压电元件和喷墨头及它们的制造方法、喷墨式记录装置.pdf

本发明提供一种低成本、压电特性高且耐湿性高的压电元件。压电元件(20)包括第1电极膜(2)、由在第1电极膜(2)上形成的第1压电体薄膜(3)和在第1压电体薄膜(3)上形成的第2压电体薄膜(4)构成的压电体层叠膜(10)、在第2压电体薄膜(4)上形成的第2电极膜(5)。第1及第2压电体薄膜(3、4)是结晶成长方向从压电体层叠膜(10)厚度方向一侧朝向另一侧的柱状颗粒集合体。第1压电体薄膜(3)Pb含量少于第2压电体薄膜(4)Pb含量。第2压电体薄膜(4)的柱状颗粒平均剖面直径大于第1压电体薄膜(3)的柱状颗粒平均剖面直径。压电体层叠膜(10)厚度对第2压电体薄膜(4)的柱状颗粒平均剖面直径之比为20以上60以下。

1.  一种压电元件，包括：第1电极膜；由在该第1电极膜上所形成的第1压电体膜和在该第1压电体膜上所形成且由上述第1压电体膜来控制结晶取向性的第2压电体膜构成的压电体层叠膜；和，在该第2压电体膜上所形成的第2电极膜；其特征在于：
上述第1及第2压电体膜是结晶成长方向从上述压电体层叠膜的厚度方向一侧朝向另一侧的柱状颗粒的集合体，
上述第1压电体膜的Pb含量少于上述第2压电体膜的Pb含量，
上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径大于上述第1压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径，
上述压电体层叠膜的厚度对上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径之比为20以上60以下。

2.  一种压电元件，包括：第1电极膜；在该第1电极膜上所形成的取向控制膜；由在该取向控制膜上所形成的第1压电体膜和在该第1压电体膜上所形成且由上述第1压电体膜来控制结晶取向性的第2压电体膜构成的压电体层叠膜；和，在该第2压电体膜上所形成的第2电极膜；其特征在于：
上述第1及第2压电体膜是结晶成长方向从上述压电体层叠膜的厚度方向一侧朝向另一侧的柱状颗粒的集合体，
上述第1压电体膜的Pb含量少于上述第2压电体膜的Pb含量，
上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径大于上述第1压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径，
上述压电体层叠膜的厚度对上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径之比为20以上60以下。

3.  根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于：上述第1压电体膜的柱状颗粒，平均剖面直径为40nm以上70nm以下且长度为5nm以上10nm以下。

4.  根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于：上述第2压电体膜的柱状颗粒，平均剖面直径为60nm以上200nm以下且长度为2500nm以上5000nm以下。

5.  根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于：
上述第1及第2压电体膜，至少含有Pb、Zr和Ti，化学组成比用Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶1-b表示，
上述第1及第2压电体膜的上述b的值是0.50以上0.60以下的相同值，
上述第1压电体膜的上述a的值是-0.05以上0.05以下，
上述第2压电体膜的上述a的值是0.1以下。

6.  根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于：上述第1及第2压电体膜，在(001)面上优先取向。

7.  根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于：
上述第1电极膜，由从Pt、Ir、Pd和Ru中选出的至少一种贵金属、或由该贵金属与Ti、Co、Ni、Al、Fe、Mn、Cu、Mg、Ca、Sr和Ba中选出的至少一种金属或其氧化物的合金构成，是平均剖面直径为20nm以上30nm以下的柱状颗粒的集合体。

8.  根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于：上述取向控制膜由钛酸镧铅构成。

9.  一种压电元件的制造方法，其特征在于：包括：
用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；
把规定材料用作靶子且用规定的成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成第1压电体膜的工序；
把上述规定材料用作靶子且用与上述规定的成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；和
在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序。

10.  一种压电元件的制造方法，其特征在于：包括：
用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；
把第1材料用作靶子且用第1成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成取向控制膜的工序；
把第2材料用作靶子且用第2成膜条件下的溅射法在上述取向控制膜上形成第1压电体膜的工序；
把上述第2材料用作靶子且用与上述第2成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；和
在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序。

11.  根据权利要求9或10所述的压电元件的制造方法，其特征在于：上述形成第2压电体膜的工序，与上述形成第1压电体膜的工序相比，在氧气多的气氛下进行。

12.  一种喷墨头，
包括：喷嘴和与该喷嘴连通且容纳墨水的压力室所形成的喷头本体部；
厚度方向一侧的面的一部分面对上述压力室地设置的振动板膜；和
在上述振动板膜的厚度方向另一侧的面上形成、给上述压力室内的墨水赋予压力、使墨水从上述喷嘴喷出的压电元件；其特征在于：
上述压电元件由权利要求1～8中任一项所述的压电元件构成。

13.  一种喷墨头的制造方法，其特征在于：包括：
用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；
把规定材料用作靶子且用规定的成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成第1压电体膜的工序；
把上述规定材料用作靶子且用与上述规定的成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；
在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序；
用溅射法在上述第2电极膜上形成振动板膜的工序；
在上述振动板膜上接合喷头本体部的工序；
用蚀刻法去除上述基板的工序；
用干蚀刻法将上述第1电极膜及第1压电体膜图案化、使之与上述压力室的位置相对应的工序；和
用湿蚀刻法将上述第2压电体膜图案化的工序。

14.  根据权利要求13所述的喷墨头的制造方法，其特征在于：
在将上述第1电极膜及第1压电体膜图案化的工序中，用使用含有卤素元素的气体或由含有卤素元素的气体和不活泼性气体构成的混合气体的干蚀刻法进行图案化。

15.  一种喷墨头的制造方法，其特征在于：包括：
用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；
把第1材料用作靶子且用第1成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成取向控制膜的工序；
把第2材料用作靶子且用第2成膜条件下的溅射法在上述取向控制膜上形成第1压电体膜的工序；
把上述第2材料用作靶子且用与上述第2成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；
在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序；
用溅射法在上述第2电极膜上形成振动板膜的工序；
在上述振动板膜上接合喷头本体部的工序；
用蚀刻法去除上述基板的工序；
用干蚀刻法将上述第1电极膜、上述取向控制膜及第1压电体膜图案化、使之与上述压力室的位置相对应的工序；和
用湿蚀刻法将上述第2压电体膜图案化的工序。

16.  根据权利要求15所述的喷墨头的制造方法，其特征在于：
在将上述第1电极膜、上述取向控制膜及上述第1压电体膜图案化的工序中，用使用含有卤素元素的气体或由含有卤素元素的气体和不活泼性气体构成的混合气体的干蚀刻法进行图案化。

