JP2007088444A - 圧電体、圧電体素子、それを用いた液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた圧電特性を持ち、かつ、高周波数領域での駆動レスポンスの良好な圧電体及び圧電体素子を提供すること。
【解決手段】単結晶または１軸配向結晶の圧電体であって、前記圧電体が、一般式ABO₃で記述され、Aサイトの主成分がPbであり、Bサイトの主成分がMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる少なくとも３種類の元素を含むペロブスカイト型酸化物を有し、前記圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RT、並びに２００℃以下、１ｋＨｚにおける比誘電率の最大値をε_MAX、及び該比誘電率の最大値を示す温度をｔ_MAXとしたとき、１０＞（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)＞０.１を満たすことを特徴とする圧電体。
【選択図】図１０

Description

本発明は、圧電体、圧電素子、それを用いたアクチュエータ及び液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、並びに液体吐出装置に関するものである。

圧電体として、一般にPZT（Pｂ(Zr,Ti)O₃）系よりなる金属酸化物セラミックスが知られている。このPZT系セラミックスは、優れた圧電特性をもち、圧電アクチュエータ、圧電着火素子、圧電ブザー、圧電トランスなど広く用いられている。しかしながらその歪量は最大でも0.1〜0.15％程度であり圧電アクチュエータとして用いる場合などにおいては充分であるとはいえない。

近年、更なる圧電特性、特に大きな歪量を獲得する目的で、リラクサ系材料の検討されており、例えば、特許文献１においては、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴをフラックス溶融に合成する方法が示されている。このような合成法によりバルク状単結晶物が得られ、1％を超える大きな歪量の材料が報告されている。

また、リラクサ系材料をゾルゲル法、水熱合成法、スパッタ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、MO−CVD法などの薄膜形成方法により、基板上に直接薄膜を成膜することが、検討されている。例えば非特許文献１においては、ＰＬＤ法によりＰＭＮ-ＰＴ薄膜を成膜したことが報告されている。
特許３３９７５３８号公報 Applications of Ferroelectrics, 2002. ISAF 2002. Proceedings of the 13th IEEE International Symposium Ｐ133-136

しかしながら、例えば近年盛んに開発が進められている、ＭＥＭＳの圧電アクチュエータは微細な構造の為、特許文献１に記載のようなバルク状に成長させた単結晶材料を用いる場合には、単結晶を薄片化して接合することが必要であり、製造が非常に困難である。

また、リラクサ系材料は比誘電率が大きく、薄膜化していくことで、圧電体素子の静電容量が大きくなる。したがって、それを駆動する電力を供給するとき、配線抵抗との関係による供給電力の位相遅れ、それに伴う高周波の駆動に対する駆動レスポンスの遅れの問題、駆動電源容量の大容量化などの問題点がある。

特に圧電体素子がアクチュエータとして利用されているインクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおいては、近年、その形成画像の高画質化のための吐出インクドロップレットの微小化が進められている。また、それに伴う画像形成に必要な吐出インクドロップレット数が増大する方向にある。また、高速化のためには、供給駆動電力の高周波数化、インクジェットヘッドノズルの高密度化及び、長尺化の方向で開発が進められている。つまり、インクジェットヘッドに対しては、微小なインクドロップレットを高駆動周波数で多数のインクジェットヘッドノズルから安定して吐出することが求められている。そのため高周波の駆動に対する駆動レスポンスの遅れの問題、駆動電源容量の大容量化の問題は、非常に大きな課題である。

さらに、一般にリラクサ系材料は、温度変化に対する比誘電率の緩和現象があり、かつＰＺＴなどの圧電材料に比べ、そのキュリー温度Ｔｃが低いため、圧電体素子の実使用領域の温度範囲において、温度変化に対する比誘電率の変動が大きくなる。したがって、インクジェットヘッドに適用した場合、様々な使用環境、連続使用による圧電体素子の温度上昇してしまう環境下において、安定した吐出性能を維持することができないという問題がある。

本発明の目的は、上記課題に対してなされたものであり、優れた圧電特性を持ち、かつ、高周波数領域での駆動レスポンスの良好な圧電体及び圧電体素子を提供することにある。また、圧電体素子の配線抵抗制限値、駆動電源容量などの回路設計への負荷の低減が可能となると共に、いかなる使用環境化においても安定した圧電性能を維持できる圧電体の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成させるため、本発明者らが検討した結果、比誘電率の緩和現象があるバルク状圧電体を薄膜形成手段によって成膜しその誘電現象を評価、検証することによって、以下の発明に想到した。

上記目的は、単結晶または１軸配向結晶の圧電体であって、前記圧電体が、一般式ABO₃で記述され、Aサイトの主成分がPbであり、Bサイトの主成分がMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる少なくとも３種類の元素からなるペロブスカイト型酸化物を有し、下記（１）または（２）を満たすことで達成される。
（１）前記圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RT、並びに２００℃以下、１ｋＨｚにおける比誘電率の最大値をε_MAX、及び該比誘電率の最大値を示す温度をｔ_MAXとしたとき、
１０＞（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)＞０.１
を満たす圧電体。
（２）前記圧電体の膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記圧電体のキュリー温度をTｃ_thin、前記圧電体とPb以外の金属原子数比が同じバルク状圧電体のキュリー温度をTｃ_bulk、としたとき、
Tｃ_thin＞Tｃ_bulk+５０
を満たす圧電体。

