專利名稱：壓電元件及其制造方法、以及噴墨頭和噴墨式記錄裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有電氣機械變換功能的壓電元件及其制造方法、以及使用該壓電元件的噴墨頭及噴墨式記錄裝置。
背景技術：
一般說來，壓電元件具有以兩個電極沿著壓電體的厚度方向將壓電體夾在中間構成的層疊體。這里，壓電體的材料是一種將機械能變換成電能、或者將電能變換成機械能的材料。作為具有代表性的壓電材料，有作為鈣鈦礦型晶體結構的氧化物的鈦鋯酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3)(PZT)、在該PZT中添加了鎂、錳、鎳、鈮等的物質等。
特別是在鈣鈦礦型正方晶類晶體結構的PZT的情況下，沿<001>軸方向(c軸方向)能獲得最大的壓電位移?？墒?，許多壓電材料是由晶粒的集合體構成的多晶體，各晶粒的晶軸的取向呈零亂方向。因此，自發(fā)極化Ps也零亂地排列，但在壓電元件的情況下，它們的矢量的總和與電場呈平行方向。而且，在作為該壓電元件的一種形態(tài)的壓電促動器中(將振動片設置在上述層疊體上)，如果將電壓加在兩個電極之間，則能獲得與該電壓的大小成比例的位移。
可是，如果在長時間地暴露在濕度大的氣氛中的狀態(tài)下，將高電壓加在上述壓電元件上，則壓電體的電絕緣性低，而引起絕緣破壞，這樣的現(xiàn)象可作為壓電元件的可靠性的一大問題。
因此，以防止發(fā)生這樣的現(xiàn)象為目的，迄今采取了各種各樣的方法。尤其是為了防止發(fā)生與絕緣破壞關系最大的電極材料的遷移，考慮了在電極材料中選擇不引起遷移的金或鉑。
可是，已知即使將金或鉑用于電極材料以防止電極材料的遷移，但壓電體的絕緣電阻下降。即，該絕緣電阻下降的原因是由于水分直接襲擊壓電材料引起的，作為防止其下降的方法，如果將壓電元件整體收容在內(nèi)部裝入了干燥劑的金屬性密閉容器中，將該容器完全密閉，則能證實壓電體不會發(fā)生絕緣劣化(例如，參照特開平4-349675號公報)。
可是，近年來伴隨電子裝置的小型化，對壓電元件也強烈地要求小型化。而且，為了滿足該要求，壓電元件開始采用其體積比以往大多使用的燒結體顯著地小的薄膜形態(tài)，壓電元件的薄膜化的研究開發(fā)盛行起來。例如作為形成PZT膜的方法，有濺射法、CVD法、(溶膠-凝膠(SOL-GEL)法等，分別在氧濃度的調節(jié)和熱處理條件上下工夫，能獲得特性好的壓電體薄膜。
而且，為了小型化，壓電元件希望不像上述那樣裝入金屬制的密閉容器中，而采用裸露的狀態(tài)，為此，想辦法即使不裝入密閉容器中，在濕度大的環(huán)境中使用也不會劣化。例如，設計了這樣一種方法在構成壓電元件的壓電層附近設置發(fā)熱膜，用該發(fā)熱膜主動地加熱壓電層，防止?jié)駳獗粔弘妼游?例如，參照特開2000-43259號公報)。
這里，用高溫合成包含PZT等鉛化合物的壓電體。它即使呈薄膜形態(tài)也一樣，由于高溫時鉛的蒸氣壓高，所以例如在PZT薄膜的情況下，與化學計量組成的PZT(化學組成式為Pb(Zr1-xTix)O3(0＜x＜1)，化學組成比為Pb∶Zr+Ti∶O＝1∶1∶3)相比，通常呈鉛過剩的組成(例如，參照特開平10-290033號公報)。
本發(fā)明者們，在采用上述鉛過剩的壓電體薄膜的壓電元件中，研究了在濕氣大的環(huán)境中施加了高電壓時引起絕緣破壞的原因，結果發(fā)現(xiàn)了以下的機理。即，壓電體薄膜多由例如從用濺射法制作的壓電體薄膜的厚度方向的一側朝向另一側的多個柱狀晶粒構成的集合體構成，這些柱狀晶粒之間的邊界部分作為晶界存在。另外，即使在未表示柱狀結晶的集合體的形態(tài)的情況下，也有許多晶界。而且，查明了在該壓電體的晶界上，過剩的鉛以氧化物的形態(tài)存在，該晶界上存在的鉛氧化物與作為濕氣被吸收的水分起電化學反應而變質，在現(xiàn)有的壓電元件中，發(fā)生絕緣破壞的原因可以認為由于水分通過電極膜上的針孔而進入壓電體薄膜的晶界，存在于該晶界上的氧化鉛由于該水分經(jīng)過氫氧化鉛而變成有導電性的二氧化鉛。
根據(jù)這樣的認識，如果能避免水分對包含PZT等鉛化合物的壓電材料的直接侵襲即可，作為其方法，可以考慮制造壓電元件時，制作了壓電體、第一電極和第二電極的層疊體后，將第一電極和第二電極中的任意一個電極暴露在烷氧基鋯、乙酰丙酮鋯、羧基鋯等化學物質中，由電極將該化學物質吸收到壓電體薄膜中，用電化學穩(wěn)定的氧化鋯覆蓋存在于該壓電體薄膜的晶界上的氧化鉛或氫氧化鉛，從而能防止泄漏電流通過晶界流動。由于這樣用由氧化鋯構成的絕緣膜覆蓋晶界，所以晶界的電化學性質由存在于晶界上的氧化鋯決定。因此，由于能使晶界呈電化學穩(wěn)定狀態(tài)，所以能防止泄漏電流通過晶界流動。因此，即使在高濕度中也能防止發(fā)生絕緣破壞。
可是，用上述的方法時，制作了層疊體后有必要進行氧化鋯處理等，因此，存在制造工序變得復雜的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于能容易地獲得即使在高濕度環(huán)境中用高電壓驅動，也不發(fā)生絕緣性的降低、且有很高的可靠性的壓電元件。
為了達到上述目的，在本發(fā)明中，使壓電體薄膜中含有的鉛量比化學計量組成少。
具體地說，發(fā)明的第一方面，將具有按照第一電極膜、壓電體薄膜、第二電極膜這樣的順序層疊構成的層疊體的壓電元件作為對象。
而且，上述壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物、化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
根據(jù)上述的結構，構成壓電元件的壓電體薄膜中含有的鉛組成的量比化學計量組成少，在壓電體薄膜的晶界上不存在由大氣中的水分引起化學反應的鉛氧化物，其結果，即使在高濕度環(huán)境中通過施加電壓進行驅動，也不會發(fā)生由于絕緣性下降而引起的劣化。而且，只適當?shù)卦O定濺射條件，就能容易地獲得這樣的低鉛組成的壓電體薄膜(參照后面所述的發(fā)明的第七及第八方面)，不需要進行氧化鋯處理等。因此，能容易地獲得具有高可靠性的壓電元件。
發(fā)明的第二方面，是在發(fā)明的第一方面中，鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中的A是從鑭(La)、鍶(Sr)、鉍(Bi)及鈣(Ca)的組中選擇的至少一種金屬離子，所述化學組成式中的B是從鈮(Nb)、鎂(Mg)、鎳(Ni)、錳(Mn)及鐵(Fe)的組中選擇的至少一種金屬離子。
因此，能獲得有各種性質的壓電體薄膜，能實現(xiàn)具有特征性的壓電特性的壓電元件。
發(fā)明的第三方面，是在發(fā)明的第一方面中，壓電體薄膜的厚度大于等于2微米而小于等于6微米。
在這種情況下，通常使用時，容易獲得有穩(wěn)定的位移和可靠性的壓電體薄膜。
發(fā)明的第四方面，是在發(fā)明的第一方面中，壓電體薄膜優(yōu)先沿(001)面取向。
這樣做，能使壓電體薄膜的晶粒的極化方向沿一個方向對齊，所以對應于電壓的施加，呈現(xiàn)穩(wěn)定的位移。
發(fā)明的第五方面，是在發(fā)明的第一方面中，振動片配置在層疊體的層疊方向的一個側面上。
發(fā)明的第六方面，是在發(fā)明的第五方面中，振動片由從硅、玻璃、陶瓷材料及金屬材料的組中選擇的至少一種構成。
利用這些發(fā)明的第五及第六方面，通過對第一及第二電極膜之間施加電壓，容易獲得沿層疊體的層疊方向位移的可靠性高的壓電元件(壓電促動器)。
發(fā)明的第七方面，是一種壓電元件的制造方法，該方法包括在基板上形成第一電極膜的工序；在該第一電極膜上，用濺射法形成壓電體薄膜的工序；以及在該壓電體薄膜上形成第二電極膜的工序。
而且，在本發(fā)明中，上述壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在上述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15，形成上述壓電體薄膜的工序是這樣一種工序在使形成了上述第一電極膜的基板從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)、而且使濺射氣體壓力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的濺射條件下，形成壓電體薄膜。
