(57)【要約】【課題】圧電体層の結晶が良質で、圧電特性の良好な圧電素子を提供すること。【解決手段】本発明にかかる圧電素子１００は、第１電極１０と、第１電極１０に対向して配置された第２電極２０と、第１電極１０および第２電極２０の間に配置され、少なくとも鉛、ジルコニウム、チタンおよび酸素を含む複合酸化物によって形成された圧電体層３０と、を含み、圧電体層３０は、圧電体層３０の第１電極１０側の端に配置された第１結晶層３２と、第１結晶層３２に連続し、第１結晶層３２よりも第２電極２０側に配置された第２結晶層３４と、を含み、圧電体層３０の鉛の濃度は、第１結晶層３２の第１電極１０側のほうが、第２結晶層３４の第２電極２０側よりも低く、圧電体層３０の酸素の濃度は、第１結晶層３２の第１電極１０側のほうが、第２結晶層３４の第２電極２０側よりも高い。【選択図】図１
2011103327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に配置された圧電体層と、
を含み、
前記第１電極は、
第１導電層と、
前記第１導電層に接して設けられた第１中間層と、
前記第１中間層に接して設けられた第２中間層と、
前記第２中間層および前記圧電体層に接して設けられた第２導電層と、
を有し、
前記第１導電層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも１種を含む合金からなり、
前記第１中間層は、窒素化合物からなり、
前記第２中間層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属、または当該群より選択される少なくとも２種の合金からなり、
前記第２導電層は、導電性酸化物からなる、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１導電層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも２種の合金からなる、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１中間層は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、およびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む窒素化合物からなる、圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記第２導電層は、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｒｕ、およびＳｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む導電性酸化物からなる、圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電素子と、
前記第１導電層に接して設けられた第３中間層と、
前記第３中間層に接して設けられた基板と、
を有し、
前記圧電素子の変位によって、前記基板が変位する、圧電アクチュエーター。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電アクチュエーターを含む、液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶化されたセラミックスを２つの電極によって挟んだ構造を有する圧電素子は、例えば、圧電アクチュエーターに利用されている。圧電アクチュエーターとしては、例えば、振動板などの可動部材が撓み振動モードによって駆動される型式のものがある。このような圧電アクチュエーターは、例えば、インク滴を吐出するノズル孔と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、振動板を圧電素子により駆動して圧力発生室内に導入されたインクを加圧し、ノズル孔からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等に利用されている。
【０００３】
一方、結晶化したセラミックスを２つの電極によって挟んだ構造は、上記のような圧電素子の他、強誘電体記憶装置などにも採用されている。例えば、特許文献１には、下部電極と上部電極とに挟まれた強誘電体層を有する強誘電体構造物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０４３１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の圧電素子に用いられる電極には、例えば、セラミックスからなる圧電体層を焼成するときの熱によって、形状変化や化学変化を生じないようにする目的で、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、ＩｒおよびＰｔ等の白金属が用いられることが一般的であった。
【０００６】
しかしながら、このような白金属の金属は、比較的、導電性が高く化学的に安定であるという利点がある反面、比較的、剛性が高く脆いという欠点があった。したがって、従来の圧電素子では、白金属の金属が圧電素子の電極に配合されているため、電極の剛性が高まって圧電素子の変位が拘束される場合や、電極が脆くなることによって該電極や圧電体層が破壊する場合があった。また、白金属の金属は、現状では高価であり従来の圧電素子はコストの高いものとなっていた。
【０００７】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、導電性および耐久性に優れた電極を有する圧電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００９】
［適用例１］
本発明にかかる圧電素子の一態様は、
第１電極と、
前記第１電極に対向して配置された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に配置された圧電体層と、
を含み、
前記第１電極は、
第１導電層と、
前記第１導電層に接して設けられた第１中間層と、
前記第１中間層に接して設けられた第２中間層と、
前記第２中間層および前記圧電体層に接して設けられた第２導電層と、
を有し、
前記第１導電層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも１種を含む合金からなり、
前記第１中間層は、窒素化合物からなり、
前記第２中間層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属、または当該群より選択される少なくとも２種の合金からなり、
前記第２導電層は、導電性酸化物からなる。
【００１０】
本適用例の圧電素子は、第１電極において、第１導電層の材質が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも１種を含む合金である。そのため、本適用例の圧電素子は、第１電極における第１導電層の導電性および耐久性の少なくとも一方が高い。したがって、第１電極の導電性および耐久性の両立が図られている。すなわち、本適用例の圧電素子では、第１電極全体として、少なくとも第１導電層および第２導電層が導電性を有する点で良好な導電性が確保され、かつ、少なくとも第１導電層が白金属よりも柔軟な材料で構成される点で良好な柔軟性が確保されている。
【００１１】
また、本適用例の圧電素子は、第１導電層と第２導電層の間に、窒素化合物からなる第１中間層を有している。そのため、例えば、圧電素子を製造する際の圧電体層の焼成過程において、第１中間層が存在することによって、圧電体層等から第１導電層へ向かって水分や酸素等が拡散することが抑制される。そのため、第１導電層の材質がより良好な状態で形成される。そのため、本適用例の圧電素子は、導電性および耐久性が優れている。
【００１２】
