压电元件、喷墨头、角速度传感器及其制法、喷墨式记录装置的制作方法

专利名称：压电元件、喷墨头、角速度传感器及其制法、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变换功能的压电元件、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变换为电能、或把电能转换为机械能的材料。作为该压电材料的代表，有钙钛矿型结晶构造的钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)(以下称为PZT)。在该PZT中，得到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)，在菱面体晶系的情况下是<111>方向。但是，由于多数压电材料是由结结晶粒子子的集合体构成的多晶体，所以各结晶粒子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。因此，为了满足该要求，与以前用于多种用途的烧结体相比，趋于以可显著减小体积的薄膜形态来使用压电元件，针对这种压电元件的薄膜化研究开发盛行。例如，在正方晶系PZT的情况下，自发极化Ps朝向c轴方向，所以为了即使薄膜化也可实现高的压电特性，有必要使构成PZT薄膜的结晶的c轴与基板表面的垂直方向一致。为了实现这一点，在以前使用溅射法，使用按照结晶方位(100)面在表面露出的方式切割的NaCl型结晶构造的氧化镁(MgO)构成的单晶基板，在该基板上形成在(100)面取向的Pt电极薄膜，作为下部电极，并在该Pt电极上，在600-700℃的温度下，形成沿垂直于该表面方向c轴取向的PZT薄膜(例如参照Joumal of Applied Physicsvol.65No.4(1989年2月15日，美国物理学会发行)p.1666-1670、特开平10-209517号公报)。此时，若在形成PZT薄膜之前，在取向于(100)面的Pt电极上形成由不存在Zr的PbTiO3或(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Zr氧化物构成的结晶性低的层，而得到结晶性较高的PZT薄膜。即，得到(001)面取向度(α(001))大致为100％的PZT薄膜。
这里，由α(001)＝I(001)/∑I(hkl)来定义α(001)。∑I(hkl)是在X线衍射法中，使用Cu-Kα线时的2θ为10°-70°的钙钛矿型结晶构造距PZT中各结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(hk1)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的问题。另外，存在基板材料也受MgO单晶这一种类制约的缺点。
因此，作为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，有各种的努力。例如在专利第3021930号公报中，公开了在(111)面取向的Pt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℃下使之热分解，之后，在550-800℃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，在特开2001-88294号公报中公开了通过在铱下部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部电极，在该下部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电介质的、包含金属元素及氧元素的非晶质的压电体前驱体薄膜，通过在高温下热处理该非晶质薄膜的方法使之结晶化(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2-10nm，则得到(100)面取向膜。
并且，在特开平11-191646号公报中，公开了在使用溶胶·凝胶法法形成压电体薄膜时，在(111)面取向的Pt电极上形成4-6nm的钛层，通过将该钛层的钛氧化后的氧化钛作为核，得到(100)面取向的PZT膜。
但是，上述任一方法中，虽然不使用价格高的MgO单晶基板的方法较好，但由于利用溶胶·凝胶法形成压电体薄膜，所以如在MgO单晶基板上形成压电体薄膜的情况那样形成膜时，难以得到结晶取向的结晶性良好的膜。因此，通过首先形成非晶质压电体薄膜，对每个基板热处理包含该压电体薄膜的层叠膜，结晶轴可在相应的方向上优先取向。
另外，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引起的裂纹，并且，即使在高温加热非晶质的压电体前驱体薄膜使之结晶的工序中，因结晶变化也容易发生裂纹或与下部电极的膜剥离。
因此，作为解决溶胶·凝胶法中这些课题的方法，在特开2000-252544号公报或特开平10-81016号公报中，公开了向下部电极中添加钛或氧化钛是有效的。尤其是在特开平10-81016号公报中，公开了即使在使用溅射法的情况下，也可得到(100)面取向的PZT膜。但是，在下部电极上不能直接得到钙钛矿型PZT膜，最初在200℃以下的低温下形成非晶态或烧绿石型结晶构造的PZT膜，之后，通过在氧气气氛中在500-700℃的高温下进行热处理使之结晶，与溶胶·凝胶法一样，存在因在高温加热结晶工序下的结晶变化而容易产生裂纹或与下部电极剥离的缺点。另外，通过上述溶胶·凝胶法或溅射法形成的PZT膜的(001)面取向度或(100)面取向度无论哪种方法都在85％以下。
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100nm左右，所以为了得到压电元件必需的1微米以上的膜厚，必需反复10次以上上述工序，这样会存在生产率低的问题。
另一方面，根据上述特开2001-88294号公报，通过暂时形成非晶质薄膜，并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的溶胶·凝胶法(也包含MOD法)以外的方法、即不是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，尝试向在表面形成有极薄钛层的Ir底电极上的PZT取向控制，但除溶胶·凝胶法以外，得不到取向膜。原因在于，在溶胶·凝胶法中，从下部电极侧向上部电极侧缓慢进行PZT膜的结晶，相对于此，在CVD法或溅射法等中，PZT膜的结晶随机进行，结晶化无规律性，难以进行取向控制。
另外，在(111)面取向Pt电极层上形成厚度12nm以下的氧化钛层，通过直接溅射法形成钙钛矿型结晶构造的钛酸铅膜或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Joumal of Applied Physics vol.83 No.7(1998年4月1日，美国物理学会发行)p.3835-3841)发明内容鉴于此作出本发明，目的在于以低成本得到压电特性好、可靠性高的压电元件。
为了达到上述目的，在本发明，通过含有钛或氧化钛的贵金属构成电极层，在该电极层上形成取向控制层，在该取向控制层上，形成压电体层的同时，在形成该取向控制层时，通过在位于电极层上的取向控制层侧的表面部上以钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面，通过该取向控制层使压电体层优先取向(001)面。
具体讲，在第1发明中，以包含在基板上设置的第1电极层，在该第1电极层上设置的取向控制层，在该取向控制层上设置的压电体层，以及在该压电体层上设置的第2电极层的压电元件作为对象。
而且，上述第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属所构成，上述取向控制层由在立方晶系或正方晶系的优先取向(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由菱面体晶系或正方晶系的优先取向(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在上述取向控制层上的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向的区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在、而且与厚度方向垂直的截面上的上述区域的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
根据上述的结构，通过在作为第1电极层的贵金属膜上添加钛或氧化钛，可以提高基板和第1电极层的附着性，在制造压电元件时可以防止膜剥离，同时，如果通过溅射法等在该第1电极层形成取向控制层，则即使第1电极层为(111)面取向，取向控制层容易向(100)面或(001)面(在立方晶系时(100)面与(001)而是相同的)取向。即，在第1电极层的表面部上，钛或氧化钛岛状分布，取向控制层以该岛状分布的钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，据此，在钛或氧化钛上(100)面或(001)面取向变得容易。此外，上述钛或氧化钛由于被含于第1电极层内，所以完全不从第1电极层表面突出(即使突出，其突出量也比2nm小)。从这个事实出发，取向控制层向(100)面或(001)面取向变得容易。另一方面，第1电极层在用硅等基板时，通常向(111)面取向，因此，在取向控制层不存在第1电极层的表面部的钛或氧化钛的部分的上侧区域，一方面成为(100)面及(001)面以外的面取向(例如(111)面取向)，一方面成为非晶态。可是，不成为这样的(100)面或(001)面取向的区域只在取向控制层的第1电极层侧的表面附近部(从该表面直到充其量20nm左右的范围)内存在。即，由于上述钛或氧化钛上的(100)面或(001)面取向区域随其结晶成长而扩展，所以与层厚方向垂直的截面的该区域的面积从第1电极层侧向其反对侧(压电体层侧)变大，据此，没有成为(100)面或(001)面取向的区域变小，取向控制层厚度为20nm左右的阶段，大致上体全体成为(100)面或(001)面取向的区域。如果在这样形成的取向控制层上形成压电体层，则在通过该取向控制层，压电体层(001)面取向(菱面体晶系的(100)面取向时，由于(100)面和(001)面是相同的，所以包含该菱面体晶系的(100)面取向)。通过设置这样的取向控制层，在压电体层上边使用压电特性良好的压电材料，同时，对取向控制层可以使用能进一步提高结晶度或取向性的材料，其结果，可以使压电体层的(001)面取向度在90％以上。再有，在取向控制层未取向(100)面或(001)面的区域不仅可在第1电极层的表面附近部，也可以在压电体侧的表面存在。即使在这样的状况下，如果取向控制层层厚在0.01微米以上，则压电体层侧表面的大部分成为(100)面或(001)面取向的区域，从而可以使压电体层的(001)面取向度在90％以上。
因此，在低价的硅等基板上，即使是通过溶胶·凝胶法以外的热处理的结晶化工序或直接地形成结晶性薄膜的成膜法(溅射法或CVD法等)，也可以得到取向性良好的压电体层，据此可以在抑制压电特性差异的同时，提高其可靠性。即，由于该压电元件对其压电体层的膜表面垂直方向上施加电场应用，尤其在正方晶系钙钛矿型PZT膜上，通过(001)面取向，可以使电场方向与<001>极化轴方向平行，得到大的压电特性。另外，由于施加电场不引起极化的旋转，所以可以在抑制压电特性差异低的同时，提高可靠性。另一方面，由于在菱面体晶系钙钛矿型PZT膜中，极化轴是<111>方向，通过(100)面取向可以在电场方向和极化轴方向之间产生约54°的角度，但由于通过提高(100)面取向性，可以使极化对所加电场经常保持一定角度，所以在这种情况下通过施加电场也不引起极化的旋转，据此可以抑制压电特性差异低，同时，可提高可靠性(例如，由于在无取向的PZT膜状态下极化向着各种方向，所以如果施加电压，则极化轴向着与电场平行方向，所以压电特性有与电压依存性，差异变大，会随着时间发生变化，在可靠性方面产生问题)。
此外，因为即使不用高价的MgO单晶基板，也可以容易地得到具有良好取向性的压电体层，所以可通过使用低价的玻璃基板，金属基板，陶瓷基板，Si基板等来降低造价。
而且，即使压电体层膜厚在1微米以上，也不必要如溶胶·凝胶法那样，重复相同工序多次，而通过溅射法可以容易地形成压电体层，可以抑制成品率降低。