17.  根据权利要求13或15所述的喷墨头的制造方法，其特征在于：在将上述第2压电体膜图案化的工序中，用使用以氟硝酸为主要成分的蚀刻剂的湿蚀刻法进行图案化。

18.  一种喷墨式记录装置，包括：
喷墨头；和
使上述喷墨头和记录媒体进行相对移动的移动机构；其特征在于：
上述喷墨头由权利要求12所述的喷墨头构成。

压电元件和喷墨头及它们的制造方法、喷墨式记录装置
技术领域
本发明涉及压电元件和喷墨头及它们的制造方法、以及喷墨式记录装置。
背景技术
压电材料是把机械能变换成电能、或者把电能变换成机械能的材料。作为压电材料的代表者，有作为钙钛矿型结晶结构的氧化物的钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O₃，以下称为PZT)。钙钛矿型的正方晶系结晶结构的PZT中，沿<001>轴方向(c轴方向)可以得到最大的压电位移。但是，许多压电材料是由结晶颗粒的集合体构成的多晶体，各结晶颗粒的结晶轴指向各种方向，自然极化Ps也各种各样地排列。
可是，随着近年的电子机器的小型化，强烈要求压电元件也小型化。而且，为了满足该要求，压电元件渐渐成了以与目前用得很多的烧结体相比体积显著要小的薄膜的形态使用。因此，压电元件的薄膜化的研究开发盛行起来。
例如，PZT由于自然极化Ps指向<001>轴方向，所以为了实现压电特性(压电位移特性)高的PZT薄膜，需要把构成PZT薄膜的结晶的<001>轴相对于基板的一侧的面变成垂直的方向。而且，在目前，为了实现它，在表面上产生结晶方位(001)面的由岩盐型结晶结构的氧化镁(MgO)构成的单晶基板上，用在600～700℃的温度下且把PZT用作靶子的溅射法直接形成<001>轴在与其一侧的面垂直的方向上取向的结晶性良好的PZT薄膜(例如参照专利文献1)。该方法的特征是使用MgO单晶的基板，由此可以实现最初压电特性高、在结晶方向上优先取向的压电体薄膜。
但是，因为该MgO单晶是非常高价的材料，故上述方法在大量生产使用压电体薄膜的压电元件等工业制品时，从成本的观点来说不好。
与此相对，作为在硅等廉价的基板上形成PZT等钙钛矿型压电材料的(001)面或(100)面结晶取向膜的方法，以下这种东西是公知的。即，例如在专利文献2中示出，通过在(111)面上取向的Pt电极上，涂布PZT或含有镧的PZT前体溶液，在使该前体溶液结晶化之前首先在450～550℃下热分解，然后在550～800℃下加热处理使之结晶化(溶胶-凝胶法)，可以生成PZT的(100)面结晶取向膜。
但是，如果用该溶胶-凝胶法批量生产压电元件，则存在因在去除有机物的工序或高温加热非晶质的压电体前体薄膜使之结晶化的工序中结晶变化、容易产生裂纹或下部电极与压电体薄膜的膜剥离这样的问题。
与此相对，作为在廉价的基板上制作结晶取向膜的方法，不以溶胶-凝胶法为必要的方法，例如用溅射法制作的方法是公知的(例如参照专利文献3)。以下就该方法进行的结晶取向膜的形成的工序进行说明。首先，在基板上，用溅射法形成由含有Co、Ni、Mn、Fe或Cu的Pt或Ir等贵金属合金构成的电极薄膜作为基底电极。接着，用溅射法在该电极薄膜上形成PZT，由此可以得到(001)结晶取向的PZT薄膜。
[专利文献1]特开平10-209517号公报
[专利文献2]专利第3021930号公报
[专利文献3]特开2004-79991号公报
如以上这样所得到的压电体薄膜由于压电常数高，即使施加的电压小也发生大的压电位移，所以可以期待用作各种领域的致动器。此外，通过向该压电体薄膜施加大的电压，可以发生更大的压电位移。
但是，如果在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下对上述用溅射法形成PZT薄膜的致动器长时间施加电压，则位移量减少并且电极薄膜变色成黑色，其结果是，存在着致动器劣化这样的问题。可以认为这是因为在电极薄膜与PZT薄膜的界面上PZT薄膜的过剩Pb与水分反应的缘故。
发明内容
本发明是鉴于这一点而提出的，其目的在于提供一种低成本、压电特性高、且耐湿性高的压电元件和具备它的喷墨头及喷墨式记录装置。
为了达到上述目地，本发明的压电元件，包括：第1电极膜；由在该第1电极膜上所形成的第1压电体膜和在该第1压电体膜上所形成且由上述第1压电体膜来控制结晶取向性的第2压电体膜构成的压电体层叠膜；和，在该第2压电体膜上所形成的第2电极膜；其特征在于：上述第1及第2压电体膜是结晶成长方向从上述压电体层叠膜的厚度方向一侧朝向另一侧的柱状颗粒的集合体，上述第1压电体膜的Pb含量少于上述第2压电体膜的Pb含量，上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径大于上述第1压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径，上述压电体层叠膜的厚度对上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径之比为20以上60以下。
由此，由于第1压电体膜的Pb含量少于第2压电体膜的Pb含量，所以即使在高温高湿的气氛下对压电元件施加电压，也不会发生压电元件的劣化，这种压电元件的劣化起因于在第1电极膜和第1压电体膜的界面处第1压电体膜的过剩Pb与水分进行反应。因此，可以提供一种低成本、压电特性高、且耐湿性高的压电元件。
此外，本发明的另一种压电元件，包括：第1电极膜；在该第1电极膜上所形成的取向控制膜；由在该取向控制膜上所形成的第1压电体膜和在该第1压电体膜上所形成且由上述第1压电体膜来控制结晶取向性的第2压电体膜构成的压电体层叠膜；和，在该第2压电体膜上所形成的第2电极膜；其特征在于：上述第1及第2压电体膜是结晶成长方向从上述压电体层叠膜的厚度方向一侧朝向另一侧的柱状颗粒的集合体，上述第1压电体膜的Pb含量少于上述第2压电体膜的Pb含量，上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径大于上述第1压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径，上述压电体层叠膜的厚度对上述第2压电体膜的柱状颗粒的平均剖面直径之比为20以上60以下。
由此，由于第1压电体膜的Pb含量少于第2压电体膜的Pb含量，所以即使在高温高湿的气氛下对压电元件施加电压，也不发生压电元件的劣化，该压电元件的劣化起因于在取向控制膜和第1压电体膜的界面处第1压电体膜的过剩Pb与透过第1电极膜及取向控制膜而浸入的水分反应。因此，可以提供一种低成本、压电特性高、且耐湿性高的压申元件。
此外，通过在第1电极膜上形成取向控制膜，可以提高第1压电体膜的结晶取向性，进而，还可以提高第2压电体膜的结晶取向性。因此，可以提供压电特性更高的压电元件。
优选为，上述第1压电体膜的柱状颗粒，平均剖面直径为40nm以上70nm以下且长度为5nm以上100nm以下。
由此，第1压电体膜可以可靠地控制第2压电体膜的结晶取向性。
优选为，上述第2压电体膜的柱状颗粒，平均剖面直径为60nm以上200nm以下且长度为2500nm以上5000nm以下。
可是，在第2压电体膜的柱状颗粒的长度小于2500nm的场合，由于在第1及第2电极膜间施加电压时的加在压电体层叠膜上的电场增大，所以发生裂纹的可能性加大。
这里，根据本发明，由于第2压电体膜的柱状颗粒的长度为2500nm以上，所以可以防止发生裂纹。
优选为，上述第1及第2压电体膜，至少含有Pb、Zr和Ti，化学组成比用Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶1-b表示，上述第1及第2压电体膜的上述b的值是0.50以上0.60以下的相同值，上述第1压电体膜的上述a的值是-0.05以上0.05以下，上述第2压电体膜的上述a的值是0.1以下。
由此，可以可靠地提高压电元件的耐湿性。
优选为，上述第1及第2压电体膜，在(001)面上优先取向。
优选为，上述第1电极膜，由从Pt、Ir、Pd和Ru中选出的至少一种贵金属、或由该贵金属与Ti、Co、Ni、Al、Fe、Mn、Cu、Mg、Ca、Sr和Ba中选出的至少一种金属或其氧化物的合金构成，是平均剖面直径为20nm以上30nm以下的柱状颗粒的集合体。
由此，由于第1电极膜可以发挥作为第1压电体膜的取向控制膜的功能，所以第1压电体膜可以可靠地控制第2压电体膜的结晶取向性。
优选为，上述取向控制膜由钛酸镧铅构成。
由此，可以可靠地使压电体层叠膜在(001)面上取向。
本发明的压电元件的制造方法，其特征在于：包括：用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；把规定材料用作靶子且用规定的成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成第1压电体膜的工序；把上述规定材料用作靶子且用与上述规定的成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；和，在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序。
此外，本发明的另一种压电元件的制造方法，其特征在于：包括：用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；把第1材料用作靶子且用第1成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成取向控制膜的工序；把第2材料用作靶子且用第2成膜条件下的溅射法在上述取向控制膜上形成第1压电体膜的工序；把上述第2材料用作靶子且用与上述第2成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；和，在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序。
优选为，上述形成第2压电体膜的工序，与上述形成第1压电体膜的工序相比，在氧气多的气氛下进行。
本发明的喷墨头，包括：喷嘴和与该喷嘴连通且容纳墨水的压力室所形成的喷头本体部；厚度方向一侧的面的一部分面对上述压力室地设置的振动板膜；和，在上述振动板膜的厚度方向另一侧的面上形成、给上述压力室内的墨水赋予压力、使墨水从上述喷嘴喷出的压电元件；其特征在于：上述压电元件由本发明的压电元件之中的任一个构成。
