JP4434016B2 - 圧電／電歪膜型素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電／電歪膜型素子の製造方法に関し、より詳しくは、共振周波数が大きな圧電／電歪膜型素子を、各電極の導通を確保しながら効率よく製造することができる圧電／電歪膜型素子の製造方法に関する。

近年、圧電／電歪膜型素子が、変位制御素子、個体素子モータ、インクジェットヘッド、リレー、スイッチ、シャッター、ポンプ、光変調デバイス、又はフィン等の種々の用途に用いられている。当該圧電／電歪膜型素子は、微小変位を制御することができる他、高電気／機械変換効率、高速応答性、高耐久性、及び少消費電力等の点でも優れた特性を有するものであるが、近年にあっては、インクジェットヘッド等の用途で、印字品質及び印字速度の向上等の要請から、より高速の応答が可能な素子が求められている。
ところで、当該圧電／電歪膜型素子にあっては、セラミックスからなる基体上に、下部電極と、圧電／電歪層と、上部電極とを順に積層した圧電／電歪作動部を設けて作製されるのが一般的であるが、両電極間の絶縁を確保して圧電／電歪層の絶縁破壊を回避するために、図１５に示すような下部電極７７の上面を覆い、かつ端部が基体４４上へ突出する大きさとした圧電／電歪層７３を設けた圧電／電歪膜型素子３０が開発されている（特開平６−２６０６９４号公報参照）。
また、従来の圧電／電歪膜型素子３０では、この圧電／電歪層７３の突出部分７９と基体４４の間に非連続面を生じ、これが上部電極７５の断線の原因となることがあったことから、当該圧電／電歪層７３の突出部分７９と基体４４の間隙に所定の樹脂層を充填したものも開示されている（上記公報参照）。
もっとも、この当該樹脂層を設ける圧電／電歪膜型素子は、圧電／電歪膜型素子が極めて微小なこともあり、上記樹脂層を特定の箇所にのみ塗布することが困難で、当該樹脂層が電極全体を覆って形成されているのが現状である。
然るに、圧電／電歪膜型素子は、通常、多数の素子を電気的に連結して配列して用いられるため、各素子の電極が、他の素子や、外部の導通手段と導通が可能な状態で製造されることが、最終製品を効率よく製造する上で極めて重要である。それにも拘らず、前述の圧電／電歪膜型素子を製造するに際しては、かかる点が全く考慮されていなかったため、当該樹脂層の形成後、各電極上に形成された樹脂層の一部を除去する作業が必要であった。そればかりか、除去の際に残存させる樹脂層に亀裂等の損傷を発生させたり、更には、除去した樹脂層の一部が粉塵となって素子の各所に残存し、電気特性検査時に接触が不完全となったりする障害を生じる場合もあった。
また、従来の圧電／電歪素子では、圧電／電歪層の突出部分と基板間の連結は、屈曲変位又は発生力に悪影響を及ぼすとの認識に基づき、素子の剛性を大きくすることは全く考慮されていなかったため、より高速な応答性を可能にするという近年の要請には必ずしも充分に対応し得るものではなかった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振周波数が大きく、かつ各電極の導通が確保された圧電／電歪膜型素子を効率的に製造することができる圧電／電歪膜型素子の製造方法を提供することにある。
即ち、本発明は、セラミックスからなる基体と、同基体上に下部電極、圧電／電歪層及び上部電極を含む圧電／電歪作動部が設けられた圧電／電歪膜型素子であって、圧電／電歪層が少なくとも一個の電極を超えて設けられており、且つ、その端部は前記少なくとも一個の電極よりも突き出ている素子の製造方法であって、圧電／電歪作動部を構成する圧電／電歪層を、その端部を突出させ、且つ、前記少なくとも一個の電極より広い範囲に形成させる工程と、重合性オリゴマーと無機粒子とを分散媒中に混合して調整した塗布液を、少なくとも圧電／電歪層の突出した端部と基体との間隙に充分に浸入させると共に前記少なくとも一個の電極の所定の部分のみを塗布するに充分な塗布量で塗布する工程と、塗布液を乾燥して、圧電／電歪層の突出した端部と基体とを連結する連結材を形成する工程を含む圧電／電歪膜型素子の製造方法（以下、「サンドイッチ型圧電／電歪膜型素子の製造方法」ということがある。）を提供するものである。
また、本発明においては、圧電／電歪作動部が、電極及び圧電／電歪層を交互に複数積層した多層構造の圧電／電歪膜型素子を製造することも可能である。その場合には、圧電／電歪作動部の各圧電／電歪層を、その端部を突出させ、且つ、目的とする電極より広い範囲に形成させればよい。この態様を、以下「多層型圧電／電歪膜型素子の製造方法」ということがある。また、本発明において、多層構造とは、電極と圧電／電歪層とが複数層交互に積層され、そして、圧電／電歪層は、少なくとも２層から構成され、電極は少なくとも３層から構成される構造をいう。
ここで、本明細書中において、圧電／電歪層の突出させた端部を、以下「圧電／電歪層の突出部分」といい、これは、圧電／電歪層の下面及び／又は上面が、何れかの電極の上面及び／又は下面と接触して居らず、該電極の端部を超えて突き出し形成されている部分をいう。また、電極とは、圧電／電歪層に接触している印加部分の他、電極に導通をとるために配設される端子部分をも含む意味である。
本発明においては、塗布液を塗布する際に、塗布液を加圧して供給する加圧供給手段と、この加圧供給手段の供給路に設けられ、塗布液の供給の切り替えを行う切り替え手段と、この加圧供給手段の供給路から導入される塗布液を外部に吐出する吐出ヘッドとを備え、当該吐出ヘッドが、加圧供給手段の供給路に連通する塗布液導入路、塗布液導入路が開口する加圧室、及び加圧室に連通し、外部に開口する１以上の塗布液吐出路又は吐出ノズルを有する基体と、この基体上の加圧室に対応する位置に設けられる圧電／電歪作動部とを有してなり、切り替え手段の開放時に、圧電／電歪作動部の屈曲変位で、加圧室に導入された塗布液が微粒化した液滴状態で連統的に吐出される塗布装置、或いは、塗布液を、塗布液供給源に連通する塗布液導入路と、この塗布液導入路が開口する加圧室と、この加圧室に連通し、外部に開口する１以上の塗布液吐出路を有する基体と、この基体上の該加圧室に対応する位置に設けられる圧電／電歪作動部とを有してなり、圧電／電歪作動部の屈曲変位に応じて、加圧室に導入された塗布液が微粒化した液滴状態で吐出される塗布装置を用いることが好ましい。
また、本発明においては、前者の塗布装置の場合には、異なる口径の複数の塗布液吐出路を有する吐出ヘッドを備えるもの、或いは各吐出ヘッド間で塗布液吐出路の口径が異なる複数の吐出ヘッドを備えるものを用い、後者の装置の場合には、異なる口径の複数の塗布液吐出路を有するものを用いて、吐出位置によって異なる量の塗布液を塗布することが好ましい。また、塗布液の塗布は、少なくとも基体又は圧電／電歪層の何れかを振動させながら行うことが好ましい。

図１は、本発明の製造方法により得られるサンドイッチ型圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。
図２は、本発明の製造方法により得られるサンドイッチ型圧電／電歪膜型素子の他の例を示す一部断面図である。
図３は、本発明の製造方法により得られるサンドイッチ型圧電／電歪膜型素子の更に他の例を示す一部断面図である。
