(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に第１の方向に積層され、
前記圧電体は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であって、前記第１の方向に積層された複数の単位層を有し、
前記単位層は、前記第１の方向に積層された第１部分及び第２部分を有し、
前記第２部分におけるＺｒの濃度が、前記第１部分におけるＺｒの濃度よりも高く、
前記第１部分および前記第２部分におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、
組成比Ｃｒ１が、０．５１以上０．７１以下の範囲内であり、
組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１以上０．３以下の範囲内であって、
Ｃｒ１＞Ｃｒ２であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に第１の方向に積層され、
前記圧電体は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であって、前記第１の方向に積層された複数の単位層を有し、
前記単位層は、前記第１の方向に積層された第１部分及び第２部分を有し、
前記第２部分におけるＺｒの濃度が、前記第１部分におけるＺｒの濃度よりも高く、
前記第１部分および前記第２部分におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、
組成比Ｃｒ１が、０．４１以上０．８１以下の範囲内であり、
組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１以上０．３以下の範囲内であって、
Ｃｒ１＞Ｃｒ２であり、
前記第１の方向において、前記単位層の厚さに対する前記第１部分の厚さの比が、１４０／１８０であり、前記単位層の厚さに対する前記第２部分の厚さの比が、４０／１８０であることを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧電素子を備え、
前記圧電素子の駆動により液体流路内の液体をノズルから吐出させることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
圧力室を複数備え、
前記第１の電極は、前記第２の電極と比較して前記圧力室により近い位置に配置され、前記圧力室毎に個別に設けられた個別電極であり、
前記第２の電極は、複数の前記圧力室に共通に設けられた共通電極であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
圧力室を複数備え、
前記第１の電極は、前記第２の電極と比較して前記圧力室により近い位置に配置され、複数の前記圧力室に共通に設けられた共通電極であり、
前記第２の電極は、前記圧力室毎に個別に設けられた個別電極であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧力室の開口を封止する振動板を有し、
前記振動板は、二酸化シリコンを含む弾性膜と、酸化ジルコニウムを含む絶縁膜と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁膜上に形成されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項３から請求項６の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジルコニウム及びチタンを含む圧電体を有する圧電素子、これを備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばインクジェット式記録ヘッド（液体吐出ヘッド）においてインクを吐出させるための駆動源や各種センサー等の用途に圧電素子が好適に用いられている。圧電素子は、対となった電極で圧電体を挟んで構成されている。この圧電体としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、および鉛（Ｐｂ）を含むペロブスカイト型結晶からなるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が主として用いられている（例えば、特許文献１参照）。そして、圧電体層において上下の電極層によって挟まれた部分が、両電極層への電圧の印加によって変形する能動部となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４１０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子の特性は、ＰＺＴの組成によって変化する。例えば、チタンとジルコニウムの組成比において、Ｔｉの割合を大きくする程、駆動時の変位量をより大きくすることができる。その一方で、Ｔｉの割合を大きくする程、リーク電流が流れやすいという問題があった。これに対し、Ｚｒの割合を大きくすることで、リーク電流を抑制することができるが、Ｚｒの割合が大きいほど駆動時の変位が小さくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動時の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能な圧電素子、これを備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔手段１〕
