(57)【要約】【課題】理想的な組成の合わせ込みが可能で、かつ、結晶の分極方向をほぼ一方向に揃えることのできる、優れた圧電特性を有する圧電素子の製造方法を提供することにある。【解決手段】基板上に所定の格子面に優先配向した所定の組成比を有する配向層を加熱成膜する工程（ステップＳ１１）と、その配向層上に所定の組成比を有するアモルファス層を非加熱成膜する工程（ステップＳ１２）と、そのアモルファス層を加熱処理して上記所定の格子面と同じ格子面に優先配向した圧電層を得る工程（ステップＳ１３）とを含む。【選択図】  図１
2004214270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定の格子面に優先配向した所定の組成比を有する配向層を加熱成膜する第１の工程と、
前記配向層上に所定の組成比を有するアモルファス層を非加熱成膜する第２の工程と、
前記アモルファス層を加熱処理して前記所定の格子面と同じ格子面に優先配向した圧電層を得る第３の工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエーター、センサー、液滴噴射装置等に用いられる圧電素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体の圧電性、焦電性、分極反転等の物性を用いた圧電素子の応用研究が盛んに行われている。なかでも、圧電素子を用いてインクを吐出させるインクジェット方式は、高速、高密度、高精細および高画質の記録が可能で、かつ、カラー化およびコンパクト化にも適していることから、プリンターはもとより、複写機、ファクシミリ、電卓等に適用されており、近年急速な発展を遂げてきた。
【０００３】
また、インクジェット方式の記録装置においては、将来における更なる高品位・高精細な記録への要望も高まってきている。そのような記録を実現する１つの方法として、圧電性を有する膜を利用した圧電素子が挙げられ、次世代の高品位・高精細の記録技術への応用が期待されている。
【０００４】
圧電性を有する膜の作製にあたっては、結晶性の向上や膜中の組成制御が重要である。結晶性の向上については、例えば特許文献１に、Zｒを含まないペロブスカイト型誘電体薄膜と、Zｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜とを積層することで、膜全体の結晶性を向上させる方法が記載されている。また、特許文献２には、ゾルゲル法による薄膜形成時に、前駆体の分解温度を制御することにより、（１００）面が膜厚方向に対して配向したＰＺＴ系強誘電体薄膜を形成する方法も記載されている。膜中の組成制御については、例えば特許文献３に、膜厚方向の組成制御を行うことで、内部電荷分布に対抗する自発分極を発生させることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２９０９８３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２０１８５号公報
【特許文献３】
特開平８−１８６１８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
圧電性を有する膜は、一般に複合酸化物であるため、圧電特性を最大限に発揮する理想的な組成を得られるように組成を合わせ込むことが重要である。しかし、上述した特許文献１〜３に記載された方法では、そのような理想的な組成を得られるまでには至っていない。
【０００７】
組成を合わせ込むためには、温度による原子の再蒸発や基板付着率への影響が少なくなるように、高温を避けた室温から２００℃程度での非加熱成膜を行い、成膜後にアニールすることが望ましい。しかし、この方法では、成膜時の膜はアモルファス状態であり、アニールにより結晶核が膜中のいたるところに発生して無配向状態になるため、組成を合わせ込むことはできても、高配向性によるバルク以上の圧電性を有する膜を得るのは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解決し、理想的な組成の合わせ込みが可能で、かつ、結晶の分極方向をほぼ一方向に揃えることのできる、優れた圧電特性を有する圧電素子の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の圧電素子の製造方法は、基板上に所定の格子面に優先配向した所定の組成比を有する配向層を加熱成膜する第１の工程と、前記配向層上に所定の組成比を有するアモルファス層を非加熱成膜する第２の工程と、前記アモルファス層を加熱処理して前記所定の格子面と同じ格子面に優先配向した圧電層を得る第３の工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
この製造方法によれば、第１の工程で形成した配向層が、第３の工程でアモルファス層を加熱処理する際のシーズ層として機能するので、所定の格子面に優先配向した圧電層が得られる。これにより、配向層および圧電層は全体として一方向に優先配向された状態となる。
