(57)【要約】【課題】圧電体の上部電極端面の近傍部分における電荷集中と応力集中が緩和され、耐久性に優れた圧電素子を提供する。【解決手段】本発明の圧電素子１は、圧電体３０と、圧電体３０に電界を印加する下部電極２０及び上部電極５０とを備えた素子であり、上部電極５０はパターン形成されており、上部電極５０の端部５０Ｅの領域は、圧電体３０への電界印加時に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０にかかる電界強度が徐々に低下する構造を有している。【選択図】図１
2010192721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、該圧電体に電界を印加する下部電極及び上部電極とを備えた圧電素子において、
前記上部電極はパターン形成されており、
前記上部電極の端部の領域は、前記圧電体への電界印加時に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて前記圧電体にかかる電界強度が徐々に低下する構造を有していることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記圧電体と前記上部電極の端部との間に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる傾斜厚み絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記傾斜厚み絶縁層は、誘電率が厚み依存性を有する材料からなることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記傾斜厚み絶縁層は、ポリイミドを主成分とする有機絶縁層、又はＳｉ化合物を主成分とする無機絶縁層であることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、パターニングされていない絶縁層を形成する工程（Ａ）と、
前記絶縁層上の前記上部電極の非形成領域にレジストマスクを形成する工程（Ｂ）と、
前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記上部電極の形成領域の端部に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層を残して、前記傾斜厚み絶縁層を形成する工程（Ｃ）とを有する製造方法により製造されたものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項６】
工程（Ｃ）は、ドライエッチングにより前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去する工程であることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。
【請求項７】
前記上部電極の端部は、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて絶縁性が徐々に高くなる傾斜組成構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項８】
前記上部電極の前記端部を除く主部が導電性金属を主成分とし、
前記上部電極の端部が、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて金属酸化物の含有量が徐々に増加する傾斜組成構造を有していることを特徴とする請求項７に記載の圧電素子。
【請求項９】
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は酸素透過速度が一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて酸素透過速度が徐々に大きくなる酸素透過特性を有する酸素透過膜を形成する工程（Ｅ）と、
前記酸素透過膜で被覆された前記上部電極に対して酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｆ）とを有する製造方法により製造されたものであることを特徴とする請求項８に記載の圧電素子。
【請求項１０】
工程（Ｅ）は、前記酸素透過膜として、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は厚みが一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造の酸素透過膜を形成する工程であることを特徴とする請求項９に記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記酸素透過膜は、４０℃における酸素透過係数が１．０×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以上の膜であることを特徴とする請求項１０に記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に被覆膜を形成する工程（Ｇ）と、
前記被覆膜で被覆された前記上部電極に対して端面側から酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｈ）とを有する製造方法により製造されたものであることを特徴とする請求項８に記載の圧電素子。
【請求項１３】
請求項２〜４のいずれかに記載の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、パターニングされていない絶縁層を形成する工程（Ａ）と、
前記絶縁層上の前記上部電極の非形成領域にレジストマスクを形成する工程（Ｂ）と、
前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記上部電極の形成領域の端部に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層を残して、前記傾斜厚み絶縁層を形成する工程（Ｃ）とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
工程（Ｃ）は、ドライエッチングにより前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は酸素透過速度が一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて酸素透過速度が徐々に大きくなる酸素透過特性を有する酸素透過膜を形成する工程（Ｅ）と、
前記酸素透過膜で被覆された前記上部電極に対して酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｆ）とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１６】
工程（Ｅ）は、前記酸素透過膜として、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は厚みが一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造の酸素透過膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１７】
工程（Ｅ）において、４０℃における酸素透過係数が１．０×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以上の前記酸素透過膜を形成することを特徴とする請求項１６に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項８に記載の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に被覆膜を形成する工程（Ｇ）と、
