(57)【要約】【課題】高い圧電特性を有し且つ大きな変位で駆動させても膜はがれを原因とした故障が発生しない圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子２０は、第１電極膜２と、第１電極膜２上に形成された第１圧電体膜３と該第１圧電体膜３上に形成され且つ第１圧電体膜３により結晶配向性を制御される第２圧電体膜４とからなる圧電体積層膜１０と、第２圧電体膜４上に形成された第２電極膜５とを備えている。第１及び第２圧電体膜３，４は、結晶成長方向が圧電体積層膜１０の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体である。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径は第１圧電体膜３の柱状粒子の断面径よりも大きい。第２圧電体膜４の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２０以上６０以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極膜と、該第１電極膜上に形成された第１圧電体膜と該第１圧電体膜上に形成され且つ上記第１圧電体膜により結晶配向性を制御される第２圧電体膜とからなる圧電体積層膜と、該第２圧電体膜上に形成された第２電極膜とを備えた圧電素子であって、
上記第１及び第２圧電体膜は、結晶成長方向が上記圧電体積層膜の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体であり、
上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径が上記第１圧電体膜の柱状粒子の断面径よりも大きく、
上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する上記圧電体積層膜の厚みｌの比ｌ／ｄが２０以上６０以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
第１電極膜と、該第１電極膜上に形成されたバッファー層膜と、該バッファー層膜上に形成された第１圧電体膜と該第１圧電体膜上に形成され且つ上記第１圧電体膜により結晶配向性を制御される第２圧電体膜とからなる圧電体積層膜と、該第２圧電体膜上に形成された第２電極膜とを備えた圧電素子であって、
上記第１及び第２圧電体膜は、結晶成長方向が上記圧電体積層膜の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体であり、
上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径が上記第１圧電体膜の柱状粒子の断面径よりも大きく、
上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する上記圧電体積層膜の厚みｌの比ｌ／ｄが２０以上６０以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
上記第１電極膜における上記第１圧電体膜とは反対側の面の上又は上記第２電極膜における上記第２圧電体膜とは反対側の面の上に形成された振動板膜を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項４】
上記振動板膜は、シリコン、ガラス、セラミック材料及び金属材料のうちいずれか１つからなることを特徴とする請求項３記載の圧電素子。
【請求項５】
上記第１圧電体膜の柱状粒子は、その断面径が４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり且つその長さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項６】
上記第２圧電体膜の柱状粒子は、その断面径が６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり且つその長さが２５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項７】
上記第１及び第２圧電体膜は、少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなり、
Ｘ線回折法による回折パターンの各結晶面の反射強度から求めた圧電体膜の（００１）結晶配向率を、格子間距離４．２Åから１．５ÅのＸ線回折範囲において圧電体膜に帰属する全ピーク強度の合計に対する（００１）ピーク強度と（００２）ピーク強度との和の百分率と定義したときに、上記第１圧電体膜の（００１）結晶配向率が５０％以上８０％以下である一方、上記第２圧電体膜の（００１）結晶配向率が９５％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項８】
上記第１及び第２圧電体膜は少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含んでいて、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表され、
上記第１及び第２圧電体膜の上記ｂの値が０．５０以上０．６０以下の同じ値であり、
上記第１圧電体膜のＰｂ含有量が上記第２圧電体膜よりも多く、
上記第１圧電体膜の上記ａの値が０．０５以上０．１５以下であり、
上記第２圧電体膜の上記ａの値が０以上０．１０以下であることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
【請求項９】
上記第１及び第２圧電体膜は少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含んでいて、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表され、
上記第１及び第２圧電体膜の上記ｂの値が０．５０以上０．６０以下の同じ値であることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項１０】
上記第１電極膜はＰｔ若しくはＩｒからなる貴金属、又は該貴金属にＴｉ、Ｃｏ及びＮｉのうちいずれか１つを添加した合金により構成されていて、断面径が２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の柱状粒子の集合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
【請求項１１】
上記バッファー層膜は、チタン酸ランタン鉛又はチタン酸ランタン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請求項２記載の圧電素子。
【請求項１２】
上記バッファー層膜は、ストロンチウムを含むペロブスカイト型結晶構造の酸化物であることを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項１３】
上記バッファー層膜は、チタン酸ストロンチウムを含有することを特徴とする請求項２記載の圧電素子。
【請求項１４】
基板上に第１電極膜をスパッタ法で形成する工程と、
所定材料をターゲットとして用い且つ所定の成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１電極膜上に第１圧電体膜を形成する工程と、
上記所定材料をターゲットとして用い且つ上記所定の成膜条件と異なる成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１圧電体膜上に第２圧電体膜を形成することにより圧電体積層膜を形成する工程と、
上記第２圧電体膜上に第２電極膜をスパッタ法で形成する工程とを備えたことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１５】
基板上に第１電極膜をスパッタ法で形成する工程と、
所定の第１材料をターゲットとして用い且つ所定の第１成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１電極膜上にバッファー層膜を形成する工程と、
所定の第２材料をターゲットとして用い且つ所定の第２成膜条件下におけるスパッタ法で上記バッファー層膜上に第１圧電体膜を形成する工程と、
上記所定の第２材料をターゲットとして用い且つ上記所定の第２成膜条件と異なる成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１圧電体膜上に第２圧電体膜を形成することにより圧電体積層膜を形成する工程と、
上記第２圧電体膜上に第２電極膜をスパッタ法で形成する工程とを備えたことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１６】
上記第２電極膜上に振動板膜をスパッタ法で形成する工程と、
上記基板を除去する工程とをさらに備えたことを特徴とする請求項１４又は１５記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１７】
ノズルと該ノズルに連通し且つインクを収容する圧力室とが形成されたヘッド本体部と、
厚み方向一方側の面の一部が上記圧力室に臨むように設けられ且つ上記圧力室内のインクに圧力を付与して上記ノズルからインクを吐出させる、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の圧電素子とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１８】
請求項１７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移動手段とを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項１９】
固定部と該固定部から所定の方向に延びる少なくとも一対の振動部とを有する基板を備え、該基板の少なくとも各振動部上に圧電素子が設けられた角速度センサであって、
上記圧電素子は請求項１、２及び５〜１３のいずれか１つに記載の圧電素子であり、
上記第２電極膜は、上記振動部をその幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極と上記振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパターン化されてなることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２０】
上記基板は、シリコン又はガラスからなることを特徴とする請求項１９記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子及びその製造方法、並びにその圧電素子を備えたインクジェットヘッド、インクジェット式記録装置及び角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料は機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、又は電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する材料である。圧電材料の代表的なものとしては、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）(以下、「ＰＺＴ」という)がある。特に、ペロブスカイト型の正方晶系結晶構造のＰＺＴでは、＜００１＞軸方向（ｃ軸方向）に最も大きな圧電変位を得ることができる。しかし、多くの圧電材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であって、各結晶粒子の結晶軸はさまざまな方向を向いている。したがって、自発分極Ｐｓもさまざまに配列している。
【０００３】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、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いる。そして、その要求を満たすために、圧電素子は、従来から多用されていた焼結体に比べて著しく体積の小さい薄膜の形態で使用されるようになりつつある。そのため、圧電素子の薄膜化の研究開発が盛んになってきている。
【０００４】
例えば、ＰＺＴでは自発分極Ｐｓが＜００１＞軸方向を向いているので、薄膜化しても高い圧電特性（圧電変位特性）を実現するためには、ＰＺＴ薄膜を構成する結晶の＜００１＞軸を基板の厚み方向一方側の面に対して垂直方向にする必要がある。そして、従来においては、これを実現するために、表面に結晶方位（１００）面が出た、岩塩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上に、その基板の厚み方向一方側の面に対して垂直な方向に＜００１＞軸が配向した、結晶性が良好なＰＺＴ薄膜を、６００〜７００℃の温度で且つＰＺＴをターゲットとして用いたスパッタ法で直接形成していた（例えば、非特許文献１を参照）。この方法の特徴はＭｇＯ単結晶の基板を用いることであり、それによりはじめて、高い圧電特性を有する、結晶方向に優先配向した圧電体薄膜が実現される。
【０００５】
しかしながら、このＭｇＯ単結晶は非常に高価な材料であるため、この方法は、圧電体薄膜を用いた圧電素子などの工業製品を大量生産するときには、コストの観点から好ましくない。
【０００６】
そこで、安価な基板上に圧電材料からなる結晶配向膜を作る方法として、例えばポストアニール方式の代表例であるゾルゲル法がある。以下、基板として、例えばＳｒＴｉＯ3基板を用いた場合の、ゾルゲル法による結晶配向膜の形成の工程について説明する。まず、基板上にスパッタ法で形成されたＲｕＯ2下部電極上に、Ｚｒ及びＴｉの濃度比がＺｒ／Ｔｉ＝７５／２５のゾル液をスピンコートで塗布して加熱乾燥して、前駆体膜を形成する。次に、その前駆体膜上に、Ｚｒ及びＴｉとの濃度比がＺｒ／Ｔｉ＝５２／４８のゾル液を用いて数層の前駆体膜を形成し、その後、９００℃で高温焼成する。それにより、クラックを発生することなく、（００１）結晶配向のＰＺＴ系圧電体酸化物薄膜が合成される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００７】
以上のようにして、圧電定数が大きい結晶方位である（００１）面に結晶配向したＰＺＴ薄膜を形成することにより、高い圧電特性を有する圧電体薄膜を作製することができる。
【特許文献１】特開２０００−２０８８２８号公報（第３−４頁）
【非特許文献１】「ジャーナルオブアプライドフィジックス（Ｊｏｕｎａｌ 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】
【０００８】
ここで、本発明者たちは、安価な基板上に結晶配向膜を作る方法として、ポストアニールを必要としない方式、例えばスパッタ法で合成する方法を開発した。以下、この方法による結晶配向膜の形成の工程について説明する。まず、基板上に、チタン（Ｔｉ）を含む、白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）などの貴金属合金からなる電極薄膜を下地電極としてスパッタ法で形成する。次に、その電極薄膜上に、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）などの、Ｚｒを含まない酸化物からなり且つ（００１）面に結晶配向した薄膜を初期層としてスパッタ法で形成する。その後、その初期層上に、ＰＺＴを該初期層を下地としてスパッタ法で形成することにより、（００１）面に結晶配向したＰＺＴ薄膜が得られる。
【０００９】
さらに、本発明者たちは、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）を含む貴金属合金からなる電極薄膜を下地電極として用いたときには、その電極薄膜上に直接ＰＺＴを形成することにより、（００１）結晶配向したＰＺＴ薄膜が得られることを見出した。
【００１０】
以上のようにしても、圧電定数が大きい結晶方位である（００１）面に結晶配向したＰＺＴ薄膜を形成することにより、高い圧電特性を有する圧電体薄膜を作製することができる。
【００１１】
以上のようにして得られる圧電体薄膜は高い圧電定数を示すので、印加電圧が低くても大きな圧電変位を発生し、それゆえに、様々な分野のアクチュエータとして用いられることが期待されている。また、上記圧電体薄膜に大きな電圧を印加することにより、さらに大きな圧電変位駆動を行うこともできる。
【００１２】
しかしながら、上述のポストアニールを必要としないスパッタ法でＰＺＴ膜が形成されたアクチュエータに大きな電圧を印加すると、下地電極としての膜とペロブスカイト型酸化物膜との間で膜はがれが発生してしまうという問題があり、高変位の圧電アクチュエータとして耐久性が低いという欠点があった。
