(57)【要約】【課題】電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる電気機械変換素子を提供する。【解決手段】基板又は下地膜上に形成された第１の電極と、第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜と、電気機械変換膜上に形成された第２の電極とを備える電気機械変換素子であって、電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１００｝面が優先配向するように形成され、膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応する１０［°］以下である。｛２００｝面に対応するピークは、半値幅が５［°］以上であってもよく、単一の極大点を有してもよい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又は下地膜上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備える電気機械変換素子であって、
前記電気機械変換膜は、
厚さ方向と直交するように｛１００｝面が優先配向し、
膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下であ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、
前記電気機械変換膜は、前記Ｘ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が５［°］以上である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｛２００｝面に対応するピークは単一の極大点を有することを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの電気機械変換素子において、
前記下地膜は酸化チタン膜であることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、
前記第１の電極はＰｔ膜であることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項６】
ノズルと該ノズルに連通する加圧液室と該加圧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であって、
前記圧力発生手段として、請求項１乃至５のいずれかの電気機械変換素子を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項８】
請求項６の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
【請求項９】
基板又は下地膜上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１００｝面が優先配向したペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜を形成するステップと、
を含む電気機械変換素子の製造方法であって、
前記電気機械変換膜の膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体からなる電気機械変換膜を備えた電気機械変換素子、その電気機械変換素子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、並びに、電気機械変換素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として、画像形成用の液体であるインクの液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置が知られている。液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルに連通する液室（個別液室、加圧液室、圧力室、吐出室等ともいう。）と、液室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備える。この圧力発生手段としては、例えば液室の壁面の一部を構成する振動板に、圧電体からなる電気機械変換膜を有するピエゾ方式の電気機械変換素子を設けたものが知られている。また、ピエゾ方式の電気機械変換素子としては、縦振動モード（プッシュモード）を利用したものと、横振動モードを利用したものとがある。縦振動モードは、電気機械変換膜の厚さ方向（電界の方向）の伸張・圧縮を主に利用した振動モードである。横振動モードは、電気機械変換膜の厚さ方向（電界の方向）と直交する方向の伸張・圧縮を主に利用した振動モードである。横振動モードは、電気機械変換膜の全体がたわむように振動する振動モードであるため、たわみ振動モードやベントモードとも呼ばれる。これらの振動モードで電気機械変換素子が変形することにより、電気機械変換素子が設けられた振動板の液室側の表面が変位し、液室内の液体に圧力を発生させることができる。
【０００３】
上記電気機械変換膜の圧電体の材料としては、ペロブスカイト結晶構造を有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が広く用いられている。このＰＺＴは、主要な結晶面として、｛１００｝面、｛１１０｝面及び｛１１１｝面を有する。電気機械変換膜にＰＺＴを用いる場合、上記３つの主要結晶面のうち｛１００｝面や｛１１１｝面が主に用いられ、これらの結晶面が電気機械変換膜の厚さ方向と直交するように配向させてＰＺＴ膜が形成される。
例えば、特許文献１、２には、膜の厚さ方向と直交するように（１００）面を配向させたＰＺＴ膜が開示されている。また、特許文献３には、（１００）配向の結晶配向性を有し、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（１００）ピークの半値幅（半価幅）が３［°］以上である圧電体膜が開示されている。
【０００４】
ここで、｛ｈｋｌ｝面は、圧電体の結晶における自発分極の方向は考慮しない対称性から（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面を代表するものとして表している。
また、｛ｈｋｌ｝面は、（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面のいずれか一つの結晶面であってもよいし、（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面から選択された複数の結晶面であってもよい。
例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体において、｛１１１｝面は、（１１１）面とその（１１１）面に等価な他の７つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。また、｛１００｝面は、（１００）面とその（１００）面に等価な他の５つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。
【０００５】
