圧電体薄膜とその製造方法、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、角速度センサ、角速度センサを用いて角速度を測定する方法、圧電発電素子ならびに圧電発電素子を用いた発電方法
【課題】圧電特性の良い非鉛材料薄膜を実現するために、結晶配向性に優れた（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3薄膜およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１２上の（１１１）面方位である電極膜１３上に形成された、
ペロブスカイト型複合酸化物（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５において、電極膜１３との界面に隣接して、（１１１）面方位である（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3（０．２９≦ｘ≦０．４）界面膜１４を設けている。本発明による（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５は、（１１１）面方位にのみに強く結晶配向することで優れた圧電特性を示し、鉛を含まない元素による圧電体薄膜を提供することができ、インクジェットヘッド、角速度センサ、圧電発電素子等への応用が可能となる。
【解決手段】基板１２上の（１１１）面方位である電極膜１３上に形成された、
ペロブスカイト型複合酸化物（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５において、電極膜１３との界面に隣接して、（１１１）面方位である（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3（０．２９≦ｘ≦０．４）界面膜１４を設けている。本発明による（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５は、（１１１）面方位にのみに強く結晶配向することで優れた圧電特性を示し、鉛を含まない元素による圧電体薄膜を提供することができ、インクジェットヘッド、角速度センサ、圧電発電素子等への応用が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電体薄膜とその製造方法に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体薄膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体薄膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3、０＜ｘ＜１）は、大きな
電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料である。ＰＺＴは、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有する。組成の調整または元素の添加によって、ＰＺＴの機械的品質係数Ｑｍは容易に制御され得る。これらが、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子へのＰＺＴの応用を可能にしている。
【０００３】
しかし、ＰＺＴは多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出による、生態系および環境への深刻な被害が懸念されている。このため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料（非鉛強誘電材料）が求められている。
【０００４】
現在開発が進められている非鉛（lead-free）強誘電材料の一例が、ビスマス（Ｂｉ）
、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-yＢａy］ＴｉＯ3である。特許文献１および非特許
文献１は、バリウム量ｙ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、およそ１２５ｐＣ／Ｎの圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示している。ただし、当該強誘電体材料の圧電性能は、ＰＺＴの圧電性能より低い。
【０００５】
特許文献２、非特許文献２、および非特許文献３は、特定の方向に配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の作製を開示している。配向により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の分極軸を揃えることによって、当該膜が有する残留分極および圧電性能のような強誘電特性の向上が期待される。
【０００６】
しかし、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3バルクとは異なり、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）Ｔｉ
Ｏ3薄膜は、リーク電流を生じる。非特許文献１は、厚み１ｍｍの（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）
ＴｉＯ3ディスクであって、およそ１％の誘電損失ｔａｎδを有するディスクを開示する
。これに対して、非特許文献３は、ｋＨｚ以下の低周波領域における（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3薄膜の誘電損失が２０％に届くことを開示する。リーク電流が多い（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂ
ａ）ＴｉＯ3膜の強誘電特性は著しく劣化する。このため、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜のリーク電流を抑えることが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平４−６００７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６３４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２２９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Takenaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No. 9B (1991) 2236-2239
【非特許文献２】H.W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol.85 (2004) 2319-2321
【非特許文献３】M. Abazari et al., Applied Physics Letters, Vol.96 (2010) 082903-082905
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、非鉛強誘電材料を含み、低い誘電損失およびＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する非鉛圧電体薄膜およびその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該圧電発電素子を用いた発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電体薄膜の構成は、下記の通りとなる。
（１１１）面方位である電極層上に形成された
（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層において、
電極層との界面に隣接して、（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
界面層を設けることで、（１１１）面方位への結晶配向性に優れた（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3薄膜が作製可能となり、圧電特性の良い非鉛圧電体薄膜を実現できる。
また、本発明の圧電体薄膜の製造方法は、
（１１１）面方位である電極層上に、
界面層として（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に主体層として（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体薄膜上に電極層を形成する工程とを含む圧電体薄膜の製造方法であって、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、上記界面層により、結晶面方位を（１１１）面方位とさせる工程であることを特徴とする。
前記電極層はＰｔであり得る。
【００１１】
上記の圧電体薄膜を備えたインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子、ならびにそれらを製造する方法は、本発明の趣旨に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１による圧電体薄膜の断面模式図
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１による圧電体薄膜の断面模式図
【図２】図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図
【図３】図３は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を模式的に示す、部分的に当該要部の断面が示された分解斜視図
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の別の一例を模式的に示す断面図
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の角速度センサの別の一例を模式的に示す斜視図
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３Ｂに示す角速度センサにおける断面Ｅ２を示す断面図
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の圧電発電素子の別の一例を模式的に示す斜視図
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ａに示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１５Ｂに示す圧電発電素子における断面Ｆ２を示す断面図
【図１７】実施例１〜５および比較例２、３による圧電体薄膜の断面図
【図１８】比較例１、４、５による圧電体薄膜の断面図
【図１９】実施例１〜５および比較例１〜５による圧電体薄膜のＸ線解析結果を示す図
【図２０】実施例１および比較例１による圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与える。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００１４】
［圧電体薄膜、圧電体薄膜の製造方法］
図１Ａは、実施の形態１による圧電体薄膜を示す。当該圧電体薄膜は、積層構造１６ａを具備する。積層構造１６ａは、（１１１）配向を有する電極膜１３と、（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層１４（０．２９≦ｘ≦０．４）と、（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５とをこの順に有する。これらの層１３〜１５は互いに接している。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５は、高い結晶性および高い（１１１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜は、鉛を含有しないにも拘わらず、低い誘電損失およびＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する。
【００１５】
圧電体薄膜は、導電膜１７をさらに具備することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４と導電膜１７との間に挟まれている。積層構造１６ｃは、積層構造１６ａおよび導電膜１７を具備する。
【００１６】
圧電体薄膜は、図１Ｂに示すように、基板１２をさらに具備することが好ましい。電極膜１３は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４と基板１２との間に挟まれている。
【００１７】
好ましくは、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、２ｎｍ以上の厚みを有する。
【００１８】
基板１２の材料の例は、Ｓｉ単結晶、酸化物、および金属である。当該酸化物は、（ａ）ＭｇＯのようなＮａＣｌ型構造、（ｂ）ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造、（ｄ）ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造、（ｅ）ＴｉＯ2のようなルチル型構造、または（ｆ）ＣａＦ2のような蛍石型構造を具備し得る。当該酸化物の他の例は、立方晶系構造を有する（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3（ＬＳＡＴ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、およびガラスである。
【００１９】
次に、圧電体薄膜を製造する方法を説明する。
まず、基板１２上に、（１１１）配向を有する電極膜１３が形成される。電極膜１３は、基板１２の格子定数および基板１２からの熱膨張係数による応力のため、（１１１）配向を有する。
【００２０】
電極膜１３は、低い電気抵抗を有し、かつ耐熱性を有することが好ましい。電極膜１３の材料の例は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、および金（Ａｕ）のような金属、ならびに酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、およびルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物導電体である。白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００２１】
電極膜１３は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００２２】
電極膜１３は、複数の層を具備し得る。例えば、電極膜１３は、ＳｒＲｕＯ3／Ｐｔからなる積層体であり得る。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層（０．２９≦ｘ≦０．４）３に接する層は、（１１１）配向を具備することを必要とする。
【００２３】
基板１２と電極膜１３との間には、必要に応じて第１の密着層（図示せず）が挟まれ得る。第１の密着層の材料の例は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの化合物である。
【００２４】
次に、電極膜１３上に、（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）が形成される。
【００２５】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、およびＡＤ法によって形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００２６】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、微量の１価の金属元素を含み得る。当該１価の金属元素の例は、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、および銀（Ａｇ）である。２種以上の当該一価の金属元素が含まれ得る。
【００２７】
チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量を表す「０．５ｘ＋２．７５」は、誤差を含み得る。例えば、ｘ＝０．４であれば０．５×０．４＋２．７５＝２．９５である。しかし、ナトリウムの量が０．４である場合、チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量は完全に２．９５に一致するとは限らない。
【００２８】
高い結晶性、高い配向性、および小さいリーク電流を有する圧電体層の形成のために好適な界面層の組成を、圧電体層および界面層が有する格子定数の類似性または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。即ち、圧電体層の格子定数または組成に類似する格子定数または組成を有する界面層を単に設けることによって、上記の望ましい圧電体層は得られない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物
を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、良好な結晶性および良好な配向性を有する、当該複合酸化物により構成される薄膜を形成することが一般に困難であるからである。本発明者らは、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）の上に設けられた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５が、高い結晶性、高い配向性、および小さいリーク電流を有することを見出した。
【００２９】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４の上に、（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５が形成される。圧電体層１５は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００３０】
圧電体層１５は、ＡＢＯ3ペロブスカイト構造を有する。圧電体層１５は微量の不純物を含み得る。当該不純物の例は、Ｎａを置換するＫまたはＬｉ、Ｂａを置換するＳｒまたはＣａ、Ｔｉを置換するＺｒである。結晶性または圧電特性を向上させるため、圧電体層１５は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、またはＴａを含み得る。
【００３１】
圧電体層１５は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００３２】
圧電体層１５上に、導電膜１７がスパッタ法によって形成される。導電膜１７の材料の例は、低い電気抵抗を有するＰｔ、Ｐｄ、およびＡｕのような金属、ならびにＮｉＯ、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3、およびＬａＮｉＯ3のような酸化物導電体である。複数のこれらの材料が組み合わされ得る。
【００３３】
圧電体層１５と導電膜１７との間には、必要に応じて第２の密着層（図示せず）が挟まれ得る。第２の密着層の材料の例は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、またはこれらの化合物である。
【００３４】
［インクジェットヘッド］
以下、本発明のインクジェットヘッドを、図２〜図１２Ｂを参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図３は、図２に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【００３６】
図２および図３における符号Ａは、圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図３に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体薄膜および振動層を具備するアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟まれるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合した状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【００３７】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体薄膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２に示されるように、インクジェットヘッド１００は、平面視においてジグザグ状に配置された２以上の個別電極層１０３を、即ち、圧電体薄膜を、具備する。
【００３８】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された２以上の共通液室１０５を具備する。１つの共通液室１０５は、平面視において２以上の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図２における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを具備する。通常、１つの供給孔１０６および１つのノズル孔１０８が、１つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むように、インク流路部材Ｃに接合している。
【００３９】
図２における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図２を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図２に示される。
【００４０】
図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図２における矢印方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１の電極（個別電極層１０３）および第２の電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１５を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【００４１】
図４Ａに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ａに示される積層構造１６ｃを有する。当該積層構造は、個別電極層１０３である電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５および共通電極層１１２である導電膜１７を、電極膜１３側から、この順に具備する。
