JP2019106477A - 圧電素子および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる圧電素子を提供する。【解決手段】第１電極と、前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、を含み、前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で２分割した場合に、前記第１電極側の第１部分と、前記第２電極側の第２部分と、を有し、前記第１部分の前記特定元素の原子濃度と、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度とは、異なる、圧電素子。【選択図】図１
Description
本発明は、圧電素子および液体吐出ヘッドに関する。
圧電素子は、一般に、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する２つの電極と、を有している。このような圧電素子は、例えば、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体吐出ヘッドに搭載される。
例えば特許文献１には、電極上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、ビスマス、および鉄を含む酸化物からなる圧電体層を設けることにより、リーク電流を抑制し、絶縁性を向上させることができると、記載されている。
上記のように、カリウム、ナトリウム、ニオブを有するＫＮＮ系の圧電材料では、リーク電流を抑制することが求められている。さらに、ＫＮＮ系の圧電材料は、例えば、効率よく振動板を変位させるために、良好な圧電特性を有することが求められている。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる圧電素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を含む液体吐出ヘッドを提供することにある。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することができる。
本発明に係る圧電素子の一態様は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で２分割した場合に、前記第１電極側の第１部分と、前記第２電極側の第２部分と、を有し、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度と、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度とは、異なる。
第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で２分割した場合に、前記第１電極側の第１部分と、前記第２電極側の第２部分と、を有し、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度と、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度とは、異なる。
このような圧電素子では、第１部分および第２部分のうち特定元素の原子濃度が大きい部分で、リーク電流を抑制することができ、第１部分および第２部分のうち特定元素の原子濃度が小さい部分で良好な圧電特性を有することができる。したがって、このような圧電素子では、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。
なお、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」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成す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。
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、前記圧電体層の変形によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きくてもよい。
前記第１電極は、前記圧電体層の変形によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きくてもよい。
このような圧電素子では、特定元素の原子濃度が大きい第１部分は、特定元素の原子濃度が小さい第２部分に比べて、第１電極を構成する導電材料に対して、高いバリア性を有するため、第１電極が圧電体層に拡散することを抑制することができる。
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、前記圧電体層の変形によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第２部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第１部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きくてもよい。
前記第１電極は、前記圧電体層の変形によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第２部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第１部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きくてもよい。
このような圧電素子では、例えば振動板側に圧電特性の良好な第１部分を設けることができるため、良好な圧電特性を有する第１部分の変形を、振動板に伝え易く、効率よく振動板を変位させることができる。
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１部分の前記鉄の原子濃度は、前記第２部分の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１部分の前記鉄の原子濃度は、前記第２部分の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
このような圧電素子では、第１部分によってリーク電流を抑制することができ、第２部分によって良好な圧電特性を確保することができる。
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第２部分の前記鉄の原子濃度は、前記第１部分の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第２部分の前記鉄の原子濃度は、前記第１部分の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
このような圧電素子では、第１部分によって良好な圧電特性を有することができ、第２部分によってリーク電流を抑制することができる。
