专利名称：压电元件及其制造方法、以及喷墨头和喷墨式记录装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有电气机械变换功能的压电元件及其制造方法、以及使用该压电元件的喷墨头及喷墨式记录装置。
背景技术：
一般说来，压电元件具有以两个电极沿着压电体的厚度方向将压电体夹在中间构成的层叠体。这里，压电体的材料是一种将机械能变换成电能、或者将电能变换成机械能的材料。作为具有代表性的压电材料，有作为钙钛矿型晶体结构的氧化物的钛锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)(PZT)、在该PZT中添加了镁、锰、镍、铌等的物质等。
特别是在钙钛矿型正方晶类晶体结构的PZT的情况下，沿<001>轴方向(c轴方向)能获得最大的压电位移。可是，许多压电材料是由晶粒的集合体构成的多晶体，各晶粒的晶轴的取向呈零乱方向。因此，自发极化Ps也零乱地排列，但在压电元件的情况下，它们的矢量的总和与电场呈平行方向。而且，在作为该压电元件的一种形态的压电促动器中(将振动片设置在上述层叠体上)，如果将电压加在两个电极之间，则能获得与该电压的大小成比例的位移。
可是，如果在长时间地暴露在湿度大的气氛中的状态下，将高电压加在上述压电元件上，则压电体的电绝缘性低，而引起绝缘破坏，这样的现象可作为压电元件的可靠性的一大问题。
因此，以防止发生这样的现象为目的，迄今采取了各种各样的方法。尤其是为了防止发生与绝缘破坏关系最大的电极材料的迁移，考虑了在电极材料中选择不引起迁移的金或铂。
可是，已知即使将金或铂用于电极材料以防止电极材料的迁移，但压电体的绝缘电阻下降。即，该绝缘电阻下降的原因是由于水分直接袭击压电材料引起的，作为防止其下降的方法，如果将压电元件整体收容在内部装入了干燥剂的金属性密闭容器中，将该容器完全密闭，则能证实压电体不会发生绝缘劣化(例如，参照特开平4-349675号公报)。
可是，近年来伴随电子装置的小型化，对压电元件也强烈地要求小型化。而且，为了满足该要求，压电元件开始采用其体积比以往大多使用的烧结体显著地小的薄膜形态，压电元件的薄膜化的研究开发盛行起来。例如作为形成PZT膜的方法，有溅射法、CVD法、(溶胶-凝胶(SOL-GEL)法等，分别在氧浓度的调节和热处理条件上下工夫，能获得特性好的压电体薄膜。
而且，为了小型化，压电元件希望不像上述那样装入金属制的密闭容器中，而采用裸露的状态，为此，想办法即使不装入密闭容器中，在湿度大的环境中使用也不会劣化。例如，设计了这样一种方法在构成压电元件的压电层附近设置发热膜，用该发热膜主动地加热压电层，防止湿气被压电层吸收(例如，参照特开2000-43259号公报)。
这里，用高温合成包含PZT等铅化合物的压电体。它即使呈薄膜形态也一样，由于高温时铅的蒸气压高，所以例如在PZT薄膜的情况下，与化学计量组成的PZT(化学组成式为Pb(Zr1-xTix)O3(0＜x＜1)，化学组成比为Pb∶Zr+Ti∶O＝1∶1∶3)相比，通常呈铅过剩的组成(例如，参照特开平10-290033号公报)。
本发明者们，在采用上述铅过剩的压电体薄膜的压电元件中，研究了在湿气大的环境中施加了高电压时引起绝缘破坏的原因，结果发现了以下的机理。即，压电体薄膜多由例如从用溅射法制作的压电体薄膜的厚度方向的一侧朝向另一侧的多个柱状晶粒构成的集合体构成，这些柱状晶粒之间的边界部分作为晶界存在。另外，即使在未表示柱状结晶的集合体的形态的情况下，也有许多晶界。而且，查明了在该压电体的晶界上，过剩的铅以氧化物的形态存在，该晶界上存在的铅氧化物与作为湿气被吸收的水分起电化学反应而变质，在现有的压电元件中，发生绝缘破坏的原因可以认为由于水分通过电极膜上的针孔而进入压电体薄膜的晶界，存在于该晶界上的氧化铅由于该水分经过氢氧化铅而变成有导电性的二氧化铅。
根据这样的认识，如果能避免水分对包含PZT等铅化合物的压电材料的直接侵袭即可，作为其方法，可以考虑制造压电元件时，制作了压电体、第一电极和第二电极的层叠体后，将第一电极和第二电极中的任意一个电极暴露在烷氧基锆、乙酰丙酮锆、羧基锆等化学物质中，由电极将该化学物质吸收到压电体薄膜中，用电化学稳定的氧化锆覆盖存在于该压电体薄膜的晶界上的氧化铅或氢氧化铅，从而能防止泄漏电流通过晶界流动。由于这样用由氧化锆构成的绝缘膜覆盖晶界，所以晶界的电化学性质由存在于晶界上的氧化锆决定。因此，由于能使晶界呈电化学稳定状态，所以能防止泄漏电流通过晶界流动。因此，即使在高湿度中也能防止发生绝缘破坏。
可是，用上述的方法时，制作了层叠体后有必要进行氧化锆处理等，因此，存在制造工序变得复杂的问题。
发明内容
本发明就是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于能容易地获得即使在高湿度环境中用高电压驱动，也不发生绝缘性的降低、且有很高的可靠性的压电元件。
为了达到上述目的，在本发明中，使压电体薄膜中含有的铅量比化学计量组成少。
具体地说，发明的第一方面，将具有按照第一电极膜、压电体薄膜、第二电极膜这样的顺序层叠构成的层叠体的压电元件作为对象。
而且，上述压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物、化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
根据上述的结构，构成压电元件的压电体薄膜中含有的铅组成的量比化学计量组成少，在压电体薄膜的晶界上不存在由大气中的水分引起化学反应的铅氧化物，其结果，即使在高湿度环境中通过施加电压进行驱动，也不会发生由于绝缘性下降而引起的劣化。而且，只适当地设定溅射条件，就能容易地获得这样的低铅组成的压电体薄膜(参照后面所述的发明的第七及第八方面)，不需要进行氧化锆处理等。因此，能容易地获得具有高可靠性的压电元件。
发明的第二方面，是在发明的第一方面中，钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中的A是从镧(La)、锶(Sr)、铋(Bi)及钙(Ca)的组中选择的至少一种金属离子，所述化学组成式中的B是从铌(Nb)、镁(Mg)、镍(Ni)、锰(Mn)及铁(Fe)的组中选择的至少一种金属离子。
因此，能获得有各种性质的压电体薄膜，能实现具有特征性的压电特性的压电元件。
发明的第三方面，是在发明的第一方面中，压电体薄膜的厚度大于等于2微米而小于等于6微米。
在这种情况下，通常使用时，容易获得有稳定的位移和可靠性的压电体薄膜。
发明的第四方面，是在发明的第一方面中，压电体薄膜优先沿(001)面取向。
这样做，能使压电体薄膜的晶粒的极化方向沿一个方向对齐，所以对应于电压的施加，呈现稳定的位移。
发明的第五方面，是在发明的第一方面中，振动片配置在层叠体的层叠方向的一个侧面上。
发明的第六方面，是在发明的第五方面中，振动片由从硅、玻璃、陶瓷材料及金属材料的组中选择的至少一种构成。
利用这些发明的第五及第六方面，通过对第一及第二电极膜之间施加电压，容易获得沿层叠体的层叠方向位移的可靠性高的压电元件(压电促动器)。
发明的第七方面，是一种压电元件的制造方法，该方法包括在基板上形成第一电极膜的工序；在该第一电极膜上，用溅射法形成压电体薄膜的工序；以及在该压电体薄膜上形成第二电极膜的工序。
而且，在本发明中，上述压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在上述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15，形成上述压电体薄膜的工序是这样一种工序在使形成了上述第一电极膜的基板从接地电位呈电气浮置的电位状态、而且使溅射气体压力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的溅射条件下，形成压电体薄膜。