【００１１】
また、圧電層を形成するためのアモルファス層は非加熱成膜により形成されることから所望の組成比に組成を合わせ込むことができる。第３の工程の加熱処理では、アモルファス層の組成比をほとんど維持されるので、結果的に、圧電層を所望の組成比、具体的には圧電特性上最大値またはそれに近い値に合わせ込むことが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態である圧電素子の製造方法の一手順を示すフローチャート、図２は、その製造方法により作製された圧電素子の断面図である。以下、図１および図２を参照して圧電素子の製造方法を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の圧電素子の製造方法では、まず、基板１１上に電極１２を形成し（ステップ１０）、さらにその上に、加熱成膜により、組成比は理想的ではないが配向性の高い配向層１３を形成する（ステップＳ１１）。例えばスパッタリングによる成膜中に基板の温度を上げて加熱成膜を行った場合は、基板の格子定数に近い面方位に成長した結晶膜が得られることが知られているが、本例では、配向層１３として、例えばある面が他の全ての面に対し優先配向され、Ｘ線強度上で１０倍以上のピーク強度を持つ結晶層が得られる。こうして得られた配向層１３は、後述するアモルファス層の焼成の際の優先配向するためのシーズ層として機能する。
【００１５】
続いて、非加熱成膜により、組成比が理想的なアモルファス層を配向層１３上に積層した後（ステップＳ１２）、このアモルファス層を所定の温度でアニール（焼成）する（ステップＳ１３）。この後焼成によりアモルファス層が結晶化して圧電性層１４を得る。こうして得られた圧電性層１４の組成比は、その主成分となる材料における最大の圧電定数またはそれに近い値を示す理想的な組成比となる。最後に、圧電性層１４の表面に下部電極１５を形成して、圧電素子を完成する。
【００１６】
上記のように加熱成膜と非加熱成膜を組み合せることで、圧電特性を最大限に発揮する理想的な組成でありながら、結晶の分極方向がほぼ一方向に揃った圧電素子を作製することができる。
【００１７】
配向層１３および圧電性層１４には、少なくともＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを主成分とする材料が用いられる。Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3などがその代表例として挙げられる。特にＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体（以下、ＰＺＴと略す）は、圧電特性に優れていることから、配向層１３および圧電性層１４の材料として望ましい。
【００１８】
図３に、ＰＺＴのバルク体の組成比と圧電特性を示す（Ｂ．Ｊａｆｆｅら（１９５４．ＪＡＰ）、ファインセラミックハンドブック参照）。縦軸に誘電率ε33T／ε0、圧電性の大きさの目安となる電気機械結合係数Kｐがそれぞれとられ、横軸にＰＺＴ層のＺｒとＴｉの割合（モル％）がとられている。「●」は電気機械結合係数のグラフ、「○」は誘電率のグラフである。この特性図から分かるように、Ｚｒ、Ｔｉの割合（Ｚｒ：Ｔｉ）が「０．５２：０．４８」で圧電特性上最大値を示し、そこから外れると圧電特性が大きく劣化する。本実施形態では、ＰＺＴ層（配向層１３および圧電性層１４）の組成の合わせ込みを行うことで、最終的に圧電性層１４のＺｒ、Ｔｉの割合（Ｚｒ：Ｔｉ）が「０．５２：０．４８」またはこれに近い値になっている。
【００１９】
圧電性層１４の圧電性を損なわないために、配向層１３の膜厚は０．５μｍ以下が好もしく、より望ましくは０．１μｍ以下である。また、加熱成膜は、成膜に要する時間が非加熱成膜に比べて長いため、シーズ層となる配向層１３を薄くすることで圧電素子の製造時間を短縮することができる。これは、比較的に膜厚の厚い圧電素子を作製する場合や量産化を行う場合に、非常に有利である。
【００２０】
加熱成膜および非加熱成膜には、既存の成膜方法を適用することができる。具体的な成膜方法としては、例えばＲＦスパッタリング、イオンビームスパッタ、イオンプレーティング、電子ビーム（ＥＢ）蒸着、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＭＯ−ＣＶＤ（metal organic CVD）、レーザーアブレーションなどがある。いずれの成膜方法も、使用材料の原子に基板温度に対応する熱エネルギーを与えることで配向性の高い層を形成することが可能であるが、特に、基板温度可変で、かつ、ガス圧により組成制御の容易なＲＦスパッタリングを用いることが望ましい。
【００２１】
以下、上述した圧電素子の製造方法の具体例について説明する。
【００２２】
（実施例１）