即，在壓電體薄膜的形成工序中，為了形成鉛成分少的壓電體薄膜，濺射成膜時，使利用濺射氣體從靶上彈出后射到基板上的組成結構元素粒子中蒸氣壓高的鉛元素粒子的著膜率下降即可，為此，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了在基板上增加將濺射粒子打掉的離子撞擊是有效的。作為其具體的方法有在基板從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)(就是說基板呈不接地而且在電氣上不進行其他連接的狀態(tài))的情況下，提高濺射成膜時的真空度(降低濺射氣體壓力)，減少濺射粒子與基板和靶之間的空間中存在的氣體分子碰撞的概率，增加離子撞擊基板的方法；或者，通過使基板的電位呈與接地電位相同或比接地電位低的負電位狀態(tài)，電氣性地將濺射粒子帶領到基板上，對基板施加離子撞擊的方法。在該第七發(fā)明中，將濺射氣體壓力設定為0.15Pa以下的低壓，能對基板施加離子撞擊，因此，能容易地形成鉛成分少的壓電體薄膜。因此，能容易地批量生產(chǎn)發(fā)明的第一方面的可靠性高的壓電元件。另外，之所以使濺射氣體壓力大于等于0.05Pa，是因為如果小于0.05Pa，則在濺射裝置中成膜時難以生成等離子體。
發(fā)明的第八方面，以壓電元件的制造方法為對象，該方法包括在基板上形成第一電極膜的工序；在該第一電極膜上，用濺射法形成壓電體薄膜的工序；以及在該壓電體薄膜上形成第二電極膜的工序。
而且，上述壓電體薄膜是呈由鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在上述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15，形成上述壓電體薄膜的工序是這樣一種工序在對形成了上述第一電極膜的基板施加偏壓，以便該基板呈與接地電位相同或比接地電壓低的負電位狀態(tài)的濺射條件下，形成壓電體薄膜。
因此，電氣性地將濺射粒子帶領到基板上，能對基板施加離子撞擊，如上所述，能形成鉛成分少的壓電體薄膜。特別是如果使基板呈比接地電壓低的負電位狀態(tài)，則能電氣性更強地將濺射粒子帶領到基板上，其結果，能對基板施加相當大的離子撞擊，能更可靠而且容易地形成鉛成分少的壓電體薄膜。因此，與發(fā)明的第七方面相同，能容易地批量生產(chǎn)可靠性高的壓電元件。
發(fā)明的第九方面是噴墨頭的發(fā)明，該噴墨頭具有有按照第一電極膜、壓電體薄膜及第二電極膜這樣的順序層疊的層疊體、以及設置在該層疊體的層疊方向的一個側面上的振動片的壓電元件；收容墨水的壓力室；以及與該壓力室連通的噴嘴，利用上述壓電元件的壓電體薄膜的壓電效應，使上述振動片沿厚度方向位移，使上述壓力室內(nèi)的墨水從上述噴嘴排出。
而且，在本發(fā)明中，上述壓電元件的壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在上述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
采用本發(fā)明，能容易地獲得可靠性及耐久性極好的噴墨頭。
發(fā)明的第十方面是噴墨式記錄裝置的發(fā)明，該裝置具有噴墨頭，該噴墨頭設置有有著按照第一電極膜、壓電體薄膜及第二電極膜這樣的順序層疊的層疊體、以及設置在該層疊體的層疊方向的一個側面上的振動片的壓電元件；收容墨水的壓力室；以及與該壓力室連通的噴嘴；和使所述噴墨頭和記錄媒體相對移動的相對移動單元，所述噴墨頭相對記錄媒體進行相對移動時，利用該噴墨頭中的壓電元件的壓電體薄膜的壓電效應，使所述振動片沿厚度方向位移，使所述壓力室內(nèi)的墨水從所述噴嘴排出到所述媒體上進行記錄。
而且，在本發(fā)明中，所述噴墨頭中的壓電元件的壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
采用本發(fā)明，能容易地獲得排出性能的離散少而且可靠性高的噴墨式記錄裝置。
發(fā)明的第十一方面是在發(fā)明的第十方面中，相對移動單元由使噴墨頭沿規(guī)定方向往復移動的頭移送單元、以及沿著與所述規(guī)定方向大致垂直的方向移送所述記錄媒體的記錄媒體移送單元構成，利用所述相對移動單元的頭移送單元使所述噴墨頭沿所述規(guī)定方向移動時，從該噴墨頭的噴嘴將壓力室內(nèi)的墨水排出到記錄媒體上進行記錄。
在此情況下，能容易地獲得噴墨頭往復移動型的噴墨式記錄裝置。
發(fā)明的第十二方面是在發(fā)明的第十方面中，多個噴墨頭在沿著規(guī)定方向排列的狀態(tài)下互相連結，相對移動單元使記錄媒體沿著與所述規(guī)定方向大致垂直的方向移動，使所述噴墨頭和記錄媒體相對移動。
因此，能容易地獲得線狀頭型的噴墨式記錄裝置。
圖1是表示本發(fā)明的實施方式的壓電元件的立體圖。
圖2A～圖2E是表示圖1中的壓電元件的制造方法的工序圖。
圖3是表示在實施例1的壓電元件中在第一電極膜和第二電極膜之間施加了三角波電壓時壓電元件前端的位移量的特性曲線圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式的噴墨頭的概略圖。
圖5是表示圖4中的噴墨頭的噴墨元件的局部切斷了的分解立體圖。
圖6是圖5中的VI-VI線剖面圖。
圖7A～圖7I是表示圖4中的噴墨頭的制造方法的工序圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施方式的噴墨式記錄裝置的概略立體圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施方式的另一種噴墨式記錄裝置的概略立體圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)
本發(fā)明的實施方式。
實施方式1圖1是表示本發(fā)明的實施方式的壓電元件的立體圖。如圖1所示，本實施方式的壓電元件20具有長11.0mm、寬3.0mm、厚0.30mm的矩形平板狀的由硅(Si)構成的基板1；以及配置在該基板1上的層疊體10。該壓電元件20從其一端至3.0mm的部分，利用環(huán)氧類粘合劑6，被固定在沿著與壓電元件20垂直的方向(圖1所示的坐標軸Y的方向)延伸的長10.0mm、寬3.0mm、厚1.0mm的不銹鋼支撐基板5上，壓電元件20由該不銹鋼支撐基板5支撐，呈單臂梁狀。
上述層疊體10按照第一電極膜2、壓電體薄膜3和第二電極膜4這樣的順序層疊而成，是利用濺射法在基板1上依次形成第一電極膜2、壓電體薄膜3和第二電極膜4而層疊起來的。另外，第一及第二電極膜2、4的成膜法可以為任意的方法，例如可以是CVD法或溶膠·凝膠法等。
上述基板1有配置在層疊體10的層疊方向一側(第一電極膜2一側)面上的振動片的作用。即，利用層疊體10的壓電體薄膜3的壓電效應，該壓電體薄膜3沿著與其厚度方向垂直的方向伸縮，但作為振動片的基板1阻止該伸縮，所以壓電元件20的前端側(自由端側)沿其厚度方向(層疊體10的層疊方向)位移。另外，基板1不限于硅，也可以由玻璃、陶瓷材料、金屬材料等構成。
上述第一電極膜2的厚度為0.10微米，被做成含有鈷(Co)為6摩爾％的銥(Ir)合金薄膜，設置在上述基板1的厚度方向的一個側面的整個面上。另外，第一電極膜2也可以不用這樣的含有Co的銥合金構成，而用任意的金屬構成，但如后面所述，在該第一電極膜2上形成上述壓電體薄膜時為了能良好地控制該壓電體薄膜3的結晶取向，優(yōu)選由添加了從鈦(Ti)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(St)、鋇(Ba)及它們的氧化物組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構成。
在上述第一電極膜2上，在除了從粘接在上述不銹鋼支撐基板5一側(基端側)的一端至3.0mm的部分以外的整個面(就是說寬3.0mm、長8.0mm的部分)上設置上述壓電體薄膜3，由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物構成。具體地說，由化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛(PZT)、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物(PZT類氧化物)構成。而且，在上述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。在此情況下，壓電體薄膜3中含有的鉛成分比化學計量成分少。因此，在壓電體薄膜3的晶界上不存在由大氣中的水分引起化學反應的鉛氧化物。其結果，即使在高濕度環(huán)境中進行施加電壓進行的驅動，也不會發(fā)生由絕緣性下降引起的劣化。壓電體薄膜3中含有的鉛成分越少(x的值越大)越能可靠地獲得這樣的效果，但如果x的值比0.15大，則壓電體薄膜3本身難以成膜，即使能成膜，壓電特性也不充分，所以為小于等于0.15。另外，x的值更優(yōu)選為大于等于0.03、小于等于0.15。
