(57)【要約】  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、ならびに印加電界および歪み量の間の高い線形性を有する非鉛圧電体膜を提供する。本発明は、以下を具備する圧電体膜である。本発明は、圧電体膜であって、以下を具備する：（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層、および（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層。前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されている。Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表す。ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表す。ｙは０．０５以上０．２０以下の値を表す。αは０．２０以上０．５０以下の値を表す。
2013114794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を具備する圧電体膜：
（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層、および
（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層、ここで、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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、
圧電体膜。
【請求項２】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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を含有する、
請求項１に記載の圧電体膜。
【請求項４】
以下を具備するインクジェットヘッド：
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形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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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形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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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】
請求項７に記載の方法であって、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接している、
方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含有する、
方法。
【請求項１０】
以下を具備する角速度センサ：
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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０以下の値を表し、
αは０．２０以上０．５０以下の値を表し、そして
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形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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０以下の値を表し、
αは０．２０以上０．５０以下の値を表し、そして
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形を、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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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、
圧電発電素子。
【請求項１７】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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】
非特許文献３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ＢｉＣｏＯ３に組み合わされせた（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＣｏＯ３を開示している。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＣｏＯ３の圧電性能は、１８０℃のはんだリフロー温度でも維持される。【０００６】
非特許文献４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Ｂｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３に組み合わされせた（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３を開示している。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３の圧電性能は、１８０℃のはんだリフロー温度でも維持される。【０００７】
非特許文献５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Ｂｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３に組み合わされせた（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３を開示している。（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３の圧電性能は、１８０℃のはんだリフロー温度でも維持される。【０００８】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＣｏＯ３、１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３、および（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３は、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、これらの非鉛強誘電材料は、ＰＺＴよりも低い圧電性能を有する。【０００９】
基板および圧電体膜の間にバッファ層が挟まれ、圧電体膜の圧電性能が向上され得る。バッファ層は、界面層または配向制御層とも言われる。特許文献３および特許文献４は、圧電体膜に含有される元素の少なくとも一種を含むバッファ層を開示する。【００１０】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３、ＢｉＦｅＯ３、ＢｉＣｏＯ３、Ｂｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３、もしくはＢｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３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。【００１１】
特許文献５は、ＬａＮｉＯ３層上に形成されたＮＢＴ−ＢＴ層を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】特開２００７−２６６３４６号公報
【特許文献４】特開２００７−０１９３０２号公報
【特許文献５】国際公開第２０１０／０８４７１１号
【特許文献６】国際公開第２０１０／０４７０４９号
【特許文献７】米国特許第７８７０７８７号明細書
【特許文献８】中国特許出願公開第１０１９８１７１８号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【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】Ｃ．  Ｚｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．  ４４，  （２００９），  ｐｐ．  ３８３３−３８４０