【００４２】
図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｂに示される積層構造１６ｄを有する。当該構造は、個別電極層１０３である基板１２および電極膜１３、ならびに（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および共通電極層１１２である導電膜１７を、基板１２側からこの順に有する。電極膜１３は、基板１２上に形成されている。
【００４３】
図４Ａおよび図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および導電膜１７は、基本的に、その好しい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
共通電極層１１２である導電膜１７は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ膜であり得る。当該導電性材料は、Ｔｉが好ましい。なぜなら、Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対して高い密着性を有し、圧電体層と共通電極層との密着層として良好に機能し得るからである。
【００４４】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１５の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。すなわち、本発明のインクジェットにおける圧電体薄膜は、共通電極層１１２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および個別電極層１０３を、この順に具備し得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２は電極膜１３からなる。あるいは、共通電極層１１２は、電極膜１３と基板１２との積層体からなり、当該圧電体薄膜において電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と接するように配置される。個別電極層１０３は、導電膜１７からなる。
【００４５】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。個別電極層１０３が基板１２および電極膜１３の積層体である場合、電極膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００４６】
アクチュエータ部Ｂは、振動層１１１をさらに具備する。振動層１１１は、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合している。振動層１１１は、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて、振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１５への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００４７】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合している。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
（１）圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位し、 （２）振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ、 （３）圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出し得る限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は、限定されない。図４Ａおよび図４Ｂでは、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００４８】
振動層１１１を構成する材料は、例えば、Ｃｒである。当該材料は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔａ、タングステン（Ｗ）、シリコン、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）であり得る。振動層１１１の厚みは、２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００４９】
接着層１１４を構成する材料は、例えば、接着剤または粘着剤である。当業者は、接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００５０】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３を構成する材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り、限定されない。中間層１１３の材料は、例えば、Ｔｉである。中間層１１３は、省略され得る。
【００５１】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００５２】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
最初に、図５Ａに示されるように、基板１２０の上に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）（界面層）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１５、導電膜１７、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。当該手法の例は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法、スパッタリング法である。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００５３】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工して形成し得る。Ｓｉ基板のサイズは、基板１２０のサイズよりも大きいことが好ましい（図１０参照。図１０における符号１３０が、Ｓｉ基板。符号１３０は、Ｓｉ基板以外の他の基板であり得る）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合した後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成される。基板１３０は、複数の当該貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法により、基板１３０に設けられ得る。当該手法は、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせであり得る。エッチングは、ケミカルエッチングまたはドライエッチングであり得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂを、まとめて区画壁１０２と呼ぶ。
【００５４】
次に、図５Ｃに示されるように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。当該方法は、例えば、電着法であり得る。
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は積層体１３２に接合する。当該接合によって、中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０のサイズが基板１２０のサイズよりも大きい場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示される例では１４の積層体。図１０では、積層体１３２が具備する基板１２０が見えている）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合する。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。基板１３０の積層体１３２への接合により、導電膜１７は共通電極層１１２となる。
【００５５】
接着層１１４が熱硬化性の接着剤により構成される場合、基板１３０が積層体１３２に接合した後、熱を加えて接着層１１４を完全に硬化させることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００５６】
次に、図６Ｂに示されるように、区画壁１０２をマスクとして用いて中間層１１３をエッチングする。当該エッチングは、貫通孔１０１の断面の形状に合致させるように行う。これにより、振動層１１１が貫通孔１０１に露出する。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに、縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００５７】
図５Ｂ〜図６Ｂに示される例では、貫通孔１０１が形成された基板１３０が、圧電体層１５を含む積層体１３２に接合する。この手順に代えて、貫通孔１０１を具備しない基板１３０が積層体１３２に接合し、そして当該基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００５８】
その後、図７Ａに示されるように、基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００５９】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせた微細加工によって、基板１２および電極膜１３は、２以上の個別電極層１０
３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応付けられる。
【００６０】
その後、図８Ａに示されるように、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が微細加工される。微細加工した（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および共通電極層１１２（導電膜１７）から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００６１】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、２以上の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、２以上の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００６２】
上述した各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００６３】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７に、ノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。両部材の接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００６４】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示される工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時にはアライメント調整が行われ、当該接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００６５】
当業者は、基板１２を具備しない圧電体薄膜１０４を備えるインクジェットヘッドを、図５Ａ〜図１０に示される方法を応用して製造し得る。
【００６６】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００６７】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合している；（２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合している；（３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、当該密着層１４２がこれらの間の密着性を向上させている；（４）共通電極層１１２が、基板１２と電極膜１３との積層体である；（５）個別電極層１０３が導電膜１７である；（６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および個別電極層１０３（導電膜１７）が順に積層されている。
【００６８】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示されるように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、この順に形成する。各層（膜）の形成手法は、上述したとおりである。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００６９】
この実施形態では、基板１３０がＳｉである場合、当該基板の表面を酸化することによって、二酸化シリコンにより構成される振動層１１１を形成し得る。このとき、振動層１１１の厚みは、０．５〜１０μｍであり得る。
【００７０】
次に、図１２Ｂに示されるように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。次に、基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、導電膜１７、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および（ＮａxＢｉ0.5
）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、導電膜１７が個別電極層１０３に変化する。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとを組み合わせた公知の微細加工手法が用いられ得る。パターニングには、レジストのスピンコートが用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。異方性ドライエッチングでは、当該混合ガスが、さらに六フッ化硫黄ガスを含み得る。
【００７１】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。ノズル孔１０８は、リソグラフィー法、レーザー加工法、放電加工法のような微細加工手法により、ノズル板に形成し得る。
【００７２】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２の電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を含有する。
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。換言すれば、本発明の画像を形成する方法により、紙のような印刷対象物に、文字、絵、図形などが印刷される。当該方法では、高い表現力を有する印刷をなし得る。
【００７３】
［角速度センサ］
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４Ａは、図１３Ａに示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図１４Ｂは、図１３Ｂに示される角速度センサ２１ｂの断面Ｅ２を示す。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【００７４】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体薄膜２０８とを備える。
【００７５】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを具備する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が測定する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図１３Ａ、１３ＢではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【００７６】
基板２００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板２００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａ、２１ｂとしての機能が発現できる限り、限定されない。より具体的には、基板２００の厚みは０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【００７７】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５と、界面層である（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と、第１の電極２０２および第２の電極２０５と、を備える。圧電体層１５は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【００７８】
図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、基板１２および電極膜１３の積層体である。電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する。当該圧電体薄膜２０８は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１７と考えて、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。
【００７９】
図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、電極膜１３である。当該圧電体薄膜２０８は、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１７と考えて、図１Ａに示される圧電体薄膜１ｃと同一である。
【００８０】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４
）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、その好ましい形態を含め、基本的
に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
第２の電極２０５を構成する材料は限定されず、例えば、Ｃｕである。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対する高い密着性を有することから、好ましい。第
２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【００８１】
第２の電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備する。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＸ方向）である。より具体的には、図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図１３Ａ、１３ＢのＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＺ方向）の撓みである。
【００８２】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、第２の電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５
、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および第１の電極２０２（第１の電極は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する電極膜１３を具備する）が、この順に積層され得る。
【００８３】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図１３Ａ、１３Ｂでは、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【００８４】
第１の電極２０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極２０２が基板１２と電極膜１３との積層体である場合、電極膜１３の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−
ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以
下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以
下が好ましい。第２の電極２０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【００８５】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体薄膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【００８６】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能し得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【００８７】
本発明の角速度センサは、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。ただし、以下に示される方法は、第１の電極２０２が基板１２を具備する場合の方法である。当業者は、第１の電極２０２が基板１２を具備しない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【００８８】
最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００８９】
次に、導電膜１７をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、電極膜１３および基板１２をパターニングする。そして、微細加工により基板をパターニングして、振動部２００ｂを形成する。このようにして、本発明の角速度センサが製造され得る。