また、上述の圧電体と、一対の電極と、を有する圧電体素子に関する。

また、吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子を有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体素子として上述の圧電体素子を用いる液体吐出ヘッドに関する。

本発明によれば、優れた圧電性を持ち、かつ、高周波数領域での駆動レスポンスの良好な圧電体及び圧電体素子を提供できる。また、圧電素子の配線抵抗制限値、駆動電源容量などの回路設計への負荷の低減が可能となると共に、いかなる使用環境化においても安定した圧電性能を維持できる圧電体の製造方法を提供できる。

［圧電体・圧電体素子］
本発明の圧電体素子は、圧電体（薄膜圧電体と称することもある）と、該圧電体に接する一対の電極と、を有する。そして、前記圧電体は、単結晶または１軸配向結晶の圧電体であり、前記圧電体は一般式ABO₃で記述されるペロブスカイト型酸化物を有する。ここで、Aサイトの主成分はPbであり、Bサイトの主成分はMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる３種類以上の元素を含む。さらに、以下の（１）または（２）に該当するものである。
（１）圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RT、並びに２００℃以下、１ｋＨｚにおける比誘電率の最大値をε_MAX、及び該比誘電率の最大値を示す温度をｔ_MAXとしたとき、
１０＞（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)＞０.１
を満たす。このとき、前記圧電体の膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であルことが好ましい。
（２）前記圧電体の膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記圧電体のキュリー温度をTｃ_thin、前記圧電体とPb以外の金属原子数比が同じバルク状圧電体のキュリー温度をTｃ_bulk、としたとき、
Tｃ_thin＞Tｃ_bulk+５０
を満たす。

なお、圧電体素子とは、圧電体が電極で挟まれており、電界をかけることにより、伸縮する素子のことである。

本発明の圧電体を成膜するのに好適な成膜方法としては、ゾルゲル法、水熱合成法、スパッタ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、MO−CVD法などの一般に言われる薄膜成膜方法が挙げられる。これらの薄膜成膜方法は、数nm〜10μmオーダーの膜厚を成膜することに好適な成膜方法である。

バルク状圧電体とは、セラミックスの製造方法として一般的に用いられる、焼結法、加圧焼結法、または、単結晶材料の製法として用いられる、溶融フラックス法などの製法により作製された、作製時に少なくとも厚みが10μmより大きい圧電体をいう。

１軸配向結晶とは、膜厚方向に単一の結晶方位をもつ結晶のことを指し、結晶の膜面内方位は特には問わない。例えば＜１００＞１軸配向結晶とは、膜厚方向が＜１００＞方位のみの結晶により構成された膜である。圧電膜が１軸配向結晶であるかはＸ線回折を用いて確認することができる。例えば、ＰＺＴペロブスカイト型構造の＜１００＞１軸配向結晶の場合、Ｘ線回折の２θ/θ測定での圧電膜に起因するピークは｛１００｝、｛２００｝等の(Ｌ００)面(Ｌ=１,２,３・・・ｎ:ｎは整数)のピークのみが検出される。また、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、図９（Ａ）のように中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置にリング状のパターンが得られる。

単結晶とは、膜厚方向及び膜面内方向に単一の結晶方位を持つ結晶のことを指す。例えば＜１００＞単結晶とは、膜厚方向が＜１００＞方位のみとなり、かつ、膜面内方向のある一方向が＜１１０＞方位のみの結晶により構成された膜である。圧電膜が１軸配向結晶であるかはＸ線回折を用いて確認することができる。例えば、ＰＺＴペロブスカイト型構造の＜１００＞単結晶の場合、Ｘ線回折の２θ/θ測定での圧電膜に起因するピークは｛１００｝、｛２００｝等の(Ｌ００)面(Ｌ=１,２,３・・・ｎ:ｎは整数)のピークのみが検出される。また、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、図９（Ｂ）のように中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置に９０°毎に４回対称のスポット状のパターンが得られる。

また、例えば＜１００＞配向のＰＺＴペロブスカイト型構造で、｛１１０｝非対称面の極点測定をした際に、中心から約４５°の傾きを表す同じ半径位置に８回対称や１２回対称のパターンが得られる結晶もある。もしくは、パターンがスポットではなく楕円である結晶もある。これらの結晶も、本発明の単結晶と１軸配向結晶の中間の対称性を有する結晶であるため、広義に単結晶および１軸配向結晶とみなす。同様に、例えば単斜晶と正方晶、単斜晶と菱面体晶、正方晶と菱面体晶、そのすべてなどの複数結晶相が混在（混相）する場合や、双晶に起因する結晶が混在する場合や、転位や欠陥等がある場合も、広義に単結晶および１軸配向結晶とみなす。ここでいう、数結晶相が混在（混相）とは、複数の結晶相が結晶軸方向をそれぞれ異にして多結晶の状態で粒界が存在して含まれるものではない。つまり、一つのペブロスカイト型酸化物の粒子中に複数の結晶相が存在するものであって、一体となって単結晶または一軸配向を成しているものである。