本発明の圧電素子は、上記目的を達成するために提案されたものであり、第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に積層されてなり、
前記圧電体は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であって、前記第１の電極および前記第２の電極の間に電界を付与した際に相対的に変位し易い変位層と、この変位層よりもＺｒの濃度が高い高濃度Ｚｒ層を膜厚方向に交互に複数積層して構成され、
変位層および高濃度Ｚｒ層におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、
組成比Ｃｒ１が、０．４１以上０．８１以下の範囲内であり、
組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１以上０．３以下の範囲内であって、
Ｃｒ１＞Ｃｒ２であることを特徴とする。
【０００７】
手段１の構成によれば、相対的に変位し易い変位層と、この変位層よりもＺｒの濃度が高い高濃度Ｚｒ層を膜厚方向に交互に複数積層されて圧電体が構成されているので、すなわち、Ｚｒの濃度が相対的に高い高濃度Ｚｒ層が圧電体の膜厚方向に複数形成されているので、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能となる。また、変位層と高濃度Ｚｒ層が複数積層された構成であるため、例えば一部の高濃度Ｚｒ層で万が一損傷が生じたとしても、他の高濃度Ｚｒ層でリーク電流を抑制することが可能となる。これにより、圧電素子の信頼性が向上する。
【０００８】
〔手段２〕
上記構成において、組成比Ｃｒ１が、０．５１以上０．７１以下の範囲内である構成を採用することが望ましい。
【０００９】
手段２の構成によれば、変位層におけるリーク電流の発生をさらに低減することができると共に、駆動時の変位量の低下をより確実に抑制することが可能となる。このため、高濃度Ｚｒ層におけるリーク電流の抑制効果と相まって、圧電素子の変位性能を低下させることなくさらに信頼性を高めることが可能となる。
【００１０】
〔手段３〕
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記手段１または手段２の圧電素子を備え、
前記圧電素子の駆動により液体流路内の液体をノズルから吐出させることを特徴とする。
【００１１】
〔手段４〕
さらに、本発明の液体吐出装置は、上記手段３の構成の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能な圧電素子を搭載するので、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置の信頼性が向上する。
また、上記目的を達成するために提案される本発明の圧電素子は、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に第１の方向に積層され、
前記圧電体は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であって、前記第１の方向に積層された複数の単位層を有し、
前記単位層は、前記第１の方向に積層された第１部分及び第２部分を有し、
前記第２部分におけるＺｒの濃度が、前記第１部分におけるＺｒの濃度よりも高く、
前記第１部分および前記第２部分におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、
組成比Ｃｒ１が、０．５１以上０．７１以下の範囲内であり、
組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１以上０．３以下の範囲内であって、
Ｃｒ１＞Ｃｒ２であることを特徴とする。
本発明によれば、相対的に変位し易い第１部分と、この第１部分よりもＺｒの濃度が高い第２部分とを有する単位層が膜厚方向に複数積層されて圧電体が構成されているので、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能となる。また、第１部分と第２部分とを有する単位層が複数積層された構成であるため、例えば一部の単位層の第２部分で万が一損傷が生じたとしても、他の単位層の第２部分でリーク電流を抑制することが可能となる。これにより、圧電素子の信頼性が向上する。
また、第１部分におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）が、０．５１以上０．７１以下の範囲内であることにより、第１部分におけるリーク電流の発生をさらに低減することができると共に、駆動時の変位量の低下をより確実に抑制することが可能となる。このため、第２部分におけるリーク電流の抑制効果と相まって、圧電素子の変位性能を低下させることなくさらに信頼性を高めることが可能となる。
また、本発明の圧電素子は、第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に第１の方向に積層され、