根据第2发明，在上述第1发明中，取向控制层，由含硅量大于0小于20摩尔％，且含铅量与化学量理论组成比较，过剩0以上30摩尔％以下的钛酸镧硅酸铅，或在该钛酸镧硅酸铅内添加镁及铝中至少一种构成。
如果在取向配置层内用这样的钛酸镧硅酸铅(PLZT；包含Zr的含量为0时的钛酸镧铅(PLT))，则取向控制层在(100)面或(001)面更加容易取向，进而可以提高压电体层的取向性。而且，如果这样令含硅量在20摩尔％以下，则在结晶成长初期，难以形成由氧化锆构成的结晶性低的层，此外，通过把含铅量与化学量理论组成比较过剩超过0，小于30摩尔％，则可以可靠地抑制取向控制层结晶性降低，据此，可以提高其耐电压。因此，可以可靠地提高压电体层的结晶性或取向性，从而可以进一步提高压电元件的压电特性。
根据第3发明，在上述第2发明中，钛酸镧锆酸铅中的含镧量超过0，小于25摩尔％。
根据第4发明，在上述第2发明中，在钛酸镧硅酸铅中添加镁及锰中至少一种时的总计添加量为超过0，小于10摩尔％。
通过该第3或第4发明，可以更加有效抑制取向控制层的结晶性降低。
根据第5发明，在上述第1发明中，第1电极层从铂、铱、钯、钌组中选择的至少1种贵金属构成，该贵金属内含有的钛或氧化钛的含有量取超过0，小于30摩尔％。
据此，能充分耐受用溅射法等形成压电元件各膜时的温度，同时，能作为电极的合适材料。另外，因为钛或氧化钛的含量一旦超过30摩尔％，则取向控制层(进而压电体层)的结晶性及取向性降低，所以取小于30摩尔％较好。
根据第6发明，在上述第1发明中，位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛从该表面的突出量比2nm小。
即，由于钛或氧化钛含于第1电极层内，而并非有意设置在第1电极层上侧上，所以完全不从第1电极层的取向控制层侧的表面突出，即使突出，其突出量也比2nm小。据此，如上述所示，取向控制层在(100)面或(001)面取向变得容易。
根据第7发明，在上述第1发明中，压电体层由以钛酸锆酸铅作为主成分的压电材料构成。
这样，可以作成压电特性良好的压电材料，得到高性能压电元件。
根据第8发明，在上述第1发明中，在基板和第1电极层之间设置提高该基板和第1电极层之间附着性的附着层。
据此，可以进一步提高基板和第1电极层之间的附着性，能可靠地防止在制造压电元件时的膜剥离。
第9发明是如下结构的喷墨头的发明，它包含顺序层叠第1电极层、取向控制层、压电体层、以及第2电极层的压电元件；设置于该压电元件的第2电极层侧面的振动层；以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳墨水的压力室的压力室部件；通过上述压电元件的压电体层的压电效果使上述振动层向层厚方向变位，喷出上述压力室墨水。
于是，在本发明中，上述压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，上述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在上述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的的结构为(100)面或(001)面取向区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在，而且与层厚方向垂直的截面上的上述区域面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
根据本发明，在基板上通过溅射法按顺序形成第1电极层、取向控制层、压电体层、第2电极层以及振动层，如果在该振动层上接合压力室部件后除去上述基板，则得到具有与上述第1发明同样结构的压电元件的喷墨头，从而可以使其压电元件在压电体层的(001)面取向度在90％以上。因此，得到喷墨性能差异少、耐久性优良的喷墨头。
在第10发明中，以如下结构的喷墨头作为对象，它包含依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层、以及第2电极层而形成的压电元件；设置于该压电元件的第1电极层侧的面上的振动层；以及接合在该振动层的与压电元件相反一侧的面上、具有容纳墨水的压力室的压力室部件；通过上述压电元件的压电体层的压电效果使上述振动层向层厚方向变位，喷出上述压力室墨水。
于是，上述压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，上述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)的钙钛矿型氧化物构成，上述取向控制层上至少第1电极层侧表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在，而且与层厚方向垂直的截面上的上述区域面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
据此，如果以压力室部件作为基板，在其上通过溅射法等按顺序形成振动层、第1电极层、取向控制层、压电体层及第2电极层，则得到具有与第9发明同样的作用效果的喷墨头。
第11发明为角速度传感器，其包含固定部和具有从该固定部向预定方向伸延的至少一对振动部的基板，至少在该基板的各振动部上，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，在该各振动部上的第2电极层被图形化为用于使该振动部向振动部宽方向振动的至少1只驱动电极，和用于检测该振动部厚度方向变形的至少1只检测电极。
而且，上述第1电极由包含钛或氧化钛的贵金属构成，上述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面钙钛矿型氧化物构成，上述取向控制层上至少第1电极层侧表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在，而且与层厚方向垂直的截面上的上述区域面积从第1电极层侧向压电体侧变大。
根据本发明，通过在第2电极层的驱动电极及第1电极层之间施加电压，使基板的各振动部向振动部的宽的方向振动，如果在其振动时通过科里奥利力使振动部向厚度方向变形，则在第2电极层的检测电压及第1电极层间产生电压，从该电压大小(科里奥利力)可以检测角速度。于是，因为这样的检测角速度部分(振动部)以与上述第1发明同样的结构的压电元件构成，所以可以比现有的使用水晶的角速度传感器的压电常数大40倍左右，可以实现相当小型化。而且，即使工业规模大量生产也可以得到特性的再现性良好，差异少，耐电压及可靠性良好的角速度传感器。
根据第12发明，在上述第11发明中，取向控制层为添加含锆量大于0、小于20摩尔％，而且含铅量与化学量理论组成比较过剩超过0小于30摩尔％的钛酸镧锆酸铅，或在该钛酸镧锆酸铅内添加镁及锰的至少一种所构成。据此，得到与上述第2发明同样的作用效果。
根据第13的发明，在上述第12发明中，在钛酸镧锆酸铅内的含镧量超过0、小于25摩尔％。这样，可以得到与上述第3发明同样的效果。
根据第14的发明，在上述第12发明中，在钛酸镧锆酸铅内添加镁及锰的至少一种时，总添加量为超过0小于10％。据此，可以得到与上述第4发明同样的作用效果。
根据第15的发明，在上述第11发明中，第1电极层由从铂、铱、钯及钌的组中选择的至少1种贵金属构成，该贵金属内含有的钛或氧化钛的含有量超过0、小于30摩尔％。据此，可以得到与上述第5发明同样的作用效果。
根据第16的发明，在上述第11发明中，使位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛，从该表面的突出量比2nm小。据此，可以得到与上述第6发明同样的作用效果。
根据第17的发明，在上述第11发明中，压电体层由以钛酸锆酸铅作为主成分的压电材料构成。据此，可以得到与上述第7发明同样的作用效果。
根据第18的发明，在上述第11发明中，在基板和第1电极之间，设置提高该基板和第1电极层的附着性的附着层。这样，可以得到与上述第8发明同样的作用效果。
第19的发明为压电元件的制造方法，包含通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在上述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在上述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；以及在上述压电体层上形成第2电极层的工序。
于是，在本发明中，上述形成取向控制层的工序是通过以位于上述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，从而使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序；上述形成压电体层的工序是通过上述取向控制层使该压电层优先取向(001)面的工序。
通过本发明，可以容易地制造具有与上述第1发明同样作用效果的压电元件。
第20的发明为喷墨头的制造方法，该喷墨头的结构为包含依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层、以及第2电极层的压电元件，通过该压电元件的压电体层的压电效果使振动层向层厚方向变位，以便喷出压力室内的墨水。
而且，本发明包含通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在上述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在上述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在上述压电体层上形成第2电极层的工序；在上述第2电极层上形成振动层的工序；在与上述振动层第2电极层的相反侧的面上接合用于形成压力室的压力室部件的工序；以及在上述接合工序后，除去上述基板的工序。上述形成取向控制层的工序是通过以位于上述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序；上述形成压电体层的工序是通过上述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
据此，可以容易地制造具有与上述第9发明同样作用效果的喷墨头。
第21发明以如下结构的喷墨头的制造方法为对象，该喷墨头包含依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层、以及第2电极层而形成的压电元件，通过该压电元件的压电体层的压电效果使振动层向层厚方向变位，喷出压力室内的墨水。
于是，包含在用于形成压力室的压力室基板上形成振动层的工序；通过溅射法在上述振动层上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在上述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在上述取向层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在上述压电体层上形成第2电极层的工序；以及在上述压力室基板上形成压力室的工序。上述形成取向控制层的工序是通过位于上述第1电极层的取向控制层侧表面部的钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序；上述形成压电体层的工序是通过上述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
据此，可以容易地制造具有与上述第10发明同样作用效果的喷墨头。
第22发明为角速度传感器制造方法，该角速度传感器包含固定部和具有从该固定部向设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电极层被图形化形成用于使该振动部向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变形的至少1个检测电极。
