JP5974486B2 - 電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、液滴吐出装置および画像形成装置 - Google Patents

電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、液滴吐出装置および画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、液滴吐出装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置、或いはプリンタ、ファクシミリ、複写機、プロッタ、それら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に備えられる液体吐出ヘッドの圧電素子となる電気−機械変換素子、この電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、および前記液体吐出ヘッドまたは前記液滴吐出装置を備えた画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置、或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置では、記録ヘッドからインク滴を記録媒体となるシート等の対象物に吐出することで、対象物に画像を形成している。記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気−機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、もしくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極とからなるエネルギー発生手段とを備えて、そのエネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させている。
一般に、記録ヘッドは、各加圧室にインク吐出の圧力を発生させるのに個別の圧電素子が配置され、この圧電素子は電気−機械変換素子と総称される。電気−機械変換素子は、電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの膜が挟まれた積層構造をもつ。圧電体にはジルコン酸チタン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」と略称する）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。このような圧電体を備えた電気−機械変換素子に関する技術提案が種々されている（例えば、特許文献１〜６参照）。
特許文献１には、圧電体薄膜の側面に傾斜を設けることにより、絶縁破壊を防止できる構造とした技術が開示されている。
特許文献２には、圧電体膜厚の下部電極側と上部電極側で電気低効率および誘電率に傾斜を持たせて、低電圧で駆動できる構造とした技術が開示されている。
特許文献３には、振動板のヤング率と各薄膜の有する応力を規定して効率の良い振動が得られる構造とする技術が開示されている。
特許文献４には、圧電体薄膜の長手方向の端部で下部電極がなく振動板上に直接圧電体薄膜と上部電極を形成し、振動板の剛性を向上する技術が開示されている。
特許文献５には、圧電体薄膜下部の振動板内に圧縮膜を設けて、振動板の初期撓みを低減する構造とした技術が開示されている。
特許文献６には、ゾルゲル法でＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）膜をパターン形成し、インクジェットアクチュエータを提供する技術が開示されている。パターン化はＰＺＴ前駆体液をインクジェット印刷にて形成し、パターン化は所望する部位にバンクを形成し、その中に前駆体液を滴下する。バンク形成に窒化シリコン系膜を形成し、フォトリソグラフィ・エッチングを使用して行うことが開示されている。
（従来の個別圧電素子の形成方法）
従来の個別圧電素子の形成方法について説明する。下部電極上に各種の真空成膜法（例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法（金属有機化合物を用いた化学的気相成長法）、真空蒸着法、イオンプレーティング法）やゾルゲル法、水熱合成法、エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」と略称する）、塗布・熱分解法（ＭＯＤ）などの周知の成膜技術により堆積させ、引き続き、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィ・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に圧電膜、下部電極のパターニングを行い、個別化を実施している。
金属複合酸化物、特にＰＺＴはドライエッチングが容易な加工材ではない。Ｓｉ半導体デバイスは反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」と略称する）で容易にエッチング加工できるが、この種（ＰＺＴ等の金属複合酸化物）の材料はイオン種のプラズマエネルギーを高めるため、ＩＣＰプラズマ、ＥＣＲプラズマ、ヘリコンプラズマを併用した特殊なＲＩＥが成されるが、これは製造装置のコスト高を招く。また、下地電極膜との選択比を稼ぐことは困難で、特に大面積基板ではエッチング速度の不均一性は成膜上大きな障害となる。予め、所望する部位のみに難エッチング性のＰＺＴ膜を配置すれば、上記加工工程が省略できるが、その試みは一部を除いて成されていない。
（従来の圧電体薄膜の断面形状）
次に、従来の圧電体薄膜の断面形状について説明する。従来の圧電体薄膜の形成方法では、何れも基板全体に圧電体薄膜を形成し、その後ドライエッチングによって必要なパターンを形成する。従って、得られる個別の圧電体薄膜の膜厚は同一基板では全て一定となる。
圧電体薄膜の変形は、下部に形成された加圧室内のインクに圧力を印加するため、効率よく変形する必要がある。しかしながら、従来の圧電体薄膜では、膜厚が一定であるため加圧室端部では逆に圧電体薄膜により変形が抑制される構造となってしまう。
（個別ＰＺＴ膜形成の従来例）
次に、個別ＰＺＴ膜形成の従来例として、水熱合成法、真空蒸着法、ＡＤ法、ゾルゲル法について説明する。