即，在压电体薄膜的形成工序中，为了形成铅成分少的压电体薄膜，溅射成膜时，使利用溅射气体从靶上弹出后射到基板上的组成结构元素粒子中蒸气压高的铅元素粒子的着膜率下降即可，为此，本发明者们发现了在基板上增加将溅射粒子打掉的离子撞击是有效的。作为其具体的方法有在基板从接地电位呈电气浮置的电位状态(就是说基板呈不接地而且在电气上不进行其他连接的状态)的情况下，提高溅射成膜时的真空度(降低溅射气体压力)，减少溅射粒子与基板和靶之间的空间中存在的气体分子碰撞的概率，增加离子撞击基板的方法；或者，通过使基板的电位呈与接地电位相同或比接地电位低的负电位状态，电气性地将溅射粒子带领到基板上，对基板施加离子撞击的方法。在该第七发明中，将溅射气体压力设定为0.15Pa以下的低压，能对基板施加离子撞击，因此，能容易地形成铅成分少的压电体薄膜。因此，能容易地批量生产发明的第一方面的可靠性高的压电元件。另外，之所以使溅射气体压力大于等于0.05Pa，是因为如果小于0.05Pa，则在溅射装置中成膜时难以生成等离子体。
发明的第八方面，以压电元件的制造方法为对象，该方法包括在基板上形成第一电极膜的工序；在该第一电极膜上，用溅射法形成压电体薄膜的工序；以及在该压电体薄膜上形成第二电极膜的工序。
而且，上述压电体薄膜是呈由钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在上述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15，形成上述压电体薄膜的工序是这样一种工序在对形成了上述第一电极膜的基板施加偏压，以便该基板呈与接地电位相同或比接地电压低的负电位状态的溅射条件下，形成压电体薄膜。
因此，电气性地将溅射粒子带领到基板上，能对基板施加离子撞击，如上所述，能形成铅成分少的压电体薄膜。特别是如果使基板呈比接地电压低的负电位状态，则能电气性更强地将溅射粒子带领到基板上，其结果，能对基板施加相当大的离子撞击，能更可靠而且容易地形成铅成分少的压电体薄膜。因此，与发明的第七方面相同，能容易地批量生产可靠性高的压电元件。
发明的第九方面是喷墨头的发明，该喷墨头具有有按照第一电极膜、压电体薄膜及第二电极膜这样的顺序层叠的层叠体、以及设置在该层叠体的层叠方向的一个侧面上的振动片的压电元件；收容墨水的压力室；以及与该压力室连通的喷嘴，利用上述压电元件的压电体薄膜的压电效应，使上述振动片沿厚度方向位移，使上述压力室内的墨水从上述喷嘴排出。
而且，在本发明中，上述压电元件的压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在上述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
采用本发明，能容易地获得可靠性及耐久性极好的喷墨头。
发明的第十方面是喷墨式记录装置的发明，该装置具有喷墨头，该喷墨头设置有有着按照第一电极膜、压电体薄膜及第二电极膜这样的顺序层叠的层叠体、以及设置在该层叠体的层叠方向的一个侧面上的振动片的压电元件；收容墨水的压力室；以及与该压力室连通的喷嘴；和使所述喷墨头和记录媒体相对移动的相对移动单元，所述喷墨头相对记录媒体进行相对移动时，利用该喷墨头中的压电元件的压电体薄膜的压电效应，使所述振动片沿厚度方向位移，使所述压力室内的墨水从所述喷嘴排出到所述媒体上进行记录。
而且，在本发明中，所述喷墨头中的压电元件的压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
采用本发明，能容易地获得排出性能的离散少而且可靠性高的喷墨式记录装置。
发明的第十一方面是在发明的第十方面中，相对移动单元由使喷墨头沿规定方向往复移动的头移送单元、以及沿着与所述规定方向大致垂直的方向移送所述记录媒体的记录媒体移送单元构成，利用所述相对移动单元的头移送单元使所述喷墨头沿所述规定方向移动时，从该喷墨头的喷嘴将压力室内的墨水排出到记录媒体上进行记录。
在此情况下，能容易地获得喷墨头往复移动型的喷墨式记录装置。
发明的第十二方面是在发明的第十方面中，多个喷墨头在沿着规定方向排列的状态下互相连结，相对移动单元使记录媒体沿着与所述规定方向大致垂直的方向移动，使所述喷墨头和记录媒体相对移动。
因此，能容易地获得线状头型的喷墨式记录装置。
图1是表示本发明的实施方式的压电元件的立体图。
图2A～图2E是表示图1中的压电元件的制造方法的工序图。
图3是表示在实施例1的压电元件中在第一电极膜和第二电极膜之间施加了三角波电压时压电元件前端的位移量的特性曲线图。
图4是表示本发明的实施方式的喷墨头的概略图。
图5是表示图4中的喷墨头的喷墨元件的局部切断了的分解立体图。
图6是图5中的VI-VI线剖面图。
图7A～图7I是表示图4中的喷墨头的制造方法的工序图。
图8是表示本发明的实施方式的喷墨式记录装置的概略立体图。
图9是表示本发明的实施方式的另一种喷墨式记录装置的概略立体图。
具体实施例方式
以下，根据
本发明的实施方式。
实施方式1图1是表示本发明的实施方式的压电元件的立体图。如图1所示，本实施方式的压电元件20具有长11.0mm、宽3.0mm、厚0.30mm的矩形平板状的由硅(Si)构成的基板1；以及配置在该基板1上的层叠体10。该压电元件20从其一端至3.0mm的部分，利用环氧类粘合剂6，被固定在沿着与压电元件20垂直的方向(图1所示的坐标轴Y的方向)延伸的长10.0mm、宽3.0mm、厚1.0mm的不锈钢支撑基板5上，压电元件20由该不锈钢支撑基板5支撑，呈单臂梁状。
上述层叠体10按照第一电极膜2、压电体薄膜3和第二电极膜4这样的顺序层叠而成，是利用溅射法在基板1上依次形成第一电极膜2、压电体薄膜3和第二电极膜4而层叠起来的。另外，第一及第二电极膜2、4的成膜法可以为任意的方法，例如可以是CVD法或溶胶·凝胶法等。
上述基板1有配置在层叠体10的层叠方向一侧(第一电极膜2一侧)面上的振动片的作用。即，利用层叠体10的压电体薄膜3的压电效应，该压电体薄膜3沿着与其厚度方向垂直的方向伸缩，但作为振动片的基板1阻止该伸缩，所以压电元件20的前端侧(自由端侧)沿其厚度方向(层叠体10的层叠方向)位移。另外，基板1不限于硅，也可以由玻璃、陶瓷材料、金属材料等构成。
上述第一电极膜2的厚度为0.10微米，被做成含有钴(Co)为6摩尔％的铱(Ir)合金薄膜，设置在上述基板1的厚度方向的一个侧面的整个面上。另外，第一电极膜2也可以不用这样的含有Co的铱合金构成，而用任意的金属构成，但如后面所述，在该第一电极膜2上形成上述压电体薄膜时为了能良好地控制该压电体薄膜3的结晶取向，优选由添加了从钛(Ti)、铝(Al)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铜(Cu)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(St)、钡(Ba)及它们的氧化物组中选择的至少一种添加物的贵金属构成。
在上述第一电极膜2上，在除了从粘接在上述不锈钢支撑基板5一侧(基端侧)的一端至3.0mm的部分以外的整个面(就是说宽3.0mm、长8.0mm的部分)上设置上述压电体薄膜3，由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物构成。具体地说，由化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅(PZT)、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物(PZT类氧化物)构成。而且，在上述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。在此情况下，压电体薄膜3中含有的铅成分比化学计量成分少。因此，在压电体薄膜3的晶界上不存在由大气中的水分引起化学反应的铅氧化物。其结果，即使在高湿度环境中进行施加电压进行的驱动，也不会发生由绝缘性下降引起的劣化。压电体薄膜3中含有的铅成分越少(x的值越大)越能可靠地获得这样的效果，但如果x的值比0.15大，则压电体薄膜3本身难以成膜，即使能成膜，压电特性也不充分，所以为小于等于0.15。另外，x的值更优选为大于等于0.03、小于等于0.15。
