JP4761071B2 - 圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター - Google Patents

圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター Download PDF

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Description

本発明は、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターに関する。
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、圧電体層を有する。この圧電体層の形成方法としては、液相法が挙げられる。液相法は、圧電材料溶液を基体上に塗布した後にアニールを行うことにより圧電体層を得るものであり、ＣＶＤ法やスパッタ法で使用するような真空装置を使わないため、コスト面および環境面において有利なだけでなく、得られる圧電体層の特性も非常に良好である。しかしながら、液相法では、アニール工程において大きな残留応力が生じ、これがクラックの発生につながってしまうという問題があった。たとえば特許文献１では、多数回コートした圧電体材料を一括してアニールしているが、この方法では、一度に大きな残留応力が導入されてしまうため、クラックが発生しやすくなってしまうという問題がある。
特開平１０−１３９５９４号公報
本発明の目的は、残留応力を緩和してクラックの発生を抑制し、かつ優れた圧電特性を有する圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供することにある。
本発明にかかる圧電素子は、
基体の上方に形成された第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、複数の空孔を有する。
本発明によれば、空孔を有する圧電体層を形成するため、圧電体層にかかる残留応力を小さくすることが可能となり、クラックを発生し難くすることができる。これにより、信頼性が高く、かつ圧電特性の良好な圧電素子を提供することができる。
なお本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。
本発明にかかる圧電素子において、
前記空孔の径は、１００ｎｍ以下であることができる。
本発明にかかる圧電素子において、
前記空孔は、前記基体の上面と平行な面においてマトリックス状に並んでいることができる。
本発明にかかる圧電素子において、
前記マトリックス状に配列された複数の空孔が、複数層にわたって設けられていることができる。
本発明にかかる圧電素子において、
前記空孔は、前記第１電極側にいくにつれて、単位体積あたりの数が多く形成されていることができる。
本発明にかかる圧電素子において、
前記圧電体層は、複数の空孔を有する第１の圧電体層と、当該第１の圧電体層の上に形成され、かつ前記空孔を有さない第２の圧電体層とを有することができる。
本発明にかかる圧電素子において、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことができる。
本発明にかかるインクジェット式記録ヘッドは、上述したいずれかの圧電素子を含む。
本発明にかかるインクジェット式プリンターは、上述したインクジェット式記録ヘッドを含む。
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。
１．圧電素子
本実施の形態にかかる圧電素子１００について説明する。図１および図２は、本実施の形態にかかる圧電素子１００を模式的に示す断面図である。本実施の形態にかかる圧電素子１００は、基体の一部としての基板１０および弾性体層２０と、下部電極層３０（第１電極）と、圧電体層４８と、上部電極層５０（第２電極）とを含む。基板１０は、たとえばシリコン層１２および酸化物層１４を有する。下部電極層３０、圧電体層４８、および上部電極層５０によってキャパシタ構造部６０が形成される。
下部電極層３０の材質としては、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（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３といった複合酸化物など、を用いることができる。また、下部電極層３０は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
圧電体層４８の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、圧電体層４８の材質として好適である。
圧電体層４８は、複数の空孔４５を有する。空孔４５の径（最長の軸長さ）は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。空孔４５の径が１００ｎｍより大きいと、圧電体層４８を構成する結晶の柱状構造が広い範囲で分断されてしまい、圧電特性が低下してしまうことがあるからである。即ち空孔４５の径を１００ｎｍ以下にすることにより、圧電体層４８を構成する結晶の柱状構造が分断されることを防止し、圧電素子１００の圧電特性および強度を良好に保つことができる。
圧電体層４８には、図１のように複数層のマトリックス状の空孔４５が設けられていることが好ましく、さらに空孔４５は、縦方向、横方向、および奥行き方向のすべてにおいて均一に配置されていることが好ましい。ただし、圧電体層４８は、例えば図２のように、一部の空孔が欠落していてもよい。
上部電極層５０の材質は、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（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３といった複合酸化物など、を用いることができる。また、上部電極層５０は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法について説明する。図３〜図７は、本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を示す図である。
（１）まず、基体の一部としての基板１０を準備する（図３参照）。基板１０は、たとえばシリコン層１２および酸化物層１４を有する。酸化物層１４は、シリコン層１２の上部に酸化処理を施すことによって設けられた酸化シリコンであってもよいし、シリコン層１２の上面に公知の方法によって新たに設けられた酸化シリコンその他の酸化物であってもよい。酸化物層１４は、熱酸化処理などによって設けることができる。あるいは、基板１０の上部に酸化物層１４を別途設ける場合は、蒸着、スパッタ等の公知の方法によることができる。
