(57)【要約】【課題】インクジェット方式で形成され、膜厚分布が制御された強誘電体膜を用いて幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子を製造する。【解決手段】電気−機械変換素子１０は基板１１上に第一の電極を形成する工程（Ｉ）と、下部電極１２上にＰＺＴ膜１４を形成する工程（II）と、ＰＺＴ膜１４上に上部電極１３を形成する工程（III）を含んで製造される。電気−機械変換素子１０は基板１１上に形成された下部電極１２と、下部電極１２上に形成されたＰＺＴ膜１４と、ＰＺＴ膜１４上に上部電極１３を有し、ＰＺＴ膜１４は互いに間隔を空けた同心の環状パターンで形成されるよう構成した。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された電気−機械変換膜と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を有し、
前記電気−機械変換膜は、互いに間隔を空けた複数の細線状のパターンを含んで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】
基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された電気−機械変換膜と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を有し、
前記電気−機械変換膜は互いに間隔を空けた環状パターンで形成されていることを特徴とした電気−機械変換素子。
【請求項３】
前記環状パターンは、同心の環状パターンで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電気−機械変換素子。
【請求項４】
前記同心の環状パターンは複数の同心円パターンからなることを特徴とする請求項３に記載の電気−機械変換素子。
【請求項５】
前記複数の同心円パターンは、隣り合う同心円パターン同士が連結されていることを特徴とする請求項４に記載の電気−機械変換素子。
【請求項６】
基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された電気−機械変換膜と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を有し、
前記電気−機械変換膜は、細線同士が交差するパタ−ンを含んで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７】
基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された電気−機械変換膜と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を有し、
前記電気−機械変換膜は、所定の位置から外周に向かって放射状に細線状のパターンを含んで形成されていることを特徴とした電気−機械変換素子。
【請求項８】
前記電気−機械変換膜は、前記所定の位置の近傍が円形パターンで形成されたことを特徴とする請求項７に記載の電気−機械変換素子。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電気−機械変換素子を備えることを特徴とした液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドを具備することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】
基板上に第一の電極を形成する工程（Ｉ）と、前記第一の電極上に電気−機械変換膜を形成する工程（II）と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を形成する工程（III）とを備えた電気−機械変換素子の製造方法であって、前記工程（II）は、前記第一の電極上に互いに間隔を空けた複数の細線状のパターンを含んで電気−機械変換膜を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１２】
基板上に第一の電極を形成する工程（Ｉ）と、前記第一の電極上に電気−機械変換膜を形成する工程（II）と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を形成する工程（III）とを備えた電気−機械変換素子の製造方法であって、前記工程（II）は、前記第一の電極上に互いに間隔を空けた環状パターンで電気−機械変換膜を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１３】
前記電気−機械変換膜を形成する工程（II）は、前記第一の電極上に部分的に表面改質を行う表面改質工程と、前記表面改質された前記第一の電極上にＰＺＴ前駆体ゾルインクを部分的に塗布する塗布工程と、前記部分的に塗布された前記ＰＺＴ前駆体ゾルインクを乾燥・熱分解・結晶化する加熱工程とを含み、
前記表面改質工程、前記塗布工程および前記加熱工程を繰り返し行い前記電気−機械変換膜を形成することを特徴とする請求項１２に記載の電気−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、電気−機械変換素子とその製造方法、該電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッド並びに液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ等の電気−機械変換素子に用いられる強誘電体膜の形成法の一つとして、ＣＳＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学溶液堆積法、またはゾル−ゲル法などとも呼ばれる）によって強誘電体前駆体膜が形成された後、加熱焼成処理をすることで結晶化させることを所定回数繰り返して成膜する方法が知られている。強誘電体膜に電極を形成後、強誘電体膜が形成された基板の裏面の一部を加工してダイヤフラムを形成し、電気−機械変換素子が得られる。
【０００３】
また強誘電体前駆体のゾルをインクジェット方式の塗布機構を用いて塗布し、このゾル(インク)に加熱処理を施して該ゾルを結晶化させ、強誘電体薄膜を成膜することでパターニングされた強誘電体膜を成膜する方法も提案されている。予め塗布対象の基板を、表面エネルギーがパターニングされた状態にしておくことで、所望の領域のみインクが広がる上、インク着弾位置がずれても補正ができ、塗布精度を高めることができる。