前記被覆膜で被覆された前記上部電極に対して端面側から酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｈ）とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜１２に記載の圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子とその製造方法、及び液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電体と、この圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出装置に搭載されるアクチュエータ等として使用されている。圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系等のペロブスカイト型酸化物が知られている。
【０００３】
図８に、圧電素子の基本的な断面構造を示す。圧電素子２００は、基板２１０上に下部電極２２０と圧電体２３０と上部電極２４０とが順次積層された素子である。従来一般的な圧電素子では、下部電極は基板の全面に形成され、上部電極は所定のパターン形成されている。かかる構成では、圧電体の上部電極端面の近傍部分に電荷集中が起こりやすく、この部分にリーク電流が発生しやすい。また、上部電極の形成領域は圧電体に電界が印加されて変位が起こるが、上部電極の非形成領域は圧電体に積極的には電界がかからず、積極的な変位が起こらない。そのため、圧電体の上部電極端面の近傍部分には応力集中も起こりやすい。図中、電荷集中と応力集中が起こりやすい部分を○で示してある。
【０００４】
圧電体の上部電極端面の近傍部分には、上記のように電荷集中と応力集中が起こりやすいことに起因して、マイクロクラックが発生することがある。圧電体の表面にマイクロクラックが発生すると、この部分から水分が浸入して圧電体の劣化を招いてしまう。特に高湿度環境下の使用耐久性が低下してしまう。かかる問題は、圧電体が薄膜であるときに顕著である。
【０００５】
特許文献１には、上部電極を圧電体側から第１の上電極と第２の上電極との２層積層構造とし、ゾルゲル法又はＭＯＤ法によって第１の上電極を成膜し、その後ＰＶＤ法により第２の上電極を成膜する製造方法が開示されている（請求項１）。  
特許文献１の段落０００８等には、圧電体の上部電極側に低誘電層が形成されるのを防止することができ、低誘電層による電圧降下に基づく圧電体の変位低下及び低誘電層に電荷が集中して電気破壊が発生するなどのリーク特性の劣化を防止できることが記載されている。
【０００６】
特許文献１にはまた、圧電体を、有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成する工程と、該前駆体膜を加熱焼成して圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程によって形成することが好ましいこと（請求項３）、第１の上電極を形成する際に、焼成前の圧電体前駆体膜上に第１の上電極となる第１の上電極前駆体膜を形成し、圧電体前駆体膜と第１の上電極前駆体膜とを同時に焼成することが好ましいこと（請求項４）が記載されている。段落００１１等には、かかる方法によれば、圧電体と第１の上電極との間に異相が介在するのを防止して、異相による剥離や電荷集中による電気破壊を防止することができることが記載されている。  
特許文献１に記載の製造方法は、異相による剥離や電荷集中を防止することを目的としており、圧電体の上部電極端面の近傍部分の電荷集中を抑制するものではない。
【０００７】
特許文献２には、積層型圧電素子において、内部電極端の断面形状を角が無い滑らかな曲線形状にすることが提案されている（段落００１３、図２等）。特許文献２の段落００１３には、かかる構成により、内部電極端での電荷集中を抑制し、内部電極端付近の圧電体における応力集中を緩和できることが記載されている。  
特許文献２に記載の技術は、積層型圧電素子における内部電極端付近の電荷集中を抑制するために、内部電極の端部形状を丸くしたものであり、積層型ではない一般的な圧電素子における上部電極端面の近傍部分の電荷集中を抑制するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2008-147350号公報
【特許文献２】特開2004-207633号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、圧電体の上部電極端面の近傍部分における電荷集中と応力集中が緩和され、耐久性に優れた圧電素子とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電素子は、圧電体と、該圧電体に電界を印加する下部電極及び上部電極とを備えた圧電素子において、
前記上部電極はパターン形成されており、
前記上部電極の端部の領域は、前記圧電体への電界印加時に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて前記圧電体にかかる電界強度が徐々に低下する構造を有していることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の圧電素子の好適な第１の態様としては、
前記圧電体と前記上部電極の端部との間に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる傾斜厚み絶縁層が形成されたものが挙げられる。
【００１２】
前記傾斜厚み絶縁層は、誘電率が厚み依存性を有する材料からなることが好ましい。  
前記傾斜厚み絶縁層は、ポリイミドを主成分とする有機絶縁層、又はＳｉ化合物を主成分とする無機絶縁層であることが好ましい。  
本明細書において、「主成分」は９０質量％以上の成分であると定義する。
【００１３】
上記第１の態様は、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、パターニングされていない絶縁層を形成する工程（Ａ）と、
前記絶縁層上の前記上部電極の非形成領域にレジストマスクを形成する工程（Ｂ）と、
前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記上部電極の形成領域の端部に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層を残して、前記傾斜厚み絶縁層を形成する工程（Ｃ）とを有する製造方法により製造されたものであることが好ましい。
【００１４】
工程（Ｃ）は、ドライエッチングにより前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去する工程であることが好ましい。
【００１５】
本発明の圧電素子の好適な第２の態様としては、前記上部電極の端部は、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて絶縁性が徐々に高くなる傾斜組成構造を有しているものが挙げられる。
【００１６】
上記第２の態様において、
前記上部電極の前記端部を除く主部が導電性金属を主成分とし、
前記上部電極の端部が、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて金属酸化物の含有量が徐々に増加する傾斜組成構造を有していることが好ましい。
【００１７】
上記第２の態様は、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は酸素透過速度が一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて酸素透過速度が徐々に大きくなる酸素透過特性を有する酸素透過膜を形成する工程（Ｅ）と、
前記酸素透過膜で被覆された前記上部電極に対して酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｆ）とを有する製造方法により製造されたものであることが好ましい。
【００１８】
工程（Ｅ）は、前記酸素透過膜として、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は厚みが一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造の酸素透過膜を形成する工程であることが好ましい。  
