(57)【要約】【課題】均一でかつ緻密な構造を有する圧電素子を電界の印加により変形させる場合、圧電素子内に機械的応力が発生する。この機械的応力は、圧電素子を構成する圧電体と、基体との間に集中する。特に、圧電体に脆性を有するセラミックを含む場合、この応力により圧電体の基体電極側から劣化が進み、圧電素子の信頼性を低下させるという課題がある。【解決手段】圧電体領域７２と基体としての弾性膜５０との間に、圧電特性を有しかつ圧電体と比べヤング率の小さい素材であるゼオライト、シリカ、空孔の少なくともいずれか１つを混入させた緩衝領域７１を形成する。ヤング率の小さい素材の混入により緩衝層のヤング率は低下し、容易に応力変形することが可能となり、圧電体領域７２と基体としての弾性膜５０との間に集中する応力を分散緩和することが可能となり、高い信頼性を有する圧電素子３００及びその製造方法を提供することができる。【選択図】図１
2008177192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の第１面側に配置される圧電体領域と、
前記基体の前記第１面と前記圧電体領域との間に配置される第１電極と、
前記圧電体領域を挟み前記第１面と対向する位置に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記圧電体領域との間に配置される、ゼオライト、シリカ、空孔の１種類以上を含みかつ圧電特性を有する緩衝領域と、を含むことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
基体と、
前記基体の第１面側に配置される圧電体領域と、
前記基体の前記第１面と前記圧電体領域との間に配置される第１電極と、
前記圧電体領域を挟み前記第１面と対向する位置に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記圧電体領域との間に配置される、前記圧電体領域と比べヤング率が小さい緩衝領域と、を含むことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、
（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機物粒子、ゼオライト、シリカの少なくとも１種類と、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、
（３）前記緩衝層溶液膜に熱処理を施すことで結晶化させ、前記有機物粒子の熱処理に起因する空孔、前記ゼオライト、前記シリカが分散された状態で、少なくとも１種類が含まれる、圧電特性を示す緩衝層を形成する工程と、
（４）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、圧電体領域を形成する工程と、
（５）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第２電極を形成する工程と、
を含み、前記（２）及び前記（３）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して前記緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記有機物粒子はポリスチレン、メタクリル酸エステル、アクリル、スチレン、アクリロニトリルの少なくとも１種類に属する骨格を備える有機物を含む粒子であることを特徴とする請求項３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、
（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、
（３）前記緩衝層溶液膜に熱処理を施すことで前記緩衝層溶液膜を結晶化させ、圧電特性を示す緩衝層を形成する工程と、
（４）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、前記（２）と同じ物質を含む圧電層溶液で被覆する工程と、
（５）前記圧電層溶液に熱処理を施し、前記圧電層溶液を結晶化し圧電層を形成する工程と、
（６）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第２電極を形成する工程と、
を含み、
前記（２）及び前記（３）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して前記緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程と、前記（４）及び前記（５）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して圧電層を積層し、圧電体領域を形成する工程と、を備え、かつ前記（２）の緩衝層溶液膜は、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤の少なくとも１種類の比率が前記（４）の圧電層溶液と比べ高く設定されていることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記キレート剤はジエタノールアミン、前記増粘剤はポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項７】
（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、
（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、
（３）前記基体を前記緩衝層溶液膜から前記有機溶媒が除去される範囲で低温の熱処理を行い、前記緩衝層前駆体溶液の膜を第１緩衝層前駆体へと変換する工程と、
（４）前記第１緩衝層前駆体を前記キレート剤及び前記増粘剤由来の物質の一部が残留する範囲で高温の熱処理を行い、第２緩衝層前駆体に改質する工程と、
（５）前記第２緩衝層前駆体を結晶化が抑制される範囲で高温の熱処理を行い、第３緩衝層前駆体に改質する工程と、
（６）前記第３緩衝層前駆体を結晶化が行われる温度で熱処理し、内部に空孔を含む状態で結晶化させ、圧電特性を有する緩衝層に改質する工程と、
（７）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部に圧電体領域を形成する工程と、
（８）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部に第２電極を形成する工程と、
を含み、かつ前記（２）、前記（３）、前記（４）、前記（５）を含む工程を当該順に一回又は複数回繰り返して緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項８】
（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、
（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、
（３）前記基体を前記緩衝層溶液膜から前記有機溶媒が除去される範囲で低温の熱処理を行い、前記緩衝層溶液膜を第１緩衝層前駆体へと変換する工程と、
（４）熱処理装置を用い、前記第１緩衝層前駆体を前記キレート剤及び／又は前記増粘剤が発泡揮発し、前記第１緩衝層前駆体の内部に空孔が残される温度範囲で低温の熱処理を行い、第２緩衝層前駆体に改質する工程と、