【０００４】
このような強誘電体薄膜を形成する方法として、例えば特許文献１にはパターン化されたセラミック薄膜を形成する目的で、基板の表面エネルギーを制御して親液／撥液領域を形成し、親液領域にのみ前駆体溶液を塗布し、セラミック薄膜を形成する方法が開示されている。この方法により、簡素化した工程でのセラミック薄膜のパターン化を可能としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子を作製する場合、幅の広い強誘電体膜を採用することが一般的である。しかしながら、幅の広い強誘電体膜塗布パターン上にインクジェット方式でインクを塗布すると、インクの表面張力やパターン上の濡れ性に影響されて端部まで十分に濡れ広がらず、狙い通りに膜厚分布が制御された強誘電体膜を得るのが難しいという問題がある。
【０００６】
また、インクを塗布する量を増やすことで強誘電体膜塗布パターン上の端部にまでインクを濡れ広げることも可能ではあるが、膜厚が大きくなり乾燥時にクラックが入りやすい等の問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、インクジェット方式で形成され、膜厚分布が制御された強誘電体膜を用いて幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子およびその製造方法、該電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置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】
【０００８】
本発明に係る電気−機械変換素子は、上記目的を達成するため、基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された電気−機械変換膜と、前記電気−機械変換膜上に第二の電極を有し、前記電気−機械変換膜は、互いに間隔を空けた複数の細線状のパターンを含んで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクジェット方式で形成され、膜厚分布が制御された強誘電体膜を用いて幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子およびその製造方法、該電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換素子に用いられる基板の塗布パターンと従来の塗布パターンを比較する図である。
【図２】基板上に塗布するインクの塗布パターンとインクの膜厚との関係を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換素子に用いられる基板の塗布パターンを説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換素子に用いられる基板の他の塗布パターンと従来の塗布パターンを比較する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換素子の製造工程を示すフロー図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換膜の成膜工程における基板断面の状態の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る基板上に塗布パターン形成層を形成した状態と塗布パターン形成層上に電気−機械変換膜を成膜した状態を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る基板に前駆体ゾルインクを塗布するインクジェット塗布装置の全体斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換膜上に上部電極を形成した状態の電気−機械変換素子を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る電気−機械変換膜上に上部電極を形成した後にダイヤフラムを形成した状態の電気−機械変換素子を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの一部を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置を示す概略図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る電気−機械変換素子に用いられる基板の塗布パターンと従来の塗布パターンを比較する図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る電気−機械変換素子に用いられる基板の塗布パターンを説明する図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る電気−機械変換膜の成膜工程における基板断面の状態の模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る基板上に塗布パターン形成層を形成した状態と塗布パターン形成層上に電気−機械変換膜を成膜した状態を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る電気−機械変換膜上に上部電極を形成した状態の電気−機械変換素子を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る電気−機械変換膜上に上部電極を形成した後にダイヤフラムを形成した状態の電気−機械変換素子を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの一部を示す断面図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る電気−機械変換素子１０の製造方法は、基板１１上に下部電極１２を形成する工程（Ｉ）と、下部電極１２上にジルコン酸チタン酸鉛を主とする電気−機械変換膜（以下、ＰＺＴ膜１４という）を形成する工程（II）と、ＰＺＴ膜１４上に上部電極１３を形成する工程（III）とを備えている。下部電極１２は本発明に係る第一の電極を、上部電極１３は第二の電極を構成する。また、ＰＺＴ膜１４は本発明に係る電気−機械変換膜を構成する。以下、本実施の形態に係る電気−機械変換素子１０の製造方法について順に説明する。
【００１３】