また、本適用例の圧電素子は、第２中間層が存在することによって、第１中間層および第２導電層の間において、少なくとも密着性が高まっている。これにより、本適用例の圧電素子の耐久性が高まっている。
【００１３】
さらに、本適用例の圧電素子は、導電性酸化物からなる第２導電層を有しており、当該第２導電層が圧電体層と接している。そのため、本適用例の圧電素子は、圧電体層の結晶性が良好となっており、変位量や耐久性等の圧電特性が良好となっている。
【００１４】
なお、本適用例の圧電素子では、第１電極における貴金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、およびＰｔ）の含有量が、第１電極を貴金属で形成する場合に比較して非常に少なくなっている。そのため、第１電極を貴金属で形成する場合に比較して、第１電極の少なくとも柔軟性と耐久性が高まっているとともに、圧電素子の材料のコストが削減されている。
【００１５】
［適用例２］
適用例１において、
前記第１導電層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも２種の合金からなる、圧電素子。
【００１６】
本適用例の圧電素子は、第１電極において、第１導電層の材質が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される１種、または当該群より選択される少なくとも２種の合金である。そのため、本適用例の圧電素子は、第１電極における第１導電層に、貴金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、およびＰｔ）が配合されない。これにより、上記適用例の効果に加え、さらに第１導電層の導電性および耐久性の少なくとも一方が高いという効果を有する。
【００１７】
［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記第１中間層は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、およびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む窒素化合物からなる、圧電素子。
【００１８】
本適用例の圧電素子は、第１中間層が、圧電体層側から第１導電層へ向かって水分や酸素等が拡散することを抑制する効果が高い。そのため、例えば、圧電素子を製造する際の圧電体層の焼成過程において、圧電体層側から第１導電層へ向かって水分や酸素等が拡散することが十分に抑制される。そのため、本適用例の圧電素子は、上記適用例の効果に加えて、第１導電層の材質がより良好な状態で形成されるという効果を有する。
【００１９】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記第２導電層は、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｒｕ、およびＳｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む導電性酸化物からなる、圧電素子。
【００２０】
本適用例の圧電素子は、第１電極において、第２導電層の材質が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｒｕ、およびＳｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む酸化物からなる。そのため、本適用例の圧電素子は、上記適用例の効果に加え、さらに第２導電層の導電性、および圧電体層の結晶性の少なくとも一方が良好となるという効果を有する。
【００２１】
［適用例５］
本発明にかかる圧電アクチュエーターの一態様は、
適用例１ないし適用例５のいずれか一例に記載の圧電素子と、
前記第１導電層に接して設けられた第３中間層と、
前記第３中間層に接して設けられた基板と、
を有し、
前記圧電素子の変位によって、前記基板が変位する。
【００２２】
本適用例の圧電アクチュエーターは、上記適用例の圧電素子のいずれかを有するため、少なくとも耐久性に優れている。
【００２３】
［適用例６］
本発明にかかる液体噴射ヘッドの一態様は、
適用例５に記載の圧電アクチュエーターを含む。
【００２４】
本適用例の液体噴射ヘッドは、上記適用例の圧電アクチュエーターを有するため、第１電極の導電性および柔軟性が確保され、少なくとも耐久性に優れている。
【００２５】
［適用例７］
本発明にかかる液体噴射装置の一態様は、
適用例６に記載の液体噴射ヘッドを含む。
【００２６】
このような液体噴射装置は、上記適用例の液体噴射ヘッドを有するため、第１電極の導電性および柔軟性が確保され、少なくとも耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態にかかる圧電素子１００の断面の模式図。
【図２】実施形態にかかる圧電素子１００の要部の断面を拡大した模式図。
【図３】実施形態にかかる圧電アクチュエーター１０２の断面の模式図。
【図４】実施形態の圧電アクチュエーター１０２の要部の断面を拡大した模式図。
【図５】実験例および参考例の積層構造物の表面ＳＥＭ像および断面ＳＥＭ像。
【図６】実施形態にかかる液体噴射ヘッド６００の要部の断面の模式図。
【図７】実施形態にかかる液体噴射ヘッド６００を模式的に示す分解斜視図。
【図８】実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
【００２９】
１．圧電素子
図１は、本実施形態にかかる圧電素子１００の断面の模式図である。図２は、本実施形態にかかる圧電素子１００の要部の断面を拡大した模式図である。
【００３０】
本実施形態にかかる圧電素子１００は、第１電極１０と、第２電極２０と、圧電体層３０と、を含む。
【００３１】
１．１．第１電極
第１電極１０は、図１に示すように、圧電素子１００が有する２つの電極のうちの一方の電極である。第１電極１０は、第２電極２０と対向して配置され、第１電極１０および第２電極２０の間に圧電体層３０が配置される。第１電極１０は、圧電体層３０に接している。第１電極１０の形状は、第２電極２０と対向できるかぎり限定されず、層状あるいは薄膜状の形状を有する。第１電極１０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第１電極１０を、平面的に見たときの形状については、第２電極２０が対向して配置されている状態で、両者の間に圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。また、圧電素子１００を平面的に見たときに、第１電極１０および第２電極２０は、オーバーラップする領域を有している。第１電極１０の機能の一つとしては、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層３０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。
【００３２】
第１電極１０は、図２に示すように、第１導電層１２と、第１中間層１４と、第２中間層１６と、第２導電層１８と、を有する。
【００３３】
１．１．１．第１導電層
第１導電層１２は、図２に示すように、第１電極１０を構成する層の一つであり、第１電極１０の圧電体層３０に接する側と反対側に設けられる。第１導電層１２の形状は、層状あるいは薄膜状の形状を有する。第１導電層１２の厚みは、例えば、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第１導電層１２の厚みが１０ｎｍよりも小さいと、第１電極１０に十分な導電性を持たせることができなくなる場合があり、３００ｎｍよりも大きいと、圧電素子１００の変形を拘束してしまう場合がある。第１導電層１２の機能の一つとしては、第１電極１０の導電性を担うことが挙げられる。
【００３４】
第１導電層１２は、金属または合金によって形成される。
【００３５】
