压电元件、喷墨头、角速度传感器及喷墨式记录装置的制作方法

专利名称：压电元件、喷墨头、角速度传感器及喷墨式记录装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种呈现机电转换功能的压电元件、使用该压电元件的喷墨头、角速度传感器及其制造方法、以及配备上述喷墨头来作为打印装置的喷墨式记录装置。
背景技术：
通常，压电材料是把机械能转换为电能、或把电能转换为机械能的材料。钙钛矿型晶体结构的锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)(以下称为PZT)就是该压电材料的代表。在该PZT中，能获得最大压电变位的方向在正方晶系的情况下是<001>方向(c轴方向)；在三角晶系的情况下是<111>方向。但是，由于很多压电材料是由晶粒的集合体构成的多晶体，所以各晶粒的晶轴朝向任意方向。因此，自发极化Ps也任意排列。
但是，随着近年来电子设备的小型化，也强烈要求使用压电材料的压电元件小型化。为了满足该要求，在与以前用于多种用途的烧结体相比能够显著地使体积减小的薄膜形态下使用压电元件，都在进行这种压电元件的薄膜化研究开发工作。例如，在正方晶系PZT的情况下，自发极化Ps朝向c轴方向，所以为达到即使薄膜化也能得到很高的压电特性这一目的，有必要使构成PZT薄膜的晶体的c轴与基板表面的垂直方向一致。为实现它，以前是利用溅射法，使用由按照结晶方位(100)面在表面露出的方式切出的NaCl型晶体结构的氧化镁(MgO)构成的单晶基板，在该基板上形成在(100)面取向的铂电极薄膜作为下电极，并在600～700℃的温度下，在该铂电极上形成沿垂直于该表面方向c轴取向的PZT薄膜(例如参照Journal of AppliedPhysics vol.65 No.4(1989年2月15日，美国物理学会发行)p.1666～1670、特开平10209517号公报)。此时，若在形成PZT薄膜之前，在取向(100)面的铂电极上形成由无锆的PbTiO3或由(Pb，La)TiO3构成的膜厚为0.1微米的压电体层，作为PZT薄膜之底层，在其上，通过溅射法形成膜厚为2.5微米的PZT薄膜，则在PZT薄膜形成初期，难以形成由锆氧化物构成的低结晶性的层，得到结晶性更高的PZT薄膜。即得到(001)面取向度(α(001))约为100％的PZT薄膜。
这里，α(001)由α(001)＝I(001)/∑I(hkl)来定义。∑I(hkl)是，在X线衍射法中，使用Cu-Kα线时，来自2θ为10°～70°的钙钛矿型晶体结构的PZT的各晶面的衍射峰值强度的总和。再者，因为(002)面及(200)面是与(001)面及(100)面等价的面，所以不包含在∑I(hkl)内。
但是，在上述方法中，因为使用MgO单晶基板作为底基板，所以存在压电元件价格高，从而使用该压电元件的喷墨头的价格也变高，这是一个问题。而且，基板材料被限制在MgO单晶这一种材料上，这是一个缺点。
因此，在在硅等廉价基板上形成PZT等钙钛矿型压电材料的(001)面或(100)面结晶取向膜的方法上做了很多努力。例如在专利第3021930号公报中，公开了在(111)面取向的铂电极上涂布PZT或含有镧的PZT的前驱体溶液，在使该前驱体溶液结晶化之前，首先在450～550℃的温度下使之热分解，之后，在550～800℃的温度下进行加热处理，使之结晶(溶胶·凝胶法)，从而可生成PZT膜的(100)面优先取向膜。
另外，在日本公开特许公报特开2001-88294号公报中公开了这样的情况，即通过在铱下电极上形成极薄的钛层，可抑制形成于其上的PZT膜的结晶取向性。该方法是如下制造方法，即在硅等基板上形成以氧化锆为主要成分的底层，在该底层上形成含有铱的下电极，在该下电极上层叠极薄的钛层，在该钛层上形成构成具有压电特性的强介电体的、包含金属元素及氧元素的非晶质压电体前驱体薄膜，在高温下热处理该非晶质薄膜使之结晶化(溶胶·凝胶法)，变化为钙钛矿型压电体薄膜。在该制造方法中，可通过钛层的膜厚来控制PZT等压电体薄膜的结晶取向性，若设钛层膜厚为2～10纳米，则得到(100)面取向膜；若设钛层膜厚为10～20纳米，则得到(111)面取向膜。
在日本公开特许公报特开平11-191646号公报中，公开了这样的一种情况，即在利用溶胶·凝胶法形成压电体薄膜时，在取向(111)面的铂电极上形成4～6纳米的钛层，以该钛层的钛氧化后的氧化钛作为核，而得到(100)面取向的PZT膜。
而且，为了得到比PZT薄膜还高的压电特性，进行了在PZT中添加上添加物在硅基板上形成压电体薄膜的尝试。如在日本公开特许公报特开平10-81016号公报中，公开有使用添加了镁铌酸铅的PZT薄膜的压电元件，同时还公开有能够利用溶胶·凝胶法在铂电极上以在三角晶系(100)面优先取向的形式形成添加了镁铌酸铅的PZT薄膜。另外，在日本应用物理学会1999年2月发行的日本应用物理月报(Japanese Journal of Applied Physics)第38卷第2A号p.886～889中，对添加了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的PZT薄膜(0.9PZT-0.1PMN薄膜)的压电特性做了评价。该PZT薄膜是正方晶，取向(100)面和(111)面这两个方向，但电场强度是170kV/cm，压电常数d31是190pm/V，非常高。
但是，虽然上述任一方法作为不使用价格高的MgO单晶基板的方法是很优秀的，但由于利用溶胶·凝胶法形成压电体薄膜，所以很难象在MgO单晶基板上形成压电体薄膜时那样，形成膜时得到已结晶取向的结晶性良好的膜。因此，要这样做，即首先形成非晶质压电体薄膜，针对每个基板，对包含该压电体薄膜的层叠膜进行热处理，而让晶轴在合适的方向上优先取向。
在溶胶·凝胶法中，若大量生产压电元件，则在去除有机物的脱脂工序中，非晶质的压电体前驱体薄膜容易产生因体积变化而引起的龟裂，并且，在高温下加热非晶质的压电体前驱体薄膜使之结晶的工序中，也容易因结晶变化而产生龟裂或与下电极的膜剥离等。
因此，作为解决溶胶·凝胶法中这些课题的方法，在日本公开特许公报特开平10-81016号公报、日本公开特许公报特开2000-252544号公报中公开了这样的一种情况，即向下电极中添加钛或氧化钛很有效。尤其是在日本公开特许公报特开平10-81016号公报中，公开了这样的一种情况，在使用溅射法的情况下，也能得到(100)面取向的PZT膜。但是，并非能在下电极上直接得到钙钛矿型PZT膜，而是一开始，在小于等于200℃的低温下形成非晶态或烧(焦)绿石型晶体结构的PZT膜，之后，再在氧气环境中500～700℃的高温下进行热处理使之结晶。与溶胶·凝胶法一样，因在高温加热使之结晶的工序下的结晶变化而容易产生龟裂或与下电极剥离，这是一个缺点。另外，无论是利用上述溶胶·凝胶法还是利用溅射法形成的PZT膜，其(001)面取向度或(100)面取向度，都小于等于85％。
并且，在溶胶·凝胶法中，因为一次工序(前驱体溶液的涂布及之后的热处理)中形成的PZT膜的膜厚充其量不过100纳米左右，所以为了得到压电元件所需要的大于等于1微米的膜厚，便需要重复进行上述工序，次数要大于等于10次，这样，就产生了生产率低的问题。
另一方面，根据上述日本公开特许公报特开2001-88294号公报，利用暂时形成非晶质薄膜，再通过热处理等的后处理使之变化为结晶性薄膜后进行合成的方法即溶胶·凝胶法(也包含MOD法)以外的方法，即无利用热处理的结晶工序而直接形成结晶性薄膜的成膜法，例如溅射法、激光打磨法、CVD法，尝试了向在表面形成有极薄钛层的铱底电极上的PZT取向控制，但在溶胶·凝胶法以外的方法下，得不到取向膜。原因在于，在溶胶·凝胶法中，从下电极一侧向上电极一侧缓慢进行PZT膜的结晶，相对于此，在CVD法或溅射法等中，PZT膜的结晶化随机进行，结晶化无规律性而使得取向控制难以进行。
另外，在在(111)面取向铂电极层上形成厚度小于等于12纳米的氧化钛层，直接利用溅射法形成钙钛矿型晶体结构的钛酸铅膜或PZT膜的情况下，任一膜都表示出(111)面取向性，得不到(100)面或(001)面取向膜(参照Journal of Applied Physics vol.83No.7(1998年4月1日，美国物理学会发行)p.3835～3841)。
而且，即使得不到(100)面或者(001)面取向膜，在作为压电元件继续驱动的情况下，有出现龟裂的问题。还有，即使是(111)面取向膜，也和(100)面或者(001)面取向膜一样，有出现龟裂的问题。该龟裂在压电体薄膜的晶粒在与该压电体薄膜的厚度方向垂直的方向(沿着膜面的方向)生长的晶体结构中看到很多；而在成为柱状结构的压电体薄膜的厚度方向上适当地生长的晶体结构中几乎看不到该龟裂。一般认为这是因为驱动压电体薄膜时所产生的应力在晶粒界面得以缓和，而且薄膜的粘接力高之故。

