(57)【要約】【課題】エッチング性が良好で低コストなパターニングが可能な下部電極層を備えた圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子１は、基板１１上に、下部電極層１２と圧電体層１３と上部電極層１４とが順次積層された積層膜１６を備え、下部電極層１２は、非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層である。下部電極層１２は、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｔａ，及びこれらの合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とするものであることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部電極層と圧電体層と上部電極層とが順次積層された積層膜を備えた圧電素子において、
前記下部電極層は、非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記下部電極層は、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｔａ，及びこれらの合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記下部電極層はＦｅ及び／又はＦｅ合金を主成分とするものであることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記下部電極層は、気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記下部電極層は、ウエットエッチングによりパターニングされたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電体層はペロブスカイト型酸化物からなり（不可避不純物を含んでいてもよい。）、（１００）配向の結晶配向性を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項７】
前記圧電体層は、自発分極のプラス側が前記上部電極層側であり、自発分極のマイナス側が前記下部電極層側であり、
前記上部電極層は印加電圧が固定されるグランド電極であり、前記下部電極層は印加電圧が変動されるアドレス電極であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項８】
前記下部電極層の印加電圧を変動させる駆動制御を行う駆動ドライバを備えたことを特徴とする請求項７に記載の圧電素子。
【請求項９】
前記圧電体層は、成膜温度４００〜６００℃の条件で成膜されたものであることを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電素子。
【請求項１０】
前記圧電体層はプラズマを用いる気相成長法により成膜されたものであり、かつ、
成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差であるＶｓ−Ｖｆ（Ｖ）が１０〜３５Ｖの条件で成膜されたものであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記圧電体層が、下記式（１）及び（２）を満足する条件で成膜されたものであることを特徴とする請求項９に記載の圧電素子。
−０．２Ｔｓ＋１００＜Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）＜−０．２Ｔｓ＋１３０・・・（１）、
１０≦Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）≦３５・・・（２）
（式（１）及び（２）中、Ｔｓ（℃）は成膜温度、Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）はプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差である。）
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の圧電素子の製造方法であって、
前記下部電極層を成膜する工程（Ａ１）と、
前記下部電極層をパターニングする工程（Ａ２）と、
前記圧電体層を成膜する工程（Ｂ１）と、
前記圧電体層をパターニングする工程（Ｂ２）とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
工程（Ａ１）と工程（Ｂ１）とを実施した後、工程（Ａ２）と工程（Ｂ２）とを同時に実施することを特徴とする請求項１２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
工程（Ａ２）と工程（Ｂ２）とをウエットエッチングにより実施することを特徴とする請求項１３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれかに記載の圧電素子と、
液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えた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、圧電素子とその製造方法、及び圧電素子を用いた液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電性を有する圧電体層と、圧電体層に対して電界を印加する上部電極層と下部電極層とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ等として使用されている。
【０００３】
インクジェット式記録ヘッドでは、インクが貯留されるインク室及びインク室から外部にインクが吐出されるインク吐出口を有するインクノズルが備えられ、このインクノズルに振動板及び上記圧電素子が取り付けられた構造を基本としている。通常インク室は複数設けられ、圧電体層は複数のインク室に応じた分離パターンで形成されている。
