圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置
【課題】電極への応力を低減した信頼性の高い圧電素子を提供する。
【解決手段】第１電極２０と、第１電極２０の上方および側方に形成された第１圧電体層３０と、第１圧電体層３０の側面を覆って形成された多孔質体層５０と、第１圧電体層３０および前記多孔質体層５０の上方に形成された第２電極４０と、を含み、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【解決手段】第１電極２０と、第１電極２０の上方および側方に形成された第１圧電体層３０と、第１圧電体層３０の側面を覆って形成された多孔質体層５０と、第１圧電体層３０および前記多孔質体層５０の上方に形成された第２電極４０と、を含み、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子であり、圧電体を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子は、例えばインクジェットプリンターの液体噴射ヘッド部分や、各種アクチュエーターなど多様な用途に用いられている。
【０００３】
圧電素子は、水分が圧電体に接触すると、例えば、２つの電極間に生じる漏れ電流が増加し、圧電素子の信頼性が低下することがある。圧電体と水分との接触を防ぐ方法としては、例えば、圧電体を上部電極で覆う構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電体を上部電極で覆う構造では、圧電体の側面と基板（例えば振動板）の上面との接続部分に応力が集中し、該接続部分を覆う上部電極にクラックが発生することがあった。その結果、圧電素子の信頼性が低下することがあった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高い圧電素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方および側方に形成された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【０００８】
このような圧電素子によれば、第１圧電体層の側面と基板の上面との接続部分を、第２電極は覆っておらず、第２電極にクラックが生じることを防止することができる。したがって、このような圧電素子は、高い信頼性を有することができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなることができる。
【００１１】
このような圧電素子によれば、例えば基板が振動板を有する場合、振動板の変位しやすさは、第１圧電体層に近づくにつれて徐々に変化することができる。そのため、基板（振動板）の応力集中を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層と前記第２電極との間に形成された絶縁層を、さらに含むことができる。
【００１３】
このような圧電素子によれば、第２電極の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極の水分バリア機能を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子において、
前記絶縁層のヤング率は、前記第２電極のヤング率より小さいことができる。
【００１５】
このような圧電素子によれば、絶縁層の例えば角部を覆う第２電極に応力が集中することを抑制することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記絶縁層の側面は、前記第１圧電体層の上面に対して、傾斜していることができる。
【００１７】
このような圧電素子によれば、絶縁層の例えば角部を覆う第２電極に応力が集中することを抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層と、前記第２電極との間に形成された第２圧電体層を、さらに含むことができる。
【００１９】
このような圧電素子によれば、第２電極の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極への応力を低減することができる。また、第２圧電体層は水分バリア層として機能することができ、高い信頼性を有することができる。
【００２０】
本発明に係る圧電素子において、
前記第２圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一であることができる。
【００２１】
このような圧電素子によれば、前記１圧電体層と、前記第２圧電体層との結晶性の相違を低減し、高い信頼性を有することができる。
【００２２】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層の下方に、第３圧電体層を、さらに含むことができる。
【００２３】
このような圧電素子によれば、第３圧電体層は、前記多孔質体層と、基板との密着層として機能することができる。
【００２４】
本発明に係る圧電素子において、
前記第３圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一であることができる。
【００２５】
このような圧電素子によれば、前記第１圧電体層と、前記第３圧電体層との結晶性の相違を低減し、高い信頼性を有することができる。
【００２６】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１圧電体層と、
前記第１電極の側面と前記第１電極の上面とによって形成された角部、および前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層の上方に形成された第３電極（以下「下側第２電極」という）と、
前記下側第２電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記下側第２電極と電気的に接続された第２電極（以下「上側第２電極」という）と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【００２７】
このような圧電素子によれば、第１電極の角部の電解集中による第１圧電体層の破壊を抑制することができる。
【００２８】
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００２９】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極、前記第１圧電体層、および前記第２電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第１電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第１電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第２電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されていることができる。
【００３０】
このような圧電素子によれば、いっそう第２電極によって、第１圧電体層と水分とが接触することを抑制することができる。
【００３１】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛であることができる。
【００３２】
このような圧電素子によれば、高い信頼性を有することができる。
【００３３】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、
本発明に係る圧電素子を含む。
【００３４】
このような圧電アクチュエーターによれば、本発明に係る圧電素子を含むため、高い信頼性を有することができる。
【００３５】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第１電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第１圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している。
【００３６】
このような液体噴射ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエーターを含むため、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００３８】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを含むため、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】第１実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図３】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】第２実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１０】第２実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】第２実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第３実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１３】第３実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１４】第３実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】第４実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１６】第４実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１７】本実施形態に係る実験例のＳＥＭ観察結果。
【図１８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２０】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
１． 圧電素子
１．１． 第１実施形態
１．１．１． 圧電素子
まず、第１実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図１（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４２】
圧電素子１００は、図１および図２に示すように、基板１上に形成され、積層体１０と、多孔質体層５０と、絶縁層６０と、配線層４２と、を含むことができる。積層体１０は、第１電極２０と、第１圧電体層３０と、第２電極４０と、を含むことができる。
【００４３】
基板１は、例えば、半導体、絶縁体で形成された平板である。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。例えば、後述する液体噴射ヘッドのように、基板１の下方に圧力室等が形成されているような場合においては、基板１より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板１とみなしてもよい。
【００４４】
基板１は、例えば、可撓性を有し、第１圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板を有していてもよい。この場合、圧電素子１００は、振動板を含む圧電アクチュエーター１０２となる。圧電アクチュエーター１０２を液体噴射ヘッドに使用する場合、基板１（振動板）のたわみによって、圧力室の容積を変化させることができる。基板１が振動板を有する場合は、振動板の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金が挙げられる。振動板は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００４５】
なお、基板１が振動板を有しておらず、第１電極２０が振動板であってもよい。すなわち、第１電極２０は、第１圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、第１圧電体層３０の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。この場合においても、圧電素子１００は、圧電アクチュエーター１０２となることができる。
【００４６】
積層体１０は、基板１上に形成されている。積層体１０は、例えば複数設けられており、図１（Ａ）および図２に示す例では３つ設けられているが、その数は特に限定されない。複数の積層体１０は、互いに離間して設けられており、図２に示すように平面視において、第１方向（例えば、第１電極２０の短手方向）に並んで配置されていてもよい。例えば、第１方向を、第１電極２０の併設方向ということもできる。
【００４７】
第１電極２０は、基板１上に形成されている。図示はしないが、第１電極２０と基板１との間には、例えば、両者の密着性を付与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属からなる層や、それらの酸化物からなる層を例示することができる。