（２）次に、基板１０上に弾性体層２０を形成する（図３参照）。弾性体層２０は、スパッタ法、真空蒸着、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＣＶＤ法）などの公知の方法で形成することができる。弾性体層２０の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。基板１０の上面に酸化物層１４を設けている場合、弾性体層２０の材質は、酸化物層１４の材質と同じ材質でも、異なる材質でもよい。たとえば、弾性体層２０は、材質を酸化ジルコニウムとし、スパッタ法により、たとえば５００ｎｍの厚みに形成することができる。
（３）次に、弾性体層２０上に、下部電極層３０（第１電極）を形成する（図３参照）。下部電極層３０の形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、下部電極層３０は、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば１００ｎｍの厚みに形成することができる。
（４）次に、下部電極層３０上に、圧電体層４８を形成する（図１参照）。圧電体層４８は、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等の液相法を用いて形成される。圧電体層４８の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、圧電体層４８の材質として好適である。具体的には、以下のように圧電体層４８を形成する。
まず、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた圧電材料溶液を、下部電極層３０の上方全面にスピンコート、ディップコート、インクジェット法等により塗布し、１層のＰＺＴ前駆体層４２ａを形成する（図４参照）。ここで、ＰＺＴ前駆体層４２ａの膜厚は、４００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがより好ましい。
次に、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行う。乾燥工程は溶媒の除去を目的としており、例えば、アルコール系溶媒を用いている場合には１００〜２００℃程度で行う。また、乾燥工程の時間は、例えば、１０分程度である。脱脂工程では、乾燥工程後のＰＺＴ前駆体層４２ａ中に残存する有機成分をＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等に熱分解して離脱させることができる。脱脂工程の温度は、例えば３００〜４００℃程度である。
次いで、ＰＺＴ前駆体層４２ａを結晶化するための結晶化アニール（焼成工程）を行う。結晶化アニールでは、ＰＺＴ前駆体層４２ａを加熱することによって結晶化させることができる。結晶化アニールは、結晶化後の圧電体層４２の表面に複数の凸部４３が形成されるまで行われる（図５参照）。結晶化アニールの温度は、例えば、６００℃〜７００℃である。結晶化アニールに用いる装置は、輻射熱および伝導熱の双方によって加熱することのできるものが好ましく、たとえば拡散炉であることができる。拡散炉を用いることにより、容易に凸部４３を形成することができる。結晶化アニールの時間は、例えば、３０分以上であることが好ましい。このように長時間の加熱することによって、より確実に凸部４３を形成することができる。以上の工程により、圧電体層４２を形成することができる。なお、結晶化アニールに用いる装置としては、上述したものに限られず、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置などを用いてもよい。
次いで、圧電体層４２上に、圧電材料溶液を塗布し、１層のＰＺＴ前駆体層４４ａを形成する（図６参照）。塗布方法、材質、膜厚等は、上述したＰＺＴ前駆体層４２ａと同様の塗布方法、材質、膜厚等を適用することができる。
次いで、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行った後に、ＰＺＴ前駆体層４４ａを結晶化するための結晶化アニール（焼成工程）を行う（図７参照）。それぞれの熱処理工程の条件は、上述した条件と同様の条件を適用することができる。圧電体層４４の表面にも凸部４３が形成される。
このようにして、凸部４３が形成された後に、さらに圧電材料溶液の塗布、乾燥、脱脂工程、および結晶化アニール工程を行うことによって、圧電体層４２と圧電体層４４との間に空孔４５が形成される。空孔４５は、隣り合う凸部４３の中間付近に形成される。ここで、空孔４５は、圧電体層４２と圧電体層４４との間の基板１０の上面と平行な面においてマトリックス状に並んでいる。
さらに、圧電材料溶液の塗布、乾燥、脱脂工程、および結晶化アニールを繰り返すことにより、厚膜化した圧電体層４８を形成することができる（図１及び図２参照）。ここで圧電体層４８の最上面は、凸部が形成されていなくてもよい。したがって、圧電体層４８を構成する最上層のＰＺＴ前駆体層の結晶化アニールは、下層の結晶化アニールより短時間で行うことができる。これにより、圧電体層４８の上面が平坦になり、後述する上部電極層５０との密着性を向上させることができる。また、複数の基板に対して本発明を実施する場合は、以下の方法を用いることで、圧電体層４８を安定したペロブスカイト構造で形成でき且つスループットを向上させることができる。まず、下層の圧電体層に対して、塗布および熱処理を行う。次に、枚葉式装置であるＲＴＡ装置を用いて、下層の圧電体層の結晶化工程を行う。ＲＴＡで結晶化させることにより拡散炉を用いた場合と比べて、安定したペロブスカイト構造を有する圧電体層を形成することができる。次に、それらの基板に対して、上層の圧電体層の塗布および熱処理を行う。次に、バッチ処理が可能な拡散炉で複数の基板に対して結晶化アニールを行う。これにより、枚葉式であるＲＴＡ装置を用いる場合と比べてスループットを向上させることができる。さらに、下層の圧電体層はＲＴＡ処理により安定したペロブスカイト構造を有しているため、上層の圧電体層はその結晶構造を引きずり、拡散炉で熱処理したとしても安定したペロブスカイト構造を有する圧電体層を形成することができる。なお、圧電材料溶液の塗布、乾燥、脱脂工程、および結晶化アニールの実施回数は、少なくとも２回以上であればよい。
（５）次に圧電体層４８上に、上部電極層５０（第２電極）を形成する。上部電極層５０の形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、上部電極層５０は、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば１００ｎｍの厚みに形成することができる。このようにして、下部電極層３０、圧電体層４８、および上部電極層５０からなるキャパシタ構造部６０を形成することができる。
