(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、圧電体及び該圧電体に接する一対の電極を有する圧電体素子であって、
前記圧電体が、Ｘ（ＢａＴｉＯ3）−（１−Ｘ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］（式中、Ｘは０＜Ｘ＜１を満たす実数を示す。）で表される組成相境界領域を有するペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
前記圧電体が、正方晶、菱面体晶、擬立方晶、斜方晶及び単斜晶のうち少なくとも２つの結晶相が混在するものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項３】
前記圧電体が、結晶相の混在割合が厚さ方向に徐々に変化する構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電体素子。
【請求項４】
基板上に、圧電体及び該圧電体に接する一対の電極を有する圧電体素子であって、
前記圧電体が、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＡｌＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＭｎＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＧａＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＹｂＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＩｎＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｓｎ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｔｉ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＡｌＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＭｎＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＧａＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＹｂＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）（ＢｉＩｎＯ3）、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｓｎ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｚｒ1/2）Ｏ3］、又は
Ｙ［Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3］−（１−Ｙ）［Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｔｉ1/2）Ｏ3］（式中、Ｙは０＜Ｙ＜１を満たす実数を示す。）のいずれかで表されるペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする圧電体素子。
【請求項５】
前記圧電体が、正方晶、菱面体晶、擬立方晶、斜方晶及び単斜晶のうち少なくとも２つの結晶相が混在するものであることを特徴とする請求項４に記載の圧電体素子。
【請求項６】
前記圧電体が、結晶相の混在割合が厚さ方向に徐々に変化する構造を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電体素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の圧電体素子を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の圧電体素子を有することを特徴とする超音波モーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子、これを用いた液体吐出ヘッド及び超音波モーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体材料や誘電体材料を薄膜化し、メムス（ＭＥＭＳ、Ｍｉｃｒｏ  ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）用等の圧電体素子として用いる研究が行われている。特に、ＡＢＯ3型のペロブスカイト型酸化物を成膜し、圧電体素子としてデバイス化する研究が盛んであり、ペロブスカイト型酸化物の結晶配向を制御し素子としての特性向上を図る試みがなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、バルクでは通常正方晶となる組成範囲の組成を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴと表すことがある）からなる菱面体晶系又は正方晶系のＰＺＴ膜を有する圧電体素子が挙げられている。そして、これらの圧電体素子は、ＰＺＴ膜が菱面体晶系である場合には＜１１１＞配向度が、正方晶系である場合は＜００１＞配向度が、基板の主面垂直方向に対して７０％以上であることを特徴としている。
【０００４】
しかしながら、これらの材料は、Ａサイト原子としてＰｂを含有するために、環境に対する影響が問題視されている。このため、ＢｉＦｅＯ3ペロブスカイト型酸化物を用いた圧電体素子の提案がなされている（特許文献２）。特許文献２に開示されたＢｉＦｅＯ3化合物は、残留分極が大きい材料として、非特許文献１、２等にも記載されている。しかし、Ｆｅ以外の原子をドーパントとして用いる記載はあるものの、Ｂサイト原子がＦｅ以外の原子である圧電材料に関しては記述されていない。
【０００５】
また、残留分極値の大きいＰｂＴｉＯ3が圧電材料として好ましく使用されないことを鑑みると、ＢｉＦｅＯ3だけでは高性能の特性を発現できなかったものと思われる。事実、前記特許文献２記載の発明においては、Ｂサイト原子として、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の原子を添加することが開示されている。しかし、利用されている結晶構造は、正方晶又は菱面体晶のみの構造であるため、圧電特性が向上した領域での変位特性又は光学特性の利用がなされていない。
【特許文献１】特開平  ６−３５０１５４号公報
【特許文献２】特開２００５−３９１６６号公報
【非特許文献１】「ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、２００４年、第４３巻、第５Ａ号、Ｌ６４７
【非特許文献２】「サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）」、２００３年３月１４日、第２９９巻、第５６１３号、ｐ．１７１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、圧電特性に優れた非鉛系の圧電体を用いた圧電体素子、該圧電体素子を有する液体吐出ヘッド及び超音波モーターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板上に、圧電体及び該圧電体に接する一対の電極を有する圧電体素子であって、
