(57)【要約】【課題】初期変位量の向上と耐久性の向上の両立を図ることができる圧電素子を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は，基体１と、基体の上方に形成された下部電極４と、下部電極の上方に形成され、一般式ＡＢＯ３で示され、Ａは、鉛（Ｐｂ）を含み、Ｂは、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層６と、圧電体層の上方に形成された上部電極７と、を含み、圧電体層は，ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成の異なる領域６１，６２を少なくとも２つ有する。【選択図】図１
2008211140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、一般式ＡＢＯ３で示され、該Ａは、鉛（Ｐｂ）を含み、該Ｂは、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層は、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成の異なる領域を少なくとも２つ有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体層の前記領域は、第１領域および該第１領域の上方に形成された第２領域を有し、
前記第１領域のＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成は、前記第２領域のＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成よりも大きい、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧電体層の前記領域は、下方のものほど、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成が大きい、圧電素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記圧電体層の前記領域は、層状構造である、圧電素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記圧電体層は、擬立方晶の表示で（１００）に配向している、圧電素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記圧電体層の結晶構造は、ロンボヘドラル構造またはモノクリニック構造である、圧電素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子を有する、プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液体噴射ヘッド、およびプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高精細、高速印刷手法として、インクジェット法が実用化されている。インク液滴を吐出させるためには、圧電体層を電極で挟んだ構造の圧電素子を用いる方法が有用である。代表的な圧電体層の材料としては、ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）が挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、初期変位量の向上と耐久性の向上の両立を図ることができる圧電素子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電素子を有する、液体噴射ヘッドおよびプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、一般式ＡＢＯ３で示され、該Ａは、鉛（Ｐｂ）を含み、該Ｂは、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層は、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成の異なる領域を少なくとも２つ有する。
【０００５】
この圧電素子では、前記圧電体層は、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成（以下、単に「Ｚｒ組成」ともいう）の異なる領域（以下「異組成領域」ともいう）を有する。これにより、この圧電素子は、初期変位量の向上と耐久性の向上の両立を図ることができる。このことは、後述する実験例において確認されている。
【０００６】
なお、本発明において、異組成領域が３つ以上である場合には、各異組成領域のＺｒ組成は、すべて異なっている。
【０００７】
また、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００８】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の前記領域は、第１領域および該第１領域の上方に形成された第２領域を有し、
前記第１領域のＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成は、前記第２領域のＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成よりも大きいことができる。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の前記領域は、下方のものほど、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成が大きいことができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の前記領域は、層状構造であることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、擬立方晶の表示で（１００）に配向していることができる。
