(57)【要約】  非鉛強誘電材料を含み、低い誘電損失、高い電気機械結合係数、およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と同様の高い圧電定数を有する非鉛圧電体薄膜を提供する。本発明の圧電体薄膜は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を有する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは０．００１以上０．０１以下である。
2011045897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を有し、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、圧電体薄膜。
【請求項２】
（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜をさらに備え、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が前記ＬａＮｉＯ3膜上に形成されている、請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
Ｓｉ基板をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記Ｓｉ基板と前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜との間に挟まれている、請求項２に記載の圧電体薄膜。
【請求項４】
導電膜をさらに備え、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、前記導電膜と前記ＬａＮｉＯ3膜との間に挟まれている、請求項２に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄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薄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、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合され、
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、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、
インクジェットヘッド。
【請求項６】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項５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、
前記インクジェットヘッドを準備する工程、および
ここで、前記インクジェットヘッドは、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄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薄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、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合され、
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、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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て画像を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項８】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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により構成されている、
角速度センサ。
【請求項１０】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記基板がＳｉ基板である、請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを準備する工程、
ここで、前記角速度センサは、
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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の電極および前記第２の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、および
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測定する工程
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、
圧電発電素子。
【請求項１６】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１５に記載の圧電発電素子。
【請求項１７】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１５に記載の圧電発電素子。
【請求項１８】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程、および
ここで、前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１の電極および前記第２の電極との間に電位差を生じさせる工程
を包含する、方法。
【請求項１９】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１８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薄膜に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄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、当該圧電体薄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薄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】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3、０＜ｘ＜１）は、大きな電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料である。ＰＺＴは、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有する。組成の調整または元素の添加によって、ＰＺＴの機械的品質係数Ｑｍは容易に制御され得る。これらが、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子へのＰＺＴの応用を可能にしている。【０００３】
しかし、ＰＺＴは多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出による、生態系および環境への深刻な被害が懸念されている。このため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料（非鉛強誘電材料）が求められている。【０００４】
現在開発が進められている非鉛（lead-free）強誘電材料の一例が、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-yＢａy］ＴｉＯ3のセラミックスである。特許文献１および非特許文献１は、バリウム量ｙ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、およそ１２５ｐＣ／Ｎの圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示する。【０００５】
セラミックスのようなバルクの強誘電体において、微量のドーパントの添加による、圧電性能の向上が試みられている。非特許文献２は、銀（Ａｇ）を添加した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミックス（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ，Ａｇ）ＴｉＯ3セラミックス）を開示する。このセラミックスの圧電定数は、Ａｇの添加量の増加に伴って、より高くなる。特に、モル比Ａｇ／Ｔｉ＝０．０３の組成を有する当該セラミックスは、Ａｇを添加しない場合に比べて、９％程度高い圧電定数ｄ33を有する。しかし、Ａｇの添加に伴い、当該セラミックスの誘電損失ｔａｎδが増加し、電気機械結合係数が減少する。電気機械結合係数は、電気エネルギーと機械エネルギーとの変換効率を表す。【０００６】
一方、圧電体薄膜において、結晶の配向軸を揃えることによる、圧電性能の向上が試みられている。その方法の一つが、基板と圧電体薄膜との間への、界面層（バッファ層）の配置である。特許文献２および特許文献３は、圧電体薄膜を構成する元素の全てまたは一部を含む界面層を開示する。これとは別に、非特許文献３および非特許文献４は、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）またはＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いた、特定方向に配向した圧電体薄膜の形成を開示する。【０００７】
結晶配向が制御されていない圧電体薄膜は、非常に低い強誘電性能および圧電性能を示す。強誘電性能は、例えば、残留分極である。セラミックスの形態を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3は１％程度の誘電損失を示す（非特許文献１を参照）。これに対して、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜の誘電損失は、特にｋＨｚ以下の低周波領域において急激に増加し、数十％に達する（非特許文献４を参照）。これは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜がリーク電流を生じやすいことによる。誘電損失が高い場合、薄膜の強誘電性能および圧電性能は著しく低くなる。【０００８】
特許文献４は、Ａｇを添加元素として含む、特定の化学式で示される圧電磁気組成物を開示する。当該組成物は、バルクである。当該組成物は、鉛を含まず、圧電定数ｄ31、比誘電率、誘電損失およびキュリー温度Ｔｃから選ばれる少なくとも１つの特性に優れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平4-60073号公報
【特許文献２】特開平10-182291号公報
【特許文献３】特開2007-266346号公報
【特許文献４】特開2008-169113号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】D. Q. Xiao et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 12, (2005), pp. 8515-8518
【非特許文献３】H. W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 12, (2004), pp. 2319-2321
【非特許文献４】Z. H. Zhou et al., Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 5, (2004), pp. 804-806
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
圧電体材料には、第一に、高い圧電性能が要求される。さらに、低い誘電損失および高い電気機械結合係数が要求される。特に、センサへの使用には、誘電損失および電気機械結合係数が重視される。このため、圧電体材料には、
（ａ）−７０ｐＣ／Ｎ以下の圧電定数ｄ31（高い変位量）
（ｂ）５．０％以下の誘電損失ｔａｎδ（低いエネルギー損失）
（ｃ）０．３０以上の電気機械結合係数ｋ31（高いエネルギー変換効率）
の一つではなく、全てが求められる。【００１２】
本発明の目的は、非鉛強誘電材料を含み、低い誘電損失、高い電気機械結合係数およびＰＺＴと同様の高い圧電定数を有する非鉛圧電体薄膜を提供することである。【００１３】
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄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、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該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】
【００１４】
本発明者らは、
・非鉛強誘電材料である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜）に対して所定量のＡｇを添加することにより、基板と圧電体薄膜との間に界面層を形成することなく、（００１）配向性に優れた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が形成されること、
・当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜によって、（ａ）高い圧電定数、（ｂ）低い誘電損失、および（ｃ）高い電気機械結合係数が同時に実現されること、を見出した。【００１５】
本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成させた。【００１６】
本発明の圧電体薄膜は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を有する。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。【００１７】
本発明のインクジェットヘッドは、圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄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薄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。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有する。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合されている。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、互いに接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。【００１８】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する本発明の方法は、前記インクジェットヘッドを準備する工程、および下記の工程Ａを包含する。ここで、前記インクジェットヘッドは、圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄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薄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。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有する。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合されている。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、互いに接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記工程Ａは、前記第１の電極および前記第２の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て画像を形成する工程、である。【００１９】
本発明の角速度センサは、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記第１の電極および前記第２の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により構成されている。【００２０】
角速度センサを用いて角速度を測定する本発明の方法は、前記角速度センサを準備する工程、ならびに、下記の工程Ｂおよび工程Ｃを包含する。ここで、前記角速度センサは、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記第１の電極および前記第２の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。前記工程Ｂは、駆動電圧を、前記第１の電極および前記第２の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、である。前記工程Ｃは、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測定する工程、である。【００２１】
本発明の圧電発電素子は、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。【００２２】
圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、前記圧電発電素子を準備する工程、および、下記の工程Ｄを包含する。ここで、前記圧電発電素子は、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記工程Ｄは、前記振動部に振動を与えることにより、前記第１の電極および前記第２の電極との間に電位差を生じさせる工程、である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、非鉛材料組成でありながら、低い誘電損失（５．０％以下のｔａｎδ）、高い電気機械係数（０．３０以上のｋ31）、およびＰＺＴと同様の高い圧電性能（−７０ｐＣ／Ｎ以下のｄ31）を有する非鉛圧電体薄膜を提供する。【００２４】
本発明は、当該非鉛圧電体薄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と、これらを用いて画像を形成する方法、角速度を測定する方法および発電方法とを提供する。本発明のインクジェットヘッドは、優れたインク吐出特性を有する。当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、高い精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、優れたセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、優れた角速度の測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた発電方法は、優れた発電効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の圧電体薄膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の圧電体薄膜の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の圧電体薄膜のまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の圧電体薄膜のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の圧電体薄膜の、さらにまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２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３】図３は、図２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４】図４は、図２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５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、図１３に示す角速度センサにおける断面Ｅを示す断面図である。
【図１５】図１５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１６】図１６は、図１５に示す圧電発電素子における断面Ｆを示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施例および比較例として作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図１８】図１８は、実施例および比較例１として作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与える。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００２７】
［圧電体薄膜］
図１Ａは、本発明による圧電体薄膜の一形態を示す。図１Ａに示される圧電体薄膜１ａは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１である。
【００２８】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、（００１）の面方位を表面に有する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、添加元素としてＡｇをさらに含む。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１におけるＡｇの含有量は、モル比Ａｇ／Ｔｉによる表現で０．００１以上０．０１以下である。