【０００４】
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系等のペロブスカイト型酸化物が知られている。ＰＺＴ系圧電体層は例えば、スパッタ法等の気相成長法により成膜される。かかる方法により得られるＰＺＴ系圧電体層は、組成や添加物の材料によっても異なるが、成膜直後の特段の分極処理を行わない状態で通常、自発分極が上向きのものがある（自発分極のプラス側が上部電極層側であり、自発分極のマイナス側が下部電極層側である）。
【０００５】
特許文献１等に記載されているように、従来、下部電極層の材料としてはＩｒ及びＰｔ等の貴金属が広く用いられている。Ｉｒ等の貴金属は高価であり、低コスト化の観点で好ましくない。また、Ｉｒ等の貴金属は難エッチング材料であり、ウエットエッチングではエッチング不可能であり、ドライエッチングでもイオンエッチングのみでエッチング可能であり、パターニングが難しい材料である。
【０００６】
そこで、従来は一般に、下部電極層をベタ膜構造としてパターニングを行わず、ＰＺＴ系圧電体層及び上部電極層を複数のインク室に応じた分離パターンとしている。この場合、下部電極層を印加電圧が固定されるグランド電極とし、上部電極層を印加電圧が変動されるアドレス電極とする必要がある。駆動ドライバとしては、プラス電圧を印加するプラス出力ドライバが一般的である。そのため、ＰＺＴ系圧電体層の自発分極が下向き（自発分極のプラス側が下部電極層側であり、自発分極のマイナス側が上部電極層側）となるように逆分極処理を行い、上部電極層をプラス出力ドライバで駆動することが一般になされている。
【特許文献１】特開2005-209912号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、成膜直後の特段の分極処理を行わない状態で通常、自発分極が上向きであるＰＺＴ系圧電体層に対して、逆分極処理を行うことは非効率的であり、ＰＺＴ系圧電体層が本来持っている圧電性能が充分に引き出されない恐れがある。下部電極層をパターニングしてアドレス電極とし、これをプラス出力ドライバで駆動することができれば、ＰＺＴ系圧電体層の逆分極処理を行わずに、ＰＺＴ系圧電体層が本来持っている圧電性能を充分に引き出すことができると考えられる。
【０００８】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、エッチング性が良好で低コストなパターニングが可能な下部電極層を備えた圧電素子及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電素子は、基板上に下部電極層と圧電体層と上部電極層とが順次積層された積層膜を備えた圧電素子において、前記下部電極層は、非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であることを特徴とするものである。  
本明細書において、「非貴金属」とは、貴金属以外の金属を意味する。
【００１０】
前記下部電極層は、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｔａ，及びこれらの合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とするものであることが好ましく、Ｆｅ及び／又はＦｅ合金を主成分とするものであることがより好ましい。  
本明細書において、「主成分」とは、含量５０質量％以上の成分と定義する。
【００１１】
前記下部電極層は、気相成長法により成膜されたものであることが好ましい。前記下部電極層は、ウエットエッチングによりパターニング可能である。
【００１２】
本発明の圧電素子において、前記圧電体層の好適な態様としては、ペロブスカイト型酸化物からなり（不可避不純物を含んでいてもよい。）、（１００）配向の結晶配向性を有するものが挙げられる。
【００１３】
本発明によれば、前記圧電体層は、自発分極のプラス側が前記上部電極層側であり、自発分極のマイナス側が前記下部電極層側であり、前記上部電極層は印加電圧が固定されるグランド電極であり、前記下部電極層は印加電圧が変動されるアドレス電極である圧電素子を提供することができる。
【００１４】
特開昭62-165381号公報には、電極としてステンレス板を用いた圧電素子が記載されている。しかしながら、この圧電素子はバルク電極とバルク圧電体とを交互に積層した積層型の圧電素子であり、電極と圧電体はいずれも膜でない。また、電極と圧電体のパターニングも行われていない。
【００１５】
本発明の圧電素子の製造方法は、前記下部電極層を成膜する工程（Ａ１）と、前記下部電極層をパターニングする工程（Ａ２）と、前記圧電体層を成膜する工程（Ｂ１）と、前記圧電体層をパターニングする工程（Ｂ２）とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の圧電素子の製造方法において、工程（Ａ１）と工程（Ｂ１）とを実施した後、工程（Ａ２）と工程（Ｂ２）とを同時に実施することができる。工程（Ａ２）と工程（Ｂ２）は、ウエットエッチングにより実施することができる。
【００１７】
本発明の液体吐出装置は、上記本発明の圧電素子と、液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧電素子は、基板上に下部電極層と圧電体層と上部電極層とが順次積層された積層膜を備えた圧電素子において、下部電極層が非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であることを特徴としている。かかる構成では、下部電極層が非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であるためエッチング性が良好であり、低コストなウエットエッチング等によりパターニングすることができる。すなわち、下部電極層をパターニングしてアドレス電極とすることが可能であるため、自発分極のプラス側が上部電極層側であるような場合にも、逆分極処理を施す必要がない。従って本発明によれば、圧電性能の良好な圧電素子を、低コストにて提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