前記酸素透過膜は、４０℃における酸素透過係数が１．０×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以上の膜であることが好ましい。  
本明細書において、特に明記しない限り、酸素透過係数は４０℃におけるデータである。
【００１９】
上記第２の態様は、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に被覆膜を形成する工程（Ｇ）と、
前記被覆膜で被覆された前記上部電極に対して端面側から酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｈ）とを有する製造方法により製造されたものであることが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の圧電素子の製造方法は、上記第１の態様の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、パターニングされていない絶縁層を形成する工程（Ａ）と、
前記絶縁層上の前記上部電極の非形成領域にレジストマスクを形成する工程（Ｂ）と、
前記上部電極の形成領域の前記絶縁層を部分的に除去することにより、前記上部電極の形成領域の端部に、前記圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層を残して、前記傾斜厚み絶縁層を形成する工程（Ｃ）とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第２の圧電素子の製造方法は、上記第２の態様の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に、前記上部電極の前記端部を除く主部の領域は酸素透過速度が一様であり、前記上部電極の端部の領域は前記圧電体の中心側から外周面側に向けて酸素透過速度が徐々に大きくなる酸素透過特性を有する酸素透過膜を形成する工程（Ｅ）と、
前記酸素透過膜で被覆された前記上部電極に対して酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｆ）とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第３の圧電素子の製造方法は、上記第２の態様の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極及び前記圧電体を形成した基板上に、導電性金属を主成分とする組成が一様な前記上部電極を形成する工程（Ｄ）と、
前記上部電極上に被覆膜を形成する工程（Ｇ）と、
前記被覆膜で被覆された前記上部電極に対して端面側から酸化処理を実施して、前記上部電極の端部を前記傾斜組成構造とする工程（Ｈ）とを有することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の液体吐出装置は、上記の本発明の圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧電体の上部電極端面の近傍部分における電荷集中と応力集中が緩和され、耐久性に優れた圧電素子とその製造方法を提供することができる。  
本発明によれば、４０℃相対湿度８５％の高温高湿環境下における耐久性が良好な圧電素子とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの構造を示す断面図
【図２Ａ】図１の圧電素子の製造工程図
【図２Ｂ】図１の圧電素子の製造工程図
【図２Ｃ】図１の圧電素子の製造工程図
【図２Ｄ】図１の圧電素子の製造工程図
【図２Ｅ】図１の圧電素子の製造工程図
【図２Ｆ】図１の圧電素子の製造工程図
【図３】本発明に係る第２実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの構造を示す断面図
【図４Ａ】図３の圧電素子の製造工程図
【図４Ｂ】図３の圧電素子の製造工程図
【図４Ｃ】図３の圧電素子の製造工程図
【図４Ｄ】図３の圧電素子の製造工程図
【図４Ｅ】図３の圧電素子の製造工程図
【図４Ｆ】図３の圧電素子の製造工程図
【図５Ａ】図３の圧電素子の製造工程図
【図５Ｂ】図３の圧電素子のその他の製造工程図
【図５Ｃ】図３の圧電素子のその他の製造工程図
【図５Ｄ】図３の圧電素子のその他の製造工程図
【図５Ｅ】図３の圧電素子のその他の製造工程図
【図５Ｆ】図３の圧電素子のその他の製造工程図
【図６】図１又は図３のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置の構成例を示す図
【図７】図６のインクジェット式記録装置の部分上面図
【図８】従来の圧電素子の基本構造を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
「圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの第１実施形態」
図１を参照して、本発明に係る第１実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図１はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２７】
本実施形態の圧電素子１は、基板１０上に、下部電極２０と圧電体３０と上部電極５０とが順次積層された素子であり、圧電体３０に対して下部電極２０と上部電極５０とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。
【００２８】
下部電極２０及び圧電体３０は基板１０の略全面に形成されており、この上に上部電極５０がパターン形成されている。圧電体３０はパターン形成されても構わない。圧電体３０は、互いに分離した複数の凸部からなるパターンで形成することで、個々の凸部の伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。  
本実施形態において、圧電体３０と上部電極５０の端部５０Ｅとの間に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる傾斜厚み絶縁層４０が形成されている。
【００２９】
基板１０としては特に制限なく、シリコン，酸化シリコン，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），アルミナ，サファイヤ，ＳｉＣ，及びＳｒＴｉＯ３等の基板が挙げられる。基材１０としては、シリコン基板上にＳｉＯ２膜とＳｉ活性層とが順次積層されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。
【００３０】
下部電極２０の組成は特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極５０の組成は特に制限なく、下部電極２０で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極２０と上部電極５０の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
圧電アクチュエータ２は、圧電素子１の基板１０の裏面に、圧電体３０の伸縮により振動する振動板６０が取り付けられたものである。圧電アクチュエータ２には、圧電素子１の駆動を制御する駆動回路等の制御手段（図示略）も備えられている。
【００３２】
インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、圧電アクチュエータ２の裏面に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）７１及びインク室７１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）７２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）７０が取り付けられたものである。インクジェット式記録ヘッド３では、圧電素子１に印加する電界強度を増減させて圧電素子１を伸縮させ、これによってインク室７１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