上述鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中的A，優(yōu)選是從鑭(La)、鍶(Sr)、鉍(Bi)及鈣(Ca)的組中選擇的至少一種金屬離子，上述化學組成式中的B優(yōu)選是從鈮(Nb)、鎂(Mg)、鎳(Ni)、錳(Mn)及鐵(Fe)組中選擇的至少一種金屬離子。
另外，上述壓電體薄膜3優(yōu)選在(001)面優(yōu)先取向，該壓電體薄膜3的厚度優(yōu)選大于等于2微米、小于等于6微米。
上述第二電極膜4被做成厚度為0.25微米的鉑(Pt)薄膜，設置在上述壓電體薄膜3整體上，各引線7、8連接在上述第一電極膜2及第二電極膜4上。另外，第二電極膜4不必需要用鉑構成，可以用任意的金屬構成。
而且，如果通過上述引線7、8，將電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，則壓電體薄膜3沿圖1所示的坐標軸X方向(壓電體薄膜3的長度方向)伸長。這時，假設施加電壓為E(V)，壓電體薄膜3的厚度為t(m)，壓電體薄膜3的長度為L(m)，壓電體薄膜3的壓電常數(shù)為d31(pm/V)，則壓電體薄膜3的伸長變化量ΔL(m)為ΔL＝d31×L×E/t這里，在壓電體薄膜3中，與厚度薄的第二電極膜4接合的上側部分沿X軸方向伸長，而通過第一電極膜2與基板1接合的下側部分利用厚的基板1抑制其伸長位移。其結果，位于與固定在不銹鋼支撐基板5上的基端側(連接在引線7、8上的端子側)相反一側的壓電元件20的前端側沿圖1所示的坐標軸Z方向的負側(圖1中的下側)位移。因此，如果以一定的頻率交替地重復電壓的施加和撤除，則壓電元件20的前端便以規(guī)定的位移幅度上下運動。然后，通過測定上述施加電壓和壓電元件20的前端的位移幅度的關系，能評價壓電元件20的位移特性。
其次，參照圖2A～圖2E所示的工序圖，說明上述壓電元件20的制造方法。
首先，如圖2A所示，準備表面被研磨成了鏡面的20mm見方、厚0.30mm的基板1，用具有寬5.0mm、長18.0mm的長方形開口部的厚0.2mm的不銹鋼制的掩模(圖中未示出)，采用RF濺射法，在該基板1上形成第一電極膜2。
接著，用具有寬5.0mm、長8.0mm的長方形開口部的不銹鋼制的掩模(厚0.2mm)，采用RF磁控管濺射法，在上述第一電極膜2的表面上準確地形成由上述PZT或PZT類氧化物構成的壓電體薄膜3。這時，用PZT或PZT類氧化物的燒結體靶。然后，在使形成了第一電極膜2的基板1從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)(就是說基板呈不接地而且不進行其他電氣連結的狀態(tài))、而且使濺射氣體壓力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的濺射條件下，形成壓電體薄膜3?；蛘撸谛纬闪说谝浑姌O膜2的基板1上，在施加了偏壓的濺射條件下，形成壓電體薄膜3，以便該基板1呈與接地電位相同或比接地電位低的負電位狀態(tài)。
在這樣的濺射條件下形成壓電體薄膜3，能對基板1施加離子沖擊。即，在基板從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)的情況下，為了提高濺射成膜時的真空度，使濺射氣體壓力下降到0.15Pa以下(但為了生成等離子體，應在0.05Pa以上)，減少濺射粒子與基板1和靶之間的空間中存在的氣體分子碰撞的概率，或者，使基板1的電位呈與接地電位相同或比接地電位低的負電位狀態(tài)，將濺射粒子電氣性地帶領到基板1上，能對基板1施加離子沖擊。因此，濺射成膜時，能使利用濺射氣體從靶上彈出后射到基板上的組成結構元素粒子中蒸氣壓高的鉛元素粒子的著膜率下降，其結果，能容易地形成用上述化學組成式表示的鉛成分少的壓電體薄膜3。
另外，如上所述，用添加了鈦等添加物的貴金屬(在本實施方式中，添加了鈷的銥)構成第一電極膜2，容易使壓電體薄膜3優(yōu)先在(001)面上取向。即，在第一電極膜2的表面部上，添加物呈島狀零散地分布，作為該添加物的鈦等容易氧化，即使不含有氧化物的形態(tài)，但在形成壓電體薄膜3時等情況下，如果存在氧，則在其表面部上零散分布的添加物變成氧化物。然后，壓電體薄膜3以該呈島狀零散地分布的添加物(氧化物)為核，在其上側進行晶體生長，因此，在添加物上容易在(001)面上取向。另一方面，第一電極膜2在采用硅等基板的情況下，通常，呈(111)面取向，因此，在壓電體薄膜3中，在第一電極膜2的表面部上不存在添加物的部分的上側區(qū)域中，呈(001)面以外的面取向(例如(111)面取向)，或呈非晶體。可是，不呈這樣的(001)面取向的區(qū)域只存在于壓電體薄膜3的第一電極膜2一側表面附近部分(從該表面算起最多不過至20nm左右的范圍內(nèi))。就是說，由于上述添加物上的(001)面取向的區(qū)域與該晶體生長連在一起擴展，所以與厚度方向垂直的截面上的該區(qū)域的面積從第一電極膜2一側向其相反一側(第二電極膜4一側)增大，因此，不呈(001)面取向的區(qū)域減少，在壓電體薄膜3的厚度達到20nm左右的階段，大致整體變成(001)面取向的區(qū)域。
其次，用與形成上述壓電體薄膜3時相同形狀的不銹鋼制的掩模，采用RF濺射法，在壓電體薄膜3的表面上形成第二電極膜4。因此，在圖2B所示的基板1上能獲得設置了包括壓電體薄膜3的層疊體10的結構體21。
其次，如圖2C所示，在寬3.0mm、長11.0mm的長方形、而且其一端的寬度為3.0mm、長度為3.0mm的正方形部分中，為了使第一電極膜2的一部分露出，用切割鋸將上述結構體21切斷。由此，能獲得在第二電極膜4剩余的寬寬3.0mm、長8.0mm的上面部分中露出的壓電元件結構體部件22。
接著，如圖2D所示，用環(huán)氧類粘合劑6，將上述壓電元件結構體部件22的基板1的一端部粘接在不銹鋼支撐基板5上。
其次，如圖2E所示，用導電性粘合劑(銀膏)，將0.1mm的金的導線7連接在上述壓電元件結構體部件22中露出的第一電極膜2上，用絲焊將同樣的引線8連接在同一端側的第二電極膜4上，制成了壓電元件20。
因此，在本實施方式中，由于使壓電體薄膜3中含有的鉛成分比化學計量成分少，所以，在壓電體薄膜3的晶界上不存在由大氣中的水分引起化學反應的鉛氧化物。其結果，即使在高濕度環(huán)境中進行施加電壓的驅動，也不會發(fā)生由絕緣性下降引起的劣化。而且，如上所述只要適當?shù)卦O定濺射條件，就能容易地獲得這樣的鉛成分低的壓電體薄膜3。因此，能容易地獲得可靠性高的壓電元件20。
這里，具體地說明實施的實施例。
實施例1將基板1做成與上述實施方式形狀相同的硅基板，將第一電極膜2做成了與上述實施方式相同、厚度為0.10微米的含有6摩爾％鈷的銥合金薄膜。該銥合金薄膜這樣形成在RF磁控管濺射裝置中，將硅基板預先加熱并保持400℃的溫度，作為濺射氣體使用氬和氧混合氣體(氣體體積比為Ar∶O2＝15∶1)，氣體總壓力保持為0.25Pa，作為濺射裝置使用含有6摩爾％鈷的銥板，施加200W的高頻功率，通過16分鐘濺射形成了膜。形成膜時，在濺射裝置中，使硅基板保持從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)。
另外，將壓電體薄膜3做成在(001)面上優(yōu)先取向的PZT薄膜。用RF磁控管濺射裝置形成了該PZT薄膜。具體地說，作為靶使用化學計量成分PZT的直徑為6英寸的燒結體靶(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.53∶0.47)。然后，在安裝了該PZT靶的成膜室中，將形成了上述銥合金薄膜的硅基板預先加熱并保持580℃的溫度，濺射氣體使用氬和氧混合氣體，使其混合比為氬∶氧＝79∶1，流量為每分鐘40ml，該濺射氣體壓力為0.15Pa，等離子體發(fā)生功率為3kW，50分鐘形成了PZT薄膜。形成膜時，在濺射裝置中，使硅基板保持從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)。
另外，采用RF濺射法形成了第二電極膜4，將其做成與上述實施方式相同的厚度為0.25微米的鉑薄膜。