「圧電素子、インクジェット式記録ヘッド」
図１を参照して、本発明に係る実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図１は、インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２０】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、圧電アクチュエータ２の裏面に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）２１及びインク室２１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）２２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）２０が取り付けられたものである。  
インクジェット式記録ヘッド３では、圧電素子１に印加する電界強度を増減させて圧電素子１を伸縮させ、これによってインク室２１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
【００２１】
圧電アクチュエータ２は、圧電素子１の基板１１の裏面に、圧電体層１３の伸縮により振動する振動板１７が取り付けられたものである。
【００２２】
基板１１とは独立した部材の振動板１７及びインクノズル２０を取り付ける代わりに、基板１１の一部を振動板１７及びインクノズル２０に加工してもよい。例えば、基板１１を裏面側からエッチングしてインク室２１を形成し、基板自体の加工により振動板１７とインクノズル２０とを形成することができる。
【００２３】
圧電素子１は、基板１１の表面に、下部電極層１２と圧電体層１３と上部電極層１４とが順次積層された積層膜１６を備えた素子であり、圧電体層１３は、下部電極層１２と上部電極層１４とにより膜厚方向に電界が印加されるようになっている。
【００２４】
本実施形態において、圧電体層１３は、自発分極のプラス側が上部電極層１４側であり、自発分極のマイナス側が下部電極層１２側である。また、上部電極層１４は印加電圧が固定されるグランド（ＧＮＤ）電極であり、下部電極層１２は印加電圧が変動されるアドレス電極である。圧電アクチュエータ２はたわみ振動モードのアクチュエータであり、下部電極層１２はインク室２１毎に駆動電圧を変動可能なように、圧電体層１３と共にパターニングされている。圧電素子１には、下部電極層１２の印加電圧を変動させる駆動制御を行う駆動ドライバ１５も備えられている。
【００２５】
本実施形態の圧電素子１において、基板１１としては特に制限なく、シリコン，ガラス，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），ＳｒＴｉＯ３，アルミナ，サファイヤ，及びシリコンカーバイド等の基板が挙げられる。基板１１としては、シリコン基板上にＳｉＯ２膜とＳｉ活性層とが順次積層されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。また、基板１１と下部電極層１２との間に、格子整合性を良好にするためのバッファ層や、電極と基板との密着性を良好にするための密着層等を設けても構わない。
【００２６】
本実施形態において、下部電極層１２は、非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層である。下部電極層１２は、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｔａ，及びこれらの合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とするものであることが好ましく、Ｆｅ及び／又はＦｅ合金を主成分とするものであることがより好ましい。Ｆｅ合金としてはステンレス（ＳＵＳ）が挙げられる。これらの材料は、エッチング性が良好であり、ウエットエッチングにより容易にパターニングすることができる。
【００２７】
上部電極層１４の主成分としては特に制限なく、下部電極層１２で例示した材料，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極層１２と上部電極層１４の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
圧電体層１３としては特に制限なく、ペロブスカイト型酸化物からなるもの（不可避不純物を含んでいてもよい。）が好ましい。
【００２９】
圧電体層１３としては、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなるものが好ましい。  
一般式ＡａＢｂＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイト元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素。  
ａ＝１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
【００３０】
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物；
及び、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物が挙げられる。  
圧電体層１３は、これら上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物の混晶系であってもよい。
【００３１】