【００３３】
基板１０とは独立した部材の振動板６０及びインクノズル７０を取り付ける代わりに、基板１０の一部を振動板６０及びインクノズル７０に加工してもよい。例えば、基板１０がＳＯＩ基板等の積層基板からなる場合には、基板１０を裏面側からエッチングしてインク室７１を形成し、基板自体の加工により振動板６０とインクノズル７０とを形成することができる。
【００３４】
圧電体３０の形態としては特に制限なく、単結晶、バルクセラミックス、及び膜が挙げられる。圧電素子１の薄型化・小型化、生産性等を考慮すれば、圧電体３０の形態としては膜が好ましく、厚み１０ｎｍ〜１００μｍの薄膜がより好ましく、厚み１００ｎｍ〜２０μｍの薄膜が特に好ましい。
【００３５】
圧電体３０の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、及びＰＬＤ法等の気相法；ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法；及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。
【００３６】
圧電体３０の組成は特に制限されず、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことが好ましい。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｋ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。  
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｈｆ，及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。  
Ｏ：酸素。  
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【００３７】
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００３８】
電気特性がより良好となることから、上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，及びＬｎ（＝ランタニド元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，及びＬｕ））等の金属イオンを、１種又は２種以上含むものであることが好ましい。
【００３９】
本実施形態において、圧電体３０と上部電極５０の端部５０Ｅとの間に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる傾斜厚み絶縁層４０が形成されていることを述べた。かかる構成では、上部電極５０の端部５０Ｅの領域において、下部電極２０と上部電極５０との離間距離が圧電体３０の中心側から外周面側に向けて徐々に大きくなるので、上部電極５０の端部５０Ｅの領域は、圧電体３０への電界印加時に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０にかかる電界強度が徐々に低下する。
【００４０】
傾斜厚み絶縁層４０の組成は特に制限されず、有機絶縁層でも無機絶縁層でもよい。電界Ｅの電極間に比誘電率ε０の誘電体を挿入したときの電界Ｅ１は下記式で表される。  
Ｅ１＝Ｅ／ε０
【００４１】
傾斜厚み絶縁層４０は誘電率が厚み依存性を有する材料からなることが好ましい。ポリマー薄膜の誘電率が膜厚により変化する報告がいくつかなされており、ポリマー膜厚が約１．０μｍ以下の領域において誘電率の膜厚依存性を有することが報告されている（JSR TECHNICAL REVIEW No.109(2002)等）。
【００４２】
すなわち、傾斜厚み絶縁層４０は各種のポリマー膜であることが好ましい。傾斜厚み絶縁層４０の成膜後に上部電極５０の成膜を行うことを考慮すれば、傾斜厚み絶縁層４０は耐熱性の高いポリマー膜であることが好ましい。傾斜厚み絶縁層４０は、ポリイミドを主成分とする有機絶縁層であることが特に好ましい。また、傾斜厚み絶縁層４０の最大膜厚ｔは、誘電率の膜厚依存性を有する１．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４等のＳｉ化合物も、膜厚が約１．０μｍ以下の領域において誘電率の膜厚依存性を有する材料である。傾斜厚み絶縁層４０はかかる１種又は２種以上のＳｉ化合物を主成分とする無機絶縁層であってもよい。この場合も、傾斜厚み絶縁層４０の最大膜厚ｔは、誘電率の膜厚依存性を有する１μｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
上部電極５０の端部５０Ｅの領域に誘電率が厚み依存性を有する材料からなる傾斜厚み絶縁層４０を形成すれば、上部電極５０の端部５０Ｅの領域において、圧電体３０への電界印加時に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０にかかる電界強度が徐々に低下する構造が良好に形成される。
【００４５】
本実施形態の構成では、上部電極５０の端部５０Ｅの領域において、圧電体３０への電界印加時に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０にかかる電界強度が徐々に低下するので、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０の圧電変位も徐々に小さくなる。したがって、本実施形態の構成では、圧電体３０の上部電極５０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中とを緩和することができる。
【００４６】
傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２及び傾斜角θは特に制限されない。本実施形態では、主として上部電極５０の端部５０Ｅを除く主部５０Ｍの領域において、圧電体３０に対する電界印加、及びこれによる圧電変位が起こる。傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２が大きくなりすぎると、圧電変位が良好に起こる領域が小さくなる。したがって、Ｗ２は、圧電体３０の上部電極５０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中を緩和する効果が得られる範囲で、小さく設計することが好ましい。
【００４７】
傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２は、上部電極５０の幅Ｗ１の５％以下（両端の傾斜厚み絶縁層４０の幅Ｗ２を合わせてＷ１の１０％以下）であることが好ましい。傾斜厚み絶縁層４０の傾斜角θは小さい程、電界強度の傾斜変化を小さくすることができ、好ましい。傾斜角θは６０°以下が好ましく、４５°以下がより好ましく、３０°以下が特に好ましい。傾斜角θを小さくすると上部電極の幅Ｗ１に対する傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２の比率が大きくなるため、Ｗ２／Ｗ１が５％以下の範囲内でθを小さくすることが好ましい。
【００４８】
本実施形態の圧電素子１及びインクジェット式記録ヘッド３は、以上のように構成されている。本実施形態によれば、圧電体３０の上部電極５０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中が緩和され、耐久性に優れた圧電素子１を提供することができる。本実施形態によれば、４０℃相対湿度８５％の高温高湿環境下における耐久性が良好な圧電素子１を提供することができる。
【００４９】
「第１実施形態の圧電素子の製造方法」
図面を参照して、上記第１実施形態の圧電素子の製造方法の例について説明する。図２Ａ〜図２Ｆは製造工程図である。図中、基板１０と下部電極２０の図示は省略してある。
【００５０】
