液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子
【課題】環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備えた液体噴射ヘッド等を提供する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッドは、ノズル孔に連通する圧力発生室と、圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、を含み、前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッドは、ノズル孔に連通する圧力発生室と、圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、を含み、前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェットプリンター等の液体噴射装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッドが知られている（特許文献１参照）。このような液体噴射ヘッドに備えられる圧電素子の圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（組成式Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３で表され、「ＰＺＴ」と略称される圧電セラミックス）などのＰＺＴ系圧電材料が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、近年、環境問題の観点から、ＰＺＴ系圧電材料の代替材料として、鉛の含有量を抑えたペロブスカイト型酸化物の圧電材料（以下、「非鉛系圧電材料」とも言う）が望まれている。しかしながら、鉛の含有量を抑えた圧電セラミックスは、一般的にＰＺＴ系圧電セラミックスに比べて歪量が小さい。
【０００４】
一般的に、このような非鉛系圧電材料のヤング率は１００ＧＰａを超え、ＰＺＴ系圧電材料のヤング率よりも非常に大きいことが知られている。例えば、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）の混晶セラミックスからなる非鉛系圧電材料であるＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスのヤング率は、１４０ＧＰ程度である。したがって、このような非鉛系圧電材を採用した圧電素子は、その圧電体層においてクラックを生じやすいという技術的課題がある。
【０００５】
以上から、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッド等が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明のいくつかの態様のいずれかによれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッドを提供することができる。また、本発明のいくつかの態様のいずれかによれば、上記圧電素子、及び上記液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る液体噴射ヘッドは、
ノズル孔に連通する圧力発生室と、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、
を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【０００９】
本発明によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１０】
（２）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電体部の膜厚は、１μｍ以上であってもよい。
【００１１】
（３）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧電体層の膜厚は、３００ｎｍ以下であってもよい。
【００１２】
（４）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１圧電体層の膜厚は、８００ｎｍ以下であってもよい。
【００１３】
（５）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１圧電体層の膜厚は、前記第２圧電体層の膜厚よりも厚くてもよい。
【００１４】
（６）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電素子は、絶縁膜を更に含み、
前記絶縁膜は、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層から露出した前記中間層の側面を覆っていてもよい。
【００１５】
（７）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記中間層の側面は前記第２圧電体層に覆われていてもよい。
【００１６】
（８）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられた基板を更に有し、
前記基板の材質は、シリコン基板であってもよい。
【００１７】
（９）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有する。
【００１８】
本発明によれば、環境負荷が小さく、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射装置を提供することができる。
【００１９】
（１０）本発明に係る圧電素子は、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極と、を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層および第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【００２０】
本発明によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造方法を模式的に示すフローチャート。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造方法を模式的に示すフローチャート。
【図６】実施例１に係る圧電体層の断面のＳＥＭ画像。
【図７】実施例１および比較例７に係る第２圧電体層の表面の金属顕微鏡画像。
【図８】実施例１のヒステリシスの印加電圧依存性を示すグラフ。
【図９】実施例１の耐電圧性を示すグラフ。
【図１０】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１１】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１２】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】
【００２２】
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。
【００２３】
１．圧電セラミックス
本実施形態に係る圧電素子を説明する前に、まず、圧電素子の圧電体層となる圧電セラミックスについて説明する。圧電セラミックスは、ペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物を主成分とする。つまりは、圧電セラミックスは、製造工程において不可避の不純物を含んでいてもよい。該複合酸化物は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａサイトの元素の総モル数と、Ｂサイトの元素の総モル数と、酸素原子のモル数の比は、１：１：３が標準であるが、ペロブスカイト構造をとり得る範囲内で、１：１：３からずれていてもよい。
【００２４】
圧電セラミックスは、ペロブスカイト型構造の複合酸化物からなり、Ａサイト元素として、ビスマス（Ｂｉ）およびバリウム（Ｂａ）を含み、Ｂサイト元素として、鉄（Ｆｅ）、およびチタン（Ｔｉ）を含む。複合酸化物の少なくとも一部は、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）の混晶セラミックスからなる固溶体（以下、「ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス」ともいう）であってもよい。したがって、本実施形態に係る圧電素子の圧電体層は、鉛の含有量を抑えたペロブスカイト型酸化物の非鉛系圧電材料であることができる。
【００２５】
非鉛系の圧電セラミックスは、例えば、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）などの任意の添加物（例えば、含有率１０ｍｏｌ％以下程度）を加えることで特性改善をすることが知られている。圧電セラミックスは、本発明の効果を得られる範囲であれば、当然このような添加物を更に含んでいてもよい。例えば、圧電セラミックスは、マンガン（Ｍｎ）を添加物として含有していてもよい。その他の添加物としては、コバルト、クロム、アルミニウム、カリウム、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ニッケル、亜鉛、ケイ素、ランタン、セリウム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム等を挙げることができる。
【００２６】
圧電セラミックスがＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスであった場合、その組成比は、有用な圧電特性を奏する範囲であれば、特に限定されない。例えば、Ａサイト元素の総量に対するビスマスの割合をｘ（０＜ｘ＜１）としたとき、ｘは、０．７≦ｘ≦０．８の範囲内であってもよい。また、本実施形態に係る複合酸化物において、Ｂサイト元素の総量に対するチタンの割合をｙ（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｙ＜１）としたとき、ｙは、０．２≦ｙ≦０．３の範囲内であってもよい。
【００２７】
つまりは、本実施形態に係る複合酸化物は、下記一般式（１）で表されるペロブスカイト型構造からなり、０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３、ｘ＋ｙ＝１である複合酸化物であってもよい。ここで、下記一般式（１）において、Ｍはマンガンやコバルト等の添加物である。一般式（１）において、添加物は、含有率が鉄（Ｆｅ）元素に対して５ｍｏｌ％となるように添加されている。しかしながら、これに限定されず、本発明の効果を得られる範囲であれば、添加物Ｍの添加量は適宜調整することができる。
【００２８】
（Ｂｉｘ、Ｂａｙ）（Ｆｅ０．９５ｘ、Ｍ０．０５ｘ、Ｔｉｙ）Ｏ３・・・（１）
例えば、特許文献の特開２０１０−２５４５６０において、ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス（ｘＢｉＦｅＯ３−ｙＢａＴｉＯ３）が、０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３、ｘ＋ｙ＝１の組成比である場合、ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの結晶系は疑立方晶となり、それ以外の組成比である場合は菱面体晶となることが報告されている。これによれば、ＢＦＯ系のセラミックスである複合酸化物は、上記一般式（１）において、組成比が０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３であることにより、結晶系が疑立方晶をとることが推定され、圧電セラミックスとしての実用性が高いことが推測される。したがって、圧電セラミックスの組成比は、その結晶系が疑立方晶をとりえる組成比においてビスマスおよびチタンを含むことができる。
【００２９】
２．圧電素子
次に、本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、本実施形態にかかる圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
【００３０】
圧電素子１００は、図１に示すように、圧電体部２０（２１、２２、２３）、及び圧電体部２０に電圧を印加する電極部（１０、３０）を含む。圧電素子１００は、例えば、基板１の上方に形成されている。
【００３１】
電極部（１０、３０）は、図１に示すように、基板１（圧力発生室６２２、図１０参照）側の第１電極１０と、圧電体部２０を挟んで第１電極１０と対向する第２電極３０と、を含む。
【００３２】
圧電体部２０（２１、２２、２３）は、図１に示すように、第１電極１０側の第１圧電体層２１と、第２電極３０側の第２圧電体層２２と、第１の方向Ａにおいて第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２に挟まれた中間層２３と、を有する。
【００３３】
ここで、本発明において、「第１の方向Ａ」とは、図１に示すように、中間層２３が挟まれる方向であり、層状の第１電極１０、圧電体部２０、及び第２電極３０の膜厚（厚み）方向である。換言すれば、第１の方向Ａは、第１電極１０の上に圧電体部２０及び第２電極３０が積層される積層方向である。
