(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を具備する圧電体膜：
（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層、および
（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層、ここで、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
【請求項２】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項１に記載の圧電体膜。
【請求項３】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項１に記載の圧電体膜。
【請求項４】
インクジェットヘッドであって、
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、
前記圧電体膜に接合された振動層と、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備え、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変位に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す、
インクジェットヘッド。
【請求項５】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、以下の工程を具備する：
以下を具備する前記インクジェットヘッドを準備する工程（ａ）、
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜、
前記圧電体膜に接合された振動層、
インクを収容する圧力室を有するとともに、前記振動層における前記圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材、ここで、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体膜の変位に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、前記圧電体膜に接合され、
前記振動層と前記圧力室部材とは、前記振動層の変位に応じて前記圧力室の容積が変化するとともに、前記圧力室の容積の変化に応じて前記圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されており、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表し、
前記第１電極および第２電極を介して前記圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、前記圧力室の容積が変化するように前記振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により前記圧力室からインクを吐出させる工程（ｂ）。
【請求項８】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
角速度センサであって、
振動部を有する基板と、
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、を備え、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表し、
前記第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、前記振動部を発振させる駆動電圧を前記圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変位を測定するためのセンス電極とを含む電極群とにより、構成されている、
角速度センサ。
【請求項１１】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、以下の工程を具備する：
以下を具備する前記角速度センサを準備する工程（ａ）、ここで
振動部を有する基板、および
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜、ここで、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表し、
前記第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されており、
駆動電圧を、前記第１電極および第２電極から選ばれる他方の電極と前記駆動電極とを介して前記圧電体層に印加することにより、前記振動部を発振させる工程（ｂ）、
発振中の前記振動部に加わった角速度によって前記振動部に生じた変位を、前記他方の電極と前記センス電極とを介して測定することで前記加わった角速度の値を得る工程（ｃ）。
【請求項１４】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
以下を具備する、圧電発電素子：
振動部を有する基板、
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜、ここで、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
【請求項１７】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項１６に記載の圧電発電素子。
【請求項１８】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項１６に記載の圧電発電素子。
【請求項１９】
圧電発電素子を用いて電気を発生する方法であって、以下を具備する：
以下を具備する前記圧電発電素子を用意する工程（ａ）、
振動部を有する基板、および
前記振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜、ここで、
前記第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、
前記圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、
Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表し、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１電極および第２電極を介して電力を得る工程（ｂ）。
【請求項２０】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電体膜とその製造方法に関する。さらに、本発明は、当該圧電体膜を備えるインクジェットヘッドと当該ヘッドを用いて画像を形成する方法、当該圧電体膜を備える角速度センサと当該センサを用いて角速度を測定する方法ならびに当該圧電体膜を備える圧電発電素子と当該素子を用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペロブスカイト複合酸化物［（Ｂｉ，Ｎａ）１−βＢａβ］ＴｉＯ３（以下、「ＮＢＴ−ＢＴ」という）は、非鉛（ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ）強誘電材料として、現在、研究開発されている。【０００３】
特許文献１および非特許文献１は、ＮＢＴ−ＢＴ層が、３〜１５％のバリウムモル比β（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）を有する結晶相境界（Ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ、ＭＰＢ）近傍組成を有する場合に、ＮＢＴ−ＢＴ層が高い圧電性能を有することを開示している。【０００４】
特許文献２および非特許文献２は、ペロブスカイト複合酸化物ＮＢＴ−ＢＴがペロブスカイト酸化物ＢｉＦｅＯ３に組み合わせた（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３を開示している。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３の圧電性能は、１８０℃のはんだリフロー温度でも維持される。【０００５】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３もまた、ＰＺＴに代えて用いられ得る非鉛強誘電材料として期待されている。しかし、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３は、ＰＺＴよりも低い圧電性能を有する。【０００６】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３もしくはＢｉＦｅＯ３を含有する強誘電材料は、高い誘電損失を有する。誘電損失が高い場合、強誘電性能および圧電性能は著しく低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平４−６００７３号公報
