(57)【要約】【課題】  Ｓｉ基板のような安価な基板１１を用いることにより、低コストで、しかも耐電圧特性が優れた高信頼性の圧電素子が得られるようにする。【解決手段】  基板１１上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層１４を設け、この第１の電極層１４上に、（１００）面又は（００１）面に優先配向した立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層１５を設ける。そして、この配向制御層１５上に、（１００）面に優先配向した正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなりかつ厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が０ないし圧縮応力である圧電体層１６を設ける。【選択図】  図１
2005119166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１の電極層と、該第１の電極層上に設けられた配向制御層と、該配向制御層上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電素子であって、
上記第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、
上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、
上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、
上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電素子において、
配向制御層は、ジルコニウムの含有量が０以上２０モル％以下でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰であるチタン酸ランタンジルコン酸鉛、又は該チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものからなることを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項２記載の圧電素子において、
チタン酸ランタンジルコン酸鉛におけるランタンの含有量が０を越え２５モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項２又は３記載の圧電素子において、
チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合のトータル添加量は、０を越え１０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の圧電素子において、
第１の電極層は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属からなり、該貴金属に添加された添加物の添加量が０を越え３０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の圧電素子において、
圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなることを特徴とする圧電素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の圧電素子において、
基板と第１の電極層との間に、該基板と第１の電極層との密着性を高める密着層が設けられていることを特徴とする圧電素子。
【請求項８】
第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第２の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、
上記圧電素子の第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、
上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、
上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、
上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第１の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、
上記圧電素子の第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、
上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、
上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、
上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
基板上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程とを含む圧電素子の製造方法であって、
上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、
上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製造方法であって、
基板上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、
上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、
上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、
上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程と、
上記第２の電極層上に、振動層を形成する工程と、
上記振動層の第２の電極層とは反対側の面に、圧力室を形成するための圧力室部材を接合する工程と、
上記接合工程後に、上記基板を除去する工程とを含み、
上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、
上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製造方法であって、
圧力室を形成するための圧力室基板上に、振動層を形成する工程と、
上記振動層上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、
上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、
上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、
上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程と、
上記圧力室基板に、圧力室を形成する工程とを含み、
上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、
上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求項８又は９記載のインクジェットヘッドと、
上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、
上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から該圧力室内のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換機能を呈する圧電素子、この圧電素子を用いたインクジェットヘッド、及びこれらの製造方法、並びに上記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴って、圧電材料を用いた圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきている。そして、この要求を満足させるために、圧電素子を、従来より多く使用されてきた焼結体に比べて体積を著しく小さくできる薄膜の形態で使用しつつあり、このような圧電素子に対する薄膜化の研究開発が盛んになってきている。
【０００３】
圧電素子として用いられている材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3（０＜Ｘ＜１）；以下、ＰＺＴと表記する）である。このペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴ材料に対する薄膜化の取り組みは数多くなされている。例えば、スパッタ法を用いて、結晶方位（１００）面が表面に出るように切り出したＮａＣｌ型結晶構造の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる単結晶の基板を用い、この基板上に、下部電極として（１００）面に配向したＰｔ電極薄膜を形成し、このＰｔ電極上に、その表面に対して垂直な方向に（００１）面配向すなわちｃ軸配向した正方晶系ＰＺＴ薄膜を６００〜７００℃の温度で形成している（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。この場合、ＰＺＴ薄膜を形成する前に、ＰＺＴ薄膜の下地層としてＺｒが存在しないＰｂＴｉＯ3や（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3からなる膜厚０．１μｍの圧電体層を、（１００）面に配向したＰｔ電極上に形成しておいて、その上に膜厚２．５μｍのＰＺＴ薄膜をスパッタ法により形成すると、ＰＺＴ薄膜形成の初期にＺｒ酸化物からなる結晶性の低い層が形成され難くなり、より高い結晶性のＰＺＴ薄膜が得られ、その結果、優れた圧電特性となる。
【０００４】
上記ＭｇＯ単結晶基板の線膨張係数は、約１２０×１０-7／℃であって、ＰＺＴ薄膜（約６０×１０-7／℃）よりもかなり大きいので、６００〜７００℃の高温での成膜後の冷却課程で、ＰＺＴ薄膜はＭｇＯ基板から厚み方向と垂直な方向に圧縮応力を受け、この結果、ＰＺＴ薄膜において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が圧縮応力となる。これにより、ＭｇＯ単結晶基板上に形成したＰＺＴ薄膜は優れた耐電圧特性を有する。すなわち、ＰＺＴ薄膜は引張力に弱いため、ＰＺＴ薄膜を用いた圧電素子は、インクジェットヘッドのインク吐出用アクチュエーター等として用いられる場合、通常、ＰＺＴ薄膜の厚み方向に電圧を印加してＰＺＴ薄膜を厚み方向と垂直な方向に収縮させることで厚み方向に撓ませるようにしている。したがって、ＰＺＴ薄膜が厚み方向と垂直な方向に圧縮応力を有する場合には、電圧印加前に厚み方向と垂直な方向に収縮しているため、高電圧を印加しても、クラック等が発生することなく厚み方向と垂直な方向に更に収縮し、優れた耐電圧特性を有する。一方、逆に引張応力を有する場合には、電圧印加前に厚み方向と垂直な方向に伸びているため、低電圧を印加するだけでも、ＰＺＴ薄膜にクラック等が発生し易く、耐電圧特性が劣ってしまう。
【０００５】
ところが、上記のＰＺＴ薄膜の成膜方法では、下地基板として高価なＭｇＯ単結晶基板を用いるため、圧電素子が高価になってしまい、この圧電素子を用いたインクジェットヘッドも高価になってしまうという問題がある。また、基板材料もＭｇＯ単結晶の一種類に制限されてしまうという欠点がある。
【０００６】
そこで、シリコン等の安価な基板の上に結晶性の良好なＰＺＴ等のペロブスカイト型圧電材料を形成する方法として、種々の工夫がなされている。多くの場合、菱面体晶系ペロブスカイト型酸化物において（１００）面に優先配向させることにより結晶性を向上させ、良好な圧電特性を得ている。例えば、特許文献２には、（１１１）面に配向したＰｔ電極上に、ＰＺＴ又はランタンを含有したＰＺＴの前駆体溶液を塗布し、この前駆体溶液を結晶化させる前に、先ず４５０〜５５０℃で熱分解させ、その後５５０〜８００℃で加熱処理して結晶化させること（ゾル・ゲル法）により、菱面体晶系（１００）面優先配向した結晶性の良好なＰＺＴ膜を生成させることにより可能であることが示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、イリジウム下部電極上に極薄のチタン層を形成することにより、その上に形成するＰＺＴ膜の結晶性や結晶配向性を制御できることが開示されている。この方法は、シリコン等の基板上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層を形成し、この下地層上にイリジウムを含有する下部電極を形成し、この下部電極上に極薄のチタン層を積層し、このチタン層上に、圧電特性を有する強誘電体を構成する、金属元素及び酸素元素を含む非晶質の圧電体前駆体薄膜を形成し、この非晶質の薄膜を高温で熱処理する方法で結晶化させること（ゾル・ゲル法）により、ペロブスカイト型圧電体薄膜に変化させる製造方法である。この製造方法では、チタン層の膜厚によりＰＺＴ等の圧電体薄膜の結晶配向性の制御が可能であり、チタン層膜厚を２〜１０ｎｍとすると、結晶性の良好な菱面体晶系（１００）面配向膜が得られる。