【００２９】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、高い結晶性および強い（００１）配向を有する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、すなわち圧電体薄膜１ａは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３０】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜において、これら３つの特性を向上させるために適した添加元素は、その化学的特性の類似性またはイオン半径からは全く予想できない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物から構成される薄膜において、当該薄膜を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有していること、各元素の蒸気圧の違いが互いに影響を及ぼすことにより、良好な結晶性および良好な配向性を有する薄膜の形成が困難となること、にある。本発明者らは、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１以上０．０１以下のＡｇを含有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜が、高い結晶性および強い（００１）配向を有し、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有することを見出した。
【００３１】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。サイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉである。
【００３２】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１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。その他の当該不純物は、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａであり得る。いくかの不純物は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００３３】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは限定されない。当該厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が薄くても、当該膜は、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３４】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、例えば、ＰＬＤ法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法（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。
【００３５】
図１Ｂは、本発明による圧電体薄膜の別の一形態を示す。図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に加えて、ＬａＮｉＯ3膜１２をさらに備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、ＬａＮｉＯ3膜１２上に形成されている。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１とＬａＮｉＯ3膜１２とは、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、圧電体層である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｂは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３６】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、（００１）の面方位を表面に有する。ＬａＮｉＯ3膜１２は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。当該結晶構造の格子定数は０．３８４ｎｍ（擬立方晶）である。このため、ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する良好な格子整合性を有する。ＬａＮｉＯ3膜１２は、当該膜の下地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Ｓｉ単結晶基板の上に、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１２が形成され得る。ステンレスなどの金属からなる基板、ガラスなどの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ＬａＮｉＯ3膜１２が形成され得る。
【００３７】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、Ｌａを置換する希土類元素である。
【００３８】
ＬａＮｉＯ3は酸化物導電体である。ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する電極層（第１の電極）として機能し得る。
【００３９】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。ＬａＮｉＯ3膜１２は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、および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。
【００４０】
第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜の上部または下部、またはその両方に、他の導電膜を具備してもよい。導電膜は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）のような金属薄膜、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物導電体薄膜である。これらの薄膜は、低い電気抵抗および耐熱性を有する。
【００４１】
図１Ｃは、本発明による圧電体薄膜のまた別の一形態を示す。図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃは、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂに加えて、基板１３をさらに備える。ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と基板１３との間に挟まれている。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、ＬａＮｉＯ3膜１２および基板１３は、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｃは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００４２】
基板１３は、シリコン（Ｓｉ）基板であり得る。基板１３は、好ましくはＳｉ単結晶基板である。
【００４３】
第１の電極（図１Ｃに示される例ではＬａＮｉＯ3膜１２）と基板１３との間に、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。ただし、密着層は導電性を必要とする。密着層の材料の例は、Ｔｉである。当該材料は、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒまたはこれらの化合物であり得る。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。密着層は、第１の電極と基板１３との密着性に応じて、省略され得る。
【００４４】
図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃは、基板１３上に、ＬａＮｉＯ3膜１２および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００４５】
図１Ｄは、本発明による圧電体薄膜のさらに別の一形態を示す。図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄは、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂに加えて、導電膜１４をさらに備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、導電膜１４とＬａＮｉＯ3膜１２との間に挟まれている。導電膜１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１およびＬａＮｉＯ3膜１２は、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｄは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００４６】
導電膜１４は、ＬａＮｉＯ3膜１２とともに、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する電極層（第２の電極）として機能し得る。
【００４７】
導電膜１４は、導電性を有する材料から構成される。当該材料は、例えば、Ｐｔ、ＰｄおよびＡｕのような金属薄膜、ＮｉＯ、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3のような酸化物導電体薄膜である。これらの薄膜は、低い電気抵抗および耐熱性を有する。導電膜１４と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１との間に、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。密着層の材料の例は、Ｔｉである。当該材料は、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒまたはこれらの化合物であり得る。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。密着層は、導電膜１４と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１との密着性に応じて、省略され得る。
【００４８】
図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄは、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００４９】
図１Ｅは、本発明による圧電体薄膜のさらにまた別の一形態を示す。図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄに加えて、基板１３をさらに備える。別の側面から述べると、図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃに加えて、導電膜１４をさらに備える。圧電体薄膜１ｅは、基板１３、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４が順に積層された積層構造を有する。ＬａＮｉＯ3膜１２および導電膜１４は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する第１の電極および第２の電極として機能し得る。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｅは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００５０】
図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、基板１３上に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００５１】
図１Ａ〜図１Ｅに示される圧電体薄膜１ａ〜１ｅは、下地基板を用いて製造され得る。
【００５２】
下地基板は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板；ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、およびＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板；Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造を有する酸化物基板；ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造を有する酸化物基板；ＴｉＯ2のようなルチル型構造を有する酸化物基板；および、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3、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；であり得る。下地基板は、ガラス基板；アルミナのようなセラミックス基板；および、ステンレスのような金属基板；の表面に、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する酸化物薄膜を積層することによって形成され得る。酸化物薄膜の例は、ＭｇＯ薄膜、ＮｉＯ薄膜、および酸化コバルト（ＣｏＯ）薄膜である。
【００５３】
本発明の圧電体薄膜は、本発明の効果が得られる限り、当該薄膜を構成する各膜の間に任意の層を具備していてもよい。
【００５４】
［インクジェットヘッド］
本発明のインクジェットヘッドを、図２〜図１２Ｂを参照しながら説明する。
【００５５】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図３は、図２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。
【００５６】
図２および図３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３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、圧電体薄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。
【００５７】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体薄膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２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、圧電体薄膜を、具備する。
【００５８】
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。１つの共通液室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２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。
【００５９】
図２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２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２に示される。
【００６０】
図４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４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２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の電極（個別電極層１０３）および第２の電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１１を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【００６１】
図４に示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄに相当する。個別電極層１０３は、ＬａＮｉＯ3膜１２またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体に対応する。共通電極層１１２は、導電膜１４に対応する。ただし、本発明のインクジェットヘッドの個別電極層１０３は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。個別電極層１０３は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６２】
図４に示される圧電体薄膜１０４において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、基本的に、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【００６３】
共通電極層１１２である導電膜１４は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ膜であり得る。当該導電性材料は、Ｔｉが好ましい。なぜなら、Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対して高い密着性を有し、圧電体層と共通電極層との密着層として良好に機能し得るからである。
【００６４】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１１の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２はＬａＮｉＯ3膜１２からなる。あるいは、共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体からなる。個別電極層１０３は、導電膜１４からなる。ただし、本発明のインクジェットヘッドの共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。共通電極層１１２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６５】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００６６】
アクチュエータ部Ｂは、振動層１１１をさらに具備する。振動層１１１は、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合している。振動層１１１は、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて、振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１１への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００６７】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合している。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
【００６８】
（１）圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位し、  （２）振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ、  （３）圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出し得る限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は、限定されない。図４では、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００６９】
振動層１１１を構成する材料は、例えば、Ｃｒである。当該材料は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔａ、タングステン（Ｗ）、シリコン、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）であり得る。振動層１１１の厚みは、２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００７０】
接着層１１４を構成する材料は、例えば、接着剤または粘着剤である。当業者は、接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００７１】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３を構成する材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り、限定されない。中間層１１３の材料は、例えば、Ｔｉである。中間層１１３は、省略され得る。
【００７２】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００７３】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