上述钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中的A，优选是从镧(La)、锶(Sr)、铋(Bi)及钙(Ca)的组中选择的至少一种金属离子，上述化学组成式中的B优选是从铌(Nb)、镁(Mg)、镍(Ni)、锰(Mn)及铁(Fe)组中选择的至少一种金属离子。
另外，上述压电体薄膜3优选在(001)面优先取向，该压电体薄膜3的厚度优选大于等于2微米、小于等于6微米。
上述第二电极膜4被做成厚度为0.25微米的铂(Pt)薄膜，设置在上述压电体薄膜3整体上，各引线7、8连接在上述第一电极膜2及第二电极膜4上。另外，第二电极膜4不必需要用铂构成，可以用任意的金属构成。
而且，如果通过上述引线7、8，将电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，则压电体薄膜3沿图1所示的坐标轴X方向(压电体薄膜3的长度方向)伸长。这时，假设施加电压为E(V)，压电体薄膜3的厚度为t(m)，压电体薄膜3的长度为L(m)，压电体薄膜3的压电常数为d31(pm/V)，则压电体薄膜3的伸长变化量ΔL(m)为ΔL＝d31×L×E/t这里，在压电体薄膜3中，与厚度薄的第二电极膜4接合的上侧部分沿X轴方向伸长，而通过第一电极膜2与基板1接合的下侧部分利用厚的基板1抑制其伸长位移。其结果，位于与固定在不锈钢支撑基板5上的基端侧(连接在引线7、8上的端子侧)相反一侧的压电元件20的前端侧沿图1所示的坐标轴Z方向的负侧(图1中的下侧)位移。因此，如果以一定的频率交替地重复电压的施加和撤除，则压电元件20的前端便以规定的位移幅度上下运动。然后，通过测定上述施加电压和压电元件20的前端的位移幅度的关系，能评价压电元件20的位移特性。
其次，参照图2A～图2E所示的工序图，说明上述压电元件20的制造方法。
首先，如图2A所示，准备表面被研磨成了镜面的20mm见方、厚0.30mm的基板1，用具有宽5.0mm、长18.0mm的长方形开口部的厚0.2mm的不锈钢制的掩模(图中未示出)，采用RF溅射法，在该基板1上形成第一电极膜2。
接着，用具有宽5.0mm、长8.0mm的长方形开口部的不锈钢制的掩模(厚0.2mm)，采用RF磁控管溅射法，在上述第一电极膜2的表面上准确地形成由上述PZT或PZT类氧化物构成的压电体薄膜3。这时，用PZT或PZT类氧化物的烧结体靶。然后，在使形成了第一电极膜2的基板1从接地电位呈电气浮置的电位状态(就是说基板呈不接地而且不进行其他电气连结的状态)、而且使溅射气体压力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的溅射条件下，形成压电体薄膜3。或者，在形成了第一电极膜2的基板1上，在施加了偏压的溅射条件下，形成压电体薄膜3，以便该基板1呈与接地电位相同或比接地电位低的负电位状态。
在这样的溅射条件下形成压电体薄膜3，能对基板1施加离子冲击。即，在基板从接地电位呈电气浮置的电位状态的情况下，为了提高溅射成膜时的真空度，使溅射气体压力下降到0.15Pa以下(但为了生成等离子体，应在0.05Pa以上)，减少溅射粒子与基板1和靶之间的空间中存在的气体分子碰撞的概率，或者，使基板1的电位呈与接地电位相同或比接地电位低的负电位状态，将溅射粒子电气性地带领到基板1上，能对基板1施加离子冲击。因此，溅射成膜时，能使利用溅射气体从靶上弹出后射到基板上的组成结构元素粒子中蒸气压高的铅元素粒子的着膜率下降，其结果，能容易地形成用上述化学组成式表示的铅成分少的压电体薄膜3。
另外，如上所述，用添加了钛等添加物的贵金属(在本实施方式中，添加了钴的铱)构成第一电极膜2，容易使压电体薄膜3优先在(001)面上取向。即，在第一电极膜2的表面部上，添加物呈岛状零散地分布，作为该添加物的钛等容易氧化，即使不含有氧化物的形态，但在形成压电体薄膜3时等情况下，如果存在氧，则在其表面部上零散分布的添加物变成氧化物。然后，压电体薄膜3以该呈岛状零散地分布的添加物(氧化物)为核，在其上侧进行晶体生长，因此，在添加物上容易在(001)面上取向。另一方面，第一电极膜2在采用硅等基板的情况下，通常，呈(111)面取向，因此，在压电体薄膜3中，在第一电极膜2的表面部上不存在添加物的部分的上侧区域中，呈(001)面以外的面取向(例如(111)面取向)，或呈非晶体。可是，不呈这样的(001)面取向的区域只存在于压电体薄膜3的第一电极膜2一侧表面附近部分(从该表面算起最多不过至20nm左右的范围内)。就是说，由于上述添加物上的(001)面取向的区域与该晶体生长连在一起扩展，所以与厚度方向垂直的截面上的该区域的面积从第一电极膜2一侧向其相反一侧(第二电极膜4一侧)增大，因此，不呈(001)面取向的区域减少，在压电体薄膜3的厚度达到20nm左右的阶段，大致整体变成(001)面取向的区域。
其次，用与形成上述压电体薄膜3时相同形状的不锈钢制的掩模，采用RF溅射法，在压电体薄膜3的表面上形成第二电极膜4。因此，在图2B所示的基板1上能获得设置了包括压电体薄膜3的层叠体10的结构体21。
其次，如图2C所示，在宽3.0mm、长11.0mm的长方形、而且其一端的宽度为3.0mm、长度为3.0mm的正方形部分中，为了使第一电极膜2的一部分露出，用切割锯将上述结构体21切断。由此，能获得在第二电极膜4剩余的宽宽3.0mm、长8.0mm的上面部分中露出的压电元件结构体部件22。
接着，如图2D所示，用环氧类粘合剂6，将上述压电元件结构体部件22的基板1的一端部粘接在不锈钢支撑基板5上。
其次，如图2E所示，用导电性粘合剂(银膏)，将0.1mm的金的导线7连接在上述压电元件结构体部件22中露出的第一电极膜2上，用丝焊将同样的引线8连接在同一端侧的第二电极膜4上，制成了压电元件20。
因此，在本实施方式中，由于使压电体薄膜3中含有的铅成分比化学计量成分少，所以，在压电体薄膜3的晶界上不存在由大气中的水分引起化学反应的铅氧化物。其结果，即使在高湿度环境中进行施加电压的驱动，也不会发生由绝缘性下降引起的劣化。而且，如上所述只要适当地设定溅射条件，就能容易地获得这样的铅成分低的压电体薄膜3。因此，能容易地获得可靠性高的压电元件20。
这里，具体地说明实施的实施例。
实施例1将基板1做成与上述实施方式形状相同的硅基板，将第一电极膜2做成了与上述实施方式相同、厚度为0.10微米的含有6摩尔％钴的铱合金薄膜。该铱合金薄膜这样形成在RF磁控管溅射装置中，将硅基板预先加热并保持400℃的温度，作为溅射气体使用氩和氧混合气体(气体体积比为Ar∶O2＝15∶1)，气体总压力保持为0.25Pa，作为溅射装置使用含有6摩尔％钴的铱板，施加200W的高频功率，通过16分钟溅射形成了膜。形成膜时，在溅射装置中，使硅基板保持从接地电位呈电气浮置的电位状态。
另外，将压电体薄膜3做成在(001)面上优先取向的PZT薄膜。用RF磁控管溅射装置形成了该PZT薄膜。具体地说，作为靶使用化学计量成分PZT的直径为6英寸的烧结体靶(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.53∶0.47)。然后，在安装了该PZT靶的成膜室中，将形成了上述铱合金薄膜的硅基板预先加热并保持580℃的温度，溅射气体使用氩和氧混合气体，使其混合比为氩∶氧＝79∶1，流量为每分钟40ml，该溅射气体压力为0.15Pa，等离子体发生功率为3kW，50分钟形成了PZT薄膜。形成膜时，在溅射装置中，使硅基板保持从接地电位呈电气浮置的电位状态。
另外，采用RF溅射法形成了第二电极膜4，将其做成与上述实施方式相同的厚度为0.25微米的铂薄膜。
另外，为了准确地求得上述PZT薄膜的厚度和晶体结构，形成了PZT薄膜后，还同时制作了不形成第二电极膜4而使成膜工序中断的层叠膜试样。用X射线衍射及X射线微量分析仪对该试样进行了成分分析后，将其破坏，用扫描型电子显微镜观察其破断面，还准确地测定了厚度。
用X射线衍射法分析了上述试样，结果，PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型晶体结构的膜(<001>轴向着垂直于膜表面的方向的结构的薄膜)。这里，(001)面结晶取向率是(001)面的峰值强度相对于薄膜的X射线衍射图形的(001)面、(100)面、(010)面、(110)面、(011)面、(101)面及(111)面的峰值强度的合计值的比率(百分率)。