【００１３】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的にするところは、大きなアクチュエータ変位を得るために高電圧で駆動しても高い耐久性を示す、信頼性が高い圧電体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の圧電素子は、第１電極膜と、該第１電極膜上に形成された第１圧電体膜と該第１圧電体膜上に形成され且つ上記第１圧電体膜により結晶性を制御される第２圧電体膜とからなる圧電体積層膜と、該第２圧電体膜上に形成された第２電極膜とを備えた圧電体素子であって、上記第１及び第２圧電体膜が、結晶成長方向が上記圧電体積層膜の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体であり、上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径が上記第１圧電体膜の柱状粒子の断面径よりも大きく、上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する上記圧電体積層膜の厚みｌの比ｌ／ｄが２０以上６０以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、本発明の圧電素子は、上記第１及び第２圧電体膜は少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含んでいて、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表され、上記第１及び第２圧電体膜の上記ｂの値が０．５０以上０．６０以下の同じ値であり、上記第１圧電体膜のＰｂ含有量が上記第２圧電体膜よりも多く、上記第１圧電体膜の上記ａの値が０．０５以上０．１５以下であり、上記第２圧電体膜の上記ａの値が０以上０．１０以下であることことが望ましい。
【００１６】
これにより、第１電極膜と第１圧電体膜との密着性が高くなる。よって、大きな電圧を印加しても第１電極膜と第１圧電体膜との間で膜はがれが発生しない。そのため、高い圧電性を有するとともに、劣化が起こらない圧電素子を実現できる。
【００１７】
また、本発明の圧電素子は、第１電極膜と、該第１電極膜上に形成されたバッファー層膜と、該バッファー層膜上に形成された第１圧電体膜と該第１圧電体膜上に形成され且つ上記第１圧電体膜により結晶配向性を制御される第２圧電体膜とからなる圧電体積層膜と、該第２圧電体膜上に形成された第２電極膜とを備えた圧電素子であって、上記第１及び第２圧電体膜が、結晶成長方向が上記圧電体積層膜の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体であり、上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径が上記第１圧電体膜の柱状粒子の断面径よりも大きく、上記第２圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する上記圧電体積層膜の厚みｌの比ｌ／ｄが２０以上６０以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、本発明の圧電素子は、上記第１及び第２圧電体膜は少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含んでいて、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表され、上記第１及び第２圧電体膜の上記ｂの値が０．５０以上０．６０以下の同じ値であることが望ましい。
【００１９】
これにより、第１電極膜と第１圧電体膜との密着性が高くなる。よって、大きな電圧を印加しても第１電極膜と第１圧電体膜との間で膜はがれが発生しない。そのため、高い圧電性を有するとともに、劣化が起こらない圧電素子を実現できる。また、このようにバッファー層膜を導入することにより、そのバッファ層膜上に形成される、第１電極膜との密着性が高い第１圧電体膜の作製が容易になる。
【００２０】
ここで、本発明の圧電素子は、バッファー層膜が、チタン酸ランタン鉛又はチタン酸ランタン鉛にマグネシウム（Ｍｇ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくとも一方を添加したものからなることが望ましい。
【００２１】
また、本発明の圧電素子は、バッファー層膜が、ストロンチウム（Ｓｒ）を含むペロブスカイト型結晶構造の酸化物であることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の圧電素子は、上記バッファー層膜が、チタン酸ストロンチウムを含有することが望ましい。
【００２３】
さらに、本発明の圧電素子は、上記第１電極膜における上記第１圧電体膜とは反対側の面の上又は上記第２電極膜における上記第２圧電体膜とは反対側の面の上に形成された振動板膜を備えていることが望ましい。さらに、上記振動板膜は、シリコン、ガラス、セラミック材料及び金属材料のうちいずれか１つからなることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の圧電素子は、上記第１圧電体膜の柱状粒子が、その断面径が４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり且つその長さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
また、本発明の圧電素子は、上記第２圧電体膜の柱状粒子が、その断面径が６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり且つその長さが２５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の圧電素子は、上記第１及び第２圧電体膜が、少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型結晶構造の酸化物からなり、Ｘ線回折法による回折パターンの各結晶面の反射強度から求めた圧電体膜の（００１）結晶配向率を、格子間距離４．２Åから１．５ÅのＸ線回折範囲において圧電体膜に帰属する全ピーク強度の合計に対する（００１）ピーク強度と（００２）ピーク強度との和の百分率と定義したときに、上記第１圧電体膜の（００１）結晶配向率が５０％以上８０％以下である一方、上記第２圧電体膜の（００１）結晶配向率が９５％以上１００％以下であることが望ましい。
【００２７】
また、本発明の圧電素子は、上記第１電極膜がＰｔ若しくはＩｒからなる貴金属、又は該貴金属にＴｉ、Ｃｏ及びＮｉのうちいずれか１つを添加した合金により構成されていて、断面径が２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の柱状粒子の集合体であることが望ましい。
【００２８】
これにより、第１電極膜は第１圧電体膜の結晶配向制御膜としての機能を活性化させることができる。そのため、第１圧電体膜は第２圧電体膜の結晶配向性を確実に制御できる。
【００２９】
また、本発明の圧電素子の製造方法は、基板上に第１電極膜をスパッタ法で形成する工程と、所定材料をターゲットとして用い且つ所定の成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１電極膜上に第１圧電体膜を形成する工程と、上記所定材料をターゲットとして用い且つ上記所定の成膜条件と異なる成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１圧電体膜上に該第１圧電体膜により結晶配向性が制御される第２圧電体膜を形成することにより圧電体積層膜を形成する工程と、上記第２圧電体膜上に第２電極膜をスパッタ法で形成する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の圧電素子の製造方法は、基板上に第１電極膜をスパッタ法で形成する工程と、所定の第１材料をターゲットとして用い且つ所定の第１成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１電極膜上にバッファー層膜を形成する工程と、所定の第２材料をターゲットとして用い且つ所定の第２成膜条件下におけるスパッタ法で上記バッファー層膜上に第１圧電体膜を形成する工程と、上記所定の第２材料をターゲットとして用い且つ上記所定の第２成膜条件と異なる成膜条件下におけるスパッタ法で上記第１圧電体膜上に該第１圧電体膜により結晶配向性が制御される第２圧電体膜を形成することにより圧電体積層膜を形成する工程と、上記第２圧電体膜上に第２電極膜をスパッタ法で形成する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００３１】
ここで、本発明の圧電素子の製造方法は、上記第２電極膜上に振動板膜をスパッタ法で形成する工程と、上記基板を除去する工程とをさらに備えていることが望ましい。
【００３２】
さらに、本発明のインクジェットヘッドは、ノズルと該ノズルに連通し且つインクを収容する圧力室とが形成されたヘッド本体部と、厚み方向一方側の面の一部が上記圧力室に臨むように設けられ且つ上記圧力室内のインクに圧力を付与して上記ノズルからインクを吐出させる、上記本発明に係る圧電素子のいずれか１つとを備えたことを特徴とするものである。
【００３３】
さらに、本発明のインクジェット式記録装置は、上記本発明に係る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移動手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の角速度センサは、固定部と該固定部から所定の方向に延びる少なくとも一対の振動部とを有する基板を備え、該基板の少なくとも各振動部上に本発明に係る圧電素子が設けられ、かつ、該圧電素子の第２電極膜が、上記振動部をその幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極と上記振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパターン化されてなることを特徴とするものである。
【００３５】
さらに、上記基板は、エッチング加工ができるシリコン又はガラスからなることが望ましい。
【００３６】
なお、本発明の圧電素子は、インクジェットヘッドやインクジェット式記録装置や角速度センサ以外にも、ジャイロや振動センサなどの電子部品にも適用できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、第１電極膜と第１圧電体膜との密着性が高いので、大きな圧電特性と高い耐久性とを有する圧電素子を実現できる。また、本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、大きな圧電特性と高い耐久性とを有する圧電素子を容易に量産できる。さらに、本発明によれば、吐出能力のばらつきが少なく、かつ、高い信頼性を有するインクジェットヘッド及びそれを備えたインクジェット式記録装置を提供できる。
【００３８】
また、本発明によれば、高い信頼性を有し、かつ、容易に量産できる薄型の角速度センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面基づいて詳細に説明する。
【００４０】
（実施形態１）
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る圧電素子２０は、短冊平板形状の基板１（厚さ０．３０ｍｍ、幅３．０ｍｍ、長さ１５．０ｍｍ）と、その基板１上に形成された積層体１１とを備えている。圧電素子２０の幅は３．０ｍｍである。圧電素子２０の長手方向一端部（図１では左端部）は、エポキシ系接着剤７を介してステンレス支持基板６（厚さ１．０ｍｍ、幅３．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍ）上に固定されている。この一端部とは、圧電素子２０の一端（図１では左端）から長さ３．０ｍｍまでの部分のことである。圧電素子２０の長手方向とステンレス支持基板６の長手方向とはほぼ直交している。以上から、圧電素子２０は片持ち梁を構成している。
【００４１】
基板１は、圧電効果による積層体１１の伸縮を阻害する振動板膜の役割も果たす。積層体１１は、基板１上に形成された第１電極膜２と、その第１電極膜２上に形成された圧電体積層膜１０と、その圧電体積層膜１０上に形成された第２電極膜５とを備えている。
【００４２】
第１電極膜２は基板１の一方側の全面の上に設けられている。圧電体積層膜１０は、第１電極膜２の上記一端部以外の部分の上に設けられている。すなわち、圧電体積層膜１０は、幅が３．０ｍｍ、長さが１２．０ｍｍである。圧電体積層膜１０は、（００１）優先配向のペロブスカイト型結晶構造のチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物（以下、ＰＺＴ系酸化物という）からなる。ＰＺＴ系酸化物とは、少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含む酸化物である。圧電体積層膜１０は、詳細には、第１電極膜２上に形成された第１圧電体膜３と、その第１圧電体膜３上に形成された第２圧電体膜４とにより構成されている。この第１圧電体膜３は、第２圧電体膜４の結晶配向性を制御する結晶配向制御膜としての機能を有する。第２電極膜５は、膜厚２５０ｎｍの白金（Ｐｔ）からなる。第１及び第２電極膜２，５にはそれぞれリード線８，９が接続されている。
【００４３】
ここで、本発明の特徴として、第１及び第２圧電体膜３，４は、結晶成長方向が圧電体積層膜（第１及び第２圧電体膜３，４）の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体である（図３を参照）。換言すれば、第１及び第２圧電体膜３，４は、基板１（第１電極膜２）の厚み方向一方側の面に対して垂直な方向に成長した柱状粒子の集合体である。第１及び第２圧電体膜３，４の柱状粒子は互いが連続して繋がっている。
【００４４】
また、第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径は第１圧電体膜３の柱状粒子の断面径よりも大きい。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚み（圧電体積層膜１０の柱状粒子の長さ）ｌの比ｌ／ｄは２０以上６０以下である。ここで、比ｌ／ｄが２０未満では、成膜時に生じる応力によって圧電体積層膜１０にクラックが発生し、比ｌ／ｄが６０を越えると駆動時の消費電力が大きくなり、応答性が低下するので、いずれも望ましくない。
【００４５】
また、第１圧電体膜３の柱状粒子は、その断面径が４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であるとともにその長さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２圧電体膜４の柱状粒子は、その断面径が６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるとともにその長さが２５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。
【００４６】
また、第１圧電体膜３の（００１）結晶配向率は５０％以上８０％以下である（（００１）結晶配向率の詳細につては後述する）。第２圧電体膜４の（００１）結晶配向率は９５％以上１００％以下である。
【００４７】
また、第１及び第２圧電体膜３，４は、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表される。第１及び第２圧電体膜３，４のｂの値は０．５０以上０．６０以下の同じ値である。第１圧電体膜３のＰｂ含有量は第２圧電体膜４よりも多い。第１圧電体膜３のａの値は０．０５以上０．１５以下である。第２圧電体膜４のａの値は０以上０．１０以下である。
【００４８】
また、第１電極膜２はＰｔ若しくはＩｒからなる貴金属、又は該貴金属にＴｉ、Ｃｏ及びＮｉのうちいずれか１つを添加した合金により構成されていて、結晶成長方向が第１電極膜２の厚み方向一方側から他方側に向き且つ断面径が２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の柱状粒子の集合体である。
【００４９】
ここで、圧電素子２０の第１及び第２電極膜２，５にリード線８，９を介して電圧を印加すると、圧電体積層膜１０はＸ軸方向に伸びる。圧電体積層膜１０のＸ軸方向の伸びの変化量ΔＬ（ｍ）は、印加電圧をＥ（Ｖ）、圧電体積層膜１０の厚さをｔ（ｍ）、長さをＬ（ｍ）、圧電体積層膜１０の圧電定数をｄ31（ピコｍ／Ｖ）とすると、以下の式（１）によって求められる。
ΔＬ＝ｄ31×Ｌ×Ｅ／ｔ…（１）
【００５０】
また、第２電極膜５に接合している圧電体積層膜１０の上側部分は、Ｘ軸方向に伸びる一方、第１電極膜２に接合している圧電体積層膜１０の下側部分は、厚みが大きい基板１によってその伸びが抑制される。その結果、圧電素子２０における上記一端部と反対側の他端（図１では右端。以下、先端という）は、Ｚ軸の−Ｚ方向（図１では下側）に変位する。したがって、電圧の印加を一定周期で繰り返すと、圧電素子２０の先端は所定の変位幅でＺ軸方向に変位する。そして、印加電圧と圧電素子２０の先端の変位幅の大きさとの関係を調べることにより、圧電素子２０の変位特性を評価することができる。
【００５１】
−圧電素子の製造方法−