（５）前記第２緩衝層前駆体を結晶化が抑制される範囲で高温の熱処理を行い、第３緩衝層前駆体に改質する工程と、
（６）前記第３緩衝層前駆体を結晶化が行われる温度で熱処理し、内部に空孔を含む状態で結晶化をさせ、圧電特性を有する緩衝層に改質する工程と、
（７）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に圧電体領域を形成する工程と、
（８）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、
を含み、かつ前記（２）、前記（３）、前記（４）、前記（５）を含む工程を当該順に一回又は複数回繰り返して緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の圧電素子を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電素子の製造方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子である。圧電素子の構造は微細化に適しており、例えばインクジェットプリンタの液滴吐出ヘッド部分や、各種アクチュエータなど多様な用途に用いられている。圧電素子の性能向上を目的として、特許文献１では、圧電素子を構成する下（基体側）電極の表面粗さを制御して、圧電素子を構成する圧電体の電気機械的特性を揃え、均一でかつ緻密な構造を有する圧電体が用いられた圧電素子（特許文献１中ではアクチュエータ装置と記載されている）を提供する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９５７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１に開示されている技術を用いて形成される、均一でかつ緻密な構造を有する圧電体を用いる場合、電圧印加により応力が発生し、この圧電体を用いた圧電素子が変形する。この応力は電圧印加により変形する圧電体と、変形しない基体との間に集中する。特に、圧電体に脆性を有する緻密なセラミックを含む場合、この応力集中により圧電体の下部（基体側）電極側から劣化が進み、圧電素子の信頼性を低下させるという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決し、信頼性の高い圧電素子、圧電素子の製造方法及び電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧電素子は、基体と、前記基体の第１面側に配置される圧電体領域と、前記基体の前記第１面と前記圧電体領域との間に配置される第１電極と、前記圧電体領域を挟み前記第１面と対向する位置に配置される第２電極と、前記第１電極と前記圧電体領域との間に配置される、ゼオライト、シリカ、空孔の１種類以上を含みかつ圧電特性を有する緩衝領域と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１電極と前記圧電体領域との間に配置される圧電体と比べ、ゼオライト、シリカ、空孔を含むことでヤング率を低下させた緩衝領域を配置するため圧電体と基体との間に生じる応力を吸収することができる。そのため、圧電素子及び基体にかかる応力を分散緩和することが可能となり、高い信頼性を有する圧電素子を提供することができる。また、緩衝領域が圧電特性を有することで電圧の印加により圧電体と同様に変位するため、圧電特性を持たない緩衝層を導入した場合と比べ、緩衝層の導入による圧電性能の低下を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明に係る圧電素子は、基体と、前記基体の第１面側に配置される圧電体領域と、前記基体の前記第１面と前記圧電体領域との間に配置される第１電極と、前記圧電体領域を挟み前記第１面と対向する位置に配置される第２電極と、前記第１電極と前記圧電体領域との間に配置される、前記圧電体領域と比べヤング率が小さい緩衝領域と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第１電極と前記圧電体との間に配置される、圧電体と比べヤング率が小さい緩衝領域で圧電体と基体との間に生じる応力を吸収することができる。そのため、圧電素子及び基体にかかる応力を分散緩和することが可能となり、高い信頼性を有する圧電素子を提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法は、（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機物粒子、ゼオライト、シリカの少なくとも１種類と、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、（３）前記緩衝層溶液膜に熱処理を施すことで結晶化させ、前記有機物粒子の熱処理に起因する空孔、前記ゼオライト、前記シリカが分散された状態で、少なくとも１種類が含まれる、圧電特性を示す緩衝層を形成する工程と、（４）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、圧電体領域を形成する工程と、（５）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第２電極を形成する工程と、を含み、前記（２）及び前記（３）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して前記緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１１】
この製造方法によれば、有機物粒子は、緩衝層前駆体を焼結する工程で消失し、空孔を形成する。また、ゼオライトやシリカは緩衝層前駆体を焼結する工程では変質しない。そのため、ゼオライトやシリカ内部の空孔、及び／又は緩衝層内部の空孔により、実効的なヤング率が低く、応力を緩和するための変位が容易となる緩衝層を一層以上積層して得られる緩衝領域を含む圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法として、前記有機物粒子はポリスチレン、メタクリル酸エステル、アクリル、スチレン、アクリロニトリルの少なくとも１種類に属する骨格を備える有機物を含む粒子であることを特徴とする。
【００１３】
この製造方法によれば、これらの樹脂は耐熱性が低く、緩衝層前駆体の熱処理工程で消失し、緩衝層中に汚染物質を残す事無く空孔を形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法は、（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、（３）前記緩衝層溶液膜に熱処理を施すことで前記緩衝層溶液膜を結晶化させ、圧電特性を示す緩衝層を形成する工程と、（４）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、前記（２）と同じ物質を含む圧電層溶液で被覆する工程と、（５）前記圧電層溶液に熱処理を施し、前記圧電層溶液を結晶化し圧電層を形成する工程と、（６）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第２電極を形成する工程と、を含み、前記（２）及び前記（３）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して前記緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程と、前記（４）及び前記（５）の工程を当該順に一回又は複数回繰り返して圧電層を積層し、圧電体領域を形成する工程と、を備え、かつ前記（２）の緩衝層溶液膜は、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤の少なくとも１種類の比率が前記（４）の圧電層溶液と比べ高く設定されていることを特徴とする。