发明内容
鉴于此作出本发明，其目的在于以低成本获得压电特性优良、可靠性高的压电元件。
为了达到上述目的，在该发明中，在电极层上形成由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物构成的取向控制层，在该取向控制层上形成由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成且三角晶系或正方晶系的压电体层，同时，在形成该压电体层之际，使该压电体层的晶粒成为沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比(平均截面直径/长度)大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
具体而言，在第一方面的发明中，以具备第1电极层、设置在该第1电极层上的取向控制层、设置在该取向控制层上的压电体层、以及设置在该压电体层上的第2电极层的压电元件为对象。
所述取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
借助上述结构，使压电体层的晶粒是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子，所以即使在连续驱动压电元件的情况下，压电体层的应力也得以适当地缓和，而能够抑制在压电体层上出现龟裂。结果是，能够谋求可靠性提高。而且，借助由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的含铅复合钙钛矿型化合物的PZT来构成压电体层，便能得到优良的压电特性。
第二方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，取向控制层优先取向(100)面或者(001)面；压电体层优先取向(001)面。
换句话说，若先用含有钛等容易氧化的含有物的贵金属等制成第1电极层，再利用溅射法等在该第1电极层上形成取向控制层的话，则即使第1电极层(111)面取向，取向控制层也容易沿(100)面或者(001)面取向(在立方晶系的情况下，(100)面和(001)面相同)。更详细地讲，上述含有物岛状地分散在第1电极层的表面部，该含有物即钛等容易氧化，即使不以氧化物的状态含有，只要在形成取向控制层之际等含有氧，分散在其表面部的含有物就成为氧化物。取向控制层，以岛状地分散着的含有物(氧化物)为核在其上侧结晶生长，由此在上述含有物上容易成为(100)面取向或者(001)面取向。因为所述含有物含在第1电极层中，所以它几乎不从第1电极层的表面突出来(即使突出，其突出量也小于2纳米)。从这一点也可以看出，取向控制层容易(100)面取向或者(001)面取向。另一方面，因为在硅等基板上设置第1电极层的情况下，第1电极层通常成为(111)面取向。所以在取向控制层中，第1电极层表面部不存在所述含有物的部分的上侧区域，成为(100)面或者(001)面以外的面取向(例如(111)面取向)或者非结晶。但是，在这样的未成为(100)面、(001)面取向的区域仅存在于取向控制层的靠近第1电极层那一侧的表面附近(离该表面最多20纳米左右的范围)。换句话说，因为所述含有物上的(100)面或者(001)面取向的区域随着结晶成长而扩大，所以该区域在与层厚方向垂直的剖面内的面积从该第1电极层一侧朝着与其相反的一侧(压电体层一侧)逐渐增大。这样一来，未成为(100)面、(001)面取向的区域变小，在取向控制层的厚度成为20纳米左右的那一阶段，几乎全部成为(100)面或者(001)面取向的区域。若在这样形成的取向控制层上形成压电体层，则该压电体层会在该取向控制层的作用下成为(001)面取向(在三角晶系的情况下，因为(100)面和(001)面相同，所以含有该三角晶系的(100)面取向)。结果是，能够使压电体层的(001)面取向度大于等于90％。补充说明一下，在取向控制层中未(100)面、(001)面取向的区域，不仅可存在于第1电极层的表面附近部，还可存在于压电体层一侧的表面。即使在这一情况下，也是只要取向控制层的层厚大于等于0.01微米，压电体层一侧的大部分表面将成为(100)面或者(001)面取向的区域，而能够使压电体层的(001)面取向度大于等于90％。结果是，再加上由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的含铅复合钙钛矿型化合物的PZT制成压电体层，故可使压电特性有极大的提高。
因此，即使利用溶胶·凝胶法以外的方法、即无利用热处理带来的结晶化工序而直接形成结晶性薄膜的成膜法(溅射法、CVD法等)，也能够在廉价的硅等基板上得到取向性良好的压电体层。这样一来，既能将压电特性的偏差抑制在很低的水平，又能使可靠性提高。换句话说，使用该压电元件时，是在垂直于该压电体层的膜表面的垂直方向上施加电场，特别是在正方晶系的结晶构造下，由于(001)面取向电场方向与<001>分极轴平行，而得到很大的压电特性。因为施加电场时分极不产生旋转，所以能够将压电特性的偏差抑制得很低，同时能够提高可靠性。另一方面，在三角晶系的结晶构造的情况下，因为分极轴是<111>方向，所以尽管由于(100)面取向而在电场方向和分极轴方向之间产生大约54°的角度，但通过提高(100)面取向性，施加电场时分极便能够一直保持一定的角度。所以在这种情况下分极也不会由于电场的施加而旋转。这样一来，既能将压电特性的偏差抑制在很低的水平，又能使可靠性提高(例如，因为在无取向的PZT膜的情况下，朝着很多方向分极，所以若施加电场，则分极轴就要朝向与电场平行的方向，故压电特性具有电压依赖性，偏差变大；产生经时变化，而在可靠性上出现问题等)。
再加上使压电体层的晶粒成为沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子，故能够使压电元件的可靠性进一步提高。
即使不使用高价的MgO单晶基板，也很容易得到具有良好的取向性的压电体层，所以通过使用廉价的玻璃基板、金属基板、陶瓷基板、硅基板等，便能使制造成本下降。
即使压电体层的膜厚大于等于1微米，也无需象溶胶·凝胶法那样，相同的工序重复多次，而很容易利用溅射法等形成压电体层，从而抑制产品合格率的下降。
第三方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，取向控制层和压电体层，皆优先取向(111)面。
换句话说，在硅等基板上设置第1电极层的情况下，通常第1电极层成为(111)面取向，所以取向控制层也成为(111)面取向。但是，象所述第二方面的发明那样，在第1电极层中含有钛、氧化钛等含有物的情况下(即使在基板和第1电极层之间不设粘附层，也能提高基板和第1电极层之间的粘附性，所以有第1电极层中含钛等的时候)，在取向控制层中，以岛状地分散在第1电极层表面部的所述含有物(氧化物)为核在其上侧结晶生长，由此取向控制层中第1电极层表面部的不存在所述含有物的部分的上侧区域，成为(111)面取向，而存在所述含有物的部分的上侧区域，则不成为(111)面取向，象上述第二方面的发明那样，成为(100)面或者(001)面取向。但是，即使存在这样的未成为(111)面取向的区域，只要使取向控制层的厚度小于等于8纳米，就不会出问题。换句话说，因为在取向控制层中，随着结晶生长(随着取向控制层的厚度增大)，未成为(111)面取向的区域扩大，另一方面，(111)面取向的区域却变窄，所以只要使取向控制层的厚度是未成为(111)面取向的区域不扩大那么大的大小(具体而言，小于等于8纳米)，(111)面取向度就大于等于50％。若在这样形成的取向控制层上形成压电体层，则压电体层便借助该取向控制层成为(111)面取向。通过设置这样的取向控制层，压电体层，就能够使用压电特性良好的压电材料；取向控制层就能够使用结晶性、取向性能够进一步得以提高的材料。结果是，能够使压电体层的(111)面取向度大于等于80％。
因此，即使利用溶胶·凝胶法以外的方法、即无利用热处理带来的结晶化工序而直接形成结晶性薄膜的成膜法(溅射法、CVD法等)，也能够在廉价的硅等基板上得到取向性良好的压电体层。这样一来，既能将压电特性的偏差抑制在很低的水平，又能使可靠性提高。换句话说，使用该压电元件时，是在垂直于该压电体层的膜表面的垂直方向上施加电场，特别是在正方晶系的结晶构造下，由于(111)面取向电场方向与<111>分极轴平行，而得到很大的压电特性。因为施加电场时分极不产生旋转，所以能够将压电特性的偏差抑制得很低，同时能够提高可靠性。另一方面，在正方晶系结晶构造的情况下，因为分极轴是<001>方向，所以尽管由于(111)面取向而在电场方向和分极轴方向之间产生大约54.7°的角度，但通过提高(111)面取向性，施加电场时分极便能够一直保持一定的角度。所以在这种情况下分极也不会由于电场的施加而旋转。这样一来，既能将压电特性的偏差抑制在很低的水平，又能使可靠性提高。于是，能够得到和第二方面的发明一样的作用和效果。
第四方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从镁、锰、镍、钴、锌及镉的组中选出的至少一种元素，B元素是铌；上述化学式中的a值是1/3，b值是2/3。
第五方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从镁、锰、镍的组中选出的至少一种元素，B元素是钽或者锑；上述化学式中的a值是1/3，b值是2/3。
第六方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从铁、铬、铟、钇、锑及锰的组中选出的至少一种元素，B元素是铌；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
第七方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从铁、铬、及锰的组中选出的至少一种元素，B元素是钽；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
第八方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从锰、镍、钴、镁及锌的组中选出的至少一种元素，B元素是碲或者钨；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
根据第四到第八方面的发明，很容易得到能够使压电元件的压电特性非常良好的含铅复合钙钛矿型化合物。
第九方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，取向控制层，由锆含有量大于0且小于等于20mol％、铅含有量与化学计量组分相比过剩量大于0且小于等于30mol％的锆钛酸铅镧、或者是该锆钛酸铅镧中添加了镁及锰中的至少一种的材料制成。
若将这样的锆钛酸铅镧(PLZT，包括锆的含有量是0时的镧钛酸铅(PLT))用于取向控制层，便能够提高取向控制层的取向性，进一步是提高压电体层的取向性。而且，若这样使锆的含有量小于等于20％，则很难在结晶生长初期形成由锆氧化物构成的结晶性低的层；而且，通过使和化学计量成分相比铅的含有量过剩大于0且小于等于30mol％，还确实能够抑制取向控制层的结晶性下降，由此而提高耐压。这样一来，就确实能提高压电体层的结晶性、取向性，从而能够使压电元件的压电特性进一步提高。
第十方面的发明是这样的，在所述第九方面的发明中，取向控制层中的锆钛酸铅镧中的镧的含有量大于0且小于等于25mol％。
第十一方面的发明是这样的，在所述第九方面的发明中，在取向控制层中在锆钛酸铅镧中添加镁及锰中之至少一个的情况下的总添加量大于1且小于等于10mol％。
根据第十或者第十一方面的发明，能够更有效地抑制取向控制层的结晶性的下降。
第十二方面的发明是这样的，在所述第二方面的发明中，第1电极层由含钛或者氧化钛的贵金属制成。
由此而能够很容易、很可靠地使取向控制层优先取向(100)面或者(001)面，进而使压电体层的(001)面取向度提高。
第十三方面的发明是这样的，在所述第十二方面的发明中，第1电极层的贵金属是由铂、铱、钯及钌的组中选出的至少一种；所述贵金属中所含的钛或者氧化钛的含有量大于0且小于等于30mol％。
这样一来，能够使其成为能够耐得住利用溅射法等形成压电元件的各膜之际的温度，非常适合作电极的材料。若钛或者氧化钛的含有量超过30mol％，则取向控制层的结晶性和取向性(甚至是压电体层的结晶性及取向性)下降，所以这样将它设在小于等于30mol％即可。
第十四方面的发明是这样的，在所述第十二方面的发明中，位于第1电极层中的靠近取向控制层一侧的表面部的钛或者氧化钛自该表面的突出量小于2纳米。
换句话说，钛或者氧化钛含在第1电极层中，而不是主动地设在第一电极层的上侧，故几乎不会从第1电极层的靠近取向控制层那一侧的表面突出来，即使突出来，其突出量也小于2纳米。于是，如上所述，取向控制层容易成为(100)面或者(001)面取向。
第十五方面的发明是这样的，在所述第二方面的发明中，第1电极层，由含有从锰、铁、钴、镍、镁、钙、锶、钡、铝、以及它们的氧化物的组中选出的至少一种的贵金属制成。
也就是说，贵金属中所含的锰等含有物，具有和钛、氧化钛一样的作用，能够很容易地、可靠地使取向控制层优先取向(100)面或者(001)面。
第十六方面的发明是这样的，在所述第十五方面的发明中，第1电极层中的贵金属，是从铂、铱、钯及钌的组中选出的至少一种；所述贵金属中所含的含有物的含有量大于0且小于等于30mol％。
这样一来，便能收到和第十三方面的发明一样的作用和效果。
第十七方面的发明是这样的，在所述第十五方面的发明中，第1电极层中的靠近取向控制层一侧的表面部的、含在该第1电极层的贵金属中的含有物自该表面的突出量小于2纳米。
这样一来，便能收到和第十四方面的发明一样的作用效果。
第十八方面的发明是这样的，在所述第三方面的发明中，取向控制层的(111)面取向度大于等于50％。
这样一来，便能够很容易且很可靠地使压电体层的(111)面取向度大于等于80％，压电特性和稳定性上很优良。另一方面，如上所述，若使取向控制层的厚度小于等于8纳米，则即使在第1电极层中含有钛等含有物，也很容易使(111)面取向度大于等于50％。
第十九方面的发明是这样的，在所述第一方面的发明中，第1电极层设在基板上；在上述基板和第1电极层之间，设有为提高该基板和第1电极层的粘附性的粘附层。
这样一来，便能够提高基板和第1电极层之间的粘附性，而能可靠地防止制造压电元件时膜剥离。
第二十方面的发明是这样的，即是一种喷墨头，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第2电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件；借助所述压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，来将所述压力室内的墨喷出。
在该发明中，所述压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
根据该发明，若利用溅射法等依次在基板上形成第1电极层、取向控制层、压电体层、第二电极层以及振动层，将压力室部件接合到该振动层以后，再除去所述基板，则很容易得到具有和第一方面的发明一样的结构的压电元件的喷墨头，即使长时间地驱动该喷墨头，也能抑制在该压电元件的压电层产生龟裂。因此，能够得到喷墨性能的偏差少、持久性优良的喷墨头。
第二十一方面的发明是这样的，以一种喷墨头为对象，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第1电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件；借助所述压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，来将所述压力室内的墨喷出。
所述压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物构成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
这样一来，若以压力室部件为基板，利用溅射法等依次在其上形成振动层、第1电极层、取向控制层、压电体层以及第二电极层，就能得到具有和第二方面的发明一样的作用效果的喷墨头。
第二十二方面的发明是这样的，是一种角速度传感器，包括具有固定部、和从该固定部沿规定方向延伸的至少一对振动部的基板，在该基板的至少各振动部上依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层；该各振动部上的第2电极层被图案化为用于使该振动部沿着振动部的宽度方向振动的至少1个驱动电极、和用于检测该振动部的厚度方向的变形的至少1个检测电极。
在该发明中，所述取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
根据该发明，通过在第2电极层的驱动电极和第1电极层之间施加电压，让基板的各个振动部沿振动部的宽度方向振动，若在该振动时振动部由于科里奥利力而在厚度方向上发生变形，就会在第2电极层的检测电极和第1电极层之间产生电压，而能够从该电压的大小(科里奥利)检测出角速度。而且，因为这样检测角速度的部分(振动部)由与第一方面的发明结构一样的压电元件构成，所以可使压电常数是现有的使用了水晶的角速度传感器的40倍左右，并可实现相当的小型化。即使工业上的批量生产，也能得到特性的再现性良好、偏差少、耐压及可靠性良好的角速度传感器。
第二十三方面的发明是这样的，即是一种喷墨式记录装置，包括具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第2电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，而且能够相对记录媒体做相对移动的喷墨头，当该喷墨头相对记录媒体做相对移动的时候，利用该喷墨头中的压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，而让所述压力室内的墨从连通到该压力室的喷嘴孔喷出到所述记录媒体来进行记录。
于是，在该发明中，所述喷墨头的压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
第二十四方面的发明是这样的，是一种喷墨式记录装置为对象，包括具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第1电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，而且能够相对记录媒体做相对移动的喷墨头，当该喷墨头相对记录媒体做相对移动的时候，利用该喷墨头中的压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，而让所述压力室内的墨从连通到该压力室的喷嘴喷出到所述记录媒体来进行记录。
所述喷墨头的压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
根据第二十三及第二十四方面的发明，很容易得到印字性能和耐久性极好的记录装置。


图1是显示本发明的实施形态所涉及的压电元件的剖面图。
图2是示意地显示取向控制层的构造的放大剖面图。
图3是本发明的实施例1所涉及的压电元件的用扫描型电子显微镜得到的剖面的照片。
图4是显示实施例1的压电体层中的含铅复合钙钛矿型化合物的含有量和压电系数d31之间的关系的图。
图5是显示本发明的实施形态所涉及的另一压电元件的剖面图。
图6是显示取向控制层的膜厚和取向控制层的(111)面取向度的关系的图。
图7是显示取向控制层的膜厚和压电体层的(111)面取向度的关系的图。
图8是显示实施例9的压电体层中的含铅复合钙钛矿型化合物的含有量和压电系数d31之间的关系的图。
图9是显示本发明的实施形态所涉及的喷墨头的整体结构的立体图。
图10是显示图9中的喷墨头中的压力室部件及执行元件的主要部分的分解立体图。
图11是显示图9中的喷墨头中的压力室部件及执行元件的主要部分的剖面图。
图12A到图12C，分别是显示图9中的喷墨头的制造方法下的层叠工序、压力室用开口部的形成工序及粘接剂的粘接工序的图。
图13A及图13B，分别是显示图9中的喷墨头的制造方法下的、成膜后基板和压力室部件的粘接工序及纵壁的形成工序的图。
图14A和图14B，分别是显示图9中的喷墨头的制造方法下的、基板(成膜用)及粘附层的除去工序和第1电极层的分立化工序的图。
图15A和图15B，分别是显示图9中的喷墨头制造方法下的取向控制层及压电体层的分立化工序及基板(压力室部件用)切断工序的图。
图16A到图16D，分别是显示图9中的喷墨头制造方法下的墨流路部件及喷嘴板的生成工序、墨流路部件和喷嘴板的粘接工序、压力室部件和墨流路部件的粘接工序以及完成的喷墨头的图。
图17是显示图9的喷墨头制造方法中成膜的Si基板和压力室部件用Si基板的粘接状态的平面图。
图18是显示本发明的实施形态所涉及的其它喷墨头的压力室部件及执行元件的主要部分的剖面图。
图19A及图19B，是显示图18中的喷墨头制造方法下的层叠工序及压力室形成工序的图。
图20是显示本发明实施形态所涉及的喷墨式记录装置的概略立体图。
图21是显示本发明的实施形态所涉及的角速度传感器的概略立体图。
图22是图21的XXII-XXII线的剖面图。
图23A到图23F，是显示图21的角速度传感器的制造方法的图。
图24是显示在角速度传感器制造方法中对第2电极层进行图形化的状态的平面图。
图25是显示使用水晶的现有角速度传感器的概略立体图。
图26是沿图25的XXVI-XXVI线的剖面图。
具体实施形态下面，参考