ここで、本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体とPb以外の金属原子数比が同じ組成のバルク状圧電体は、比誘電率の温度変化に対する緩和現象特性をもつことから、一般にリラクサ系圧電体材料と呼ばれている。本発明者らは、薄膜形成手段を用いて、上記のような組成の薄膜圧電体を、単結晶または１軸配向結晶の状態に成膜したとき、バルク状圧電体とその比誘電率の温度変化に対する緩和現象特性が大きく異なることを見出した。

本発明者らは薄膜圧電体が、基板上に成膜されているため、基板から薄膜圧電体が拘束（応力）を受けやすいことに起因していると考えている。薄膜圧電体が基板から応力を受けることによって誘電緩和現象の凍結が引き起こされ、比誘電率絶対値の低下、緩和現象が低く抑えられると考えられる。

本発明においては、成膜後の基板の温度変化に注目し、基板からの応力のかかり方を積極的に調整し、圧電素子使用時に有効な、比誘電率の調整、比誘電率の温度変化量を調整することを見出した。

１ｋＨｚの比誘電率を測定比較する理由は、次のとおりである。１ｋＨｚという低周波数領域では、測定系の配線抵抗及び測定プローバー／サンプル間の接触抵抗などの測定系の抵抗成分がある場合においても、薄膜圧電体の比誘電率を求めるための、インピーダンス及び位相測定において、測定系の抵抗成分の影響を受けづらい。したがって、薄膜圧電体の静電容量（比誘電率）を正確に見積もることができる。特に、測定系の温度を変化させた時においては、測定系の抵抗成分の値も変化することとなり、薄膜圧電体の静電容量（比誘電率）を正確に見積もることができにくくなることを防止できる。以上のように、薄膜圧電体の静電容量（比誘電率）の温度に対する変化を正確に見積もることができるためである。

また、薄膜圧電体の静電容量（比誘電率）の温度変化の測定範囲を室温２５℃から、２００℃としたのは、本発明の薄膜圧電体素子としての実使用温度範囲を考慮して設定した温度範囲である。

１０≦（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)となる場合には、例えば本発明の薄膜圧電体素子の好適な使用方法の一例としてのインクジェットヘッドに適用した場合、次のようなことが発生する。すなわち、インクジェットヘッド使用時において、使用環境に温度変化が生じた場合、圧電特性の変化が大きく、さらに比誘電率の増加による、圧電体素子の静電容量変化が大きくなり、入力駆動波形に対して、変位量の変化、変位の遅延が起こる。このため、同一駆動方法（駆動電圧、駆動波形）において、吐出液量の変動が引き起こされることとなる。また、（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)≦０.１となる場合には、本来の比誘電率の緩和現象に起因する圧電体の圧電特性を決める相変化が凍結される結果を示すものであり、優れた圧電特性を得ることができない。さらに好ましくは、５＞（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)＞０.２である。

また、Ｔｃを比較する薄膜圧電体とバルク状圧電体との組成を、Pb以外の金属原子数比が同じとした理由は、次のとおりである。薄膜形成方法により成膜された薄膜圧電体の、本明細書で定義している、単結晶及び１軸配向結晶において、Ａの主成分であるPbは、Ｘ線構造解析で構造を決定できる結晶部分以外に、結晶間に偏在する場合がある。これはセラミック多結晶材料で一般に言われている粒界に比べて、非常に微細な領域であり、結晶の欠陥と考えている。一方、圧電特性はＸ線構造解析で構造を決定できる結晶部分が支配的に特性を決めると考えている。それに対し、バルク状圧電体は、前述した溶融フラックス法などの、単結晶を製造する方法において製造されるので、その製法上Ａサイトの主成分であるＰｂにおいても、ほぼ量論比で構成されている。以上の状況を鑑みて、Ｐｂを除いた組成で規定された組成で、バルク状圧電体と比較することは妥当であると考えている。

Tｃ_thin≦Tｃ_bulk+５０においては、圧電体素子の使用環境における想定される温度変化に対して、圧電特性の変化、比誘電率の変化が大きく、圧電体素子の変位挙動が、安定しない。さらに好ましくは、Tｃ_thin＞Tｃ_bulk+１００である。

上記のような本発明の圧電体素子において、前記薄膜圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RTとしたとき、
ε_Rt＜１２００
を満たすことが好ましい。ε_Rt≧１２００であったときには、特に高周波数駆動時に、圧電体素子の駆動信号に対して、変位挙動の遅延が大きくなり、安定した性能を得ることができない場合がある。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第一の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Mg_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.3, 0.3<n<0.5, 0.2<o<0.4, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第二の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Zn_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.2<m<0.4, 0.5<n<0.7, 0.05<o<0.2, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びInのいずれかの元素を含むものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第三の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Ni_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.3, 0.3<n<0.5, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Yb, Mg, Ta, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第四の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Sc_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Ta, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含ものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第五の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Sc_m,Ta_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Nb, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第六の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Yb_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.4<o<0.6, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含ものである。

本発明の圧電体素子が有する薄膜圧電体の組成として好適な第七の実施形態は、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(In_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができる。ただし、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.2<m<0.4, 0.2<n<0.4, 0.2<o<0.5, 0≦p<0.3を満たす。且つ、αがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むものである。

上述の組成範囲においては、結晶構造が変化しやすい不安定な状態となるので電界を加えた時、相変化を生じやすい為、大きな圧電定数が得られると考えられる。

なお、上記のＡＢＯ₃で表される単結晶ペロブスカイト型酸化物材料に、Ｐｂ元素はＡ成分としてもＢ成分としても含有することができるが、Ａ成分として含有する場合は２価の金属、Ｂ成分として含有する場合は４価の金属として含有する。