また、膜の厚さ方向と直交するように｛ｈｋｌ｝面が配向することを適宜「｛ｈｋｌ｝配向」といい、膜の厚さ方向と直交するように（ｈｋｌ）面が配向することを適宜「（ｈｋｌ）配向」という。例えば、膜の厚さ方向と直交するように｛１００｝面、｛１１１｝面及び｛２００｝面が配向することをそれぞれ、｛１００｝配向、｛１１１｝配向及び｛２００｝配向という。また、膜の厚さ方向と直交するように（１００）面、（１１１）面及び（２００）面が配向することをそれぞれ、（１００）配向、（１１１）配向及び（２００）配向という。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のペロブスカイト結晶構造を有する圧電体膜のうち上記｛１００｝面が配向した圧電体膜を有する電気機械変換素子では、製造後の初期における電圧印加時の変形量は十分に大きいが、その変形量が経時的に劣化するおそれがある。すなわち、電気機械変換素子に駆動電圧を印加する駆動を繰り返し行うと、電気機械変換素子に所定の駆動電圧を印加したときの変形が経時的に大きく低下していく。このように電気機械変換素子の変形が低下すると、振動板の液室側の表面を十分に変位させることができず、液室内の液体の圧力を十分に高めることができない。
【０００７】
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、ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板又は下地膜上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備える電気機械変換素子であって、前記電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１００｝面が優先配向し、膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本明細書において、＜ｈｋｌ＞方向は、圧電体の結晶における自発分極の方向は考慮しない対称性から圧電体の結晶における［ｈｋｌ］方向及びその［ｈｋｌ］方向に等価な複数の方向を代表するものとして表している。
【００１０】
また、＜ｈｋｌ＞方向は、［ｈｋｌ］方向及びその［ｈｋｌ］方向に等価な複数の方向のいずれか一つの方向であってもよいし、［ｈｋｌ］方向及びその［ｈｋｌ］方向に等価な複数の結晶面から選択された複数の方向であってもよい。
例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体において、｛１１１｝面は、（１１１）面とその（１１１）面に等価な他の７つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。また、｛１００｝面は、（１００）面とその（１００）面に等価な他の５つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。
【００１１】
また、圧電体の結晶における自発分極の方向は考慮すると、＜ｈｋｌ＞方向で代表される［ｈｋｌ］方向及びその［ｈｋｌ］方向に等価な方向を含む複数の方向は互いに区別される。例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体において、自発分極の方向は考慮すると、＜１００＞方向で代表される［１００］方向、［００１］方向及び［０１０］方向は互いに区別される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】製造後の初期における｛１００｝配向のＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化の様子を示す模式図。
【図２】図１のＰＺＴ膜への電圧印加を繰り返し行ったときの｛１００｝配向のＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化の様子を示す模式図。
【図３】ＰＺＴ膜の｛２００｝面について測定したＸＲＤの２θ−ωスキャン測定結果の一例を示すグラフ。
【図４】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成の一例を示す断面図。
【図５】実施例１〜３及び比較例１、２それぞれにおけるＰＺＴ｛２００｝に対するＸ線回折の２θ−ωスキャン測定の測定結果の一例を示すグラフ。
【図６】比較例３におけるＰＺＴ｛１１１｝に対するＸ線回折の２θ−ωスキャン測定の測定結果の一例を示すグラフ。
【図７】液体吐出ヘッドを複数個配置した構成例を示す断面図。
【図８】本実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図。
【図９】同インクジェット記録装置の機構部を側面から見た説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を画像形成装置（液滴吐出装置）としてのインクジェット記録装置に使用される液滴吐出ヘッドの一構成要素である電気機械変換素子に適用した実施形態を説明する。
【００１５】
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、更には画像形成用の液体である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。そのために、インクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として広く展開されている。
【００１６】
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、画像形成用の液滴（インク滴）を吐出するノズルと、ノズルに連通する加圧液室と、加圧液室内のインクを吐出するための圧力を発生する圧力発生手段とを備えている。本実施形態における圧力発生手段は、加圧液室の壁面の一部を構成する振動板と、その振動板を変形させる圧電体からなる薄膜の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子と、を備えたピエゾ方式の圧力発生手段である。この電気機械変換素子は、所定の電圧が印加されることにより自らが変形し、加圧液室に対して振動板の表面を変位させることで加圧液室内の液体に圧力を発生させる。この圧力により、加圧液室に連通したノズルから液滴（インク滴）を吐出させることができる。
【００１７】
上記電気機械変換膜を構成する圧電体は、電圧の印加によって変形する圧電特性を有する材料である。この圧電体として、本実施形態では、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）を用いている。このＰＺＴからなる電気機械変換膜（以下「ＰＺＴ膜」という。）を有する電気機械変換素子に駆動電圧を印加したときの振動モードとしては、前述のように複数種類の振動モードがある。例えば、圧電定数ｄ３３による膜厚方向の変形を伴う縦振動モード（プッシュモード）や、圧電定数ｄ３１によるたわみ変形を伴う横振動モード（ベンドモード）がある。更には、膜の剪断変形を利用したシェアモード等もある。また、上記ＰＺＴ膜を有する電気機械変換素子は、後述のように、半導体プロセスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術を利用し、Ｓｉ基板に加圧液室及び電気機械変換素子を直接作り込むことができる。これにより、電気機械変換素子を、加圧液室内に圧力を発生させる薄膜の圧電アクチュエータとして形成することができる。
【００１８】
液滴吐出ヘッドを用いた画像形成装置（インクジェット記録装置）における電気機械変換素子における重要な特性として、印加される駆動電圧に対する表面変位量と、連続駆動における表面変位の経時的な劣化への耐性とが挙げられる。
