JPH11129478A - インクジェット式記録ヘッド、その製造方法および圧電体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来より少ない駆動電圧でより大きな変位を
生ずる圧電体素子を備えたインクジェットプリンタを提
供する。 【解決手段】 インクが充填される圧力室基板(2)の少
なくとも一面に、電圧印加により圧力室の体積変化を生
ずる１以上の圧電体素子(4)を備えた振動板が設けられ
たインクジェット式記録ヘッドであって、前記圧電体素
子(4)は、一定値以上の圧電ｇ定数を有する第２圧電体
層(42)と一定値以上の誘電率を有する第１圧電体層(41)
とを備えたインクジェット式記録ヘッドである。圧電体
素子全体の圧電ｄ定数が各圧電体層の圧電ｇ定数および
誘電率の高い方同士の積に相関するので、従来より大き
な圧電ｄ定数、すなわち変位を生じさせることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴をノズル
から噴射して記録媒体に印字するインクジェット式記録
ヘッドに係り、特にインクを溜める圧力室に、より強い
圧力を発生させることのできる圧電体層を備えたインク
ジェット式記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは、振動板
上に形成された圧電体素子に電圧を印加し、ノズルと連
通する圧力室の体積変化を生じさせ、圧力室の圧力を瞬
間的に高めることにより圧力室内のインク滴を記録媒体
に噴射させるものである。

【０００３】従来のインクジェットプリンタでは、ジル
コン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性セラミックスの
層を圧力室基板の一方の面に形成して圧電体素子とし、
分極処理して用いていた。

【０００４】このようなインクジェットプリンタの圧電
体素子には、より少ない駆動電圧でより大きな変位を生
ずることが求められる。この特性は、物理的には圧電ｄ
定数という圧電ｇ定数と誘電率との積から得られる値に
より定量化することができる。ここで、圧電ｄ定数と
は、変位と電場との間の比例係数のことをいい、圧電ｇ
定数とは、電場と応力との間の比例係数のことをいう。
また、誘電率とは電場と面電荷密度との間の比例係数を
いう。

【０００５】しかしながら、上記インクジェット式記録
ヘッドに要求される特性に応ずるべく圧電体素子を形成
する圧電性セラミックスの組成を変更して実験しても、
単一の組成で満足しうる圧電ｄ定数を有する圧電性セラ
ミックスを得ることが困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
願出願人は、複数の圧電体セラミックスを積層すること
で良好な圧電特性が得られることから、上記問題点を解
決する構造に想到した。

【０００７】すなわち、本発明の第１の課題は、異なる
特性の圧電性セラミックスを積層する構造を備えること
により、従来より高い圧電ｄ定数を備えた圧電体素子を
形成し、より少ない電圧でより多量のインク滴の吐出を
可能とし、より速いインク滴の吐出を可能としたインク
ジェット式記録ヘッドを提供することである。

【０００８】本発明の第２の課題は、異なる特性の圧電
性セラミックスを積層する工程を備えることにより、従
来より高い圧電ｄ定数を備えた圧電体素子を形成し、よ
り少ない電圧でより多量のインク滴の吐出を可能とし、
より速いインク滴の吐出を可能としたインクジェット式
記録ヘッドの製造方法を提供することである。

【０００９】本発明の第３の課題は、異なる特性の圧電
性セラミックスを積層する構造を備えることにより、従
来より高い圧電ｄ定数を備えた圧電体素子を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
る発明は、インクが充填される圧力室基板の少なくとも
一面に、電圧印加により圧力室の体積変化を生ずる圧電
体素子を含む振動板が設けられたインクジェット式記録
ヘッドであって、圧電体素子は、一定値（例えば、１４
００）以上の誘電率を有する第１圧電体層と一定値（例
えば１３[×１０^−３m・V/N]）以上の圧電ｇ定数を有す
る第２圧電体層とを備えたことを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドである。すなわち、複数層が積層され
た圧電体層が誘電分離した場合、層全体としての圧電ｄ
定数は、各層のうち比較的高い圧電ｇ定数と比較的高い
誘電率との積に対応するので、高い圧電ｄ定数を備えた
圧電体素子を形成することができる。なお、圧電体とは
圧電性セラミックス（piezoelectric ceramics）のこと
で、力を加えると誘電分極を起こす金属化合物の総称を
いう。

【００１１】上記第１圧電体層および第２圧電体層の各
々は、例えば同種類の組成を備える層を複数積層して構
成されるものである。

【００１２】上記第１圧電体層は、例えば、ｂおよび
ｂ’を２価乃至６価の金属元素とし、元素ｂをｎ価（ｎ
は自然数）、ｂ’をｍ価、並びにｘを０＜ｘ＜１、ｙを
０＜ｙ＜１およびｚを０＜ｚ＜１の実数とした場合に、 Ｐｂ（Ｚｒ_{（１−ｙ）}Ｔｉ_ｙ）_{（１−ｚ）}（ｂ
_{（１−ｘ）}ｂ’_ｘ）_ｚＯ_３ という一般式で表される組成を備え、かつ、ｎ、ｍおよ
びｘは、 ｎ（１−ｘ）＋ｍｘ＝４ という関係を満たすペロブスカイト（perovskite）結晶
である。この組成によれば、圧電ｄ定数を向上させ、さ
らに耐電圧特性および耐久性も向上させることができ
る。例えば上記２価乃至６価の金属元素であるｂおよび
ｂ’は、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｚｎ，Ｎｂ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｌ
ｕ，Ｔａ，Ｗ，Ｂｉのうちいずれか二種の元素で構成さ
れる。第１圧電体層は、さらにＺｒおよびＴｉのいずれ
かまたは双方の元素を備えていてもよい。具体的には、
上記第１圧電体層は、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５６Ｔ
ｉ_０．４４）_０．８（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．２Ｏ
_３という組成を備える。

【００１３】また例えば第２圧電体層は、Ｐｂ、Ｚｒ、
ＴｉおよびＯの各元素からなる圧電性セラミックスであ
る。さらに具体的には上記第２圧電体層は、ＰｂＺｒ
_０．５６Ｔｉ_０．４４Ｏ_３という組成を備える。

【００１４】好ましくは、第１圧電体層が圧電ｇ定数ｇ
１を備え、第２圧電体層が圧電ｇ定数ｇ２（ｇ２＞ｇ
１）を備える場合、所望の圧電ｇ定数ｇ（ｇ２＞ｇ＞ｇ
１）となるように、第１圧電体層と第２圧電体層との厚
みの比を調整して構成する。本発明によれば、二つの圧
電体層を積層した場合、層全体の圧電ｇ定数は、各層の
圧電ｇ定数の中間値をとる。層全体の圧電ｇ定数は、両
圧電体層の厚みの比によって変化するので、所望の圧電
ｇ定数をとるように両圧電体層の厚みを変化させること
ができる。例えば、圧電ｇ定数が、１４[ｍＶ・ｍ／Ｎ]
になるよう調整される。この現象を分子構造レベルで考
察する。異なる組成の圧電体層が接触して形成される
と、両層がエピタキシャル成長して、両者のペロブスカ
イト(perovskite)型構造が連結する。いずれか一方の結
晶に大きな応力が発生すると、他方の結晶がこれに引き
ずられ、他方の結晶単独で発生しうる応力よりも大きな
圧電ｇ定数を生む。したがって、類似の結晶構造を備え
る異種のセラミックスを重ねると、単独の結晶で圧電セ
ラミックスを構成したときと異なる圧電ｇ定数を示すよ
うになる。圧電ｇ定数がより高い方の圧電体に、より低
いほうの圧電体が引きずられるようにして、単独では圧
電ｇ定数がより低い方の圧電体においても実際には圧電
ｇ定数が向上するのである。

【００１５】また好ましくは第１圧電体層が誘電率ε１
を備え、第２圧電体層が誘電率ε２（ε１＞ε２）を備
える場合、所望の誘電率ε（ε１＞ε＞ε２）となるよ
うに、第１圧電体層と第２圧電体層との厚みの比を調整
して構成する。すなわち、異なる誘電率を備える二つの
圧電体層が積層されると、コンデンサが直列接続された
ときに類似する誘電特性を備える。したがって、全圧電
体層における誘電率は、両圧電体層の誘電率の中間値を
とる。圧電体層全体の誘電率は、両圧電体層の厚みの比
によって変化するので、所望の誘電率をとるように両圧
電体層の厚みを変化させることができる。例えば、誘電
率が１４００になるよう調整される。

【００１６】また本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、第１圧電体層および前記第２圧電体層とは異なる組
成を備える１種類以上の第３圧電体層を備えていてもよ
い。すなわち第３圧電体層には種類の異なる複数種類か
らなる複数層をも含むものとする。ここで例えば、第３
圧電体層は前記第１圧電体層および前記第２圧電体層の
それぞれの組成を合成して構成されるものである。

【００１７】層構造としては、例えば第１圧電体層およ
び前記第２圧電体層を複数備え、前記第１圧電体層と前
記第２圧電体層とが規則的に繰り返されて積層されてい
る。

【００１８】また前記第１圧電体層、前記第２圧電体層
および１種類以上の第３圧電体層をそれぞれ複数備え、
前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および１種類以上
の第３圧電体層が規則的に繰り返されて積層されていて
もよい。