【特許文献２】特許第４１４０７９６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０４７０４９号
【特許文献４】米国特許第７８７０７８７号明細書
【特許文献５】中国特許出願公開第１０１９８１７１８号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．  Ｔａｋｅｎａｋａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  ３０，  Ｎｏ．  ９Ｂ，  （１９９１），  ｐｐ．  ２２３６−２２３９
【非特許文献２】Ｅ．  Ｖ．  Ｒａｍａｎａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  １２，  （２０１０），  ｐｐ．  ９５６−９６２
【非特許文献３】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ９３  ［４］  （２０１０）  １１０８-１１１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、および高い圧電定数を有する非鉛圧電体膜を提供することである。【００１０】
本発明の他の目的は、上記非鉛圧電体膜を備えるインクジェットヘッド、角速度センサおよび圧電発電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、上記インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、上記角速度センサを用いて角速度を測定する方法および上記圧電発電素子を用いた発電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
Ａ１．本発明は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層、および（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層を具備する、圧電体膜である。【００１２】
ここで、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
Ａ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ａ１に記載の圧電体膜。
Ａ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ａ１に記載の圧電体膜。
Ａ４．インクジェットヘッドであって、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜と、圧電体膜に接合された振動層と、インクを収容する圧力室を有するとともに、振動層における圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材と、を備える。【００１３】
振動層は、圧電効果に基づく圧電体膜の変位に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、圧電体膜に接合され、振動層と圧力室部材とは、振動層の変位に応じて圧力室の容積が変化するとともに、圧力室の容積の変化に応じて圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
Ａ５．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ａ４に記載のインクジェットヘッド。
Ａ６．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ａ４に記載のインクジェットヘッド。
Ｂ１．インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法であって、以下の工程（ａ）、（ｂ）を具備する：
以下を具備するインクジェットヘッドを準備する工程（ａ）：
第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜、圧電体膜に接合された振動層、インクを収容する圧力室を有するとともに、振動層における圧電体膜が接合した面とは反対側の面に接合された圧力室部材。ここで、振動層は、圧電効果に基づく圧電体膜の変位に応じて当該振動層の膜厚方向に変位するように、圧電体膜に接合され、振動層と圧力室部材とは、振動層の変位に応じて圧力室の容積が変化するとともに、圧力室の容積の変化に応じて圧力室内のインクが吐出されるように、互いに接合されている。【００１４】
第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。【００１５】
第１電極および第２電極を介して圧電体層に電圧を印加することにより、圧電効果に基づき、圧力室の容積が変化するように振動層を当該層の膜厚方向に変位させ、当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程（ｂ）。
Ｂ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ｂ１に記載の方法。
Ｂ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ｂ１に記載の方法。
Ｃ１．角速度センサであって、振動部を有する基板と、振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜とを備える。【００１６】
第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、振動部を発振させる駆動電圧を圧電体層に印加する駆動電極と、発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変位を測定するためのセンス電極とを含む電極群とにより、構成されている、角速度センサ。
Ｃ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ｃ１に記載の角速度センサ。
Ｃ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ｃ１に記載の角速度センサ。
Ｄ１．角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、以下の工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を具備する：
以下を具備する角速度センサを準備する工程（ａ）：
角速度センサは、振動部を有する基板、および振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜を具備する。【００１７】
第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、  Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。【００１８】
第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成されている。【００１９】
駆動電圧を、第１電極および第２電極から選ばれる他方の電極と駆動電極とを介して圧電体層に印加することにより、振動部を発振させる工程（ｂ）。【００２０】
発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変位を、他方の電極とセンス電極とを介して測定することで加わった角速度の値を得る工程（ｃ）。
Ｄ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ｄ１に記載の方法。
Ｄ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ｄ１に記載の方法。
Ｅ１．振動部を有する基板、振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜を具備する圧電発電素子。【００２１】
第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