ここで、駆動電圧に対する表面変位量は、加圧液室からノズルを介して吐出される液滴の体積や液滴の速度に大きく影響するため、吐出対象への液滴の着弾精度の向上つまり描画される画像の精彩の向上を図る上で重要である。また、駆動電圧に対する表面変位量、画像形成装置（液滴吐出装置）の低消費電力化を図る上でも重要である。
また、電気機械変換素子の連続駆動における表面変位の劣化への耐性は、画像の精彩の向上だけでなく、信頼性を高める上で重要である。
【００１９】
本実施形態では、上記課題を解決すべく、以下に示すように駆動電圧に対する表面変位量を高めるとともにその表面変位の経時的な劣化に対して良好な耐性を有するように電気機械変換素子を形成している。
【００２０】
本実施形態の電気機械変換素子に用いているＰＺＴ膜は、圧電性を持つ酸化物であり、その結晶は基本的には多結晶であるが、厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面、｛１１０｝面及び｛１１１｝面が配向している。これらの面が配向している結晶部分のうち、電気機械変換素子の加圧液室側の表面変位に寄与しているのは、厚さ方向と直交するように｛１００｝面及び｛１１１｝面がそれぞれ配向している部分である。そこで、｛１１０｝面が配向している部分を取り除きつつ、｛１００｝面の配向と｛１１１｝面の配向とを制御することにより、上記特性の向上に繋がると考えられる。
【００２１】
ＰＺＴ膜の成膜方法としては様々な方法で開示されているが、それらの方法は、厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面及び｛１１１｝面のどちらか一方の面のみを配向させる方法である。厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面を配向させたＰＺＴ膜を形成した場合、駆動電圧に対する表面変位量は大きいが、その表面変位の劣化が大きく、また脆性が高い。一方、厚さ方向と直交するように主として｛１１１｝面を配向させたＰＺＴ膜を形成した場合、表面変位の劣化及び脆性それぞれに対する耐性は高いが、駆動電圧に対する表面変位量が小さい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、圧電アクチュエータを構成する電気機械変換膜として、厚さ方向と直交するように｛１００｝面が優先配向している｛１００｝配向のＰＺＴ膜を用いている。しかも、そのＰＺＴ膜は、膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下である。また、当該｛２００｝面に対応するピークの半値幅は５［°］以上がより好ましい。
【００２３】
また、発明者らは、｛１００｝配向のＰＺＴ膜を有する圧電アクチュエータの変形量（表面変位量）の経時的な低下のメカニズムに、ＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化も関与している点に注目した。すなわち、｛１００｝配向のＰＺＴ膜の結晶性（結晶面のばらつき）だけでなく、ＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化によっても、圧電アクチュエータの変形量（表面変位量）の経時的な低下を引き起こすおそれがある点に注目した。
【００２４】
図１は、製造後の初期における｛１００｝配向のＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化の様子を示す模式図である。平滑な基板上に｛１００｝配向のＰＺＴ膜を成膜した場合、そのＰＺＴ膜内のドメインとして、（００１）配向のドメインＤ１と、（１００）配向のドメインＤ２とが存在する。
【００２５】
ここで、（００１）配向のドメインＤ１は、結晶の［００１］方向が膜の厚さ方向（以下「縦方向」という。）と平行になっているドメインである。この（００１）配向のドメインＤ１では、ＰＺＴの単位格子における中央部のＢサイトに位置するＢイオン（Ｚｒ４＋イオン、Ｔｉ４＋イオン）がシフトしている自発分極の方向Ｃも縦方向になっている。このＢイオンのシフトにより、自発分極している（００１）配向のドメインＤ１は、自発分極していない場合よりも縦方向に若干長くなっている。
【００２６】
一方、（１００）配向のドメインＤ２は、結晶の［００１］方向が縦方向と直交し［１００］方向が縦方向と平行になっているドメインであり、結晶の対称性を考慮すると上記（００１）配向のドメインＤ１と等価である。しかしながら、この（１００）配向のドメインＤ２では、ＰＺＴのＢイオンがシフトしている自発分極の方向Ｃが、上記ドメインＤ１とは異なり、膜の厚さ方向と直交する方向（以下「横方向」という。）になっている。このＢイオンのシフトにより、自発分極している（１００）配向のドメインＤ２は、自発分極していない場合よりも横方向に若干長くなっている。
【００２７】
上記ドメインＤ１とドメインＤ２とが混在したＰＺＴ膜に、図１内の中央の図に示すように縦方向に電圧を印加すると、（００１）配向のドメインＤ１は縦方向に若干長くなる。一方、（１００）配向のドメインＤ２は、ＰＺＴのＢイオンがシフトする方向すなわち自発分極の方向Ｃが横方向から９０［°］回転した縦方向に変化し、図示のようにあたかもドメイン自体が９０［°］回転したように大きく変形する。この（１００）配向のドメインＤ２の変形分だけ、ＰＺＴ膜全体の変形量が大きくなる。
【００２８】
その後、上記電圧の印加を停止すると、ドメインＤ１及びドメインＤ２それぞれは元の形状に戻る。特に（１００）配向のドメインＤ２では、自発分極の方向Ｃが９０［°］回転して元の横方向に戻って元の形状に戻るように大きく変形する。
【００２９】
以上示したように、ドメインＤ１とドメインＤ２とが混在したＰＺＴ膜に電圧を印加したとき、ドメインＤ２におけるＢイオンのシフト方向（自発分極の方向）Ｃの回転により、ＰＺＴ膜全体が大きく変形する。
【００３０】
図２は、上記図１のＰＺＴ膜への電圧印加を繰り返し行ったときの｛１００｝配向のＰＺＴ膜内に存在するドメインの変化の様子を示す模式図である。電圧の印加を繰り返すと、図２中の右の図に示すように電圧の印加を停止しても、（１００）配向のドメインＤ２の自発分極の方向Ｃが元の横方向に戻らず、（００１）配向のドメインＤ１と同様に縦方向のままになる。すなわち、ドメインＤ１及びドメインＤ２の自発分極の方向Ｃが縦方向の［００１］方向に揃った状態になり、電圧印加時に自発分極の方向Ｃの回転によるドメインＤ２の変形を伴わなくなる。その結果、ＰＺＴ膜の変形量としては、ドメインＤ２の自発分極の方向Ｃの回転を伴っていた初期に比べ、ＰＺＴ膜の変形量が経時的に低下してしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態では、｛１００｝配向のＰＺＴ膜内の自発分極の方向（［００１］方向）を膜の厚さ方向（縦方向）に揃えて配向させ、上記ドメインＤ１の存在比率を高めている。これにより、ＰＺＴ膜に繰り返し電圧を印加した後でもＰＺＴ膜の変形量が経時的に低下しないようにしている。
【００３２】