【００９０】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【００９１】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１７とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサが製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００９２】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極およびセンス電極が、角速度によって、発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【００９３】
以下、図１３Ａ、１３Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１５が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る（換言すれば、駆動電圧は、第１の電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１ａ、２１ｂは、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図１３Ａ、１３Ｂに示される回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることができる。図１３Ａ、１３Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【００９４】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１ａ、２１ｂに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるとき、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａ、２１ｂに加わった角速度ωを測定することができる。
【００９５】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度である。ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出し得る。
【００９６】
［圧電発電素子］
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６Ａは、図１５Ａに示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す。図１６Ｂは、図１５Ｂに示される圧電発電素子２２ｂの断面Ｆ２を示す。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、車両および機械の動力振動および走行振動、ならびに歩行時に生じる振動、に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【００９７】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体薄膜３０８とを具備する。
【００９８】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁により構成される振動部３００ｂと、を有する。固定部３００ａを構成する材料は、振動部３００ｂを構成する材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが、振動部３００ｂに接合され得る。
【００９９】
基板３００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板３００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【０１００】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重は不要である。
【０１０１】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５と、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と、第１の電極３０２および第２の電極３０５
と、を備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、第１の電極３０２および第２の
電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０２】
図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、基板１２および電極膜１３の積層体である。電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する。当該圧電体薄膜３０８は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１７と考えて、図１Ｂに示される積層構造１６ｄと同一である。
【０１０３】
図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、電極膜１３である。当該圧電体薄膜３０８は、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１７と考えて、図１Ａに示される積層構造１６ｃと同一である。
【０１０４】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０５】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜であり得る。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１０６】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、第１の電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能し得る。
【０１０７】
第１の電極３０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２が基板１２と電極膜１３との積層体である場合、電極膜１３の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極３０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１０８】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、振動部３００ｂを有する基板３００側から見て、第１の電極３０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板側から見て、第２の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）および第１の電極（第１の電極は、当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）に接するＬａＮｉＯ3膜を具備する）が、この順に積層され得る。
【０１０９】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１１０】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への対応が可能となる。
【０１１１】
本発明の圧電発電素子は、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。ただし、以下に示される方法は、第１の電極３０２が基板１２を具備する場合の方法である。当業者は、第１の電極３０２が基板１２を具備しない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１１２】
最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１１３】
次に、導電膜１７をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、電極膜１３および基板１２をパターニングする。電極膜１３および基板１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成される。そして、微細加工により基板をパターニングして、固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により、錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１１４】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１５】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１７とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１６】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１１７】
外部から圧電発電素子２２ａ、２２ｂに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【０１１８】
（実施例）
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【０１１９】
（実施例１）
実施例１では、図１７に示される圧電体薄膜を形成した。当該圧電体薄膜は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および導電膜１７を具備している。当該圧電体薄膜を作製する方法は以下の通りであった。
【０１２０】
Ｓｉ（１００）単結晶からなる基板１２の上に、２．５ｎｍの厚みを有するＴｉ膜をスパッタ法により形成した。
【０１２１】
Ｓｉ（１００）単結晶からなる基板１２の上に、（１１１）配向を有するＰｔ膜からなる電極膜１３をスパッタ法によって形成した。当該Ｐｔ膜は２５０ｎｍの厚みを有していた。
【０１２２】
ＴｉおよびＰｔのためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：金属Ｔｉ、金属Ｐｔ
雰囲気：Ａｒガス
ＲＦパワー：１５Ｗ
基板１２の温度：３００℃
【０１２３】
次に、Ｐｔ膜の上に、（１１１）配向を有する０．９３（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０７ＢａＴｉＯ3膜１４（ｘ＝０．３５０）をスパッタ法により形成した。膜１４は、１００ｎｍの厚みを有していた。
【０１２４】
膜１４のためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：上記の通り
ガス（流量比）：Ａｒ／Ｏ2＝５０／５０
ＲＦパワー：１７０Ｗ
基板１２の温度：６５０℃
【０１２５】
膜１４の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）を用いて確認された。
ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた測定では、酸素（Ｏ）のような軽元素の分析精度が劣るため、当該軽元素の正確な定量は困難であった。しかし、作製された０．９３（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０７ＢａＴｉＯ3膜（ｘ＝０．３５０）１４に含まれるＮａ，Ｂｉ，Ｂａ，およびＴｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【０１２６】
膜１４の上に、（１１１）配向を有する０．９３（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−０．０７ＢａＴｉＯ3膜１５をスパッタ法によって形成した。膜１５は、２．７μｍの厚みを有していた。
【０１２７】
膜１５のためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：上記の通り
ガス（流量比）：Ａｒ／Ｏ2＝５０／５０
ＲＦパワー：１７０Ｗ
基板１２の温度：６５０℃
【０１２８】
膜１５の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いて確認された。膜１５に含まれるＮａ，Ｂｉ，Ｂａ，およびＴｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【０１２９】
（膜１５の結晶性の評価）
得られた膜１５の結晶構造を、Ｘ線回折によって解析した。Ｘ線回折は、膜１５の上からＸ線を入射して行なわれた。
【０１３０】
図１９は、Ｘ線回折の結果、すなわち、Ｘ線回折のプロファイルを示す。以降の比較例においても、同一のＸ線回折が適用された。図１９は、実施例１のＸ線回折の結果だけでなく、実施例２〜５および比較例１〜５のＸ線解析の結果も示す。
【０１３１】
図１９は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ層に由来する反射ピークを除き、（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（１１１）反射ピークの強度は、６，６１５ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（１１１）配向性を有することを意味する。
【０１３２】
（強誘電特性および圧電特性の評価）
次に、膜１５の上に、１００ｎｍの厚みを有する金属Ａｕからなる導電膜１７を蒸着法によって形成し、圧電体薄膜を得た。
【０１３３】
図２０は、当該圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【０１３４】
図２０に示されるように、電極膜１３および導電膜１７を介して圧電体膜１５へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜が良好な強誘電特性を現すことが確認された。インピーダンスアナライザを用いて１ｋＨｚにおける誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。当該圧電体薄膜のｔａｎδは５．８％であった。これは、当該圧電体薄膜のリーク電流が小さいことを意味する。
【０１３５】
圧電体薄膜の圧電性能は、以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工した。次に、電極膜１３および導電膜１７との間に電位差を印加してカンチレバーを変位させて得られた変位量をレーザー変位計により測定した。次に、測定された変位量を圧電定数ｄ31に変換し、当該圧電定数ｄ31により圧電性能を評価した。実施例で作製した圧電体薄膜のｄ31は−４０ｐＣ／Ｎであった。
【０１３６】
（実施例２）
ｘ＝０．４０である他は、実施例１と同様に実験を行った。
実施例２による（００１）反射ピークの強度は、５，１４３ｃｐｓであり、非常に強かった。
【０１３７】
（実施例３）
ｘ＝０．２９０である他は、実施例１と同様に実験を行った。
実施例３による（００１）反射ピークの強度は、４，２４３ｃｐｓであり、非常に強かった。
【０１３８】
（実施例４）
以下の点を除き、実施例１と同様に実験を行った。
（ａ）Ｔｉ膜を有するＳｉ（１００）単結晶からなる基板１２に代えて、ＭｇＯ（１１１）単結晶基板が用いられたこと、
（ｂ）Ｐｔのためのスパッタ法における下地基板の温度が４００℃であったこと、
（ｃ）膜１４が、０．９５（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０５ＢａＴｉＯ3（ｘ＝０．３５０）の組成を有していたこと、および
（ｄ）膜１５が、０．９５（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−０．０５ＢａＴｉＯ3の塑性を有していたこと。
実施例４による（００１）反射ピークの強度は、２１，２２２ｃｐｓであった。
【０１３９】
（実施例５）
以下の点を除き、実施例４と同様に実験を行った。
（ｅ）基板１２として、ステンレス板が用いられたこと
実施例５による（００１）反射ピークの強度は、２，０６５ｃｐｓであった。
【０１４０】
（比較例１）
膜１４を形成しなかったことを除き、実施例１と同様に実験を行った。
【０１４１】
図１９に示されるように、得られたＸ線回折プロファイルプロファイルは、（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１３５（１１１）配向を有することによる反射ピークのほか、（００１）および（１１０）配向に起因する反射ピークも有していた。
【０１４２】
比較例１による（００１）反射ピークの強度は、１，９８６ｃｐｓであった。これは、実施例１（６，６１５ｃｐｓ）による反射ピークのおよそ１／３であり、非常に弱かった。このことは、得られた圧電体膜１５が、低い結晶配向性を有することを意味していた。
【０１４３】
さらに、得られた圧電体膜１５について測定された誘電損失（Ｔａｎδ）は非常に大きく、５０％以上であった。そのため、図２０に示されるように、正確なヒステリシス曲線の測定が困難であった（図２０）。
【０１４４】
比較例１の圧電体薄膜は、このような大きなリーク電流を有するため、比較例１の圧電体薄膜が有する正確な圧電定数ｄ31の値を求めることは困難であった。推定される圧電定数ｄ31は、およそ−１６ｐＣ／Ｎであった。
【０１４５】
（比較例２）
比較例２では、ｘ＝０．４２５であること以外は、実施例１と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例２による（００１）反射ピークの強度は、２，２１７ｃｐｓであり、非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４６】
（比較例３）
比較例３では、ｘ＝０．２８０であること以外は、実施例１と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例３による（００１）反射ピークの強度は、２，５０２ｃｐｓであり、非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４７】
（比較例４）
比較例４では、膜１４を形成しないこと以外は、実施例４と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例４による（００１）反射ピークの強度は、９．８３９ｃｐｓであり、実施例４のそれ（２１，２２２ｃｐｓ）と比較して非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４８】
（比較例５）
比較例５では、膜１４を形成しないこと以外は、実施例５と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例４による（００１）反射ピークの強度は、１．１２３ｃｐｓであり、実施例５のそれ（２，０６５ｃｐｓ）と比較して非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４９】
以下の表１は、実施例および比較例の評価結果を要約している。
【０１５０】
【表１】
【０１５１】
表１に示されるように、（１１１）配向を有するＰｔ膜上に形成された（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）が、高い（１１１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を得るために有用であった。
【０１５２】
比較例１、４、５、および６は、当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）が用いられない場合、高い（１１１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が得られないことを示す。
【０１５３】
比較例２は、ｘが０．４を超えてはならないことを意味する。
【０１５４】
比較例３は、ｘが０．２８未満であってはならないことを意味する。
【０１５５】
当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）を得るために、（１１１）配向を有する電極膜が必要とされることを示す。圧電体薄膜のリーク電流を反映する誘電損失の結果に関しても、同様である。
【０１５６】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層が、高い結晶性、高い（１１１）配向性、および小さいリーク電流を有するので、本発明の圧電体薄膜は、高い強誘電特性（例えば、低い誘電損失）および高い圧電性能を有する。本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。本発明の圧電体薄膜は、焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、本発明のインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子が挙げられる。
【０１５８】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係るインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【０１５９】
上記の開示内容から導出される発明は以下の通りである。
１．
圧電体薄膜であって、
（１１１）配向を有する電極膜（１３）と、
（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）（０．２９≦ｘ≦０．４）と、
（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）と
を備え、
前記電極膜（１３）、前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）、および（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）は、この順に積層されている。
1. A piezoelectric thin film comprising,
an electrode film(13) with (111) orientation,
a (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14) with (111) orientation ( x is not less than 0.29 and not more than 0.4), and
a (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15),
the electrode film(13), the (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14), and the (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15) being laminated in this order.