本発明に係る圧電素子の一態様は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、複数の第１層と、複数の第２層と、を有し、
前記第１層および前記第２層は、交互に積層され、
前記第１層の前記特定元素の原子濃度と、前記第２層の前記特定元素の原子濃度とは、異なる。
第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、複数の第１層と、複数の第２層と、を有し、
前記第１層および前記第２層は、交互に積層され、
前記第１層の前記特定元素の原子濃度と、前記第２層の前記特定元素の原子濃度とは、異なる。
このような圧電素子では、例えば、１つの第１層のリーク電流を抑制する機能、および１つの第２層の圧電特性を確保する機能が損なわれたとしても、他の第１層および他の第２層によって、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。
本発明に係る圧電素子において、
前記第１層の前記特定元素の原子濃度は、前記第２層の前記特定元素の原子濃度よりも大きく、
前記圧電体層の最も前記第１電極側には、前記第１層が設けられていてもよい。
前記第１層の前記特定元素の原子濃度は、前記第２層の前記特定元素の原子濃度よりも大きく、
前記圧電体層の最も前記第１電極側には、前記第１層が設けられていてもよい。
このような圧電素子では、特定元素の原子濃度が大きい第１層は、特定元素の原子濃度が小さい第２層に比べて、第１電極を構成する導電材料に対して、高いバリア性を有するため、第１電極が圧電体層に拡散することを抑制することができる。
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１層の前記鉄の原子濃度は、前記第２層の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１層の前記鉄の原子濃度は、前記第２層の前記鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。
このような圧電素子では、第１層によってリーク電流を抑制することができ、第２層によって良好な圧電特性を確保することができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、
本発明に係る圧電素子を含む。
本発明に係る圧電素子を含む。
このような圧電素子では、本発明に係る圧電素子を含むため、例えば振動板を効率よく変位させることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 圧電素子
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
圧電素子１００は、図１に示すように、第１電極１０と、圧電体層２０と、第２電極３０と、を含む。圧電素子１００は、例えば、基体２上に形成されている。
基体２は、例えば、半導体、絶縁体などで形成された平板である。基体２は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基体２は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。
基体２は、図１に示すように、可撓性を有し、圧電体層２０の動作によって変形（変位）することのできる振動板２３０であってもよい。振動板２３０は、例えば、酸化シリコン層、酸化ジルコニウム層、またはこれらの積層体（例えば、酸化シリコン層上に酸化ジルコニウム層が設けられた積層体）などである。
第１電極１０は、基体２の上方に設けられている。図示の例では、第１電極１０は、振動板２３０上に設けられている。第１電極１０の形状は、例えば、層状である。第１電極１０の膜厚（厚さ）は、例えば、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第１電極１０の材質は、例えば、イリジウム層や白金層などの金属層、それらの導電性酸化物層（例えば酸化イリジウム層）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）層などである。第１電極１０は、上記に例示した層を複数積層した構造を有していてもよい。
第１電極１０は、圧電体層２０に電圧を印加するための一方の電極である。第１電極１０は、圧電体層２０の下に設けられた下部電極である。
なお、図示はしないが、第１電極１０と基体２との間には、両者の密着性を向上させる密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、チタン層、酸化チタン層、ジルコニウム層、酸化ジルコニウム層などである。
圧電体層２０は、第１電極１０の上方に設けられている。図示の例では、圧電体層２０は、第１電極１０上に設けられている。さらに、圧電体層２０は、基体２上に設けられている。圧電体層２０の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上３μｍ以下である。圧電体層２０は、第１電極１０と第２電極３０との間に電圧が印加されることにより、変形することができる。
圧電体層２０は、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、およびニオブ（Ｎｂ）を含み、ペロブスカイト型構造を有している。さらに、圧電体層２０は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）から選択される１種以上の特定元素（以下、単に「特定元素」ともいう）を含む。すなわち、圧電体層２０は、ＴｉおよびＺｒの一方を含んでいてもよいし、ＴｉおよびＺｒの両方を含んでいてもよい。さらに、圧電体層２０は、鉄（Ｆｅ）を含んでいてもよい。
圧電体層２０は、第１層２１と、第２層２２と、を有している。第１層２１は、例えば、第１電極１０上に設けられている。第１層２１の膜厚は、例えば、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第２層２２は、例えば、第１層２１上に設けられている。図示の例では、第２層２２は、第１電極１０および第１層２１を覆い、基体２上に設けられている。
第１層２１の特定元素の原子濃度と、第２層２２の特定元素の原子濃度とは、異なる。すなわち、第１層２１のチタンの原子濃度と、第２層２２のチタンの原子濃度とは、異なり、第１層２１のジルコニウムの原子濃度と、第２層２２のジルコニウムの原子濃度とは
、異なる。「特定元素の原子濃度」とは、ある体積に含まれる特定元素の原子の数を、ある体積に含まれる原子の総数で除したものであり、百分率としてａｔｍ％で表記される。
、異なる。「特定元素の原子濃度」とは、ある体積に含まれる特定元素の原子の数を、ある体積に含まれる原子の総数で除したものであり、百分率としてａｔｍ％で表記される。
第１層２１の特定元素の原子濃度は、例えば、第２層２２の特定元素の原子濃度よりも大きい。すなわち、第１層２１のチタンの原子濃度は、例えば、第２層２２のチタンの原子濃度よりも大きく、第１層２１のジルコニウムの原子濃度は、例えば、第２層２２のジルコニウムの原子濃度よりも大きい。