【０００８】
さらに、特許文献４には、ゾル・ゲル法を用いて圧電体薄膜を形成する際、（１１１）面配向のＰｔ電極上に４〜６ｎｍのチタン層を形成し、このチタン層のチタンが酸化した酸化チタンを核にすることで、結晶性の良好な菱面体晶系（１００）面配向のＰＺＴ膜が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２０９５１７号公報
【特許文献２】特許第３０２１９３０号公報
【特許文献３】特開２００１−８８２９４号公報
【特許文献４】特開平１１−１９１６４６号公報
【非特許文献１】“ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス        （Journal of Applied Physics）”，（米国），アメリカ物理学会，        １９８９年２月１５日，第６５巻，第４号，p.1666-1670
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記いずれの方法においても、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いない方法としては優れているものの、Ｓｉ基板の線膨張係数（約３０×１０-7／℃）がＰＺＴ膜よりも小さいので、高温での成膜後又は高温での熱処理後の冷却課程で、ＰＺＴ膜がＳｉ基板から厚み方向と垂直な方向に引張応力を受け、この結果、ＰＺＴ膜において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が引張応力となり、上記の如く耐電圧特性が劣ってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｓｉ基板のような安価な基板を用いることにより、低コストで、しかも耐電圧特性が優れた高信頼性の圧電素子が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、この発明では、電極層を、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属で構成しておき、この電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を形成し、この配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層を形成するようにするとともに、上記配向制御層を形成する際に、電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させるようにし、この配向制御層により圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ正方晶系ペロブスカイト型酸化物における（１００）面優先配向により、圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が０ないし圧縮応力となるようにした。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明では、基板上に設けられた第１の電極層と、該第１の電極層上に設けられた配向制御層と、該配向制御層上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電素子を対象とする。
【００１３】
そして、上記第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であるものとする。
【００１４】
上記の構成により、第１の電極層である貴金属膜に、チタン等の添加物を添加することで、基板と第１の電極層との密着性を向上させることができて、圧電素子の製造時における膜剥離を防止することができるとともに、この第１の電極層上に配向制御層をスパッタ法等により形成すれば、第１の電極層が（１１１）面配向であったとしても、配向制御層が（１００）面又は（００１）面（立方晶系の場合は（１００）面と（００１）面とは同じである）に配向し易くなる。すなわち、第１の電極層の表面部には、添加物が島状に点在しており、この添加物であるチタン等は酸化し易くて酸化物の形態で添加しなくても、配向制御層を形成する際等において酸素が存在すれば、その表面部に点在する添加物は酸化物となる。そして、配向制御層は、この島状に点在する添加物（酸化物）を核にしてその上側に結晶成長し、これにより、添加物上において（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。一方、第１の電極層は、シリコン等の基板を用いる場合には、通常、（１１１）面配向になっており、このため、配向制御層において第１の電極層の表面部における添加物が存在しない部分の上側領域では、（１００）面及び（００１）面以外の面配向（例えば（１１１）面配向）になったりアモルファスになったりする。しかし、このような（１００）面や（００１）面配向になっていない領域は、配向制御層における第１の電極層側の表面近傍部（当該表面からせいぜい２０ｎｍ程度までの範囲）にしか存在しない。つまり、上記添加物上の（１００）面又は（００１）面配向の領域がその結晶成長に連れて広がるため、層厚方向と垂直な断面における該領域の面積が、第１の電極層側からその反対側（圧電体層側）に向かって大きくなり、これにより、（１００）面や（００１）面配向になっていない領域は小さくなって、配向制御層の厚みが２０ｎｍ程度となった段階では略全体が（１００）面又は（００１）面配向の領域となる。この配向制御層上に、圧電体層をスパッタ法等により形成すれば、その圧電体層を（１００）面に容易に優先配向させることができ、これにより、結晶性の良好な圧電体層が得られる。そして、上記圧電体層を菱面体晶系ではなくて、正方晶系とすることにより、シリコン等の基板上に形成した場合においても、厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力を０ないし圧縮応力とすることができる。そのメカニズムを以下に説明する。
【００１５】
圧電体層におけるペロブスカイト型結晶構造の圧電材料（特にＰＺＴ）は、３００〜４００℃にキュリー温度を持ち、その結晶系は、キュリー温度よりも高温では立方晶系であり、キュリー温度よりも低温ではＺｒ／Ｔｉ組成により菱面体晶系又は正方晶系となる。このため、高温での成膜時（６００〜７００℃）には立方晶系であるが、成膜後の冷却課程で、正方晶系又は菱面体晶系となる。菱面体晶系の場合には、単位セルにおけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向のそれぞれの稜の長さａ１，ａ２，ａ３は全て同じ値であり（ａ１＝ａ２＝ａ３）、稜間角度も全て同じ値である（α＝β＝γ＜９０°）。そして、シリコンのように線膨張係数が圧電材料よりも小さな基板を用いて成膜すると、成膜後の室温では、圧電体層は基板から引張応力を受ける。一方、正方晶系の場合には、単位セルにおけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向のそれぞれの稜の長さａ１，ａ２，ａ３は全て同じ値ではなくて、ａ３がａ１及びａ２とは異なる（ａ１＝ａ２＜ａ３）。尚、稜間角度は全て同じ値である（α＝β＝γ＝９０°）。ここで、ａ１及びａ２は等価であってａ軸と呼ばれ、ａ３はｃ軸と呼ばれる。そして、正方晶系でかつ（１００）面配向（ａ軸配向）の場合には、立方晶系から正方晶系に相転移する際、ａ軸は縮み、ｃ軸は伸びる。この相転移の際に短くなるａ軸が膜厚方向に向くため、圧電体層は厚み方向に縮み、厚み方向と垂直な方向には平均的に伸びることになる。その伸びが、線膨張係数の違いによりシリコン等の基板から受ける引張応力を打ち消し、結果的に厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力を０ないし圧縮応力とすることができる。この結果、優れた耐電圧特性を有する圧電素子が得られる。
【００１６】
このように、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いなくても、厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が０ないし圧縮応力となる結晶性・配向性が良好な圧電体層が容易に得られ、この結果、Ｓｉ基板を初め、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板等のように、線膨張係数が圧電材料よりも小さい安価な基板を用いて圧電素子を製造することで、その製造コストを低減することができる。
【００１７】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、配向制御層は、ジルコニウムの含有量が０以上２０モル％以下でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰であるチタン酸ランタンジルコン酸鉛、又は該チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものからなるものとする。
【００１８】
このようなチタン酸ランタンジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ；ジルコニウムの含有量が０である場合のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）を含む）を配向制御層に用いれば、配向制御層が（１００）面又は（００１）面により一層配向し易くなり、延いては圧電体層の結晶性・配向性を向上させることができる。しかも、このようにジルコニウムの含有量を２０モル％以下とすると、結晶成長初期にＺｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難く、また鉛の含有量を化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰とすることで、配向制御層の結晶性の低下を確実に抑制することができる。よって、圧電体層の結晶性や配向性を確実に向上させることができて、圧電素子の圧電特性及び耐電圧特性をより一層向上させることができる。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、チタン酸ランタンジルコン酸鉛におけるランタンの含有量が０を越え２５モル％以下であるものとする。
【００２０】
また、請求項４の発明では、請求項２又は３の発明において、チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合のトータル添加量は、０を越え１０モル％以下であるものとする。
【００２１】
これら請求項３又は４の発明により、配向制御層の結晶性の低下をより有効に抑えることができる。
【００２２】
請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれか１つの発明において、第１の電極層は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属からなり、該貴金属に添加された添加物の添加量が０を越え３０モル％以下であるものとする。
【００２３】
このことにより、圧電素子の各膜をスパッタ法等に形成する際の温度に十分に耐えられるとともに、電極として適切な材料とすることができる。また、添加物の添加量は、３０モル％を越えると配向制御層（延いては圧電体層）の結晶性及び配向性が低下するので、このように３０モル％以下とするのがよい。
【００２４】
ここで、上記添加物は第１の電極層に添加含有したものであり、第１の電極層の上側に積極的に設けたものではないため、第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物は、第１の電極層における配向制御層側の表面から突出することは殆どなく、突出したとしてもその突出量は２ｎｍ以下である。これにより、上述の如く、配向制御層が（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。
【００２５】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１つの発明において、圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなるものとする。
【００２６】
こうすることで、圧電特性が良好な圧電材料とすることができ、高性能の圧電素子が得られる。
【００２７】
請求項７の発明では、請求項１〜６のいずれか１つの発明において、基板と第１の電極層との間に、該基板と第１の電極層との密着性を高める密着層が設けられているものとする。
【００２８】
このことにより、基板と第１の電極層との密着性をさらに向上させることができ、圧電素子の製造時における膜剥離を確実に防止することができる。
【００２９】
請求項８の発明は、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第２の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの発明である。
【００３０】
そして、この発明では、上記圧電素子の第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であるものとする。