前記圧電体が、Ｘ（ＢａＴｉＯ3）−（１−Ｘ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］（式中、Ｘは０＜Ｘ＜１を満たす実数を示す。）で表される組成相境界領域を有するペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする圧電体素子に関する。
【０００８】
また、本発明は、基板上に、圧電体及び該圧電体に接する一対の電極を有する圧電体素子であって、
前記圧電体が、
Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＡｌＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＭｎＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＧａＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＹｂＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＩｎＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｓｎ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｎｂ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｔｉ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＡｌＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＭｎＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＧａＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＹｂＯ3），Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）（ＢｉＩｎＯ3）、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｓｎ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/2，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、Ｙ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｚｒ1/2）Ｏ3]、およびＹ[Ｂａ（Ｃｕ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3]−（１−Ｙ）[Ｂｉ（Ｚｎ1/4，Ｍｇ1/4，Ｔｉ1/2）Ｏ3]（式中、Ｙは０＜Ｙ＜１を満たす実数を示す。）のいずれかで表されるペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする圧電体素子に関する。
【０００９】
また、本発明は、上記圧電体素子を有することを特徴とする液体吐出ヘッドや、超音波モーターに関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧電特性に優れた非鉛系の圧電体を用いた圧電体素子、該圧電体素子を有する吐出力の大きい液体吐出ヘッドや、超音波モーターを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の圧電体素子は、基板上に、圧電体及び該圧電体に接する一対の電極を有する。そして、前記圧電体が、Ｘ（ＢａＴｉＯ3）−（１−Ｘ）［Ｂｉ（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2）Ｏ3］（式中、Ｘは０＜Ｘ＜１を満たす実数を示す。）で表される組成相境界領域を有するペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする。
【００１３】
または、前記圧電体が、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)BiAlO3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)BiMnO3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)BiGaO3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)BiYbO3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)BiInO3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Ti1/2)O3
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Sn1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Zr1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/2,Ti1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3- (1-Y)Bi(Zn1/2,Zr1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/4,Mg1/4,Zr1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Nb2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/4,Mg1/4,Ti1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)BiAlO3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)BiMnO3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)BiGaO3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)BiYbO3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)BiInO3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Ti1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Sn1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Mg1/2,Zr1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/2,Ti1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/2,Zr1/2)O3、