図１を用いて、基板１１上に形成された塗布パターンの形状について、従来のものと本発明によるものとを比較し説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は強誘電体膜であるＰＺＴ膜を配置したい所望の領域と同じ形状とする従来の塗布パターンを示しており、例として塗布パターンの形状が四角形である場合を示している。同図中のドット模様で示す領域が後述する塗布パターン形成層で形成される塗布パターンの形状を示している。基板上の表面エネルギーは後述するようにパターニングされており、インクをはじき易い撥液領域と、濡れ性が相対的に良い塗布パターン領域を有する。
【００１５】
塗布パターン領域の幅Ｌ１、Ｌ２のうち短いほうの長さが０．５ｍｍを超えるよう大きなスケールのパターンの場合、塗布パターン領域のインクの濡れ性が十分高い時は問題ないが、濡れ性が十分高くない場合は図２（Ａ）に示すようにインクが全面に濡れ広がらなかったり、インクが一部に集まって盛り上がり、膜厚を適切に制御することが難しい。
【００１６】
基板の表面処理によって濡れ性を改善することは可能であるが限界があり、またインクの滴下量を増やせば塗布パターン領域の全面に塗布することも可能ではあるが、一回で成膜される膜厚が大きくなり乾燥時にクラックが入りやすい。
【００１７】
図１（Ｂ）は本実施の形態における基板１１上に形成された塗布パターンを示している。基板１１上に形成された下部電極１２上に、互いに間隔を空けた同心の環状パターンで塗布パターン形成層１４ａが同図中のドット模様で示す領域に形成されている。ここでいう環状パターンとは円形状のもののみならず三角形状や四角形状のものも含むものとする。
【００１８】
図１（Ｂ）に示す塗布パターンは、強誘電体膜を配置する領域と同じ形状である図１（Ａ）の塗布パターンを埋めるよう、塗布パターン形成層１４ａを構成する複数の細線部１４ａ１が配置された塗布パターンとなっている。各細線部１４ａ１は互いに間隔を空けた同心の環状パターンを構成している。各細線部１４ａ１間の所定の間隔を空けた空隙からなる領域（以下、空隙領域１２ａともいう）はインクが塗布されず、白金等の下部電極１２が露出した状態となっている。塗布パターンを細線状にすることによって塗布パターンの最小幅が狭くなって塗布パターン内でのインクの著しい偏りが解消する。その理由を以下に記す。
【００１９】
インク液面と基板表面が接する場所（接触線）での接触角はインクと基板の組み合わせで決まる。そのため従来の塗布パターンで図２（Ａ）に示すように、インクの膜厚Ｈ１を制限すると、インクが濡れ広がる領域Ｗ１は制限され、塗布パターン領域の全域にインクが濡れ広がらない。また、インクを広く塗ろうとすると図２（Ｂ）に示すようにインク量を増やすしかなく、膜厚Ｈ２が大きくなってしまう。
【００２０】
これに対し、図１（Ｂ）に示す細線状パターンでは塗布パターン領域の幅が狭いため、狙いの膜厚Ｈ１でも十分にインクが濡れ広がる（図２（Ｃ）参照）。なお塗布パターン領域の外側は撥液領域であるため、接触角はインクと塗布パターンで決まる接触角よりも大きくても許容される。さらに毛細管現象によって塗布パターン領域内をインクが広がりやすく、乾燥時もそのまま維持されやすい。
【００２１】
空隙領域１２ａの幅Ｌ３が狭いとインク液滴の着弾位置が少しでもずれると塗布パターンが繋がってしまい、空隙領域１２ａが埋まる恐れがあるためＬ３は２０ｕｍ以上あることが望ましい。塗布パターンの幅Ｌ５は３００ｕｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
細線部を接続して図３（Ａ）に示すような塗布パターン形成層１４ｂを有する塗布パターン形状にしてもよいが、細線同士が交差する細線の交点はインクが集まり、膜厚が大きくなることを考慮する必要がある。塗布パターンの縦方向または横方向の幅のうち、小さいほうの幅が小さければよいので、例えば図３（Ｂ）に示すような細線部１４ｃ１からなる塗布パターン形成層１４ｃを有する塗布パターン形状にしてもよい。
【００２３】
空隙領域１２ａの幅Ｌ３が狭いとインク液滴の着弾位置が少しでもずれると塗布パターンが繋がってしまい、空隙領域１２ａが埋まる恐れがあるためＬ３はそれぞれ２０ｕｍ以上あることが望ましい。塗布パターンの幅Ｌ５、Ｌ６は３００ｕｍ以下であることが望ましい。
【００２４】
基板上に形成される塗布パターンの形状が円形の場合も考えられる。図４（Ａ）は塗布パターンの形状が円形であり、強誘電体膜を配置したい所望の領域と同じ形状とする従来の塗布パターンを示している。同図中ドット模様で示す領域が塗布パターン領域である。
【００２５】
本実施の形態においては、このような円形の領域に強誘電体膜を配置したい場合には、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように複数の細線部１４ｄ１または細線部１４ｅ１を有する環状の塗布パターンを基板１１上に形成する。各細線部１４ｄ１または細線部１４ｅ１は互いに間隔を空けた同心の環状パターンからなる塗布パターン形成層１４ｄ、塗布パターン形成層１４ｅを構成しており、複数の同心円パターンからなっている。図４（Ｃ）における各細線部１４ｅ１は、図４（Ｂ）におけるものと異なり、隣り合う細線部１４ｅ１と数カ所で連結するようになっている。各細線部１４ｄ１間、細線部１４ｅ１間の所定の間隔を空けた空隙領域１２ａはインクが塗布されず、白金等の下部電極１２が露出した状態となっている。
【００２６】
これにより塗布パターンの細線部１４ｄ１間、細線部１４ｅ１間の最小幅Ｌ５が狭くなって塗布パターン内でのインクの著しい偏りが解消し、膜厚分布などのパターン形状が制御された強誘電体膜を得ることができる。空隙領域１２ａの幅Ｌ３は２０ｕｍ以上あることが望ましい。塗布パターンの最小幅Ｌ５は３００ｕｍ以下であることが望ましい。
【００２７】
強誘電体膜としてのＰＺＴ膜１４の成膜について以下説明する。図５に表面エネルギー制御を施した塗布パターンを有する基板１１上にインクジェット法を用いて電気機械変換膜（ＰＺＴ膜１４）を成膜した際のフローチャートを示す。下部電極１２を基板１１上に形成した後に、表面改質工程、塗布工程、加熱工程を所定の基準回数、例えば２４回繰り返し、ＰＺＴ膜１４を成膜する。所望のＰＺＴ膜１４を成膜した後にＰＺＴ膜１４上に上部電極１３を形成する。
【００２８】
基板１１としては例えば、活性層１１ａ、ＢＯＸ層１１ｂ、支持基板１１ｃで構成されるＳＯＩウエハを用いる。基板１１上には下部電極１２として白金（１５０ｎｍ）が形成され、さらに下部電極１２上には図１（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）等で示した塗布パターンでパターン化された塗布パターン形成層１４ａ〜１４ｅ等が成膜されている。塗布パターン形成層１４ａ〜１４ｅ等の塗布パターンは作製したいＰＺＴ膜１４のパターンと同一形状とする。以下では、特に環状の同心円パターンである塗布パターン形成層１４ｄを基板１１上に形成した場合について説明する。