上記｛１００｝配向のＰＺＴ膜で自発分極の方向（［００１］方向）が膜の厚さ方向（縦方向）に揃っているか否か、すなわち上記ドメインＤ１の存在比率が高いか否かの判断は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）の２θ−ωスキャン測定で行うことができる。この２θ−ωスキャン測定は、ロッキングカーブ測定とも呼ばれ、まず測定対象の結晶面に対する回折条件を満たす表面に対するＸ線の入力角度θ及び回折角度（Ｘ線検知方向）２θを決定する。そして、回折角度（Ｘ線検知方向）２θを固定した状態で、Ｘ線の入力角度ωをθを中心として所定範囲にスキャンしながら測定対象から回折したＸ線を検知する。Ｘ線の入力角度ωをスキャンするには、Ｘ線源を移動させてもよいし、測定対象の表面が回転させてもよい。この２θ−ωスキャン測定で得られた｛１００｝面に対するピークの半値幅が小さいと自発分極の方向（［００１］方向）が揃っており、上記ピークの半値幅が大きいと自発分極の方向（［００１］方向）が揃っていないと判断できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、上記ＸＲＤの２θ−ωスキャン測定において上記Ｂイオンのシフトに影響を受けて変化しやすい回折ピークを検出するように、｛１００｝面と平行であって面間隔が狭い｛２００｝面での回折を利用している。
【００３４】
図３は、ＰＺＴ膜の｛２００｝面について測定したＸＲＤの２θ−ωスキャン測定結果の一例を示すグラフである。（００１）配向のドメインＤ１と（１００）配向のドメインＤ２とが混在している場合は、図２中の破線で示すように、ピークは２つの極大値が存在する二山に分かれてしまう。一方、（００１）配向のドメインＤ１のみに揃った場合、図２中の実線で示すように、ピークは単一の極大値からなる一つの山となり、さらに（００１）面が揃うことでそのピークの半値幅が小さくなる。この原理を利用し、本実施形態では、ＰＺＴ膜の変形量の経時的な低下が起きないＰＺＴ膜の結晶性を、｛２００｝面に対するＸＲＤの２θ−ωスキャン測定の結果から規定する。より具体的なは、後述の実施例に示すように、ＰＺＴ膜の膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅を、５［°］以上１０［°］以下に規定している。
【００３５】
次に、本発明の一実施形態に係る電気機械変換素子としての圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの構造の一例を説明する。
図４は本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成の一例を示す断面図である。本実施形態の液滴吐出ヘッドは、基板４０１と、振動板４０２と、ノズル板４０３と、加圧液室（圧力室）４０４と、第１の電極としての下部電極４０５と、電気機械変換膜としてのＰＺＴ膜４０６と、第２の電極としての上部電極４０７とを備える。加圧液室４０４は、基板４０１に形成された隔壁部４０１ａと、振動板４０２と、ノズル板４０３とで囲まれるように形成され、ノズル板４０３のノズル４０３ａに連通している。
【００３６】
基板４０１の材料としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００［μｍ］以上６００［μｍ］以下の範囲の厚みを持つことが好ましい。基板４０１の表面の面方位としては、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）面、（１１１）面が広く使用されており、本実施形態においては、表面の面方位が主に（１００）面である単結晶基板を主に使用した。また、図４に示すような加圧液室４０４を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは、結晶構造の複数種類の面方位に対してエッチング速度が互いに異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、｛１００｝面に比べて｛１１１｝面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、｛１００｝面では約５４［°］の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、｛１１０｝面では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本実施形態では、表面の面方位が｛１１０｝面である単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ２もエッチングされてしまうということが挙げられるため、この点も留意して利用している。
【００３７】
振動板４０２は、ＰＺＴ膜４０６によって発生した力を受けて変形して表面が変位することにより、加圧液室４０４の液体に圧力を発生させてノズル４０３ａから液滴を吐出させるため、所定の強度を有したものであることが好ましい。振動板４０２の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により作製したものが挙げられる。更に、振動板４０２の材料としては、下部電極４０５及びＰＺＴ膜４０６の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、ＰＺＴ膜４０６は一般的に材料としてＰＺＴが使用される。そのため、振動板４０２は、線膨張係数８×１０−６［１／Ｋ］に近い線膨張係数すなわち５×１０−６［１／Ｋ］以上１０×１０−６［１／Ｋ］以下の線膨張係数を有した材料が好ましい。さらには、振動板４０２は、７×１０−６［１／Ｋ］以上９×１０−６［１／Ｋ］以下の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
【００３８】
また、振動板４０２は引張応力あるいは圧縮応力を持つ複数の膜を減圧（ＬＰ：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤにより積層させることで構築されていることが望ましい。その理由は、次のとおりである。単層膜の振動板４０２の場合、材料として例えばＳＯＩウェハが挙げられる。この場合、ウェハのコストが非常にかかり、また曲げ剛性を揃えようとしたときに任意の膜応力に設定できない。一方、積層の振動板４０２の場合、その積層構成を最適化することにより、振動板４０２の剛性と膜応力とを所望の値に設定する自由度を得ることができる。そのため、振動板４０２の全体の剛性と応力の制御とを、積層化と膜厚及び積層構成との組み合わせで実現できる。従って、圧電アクチュエータ（圧電素子）を構成する電極層及び強誘電体層の材料及び膜厚に適時対応できる。そして、圧電アクチュエータ（圧電素子）の焼成温度による振動板４０２の剛性及び応力の変動が少なく安定した振動板４０２が得られることから、液滴吐出特性を高精度にでき、かつ安定した液滴吐出ヘッドを実現できる。
【００３９】
第１の電極としての下部電極４０５は、金属材料の層と、密着層と、導電性酸化物層とを有する。金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金（Ｐｔ）が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜も挙げられる。白金（Ｐｔ）を使用する場合には、その下地膜（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等を先に積層することが好ましい。下部電極４０５の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。下部電極４０５の膜厚としては、０．０２［μｍ］以上０．１［μｍ］以下が好ましく、０．０５［μｍ］以上０．１［μｍ］以下がさらに好ましい。また、ＰＺＴ膜４０６の変形の経時的な疲労特性に対する懸念から、下部電極４０５とＰＺＴ膜４０６との間にルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を電極部として積層することが好ましい。