Ｅ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ｅ１に記載の圧電発電素子。
Ｅ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ｅ１に記載の圧電発電素子。
Ｆ１．圧電発電素子を用いて電気を発生する方法であって、以下の工程（ａ）、（ｂ）を具備する：
以下を具備する圧電発電素子を用意する工程（ａ）。【００２２】
振動部を有する基板、および振動部に接合されるとともに、第１電極および第２電極に挟まれた圧電体層を有する圧電体膜。ここで、第１電極は、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層を具備し、圧電体層は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層であり、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。【００２３】
振動部に振動を与えることにより、第１電極および第２電極を介して電力を得る工程（ｂ）。
Ｆ２．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層に接している、Ｆ１に記載の方法。
Ｆ３．（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎをさらに含有する、Ｆ１に記載の方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、高い圧電定数を有する非鉛圧電体膜を提供する。【００２５】
本発明は、上記非鉛圧電体膜を具備するインクジェットヘッドおよびそれを用いて画像を形成する方法を提供する。【００２６】
本発明は、上記非鉛圧電体膜を具備する角速度センサおよびそれを用いて角速度を測定する方法を提供する。【００２７】
本発明は、上記非鉛圧電体膜を具備する圧電発電素子およびそれを用いて発電する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態による圧電体膜の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例を示す図である。
【図２】図２は、実施例Ａ１〜実施例Ａ３および比較例Ａ１〜比較例Ａ２による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図３】図３は、実施例Ａ１、実施例Ａ４〜実施例Ａ８、および比較例Ａ３〜比較例Ａ４による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図４】図４は、実施例Ａ１、実施例Ａ９、および実施例Ａ１０による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図５】図５は、実施例Ａ１および比較例Ａ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【図６】図６は、本発明のインクジェットヘッドの一例を模式的に示す、部分的に当該インクジェットヘッドの断面が示された斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を模式的に示す、部分的に当該要部の断面が示された分解斜視図である。
【図８】図８は、図６に示すインクジェットヘッドにおける、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の角速度センサの一例を模式的に示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示す角速度センサにおける断面Ｅ１を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の圧電発電素子の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例Ｂ１〜実施例Ｂ３および比較例Ｂ１〜比較例Ｂ２による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図１４】図１４は、実施例Ｂ１、実施例Ｂ４〜実施例Ｂ８、および比較例Ｂ３〜比較例Ｂ４による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図１５】図１５は、実施例Ｂ１、実施例Ｂ９、および実施例Ｂ１０による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図１６】図１６は、実施例Ｂ１および比較例Ｂ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【図１７】図１７は、実施例Ｃ１〜実施例Ｃ３および比較例Ｃ１〜比較例Ｃ２による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図１８】図１８は、実施例Ｃ１、実施例Ｃ４〜実施例Ｃ８、および比較例Ｃ３〜比較例Ｃ４による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図１９】図１９は、実施例Ｃ１、実施例Ｃ９、および実施例Ｃ１０による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図２０】図２０は、実施例Ｃ１および比較例Ｃ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【図２１】図２１は、実施例Ｄ１〜実施例Ｄ３および比較例Ｄ１〜比較例Ｄ２による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図２２】図２２は、実施例Ｄ１、実施例Ｄ４〜実施例Ｄ８、および比較例Ｄ３〜比較例Ｄ４による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図２３】図２３は、実施例Ｄ１、実施例Ｄ９、および実施例Ｄ１０による圧電体膜のＸ線回折プロファイルを示す。
【図２４】図２４は、実施例Ｄ１および比較例Ｄ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態が、図面を参照しながら、以下、説明される。以下の説明では、同一の部材に同一の符号が与えられる。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００３０】
［用語の定義］
本明細書において用いられる用語が、以下のように定義される。
【００３１】
用語「温度Ｔｄ」とは、圧電体層中に含まれる分極が圧電体層を加熱することによって完全に消失する時の温度を意味する。すなわち、圧電体層は、温度Ｔｄよりも高い温度において、分極を完全に失う。分極を有さない圧電体層は、圧電体層として機能しない。はんだリフローの観点から、温度Ｔｄは１８０℃以上であることが望ましい。
【００３２】
［圧電体膜］
図１Ａは、実施形態による圧電体膜を示す。図１Ａに示される圧電体膜１ａは、積層構造１６ａを有する。この積層構造１６ａは、（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ層１３、および（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５を有する。文字「Ｍ」は、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表す。文字「Ｑ」は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表す。ＮａｘＭ１−ｘ層１３は、第１電極層として機能する。積層構造１６ａは、さらに第２電極層１７を具備する。（（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、第１電極層１３および第２電極層１７の間に挟まれる。第１電極層１３および第２電極層１７は、（（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に電圧を印加するために用いられる。
【００３３】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（００１）配向のみを有する。言い換えれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（００１）面以外の配向を有さない。例えば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（１１０）配向を有さない。後述される比較例Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、およびＤ２も参照せよ。
【００３４】