はじめに、常法により、基板１０上に下部電極２０と圧電体３０とを成膜する（図示略）。次に、図２Ａに示すように、圧電体３０上に傾斜厚み絶縁層４０の材料を成膜して、パターニングされていない絶縁層４０Ａを形成する（工程（Ａ））。
【００５１】
有機材料からなる絶縁層４０Ａの成膜方法としては、有機材料を溶媒に溶解した溶液を用意し、これをスピンコート法及びディップコーティング法等の各種コーティング法、あるいはスクリーン印刷法等の各種印刷法等により圧電体３０上に塗布した後、乾燥により溶媒を除去する方法等が挙げられる。絶縁層４０Ａがポリイミド膜の場合、前駆体であるポリアミック酸を用いて膜を形成し、その後加熱により溶媒を除去すると共に、イミド化しても構わない。  
無機材料からなる絶縁層４０Ａの成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法等の気相成膜法；ゾルゲル法及びＭＯＤ法（有機金属成膜法）等の化学液相法等が挙げられる。
【００５２】
次に、図２Ｂに示すように、絶縁層４０Ａ上の上部電極５０の非形成領域Ａ２にレジストマスクＲＭを形成する（工程（Ｂ））。図中、符号Ａ１は上部電極５０の形成領域を示している。
【００５３】
次に、図２Ｃに示すように、上部電極５０の形成領域Ａ１の絶縁層４０Ａを部分的に除去することにより、上部電極５０の形成領域Ａ１の端部に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層を残して、傾斜厚み絶縁層４０を形成する（工程（Ｃ））。図中、工程（Ｃ）後の絶縁層に符号４０Ｂを付してある。
【００５４】
上部電極５０の形成領域Ａ１の絶縁層４０Ａを部分的に除去する方法としては、ドライエッチングあるいはウエットエッチング等が挙げられ、ドライエッチングが好ましい。レジストマスクＲＭの厚み及びエッチング条件を制御することで、傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２及び傾斜角θを制御することができる。
【００５５】
ドライエッチングは異方性エッチングとして知られているが、レジストマスクＲＭを比較的厚めに形成し、レジストマスクＲＭの影を利用して、ガス分子の絶縁層４０Ａへの衝突が等方性エッチングに近くなるように制御することで、傾斜厚み絶縁層４０の形成範囲Ｗ２及び傾斜角θを制御することができる。通常のドライエッチングにおけるレジストマスクの厚みは数μｍ程度であるが、本実施形態では、レジストマスクＲＭの厚みは例えば３〜１０μｍ程度が好ましい。
【００５６】
次に、図２Ｄに示すように、絶縁層４０Ｂが形成された基板１０上に上部電極５０の材料を成膜し、パターニングされていない上部電極５０Ａを形成する。その後、図２Ｅに示すように、リフトオフ法により、レジストマスクＲＭ及びこの上に形成された上部電極５０Ａを除去する。
【００５７】
最後に、図２Ｆに示すように、上部電極５０の非形成領域Ａ２の絶縁層４０Ｂをエッチング除去して、上記実施形態の圧電素子１が製造される。上部電極５０の非形成領域Ａ２に絶縁層４０Ｂが残っていても構わないので、図２Ｆに示す工程は実施しなくても構わない。なお、第１実施形態の圧電素子の製造方法は、ここに記載のプロセスに限定されず、適宜変更可能である。
【００５８】
「圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの第２実施形態」
図３を参照して、本発明に係る第２実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図３はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。第１実施形態と同じ構成要素については同じ参照符号を付して、説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の圧電素子４は、基板１０上に、下部電極２０と圧電体３０と上部電極８０とが順次積層された素子であり、圧電体３０に対して下部電極２０と上部電極８０とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。第１実施形態と同様、下部電極２０及び圧電体３０は基板１０の略全面に形成されており、この上に上部電極８０がパターン形成されている。
【００６０】
本実施形態においては傾斜厚み絶縁層４０が設けられておらず、上部電極８０の端部８０Ｅが、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて絶縁性が徐々に高くなる傾斜組成構造を有している。
【００６１】
傾斜組成構造としては、上部電極８０の端部８０Ｅを除く主部８０Ｍが導電性金属を主成分とし、上部電極８０の端部８０Ｅが、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて金属酸化物の含有量が徐々に増加する傾斜組成構造を有している構成が好ましい。  
上部電極８０の主部８０Ｍの主成分としては、酸化物が得られやすいことから、Ｉｒ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，及びＣｕ等の１種又は２種以上の導電性金属が好ましい。上部電極８０の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００６２】
圧電アクチュエータ５は、圧電素子４の基板１０の裏面に振動板６０が取り付けられたものである。インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）６は、圧電アクチュエータ２の裏面にインクノズル（液体貯留吐出部材）７０が取り付けられたものである。
【００６３】
本実施形態では、上部電極８０の端部８０Ｅを圧電体３０の中心側から外周面側に向けて絶縁性が徐々に高くなる傾斜組成構造としているので、上部電極８０の端部８０Ｅの領域において、圧電体３０への電界印加時に、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０にかかる電界強度が徐々に低下し、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて圧電体３０の圧電変位が徐々に小さくなる。したがって、本実施形態の構成においても、圧電体３０の上部電極８０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中を緩和することができる。
【００６４】
傾斜組成構造の形成範囲Ｗ３は特に制限されない。本実施形態では、主には、上部電極８０の端部８０Ｅを除く主部８０Ｍの領域において、圧電体３０に対する電界印加、及びこれによる圧電変位が起こる。傾斜組成構造の形成範囲Ｗ３が大きくなりすぎると、圧電変位が良好に起こる領域が小さくなる。したがって、Ｗ３は、圧電体３０の上部電極８０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中を緩和する効果が得られる範囲で、小さく設計することが好ましい。傾斜組成構造の形成範囲Ｗ３は、上部電極８０の幅Ｗ１の５％以下（両端の傾斜組成構造部分の幅Ｗ３を合わせてＷ１の１０％以下）であることが好ましい。
【００６５】
本実施形態の圧電素子４及びインクジェット式記録ヘッド６は、以上のように構成されている。本実施形態によれば、圧電体３０の上部電極８０端面の近傍部分における電荷集中と応力集中が緩和され、耐久性に優れた圧電素子４を提供することができる。本実施形態によれば、４０℃相対湿度８５％の高温高湿環境下における耐久性が良好な圧電素子４を提供することができる。
【００６６】
「第２実施形態の圧電素子の製造方法」
図面を参照して、上記第２実施形態の圧電素子の製造方法の例について説明する。図４Ａ〜図４Ｆは製造工程図である。図中、基板１０と下部電極２０の図示は省略してある。
【００６７】
はじめに、常法により、基板１０上に下部電極２０と圧電体３０とを成膜する（図示略）。次に、図４Ａに示すように、圧電体３０上に上部電極８０の主部８０Ｍの材料を成膜して、パターニングされていない導電性金属を主成分とする組成が一様な上部電極８０Ａを形成する。上部電極８０Ａの成膜方法としては特に制限されず、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法等の気相成膜法；ゾルゲル法及びＭＯＤ法（有機金属成膜法）等の化学液相法等が挙げられる。