２．
前記電極膜（１３）が金属から構成される、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
2. A piezoelectric thin film of item 1, wherein the electrode film(13) is composed of a metal.
３．
前記金属が、白金、パラジウム、または金である、前記項目２に記載の圧電体薄膜。
3. A piezoelectric thin film of item 2, wherein the metal is platinum, palladium, or gold.
４．
前記金属が白金である、前記項目３に記載の圧電体薄膜。
4. A piezoelectric thin film of item 3, wherein the metal is platinum.
５．
前記電極膜（１３）が酸化物導電体から構成される、前記項目１に記載の圧電体薄膜。5. A piezoelectric thin film of item 1, wherein the electrode film(13) is composed of an oxide conductor.
６．
前記酸化物導電体が、酸化ニッケル、酸化イリジウム、またはルテニウム酸ストロンチウム、前記項目５に記載の圧電体薄膜。
6. A piezoelectric thin film of item 5, wherein the oxide conductor is nickel oxide, iridium oxide, or strontium ruthenate.
７．
基板（１２）をさらに備え、
前記電極膜（１３）は、前記基板（１２）および前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）との間に挟まれている、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
7. A piezoelectric thin film of item 1, further comprising a substrate(12), wherein the electrode film(13) is interposed between the substrate(12) and (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14).
８．
導電膜（１７）をさらに備え、
前記（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）は、前記導電膜（１７）と前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）との間に挟まれている、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
8. A piezoelectric thin film of item 1, further comprising a conductive film(17), wherein the (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15) is interposed between the conductive film(17) and (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14).
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドおよび、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法も含む。
The present invention includes an ink jet head comprising a piezoelectric film according to item 1, and a method for forming an image with the same.
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備える角速度センサおよび、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法も含む。
The present invention includes an angular velocity sensor comprising a piezoelectric film according to item 1, and a method for measuring an angular velocity with the same.
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備える圧電発電素子および、当該圧電発電素子を用いて発電する方法も含む。
The present invention includes a piezoelectric power generation device comprising a piezoelectric film according to item 1, and the method for generating electric power with the same.
【符号の説明】
【０１６０】
１２ 基板
１３ 電極膜
１４ （１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層１４（０．２９≦ｘ≦０．４）
１５ （１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層
１６ 積層構造
１７ 導電膜
１０１ 圧力室開口部
１０２ 圧力室
１０２ａ 区画壁
１０２ｂ 区画壁
１０３ 個別電極層
１０４ 界面層
１０５ 共通液室
１０６ 供給口
１０７ インク流路
１０８ ノズル孔
１０９ 接着剤
１１０ 圧電体層
１１１ 振動層
１１２ 共通電極層
１１３ 中間層
１１４ 接着剤
１２０ 下地基板
１２１ 密着層
１３０ Ｓｉ基板
１５１ 圧力室基板
１５２ 圧力室
１５３ 振動層
１５４ 密着層
１５６ 共通電極層
１５７ 界面層
１５８ 圧電体層
１５９ 個別電極層
１６０ ノズル孔
１６２ ノズル板
１６３ 側壁
２００ センサ基板
２００ａ 固定部
２００ｂ 振動部
２０１ 第１の電極層
２０１ａ 接続端子
２０２ 界面層
２０３ 圧電体層
２０４ 第２の電極層
２０５ 駆動電極
２０５ａ 接続端子
２０６ 検出電極
２０６ａ 接続端子
３００ 振動基板
３００ａ 固定部
３００ｂ 振動部
３０１ 第１の電極層
３０１ａ 接続端子
３０２ 界面層
３０３ 圧電体層
３０４ 第２の電極層
３０５ 錘荷重
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電体薄膜とその製造方法に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体薄膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体薄膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3、０＜ｘ＜１）は、大きな
電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料である。ＰＺＴは、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有する。組成の調整または元素の添加によって、ＰＺＴの機械的品質係数Ｑｍは容易に制御され得る。これらが、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子へのＰＺＴの応用を可能にしている。
【０００３】
しかし、ＰＺＴは多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出による、生態系および環境への深刻な被害が懸念されている。このため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料（非鉛強誘電材料）が求められている。
【０００４】
現在開発が進められている非鉛（lead-free）強誘電材料の一例が、ビスマス（Ｂｉ）
、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-yＢａy］ＴｉＯ3である。特許文献１および非特許
文献１は、バリウム量ｙ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、およそ１２５ｐＣ／Ｎの圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示している。ただし、当該強誘電体材料の圧電性能は、ＰＺＴの圧電性能より低い。
【０００５】
特許文献２、非特許文献２、および非特許文献３は、特定の方向に配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の作製を開示している。配向により（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の分極軸を揃えることによって、当該膜が有する残留分極および圧電性能のような強誘電特性の向上が期待される。
【０００６】
しかし、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3バルクとは異なり、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）Ｔｉ
Ｏ3薄膜は、リーク電流を生じる。非特許文献１は、厚み１ｍｍの（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）
ＴｉＯ3ディスクであって、およそ１％の誘電損失ｔａｎδを有するディスクを開示する
。これに対して、非特許文献３は、ｋＨｚ以下の低周波領域における（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ3薄膜の誘電損失が２０％に届くことを開示する。リーク電流が多い（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂ
ａ）ＴｉＯ3膜の強誘電特性は著しく劣化する。このため、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜のリーク電流を抑えることが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平４−６００７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６３４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２２９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Takenaka et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No. 9B (1991) 2236-2239
【非特許文献２】H.W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol.85 (2004) 2319-2321
【非特許文献３】M. Abazari et al., Applied Physics Letters, Vol.96 (2010) 082903-082905
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、非鉛強誘電材料を含み、低い誘電損失およびＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する非鉛圧電体薄膜およびその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該圧電発電素子を用いた発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電体薄膜の構成は、下記の通りとなる。
（１１１）面方位である電極層上に形成された
（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層において、
電極層との界面に隣接して、（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
界面層を設けることで、（１１１）面方位への結晶配向性に優れた（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3薄膜が作製可能となり、圧電特性の良い非鉛圧電体薄膜を実現できる。
また、本発明の圧電体薄膜の製造方法は、
（１１１）面方位である電極層上に、
界面層として（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に主体層として（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体薄膜上に電極層を形成する工程とを含む圧電体薄膜の製造方法であって、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、上記界面層により、結晶面方位を（１１１）面方位とさせる工程であることを特徴とする。
前記電極層はＰｔであり得る。
【００１１】
上記の圧電体薄膜を備えたインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子、ならびにそれらを製造する方法は、本発明の趣旨に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１による圧電体薄膜の断面模式図
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１による圧電体薄膜の断面模式図
【図２】図２は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図
【図３】図３は、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を模式的に示す、部分的に当該要部の断面が示された分解斜視図
【図４Ａ】図４Ａは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の別の一例を模式的に示す断面図
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の角速度センサの別の一例を模式的に示す斜視図
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３Ｂに示す角速度センサにおける断面Ｅ２を示す断面図
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の圧電発電素子の別の一例を模式的に示す斜視図
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５Ａに示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１５Ｂに示す圧電発電素子における断面Ｆ２を示す断面図
【図１７】実施例１〜５および比較例２、３による圧電体薄膜の断面図
【図１８】比較例１、４、５による圧電体薄膜の断面図
【図１９】実施例１〜５および比較例１〜５による圧電体薄膜のＸ線解析結果を示す図
【図２０】実施例１および比較例１による圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与える。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００１４】
［圧電体薄膜、圧電体薄膜の製造方法］
図１Ａは、実施の形態１による圧電体薄膜を示す。当該圧電体薄膜は、積層構造１６ａを具備する。積層構造１６ａは、（１１１）配向を有する電極膜１３と、（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層１４（０．２９≦ｘ≦０．４）と、（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５とをこの順に有する。これらの層１３〜１５は互いに接している。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５は、高い結晶性および高い（１１１）配向性を有する。このため、圧電体薄膜は、鉛を含有しないにも拘わらず、低い誘電損失およびＰＺＴと同一の高い圧電性能を有する。
【００１５】
圧電体薄膜は、導電膜１７をさらに具備することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４と導電膜１７との間に挟まれている。積層構造１６ｃは、積層構造１６ａおよび導電膜１７を具備する。
【００１６】
圧電体薄膜は、図１Ｂに示すように、基板１２をさらに具備することが好ましい。電極膜１３は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４と基板１２との間に挟まれている。
【００１７】
好ましくは、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、２ｎｍ以上の厚みを有する。
【００１８】
基板１２の材料の例は、Ｓｉ単結晶、酸化物、および金属である。当該酸化物は、（ａ）ＭｇＯのようなＮａＣｌ型構造、（ｂ）ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造、（ｄ）ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造、（ｅ）ＴｉＯ2のようなルチル型構造、または（ｆ）ＣａＦ2のような蛍石型構造を具備し得る。当該酸化物の他の例は、立方晶系構造を有する（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3（ＬＳＡＴ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、およびガラスである。
【００１９】
次に、圧電体薄膜を製造する方法を説明する。
まず、基板１２上に、（１１１）配向を有する電極膜１３が形成される。電極膜１３は、基板１２の格子定数および基板１２からの熱膨張係数による応力のため、（１１１）配向を有する。
【００２０】
電極膜１３は、低い電気抵抗を有し、かつ耐熱性を有することが好ましい。電極膜１３の材料の例は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、および金（Ａｕ）のような金属、ならびに酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、およびルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物導電体である。白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００２１】
電極膜１３は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００２２】
電極膜１３は、複数の層を具備し得る。例えば、電極膜１３は、ＳｒＲｕＯ3／Ｐｔからなる積層体であり得る。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層（０．２９≦ｘ≦０．４）３に接する層は、（１１１）配向を具備することを必要とする。
【００２３】
基板１２と電極膜１３との間には、必要に応じて第１の密着層（図示せず）が挟まれ得る。第１の密着層の材料の例は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの化合物である。
【００２４】
次に、電極膜１３上に、（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）が形成される。