【００１９】さらに前記第１圧電体層、前記第２圧電体
層および１種類以上の第３圧電体層をそれぞれ１層以上
備え、前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および１種
類以上の第３圧電体層が不規則に積層されていてもよ
い。

【００２０】また上記圧電体素子は上部電極と結晶成長
の基礎となる下部電極とを備え、前記下部電極に密着す
る圧電体層が結晶成長の核となる結晶粒を備えているこ
とが好ましい。下部電極に密着する圧電体層に結晶粒が
存在するとその結晶粒から結晶の成長が始まり良好な結
晶状態の圧電体層を構成するからである。

【００２１】上記第２の課題を解決する発明は、インク
が充填される圧力室基板の少なくとも一面に、電圧印加
により圧力室の体積変化を生ずる圧電体素子を含む振動
板が設けられたインクジェット式記録ヘッドの製造方法
であって、圧力室基板の一方の面に絶縁膜および下部電
極膜を形成する振動板形成工程と、振動板形成工程によ
り形成された下部電極膜に、第２の組成を有する第２圧
電体層を形成する第２圧電体層形成工程と、第２圧電体
層形成工程により形成された第２圧電体層に、第１の組
成を有する第１圧電体層を形成する第１圧電体層形成工
程と、第１圧電体層形成工程により形成された第１圧電
体層に上部電極膜を形成する上部電極形成工程と、上部
電極形成工程により上部電極膜が形成された圧力室基板
をエッチングし、圧電体素子を形成するエッチング工程
と、を備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法である。

【００２２】好ましくは上記第１の組成または第２の組
成を有する圧電体層のうちいずれか一方は一定値以上の
圧電ｇ定数を有し、その他方は一定値以上の誘電率を有
する。

【００２３】また上記第１圧電体層形成工程および第２
圧電体層形成工程は、圧電体層の前駆体を塗布する塗布
工程と、塗布工程により塗布された圧電体層の前駆体を
乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程により乾燥させた圧電
体層からさらに脱脂する脱脂工程と、脱脂工程により脱
脂させた圧電体層をさらに高速熱処理する結晶化工程
と、を備えることは好ましい。さらに塗布工程と乾燥工
程と脱脂工程とを順に複数回繰り返すことにより、乾燥
されおよび脱脂された圧電体層を複数積層することは好
ましい。このように乾燥させ、脱脂させ、結晶化させる
ことにより、各圧電体層を特定の方向に誘電分極させア
モルファス状態を解消するので、第１の組成と第２の組
成の各圧電体層の組成差を少なく抑えることができる。
すなわち、アモルファス状態の異種の圧電体層を重ねる
と拡散現象が生じ、組成の差が消失する傾向にあるが、
複数の層に分け、それぞれを乾燥させ、脱脂させ、およ
び結晶化することにより、拡散現象を少なく抑え、組成
差を元のセラミックスの組成の通り維持させることがで
きる。

【００２４】また本発明は、圧力室基板の他方の面に、
圧力室を形成する圧力室形成工程と、圧力室形成工程に
より圧力室が形成された圧力室基板の他方の面に、ノズ
ル板を設けるノズル板設置工程と、をさらに備える。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の最良の実施の形態
を図面を参照して説明する。

【００２６】＜実施形態１＞ （構成の説明）まず本発明のインクジェット式記録ヘッ
ドが適用されるインクジェットプリンタの構成を説明す
る。本実施形態１におけるインクジェットプリンタ１０
０は、図２に示すように、本発明のインクジェット式記
録ヘッド１０１、本体１０２、トレイ１０３を備えて構
成されている。インクジェット式記録ヘッド１０１は、
用紙１０５が給紙された際に、同図の矢印の方向へ駆動
され、そのノズル１１（図３参照）から吐出されたイン
ク滴により用紙１０５上に印字可能なように構成されて
いる。本体１０２は、トレイ１０３を備え、その内部に
インクジェット式記録ヘッド１０１を駆動可能に配置し
ており、図示しないコンピュータから印字情報が送信さ
れてきた際に、トレイ１０３から供給された用紙１０５
を排出口１０４に排紙可能に構成されている。トレイ１
０３は、用紙１０５を載置し、給紙時に用紙１０５を本
体１０２内へ供給可能に構成されている。

【００２７】図３に示すように、本インクジェット式記
録ヘッド１０１は、ノズル板１、圧力室基板２、振動板
３および筐体５を備えて構成されている。

【００２８】ノズル板１は、圧力室基板２に貼り合わせ
られた状態で、圧力室基板２に複数設けられたキャビテ
ィ（圧力室）２１の各々に対応する位置にノズル１１が
配置されるよう構成されている。

【００２９】圧力室基板２は、キャビティ２１、側壁２
２、リザーバ２３および供給口２４を備えている。キャ
ビティ２１は、シリコン等の基板をエッチング等するこ
とにより形成され、側壁２２は、キャビティ２１間を仕
切るよう構成され、リザーバ２３は、各キャビティ２１
にインク充填時にインクを供給可能な共通の流路として
構成されている。供給口２４は、各キャビティ２１にイ
ンクを導入可能に構成されている。

【００３０】筐体５は、樹脂または金属により成型さ
れ、ノズル板１および振動板３が貼り付けられた圧力室
基板２を収納可能に構成されている。筐体５には、図示
しないインクタンクからインクが供給され、図４に示す
インクタンク口３３を介して圧力室基板２内にインクを
供給可能に構成されている。

【００３１】振動板膜３は、図４に示すように、圧力室
基板２の一方の面に貼り合わせ可能な構成を備えてい
る。圧電体素子４は、振動板３上に所定の形状で形成さ
れて構成されている。

【００３２】振動板膜３および圧電体素子４の層構造
（図４のＡ−Ａ切断面）は、具体的には図１に示すよう
に、圧電体素子４としての上部電極膜４０、第１圧電体
層４１および第２圧電体層４２、並びに振動板３として
の下部電極膜３０および絶縁膜３１を備えて構成されて
いる。

【００３３】上部電極膜４０は、圧電体層に電圧を印加
するための一方の電極となり、導電性を有する材料、例
えば、厚み０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されてい
る。

【００３４】第１圧電体層４１は複数の層、例えば４層
のセラミックス層４１１乃至４１４から構成されてい
る。各セラミックス層は、一層を形成するごとに乾燥さ
れおよび脱脂されることにより、各層が分極されて構成
されている。各セラミックス層４１１乃至４１４は、圧
電性セラミックスの中でも誘電率が相対的に高い組成に
より構成されている。具体的には、第１圧電体層４１は
一般式、 Ｐｂ（Ｚｒ_{（１−ｙ）}Ｔｉ_ｙ）_{（１−ｚ）}（ｂ_{（１−ｘ）}ｂ’_ｘ）_ｚＯ_３ …（１） で表されるペロブスカイト（perovskite）構造の結晶が
好ましい。ただし、ｂおよびｂ’は２価乃至６価の金属
元素とする。０＜ｘ＜１、ｙを０＜ｙ＜１およびｚを０
＜ｚ＜１の実数とする。元素ｂをｎ価（ｎは自然数）、
ｂ’をｍ価とした場合、ｎおよびｍは、 ｎ（１−ｘ）＋ｍｘ＝４ …（２） という関係を満たすように調整される。（２）式は、元
素が電気的に中性であることを意味している。例えば、
２価から６価の金属元素としては、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｒ，
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔａ，Ｗ，Ｂｉ等の金属
元素が挙げられる。例えば第１圧電体層４１のｂ及びｂ
‘に関する組成は、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）
Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｚｎ
_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｃｏ_１／３Ｎ
ｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｎ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３、Ｐ
ｂ（Ｚｎ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｇ_１／２Ｗ
_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｃｏ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ
（Ｎｉ_１／２Ｗ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｆｅ_２／３Ｗ
_１／３）Ｏ_３等が挙げられる。例えば良好な圧電特性を
示す第１圧電体層の代表的組成例として、Ｐｂ（Ｚｒ
_０．５６Ｔｉ_０．４４）_０．８（Ｍｇ_１／３Ｎ
ｂ_２／３）_０．２Ｏ_３が挙げられる。

【００３５】また、Ｍｇは深さ（厚み）方向に比較的容
易に拡散しやすく、圧電体素子の耐電圧特性を劣化させ
るので、第１圧電体層はＭｇを含まない組成であっても
よい。このような第１圧電体層の組成によれば、圧電ｄ
特性と比例関係にある誘電率εが向上するためその圧電
ｄ特性が向上する。また、比較的深さ方向に拡散しやす
いＭｇを使用してない場合には、第３成分が深さ方向に
より均一に分布することで、その耐電圧特性および耐久
性が向上する。

【００３６】圧電体層の製造時、塗布直後の圧電性セラ
ミックス（以下「前駆体」と称する）はアモルファス状
態であり、他の組成物（例えば、第２圧電体層）と接す
る面において元素の拡散現象が生じる。しかし、本形態
では、第２圧電体層４２１が乾燥・脱脂され結晶化され
ている上、セラミックス層４１４ｂについても、塗布後
に乾燥および脱脂を行い結晶化するので、第２圧電体層
の組成物との間で拡散現象が及び難い。したがって、少
なくともセラミックス層４１１乃至４１３については塗
布時の組成のまま維持される。