【００６８】
次に、図４Ｂに示すように、上部電極８０の形成領域Ａ１にレジストマスクＲＭを形成する。その後、図４Ｃに示すように、上部電極８０Ａのパターニング及びレジストマスクＲＭの除去を実施して、導電性金属を主成分とする組成が一様な上部電極８０Ｂをパターン形成する（工程（Ｄ））。
【００６９】
次に、図４Ｄに示すように、上部電極８０Ｂ上に、上部電極８０の主部８０Ｍの領域は酸素透過速度が一様であり、上部電極８０の端部８０Ｅの領域は圧電体３０の中心側から外周面側に向けて酸素透過速度が徐々に大きくなる酸素透過特性を有する酸素透過膜９０を形成する（工程（Ｅ））。
【００７０】
上記酸素透過特性を有する酸素透過膜９０としては、上部電極８０の主部８０Ｍの領域は厚みが一様であり、上部電極８０の端部８０Ｅの領域は圧電体３０の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造の酸素透過膜が挙げられる。図中、酸素透過膜９０において、厚みが一様な主部に符号９０Ｍ、圧電体３０の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造の端部に符号９０Ｅを付してある。
【００７１】
はじめに厚みが一様な酸素透過膜を成膜した後、これを部分的に除去することにより、上記の傾斜厚み構造の酸素透過膜を形成することができる。酸素透過膜を部分的に除去する方法としては、ドライエッチングあるいはウエットエッチング等が挙げられ、ドライエッチングが好ましい。レジストマスクの厚み及びエッチング条件を制御することで、傾斜厚み構造の形成範囲及び傾斜角を制御することができる。
【００７２】
ドライエッチングは異方性エッチングとして知られているが、レジストマスクを比較的厚めに形成し、レジストマスクの影を利用して、ガス分子の酸素透過膜への衝突が等方性エッチングに近くなるように制御することで、傾斜厚み構造の形成範囲及び傾斜角を制御することができる。通常のドライエッチングにおけるレジストマスクの厚みは数μｍ程度であるが、本実施形態では、レジストマスクの厚みは例えば３〜１０μｍ程度が好ましい。
【００７３】
酸素透過膜９０の組成は特に制限されず、任意のポリマー膜、及びガス透過性を有する多孔質セラミック膜等の無機膜が挙げられる。ポリマー膜はいかなる膜であっても、ポリマーの自由体積により酸素透過性を有する。
【００７４】
後工程において、上部電極８０Ｂの端部の酸化処理を実施しやすいことから、酸素透過膜９０は、４０℃における酸素透過係数が１．０×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以上の膜であることが好ましい。かかる酸素透過特性を酸素透過膜９０としては、ポリエチレン膜（例えば１．５×１０−１0ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）、シリコーン膜（例えば５．０×１０−8ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）、及びシリコーンポリカーボネート膜（例えば７．５×１０−１1ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）等が挙げられる。ここに記載の酸素透過係数のデータは、ポリマーハンドブックに記載のデータである。
【００７５】
酸素透過膜９０の最大膜厚は、酸素透過係数に応じて適宜設計され、特に制限されない。酸素透過膜９０の最大膜厚は、例えば１００〜５００μｍ程度が好ましい。
【００７６】
ポリマー膜からなる酸素透過膜９０の成膜方法としては、ポリマーを溶媒に溶解した溶液を用意し、これをスクリーン印刷法等の各種印刷法等により上部電極８０Ｂ上に塗布した後、乾燥により溶媒を除去する方法等が挙げられる。塗布膜の形成にはポリマー前駆体を用いてもよい。  
無機膜からなる酸素透過膜９０の成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法等の気相成膜法；ゾルゲル法及びＭＯＤ法（有機金属成膜法）等の化学液相法等が挙げられる。
【００７７】
次に、図４Ｅに示すように、酸素透過膜９０で被覆された上部電極８０Ｂに対して酸化処理を実施して、上部電極８０Ｂの端部８０Ｅを傾斜組成構造とする（工程（Ｆ））。  
酸化処理としては、酸素あるいは空気等の酸素存在下で加熱する処理等が挙げられる。加熱温度及び酸化処理時間は、雰囲気中の酸素濃度、酸素透過膜９０の酸素透過係数及び膜厚に応じて、上部電極８０Ｂの端部８０Ｅの酸化処理を充分に実施できる範囲で適宜設計され、特に制限されない。加熱温度は例えば５０〜１００℃が好ましい。酸化処理時間は１〜２４時間が好ましい。
【００７８】
最後に、図４Ｆに示すように、酸素透過膜９０を除去して、上記実施形態の圧電素子４が製造される。有機の酸素透過膜９０の除去方法としては、溶剤による溶解除去等が挙げられる。無機の酸素透過膜９０の除去方法としては、ドライエッチング又はウエットエッチング等が挙げられる。
【００７９】
「第２実施形態の圧電素子のその他の製造方法」
図面を参照して、上記第２実施形態の圧電素子のその他の製造方法の例について説明する。図５Ａ〜図５Ｆは製造工程図である。図中、基板１０と下部電極２０の図示は省略してある。
【００８０】
はじめに、常法により、基板１０上に下部電極２０と圧電体３０とを成膜する（図示略）。次に、図５Ａに示すように、圧電体３０上に上部電極８０の主部８０Ｍの材料を成膜して、パターニングされていない導電性金属を主成分とする組成が一様な上部電極８０Ａを形成する。
【００８１】
次に、図５Ｂに示すように、上部電極８０の形成領域Ａ１にレジストマスクＲＭを形成する。その後、図５Ｃに示すように、上部電極８０Ａのパターニング及びレジストマスクＲＭの除去を実施して、導電性金属を主成分とする組成が一様な上部電極８０Ｂをパターン形成する（工程（Ｄ））。
【００８２】
次に、図５Ｄに示すように、上部電極８０Ｂ上に被覆膜９１を形成する（工程（Ｇ））。本実施形態では、後工程において上部電極８０Ｂに対してその端面側からのみ酸化処理を実施する。被覆膜９１は、上部電極８０Ｂの表面側からの酸化処理を抑えるために設けられる。
【００８３】
被覆膜９１の組成は特に制限されず、ポリマー膜等の任意の有機膜及び任意の無機膜等が挙げられる。被覆膜９１は、上部電極８０Ｂの表面側からの酸化処理を抑えるためのものであるので、その酸素透過係数は低い方が好ましく、４０℃における酸素透過係数が１．０×１０−１１（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）未満であることが好ましい。被覆膜９１の膜厚は特に制限されず、酸素透過係数に応じて、上部電極８０Ｂの表面側からの酸化処理を充分に抑えられる範囲に適宜設計される。
【００８４】
ポリマー膜からなる被覆膜９１の成膜方法としては、ポリマーを溶媒に溶解した溶液を用意し、これをスクリーン印刷法等の各種印刷法等により上部電極８０Ｂ上に塗布した後、乾燥により溶媒を除去する方法等が挙げられる。塗布膜の形成にはポリマー前駆体を用いてもよい。  
無機膜からなる被覆膜９１の成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、及び蒸着法等の気相成膜法；ゾルゲル法及びＭＯＤ法（有機金属成膜法）等の化学液相法等が挙げられる。
【００８５】
次に、図５Ｅに示すように、被覆膜９１で被覆された上部電極８０Ｂに対して端面側から酸化処理を実施して、上部電極８０Ｂの端部８０Ｅを傾斜組成構造とする（工程（Ｈ））。酸化処理としては、酸素あるいは空気等の酸素存在下で加熱する処理、及び酸素プラズマアッシング処理等が挙げられる。  
最後に、図５Ｆに示すように、被覆膜９１を除去して、上記実施形態の圧電素子４が製造される。被覆膜９１の除去方法は、図４に示した酸素透過膜９０と同様である。
【００８６】
なお、第２実施形態の圧電素子の製造方法は、図４及び図５に記載のプロセスに限定されず、適宜変更可能である。