【００２５】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、およびＡＤ法によって形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００２６】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４は、微量の１価の金属元素を含み得る。当該１価の金属元素の例は、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、および銀（Ａｇ）である。２種以上の当該一価の金属元素が含まれ得る。
【００２７】
チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量を表す「０．５ｘ＋２．７５」は、誤差を含み得る。例えば、ｘ＝０．４であれば０．５×０．４＋２．７５＝２．９５である。しかし、ナトリウムの量が０．４である場合、チタン酸ナトリウム・ビスマスの酸素量は完全に２．９５に一致するとは限らない。
【００２８】
高い結晶性、高い配向性、および小さいリーク電流を有する圧電体層の形成のために好適な界面層の組成を、圧電体層および界面層が有する格子定数の類似性または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。即ち、圧電体層の格子定数または組成に類似する格子定数または組成を有する界面層を単に設けることによって、上記の望ましい圧電体層は得られない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物
を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、良好な結晶性および良好な配向性を有する、当該複合酸化物により構成される薄膜を形成することが一般に困難であるからである。本発明者らは、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）の上に設けられた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５が、高い結晶性、高い配向性、および小さいリーク電流を有することを見出した。
【００２９】
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４の上に、（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１５が形成される。圧電体層１５は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、およびエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成され得る。スパッタ法が好ましい。
【００３０】
圧電体層１５は、ＡＢＯ3ペロブスカイト構造を有する。圧電体層１５は微量の不純物を含み得る。当該不純物の例は、Ｎａを置換するＫまたはＬｉ、Ｂａを置換するＳｒまたはＣａ、Ｔｉを置換するＺｒである。結晶性または圧電特性を向上させるため、圧電体層１５は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、またはＴａを含み得る。
【００３１】
圧電体層１５は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００３２】
圧電体層１５上に、導電膜１７がスパッタ法によって形成される。導電膜１７の材料の例は、低い電気抵抗を有するＰｔ、Ｐｄ、およびＡｕのような金属、ならびにＮｉＯ、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3、およびＬａＮｉＯ3のような酸化物導電体である。複数のこれらの材料が組み合わされ得る。
【００３３】
圧電体層１５と導電膜１７との間には、必要に応じて第２の密着層（図示せず）が挟まれ得る。第２の密着層の材料の例は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、またはこれらの化合物である。
【００３４】
［インクジェットヘッド］
以下、本発明のインクジェットヘッドを、図２〜図１２Ｂを参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図３は、図２に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【００３６】
図２および図３における符号Ａは、圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図３に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体薄膜および振動層を具備するアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟まれるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合した状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【００３７】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体薄膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２に示されるように、インクジェットヘッド１００は、平面視においてジグザグ状に配置された２以上の個別電極層１０３を、即ち、圧電体薄膜を、具備する。
【００３８】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された２以上の共通液室１０５を具備する。１つの共通液室１０５は、平面視において２以上の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図２における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを具備する。通常、１つの供給孔１０６および１つのノズル孔１０８が、１つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むように、インク流路部材Ｃに接合している。
【００３９】
図２における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図２を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図２に示される。
【００４０】
図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図２における矢印方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１の電極（個別電極層１０３）および第２の電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１５を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【００４１】
図４Ａに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ａに示される積層構造１６ｃを有する。当該積層構造は、個別電極層１０３である電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜１４（０．２９≦ｘ≦０．４）、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層１５および共通電極層１１２である導電膜１７を、電極膜１３側から、この順に具備する。
【００４２】
図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｂに示される積層構造１６ｄを有する。当該構造は、個別電極層１０３である基板１２および電極膜１３、ならびに（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および共通電極層１１２である導電膜１７を、基板１２側からこの順に有する。電極膜１３は、基板１２上に形成されている。
【００４３】
図４Ａおよび図４Ｂに示される圧電体薄膜１０４において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および導電膜１７は、基本的に、その好しい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
共通電極層１１２である導電膜１７は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ膜であり得る。当該導電性材料は、Ｔｉが好ましい。なぜなら、Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対して高い密着性を有し、圧電体層と共通電極層との密着層として良好に機能し得るからである。
【００４４】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１５の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。すなわち、本発明のインクジェットにおける圧電体薄膜は、共通電極層１１２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および個別電極層１０３を、この順に具備し得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２は電極膜１３からなる。あるいは、共通電極層１１２は、電極膜１３と基板１２との積層体からなり、当該圧電体薄膜において電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と接するように配置される。個別電極層１０３は、導電膜１７からなる。
【００４５】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。個別電極層１０３が基板１２および電極膜１３の積層体である場合、電極膜１３は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００４６】
アクチュエータ部Ｂは、振動層１１１をさらに具備する。振動層１１１は、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合している。振動層１１１は、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて、振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１５への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００４７】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合している。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
（１）圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位し、 （２）振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ、 （３）圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出し得る限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は、限定されない。図４Ａおよび図４Ｂでは、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００４８】
振動層１１１を構成する材料は、例えば、Ｃｒである。当該材料は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔａ、タングステン（Ｗ）、シリコン、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）であり得る。振動層１１１の厚みは、２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００４９】
接着層１１４を構成する材料は、例えば、接着剤または粘着剤である。当業者は、接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００５０】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３を構成する材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り、限定されない。中間層１１３の材料は、例えば、Ｔｉである。中間層１１３は、省略され得る。
【００５１】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００５２】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
最初に、図５Ａに示されるように、基板１２０の上に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）（界面層）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１５、導電膜１７、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。当該手法の例は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法、スパッタリング法である。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００５３】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工して形成し得る。Ｓｉ基板のサイズは、基板１２０のサイズよりも大きいことが好ましい（図１０参照。図１０における符号１３０が、Ｓｉ基板。符号１３０は、Ｓｉ基板以外の他の基板であり得る）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合した後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成される。基板１３０は、複数の当該貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法により、基板１３０に設けられ得る。当該手法は、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせであり得る。エッチングは、ケミカルエッチングまたはドライエッチングであり得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂを、まとめて区画壁１０２と呼ぶ。
【００５４】
次に、図５Ｃに示されるように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。当該方法は、例えば、電着法であり得る。
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は積層体１３２に接合する。当該接合によって、中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０のサイズが基板１２０のサイズよりも大きい場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示される例では１４の積層体。図１０では、積層体１３２が具備する基板１２０が見えている）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合する。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。基板１３０の積層体１３２への接合により、導電膜１７は共通電極層１１２となる。
【００５５】
接着層１１４が熱硬化性の接着剤により構成される場合、基板１３０が積層体１３２に接合した後、熱を加えて接着層１１４を完全に硬化させることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００５６】
次に、図６Ｂに示されるように、区画壁１０２をマスクとして用いて中間層１１３をエッチングする。当該エッチングは、貫通孔１０１の断面の形状に合致させるように行う。これにより、振動層１１１が貫通孔１０１に露出する。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに、縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００５７】
図５Ｂ〜図６Ｂに示される例では、貫通孔１０１が形成された基板１３０が、圧電体層１５を含む積層体１３２に接合する。この手順に代えて、貫通孔１０１を具備しない基板１３０が積層体１３２に接合し、そして当該基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００５８】
その後、図７Ａに示されるように、基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００５９】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせた微細加工によって、基板１２および電極膜１３は、２以上の個別電極層１０
３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応付けられる。
【００６０】
その後、図８Ａに示されるように、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５が微細加工される。微細加工した（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および共通電極層１１２（導電膜１７）から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００６１】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、２以上の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、２以上の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００６２】
上述した各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００６３】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７に、ノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。両部材の接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００６４】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示される工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時にはアライメント調整が行われ、当該接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００６５】
当業者は、基板１２を具備しない圧電体薄膜１０４を備えるインクジェットヘッドを、図５Ａ〜図１０に示される方法を応用して製造し得る。
【００６６】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００６７】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合している；（２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合している；（３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、当該密着層１４２がこれらの間の密着性を向上させている；（４）共通電極層１１２が、基板１２と電極膜１３との積層体である；（５）個別電極層１０３が導電膜１７である；（６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および個別電極層１０３（導電膜１７）が順に積層されている。