同様に、ＮａｘＭ１−ｘ層１３も、（００１）配向のみを有する。
【００３５】
文字ｘは、０．００２以上０．０２以下の値を表す。ｘの値が０．００２未満である場合には、結晶配向性、分極消失温度、および圧電定数が低く、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、およびＤ１Ｄ２を参照せよ。
【００３６】
ｘの値が０．０２を超えると、結晶配向性、分極消失温度、および圧電定数が低く、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、およびＤ２を参照せよ。
【００３７】
αの値は、０．２０以上０．５０以下である。αの値が０．２０未満である場合、分極消失温度が低い。後述される比較例Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、およびＤ３を参照せよ。
【００３８】
αの値が０．５０を超えるである場合、結晶配向性、分極消失温度、および圧電定数が低く、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、およびＤ４を参照せよ。
【００３９】
積層されたこれらの層は互いに接することが望ましい。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、圧電体層として機能する。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、小さいリーク電流、高い結晶性、および高い（００１）配向性を有する。このため、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、鉛を含有しないにも拘わらず、高い分極消失温度、低い誘電損失、および高い圧電性能を有する。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、ＰＺＴ層と同じ圧電性能を有する。
【００４０】
ＮａｘＭ１−ｘ層１３は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。ＮａｘＭ１−ｘ層１３は、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、またはエアロゾル堆積法（ＡＤ法）のような薄膜形成法によっても形成され得る。
【００４１】
ＮａｘＭ１−ｘ層１３の厚みは限定されない。一例として、ＮａｘＭ１−ｘ層１３は、約２ナノメートル以上の厚みを有する。
【００４２】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の厚みも限定されない。厚みは、例えば、０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である。
【００４３】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、化学式ＡＢＯ３により表されるペロブスカイトの結晶構造を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉおよびＱである。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、サイトＡにおけるＮａを置換するＬｉおよびＫならびにＢａを置換するＳｒおよびＣａであり得る。当該不純物は、典型的には、サイトＢにおけるＴｉを置換するＺｒであり得る。その他の不純物は、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｇａ、ＮｂおよびＴａであり得る。いくつかの不純物は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００４４】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、例えば、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法のような他の薄膜形成手法によっても形成され得る。
【００４５】
第２電極層１７の材料の例は、低い電気抵抗を有する金属である。第２電極層１７の材料の他の例は、ＮｉＯ、ＲｕＯ２、ＩｒＯ３、ＳｒＲｕＯ３、またはＬａＮｉＯ３のような酸化物導電体である。第２電極層１７は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。
【００４６】
第２電極層１７および（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３層１５の間に金属層が配置され、両者の密着性を向上させ得る。金属層の材料の例は、チタン、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、またはクロムである。２種類以上の金属が用いられ得る。
【００４７】
図１Ｂは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例を示す。図１Ｂに示されるように、積層構造１６ｂは基板１１をさらに備える。ＮａｘＭ１−ｘ層１３は基板１１の上に形成される。
【００４８】
基板１１の例が、以下、記述される：
シリコン基板；
ＭｇＯ基板のようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板；
ＳｒＴｉＯ３基板、ＬａＡｌＯ３基板、またはＮｄＧａＯ３基板のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板；
Ａｌ２Ｏ３基板のようなコランダム型構造を有する酸化物基板；
ＭｇＡｌ２Ｏ４基板のようなスピネル型構造を有する酸化物基板；
ＴｉＯ２基板のようなルチル型構造を有する酸化物基板；または、
（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ３またはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のような立方晶系の結晶構造を有する酸化物基板。
【００４９】
望ましくは、シリコン単結晶基板またはＭｇＯ単結晶基板が用いられ得る。
【００５０】
基板１１の表面には、エピタキシャル成長法により界面層が形成され得る。界面層の材料の例は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。
【００５１】
界面層の材料の他の例が、以下、記述される：
ＣｅＯ２のようなホタル石型構造を有する材料；
ＭｇＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＮ、またはＺｒＮのようなＮａＣｌ型構造を有する材料；
ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、または（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のようなペロブスカイト型構造を有する材料；または
γ−Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＡｌ２Ｏ４のようなスピネル型構造を有する材料
２種類以上のこれらの材料が用いられる。一例として、基板１１は、ＣｅＯ２／ＹＳＺ／Ｓｉの積層体であり得る。
【００５２】
基板１１およびＮａｘＭ１−ｘ層１３の間に、金属層が配置され、これらの間の密着性を向上させ得る。金属層の材料の例は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはＣｒである。Ｔｉが望ましい。
【００５３】
（実施例）
以下の実施例は、本発明をより詳細に説明する。
【００５４】
以下の実施例は、実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、および実施例Ｄから構成される。
【００５５】
実施例Ａでは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱは、Ｆｅである。実施例Ａは、実施例Ａ１〜実施例Ａ１０および比較例Ａ１〜比較例Ａ４から構成される。
【００５６】
実施例Ｂでは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱは、Ｃｏである。実施例Ｂは、実施例Ｂ１〜実施例Ｂ１０および比較例Ｂ１〜比較例Ｂ４から構成される。
【００５７】
実施例Ｃでは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱは、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５である。実施例Ｃは、実施例Ｃ１〜実施例Ｃ１０および比較例Ｃ１〜比較例Ｃ４から構成される。