于是，包含通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在上述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在上述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在上述压电体层上形成第2电极层的工序；对上述第2电极层进行图形化，形成上述驱动电极及检测电极的工序；对上述压电体层、取向控制层及第1电极层进行图形化的工序；以及对上述基板进行图形化，形成上述固定部及振动部的工序。上述形成固定部及振动部的工序是通过以位于上述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序；上述形成压电体层的工序是通过上述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
据此，可以容易地制造具有与上述第11发明同样作用效果的角速度传感器。
第23的发明为喷墨头式记录装置，该喷墨头结构为包含具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层、以及第2电极层而形成的压电元件，在该压电元件的第2电极层侧的面上设置的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳收容墨水的压力室的压力室部件，而且，可对记录媒体作相对移动；在该喷墨头对记录媒体作相对移动时，通过该喷墨头的压电元件的压电体层的压电效果，使上述振动层向层厚方向变位，从与该压力室连通的喷嘴孔向上述记录媒体喷出上述压力室内的墨水来进行记录。
于是，在本发明中，上述喷墨头的压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，上述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在，而且，与层厚方向垂直的截面上的上述区域面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
第24发明以喷墨式记录装置作为对象，它包含依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层而形成的压电元件，在该压电元件的第1电极层侧的面上设置的振动层，以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳墨水的压力室的压力室部件，而且，对记录媒体可相对移动地构成的喷墨头；在该喷墨头对记录媒体相对移动时，通过该喷墨头的压电元件的压电体层的压电效果使上述振动层向层厚方向变位，从与该压力室连通的喷嘴孔向上述记录媒体喷出上述压力室内的墨水进行记录。
于是，上述喷墨头的压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，上述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，上述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向的区域在位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上存在，而且与层厚方向垂直的截面的上述领域的面积具有从第1电极层侧向压电体侧变大。
通过这些第23及第24发明，可以容易地得到打印性能及耐久性极良好的记录装置。


图1是本发明实施方式的压电元件剖面示意图。
图2是模式表示上述压电元件的取向控制层构造的放大剖面图。
图3是本发明实施方式的喷墨头全体构成的立体示意图。
图4是上述喷墨头的压力室部件及致动器部主要部分的分解立体示意图。
图5是上述喷墨头的压力室部件及致动器部主要部分的剖面示意图。
图6是上述喷墨头制造方法的层叠工序、压力室用开口部形成工序及粘接剂附着工序的示意图。
图7是上述喷墨头制造方法的、成膜后基板和压力室部件的粘接工序及纵壁的形成工序图。
图8是上述喷墨头制造方法的、基板(成膜用)及除去附着层工序和第1电极层的分立化工序的示意图。
图9是上述喷墨头制造方法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)切断工序的示意图。
图10是上述喷墨头制造方法的墨水流路部及喷嘴板的生成工序，墨水流路部件和喷嘴板的粘接工序，压力室部件和墨水流路部件的粘接工序以及完成的喷墨头的示意图。
图11是在上述喷墨头的制造方法中成膜的Si基板和压力室部件用的Si基板的粘接状态的平面示意图。
图12是本发明实施方式的其它喷墨头的压力室部件及致动器部要部的剖面示意图。
图13是上述其它喷墨头制造方法中的层叠工序及压力室形成工序的示意图。
图14是本发明实施方式的喷墨式记录装置的概略立体图。
图15是本发明实施方式的角速度传感器的概略立体图。
图16是沿图15的XVI-XVI线的剖面图。
图17是上述角速度传感器制造方法的示意18是在上述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俯视图。
图19是使用水晶的现有的角速度传感器的概略立体图。
图20是沿图19的XX-XX线的剖面图。
具体实施例方式
实施方式1图1表示根据本发明实施方式的压电元件，图中，11是由厚度为0.3mm的φ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)构成的附着层12。另外，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。
在上述附着层12上，形成厚度为0.22微米、由添加了2.1摩尔％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12摩尔％、且铅的含量与化学量理论组成相比过剩8摩尔％的、具有立方晶系或正方晶系的钙钛矿型结晶构造的PLT构成。该取向控制层15优先取向于(100)面或(001)面，其膜厚为0.03微米。
在上述取向控制层15上形成厚度为3微米、由具有菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型结晶构造的PZT构成的压电体层16。该压电体层16优先取向于(001)面。上述PZT的组成是正方晶与菱面体晶的晶界(变形相晶界)附近的组成(Zr/Ti＝53/47)。另外，压电体层16中的Zr/Ti组成不限于Zr/Ti＝53/47，也可以是Zr/Ti＝30/70～70/30。另外，压电体层16的构成材料可以是PZT中含有Sr、Nb、A1等添加物等那样以PZT为主要成分的压电材料，也可以是PMN或PZN。并且，膜厚在0.5～5.0微米的范围即可。
在上述压电体层16上形成厚度为0.2微米、由Pt构成的第2电极层17。另外，第2电极层17的材料不限于Pt，导电性材料即可，膜厚在0.1～0.4微米的范围即可。
该压电元件通过溅射法在上述基板11上依次成膜而层叠附着层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。成膜法不限于溅射法，只要不是利用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)即可。另外，附着层12及第2电极层17的成膜法也可是溶胶·凝胶法等。
上述附着层12用于提高上述基板11与第1电极层14的附着性，不限于Ti，也可由钽、铁、钴、镍或铬或其(包含Ti)的化合物构成。另外，膜厚在0.005～1微米的范围即可。因为该附着层12不是必需的，所以即使直接在基板11上形成第1电极层14，但由于在第1电极层14内含有Ti，所以基板11与第1电极层14之间的密着性也相当良好。。
上述第1电极层14不仅具有作为电极的作用，而且还承担通过添加Ti、使上述取向控制层15优先取向于(100)面或(001)面的作用，也可以添加氧化钛取代该Ti。该钛或氧化钛的添加量优选0以上，30摩尔％以下。另外，第1电极层14的材料也可以是从铂，铱，钯及钌的组中选择至少一种贵金属即可，膜厚在0.05～2微米的范围即可。由于位于第1电极层14中的取向控制层15的侧表面部的钛或氧化钛含于第1电极层14内，而并非有意设置在第1电极层14的上侧，所以几乎没有从上述取向控制层15侧表面突出，即使突出，其突出量也比2nm小。
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，为含有La且不含Zr、铅含有量比化学量理论组成多的PLT。另外，从提高压电体层16的结晶性及取向性的观点来看，La的含量在0以上且25摩尔％以下即可，铅含量过剩0以上而30摩尔％以下即可。另外，构成取向控制层15的材料不限于上述PLT，也可是在PLT中含有锆的PLZT，也可向PLT或PLZT中添加镁及锰至少之一。上述锆的含量优选20摩尔％以下，在添加镁及锰至少之一的情况下，其总添加量优选0以上10摩尔％以下(也可是至少一方的添加量为0)。另外，取向控制层15的膜厚可为0.01～0.2微米。
于是，如图2所示，上述取向控制层15中的第1电极层14侧的表面附近部具有如下结构(100)面或(001)面取向区域15a存在于位于第1电极层14中的取向控制层15侧的表面部中的钛上，(在第1电极层14内含有氧化钛时虽为氧化钛，但即使在含有钛时也进行氧化而形成氧化钛)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侧向压电体层16侧变大。另一方面，因为第1电极层14为(111)面取向，所以取向控制层15中在第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，不取向于(100)面或(001)面，这里，变为(111)面取向(因第1电极层14的材料变为(111)面以外的取向，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侧表面最大不过20nm左右的范围内，若取向控制层15的膜厚在0.02微米以上，则取向控制层15的压电体层16侧的表面的大致整体变为(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优先取向于(001)面，其(001)面取向度α大于90％。
另外，取向控制层15的压电体层16侧的全部表面不必都变为上述区域15a，为使膜厚极小，则可部分存在未取向于(100)面及(001)面的区域15b。即使在该情况下，若取向控制层15的层厚在0.01微米以上，则压电体层16侧的大部分表面变为(100)面或(001)面取向的区域，压电体层16的(001)面取向度可在90％以上。
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上对附着层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成膜。
使用Ti靶，将基板11加热到400℃、并施加100W的高频功率，在1Pa氩气中，经1分钟形成、得到上述附着层12。
使用多维溅射装置，用Ti靶及Pt靶，使基板11在400℃加热，并在1Pa氩气中85W及200W的高频功率下经12分钟形成、得到上述第1电极层14。在与该得到的第1电极层14中的附着层12的相反侧的表面部上钛呈小岛状分布。
在通过溅射法形成上述第1电极层14时使用的气体如上述所示，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表面部的钛未被氧化，然而在用氩和氧的混合气体时，其钛被氧化，形成氧化钛。尤其是在用氩和氧混合气体时，优选为设定基板11的温度在650℃以下。这是由于如果基板11温度比650℃还高，则不仅钛而且贵金属表面也会稍许氧化，有可能对其上侧形成的取向控制层15的结晶性或取向性产生不良影响。
通过用含有镧14摩尔％的PLT中过剩地添加12摩尔％氧化铅(PbO)配制的烧结靶，在基板11的温度600℃，在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条件下，经12分钟形成而获得上述取向控制层15。
通过溅射法形成上述取向控制层15时使用的氩和氧的混合气体中的氧分压优选超过0小于10％。这是由于，在完全不存在氧的状态下，取向控制层15的结晶性降低，反之，如果氧分压超过10％，则(100)面或(001)面的取向性降低。另外，真空度优选在0.05Pa以上，5Pa以下。这是由于，如果真空度比0.05Pa小，则取向控制层15的结晶性差异，反之，如果超过5Pa，则(100)面或(001)面的取向性降低。
另外，通过溅射法形成上述取向控制层15时的基板11的温度，优选在450℃以上，750℃以下。这是由于，如果基板温度比450℃还小，则在取向控制层15的结晶性降低的同时，容易产生烧绿石，反之如果比750℃高，则在成膜时，通过膜内含有的Pb蒸发而不足，结晶性降低。