本发明的喷墨头的制造方法，其特征在于：包括：用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；把规定材料用作靶子且用规定的成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成第1压电体膜的工序；把上述规定材料用作靶子且用与上述规定的成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序；用溅射法在上述第2电极膜上形成振动板膜的工序；在上述振动板膜上接合喷头本体部的工序；用蚀刻法去除上述基板的工序；用干蚀刻法将上述第1电极膜及第1压电体膜图案化、使之与上述压力室的位置相对应的工序；和，用湿蚀刻法将上述第2压电体膜图案化的工序。
优选为，在将上述第1电极膜及第1压电体膜图案化的工序中，用使用含有卤素元素的气体或由含有卤素元素的气体和不活泼性气体构成的混合气体的干蚀刻法进行图案化。
此外，本发明的另一种喷墨头的制造方法，其特征在于：用溅射法在基板上形成第1电极膜的工序；把第1材料用作靶子且用第1成膜条件下的溅射法在上述第1电极膜上形成取向控制膜的工序；把第2材料用作靶子且用第2成膜条件下的溅射法在上述取向控制膜上形成第1压电体膜的工序；把上述第2材料用作靶子且用与上述第2成膜条件不同的成膜条件下的溅射法在上述第1压电体膜上形成第2压电体膜的工序；在上述第2压电体膜上形成第2电极膜的工序；用溅射法在上述第2电极膜上形成振动板膜的工序；在上述振动板膜上接合喷头本体部的工序；用蚀刻法去除上述基板的工序；用干蚀刻法将上述第1电极膜、上述取向控制膜及第1压电体膜图案化、使之与上述压力室的位置相对应的工序；和，用湿蚀刻法将上述第2压电体膜图案化的工序。
优选为，在将上述第1电极膜、上述取向控制膜及上述第1压电体膜图案化的工序中，用使用含有卤素元素的气体或由含有卤素元素的气体和不活泼性气体构成的混合气体的干蚀刻法进行图案化。
优选为，在将上述第2压电体膜图案化的工序中，用使用以氟硝酸为主要成分的蚀刻剂的湿蚀刻法进行图案化。
本发明的喷墨式记录装置，包括：喷墨头；和，使上述喷墨头和记录媒体进行相对移动的移动机构；其特征在于：上述喷墨头由本发明的喷墨头构成。
再者，本发明的压电元件也可以运用于喷墨头或喷墨式记录装置以外的装置中，例如陀螺元件或加速度传感器等电子零件等。
发明效果
根据本发明，可以提供一种即使在高温高湿的气氛下对压电元件施加电压压电元件也不劣化、低成本、压电特性高、且耐湿性高的压电元件和具备它的喷墨头及喷墨式记录装置。此外，可以容易地制造低成本、压电特性高、且耐湿性高的压电元件。进而，可以提供一种墨水液的喷出能力的离散小而可靠性高的喷墨头以及具备它的喷墨式记录装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的压电元件的立体图。
图2是表示压电元件的制造工序的图。
图3是表示压电元件的膜结构的示意图。
图4是表示在施加频率为2kHz的三角形波电压的场合中的压电元件的前端的Z轴方向的位移量的图。
图5是压电元件的立体图。
图6是表示压电元件的制造工序的图。
图7是表示压电元件的膜结构的示意图。
图8是喷墨头的概略构成图。
图9是剖切墨水喷出元件的一部分的分解立体图。
图10是图9的X-X线的剖面图。
图11是表示致动器部的制造工序的一部分的图。
图12是表示致动器部的制造工序的一部分的图。
图13是墨水喷出元件的变形例的与图10相当的图。
图14是喷墨式记录装置的概略立体图。
符号说明：1、101基板，2、52、102第1电极膜，3、41、53、103第1压电体薄膜，4、42、54、104第2压电体薄膜，5、43、105第2电极膜，20、21压电元件，44振动板膜，81喷墨式记录装置，83托架轴(移动机构)，84托架(移动机构)，85辊子(移动机构)，201喷墨头，12、59、112取向控制膜。
具体实施方式
下面，基于附图详细地说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
如图1所示，本发明实施方式的压电元件(压电体元件)20具备薄长方形平板状的基板1(厚度0.3mm，宽度3.0mm，长度15.0mm)、和在该基板1上所形成的层叠体11。压电元件20的宽度为3.0mm。压电元件20的一端部(图1中的左端部)通过环氧树脂类粘接剂7固定于不锈钢支持基板6(厚度1.0mm，宽度3.0mm，长度10.0mm)上。该一端部是离压电元件20的一端(图1中的左端)的长度直到3.0mm的部分。压电元件20的纵长方向与不锈钢支持基板6的纵长方向几乎垂直。根据以上，压电元件20构成悬臂梁。
基板1还起到阻碍压电效应引起的层叠体11的伸缩的振动板膜(振动板层)的作用。层叠体11具备在基板1上所形成的第1电极膜2、在该第1电极膜2上所形成的压电体层叠膜10、在该压电体层叠膜10上所形成的第2电极膜5。
第1电极膜2设在基板1的厚度方向一侧的面的整个面上。压电体层叠膜10设在第1电极膜2的上述一端部以外的部分之上。即，压电体层叠膜10宽度为3.0mm且长度为12.0mm。压电体层叠膜10由(001)优先结晶取向的钙钛矿型结晶结构的锆酸钛酸铅系氧化物(以下称为PZT系氧化物)构成。所谓PZT系氧化物是至少含有Pb、Zr和Ti的氧化物。具体地说，压电体层叠膜10由在第1电极膜2上所形成的第1压电体薄膜3和在该第1压电体薄膜3上所形成的第2压电体薄膜4来构成。该第1压电体薄膜3具有作为控制第2压电体薄膜4的结晶取向性的取向控制膜的功能。
第2电极膜5由厚度100nm的铂构成。在第1及第2电极膜2、5上分别连接着金制的引线8、9。
作为本发明的特征，第1及第2压电体薄膜3、4是结晶成长方向从压电体层叠膜10(第1及第2压电体薄膜3、4)的厚度方向一方向侧向另一侧的柱状颗粒的集合体(参照图3)。换句话说，第1及第2压电体薄膜3、4是沿相对于基板1(第1电极膜2)的厚度方向一侧的面垂直的方向成长的柱状颗粒的集合体。第1及第2压电体薄膜3、4的柱状颗粒连续地相连。第1压电体薄膜3的Pb含量小于第2压电体薄膜4的Pb含量。第2压电体薄膜4的柱状颗粒的平均剖面直径(粒径)大于第1压电体薄膜3的柱状颗粒的平均剖面直径(粒径)。压电体层叠膜10的厚度(压电体层叠膜10的柱状颗粒的长度)对第2压电体薄膜4的柱状颗粒的平均剖面直径(粒径)之比为20以上60以下。这里，在压电体层叠膜10的厚度对第2压电体薄膜4的柱状颗粒的平均剖面直径之比不足20的场合，因成膜时发生的应力在压电体层叠膜10中发生裂纹，此外，如果该比超过60，则驱动时的消耗电力增大而响应性降低，哪种场合都不好。
此外，第1压电体薄膜3的柱状颗粒，平均剖面直径(粒径)为40nm以上70nm以下、并且长度为5nm以上100nm以下。第2压电体薄膜4的柱状颗粒，平均剖面直径(粒径)为60nm以上200nm以下、并且长度为2500nm以上5000nm以下。
此外，第1及第2压电体薄膜3、4，化学组成比用Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶1-b来表达。第1及第2压电体薄膜3、4的b值为0.50以上0.60以下的同一值。第1压电体薄膜3的a的值为-0.05以上0.05以下。第2压电体薄膜4的a的值为0以上0.10以下。
此外，第1电极膜2是由从Pt、Ir、Pd和Ru中选出的至少一种贵金属、或由该贵金属与Ti、Co、Ni、Al、Fe、Mn、Cu、Mg、Ca、Sr和Ba中选出的至少一种金属或其氧化物的合金构成，平均剖面直径20nm以上30nm以下的柱状颗粒的集合体。
这里，如果在压电元件20的第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加电压，则压电体层叠膜10沿X轴方向伸长。这里，如令施加电压为E(V)，压电体层叠膜10的长度为L(m)，压电体层叠膜10的厚度为t(m)，压电体层叠膜10的压电常数为d₃₁(pm/V)，则压电体层叠膜10的X轴方向的伸长的变化量ΔL(m)可以由以下的式(1)求出。
ΔL＝d₃₁×L×E/t…(1)
此外，与第2电极膜5接合的压电体层叠膜10的上侧部分沿X轴方向伸长，另一方面与第1电极膜2接合的压电体层叠膜10的下侧部分被厚度大的基板1抑制伸长。其结果是，与压电元件20中的上述一端相反侧的另一端(图1中的右端。以下称为前端)沿Z轴的-Z方向(图1中的下侧)位移。因而，如果以一定周期重复电压的施加，则压电元件20的前端沿Z轴方向以规定的位移量位移。而且，通过调查施加电压与压电元件20的前端的位移量的大小的关系，可以评价压电元件20的位移特性。
<压电元件的制造方法>
下面，参照图2就压电元件20的制造方法进行说明。首先，如图2(a)所示，在纵20mm、横20mm、厚0.3mm的基板101的表面上，用形成宽5.0mm、长18.0mm的长方形的开口部的不锈钢制掩模(厚0.2mm)，用RF磁控管溅射法形成第1电极膜102。
接着，在第1电极膜102的表面上用形成宽5.0mm、长12.0mm的长方形的开口部的不锈钢制掩模(厚0.2mm)，用RF磁控管溅射法正确地形成压电体层叠膜110。具体地说，像以下这样制作压电体层叠膜110。首先，把PZT氧化物的烧结体用作规定的靶子且用规定的成膜条件下的RF磁控管溅射法，在第1电极膜102上形成第1压电体薄膜103。然后，用与第1压电体薄膜103的形成时同一规定的靶子且用与第1压电体薄膜103的形成时的规定的成膜条件不同的成膜条件下的RF磁控管溅射法，在第1压电体薄膜103上连续地形成第2压电体薄膜104。
接着，在压电体层叠膜110的表面上，用与上述同一掩模，用RF磁控管溅射法形成第2电极膜105。其结果是，如图2(b)所示，可以得到由基板101和在该基板101上所形成且包含压电体层叠膜110的层叠体111构成的结构体121。
接着，如图2(c)所示，用切片锯切断结构体121，使得基板1成为宽3.0mm、长15.0mm的薄长方形状且第1电极膜2的离其一端(图2(c)中的左端)直到长度为3.0mm的部分露出。其结果是，可以得到基板1、第1电极膜2、第1压电体薄膜3、第2压电体薄膜4和第2电极膜5依次层叠的压电元件结构体零件22。
接着，如图2(d)所示，用环氧树脂系粘接剂把基板1中的第1电极膜2的露出部(图2(d)中的左端部)侧的部分接合于不锈钢支持基板6上。
接着，如图2(e)所示，用导电性粘接剂(银糊剂)把引线8连接于第1电极膜2的露出部，并且用引线接合法把引线9连接于第2电极膜5中的第1电极膜2的露出部侧的部分，由此可以得到图1所示的压电元件20。图3是表示该压电元件20的膜结构的示意图。
下面，具体地就所实施的实施例进行说明。
(实施例1)