【非特許文献４】Ｓ−Ｔ．  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  １０７，  （２０１０），  １１４１１０，  ４ｐｐ．
【非特許文献５】Ｐ．  Ｊａｒｕｐｏｏｍ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ９９，  （２０１１），  １５２９０１  ３ｐｐ．
【非特許文献６】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】
【００１４】
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、高い圧電定数、ならびに印加電界および歪み量の間の高い線形性を有する非鉛圧電体膜を提供することである。【００１５】
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】
【００１６】
本発明は、以下を具備する圧電体膜であって、
（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層、および
（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層、ここで、
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、前記ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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、
圧電体膜である。【００１７】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００１８】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００１９】
本発明は、以下を具備する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形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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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である。【００２０】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００２１】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００２２】
本発明は、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形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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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）。【００２３】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００２４】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００２５】
本発明は、以下を具備する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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０以下の値を表し、
αは０．２０以上０．５０以下の値を表し、そして
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形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、
角速度センサである。【００２６】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００２７】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００２８】
本発明は、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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０以下の値を表し、
αは０．２０以上０．５０以下の値を表し、そして
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形を、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）。【００２９】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００３０】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００３１】
本発明は、以下を具備する、圧電発電素子であって：
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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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、
圧電発電素子である。【００３２】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００３３】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。【００３４】
本発明は、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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層上に形成されており、
Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表し、
ｘは０．０１以上０．０５以下の値を表し、
ｙは０．０５以上０．２０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）。【００３５】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層に接し得る。【００３６】
前記（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層は、Ｍｎを含み得る。
【発明の効果】
【００３７】
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、ならびに高い線形性を有する非鉛圧電体膜およびその製造方法を提供する。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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】
【００４１】
【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である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施例Ａ１〜実施例Ａ９および比較例Ａ１〜比較例Ａ６による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施例Ａ１、実施例Ａ１０〜実施例Ａ１６、比較例Ａ７、および比較例Ａ８による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施例Ａ１および比較例Ａ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例Ｂ１〜実施例Ｂ９および比較例Ｂ１〜比較例Ｂ６による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施例Ｂ１、実施例Ｂ１０〜実施例Ｂ１６、比較例Ｂ７、および比較例Ｂ８による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施例Ｂ１および比較例Ｂ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施例Ｃ１〜実施例Ｃ９および比較例Ｃ１〜比較例Ｃ６による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施例Ｃ１、実施例Ｃ１０〜実施例Ｃ１６、比較例Ｃ７、および比較例Ｃ８による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図４Ｃ】図４Ｃは、実施例Ｃ１および比較例Ｃ１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施例Ｄ１〜実施例Ｄ９および比較例Ｄ１〜比較例Ｄ６による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施例Ｄ１、実施例Ｄ１０〜実施例Ｄ１６、比較例７、および比較例８による圧電体膜のＸ線回折プロファイルである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施例１および比較例１による圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線である。