第１導電層１２が金属で形成される場合、当該金属は、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、およびＰｔ（白金）以外の金属である。
【００３６】
このような金属としては、元素周期律表の第４族ないし第１５族の金属を例示することができる。すなわち、このような金属の具体例としては、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（テルル）、Ｓｎ（スズ）、Ｐｂ（鉛）、およびＢｉ（ビスマス）が挙げられる。第１導電層１２が、このような金属で形成されると、少なくとも導電性を備えた第１導電層１２となることができ、第１電極１０に十分な導電性を付与することができる。
【００３７】
第１導電層１２が金属で形成される場合、より好ましく用いられる金属としては、上記例示した金属のうち、元素周期律表の第４族ないし第１１族の金属が好ましく、具体的には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される少なくとも１種を挙げることができる。第１導電層１２が、このような金属で形成されると、例えば、導電性および柔軟性を備えた第１導電層１２となることができ、第１電極１０に十分な導電性を付与するとともに、第１電極１０および圧電素子１００にクラック等を発生させにくくし、圧電素子１００の耐久性をさらに高めることができる。
【００３８】
なお、第１導電層１２が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される少なくとも１種で形成される場合において、第１導電層１２を元素分析、組成分析等の一般的な機器分析を行ったときに、当該分析結果において、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕ以外の金属が検出されても、その検出量が痕跡量である場合は、第１導電層１２がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される少なくとも１種で形成されていると見なすものとする。
【００３９】
第１導電層１２が合金で形成される場合、当該合金は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、およびＰｔのいずれも含まない合金である。
【００４０】
このような合金としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、およびＢｉのいずれか１種を構成成分とする合金が挙げられる。このような合金は、２元系の合金や、３元系以上の合金であってもよい。さらに、このような合金は、元素周期律表の第１族のＬｉ（リチウム）、Ｋ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）等のアルカリ金属、元素周期律表の第２族のＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等のアルカリ土類金属、並びに、Ｂ（ホウ素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｐ（リン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ａｓ（砒素）、およびＳｂ（アンチモン）等の元素を１種以上含んでいてもよい。第１導電層１２が、このような合金で形成されると、少なくとも導電性を備えた第１導電層１２となることができ、第１電極１０に十分な導電性を付与することができる。
【００４１】
第１導電層１２が合金で形成される場合、より好ましく用いられる合金としては、上記例示した合金のうち、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕのいずれか１種を構成成分とする合金が挙げられる。このような合金は、２元系の合金や、３元系以上の合金であってもよい。さらに、このような合金は、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓ、およびＳｂ等の元素を１種以上含んでいてもよい。第１導電層１２が、このような合金で形成されると、例えば、導電性および柔軟性を備えた第１導電層１２となることができ、第１電極１０に十分な導電性を付与するとともに、第１電極１０および圧電素子１００にクラック等を発生させにくくし、圧電素子１００の耐久性をさらに高めることができる。
【００４２】
第１導電層１２が合金で形成される場合、さらに好ましく用いられる合金としては、上記例示した合金のうち、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される少なくとも２種からなる合金が挙げられる。第１導電層１２が、このような合金で形成されると、例えば、さらに導電性の高い第１導電層１２となることができ、第１電極１０にさらに高い導電性を付与するとともに、第１電極１０および圧電素子１００にクラック等を発生させにくくし、圧電素子１００の耐久性をさらに高めることができる。
【００４３】
なお、第１導電層１２が、上述の合金で形成される場合、第１導電層１２を元素分析、組成分析等の一般的な機器分析を行ったときに、当該分析結果において、上述した合金に含有される以外の元素が検出されても、その検出量が痕跡量である場合は、第１導電層１２が上述の合金で形成されていると見なすものとする。
【００４４】
第１導電層１２は、積層構造であってもよい。例えば、上述した金属の層が複数層積層していてもよいし、上述した合金の層が複数層積層していてもよいし、上述した金属の層および上述した合金の層が、規則的または交互に、あるいはランダムに積層していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００４５】
第１導電層１２は、これを構成する物質が、第１中間層１４や、第１中間層１４と反対側に隣り合う層の少なくとも一方に拡散、または第１中間層１４や、第１中間層１４と反対側に隣り合う層の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第１中間層１４や、第１中間層１４と反対側に隣り合う層との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第１中間層１４や、第１中間層１４と反対側に隣り合う層との間の境界を見積もることができる。
【００４６】
１．１．２．第１中間層
第１中間層１４は、図２に示すように、第１電極１０を構成する層の一つであり、第１電極１０の第１導電層１２に接し、圧電体層３０側に設けられる。第１中間層１４の形状は、層状あるいは薄膜状の形状を有する。第１中間層１４の厚みは、例えば、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第１中間層１４の厚みが３０ｎｍよりも小さいと、第１導電層１２に圧電体層３０側から拡散する酸素や水分を遮蔽する性質が不足する場合がある。また、第１中間層１４が、２００ｎｍよりも大きいと、圧電素子１００の変形を拘束してしまう場合がある。第１中間層１４の機能の一つとしては、圧電体層３０を焼成するときなど、圧電素子１００が高温におかれたときに、酸素や水分が圧電体層３０側から第１導電層１２へ拡散することを抑制することが挙げられる。すなわち、第１中間層１４の機能の一つとしては、酸素や水分の移動を遮蔽するバリアとなることが挙げられる。圧電素子１００は、第１中間層１４がこのような機能を有しているため、第１導電層１２が、圧電体層３０側に存在する酸素や水分によって酸化されたり腐食したりすることが抑制される。これにより、例えば、第１電極１０の導電性を良好に維持することができる。
【００４７】