在本实施例中，作为基板101，使用硅基板，作为第1电极膜102，使用厚度100nm的Pt薄膜。该Pt薄膜用三元RF磁控管溅射装置形成。具体地说，把硅基板101加热到成为400℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝15/1)用作溅射气体，把总气体压力保持为0.25Pa。把由Pt构成的靶子用作三元RF磁控管溅射装置的第1靶子。而且，施加200W的高频电力进行1200秒溅射，由此形成了Pt薄膜。
把压电体层叠膜110的膜厚取为3100nm。由(001)优先取向的锆酸钛酸铅(以下称为PZT)构成的厚度100nm的第1压电体薄膜103和在该第1压电体薄膜103上所形成的由(001)优先取向的PZT构成的厚度3000nm的第2压电体薄膜104来构成压电体层叠膜110。
用RF磁控管溅射装置制作第1及第2压电体薄膜103、104(参照图2(b))。此时，把过剩约20摩尔％地加入PbO并调和的化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶子。此外，成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在50秒中形成第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在3000秒中形成第2压电体薄膜104。
这里，为了正确地求得图2(b)所示的第1压电体薄膜103的组成、膜厚和剖面结构，同时也制作了在形成了第1压电体薄膜103后结束成膜的层叠膜。用扫描型电子显微镜观察该试样的表面，且进行X射线微分析器的组成分析。然后，破坏该试样，用扫描型电子显微镜观察该破断面。
此外，为了正确地求得图2(b)所示的第2压电体膜104的组成、膜厚和剖面结构，同时也制作了在形成了第2压电体膜104后中止成膜的层叠膜。用扫描型电子显微镜观察该试样的表面，且进行X射线微分析器的组成分析。然后，破坏该试样，用扫描型电子显微镜观察该破断面。
此外，把图2(b)所示的结构体121用作试样，通过俄歇分光分析进行压电体层叠膜110的厚度方向的组成分析。进而用扫描型电子显微镜观察压电体层叠膜110的破断面。
以上这些分析和观察的结果查明，作为第1电极膜102的Pt电极是平均粒径(平均直径)为20nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。第1及第2压电体薄膜103、104作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜103，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为40nm。第2压电体薄膜104，膜厚为3000nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为100nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为31。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为55％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为75％。这里，(001)结晶取向率α可以由以下的式(2)定义。
α＝I(001)/∑I(hk1)  …(2)
∑I(hk1)是在X射线衍射法中，用Cu-Kα线的场合的2θ为10°～70°时的钙钛矿型氧化物的总衍射强度的总和。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝0.95∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.53∶0.47。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。图4示出施加频率为2kHz的三角形波电压的场合的压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件20的前端最大19.0μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，调查压电元件20的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件20的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，位移量最大为19.0μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例2)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度120nm的Ir-Ti合金薄膜作为第1电极膜102。该Ir-Ti膜用三元RF磁控管溅射装置形成。具体地说，把硅基板101加热到成为400℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝15/1)用作溅射气体，把总气体压力保持为0.25Pa。把由Ir构成的靶子用作三元RF磁控管溅射装置的第1靶子，把由钛构成的靶子用作第2靶子。而且，对第1靶子和第2靶子分别施加200W和60W的高频电力进行1200秒溅射，由此形成了Ir-Ti合金薄膜。
把压电体层叠膜110的膜厚取为2550nm。由(001)优先取向的PZT构成的厚度50nm的第1压电体薄膜103和在该第1压电体薄膜103上所形成的由(001)优先取向的PZT构成的厚度2500nm的第2压电体薄膜104来构成压电体层叠膜110。
使用RF磁控管溅射装置制作第1及第2压电体薄膜103、104(参照图2(b))。此时，把过剩约20摩尔％地加入PbO并调和的化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.50∶0.50)用作靶子。此外，成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在40秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在2400秒中形成了第2压电体薄膜104。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，作为第1电极膜102的Ir-Ti电极是含有组成为3％的钛的Ir薄膜，是平均粒径(平均直径)为30nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。第1及第2压电体薄膜103、104作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜103，膜厚为50nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为40nm。第2压电体薄膜104，膜厚为2500nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为80nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为31.9。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为60％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为80％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.50∶0.50，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，与实施例1同样，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件20的前端最大23.9μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，调查压电元件20的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件20的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，位移量最大为23.9μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例3)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度150nm的Pd薄膜作为第1电极膜102。该Pd膜用三元RF磁控管溅射装置形成。具体地说，把硅基板101加热到成为400℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝15/1)用作溅射气体，把总气体压力保持为0.25Pa。把由Pd构成的靶子用作三元RF磁控管溅射装置的第1靶子。而且，对第1靶子施加200W的高频电力进行1200秒溅射，由此形成了Pd薄膜作为第1电极膜102。
把压电体层叠膜110的膜厚取为3100nm。由(001)优先取向的PZT构成的厚度100nm的第1压电体薄膜103和在该第1压电体薄膜103上所形成的由(001)优先取向的PZT构成的厚度3000nm的第2压电体薄膜104来构成压电体层叠膜110。