図４は、本発明の製造方法により得られる多層型圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。
図５は、本発明の製造方法により得られる多層型圧電／電歪膜型素子の他の一例を示す一部断面図である。
図６は、本発明の製造方法により得られる多層型圧電／電歪膜型素子の更に他の一例を示す一部断面図である。
図７は、本発明の製造方法において、異なる吐出量の塗布液を塗布した直後の圧電／電歪膜型素子の状態を模式的に示す上面図である。
図８（ａ）は、本発明の製造方法で用いられるオンデマンド式の吐出装置の上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図９（ａ）は、本発明の製造方法で用いられる連続式の吐出装置を模式的に示す全体図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の吐出ヘッドの部分を示す一部拡大断面図である。
図１０は、図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図１１は、本発明の製造方法において、異なる粘度の塗布液を塗布した直後の圧電／電歪膜型素子の状態を模式的に示す上面図である。
図１２は、本発明の製造方法により得られる圧電／電歪膜型素子を用いた表示素子の一例を示す断面図である。
図１３は、本発明の製造方法により得られる圧電／電歪膜型素子を用いたインクジェットプリンタヘッドの一例を示す断面図である。
図１４（ａ）は、本発明の製造方法により得られる微拘束力層付きの多層型圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。
図１４（ｂ）は、本発明の製造方法により得られる気孔が充填された多層型圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。
図１５は、従来の圧電／電歪膜型素子の一例を示す一部断面図である。

以下、本発明の圧電／電歪膜型素子について実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
本発明のサンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子は、セラミックスからなる基体上に、下部電極、圧電／電歪層及び上部電極を含む圧電／電歪作動部を設けたものであって、圧電／電歪層を、少なくとも一個の電極を超えて形成された突出部分が形成されるように設ける工程と、重合性オリゴマーと無機粒子とを分散媒中に混合して調整した塗布液を、少なくとも圧電／電歪層のうちの突出している端部と基体との間隙に充分に浸入させると共に、前記の少なくとも一個の電極の所定の部分のみを塗布するに充分な塗布量で塗布する工程と、塗布液を乾燥して、圧電／電歪層の突出した端部と基体とを連結する連結材を形成する工程を含むものである。本発明は、電極及び圧電／電歪層を交互に複数積層して形成した多層構造の圧電／電歪作動部を有するものにも適用可能である。その場合には、圧電／電歪作動部の各圧電／電歪層を、それぞれ目的とする少なくとも一個の電極より広い範囲で設けてその端部を突出させればよい。なお、ここで、圧電／電歪層の端部が、少なくとも一個の電極を超えて設けられている電極とは、好ましくは、下部電極である。勿論、本発明においては、サンドイッチ型のみならず、多層構造からなる圧電／電歪素子においても、性能に著しい悪影響を与えない限り、圧電／電歪層の端部が、総ての電極を超えて設けられていてもよい。これにより、従来の圧電／電歪膜型素子と同等以上の屈曲変位量を有しながら、高速応答性にも優れる圧電／電歪膜型素子を、電極上に形成された被覆層の除去等の作業を要することなく各電極の導通を確保した状態で製造することができる。以下、図面を参照しつつ、本発明について、具体的に説明する。
図１〜６に示すように、本発明で用いられる基体４４としては、例えば、薄板状の振動部６６と厚肉のセラミックス部材からなる固定部６８とを一体化した構造のものを挙げることができる。また、これらの構造の基体４４では、薄板状の振動部６６が、圧電／電歪層７３を設ける位置以外で固定部６８と固着しており、通常、圧電／電歪層７３を設ける位置に対応して、振動部６６の下部にキャビティ４８が設けられる。
また、振動部６６は、図３、及び図６に示すように、厚さ方向の断面が矩形の平板でもよいが、図２、及び図５に示すように、振動部６６の中央部がキャビティ４８の方向へ屈曲した形状、或いは図１、及び図４に示すように、厚さ方向の断面がＷ形状をなすものが、屈曲変位が大きな点で好ましく、後者のＷ形状のものが特に好ましい。
図２、及び図５に示すような屈曲形状や、図１、及び図４に示すようなＷ形状の振動部６６は、圧電／電歪層７３の焼成工程の際に、圧電／電歪膜の短手方向への収縮を利用したり、圧電／電歪層７３の上部と下部との焼成収縮開始タイミングや、焼成収縮量、更には振動部６６の形状を調整することにより形成することができる。
本発明において振動部６６の厚さは、素子の機械的強度を確保しながらも、剛性の増大により圧電／電歪層７３の屈曲変位を低下させない範囲とすることが好ましく、具体的には、１μｍ〜５０μｍの厚さが好ましく、３〜５０μｍの厚さがより好ましく、３〜１２μｍの厚さが特に好ましい。又、固定部６８の厚さは、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。
また、基体４４の圧電／電歪作動部７８を載置する面の形状としては、特に矩形形状に限られるものではなく、円形でも構わず、三角形等の四角形以外の多角形でも構わない。
本発明で用いられる基体４４は、セラミックス材料で作製すればよいが、振動部６６上に積層した圧電／電歪層７３又は電極７５、７７等の加熱処理の際に変質しない耐熱性及び化学的安定性に優れる材料で作製することが好ましい。また、基体４４は、当該基体４４上に形成される下部電極７７に通じる配線の電気的な分離を行うため、電気絶縁材料で作製することが好ましい。
具体的には、例えば、（安定化された）酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化セリウム、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、及びガラスよりなる群から選ばれる少なくとも１種のセラミックスを挙げることができる。中でも、機械的強度が大きく靭性に優れるため、構造上薄く振動が負荷される振動部６６の耐久性を向上させることができ、しかも、化学的安定性が高く、圧電／電歪層７３や電極７５、７７と反応性が極めて小さい点で、安定化された酸化ジルコニウムを含むものが好ましい。
また、安定化された酸化ジルコニウムとしては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属の酸化物等の安定化剤を含有するものを挙げることができる。また、これら安定化剤の添加量は、酸化イットリウムや酸化イッテルビウムの場合にあっては、１〜３０モル％が好ましく、１．５〜１０モル％がより好ましい。また、酸化セリウムの場合にあっては、６〜５０モル％が好ましく、８〜２０モル％がより好ましい。また、酸化カルシウムや酸化マグネシウムの場合にあっては、５〜４０モル％が好ましく、５〜２０モル％がより好ましい。