さらに、前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が、B成分としてZrを全B成分に対して５mol％を超えない量で含有することが好ましく、２mol％を超えない量で含有することがより好ましい。

電極材料としては、金属材料あるいは酸化物材料を用いることができる。金属材料としては、Au, Pt, Ni, Cr, Ir等が挙げられる。また、例えばTi, Pbの積層構造でも良い。酸化物材料としては、LaあるいはNbでドープされたSrTiO₃, SrRuO₃, IrO₂, RuO₂, Pb₂Ir₂O₇等が挙げられる。これらの少なくとも上下電極のどちらか一方は、結晶構造を有することが望ましい。上下電極の材料、構成は、同じであっても異なっていても良く、片方が共通電極、他方が駆動電極となる。

［圧電体の製造方法］
本発明の圧電体は、一般式ABO₃で記述され、Aサイトの主成分がPbであり、Bサイトの主成分がMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる３種類以上の元素を含むペロブスカイト型金属酸化物を有する。そして、単結晶または１軸配向結晶である。この圧電体の薄膜をスパッタ法により基板上に成膜する。具体的には、最終的に得られる圧電体が目的の組成となるような原料焼結体を用いて、薄膜形成手段であるRFマグネトロンスパッタ法により基板上に成膜することが好ましい。この製法は、下記のステップを有する。
（ステップ１）得られる圧電体とPb以外の金属原子数比が同じバルク状の圧電体のキュリー温度をTc_bulkとした際に、前記基板上に成膜された膜を、成膜温度からTc_bulk+１００℃程度の所定の温度まで降温させる。Ｔｃ_bulk+１００℃程度とは、Ｔｃ_bulk+（８０℃〜１２０℃）の範囲であれば良い。この温度領域においては、圧電体薄膜材料原子の再配列が可能であり成膜中の膜厚方向の組成分布も排除できる領域である。つまり、RFマグネトロンスパッタ電力電源を停止して基板温度を所定の温度まで降温させる。
（ステップ２）前記膜を、前記所定の温度で定温状態を保つ。この時間は1分以上であることが好ましい。
（ステップ３）前記膜を、５０℃以下の温度まで降温させる。ここでの、降温時の冷却速度が30℃/min以上であることが好ましい。

具体的な方法については後述する実施例で詳細に説明する。

［液体吐出ヘッド］
本発明の液体吐出ヘッドは、吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子を有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドである。より具体的な構成としては、吐出口と、吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子と、前記個別液室と前記圧電体素子との間に設けられた振動板と、を有している。そして、前記振動板により生じる前記個別液室内の体積変化によって前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体素子として前記の圧電体素子を用いたものである。本発明の圧電体素子を適用した液体吐出ヘッドの概略を、図３を用いて説明する。図３は、液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの構造の一例を示す概略図である。３０１は吐出口、３０２は個別液室、３０３は個別液室３０２と吐出口３０１をつなぐ連通孔、３０４は共通液室、３０６は個別液室３０２と共通液室３０４とのインク流を制限する絞り部である。また、３０５は振動板、３０７は下部電極、３０８は薄膜圧電体、３０９は上部電極である。これらの形状は本図面によって特に限定されるものではなく、本発明の圧電体素子をインクジェットヘッドに適用した場合の一例である。なお、この例における圧電体素子は、薄膜圧電体３０８が下部電極３０７及び上部電極３０９で挟まれた部分である。

本発明の薄膜圧電体３０８に係わる部分について、更に詳細に図４を用い説明する。図４は、図３の圧電体３０８の幅方向での断面図である。３０８は、薄膜圧電体であり、３０５は振動板、３０７は下部電極、３０９は上部電極である。振動板３０５と下部電極３０７との間に、例えば結晶性を制御するバッファ層などの機能を持った中間層３１０を有していてもよく、中間層３１０は複数の層構造を有していてもかまわない。また下部電極３０７、上部電極３０９においても密着性改善のための層などの機能を持った複数の層構造を有していてもかまわない。薄膜圧電体３０８の断面形状は矩形で表示されているが、形状についてもこれに限定されるものではない。

下部電極３０７は薄膜圧電体３０８が存在しない部分まで引き出されており、上部電極３０９は、下部電極３０７と反対側（不図示）に引き出され駆動電源に繋がれる。図３及び図４では下部電極はパターニングされた状態を示しているが、圧電膜がない部分にも存在するものであっても良い。

インクジェットヘッドの振動板３０５の厚みは1.0〜10μｍが好ましく、より好ましくは1.0〜6.0μｍである。この厚みには、上記バッファ層（中間層）３１０がある場合は、バッファ層の厚みも含まれるものとする。下部電極３０７、上部電極３０９の膜厚は0.05〜0.4μｍが好ましく、より好ましくは0.08〜0.2μｍである。

図５は、インクジェットヘッドの１ユニットの構造を示す図である。個別液室３０２の幅Ｗａは、30〜180μｍが好ましい。個別液室３０２の長さＷｂは、吐出液滴量にもよるが、0.3〜6.0ｍｍが好ましい。吐出口３０１の形は、円形あるいは星型が好ましく、径は、7〜30μｍが好ましい。連通孔３０３方向に拡大されたテーパー形状を有するのが、好ましい。連通孔３０３の長さは、0.05ｍｍから0.5ｍｍが好ましい。これを超える長さであると、液滴の吐出スピードが小さくなる恐れがある。また、これ未満であると各吐出口から吐出される液滴の吐出スピードのばらつきが大きくなる恐れがある。