【００３４】
基板１は、例えば、導電体、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。基板１は、可撓性を有し、圧電体部２０の動作によって変形（屈曲）することのできる基板であって、振動板と称されてもよい。基板１の材質としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、またはこれらの積層体が挙げられる。
【００３５】
好適には、基板１の材質は、シリコン基板であってもよい。シリコン基板の表面は酸化処理によって酸化シリコンが形成されていてもよい。シリコン基板は、高品質な基板を比較的安価で安定的に入手可能であるため、商業的観点から好適な材質である。したがって、基板１の材質にシリコン基板を採用することにより、生産性を向上し、安定的に生産することが可能となる。
【００３６】
第１電極１０は、基板１上に形成されている。第１電極１０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極１０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。第１電極１０の平面形状は、第２電極３０が対向して配置されたときに両者の間に圧電体部２０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形である。第１電極１０は、図１に示すように、単層の導電層であってもよいし、複数の導電層が積層されて形成されてもよい（図示せず）。
【００３７】
第１電極１０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極１０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ，Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。
【００３８】
第１電極１０の機能の一つとしては、第２電極３０と一対になって、圧電体部２０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体部２０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。
【００３９】
なお、基板１が振動板を有さず、第１電極１０が振動板としての機能を有していてもよい。すなわち、第１電極１０は、圧電体部２０に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体部２０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。
【００４０】
また、図示はしないが、第１電極１０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、それらの酸化物の層が挙げられる。
【００４１】
圧電体部２０（２１、２２、２３）は、第１電極１０上に形成されている。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、上述の「１．圧電セラミックス」の項で述べた圧電セラミックスからなる。そのため、圧電素子１００は、圧電体層に鉛を含まず、環境負荷が小さい圧電素子であることができる。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、圧電性を有することができ、第１電極１０および第２電極３０によって電界が印加されることで変形することができる（電気機械変換）。
【００４２】
図１に示すように、第１圧電体層２１は上面２１ａ（第１圧電体層２１の第１電極１０と接する面とは反対側の面）を有し、第２圧電体層２２は上面２２ａ（第２圧電体層２２の中間層２３と接する面とは反対側の面）を有する。また、第１圧電体層２１は側面２１ｂ（第１圧電体層２１の第１電極１０と接する面と上面２１ａを連続する面）を有し、第２圧電体層２２は側面２２ｂ（第２圧電体層２２の中間層２３と接する面と上面２２ａを連続する面）を有する。
【００４３】
中間層２３は、第１圧電体層２１の上面２１ａ上に形成される。中間層２３の材質は、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）である。ここで、第１の方向Ａと直行する方向を第２の方向Ｂとした場合、図１に示すように、中間層２３は、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２に挟まれ、かつ、第２の方向Ｂにおいて露出していてもよい。
【００４４】
図１に示すように、中間層２３の第１の方向Ａにおける厚みｔ０は５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である（５ｎｍ≦ｔ０≦２０ｎｍ）。導電性酸化物である中間層２３をこのような厚みで形成することで、第２圧電体層２２にクラックが発生することを防ぐと同時に、中間層２３が実質的に電極部材として機能することを防ぐことができる。
【００４５】
ここで、中間層２３の厚みとは、材料となるイリジウム（Ｉｒ）膜が焼成工程を経て酸化した酸化イリジウム膜の厚みであり、焼成工程前のイリジウム膜の厚みとは区別される。中間層２３の材質である酸化イリジウムは、イリジウム膜を例えばスパッタリング法により成膜した後、焼成工程で酸化処理することで得ることができる。一般的に、イリジウム膜は、酸化する際に膨張することが知られている。したがって成膜時のイリジウム膜の厚みは、酸化時の膨張を考慮し、１５ｎｍ以下とすることが望ましい。詳細は「３．圧電素子の製造方法」の項で後述される。
【００４６】
また、図１に示すように、圧電体部２０（第１圧電体層２１、中間層２３、及び第２圧電体層２２）の第１の方向Ａにおける厚みＴ（ｔ０＋ｔ１＋ｔ２）は、１μｍ以上であってもよい。また、第１圧電体層２１の厚みｔ１は、８００ｎｍ以下であってもよく、第２圧電体層２２の厚みｔ２は、３００ｎｍ以下であってもよい。
【００４７】
通常、商業的な液体噴射装置のアクチュエーターとして圧電素子が実用的な歪量（電圧印加時の変位量）を発揮するためには、非鉛系圧電材料の場合、圧電体層の膜厚が１μｍ以上であることが望ましい。本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０を構成する第１圧電体層２１、第２圧電体層２２、及び中間層２３を上記の厚みとすることで、圧電体部２０にクラックを生じさせることなく、圧電体部２０の厚みＴを１μｍ以上とすることができる。詳細は「４．実施例」の項で後述される。
【００４８】
また、図１に示すように、第１圧電体層２１の第１の方向Ａにおける厚みをｔ１とし、第１圧電体層２１の第１の方向Ａにおける厚みをｔ２とした場合、第１圧電体層２１の厚みｔ１は、第２圧電体層２２の厚みｔ２よりも厚くてもよい（ｔ１＞ｔ２）。厚みＴが１μｍ以上である圧電体部２０を形成する場合、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２がｔ１＞ｔ２を満たすように構成することで、より確実にクラックの発生を抑制することができる。
【００４９】
第２電極３０は、圧電体部２０（第２圧電体層２２の上面２２ａ）上に形成されている。第２電極３０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第２電極３０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極３０の平面形状は、特に限定されず、例えば、矩形、円形である。第２電極３０としては、第１電極１０の材質として列挙した上記材料を用いることができる。
【００５０】
第２電極３０の機能の一つとしては、第１電極１０と一対になって、圧電体部２０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、圧電体部２０の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。
【００５１】
なお、図示の例では、第２電極３０は、圧電体部２０の上面に形成されているが、さらに、圧電体部２０の側面、基板１の上面に形成されていてもよい。
【００５２】
以上のような圧電素子１００は、例えば、圧力発生室内の液体を加圧する圧電アクチュエーターとして、液体噴射ヘッドや、該液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置（インクジェットプリンター）などに適用されてもよいし、圧電体層の変形を電気信号として検出する圧電センサー等その他の用途として用いてもよい。
【００５３】
本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。
【００５４】
本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０の圧電体層に非鉛系圧電材料であるＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスを採用している。これによれば、環境負荷の小さい圧電素子を提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０に酸化イリジウムからなる中間層２３が形成されている。これによれば、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を提供することができる。以下にその詳細を説明する。
【００５６】
ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス等の非鉛系圧電材料は、一般的に剛性が高い（ヤング率が大きい）ため、熱膨張係数が大きく、焼成時にクラックが発生しやすいことが知られている。また、ゾル‐ゲル法等を用いた化学溶液法（ＣＳＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）でもって圧電体層を形成する場合、ゲル膜の昇温過程において膜の面内に引張応力が発生し、クラックの発生が伴いやすい。したがって、非鉛系圧電材料の圧電体層を１回の成膜焼成過程においてクラックの発生を伴うことなく作製することは技術的な困難性が高い。特に第２圧電体層２２の上面２２ａは、第２電極４０が形成される面であり、微小なクラックであっても圧電素子の信頼性に大きく影響する。実験室レベルでは、１回の成膜工程における膜厚を例えば０．１μｍ以下とし、ゲル膜の成膜と焼成を繰り返してクラックのない１μｍ以上の膜厚の圧電体層を作製することが考えられるが、このようなプロセスは工業的には実用的ではない。
【００５７】
これに対し、中間層２３に採用される酸化イリジウムの有する膜内内部圧縮応力は、２ＧＰａ程度あり、非常に高い。また、イリジウム膜は酸化時に膨張することが知られている。したがって、イリジウム膜が材料である酸化イリジウム膜からなる中間層２３を設けることにより、第２圧電体層２２の前駆体溶液が結晶化する際の熱膨張や引張応力の発生を物理的に抑制することで、クラックの発生を抑制することができる。
【００５８】
また、中間層２３は、第１圧電体層２１の上面２１ａを覆うように形成されることで、第１圧電体層２１の上面２１ａに微小なクラックが発生した場合であっても中間層２３がキャップ層として機能し、第１圧電体層２１の圧電特性の信頼性を担保することができる。したがって、中間層２３を設けることで上面２１ａに微小のクラックが発生しても圧電素子の信頼性が担保されるため、例えば、第１圧電体層２１の膜厚を最大で８００ｎｍとすることができる。その結果、工業的に実用的な圧電特性を発揮することができる１μｍ以上の膜厚を有する圧電体部２０を備えた圧電素子１００を提供することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、基板１の材質にシリコン基板を選択することが可能となる。シリコン基板は、工業的に入手しやすく加工性が高い基板材料であるため、圧電素子の基板として採用することで、圧電素子の生産性を向上させることができる。しかしながら、シリコン基板の熱膨張係数と非鉛系圧電材料の熱膨張係数との関係から、圧電体層にクラックを発生させる要因の一つと考えられている。これに対し、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０に中間層２３を設けることで、シリコン基板上であってもクラックの発生を伴わずに圧電素子を形成することができる。換言すれば、中間層２３を設けることで、基板の材料としてシリコン基板を選択することができる。
【００６０】
（第１変形例）
図２は、第１変形例に係る圧電素子１０１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、圧電素子１０１は、絶縁膜５０を更に含む。
【００６１】
絶縁膜５０は、第２の方向Ｂにおいて、第１圧電体層２１の側面２１ｂ及び第２圧電体層２２の側面２２ｂと、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２から露出した中間層２３の側面を少なくとも覆うように形成される。図２に示すように、絶縁膜５０は、第２電極４０の一部を連続して覆っていてもよく、第２電極４０の一部が露出する開口部５１を有していてもよい。