【００５８】
実施例Ｄでは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱは、Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５である。実施例Ｄは、実施例Ｄ１〜実施例Ｄ１０および比較例Ｄ１〜比較例Ｄ４から構成される。
【００５９】
（実施例Ａ１）
図１Ｂに示される圧電体膜が、以下のように作製された。
【００６０】
まず、ＭｇＯ（１００）単結晶基板１１上に、スパッタリング法により（００１）配向のみを有するＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３が形成された。ＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３は、２５０ナノメートルの厚みを有していた。スパッタリング法の条件は以下の通りであった。
【００６１】
ターゲット：上記と同じ組成
ガス雰囲気：アルゴン
ＲＦパワー：１５Ｗ
基板温度：摂氏３００度
形成されたＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３はＸ線回折分析（ＸＲＤ）に供された。その結果、ＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３は、（００１）配向のみを有することが観察された。
【００６２】
ＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３の組成が、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により分析された。ＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３に含有されるＮａおよびＰｔの組成は、ターゲットの組成と同一であることが確認された。
【００６３】
ＮａｘＭ１−ｘ（ｘ＝０．０１、Ｍ＝Ｐｔ）層１３上に、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより形成された。実施例Ａ１では、ＱはＦｅであった。実施例Ａ１では、αは０．２であった。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、２．７マイクロメートルの厚みを有していた。この（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、ＭＰＢ近傍組成を有していた。
【００６４】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のスパッタリング法の条件が、以下、記述される。
【００６５】
ターゲット：上記の組成
雰囲気：アルゴンおよび酸素の混合ガス（Ａｒ／Ｏ２の流量比：５０／５０）
ＲＦ出力：１７０Ｗ
基板温度：６５０℃
形成された（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の結晶構造が、Ｘ線回折によって解析された。Ｘ線回折は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の上からＸ線を入射することにより行なわれた。図２は、その結果を示す。以降の比較例Ａにおいても、このＸ線回折法が適用された。
【００６６】
図２、図３、および図４は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。ＭｇＯ（１００）単結晶基板１１およびＮａｘＭ１−ｘ層１３に由来する反射ピークを除き、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に由来する反射ピークのみが観察された。（００１）反射ピークの強度は、１１９，１５４ｃｐｓという非常に高い値であった。図２に示されるプロファイルは、実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。
【００６７】
次に、金層（厚み：１００ナノメートル）が、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の表面に、蒸着により形成された。金層は、導電層１７として機能する。このようにして、実施例Ａ１による圧電体膜が作製された。
【００６８】
白金層および金層を用いて、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の強誘電特性および圧電性能が評価された。図５は、実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【００６９】
図５に示されるように、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５へ印加する電圧が増加すると、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が良好な強誘電特性を現すことが確認された。インピーダンスアナライザを用いて１ｋＨｚにおける誘電損失（以下、「ｔａｎδ」という）が測定された。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のｔａｎδは２．８％であった。これは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のリーク電流が小さいことを意味する。
【００７０】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の分極消失温度（以下、「温度Ｔｄ」という）は、以下のように測定された。
【００７１】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が恒温槽に入れられた。温度が上昇されながら、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＰ−Ｅヒステリシス曲線が測定された。
【００７２】
温度Ｔｄは、非特許文献３に従って測定された。
【００７３】
実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の温度Ｔｄは、１８８℃という高い値であった。このことは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の圧電特性が、はんだリフロー温度（１８０℃）下でも維持されることを意味する。
【００７４】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の圧電性能は、以下のように評価された。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工された。次に、白金層および金層の間に電位差が印加され、これら２層の間に生じる電界によりカンチレバーを変位させた。得られた変位量がレーザー変位計により測定された。
【００７５】
これらの結果は、表１および表２に示される。
【００７６】
（実施例Ａ２）
ｘ＝０．００２であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行なわれた。結果は、表１および表２に示される。
【００７７】
（実施例Ａ３）
ｘ＝０．０２であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００７８】
（実施例Ａ４）
α＝０．３であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００７９】
（実施例Ａ５）
α＝０．４であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００８０】
（実施例Ａ６）
α＝０．５であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００８１】
（実施例Ａ７）
ｘ＝０．００２かつα＝０．５であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００８２】
（実施例Ａ８）
ｘ＝０．０２かつα＝０．５であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は、表１および表２に示される。
【００８３】
（実施例Ａ９）
Ｍ＝Ｉｒであったこと以外は、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は表１および表２に示される。
【００８４】
（実施例Ａ１０）