第１中間層１４は、窒素化合物からなる。第１中間層１４に用いられる窒素化合物としては、室温で固体であって、成膜したときに気体遮蔽性（ガスバリア性）を有するものであれば特に限定されない。このような窒素化合物としては、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｇａ、およびＩｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む窒素化合物が挙げられる。さらに、このような窒素化合物は、酸素を含んでいてもよく、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｇａ、およびＩｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む酸化窒化物であってもよい。
【００４８】
第１中間層１４においてより好ましく用いられる窒素化合物としては、上記例示した窒素化合物のうち、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、およびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む窒素化合物が挙げられる。第１中間層１４が、このような窒素化合物で形成されると、第１導電層１２の酸化や腐食をさらに抑制することができる。
【００４９】
なお、第１中間層１４に用いられる窒素化合物は、上述した程度の厚みであれば、導電性を有することができるため、第１導電層１２と第２導電層１８との間の電気的な導通を得ることができる。
【００５０】
第１中間層１４は、積層構造であってもよい。例えば、互いに異なる組成の窒素化合物の層が規則的または交互に、あるいはランダムに、複数層積層していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００５１】
第１中間層１４は、これを構成する物質が、第１導電層１２および第２中間層１６の少なくとも一方に拡散、または第１中間層１４および第２中間層１６の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第１導電層１２や第２中間層１６との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第１導電層１２や第２中間層１６との間の境界を見積もることができる。
【００５２】
１．１．３．第２中間層
第２中間層１６は、図２に示すように、第１電極１０を構成する層の一つであり、第１電極１０の第１中間層１４に接し、圧電体層３０側に設けられる。第２中間層１６の形状は、層状、薄膜状あるいは島状（アイランド状）の形状を有する。第２中間層１６の厚みは、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができる。第２中間層１６の厚みが１ｎｍよりも小さいと、第１中間層１４と、第２導電層１８の間の密着性が不足する場合がある。また、第２中間層１６が、２０ｎｍよりも大きくても、第１中間層１４と、第２導電層１８の間の密着性が不足する場合がある。第２中間層１６は、第１中間層１４や第２導電層１８よりも薄く形成される場合がある。また、第２中間層１６は、アイランド状に形成される場合があるが、第２中間層１６がアイランド状となっても、特有の機能を発揮することができる。
【００５３】
第２中間層１６の機能の一つとしては、第１中間層１４および第２導電層１８を密着させることが挙げられる。第１中間層１４は、上述の通り、窒素化合物からなり、一方、第２導電層１８は、詳細は後述するが、導電性酸化物からなる。そのため、両者の密着性は必ずしも高くなく、第２中間層１６によって、両者の密着性を高めることができる。圧電素子１００は、第２中間層１６がこのような機能を有しているため、例えば、第１中間層１４と第２導電層１８との間での剥離が抑制されて第１電極１０が破損しにくい。そのため、例えば、第１電極１０の導電性を良好に維持することができる。
【００５４】
第２中間層１６は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属、または当該群より選択される少なくとも２種の合金からなる。
【００５５】
第２中間層１６が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属で形成される場合、第２中間層１６を元素分析、組成分析等の一般的な機器分析を行ったときに、当該分析結果においてＴｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌ以外の元素が検出されても、その検出量が痕跡量である場合は、第２中間層１６がＴｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属で形成されていると見なすものとする。
【００５６】
第２中間層１６が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも２種の合金で形成される場合、第２中間層１６を元素分析、組成分析等の一般的な機器分析を行ったときに、当該分析結果においてＴｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌ以外の元素が検出されても、その検出量が痕跡量である場合は、第２中間層１６がＴｉ、Ｚｒ、Ｗ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される少なくとも２種の合金で形成されていると見なすものとする。
【００５７】
なお、第２中間層１６に用いられる金属および合金の少なくとも一方は、導電性を有することができるため、第１導電層１２と第２導電層１８との間の電気的な導通を得ることができる。
【００５８】
第２中間層１６は、積層構造であってもよい。例えば、上述した金属の層が複数層積層していてもよいし、合金の層が複数層積層していてもよいし、金属の層および合金の層が規則的または交互に、あるいはランダムに積層していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００５９】
第２中間層１６は、これを構成する物質が、第１中間層１４および第２導電層１８の少なくとも一方に拡散、または第１中間層１４および第２導電層１８の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第１中間層１４や第２導電層１８との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第１中間層１４や第２導電層１８との間の境界を見積もることができる。
【００６０】
１．１．４．第２導電層
第２導電層１８は、図２に示すように、第１電極１０を構成する層の一つであり、第１電極１０の第２中間層１６に接し、圧電体層３０側に、圧電体層３０に接して設けられる。第２導電層１８の形状は、層状あるいは薄膜状の形状を有する。第２導電層１８の厚みは、例えば、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすることができる。第２導電層１８の厚みが２０ｎｍよりも小さいと、第１電極１０の導電性が不足したり、圧電体層３０の材料の結晶性や結晶の配向が所望のものとならない場合がある。また、第２導電層１８が、６０ｎｍよりも大きいと、圧電素子１００の変位を拘束してしまう場合がある。
【００６１】
第２導電層１８の機能の一つとしては、第１電極１０の導電性の一部を担うことが挙げられる。また、第２導電層１８の機能の一つとしては、圧電体層３０の材料の結晶性や結晶の配向を所望のものとすることが挙げられる。
【００６２】
第２導電層１８は、導電性酸化物からなる。第２導電層１８に用いられる導電性化合物としては、ペロブスカイト型の結晶構造をとりうる導電性酸化物が好ましく、例えば、化学組成が、一般式ＭＡＭＢＯ３（式中ＭＡで表される元素が酸素を１２配位し、ＭＢで表される元素が酸素を６配位する）で表される酸化物が挙げられる。
【００６３】