また、これら安定化剤の中でも特に酸化イットリウムを添加したものが好ましく、その場合の添加量としては、１．５〜１０モル％がより好ましく、２〜４モル％が特に好ましい。
また、当該振動部６６は、上記セラミックスの他、焼結助剤として用いられる粘土等に含まれる酸化珪素、酸化ホウ素等の成分を含有するものであってもよい。但し、これらの成分が過剰に含まれると、基体４４と圧電／電歪層７３との反応により、圧電／電歪層７３の特定の組成を維持することが困難となり、圧電／電歪特性を低下する原因となる。従って、本発明における基体４４の振動部６６では、粘土等に含まれる酸化珪素、酸化ホウ素等は、振動部６６を構成する材料中、２０質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。
また、振動部６６を構成するセラミックスは、当該振動部６６の機械的強度を高めるため、結晶粒の平均粒径が、０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍであることがより好ましい。
次に、本発明の製造方法は、図１〜３に示すようなサンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子１０の場合には、上記基体上４４に下部電極７７、圧電／電歪層７３及び上部電極７５を積層した圧電／電歪作動部７８を設け、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子２０の場合には、基体上４４に、電極７５〜７７及び圧電／電歪層７１、７２を交互に複数積層した多層構造の圧電／電歪作動部７８を設ける。そして、本発明においては、何れの圧電／電歪膜型素子１０（２０）の場合でも、圧電／電歪作動部７８の圧電／電歪層７３（７１、７２）を、電極７５〜７７（サンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子では、下部電極７７、及び上部電極７５）の内の少なくとも一個の電極部分より広い範囲で設けてその端部を突出させる。
これにより、何れの圧電／電歪膜型素子１０（２０）においても、電極７５、７７（７５〜７７）の絶縁が確実に確保され、絶縁破壊や短絡のない圧電／電歪膜型素子１０（２０）とすることができる。なお、本発明において、図４〜６に示すような多層構造の圧電／電歪膜型素子２０とする場合には、圧電／電歪作動部７８全体の剛性が大きくなり、後述する接合材との相乗効果により、共振周波数の大きな、高速応答が可能な圧電／電歪膜型素子とすることができる点で、多層構造からなる圧電／電歪作動部７８の、最上層と最下層に、電極７５、７７を配置することが好ましい。
本発明において電極７５、７７（７５〜７７）の材料としては、室温で固体であり、電極と基体及び／又は圧電／電歪層を一体化する焼成の際の高温酸化雰囲気に耐えられ、導電性に優れた材料で構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、若しくは鉛等の金属単体、又はこれらの合金を挙げることができる。また、これらの金属に、圧電／電歪層、又は酸化ジルコニウム、酸化セリウム、若しくは酸化チタン等の前述した基体４４を構成する材料を分散させたサーメット材料を用いてもよい。
また、本発明において電極７５、７７（７５〜７７）の材料の選択に際しては、圧電／電歪層７３（７１、７２）の形成方法を考慮することが好ましい。例えば、図１〜３に示すサンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子１０の製造方法においては、圧電／電歪層７３の加熱処理の際に既に基体４４上に形成されている下部電極７７は、その圧電／電歪層７３の加熱処理温度においても変化しない白金族の単体、白金族の単体と金及び／又は銀との合金、白金族同士の合金、或いは白金族の異なる２種以上の金属、金及び／又は銀との合金等の高融点金属を用いることが好ましい。また、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子２０の製造方法においても、各圧電／電歪層７１、７２をの加熱処理の際に既に形成されている最下層に位置する電極７７及び各圧電／電歪層７１、７２間に設けられる中間の電極７６は、上記高融点金属を用いることが好ましい。
一方、図１〜３に示すサンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子１０において、圧電／電歪層７３を加熱処理した後に、当該圧電／電歪層７３上に形成される上部電極７５、或いは図４〜６に示す多層型の圧電／電歪膜型素子２０において、最上層に位置する電極７５にあっては、低温で電極形成を行うことができるので、上記高融点金属の他、アルミニウム、金、銀等の低融点金属を用いてもよい。
また、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子において、最下層に位置する電極７７、および各圧電／電歪層７１、７２間に設けられる中間電極７６にあっては、白金等を主成分とする電極材料に、例えば、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、又は酸化チタン等の添加物を含有する材料を用いることも好ましい。理由は定かではないが、このような材料で構成させることにより、電極と圧電／電歪素子間の剥離を防止することができる。また、上記各添加物は、全電極材料中、０．０１〜２０質量％含有させることが所望の剥離防止効果が得られる点で好ましい。
本発明において、電極を形成する方法としては、例えば、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、メッキ、スクリーン印刷、スプレー、又はディッピング等を挙げることができる。
本発明において、電極７５、７７（７５〜７７）の厚さは、用途に応じて適当な厚さとすればよいが、過剰に厚いと電極が緩和層として作用し、屈曲変位が小さくなり易いため、１５μｍ以下の厚さであることが好ましく、５μｍ以下の厚さであることがより好ましい。
次に、本発明において圧電／電歪層７３（７１、７２）は、図１〜３に示すようなサンドイッチ型の圧電／電歪膜型素子の場合には、所定の圧電／電歪材料を電極７５、７７上に塗布した後、所定の温度で加熱処理して得ることができる。また、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪素子２０の場合には、最下層、及び中間層に位置する電極７５〜７７間にそれぞれ圧電／電歪材料を積層した際、又は各圧電／電歪層７１、７２を総て積層した後、所定の温度で加熱処理して得ることができる。
本発明で用いられる圧電／電歪材料としては、加熱処理後、圧電／電歪等の電界誘起歪みを起こす材料であればよく、結晶質でも非晶質でもよい。また、圧電／電歪材料は、半導体、強誘電体セラミックス、又は反強誘電体セラミックス何れでもよく、用途に応じて適宜選択し採用すればよい。
具体的な材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、ニオブ酸カリウムナトリウム、又はタンタル酸ストロンチウムビスマスを１種単独で、又は２種以上含有するセラミックスを挙げることができる。