用RF磁控管溅射装置制作第1及第2压电体薄膜103、104(参照图2(b))。此时，把过剩约20摩尔％地加入PbO并调和的化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.60∶0.40)用作靶子。此外，成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在50秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在2800秒中形成了第2压电体薄膜104。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，作为第1电极膜102的Pd电极是平均粒径(平均直径)为20nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。第1及第2压电体薄膜103、104作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜103，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为70nm。第2压电体薄膜104，膜厚为3000nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为150nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为20.7。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为50％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为75％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.60∶0.40，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.60∶0.40。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板1的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，与实施例1同样，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件20的前端最大20.2μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，调查压电元件20的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件20的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，位移量最大为20.2μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例4)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度110nm的Ru薄膜作为第1电极膜102。该Ru膜用三元RF磁控管溅射装置形成。具体地说，把硅基板101加热到成为400℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝15/1)用作溅射气体，把总气体压力保持为0.25Pa。把由Ru构成的靶子用作三元RF磁控管溅射装置的第1靶子。而且，对第1靶子施加200W的高频电力进行1200秒溅射，由此形成了Ru薄膜。
把压电体层叠膜110的膜厚取为4505nm。由(001)优先取向的PZT构成的厚度5nm的第1压电体薄膜103和在该第1压电体薄膜103上所形成的由(001)优先取向的PZT构成的厚度4500nm的第2压电体薄膜104来构成压电体层叠膜110。
用RF磁控管溅射装置制作第1及第2压电体薄膜103、104(参照图2(b))。此时，把过剩约20摩尔％地加入PbO并调和的化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶子。此外，成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在10秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在3600秒中形成了第2压电体薄膜104。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，作为第1电极膜102的Ru电极是平均粒径(平均直径)为25nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。第1及第2压电体薄膜103、104作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜103，膜厚为5nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为50nm。第2压电体薄膜104，膜厚为4500nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为150nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为30。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为60％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为85％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝0.95∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，与实施例1同样，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件20的前端最大18.8μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，调查压电元件20的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件20的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，位移量最大为18.8μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例5)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度130nm的Ir-Co合金薄膜作为第1电极膜102。该Ir-Co膜用三元RF磁控管溅射装置形成。具体地说，把硅基板101加热到成为400℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝15/1)用作溅射气体，把总气体压力保持为0.25Pa。把由Ir构成的靶子用作三元RF磁控管溅射装置的第1靶子，把由Co构成的靶子用作第2靶子。而且，对第1靶子和第2靶子分别施加200W和60W的高频电力进行1200秒溅射，由此形成了作为第1电极膜102的Ir-Co合金薄膜。
把压电体层叠膜110的膜厚取为3030nm。由(001)优先取向的PZT构成的厚度30nm的第1压电体薄膜103和在该第1压电体薄膜103上所形成的由(001)优先取向的PZT构成的厚度3000nm的第2压电体薄膜104来构成压电体层叠膜110。
用RF磁控管溅射装置制作第1及第2压电体薄膜103、104(参照图2(b))。此时，把过剩约20摩尔％地加入PbO并调和的化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.50∶0.50)用作靶子。此外，成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在30秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在3000秒中形成了第2压电体薄膜104。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，作为第1电极膜102的Ir-Co电极是含有组成为4％的Co的Ir薄膜，是平均粒径(平均直径)为20nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。第1及第2压电体薄膜103、104作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜103，膜厚为30nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为40nm。第2压电体薄膜104，膜厚为3000nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为60nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为50.5。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为65％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为80％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.50∶0.50，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，与实施例1同样，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件20的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件20的前端最大26.7μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，调查压电元件20的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件20的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件20后，位移量最大为26.7μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(比较例1)
为了与上述各实施例的压电元件进行比较，制作以下这种比较例1的压电元件。即，本比较例的压电元件，与实施例1不同，对于压电体层叠膜的Pb组成，第1压电体薄膜一方多于第2压电体薄膜。再者，该压电体层叠膜的成膜方法与实施例1是同样的，成膜条件与实施例1不同。关于其它方面，与实施例1完全相同。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，本比较例的第1及第2压电体薄膜作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为60nm。第2压电体薄膜，膜厚为3000nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为180nm。压电体层叠膜的厚度对第2压电体薄膜的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为17.2。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为70％，第2压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为88％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，查明第1及第2压电体薄膜是(001)轴沿与基板的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜一方比第2压电体薄膜要多。