【００１２】
なお、本発明において、「擬立方晶」とは、結晶構造を立方晶とみなした状態をいう。
【００１３】
また、本発明において、「（１００）に配向」とは、（１００）にすべての結晶が配向している場合と、（１００）にほとんどの結晶（例えば９０％以上）が配向しており、（１００）に配向していない残りの結晶が（１１１）等に配向している場合と、を含む。即ち、「（１００）に配向」とは、「（１００）に優先配向」ということもできる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の結晶構造は、ロンボヘドラル構造またはモノクリニック構造であることができる。
【００１５】
なお、本発明において、例えば、「結晶構造はロンボヘドラル構造である」とは、すべての結晶がロンボヘドラル構造である場合と、ほとんどの結晶（例えば９０％以上）がロンボヘドラル構造であり、ロンボヘドラル構造ではない残りの結晶がテトラゴナル構造等である場合と、を含む。このことは、本発明において、例えば、「結晶構造はモノクリニック構造である」という場合も同様である。
【００１６】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述の圧電素子を有する。
【００１７】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
圧力室に通じるノズル孔を有するノズル板と、
前記ノズル板の上方に形成された上述した圧電素子と、を含み、
前記圧力室は、前記基板の開口部から構成されることができる。
【００１８】
本発明に係るプリンタは、上述の圧電素子を有する。
【００１９】
本発明に係るプリンタは、
上述した液体噴射ヘッドを有するヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを往復動させるヘッドユニット駆動部と、
前記ヘッドユニットおよび前記ヘッドユニット駆動部を制御する制御部と、を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
１．  まず、本実施形態に係る圧電素子１００について説明する。図１は、圧電素子１００を概略的に示す断面図である。
【００２２】
圧電素子１００は、図１に示すように、基体１と、駆動部５４と、を含む。基体１は、基板５２と、弾性板５５と、を有することができる。
【００２３】
基板５２としては、例えば（１１０）単結晶シリコン基板（面方位＜１１０＞）を用いることができる。基板５２は、開口部５２１を有する。開口部５２１は、例えばインクジェット式記録ヘッドの圧力室となることができる。開口部５２１の形状は、例えば、幅６０μｍ、長さ１ｍｍ、高さ６０μｍの直方体である。
【００２４】
弾性板５５は、基板５２上に形成されている。弾性板５５は、例えば、エッチングストッパ層３０と、エッチングストッパ層３０上に形成された弾性層３２と、を有することができる。エッチングストッパ層３０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。エッチングストッパ層３０の厚さは、例えば１μｍである。弾性層３２は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる。弾性層３２の厚さは、例えば１μｍである。なお、図示しないが、弾性板５５は、エッチングストッパ層３０を有しないこともできる。
【００２５】
駆動部５４は、弾性板５５上に形成されている。駆動部５４は、弾性板５５を屈曲させることができる。駆動部５４は、弾性板５５（より具体的には弾性層３２）上に形成された下部電極４と、下部電極４上に形成された圧電体層６と、圧電体層６上に形成された上部電極７と、を有する。駆動部５４の主要部は、例えば開口部５２１の上に形成されており、駆動部５４の一部（より具体的には下部電極４）は、例えば基板５２の上にも形成されている。
【００２６】
下部電極４は、圧電体層６に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極４としては、例えば白金（Ｐｔ）層（厚さ２００ｎｍ）を用いることができる。
【００２７】
圧電体層６は、一般式ＡＢＯ３で示され、該Ａ（元素Ａ：Ａサイト）は、鉛（Ｐｂ）を含み、該Ｂ（元素Ｂ：Ｂサイト）は、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる。具体的には、圧電体層６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体などの圧電材料からなることができる。チタン酸ジルコン酸鉛固溶体としては、例えばニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などが挙げられる。また、上記Ａサイトに、鉛（Ｐｂ）以外の第２組成、例えばランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）などが添加されていることもできる。また、上記Ａサイトに、他の元素、例えばバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）などが微量添加されていることもできる。
【００２８】
圧電体層６は、ＺｒおよびＴｉに対するＺｒの組成（Ｚｒ組成）の異なる領域（異組成領域）を有する。図示の例では、圧電体層６の異組成領域は、２つであり、第１領域６１、および、第１領域６１の直接上に形成された第２領域６２からなることができる。なお、図示の例では、圧電体層６は、第１領域６１および第２領域６２から構成されている。
【００２９】
第１領域６１のＺｒ組成は、第２領域６２のＺｒ組成よりも大きいことが好ましい。例えば、圧電体層６がチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３）からなる場合には、第１領域６１のＺｒ組成ｘは、例えば０．５５であり、第２領域６２のＺｒ組成ｘは、例えば０．５である。