另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，PZT薄膜的成分为Pb∶Zr∶Ti＝0.99∶0.53∶0.47。就是说，如果用化学组成式表示，则用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示，变成x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)，与靶的成分相比，Zr及Ti的成分不变，可知变成Pb成分比1.00低的状态。
另外，用扫描型电子显微镜对上述试样的破断面进行了观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.5微米。
进行了如上制作的压电元件20的评价。即，通过引线7、8将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，用激光多普勒振动位移测定装置，测定了压电元件20的前端沿Z轴方向上下运动的位移量。
图3中示出了施加了频率为2kHz的三角波电压时的压电元件20的前端沿Z轴方向上下运动的位移量。如该图所示，如果施加电压从0V变化到-25V，则该压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-7.2微米。
另外，将上述制作的压电元件20装入保持着温度35℃、相对湿度80％的气氛的恒温高湿容器中，将35V的直流电压加在第一电极膜2和第二电极膜4之间，进行了200小时的耐久试验。然后，测定了从施加电压开始的经过时间和这时的泄漏电流值。
该耐久试验的结果表明，泄漏电流值在测定开始时为0.3nA，1小时后为0.8nA，100小时后为3nA，200小时后为3nA，未发现超过3nA的泄漏电流，可见可靠性极好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例2在本实施例中，将压电体薄膜3(PZT薄膜)形成时溅射的成膜条件的溅射气体压力变更为0.12Pa，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.03(即，Pb0.97(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.5微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-7.2微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有与实施例1的压电元件20同等的可靠性。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例3在本实施例中，将压电体薄膜3(PZT薄膜)形成时的溅射成膜条件的溅射气体压力变更为0.09Pa，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体薄膜3的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.04(即，Pb0.96(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.7微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-7.0微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.4nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有与实施例1的压电元件20同等的可靠性。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例4在本实施例中，将压电体薄膜3(PZT薄膜)形成时的溅射成膜条件的溅射气体压力变更为所使用的RF磁控管溅射装置中作为接近稳定的等离子体发生的极限的值的0.07Pa，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.04(即，Pb0.96(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.8微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-6.9微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有与实施例1的压电元件20同等的可靠性。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例5在本实施例中，将压电体薄膜3(PZT薄膜)的溅射成膜时的溅射时间变更为30分钟，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为95％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为2.0微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-15V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-15V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-4.0微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.5nA、2.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例6在本实施例中，将压电体薄膜3(PZT薄膜)的溅射成膜时的溅射时间变更为85分钟，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为6.0微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-40V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-40V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-11.6微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、1.0nA、3nA、以及3nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例7在本实施例中，采用如下所示的压电体薄膜3(PZT薄膜)的溅射时的成膜方法，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