前記圧電体は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であって、前記第１の方向に積層された複数の単位層を有し、
前記単位層は、前記第１の方向に積層された第１部分及び第２部分を有し、
前記第２部分におけるＺｒの濃度が、前記第１部分におけるＺｒの濃度よりも高く、
前記第１部分および前記第２部分におけるジルコニウムとチタンとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、
組成比Ｃｒ１が、０．４１以上０．８１以下の範囲内であり、
組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１以上０．３以下の範囲内であって、
Ｃｒ１＞Ｃｒ２であり、
前記第１の方向において、前記単位層の厚さに対する前記第１部分の厚さの比が、１４０／１８０であり、前記単位層の厚さに対する前記第２部分の厚さの比が、４０／１８０であることを特徴とする。
本発明によれば、相対的に変位し易い第１部分と、この第１部分よりもＺｒの濃度が高い第２部分とを有する単位層が膜厚方向に複数積層されて圧電体が構成されているので、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能となる。また、第１部分と第２部分とを有する単位層が複数積層された構成であるため、例えば一部の単位層の第２部分で万が一損傷が生じたとしても、他の単位層の第２部分でリーク電流を抑制することが可能となる。これにより、圧電素子の信頼性が向上する。
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、上記何れかの構成の圧電素子を備え、
前記圧電素子の駆動により液体流路内の液体をノズルから吐出させることを特徴とする。
本発明の液体吐出ヘッドによれば、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能な圧電素子を搭載するので、信頼性が向上する。
上記構成において、圧力室を複数備え、
前記第１の電極は、前記第２の電極と比較して前記圧力室により近い位置に配置され、前記圧力室毎に個別に設けられた個別電極であり、
前記第２の電極は、複数の前記圧力室に共通に設けられた共通電極である構成を採用することができる。
また、上記構成において、圧力室を複数備え、
前記第１の電極は、前記第２の電極と比較して前記圧力室により近い位置に配置され、複数の前記圧力室に共通に設けられた共通電極であり、
前記第２の電極は、前記圧力室毎に個別に設けられた個別電極である構成を採用することもできる。
さらに、上記構成において、前記圧力室の開口を封止する振動板を有し、
前記振動板は、二酸化シリコンを含む弾性膜と、酸化ジルコニウムを含む絶縁膜と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁膜上に形成された構成を採用することができる。
そして、本発明の液体吐出装置は、上記構成の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明の液体吐出装置によれば、駆動時における圧電素子の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能な圧電素子を搭載するので、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プリンターの内部構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する断面図である。
【図３】記録ヘッドの要部断面図である。
【図４】圧電素子近傍の拡大断面図である。
【図５】圧電素子の製造工程を説明する工程図である。
【図６】圧電素子の製造工程を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１５】
図１は、プリンター１（液体吐出装置の一種）の内部構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２（液体吐出ヘッドの一種）が取り付けられると共に、液体供給源としてのインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４、このキャリッジ４を記録用紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録用紙６を搬送する紙送り機構８等を備えている。キャリッジ４は、キャリッジ移動機構７によって主走査方向に移動するように構成されている。このプリンター１は、記録用紙６を順次搬送しつつ、キャリッジ４を往復移動させながら当該記録用紙６上に文字や画像等を記録する。なお、インクカートリッジ３がキャリッジ４ではなくプリンター１の本体側に配置され、このインクカートリッジ３内のインクがインク供給チューブを通じて記録ヘッド２側に供給される構成を採用することもできる。
【００１６】