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/4,Mg1/4,Zr1/2)O3、又は
YBa(Cu1/3,Ta2/3)O3-(1-Y)Bi(Zn1/4,Mg1/4,Ti1/2)O3（式中、Yは０＜Y＜１を満たす実数を示す。）のいずれかで表されるペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の液体吐出ヘッドの実施形態の一例における圧電体素子部の厚さ方向の断面を示す模式的断面図を図１に、模式的斜視図を図２に示す。
【００１６】
本発明の実施形態の一例の圧電体素子１０は、図１に示されているように、基板１５上に、第一の電極６、圧電体７及び第二の電極８を少なくとも有する。また、該圧電体素子１０は、基板１５上に形成されたバッファー層１９を有していてもよい。圧電体７は、図２に示されているように、必要に応じて、パターニングされる。
【００１７】
本発明の圧電体素子における圧電体は、上述したように、式（１）
（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍ，Ｔｉ）Ｏ3      （１）
で表されるペロブスカイト型酸化物からなる。このような圧電体を有すると、圧電体素子において圧電特性に優れたものとなる。
【００１８】
上記式（１）で表されるチタン酸ビスマスバリウム系酸化物は、ＡＢＯ3型ペロブスカイト型酸化物であり、Ａサイト原子が２価及び３価のカチオンからなり、Ｂサイト原子が３価及び４価のカチオンになる原子の組合せからなる。式中のＭは、ＡＢＯ3型ペロブスカイト型酸化物のＢサイトを構成する、１種の原子又は２種以上の原子の組合せを示し、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる。Ｍは３価のカチオンを示し、２種以上の原子の組合せとする場合、選択する原子が３価であるときは、３価の原子を任意の原子比とすることができる。また、組み合わせる原子の原子価が異なるときは、組み合わせる原子全体の原子価が３価となるような原子比とすればよい。これらの原子の組合せとして、例えば、２価と５価のカチオンの組合せでは、２価の原子と５価の原子とが原子比において２：１で構成されるものを挙げることができる。即ち、式（１）中のＭの原子価としては、２価原子が原子比２／３と５価原子が原子比１／３とで全体として３価になる。同様に、２価の原子と４価の原子とが原子数比において等量で構成されるもの、２価の原子と６価の原子とが原子数比において３：１で構成されるものを挙げることができる。ちなみに、上記原子のうち３価の原子としては、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｙｂ及びＡｌを挙げることができる。また、２価の原子としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕを挙げることができる。さらに、４価の原子としては、Ｚｒ及びＳｎを、５価の原子としては、Ｎｂ及びＴａを、６価の原子としては、Ｗを挙げることができる。
【００１９】
上記式（１）で表されるペロブスカイト型酸化物の具体例として、例えば、以下に示すチアン酸ビスマスバリウム系酸化物を挙げることができる。
（ａ）（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍ(III)+3、Ｔｉ）Ｏ3系
（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍｎ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｃｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｃｏ，Ｔｉ）Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｓｃ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｉｎ，Ｔｉ）Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｇａ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｙｂ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍｎ，Ｓｃ，Ｔｉ）Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｉｎ，Ｓｃ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍｎ，Ｙｂ，Ｔｉ）Ｏ3。
（ｂ）（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍ(II)+2，Ｍ(IV)）+4，Ｔｉ｝Ｏ3系
（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/2，Ｚｒ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｚｎ1/2，Ｚｒ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/2，Ｔｉ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｚｎ1/2，Ｔｉ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/2，Ｓｎ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｃｕ1/2，Ｓｎ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/4，Ｚｎ1/4，Ｔｉ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/4，Ｃｏ1/2，Ｔｉ1/4），Ｔｉ｝Ｏ3、。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/4，Ｚｎ1/4，Ｚｒ1/2），Ｔｉ｝Ｏ3 。
（ｃ）（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍ(II)+22/3，Ｍ(V)+51/3+5），Ｔｉ｝Ｏ3系
（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ2/3，Ｎｂ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｚｎ2/3，Ｎｂ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｚｎ2/3，Ｔａ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｃｕ2/3，Ｔａ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｂ2/3，Ｔａ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｃｏ2/3，Ｎｂ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/3，Ｚｎ1/3，Ｎｂ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3。（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ1/3，Ｃｏ1/3，Ｎｂ1/3），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛Ｍｇ2/3，Ｎｂ1/6，Ｔａ1/6｝，Ｔｉ｝Ｏ3。