本发明的实施形态。
(实施形态1)图1示出了本发明的实施形态1所涉及的压电元件。图中，11是由厚度为0.3mm的为4英寸的硅(Si)晶片构成的基板，在该基板11上形成厚度为0.02微米、由钛(Ti)构成的粘附层12。补充说明一下，上述基板11不限于Si，也可以是玻璃基板、金属基板、陶瓷基板等。
在上述粘附层12上，形成厚度为0.22微米、由含有2.1mol％Ti的铂(Pt)构成的第1电极层14。该第1电极层14为(111)面取向。
在上述第1电极层14上形成取向控制层15，该取向控制层15由镧(La)的含量为12mol％、且与化学计量成分相比铅的含量过剩8mol％的、具有立方晶系或正方晶系的钙钛矿型晶体结构的PLT构成。该取向控制层15优先取向(100)面或(001)面，其膜厚为0.03微米。
上述取向控制层15上，形成有由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3(0＜a＜1、0＜b＜1、a+b＝1)表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成的压电体层16。该压电体层16具有优先取向三角晶系或者正方晶系的(001)面的晶体结构。使上述含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于1mol％且小于等于50mol％以后，便能得到很高的压电常数。特别是，若使其含有量大于等于10mol％且小于等于25mol％，则能得到相当高的压电常数，压电特性极其优良。
在该实施例中，上述含铅复合钙钛矿型化合物的化学通式中的A元素是Mg，B元素是Nb，a值是1/3，b值是2/3。换句话说，压电体层16由在PZT中添加了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)而形成的0.8PZT-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3构成。PZT的组成是正方晶和三角晶的界面(变晶相晶界)附近的组成(Zr/Ti＝55/45)，压电体层16的膜厚是3微米。
上述含铅复合钙钛矿型化合物并不限于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，其化学通式中的A元素、B元素、以及a、b之值可如下所述设定。亦即，让A元素是从Mg、Mn、Ni、Co、Zn及Cd的组中选出的至少一种元素，让B元素是Nb，并让a＝1/3，b＝2/3。
或者，让A元素是从Mg、Mn及Ni的组中选出的至少一种元素，让B元素是Ta或者Sb，并让a＝1/3，b＝2/3。
或者，让A元素是从Fe、Cr、In、Y、Sb及Mn的组中选出的至少一种元素，让B元素是Nb，并让a＝1/2，b＝1/2。
或者，让A元素是从Fe、Cr及Mn的组中选出的至少一种元素，让B元素是Ta，并让a＝1/2，b＝1/2。
或者，让A元素是从Mn、Ni、Co、Mg及Zn的组中选出的至少一种元素，让B元素是Te或者W，并让a＝1/2，b＝1/2。
上述PZT的组成并不限于Zr/Ti＝55/45，只要Zr/Ti＝30/70～70/30即可。亦可在已添加了含铅复合钙钛矿型化合物的PZT中再添加Sr、Nb、Al等。压电体层16的膜厚在0.5～5.0微米的范围内即可。
在上述压电体层16上形成有厚度0.2微米、由Pt制成的第二电极层17。补充说明一下，第二电极层17的材料并不限于Pt，只要是导电性材料即可，膜厚在0.1～0.4微米的范围内即可。
该压电元件，是利用溅射法在上述基板11上依次叠层形成粘附层12、第一电极层14、取向控制层15、压电体层16以及第二电极层17构成的。补充说明一下，成膜法并不限于溅射法，只要是无由热处理带来的结晶工序，而是直接形成结晶性薄膜的成膜法(例如CVD法)即可。而且，粘附层12及第二电极层17的成膜法可以是溶胶·凝胶法等。
上述粘附层12是为了提高上述基板11和第一电极层14的粘附性。并不限于Ti，还可以由钽、铁、钴、镍或铬、或者是它们(包括Ti)的化合物构成。膜厚在0.005到1微米的范围内即可。该粘附层12并非一定必要，即使让第一电极层14直接形成在基板11上，也会因第一电极层14中含有Ti，而使基板11和第一电极层14之间的粘附性相当好。
上述第一电极层14，不仅具有作为电极用的作用，还因为含有Ti而起让上述取向控制层15优先取向(100)面或者(001)面的作用。还可含有氧化钛来代替该Ti。该钛或者氧化钛的含有量最好是大于0且小于等于30mol％。该第一电极层14的材料，只要是从Pt、铱、钯和钌的组中选出的至少一种贵金属即可，膜厚在0.05到2微米的范围内即可。补充说明一下，因为位于第一电极层14的靠近取向控制层15一侧的表面部的钛或者氧化钛含在第一电极层14中，而不是主动地设在第一电极层14的上侧的，故几乎不会从所述取向控制层15一侧的表面突出来，即使突出来，其突出量也小于2纳米。
作为上述第一电极层14中的含有物，如上所述，钛或者氧化钛是最好的。只要是从钛、铝、铁、钴、镍、锰、铜、镁、钙、锶、钯及它们的氧化物的组中选出的至少一种即可，其含有量最好是大于0且小于等于30mol％。
上述取向控制层15使上述压电体层16的结晶性及(001)面取向性提高。因此，使其为含有La且不含Zr、铅含有量比化学计量成分过剩的PLT。从提高压电体层16的结晶性及取向性的观点来看，La的含量大于0且小于等于25mol％即可，铅含量过剩大于0且小于等于30mol％即可。另外，构成取向控制层15的材料并不限于上述PLT，也可是在PLT中含有锆的PLZT，也可向PLT或PLZT中添加镁及锰中的至少之一。最好是上述锆的含有量小于等于20mol％，在添加镁及锰中的至少之一的情况下，最好是其总添加量大于0且小于等于10mol％(任一方的添加量可为0)。另外，取向控制层15的膜厚在0.01～0.2微米的范围内即可。
如图2所示，上述取向控制层15中靠近第1电极层14那一侧的表面附近部具有如下结构(100)面或(001)面取向的区域15a存在于位于第1电极层14中的取向控制层15侧的表面部的钛(在第1电极层14内含有氧化钛时为氧化钛，也有在含有钛时氧化成氧化钛的时候)上，上述区域15a在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层14一侧朝着压电体层16一侧变大。另一方面，因为第1电极层1 4是(111)面取向，所以取向控制层15中第1电极层14的表面部中不存在钛或氧化钛的部分的上侧区域15b，不取向(100)面或(001)面。这里，变为(111)面取向(或者因第1电极层14的材料变为(111)面以外的取向，或者变为非结晶)。这种未变为(100)面或(001)面取向的区域15b仅存在于取向控制层15的距第1电极层14一侧的表面最大也只是20纳米左右的范围内，若取向控制层15的膜厚大于等于0.02微米，则取向控制层15中靠近压电体层16一侧的表面几乎全部变为(100)面或(001)面取向的区域15a。
上述压电体层16通过上述取向控制层15优先取向(001)面，其(001)面取向度α大于等于90％。而且，压电体层16的晶粒成为沿着该压电体层16的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比(平均截面直径/长度)大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
取向控制层15的靠近压电体层16一侧的表面无需全部成为上述区域15a，因为膜厚极小，所以来取向(100)面及(001)面的区域15b可局部地存在。在该情况下，也是若取向控制层15的层厚大于等于0.01微米，压电体层16一侧的大部分表面将成为(100)面或(001)面取向的区域，可使压电体层16的(001)面取向度大于等于90％。
下面，说明上述压电元件的制造方法。
即，通过溅射法依次在Si基板11上形成粘附层12、第1电极层14、取向控制层15、压电体层16及第2电极层17。
使用Ti靶，在1Pa的氩气中边将基板11加热到400℃，边施加100W的高频功率1分钟，即得到上述粘附层12。
上述第1电极层14，是利用多靶溅射装置、使用Ti靶及Pt靶，边将基板11加热到400℃，边在1Pa的氩气中、85W及200W的高频功率下经12分钟而得到的。钛岛状地分散在与该得到的第1电极层14中的与粘附层12相反的那一侧的表面部上。
补充说明一下，利用溅射法形成上述第1电极层14时所使用的气体，如上所述，可以只是氩气，也可以是氩和氧的混合气体。在只用氩气时第1电极层14表面部的钛不被氧化，但在用氩和氧的混合气体时，钛被氧化而成为氧化钛。尤其是在用氩和氧的混合气体时，最好是将基板11的温度设定得小于等于650℃。这是因为若基板11的温度比650℃高，则不仅钛，贵金属表面也会稍微氧化，而有可能对形成在其上侧的取向控制层15的结晶性、取向性产生不良影响。
用在含镧14mol％的PLT中添加过剩12mol％的氧化铅(PbO)配制的烧结靶，基板11的温度600℃、氩和氧的混合气体中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W，在这样的条件下，经12分钟，即可获得上述取向控制层15。
补充说明一下，利用溅射法形成上述取向控制层15时所使用的氩和氧的混合气体中的氧的分压，最好大于0且小于等于10％。这是因为在完全不存在氧的状态下，取向控制层15的结晶性下降，而若氧的分压超过10％，则(100)面或(001)面的取向性下降。而且，最好是真空度大于等于0.05Pa且小于等于5Pa。这是因为如果真空度比0.05Pa小，则取向控制层15的结晶性就出现偏差，而若超过5Pa，则(100)面或(001)面的取向性下降。
最好是，通过溅射法形成上述取向控制层15时的基板11的温度大于等于450℃且小于等于750℃。这是因为如果基板11的温度比450℃还小，则取向控制层15的结晶性下降，同时容易产生烧绿石，而若比750℃高，则在成膜时，膜中含有的Pb蒸发而不足，结晶性下降。
更好的是使上述氧的分压为大于等于0.5％且小于等于10％；真空度大于等于0.1Pa且小于等于2Pa；基板11的温度大于等于500℃且小于等于650℃。
如果这样形成取向控制层15，则该取向控制层15以分散在第1电极层14中的取向控制层15一侧的表面部的钛作核，结晶成长，由此而容易在钛上取向(100)面或(001)面。如上所述，因该钛几乎不从第1电极层14的表面突出(即使突出，其突出量也比2纳米小)，所以取向控制层15更容易取向(100)面或(001)面。另一方面，由于第1电极层14成为(111)面取向，所以在取向控制层15，第1电极层14的表面部中不存在钛的部分的上侧区域，不会成为(100)面或(001)面取向(这里，成为(111)面取向)。该区域随着上述结晶成长而变小，而(100)面或(001)面取向的区域扩大。其结果是，如上所述，在取向控制层15的靠近第1电极层14一侧的表面附近部，拥有存在于在位于第1电极层14的靠近取向控制层15一侧的表面部的钛上的(100)面或(001)面取向的区域15a、和存在于第1电极层14的表面部的无钛部分的上侧且未成为(100)面或(001)面取向的区域15b。该(100)面或(001)面取向的区域15a从第1电极层14一侧朝着与其反对的一侧(压电体层16一侧)扩展，在取向控制层15的靠近压电体层16一侧的表面上，几乎全部成为(100)面或(001)面取向的区域15a。若使含锆量小于等于20mol％，含镧量大于0且小于等于25mol％，则取向控制层15的结晶性、取向性大为提高。尤其是含锆量越少，越难以在结晶成长初期形成由氧化锆构成的结晶性低的层，从而能可靠地抑制结晶性下降。
使用在0.8PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3中添加过剩15mol％的PbO而形成的烧结靶，在基板11的温度610℃、在氩和氧的混合气体环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，经3小时便能得到上述压电体层16。
补充说明一下，用溅射法形成上述压电体层16时使用的氩和氧的混合气体中的氧的分压，最好是大于0且小于等于30％。这是因为在完全不存在氧的状态下，压电体层16的结晶性下降，而若氧的分压超过30％，则(001)面取向度下降。真空度最好大于等于0.1Pa且小于等于1Pa。这是因为如果真空度小于0.1Pa，则压电体层16的结晶性及压电特性会出现偏差，而若超过1Pa，则(001)面取向度下降。
若这样使氧的分压大于0％且小于等于30％，使真空度大于等于0.1Pa且小于等于1Pa，则很容易使压电体层16的晶粒成为沿着该压电体层16的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。这是因为在完全不存在氧的状态下，平均截面直径与长度之比有大于1/14的倾向，另一方面，若氧的分压超过30％，则多个具有结晶取向面的晶粒混在一起，各个晶粒便难以在压电体层16的厚度方向上充分地成长，而有平均截面直径与长度之比小于1/50的倾向。若真空度小于0.1Pa，则有平均截面直径与长度之比大于1/14的倾向；而若真空度大于1Pa，则与氧的分压超过30％时一样，有平均截面直径与长度之比小于1/50的倾向。
靠溅射法形成上述压电体层16时的基板11的温度，最好是大于等于450℃且小于等于750℃。这是因为如果基板11的温度比450℃还低，则压电体层16的结晶性下降，同时容易产生烧绿石，而若比750℃还高，则在成膜时，由于膜中含有的Pb蒸发而不足，结晶性下降。
更理想的是，使上述氧分压大于等于1％且小于等于10％；使真空度大于等于0.15Pa且小于等于0.8Pa，同时，使基板11的温度大于等于525℃且小于等于625℃。
若如上所述形成压电体层16，则因为上述取向控制层15靠近压电体层16一侧的表面变为(100)面或(001)面取向，所以该压电体层16成为(001)面取向(这里，因为是Zr/Ti＝55/45，所以变为三角晶系，因为在该三角晶系中，(100)面与(001)面相同，所以包含该三角晶系的(100)面取向)，该(001)面取向度(三角晶系的(100)面取向度)大于等于90％。因为取向控制层15的结晶性良好，所以该压电体层16的结晶性也良好。压电体层16的晶粒成为沿着该压电体层16的厚度方向延伸且其平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。这样一来，在连续驱动压电元件的情况下，压电体层16的应力也被适当地缓和，而难以在压电体层16上产生龟裂。
使用Pt靶，在室温下，在1Pa氩气中，200W的高频功率下经10分钟，即能得到上述第2电极层17。
因此，在上述实施形态的压电元件中，即使不使用高价的MgO的单晶基板，也能靠溅射法在廉价的硅基板11上成膜，而得到结晶性及取向性良好的压电体层16，可降低制造成本，并且将压电元件的压电特性的偏差抑制在很低的水平上。因为难以形成由锆氧化物构成的结晶性低的层，所以能够使压电元件的耐压升高。而且，因为压电体层16的晶粒成为沿着该压电体层16的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子，故在连续驱动压电元件的情况下，压电体层16的应力也被适当地缓和，而难以在压电体层16上产生龟裂。
其次，说明具体地实施的实施例。补充说明一下，在以下各实施例中，在基板上依次形成粘附层、第1电极层、取向控制层、压电体层及第2电极层的构成和上述实施形态1一样(但在实施例5中未形成粘附层)。
(实施例1)实施例1中，各膜的材料、膜厚、制造方法等与上述实施形态1中说明的一样。制造刚结束时，在该实施例1的压电元件的各膜中看不见龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成。即根据X射线衍射法的分析，压电体层显示出(100)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(100)面取向度为α＝97％。另外，用X射线微量分析仪进行组成分析，结果是，压电体层的组成与靶组成一样，Zr/Ti之比是55/45，Mg/Nb之比是33/67。
进一步用扫描型电子显微镜(SEM)分析了压电体层的晶体结构。结果示于图3中。补充说明一下，在该图3(照片)中，因为粘附层及取向控制层的厚度相当小而无法识别。由该分析结果明确了以下特征，即，压电体层的晶体结构，呈非常发达的柱状结构，其晶粒在压电体层的厚度方向上延伸，同时该晶粒的长度比平均截面直径大很多(平均截面直径与长度之比值相当小)的柱状粒子。图3所示的SEM剖面照片中，晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/30左右。
上述压电体层中，沿着厚度方向延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值，对压电元件的可靠性影响很大这一事实，由以下耐久试验得以明确证实。换句话说，让形成压电体层时的成膜条件(主要是氧的分压和真空度)变化，让所述比值在1/100～1/2的范围内变化着制作压电元件。对包括该压电元件的喷墨头(和后述实施形态3一样的喷墨头)进行耐久试验(驱动频率＝20kHz，驱动电压＝20V)，测量了压电体层的龟裂发生率(所有压力室中出现喷墨不良的压力室的个数)，结果如表1所示。
表1