（振動板材料）
振動板３０５として用いられる主な材料は、ScおよびYを含む希土類元素でドープされたZrO₂、BaTiO₃、MgO、SrTiO₃、MgAl₂O₄等の酸化物及び/あるいはSiを用いることができる。SiはB元素等のドーパント元素を含んでいても良い。これらの材料を主成分とする振動板３０５は、ある特定制御された結晶構造を有し、好ましくは（１００）、（１１０）あるいは（１１１）の結晶構造が８０％以上の強度で配向している場合が良く、好ましくは９９％以上から１００％である。ここで、「９９％」とは、XRD強度で１％主たる配向と異なる配向が存在する事を意味する。

（電極材料）
電極材料としては、前記圧電体素子の電極と同様のものを用いることができる。

特に、バッファ層上に設けられる下部電極３０７としては、次のものが例示される。10%Y₂O₃-ZrO₂（111）上には、Pt(100)、Ir(100)、SrRuO₃(100)、Sr₀.₉₆La_0.04TiO₃（100）、Sr₀.₉₇Nb₀.₀₃TiO₃（100）、BaPbO₃(100)等が挙げられる。SrTiO₃(100)上には、Pt(100)、Ir(100)、SrRuO₃(100)、Sr₀.₉₇La_0.03TiO₃（100）、Sr₀.₉₇Nb₀.₀₃TiO₃（100）、BaPbO₃(100)等の（100）膜が挙げられる。BaTiO₃（001）およびMgAl₂O₄(100)上には（100）膜が挙げられる。

振動板３０５上にバッファ層なしで設けられる下部電極３０７としては、例えばSrRuO₃（100）/SrTiO₃(100)、Pt(100)/MgO（100）、Ir(100)/MgO(100)、Ru(100)/MgO(100)等が挙げられる。

（バッファ層材料）
バッファ層の材料としては、格子定数が基板の格子定数と８％以下の違いの範囲で合致する材料が好ましい。また、バッファ層としては、スパッタ法、MO-CVD法、レーザーアブレーション法で成膜できる酸化物が好ましく、立方晶あるいは擬似立法晶で格子定数が3.6Åから6.0Åの結晶構造を有するものが好ましい。

具体的な構成としては、例えば、10%Y₂O₃-ZrO₂（100）/Si（100）、10%Y₂O₃-ZrO₂（111）/Si（111）、SrTiO₃（100）/MgO(100)、MgAl₂O₄(100)/MgO(100)、BaTiO₃(001)/MgO(100)等が挙げられる。ここで、10%Y₂O₃-ZrO₂の格子定数は5.16Å、SrTiO₃は3.91Å、MgOは4.21Å、MgAl₂O₄は4.04Å、BaTiO₃は3.99Å、Siは5.43Åである。格子定数の整合性を算出すると、例えば、10%Y₂O₃-ZrO₂（111）/Si（111）を例に採ると次のようになる。10%Y₂O₃-ZrO₂（111）は5.16×√２＝7.30Å、Si（111）は5.43×√２＝7.68Åで、整合性の違いは4.9％となり、良好であることが判る。

本発明は、上記いずれの構成を採っても良い。

［液体吐出装置］
本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置について、インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置を例に挙げて説明する。

図１に本発明の圧電体素子を好適に適用できるインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の概略図を示す。また、図１のインクジェット記録装置の外装をはずした動作機構部概略図を図２に示す。

記録媒体としての記録紙を装置本体内へ自動給送する自動給送部１０１と、自動給送部１０１から送出される記録紙を所定の記録位置へと導くとともに、記録位置から排出口１０２へと記録紙を導く搬送部１０３とを有する。さらに、記録位置に搬送された記録紙に記録を行う記録部と、記録部に対する回復処理を行う回復部１０４とから構成されている。本発明のインクジェットヘッドは、キャリッジ１０５に配置され使用される。

本実施例においては、プリンターとしての例を示したが、本発明は、Faxや複合機、複写機あるいは、産業用吐出装置に使用されても良い。以下の実施例において、組成は原子数比を表す。

[実施例１]
図６は、薄膜圧電体を基板上に成膜したものの構成断面図である。

６００が薄膜圧電体を成膜する基板である。６０１はＳｉ（100）基板（ｔ＝２００μｍ）であり、その上に安定化ジルコニア（ＹＳＺ）をAr／O₂雰囲気中、基板温度８００℃で反応性スパッタ成膜を行い、3μｍの（100）ＹＳＺエピタキシャル膜の振動板６０２を成膜した。次に下部電極６０３として、ルテニウム酸ストロンチウム（SrRuO₃（＝ＳＲＯ））をAr／O₂雰囲気中、基板温度６００℃で反応性スパッタ成膜を行い、３００nmの（001）ＳＲＯエピタキシャル膜の下部電極６０３を成膜した。そうすることで、薄膜圧電体をエピタキシャル成長可能な基板６００を用意した。