（ｄ）（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍ(II)+23/4，Ｍ(VI)+61/4），Ｔｉ｝Ｏ3系
（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ3/4，Ｗ1/4），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｃｏ3/4，Ｗ1/4），Ｔｉ｝Ｏ3、（Ｂｉ，Ｂａ）｛（Ｍｇ3/8，Ｃｏ3/8，Ｗ1/4），Ｔｉ｝Ｏ3 。
【００２０】
このような式（１）で表されるチタン酸ビスマスバリウム系酸化物からなる圧電体は、特性のよい組成相境界（ＭｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃＰｈａｓｅ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）領域（ＭＰＢ領域と表すことがある）の組成を有するものとできる。
【００２１】
かかるＭＰＢ領域の組成の式（１）で表されるチタン酸ビスマスバリウム系酸化物は、少なくとも２つの結晶相の混在する混相された構造を有するものとなる。上記圧電体の結晶相としては、正方晶、菱面体晶、擬立方晶、斜方晶及び単斜晶のうちの少なくとも２つの結晶相が混在する混相であることが好ましい。このような結晶相の混相した圧電体は、最大分極率と残留分極値の差が大きくなり、更に誘電率が上昇し、圧電特性が向上する。
【００２２】
上記ペロブスカイト型酸化物としては、不純物として１質量％以下のＰｂを含有するものも包含するが、Ｐｂを実質的に含有しないものがより好ましい。このようなペロブスカイト型酸化物を用いた圧電体は、環境に対する問題を軽減することができる。
【００２３】
このような式（１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体は、ＢｉＭＯ3とＢａＴｉＯ3の二つの成分から構成されるものである。二成分系からなる圧電体の一例を図３の模式的相図に示す。
【００２４】
図３において、横軸は、ＢａＴｉＯ3／ＢｉＭＯ3の組成比を、縦軸は、温度Ｔを示す。また、図中の斜線部は、ＭＰＢ領域であり、複数の結晶相の混相する領域である。このＭＰＢ領域の組成範囲は、構成成分の種類、圧電体膜の製法、用いる基板種により変化する。このため、構成成分だけでＭＰＢ領域の組成範囲が決定されることはなく、同一の組成であっても、ＭＰＢ領域の範囲は広狭変化する。
【００２５】
上記ＭＰＢ領域よりもＢａＴｉＯ3の多い組成域では、結晶相は正方晶であるが、ＭＰＢ領域よりもＢｉＭＯ3の多い組成域では、選択するＢｉＭＯ3により、菱面体晶、擬立方晶、斜方晶等の結晶相となる。
【００２６】
また、ＭＰＢ領域中では、単斜晶が現れる場合があり、圧電体中の結晶構造には、単斜晶も含まれることがある。
【００２７】
ＭＰＢ領域は、複数の結晶相の混相領域であるが、その組成の変動は、混相領域の中心組成から±４％以内とすることが好ましく、±３％以内とすることがより好ましい。
【００２８】
上記ＭＰＢ領域を有する圧電体としては、式（２）で表されるペロブスカイト型酸化物からなることが好ましい。
【００２９】
Ｘ（ＢａＴｉＯ3）（１−Ｘ）（ＢｉＭＯ3）    （２）
式中、Ｍは、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ及びＳｎから選ばれる１種の原子又は２種以上の原子の組合せを示し、Ｘは０＜Ｘ＜１を満たす実数を示す。Ｘを適宜選択することにより、ＭＰＢ領域構造を定めることができ、ＢａＴｉＯ3、ＢｉＭＯ3と比較して最大分極率と残留分極値の差が大きくなり、誘電率が２倍以上に上昇し、圧電特性を向上させることができる。
【００３０】
上記ＭＰＢ領域を有する圧電体はＢａＴｉＯ3が正方晶結晶相を有し、ＢｉＭＯ3が非正方晶結晶相を有することから、正方晶と非正方晶とを有する圧電体となる。非正方晶としては、菱面体晶、擬似立方晶、斜方晶、単斜晶を挙げることができ、これらの少なくとも１つが正方晶と混在し、圧電体を構成する。正方晶と混在する非結晶相としては、擬似立方晶、菱面体晶が好ましい。
【００３１】
圧電体が膜状のものである場合は、結晶相の混在割合が厚さ方向に徐々に変化する構造部分を有することが好ましい。より具体的には、圧電体は、一方の面側で、正方晶の割合が多く、他方の面側で、正方晶の割合が少ない薄膜状であることが好ましい。かかる圧電体膜は、更に、基板側の面で、正方晶の割合が多く、他方の面で正方晶の割合が少ないものがより好ましい。基板側で正方晶が多いものが好ましい理由としては、以下の理由を挙げることができる。スパッタ法等の基板の格子により影響されるエピタキシャル成長をさせる過程において、加熱成膜後、降温する際、基板と圧電体膜との線膨張係数の違いから作製する圧電体膜に引張り又は圧縮応力が生じる場合がある。正方晶は（１００）又は（００１）、（０１０）の方位を取ることが可能であり、圧電体膜に負荷される応力により正方晶の方位を変更し、（１００）又は（００１）、（０１０）の存在比率を変えることができる。このため、正方晶の割合が多いと、圧電体膜の応力を低減することが可能となり、基板との密着性が良好な圧電体膜を形成することができる。
【００３２】
更に、上記圧電体は、その結晶配向が＜１００＞の単一配向膜であること、また、＜１００＞単結晶膜であることがより好ましい。圧電体膜が単一配向膜であると、混在した各々の結晶相ごとに分極軸を揃えることとなり、電界を有効にかける方向を特定することができる。このような圧電体膜は、例えば、基板を加熱しながら圧電体膜を成膜するスパッタ法等のエピタキシャル成長をさせて成膜することができる。
【００３３】
単一配向膜とは、膜厚方向に単一の結晶方位をもつ結晶からなる膜をいい、面方向の方位は問わない。結晶配向＜１００＞の単一配向膜とは、厚さ方向が｛１００｝、｛１１０｝又は｛１１１｝方位のみの結晶により構成された膜であり、好ましくは｛１００｝である。単一配向膜とは、膜中の結晶相全体に対し、これらの方位の結晶相が７０％以上、好ましくは８０％以上、９９．９％以下で含有する膜も含まれる。圧電体が単一配向膜であるかはＸ線回折を用いて確認することができる。例えば、ＰＺＴペロブスカイト型構造の＜１００＞単一配向の場合、Ｘ線回折の２θ／θ測定での圧電体に起因するピークは｛１００｝、｛２００｝等の（Ｌ００）面（Ｌ＝１，２，３・・・ｎ：ｎは整数）のピークのみが検出される。また、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、図５（Ａ）のように中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置にリング状のパターンが得られる。
【００３４】