更优选的是上述氧分压为大于0.5％、小于10％，而且真空度为在0.1Pa以上、2Pa以下，同时，基板11的温度在500℃以上，650℃以下。
如果这样形成取向控制层15，则该取向控制层15以第1电极层14中的取向控制层15侧的表面部分布的钛作核，结晶成长，据此，在钛上，(100)面或(001)面取向变得容易。另外，因为该钛如上述所示完全不从第1电极层14的表面突出(即使突出，其突出量也比2nm小)，所以取向控制层15更加容易取向(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上，第1电极层14的表面部中不存在钛的部分的上侧区域上，不形成(100)面或(001)面取向(在此，成为(111)面取向)。该区域随着上述结晶成长而变小，反之，(100)面或(001)面取向区域扩大。其结果，在取向控制层15中的第1电极层14侧表面附近部，如上所述，具有在位于第1电极层14的取向控制层15侧的表面部的钛上存在的(100)面或(001)面取向区域15a，和在第1电极层14的表面部的钛不存在的部分的上侧上存在而且不向(100)面或(001)面取向的区域15b，该(100)面或(001)面取向区域15a从第1电极层14侧向其反对侧(压电体层16侧)扩展，在取向控制层15的压电体层16侧表面上，大体全体成为取向(100)面或(001)面的区域15a。于是，如果含锆量小于20摩尔％，含镧量超过0，小于25摩尔％，则取向控制层15的结晶性或取向性大为提高。尤其是含锆量越少，则在结晶成长初期形成由氧化锆构成的结晶性低的层越难，从而可以可靠地抑制结晶性降低。
使用PZT(Zr/Ti＝53/47)的烧结靶，在基板11温度610℃，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小时形成而得到上述压电体层16。
通过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分压优选超过0，小于30％。这是由于，在完全不存在氧的状态下，压电体层16的结晶性降低，反之，如果氧分压超过30％，则(001)面取向度降低。此为，真空度优选0.1Pa以上，1Pa以下。这是由于，如果真空度比0.1Pa更小，则压电体层16的结晶性及压电特性差异，反之，如果超过1Pa，则(001)面取向度降低。
通过溅射法形成上述压电体层16时基板11的温度优选450℃以上，750℃以下。这是由于，如果基板11的温度比450℃还低，则压电体层16的结晶性降低，同时，容易产生烧绿石，反之，如果比750℃还高，则在成膜时，由于膜内含有的Pb蒸发而不足，结晶性降低。
更优选是上述氧分压大于1％，小于10％，而且真空度为0.15Pa以上，0.8Pa以下，同时，基板11的温度取525℃以上，625℃以下。
如果如上那样形成压电体层16，则该压电体层16通过上述取向控制层15的压电体层16侧的表面变为(100)面或(001)面取向，变为(001)面取向(这里，因为是Zr/Ti＝53/47，所以变为菱面体晶系，在该菱面体晶系的情况下，因为(100)面与(001)面相同，所以包含该菱面体晶系的(100)面取向)，(001)面取向度(菱面体晶系的(100)面取向度)变为90％以上。另外，因为取向控制层15的结晶性好，所以压电体层16的结晶性也好。
使用Pt靶，在室温下，在1Pa氩气中200W的高频功率下形成10分钟，得到上述第2电极层17。
因此，在上述实施方式中，即使不使用高价格的MgO的单晶基板，也可通过溅射法在廉价的硅基板11上成膜，得到结晶性及取向性好的压电体层16，可降低制造成本，并且将压电元件的压电特性差异抑制得低，同时，可提高可靠性。另外，因为难以形成由Zr氧化物构成的结晶性低的层，由此，可提高压电元件的耐压。
其次，说明具体地实施的实施例。再有，在以下的各实施例1～5中，在基板上依次形成附着层，第1电极层，取向控制层，压电体层及第2电极层的构成是与上述实施方式相同的(可是，在实施例5中不形成附着层)。
(实施例1)实施例1的各膜的材料、膜厚、制造方法等与上述实施方式中说明的一样。在实施例1的压电元件的各膜中看不见裂纹或膜剥离。
研究形成第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)面取向菱面体晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向度为α＝97％。另外，X射线微量分析仪进行组成分析的结果，PZT膜的组成与靶组成相同，Zr/Ti比为53/47。
接着，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。即，通过X射线衍射法进行分析的结果，Pt膜显示出(111)面取向。另外，通过X射线光电子光谱仪(XPS)进行距表面5nm深度处的组成分析的结果，Ti量为2.1摩尔％。
接着，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。该取向控制层PLT膜表示出(100)面取向钙钛矿型结晶构造。另外，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。变为(111)面取向的部分被认为存在于第1电极层表面中不存在钛部分的上侧。另外，X射线微量分析仪进行组成分析的结果，含有12摩尔％的镧，含有过剩8摩尔％的Pb。
下面，使用形成第2电极层之前状态的压电元件，制作100个通过切割切成15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成0.2微米厚的第2电极层，测定压电常数d31(就压电常数d31的测定方法而言，例如参照特开2001-21052号公报)。该100个悬臂的压电常数的平均值为-127pC/N，差异为σ＝4.2％。
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、0.2微米厚的Pt膜，向各第2电极层与第1电极层之间施加电压，并测定耐压。另外，耐压值为电流值因施加电压而变为1微安时的值。结果，耐压值平均为118V，差异为σ＝4.2％。
(实施例2)在实施例2中，设基板为0.25mm厚、φ为4英寸不锈钢(SUS304)，分别在附着层中使用膜厚为0.01微米的钽(Ta)膜，在第1电极层中使用膜厚为0.25微米、含有8摩尔％氧化钛的Pt膜，在取向控制层中使用膜厚为0.03微米、含有17摩尔％的镧、且铅含有量与化学量理论组成相比过剩6摩尔％的PLT膜(添加了3摩尔％的镁)，在压电体层中使用膜厚为2.7微米的PZT膜(Zr/Ti＝40/60)，在第2电极层中使用膜厚为0.1微米的Pt膜。
使用Ta靶，将基板加热到500℃、并施加100W的高频功率，在1Pa的氩气中，形成1分钟得到上述附着层。
使用多维溅射装置，用钛靶及Pt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＝15∶1)，在120W及200W高频功率下，形成12分钟，得到上述第1电极层。
使用在含有20摩尔％镧的PLT内添加3摩尔％的镁、且加过剩10摩尔％的氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度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15分钟，得到上述取向控制层。
使用PZT(Zr/Ti＝40/60)的烧结靶，在基板温度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0.3Pa、高频功率250W的条件下，形成3小时，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，形成而得到上述第2电极层。
在本实施例2的压电元件的各膜中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结晶构造，(001)面取向度为α＝96％。另外，PZT膜的组成与靶组成相同，Zr/Ti比为40/60。
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膜表示出(111)面取向。另外，氧化钛量为8摩尔％。
其次，研究形成压电体层前的取向控制层的结晶取向性及膜组成，PLT膜示出(001)面取向钙钛矿型结晶构造。再有在取向控制层的第1电极层侧上发现有成为(111)面取向的部分。该成为(111)面取向的部分被认为是存在于第1电极层表面部氧化钛不存在的部分上侧。此外，镁含有3摩尔％，镧含有17摩尔％，Pb过剩含有6摩尔％。
其次，与上述实施例同样，使用形成第2电极层之前状态的元件，制作100个通过切割切成15mm×2nm的悬臂，通过溅射法形成0.1微米厚的第2电极层，测定压电常数d31。该100个悬臂的压电常数的平均值为-129pC/N，差异为σ＝2.9％。
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，向各第2电极层与第1电极层之间施加电压，并测定耐压，耐压值平均为118V，差异为σ＝4.8％。
(实施例3)在实施例3中，设基板为0.5mm厚的钡硼硅酸玻璃(100mm方形大小)，分别在附着层中使用膜厚为0.005微米的镍(Ni)膜，在第1电极层中使用膜厚为0.15微米、含有18摩尔％Ca的铱(Ir)膜，在取向控制层中使用膜厚为0.02微米、由含有8摩尔％镧且铅含量与化学量理论组成相比过剩16摩尔％的PLT膜(添加1摩尔％的锰)，在压电体层中使用膜厚为2.6微米的PZT膜(Zr/Ti＝60/40)，在第2电极层中使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ni靶，将基板加热到300℃、并施加200W的高频功率，在1Pa的氩气中，形成1分钟得到上述附着层。
使用多维溅射装置，用Ti靶及Ir靶，将基板加热到600℃，并在1Pa的氩气中，在160W及200W高频功率下，形成10分钟，得到上述第1电极层。
使用在含有12摩尔％镧的PLT内添加了2摩尔％的锰，而且添加过剩22摩尔％氧化铅(PbO)混合配制的烧结靶，在基板温度580℃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15分钟，得到上述取向控制层。
使用PZT(Zr/Ti＝60/40)的烧结靶，在基板温度580℃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0.3Pa、高频功率260W的条件下，形成3小时，得到上述压电体层。
使用Pt靶，在室温下，1Pa氩气中200W高频功率下形成而得到上述第2电极层。
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，在研究形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成中，压电体层示出(100)面取向菱面体晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向度为α＝95％。另外，PZT膜的组成与靶组成相同，Zr/Ti比为60/40。
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，Ir膜表示出(111)面取向。另外，Ti量为18摩尔％。
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膜表示出(100)面取向钙钛矿型结晶构造。另外，在取向控制层的第1电极层侧发现有变为非结晶的部分。该变为非结晶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。含有1摩尔％锰，含有8摩尔％镧，含有过剩16摩尔％Pb。
其次，使用形成第2电极层之前状态的元件，制作100个通过切割切成15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成0.01微米厚的第2电极层，测定压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-122pC/N，差异为σ＝3.6％。
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，向各第2电极层与第1电极层之间施加电压，并测定耐压，耐压值平均为115V，差异为σ＝5.2％。