以上の工程により、本実施の形態にかかる圧電素子１００を形成することができる。本実施の形態にかかる圧電素子１００の形成方法では、圧電体層４８を形成する際、圧電材料溶液を塗布する毎に結晶化アニールを行っている。これにより、圧電体層４８中に空孔４５を形成することができ、残留応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。さらに、空孔４５の径を１００ｎｍ以下にすることにより、圧電体層４８を構成する結晶の柱状構造が分断されることを防止し、圧電素子１００の圧電特性および強度を良好に保つことができる。また空孔４５は、図１において縦方向、横方向、および奥行き方向のすべてにおいて均一に配置されていることが好ましい。これにより、圧電体層４８の全面において、均一に応力を緩和ずることができ、クラックの発生を確実に抑制することができる。また、縦方向における空孔４５間の距離は、塗布されるＰＺＴ前駆体層４２ａの膜厚に依存する。ＰＺＴ前駆体層４２ａの膜厚を、４００ｎｍ以下にすることにより、空孔４５を密に配置することができ、残留応力を大きく緩和することができる。またＰＺＴ前駆体層４２ａの膜厚を２００ｎｍ以下にすることにより、さらに大きく残留応力を緩和することができる。
３．実験例
本実験例では、上述した圧電素子１００を含む圧電アクチュエータ５４０を形成し、それぞれをパルス駆動させてクラックの発生状況を観察した。
３．１．第１の実験例
第１の実験例では、上述した本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法を用いて、圧電素子を適用した圧電アクチュエータ５４０を形成した。図８は、第１の実験例において形成された圧電アクチュエータ５４０を模式的に示す断面図である。
圧電アクチュエータ５４０は、基板１０と、基板１０に設けられた圧力発生室１６と、基板１０の上方に設けられた弾性体層２０と、弾性体層２０の上方に設けられたキャパシタ構造部６２であって、下部電極層３２と、圧電体層４７と、上部電極層５２とを有するキャパシタ構造部６２とを含む。
基板１０は、本実施形態の圧電アクチュエータ５４０の支持体となる機能を有する。基板１０の下方には、圧力発生室１６と、圧力発生室１６の下方に設けられたノズルプレート１８とが設けられている。
圧電アクチュエータ５４０の製造工程は、以下の通りである。
まず、シリコン基板１２を準備し、その上面を酸化処理することにより厚み約１．０μｍの酸化シリコン１４を形成した。次いでスパッタ法により、厚み約５００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる弾性体層２０と、その上に厚み１００ｎｍの白金からなる下部電極層３２を形成した。
次いでＰＺＴ溶液をスピンコート法により下部電極層３２上に塗布し、乾燥、脱脂、焼成を行い結晶化した。焼成工程では、拡散炉により３０分間行った。結晶化後の膜厚は２００ｎｍであり、塗布、乾燥、脱脂、焼成の工程を５回繰り返し、膜厚１μｍのＰＺＴ層４７を得た。図９は、ＰＺＴ層４７の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を示す。ＳＥＭ画像には、空孔が存在することが確認された。
その後、厚み１００ｎｍの白金からなる上部電極層５２を形成し、パターニングを行い、酸化アルミニウムからなる保護膜５４および配線（図示せず）を形成した。さらにシリコン基板１２を下方からエッチングすることで圧力発生室１６を形成し、ノズルプレート１８を設けた。
得られた圧電アクチュエータ５４０をパルス駆動させたところ、１００億パルス駆動させてもクラックが発生しなかった。また圧電アクチュエータ５４０の圧電特性を評価したところ、ｄ３１＝２００（ｐＣ／Ｎ）であった。
３．２．第２の実験例
第２の実験例では、以下のように圧電アクチュエータを形成した。圧電アクチュエータの構成は、上述した第１の実験例の圧電アクチュエータ５４０と同様の構成である。
圧電アクチュエータの製造工程は、以下の通りである。
まず、シリコン基板１２を準備し、その上面を酸化処理することにより厚み約１．０μｍの酸化シリコン１４を形成した。次いでスパッタ法により、厚み約５００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる弾性体層２０と、その上に厚み１００ｎｍの白金からなる下部電極層３２を形成した。
次いでＰＺＴ溶液をスピンコート法により下部電極層３２上に塗布し、乾燥、脱脂、焼成を行い結晶化した。焼成工程では、ＲＴＡにより５分間行った。結晶化後の膜厚は２００ｎｍであり、塗布、乾燥、脱脂、焼成の工程を５回繰り返し、膜厚１μｍのＰＺＴ層４７を得た。図１０は、ＰＺＴ層４７の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を示す。ＳＥＭ画像では、空孔が確認されなかった。
その後、厚み１００ｎｍの白金からなる上部電極層５２を形成し、パターニングを行い、酸化アルミニウムからなる保護膜５４および配線（図示せず）を形成した。さらにシリコン基板１２を下方からエッチングすることで圧力発生室１６を形成し、ノズルプレート１８を設けた。
得られた圧電アクチュエータをパルス駆動させたところ、１０億パルスでクラックが発生した。また圧電アクチュエータの圧電特性を評価したところ、ｄ３１＝１５０（ｐＣ／Ｎ）であった。
３．３．第３の実験例
第３の実験例では、以下のように圧電アクチュエータを形成した。圧電アクチュエータの構成は、上述した第１の実験例の圧電アクチュエータ５４０と同様の構成である。
圧電アクチュエータの製造工程は、以下の通りである。
まず、シリコン基板１２を準備し、その上面を酸化処理することにより厚み約１．０μｍの酸化シリコン１４を形成した。次いでスパッタ法により、厚み約５００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる弾性体層２０と、その上に厚み１００ｎｍの白金からなる下部電極層３２を形成した。
次いでＰＺＴ溶液をスピンコート法により下部電極層３２上に塗布し、乾燥、脱脂を行い結晶化した。塗布、乾燥、脱脂の工程を５回繰り返し、その後一括で焼成を行った。焼成工程では、ＲＴＡにより１０分間行い、膜厚１μｍのＰＺＴ層を得た。
その後、厚み１００ｎｍの白金からなる上部電極層５２を形成し、パターニングを行い、酸化アルミニウムからなる保護膜および配線（図示せず）を形成した。さらにシリコン基板１２を下方からエッチングすることで圧力発生室１６を形成し、ノズルプレート１８を設けた。