【００２９】
基板１１の活性層１１ａの厚みは５０ｕｍ、ＢＯＸ層１１ｂの厚みは１ｕｍとしたが、必ずしもこのサイズに限られず他のサイズとしてもよい。基板１１の活性層１１ａは表面に熱酸化膜を有している。活性層１１ａ上に二酸化チタンを９０ｎｍ形成した次に、下部電極１２として白金をスパッタにより形成した後、パターン化された塗布パターン形成層１４ｄを形成する。塗布パターン形成層１４ｄとしては例えば、ＣＳＤ法で形成されたＰＺＴ製の膜を用いる。
【００３０】
パターン化された塗布パターン形成層１４ｄの形成方法を説明する。下部電極１２上にＰＺＴ前駆体ゾルをスピンコート法で塗布後、加熱処理をしてアモルファス状の膜を形成する。この膜に対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後、フッ酸、硝酸、酢酸、水、フッ化アンモニウム、塩酸を主成分とする混酸を用いたウエットエッチングでパターニングをする。残ったレジストは、有機溶剤で除去する。その後さらに加熱処理によって結晶化を行い塗布パターン形成層１４ｄを形成する。結晶化後の塗布パターン形成層１４ｄの厚みは例えば０．１ｕｍ程度である。
【００３１】
塗布パターン形成層１４ｄの形成に使用するＰＺＴ前駆体ゾルの作製方法について説明する。ＰＺＴ前駆体ゾルは例えば、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１２０：５３：４７の組成比で調合する。具体的には、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る。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水する。化学両論組成に対し鉛量を過剰にするが、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。そして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メトキシエタノールに溶解・加熱し、アルコール交換反応を進める。安定剤として酢酸を加え、メトキシエタノールで希釈し、ＰＺＴ濃度は０．５mol/Lにした。
【００３２】
図６にＰＺＴ膜１４の各成膜工程での基板１１上の下部電極１２および塗布パターン形成層１４ｄ、ＰＺＴ膜１４の断面の状態の模式図を示す。図６（Ａ）は表面改質工程前の下部電極１２および下部電極１２上に形成された塗布パターン形成層１４ｄの状態を示している。
【００３３】
下部電極１２および塗布パターン形成層１４ｄを上から見た図を図７（Ａ）に示す。下部電極１２が露出している領域が表面改質工程後に表面エネルギーが低い領域に、塗布パターン形成層１４ｄが露出している部分が表面改質工程後に表面エネルギーが相対的に高い領域となる。つまり塗布パターン形成層１４ｄが露出している部分が塗布パターン領域となる。塗布パターンは例えば、Ｌ１＝１．２ｍｍ程度、Ｌ３＝４０ｕｍ、Ｌ５＝２００ｕｍ程度の大きさの所定の間隔を有する３本のリングからなる同心円の細線状パターンにより同心の環状パターンに形成されている。
【００３４】
表面改質工程において部分的に自己組織化単分子膜(ＳＡＭ: Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎ−ｌａｙｅｒ、以下ＳＡＭ膜ともいう。)を形成し、低表面エネルギー化する方法を説明する。下部電極１２の低表面エネルギー化はアルカンチオールが白金に自己配列する現象を利用する。ＳＡＭ膜は形成されると表面側にアルキル基が配置しているので低表面エネルギーになる。
【００３５】
そこで本例では図６（Ａ）のような白金からなる下部電極１２の上に酸化物である塗布パターン形成層１４ｄが部分的に成膜された下部電極１２を持つ基板１１をアルカンチオール液、例えばＣＨ３（ＣＨ２）１１−ＳＨをディップする。アルカンチオールは酸化物にはつかず、白金にのみＳＡＭ膜を形成する性質をもつため、ＳＡＭ膜が白金上のみに形成された状態となる。これによって塗布パターン形成層１４ｄ表面の高表面エネルギー領域と下部電極１２表面の低表面エネルギー領域に区分けされた濡れ性パターンを形成することができる（図６（Ｂ）参照）。このように表面改質した白金に対する水の接触角は例えば１１０°程度である。
【００３６】
ＳＡＭ膜は後述する加熱工程でなくなるため、２回目以降の塗布前にもＳＡＭ処理を施す必要がある。２回目以降も酸化物（ＰＺＴ）の上のみにＰＺＴ膜１４（又はその前駆体膜）が成膜された状態の基板１１にＳＡＭ処理を施すことになるが、ＰＺＴ膜１４（又はその前駆体膜）上にはＳＡＭ膜が形成されず、下部電極１２（白金）のみにＳＡＭ膜が形成される。このため、1回目と同様に高表面エネルギー領域と低表面エネルギーで区分けされた濡れ性のコントラストが形成される。
【００３７】
塗布工程ではＰＺＴ前駆体ゾルインクを塗布パターン上に吐出し塗布を行い図６（Ｃ）に示すように塗布パターン形成層１４ｄ上に前駆体ゾルインクによる層が形成される。ＰＺＴ前駆体ゾルインクは例えばＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１２０:５３:４７の組成比で調合する。具体的なＰＺＴ前駆体ゾルインクの作製については、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る。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水する。化学両論組成に対し鉛量を過剰にするが、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。
【００３８】
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メトキシエタノールに溶解・加熱し、アルコール交換反応を進める。安定剤として酢酸を加え、メトキシエタノール及び高沸点溶媒で希釈し、ＰＺＴ濃度は０．３mol/Lにする。高沸点溶媒はインクの乾燥速度を調整する目的で添加されており、メトキシエタノールと相溶性があり、それよりも沸点の高い溶媒であって、アルコール類、グリコール類、およびエーテル類のいずれかであり、これらのうちの１種類または複数種類を使用するとよい。本実施例ではノナノールを選択した。
【００３９】