【００６２】
絶縁膜５０の材質は絶縁性を有する限り特に限定されない。例えば、絶縁膜５０は、公知の絶縁性樹脂材料または絶縁性無機材料を用いて形成することができる。公知の絶縁性無機材料としては、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンであってもよい。公知の絶縁性樹脂材料としては、例えば、公知の感光性樹脂材料を用いてもよいし、非感光性樹脂材料を用いてもよい。絶縁性樹脂材料が、感光性樹脂材料である場合、公知の不飽和結合含有重合性化合物、光重合開始剤等も含んでいてもよい。具体的には、絶縁性樹脂材料は、フォトレジストであってもよいし、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の樹脂組成物であってもよい。絶縁膜５０の製造方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。
【００６３】
本変形例によれば、圧電体部２０の側面（２１ｂ、２２ｂ）と露出した中間層２３が絶縁膜５０によって覆われるため、環境に起因する圧電素子１００の劣化を防ぐなど信頼性をより高めることができる。また、本変形例によれば、圧電体部２０の側面におけるリーク電流の発生を抑制することができ、圧電素子１０１の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
（第２変形例）
図３は、第２変形例に係る圧電素子１０２を模式的に示す断面図である。図３に示すように、圧電素子１０２では、第２の方向Ｂにおいて、中間層２３の側面は第２圧電体層２２に覆われている。したがって、中間層２３は、露出しないように形成される。第２変形例に係る圧電素子を製造する場合、例えば、中間層２３を成膜する場合に所望の形状のマスクを形成した後、後述されるスパッタ法によりイリジウム膜を形成することで形成することができる。
【００６５】
本変形例によれば、導電性酸化物である中間層２３が圧電体部２０の側面から露出しないため、圧電体部２０の側面におけるリーク電流の発生をより確実に抑制することができ、圧電素子１０２の信頼性を向上させることができる。
【００６６】
３．圧電素子の製造方法
次に、本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４は圧電素子の製造方法（Ｓ１〜Ｓ３）を説明するためのフローチャートであり、図５は、圧電体層形成工程（Ｓ２）を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
図４に示すように、圧電素子の製造方法は、第１電極形成工程（Ｓ１）と、圧電体部形成工程（Ｓ２）と、第２電極形成工程（Ｓ３）と、を有する。
【００６８】
［第１電極形成工程（Ｓ１）］
図１に示すように、基板１上に、第１電極１０を形成する。ここで、基板１は、例えば、シリコン基板上に、酸化シリコン層を積層し、その上に酸化チタン層、酸化ジルコン層、酸化アルミニウムのいずれかを積層することにより形成してもよい。酸化シリコン層は、例えば、熱酸化法により形成される。酸化ジルコン層や酸化チタン層は、例えば、スパッタ法などにより形成される。
【００６９】
第１電極１０の製造方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、第１電極１０は、例えば、スピンコート法、スパッタ法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの公知の成膜方法により形成される。第１電極１０を形成する工程においては、必要に応じて、乾燥工程、脱脂工程、結晶化のための熱処理工程、およびパターニング工程が行われてもよい。
【００７０】
［圧電体部形成工程（Ｓ２）］
次に、第１電極１０上に、圧電体部２０を形成する。図５に示すように、圧電体部２０を形成する工程は、第１圧電体層２１の成膜・焼成工程（Ｓ２−１、Ｓ２−２）と、中間層２３及び第２圧電体層２２の成膜・焼成工程（Ｓ２−３、Ｓ２−４、Ｓ２−５）を有する。
【００７１】
第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、例えば、スパッタ法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法や、ゾルゲル法およびＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法などに代表される液相法により形成される。中間層２３はスパッタ法により形成される。
【００７２】
まず、第１電極１０の上に第１圧電体層２１を形成する。ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの前駆体溶液を用い、膜厚が８００ｎｍ以下となるように成膜する（Ｓ２−１）。次に、８００℃の温度で前駆体膜を焼成し、第１圧電体層２１を得る（Ｓ２−２）。焼成温度を実質的に８００℃と設定することで、第１圧電体層２１の作製時におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００７３】
ここで、第１圧電体層２１が所望の膜厚となるように、前駆体溶液の塗布工程、乾燥・脱脂工程を含む成膜工程（Ｓ２−１）を所望の回数繰り返した後に前駆体膜をアニールする焼成工程（Ｓ２−２）を行うプロセスを複数回行ってもよい。
【００７４】
次に、第１圧電体層２１の上に中間層２３及び第２圧電体層２４を形成する。中間層２３及び第２圧電体層２４は、イリジウム膜をスパッタ法により成膜し（Ｓ２−３）、酸化処理前のイリジウム膜の上にＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの前駆体溶液からなり、膜厚が３００ｎｍ以下である前駆体膜を形成する（Ｓ２−４）。ここで、イリジウム膜の膜厚は、酸化処理後における中間層２３の厚みｔ０が５ｎｍ≦ｔ０≦２０ｎｍを満たす膜厚となる限り特に限定されない。例えば、イリジウム膜の成膜時の膜厚は５ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。その後、５００℃以上、７００℃以下の温度にて焼成し、イリジウム膜を酸化処理しつつ、前駆体膜を結晶化し、中間層２３と第２圧電体層２２を得る（Ｓ２−５）。したがって、圧電素子１００の製造方法において、１回の焼成工程でもって第２圧電体層２２は形成される。
【００７５】
［第２電極形成工程（Ｓ３）］
次に、圧電体部２０（第２圧電体層２２）上に、第２電極３０を形成する。第２電極３０は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ法により形成される。そして、所望の形状に第２電極３０および圧電体部２０をパターニングする。なお、第２電極３０および圧電体部２０のパターニングは、同じ工程で行ってもよいし、別々の工程で行ってもよい。
【００７６】
以上の工程により、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子１００を製造することができる。
【００７７】
４．実施例
以下に実施例１、２および比較例１〜８を示し、図面を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。
【００７８】
４．１．実施例及び比較例
［実施例１］
まず、基板を以下の工程にて作製した。単結晶シリコン基板上に二酸化シリコン層を熱酸化にて作製した。この二酸化シリコン層上にＤＣスパッタ法により膜厚が２０ｎｍのチタン層を形成し、熱酸化することで酸化チタン層を形成した。さらに、この酸化チタン層上にＤＣスパッタ法により膜厚が１５０ｎｍの白金層を成膜して、第１電極１０を作製した。
【００７９】
次に、第１電極１０上に圧電体部２０を液相法及びスパッタ法により作製した。その手法は、以下のとおりである。
【００８０】
まず、上述された圧電体層の原料液を準備し、この原料液を、スピンコート法により、第１電極上に滴下し基板を回転させた（塗布工程）。基板は、５００ｒｐｍで５秒間回転させた後、２５００ｒｐｍで３０秒間回転させた。該原料液は、ビスマス、バリウム、鉄、チタンの元素と、添加物としてのマンガン元素を含む公知の金属アルコキシドもしくは有機酸金属塩を、溶媒（ｎ−オクタン）に混合したものを用いた。
【００８１】
次に、１８０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間乾燥を行った後（乾燥工程）、３５０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間保持して脱脂した（脱脂工程）。この塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行った（成膜工程）。
【００８２】
次に、８００℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って（結晶化工程）、薄膜の圧電体層を形成した（焼成工程）。上記の成膜工程及び焼成工程を６回繰り返し行った。これにより、下記一般式（２）で表され、ｘ＝０．７５、ｙ＝１−ｘ＝０．２５となる複合酸化物からなる第１圧電体層２１を得た。このとき、第１圧電体層２１の膜厚は、８００ｎｍであった。
【００８３】
（Ｂｉｘ、Ｂａｙ）（Ｆｅ０．９５ｘ、Ｍｎ０．０５ｘ、Ｔｉｙ）Ｏ３・・・（２）
次に、第１圧電体層２１上に、スパッタ法により膜厚１０ｎｍのイリジウム膜を作製した。
【００８４】
次に、第１圧電体層２１と同様に原料液を、スピンコート法により、イリジウム膜上に滴下し基板を回転させた（塗布工程）。基板は、５００ｒｐｍで５秒間回転させた後、２５００ｒｐｍで３０秒間回転させた。
【００８５】
次に、１８０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間乾燥を行った後（乾燥工程）、３５０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間保持して脱脂した（脱脂工程）。この塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行った（成膜工程）。
【００８６】
次に、６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って（結晶化工程）、薄膜の圧電体層を形成した（焼成工程）。第２圧電体層の作製においては、上記の成膜工程の後、焼成工程を１回行った。これにより、第１圧電体層２１と同様の複合酸化物からなる第２圧電体層２２を得た。このとき、第２圧電体層２２の膜厚は、３００ｎｍであった。
【００８７】
次に、第２圧電体層２２上に、直径５００μｍの穴のあいた金属マスクを使用して、スパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金層（第２電極）を作製した。
【００８８】
［実施例２］
実施例２においては、第１圧電体層２１上に、スパッタ法によりイリジウム膜を作製する際、その膜厚が５ｎｍとなるように作製した。イリジウム膜の膜厚以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００８９】
［比較例１］
比較例１においては、第２圧電体層２２を作製する際の焼成工程において、８００℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って、前駆体膜の結晶化を行った。第２圧電体層２２のアニール温度以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９０】
［比較例２］
比較例２においては、第２圧電体層２２を作製する際、焼成工程を２回に分けて行った。具体的には、３００ｎｍの第２圧電体層２２を形成するために、前駆体溶液の塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行う成膜工程、及び６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行う焼成工程を２回行った。第２圧電体層２２の焼成工程を２回行ったこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９１】
［比較例３］
比較例３においては、第１圧電体層２２を作製する際の焼成工程において、６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って、前駆体膜の結晶化を行った。第１圧電体層２１のアニール温度以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９２】
［比較例４］
比較例４においては、中間層２３の材料としてイリジウムではなく白金（Ｐｔ）を用いた。中間層２３の材質として白金を用いたこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９３】
［比較例５］
比較例５においては、中間層２３の材料としてイリジウムではなくチタン（Ｔｉ）を用いた。中間層２３の材質としてチタンを用いたこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９４】
［比較例６］