図２は、上記記録ヘッド２の主要部分の構成を説明する断面図であり、図３は、図２における領域Ａの拡大図である。また、図４は、圧力室３１の幅方向（ノズル列方向）における圧電素子３５および圧力室基板２９の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド２は、圧力発生ユニット１４および流路ユニット２１を備え、これらの部材が積層された状態でケース２６に取り付けて構成されている。流路ユニット２１は、ノズルプレート２２および連通基板２３を有している。また、圧力発生ユニット１４は、圧力室３１が形成された圧力室基板２９、弾性膜３０、圧電素子３５、および保護基板２４が積層されてユニット化されている。
【００１７】
ケース２６は、ノズルプレート２２、および圧力発生ユニット１４が接合された連通基板２３が底面側に固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース２６の平面視における中心部分にはノズル列方向に沿って長尺な矩形状の開口を有する貫通空部４４が、ケース２６の高さ方向を貫通する状態で形成されている。この貫通空部４４は、圧力発生ユニット１４の配線空部３８と連通して、配線部材（フレキシブルケーブル４９）の一端部および駆動ＩＣ５０が収容される空部を形成する。また、ケース２６の下面側には、当該下面からケース２６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部４７が形成されている。流路ユニット２１がケース２６の下面に位置決め状態で接合されると、連通基板２３上に積層された圧力発生ユニット１４が収容空部４７に収容されるように構成されている。また、上記の貫通空部４４の下端は、収容空部４７の天井面に開口している。
【００１８】
ケース２６には、インク導入空部４６およびインク導入路４５が形成されている。インク導入路４５は、インク導入空部４６と比較して断面積が小さく設定された細い流路であり、インクカートリッジ３側からのインクをインク導入空部４６に供給する。インク導入空部４６に流入したインクは、連通基板２３の共通液室３２（後述）に導入される。
【００１９】
圧力発生ユニット１４の構成部材である圧力室基板２９は、シリコン基板（結晶性基板の一種）から作製されている。この圧力室基板２９には、シリコン基板に対して異方性エッチング加工によって複数の圧力室３１となる空部（以下、この空部も含めて圧力室３１という）が、ノズルプレート２２の複数のノズル２７に対応して複数形成されている。このように、シリコン基板に対して異方性エッチングによって圧力室を形成することで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。後述するように、本実施形態におけるノズルプレート２２にはノズル２７の列が２条形成されているので、圧力室基板２９には、圧力室３１の列が各ノズル列に対応して２条形成されている。圧力室３１は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部である。圧力室基板２９が連通基板２３に対して位置決めされた状態で接合されると、圧力室３１の長手方向一端部は、後述する連通基板２３のノズル連通路３６を介してノズル２７と連通する。また、圧力室３１の長手方向他端部は、連通基板２３の個別連通口４３を介して共通液室３２と連通する。
【００２０】
圧力室基板２９の上面（連通基板２３との接合面とは反対側の面）には、圧力室３１の上部開口を封止する状態で弾性膜３０が形成されている。この弾性膜３０は、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコンから構成される。また、この弾性膜３０上には、絶縁膜３３が積層される。この絶縁膜３３は、例えば、酸化ジルコニウムから成る。そして、弾性膜３０および絶縁膜３３は、圧力室３１の開口面に対応する部分が変位可能な振動板３４として機能する。この振動板３４に積層される形で圧電素子３５が、各圧力室３１に対応して形成される。
【００２１】
本実施形態の圧電素子３５は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３５は、振動板３４上に、下電極１７（本発明における第１の電極に相当）、圧電体１８及び上電極１９（本発明における第２の電極に相当）が順次積層されてなる。本実施形態では、下電極１７が圧力室３１毎に独立して設けられる一方、上電極１９は複数の圧力室３１に亘ってノズル列方向に連続して設けられている。すなわち、下電極１７は圧力室３１毎に設けられた個別電極であり、上電極１９は、各圧力室３１に共通な共通電極である。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。そして、対をなす下電極１７と上電極１９との間に圧電体１８が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部となる。
【００２２】
なお、上電極１９および下電極１７としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属や、これらの合金等が用いられる。合金電極の一例として、ＬａＮｉＯ３等が挙げられる。圧電体１８としては、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）を含む複合酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。本実施形態における圧電体１８は、Ｚｒの濃度が相対的に低く、圧電素子３５の駆動時に相対的に変位し易い第１層４０（本発明における第１部分に相当）、この第１層４０よりもＺｒの濃度が高い第２層４１（本発明における第２部分に相当）とからなる単位層４２が膜厚方向に複数積層された層構造となっている（図４参照）。そして、第１層４０および第２層４１におけるＺｒとＴｉとの組成比Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をそれぞれＣｒ１およびＣｒ２としたとき、各層の組成比は、以下の条件（１）〜（３）を満たすように調整されている。