【００１５】
この製造方法によれば、緩衝層前駆体を形成する場合に用いられる非金属物質の比率は圧電体部分を形成する領域と比べ大きい値をとる。そのため、緩衝層前駆体を焼結する場合に、非金属物質が多く残留し、熱処理工程により形成されるこの非金属物質起因の空孔が緩衝層中に含まれた状態となる。この緩衝層が基体と圧電体との間に形成されるため、実効的なヤング率が低く、応力を緩和するための変位が容易となる緩衝層を一層以上積層して得られる緩衝領域を含む圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００１６】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法として、前記キレート剤はジエタノールアミン、前記増粘剤はポリエチレングリコールであることを特徴とする。
【００１７】
この製造方法によれば、非金属物質として実績のあるものを用い、その比率を増加させることで緩衝層を一層以上積層して得られる緩衝領域を得ることができる。そのため、緩衝領域の製造にあたり、製造ラインを汚染するおそれがある新規物質の導入を行うことなく緩衝領域を形成する製造方法を提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法は、（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部を、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、（３）前記基体を前記緩衝層溶液膜から前記有機溶媒が除去される範囲で低温の熱処理を行い、前記緩衝層前駆体溶液の膜を第１緩衝層前駆体へと変換する工程と、（４）前記第１緩衝層前駆体を前記キレート剤及び前記増粘剤由来の物質の一部が残留する範囲で高温の熱処理を行い、第２緩衝層前駆体に改質する工程と、（５）前記第２緩衝層前駆体を結晶化が抑制される範囲で高温の熱処理を行い、第３緩衝層前駆体に改質する工程と、（６）前記第３緩衝層前駆体を結晶化が行われる温度で熱処理し、内部に空孔を含む状態で結晶化させ、圧電特性を有する緩衝層に改質する工程と、（７）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部に圧電体領域を形成する工程と、（８）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部に第２電極を形成する工程と、を含み、かつ前記（２）、前記（３）、前記（４）、前記（５）を含む工程を当該順に一回又は複数回繰り返して緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１９】
この製造方法によれば、第３圧電体前駆体は第３緩衝層前駆体を形成するまでの熱処理工程で飛散を免れた有機物を内蔵している。この有機物は第３緩衝層前駆体を結晶化させるための熱処理工程で消失し、圧電体中に空孔を含む緩衝層が形成される。そのため、この緩衝層のヤング率は低くなり、応力を緩和するための変位が容易となる緩衝層を含む圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００２０】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法は、（１）基体の第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、第１電極を形成する工程と、（２）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に、有機溶媒と、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤、有機系の増粘剤、有機金属を含む緩衝層溶液膜で被覆する工程と、（３）前記基体を前記緩衝層溶液膜から前記有機溶媒が除去される範囲で低温の熱処理を行い、前記緩衝層溶液膜を第１緩衝層前駆体へと変換する工程と、（４）熱処理装置を用い、前記第１緩衝層前駆体を前記キレート剤及び／又は前記増粘剤が発泡揮発し、前記第１緩衝層前駆体の内部に空孔が残される温度範囲で低温の熱処理を行い、第２緩衝層前駆体に改質する工程と、（５）前記第２緩衝層前駆体を結晶化が抑制される範囲で高温の熱処理を行い、第３緩衝層前駆体に改質する工程と、（６）前記第３緩衝層前駆体を結晶化が行われる温度で熱処理し、内部に空孔を含む状態で結晶化をさせ、圧電特性を有する緩衝層に改質する工程と、（７）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に圧電体領域を形成する工程と、（８）前記基体の前記第１面側に位置する、前記基体を含む全部材の露出部の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、を含み、かつ前記（２）、前記（３）、前記（４）、前記（５）を含む工程を当該順に一回又は複数回繰り返して緩衝層を積層し、緩衝領域を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００２１】
この製造方法によれば、第１緩衝層前駆体に含まれる揮発しうる物質を、第２緩衝層前駆体に改質するための熱処理工程で揮発させて、圧電体中に空孔を含む緩衝層を形成する。そのため、この緩衝層のヤング率は低くなり、応力を緩和するための変位が容易となる緩衝層を含む圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００２２】
また、本発明に係る電子機器は、上記記載の圧電素子を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る圧電素子を搭載した電子機器は、局所的にかかる応力が緩和された、信頼性の高い圧電素子を用いるため、信頼性の高い電子機器を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】
【００２４】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、圧電素子の模式断面図である。圧電素子３００は、基体としての弾性膜５０の第１面側に絶縁体膜５５と、第１電極６０と、緩衝領域７１と、圧電体領域７２と、第２電極８０とにより構成されている。緩衝領域７１は例えば圧電体領域７２と同じ成分を有する圧電体材料を用いることができ、緩衝領域７１と圧電体領域７２との密着性を向上させることができる。圧電体領域７２の層厚としては例えば１μｍ程度の厚みを有し、緩衝領域７１の厚さは例えば５０〜３００ｎｍ程度の層厚を有している。緩衝領域７１は、ゼオライト、シリカ、空孔のうち少なくとも一種類を含み、その体積比で例えば２．５％〜５０％程度混入される。このため、ヤング率が圧電体領域７２と比べ低下し容易に弾性変形が行えるため、圧電体領域７２で発生した応力を緩和することができる。