比較例６においては、第１圧電体層２１の膜厚を５００ｎｍとし、第２圧電体層２２の膜厚を５００ｎｍとした。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２の膜厚を変更したこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９５】
［比較例７］
比較例７においては、中間層２３を作製しなかった。中間層２３を作製しなかったこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９６】
［比較例８］
比較例８においては、第１圧電体層２１上に、スパッタ法によりイリジウム膜を作製する際、その膜厚が２０ｎｍとなるように作製した。イリジウム膜の膜厚以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９７】
４．２．ＳＥＭ画像の評価
図６は、実施例１に係る圧電素子サンプルのＳＥＭ画像であって、断面の状態を示すＳＥＭ画像である。図６にしめされるように、実施例１に係る圧電素子サンプルでは、内部クラックの発生は確認されなかった。また、酸化イリジウム膜からなる中間層（破線部分）の最も厚い部分の膜厚は２０ｎｍであった。したがって、１０ｎｍで成膜したイリジウム膜が酸化する際に膨張していたことが確認された。
【００９８】
４．３．クラックの評価
図７（Ａ）は、実施例１に係る圧電素子サンプルの第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）を金属顕微鏡で観察した画像（総合倍率５０倍）である。また、図７（Ｂ）は、同様の条件で比較例７に係る圧電素子サンプルの第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）を観察した画像である。実施例及び比較例におけるクラックの有無は、第２圧電体層２２の表面を金属顕微鏡により目視で観察して判断した。
【００９９】
それぞれの圧電素子サンプルにおけるクラックの有無の目視検査結果を表１に示す。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
表１及び図７（Ａ）に示すように、実施例１、２においては第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）にクラックは確認されなかった。しかしながら、表１及び図７（Ｂ）に示すように、比較例１〜８においては第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）にクラックが確認された。
【０１０２】
実施例１、２から、非鉛系圧電材料を用いた圧電素子であって、圧電体部２０の膜厚が１μｍ以上の場合であっても、クラックの発生を伴わずに作製することができた。
【０１０３】
また、実施例１、２及び比較例１〜７から、イリジウムを材料とした中間層２３を圧電体部２０に設け、所定の製造条件下（焼成温度及び回数）で製造した場合、第２圧電体層２２においてクラックの発生を抑制することができることが確認された。
【０１０４】
また、実施例１、２及び比較例８、並びに実施例１のＳＥＭ画像解析結果から、中間層２３の厚みが５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である場合、クラックの発生抑制効果を得られることが確認された。
【０１０５】
４．４．ヒステリシスの評価
アグザクト社製の歪量測定装置（ＤＢＬＩ）を使用し、測定温度２５℃において、実施例１に係る圧電素子サンプルのヒステリシスを測定した。
【０１０６】
図８は、実施例１のヒステリシスの印加電圧依存性を示すグラフである。図８に示すように、実施例１に係る圧電素子サンプルは、良好なヒステリシスを有し、工業的に実用性があることが確認された。
【０１０７】
４．５．耐電圧性の評価
図９は、実施例１に係る圧電素子サンプルに対する耐電圧性実験の結果をプロットした図である。横軸は、印加された電圧値（Ｖ）を示し、縦軸は、各電圧値におけるサンプルの電流密度を示す。図９に示すように、実施例１に係るサンプルにおいて、５０（Ｖ）以上の電圧印加が可能であり、良好な耐電圧性を有することが確認された。
【０１０８】
５．液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図１０は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１１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。
【０１０９】
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係る圧電素子を有する。以下では、本発明に係る圧電素子として、圧電素子１００を用いた例について説明する。
【０１１０】
液体噴射ヘッド６００は、図１０および図１１に示すように、例えば、振動板１ａと、ノズル板６１０と、流路形成基板６２０と、圧電素子１００と、筐体６３０と、を含む。なお、図１１では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【０１１１】
ノズル板６１０は、図１０および図１１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。ノズル板６１０には、例えば、複数のノズル孔６１２が設けられている。図１１に示す例では、複数のノズル孔６１２は、一列に並んで形成されている。ノズル板６１０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が挙げられる。
【０１１２】
流路形成基板６２０は、ノズル板６１０上（図１１の例では下）に設けられている。流路形成基板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。流路形成基板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１１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と連通する圧力発生室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、圧力発生室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（例えば、マニホールドということもできる）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。
【０１１３】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１ａ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、圧力発生室６２２に供給されることができる。圧力発生室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力発生室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力発生室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。
【０１１４】
なお、リザーバー６２４および供給口６２６は、圧力発生室６２２と連通していれば、流路形成基板６２０とは別の部材（図示せず）に設けられていてもよい。
【０１１５】
圧電素子１００は、流路形成基板６２０上（図１１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、圧電体部２０の動作によって変形し、圧力発生室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【０１１６】
筐体６３０は、図１１に示すように、ノズル板６１０、流路形成基板６２０、振動板１ａ、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、金属などを挙げることができる。
【０１１７】
液体噴射ヘッド６００によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックが発生しにくい圧電素子１００（１０１、１０２）を有することができる。したがって、液体噴射ヘッド６００は、環境負荷が小さく、信頼性が高く、高い吐出能力を有することができる。
【０１１８】
なお、上記の例では、圧電体部２０を２つの電極１０、３０で挟む圧電素子１００を用いて、撓み振動によって圧力発生室６２２の容積を変化させる液体噴射ヘッド６００について説明した。しなしながら、本発明に係る液体噴射ヘッドは、上記の形態に限定されず、例えば、圧電体層と電極とを交互に積層させてなる圧電素子を固定基板に固定し、縦振動によって圧力発生室の容積を変化させる形態であってもよい。また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子の伸張や収縮変形ではなく剪断変形によって圧力発生室の容積を変化させる、いわゆるシェアモード型の圧電素子を用いた形態であってもよい。
【０１１９】
また、上記の例では、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。
【０１２０】
６． 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。図１２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。
【０１２１】
液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッド６００を用いた例について説明する。
【０１２２】
液体噴射装置７００は、図１２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、液体噴射装置７００は、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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。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。
【０１２９】
液体噴射装置７００によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックが発生しにくい圧電素子を備えた液体噴射ヘッド６００を有することができる。したがって、液体噴射装置７００は、環境負荷が小さく、信頼性が高い吐出能力を有することができる。
【０１３０】
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。従って、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】
【０１３１】
１ 基板、１ａ 振動板、１０ 第１電極、２０ 圧電体部、２１ 第１圧電体層、
２２ 第２圧電体層、２３ 中間層、３０ 第２電極、
１００、１０１、１０２ 圧電素子、
６００ 液体噴射ヘッド、６１０ ノズル板、６１２ ノズル孔、
６２０ 流路形成基板、６２２ 圧力発生室、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、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェットプリンター等の液体噴射装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッドが知られている（特許文献１参照）。このような液体噴射ヘッドに備えられる圧電素子の圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（組成式Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３で表され、「ＰＺＴ」と略称される圧電セラミックス）などのＰＺＴ系圧電材料が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、近年、環境問題の観点から、ＰＺＴ系圧電材料の代替材料として、鉛の含有量を抑えたペロブスカイト型酸化物の圧電材料（以下、「非鉛系圧電材料」とも言う）が望まれている。しかしながら、鉛の含有量を抑えた圧電セラミックスは、一般的にＰＺＴ系圧電セラミックスに比べて歪量が小さい。
【０００４】
一般的に、このような非鉛系圧電材料のヤング率は１００ＧＰａを超え、ＰＺＴ系圧電材料のヤング率よりも非常に大きいことが知られている。例えば、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）の混晶セラミックスからなる非鉛系圧電材料であるＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスのヤング率は、１４０ＧＰ程度である。したがって、このような非鉛系圧電材を採用した圧電素子は、その圧電体層においてクラックを生じやすいという技術的課題がある。
【０００５】