【００３７】第２圧電体層４２は複数の層、例えば４層
のセラミックス層４２１乃至４２４から構成されてい
る。各セラミックス層は、一層を形成するごとに乾燥さ
れおよび脱脂されることにより、結晶化されて構成され
ている。各セラミックス層４２１乃至４２４は、圧電性
セラミックスの中でも圧電ｇ定数が相対的に高い組成に
より構成されている。このような組成として、例えば鉛
（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびチタン（Ｔ
ｉ）の酸化物（ＰＺＴ、ジルコン酸チタン酸鉛）等を含
む組成が挙げられる。第２圧電体層の具体的組成例とし
て、ＰｂＺｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４Ｏ_３が挙げられる。

【００３８】圧電体層の製造時、塗布直後の第２圧電体
層４２におけるセラミックス層の前駆体４２４ｂはアモ
ルファス状態であり、他の組成物（例えば、下部電極膜
３０のチタン層３０１）と接する面において元素の拡散
現象が生じる。しかし、セラミックス層４２４ｂを塗布
後に乾燥および脱脂を行し結晶化するので、下部電極膜
３０の組成物との間で拡散現象が及び難い。したがっ
て、少なくともセラミックス層４２１乃至４２３につい
ては塗布時の組成のまま維持される。下部電極膜３０に
直接接する圧電体層４２４は結晶が最初に成長する層で
ある。この圧電体層の形成時に塗布された圧電体膜前駆
体には結晶核が含まれていることが好ましい。下部電極
膜に接する層に結晶核が存在すると、その結晶核の界面
からペロブスカイト結晶構造が成長する。下部電極膜に
接しない圧電体層ではその圧電体層が接する圧電体層の
結晶構造に対応して結晶成長が進む。つまり少なくとも
下部電極膜に接する層に結晶核が存在することは良好な
結晶構造の圧電体素子を形成するために好ましい。

【００３９】なお、第１圧電体層４１と第２圧電体層４
２は、その積層の順序が逆であってもよい。つまり、第
１圧電体層４１を下部電極膜３０上に形成し、その上に
第２圧電体層４２を形成し、その上に上部電極膜４０を
形成するよう構成してもよい。

【００４０】また、各圧電体層は、４層で構成する他に
４層より多い層で構成しても、より少ない層で構成して
もよい。ただしあまり多くの層を積層すると、駆動電圧
が高くなり本発明の利点を損なう。積層数を少なくしす
ぎると、拡散現象による組成の均一化が両圧電体層間で
進み、単一の組成で圧電体素子を構成したのと同様の構
造となり、圧電ｄ定数の向上が期待できなくなる。また
各セラミックス層の厚みは、あまりに厚くすると、層全
体の厚みが厚くなり、高い駆動電圧が必要となる。あま
りに薄くすると、厚みを均一にできずエッチング後に分
離された各圧電体素子の特性がばらついたり、製造工数
が多くなり、妥当なコストで製造できなくなったりす
る。したがって、各圧電体層におけるセラミックス層の
積層数は、２層乃至６層が好ましく、特に好適には４層
程度である。各セラミックス層の厚みは、８０ｎｍ〜２
００ｎｍ、特に好適には１２５ｎｍ程度が好ましい。

【００４１】また、各圧電体層を構成するセラミックス
層はすべて同じ厚みにする必要はなく、例えば、他の組
成物と接する層（４１４や４２４）のみ薄くし、他の層
を厚めに形成してもよい。このようにすれば、組成物の
拡散の生じうる層の厚さをさらに少なくすることができ
る。

【００４２】下部電極膜３０は、圧電体層に電圧を印加
するための上部電極膜４０と対になる他方の電極であ
り、導電性を有する材料、例えば、チタン（Ｔｉ）層３
０１、白金（Ｐｔ）層３０２、およびチタン（Ｔｉ）層
３０３を積層して構成されている。さらに酸化チタン層
３０４およびチタン層３０５は、チタン層３０１、白金
層３０２およびチタン層３０３からなる下部電極膜３０
と絶縁膜３１との密着性を向上させるために、下部電極
膜３０と絶縁膜３１との間に積層されている。

【００４３】絶縁膜３１は、導電性のない材料、例え
ば、シリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素
により構成され、圧電体層の厚み方向と厚みに垂直な方
向の変位により変形し、キャビティ２１の内部の圧力を
瞬間的に高めることが可能に構成されている。

【００４４】（作用）圧電体素子の特性を示す指標とし
て、圧電ｄ定数がある。圧電ｄ定数は、単位Ｃ／Ｎで表
わされる。すなわち、１ニュートンの圧力を加えた場合
に発生する電荷量で示される。圧電ｄ定数は、電場と応
力との間の比例定数である圧電ｇ定数と電場と面電荷密
度との間の比例定数である誘電率との積に相関する。

【００４５】いま、第１の圧電ｇ定数ｇ_１および第１の
誘電率ε_１を有する圧電体層と、第２の圧電ｇ定数ｇ_２
（ｇ_１＜ｇ_２）および第２の誘電率ε_２（ε_１＞ε_２）
を有する圧電体層とを積層した場合、この二層全体の厚
み方向の圧電ｄ定数は、 ｄ≡ｇ×ε×ε₀ …（３） という関係で表わされる。ここで、ｇ_１＜ｇ≦ｇ_２、ε
_２＜ε≦ε_１、ε_０は真空誘電率（＝８．８５×１０
^−１２[F/m]）である。つまり、複数の圧電体層を重ね
た場合に、全体の圧電ｄ定数は、相対的に大きい圧電ｇ
定数と相対的に大きい誘電率との積に比例するのであ
る。この理由としては、圧電体素子の構造がコンデンサ
配列モデルと力学配列モデルにより解析できることに起
因すると考えられる。両層の圧電ｇ定数が異なる場合に
全体の圧電ｇ定数がどのようになるかは原子構造レベル
での考察で理解することができる。異なる組成の圧電体
層が接触して形成される場合、一方の圧電体層から結晶
がエピタキシャル成長して他方の圧電体層に伝播してい
く。これら両圧電体層の界面付近を高分解能断面ＴＥＭ
（transmission electron microscopy）により撮影する
と、これら両層の界面付近を超えて原子の格子が連なっ
ているのが観察される。つまり両層における成分がとも
にエピタキシャル成長し、第２圧電体層と第１圧電体層
との間で膜構造的に欠陥なく原子レベルで結晶構造が連
続していることを示している。一方の圧電体層における
結晶構造の変化は、他方の圧電体層にも及ぼされ、いず
れか一方の結晶に、より大きな応力が発生すると他方の
結晶がこれに引きずられ、他方の結晶単独で発生しうる
応力よりも大きな圧電ｇ定数を生む。したがって、類似
の結晶構造を備える異種のセラミックスを重ねると、単
独の結晶で圧電セラミックスを構成したときと異なる圧
電ｇ定数を示すようになる。圧電ｇ定数がより高い方の
圧電体に、より低いほうの圧電体が引きずられるように
して、より圧電ｇ定数が低い方の圧電体においても圧電
ｇ定数が向上するのである。

【００４６】また両層の誘電率が異なる場合に圧電体素
子全体の誘電率がどのような値をとるかは、圧電体層を
コンデンサの接続関係に見立て考察すると理解しやす
い。圧電体層た単一である圧電体素子をコンデンサとし
て見た場合に比べ、異なる誘電率を備える二つの圧電体
層が積層された圧電体素子では、単一層に比べ間隙が狭
くなった異なる誘電率のコンデンサが直列接続されたと
きに類似する誘電特性を備える。全圧電体層における誘
電率は両圧電体層の誘電率の中間値に近い値をとる。つ
まり誘電率の高い層を積層しておくと全体の誘電率を上
げることができるのである。

【００４７】本実施形態では、第２圧電体層４２はＰＺ
Ｔで構成されるため、圧電ｇ定数が高い。第１圧電体層
４１は、ＰＺＴにさらにマグネシウム（Ｍｇ）とニオブ
（Ｎｂ）とを含有する場合、圧電ｇ定数が若干第２圧電
体層４２より落ちるが、誘電率が第２圧電体層４２より
高くなる。このため、第１圧電体層４１と第２圧電体層
４２とを積層した場合の圧電ｄ定数は、式（３）にした
がえば、それぞれの圧電体層単独で圧電体素子を構成し
た場合よりも高くなる。したがって、本実施形態の圧電
体素子は、従来の単一の組成で圧電体素子を形成した場
合よりもより大きな圧電ｄ定数を示し、同一の印加電圧
であれば、より大きな変位を生ずる。

【００４８】次に、インク滴吐出の原理を説明する。図
５に、本形態のインクジェット式記録ヘッドのうち、２
つのキャビティを含む断面図を示す。キャビティ２１Ａ
に対応する圧電体素子４Ａには、電圧Ｖ０が印加され、
キャビティ２１Ｂに対応する圧電体素子４Ｂには、電圧
Ｖ１が印加されている。電圧Ｖ０は、圧電体素子に変位
を生じさせない電圧（例えば０Ｖ）であり、電圧Ｖ１
は、圧電体素子に変位を生じさせる電圧（例えば１５
Ｖ）である。