另外，為了準確地求得上述PZT薄膜的厚度和晶體結構，形成了PZT薄膜后，還同時制作了不形成第二電極膜4而使成膜工序中斷的層疊膜試樣。用X射線衍射及X射線微量分析儀對該試樣進行了成分分析后，將其破壞，用掃描型電子顯微鏡觀察其破斷面，還準確地測定了厚度。
用X射線衍射法分析了上述試樣，結果，PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型晶體結構的膜(<001>軸向著垂直于膜表面的方向的結構的薄膜)。這里，(001)面結晶取向率是(001)面的峰值強度相對于薄膜的X射線衍射圖形的(001)面、(100)面、(010)面、(110)面、(011)面、(101)面及(111)面的峰值強度的合計值的比率(百分率)。
另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，PZT薄膜的成分為Pb∶Zr∶Ti＝0.99∶0.53∶0.47。就是說，如果用化學組成式表示，則用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示，變成x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)，與靶的成分相比，Zr及Ti的成分不變，可知變成Pb成分比1.00低的狀態(tài)。
另外，用掃描型電子顯微鏡對上述試樣的破斷面進行了觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.5微米。
進行了如上制作的壓電元件20的評價。即，通過引線7、8將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，用激光多普勒振動位移測定裝置，測定了壓電元件20的前端沿Z軸方向上下運動的位移量。
圖3中示出了施加了頻率為2kHz的三角波電壓時的壓電元件20的前端沿Z軸方向上下運動的位移量。如該圖所示，如果施加電壓從0V變化到-25V，則該壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-7.2微米。
另外，將上述制作的壓電元件20裝入保持著溫度35℃、相對濕度80％的氣氛的恒溫高濕容器中，將35V的直流電壓加在第一電極膜2和第二電極膜4之間，進行了200小時的耐久試驗。然后，測定了從施加電壓開始的經(jīng)過時間和這時的泄漏電流值。
該耐久試驗的結果表明，泄漏電流值在測定開始時為0.3nA，1小時后為0.8nA，100小時后為3nA，200小時后為3nA，未發(fā)現(xiàn)超過3nA的泄漏電流，可見可靠性極好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例2在本實施例中，將壓電體薄膜3(PZT薄膜)形成時濺射的成膜條件的濺射氣體壓力變更為0.12Pa，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.03(即，Pb0.97(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.5微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-7.2微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有與實施例1的壓電元件20同等的可靠性。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例3在本實施例中，將壓電體薄膜3(PZT薄膜)形成時的濺射成膜條件的濺射氣體壓力變更為0.09Pa，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體薄膜3的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.04(即，Pb0.96(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.7微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-7.0微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.4nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有與實施例1的壓電元件20同等的可靠性。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例4在本實施例中，將壓電體薄膜3(PZT薄膜)形成時的濺射成膜條件的濺射氣體壓力變更為所使用的RF磁控管濺射裝置中作為接近穩(wěn)定的等離子體發(fā)生的極限的值的0.07Pa，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.04(即，Pb0.96(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.8微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-6.9微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、3nA、以及3nA，可知具有與實施例1的壓電元件20同等的可靠性。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例5在本實施例中，將壓電體薄膜3(PZT薄膜)的濺射成膜時的濺射時間變更為30分鐘，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為95％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為2.0微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-15V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-15V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-4.0微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.5nA、2.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例6在本實施例中，將壓電體薄膜3(PZT薄膜)的濺射成膜時的濺射時間變更為85分鐘，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.01(即，Pb0.99(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為6.0微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-40V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-40V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-11.6微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、1.0nA、3nA、以及3nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例7在本實施例中，采用如下所示的壓電體薄膜3(PZT薄膜)的濺射時的成膜方法，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