水熱合成法：Ｔｉ金属上にＰＺＴを選択成長させる方法であり、Ｔｉ電極をパターニングしておけば、その部位のみにＰＺＴ膜が成長する。この方法で十分な耐圧を有するＰＺＴ膜を得るには、膜厚が５μｍ以上の比較的厚い膜が好ましく（これ以下の膜厚では、電界印加で容易に絶縁破壊してしまう）、所望する任意の薄膜が得られない。またＳｉ基板上に素子を形成する場合、水熱合成が強アルカリ性の水溶液下で合成されるため、Ｓｉ基板の保護が必須となる。
真空蒸着法：有機ＥＬの製造にシャドウマスクが用いられ、発光層のパターニングが成されており、ＰＺＴ成膜は基板温度５００〜６００℃にした状態で実行される。これは圧電性出現のためには複合酸化物が結晶化している必要があり、その結晶化膜を得るのに上記の基板温度が必須となる。一般的なシャドウマスクはステンレス製であり、Ｓｉ基板とステンレス材の熱膨張差から、十分なマスキングができず、使い捨てシャドウマスクは実現性が低い。特にＭＯ−ＣＶＤ法やスパッタリング法では堆積膜の回り込み現象が大きく、さらに不向きである。
ＡＤ法：予めフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、レジストの無い部位にＰＺＴを成膜する方法が知られている。ＡＤ法は上述の水熱合成法と同様に厚膜に有利であり、５μｍ以下の薄膜には不向きである。また、レジスト膜上にもＰＺＴ膜が堆積するので、研磨処理により一部の堆積膜を除去した後、リフトオフ工程を行う。大面積の均一研磨工程も煩雑であり、さらにレジスト膜は耐熱性が無いため、室温でＡＤ成膜を実行し、ポストアニール処理を経て、圧電性を示す膜に変換している。
ゾルゲル法：特許文献６のように、インクジェット法（液滴吐出法）でＰＺＴ前駆体液を塗布する例が提案されているが、インクジェット法で塗布したＰＺＴ前駆体液は粘度が低いため基板となる白金上では濡れ広がってしまう。また一度に多くのＰＺＴ前駆体液を塗布するとコーヒーステイン現象によりパターン外周縁部のエッジが盛り上がり、中央部が薄くなるため、厚膜を得るには不向きである。
なお、非特許文献１には、ゾルゲル法による金属複合酸化物の薄膜形成に関する技術が開示されている。また、非特許文献２には、Ａｕ膜上にアルカンチオールが自己組織化単分子膜(ＳＡＭ：Self Assembled Monolayer)として形成でき、この現象を用いたマイクロコンタクトプリント法でＳＡＭパターンを転写し、その後のエッチングなどのプロセスに利用することが開示されている。
しかしながら、特許文献１〜６記載の技術を含め今までの電気−機械変換素子では、効率の良い振動や変形変位を得るために、電気−機械変換素子を構成している圧電体などの電気−機械変換膜等を均一にすることに主眼がおかれていた。このようなことから、効率の良い変形変位を得るために電気−機械変換素子の剛性と膜厚・形状との関係（以下、「相関関係」ともいう）についての本格的な技術提案は、本発明者らの知る範囲では見当たらない現状にある。
本発明者らは、後述の実施形態および実施例で述べるように、試験研究を鋭意進める中で、電気−機械変換素子のアクチュエータ部の電気−機械変換能である変位量の代用特性としての剛性と膜厚・形状との間に、ある相関関係を見出し提案するものである。
本発明は、上述の事情・問題点に鑑みなされたものであり、電気−機械変換素子のアクチュエータ部の剛性特性を規定し実現することにより、効率の良い変形変位を得られる電気−機械変換素子を実現し提供することを主な目的とする。
上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、本発明では、以下のような特徴ある手段・発明特定事項（以下、「構成」という）を採っている。
すなわち、本発明は、基板上に第１の電極が形成され、第１の電極の少なくとも一部に電気−機械変換膜が形成され、さらに前記電気−機械変換膜の少なくとも一部に第２の電極が形成された電気−機械変換素子において、前記基板から第２の電極までが積層されたアクチュエータ部は、該アクチュエータ部の断面における前記アクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる剛性を有し、前記断面における前記電気−機械変換膜は、前記アクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる膜厚を有し、前記断面における前記電気−機械変換膜の膜厚分布形状が、次式（１）の４次関数で近似されることを特徴とする電気−機械変換素子。
Ｙ＝−ＡＸ ４ ＋ＢＸ ３ −ＣＸ ２ ＋ＤＸ＋Ｅ・・・式（１）
但し、式（１）において、Ｘは前記電気−機械変換膜の前記断面中央を０とした前記各端部に向かう正負の位置座標を表わし、ＹはＸ位置座標における前記膜厚を表わす。
前記式（１）において、係数Ａ〜Ｅは膜厚が変ると変動する係数であり、前記断面中央の膜厚Ｅ（Ｘ＝０のとき）である係数Ｅの範囲が０．５〜５．０（μｍ）にあるとき、係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃ、係数Ｄが、次式（２）の係数数値をそれぞれ０．９〜１．１倍にした範囲内に存在する特定の関係にある。
Ｙ＝−３×１０ １８ Ｘ ４ ＋１０ １４ Ｘ ３ −３×１０ ９ Ｘ ２ ＋４５２０Ｘ＋０．９９６・・・式（２）。
本発明によれば、前記構成の電気−機械変換素子によって、効率の良い変形変位を得ることができる。
本発明の実施例１を示す電気−機械変換膜の形成方法における表面改質工程を説明する模式的な断面図である。 図１の工程に続く塗布工程、塗布工程後の乾燥・熱分解・結晶化工程を説明する模式的な断面図である。 図２の塗布工程で用いる液滴塗布装置を説明する斜視図である。 実施例１で得られた電気−機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す線図である。 実施例１で得られた電気−機械変換素子の変位量の計測結果を示すグラフである。 （ａ）は、スピン工法で形成された比較例に係る電気−機械変換素子のアクチュエータ部の、（ｂ）は、インクジエット工法で形成された実施例１に係る電気−機械変換素子のアクチュエータ部の、それぞれ片側半分の変形の様子を示す説明図である。 本発明の実施例２におけるＰＺＴ膜の膜厚分布を示すグラフである。 本発明の実施例２におけるＰＺＴ膜の膜厚分布形状の一例を説明するグラフおよび式である。 本発明の実施例３における１ノズルのインクジェットヘッドの幾分模式的な断面図である。 本発明の実施例３における、インクジェットヘッドを複数個配置した構成例の幾分模式的な断面図である。 本発明の実施例４を示すインクカートリッジの外観斜視図である。 本発明の実施例５を示すインクジェット記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図である。 図１２のインクジェット記録装置の要部を透視した概略的な斜視図である。