【００４０】
第２電極としての上部電極４０７も、上記下部電極４０５と同様に白金（Ｐｔ）などの金属材料を用い、白金の膜とＰＺＴ膜４０６との間に、密着性確保の目的でバッファ層を設けてもよい。バッファ層は、例えばルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を積層して構成される。
【００４１】
ＰＺＴ膜４０６は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体であり、ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ３）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ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般ＰＺＴ（５３／４７）と示される。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。これら材料は一般式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａｘ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ）（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｎｂ１−ｘ−ｙ）Ｏ３、これはＡサイトのＰｂを一部Ｂａで置換した場合およびＢサイトのＺｒ、Ｔｉを一部Ｎｂで置換した場合である。このような置換はＰＺＴの変形特性（変位特性）の応用に向けた材料改質で行なわれる。作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコータにて作製することができる。この場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。
【００４２】
ＰＺＴ膜４０６をゾルゲル法により作製した場合、例えば出発材料に酢酸鉛、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を得ことで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。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、前駆体溶液に安定化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を適量添加しても良い。下地基板の全面にＰＺＴ膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法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前駆体濃度の調整が必要になる。ＰＺＴ膜の膜厚としては、０．５［μｍ］以上５［μｍ］以下が好ましく、さらに好ましくは１［μｍ］以上２［μｍ］以下がよい。ＰＺＴ膜の膜厚が好適な範囲より小さいと、図４に示すような加圧液室４０４の加工が難しくなる。また、ＰＺＴ膜の膜厚が上記好適な範囲より大きいと、下地の振動板が変形変位しにくくなり液滴の吐出が不安定になるほか、十分な変位を発生することができなくなる。また、ＰＺＴ膜の膜厚が上記好適な範囲より大きいと、何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。
【００４３】
次に、本発明に係る実施形態におけるより具体的な実施例について、比較例とともに説明する。
【００４４】
〔実施例１〕
基板としてのシリコンウェハ上に、振動板として、ＳｉＯ２層、Ｓｉ層及びＳｉＮ層が積層された積層膜を形成した。この最表面のＳｉＯ２層にプラズマで表面処理を行った後、このＳｉＯ２層上に、電極下地層として、Ｔｉ層を約５０［ｎｍ］成膜し、ＲＴＡ（急速熱処理）により約７００℃でＴｉＯ２膜を作製した。酸化チタン（ＴｉＯ２）膜は、ＳｉＯ２層とＰｔ膜との間の密着層としての役割を持つ。引き続き、下部電極としてＰｔ膜（膜厚：約１５０［ｎｍ］）をスパッタで成膜した。次に、核生成層としてのＴｉＯ２層を形成するため、Ｐｔ膜上にＴｉをスパッタで約１０［ｎｍ］成膜し、ＲＴＡにより約７００℃で酸化し、ＴｉＯ２膜を得た。
【００４５】
次に、ＰＺＴ膜の材料として、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１５０：５３：４７の組成比で調合した溶液であるＰＺＴ前駆体塗布液を準備した。具体的なＰＺＴ前駆体塗布液の合成は次にように行った。まず、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。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とイソプロポキシドジルコニウムとをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応とエステル化反応とを進め、上記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することで、ＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ前駆体溶液におけるＰＺＴの濃度は０．３［ｍｏｌ／ｌ］にした。このＰＺＴ前駆体溶液をスピンコートで基板（シリコンウェハ）の積層膜の最表面上に塗布し、ホットプレートにより乾燥と熱分解とを行った。このＰＺＴ前駆体溶液の塗布、乾燥及び熱分解の処理を３回繰り返して３層形成した。３層目の熱分解処理の後に、結晶化のための熱処理をＲＴＡにて行った。この結晶化の熱処理が終わったときのＰＺＴ膜の膜厚は約２５０［ｎｍ］であった。このＰＺＴ前駆体溶液の塗布、乾燥、熱分解及び結晶化の熱処理の工程を合計８回（２４層）実施し、約２．０［μｍ］の膜厚のＰＺＴ膜を得た。この成膜後のＰＺＴ膜の｛２００｝面（以下、適宜、ＰＺＴ｛２００｝という。）についてＸ線回折の２θ−ωスキャン測定を行った。
【００４６】
本実施例１では、上記工程で複数のＰＺＴ膜を成膜してＸ線回折の２θ−ωスキャン測定を行い、その複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ｛２００｝に対するピークの半値幅（ωの角度範囲）が１０．０２［°］であるＰＺＴ膜を選んで用いた。
【００４７】
次に、上記ＰＺＴ膜上に、第２の電極として白金（Ｐｔ）膜（膜厚：約１５０［ｎｍ］）をスパッタで成膜した。スパッタ成膜時の基板温度は３００℃である。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した。次いで、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）エッチング装置（サムコ社製）を用いてパターンを作製した。
【００４８】
次に、後の加圧液室を形成するために、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液あるいはＴＭＨＡ溶液）で異方性ウェットエッチングを行った。これにより、短手方向の幅が６０［μｍ］の加圧液室を形成し、図３のようなＰＺＴ膜を含む電気機械圧電素子としての圧電アクチュエータ（薄膜ＰＺＴアクチュエータ）を備えた液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４９】
〔実施例２〕