(实施例4)在实施例4中，设基板为0.5mm厚、φ为4英寸硅晶片，分别在附着层中使用膜厚为0.01微米的钛膜，在第1电极层中使用膜厚为0.25微米、含有5摩尔％氧化钛的Ir膜，在取向控制层中使用膜厚为0.05微米、含有10摩尔％的镧、且铅含有量与化学量理论组成相比过剩10摩尔％的PLT膜，在压电体层中使用膜厚为3.2微米的PZT膜(Zr/Ti＝52/48)，在第2电极层中使用膜厚为0.01微米的Pt膜。
使用Ti靶，将基板加热到500℃、并施加100W的高频功率，在1Pa的氩气中，形成1分钟得到上述附着层。
使用多维溅射装置，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，形成12分钟，得到上述第1电极层。
使用在含有10摩尔％镧的PLT中加入过剩14摩尔％的氧化铅(PbO)并进行混合的烧结靶，在基板温度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0.84Pa、高频功率300W的条件下，形成20分钟，得到上述取向控制层。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)的烧结靶，在基板温度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0.4Pa、高频功率270W的条件下，形成3小时，得到上述压电体层。
通过使用Pt靶，在室温，1Pa的氩气中200W的高频功率下形成而得到上述第2电极层。
在本实施例4的压电元件的各膜上也并未发现龟裂或膜剥离。
在研究形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成中，压电体层表示出(100)面取向菱面体晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向度为α＝99％。另外，PZT膜的组成与靶组成相同，Zr/Ti比为52/48。
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，Ir膜表示出(111)面取向。另外，氧化钛量为5摩尔％。
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)面取向钙钛矿型结晶构造。另外，在取向控制层的第1电极层侧发现有变为非结晶的部分。该变为非结晶的部分被认为存在于第1电极层的表面部中不存在氧化钛部分的上侧。另外，含有10摩尔％的镧，含有过剩10摩尔％的Pb。
其次，使用形成第2电极层之前状态的元件，制作100个通过切割切成15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成0.01微米厚的第2电极层，测定压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-141pC/N，差异为σ＝2.4％。
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，向各第2电极层与第1电极层之间施加电压，并测定耐压，耐压值平均为122V，差异为σ＝4.1％。
(实施例5)在实施例5中，设基板为0.3mm厚、φ为4英寸硅晶片，无附着层，在基板上直接形成第1电极层，同时，分别在第1电极层中使用膜厚为0.22微米、含有2.1摩尔％钛的Pt膜，在取向控制层上用膜厚0.03微米，含有12摩尔％的镧和15摩尔％的锆，且铅含有量与化学量理论组成相比过剩18摩尔％的PLZT膜(添加3摩尔％的镁)，在压电体层上使用膜厚3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2电极层上用膜厚0.2微米的Pt膜。
通过使用多维溅射装置，用Ti靶及Pt靶，将基板加热到400℃，并在1Pa的氩气中，施加85W及200W的高频功率，形成12分钟得到上述第1电极层。
通过在含有14摩尔％的镧和15％的锆的PLZT中添加3摩尔％的镁，且添加过剩24摩尔％氧化铅(PbO)，混合配制烧结靶，在基板温度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。
使用PZT(Zr/Ti＝53/47)的烧结靶，在基板温度610℃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0.3Pa、高频功率250W的条件下，形成3小时，得到上述压电体层。
通过用Pt靶，在室温1Pa氩气中，200W的高频功率形成而得到上述第2电极层。
在本实施例5的压电元件的各膜上也未发现龟裂或膜剥离。
在研究形成第2电极层之前的压电体层的结晶取向性和膜组成中，压电体层显示出(100)面取向菱面体晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向度为α＝98％。另外，PZT膜的组成与靶组成相同，Zr/Ti比为53/47。
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。另外，钛量为2.1摩尔％。
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)面取向钙钛矿型结晶构造。另外，在取向控制层的第1电极层侧发现变为(111)面取向的部分。变为(111)面取向的部分被认为存在于第1电极层的表面中不存在钛部分的上侧。另外，含有3摩尔％镁，含有12摩尔％镧，过剩地含有18摩尔％Pb。
其次，使用形成第2电极层之前状态的元件，制作100个通过切割切成15mm×2mm的悬臂，通过溅射法形成0.2微米厚的第2电极层，测定压电常数d31，该100个悬臂的压电常数的平均值为-130pC/N，差异为σ＝4.1％。
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、0.2微米厚的Pt膜，向各第2电极层与第1电极层之间施加电压，并测定耐压，耐压值平均为120V，差异为σ＝4.0％。
(比较例)该比较例与上述实施例1比较只在不设置取向控制层这一点不同，在基板上依次形成附着层、第1电极层、压电体层及第2电极层。
该比较例的压电元件的压电体层显示出(100)面取向菱面体晶系钙钛矿型结晶构造，(100)面取向度α＝31％。
另外，与上述实施例1同样地进行压电常数d31测量，压电常数平均值为-72pC/N，差异σ＝11.5％。
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，差异σ＝14.5％。
因此，通过只设置上述实施例1那样的取向控制层，可以提高压电体层的结晶性或取向性，可以提高压电元件的压电特性或耐电压。
(实施例6)本实施例6与上述实施例1比较只有取向控制层的材料不同(取向控制层的溅射条件也与实施例1相同)。即，该取向控制层由不含La的钛酸铅(PT)构成，含铅量与化学量理论组成比较并不过剩。
本实施例6的压电元件的压电体层显示出(100)面菱面体晶系钙钛矿型结晶结构，(100)面取向度α＝41％。此外，压电常数平均值为-82PC/N，差异σ＝9.2％。而且，耐压值的平均为82V，差异σ＝12.1％因此，即使是这样的取向控制层，如果与上述比较例加以比较，可以提高压电体层的取向性，可以提高压电常数和耐压。
正如与上述实施例1加以比较所判别的那样，如果在取向控制层内含有镧，使Pb过剩，则可以极大提高压电体层的取向性。
实施方式2图3表示本发明实施方式的喷墨头的整体构成，图4表示其主要部分构成。在图3及图4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的上端开口的方式配制的致动器部，C是按照覆盖压力室开口部101下端开口的方式配制的墨水流路部件。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致动器部B及墨水流路部件C来闭塞，从而构成压力室102。
上述致动器部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3可知，这些压力室102及第1电极层103排列成岛状。
上述墨水流路部件C具有在排列在墨水供给方向的压力室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的墨水的供给口106；以及使压力室102内的墨水出来的墨水流路107。
D是喷嘴板，在该喷嘴板D中形成连通于上述墨水流路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5来说明上述致动器部B的构成。图5是与图3所示墨水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。致动器部B具有如上所述分别位于各压力室102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共通的第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)、位于区分各压力室102彼此的区分壁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设置在该压电元件的第2电极层112侧的面中。
另外，图5中，114是粘接压力室部件A与致动器部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，以便在使用粘接剂114进行粘接时，即使在部分粘接剂114漏到区分壁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。虽然优选经中间层113将压力室部件A与致动器部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方式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中的第1电极层103侧的表面附近部构造成(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层103中的取向控制层104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。
下面，根据图6～图10来说明去除图3的IC芯片E后的喷墨头、即图4所示由上述压力室部件A、致动器部B、墨水流路部件C及喷嘴板D构成的喷墨头的制造方法。
如图6(a)所示，在基板120上，通过溅射法，依次成膜、层叠附着层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。另外，上述附着层121与上述实施方式1中说明的附着层12一样，形成于基板120与第1电极层103之间，以提高基板120与第1电极层103的附着性(不必一定形成附着层121)。如后所述，该附着层121与基板120一样去除。另外，分别在振动层111的材料中使用Cr，在中间层113中使用Ti。
在上述基板120中使用切断成18mm方形的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。另外，基板尺寸也不限于18nn方形，只要是Si基板，也可是φ2-φ10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，得到上述附着层121。该附着层121的膜厚为0.02微米。另外，附着层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。
通过使用多维溅射装置，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，取向于(111)面。另外，Ti的含有量为2.5摩尔％。该第1电极层103也可与上述实施方式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或氧化钛(添加量的优选为0以上30摩尔％以下)，膜厚在0.05-2微米的范围即可。