以下、図を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）および実施例を詳細に説明する。実施形態や各実施例等に亘り、同一の機能もしくは形状等を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、重複説明を避ける。なお、実施形態に記載した内容は、一形態に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
以下、本願発明において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、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に液滴を着弾させて画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、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だけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
「液滴」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、液体などと称されるものを含み、画像形成を行うことが可能に微細粒状化して液滴にできる全ての液体の液滴の総称として用いる。また、「記録媒体」とは、材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰシート、布なども含み、液滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録紙、記録用紙、使用可能な薄紙から厚紙、はがき、封筒あるいは単に用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。また、画像とは２次元画像に限らず、３次元画像も含まれる。
本発明は、液滴吐出ヘッドとも呼ばれる液体吐出ヘッドおよびそれを使用した画像形成装置をも対象としている。上記の画像形成装置は、一般的にはインクジェット記録装置と呼ばれているもので、以下、画像形成装置はインクジェット記録装置と称する。
このインクジェット記録装置には、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記録媒体である普通紙を使用できるなど多くの利点があるため、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の複数の画像形成機能を備えた複合機等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。
インクジェット記録装置において使用する液滴吐出装置は、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、圧力室、インク流路等とも称される）と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段とで構成されている。
圧力発生手段としては、圧電素子などの電気−機械変換素子を用いて液室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、液室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のものなどがある。更にピエゾ型のものにはｄ３３方向の変形を利用した縦振動型、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等がある。ピエゾ型においては、最近では半導体プロセスやマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（以下、「ＭＥＭＳ」と略記する）の進歩により、Ｓｉ基板に直接、液室およびピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。本発明に係る圧力発生手段として機能する電気−機械変換素子は、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型の構成に関するものである。
まず、本発明の特徴の１つである電気−機械変換素子の基礎となるゾルゲル法によるパターン化した電気−機械変換膜（層）の一形成方法について述べる。
（１）ゾルゲル法により下地基板の濡れ性を制御して、ゾルゲル液（以下、「ＰＺＴ前駆体液」と記す）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の特定金属上に自己配列する現象である。
（２）白金族金属にチオールで、自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ：以下、「ＳＡＭ膜」と記す）を形成する。
（３）第１の電極としての下部電極にＰｔ（白金）を用い、その全面にＳＡＭ処理を行う。
・ＳＡＭ膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。
（４）周知のフォトリソグラフィ・エッチングにより、前記ＳＡＭ膜をパターニングする。
（５）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る。一方、ＳＡＭ膜除去した部位は白金表面なので親水性になる。
なお、上記（１）〜（５）までの処理工程は、第１の電極としての下部電極に部分的に表面改質を行う表面改質工程に相当する。
（６）液滴吐出法の一例としてのインクジェット方式により親水性の領域にＰＺＴ前駆体液（ゾルゲル液）を塗布する。
・表面エネルギーのコントラストにより、塗布領域は親水性の領域のみとなる。
・ＰＺＴ前駆体液は液体吐出ヘッド（以下、「インクジェットヘッド」ともいう）で塗布可能なように粘度、表面張力を調整する。
なお、上記（６）の処理工程は、表面改質された下部電極上の親水性の領域にＰＺＴ前駆体液（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塗布工程に相当する。