また、単結晶膜とは、厚さ方向及び面方向に単一の結晶方位を持つ結晶の膜のことを指す。結晶配向＜１００＞の単結晶膜とは、厚さ方向が｛１００｝、｛１１０｝又は｛１１１｝方位のみとなり、且つ、面方向のある一方向が＜１１０＞方位のみの結晶により構成された膜である。圧電体が単結晶であるかはＸ線回折を用いて確認することができる。例えば、ＰＺＴペロブスカイト型構造の＜１００＞単結晶膜の場合、Ｘ線回折の２θ／θ測定での圧電体膜に起因するピークは｛１００｝、｛２００｝等の（Ｌ００）面（Ｌ＝１，２，３・・・ｎ：ｎは整数）のピークのみが検出される。また、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、図５（Ｂ）のように中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置に９０°毎に４回対称のスポット状のパターンが得られる。
【００３５】
また、例えば＜１００＞配向のＰＺＴペロブスカイト型構造で、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置に８回対称や１２回対称のパターンが得られる結晶もある。もしくは、パターンがスポットではなく楕円である結晶もある。このような結晶を有する場合も、単結晶と単一配向の中間の対称性を有する結晶膜であるため、広義に単結晶膜及び単一配向膜とみなすことができる。同様に、単斜晶と正方晶、単斜晶と菱面体晶、正方晶と菱面体晶、その総ての複数結晶相が混在するＭＰＢ領域の状態や、双晶に起因する結晶が混在する場合や、転位や欠陥等がある場合も、広義に単結晶膜及び単一配向膜とみなすことができる。ここでいう、複数結晶相の混在（混相）とは、複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在して含まれるものではない。一つのペブロスカイト型酸化物の粒子中に複数の結晶相が存在するものであって、一体となって単結晶又は単一配向を成しているものである。
上記結晶相の構造は、Ｘ線回折法やラマン分光法により、存在する結晶相が１種であるのか２種以上の結晶相が混在する混相であるのかを測定することができ、結晶相の配向は、Ｘ線回折法により測定することができる。また、原子組成は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）法や誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ質量分析法）により分析することができる。
【００３６】
上記式（２）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、具体的には以下のものを例示することができる。以下の式中、Ｘ、（１−Ｘ）は省略する。
BaTiO3-Bi(Mg1/2,Ti1/2)O3。
【００３７】
また、本発明の圧電体素子に用いる圧電体として、式（３）
（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｍ'，Ｍ"，Ｃｕ）Ｏ3      （３）
で表されるペロブスカイト型酸化物からなるものを挙げることができる。このような圧電体を有すると、圧電体素子において圧電特性に優れたものとなる。
【００３８】
上記式（３）で表されるビスマスバリウム系酸化物は、ＡＢＯ3型ペロブスカイト型酸化物であり、Ａサイト原子がＢｉ、Ｂａからなり、Ｂサイト原子がＭ'、Ｍ"、Ｃｕの組合せからなる。式中のＭ’は、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる１種の原子を示し、Ｍ"は、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＳｎから選ばれる１種の原子又は２種以上の原子の組合せを示す。
【００３９】
上記式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体においても、特性のよいＭＰＢ領域の組成を有するものとできる。
【００４０】
このような式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体は、ＢｉＭ"Ｏ3とＢａ（Ｍ'，Ｃｕ）Ｏ3（ＢａＢＯ3と標記する。）との二つの成分から構成されるものである。
【００４１】
ＭＰＢ領域の組成範囲は、構成成分の種類、圧電体膜の製法、用いる基板種により変化する。このため、構成成分だけでＭＰＢ領域の組成範囲が決定されることはなく、同一の組成であっても、ＭＰＢ領域の範囲は広狭変化する。
上記ＭＰＢ領域よりもＢａＢＯ3の多い組成域では、結晶相は正方晶であるが、ＭＰＢ領域よりもＢｉＭ"Ｏ3の多い組成域では、選択するＢｉＭ"Ｏ3により、菱面体晶、擬立方晶、斜方晶等の結晶相となる。また、ＭＰＢ領域中では、単斜晶が現れる場合があり、圧電体中の結晶構造には、単斜晶も含まれることがある。
【００４２】
上記ＭＰＢ領域は、複数の結晶相の混相領域であるが、その組成の変動は、混相領域の中心組成から±４％以内とすることが好ましく、±３％以内とすることがより好ましい。
【００４３】
上記ＭＰＢ領域を有する圧電体としては、式（４）で表されるペロブスカイト型酸化物からなることが好ましい。
【００４４】
Ｙ｛Ｂａ（Ｃｕ1/3Ｍ'1/3Ｏ3）（１−Ｙ）（ＢｉＭ"Ｏ3）    （４）
式中、Ｍ'は、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる１種の原子を示し、Ｍ"は、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ及びＳｎから選ばれる１種の原子又は２種以上の原子の組合せを示し、Ｙは０＜Ｙ＜１を満たす実数を示す。Ｙを適宜選択することにより、ＭＰＢ領域を定めることができる。Ｙを適宜選択することにより、ＭＰＢ領域構造を定めることができ、ＢａＢＯ3、ＢｉＭ”Ｏ3と比較して最大分極率と残留分極値の差が大きくなり、誘電率が２倍以上に上昇し、圧電特性を向上させることができる。特に式（４）で表される酸化物のＢａＢＯ3はキューリー温度が高く、キューリー温度のより高い非鉛系圧電体となる。
【００４５】
式（３）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体においても、式（１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体と同様に、圧電体が膜状のものである場合、少なくとも２つの結晶相の混在割合が厚さ方向に徐々に変化するものが好ましい。具体的には、一方の面側で、特に、基板側で正方晶の割合が多く、他方の面側で、正方晶の割合が少ない薄膜状であることが好ましい。また、圧電体の結晶配向が＜１００＞の単一配向膜や、＜１００＞単結晶膜であることがより好ましい。
【００４６】
上記式（４）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、具体的には以下のものを例示することができる。以下の式中、Ｙ、（１−Ｙ）は省略する。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3-BiAlO3、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3-BiMnO3。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3-BiGaO3、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3-BiYbO3。
【００４７】