即，在本实施例中，用RF磁控管溅射装置形成PZT薄膜时，作为靶使用了由直径为6英寸、与化学计量成分相比Pb过剩的PZT构成的烧结体靶(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)。然后，将在安装了该PZT靶的成膜室中形成了第一电极膜2(铱合金薄膜)的硅基板安装在金属制的基板支架上，将地线安装在该基板支架上而呈接地电位。由此，使形成PZT薄膜的硅基板呈与接地电位同一电位状态。接着，预先将硅基板加热并保持560℃的温度，溅射气体使用氩和氧的混合气体，使其混合比为氩∶氧＝79∶1，流量为每分钟40ml，该溅射气体压力为0.30Pa，等离子体发生功率为3kW，50分钟形成了PZT薄膜。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样制作的压电元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为90％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.2微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-6.5微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.9nA、2nA、以及2nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例8在本实施例中，将基板1变更为硼硅酸盐玻璃基板(Corning#7059)，除此以外与上述实施例7相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体元件20的压电体薄膜3(PZT薄膜)是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为92％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.3微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-9.3微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例9在本实施例中，将基板1变更为进行了镜面研磨的作为陶瓷的氧化铝烧结体基板，除此以外与上述实施例7相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电体元件20的压电体薄膜3(PZT薄膜)是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为92％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.2微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-5.0微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例10在本实施例中，将压电体薄膜3做成在PZT中添加了La、Sr、Mg及Nb的PZT类氧化物，该压电体薄膜3(PZT类氧化物)形成时的溅射靶，使用在其中添加了La、Sr、Mg及Nb的化学计量成分的PZT类氧化物的烧结体靶(直径为6英寸)，除此以外与上述实施例2相同，制作了压电元件20。上述靶的化学成分为(Pb0.94La0.01Sr0.05)(Zr0.50Ti0.46Mg0.02Nb0.02)O3。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件20的PZT类氧化物薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为89％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，B是进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子)时，x＝0.03(即，(Pb0.91La0.01Sr0.05)(Zr0.50Ti0.46Mg0.02Nb0.02)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT类氧化物薄膜的厚度为3.4微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-8.5微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.4nA、1.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例11在本实施例中，将压电体薄膜3做成在PZT中添加了Ca、Ni、Mn及Nb的PZT类氧化物，该压电体薄膜3(PZT类氧化物)形成时的溅射靶，使用在其中添加了Ca、Ni、Mn及Nb的化学计量成分的PZT类氧化物的烧结体靶(直径为6英寸)，除此以外与上述实施例2相同，制作了压电元件20。上述靶的化学成分为(Pb0.98Ca0.02)(Zr0.50Ti0.46Ni0.01Mn0.01Nb0.02)O3。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件20的PZT类氧化物薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为85％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，B是进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子)时，x＝0.02(即，(Pb0.96Ca0.02)(Zr0.50Ti0.46Ni0.01Mn0.01Nb0.02)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT类氧化物薄膜的厚度为3.3微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-8.2微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.4nA、1.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例12在本实施例中，将压电体薄膜3做成在PZT中添加了Bi、Fe及Nb的PZT类氧化物，该压电体薄膜3(PZT类氧化物)形成时的溅射靶，使用在其中添加了Bi、Fe及Nb的化学计量成分的PZT类氧化物的烧结体靶(直径为6英寸)，除此以外与上述实施例7相同，制作了压电元件20。上述靶的化学成分为(Pb0.99Bi0.01)(Zr0.50Ti0.46Fe0.02Nb0.02)O3。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件20的PZT类氧化物薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为93％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，B是进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子)时，x＝0.08(即，(Pb0.91Bi0.01)(Zr0.50Ti0.46Fe0.02Nb0.02)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT类氧化物薄膜的厚度为3.4微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-8.4微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为1.0nA、3.2nA、6nA、以及6nA，可知可靠性良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例13在本实施例中，采用如下所示的压电体薄膜3(PZT薄膜)的溅射成膜时的成膜方法，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件20。