このようにして第１のパターン化ＰＺＴ前駆体塗膜を下地基板上にインクジェット方式で形成し、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。２回目以降の工程は以下の理由から簡便化できる。
・ＳＡＭ膜は酸化物薄膜上には形成されない。このため、上記（１）の処理工程により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のパターン形成した試料にＳＡＭ処理を行った後、ＰＺＴ前駆体液の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。
なお、塗布工程後のこれまでの工程は、塗布工程により部分的に塗布されたゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する乾燥・熱分解・結晶化工程に相当する。
（７）所望の膜厚になるまで、上述の塗布工程および乾燥・熱分解・結晶化工程を繰り返す。
・この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が５μｍの厚さまで形成できる。
つまり、ＰＺＴ前駆体液（ゾルゲル液）をインクジェット方式で塗布するのが本発明の一つの特徴であり、従来法のスピン工法を用いたスピンコータ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を図ることができる。
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、そのアクチュエータ部の断面がアクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなるメニスカス（三日月状）凸レンズ形状（但し、その凸部が下部電極と反対側の上部電極側に向いたメニスカス凸レンズ形状）の膜厚を有する形状となる。
以下、本発明の実施例１〜５について、図を参照しながら詳細に説明する。
（実施例１）
この実施例１は、本発明に係るゾルゲル法による電気−機械変換素子における電気−機械変換膜の形成（製造）方法に関するものである。
図１は、基板１表面を部分的に表面改質を行う表面改質工程を説明する模式的な断面図である。図１のＡ工程に示す基板１上には、第１の電極または下部電極としての図示されていない例えば白金（Ｐｔ）電極が、スパッタ法により基板１の表面に形成されている。
図１のＢ工程は、基板１の表面全体にＳＡＭ膜２を形成した状態を示す。ＳＡＭ膜２は、アルカンチオール液に基板１をディップして自己配列させることで得ている。ここではＣＨ３（ＣＨ２）−ＳＨを使用した。
図１のＣ工程は、ＰＺＴ前駆体を形成する部分のＳＡＭ膜２を除去するために、また必要部分のＳＡＭ膜２を保護するために、フォトリソグラフィによりフォトレジスト層３をパターニング形成した状態を示している。同図のＣ工程の状態で、例えば酸素プラズマを基板１の表面に照射することにより、ＰＺＴ前駆体を形成する部分のＳＡＭ膜２を除去する。
図１のＤ工程は、上記したＳＡＭ膜２の除去後に、フォトレジスト層３を剥離した状態を示す。本工程により形成されたＳＡＭ膜２の純水に対する接触角は９２度であり疎水（撥水）性を示し、ＳＡＭ膜２を除去した部分である基板１上の白金の接触角は５４度となり、親水性となる。
以下、工程Ｄ以降において、ＳＡＭ膜２の形成領域を括弧を付して「親水部」と記載し、ＳＡＭ膜２を除去した部分である基板１上のＰｔ面の領域を「親水部４」と記載する。
本実施例ではＳＡＭ膜２を酸素プラズマで除去する例を説明したが、これに限らず、ＵＶ光（紫外線）を照射してＳＡＭ膜２を部分的に除去してもよい。
次に図２を参照して、ＰＺＴ前駆体液をインクジェット法により、図１の表面改質工程で形成した基板１上の親水部４に塗布する塗布工程および方法について説明する。なお、ゾルゲル液は、以下、ＰＺＴ前駆体液またはＰＺＴ前駆体溶液ともいう。
図２のＤ工程は、図１のＤ工程以降を分かりやすくする図示の都合上から、図１のＤ工程と同じ工程を故意に重複して示している。
図２のＥ工程に示すように、図１の表面改質工程でパターニングされた基板１上のＰｔ面における親水部４の所望するパターン領域内に、後述する図３に示す液体吐出ヘッド２０８を備えた液滴塗布装置により、ＰＺＴ前駆体溶液５の液滴６を着弾させることで塗布した。
ここで、図３を参照して、液体吐出ヘッド２０８を備えた液滴塗布装置を説明する。図３は、液体吐出ヘッド２０８を備えた液滴塗布装置を説明する斜視図である。
図３に示すように、架台２００の上には、Ｙ軸駆動手段２０１が設置してある。Ｙ軸駆動手段２０１の上には、基板２０２を搭載するステージ２０３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２０３には、図示を省略している真空、静電気などの吸着手段が設けられており、基板２０２が固定されている。
また、Ｘ軸支持部材２０４には、Ｘ軸駆動手段２０５が取り付けられている。Ｘ軸駆動手段２０５には、Ｚ軸駆動手段２１１上に搭載されたヘッドベース２０６が取り付けられており、ヘッドベース２０６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２０６の上には、ＰＺＴ前駆体溶液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２０８が搭載されている。この液滴吐出ヘッド２０８には、図示しないＰＺＴ前駆体溶液貯蔵用のタンクからＰＺＴ前駆体溶液供給用パイプ２１０からＰＺＴ前駆体溶液が供給される。
同図中において、２１２は、ヘッド待機位置を、２１３は、第１の位置合わせ用アライメントカメラを、２１４は、第２の位置合わせ用アライメントカメラを、それぞれ示す。
ＰＺＴ前駆体溶液（ゾルゲル液）５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、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し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、前記の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５を合成した。このＰＺＴ前駆体溶液５のＰＺＴ濃度は０．１モル（ｍｏｌ）／リットルにした。