【００３１】
この発明により、基板上に、第１の電極層、配向制御層、圧電体層、第２の電極層及び振動層をスパッタ法等により順次形成して、この振動層に圧力室部材を接合した後に上記基板を除去するようにすれば、請求項１の発明と同様の構成の圧電素子を備えたインクジェットヘッドが得られ、その圧電素子の耐電圧特性を向上させることができる。よって、耐久性に優れたインクジェットヘッドが得られる。
【００３２】
請求項９の発明では、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第１の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドを対象とする。
【００３３】
そして、上記圧電素子の第１の電極層は、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなり、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、正方晶系の（１００）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなっており、上記圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が、０ないし圧縮応力であるものとする。
【００３４】
このことにより、圧力室部材を基板として、その上に、振動層、第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層をスパッタ法等により順次形成するようにすれば、請求項８の発明と同様の作用効果を有するインクジェットヘッドが得られる。
【００３５】
請求項１０の発明は、基板上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程とを含む圧電素子の製造方法の発明である。
【００３６】
そして、この発明では、上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であるものとする。
【００３７】
この発明により、請求項１の発明と同様の作用効果を有する圧電素子を容易に製造することができる。
【００３８】
請求項１１の発明は、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製造方法の発明である。
【００３９】
そして、この発明では、基板上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程と、上記第２の電極層上に、振動層を形成する工程と、上記振動層の第２の電極層とは反対側の面に、圧力室を形成するための圧力室部材を接合する工程と、上記接合工程後に、上記基板を除去する工程とを含み、上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であるものとする。
【００４０】
このことにより、請求項８の発明と同様の作用効果を有するインクジェットヘッドを容易に製造することができる。
【００４１】
請求項１２の発明では、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製造方法を対象とする。
【００４２】
そして、圧力室を形成するための圧力室基板上に、振動層を形成する工程と、上記振動層上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層をスパッタ法により形成する工程と、上記第１の電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する工程と、上記配向制御層上に、正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、上記圧電体層上に第２の電極層を形成する工程と、上記圧力室基板に、圧力室を形成する工程とを含み、上記配向制御層を形成する工程は、上記第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する上記添加物を核にしてその上側に結晶成長させることにより、該配向制御層を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる工程であり、上記圧電体層を形成する工程は、上記配向制御層により該圧電体層を（１００）面に優先配向させ、かつ該圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用する残留応力を０ないし圧縮応力とする工程であるものとする。
【００４３】
このことで、請求項９の発明と同様の作用効果を有するインクジェットヘッドを容易に製造することができる。
【００４４】
請求項１３の発明は、インクジェット式記録装置の発明であり、この発明では、請求項８又は９記載のインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から該圧力室内のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されているものとする。
【００４５】
この発明により、印字性能及び耐久性が極めて良好な記録装置が容易に得られる。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明の圧電素子によると、基板上に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加された貴金属からなる第１の電極層を設け、この第１の電極層上に、（１００）面又は（００１）面に優先配向した立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を設け、この配向制御層上に、（１００）面に優先配向した正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなりかつ厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が０ないし圧縮応力である圧電体層を設けるようにしたことにより、高い耐電圧特性を有する圧電素子が得られ、この圧電素子を用いる本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置において、インク吐出性能を長期に亘って優れたものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る圧電素子を示し、同図において１１は、厚みが０．３ｍｍのφ４インチシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板１１上には、厚みが０．０２μｍであってチタン（Ｔｉ）からなる密着層１２が形成されている。尚、上記基板１１は、Ｓｉに限るものではなく、線膨張係数が後述の圧電体層１６の圧電材料よりも小さいガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。
【００４９】
上記密着層１２上には、厚みが０．２μｍであって１．６モル％のＴｉを添加したイリジウム（Ｉｒ）からなる第１の電極層１４が形成されている。
【００５０】
上記第１の電極層１４上には、ランタン（Ｌａ）の含有量が１２モル％でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して６モル％過剰である立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＬＴからなる配向制御層１５が形成されている。この配向制御層１５は（１００）面又は（００１）面に優先配向してなり、その膜厚は０．０４μｍである。
【００５１】
上記配向制御層１５上には、厚みが１．５μｍであって正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴからなる圧電体層１６が形成されている。この圧電体層１６は（１００）面に優先配向してなる。上記ＰＺＴの組成は、正方晶系と菱面体晶系との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）である。尚、圧電体層１６におけるＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜５５／４５であれば、正方晶系とすることができる。また、圧電体層１６の構成材料は、ＰＺＴにＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。さらに、膜厚は、０．５〜５．０μｍの範囲であればよい。
【００５２】
上記圧電体層１６上には、厚みが０．２μｍであってＰｔからなる第２の電極層１７が形成されている。尚、第２の電極層１７の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。
【００５３】
そして、この圧電素子は、上記基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７をスパッタ法により順次成膜して積層したものである。尚、成膜法はスパッタ法に限らず、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（例えばＣＶＤ法等）であればよい。また、密着層１２及び第２の電極層１７の成膜法は、ゾル・ゲル法等であってもよい。
【００５４】
上記密着層１２は、上記基板１１と第１の電極層１４との密着性を高めるためのものであって、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物で構成してもよい。また、膜厚は０．００５〜１μｍの範囲であればよい。この密着層１２は必ずしも必要なものではなく、基板１１上に第１の電極層１４を直接に形成するようにしても、第１の電極層１４にＴｉが添加含有されているので、基板１１と第１の電極層１４との密着性はかなり良好となる。
【００５５】
上記第１の電極層１４は、電極としての役割を有するだけでなく、Ｔｉを添加したことにより、上記配向制御層１５を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる役割をも担っており、このような添加物としては、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種であればよい。また、第１の電極層１４の材料は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属であればよく、この貴金属に添加された上記添加物の添加量は、０を越え３０モル％以下であることが好ましい。さらに、第１の電極層１４の厚みは０．０５〜２μｍの範囲であればよい。尚、上記添加物は第１の電極層１４に添加含有したものであり、第１の電極層１４の上側に積極的に設けたものではないため、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に位置する上記添加物は、上記配向制御層１５側の表面から突出することは殆どなく、突出したとしてもその突出量は２ｎｍよりも小さい。
【００５６】
上記配向制御層１５は、上記圧電体層１６の結晶性及び（１００）面配向性を向上させるものであって、そのために、Ｌａを含みかつＺｒを含まず、鉛の含有量が化学量論組成よりも過剰なＰＬＴとしている。尚、圧電体層１６の結晶性及び配向性を向上させる観点から、Ｌａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層１５を構成する材料は、上記ＰＬＴに限らず、このＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴであってもよく、これらＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものであってもよい。上記ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましく、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合、そのトータル添加量は０を越え１０モル％以下（いずれか一方の添加量が０であってもよい）であることが好ましい。また、配向制御層１５の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。
【００５７】
次に、上記圧電素子の製造方法を説明する。
【００５８】
すなわち、Ｓｉ基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７をスパッタ法により順次成膜する。
【００５９】
上記密着層１２は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１１を４５０℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。
【００６０】
上記第１の電極層１４は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板１１を４５０℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この得られた第１の電極層１４における密着層１２とは反対側の表面部には、チタンが島状に点在している。