第１層２１は、特定元素を含み、第２層２２は、特定元素を含まなくてもよい。第１層２１は、ＴｉおよびＺｒが添加されたニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）層であってもよく、第２層２２は、ＴｉおよびＺｒが添加されていないＫＮＮ層であってもよい。
第１層２１の特定元素の原子濃度が第２層２２の特定元素の原子濃度よりも大きい場合、第１層２１のＦｅの原子濃度は、第２層２２のＦｅの原子濃度よりも大きい。第１層２１は、Ｆｅを含み、第２層２２は、Ｆｅを含まなくてもよい。第１層２１は、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＦｅが添加されたＫＮＮ層であってもよく、第２層２２は、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＦｅが添加されていないＫＮＮ層であってもよい。
第１層２１がＴｉを含む場合、Ｔｉは、ＫＮＮ層のＢサイトに含まれていてもよい。Ｔｉの原子濃度は、Ｎｂのモル数に対して、例えば、２０モル％以下、好ましくは１５モル％以下、より好ましくは１０％以下である。第１層２１がＺｒを含む場合、Ｚｒは、ＫＮＮ層のＢサイトに含まれていてもよい。Ｚｒの原子濃度は、Ｎｂのモル数に対して、例えば、２０モル％以下、好ましくは１５モル％以下、より好ましくは１０％以下である。 第１層２１がＦｅを含む場合、Ｆｅは、ＫＮＮ層のＢサイトに含まれていてもよい。Ｆｅの原子濃度は、Ｎｂのモル数に対して、例えば、２０モル％以下、好ましくは１５モル％以下、より好ましくは１０％以下である。
なお、第１層２１には、カルシウム（Ｃａ）が添加されていてもよい。第１層２１にＣａが添加されることにより、第１層２１上に設けられる第２層２２の配向を制御することができる。
圧電体層２０は、第１電極１０と第２電極３０との間に位置する部分（第１電極１０および第２電極３０に挟持されている電極被挟持部）２３を有している。圧電体層２０は、圧電体層２０を膜厚方向の中心で２分割した場合に、第１電極１０側の第１部分２４と、第２電極３０側の第２部分２５と、を有している。圧電体層２０の膜厚方向は、例えば、基体２の上面の垂線方向である。
ここで、「圧電体層２０を膜厚方向の中心で２分割した場合」とは、圧電体層２０の電極被挟持部２３において、膜厚方向の中心で２分割した場合という意味であり、第１部分２４および第２部分２５は、電極被挟持部２３に含まれている。また、「圧電体層２０を膜厚方向の中心で２分割した場合」とは、例えば、電極被挟持部２３において、第１電極１０までの距離と第２電極３０までの距離とが等しい仮想面によって圧電体層２０を２分割した場合という意味である。
図示の例では、電極被挟持部２３は、仮想平面Ｐの下側に第１部分２４を有し、仮想平面Ｐの上側に第２部分２５を有している。仮想平面Ｐは、電極被挟持部２３の中心Ｃを通り、圧電体層２０の膜厚方向と直交する（膜厚方向に伸びる垂線を有する）平面である。図示の例では、電極被挟持部２３の形状は、長方形である。
第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度とは、異な
る。すなわち、第１部分２４のチタンの原子濃度と、第２部分２５のチタンの原子濃度とは、異なり、第１部分２４のジルコニウムの原子濃度と、第２部分２５のジルコニウムの原子濃度とは、異なる。第１部分２４に含まれる特定元素の原子の数（Ｍ１）を第１部分２４に含まれる原子の総数（Ｎ１）で割った値（Ｍ１／Ｎ１）と、第２部分２５に含まれる特定元素の原子の数（Ｍ２）を第２部分２５に含まれる原子の総数（Ｎ２）で割った値（Ｍ２／Ｎ２）とは、異なる。
る。すなわち、第１部分２４のチタンの原子濃度と、第２部分２５のチタンの原子濃度とは、異なり、第１部分２４のジルコニウムの原子濃度と、第２部分２５のジルコニウムの原子濃度とは、異なる。第１部分２４に含まれる特定元素の原子の数（Ｍ１）を第１部分２４に含まれる原子の総数（Ｎ１）で割った値（Ｍ１／Ｎ１）と、第２部分２５に含まれる特定元素の原子の数（Ｍ２）を第２部分２５に含まれる原子の総数（Ｎ２）で割った値（Ｍ２／Ｎ２）とは、異なる。
図示の例では、第１部分２４は、第１層２１および第２層２２を有し、第２部分２５は、第１層２１を有さずに第２層２２を有している。第１層２１の特定元素の原子濃度は、第２層２２の特定元素の原子濃度よりも大きい。そのため、第１部分２４の特定元素の原子濃度は、第２部分２５の特定元素の原子濃度よりも大きい。すなわち、第１部分２４のチタンの原子濃度は、第２部分２５のチタンの原子濃度よりも大きく、第１部分２４のジルコニウムの原子濃度は、第２部分２５のジルコニウムの原子濃度よりも大きい。例えば、値（Ｍ１／Ｎ１）は、値（Ｍ２／Ｎ２）よりも大きい。
第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度と、の大小関係は、例えば、圧電体層２０の膜厚方向において、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行うことにより把握することができる。
例えば、ＳＩＭＳにより、横軸を圧電体層の上面から膜厚方向における距離、縦軸を二次イオンによる信号強度としたグラフを取得し、第１部分２４に対応する範囲での特定元素に由来する信号強度の積分値と、第２部分２５に対応する範囲での特定元素に由来する信号強度の積分値と、を取得する。例えば、ＳＩＭＳにおいて圧電体層の表面に照射する一次イオンの照射領域の径を１０μｍ以上２５０μｍ以下として、第１部分２４に対応する範囲での特定元素に由来する信号強度の積分値と、第２部分２５に対応する範囲での特定元素に由来する信号強度の積分値と、を取得した場合は、当該積分値の大小関係を、第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度と、の大小関係とみなすことができる。以上により、第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度と、の大小関係を把握することができる。例えば、第１部分２４に対応する範囲に、特定元素に由来する信号強度の極大値が位置していてもよい。
なお、第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度と、の大小関係を把握することができれば、ＳＩＭＳ以外の方法によって、圧電体層２０を分析してもよい。
また、第１層２１の特定元素の原子濃度と、第２層２２の特定元素の原子濃度と、の大小関係についても、第１部分２４および第２部分２５と同様に、例えばＳＩＭＳによって把握することができる。
第１部分２４の特定元素の原子濃度が第２部分２５の特定元素の原子濃度よりも大きい場合、第１部分２４のＦｅの原子濃度は、第２部分２５のＦｅの原子濃度よりも大きい。第１部分２４のＦｅの原子濃度と、第２部分２５のＦｅの原子濃度と、の大小関係は、特定元素と同様に、例えばＳＩＭＳによって把握することができる。