実施例２では、前述の実施例１の方法で成膜した複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ｛２００｝に対する２θ−ωスキャン測定のピークの半値幅（ωの角度範囲）が７．１２［°］であるＰＺＴ膜を選んで用い、実施例１と同じ方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例３では、前述の実施例１の方法で成膜した複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ｛２００｝に対する２θ−ωスキャン測定のピークの半値幅（ωの角度範囲）が５．３２［°］であるＰＺＴ膜を選んで用い、実施例１と同じ方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００５１】
〔比較例１〕
比較例１では、前述の実施例１の方法で成膜した複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ｛２００｝に対する２θ−ωスキャン測定のピークの半値幅（ωの角度範囲）が１１．５６［°］であるＰＺＴ膜を選んで用い、実施例１と同じ方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００５２】
〔比較例２〕
比較例２では、前述の実施例１の方法で成膜した複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ｛２００｝に対する２θ−ωスキャン測定のピークの半値幅（ωの角度範囲）が１２．６１［°］であるＰＺＴ膜を選んで用い、実施例１と同じ方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００５３】
〔比較例３〕
比較例３では、前述の実施例１の振動板上にＴｉＯ２密着層およびＰｔ電極層を形成した後、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）を６０［ｎｍ］成膜し、その上に、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面が優先配向したＰＺＴ膜を成膜した。そして、この方法で成膜した複数のＰＺＴ膜のうち、ＰＺＴ膜の｛１１１｝面（以下、適宜、ＰＺＴ｛１１１｝という。）に対する２θ−ωスキャン測定のピークの半値幅（ωの角度範囲）が２．１５［°］であるＰＺＴ膜を選んで用い、実施例１と同じ方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００５４】
実施例１〜３及び比較例１〜３におけるＰＺＴ膜に対するＸ線回折（ＸＲＤ）の２θ−ωスキャン測定のピーク半値幅の評価は、次のように行った。まず、ＰＺＴ膜に対して２０［°］≦θ≦５０［°］の範囲でθ−２θスキャン測定を行い、ＰＺＴ｛２００｝及びＰＺＴ｛１１１｝それぞれに対するピークからθの値を決定した。そして、この決定したθの値を中心にしてＸ線の入射角度をω＝θ±１５［°］の範囲で変化させることにより、２θ−ωスキャン測定を行った。この測定に用いたＸＲＤ装置はＰｈｉｌｉｐｓ社製の「Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｐｒｏ」であり、Ｘ線源はＣｕＫα、Ｘ線の波長は１．５４１［Å：オングストローム］（０．１５４１［ｎｍ］）、Ｓｌｉｔ１／２であった。
【００５５】
次に、圧電アクチュエータの変形（表面変位）及びその劣化特性は、次の方法で評価した。実施例１〜４及び比較例１、２で作製された液滴吐出ヘッドを用いて、印加電界１５０［ｋＶ／ｃｍ］、立ち上がり時間１［μｓ］、立ち下がり時間１［μｓ］、パルス幅４［μｓ］及び繰り返し周波数１００［ｋＨｚ］のパルス波形の駆動電圧を印加した。そして、このパルス波形の駆動電圧を印加した連続駆動における圧電アクチュエータ（ＰＺＴ素子）の表面変位の経時的な変動の評価を行った。圧電アクチュエータの表面変位はレーザードップラ振動計を用いて計測した。圧電アクチュエータの表面変位量の経時的な変動の評価は、製造後に最初に測定した圧電アクチュエータの初期の表面変位量（初期変位量）の絶対値を１００％とした。そして、その後に上記パルス波形の駆動電圧を１０９回繰り返し印加した後の圧電アクチュエータの表面変位量の低下率で評価した。この評価の合格基準である指標値として、圧電アクチュエータの初期の表面変位量の大きさについては、液滴を吐出するのに十分な変位量である０．２６［μｍ］以上とした。また、圧電アクチュエータの表面変位の劣化については、液滴吐出ヘッドの液滴吐出能力を担保できる範囲である５％以内とした。
【００５６】
表１は、実施例１〜３及び比較例１〜３における上記評価結果をまとめた一覧表である。具体的には、主配向面と、Ｘ線回折の２θ−ωスキャン測定におけるピークの半値幅（以下「ピーク半値幅」という。）と、圧電アクチュエータの表面変位量の初期値と、上記所定の駆動後の圧電アクチュエータの表面変位量の低下率とを示している。なお、表１中のピーク半値幅は、主配向面が｛１００｝面である実施例１〜４及び比較例１の場合がＰＺＴ｛２００｝に対するピークの半値幅であり、主配向面が｛１１１｝面である比較例２の場合がＰＺＴ｛１１１｝に対するピークの半値幅である。
【表１】
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【００５７】
表１に示すように、ＰＺＴ｛２００｝に対するピーク半値幅が１０［°］以下である実施例１、２、３及び比較例３では、圧電アクチュエータの連続駆動後の表面変位量の低下率が５％以下に納まっている。一方、ＰＺＴ｛２００｝に対するピーク半値幅が１０［°］よりも大きい比較例１、２では、上記連続駆動後の表面変位の低下率が８％よりも大きくなっている。
【００５８】
また、表１に示すように、ＰＺＴ｛２００｝に対するピーク半値幅が５［°］以上である実施例１、２、３では、圧電アクチュエータの初期の表面変位量は、液滴を吐出するのに十分な変位量である０．２６［μｍ］以上であった。
【００５９】
なお、上記圧電アクチュエータの１０９回の連続駆動後の表面変位量の低下率が５％以下という結果及び初期の表面変位量が０．２６［μｍ］以上という結果は、次の（１）〜（５）のパルス波形の印加条件の範囲でも同様に得られた。
（１）印加電界（ピーク値）：２５０［ｋＶ／ｃｍ］以下
（２）立ち下がり時間：１［μｓ］以上、５［μｓ］以下
（３）立ち下がり時間：１［μｓ］以上、５［μｓ］以下
（４）パルス幅：１［μｓ］以上、１０［μｓ］以下
（５）繰り返し周波数：２００［ｋＨｚ］以下
【００６０】
図５は、実施例１〜３及び比較例１、２それぞれにおけるＰＺＴ｛２００｝に対するＸ線回折の２θ−ωスキャン測定の測定結果の一例を示すグラフである。図５に示すように、圧電アクチュエータの表面変位の経時的な低下率が８％よりも大きい比較例１、２では、（００１）配向のドメイン及び（１００）配向のドメインそれぞれに起因すると見られる２つの極大値が現れている。一方、圧電アクチュエータの表面変位の経時的な低下率が５％以下と小さい実施例１〜３では、（００１）配向のドメインに起因するピークのみが検出されている。この結果から、ＰＺＴ｛２００｝に対するピークが単一の極大値をもつことが、当該ピークの半値幅を小さくする要因の一つであることがわかる。
【００６１】