次に、薄膜圧電体６０４の成膜方法について説明する。

図７は、薄膜圧電体６０４を上記基板上に成膜するためのＲＦマグネトロンスパッタ装置概略図である。７０１は成膜チャンバー、７０２は原料ターゲット、７０３は加熱機構であり、成膜時に基板６００を加熱し基板温度を平衡状態に保つことが出来る構成となっている。

本実施例１において、原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｍｇ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／２３.３／４６.７／３０の焼結体を用意した。原料ターゲット７０２は、目的の膜組成に対して、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉはほぼ同組成で成膜できるが、Ｐｂについては、成膜中に他の金属元素に対して、入りづらいので、所望の膜組成に対して過剰な量のものを用いている。

基板ホルダ７０４に、振動板６０２、下部電極６０３を成膜した基板６００を固定し、薄膜圧電体６０４のスパッタ成膜をおこない、２.５μｍの薄膜圧電体を得た。

成膜時の基板温度は６００℃であり、成膜終了後、まずパージ用ガス流入口７０５より、Ｎ₂を流入させると同時に、基板温度が３８０℃となるように加熱機構７０３の出力を落とし、３８０℃平衡状態を２分間保持した。このとき、基板温度が６００℃から３８０℃になるまでにかかった時間は、１分程度であった。

成膜時の基板温度の決定は、圧電体薄膜がエピタキシャル膜または1軸配向膜に成膜可能かどうかの判断で、その必要最低温度が決定できる。圧電体薄膜においては、一般に４００℃以上で可能となっている場合が多い。この温度以上では、基板上に配置された原子が基板上に付着した位置から、近傍の最も安定の位置に再配列しうるために必要な熱エネルギーを持ち得るためと考えられる。

また、最高温度については、必要最低温度を大きく超えた範囲では、他の構成原子に比べて飽和蒸気圧の低いPbが成膜中に再蒸発するおそれがあり、そのことは成膜中の膜のＰｂ量を減少させてしまうこととなる。そのため成膜可能な最高温度は、成膜した膜の構造評価、Ｐｂ量を確認することで、決定することができる。

また、成膜終了後、降温時に基板温度を一時保持する温度としては、Ｔｃ_bulk+１００℃程度であることが好ましい。Ｔｃ_bulk+１００℃程度とは、Ｔｃ_bulk+（８０℃〜１２０℃）の範囲であれば良い。この温度領域においては、圧電体薄膜材料原子の再配列が可能であり成膜中の膜厚方向の組成分布も排除できる領域である。

一方、降温時に基板温度を一時保持する温度の最高値については、本発明の圧電体薄膜材料原子の中で、Ｐｂ原子が成膜された膜中より抜けてしまう可能性がある。成膜を終了した状態では、新たに原料Ｐｂ原子を基板上に供給されなくなるので、その最高温度は、成膜中最高温度より低くなる。この基板温度を一時保持する温度についても、成膜されたＰｂ量を確認することで、最高温度を決めることができる。

また、降温時に基板温度を一時保持する時間としては、目的の再配置に必要な拡散現象が可能となる時間が必要だが、これは保持温度との組み合わせの中で最短時間を決定できる。また成膜後Ｐｂなどの原子が膜外に拡散しにくい温度範囲では、長時間保持してもかまわない。成膜完了までのスループットを考慮して適宜決めることができる。

次に、加熱機構７０３の出力を０にし、パージ用ガス流入口７０５より流入させるＮ₂の流量を増やし、基板温度を５０℃以下まで下げる。本実施例においては略室温（２７℃）まで降温させた。このとき降温にかかった時間は5分であった。なお、７０６はパージ用ガス排出口である。

６００℃から３８０℃まで降温させた時間は、本発明の薄膜圧電体の製造方法におけるステップ１にかかった時間に相当する。３８０℃で２分間の平衡時間がステップ２にかかった時間に相当する。３８０℃から室温２７℃までの降温させた時間がステップ３にかかった時間に相当する。このときステップ３の降温レートは７０.６℃／minである。

ステップ３の降温レートは、基板拘束の状態を積極的に制御するためになるべく、レートを大きくすることが好ましい。この急冷を施すことにより成膜された圧電体の誘電特性を制御できる、大きな因子と考えている。

上記の通り成膜した薄膜圧電体６０４についてＸ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｍｇ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２３.３／４６.７／３０であった。

次に、薄膜圧電体６０４を成膜した基板６００を用いて、インクジェットヘッドを作製するプロセスについて図８を用いて説明する。

基板６００上に成膜されている薄膜圧電体６０４の上に、インクジェットヘッドの各個別液室に対応する0.15ｍｍ×5ｍｍにパターニングされた上部電極６０５として、Ａｕを２００nmの厚みでＤＣスパッタ法により成膜した（図８（ａ））。