以下に、図２を参照しながら、圧電素子２０の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、（００１）面が研磨された、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．３０ｍｍのシリコン基板１０１の表面上に、幅５．０ｍｍ、長さ１８．０ｍｍの長方形の開口部が形成されたステンレス製マスク（厚さ０．２ｍｍ）を用いて、後述するＲＦマグネトロンスパッタ法で第１電極膜１０２を形成する。
【００５２】
次に、第１電極膜１０２の表面上に、幅５．０ｍｍ、長さ１２．０ｍｍの長方形の開口部が形成されたステンレス製マスク（厚さ０．２ｍｍ）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法で圧電体積層膜１１０を正確に形成する。圧電体積層膜１１０は、詳細には、まず、第１電極膜１０２上に、ＰＺＴ酸化物の焼結体からなるターゲットを用い且つ所定の成膜条件下におけるＲＦマグネトロンスパッタ法で第１圧電体膜１０３を形成し、それから、第１圧電体膜１０３形成時と同じターゲットを用い且つ第１圧電体膜１０３の形成時の所定の成膜条件と異なる成膜条件下におけるＲＦマグネトロンスパッタ法で、第１圧電体膜１０３上に第２圧電体膜１０４を連続して形成することにより作製する。
【００５３】
次に、圧電体積層膜１１０の表面に、上記マスクと同じ形状のステンレス製マスクを用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法で第２電極膜１０５を正確に形成する。以上により、図２（ｂ）に示すように、基板１０１とその基板１０１上に形成された、圧電体積層膜１１０を含む積層体１１１とからなる構造体１２１が得られる。
【００５４】
次に、図２（ｃ）に示すように、全体が幅３．０ｍｍ、長さ１５．０ｍｍの短冊形状になるように且つ第１電極膜２における一端（図２（ｃ）では左端）から長さが３．０ｍｍまでの部分が露出するように、構造体１２１をダイシングソーで正確に切断する。その結果、基板１と第１電極膜２と第１圧電体膜３と第２圧電体膜４と第２電極膜５とがその順に積層されてなる圧電体素子構造体部品２２が得られる。
【００５５】
次に、図２（ｄ）に示すように、基板１における第１電極膜２の露出部（図２（ｄ）では左端部）側の部分を、エポキシ系接着剤７を用いてステンレス支持基板６に接合する。
【００５６】
次に、図２（ｅ）に示すように、第１電極膜２の露出部に、導電性接着剤（銀ペースト）を用いて０．１ｍｍの金製のリード線８を接続するとともに、第２電極膜５における第１電極膜２の露出部側の部分に、ワイヤボンディングでリード線９を接続することにより、図１に示すような圧電素子２０が得られる。図３は、この圧電素子２０の膜構造を示した模式図である。
【００５７】
以下、具体的に実施した実施例について説明する。
【００５８】
（実施例１）
本実施例では、基板１０１としてシリコン基板を用い、第１電極膜１０２として厚さ１００ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）薄膜を用いた。このイリジウム薄膜は、３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成した。具体的には、シリコン基板１０１を４００℃まで予め加熱してその温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）をスパッタリングガスとして用い、トータルガス圧力を０．２５Ｐａに保持した。３元マグネトロンスパッタ装置の第１ターゲットとしてイリジウムを用いた。２００Ｗの高周波電力を印加して９６０秒間スパッタリングすることにより、イリジウム薄膜を成膜した（第２及び第３ターゲットは使用せず）。
【００５９】
圧電体積層膜１１０は膜厚を３５５０ｎｍとした。圧電体積層膜１１０は、（００１）優先配向のチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）からなる厚さ５０ｎｍの第１圧電体膜１０３と、（００１）優先配向のＰＺＴからなる厚さ３５００ｎｍの第２圧電体膜１０４とにより構成した。
【００６０】
第１及び第２圧電体膜１０３，１０４は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した（図２（ｂ）を参照）。このとき、約２０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．２０：０．５３：０．４７）を、ターゲットとして用いた。また、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を、５８０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝３８：２）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２Ｐａにするとともに、その流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を３ｋＷにして、第１圧電体膜１０３を５０秒間成膜した。その後、成膜を一旦停止し、上記成膜条件のうちスパッタリングガスの混合比（ガス体積比）のみをＡｒ：Ｏ2＝７９：１に直ちに変えて、その他の成膜条件は変えずに、第２圧電体膜１０４を２９００秒間成膜した。
【００６１】
なお、図２（ｂ）に示す第１圧電体膜１０３の膜厚、（００１）配向性、組成、膜厚及び断面構造を正確に求めるために、第１圧電体膜１０３の形成後、成膜を打ち切った積層膜も作製した。この試料について、その表面を走査型電子顕微鏡観察で観察し、かつ、Ｘ線回折及びＸ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った。その後、この試料を破壊し、その破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００６２】
また、図２（ｂ）に示す第２圧電体膜１０４の膜厚、（００１）配向性、組成、膜厚及び断面構造を正確に求めるために、第２圧電体膜１０４を形成した後、成膜を中止した積層膜も作製した。この試料についても、上記と同様に、その表面を走査型電子顕微鏡で観察し、Ｘ線回折及びＸ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った後、試料を破壊して破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００６３】
また、図２（ｂ）に示す構造体１２１を試料として用いて、オージェ分析により圧電体積層膜１１０の深さ方向（膜厚方向）の組成分析を行った。さらに、圧電体積層膜１１０の破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。図４（ａ）はその圧電体積層膜１１０の破断面を拡大して示す走査型電子顕微鏡写真を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図を示す。
【００６４】
以上ような各分析及び観察の結果、第１電極膜としてのイリジウム電極は、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。第１及び第２圧電体膜３，４は、互いが連続して繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が４０ｎｍであった。第２圧電体膜４は、膜厚が３５００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２２．２であった。
【００６５】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、第１及び第２圧電体膜３，４はペロブスカイト型結晶構造であることが分かった。第１圧電体膜３の形成面の（００１）結晶配向率は７０％である一方、第２圧電体膜４の形成面の（００１）結晶配向率は９８％であった。ここで、Ｘ線回折法による回折パターンの各結晶面の反射強度から求めた、ＰＺＴ系圧電体膜の（００１）結晶配向率を、格子間距離４．２Å（オングストローム）から１．５ÅのＸ線回折範囲においてのＰＺＴ系圧電体膜に帰属する全ピーク強度の合計に対する（００１）ピーク強度と（００２）ピーク強度との和の百分率と定義した。つまり、結晶配向率は、ＰＺＴ圧電体膜のＸ線回折パターンの（００１）、（１００）、（０１０）、（１１０）、（０１１）、（１０１）、（１１１）などの各結晶面のピーク強度の合計に対する（００１）に属するピーク強度の割合の百分率である。
【００６６】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、（００１）軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜の方が第２圧電体膜よりも多かった。
【００６７】
また、第１及び第２電極膜２，５間にリード線８，９を介して０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧を印加して、レーザードップラ振動変位測定装置を用いて、圧電素子２０の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。図５は、周波数２ｋＨｚの電圧を印加した場合における圧電素子２０の先端のＺ方向の上下運動の変位量を示す。
【００６８】
図５に示すように、上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２０の先端は最大３８．０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２０の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２０の外観を調べた。その結果、この圧電素子２０は、１０億回駆動した後も変位量は３８．０μｍであり、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【００６９】
（実施例２）
本実施例では、基板１０１に耐高温パイレックスガラス基板を用い、第１電極膜１０２に厚さ１５０ｎｍの白金（Ｐｔ）薄膜を用いた。この白金薄膜は、３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成した。具体的には、耐高温パイレックスガラス基板１０１を４００℃まで予め加熱してその温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：１）をスパッタリングガスとして用いて、トータルガス圧力を０．２５Ｐａに保持した。３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置の第１ターゲットとして白金を用いた。２００Ｗの高周波電力を印加して１０８０秒間スパッタリングすることにより、白金薄膜を形成した（第２及び第３ターゲットは使用せず）。
【００７０】
また、圧電体積層膜１１０は膜厚を５１００ｎｍとした。圧電体積層膜１１０は、（００１）優先配向のＰＺＴからなる厚さ１００ｎｍの第１圧電体膜１０３と、その第１圧電体膜１０３上に形成し且つ（００１）配向のＰＺＴからなる厚さ５０００ｎｍの第２圧電体膜１０４とにより構成した。
【００７１】
本実施例では、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した（図２（ｂ）を参照）。このとき、約１０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５０：０．５０）を、ターゲットとして用いた。また、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成された基板１０１を５５０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝７９：１）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２５Ｐａにするとともにそのガス流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を２ｋＷにして６０秒間成膜することにより、第１圧電体膜１０３を作製した。その後、成膜を停止し、基板１０１の温度を５９０℃にし且つプラズマ発生電力を３ｋＷにし、その他の成膜条件は変えずに、３８００秒間成膜することにより第２圧電体膜１０４を作製した。
【００７２】
上記実施例１と同じ分析及び観察の結果、第１電極膜２としての白金電極は、断面径が３０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。第１及び第２圧電体膜３，４は、互いが連続して繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が１００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が４０ｎｍであった。第２圧電体膜は、膜厚が５０００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が８５ｎｍであった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは６０．０であった。
【００７３】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、第１及び第２圧電体膜３，４はペロブスカイト型結晶構造であることが分かった。第１圧電体膜３の形成面の（００１）結晶配向率は５０％である一方、第２圧電体膜の形成面の（００１）結晶配向率は９５％であった。
【００７４】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５１：０．４９である一方、第２圧電体膜の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５１：０．４９であることが分かった。つまり、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直な方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４は同じ値である一方、Ｐｂ組成は、第１圧電体膜の方が第２の圧電体膜よりも多かった。
【００７５】
また、上記実施例１と同様に、圧電素子２０に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子２０先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子２０の先端は最大３５．２μｍだけ変位していた。この圧電素子２０は、１０億回駆動した後も変位量は変わらず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【００７６】
（実施例３）
本実施例では、基板１０１に、鏡面加工した耐熱性ステンレス基板を用い、第１電極膜１０２に、チタン（Ｔｉ）を含むイリジウム（Ｉｒ）からなる厚さ１１０ｎｍの合金薄膜を用いた。この合金薄膜は３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成した。具体的には、耐熱性ステンレス基板１０１を４００℃まで予め加熱してその温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：１）をスパッタリングガスとして用い、トータルガス圧力を０．２５Ｐａに保持した。３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置の第１ターゲットとしてイリジウムを用い、第２ターゲットとしてチタンを用いた。第１及び第２ターゲットにそれぞれ２００Ｗ及び６０Ｗの高周波電力を印加して９６０秒間スパッタリングすることにより、合金薄膜を成膜した（第３ターゲットは使用せず）。
【００７７】
また、圧電体積層膜１１０は膜厚を４０００ｎｍとした。圧電体積層膜１１０は、（００１）優先配向のＰＺＴからなる厚さ１００ｎｍの第１圧電体膜１０３と、その第１圧電体膜１０３上に形成し且つ（００１）配向のＰＺＴからなる厚さ３９００ｎｍの第２圧電体膜１０４とにより構成した。
【００７８】
本実施例では、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した（図２（ｂ）を参照）。このとき、約１０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．６０：０．４０）を、ターゲットとして用いた。また、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成された基板１０１を５７０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝３８：２）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２５Ｐａにするとともにその流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を３ｋＷにして、第１圧電体膜１０３を１００秒間成膜した。その後、成膜を停止し、上記成膜条件のうちスパッタリングガスの混合比（ガス体積比）のみをＡｒ：Ｏ2＝７９：１に変えて、その他の成膜条件は変えずに、第２圧電体膜１０４を２５００秒間成膜した。
【００７９】