最初に、図５Ａに示されるように、下地基板１２０の上に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１１、導電膜１４、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。当該手法の例は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法、スパッタリング法である。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００７５】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工して形成し得る。Ｓｉ基板のサイズは、下地基板１２０のサイズよりも大きいことが好ましい（図１０参照。図１０における符号１３０が、Ｓｉ基板。符号１３０は、Ｓｉ基板以外の他の基板であり得る）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合した後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成される。基板１３０は、複数の当該貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法により、基板１３０に設けられ得る。当該手法は、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせであり得る。エッチングは、ケミカルエッチングまたはドライエッチングであり得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂを、まとめて区画壁１０２と呼ぶ。
【００７６】
次に、図５Ｃに示されるように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。当該方法は、例えば、電着法であり得る。
【００７７】
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は積層体１３２に接合する。当該接合によって、中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０のサイズが下地基板１２０のサイズよりも大きい場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示される例では１４の積層体。図１０では、積層体１３２が具備する下地基板１２０が見えている）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合する。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。基板１３０の積層体１３２への接合により、導電膜１４は共通電極層１１２となる。
【００７８】
接着層１１４が熱硬化性の接着剤により構成される場合、基板１３０が積層体１３２に接合した後、熱を加えて接着層１１４を完全に硬化させることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００７９】
次に、図６Ｂに示されるように、区画壁１０２をマスクとして用いて中間層１１３をエッチングする。当該エッチングは、貫通孔１０１の断面の形状に合致させるように行う。これにより、振動層１１１が貫通孔１０１に露出する。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに、縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００８０】
図５Ｂ〜図６Ｂに示される例では、貫通孔１０１が形成された基板１３０が、圧電体層１１を含む積層体１３２に接合する。この手順に代えて、貫通孔１０１を具備しない基板１３０が積層体１３２に接合し、そして当該基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００８１】
その後、図７Ａに示されるように、下地基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００８２】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせた微細加工によって、ＬａＮｉＯ3膜１２は、２以上の個別電極層１０３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応付けられる。
【００８３】
その後、図８Ａに示されるように、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が微細加工される。微細加工した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（ＬａＮｉＯ3膜１２）、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および共通電極層１１２（導電膜１４）から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００８４】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、２以上の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、２以上の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００８５】
上述した各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００８６】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７に、ノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。両部材の接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００８７】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示される工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時にはアライメント調整が行われ、当該接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００８８】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００８９】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合している；（２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合している；（３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、当該密着層１４２がこれらの間の密着性を向上させている；（４）共通電極層１１２が、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である；（５）個別電極層１０３が導電膜１４である；（６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および個別電極層１０３が順に積層されている。
【００９０】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。
【００９１】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示されるように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（ＬａＮｉＯ3膜１２）、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、この順に形成する。各層（膜）の形成手法は、上述したとおりである。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００９２】
この実施形態では、基板１３０がＳｉである場合、当該基板の表面を酸化することによって、二酸化シリコンにより構成される振動層１１１を形成し得る。このとき、振動層１１１の厚みは、０．５〜１０μｍであり得る。
【００９３】
次に、図１２Ｂに示されるように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。次に、基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、導電膜１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、導電膜１４が個別電極層１０３に変化する。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとを組み合わせた公知の微細加工手法が用いられ得る。パターニングには、レジストのスピンコートが用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。異方性ドライエッチングでは、当該混合ガスが、さらに六フッ化硫黄ガスを含み得る。
【００９４】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。ノズル孔１０８は、リソグラフィー法、レーザー加工法、放電加工法のような微細加工手法により、ノズル板に形成し得る。
［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の電極（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て画像を形成する工程を含有する。
【００９５】
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。
【００９６】
［角速度センサ］
図１３および図１４は、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４は、図１３に示される角速度センサ２１の断面Ｅを示す。図１３および図１４に示される角速度センサ２１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。
【００９７】
図１３および図１４に示される角速度センサ２１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薄膜２０８とを備える。
【００９８】
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１３ではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３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。
【００９９】
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２１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。
【０１００】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と、第１の電極２０２および第２の電極２０５と、を備える。圧電体層１１は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０１】
図１３および図１４に示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である。すなわち、第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１４と考えて、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。ただし、本発明の角速度センサの第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。第１の電極２０２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【０１０２】
図１３および図１４に示される圧電体薄膜２０８において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０３】
第２の電極２０５を構成する材料は限定されず、例えば、Ｃｕである。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１０４】
第２の電極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１１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１３におけるＸ方向）である。より具体的には、図１３および図１４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１３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１３および図１４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１３におけるＺ方向）の撓みである。
【０１０５】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の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１３および図１４に示される角速度センサ２１では、第２の電極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の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および第１の電極２０２が、この順に積層され得る。
【０１０６】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極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１３では、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１０７】
第１の電極２０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１２の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。他の導電膜の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極２０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１０８】
図１３および図１４に示される角速度センサでは、圧電体薄膜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、圧電体薄膜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薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【０１０９】
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１３および図１４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。
【０１１０】
本発明の角速度センサは、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。
【０１１１】
最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１１２】
次に、導電膜１４をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、およびＬａＮｉＯ3膜１２をパターニングする。そして、微細加工により基板をパターニングして、振動部２００ｂを形成する。このようにして、本発明の角速度センサが製造され得る。
【０１１３】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１４】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１４とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサが製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１５】
［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測定する工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、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。
【０１１６】
以下、図１３に示される角速度センサ２１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の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１１が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極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の電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１は、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１３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１３に示される角速度センサ２１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。
【０１１７】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１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１１も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１１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２１に加わった角速度ωを測定することができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
［圧電発電素子］
図１５および図１６は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６は、図１５に示される圧電発電素子２２の断面Ｆを示す。圧電発電素子２２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２２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。
【０１２０】
図１５および図１６に示される圧電発電素子２２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薄膜３０８とを具備する。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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、錘荷重は不要である。
【０１２４】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と、第１の電極３０２および第２の電極３０５と、を備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、第１の電極３０２および第２の電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１２５】
図１５および図１６に示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である。すなわち、第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１４と考えて、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。ただし、本発明の圧電発電素子の第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。第１の電極３０２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【０１２６】
図１５および図１６に示される圧電体薄膜３０８において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１２７】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜であり得る。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１２８】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、第１の電極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。
【０１２９】
第１の電極３０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１２の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。他の導電膜の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極３０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１３０】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、振動部３００ｂを有する基板３００側から見て、第１の電極３０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極３０５が、この順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板側から見て、第２の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および第１の電極が、この順に積層され得る。
【０１３１】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１３２】
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。