得られた圧電アクチュエータ５４０をパルス駆動させたところ、１億パルスでクラックが発生した。また圧電アクチュエータの圧電特性を評価したところ、ｄ３１＝１００（ｐＣ／Ｎ）であった。
第１の実験例〜第３の実験例によれば、ＰＺＴ前駆体層の焼成工程を各層毎に行うことにより、焼成工程を一括で行う場合に比べて、クラックが発生し難くなっていることが確認された。また、焼成工程において拡散炉を用いて加熱時間を３０分以上にすることによって、空孔が確認され、さらにクラックが発生し難くなっていることが確認された。また、空孔が形成されることにより、圧電特性も向上することが確認された。
４．変形例
次に本実施の形態にかかる変形例について説明する。
４．１．第１の変形例
第１の変形例にかかる圧電素子は、圧電体層の下部層のみに空孔を有する点で、圧電体層４８の全体にわたって空孔を設けている圧電素子１００と異なる。
図１１は、第１の変形例にかかる圧電素子２００を模式的に示す断面図である。具体的な構成および製造方法については、以下のとおりである。
第１の変形例にかかる圧電素子２００は、基体の一部としての基板１０および弾性体層２０と、下部電極層３０（第１電極）と、圧電体層１４８と、上部電極層５０（第２電極）とを含む。圧電体層１４８は、下部電極層３０上に形成された第１の圧電体層１４４と、その上に形成された第２の圧電体層１４６を有する。第１の圧電体層１４４は、空孔を有し、第２の圧電体層１４６は、空孔を有さない。第１の圧電体層１４４と第２の圧電体層１４６との界面には、凸部４３が形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。
次に第１の変形例にかかる圧電素子の製造方法について説明する。
まず、上述した本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法の工程（１）〜（４）に示すようにして、基板１０、弾性体層２０、下部電極層３０、および第１の圧電体層１４４（圧電体層４８に相当）を形成する。
次に、第１の圧電体層１４４上に、圧電材料溶液を塗布し、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行う。この圧電材料溶液の塗布、乾燥、脱脂工程のみを繰り返し行う。これにより、複数層のＰＺＴ前駆体層を形成する。その後、複数層のＰＺＴ前駆体層の結晶化アニールを一括で行うことにより、第１の圧電体層１４４の上にさらに第２の圧電体層１４６を形成することができる。
次に、第２の圧電体層１４６上に、上部電極層５０（第２電極）を形成する。これ以後の工程は、上述した工程（５）と同様であるので、説明を省略する。
以上の工程により変形例にかかる圧電素子２００を製造することができる。圧電素子２００の圧電体層１４８は、第１の圧電体層１４４と第２の圧電体層１４６のうち、下層の第１の圧電体層１４４にのみ空孔４５を有する。液相法で圧電体層を成膜した場合、熱膨張係数の違いから下部電極層３０側に残留応力が集中しており、さらに圧電素子が駆動させると、歪まない下部電極と歪む圧電体との界面には大きな歪み応力が集中する。従って、本変形例のように下層の第１の圧電体層１４４にのみ空孔４５を形成することで、効率的に残留応力および歪み応力を緩和し、かつ上層において一括アニールすることによりスループットを向上させることができる。
４．２．第２の変形例
第２の変形例にかかる圧電素子は、圧電体層の下部層のみに空孔を有する点および空孔の配列がマトリックス状でない点で、本実施の形態にかかる圧電素子１００と異なる。
図１２は、第２の変形例にかかる圧電素子３００を模式的に示す断面図である。具体的な構成および製造方法については、以下のとおりである。
第２の変形例にかかる圧電素子２００は、基体の一部としての基板１０および弾性体層２０と、下部電極層３０（第１電極）と、圧電体層２４８と、上部電極層５０（第２電極）とを含む。圧電体層２４８は、下部電極層３０上に形成された第１の圧電体層２４４と、その上に形成された第２の圧電体層２４６を有する。第１の圧電体層２４４は、空孔を有し、第２の圧電体層２４６は、空孔を有さない。第１の圧電体層２４４は、複数の空孔２４５を有する。
次に第２の変形例にかかる圧電素子の製造方法について説明する。
まず、上述した本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法の工程（１）〜（３）に示すようにして、基板１０、弾性体層２０、および下部電極層３０を形成する。
次に、下部電極層３０上に、第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６を形成する（図１２参照）。第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む化合物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６の材質として好適である。具体的には、以下のように第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６を形成する。また第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６のうち、下層に形成されている第１の圧電体層２４４は、空孔を有する。好ましい空孔の大きさおよび数は、下部電極層３０と第２の圧電体層２４６との間にかかる応力の大きさによって異なる。
このように、下部電極層３０と第２の圧電体層２４６との間に空孔を有する第１の圧電体層２４４を挟むことにより、残留応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。
第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６は、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等の液相法を用いて形成される。具体的には、以下のとおりである。
まず、圧電材料溶液と、高分子溶液とを混合して高分子含有圧電材料溶液を作製する。圧電材料溶液としては、公知の圧電材料溶液を用いることができ、たとえばＰｂ、Ｚｒ、およびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させたものを用いることができる。高分子溶液としては、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の高分子をエタノール等の溶媒に溶解させたものを用いることができる。