【００４８】
第１電極２０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第１電極２０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１電極２０の平面形状は、第２電極４０が対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されないが、図２に示す例では長辺（長手方向の辺）と短辺（短手方向の辺）とを有する長方形である。したがって、図１（Ａ）は、第１電極２０の短手方向における断面図ともいえ、図１（Ｂ）は、第１電極２０の長手方向における断面図ともいえる。
【００４９】
第１電極２０の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極２０は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００５０】
第１電極２０の機能の一つとしては、第２電極４０と一対になって、第１圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、第１圧電体層３０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極２０は、図１（Ａ）および図２に示すように、複数の積層体１０において個別電極であってもよい。より具体的には、複数の積層体１０のうちの第１積層体１２の第１電極２０と、複数の積層体１０のうちの第２積層体１４の第１電極２０とは、電気的に分離していてもよい。
【００５１】
第１圧電体層３０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０上および第１電極２０の側方に形成されている。第１圧電体層３０の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。
【００５２】
第１圧電体層３０は、圧電材料によって形成される。そのため第１圧電体層３０は、第１電極２０および第２電極４０によって電圧が印加されることで変形することができる。圧電素子１００が圧電アクチュエーター１０２である場合は、この変形により振動板は変形（屈曲）することができる。
【００５３】
第１圧電体層３０の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００５４】
図１（Ａ）に示す例では、第１圧電体層３０の側面３２は、基板１の上面２に対して傾斜しているが、特に限定されず、上面２に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。また、第１圧電体層３０の側面３２は、微細な凹凸形状を有していてもよい。
【００５５】
第２電極４０は、第１圧電体層３０上に形成されている。第２電極４０は、第１電極２０と対向して配置されている。第２電極４０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極４０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極４０の平面形状は、第１電極２０に対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されない。
【００５６】
第２電極４０の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第２電極４０は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００５７】
第２電極４０の機能の一つとしては、第１電極２０と一対になって、第１圧電体層３０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、第１圧電体層３０の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極４０は、図１（Ａ）および図２に示すように、複数の積層体１０において共通電極であってもよい。より具体的には、第１積層体１２の第２電極４０と、第２積層体１４の第２電極４０とは、電気的に接続されていてもよい。図１に示す例では、第１積層体１２の第２電極４０と、第２積層体１４の第２電極４０とは、共通電極として一体的に形成されている。
【００５８】
多孔質体層５０は、図１（Ａ）に示すように、基板１の上方であって、第１圧電体層３０の側面３２を覆って形成されている。多孔質体層５０は、基板１の上面２および第１圧電体層３０の側面３２に接して形成されていてもよい。図１（Ａ）に示す例では、多孔質体層５０は、複数の積層体１０の間に形成されている。より具体的には、多孔質体層５０は、第１積層体１２と、第１積層体１２と隣り合う第２積層体１４との間に形成されている。多孔質体層５０の上面５２は、例えば、第１圧電体層３０の上面３４と面一である。
【００５９】
多孔質体層５０の材質は、第１圧電体層３０を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。第１圧電体層３０の材質がチタン酸ジルコン酸鉛である場合、多孔質体層５０の材質は、例えば、鉛を主成分とする金属元素を含んだ酸化物である。多孔質体層５０は、多数の微細な孔を有することができる。そのため、多孔質体層５０の密度は、第１圧電体層３０の密度より小さい。多孔質体層５０は、積層体１０に近づくにつれて、その密度が大きくなってもよい。
【００６０】
絶縁層６０は、多孔質体層５０上に形成されている。図１（Ａ）に示す例では、さらに、絶縁層６０は、第１圧電体層３０の上方の一部にも形成されている。絶縁層６０の側面６２は、図１（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０の上面３４に対して、傾斜していてもよい。すなわち、絶縁層６０の幅（絶縁層６０の厚み方向と直交する方向の大きさ）は、上方に向かうに連れて小さくなっていてもよい。
【００６１】
絶縁層６０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。絶縁層６０のヤング率は、第２電極４０のヤング率より小さくてもよい。すなわち、絶縁層６０の材質は、第２電極４０の材質よりやわらかくてもよい。絶縁層６０の材質としては、例えば、感光性ポリイミド、感光性サイクロテン（ＢＣＢ）を挙げることができる。
【００６２】
絶縁層６０上（多孔質体層５０の上方）には、第２電極４０が形成されていることができる。これにより、上述のように、複数の積層体１０において、第２電極４０を共通電極とすることができる。
【００６３】
配線層４２は、図１（Ｂ）に示すように、第１圧電体層３０（より具体的には、電極２０，４０に挟まれていない部分の第１圧電体層３０）に設けられたコンタクトホール３６内に形成されている。配線層４２は、例えば、第１電極２０と電気的に接続されている。これにより、配線層４２を介して、第１電極２０に電界を印加することができる。配線層４２の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。配線層４２の材質は、例えば、第２電極４０の材質と同じである。
【００６４】
第１実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６５】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の側面３２を覆って多孔質体層５０が形成されている。そのため、圧電素子１００では、第１圧電体層３０の側面３２と基板１の上面２との接続部分を、第２電極４０は覆っておらず、第２電極４０にクラックが生じることを防止することができる。したがって、圧電素子１００は、高い信頼性を有することができる。仮に、多孔質体層５０にクラックが生じる場合があったとしても、多孔質体層５０は、もともと多孔質であるため、圧電素子１００の信頼性に与える影響は小さいといえる。さらに、圧電素子１００では、第１圧電体層３０および多孔質体層５０の上方には第２電極４０が形成されており、第２電極４０によって、第１圧電体層３０が水分と接触することを防止することができる。さらに、圧電素子１００では、基板１上に形成されているのが多孔質体層５０であるため、例えば基板１が振動板を有する場合、振動板の変位を妨げることを抑制することができる。仮に、基板上に形成されているのが圧電体と同程度の密度を有する物質である場合、該物質によって振動板の変位が妨げられることがある。
【００６６】
圧電素子１００によれば、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０に近づくにつれて密度が大きくなることができる。そのため、例えば基板１が振動板を有する場合、振動板の変位しやすさは、第１圧電体層３０に近づくにつれて徐々に変化することができる。仮に、多孔質体層の密度は均一であり圧電体の密度より小さいとすると、多孔質体層と圧電体とに密度の差が生じ、多孔質体層の下の振動板と、圧電体の下の振動板と、で変位のしやすさに差が生じてしまう。その結果、振動板（基板）に応力が集中する場合がある。圧電素子１００では、このような問題を回避することができる。この多孔質体層５０を設けることによる特徴は、他の実施形態にも同様である。
【００６７】
圧電素子１００によれば、多孔質体層５０上に絶縁層６０が形成されており、絶縁層６０上に第２電極４０を形成することができる。これにより、第２電極４０の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極４０の水分バリア機能を高めることができる。仮に、多孔質体層上に直接第２電極を形成すると、多孔質体層の孔に第２電極が入り、第２電極の表面が凸凹になる場合がある。その結果、第２電極の水分バリア機能が低下する場合がある。なお、絶縁層６０は、水分バリア機能を有することもできる。
【００６８】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の上面３２と多孔質体層５０の上面５２とは、面一であり、絶縁層６０のヤング率を、第２電極４０のヤング率より小さくすることができる。これにより、例えば、絶縁層６０の角部を覆う第２電極４０に応力が集中することを抑制できる。
【００６９】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の上面３２と多孔質体層５０の上面５２とは、面一であり、絶縁層６０の側面６２は、第１圧電体層３０の上面３４に対して傾斜していることができる。これにより、例えば、絶縁層６０の角部を覆う第２電極４０に応力が集中することを抑制できる。これらの絶縁層６０を設けることによる特徴は、第４実施形態でも同様である。
【００７０】
圧電素子１００によれば、第１電極２０を個別電極とし、第２電極４０を共通電極とすることができる。これにより、いっそう第２電極４０によって、第１圧電体層３０と水分とが接触することを抑制することができる。この第２電極４０を共通電極とすることの特徴は、他の実施形態にも同様である。
【００７１】
１．１．２． 圧電素子の製造方法
次に、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図７は、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図３〜図７において、（Ａ）は図１（Ａ）に対応するものであり、（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応するものである。
【００７２】
図３に示すように、基板１上に、第１電極２０を形成する。第１電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第１電極層（図示せず）を成膜し、該第１電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。
【００７３】
図４に示すように、基板１上であって、第１電極２０を覆うように、第１圧電体層３０ａを成膜する。第１圧電体層３０ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。
【００７４】
次に、第１圧電体層３０ａ上に所望の形状を有するレジストＲ１を形成する。レジストＲ１は、公知の方法により形成される。
【００７５】
図５に示すように、レジストＲ１をマスクとして、露出している第１圧電体層３０ａを例えばウェットエッチングし、多孔質体層５０を形成する。該ウェットエッチングによって、第１圧電体層３０の形状が決定される。エッチング液は、少なくとも第１圧電体層３０ａを形成する一部の材料しか溶かさない溶液を用いることができる。また、結晶粒界のように、第１圧電体層３０ａのきちんとした結晶になっていない部分を選択的に溶かす溶液を用いることができる。このため、第１圧電体層３０ａは全て除去されず、溶解しない元素を含んだ酸化物やエッチング溶液の成分と反応した反応物が残り、これによって多孔質体層５０が形成される。具体的にはエッチング液としては、例えば、１０％フッ酸水溶液を用いることができる。
【００７６】
ウェットエッチング後に、例えば公知の方法によりレジストＲ１を除去する。また、ウェットエッチング後は、水洗などエッチング液に適した後処理を行うことができる。