【００６８】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示されるように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（基板１２および電極膜１３）、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、この順に形成する。各層（膜）の形成手法は、上述したとおりである。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００６９】
この実施形態では、基板１３０がＳｉである場合、当該基板の表面を酸化することによって、二酸化シリコンにより構成される振動層１１１を形成し得る。このとき、振動層１１１の厚みは、０．５〜１０μｍであり得る。
【００７０】
次に、図１２Ｂに示されるように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。次に、基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、導電膜１７、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および（ＮａxＢｉ0.5
）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、導電膜１７が個別電極層１０３に変化する。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとを組み合わせた公知の微細加工手法が用いられ得る。パターニングには、レジストのスピンコートが用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。異方性ドライエッチングでは、当該混合ガスが、さらに六フッ化硫黄ガスを含み得る。
【００７１】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。ノズル孔１０８は、リソグラフィー法、レーザー加工法、放電加工法のような微細加工手法により、ノズル板に形成し得る。
【００７２】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２の電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を含有する。
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。換言すれば、本発明の画像を形成する方法により、紙のような印刷対象物に、文字、絵、図形などが印刷される。当該方法では、高い表現力を有する印刷をなし得る。
【００７３】
［角速度センサ］
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４Ａは、図１３Ａに示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図１４Ｂは、図１３Ｂに示される角速度センサ２１ｂの断面Ｅ２を示す。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【００７４】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体薄膜２０８とを備える。
【００７５】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを具備する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が測定する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図１３Ａ、１３ＢではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【００７６】
基板２００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板２００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａ、２１ｂとしての機能が発現できる限り、限定されない。より具体的には、基板２００の厚みは０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【００７７】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５と、界面層である（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と、第１の電極２０２および第２の電極２０５と、を備える。圧電体層１５は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【００７８】
図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、基板１２および電極膜１３の積層体である。電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する。当該圧電体薄膜２０８は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ａおよび図１４Ａに示される圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１７と考えて、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。
【００７９】
図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、電極膜１３である。当該圧電体薄膜２０８は、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１３Ｂおよび図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１７と考えて、図１Ａに示される圧電体薄膜１ｃと同一である。
【００８０】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される圧電体薄膜２０８において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４
）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、その好ましい形態を含め、基本的
に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
第２の電極２０５を構成する材料は限定されず、例えば、Ｃｕである。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対する高い密着性を有することから、好ましい。第
２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【００８１】
第２の電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備する。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＸ方向）である。より具体的には、図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図１３Ａ、１３ＢのＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図１３Ａ、１３ＢにおけるＺ方向）の撓みである。
【００８２】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、第２の電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５
、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および第１の電極２０２（第１の電極は、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する電極膜１３を具備する）が、この順に積層され得る。
【００８３】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図１３Ａ、１３Ｂでは、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【００８４】
第１の電極２０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極２０２が基板１２と電極膜１３との積層体である場合、電極膜１３の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−
ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以
下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以
下が好ましい。第２の電極２０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【００８５】
図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサでは、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体薄膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【００８６】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能し得る。図１３Ａ〜図１４Ｂに示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【００８７】
本発明の角速度センサは、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。ただし、以下に示される方法は、第１の電極２０２が基板１２を具備する場合の方法である。当業者は、第１の電極２０２が基板１２を具備しない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【００８８】
最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００８９】
次に、導電膜１７をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、電極膜１３および基板１２をパターニングする。そして、微細加工により基板をパターニングして、振動部２００ｂを形成する。このようにして、本発明の角速度センサが製造され得る。
【００９０】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【００９１】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１７とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサが製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００９２】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極およびセンス電極が、角速度によって、発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【００９３】
以下、図１３Ａ、１３Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１５が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る（換言すれば、駆動電圧は、第１の電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１ａ、２１ｂは、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図１３Ａ、１３Ｂに示される回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることができる。図１３Ａ、１３Ｂに示される角速度センサ２１ａ、２１ｂでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【００９４】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１ａ、２１ｂに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるとき、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａ、２１ｂに加わった角速度ωを測定することができる。
【００９５】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度である。ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出し得る。
【００９６】
［圧電発電素子］
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６Ａは、図１５Ａに示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す。図１６Ｂは、図１５Ｂに示される圧電発電素子２２ｂの断面Ｆ２を示す。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、車両および機械の動力振動および走行振動、ならびに歩行時に生じる振動、に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【００９７】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子２２ａ、２２ｂは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体薄膜３０８とを具備する。
【００９８】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁により構成される振動部３００ｂと、を有する。固定部３００ａを構成する材料は、振動部３００ｂを構成する材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが、振動部３００ｂに接合され得る。
【００９９】
基板３００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板３００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【０１００】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重は不要である。
【０１０１】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５と、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４と、第１の電極３０２および第２の電極３０５
と、を備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、第１の電極３０２および第２の
電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０２】
図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、基板１２および電極膜１３の積層体である。電極膜１３が（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４に接する。当該圧電体薄膜３０８は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ａおよび図１６Ａに示される圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１７と考えて、図１Ｂに示される積層構造１６ｄと同一である。
【０１０３】
図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、電極膜１３である。当該圧電体薄膜３０８は、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。すなわち、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１７と考えて、図１Ａに示される積層構造１６ｃと同一である。
【０１０４】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電体薄膜３０８において、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０５】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜であり得る。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１０６】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、第１の電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能し得る。
【０１０７】
第１の電極３０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２が基板１２と電極膜１３との積層体である場合、電極膜１３の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極３０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１０８】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、振動部３００ｂを有する基板３００側から見て、第１の電極３０２、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および第２の電極３０５が、この順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板側から見て、第２の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）および第１の電極（第１の電極は、当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）に接するＬａＮｉＯ3膜を具備する）が、この順に積層され得る。
【０１０９】
図１５Ａ〜図１６Ｂに示される圧電発電素子では、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１１０】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への対応が可能となる。
【０１１１】
本発明の圧電発電素子は、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。ただし、以下に示される方法は、第１の電極３０２が基板１２を具備する場合の方法である。当業者は、第１の電極３０２が基板１２を具備しない場合についても、以下の方法を応用し得る。
【０１１２】
最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１１３】