本実施の形態では、たとえば高分子としてＰＶＰを用いた場合に、その分子量は、３００，０００〜１，５００，０００であることが好ましく、高分子含有圧電材料溶液において高分子の添加量は、０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。
高分子溶液に溶解させる高分子の分子量および添加量を調整することにより、空孔の大きさおよび数を、かかる応力の大きさに対応したものに制御することができる。即ち、所望の空孔の大きさや数に基づいて、高分子溶液に溶解させる高分子の分子量および添加量を決定することができる。応力の大きさは、第１の圧電体層２４４の膜厚、第１の圧電体層２４４と第２の圧電体層２４６との膜厚比、圧電材料や溶媒の種類、電極材料等によって定められる。したがって、具体的には、高分子の添加量は、第１の圧電体層２４４の膜厚、第１の圧電体層２４４と第２の圧電体層２４６との膜厚比、圧電材料や溶媒の種類、電極材料等に基づいて決定されることが好ましい。高分子の添加量は、たとえば、第１の圧電体層２４４と第２の圧電体層２４６との膜厚比において、第１の圧電体層２４４の膜厚比が大きくなるにつれて小さくなる。これにより、第１の圧電体層２４４と第２の圧電体層２４６の双方にかかる応力に応じた高分子の濃度とすることができる。
次いで、高分子含有圧電材料溶液を下部電極層３０の上方全面にスピンコート、ディップコート、インクジェット法等により塗布し、１層または複数層の前駆体層を形成する（図示せず）。
次に、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行う。乾燥工程の温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥工程の時間は、例えば、５分以上であることが好ましく、好適には１０分程度である。脱脂工程では、乾燥工程後の前駆体層４２ａ中に残存する有機成分をＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等に熱分解して離脱させることができる。脱脂工程の温度は、例えば３００℃程度である。
次いで、前駆体層を結晶化するための結晶化アニール（焼成工程）を行う。結晶化アニールでは、前駆体層を加熱することによって結晶化させることができる。結晶化アニールの温度は、例えば、６００℃〜７００℃である。結晶化アニールに用いる装置は、たとえば拡散炉やＲＴＡ（Rap id Thermal Annealing）装置であることができる。結晶化アニールの時間は、例えば、５分以上３０分以下程度である。この結晶化アニールによって、上述した高分子がガス化し、複数の空孔が第１の圧電体層２４４の全体にほぼ均一に形成される。このようにして、第１の圧電体層２４４を形成することができる。
第１の圧電体層２４４の膜厚は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であることが好ましい。膜厚を５０ｎｍ以上にすることによって、十分に応力を緩和することを可能とし、膜厚を１５０ｎｍ以下にすることによって、圧電素子の圧電特性を良好に保つことができるからである。
次いで、第１の圧電体層２４４上に、第２の圧電体層２４６を形成する。上述した圧電材料溶液を第１の圧電体層２４４上に塗布し、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行う。この塗布、乾燥、脱脂を複数回繰り返し、その後、複数層を一括で焼成することにより、第２の圧電体層２４６を形成することができる。なお、塗布方法、乾燥、脱脂工程の詳細については、第１の圧電体層２４４を形成する際の塗布方法、乾燥、脱脂工程と同様である。また、第２の圧電体層２４６に含まれる圧電材料は、第１の圧電体層２４４に含まれる圧電材料と同じであることが好ましい。これにより、結晶状態の良好な第２の圧電体層２４６を得ることができる。
第２の圧電体層２４６の膜厚は、第１の圧電体層２４４より大きく、たとえば８００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることができる。第２の圧電体層２４６は、形成工程において上述したような高分子を用いないため、空孔を有しない。このような第２の圧電体層２４６を設けることによって、良好な圧電特性を維持することができる。
次に第２の圧電体層２４６上に、上部電極層５０（第２電極）を形成する。上部電極層５０の形成は、上述したとおりであるので説明を省略する。
以上の工程により、本実施の形態にかかる圧電素子３００を形成することができる。代２の変形例にかかる圧電素子３００の形成方法によれば、下部電極層３０上に空孔を有する第１の圧電体層２４４を形成するため、第１の圧電体層２４４および第２の圧電体層２４６にかかる残留応力を緩和してクラックが発生するのを抑制することができる。また、このように残留応力を緩和することにより、圧電素子１００の圧電変位量を向上させることができる。
さらに、空孔を有さない第２の圧電体層２４６を設けることにより、圧電特性を良好に保つことができる。さらに、本実施の形態にかかる圧電素子１００の形成方法によれば、第１の圧電体層２４４を形成するための高分子の分子量や添加量を調整することにより、空孔の大きさや数を制御することができ、圧電材料の種類や各層の膜厚に応じて、適した大きさや数の空孔を容易に形成することができる。
４．３．第３の変形例
４．３．１．圧電素子およびその製造方法
第３の変形例にかかる圧電素子は、空孔の配列がマトリックス状でない点で、本実施の形態にかかる圧電素子１００と異なる。
図１３は、第３の変形例にかかる圧電素子４００を模式的に示す断面図である。具体的な構成および製造方法については、以下のとおりである。
第３の変形例にかかる圧電素子４００は、基体の一部としての基板１０および弾性体層２０と、下部電極層３０（第１電極）と、圧電体層３４８と、上部電極層５０（第２電極）とを含む。圧電体層３４８は、複数の空孔３４５を有する。複数の空孔３４５の径および形状は、互いにほぼ同一であることができる。
次に第３の変形例にかかる圧電素子の製造方法について説明する。図１４は、第３の変形例にかかる圧電素子の製造方法を示す図である。
まず、上述した本実施の形態にかかる圧電素子の製造方法の工程（１）〜（３）に示すようにして、基板１０、弾性体層２０、および下部電極層３０を形成する。
次に、下部電極層３０上に、圧電体層３４８を形成する。圧電体層３４８は、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等の液相法を用いて形成される。圧電体層３４８の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、圧電体層３４８の材質として好適である。具体的には、以下のように圧電体層３４８を形成する。