【００７７】
上記のように、ウェットエッチングによって第１圧電体層３０ａをエッチングすると、例えば第１圧電体層３０ａの結晶性に依存して第１圧電体層３０の側面３２の表面粗さが大きくなる（荒れる）場合がある。しかしながら、圧電素子１００では、第１圧電体層３０の側面３２に第２電極を形成しないので、仮に側面３２が荒れていたとしても、信頼性が低下するということはない。そのため、側面３２の表面粗さを調整する必要がないので、プロセスマージンを大きくすることができ、歩留まりを向上させることができる。さらに、エッチング液をフッ酸水溶液などの安価なものにすることができ、低コスト化を図ることができる。さらに、例えばイオンミリングを用いて圧電体層を加工する場合に比べて、スループットを向上させることができる。
【００７８】
なお、多孔質体層５０は、図５（Ａ）に示すように複数の第１圧電体層３０の間と、図５（Ｂ）に示すようにコンタクトホール３６となる部分と、に形成することができる。
【００７９】
図６に示すように、多孔質体層５０上および第１圧電体層３０の一部の上に、絶縁層６０を形成する。絶縁層６０は、例えば、溶液塗布法で絶縁膜（図示せず）を成膜し、該絶縁膜をパターニングすることによって形成される。溶液塗布法によって成膜することにより、絶縁層６０の表面の平坦性を高くすることができる。これにより、絶縁層６０上に形成される第２電極４０の平坦性も高くすることができる。例えば、スパッタ法などにより成膜すると、多孔質体層５０の表面は微細な凹凸があるため、絶縁層６０の平坦性が低くなる場合がある。
【００８０】
また、絶縁膜として感光性有機材料（感光性ポリイミドや感光性サイクロテンなど）を用いた場合は、露光装置で保護膜を露光し、現像することでパターニングを行うことができる。すなわち、エッチング工程を削減することができ、低コスト化を図ることができる。露光条件や現像条件を変えることにより、絶縁層６０の側面６２の傾き角などを調整することができる。
【００８１】
図７に示すように、例えばウェットエッチングによって、露出している多孔質体層５０を除去し、コンタクトホール３６を形成する。このとき、駆動部となる第１圧電体層３０もエッチング液に曝される。そのため、多孔質体層５０だけ選択的にエッチングできる溶液を使用することが望ましい。例えば、１６％硝酸水溶液を用いると、主に多孔質体層５０のみをエッチングすることができる。
【００８２】
また、上記の保護膜のパターニングをドライエッチングで行った場合は、第１圧電体層３０の表面（上面）もオーバーエッチングされてダメージを受ける場合がある。このような場合において、本工程のウェットエッチングによってダメージを受けた部分の第１圧電体層３０の表面のみを除去することができ、特性を向上させることができる。
【００８３】
なお、図示はしないが、コンタクトホール３６を形成するためのレジストを別途形成し、該レジストをマスクとして圧電体層３０ａをパターニングして、コンタクトホール３６を形成してもよい。
【００８４】
図１に示すように、第１圧電体層３０上および絶縁層６０上に第２電極４０を形成する。第２電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第２電極層（図示せず）を成膜し、該第２電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。なお、第２電極４０の形成と同時に、配線層４２を形成してもよい。
【００８５】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００８６】
圧電素子１００の製造方法によれば、上記のとおり、ウェットエッチングによって、第１圧電体層３０および多孔質体層５０を形成することができるので、低コスト化やスループットの向上を図ることができる。
【００８７】
１．２． 第２実施形態
１．２．１． 圧電素子
図８は、第２実施形態に係る圧電素子２００を模式的に示す断面図である。図９は、第２実施形態に係る圧電素子２００を模式的に示す平面図である。なお、図８（Ａ）は、図９のＡ−Ａ線断面図であり、図８（Ｂ）は、図９のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第２実施形態に係る圧電素子２００において、第１実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８８】
圧電素子２００は、図８および図９に示すように、基板１上に形成され、積層体１０と、多孔質体層５０と、第２圧電体層６４と、配線層４２とを含むことができる。積層体１０は、第１電極２０と、第１圧電体層３０と、第２圧電体層６４と、第２電極４０とを含むことができる。
【００８９】
第２実施形態に係る圧電素子２００が、第１実施形態に係る圧電素子１００と相違する点は、図１（Ａ）に示す絶縁層６０の代わりに、図８（Ａ）に示す第２圧電体層６４を有することである。
【００９０】
第２圧電体層６４は、図８（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０および多孔質体層５０上に形成されている。第２圧電体層６４の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００９１】
第２圧電体層６４は、圧電材料によって形成される。そのため第２圧電体層６４は、第１電極２０および第２電極４０によって電圧が印加されることで変形することができる。
【００９２】
第２圧電体層６４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（例えば、Ａは、Ｐｂを含み、ＢはＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような素材の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００９３】
第２圧電体層６４上には、第２電極４０が形成されていることができる。これにより、複数の積層体１０において、第２電極４０を共通電極とすることができる。
【００９４】
第２電極４０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極４０の平面形状は、第１電極２０に対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０および第２圧電体層６４を配置できる形状であれば、特に限定されない。
【００９５】
第２実施形態に係る電圧素子２００は例えば、以下の特徴を有する。
【００９６】
電圧素子２００によれば、第１圧電体層３０および多孔質体層５０の上方には第２圧電体層６４が形成することができる。第２圧電体層６４の上方に第２電極４０を形成することで、第２電極４０の平坦性を高めることができる。これにより、例えば、第２電極４０への応力が低減されることができる。さらに、第１実施形態に係る絶縁層６０を設けることによる特徴と、同様にして、第２電極の水分バリア機能を有することができる。また、第２圧電体層６４が水分バリア機能を有することができる。
【００９７】
１．２．２ 圧電素子の製造方法
次に、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図５および図１０〜図１１は、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図３〜図５および図１０〜図１１において、（Ａ）は図８（Ａ）に対応するものであり、（Ｂ）は図８（Ｂ）に対応するものである。以下、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造方法において、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造方法と同様の製造方法である図３〜図５については、その詳細な説明を省略する。
【００９８】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多孔質体層５０上および第１圧電体層３０上に、第２圧電体層６４を形成する。第２圧電体層６４は、例えば、溶液塗布法で圧電体膜（図示せず）を成膜する。溶液塗布法によって成膜することにより、第２圧電体層６４の表面の平坦性を高くすることができる。スパッタ法などにより成膜すると、多孔質体層５０の表面は微細な凹凸があるため、第２圧電体層６４の平坦性が低くなる場合がある。また、図６（Ａ）に示す第１実施形態の絶縁層６０を形成する場合と比較して、図１０（Ａ）に示す第２圧電体層６４のパターニングの工程は、省略することができる。
【００９９】
図１１（Ｂ）に示すようにコンタクトホール３６は、図示はしないが、レジストを別途形成し、該レジストをマスクとして圧電体層３０をパターニングして、形成される。
【０１００】
図８に示すように、第２圧電体層６４上に第２電極４０を形成する。第２電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第２電極層（図示せず）を成膜し、該第２電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。なお、第２電極４０の形成と同時に、配線層４２を形成してもよい。
【０１０１】
以上の工程により、圧電素子２００を製造することができる。
【０１０２】
なお、第２電極は電気的に共通であれば、多孔質層の上方に形成されていなくてもよい。
【０１０３】
１．３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る圧電素子３００について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第３実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す断面図である。図１３は、第３実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す平面図である。なお、図１２（Ａ）は、図１３のＡ−Ａ線断面図であり、図１２（Ｂ）は、図１３のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第３実施形態に係る圧電素子３００において、第１実施形態に係る圧電素子１００および第２実施形態に係る圧電素子２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０４】
第３実施形態に係る圧電素子３００は、図１２（Ａ）に示すように、多孔質体層５０の下方に、第３圧電体層を有する。
【０１０５】
図１２（Ａ）に示すように、第３圧電体層５４の上面５６は、基板１の上面２に対してほぼ水平に形成されていてもよい。また、第３圧電体層５４の上面５６は、微細な凹凸形状を有していてもよい。
【０１０６】
第３圧電体層５４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（例えば、Ａは、Ｐｂを含み、ＢはＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような素材の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【０１０７】
図１４に示すように、第３圧電体層５４の製造方法としては、例えば、多孔質層５０を形成する際、第１圧電体層３０を残すように、該ウェットエッチングの時間を調整することで形成することができる。第３圧電体層５４の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【０１０８】
圧電素子３００によれば、第３圧電体５４は多孔質体層５０と基板１との密着層として機能することができ、高い信頼性を有することができる。
【０１０９】
１．４． 第４実施形態
第４実施形態に係る圧電素子４００について、図面を参照しながら説明する。図１５は、第４実施形態に係る圧電素子４００を模式的に示す断面図である。図１６は、第４実施形態に係る圧電素子４００を模式的に示す平面図である。なお、図１５（Ａ）は、図１６のＡ−Ａ線断面図であり、図１５（Ｂ）は、図１６のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第４実施形態に係る圧電素子４００において、第１実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１１０】
圧電素子４００では、図１５および図１６に示すように、第２電極４０は、下側第２電極４４０と、上側第２電極４４２と、を有する。
【０１１１】
下側第２電極４４０は、図１５（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０上に形成されている。下側第２電極４４０は、さらに、多孔質体層５０上の一部に形成されていてもよい。第１積層体１２の下側第２電極４４０と、第２積層体１４の下側第２電極２４０とは、分離されている。下側第２電極４４０の材質および厚さは、例えば、第１圧電体層３０との密着性、第１圧電体層３０への拡散性などを考慮して選択される。より具体的には、下側第２電極４４０の材質としては、例えば、ＬＮＯ（厚さ１５ｎｍ程度）を列挙することができる。
【０１１２】