即，在本实施例中，用RF磁控管溅射装置形成PZT薄膜时，作为靶使用了与化学计量成分相比Pb过剩的PZT构成的直径为6英寸的烧结体靶(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)。然后，将在安装了该PZT靶的成膜室中形成了第一电极膜2(铱合金薄膜)的硅基板安装在金属制的基板支架上，将引线的一端部安装在该基板支架上，将该引线的另一端部连接在直流电源上，利用该直流电源，将相对于接地电位为-200V的负偏压加在基板支架(即硅基板)上。由此，使形成PZT薄膜的硅基板相对于接地电位保持-200V的电位状态。接着，预先将硅基板加热并保持560℃的温度，溅射气体使用氩和氧的混合气体，使其混合比为氩∶氧＝79∶1，流量为每分钟40ml，该溅射气体压力为0.30Pa，等离子体发生功率为3kW，50分钟形成了PZT薄膜。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样制作的压电元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为96％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.13(即，Pb0.87(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.1微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-6.2微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
实施例14在本实施例中，将在上述实施例13中压电体薄膜3(PZT薄膜)的溅射成膜时加在基板上的负偏压变为-300V，除此以外与实施例13相同，制作了压电元件20。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样制作的压电元件20的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为97％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.15(即，Pb0.85(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为2.9微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件20的第一电极膜2和第二电极膜4之间，测定压电元件20的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件20的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-6.4微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件20进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时、1小时后、100小时后、以及200小时后的泄漏电流，分别为0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性极其良好。
另外，用光学显微镜观察了上述的200小时耐久试验后的压电元件20的电极膜表面的外观时，未发现裂纹或着色等变化。
另外，对200小时耐久试验后的压电元件20施加与耐久试验前相同的三角波电压进行驱动，确认了施加电压和位移量的关系时，能获得与耐久试验前相同的特性，能确认未劣化。
比较例1这里，为了比较，制作了具有由Pb成分比化学计量成分过剩的PZT构成的压电体薄膜的压电元件。即，压电体薄膜(PZT薄膜)形成时的溅射靶，使用Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47的摩尔比成分(Pb过剩组成)的PZT烧结体靶，溅射时间为50分钟，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为99％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝-0.10(即，Pb1.1(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.8微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件的第一电极膜和第二电极膜之间，测定压电元件的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-8.7微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时的泄漏电流值为0.5nA，1小时后测定时，泄漏电流值为10000nA(＝10mA)，100小时后呈现100mA以上，绝缘性被破坏。
另外，用光学显微镜观察了上述的100小时耐久试验后的压电元件的电极膜表面的外观时，表面上到处附着有黑色，在该黑色着色部分上能观察到无数的凹部。另外，该100小时耐久试验后的压电元件，如上所述由于泄漏电流极大，所以不能进行驱动试验。
比较例2在该比较例2中，将压电体薄膜(PZT薄膜)形成时的溅射的成膜条件的溅射气体压力变更为0.2Pa，除此以外与上述实施例1相同，制作了压电元件。
用X射线衍射法进行的分析结果，这样获得的压电元件的PZT薄膜是沿(001)面优先取向((001)面结晶取向率为97％)的呈钙钛矿型的晶体结构膜。另外，用X射线微量分析仪进行的成分分析的结果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示时，x＝0.00(即，Pb1.00(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，扫描型电子显微镜观察的结果，PZT薄膜的厚度为3.5微米。
然后，将最大电压为0V及最小电压为-25V的三角波电压加在压电元件的第一电极膜和第二电极膜之间，测定压电元件的前端上下运动的位移量时，如果施加电压从0V变化到-25V，则压电元件的前端与施加电压成比例地、线性地从0微米位移到-7.6微米。
另外，与上述实施例1相同，对上述压电元件进行了在温度为35℃、相对湿度为80％的恒温高湿容器中的耐久试验，结果表明测定开始时的泄漏电流值为0.5nA，1小时后测定时，泄漏电流值为10000nA(＝10mA)，100小时后呈现100mA以上，绝缘性被破坏。
另外，用光学显微镜观察了上述的100小时耐久试验后的压电元件的电极膜表面的外观时，表面上到处附着有黑色，在该黑色附着部分上能观察到无数的凹部。另外，该100小时耐久试验后的压电元件，如上所述由于泄漏电流极大，所以不能进行驱动试验。
因此，如上述实施例1～14所示，由于使压电体薄膜3中的铅量比化学计量成分少(0＜x≤0.15)，所以不会发生绝缘破坏，可知具有很高的可靠性。
另外，在本实施方式及实施例中，基板1虽然兼作成膜用基板和振动片用，但也可以单独地制作成膜用基板和振动片。在此情况下，在基板1上形成第一电极膜2，在该第一电极膜2上形成压电体薄膜3，在该压电体薄膜3上形成第二电极膜4(在基板1上形成层叠体10)，在该第二电极膜4上形成振动片，这些膜全部形成后，将上述基板1除去。于是，振动片便被配置在层叠体10的第二电极膜4一侧的面上。
实施方式2其次，说明使用本发明的压电元件的层叠膜结构的喷墨头。
图4是表示本发明的实施方式的喷墨头201的概略结构图。如图4所示，本实施方式的喷墨头201由多个(在图10中为10个)呈列状排列配置的形状相同的喷墨元件202、以及驱动这些喷墨元件202的IC芯片等驱动电源元件203构成。
图5是表示上述各喷墨元件202的结构的局部切断了的分解立体图。在该图5中，A是玻璃制的压力室部件，在该压力室部件A上形成压力室用开口部31。B是覆盖着压力室用开口部31的上端开口面(大小短轴为200微米、长轴为400微米的椭圆形)配置的促动部，C是覆盖着压力室用开口部31的下端开口面配置的墨水流路部件。即，压力室部件A上的压力室用开口部31利用位于其上下的促动部B和墨水流路部件C进行区分，由此形成压力室32(深0.2mm)。
上述促动部B有位于上述压力室32的大致正上方的第一电极膜33(个别电极)。另外，在墨水流路部件C上形成沿墨水供给方向排列的多个喷墨元件202的各压力室32之间公用的公用液室35；使该公用液室35连通到压力室32，将公用液室35中的墨水供给压力室32用的供给口36；以及将压力室32内的墨水排出用的墨水流路37。另外，D是喷嘴板，在该喷嘴板D上设有通过墨水流路37连通到压力室32的喷嘴38(直径为30微米的喷嘴孔)。而且，上述压力室部件A、促动部B、墨水流路部件C及喷嘴板D利用粘合剂互相粘接，构成喷墨元件202。