まず、チタン酸ジルコン酸鉛の圧電材料溶液の調製方法について、ゾル−ゲル法を適用する場合を例にとって説明する。まず、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉの有機金属化合物を準備し、溶媒に混合する。溶媒としては、たとえばエタノール、1-ブタノール、および2-n-ブトキシエタノール等のアルコールを適用することができる。その後、水をさらに加えて加水分解し、縮重合を起こさせて前駆体溶液（圧電材料溶液）を作製する。
次いで、前駆体溶液に複数の固体高分子を混合して固体高分子含有圧電材料溶液を作製する。固体高分子は、前駆体溶液の主溶媒に不溶または溶解度の低いものであることが好ましい。即ち、前駆体溶液中において、固体高分子が安定に分散できることが好ましい。また固体高分子の形状は、特に限定されず、たとえば略球状、略直方体等であることができ、その径（最長の軸長さ）は、２００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがより好ましい。また固体高分子の融点は、後述する乾燥処理および脱脂工程の温度より高いことが好ましい。言い換えれば、固体高分子の融点は、前駆体溶液の溶媒の沸点より高いことが好ましく、たとえば４００℃以上であることができる。固体高分子の材質としては、たとえば耐熱樹脂であることができ、後述する乾燥処理および脱脂工程の温度より高い融点を有し、結晶化アニールの温度で分解（ガス化）するものが好ましい。
具体的には、ふっ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリイミド樹脂などを用いることができる。
次に、作製した固体高分子圧電材料溶液を、下部電極層３０の上方全面にスピンコート、ディップコート、インクジェット法等により塗布する。
次に、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行う。乾燥工程は溶媒の除去を目的としており、例えば、アルコール系溶媒を用いている場合には１００〜２００℃程度で行う。また、乾燥工程の時間は、例えば、１０分程度である。脱脂工程では、乾燥工程後のＰＺＴ前駆体層３４８ａ中に残存する有機成分をＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等に熱分解して離脱させることができる。脱脂工程の温度は、例えば３００〜４００℃程度である。塗布膜が所望の膜厚になるまで、塗布工程と熱処理（乾燥工程、脱脂工程）とを繰り返し行い、ＰＺＴ前駆体層３４８ａを形成する（図１４参照）。ＰＺＴ前駆体層３４８ａは、複数の固体高分子３４５ａを有する。
次いで、ＰＺＴ前駆体層３４８ａを結晶化するための結晶化アニール（焼成工程）を行う。結晶化アニールでは、ＰＺＴ前駆体層３４８ａを加熱することによって結晶化させることができるとともに、固体高分子３４５ａを気化する。
結晶化アニールの温度は、例えば、６００℃〜７００℃である。結晶化アニールの時間は、例えば、３０分程度である。結晶化アニールに用いる装置としては、特に限定されないが、拡散炉やＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置などを用いることができる。以上の工程により、複数の空孔３４５を有する圧電体層３４８を形成することができる。圧電体層３４８は、たとえば４００ｎｍの厚みに形成することができる。
次に圧電体層３４８上に、上部電極層５０（第２電極）を形成する。上部電極層５０の形成は、上述したとおりであるので説明を省略する。
以上の工程により、第３の変形例にかかる圧電素子４００を形成することができる。第３の変形例にかかる圧電素子４００の形成方法では、前駆体溶液に固体高分子を混合している。これにより、ＰＺＴ前駆体層３４８ａを結晶化アニールするときに、固体高分子３４５ａがガス化するため、圧電体層３４８中に空孔３４５を設けることができる。これにより、圧電体層３４８中に空孔３４５を形成することができ、残留応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。
さらに、第３の変形例では、空孔３４５を設けるために成形物である固体高分子３４５ａを用いていることから、固体高分子３４５ａの大きさおよび数を適宜調製することにより、適切な大きさおよび数の空孔３４５を設けることが容易である。したがって、圧電体層３４８の材料や膜厚、下部電極層３０の材料や膜厚等に応じて、空孔３４５の大きさおよび数を容易に変えることができる。
また、上述したように、空孔３４５の径は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。このような大きさの空孔３４５を形成することも、第３の変形例にかかる圧電素子の製造方法を用いれば、容易に実現することができる。
また固体高分子は、上述したように、前駆体溶液の溶媒に不溶または溶解度の低いものであることが好ましく、さらに乾燥工程および脱脂工程の温度より高い融点を有することが好ましい。これにより、固体高分子の形状を結晶化アニール時に分解（ガス化）するまで保持することができ、空孔の形状の調製を容易にすることができる。さらに、固体高分子が圧電材料溶液と混ざり合わないので、固体高分子自身が圧電体層３４８の特性に影響を与えるのを防止することができる。なお、仮に圧電材料溶液に溶ける高分子を使用した場合は、その後の乾燥、脱脂、および結晶化アニールがスムーズに進行しなくなるため、得られる圧電体層の圧電特性は著しく劣化してしまう。
４．３．２．実験例
上述した第３の変形例にかかる圧電素子の製造方法を用いて、圧電素子を適用した圧電アクチュエータ３００を形成した。
圧電アクチュエータ３００は、基板１０と、基板１０に設けられた圧力発生室１６と、基板１０の上方に設けられた弾性体層２０と、弾性体層２０の上方に設けられたキャパシタ構造部６２であって、下部電極層３２と、圧電体層４３と、上部電極層５２とを有するキャパシタ構造部６２とを含む。
基板１０は、本実施形態の圧電アクチュエータ３００の支持体となる機能を有する。基板１０の下方には、圧力発生室１６と、圧力発生室１６の下方に設けられたノズルプレート１８とが設けられている。
圧電アクチュエータ３００の製造工程は、以下の通りである。
まず、シリコン基板１２を準備し、その上面を酸化処理することにより厚み約１．０μｍの酸化シリコン１４を形成した。次いでスパッタ法により、厚み約５００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる弾性体層２０と、その上に厚み１００ｎｍの白金からなる下部電極層３２を形成した。