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3-BiInO3、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Mg1/2,Ti1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Mg1/2,Sn1/2)O3、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Mg1/2,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Zn1/2,Ti1/2)O3、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Zn1/2,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Zn1/4,Mg1/4,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3- Bi(Zn1/4,Mg1/4,Ti1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3-BiAlO3、Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3-BiMnO3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3-BiGaO3、Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3-BiYbO3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3-BiInO3、Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Mg1/2,Ti1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Mg1/2,Sn1/2)O3、Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Mg1/2,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Zn1/2,Ti1/2)O3、Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Zn1/2,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Zn1/4,Mg1/4,Zr1/2)O3。
Ba(Cu1/3,Ta2/3)O3- Bi(Zn1/4,Mg1/4,Ti1/2)O3。
【００４９】
上記圧電体の形状としては、基板上に形成されるものであれば、その形状を問わず、膜状、バルク体等いずれの形状のものであってもよい。
【００５０】
膜状の圧電体は、ゾルゲル法、スパッタ法、有機金属気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）等の薄膜形成方法により成膜して形成することができる。
【００５１】
圧電体膜の成膜において、基板上に形成した圧電体膜を結晶化させるために、圧電体膜を基板に成膜した後に、又は、圧電体膜を成膜しているときに圧電体膜及び基板を加熱する。
【００５２】
圧電体膜を成膜した後に又は圧電体膜を成膜しているときに加熱しその後に圧電体膜及び基板の温度を常温に戻す工程において、基板及び圧電体膜の熱膨張係数に差があると基板と圧電体膜との間に応力が生じる。
【００５３】
基板上に形成された圧電体膜は、降温過程において基板からの圧縮又は引張応力を受けると、その結晶構造を安定な状態へと変化させて応力を緩和する。
【００５４】
基板上に形成された圧電体膜は、この応力緩和過程において、上述した少なくとも２つの結晶相が混在する、混相状態となると考えられる。上記ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体はこのような混相状態の形成を可能とし、安定した膜を形成することができる。
【００５５】
最終的に、常温又は圧電体素子の使用温度において、上記圧電体膜の基板から受ける圧縮又は引張応力（残留応力と表すことがある）は、該圧電体膜の圧電性能の観点から、その絶対値は小さいことが好ましい。前記残留応力の絶対値は、具体的には、３００ＭＰａ以下であることが好ましく、１５０ＭＰａ以下であることがより好ましい。前記残留応力は、圧電体膜の形成された基板の反りから算出することができる。
【００５６】
バルク体の圧電体は、焼結による製法や、配向を制御する場合はTGG（Template Grain Growth）法やRTGG（Reactive Template Grain Growth）法を用いることができる。ＴＧＧ法やＲＴＧＧ法は、異方形状のテンプレート粒子と微細なマトリックス粒子とを混合しテープキャスト法等の方法で異方形状のテンプレート粒子の配置を制御した後、焼成することで配向制御を行う方法である。
【００５７】
これらの製法を用いる場合には、テンプレート粒子としてアスペクト比の高い異方形状粒子を用いることが好ましい。特にアスペクト比が３以上２０未満の板状粒子で、層状のＢｉ化合物あるいはＢａ化合物の板状配向粒子を用いることが好ましい。これらのテンプレート粒子となるＢｉ化合物、Ｂａ化合物の添加量としては、テンプレート粒子とマトリックス粒子との総量に対して、２０質量％以上９５質量％以下が好ましい。また、バルク状圧電体を単結晶として製造する場合には、フラックス法やTSSG（Top Seeded Solution Growth）法を用いることができる。
【００５８】
また、上記圧電体が膜状の場合、１．０μｍ以上、１５μｍ以下の膜厚を有することが好ましく、１．５μｍ以上、１０μｍ以下の膜厚を有することがより好ましい。膜厚が１．０μｍ以上であれば、該圧電体を有する本発明の圧電体素子を本発明の液体吐出ヘッドに用いた場合、吐出力の大きい液体吐出ヘッドを得ることができる。また、膜厚が１５μｍ以下であれば、ＭＥＭＳ応用での微細化に好適である。
【００５９】
上記圧電体がバルク体の場合、サイズ限定は特になく、例えば、厚さ１５μｍを超えるものを挙げることができる。圧電体素子に搭載する場合に、効率がよく、コストメリットのあるサイズを挙げることができる。バルク体を研磨処理し５０μｍ未満にして使用することもできる。
【００６０】
本発明の圧電体素子に用いる基板１５としては、圧電体７を単結晶の圧電体膜とする場合は、単結晶基板を用いることが好ましい。単結晶基板としては、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、ＳｒＴｉＯ3基板、ＭｇＯ基板等が好ましい。これらの基板のなかでは、Ｓｉ基板やＳＯＩ基板がより好ましい。圧電体７を、単一配向膜とする場合は、Ｓｉ基板、ＳＯＩ基板、ＳＵＳ基板、金属基板やセラミックス基板を用いることが好ましく、Ｓｉ基板やＳＯＩ基板を用いることがより好ましい。
【００６１】