上側第２電極４４２は、下側第２電極４４０上および絶縁層６０上に形成され、下側第２電極４４０と電気的に接続されている。第１積層体１２の上側第２電極４４２と、第２積層体１４の上側第２電極４４２とは、電気的に接続されている。図示の例では、上側第２電極４４２は、共通電極として一体的に形成されている。上側第２電極４４２の材質および厚さは、例えば、耐湿性（水分バリア性）、導電性などを考慮して選択される。より具体的には、上側第２電極４４２の材質としては、例えば、イリジウム（厚さ５０ｎｍ程度）を列挙することができる。
【０１１３】
圧電素子４００では、多孔質体層５０は、第１電極２０の側面２２、および側面２２と連続する第１電極２０の上面２４の一部を覆って形成されている。すなわち、多孔質体層５０は、側面２２と上面２４とによって形成される角部を覆っている。
【０１１４】
さらに、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０の側面３２を覆って形成されている。多孔質体層５０の一部は、図１５（Ａ）に示すように、第１電極２０と下側第２電極４４２との間に形成されているともいえる。
【０１１５】
圧電素子４００によれば、上記のとおり、多孔質体層５０は、側面２２と上面２４とによって形成される角部を覆っている。これにより、第１圧電体層３０は、該角部には形成されないので、例えば角部に電界集中が発生したとしても、第１圧電体層３０の動作に影響を及ぼすことはない。すなわち、圧電素子４００は、第１電極２０の角部の電界集中による圧電体の破壊を抑制することができ、高い信頼性を有することができる。
【０１１６】
２． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
【０１１７】
２．１． 試料の作製
シリコン基板上に、スパッタ法により、酸化シリコン（ＳｉＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）をこの順で成膜し、基板を形成した。次に、スパッタ法によりイリジウムを成膜し、第１電極を形成した。次に、ＭＯＤ法によりＰＺＴを形成し、レジストをマスクとして、ＰＺＴをウェットエッチングして、多孔質体層および圧電体を形成した。ウェットエッチングは、１０％フッ酸水溶液を用いて、２分で行った。
【０１１８】
２．２． ＳＥＭ観察結果
図１７は、上記のように作製した試料のＳＥＭ観察結果である。図１７より、多孔質体層の密度は、圧電体の密度より小さいことがわる。さらに、多孔質体層は、圧電体に近づくにつれて、その密度が大きくなっていることがわかる。
【０１１９】
３．液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる圧電素子（圧電アクチュエーター）の用途の一例として、これらを有する液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図１８は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図であって、図１（Ａ）に対応するものである。図１９は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【０１２０】
液体噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下では、基板１（上部に振動板１ａを含む構造体）の上に圧電素子１００が形成
され、圧電素子１００と振動板１ａとが圧電アクチュエーター１０２を構成している液体
噴射ヘッド６００を例示して説明する。
【０１２１】
液体噴射ヘッド６００は、図１８および図１９に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電素子１００と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図１２に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図１９では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【０１２２】
ノズル板６１０は、図１８および図１９に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【０１２３】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図１９の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板１ａとの間の空間を区画することにより、図１９に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１ａとによって区画されている。
【０１２４】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、基板１に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２からインク等が吐出される。なお、リザーバー６２４を、マニホールドと呼ぶこともできる。
【０１２５】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図１９の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１ａは、第１圧電体層３０の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【０１２６】
図１１に示す例では、第１電極３０の短手方向に沿う圧力室６２２の幅は、第１電極３０の短手方向に沿う圧電体４０の幅よりも大きく、多孔質体層５０の一部は、圧力室６２２の上方に位置している。すなわち、圧電体４０の側面は、圧力室６２２の側面（圧力室６２２を区画する圧力室基板６２０の側面ともいえる）よりも内側に位置している。これにより、効果的に圧力室６２２の内部圧力を変化させることができる。
【０１２７】
筐体６３０は、図１９に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０、および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属を挙げることができる。
【０１２８】
液体噴射ヘッド６００は、上述した信頼性の高い圧電素子１００を有する。したがって液体噴射ヘッド６００は、高い信頼性を有することができる。
【０１２９】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【０１３０】
４．液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッド６００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図２０は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【０１３１】
液体噴射装置７００は、図２０に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。液体噴射装置７００は、さらに、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【０１３２】
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【０１３３】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１３４】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１３５】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１３６】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【０１３７】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【０１３８】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１３９】
液体噴射装置７００は、信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を有する。したがって、液体噴射装置７００は、高い信頼性を有することができる。
【０１４０】
なお、上記例示した液体噴射装置７００は、１つの液体噴射ヘッド６００を有し、この液体噴射ヘッド６００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１４１】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置７００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１４２】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 基板、１ａ 振動板、２ 基板の上面、１０ 積層体、１２ 第１積層体、
１４ 第２積層体、２０ 第１電極、２２ 第１電極の側面、２４ 第１電極の上面、
３０ 第１圧電体層、 ３０ａ 第１圧電体層、３２ 第１圧電体層の側面、
３４ 第１圧電体層の上面、３６ コンタクトホール、４０ 第２電極、
４２ 配線層、５０ 多孔質体層、５２ 多孔質体層の上面、５４ 第３圧電体層、
５６ 第３圧電体層の上面、６０ 絶縁層、６２ 絶縁層の側面、６４ 第２圧電体層、６６ 第２圧電体の上面、１００ 圧電素子、１０２ 圧電アクチュエーター、
２００ 圧電素子、３００ 圧電素子、４００ 圧電素子、４４０ 下側第２電極、
４４２ 上側第２電極、６００ 液体噴射ヘッド、６１０ ノズル板、
６１２ ノズル孔、６２０ 圧力室基板、６２２ 圧力室、６２４ リザーバー、
６２６ 供給口、６２８ 貫通孔、６３０ 筐体、７００ 液体噴射装置、
７１０ 駆動部、７２０ 装置本体、７２１ トレイ、７２２ 排出口、
７３０ ヘッドユニット、７３１ インクカートリッジ、７３２ キャリッジ、
７４１ キャリッジモーター、７４２ 往復動機構、７４３ タイミングベルト、
７４４ キャリッジガイド軸、７５０ 給紙部、７５１ 給紙モーター、
７５２ 給紙ローラー、７５２ａ 従動ローラー、７５２ｂ 駆動ローラー、
７６０ 制御部、７７０ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子であり、圧電体を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子は、例えばインクジェットプリンターの液体噴射ヘッド部分や、各種アクチュエーターなど多様な用途に用いられている。
【０００３】
圧電素子は、水分が圧電体に接触すると、例えば、２つの電極間に生じる漏れ電流が増加し、圧電素子の信頼性が低下することがある。圧電体と水分との接触を防ぐ方法としては、例えば、圧電体を上部電極で覆う構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電体を上部電極で覆う構造では、圧電体の側面と基板（例えば振動板）の上面との接続部分に応力が集中し、該接続部分を覆う上部電極にクラックが発生することがあった。その結果、圧電素子の信頼性が低下することがあった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高い圧電素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方および側方に形成された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【０００８】
このような圧電素子によれば、第１圧電体層の側面と基板の上面との接続部分を、第２電極は覆っておらず、第２電極にクラックが生じることを防止することができる。したがって、このような圧電素子は、高い信頼性を有することができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなることができる。
【００１１】
このような圧電素子によれば、例えば基板が振動板を有する場合、振動板の変位しやすさは、第１圧電体層に近づくにつれて徐々に変化することができる。そのため、基板（振動板）の応力集中を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層と前記第２電極との間に形成された絶縁層を、さらに含むことができる。
【００１３】
このような圧電素子によれば、第２電極の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極の水分バリア機能を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子において、
前記絶縁層のヤング率は、前記第２電極のヤング率より小さいことができる。
【００１５】
このような圧電素子によれば、絶縁層の例えば角部を覆う第２電極に応力が集中することを抑制することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記絶縁層の側面は、前記第１圧電体層の上面に対して、傾斜していることができる。
【００１７】