【００４９】電圧Ｖ０が印加されている圧電体素子４Ａ
は変位を生じないので、キャビティ２１Ａ内の圧力に変
化は生じない。ノズル１１Ａにはインクのメカニカス１
０７Ａが生ずるのみで、インク滴は吐出されない。

【００５０】一方、電圧Ｖ１が印加されている圧電体素
子４Ｂでは複数の圧電体層の積層構造により、大きな変
位を生じる。下部電極膜３０および絶縁膜３１が図５の
破線の３２ｂおよび３１ｂで示すような位置に大きくた
わみ、キャビティ２１Ｂ内の体積を減少させる。このた
めキャビティ２１Ｂ内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル
１１Ｂからインク滴１０８が吐出する。

【００５１】（製造方法の説明）次に、本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。

【００５２】振動板形成工程（図６(a)）： まず、シ
リコン基板２０に振動板膜３となる絶縁膜３１と下部電
極膜３０を形成する。絶縁膜３１は、例えば、１１００
℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化さ
せ、約１μｍの厚みの熱酸化膜とすることで形成され
る。あるいは、１１００℃の炉の中で、水蒸気を含む酸
素を流して５時間程度熱酸化させ、約１μｍの厚みの熱
酸化膜を形成してもよい。これらの方法により形成され
た絶縁膜は、電気的な絶縁をする他、エッチング処理に
対する保護層となる。

【００５３】下部電極膜３０としては、例えば、チタン
層３０５を約２０ｎｍ、酸化チタン層３０４を約２０ｎ
ｍ、チタン層３０３を約５ｎｍ、白金３０２を約５００
ｎｍおよびチタン層３０１を約５ｎｍの各厚みで、直流
スパッタ法等を用いて順次積層して形成する。なお、厚
み約８００ｎｍの白金層をスパッタ法等により形成して
もよい。ただし、白金層３０２の下のチタン層３０３は
必要である。

【００５４】第２圧電体層形成工程（図６(b)(c)）：
次に第２圧電体層４２を形成する。

【００５５】ｉ） 塗布工程（同図(b)）： 一定値以
上の圧電ｇ定数を有する圧電性セラミックス材料（例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛：ＰＺＴ）あるいはそれらの
固溶体を主成分とする材料を、スピンコーディング法で
下部電極膜３０の上に塗布（形成）する。層の厚みは、
本形態のように４層重ねる場合には、一層当たり１２５
ｎｍ程度の厚さにする。各層の厚みを均一化するため
に、スピンコーティングする回転台は、小さい回転速度
（例えば５００r.p.mで３０秒程度）から始め、次第に
大きい回転速度（例えば１５００r.p.mで３０秒程度）
に加速され、最後に再び小さい回転速度（例えば５００
r.p.mで１０秒程度）まで減速される。

【００５６】なお、塗布直後からセラミックス層と下部
電極膜との界面で拡散現象が生ずるが、次の乾燥・脱脂
工程後さらに当該セラミックス層４２４を結晶化するこ
とで、拡散現象は止まる。

【００５７】ｉｉ） 乾燥・脱脂工程（図６(c)）：
塗布直後のセラミックス層４２４ｂはアモルファス状態
の圧電体膜前駆体というものであり、結晶化していな
い。このため、セラミックス層４２４ｂの塗布後、有機
溶媒を蒸発させるべく、一定温度（例えば１８０度）で
一定時間（例えば１０分程度）乾燥させる。乾燥後、所
定の高温（例えば４００度）で一定時間（３０分間）脱
脂する。脱脂により圧電体膜前駆体中の金属元素に配位
している有機の配位子が熱分解され、金属が酸化されて
金属酸化物となる。この工程で、前駆体であったセラミ
ックス層４２４ｂはセラミックス層４２４に変化する。

【００５８】乾燥・脱脂によりセラミックス層４２４が
形成されると、この上にさらに上記ｉ）およびｉｉ）の
工程をくり返し、セラミックス層４２３を形成し、さら
にもう２回、上記ｉ）およびｉｉ）の工程をくり返して
セラミックス層４２２、４２１を形成する。この塗布→
乾燥→脱脂の各工程を所定回数、例えば４回繰り返す。
これらの乾燥や脱脂により、前駆体中の金属アルコキシ
ドが加水分解や重縮合され金属−酸素−金属のネットワ
ークが形成される。

【００５９】４回重ねてセラミックス層を形成した後、
所定の雰囲気下で熱処理する。例えば、酸素中におい
て、高速熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）
するため、６００度で５分間、さらに７２５度で１分間
加熱する。この熱処理によりアモルファス状態のゲルか
らペロブスカイト結晶構造の結晶化が促進され圧電体と
しての特性が向上する。

【００６０】第１圧電体層形成工程（図６(d)(e)）：
上記工程で形成された第２圧電体層４２上に、さらに第
１圧電体層４１を形成する。

【００６１】ｉ） 塗布工程（図６(d)）： 一定値以
上の誘電率を有する圧電性セラミックス（Ｐｂ、Ｚｒ、
Ｔｉ、ＭｇおよびＮｂの酸化物）またはその固溶体の材
料を、第１セラミックス層形成時と同様に、スピンコー
ティング法等により第２圧電体層４２上に塗布する。塗
布条件、厚み等は上記第１セラミックス層形成工程と同
様である。

【００６２】ｉｉ） 乾燥・脱脂工程（図６(e)）：
最初のセラミックス層の前駆体４１４ｂを塗布後、乾燥
・脱脂させる処理および条件についても上記第１セラミ
ックス層形成工程と同様である。また、セラミックス層
４１４形成後、さらにセラミックス層４１３乃至４１１
を積層してく点も、第１セラミックス層形成工程と同様
である。

【００６３】また４回重ねてセラミックス層を形成した
後、セラミックス層の結晶化を促進し、圧電体層の特性
を向上させるために、所定の雰囲気下で熱処理する。例
えば、酸素中において、高速熱処理（ＲＴＡ）するため
に、６５０度で５分間、さらに９００度で１分間加熱す
る。これにより８層積層されて１０００ｎｍ程度の厚み
の圧電体層が形成される。

【００６４】上部電極形成工程（図６(f)）： 第１圧
電体層４１の上に、さらに電子ビーム蒸着法、スパッタ
法等の技術を用いて、上部電極膜４０を形成する。上部
電極の材料は、アルミニウム、白金等を用いる。厚みは
１００ｎｍ程度にする。

【００６５】エッチング工程（図６(g)）： 各層を形
成後、振動板膜３上の積層構造を、各キャビティの形状
に合わせた形状になるようマスクし、その周囲をエッチ
ングし、上部電極膜と圧電体層を取り除く。すなわち、
スピンナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な厚さ
のレジストを塗布し、露光・現像して、レジストを上部
電極膜４０上に形成する。これに、通常用いるイオンミ
リング、あるいはドライエッチング法等を適用して、不
要な層構造部分を除去する。以上の工程で、圧電体素子
が完成する。

【００６６】圧力室形成・ノズル板設置工程（図６
(h)）： 圧力室基板２の他方の面にキャビティ２１を
形成する。例えば、異方性エッチング、平行平板型反応
性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチ
ングを用いて、キャビティ空間のエッチングを行う。エ
ッチングされずに残された部分が側壁２２になる。エッ
チング後の圧力室基板２にノズル板１を樹脂等を用いて
貼り合わせる。このとき、各ノズル１１が圧力室基板２
のキャビティ２１の各々の空間に配置されるよう位置合
せする。ノズル板１の貼り合わせられた圧力室基板２を
筐体５に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッド１
０１が完成する。

【００６７】（実施例１）上記製造方法によりインクジ
ェット式記録ヘッド１０１を製造した。第１圧電体層の
組成には、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４）
_０．８（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．２Ｏ_３を採用し
た。第２圧電体層の組成には、ＰｂＺｒ_０．５６Ｔｉ
_０．４４Ｏ_３を使用した。実施例のインクジェット式記
録ヘッドの圧電体層深度に対する各元素のイオン数（Ｐ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｏ、Ｐｔ、Ｓｉ）を測定
すると、図７に示すように変化した。

【００６８】図７に示すように、第１圧電体層４１で
は、第２圧電体層４２に比べ、マグネシウムＭｇとニオ
ブＮｂの含有量が上昇している。同図によれば、イオン
の拡散が防止され、それぞれ圧電体の当初の組成が維持
されていることがわかる。これは、各圧電体層を４層の
積層構造としたことによると考えられる。このときの第
１圧電体層の厚みは５００ｎｍ、第２圧電体層の厚みは
５００ｎｍである。最表面の平滑性をＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）で評価したところ、３０ｎｍ〜１００ｎｍで
あった。