上記実施例１と同じ分析及び観察の結果、第１電極膜２は、組成が１モル％のチタンを含むイリジウム薄膜であって、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。第１及び第２圧電体膜３，４は、互いが連続して繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が１００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が７０ｎｍであった。第２圧電体膜４は、膜厚が３９００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が２００ｎｍであった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２０．０であった。
【００８０】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、第１及び第２圧電体膜３，４はペロブスカイト型結晶構造であることが分かった。第１圧電体膜３の形成面の（００１）結晶配向率は８０％である一方、第２圧電体膜の形成面の（００１）結晶配向率は１００％であった。
【００８１】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．６０：０．４０である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．６０：０．４０であることが分かった。つまり、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜３，４は、（００１）軸が基板１の上面に対して垂直な方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４は同じ値である一方、Ｐｂ組成は、第１圧電体膜の方が第２の圧電体膜よりも多かった。
【００８２】
また、上記実施例１と同様に、圧電素子２０に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子２０の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子２０の先端は最大３８．３μｍだけ変位していた。この圧電素子２０は、１０億回駆動した後も変位量は変わらず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【００８３】
（実施例４）
本実施例では、基板１０１に、鏡面研磨したセラミック（アルミナ）を用い、第１電極膜１０２に、ニッケル（Ｎｉ）を含む白金（Ｐｔ）からなる厚さ１２０ｎｍの合金薄膜を用いた。この合金薄膜は、３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成した。具体的には、基板１０１を４００℃まで予め加熱してその温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：１）をスパッタリングガスとして用い、トータルガス圧力を０．２５Ｐａに保持した。３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置の第１ターゲットとして白金を用い、第２ターゲットとしてニッケルを用いた。第１及び第２ターゲットにそれぞれ２００Ｗ及び６０Ｗの高周波電力を印加して９６０秒間スパッタリングすることにより、合金薄膜を成膜した（第３ターゲットは使用せず）。
【００８４】
また、圧電体積層膜１１０は膜厚を２５０５ｎｍとした。圧電体積層膜１１０は、（００１）優先配向のＰＺＴからなる厚さ５ｎｍの第１圧電体膜１０３と、その第１圧電体膜１０３上に形成し且つ（００１）配向のＰＺＴからなる厚さ２５００ｎｍの第２圧電体膜１０４とにより構成した。
【００８５】
本実施例では、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した（図２（ｂ）を参照）。このとき、約２０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．２０：０．５４：０．４６）を、ターゲットとして用いた。また、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成された基板１０１を５５０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝７９：１）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２Ｐａにするとともにその流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を２ｋＷにして５秒間成膜することにより、第１圧電体膜１０３を作製した。その後、成膜を停止し、基板１０１の温度を５８０℃にし且つプラズマ発生電力を３ｋＷにし、その他の成膜条件は変えずに、２０００秒間成膜することにより第２圧電体膜１０４を作製した。
【００８６】
上記実施例１と同じ分析及び観察の結果、第１電極膜２は、４モル％のニッケルを含む白金からなっていて、その断面径が２５ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。第１及び第２圧電体膜３，４は、互いが連続して繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５ｎｍであり、柱状粒子の断面径が４０ｎｍであった。第２圧電体膜４は、膜厚が２５００ｎｍであり、断面径が６０ｎｍであった。第２圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜の柱状粒子の厚みｌの比ｌ／ｄは４１．７であった。
【００８７】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、第１及び第２圧電体膜３，４はペロブスカイト型結晶構造であることが分かった。第１圧電体膜３の形成面の（００１）結晶配向率は８０％である一方、第２圧電体膜４の形成面の（００１）結晶配向率は９９．０％であった。
【００８８】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５４：０．４６である一方、、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．５４：０．４６であることが分かった。つまり、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜３，４は、（００１）軸が基板１の上面に対して垂直な方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４は同じ値である一方、Ｐｂ組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【００８９】
また、上記実施例１と同様に、圧電素子２０に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子２０の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子２０の先端は最大３２．７μｍだけ変位していた。この圧電素子２０は、１０億回駆動後も変位量は変わらず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【００９０】
（実施例５）
本実施例では、基板１０１にシリコン基板を用い、第１電極膜１０２にコバルト（Ｃｏ）を含むイリジウム（Ｉｒ）からなる厚さ１２０ｎｍの合金薄膜を用いた。この合金薄膜は、３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成した。具体的には、シリコン基板１０１を４００℃まで予め加熱してその温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１６：１）をスパッタリングガスとして用い、トータルガス圧力を０．２５Ｐａに保持した。３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置の第１ターゲットとしてイリジウムを用い、第２ターゲットとしてコバルトを用いた。第１及び第２ターゲットにそれぞれ２００Ｗ及び６０Ｗの高周波電力を印加して９６０秒間スパッタリングすることにより、合金薄膜を成膜した（第３ターゲットは使用せず）。
【００９１】
また、圧電体積層膜１１０は膜厚を４５８０ｎｍとした。圧電体積層膜１１０は、（００１）優先配向のＰＺＴからなる厚さ８０ｎｍの第１圧電体膜１０３と、その第１圧電体膜１０３上に形成し且つ（００１）配向のＰＺＴからなる厚さ４５００ｎｍの第２圧電体膜１０４とにより構成した。
【００９２】
本実施例では、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４は、３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した（図２（ｂ）を参照）。このとき、約２０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．２０：０．５３：０．４７）を、ターゲットとして用いた。また、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成された基板１０１を５８０℃まで加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝３８：２）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２Ｐａにするとともにその流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を３ｋＷにして、第１圧電体膜１０３を７５秒間成膜した。その後、成膜を停止し、上記成膜条件のうちスパッタリングガスの混合比のみをＡｒ：Ｏ2＝７９：１に直ちに変えて、その他の成膜条件は変えずに、第２圧電体膜１０４を３７００秒間成膜した。
【００９３】
上記実施例１と同じ分析及び観察の結果、第１電極膜２は組成が４モル％のコバルトを含むイリジウム薄膜であって、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。第１及び第２圧電体膜３，４は、互いが連続して繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が８０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が５０ｎｍであった。第２圧電体膜４は、膜厚が４５００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１５０ｎｍであった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜の柱状粒子の厚みｌの比ｌ／ｄは３０．５であった。
【００９４】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、第１及び第２圧電体膜３，４はペロブスカイト型結晶構造であることが分かった。第１圧電体膜３の形成面の（００１）結晶配向率は７０％である一方、第２圧電体膜４の形成面の（００１）結晶配向率は９９．０％であった。
【００９５】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１電体膜の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７である一方、、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、上記実施例１と同様に、第１及び第２圧電体膜３，４は、（００１）軸が基板１の上面に対して垂直な方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４は同じ値である一方、Ｐｂ組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【００９６】
また、上記実施例１と同様に、圧電素子２０に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子２０の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子２０の先端は最大４１．５μｍだけ変位していた。この圧電素子２０は、１０億回駆動後も変位量は変わらず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【００９７】
なお、上記各実施例では、圧電体積層膜１０として、ＰｂとＺｒとＴｉの三元酸化物であるＰＺＴ膜を用いたが、Ｌａを含むＰＺＴ膜（すなわち、ＰＬＺＴ膜）や、ＮｂやＭｇなどのイオンを含むＰＺＴ膜など、少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含む、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物薄膜である限り何を用いても良い。このように、圧電体積層膜１０がペロブスカイト型結晶構造の酸化物薄膜である場合には、上記各実施例と同様の作用・効果を奏する、圧電体積層膜１０が得られる。
【００９８】
（比較例１）
上記実施例と比較するために、以下のような比較例１の圧電素子を作製した。本比較例では、圧電体積層膜の代わりに、一層の圧電体膜のみを形成した。なお、この圧電体膜の成膜方法は、上記実施例１の第２圧電体膜１０４の成膜方法と同様である。その他の点に関しては、実施例１と全く同じである。
【００９９】
そして、上記実施例１と同様に、試料の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、Ｘ線回折及びＸ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った後、試料を破壊して破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【０１００】
上記実施例１と同じ分析及び観察の結果、本比較例の圧電体膜は、柱状粒子の集合体であることが分かった。圧電体膜は、膜厚が３５００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が２３０ｎｍであった。圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体膜の厚みｌの比ｌ／ｄは１５．２であった。
【０１０１】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、圧電体膜はペロブスカイト型結晶構造であって、その（００１）結晶配向率が４５％であることが分かった。
【０１０２】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、圧電体膜の組成は、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．５３：０．４７であった。
【０１０３】
また、オージエ分光分析による圧電体膜の深さ方向のＺｒ及びＴＩの組成分布は、第２電極膜界面から第１電極膜界面まで一定であり、Ｐｂ組成は、第１電極膜との界面から約１０ｎｍまでの部分（圧電体膜の全体の１５分の１程度の部分）が他の部分よりも少なくなっていることが分かった。この現象は、Ｐｂがごくわずかに第１電極膜に拡散したために起こったものと考えられる。つまり、圧電体膜は、上記実施例１と同様に、基板の上面に対して垂直方向に成長した柱状粒子の集合体からなる、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であるが、その柱状粒子の断面径が上記実施例１より大きい点、（００１）結晶配向率が実施例１よりも小さい点及び第１電極膜との界面付近のＰｂ組成が圧電体膜全体と同じであるが第１電極膜との界面におけるＰｂ組成が他の部分よりも若干少なくなっている点が実施例１と異なっていた。
【０１０４】
また、上記実施例１と同様に、圧電素子に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子の先端は最大２０．０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回だけ駆動させた後、圧電素子の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子の外観を調べた結果、圧電素子の駆動が止まっていて、第１電極膜と圧電体膜との間で膜はがれが発生していることが分かった。
【０１０５】
（比較例２）
上記各実施例と比較するために、以下のような比較例２の圧電素子を作製した。本比較例では、圧電体積層膜の代わりに、一層の圧電体膜のみを形成した。なお、この圧電体膜の成膜方法は、実施例５の第２圧電体膜１０４の成膜方法と全く同じである。その他の点に関しては、実施例５と全く同じである。
【０１０６】
上記実施例５と同様に、試料の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、Ｘ線回折及びＸ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った後、試料を破壊して破断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【０１０７】