即，在本實施例中，用RF磁控管濺射裝置形成PZT薄膜時，作為靶使用了由直徑為6英寸、與化學計量成分相比Pb過剩的PZT構成的燒結體靶(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)。然后，將在安裝了該PZT靶的成膜室中形成了第一電極膜2(銥合金薄膜)的硅基板安裝在金屬制的基板支架上，將地線安裝在該基板支架上而呈接地電位。由此，使形成PZT薄膜的硅基板呈與接地電位同一電位狀態(tài)。接著，預先將硅基板加熱并保持560℃的溫度，濺射氣體使用氬和氧的混合氣體，使其混合比為氬∶氧＝79∶1，流量為每分鐘40ml，該濺射氣體壓力為0.30Pa，等離子體發(fā)生功率為3kW，50分鐘形成了PZT薄膜。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣制作的壓電元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為90％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，用掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.2微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-6.5微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.9nA、2nA、以及2nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例8在本實施例中，將基板1變更為硼硅酸鹽玻璃基板(Corning#7059)，除此以外與上述實施例7相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體元件20的壓電體薄膜3(PZT薄膜)是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為92％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.3微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-9.3微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例9在本實施例中，將基板1變更為進行了鏡面研磨的作為陶瓷的氧化鋁燒結體基板，除此以外與上述實施例7相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電體元件20的壓電體薄膜3(PZT薄膜)是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為92％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.08(即，Pb0.92(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.2微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-5.0微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例10在本實施例中，將壓電體薄膜3做成在PZT中添加了La、Sr、Mg及Nb的PZT類氧化物，該壓電體薄膜3(PZT類氧化物)形成時的濺射靶，使用在其中添加了La、Sr、Mg及Nb的化學計量成分的PZT類氧化物的燒結體靶(直徑為6英寸)，除此以外與上述實施例2相同，制作了壓電元件20。上述靶的化學成分為(Pb0.94La0.01Sr0.05)(Zr0.50Ti0.46Mg0.02Nb0.02)O3。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件20的PZT類氧化物薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為89％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，B是進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子)時，x＝0.03(即，(Pb0.91La0.01Sr0.05)(Zr0.50Ti0.46Mg0.02Nb0.02)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT類氧化物薄膜的厚度為3.4微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-8.5微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.4nA、1.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例11在本實施例中，將壓電體薄膜3做成在PZT中添加了Ca、Ni、Mn及Nb的PZT類氧化物，該壓電體薄膜3(PZT類氧化物)形成時的濺射靶，使用在其中添加了Ca、Ni、Mn及Nb的化學計量成分的PZT類氧化物的燒結體靶(直徑為6英寸)，除此以外與上述實施例2相同，制作了壓電元件20。上述靶的化學成分為(Pb0.98Ca0.02)(Zr0.50Ti0.46Ni0.01Mn0.01Nb0.02)O3。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件20的PZT類氧化物薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為85％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，B是進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子)時，x＝0.02(即，(Pb0.96Ca0.02)(Zr0.50Ti0.46Ni0.01Mn0.01Nb0.02)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT類氧化物薄膜的厚度為3.3微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-8.2微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.4nA、1.2nA、5nA、以及5nA，可知可靠性良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例12在本實施例中，將壓電體薄膜3做成在PZT中添加了Bi、Fe及Nb的PZT類氧化物，該壓電體薄膜3(PZT類氧化物)形成時的濺射靶，使用在其中添加了Bi、Fe及Nb的化學計量成分的PZT類氧化物的燒結體靶(直徑為6英寸)，除此以外與上述實施例7相同，制作了壓電元件20。上述靶的化學成分為(Pb0.99Bi0.01)(Zr0.50Ti0.46Fe0.02Nb0.02)O3。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件20的PZT類氧化物薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為93％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3表示(A是進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，B是進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子)時，x＝0.08(即，(Pb0.91Bi0.01)(Zr0.50Ti0.46Fe0.02Nb0.02)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT類氧化物薄膜的厚度為3.4微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-8.4微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為1.0nA、3.2nA、6nA、以及6nA，可知可靠性良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例13在本實施例中，采用如下所示的壓電體薄膜3(PZT薄膜)的濺射成膜時的成膜方法，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件20。