【００６９】表１に、本実施例のインクジェット式記録
ヘッドの圧電ｄ定数、圧電ｇ定数および誘電率を、第１
圧電体層の組成で同厚の圧電体素子を形成した場合と第
２圧電体層の組成で同厚の圧電体素子を形成した場合と
比較した結果を示す。なお、分極電場強度Ｅｐを、Ｅｐ
＝２７５ｋＶ／ｃｍとした条件下で測定した。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１で添字３１は、圧電体素子の厚み方向
の値であることを示している。表１に示すように、第１
圧電体層のみで圧電体素子を形成した場合や、第２圧電
体層のみで圧電体素子を形成した場合に比べ、これら２
種類の圧電体層を積層した本発明の圧電体素子では、圧
電ｇ定数および誘電率ともに比較的大きく、高い圧電ｄ
定数が得られている。

【００７２】（実施例２）本発明の実施例２は第１圧電
体層におけるＭｇの影響を調べたものである。表２に、
実施例１の第１圧電体層の組成の代わりに上記（１）式
および（２）式にしたがった組成を使用した場合の圧電
体素子の圧電特性を、耐電圧特性および耐久性と併せて
示す。比較のため従来の単層のみで構成した圧電体素子
の圧電特性も示す。

【００７３】

【表２】

【００７４】この表からも判るように、Ｍｇが第１圧電
体層にＭｇが含まれていないと、全体の圧電ｄ特性が向
上し、さらに耐電圧特性および耐久性に優れる。

【００７５】上記実施形態１によれば、複数種類の圧電
体層を積層することにより、高い圧電ｄ定数を得ること
ができる。同一の電圧であれば、より大きい変位を生ず
る圧電体素子を製造できる。したがって、同一の電圧で
より多量のインク滴を高速に吐出できるインクジェット
式記録ヘッドを提供できる。

【００７６】また、圧電体層を、セラミックス層一層ご
とに結晶化することにより、アモルファス状態のセラミ
ックスであっても、拡散現象を抑えることができ、高い
圧電ｄ定数を維持可能な層構造を提供することができ
る。

【００７７】また、複数の圧電体層のうち一部の圧電体
層に特定の組成を使用することで圧電体素子全体の誘電
率を挙げることができる。特にＭｇを含まない圧電体層
の組成を使用すると高い圧電ｄ特性とともに、耐電圧特
性にも優れた圧電体素子を提供できる。

【００７８】＜実施形態２＞上記実施形態１では第１圧
電体層の厚みと第２圧電体層の厚みとが同じであった
が、本実施形態２では、両層の厚みを変更することによ
り、新たな用途を提供するものである。

【００７９】（層構造の説明）本実施形態２の圧電体素
子は、上記実施形態１と同様のインクジェットプリンタ
（図２参照）、インクジェット式記録ヘッド（図３およ
び図４参照）に使用されるものであるため、その説明を
省略する。

【００８０】本実施形態の圧電体素子４ｂの層構造（図
４におけるＡ−Ａ切断面）は、図８に示すように、上部
電極膜４０およびセラミックス層４３１〜４３８を備え
て構成されている。

【００８１】上部電極膜４０は、実施形態１と同様に、
圧電体層に電圧を印加するための一方の電極であり、導
電性を有する材料、例えば、厚み０．１μｍの白金（Ｐ
ｔ）で構成されている。

【００８２】セラミックス層４３１〜４３８は、上記実
施形態１と同様の第１圧電体層４１および第2圧電体層
４２に分けられるが、両圧電体層の境界は、第２層４３
２と第３層４３３との間から第６層４３６と第７層４３
７との間まで任意に変化させて構成する。各セラミック
ス層の厚みは上記実施形態１と同様に例えば１２５ｎｍ
の厚みで形成する。

【００８３】第１圧電体層４１に割り当てられるセラミ
ックス層の組成は、実施形態１と同様、圧電性セラミッ
クスの中でも誘電率が相対的に高い組成により構成され
ている。その組成には実施形態１と同様のものが適用で
きる。例えば第１圧電体層の組成例として、Ｐｂ（Ｚｒ
_０．５６Ｔｉ_０．４４）_０．８（Ｍｇ_１／３Ｎ
ｂ_２／３）_０．２Ｏ_３が挙げられる。

【００８４】第２圧電体層４２に割り当てられる層の組
成は、実施形態１と同様、圧電性セラミックスの中でも
誘電率が比較的低く、圧電ｇ定数が相対的に高い組成に
より構成されている。その組成には実施形態１と同様の
ものが適用できる。例えば第２圧電体層の組成例とし
て、ＰｂＺｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４Ｏ_３が挙げられる。

【００８５】また上記実施形態１と同様の理由により、
少なくとも下部電極膜に接する層に結晶核が存在するこ
とは良好な結晶構造の圧電体素子を形成するために好ま
しい。

【００８６】振動板膜３は、下部電極膜３０と絶縁膜３
１とにより構成され、その具体的な層構造については上
記実施形態１と同様であり、その説明を省略する。

【００８７】なお、第１圧電体層４１と第２圧電体層４
２は、その積層の順序が逆であってもよい。つまり、第
１圧電体層４１を下部電極膜３０上に形成し、その上に
第２圧電体層４２を形成し、その上に上部電極膜４０を
形成するよう構成してもよい。

【００８８】本実施形態２における圧電体素子の製造方
法は、各圧電体層の積層数を除き、上記実施形態１とほ
ぼ同様である。すなわち、振動板形成工程（図６(a)）
により、シリコン基板２０に振動板膜３となる絶縁膜３
１と下部電極膜３０を形成し、第２圧電体層形成工程
（図６(b)(c)）により、第２圧電体層４２を形成する。
このとき、積層するセラミックス層の層数を適宜変化さ
せる。積層するセラミックス層の層数は、圧電体素子全
体が所望の圧電ｇ定数を示すように、あるいは所望の誘
電率を示すように両圧電体層の厚みの比を変えて調整す
る。すなわち、第１圧電体層が圧電ｇ定数ｇ１を備え、
前記第２圧電体層が圧電ｇ定数ｇ２（ｇ２＞ｇ１）を備
える場合には、所望の圧電ｇ定数ｇ（ｇ２＞ｇ＞ｇ１）
となるように、第１圧電体層と第２圧電体層との厚みの
比を調整する。

【００８９】また、第１圧電体層が誘電率ε１を備え、
第２圧電体層が誘電率ε２（ε１＞ε２）を備える場合
には、所望の誘電率ε（ε１＞ε＞ε２）となるように
セラミックス層の積層数を変える。もちろんセラミック
ス層の厚みを変えて第１圧電体層と第２圧電体層との厚
みの比を調整することも可能である。セラミックス層の
層数は、第１圧電体層と第２圧電体層とを合せた全層数
が、１２層程度を超えないようにする。層数が多すぎる
と、駆動電圧が高くなってしまうからである。

【００９０】各セラミックス層は、塗布工程（図６
(b)）による上記圧電性セラミックス材料等の塗布と、
乾燥・脱脂工程（図６(c)）による、塗布されたセラミ
ックス層の乾燥および脱脂により夫々形成される。また
複数層を積層したのち高速熱処理を行う点も同じであ
る。高速熱処理を行うタイミングはその圧電体層の積層
数に応じて定める。最初の高速熱処理はセラミックス層
の積層数が約半数のところで行う。最初の高速熱処理で
は、例えば酸素中においてセラミックス層を６００度で
５分間、さらに７２５度で１分間加熱する。

【００９１】次いで、第１セラミックス層形成工程（図
６(d)(e)）により、第２圧電体層４２上に、さらに第１
圧電体層４１を形成する。第１圧電体層における各セラ
ミックス層も、第２圧電体層と同様に、上記圧電性セラ
ミックス材料の塗布と、乾燥・脱脂により形成される。
総てのセラミックス層を積層したところでさらに最後の
高速熱処理を一回行う。この最後の高速熱処理では、例
えば酸素中においてセラミックス層を６５０度で５分
間、さらに９００度で１分間加熱する。そして、上部電
極形成工程（図６(f)）により、第１圧電体層４１上に
上部電極膜４０を形成する。

【００９２】圧電体素子の形状をキャビティに合せた形
状にするために、上記実施形態１と同様にエッチング工
程（図６（ｇ）により残したい圧電体素子以外の層を除
去する。以上の工程で、圧電体素子４ｂが完成する。そ
の後は、圧力室形成・ノズル板設置工程（図６(h)）に
より、圧力室基板２の他方の面にキャビティ２１を形成
し、ノズルを貼り合わせる。

【００９３】（作用）本発明によれば、二つの圧電体層
を積層した場合、層全体の圧電ｇ定数および誘電率は、
各層の圧電ｇ定数や誘電率の間の値をとる。層全体の圧
電ｇ定数や誘電率は、両圧電体層の厚みの比によって変
化するので、所望の圧電ｇ定数や誘電率をとるように両
圧電体層の厚みを変化させることができる。