【００６１】
尚、上記第１の電極層１４をスパッタ法により形成する際に使用するガスは、上記のようにアルゴンガスのみであってもよく、アルゴンと酸素との混合ガスであってもよい。アルゴンガスのみを用いた場合には、第１の電極層１４の表面部のチタンは酸化されないが、アルゴンと酸素との混合ガスを用いた場合には、そのチタンが酸化されて酸化チタンとなる。特にアルゴンと酸素との混合ガスを用いる場合には、基板１１の温度を６５０℃以下に設定することが望ましい。これは、基板１１の温度が６５０℃よりも高いと、チタンのみならず貴金属表面も僅かに酸化して、その上側に形成する配向制御層１５の結晶性や配向性に悪影響を及ぼす可能性があるからである。
【００６２】
上記配向制御層１５は、ランタンを１３モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を８モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板１１の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。
【００６３】
尚、上記配向制御層１５をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え１０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、配向制御層１５の結晶性が低下する一方、酸素分圧が１０％を越えると、（１００）面又は（００１）面の配向性が低下するからである。また、真空度は、０．０５Ｐａ以上５Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．０５Ｐａよりも小さいと、配向制御層１５の結晶性がばらつく一方、５Ｐａを越えると、（１００）面又は（００１）面の配向性が低下するからである。
【００６４】
また、上記配向制御層１５をスパッタ法により形成する際の基板１１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。これは、基板１１の温度が４５０℃よりも小さいと、配向制御層１５の結晶性が低下するとともに、パイロクロアが生成し易くなる一方、７５０℃よりも大きいと、成膜時に、膜中に含まれるＰｂが蒸発することにより不足し、結晶性が低下するからである。
【００６５】
より好ましいのは、上記酸素分圧を０．５％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下とするとともに、基板１１の温度を５００℃以上６５０℃以下にすることである。
【００６６】
上記のように配向制御層１５を形成すれば、この配向制御層１５は、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に点在するチタンを核にして結晶成長し、これにより、チタン上において（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。また、このチタンが、上記の如く第１の電極層１４の表面からは殆ど突出していない（突出してもその突出量は２ｎｍよりも小さい）ので、配向制御層１５は、（１００）面又は（００１）面により一層配向し易くなる。一方、第１の電極層１４は（１１１）面配向になっているため、配向制御層１５において第１の電極層１４の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側領域では、（１００）面や（００１）面配向とはならない（ここでは、（１１１）面配向になる）。この領域は上記結晶成長に連れて小さくなる一方、（１００）面又は（００１）面配向の領域は拡大する。この結果、配向制御層１５における第１の電極層１４側の表面近傍部は、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に位置するチタン上に存在する（１００）面又は（００１）面配向の領域と、第１の電極層１４の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在しかつ（１００）面や（００１）面配向となっていない領域とを有することになり、この（１００）面又は（００１）面配向の領域は第１の電極層１４側からその反対側（圧電体層１６側）に向かって広くなり、配向制御層１５の圧電体層１６側の表面では、略全体が（１００）面又は（００１）面配向の領域となる。そして、ジルコニウムの含有量を２０モル％以下とし、ランタンの含有量が０を越え２５モル％以下とすれば、配向制御層１５の結晶性や配向性が格段に向上する。特にジルコニウムの含有量が少ないほど、結晶成長初期にＺｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難くなり、結晶性の低下が確実に抑制される。
【００６７】
上記圧電体層１６は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）の焼結体ターゲットを用い、基板１１の温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９．５：０．５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２００Ｗの条件で２時間形成することにより得られる。
【００６８】
尚、上記圧電体層１６をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え３０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、圧電体層１６の結晶性が低下する一方、酸素分圧が３０％を越えると、（１００）面配向度が低下するからである。また、真空度は、０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．１Ｐａよりも小さいと、圧電体層１６の結晶性及び圧電特性がばらつく一方、１Ｐａを越えると、（１００）面配向度が低下するからである。
【００６９】
また、上記圧電体層１６をスパッタ法により形成する際の基板１１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。これは、基板１１の温度が４５０℃よりも小さいと、圧電体層１６の結晶性が低下するとともに、パイロクロアが生成し易くなる一方、７５０℃よりも大きいと、成膜時に、膜中に含まれるＰｂが蒸発することにより不足し、結晶性が低下するからである。
【００７０】
より好ましいのは、上記酸素分圧を１％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１５Ｐａ以上０．８Ｐａ以下とするとともに、基板１１の温度を５２５℃以上６２５℃以下とすることである。
【００７１】
上記のように圧電体層１６を形成すれば、この圧電体層１６は、上記配向制御層１５の圧電体層１６側の表面が（１００）面又は（００１）面配向となっていることで、正方晶系でかつ（１００）面配向となり、配向制御層１５の結晶性が良好であるため、この圧電体層１６の結晶性も良好となる。また、Ｓｉ基板１１の線膨張係数（約３０×１０-7／℃）が、ＰＺＴ膜の線膨張係数（約６０×１０-7／℃）よりも小さいにも拘わらず、得られたＰＺＴ膜の厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力は、０ないし圧縮応力となる。すなわち、ＰＺＴは、３００〜４００℃にキュリー温度を持ち、その結晶系は、キュリー温度よりも高温では立方晶系であり、キュリー温度よりも低温では、Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８であることから正方晶系となる。このため、成膜時には立方晶系であるが、成膜後の冷却課程で正方晶系となる。この正方晶系の場合、単位セルにおけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向のそれぞれの稜の長さａ１，ａ２，ａ３は、全て同じ値ではなくて、ａ３がａ１及びａ２とは異なり、ａ１及びａ２は等価であってａ軸と呼ばれ、ａ３はｃ軸と呼ばれる。そして、正方晶系ペロブスカイト型酸化物における（１００）面配向（ａ軸配向）の場合には、立方晶系から正方晶系に相転移する際、ａ軸は縮み、ｃ軸は伸びる。この相転移の際に短くなるａ軸が膜厚方向に向くため、ＰＺＴ膜は厚み方向に縮み、厚み方向と垂直な方向には平均的に伸びることになる。その伸びが、線膨張係数の違いによりＳｉ基板１１から受ける引張応力を打ち消し、結果的に厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力を０ないし圧縮応力とすることができる。
【００７２】
上記第２の電極層１７は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。
【００７３】
したがって、本実施形態の圧電素子では、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いなくても、安価なシリコンの基板１１上にスパッタ法により成膜することで、結晶性及び配向性が良好な圧電体層１６が得られ、製造コストを低減しつつ、圧電素子の信頼性（耐電圧特性）を向上させることができる。
【００７４】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。尚、以下の各実施例１〜５においては、基板上に、密着層、第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成は、上記実施形態と同じである（但し、実施例５では、密着層を形成していない）。
【００７５】
（実施例１）
この実施例１のものは、各膜の材料、膜厚、製造方法等が上記実施形態で説明したものと同じものとした。この実施例１の圧電素子の各膜には、クラックや膜剥離は見られなかった。
【００７６】
そして、基板（ウエハ）のそりを測定することにより、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に３０ＭＰａの圧縮応力が作用していることが分かった。
【００７７】
また、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べた。すなわち、Ｘ線回折法による解析から、ＰＺＴ膜は（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示していた。また、ＰＺＴ膜の組成は、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５２／４８であった。
【００７８】
続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べた。すなわち、Ｘ線回折法により解析を行った結果、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）で表面から５ｎｍの深さでの組成分析を行った結果、Ｔｉ量は１．６モル％であった。
【００７９】
次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べた。この配向制御層のＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面配向になった部分が見られた。この（１１１）面配向になった部分は、第１の電極層の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが６モル％過剰に含まれていた。
【００８０】
次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより２０ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行った（圧電定数ｄ３１の測定方法については、例えば特開２００１−２１０５２号公報参照）。この１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１１８ｐＣ／Ｎであった。
【００８１】
続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で７０個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定した。尚、耐電圧値は、電圧印加による電流値が１μＡとなる値とした。この結果、耐電圧値の平均は９５Ｖであった。
【００８２】
（実施例２）
この実施例２では、基板に実施例１と同じ厚みが０．３ｍｍのφ４インチシリコン（Ｓｉ）ウエハを用い、密着層には、膜厚０．０１μｍのタンタル（Ｔａ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍであってアルミニウム２モル％含有するＰｔ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０３μｍであって１５モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１０モル％過剰であるＰＬＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が１．７μｍであるＰＺＴ膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）を、第２の電極層には、膜厚が０．１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。