【図６Ａ】図６Ａは、一般的な圧電体材料の電界−歪み量特性のグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの部分拡大図である。
【図７】図７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８】図８は、図７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９】図９は、図７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１０】図１０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１１】図１１は、図１０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１２】図１２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１３】図１３は、図１２に示す圧電発電素子における断面Ｆ１を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
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。
【００４３】
［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。
【００４４】
用語「線形性」は、印加電界および歪み量の間の線形性を意味する。線形性は高いことが望ましい。「線形性が高い」とは、歪み量が印加電界に比例することを意味する。
【００４５】
用語「印加電界」とは、圧電体層に印加される電界を意味する。
【００４６】
用語「歪み量」とは、印加電界により生じる圧電体層の歪み量を意味する。
【００４７】
歪み量および印加電界の間の関係が、以下、説明される。
【００４８】
正確な角速度を測定可能な角速度センサ、正確な量のインクを吐出することが可能なインクジェットヘッド、および正圧電効果により発電可能な圧電発電素子のために、歪み量は電界に比例することが必要とされる。すなわち、歪み量ｂおよび電界ａは以下の等式１を満たすことを必要とされる。
【００４９】
ｂ＝ｃ１ａ  ・・・等式１  （ｃ１は定数）
本明細書において用いられる用語「比例」とは、ａおよびｂの値が上記等式１を満たすことを意味する。すなわち、用語「比例」とは、一次関数を意味する。用語「比例」は、二次関数を含まない。
【００５０】
図６Ａは、一般的な圧電体材料の電界−歪み量特性のグラフを示す。図６Ｂは、図６Ａの部分拡大図を示す。
【００５１】
図６Ｂに示されるように、点Ａでの接線の傾きは、点Ｂでの接線の傾きと実質的に同一である。「実質的に同一」とは、式：点Ａでの接線の傾き／点Ｂでの接線の傾きにより表される比率が０．８以上１．２以下であることを意味する。これは、歪み量ｂは電界ａに比例することを意味する。点Ａおよび点Ｂの印加電界は、例えば、それぞれ３Ｖ／μｍおよび１０Ｖ／μｍである。
【００５２】
一方、点Ｃでの接線は、点Ａおよび点Ｂでの接線よりも小さい傾きを有する。
【００５３】
歪み量ｂおよび電界ａが非一次関数の関係を有する場合、正確な角速度の測定、正確な量のインクの吐出、および正圧電効果による発電が困難となる。正確な角速度を測定可能な角速度センサ、正確な量のインクを吐出することが可能なインクジェットヘッド、および正圧電効果により発電可能な圧電発電素子には、歪み量ｂと電界ａの間に非一次関数の関係は望まれない。
【００５４】
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。
【００５５】
［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）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、および（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５を有する。
【００５６】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（００１）面配向のみを有する。言い換えれば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（００１）面以外の面配向を有さない。例えば、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５は、（１１０）面配向を有さない。後述される比較例１および比較例２も参照せよ。
【００５７】
同様に、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３も、（００１）面配向のみを有する。
【００５８】
文字Ｑは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５、またはＭｇ０．５Ｔｉ０．５を表す。
【００５９】
文字ｘは、０．０１以上０．０５以下の値を表す。ｘの値が０．０１未満である場合には、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ１、比較例Ａ３、比較例Ｂ１、比較例Ｂ３、比較例Ｃ１、比較例Ｃ３、比較例Ｄ１、および比較例Ｄ３を参照せよ。
【００６０】
ｘの値が０．０５を超えると、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ４、比較例Ｂ４、比較例Ｃ４、および比較例Ｄ４を参照せよ。
【００６１】
ｙは、０．０５以上０．２０以下の値を表す。ｙの値が０．０５未満である場合には、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ１、比較例Ａ２、比較例Ａ５、比較例Ｂ１、比較例Ｂ２、比較例Ｂ５、比較例Ｃ１、比較例Ｃ２、比較例Ｃ５、比較例Ｄ１、比較例Ｄ２、および比較例Ｄ５を参照せよ。
【００６２】
ｙの値が０．２０を超える場合には、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ６、比較例Ｂ６、比較例Ｃ６、および比較例Ｄ６を参照せよ。
【００６３】
αは、０．２０以上０．５０以下の値を表す。αの値が０．２０未満である場合、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ７、比較例Ｂ７、比較例Ｃ７、および比較例Ｄ７を参照せよ。
【００６４】
αの値が０．５０を超える場合、結晶配向性、分極消失温度、圧電定数、および線形性が低い。その上、誘電損失が高い。後述される比較例Ａ８、比較例Ｂ８、比較例Ｃ８、および比較例Ｄ８を参照せよ。
【００６５】
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）面配向性を有する。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層と同様の圧電性能を有する。さらに、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の歪み量は、印加電界に比例する。
【００６６】
ＬａＮｉＯ３層は、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。この結晶構造の格子定数は０．３８４ｎｍ（擬立方晶）である。このため、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に対して良好な格子整合性を有する。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、その下に位置する層の組成および結晶構造に拘わらず、（００１）配向を有する。例えば、大きく異なる格子定数（０．５４３ｎｍ）を有するシリコン単結晶基板の上に、（００１）配向を有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３が形成され得る。ステンレスのような金属からなる基板、ガラスのような非晶質材料からなる基板、およびセラミクス基板の上にも、（００１）配向を有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３が形成され得る。