このような圧電素子によれば、絶縁層の例えば角部を覆う第２電極に応力が集中することを抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層と、前記第２電極との間に形成された第２圧電体層を、さらに含むことができる。
【００１９】
このような圧電素子によれば、第２電極の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極への応力を低減することができる。また、第２圧電体層は水分バリア層として機能することができ、高い信頼性を有することができる。
【００２０】
本発明に係る圧電素子において、
前記第２圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一であることができる。
【００２１】
このような圧電素子によれば、前記１圧電体層と、前記第２圧電体層との結晶性の相違を低減し、高い信頼性を有することができる。
【００２２】
本発明に係る圧電素子において、
前記多孔質体層の下方に、第３圧電体層を、さらに含むことができる。
【００２３】
このような圧電素子によれば、第３圧電体層は、前記多孔質体層と、基板との密着層として機能することができる。
【００２４】
本発明に係る圧電素子において、
前記第３圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一であることができる。
【００２５】
このような圧電素子によれば、前記第１圧電体層と、前記第３圧電体層との結晶性の相違を低減し、高い信頼性を有することができる。
【００２６】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１圧電体層と、
前記第１電極の側面と前記第１電極の上面とによって形成された角部、および前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層の上方に形成された第３電極（以下「下側第２電極」という）と、
前記下側第２電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記下側第２電極と電気的に接続された第２電極（以下「上側第２電極」という）と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。
【００２７】
このような圧電素子によれば、第１電極の角部の電解集中による第１圧電体層の破壊を抑制することができる。
【００２８】
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００２９】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極、前記第１圧電体層、および前記第２電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第１電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第１電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第２電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されていることができる。
【００３０】
このような圧電素子によれば、いっそう第２電極によって、第１圧電体層と水分とが接触することを抑制することができる。
【００３１】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛であることができる。
【００３２】
このような圧電素子によれば、高い信頼性を有することができる。
【００３３】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、
本発明に係る圧電素子を含む。
【００３４】
このような圧電アクチュエーターによれば、本発明に係る圧電素子を含むため、高い信頼性を有することができる。
【００３５】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第１電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第１圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している。
【００３６】
このような液体噴射ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエーターを含むため、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００３８】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを含むため、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】第１実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図３】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】第２実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１０】第２実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】第２実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】第３実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１３】第３実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１４】第３実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】第４実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図１６】第４実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１７】本実施形態に係る実験例のＳＥＭ観察結果。
【図１８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２０】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
１． 圧電素子
１．１． 第１実施形態
１．１．１． 圧電素子
まず、第１実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図１（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４２】
圧電素子１００は、図１および図２に示すように、基板１上に形成され、積層体１０と、多孔質体層５０と、絶縁層６０と、配線層４２と、を含むことができる。積層体１０は、第１電極２０と、第１圧電体層３０と、第２電極４０と、を含むことができる。
【００４３】
基板１は、例えば、半導体、絶縁体で形成された平板である。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。例えば、後述する液体噴射ヘッドのように、基板１の下方に圧力室等が形成されているような場合においては、基板１より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板１とみなしてもよい。
【００４４】
基板１は、例えば、可撓性を有し、第１圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板を有していてもよい。この場合、圧電素子１００は、振動板を含む圧電アクチュエーター１０２となる。圧電アクチュエーター１０２を液体噴射ヘッドに使用する場合、基板１（振動板）のたわみによって、圧力室の容積を変化させることができる。基板１が振動板を有する場合は、振動板の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金が挙げられる。振動板は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００４５】
なお、基板１が振動板を有しておらず、第１電極２０が振動板であってもよい。すなわち、第１電極２０は、第１圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、第１圧電体層３０の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。この場合においても、圧電素子１００は、圧電アクチュエーター１０２となることができる。
【００４６】
積層体１０は、基板１上に形成されている。積層体１０は、例えば複数設けられており、図１（Ａ）および図２に示す例では３つ設けられているが、その数は特に限定されない。複数の積層体１０は、互いに離間して設けられており、図２に示すように平面視において、第１方向（例えば、第１電極２０の短手方向）に並んで配置されていてもよい。例えば、第１方向を、第１電極２０の併設方向ということもできる。
【００４７】
第１電極２０は、基板１上に形成されている。図示はしないが、第１電極２０と基板１との間には、例えば、両者の密着性を付与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属からなる層や、それらの酸化物からなる層を例示することができる。
【００４８】
第１電極２０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第１電極２０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１電極２０の平面形状は、第２電極４０が対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されないが、図２に示す例では長辺（長手方向の辺）と短辺（短手方向の辺）とを有する長方形である。したがって、図１（Ａ）は、第１電極２０の短手方向における断面図ともいえ、図１（Ｂ）は、第１電極２０の長手方向における断面図ともいえる。
【００４９】
第１電極２０の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極２０は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００５０】
第１電極２０の機能の一つとしては、第２電極４０と一対になって、第１圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、第１圧電体層３０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極２０は、図１（Ａ）および図２に示すように、複数の積層体１０において個別電極であってもよい。より具体的には、複数の積層体１０のうちの第１積層体１２の第１電極２０と、複数の積層体１０のうちの第２積層体１４の第１電極２０とは、電気的に分離していてもよい。
【００５１】
第１圧電体層３０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０上および第１電極２０の側方に形成されている。第１圧電体層３０の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。
【００５２】
第１圧電体層３０は、圧電材料によって形成される。そのため第１圧電体層３０は、第１電極２０および第２電極４０によって電圧が印加されることで変形することができる。圧電素子１００が圧電アクチュエーター１０２である場合は、この変形により振動板は変形（屈曲）することができる。
【００５３】
第１圧電体層３０の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００５４】
図１（Ａ）に示す例では、第１圧電体層３０の側面３２は、基板１の上面２に対して傾斜しているが、特に限定されず、上面２に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。また、第１圧電体層３０の側面３２は、微細な凹凸形状を有していてもよい。
【００５５】
第２電極４０は、第１圧電体層３０上に形成されている。第２電極４０は、第１電極２０と対向して配置されている。第２電極４０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極４０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極４０の平面形状は、第１電極２０に対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されない。
【００５６】
第２電極４０の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第２電極４０は、これら例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００５７】