図８に塗布パターン形成層１４ｄ上の塗布パターンにＰＺＴ前駆体ゾルインクを塗布するインクジェット塗布装置６０を示す。図８に示すように、架台６９の上には、Ｙ軸駆動手段６１が設置されている。Ｙ軸駆動手段６１の上には、基板６２を搭載するステージ６３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６３には、真空、静電気などの吸着手段が設けられており、基板６２が固定されている。また、Ｘ軸支持部材６４には、Ｘ軸駆動手段６５が取り付けられている。
【００４０】
Ｘ軸駆動手段６５には、Ｚ軸駆動手段７１上に搭載されたヘッドベース６６が取り付けられており、ヘッドベース６６はＸ軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース６６の上には、ＰＺＴ前駆体ゾルインクを吐出させる液体吐出ヘッドとも呼ばれる液滴吐出ヘッド６８が搭載されている。この液滴吐出ヘッド６８には、ＰＺＴ前駆体ゾルインク貯蔵用のタンクからＰＺＴ前駆体ゾルインク供給用パイプ７０を経てＰＺＴ前駆体溶液が供給される。
【００４１】
インクジェット塗布装置６０は塗布パターン形成層１４ｄ上の塗布パターン領域を覆うようにＰＺＴ前駆体ゾルのインク滴を滴下するが、塗布パターンがあるため、着弾位置ずれが生じても、インク液滴が酸化物であるＰＺＴ膜１４上に引き込まれるようになっている。このため塗布パターン領域全面をはみ出すことなく前駆体ゾルインクで満たすことができる。
【００４２】
加熱工程では基板１１に対し例えば、最大７００℃までの加熱を行い乾燥、熱分解、結晶化を行う。乾燥は例えば、最大２５０℃、熱分解は５００℃、結晶化は７００℃で行う。加熱工程後の下部電極１２およびＰＺＴ膜１４の断面の模式図を図６（Ｄ）に示す。図５に示す表面改質工程、塗布工程、加熱工程を２４回繰り返し、塗布パターン形成層１４ｄとして形成したＰＺＴも含めて２ｕｍの膜厚を有するＰＺＴ膜１４を成膜することができた（図６（Ｅ）、図６（Ｆ））。表面改質工程、塗布工程、加熱工程を繰り返す回数は所望のＰＺＴ膜の厚さ等に応じて変えてもよい。図７（Ｂ）は、ＰＺＴ膜１４を成膜した基板１１を上から見た状態を示している。
【００４３】
本実施の形態に係る電気−機械変換素子の製造方法により製造された電気−機械変換素子１０について説明する。電気−機械変換素子１０は前述した下部電極１２にＰＺＴ膜１４を成膜する工程で得られたＰＺＴ膜１４に上部電極１３を形成することで得られる。図９（Ａ）は電気−機械変換素子１０の平面図を、図９（Ｂ）は断面図を示している。図９に示すように、上部電極１３は例えば、白金(１２０ｎｍ)をスパッタで成膜したのち、フォトレジスト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後、ドライエッチャーを用いてパターニングする。
【００４４】
残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。なお、図９（Ｂ）の断面図に示すように、インクジェット塗布により成膜されたＰＺＴ膜１４は短手方向の断面が円弧状をしているため、短手方向の端に行くほど膜厚が小さくなる。電界を印加した際、短手方向の端の方が電界強度が大きくなるため、ＰＺＴ膜１４の強度を上げる必要がある。このため、上部電極の幅はＰＺＴ膜１４の幅より両側１５ｕｍほど小さくした。
【００４５】
図１０に層間絶縁層１５、配線電極層１７、保護層１６を形成した後、ＳＯＩウエハである基板１１の裏面をエッチングしてダイヤフラムを形成して得られた電気−機械変換素子１０の平面図（図１０（ａ））及び断面図（図１０（ｂ））を示す。なお、ＰＺＴの断面形状は厳密には円弧状であるが、便宜上平坦状に描いている。
【００４６】
層間絶縁層１５は、次工程で積層される配線電極層１７とＰＺＴ膜１４の上下電極（上部電極１３および下部電極１２）とのコンタクトのための絶縁層として用いられる。本実施例では層間絶縁層１５を膜厚１μｍのＳｉＯ２とした。層間絶縁層１５の形成後、配線電極層１７と上下電極（上部電極１３および下部電極１２）とのコンタクトの為のスルーホールを、フォトリソグラフィーを用いた後エッチングを行い形成する。残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。
【００４７】
配線電極層１７は、電気−機械変換素子１０の上部電極１３および下部電極１２の取り出し用として用い、上下電極（上部電極１３および下部電極１２）材料とオーミックなコンタクトが取れる材料を選択して成膜する。具体的には、純ＡｌまたはＡｌに数ａｔｏｍｉｃ％のＳｉなどヒーロック形成阻止成分を含有させた配線材料を用いることができる。
【００４８】
配線電極層１７の膜厚は、引き回し距離による抵抗分も考慮し圧電体であるＰＺＴ膜１４の駆動に支障の無い配線抵抗となる様に設定する。具体的には、Ａｌ系配線なら約１μｍの膜厚とする。このように形成された配線電極層１７は、フォトリソグラフィーの技術を用いて所望の形状を形成する。残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。上部電極１３は３本のリング状のＰＺＴ膜１４それぞれに独立に形成されており、電気的に分離されているが、配線電極層１７でそれらを電気的に接続し、同期して駆動できるようにした。
【００４９】
保護層１６は耐環境性確保の目的で成膜する。電気的接続に必要な部分を除き、配線電極層１７、層間絶縁層１５は窒化物で被覆する。さらにＳＯＩウエハである基板１１の裏面、支持基板１１ｃ側を、フォトリソグラフィーの技術を用いて部分的にエッチングしてダイヤフラムを形成する。ダイヤフラムの幅は例えば１．５ｍｍとする。
【００５０】
電気−機械変換素子１０の比誘電率は１５００、誘電損失は０．０５、残留分極は１０μＣ／ｃｍ２、抗電界は２０ｋＶ／ｃｍであった。ただしＰＺＴ膜１４の膜厚は一定でないため、比誘電率算出には最大膜厚を用いており、この比誘電率はみかけの比誘電率であることに留意する必要がある。ＰＺＴ膜１４を備える電気−機械変換素子１０として妥当な特性を持つことが確認できた。
【００５１】
以上のように本実施の形態に係る電気−機械変換素子の製造方法は基板１１上に下部電極１２を形成する工程（Ｉ）と、下部電極１２上に電気−機械変換膜であるＰＺＴ膜１４を形成する工程（II）と、ＰＺＴ膜１４上に上部電極１３を形成する工程（III）とを備えた電気−機械変換素子１０の製造方法であって、工程（II）は、下部電極１２上に互いに間隔を空けた同心の環状パターンでＰＺＴ膜１４を形成するようになっている。
【００５２】