【００８３】
上記密着層は、Ｔａターゲットを用いて、基板を５２０℃に加熱しながら１１０Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。
【００８４】
上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ａｌ−Ｐｔ合金ターゲット（Ａｌ含有量４モル％）を用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。
【００８５】
上記配向制御層は、１８モル％のランタンを含有するＰＬＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を１２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９．２：０．８）において、真空度０．５Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１５分間形成することにより得た。
【００８６】
上記圧電体層は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）の焼結体ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９．５：０．５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で２時間形成することにより得た。
【００８７】
上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。
【００８８】
この実施例２の圧電素子の各膜にも、クラックや膜剥離は見られなかった。
【００８９】
そして、基板（ウエハ）のそりを測定することにより、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に２０ＭＰａの圧縮応力が作用していることが分かった。
【００９０】
また、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を、上記実施例１と同様の方法で調べたところ、ＰＺＴ膜は（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示した。また、ＰＺＴ膜の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４０／６０であった。
【００９１】
続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、アルミニウム量は２モル％であった。
【００９２】
次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（００１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１５モル％含有され、Ｐｂが１０モル％過剰に含まれていた。
【００９３】
次に、上記実施例１と同様に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより２０ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１１０ｐＣ／Ｎであった。
【００９４】
続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で７０個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１０５Ｖであった。
【００９５】
（実施例３）
この実施例３では、基板を、０．５ｍｍ厚で１００ｍｍ角サイズのバリウム硼珪酸ガラス（線膨張係数：約４６×１０-7／℃）とし、密着層には、膜厚０．００５μｍのニッケル（Ｎｉ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．１５μｍであって酸化マグネシウム８モル％含有するイリジウム（Ｉｒ）膜を、配向制御層には、膜厚が０．０２μｍであって８モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１６モル％過剰であるＰＬＴ膜（１モル％のマンガンを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が１．６μｍであるＰＺＴ膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５０／５０）を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。
【００９６】
上記密着層は、Ｎｉターゲットを用いて、基板を３００℃に加熱しながら２００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。
【００９７】
上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、ＭｇＯ−Ｉｒ合金ターゲット（ＭｇＯ含有量１５モル％）を用い、基板を４５０℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において１６０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得た。
【００９８】
上記配向制御層は、１２モル％のランタンを含有するＰＬＴに、２モル％のマンガンを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１５分間形成することにより得た。
【００９９】
上記圧電体層は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５０／５０）の焼結体ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．３５Ｐａ、高周波電力２４０Ｗの条件で２時間形成することにより得た。
【０１００】
上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。
【０１０１】
この実施例３の圧電素子の各膜にも、クラックや膜剥離は見られなかった。
【０１０２】
そして、基板のそりを測定することにより、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に５ＭＰａの圧縮応力が作用していることが分かった。
【０１０３】
また、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、ＰＺＴ膜は（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示した。また、ＰＺＴ膜の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５０／５０であった。
【０１０４】
続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、ＭｇＯ量は８モル％であった。
【０１０５】
次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。また、マンガンが１モル％、ランタンが８モル％含有され、Ｐｂが１６モル％過剰に含まれていた。
【０１０６】
次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより２０ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１２０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．５％であった。
【０１０７】
続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で７０個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は９３Ｖであった。
【０１０８】
（実施例４）
この実施例４では、基板を、０．５ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層には、膜厚０．０１μｍのチタン膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍであってコバルト５モル％含有するＩｒ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０５μｍであって１０モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１０モル％過剰であるＰＬＴ膜を、圧電体層には、膜厚が１．２μｍであるＰＺＴ膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。
【０１０９】
上記密着層は、Ｔｉターゲットを用いて、基板を５００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。
【０１１０】
上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｃｏターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１０：１）において９０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。
【０１１１】
上記配向制御層は、１０モル％のランタンを含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）において、真空度０．８４Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で２０分間形成することにより得た。
【０１１２】
上記圧電体層は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）の焼結体ターゲットを用い、基板温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．４Ｐａ、高周波電力１７０Ｗの条件で１時間形成することにより得た。
【０１１３】
上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。
【０１１４】
この実施例４の圧電素子の各膜にも、クラックや膜剥離は見られなかった。
【０１１５】
そして、基板（ウエハ）のそりを測定し、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に６０ＭＰａの圧縮応力が作用していることが分かった。
【０１１６】
また、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示した。ＰＺＴ膜の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５２／４８であった。
【０１１７】
続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、コバルト量は５モル％であった。
【０１１８】
次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。また、ランタンが１０モル％含有され、Ｐｂが１０モル％過剰に含まれていた。
【０１１９】
次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより２０ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１２１ｐＣ／Ｎであった。
【０１２０】
続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で７０個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は７８Ｖであった。
【０１２１】
（実施例５）
この実施例５では、基板を、０．３ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層をなくして、基板に第１の電極層を直接形成するとともに、この第１の電極層には、膜厚が０．２２μｍであって酸化チタンを２．１モル％含有するＩｒ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０３μｍであって１２モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１８モル％過剰であるＰＬＺＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が１．５μｍであるＰＺＴ膜（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）を、第２の電極層には、膜厚が０．２μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。