【００６７】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、微量の不純物を含み得る。不純物は、典型的には、Ｌａを置換する希土類元素である。
【００６８】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、層方向に均一な組成を有し得る。これに代えて、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、層方向にｘの値が傾斜する組成を有し得る。すなわち、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に接するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３の一方の表面のｘの値は、他方の表面のｘの値と異なり得る。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５を形成するためのバッファ層としても機能するから、これらの層が接する面上では、不等式０．０１≦ｘ≦０．０５が充足されることが必要とされる。
【００６９】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は導電性酸化物層である。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３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電極層として機能し得る。
【００７０】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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、およびエアロゾル堆積法（ＡＤ法）のような薄膜形成手法によっても形成され得る。
【００７１】
ニッケル酸ランタン・ナトリウムの酸素量を表す「３−ｘ」は、誤差を含み得る。例えば、ｘ＝０．０５であれば３−０．０５＝２．９５である。しかし、ナトリウムの量が０．０５である場合、ニッケル酸ランタン・ナトリウムの酸素量は完全に２．９５に一致するとは限らない。
【００７２】
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、そして高い線形性を有する圧電体層の形成のために好適な界面層の組成を、圧電体層および界面層が有する格子定数の類似性または組成の類似性に基づいて予測することは困難である。即ち、圧電体層の格子定数または組成に類似する格子定数または組成を有する界面層を単に設けることによって、上記の望ましい圧電体層は得られない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３−Ｂｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３のような多元系複合酸化物を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有するため、良好な結晶性および良好な配向性を有する、複合酸化物により構成される薄膜を形成することが一般に困難であるからである。本発明者らは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３の上に設けられた（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が、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、そして高い線形性を有することを見出した。
【００７３】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３の厚みは限定されない。この厚みは数格子単位（およそ２ナノメートル）以上であれば、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、そして印加電界−歪み量の高い線形性を有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が形成され得る。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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Ｃｏ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。
【００７６】
（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。
【００７７】
図１Ｂは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例を示す。図１Ｂに示される圧電体膜１ｂは、積層構造１６ｂを有する。積層構造１６ｂでは、図１Ａに示される積層構造１６ａに金属電極層１２が加えられている。積層構造１６ｂでは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３が金属電極層１２上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｂは、金属電極層１２、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、および（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５をこの順に有する。
【００７８】
金属電極層１２の材料の例は、白金、パラジウム、金のような金属；酸化ニッケル、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウムのような酸化物導電体である。金属電極層１２は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。金属電極層１２は低い電気抵抗および高い耐熱性を有することが好ましい。そのため、金属電極層１２は白金層であることが好ましい。白金層は、（１１１）配向を有し得る。
【００７９】
言い換えれば、本実施形態の圧電体膜は、白金層をさらに備え得る。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３が白金層上に形成され得る。
【００８０】
金属電極層１２は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３とともに、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に電圧を印加する電極層として機能し得る。言い換えれば、電極層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および金属電極層１２から構成される積層体である。
【００８１】
図１Ｂに示される圧電体膜１ｂは、金属電極層１２上に、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、および（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５を順に形成することにより、製造され得る。
【００８２】
図１Ｃは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例を示す。図１Ｃに示される圧電体膜１ｃは、積層構造１６ｃを有する。積層構造１６ｃでは、図１Ａに示される積層構造１６ａに導電層１７が加えられている。導電層１７は、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｃは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５、および導電層１７をこの順に有する。
【００８３】
圧電体膜１ｃでは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および導電層１７の間に、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が挟まれている。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および導電層１７は、それぞれ、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に電圧を印加する第１電極層および第２電極層として機能し得る。
【００８４】