【００８７】
「インクジェット式記録装置」
図６及び図７を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３又は６を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図６は装置全体図であり、図７は部分上面図である。
【００８８】
図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。  
印字部１０２をなすヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３又は６である。
【００８９】
デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。  
ロール紙を使用する装置では、図６のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。
【００９０】
デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。
【００９１】
ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。
【００９２】
ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図６上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図６の左から右へと搬送される。
【００９３】
縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。  
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
【００９４】
印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図７を参照）。各印字ヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００９５】
記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。  
印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
【００９６】
印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。  
後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００９７】
こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。  
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。  
インクジェット記記録装置１００は、以上のように構成されている。
【００９８】
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
【実施例】
【００９９】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【０１００】
（実施例１）
図２Ａ〜図２Ｆに示したプロセスに従い、以下のようにして本発明の圧電素子を得た。
成膜基板として、Ｓｉウエハ上に３０ｎｍ厚のＴｉ密着層と１５０ｎｍ厚のＰｔ下部電極とが順次積層された電極付き基板を用意した。次いで、Ｐｂ１．３Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３のターゲットを用い、ＲＦスパッタリング装置により、５μｍ厚のＰＺＴ圧電体膜を成膜した。成膜条件は以下の通りとした。  
基板温度：５２５℃、
ターゲット印加電圧：２．５Ｗ／ｃｍ２、
基板−ターゲット間距離：６０ｍｍ、
真空度：０．５Ｐａ、
成膜ガス：Ａｒ／Ｏ２混合ガス（Ｏ２分圧１．３モル％）。
【０１０１】
次に、上記圧電体膜上にポリイミドを溶媒に溶解した溶液をスピンコート法により塗布した後、３００℃１時間の熱処理を実施することにより溶媒を除去して、パターニングされていないポリイミド絶縁層を形成した。膜厚は２００ｎｍとした。
【０１０２】
次に、上記絶縁層上の上部電極の非形成領域に８μｍ厚のレジストマスクを形成してから、絶縁層に対してドライエッチングを実施した。エッチング条件は以下の通りとした。
Ａｒ／ＣＨＦ３／ＣＦ４プラズマエッチング、
圧力：１３０Ｐａ、
Ａｒ流量８００ｓｃｃｍ、
ＣＨＦ３流量６０ｓｃｃｍ、
ＣＦ４流量６０ｓｃｃｍ、
印加高周波周波数４００ｋＨｚ、
高周波電力密度３Ｗ／ｃｍ２。
【０１０３】
ドライエッチング後には、上部電極の形成領域の端部に、圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に厚くなる絶縁層が残り、傾斜厚み絶縁層を形成することができた。傾斜厚み絶縁層の形成範囲Ｗ２は上部電極の幅Ｗ１の５％（両端の傾斜厚み絶縁層の幅Ｗ２を合わせてＷ１の１０％）であり、傾斜角θは６０°であった。ガス流量及び圧力等の条件を調整することで、傾斜角θを調整することができる。例えば、ガス流量を低減する及び／又は圧力を大きくすることで、傾斜角θをより小さくすることができる。
【０１０４】
その後に、図２Ｄ〜図２Ｆに示した工程を実施して、本発明の圧電素子を得た。上部電極は、５０ｎｍ厚のＴｉ層と２００ｎｍ厚のＰｔ層との積層構造とした。上部電極のパターンは１０００μｍφの円形状パターンとした。
【０１０５】
上部電極の端部において圧電体の中心側から外周面側に向けて圧電体にかかる電界強度が徐々に低下していることを直接測定することは困難なため、電界強度に比例する圧電体の発熱温度の分布を評価することで間接的な検証を行った。温度測定はサーモ顕微鏡を用いて、駆動電圧３０Ｖ／駆動周波数１００ｋＨｚの駆動条件のときの上部電極表面の２次元的な温度分布の評価を行った。金属電極上では熱放射がないため、放射率０．９５の黒色スプレーを用いて上部電極の表面全体をスプレーした後、上部電極の表面全体の温度分布を測定した。その結果、上部電極の主部では５５℃であったのに対して、端部では圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に温度が下がり、上部電極の末端温度は２５℃であった。以上の試験により、間接的ながら上部電極の端部において狙い通り電界が徐々に低下していることを確認できた。
【０１０６】
得られた圧電素子に対して、温度４０℃相対湿度８５％条件下において、印加電圧５０ｋＶ／ｃｍ，周波数１０ｋＨｚの条件で台形波を入射させ、誘電正接が２０％に達した時の駆動サイクルの測定を行ったところ、耐久寿命は約３００億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを上回る耐久性が得られた。
【０１０７】
（実施例２）
傾斜厚み絶縁層としてＳｉＯ２膜を形成した以外は実施例１と同様にして、本発明の圧電素子を得た。実施例１と同様に耐久寿命を測定したところ、約３００億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを上回る耐久性が得られた。
【０１０８】
（実施例３）
図４Ａ〜図４Ｆに示したプロセスに従い、以下のようにして本発明の圧電素子を得た。
実施例１と同様に、Ｓｉウエハ上に３０ｎｍ厚のＴｉ密着層と１５０ｎｍ厚のＰｔ下部電極と５μｍ厚のＰＺＴ圧電体膜とを順次した。次いで、この圧電体膜上にＣｒを成膜して、パターニングされていない組成が一様な３００ｎｍ厚の上部電極を形成した後、レジストマスクを用いたパターニングを実施した。
【０１０９】
次に、上記上部電極上に、上部電極の主部の領域は厚みが一様であり、上部電極の端部の領域は圧電体の中心側から外周面側に向けて厚みが徐々に小さくなる傾斜厚み構造のポリエチレン酸素透過膜（酸素透過係数＝１．５×１０−１0（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ））を形成した。ポリエチレン酸素透過膜の最大膜厚は５０μｍとした。
【０１１０】