在该实施方式中，上述压力室部件A、促动部B(将第一电极膜33及压电体薄膜41(参照图6)除外)、墨水流路部件C及喷嘴板D遍及喷墨元件202全部呈一体形成，将包括一个压力室32、对应于该压力室32设置的喷嘴38、第一电极膜33及压电体薄膜41的部分作为喷墨元件202。另外，也可以另外形成各喷墨元件202，再将它们排列并接合起来。另外，喷墨头201也可以不用多个喷墨元件202构成，而用一个喷墨元件202构成。
上述驱动电源元件203通过接合导线分别连接在多个喷墨元件202的促动部B的各第一电极膜33上，将电压从该驱动电源元件203供给至各第一电极膜33。
其次，参照图6说明上述促动部B的结构。图6是图5所示的喷墨元件202的促动部B的VI-VI线剖面图。如图6所示，该促动部B有如上所述分别位于各压力室32的大致正上方的第一电极膜33；设置在该各第一电极膜33上(该图中下侧)的压电体薄膜41；设置在该压电体薄膜41上(该图中下侧)，成为全部压电体薄膜41(全部喷墨元件202)公用的第二电极膜42(公用电极)；以及整体设置在该第二电极膜42上(该图中下侧)，利用上述压电体薄膜41的压电效应，沿厚度方向位移振动的振动片43(在该实施方式中，为振动膜)。该振动片43也与第二电极膜42相同，在各喷墨元件202各自的压力室32之间公用(遍及全部喷墨元件202呈一体形成)。
上述第一电极膜33、压电体薄膜41及第二电极膜42依次构成层叠的层叠体，该层叠体和设置在该层叠体的层叠方向的一方侧(第二电极膜42)的面上的振动片43构成压电元件(压电促动器)。
上述第一电极膜33，与上述实施方式1相同，其厚度为0.10微米，被做成含有6摩尔％钴(Co)的铱合金薄膜。另外，在本实施方式中，第一电极膜33虽然也可以用任意的金属构成，但如后面所述，在该第一电极膜33上形成上述压电体薄膜41时，为了能良好地控制该压电体薄膜41的结晶取向，优选由从钛(Ti)、铝(Al)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铜(Cu)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(St)、钡(Ba)及它们的氧化物的组中选择的至少一种添加物的贵金属构成。
在本实施方式中，上述压电体薄膜41被做成用Pb0.97(Zr0.53Ti0.47)O3表示的PZT薄膜。另外，如在上述实施方式1中所述，压电体薄膜41是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成即可，在上述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15(优选大于等于0.03而小于等于0.15)即可。
另外，上述钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中的A优选是从镧(La)、锶(Sr)、铋(Bi)及钙(Ca)的组中选择的至少一种金属离子，上述化学组成式中的B优选是从铌(Nb)、镁(Mg)、镍(Ni)、锰(Mn)及铁(Fe)的组中选择的至少一种金属离子。
另外，上述压电体薄膜41优选沿(001)面优先取向(在本实施方式中，(001)面结晶取向率为96％)，该压电体薄膜41的厚度优选为2微米以上6微米以下(在本实施方式中为5微米)。
上述第二电极膜42被做成厚度为0.15微米的铂薄膜。另外，在本实施方式中，第二电极膜42也可以用任意的金属构成。
在本实施方式中，上述振动片43由厚度为3.5微米的铬(Cr)构成。上述振动片43的材料不限于Cr，也可以是镍等金属材料或硅，还可以是玻璃或陶瓷材料。
在上述第二电极膜42上的第一电极膜33及压电体薄膜41的周围，设置由聚酰亚胺树脂构成的电绝缘有机膜44，使其上表面与第一电极膜33的高度大致相同，在该电绝缘有机膜44的上表面上形成从第一电极膜33延伸的呈引线形状的金属膜(厚度为0.1微米)的引出电极膜45。
其次，用图7A～图7I说明上述喷墨头201的制造方法。
即，首先，如图7A所示，用长20mm、宽20mm、厚0.3mm的硅基板51，与上述实施方式1的实施例3相同，在硅基板51上依次层叠第一电极膜33、压电体薄膜41、以及第二电极膜42，获得结构体54。
接着，如图7B所示，在上述结构体54的第二电极膜42上，用RF溅射法，在室温下形成由铬膜构成的振动片43。
其次，如图7C所示，用粘合剂(丙烯树脂)55将形成了上述振动片43的结构体54粘接在压力室部件A上。即，将预先形成了压力室用开口部31的压力室部件A粘接在上述振动片43的与第二电极膜42相反一侧的面上。
此后，如图7D所示，用等离子体反应刻蚀装置，通过使用SF6气体的干式刻蚀，将上述硅基板51除去。
其次，如图7E所示，为了将第一电极膜33及压电体薄膜41构图成椭圆状图形(大小短轴180微米，长轴380微米的椭圆状)，将光敏抗蚀剂树脂膜57涂敷在第一电极膜33上的非刻蚀部分上。
而后，如图7F所示，用Ar气干式刻蚀和弱氟酸湿式刻蚀，进行刻蚀处理，使第一电极膜33和压电体薄膜41图形化、个别化，此后如图7G所示，用抗蚀剂剥离液进行处理，将光敏抗蚀剂树脂膜57除去。
接着，如图7H所示，在通过上述的图形化露出的第二电极膜42上，用印刷法形成由聚酰亚胺树脂构成的电绝缘有机膜44，另外，如图7I所示，在该电绝缘有机膜44的上表面上，用DC溅射法形成由金属膜构成的呈引线形状的引出电极膜45，由此，完成促动部B。
另一方面，虽然图中未示出，但用粘合剂将预先形成了公用液室35、供给口36及墨水流路37的墨水流路部件C和预先形成了喷嘴孔38的喷嘴板D粘接起来。然后，进行与上述完成的传动部B粘接的压力室部件A和与粘接了喷嘴板D的墨水流路部件C的对准调整，利用粘合剂粘接两者。这样完成喷墨头201。
在如上构成的喷墨头201中，从驱动电源元件203通过接合导线将电压供给至多个喷墨元件202的各第一电极膜33，利用压电体薄膜41的压电效应，与作为公用电极的第二电极膜42接合的振动片43沿厚度方向进行位移振动，从而压力室32的容积增减，压力室32的容积减少时，该压力室32内的墨水经由墨水流路37，从喷嘴38喷出，另一方面，压力室32的容积增大时，公用液室35内的墨水通过供给口36供给压力室32。在此情况下，在喷墨头201中，构成喷墨元件202的传动部B的压电体薄膜41，由于铅比化学计量成分少，所以即使在高湿度环境中施加电压，也不会引起电绝缘性的劣化。其结果，即使施加高电压进行驱动，也不容易引起由电绝缘性的劣化引起的故障，因此，压电位移降低少、可靠性高的稳定的驱动成为可能。而且，由于压电位移量直接影响墨液的喷出能力，所以通过调整电源电压，能容易地进行控制，以便多个喷墨元件202的各自的墨液的喷出偏差小。
这里，按照上述的制造方法，实际上制作具有30个形状相同的喷墨元件202的喷墨头201，在35℃80％高湿度环境中，将最大电压为0V、最小电压为-25V的正弦波形电压(200Hz)加在将压电体薄膜41夹在中间的两个电极膜33、42上，使振动片43振动了10亿次时，在全部喷墨元件202中未发现不良现象的发生。
另外，在本实施方式中，虽然只将基板51作为成膜用基板使用，成膜后将其除去，但也可以将压力室部件A兼作成膜用基板使用。在此情况下，在不形成压力室用开口部31的压力室部件A上，依次形成振动片43、第一电极膜33(相当于公用电极)、压电体薄膜41及第二电极膜42(相当于个别电极)，成膜后在压力室部件A上形成压力室用开口部31即可。于是，振动片43便被配置在层叠体的第一电极膜33一侧的面上。
实施方式3图8表示本发明的实施方式的喷墨式记录装置81，该喷墨式记录装置81具有在上述实施方式2中说明的喷墨头201。在该喷墨头201中从连通着压力室32设置的喷嘴38将该压力室32内的墨水排出到记录媒体82(记录纸等)上，进行记录。