本発明の記圧電体素子において、エピタキシャル圧電体膜を得るためには、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板上に形成したイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ等のエピタキシャル＜１００＞酸化物電極を介して、圧電体を設けることが好ましい。また、圧電体を単一配向膜とするためには、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板上に形成した面心立方晶金属の＜１００＞酸化物電極を介して、圧電体膜を成膜することが好ましい。上述した単一配向した圧電体膜を得るための好ましい成膜方法によれば、Ｓｉ基板上の層構成は、酸化物電極／面心立方晶金属／ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／Ｓｉ、酸化物電極／面心立方晶金属／Ｔａ／ＳｉＯ2／Ｓｉ等となる。ここで、ＴｉＯ2、Ｔａは、密着層である。上記酸化物電極は、２層以上が積層されたものであってもよい。
【００６２】
本発明の圧電体素子における第一の電極６と第二の電極８は、図１に示したような、圧電体７を挟む上下電極であってもよいし、圧電体７の同一膜面上に設けられた櫛歯電極であってもよい。振動板を変形させ変位量を得る、ベンディングモードを利用する圧電体素子の場合においては、圧電体を挟む上下電極の構成とすると、変位量をより低電圧で得ることができる。
【００６３】
上記圧電体の上下に電極を設ける場合、第一の電極を基板上に設ける。第一の電極と基板間には、配向性制御のためのバッファ層を介在させてもよい。バッファ層として、ＹＳＺ膜、ＳｒＴｉＯ3膜、ＭｇＯ膜等を用いることが好ましい。
【００６４】
本発明における第一の電極６、第二の電極８としては、面心立方晶金属、六方最密充填構造晶金属、体心立方晶金属等の金属材料、ＡＢＯ3型ペロブスカイト型酸化物等の導電性材料からなるものを用いることが好ましい。
【００６５】
好ましい面心立方晶金属としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ等を挙げることができる。また、好ましい六方最密充填構造晶金属としては、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｏｓ等を挙げることができる。また、好ましい体心立方晶金属としては、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａ等を挙げることができる。これらの金属材料の一部が、結晶性、導電性を損なわない程度に酸化物になっていてもよい。特に、最表面が酸化物になることは、圧電体中の鉛の拡散を抑制する点で好ましい。
【００６６】
ＡＢＯ3型ペロブスカイト型酸化物としては、ＳｒＲｕＯ3、（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｏＯ3、ＢａＰｂＯ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、ＬａＮｉＯ3等が好ましい。
【００６７】
これらの電極材料は、複数種を併用してもよい。その場合、第一の電極、第二の電極は、２層以上の複数層で構成されたものであってもよい。
【００６８】
第一の電極、第二の電極の膜厚は、通常、５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下とすることがより好ましい。第一の電極、第二の電極の膜厚を５０ｎｍ以上とすると、導電性がよく好ましい。また、５００ｎｍ以下とすると圧電体素子の変位量が向上し、電極の結晶性制御が容易となり好ましい。
【００６９】
本発明の圧電体素子の実施態様の一例として光学用圧電体素子であるスクラブ型光導波路を図４の概略構成図に示す。図４(ａ)の平面図、（ｂ）の側面図に示すように、スクラブ型光導波路には、クラッド層４４、４６とコア層４５よりなる光導波路４０が備えられる。更に、Ｓｉ基板等の基板４１、基板上に配向膜あるいはエピタキシャル膜を成膜させるためのバッファ層１９、電極層１６、偏光電極の上電極１８が設けられる。コア層４５には上記圧電体が用いられる。
【００７０】
本発明の液体吐出ヘッドは、上記本発明の圧電体素子を有する液体吐出ヘッドである。本発明の液体吐出ヘッドの一例を図２及び図１を用いて説明する。図２に示した実施形態の液体吐出ヘッドは、吐出口１１、吐出口１１と個別液室１３とを連結する連通孔１２、個別液室１３に液を供給する共通液室１４を備えている。この連通した経路に沿って液体が、吐出口１１に供給される。個別液室１３の一部は振動板１５で構成されている。振動板１５に振動を付与するための圧電体素子１０は、個別液室の外部に設けられている。圧電体素子１０が不図示の電源より電圧を印加されて駆動されると振動板１５は圧電体素子１０によって振動を付与され個別液室１３内の液体が吐出口１１から吐出される。
【００７１】
圧電体素子１０は、図２に示されているように矩形の形にパターニングされた圧電体７を有しているが、この形状は矩形以外に楕円形、円形、平行四辺形等であってもよい。その際、一般的に、圧電体７は、液体吐出ヘッドにおける個別液室１３の形状に沿った形状を採る。
【００７２】
本発明の液体吐出ヘッドを構成する圧電体素子１０を更に詳細に図１を用いて説明する。
【００７３】
図１に示した実施形態の圧電体素子１０の圧電体７の断面形状は矩形で表示されているが、台形や逆台形でもよい。本発明の圧電体素子１０を構成する第一の電極６及び第二の電極８は、それぞれ液体吐出ヘッドの下部電極１６、上部電極１８のどちらになってもよい。
【００７４】
同様に、振動板１５は本発明の圧電体素子１０を構成する基板１５の一部からなるものであってもよい。これらの違いはデバイス化の際の製造方法によるものであり、どちらでも本発明の効果を得ることができる。
また、振動板１５と下部電極膜１６の間にバッファ−層１９が存在してもよい。バッファ層の膜厚は、通常、５ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
【００７５】
上記液体吐出ヘッドにおいては、圧電体の伸縮により振動板が上下に変動し、これにより個別液室の液体に圧力が加えられ、吐出口より液体が吐出される。
【００７６】
また、振動板の膜厚は、通常、１．０μｍ以上、１５μｍ以下であり、好ましくは１．５μｍ以上、８μｍ以下である。振動板は、基板の一部からなるものであってもよい。この場合、上記に説明したように、振動板の材料は、好ましくはＳｉである。また、基板上に形成されたバッファ層や電極も振動板の一部となってもよい。振動板のＳｉにＢがドープされていてもよい。
【００７７】
吐出口の大きさは、通常、口径が５μｍ以上、４０μｍ以下とすることが好ましい。吐出口の形状は、通常、円形であるが、星型や角型状、三角形状であってもよい。
【００７８】
本発明の液体吐出ヘッドは、プリンター以外に電子デバイスの製造用にも用いることができる。
【００７９】
本発明の超音波モーターは、上記圧電体素子を用いたものである。
【００８０】
本発明の超音波モーターの一例を図６に示す。図６に示す超音波モーターは単板からなる圧電体を備えた上記圧電体素子２２を有する。更に、圧電体素子２２がエポキシ系等の接着剤２３により金属の弾性体リング２１に接合された振動体２４と、振動体２４の摺動面に不図示の加圧バネにより加圧力を受けて接触するローター２５と、ローター２５に一体的に設けられる出力軸２６により構成される。
【００８１】