一度の成膜で得られる膜厚は１００ｎｍが好ましく、ＰＺＴ前駆体溶液５のＰＺＴ濃度は成膜面積とＰＺＴ前駆体溶液５の塗布量の関係から適正化される。図２のＥ工程には、図３に示した液滴塗布装置によりＰＺＴ前駆体溶液５が塗布された状態を示しており、接触角のコントラストのためＰＺＴ前駆体溶液５は親水部４のみに広がりＰＺＴ前駆体塗膜７のパターンを形成する。これを第一の加熱（溶媒乾燥）として１２０℃処理後、有機物の熱分解を行い、Ｆ工程に示すように電気−機械変換膜としてのＰＺＴ膜８を得た。このときの膜厚は９０ｎｍであった。
引き続き繰返し処理としてイソプロピルアルコール洗浄後、同様の浸漬処理にてＳＡＭ膜を形成した。２回目以降では、ＳＡＭ膜２は酸化膜上には形成されないので、図２のＤ’工程に示すように、フォトリソグラフィの工程を実施せずにＳＡＭ膜２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２上は９２度、ＰＺＴ膜８上は３４度であった。この状態で１度目に形成したＰＺＴ膜８上に位置合わせを行って、再度、図３に示した液滴塗布装置によりＰＺＴ前駆体溶液５を塗布した状態がＥ’工程である。さらに１回目と同じ加熱プロセスを実施し、Ｆ’工程に示すように重ね塗りされたＰＺＴ膜８が得られた。このときの膜厚は１８０ｎｍであった。
前記工程を６回繰り返し５４０ｎｍのＰＺＴ前駆体塗膜７を得た後、結晶化熱処理（温度７００℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。ＰＺＴ膜８にクラックなどの不良は生じなかった。
さらに６回のＳＡＭ膜処理後、ＰＺＴ前駆体溶液５の選択塗布を行い、その後１２０℃乾燥・５００℃熱分解を行い、結晶化処理をした。その結果、ＰＺＴ膜８にクラックなどの不良は生じなかった。膜厚は１０００ｎｍに達した。
最終的に得られた膜厚１０００ｎｍのパターン化したＰＺＴ膜８に、第２の電極としての上部電極（白金）を成膜して電気−機械変換素子（ピエゾ素子）を得た後、電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。ＰＺＴ膜８の比誘電率は１２２０、誘電損失は０．０２、残留分極は１９．３μＣ／ｃｍ２、抗電界は３６．５ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持った。この際得られたＰ−Ｅヒステリシス曲線を図４に示す。
電気−機械変換能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１２０ｐｍ／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。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値である。
本実施例で最終的に形成したＰＺＴ膜８のパターン寸法は、１０００×５０μｍであり、短い幅方向（短手方向：副走査方向に相当する）の変位量をレーザードップラー計で計測した結果を図５に示す。
図５において、横軸は、電気−機械変換素子の後述するアクチュエータ部（図６および図９参照）おける短手方向の位置を示し、縦軸は、同アクチュエータ部の変位量を示している。
同図において、（ａ）は比較例の変位特性を示す線図であって、実施例１と同様の手法で同じ寸法にパターニングされたスピン工法で形成されたＰＺＴ膜を含む電気−機械変換素子のアクチュエータ部の変位特性を示す。（ｂ）は実施例１のインクジエット工法で形成されたＰＺＴ膜を含む電気−機械変換素子のアクチュエータ部の変位特性を示す。
図６を参照して、解析による電気−機械変換素子のアクチュエータ部のＰＺＴ膜（電気−機械変換膜）における本実施例１の変形の様子を、比較例と対比する状態で説明する。図６（ａ）は図５（ａ）で説明したと同様の比較例：スピン工法で形成された、図６（ｂ）は図５（ｂ）で説明したと同様の本実施例１：インクジエット工法で形成された、それぞれのＰＺＴ膜の片側半分の変形の様子を示す。なお、変形の差が良く分かるように縦方向はスケールを５０倍に増幅している。
図６（ａ）、図６（ｂ）の下側に示す各白抜きの図は、電圧を印加していないときの電気−機械変換素子のアクチュエータ部３５における各々の断面形状を示す。アクチュエータ部３５は、図９にも示すように、基板１としての振動板３０から電気−機械変換膜４３としてのＰＺＴ膜を挟んで構成される上部電極４４までの積層構造体部分を示し、電圧がかけられたときに実際に変形変位する駆動部分を表す。また、Ｘ軸はＰＺＴ膜の短手（副走査）方向の位置を、Ｚ軸はアクチュエータ部３５が電圧印加時に圧力室基板２０・圧力室２１（図９参照）側へ変形変位する方向の位置・変位量を、それぞれ表わしている。
図６（ａ）に示す比較例のスピン工法で作製したＰＺＴ膜は、エッチングで加工されることから、膜厚は略均一であるため剛性は場所・位置によらず略一定であり、ＰＺＴ膜端部付近で振動板３０の変形を阻害していることが分かる。
一方、図６（ｂ）に示す本実施例１のインクジェット工法で形成されたＰＺＴ膜は、白抜きで示す断面が略メニスカス（三日月）凸レンズ形状（凸が上部電極４４への向き）になっていることにより、アクチュエータ部３５のＰＺＴ膜端部で膜厚が薄くなっており、アクチュエータ部３５（ＰＺＴ膜）端部付近の剛性が低下しているため、変形時に端部付近の振動板３０が大きくスピン工法よりも変形し、アクチュエータ部３５のＰＺＴ膜中央部の最大変位量もスピン工法のＰＺＴ膜よりも大きくなっており、図５の測定結果と一致していることが分かった。
上部電極を配置せずに、更なる厚膜化を試みた。すなわち、６回までの熱分解アニールのたびに結晶化処理を行い、これを１０回繰り返したところ５μｍのパターン化ＰＺＴ膜がクラックなどの欠陥を伴わずに得られた。
上述のとおり、本実施例１により得られた電気−機械変換素子の、基板である振動板３０から第２の電極である上部電極４４までが積層されたアクチュエータ部３５は、上位概念用語で記載すると、アクチュエータ部３５の長手方向と直交する短手方向（副走査方向に相当する）の断面におけるアクチュエータ部３５の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる剛性を有していると表現できる。この場合、中央が最も高い山形状の曲線を含む他、中央が最も高い三角形状の曲線も含む。
より具体的には、アクチュエータ部３５は、その短手方向の断面におけるアクチュエータ部３５の端部からその中央部に向かって略メニスカス凸レンズの外周面湾曲線を描くように徐々に大きくなる剛性を有するように作製するのが好ましい。
以上説明したとおり、本実施例１によれば、第１に、上述した特有の剛性特性を有する電気−機械変換素子を得たことにより、効率の良い電気−機械変換能として優れた変形変位を得ることができる。