本実施例では、成膜方法にＲＦスパッタリングを用いて、圧電特性を有するＰＺＴ層を成膜する例について説明する。
【００２３】
ＭｇＯ単結晶基板上に、Ｔｉよりなる密着層およびＰｔよりなる上部電極をＲＦスパッタにより形成した。こうして形成した層の結晶構造を既存のＸ線回折装置で測定した結果（Ｘ線回折図）を図４に示す。図４に示すＸ線回折図は、波長が一定の特性Ｘ線を形成した層に当て、散乱するＸ線の角度と強度を測定した結果であって、縦軸は回折Ｘ線の強度（ＣＰＳ）、横軸は回折角２θ（°）である。Ｐｔ（１１１）面で回折Ｘ線強度が高くなっており、（１１１）面に優先配向していることがわかる。ここでは、このような結晶構造を有する基板をＰｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板と呼ぶ。
【００２４】
続いて、上記のようにして形成されたＰｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の表面に厚さが０．０１μｍのＰＺＴ層（これは、図２の配向層１３に対応する）をＲＦスパッタリングにより形成した。このＰＺＴ層の形成は、上述した加熱成膜による形成であり、基板ヒータを用いて基板を所定の温度まで昇温させた状態で行われる。ここでは、基板ヒータに取り付けられた熱電対により測定される温度を６００℃、Ａｒガス圧を３．０Ｐａとした。こうして形成したＰＺＴ層のＸ線回折図を図５に示す。図５の例では、ＰＺＴ（１１１）面で回折Ｘ線強度が高くなっており、（１１１）面に優先配向したＰＺＴ層を得られることが分かる。なお、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板に代えて、図６に示すようにＰｔ（２００）面で回折Ｘ線強度が高くなるようなＰｔ（２００）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板を用いた場合は、（２００）面に優先配向したＰＺＴ層を得られる。こうして加熱成膜により形成されたＰＺＴ層の組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．２０：０．４５：０．５５で、Ｔｉの割合が大きかった。
【００２５】
加熱成膜後、プラズマ放電を安定な状態で維持したまま、基板ヒータをオフにしたところ、熱電対による測定温度は急激に２００℃程度まで下がり、その後は緩やかに下がり続けた。こうして基板温度を下げながら、非加熱でＲＦスパッタリングによる成膜を続くけたところ、厚さが３μｍの、ほぼストイキオメトリなＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４を形成するためのアモルファス層に対応する）を形成することができた。なお、基板ヒータをオフにした時点でプラズマ放電を停止し、基板温度が完全に下がった時点からプラズマ放電を再開して成膜を行うようにしても同様なＰＺＴ層を形成することができる。図７に、非加熱成膜における、放電前Ａｒガス圧とＰＺＴ層（アモルファス層）の組成比との関係を示す。「●」はＰｂ、「▲」はＺｒ、「■」はＴｉをそれぞれ示す。Ａｒガス圧が３Ｐａでは、Ｐｂの割合がやや多くなっているが、後述のアニール（焼成）によりＰｂは５〜１０％程度減少する。
【００２６】
続いて、非加熱成膜により形成されたＰＺＴ層（アモルファス層）を、酸素雰囲気中で、昇降温１℃／分、７００℃、５時間の条件でアニールして結晶化したところ、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向した、厚さ３μｍのＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４に対応する）を得られた。この焼成後のＰＺＴ層の組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０６：０．５２：０．４８であった。この組成比は、Ｚｒの割合がやや大きいが、図３に示した圧電特性の最大値を示す組成比と一致する。
【００２７】
最後に、上述のようにして形成されたＰＺＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＭｇＯ基板のＰＺＴ層の表面にＰｔよりなる下部電極をＲＦスパッタにより形成して、圧電素子を完成した。
【００２８】
次に、上述のようにして作製した圧電素子を用いてアクチュエーターを作製し、その評価を行った。アクチュエーターの作製では、振動板として厚さが３０μｍのパイレックスガラスを圧電素子の下部電極側にエポキシ樹脂を用いて貼り付けた後、パイレックスガラスを厚さが５μｍになるまで研磨した。続いて、熱リン酸でＭｇＯ基板を完全に溶解して除去した後、ドライエッチングにより密着層を含む上部電極部Ｐｔ／Ｔｉをパターンニングした。このパターンの幅は３０μｍ、長さは３０００μｍである。最後に、上部電極部Ｐｔ／Ｔｉのパターンをマスクにしてフッ硝酸によりＰＴＺ層（図２の配向層１３および圧電性層１４を含む）をエッチングしてユニモルフ型アクチュエーターを得た。
