つため従来と同じ厚さが望ましい。そこで、図４に示すように、下部電極２１１のＰＺＴ膜２１３が形成されていない部分の厚みを薄くして、振動板２０３の変形量を増加させるようにした。ＰＺＴ膜２１３が形成されている部分の下部電極２１１は従来と同じ厚さとし、ＰＺＴ膜２１３が形成されていない部分の厚みを薄くすることにより、下部電極２１１のＰＺＴ膜２１３との接合部に傾斜面Ｃ２が形成された。
【００３４】
上述したように、ＰＺＴ膜２１３の膜厚を上部電極２１２が形成されている部分に比べて形成されていない部分を薄くする形成することにより、ＰＺＴ膜２１３が変形しやすくなり、変形効率を向上させることができる。また、下部電極２１１のＰＺＴ膜２１３が形成されていない部分の厚みを薄くすることにより、振動板２０３の変形量を従来に比べて増加させることができる。以上の構成により、ＰＺＴ膜２１３に従来と同じ駆動電圧を印加した場合、振動板２０３のばね定数を低下させることなく、振動板２０３の変形量が増加し、液滴吐出ヘッド１の吐出効率を向上させることができる。
【００３５】
次に、ＰＺＴ膜２１３のうち上部電極２１２が形成されていない部分の膜厚を薄く形成するとともに、下部電極２１１のＰＺＴ膜２１３が形成されていない部分の厚みを薄く形成する製造方法の一例について説明する。
まず、上部電極２１２をリソエッチ法によりパターニングする。このときオーバーエッチングにより下地であるＰＺＴ膜２１３を少し削っておく。次に、ＰＺＴ膜２１３をリソエッチ法によりパターニングする際には、マスクとするレジスト形状をテーパー形状にしてＰＺＴ膜２１３の側面を傾斜面となるようにエッチングする。ＰＺＴ膜２１３をリソエッチ法によりパターニングする際に、同時に下部電極２１１をオーバーエッチングすることにより、下部電極２１１のＰＺＴ膜２１３が形成されていない部分の厚みを薄くする。このようにして、前述の図４に示すような２段階の傾斜面Ｃ１，Ｃ２が形成されたアクチュエータ素子２０１が形成される。
【００３６】
このように、上部電極２１２と下部電極２１１との間の表面距離を稼ぐことで絶縁耐圧を維持することができる。そして、上部電極２１２と下部電極２１１との間への電圧印加で生じる電界の及ばないアクチュエータ素子２０１の角部の不要な部分を削り落とすことで、アクチュエータ素子２０１全体が変形しやすくなり、同じ駆動電圧でも変形量を大きくすることができる。また、ＰＺＴ膜２１３のエッチング時にオーバーエッチングにより下地である下部電極２１１もエッチングして膜厚を薄くすることにより、さらにアクチュエータ素子２０１全体が変形しやすくなる。
【００３７】
上述したようにアクチュエータ素子２０１には、下部電極２１１、ＰＺＴ膜（圧電体）２１３及び上部電極２１２が積層されパターニングされた構造になっている。それぞれの膜が振動板２０３の成膜されたシリコンウェハ上へ成膜される。上部電極２１２、ＰＺＴ膜２１３、下部電極２１１はそれぞれ異なるマスクパターンで、上部電極２１２＜ＰＺＴ膜２１３＜下部電極２１１、となるパターン幅となるように別々に加工される。これは上部電極２１２とＰＺＴ膜２１３とを同じマスク（同じパターン）で加工した場合、上部電極２１２と下部電極２１１との間でリーク電流が流れやすくなることによる耐圧不良を防止するのが目的である。
【００３８】
本実施形態で用いているゾルゲル法によるＰＺＴ成膜は、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としている。そして、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉそれぞれが所望の濃度となるように作成された前駆体液を、スピンコート法により、上記振動板２０３及び下部電極２１１を形成したシリコンウェハ上に塗布し、塗布した前駆体液の膜を焼成するものである。この工法では、一度に厚い膜を形成することが困難であるため、複数回にわたり塗布と焼成とを繰り返し、所望の膜厚のＰＺＴ膜を形成する。このため、作成されたＰＺＴ膜の内部に、上記複数回の焼成ごとに生じる上記Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの濃度ムラを有する。
【００３９】
図５は、ゾルゲル法で形成したＰＺＴ膜の膜厚方向におけるＴｉ、Ｚｒ及びＰｂの濃度の分布を測定した結果の一例を示すグラフである。図５の縦軸は濃度比であり、各材料の濃度の相対値を示すものである。ＰＺＴ成膜時の各膜の焼成界面では、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの濃度がそれぞれ変化するので、各膜の焼成界面毎にＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉの濃度が周期的な変化を繰り返すことが判っている。このため、アクチュエータ素子２０１の形成時におけるドライエッチングの際には、上記Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの濃度ムラによる所定の波長のプラズマ発光強度の変化を利用してエッチングの終点を検知することができる。すなわち、上記Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ及び、Ｔｉいずれかに対応する波長のプラズマ発光強度の変化をモニターすることにより、ＰＺＴ膜の表面から何層目をエッチング処理しているのかを把握でき、エッチング処理を終了するタイミングがわかる。これにより、ＰＺＴ膜の膜厚を所望の膜厚に加工することができる。
【００４０】
〔実施形態２〕
次に、本発明の他の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジについて説明する。
図６は、実施形態１で説明した液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジの一例を示す斜視図である。図６において、インクカートリッジ６０は、ノズル２０等を有する液滴吐出ヘッド６１と、この液滴吐出ヘッド６１に対してインク等の液体を供給する液体タンク６２とを一体化したものである。このように液体タンク一体型の液滴吐出ヘッド６１の場合、液滴吐出ヘッド６１の低コスト化及び信頼性の向上は、ただちに液体カートリッジ６０全体の低コスト化及び信頼性向上につながる。よって、上述したように低コスト化、高信頼性化及び製造不良低減を図ることで、歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型の液体カートリッジ６０の低コスト化を図ることができる。