０．４１≦Ｃｒ１≦０．８１  …（１）
０．１≦Ｃｒ１−Ｃｒ２≦０．３  …（２）
Ｃｒ１＞Ｃｒ２  …（３）
つまり、Ｃｒ２は、０．１１以上０．７１以下の範囲を取り得る。
【００２３】
ここで、第１層４０の組成比Ｃｒ１が、０．４１を下回ると、圧電素子３５の駆動時における第１層４０の変位量が著しく低下し、圧電素子３５としての性能が悪化する。一方、Ｃｒ１が０．８１を超えると、変位量は大きくなるものの、リーク電流が生じやすくなり圧電素子３５の信頼性が低下する虞がある。このため、耐久性・変位効率等の観点から圧電素子３５としての実用に供し得るには、組成比Ｃｒ１が条件（１）の範囲内となるように調整されることが望ましい。これにより、第１層４０における変位量をできるだけ大きく確保しつつリーク電流の発生を抑えることができる。また、組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．１未満となった場合、第１層４０において生じたリーク電流を第２層４１において抑制することが難しくなる。一方、組成比Ｃｒ１と組成比Ｃｒ２との差が、０．３を超えた場合、圧電素子３５の駆動時における第２層４１の変位量が著しく低下するため、圧電素子３５の全体の変位を阻害してしまう。このため、組成比Ｃｒ１が、条件（２）の範囲内となるように調整されることで、第２層４１においてリーク電流を効果的に抑制しつつ、第２層４１が変位の阻害となることを可及的に抑制することができる。
【００２４】
圧電体１８の厚みに関し、例えば、第１層４０の膜厚が約１４０〔ｎｍ〕、第２層４１の膜厚が４０〔ｎｍ〕、各層の合計、すなわち単位層４２の厚さは１８０〔ｎｍ〕とされる。この単位層４２の厚みは、１５０〔ｎｍ〕以上２００〔ｎｍ〕以下に調整される。このような単位層４２が、複数、例えば合計５つ積層されて圧電体１８が構成される。圧電体１８の厚さは、９００〔ｎｍ〕以上１１００〔ｎｍ〕以下の値を取り得る。
【００２５】
各圧電素子３５の下電極１７からは、図示しない個別電極配線部が配線空部３８内にそれぞれ延出されており、これらの個別電極配線部の電極端子に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端側の個別端子が電気的に接続される。同様に、上電極１９からは図示しない共通電極配線部が配線空部３８内に引き出されており、当該共通電極配線部の端子に相当する部分にフレキシブルケーブル４９の一端側の共通端子が電気的に接続される。このフレキシブルケーブル４９の表面には、圧電素子３５を駆動する駆動ＩＣ５０が実装されている。
【００２６】
圧力室基板２９および圧電素子３５が積層された連通基板２３の上面には、保護基板２４が配置される。この保護基板２４は、例えば、ガラス、セラミックス材料、シリコン単結晶基板、金属、合成樹脂等から作製される。この保護基板２４の内部には、圧電素子３５に対向する領域に当該圧電素子３５の駆動を阻害しない程度の大きさの凹部３９が形成されている。さらに、保護基板２４において、隣り合う圧電素子列の間には、基板厚さ方向を貫通した配線空部３８が形成されている。この配線空部３８内には、上述したように、圧電素子３５の電極端子とフレキシブルケーブル４９の一端部とが配置される。
【００２７】
連通基板２３の下面には、ノズルプレート２２が接合される。ノズルプレート２２は、複数のノズル２７が開設された板材であり、各ノズル２７が連通基板２３のノズル連通路３６とそれぞれ連通する状態で連通基板２３に接合されている。このノズルプレート２２には、所定のピッチで複数のノズル２７が並設されてノズル列が形成されている。本実施形態においては、当該ノズルプレート２２に２条のノズル列が形成されている。また、ノズルプレート２２はシリコン基板から作製されている。そして、当該基板に対してドライエッチングを施すことにより円筒形状のノズル２７が形成されている。
【００２８】
ここで、本実施形態における圧電素子３５の製造方法について、図５及び図６を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、圧力室基板２９の材料であるシリコンウェハーの表面に弾性膜３０が形成される工程、この弾性膜３０の上に酸化ジルコニウムからなる絶縁膜３３が形成される工程が行われる。次に、絶縁膜３３上に金属層が成膜され、この金属層が所定形状にパターニングされることで下電極１７が形成される。次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体１８が形成される。圧電体１８の具体的な形成手順としては、まず、図５（ｂ）に示すように、下電極１７が形成された振動板３４上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｂを含むゾル（溶液）が塗布されて、１層目の単位層４２ａとなる圧電体前駆体膜５１が成膜される。圧電体前駆体膜５１が成膜されると、乾燥工程、および脱脂工程が順次行われる。脱脂工程の後、続いて焼成工程が行われる。この焼成工程では、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等によりで数十分加熱されることで圧電体前駆体膜５１が焼成されて結晶化される。これらの工程を経て、図５（ｃ）に示すように、互いに組成比の異なる第１層４０と第２層４１からなる単位層４２ａが形成される。第２層４１は、上述したように第１層４０よりもＺｒの濃度が高い層となっている。