第２電極３０は、圧電体層２０の上方に設けられている。図示の例では、第２電極３０は、圧電体層２０上に設けられている。さらに、第２電極３０は、圧電体層２０の側面、および基体２上に設けられている。第２電極３０が圧電体層２０の側面に設けられていることにより、圧電体層２０の側面から水分が圧電体層２０に浸入することを抑制することができる。
第２電極３０の形状は、例えば、層状である。第２電極３０の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極３０は、例えば、イリジウム層や白金層などの金属層、それらの導電性酸化物層（例えば酸化イリジウム層）、ルテニウム酸ストロンチウム層などである。第２電極３０は、上記に例示した層を複数積層した構造を有していてもよい。
第２電極３０は、圧電体層２０に電圧を印加するための他方の電極である。第２電極３０は、圧電体層２０の上に設けられた上部電極である。
圧電素子１００は、例えば、圧力発生室の液体を加圧する圧電アクチュエーターとして、液体吐出ヘッドや、該液体吐出ヘッドを用いたプリンターなどに用いられてもよいし、圧電体層の変形を電気信号として検出する圧電センサー（超音波センサー、ジャイロセンサー）等に用いられてもよい。
圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
圧電素子１００では、圧電体層２０の第１部分２４の特定元素の原子濃度と、圧電体層２０の第２部分２５の特定元素の原子濃度とは、異なる。そのため、圧電素子１００では、第１部分２４および第２部分２５のうち特定元素の原子濃度が大きい部分で、リーク電流（圧電体層２０を介して第１電極１０と第２電極３０との間を流れるリーク電流）を抑制することができ、第１部分２４および第２部分２５のうち特定元素の原子濃度が小さい部分で良好な圧電特性を有することができる。したがって、圧電素子１００では、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。
ここで、特定元素（Ｔｉ、Ｚｒ）の原子濃度が大きいと、リーク電流を抑制することができる理由について説明する。図２〜図４は、ペロブスカイト構造におけるリーク電流を説明するための図である。図２〜図４において、Ａは、Ａサイトの陽イオンを示し、Ｂは、Ｂサイトの陽イオンを示している。なお、図２〜図４では、便宜上、酸素原子の図示を省略している。
ＫＮＮ層は、ＡサイトがＫまたはＮａ、ＢサイトがＮｂであるペロブスカイト構造を有している。ＫＮＮ層では、ＫおよびＮａは＋１価の価数を有し（Ｋ＋１、Ｎａ＋１）、Ｎｂは＋５価の価数を有している（Ｎｂ＋５）。
ＫＮＮ層のＫおよびＮａは、ＫＮＮ層の成膜工程などで拡散しやすく、ＫＮＮ層は、図２に示すように、Ａサイトに、欠陥（ホール）Ｈが生成しやすい。Ａサイトに欠陥Ｈがある状態で、ＫＮＮ層に電圧を印加すると、図２に示すように、Ａサイトの陽イオンＡ（Ｋ＋１またはＮａ＋１）が欠陥Ｈに移動し、図３に示すように、移動した陽イオンＡが存在した場所に新たに欠陥Ｈが生成する。さらに、図３に示すように、新たに生成した欠陥Ｈに陽イオンＡが移動し、図４に示すように、移動した陽イオンＡが存在した場所に新たに欠陥Ｈが生成する。以上のことを繰り返し、欠陥Ｈが移動することにより、リーク電流が発生する。
一方、Ｂサイトに特定元素が位置する場合、Ｔｉは＋３価または＋４価の価数を有し（Ｔｉ＋３、Ｔｉ＋４）、Ｚｒは＋４価の価数を有するため（Ｚｒ＋４）、Ｂサイトに＋５価のＮｂが位置している場合に比べて、ペロブスカイト構造において、プラスの価数が減ることになる。そのため、プラスの価数を有する陽イオンＡを、Ａサイトに留めておく力が働き、陽イオンＡは、移動し難くなる。したがって、欠陥Ｈが移動することを抑制することができ、リーク電流を抑制することができる。よって、圧電素子１００では、第１部分２４および第２部分２５のうち特定元素の原子濃度が大きい部分でリーク電流を抑制す
ることができる。
ることができる。
さらに、特定元素の原子濃度が大きい部分では、ペロブスカイト構造が崩れる場合がある。このペロブスカイト構造が崩れた部分において、欠陥Ｈの移動が遮られ、リーク電流を抑制することができる場合がある。
上記のように、特定元素の原子濃度が大きい部分では、ペロブスカイト構造が崩れる場合があるため、圧電特性が劣化する場合がある。よって、圧電素子１００では、第１部分２４および第２部分２５のうち特定元素の原子濃度が小さい部分で、良好な圧電特性を確保することができる。
以上のように、圧電素子１００では、第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度とが、異なることにより、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。
圧電素子１００では、第１部分２４の特定元素の原子濃度は、第２部分２５の特定元素の原子濃度よりも大きい。特定元素の原子濃度が大きい第１部分２４は、特定元素の原子濃度が小さい第２部分２５に比べて、第１電極１０を構成する導電材料に対して、高いバリア性を有することができる。そのため、圧電素子１００では、第１部分２４が第２部分２５よりも第１電極１０側に設けられていることにより、第１電極１０が圧電体層２０に拡散することを抑制することができる。特に、第１部分２４は、白金に対して高いバリア性を有することができる。
圧電素子１００では、第１部分２４のＦｅの原子濃度は、第２部分２５のＦｅの原子濃度よりも大きくてもよい。ＢサイトにＦｅが位置する場合、Ｆｅは＋３価の価数を有するため（Ｆｅ＋３）、Ｂサイトに＋５価のＮｂが位置している場合に比べて、ペロブスカイト構造において、プラスの価数が減ることになる。そのため、上述した特定元素の場合と同様に、第１部分２４によって欠陥Ｈが移動することを抑制することができ、リーク電流を抑制することができる。さらに、特定元素の場合と同様に、Ｆｅの原子濃度が大きい部分では、ペロブスカイト構造が崩れる場合がある。そのため、第２部分２５によって、良好な圧電特性を確保することができる。
なお、上記では、第１部分２４が特定元素の原子濃度が大きい第１層２１を有している例について説明したが、第１部分２４においてリーク電流を抑制することができれば、特定元素の原子濃度が大きい領域は、層状でなくてもよい。ただし、リーク電流をより確実に抑制するためには、特定元素の原子濃度が大きい領域は、層状であることが好ましい。
また、上記では、第２層２２が第１電極１０および第１層２１を覆い、さらに、第２電極３０が圧電体層２０の側面に設けられている例について説明したが、本発明に係る圧電素子では、第２層２２は、第１層２１の上方にのみ設けられ、第２電極３０は、第２層２２の上方にのみ設けられていてもよい。
２． 圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、基体２を準備する。具体的には、シリコン基板を熱酸化することによって酸化シリコン層を形成する。次に、酸化シリコン層上にスパッタ法などによってジルコニウム層を形成し、ジルコニウム層を熱酸化することによって酸化ジルコニウム層を
形成する。以上の工程により、基体２を準備することができる。
形成する。以上の工程により、基体２を準備することができる。