導電層１７は、導電性を有する材料により構成される。当該材料の例は、低い電気抵抗を有する金属である。当該材料は、ＮｉＯ、ＲｕＯ２、ＩｒＯ３、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３のような酸化物導電体であり得る。導電層１７は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。導電層１７と（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５との間に、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、チタンである。当該材料は、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル、またはクロムであり得る。金属層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。金属層は、導電層１７および（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５の間の密着性に応じて、省略され得る。
【００８５】
図１Ｃに示される圧電体膜１ｃは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３上に、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５および導電層１７を順に形成することにより、製造され得る。導電層１７は、例えば、スパッタリング法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、およびＡＤ法のような薄膜形成手法により形成され得る。
【００８６】
図１Ｄは、図１Ａに示される圧電体膜の変形例を示す。図１Ｄに示される圧電体膜１ｄは、積層構造１６ｄを有する。積層構造１６ｄでは、図１Ａに示される積層構造１６ａに金属電極層１２および導電層１７がさらに加えられている。積層構造１６ｄでは、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３が金属電極層１２上に形成されている。導電層１７が（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５上に形成されている。具体的には、積層構造１６ｄは、金属電極層１２、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５、および導電層１７をこの順に有する。
【００８７】
金属電極層１２は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３とともに、圧電体層である（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に電圧を印加する電極層として機能し得る。換言すれば、電極層は、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および金属電極層１２の積層体である。圧電体膜１ｄでは、さらに、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および導電層１７の間に、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５が挟まれている。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３および導電層１７は、それぞれ、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５に電圧を印加する第１電極層および第２電極層として機能し得る。
【００８８】
図１Ｄに示される圧電体膜１６ｄは、金属電極層１２上にＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５、および導電層１７を順に形成することによって、製造され得る。
【００８９】
図１Ｅに示されるように、圧電体膜１ｅは、基板１１をさらに備え得る。ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３は金属電極層１２を介して基板１１の上に形成される。
【００９０】
図１Ｅに示される圧電体膜１ｅでは、図１Ｄに示される積層構造１６ｄが基板１１上に形成されている。
【００９１】
基板１１は、シリコン基板であり得る。シリコン単結晶基板が望ましい。
【００９２】
基板１１および積層構造１６ｄの間、より正確には、基板１１およびＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−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。ただし、金属層は導電性を必要とする。金属層の材料の例は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはＣｒであり得る。Ｔｉが望ましい。金属層のために２種類以上の材料が用いられ得る。金属層は、基板１１および積層構造１６ｄの間の密着性に応じて、省略され得る。
【００９３】
図１Ｅに示す圧電体膜１ｅは、基板１１上に、金属電極層１２、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５、および導電層１７を順に形成して、製造され得る。
【００９４】
（実施例）
以下の実施例は、本発明をより詳細に説明する。
【００９５】
以下の実施例は、実験例Ａ（Ｑ＝Ｆｅ）、実験例Ｂ（Ｑ＝Ｃｏ）、実験例Ｃ（Ｑ＝Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）、および実験例Ｄ（Ｑ＝Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）から構成される。
【００９６】
（実験例Ａ：Ｑ＝Ｆｅ）
（実施例Ａ１）
実施例Ａ１では、図１Ｅに示される圧電体膜が作製された。ｘ、ｙ、およびαの値は、それぞれ、０．０３、０．１０、および０．２０であった。圧電体膜は、以下のように作製された。
【００９７】
（１１１）面配向を有する白金層（厚み：１００ナノメートル）が、（１００）面配向を有するシリコン単結晶基板の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、形成された。この白金層は、金属電極層１２として機能した。
【００９８】
白金層のスパッタリングの条件が、以下、記述される。
【００９９】
ターゲット：金属白金
雰囲気：アルゴンガス
ＲＦ出力：１５Ｗ
基板温度：３００℃
白金層が形成される前に、チタン層（厚み：２．５ナノメートル）が、シリコン単結晶基板の表面に形成され、シリコン単結晶基板および白金層の間の密着性を向上させた。チタン層は、金属Ｐｔに代えて金属Ｔｉがターゲットとして用いられた以外は、白金層のスパッタリング条件と同様の条件下で形成された。
【０１００】
次に、（００１）面配向を有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３（厚み：２００ナノメートル）が、白金層の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより形成された。
【０１０１】
ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３のスパッタリングの条件が、以下、記述される。
【０１０２】
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：８０／２０）
ＲＦ出力：１００Ｗ
基板温度：３００℃
形成されたＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）および波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ（ＷＤＳ）によって分析された。組成分析では、酸素のような軽元素を分析する精度が劣るため、軽元素の正確な定量は困難であった。しかし、作製したＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３に含まれるＮａ，Ｌａ，およびＮｉは、ターゲットと同一の組成を有することが確認された。
【０１０３】
次に、ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３の表面に、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５（厚み：２．７マイクロメートル）が、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより形成された。この（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５は、ＭＰＢ近傍組成を有していた。
【０１０４】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５のスパッタリングの条件が、以下、記述される。