【００２５】
圧電体材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛を用いることができる。チタン酸ジルコン酸鉛は圧電特性に優れており、電気機械変換効率が５０％以上と高く、エネルギー使用量の低減化を可能とする圧電素子３００を形成することができる。
【００２６】
緩衝領域７１としては上記したように圧電体領域７２と同じ材質を用いる形態に代えて、異なる圧電体材料を用いても良い。この場合、圧電体領域７２及び／又は緩衝領域７１を形成する材質として、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて、以下に示す圧電体材料を少なくとも一種類以上含むものを用いることができる。例えば、Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｏ（ＰＺ）、Ｐｂ：（Ｍｇ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｎ：Ｔｉ：Ｎｂ：Ｏ（ＰＺＴＮ（登録商標））、Ｐｂ：（Ｎｉ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｉｎ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｔａ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＮ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｓｃ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＳ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｙｂ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＹ−ＰＴ）、Ｓｒ：Ｓｍ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｏ（ＳＳＢＴ）、Ｂａ：Ｐｂ：Ｏ、Ｂａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＴ）、Ｓｒ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｎｂ：Ｏ（ＳＢＮＴ）、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ（ＢＳＴ）、Ｂｉ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＩＴ）、Ｂｉ：Ｌａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＬＴ）、Ｓｒ：Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ（ＳＢＴＮ）の少なくとも１つを含む圧電体材料を用いても良い。上記した材質を含む場合に対しても、緩衝領域７１中に、ヤング率を下げるゼオライト、シリカ、空孔のうち少なくとも一種類が含まれる構成は有効である。この構成を用いることで、ヤング率が圧電体領域７２と比べ低下し容易に弾性変形が行えるため、圧電体領域７２で発生した応力を容易に緩和することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図面を用いて説明する。図２は緩衝領域にヤング率が圧電体領域よりも小さい材質を用いた場合の模式断面図である。圧電体領域７２には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛を用いることができる。そして、緩衝領域７１Ｅとしては、例えば、ヤング率が低い物質として、ゼオライトやシリカなどを緩衝領域７１Ｅに用いることができる。また、緩衝領域７１Ｅとして、チタンや白金などを含む多孔質金属など内部に空孔を有し、かつ熱処理に対して安定した金属を用いることができる。なお、上記した緩衝領域７１に用いられる材料は、例えば液状の物質を塗布した後、熱処理を行うことで形成可能である。一例を挙げれば、例えばゼオライトは水酸化アルミニウムの二量体と水酸化シリコンを含む液体を塗布した後、熱処理することで形成することができる。また、シリカは例えばアルコキシシランを含む液体を起点として、ゾルゲル法により形成することができる。また、チタンや白金などを含む多孔質金属は、金属微粒子を含むバインダを塗布し、焼成することで形成することができる。
【００２８】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について図面を用いて説明する。図３は、基体上に緩衝層を有する圧電素子を形成するための製造工程断面図である。この実施形態では、圧電体材料としてチタン酸ジルコン酸鉛を用いた場合の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、工程１に示すように、二酸化シリコンを含む、厚さ０．５〜２μｍの基体としての弾性膜５０の第１面側に、ＤＣスパッタ法又はＲＦスパッタ法などによりジルコニウム（Ｚｒ）を含む絶縁体膜前駆体５５ａを形成する。弾性膜５０は変形可能な基体であるため、第１面側に圧電素子３００（図１参照）を形成することで圧電素子３００の変位に追随させて変位させることができる。
【００３０】
次に、工程２に示すように、ジルコニウムを含む絶縁体膜前駆体５５ａを例えば７００〜９００℃程度の酸素雰囲気中で酸化し、絶縁体膜５５を形成する。
【００３１】
次に、工程３に示すように、少なくとも白金とイリジウムを含む金属膜を例えばスパッタ法などを用いて形成し、第１電極前駆体６０ａを形成する。
【００３２】
次に、工程４に示すように、ＤＣスパッタ法などを用いて、例えばチタン（Ｔｉ）膜を成膜し、第１電極６０を形成する。ここで、第１電極６０としては、上記したものに代えて、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔａ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、Ｒｕ／ＲｕＯ2、ＲｕＯ2／Ｒｕ、Ｉｒ、ＩｒＯ2、Ｉｒ／ＩｒＯ2、Ｐｔ／Ｉｒ、Ｐｔ／ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ3又は（ＬａXＳｒ1-X）ＣｏＯ2などを用いることができる（なお、「／」を用いた２層構造のものは「上層／下層」（下層とは弾性膜５０に近い方）として示してある。）。
【００３３】
次に、工程５に示すように、弾性膜５０の第１面側に位置する第１電極６０を含む部材の露出部を緩衝層溶液膜７１ａ１で被覆する。ここでは、緩衝層溶液膜７１ａ１に圧電体領域７２（後述する）を形成するための液体材料と同じ組成のものを用いている。チタン酸ジルコン酸鉛を用いた圧電体領域７２を構成する、金属成分の水酸化物の水和錯体を含む液体材料は以下の組成と準備工程で調製される。ブトキシエタノール：４．７３ｍｏｌ、ジエタノールアミン：１．０３ｍｏｌ、ポリエチレングリコール（重量平均分子量：４００）：０．１３ｍｏｌ、酢酸鉛三水和物：０．５８１ｍｏｌ、ジルコニウムアセチルアセトナート：０．２６９ｍｏｌ、チタニウムテトライソプロポキシド：０．２１１ｍｏｌ。