このような導電性酸化物の具体例としては、一般式ＭＡＭＢＯ３において、ＭＡの元素として、Ｌａ（ランタン）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｎａ（ナトリウム）およびＢｉ（ビスマス）からなる群より選択される少なくとも１種、ＭＢの元素として、Ｎｉ（ニッケル）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、およびＨｆ（ハフニウム）からなる群より選択される少なくとも１種である、導電性酸化物を挙げることができる。
【００６４】
これらのうち、第２導電層１８に用いられる導電性酸化物として、より好ましくは、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｒｕ、およびＳｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む酸化物を挙げることができる。このような導電性酸化物の例としては、ＬａＮｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３などを挙げることができる。
【００６５】
第２導電層１８を形成する導電性酸化物は、自己配向性に優れている。特に、上記好ましい例として挙げた導電性酸化物は、自己配向性に特に優れている。すなわち、これらの導電性酸化物は、第２導電層１８として成膜される過程において、結晶構造を採る場合には、膜面の法線方向に、結晶の＜１００＞方向に自発的に配向しやすい。本明細書では、このような配向性のことを、自己配向性と称している。
【００６６】
したがって、第２導電層１８に接して形成される圧電体層３０の材料が結晶化する際に、第２導電層１８の結晶の配向を引き継いで、例えば、圧電体層３０の法線方向に対して、圧電体層３０を構成する材料の結晶の特定の軸方向が配向しやすくなる。本実施形態の圧電素子１００では、第２導電層１８および圧電体層３０は、ともにペロブスカイト型の結晶構造を採りうる材質で構成され、各々の層の法線方向に、結晶の＜１００＞方向が配向しやすくなっている。このような配向における結晶の軸方向は、第２導電層１８および圧電体層３０の材料を適宜選択することによって、＜１００＞方向だけでなく、例えば、＜１１０＞方向や、＜１１１＞方向などとすることもできる。また、このような結晶軸の配向は、圧電素子１００の用途によっても適宜選択されることができる。すなわち、圧電体層３０の結晶の配向と、第１電極１０および第２電極２０によって印加される電界の方向の組合せから、圧電素子１００の変位のモードや方向を選択することができ、また、圧電素子１００を強誘電体メモリのキャパシタとして用いる場合のように、その用途によって素子としての性能が高まる配向とするように、適宜調節することができる。
【００６７】
第２導電層１８は、積層構造であってもよい。例えば、互いに異なる組成の導電性酸化物の層の複数が、規則的または交互に、あるいはランダムに積層していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００６８】
第２導電層１８は、これを構成する物質が、第２中間層１６および圧電体層３０の少なくとも一方に拡散、または第２中間層１６および圧電体層３０の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第２中間層１６や圧電体層３０との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第２中間層１６や圧電体層３０との間の境界を見積もることができる。
【００６９】
１．２．第２電極
第２電極２０は、図１に示すように、第１電極１０に対向して配置される。第２電極２０は、全体が第１電極１０と対向していてもよいし、一部が第１電極１０に対向していてもよい。第２電極２０の形状は、第１電極１０と対向できるかぎり限定されないが、圧電素子１００を薄膜状にする場合には、層状あるいは薄膜状の形状が好ましい。この場合の第２電極２０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第２電極２０の平面的な形状についても、第１電極１０に対向して配置されたときに両者の間に圧電体層３０を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
【００７０】
第２電極２０の機能の一つとしては、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層３０の上に形成された上部電極）となることが挙げられる。
【００７１】
第２電極２０の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極１０は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００７２】
さらに、第２電極２０は、構成および材質を、上述の第１電極１０と同様とすることができる。すなわち、第２電極２０は、圧電体層３０側から順に、圧電体層３０に接して第２導電層１８、第２導電層１８に接して第２中間層１６、第２中間層１６に接して第１中間層１４、および第１中間層１４に接して第１導電層１２を有するように構成してもよい。ここで、第１導電層１２、第１中間層１４、第２中間層１６、および第２導電層１８は、上記「１．１．第１電極」の項で述べたと同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
図１は、第１電極１０が第２電極２０よりも平面的に大きく形成された例を示しているが、第２電極２０のほうが第１電極１０よりも平面的に大きく形成されてもよい。この場合は、第２電極２０は、圧電体層３０の側面に形成されてもよく、第２電極２０に、水分や水素等から圧電体層３０を保護する機能を兼ねさせることができる。なお、第１電極１０および第２電極２０の一方が他方よりも大きく形成された場合、当該大きく形成された電極を、複数の圧電素子の共通電極としてもよい。
【００７４】
１．３．圧電体層
圧電体層３０は、図１に示すように、第１電極１０および第２電極２０の間に配置される。圧電体層３０は、少なくとも第１電極１０に接して設けられる。また、圧電体層３０と、第２電極２０との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、例えばチタン層などが挙げられる。
【００７５】
図示の例では、圧電体層３０は、第１導電層２０および第２電極２０に接して設けられている、圧電体層３０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層３０の厚みがこの範囲を外れると、十分な変形（電気機械変換）が得られなくなる場合がある。圧電体層３０の厚みとしては、１０００ｎｍ以上、１５００ｎｍ以下であることがより好ましい。圧電体層３０の厚みが、このような範囲内であると、圧電素子１００の変位量を十分大きくとることができるとともに、薄膜化に寄与することができる。
【００７６】
圧電体層３０の材質としては、圧電性を有するものであるかぎり特に限定されないが、例えば、一般式ＭＣＭＤＯ３で示される酸化物（例えば、ＭＣは、Ｐｂ、Ｋ、Ｂａ、Ｓｒ、およびＢｉからなる群より選択される少なくとも１種を含み、ＭＤは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎａ、ＴａおよびＬａからなる群より選択される少なくとも１種を含む。）が挙げられる。
【００７７】
これらのうち、圧電体層３０の材質として好ましくは、少なくとも鉛、ジルコニウム、チタンおよび酸素を含む複合酸化物とすることが好適である。圧電体層３０の材質に好適な複合酸化物としては、より具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下これを「ＰＺＴ」と略記することがある）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下これを「ＰＺＴＮ」と略記することがある。）などが挙げられる。
【００７８】