特に、高い電気機械結合係数と圧電定数を有し、圧電／電歪膜の焼結時におけるセラミックス基体との反応性が小さく、安定した組成のものが得られる点おいて、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）、及び／又はマグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする材料、又はチタン酸ナトリウムビスマスを主成分とする材料が好ましい。
更に、これらセラミックス材料に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、又はスズ等の酸化物の１種単独で、又は２種以上添加した微量成分を含有する材料を用いてもよい。例えば、主成分であるジルコン酸鉛とチタン酸鉛、及び／又はマグネシウムニオブ酸鉛にランタンやストロンチウムを含有させることにより、坑電界や圧電特性を調整することができる場合がある。
これら圧電／電歪材料は、例えば、酸化物混合法により調製することができ、例えば、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、及びＺｒＯ_２等からなる原料粉末を所定の組成になるように秤量して、混合、仮焼、粉砕する方法によって調製することができる。また、他の方法としては、共沈法やアルコキシド法等を挙げることができる。
また、圧電／電歪材料を塗布する方法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、若しくは電気泳動法等の各種厚膜形成法、又はイオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、若しくはメッキ等の各種薄膜形成法を挙げることができ、中でも、良好な圧電／電歪特性を有する圧電／電歪層７３が得られる点で、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、又は電気泳動法等の厚膜形成法が好ましい。
なお、前述した突出部分７９を設けるには、圧電／電歪材料を、少なくとも一個の電極を覆うより広い範囲で、印刷、又は塗布等すればよい。本発明において、当該突出部分７９は、基体４４に一部結合させてもよいが、屈曲変位の低減を回避するには、基体４４に直接的には非結合状態であることが好ましい。また、このような非結合状態とするには、例えば、基体４４を、酸化ジルコニウム等の当該圧電／電歪材料と加熱処理時における反応性が低い材料で作製することが好ましい。
また、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子２０とする場合には、例えば、基体４４上に電極７７を積層した後、圧電／電歪材料を、上記各種方法により、複数の電極７５、７６と交互に積層すればよい。
本発明において、圧電／電歪材料からなる層の厚さは、素子の機械的強度、及び所望の屈曲変位の確保という点から、基体の振動部６６の厚さとほぼ同等の厚さとすることが好ましい。具体的には、基体の振動部との厚さの比（振動部／圧電／電歪材料からなる層）が、０．１〜３０であることが好ましく、０．３〜１０であることがより好ましく、０．５〜５であることが特に好ましい。
振動部６６との厚さの比（振動部／圧電／電歪材料からなる層）が、この範囲であれば、基体上に圧電／電歪材料を塗布した後、加熱処理して圧電／電歪層を形成する際に、圧電／電歪層の焼成収縮に基体（振動部）が追従し易く、剥離を生じることなく緻密な圧電／電歪層を形成することができる。また、圧電／電歪層の屈曲による振動に対して充分な耐性を付与することができる。
もっとも、圧電／電歪材料からなる層は、素子の小型化等を可能とするために、その厚さが５〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましく、５〜３０μｍであることが特に好ましい。
また、図４〜６に示すような多層型の圧電／電歪膜型素子２０の場合には、薄膜状の多層型圧電／電歪膜型素子とすることで、アスペクト比を高くすることができるため、圧電／電歪材料からなる層の１層当たりの厚さを、３０μｍ以下と薄くすることが好ましい。更には、複数の圧電／電歪材料からなる層を下層から順に徐々に薄くして形成することが好ましく、例えば、下からｎ番目の圧電／電歪材料からなる層の厚さｔ_ｎが、式ｔ_ｎ≦ｔ_ｎ−１×０．９５を満たすように形成することが好ましい。圧電／電歪層の歪み量は、同じ駆動電圧では、圧電／電歪層の厚さが薄い程大きいため、上部に形成される圧電／電歪層が、下部に形成される圧電／電歪層より大きく歪むようにすることで、曲げ効率を高め、屈曲変位をより有効に発現させることができる。
本発明において、圧電／電歪材料からなる層の加熱処理は、所定の圧電／電歪材料からなる層を形成した後、１０００〜１４００℃の温度で行うことが好ましい。また、当該加熱処理の際には、圧電／電歪材料における各成分の揮発を防いで、所望の組成の磁器組成物とするために、圧電／電歪材料と同組成の雰囲気制御材料を共存させて行うことが好ましい。
次に、本発明の製造方法は、図７に示すように、重合性オリゴマーと無機粒子とを分散媒中に混合した塗布液を、少なくとも圧電／電歪層７３の突出部分７９と基体４４との間隙に浸入させると共に、各電極７５、７７少なくとも一部を被覆しないように、符号１ａ、２及び３で示す位置にそれぞれ適量、吐出装置などを使用して適用して、放置し、表面張力を利用してその表面を覆うように塗布し後、乾燥して圧電／電歪層の突出部分と、基体とを連結する連結材を形成させる。本図は、塗布液を予め選定した位置１ａ、２、及び３にそれぞれ所望とする量適用した直後の状態を示すが、適用された塗布液は、適用後直ちに突出部分７９と基体４４との間隙に浸入していく。なお、本図においては、各電極の端子部分７５ａ、および７７ａを被覆しない例を示す。勿論、塗布液の適用位置は、未被覆部分の形成箇所により適宜選定すればよい。
これにより、共振周波数が大きな圧電／電歪膜型素子を、各電極の外部との導通を簡単に確保できる状態で得ることができる。加えて、スピンコート法等で塗布する際必要となる電極上に形成される被覆層の剥離といった作業も不要となり、当該剥離によって発生する粉塵が原因となる２次的障害も防止することができる。
本発明において用いる塗布液は、流動し易い特性を有し、その塗布に際しては、数ｍ／秒〜２０ｍ／秒の速度で数ｐＬ〜１０００ｐＬの微粒滴を塗布可能な塗布手段を用いることが好ましい。例えば、図８（ａ）（ｂ）に示すような塗布液供給源８１に連通する塗布液導入路９２、この塗布液導入路９２が開口する加圧室９３、及びこの加圧室９３に連通し外部に開口している複数の塗布液吐出路９４を有する基体９５と、この基体９５上に加圧室９３の位置に対応して設けられる圧電／電歪作動部９６とを有してなり、圧電／電歪作動部９６の屈曲変位に応じて、加圧室９３の外壁が押圧されて加圧室９３に導入された塗布液１が微粒化した液滴状態で吐出される塗布装置（以下、「オンデマンド式塗布装置」という。）或いは、図９に示すような塗布液１を加圧して供給する加圧供給手段１０１と、この加圧供給手段１０１の供給路１０２に設けられ、塗布液の供給の切り替えを行う切り替え手段１０３と、加圧供給手段１０１の供給路１０２から導入される塗布液１を外部に吐出する吐出ヘッド１０４とを備え、当該吐出ヘッド１０４が、加圧供給手段１０１の供給路１０２に連通する塗布液導入路１０５、この塗布液導入路１０５が開口する加圧室１０６、及びこの加圧室１０６に連通し外部に開口している複数の塗布液吐出路１０７を有する基体１０８と、この基体１０８上に加圧室１０６の位置に対応して設けられる圧電／電歪作動部１０９とを有してなり、切り替え手段１０３の開放時、圧電／電歪作動部１０９の屈曲変位により加圧室９３の外壁が押圧されて、加圧室１０６に導入された塗布液１が微粒化した液滴状態で連続的に吐出される塗布装置（以下、「連続式塗布装置」という。）等の塗布装置を用いて行うことが好ましい。