上記実施例５と同じ分析及び観察の結果、圧電体膜は、柱状粒子の集合体であることが分かった。圧電体膜は、膜厚が４５００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が２３０ｎｍであった。圧電体膜の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体膜の厚みｌの比ｌ／ｄは１９．６であった。
【０１０８】
また、Ｘ線回折法により解析した結果、圧電体膜はペロブスカイト型結晶構造であって、その（００１）結晶配向率が９６％であることが分かった。
【０１０９】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、圧電体膜の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．５３：０．４７であることが分かった。
【０１１０】
また、オージェ分光分析による圧電体膜の深さ方向のＺｒ及びＴｉの組成分布は、第２電極膜との界面から第１電極膜との界面まで一定である一方、Ｐｂ組成は、第１電極膜との界面から約１０ｎｍまでの部分（圧電体膜全体の２０分の１程度の部分）が他の部分より少なくなっていることが分かった。この現象は、オージェ分光分析の精度では観察できないが、Ｐｂ組成がごくわずかに第１電極膜に拡散したために起こったものと考えられる。つまり、圧電体膜は、上記実施例５と同様に、基板の上面に対して垂直な方向に成長した柱状粒子の集合体からなる、（００１）配向のペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であるが、その柱状粒子の断面径が実施例５よりも大きい点及び第１電極膜との界面付近のＰｂ組成が圧電体膜全体と同じであるが第１電極膜との界面におけるＰｂ組成が他の部分よりも若干少なくなっている点が実施例５と異なっていた。
【０１１１】
また、上記実施例５と同様に、圧電素子に０Ｖから−８０Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、圧電素子の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。その結果、圧電素子の先端は最大３８．０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１０億回駆動させた後、圧電素子の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子の外観を調べた結果、圧電素子の駆動が止まっており、第１電極膜と圧電体膜との間で膜はがれが発生していることが分かった。
【０１１２】
−効果−
以上により、本実施形態によれば、第１電極膜２と第１圧電体膜３との密着性が高くなる。よって、大きな電圧を印加しても第１電極膜２と第１圧電体膜３との間で膜はがれが発生しない。そのため、高い圧電特性を有するとともに、劣化が起こらない圧電素子２０を実現できる。
【０１１３】
また、第１電極膜２は第１圧電体膜３の結晶配向制御膜としての機能を活性化させる。そのため、第１圧電体膜３は、第２圧電体膜４の結晶配向性を確実に制御できる。
【０１１４】
（実施形態２）
図６に示すように、本発明の実施形態２に係る圧電素子２１は、実施形態１に係る圧電素子２０に類似する形状であって、短冊平板形状の基板１（厚さ０．３０ｍｍ、幅３．０ｍｍ、長さ１５．０ｍｍ）とその基板１上に形成された積層体１２とを備えている。圧電素子２１の幅は３．０ｍｍである。圧電素子２１の長手方向一端部（図６では左端部）は、エポキシ系接着剤７を介してステンレス支持基板６（厚さ１．０ｍｍ、幅３．０ｍｍ、長さ１０．０ｍｍ）上に固定されている。この一端部とは、圧電素子２１の一端（図６では左端）からの長さが３．０ｍｍまでの部分である。圧電素子２１の長手方向とステンレス支持基板６の長手方向とはほぼ直交している。以上から、圧電素子２１は片持ち梁を構成している。
【０１１５】
ここで、本実施形態に係る圧電素子２１は、圧電素子２１の積層体１２にバッファー層膜１３が存在し、そのバッファー層膜１３が第１電極膜２と圧電体積層膜１０との間に配置された構成になっていて、それ以外は実施形態１の圧電素子２０と同様の構成になっている。
【０１１６】
積層体１２は、基板１上に形成された第１電極膜２と、その第１電極膜２上に形成されたバッファー層膜１３と、そのバッファー層膜１３上に形成された圧電体積層膜１０と、その圧電体積層膜１０上に形成された第２電極膜５とを備えている。
【０１１７】
第１電極膜２は基板１の一方側全面の上に設けられている。バッファー層膜１３は第１電極膜２の上記一端部以外の部分の上に設けられ、圧電体積層膜１０はバッファー層膜１３の上に設けられている。すなわち、バッファー層膜１３及び圧電体積層膜１０は、幅が３．０ｍｍで且つ長さが１２．０ｍｍである。バッファー層膜１３は、後述する第１圧電体膜３の結晶配向性を制御する結晶配向制御膜としての機能と、第１圧電体膜３をより低温で形成することを可能にする下地の機能とを有する。圧電体積層膜１０は、バッファー層膜１３上に形成された第１圧電体膜３と、その第１圧電体膜３上に形成された第２圧電体膜４とにより構成されている。この第１圧電体膜３は、上記実施形態１と同様に、第２圧電体膜４の結晶配向性を制御する結晶配向制御膜としての機能を有する。
【０１１８】
ここで、本発明の特徴として、第１及び第２圧電体膜３，４は、実施形態１に係る圧電体積層膜１０に類似した構造の、結晶成長方向が圧電体積層膜１０（第１及び第２圧電体膜３，４）の厚み方向一方側から他方側に向いている柱状粒子の集合体である。また、上記実施形態１と同様に、第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径は第１圧電体膜３の柱状粒子の断面径よりも大きい。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚み（圧電体積層膜１０の柱状粒子の長さ）ｌの比ｌ／ｄは２０以上６０以下である。ここで、上記実施形態１と同様に、比ｌ／ｄが２０未満では成膜時に生じる応力によって圧電体積層膜１０にクラックが発生し、比ｌ／ｄが６０を越えると駆動時の消費電力が大きくなり、応答性が低下するので、いずれも望ましくない。
【０１１９】
なお、バッファー層膜１３も柱状粒子の集合体である。第１圧電体膜３とバッファー層膜１３とは、柱状粒子の集合体として繋がっている。
【０１２０】
また、バッファー層膜１３の柱状粒子と第１圧電体膜３の柱状粒子は共に、その断面径が４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であるとともにその長さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２圧電体膜４の柱状粒子は、その断面径が６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるとともにその長さが２５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。
【０１２１】
また、バッファー層膜１３はペロブスカイト型結晶構造の酸化物薄膜であって、その（００１）結晶配向率が５０％以上８０％以下である。
【０１２２】
また、第１圧電体膜３の（００１）結晶配向率も５０％以上８０％以下である。第２圧電体膜４の（００１）結晶配向率は９５％以上１００％以下である。
【０１２３】
また、第１及び第２圧電体膜３，４は、その化学組成比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝（１＋ａ）：ｂ：（１−ｂ）で表される。第１及び第２圧電体膜３，４のｂの値は０．５０以上０．６０以下の同じ値である。また、第１及び第２圧電体膜３，４のａの値は０以上０．１５以下の値である。本実施形態に係る圧電体積層膜１０は、実施形態１に係る圧電体積層膜１０のように、第１圧電体膜３のＰｂ含有量が第２圧電体膜４よりも必ずしも多い必要はない。
【０１２４】
また、第１電極膜２は、上記実施形態１と同様に、Ｐｔ若しくはＩｒからなる貴金属、又は該貴金属にＴｉ、Ｃｏ及びＮｉのうちいずれか１つを添加した合金により構成されていて、結晶成長方向が第１電極膜２の厚み方向一方側から他方側に向き且つ断面径が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の柱状粒子の集合体である。
【０１２５】
ここで、上記実施形態１と同様に、圧電素子２１のリード線８，９に電圧を印加すると、圧電素子２１の先端はＺ軸の−Ｚ方向に変位する。したがって、電圧の印加を一定周期で繰り返すと、圧電素子２１の先端は所定の変位幅でＺ軸方向に変位し、圧電素子２１の変位特性を評価することができる。
【０１２６】
−圧電素子の製造方法−
以下、図７を参照しながら、圧電素子２１の製造方法について説明する。最初に、図７（ａ）に示すように、実施形態１の図２（ａ）に示したものと同じ、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を作製した。次に、（００１）面が研磨された、シリコン基板１０１（縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．３０ｍｍ）の表面上に、幅５．０ｍｍ、長さ１８．０ｍｍの長方形の開口部が形成されたステンレス製マスク（厚さ０．２ｍｍ）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法で第１電極膜１０２を形成する。
【０１２７】
次に、第１電極膜１０２の表面上に、幅５．０ｍｍ、長さ１２．０ｍｍの長方形の開口部が形成されたステンレス製マスク（厚さ０．２ｍｍ）を使用して、チタン酸ランタン鉛の焼結体からなるターゲットを用いたＰＦマグネトロンスパッタ法でバッファー層膜１１３を形成する。さらに、そのバッファー層膜１１３の上に圧電体積層膜１１０を正確に形成する。圧電体積層膜１１０は、詳細には、まず、バッファー層膜１１３上に、ＰＺＴ酸化物の焼結体からなるターゲットを用い且つ所定の成膜条件下におけるＲＦマグネトロンスパッタ法で第１圧電体膜１０３を形成し、それから、第１圧電体膜１０３の形成時と同じターゲットを用い且つ第１圧電体膜１０３の形成時の成膜条件と異なる所定の成膜条件下におけるＲＦマグネトロンスパッタ法で、第１圧電体膜１０３上に第２圧電体膜１０４を連続して形成することにより作製されている。
【０１２８】
次に、圧電体積層膜１１０の表面上に、上記マスクと同じ形状のステンレス製マスクを用いて、第２電極膜１０５をＲＦマグネトロンスパッタ法で正確に形成する。以上により、図７（ｂ）に示すような、基板１０１とその基板１０１上に形成され且つバッファー層膜１１３及び圧電体積層膜１１０を含む積層体１１２とからなる構造体１２２が得られる。
【０１２９】
次に、図７（ｃ）に示すように、全体が幅３．０ｍｍ、長さ１５．０ｍｍの短冊形状になるように且つ第１電極膜２における一端（図７（ｃ）では左端）からの長さが３．０ｍｍまでの部分が露出するように、構造体１２２をダイシングソーで正確に切断する。その結果、基板１と第１電極膜２とバッファー層膜１３と第１及び第２圧電体膜３，４と第２電極膜５とがその順に積層されてなる圧電体素子構造体部品２３が得られる。
【０１３０】
次に、図７（ｄ）に示すように、基板１における第１電極膜２の露出部（図７（ｄ）では左端部）側の部分を、エポキシ系接着剤７を用いてステンレス支持基板６に接合する。
【０１３１】
次に、図７（ｅ）に示すように、第１電極膜２の露出部に、導電性接着剤（銀ペースト）を用いて０．１ｍｍの金製のリード線８を接続するとともに、第２電極膜５における第１電極膜２の露出部側の部分に、ワイヤボンディングでリード線９を接続することにより、図７（ｅ）に示すような圧電素子２１が得られる。
【０１３２】
なお、上述では、基板としてシリコン基板を用いた場合を述べたが、５００℃以上の加熱で変形しない限り、シリコン以外の材料を使用しても良い。
【０１３３】
以下、本発明の、より具体的な実施の形態である実施例について説明する。
【０１３４】
（実施例６）
本実施例では、上記実施例１と全く同じように作製した、基板１０１及び第１電極膜１０２を用いた。すなわち、基板１０１としてシリコン基板を用い、第１電極膜１０２として厚さ１００ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）薄膜を用いた。
【０１３５】
この第１電極膜１０２上にバッファー層膜１１３を形成した。バッファー層膜１１３は、ターゲットとして、１４モル％のランタン（Ｌａ）を含むチタン酸ランタン鉛(化学組成：（Ｐｂ0.86Ｌａ0.14）ＴｉＯ3 )に酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結体（４インチ径）を用いて作製した。バッファー層膜１１３は、基板温度５００℃、アルゴンと酸素の混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３００秒間成膜することにより作製した。
【０１３６】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例１で用いたＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した。圧電体積層膜１１０は、ターゲットとして、約２０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．２０：０．５３：０．４７）を用いて作製した。圧電体積層膜１１０の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を、５４０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。第１圧電体膜１０３に関するアルゴン−酸素ガスの体積比をＡｒ：Ｏ2＝３８：２とし、第２圧電体膜１０４に関するアルゴン−酸素ガスの体積比をＡｒ：Ｏ2＝７９：１とした。第１及び第２圧電体膜１０３，１０４に関するアルゴン−酸素ガスのガス流量を毎分４０ｍｌ、真空度を０．２Ｐａ、高周波電力を３ｋＷとした。そして、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の成膜時間をそれぞれ５０秒間及び３１９０秒間とした。
【０１３７】
第１電極膜１０２、バッファー層膜１１３、並びに圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例１と同様の方法で調べた。
【０１３８】
第１電極膜としてのイリジウム電極は、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。
【０１３９】
バッファー層膜１３は、膜厚が１００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．１４：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が７０％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であった。バッファー層膜１３は、その柱状粒子の平均直径が４０ｎｍであった。
【０１４０】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった、柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が４０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が７５％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２４．４であった。
【０１４１】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１４２】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例１と同様の評価装置を用いて行った。すなわち、第１及び第２電極膜２，５間にリード線８，９を介して０Ｖから−１００Ｖまでの三角波電圧（周波数２ｋＨｚ）を印加して、レーザードップラ振動変位測定装置を用いて圧電素子２０の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を測定した。
【０１４３】
上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４２.０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１では、１０億回駆動した後も変位量は４２.０μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１４４】
（実施例７）
本実施例では、上記実施例６と同じように作製した、基板１０１、第１電極膜１０２及びバッファー層膜１１３を用いた。