【００３４】
この液体材料を調製するため、ブトキシエタノールを主溶媒として、これにチタニウムテトライソプロポキシドを添加し、室温で３０分間撹拌する。更に、ジエタノールアミンを加えて室温で更に３０分間撹拌し、更に酢酸鉛三水和物を加え、８０℃に加熱する。加熱した状態で６０分間撹拌し、その後、１２０分間冷却する。その後、ポリエチレングリコール（重量平均分子量４００）を添加し、室温で１５分間撹拌する。これにより、２５℃における表面張力が３０ｍＮ／ｍであるＰｂ1.21Ｚｒ0.56Ｔｉ0.44Ｏ3（１．０６ｍｏｌ／ｌ）の液体材料が得られる。ここでは、上述したように有機溶媒としてブトキシエタノール、有機系のアミノカルボン酸（キレート）剤としてジエタノールアミン、有機系の増粘剤としてポリエチレングリコールを用いた例について説明する。ここで、有機溶媒してブトキシエタノールに代えてメトキシエタノール、ヘキサン、エタノールなどを含む溶媒を用いることができる。また、キレート剤としてジエタノールアミンに代えて、ＦＯＤ、ＤＰＭ、ＴＦＡなどのβ−ジケトンを配位子とする錯体を含む物質を用いても良い。
【００３５】
緩衝層溶液膜７１ａ１を作成するためには、このように調製された液体材料中に、ゼオライト、シリカ、有機物粒子の少なくとも一種類を混入する。有機物粒子としては、圧電体領域７２（後述する）を結晶化する工程、又はそれ以前の熱処理で消失し、汚染物質を残す事無く空孔を形成することができる有機物を用いることが好ましい。一例としてはポリスチレン、メタクリル酸エステル、アクリル、スチレン、アクリロニトリルの少なくとも１種類に属する骨格を含む有機物を含む粒子を用いることができる。
【００３６】
ここで用いているゼオライト及び／又はシリカはその内部に空孔を有しており、ヤング率が低い素材である。ゼオライト及び／又はシリカを混入することで実効的なヤング率を低減することができる。また有機物粒子は、圧電体領域７２（後述する）を結晶化する工程、又はそれ以前の熱処理で消失し空孔を形成するので、この空孔により緩衝層７１ａ２（後述する）の実効的なヤング率が低減する。ここで、ゼオライト、シリカ、有機物粒子は緩衝層溶液膜７１ａ１中に、体積比で例えば２．５％以上５０％以下程度となるよう混合される。また、ゼオライト、シリカ、有機物粒子の大きさは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の粒径を有することができ、好適には５ｎｍ程度のものを用いることができる。このようにゼオライト及び／又は有機物粒子が混合された緩衝層溶液膜７１ａ１を用い弾性膜５０の第１面側に位置する第１電極６０を含む部材の露出部を被覆する。被覆法としてはスピンコート法や液滴吐出法などの手段を用いることができる。
【００３７】
次に、工程６に示すように、単一又は複数回の熱処理により揮発性成分の除去や構成材の結合状態の強化を行い、緩衝層溶液膜７１ａ１を固化、改質する。次に７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させ、緩衝層７１ａ２を形成する。そして緩衝層溶液膜７１ａ１の塗布と結晶化とを繰り返すことで所望の厚さを有する緩衝領域７１Ａを形成する。一度の塗布と結晶化を行うことで例えば０．１μｍ程度の薄層が形成されるので、０．２μｍの緩衝領域７１Ａを得るには塗布と結晶化の工程を２度行うことで成層することができる。
【００３８】
ここで、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させる処理は、緩衝層溶液膜７１ａ１を固化した層を所望の層数分を積み終えた後で行っても良い。また、後述する工程７の熱処理で結晶化しても良い。緩衝層溶液膜７１ａ１を熱処理で固化させた層を所望の層数分を積み終えた後で結晶化させることで、一層形成する毎に結晶化させる熱工程を用いる場合と比べ、高温の処理である結晶化処理を、各緩衝層７１ａ２に対して均等に行うことができ、緩衝領域７１Ａの均一性を向上させることができる。また、熱処理回数を削減することができるため、スループットの高い製造方法を提供することができる。
【００３９】
次に、工程７に示すように、圧電体領域７２を形成する。工程５に示す調整手段で調整された、圧電体領域７２を形成するための圧電層溶液を塗布し圧電層溶液膜７２ａ１を形成した後、単一又は複数回の熱処理により揮発性成分を除去し、固化、改質する。
【００４０】
次に、工程８に示すように、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させ圧電体層７２ａ２を形成する。そして液体材料の塗布と結晶化とを繰り返すことで所望の厚さを有する圧電体領域７２を形成する。一度の塗布と焼結を行うことで例えば０．１μｍ程度の層が形成されるので、１μｍの圧電体領域７２を得るには塗布と結晶化の工程を１０度行うことで圧電体領域７２を形成することができる。ここで、７００℃程度で３０分程度熱処理で結晶化させる処理は圧電層溶液膜７２ａ１を固化積層し、所定の厚みを得るべく積層した後に行っても良い。この場合、一層形成する毎に結晶化させる熱工程を用いる場合と比べ、高温の処理である結晶化処理を、各圧電体層７２ａ２に対して均等に行うことができ、圧電体領域７２の均一性を向上させることができる。また、熱処理回数を削減することができるため、スループットの高い製造方法を提供することができる。
【００４１】
次に、工程９に示すように、第２電極８０を形成する。第２電極８０は例えばイリジウム（Ｉｒ）を用いることができる。ここで第２電極８０は、Ｉｒに代えて通常電極として用いることができる導電性材料を用いることができ、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ2、Ｉｒ、ＩｒＯ2などの単層膜又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ2／ＴｉＮ、ＩｒＯ2／Ｉｒ、ＩｒＯ2／ＴｉＮなどの２層以上の積層膜であってもよい（なお、「／」を用いた２層構造のものは「上層／下層」（下層とは弾性膜５０に近い方）として示してある）。
【００４２】