オンデマンド式塗布装置によれば、塗布量を正確にコントロールでき、かつ塗布タイミングが正確であるため、所定の位置に所定の液量を正確に供給でき、塗布位置精度が向上し、塗布膜厚をより均一化することができる。
また、連続式塗布装置によれば、加圧供給手段により粘性の高い液体を微少量づつ大量に塗布することが容易になるため、塗布液の基板上での広がりが少なく塗布パターンの微細化が図れ、かつ微量の液滴を大量に供給できるため塗布時間の短縮が可能であり、効率よく圧電／電歪膜型素子を生産することができる。また、塗布に際しては、加圧するため、ノズルでの塗布液の乾燥による塗布不能となる確率が低減できより安定した塗布が可能となる。なお、図８（ｂ）、及び図９（ｂ）中、矢印は塗布液の流路を示す。
また、連続式塗布装置においては、加圧手段１０１と切り替え手段１０３の間に圧力調整用のレギュレータ１２１を配置することも塗布液量の安定性を向上できる点で好ましく、塗布液の応答性向上のため加圧手段１０１と切り替え手段１０３の間に圧力開放手段１２２を配置することも、同様の点で好ましい。
また、本発明において、連続式塗布装置又はオンデマンド式塗布装置を用いる場合には、図９（ａ）に示すようなＸＹステージ４上に圧電／電歪膜型素子１０を固定して塗布液の塗布を行うことが、所定の位置に容易に塗布液を塗布できる点で好ましい。
また、本発明においては、これらオンデマンド式微細塗布装置と連続式微細塗布装置とを組み合わせて用いることが非常に微細なパターンで塗布することを可能としながら、より広範囲に効率的に塗布することができる点で好ましい。例えば、図７に示すように塗布液をそれぞれ所望とする量、所望とする位置１ａ、２、及び３に塗布する際には、広範囲な塗布を行う位置２に適用する塗布液の適用は連続式塗布装置で行い、限定された範囲に塗布を行う位置１ａと３への塗布液の適用はより微細なパターンを形成するオンデマンド式塗布装置で行うことが好ましい。
より具体的には、圧電／電歪層７３と基体４４との間隙が開口する圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極の端子部分７７ａからほぼ等距離に位置する部分２には連続式塗布装置で多量の塗布液を塗布し、当該圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極と下部電極の端子部分７５ａの近傍（端子部分７５ａから０．５ｍｍ以内）に位置する部分１ａ及び３にはオンデマンド式塗布装置で少量の塗布液を塗布することが好ましい。
このように塗布方式を組み合わせることにより、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａから最も離れた位置から多量の塗布液がその周囲に拡散して効率的に塗布することができるとともに、上部電極７５及び下部電極７７の端子部分７５ａ、７７ａに近接する位置での少量の塗布により、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙のうち、上部電極７５、及び下部電極７７の端子部分７５ａ、７７ａに近接する部分についても他の部分と同様に、各電極７５、７７への被覆を回避しながら塗布液を浸入させることができる。かくして、各電極の導通を確保した状態で、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙に所望の連結材を有する共振周波数が大きな圧電／電歪膜型素子を製造することができる。
また、本発明においては、図１０に示すように、塗布装置における各塗布液吐出路９４ａ、９４ｂ、９４ｃの開口位置及び口径を調整して、所望の位置に、所望の量の塗布液を塗布することが好ましい。なお、図１０は、オンデマンド式塗布装置を示すものであるが、連続式塗布装置であっても基本的に同様である。この際、各塗布液吐出路９４ａ、９４ｂ、９４ｃの開口位置又は口径は、必ずしも各塗布液吐出路９４ａ、９４ｂ、９４ｃを等間隔で開口させたり、各塗布液吐出路間で同一の口径とする必要はなく、各吐出ヘッド間、又は同一の吐出ヘッド内において、各塗布液吐出路９４ａ、９４ｂ、９４ｃの口径又は開口位置を異ならしめることも好ましい。
これにより、パターン精度の必要な個所と高度の精度を必要としない個所を同時に塗布・形成でき、所望の塗布パターンを効率的に行うことができる。より具体的には、口径及び開口位置の相互の影響を考慮の上、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙へ塗布液が浸入容易となり、かつ各電極の完全な被覆を回避できる位置又は口径とすればよく、例えば、図７に示すように、圧電／電歪層７３と基体４４との間隙が開口する圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａからほぼ等距離に位置する部分２に最も口径の大きな塗布液吐出路を開口させて最も多量の塗布液を塗布し、当該圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極と下部電極の端子部分７７ａの近傍（両端子部分７５ａから０．５ｍｍ以内）に位置する部分１ａと３に最も口径の小さな塗布液吐出路を開口させて、少量の塗布液を塗布することが好ましい。
このように塗布量、塗布位置を調整することにより、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａから最も離れた位置から多量の塗布液がその周囲に拡散して効率的に塗布することができるとともに、上部電極７５及び下部電極７７の端子部分７５ａ、７７ａに近接する位置での少量の塗布により、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙のうち、上部電極７５の端子部分７５ａ、下部電極７７の端子部分７７ａに近接する部分についても他の部分と同様に、各電極の端子部分７５ａへの被覆を回避しながら塗布液を浸入させることができる。従って、各電極の導通を確保した状態で、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙に所望の連結材を有する共振周波数が大きな圧電／電歪膜型素子を製造することができる。