次に、導電膜１７をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、電極膜１３および基板１２をパターニングする。電極膜１３および基板１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成される。そして、微細加工により基板をパターニングして、固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により、錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１１４】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１５】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５および導電膜１７を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１７とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１６】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１１７】
外部から圧電発電素子２２ａ、２２ｂに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【０１１８】
（実施例）
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【０１１９】
（実施例１）
実施例１では、図１７に示される圧電体薄膜を形成した。当該圧電体薄膜は、基板１２、電極膜１３、（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１５、および導電膜１７を具備している。当該圧電体薄膜を作製する方法は以下の通りであった。
【０１２０】
Ｓｉ（１００）単結晶からなる基板１２の上に、２．５ｎｍの厚みを有するＴｉ膜をスパッタ法により形成した。
【０１２１】
Ｓｉ（１００）単結晶からなる基板１２の上に、（１１１）配向を有するＰｔ膜からなる電極膜１３をスパッタ法によって形成した。当該Ｐｔ膜は２５０ｎｍの厚みを有していた。
【０１２２】
ＴｉおよびＰｔのためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：金属Ｔｉ、金属Ｐｔ
雰囲気：Ａｒガス
ＲＦパワー：１５Ｗ
基板１２の温度：３００℃
【０１２３】
次に、Ｐｔ膜の上に、（１１１）配向を有する０．９３（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０７ＢａＴｉＯ3膜１４（ｘ＝０．３５０）をスパッタ法により形成した。膜１４は、１００ｎｍの厚みを有していた。
【０１２４】
膜１４のためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：上記の通り
ガス（流量比）：Ａｒ／Ｏ2＝５０／５０
ＲＦパワー：１７０Ｗ
基板１２の温度：６５０℃
【０１２５】
膜１４の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）を用いて確認された。
ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた測定では、酸素（Ｏ）のような軽元素の分析精度が劣るため、当該軽元素の正確な定量は困難であった。しかし、作製された０．９３（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０７ＢａＴｉＯ3膜（ｘ＝０．３５０）１４に含まれるＮａ，Ｂｉ，Ｂａ，およびＴｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【０１２６】
膜１４の上に、（１１１）配向を有する０．９３（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−０．０７ＢａＴｉＯ3膜１５をスパッタ法によって形成した。膜１５は、２．７μｍの厚みを有していた。
【０１２７】
膜１５のためのスパッタ法の条件は以下の通りであった。
ターゲット：上記の通り
ガス（流量比）：Ａｒ／Ｏ2＝５０／５０
ＲＦパワー：１７０Ｗ
基板１２の温度：６５０℃
【０１２８】
膜１５の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いて確認された。膜１５に含まれるＮａ，Ｂｉ，Ｂａ，およびＴｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【０１２９】
（膜１５の結晶性の評価）
得られた膜１５の結晶構造を、Ｘ線回折によって解析した。Ｘ線回折は、膜１５の上からＸ線を入射して行なわれた。
【０１３０】
図１９は、Ｘ線回折の結果、すなわち、Ｘ線回折のプロファイルを示す。以降の比較例においても、同一のＸ線回折が適用された。図１９は、実施例１のＸ線回折の結果だけでなく、実施例２〜５および比較例１〜５のＸ線解析の結果も示す。
【０１３１】
図１９は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ層に由来する反射ピークを除き、（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（１１１）反射ピークの強度は、６，６１５ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（１１１）配向性を有することを意味する。
【０１３２】
（強誘電特性および圧電特性の評価）
次に、膜１５の上に、１００ｎｍの厚みを有する金属Ａｕからなる導電膜１７を蒸着法によって形成し、圧電体薄膜を得た。
【０１３３】
図２０は、当該圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【０１３４】
図２０に示されるように、電極膜１３および導電膜１７を介して圧電体膜１５へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜が良好な強誘電特性を現すことが確認された。インピーダンスアナライザを用いて１ｋＨｚにおける誘電損失（ｔａｎδ）を測定した。当該圧電体薄膜のｔａｎδは５．８％であった。これは、当該圧電体薄膜のリーク電流が小さいことを意味する。
【０１３５】
圧電体薄膜の圧電性能は、以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工した。次に、電極膜１３および導電膜１７との間に電位差を印加してカンチレバーを変位させて得られた変位量をレーザー変位計により測定した。次に、測定された変位量を圧電定数ｄ31に変換し、当該圧電定数ｄ31により圧電性能を評価した。実施例で作製した圧電体薄膜のｄ31は−４０ｐＣ／Ｎであった。
【０１３６】
（実施例２）
ｘ＝０．４０である他は、実施例１と同様に実験を行った。
実施例２による（００１）反射ピークの強度は、５，１４３ｃｐｓであり、非常に強かった。
【０１３７】
（実施例３）
ｘ＝０．２９０である他は、実施例１と同様に実験を行った。
実施例３による（００１）反射ピークの強度は、４，２４３ｃｐｓであり、非常に強かった。
【０１３８】
（実施例４）
以下の点を除き、実施例１と同様に実験を行った。
（ａ）Ｔｉ膜を有するＳｉ（１００）単結晶からなる基板１２に代えて、ＭｇＯ（１１１）単結晶基板が用いられたこと、
（ｂ）Ｐｔのためのスパッタ法における下地基板の温度が４００℃であったこと、
（ｃ）膜１４が、０．９５（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−０．０５ＢａＴｉＯ3（ｘ＝０．３５０）の組成を有していたこと、および
（ｄ）膜１５が、０．９５（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3−０．０５ＢａＴｉＯ3の塑性を有していたこと。
実施例４による（００１）反射ピークの強度は、２１，２２２ｃｐｓであった。
【０１３９】
（実施例５）
以下の点を除き、実施例４と同様に実験を行った。
（ｅ）基板１２として、ステンレス板が用いられたこと
実施例５による（００１）反射ピークの強度は、２，０６５ｃｐｓであった。
【０１４０】
（比較例１）
膜１４を形成しなかったことを除き、実施例１と同様に実験を行った。
【０１４１】
図１９に示されるように、得られたＸ線回折プロファイルプロファイルは、（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層１３５（１１１）配向を有することによる反射ピークのほか、（００１）および（１１０）配向に起因する反射ピークも有していた。
【０１４２】
比較例１による（００１）反射ピークの強度は、１，９８６ｃｐｓであった。これは、実施例１（６，６１５ｃｐｓ）による反射ピークのおよそ１／３であり、非常に弱かった。このことは、得られた圧電体膜１５が、低い結晶配向性を有することを意味していた。
【０１４３】
さらに、得られた圧電体膜１５について測定された誘電損失（Ｔａｎδ）は非常に大きく、５０％以上であった。そのため、図２０に示されるように、正確なヒステリシス曲線の測定が困難であった（図２０）。
【０１４４】
比較例１の圧電体薄膜は、このような大きなリーク電流を有するため、比較例１の圧電体薄膜が有する正確な圧電定数ｄ31の値を求めることは困難であった。推定される圧電定数ｄ31は、およそ−１６ｐＣ／Ｎであった。
【０１４５】
（比較例２）
比較例２では、ｘ＝０．４２５であること以外は、実施例１と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例２による（００１）反射ピークの強度は、２，２１７ｃｐｓであり、非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４６】
（比較例３）
比較例３では、ｘ＝０．２８０であること以外は、実施例１と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例３による（００１）反射ピークの強度は、２，５０２ｃｐｓであり、非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４７】
（比較例４）
比較例４では、膜１４を形成しないこと以外は、実施例４と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例４による（００１）反射ピークの強度は、９．８３９ｃｐｓであり、実施例４のそれ（２１，２２２ｃｐｓ）と比較して非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４８】
（比較例５）
比較例５では、膜１４を形成しないこと以外は、実施例５と同様に実験した。
（１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、比較例４による（００１）反射ピークの強度は、１．１２３ｃｐｓであり、実施例５のそれ（２，０６５ｃｐｓ）と比較して非常に弱かった。従って、半値幅を測定する意味はなかった。
【０１４９】
以下の表１は、実施例および比較例の評価結果を要約している。
【０１５０】
【表１】
【０１５１】
表１に示されるように、（１１１）配向を有するＰｔ膜上に形成された（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）が、高い（１１１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を得るために有用であった。
【０１５２】
比較例１、４、５、および６は、当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）が用いられない場合、高い（１１１）配向性および高い結晶性を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が得られないことを示す。
【０１５３】
比較例２は、ｘが０．４を超えてはならないことを意味する。
【０１５４】
比較例３は、ｘが０．２８未満であってはならないことを意味する。
【０１５５】
当該（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（０．２９≦ｘ≦０．４）を得るために、（１１１）配向を有する電極膜が必要とされることを示す。圧電体薄膜のリーク電流を反映する誘電損失の結果に関しても、同様である。
【０１５６】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層が、高い結晶性、高い（１１１）配向性、および小さいリーク電流を有するので、本発明の圧電体薄膜は、高い強誘電特性（例えば、低い誘電損失）および高い圧電性能を有する。本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。本発明の圧電体薄膜は、焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、本発明のインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子が挙げられる。
【０１５８】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係るインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【０１５９】
上記の開示内容から導出される発明は以下の通りである。
１．
圧電体薄膜であって、
（１１１）配向を有する電極膜（１３）と、
（１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）（０．２９≦ｘ≦０．４）と、
（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）と
を備え、
前記電極膜（１３）、前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）、および（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）は、この順に積層されている。
1. A piezoelectric thin film comprising,
an electrode film(13) with (111) orientation,
a (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14) with (111) orientation ( x is not less than 0.29 and not more than 0.4), and
a (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15),
the electrode film(13), the (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14), and the (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15) being laminated in this order.
２．
前記電極膜（１３）が金属から構成される、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
2. A piezoelectric thin film of item 1, wherein the electrode film(13) is composed of a metal.
３．
前記金属が、白金、パラジウム、または金である、前記項目２に記載の圧電体薄膜。
3. A piezoelectric thin film of item 2, wherein the metal is platinum, palladium, or gold.
４．
前記金属が白金である、前記項目３に記載の圧電体薄膜。
4. A piezoelectric thin film of item 3, wherein the metal is platinum.
５．
前記電極膜（１３）が酸化物導電体から構成される、前記項目１に記載の圧電体薄膜。5. A piezoelectric thin film of item 1, wherein the electrode film(13) is composed of an oxide conductor.
６．
前記酸化物導電体が、酸化ニッケル、酸化イリジウム、またはルテニウム酸ストロンチウム、前記項目５に記載の圧電体薄膜。
6. A piezoelectric thin film of item 5, wherein the oxide conductor is nickel oxide, iridium oxide, or strontium ruthenate.
７．
基板（１２）をさらに備え、
前記電極膜（１３）は、前記基板（１２）および前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）との間に挟まれている、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
7. A piezoelectric thin film of item 1, further comprising a substrate(12), wherein the electrode film(13) is interposed between the substrate(12) and (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14).
８．
導電膜（１７）をさらに備え、
前記（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層（１５）は、前記導電膜（１７）と前記（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3膜（１４）との間に挟まれている、前記項目１に記載の圧電体薄膜。
8. A piezoelectric thin film of item 1, further comprising a conductive film(17), wherein the (Na,Bi)TiO3-BaTiO3 piezoelectric layer(15) is interposed between the conductive film(17) and (NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75-BaTiO3 film(14).
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備えるインクジェットヘッドおよび、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法も含む。
The present invention includes an ink jet head comprising a piezoelectric film according to item 1, and a method for forming an image with the same.
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備える角速度センサおよび、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法も含む。
The present invention includes an angular velocity sensor comprising a piezoelectric film according to item 1, and a method for measuring an angular velocity with the same.
本発明は、前記項目１に記載の圧電体薄膜を備える圧電発電素子および、当該圧電発電素子を用いて発電する方法も含む。
The present invention includes a piezoelectric power generation device comprising a piezoelectric film according to item 1, and the method for generating electric power with the same.