【０１３３】
本発明の圧電発電素子は、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。
【０１３４】
最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１３５】
次に、導電膜１４をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、およびＬａＮｉＯ3膜１２をパターニングする。ＬａＮｉＯ3膜１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成される。そして、微細加工により基板をパターニングして、固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により、錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１３６】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１３７】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１４とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１３８】
［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の電極および第２の電極の間に電位差が生じ、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１３９】
外部から圧電発電素子２２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（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に生じる。このようにして、圧電体層１１を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１１が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の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。
【実施例】
【０１４０】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。【０１４１】
（実施例１）
実施例１では、基板１３、ＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜とを具備する第１の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１１および導電膜１４（第２の電極）を順に具備する圧電体薄膜を作製した。この圧電体薄膜は、第１の電極がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である以外は、図１Ｅに示す圧電体薄膜１ｅに相当する。当該圧電体薄膜は、以下のように作製された。【０１４２】
（１００）の面方位を有するＳｉ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、（１１１）配向を有するＰｔ膜（厚み１００ｎｍ）を形成した。当該Ｐｔ膜は、他の導電膜に対応する。ターゲットとして金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスの雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件で当該Ｐｔ膜を形成した。当該Ｐｔ膜を形成する前に、Ｔｉ膜（厚み２．５ｎｍ）をＳｉ単結晶基板の表面に形成し、Ｓｉ単結晶基板とＰｔ膜との間の密着性を向上させた。当該Ｔｉ膜は、金属Ｐｔに代えて金属Ｔｉをターゲットとして用いたこと以外は、当該Ｐｔ膜の形成方法と同じ方法により形成された。【０１４３】
次に、Ｐｔ膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜（厚み２００ｎｍ）を形成した。ターゲットとしてストイキオメトリ組成を有するＬａＮｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が８０／２０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１００Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件下で当該ＬａＮｉＯ3膜を形成した。【０１４４】
次に、ＬａＮｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００２５含有する、［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜（厚み２．７μｍ）を形成した。当該膜は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対応する。ターゲットとして、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００２５含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が５０／５０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗおよび基板温度６５０℃の成膜条件下で当該膜１１を形成した。【０１４５】
形成した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造を、Ｘ線回折によって解析した。Ｘ線回折は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の上からＸ線を入射して行なわれた。図１７は、その結果を示す。以降の比較例においても、同一のＸ線回折が適用された。【０１４６】
図１７は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、６，５７６ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例１で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。【０１４７】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、Ａｕ膜（厚み１００ｎｍ）を形成した。当該Ａｕ膜は、導電膜１４に対応する。このようにして、実施例１の圧電体薄膜が作製された。【０１４８】
圧電体薄膜が具備するＰｔ膜およびＡｕ膜を用いて、当該圧電体薄膜の強誘電特性（圧電定数ｄ31、誘電損失ｔａｎδ、電気機械結合係数ｋ31）を評価した。図１８は、実施例の圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。図１８に示されるように、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜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（ｔａｎδ）を測定した。当該圧電体薄膜のｔａｎδは４．７％であった。【０１４９】
圧電体薄膜の圧電性能は、以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工した。次に、Ｐｔ膜とＡｕ膜との間に電位差を印加してカンチレバーを変位させて得られた変位量をレーザー変位計により測定した。次に、測定された変位量を圧電定数ｄ31に変換し、当該圧電定数ｄ31により圧電性能を評価した。実施例１で作製した圧電体薄膜のｄ31は−９６ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31は０．４２であった。実施例１で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を十分に満たしていた。【０１５０】
（実施例２）
実施例２では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。【０１５１】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。【０１５２】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、６，９２９ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例２で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。【０１５３】
実施例２で作製した圧電体薄膜は、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線の評価にあたってＰｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、良好な強誘電特性を現した。実施例２で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31は−７８ｐＣ／Ｎ、誘電損失ｔａｎδは４．９％、電気機械結合係数ｋ31は０．３０であった。実施例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしていた。【０１５４】
（実施例３）
実施例３では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０１とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０１含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。【０１５５】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。【０１５６】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、３，１５７ｃｐｓであり、強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例３で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が高い（００１）配向性を有することを意味する。【０１５７】
実施例３で作製した圧電体薄膜は、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、良好な強誘電特性を現した。実施例３で作製した圧電体薄膜のｄ31は−７０ｐＣ／Ｎ、誘電損失ｔａｎδは４．８％、電気機械結合係数ｋ31は０．３０であった。実施例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしていた。【０１５８】
（比較例１）
比較例１では、Ａｇを含有しない（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成した以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇを含有しない、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。【０１５９】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。【０１６０】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がＡｇを含有しない比較例１においても、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークが観察された。しかし、それ以外に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の（１１０）配向に起因する反射ピークが観察された。（００１）反射ピークの強度は、２，６６１ｃｐｓであり、実施例１に比べて大きく劣っていた。図１７に示されるプロファイルは、比較例１で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が（００１）配向性に劣ることを意味する。【０１６１】
比較例１で作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を評価したところ、誘電損失が非常に大きく（ｔａｎδが４０％）、正確な曲線の評価が困難だった（図１８を参照）。強誘電特性の評価においても、大きなリーク電流のため、正確な特性評価が困難だった。比較例１で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31はおよそ−４０ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31はおよそ０．１０と推定された。比較例１で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしなかった。【０１６２】
（比較例２）
比較例２では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０３とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０３含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。【０１６３】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。【０１６４】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。比較例２では、Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、（００１）反射ピークの強度は、１，３３９ｃｐｓであり、実施例１に比べて大きく劣っていた。図１７に示されるプロファイルは、比較例２で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が（００１）配向性に劣ることを意味する。【０１６５】
比較例２で作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を評価したところ、誘電損失が非常に大きく（ｔａｎδが２６．３％）、正確な曲線の評価が困難だった。比較例２で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31は−４９ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31は０．１９であった。比較例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしなかった。【０１６６】
以下の表１は、実施例および比較例の評価結果を要約している。【０１６７】
【表１】
2011045897.tif 000003
【０１６８】
表１に示されるように、（００１）面方位に強く結晶配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜を形成するために、当該膜に対して、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１〜０．０１のＡｇを加えることが有用であった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１〜０．０１のＡｇを加えた場合、低い誘電損失、高い電気機械結合係数、ならびにＰＺＴと同様の高い圧電定数を有する非鉛圧電体薄膜が実現された。【０１６９】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明の圧電体薄膜は、鉛を含まないにも拘わらず、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜の結晶配向が（００１）方位へと制御されていることで、優れた圧電性能を示す。すなわち、本発明の圧電体薄膜は、
（ａ）圧電定数ｄ３１が−７０ｐＣ／Ｎ以下（高い変位量）
（ｂ）誘電損失Ｔａｎδが５．０％以下（低いエネルギー損失）
（ｃ）電気機械結合係数ｋ３１が０．３０以上（高いエネルギー変換効率）
の全ての圧電特性を同時に満たす。【０１７１】
本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。本発明の圧電体薄膜は、焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、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が挙げられる。【０１７２】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係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ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011045897.tif 000031
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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薄膜に関する。さらに、本発明は、当該圧電体薄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、当該圧電体薄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薄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】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3、０＜ｘ＜１）は、大きな電荷を蓄えることができる代表的な強誘電材料である。ＰＺＴは、コンデンサおよび薄膜メモリに使用されている。ＰＺＴは、強誘電性に基づく焦電性および圧電性を有する。ＰＺＴは高い圧電性能を有する。組成の調整または元素の添加によって、ＰＺＴの機械的品質係数Ｑｍは容易に制御され得る。これらが、センサ、アクチュエータ、超音波モータ、フィルタ回路および発振子へのＰＺＴの応用を可能にしている。
【０００３】
しかし、ＰＺＴは多量の鉛を含む。近年、廃棄物からの鉛の溶出による、生態系および環境への深刻な被害が懸念されている。このため、国際的にも鉛の使用の制限が進められている。従って、ＰＺＴとは異なり、鉛を含有しない強誘電材料（非鉛強誘電材料）が求められている。
【０００４】
現在開発が進められている非鉛（lead-free）強誘電材料の一例が、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト型複合酸化物［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）1-yＢａy］ＴｉＯ3のセラミックスである。特許文献１および非特許文献１は、バリウム量ｙ（＝［Ｂａ／（Ｂｉ＋Ｎａ＋Ｂａ）］）が５〜１０％である場合に、当該強誘電材料が、およそ１２５ｐＣ／Ｎの圧電定数ｄ33を有し、高い圧電性能を有することを開示する。
【０００５】
セラミックスのようなバルクの強誘電体において、微量のドーパントの添加による、圧電性能の向上が試みられている。非特許文献２は、銀（Ａｇ）を添加した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3セラミックス（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ，Ａｇ）ＴｉＯ3セラミックス）を開示する。このセラミックスの圧電定数は、Ａｇの添加量の増加に伴って、より高くなる。特に、モル比Ａｇ／Ｔｉ＝０．０３の組成を有する当該セラミックスは、Ａｇを添加しない場合に比べて、９％程度高い圧電定数ｄ33を有する。しかし、Ａｇの添加に伴い、当該セラミックスの誘電損失ｔａｎδが増加し、電気機械結合係数が減少する。電気機械結合係数は、電気エネルギーと機械エネルギーとの変換効率を表す。
【０００６】
一方、圧電体薄膜において、結晶の配向軸を揃えることによる、圧電性能の向上が試みられている。その方法の一つが、基板と圧電体薄膜との間への、界面層（バッファ層）の配置である。特許文献２および特許文献３は、圧電体薄膜を構成する元素の全てまたは一部を含む界面層を開示する。これとは別に、非特許文献３および非特許文献４は、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）またはＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いた、特定方向に配向した圧電体薄膜の形成を開示する。
【０００７】
結晶配向が制御されていない圧電体薄膜は、非常に低い強誘電性能および圧電性能を示す。強誘電性能は、例えば、残留分極である。セラミックスの形態を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3は１％程度の誘電損失を示す（非特許文献１を参照）。これに対して、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜の誘電損失は、特にｋＨｚ以下の低周波領域において急激に増加し、数十％に達する（非特許文献４を参照）。これは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜がリーク電流を生じやすいことによる。誘電損失が高い場合、薄膜の強誘電性能および圧電性能は著しく低くなる。
【０００８】
特許文献４は、Ａｇを添加元素として含む、特定の化学式で示される圧電磁気組成物を開示する。当該組成物は、バルクである。当該組成物は、鉛を含まず、圧電定数ｄ31、比誘電率、誘電損失およびキュリー温度Ｔｃから選ばれる少なくとも１つの特性に優れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平4-60073号公報
【特許文献２】特開平10-182291号公報
【特許文献３】特開2007-266346号公報
【特許文献４】特開2008-169113号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】D. Q. Xiao et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 12, (2005), pp. 8515-8518