【００２９】
図８に、上記のようにして得られたユニモルフ型アクチュエーターの断面図を示す。このユニモルフ型アクチュエーターは、厚さが５μｍのパイレックスガラスよりなる振動板１６上に、下部電極１５、圧電性層１４、配向層１３、上部電極（密着層を含む）１２が順次積層された構造になっている。下部電極１５および上部電極１２に所定の駆動電圧を印加することで、圧電性層１４および配向層１３からなるＰＺＴ層において電圧印加により発生する電界に沿った方向（振動板１６の面に垂直な方向）に応力が生じ、これにより変位が生じる。駆動電圧として、図９に示すようなＶp-pが３０Ｖの矩形波を下部電極１５および上部電極１２の間に印加した場合の変位を既存のレーザードップラー変位計で測定したところ、約１．５μｍの変位を確認することができた。この変位の値は、アクチュエーターとして使用するのに十分な値である。
【００３０】
次に、上述のユニモルフ型アクチュエーターを用いてインクジェットヘッドを作製し、その評価を行った。図１０は、そのインクジェットヘッドの平面図、図１１は図１０のＡ−Ａ’における断面図である。
【００３１】
厚さが４００μｍのＳｉ（１００）基板よりなるＳｉ基板１８の表面の所定の部分に異方性エッチングにより断面形状がＶ字状の溝１７が形成されている。溝１７の深さは約２０μｍ、長さは約３０００μｍ、開口部分における幅は約３０μｍである。溝１７を塞ぐように図８に示した構造と同じユニモルフ型アクチュエーター２２が設けられており、ユニモルフ型アクチュエーター２２の振動板１６の裏面（下部電極１５が形成された面とは反対の面）と溝１７によりインク流路が形成されている。このインク流路の一方の側は連絡ノズル２１を介してインク供給室２０に繋がっており、他方の側は吐出ノズル２３に繋がっている。インク供給室２０には、インク供給室貫通孔１９が形成されており、このインク供給室貫通孔１９を介して外部からインクをインク供給室２０に供給することができる。
【００３２】
ユニモルフ型アクチュエーター２２は、上部電極１２および下部電極１５の間に所定の駆動電圧を印加することで変位する。この変位は、インク流路内のインクを吐出ノズル２３側へ押し出すような働きをし、これにより、吐出ノズル２３からインクが吐出される。印加電圧が０Ｖになると、ユニモルフ型アクチュエーター２２は元の状態（変位していない状態）に戻る。この元の状態への遷移は、インク供給室２０内のインクをインク流路内に取り込むような働きをし、これにより、インク流路内にインクが供給される。
【００３３】
上述したインクジェットヘッドのインク供給室２０内にインクの代わりにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を充填し、図９に示したような駆動波形でユニモルフ型アクチュエーター２２を駆動したところ、良好な液滴の吐出を確認することができた。
【００３４】
（実施例２）
本実施例においても、成膜方法にＲＦスパッタリングを用いて、圧電特性を有するＰＺＴ層を成膜するが、成膜条件のガス圧が実施例１の場合と異なる。
【００３５】
ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ（１１１）電極を形成し、その上に加熱成膜によりＰＺＴ層（これは、図２の配向層１３に対応する）を形成した。この加熱成膜では、基板ヒータに取り付けられた熱電対により測定される温度を６００℃、Ａｒガス圧を１．０Ｐａとした。こうして形成したＰＺＴ層は、（１１１）面に優先配向したものとなり、その組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．４０：０．６０で、Ｔｉの割合がかなり大きくなった。
【００３６】
加熱成膜後、プラズマ放電を安定な状態で維持したまま基板ヒータをオフにし、基板温度を下げながら非加熱でＲＦスパッタリングによる成膜を続くけたところ、厚さが３μｍの、ほぼストイキオメトリなＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４を形成するためのアモルファス層に対応する）を形成することができた。こうして得られたＰＺＴ層（アモルファス層）を、酸素雰囲気中で、昇降温１℃／分、７００℃、５時間の条件でアニールして結晶化したところ、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向した、厚さ３μｍのＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４に対応する）を得られた。この焼成後のＰＺＴ層の組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．５０：０．５０で、実施例１における、圧電特性上最大値を示す組成比（理想的な組成比）に対して、わずかにＴｉの割合が多くなった。