この構成により、工程（II）において下部電極１２上に互いに間隔を空けた同心の環状パターンでＰＺＴ膜１４を形成するので、ＰＺＴ膜１４が幅の狭い細線の集合で構成される。これにより、幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子１０であってもＰＺＴ膜１４をインクジェット塗布する際に塗布パターンの端部まで充分インクが濡れ広がる。したがって、膜厚分布が制御されたＰＺＴ膜１４を備えた電気−機械変換素子１０を得ることができる。また、同心の環状パターンは複数の同心円パターンからなるようにしてもよい。
【００５３】
また、ＰＺＴ膜１４を形成する工程（II）は、下部電極１２上に部分的に表面改質を行う表面改質工程と、表面改質された下部電極上にＰＺＴ前駆体ゾルインクを部分的に塗布する塗布工程と、部分的に塗布されたＰＺＴ前駆体ゾルインクを乾燥・熱分解・結晶化する加熱工程とを含み、表面改質工程、塗布工程および加熱工程を繰り返し行いＰＺＴ膜１４を形成するようにしてもよい。
【００５４】
本実施の形態に係る電気−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１０を用いた液体吐出ヘッド３０について図を参照して説明する。
【００５５】
図１１は、本実施の形態に係る電気−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１０を備えた液体吐出ヘッド３０の１つのチャンネルの構成を示す断面図である。また、図１２は液体吐出ヘッド３０を示しており、図１１に示す液体吐出ヘッド３０のチャンネルを複数直列に並べたものである。液体吐出ヘッド３０は電気−機械変換素子１０と、圧力室封止板３４、振動板３３、側壁３１、液体を吐出する吐出孔３５を有する。振動板３３、側壁３１は電気−機械変換素子１０を形成した基板１１の一部で構成されている。圧力室封止板３４、側壁３１、振動板３３により、吐出孔３５に連通する圧力室３２が形成されている。振動板３３は、液体吐出ヘッド３０におけるダイヤフラムとして機能している。吐出孔３５は圧力室封止板３４、振動板３３、側壁３１のいずれに形成してもよいが、本実施例では圧力室封止板３４に形成した。なお、図１１において、液体供給手段、流路、流体抵抗等についての記述は省略する。
【００５６】
本実施の形態に係る電気−機械変換素子１０を用いた液体吐出ヘッド３０を備えたインクジェット記録装置１００について図を参照して説明する。
【００５７】
図１３は本実施の形態におけるインクジェット記録装置１００の構成を示す概略図である。図１３（Ａ）は概略断面図であり、図１３（Ｂ）は概略透視斜視図である。なお、図１３に示すインクジェット記録装置１００は、上述した本実施の形態に係る電気−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１０を具備する液体吐出ヘッド３０を搭載している。
【００５８】
図１３に示すインクジェット記録装置１００は、主に、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と、キャリッジ１０１に搭載した本実施の形態に係る液体吐出ヘッド３０からなる記録ヘッド１０２と、記録ヘッド１０２へインクを供給する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を有している。
【００５９】
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、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、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。
【００６０】
印字機構部１０４は、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し、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本実施の形態に係る液体吐出ヘッド３０からなる記録ヘッド１０２を複数のインク吐出口（ノズル）を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している。
【００６１】
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を交換可能に装着している。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、このタイミングベルト１１４をキャリッジ１０１に固定しており、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。
【００６２】
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、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、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とを設けている。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。そして、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を設けている。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、拍車１２４を設け、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とを配設している。
【００６３】
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。
【００６４】
本発明の実施例では、塗布液として、ＰＺＴ前駆体ゾルインクを使用して電気−機械変換膜を形成した例を示したが、本発明のパターン形状は導電性インク等の機能性材料粒子が分散した懸濁液や溶液の機能性液体を使用して他の種類の機能性膜を形成する場合にも同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る電気−機械変換素子は、第１の実施の形態とはＰＺＴ膜の形状パターンが異なるのみで、上部電極や下部電極など他の構成要素については同一である。また、電気−機械変換素子の製造方法、電気−機械変換素子を用いた液体吐出ヘッド、液体吐出装置についても同等の構成である。したがって同一の構成については同じ符号を付し相違部分を中心に説明する。