第２に、第１の電極上に部分的に表面改質を行う表面改質工程と、表面改質された第１の電極上に液滴吐出法によって圧電体前駆体としてのＰＺＴ前駆体を含むゾルゲル液（ＰＺＴ前駆体溶液）を部分的に塗布する塗布工程と、部分的に塗布されたゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する乾燥・熱分解・結晶化工程とを含み、前記塗布工程および前記乾燥・熱分解・結晶化工程を繰返し行ってパターン化した電気−機械変換膜を得る電気−機械変換膜の製造方法により製作され、かつ、前記表面改質が、第1の電極上にチオール化合物を付与することによりなされ、その後、フォトリソグラフィ・エッチングにより部分的にチオール化合物が除去される工程を含むことにより、上記特許文献６記載のバンク形成工程を省略して工程の短縮化を図れるとともに、乾燥・熱分解・結晶化工程におけるクラックの発生を防止することができ、また、上述の工程で得られた電気−機械変換膜（ＰＺＴ膜）は、良好な電気特性をもつことができる。
（実施例２）
この実施例２は、本発明に係る電気−機械変換膜の膜厚分布形状および電気−機械変換膜の外周表面形状に関する。
図７および図８を参照して、実施例２におけるＰＺＴ膜の膜厚分布形状および外周表面形状について説明する。
実施例１と同様にインクジェット方式により重ね塗布して最終的に得られたＰＺＴ膜のアクチュエータ部における短手方向の断面の膜厚を表面粗さ計で計測した片側半分の結果を図７に示す。ＰＺＴ膜の膜厚は、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いる。このときの中央部の最大膜厚は１０００ｎｍ（１．０μｍ）であった。
すなわち、ＰＺＴ膜の膜厚分布形状は、アクチュエータ部の短手方向の断面におけるアクチュエータ部端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる形状特性を有し、略メニスカス凸レンズ状となっている。
前記膜厚分布の多項式近似を実施したところ、図８および次式（１）、（２）の高次関数である４次関数の近似式と非常に良い一致を示した。図８に示す膜厚分布の一例としては、ＰＺＴ膜の短手（副走査）方向（Ｘ軸の＋−の両方向）の幅は５０μｍであり、Ｘの有効範囲（ＰＺＴ膜形成部）は、−２５≦Ｘ≦＋２５μｍとなる。
但し、式（１）において、ＸはＰＺＴ膜の断面中央を０としたＰＺＴ膜の各端部に向かう正負の位置座標を表わし、ＹはＸ位置座標におけるＰＺＴ膜の膜厚を表わす（図８参照）。係数Ａ〜Ｅは膜厚が変ると変動する係数である。
Ｙ＝−ＡＸ４＋ＢＸ３−ＣＸ２＋ＤＸ＋Ｅ・・・式（１）
上記式（１）を求めるために、上述した膜厚計測を多数回行い、前記膜厚分布の多項式近似を多数回実施し、前記係数Ａ〜Ｅの間にある特定の関係を見出した。その結果をまとめると、次のとおりである。前記式（１）において、前記断面中央の膜厚Ｅ（Ｘ＝０のとき）である係数Ｅの範囲が０．５〜５．０（μｍ）にあるとき、係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃ、係数Ｄが、次式（２）の係数数値をそれぞれ０．９〜１．１倍にした範囲内に存在する特定の関係にある。
Ｙ＝−３×１０１８Ｘ４＋１０１４Ｘ３−３×１０９Ｘ２＋４５２０Ｘ＋０．９９６・・・式（２）
なお、前記（１）、（２）式は、見方を変えると、ＰＺＴ膜の外周表面形状を近似的に表しているものとも表現できる。
以上説明したとおり、本実施例２によれば、実施例１の効果に加えて、いわば理想的なＰＺＴ膜の膜厚分布形状およびＰＺＴ膜の外周表面形状を得ることができた。
上記背景技術でも述べたように、従来の電気−機械変換素子では、効率の良い振動や変形変位を得るために、電気−機械変換素子を構成している圧電体などの電気−機械変換膜等を均一にすることに主眼がおかれていた。このような現状に鑑み、本発明者らは従来とは本質的に異なる観点・発想から、効率の良い変形変位を得るために電気−機械変換素子・電気−機械変換膜の剛性と膜厚・形状との相関関係について上述のとおり提案するものである。
（実施例３）
この実施例３は、本発明に係る液体吐出ヘッドに関する。図９および図１０を参照して、液体吐出ヘッドの一例としてのインクジェットヘッド１０２について説明する。図９は、１ノズルのインクジェットヘッドの幾分模式的かつ端面図的な断面図、図１０は、インクジェットヘッドを複数個配置した構成例の幾分模式的かつ端面図的な断面図である。なお、両図中には図の簡明化のため液体供給手段、流路、流体抵抗についての図示を省略している。
図９に示すインクジェットヘッド１０２は、上記実施例１の方法で作製した電気−機械変換膜４３を含む電気−機械変換素子４０を有する。
インクジェットヘッド１０２は、ノズル板１０に形成されていてインク滴を吐出するノズル１１と、このノズル１１が連通する液室とも呼ばれる圧力室２１と、この圧力室２１内のインク（図示せず）を吐出するための圧力発生手段となる電気−機械変換素子４０とで構成されている。圧力室２１は、ノズル板１０にＳｉ基板製の圧力室基板２０を配置することで空間として形成されている。
電気−機械変換素子４０は、ノズル板１０と対向側に配置され圧力室２１の壁面を構成する振動板３０を変形変位させることで圧力室２１内のインクをインク滴としてノズル１１から吐出させるピエゾ型のものである。電気−機械変換素子４０は、Ｓｉ基板で構成された振動板３０上に酸化物電極とも呼ばれる密着層４１が形成されていて、密着層４１上に第１の電極となる下部電極（白金族電極）４２が形成されている。この下部電極４２上に電気−機械変換膜４３が形成され、この電気機械変換膜４３上に第２の電極となる上部電極４４が形成されている。すなわち、第１の電極となる下部電極４２と第２の電極となる上部電極４４との間に電気−機械変換膜４３が介装（部材間に備え付けることを意味する）されている。
アクチュエータ部３５は、下部電極４２と上部電極４４との間に電圧がかけられたときに実際に変形変位する駆動部分であり、実施例１で説明した基板１としての振動板３０から電気−機械変換膜４３としてのＰＺＴ膜を挟んで構成される上部電極４４までの積層構造体部分を示す。アクチュエータ部３５は、上記実施例１および２で説明したとおり、アクチュエータ部３５の短手方向の断面におけるアクチュエータ部３５の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる剛性および膜厚を有し、さらに具体的にはその凸部が上部電極４４に向いた略メニスカス凸レンズ形状となっている。