次に、パターニングされた上部電極６０５をマスクとして、ドライエッチングプロセスにより、薄膜圧電体６０４を除去した（図８（ｂ））。

次に、ドライエッチングプロセスにより、Ｓｉ基板６０１を２段階エッチングし個別液室８０１、絞り部８０２、共通液室８０３を成型した（図８（ｃ））。

次に、３０μｍφの吐出口８０４を持つノズルプレート８０５を有機接着剤を用いてＳｉ基板６０１と張り合わせ、インクジェットヘッドを作製した（図８（ｄ））。

薄膜圧電体６０４の物性評価、それを用いたインクジェットヘッドの性能評価方法について説明する。

前記、基板６００上に成膜した薄膜圧電体６０４を用意し、０.５ｍｍφのＡｕ電極を厚さ２００ｎｍでＤＣスパッタを用いて成膜し、比誘電率測定用圧電体素子として用意した。ＳＲＯ下部電極６０３を表面に露出させた部分と０.５ｍｍφのＡｕ電極間で薄膜圧電体６０４の比誘電率を、加熱プローバを用い、室温２５℃から６０５℃まで昇温しながら１０℃毎に測定し、その変化からＴｃを求めた。

比誘電率の測定は、インピーダンスアナライザを使用して、インピーダンス測定を行い、キャパシタ−抵抗の並列等価回路として求めた静電容量から計算した値を採用した。

インクジェットヘッドの性能評価は、使用環境温度を２５℃と４０℃とに設定し、その環境下で１０ｋＨｚ駆動時の吐出インク液量を計測し、その使用環境温度による変化量を評価した。

以上の評価結果を表１に示す。

表中、２５℃と４０℃との吐出量の差が０．７％以下のものを◎、０．７％を超え１．２％以下のものを○、１．２％を超えるものを×とした。

[実施例２]
薄膜圧電体６０４を成膜後の、降温を６００℃から〜２５℃になるまで連続的に１０分間で行ったこと以外は、実施例１と同様に、比誘電率測定用圧電体素子、インクジェットヘッドを作製し性能評価を行った。その結果を表１に示す。

なお、成膜した薄膜圧電体６０４は、単結晶であることを、Ｘ線構造解析で確認し、ＩＣＰ発光分析による組成分析の結果は、Ｐｂ／Ｍｇ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２３.３／４６.７／３０となった。

[実施例３]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｚｎ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／３０.３／６０.７／９の焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を４００℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｚｎ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１０８／３０.３／６０.７／９であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例４]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｎｉ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／２０／４０／４０の焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を３００℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｎｉ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２０／４０／４０であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例５]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｓｃ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／２７.５／２７.５／４５焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を３５０℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｓｃ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１５／２７.５／２７.５／４５であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例６]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｓｃ／Ｔａ／Ｔｉ＝１２０／２７.５／２７.５／４５の焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を３５０℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｓｃ／Ｔａ／Ｔｉ＝１１５／２７.５／２７.５／４５であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例７]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｙｂ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／２５／２５／５０の焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を４５０℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｙｂ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２５／２５／５０であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例８]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｉｎ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／３３／３３／３４の焼結体を用意し、薄膜圧電体６０４の成膜後の降温時の温度を平衡状態に保つ温度を３５０℃（ステップ２）とした。その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｉｎ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１０５／３３／３３／３４であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[実施例９]
圧電体成膜用の基板として、熱酸化膜のＳｉＯ₂層が１００ｎｍ厚で形成されているＳｉ（１００）基板を用意する。その上にスパッタ法によりＴｉを４ｎmの厚みで成膜した後、下電極層として、基板温度を３００℃にしてスパッタ法によりＰｔを２００ｎｍの厚みで成膜した。このときＰｔは、（１００）１軸配向膜であった。そうすることで、薄膜圧電体を１軸配向結晶膜の状態で作製可能な基板６００を用意した。

その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、１軸配向結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｍｇ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２３.３／４６.７／３０であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

[比較例１]
バルク状（10ｍｍ×10ｍｍ×0.5ｍｍ）のＰＭＮ−ＰＴを用意し、実施例１と同様にして比誘電率の温度変化を測定し、Ｔｃを求めた。結果を表１に示す。なお、バルク状のＰＭＮ−ＰＴではインクジェットヘッドを作製することは困難であったので、インクジェットヘッドとしての評価はできなかった。

[比較例２]
原料ターゲット７０２として、組成比がＰｂ／Ｎｉ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１２０／２０／４０／４０の焼結体を用意した。薄膜圧電体６０４の成膜後において、スパッタ成膜用のガスの供給を止め、真空状態を保ったまま基板加熱を止め、薄膜圧電体を成膜した基板を自然冷却した。

その他は、実施例１と同様にして、薄膜圧電体６０４を得た。

上記、Ｘ線構造解析を行ったところ、薄膜圧電体６０４は、エピタキシャル成長した膜であり、単結晶であることが確認された。

また、ＩＣＰ発光分析により、組成分析をおこなったところ、薄膜圧電体６０４の組成は、Ｐｂ／Ｎｉ／Ｎｂ／Ｔｉ＝１１０／２０／４０／４０であった。

さらに、実施例１と同様に、インクジェットヘッドを作製し、性能評価を行った。その結果を、表１に示す。

［本実施例と比較例の物性値及び評価］
下記の表１には、上述の各実施例および比較例の圧電体の物性値と、該圧電体を用いたヘッドの評価を示す。

図１０に、本実施例の圧電体及び従来のバルク状の圧電体との比誘電率の温度依存性を示す。グラフの横軸は温度で、縦軸は対数で比誘電率を示す。Aは実施例１の薄膜圧電体PMNTの測定値、Bは実施例３の薄膜圧電体PZNTの測定値、Cは比較例１に示したバルク状の圧電体PMNTの測定値を示す。