次に、基体２上に、第１電極１０を形成する。第１電極１０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによって形成される。
次に、第１電極１０上に、圧電体層２０の第１層２１を形成する。第１層２１は、例えば、ゾルゲル法やＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの液相法（化学溶液法）によって形成される。以下、第１層２１の形成方法について説明する。
例えば、Ｋを含む金属錯体、Ｎａを含む金属錯体、Ｎｂを含む金属錯体、Ｔｉを含む金属錯体、およびＺｒを含む金属錯体を、有機溶媒に溶解または分散させて第１前駆体溶液を調整する。第１前駆体容器は、Ｆｅを含む金属錯体を含んでいてもよい。
調整された第１前駆体溶液を、第１電極１０上に、スピンコート法等を用いて塗布して第１前駆体層を形成する（塗布工程）。次に、第１前駆体層を、例えば１３０℃以上２５０℃以下で加熱して一定時間乾燥させ（乾燥工程）、さらに、乾燥した第１前駆体層を、例えば３００℃以上４５０℃以下で加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。次に、脱脂した第１前駆体層を、例えば６５０℃以上８００℃以下で加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させる（焼成工程）。
以上の工程により、第１電極１０上に第１層２１を形成する。なお、上記の塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって、複数の第１前駆体層からなる第１層２１を形成してもよい。
Ｋを含む金属錯体としては、例えば、２−エチルヘキサン酸カリウム、酢酸カリウムなどが挙げられる。Ｎａを含む金属錯体としては、例えば、２−エチルヘキサン酸ナトリウム、酢酸ナトリウムなどが挙げられる。Ｎｂを含む金属錯体としては、例えば、２−エチルヘキサン酸ニオブ、ペンタエトキシニオブなどが挙げられる。Ｔｉを含む金属錯体としては、例えば、チタニウムイソプロポキシド等のチタニウムアルコキシドなどが挙げられる。Ｚｒを含む金属錯体としては、例えば、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムモノアセチルアセトナート、ジルコニウムビスアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば、２−エチルヘキサン酸鉄などが挙げられる。なお、２種以上の金属錯体を併用してもよい。例えば、カリウムを含む金属錯体として、２−エチルへキサン酸カリウムと酢酸カリウムとを併用してもよい。
溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸、２−ｎブトキシエタノール、ｎ−オクタンまたはこれらの混合溶媒などが挙げられる。
次に、第１層２１および第１電極１０をパターニングする。これにより、図５に示すように、所定形状の第１層２１および第１電極１０を形成することができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。
図１に示すように、圧電体層２０の第２層２２を形成する。第２層２２は、第１層２１と同様に、例えば液相法によって形成される。
第２層２２を形成するための第２前駆体溶液は、例えば、Ｋを含む金属錯体、Ｎａを含
む金属錯体、Ｎｂを含む金属錯体を含む。第２前駆体溶液は、例えば、Ｔｉを含む金属錯体、Ｚｒを含む金属錯体、およびＦｅを含む金属錯体を含まない。第２前駆体溶液のＫを含む金属錯体、Ｎａを含む金属錯体、Ｎｂを含む金属錯体の種類は、例えば、第１前駆体溶液と同じである。
む金属錯体、Ｎｂを含む金属錯体を含む。第２前駆体溶液は、例えば、Ｔｉを含む金属錯体、Ｚｒを含む金属錯体、およびＦｅを含む金属錯体を含まない。第２前駆体溶液のＫを含む金属錯体、Ｎａを含む金属錯体、Ｎｂを含む金属錯体の種類は、例えば、第１前駆体溶液と同じである。
第２前駆体溶液に対して、第１前駆体溶液と同様に、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程、および焼成工程を行い、第２前駆体層を形成する。そして、例えば、上記の塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって、複数の第２前駆体層からなる第２層２２を形成する。
第１層２１および第２層２２を形成するための乾燥工程、脱脂工程、および焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置が挙げられる。
次に、第２層２２をパターニングする。これにより、図１に示すように、所定形状の第２層２２を形成することができ、圧電体層２０を形成することができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。
次に、圧電体層２０上に第２電極３０を形成する。第２電極３０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによる成膜、およびフォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって形成される。
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
なお、上記では、液相法によって圧電体層２０を形成する例について説明したが、第１部分２４の特定元素の原子濃度と、第２部分２５の特定元素の原子濃度とが異なれば、圧電体層２０の形成方法は、特に限定されず、例えば、スパッタ法などであってもよい。
３． 圧電素子の変形例
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子１１０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子１１０において、上述した本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子１１０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子１１０において、上述した本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上述した圧電素子１００では、図１に示すように、第１部分２４が特定元素の原子濃度の大きい第１層２１を有するため、第１部分２４の特定元素の原子濃度は、第２部分２５の特定元素の原子濃度よりも大きかった。さらに、圧電素子１００では、第１部分２４の鉄の原子濃度は、第２部分２５の鉄の原子濃度よりも大きかった。
これに対し、圧電素子１１０では、図６に示すように、第２部分２５が第１層２１を有しており、第２部分２５の特定元素の原子濃度は、第１部分２４の特定元素の原子濃度よりも大きい。すなわち、第２部分２５のチタンの原子濃度は、第１部分２４のチタンの原子濃度よりも大きく、第２部分２５のジルコニウムの原子濃度は、第１部分２４のジルコニウムの原子濃度よりも大きい。さらに、圧電素子１１０では、第２部分２５の鉄の原子濃度は、第１部分２４の鉄の原子濃度よりも大きい。図示の例では、第１部分２４は、第１層２１を有さず、第２層２２によって構成されている。第２部分２５は、第１層２１および第２層２２によって構成されている。