緩衝領域７１Ａ及び圧電体領域７２を形成する圧電体材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛を用いている。チタン酸ジルコン酸鉛は圧電特性に優れており、電気機械変換効率が５０％以上と高く、エネルギー使用量の低減化を可能とする圧電素子３００（図１参照）を形成することができる。また緩衝領域７１Ａとしては上記したように圧電体領域７２と同じ材質を用いる形態に代えて、圧電体領域７２と異なる材質を用いても良い。この場合、圧電体領域７２及び／又は緩衝領域７１Ａを形成する材質として、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて以下に示す圧電体材料を用いることができる。例えば、工程５と工程６で用いたチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電体に代えて、圧電体領域７２及び／又は緩衝領域７１ＡにＰｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｏ（ＰＺ）、Ｐｂ：（Ｍｇ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｎ：Ｔｉ：Ｎｂ：Ｏ（ＰＺＴＮ（登録商標））、Ｐｂ：（Ｎｉ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｉｎ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｔａ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＮ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｓｃ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＳ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｙｂ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＹ−ＰＴ）、Ｓｒ：Ｓｍ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｏ（ＳＳＢＴ）、Ｂａ：Ｐｂ：Ｏ、Ｂａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＴ）、Ｓｒ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｎｂ：Ｏ（ＳＢＮＴ）、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ（ＢＳＴ）、Ｂｉ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＩＴ）、Ｂｉ：Ｌａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＬＴ）、Ｓｒ：Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ（ＳＢＴＮ）の少なくとも１つを含む圧電体を用いても良い。これらの材料を用いた場合の製造方法としては、ゾルゲル法やＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について図面を用いて説明する。第３の実施形態との主な相違点は緩衝領域を形成する工程５、及び工程６にあるため、工程５、及び工程６について説明を行う。図４（ａ）、（ｂ）は緩衝領域を形成する製造工程断面図である。なお、工程５は緩衝層溶液膜で、弾性膜の第１面側に位置する部材の露出部を被覆する工程である。まず、工程１から工程４までを、第３の実施形態と同様に実行する。そして、工程５を以下に示す工程に差し替え、実行する。
【００４４】
緩衝層溶液膜７１ｂ１に用いる液体材料は、第３の実施形態で例示した圧電体領域７２の液体材料に用いる組成を一部変更したものを用いる。圧電体領域７２の液体材料に第３の実施形態で例示したものと同じ材料を用いた場合には、緩衝層溶液膜７１ｂ１は第３の実施形態に対して、ジエタノールアミンの量を変え、１．０３ｍｏｌを超え２．０６ｍｏｌ未満となるよう調整されたものを用いることが好適である。なお、調製方法は第３の実施形態と同様に行う。また、ポリエチレングリコール（重量平均分子量：４００）の比率を０．１３ｍｏｌよりも増加させることでも同様の効果を得ることができる。ポリエチレングリコールの増加量は最大２倍未満程度に抑えることで、緩衝層溶液膜７１ｂ１の粘性に与える影響に対して対応可能な製造条件を得ることができる。
【００４５】
このようにポリエチレングリコール及び／又はジエタノールアミンが２倍以内で増量された液体材料を用いて、弾性膜５０の第１面側に位置する部材の露出部に緩衝層溶液膜７１ｂ１を形成する。被覆法としてはスピンコート法や液滴吐出法などの手段を用いることができる。また、有機溶剤やキレート剤として第３の実施形態で示した物質を用いることができる。ここで、被覆後の工程断面図を図４（ａ）に示す。
【００４６】
そして、工程６を以下に示す工程に差し替え、実行する。
【００４７】
次に、工程６として緩衝層溶液膜７１ｂ１に熱処理を行い、揮発性成分を除去し固化、改質する。更に７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させ、緩衝層７１ｂ２を形成する。ポリエチレングリコールとジエタノールアミンを増量しているため、緩衝層７１ｂ２中にはこれらの成分に由来する空孔が形成される。そして液体材料の塗布と結晶化とを繰り返すことで所望の厚さを有する緩衝領域７１Ｂを形成する。この工程を終えた後の工程断面図を図４（ｂ）に示す。
【００４８】
一度の塗布と結晶化を行うことで例えば０．１μｍ程度の層が形成されるので、０．２μｍの緩衝領域７１Ｂは塗布と結晶化の工程を２度行うことで形成することができる。ここで、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させる処理は、緩衝層溶液膜７１ｂ１を固化した膜を所定の厚みを得るべく積み終えた後、行っても良い。
【００４９】
また、工程７（第３の実施形態の工程７と同じ）の結晶化処理により圧電体領域７２を形成する手順と同時に結晶化させても良い。緩衝層溶液膜７１ｂ１を固化した層を所望の層数分を積み終えた後、又は工程７で行うことで、緩衝層７１ｂ２を一層形成する毎に結晶化させる熱工程を用いる場合と比べ、高温の処理である結晶化処理を、各緩衝層７１ｂ２に対して均等に行うことができ、緩衝領域７１Ｂの均一性を向上させることができる。また、熱処理回数を削減することができるため、スループットの高い製造方法を提供することができる。
【００５０】
また圧電体領域７２及び／又は緩衝領域７１Ｂを形成する材質として、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて第３の実施形態に示した圧電体材料の組合せを用いることができる。そして、第３の実施形態の工程７、工程８、工程９を行うことで圧電素子３００を形成することができる。
【００５１】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について図面を用いて説明する。第３の実施形態との主な相違点は緩衝層溶液膜を結晶化する工程６にある。ここでは説明の都合上工程５と工程６について説明を行う。図５は、本実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図である。ここでは、緩衝層溶液膜７１ｃと、圧電体領域７２を形成するための液体材料として、第３の実施形態に記載した液体材料と同じものを用いている。なお、この実施形態では緩衝層溶液膜７１ｃにゼオライトやシリカ、有機物粒子などは混入せず、圧電体領域７２を形成するための液体材料と同一のものを用いている。
【００５２】
まず、工程１から工程４までを、第３の実施形態と同様に実行する。
【００５３】
次に、工程５として、緩衝層溶液膜７１ｃを形成する。
【００５４】
次に、工程６を以下に示す工程に差し替える。
【００５５】
まず、工程６−１として、１００℃程度で熱処理し、液相の緩衝層溶液膜７１ｃを固相の第１緩衝層前駆体７１ｃ１へと改質する。
【００５６】