上述耐久试验的结果，表明在压电体层的厚度方向延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值大于等于1/50且小于等于1/14的情况下，压电体层上完全不出现龟裂；当不在大于等于1/50且小于等于1/14的范围的情况下，压电体层上出现龟裂。一般认为这是因为在上述晶粒的平均截面直径与长度之比值大于等于1/50且小于等于1/14的情况下，驱动压电元件时发生在压电体层的应力在晶界得以适当地缓和，同时与取向控制层、第二电极层的粘附强度提高之故。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成。即利用X射线衍射法进行分析的结果，Pt膜显示出(111)面取向。而且，利用X射线光电子能谱分析(XPS)进行距表面5纳米深处的组成分析的结果，Ti量是2.1mol％。
接着，研究了形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成。该取向控制层的PLT膜表示出(100)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层的第1电极层侧可见到变为(111)面取向的部分。该变为(111)面取向的部分被认为存在于第1电极层表面部中不存在钛的部分的上侧。而且，用X射线微量分析仪进行组成分析的结果，含有12mol％的镧，含有过剩8mol％的Pb。
形成第2电极层之前，通过切割制作了100个15mm×2mm大的悬臂，通过溅射法形成了0.2微米厚的第2电极层，测定了压电常数d31(就压电常数d31的测定方法而言，例如参照特开2002-225285号公报)。该100个悬臂的压电常数的平均值为-218pC/N，偏差为σ＝4.0％。
接着，在溅射法下，使用金属掩膜，以10mm间隔形成65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.2微米厚的Pt膜，向每一个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测定耐压。补充说明一下，耐压值是电流值因施加电压而成为1微安的值。结果，耐压值的平均是108V，偏差为σ＝4.2％。
接着，象表2那样，改变0.8PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.2Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了(100)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表2中。
表2

结果是，无论在哪一种情况下，都是(100)面取向度大于等于90％，压电常数d31及耐压极其良好。
图4示出了上述实施例1的压电体层中的含铅复合钙钛矿型化合物的含有量和压电常数d31的关系。从图4可知，在PZT(Zr/Ti＝55/45)中添加了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的压电材料中，当含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于1mol％且小于等于50mol％时，压电常数d31大于等于170pc/N，值很高。特别是，在该压电材料中，含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于10mol％且小于等于25mol％的范围内，压电常数d31就大于等于200pc/N，可知压电特性非常优良。
(实施例2)在实施例2中，基板为0.25mm厚、为4英寸的不锈钢(SUS304)，粘附层使用膜厚为0.01微米的钽(Ta)膜；第1电极层使用膜厚为0.25微米、含有8mol％氧化钛的Pt膜；取向控制层使用膜厚为0.03微米、含有17mol％的镧、且铅含有量与化学计量成分相比过剩6mol％的PLT膜(添加了3mol％的镁)；压电体层使用膜厚为2.7微米的0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3膜；第2电极层使用膜厚为0.1微米的Pt膜。
使用Ta靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到500℃，边施加100W的高频功率1分钟，即能得到上述粘附层。
使用多靶溅射装置，用钛靶及Pt靶，边将基板加热到400℃，边在1Pa的氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝15∶1)，施加120W及200W的高频功率12分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有20mol％镧的PLT内添加3mol％的镁、且添加过剩10mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，经由15分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度610℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，经由3小时，即得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温、1Pa氩气、200W的高频功率下，得到上述第2电极层。
在该实施例2的压电元件的各膜中，在制造刚刚结束的时候，也未发现龟裂或膜剥离。
于是，在用与上述实施例1一样的方法研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成后，压电体层显示出(001)面取向正方晶系钙钛矿型晶体结构，(001)面取向度为α＝96％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti之比是40/60，Mg/Nb之比是33/67。通过SEM观察晶体结构，得知在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/25左右。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Pt膜表示出(111)面取向。而且，氧化钛量为8mol％。
其次，研究了形成压电体层前的取向控制层的结晶取向性及膜组成以后，PLT膜示出(001)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧上发现有成为沿着(111)面取向的部分。一般认为该成为沿着(111)面取向的部分存在于第1电极层表面部不存在氧化钛的部分的上侧。而且，含有镁3mol％，含有镧17mol％，含有过剩6mol％的Pb。
其次，与上述实施例1同样，在形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，利用溅射法形成了0.1微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31。该100个悬臂的压电常数的平均值为-230pC/N，偏差为σ＝3.6％。
接着，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.1微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测量了耐压，耐压值的平均为105V，偏差为σ＝3.8％。
接着，象表3那样，改变0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了(001)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表3中。
表3

结果是，不管在哪一种情况下，都是(001)面取向度大于等于90％，压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例3)
在实施例3中，基板为0.5mm厚的钡硼硅酸玻璃(100mm见方大小)，粘附层使用膜厚为0.005微米的镍(Ni)膜；第1电极层使用膜厚为0.15微米、含有18mol％的钛的铱(Ir)膜；取向控制层使用膜厚为0.02微米、含有8mol％镧且铅含量与化学计量成分相比过剩16mol％的PLT膜(添加1mol％的锰)；压电体层使用膜厚为2.6微米的0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(Ni1/3Nb2/3)O3膜，第2电极层使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ni靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到300℃，边施加200W的高频功率1分钟，即得到上述粘附层。
利用多靶溅射装置，在1Pa的氩气中，用Ti靶及Ir靶，边将基板加热到600℃，边施加160W及200W的高频功率10分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有12mol％镧的PLT内添加了2mol％的锰而且添加过剩22mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度580℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，进行15分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(Ni1/3Nb2/3)O3添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度580℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率260W的条件下，进行3个小时，即得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中，200W的高频功率下，即得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来的时候，在本实施例3的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
于是，研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成以后，压电体层显示为(001)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(001)面取向度为α＝95％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti之比是40/60，Ni/Nb之比是33/67。在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/35左右。
接着，在研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Ir膜表示出(111)面取向。而且，Ti量为18mol％。
接着，研究了形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成以后，PLT膜表示出(100)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧发现有变为非结晶的部分。一般认为该变为非结晶的部分存在于第1电极层表面部中不存在钛的部分的上侧。而且，含有1mol％的锰、8mol％的镧，含有过剩16mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个15mm×2mm大的悬臂，通过溅射法形成了0.01微米厚的第2电极层，测定了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-202pC/N，偏差为σ＝3.2％。
之后，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.01微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测量耐压，耐压值的平是100V，偏差是σ＝4.2％。
接着，象表4那样，改变0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了(001)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表4中。
表4

结果是，不管在哪一种情况下，(001)面取向度都大于等于90％，压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例4)在实施例4中，基板为0.5mm厚、为4英寸硅晶片，粘附层使用膜厚为0.01微米的钛膜；第1电极层使用膜厚为0.25微米、含有5mol％氧化钛的Ir膜；取向控制层使用膜厚为0.05微米、含有10mol％的镧、且铅含有量与化学计量成分相比过剩10mol％的PLT膜；压电体层使用膜厚为3.2微米的0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(Fe1/2Nb1/2)O3膜；第2电极层使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ti靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到500℃，边施加100W的高频功率，进行1分钟，即得到上述粘附层。
使用多靶溅射装置，用Ti靶及Ir靶，将基板加热到400℃，并在1Pa的氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝10∶1)，在90W及200W高频功率下，进行12分钟，得到上述第1电极层。
使用在含有10mol％镧的PLT中加入过剩14mol％的氧化铅(PbO)调和而成的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝15∶1)、真空度0.84Pa、高频功率300W的条件下，进行20分钟，得到上述取向控制层。
使用在0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(Fe1/2Nb1/2)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度620℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.4Pa、高频功率270W的条件下，进行3小时，得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温，1Pa的氩气中200W的高频功率下进行，即得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来的时候，在该实施例4的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成之后，压电体层表示出(100)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(100)面取向度为α＝99％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti比为60/40，Ni/Nb比是50/50。在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/20左右。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Ir膜表示出(111)面取向。另外，氧化钛量为5mol％。
接着，在研究形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成中，PLT膜显示出(100)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层的靠近第1电极层的那一侧发现有变为非结晶的部分。一般认为该变为非结晶的部分存在于第1电极层的表面部中不存在氧化钛部分的上侧。而且，含有10mol％的镧，含有过剩10mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成了0.01微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-185pC/N，偏差为σ＝3.4％。
之后，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.01微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加了电压，并测量了耐压，耐压值的平均是101V，偏差是σ＝3.6％。
接着，象表5那样，改变0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(A1/2B1/2)O3的A元素和B元素，测量了(100)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表5中。
表5

结果是，不管在哪一种情况下，都是(100)面取向度大于等于90％，压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例5)在该实施例5中，基板为0.3mm厚、为4英寸硅晶片，无粘附层，在基板上直接形成第1电极层，同时，该第1电极层使用膜厚为0.22微米、含有2.1mol％钴的Pt膜；取向控制层使用膜厚0.03微米、含有12mol％的镧和15mol％的锆、且铅含有量与化学计量成分相比过剩18mol％的PLZT膜(添加了3mol％的镁)；压电体层使用膜厚3微米的0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(Zn1/2Te1/2)O3膜；第2电极层使用膜厚0.2微米的Pt膜。
用多靶溅射装置，用Co靶及Pt靶，边将基板加热到400℃，边在1Pa的氩气中施加85W及200W的高频功率，进行12分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有14mol％的镧和15％的锆的PLZT中添加3mol％的镁，且添加过剩24mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，进行12分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(Zn1/2Te1/2)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度610℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，进行3小时，得到上述压电体层。
用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中，200W的高频功率下，得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来时，在该实施例5的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成之后，压电体层显示出(001)面取向正方系钙钛矿型晶体结构，(001)面取向度为α＝90％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti比为45/55，Mg/Nb比是50/50。用SEM观察了结晶构造，在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/30左右。
接着，在研究形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成中，Pt膜显示出(111)面取向。而且，钛量为2.1mol％。
接着，在研究形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成中，PLT膜显示出(100)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层的靠近第1电极层的那一侧发现了变为(111)面取向的部分。一般认为变为(111)面取向的部分存在于第1电极层的表面中不存在钛的部分的上侧。而且，含有3mol％的镁，含有12mol％的镧，含有过剩18mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成了0.2微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-190pC/N，偏差为σ＝4.1％。
之后，在溅射法下，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.2微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加了电压并测量了耐压，耐压值的平均是100V，偏差为σ＝4.0％。
接着，象表6那样，改变0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(A1/2B1/2)O3的A元素和B元素，测量了(001)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表6中。
表6