即，在本實施例中，用RF磁控管濺射裝置形成PZT薄膜時，作為靶使用了與化學計量成分相比Pb過剩的PZT構成的直徑為6英寸的燒結體靶(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)。然后，將在安裝了該PZT靶的成膜室中形成了第一電極膜2(銥合金薄膜)的硅基板安裝在金屬制的基板支架上，將引線的一端部安裝在該基板支架上，將該引線的另一端部連接在直流電源上，利用該直流電源，將相對于接地電位為-200V的負偏壓加在基板支架(即硅基板)上。由此，使形成PZT薄膜的硅基板相對于接地電位保持-200V的電位狀態(tài)。接著，預先將硅基板加熱并保持560℃的溫度，濺射氣體使用氬和氧的混合氣體，使其混合比為氬∶氧＝79∶1，流量為每分鐘40ml，該濺射氣體壓力為0.30Pa，等離子體發(fā)生功率為3kW，50分鐘形成了PZT薄膜。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣制作的壓電元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為96％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.13(即，Pb0.87(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.1微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-6.2微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
實施例14在本實施例中，將在上述實施例13中壓電體薄膜3(PZT薄膜)的濺射成膜時加在基板上的負偏壓變?yōu)?300V，除此以外與實施例13相同，制作了壓電元件20。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣制作的壓電元件20的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為97％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.15(即，Pb0.85(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為2.9微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件20的第一電極膜2和第二電極膜4之間，測定壓電元件20的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件20的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-6.4微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件20進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時、1小時后、100小時后、以及200小時后的泄漏電流，分別為0.3nA、0.8nA、2nA、以及2nA，可知可靠性極其良好。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的200小時耐久試驗后的壓電元件20的電極膜表面的外觀時，未發(fā)現(xiàn)裂紋或著色等變化。
另外，對200小時耐久試驗后的壓電元件20施加與耐久試驗前相同的三角波電壓進行驅動，確認了施加電壓和位移量的關系時，能獲得與耐久試驗前相同的特性，能確認未劣化。
比較例1這里，為了比較，制作了具有由Pb成分比化學計量成分過剩的PZT構成的壓電體薄膜的壓電元件。即，壓電體薄膜(PZT薄膜)形成時的濺射靶，使用Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47的摩爾比成分(Pb過剩組成)的PZT燒結體靶，濺射時間為50分鐘，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為99％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝-0.10(即，Pb1.1(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.8微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件的第一電極膜和第二電極膜之間，測定壓電元件的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-8.7微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時的泄漏電流值為0.5nA，1小時后測定時，泄漏電流值為10000nA(＝10mA)，100小時后呈現(xiàn)100mA以上，絕緣性被破壞。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的100小時耐久試驗后的壓電元件的電極膜表面的外觀時，表面上到處附著有黑色，在該黑色著色部分上能觀察到無數(shù)的凹部。另外，該100小時耐久試驗后的壓電元件，如上所述由于泄漏電流極大，所以不能進行驅動試驗。
比較例2在該比較例2中，將壓電體薄膜(PZT薄膜)形成時的濺射的成膜條件的濺射氣體壓力變更為0.2Pa，除此以外與上述實施例1相同，制作了壓電元件。
用X射線衍射法進行的分析結果，這樣獲得的壓電元件的PZT薄膜是沿(001)面優(yōu)先取向((001)面結晶取向率為97％)的呈鈣鈦礦型的晶體結構膜。另外，用X射線微量分析儀進行的成分分析的結果，用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3表示時，x＝0.00(即，Pb1.00(Zr0.53Ti0.47)O3)。另外，掃描型電子顯微鏡觀察的結果，PZT薄膜的厚度為3.5微米。
然后，將最大電壓為0V及最小電壓為-25V的三角波電壓加在壓電元件的第一電極膜和第二電極膜之間，測定壓電元件的前端上下運動的位移量時，如果施加電壓從0V變化到-25V，則壓電元件的前端與施加電壓成比例地、線性地從0微米位移到-7.6微米。
另外，與上述實施例1相同，對上述壓電元件進行了在溫度為35℃、相對濕度為80％的恒溫高濕容器中的耐久試驗，結果表明測定開始時的泄漏電流值為0.5nA，1小時后測定時，泄漏電流值為10000nA(＝10mA)，100小時后呈現(xiàn)100mA以上，絕緣性被破壞。
另外，用光學顯微鏡觀察了上述的100小時耐久試驗后的壓電元件的電極膜表面的外觀時，表面上到處附著有黑色，在該黑色附著部分上能觀察到無數(shù)的凹部。另外，該100小時耐久試驗后的壓電元件，如上所述由于泄漏電流極大，所以不能進行驅動試驗。
因此，如上述實施例1～14所示，由于使壓電體薄膜3中的鉛量比化學計量成分少(0＜x≤0.15)，所以不會發(fā)生絕緣破壞，可知具有很高的可靠性。
另外，在本實施方式及實施例中，基板1雖然兼作成膜用基板和振動片用，但也可以單獨地制作成膜用基板和振動片。在此情況下，在基板1上形成第一電極膜2，在該第一電極膜2上形成壓電體薄膜3，在該壓電體薄膜3上形成第二電極膜4(在基板1上形成層疊體10)，在該第二電極膜4上形成振動片，這些膜全部形成后，將上述基板1除去。于是，振動片便被配置在層疊體10的第二電極膜4一側的面上。
實施方式2其次，說明使用本發(fā)明的壓電元件的層疊膜結構的噴墨頭。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式的噴墨頭201的概略結構圖。如圖4所示，本實施方式的噴墨頭201由多個(在圖10中為10個)呈列狀排列配置的形狀相同的噴墨元件202、以及驅動這些噴墨元件202的IC芯片等驅動電源元件203構成。
圖5是表示上述各噴墨元件202的結構的局部切斷了的分解立體圖。在該圖5中，A是玻璃制的壓力室部件，在該壓力室部件A上形成壓力室用開口部31。B是覆蓋著壓力室用開口部31的上端開口面(大小短軸為200微米、長軸為400微米的橢圓形)配置的促動部，C是覆蓋著壓力室用開口部31的下端開口面配置的墨水流路部件。即，壓力室部件A上的壓力室用開口部31利用位于其上下的促動部B和墨水流路部件C進行區(qū)分，由此形成壓力室32(深0.2mm)。