使用在含有10摩尔％镧的PLT中加入过剩15摩尔％的氧化铅(PbO)并进行混合的烧结靶，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。所得到的钛酸镧铅膜是包含10摩尔％镧、且包含比化学组成量理论组成过剩10％的铅的钙钛矿型结晶构造，在位于第1电极层103中的取向控制层104侧的表面部的钛上，取向于(100)面或(001)面，该(100)面或(001)面取向的区域从第1电极层103侧向其相反侧(压电体层110侧)扩大。另一方面，对于取向控制层104中，在第1电极层103的表面部中不存在钛的部分的上侧区域不是(100)面或(001)面取向，但该区域向压电体层110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侧的表面整体变为取向于(100)面或(001)面的区域。
另外，与上述实施方式1中的取向控制层15一样，上述取向控制层104的La的含有量在0以上25摩尔％以下即可，铅含有量过剩0以上30摩尔％以下即可。另外，构成取向控制层104的材料可以是在PLT中含有锆的PLZT(锆的含有量优选20摩尔％以下)，也可以是向PLT或PLZT中添加镁及锰至少之一(镁及锰的添加量优选在0以上10摩尔％以下)。并且，取向控制层104的膜厚可为0.01-0.2微米的范围。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)的烧结靶，在基板120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110。得到的PZT膜为菱面体晶系钙钛矿型结晶构成，为(100)面取向。另外，压电体层110的膜厚为3.1微米。该压电体层110的Zr/Ti组成也可以是Zr/Ti＝30/70～70/30，膜厚也可以为1～5微米的范围。另外，压电体层110的构成材料也可以是在PZT中含有Sr、Nb、Al等添加物的那样以PZT为主要成分的压电材料，也可以是PMN或PZN。
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、硅或其氧化物或氮化物(例如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅)等。另外振动层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。另外，中间层113的膜厚在3-10微米即可。
另一方面，如图6(b)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11)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)布图多个压力室用开口部101。从图(b)可知，该布图以4个压力室开口部101为一组，将区分各组的区分壁102b设定为宽度大约是区分各组内压力室开口部101的区分壁102a宽度的两倍。之后，通过化学腐蚀或干蚀刻等加工上述布图后的硅基板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，如同图(c)所示，通过电解淀积将粘接剂114附着在压力室的区分壁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，但在上述区分壁102a、102b的上面，通过溅射法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薄膜上形成布图的粘接树脂剂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0-50重量部的纯水、充分搅拌混合后的溶液。将Ni薄膜的膜厚设定为只要透过光越薄越好是因为可容易辨别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3-10微米的丙烯树脂。
另外，如图7(a)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。该粘接将成膜于基板120(成膜用)中的中间层113作为基板侧粘接面来进行。另外，Si基板120(成膜用)为18mm大小，形成压力室部件A的Si基板130为4英寸大小，所以如图11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7(a)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的厚度的区分壁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，在加热炉中缓慢升温上述粘接的Si基板120(成膜用)及压力室部件A，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7(a)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7(b)所示，将压力室部件A的各区分壁102a、102b作为掩膜，蚀刻中间层113，形成为规定形状(变为连接于上述各区分壁102a、102b的形状(纵壁))。接着，如图8(a)所示，通过蚀刻来去除Si基板120(成膜用)及附着层121。
接着，如图8(b)所示，对位于上述压力室部件A上的第1电极层103用光刻技术进行蚀刻，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，第1电极层103、取向控制层104及压电体层110的宽度方向中心与对应的压力室102的宽度方向中心高精度一致地形成。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9(b)所示，用各厚度的区分壁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和固定在其上面的致动器部B。
之后，如图10(a)所示，在墨水流路部件C中形成共用液室105、供给口106及墨水流路107，同时，在喷嘴板D中形成喷嘴孔108。接着，如同图(b)所示，用粘接剂109来粘接上述墨水流路部件C和喷嘴板D。
之后，如同图(c)所示，将粘接剂(未图示)转移到压力室部件A的下端面或墨水流路部件C的上端面，进行压力室部件A与墨水流路部件C的对齐调整，由上述粘接剂来粘接两者。如此，如同图(d)所示，完成具有压力室部件A、致动器部B、墨水流路部件C及喷嘴板D的喷墨头。
如果在向如此得到的喷墨头的第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的压电效果使与振动层111的各压力室102对应部分向层厚方向变位，使压力室102内的墨水从与该压力室102连通的喷嘴孔108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，该变位量的差异为σ＝1.8％。另外，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，但完全没有墨水吐出不畅，未发现吐出性能降低。
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，该变位量的差异为σ＝7.2％。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，发生墨水吐出不畅。由于这不是因为墨水的堵塞等，所以认为致动器部B(压电元件)的持久性低。
因此，知道本发明的喷墨头的墨水吐出性能差异少，且持久性好。
实施方式3图12表示根据本发明实施方式的其它喷墨头的主要部分，不象上述实施方式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，而是兼用作成膜用和压力室部件用。
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、附着层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经附着层404设置在压电元件的第1电极层406侧的面中。该附着层404可提高振动层403与第1电极层406的附着性，也可与上述实施方式2中的附着层121同样没有。上述附着层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的各构成材料分别与上述实施方式2中说明的附着层121、第1电极层103、取向控制层104、压电体层110及第2电极层112一样。取向控制层407及压电体层408的构造也分别与取向控制层104及压电体层110一样，取向控制层407中的第1电极层406侧的表面附近部构造成(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层406中的取向控制层407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406侧向压电体层408侧变大。
上述压力室基板401使用φ为4英寸、厚度为200微米的Si基板。在本实施方式中，也不限于Si，也可是玻璃基板或金属基板、陶瓷基板。
在本实施方式中，上述振动层403的膜厚为2.8微米，由二氧化硅构成。另外，该振动层403的材料不限于二氧化硅，也可以是上述实施方式2中说明的材料(镍、铬等单体或其氧化物或氮化物)。另外，振动层111的膜厚在0.5-10微米即可。
下面，参照图13来说明上述喷墨头的制造方法。
即，首先，如图13(a)所示，在未形成压力室402的压力室基板401中，通过溅射法，依次形成振动层403、附着层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。另外，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，也可是通过压力室基板401的热氧化处理来形成的方法。
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，得到上述附着层404。该附着层404的厚度为0.03微米。另外，附着层404的材料不限于Ti，也可以是钽、铁、钴、镍或铬或它们(含Ti)的化合物。另外，膜厚在0.005-0.1微米的范围即可。
通过使用多维溅射装置，用Ti靶及Pt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，取向于(111)面。另外，Ti的含有量为2.5摩尔％。该第1电极层406也可与上述实施方式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或氧化钛(优选为添加量在0以上30摩尔％以下)，膜厚在0.05-2微米的范围即可。
使用在含有10摩尔％镧的PLT中加入过剩15摩尔％的氧化铅(PbO)并进行混合的烧结靶，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方式2中的取向控制层104相同。
另外，与上述实施方式1中的取向控制层15一样，上述取向控制层407的La的含有量在0以上25摩尔％以下即可，铅含有量过剩0以上而30摩尔％以下即可。另外，构成取向控制层407的材料可以是在PLT中含有锆的PLZT(锆的含有量优选20摩尔％以下)，也可以是向PLT或PLZT中添加镁及锰至少之一(镁及锰的添加量优选0以上10摩尔％以下)。另外，取向控制层104的膜厚也可为0.01-0.2微米的范围。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)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。得到的PZT膜与上述实施方式2中的压电体层110同样。另外，压电体层408的Zr/Ti组成也可以是Zr/Ti＝30/70-70/30，膜厚也可以为1-5微米的范围。另外，压电体层408的构成材料也可以是像在PZT中含有Sr、Nb、Al等的添加物那样，以PZT为主要成分的压电材料，也可以是PMN或PZN。
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。另外，第2电极层409的材料不限于Pt，是导电性材料即可，膜厚在0.1-0.4微米的范围内即可。