【００９４】圧電ｇ定数が両層の圧電ｇ定数の間の値を
とる理由は、上記実施形態１と同様に原子構造レベルで
の考察で理解することができる。誘電率が両圧電体層の
誘電率の間の値をとる理由も上記実施形態１と同様、圧
電体層をコンデンサの接続関係に見立て考察することで
理解できる。圧電体層全体の誘電率は、両圧電体層の厚
みの比によって変化するので、所望の誘電率をとるよう
に両圧電体層の厚みを変化させることができる。したが
って圧電体素子の圧電ｇ定数あるいは誘電率に制限があ
る場合には、その制限に合わせて積層数を変化させるこ
とで、圧電体素子全体の圧電ｄ定数を向上させながら
も、圧電ｇ定数または誘電率のどちらかを低く抑えた圧
電体素子を設計できる。例えば、コンパクトディスク等
から信号を読み取るためのアクチュエータでは、回路電
流を少なくすることが望ましい。このためアクチュエー
タ用の圧電体素子では、誘電率を低く抑える必要があ
る。したがって所望の回路電流を提供する圧電体素子の
誘電率を計算し、この誘電率以下で圧電体素子を設計す
ればよい。

【００９５】ただし一方の圧電体層が他方の圧電体層に
影響を及ぼすためには、一方の圧電体層における結晶格
子間距離の変化が、他方の圧電体層における格子間距離
に変化を及ぼすことができるよう、一方の圧電体層に十
分な応力を発生させなければならない。したがって、た
とえば、セラミックス層を１２５ｎｍの厚みで積層する
なら、第１圧電体層４１および第２圧電体層４２は、最
低でも２層、すなわち２５０ｎｍ程度の厚みを確保でき
るように設計する必要がある。

【００９６】（実施例）本実施形態２の実施例として、
表３に全８層の圧電体素子において、第１圧電体層の層
数と第２圧電体層の層数とを変化させていった場合の圧
電ｄ定数ｄ31（厚み方向における圧電ｄ特性）と、その
ときの圧電ｇ定数ｇ３１（厚み方向における圧電ｇ特
性）と誘電率とを示す。その組成は上記実施形態１の実
施例１と同様のものを使用した。なお、分極電場強度Ｅ
ｐを、Ｅｐ＝２７５ｋＶ／ｃｍとした条件下で測定し
た。

【００９７】

【表３】

【００９８】表３から判るように、第１圧電体層の層数
を少なくし厚みを薄くすると、誘電率を低く抑えること
ができるが、圧電ｄ特性自体は高い値を維持させること
ができる。

【００９９】上述したように本実施形態２によれば、上
記実施形態１の効果を奏する他、第１圧電体層の厚みと
第２圧電体層の厚みとを変えることにより、誘電率や圧
電ｇ定数を所望の値に抑えることができ、かつ圧電体素
子として高い圧電ｄ定数を維持させることができる。

【０１００】＜実施形態３＞上記各実施形態では第１圧
電体層と第２圧電体層とを一層ずつ積層したものであっ
たが、本実施形態３ではさらに第３圧電体層を設け、そ
れらの積層構造のバリエーションを提供するものであ
る。

【０１０１】（層構造の説明）図９に本実施形態の圧電
体素子４ｃの断面図を示す。この断面図は圧電体素子４
ｃを振動板３および圧力室基板２を含めて幅方向に切断
した様子を示す。本圧電体素子４ｃが適用されるインク
ジェットプリンタ（図２参照）およびインクジェット式
記録ヘッド（図３および図４参照）は上記実施形態１と
同様の構成であるため、その説明を省略する。

【０１０２】本実施形態３の圧電体素子は３種類以上の
圧電体層を備えるものである。本実施形態では３種類以
上の圧電体層のうち最も誘電率の高い層を第１圧電体層
と称し、最も圧電ｇ定数の高い層を第２圧電体層と称
し、それ以外の層を総称して第３圧電体層を称するもの
とする。したがって第３圧電体層というときは複数種類
の層を指しうる。

【０１０３】本実施形態の圧電体素子４ｃの層構造（図
４におけるＡ−Ａ切断面）は、図９に示すように、上部
電極膜４０と振動板３との間に３種類以上（図では６種
類）の圧電体層４１〜４６を備えて構成されている。

【０１０４】上部電極膜４０、振動板３および圧力室基
板２については、実施形態１と同様であり説明を省略す
る。

【０１０５】圧電体層４１〜４６はそれぞれが異なる組
成を備えている。その組成は上記実施形態１における第
１圧電体層や第２圧電体層の具体的組成が適用される。
例えば実施形態１と同一の符号４１を付してある層が第
１圧電体層、符号４２を付してある層が第２圧電体層で
あるとする。他の層、すなわち第３圧電体層４３〜４６
は、誘電率を上げる目的、圧電ｇ定数を上げる目的、ま
たはそれ以外の目的で積層される。例えば圧電体層の内
部応力を緩和するというような目的で積層される。具体
的には例えば第１圧電体層４１に上記実施形態１の式
（１）や式（２）で表される組成を用い、第２圧電体層
４２にＰＺＴを用い、第３圧電体層４３〜４６に式
（１）や式（２）で表される組成を混入させた組成を用
いる。第３圧電体層４３〜４６のそれぞれには、例えば
式（１）や式（２）においてｂやｂ’の金属元素を変更
して組成したものを適用する。

【０１０６】各圧電体層４１〜４６は上記実施形態１と
同様の考え方で複数のセラミックス層を積層して構成す
ることが好ましい。一時に厚い層を形成するとクラック
の発生が生じ結晶状態のよい層が作れないからである。
また上記実施形態１と同様の理由により、少なくとも下
部電極膜に接する層に結晶核が存在することは良好な結
晶構造の圧電体素子を形成するために好ましい。

【０１０７】なお、積層の順番は図９に限定されること
なく、種々に変更可能である。例えば第３圧電体層４３
〜４６は４層に限らず任意（４３〜４ｎ（ｎは自然
数））に設定可能である。第１圧電体層４１と第２圧電
体層４２が接している必要はない。また各圧電体層の厚
みやセラミックス層の積層数は同じである必要はなく、
各層の目的に応じて適宜変更可能である。例えば誘電率
の影響を全体に強く及ぼしたい場合には第１圧電体層４
１における厚みやセラミックス層の積層数を多くする。
圧電ｇ定数の影響を全体に強く及ぼしたい場合には第２
圧電体層４２における厚みやセラミックス層の積層数を
多くする。

【０１０８】（作用）上記層構造の圧電体素子４ｃによ
れば、上記実施形態１と同様の理由により、圧電体素子
全体として高い誘電率や圧電ｇ定数を備え、圧電ｄ定数
を向上させることができる。具体的に各圧電体層４１〜
４ｎの誘電率をそれぞれε_１〜ε_ｎとすると、ε_１＞ε
_２〜ε_ｎであり、各圧電体層４１〜４ｎの圧電ｇ定数を
それぞれｇ_１〜ｇ_ｎとすると、ｇ_２＞ｇ_１、ｇ_３〜ｇ_ｎ
である。これら誘電率および圧電ｇ定数を備える圧電体
層を積層すると、圧電体素子全体の厚み方向の圧電ｄ定
数は、ｄ≡ｇ×ε×ε₀、すなわち前記した式（３）と
同様に表せる。ここで、ｇ_１、ｇ_３〜ｇ_ｎのうち最小の
もの＜ｇ≦ｇ_２、ε_２〜ε_ｎのうち最小のもの＜ε≦ε
_１、ε_０は真空誘電率（＝８．８５×１０^−１２[F/
m]）である。

【０１０９】したがって各圧電体層のうち誘電率が低い
層があっても他の圧電体層の誘電率を高く設定しておけ
ば圧電体素子全体の誘電率を上げられる。誘電率の影響
は前記したように層の厚みが厚いほど大きい。同様に、
各圧電体層のうち圧電ｇ定数が低い層があっても他の圧
電体層の圧電ｇ定数を高く設定しておけば圧電体素子全
体の圧電ｇ定数を上げられる。誘電率や圧電ｇ定数を上
げたい場合には誘電率や圧電ｇ定数が高い圧電体層の厚
みやセラミックス層の積層数を多くすればよい。

【０１１０】上記したように本実施形態３によれば、３
種類以上の圧電体層を備えても上記実施形態１で説明し
た効果を奏する圧電体素子を提供できる。特に誘電率や
圧電ｇ定数が少なくても、別の利点がある層を積層する
際に本実施形態の層構造を適用できる。

【０１１１】＜実施形態４＞上記各実施形態では互いに
異なる圧電体層が積層されるものであったが、本実施形
態では第１圧電体層および第２圧電体層を複数層用いた
層構造のバリエーションに関するものである。

【０１１２】（層構造の説明）図１０に本実施形態の圧
電体素子４ｄの断面図を示す。この断面図は圧電体素子
４ｄを振動板３および圧力室基板２を含めて幅方向に切
断した様子を示す。本圧電体素子４ｄが適用されるイン
クジェットプリンタ（図２参照）およびインクジェット
式記録ヘッド（図３および図４参照）は上記実施形態１
と同様の構成であるため、その説明を省略する。

【０１１３】本実施形態４の圧電体素子４ｄ（図４にお
けるＡ−Ａ切断面）は図１０に示すように、実施形態１
における第１圧電体層４１と第２圧電体層４２を交互に
複数回積層して構成されている。具体的な組成について
は上記実施形態１と同様なので説明を省略する。

【０１１４】各圧電体層４１および４２は上記実施形態
１と同様の考え方で複数のセラミックス層を積層して構
成することが好ましい。一時に厚い層を形成するとクラ
ックの発生が生じ結晶状態のよい層が作れないからであ
る。また上記実施形態１と同様の理由により、少なくと
も下部電極膜に接する層に結晶核が存在することは良好
な結晶構造の圧電体素子を形成するために好ましい。