第２電極４０の機能の一つとしては、第１電極２０と一対になって、第１圧電体層３０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、第１圧電体層３０の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極４０は、図１（Ａ）および図２に示すように、複数の積層体１０において共通電極であってもよい。より具体的には、第１積層体１２の第２電極４０と、第２積層体１４の第２電極４０とは、電気的に接続されていてもよい。図１に示す例では、第１積層体１２の第２電極４０と、第２積層体１４の第２電極４０とは、共通電極として一体的に形成されている。
【００５８】
多孔質体層５０は、図１（Ａ）に示すように、基板１の上方であって、第１圧電体層３０の側面３２を覆って形成されている。多孔質体層５０は、基板１の上面２および第１圧電体層３０の側面３２に接して形成されていてもよい。図１（Ａ）に示す例では、多孔質体層５０は、複数の積層体１０の間に形成されている。より具体的には、多孔質体層５０は、第１積層体１２と、第１積層体１２と隣り合う第２積層体１４との間に形成されている。多孔質体層５０の上面５２は、例えば、第１圧電体層３０の上面３４と面一である。
【００５９】
多孔質体層５０の材質は、第１圧電体層３０を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する。第１圧電体層３０の材質がチタン酸ジルコン酸鉛である場合、多孔質体層５０の材質は、例えば、鉛を主成分とする金属元素を含んだ酸化物である。多孔質体層５０は、多数の微細な孔を有することができる。そのため、多孔質体層５０の密度は、第１圧電体層３０の密度より小さい。多孔質体層５０は、積層体１０に近づくにつれて、その密度が大きくなってもよい。
【００６０】
絶縁層６０は、多孔質体層５０上に形成されている。図１（Ａ）に示す例では、さらに、絶縁層６０は、第１圧電体層３０の上方の一部にも形成されている。絶縁層６０の側面６２は、図１（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０の上面３４に対して、傾斜していてもよい。すなわち、絶縁層６０の幅（絶縁層６０の厚み方向と直交する方向の大きさ）は、上方に向かうに連れて小さくなっていてもよい。
【００６１】
絶縁層６０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。絶縁層６０のヤング率は、第２電極４０のヤング率より小さくてもよい。すなわち、絶縁層６０の材質は、第２電極４０の材質よりやわらかくてもよい。絶縁層６０の材質としては、例えば、感光性ポリイミド、感光性サイクロテン（ＢＣＢ）を挙げることができる。
【００６２】
絶縁層６０上（多孔質体層５０の上方）には、第２電極４０が形成されていることができる。これにより、上述のように、複数の積層体１０において、第２電極４０を共通電極とすることができる。
【００６３】
配線層４２は、図１（Ｂ）に示すように、第１圧電体層３０（より具体的には、電極２０，４０に挟まれていない部分の第１圧電体層３０）に設けられたコンタクトホール３６内に形成されている。配線層４２は、例えば、第１電極２０と電気的に接続されている。これにより、配線層４２を介して、第１電極２０に電界を印加することができる。配線層４２の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。配線層４２の材質は、例えば、第２電極４０の材質と同じである。
【００６４】
第１実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６５】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の側面３２を覆って多孔質体層５０が形成されている。そのため、圧電素子１００では、第１圧電体層３０の側面３２と基板１の上面２との接続部分を、第２電極４０は覆っておらず、第２電極４０にクラックが生じることを防止することができる。したがって、圧電素子１００は、高い信頼性を有することができる。仮に、多孔質体層５０にクラックが生じる場合があったとしても、多孔質体層５０は、もともと多孔質であるため、圧電素子１００の信頼性に与える影響は小さいといえる。さらに、圧電素子１００では、第１圧電体層３０および多孔質体層５０の上方には第２電極４０が形成されており、第２電極４０によって、第１圧電体層３０が水分と接触することを防止することができる。さらに、圧電素子１００では、基板１上に形成されているのが多孔質体層５０であるため、例えば基板１が振動板を有する場合、振動板の変位を妨げることを抑制することができる。仮に、基板上に形成されているのが圧電体と同程度の密度を有する物質である場合、該物質によって振動板の変位が妨げられることがある。
【００６６】
圧電素子１００によれば、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０に近づくにつれて密度が大きくなることができる。そのため、例えば基板１が振動板を有する場合、振動板の変位しやすさは、第１圧電体層３０に近づくにつれて徐々に変化することができる。仮に、多孔質体層の密度は均一であり圧電体の密度より小さいとすると、多孔質体層と圧電体とに密度の差が生じ、多孔質体層の下の振動板と、圧電体の下の振動板と、で変位のしやすさに差が生じてしまう。その結果、振動板（基板）に応力が集中する場合がある。圧電素子１００では、このような問題を回避することができる。この多孔質体層５０を設けることによる特徴は、他の実施形態にも同様である。
【００６７】
圧電素子１００によれば、多孔質体層５０上に絶縁層６０が形成されており、絶縁層６０上に第２電極４０を形成することができる。これにより、第２電極４０の平坦性を高めることができ、例えば、第２電極４０の水分バリア機能を高めることができる。仮に、多孔質体層上に直接第２電極を形成すると、多孔質体層の孔に第２電極が入り、第２電極の表面が凸凹になる場合がある。その結果、第２電極の水分バリア機能が低下する場合がある。なお、絶縁層６０は、水分バリア機能を有することもできる。
【００６８】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の上面３２と多孔質体層５０の上面５２とは、面一であり、絶縁層６０のヤング率を、第２電極４０のヤング率より小さくすることができる。これにより、例えば、絶縁層６０の角部を覆う第２電極４０に応力が集中することを抑制できる。
【００６９】
圧電素子１００によれば、第１圧電体層３０の上面３２と多孔質体層５０の上面５２とは、面一であり、絶縁層６０の側面６２は、第１圧電体層３０の上面３４に対して傾斜していることができる。これにより、例えば、絶縁層６０の角部を覆う第２電極４０に応力が集中することを抑制できる。これらの絶縁層６０を設けることによる特徴は、第４実施形態でも同様である。
【００７０】
圧電素子１００によれば、第１電極２０を個別電極とし、第２電極４０を共通電極とすることができる。これにより、いっそう第２電極４０によって、第１圧電体層３０と水分とが接触することを抑制することができる。この第２電極４０を共通電極とすることの特徴は、他の実施形態にも同様である。
【００７１】
１．１．２． 圧電素子の製造方法
次に、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図７は、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図３〜図７において、（Ａ）は図１（Ａ）に対応するものであり、（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応するものである。
【００７２】
図３に示すように、基板１上に、第１電極２０を形成する。第１電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第１電極層（図示せず）を成膜し、該第１電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。
【００７３】
図４に示すように、基板１上であって、第１電極２０を覆うように、第１圧電体層３０ａを成膜する。第１圧電体層３０ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。
【００７４】
次に、第１圧電体層３０ａ上に所望の形状を有するレジストＲ１を形成する。レジストＲ１は、公知の方法により形成される。
【００７５】
図５に示すように、レジストＲ１をマスクとして、露出している第１圧電体層３０ａを例えばウェットエッチングし、多孔質体層５０を形成する。該ウェットエッチングによって、第１圧電体層３０の形状が決定される。エッチング液は、少なくとも第１圧電体層３０ａを形成する一部の材料しか溶かさない溶液を用いることができる。また、結晶粒界のように、第１圧電体層３０ａのきちんとした結晶になっていない部分を選択的に溶かす溶液を用いることができる。このため、第１圧電体層３０ａは全て除去されず、溶解しない元素を含んだ酸化物やエッチング溶液の成分と反応した反応物が残り、これによって多孔質体層５０が形成される。具体的にはエッチング液としては、例えば、１０％フッ酸水溶液を用いることができる。
【００７６】
ウェットエッチング後に、例えば公知の方法によりレジストＲ１を除去する。また、ウェットエッチング後は、水洗などエッチング液に適した後処理を行うことができる。
【００７７】
上記のように、ウェットエッチングによって第１圧電体層３０ａをエッチングすると、例えば第１圧電体層３０ａの結晶性に依存して第１圧電体層３０の側面３２の表面粗さが大きくなる（荒れる）場合がある。しかしながら、圧電素子１００では、第１圧電体層３０の側面３２に第２電極を形成しないので、仮に側面３２が荒れていたとしても、信頼性が低下するということはない。そのため、側面３２の表面粗さを調整する必要がないので、プロセスマージンを大きくすることができ、歩留まりを向上させることができる。さらに、エッチング液をフッ酸水溶液などの安価なものにすることができ、低コスト化を図ることができる。さらに、例えばイオンミリングを用いて圧電体層を加工する場合に比べて、スループットを向上させることができる。
【００７８】
なお、多孔質体層５０は、図５（Ａ）に示すように複数の第１圧電体層３０の間と、図５（Ｂ）に示すようにコンタクトホール３６となる部分と、に形成することができる。
【００７９】
図６に示すように、多孔質体層５０上および第１圧電体層３０の一部の上に、絶縁層６０を形成する。絶縁層６０は、例えば、溶液塗布法で絶縁膜（図示せず）を成膜し、該絶縁膜をパターニングすることによって形成される。溶液塗布法によって成膜することにより、絶縁層６０の表面の平坦性を高くすることができる。これにより、絶縁層６０上に形成される第２電極４０の平坦性も高くすることができる。例えば、スパッタ法などにより成膜すると、多孔質体層５０の表面は微細な凹凸があるため、絶縁層６０の平坦性が低くなる場合がある。
【００８０】
また、絶縁膜として感光性有機材料（感光性ポリイミドや感光性サイクロテンなど）を用いた場合は、露光装置で保護膜を露光し、現像することでパターニングを行うことができる。すなわち、エッチング工程を削減することができ、低コスト化を図ることができる。露光条件や現像条件を変えることにより、絶縁層６０の側面６２の傾き角などを調整することができる。
【００８１】
図７に示すように、例えばウェットエッチングによって、露出している多孔質体層５０を除去し、コンタクトホール３６を形成する。このとき、駆動部となる第１圧電体層３０もエッチング液に曝される。そのため、多孔質体層５０だけ選択的にエッチングできる溶液を使用することが望ましい。例えば、１６％硝酸水溶液を用いると、主に多孔質体層５０のみをエッチングすることができる。
【００８２】
また、上記の保護膜のパターニングをドライエッチングで行った場合は、第１圧電体層３０の表面（上面）もオーバーエッチングされてダメージを受ける場合がある。このような場合において、本工程のウェットエッチングによってダメージを受けた部分の第１圧電体層３０の表面のみを除去することができ、特性を向上させることができる。
【００８３】
なお、図示はしないが、コンタクトホール３６を形成するためのレジストを別途形成し、該レジストをマスクとして圧電体層３０ａをパターニングして、コンタクトホール３６を形成してもよい。
【００８４】
図１に示すように、第１圧電体層３０上および絶縁層６０上に第２電極４０を形成する。第２電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第２電極層（図示せず）を成膜し、該第２電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。なお、第２電極４０の形成と同時に、配線層４２を形成してもよい。
【００８５】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００８６】
圧電素子１００の製造方法によれば、上記のとおり、ウェットエッチングによって、第１圧電体層３０および多孔質体層５０を形成することができるので、低コスト化やスループットの向上を図ることができる。
【００８７】
１．２． 第２実施形態
１．２．１． 圧電素子