【非特許文献３】H. W. Cheng et al., Applied Physics Letters, Vol. 85, (2004), pp. 2319-2321
【非特許文献４】Z. H. Zhou et al., Applied Physics Letters, Vol. 85, (2004), pp. 804-806
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
圧電体材料には、第一に、高い圧電性能が要求される。さらに、低い誘電損失および高い電気機械結合係数が要求される。特に、センサへの使用には、誘電損失および電気機械結合係数が重視される。このため、圧電体材料には、
（ａ）−７０ｐＣ／Ｎ以下の圧電定数ｄ31（高い変位量）
（ｂ）５．０％以下の誘電損失ｔａｎδ（低いエネルギー損失）
（ｃ）０．３０以上の電気機械結合係数ｋ31（高いエネルギー変換効率）
の一つではなく、全てが求められる。
【００１２】
本発明の目的は、非鉛強誘電材料を含み、低い誘電損失、高い電気機械結合係数およびＰＺＴと同様の高い圧電定数を有する非鉛圧電体薄膜を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、当該非鉛圧電体薄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、当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法、当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法および当該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】
【００１４】
本発明者らは、
・非鉛強誘電材料である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜（（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜）に対して所定量のＡｇを添加することにより、基板と圧電体薄膜との間に界面層を形成することなく、（００１）配向性に優れた（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が形成されること、
・当該（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜によって、（ａ）高い圧電定数、（ｂ）低い誘電損失、および（ｃ）高い電気機械結合係数が同時に実現されること、を見出した。
【００１５】
本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成させた。
【００１６】
本発明の圧電体薄膜は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を有する。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。
【００１７】
本発明のインクジェットヘッドは、圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄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薄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。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有する。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合されている。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、互いに接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。
【００１８】
インクジェットヘッドを用いて画像を形成する本発明の方法は、前記インクジェットヘッドを準備する工程、および下記の工程Ａを包含する。ここで、前記インクジェットヘッドは、圧電体層を有する圧電体薄膜と、前記圧電体薄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薄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。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有する。前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合されている。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、互いに接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記工程Ａは、前記第１の電極および前記第２の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て画像を形成する工程、である。
【００１９】
本発明の角速度センサは、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記第１の電極および前記第２の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により構成されている。
【００２０】
角速度センサを用いて角速度を測定する本発明の方法は、前記角速度センサを準備する工程、ならびに、下記の工程Ｂおよび工程Ｃを包含する。ここで、前記角速度センサは、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記第１の電極および前記第２の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。前記工程Ｂは、駆動電圧を、前記第１の電極および前記第２の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、である。前記工程Ｃは、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測定する工程、である。
【００２１】
本発明の圧電発電素子は、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。
【００２２】
圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、前記圧電発電素子を準備する工程、および、下記の工程Ｄを包含する。ここで、前記圧電発電素子は、振動部を有する基板と、圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備える。前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されている。前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜である。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含む。前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉは、０．００１以上０．０１以下である。前記工程Ｄは、前記振動部に振動を与えることにより、前記第１の電極および前記第２の電極との間に電位差を生じさせる工程、である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、非鉛材料組成でありながら、低い誘電損失（５．０％以下のｔａｎδ）、高い電気機械係数（０．３０以上のｋ31）、およびＰＺＴと同様の高い圧電性能（−７０ｐＣ／Ｎ以下のｄ31）を有する非鉛圧電体薄膜を提供する。
【００２４】
本発明は、当該非鉛圧電体薄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と、これらを用いて画像を形成する方法、角速度を測定する方法および発電方法とを提供する。本発明のインクジェットヘッドは、優れたインク吐出特性を有する。当該インクジェットヘッドを用いて画像を形成する方法は、高い精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、優れたセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いて角速度を測定する方法は、優れた角速度の測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた発電方法は、優れた発電効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の圧電体薄膜の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の圧電体薄膜の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の圧電体薄膜のまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の圧電体薄膜のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の圧電体薄膜の、さらにまた別の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２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３】図３は、図２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４】図４は、図２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５Ａ】図５Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、圧電体層を含む積層体の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、後に圧力室部材となる部材の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、接着層を形成する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すインクジェットヘッドを製造する方法の一例における、図５Ａに示す工程で形成した積層体と図５Ｂに示す工程で形成した部材とを接合する工程を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ａに示す工程に続く工程（中間層のエッチング工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図６Ｂに示す工程に続く工程（下地基板の除去工程）を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ａに示す工程に続く工程（個別電極層の形成工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図７Ｂに示す工程に続く工程（圧電体層の微細加工工程）を模式的に示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、図８Ａに示す工程に続く工程（基板の切断工程）を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材およびノズル板の準備工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、インク流路部材とノズル板との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図２に示すインクジェットヘッドの製造方法の一例における、アクチュエータ部と圧力室部材との接合体と、インク流路部材とノズル板との接合体との接合工程を模式的に示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図５Ａ〜図９Ｃに示す工程によって得たインクジェットヘッドを模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、圧力室部材とする基板上に、アクチュエータ部とする積層体を配置した一例を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明のインクジェットヘッドの別の一例を模式的に示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すインクジェットの製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、図１３に示す角速度センサにおける断面Ｅを示す断面図である。
【図１５】図１５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１６】図１６は、図１５に示す圧電発電素子における断面Ｆを示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施例および比較例として作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルを示す図である。
【図１８】図１８は、実施例および比較例１として作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部材に同一の符号を与える。これにより、重複する説明が省略され得る。
【００２７】
［圧電体薄膜］
図１Ａは、本発明による圧電体薄膜の一形態を示す。図１Ａに示される圧電体薄膜１ａは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１である。
【００２８】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、（００１）の面方位を表面に有する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、添加元素としてＡｇをさらに含む。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１におけるＡｇの含有量は、モル比Ａｇ／Ｔｉによる表現で０．００１以上０．０１以下である。
【００２９】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、高い結晶性および強い（００１）配向を有する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、すなわち圧電体薄膜１ａは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３０】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される薄膜において、これら３つの特性を向上させるために適した添加元素は、その化学的特性の類似性またはイオン半径からは全く予想できない。この理由は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3のような多元系複合酸化物から構成される薄膜において、当該薄膜を構成する各元素（酸素を除く）が異なる蒸気圧を有していること、各元素の蒸気圧の違いが互いに影響を及ぼすことにより、良好な結晶性および良好な配向性を有する薄膜の形成が困難となること、にある。本発明者らは、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１以上０．０１以下のＡｇを含有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜が、高い結晶性および強い（００１）配向を有し、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有することを見出した。
【００３１】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。サイトＡおよびサイトＢは、単独または複数の元素の配置に応じて、それぞれ２価および４価の平均価数を有する。サイトＡはＢｉ、ＮａおよびＢａである。サイトＢはＴｉである。
【００３２】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１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。その他の当該不純物は、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａであり得る。いくかの不純物は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の結晶性および圧電性能を向上し得る。
【００３３】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは限定されない。当該厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が薄くても、当該膜は、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３４】
（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、例えば、ＰＬＤ法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法（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。
【００３５】
図１Ｂは、本発明による圧電体薄膜の別の一形態を示す。図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に加えて、ＬａＮｉＯ3膜１２をさらに備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、ＬａＮｉＯ3膜１２上に形成されている。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１とＬａＮｉＯ3膜１２とは、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、圧電体層である。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｂは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００３６】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、（００１）の面方位を表面に有する。ＬａＮｉＯ3膜１２は、化学式ＡＢＯ3により表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する。当該結晶構造の格子定数は０．３８４ｎｍ（擬立方晶）である。このため、ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する良好な格子整合性を有する。ＬａＮｉＯ3膜１２は、当該膜の下地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Ｓｉ単結晶基板の上に、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜１２が形成され得る。ステンレスなどの金属からなる基板、ガラスなどの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ＬａＮｉＯ3膜１２が形成され得る。
【００３７】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、微量の不純物を含み得る。当該不純物は、典型的には、Ｌａを置換する希土類元素である。
【００３８】
ＬａＮｉＯ3は酸化物導電体である。ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する電極層（第１の電極）として機能し得る。
【００３９】
ＬａＮｉＯ3膜１２は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。ＬａＮｉＯ3膜１２は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、および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。
【００４０】
第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜の上部または下部、またはその両方に、他の導電膜を具備してもよい。導電膜は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）のような金属薄膜、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）のような酸化物導電体薄膜である。これらの薄膜は、低い電気抵抗および耐熱性を有する。
【００４１】
図１Ｃは、本発明による圧電体薄膜のまた別の一形態を示す。図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃは、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂに加えて、基板１３をさらに備える。ＬａＮｉＯ3膜１２は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と基板１３との間に挟まれている。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、ＬａＮｉＯ3膜１２および基板１３は、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｃは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００４２】
基板１３は、シリコン（Ｓｉ）基板であり得る。基板１３は、好ましくはＳｉ単結晶基板である。
【００４３】