【００３０】
圧電体層６の異組成領域（図示の例では、第１領域６１および第２領域６２）は、例えば層状構造である。複数の異組成領域の厚さの割合は、適宜設定されることができる。図示の例では、第１領域６１の厚さと第２領域６２の厚さとの割合を例えば１：１とすることができる。具体的には、圧電体層６の第１領域６１の厚さは、例えば５００ｎｍであり、圧電体層６の第２領域６２の厚さは、例えば５００ｎｍである。また、圧電体層６の全体の厚さは、例えば１μｍである。
【００３１】
圧電体層６は、擬立方晶の表示で（１００）に配向していることが望ましい。圧電体層６の結晶構造は、ロンボヘドラル構造またはモノクリニック構造であることが望ましい。これは、分極モーメントの方向が、印加電界方向に対して一定の角度傾いているときに圧電変位量が極大になるという、エンジニアードドメイン構造に対応している。
【００３２】
上部電極７は、圧電体層６に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極７としては、例えば、白金（Ｐｔ）層（厚さ２００ｎｍ）などを用いることができる。
【００３３】
圧電体層６および上部電極７は、例えば柱状の堆積体（柱状部）５を構成することができる。柱状部５の幅（圧電体層６の下面の幅）は、例えば４０μｍであり、柱状部５の長さ（圧電体層６の下面の長さ）は、例えば１ｍｍである。
【００３４】
２．  次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の圧電素子１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、図１に示す断面図に対応している。
【００３５】
（１）まず、図２に示すように、基板５２上に弾性板５５を形成する。具体的には、例えば、基板５２上の全面に、エッチングストッパ層３０、弾性層３２をこの順に成膜する。これにより、エッチングストッパ層３０および弾性層３２を有する弾性板５５が形成される。エッチングストッパ層３０は、例えば熱酸化法により成膜される。弾性層３２は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜される。
【００３６】
（２）次に、図２に示すように、弾性板５５上に駆動部５４を形成する。具体的には、まず、弾性板５５上の全面に、下部電極４、圧電体層６、および上部電極７をこの順に成膜する。下部電極４および上部電極７は、例えば、スパッタ法、めっき法などにより成膜される。
【００３７】
圧電体層６は、ゾルゲル法（溶液法）、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより成膜される。ここでは一例として、ＰＺＴからなる圧電体層６をゾルゲル法により成膜する場合について説明する。
【００３８】
まず、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液（圧電材料）を、下部電極４上の全面にスピンコート法等により塗布する。例えば、この溶液中のＺｒおよびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物の混合比率を変えることにより、ＺｒとＴｉの組成比（Ｚｒ：Ｔｉ）を調整することができる。例えば、Ｚｒ組成＝Ｚｒ／(Ｚｒ＋Ｔｉ)が０．５５となるように有機金属化合物を混合することができる。なお、Ｐｂの組成についても、有機金属化合物の混合比率を変えることにより調整することができる。
【００３９】
次に、熱処理（乾燥工程、脱脂工程）を行うことにより、圧電体層６の第１領域６１の前駆体層を形成することができる。乾燥工程の温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましい。また、乾燥工程の時間は、例えば、５分以上であることが好ましい。脱脂工程では、乾燥工程後のＰＺＴ前駆体層中に残存する有機成分をＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等に熱分解して離脱させることができる。脱脂工程の温度は、例えば３００℃程度である。
【００４０】
次に、上述した第１領域６１の前駆体層の成膜と同様に、圧電材料の塗布、乾燥、および脱脂を行い、圧電体層６の第２領域６２の前駆体層を形成することができる。この際の圧電材料のＺｒ組成は、例えば０．５０である。
【００４１】
なお、第１領域６１の前駆体層を成膜する場合には、１回で成膜せず、複数回に分けて成膜することもできる。具体的には、例えば、圧電材料の塗布、乾燥、および脱脂を複数回繰り返すことができる。このことについては、第２領域６２の前駆体層の成膜についても同様である。
【００４２】
次に、第１領域６１の前駆体層および第２領域６２の前駆体層を一括して焼成することができる。焼成工程では、ＰＺＴ前駆体層を加熱することによって結晶化させることができる。焼成工程の温度は、例えば、６００℃〜７００℃である。焼成工程の時間は、例えば、５分以上３０分以下であることが好ましい。焼成工程に用いる装置は、特に限定されず、拡散炉やＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置などを用いることができる。なお、焼成工程は、例えば、圧電材料の塗布、乾燥、および脱脂の１サイクルごとに行っても良い。
【００４３】
以上の工程により、例えば第１領域６１および第２領域６２からなる圧電体層６を形成することができる。
【００４４】
次に、例えば上部電極７および圧電体層６をパターニングして、所望の形状の柱状部５を形成することができる。その後、例えば下部電極４をパターニングしても良い。各層のパターニングには、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。下部電極４、圧電体層６、および上部電極７は、各層の形成ごとにパターニングされることもできるし、複数層の形成ごとに一括してパターニングされることもできる。