図６は、比較例３におけるＰＺＴ｛１１１｝に対するＸ線回折の２θ−ωスキャン測定の測定結果の一例を示すグラフである。図６に示す比較例３の圧電アクチュエータは厚さ方向に直交するようにＰＺＴの｛１１１｝面を配向させたアクチュエータである。この比較例３の場合は、図６に示すように２θ−ωスキャン測定におけるＰＺＴ｛１１１｝に対するピークの半値幅は小さいため、圧電アクチュエータの表面変位の経時的な低下率は５％以下に抑えられている。しかしながら、｛１１１｝配向のＰＺＴ膜は｛１００｝配向のＰＺＴ膜に比べて初期の表面変位量が小さい。そのため、｛１１１｝配向のＰＺＴ膜を有する比較例３の圧電アクチュエータは、｛１００｝配向のＰＺＴ膜を有する他の実施例１〜３及び比較例１、２に比べ初期の表面変位量が小さい。
【００６２】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜３の結果から、次のことがわかる。すなわち、厚さ方向に直交するように｛１００｝面を優先配向させた｛１００｝配向のＰＺＴ膜を用いる。そして、そのＰＺＴ膜について測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定における｛２００｝面に対するピークの半値幅は、５［°］以上１０［°］以下である。このような特性を有するＰＺＴ膜を形成して作製した圧電アクチュエータにより、大きな圧電性を確保しつつ、ＰＺＴ膜の初期の変形量（表面変位量）を高めるとともに繰り返し駆動による経時的な変形量（表面変位量）の低下を防止することができる。
【００６３】
図７は、上記図４で示したＰＺＴ膜４０６を有する圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドを複数個配置した構成例を示す断面図である。図７の構成例によれば、電気機械変換素子としての圧電アクチュエータを簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つように形成できる。更に、その後の加圧液室の形成のための裏面からのエッチング除去と、ノズル孔を有するノズル板の接合とを行うことで、複数の液体吐出ヘッドが一括形成することができる。なお、図７中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての図示を省略した。
【００６４】
次に、本発明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（液滴吐出装置）としてのインクジェット記録装置について説明する。
【００６５】
図８は、本実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図であり、図９は、同インクジェット記録装置の機構部を側面から見た説明図である。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の内部に印字機構部８２等を収納している。印字機構部８２は、主走査方向に移動可能なキャリッジと、キャリッジに搭載した液滴吐出ヘッド９４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としてのインクカートリッジ９５等で構成されている。また、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る。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。
【００６６】
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。このキャリッジ９３には、複数のインク吐出口としての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るように、複数の液滴吐出ヘッド９４が装着されている。複数の液滴吐出ヘッド９４は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂｋ）の各色の液滴を吐出するヘッド（インクジェットヘッド）である。また、キャリッジ９３には、液滴吐出ヘッド９４に各色の液体（インク）を供給するための各インクカートリッジ９５が交換可能に装着されている。
【００６７】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド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いる。この多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド９４へ供給される液体（インク）をわずかな負圧に維持している。また、本実施形態では各色に対応させて４個の液滴吐出ヘッド９４を用いているが、各色の液滴を吐出する複数のノズルを有する１個の液滴吐出ヘッドを用いてもよい。
【００６８】
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が張装されている。このタイミングベルト１００はキャリッジ９３に固定されており、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。
【００６９】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、ガイド部材１０３と、搬送ローラ１０４と、先端コロ１０６とを備えている。給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２は、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装し、ガイド部材１０３は用紙８３を案内する。また、搬送ローラ１０４は、給紙された用紙８３を反転させて搬送する。先端コロ１０６は、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。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。
【００７０】
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が設けられている。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が設けられている。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とが配設されている。
【００７１】
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にインクを吐出して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。
【００７２】
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がキャッピングされ、吐出口であるノズル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。
【００７３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド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インク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、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７４】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明の前述の実施形態及び実施例１〜３で作製した液滴吐出ヘッドを搭載している。従って、振動板の駆動不良によるインク滴の吐出不良がなく、圧電アクチュエータの表面変位の変動も抑制されているため、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