【０１２２】
上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、酸化チタンターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において１００Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。
【０１２３】
上記配向制御層は、１４モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有するＰＬＺＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得た。
【０１２４】
上記圧電体層は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）の焼結体ターゲットを用い、基板温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１．５時間形成することにより得た。
【０１２５】
上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。
【０１２６】
この実施例５の圧電素子の各膜にも、クラックや膜剥離は見られなかった。
【０１２７】
そして、基板（ウエハ）のそりを測定することにより、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に５０ＭＰａの圧縮応力が作用していることが分かった。
【０１２８】
また、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示した。また、ＰＺＴ膜の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５３／４７であった。
【０１２９】
続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、酸化チタン量は２．１モル％であった。
【０１３０】
次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが１８モル％過剰に含まれていた。
【０１３１】
次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより２０ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１２０ｐＣ／Ｎであった。
【０１３２】
続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で７０個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は９２Ｖであった。
【０１３３】
（比較例）
この比較例のものは、上記実施例１のものに対して、ＰＺＴ膜の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）のみが異なるものであり、基板上に、密着層、第１の電極層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成である。
【０１３４】
この比較例の圧電素子における圧電体層は（１００）面配向の菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示した。膜厚は実施例１の場合と同じで１．５μｍであった。
【０１３５】
そして、基板（ウエハ）のそりを測定し、ＰＺＴ膜の応力状態を調べた。その結果、ＰＺＴ膜には、厚み方向と垂直な方向に９５ＭＰａの引張応力が作用していることが分かった。
【０１３６】
また、上記実施例１と同様にして圧電定数ｄ３１の測定を行ったところ、圧電定数の平均値は−１２５ｐＣ／Ｎであった。
【０１３７】
さらに、上記実施例１と同様にして耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は４５Ｖであった。
【０１３８】
上記の結果より、圧電体層が（１００）面配向の菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造である場合には、圧電定数は正方晶系と同様に良好であるものの、耐電圧特性は正方晶系よりもかなり劣ることが判る。これは、圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力が引張応力となっているからである。したがって、上記各実施例のように、圧電体層を（１００）面配向の正方晶系ペロブスカイト型結晶構造とすることにより、圧電体層において厚み方向と垂直な方向に作用している残留応力を圧縮応力とすることができ、この結果、圧電素子の耐電圧特性を向上できることが判る。
【０１３９】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの全体構成を示し、図３はその要部の構成を示す。図２及び図３において、Ａは、圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室開口部１０１が形成されている。Ｂは、上記圧力室開口部１０１の上端開口を覆うように配置されたアクチュエータ部であり、Ｃは、圧力室開口部１０１の下端開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Ａの圧力室開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置する上記アクチュエータ部Ｂ及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２とされている。
【０１４０】
上記アクチュエータ部Ｂは、上記各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２及び第１の電極層１０３は、図２から判るように、千鳥状に多数配列されている。
【０１４１】
上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを上記圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。
【０１４２】
Ｄは、ノズル板であって、このノズル板Ｄには、上記インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップから上記各個別電極１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。
【０１４３】
次に、上記アクチュエータ部Ｂの構成を図４に基づいて説明する。この図４は、図２に示したインク供給方向とは直交する方向の断面図である。同図では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａが参照的に描かれている。このアクチュエータ部Ｂは、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層１０３と、この各第１の電極層１０３上（同図では下側）に設けられた配向制御層１０４と、この配向制御層１０４上（同下側）に設けられた圧電体層１１０と、この圧電体層１１０上（同下側）に設けられ、全圧電体層１１０に共通となる第２の電極層１１２（共通電極）と、この第２の電極層１１２上（同下側）に設けられ、上記圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層１１１と、この振動層１１１上（同下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層１１３（縦壁）とを有しており、上記第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層１１１は、この圧電素子の第２の電極層１１２側の面に設けられていることになる。
【０１４４】
尚、図４中、１１４は圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。このようにアクチュエータ部Ｂの振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。
【０１４５】
上記第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２の各構成材料は、上記実施形態１で説明した第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。また、配向制御層１０４及び圧電体層１１０の構造も、配向制御層１５及び圧電体層１６とそれぞれ同様であり、配向制御層１０４は、（１００）面又は（００１）面配向となっている。
【０１４６】
次に、図２のＩＣチップＥを除くインクジェットヘッド、つまり図３に示す上記圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄよりなるインクジェットヘッドの製造方法を図５〜図９に基づいて説明する。
【０１４７】
図５（ａ）に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０、第２の電極層１１２、振動層１１１、上記中間層１１３をスパッタ法により成膜して、積層する。尚、上記密着層１２１は、上記実施形態１で説明した密着層１２と同様であって、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために基板１２０と第１の電極層１０３との間に形成する（必ずしも密着層１２１を形成する必要はない）。この密着層１２１は、後述の如く、基板１２０と同様に除去する。また、振動層１１１の材料にはＣｒを、中間層１１３にはＴｉをそれぞれ使用する。
【０１４８】
上記基板１２０には、１８ｍｍ角に切断したＳｉ基板を用いる。この基板１２０は、Ｓｉに限るものではなく、線膨張係数が圧電体層１１０の圧電材料よりも小さいガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。また、基板サイズも１８ｍｍ角に限るものではなく、Ｓｉ基板であれば、φ２〜１０インチのウエハであってもよい。
【０１４９】
上記密着層１２１は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１２０を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。この密着層１２１の膜厚は０．０２μｍとなる。尚、密着層１２１の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５〜０．２μｍの範囲であればよい。
【０１５０】
上記第１の電極層１０３は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板１２０を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第１の電極層１０３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。また、Ｔｉの含有量は２．５モル％である。この第１の電極層１０３も、上記実施形態１における第１の電極層１４と同様に、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物を添加したもの（添加量は０を越え３０モル％以下であることが好ましい）であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。
【０１５１】
上記配向制御層１０４は、ランタンを１０モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１５モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板１２０の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。この得られたチタン酸ランタン鉛膜は、ランタンを１０モル％含みかつ鉛を化学組成量論組成よりも１０％過剰に含むペロブスカイト型結晶構造であり、（１００）面又は（００１）面に配向している。
【０１５２】
尚、上記実施形態１における配向制御層１５と同様に、上記配向制御層１０４のＬａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層１０４を構成する材料も、ＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴ（ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましい）であってもよく、ＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したもの（マグネシウム及びマンガンの添加量は０を越え１０モル％以下であることが好ましい）であってもよい。また、配向制御層１０４の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。
【０１５３】