【０１１５】なお、積層の順番は図１０に限定されるこ
となく、種々に変更可能である。第１圧電体層４１と第
２圧電体層４２との配置を逆にしてもよい。また第１圧
電体層や第２圧電体層の厚みやセラミックス層の積層数
は同じである必要はなく適宜変更可能である。例えば誘
電率の影響を全体に強く及ぼしたい場合には第１圧電体
層４１の厚みやセラミックス層の積層数を多くする。圧
電ｇ定数の影響を全体に強く及ぼしたい場合には第２圧
電体層４２の厚みやセラミックス層の積層数を多くす
る。

【０１１６】（作用）上記層構造の圧電体素子４ｄによ
れば、上記実施形態１と同様の理由により、圧電体素子
全体として高い誘電率や圧電ｇ定数を備え、圧電ｄ定数
を向上させることができる。各圧電体層の誘電率は各圧
電体層の厚みをそれぞれ積算した厚みの圧電体層により
得られる誘電率と同等である。圧電体素子の誘電率はコ
ンデンサの直列接続であるためその位置を変えても圧電
体素子全体における誘電率は変わらないからである。す
なわち積算した第１圧電体層の厚みが実施形態１の第１
圧電体層の厚みと同じであれば、圧電体素子に対する誘
電率の寄与率は同じである。また圧電ｇ定数に関しては
実施形態１よりも高くできる可能性がある。上記したよ
うに本発明の圧電体素子では圧電ｇ定数が高い方の第２
圧電体層の応力が低い方の第１圧電体層の結晶構造に及
ぼされる結果、圧電体素子全体の圧電ｇ定数が高くな
る。この応力の影響は第２圧電体層表面からの距離が小
さい程大きいと考えられるので、図１０のように第２圧
電体層を分散させた方が、第１圧電体層に力学的影響を
多く及ぼすことが可能となるからである。

【０１１７】上記したように本実施形態４によれば第１
圧電体層と第２圧電体層の繰り返し構造を使用しても上
記実施形態１で説明した効果を奏する圧電体素子を提供
できる。特に本実施形態によれば圧電ｇ定数の影響を多
くすることが可能である。

【０１１８】＜実施形態５＞上記実施形態４は第１圧電
体層および第２圧電体層の繰り返し構造であったが、本
実施形態５ではさらに実施形態３で述べた第３圧電体層
を用いた繰り返し構造等の層構造のバリエーションに関
するものである。

【０１１９】（層構造の説明）図１１に本実施形態の圧
電体素子４ｅの断面図を示す。この断面図は圧電体素子
を振動板３および圧力室基板２を含めて幅方向に切断し
た様子を示す。本圧電体素子４ｅが適用されるインクジ
ェットプリンタ（図２参照）およびインクジェット式記
録ヘッド（図３および図４参照）は上記実施形態１と同
様の構成であるため、その説明を省略する。

【０１２０】本実施形態５の圧電体素子４ｅ（図４にお
けるＡ−Ａ切断面）は図１１に示すように、実施形態４
における第１圧電体層４１と第２圧電体層４２の他に、
さらに実施形態３で用いた第３圧電体層４３を含めた層
構造が複数回繰り返されて構成されている。なお図１１
では第３圧電体層４３を一種類のみで示してあるが、図
９で説明したように複数種類の第３圧電体層４３〜４ｎ
（ｎは自然数）の繰り返し構造であってもよい。具体的
な組成については上記実施形態１や上記実施形態３と同
様なので説明を省略する。

【０１２１】各圧電体層４１〜４３は上記実施形態１と
同様の考え方で複数のセラミックス層を積層して構成す
ることが好ましい。一時に厚い層を形成するとクラック
の発生が生じ結晶状態のよい層が作れないからである。
また上記実施形態１と同様の理由により、少なくとも下
部電極膜に接する層に結晶核が存在することは良好な結
晶構造の圧電体素子を形成するために好ましい。

【０１２２】なお、積層の順番は図１１に限定されるこ
となく、種々に変更可能である。例えば第１圧電体層４
１、第２圧電体層４２、第３圧電体層４３のいずれか二
層を逆に配置してもよい。また図１２に示すように各圧
電体層４１〜４３を不規則に積層した圧電体素子４ｆで
あってもよい。このときある種類の圧電体層の数が他の
種類の圧電体層の数と異なっていもよい。また各圧電体
層の厚みやセラミックス層の積層数は同じである必要は
なく適宜変更可能である。例えば誘電率の影響を全体に
強く及ぼしたい場合には第１圧電体層４１の層数や一層
当たりの厚み、セラミックス層の積層数を多くする。圧
電ｇ定数の影響を全体に強く及ぼしたい場合には第２圧
電体層４２の層数や一層当たりの厚み、セラミックス層
の積層数を多くする。

【０１２３】（作用）上記層構造の圧電体素子４ｅや４
ｆによれば、上記実施形態１と同様の理由により、圧電
体素子全体として高い誘電率や圧電ｇ定数を備え、圧電
ｄ定数を向上させることができる。したがって各圧電体
層のうち誘電率が低い層があっても他の圧電体層の誘電
率を高く設定しておけば圧電体素子全体の誘電率を上げ
られる。誘電率の影響は前記したように層の厚みが厚い
ほど大きい。同様に、各圧電体層のうち圧電ｇ定数が低
い層があっても他の圧電体層の圧電ｇ定数を高く設定し
ておけば圧電体素子全体の圧電ｇ定数を上げられる。誘
電率や圧電ｇ定数を上げたい場合には誘電率や圧電ｇ定
数が高い圧電体層の層数、一層当たりの厚み、セラミッ
クス層の積層数を多くすればよい。特に圧電ｇ定数につ
いては上記実施形態４と同様の作用が働き、第１圧電体
層に力学的影響を他の圧電体層に多く及ぼすことが可能
となる。

【０１２４】上記したように本実施形態５によれば、３
種類以上の圧電体層を１層以上任意の配置で積層しても
上記各実施形態で説明した効果を奏する圧電体素子を提
供できる。特に圧電体素子を厚膜化する上で、複数種類
の圧電体層を機能に併せて配置したい場合には、各圧電
体層の機能を利用しながらも本実施形態の考え方を利用
することで、圧電体素子全体の圧電特性を調整すること
ができる。

【０１２５】（その他の変形例）なお、本発明は上記実
施形態によらず種々に変形が可能である。例えば上記各
実施形態で示した層構造は例示であり他の層構造も適用
可能である。すなわち圧電体素子を複数の組成で構成
し、その中に誘電率の高い層と圧電ｇ定数の高い層とを
配置しておけば本発明の効果を奏する圧電体素子を構成
できる。その圧電体素子の組成は上記した実施形態の例
に限定されるものではなく、高い誘電率を示したり高い
圧電ｇ定数を示すあらゆる組成が適用可能である。

【０１２６】また圧電体素子の形状や配置、その他振動
板や圧力室基板の構造は種々に変更が可能であり本発明
の主旨に影響を与えるものではない。

【０１２７】また、本発明はインクジェット式記録ヘッ
ドの圧電体素子を主たる適用対象としたが、本発明によ
り形成される圧電体層を、二つの電極膜で狭持された圧
電体素子として使用してもよい。すなわち上記各実施形
態における圧電体層を積層し、適用対象の大きさに合わ
せた形状となるように切り出せば、高性能の圧電体素子
が得られる。本発明の圧電体層によれば、高い圧電ｄ定
数を有するので、従来の圧電体素子と比べ、同一の圧力
を加えた際にはより大きな電荷を発生させ、同一の電圧
を加えた際にはより大きな変位をすることが期待でき
る。このような圧電体素子の適用対象としては、フィル
タ、遅延線、リードセレクタ、音叉発振子、音叉時計、
トランシーバ、圧電ピックアップ、圧電イヤホン、圧電
マイクロフォン、ＳＡＷフィルタ、ＲＦモジュレータ、
共振子、遅延素子、マルチストリップカプラ、圧電加速
度計、圧電スピーカ等が考えられる。

【０１２８】

【発明の効果】本発明のインクジェット式記録ヘッドに
よれば、異なる特性の圧電性セラミックスを積層する構
造を備えたので、従来品より高い圧電ｄ定数を備えた圧
電体素子を形成し、より少ない電圧でより多量のインク
滴の吐出を可能とし、より速いインク滴の吐出を可能と
することができる。

【０１２９】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製
造方法によれば、異なる特性の圧電性セラミックスを積
層する工程を備えることにより、従来品より高い圧電ｄ
定数を備えた圧電体素子を形成し、より少ない電圧でよ
り多量のインク滴の吐出を可能とし、より速いインク滴
の吐出を可能とすることができる。

【０１３０】本発明の圧電体素子によれば、異なる特性
の圧電性セラミックスを積層する構造を備えることによ
り、従来品より高い圧電ｄ定数を備え、従来品より少な
い電圧でおより大きな体積収縮を生じさせ、従来品より
少ない力で同等の電圧を生じさせる等、電気機械変換特
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の圧電体素子の層構造を説明する断
面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から一つの圧電体素子
を観察したものである。