【００４１】
〔実施形態３〕
次に、本発明の更に他の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置としてのインクジェット記録装置について説明する。
【００４２】
図７は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを用いることができる液滴吐出装置の一例である画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一構成例を示す概略斜視図である。また、図８は、同インクジェット記録装置の機構部全体の概略構成図である。
【００４３】
本実施形態のインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３を備えている。また、このキャリッジ９３に搭載した液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドへ画像形成用の液体であるインクを供給する液体カートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。また、記録装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の記録媒体としての用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。そして、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
【００４４】
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド９４を備えている。この液滴吐出ヘッド９４は、複数の吐出口であるノズルを主走査方向と交差する方向に配列し、液滴吐出方向を下方に向けて装着される。また、キャリッジ９３には液滴吐出ヘッド９４に各色の液体を供給するための各液体カートリッジ（インクカートリッジ）９５を交換可能に装着している。
【００４５】
液体カートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッドへ液体を供給する供給口を、内部には液体が充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッドへ供給される液体をわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッドとして、ここでは各色の液滴吐出ヘッド９４を用いているが、各色の液滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００４６】
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装している。このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４７】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を液滴吐出ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３とを設けている。また、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４８】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を液滴吐出ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設けている。さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００４９】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３に液滴を吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。
【００５０】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド９４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液体の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液滴を吐出することにより、全ての吐出口の液体の粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５１】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。これにより、吐出口面に付着した液体やゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引された液体は、本体下部に設置された廃液溜（不図示）に排出され、廃液溜内部の液体吸収体に吸収保持される。
【００５２】
このように、本実施形態のインクジェット記録装置においては、本発明に係る前述の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、高画質かつ高効率かつ高速な液滴吐出ヘッドの実現が可能となる。また、本発明を実施した液滴吐出ヘッドに液滴として吐出されるインクなどの画像形成用の液体を供給するタンクを一体化した液体カートリッジ（インクカートリッジ）を実現することも可能である。
【００５３】
〔実施形態４〕
次に、本発明をポンプ装置としてのマイクロポンプに適用した実施形態の一例について説明する。
図９は本実施形態に係るマイクロポンプの動作原理を説明するための斜視断面図である。図９に示すように、マイクロポンプ４００は、液体に搬送力を付与するアクチュエータ基板４０１と、サブフレーム基板４０２と、搬送路形成基板４０３とを接着剤によって接合した積層基板で構成されている。
【００５４】
アクチュエータ基板４０１に複数配設された振動板４０４にはそれぞれ電気機械変換膜としての圧電体膜であるＰＺＴ膜４０５が密接して設けられており、搬送路形成基板４０３との間に形成された流路４０６をインクなどの液体が流れるようになっている。そして、ＰＺＴ膜４０５を電気的に制御して振動板４０４を図中右側から順次駆動することによって流路４０６内の液体は矢印Ｆ方向へ流れが生じ、液体の輸送が可能となる。なお、図示は省略しているが、振動板４０４は前述の実施形態１と同様に、複数の絶縁膜による積層構造となっている。