以上から、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッド等が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明のいくつかの態様のいずれかによれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッドを提供することができる。また、本発明のいくつかの態様のいずれかによれば、上記圧電素子、及び上記液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る液体噴射ヘッドは、
ノズル孔に連通する圧力発生室と、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、
を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【０００９】
本発明によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１０】
（２）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電体部の膜厚は、１μｍ以上であってもよい。
【００１１】
（３）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧電体層の膜厚は、３００ｎｍ以下であってもよい。
【００１２】
（４）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１圧電体層の膜厚は、８００ｎｍ以下であってもよい。
【００１３】
（５）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１圧電体層の膜厚は、前記第２圧電体層の膜厚よりも厚くてもよい。
【００１４】
（６）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電素子は、絶縁膜を更に含み、
前記絶縁膜は、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層から露出した前記中間層の側面を覆っていてもよい。
【００１５】
（７）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記中間層の側面は前記第２圧電体層に覆われていてもよい。
【００１６】
（８）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられた基板を更に有し、
前記基板の材質は、シリコン基板であってもよい。
【００１７】
（９）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有する。
【００１８】
本発明によれば、環境負荷が小さく、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を備える液体噴射装置を提供することができる。
【００１９】
（１０）本発明に係る圧電素子は、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極と、を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層および第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する。
【００２０】
本発明によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造方法を模式的に示すフローチャート。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造方法を模式的に示すフローチャート。
【図６】実施例１に係る圧電体層の断面のＳＥＭ画像。
【図７】実施例１および比較例７に係る第２圧電体層の表面の金属顕微鏡画像。
【図８】実施例１のヒステリシスの印加電圧依存性を示すグラフ。
【図９】実施例１の耐電圧性を示すグラフ。
【図１０】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１１】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１２】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】
【００２２】
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。
【００２３】
１．圧電セラミックス
本実施形態に係る圧電素子を説明する前に、まず、圧電素子の圧電体層となる圧電セラミックスについて説明する。圧電セラミックスは、ペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物を主成分とする。つまりは、圧電セラミックスは、製造工程において不可避の不純物を含んでいてもよい。該複合酸化物は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａサイトの元素の総モル数と、Ｂサイトの元素の総モル数と、酸素原子のモル数の比は、１：１：３が標準であるが、ペロブスカイト構造をとり得る範囲内で、１：１：３からずれていてもよい。
【００２４】
圧電セラミックスは、ペロブスカイト型構造の複合酸化物からなり、Ａサイト元素として、ビスマス（Ｂｉ）およびバリウム（Ｂａ）を含み、Ｂサイト元素として、鉄（Ｆｅ）、およびチタン（Ｔｉ）を含む。複合酸化物の少なくとも一部は、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）の混晶セラミックスからなる固溶体（以下、「ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス」ともいう）であってもよい。したがって、本実施形態に係る圧電素子の圧電体層は、鉛の含有量を抑えたペロブスカイト型酸化物の非鉛系圧電材料であることができる。
【００２５】
非鉛系の圧電セラミックスは、例えば、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）などの任意の添加物（例えば、含有率１０ｍｏｌ％以下程度）を加えることで特性改善をすることが知られている。圧電セラミックスは、本発明の効果を得られる範囲であれば、当然このような添加物を更に含んでいてもよい。例えば、圧電セラミックスは、マンガン（Ｍｎ）を添加物として含有していてもよい。その他の添加物としては、コバルト、クロム、アルミニウム、カリウム、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ニッケル、亜鉛、ケイ素、ランタン、セリウム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム等を挙げることができる。
【００２６】
圧電セラミックスがＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスであった場合、その組成比は、有用な圧電特性を奏する範囲であれば、特に限定されない。例えば、Ａサイト元素の総量に対するビスマスの割合をｘ（０＜ｘ＜１）としたとき、ｘは、０．７≦ｘ≦０．８の範囲内であってもよい。また、本実施形態に係る複合酸化物において、Ｂサイト元素の総量に対するチタンの割合をｙ（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｙ＜１）としたとき、ｙは、０．２≦ｙ≦０．３の範囲内であってもよい。
【００２７】
つまりは、本実施形態に係る複合酸化物は、下記一般式（１）で表されるペロブスカイト型構造からなり、０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３、ｘ＋ｙ＝１である複合酸化物であってもよい。ここで、下記一般式（１）において、Ｍはマンガンやコバルト等の添加物である。一般式（１）において、添加物は、含有率が鉄（Ｆｅ）元素に対して５ｍｏｌ％となるように添加されている。しかしながら、これに限定されず、本発明の効果を得られる範囲であれば、添加物Ｍの添加量は適宜調整することができる。
【００２８】
（Ｂｉｘ、Ｂａｙ）（Ｆｅ０．９５ｘ、Ｍ０．０５ｘ、Ｔｉｙ）Ｏ３・・・（１）
例えば、特許文献の特開２０１０−２５４５６０において、ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス（ｘＢｉＦｅＯ３−ｙＢａＴｉＯ３）が、０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３、ｘ＋ｙ＝１の組成比である場合、ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの結晶系は疑立方晶となり、それ以外の組成比である場合は菱面体晶となることが報告されている。これによれば、ＢＦＯ系のセラミックスである複合酸化物は、上記一般式（１）において、組成比が０．７≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３であることにより、結晶系が疑立方晶をとることが推定され、圧電セラミックスとしての実用性が高いことが推測される。したがって、圧電セラミックスの組成比は、その結晶系が疑立方晶をとりえる組成比においてビスマスおよびチタンを含むことができる。
【００２９】
２．圧電素子
次に、本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、本実施形態にかかる圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
【００３０】
圧電素子１００は、図１に示すように、圧電体部２０（２１、２２、２３）、及び圧電体部２０に電圧を印加する電極部（１０、３０）を含む。圧電素子１００は、例えば、基板１の上方に形成されている。
【００３１】
電極部（１０、３０）は、図１に示すように、基板１（圧力発生室６２２、図１０参照）側の第１電極１０と、圧電体部２０を挟んで第１電極１０と対向する第２電極３０と、を含む。
【００３２】
圧電体部２０（２１、２２、２３）は、図１に示すように、第１電極１０側の第１圧電体層２１と、第２電極３０側の第２圧電体層２２と、第１の方向Ａにおいて第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２に挟まれた中間層２３と、を有する。
【００３３】
ここで、本発明において、「第１の方向Ａ」とは、図１に示すように、中間層２３が挟まれる方向であり、層状の第１電極１０、圧電体部２０、及び第２電極３０の膜厚（厚み）方向である。換言すれば、第１の方向Ａは、第１電極１０の上に圧電体部２０及び第２電極３０が積層される積層方向である。
【００３４】
基板１は、例えば、導電体、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。基板１は、可撓性を有し、圧電体部２０の動作によって変形（屈曲）することのできる基板であって、振動板と称されてもよい。基板１の材質としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、またはこれらの積層体が挙げられる。
【００３５】
好適には、基板１の材質は、シリコン基板であってもよい。シリコン基板の表面は酸化処理によって酸化シリコンが形成されていてもよい。シリコン基板は、高品質な基板を比較的安価で安定的に入手可能であるため、商業的観点から好適な材質である。したがって、基板１の材質にシリコン基板を採用することにより、生産性を向上し、安定的に生産することが可能となる。
【００３６】
第１電極１０は、基板１上に形成されている。第１電極１０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極１０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。第１電極１０の平面形状は、第２電極３０が対向して配置されたときに両者の間に圧電体部２０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形である。第１電極１０は、図１に示すように、単層の導電層であってもよいし、複数の導電層が積層されて形成されてもよい（図示せず）。
【００３７】
第１電極１０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極１０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ，Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。
【００３８】
第１電極１０の機能の一つとしては、第２電極３０と一対になって、圧電体部２０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体部２０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。
【００３９】
なお、基板１が振動板を有さず、第１電極１０が振動板としての機能を有していてもよい。すなわち、第１電極１０は、圧電体部２０に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体部２０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。
【００４０】