【０１４５】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例６で用いたＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、上記実施例６で使用したものと同じターゲットを用いて作製した。圧電体積層膜１１０の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を、５５０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。第１圧電体膜１０３に関するアルゴン−酸素ガスの体積比をＡｒ：Ｏ2＝９５：１とし、第２圧電体膜１０４に関するアルゴン−酸素ガスの体積比をＡｒ：Ｏ2＝７９：１とした。第１及び第２圧電体膜１０３，１０４に関するアルゴン−酸素ガスの混合ガス流量を毎分４０ｍｌ、真空度を０．２Ｐａ、高周波電力を３ｋＷとした。そして、第１及び第２圧電体膜の成膜時間をそれぞれ６０秒間及び３１９０秒間とした。
【０１４６】
圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例６と同様の方法で調べた。
【０１４７】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が６０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が４０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が７２％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２４．４であった。
【０１４８】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも少なかった。
【０１４９】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価装置を用いて行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４０.０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４０.０μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１５０】
（実施例８）
本実施例では、バッファー層膜１１３の作製時間を６００秒間に変更した以外、実施例６と全く同じように圧電素子２１を作製した。
【０１５１】
バッファー層膜１３は、膜厚が２００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．１４：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が７５％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が５０ｎｍであった。
【０１５２】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が５０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が８０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１８０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が１００％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２１．７であった。
【０１５３】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１５４】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価方法によって行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４２.０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４２.０μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１５５】
（実施例９）
本実施例では、バッファー層膜１１３の作製時間を１５０秒間に変更した以外、実施例６と全く同じように圧電素子２１を作製した。
【０１５６】
バッファー層膜１３は、膜厚が４５ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．１４：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が５５％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が４０ｎｍであった。
【０１５７】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径は４０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が７０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２４．４であった。
【０１５８】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１５９】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価方法によって行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４２.０μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４２.０μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１６０】
（実施例１０）
本実施例では、基板１０１に耐高温パイレックスガラス基板を用い（上記実施例２に用いたものと形状や組成が同じもの）、上記実施例４と全く同じように作製した第１電極膜１０２を用いた。すなわち、第１電極膜１０２として、４モル％のニッケル（Ｎｉ）を含有する厚さ１２０ｎｍの白金（Ｐｔ）薄膜を用いた。
【０１６１】
この第１電極膜１０２上にバッファー層膜１１３を形成した。バッファー層膜１１３は、ターゲットとして、１２モル％のランタン（Ｌａ）及び６モル％のマグネシウム（Ｍｇ）を含有するチタン酸ランタンマグネシウム鉛(化学組成：（Ｐｂ0.82Ｍｇ0.06Ｌａ0.12）ＴｉＯ3 )に酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結体（４インチ径）を用いて作製した。バッファー層膜１１３は、基板温度５００℃、アルゴンと酸素の混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３００秒間成膜することにより作製した。
【０１６２】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例２と同様に、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した。圧電体積層膜１１０は、ターゲットとして、約１０モル％ＰｂＯを過剰に加えて調合した、化学量論組成のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５０：０．５０）を用いて作製した。圧電体積層膜１１０の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を、５３０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。第１及び第２圧電体膜１０３，１０４に関して、アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝７９：１）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２５Ｐａにするとともにアルゴン−酸素ガスの混合ガス流量を毎分４０ｍｌにした。そして、第１圧電体膜１０３は、プラズマ発生電力を２ｋＷにして６０秒間成膜することにより作製した。一方、第２圧電体膜１０４は、プラズマ発生電力を３ｋＷにして３８００秒間成膜することにより作製した。
【０１６３】
第１電極膜、バッファー層膜１１３、並びに圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例６と同様の方法で調べた。
【０１６４】
第１電極膜２は、４モル％のニッケルを含む白金からなっていて、その断面径が２５ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。
【０１６５】
バッファー層膜１３は、膜厚が１００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｍｇ：Ｔｉ＝０．８６：０．１２：０．０８：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が６５％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が３０ｎｍであった。
【０１６６】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が１００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が３０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が８０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が５０００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が８５ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９．５％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは６０．０であった。
【０１６７】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１、１５：０．５１：０．４９である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．５１：０．４９であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１６８】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価方法によって行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４３.１μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４３.１μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１６９】
（実施例１１）
本実施例では、基板１０１に鏡面加工したアルミナ基板を用い（実施例４に用いたものと同じ形状・組成のもの）、上記実施例３と全く同じように作製した第１電極膜１０２を用いた。すなわち、第１電極膜１０２として、１モル％のチタン（Ｔｉ）を含有する厚さ１１０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）薄膜を用いた。
【０１７０】
この第１電極膜１０２上にバッファー層膜１１３を形成した。バッファー層膜１１３は、ターゲットとして、ランタン（Ｌａ）を１０モル％、マンガン（Ｍｎ）を３モル％含有するチタン酸マンガンランタン鉛(化学組成：（Ｐｂ0.87Ｍｎ0.03Ｌａ0.10）ＴｉＯ3 )に酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結体（４インチ径）を用いて作製した。バッファー層膜１１３は、基板温度５４０℃、アルゴンと酸素の混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗ  の条件で３００秒間成膜することにより作製した。
【０１７１】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例３と同様に、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて作製した。すなわち、圧電体積層膜１１０は、ターゲットとして、ＰｂＯを過剰に加えて調合したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の６インチ径の焼結体（組成モル比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．６０：０．４０）を用いて作製した。圧電体積層膜１１０の成膜条件は以下に示すとおりである。すなわち、上記ターゲットを取り付けた成膜室の中で、一方側の面に第１電極膜１０２が形成されたシリコン基板１０１を、５５０℃まで予め加熱してその基板温度で保持した。アルゴンと酸素の混合ガス（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝３８：２）をスパッタリングガスとして用い、そのガス圧力を０．２５Ｐａにするとともにアルゴン−酸素ガスの混合ガス流量を毎分４０ｍｌにした。そして、プラズマ発生電力を３ｋＷにして、第１圧電体膜１０３を１００秒間成膜した。その後、成膜を一旦停止し、上記成膜条件のうちスパッタリングガスの混合比をＡｒ：Ｏ2＝７９：１に変えて、その他は同じ成膜条件で、第２圧電体膜１０４を２５００秒間成膜した。
【０１７２】
第１電極膜、バッファー層膜１１３並びに圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例１と同様の方法で調べた。
【０１７３】
第１電極膜２は、Ｔｉを１モル％含むイリジウム薄膜（Ｉｒ）であって、断面の直径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体であることが分かった。
【０１７４】
バッファー層膜１３は、膜厚が１００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｍｎ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．０３：０．１０：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が６０％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が７０ｎｍであった。
【０１７５】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が１００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が７０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が８０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３９００ｎｍであり、柱状粒子の断面径が２００ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９．５％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２０．０であった。
【０１７６】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０５：０．６０：０．４０である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．６０：０．４０であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１７７】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価方法によって行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４６．５μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４６．５μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１７８】
（実施例１２）
本実施例では、上記実施例６と全く同じように作製した、基板１０１及び第１電極膜１０２を用いた。すなわち、基板１０１としてシリコン基板を用い、第１電極膜１０２として厚さ１００ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）薄膜を用いた。
【０１７９】
この第１電極膜１０２上にバッファー層膜１１３を形成した。バッファー層膜１１３は、ターゲットとして、１２モル％のランタン（Ｌａ）及び３モル％のストロンチウム（Ｓｒ）を含有するチタン酸ランタンストロンチウム鉛(化学組成：（Ｐｂ0.85Ｓｒ0.03Ｌａ0.12）ＴｉＯ3 )に酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結体（４インチ径）を用いて作製した。バッファー層膜１１３は、基板温度５２０℃、アルゴンと酸素の混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３００秒間成膜することにより作製した。