【００５５】
上記振動板４０４に密接して設けられたＰＺＴ膜４０５を形成する際に、膜応力を低減するために部分的に結晶化させる方法で膜形成しパターニングしている。これにより、ＰＺＴ膜形成時のクラック等の発生を防止でき、歩留りの低下を防ぐことができ、低コストなマイクロポンプを製造することができる。
【００５６】
なお、本実施形態４では振動板４０４を複数設けた例について説明したが、振動板４０４は一つでもよく、また液体の輸送効率を向上させるために弁などを設けてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態１乃至３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こと場合だけでなく、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装置などにも適用することができる。
また、上記実施形態１乃至４では、本発明を液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ（インクカートリッジ）、インクジェット記録装置及びマイクロポンプに適用した例について説明したが、これらに限られるものではない。本発明は、例えば、圧電素子などの電気機械変換素子を備えた各種の光学デバイスやマイクロアクチュエータなどにも適用可能である。
【００５８】
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）
下部電極２１１などの第１の電極と、第１の電極上に形成されたＰＺＴ膜２１３などの電気機械変換膜と、電気機械変換膜上に形成された上部電極２１２などの第２の電極と、を備えたアクチュエータ素子２０１などの電気機械変換素子であって、第２の電極は、電気機械変換膜の第１の電極とは反対側の表面の一部に形成され、電気機械変換膜の第２の電極が形成されていない部分は、電気機械変換膜の第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成されている。
これよれば、上記実施形態１について説明したように、電気機械変換膜の第１の電極とは反対側の表面の一部に形成された第２の電極に電圧が印加される。ここで、電気機械変換膜の第２の電極が形成されていない表面及びその近傍部分は、電気機械変換膜の変形に寄与するような電界が生じないだけでなく、かえって、電気機械変換膜の変形を阻害する部分として機能するおそれがある。そこで、この電気機械変換膜の第２の電極が形成されていない部分を、電気機械変換膜の第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成している。これにより、電気機械変換膜の変形に寄与するような電界が生じないで電気機械変換膜の変形を阻害する部分として機能する部分を減らすことができ、電気機械変換膜が変形しやすくなる。従って、電気機械変換膜を有する電気機械変換素子自体の変形効率を向上させることができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、第２の電極は、電気機械変換膜の第１の電極とは反対側の表面における外周縁の近傍に形成されていない。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、第１の電極と第２の電極との間の印加電圧のリークを抑制できる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、電気機械変換膜は第１の電極の一部に形成され、第１の電極の電気機械変換膜が設けられていない部分は、第１の電極の電気機械変換膜が設けられている部分よりも薄く形成されている。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、第１の電極の電気機械変換膜が形成されていない部分の厚みを薄くすることにより、電気機械変換素子がより変形しやすくなるので、電気機械変換素子自体の変形効率を更に向上させることができる。
（態様Ｄ）
シリコンウェハなどの基板または下地膜上に下部電極２１１などの第１の電極を形成するステップと、第１の電極上にＰＺＴ膜２１３などの電気機械変換膜を形成するステップと、電気機械変換膜上に上部電極２１２などの第２の電極を形成するステップと、を有し、第２の電極は、電気機械変換膜の第１の電極とは反対側の表面の一部に形成され、電気機械変換膜の第２の電極が設けられていない部分は、電気機械変換膜の第２の電極が設けられている部分よりも薄く形成する。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、電気機械変換膜の変形に寄与するような電界が生じないで電気機械変換膜の変形を阻害する部分として機能する部分を減らすことができ、電気機械変換膜が変形しやすくなる。従って、電気機械変換膜自身の変形効率を向上させることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、第２の電極は、電気機械変換膜の第１の電極とは反対側の表面における外周縁の近傍に形成しない。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、第１の電極と第２の電極との間の印加電圧のリークを抑制できる。
（態様Ｆ）
上記態様Ｄ又はＥにおいて、第１の電極の電気機械変換膜が設けられていない部分は、第１の電極の電気機械変換膜が設けられている部分よりも薄く形成する。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、第１の電極の電気機械変換膜が形成されていない部分の厚みを薄くすることにより、電気機械変換素子がより変形しやすくなるので、電気機械変換素子自体の変形効率を更に向上させることができる。
また、電気機械変換膜をエッチングにより加工する工程を有する場合には、この工程でオーバーエッチング量を調整して第１の電極の加工が可能であり、工程を新たに追加する必要がなく、製造コストの低減が図れる。
（態様Ｇ）