本発明は、下記一般式（Ｐ−１）で表されるＰＺＴ又はそのＢサイト置換系、及びこれらの混晶系に好ましく適用できる。  
Ｐｂａ（Ｚｒｂ１Ｔｉｂ２Ｘｂ３）Ｏ３・・・（Ｐ−１）
（式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ＝１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
【００３２】
以下に、圧電素子１の製造方法の一例について説明する。  
まず、基板１１を用意し、基板１１上に下部電極層１２を成膜する（工程（Ａ１））。必要に応じて、下部電極層１２を成膜する前に、バッファ層や密着層を成膜してもよい。次いで、下部電極層１２上に圧電体層１３を成膜した後（工程（Ｂ１））、下部電極層１２及び圧電体層１３を、インク室２１毎に駆動可能なようにパターニングする（工程（Ａ２），（Ｂ２））。更に、パターニングされた圧電体層１３上に上部電極層１４を成膜し、駆動ドライバ１５及び必要な配線を形成して、圧電素子１が得られる。
【００３３】
圧電体層１３、下部電極層１２及び上部電極層１４の成膜方法は制限なく、スパッタ法、イオンビームスパッタ法、イオンプレーティング法、及びプラズマＣＶＤ法等のプラズマを用いる気相成長法等が挙げられる。
【００３４】
圧電体層１３では、自発分極軸のベクトル成分と電界印加方向とが一致するときに、電界印加強度の増減に伴う伸縮が効果的に起こり、電界誘起歪による圧電効果が効果的に得られる。したがって、圧電体層１３としては自発分極軸方向のばらつきの少ない結晶配向膜が好ましい。
【００３５】
圧電体層１３の結晶構造は特に制限なく、ＰＺＴ系では、正方晶系、菱面体晶系、及びこれらの混晶系が挙げられる。例えば、ＭＰＢ組成のＰｂ１．３Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３であれば、成膜条件によって、正方晶単晶構造、正方晶と菱面体晶との混晶構造、あるいは菱面体単晶構造が得られる。
【００３６】
本実施形態において、圧電体層１３は、自発分極のプラス側が上部電極層１４側であり、自発分極のマイナス側が下部電極層１２側であることを述べた。逆分極処理は圧電性能を充分に引き出せない恐れがあるため、成膜直後の特段の分極処理を行わない状態で、圧電体層１３は、自発分極が上向きであることが好ましい。
【００３７】
例えば、菱面体晶相を含む系（正方晶と菱面体晶との混晶系、あるいは菱面体晶系）であれば、圧電体層１３は（１００）配向の結晶配向性を有することが好ましい。菱面体晶の自発分極軸方向は＜１１１＞であるため、（１００）配向のときに自発分極は上向きのベクトル成分を有することとなる。
【００３８】
「背景技術」の項において、従来は、下部電極層のパターニングが難しいため、下部電極層をベタ膜構造としてパターニングを行わず、ＰＺＴ系圧電体層及び上部電極層を複数のインク室に応じた分離パターンとし、下部電極層をグランド電極とし、上部電極層をアドレス電極として駆動することが一般的であること、また、ＰＺＴ系圧電体層の自発分極が下向きとなるように逆分極処理を行い、上部電極層をプラス出力ドライバで駆動することが一般になされていることを述べた。
【００３９】
本実施形態では、下部電極層１２は非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層である。かかる金属電極層は、エッチング性が良好で、ドライエッチングに比して低コストなウエットエッチングによっても容易にパターニングすることができる。例えば、下部電極層１２を、Ｆｅ合金であるＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ  Ｓｔｅｅｌ）を主成分とする電極層とした場合は、濃度３７質量％の塩酸と、濃度７０質量％の硝酸と、水とを１：１：３に混合した水溶液等を用いたウエットエッチングにより、容易にパターニングすることができる。すなわち、下部電極層１２を所望のパターンに加工してアドレス電極を形成することができる。本実施形態によれば、下部電極１２をアドレス電極とすることができるので、逆分極処理を施すことなく、かつ、プラス出力の駆動ドライバにより駆動可能な圧電素子１を提供することができる。
【００４０】
従って、本実施形態において、下部電極層１２と圧電体層１３のパターニングは、ウエットエッチングにより行うことが好ましい。下部電極層１２と圧電体層１３のパターニングは同時に実施してもよいし、別々の工程により実施してもよい。工程数を少なくできるので、下部電極層１２と圧電体層１３のパターニングは同時に実施することが好ましい。  
スパッタ法等の気相成長法により圧電体層１３を成膜する場合、成膜温度は４００〜６００℃の範囲であることが好ましい。４００℃未満ではペロブスカイト結晶を安定的に成長させることが難しい。ＰＺＴ系等のＰｂ含有材料からなる圧電体層１３を成膜する場合、６００℃超の高温成膜を行うと、Ｐｂ抜けが生じやすくなる傾向にある。また、Ｐｂの含有／非含有に関係なく、６００℃超の高温成膜では、基板１１と圧電体層１３との熱膨張係数差に起因して、成膜中又は成膜後の降温過程等において圧電体層１３に応力がかかり、膜にクラック等が発生する恐れがある。
【００４１】
本発明者は、スパッタ法等のプラズマを用いる気相成長法により圧電体層１３を成膜する場合、成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差であるＶｓ−Ｖｆ（Ｖ）が１０〜３５の条件で成膜することが好ましいことを見出している。
【００４２】
本明細書において、「プラズマ電位Ｖｓ及びフローティング電位Ｖｆ」は、ラングミュアプローブを用い、シングルプローブ法により測定するものとする。フローティング電位Ｖｆの測定は、プローブに成膜中の膜等が付着して誤差を含まないように、プローブの先端を基板近傍（基板から約１０ｍｍ）に配し、できる限り短時間で行うものとする。  