次に、工程６−２として、１６０〜３００℃程度の温度範囲で適切な温度で熱処理し、第１緩衝層前駆体７１ｃ１を第２緩衝層前駆体７１ｃ２へと改質する。ここで適切な温度とは、ポリエチレングリコールとジエタノールアミンの揮発が抑えられる範囲にあり、かつ高温側での温度である。具体的には、例えば予めダミーサンプルに熱を印加しながら発生するガスを分析し、熱処理温度と脱ガス成分との相関を調べ、ポリエチレングリコールとジエタノールアミンの揮発を抑制できる範囲で昇温可能な温度を調べ、当該温度で熱処理を行う。この熱処理をより精密に制御して行うためには、熱処理装置に揮発成分の分析機能を設けて当該有機物の揮発状況をモニタし、揮発が抑えられる範囲で高い温度を用いて処理することが望ましい。
【００５７】
次に、工程６−３として、３８０℃〜４２０℃程度の温度で熱処理を行い第３緩衝層前駆体７１ｃ３へと改質する。３８０℃以上の温度を用いることで不要な有機物を飛散させることができ、４２０℃以下の温度を用いることで有機物の一部を残し、かつ第２緩衝層前駆体７１ｃ２の寄生的な結晶化を抑制することができる。
【００５８】
次に、工程６−４として、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させる。そして緩衝層７１ｃ４を形成する。ポリエチレングリコール及び／又はジエタノールアミンに起因する残留有機物により、この結晶化処理で緩衝層７１ｃ４中には空孔が形成される。一度の塗布と結晶化を行うことで例えば０．１μｍ程度の層が形成されるので、０．２μｍの緩衝領域７１Ｃは塗布と結晶化の工程を２度行うことで成層することができる。ここで、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させる処理は、工程５と工程６−３までを繰り返し、所定の厚みを得るべく積層した後、行っても良い。また、工程７（第３の実施形態の工程７参照）の熱処理で結晶化しても良い。また、圧電体領域７２を形成する材質及び／又は緩衝領域７１Ｃを形成する材質として、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて第３の実施形態に示した圧電体材料の組合せを用いることができる。また、有機溶剤やキレート剤として第３の実施形態で示した物質を用いることができる。
【００５９】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について説明する。第３の実施形態との主な相違点は緩衝層溶液膜を結晶化する工程６にある。ここでは説明の都合上工程５と工程６について説明を行う。図６は、本実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図である。ここでは、緩衝層溶液膜７１ｄと、圧電体領域７２を形成するための液体材料として第３の実施形態に記載した液体材料と同じものを用いている。なお、この実施形態では緩衝層溶液膜７１ｄにゼオライトやシリカ、有機物粒子などは混入せず、圧電体領域７２を形成するための液体材料と同一のものを用いている。
【００６０】
まず、工程１から工程４までを、第３の実施形態と同様に実行する。
【００６１】
次に、工程５として、緩衝層溶液膜７１ｄを形成する。
【００６２】
次に、工程６を以下に示す工程に差し替える。
【００６３】
まず、工程６−１として、１００℃程度で熱処理し、液相の緩衝層溶液膜７１ｄを固相の第１緩衝層前駆体７１ｄ１へと改質する。
【００６４】
次に、工程６−２として、１６０〜３００℃程度の温度範囲で、かつ空孔が形成される温度で熱処理し、第２緩衝層前駆体７１ｄ２へと改質する。具体的にはポリエチレングリコールとジエタノールアミンの揮発が急激に起こる範囲での熱処理を行う。この場合、予めダミーサンプルに熱を印加しながら発生するガスを分析し、熱処理温度と脱ガス成分との相関を調べ、ポリエチレングリコールとジエタノールアミンの揮発が急激に起こる温度を調べ、当該温度で熱処理を行う。この熱処理をより精密に制御して行うためには、熱処理装置に揮発成分の分析機能を設けて当該有機物の揮発状況をモニタし、揮発が急激に起こる温度で処理することが望ましい。
【００６５】
次に、工程６−３として、３８０℃〜４２０℃程度の温度で熱処理を行い第２緩衝層前駆体７１ｄ２を第３緩衝層前駆体７１ｄ３へと改質する。３８０℃以上の温度を用いることで不要な有機物を飛散させることができ、４２０℃以下の温度を用いることで第２緩衝層前駆体７１ｄ２の寄生的な結晶化を抑制することができる。
【００６６】
次に、工程６−４として、７００℃程度で３０分熱処理し結晶化させる。そして緩衝層７１ｄ４を形成する。第２緩衝層中に形成された空孔が引き継がれ、緩衝層７１ｄ４を構成する薄層中には空孔が残留する。一度の塗布と結晶化を行うことで例えば０．１μｍ程度の層が形成されるので、０．２μｍの緩衝領域７１Ｄは塗布と結晶化の工程を２度行うことで成層することができる。ここで、７００℃程度で３０分程度熱処理し結晶化させる処理は、工程５と工程６−３までを繰り返し、所定の厚みを得るべく積み終えた後、行っても良い。また、工程７（第３の実施形態の工程７参照）の熱処理で結晶化しても良い。また、圧電体領域７２を形成する材質及び／又は緩衝領域７１Ｄを形成する材質として、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて第３の実施形態に示した圧電体材料の組合せを用いることができる。また、有機溶剤やキレート剤として第３の実施形態で示した物質を用いることができる。
【００６７】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について図面を用いて説明する。図７は、第１又は第２の実施形態で記述した圧電素子を用いた電子機器の一例として、液滴吐出ヘッドを示す分解斜視図である。図８（ａ）は、Ｃ方向から見た図７の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。圧電素子３００は、例えば第３〜第６の実施形態に示した製造方法を用いて形成することができる。ここで液滴吐出ヘッドを用いてシアン色インク、マゼンタ色インク、イエロー色インク、ブラック色インクなどを吐出させることでカラープリンタなどに適用できる。また、プリンタ以外の用途として、例えば金属を含む液体を吐出させることで配線パターンの形成に適用でき、また珪素を含む液体を吐出させることで半導体の形成に適用することができる。また、例えば圧電素子材料を含む液体を吐出させることで圧電素子３００の形成に適用することができる。本実施形態は、上記したように液状の物質を吐出する工程に対して適用できる。また、液滴吐出ヘッドの吐出口よりも小さい粒子が分散された液状物質を吐出する工程に対しても適用できる。
【００６８】
流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を用い、その第１面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンを含む厚さ０．５〜２μｍの基体としての弾性膜５０が形成されている。なお、シリコン単結晶を用いた流路形成基板１０とシリコン単結晶を熱酸化して得られた弾性膜５０とは緊密に密着しているが、構造説明の都合上分離した形態で図示している。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。