上述促動部B有位于上述壓力室32的大致正上方的第一電極膜33(個別電極)。另外，在墨水流路部件C上形成沿墨水供給方向排列的多個噴墨元件202的各壓力室32之間公用的公用液室35；使該公用液室35連通到壓力室32，將公用液室35中的墨水供給壓力室32用的供給口36；以及將壓力室32內(nèi)的墨水排出用的墨水流路37。另外，D是噴嘴板，在該噴嘴板D上設有通過墨水流路37連通到壓力室32的噴嘴38(直徑為30微米的噴嘴孔)。而且，上述壓力室部件A、促動部B、墨水流路部件C及噴嘴板D利用粘合劑互相粘接，構成噴墨元件202。
在該實施方式中，上述壓力室部件A、促動部B(將第一電極膜33及壓電體薄膜41(參照圖6)除外)、墨水流路部件C及噴嘴板D遍及噴墨元件202全部呈一體形成，將包括一個壓力室32、對應于該壓力室32設置的噴嘴38、第一電極膜33及壓電體薄膜41的部分作為噴墨元件202。另外，也可以另外形成各噴墨元件202，再將它們排列并接合起來。另外，噴墨頭201也可以不用多個噴墨元件202構成，而用一個噴墨元件202構成。
上述驅動電源元件203通過接合導線分別連接在多個噴墨元件202的促動部B的各第一電極膜33上，將電壓從該驅動電源元件203供給至各第一電極膜33。
其次，參照圖6說明上述促動部B的結構。圖6是圖5所示的噴墨元件202的促動部B的VI-VI線剖面圖。如圖6所示，該促動部B有如上所述分別位于各壓力室32的大致正上方的第一電極膜33；設置在該各第一電極膜33上(該圖中下側)的壓電體薄膜41；設置在該壓電體薄膜41上(該圖中下側)，成為全部壓電體薄膜41(全部噴墨元件202)公用的第二電極膜42(公用電極)；以及整體設置在該第二電極膜42上(該圖中下側)，利用上述壓電體薄膜41的壓電效應，沿厚度方向位移振動的振動片43(在該實施方式中，為振動膜)。該振動片43也與第二電極膜42相同，在各噴墨元件202各自的壓力室32之間公用(遍及全部噴墨元件202呈一體形成)。
上述第一電極膜33、壓電體薄膜41及第二電極膜42依次構成層疊的層疊體，該層疊體和設置在該層疊體的層疊方向的一方側(第二電極膜42)的面上的振動片43構成壓電元件(壓電促動器)。
上述第一電極膜33，與上述實施方式1相同，其厚度為0.10微米，被做成含有6摩爾％鈷(Co)的銥合金薄膜。另外，在本實施方式中，第一電極膜33雖然也可以用任意的金屬構成，但如后面所述，在該第一電極膜33上形成上述壓電體薄膜41時，為了能良好地控制該壓電體薄膜41的結晶取向，優(yōu)選由從鈦(Ti)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(St)、鋇(Ba)及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構成。
在本實施方式中，上述壓電體薄膜41被做成用Pb0.97(Zr0.53Ti0.47)O3表示的PZT薄膜。另外，如在上述實施方式1中所述，壓電體薄膜41是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成即可，在上述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15(優(yōu)選大于等于0.03而小于等于0.15)即可。
另外，上述鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中的A優(yōu)選是從鑭(La)、鍶(Sr)、鉍(Bi)及鈣(Ca)的組中選擇的至少一種金屬離子，上述化學組成式中的B優(yōu)選是從鈮(Nb)、鎂(Mg)、鎳(Ni)、錳(Mn)及鐵(Fe)的組中選擇的至少一種金屬離子。
另外，上述壓電體薄膜41優(yōu)選沿(001)面優(yōu)先取向(在本實施方式中，(001)面結晶取向率為96％)，該壓電體薄膜41的厚度優(yōu)選為2微米以上6微米以下(在本實施方式中為5微米)。
上述第二電極膜42被做成厚度為0.15微米的鉑薄膜。另外，在本實施方式中，第二電極膜42也可以用任意的金屬構成。
在本實施方式中，上述振動片43由厚度為3.5微米的鉻(Cr)構成。上述振動片43的材料不限于Cr，也可以是鎳等金屬材料或硅，還可以是玻璃或陶瓷材料。
在上述第二電極膜42上的第一電極膜33及壓電體薄膜41的周圍，設置由聚酰亞胺樹脂構成的電絕緣有機膜44，使其上表面與第一電極膜33的高度大致相同，在該電絕緣有機膜44的上表面上形成從第一電極膜33延伸的呈引線形狀的金屬膜(厚度為0.1微米)的引出電極膜45。
其次，用圖7A～圖7I說明上述噴墨頭201的制造方法。
即，首先，如圖7A所示，用長20mm、寬20mm、厚0.3mm的硅基板51，與上述實施方式1的實施例3相同，在硅基板51上依次層疊第一電極膜33、壓電體薄膜41、以及第二電極膜42，獲得結構體54。
接著，如圖7B所示，在上述結構體54的第二電極膜42上，用RF濺射法，在室溫下形成由鉻膜構成的振動片43。
其次，如圖7C所示，用粘合劑(丙烯樹脂)55將形成了上述振動片43的結構體54粘接在壓力室部件A上。即，將預先形成了壓力室用開口部31的壓力室部件A粘接在上述振動片43的與第二電極膜42相反一側的面上。
此后，如圖7D所示，用等離子體反應刻蝕裝置，通過使用SF6氣體的干式刻蝕，將上述硅基板51除去。
其次，如圖7E所示，為了將第一電極膜33及壓電體薄膜41構圖成橢圓狀圖形(大小短軸180微米，長軸380微米的橢圓狀)，將光敏抗蝕劑樹脂膜57涂敷在第一電極膜33上的非刻蝕部分上。
而后，如圖7F所示，用Ar氣干式刻蝕和弱氟酸濕式刻蝕，進行刻蝕處理，使第一電極膜33和壓電體薄膜41圖形化、個別化，此后如圖7G所示，用抗蝕劑剝離液進行處理，將光敏抗蝕劑樹脂膜57除去。
接著，如圖7H所示，在通過上述的圖形化露出的第二電極膜42上，用印刷法形成由聚酰亞胺樹脂構成的電絕緣有機膜44，另外，如圖7I所示，在該電絕緣有機膜44的上表面上，用DC濺射法形成由金屬膜構成的呈引線形狀的引出電極膜45，由此，完成促動部B。
另一方面，雖然圖中未示出，但用粘合劑將預先形成了公用液室35、供給口36及墨水流路37的墨水流路部件C和預先形成了噴嘴孔38的噴嘴板D粘接起來。然后，進行與上述完成的傳動部B粘接的壓力室部件A和與粘接了噴嘴板D的墨水流路部件C的對準調整，利用粘合劑粘接兩者。這樣完成噴墨頭201。
在如上構成的噴墨頭201中，從驅動電源元件203通過接合導線將電壓供給至多個噴墨元件202的各第一電極膜33，利用壓電體薄膜41的壓電效應，與作為公用電極的第二電極膜42接合的振動片43沿厚度方向進行位移振動，從而壓力室32的容積增減，壓力室32的容積減少時，該壓力室32內(nèi)的墨水經(jīng)由墨水流路37，從噴嘴38噴出，另一方面，壓力室32的容積增大時，公用液室35內(nèi)的墨水通過供給口36供給壓力室32。在此情況下，在噴墨頭201中，構成噴墨元件202的傳動部B的壓電體薄膜41，由于鉛比化學計量成分少，所以即使在高濕度環(huán)境中施加電壓，也不會引起電絕緣性的劣化。其結果，即使施加高電壓進行驅動，也不容易引起由電絕緣性的劣化引起的故障，因此，壓電位移降低少、可靠性高的穩(wěn)定的驅動成為可能。而且，由于壓電位移量直接影響墨液的噴出能力，所以通過調整電源電壓，能容易地進行控制，以便多個噴墨元件202的各自的墨液的噴出偏差小。
這里，按照上述的制造方法，實際上制作具有30個形狀相同的噴墨元件202的噴墨頭201，在35℃80％高濕度環(huán)境中，將最大電壓為0V、最小電壓為-25V的正弦波形電壓(200Hz)加在將壓電體薄膜41夾在中間的兩個電極膜33、42上，使振動片43振動了10億次時，在全部噴墨元件202中未發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象的發(fā)生。
另外，在本實施方式中，雖然只將基板51作為成膜用基板使用，成膜后將其除去，但也可以將壓力室部件A兼作成膜用基板使用。在此情況下，在不形成壓力室用開口部31的壓力室部件A上，依次形成振動片43、第一電極膜33(相當于公用電極)、壓電體薄膜41及第二電極膜42(相當于個別電極)，成膜后在壓力室部件A上形成壓力室用開口部31即可。于是，振動片43便被配置在層疊體的第一電極膜33一側的面上。
實施方式3圖8表示本發(fā)明的實施方式的噴墨式記錄裝置81，該噴墨式記錄裝置81具有在上述實施方式2中說明的噴墨頭201。在該噴墨頭201中從連通著壓力室32設置的噴嘴38將該壓力室32內(nèi)的墨水排出到記錄媒體82(記錄紙等)上，進行記錄。
上述噴墨頭201安裝在托架84上，該托架可滑動地設置在沿主掃描方向(圖8所示的X方向)延伸的輸送軸83上，隨著該托架84沿輸送軸83往復移動而沿主掃描方向X往復移動。在此情況下，托架84構成使噴墨頭201和記錄媒體82相對移動的相對移動單元，同時構成使噴墨頭201沿規(guī)定方向(主掃描方向X)往復移動的頭移送單元。