结果是，不管在哪一种情况下，都是(001)面取向度大于等于90％，压电常数d31及耐压极其良好。
(比较例1)该比较例1与上述实施例1相比，只在不设置取向控制层这一点不同，在基板上依次形成粘附层、第1电极层、压电体层及第2电极层。
该比较例1的压电元件的压电体层显示出(100)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(100)面取向度α＝28％。
另外，与上述实施例1一样，测量了压电常数d31，压电常数的平均值为-82pC/N，偏差σ＝12.5％。
接着，与上述实施例1同样地进行耐电压测量，耐电压值的平均为65V，偏差σ＝15.2％。
因此，仅设置上述实施例1那样的取向控制层，就能提高压电体层的结晶性或取向性，从而能够提高压电元件的压电特性或耐电压。
(实施例6)该实施例6与上述实施例1相比，只是取向控制层的材料不同(取向控制层的溅射条件也和实施例1一样)。换句话说，该取向控制层由不含La的钛酸铅(PT)构成，含铅量与化学计量成分比较并不过剩。
该实施例6的压电元件的压电体层显示出(100)面三角晶系钙钛矿型结晶结构，(100)面取向度α＝45％。而且，压电常数的平均值为-142pC/N，偏差σ＝7.2％。而且，耐压值的平均为90V，偏差σ＝10.1％。
因此，就是这样的取向控制层，也是与上述比较例1相比，压电体层的取向性提高，从而可知能够使压电常数和耐压提高。
正象与上述实施例1相比而知道的那样，若在取向控制层内含有镧，使Pb过剩，边可以大幅度地提高压电体层的取向性。
(实施形态2)图5示出了本发明的实施例所涉及的其它压电元件，与上述实施形态1的压电元件相比，第一电极层的构成、取向控制层及压电体层的取向方向不同。
图5中，21是由厚度为0.3mm的为4英寸的硅(Si)晶片构成的基板，在该基板21上形成厚度为0.02微米、由钛(Ti)构成的粘附层22。补充说明一下，上述基板21不限于Si，也可以是玻璃基板、金属基板、陶瓷基板等。
在上述粘附层22上，形成厚度为0.22微米、由含有2.1mol％Ti的铂(Pt)构成的第1电极层24。该第1电极层24为(111)面取向。
在上述第1电极层24上形成取向控制层25，该取向控制层25由镧(La)的含量为12mol％、且与化学计量成分相比铅的含量过剩8mol％的、具有立方晶系或正方晶系的钙钛矿型晶体结构的PLT构成。该取向控制层25优先取向(111)面，其膜厚为0.008微米。
上述取向控制层25上，形成有由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3(0＜a＜1、0＜b＜1、a+b＝1)表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成的压电体层26。该压电体层26具有优先取向三角晶系或者正方晶系的(111)面的晶体结构。在该实施形态中，也是使上述含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于1mol％且小于等于50mol％以后，便能得到很高的压电常数。特别是，若使其含有量大于等于10mol％且小于等于25mol％，则能得到相当高的压电常数，压电特性极其优良。
在该实施形态中，也是上述含铅复合钙钛矿型化合物的化学通式中的A元素是Mg，B元素是Nb，a值是1/3，b值是2/3。换句话说，压电体层26由0.8PZT-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3构成。PZT的组成是正方晶和三角晶的界面(变晶相晶界)附近的组成(Zr/Ti＝55/45)，压电体层26的膜厚是3微米。补充说明一下，正因为Zr/Ti＝55/45，所以压电体层26具有三角晶系的晶体结构。
在该实施形态中，也是上述含铅复合钙钛矿型化合物并不限于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，可使其化学通式中的A元素、B元素、以及a、b之值为在上述实施形态1中所列出的一样。
上述PZT的组成并不限于Zr/Ti＝55/45，只要Zr/Ti＝30/70～70/30即可。亦可在已添加了含铅复合钙钛矿型化合物的PZT中再添加Sr、Nb、Al等。压电体层26的膜厚在0.5～5.0微米的范围内即可。
在上述压电体层26上形成有厚度0.2微米、由Pt制成的第二电极层27。补充说明一下，第二电极层27的材料并不限于Pt，只要是导电性材料即可，膜厚在0.1～0.4微米的范围内即可。
该压电元件，是利用溅射法在上述基板21上依次叠层形成粘附层22、第一电极层24、取向控制层25、压电体层26以及第二电极层27构成的。补充说明一下，成膜法并不限于溅射法，只要是无由热处理带来的结晶工序，而是直接形成结晶性薄膜的成膜法(例如CVD法)即可。而且，粘附层22及第二电极层27的成膜法可以是溶胶·凝胶法等。
上述粘附层22是为了提高上述基板21和第一电极层24的粘附性。并不限于Ti，还可以由钽、铁、钴、镍或铬、或者是它们(包括Ti)的化合物构成。膜厚在0.005到1微米的范围内即可。该粘附层22并非一定必要，即使让第一电极层24直接形成在基板21上，也会因第一电极层24中含有Ti，而使基板21和第一电极层24之间的粘附性相当好。
这样让第1电极层24中含有Ti以后，就能提高基板21和第1电极层24之间的粘附性。还可含有氧化钛来代替该Ti。该钛或者氧化钛的含有量最好是大于0且小于等于30mol％。该第一电极层24的材料，只要是从Pt、铱、钯和钌的组中选出的至少一种贵金属即可，膜厚在0.05到2微米的范围内即可。补充说明一下，因为位于第一电极层24的靠近取向控制层25一侧的表面部的钛或者氧化钛含在第一电极层24中，而不是主动地设在第一电极层24的上侧的，故几乎不会从所述取向控制层25一侧的表面突出来，即使突出来，其突出量也小于2纳米。
上述取向控制层25使上述压电体层26的结晶性及(111)面取向性提高。因此，使其为含有La且不含Zr、铅含有量比化学计量成分过剩的PLT。从提高压电体层26的结晶性及取向性的观点来看，La的含量大于0且小于等于25mol％即可，铅含量过剩大于0且小于等于30mol％即可。另外，构成取向控制层25的材料并不限于上述PLT，也可是在PLT中含有锆的PLZT，也可向PLT或PLZT中添加镁及锰中的至少之一。最好是上述锆的含有量小于等于20mol％，在添加镁及锰中的至少之一的情况下，最好是其总添加量大于0且小于等于10mol％(任一方的添加量可为0)。
下面，说明取向控制层25的膜厚。该取向控制层25的膜厚和取向控制层25的(111)面取向度有关。换句话说，象在上述实施形态1中所说明的那样，取向控制层25岛状地分散在第1电极层24的表面部的含有物(氧化物)为核，在其上侧结晶成长。这样一来，取向控制层25中第1电极层24的表面部中不存在含有物的部分的上侧区域成为(111)取向，而在存在含有物的部分的上侧区域，则成为(111)面以外的取向(特别是容易成为(100)面或者(001)面取向)。因为该含有物上的不成为(111)面取向的区域随着结晶成长(随着取向控制层25的厚度增大)而扩大，而(111)面取向的区域变窄，故如图6所示，随着取向控制层25的厚度变大，取向控制层25的(111)面取向度变小。结果是，如图7所示，压电体层26的(111)面取向度也变小。这里，若使取向控制层25的厚度的大小使得不成为(111)面取向的区域不扩大得那么大，亦即小于等于0.008微米的话，取向控制层25的(111)面取向度将大于等于50％(参考图6)，同时，压电体层26的(111)面取向度将大于等于80％(参考图7)。换句话说，若取向控制层25的(111)面取向度大于等于50％，就能使压电体层26的(111)面取向度大于等于80％。为了稳定地形成该取向控制层25，最好是使上述取向控制层25的膜厚大于等于0.0005微米。若使其小于等于0.007微米，则取向控制层25的(111)面取向度大于等于70％，而能够使压电体层26的(111)面取向度大于等于90％，更理想。补充说明一下，还可使第1电极层24中不含有钛等上述含有物，若如此，则取向控制层25与其厚度无关，很容易使取向控制层25的(111)面取向度大致为100％。
下面，说明上述压电元件的制造方法。
即，通过溅射法依次在Si基板21上形成粘附层22、第1电极层24、取向控制层25、压电体层26及第2电极层27。
上述粘附层22和第1电极层24的形成方法，分别和上述实施形态1的粘附层12及第1电极层14的形成方向一样。
用在含镧14mol％的PLT中添加过剩12mol％的氧化铅(PbO)配制的烧结靶，基板21的温度600℃、氩和氧的混合气体中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W，在这样的条件下，经3分钟，即可获得上述取向控制层25。
补充说明一下，利用溅射法形成上述取向控制层25时所使用的氩和氧的混合气体中的氧的分压，最好大于0且小于等于20％。这是因为在完全不存在氧的状态下，取向控制层25的结晶性下降，而若氧的分压超过20％，则(111)面的取向性下降。而且，最好是真空度大于等于0.05Pa且小于等于5Pa。这是因为如果真空度比0.05Pa小，则取向控制层25的结晶性就出现偏差，而若超过5Pa，则(111)面的取向性下降。
最好是，通过溅射法形成上述取向控制层25时的基板21的温度大于等于450℃且小于等于750℃。这是因为如果基板21的温度比450℃还小，则取向控制层25的结晶性下降，同时容易产生烧绿石，而若比750℃高，则在成膜时，膜中含有的Pb蒸发而不足，结晶性下降。
更好的是使上述氧的分压为大于等于0.5％且小于等于10％；真空度大于等于0.1Pa且小于等于2Pa；基板21的温度大于等于500℃且小于等于650℃。
若如上所述形成取向控制层25，则如上所述，该取向控制层25优先取向(111)面，该(111)面取向度大于等于50％。补充说明一下，若使(111)面以外的取向度比(111)面取向度小很多，即使(111)面取向度是50％，也可以说是优先取向(111)面。若使含锆量小于等于20mol％，含镧量大于0且小于等于25mol％，则取向控制层25的结晶性、取向性大为提高。尤其是含锆量越少，越难以在结晶成长初期形成由氧化锆构成的低结晶性的层，从而能可靠地抑制结晶性下降。
使用在0.8PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3中添加过剩15mol％的PbO而形成的烧结靶，在基板21的温度610℃、在氩和氧的混合气体环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，经3小时便得到上述压电体层26。
补充说明一下，用溅射法形成上述压电体层26时使用的氩和氧的混合气体中的氧的分压，最好是大于0且小于等于30％。这是因为在完全不存在氧的状态下，压电体层26的结晶性下降，而若氧的分压超过30％，则(111)面取向度下降。真空度最好大于等于0.1Pa且小于等于1Pa。这是因为如果真空度小于0.1Pa，则压电体层26的结晶性及压电特性会出现偏差，若超过1Pa，则(111)面取向度下降。
若这样使氧的分压大于0％且小于等于30％，使真空度大于等于0.1Pa且小于等于1Pa，则象在上述实施形态1中所说明的那样，容易使压电体层26的晶粒成为沿着该压电体层26的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
象在上述实施形态1中所说明的那样，靠溅射法形成上述压电体层26时的基板21的温度，最好是大于等于450℃且小于等于750℃。
更理想的是，使上述氧分压大于等于1％且小于等于10％；使真空度大于等于0.15Pa且小于等于0.9Pa，同时，使基板21的温度大于等于525℃且小于等于625℃。
若如上所述形成压电体层26，如果取向控制层25的(111)面取向度就大于等于50％，压电体层26就优先取向(111)面，该(111)面取向度成为大于等于80％。因为取向控制层25的结晶性良好，所以该压电体层26的结晶性也良好。压电体层26的晶粒成为沿着该压电体层26的厚度方向延伸且其平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。这样一来，在连续驱动压电元件的情况下，压电体层26的应力也被适当地缓和，而难以在压电体层26上产生龟裂。因此，在该实施例中，也能收到和上述实施形态1一样的作用效果。
其次，说明具体地实施的实施例。补充说明一下，在以下各实施例中，在基板上依次形成粘附层、第1电极层、取向控制层、压电体层及第2电极层的构成和上述实施形态2一样(但在实施例11中未形成粘附层)。
(实施例7)实施例7中，各膜的材料、膜厚、制造方法等与上述实施形态2中说明的一样。制造刚结束时，在该实施例7的压电元件的各膜中看不见龟裂或膜剥离。
和上述实施例1一样，研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成。得知压电体层显示出(111)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度为α＝96％。而且，用X射线微量分析仪进行组成分析，结果是，压电体层的组成与靶组成一样，Zr/Ti之比是55/45，Mg/Nb之比是33/67。
进一步用扫描型电子显微镜(SEM)分析了压电体层的晶体结构。由该分析结果明确了以下特征，即压电体层的晶体结构，呈非常发达的柱状结构，其晶粒在压电体层的厚度方向上延伸，同时该晶粒的长度比平均截面直径大很多(平均截面直径与长度之比值相当小)的柱状粒子。在该实施例中，晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/30左右。
让在上述压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/100～1/2的范围内变化，这样来制作压电元件。对包括该压电元件的喷墨头(和后述实施形态3一样的喷墨头)进行耐久试验(驱动频率＝20kHz，驱动电压＝20V)，测量了压电体层的龟裂发生率(所有压力室中出现喷墨不良的压力室的个数)，结果如表7所示。
表7

上述耐久试验的结果，表明在压电体层的厚度方向延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值大于等于1/50且小于等于1/14的情况下，压电体层上完全不出现龟裂；当不在大于等于1/50且小于等于1/14的范围的情况下，压电体层上出现龟裂。一般认为这是因为在上述晶粒的平均截面直径与长度之比值大于等于1/50且小于等于1/14的情况下，驱动压电元件时发生在压电体层的应力在晶界得以适当地缓和，同时与取向控制层、第二电极层的粘附强度提高之故。
接着，和上述实施例1一样，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成。Pt膜显示出(111)面取向。而且，利用X射线光电子能谱分析(XPS)进行距表面5纳米深处的组成分析的结果，Ti量是2.1mol％。
接着，和上述实施例1一样，研究了形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成。该取向控制层的PLT膜表示出(111)面取向钙钛矿型晶体结构。其(111)面取向度是70％。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧看到了(111)面取向以外的部分。一般认为该(111)面取向以外的部分存在于第1电极层表面部中无钛的部分的上侧。而且，用X射线微量分析仪进行组成分析的结果，含有12mol％的镧，含有过剩8mol％的Pb。
接着，在形成第2电极层之前，通过切割制作了100个15mm×2mm大的悬臂，通过溅射法形成了0.2微米厚的第2电极层，测定了压电常数d31。该100个悬臂的压电常数的平均值为-220pC/N，偏差为σ＝3.8％。
接着，在溅射法下，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.2微米厚的Pt膜，向每一个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测量了耐压。补充说明一下，耐压值是电流值因施加电压而成为1微安的值。结果，耐压值的平均是121V，偏差为σ＝4.0％。
接着，象表8那样，改变0.8PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.2Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了压电体层的(111)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表8中。
表8

结果是，无论在哪一种情况下，都是(111)面取向度大于等于80％(多数情况下是大于等于90％)，可以说压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例8)在实施例8中，基板为0.25mm厚、为4英寸的不锈钢(SUS304)，粘附层使用膜厚为0.01微米的钽(Ta)膜；第1电极层使用膜厚为0.25微米的Pt膜(无含有物)；取向控制层使用膜厚为0.007微米、含有17mol％的镧、且铅含有量与化学计量成分相比过剩6mol％的PLT膜(添加了3mol％的镁)；压电体层使用膜厚为2.7微米的0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3膜；第2电极层使用膜厚为0.1微米的Pt膜。
使用Ta靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到500℃，边施加100W的高频功率1分钟，即能得到上述粘附层。
使用溅射装置，用Pt靶，边将基板加热到400℃，边在1Pa的氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝25∶1)，施加200W的高频功率25分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有20mol％镧的PLT内添加3mol％的镁、且添加过剩10mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，经由3分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(Mg1/3Nb2/3)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度610℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，经由3小时，即得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温、1Pa氩气、200W的高频功率下，得到上述第2电极层。
在该实施例8的压电元件的各膜中，在制造刚刚结束的时候，也未发现龟裂或膜剥离。
在用与上述实施例1一样的方法研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成后，压电体层显示出(111)面取向正方晶系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度为α＝96％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti之比是40/60，Mg/Nb之比是33/67。通过SEM观察结晶结构，得知在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/25左右。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Pt膜表示出(111)面取向。
其次，研究了形成压电体层前的取向控制层的结晶取向性及膜组成以后，PLT膜示出(111)面取向钙钛矿型晶体结构，该(111)面取向度是75％。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧上看到(111)面以外的取向部分。而且，含有镁3mol％，含有镧17mol％，含有过剩6mol％的Pb。
其次，与上述实施例1同样，在形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，利用溅射法形成了0.1微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31。该100个悬臂的压电常数的平均值为-208pC/N，偏差为σ＝3.6％。
接着，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.1微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测量了耐压，耐压值的平均为105V，偏差为σ＝3.8％。
接着，象表9那样，改变0.8PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.2Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了压电体层的(001)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表9中。
表9

结果是，不管在哪一种情况下，(111)面取向度都大于等于90％，可以说压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例9)在实施例9中，基板为0.5mm厚的钡硼硅酸玻璃(100mm见方大小)，粘附层使用膜厚为0.005微米的镍(Ni)膜；第1电极层使用膜厚为0.15微米的铱(Ir)膜(无含有物)；取向控制层使用膜厚为0.006微米、含有8mol％镧且铅含量与化学计量成分相比过剩16mol％的PLT膜(添加1mol％的锰)；压电体层使用膜厚为2.6微米的0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(Ni1/3Nb2/3)O3膜，第2电极层使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ni靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到300℃，边施加200W的高频功率1分钟，即得到上述粘附层。
利用溅射装置，在1Pa的氩气中，用Ir靶，边将基板加热到600℃，边施加200W的高频功率10分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有12mol％镧的PLT内添加了2mol％的锰而且添加过剩22mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度580℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，进行3分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(Ni1/3Nb2/3)O3添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度580℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率260W的条件下，进行3个小时，即得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中，200W的高频功率下，即得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来的时候，在本实施例9的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成以后，压电体层显示为(111)面取向正方晶系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度为α＝95％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti之比是40/60，Ni/Nb之比是33/67。在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/35左右。
接着，在研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Ir膜表示出(111)面取向。
接着，研究了形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成以后，PLT膜表示出(111)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧发现有(111)面以外的取向部分。而且，含有1mol％的锰、8mol％的镧，含有过剩16mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个15mm×2mm大的悬臂，通过溅射法形成了0.01微米厚的第2电极层，测定了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-198pC/N，偏差为σ＝3.5％。
之后，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.01微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加电压并测量了耐压，耐压值的平是96V，偏差是σ＝4.2％。
接着，象表10那样，改变0.9PZT(Zr/Ti＝40/60)-0.1Pb(A1/3B2/3)O3的A元素和B元素，测量了压电体层的(111)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表10中。
表10

结果是，不管在哪一种情况下，(111)面取向度都大于等于90％，可以说压电常数d31及耐压极其良好。
图8示出了上述实施例9的压电体层中的含铅复合钙钛矿型化合物的含有量和压电常数d31的关系。从图8可知，在PZT(Zr/Ti＝40/60)中添加了Pb(Ni1/3Nb2/3)O3的压电材料中，当含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于1mol％且小于等于50mol％时，压电常数d31大于等于170pc/N，值很高。特别是，在该压电材料中，含铅复合钙钛矿型化合物的含有量大于等于10mol％且小于等于25mol％的范围内，压电常数d31就大于等于200pc/N，可知压电特性非常优良。
(实施例10)在实施例10中，基极为0.5mm厚、为4英寸硅晶片，粘附层使用膜厚为0.01微米的钛膜；第1电极层使用膜厚为0.25微米、含有5mol％氧化钴的Ir膜；取向控制层使用膜厚为0.007微米、含有10mol％的镧、且铅含有量与化学计量成分相比过剩10mol％的PLT膜；压电体层使用膜厚为3.2微米的0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(Fe1/2Nb1/2)O3膜；第2电极层使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ti靶，在1Pa的氩气中，边将基板加热到500℃，边施加100W的高频功率，进行1分钟，即得到上述粘附层。
使用多靶溅射装置，用Co靶及Ir靶，将基板加热到400℃，并在1Pa的氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝10∶1)，在90W及200W高频功率下，进行12分钟，得到上述第1电极层。
使用在含有10mol％镧的PLT中加入过剩14mol％的氧化铅(PbO)调和而成的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝15∶1)、真空度0.84Pa、高频功率300W的条件下，进行3分钟，得到上述取向控制层。
使用在0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(Fe1/2Nb1/2)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度620℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.4Pa、高频功率270W的条件下，进行3小时，得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温，1Pa的氩气中200W的高频功率下进行，即得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来的时候，在该实施例10的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成之后，压电体层表示出(111)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度为α＝96％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti比为60/40，Ni/Nb比是50/50。在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/20左右。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成以后，Ir膜表示出(111)面取向。另外，氧化钴量为5mol％。
接着，研究了形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成以后，PLT膜显示出(111)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层的靠近第1电极层的那一侧发现有(111)面以外的取向部分。一般认为该(111)面以外的取向部分存在于第1电极层的表面部中无氧化钴部分的上侧。而且，含有10mol％的镧，含有过剩10mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成了0.01微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-180pC/N，偏差为σ＝3.4％。
之后，通过溅射法，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.01微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加了电压并测量了耐压，耐压值的平均是106V，偏差是σ＝3.7％。
接着，象表11那样，改变0.95PZT(Zr/Ti＝60/40)-0.05Pb(A1/2B1/2)O3的A元素和B元素，测量了压电体层的(111)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表11中。
表11