【０１０５】
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―αＢｉＦｅＯ３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―αＢｉＦｅＯ３層１５の上からＸ線を入射することにより行なわれた。図２Ａは、その結果を示す。以降の比較例においても、このＸ線回折法が適用された。
【０１０６】
図２Ａは、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。シリコン基板および白金層に由来する反射ピークを除き、（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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、１８，４３１ｃｐｓという非常に高い値であった。図２Ａ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―αＢｉＦｅＯ３層１５が極めて高い（００１）面配向性を有することを意味する。
【０１０７】
続いて、プロファイルにおける（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５に由来する（００１）反射ピークの半値幅が、ロッキングカーブ測定により求められた。ロッキングカーブ測定は、測定対象とする反射ピークの回折角２θに検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を固定した状態で、試料へのＸ線の入射角ωをスキャンさせることによって行われた。測定された半値幅は、膜の主面に垂直な方向に対する結晶軸の傾きの程度に対応している。半値幅が小さいほど、結晶性が高い。測定された半値幅は、２．０°という非常に小さい値であった。このことは、実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５が極めて高い結晶性を有することを意味する。以降の比較例においても、このロッキングカーブ測定法が適用された。
【０１０８】
次に、金層（厚み：１００ｎｍ）が、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の表面に、蒸着により形成された。金層は、導電層１７に対応する。このようにして、実施例Ａ１による圧電体膜が作製された。
【０１０９】
白金層および金層を用いて、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の強誘電特性および圧電性能が評価された。図２Ｃは、実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
【０１１０】
図２Ｃに示されるように、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５へ印加する電圧が増加すると、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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―αＢｉＦｅＯ３層１５のｔａｎδは２．４％であった。これは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５のリーク電流が小さいことを意味する。
【０１１１】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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。
【０１１２】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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―αＢｉＦｅＯ３層１５のＰ−Ｅヒステリシス曲線が測定された。
【０１１３】
温度Ｔｄは、非特許文献６に従って測定された。
【０１１４】
実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の温度Ｔｄは、１８５℃という高い値であった。このことは、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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。
【０１１５】
（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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―αＢｉＦｅＯ３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。
【０１１６】
これらの結果は、表１および表２に示される。
【０１１７】
次に、測定された変位量が圧電定数ｄ３１に変換された。低電界（３Ｖ／マイクロメートル）での実施例Ａ１の（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の圧電定数ｄ３１（３Ｖ／マイクロメートル）は、−８１ｐＣ／Ｎであった。
【０１１８】
高電界（１０Ｖ／マイクロメートル）での実施例Ａ１の（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の圧電定数ｄ３１（１０Ｖ／マイクロメートル）は、−８０ｐＣ／Ｎであった。
【０１１９】
実施例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５の線形性が、圧電定数ｄ３１（３Ｖ／マイクロメートル）および圧電定数ｄ３１（１０Ｖ／マイクロメートル）の比から見積もられた。実施例Ａ１では、この比は１．０１であった。これは、印加電界に変位量が比例したことを意味する。
【０１２０】
（実施例Ａ２）
ｘ＝０．０１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に示される。
【０１２１】
（実施例Ａ３）
ｘ＝０．０５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に示される。
【０１２２】
（実施例Ａ４）
ｘ＝０．０３かつｙ＝０．０５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に示される。
【０１２３】
（実施例Ａ５）
ｘ＝０．０３かつｙ＝０．２０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に示される。
【０１２４】
（実施例Ａ６）
ｘ＝０．０１かつｙ＝０．０５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に示される。
【０１２５】
（実施例Ａ７）
ｘ＝０．０１かつｙ＝０．２０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に示される。
【０１２６】
（実施例Ａ８）
ｘ＝０．０５かつｙ＝０．０５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に示される。
【０１２７】
（実施例Ａ９）
ｘ＝０．０５かつｙ＝０．２０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に示される。
【０１２８】
（実施例Ａ１０）
α＝０．３０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２に示される。
【０１２９】
（実施例Ａ１１）
α＝０．４０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２に示される。
【０１３０】
（実施例Ａ１２）
α＝０．５０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２に示される。
【０１３１】
（実施例Ａ１３）
ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、およびα＝０．５０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２に示される。
【０１３２】
（実施例Ａ１４）
ｘ＝０．０１、ｙ＝０．２０、およびα＝０．５０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２に示される。
【０１３３】
（実施例Ａ１５）
ｘ＝０．０５、ｙ＝０．０５、およびα＝０．５０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２に示される。
【０１３４】
（実施例Ａ１６）