本実施例３によれば、電気−機械変換素子４０が簡便な製造工程で、かつ、バルクセラミックスと同等の性能を持つものとして形成でき、その後の圧力室２１形成のための裏面からのエッチング除去、ノズル１１を有するノズル板１０を接合することで液体吐出ヘッドの一例としてのインクジェットヘッド１０２が構成できる。
本実施例３では、液体吐出ヘッドとしての一使用例としてインクジェットヘッド１０２を説明したが、本発明の電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドは、前記したインクジェットヘッド１０２に限らず、マイクロポンプ、超音波モータ、加速度センサ、プロジェクタ用２軸スキャナ、輸液ポンプなどの用途においても使用可能である。
（実施例４）
この実施例４は、本発明に係る液滴吐出装置に関するものである。図１１を参照して、液滴吐出装置の一例としてのインクカートリッジ５０について説明する。図１１は、インクカートリッジの外観斜視図である。
このインクカートリッジ５０は、ノズル１１を備えた実施例３のインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に供給するインクを格納するインクタンク５２とを一体化したものである。
実施例４によれば、インクタンク一体化のインクカートリッジ５０の場合、インクジェットヘッド１０２の低コスト化は直ちにインクカートリッジ５０全体の低コスト化につながるので、ヘッド一体化インクカートリッジ５０の低コスト化を図れる。
（実施例５）
この実施例５は、本発明に係る画像形成装置に関するものである。図１２および図１３を参照して、本発明に係る画像形成装置の一例としてのインクジエット記録装置１００の全体構成を説明する。図１２は、本実施例５のインクジエット記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図である。図１３は、同記録装置のインクジエット記録装置を透視して示す斜視図である。
図１２および図１３に示すインクジェット記録装置１００は、実施例３の液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド（以下、単に「記録ヘッド」ともいう）１０２を搭載している。
図１２および図１３に示すように、インクジェット記録装置１００は、いわゆるシリアル型のインクジェット記録装置であり、記録装置本体１００Ａ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の下側に搭載された記録ヘッド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。
記録装置本体１００Ａの下方部には、図１３における左側の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が、記録装置本体１００Ａに対して引き出し・押し込み自在に配設（配置して設けることを意味する）されている。給紙カセット１０６の上方には、用紙を手差しで給紙するための手差しトレイ１０７を記録装置本体１００Ａに対して揺動・開閉可能に設けられている。給紙カセット１０６あるいは手差しトレイ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発明に係る記録ヘッド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。
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（シート）搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０９に摺動（接触して摺り動くことを意味する）自在に支持され、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１１０に摺動自在に載置されている。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、タイミングベルト１０４をキャリッジ１０１に固定している。タイミングベルト１０４は、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との間に張架（張力を付与する状態で掛け渡され装着されていることを意味する）されている。この主走査モータ１１１の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復移動される。
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、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およ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および搬送ローラ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、図示しない副走査モータ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および拍車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。
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。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１０２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し、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、記録装置本体１００Ａの下部に設置された廃インク溜（図示せず）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。
以上説明したとおり、本実施例５によれば、インクジェット記録装置１００においては本発明を実施したインクジェットヘッド１０２を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、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。