【００６６】
図１４（Ａ）は強誘電体膜であるＰＺＴ膜を配置したい所望の領域と同じ形状である従来の塗布パターンを示しており、例としてパターンの形状が円形である場合を示している。同図中のドット模様で示す領域が後述する塗布パターン形成層で形成される塗布パターンの形状を示している。基板上の表面エネルギーがパターニングされており、インクをはじき易い撥液性領域と、濡れ性が相対的に良い親液性領域塗布パターンを有する。
【００６７】
塗布パターンの幅Ｌ１、Ｌ２のうち短いほうの長さが０．５ｍｍを超えるよう大きなスケールのパターンの場合、塗布パターンのインクの濡れ性が十分高い時は問題ないが、濡れ性が十分高くない場合は図２（Ａ）に示すようにインクが全面に濡れ広がらなかったり、インクが一部に集まって盛り上がり、膜厚を適切に制御することが難しい。基板の表面処理によって濡れ性を改善することは可能であるが限界があり、またインクの滴下量を増やせば塗布パターン全面を塗らせることも可能ではあるが、一回で成膜される膜厚が大きくなり乾燥時にクラックが入りやすい。
【００６８】
図１４（Ｂ）は本実施の形態における基板１１上に形成された塗布パターンを示している。強誘電体膜を配置したい所望の領域と同じ形状である図１４（Ａ）の塗布パターンを埋めるよう、ダイヤフラム中心から所定距離離れた位置から外周に向かって放射状に広がった塗布パターン形成層２４ａを構成する複数の細線状の細線部２４ａ１が配置された塗布パターンとなっている。各細線部２４ａ１間の所定の間隔を空けた空隙からなる領域（以下、空隙領域１２ａともいう）はインクが塗布されず、白金等の下部電極１２が露出した状態となっている。塗布パターン領域は濡れ性が良い親液性領域となっており、それ以外の基板１１の部分は撥液性領域となっている。細線状にすることによって塗布パターンの最小幅が狭くなって塗布パターン内でのインクの著しい偏りが解消する。その理由については、上述の第１の実施の形態における場合と同じであり、ここでは説明を省略する。
【００６９】
図１５（Ａ）は塗布パターンの中心であるパターン中心に別パターンを配したものであり、細線部２４ｂ１からなる塗布パターン形成層２４ｂを有する塗布パターンを示している。本実施の形態ではパターン中心に円形パターンを形成している。この時、隣り合った細線部２４ｂ１同士の直線距離、例えば図１５（Ａ）におけるＬ１０、Ｌ１１は、インク液滴の着弾位置ずれに伴い塗布パターン同士が繋がってしまうことを防ぐため、それぞれ２０ｕｍ以上であることが望ましい。また矩形パターンの短手方向Ｌ７やＬ９は３００ｕｍ以下であることが望ましい。
【００７０】
しかし、分離したい塗布パターン同士の間隔として２０ｕｍが望ましいのであり、最初からパターン同士を繋げた図１５（Ｂ）のようなＬ１１＝０とした細線部２４ｃ１からなる塗布パターン形成層２４ｃを有する塗布パターンも可能である。この塗布パターンではパターン中心に円形パターンを形成し、ダイヤフラム中心から所定距離離れた位置から外周に向かって放射状に細線状のパターンを形成している。ただしこの際は塗布パターン同士の交点で膜厚が厚くなりやすいことに注意が必要である。矩形パターンの長手方向Ｌ８は、短手方向の長さが小さければ問題とならない。
【００７１】
そのため強誘電体を密にパターン形成したい場合は図１５（Ｃ）のような細線部２４ｄ１からなる塗布パターン形成層２４ｄを有する塗布パターンも可能である。この塗布パターンでは、ダイヤフラム中心から所定距離離れた位置から外周に向かって放射状により細い細線状のパターンを形成している。
【００７２】
本実施の形態に係る強誘電体膜としてのＰＺＴ膜２４の成膜は、先述した第１の実施の形態におけるＰＺＴ膜１４の成膜と同様に図５に示すフローチャートにしたがって行う。下部電極１２を基板１１上に形成した後に、表面改質工程、塗布工程、加熱工程を所定の基準回数、例えば２４回繰り返し、ＰＺＴ膜２４を成膜する。所望のＰＺＴ膜２４を成膜した後にＰＺＴ膜２４上に上部電極１３を形成する。
【００７３】
基板１１としては例えば図１６に示すように、活性層１１ａ、ＢＯＸ層１１ｂ、支持基板１１ｃで構成されるＳＯＩウエハを用いる。基板１１上には下部電極１２として白金（１５０ｎｍ）が形成され、さらに下部電極１２上には図１４（Ｂ）、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）等で示した塗布パターンでパターン化された塗布パターン形成層２４ａ〜２４ｄ等が成膜されている。塗布パターン形成層２４ａ〜２４ｄ等の塗布パターンは作製したいＰＺＴ膜２４のパターンと同一形状とする。以下では、特に図１５（Ａ）に示す塗布パターンの中心に円形の塗布パターンを配したパターンで塗布パターン形成層２４ｂを基板１１上に形成した場合について説明する。
【００７４】
パターン化された塗布パターン形成層２４ｂの形成方法は以下の通りである。下部電極１２上にＰＺＴ前駆体ゾルをスピンコート法で塗布後、加熱処理をしてアモルファス状の膜を形成する。この膜に対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後、フッ酸、硝酸、酢酸、水、フッ化アンモニウム、塩酸を主成分とする混酸を用いたウエットエッチングでパターニングをする。残ったレジストは、有機溶剤で除去する。その後さらに加熱処理によって結晶化を行い塗布パターン形成層２４ｂを形成する。結晶化後の塗布パターン形成層２４ｂの厚みは例えば０．１ｕｍ程度である。塗布パターン形成層２４ｂの形成に使用するＰＺＴ前駆体ゾルの作製方法は第１の実施の形態における場合と同様であり説明を省略する。
【００７５】
図１６にＰＺＴ膜２４の各成膜工程での基板１１上の下部電極１２および塗布パターン形成層２４ｂ、ＰＺＴ膜２４の断面の状態の模式図を示す。図１６（Ａ）は表面改質工程前の下部電極１２および下部電極１２上に形成された塗布パターン形成層２４ｂの状態を示している。図１６（Ｂ）〜（Ｆ）は表面改質工程、塗布工程、加熱工程を繰り返し、最終的にＰＺＴ膜２４を得るまでの工程を示している。
【００７６】
下部電極１２および塗布パターン形成層２４ｂを上から見た図を図１７（Ａ）に示す。下部電極１２が露出している領域が表面改質工程後に表面エネルギーが低い領域に、塗布パターン形成層２４ｂが露出している部分が表面改質工程後に表面エネルギーが相対的に高い領域となる。つまり塗布パターン形成層２４ｂが露出している部分が塗布パターン領域となる。
【００７７】