プラズマ電位Ｖｓとフローティング電位Ｖｆとの電位差Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）はそのまま電子温度（ｅＶ）に変換することができる。電子温度１ｅＶ＝１１６００Ｋ（Ｋは絶対温度）に相当する。
【００４３】
図２は、本発明者がスパッタ法により成膜温度Ｔｓ及びＶｓ−Ｖｆを変えて、ＰＺＴ（Ｐｂ１．３Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３）又はＮｂ−ＰＺＴ（Ｐｂ１．３Ｚｒ０．４３Ｔｉ０．４４Ｎｂ０．１３Ｏ３）のターゲットを用いて圧電体層の成膜を行い、ＸＲＤ測定により評価を行ったときの結果を示すものである。図２において、成膜温度Ｔｓ＝５２５℃のプロットはＮｂ−ＰＺＴ膜であり、それ以外のプロットはＰＺＴ膜である。
【００４４】
例えば、Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）＝約１２の条件では、成膜温度Ｔｓ＝４５０℃では、パイロクロア相がメインの膜が得られたので、「×」と判定し、成膜温度Ｔｓ＝４７５℃は、同一条件で調製した他のサンプルではパイロクロア相が見られたため、「▲」と判定し、成膜温度Ｔｓ＝５７５℃から配向性が崩れ始めたので、成膜温度Ｔｓ＝５７５℃を「▲」と判定し、成膜温度Ｔｓ＝６００℃を「×」と判定した。成膜温度Ｔｓ＝５００〜５５０℃の範囲内において、良好な結晶配向性を有するペロブスカイト結晶が安定的に得られたので、「●」と判定した。
【００４５】
図２には、ＰＺＴ膜又はＮｂ−ＰＺＴ膜において、成膜温度４００〜６００℃、且つ下記式（１）又は（２）を満足する条件で成膜することにより、パイロクロア相の少ないペロブスカイト結晶を安定的に成長させることができ、しかもＰｂ抜けを安定的に抑制することができ、結晶構造及び膜組成が良好な良質な圧電体層を安定的に成膜できることが示されている。
【００４６】
−０．２Ｔｓ＋１００＜Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）＜−０．２Ｔｓ＋１３０・・・（１）、
１０≦Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）≦３５・・・（２）
（式（１）及び（２）中、Ｔｓ（℃）は成膜温度、Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）はプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差である。）
本実施形態の圧電素子１は、基板１１上に下部電極層１２と圧電体層１３と上部電極層１４が順次積層された積層膜１６を備え、下部電極層１２が非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であることを特徴としている。かかる構成では、下部電極層１２が非貴金属及び／又は非貴金属合金を主成分とする金属電極層であるためエッチング性が良好であり、低コストなウエットエッチング等によりパターニングすることができる。すなわち、下部電極層１２をパターニングしてアドレス電極とすることが可能であるため、自発分極のプラス側が上部電極層側であるような場合にも、逆分極処理を施す必要がない。従って本発明によれば、圧電性能の良好な圧電素子１を、低コストにて提供することができる。
【００４７】
「インクジェット式記録装置」
図３及び図４を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図３は装置全体図であり、図４は部分上面図である。
【００４８】
図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。
【００４９】
印字部１０２をなすヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３である。
【００５０】
デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。  
ロール紙を使用する装置では、図３のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。
【００５１】
デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。
【００５２】
ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。
【００５３】
ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図３上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図３の左から右へと搬送される。
【００５４】
縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。  
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
【００５５】
印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図４を参照）。各印字ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００５６】
記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。
【００５７】
印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。  
印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００５８】
後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００５９】
こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。  