【００２９】
そして、このような塗布工程・乾燥工程・脱脂工程・焼成工程を複数回、例えば、４、５回繰り返されることで、図５（ｄ）に示すように、複数の単位層４２（４２ａ〜４２ｄ）が積層されて圧電体層１８′が形成される。したがって、圧電体層１８′は、相対的に変位し易い第１層４０、およびこの第１層よりもＺｒの濃度が高い第２層４１が膜厚方向に交互に複数積層されて構成されている。なお、圧電体１８の最上層が第２層４１である構成を例示したが、これには限られず、圧電体１８の最上層が第１層４０である構成とすることもできる。圧電体層１８′が形成されたならば、図６（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー法によって圧電体層１８′がパターニングされ、圧力室３１毎に対応する個々の圧電体１８が形成される。圧電体１８がパターニングされた後、図６（ｂ）に示すように、下電極１７および圧電体１８が形成された振動板３４上の全面にスパッタ法等により金属層が形成されてパターニングされることで、圧電体１８の上には共通電極としての上電極１９が形成される。その後、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等からなる図示しない保護膜が形成される。このようにして、本実施形態における圧電素子３５が形成される。
【００３０】
このように、本発明に係る圧電素子３５は、Ｚｒの濃度が相対的に低い第１層４０と、この第１層４０よりもＺｒの濃度が高い第２層４１とが膜厚方向に交互に複数積層されて構成されているので、すなわち、Ｚｒの濃度が相対的に高い第２層４１が圧電体１８の膜厚方向に複数形成されているので、駆動時における圧電素子３５の変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能となる。また、単位層４２が複数積層された構成であるため、一部の第２層４１で万が一損傷が生じたとしても、他の第２層４１でリーク電流を抑制することが可能となる。これにより、圧電素子３５の信頼性が向上する。
また、本発明に係る圧電素子３５を備える記録ヘッド２およびこれを搭載するプリンター１では、駆動時における変位量の低下の抑制とリーク電流を抑制との両立が可能な圧電素子３５を搭載するので、信頼性の向上が期待できる。
【００３１】
なお、本実施形態において第１層４０における組成比Ｃｒ１が、０．４１以上０．８１以下の範囲内としたが、０．５１以上０．７１以下の範囲内であることがより望ましい。これにより、第１層４０におけるリーク電流の発生をさらに低減することができると共に、駆動時の変位量の低下をより確実に抑制することが可能となる。このため、第２層４１におけるリーク電流の抑制効果と相まって、圧電素子３５の性能を低下させることなくさらに信頼性を高めることが可能となる。
【００３２】
なお、記録ヘッド２の構成については例示したものには限られず、種々の構成のものを採用することができる。また、圧電素子３５としては、液体吐出装置用における液体吐出ヘッドに用いられるものには限られない。例えば、圧電素子を利用した各種センサー等にも用いることができる。要するに、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電素子であれば、本発明を適用することができる。
【００３３】
そして、上記実施形態では、液体吐出ヘッドとしてインクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を吐出するものにも適用することができる。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吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）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吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等およびこれらを備える液体吐出装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…プリンター，２…記録ヘッド，１７…下電極，１８…圧電体，１９…上電極，２７…ノズル，２９…圧力室基板，３１…圧力室，３４…振動板，３５…圧電素子，４０…第１層，４１…第２層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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