圧電体素子２２の圧電体に２相（位相がπ／２異なる）の電源から交流電圧を印加すると振動体２４に屈曲進行波が発生し、振動体２４の摺動面上の各点は楕円運動をする。この振動体２４の摺動面にローター２５を圧接すると、ローター２５は、振動体２４から摩擦力を受け、振動体摺動面上の楕円運動の方向へ回転する。ローター２５の回転が出力軸２６を介して、この出力軸にカップリング等で接合される被駆動体に伝達され、被駆動体が駆動される。この種のモーターは、圧電体に電圧を印加すると圧電横効果によって圧電体が伸縮するため、金属等の弾性体に圧電素子を接合しておくと、弾性体が曲げられるという原理を利用したものである。
【００８２】
更に、本発明の超音波モーターの一例として積層構造の圧電体を有する圧電体素子を用いた超音波モーターを図７に示す。図７に示す超音波モーターは、金属製の振動子６１と、複数の筒形状の金属ブロック間に介装される複数の上記圧電体素子６３とを、ボルト６７により締結して該複数の圧電体素子６３を挟持固定し一体化し、振動子を構成している。複数の圧電体素子の圧電体に位相の異なる交流電圧を印加することにより、直交する２つの振動を励起し、その合成により、振動子の先端部を円振動させるようになっている。振動子６１の上部にはくびれた周溝を形成し、振動の変位を大きくすることができる。振動子６１に加圧用のバネＳにより加圧接触するようにローター６２が配置され、振動子の振動を伝達する摩擦力を得ると同時に、ローター６２を回転可能に支持するベアリング６６が設けられている。
【実施例】
【００８３】
本発明の圧電体素子を、具体例を挙げて更に詳細に説明する。
［実施例１］
Ｘ｛BaTiO3｝（１−Ｘ）｛Bi（Mg1/3,Ti2/3）O3｝薄膜
チタン酸バリウム、酸化ビスマス、酸化マグネシウム、酸化ニオブを混合し、加熱加圧成形し圧粉体のターゲットを作成した。これを用いて、ＳｒＲｕＯ3（１００）エピタキシャル膜が設けられたＳＯＩ（１００）基板にスパッタ成膜した。成膜時、基板を７５０℃に加熱し、Ａｒ／Ｏ2＝１０：１で２Ｐａ雰囲気下、スパッタ成膜した。Ｂａ、ＢｉがＡサイトに入り、Ｍｇ、ＴｉがＢサイトに入った３μｍのペロブスカイト｛１００｝エピタキシャルの圧電膜を得た。
【００８４】
ターゲット組成を変えることにより組成Ｘを、０．９、０．７、０．５、０．３付近の膜を成膜した。この膜に上電極として、Ａｕを成膜し特性評価を行った。結晶相が変化することより、正方晶と菱面体晶が混在するMPB領域Ｘは０．７から０．５の範囲にあった。
【００８５】
この範囲で誘電率が６５０と３倍以上上昇し、１００μｍφの上電極サイズでｄ33圧電定数が１５０を超えるものであった。また、ＭＰＢ領域では、結晶相は、基板側に正方晶が多く含有され、上側に菱面体晶が多い傾斜構造であった。基板側には正方晶が６０体積％存在し、圧電膜表面側には菱面体晶が６０体積％存在する、結晶相が傾斜した膜構造であった。
【００８６】
このＳＯＩ基板のハンドル層をエッチング加工し個別液室１３を設け、圧電体をパターニングすることにより、図２に相当する液体吐出ヘッドを作成した。
【００８７】
３０Ｖ印加により、５ｐｌ〜６ｐｌの液滴を吐出することができ、ヘッドとして十分満足できる特性であることを確認した。
【００８８】
［実施例２］
Y[Ba（Cu1/3,Nb2/3）O3]（１−Y）（BiAlO3）セラミックス
Ｂａ原料として硝酸バリウム、銅原料として硝酸銅、ニオブ原料として酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）をモル比で３：１．２：１で調整し、酸性水溶液に加熱下、懸濁、溶解させた。その後、アルカリ処理により、析出物をろ過、採取、乾燥し、Ba(Cu1/3,Nb2/3)O3の原料とした。
【００８９】
また、酸化ビスマス、Ａｌ原料として酸化アルミニウムを粉砕、仮焼を繰り返し、ＢｉＡｉＯ3の原料とした。この原料を各種モル比（Y＝０．９５〜０．３の範囲）で混合し、ボールミルで粉砕し、空気中、１１００℃で加熱処理した。その後、加圧成形機で成形し、焼結処理を１０時間、１２５０℃で焼結させた。焼結体を、研磨処理、電極付け後、５ｋＶ／ｃｍの電界強度で分極処理を行い、圧電体を得た。１２×３×１ｍｍ3サイズのカンチレバータイプに加工し、変位量、駆動電圧に対して、レーザードップラーで良好な変位を測定した。ｄ33圧電定数は、１００を超えるものであった。本発明の圧電材料は、アルカリ金属を含有しないため、組成制御の再現性が容易であり、また、高温、高湿下での耐久劣化も少ない材料であることを確認できた。
［実施例３］
Y[Ba（Cu1/3,Ta2/3）O3]（１−Y）｛Bi（Zn）1/3,Ti2/3｝O3｝配向セラミックス
Ｂａ原料として硝酸バリウム、銅原料として硝酸銅、ニオブ原料として酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）をモル比で３：１．１：１で調整し、酸性水溶液に加熱下、懸濁、溶解させた。その後、アルカリ処理により、析出物をろ過、採取、乾燥し、Ｂａ  、Ｃｕ、Ｔａの原料とした。
【００９０】
また、酸化ビスマス、酸化亜鉛を粉砕、仮焼を繰り返し、ＢｉとＺｎの原料とした。これとBa(Cu1/3,Ta2/3)O3原料を水中に分散処理し、配向制御用にアスペクト比５のBaTiO3（１１０）配向板状粒子を亜鉛量に対し２．１倍モルになるよう加え、分散した。これをドクターブレードにより乾燥後の膜厚が８０μｍになるよう塗布し、乾燥した層を積層し、切断加工後、１１６０℃で７時間、焼成処理を行い｛１１０｝配向が８２％となった単一配向体を得た。また、この圧電体の結晶相は、正方晶が多く存在するが、擬立方晶も存在する混相系であることをラマン分光により確認した。
【００９１】
結晶化後の酸化物を研磨、電極付け後、分極処理を行い、特性を評価した。圧電定数として、d33が３００を超えるものであった。
【００９２】
この圧電体をリング形状にし圧電体素子形成し、これを用いて図６の超音波モーターを作成した。得られた圧電体素子は、十分な駆動力を有し、超音波モーターとして利用できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの実施態様の一例の圧電体素子部の厚さ方向の断面を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドの実施態様の一例を示す摸式的斜視図である。
【図３】本発明の圧電体素子に用いる圧電体の一例のＢｉＭＯ3／ＢａＴｉＯ3系圧電体を示す模式的相図である。
【図４】本発明の圧電体素子の実施態様の一例の光学用圧電体素子であるスクラブ型光導波路を示す概略構成図である。
【図５】本発明の圧電体素子の実施態様の一例の圧電体の（Ａ）単一配向膜、（Ｂ）単結晶膜を示す概略構成図である。
【図６】本発明の超音波モーターの一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の超音波モーターの他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００９４】
６    第一の電極
７    圧電体
８    第二の電極
１０、２２、６３  圧電体素子
１１  吐出口
１２  連通孔
１３  個別液室
１４  共通液室
１５  基板、振動板
１６  下部電極
１８  上部電極
１９  バッファ層
２４  振動体
２５  ローター
４０  光導波路
４１  基板
４４  クラッド層
４５  コア層
６１  振動子
６２  ローター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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