此外，在该压电元件中，与实施例1同样，如果施加0V～-50V的三角形波电压，则压电元件的前端最大22.3μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件后，调查压电元件的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件的外观。其结果是，在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件后，位移量减少(0μm)，第1电极膜变色成黑色。即，压电元件劣化。
(比较例2)
为了与上述各实施例的压电元件进行比较，制作以下这种比较例2的压电元件。即，本比较例的压电元件，与实施例2不同，对于压电体层叠膜的Pb组成，第1压电体薄膜一方多于第2压电体薄膜。再者，该压电体层叠膜的成膜方法与实施例2是同样的，成膜条件与实施例2不同。关于其它方面，与实施例2完全相同。
与实施例1相同的分析和观察的结果查明，本比较例的第1及第2压电体薄膜作为相互连续地相连的柱状结构的颗粒的集合体而存在。第1压电体薄膜，膜厚为50nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为70nm。第2压电体薄膜，膜厚为2500nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为140nm。压电体层叠膜的厚度对第2压电体薄膜的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为18.2。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为65％，第2压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为85％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50，第2压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.50∶0.50。即，查明第1及第2压电体薄膜是(001)轴沿与基板1的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜一方比第2压电体薄膜要多。
此外，在该压电元件中，与实施例2同样，如果施加0V～-50V的三角形波电压，则压电元件的前端最大18.0μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件后，调查压电元件的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件的外观。其结果是，在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件后，位移量减少(0μm)，第1电极膜变色成黑色。即，压电元件劣化。
<效果>
如以上所述，根据本实施方式，由于第1压电体薄膜3的Pb组成少于第2压电体薄膜4的Pb组成，所以即使在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下驱动压电元件20，在第1电极膜2与第1压电体薄膜3的界面处也不产生起因于第1压电体薄膜3的过剩Pb与水分反应的现象，不会引起压电元件20的劣化。因此，可以实现低成本、压电特性高且耐湿性高的压电元件20。
(实施方式2)
如图5所示，本实施方式的压电元件21在第1电极膜2与第1压电体薄膜3之间设有取向控制膜12，关于其它方面，是与实施例1的压电元件20大致同样的结构。
本实施方式的压电元件21是与实施方式1的压电元件20类似的形状，具备薄长方形平板状的基板1(厚度0.3mm，宽度3.0mm，长度15.0mm)和在该基板1上所形成的层叠体11。压电元件21的宽度为3.0mm。压电元件21的一端部(图5中的左端部)利用环氧系树脂类粘接剂7固定于不锈钢支持基板6(厚度1.0mm，宽度3.0mm，长度10.0mm)上。该一端部是离压电元件2 1的一端(图5中的左端)的长度直到3.0mm的部分。压电元件21的纵长方向与不锈钢支持基板6的纵长方向几乎垂直。根据以上，压电元件21构成悬臂梁。
基板1还起到阻碍因压电效应引起的层叠体11的伸缩的振动板膜(振动板层)的作用。层叠体11具备在基板1上所形成的第1电极膜2、在该第1电极膜2上所形成的取向控制膜12、在该取向控制膜12上所形成的压电体层叠膜10、在该压电体层叠膜10上所形成的第2电极膜5。
第1电极膜2设在基板1的厚度方向一侧的面的整个面上。取向控制膜12设在第1电极膜2的上述一端部以外的部分之上。即，取向控制膜12，宽度为3.0mm且长度为12.0mm。压电体层叠膜10设在取向控制膜12上。具体地说，压电体层叠膜10由在取向控制膜12上所形成的第1压电体薄膜3、和在该第1压电体薄膜3上所形成的第2压电体薄膜4来构成。该第1压电体薄膜3具有作为控制第2压电体薄膜4的结晶取向性的取向控制膜的功能。
第2电极膜5由厚度为100nm的铂构成。在第1及第2电极膜2、5上分别连接着金制的引线8、9。
作为本发明的特征，第1及第2压电体薄膜3、4是结晶成长方向从压电体层叠膜10(第1及第2压电体薄膜3、4)的厚度方向一方向侧向另一侧的柱状颗粒的集合体。第1压电体薄膜3的Pb含量少于第2压电体薄膜4的Pb含量。压电体层叠膜的厚度对第2压电体薄膜4的柱状颗粒的平均剖面直径之比为20以上60以下。这里，在压电体层叠膜10的厚度对第2压电体薄膜4的柱状颗粒的平均剖面直径之比不足20的场合，因成膜时发生的应力在压电体层叠膜10中发生裂纹，此外，如果该比超过60，则驱动时的消耗电力增大而响应性降低，哪种场合都不好。
此外，第1压电体薄膜3的柱状颗粒，平均剖面直径(粒径)为40nm以上70nm以下并且长度为5nm以上100nm以下。第2压电体薄膜4的柱状颗粒，平均剖面直径(粒径)为60nm以上200nm以下并且长度为2500nm以上5000nm以下。
此外，第1及第2压电体薄膜3、4，化学组成比用Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶1-b来表达。第1及第2压电体薄膜3、4的b的值为0.50以上0.60以下的同一值。第1压电体薄膜3的a的值为-0.05以上0.05以下。第2压电体薄膜4的a的值为0以上0.10以下。
此外，取向控制膜12由钛酸镧铅构成。
此外，第1电极膜2是由从Pt、Ir、Pd和Ru中选出的至少一种贵金属、或由该贵金属与Ti、Co、Ni、Al、Fe、Mn、Cu、Mg、Ca、Sr和Ba中选出的至少一种金属或其氧化物的合金构成、平均剖面直径为20nm以上30nm以下的柱状颗粒的集合体。
这里，与实施方式1同样，如果在压电元件21上经由引线8、9施加电压，则压电元件21的前端沿Z轴的-Z方向位移。因而，如果以一定周期重复电压的施加，则压电元件21的前端沿Z轴方向以规定的位移量位移。其结果是，可以评价压电元件21的位移特性。
<压电元件的制造方法>
下面，参照图6就压电元件21的制造方法进行说明。首先，如图6(a)所示，在纵20mm、横20mm、厚0.3mm的基板101的表面上，使用形成有宽5.0mm、长18.0mm的长方形的开口部的不锈钢制掩模(厚0.2mm)，用RF磁控管溅射法形成第1电极膜102。
接着，在第1电极膜102的表面上使用形成有宽5.0mm、长12.0mm的长方形的开口部的不锈钢制掩模(厚0.2mm)，把钛酸镧铅的烧结体用作靶子且用第1成膜条件下的RF磁控管溅射法形成取向控制膜112。
接着，在取向控制膜112上，用与上述同样的掩模，用RF磁控管溅射法正确地形成压电体层叠膜110。具体地说，像以下这样制作压电体层叠膜110。首先，把PZT氧化物的烧结体用作靶子且用与第1成膜条件不同的第2成膜条件下的RF磁控管溅射法，在取向控制膜112上形成第1压电体薄膜103。然后，用与第1压电体薄膜103的形成时同一靶子且用与第1压电体薄膜103的形成时的第2成膜条件不同的成膜条件下的RF磁控管溅射法，在第1压电体薄膜103上连续地形成第2压电体薄膜104。
接着，在压电体层叠膜110的表面上，用与上述同一掩模，用RF磁控管溅射法形成第2电极膜105。其结果是，如图6(b)所示，可以得到由基板101和在该基板101上所形成且包含压电体层叠膜110的层叠体111构成的结构体121。
接着，如图6(c)所示，用切片锯切断结构体121，使得基板1成为宽3.0mm、长15.0mm的薄长方形状且第1电极膜2的离其一端(图6(c)中的左端)直到长度3.0mm的部分露出。其结果是，可以得到基板1、第1电极膜2、取向控制膜12、第1压电体薄膜3、第2压电体薄膜4和第2电极膜5依次层叠而成的压电元件结构体零件22。
接着，如图6(d)所示，用环氧树脂系粘接剂7把基板1中的第1电极膜2的露出部(图2(d)中的左端部)侧的部分接合于不锈钢支持基板6上。
接着，如图6(e)所示，用导电性粘接剂(银糊剂)把引线8连接于第1电极膜2的露出部，并且用引线接合法把引线9连接于第2电极膜5中的第1电极膜2的露出部侧的部分，由此可以得到图5所示的压电元件21。图7是表示该压电元件21的膜结构的示意图。
下面，具体地就所实施的实施例进行说明。
(实施例6)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度100nm的Pt薄膜作为第1电极膜102。与实施例1完全相同地形成它们。
用在含有10摩尔％镧的PLT中过剩15摩尔％地加入氧化铅(PbO)并调和的烧结靶子，在基板温度600℃，氩气与氧气的混合气体气氛中(气体体积比Ar/O₂＝19/1)，真空度0.8Pa，高频电力300W的成膜条件下12分钟形成了取向控制膜112。