之后，通过旋涂在上述第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、显影，并布图。另外，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13(b)所示，在压力室基板401中形成压力室402。通过使用六氟化硫气体、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的与形成上述各膜的面相反侧的面中变为侧壁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的与形成上述各膜的面相反侧的面上，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。另外，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。
向如此得到的喷墨头的第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，该变位量的差异为σ＝1.8％。另外，连续施加10天的频率为20kHz的20V交流电压，但完全没有墨水吐出不畅，未发现吐出性能降低。
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，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，该变位量的差异为σ＝5.8％。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，发生墨水吐出不畅。由于这不是因为墨水的堵塞等，所以认为致动器部(压电元件)的持久性低。
因此，知道本实施方式的喷墨头与上述实施方式2的喷墨头一样，墨水吐出性能差异少，且持久性好。
实施方式4图14表示根据本发明实施方式的喷墨式记录装置27，该喷墨式记录装置27具备与上述实施方式2或3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(上述实施方式2中的压力室102或实施方式3中的压力室402)的喷嘴孔(上述实施方式2中的喷嘴孔108或实施方式3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水，进行记录。
将上述喷墨头28装载于在沿主扫描方向X延伸的运送轴30上设置的运送部31上，该运送部31构成为沿主扫描方向X往复动作，以对应于沿运送轴30往复动作。由此，运送部31构成使喷墨头28和记录媒体29沿主扫描方向相对移动的相对移动单元。
另外，喷墨式记录装置27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32。由此，多个辊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单元。另外，图14中，Z为上下方向。
当喷墨头28通过运送部31沿主扫描方向X移动时，使墨水从喷墨头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27具备与上述实施方式2或3一样的喷墨头28，所以具有好的打印性能及持久性。
实施方式5图15及图16表示根据本发明实施方式的角速度传感器，该角速度传感器是音叉型，适用于装载在车辆中的导航装置等。
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；在本实施方式中，为图15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15所示z方向)看，形成音叉状，一对振动部500b相对于音叉的臂部，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。另外，该角速度传感器也与上述实施方式1中的压电元件一样，优选在上述基板500与第1电极层503之间设置附着层。
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方式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侧的表面附近部构造成(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。
上述第2电极层506在上述各振动部500b上，图案形成用于使该振动部500b沿振动部500b的宽度方向(图15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。另外，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的长度方向整体而设置上述检测电极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。另外，在各振动部500b上也可设置多个检测电极508。
另外，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。另外，一对振动部500b在各振动部500b的宽度方向上沿彼此相反方向变形，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17及图18来说明上述角速度传感器的制造方法。
即，如图17(a)所示，准备由厚度为0.3mm、φ为4英寸的硅晶片(平面图参照图18)构成的基板500，如图17(b)所示，在该基板500上，通过溅射法形成添加有2.1摩尔％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℃，并且使用多维溅射装置，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布钛，同时，其钛从该表面的突出量比2nm小。
接着，如图17(c)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14摩尔％镧的PLT内添加过剩12摩尔％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。如果根据该制造方法，如上述实施方式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侧向上侧变大。
其次，如图17(d)所示，通过溅射法在上述取向控制层504上形成厚度3微米的压电体层505。将基板500加热到610℃，且用PZT(Zr/Ti＝53/47)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是菱面体晶系，如上述实施方式1所说明的，(001)面取向度为大于90％。
接着，如图17(e)所示，通过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。通过用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17(f)及图18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。
在布图上述第2电极层506后，通过同样的工序布图压电体层505、取向控制层504及第1电极层503，同时，布图上述基板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，也可不是依赖于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19及图20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与根据本实施例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19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19所示z方向)的两个面中分别各设置一种使该振动部600b沿其宽度方向(图19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检测该振动部600b在厚度方向变形的检测电极607。
另外，在上述现有角速度传感器中，在上述各振动部600b中的两个驱动电极603之间，施加与振动部600b的固有振动共振的频率的电压，与根据本实施方式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轴施加角速度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，所以压电常数低至-3pC/N，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，在根据本实施方式的角速度传感器中，因为检测角速度的部分(振动部500b)由与上述实施方式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40倍左右，并可实现非常小型化。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，差异少，耐压及可靠性好。
再有，即使在本实施方式的角速度传感器，与上述实施方式1的压电元件同样地，取向控制层504优选由含锆量大于0小于20摩尔％，而且含铅量与化学量理论组成比较过剩超过0，小于30摩尔％的钛酸镧锆酸铅，或在该钛酸镧锆酸铅内添加镁及锰中至少一种的构成。在该钛酸镧锆酸铅内的含镧量优选大于0小于25摩尔％，在钛酸镧锆酸铅内添加镁及锰中至少一种时的总添加量优选大于0小于10摩尔％。
另外，第1电极层503在含有钛或氧化钛的同时，由铂、铱、钯及钌的组中选择的至少一种贵金属构成，优选为在其贵金属中含有的钛或氧化钛的含有量大于0，小于30摩尔。
压电体层505的优选为以PZT作主成分的压电材料(也包含只由PZT构成的压电材料)构成。
并且，在本实施方式的角速度传感器中，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，在本实施方式的角速度传感器中，在基板500有各振动部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，但层叠这种层的部位也可仅是各振动部500b上。
此外，在上述实施方式中，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、各种致动器、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致动器(例如参照特开2001-332041号公报)中，其中，在对盘装置(用于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持机构中，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方式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。
工业上利用的可能性本发明的压电元件对喷墨式记录装置的喷墨头的喷墨用的驱动器等的各种驱动器或音叉型的角速度传感器的各种传感器是有用的，从低价，压电特性优良，可获高可靠性这一点而言，工业上利用的可能性高。
权利要求
1.一种压电元件，具备设置于基板上的第1电极层、设置于该第1电极层上的取向控制层、设置于该取向控制层上的压电体层、以及设置于该压电体层上的第2电极层，其特征在于，所述第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述取向控制层中的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层中的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，取向控制层由锆的含量在0以上、20摩尔％以下、且铅的含量与化学量理论组成相比0以上、30摩尔％以下过剩的钛酸镧锆酸铅，或在该钛酸镧锆酸铅中添加镁及锰中至少一种所构成。
3.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于，在钛酸镧锆酸铅中镧的含量在0以上、25摩尔％以下。
4.如权利要求2所述的压电元件，其特征在于，钛酸镧锆酸铅中添加镁及锰中至少一种时的总添加量在0以上、10摩尔％以下。
5.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，第1电极层由从钛、铱、钯及钌的组中选择的至少1种贵金属构成，在该贵金属中含有的钛或氧化钛的含量在0以上、30摩尔％以下。