【００４５】
以上の工程により、下部電極４、圧電体層６、および上部電極７を有する駆動部５４が形成される。
【００４６】
（３）次に、図１に示すように、基板５２をパターニングして、開口部５２１を形成する。基板５２のパターニングには、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。開口部５２１は、例えば、エッチングストッパ層３０を露出させるように基板５２の一部をエッチングして形成される。このエッチング工程においては、エッチングストッパ層３０をエッチングのストッパとして機能させることができる。即ち、基板５２をエッチングする際には、エッチングストッパ層３０のエッチング速度は、基板５２のエッチング速度よりも遅い。
【００４７】
以上の工程により、図１に示すように、本実施形態の圧電素子１００が形成される。
【００４８】
３．  本実施形態の圧電素子１００では、圧電体層６は、Ｚｒ組成の異なる領域（異組成領域）６１，６２を有する。これにより、本実施形態の圧電素子１００は、初期変位量の向上と耐久性の向上の両立を図ることができる。このことは、後述する実験例において確認されている。
【００４９】
４．  次に、上述した圧電素子を有する液体噴射ヘッドについて説明する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射ヘッド５０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する。
【００５０】
図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド５０を概略的に示す分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図３では、便宜上、圧電素子１００の駆動部５４を簡略化して示している。
【００５１】
液体噴射ヘッド５０は、例えば図１に示す圧電素子１００と、ノズル板５１と、を含む。液体噴射ヘッド５０は、さらに、筐体５６を有することができる。
【００５２】
ノズル板５１は、圧力室５２１に通じるノズル孔５１１を有する。ノズル孔５１１からは、インクが吐出される。ノズル板５１には、例えば、多数のノズル孔５１１が一列に設けられている。ノズル板５１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製の圧延プレートである。ノズル板５１は、通常使用される状態では基板５２の下（図３では上）に固定される。筐体５６は、ノズル板５１および圧電素子１００を収納することができる。筐体５６は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００５３】
圧電素子１００の基板５２がノズル板５１と弾性板５５との間の空間を区画することにより、リザーバ（液体貯留部）５２３、供給口５２４、および複数のキャビティ（圧力室）５２１が設けられている。圧電素子１００の弾性板５５には、厚さ方向に貫通した貫通孔５３１が設けられている。リザーバ５２３は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔５３１を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティ５２１へインクが供給される。
【００５４】
キャビティ５２１は、基板５２の開口部５２１から構成されている。キャビティ５２１は、各ノズル孔５１１に対して１つずつ配設されている。キャビティ５２１は、弾性板５５の変形により容積可変になっている。この容積変化によりキャビティ５２１からインクが吐出される。
【００５５】
駆動部５４は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、該圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。弾性板５５は、駆動部５４の変形によって変形し、キャビティ５２１の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００５６】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド５０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。
【００５７】
５．  次に、実験例について説明する。
【００５８】
本実験例では、本実施形態に係る圧電素子１００を有する液体噴射ヘッド５０、および、比較例１〜３に係る液体噴射ヘッドを作製した。
【００５９】
本実施形態に係る圧電素子１００の圧電体層６は、図１に示すように、第１領域６１および第２領域６２からなるようにした。第１領域６１は、Ｐｂ（Ｚｒ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｏ３からなり（即ちＺｒ組成＝０．５５）、第２領域６２は、Ｐｂ（Ｚｒ０．５０Ｔｉ０．５０）Ｏ３からなるようにした（即ちＺｒ組成＝０．５０）。
【００６０】
これに対し、比較例１〜３に係る圧電素子の圧電体層は、一層のＰＺＴ層からなるようにした。比較例１〜３の圧電体層のＺｒ組成は、０．４５から、０．０５ずつ、０．５５まで変化させた。
【００６１】
これらの実験サンプルに対して、上下電極に、−２Ｖから３５Ｖに変化する５０ｋＨｚのパルス電圧を２×１０１０（２００億）回印加して、繰り返し耐久試験を行った。表１に、最初および最終の弾性板の変位量、並びに、圧電素子の耐久性を示す。なお、
圧電素子の耐久性（％）＝
｛（最終の弾性板の変位量−最初の弾性板の変位量）／最初の弾性板の変位量｝×１００
である。
【００６２】
【表１】
2008211140.tif 000003