结果是，不管在哪一种情况下，(111)面取向度都大于等于80％(大多数情况都大于等于90％)，可以说压电常数d31及耐压极其良好。
(实施例11)在该实施例11中，基板为0.3mm厚、为4英寸硅晶片，无粘附层，在基板上直接形成第1电极层，同时，该第1电极层使用膜厚为0.22微米、含有2.1mol％锰的Pt膜；取向控制层使用膜厚0.008微米、含有12mol％的镧和15mol％的锆、且铅含有量与化学计量成分相比过剩18mol％的PLZT膜(添加了3mol％的镁)；压电体层使用膜厚3微米的0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(Zn1/2Te1/2)O3膜；第2电极层使用膜厚0.2微米的Pt膜。
用多靶溅射装置，用Mn靶及Pt靶，边将基板加热到400℃，边在1Pa的氩气中施加85W及200W的高频功率，进行12分钟，即得到上述第1电极层。
使用在含有14mol％的镧和15％的锆的PLZT中添加3mol％的镁且添加过剩24mol％的氧化铅(PbO)调和而成的烧结靶，在基板温度600℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.8Pa、高频功率300W的条件下，进行3分钟，即得到上述取向控制层。
使用在0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(Zn1/2Te1/2)O3中添加过剩15mol％的PbO的烧结靶，在基板温度610℃、氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)、真空度0.3Pa、高频功率250W的条件下，进行3小时，得到上述压电体层。
用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中，200W的高频功率下，得到上述第2电极层。
在刚刚制造出来时，在该实施例11的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
研究了形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成之后，压电体层显示出(111)面取向正方系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度为α＝91％。而且，压电体层的组成与靶的组成一样，Zr/Ti比为45/55，Mg/Nb比是50/50。用SEM观察了结晶构造，在压电体层的厚度方向上延伸的晶粒的平均截面直径与长度之比值在1/30左右。
接着，研究了形成取向控制层之前的第1电极层的结晶取向性及膜组成之后，Pt膜显示出(111)面取向。而且，锰量为2.1mol％。
接着，在研究形成压电体层之前的取向控制层的结晶取向性及膜组成中，PLT膜显示出(111)面取向钙钛矿型晶体结构。补充说明一下，在取向控制层靠近第1电极层的那一侧看到了(111)面以外的取向部分。一般认为该(111)面以外的取向部分存在于第1电极层的表面部中不存在锰的部分的上侧。而且，含有3mol％的镁，含有12mol％的镧，含有过剩18mol％的Pb。
其次，形成第2电极层之前，通过切割制作了100个大小15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成了0.2微米厚的第2电极层，测量了压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-185pC/N，偏差为σ＝4.1％。
之后，在溅射法下，使用金属掩膜，以10mm间隔形成了65个上述压电元件的第2电极层，作为1mm见方、0.2微米厚的Pt膜，向各个第2电极层与第1电极层之间施加了电压并测量了耐压，耐压值的平均是98V，偏差为σ＝4.1％。
接着，象表12那样，改变0.85PZT(Zr/Ti＝45/55)-0.15Pb(A1/2B1/2)O3的A元素和B元素，测量了压电体层的(111)面取向度、压电常数d31及耐压。结果归纳在表12中。
表12