また、本発明においては、塗布位置及び塗布量の調整に加え、複数の塗布液吐出路を有する吐出装置、複数の吐出ヘッドを備える吐出装置、又は複数の塗布液吐出路を有する複数の吐出ヘッドを備える吐出装置を用いて、各塗布液吐出路に導入される塗布液の粘度又は組成を各塗布液吐出路毎に変化させて、塗布位置毎に異なる粘度又は組成の塗布液を塗布してもよい。例えば、図１１に示すように、圧電／電歪層７３と基体４４との間隙が開口する圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａからほぼ等距離に位置する部分に、最も粘度の低い塗布液５を吐出し、当該圧電／電歪作動部７８周縁部分のうち、上部電極７５、及び下部電極７７の端子部分７５ａ、７７ａの近傍（両端子部分７５ａから０．５ｍｍ以内）に位置する部分に、粘度の高い塗布液４、６を吐出して塗布液を塗布することが好ましい。このように塗布位置に対応させて塗布液の粘度を変化させることにより、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａから最も離れた位置に粘度の低い塗布液を存在させて、より周囲に拡散させることができるとともに、上部電極７５の端子部分７５ａと下部電極７７の端子部分７７ａに近接する位置で粘度の大きな塗布液を存在させることで、粘度の低い塗布液の拡散を抑制しながら、圧電／電歪層の突出部分と基体との間隙のうち、上部電極７５、及び下部電極７７の端子部分７５ａ、７７ａに近接する部分についても他の部分と同様に塗布液を浸入させかつ各電極７５、７７への被覆を回避することができる。
但し、本発明において、圧電／電歪層７３の突出部分７９と基材４４を連結する連結材７０を、大きな乾燥収縮を伴うことなく設けるには、塗布液は、溶液粘度が１０００ｃＰ以下のものが好ましく、溶液粘度が３００ｃＰ以下のものがより好ましく、溶液粘度が５０ｃＰ以下のものが特に好ましい。また、オンデマンド式塗布装置及び連続式塗布装置を用いる場合には、２０ｃＰ以下のものが特に好ましい。
また、本発明の製造方法にあっては、図１４（ａ）及び１４（ｂ）に示すような圧電／電歪層７９（圧電／電歪層７９の上部電極７５との接触面を含む。）又は上部電極７５で開口する気孔を充填した圧電／電歪膜型素子、又は圧電／電歪層７９の上部電極７５等の電極との接触面、若しくは上部電極７５を覆うように所定の厚さで連結剤７０と同材質の微拘束層９０を設けた圧電／電歪膜型素子を製造する際には、塗布液を上部電極７５の表面にも塗布すればよい。
但し、拘束力を微小とする必要があるため膜厚は振動部６６及び圧電／電歪作動部の合計厚さに対し１／１５以下が好ましく、より好ましくは１／３０以下の厚さが好ましく、オンデマンド式塗布装置及び連続式塗布装置も好適に使用できる。本装置でより薄い膜を作製するには、粘度を０．５〜５ｃＰとし、液滴の速度を３ｍ／秒以上とすることが好ましい。更に開口する気孔部のみを充填する場合には塗布後、圧縮空気を吹きつければよい。なお、気孔を充填したり、微拘束層９０を設けた圧電／電歪膜型素子とすると、圧電／電歪作動部の絶縁性を向上させることができる。
本発明においては、さらにこのような塗布液の塗布を、少なくとも圧電／電歪層、又は基体の何れかを振動させながら行うことが好ましい。
塗布液を基体と圧電／電歪層間に、気泡を巻き込むことなくより確実に供給できるため、基体と圧電／電歪層間の連結をより強固にすることができる。
この際、振動手段としては、図９（ａ）に示すような、超音波振動子１１０等からなる振動手段を、圧電／電歪膜型素子１０を固定するステージ４に設けて主に基体４４を振動させるもの、或いは圧電／電歪膜型素子１０の圧電／電歪作動部に外部電源（図示せず）から電圧を印加することにより、圧電／電歪作動部を振動させるもの等を挙げることができる。
本発明において連結材を形成するために用いられる塗布液としては、無機粒子と、重合性オリゴマーとを分散液中に混合した塗布液が好ましい。この塗布液を用いると、高分子化合物のマトリックス中に無機粒子が散在するハイブリッド材料からなる連結材を形成することができ、従来の圧電／電歪膜型素子と同等の屈曲変位を有しながらも、高速応答性に優れる圧電／電歪膜型素子を得ることができる。また、連結材の形成に伴う乾燥工程において、連結材の収縮を抑制して、連結材や圧電／電歪層のクラックの発生を抑制することができる。なお、本発明においては、当初から前述した高分子化合物を分散液中に混合した塗布液を用いることも可能であるが、好適な特性の連結材を形成するためには、重合性オリゴマーを分散液中に混合したものが好ましい。
本発明において、当該塗布液に用いる分散媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、又はアセトン等の極性分散媒が均一な分散液が得られ易い点で好ましい。
また、当該分散媒中に混合する無機粒子としては、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＳｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含む酸化物からなる微粒子が好ましく、これら無機粒子は１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、当該無機粒子は、平均粒径が５ｎｍ〜１μｍのものが好ましく、平均粒径が１０ｎｍ〜２００ｎｍのものがより好ましい。平均粒径が５ｎｍ未満であると、連結材の形成に伴う乾燥工程において、連結材の収縮を抑制する効果が小さく、一方、平均粒径が１μｍを超えると無機粒子が塗布液中で沈降し易くなり、均質な連結材を得難くなる。
また、無機粒子の平均粒径がこの範囲であれば、連結材の圧電／電歪層に対する拘束を回避するという要請と、圧電／電歪層７３の剛性を大きくして高速応答性を高めるという要請とをバランスよく満足させることができる。
また、当該無機粒子は、更に２峰性の粒度分布を有し、２つのピーク間に存在する変曲点に対応する粒径より大きな大粒径無機粒子の平均粒径（Ｃ）と、変曲点に対応する粒径以下の小粒径無機粒子の平均粒径（Ｄ）との比（Ｄ／Ｃ）が、０．０５〜０．７のものが好ましく、０．１〜０．５のものがより好ましい。
当該２峰性の粒度分布を有する無機粒子とすると、大粒径の無機粒子間の空隙を、小粒径の無機粒子で充填して連結材中の無機粒子の体積分率を上げることができるため、連結材の形成に伴う乾燥工程において、連結材の収縮を更に抑制することができるとともに、圧電／電歪層７３の剛性を更に大きくして、より高速応答性を高めることができる。
また、当該２峰性の粒度分布を有する無機粒子は、同様の観点から、大粒径無機粒子の質量（Ｅ）と小粒径無機粒子の質量（Ｆ）との比（Ｆ／Ｅ）が、０．０５〜０．７のものが好ましく、０．１〜０．５のものがより好ましい。
また、本発明における重合性オリゴマーとしては、アクリル樹脂などのビニル重合体、エポキシ樹脂やポリウレタンなどの付加重合体、ポリエステル、ポリカーボネートなどの縮合重合体、又は有機ケイ素化合物の重合体であるポリシロキサンポリマー（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの基本単位の繰り返しを含むポリマー）に対応する重合性オリゴマーを挙げることができ、中でも、耐熱性、耐水性、耐薬品性、及び撥水性などの点で、下記一般式（１）で示されるモノマーが数個から数十個にわたって縮重合した重合性オリゴマーが好ましい。
Ｒ_ｎＳｉ（ＯＲ’）_４−ｎ…（１）
（上記一般式（１）中、Ｒ及びＲ’は同種又は異種の有機基であり、ｎは０〜３の整数である。）