図１０のグラフに示すように、本実施例の薄膜圧電体における比誘電率の温度依存性は、既知のバルク状の圧電体と比較して明らかに抑えられている。この結果、温度変化に対して安定的な性能を有し、様々な環境下で使用された場合においても信頼性の高い圧電素子を得ることができる。

本発明の圧電体素子を好適に適用できるインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の概略図である。 図１のインクジェット記録装置の外装をはずした状態の動作機構部概略図である。 インクジェットヘッドの構造の一例を示す概略図である。 図３の薄膜圧電体を含む部分の幅方向での断面図である。 インクジェットヘッドの１ユニットの構造を示す図である。 薄膜圧電体を基板上に成膜したものの構成断面図である。 ＲＦマグネトロンスパッタ装置概略図である。 インクジェットヘッドを作製するプロセスを説明する図であり、各図は次の状態を示す。（ａ）は圧電体上に上部電極を形成した状態。（ｂ）はドライエッチングプロセスにより薄膜圧電体を除去した状態。（ｃ）はドライエッチングプロセスによりＳｉ基板を２段階エッチングした状態。（ｄ）はノズルプレートをＳｉ基板と張り合わせてインクジェットヘッドとなった状態。 Ｘ線回折により得られるパターンを説明する図であり、（Ａ）は＜１００＞１軸配向結晶の場合のパターン、（Ｂ）は＜１００＞単結晶の場合のパターン、を示す。 本実施例とバルク状圧電体の比誘電率の温度依存性を示すグラフである。

符号の説明

１０５ キャリッジ
３０１、８０４ 吐出口
３０２、８０１ 個別液室
３０３ 連通孔
３０４、８０３ 共通液室
３０５、６０２ 振動板
３０７、６０３ 下部電極
３０８、６０４ 薄膜圧電体
３０９、６０５ 上部電極
３１０ 中間層
６００ 基板
６０１ Ｓｉ基板
８０５ ノズルプレート

Claims (15)

1. 単結晶または１軸配向結晶の圧電体であって、
   前記圧電体が、一般式ABO₃で記述され、Aサイトの主成分がPbであり、Bサイトの主成分がMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる少なくとも３種類の元素を含むペロブスカイト型酸化物を有し、
   前記圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RT、並びに２００℃以下、１ｋＨｚにおける比誘電率の最大値をε_MAX、及び該比誘電率の最大値を示す温度をｔ_MAXとしたとき、
   １０＞（ε_MAX−ε_RT）/(t_MAX−２５)＞０.１
   を満たすことを特徴とする圧電体。
2. 前記圧電体の膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１に記載の圧電体。
3. 前記圧電体のキュリー温度をTｃ_thin、前記圧電体とPb以外の金属原子数比が同じバルク状圧電体のキュリー温度をTｃ_bulk、としたとき、
   Tｃ_thin＞Tｃ_bulk+５０
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電体。
4. 単結晶または１軸配向結晶の圧電体であって、
   前記圧電体が、一般式ABO₃で記述され、Aサイトの主成分がPbであり、Bサイトの主成分がMg、Zn、Sc、In、Yb、Ni、Nb、Ti、及びTaの中から選ばれる少なくとも３種類の元素を含むペロブスカイト型酸化物を有し、
   前記圧電体の膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
   前記圧電体のキュリー温度をTｃ_thin、前記圧電体とPb以外の金属原子数比が同じバルク状圧電体のキュリー温度をTｃ_bulk、としたとき、
   Tｃ_thin＞Tｃ_bulk+５０
   を満たすことを特徴とする圧電体。
5. 前記圧電体の、２５℃、１ｋＨｚにおける比誘電率をε_RTとしたとき、
   ε_RT＜１２００
   を満たすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電体。
6. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Mg_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.3, 0.3<n<0.5, 0.2<o<0.4, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Yb, Ni, Ta, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
7. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Zn_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.2<m<0.4, 0.5<n<0.7, 0.05<o<0.2, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びInのいずれかの元素を含むこと特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
8. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Ni_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.3, 0.3<n<0.5, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Yb, Mg, Ta, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
9. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Sc_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Ta, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
10. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Sc_m,Ta_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.3<o<0.5, 0≦p<0.3を全て満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi, 及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Nb, In, Yb, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
11. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(Yb_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.1<m<0.4, 0.1<n<0.4, 0.4<o<0.6, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi,及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, In, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
12. 前記ペロブスカイト型酸化物ABO₃が（Pb_k,α_l）_x(In_m,Nb_n,Ti_o,β_p)_yO₃で表すことができ、1≦x/y<1.5, k+l=1, 0.7≦k≦1, 0≦l≦0.3, m+n+o+p=1, 0.2<m<0.4, 0.2<n<0.4, 0.2<o<0.5, 0≦p<0.3を満たし、且つαがLa, Ca, Ba, Sr, Bi,及びSbのいずれかの元素を含み、βがPb, Sc, Yb, Ta, Mg, Ni, Co, W, Fe, Sn, 及びZnのいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電体。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の圧電体と、該圧電体に接する一対の電極と、を有することを特徴とする圧電体素子。
14. 吐出口に連通する個別液室と、該個別液室に対応して設けられた圧電体素子を有し、前記個別液室内の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体素子として請求項１３に記載の圧電体素子を用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。
15. 請求項１４に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。

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