用实施例1的RF磁控管溅射装置制作了压电体层叠膜110。把化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶子。成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在50秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在2500秒中形成了第2压电体薄膜104。
就第1电极膜102、取向控制膜112和压电体层叠膜110的组成、膜厚、剖面结构和结晶取向性，用与实施例1同样的方法调查。
查明作为第1电极膜102的Pt电极是平均粒径(平均直径)为20nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。
取向控制膜112是含有10摩尔％镧、且与化学计量组成相比含有的铅过剩10％的钙钛矿型结晶结构。
第1压电体薄膜103，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为40nm。第2压电体薄膜104，膜厚为2800nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为100nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为29。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为78％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为95％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.53∶0.47。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，用与实施例1同样的评价装置进行压电元件21的前端的Z轴方向的位移量的测定。即，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件21的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件21的前端最大28.3μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，调查压电元件21的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件21的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，位移量最大为28.3μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例7)
在本实施例中，使用硅基板作为基板101，使用厚度120nm的Ir-Ti合金薄膜作为第1电极膜102。与实施例2完全相同地形成它们。
用与实施例6相同的靶子、成膜条件形成了取向控制膜112。
用实施例1的RF磁控管溅射装置制作了压电体层叠膜110。把化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.50∶0.50)用作靶子。成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在50秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在3000秒中形成了第2压电体薄膜104。
就第1电极膜102、取向控制膜112和压电体层叠膜110的组成、膜厚、剖面结构和结晶取向性，用与实施例1同样的方法调查。
查明作为第1电极膜102的Ir-Ti合金电极是含有3％的钛的Ir薄膜，是平均粒径(平均直径)为30nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。
取向控制膜112是含有10摩尔％镧、且与化学计量组成相比含有的铅过剩10％的钙钛矿型结晶结构。
第1压电体薄膜103，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为40nm。第2压电体薄膜104，膜厚为3800nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为170nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为22.9。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为80％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为98％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.50∶0.50，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50。即，查明第1及第2压电体薄膜103、104是(001)轴沿与基板101的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，用与实施例1同样的评价装置进行压电元件21的前端的Z轴方向的位移量的测定。即，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件21的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件21的前端最大26.5μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，调查压电元件21的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件21的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，位移量最大为26.5μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(实施例8)
在本实施例中，使用硅基板作为基板1，使用厚度110nm的Ru薄膜作为第1电极膜102。与实施例2完全相同地形成它们。
用在实施例6相同的靶子、成膜条件下形成了取向控制膜112。
用实施例1的RF磁控管溅射装置制作了压电体层叠膜110。把化学计量组成的钛酸锆酸铅(PZT)的6英寸直径的烧结体(组成摩尔比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶子。成膜条件如下所示。即，在安装上述靶子的成膜室之中，把在一侧的面上形成有第1电极膜102的硅基板101加热到成为580℃并保持该温度。把氩气与氧气的混合气体(气体体积比Ar/O₂＝79/1)用作溅射气体，把其气体压力取为0.2Pa，把其气体流量取为每分钟40ml。而且，把等离子体发生电力取为3kW，在30秒中形成了第1压电体薄膜103。然后，暂时停止成膜，仅把上述成膜条件当中溅射气体的气体体积比变更成Ar/O₂＝38/2，不改变其它成膜条件，在3500秒中形成了第2压电体薄膜104。
就第1电极膜102、取向控制膜112和压电体层叠膜110的组成、膜厚、剖面结构和结晶取向性，用与实施例1同样的方法调查。
查明作为第1电极膜102的Ru电极是平均粒径(平均直径)为20nm的柱状颗粒(柱状结晶)的集合体。
取向控制膜112是含有10摩尔％镧、且与化学计量组成相比含有的铅过剩10％的钙钛矿型结晶结构。
第1压电体薄膜103，膜厚为50nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为50nm。第2压电体薄膜104，膜厚为3500nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为150nm。压电体层叠膜110的厚度对第2压电体薄膜104的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为28。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜103、104是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜103的形成面的(001)结晶取向率为75％，第2压电体膜104的形成面的(001)结晶取向率为93％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜103的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜104的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜103、104中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜103一方比第2压电体薄膜104要少。
此外，用与实施例1同样的评价装置进行压电元件21的前端的Z轴方向的位移量的测定。即，在第1及第2电极膜2、5间经由引线8、9施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件21的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件21的前端最大29.7μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，调查压电元件21的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件21的外观。结果查明，即使在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件21后，位移量最大为29.7μm，未见位移量的减少，此外，未见第1电极膜2的变色。
(比较例3)
为了与上述各实施例的压电元件进行比较，制作以下这种比较例3的压电元件。即，本比较例的压电元件，与实施例6不同，对于压电体层叠膜的Pb组成，第1压电体薄膜一方多于第2压电体薄膜。再者，该压电体层叠膜的成膜方法与实施例6是同样的，成膜条件与实施例6不同。关于其它方面，与实施例6完全相同。
就第1电极膜、取向控制膜和压电体层叠膜的组成、膜厚、剖面结构和结晶取向性，用与实施例1同样的方法调查。