【００７５】
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、画像形成用の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。
【００７６】
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）
基板４０１又は下地膜上に形成された下部電極４０５等の第１の電極と、第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなるＰＺＴ膜４０６等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４０７等の第２の電極と、を備えるアクチュエータ素子等の電気機械変換素子であって、電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１００｝面が優先配向し、膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下である。
これによれば、上記実施形態及び実施例について説明したように、ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる。すなわち、｛１００｝面が優先配向した電気機械変換膜のＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対するピークの半値幅が１０［°］以下である。これにより、当該電気機械変換膜を有する電気機械変換素子に所定のパルス波形の電圧を１０９回繰り返し印加したときの表面変位量が初期の表面変位量の５％以内になる程度まで、電気機械変換膜の電圧印加時の変形量の経時的な劣化を抑制できる。
ここで、上記所定のパルス波形は、次の（１）〜（５）の条件を満たすパルス波形である。
（１）印加電界（ピーク値）：２５０［ｋＶ／ｃｍ］以下
（２）立ち下がり時間：１［μｓ］以上、５［μｓ］以下
（３）立ち下がり時間：１［μｓ］以上、５［μｓ］以下
（４）パルス幅：１［μｓ］以上、１０［μｓ］以下
（５）繰り返し周波数：２００［ｋＨｚ］以下
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、前記電気機械変換膜は、前記Ｘ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が５［°］以上である。
これによれば、上記実施形態及び実施例について説明したように、ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜における製造後の初期における電圧印加時の変形量を高めることができる。すなわち、｛１００｝面が優先配向した電気機械変換膜のＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対するピークの半値幅が５［°］以上である。これにより、当該電気機械変換膜を有する電気機械変換素子に上記所定のパルス波形の電圧印加時の初期の表面変位量が０．２６［μｍ］以上になる程度まで、電気機械変換膜の初期の変形量を高めることができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、前記｛２００｝面に対応するピークは単一の極大点を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、上記厚さ方向と直交するように配向する｛１００｝面のうち（１００）面が配向する配向率を高めることができ、電気機械変換膜の電圧印加時の経時的な変形量の低下をより確実に抑制できる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、前記下地膜は酸化チタン（ＴｉＯ２）膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、基板上にＳｉＯ２層を形成し第１の電極がＰｔ膜である場合に、基板上のＳｉＯ２層とＰｔ膜との密着性を高めることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、前記第１の電極はＰｔ膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の電極における耐熱性を高めるとともに反応性を低下させることができる。
（態様Ｆ）
ノズル４０３ａとノズルに連通する加圧液室４０４と加圧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であって、前記圧力発生手段として、上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの電気機械変換素子を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、加圧液室内の液体に圧力を発生させる電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できるので、ノズルから液滴を吐出する吐出液滴吐出機能の経時的な低下を抑制できる。
（態様Ｇ）
液滴吐出装置であって、上記態様Ｆの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出機能の経時的な低下を抑制できる。
（態様Ｈ）
画像形成装置であって、上記態様Ｆの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出機能の経時的な低下を抑制でき、高品質の画像を長期にわたって安定して形成することができる。
（態様Ｉ）
基板又は下地膜上に第１の電極を形成するステップと、第１の電極上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１００｝面が優先配向したペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、前記電気機械変換膜の膜表面に対してＸ線を入射角θで入射させて測定したＸ線回折の２θ−ωスキャン測定曲線における｛２００｝面に対応するピークの半値幅が１０［°］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜における電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００７７】
９４  液滴吐出ヘッド
４０１  基板
４０２  振動板
４０３  ノズル版
４０４  加圧液室
４０５  下部電極
４０６  ＰＺＴ膜
４０７  上部電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２００３−１８８４３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４０６６号公報
【特許文献３】特開２００８−１９２８６８号公報
【特許文献４】特開２００１−０８８２９４号公報
【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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