【図２】本発明のインクジェットプリンタの全体斜視図
である。

【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの分解斜
視図である。

【図４】本発明のインクジェット式記録ヘッドの圧力室
基板の斜視図で一部断面図である。

【図５】本発明のインクジェット式記録ヘッドの動作原
理を説明する断面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から観
察したものである。

【図６】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。

【図７】本発明の実施例のインクジェット式記録ヘッド
の組成分布図であり、横軸のスパッタ時間は、圧電体の
表面からの膜厚方向への深度に相当するものである。

【図８】実施形態２の圧電体素子の層構造を説明する断
面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から一つの圧電体素子
を観察したものである。

【図９】実施形態３の圧電体素子の層構造を説明する断
面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から一つの圧電体素子
を観察したものである。

【図１０】実施形態４の圧電体素子の層構造を説明する
断面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から一つの圧電体素
子を観察したものである。

【図１１】実施形態５の圧電体素子の層構造を説明する
断面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から一つの圧電体素
子を観察したものである。

【図１２】実施形態５における圧電体素子の層構造の変
形例を説明する断面図であり、図４のＡ−Ａ切断面から
一つの圧電体素子を観察したものである。

【符号の説明】

１…ノズル板 ２…圧力室基板 ３…振動板 ３０…下部電極膜 ３１…絶縁膜 ４，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ…圧電体素子 ２１…キャビティ ４０…上部電極膜 ４１…第１圧電体層 ４１１〜４１４…セラミックス層 ４２…第２圧電体層 ４２１〜４２４…セラミックス層 ４３〜４６…第３圧電体層 １０１…インクジェット式記録ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ａ 41/24 (72)発明者 守谷 壮一 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと連通する圧力室の少なくとも一
   壁面に、電圧印加により前記圧力室に体積変化を生ずる
   圧電体素子を形成したインクジェット式記録ヘッドであ
   って、 前記圧電体素子は、一定値以上の誘電率を有する第１圧
   電体層と一定値以上の圧電ｇ定数を有する第２圧電体層
   とを備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記第１圧電体層および前記第２圧電体
   層の各々は、同種類の組成を備える層を複数積層して構
   成される請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記第１圧電体層は、ｂおよびｂ’を２
   価乃至６価の金属元素とし、元素ｂをｎ価（ｎは自然
   数）、ｂ’をｍ価、並びにｘを０＜ｘ＜１、ｙを０＜ｙ
   ＜１およびｚを０＜ｚ＜１の実数とした場合に、 Ｐｂ（Ｚｒ_{（１−ｙ）}Ｔｉ_ｙ）_{（１−ｚ）}（ｂ
   _{（１−ｘ）}ｂ’_ｘ）_ｚＯ_３ という一般式で表される組成を備え、かつ、前記ｎ、ｍ
   およびｘは、 ｎ（１−ｘ）＋ｍｘ＝４ という関係を満たすペロブスカイト結晶である請求項１
   に記載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記２価乃至６価の金属元素であるｂお
   よびｂ’は、Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
   ｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｙ
   ｂ，Ｌｕ，Ｔａ，Ｗ，Ｂｉのうちいずれか二種の元素で
   構成される請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記第１圧電体層は、さらにＺｒおよび
   Ｔｉのいずれかまたは双方の元素を備える請求項４に記
   載のインクジェット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記第１圧電体層は、 Ｐｂ（Ｚｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４）_０．８（Ｍｇ_１／３
   Ｎｂ_２／３）_０．２Ｏ_３ なる組成を備える請求項１に記載のインクジェット式記
   録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記第２圧電体層は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ
   およびＯの各元素からなる圧電性セラミックスである請
   求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記第２圧電体層は、 ＰｂＺｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４Ｏ_３ なる組成を備える請求項１に記載のインクジェット式記
   録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記第１圧電体層が圧電ｇ定数ｇ１を備
   え、前記第２圧電体層が圧電ｇ定数ｇ２（ｇ２＞ｇ１）
   を備える場合、所望の圧電ｇ定数ｇ（ｇ２＞ｇ＞ｇ１）
   となるように、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層と
   の厚みの比を調整して構成した請求項１に記載のインク
   ジェット式記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記第１圧電体層が誘電率ε１を備
    え、前記第２圧電体層が誘電率ε２（ε１＞ε２）を備
    える場合、所望の誘電率ε（ε１＞ε＞ε２）となるよ
    うに、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との厚みの
    比を調整して構成した請求項１に記載のインクジェット
    式記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記第１圧電体層および前記第２圧電
    体層とは異なる組成を備える１種類以上の第３圧電体層
    を備えた請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッ
    ド。
12. 【請求項１２】 前記第３圧電体層は前記第１圧電体層
    および前記第２圧電体層のそれぞれの組成を合成して構
    成されるものである請求項１に記載のインクジェット式
    記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記第１圧電体層および前記第２圧電
    体層を複数備え、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層
    とが規則的に繰り返されて積層されている請求項１に記
    載のインクジェット式記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記第１圧電体層、前記第２圧電体層
    および１種類以上の第３圧電体層をそれぞれ複数備え、
    前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および１種類以上
    の第３圧電体層が規則的に繰り返されて積層されている
    請求項１１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記第１圧電体層、前記第２圧電体層
    および１種類以上の第３圧電体層をそれぞれ１層以上備
    え、前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および１種類
    以上の第３圧電体層が不規則に積層されている請求項１
    １に記載のインクジェット式記録ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記圧電体素子は上部電極と結晶成長
    の基礎となる下部電極とを備え、前記下部電極に密着す
    る圧電体層が結晶成長の核となる結晶粒を備えている請
    求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
17. 【請求項１７】 ノズルと連通する圧力室の少なくとも
    一壁面に、電圧印加により前記圧力室に体積変化を生ず
    る圧電体素子を形成したインクジェット式記録ヘッドの
    製造方法であって、 前記圧力室が形成された圧力室基板の一方の面に絶縁膜
    および下部電極膜を形成する振動板形成工程と、 前記振動板形成工程により形成された下部電極膜に、第
    ２の組成を有する第２圧電体層を形成する第２圧電体層
    形成工程と、 前記第２圧電体層形成工程により形成された第２圧電体
    層に、第１の組成を有する第１圧電体層を形成する第１
    圧電体層形成工程と、 前記第１圧電体層形成工程により形成された第１圧電体
    層に上部電極膜を形成する上部電極形成工程と、 前記上部電極形成工程により上部電極膜が形成された圧
    力室基板をエッチングし、前記圧電体素子を形成するエ
    ッチング工程と、を備えたことを特徴とするインクジェ
    ット式記録ヘッドの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記第１圧電体層または前記第２圧電
    体層のうちいずれか一方は一定値以上の圧電ｇ定数を有
    し、その他方は一定値以上の誘電率を有する請求項１７
    に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記第１圧電体層形成工程および前記
    第２圧電体層形成工程の各々は、圧電体層の前駆体を塗
    布する塗布工程と、前記塗布工程により塗布された圧電
    体層の前駆体を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程に
    より乾燥させた圧電体層からさらに脱脂する脱脂工程
    と、前記脱脂工程により脱脂させた圧電体層をさらに高
    速熱処理する結晶化工程と、を備えた請求項１７に記載
    のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
20. 【請求項２０】 前記塗布工程と前記乾燥工程と前記脱
    脂工程と前記結晶化工程とを順に複数回繰り返すことに
    より、乾燥されおよび脱脂されおよび結晶化された圧電
    体層を複数積層する請求項１９に記載のインクジェット
    式記録ヘッドの製造方法。
21. 【請求項２１】 前記圧力室基板の他方の面に、前記圧
    力室を形成する圧力室形成工程と、 前記圧力室形成工程により圧力室が形成された圧力室基
    板の他方の面に、ノズル板を設けるノズル板設置工程
    と、をさらに備えた請求項１７に記載のインクジェット
    式記録ヘッドの製造方法。
22. 【請求項２２】 前記第１圧電体層が圧電ｇ定数ｇ１を
    備え、前記第２圧電体層が圧電ｇ定数ｇ２（ｇ２＞ｇ
    １）を備える場合、所望の圧電ｇ定数ｇ（ｇ２＞ｇ＞ｇ
    １）となるように、前記第１圧電体層と前記第２圧電体
    層との厚みの比を調整する請求項１７に記載のインクジ
    ェット式記録ヘッドの製造方法。
23. 【請求項２３】 前記第１圧電体層が誘電率ε１を備
    え、前記第２圧電体層が誘電率ε２（ε１＞ε２）を備
    える場合、所望の誘電率ε（ε１＞ε＞ε２）となるよ
    うに、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層との厚みの
    比を調整する請求項１７に記載のインクジェット式記録
    ヘッドの製造方法。
24. 【請求項２４】 一定値以上の誘電率を有する第１圧電
    体層と一定値以上の圧電ｇ定数を有する第２圧電体層と
    の積層構造を備えたことを特徴とする圧電体素子。
25. 【請求項２５】 前記第１圧電体層および前記第２圧電
    体層とは異なる組成を備える１種類以上の第３圧電体層
    を備えた請求項２４に記載の圧電体素子。