以上述べたとおり、本発明を特定の実施形態および実施例等について説明したが、本発明が開示する技術は、上述した実施形態および実施例等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や実施例或いは変形例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。
本発明の実施例３においては電気−機械変換素子４０を用いた液体吐出ヘッドとして、微小インクを吐出するインクジェットヘッド１０２を例示して説明したが、これに限定されず、本発明の適用範囲は、例えばインクに代えて、その用途に応じて使用する任意の微小液体を吐出する液体吐出ヘッドであってもよく、また液体吐出ヘッドを用いたパターニング装置等にも適用可能なことは無論である。
本発明の実施形態および実施例は、上述した実施形態、実施例１〜３に限らず、基板上に第１の電極が形成され、第１の電極の少なくとも一部に電気−機械変換膜が形成され、さらに前記電気−機械変換膜の少なくとも一部に第２の電極が形成された電気−機械変換素子（公知の構成）において、基板から第２の電極までが積層されたアクチュエータ部が、該アクチュエータ部の断面における前記アクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる剛性を有する構成についても適用される。
すなわち、上記実施例１のようなゾルゲル法にて得られた電気−機械変換素子に限らず、上記公知の電気−機械変換素子において、アクチュエータ部が上記特有の剛性を有する構成について適用されることを意味する。
より具体的には、アクチュエータ部は、断面におけるアクチュエータ部の端部からその中央部に向かって略メニスカス凸レンズの外周面湾曲線を描くように徐々に大きくなる剛性を有するように作製するのが好ましい。
本発明に係る画像形成装置は、図１２および図１３に示したインクジェット記録装置１００に限らず、本発明のインクジェット方式の画像形成装置を含む画像形成装置、すなわち例えば、プリンタ、プロッタ、ワープロ、ファクシミリ、複写機等またはこれら２つ以上の機能を備えた複合機等においてインクジェット記録装置を含む画像形成装置にも適用可能である。
本発明の適用分野としては、直接的には印刷分野、特にデジタル印刷分野が挙げられ、画像形成装置としては、マルチファンクション・プリンタ（以下、「ＭＦＰ」という）を使用するデジタル印刷装置、オフィス、パーソナルで使用するプリンタ、ＭＦＰなどが挙げられる。また、応用分野としては、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などにも適用可能である。
また、被記録媒体・シートとしては、用紙１０５に限らず、使用可能な薄紙から厚紙、はがき、封筒、或いはＯＨＰシート等まで、インクジェットヘッドを用いて画像形成可能な全ての記録媒体・シートを含むものである。
１ 基板
２ ＳＡＭ膜
３ フォトレジスト層
４ 親水部
５ ゾルゲル液、ＰＺＴ前駆体液
６ ＰＺＴ前駆体液の液滴
７ ＰＺＴ前駆体塗膜
８ ＰＺＴ膜
１０ ノズル板
１１ ノズル
２０ 圧力室基板
２１ 圧力室
３０ 振動板
３５ アクチュエータ部
４０ 電気−機械変換素子
４１ 密着層
４２ 下部電極（第１の電極の一例）
４３ 電気−機械変換膜
４４ 上部電極（第２の電極の一例）
５０ インクカートリッジ（液滴吐出装置の一例）
５２ インクタンク（タンクの一例）
１００ インクジェットヘッド記録装置（画像形成装置の一例）
１００Ａ 記録装置本体
１０１ キャリッジ
１０２ インクジェットヘッド、記録ヘッド（液体吐出ヘッドの一例）
１０４ 印字機構部
１０５ 用紙（記録媒体）
特許第４１１７５０４号公報 特開２００８−１４７６８２号公報 特許第３７２５３９０号公報 特許第３６３６３０１号公報 特許第３０１９８４５号公報 特開２０１１−０１８８３６号公報
K. D. Budd, S. K. Dey, D. A. Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985). A. Kμｍar and G. M. Whitesides, Appl.Phys.Lett., 63, 2002 (1993).

Claims (4)

  1. 基板上に第１の電極が形成され、第１の電極の少なくとも一部に電気−機械変換膜が形成され、さらに前記電気−機械変換膜の少なくとも一部に第２の電極が形成された電気−機械変換素子において、
    前記基板から第２の電極までが積層されたアクチュエータ部は、該アクチュエータ部の断面における前記アクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる剛性を有し、
    前記断面における前記電気−機械変換膜は、前記アクチュエータ部の端部からその中央部に向かって徐々に大きくなる膜厚を有し、
    前記断面における前記電気−機械変換膜の膜厚分布形状が、次式（１）の４次関数で近似されることを特徴とする電気−機械変換素子。
    Ｙ＝−ＡＸ ４ ＋ＢＸ ３ −ＣＸ ２ ＋ＤＸ＋Ｅ・・・式（１）
    但し、式（１）において、Ｘは前記電気−機械変換膜の前記断面中央を０とした前記各端部に向かう正負の位置座標を表わし、ＹはＸ位置座標における前記膜厚を表わす。
    前記式（１）において、係数Ａ〜Ｅは膜厚が変ると変動する係数であり、前記断面中央の膜厚Ｅ（Ｘ＝０のとき）である係数Ｅの範囲が０．５〜５．０（μｍ）にあるとき、係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃ、係数Ｄが、次式（２）の係数数値をそれぞれ０．９〜１．１倍にした範囲内に存在する特定の関係にある。
    Ｙ＝−３×１０ １８ Ｘ ４ ＋１０ １４ Ｘ ３ −３×１０ ９ Ｘ ２ ＋４５２０Ｘ＋０．９９６・・・式（２）
  2. 請求項１記載の電気−機械変換素子を用いたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 請求項２記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドに供給する液体を格納するタンクと、
    を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  4. 請求項２記載の液体吐出ヘッドまたは請求項３記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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