另外，該噴墨式記錄裝置81具有使上述記錄媒體82沿著與噴墨頭201的主掃描方向X大致垂直的方向的副掃描方向(圖8所示的Y方向)移動的多個滾軸85。在此情況下，多個滾軸85構成使噴墨頭201和記錄媒體82相對移動的相對移動單元，同時構成沿著與上述規(guī)定方向大致垂直的方向(副掃描方向Y)移送記錄媒體82的記錄媒體移送單元。另外，圖8中，Z表示上下方向。
而且，噴墨頭201通過托架84沿主掃描方向X移動時，從噴墨頭201的噴嘴38將墨水排出到記錄媒體82上，這一次掃描記錄一旦結束，便由上述滾軸85將記錄媒體82移動規(guī)定量，進行下一次掃描記錄。
如上所述，由于用能容易地控制多個噴墨元件202之間的墨水的排出偏差的上述實施方式2的耐環(huán)境可靠性高的噴墨頭201構成噴墨式記錄裝置81，所以能使對紙等記錄媒體82的記錄偏差小，同時能實現(xiàn)可靠性的提高。
實施方式4圖9表示本發(fā)明的實施方式的另一種噴墨式記錄裝置91。該噴墨式記錄裝置91具有多個(在該實施方式中為13個)上述實施方式2中說明的噴墨頭201。這些噴墨頭201沿規(guī)定方向(圖9中的X方向)以并聯(lián)狀態(tài)互相連結，構成由噴墨頭組構成的行式頭86。該行式頭86利用沿上述規(guī)定方向延伸的支撐部件87支撐，沿記錄媒體82的大致整個寬度方向設置，能同時沿記錄媒體82的大致整個寬度方向排出墨水。
另外，該噴墨式記錄裝置91具有使記錄媒體82沿著與上述規(guī)定方向大致垂直的方向(圖9所示的Y方向)移動的多個滾軸85。在此情況下，多個滾軸85沿著與上述規(guī)定方向大致垂直的方向移送記錄媒體82，構成使噴墨頭201和記錄媒體82相對移動的相對移動單元。另外，圖9中，Z表示上下方向。
而且，該噴墨式記錄裝置91中記錄媒體82利用滾軸85移動時，從各噴墨頭201的噴嘴38將墨水排出到記錄媒體82上進行記錄。
因此，在本實施方式中，也與上述實施方式3相同，由于使用上述實施方式2的耐環(huán)境可靠性高的噴墨頭201，所以容易控制行式頭86的各噴墨頭201中的多個噴墨元件202之間的墨水的排出偏差，因此，能使對紙等記錄媒體82的記錄偏差小，同時能實現(xiàn)可靠性的提高。
另外，本發(fā)明的壓電元件除了能用于上述噴墨頭(噴墨式記錄裝置)以外，也能用于以旋轉元件、以及光開關零件為代表的MEMS(Micro Electro Mechanical System)器件等。
權利要求
1.一種壓電元件，具有按照第一電極膜、壓電體薄膜、第二電極膜這樣的順序層疊構成的層疊體，其特征在于所述壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物、化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電元件，其特征在于鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中的A是從鑭(La)、鍶(Sr)、鉍(Bi)及鈣(Ca)的組中選擇的至少一種金屬離子，所述化學組成式中的B是從鈮(Nb)、鎂(Mg)、鎳(Ni)、錳(Mn)及鐵(Fe)的組中選擇的至少一種金屬離子。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電體薄膜的厚度大于等于2微米而小于等于6微米。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電體薄膜優(yōu)先沿(001)面取向。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓電元件，其特征在于振動片配置在層疊體的層疊方向的一個側面上。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓電元件，其特征在于振動片由從硅、玻璃、陶瓷材料及金屬材料的組中選擇的至少一種構成。
7.一種壓電元件的制造方法，該方法包括在基板上形成第一電極膜的工序；在該第一電極膜上，用濺射法形成壓電體薄膜的工序；以及在該壓電體薄膜上形成第二電極膜的工序，該壓電元件的制造方法的特征在于所述壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物、化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15，形成所述壓電體薄膜的工序是這樣一種工序在使形成有所述第一電極膜的基板從接地電位呈電氣浮置的電位狀態(tài)、而且使濺射氣體壓力大于等于0.05Pa而小于等于0.15Pa的濺射條件下，形成壓電體薄膜。
8.一種壓電元件的制造方法，該方法包括在基板上形成第一電極膜的工序；在該第一電極膜上，用濺射法形成壓電體薄膜的工序；以及在該壓電體薄膜上形成第二電極膜的工序，該壓電元件的制造方法的特征在于所述壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物、化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15，形成所述壓電體薄膜的工序是這樣一種工序在對形成了所述第一電極膜的基板施加偏壓，以便該基板呈與接地電位相同或比接地電壓低的負電位狀態(tài)的濺射條件下，形成壓電體薄膜。
9.一種噴墨頭，該噴墨頭具有有著按照第一電極膜、壓電體薄膜及第二電極膜這樣的順序層疊的層疊體、以及設置在該層疊體的層疊方向的一個側面上的振動片的壓電元件；收容墨水的壓力室；以及與該壓力室連通的噴嘴，利用所述壓電元件的壓電體薄膜的壓電效應，使所述振動片沿厚度方向位移，使所述壓力室內(nèi)的墨水從所述噴嘴排出，所述壓電元件的壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物、化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
10.一種噴墨式記錄裝置，該裝置具有噴墨頭，該噴墨頭設置有有著按照第一電極膜、壓電體薄膜及第二電極膜這樣的順序層疊的層疊體、以及設置在該層疊體的層疊方向的一個側面上的振動片的壓電元件；收容墨水的壓力室；以及與該壓力室連通的噴嘴；和使所述噴墨頭和記錄媒體相對移動的相對移動單元，所述噴墨頭相對記錄媒體進行相對移動時，利用該噴墨頭中的壓電元件的壓電體薄膜的壓電效應，使所述振動片沿厚度方向位移，使所述壓力室內(nèi)的墨水從所述噴嘴排出到所述媒體上進行記錄，所述噴墨頭中的壓電元件的壓電體薄膜是由呈鈣鈦礦型晶體結構的氧化物，化學組成式用Pb(1-x)(Zr(1-s)Tis)O3(0＜s＜1)表示的鈦鋯酸鉛、或將A作為進入鈣鈦礦型晶體結構的A位置的添加金屬離子，將B作為進入鈣鈦礦型晶體結構的B位置的添加金屬離子，用(Pb(1-x-y)Ay)(Zr(1-s-t)TisBt)O3(0＜s＜1、0＜t＜1-s)表示的鈦鋯酸鉛類氧化物構成，在所述鈦鋯酸鉛及鈦鋯酸鉛類氧化物的化學組成式中，表示化學計量組成中的Pb組成的缺損量的x的值大于0而小于等于0.15。
11.根據(jù)權利要求10所述的噴墨式記錄裝置，其特征在于相對移動單元由使噴墨頭沿規(guī)定方向往復移動的頭移送單元、以及沿著與所述規(guī)定方向大致垂直的方向移送所述記錄媒體的記錄媒體移送單元構成，利用所述相對移動單元的頭移送單元使所述噴墨頭沿所述規(guī)定方向移動時，從該噴墨頭的噴嘴將壓力室內(nèi)的墨水排出到記錄媒體上進行記錄。
12.根據(jù)權利要求10所述的噴墨式記錄裝置，其特征在于多個噴墨頭在沿著規(guī)定方向排列的狀態(tài)下互相連結，相對移動單元使記錄媒體沿著與所述規(guī)定方向大致垂直的方向移動，使所述噴墨頭和記錄媒體相對移動。
全文摘要
本發(fā)明提供壓電元件及其制造方法、以及使用該壓電元件的噴墨頭及噴墨式記錄裝置。其中，壓電元件(20)的壓電體薄膜(3)中包含的鉛量比化學計量成分少。即，由用Pb
文檔編號H01L41/316GK1661827SQ200510002980
公開日2005年8月31日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權日2004年1月27日
發(fā)明者鳥井秀雄, 藤井映志, 鐮田健 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社