このような複合酸化物は、いずれも式中、ＭＣサイトの酸化物とＭＤサイトの酸化物の固溶体を形成することができる。そして、このような複合酸化物は、結晶化により、ペロブスカイト型の結晶構造をとることができる。複合酸化物は、結晶化されて、ペロブスカイト型の結晶構造をとることにより、圧電性を呈することができる。これにより、圧電体層３０は、第１電極１０および第２電極２０によって電界が印加されることで変形することができる（電気機械変換）。圧電素子１００が圧電体層３０の変形によって変形するため、例えば、圧電素子１００を含むアクチュエーターを構成すると、アクチュエーターの可動部を変形させたり（たわませたり）、振動させたりすることができる。
【００７９】
また、圧電体層３０は、第１電極１０の第２導電層１８と接して設けられる。そのため、圧電体層３０の材料が結晶化する際に、第２導電層１８の結晶配向の影響を受けることができる。また、圧電体層３０の材料が結晶化する際に、第２導電層１８の、結晶粒の大きさや、質などの結晶性を引き継ぐことができる。これにより、圧電体層３０の材料の結晶配向や結晶性が高くなっている。
【００８０】
例えば、圧電体層３０の材料が結晶化する際に、第２導電層１８の結晶の配向が、層の法線方向に、結晶の＜１００＞方向を向いている場合に、圧電体層３０の結晶の軸方向が、＜１００＞方向に向きやすくなっている。また、このような結晶軸の配向は、圧電素子１００の用途によっても適宜選択されることができる。すなわち、圧電体層３０の結晶の配向と、第１電極１０および第２電極２０によって印加される電界の方向の組合せから、圧電素子１００の変位のモードや方向を選択することができ、また、圧電素子１００を強誘電体メモリのキャパシタとして用いる場合のように、その用途によって素子としての性能が高まる配向とするように、適宜調節することができる。
【００８１】
圧電体層３０は、積層構造であってもよい。例えば、互いに異なる組成の圧電体の層や、同一の組成の圧電体の層が、複数層積層していてもよい。また、圧電体層３０には、厚みの方向に組成が傾斜していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００８２】
圧電体層３０は、これを構成する物質が、第１電極１０の第２導電層１６および第２電極２０の少なくとも一方に拡散、または第１電極１０の第２導電層１６および第２電極２０の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第１電極１０の第２導電層１６および第２電極２０との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第１電極１０の第２導電層１６および第２電極２０との間の境界を見積もることができる。
【００８３】
１．４．圧電アクチュエーター
次に、本実施形態の圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターについて説明する。図３は、本実施形態の圧電アクチュエーターの一例である、圧電アクチュエーター１０２の断面の模式図である。図４は、圧電アクチュエーター１０２の断面の要部を拡大した模式図である。
【００８４】
本実施形態の圧電アクチュエーター１０２は、上述の圧電素子１００を有し、基板１を有する。
【００８５】
第３中間層４０は、図４に示すように、圧電素子１００の第１電極１０の第１導電層１２に接して設けられる。第３中間層４０の形状は、層状、薄膜状あるいは島状（アイランド状）の形状を有する。第３中間層４０の厚みは、例えば、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることができる。第３中間層４０の厚みが１ｎｍよりも小さいと、第１導電層１２と、基板１の間の密着性が不足する場合がある。また、第３中間層４０が、４０ｎｍよりも大きくても、第１導電層１２と、基板１の間の密着性が不足する場合がある。第３中間層４０は、第１導電層１２や基板１よりも薄く形成される場合がある。また、第３中間層４０は、アイランド状に形成される場合があるが、第３中間層４０がアイランド状となっても、特有の機能を発揮することができる。
【００８６】
第３中間層４０の機能の一つとしては、第１導電層１２および基板１を密着させることが挙げられる。第１導電層１２（第１電極１０）と基板１との間の密着性が高まると、圧電素子１００の変位をより効率よく基板１に伝達させることができる。これにより、例えば、圧電アクチュエーター１０２の変位等の動作特性を向上させることができる。第１導電層１２の第３中間層４０に接する側の面は、上述の通り、金属または合金からなり、一方、基板１の第３中間層４０に接する側の面は、詳細は後述するが、酸化物、窒化物、金属などからなる。そのため、両者の密着性は必ずしも高くない場合があり、そのような場合に、第３中間層４０によって、両者の密着性を高めることができる。圧電アクチュエーター１０２は、第３中間層４０がこのような機能を有しているため、例えば、第１導電層１２と基板１との間での剥離が抑制されて破損しにくい。そのため、圧電アクチュエーター１０２は、高い信頼性および耐久性を有することができる。
【００８７】
第３中間層４０は、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｓｉ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属、もしくは当該群より選択される少なくとも２種の合金、または、当該群より選択される少なくとも１種の金属を含む窒化物、もしくは酸化物からなることができる。第３中間層４０の材質の具体例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴｉＡｌ、ＷＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＷＮ、ＴｉＯｘ、およびＺｒＯｘを挙げることができる。
【００８８】
第３中間層４０が、上述の材質で形成される場合、第３中間層４０を元素分析、組成分析等の一般的な機器分析を行ったときに、当該分析結果においてＴｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｓｉ、ＴａおよびＡｌ以外の元素が検出されても、その検出量が痕跡量である場合は、第３中間層４０が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｓｉ、ＴａおよびＡｌからなる群より選択される１種の金属、もしくは当該群より選択される少なくとも２種の合金、または、当該群より選択される少なくとも１種の金属を含む窒化物、もしくは酸化物で形成されていると見なすものとする。
【００８９】
第３中間層４０は、積層構造であってもよい。例えば、上述した金属の層、合金の層、酸化物の層、窒化物の層が、複数層積層していてもよいし、これら複数の層が規則的または交互に、あるいはランダムに積層していてもよい。さらに積層する層の数も任意である。
【００９０】
第３中間層４０は、これを構成する物質が、第１導電層１２および基板１の少なくとも一方に拡散、または第１導電層１２および基板１の少なくとも一方を構成する物質と相互に拡散する場合があり、顕微鏡等によって観察した場合に、第１導電層１２や基板１との間に明確な境界が見られない場合がある。このような場合には、元素組成のマッピングや、デプスプロファイル等を観測することによって、第１導電層１２や基板１との間の境界を見積もることができる。
【００９１】
基板１は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。また、例えば、後述する液体噴射ヘッドのように（図５参照）、基板１の下方に圧力室等が形成されているような場合においては、基板１より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板１とみなしてもよい。
【００９２】