上記圧電体層１１０は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）の焼結体ターゲットを用い、基板１２０の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で２時間形成することにより得られる。この得られたＰＺＴ膜は、正方晶系ペロブスカイト型結晶構造で（１００）面配向となり、この正方晶系ペロブスカイト型酸化物における（１００）面配向により、厚み方向と垂直方向に作用する残留応力が圧縮応力となる。また、圧電体層１１０の膜厚は２．１μｍとなる。尚、この圧電体層１１０のＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜５５／４５であれば、正方晶系とすることができ、膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。また、圧電体層１１０の構成材料は、ＰＺＴにＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。
【０１５４】
上記第２の電極層１１２は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。この第２の電極層１１２の膜厚は０．２μｍとなる。尚、第２の電極層１１２の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。
【０１５５】
上記振動層１１１は、Ｃｒターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で６時間形成することにより得られる。この振動層１１１の膜厚は３μｍとなる。この振動層１１１の材料は、Ｃｒに限らず、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン）等であってもよい。また、振動層１１１の膜厚は２〜５μｍであればよい。
【０１５６】
上記中間層１１３は、Ｔｉターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で５時間形成することにより得られる。この中間層１１３の膜厚は５μｍとなる。この中間層１１３の材料は、Ｔｉに限らず、Ｃｒ等の導電性金属であればよい。また、中間層１１３の膜厚は３〜１０μｍであればよい。
【０１５７】
一方、図５（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａを形成する。この圧力室部材Ａは、上記Ｓｉ基板１２０よりも大きいサイズ、例えば４インチウエハーのシリコン基板１３０（図１０参照）を使用して形成される。具体的には、先ず、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に対して複数の圧力室用開口部１０１をパターンニングする。このパターンニングは、同図（ｂ）から判るように、４つの圧力室用開口部１０１を１組として、各組を区画する区画壁１０２ｂは、各組内の圧力室用開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの幅の約２倍の幅の厚幅に設定される。その後、上記パターンニングされたシリコン基板１３０をケミカルエッチング又はドライエッチング等で加工して、各組で４個の圧力室用開口部１０１を形成し、圧力室部材Ａを得る。
【０１５８】
その後は、上記成膜後のシリコン基板１２０（成膜用）と前記圧力室部材Ａとを接着剤を用いて接着する。この接着剤の形成は電着による。すなわち、先ず、同図（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａ側の接着面として、圧力室の区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に接着剤１１４を電着により付着させる。具体的には、図示しないが、上記区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に、下地電極膜として、光が透過する程度に薄い数百ÅのＮｉ薄膜をスパッタ法により形成し、その後、上記Ｎｉ薄膜上に、パターニングされた接着樹脂剤１１４を形成する。この際、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。Ｎｉ薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設定するのは、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に接着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。電着条件は、実験によると、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒が好適であり、この条件下で約３〜１０μｍのアクリル樹脂を、シリコン基板１３０（圧力室部材用）のＮｉ薄膜上に電着樹脂形成する。
【０１５９】
そして、図６（ａ）に示すように、上記積層されたＳｉ基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを、上記電着された接着剤１１４を用いて接着する。この接着は、基板１２０（成膜用）に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。また、Ｓｉ基板１２０（成膜用）は１８ｍｍのサイズであり、圧力室部材Ａを形成するＳｉ基板１３０は４インチサイズと大きいため、図１０に示すように、複数（同図では１４個）のＳｉ基板１２０（成膜用）を１個の圧力室部材Ａ（Ｓｉ基板１３０）に貼り付ける。この貼り付けは、図６（ａ）に示すように、各Ｓｉ基板１２０（成膜用）の中心が圧力室部材Ａの厚幅の区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置付けられた状態で行われる。この貼り付け後、圧力室部材ＡをＳｉ基板１２０（成膜用）側に押圧、密着させて、両者の接着を液密性高くする。さらに、上記接着したＳｉ基板１２０（成膜用）及び圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温して、上記接着剤１１４を完全に硬化させる。続いて、プラズマ処理を行って、上記接着剤１１４のうち、はみ出した断片を除去する。
【０１６０】
尚、図６（ａ）では、成膜後のＳｉ基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室用開口部１０１を形成しない段階のＳｉ基板１３０（圧力室部材用）を上記成膜後のＳｉ基板１２０（成膜用）と接着してもよい。
【０１６１】
その後は、図６（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ、１０２ｂをマスクとして中間層１１３をエッチングして所定形状に仕上げる（上記各区画壁１０２ａ、１０２ｂに連続する形状（縦壁）とする）。次いで、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２０（成膜用）及び密着層１２１をエッチングにより除去する。
【０１６２】
続いて、図７（ｂ）に示すように、上記圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３について、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、各圧力室１０２毎に個別化する。そして、図８（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて配向制御層１０４と圧電体層１１０とをエッチングして第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。これらエッチング後の第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０は、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。このように第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０を各圧力室１０２毎に個別化した後、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板１３０（圧力室部材用）を各厚幅の区画壁１０２ｂの部分で切断して、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固着されたアクチュエータ部Ｂとが４組完成する。
【０１６３】
続いて、図９（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、同図（ｂ）に示すように、上記インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。
【０１６４】
その後、同図（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行って、この両者を上記接着剤により接着する。以上により、同図（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを持つインクジェットヘッドが完成する。
【０１６５】
上記のようにして得られたインクジェットヘッドの第１及び第２電極層１０３，１１２間に所定電圧を印加すると、圧電体層１１０の圧電効果により振動層１１１における各圧力室１０２に対応する部分が層厚方向に変位して、圧力室１０２内のインクが該圧力室１０２に連通するノズル孔１０８から吐出されることになる。そして、周波数が２０ｋＨｚの５０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。
【０１６６】
一方、上記本発明のインクジェットヘッドに対して、圧電体層が（１００）配向の菱面体晶系ＰＺＴ薄膜である点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドの第１及び第２電極層１０３，１１２間に、周波数が２０ｋＨｚの５０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室１０２のうちの約１５％の圧力室１０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部Ｂ（圧電素子）の耐久性が低いと考えられる。
【０１６７】
したがって、本実施形態のインクジェットヘッドは、耐久性が良好であり、インク吐出性能が長期に亘って優れていることが判る。
【０１６８】
（実施形態３）
図１１は、本発明の実施形態に係る他のインクジェットヘッドの主要部を示し、上記実施形態２のインクジェットヘッドのように基板を成膜用と圧力室部材用とに別個に用いないで、成膜用と圧力室部材用とを兼用するようにしたものである。
【０１６９】
具体的には、圧力室４０２がエッチング加工により形成された圧力室基板４０１（圧力室部材）上に、振動層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６（共通電極）、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９（個別電極）が順に積層されている。上記第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層４０３は、この圧電素子の第１の電極層４０６側の面に密着層４０４を介して設けられていることになる。この密着層４０４は、振動層４０３と第１の電極層４０６との密着性を高めるものであり、上記実施形態２における密着層１２１と同様になくてもよい。上記密着層４０４、第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９の各構成材料は、上記実施形態２で説明した密着層１２１、第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２とそれぞれ同様である。また、配向制御層４０７及び圧電体層４０８の構造も、配向制御層１０４及び圧電体層１１０とそれぞれ同様であり、配向制御層４０７は、（１００）面又は（００１）面配向となっている。
【０１７０】
上記圧力室基板４０１は、φ４インチで厚さ２００μｍのＳｉ基板を用いる。この実施形態でも、Ｓｉに限るものではなく、線膨張係数が圧電体層４０８の圧電材料よりも小さいガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。
【０１７１】
上記振動層４０３は、この実施形態では、膜厚が２．８μｍであって二酸化シリコンからなる。尚、この振動層４０３の材料は、二酸化シリコンに限らず、上記実施形態２で説明した材料（ニッケルやクロム等の単体又はその酸化物若しくは窒化物）であってもよい。また、振動層１１１の膜厚は０．５〜１０μｍであればよい。
【０１７２】
次に、上記インクジェットヘッドの製造方法について図１２を参照しながら説明する。
【０１７３】
すなわち、先ず、図１２（ａ）に示すように、圧力室４０２が形成されていない圧力室基板４０１に、振動層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９をスパッタ法により順次形成する。
【０１７４】