结果是，不管在哪一种情况下，(111)面取向度都大于等于80％(大多数情况下大于等于90％)，可以说压电常数d31及耐压极其良好。
(比较例2)该比较例2与上述实施例7相比，只在不设置取向控制层这一点不同，在基板上依次形成粘附层、第1电极层、压电体层及第2电极层。
该比较例2的压电元件的压电体层显示出(111)面取向三角晶系钙钛矿型晶体结构，(111)面取向度α＝73％。
另外，与上述实施例1一样，测量了压电常数d31，压电常数的平均值为-138pC/N，偏差σ＝7.8％。
接着，与上述实施例1一样，测量了耐电压，耐电压值的平均是80V，偏差σ＝8.1％。
因此，仅设置上述实施例7那样的取向控制层，就能提高压电体层的结晶性或取向性，从而能够提高压电元件的压电特性或耐电压。
(实施例12)该实施例12与上述实施例7相比，只是取向控制层的材料不同(取向控制层的溅射条件也和实施例7一样)。换句话说，该取向控制层由不含La的钛酸铅(PT)构成，含铅量与化学计量成分比较并不过剩。
该实施例12的压电元件的压电体层显示出(111)面三角晶系钙钛矿型结晶结构，(111)面取向度α＝80％。而且，压电常数的平均值为-149pC/N，偏差σ＝5.5％。而且，耐压值的平均为90V，偏差σ＝7.9％。
因此，就是这样的取向控制层，也是与上述比较例2相比，压电体层的取向性提高，从而可知能够使压电常数和耐压提高。
正象与上述实施例7相比而知道的那样，若在取向控制层内含有镧，使Pb过剩，边可以大幅度地提高压电体层的取向性。
(实施形态3)图9表示本发明实施形态的喷墨头的整体构成，图10表示其主要部分构成。在图9及图10中，A为压力室部件，在该压力室部件A中形成沿其厚度方向(上下方向)贯通的压力室开口部101。B是按照覆盖上述压力室开口部101的上端开口的方式布置的执行元件，C是按照覆盖压力室开口部101下端开口的方式布置的墨流路部件。上述压力室部件A的压力室开口部101由位于其上下的上述执行元件B及墨流路部件C来闭塞，从而构成压力室102。
上述执行元件B具有位于上述各压力室102的大致正上方的第1电极层103(分立电极)，从图9可知，这些压力室102及第1电极层103排列成锯齿状。
上述墨流路部件C具有在排列在墨供给方向的压力室102之间共用的共用液室105；用于向上述压力室102提供该共用液室105的墨的供给口106；以及使压力室102内的墨出来的墨流路107。
D是喷嘴板，在该喷嘴板D中形成连通到上述墨流路107上的喷嘴孔108。另外，E是IC芯片，从该IC芯片经接合线BW分别向上述各分立电极103提供电压。
下面，根据图11来说明上述执行元件B的构成。该图11是与图9所示墨供给方向垂直的方向的截面图。在该图中，参照描绘了具有排列在上述垂直方向上的4个压力室102的压力室部件A。该执行元件B具有如上所述分别位于各压力室102的近似正上方的第1电极层103；设置在各第1电极层103上(同图中下侧)的取向控制层104；设置在该取向控制层104上(同下侧)的压电体层110；设置在该压电体层110上(同下侧)、与所有压电体层110共用的第2电极层112(共用电极)；设置在第2电极层112上(同下侧)、通过上述压电体层110的压电效应而在层厚方向变位振动的振动层111；以及设置在振动层111上(同下侧)、位于划分各压力室102彼此的划分壁102a上方的中间层113(纵壁)，顺序层叠上述第1电极层103、取向控制层104、压电体层110及第2电极层112来构成压电元件。另外，振动层111设置在该压电元件靠近第2电极层112的那一侧的面中。
另外，图5中，114是粘接压力室部件A与执行元件B的粘接剂，上述各中间层113的作用在于，扩大压力室102的上面与振动层111下面之间的距离，以便在使用该粘接剂114进行粘接时，即使在部分粘接剂114漏到划分壁102a以外的情况下，也可使粘接剂114不附着在振动层111上，从而振动层111进行期望的变位及振动。虽然最好是经中间层113将压力室部件A与执行元件B的振动层111中与第2电极层112相反的侧面接合，但也可直接将压力室部件A接合在振动层111中与第2电极层112相反的侧面处。
上述第1电极层103、取向控制层104、压电体层110及第2电极层112的各构成材料分别与上述实施形态1中说明的第1电极层14、取向控制层15、压电体层16及第2电极层17一样(构成元素的含量有相异的情况)。另外，取向控制层104及压电体层110的构造也分别与取向控制层15及压电体层16一样，取向控制层104中靠近第1电极层103那一侧的表面附近部，具有(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层103中靠近取向控制层104那一侧的表面部的钛上，上述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层103侧向压电体层110侧变大之构造。压电体层110的晶粒是沿着该压电体层110的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比(平均截面直径/长度)大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。补充说明一下，可以使上述第1电极层103、取向控制层104、压电体层110及第2电极层112的结构，与在上述实施形态2中所说明的第1电极层24、取向控制层25、压电体层26及第2电极层27的结构一样。
下面，说明去除图3的IC芯片E后的喷墨头，即图10所示由上述压力室部件A、执行元件B、墨流路部件C及喷嘴板D构成的喷墨头的制造方法。
如图12A所示，利用溅射法，在基板120上，依次成膜、层叠粘附层121、第1电极层103、取向控制层104、压电体层110、第2电极层112、振动层111、上述中间层113。而且，上述粘附层121与上述实施形态1中说明的粘附层12一样，形成在基板120与第1电极层103之间，以提高基板120与第1电极层103的粘附性(不必一定形成粘附层121)。如后所述，与基板120一样去除该粘附层121。而且，分别振动层111的材料使用Cr，中间层113使用Ti。
在上述基板120中使用切断成18mm见方的Si基板。该基板120不限于Si，也可是玻璃基板或金属基板、陶瓷基板。而且，基板尺寸也不限于18mm见方，只要是Si基板，也可是2～10英寸的晶片。
使用Ti靶，将基板120加热到400℃，并施加100W的高频功率，在1Pa的氩气中，形成1分钟，得到上述粘附层121。该粘附层121的膜厚为0.02微米。另外，粘附层121的材料不限于Ti，也可以是钽、铁、钴、镍或铬或其(包含Ti)的化合物。另外，膜厚在0.005～0.2微米的范围即可。
通过使用多靶溅射装置，用Ti靶及Pt靶，将基板120加热到600℃，并在1Pa的氩气中，在85W及200W高频功率下，形成12分钟，得到上述第1电极层103。该第1电极层103的膜厚为0.2微米，取向(111)面。另外，Ti的含有量为2.5mol％。该第1电极层103也可与上述实施形态1中的第1电极层14一样，在从Pt、铱、钯及钌的组中选择的至少一种贵金属中含有钛等含有物(最好是添加量的大于0且小于等于30mol％)即可，膜厚在0.05到2微米的范围即可。
使用在含有10mol％镧的PLT中加入过剩15mol％的氧化铅(PbO)调和而成的烧结靶，在基板120的温度600℃下，在氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度为0.8Pa、高频功率300W的条件下，形成12分钟，得到上述取向控制层104。所得到的镧钛酸铅膜是包含10mol％镧、且包含比化学组成量理论组成过剩10％的铅的钙钛矿型晶体结构，在位于第1电极层103中的取向控制层104一侧的表面部的钛上，取向(100)面或(001)面，该(100)面或(001)面取向的区域从第1电极层103侧向其相反一侧(压电体层110一侧)扩大。另一方面，取向控制层104中，在第1电极层103的表面部中不存在钛或者氧化钛的部分的上侧区域不是(100)面或(001)面取向，但该区域朝着压电体层110一侧缩小。另外，这里因为取向控制层104的膜厚为0.02微米，所以压电体层110一侧的几乎整个表面变为取向(100)面或(001)面的区域。
补充说明一下，与上述实施形态1中的取向控制层15一样，上述取向控制层104的La的含有量大于0且小于等于25mol％即可，铅含有量过剩大于0且小于等于30mol％即可。而且，构成取向控制层104的材料可以是在PLT中含有锆的PLZT(最好是锆的含有量小于等于20mol％)，也可以是向PLT或PLZT中至少添加镁及锰之一(最好是镁及锰的添加量大于0且小于等于10mol％)。并且，取向控制层104的膜厚在0.01到0.2微米的范围内即可。
使用0.92PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.08Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的烧结靶，在基板120的温度600℃下，在氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝15∶1)，在真空度为0.3Pa、高频功率250W的条件下，形成3小时，得到上述压电体层110。得到的PMN添加PZT膜为三角晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向。而且，压电体层110的膜厚为3.1微米。补充说明一下，该压电体层110中的PZT和PMN的比率在PZT/PMN＝99/1～50/50这一范围内即可。PZT的Zr/Ti组成是Zr/Ti＝30/70～70/30即可，膜厚在1到5微米的范围内即可。而且，压电体层110的构成材料，可以是在PZT中添加了在上述实施形态1中所说明的含铅复合钙钛矿型化合物的材料，还可以在这一基础上含有Sr、Nb、Al等添加物的材料。
使用Pt靶，在室温下，在1Pa的氩气中，以200W的高频功率，形成10分钟，得到上述第2电极层112。该第2电极层112的膜厚为0.2微米。另外，第2电极层112的材料不限于Pt，导电性材料即可，膜厚可在0.1～0.4微米的范围内。
使用Cr靶，在室温下，在1Pa的氩气中，以200W的高频功率，形成6小时，得到上述振动层111。该振动层111的膜厚为3微米。另外，该振动层111的材料不限于Cr，也可是镍、铝、钽、钨、硅、或者它们的氧化物或氮化物(例如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅)等。而且，振动层111的膜厚在2～5微米即可。
使用Ti靶，在室温下，在1Pa的氩气中，以200W的高频功率，形成5小时，得到上述中间层113。该中间层113的膜厚为5微米。该中间层113的材料不限于Ti，也可是Cr等导电性金属。而且，中间层113的膜厚在3到10微米即可。
另一方面，如图12B所示，形成压力室部件A。使用尺寸比上述Si基板120大的、例如4英寸晶片的硅基板130(参照图17)来形成该压力室部件A。具体而言，首先，对硅基板130(压力室部件用)图案化多个压力室用开口部101。从图12B可知，该图案化以4个压力室开口部101为一组，将划分各组的划分壁102b设定为宽度大约是划分各组内的压力室开口部101的划分壁102a宽度的两倍。之后，通过化学腐蚀或干蚀刻等加工上述图案化后的硅基板130，形成各组4个压力室用开口部101，得到压力室部件A。
之后，用粘接剂来粘接上述成膜后的硅基板120(成膜用)和上述压力室部件A。粘接剂的形成由电解淀积来进行。即，首先，如图12C所示，通过电解淀积将粘接剂114附着在压力室的划分壁102a、102b的上面，作为压力室部件A侧的粘接面。具体而言，虽未图示，但利用溅射法在上述划分壁102a、102b的上面形成能透过光的数百埃的薄的Ni薄膜，作为底电极膜。之后，在上述Ni薄膜上形成图案化的粘接树脂剂114。此时，作为电解淀积液，使用向丙烯树脂类水分散液中加入0到50重量百分比的纯水、充分搅拌混合后的溶液。将Ni薄膜的膜厚设定为光透过那么厚，是因为这样将很容易察觉到粘接树脂完全附着在硅基板130(压力室部件用)上。电解淀积条件根据实验最好是液温约为25℃、直流电压为30V、通电时间为60秒，在该条件下，在硅基板130(压力室部件用)的Ni薄膜上电解淀积树脂形成约3到10微米的丙烯树脂。
另外，如图13A所示，用上述电解淀积的粘接剂114来粘接上述层叠的Si基板120(成膜用)和压力室部件A。该粘接以成膜于基板120(成膜用)中的中间层113作为基板侧粘接面来进行。而且，Si基板120(成膜用)为18mm大小，形成压力室部件A的Si基板130是4英寸，大，所以如图17所示，在1个压力室部件A(Si基板130)上粘接多个(图中为14个)Si基板120(成膜用)。如图13A所示，该粘接在使各Si基板120(成膜用)的中心位于压力室部件A的厚度的划分壁102b中心的状态下进行。粘接后，将压力室部件A压紧、附着在Si基板120(成膜用)侧，使两者的粘接的液密性高。并且，让上述粘接的Si基板120(成膜用)及压力室部件A在加热炉中缓慢升温，使上述粘接剂114完全固化。之后，进行等离子体处理，去除上述粘接剂114中溢出的断片。
另外，在图13A中，粘接成膜后的Si基板120(成膜用)和压力室部件A，但也可将未形成压力室用开口部101的那一阶段的Si基板130(压力室部件用)与上述成膜后的Si基板120(成膜用)相粘接。
之后，如图13B所示，以压力室部件A的各划分壁102a、102b作为掩膜，蚀刻中间层113，形成为规定形状(变为连接于上述各划分壁102a、102b的形状(纵壁))。接着，如图14A所示，通过蚀刻来去除Si基板120(成膜用)及粘附层121。
接着，如图14B所示，用光刻技术对位于上述压力室部件A上的第1电极层103进行蚀刻，使各压力室102逐个分立化。而且，如图9(a)所示，用光刻技术对取向控制层104和压电体层110进行蚀刻，分立化成与第1电极层103一样的形状。这些蚀刻后的第1电极层103、取向控制层104及压电体层110位于压力室102的各自上方，并且，使第1电极层103、取向控制层104及压电体层110的宽度方向中心与所对应的压力室102的宽度方向中心高精度地一致。从而，在每个压力室102中分立化第1电极层103、取向控制层104及压电体层110后，如图15B所示，用各厚度的划分壁102b的部分来切断硅基板130(压力室部件用)，完成4组具有4个压力室102的压力室部件A和固定在其上面的执行元件B。
之后，如图16A所示，在墨流路部件C中形成共用液室105、供给口106及墨流路107，同时，在喷嘴板D中形成喷嘴孔108。接着，如图16B所示，用粘接剂109来粘接上述墨流路部件C和喷嘴板D。
之后，如图16C所示，将粘接剂(未图示)转移到压力室部件A的下端面或墨流路部件C的上端面，进行压力室部件A与墨流路部件C的对齐调整，由上述粘接剂来粘接两者。如此，如图16D所示，完成具有压力室部件A、执行元件B、墨流路部件C及喷嘴板D的喷墨头。
若在这样得到的喷墨头的第1及第2电极层103、112之间施加规定电压，则通过压电体层110的压电效应使与振动层111的各压力室102对应的部分在层厚方向上变位，使压力室102内的墨从与该压力室102连通的喷嘴孔108喷出来。于是，测定施加上述电压时的振动层111中对应于各压力室102的部分在层厚方向的变位量，该变位量的偏差为σ＝2.1％。另外，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，但完全没有墨吐出不畅，未发现吐出性能下降。
另一方面，制作如下喷墨头，其与上述本发明的喷墨头的不同之处在于没有设置取向控制层104，向该喷墨头的第1及第2电极层103、112之间施加规定电压，测定振动层111中对应于各压力室102的部分在层厚方向的变位量，该变位量的偏差为σ＝7.9％。另外，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，在对应于所有压力室102中大约30％的压力室102的部分中，发生墨吐出不畅。由于这不是因为墨的堵塞等，所以认为执行元件B(压电元件)的持久性低。
因此，知道本实施形态的喷墨头的墨吐出性能偏差少，且持久性、可靠性好。
(实施形态4)图18表示根据本发明实施形态所涉及的其它喷墨头的主要部分，不象上述实施形态2的喷墨头那样将基板个别地用于成膜用和压力室部件用，而是成膜用和压力室部件用兼用。
具体而言，在通过蚀刻加工形成压力室402的压力室基板401(压力室部件)上，顺序层叠振动层403、粘附层404、第1电极层406(共用电极)、取向控制层407、压电体层408及第2电极层409(分立电极)。依次层叠上述第1电极层406、取向控制层407、压电体层408及第2电极层409来构成压电元件。另外，振动层403经粘附层404设置在压电元件的第1电极层406侧的面中。该粘附层404可提高振动层403与第1电极层406的附着性，也可与上述实施形态3中的粘附层121同样没有。上述第1电极层406、取向控制层407、压电体层408及第2电极层409的各构成材料分别与上述实施形态2的实施例9中说明的粘附层、第1电极层、取向控制层、压电体层及第2电极层一样(构成元素的含有量不同)。压电体层408的晶粒成为沿着该压电体层26的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。补充说明一下，上述第一电极层406、取向控制层407、压电体层408以及第2电极层409的构造，也分别与在上述实施形态1中所说明的第1取向控制层14、取向控制层15、压电体层16及第2电极层17的构造一样。
上述压力室基板401使用为4英寸、厚度为200微米的Si基板。在本实施形态中，也不限于Si，也可以是玻璃基板或金属基板、陶瓷基板。
在本实施形态中，上述振动层403的膜厚为2.8微米，由二氧化硅构成。补充说明一下，该振动层403的材料不限于二氧化硅，也可以是上述实施形态3中说明的材料(镍、铬等单体、其氧化物或氮化物)。另外，振动层403的膜厚在0.5到10微米即可。
下面，参照图19A和图19B来说明上述喷墨头的制造方法。
即，首先，如图19A所示，利用溅射法，在未形成压力室402的压力室基板401中，依次形成振动层403、粘附层404、第1电极层406、取向控制层407、压电体层408及第2电极层409。
使用二氧化硅烧结体的靶，不加热压力室基板401，在室温下，并施加300W的高频功率，在0.4Pa的氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝5∶25)中，形成8小时，得到上述振动层403。补充说明一下，作为该振动层403的成膜法，不限于溅射法，也可以是热CVD法、等离子体CVD法、溶胶·凝胶法等，也可以是通过热氧化处理压力室基板401来形成的方法。
使用Ti靶，将压力室基板401加热到400℃，并施加100W的高频功率，在1Pa的氩气中，加热1分钟，得到上述粘附层404。该粘附层404的厚度为0.03微米。另外，粘附层404的材料不限于Ti，也可以是钽、铁、钴、镍或铬、它们(含Ti)的化合物。另外，膜厚在0.005到0.1微米的范围即可。
通过使用溅射装置，用Ir靶，将压力室基板401加热到600℃，并在1Pa的氩气中，在85W及200W高频功率下，形成12分钟，得到上述第1电极层406。该第1电极层406的膜厚变为0.2微米，取向(111)面。该第1电极层406在贵金属Ir中不含有钛等，该第1电极层406也可与上述实施形态1中的第1电极层14一样，在从Pt、铱、钯及钌的组中选择的至少一种贵金属中添加钛等含有物(最好是添加量大于0且小于等于30mol％)，膜厚在0.05到2微米的范围即可。
使用在含有10mol％镧的PLT中加入过剩15mol％的氧化铅(PbO)调制而成的烧结靶，在压力室基板401的温度620℃下，在氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度为0.8Pa、高频功率300W的条件下，形成12分钟，得到上述取向控制层407。所得到的钛酸镧铅膜与上述实施例9中的取向控制层一样，优先取向(111)面。
补充说明一下，与上述实施形态1中的取向控制层15一样，上述取向控制层407的La的含有量大于0且小于等于25mol％即可，铅含有量过剩大于0且小于等于30mol％即可。另外，构成取向控制层407的材料可以是在PLT中含有锆的PLZT(最好是锆的含有量小于等于20mol％)，也可以是向PLT或PLZT中添加镁及锰至少之一(最好是镁及锰的添加量大于等于0且小于等于10mol％)。另外，取向控制层407的膜厚也可为0.01～0.2微米的范围。
使用0.9PZT(Zr/Ti＝48/52)-0.1Pb(Ni1/3Nb2/3)O3的烧结靶，在压力室基板401的温度580℃下，在氩气与氧气的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝15∶1)，在真空度为0.3Pa、高频功率250W的条件下，形成3小时，得到上述压电体层408。该所得到的压电体层408的膜厚是2.6微米。补充说明一下，该压电体层408中的PZT和PNN的比率是PZT/PMN＝99/1～50/50这一范围内即可。PZT的Zr/Ti组成是Zr/Ti＝30/70～70/30即可，膜厚在1到5微米的范围内即可。而且，压电体层408的构成材料，可以是在PZT中添加了在上述实施形态1中所说明的含铅复合钙钛矿型化合物的材料，还可以在这一基础上含有Sr、Nb、Al等添加物的材料。
使用Pt靶，在室温下，在1Pa的氩气中，以200W的高频功率，形成10分钟，得到上述第2电极层409。第2电极层409的膜厚为0.2微米。补充说明一下，第2电极层409的材料不限于Pt，是导电性材料即可，膜厚在0.10.4微米的范围内即可。
之后，通过旋涂法在上述第2电极层409上涂布抗蚀剂，与应形成压力室402的位置一致后，进行曝光/显像并图案化。而且，蚀刻并分立化第2电极层409、压电体层408及取向控制层407。通过使用氩气与包含氟元素的有机气体的混合气体的干蚀刻来进行该蚀刻。
接着，如图19B所示，在压力室基板401中形成压力室402。使用六氟化硫气体、包含氟元素的有机气体或它们的混合气体的各向异性干蚀刻来形成压力室402。即，在压力室基板401的形成上述各膜的面相反的那一侧的面中变为侧壁413的部分中形成蚀刻掩膜，通过各向异性干蚀刻来形成压力室402。
通过使用粘接剂，将事先形成喷嘴孔410的喷嘴板412接合在压力室基板401的形成有上述各膜的面相反的那一侧的面上，完成喷墨头。上述喷嘴孔410可通过平版印刷法、激光加工法、放电加工法等，在喷嘴板412的规定位置处开口。在将喷嘴板412接合在压力室基板401上时，按照各喷嘴孔410与压力室402对应配置的方式来使位置一致。