基板１は、可撓性を有し、圧電体層３０（圧電素子１００）の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板（絶縁層）であってもよい。この場合は、振動板と、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーター１０２となる。ここで、基板１が可撓性を有するとは、基板１がたわむことができることを指す。基板１を振動板とした場合、基板１のたわみは、圧電アクチュエーター１０２を液体噴射ヘッドに使用する場合、吐出させる液体の体積と同程度に圧力室の容積を変化させうる程度であれば十分である。
【００９３】
基板１が振動板である場合は、基板１の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、無機窒化物、およびステンレス鋼などの合金を例示することができる。これらのうち、基板１（振動板）の材質としては、化学的安定性および剛性の点で、酸化ジルコニウムが特に好適である。この場合においても基板１は、例示した物質の２種以上の積層構造であってもよい。
【００９４】
以上のように、本実施形態では、基板１が振動板であって、酸化ジルコニウムによって形成されている圧電アクチュエーター１０２を例示した。このような圧電アクチュエーター１０２は、上述の圧電素子１００を有しているため、第１電極１０の導電性および柔軟性が確保され、少なくとも耐久性に優れている。
【００９５】
なお、圧電アクチュエーター１０２の圧電素子１００において、第２電極２０を第１電極１０と同様に構成した場合には、第２電極２０の圧電体層３０と反対側の面には、第１導電層１２が露出することになる。このような場合には、例えば、第２電極２０の圧電体層３０と反対側に、すなわち、第１導電層１２の圧電体層３０と反対側に、適宜保護膜を設けることができる。このような保護膜としては、例えば、窒素化合物の層や、高分子化合物の層を挙げることができる。
【００９６】
なお上記説明では、本発明にかかる圧電アクチュエーターの一例として、基板１が撓み等の変形動作される圧電アクチュエーターについて説明した。しかし、本発明にかかる圧電アクチュエーターは、例えば、基板１が音叉型の振動片となっているようなタイミングデバイスや、基板１が超音波領域の周波数で振動され超音波を発生する超音波発振器等の超音波デバイス、基板１が超音波領域の周波数で振動して他の部材を駆動する超音波モーターのような機械的出力を有するデバイス、および、基板１に加わる応力や基板１の変形を圧電素子１００によって検出するような圧力センサー等、他の圧電デバイスにも利用することができる。
【００９７】
２．圧電素子の製造方法
本発明の圧電素子は、例えば、以下のように製造することができる。以下の説明では、圧電アクチュエーターを製造する例を示すが、圧電アクチュエーターを製造する過程において、圧電素子が製造される例である。
【００９８】
まず、基板１を準備し、基板１上に第１電極１０を形成する。第１導電層１２、第１中間層１４、第２中間層１６は、例えばスパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。また、第２導電層１８は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル法、レーザーアブレーション法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成されることができる。第１電極１０は、必要に応じてパターニングされることができる。
【００９９】
次に、第１電極１０の上に、圧電体層３０を形成する。圧電体層３０は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体層３０の材質が、例えば、ＰＺＴである場合、酸素雰囲気で６５０℃ないし７５０℃程度の焼成を行うことにより、圧電体層３０を結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層３０をパターニングした後に行ってもよい。
【０１００】
圧電体層３０は、上記の操作を少なくとも２回繰り返して形成されてもよい。このようにすることで、圧電体層３０の全体の結晶性および結晶の質を向上させることができる。なお、圧電体層３０は、第１電極１０に接して形成される。
【０１０１】
次に、圧電体層３０の上に第２電極２０を形成する。第２電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。そして、所望の形状に第２電極２０および圧電体層３０をパターニングして、圧電素子を形成する。なお第２電極２０および圧電体層３０は、必要に応じて同時にパターニングされることができる。以上例示した工程により、本発明の圧電アクチュエーター（圧電素子）を製造することができる。
【０１０２】
３．実験例および参考例
以下に実験例および参考例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
【０１０３】
３．１．積層構造物の作成
実験例および参考例の積層構造物は、以下のように作成した。
【０１０４】
実験例の積層構造物は、まず、シリコン基板を用意し、第３中間層４０として、１０ｎｍの厚みのＴｉをスパッタにより形成した。次いで、第１電極１０の第１導電層１２として１００ｎｍの厚みのＷをスパッタにより成膜した。次いで、第１中間層１４として、１００ｎｍの厚みのＴｉＡｌＮをスパッタにより成膜した。次いで、第２中間層１６として１５ｎｍの厚みのＴｉを成膜した。そして、第２導電層１８として、４０ｎｍの厚みのＬａＮｉＯ３をＣＶＤ法により成膜し、第１電極１０を形成した。この第１電極１０の上に、圧電体層３０として、１３０ｎｍの厚みのＰＺＴを以下のように作成した。
【０１０５】
第１電極１０の上に、スピンコート法によって、ＰＺＴの原料溶液を塗布した。スピンコートにおいては、エッジリンスを主溶媒にて行い、スピン速度は、１５００ｒｐｍとした。塗布された原料溶液を大気中、１００℃で５分間、および、大気中、１５０℃で５分間乾燥させ、溶媒を除去した。次いで、大気中、４００℃で５分間熱処理して、原料溶液中の有機成分を除去した（脱脂）。そして、酸素雰囲気中、７００℃で５分間焼成して、１３０ｎｍの厚みのＰＺＴからなる圧電体層を得た。
【０１０６】
ゾルゲル法における原料溶液は、酢酸鉛、Ｚｒ（ＯＣ２Ｈ５）４、およびＴｉ（ＯＣ２Ｈ５）４の混合溶液であり、溶媒としてｎ−ブタノールを用いた。原料溶液の組成は、原料溶液に含まれる元素の原子数の比として、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０８：５２：４８であった。
【０１０７】
参考例の積層構造物は、まず、シリコン基板を用意し、第３中間層４０として、１００ｎｍの厚みのＴｉＯ２をスパッタにより形成した。次いで、第１電極１０の第１導電層１２として１００ｎｍの厚みのＷをスパッタにより成膜した。次いで、第１中間層１４、第２中間層１６に相当する層を形成することなく、第２導電層１８として、４０ｎｍの厚みのＬａＮｉＯ３をＣＶＤ法により成膜し、第１電極１０を形成した。この第１電極１０の上に、上述の実験例と同様にして、圧電体層３０として、１３０ｎｍの厚みのＰＺＴを形成した。
【０１０８】
３．２．積層構造物の表面観察結果
図５は、実験例および参考例の積層構造物のそれぞれの表面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）像および断面ＳＥＭ像である。図５の（ａ）および（ｂ）は、いずれも実験例の積層構造物を観察したものであって、（ａ）は表面（圧電体層３０の上面）を、（ｂ）は断面を観察したものである。また、図５の（ｃ）および（ｄ）は、いずれも参考例の積層構造物を観察したものであって、（ｃ）は表面（圧電体層３０の上面）を、（ｄ）は断面を観察したものである。
【０１０９】