圧電素子１１０では、まず、第１電極１０上に第２層２２を形成し、次に、第２層２２上に第１層２１を形成することによって、圧電体層２０を形成することができる。
圧電素子１１０は、例えば、以下の特徴を有する。
圧電素子１１０では、第２部分２５の特定元素の原子濃度は、第１部分２４の特定元素の原子濃度よりも大きい。すなわち、第１部分２４の特定元素の原子濃度は、第２部分２５の特定元素の原子度よりも小さい。そのため、圧電素子１１０では、第１部分２４の圧電特性は、第２部分２５の圧電特性よりも良好であり、振動板２３０側に圧電特性の良好な第１部分２４が設けられている。したがって、圧電素子１１０では、例えば第１部分２４の特定元素の原子濃度が第２部分２５の特定元素の原子濃度よりも大きい場合に比べて、良好な圧電特性を有する第１部分２４の変形を、振動板２３０に伝え易く、効率よく振動板２３０を変位させることができる。
圧電素子１１０では、第２部分２５の鉄の原子濃度は、第１部分２４の鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。そのため、圧電素子１１０では、第１部分２４によって良好な圧電特性を有することができ、第２部分２５によってリーク電流を抑制することができる。
なお、図示はしないが、第１層２１は、第１電極１０に接しておらず、かつ、第２電極３０に接していなくてもよい。例えば、第１層２１は、２つの第２層２２の間に設けられていてもよい。この場合、第１部分２４が第１層２１を有していてもよいし、第２部分２５が第１層２１を有していてもよい。
３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子１２０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子１２０において、上述した本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子１２０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子１２０において、上述した本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上述した圧電素子１００では、図１に示すように、圧電体層２０は、１つの第１層２１と、１つの第２層２２と、を有していた。
これに対し、圧電素子１２０では、図７に示すように、圧電体層２０は、複数の第１層２１と、複数の第２層２２と、を有している。第１層２１の数および第２層２２の数は、特に限定されないが、図示の例では、第１層２１および第２層２２は、３つずつ設けられている。
第１層２１および第２層２２は、交互に積層されている。図示の例では、圧電体層２０の電極被挟持部２３において、第１電極１０上に、第１層２１、第２層２２、第１層２１、第２層２２、第１層２１、第２層２２の順で、第１層２１および第２層２２が交互に積層されている。
圧電体層２０の最も第１電極１０側には、第１層２１が設けられている。ここで、「圧電体層２０の最も第１電極１０側」とは、圧電体層２０の電極被挟持部２３において最も第１電極１０側と意味である。図示の例では、第１電極１０上には、第１層２１が設けられている。
第１層２１の特定元素の原子濃度は、例えば、第２層２２の特定元素の原子濃度よりも大きい。例えば、複数の第１層２１のうち最も特定元素の原子濃度が小さい第１層２１の
特定元素の原子濃度は、複数の第２層２２のうち最も特定元素の原子濃度が大きい第２層２２の特定元素の原子濃度よりも、大きい。
特定元素の原子濃度は、複数の第２層２２のうち最も特定元素の原子濃度が大きい第２層２２の特定元素の原子濃度よりも、大きい。
第１層２１の鉄の原子濃度は、例えば、第２層２２の鉄の原子濃度よりも大きい。例えば、複数の第１層２１のうち最も鉄の原子濃度が小さい第１層２１の鉄の原子濃度は、複数の第２層２２のうち最も鉄の原子濃度が大きい第２層２２の鉄の原子濃度よりも、大きい。
圧電素子１２０は、例えば、以下の特徴を有する。
圧電素子１２０では、圧電体層２０は、複数の第１層２１と、複数の第２層２２と、を有し、第１層２１および第２層２２は、交互に積層され、第１層２１の特定元素の原子濃度と、第２層２２の特定元素の原子濃度とは、異なる。そのため、圧電素子１２０では、例えば外部からの力によって圧電体層の所定部分にクラックが生じ、クラック発生部における第１層２１および第２層２２にクラックが生じたとしても、第１層２１および第２層２２が交互に積層されているため、クラックが生じていない第１層２１および第２層２２が存在する可能性を高くすることができる。これにより、圧電素子１２０では、圧電体層２０のクラック発生部において、第１層２１のリーク電流を抑制する機能、および第２層２２の圧電特性を確保する機能が損なわれたとしても、クラックが生じていない第１層２１および第２層２２によって、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。このように、圧電素子１２０では、１つの第１層２１および１つの第２層２２の機能が損なわれたとしても、他の第１層２１および他の第２層２２によって、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる。
なお、１つの第１層２１および１つの第２層２２の機能が損なわれる理由としては、クラックの発生に限定されない。例えば、何らかの理由で、１つの第１層２１から特定元素が抜けることにより、１つの第１層２１のリーク電流を抑制する機能が損なわれても、他の第１層２１は特定元素を含むため、圧電素子１２０では、リーク電流を抑制することができる。
圧電素子１２０では、第１層２１の特定元素の原子濃度は、第２層２２の特定元素の原子濃度よりも大きく、圧電体層２０の最も第１電極１０側には、第１層２１が設けられている。特定元素の原子濃度が大きい第１層２１は、特定元素の原子濃度が小さい第２層２２に比べて、第１電極１０を構成する導電材料に対して、高いバリア性を有することができる。そのため、圧電素子１２０では、圧電体層２０の最も第１電極１０側に第２層２２が設けられている場合に比べて、例えば第１電極１０と圧電体層２０との界面において第１電極１０の拡散を抑制することができる。したがって、圧電素子１２０では、第１電極１０が圧電体層２０に拡散することを、より確実に抑制することができる。
圧電素子１２０では、第１層２１の鉄の原子濃度は、第２層２２の鉄の原子濃度よりも大きくてもよい。そのため、圧電素子１２０では、第１層２１によってリーク電流を抑制することができ、第２層２２によって良好な圧電特性を確保することができる。
４． 液体吐出ヘッド