第１の電極（図１Ｃに示される例ではＬａＮｉＯ3膜１２）と基板１３との間に、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。ただし、密着層は導電性を必要とする。密着層の材料の例は、Ｔｉである。当該材料は、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒまたはこれらの化合物であり得る。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。密着層は、第１の電極と基板１３との密着性に応じて、省略され得る。
【００４４】
図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃは、基板１３上に、ＬａＮｉＯ3膜１２および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００４５】
図１Ｄは、本発明による圧電体薄膜のさらに別の一形態を示す。図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄは、図１Ｂに示される圧電体薄膜１ｂに加えて、導電膜１４をさらに備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、導電膜１４とＬａＮｉＯ3膜１２との間に挟まれている。導電膜１４、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１およびＬａＮｉＯ3膜１２は、互いに接する。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｄは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００４６】
導電膜１４は、ＬａＮｉＯ3膜１２とともに、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する電極層（第２の電極）として機能し得る。
【００４７】
導電膜１４は、導電性を有する材料から構成される。当該材料は、例えば、Ｐｔ、ＰｄおよびＡｕのような金属薄膜、ＮｉＯ、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3のような酸化物導電体薄膜である。これらの薄膜は、低い電気抵抗および耐熱性を有する。導電膜１４と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１との間に、両者の密着性を向上させる密着層が配置され得る。密着層の材料の例は、Ｔｉである。当該材料は、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒまたはこれらの化合物であり得る。密着層は、２種以上のこれらの材料により構成され得る。密着層は、導電膜１４と（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１との密着性に応じて、省略され得る。
【００４８】
図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄは、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００４９】
図１Ｅは、本発明による圧電体薄膜のさらにまた別の一形態を示す。図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄに加えて、基板１３をさらに備える。別の側面から述べると、図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、図１Ｃに示される圧電体薄膜１ｃに加えて、導電膜１４をさらに備える。圧電体薄膜１ｅは、基板１３、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４が順に積層された積層構造を有する。ＬａＮｉＯ3膜１２および導電膜１４は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に電圧を印加する第１の電極および第２の電極として機能し得る。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が有する上述の特性に基づいて、圧電体薄膜１ｅは、高い圧電定数、低い誘電損失および高い電気機械結合係数を有する。
【００５０】
図１Ｅに示される圧電体薄膜１ｅは、基板１３上に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を順に形成して、製造され得る。各膜は、典型的にはスパッタリング法により形成され得る。
【００５１】
図１Ａ〜図１Ｅに示される圧電体薄膜１ａ〜１ｅは、下地基板を用いて製造され得る。
【００５２】
下地基板は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のようなＮａＣｌ型構造を有する酸化物基板；ＳｒＴｉＯ3、ＬａＡｌＯ3、およびＮｄＧａＯ3のようなペロブスカイト型構造を有する酸化物基板；Ａｌ2Ｏ3のようなコランダム型構造を有する酸化物基板；ＭｇＡｌ2Ｏ4のようなスピネル型構造を有する酸化物基板；ＴｉＯ2のようなルチル型構造を有する酸化物基板；および、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ3、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；であり得る。下地基板は、ガラス基板；アルミナのようなセラミックス基板；および、ステンレスのような金属基板；の表面に、ＮａＣｌ型の結晶構造を有する酸化物薄膜を積層することによって形成され得る。酸化物薄膜の例は、ＭｇＯ薄膜、ＮｉＯ薄膜、および酸化コバルト（ＣｏＯ）薄膜である。
【００５３】
本発明の圧電体薄膜は、本発明の効果が得られる限り、当該薄膜を構成する各膜の間に任意の層を具備していてもよい。
【００５４】
［インクジェットヘッド］
本発明のインクジェットヘッドを、図２〜図１２Ｂを参照しながら説明する。
【００５５】
図２は、本発明のインクジェットヘッドの一形態を示す。図３は、図２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。
【００５６】
図２および図３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３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、圧電体薄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。
【００５７】
アクチュエータ部Ｂが具備する圧電体薄膜および振動層は、平面視において圧力室１０２と重複する。図２および図３における符号１０３は、圧電体薄膜の一部である個別電極層を指し示す。図２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、圧電体薄膜を、具備する。
【００５８】
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。１つの共通液室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２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。
【００５９】
図２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２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２に示される。
【００６０】
図４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４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２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の電極（個別電極層１０３）および第２の電極（共通電極層１１２）に挟まれた圧電体層１１を有する圧電体薄膜１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）を具備する。１つの個別電極層１０３は、１つの圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに対応付けられている。共通電極層１１２は、圧電体薄膜１０４ａ〜１０４ｄに共通する電極である。
【００６１】
図４に示される圧電体薄膜１０４は、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄに相当する。個別電極層１０３は、ＬａＮｉＯ3膜１２またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体に対応する。共通電極層１１２は、導電膜１４に対応する。ただし、本発明のインクジェットヘッドの個別電極層１０３は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。個別電極層１０３は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６２】
図４に示される圧電体薄膜１０４において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、基本的に、その好ましい形態を含め、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【００６３】
共通電極層１１２である導電膜１４は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ膜であり得る。当該導電性材料は、Ｔｉが好ましい。なぜなら、Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対して高い密着性を有し、圧電体層と共通電極層との密着層として良好に機能し得るからである。
【００６４】
第１の電極および第２の電極の間に印加される電圧が圧電体層１１の変形を誘起し得る限り、第１の電極および第２の電極のいずれもが個別電極層であり得る。この場合、第１の電極である共通電極層１１２はＬａＮｉＯ3膜１２からなる。あるいは、共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体からなる。個別電極層１０３は、導電膜１４からなる。ただし、本発明のインクジェットヘッドの共通電極層１１２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。共通電極層１１２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【００６５】
個別電極層１０３は０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は０．５μｍ以上５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。共通電極層１１２は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００６６】
アクチュエータ部Ｂは、振動層１１１をさらに具備する。振動層１１１は、圧電体薄膜１０４の共通電極層１１２に接合している。振動層１１１は、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて、振動層１１１の膜厚方向に変位する。個別電極層１０３および共通電極層１１２を介する圧電体層１１への電圧の印加が、圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形をもたらす。
【００６７】
圧力室部材Ａは、中間層１１３および接着層１１４を介して振動層１１１に接合している。圧力室部材Ａおよび圧電体薄膜１０４が、振動層１１１を間に挟んでいる。
【００６８】
（１）圧電効果による圧電体薄膜１０４の変形に応じて振動層１１１が変位し、  （２）振動層１１１の変位に応じて圧力室１０２の容積が変化し、かつ、  （３）圧力室１０２の容積の変化に応じて圧力室１０２内のインクが吐出し得る限り、振動層１１１の構成、圧電体薄膜１０４と振動層１１１との間の接合の状態、ならびに振動層１１１と圧力室部材Ａとの間の接合の状態は、限定されない。図４では、振動層１１１は圧力室１０２の壁面を構成している。
【００６９】
振動層１１１を構成する材料は、例えば、Ｃｒである。当該材料は、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔａ、タングステン（Ｗ）、シリコン、あるいはこれらの元素の酸化物、窒化物（例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）であり得る。振動層１１１の厚みは、２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００７０】
接着層１１４を構成する材料は、例えば、接着剤または粘着剤である。当業者は、接着剤および粘着剤の種類を適切に選択し得る。
【００７１】
中間層（縦壁）１１３は、圧力室部材Ａが接着層１１４を介して振動層１１１に接合する際に、圧力室１０２に露出する振動層１１１の一部分に接着層１１４が付着することを防ぐ。当該一部分に付着した接着剤は、振動層１１１の変位を妨げる。中間層１１３を構成する材料は、インクジェットヘッド１００の機能が維持される限り、限定されない。中間層１１３の材料は、例えば、Ｔｉである。中間層１１３は、省略され得る。
【００７２】
圧力室部材Ａは、隣り合う圧力室１０２間に区画壁１０２ａを有する。
【００７３】
図２に示されるインクジェットヘッド１００を製造する方法の一例を、図５Ａ〜図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
最初に、図５Ａに示されるように、下地基板１２０の上に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１１、導電膜１４、振動層１１１および中間層１１３をこの順に形成して、積層体１３２を得る。各層（膜）を形成する薄膜形成手法は特に限定されない。当該手法の例は、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＡＤ法、スパッタリング法である。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００７５】
積層体１３２の形成とは別に、後に圧力室部材Ａとなる部材を形成する。この部材は、例えば、Ｓｉ基板（好ましくはＳｉ単結晶基板）を微細加工して形成し得る。Ｓｉ基板のサイズは、下地基板１２０のサイズよりも大きいことが好ましい（図１０参照。図１０における符号１３０が、Ｓｉ基板。符号１３０は、Ｓｉ基板以外の他の基板であり得る）。より具体的には、図５Ｂに示されるように、複数の貫通孔１０１が基板１３０に形成される。貫通孔１０１は、この部材が、別途形成したアクチュエータ部およびインク流路部材に接合した後、圧力室１０２として機能する。図５Ｂでは、１つの貫通孔群が４つの貫通孔１０１から構成される。基板１３０は、複数の当該貫通孔群を具備する。第１区画壁１０２ａは、１つの貫通孔群に属する隣接する２つの貫通孔１０１を区分する。隣接する２つの貫通孔群を、第２区画壁１０２ｂが区分する。第２区画壁１０２ｂは、第１区画壁１０２ａが有する幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。貫通孔１０１は公知の微細加工手法により、基板１３０に設けられ得る。当該手法は、例えば、パターニングとエッチングとの組み合わせであり得る。エッチングは、ケミカルエッチングまたはドライエッチングであり得る。貫通孔１０１の形状は、望まれる圧力室１０２の形状に対応付けられ得る。以下、第１区画壁１０２ａおよび第２区画壁１０２ｂを、まとめて区画壁１０２と呼ぶ。
【００７６】
次に、図５Ｃに示されるように、区画壁１０２の上に接着層１１４を形成する。接着層１１４の形成方法は限定されない。当該方法は、例えば、電着法であり得る。
【００７７】
その後、図６Ａに示されるように、基板１３０は積層体１３２に接合する。当該接合によって、中間層１１３が基板１３０および積層体１３２の間に挟まれる。基板１３０のサイズが下地基板１２０のサイズよりも大きい場合、図１０に示されるように、複数の積層体１３２（図１０に示される例では１４の積層体。図１０では、積層体１３２が具備する下地基板１２０が見えている）が基板１３０に接合し得る。図６Ａでは、基板１３０に２つの積層体１３２が接合する。図６Ａでは、２つの積層体１３２の中心は、第２区画壁１０２ｂの延長線上に位置する。基板１３０の積層体１３２への接合により、導電膜１４は共通電極層１１２となる。
【００７８】
接着層１１４が熱硬化性の接着剤により構成される場合、基板１３０が積層体１３２に接合した後、熱を加えて接着層１１４を完全に硬化させることが好ましい。接合時に貫通孔１０１にはみ出した接着層１１４は、プラズマ処理によって除去され得る。
【００７９】
次に、図６Ｂに示されるように、区画壁１０２をマスクとして用いて中間層１１３をエッチングする。当該エッチングは、貫通孔１０１の断面の形状に合致させるように行う。これにより、振動層１１１が貫通孔１０１に露出する。当該エッチングによって、中間層１１３は、平面視において区画壁１０２と同一の形状に変化する。中間層１１３は、区画壁１０２および接着層１１４とともに、縦壁を構成する。このようにして、基板１３０、中間層１１３および接着層１１４を具備する圧力室部材Ａが形成される。
【００８０】
図５Ｂ〜図６Ｂに示される例では、貫通孔１０１が形成された基板１３０が、圧電体層１１を含む積層体１３２に接合する。この手順に代えて、貫通孔１０１を具備しない基板１３０が積層体１３２に接合し、そして当該基板１３０に貫通孔１０１を形成して振動層１１１を露出させることによっても、圧力室部材Ａは形成され得る。
【００８１】
その後、図７Ａに示されるように、下地基板１２０が、例えば、エッチングにより除去される。
【００８２】
次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせた微細加工によって、ＬａＮｉＯ3膜１２は、２以上の個別電極層１０３に変化する。各個別電極層１０３は、平面視において、個々の貫通孔１０１に対応付けられる。
【００８３】
その後、図８Ａに示されるように、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１が微細加工される。微細加工した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、いずれも、平面視において個別電極層１０３の形状と同一の形状を有する。当該微細加工では、平面視における各層（膜）の中心が貫通孔１０１の中心に高い精度で一致することが好ましい。このようにして、個別電極層１０３（ＬａＮｉＯ3膜１２）、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および共通電極層１１２（導電膜１４）から構成される圧電体薄膜１０４と、振動層１１１とを備えるアクチュエータ部Ｂが形成される。
【００８４】
次に、図８Ｂに示されるように、共通電極層１１２、振動層１１１および基板１３０を、第２区画壁１０２ｂごとに切断して、２以上の部材１３３を得る。１つの部材１３３は、アクチュエータ部Ｂと、２以上の貫通孔１０１を有する圧力室部材Ａとを具備している。アクチュエータ部Ｂは圧力室部材Ａに接合している。
【００８５】
上述した各手順とは別に、図９Ａに示されるように、共通液室１０５、供給口１０６およびインク流路１０７を具備するインク流路部材Ｃと、ノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄとが準備される。
【００８６】
次に、図９Ｂに示されるように、インク流路部材Ｃの主面に垂直な方向から見てインク流路１０７がノズル孔１０８に重複するように、インク流路部材Ｃをノズル板Ｄに接合して接合体を得る。インク流路１０７に、ノズル孔１０８の全体が露出することが好ましい。両部材の接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。
【００８７】
その後、図９Ｃに示されるように、部材１３３は、図９Ｂに示される工程で準備した接合体に接合する。より具体的には、圧力室部材Ａにおけるアクチュエータ部Ｂ側とは反対側の面が、インク流路部材Ｃにおけるノズル板Ｄ側とは反対側の面に接合する。接合時にはアライメント調整が行われ、当該接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。このようにして、図９Ｄ（図２）に示されるインクジェットヘッド１００が得られる。
【００８８】
図１１は、本発明の他のインクジェットヘッドを示す。図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と比較して、簡易な構造を有する。具体的には、インクジェットヘッド１００からインク流路部材Ｃが除去されている。
【００８９】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、以下の（１）〜（６）を除き、図２〜図４に示されるインクジェットヘッド１００と同一である：（１）インク流路部材Ｃがなく、そしてノズル孔１０８を具備するノズル板Ｄが、直接、圧力室部材Ａに接合している；（２）中間層１１３がなく、そして振動層１１１が、直接、圧力室部材Ａに接合している；（３）振動層１１１と共通電極層１１２との間に密着層１４２が配置されており、当該密着層１４２がこれらの間の密着性を向上させている；（４）共通電極層１１２が、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である；（５）個別電極層１０３が導電膜１４である；（６）共通電極層１１２側から、共通電極層１１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および個別電極層１０３が順に積層されている。
【００９０】
共通電極層１１２は、第１の電極として機能する。個別電極層１０３は、第２の電極として機能する。密着層１４２を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。
【００９１】