【００３７】
最後に、上述のようにして形成されたＰＺＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＭｇＯ基板のＰＺＴ層の表面にＰｔよりなる下部電極をＲＦスパッタにより形成して、圧電素子を完成した。
【００３８】
以上のようにして形成した圧電素子を用いて、実施例１の場合と同様な手順で、図８に示したようなユニモルフ型アクチュエーターを作製し、図９に示したようなＶp-pが３０Ｖの矩形波を下部電極１５および上部電極１２の間に印加した場合の変位を既存のレーザードップラー変位計で測定したところ、約１．２μｍの変位を確認することができた。この変位量は、実施例１で作製したユニモルフ型アクチュエーターの変位量よりやや少ないが、インクジェットヘッドで十分に使用可能な値である。
【００３９】
また、上記のユニモルフ型アクチュエーターを用いて、実施例１の場合と同様な手順で、図１０および図１１に示したようなインクジェットヘッドを作製し、インクの代わりにＩＰＡを使用して吐出評価を行ったところ、実際に液滴の吐出を確認することができた。
【００４０】
（実施例３）
本実施例においても、成膜方法にＲＦスパッタリングを用いて、圧電特性を有するＰＺＴ層を成膜するが、成膜条件のガス圧が実施例１、２の場合と異なる。
【００４１】
ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ（１１１）電極を形成し、その上に加熱成膜によりＰＺＴ層（これは、図２の配向層１３に対応する）を形成した。この加熱成膜では、基板ヒータに取り付けられた熱電対により測定される温度を６００℃、Ａｒガス圧を１．０Ｐａとした。こうして形成したＰＺＴ層は、（１１１）面に優先配向したものとなり、その組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．４０：０．６０で、Ｔｉの割合がかなり大きくなった。
【００４２】
加熱成膜後、プラズマ放電を安定な状態で維持したまま基板ヒータをオフにし、基板温度を下げながら非加熱でＲＦスパッタリングによる成膜を続くけたところ、厚さが３μｍの、ほぼストイキオメトリなＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４を形成するためのアモルファス層に対応する）を形成することができた。こうして得られたＰＺＴ層（アモルファス層）を、酸素雰囲気中で、昇降温１℃／分、７００℃、５時間の条件でアニールして結晶化したところ、ＰＺＴ（１１１）面に優先配向した、厚さ３μｍのＰＺＴ層（これは、図２の圧電性層１４に対応する）を得られた。この焼成後のＰＺＴ層の組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５９：０．４１で、実施例１における、圧電特性上最大値を示す組成比（理想的な組成比）に比べてＺｒの割合がかなり大きくなった。
【００４３】
最後に、上述のようにして形成されたＰＺＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＭｇＯ基板のＰＺＴ層の表面にＰｔよりなる下部電極をＲＦスパッタにより形成して、圧電素子を完成した。
【００４４】
以上のようにして形成した圧電素子を用いて、実施例１の場合と同様な手順で、図８に示したようなユニモルフ型アクチュエーターを作製し、図９に示したようなＶp-pが３０Ｖの矩形波を下部電極１５および上部電極１２に印加した場合の変位を既存のレーザードップラー変位計で測定したところ、約１．０μｍの変位を確認することができた。この変位量は、実施例１で作製したユニモルフ型アクチュエーターの変位量に比べてかなり少ないが、インクジェットヘッドでかろうじて使用可能な値である。
【００４５】
また、上記のユニモルフ型アクチュエーターを用いて、実施例１の場合と同様な手順で、図１０および図１１に示したようなインクジェットヘッドを作製し、インクの代わりにＩＰＡを使用して吐出評価を行ったところ、実際に液滴の吐出を確認することができた。
【００４６】
（比較例）
本比較例で作製した圧電素子の構造を図１２に示す。この圧電素子は、基板１１上に、上部電極１２、圧電性層１４、下部電極１５を順次積層したものであって、配向層を持たない点が図２に示した圧電素子と異なる。
【００４７】
本比較例では、まず、実施例１と同様にＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ（１１１）電極を形成し、その上に非加熱成膜により厚さが３μｍのＰＺＴ層（アモルファス層）を形成した。そして、そのＰＺＴ層を、酸素雰囲気中で、昇降温１℃／分、７００℃、５時間の条件でアニール（焼成）して結晶化した。焼成後のＰＺＴ層（これは、図１２の圧電性層１４に対応する）のＸ線回折結果を図１３に示す。図１３の結果から、焼成後のＰＺＴ層は完全に無配向であることが分かる。なお、焼成後のＰＺＴ層の組成比は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０６：０．５２：０．４８で、図３に示した圧電特性上最大値を示す理想的な組成比であった。