上述喷墨头201安装在托架84上，该托架可滑动地设置在沿主扫描方向(图8所示的X方向)延伸的输送轴83上，随着该托架84沿输送轴83往复移动而沿主扫描方向X往复移动。在此情况下，托架84构成使喷墨头201和记录媒体82相对移动的相对移动单元，同时构成使喷墨头201沿规定方向(主扫描方向X)往复移动的头移送单元。
另外，该喷墨式记录装置81具有使上述记录媒体82沿着与喷墨头201的主扫描方向X大致垂直的方向的副扫描方向(图8所示的Y方向)移动的多个滚轴85。在此情况下，多个滚轴85构成使喷墨头201和记录媒体82相对移动的相对移动单元，同时构成沿着与上述规定方向大致垂直的方向(副扫描方向Y)移送记录媒体82的记录媒体移送单元。另外，图8中，Z表示上下方向。
而且，喷墨头201通过托架84沿主扫描方向X移动时，从喷墨头201的喷嘴38将墨水排出到记录媒体82上，这一次扫描记录一旦结束，便由上述滚轴85将记录媒体82移动规定量，进行下一次扫描记录。
如上所述，由于用能容易地控制多个喷墨元件202之间的墨水的排出偏差的上述实施方式2的耐环境可靠性高的喷墨头201构成喷墨式记录装置81，所以能使对纸等记录媒体82的记录偏差小，同时能实现可靠性的提高。
实施方式4图9表示本发明的实施方式的另一种喷墨式记录装置91。该喷墨式记录装置91具有多个(在该实施方式中为13个)上述实施方式2中说明的喷墨头201。这些喷墨头201沿规定方向(图9中的X方向)以并联状态互相连结，构成由喷墨头组构成的行式头86。该行式头86利用沿上述规定方向延伸的支撑部件87支撑，沿记录媒体82的大致整个宽度方向设置，能同时沿记录媒体82的大致整个宽度方向排出墨水。
另外，该喷墨式记录装置91具有使记录媒体82沿着与上述规定方向大致垂直的方向(图9所示的Y方向)移动的多个滚轴85。在此情况下，多个滚轴85沿着与上述规定方向大致垂直的方向移送记录媒体82，构成使喷墨头201和记录媒体82相对移动的相对移动单元。另外，图9中，Z表示上下方向。
而且，该喷墨式记录装置91中记录媒体82利用滚轴85移动时，从各喷墨头201的喷嘴38将墨水排出到记录媒体82上进行记录。
因此，在本实施方式中，也与上述实施方式3相同，由于使用上述实施方式2的耐环境可靠性高的喷墨头201，所以容易控制行式头86的各喷墨头201中的多个喷墨元件202之间的墨水的排出偏差，因此，能使对纸等记录媒体82的记录偏差小，同时能实现可靠性的提高。
另外，本发明的压电元件除了能用于上述喷墨头(喷墨式记录装置)以外，也能用于以旋转元件、以及光开关零件为代表的MEMS(Micro Electro Mechanical System)器件等。
权利要求
1.一种压电元件，具有按照第一电极膜、压电体薄膜、第二电极膜这样的顺序层叠构成的层叠体，其特征在于所述压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物、化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中的A是从镧(La)、锶(Sr)、铋(Bi)及钙(Ca)的组中选择的至少一种金属离子，所述化学组成式中的B是从铌(Nb)、镁(Mg)、镍(Ni)、锰(Mn)及铁(Fe)的组中选择的至少一种金属离子。
3.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于压电体薄膜的厚度大于等于2微米而小于等于6微米。
4.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于压电体薄膜优先沿(001)面取向。
5.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于振动片配置在层叠体的层叠方向的一个侧面上。
6.根据权利要求5所述的压电元件，其特征在于振动片由从硅、玻璃、陶瓷材料及金属材料的组中选择的至少一种构成。
7.一种压电元件的制造方法，该方法包括在基板上形成第一电极膜的工序；在该第一电极膜上，用溅射法形成压电体薄膜的工序；以及在该压电体薄膜上形成第二电极膜的工序，该压电元件的制造方法的特征在于所述压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物、化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15，形成所述压电体薄膜的工序是这样一种工序在使形成有所述第一电极膜的基板从接地电位呈电气浮置的电位状态、而且使溅射气体压力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的溅射条件下，形成压电体薄膜。
8.一种压电元件的制造方法，该方法包括在基板上形成第一电极膜的工序；在该第一电极膜上，用溅射法形成压电体薄膜的工序；以及在该压电体薄膜上形成第二电极膜的工序，该压电元件的制造方法的特征在于所述压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物、化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15，形成所述压电体薄膜的工序是这样一种工序在对形成了所述第一电极膜的基板施加偏压，以便该基板呈与接地电位相同或比接地电压低的负电位状态的溅射条件下，形成压电体薄膜。
9.一种喷墨头，该喷墨头具有有着按照第一电极膜、压电体薄膜及第二电极膜这样的顺序层叠的层叠体、以及设置在该层叠体的层叠方向的一个侧面上的振动片的压电元件；收容墨水的压力室；以及与该压力室连通的喷嘴，利用所述压电元件的压电体薄膜的压电效应，使所述振动片沿厚度方向位移，使所述压力室内的墨水从所述喷嘴排出，所述压电元件的压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物、化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
10.一种喷墨式记录装置，该装置具有喷墨头，该喷墨头设置有有着按照第一电极膜、压电体薄膜及第二电极膜这样的顺序层叠的层叠体、以及设置在该层叠体的层叠方向的一个侧面上的振动片的压电元件；收容墨水的压力室；以及与该压力室连通的喷嘴；和使所述喷墨头和记录媒体相对移动的相对移动单元，所述喷墨头相对记录媒体进行相对移动时，利用该喷墨头中的压电元件的压电体薄膜的压电效应，使所述振动片沿厚度方向位移，使所述压力室内的墨水从所述喷嘴排出到所述媒体上进行记录，所述喷墨头中的压电元件的压电体薄膜是由呈钙钛矿型晶体结构的氧化物，化学组成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的钛锆酸铅、或将A作为进入钙钛矿型晶体结构的A位置的添加金属离子，将B作为进入钙钛矿型晶体结构的B位置的添加金属离子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的钛锆酸铅类氧化物构成，在所述钛锆酸铅及钛锆酸铅类氧化物的化学组成式中，表示化学计量组成中的Pb组成的缺损量的x的值大于0而小于等于0.15。
11.根据权利要求10所述的喷墨式记录装置，其特征在于相对移动单元由使喷墨头沿规定方向往复移动的头移送单元、以及沿着与所述规定方向大致垂直的方向移送所述记录媒体的记录媒体移送单元构成，利用所述相对移动单元的头移送单元使所述喷墨头沿所述规定方向移动时，从该喷墨头的喷嘴将压力室内的墨水排出到记录媒体上进行记录。
12.根据权利要求10所述的喷墨式记录装置，其特征在于多个喷墨头在沿着规定方向排列的状态下互相连结，相对移动单元使记录媒体沿着与所述规定方向大致垂直的方向移动，使所述喷墨头和记录媒体相对移动。
全文摘要
本发明提供压电元件及其制造方法、以及使用该压电元件的喷墨头及喷墨式记录装置。其中，压电元件(20)的压电体薄膜(3)中包含的铅量比化学计量成分少。即，由用Pb
文档编号H01L41/316GK1661827SQ200510002980
公开日2005年8月31日 申请日期2005年1月27日 优先权日2004年1月27日
发明者鸟井秀雄, 藤井映志, 镰田健 申请人:松下电器产业株式会社