次に、上記酸素透過膜で被覆された上部電極に対して酸化処理を実施した。酸化処理は、酸素フロー雰囲気下、５０℃で熱処理することにより実施した。この処理により、上部電極の端部を、圧電体の中心側から外周面側に向けて金属酸化物の含有量が徐々に増加する傾斜組成構造とすることができた。
【０１１１】
上部電極の端部において組成傾斜が狙い通り得られているかどうかを確認するために、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）による酸化度の定量化解析を行った。上部電極の端部において、圧電体の中心側から外周面側に向けてＣｒＯｘ（酸化クロム）を示すピーク強度が０から１に徐々に増加しており、酸化度が徐々に高くなっていることが確認された。傾斜組成構造の形成範囲Ｗ３は、上部電極の幅Ｗ１の５％（両端の傾斜組成構造部分の幅Ｗ３を合わせてＷ１の１０％）であった。  
最後に、溶剤により酸素透過膜を溶解除去して、本発明の圧電素子を得た。
【０１１２】
実施例１と同様に、サーモ顕微鏡を用いて、上部電極の端部において圧電体の中心側から外周面側に向けて圧電体にかかる電界強度が徐々に低下していることを間接的に評価した。実施例１と同様に、駆動電圧３０Ｖ／駆動周波数１００ｋＨｚの駆動条件において、上部電極の主部では５５℃であったのに対して、端部では圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に温度が下がり、上部電極の末端温度は２５℃であった。  
実施例１と同様に耐久寿命を測定したところ、約３００億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを上回る耐久性が得られた。
【０１１３】
（実施例４）
上部電極をＩｒ電極とした以外は実施例３と同様にして、本発明の圧電素子を得た。実施例３と同様に、組成傾斜構造の上部電極を形成することができた。実施例１と同様に耐久寿命を測定したところ、約３００億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを上回る耐久性が得られた。
【０１１４】
（実施例５）
図５Ａ〜図５Ｆに示したプロセスに従い、以下のようにして本発明の圧電素子を得た。
実施例１と同様に、Ｓｉウエハ上に３０ｎｍ厚のＴｉ密着層と１５０ｎｍ厚のＰｔ下部電極と５μｍ厚のＰＺＴ圧電体膜とを順次した。次いで、この圧電体膜上にＣｒを成膜して、パターニングされていない組成が一様な３００ｎｍ厚の上部電極を形成した後、レジストマスクを用いたパターニングを実施した。
【０１１５】
次に、上記上部電極上に、被覆膜として、酸素透過性の低い酸素透過バリア機能の高い厚みが一様なポリアクリロニトリル膜（膜厚１μｍ、酸素透過係数：８×１０−１６（ｃｍ３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ））を形成した。
【０１１６】
次に、上記被覆膜で被覆された上部電極に対して酸化処理を実施した。酸化処理は、酸素フロー雰囲気下、５０℃で熱処理することにより実施した。この処理により、上部電極の端部を、圧電体の中心側から外周面側に向けて金属酸化物の含有量が徐々に増加する傾斜組成構造とすることができた。
【０１１７】
上部電極の端部において組成傾斜が狙い通り得られているかどうかを確認するために、実施例３と同様に、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）による酸化度の定量化解析を行った。上部電極の端部において、圧電体の中心側から外周面側に向けてＣｒＯｘ（酸化クロム）を示すピーク強度が０から１に徐々に増加しており、酸化度が徐々に高くなっていることが確認された。傾斜組成構造の形成範囲Ｗ３は、上部電極の幅Ｗ１の５％（両端の傾斜組成構造部分の幅Ｗ３を合わせてＷ１の１０％）であった。  
最後に、溶剤により被覆膜を溶解除去して、本発明の圧電素子を得た。
【０１１８】
実施例１と同様に、サーモ顕微鏡を用いて、上部電極の端部において圧電体の中心側から外周面側に向けて圧電体にかかる電界強度が徐々に低下していることを間接的に評価した。実施例１と同様に、駆動電圧３０Ｖ／駆動周波数１００ｋＨｚの駆動条件において、上部電極の主部では、５５℃であったのに対して、上部電極端部の領域では圧電体の中心側から外周面側に向けて徐々に温度が下がり、上部電極の末端温度は２５℃であった。  
実施例１と同様に耐久寿命を測定したところ、約３００億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを上回る耐久性が得られた。
【０１１９】
（比較例１）
実施例１と同様に、Ｓｉウエハ上に３０ｎｍ厚のＴｉ密着層と１５０ｎｍ厚のＰｔ下部電極と５μｍ厚のＰＺＴ圧電体膜とを順次した。その後、通常のフォトリソグラフィー法により上部電極をパターン形成して、比較用の圧電素子を得た。上部電極は、５０ｎｍ厚のＴｉ層と２００ｎｍ厚のＰｔ層との積層構造とした。上部電極のパターンは１０００μｍφの円形状パターンとした。  
実施例１と同様に耐久寿命を測定したところ、約５０億サイクルであり、実用上の目安となる１００億サイクルを下回る耐久性であった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の圧電素子及びその製造方法は、インクジェット式記録ヘッド，磁気記録再生ヘッド，ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイス，マイクロポンプ，超音波探触子，及び超音波モータ等に搭載される圧電アクチュエータ、及び強誘電体メモリ等の強誘電体素子に好ましく適用できる。
【符号の説明】
【０１２１】
１、４  圧電素子
３、６  インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１０  基板
２０  下部電極
５０、８０  上部電極
５０Ｅ  上部電極の端部
８０Ｅ  上部電極の端部
５０Ｍ  上部電極の主部
８０Ｍ  上部電極の主部
３０  圧電体
４０  傾斜厚み絶縁層
４０Ａ  絶縁層
８０Ａ、８０Ｂ  導電性金属を主成分とする組成が一様な上部電極
９０  酸素透過膜
９１  被覆膜
Ａ１  上部電極の形成領域
Ａ２  上部電極の非形成領域
ＲＭ  レジストマスク
７０  インクノズル（液体貯留吐出部材）
７１  インク室（液体貯留室）
７２  インク吐出口（液体吐出口）
１００  インクジェット式記録装置
１０２Ｋ、１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙ  インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
【図１】
2010192721.tif 000003
【図２Ａ】
2010192721.tif 000004
【図２Ｂ】
2010192721.tif 000005
【図２Ｃ】
2010192721.tif 000006
【図２Ｄ】
2010192721.tif 000007
【図２Ｅ】
2010192721.tif 000008
【図２Ｆ】
2010192721.tif 000009
【図３】
2010192721.tif 000010
【図４Ａ】
2010192721.tif 000011
【図４Ｂ】
2010192721.tif 000012
【図４Ｃ】
2010192721.tif 000013
【図４Ｄ】
2010192721.tif 000014
【図４Ｅ】
2010192721.tif 000015
【図４Ｆ】
2010192721.tif 000016
【図５Ａ】
2010192721.tif 000017
【図５Ｂ】
2010192721.tif 000018
【図５Ｃ】
2010192721.tif 000019
【図５Ｄ】
2010192721.tif 000020
【図５Ｅ】
2010192721.tif 000021
【図５Ｆ】
2010192721.tif 000022
【図６】
2010192721.tif 000023
【図７】
2010192721.tif 000024
【図８】
2010192721.tif 000025