また、図示はしないが、第１電極１０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、それらの酸化物の層が挙げられる。
【００４１】
圧電体部２０（２１、２２、２３）は、第１電極１０上に形成されている。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、上述の「１．圧電セラミックス」の項で述べた圧電セラミックスからなる。そのため、圧電素子１００は、圧電体層に鉛を含まず、環境負荷が小さい圧電素子であることができる。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、圧電性を有することができ、第１電極１０および第２電極３０によって電界が印加されることで変形することができる（電気機械変換）。
【００４２】
図１に示すように、第１圧電体層２１は上面２１ａ（第１圧電体層２１の第１電極１０と接する面とは反対側の面）を有し、第２圧電体層２２は上面２２ａ（第２圧電体層２２の中間層２３と接する面とは反対側の面）を有する。また、第１圧電体層２１は側面２１ｂ（第１圧電体層２１の第１電極１０と接する面と上面２１ａを連続する面）を有し、第２圧電体層２２は側面２２ｂ（第２圧電体層２２の中間層２３と接する面と上面２２ａを連続する面）を有する。
【００４３】
中間層２３は、第１圧電体層２１の上面２１ａ上に形成される。中間層２３の材質は、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）である。ここで、第１の方向Ａと直行する方向を第２の方向Ｂとした場合、図１に示すように、中間層２３は、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２に挟まれ、かつ、第２の方向Ｂにおいて露出していてもよい。
【００４４】
図１に示すように、中間層２３の第１の方向Ａにおける厚みｔ０は５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である（５ｎｍ≦ｔ０≦２０ｎｍ）。導電性酸化物である中間層２３をこのような厚みで形成することで、第２圧電体層２２にクラックが発生することを防ぐと同時に、中間層２３が実質的に電極部材として機能することを防ぐことができる。
【００４５】
ここで、中間層２３の厚みとは、材料となるイリジウム（Ｉｒ）膜が焼成工程を経て酸化した酸化イリジウム膜の厚みであり、焼成工程前のイリジウム膜の厚みとは区別される。中間層２３の材質である酸化イリジウムは、イリジウム膜を例えばスパッタリング法により成膜した後、焼成工程で酸化処理することで得ることができる。一般的に、イリジウム膜は、酸化する際に膨張することが知られている。したがって成膜時のイリジウム膜の厚みは、酸化時の膨張を考慮し、１５ｎｍ以下とすることが望ましい。詳細は「３．圧電素子の製造方法」の項で後述される。
【００４６】
また、図１に示すように、圧電体部２０（第１圧電体層２１、中間層２３、及び第２圧電体層２２）の第１の方向Ａにおける厚みＴ（ｔ０＋ｔ１＋ｔ２）は、１μｍ以上であってもよい。また、第１圧電体層２１の厚みｔ１は、８００ｎｍ以下であってもよく、第２圧電体層２２の厚みｔ２は、３００ｎｍ以下であってもよい。
【００４７】
通常、商業的な液体噴射装置のアクチュエーターとして圧電素子が実用的な歪量（電圧印加時の変位量）を発揮するためには、非鉛系圧電材料の場合、圧電体層の膜厚が１μｍ以上であることが望ましい。本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０を構成する第１圧電体層２１、第２圧電体層２２、及び中間層２３を上記の厚みとすることで、圧電体部２０にクラックを生じさせることなく、圧電体部２０の厚みＴを１μｍ以上とすることができる。詳細は「４．実施例」の項で後述される。
【００４８】
また、図１に示すように、第１圧電体層２１の第１の方向Ａにおける厚みをｔ１とし、第１圧電体層２１の第１の方向Ａにおける厚みをｔ２とした場合、第１圧電体層２１の厚みｔ１は、第２圧電体層２２の厚みｔ２よりも厚くてもよい（ｔ１＞ｔ２）。厚みＴが１μｍ以上である圧電体部２０を形成する場合、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２がｔ１＞ｔ２を満たすように構成することで、より確実にクラックの発生を抑制することができる。
【００４９】
第２電極３０は、圧電体部２０（第２圧電体層２２の上面２２ａ）上に形成されている。第２電極３０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第２電極３０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極３０の平面形状は、特に限定されず、例えば、矩形、円形である。第２電極３０としては、第１電極１０の材質として列挙した上記材料を用いることができる。
【００５０】
第２電極３０の機能の一つとしては、第１電極１０と一対になって、圧電体部２０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、圧電体部２０の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。
【００５１】
なお、図示の例では、第２電極３０は、圧電体部２０の上面に形成されているが、さらに、圧電体部２０の側面、基板１の上面に形成されていてもよい。
【００５２】
以上のような圧電素子１００は、例えば、圧力発生室内の液体を加圧する圧電アクチュエーターとして、液体噴射ヘッドや、該液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置（インクジェットプリンター）などに適用されてもよいし、圧電体層の変形を電気信号として検出する圧電センサー等その他の用途として用いてもよい。
【００５３】
本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。
【００５４】
本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０の圧電体層に非鉛系圧電材料であるＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスを採用している。これによれば、環境負荷の小さい圧電素子を提供することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０に酸化イリジウムからなる中間層２３が形成されている。これによれば、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子を提供することができる。以下にその詳細を説明する。
【００５６】
ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックス等の非鉛系圧電材料は、一般的に剛性が高い（ヤング率が大きい）ため、熱膨張係数が大きく、焼成時にクラックが発生しやすいことが知られている。また、ゾル‐ゲル法等を用いた化学溶液法（ＣＳＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）でもって圧電体層を形成する場合、ゲル膜の昇温過程において膜の面内に引張応力が発生し、クラックの発生が伴いやすい。したがって、非鉛系圧電材料の圧電体層を１回の成膜焼成過程においてクラックの発生を伴うことなく作製することは技術的な困難性が高い。特に第２圧電体層２２の上面２２ａは、第２電極４０が形成される面であり、微小なクラックであっても圧電素子の信頼性に大きく影響する。実験室レベルでは、１回の成膜工程における膜厚を例えば０．１μｍ以下とし、ゲル膜の成膜と焼成を繰り返してクラックのない１μｍ以上の膜厚の圧電体層を作製することが考えられるが、このようなプロセスは工業的には実用的ではない。
【００５７】
これに対し、中間層２３に採用される酸化イリジウムの有する膜内内部圧縮応力は、２ＧＰａ程度あり、非常に高い。また、イリジウム膜は酸化時に膨張することが知られている。したがって、イリジウム膜が材料である酸化イリジウム膜からなる中間層２３を設けることにより、第２圧電体層２２の前駆体溶液が結晶化する際の熱膨張や引張応力の発生を物理的に抑制することで、クラックの発生を抑制することができる。
【００５８】
また、中間層２３は、第１圧電体層２１の上面２１ａを覆うように形成されることで、第１圧電体層２１の上面２１ａに微小なクラックが発生した場合であっても中間層２３がキャップ層として機能し、第１圧電体層２１の圧電特性の信頼性を担保することができる。したがって、中間層２３を設けることで上面２１ａに微小のクラックが発生しても圧電素子の信頼性が担保されるため、例えば、第１圧電体層２１の膜厚を最大で８００ｎｍとすることができる。その結果、工業的に実用的な圧電特性を発揮することができる１μｍ以上の膜厚を有する圧電体部２０を備えた圧電素子１００を提供することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、基板１の材質にシリコン基板を選択することが可能となる。シリコン基板は、工業的に入手しやすく加工性が高い基板材料であるため、圧電素子の基板として採用することで、圧電素子の生産性を向上させることができる。しかしながら、シリコン基板の熱膨張係数と非鉛系圧電材料の熱膨張係数との関係から、圧電体層にクラックを発生させる要因の一つと考えられている。これに対し、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体部２０に中間層２３を設けることで、シリコン基板上であってもクラックの発生を伴わずに圧電素子を形成することができる。換言すれば、中間層２３を設けることで、基板の材料としてシリコン基板を選択することができる。
【００６０】
（第１変形例）
図２は、第１変形例に係る圧電素子１０１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、圧電素子１０１は、絶縁膜５０を更に含む。
【００６１】
絶縁膜５０は、第２の方向Ｂにおいて、第１圧電体層２１の側面２１ｂ及び第２圧電体層２２の側面２２ｂと、第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２から露出した中間層２３の側面を少なくとも覆うように形成される。図２に示すように、絶縁膜５０は、第２電極４０の一部を連続して覆っていてもよく、第２電極４０の一部が露出する開口部５１を有していてもよい。
【００６２】
絶縁膜５０の材質は絶縁性を有する限り特に限定されない。例えば、絶縁膜５０は、公知の絶縁性樹脂材料または絶縁性無機材料を用いて形成することができる。公知の絶縁性無機材料としては、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンであってもよい。公知の絶縁性樹脂材料としては、例えば、公知の感光性樹脂材料を用いてもよいし、非感光性樹脂材料を用いてもよい。絶縁性樹脂材料が、感光性樹脂材料である場合、公知の不飽和結合含有重合性化合物、光重合開始剤等も含んでいてもよい。具体的には、絶縁性樹脂材料は、フォトレジストであってもよいし、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の樹脂組成物であってもよい。絶縁膜５０の製造方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。
【００６３】
本変形例によれば、圧電体部２０の側面（２１ｂ、２２ｂ）と露出した中間層２３が絶縁膜５０によって覆われるため、環境に起因する圧電素子１００の劣化を防ぐなど信頼性をより高めることができる。また、本変形例によれば、圧電体部２０の側面におけるリーク電流の発生を抑制することができ、圧電素子１０１の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
（第２変形例）
図３は、第２変形例に係る圧電素子１０２を模式的に示す断面図である。図３に示すように、圧電素子１０２では、第２の方向Ｂにおいて、中間層２３の側面は第２圧電体層２２に覆われている。したがって、中間層２３は、露出しないように形成される。第２変形例に係る圧電素子を製造する場合、例えば、中間層２３を成膜する場合に所望の形状のマスクを形成した後、後述されるスパッタ法によりイリジウム膜を形成することで形成することができる。
【００６５】
本変形例によれば、導電性酸化物である中間層２３が圧電体部２０の側面から露出しないため、圧電体部２０の側面におけるリーク電流の発生をより確実に抑制することができ、圧電素子１０２の信頼性を向上させることができる。
【００６６】
３．圧電素子の製造方法
次に、本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４は圧電素子の製造方法（Ｓ１〜Ｓ３）を説明するためのフローチャートであり、図５は、圧電体層形成工程（Ｓ２）を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
図４に示すように、圧電素子の製造方法は、第１電極形成工程（Ｓ１）と、圧電体部形成工程（Ｓ２）と、第２電極形成工程（Ｓ３）と、を有する。
【００６８】
［第１電極形成工程（Ｓ１）］