本発明において、上記一般式（１）中、Ｒで表される有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基、フェニル基などのアリール基、ビニル基などのアルケニル基、γ−メタクリロキシプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、γ−クロロプロピル基、γ−メルカプトプロピル基、γ−アミノプロピル基、トリフルオロメチル基などの置換アルキル基を挙げることができる。また、Ｒ’で表される有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などのアルキル基、フェニル基などのアリール基、β−メトキシエトキシ基、アセチル基などの置換アルキル基を挙げることができる。
なお、本発明においては、後述する乾燥により、上記重合性オリゴマーを、例えば脱水もしくは脱アルコール反応で縮重合させることにより、連結材のマトリックスを構成する所望の高分子化合物とすることができる。
本発明において、重合性オリゴマーと無機粒子の配合比率は、各成分の種類に応じて適切な範囲とすることが好ましい。例えば、重合性オリゴマーとして、上記一般式（１）で示されるモノマーを縮重合した重合性オリゴマーを用いる場合には、重合性オリゴマー１００重量部に対し、無機粒子が０．１〜３００重量部の割合となるように塗布液中に含有させることが好ましく、１〜１００重量部の割合となるように塗布液中に含有させることがより好ましい。
本発明に塗布液は、上記各種高分子化合物に対応する重合性オリゴマーと、上記各種無機粒子を組み合わせることが可能であるが、中でも、ポリシロキサンポリマーに対応する重合性オリゴマーと、シリカ粒子とを含有するものが好ましく、上記一般式（１）で示される重合性オリゴマーと、シリカ粒子とを含有するものが特に好ましい。
当該組成の塗布液で連結材７０を形成すると、振動部６６及び圧電／電歪層７３の屈曲変位量を抑制することなく、圧電／電歪層７３の剛性が大きな圧電／電歪膜型素子とすることができ、更には形成される連結材７０の靭性が大きいため圧電／電歪膜型素子の高速の繰り返し駆動に対する耐性を大きくすることができる。
本発明においては、上記塗布液を塗布した後、乾燥により連結材を形成するが、その乾燥は、塗布液の組成物の種類に応じて適切な条件を選択することが好ましい。例えば、塗布液中に、前述したアクリル樹脂などのビニル重合体、エポキシ樹脂やポリウレタンなどの付加重合体、ポリエステル、又はポリカーボネートなどの縮合重合体に対応する重合性オリゴマーを混合する場合であれば、上記塗布液を塗布した後に、室温で放置して乾燥を行えばよい。
一方、塗布液中に、前述したポリシロキサンポリマーに対応する重合性オリゴマーを混合する場合であれば、上記塗布液を塗布した後には、室温で１０分以上放置して、溶剤の大部分を除去した後、６００℃／Ｈｒ以下の速度で、所望の温度まで雰囲気温度を上昇させて加熱による乾燥を行うことが好ましい。
塗布後直ちに加熱して乾燥したり、急速に温度を上昇させて乾燥すると、塗布液中の溶剤の急速な蒸発により、塗布液が急速に収縮し、連結材中にクラックが発生したり、電圧／電歪層との界面に剥離を生ずることがある。
また、当該加熱による乾燥は、６０〜１２０℃行うことが好ましく、１００〜１２０℃で行うことがより好ましい。１２０℃を超える温度で乾燥すると、上記室温放置の理由と同様に塗布液中の溶剤の急速な蒸発により、塗布液が急速に収縮し、連結材中にクラックが発生したり、電圧／電歪層との界面に剥離を生ずることがある。一方、上記加熱温度より低い温度で乾燥すると、有機溶剤とともに、これに溶存する水分の除去が不充分となる。
ポリシロキサンポリマーに対応する重合オリゴマーを混合した塗布液を塗布した場合には、更に、上記乾燥後、連続して又は別工程で、より高温の加熱による硬化処理を行うことが好ましい。具体的には、好ましくは７００℃以下の温度で加熱することが好ましく、６００℃以下の温度で加熱することがより好ましく、５００℃未満の温度で加熱することが更に好ましく、４５０℃未満の温度で加熱することが特に好ましい。
当該加熱による硬化処理の温度が、上記温度範囲を超えると、連結材中のＳｉ等の成分が圧電／電歪層を構成する材料と反応して、圧電／電歪層の性能を低下させ、場合によっては圧電／電歪層に欠陥を生じさせるため、絶縁破壊、機械的破壊等を生じることがある。また、連結材中の有機成分の分解が起こり、連結材にクラックを生じることがある。
なお、本発明においては塗布液中の重合性オリゴマーと無機粒子の構成比等を調製することにより、又は硬化処理の際に加熱温度を調整して、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合等の結合強度を変化させることにより硬度等の機械的特性（温度を高くするほど、硬度が上昇する。）、及び撥水性等の化学的特性を最適化することができる。
以上、本発明の圧電／電歪膜型素子及びその製造方法について説明したが、本発明の製造方法で得られる圧電／電歪膜型素子は、例えば、図１２、１３に示すような表示素子や、インクジェットプリンタヘッドの駆動部１２０として用いることができる。具体的には、図１２に示すように、光源１６０からの光１８０が導入される光導波板２００とともに、本発明の圧電／電歪膜型素子１０を主要構成要素とする駆動部１２０を、光導波板２００の背面に対向し、かつ画素に対応する位置に配設し、更に、当該駆動部１２０上に画素構成体３０を積層し、駆動部１２０の駆動動作により画素構成体１３０を光導波板２００に接触・離隔させることにより表示素子とすることができる。また、図１３に示すように、本発明の圧電／電歪膜型素子１０を主要構成要素とし、その基体４４のキャビティ４８を加圧室１００として構成させた駆動部１２０と、その駆動部１２０の加圧室１００からインク噴出用流路１１７を通じて外部に開口するノズル孔１１２、及びインク供給源からインク供給用流路１１８を通じて駆動部１２０の加圧室１００に開口するオリフィス孔１１４を有するインクノズル部材１１１とを接合一体化してインクジェットプリンタヘッドを構成させることができる。なお、表示素子やインクジェットプリンタヘッドの具体的な構成については、特開２００１−３４３５９８公報、及び特開平１１−１４７３１８号公報の記載によればよい。ここに参考までに両公報を引用する。

以下、本発明を、圧電膜型素子による実施例により、更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、各実施例、及び比較例についての評価は以下のようにして行った。
（評価方法）
（１）屈曲変位
実施例及び比較例で得られた圧電膜型素子に、室温下、３ｋＶ／ｍｍの電界を印加した際の変位量をレーザードップラー振動計により測定した。
（２）共振周波数
実施例及び比較例で得られた圧電膜型素子について、レーザードップラー振動計と、ＦＦＴアナライザを用いて測定した。
具体的には、ＦＦＴアナライザの発生するスエプトサイン波形（複数の周波数成分を含んだ波形）を素子に印加して駆動し、素子の振動をレーザードップラー振動計で測定し、そのレーザードップラー振動計の速度出力をＦＦＴアナライザに入力して周波数分析し、最も低次のピークを共振周波数とした。