図５を見ると、実験例の積層構造物は、圧電体層３０の表面にＰＺＴの結晶粒が観察され、極めて良好な表面状態を有していることが分かった。また、実験例の積層構造物の断面を見ると、各層が明りょうに確認され、ボイドや欠陥が認められなかった。一方、これに対して、参考例の積層構造物は、圧電体層３０の表面に異物が認められた。当該異物をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）にて分析したところ、タングステン（Ｗ）の酸化物であることが判明した。また、参考例の積層構造物の断面を見ると、各層の境界が極めて不明りょうであり、かつ、特にＷの層にボイドや欠陥が認められた。
【０１１０】
以上のように、実験例および参考例の観察結果から、次のことが推量できる。すなわち、参考例の積層構造物は、第１中間層１４に相当する層を有していない。そのため、積層構造物を焼成するときに、ＰＺＴ側から、酸素または水分が、容易にタングステン層へ拡散して、タングステンが酸化または腐食した。その結果、タングステンの体積が膨張してＰＺＴの結晶粒界などをすり抜けて、ＰＺＴ層の表面に噴出、堆積したものと考えられる。そしてこれに伴って、タングステンの層にボイドが生じたものと考えられる。一方、実験例の積層構造物には、参考例のような堆積物が圧電体層３０（ＰＺＴ）の表面に認められなかった。このことから、実験例の積層構造物は、焼成時に生じるであろう圧電体層３０（ＰＺＴ）側から第１導電層１２への酸素または水分の拡散が、第１中間層１４（窒素化合物）によって遮断されたものと考えられる。その結果、実験例の積層構造物は、タングステンの酸化や腐食が防止され、良好な積層構造となったものと考えられる。
【０１１１】
４．液体噴射ヘッド
次に、本発明にかかる圧電素子が圧電アクチュエーターとして機能する液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図６は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図７は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【０１１２】
液体噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下の例では、基板１（上部に振動板１ａを含む構造体）の上に圧電素子１００が形成され、圧電素子１００と振動板１ａとが圧電アクチュエーター１０２を構成している液体噴射ヘッド６００について説明する。
【０１１３】
液体噴射ヘッド６００は、図６および図７に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電素子１００と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図７に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図７では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【０１１４】
ノズル板６１０は、図６および図７に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【０１１５】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図７の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板１ａとの間の空間を区画することにより、図７に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１ａとによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１ａに設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２からインク等が吐出される。
【０１１６】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図７の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１ａは、積層構造（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【０１１７】
筐体６３０は、図７に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
【０１１８】
液体噴射ヘッド６００は、上述した少なくとも耐久性に優れた圧電素子１００を含んでいる。したがって液体噴射ヘッド６００は、耐久性の高いものとなっている。
【０１１９】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【０１２０】
５．液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッドを有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図８は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【０１２１】
液体噴射装置７００は、図８に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【０１２２】
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【０１２３】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１２４】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１２５】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１２６】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【０１２７】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【０１２８】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１２９】
液体噴射装置７００は、耐久性の高い液体噴射ヘッド６００を有する。したがって液体噴射装置７００の信頼性は高いものとなっている。
【０１３０】
なお、上記例示した液体噴射装置は、１つの液体噴射ヘッドを有し、この液体噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１３１】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１３２】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１３３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１３４】
１…基板、１ａ…振動板１０…第１電極、１２…第１導電層、１４…第１中間層、１６…第２中間層、１８…第２導電層、２０…第２電極、３０…圧電体層、４０…第３中間層、１００…圧電素子、１０２…圧電アクチュエーター、６００…液体噴射ヘッド、６１０…ノズル板、６１２…ノズル孔、６２０…圧力室基板、６２２…圧力室、６２４…リザーバー、６２６…供給口、６２８…貫通孔、６３０…筐体、７００…液体噴射装置、７１０…駆動部、７２０…装置本体、７２１…トレイ、７２２…排出口、７３０…ヘッドユニット、７３１…インクカートリッジ、７３２…キャリッジ、７４１…キャリッジモーター、７４２…往復動機構、７４３…タイミングベルト、７４４…キャリッジガイド軸、７５０…給紙部、７５１…給紙モーター、７５２…給紙ローラー、７５２ａ…従動ローラー、
７５２ｂ…駆動ローラー、７６０…制御部、７７０…操作パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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