【００４８】
最後に、上記の焼成後のＰＺＴ層にの表面にＰｔよりなる下部電極をＲＦスパッタにより形成して、圧電素子を完成した。
【００４９】
以上のようにして形成した圧電素子を用いて、実施例１の場合と同様な手順でユニモルフ型アクチュエーターを作製し、図９に示したようなＶp-pが３０Ｖの矩形波を下部電極１５および上部電極１２の間に印加した場合の変位を既存のレーザードップラー変位計で測定したところ、０．０５μｍの変位が確認された。この変位量は、実施例１で作製したユニモルフ型アクチュエーターの変位量に比べて極端に少ない。
【００５０】
次に、上記のユニモルフ型アクチュエーターを用いて、実施例１の場合と同様な手順で図１０に示したようなインクジェットヘッドを作製し、インクの代わりにＩＰＡを使用して吐出評価を行ったところ、液滴の吐出を確認することはできなかった。
【００５１】
以上の実施例１〜３および比較例の結果をまとめたものを以下の表に示す。
【００５２】
【表１】
2004214270.tif 000003
【００５３】
上記の表では、ＰＺＴ層がＰｂ1+x（Zｒy、Ｔｉ1-y）Ｏ3であるとして組成比、ｘ、ｙの値とその評価結果が示されている。ここで、評価結果はインクジェットヘッドに適用した場合の評価であり、「○」は液滴の吐出を確認できたもの、「×」は液滴の吐出を確認できなかったものを示す。
【００５４】
実施例１と比較例（従来のものに相当する）を比較すると、圧電性層の組成比はともに同じで、図３で示した圧電特性を最大限に発揮する理想的な組成比になっている。しかし、比較例のものでは、液滴の吐出は確認されていない。このことから、単に理想的な組成比を得るだけでは、インクジェットヘッドへの適用が可能な圧電素子を形成することができないことが分かる。また、実施例１と比較例の違いは配向層の有無であり、実施例１では液滴の吐出が確認されていることから、配向層を設けたことで圧電性が大きく改善されたことが分かる。
【００５５】
実施例１〜３の評価結果から、配向層がＺｒ＜Ｔｉ、圧電性層がＺｒ≧Ｔｉであれば、滴敵の吐出が可能であることが分かる。圧電素子の製造精度などを考慮すると、配向層が０≦ｘ≦０．２、０＜ｙ＜０．５、圧電性層が０≦ｘ≦０．２、０．５≦ｙ＜０．６であることがより望ましい。実験的には、これらの範囲において、良好な液滴の吐出が確認されている。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配向層および圧電層を全体として一方向に優先配向でき、かつ、圧電層の組成比を圧電特性上最大値またはそれに近い値に合わせ込むことができるので、圧電特性を最大限に発揮することのできる圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である圧電素子の製造方法の一手順を示すフローチャート図である。
【図２】図１に示す製造方法により作製される圧電素子の断面図である。
【図３】ＰＺＴのバルク体の組成比と圧電特性の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第１の実施例で形成されるＰｔ／Ｔｉ／ＭｇＯ基板のＸ線回折図である。
【図５】本発明の第１の実施例で形成されるＰＺＴ層（配向層）のＸ線回折図である。
【図６】本発明の第１の実施例で形成される他のＰｔ／Ｔｉ／ＭｇＯ基板のＸ線回折図である。
【図７】非加熱成膜における、放電前Ａｒガス圧とＰＺＴ層（アモルファス層）の組成比との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施例で形成された圧電素子を用いたユニモルフ型アクチュエーターの断面図である。
【図９】圧電素子に供給される駆動電圧の波形の一例を示す波形図である。
【図１０】本発明の第１の実施例で形成された圧電素子を用いたインクジェットヘッドの平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’における断面図である。
【図１２】比較例の圧電素子の構造を示す断面図である。
【図１３】比較例の圧電素子の、焼成後のＰＺＴ層のＸ線回折図である。
【符号の説明】
１１  基板
１２  上部電極
１３  配向層
１４  圧電性層
１５  下部電極
１６  振動板
１７  溝
１８  Ｓｉ基板
１９  インク供給室貫通孔
２０  インク供給室
２１  連絡ノズル
２２  ユニモルフ型アクチュエーター
２３  吐出ノズル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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