表１に示すように、Ｚｒ組成の少ない比較例１や比較例２では、初期の圧電変位量は大きくなるが、耐久性は低下する。また、Ｚｒ組成の多い比較例３では、初期の圧電変位量は小さくなるが、耐久性は−３％程度に抑えられている。これらに対し、本実施形態の圧電素子１００の最初の弾性板の変位量は、比較例３の圧電素子のそれよりも大きく、比較例２の圧電素子のそれに近いことが分かる。さらに、本実施形態の圧電素子１００の耐久性は、比較例２の圧電素子のそれよりも向上しており、比較例３の圧電素子のそれに近いことが分かる。従って、本実施形態の圧電素子１００によれば、繰り返し動作の初期における弾性板の変位量の向上と、耐久性の向上（即ち、弾性板の変位量の減少の抑制）の両立を図ることができることが確認された。この理由としては、以下のように考えている。
【００６３】
図４は、圧電体層が一層のＰＺＴ層からなる場合において、下部電極を基点とする圧電体層内の位置と、電圧印加時の圧電体層内の引っ張り応力との関係をシミュレーションにより求めた結果である。なお、シミュレーションでは、ノズル板はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなり、ヤング率は１７０ＧＰａとした。また、基板はＳｉからなり、ヤング率は１５０ＧＰａとした。また、エッチングストッパ層はＳｉＯ２からなり、ヤング率は７５ＧＰａとした。また、弾性層はＺｒＯ２からなり、ヤング率は１５０ＧＰａとした。下部電極はＰｔからなり、ヤング率は２００ＧＰａとした。圧電体層はＰＺＴからなり、ヤング率は７０ＧＰａとした。上部電極はＰｔからなり、ヤング率は２００ＧＰａとした。また、シミュレーションでは、圧電体層が０．１％圧電変位したと仮定した。
【００６４】
このシミュレーションの結果から、動作時の圧電体層内においては、下部電極側の引っ張り応力は大きく、上部電極側の引っ張り応力は小さいことが分かる。また、比較例１〜３の表１の結果が示すように、圧電体層のＺｒ組成は、大きい方が耐久性は向上し、小さい方が初期変位量は増加する。本実施形態の圧電体層６内には、引っ張り応力が大きく、大きな負荷のかかる下部電極４側に、耐久性に優れたＺｒ組成の大きな第１領域６１が設けられている。これにより、耐久性を効率的に向上させることができると考えられる。さらに、本実施形態の圧電体層６内には、引っ張り応力の小さな上部電極７側に、Ｚｒ組成の小さな第２領域６２が設けられている。これにより、弾性板の初期変位量を効率的に増加させることができると考えられる。従って、本実施形態の圧電素子１００によれば、耐久性の向上と初期変位量の向上の両立を、効率的に図ることができると考えられる。
【００６５】
なお、本実験例で得られた本実施形態に係る圧電体層６の結晶構造は、ペロブスカイト型構造であって、ロンボヘドラル構造またはモノクリニック構造であることが確認された。また、本実施形態に係る圧電体層６は、擬立方晶の表示で（１００）に配向していることが確認された。圧電体層６の結晶構造および配向の同定には、Ｘ線散乱およびラマン散乱を用いた。
【００６６】
６．  次に、本実施形態の圧電素子の変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した図１に示す圧電素子１００（以下「圧電素子１００の例」という）と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００６７】
（１）まず、第１の変形例について説明する。図５は、本変形例の圧電素子１２０を概略的に示す断面図である。
【００６８】
圧電素子１００の例では、Ｚｒ組成の異なる領域（異組成領域）が２つ、即ち、第１領域６１および第２領域６２からなる場合について説明したが、異組成領域は、例えば３つ以上であっても良い。例えば図５に示すように、異組成領域が３つ、即ち、第１領域６１、第２領域６２、および第３領域６３からなることができる。この場合において、各異組成領域６１，６２，６３のＺｒ組成は、すべて異なっている。各異組成領域６１，６２，６３のＺｒ組成は、下方のものほど、大きい方が好ましい。これは、上記シミュレーション結果で示したように、圧電体層６内では、下方ほど引っ張り応力が大きいためである。
【００６９】
（２）次に、第２の変形例について説明する。
【００７０】
圧電素子１００の例では、圧電体層６が、第１領域６１および第１領域６１上の第２領域６２からなり、第１領域６１のＺｒ組成は、第２領域６２のＺｒ組成よりも大きい場合について説明したが、例えば圧電体層６内の引っ張り応力が上方ほど大きくなるような場合には、第１領域６１のＺｒ組成を、第２領域６２のＺｒ組成よりも小さくすることも可能である。これにより、例えば、引っ張り応力が大きい部分に、耐久性に優れたＺｒ組成の大きい領域を配し、引っ張り応力が小さい部分に、初期変位量を大きくできるＺｒ組成の小さい領域を配することができる。
【００７１】
（３）次に、第３の変形例について説明する。
【００７２】
圧電素子１００の例では、圧電体層６が、２つの異組成領域６１，６２からなる場合について説明したが、圧電体層６は、異組成領域６１，６２の他に、異組成領域ではない領域を有することもできる。例えば、図示しないが、圧電体層６は、第１領域６１、第２領域６２、および、第２領域６２上であって、第１領域６１のＺｒ組成と同じＺｒ組成を有する他の領域からなることができる。
【００７３】
（４）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００７４】
７．  次に、上述した液体噴射ヘッドを有するプリンタについて説明する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ６００がインクジェットプリンタである場合について説明する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係るプリンタ６００を概略的に示す斜視図である。プリンタ６００は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット駆動部６１０と、制御部６６０と、を含む。また、プリンタ６００は、装置本体６２０と、給紙部６５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口６２２と、装置本体６２０の上面に配置された操作パネル６７０と、を含むことができる。