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す分解斜視図である。図９は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す平面図である。図１０は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す図９のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、図８〜図１０では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す分解斜視図である。図９は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す平面図である。図１０は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す図９のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、図８〜図１０では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る圧電素子を含む。以下では、一例として、圧電素子１００を含む液体吐出ヘッド２００について説明する。
液体吐出ヘッド２００は、図８〜図１０に示すように、例えば、圧電素子１００と、流路形成基板２１０と、ノズルプレート２２０と、振動板２３０と、保護基板２４０と、回路基板２５０と、コンプライアンス基板２６０と、を含む。なお、便宜上、図８では、回路基板２５０および接続配線２０４の図示を省略している。
流路形成基板２１０は、例えば、シリコン基板である。流路形成基板２１０には、圧力発生室２１１が設けられている。圧力発生室２１１は、複数の隔壁２１２によって区画されている。
流路形成基板２１０のうち、圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向側の端部には、インク供給路２１３および連通路２１４が設けられている。インク供給路２１３は、圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向側の端部をＹ軸方向から絞ることで、その開口面積が小さくなるように構成されている。連通路２１４のＹ軸方向の大きさは、圧力発生室２１１のＹ軸方向の大きさと、例えば同じである。連通路２１４の＋Ｘ軸方向側には、連通部２１５が設けられている。連通部２１５は、マニホールド２１６の一部を構成する。マニホールド２１６は、各圧力発生室２１１の共通のインク室となる。このように、流路形成基板２１０には、圧力発生室２１１、インク供給路２１３、連通路２１４、および連通部２１５からなる液体流路が形成されている。
ノズルプレート２２０は、流路形成基板２１０の一方の面（−Ｚ軸方向側の面）に設けられている。ノズルプレート２２０の材質は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）である。ノズルプレート２２０は、例えば接着剤や熱溶着フィルム等によって、流路形成基板２１０に接合されている。ノズルプレート２２０には、Ｙ軸に沿ってノズル開口２２２が並設されている。ノズル開口２２２は、圧力発生室２１１に連通している。
振動板２３０は、流路形成基板２１０の他方の面（＋Ｚ軸方向側の面）に設けられている。振動板２３０は、例えば、流路形成基板２１０上に形成された第１絶縁層２３２と、第１絶縁層２３２上に設けられた第２絶縁層２３４と、により構成されている。第１絶縁層２３２は、例えば、酸化シリコン層である。第２絶縁層２３４は、例えば、酸化ジルコニウム層である。
圧電素子１００は、例えば、振動板２３０上に設けられている。圧電素子１００は、複数設けられている。圧電素子１００の数は、特に限定されない。
液体吐出ヘッド２００では、電気機械変換特性を有する圧電体層２０の変形によって、振動板２３０および第１電極１０が変位する。すなわち、液体吐出ヘッド２００では、振動板２３０および第１電極１０が、実質的に振動板としての機能を有している。なお、振動板２３０を省略して、第１電極１０のみが振動板として機能するようにしてもよい。流路形成基板２１０上に第１電極１０を直接設ける場合には、第１電極１０にインクが接触しないように、第１電極１０を絶縁性の保護膜等で保護することが好ましい。
第１電極１０は、圧力発生室２１１ごとに独立する個別電極として構成されている。第１電極１０のＹ軸方向の大きさは、圧力発生室２１１のＹ軸方向の大きさよりも小さい。第１電極１０のＸ軸方向の大きさは、圧力発生室２１１のＸ軸方向の大きさよりも大きい。Ｘ軸方向において、第１電極１０の両端部は、圧力発生室２１１の両端部より外側に位
置している。第１電極１０の−Ｘ軸方向側の端部には、リード電極２０２が接続されている。
置している。第１電極１０の−Ｘ軸方向側の端部には、リード電極２０２が接続されている。
圧電体層２０のＹ軸方向の大きさは、例えば、第１電極１０のＹ軸方向の大きさよりも大きい。圧電体層２０のＸ軸方向の大きさは、例えば、圧力発生室２１１のＸ軸方向の大きさよりも大きい。圧電体層２０の＋Ｘ軸方向側の端部は、例えば、第１電極１０の＋Ｘ軸方向側の端部よりも外側に（＋Ｘ軸方向側に）位置している。すなわち、第１電極１０の＋Ｘ軸方向側の端部は、圧電体層２０によって覆われている。一方、圧電体層２０の−Ｘ軸方向側の端部は、例えば、第１電極１０の−Ｘ軸方向側の端部よりも内側に（＋Ｘ軸方向側に）位置している。すなわち、第１電極１０の−Ｘ軸方向側の端部は、圧電体層２０によって覆われていない。
第２電極３０は、圧電体層２０および振動板２３０上に連続して設けられている。第２電極３０は、複数の圧電素子１００に共通する共通の電極として構成されている。なお、図示はしないが、第２電極３０ではなく、第１電極１０を共通の電極としてもよい。
保護基板２４０は、接着剤２０３によって流路形成基板２１０に接合されている。保護基板２４０には、貫通孔２４２が設けられている。図示の例では、貫通孔２４２は、保護基板２４０をＺ軸方向に貫通しており、連通部２１５と連通している。貫通孔２４２および連通部２１５は、各圧力発生室２１１の共通のインク室となるマニホールド２１６を構成している。さらに、保護基板２４０には、保護基板２４０をＺ軸方向に貫通する貫通孔２４４が設けられている。貫通孔２４４には、リード電極２０２の端部が位置している。
保護基板２４０には、開口部２４６が設けられている。開口部２４６は、圧電素子１００の駆動を阻害しないための空間である。開口部２４６は、密封されていてもよいし、密封されていなくてもよい。
回路基板２５０は、保護基板２４０上に設けられている。回路基板２５０には、圧電素子１００を駆動させるための半導体集積回路（ＩＣ）を含む。回路基板２５０とリード電極２０２は、接続配線２０４を介して電気的に接続されている。
コンプライアンス基板２６０は、保護基板２４０上に設けられている。コンプライアンス基板２６０は、保護基板２４０上に設けられた封止層２６２と、封止層２６２上に設けられた固定板２６４と、を有している。封止層２６２は、マニホールド２１６を封止するための層である。封止層２６２は、例えば、可撓性を有する。固定板２６４には、貫通孔２６６が設けられている。貫通孔２６６は、固定板２６４をＺ軸方向に貫通している。貫通孔２６６は、平面視において（Ｚ軸方向からみて）、マニホールド２１６と重なる位置に設けられている。