図１１に示されるインクジェットヘッド１４１は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示される方法によって製造され得る。最初に、図１２Ａに示されるように、基板１３０の一方の主面に、振動層１１１、密着層１４２、共通電極層１１２（ＬａＮｉＯ3膜１２）、、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、この順に形成する。各層（膜）の形成手法は、上述したとおりである。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【００９２】
この実施形態では、基板１３０がＳｉである場合、当該基板の表面を酸化することによって、二酸化シリコンにより構成される振動層１１１を形成し得る。このとき、振動層１１１の厚みは、０．５〜１０μｍであり得る。
【００９３】
次に、図１２Ｂに示されるように、基板１３０において圧力室１０２が形成される位置に貫通孔１０１が形成される。次に、基板１３０の主面に垂直な方向から見て、貫通孔１０１の中心が、導電膜１４および（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の各層の中心に一致するように、これらの層に微細加工が施される。当該微細加工によって、導電膜１４が個別電極層１０３に変化する。貫通孔１０１の形成および各層の微細加工には、パターニングとエッチングとを組み合わせた公知の微細加工手法が用いられ得る。パターニングには、レジストのスピンコートが用いられ得る。エッチングはドライエッチングが好ましい。貫通孔１０１の形成には異方性ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングでは、フッ素原子を含む有機ガスとアルゴンとの混合ガスが使用され得る。異方性ドライエッチングでは、当該混合ガスが、さらに六フッ化硫黄ガスを含み得る。
【００９４】
最後に、基板１３０は、別途形成しておいたノズル孔１０８を有するノズル板と接合し、図１１に示されるインクジェットヘッド１４１を得る。接合時には、アライメント調整が行われ、これらの接合によって貫通孔１０１を圧力室１０２として機能させる。接合する方法は限定されず、例えば、接着剤が用いられ得る。ノズル孔１０８は、リソグラフィー法、レーザー加工法、放電加工法のような微細加工手法により、ノズル板に形成し得る。
【００９５】
［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の電極（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て画像を形成する工程を含有する。
【００９６】
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。
【００９７】
［角速度センサ］
図１３および図１４は、本発明の角速度センサの一例を示す。図１４は、図１３に示される角速度センサ２１の断面Ｅを示す。図１３および図１４に示される角速度センサ２１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。
【００９８】
図１３および図１４に示される角速度センサ２１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薄膜２０８とを備える。
【００９９】
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１３ではＹ方向である。基板２００の厚み方向（図１３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。
【０１００】
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２１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。
【０１０１】
圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂに接合している。圧電体薄膜２０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と、第１の電極２０２および第２の電極２０５と、を備える。圧電体層１１は、第１の電極２０２および第２の電極２０５の間に挟まれている。圧電体薄膜２０８は、第１の電極２０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極２０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１０２】
図１３および図１４に示される圧電体薄膜２０８では、第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である。すなわち、第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。圧電体薄膜２０８は、第２の電極２０５を導電膜１４と考えて、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。ただし、本発明の角速度センサの第１の電極２０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。第１の電極２０２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【０１０３】
図１３および図１４に示される圧電体薄膜２０８において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１０４】
第２の電極２０５を構成する材料は限定されず、例えば、Ｃｕである。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極２０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１０５】
第２の電極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１１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１３におけるＸ方向）である。より具体的には、図１３および図１４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１３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１３および図１４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１３におけるＺ方向）の撓みである。
【０１０６】
本発明の角速度センサでは、第１の電極および第２の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１３および図１４に示される角速度センサ２１では、第２の電極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の電極２０２が当該電極群により構成され得る。一例として、基板２００から見て、第２の電極２０５、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および第１の電極２０２が、この順に積層され得る。
【０１０７】
接続端子２０２ａ、２０６ａおよび２０７ａが、第１の電極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１３では、接続端子は固定部２００ａ上に設けられている。
【０１０８】
第１の電極２０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１２の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。他の導電膜の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極２０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１０９】
図１３および図１４に示される角速度センサでは、圧電体薄膜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、圧電体薄膜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薄膜２０８によって測定され得る限り、圧電体薄膜２０８の接合の状態は限定されない。例えば、圧電体薄膜２０８は、振動部２００ｂのみに接合され得る。
【０１１０】
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１３および図１４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。
【０１１１】
本発明の角速度センサは、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。
【０１１２】
最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１１３】
次に、導電膜１４をパターニングにより微細加工して、駆動電極２０６およびセンス電極２０７により構成される第２の電極２０５を形成する。さらに、微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、およびＬａＮｉＯ3膜１２をパターニングする。そして、微細加工により基板をパターニングして、振動部２００ｂを形成する。このようにして、本発明の角速度センサが製造され得る。
【０１１４】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１１５】
本発明の角速度センサは、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１４とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の角速度センサが製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１１６】
［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測定する工程、を有する。第１の電極および第２の電極のうち、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。
【０１１７】
以下、図１３に示される角速度センサ２１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の電極２０２および駆動電極２０６を介して圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に印加され、振動部２００ｂを発振させる。印加された駆動電圧の波形に応じて圧電体層１１が変形し、当該層と接合されている振動部２００ｂが発振する。駆動電圧は、例えば、第１の電極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の電極２０２と駆動電極２０６との間の電位差である）。角速度センサ２１は、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１３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１３に示される角速度センサ２１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。
【０１１８】
振動部２００ｂが発振している角速度センサ２１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１１も撓み、第１の電極２０２とセンス電極２０７との間に、圧電体層１１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２１に加わった角速度ωを測定することができる。
【０１１９】
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。
【０１２０】
［圧電発電素子］
図１５および図１６は、本発明の圧電発電素子の一例を示す。図１６は、図１５に示される圧電発電素子２２の断面Ｆを示す。圧電発電素子２２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２２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。
【０１２１】
図１５および図１６に示される圧電発電素子２２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薄膜３０８とを具備する。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、錘荷重は不要である。
【０１２５】
圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂに接合している。圧電体薄膜３０８は、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１と、第１の電極３０２および第２の電極３０５と、を備える。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１は、第１の電極３０２および第２の電極３０５の間に挟まれている。圧電体薄膜３０８は、第１の電極３０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極３０５が、この順に積層された積層構造を有する。
【０１２６】
図１５および図１６に示される圧電体薄膜３０８では、第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２、またはＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である。すなわち、第１の電極は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する。圧電体薄膜３０８は、第２の電極３０５を導電膜１４と考えて、図１Ｄに示される圧電体薄膜１ｄと同一である。ただし、本発明の圧電発電素子の第１の電極３０２は、ＬａＮｉＯ3膜１２を具備する電極層に限られない。第１の電極３０２は、導電性を有する材料から構成され得る。
【０１２７】
図１５および図１６に示される圧電体薄膜３０８において、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、および導電膜１４は、その好ましい形態を含め、基本的に、本発明の圧電体薄膜に関する上述の説明のとおりである。
【０１２８】
第２の電極３０５は、例えば、Ｃｕ電極膜であり得る。Ｃｕ電極は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対する高い密着性を有することから、好ましい。第２の電極３０５は、導電性材料からなる密着層を表面に有するＰｔ電極膜またはＡｕ電極膜であり得る。密着層を構成する材料は、例えば、Ｔｉである。Ｔｉは、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に対する高い密着性を有する。
【０１２９】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、第１の電極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。
【０１３０】
第１の電極３０２の厚みは、０．０５μｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１の電極３０２がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である場合、ＬａＮｉＯ3膜１２の厚みは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。他の導電膜の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第２の電極３０５の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
【０１３１】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、振動部３００ｂを有する基板３００側から見て、第１の電極３０２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および第２の電極３０５が、この順に積層されている。これらの層の積層順序は逆であり得る。即ち、振動部を有する基板側から見て、第２の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜、および第１の電極が、この順に積層され得る。
【０１３２】
図１５および図１６に示される圧電発電素子では、圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂおよび固定部３００ａの双方に接合し得る。圧電体薄膜３０８は、振動部３００ｂのみに接合し得る。
【０１３３】
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。
【０１３４】
本発明の圧電発電素子は、上述した本発明の圧電体薄膜の製造方法を応用して、例えば、以下のように製造され得る。
【０１３５】
最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、基板（例えばＳｉ基板）の表面に、この順に形成する。各層（膜）の形成には、上述した薄膜形成手法を適用し得る。当該手法は、スパッタリング法が好ましい。
【０１３６】
次に、導電膜１４をパターニングにより微細加工して、第２の電極３０５を形成する。さらに微細加工により、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１、およびＬａＮｉＯ3膜１２をパターニングする。ＬａＮｉＯ3膜１２のパターニングにより、接続端子３０２ａが併せて形成される。そして、微細加工により基板をパターニングして、固定部３００ａおよび振動部３００ｂが形成される。このようにして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。振動部３００ｂの共振周波数の調整が必要とされる場合は、公知の方法により、錘荷重３０６が振動部３００ｂに接合する。
【０１３７】
微細加工の方法は、例えばドライエッチングである。
【０１３８】
本発明の圧電発電素子は、下地基板を用いた転写を応用して製造され得る。具体的には、例えば、以下の方法を適用し得る。最初に、ＬａＮｉＯ3膜１２、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１および導電膜１４を、下地基板の表面に、この順に形成する。次に、形成された積層体を他の新たな基板に、当該基板と当該導電膜１４とが接するように、接合する。次に、下地基板を公知の方法により除去する。次に、各層（膜）を微細加工によりパターニングして、本発明の圧電発電素子が製造され得る。当該積層体および当該新たな基板は、例えば接着層を介して接合し得る。当該接着層の材料は、当該積層体が当該新たな基板に安定して接着する限り限定されない。より具体的には、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、およびポリイミド系接着剤が用いられ得る。このとき、接着層は０．２μｍ以上１μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【０１３９】
［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の電極および第２の電極の間に電位差が生じ、第１の電極および第２の電極を介して電力が得られる。
【０１４０】
外部から圧電発電素子２２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（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に生じる。このようにして、圧電体層１１を挟持する第１の電極３０２と第２の電極３０５との間に電位差が発生する。圧電体層１１が有する圧電性能が高いほど、第１および第２の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。
【実施例】
【０１４１】
以下、実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【０１４２】
（実施例１）
実施例１では、基板１３、ＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜とを具備する第１の電極、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜（圧電体層）１１および導電膜１４（第２の電極）を順に具備する圧電体薄膜を作製した。この圧電体薄膜は、第１の電極がＬａＮｉＯ3膜１２と他の導電膜との積層体である以外は、図１Ｅに示す圧電体薄膜１ｅに相当する。当該圧電体薄膜は、以下のように作製された。
【０１４３】
（１００）の面方位を有するＳｉ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、（１１１）配向を有するＰｔ膜（厚み１００ｎｍ）を形成した。当該Ｐｔ膜は、他の導電膜に対応する。ターゲットとして金属Ｐｔを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスの雰囲気下にて、ＲＦ出力１５Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件で当該Ｐｔ膜を形成した。当該Ｐｔ膜を形成する前に、Ｔｉ膜（厚み２．５ｎｍ）をＳｉ単結晶基板の表面に形成し、Ｓｉ単結晶基板とＰｔ膜との間の密着性を向上させた。当該Ｔｉ膜は、金属Ｐｔに代えて金属Ｔｉをターゲットとして用いたこと以外は、当該Ｐｔ膜の形成方法と同じ方法により形成された。
【０１４４】
次に、Ｐｔ膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜（厚み２００ｎｍ）を形成した。ターゲットとしてストイキオメトリ組成を有するＬａＮｉＯ3を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が８０／２０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１００Ｗおよび基板温度３００℃の成膜条件下で当該ＬａＮｉＯ3膜を形成した。