【００７６】
ヘッドユニット６３０は、上述した液体噴射ヘッド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）５０を有する。ヘッドユニット６３０は、さらに、ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載した運搬部（キャリッジ）６３２と、を備える。
【００７７】
ヘッドユニット駆動部６１０は、ヘッドユニット６３０を往復動させることができる。ヘッドユニット駆動部６１０は、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２と、を有する。
【００７８】
往復動機構６４２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６４４と、キャリッジガイド軸６４４と平行に延在するタイミングベルト６４３と、を備える。キャリッジガイド軸６４４は、キャリッジ６３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ６３２を支持している。さらに、キャリッジ６３２は、タイミングベルト６４３の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、タイミングベルト６４３を走行させると、キャリッジガイド軸６４４に導かれて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッド５０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。
【００７９】
制御部６６０は、ヘッドユニット６３０、ヘッドユニット駆動部６１０、および給紙部６５０を制御することができる。
【００８０】
給紙部６５０は、記録用紙Ｐをトレイ６２１からヘッドユニット６３０側へ送り込むことができる。給紙部６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２と、を備える。給紙ローラ６５２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６５２ａおよび駆動ローラ６５２ｂを備える。駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。
【００８１】
ヘッドユニット６３０、ヘッドユニット駆動部６１０、制御部６６０、および給紙部６５０は、装置本体６２０の内部に設けられている。
【００８２】
なお、上述した例では、プリンタ６００がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液滴吐出装置として用いられることもできる。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。
【００８３】
８．  上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００８４】
例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、発振器や周波数フィルタなどに用いられる圧電振動子、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどに用いられる角速度センサなどに適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を概略的に示す断面図。
【図２】本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図３】本実施形態の液体噴射ヘッドを概略的に示す分解斜視図。
【図４】圧電体層内の位置と引っ張り応力との関係を示すシミュレーション結果。
【図５】本実施形態の圧電素子の第１の変形例を概略的に示す断面図。
【図６】本実施形態のプリンタを概略的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００８６】
１  基体、４  下部電極、５  柱状部、６  圧電体層、７  上部電極、３０  エッチングストッパ層、３２  弾性層、５０  液体噴射ヘッド、５１  ノズル板、５２  基板、５４  駆動部、５５  弾性板、５６  筐体、６１  第１領域、６２  第２領域、６３  第３領域、１００，１２０  圧電素子、５１１  ノズル孔、５２１  開口部（キャビティ）、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  貫通孔、６００  プリンタ、６１０  ヘッドユニット駆動部、６２０  装置本体、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３０  ヘッドユニット、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  タイミングベルト、６４４  キャリッジガイド軸、６５０  給紙部、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、６６０  制御部，６７０  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５】
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【図６】
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