次いで高分子ビーズを分散させたＰＺＴ溶液をスピンコート法により下部電極層３２上に塗布し、乾燥、脱脂、焼成を行い結晶化した。焼成工程では、ＲＴＡにより５分間行った。結晶化後の膜厚は２００ｎｍであり、塗布、乾燥、脱脂、焼成の工程を５回繰り返し、膜厚１μｍのＰＺＴ層４３を得た。ここで得られたＰＺＴ層４３には、高分子ビーズが分解してガス化したことにより、空孔が形成されていることを、ＳＥＭ画像により確認した。
その後、厚み１００ｎｍの白金からなる上部電極層５２を形成し、パターニングを行い、酸化アルミニウムからなる保護膜５４および配線（図示せず）を形成した。さらにシリコン基板１２を下方からエッチングすることで圧力発生室１６を形成し、ノズルプレート１８を設けた。
得られた圧電アクチュエータ３００をパルス駆動させたところ、１００億パルス駆動させてもクラックが発生しなかった。また圧電アクチュエータの圧電特性を評価したところ、ｄ３１＝２００（ｐＣ／Ｎ）であった。
このように、高分子ビーズを用いて圧電体層を形成することにより、圧電特性が向上し、クラックが発生しにくくなることが確認された。
４．４．第４の変形例
第４の変形例にかかる圧電素子では、空孔の配列がマトリックス状でなく、かつ下部電極層側にいくほど空孔が密に配置されている。
図１５は、第４の変形例にかかる圧電素子４５０を模式的に示す断面図である。具体的な構成および製造方法については、以下のとおりである。
第４の変形例にかかる圧電素子４５０は、基体の一部としての基板１０および弾性体層２０と、下部電極層３０（第１電極）と、圧電体層４４８と、上部電極層５０（第２電極）とを含む。圧電体層４４８は、複数の空孔４４５を有する。複数の空孔４４５の径および形状は、互いにほぼ同一であることができる。
第４の変形例にかかる圧電素子の製造方法は、第３の変形例にかかる圧電素子の製造方法とほぼ同様であることができるが、下部電極側（下方）にいくほど単位体積あたりの空孔４４５の数を多く設けるために、たとえば適切な固体高分子含有溶液を調製する必要がある。そのためには、様々な方法が可能であるが、たとえば、固体高分子３４５ａが、圧電材料溶液より高い密度のものを選択することによって実現される。
５．インクジェット式記録ヘッド
次に、図１に示した圧電素子１００を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図１６は、図１に示した圧電素子１００を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図１７は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図１７は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５００は、図１６に示すように、ヘッド本体５４２と、ヘッド本体５４２の上に設けられた圧電部５４０と、を備える。なお、図１６に示した圧電部５４０は、図４に示した圧電素子１００における下部電極層３０、圧電体層３４８、および上部電極層５０に相当する。本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドおいて、圧電素子１００は、圧電アクチュエータとして機能することができる。圧電アクチュエータとは、ある物質を動かす機能を有する素子、即ち電圧を印加することにより機械的ひずみを発生させる素子である。
また、図１に示した圧電素子１００における酸化物層１４および弾性体層２０は、図１６において弾性膜５５０に相当する。また、基板１０（図１６参照）は後述するようにヘッド本体５４２の要部を構成するものとなっている。
すなわち、ヘッド５００は、図１７に示すようにノズル板５１０と、インク室基板５２０と、弾性膜５５０と、弾性膜５５０に接合された圧電部（振動源）５４０とを備え、これらが基体５６０に収納されて構成されている。なお、このヘッド５００は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
ノズル板５１０は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
ノズル板５１０には、インク室基板５２０が固着（固定）されている。インク室基板５２０は、上述のシリコン基板１２によって形成されたものである。インク室基板５２０は、ノズル板５１０、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性膜５５０によって、複数のキャビティー（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図１８参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティー５２１にインクが供給される。
キャビティー５２１は、図１６および図１７に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティー５２１は、後述する弾性膜５５０の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティー５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
インク室基板５２０のノズル板５１０と反対の側には弾性膜５５０が配設されている。さらに弾性膜５５０のインク室基板５２０と反対の側には複数の圧電部５４０が設けられている。弾性膜５５０の所定位置には、図１７に示すように、弾性膜５５０の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
各圧電部５４０は、後述する圧電素子駆動回路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作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電部５４０はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能する。弾性膜５５０は、圧電部５４０の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
基体５６０は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図１７に示すように、この基体５６０にインク室基板５２０が固定、支持されている。
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５００によれば、上述したように、圧電部５４０にクラックが発生しにくいため信頼性が高く、良好な圧電特性を有し、効率的なインクの吐出が可能となっている。したがって、ノズル５１１の高密度化などが可能となり、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。