6.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛从该表面的突出量小于2nm。
7.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，压电体层由以钛酸锆酸铅为主成份的压电材料构成。
8.如权利要求所1述的压电元件，其特征在于，在基板和第1电极层之间设置提高该基板和第1电极层的附着性的附着层。
9.一种喷墨头，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而成的压电元件；在该压电元件的第2电极层侧的面上设置的振动层；以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳墨水的压力室的压力室部件，通过所述压电元件的压电体层的压电效应来使所述振动层沿层厚方向变位，吐出所述压力室内的墨水，其特征在于，所述压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在所述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域存在于位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
10.一种喷墨头，具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层而成的压电元件；在该压电元件的第1电极层侧的面上设置的振动层；以及该振动层的与压电元件相反侧的面接合、具有容纳墨水的压力室的压力室部件，通过所述压电元件的压电体层的压电效应来使所述振动层沿层厚方向变位，吐出所述压力室内的墨水，其特征在于，所述压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在所述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域存在于位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
11.一种角速度传感器，具备基板，该基板具有固定部、和从该固定部沿规定方向延伸的至少一对振动部，在该基板的至少各振动部上依次层叠有第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振动部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，其特征在于，所述第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在所述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域存在于位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
12.如权利要求11所述的角速度传感器，其特征在于，取向控制层由锆的含量在0以上、20摩尔％以下，且含铅量与化学量理论组成相比0以上、30摩尔％以下过剩的钛酸镧锆酸铅，或在该钛酸镧锆酸铅中添加镁及锰中至少一种所构成。
13.如权利要求12所述的角速度传感器，其特征在于，钛酸镧锆酸铅中镧的含量在0以上、25摩尔％以下。
14.如权利要求12所述的角速度传感器，其特征在于，在钛酸镧锆酸铅中添加镁及锰中至少1种时的总添加量在0以上、10摩尔％以下。
15.如权利要求11所述的角速度传感器，其特征在于，第1电极层由从铂、铱、钯及钌的组中选择的至少1种贵金属构成，在该贵金属中含有的钛或氧化钛的含量在0以上、30摩尔％以下。
16.如权利要求11所述的角速度传感器，其特征在于，位于第1电极层中的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛从该表面的突出量小于2nm。
17.如权利要求11所述的角速度传感器，其特征在于，压电体层由以钛酸锆酸铅为主成分的压电材料构成。
18.如权利要求11所述的角速度传感器，其特征在于，在基板和第1电极层之间设置提高该基板和第1电极层的附着性的附着层。
19.一种压电元件的制造方法，包含如下工序通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在所述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在所述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在所述压电体层上形成第2电极层的工序，其特征在于，所述形成取向控制层的工序是通过以位于所述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上侧结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序，所述形成压电体层的工序是通过所述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
20.一种喷墨头的制造方法，该喷墨头具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层而成的压电元件，通过所述压电元件的压电体层的压电效应来使所述振动层沿层厚方向变位，吐出所述压力室内的墨水，其特征在于，包含如下工序通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在所述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在所述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在所述压电体层上形成第2电极层的工序；在所述第2电极层上形成振动层的工序；在所述振动层的第2电极层的相反侧的面上接合用于形成压力室的压力室部件的工序；以及在所述接合工序后，除去所述基板的工序，所述形成取向控制层的工序是通过以位于所述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序，所述形成压电体层的工序是通过所述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
21.一种喷墨头的制造方法，该喷墨头具备依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层以及第2电极层而成的压电元件，通过所述压电元件的压电体层的压电效应来使所述振动层沿层厚方向变位，吐出所述压力室内的墨水，其特征在于，包含如下工序在用于形成压力室的压力室基板上形成振动层的工序；通过溅射法在所述振动层上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在所述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在所述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在所述压电体层上形成第2电极层的工序；在所述压力室基板上形成压力室的工序，所述形成取向控制层的工序是通过以位于所述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序，所述形成压电体层的工序是通过所述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
22.一种角速度传感器的制造方法，该角速度传感器具备基板，该基板具有固定部、和从该固定部沿规定方向延伸的至少一对振动部，在该基板的至少各振动部上依次层叠有第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层，该各振动部上的第2电极层被图案化为使该振动部沿振动部宽度方向振动的至少1个驱动电极、和检测该振动部厚度方向变形的至少1个检测电极，其特征在于，包含如下工序通过溅射法在基板上形成由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层的工序；通过溅射法在所述第1电极层上形成由立方晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的取向控制层的工序；通过溅射法在所述取向控制层上形成由菱面体晶系或正方晶系的钙钛矿型氧化物构成的压电体层的工序；在所述压电体层上形成第2电极层的工序；对所述第2电极层进行图形化，形成所述驱动电极及检测电极的工序；对所述压电体层、取向控制层及第1电极层进行图形化的工序；以及对所述基板进行图形化，形成所述固定部及振动部的工序，所述形成取向控制层的工序是通过以位于所述第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛作核，在其上结晶成长，使该取向控制层优先取向(100)面或(001)面的工序，所述形成压电体层的工序是通过所述取向控制层使该压电体层优先取向(001)面的工序。
23.一种喷墨式记录装置，其结构为，具备喷墨头，该喷墨头的结构为，具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而得的压电元件；在该压电元件的第2电极层侧的面上设置的振动层；以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳墨水的压力室压力室部件，并且该喷墨头可相对记录媒体移动，当该喷墨头相对记录媒体移动时，通过该喷墨头中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，从连通该压力室的喷嘴孔向所述记录媒体吐出所述压力室内的墨水，并进行记录，其特征在于，所述喷墨头的压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在所述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域存在于位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
24.一种喷墨式记录装置，其结构为，具备喷墨头，该喷墨头的结构为，具有依次层叠第1电极层、取向控制层、压电体层和第2电极层而得的压电元件；在该压电元件的第1电极层侧的面上设置的振动层；以及接合在该振动层的与压电元件相反侧的面上、具有容纳墨水的压力室压力室部件，并且该喷墨头可相对记录媒体移动，当该喷墨头相对记录媒体移动时，通过该喷墨头中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，从连通该压力室的喷嘴孔向所述记录媒体吐出所述压力室内的墨水，并进行记录，其特征在于，所述喷墨头的压电元件的第1电极层由含有钛或氧化钛的贵金属构成，所述取向控制层由优先取向立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的钙钛矿型氧化物构成，所述压电体层由优先取向菱面体晶系或正方晶系的(001)面的钙钛矿型氧化物构成，在所述取向控制层的至少第1电极层侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向区域存在于位于第1电极层的取向控制层侧的表面部的钛或氧化钛上，而且所述区域在垂直于层厚方向的截面中的面积从第1电极层侧向压电体层侧变大。
全文摘要
在压电元件中，在基板(11)上设置附着层(12)，在该附着层(12)上设置由含有钛或氧化钛的贵金属构成的第1电极层(14)，在该第1电极层(14)上设置优先取向(100)面或(001)面的取向控制层(15)。该取向控制层(15)中的第1电极层(14)侧的表面附近部的结构为(100)面或(001)面取向的区域存在于位于第1电极层(14)中的取向控制层(15)侧的表面部的钛或氧化钛上且上述区域在垂直于层厚方向的截面上的面积从第1电极层(14)侧向相反侧变大。于是，在该取向控制层(15)上设置优先取向(001)面的压电体层(16)。
文档编号G01C19/56GK1498428SQ02807189
公开日2004年5月19日 申请日期2002年12月12日 优先权日2001年12月18日
发明者藤井映志, 雄, 鸟井秀雄, 一, 高山良一, 友泽淳, 子, 村田晶子, 平泽拓 申请人:松下电器产业株式会社