ｘ＝０．０５、ｙ＝０．２０、およびα＝０．５０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２に示される。
【０１３５】
（比較例Ａ１）
ｘ＝０．０かつｙ＝０．０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１３６】
比較例Ａ１においても、（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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２Ｃ参照）。
【０１３７】
比較例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５のｔａｎδは３８％であった。比較例Ａ１による（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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１５１℃であった。低電界（３ボルト／マイクロメートル）および高電界（１０Ｖ／マイクロメートル）おける推定される圧電定数ｄ３１は、それぞれ、おおよそ−１６ｐＣ／Ｎおよび−３０ｐＣ／Ｎであった。
【０１３８】
（比較例Ａ２）
ｘ＝０．０３、ｙ＝０である他は、実施例Ａ１と同様に実験を行った。
【０１３９】
比較例Ａ２においても、（００１）面配向を有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３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―αＢｉＦｅＯ３層１５における他の結晶配向（１１０）に由来する反射ピークも観察された。
【０１４０】
ｄ３１（３Ｖ／マイクロメートル）／ｄ３１（１０Ｖ／マイクロメートル）＝０．６６であり、変位量は印加電界に比例しなかった。
【０１４１】
（比較例Ａ３）
ｘ＝０．０かつｙ＝０．１０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４２】
（比較例Ａ４）
ｘ＝０．０８かつｙ＝０．１０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４３】
（比較例Ａ５）
ｘ＝０．０３かつｙ＝０．０１であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４４】
（比較例Ａ６）
ｘ＝０．０３かつｙ＝０．２５であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４５】
（比較例Ａ７）
α＝０．１０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４６】
（比較例Ａ８）
α＝０．６０であったことを除き、実施例Ａ１と同様の実験が行われた。
【０１４７】
【表１】
2013114794.tif 000003
【０１４８】
【表２】
2013114794.tif 000004
【０１４９】
表１および表２から明らかなように、（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３上に形成された（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＦｅＯ３層１５（０．０１≦ｘ≦０．０５，０．０５≦ｙ≦０．２０，かつ０．２０≦α≦０．５０）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、および高い線形性を有する。
【０１５０】
実施例Ａ２、実施例Ａ６、実施例Ａ７、実施例Ａ１３、実施例Ａ１４、比較例Ａ１、および比較例Ａ３から明らかなように、ｘは０．０１以上であることを必要とする。
【０１５１】
実施例Ａ３、実施例Ａ８、実施例Ａ９、実施例Ａ１５、実施例Ａ１６、および比較例Ａ４から明らかなように、ｘは０．０５以下であることを必要とする。
【０１５２】
実施例Ａ４、実施例Ａ６、実施例Ａ１３、実施例Ａ１５、比較例Ａ１、比較例Ａ２、および比較例Ａ５から明らかなように、ｙは０．０５以上であることを必要とする。
【０１５３】
実施例Ａ５、実施例Ａ７、実施例Ａ９、実施例Ａ１４、実施例Ａ１６、および比較例Ａ６から明らかなように、ｙは０．２０以下であることを必要とする。
【０１５４】
実施例Ａ１〜実施例Ａ９および比較例Ａ７から明らかなように、αは０．２０以上であることを必要とする。
【０１５５】
実施例Ａ１２〜実施例Ａ１６および比較例Ａ８から明らかなように、αは０．５０以下であることを必要とする。
【０１５６】
（実験例Ｂ：Ｑ＝Ｃｏ）
ＱとしてＦｅに代えてＣｏが用いられたこと以外は、実験例Ａと同様の実験が行われた。
【０１５７】
表３および表４は、その結果を示す。
【０１５８】
【表３】
2013114794.tif 000005
【０１５９】
【表４】
2013114794.tif 000006
【０１６０】
表３および表４から明らかなように、表１および表２の場合と同様、（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３上に形成された（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＣｏＯ３層１５（０．０１≦ｘ≦０．０５，０．０５≦ｙ≦０．２０，かつ０．２０≦α≦０．５０）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、および高い線形性を有する。
【０１６１】
（実験例Ｃ：Ｑ＝Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）
ＱとしてＦｅに代えてＺｎ０．５Ｔｉ０．５が用いられたこと以外は、実験例Ａと同様の実験が行われた。
【０１６２】
表５および表６は、その結果を示す。
【０１６３】
【表５】
2013114794.tif 000007
【０１６４】
【表６】
2013114794.tif 000008
【０１６５】
表５および表６から明らかなように、表１および表２の場合と同様、（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３上に形成された（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｚｎ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３層１５（０．０１≦ｘ≦０．０５，０．０５≦ｙ≦０．２０，かつ０．２０≦α≦０．５０）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、および高い線形性を有する。
【０１６６】
（実験例Ｄ：Ｑ＝Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）
ＱとしてＦｅに代えてＭｇ０．５Ｔｉ０．５が用いられたこと以外は、実験例Ａと同様の実験が行われた。
【０１６７】
表７および表８は、その結果を示す。
【０１６８】
【表７】
2013114794.tif 000009
【０１６９】
【表８】
2013114794.tif 000010
【０１７０】
表７および表８から明らかなように、表１および表２の場合と同様、（００１）面配向のみを有するＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層１３上に形成された（００１）面配向のみを有する（１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉ（Ｍｇ０．５Ｔｉ０．５）Ｏ３層１５（０．０１≦ｘ≦０．０５，０．０５≦ｙ≦０．２０，かつ０．２０≦α≦０．５０）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、および高い線形性を有する。
【０１７１】
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６を参照されたい。特許文献７および特許文献８は、それぞれ、特許文献６に対応する米国特許公報および中国公開公報である。
【０１７２】
［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７〜図９を参照しながら説明する。
【０１７３】
図７は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図８は、図７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。
【０１７４】
図７および図８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８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。
【０１７５】