【０１８０】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例６と全く同じように作製した。
【０１８１】
第１電極膜、バッファー層膜１１３、並びに圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例６と同様の方法で調べた。
【０１８２】
第１電極膜としてのイリジウム電極は、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体（膜厚１００ｎｍ）であることが分かった。
【０１８３】
バッファー層膜１３は、膜厚が１００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｓｒ：Ｔｉ＝０．８８：０．１２：０．０３：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が６５％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が３０ｎｍであった。
【０１８４】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が３０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が７５％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９９％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２４．４であった。
【０１８５】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１８６】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価装置を用いて行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４１.２μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４１.２μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１８７】
（実施例１３）
本実施例では、上記実施例６と全く同じように作製した、基板１０１及び第１電極膜１０２を用いた。すなわち、基板１０１としてシリコン基板を用い、第１電極膜１０２として厚さ１００ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）薄膜を用いた。
【０１８８】
この第１電極膜１０２上にバッファー層膜１１３を形成した。バッファー層膜１１３は、ターゲットとして、チタン酸ストロンチウム（化学組成：ＳｒＴｉＯ3 ）の焼結体（４インチ径）を用いて作製した。バッファー層膜１１３は、基板温度５４０℃、アルゴンと酸素の混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１９：１）、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で５５０秒間成膜することにより作製した。
【０１８９】
また、圧電体積層膜１１０は、上記実施例６と全く同様にして作製した。
【０１９０】
第１電極膜、バッファー層膜１１３、並びに圧電体積層膜１１０の第１及び第２圧電体膜１０３，１０４についての膜厚、化学組成、膜構造、結晶構造及び結晶配向性を、上記実施例６と同様の方法で調べた。
【０１９１】
第１電極膜としてのイリジウム電極は、断面径が２０ｎｍの柱状粒子の集合体（膜厚１００ｎｍ）であることが分かった。
【０１９２】
バッファー層膜１３は、膜厚が８５ｎｍであるとともに化学組成比がＳｒ：Ｔｉ＝１：１であり、かつ（００１）結晶配向率が６０％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が３０ｎｍであった。
【０１９３】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径は３０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が７０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１６０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が９８％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２４．４であった。
【０１９４】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０１９５】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価装置を用いて行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４１.６μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１０億回駆動した後も変位量は４１.６μｍで変らず、膜はがれやクラックの発生は見られなかった。
【０１９６】
（比較例３）
本比較例では、バッファー層膜１１３の作製時間を９００秒間に変更した以外、上記実施例６と全く同様にして圧電素子２１を作製した。
【０１９７】
バッファー層膜１３は、膜厚が３００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．１４：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が８０％のペロブスカイト型結晶構造の柱状構造膜であって、その柱状粒子の平均直径が５０ｎｍであった。
【０１９８】
圧電体積層膜１１０は、第１及び第２圧電体膜１０３，１０４の２つの柱状構造膜が繋がった柱状粒子の集合体として存在していた。第１圧電体膜３は、膜厚が５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が５０ｎｍであった。また、第１圧電体膜３は、ペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が８０％であることが分かった。一方、第２圧電体膜４は、膜厚が３８５０ｎｍであり、柱状粒子の断面径が１８０ｎｍであった。また、第２圧電体膜４もペロブスカイト型結晶構造であって、その形成面の（００１）結晶配向率が１００％であることが分かった。第２圧電体膜４の柱状粒子の断面径ｄに対する圧電体積層膜１０の厚みｌの比ｌ／ｄは２１．７であった。
【０１９９】
また、Ｘ線マイクロアナライザーによる陽イオンの組成分析の結果、第１圧電体膜３の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１５：０．５３：０．４７である一方、第２圧電体膜４の組成はＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．１０：０．５３：０．４７であることが分かった。つまり、第１及び第２圧電体膜３，４は、＜００１＞軸が基板１の上面に対して垂直方向に優先配向して成長した、ペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴ膜であることが分かった。Ｚｒ及びＴｉの組成は、第１及び第２圧電体膜３，４で同じである一方、Ｐｂの組成は、第１圧電体膜３の方が第２圧電体膜４よりも多かった。
【０２００】
アクチュエータの圧電変位の駆動耐久試験は、上記実施例６と同様の評価方法によって行った。上記三角波電圧を印加した場合には、圧電素子２１の先端は最大４０.５μｍだけ変位していた。この三角波電圧により１億回（駆動時間は１３．９時間）往復駆動させた後及び１０億回（駆動時間は１３８．９時間）往復駆動させた後に、圧電素子２１の駆動状況を調べるとともに光学顕微鏡により圧電素子２１の外観を調べた。その結果、この圧電素子２１は、１億回駆動した後は、変位量は３４.０μｍに低下しており、周辺部分にわずかな膜はがれが起っていた。１０億回駆動した後では、圧電素子２１は変位しなくなっており、多くの膜はがれやクラックが発生していた。
【０２０１】
−効果−
以上により、本実施形態によれば、第１電極膜２と第１圧電体膜３との間にバッファー層膜１３を配置することにより、第１電極膜２と第１圧電体膜３との密着性が高くなる。よって、大きな電圧を印加しても第１電極膜２と第１圧電体膜３との間で膜はがれが発生しない。そのため、高い圧電特性を有するとともに、劣化が起こらない圧電素子２１を実現できる。
【０２０２】
また、第１電極膜２は、バッファー層膜１３の結晶配向制御膜としての機能を活性化させる。また、バッファー層膜１３は、第１圧電体膜３の結晶配向制御膜としての機能を活性化させる。そのため、第１圧電体膜３は、第２圧電体膜４の結晶配向性を確実に制御できる。
【０２０３】
（実施形態３）
本実施形態は、本発明に係る圧電素子をインクジェットヘッドに適用したものである。
【０２０４】
図８に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッド２０１は、それぞれが列状に並んで且つ互いが同じ形状である１０個のインク吐出素子２０２，…と、各インク吐出素子２０２の個別電極３３（図９を参照）に接続され且つインク吐出素子２０２を駆動するための駆動電源素子２０３とにより構成されている。
【０２０５】
図９に示すように、インク吐出素子２０２は、ノズル板Ｄとインク液流路部品Ｃと圧力部品Ａとが順に積層されてなる。これらの部品Ａ〜Ｄは互いに接着剤によって接着固定されている。圧力室部品Ａには圧力室用開口部３１が形成されている。アクチュエータ部Ｂは圧力室用開口部３１の上端開口面を覆うように配置されている。すなわち、アクチュエータ部Ｂは厚み方向一方側の一部が圧力室用開口部３１に臨むように設けられている。上記上端開口面は、短軸が２００μｍ、長軸が４００μｍの楕円形状である。アクチュエータ部Ｂは圧力室３２の上方に位置している。インク液流路部品Ｃは圧力室用開口部３１の下端開口面を覆うように配置されている。すなわち、圧力室部品Ａの圧力室用開口部３１は、その上下にそれぞれ配置されているアクチュエータ部Ｂ及びインク液流路部品Ｃにより区画されていて、その区画された空間がインク液を収容する圧力室３２（厚さ０．２ｍｍ）を構成している。インク液流路部品Ｃには、所定方向（例えばインク供給方向）に列状に並ぶ複数の圧力室３２，…で共用される共通液室３５と、その共通液室３５と圧力室３２とを連通する供給口３６と、圧力室３２と後述するノズル孔３８とを連通するインク流路３７とが形成されている。ノズル板Ｄには、直径３０μｍのノズル孔３８が穿設されている。上記駆動電源素子２０３は、ボンディングワイヤーを介して複数のインク吐出素子２０２，…の個別電極３３にそれぞれ電圧を供給する。なお、本発明のヘッド本体部はノズル板Ｄ、インク液流路部品Ｃ及び圧力部品Ａに対応し、圧電素子はアクチュエータ部Ｂに対応する。以下、アクチュエータ部Ｂの構成の詳細について説明する。
【０２０６】
（実施例１４）
図１０は、本実施例に係るアクチュエータ部Ｂの断面図を示す。アクチュエータ部Ｂは、４モル％のコバルト（Ｃｏ）を含むイリジウム（Ｉｒ）膜からなる厚さ２４０ｎｍの個別電極３３と、この個別電極３３の直下に位置し且つＰｂ1.15Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47Ｏ3で表記されるＰＺＴからなる厚さ８０ｎｍの第１圧電体膜４１と、その第１圧電体膜４１の直下に位置し且つＰｂ1.05Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47Ｏ3で表記されるＰＺＴからなる厚さ４５００ｎｍの第２圧電体膜４２と、この第２圧電体膜４２の直下に位置し且つ白金からなる厚さ１００ｎｍの第２電極膜（共通電極）４３と、この第２電極膜４３の直下に位置し且つクロム（Ｃｒ）からなる厚さ３５００ｎｍの振動板膜４４とを有している。個別電極３３は圧力室３２に対応する位置に設けられ個別化されている。振動板膜４４は、圧電体膜４１，４２の圧電効果により変位して振動する。第２電極膜４３及び振動板膜４４は各インク吐出素子２０２間で共用している。第２電極膜４３上における個別電極３３、第１圧電体膜４１及び第２圧電体膜４２が積層されてなる積層膜以外の部分には、ポリイミド樹脂からなる電気絶縁有機膜４５が個別電極３３の上面と同じ高さまで形成されている。この電気絶縁有機膜４５の上面には、個別電極３３に接続され且つ金からなるリード線形状の膜厚１００ｎｍの引き出し電極膜４６が形成されている。
【０２０７】
（アクチュエータ部の製造方法）
以下、図１１及び図１２を参照しながら、アクチュエータ部Ｂの製造方法について説明する。まず、上記実施例５と同様に、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのシリコン基板５０上に第１電極膜５２と第１圧電体膜５３と第２圧電体膜５４と第２電極膜４３とを順に積層して、図１１（ａ）に示す構造体５５を得た。次に、この構造体５５の第２電極膜４３上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて室温下で振動板膜４４を形成した（図１１（ｂ）を参照）。次に、図１１（ｃ）に示すように、一方側の面に振動板膜４４が形成された構造体５５を、振動板膜４４及び接着剤（アクリル樹脂）５６を介してガラス製の圧力室部品５７に貼り合わせた。
【０２０８】
次に、プラズマ反応エッチング装置を使用して、シリコン基板５１をＳＦ6ガスを用いたドライエッチングにより除去した（図１１（ｄ）を参照）。その後、図１１（ｅ）に示すように、第１電極膜５２、第１圧電体膜５３及び第２圧電体膜５４からなる積層膜の非エッチング部分を、フォトレジスト樹脂膜５８を用いて、楕円形状パターン（具体的には、短軸が１８０μｍ、長軸が３８０μｍの楕円形状のパターン）に正確にパターンニングした。次に、Ａｒガスを用いたドライエッチングと弱フッ酸のウェットエッチングとを行うことにより、第１電極膜５２、第１圧電体膜５３及び第２圧電体膜５４からなる積層膜をフォトレジストパターンに加工して個別化した。それにより、個別電極３３、第１圧電体膜４１及び第２圧電体膜４２からなる積層膜を備えたアクチュエータ構造体を得た（図１２（ａ）を参照）。その後、フォトレジスト樹脂膜５８をレジスト剥離液で処理して除去した（図１２（ｂ）を参照）。次に、図１２（ｃ）に示すように、第２電極膜４３上の上記積層膜以外の部分に、電気絶縁有機膜４５を印刷法で形成した。その後、電気絶縁有機膜４５の上面に引き出し電極膜４６をＤＣスパッタ法で形成した（図１２（ｄ）を参照）。このようにして、図１０に示すアクチュエータ部Ｂを得た。
【０２０９】
以上に示す製法により作製されたインク吐出素子２０２を１０個用いて、図８に示すインクジェットヘッド２０１を作製した。
【０２１０】
（インクジェットヘッドの動作）
以下、インクジェットヘッド２０１の動作について説明する。
【０２１１】
まず、駆動電源素子２０３からボンディングワイヤーを介して１０個のインク吐出素子２０２，…の個別電極３３にそれぞれ電圧を供給する。そして、圧電体膜４１，４２の圧電効果により振動板膜４４が変位して振動する。それにより、共通液室３５内のインク液が供給口３６、圧力室３２及びインク流路３７を経由してノズル孔３８から吐出される。
【０２１２】
このとき、インクジェットヘッド２０１では、アクチュエータ部Ｂを構成する圧電体膜４１，４２が膜面の結晶配向性が（００１）面に揃っている。また、圧電体膜４１，４２の圧電変位特性も大きな値で揃っている。そのため、インクジェットヘッド２０１では大きな圧電変位（変位量）を得ることができる。
【０２１３】
また、第１電極膜５２と第１圧電体膜５３との密着性が高いので、高い電圧を加えて大きな変位で駆動させても膜はがれを原因とした故障が起こりにくく、その結果、信頼性が高い安定した駆動が可能になる。
【０２１４】
また、インク吐出素子２０２の圧電変位が大きい、すなわち、インク吐出素子２０２のインク液の吐出能力が高いので、電源電圧の調整幅にマージンをとることができる。そのため、複数個のインク吐出素子２０２，…個々のインク液の吐出ばらつきが小さくするように容易にコントロールできる。
【０２１５】
（実施例１５）
本実施例に係るインクジェットヘッドは、アクチュエータ部Ｂにおいて、個別電極３３と第１圧電体膜４１との間にバッファー層膜が配置されている点が実施例１４と異なり、その他の構成は実施例１４と全く同じになっている。ここで、バッファー層膜は、上記実施例６と同様に、膜厚が１００ｎｍであるとともに化学組成比がＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝０．９０：０．１４：１．００であり、かつ（００１）結晶配向率が５０％のペロブスカイト型結晶構造のチタン酸ランタン鉛からなる薄膜である。
【０２１６】