上記振動層４０３は、二酸化シリコン焼結体のターゲットを用いて、圧力室基板４０１の加熱は行わないで室温において、３００Ｗの高周波電力を印加して、０．４Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝５：２５）で、８時間形成することにより得られる。尚、この振動層４０３の成膜法としては、スパッタ法に限らず、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾル・ゲル法等であってもよく、圧力室基板４０１の熱酸化処理で形成する方法であってもよい。
【０１７５】
上記密着層４０４は、Ｔｉターゲットを用いて、圧力室基板４０１を４００℃に加熱しながら、１００Ｗの高周波電力を印加して、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間加熱することにより得られる。この密着層４０４の膜厚は０．０３μｍとなる。尚、密着層４０４の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５〜０．１μｍの範囲であればよい。
【０１７６】
上記第１の電極層４０６は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、圧力室基板４０１を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第１の電極層４０６の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。また、Ｔｉの含有量は２．５モル％である。この第１の電極層４０６も、上記実施形態１における第１の電極層１４と同様に、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属に、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種の添加物を添加したもの（添加量は０を越え３０モル％以下であることが好ましい）であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。
【０１７７】
上記配向制御層４０７は、ランタンを１０モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１５モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、圧力室基板４０１の温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。この得られたチタン酸ランタン鉛膜は、上記実施形態２における配向制御層１０４と同じである。
【０１７８】
尚、上記実施形態１における配向制御層１５と同様に、上記配向制御層４０７のＬａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層４０７を構成する材料も、ＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴ（ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましい）であってもよく、ＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したもの（マグネシウム及びマンガンの添加量は０を越え１０モル％以下であることが好ましい）であってもよい。また、配向制御層１０４の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。
【０１７９】
上記圧電体層４０８は、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）の焼結体ターゲットを用い、圧力室基板４０１の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で２時間形成することにより得られる。この得られたＰＺＴ膜は、上記実施形態２における圧電体層１１０と同じである。尚、圧電体層４０８のＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜５５／４５であれば、正方晶系とすることができ、膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。また、圧電体層４０８の構成材料は、ＰＺＴにＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。
【０１８０】
上記第２の電極層４０９は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。この第２の電極層４０９の膜厚は０．２μｍとなる。尚、第２の電極層４０９の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。
【０１８１】
次いで、上記第２の電極層４０９上に、レジストをスピンコートにより塗布し、圧力室４０２が形成されるべき位置に合わせて露光・現像を行ってパターニングする。そして、第２の電極層４０９、圧電体層４０８及び配向制御層４０７をエッチングして個別化する。このエッチングは、アルゴンとフッ素元素を含む有機ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで行う。
【０１８２】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、圧力室基板４０１に圧力室４０２を形成する。この圧力室４０２の形成は、六フッ化硫黄ガス、フッ素元素を含む有機ガス又はこれらの混合ガスを使用した異方性ドライエッチングで行う。つまり、圧力室基板４０１の上記各膜を形成した面とは反対側の面における側壁４１３となる部分にエッチングマスクを形成して、異方性ドライエッチングにより圧力室４０２を形成する。
【０１８３】
そして、予めノズル孔４１０を形成したノズル板４１２を、接着剤を用いて圧力室基板４０１の上記各膜を形成した面とは反対側の面に接合することにより、インクジェットヘッドが完成する。上記ノズル孔４１０は、リソグラフィ法、レーザー加工法、放電加工法等により、ノズル板４１２の所定位置に開口する。そして、ノズル板４１２を圧力室基板４０１に接合する際には、各ノズル孔４１０が圧力室４０２に対応して配置されるように位置合わせを行う。
【０１８４】
上記のようにして得られたインクジェットヘッドの第１及び第２電極層４０６，４０９間に、周波数が２０ｋＨｚの５０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。
【０１８５】
一方、上記本発明のインクジェットヘッドに対して、圧電体層を（１００）配向の菱面体晶系ＰＺＴ薄膜とした点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドの第１及び第２電極層４０６，４０９間に、周波数が２０ｋＨｚの５０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室４０２のうちの約１０％の圧力室４０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部（圧電素子）の耐久性が低いと考えられる。
【０１８６】
したがって、本実施形態のインクジェットヘッドは、上記実施形態２のインクジェットヘッドと同様に、インク吐出性能が長期に亘って優れていることが判る。
【０１８７】
（実施形態４）
図１３は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置２７を示し、このインクジェット式記録装置２７は、上記実施形態２又は３で説明したものと同様のインクジェットヘッド２８を備えている。このインクジェットヘッド２８において圧力室（上記実施形態２における圧力室１０２や実施形態３における圧力室４０２）に連通するように設けたノズル孔（上記実施形態２におけるノズル孔１０８や実施形態３におけるノズル孔４１０）から該圧力室内のインクを記録媒体２９（記録紙等）に吐出させて記録を行うように構成されている。
【０１８８】
上記インクジェットヘッド２８は、主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載されていて、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。このことで、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。
【０１８９】
また、このインクジェット式記録装置２７は、上記記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘと略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。このことで、複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。尚、図１３中、Ｚは上下方向である。
【０１９０】
そして、インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。
【０１９１】
したがって、このインクジェット式記録装置２７は、上記実施形態２又は３と同様のインクジェットヘッド２８を備えているので、良好な印字性能及び耐久性を有している。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明の圧電素子は、インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドにおけるインク吐出用アクチュエータ等のような各種アクチュエータや、角速度センサー、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー等の各種センサ、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの全体構成を示す斜視図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す分解斜視図である。
【図４】図２のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す断面図である。
【図５】図２のインクジェットヘッドの製造方法における積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付着工程を示す図である。
【図６】図２のインクジェットヘッドの製造方法における、成膜後の基板と圧力室部材との接着工程及び縦壁の形成工程を示す図である。
【図７】図２のインクジェットヘッドの製造方法における、基板（成膜用）及び密着層の除去工程並びに第１の電極層の個別化工程を示す図である。
【図８】図２のインクジェットヘッドの製造方法における、配向制御層及び圧電体層の個別化工程並びに基板（圧力室部材用）の切断工程を示す図である。
【図９】図２のインクジェットヘッドの製造方法における、インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッドを示す図である。
【図１０】図２のインクジェットヘッドの製造方法において、成膜されたＳｉ基板と圧力室部材用のＳｉ基板との接着状態を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る他のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す断面図である。
【図１２】図１１のインクジェットヘッドの製造方法における積層工程及び圧力室形成工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１９４】
１１    基板
１２    密着層
１４    第１の電極層
１５    配向制御層
１６    圧電体層
１７    第２の電極層
２７    インクジェット式記録装置
２８    インクジェットヘッド
２９    記録媒体
３１    キャリッジ（相対移動手段）
Ａ      圧力室部材
１０２  圧力室
１０３  第１の電極層（個別電極）
１０４  配向制御層
１０８  ノズル孔
１１０  圧電体層
１１１  振動層
１１２  第２の電極層（共通電極）
１２０  基板
１２１  密着層
４０１  圧力室基板
４０２  圧力室
４０３  振動層
４０４  密着層
４０６  第１の電極層（共通電極）
４０７  配向制御層
４０８  圧電体層
４０９  第２の電極層（個別電極）
４１０  ノズル孔
【図１】
2005119166.tif 000003
【図２】
2005119166.tif 000004
【図３】
2005119166.tif 000005
【図４】
2005119166.tif 000006
【図５】
2005119166.tif 000007
【図６】
2005119166.tif 000008
【図７】
2005119166.tif 000009
【図８】
2005119166.tif 000010
【図９】
2005119166.tif 000011
【図１０】
2005119166.tif 000012
【図１１】
2005119166.tif 000013
【図１２】
2005119166.tif 000014
【図１３】
2005119166.tif 000015