液体吐出ヘッド２００は、良好な圧電特性を有し、かつリーク電流を抑制することができる圧電素子１００を含む。そのため、液体吐出ヘッド２００では、振動板２３０を効率よく変位させることができる。
５． プリンター
次に、本実施形態に係るプリンターについて、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態に係るプリンター３００を模式的に示す斜視図である。
次に、本実施形態に係るプリンターについて、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態に係るプリンター３００を模式的に示す斜視図である。
本発明に係るプリンターは、本発明に液体吐出ヘッドを含む。以下では、一例として、液体吐出ヘッド２００を含むプリンター３００について説明する。
プリンター３００は、インクジェット式のプリンターである。プリンター３００は、図１１に示すように、ヘッドユニット３１０を含む。ヘッドユニット３１０は、液体吐出ヘッド２００を有している。液体吐出ヘッド２００の数は、特に限定されない。ヘッドユニット３１０は、インク供給手段を構成するカートリッジ３１２，３１４が着脱可能に設けられている。ヘッドユニット３１０を搭載したキャリッジ３１６は、装置本体３２０に取り付けられたキャリッジ軸３２２に軸方向移動自在に設けられており、例えば、各々ブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出する。
プリンター３００では、駆動モーター３３０の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト３３２を介してキャリッジ３１６に伝達されることで、ヘッドユニット３１０を搭載したキャリッジ３１６は、キャリッジ軸３２２に沿って移動される。一方、装置本体３２０には搬送手段としての搬送ローラー３４０が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー３４０により搬送されるようになっている。記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られず、ベルトやドラム等であってもよい。
プリンター３００は、プリンターコントローラー３５０を含む。プリンターコントローラー３５０は、液体吐出ヘッド２００の回路基板２５０（図１０参照）と電気的に接続されている。プリンターコントローラー３５０は、例えば、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を含んで構成された制御部、および液体吐出ヘッド２００へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路などを備えている。
プリンター３００は、振動板２３０を効率よく変位させることができる液体吐出ヘッド２００を含む。そのため、プリンター３００では、低消費電力で、記録シートＳにインクを吐出することができる。
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…基体、１０…第１電極、２０…圧電体層、２１…第１層、２２…第２層、２３…電極被挟持部、２４…第１部分、２５…第２部分、３０…第２電極、１００，１１０，１２０…圧電素子、２００…液体吐出ヘッド、２０２…リード電極、２０３…接着剤、２０４…接続配線、２１０…流路形成基板、２１１…圧力発生室、２１２…隔壁、２１３…インク供給路、２１４…連通路、２１５…連通部、２１６…マニホールド、２２０…ノズルプレート、２２２…ノズル開口、２３０…振動板、２３２…第１絶縁層、２３４…第２絶縁層、２４０…保護基板、２４２，２４４…貫通孔、２４６…開口部、２５０…回路基板、２６０…コンプライアンス基板、２６２…封止層、２６４…固定板、２６６…貫通孔、３００…プリンター、３１０…ヘッドユニット、３１２，３１４…カートリッジ、３１６…キャリッジ、３２０…装置本体、３２２…キャリッジ軸、３３０…駆動モーター、３３２…タイミングベルト、３４０…搬送ローラー、３５０…プリンターコントローラー
Claims (9)
- 第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で２分割した場合に、前記第１電極側の第１部分と、前記第２電極側の第２部分と、を有し、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度と、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度とは、異なる、圧電素子。 - 請求項１において、
前記第１電極は、前記圧電体層によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第１部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第２部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きい、圧電素子。 - 請求項１において、
前記第１電極は、前記圧電体層によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第２部分の前記特定元素の原子濃度は、前記第１部分の前記特定元素の原子濃度よりも大きい、圧電素子。 - 請求項２において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１部分の前記鉄の原子濃度は、前記第２部分の前記鉄の原子濃度よりも大きい、圧電素子。 - 請求項３において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第２部分の前記鉄の原子濃度は、前記第１部分の前記鉄の原子濃度よりも大きい、圧電素子。 - 第１電極と、
前記第１電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第２電極と、
を含み、
前記圧電体層は、チタンおよびジルコニウムから選択される１種以上の特定元素を含み、
前記圧電体層は、複数の第１層と、複数の第２層と、を有し、
前記第１層および前記第２層は、交互に積層され、
前記第１層の前記特定元素の原子濃度と、前記第２層の前記特定元素の原子濃度とは、異なる、圧電素子。 - 請求項６において、
前記第１電極は、前記圧電体層によって変位する振動板の上方に設けられ、
前記第１層の前記特定元素の原子濃度は、前記第２層の前記特定元素の原子濃度よりも大きく、
前記圧電体層の最も前記第１電極側には、前記第１層が設けられている、圧電素子。 - 請求項７において、
前記圧電体層は、鉄を含み、
前記第１層の前記鉄の原子濃度は、前記第２層の前記鉄の原子濃度よりも大きい、圧電素子。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、液体吐出ヘッド。
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