Ｍ＝Ｉｒ０．５Ｐｔ０．５であったこと以外は、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。結果は表１および表２に示される。
【００８５】
（比較例Ａ１）
ｘ＝０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【００８６】
比較例Ａ１においても、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の強誘電特性および圧電性能の評価を試みた。しかし、圧電体膜におけるリーク電流が非常に大きかったため、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を正確に測定することが困難であった（図５参照）。
【００８７】
比較例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のｔａｎδは３６％であった。比較例Ａ１による比較例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、このような大きなリーク電流を有するため、正確な温度Ｔｄおよび正確な圧電定数ｄ３１の値を求めることは困難であった。推定される温度Ｔｄはおおよそ１５２℃であった。
【００８８】
（比較例Ａ２）
ｘ＝０．０５である他は、実施例Ａ１と同様に実験を行った。
【００８９】
比較例Ａ２においても、（００１）配向を有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に由来する反射ピークが観察された。しかし、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に含まれる他の結晶配向（１１０）に由来する他の反射ピークも観察された。
【００９０】
（比較例Ａ３）
α＝０．１であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【００９１】
（比較例Ａ４）
α＝０．６であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【００９２】
【表１】
0005459449.tif 000002
【００９３】
【表２】
0005459449.tif 000003
【００９４】
表１および表２から明らかなように、以下の項目（ａ）および（ｂ）の両方が充足されれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５（Ｑ＝Ｆｅ）は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、および高い圧電定数を有する。
（ａ）ｘの値が０．００２以上０．０２以下である。
（ｂ）αの値が０．２以上０．５以下である。
【００９５】
実施例Ａ２、実施例Ａ７、および比較例Ａ１から明らかなように、ｘの値は０．００２以上であることが必要とされる。
【００９６】
実施例Ａ３、実施例Ａ８，および比較例Ａ２から明らかなように、ｘの値は０．０２以下であることが必要とされる。
【００９７】
実施例Ａ１、実施例Ａ２、実施例Ａ３、および比較例Ａ３から明らかなように、αの値は０．２０以上であることが必要とされる。
【００９８】
実施例Ａ６、実施例Ａ７、実施例Ａ８、および比較例Ａ４から明らかなように、αの値は０．５０以下であることが必要とされる。
【００９９】
（実施例Ｂ）
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱとして、Ｆｅに代えてＣｏが用いられたこと以外は、実施例Ａと同様の実験が行われた。表３および表４は、実施例Ｂ１〜実施例Ｂ１０および比較例Ｂ１〜比較例Ｂ４から構成される実施例Ｂの実験結果を示す。図１３〜図１６は、それぞれ、図２〜図５に対応する。
【０１００】
【表３】
0005459449.tif 000004
【０１０１】
【表４】
0005459449.tif 000005
【０１０２】
実施例Ａと同様、表３および表４から明らかなように、以下の項目（ａ）および（ｂ）の両方が充足されれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５（Ｑ＝Ｃｏ）は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、および高い圧電定数を有する。
（ａ）ｘの値が０．００２以上０．０２以下である。
（ｂ）αの値が０．２以上０．５以下である。
【０１０３】
（実施例Ｃ）
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱとして、Ｆｅに代えてＺｎ０．５Ｔｉ０．５が用いられたこと以外は、実施例Ａと同様の実験が行われた。表５および表６は、実施例Ｃ１〜実施例Ｃ１０および比較例Ｃ１〜比較例Ｃ４から構成される実施例Ｃの実験結果を示す。図１７〜図２０は、それぞれ、図２〜図５に対応する。
【０１０４】
【表５】
0005459449.tif 000006
【０１０５】
【表６】
0005459449.tif 000007
【０１０６】
実施例Ａと同様、表５および表６から明らかなように、以下の項目（ａ）および（ｂ）の両方が充足されれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５（Ｑ＝Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、および高い圧電定数を有する。
（ａ）ｘの値が０．００２以上０．０２以下である。
（ｂ）αの値が０．２以上０．５以下である。
【０１０７】
（実施例Ｄ）
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５のＱとして、Ｆｅに代えてＭｇ０．５Ｔｉ０．５が用いられたこと以外は、実施例Ａと同様の実験が行われた。表７および表８は、実施例Ｄ１〜実施例Ｄ１０および比較例Ｄ１〜比較例Ｄ４から構成される実施例Ｄの実験結果を示す。図２１〜図２４は、それぞれ、図２〜図５に対応する。
【０１０８】
【表７】
0005459449.tif 000008
【０１０９】
【表８】
0005459449.tif 000009
【０１１０】
実施例Ａと同様、表７および表８から明らかなように、以下の項目（ａ）および（ｂ）の両方が充足されれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５（Ｑ＝Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）は、高い結晶配向性、低い誘電損失、高い分極消失温度、および高い圧電定数を有する。
（ａ）ｘの値が０．００２以上０．０２以下である。
（ｂ）αの値が０．２以上０．５以下である。
【０１１１】
以下、上述の圧電体膜を具備する本発明のインクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子を説明する。詳細は、特許文献Ｘ１を参照されたい。特許文献Ｘ２および特許文献Ｘ３は、それぞれ、特許文献Ｘ１に対応する米国特許公報および中国公開公報である。
【０１１２】
［インクジェットヘッド］
以下、本発明のインクジェットヘッドを、図６〜図８を参照しながら説明する。
【０１１３】
図６は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図７は、図６に示されるインクジェットヘッド１００における、圧力室部材およびアクチュエータ部を含む要部を示す分解図である。
【０１１４】
図６および図７における符号Ａは、圧力室部材を指し示す。圧力室部材Ａは、その厚み方向（図の上下方向）に貫通する貫通孔１０１を具備する。図７に示される貫通孔１０１は、圧力室部材Ａの厚み方向に切断された当該貫通孔１０１の一部である。符号Ｂは、圧電体膜および振動層を具備するアクチュエータ部を指し示す。符号Ｃは、共通液室１０５およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃを指し示す。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、およびインク流路部材Ｃは、圧力室部材Ａがアクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃに挟まれるように、互いに接合している。圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂおよびインク流路部材Ｃが互いに接合した状態で、貫通孔１０１は、共通液室１０５から供給されたインクを収容する圧力室１０２を形成する。