向这样得到的喷墨头的第1及第2电极层406、409之间施加规定电压，测量振动层403中对应于各压力室402的部分在层厚方向的变位量，该变位量的偏差为σ＝2.4％。补充说明一下，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，但完全没有墨吐出不畅，未发现吐出性能下降。
另一方面，制作如下喷墨头，其与上述本发明的喷墨头的不同之处仅在于未设置取向控制层407这一点，向该喷墨头的第1及第2电极层406、409之间施加规定电压，测定振动层403中对应于各压力室402的部分在层厚方向的变位量，该变位量的偏差为σ＝6.5％。另外，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，在对应于所有压力室402中大约25％的压力室402的部分中，发生墨吐出不畅。由于这不是因为墨的堵塞等，所以认为执行元件(压电元件)的持久性低。
因此，知道本实施形态的喷墨头与上述实施形态3的喷墨头一样，墨吐出性能偏差少，且持久性、可靠性好。
(实施形态5)图20示出了本发明实施形态所涉及的喷墨式记录装置35，该喷墨式记录装置35具备与上述实施形态3或4中说明的一样的喷墨头28。该喷墨头28构成为从设置成连通于压力室(上述实施形态2中的压力室102或实施形态3中的压力室402)的喷嘴孔(上述实施形态3中的喷嘴孔108或实施形态4中的喷嘴孔410)向记录媒体29(记录纸等)等吐出该压力室内的墨，进行记录。
上述喷墨头28，安装在设置在沿主扫描方向X延伸的滑架轴30上的滑架31上，随着该滑架31沿运送轴30的往复动作而沿主扫描方向X往复动作。这样一来，滑架31构成为使喷墨头28和记录媒体29沿主扫描方向做相对移动的相对移动部件。
喷墨式记录装置35具备使上述记录媒体29沿与喷墨头28的主扫描方向X(宽度方向)大致垂直方向的副扫描方向Y移动的多个辊子32。由此，多个辊子32构成使喷墨头28与记录媒体29沿副扫描方向Y相对移动的相对移动部件。补充说明一下，图14中，Z是上下方向。
当喷墨头28通过滑架31沿主扫描方向X移动时，使墨从喷墨头28的喷嘴孔吐出到记录媒体29，若结束1次扫描记录，则通过上述辊子32，使记录媒体29移动规定量，进行下一次扫描记录。
因此，因为该喷墨式记录装置35具备与上述实施形态3或4一样的喷墨头28，所以具有好的打印性能及耐用性。
(实施形态6)图21及图22表示本发明实施形态所涉及的角速度传感器，该角速度传感器是音叉型，非常适合用在安装到车中的导航装置等。
上述角速度传感器具有由厚度为0.3mm的硅晶片构成的基板500(也可以是玻璃基板或金属基板、陶瓷基板)。该基板500具有固定部500a、和从该固定部500a沿规定方向(检测出的角速度的旋转中心轴延伸的方向；在该实施形态中，为图21所示的y方向)延伸的一对振动部500b。这些固定部500a及一对振动部500b从基板500的厚度方向(图21所示z方向)看，形成音叉状，一对振动部500b相当于音叉的臂部，以沿振动部500b的宽度方向排列的状态彼此平行延伸。
在上述基板500的各振动部500b及固定部500a的振动部一侧的部分上，依次层叠第1电极层503、取向控制层504、压电体层505和第2电极层506。补充说明一下，在该角速度传感器中，也是与上述实施形态1中的压电元件一样，最好是在上述基板500与第1电极层503之间设置粘附层。
上述第1电极层503、取向控制层504、压电体层505和第2电极层506的各构成材料及厚度分别与上述实施形态1中说明的第1电极层14、取向控制层15、压电体层16和第2电极层17一样。另外，取向控制层504及压电体层505的构造也分别与取向控制层15及压电体层16一样，取向控制层504中的第1电极层503侧的表面附近部，具有(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层503中的取向控制层504侧的表面部中的钛上，上述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层503侧向压电体层505侧变大的构造。
压电体层505的晶粒成为沿着该压电体层505的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。补充说明一下，上述第一电极层503、取向控制层504、压电体层505以及第2电极层506的构造，也分别与在上述实施形态2中所说明的第1取向控制层24、取向控制层25、压电体层26及第2电极层27的构造一样。
上述第2电极层506，在上述各振动部500b上，被图案化成用于使该振动部500b沿振动部500b的宽度方向(图21所示x方向)振动的两个驱动电极507、和用于检测该振动部500b在厚度方向(z方向)变形(弯曲)的一个检测电极508。
在该振动部500b的宽度方向(x方向)两端部上，横贯振动部500b的长度方向整体(y方向)设置上述两个驱动电极507，各驱动电极507在固定部500a侧的端部位于固定部500a上，构成连接端子507a。补充说明一下，在各振动部500b的宽度方向一端部上也可仅设置1个驱动电极507。
另一方面，在该振动部500b的宽度方向中央部上，横贯振动部500b的整个长度方向上设置上述检测电极508，与上述驱动电极507一样，检测电极508在固定部500a侧的端部位于固定部500a上，构成连接端子508a。补充说明一下，可在各振动部500b上也可设置多个检测电极508。
上述第1电极层503在固定部500a上的一对振动部500b之间的中央位置处，具有向与振动部500b相反的那一侧突出的连接端子503a。
在上述各振动部500b上的上述第1电极层503与两个驱动电极507之间，施加与振动部500b的固有振动共振的频率的电压，使该振动部500b沿其宽度方向振动。即，向第1电极层503施加接地电压，另一方面，向两个驱动电极507施加正负彼此相反的电压，由此，当各振动部500b的宽度方向一端部侧伸长时，另一端部侧收缩，该振动部500b向该另一端部侧变形。另一方面，当各振动部500b的宽度方向一端部侧收缩时，另一端部侧伸长，振动部500b向该一端部侧变形。通过交互重复该动作，振动部500b沿其宽度方向振动。另外，即使仅向各振动部500b上的两个驱动电极500b之一施加电压，也可使该振动部500b沿其宽度方向振动。一对振动部500b在各振动部500b的宽度方向上沿彼此相反的方向变形，相对于在一对振动部500b之间的中央处并沿该振动部500b长度方向延伸的中央线L对称振动。
在上述构成的角速度传感器中，当使一对振动部500b沿其宽度方向(x方向)相对上述中央线L对称振动时，若在中央线L轴施加角速度ω，则两个振动部500b通过科里奥利力沿厚度方向(z方向)弯曲变形(一对振动部500b在彼此相反的方向上等量弯曲)，由此，压电体层505中也发生弯曲，在第1电极层503与检测电极508之间，发生对应于科里奥利力大小的电压。可根据该电压的大小(科里奥利力)来检测角速度ω。
即，科里奥利力Fc在设各振动部500b的宽度方向的速度为v、设各振动部500b的质量为m，则Fc＝2mvω所以根据科里奥利力Fc，可知道角速度ω的值。
下面，参照图23A到图23F、图24说明上述角速度传感器的制造方法。
即，如图23A所示，准备由厚度为0.3mm、为4英寸的硅晶片(平面图参照图24)构成的基板500，如图23B所示，在该基板500上，通过溅射法形成添加有18mol％Ti的铱(Ir)构成的厚度0.22微米的第1电极层503。将基板500加热到400℃，并且使用多靶溅射装置，用Ti靶及Ir靶，在1Pa的氩气中，85W及200W的高频功率下，经12分钟形成而得到该第1电极层503。在该第1电极层503的表面部上岛状地分散着钛，同时，钛自该表面的突出量比2纳米小。
接着，如图23C所示，在上述第1电极层503上通过溅射法形成厚度0.03微米的取向控制层504。通过用含有14mol％镧的PLT内添加过剩12mol％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，将基板500加热到600℃，且在氩和氧的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度0.8Pa，高频功率300W的条件下，经12分钟形成而得到该取向控制层504。根据该制造方法，如上述实施形态1中所说明的那样，取向控制层504中的第1电极层503侧的表面附近，(100)面或(001)面取向区域存在于钛上，而且与厚度方向垂直的截面的上述区域的面积从第1电极层503侧朝着上侧变大。
其次，如图23D所示，利用溅射法在上述取向控制层504上形成厚度3.1微米的压电体层505。将基板500加热到610℃，且用0.92PZT(Zr/Ti＝55/45)-0.08Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的烧结靶，在氩和氧的混合气环境中(气体体积比Ar∶O2＝19∶1)，真空度0.3Pa，高频功率250W的条件下，经3小时形成而得到该压电体层505。该压电体层505是正方晶系，如上述实施形态1所说明的，(001)面取向度为大于等于90％。补充说明一下，该压电体层505中的PZT和PNN的比率是PZT/PMN＝99/1～50/50这一范围内即可。PZT的Zr/Ti组成是Zr/Ti＝30/70～70/30即可，膜厚在1到5微米的范围内即可。
接着，如图23E所示，利用溅射法在上述压电体层505上形成厚度0.2微米的第2电极层506。用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中200W的高频功率下，经10分钟形成而得到该第2电极层506。
其次，如图23F及图24所示，对上述第2电极层506进行图形化，形成驱动电极507及检测电极508。即，在第2电极层506上涂布感光树脂，在该感光树脂上对驱动电极507及检测电极508的图形曝光，其后除去未曝光部分的感光树脂，通过蚀刻去除去除了该感光树脂的部分中的第2电极层506，其次除去驱动电极507及检测电极508上的感光树脂。
在图案化上述第2电极层506后，通过同样的工序图案化压电体层505、取向控制层504及第1电极层503，同时，图案化上述基板500，形成固定部500a及振动部500b。从而完成上述角速度传感器。
另外，上述各层的成膜法不限于溅射法，也可是无热处理的结晶化工序而直接形成结晶性薄膜的成膜法(例如CVD法等)。
这里，参照图25及图26来说明现有的角速度传感器。
该现有角速度传感器具有由厚度为0.3mm的水晶构成的压电体600，该压电体600与本实施例所涉及的角速度传感器的基板500一样，具有固定部600a、和从该固定部600a向其一侧(图25所示y方向)彼此平行延伸的一对振动部600b。另外，在相对上述各振动部600b的厚度方向(图25所示z方向)的两个面中分别各设置一种用以使该振动部600b沿其宽度方向(图25所示x方向)振动的驱动电极603，在各振动部600b的两侧面分别各设置一种用以检测该振动部600b在厚度方向变形的检测电极607。
在上述现有角速度传感器中，在各振动部600b中的两个驱动电极603之间，施加与该振动部600b的固有振动共振的频率的电压，与本实施形态所涉及的角速度传感器一样，使一对振动部600b沿其宽度方向(x方向)相对位于该一对振动部600b间中央的中央线L对称振动。此时，若在中央线L施加角速度ω，则一对振动部600b通过科里奥利力沿厚度方向(z方向)弯曲变形，在各振动部600b中的两个检测电极607之间发生对应于科里奥利力大小的电压，根据该电压的大小(科里奥利力)来检测角速度ω。
在上述现有角速度传感器中，因为使用由水晶构成的压电体600，所以压电常数是-3pC/N，相当低。并且，因为通过机械加工来形成固定部600a及振动部600b，所以存在难以小型化，尺寸精度低的问题。
相反，在该实施形态所涉及的角速度传感器中，因为检测角速度的部分(振动部500b)由与上述实施形态1一样构成的压电元件构成，所以压电常数可相对上述现有角速度传感器增大到40倍左右，并可实现相当的小型化。另外，可使用薄膜形成技术来进行细微加工，使尺寸精度极大提高。并且，即使工业上批量生产，特性的再现性也好，偏差少，耐压及可靠性好。
再有，即使在本实施形态的角速度传感器中，也是与上述实施形态1的压电元件一样，最好是，取向控制层504由含锆量大于0且小于等于20mol％，而且含铅量与化学计量成分比较过剩大于0且小于等于30mol％的锆钛酸铅镧，或在该锆钛酸铅镧内添加镁及锰中至少一种构成的。在该锆钛酸铅镧内的含镧量最好是大于0且小于等于25mol％，在锆钛酸铅镧内添加镁及锰中至少一种时的总添加量最好是大于0且小于等于10mol％。
另外，第1电极层503，在由铂、铱、钯及钌的组中选择的至少一种贵金属中含有钛等含有物，其含有量大于0且小于等于30mol％。
压电体层505，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的上述实施形态1中所说明的含铅复合钙钛矿型化合物的PZT构成即可，还可以是在该基础上又添加了Sr、Nb、Al等。
在本实施形态的角速度传感器中，在基板500中仅设置1组一对振动部500b，但也可设置多组，检测沿各种方向延伸的多轴绕行的角速度。
另外，在本实施形态的角速度传感器中，在基板500的各振动部500b及固定部500a的振动部侧部分上，依次层叠第1电极层503、取向控制层504、压电体层505和第2电极层506，但层叠这些层的部位也可仅是在各振动部500b上。
此外，在上述实施形态中，本发明的压电元件虽适用于喷墨头(喷墨式记录装置)及角速度传感器，但此外也可适用于薄膜电容器、非易失性存储器元件的电荷贮存电容器、各种执行元件、红外线传感器、超声波传感器、压力传感器、加速度传感器、流量传感器、冲击传感器、压电变换器、压电点火元件、压电扬声器、压电麦克风、压电滤波器、压电拾音器、音叉振子、延迟线等。尤其是适用于盘装置用薄膜压电体执行元件(例如参照特开2001-332041号公报)。其中，在对盘装置(用作计算机的存储装置等)中旋转驱动的盘进行信息记录或再现的头设置于基板上的头支撑机构中，通过设置在该基板上的薄膜压电体元件，使基板变形从而使该头变位。即，上述薄膜压电体元件依次层叠与上述实施形态说明的具有一样结构的第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层，该第2电极层接合在上述基板上。
权利要求
1.一种压电元件，具备第1电极层、设置在该第1电极层上的取向控制层、设置在该取向控制层上的压电体层、以及设置在该压电体层上的第2电极层，其特征在于所述取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于取向控制层优先取向(100)面或者(001)面；压电体层优先取向(001)面。
3.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于取向控制层和压电体层，皆优先取向(111)面。
4.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从镁、锰、镍、钴、锌及镉的组中选出的至少一种元素，B元素是铌；上述化学式中的a值是1/3，b值是2/3。
5.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从镁、锰、镍的组中选出的至少一种元素，B元素是钽或者锑；上述化学式中的a值是1/3，b值是2/3。
6.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从铁、铬、铟、钇、锑及锰的组中选出的至少一种元素，B元素是铌；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
7.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从铁、铬、及锰的组中选出的至少一种元素，B元素是钽；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
8.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于含铅复合钙钛矿型化合物的化学式中的A元素，是从锰、镍、钴、镁及锌的组中选出的至少一种元素，B元素是碲或者钨；上述化学式中的a值是1/2，b值是1/2。
9.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于取向控制层，由锆含有量大于0且小于等于20mol％、铅含有量与化学计量组分相比过剩量大于0且小于等于30mol％的锆钛酸铅镧、或者是该锆钛酸铅镧中添加了镁及锰中的至少一种的材料制成。
10.如权利要求9所述的压电元件，其特征在于取向控制层中的锆钛酸铅镧中的镧的含有量大于0且小于等于25mol％。
11.如权利要求9所述的压电元件，其特征在于在取向控制层中向锆钛酸铅镧中添加镁及锰中的至少之一时的总添加量大于1且小于等于10mol％。
12.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于第1电极层由含钛或者氧化钛的贵金属制成。
13.如权利要求12所述的压电元件，其特征在于第1电极层的贵金属，是从铂、铱、钯及钌的组中选出的至少一种；所述贵金属中所含的钛或者氧化钛的含有量大于0且小于等于30mol％。
14.如权利要求12所述的压电元件，其特征在于位于第1电极层的靠近取向控制层一侧的表面部的钛或者氧化钛自该表面的突出量小于2纳米。
15.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于第1电极层，由含有从锰、铁、钴、镍、镁、钙、锶、钡、铝、以及它们的氧化物的组中选出的至少一种的贵金属制成。
16.如权利要求15所述的压电元件，其特征在于第1电极层中的贵金属，是从铂、铱、钯及钌的组中选出的至少一种；所述贵金属中所含的含有物的含有量大于0且小于等于30mol％。
17.如权利要求15所述的压电元件，其特征在于第1电极层的靠近取向控制层一侧的表面部的、含在该第1电极层的贵金属中的含有物，自该表面的突出量小于2纳米。
18.如权利要求3所述的压电元件，其特征在于取向控制层的(111)面取向度大于等于50％。
19.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于第1电极层设在基板上；在上述基板和第1电极层之间，设有为了提高该基板和第1电极层的粘附性的粘附层。
20.一种喷墨头，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第2电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，借助所述压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，来将所述压力室内的墨喷出，其特征在于所述压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
21.一种喷墨头，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第1电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，借助所述压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，来将所述压力室内的墨喷出，其特征在于所述压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
22.一种角速度传感器，包括具有固定部、和从该固定部沿规定方向延伸的至少一对振动部的基板，在该基板的至少各振动部上依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层，该各振动部上的第2电极层被图案化为用于使该振动部沿着振动部的宽度方向振动的至少1个驱动电极、和用于检测该振动部在厚度方向上的变形的至少1个检测电极，其特征在于所述取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
23.一种喷墨式记录装置，包括具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第2电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，而且能够相对记录媒体做相对移动的喷墨头，当该喷墨头相对记录媒体做相对移动的时候，利用该喷墨头中的压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，而让所述压力室内的墨从连通到该压力室的喷嘴孔喷出到所述记录媒体来进行记录，其特征在于所述喷墨头的压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
24.一种喷墨式记录装置，包括具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而构成的压电元件，设置在该压电元件的靠近第1电极层那一侧的面上的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反的那一侧的面上、具有容纳墨的压力室的压力室部件，而且能够相对记录媒体做相对移动的喷墨头，当该喷墨头相对记录媒体做相对移动的时候，利用该喷墨头中的压电元件的压电体层的压电效应使所述振动层沿层厚方向变位，而让所述压力室内的墨从连通到该压力室的喷嘴孔喷出到所述记录媒体来进行记录，其特征在于所述喷墨头的压电元件的取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(AaBb)O3表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于1/50且小于等于1/14的柱状粒子。
全文摘要
本发明公开了一种压电元件、喷墨头、角速度传感器以及喷墨式记录装置。在压电元件中，在第1电极层(14)上设有立方晶系或者正方晶系的取向控制层(15)，该取向控制层(15)上形成有由添加了大于等于1mol％且小于等于50mol％的、以化学通式Pb(A
文档编号B41J2/045GK1676330SQ20051005999
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月4日 优先权日2004年4月2日
发明者藤井觉, 镰田健, 友泽淳, 藤井映志 申请人:松下电器产业株式会社