【００６９】
また、流路形成基板１０の、Ｃ方向と逆向き側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルムなどを介して固着されている。
【００７０】
一方、このような流路形成基板１０の開口面側と反対側に、上述したように、厚さが例えば約１〜２μｍ程度の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）を含む弾性膜５０を有し、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を含む絶縁体膜５５が配置されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの第１電極６０と、厚さが例えば、約０．０５〜０．３μｍの緩衝領域７１と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体領域７２と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電極８０とが配置され、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、緩衝領域７１、圧電体領域７２及び第２電極８０を含む部分をいう。弾性膜５０の第１面に設けられた圧電素子３００は、例えば第３〜６の実施形態で記述した製造方法を用いて形成することが可能である。
【００７１】
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び緩衝領域７１、圧電体領域７２を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極及び圧電体領域７２から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。いずれの場合においても、各圧力発生室１２に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板としての役割を果たす。
【００７２】
また、このような各圧電素子３００の第２電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００７３】
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基体３０が接着剤を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。保護基体３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基体３０を厚さ方向に貫通して各圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００７４】
また、保護基体３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基体３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に第１電極６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら第１電極６０及びリード電極９０には、図示せぬ一端が駆動ＩＣに接続された接続配線の他端が接続される。
【００７５】
また、保護基体３０上には、封止膜４１及び固定板４２とを含むコンプライアンス基体４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の第１面が封止されている。また、固定板４２は、金属などの硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）など）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の第１面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００７６】
このような液滴吐出ヘッドでは、圧力発生室１２内の圧力を高めノズル開口２１からインクを吐出させるために、まず図示せぬ外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。その後、図示せぬ駆動ＩＣからの記録信号に従い、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００をたわみ変形させてインクを吐出させる。印加電圧に対する再現性が高い、圧電素子３００のたわみ変形を用いてインクを吐出させることで、インクの吐出量を精密に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】第１の実施形態にかかる圧電素子の模式断面図。
【図２】第２の実施形態にかかる圧電素子の模式断面図。
【図３】第３の実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図。
【図４】第４の実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図。
【図５】第５の実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図。
【図６】第６の実施形態にかかる圧電素子の製造工程断面図。
【図７】第７の実施形態にかかる圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図８】第７の実施形態にかかる液滴吐出ヘッドの平面図及び断面図。
【符号の説明】
【００７８】
１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１３…連通部、１４…インク供給路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基体、３１…圧電素子保持部、３２…リザーバ部、３３…貫通孔、４０…コンプライアンス基体、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５５…絶縁体膜、５５ａ…絶縁体膜前駆体、６０…第１電極、６０ａ…第１電極前駆体、７１…緩衝領域、７１Ａ…緩衝領域、７１Ｂ…緩衝領域、７１Ｃ…緩衝領域、７１Ｄ…緩衝領域、７１ａ１…緩衝層溶液膜、７１ａ２…緩衝層、７１ｂ１…緩衝層溶液膜、７１ｂ２…緩衝層、７１ｃ…緩衝層溶液膜、７１ｃ１…第１緩衝層前駆体、７１ｃ２…第２緩衝層前駆体、７１ｃ３…第３緩衝層前駆体、７１ｃ４…緩衝層、７１ｄ…緩衝層溶液膜、７１ｄ１…第１緩衝層前駆体、７１ｄ２…第２緩衝層前駆体、７１ｄ３…第３緩衝層前駆体、７１ｄ４…緩衝層、７２…圧電体領域、７２ａ１…圧電層溶液膜、７２ａ２…圧電体層、８０…第２電極、９０…リード電極、１００…リザーバ、３００…圧電素子。
【図１】
2008177192.tif 000003
【図２】
2008177192.tif 000004
【図３】
2008177192.tif 000005
【図４】
2008177192.tif 000006
【図５】
2008177192.tif 000007
【図６】
2008177192.tif 000008
【図７】
2008177192.tif 000009
【図８】
2008177192.tif 000010