【符号の説明】
【０１６０】
１２ 基板
１３ 電極膜
１４ （１１１）配向を有する（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3層１４（０．２９≦ｘ≦０．４）
１５ （１１１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3圧電体層
１６ 積層構造
１７ 導電膜
１０１ 圧力室開口部
１０２ 圧力室
１０２ａ 区画壁
１０２ｂ 区画壁
１０３ 個別電極層
１０４ 界面層
１０５ 共通液室
１０６ 供給口
１０７ インク流路
１０８ ノズル孔
１０９ 接着剤
１１０ 圧電体層
１１１ 振動層
１１２ 共通電極層
１１３ 中間層
１１４ 接着剤
１２０ 下地基板
１２１ 密着層
１３０ Ｓｉ基板
１５１ 圧力室基板
１５２ 圧力室
１５３ 振動層
１５４ 密着層
１５６ 共通電極層
１５７ 界面層
１５８ 圧電体層
１５９ 個別電極層
１６０ ノズル孔
１６２ ノズル板
１６３ 側壁
２００ センサ基板
２００ａ 固定部
２００ｂ 振動部
２０１ 第１の電極層
２０１ａ 接続端子
２０２ 界面層
２０３ 圧電体層
２０４ 第２の電極層
２０５ 駆動電極
２０５ａ 接続端子
２０６ 検出電極
２０６ａ 接続端子
３００ 振動基板
３００ａ 固定部
３００ｂ 振動部
３０１ 第１の電極層
３０１ａ 接続端子
３０２ 界面層
３０３ 圧電体層
３０４ 第２の電極層
３０５ 錘荷重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１１１）面方位である電極層上に形成された
（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層において、
電極層との界面に隣接して、（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
界面層を設けたことを特徴とする圧電体薄膜。
【請求項２】
前記電極層がＰｔである、
請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
（１１１）面方位である電極層上に、
界面層として（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に主体層として（Ｎａ，Ｂｉ） ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体薄 膜上に電極層を形成する工程とを含む圧電体薄膜の製造方法であって、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、上記界面層により、結晶面方位を（１１１）面方位 とさせる工程であることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記電極層がＰｔである、
請求項３に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
（１１１）面方位である個別電極層、界面層、圧電体層、共通電極層とが順に積層され てなる圧電素子と、上記圧電素子の共通電極層側の面に設けられた振動層と、上記振動 層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材 とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させ て上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって 、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなり、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記個別電極層がＰｔである、
請求項５に記載の圧電体薄膜。
【請求項７】
（１１１）面方位である個別電極層、界面層、圧電体層、共通電極層とが順に積層され てなる圧電素子を備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に 変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製 造方法であって、
個別電極層上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に共通電極層を形成する工程と、共通電極層上に振動層を形成する工程と、上記振 動層の共通電極層とは反対側の面に圧力室を形成するための圧力室部材を接合する工程 と、上記接合工程後に上記基板を除去する工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記個別電極層がＰｔである、
請求項７に記載の圧電体薄膜。
【請求項９】
（１１１）面方位である共通電極層、界面層、圧電体層、個別電極層とが順に積層され てなる圧電素子と、上記圧電素子の共通電極層側の面に設けられた振動層と、上記振動 層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材 とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させ て上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって 、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなり、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記共通電極層がＰｔである、
請求項９に記載の圧電体薄膜。
【請求項１１】
（１１１）面方位である共通電極層、界面層、圧電体層、個別電極層とが順に積層され てなる圧電素子を備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に 変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製 造方法であって、
圧力室を形成するための圧力室基板上に、振動層を形成する工程と、個別電極層上に（ １１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に共通電極層を形成する工程と、上記圧力室基板に圧力室を形成する工程とを含み 、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記共通電極層がＰｔである、
請求項１１に記載の圧電体薄膜。
【請求項１３】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一対の振動部を有する基板を 備え、上記基板の少なくとも各振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界 面層、圧電体層、第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の 電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極 と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパタ ーン化された角速度センサであって、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなり、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなることを特徴とする角速度センサ。
【請求項１４】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一対の振動部を有する基板を 備え、上記基板の少なくとも各振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界 面層、圧電体層、第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の 電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極 と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパタ ーン化された角速度センサの製造方法であって、
上記第１の電極上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に第２の電極層を形成する工程と、第２の電極層をパターニングして上記駆動電極 および検出電極を形成する工程と、第１の電極層、界面層および圧電体層をパターニン グする工程と、上記センサ基板をパターニングして上記固定部および振動部を形成する 工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項１７】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１６に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１６に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一本の梁からなる振動部を有 する基板を備え、該振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界面層、圧電 体層、第２の電極層とが順に積層されて構成された圧電発電素子であって、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなり、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなることを特徴とする圧電発電素子。
【請求項２０】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１９に記載の圧電発電素子。
【請求項２１】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１９に記載の圧電発電素子。
【請求項２２】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一本の梁からなる振動部を有 する基板を備え、該振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界面層、圧電 体層、第２の電極層とが順に積層されて構成された圧電発電素子の製造方法であって、
上記第１の電極上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に第２の電極層を形成する工程と、第２の電極層をパターニングする工程と、第１ の電極層、界面層および圧電体層をパターニングする工程と、上記振動基板をパターニ ングして上記固定部および振動部を形成する工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とする圧電発電素子の製造方法。
【請求項２３】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項２２に記載の圧電発電素子。
【請求項２４】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項２２に記載の圧電発電素子。
【請求項１】
（１１１）面方位である電極層上に形成された
（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体層において、
電極層との界面に隣接して、（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
界面層を設けたことを特徴とする圧電体薄膜。
【請求項２】
前記電極層がＰｔである、
請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
（１１１）面方位である電極層上に、
界面層として（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に主体層として（Ｎａ，Ｂｉ） ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体薄 膜上に電極層を形成する工程とを含む圧電体薄膜の製造方法であって、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、上記界面層により、結晶面方位を（１１１）面方位 とさせる工程であることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記電極層がＰｔである、
請求項３に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
（１１１）面方位である個別電極層、界面層、圧電体層、共通電極層とが順に積層され てなる圧電素子と、上記圧電素子の共通電極層側の面に設けられた振動層と、上記振動 層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材 とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させ て上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって 、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなり、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記個別電極層がＰｔである、
請求項５に記載の圧電体薄膜。
【請求項７】
（１１１）面方位である個別電極層、界面層、圧電体層、共通電極層とが順に積層され てなる圧電素子を備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に 変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製 造方法であって、
個別電極層上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に共通電極層を形成する工程と、共通電極層上に振動層を形成する工程と、上記振 動層の共通電極層とは反対側の面に圧力室を形成するための圧力室部材を接合する工程 と、上記接合工程後に上記基板を除去する工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記個別電極層がＰｔである、
請求項７に記載の圧電体薄膜。
【請求項９】
（１１１）面方位である共通電極層、界面層、圧電体層、個別電極層とが順に積層され てなる圧電素子と、上記圧電素子の共通電極層側の面に設けられた振動層と、上記振動 層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材 とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させ て上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって 、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなり、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記共通電極層がＰｔである、
請求項９に記載の圧電体薄膜。
【請求項１１】
（１１１）面方位である共通電極層、界面層、圧電体層、個別電極層とが順に積層され てなる圧電素子を備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に 変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製 造方法であって、
圧力室を形成するための圧力室基板上に、振動層を形成する工程と、個別電極層上に（ １１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に共通電極層を形成する工程と、上記圧力室基板に圧力室を形成する工程とを含み 、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記共通電極層がＰｔである、
請求項１１に記載の圧電体薄膜。
【請求項１３】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一対の振動部を有する基板を 備え、上記基板の少なくとも各振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界 面層、圧電体層、第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の 電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極 と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパタ ーン化された角速度センサであって、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなり、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなることを特徴とする角速度センサ。
【請求項１４】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一対の振動部を有する基板を 備え、上記基板の少なくとも各振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界 面層、圧電体層、第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の 電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極 と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパタ ーン化された角速度センサの製造方法であって、
上記第１の電極上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に第２の電極層を形成する工程と、第２の電極層をパターニングして上記駆動電極 および検出電極を形成する工程と、第１の電極層、界面層および圧電体層をパターニン グする工程と、上記センサ基板をパターニングして上記固定部および振動部を形成する 工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項１７】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１６に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１６に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一本の梁からなる振動部を有 する基板を備え、該振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界面層、圧電 体層、第２の電極層とが順に積層されて構成された圧電発電素子であって、
上記圧電体層が（１１１）面方位である（Ｎａ，Ｂｉ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体 薄膜からなり、
上記界面層が（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなることを特徴とする圧電発電素子。
【請求項２０】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項１９に記載の圧電発電素子。
【請求項２１】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項１９に記載の圧電発電素子。
【請求項２２】
固定部と、上記固定部から所定の方向に伸びる少なくとも一本の梁からなる振動部を有 する基板を備え、該振動部上に、（１１１）面方位である第１の電極層、界面層、圧電 体層、第２の電極層とが順に積層されて構成された圧電発電素子の製造方法であって、
上記第１の電極上に（１１１）面方位である
（ＮａxＢｉ0.5）ＴｉＯ0.5x+2.75−ＢａＴｉＯ3 （０．２９≦ｘ≦０．４）
薄膜からなる界面層をスパッタ法により形成する工程と、上記界面層上に（Ｎａ，Ｂｉ ）ＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3圧電体薄膜をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体 層上に第２の電極層を形成する工程と、第２の電極層をパターニングする工程と、第１ の電極層、界面層および圧電体層をパターニングする工程と、上記振動基板をパターニ ングして上記固定部および振動部を形成する工程を含み、
上記圧電体層を形成する工程は、上記界面層により上記圧電体層を（１１１）面方位に 配向させる工程であることを特徴とする圧電発電素子の製造方法。
【請求項２３】
前記基板がＳｉ基板である、
請求項２２に記載の圧電発電素子。
【請求項２４】
前記第１の電極層がＰｔである、
請求項２２に記載の圧電発電素子。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２４９４８９（Ｐ２０１１−２４９４８９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２００１８（Ｐ２０１０−１２００１８）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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