６．インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５００を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図１８は、本発明のインクジェットプリンター６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図１８中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５００と、このインクジェット式記録ヘッド５００にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５００およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
往復動機構６４２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６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５００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。
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。
本実施の形態にかかるインクジェットプリンター６００によれば、信頼性が高く高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５００を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（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て使用することができる。
７．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。
また、上述した実施形態に係る圧電素子は、アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンターの他に、たとえばジャイロセンサ等のジャイロ素子、ＦＢＡＲ（film bulk acoustic resonator）型やＳＭＲ（solid mounted resonator）型等のＢＡＷ（bulk acoustic wave）フィルタ、超音波モータなどに適用されることができる。本発明の実施形態に係る圧電素子は、上述したように良好な圧電特性を有し、信頼性が高いため、各種の用途に好適に適用できる。
本実施の形態にかかる圧電素子１００模式的に示す断面図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００模式的に示す断面図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。 本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。 実験例にかかる圧電アクチュエータ５４０を模式的に示す断面図である。 第１の実験例にかかる圧電体層の断面のＳＥＭ画像を示す図である。 第２の実験例にかかる圧電体層の断面のＳＥＭ画像を示す図である。 第１の変形例にかかる圧電素子２００を模式的に示す断面図である。 第２の変形例にかかる圧電素子３００を模式的に示す断面図である。 第３の変形例にかかる圧電素子４００を模式的に示す断面図である。 第３の変形例にかかる圧電素子４００の製造方法を模式的に示す図である。 第４の変形例にかかる圧電素子５００を模式的に示す断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの概略構成図である。 インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 本実施の形態にかかるインクジェットプリンターの概略構成図である。
符号の説明
１０ 基板、１２ シリコン層、１４ 酸化物層、２０ 弾性体層、３０ 下部電極層、３２ 下部電極層、４２ 圧電体層、４２ａ ＰＺＴ前駆体層、４３ 凸部、４４ 圧電体層、４４ａ ＰＺＴ前駆体層、４５ 空孔、４６ 圧電体層、４８ 圧電体層、５０ 上部電極層、５２ 上部電極層、５４ 保護膜、６０ キャパシタ構造部、６２ キャパシタ構造部、１００ 圧電素子、１４４ 第１の圧電体層、１４６ 第２の圧電体層、１４８ 圧電体層、２００ 圧電素子、２４４ 第１の圧電体層、２４５ 空孔、２４６ 第２の圧電体層、３００ 圧電素子、３４５ 空孔、３４５ａ 固体高分子、３４８ 圧電体層、３４８ａ ＰＺＴ前駆体層、４００ 圧電素子、４４５ 空孔、４４８ 圧電体層、４５０ 圧電素子、５００ インクジェット式記録ヘッド、５１０ ノズル板、５１１ ノズル、５２０ インク室基板、５２１ キャビティー、５２２ 側壁、５２３ リザーバ、５２４ 供給口、５３１ 連通孔、５４０ 圧電アクチュエータ、５４２ ヘッド本体、５５０ 弾性板、５６０ 基体、６００ インクジェットプリンター、６２０ 装置本体、６２１ トレイ、６２２ 排出口、６３０ ヘッドユニット、６３１ インクカートリッジ、６３２ キャリッジ、６４０ 印刷装置、６４１ キャリッジモータ、６４２ 往復動機構、６４３ キャリッジガイド軸、６４４ タイミングベルト、６５０ 給紙装置、６５１ 給紙モータ、６５２ 給紙ローラ、６６０ 制御部、６７０ 操作パネル

Claims (4)

  1. キャビティーを有する基板と、
    前記基板の上方に形成された弾性体層と、
    前記弾性体層の上方に形成された第１電極と、
    前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
    前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
    を含み、
    前記圧電体層は、複数の空孔を有し、
    前記空孔は、前記第２電極側から前記第１電極側にいくにつれて、単位体積あたりの数が多く形成されている、インクジェット式記録ヘッド。
  2. 請求項１において、
    前記空孔の径は、１００ｎｍ以下である、インクジェット式記録ヘッド。
  3. 請求項１または２において、
    前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む、インクジェット式記録ヘッド。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット式記録ヘッドを含む、インクジェットプリンター。
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