【０１１５】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図６および図７における符号１０３は、圧電体膜の一部である個別電極層を指し示す。図６に示されるように、インクジェットヘッド１００は、平面視においてジグザグ状に配置された２以上の個別電極層１０３を、即ち、圧電体膜を、具備する。
【０１１６】
インク流路部材Ｃは、平面視においてストライプ状に配置された２以上の共通液室１０５を具備する。図６および図７において、各共通液室１０５は、平面視において２以上の圧力室１０２と重複する。共通液室１０５は、インクジェットヘッド１００におけるインク供給方向（図６における矢印方向）に伸びている。インク流路部材Ｃは、共通液室１０５内のインクを圧力室１０２に供給する供給口１０６と、圧力室１０２内のインクをノズル孔１０８から吐出するインク流路１０７とを具備する。通常、１つの供給孔１０６および１つのノズル孔１０８が、１つの圧力室１０２に対応付けられている。ノズル孔１０８は、ノズル板Ｄに形成されている。ノズル板Ｄは、圧力室部材Ａとともにインク流路部材Ｃを挟むように、インク流路部材Ｃに接合している。
【０１１７】
図６における符号ＥはＩＣチップを指し示す。ＩＣチップＥは、アクチュエータ部Ｂの表面に露出する個別電極層１０３に、ボンディングワイヤＢＷを介して電気的に接続されている。図６を明瞭にするために、一部のボンディングワイヤＢＷのみが図６に示される。
【０１１８】
図７は、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂを含む要部の構成を示す。図８は、圧力室部材Ａおよびアクチュエータ部Ｂにおける、インク供給方向（図６における矢印方向）に直交する断面を示す。アクチュエータ部Ｂは、第１電極（個別電極層１０３）および第２電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１５を有する圧電体膜１０４（１０４ａ−１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【０１１９】
図８における破線で囲まれているように、上述した圧電体膜１０４がインクジェットヘッド内部に配置される。当該圧電体膜は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。
【０１２０】
［インクジェットヘッドを用いた画像形成方法］
本発明の画像を形成する方法は、上述した本発明のインクジェットヘッドにおいて、第１および第２電極（すなわち、個別電極層および共通電極層）を介して圧電体層に電圧を印加し、圧電効果により振動層を当該層の膜厚方向に変位させて圧力室の容積を変化させる工程、ならびに当該変位により圧力室からインクを吐出させる工程を含有する。
【０１２１】
紙のような画像形成対象物とインクジェットヘッドとの間の相対位置を変化させながら、圧電体層に印加する電圧を変化させてインクジェットヘッドからのインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御することによって、対象物の表面に画像が形成される。本明細書において用いられる用語「画像」は、文字を含む。換言すれば、本発明の画像を形成する方法により、紙のような印刷対象物に、文字、絵、図形などが印刷される。当該方法では、高い表現力を有する印刷をなし得る。
【０１２２】
［角速度センサ］
図９は、本発明の角速度センサの一例を示す。図１０は、図９に示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図９に示される角速度センサ２１ａは、いわゆる音叉型角速度センサである。これは車両用ナビゲーション装置およびデジタルスチルカメラの手ぶれ補正センサに使用され得る。
【０１２３】
図９に示される角速度センサ２１ａは、振動部２００ｂを有する基板２００と、振動部２００ｂに接合された圧電体膜２０８とを備える。
【０１２４】
基板２００は、固定部２００ａと、固定部２００ａから所定の方向に伸びた一対のアーム（振動部２００ｂ）とを具備する。振動部２００ｂが延びる方向は、角速度センサ２１が測定する角速度の回転中心軸Ｌが延びる方向と同一である。具体的には、当該方向は、図９ではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図９におけるＺ方向）から見て、基板２００は２本のアーム（振動部２００ｂ）を有する音叉の形状を有している。
【０１２５】
基板２００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板２００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板２００の厚みは、角速度センサ２１ａとしての機能が発現できる限り、限定されない。より具体的には、基板２００の厚みは０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。固定部２００ａの厚みは、振動部２００ｂの厚みと異なり得る。
【０１２６】
圧電体膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。当該圧電体膜２０８は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。図９および図１０に示されるように、当該圧電体膜２０８は、第１電極１３（２０２）、圧電体層１５、および第２電極１７（２０５）を具備する。
【０１２７】
第２電極２０５は、駆動電極２０６およびセンス電極２０７を含む電極群を具備する。駆動電極２０６は、振動部２００ｂを発振させる駆動電圧を圧電体層１５に印加する。センス電極２０７は、振動部２００ｂに加わった角速度によって振動部２００ｂに生じた変形を測定する。振動部２００ｂの発振方向は、通常、その幅方向（図９におけるＸ方向）である。より具体的には、図９に示される角速度センサでは、一対の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する両端部に、振動部２００ｂの長さ方向（図９のＹ方向）に沿って設けられている。１本の駆動電極２０６が、振動部２００ｂの幅方向に対する一方の端部に設けられ得る。図９に示される角速度センサでは、センス電極２０７は、振動部２００ｂの長さ方向に沿って設けられており、かつ一対の駆動電極２０６の間に挟まれている。複数のセンス電極２０７が、振動部２００ｂ上に設けられ得る。センス電極２０７によって測定される振動部２００ｂの変形は、通常、その厚み方向（図９におけるＺ方向）の撓みである。
【０１２８】
本発明の角速度センサでは、第１電極および第２電極から選ばれる一方の電極が、駆動電極とセンス電極とを含む電極群により構成され得る。図９に示される角速度センサ２１ａでは、第２電極２０５が当該電極群により構成される。当該角速度センサとは異なり、第１電極２０２が当該電極群により構成され得る。
【０１２９】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１電極２０２の端部、駆動電極２０６の端部およびセンス電極２０７の端部に、それぞれ形成されている。各接続端子の形状および位置は限定されない。図９では、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１３０】
図９に示される角速度センサでは、圧電体膜２０８は、振動部２００ｂおよび固定部２００ａの双方に接合している。しかし、圧電体膜２０８が振動部２００ｂを発振させることができ、かつ振動部２００ｂに生じた変形が圧電体膜２０８によって測定され得る限り、圧電体膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【０１３１】
本発明の角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる振動部群を２以上有し得る。そのような角速度センサは、複数の回転中心軸に対する角速度を測定し得、２軸あるいは３軸の角速度センサとして機能し得る。図９に示される角速度センサは、一対の振動部２００ｂからなる１つの振動部群を有する。
【０１３２】
［角速度センサによる角速度の測定方法］
本発明の角速度を測定する方法は、本発明の角速度センサを用いて、駆動電圧を圧電体層に印加して、基板の振動部を発振させる工程、および発振中の振動部に加わった角速度によって振動部に生じた変形を測定することによって当該角速度の値を得る工程、を有する。第１電極および第２電極のうち、駆動電極およびセンス電極として機能しない電極（他方の電極）と、駆動電極との間に駆動電圧が印加され、圧電体層に駆動電圧が印加される。他方の電極およびセンス電極が、角速度によって、発振中の振動部に生じた変形を測定する。
【０１３３】