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７および図８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７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。
【０１７６】
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７および図８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７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。
【０１７７】
図７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７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７に示される。
【０１７８】
図８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９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７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。
【０１７９】
図９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。
【０１８０】
［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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
［角速度センサ］
図１０は、本発明の角速度センサの一例を示す。図１１は、図１０に示される角速度センサ２１ａの断面Ｅ１を示す。図１０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。
【０１８３】
図１０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。
【０１８４】
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１０ではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１０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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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１０および図１１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。
【０１８７】
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１０におけるＸ方向）である。より具体的には、図１０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１０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１０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１０におけるＺ方向）の撓みである。
【０１８８】
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１０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。
【０１８９】
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１０では、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１９０】
図１０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。
【０１９１】
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１０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。
【０１９２】
［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。
【０１９３】
以下、図１０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１０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１０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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
［圧電発電素子］
図１２は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１３は、図１２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。
【０１９７】
図１２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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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１２および図１３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。
【０２０２】
図１２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。
【０２０３】
図１２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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
［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。
【０２０６】
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】
【０２０７】
（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】
【０２０８】
１１    基板
１２    金属電極層
１３    ＮａｘＬａ１−ｘ＋ｙＮｉ１−ｙＯ３−ｘ層（第１電極）
１５    （１−α）（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ３―αＢｉＱＯ３層１５
１７    導電層（第２電極）
【図１Ａ】
2013114794.tif 000011
【図１Ｂ】
2013114794.tif 000012
【図１Ｃ】
2013114794.tif 000013
【図１Ｄ】
2013114794.tif 000014
【図１Ｅ】
2013114794.tif 000015
【図２Ａ】
2013114794.tif 000016
【図２Ｂ】
2013114794.tif 000017
【図２Ｃ】
2013114794.tif 000018
【図３Ａ】
2013114794.tif 000019
【図３Ｂ】
2013114794.tif 000020
【図３Ｃ】
2013114794.tif 000021
【図４Ａ】
2013114794.tif 000022
【図４Ｂ】
2013114794.tif 000023
【図４Ｃ】
2013114794.tif 000024
【図５Ａ】
2013114794.tif 000025
【図５Ｂ】
2013114794.tif 000026
【図５Ｃ】
2013114794.tif 000027
【図６Ａ】
2013114794.tif 000028
【図６Ｂ】
2013114794.tif 000029
【図７】
2013114794.tif 000030
【図８】
2013114794.tif 000031
【図９】
2013114794.tif 000032
【図１０】
2013114794.tif 000033
【図１１】
2013114794.tif 000034
【図１２】
2013114794.tif 000035
【図１３】
2013114794.tif 000036
【国際調査報告】
2013114794.tif 000037
2013114794.tif 000038
2013114794.tif 000039
2013114794.tif 000040