図８は、第２実施形態に係る圧電素子２００を模式的に示す断面図である。図９は、第２実施形態に係る圧電素子２００を模式的に示す平面図である。なお、図８（Ａ）は、図９のＡ−Ａ線断面図であり、図８（Ｂ）は、図９のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第２実施形態に係る圧電素子２００において、第１実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８８】
圧電素子２００は、図８および図９に示すように、基板１上に形成され、積層体１０と、多孔質体層５０と、第２圧電体層６４と、配線層４２とを含むことができる。積層体１０は、第１電極２０と、第１圧電体層３０と、第２圧電体層６４と、第２電極４０とを含むことができる。
【００８９】
第２実施形態に係る圧電素子２００が、第１実施形態に係る圧電素子１００と相違する点は、図１（Ａ）に示す絶縁層６０の代わりに、図８（Ａ）に示す第２圧電体層６４を有することである。
【００９０】
第２圧電体層６４は、図８（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０および多孔質体層５０上に形成されている。第２圧電体層６４の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００９１】
第２圧電体層６４は、圧電材料によって形成される。そのため第２圧電体層６４は、第１電極２０および第２電極４０によって電圧が印加されることで変形することができる。
【００９２】
第２圧電体層６４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（例えば、Ａは、Ｐｂを含み、ＢはＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような素材の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００９３】
第２圧電体層６４上には、第２電極４０が形成されていることができる。これにより、複数の積層体１０において、第２電極４０を共通電極とすることができる。
【００９４】
第２電極４０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極４０の平面形状は、第１電極２０に対向して配置されたときに両者の間に第１圧電体層３０および第２圧電体層６４を配置できる形状であれば、特に限定されない。
【００９５】
第２実施形態に係る電圧素子２００は例えば、以下の特徴を有する。
【００９６】
電圧素子２００によれば、第１圧電体層３０および多孔質体層５０の上方には第２圧電体層６４が形成することができる。第２圧電体層６４の上方に第２電極４０を形成することで、第２電極４０の平坦性を高めることができる。これにより、例えば、第２電極４０への応力が低減されることができる。さらに、第１実施形態に係る絶縁層６０を設けることによる特徴と、同様にして、第２電極の水分バリア機能を有することができる。また、第２圧電体層６４が水分バリア機能を有することができる。
【００９７】
１．２．２ 圧電素子の製造方法
次に、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３〜図５および図１０〜図１１は、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図３〜図５および図１０〜図１１において、（Ａ）は図８（Ａ）に対応するものであり、（Ｂ）は図８（Ｂ）に対応するものである。以下、第２実施形態に係る圧電素子２００の製造方法において、第１実施形態に係る圧電素子１００の製造方法と同様の製造方法である図３〜図５については、その詳細な説明を省略する。
【００９８】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多孔質体層５０上および第１圧電体層３０上に、第２圧電体層６４を形成する。第２圧電体層６４は、例えば、溶液塗布法で圧電体膜（図示せず）を成膜する。溶液塗布法によって成膜することにより、第２圧電体層６４の表面の平坦性を高くすることができる。スパッタ法などにより成膜すると、多孔質体層５０の表面は微細な凹凸があるため、第２圧電体層６４の平坦性が低くなる場合がある。また、図６（Ａ）に示す第１実施形態の絶縁層６０を形成する場合と比較して、図１０（Ａ）に示す第２圧電体層６４のパターニングの工程は、省略することができる。
【００９９】
図１１（Ｂ）に示すようにコンタクトホール３６は、図示はしないが、レジストを別途形成し、該レジストをマスクとして圧電体層３０をパターニングして、形成される。
【０１００】
図８に示すように、第２圧電体層６４上に第２電極４０を形成する。第２電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により第２電極層（図示せず）を成膜し、該第２電極層をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。なお、第２電極４０の形成と同時に、配線層４２を形成してもよい。
【０１０１】
以上の工程により、圧電素子２００を製造することができる。
【０１０２】
なお、第２電極は電気的に共通であれば、多孔質層の上方に形成されていなくてもよい。
【０１０３】
１．３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る圧電素子３００について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第３実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す断面図である。図１３は、第３実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す平面図である。なお、図１２（Ａ）は、図１３のＡ−Ａ線断面図であり、図１２（Ｂ）は、図１３のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第３実施形態に係る圧電素子３００において、第１実施形態に係る圧電素子１００および第２実施形態に係る圧電素子２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０４】
第３実施形態に係る圧電素子３００は、図１２（Ａ）に示すように、多孔質体層５０の下方に、第３圧電体層を有する。
【０１０５】
図１２（Ａ）に示すように、第３圧電体層５４の上面５６は、基板１の上面２に対してほぼ水平に形成されていてもよい。また、第３圧電体層５４の上面５６は、微細な凹凸形状を有していてもよい。
【０１０６】
第３圧電体層５４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（例えば、Ａは、Ｐｂを含み、ＢはＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような素材の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【０１０７】
図１４に示すように、第３圧電体層５４の製造方法としては、例えば、多孔質層５０を形成する際、第１圧電体層３０を残すように、該ウェットエッチングの時間を調整することで形成することができる。第３圧電体層５４の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【０１０８】
圧電素子３００によれば、第３圧電体５４は多孔質体層５０と基板１との密着層として機能することができ、高い信頼性を有することができる。
【０１０９】
１．４． 第４実施形態
第４実施形態に係る圧電素子４００について、図面を参照しながら説明する。図１５は、第４実施形態に係る圧電素子４００を模式的に示す断面図である。図１６は、第４実施形態に係る圧電素子４００を模式的に示す平面図である。なお、図１５（Ａ）は、図１６のＡ−Ａ線断面図であり、図１５（Ｂ）は、図１６のＢ−Ｂ線断面図である。以下、第４実施形態に係る圧電素子４００において、第１実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１１０】
圧電素子４００では、図１５および図１６に示すように、第２電極４０は、下側第２電極４４０と、上側第２電極４４２と、を有する。
【０１１１】
下側第２電極４４０は、図１５（Ａ）に示すように、第１圧電体層３０上に形成されている。下側第２電極４４０は、さらに、多孔質体層５０上の一部に形成されていてもよい。第１積層体１２の下側第２電極４４０と、第２積層体１４の下側第２電極２４０とは、分離されている。下側第２電極４４０の材質および厚さは、例えば、第１圧電体層３０との密着性、第１圧電体層３０への拡散性などを考慮して選択される。より具体的には、下側第２電極４４０の材質としては、例えば、ＬＮＯ（厚さ１５ｎｍ程度）を列挙することができる。
【０１１２】
上側第２電極４４２は、下側第２電極４４０上および絶縁層６０上に形成され、下側第２電極４４０と電気的に接続されている。第１積層体１２の上側第２電極４４２と、第２積層体１４の上側第２電極４４２とは、電気的に接続されている。図示の例では、上側第２電極４４２は、共通電極として一体的に形成されている。上側第２電極４４２の材質および厚さは、例えば、耐湿性（水分バリア性）、導電性などを考慮して選択される。より具体的には、上側第２電極４４２の材質としては、例えば、イリジウム（厚さ５０ｎｍ程度）を列挙することができる。
【０１１３】
圧電素子４００では、多孔質体層５０は、第１電極２０の側面２２、および側面２２と連続する第１電極２０の上面２４の一部を覆って形成されている。すなわち、多孔質体層５０は、側面２２と上面２４とによって形成される角部を覆っている。
【０１１４】
さらに、多孔質体層５０は、第１圧電体層３０の側面３２を覆って形成されている。多孔質体層５０の一部は、図１５（Ａ）に示すように、第１電極２０と下側第２電極４４２との間に形成されているともいえる。
【０１１５】
圧電素子４００によれば、上記のとおり、多孔質体層５０は、側面２２と上面２４とによって形成される角部を覆っている。これにより、第１圧電体層３０は、該角部には形成されないので、例えば角部に電界集中が発生したとしても、第１圧電体層３０の動作に影響を及ぼすことはない。すなわち、圧電素子４００は、第１電極２０の角部の電界集中による圧電体の破壊を抑制することができ、高い信頼性を有することができる。
【０１１６】
２． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
【０１１７】
２．１． 試料の作製
シリコン基板上に、スパッタ法により、酸化シリコン（ＳｉＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）をこの順で成膜し、基板を形成した。次に、スパッタ法によりイリジウムを成膜し、第１電極を形成した。次に、ＭＯＤ法によりＰＺＴを形成し、レジストをマスクとして、ＰＺＴをウェットエッチングして、多孔質体層および圧電体を形成した。ウェットエッチングは、１０％フッ酸水溶液を用いて、２分で行った。
【０１１８】
２．２． ＳＥＭ観察結果
図１７は、上記のように作製した試料のＳＥＭ観察結果である。図１７より、多孔質体層の密度は、圧電体の密度より小さいことがわる。さらに、多孔質体層は、圧電体に近づくにつれて、その密度が大きくなっていることがわかる。
【０１１９】
３．液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる圧電素子（圧電アクチュエーター）の用途の一例として、これらを有する液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図１８は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図であって、図１（Ａ）に対応するものである。図１９は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【０１２０】
液体噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下では、基板１（上部に振動板１ａを含む構造体）の上に圧電素子１００が形成
され、圧電素子１００と振動板１ａとが圧電アクチュエーター１０２を構成している液体
噴射ヘッド６００を例示して説明する。
【０１２１】
液体噴射ヘッド６００は、図１８および図１９に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電素子１００と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図１２に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図１９では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【０１２２】
ノズル板６１０は、図１８および図１９に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【０１２３】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図１９の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板１ａとの間の空間を区画することにより、図１９に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１ａとによって区画されている。