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。  
インクジェット記記録装置１００は、以上のように構成されている。
【実施例】
【００６０】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。  
（実施例１）
真空度０．５Ｐａ、Ａｒ／Ｏ２混合雰囲気（Ｏ２体積分率１．０％）の条件下で、Ｐｂ１．３Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３のターゲットを用いて、ＰＺＴ圧電体層の成膜を行った。
【００６１】
成膜基板として、ＳＯＩ基板（Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ／ＳｉＯ２）上に、基板温度３００℃の条件で膜厚１０ｎｍのＴｉ密着層、膜厚２００ｎｍのＳＵＳ４３０下部電極層を順次成膜して、下部電極付き基板を用意した。
【００６２】
基板を浮遊状態にして、ターゲットと基板との間ではない基板から離れたところにアースを配して、成膜を行った。このときのプラズマ電位Ｖｓとフローティング電位（基板近傍（＝基板から約１０ｍｍ）の電位）Ｖｆを測定したところ、Ｖｓ−Ｖｆ（Ｖ）＝約３５であった。
【００６３】
このプラズマ条件下で、基板温度４８０℃、ｒｆパワー５００Ｗにて成膜を行い、膜厚４μmのＰＺＴ膜を得た。得られた膜のＸＲＤパターンを図５に示す。図５に示されるように、得られた膜は（１００）配向の結晶配向性を有する膜（配向度９０％以上）であった。
【００６４】
このＰＺＴ膜の圧電定数ｄ３１を片持ち梁にて測定したところ、ｄ３１＝１３０ｐｍ／Ｖであった。また、分極方向を調べたところ、自発分極のプラス側が上部電極層側であり、マイナス側が下部電極層側である分極方向を有していた。
【００６５】
次いで、ＰＺＴ膜をフォトレジストにてマスクをし、ＰＺＴ膜及びＳＵＳ４３０下部電極層をウエットエッチングによりパターニングした。エッチング液としては、ＰＺＴ膜はＢＨＦ（濃度４０質量％フッ化アンモニウム溶液とフッ酸の１：６混合液）液、ＳＵＳ４３０下部電極層は濃度３７質量％塩酸と濃度７０質量％硝酸と水とを１：１：３の割合で混合した水溶液を使用した。
【００６６】
パターニングされたＰＺＴ膜上に、上部電極層をパターニングにて成膜した。最後に、ＳＯＩ基板の裏面側をＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）して、５００μｍ×５００μｍのインク室を形成し、ＳＯＩ基板の活性層を振動板とし、ＳＯＩ基板自体の加工により振動板とインク室及びインク吐出口を有するインクノズルとを形成して、本発明のインクジェット式記録ヘッドを得た。
【００６７】
得られたインクジェット式記録ヘッドを、下部電極層をアドレス電極、上部電極層をグランド電極として、プラス出力ドライバを用いて駆動したところ、良好に駆動することが確認された。
【００６８】
（比較例１）
下部電極層をＩｒ電極とした以外は、実施例１と同様にして、ＰＺＴ膜を成膜した。得られた膜のＸＲＤパターンを図６に示す。図６に示されるように、得られた膜は、（１００）配向の結晶配向性を有する膜（配向度９０％以上）であった。
【００６９】
このＰＺＴ膜の圧電定数ｄ３１を片持ち梁にて測定したところ、ｄ３１＝１３０ｐｍ／Ｖであった。分極方向は、実施例１と同様であった。
【００７０】
次いで、ＰＺＴ膜をフォトレジストにてマスクをし、ＰＺＴ膜を実施例１と同様の条件でウエットエッチングによりパターニングした。Ｉｒ下部電極層は、ウエットエッチングが困難であり、またドライエッチングでは下地であるＳｉ系基板との選択比がとれないため、良好なエッチングが行えない。従って、下部電極はベタ電極とした。
【００７１】
実施例１と同様に、上部電極層とインクノズルとを形成して、インクジェット式記録ヘッドを得た。更に、上部電極層をアドレス電極として駆動するために、逆分極処理を室温にて行った。
【００７２】
得られたインクジェット式記録ヘッドを、下部電極層をグランド電極、上部電極層をアドレス電極として、プラス出力ドライバを用いて駆動したところ、実施例１の約３分の１の変位しか得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の圧電素子は、インクジェット式記録ヘッド，磁気記録再生ヘッド，ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイス，マイクロポンプ，超音波探触子等に搭載される圧電アクチュエータ、及び振動板等に好ましく利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す要部断面図
【図２】プラズマを用いた気相成長法により成膜されたＰＺＴ膜及びＮｂ−ＰＺＴ膜のＸＲＤ測定結果を、成膜温度Ｔｓを横軸にし、Ｖｓ−Ｖｆを縦軸にしてプロットした図
【図３】図１のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置の構成例を示す図
【図４】図３のインクジェット式記録装置の部分上面図
【図５】実施例１のＰＺＴ膜のＸＲＤパターン
【図６】比較例１のＰＺＴ膜のＸＲＤパターン
【符号の説明】
【００７５】
１  圧電素子
３，３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ  インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１２  下部電極層
１３  圧電体層
１４  上部電極層
１５  駆動ドライバ
１６  積層膜
２０  インクノズル（液体貯留吐出部材）
２１  インク室（液体貯留室）
２２  インク吐出口（液体吐出口）
１００  インクジェット式記録装置
【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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