上記態様Ｄ乃至Ｆのいずれかにおいて、電気機械変換膜及び第１の電極の少なくとも一方をパターニングする際にドライエッチング法を用いる。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、ドライエッチング法を用いて、電気機械変換膜の膜厚又は第１の電極の少なくとも一方の厚みを所望の薄さに正確に加工することができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ｇにおいて、電気機械変換膜は、複数の膜が繰り返して形成された積層膜であり、電気機械変換膜をドライエッチング法によるエッチング処理でパターニングするときに、電気機械変換膜に含まれる原子に対応するプラズマ発光強度の変化によってエッチング処理の終了を検知する。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、積層膜に形成された電気機械変換膜をドライエッチング法によるエッチング処理するとき、電気機械変換膜の各膜の界面では、繰り返し積層されたことによる組成物質（原子）の濃度ムラによるプラズマ発光強度が変化する。このプラズマ発光強度の変化を用いてエッチング処理の終点を検知することができる。つまり、何層目をエッチング処理しているのかを把握でき、エッチング処理を終了するタイミングがわかる。これにより、電気機械変換膜の膜厚を所望の膜厚に加工することができる。
例えば、ゾルゲル法によってＰＺＴからなる電気機械変換膜を成膜した場合は、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として、複数回にわたり塗布と焼成とを繰り返して成膜する。この成膜時の焼成界面では、鉛（Ｐｂ）、Ｚｒ、Ｔｉの濃度がそれぞれ変化するため、焼成界面毎に周期的な変化を繰り返す。このため、電気機械変換膜の膜厚を薄くするドライエッチング処理では、繰り返し積層されることによる組成の濃度ムラによるプラズマ発光強度の変化を利用してエッチング処理の終点を検知することができる。いずれかの材料のプラズマ発光の波長を検出することで所望のエッチング量を検出することができる。
（態様Ｉ）
液滴を吐出するノズル３０１が形成されたノズル基板３００などのノズルと、ノズルに連通する個別液室２０２と、個別液室２０２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１において、圧力発生手段は、態様Ａ乃至Ｃのいずれかの電気機械変換素子、又は、態様Ｄ乃至Ｈのいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子である。
これによれば、上記実施形態１について説明したように、液滴吐出ヘッドの液滴の吐出効率を向上させることができる。
（態様Ｊ）
液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１と、液滴吐出ヘッド１に液滴として吐出される液体を供給するインクタンク６２などのタンクと、を備えたインクカートリッジ６０などの液体カートリッジであって、液滴吐出ヘッド１として、上記態様Ｉの液滴吐出ヘッドを用いた。
これによれば、上記実施形態２について説明したように、歩留まりや信頼性が向上し、液滴吐出ヘッド１が一体化した液体カートリッジの低コスト化を図ることができる。
（態様Ｋ）
液滴吐出ヘッドからインク滴を吐出させて記録媒体に画像を形成する記録装置本体８１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Ｉの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態３について説明したように、上記態様Ｉの液滴吐出ヘッドを搭載しているので、高画質、高効率かつ高速な画像形成装置の実現が可能となる。
（態様Ｌ）
液滴吐出装置であって、上記態様Ｉの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態２及び３について説明したように、高効率かつ高速な液体吐出装置の実現が可能となる。
（態様Ｍ）
液体を収容可能な流路４０６などの液室と、液室内の液体を搬送する搬送手段と、を備えたマイクロポンプなどのポンプ装置であって、搬送手段として、液室の壁の一部に、上記態様Ａ乃至３のいずれかの電気機械変換素子、又は、上記態様Ｄ乃至Ｈのいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子を配置した。
これによれば、上記実施形態４について説明したように、変形効率を向上させた電気機械変換素子を、搬送対象の液体を収容した液室の壁の一部に配置しているので、液体の搬送効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  液滴吐出ヘッド
２０  ノズル
６０  液体カートリッジ
６１  液滴吐出ヘッド
６２  液体タンク
８０  液滴吐出ヘッド
８１  記録装置本体
８２  印字機構部
８３  用紙
９３  キャリッジ
９４  液滴吐出ヘッド
９５  液体カートリッジ
１５０  サブフレーム基板
１５１  アクチュエータ保護キャビティ
１５２  サブフレーム接合部
１５３  液体供給孔
２００  アクチュエータ基板
２０１  アクチュエータ素子
２０２  個別液室
２０３  振動板
２０４  層間絶縁膜
２０５  メタル配線
２０６  パッシベーション保護膜
２０７  隔壁
２１１  下部電極
２１２  上部電極
２１３  ＰＺＴ膜
３００  ノズル基板
３０１  ノズル
４００  マイクロポンプ
４０１  アクチュエータ基板
４０２  サブフレーム基板
４０３  搬送路形成基板
４０４  振動板
４０５  ＰＺＴ膜
４０６  流路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開平０９−２８６１０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９５００４号公報
【非特許文献】
【００６１】
【非特許文献１】Ｋ．Ｄ．Ｂｕｄｄ，Ｓ．Ｋ．Ｄｅｙ，Ｄ．Ａ．Ｐａｙｎｅ，Ｐｒｏｃ．Ｂｒｉｔ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．３６，１０７（１９８５）．
【図１】
2015000560.tif 000003
【図２】
2015000560.tif 000004
【図３】
2015000560.tif 000005
【図４】
2015000560.tif 000006
【図６】
2015000560.tif 000007
【図７】
2015000560.tif 000008
【図８】
2015000560.tif 000009
【図５】
2015000560.tif 000010
【図９】
2015000560.tif 000011