図１に示すように、基板１上に、第１電極１０を形成する。ここで、基板１は、例えば、シリコン基板上に、酸化シリコン層を積層し、その上に酸化チタン層、酸化ジルコン層、酸化アルミニウムのいずれかを積層することにより形成してもよい。酸化シリコン層は、例えば、熱酸化法により形成される。酸化ジルコン層や酸化チタン層は、例えば、スパッタ法などにより形成される。
【００６９】
第１電極１０の製造方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、第１電極１０は、例えば、スピンコート法、スパッタ法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの公知の成膜方法により形成される。第１電極１０を形成する工程においては、必要に応じて、乾燥工程、脱脂工程、結晶化のための熱処理工程、およびパターニング工程が行われてもよい。
【００７０】
［圧電体部形成工程（Ｓ２）］
次に、第１電極１０上に、圧電体部２０を形成する。図５に示すように、圧電体部２０を形成する工程は、第１圧電体層２１の成膜・焼成工程（Ｓ２−１、Ｓ２−２）と、中間層２３及び第２圧電体層２２の成膜・焼成工程（Ｓ２−３、Ｓ２−４、Ｓ２−５）を有する。
【００７１】
第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２は、例えば、スパッタ法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法や、ゾルゲル法およびＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法などに代表される液相法により形成される。中間層２３はスパッタ法により形成される。
【００７２】
まず、第１電極１０の上に第１圧電体層２１を形成する。ＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの前駆体溶液を用い、膜厚が８００ｎｍ以下となるように成膜する（Ｓ２−１）。次に、８００℃の温度で前駆体膜を焼成し、第１圧電体層２１を得る（Ｓ２−２）。焼成温度を実質的に８００℃と設定することで、第１圧電体層２１の作製時におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００７３】
ここで、第１圧電体層２１が所望の膜厚となるように、前駆体溶液の塗布工程、乾燥・脱脂工程を含む成膜工程（Ｓ２−１）を所望の回数繰り返した後に前駆体膜をアニールする焼成工程（Ｓ２−２）を行うプロセスを複数回行ってもよい。
【００７４】
次に、第１圧電体層２１の上に中間層２３及び第２圧電体層２４を形成する。中間層２３及び第２圧電体層２４は、イリジウム膜をスパッタ法により成膜し（Ｓ２−３）、酸化処理前のイリジウム膜の上にＢＦＯ−ＢＴ系セラミックスの前駆体溶液からなり、膜厚が３００ｎｍ以下である前駆体膜を形成する（Ｓ２−４）。ここで、イリジウム膜の膜厚は、酸化処理後における中間層２３の厚みｔ０が５ｎｍ≦ｔ０≦２０ｎｍを満たす膜厚となる限り特に限定されない。例えば、イリジウム膜の成膜時の膜厚は５ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。その後、５００℃以上、７００℃以下の温度にて焼成し、イリジウム膜を酸化処理しつつ、前駆体膜を結晶化し、中間層２３と第２圧電体層２２を得る（Ｓ２−５）。したがって、圧電素子１００の製造方法において、１回の焼成工程でもって第２圧電体層２２は形成される。
【００７５】
［第２電極形成工程（Ｓ３）］
次に、圧電体部２０（第２圧電体層２２）上に、第２電極３０を形成する。第２電極３０は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ法により形成される。そして、所望の形状に第２電極３０および圧電体部２０をパターニングする。なお、第２電極３０および圧電体部２０のパターニングは、同じ工程で行ってもよいし、別々の工程で行ってもよい。
【００７６】
以上の工程により、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックがより形成されにくい圧電素子１００を製造することができる。
【００７７】
４．実施例
以下に実施例１、２および比較例１〜８を示し、図面を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。
【００７８】
４．１．実施例及び比較例
［実施例１］
まず、基板を以下の工程にて作製した。単結晶シリコン基板上に二酸化シリコン層を熱酸化にて作製した。この二酸化シリコン層上にＤＣスパッタ法により膜厚が２０ｎｍのチタン層を形成し、熱酸化することで酸化チタン層を形成した。さらに、この酸化チタン層上にＤＣスパッタ法により膜厚が１５０ｎｍの白金層を成膜して、第１電極１０を作製した。
【００７９】
次に、第１電極１０上に圧電体部２０を液相法及びスパッタ法により作製した。その手法は、以下のとおりである。
【００８０】
まず、上述された圧電体層の原料液を準備し、この原料液を、スピンコート法により、第１電極上に滴下し基板を回転させた（塗布工程）。基板は、５００ｒｐｍで５秒間回転させた後、２５００ｒｐｍで３０秒間回転させた。該原料液は、ビスマス、バリウム、鉄、チタンの元素と、添加物としてのマンガン元素を含む公知の金属アルコキシドもしくは有機酸金属塩を、溶媒（ｎ−オクタン）に混合したものを用いた。
【００８１】
次に、１８０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間乾燥を行った後（乾燥工程）、３５０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間保持して脱脂した（脱脂工程）。この塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行った（成膜工程）。
【００８２】
次に、８００℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って（結晶化工程）、薄膜の圧電体層を形成した（焼成工程）。上記の成膜工程及び焼成工程を６回繰り返し行った。これにより、下記一般式（２）で表され、ｘ＝０．７５、ｙ＝１−ｘ＝０．２５となる複合酸化物からなる第１圧電体層２１を得た。このとき、第１圧電体層２１の膜厚は、８００ｎｍであった。
【００８３】
（Ｂｉｘ、Ｂａｙ）（Ｆｅ０．９５ｘ、Ｍｎ０．０５ｘ、Ｔｉｙ）Ｏ３・・・（２）
次に、第１圧電体層２１上に、スパッタ法により膜厚１０ｎｍのイリジウム膜を作製した。
【００８４】
次に、第１圧電体層２１と同様に原料液を、スピンコート法により、イリジウム膜上に滴下し基板を回転させた（塗布工程）。基板は、５００ｒｐｍで５秒間回転させた後、２５００ｒｐｍで３０秒間回転させた。
【００８５】
次に、１８０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間乾燥を行った後（乾燥工程）、３５０℃に設定したホットプレート上に基板を乗せ、２分間保持して脱脂した（脱脂工程）。この塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行った（成膜工程）。
【００８６】
次に、６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って（結晶化工程）、薄膜の圧電体層を形成した（焼成工程）。第２圧電体層の作製においては、上記の成膜工程の後、焼成工程を１回行った。これにより、第１圧電体層２１と同様の複合酸化物からなる第２圧電体層２２を得た。このとき、第２圧電体層２２の膜厚は、３００ｎｍであった。
【００８７】
次に、第２圧電体層２２上に、直径５００μｍの穴のあいた金属マスクを使用して、スパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金層（第２電極）を作製した。
【００８８】
［実施例２］
実施例２においては、第１圧電体層２１上に、スパッタ法によりイリジウム膜を作製する際、その膜厚が５ｎｍとなるように作製した。イリジウム膜の膜厚以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００８９】
［比較例１］
比較例１においては、第２圧電体層２２を作製する際の焼成工程において、８００℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って、前駆体膜の結晶化を行った。第２圧電体層２２のアニール温度以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９０】
［比較例２］
比較例２においては、第２圧電体層２２を作製する際、焼成工程を２回に分けて行った。具体的には、３００ｎｍの第２圧電体層２２を形成するために、前駆体溶液の塗布工程、乾燥工程、および脱脂工程を２回繰り返し行う成膜工程、及び６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行う焼成工程を２回行った。第２圧電体層２２の焼成工程を２回行ったこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９１】
［比較例３］
比較例３においては、第１圧電体層２２を作製する際の焼成工程において、６５０℃で５分間、酸素雰囲気中でアニールを行って、前駆体膜の結晶化を行った。第１圧電体層２１のアニール温度以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９２】
［比較例４］
比較例４においては、中間層２３の材料としてイリジウムではなく白金（Ｐｔ）を用いた。中間層２３の材質として白金を用いたこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９３】
［比較例５］
比較例５においては、中間層２３の材料としてイリジウムではなくチタン（Ｔｉ）を用いた。中間層２３の材質としてチタンを用いたこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９４】
［比較例６］
比較例６においては、第１圧電体層２１の膜厚を５００ｎｍとし、第２圧電体層２２の膜厚を５００ｎｍとした。第１圧電体層２１及び第２圧電体層２２の膜厚を変更したこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９５】
［比較例７］
比較例７においては、中間層２３を作製しなかった。中間層２３を作製しなかったこと以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９６】
［比較例８］
比較例８においては、第１圧電体層２１上に、スパッタ法によりイリジウム膜を作製する際、その膜厚が２０ｎｍとなるように作製した。イリジウム膜の膜厚以外は、実施例１と同じ方法で形成した。
【００９７】
４．２．ＳＥＭ画像の評価
図６は、実施例１に係る圧電素子サンプルのＳＥＭ画像であって、断面の状態を示すＳＥＭ画像である。図６にしめされるように、実施例１に係る圧電素子サンプルでは、内部クラックの発生は確認されなかった。また、酸化イリジウム膜からなる中間層（破線部分）の最も厚い部分の膜厚は２０ｎｍであった。したがって、１０ｎｍで成膜したイリジウム膜が酸化する際に膨張していたことが確認された。
【００９８】
４．３．クラックの評価
図７（Ａ）は、実施例１に係る圧電素子サンプルの第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）を金属顕微鏡で観察した画像（総合倍率５０倍）である。また、図７（Ｂ）は、同様の条件で比較例７に係る圧電素子サンプルの第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）を観察した画像である。実施例及び比較例におけるクラックの有無は、第２圧電体層２２の表面を金属顕微鏡により目視で観察して判断した。
【００９９】
それぞれの圧電素子サンプルにおけるクラックの有無の目視検査結果を表１に示す。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
表１及び図７（Ａ）に示すように、実施例１、２においては第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）にクラックは確認されなかった。しかしながら、表１及び図７（Ｂ）に示すように、比較例１〜８においては第２圧電体層２２の表面（上面２２ａ）にクラックが確認された。
【０１０２】
実施例１、２から、非鉛系圧電材料を用いた圧電素子であって、圧電体部２０の膜厚が１μｍ以上の場合であっても、クラックの発生を伴わずに作製することができた。
【０１０３】
また、実施例１、２及び比較例１〜７から、イリジウムを材料とした中間層２３を圧電体部２０に設け、所定の製造条件下（焼成温度及び回数）で製造した場合、第２圧電体層２２においてクラックの発生を抑制することができることが確認された。
【０１０４】
また、実施例１、２及び比較例８、並びに実施例１のＳＥＭ画像解析結果から、中間層２３の厚みが５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である場合、クラックの発生抑制効果を得られることが確認された。
【０１０５】
４．４．ヒステリシスの評価
アグザクト社製の歪量測定装置（ＤＢＬＩ）を使用し、測定温度２５℃において、実施例１に係る圧電素子サンプルのヒステリシスを測定した。