以下、図９に示される角速度センサ２１ａを用いた角速度の測定方法を説明する。振動部２００ｂの固有振動と共振する周波数の駆動電圧が、第１電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層１５に印加され、振動部２００ｂを発振させる。駆動電圧は、例えば、第１電極２０２を接地し、かつ駆動電極２０６の電位を変化させることで印加され得る（換言すれば、駆動電圧は、第１電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１ａ、音叉の形状に配列された一対の振動部２００ｂを有する。通常、一対の振動部２００ｂのそれぞれが有する各駆動電極２０６に、正負が互いに逆である電圧をそれぞれ印加する。これにより、各振動部２００ｂを、互いに逆方向に振動するモード（図９に示される回転中心軸Ｌに対して対称的に振動するモード）で発振させることができる。図９に示される角速度センサ２１ａでは、振動部２００ｂはその幅方向（Ｘ方向）に発振する。一対の振動部２００ｂの一方のみを発振させることによっても角速度の測定は可能である。しかし、高精度の測定のためには、両方の振動部２００ｂを互いに逆方向に振動するモードで発振させることが好ましい。
【０１３４】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１ａに対して、その回転中心軸Ｌに対する角速度ωが加わるとき、各振動部２００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）に撓む。一対の振動部２００ｂが互いに逆方向に振動するモードで発振している場合、各振動部２００ｂは、互いに逆向きに、同じ変化量だけ撓むことになる。この撓みに応じて、振動部２００ｂに接合した圧電体層１５も撓み、第１電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１５の撓みに応じた、即ち、生じたコリオリ力に対応した電位差が生じる。この電位差の大きさを測定することで、角速度センサ２１ａに加わった角速度ωを測定することができる。
【０１３５】
コリオリ力Ｆｃと角速度ωとの間には以下の関係が成立する：
Ｆｃ＝２ｍｖω
ここで、ｖは、発振中の振動部２００ｂにおける発振方向の速度である。ｍは、振動部２００ｂの質量である。この式に示されているように、コリオリ力Ｆｃから角速度ωを算出し得る。
【０１３６】
［圧電発電素子］
図１１は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１２は、図１１に示される圧電発電素子２２ａの断面Ｆ１を示す。圧電発電素子２２ａは、外部から与えられた機械的振動を電気エネルギーに変換する素子である。圧電発電素子２２ａは、車両および機械の動力振動および走行振動、ならびに歩行時に生じる振動、に包含される種々の振動から発電する自立的な電源装置に好適に適用される。
【０１３７】
図１１に示される圧電発電素子２２ａは、振動部３００ｂを有する基板３００と、振動部３００ｂに接合された圧電体膜３０８とを具備する。
【０１３８】
基板３００は、固定部３００ａと、固定部３００ａから所定の方向に伸びた梁により構成される振動部３００ｂと、を有する。固定部３００ａを構成する材料は、振動部３００ｂを構成する材料と同一であり得る。しかし、これらの材料は互いに異なり得る。互いに異なる材料により構成された固定部３００ａが、振動部３００ｂに接合され得る。
【０１３９】
基板３００を構成する材料は限定されない。当該材料は、例えば、Ｓｉ、ガラス、セラミクス、金属である。基板３００は、Ｓｉ単結晶基板であり得る。基板３００は、例えば、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みを有する。固定部３００ａは振動部３００ｂの厚みと異なる厚みを有し得る。振動部３００ｂの厚みは、振動部３００ｂの共振周波数を変化させて効率的な発電が行えるように調整され得る。
【０１４０】
錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合している。錘荷重３０６は、振動部３００ｂの共振周波数を調整する。錘荷重３０６は、例えば、Ｎｉの蒸着薄膜である。錘荷重３０６の材料、形状および質量ならびに錘荷重３０６が接合される位置は、求められる振動部３００ｂの共振周波数に応じて調整され得る。錘荷重３０６は省略され得る。振動部３００ｂの共振周波数が調整されない場合には、錘荷重３０６は不要である。
【０１４１】
圧電体膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。当該圧電体膜３０８は、［圧電体膜］と題された項目で説明された圧電体膜である。図１１および図１２に示されるように、当該圧電体膜３０８は、第１電極１３（３０２）、圧電体層１５、および第２電極１７（３０５）を具備する。
【０１４２】
図１１に示される圧電発電素子では、第１電極３０２の一部分が露出している。当該一部分は接続端子３０２ａとして機能し得る。
【０１４３】
図１１に示される圧電発電素子では、圧電体膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１４４】
本発明の圧電発電素子では、複数の振動部３００ｂを有することで、発生する電力量を増大し得る。各振動部３００ｂが有する共振周波数を変化させることにより、広い周波数成分からなる機械的振動への対応が可能となる。
【０１４５】
［圧電発電素子を用いた発電方法］
上述した本発明の圧電発電素子に振動を与えることにより、第１電極および第２電極を介して電力が得られる。
【０１４６】
外部から圧電発電素子２２ａに機械的振動が与えられると、振動部３００ｂが、固定部３００ａに対して上下に撓む振動を始める。当該振動が、圧電効果による起電力を圧電体層である１５に生じる。このようにして、圧電体層１５を挟持する第１電極３０２と第２電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１５が有する圧電性能が高いほど、第１および第２電極間に発生する電位差は大きくなる。特に、振動部３００ｂの共振周波数が、外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近い場合、振動部３００ｂの振幅が大きくなることで発電特性が向上する。そのため、錘荷重３０６によって、振動部３００ｂの共振周波数が外部から素子に与えられる機械的振動の周波数に近くなるように調整されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５を具備する圧電体膜は、インクジェットヘッド、角速度センサ、および圧電発電素子のために用いられ得る。
【符号の説明】
【０１４８】
１１    基板
１３    ＮａｘＭ１−ｘ層（第１電極）
１５    （１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層
１７    導電層（第２電極）
【要約】
本発明の目的は、高い結晶配向性および高い強誘電特性を有するＮＢＴ−ＢＴ非鉛圧電体膜を提供することである。本発明の圧電体膜は、（００１）配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層を具備する。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＭ１−ｘ層上に形成されており、Ｍは、Ｐｔ、Ｉｒ、またはＰｔＩｒを表し、Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、ｘは０．００２以上０．０２以下の値を表し、そしてαは０．２０以上０．５０以下の値を表す。【図１Ａ】
0005459449.tif 000010
【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
0005459449.tif 000019
【図１０】
0005459449.tif 000020
【図１１】
0005459449.tif 000021
【図１２】
0005459449.tif 000022
【図１３】
0005459449.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005459449.tif 000026
【図１７】
0005459449.tif 000027
【図１８】
0005459449.tif 000028
【図１９】
0005459449.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0005459449.tif 000032
【図２３】
0005459449.tif 000033
【図２４】
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