塗布パターンは例えば、Ｌ１＝Ｌ２＝１．９ｍｍ程度、Ｌ７＝１００ｕｍ、Ｌ８＝５００ｕｍの矩形パターンである細線部２４ｂ１をθ＝１８°で配置した。また、中心にＬ９＝３００ｕｍの円形を配したパターンとし、Ｌ１０＝２０ｕｍ、Ｌ１１＝３００ｕｍの間隔をあけたが、必ずしもこれらの数値に限られず他の値であっても構わない。
【００７８】
下部電極１２の上に塗布パターン形成層２４ｂを成膜した後は、図５に示すフローチャートに従い表面改質工程、塗布工程、加熱工程を繰り返し、基板１１にＰＺＴ膜２４を成膜する（図１７（Ｂ））。これらの工程については、第１の実施の形態場合と同様であり説明を省略する。
【００７９】
本実施の形態に係る電気−機械変換素子の製造方法により製造された電気−機械変換素子２０について説明する。電気−機械変換素子２０は前述した下部電極１２にＰＺＴ膜２４を成膜する工程で得られたＰＺＴ膜２４に上部電極１３を形成することで得られる。図１８（Ａ）は電気−機械変換素子２０の平面図を、図１８（Ｂ）は断面図を示している。図１８に示すように、上部電極１３は例えば、白金（１２０ｎｍ）をスパッタで成膜したのち、フォトレジスト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後、ドライエッチャーを用いてパターニングする。
【００８０】
残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。なお、図１８（Ｂ）の断面図に示すように、インクジェット塗布により成膜されたＰＺＴ膜２４は短手方向の断面が円弧状をしているため、短手方向の端に行くほど膜厚が小さくなる。電界を印加した際、短手方向の端の方が電界強度が大きくなるため、ＰＺＴ膜２４の強度を上げる必要がある。このため、上部電極の幅はＰＺＴ膜２４の幅より両側１５ｕｍほど小さくした。
【００８１】
図１９に層間絶縁層１５、配線電極層１７、保護層１６を形成した後、ＳＯＩウエハである基板１１の裏面をエッチングしてダイヤフラムを形成して得られた電気−機械変換素子２０の平面図（図１９（ａ））及び断面図（図１９（ｂ））を示す。円形のダイヤフラムの中心をダイヤフラム中心１８といい、ＰＺＴ膜２４はダイヤフラム中心から外周側に向かって放射状に互いに間隔を空けた細線状の矩形部分が広がって形成されている。なお、ＰＺＴの断面形状は厳密には円弧状であるが、便宜上平坦状に描いている。層間絶縁層１５、配線電極層１７、保護層１６は第１の実施の形態におけるものと同様でありここでは説明を省略する。
【００８２】
図２０は、本実施の形態に係る電気−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２０を備えた液体吐出ヘッド４０の１つのチャンネルの構成を示す断面図である。また、図２１は液体吐出ヘッド４０を示しており、図２０に示す液体吐出ヘッド４０のチャンネルを複数直列に並べたものである。液体吐出ヘッド４０は電気−機械変換素子２０と、圧力室封止板３４、振動板３３、側壁３１、液体を吐出する吐出孔３５を有する。振動板３３、側壁３１は電気−機械変換素子２０を形成した基板１１の一部で構成されている。圧力室封止板３４、側壁３１、振動板３３により、吐出孔３５に連通する圧力室３２が形成されている。振動板３３は、液体吐出ヘッド４０におけるダイヤフラムとして機能している。吐出孔３５は圧力室封止板３４、振動板３３、側壁３１のいずれに形成してもよいが、本実施例では圧力室封止板３４に形成した。なお、図２０において、液体供給手段、流路、流体抵抗等についての記述は省略する。
【００８３】
なお、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド４０も第１の実施の形態と同様にインクジェット記録装置に適用可能である。
【００８４】
以上のように、本実施の形態に係る電気−機械変換素子２０は、基板１１上に形成された下部電極１２と、下部電極１２上に形成されたＰＺＴ膜２４と、ＰＺＴ膜２４上に上部電極１３を有し、ＰＺＴ膜２４はダイヤフラム中心から外周に向かって複数の細線部２４ｂ１が放射状に広がって形成されている。
【００８５】
この構成により、下部電極１２上に互いに間隔を空けた外周に向かって複数の細線部２４ｂ１が放射状に広がるパターンでＰＺＴ膜２４を形成するので、ＰＺＴ膜２４が幅の狭い細線部２４ｂ１の集合で構成される。これにより、幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子２０であってもＰＺＴ膜２４をインクジェット塗布する際に塗布パターンの端部まで充分インクが濡れ広がる。したがって、膜厚分布が制御されたＰＺＴ膜２４を備えた電気−機械変換素子２０を得ることができる。
【００８６】
本発明の実施例では、塗布液として、ＰＺＴ前駆体ゾルインクを使用して電気−機械変換膜を形成した例を示したが、本発明のパターン形状は導電性インク等の機能性材料粒子が分散した懸濁液や溶液の機能性液体を使用して他の種類の機能性膜を形成する場合にも同様の効果を得ることができる。
【００８７】
本発明によれば、インクジェット方式で形成され、膜厚分布が制御された強誘電体膜を用いて幅の広いダイヤフラムを持つ電気−機械変換素子およびその製造方法、該電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を得ることができ、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１０、２０  電気−機械変換素子
１１  基板
１１ａ  活性層
１１ｂ  ＢＯＸ層
１１ｃ  支持基板
１２  下部電極（第一の電極）
１２ａ  空隙領域
１３  上部電極（第二の電極）
１４、２４  ＰＺＴ膜（電気−機械変換膜）
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ  塗布パターン形成層
１４ａ１、１４ｃ1、１４ｄ1、１４ｅ1  細線部
１８  ダイヤフラム中心
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、  塗布パターン形成層
２４ａ１、２４ｂ1、２４ｃ1、２４ｄ1  細線部
３０、４０  液体吐出ヘッド
１００  インクジェット記録装置
１０２  記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２０１３−０６５６７０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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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