【０１０６】
図８は、実施例１のヒステリシスの印加電圧依存性を示すグラフである。図８に示すように、実施例１に係る圧電素子サンプルは、良好なヒステリシスを有し、工業的に実用性があることが確認された。
【０１０７】
４．５．耐電圧性の評価
図９は、実施例１に係る圧電素子サンプルに対する耐電圧性実験の結果をプロットした図である。横軸は、印加された電圧値（Ｖ）を示し、縦軸は、各電圧値におけるサンプルの電流密度を示す。図９に示すように、実施例１に係るサンプルにおいて、５０（Ｖ）以上の電圧印加が可能であり、良好な耐電圧性を有することが確認された。
【０１０８】
５．液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図１０は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１１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。
【０１０９】
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係る圧電素子を有する。以下では、本発明に係る圧電素子として、圧電素子１００を用いた例について説明する。
【０１１０】
液体噴射ヘッド６００は、図１０および図１１に示すように、例えば、振動板１ａと、ノズル板６１０と、流路形成基板６２０と、圧電素子１００と、筐体６３０と、を含む。なお、図１１では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【０１１１】
ノズル板６１０は、図１０および図１１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。ノズル板６１０には、例えば、複数のノズル孔６１２が設けられている。図１１に示す例では、複数のノズル孔６１２は、一列に並んで形成されている。ノズル板６１０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が挙げられる。
【０１１２】
流路形成基板６２０は、ノズル板６１０上（図１１の例では下）に設けられている。流路形成基板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。流路形成基板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１１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と連通する圧力発生室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、圧力発生室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（例えば、マニホールドということもできる）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。
【０１１３】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１ａ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、圧力発生室６２２に供給されることができる。圧力発生室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力発生室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力発生室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。
【０１１４】
なお、リザーバー６２４および供給口６２６は、圧力発生室６２２と連通していれば、流路形成基板６２０とは別の部材（図示せず）に設けられていてもよい。
【０１１５】
圧電素子１００は、流路形成基板６２０上（図１１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、圧電体部２０の動作によって変形し、圧力発生室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【０１１６】
筐体６３０は、図１１に示すように、ノズル板６１０、流路形成基板６２０、振動板１ａ、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、金属などを挙げることができる。
【０１１７】
液体噴射ヘッド６００によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックが発生しにくい圧電素子１００（１０１、１０２）を有することができる。したがって、液体噴射ヘッド６００は、環境負荷が小さく、信頼性が高く、高い吐出能力を有することができる。
【０１１８】
なお、上記の例では、圧電体部２０を２つの電極１０、３０で挟む圧電素子１００を用いて、撓み振動によって圧力発生室６２２の容積を変化させる液体噴射ヘッド６００について説明した。しなしながら、本発明に係る液体噴射ヘッドは、上記の形態に限定されず、例えば、圧電体層と電極とを交互に積層させてなる圧電素子を固定基板に固定し、縦振動によって圧力発生室の容積を変化させる形態であってもよい。また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子の伸張や収縮変形ではなく剪断変形によって圧力発生室の容積を変化させる、いわゆるシェアモード型の圧電素子を用いた形態であってもよい。
【０１１９】
また、上記の例では、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。
【０１２０】
６． 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。図１２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。
【０１２１】
液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッド６００を用いた例について説明する。
【０１２２】
液体噴射装置７００は、図１２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、液体噴射装置７００は、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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。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。
【０１２９】
液体噴射装置７００によれば、環境負荷が小さく、圧電体層にクラックが発生しにくい圧電素子を備えた液体噴射ヘッド６００を有することができる。したがって、液体噴射装置７００は、環境負荷が小さく、信頼性が高い吐出能力を有することができる。
【０１３０】
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。従って、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】
【０１３１】
１ 基板、１ａ 振動板、１０ 第１電極、２０ 圧電体部、２１ 第１圧電体層、
２２ 第２圧電体層、２３ 中間層、３０ 第２電極、
１００、１０１、１０２ 圧電素子、
６００ 液体噴射ヘッド、６１０ ノズル板、６１２ ノズル孔、
６２０ 流路形成基板、６２２ 圧力発生室、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】
ノズル孔に連通する圧力発生室と、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、
を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体部の膜厚は、１μｍ以上である、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２圧電体層の膜厚は、３００ｎｍ以下である、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１圧電体層の膜厚は、８００ｎｍ以下である、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記第１圧電体層の膜厚は、前記第２圧電体層の膜厚よりも厚い、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記圧電素子は、絶縁膜を更に含み、
前記絶縁膜は、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層から露出した前記中間層の側面を覆う、液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記中間層の側面は前記第２圧電体層に覆われている、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項において、
前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられた基板を更に有し、
前記基板の材質は、シリコン基板である、液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。
【請求項１０】
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極と、を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層および第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する、圧電素子。
【請求項１】
ノズル孔に連通する圧力発生室と、
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極を有する圧電素子と、
を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層及び第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体部の膜厚は、１μｍ以上である、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
前記第２圧電体層の膜厚は、３００ｎｍ以下である、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１圧電体層の膜厚は、８００ｎｍ以下である、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記第１圧電体層の膜厚は、前記第２圧電体層の膜厚よりも厚い、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記圧電素子は、絶縁膜を更に含み、
前記絶縁膜は、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層から露出した前記中間層の側面を覆う、液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項において、
前記中間層の側面は前記第２圧電体層に覆われている、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項において、
前記圧力発生室と前記圧電素子との間に設けられた基板を更に有し、
前記基板の材質は、シリコン基板である、液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。
【請求項１０】
圧電体部、及び前記圧電体部に設けられた電極と、を含み、
前記圧電体部は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型複合酸化物からなり、
前記圧電体部は、前記ペロブスカイト型複合酸化物からなる第1圧電体層および第２圧電体層と、前記第１圧電体層および第２圧電体層に挟まれた膜厚５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の酸化イリジウムからなる中間層と、を有する、圧電素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９１３０５（Ｐ２０１３−９１３０５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６２６５（Ｐ２０１１−２３６２６５）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【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２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【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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