振動部及び固定部何れもＹ_２Ｏ_３で安定化されたＺｒＯ_２からなる基体（振動部の寸法：１．６ｍｍ×１．１ｍｍ、厚さ：１０μｍ）上に白金からなる下部電極（寸法：１．７ｍｍ×０．８ｍｍ（長さ１．７ｍｍのうち、０．３ｍｍは端子部分である。）、厚さ：３μｍ）をスクリーン印刷法により形成し、１３００℃、２時間の熱処理により基体と一体化させた。
その上に、Ｐｂの一部をＬａで０．１ｍｏｌ％置換した（Ｐｂ_{０．９９９}Ｌａ_{０．００１}）（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）_{０．３７５}Ｔｉ_{０．３７５}Ｚｒ_{０．２５０}Ｏ_３（平均粒径０．４９μｍ、最大粒径１．８μｍ）からなる圧電材料をスクリーン印刷法により下部電極の上面に対応する面を含むより広い１．３ｍｍ×０．９ｍｍの範囲で、厚さ２０μｍで積層した。
次いで、圧電材料と同一組成の雰囲気制御材料を、容器内に共存させ、電極が形成された基体上に圧電材料を積層したものを、１２７５℃、２時間熱処理した。熱処理後の圧電層の厚さは、１３μｍであった。
次いで、圧電層の上に、金からなる上部電極を、スクリーン印刷法により、１．７ｍｍ×０．８ｍｍの範囲（長さ１．７ｍｍのうち、０．３ｍｍは端子部分である。）で厚さ０．５μｍで形成した後、６００℃で熱処理した。
次いで、基板を塗布装置の試料台に固定（保持）しやすいように、基体の圧電／電歪層や電極を配設した面と反対側をＵＶシートで被覆した後、得られた素子を試料台に固定し、２峰性の粒径分布を有し、２つのピーク間に存在する変曲点５０ｎｍより大きな平均粒子径１００ｎｍの大粒径非晶質シリカと、変曲点５０ｎｍ以下の平均粒子径２０ｎｍ小粒径非晶質シリカとが混在するコロイダルシリカ３０質量％と、イソプロピルアルコール及び水からなる混合分散媒中にテトラエトキシシラン及びメチルエトキシシランの等モル混合物を２０質量％（重合性オリゴマー溶液全量中の含有率）含有させた重合性オリゴマー溶液７０質量％とを混合した塗付液を、塗布液吐出路が３つ設けられているオンデマンド式の塗布装置を用いて塗布した。この際、各塗布液吐出路の口径は、それぞれφ０．０３ｍｍ、φ０．０７ｍｍ、φ０．０３ｍｍとした。また、各塗布液吐出路の開口位置は、口径φ０．０７ｍｍの塗布液吐出路を、圧電／電歪層と基体との間隙が開口する圧電／電歪作動部周縁部分（振動部短手方向両側）のうち、上部電極７５の端子部分と下部電極７７の端子部分からほぼ等距離の位置とし、口径φ０．０３ｍｍの塗布液吐出路を、その両側の振動部長手方向に、０．４５ｍｍの位置とした。また、液滴当たりの吐出量は、口径φ０．０７ｍｍの塗布液吐出路では２００ｐＬ／滴であり、口径φ０．０３ｍｍの塗布液吐出路では７０ｐＬ／滴であった。また、大粒径非晶質シリカと小粒径非晶質シリカ粒径とが混在するコロイダルシリカは、平均粒子径が１００ｎｍの大粒径非晶質シリカをイソプロピルアルコール中に分散したコロイダルシリカ（固形分濃度２０質量％）７０質量％と、平均粒子径が２０ｎｍの小粒径非晶質シリカをイソプロピルアルコール中に分散したコロイダルシリカ（固形分濃度２０質量％）３０質量％とを混合撹拌して調製した。
最後に、塗布液を塗布した後の圧電／電歪膜型素子を、室温で３０分放置し、その後、昇温速度２００℃／ｈで昇温し、８０℃〜１２０℃の間で１時間温度を保持した後、連続的に３００℃まで昇温して、同温度で６０分硬化処理を行い、圧電／電歪層の突出部分全体と基体を連結する連結材を硬化させ、圧電／電歪膜型素子を製造した。
得られた圧電／電歪膜型素子は屈曲変位が０．１４μｍ、共振周波数が１．６５ＭＨｚであった。また、圧電／電歪膜型素子の各電極は導電部分については表面が露出したままであり、直ちに電極に導通線をはんだ接合できる状態であった。
（比較例）
吐出装置に代え、スピンコート装置を用いて、圧電／電歪膜型素子全体に塗布液を塗布したこと以外は実施例１と同様にして圧電／電歪膜型素子を製造した。
得られた圧電／電歪膜型素子は屈曲変位が０．１４μｍ、共振周波数が１．６５ＭＨｚであった。しかし、得られた圧電／電歪膜型素子は、各電極の導電部分が被覆された状態となっており、直ちにはんだ接合できる状態でなく、導通を確保するために被覆層の除去が必要であった。

以上説明したように、本発明によれば、大きな共振周波数が得られ、高速応答性に優れる圧電／電歪膜型素子を、電極の導通を確保した状態で効率よく製造することができる圧電／電歪膜型素子の製造方法を提供することができる。

Claims (7)

1. セラミックスからなる基体と、同基体上に下部電極、圧電／電歪層及び上部電極を含む圧電／電歪作動部が設けられた圧電／電歪膜型素子であって、圧電／電歪層が少なくとも一個の電極を超えて設けられており、且つ、その端部は上記の少なくとも一個の電極よりも突き出ている素子の製造方法であって、圧電／電歪作動部を構成する圧電／電歪層を、その両端部を突出させ、且つ、上記の少なくとも一個の電極より広い範囲に形成させる工程と、重合性オリゴマーと無機粒子とを分散媒中に混合して調整した塗布液を、少なくとも圧電／電歪層の突出した端部と基体との間隙に充分に浸入させると共に、上記の少なくとも一個の電極の所定の部分のみを塗布するに充分な塗布量で塗布する工程と、塗布液を乾燥して、圧電／電歪層の突出した端部と基体とを連結する連結材を形成する工程を含む圧電／電歪膜型素子の製造方法。
2. 前記塗布液を塗布する際に、該塗布液を加圧して供給する加圧供給手段と、該加圧供給手段の供給路に設けられ、塗布液の供給の切り替えを行う切り替え手段と、該加圧供給手段の供給路から導入される塗布液を外部に吐出する吐出ヘッドとを備え、該吐出ヘッドが、該加圧供給手段の供給路に連通する塗布液導入路、該塗布液導入路が開口する加圧室、及び該加圧室に連通し、外部に開口する１以上の塗布液吐出路を有する基体と、該基体上の該加圧室に対応する位置に設けられる圧電／電歪作動部とを有してなり、該切り替え手段の開放時、該圧電／電歪作動部の屈曲変位で、該加圧室に導入された塗布液が微粒液滴化した状態で連続的に吐出される塗布装置を用いる請求項１に記載の圧電／電歪膜型素子の製造方法。
3. 前記塗布液を塗布する際に、塗布液供給源に連通する塗布液導入路、該塗布液導入路が開口する加圧室、及び該加圧室に連通し、外部に開口する１以上の塗布液吐出路を有する基体と、該基体上の該加圧室に対応する位置に設けられる圧電／電歪作動部とを有してなり、該圧電／電歪作動部の屈曲変位に応じて、該加圧室に導入された塗布液が微粒液滴化した状態で吐出される塗布装置を用いる請求項１に記載の圧電／電歪膜型素子の製造方法。
4. 請求項２に記載の塗布装置として、異なる口径の複数の塗布液吐出路を有する吐出ヘッドを備えるもの、各吐出ヘッド間で塗布液吐出路の口径が異なる複数の吐出ヘッドを備えるもののいずれかを用いて、塗布液の適用位置によって異なる量の塗布液を塗布する圧電／電歪膜型素子の製造方法。
5. 請求項３に記載の塗布装置として、異なる口径の複数の塗布液吐出路を有するものを用いて、塗布液の適用位置によって異なる量の塗布液を塗布する圧電／電歪膜型素子の製造方法。
6. 前記塗布液の塗布を、少なくとも基体又は圧電／電歪層の何れかを振動させながら行う請求項１に記載の圧電／電歪膜型素子の製造方法。
7. 該圧電／電歪作動部が多層構造である請求項１〜６の何れか１項に記載の圧電／電歪膜型素子の製造方法。

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