【０１４５】
次に、ＬａＮｉＯ3膜の表面に、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００２５含有する、［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07膜（厚み２．７μｍ）を形成した。当該膜は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜１１に対応する。ターゲットとして、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００２５含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用い、Ａｒと酸素との混合ガス（流量比Ａｒ／Ｏ2が５０／５０）の雰囲気下にて、ＲＦ出力１７０Ｗおよび基板温度６５０℃の成膜条件下で当該膜１１を形成した。
【０１４６】
形成した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の結晶構造を、Ｘ線回折によって解析した。Ｘ線回折は、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の上からＸ線を入射して行なわれた。図１７は、その結果を示す。以降の比較例においても、同一のＸ線回折が適用された。
【０１４７】
図１７は、Ｘ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、６，５７６ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例１で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。
【０１４８】
次に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の表面に、蒸着により、Ａｕ膜（厚み１００ｎｍ）を形成した。当該Ａｕ膜は、導電膜１４に対応する。このようにして、実施例１の圧電体薄膜が作製された。
【０１４９】
圧電体薄膜が具備するＰｔ膜およびＡｕ膜を用いて、当該圧電体薄膜の強誘電特性（圧電定数ｄ31、誘電損失ｔａｎδ、電気機械結合係数ｋ31）を評価した。図１８は、実施例の圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。図１８に示されるように、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、圧電体薄膜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（ｔａｎδ）を測定した。当該圧電体薄膜のｔａｎδは４．７％であった。
【０１５０】
圧電体薄膜の圧電性能は、以下のように評価した。圧電体薄膜を幅２ｍｍに切り出して、カンチレバー状に加工した。次に、Ｐｔ膜とＡｕ膜との間に電位差を印加してカンチレバーを変位させて得られた変位量をレーザー変位計により測定した。次に、測定された変位量を圧電定数ｄ31に変換し、当該圧電定数ｄ31により圧電性能を評価した。実施例１で作製した圧電体薄膜のｄ31は−９６ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31は０．４２であった。実施例１で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を十分に満たしていた。
【０１５１】
（実施例２）
実施例２では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。
【０１５２】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。
【０１５３】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、６，９２９ｃｐｓであり、非常に強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例２で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が極めて高い（００１）配向性を有することを意味する。
【０１５４】
実施例２で作製した圧電体薄膜は、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線の評価にあたってＰｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、良好な強誘電特性を現した。実施例２で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31は−７８ｐＣ／Ｎ、誘電損失ｔａｎδは４．９％、電気機械結合係数ｋ31は０．３０であった。実施例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしていた。
【０１５５】
（実施例３）
実施例３では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０１とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０１含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。
【０１５６】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。
【０１５７】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。当該（００１）反射ピークの強度は、３，１５７ｃｐｓであり、強かった。図１７に示されるプロファイルは、実施例３で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が高い（００１）配向性を有することを意味する。
【０１５８】
実施例３で作製した圧電体薄膜は、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を介して圧電体層へ印加する電圧を増加させると、良好な強誘電特性を現した。実施例３で作製した圧電体薄膜のｄ31は−７０ｐＣ／Ｎ、誘電損失ｔａｎδは４．８％、電気機械結合係数ｋ31は０．３０であった。実施例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしていた。
【０１５９】
（比較例１）
比較例１では、Ａｇを含有しない（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成した以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇを含有しない、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。
【０１６０】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。
【０１６１】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜がＡｇを含有しない比較例１においても、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークが観察された。しかし、それ以外に、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜の（１１０）配向に起因する反射ピークが観察された。（００１）反射ピークの強度は、２，６６１ｃｐｓであり、実施例１に比べて大きく劣っていた。図１７に示されるプロファイルは、比較例１で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が（００１）配向性に劣ることを意味する。
【０１６２】
比較例１で作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を評価したところ、誘電損失が非常に大きく（ｔａｎδが４０％）、正確な曲線の評価が困難だった（図１８を参照）。強誘電特性の評価においても、大きなリーク電流のため、正確な特性評価が困難だった。比較例１で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31はおよそ−４０ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31はおよそ０．１０と推定された。比較例１で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしなかった。
【０１６３】
（比較例２）
比較例２では、（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が含有するＡｇの量を、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０３とした以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜を作製した。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を形成する際のターゲットには、Ａｇをモル比Ａｇ／Ｔｉにして０．０３含有する、ストイキオメトリ組成を有する［（Ｂｉ0.5Ｎａ0.5）ＴｉＯ3］0.93−［ＢａＴｉＯ3］0.07を用いた。
【０１６４】
作製した圧電体薄膜に対して、実施例１と同様の評価を行った。
【０１６５】
図１７は、作製した圧電体薄膜のＸ線回折プロファイルの結果を示す。比較例２では、Ｓｉ基板およびＰｔ膜に由来する反射ピークを除き、（００１）配向を有する（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に由来する反射ピークのみが観察された。しかし、（００１）反射ピークの強度は、１，３３９ｃｐｓであり、実施例１に比べて大きく劣っていた。図１７に示されるプロファイルは、比較例２で作製された（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が（００１）配向性に劣ることを意味する。
【０１６６】
比較例２で作製した圧電体薄膜のＰ−Ｅヒステリシス曲線を評価したところ、誘電損失が非常に大きく（ｔａｎδが２６．３％）、正確な曲線の評価が困難だった。比較例２で作製した圧電体薄膜の圧電定数ｄ31は−４９ｐＣ／Ｎ、電気機械結合係数ｋ31は０．１９であった。比較例２で作製した圧電体薄膜は、求められる圧電性能（ｄ31が−７０ｐＣ／Ｎ以下、ｔａｎδが５．０％以下、ｋ31が０．３０以上）を満たしなかった。
【０１６７】
以下の表１は、実施例および比較例の評価結果を要約している。
【０１６８】
【表１】
2011045897.tif 000035
【０１６９】
表１に示されるように、（００１）面方位に強く結晶配向した（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜を形成するために、当該膜に対して、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１〜０．０１のＡｇを加えることが有用であった。（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜に、モル比Ａｇ／Ｔｉにして０．００１〜０．０１のＡｇを加えた場合、低い誘電損失、高い電気機械結合係数、ならびにＰＺＴと同様の高い圧電定数を有する非鉛圧電体薄膜が実現された。
【０１７０】
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明の圧電体薄膜は、鉛を含まないにも拘わらず、圧電体層である（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3薄膜の結晶配向が（００１）方位へと制御されていることで、優れた圧電性能を示す。すなわち、本発明の圧電体薄膜は、
（ａ）圧電定数ｄ３１が−７０ｐＣ／Ｎ以下（高い変位量）
（ｂ）誘電損失Ｔａｎδが５．０％以下（低いエネルギー損失）
（ｃ）電気機械結合係数ｋ３１が０．３０以上（高いエネルギー変換効率）
の全ての圧電特性を同時に満たす。
【０１７２】
本発明の圧電体薄膜は、従来の鉛系酸化物強誘電体に代わる圧電体薄膜として有用である。本発明の圧電体薄膜は、焦電センサ、圧電デバイスのような圧電体薄膜が使用されている分野に好適に使用され得る。その一例として、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が挙げられる。
【０１７３】
本発明のインクジェットヘッドは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、インクの吐出特性に優れる。当該インクジェットヘッドを用いた画像を形成する方法は、優れた画像の精度および表現性を有する。本発明の角速度センサは、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、高いセンサ感度を有する。当該角速度センサを用いた角速度を測定する方法は、優れた測定感度を有する。本発明の圧電発電素子は、ＰＺＴのような鉛を含有する強誘電材料を含まないにも拘わらず、優れた発電特性を有する。当該圧電発電素子を用いた本発明の発電方法は、優れた発電効率を有する。本発明に係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ならびに画像形成方法、角速度の測定方法および発電方法は、様々な分野および用途に幅広く適用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜を有し、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、圧電体薄膜。
【請求項２】
（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜をさらに備え、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が前記ＬａＮｉＯ3膜上に形成されている、請求項１に記載の圧電体薄膜。
【請求項３】
Ｓｉ基板をさらに備え、
前記ＬａＮｉＯ3膜が、前記Ｓｉ基板と前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜との間に挟まれている、請求項２に記載の圧電体薄膜。
【請求項４】
導電膜をさらに備え、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜が、前記導電膜と前記ＬａＮｉＯ3膜との間に挟まれている、請求項２に記載の圧電体薄膜。
【請求項５】
圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄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薄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、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合され、
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、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、
インクジェットヘッド。
【請求項６】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項５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、
前記インクジェットヘッドを準備する工程、および
ここで、前記インクジェットヘッドは、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄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薄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、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有し、
前記振動層は、圧電効果に基づく前記圧電体薄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、前記圧電体薄膜に接合され、
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、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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て画像を形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項８】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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により構成されている、
角速度センサ。
【請求項１０】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記基板がＳｉ基板である、請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
角速度センサを用いて角速度を測定する方法であって、
前記角速度センサを準備する工程、
ここで、前記角速度センサは、
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記第１の電極および前記第２の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の電極および前記第２の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、および
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測定する工程
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下である、
圧電発電素子。
【請求項１６】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１５に記載の圧電発電素子。
【請求項１７】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１５に記載の圧電発電素子。
【請求項１８】
圧電発電素子を用いた発電方法であって、
前記圧電発電素子を準備する工程、および
ここで、前記圧電発電素子は、
振動部を有する基板と、
圧電体層を有する圧電体薄膜と、を備え、
前記圧電体薄膜は、前記圧電体層を挟む第１の電極および第２の電極をさらに有するとともに、前記振動部に接合されており、
前記圧電体層は、ペロブスカイト型複合酸化物（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3から構成される（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜であり、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜は、（００１）配向を有し、Ａｇをさらに含み、
前記（Ｂｉ，Ｎａ，Ｂａ）ＴｉＯ3膜におけるモル比Ａｇ／Ｔｉが０．００１以上０．０１以下であり、
前記振動部に振動を与えることにより、前記第１の電極および前記第２の電極との間に電位差を生じさせる工程
を包含する、方法。
【請求項１９】
前記第１の電極が、（００１）配向を有するＬａＮｉＯ3膜を具備する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板がＳｉ基板である、請求項１８に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2011045897.tif 000036
【図１Ｂ】
2011045897.tif 000037
【図１Ｃ】
2011045897.tif 000038
【図１Ｄ】
2011045897.tif 000039
【図１Ｅ】
2011045897.tif 000040
【図２】
2011045897.tif 000041
【図３】
2011045897.tif 000042
【図４】
2011045897.tif 000043
【図５Ａ】
2011045897.tif 000044
【図５Ｂ】
2011045897.tif 000045
【図５Ｃ】
2011045897.tif 000046
【図６Ａ】
2011045897.tif 000047
【図６Ｂ】
2011045897.tif 000048
【図７Ａ】
2011045897.tif 000049
【図７Ｂ】
2011045897.tif 000050
【図８Ａ】
2011045897.tif 000051
【図８Ｂ】
2011045897.tif 000052
【図９Ａ】
2011045897.tif 000053
【図９Ｂ】
2011045897.tif 000054
【図９Ｃ】
2011045897.tif 000055
【図９Ｄ】
2011045897.tif 000056
【図１０】
2011045897.tif 000057
【図１１】
2011045897.tif 000058
【図１２Ａ】
2011045897.tif 000059
【図１２Ｂ】
2011045897.tif 000060
【図１３】
2011045897.tif 000061
【図１４】
2011045897.tif 000062
【図１５】
2011045897.tif 000063
【図１６】
2011045897.tif 000064
【図１７】
2011045897.tif 000065
【図１８】
2011045897.tif 000066
【国際調査報告】
2011045897.tif 000067
2011045897.tif 000068
2011045897.tif 000069
2011045897.tif 000070