【０１２４】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、基板１に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２からインク等が吐出される。なお、リザーバー６２４を、マニホールドと呼ぶこともできる。
【０１２５】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図１９の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１ａは、第１圧電体層３０の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【０１２６】
図１１に示す例では、第１電極３０の短手方向に沿う圧力室６２２の幅は、第１電極３０の短手方向に沿う圧電体４０の幅よりも大きく、多孔質体層５０の一部は、圧力室６２２の上方に位置している。すなわち、圧電体４０の側面は、圧力室６２２の側面（圧力室６２２を区画する圧力室基板６２０の側面ともいえる）よりも内側に位置している。これにより、効果的に圧力室６２２の内部圧力を変化させることができる。
【０１２７】
筐体６３０は、図１９に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０、および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属を挙げることができる。
【０１２８】
液体噴射ヘッド６００は、上述した信頼性の高い圧電素子１００を有する。したがって液体噴射ヘッド６００は、高い信頼性を有することができる。
【０１２９】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【０１３０】
４．液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッド６００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図２０は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【０１３１】
液体噴射装置７００は、図２０に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。液体噴射装置７００は、さらに、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【０１３２】
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【０１３３】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１３４】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１３５】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１３６】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【０１３７】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【０１３８】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１３９】
液体噴射装置７００は、信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を有する。したがって、液体噴射装置７００は、高い信頼性を有することができる。
【０１４０】
なお、上記例示した液体噴射装置７００は、１つの液体噴射ヘッド６００を有し、この液体噴射ヘッド６００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１４１】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置７００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１４２】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 基板、１ａ 振動板、２ 基板の上面、１０ 積層体、１２ 第１積層体、
１４ 第２積層体、２０ 第１電極、２２ 第１電極の側面、２４ 第１電極の上面、
３０ 第１圧電体層、 ３０ａ 第１圧電体層、３２ 第１圧電体層の側面、
３４ 第１圧電体層の上面、３６ コンタクトホール、４０ 第２電極、
４２ 配線層、５０ 多孔質体層、５２ 多孔質体層の上面、５４ 第３圧電体層、
５６ 第３圧電体層の上面、６０ 絶縁層、６２ 絶縁層の側面、６４ 第２圧電体層、６６ 第２圧電体の上面、１００ 圧電素子、１０２ 圧電アクチュエーター、
２００ 圧電素子、３００ 圧電素子、４００ 圧電素子、４４０ 下側第２電極、
４４２ 上側第２電極、６００ 液体噴射ヘッド、６１０ ノズル板、
６１２ ノズル孔、６２０ 圧力室基板、６２２ 圧力室、６２４ リザーバー、
６２６ 供給口、６２８ 貫通孔、６３０ 筐体、７００ 液体噴射装置、
７１０ 駆動部、７２０ 装置本体、７２１ トレイ、７２２ 排出口、
７３０ ヘッドユニット、７３１ インクカートリッジ、７３２ キャリッジ、
７４１ キャリッジモーター、７４２ 往復動機構、７４３ タイミングベルト、
７４４ キャリッジガイド軸、７５０ 給紙部、７５１ 給紙モーター、
７５２ 給紙ローラー、７５２ａ 従動ローラー、７５２ｂ 駆動ローラー、
７６０ 制御部、７７０ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極の上方および側方に形成された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなる、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記多孔質体層と前記第２電極との間に形成された絶縁層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記絶縁層のヤング率は、前記第２電極のヤング率より小さい、圧電素子。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記絶縁層の側面は、前記第１圧電体層の上面に対して、傾斜している、圧電素子。
【請求項６】
請求項１または２において
前記第１圧電体層および前記多孔質体層と、前記第２電極との間に形成された第２圧電体層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一である、圧電素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記多孔質体層の下方に、第３圧電体層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記第３圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一である、圧電素子。
【請求項１０】
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１圧電体層と、
前記第１電極の側面と前記第１電極の上面とによって形成された角部、および前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記第３電極と電気的に接続された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項において、
前記第１電極、前記第１圧電体層、および前記第２電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第１電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第１電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第２電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されている、圧電素子。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項において、
前記第１圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛である、圧電素子。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、圧電アクチュエーター。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第１電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第１圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している、液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極の上方および側方に形成された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層および前記多孔質体層の上方に形成された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層に近づくにつれて、密度が大きくなる、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記多孔質体層と前記第２電極との間に形成された絶縁層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記絶縁層のヤング率は、前記第２電極のヤング率より小さい、圧電素子。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記絶縁層の側面は、前記第１圧電体層の上面に対して、傾斜している、圧電素子。
【請求項６】
請求項１または２において
前記第１圧電体層および前記多孔質体層と、前記第２電極との間に形成された第２圧電体層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一である、圧電素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記多孔質体層の下方に、第３圧電体層を、さらに含む、圧電素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記第３圧電体層の材質は、前記第１圧電体層と同一である、圧電素子。
【請求項１０】
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１圧電体層と、
前記第１電極の側面と前記第１電極の上面とによって形成された角部、および前記第１圧電体層の側面を覆って形成された多孔質体層と、
前記第１圧電体層の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極および前記多孔質体層の上方に形成され、前記第３電極と電気的に接続された第２電極と、
を含み、
前記多孔質体層は、前記第１圧電体層を構成する少なくとも一つの金属元素を含有する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項において、
前記第１電極、前記第１圧電体層、および前記第２電極は、積層体をなし、
前記積層体は、複数設けられ、
複数の前記積層体は、前記第１電極の短手方向に沿って並んで配置され、
前記第１電極は、複数の前記積層体において個別電極であり、
前記第２電極は、複数の前記積層体において共通電極であり、
前記多孔質体層は、複数の前記積層体の間に形成されている、圧電素子。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項において、
前記第１圧電体層の材質は、チタン酸ジルコン酸鉛である、圧電素子。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、圧電アクチュエーター。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧電アクチュエーターと、
液体を吐出するノズル孔に連通した圧力室と、
を含み、
前記第１電極の短手方向に沿う前記圧力室の幅は、前記短手方向に沿う前記第１圧電体層の幅よりも大きく、
前記多孔質体層の少なくとも一部は、前記圧力室の上方に位置している、液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−３３８６６（Ｐ２０１２−３３８６６Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０６１６（Ｐ２０１１−６０６１６）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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