アクチュエータ部Ｂの製造方法は、第１電極膜５２と第１圧電体膜５３との間にバッファー層膜を形成することが実施例１４と異なる。このバッファ層膜は、上記実施例６と同様の方法で作製される。以上のようにして作製されたアクチュエータ部Ｂを用いて、上記実施例１４と同様にして、インクジェットヘッド２０１を作った。
【０２１７】
このとき、このインクジェットヘッド２０１では、アクチュエータ部Ｂを構成する圧電体膜４１，４２が膜面の結晶配向性が（００１）面に揃っている。また、圧電体膜４１，４２の圧電変位特性も大きい値で揃っている。そのため、このインクジェットヘッド２０１では大きな圧電変位（変位量）を得ることが可能である。
【０２１８】
また、第１電極膜５２と第１圧電体膜５３との間にバッファー層膜を介在させることにより第１電極膜５２と第１圧電体膜５３との間の密着性が高くなり、そのため、高い電圧を加えて大きな変位で駆動させても膜はがれを原因とした故障が起こりにくく、その結果、信頼性が高い安定した駆動が可能になる。
【０２１９】
また、インク吐出素子２０２の圧電変位が大きい、すなわち、インク吐出素子２０２のインク液の吐出能力が高いので、電源電圧の調整幅にマージンをとることができる。そのため、複数個のインク吐出素子２０２，…の個々のインク液の吐出ばらつきが小さくするように容易にコントロールできる。
【０２２０】
−効果−
以上により、本実施形態によれば、インク吐出素子２０２を複数個並べてなるインクジェットヘッド２０１において、インク吐出素子２０２，…間のインク液の吐出ばらつきを小さくできる。そのため、高特性のインクジェットヘッド２０１を提供できる。  なお、アクチユエータ部Ｂを構成する第１電極膜５２、第１圧電体膜５３、第２圧電体膜５４及び第２電極膜４３は、上記実施形態１の圧電素子に用いられる材料である限り、どの材料を用いても高特性のアクチユエータ部Ｂを作製できる。
【０２２１】
また、本実施形態では、振動板膜４４はクロムからなるが、これに限らず、シリコン、ガラス、セラミック材料、クロム以外の金属材料のうちいずれか１つにより構成されても良い。
【０２２２】
また、本実施形態では、第２電極膜４３における第２圧電体膜４２と反対側の面の上に振動板膜４４が形成されているが、個別電極３３における第１圧電体膜４１と反対側の面の上に振動板膜４４を形成しても良い。
【０２２３】
（実施形態４）
本実施形態は、本発明に係る圧電素子をインクジェット式記録装置に適用したものである。以下、具体的に実施した実施例について説明する。
【０２２４】
（実施例１６）
図１３に示すように、本実施例に係るシリアル方式のインクジェット式記録装置８１は、圧電体膜４１，４２の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッド２０１（実施形態３を参照）を備えており、インクジェットヘッド２０１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体８２に着弾させることにより記録媒体８２に記録を行うことができる。インクジェットヘッド２０１は、主走査方向（図１３ではＸ方向）に沿って配置されたキャリッジ軸８３に摺動可能に取り付けられたキャリッジ８４に搭載されている。そして、キャリッジ８４がキャリッジ軸８３に沿って往復動することにより、インクジェットヘッド２０１は主走査方向Ｘに往復動する。インクジェット式記録装置８１は、記録媒体８２をインクジェットヘッド２０１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直な副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ８５，…をさらに備えている。なお、本発明に係る移動手段は、キャリッジ軸８３、キャリッジ８４及びローラ８５に対応する。
【０２２５】
−効果−
以上のように、本実施例によれば、複数個のインク吐出素子２０２，…間のインク液の吐出のばらつきを容易にコントロールすることのできるインクジェットヘッド２０１（実施形態３を参照）を用いてシリアル方式のインクジェット式記録装置８１を構成しているので、印刷時において印字むらを少なくすることができる。そのため、信頼性が高いシリアル方式のインクジェット式記録装置８１を実現できる。
【０２２６】
（実施例１７）
図１４に示すように、本実施例に係るライン方式のインクジェット式記録装置９１は、圧電体膜４１，４２の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッド２０１（実施形態３を参照）１３個有するライン状ブロック８６に備えており、インクジェットヘッド２０１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体８２に着弾させることにより記録媒体８２に記録を行うことができる。インクジェット式記録装置９１は、記録媒体８２を副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ８５，…をさらに備えている。なお、本発明に係る移動手段は、ローラ８５に対応する。
【０２２７】
−効果−
以上のように、本実施例によれば、複数個のインク吐出素子２０２，…間のインク液の吐出のばらつきを容易にコントロールすることのできるインクジェットヘッド２０１（実施形態３を参照）を用いてライン方式のインクジェット式記録装置９１を構成しているので、幅が大きい記録媒体８２に高速で印刷ができるとともに、印刷時において印字むらを少なくすることができる。そのため、信頼性が高いライン方式のインクジェット式記録装置９１を実現できる。
【０２２８】
（実施形態５）
図１５及び図１６は、本発明の実施形態５に係る角速度センサを示し、この角速度センサは、音叉型のものであって、車両に搭載されるナビゲーション装置等に好適に用いられるものである。
【０２２９】
角速度センサは、厚さ０．３ｍｍのシリコンウエハからなる基板５００を備えている。この基板５００は、固定部５００ａと、該固定部５００ａから所定の方向（検出する角速度の回転中心軸が延びる方向：本実施形態では、図１５に示すＹ方向）に延びる一対の振動部５００ｂ，５００ｂとを有している。これら固定部５００ａ及び一対の振動部５００ｂ，５００ｂは、基板５００の厚み方向（図１５に示すＺ方向）から見て音叉状をなしており、一対の振動部５００ｂ，５００ｂは音叉のアーム部に相当していて、振動部５００ｂの幅方向に並んだ状態で互いに平行に延びている。なお、基板５００はガラス基板であっても良い。
【０２３０】
基板５００の各振動部５００ｂ及び固定部５００ａの振動部５００ｂ側の部分の上には、第１電極膜５０３、第１圧電体膜５０４と第２圧電体膜５０５とからなる圧電体積層膜５１０及び第２電極膜５０６が順に積層されている。第１電極膜５０３、第１圧電体膜５０４、第２圧電体膜５０５及び第２電極膜５０６の各構成材料及び厚みは、上記実施形態１で説明した第１電極膜２、第１圧電体膜３、第２圧電体膜４及び第２電極膜５とそれぞれ同じである。
【０２３１】
第２電極膜５０６は、各振動部５００ｂ上において、振動部５００ｂをその幅方向（図１５に示すＸ方向）に振動させるための２つの駆動電極５０７，５０７と振動部５００ｂの厚み方向（Ｚ方向）の変形（たわみ）を検出するための１つの検出電極５０８とにパターン化されてなる。
【０２３２】
２つの駆動電極５０７，５０７はそれぞれ、振動部５００ｂの幅方向（Ｘ方向）両端部上において振動部５００ｂの長さ方向（Ｙ方向）全体に亘って設けられ、各駆動電極５０７の固定部５００ａ側の端部が固定部５００ａ上に位置して接続端子５０７ａを構成している。なお、各振動部５００ｂの幅方向一端部上に１つの駆動電極５０７を設けるだけであっても良い。
【０２３３】
一方、検出電極５０８は、振動部５００ｂの幅方向中央部上において振動部５００ｂの長さ方向全体に亘って設けられ、駆動電極５０７と同様に、検出電極５０８の固定部５００ａ側の端部が固定部５００ａ上に位置して接続端子５０８ａを構成している。なお、各振動部５００ｂ上において複数の検出電極５０８を設けても良い。
【０２３４】
第１電極膜５０３は、固定部５００ａ上における一対の振動部５００ｂ，５００ｂ間の中央位置において振動部５００ｂとは反対側に突出する接続端子５０３ａを有している。
【０２３５】
各振動部５００ｂ上における第１電極膜５０３と２つの駆動電極５０７，５０７との間には、振動部５００ｂがその幅方向に振動するように、振動部５００ｂの固有振動と共振する周波数の電圧が印加されるようになっている。すなわち、第１電極膜５０３には、グランド電圧が印加される一方、２つの駆動電極５０７，５０７には、正負が互いに逆の電圧が印加され、これにより、各振動部５００ｂの幅方向一端部側が伸長するときには、他端部側が収縮して、振動部５００ｂがその他端部側に変形する。一方、各振動部５００ｂの幅方向一端部側が収縮するときには、他端部側が伸長して、振動部５００ｂがその一端部側に変形する。この動作を交互に繰り返すことによって振動部５００ｂがその幅方向に振動する。なお、各振動部５００ｂ上における２つの駆動電極５０７，５０７のうちいずれか一方に電圧を印加するだけでも、振動部５００ｂをその幅方向に振動させることは可能である。そして、一対の振動部５００ｂ，５００ｂは、各振動部５００ｂの幅方向において互いに反対向きに変形し、一対の振動部５００ｂ，５００ｂ間の中央にあって該振動部５００ｂの長さ方向に延びる中央線Ｌに対して対称に振動するようになっている。
【０２３６】
上記構成の角速度センサにおいて、一対の振動部５００ｂ，５００ｂをその幅方向（Ｘ方向）に中央線Ｌに対して対称に振動させているときに、その中央線Ｌ回りに角速度ωが加わると、２つの振動部５００ｂ，５００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（Ｚ方向）にたわんで変形し（一対の振動部５００ｂ，５００ｂは互いに反対向きに同じ量たわむ）、これにより、圧電体積層膜５１０にもたわみが発生して、第１電極膜５０３と検出電極５０８との間には、コリオリ力の大きさに応じた電圧が発生する。この電圧の大きさ（コリオリ力）から角速度ωを検出することができる。すなわち、コリオリ力Ｆｃは、各振動部５００ｂの幅方向の速度をｖ、各振動部５００ｂの質量をｍとすると、
Ｆｃ＝２ｍｖω
となるので、コリオリ力Ｆｃから角速度ωの値が分かることになる。
【０２３７】
次に、上記角速度センサの製造方法について図１７及び図１８に基づいて説明する。すなわち、図１７（ａ）に示すように、（００１）面が研磨された、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのシリコンウエハ（平面図は図１８参照）からなる基板５００を用意し、図１７（ｂ）〜（ｅ）に示すように、この基板５００上に、第１電極膜５０３、第１圧電体膜５０４、第２圧電体膜５０５及び第２電極膜５０６を３元ＲＦマグネトロンスパッタ装置で膜形成する。具体的な成膜条件は、上記実施例１と同じであった。そして、成膜された各圧電体膜５０４，５０５の結晶構造、結晶配向性及び組成も上記実施例１と同じであった。
【０２３８】
次いで、図１７（ｆ）に示すように、第２電極膜５０６をパターニングして駆動電極５０７及び検出電極５０８を形成する。すなわち、第２電極膜５０６上に感光樹脂を塗布し、この感光樹脂に駆動電極５０７及び検出電極５０８のパターンを露光し、その後、露光していない部分の感光樹脂を除去し、この感光樹脂を除去した部分における第２電極膜５０６をエッチングにより除去し、次いで、駆動電極５０７及び検出電極５０８上の感光樹脂を除去する。
【０２３９】
第２電極膜５０６のパターンニング後、再び感光樹脂の塗布・露光を繰り返して、圧電体積層膜５１０、第１電極膜５０３及びシリコン基板５００をパターニングして固定部５００ａ及び振動部５００ｂを形成する。こうして、上記の角速度センサが完成する。なお、上記基板５００に、シリコンに代えてガラスを使用しても良い。
【０２４０】
ここで、図１９及び図２０を参照しながら従来の角速度センサについて説明する。
【０２４１】
この従来の角速度センサは、厚さ０．３ｍｍの水晶からなる圧電体６００を備え、この圧電体６００が、本実施形態に係る角速度センサの基板５００と同様に、固定部６００ａと該固定部６００ａからその一側方（図１９に示すＹ方向）に互いに平行に延びる一対の振動部６００ｂ，６００ｂとを有している。そして、各振動部６００ｂの厚み方向（図１９に示すＺ方向）に対向する両面には、振動部６００ｂをその幅方向（図１９に示すＸ方向）に振動させるための駆動電極６０３がそれぞれ１つずつ設けられ、各振動部６００ｂの両側面には、振動部６００ｂの厚み方向の変形を検出するための検出電極６０７がそれぞれ１つずつ設けられている。
【０２４２】
そして、従来の角速度センサにおいて、各振動部５００ｂにおける２つの駆動電極６０３，６０３間に、振動部６００ｂの固有振動と共振する周波数の電圧を印加して、本実施形態に係る角速度センサと同様に、一対の振動部６００ｂ，６００ｂをその幅方向（図１９に示すＸ方向）に該一対の振動部６００ｂ，６００ｂ間の中央にある中央線Ｌに対して対称に振動させる。このとき、その中央線Ｌ回りに角速度ωが加わると、一対の振動部６００ｂ，６００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（図１９に示すＺ方向）にたわんで変形し、各振動部６００ｂにおける２つの検出電極６０７，６０７間にコリオリ力の大きさに応じた電圧が発生し、この電圧の大きさ（コリオリ力）から角速度ωを検出することができる。
【０２４３】
上記従来の角速度センサにおいては、水晶からなる圧電体６００を用いているので、その圧電定数は−３ピコｍ／Ｖとかなり低く、しかも固定部６００ａ及び振動部６００ｂは機械加工により形成するため、小型化が困難であり、寸法精度が低いという問題があった。
【０２４４】
これに対し、本実施形態に係る角速度センサにおいては、角速度を検出する部分（振動部５００ｂ）が、上記実施形態１と同様の構成の圧電素子で構成されているので、上記従来の角速度センサに対して圧電定数を４０倍程度にすることができ、かなりの小型化を図ることができる。また、薄膜形成技術を用いて微細加工を行うことができ、寸法精度を格段に向上させることができる。
【０２４５】
なお、本実施形態における角速度センサにおいては、基板５００に一対の振動部５００ｂ，５００ｂを１組しか設けていないが、複数組設けて、種々の方向に延びる複数軸回りの角速度を検出するようにしても良い。
【０２４６】
また、本実施形態に係る角速度センサにおいては、実施形態２で示した圧電素子の膜構成のように、第１電極膜５０３と第１圧電体膜５０４との間に、実施形態２の実施例で用いたバッファー層膜を配置しても良い。この場合も、上記と同様に工業的に量産しても特性の再現性が良好で、ばらつきが少なく、かつ、耐電圧及び信頼性に優れる角速度センサを提供できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】
以上説明したように、本発明は、インクジェットヘッド、角速度センサのみならず、ジャイロ素子、振動センサ等についても有用である。また、本発明は、マイクロマシンデバイス等に対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２４８】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電素子の斜視図である。
【図２】圧電素子の製造工程を示す図である。
【図３】圧電素子の膜構造を示した模式図である。
【図４】圧電体積層膜の破断面を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【図５】周波数２ｋＨｚの電圧を印加した場合における圧電素子の先端のＺ軸方向の上下運動の変位量を示す図である。
【図６】圧電素子の斜視図である。
【図７】圧電素子の製造工程を示す図である。
【図８】インクジェットヘッドの概略構成図である。
【図９】インク吐出素子の一部を破断した分解斜視図である。
【図１０】図９のＩ−Ｉ線の断面図である。
【図１１】アクチュエータ部の製造工程の一部を示す図である。
【図１２】アクチュエータ部の製造工程の一部を示す図である。
【図１３】シリアル方式のインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【図１４】ライン方式のインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【図１５】角速度センサの概略斜視図である。
【図１６】図１５のII−II線断面図である。
【図１７】角速度センサの製造工程を示す図である。
【図１８】角度速度センサの製造方法において、第２電極膜をパターニングした状態を示す平面図である。
【図１９】水晶を用いた従来の角速度センサの概略斜視図である。
【図２０】図１９のIII−III線断面図である。
【符号の説明】
【０２４９】
１，５１，１０１，５００  基板
２，５２，１０２，５０３  第１電極膜
３，４１，５３，１０３，５０４  第１圧電体膜
４，４２，５４，１０４，５０５  第２圧電体膜
５，４３，１０５，５０８  第２電極膜
２０，２１  圧電素子
１３，１１３  バッファー層膜
４４  振動板膜
８１，９１  インクジエツト式記録装置
８３  キャリッジ軸（移動手段）
８２  キャリッジ（移動手段）
８３  ローラ（移動手段）
２０１  インクジェットヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図４】
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