取向控制膜是含有10摩尔％镧、且与化学计量组成相比含有的铅过剩10％的钙钛矿型结晶结构。
第1压电体薄膜，膜厚为100nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为70nm。第2压电体薄膜，膜厚为2800nm，柱状颗粒的平均粒径(平均直径)为180nm。压电体层叠膜的厚度对第2压电体薄膜的柱状颗粒的平均粒径(平均直径)之比为16.1。
此外，用X射线衍射法分析的结果查明，第1及第2压电体膜是钙钛矿型结晶结构。第1压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为80％，第2压电体膜的形成面的(001)结晶取向率为98％。
此外，X射线微分析器进行的阳离子的组成分析的结果，第1压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，第2压电体薄膜的组成为Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，查明第1及第2压电体薄膜是(001)轴沿与基板1的上面垂直的方向优先取向地成长的钙钛矿型结晶结构的PZT膜，Zr和Ti的组成，第1及第2压电体薄膜中是相同的，Pb的组成，第1压电体薄膜一方比第2压电体薄膜要多。
此外，压电元件的压电位移的驱动耐久试验，用与实施例1相同的评价装置进行。即，在第1及第2电极膜间经由引线施加0V～-50V的三角形波电压，用激光多普勒振动位移测定装置测定压电元件的前端的Z轴方向的位移量。其测定结果查明，压电元件的前端最大26.0μm位移。
此外，由该三角形波电压在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下连续120小时驱动压电元件后，调查压电元件的驱动状况并且用光学显微镜调查压电元件的外观。其结果是，在高温高湿的气氛下连续120小时驱动压电元件后，位移量减少(0μm)，第1电极膜变色成黑色。即，压电元件劣化。
<效果>
如以上所述，根据本实施方式，由于第1压电体薄膜3的Pb组成少于第2压电体薄膜4的Pb组成，所以即使在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下驱动压电元件21，也不会引起压电元件21的劣化，该压电元件的劣化起因于在取向控制膜12与第1压电体薄膜3的界面处、第1压电体薄膜3的过剩Pb与透过第1电极膜2及取向控制膜12而浸入的水分反应。因此，可以实现低成本、压电特性高且耐湿性高的压电元件21。
通过在第1电极膜2和第1压电体薄膜3之间配置取向控制膜12，第1压电体薄膜3的结晶取向性提高，进而，第2压电体薄膜4的结晶取向性提高。因此，可以实现压电特性更高的压电元件21。
(实施方式3)
本实施方式是把本发明的压电元件运用于喷墨头中。如图8所示，本实施方式的喷墨头201由相互排成列状的同一形状的10个墨水喷出元件202、…和连接于各墨水喷出元件202的个别电极33(参照图9)且用来驱动墨水喷出元件202的驱动电源元件203来构成。
如图9所示，墨水喷出元件202是依次层叠喷嘴板D和墨水液流路零件C和压力室零件A和致动器部B而成。这些零件A～D相互用粘接剂粘接固定。
在压力室零件A上形成压力室用开口部31。将致动器部B配置成覆盖压力室用开口部31的上端开口面。即，将致动器部B设置成厚度方向一侧的面的一部分面对着压力室用开口部31。将墨水液流路零件C配置成覆盖压力室用开口部31的下端开口面。即，压力室用开口部31由分别配置于其上下的致动器部B和墨水液流路零件C划分，所划分的该空间构成容纳墨水液的压力室32(厚度0.2mm)。再者，上述上端开口面的形状是短轴为200μm、长轴400μm的椭圆形状。
在墨水液流路零件C上，形成由相互排成列状的多个压力室32、…所共用的共用液室35、连通该共用液室35与压力室32的供给口36、连通压力室32与后述的喷嘴孔38的墨水流路37。在喷嘴板D上，穿设直径30μm的喷嘴孔38。
上述驱动电源元件203经由连接线向各墨水喷出元件202的个别电极33供给电压。再者，本发明的喷头本体部对应于喷嘴板D、墨水液流路零件C和压力室零件A。
下面，就具体实施的实施例进行说明。
(实施例9)
图10是图9的X-X线的剖面图。致动器部B包括由Pt膜构成的厚度100nm的个别电极33、位于该个别电极33正下方且由用Pb_1.00Zr_0.53Ti_0.47所表示的PZT构成的厚度100nm的第1压电体薄膜41、位于该第1压电体薄膜41正下方且由用Pb_1.05Zr_0.53Ti_0.47所表示的PZT构成的厚度2800nm的第2压电体薄膜42、位于该第2压电体薄膜42正下方且由Pt构成的厚度100nm的第2电极膜(共用电极)43、以及位于该第2电极膜43正下方且由铬构成的厚度3500nm的振动板膜44。分别地设置个别电极33，与压力室32的位置相对应。振动板膜44通过压电体薄膜41、42的压电效应而位移振动。第2电极膜43及振动板膜44在各压力室32间共用。在第2电极膜43上的层叠膜以外的部分(关于层叠膜下文述及)上，由聚酰亚胺构成的电气绝缘有机膜45形成至与个别电极33的上面同一高度。在该电气绝缘有机膜45的上面上，形成连接于个别电极33的由金构成的厚度100nm的引线46。再者，本发明的振动板膜及压电元件对应于致动器部B。
<墨水喷出元件的制造方法>
下面，参照图11和图12，就墨水喷出元件202的制造方法进行说明。首先，与实施例1同样，在纵20mm、横20mm、厚0.3mm的硅基板51上依次层叠第1电极膜52、第1压电体薄膜53、第2压电体薄膜54和第2电极膜43。由此，可以得到图11(a)所示的结构体55。
接着，如图11(b)所示，在室温下，用RF磁控管溅射法在第2电极膜43上形成振动板膜44。
接着，如图11(c)所示，用粘接剂(丙烯酸树脂)56在振动板膜44上粘贴玻璃制的压力室零件57。
接着，如图11(d)所示，使用等离子体反应蚀刻装置，用使用SF₆气体的干蚀刻法去除硅基板51。
接着，如图11(e)所示，在第1电极膜52上形成光敏抗蚀剂58，然后，使该光敏抗蚀剂58与压力室32的位置相对应地形成图案。
接着，如图12(a)所示，用干蚀刻法把第1电极膜52及第1压电体薄膜53与压力室32的位置相对应且相互成为同一形状地形成图案，然后，去除光敏抗蚀剂58。在将该第1电极膜52及第1压电体薄膜进行图案化的工序中，优选用使用含有卤素元素的气体或由含有卤素元素的气体和不活泼性气体构成的混合气体的干蚀刻法进行图案化。
接着，使用与上述相同的光敏抗蚀剂，用湿蚀刻法使第2压电体薄膜54成为个别电极33更大的尺寸地形成图案。由此，如图12(b)所示，由第1电极膜52、第1压电体薄膜53和第2压电体薄膜54构成的层叠膜被个别化，可以得到致动器结构体。在将该第2压电体膜54图案化的工序中，优选用使用以氟硝酸为主要成分的蚀刻剂的湿蚀刻法进行图案化。
接着，如图12(c)所示，在第2电极膜43上的层叠膜以外的部分上，用印刷法形成电气绝缘有机膜45。然后，如图12(d)所示，用DC溅射法在电气绝缘有机膜45的上面上形成引线46。通过以上，可以得到图9所示的致动器部B。
通过以上这种制造方法，制作了相互同一形状、大小的30个墨水喷出元件202、…。而且，在各墨水喷出元件202、…的个别电极33与第2电极膜43之间施加0V～-50V的正弦波形电压(200Hz)，在高温高湿(温度50℃，湿度50％)的气氛下驱动各墨水喷出元件202。其结果是，所有的墨水喷出元件202、…都没有故障地长时间驱动。
用10个通过以上所示的制造方法所制作的墨水喷出元件202，制作了图8所示的喷墨头201。
<喷墨头的动作>
下面，就喷墨头201的动作进行说明。在图8所示的喷墨头201中，电压从驱动电源元件203经由连接线分别供给到10个墨水喷出元件202、…的个别电极33。而且，通过压电体薄膜41、42的压电效应，振动板膜44位移振动，由此，共用液室35内的墨水液经由供给口36、压力室32和墨水流路37从喷嘴孔38喷出。此时，在该喷墨头201中，压电体薄膜41、42的膜面的结晶取向性在(001)面上取齐，此外，压电体薄膜41、42的压电特性也取齐。因此，根据该喷墨头201，则可以得到大的压电位移(位移量)。
此外，由于墨水喷出元件202压电位移大，即，墨水液的喷出能力高，所以在电源电压的调整幅度中可以取大的余量。因此，可以容易地控制各墨水喷出元件202的墨水液的喷出能力。因而，可以减小各墨水喷出元件202间的墨水液喷出能力的偏差。
(实施例10)
如图13所示，本实施例的喷墨头，在个别电极33与第1压电体薄膜41之间设置取向控制膜59这一点与实施例9不同，关于其它方面，与实施例9几乎是同样的。该取向控制膜59，由与实施例6相同的钛酸镧铅构成。
墨水喷出元件202的制造方法，在第1电极膜52与第1压电体薄膜53之间形成取向控制膜59这点上、以及在用干蚀刻法将取向控制膜59与第1电极膜52及第1压电体薄膜53一起对应于压力室32的位置地进行图案化这点上，与实施例9不同，关于其它方面，与实施例9几乎是同样的。该取向控制膜59，用与实施例6的取向控制膜相同方法来制作。
使用以上所示的制造方法所制作的墨水喷出元件202，制作了喷墨头201。
<效果>
通过以上所述，根据本实施方式，在排列多个墨水喷出元件202而成的喷墨头201中，可以减少各墨水喷出元件202间的墨水液的喷出能力的偏差。因此，可以实现可靠性高的喷墨头201。
再者，构成致动器部B的第1电极膜52、取向控制膜59、第1压电体薄膜53、第2压电体薄膜54和第2电极膜43，只要用实施方式1及2的压电元件20、21中所用的材料来构成，随便用什么材料都可以实现高特性的致动器部B。
此外，在本实施方式中，振动板膜44由铬构成，但也可以由硅、玻璃、陶瓷材料或铬以外的金属材料来构成。
此外，在本实施方式中，在第2电极膜43中的与第2压电体薄膜42相反侧的面上形成振动板膜44，但也可以在个别电极33中的与第1压电体薄膜41(取向控制膜59)相反侧的面上形成振动板44。
(实施方式4)
本实施方式是把本发明的压电元件运用于喷墨式记录装置。如图14所示，本实施方式的喷墨式记录装置81，具备利用压电体薄膜41、42的压电效应进行记录的实施方式3的喷墨头201，通过使从喷墨头201喷出的墨水滴打在纸等记录媒体82上，可以在记录媒体82上进行记录。喷墨头201搭载于安装在沿着主扫描方向(图14中的X方向)延伸配置的托架轴83上的托架84上。而且，通过托架84沿着托架轴83往复移动，喷墨头201沿主扫描方向X往复移动。喷墨式记录装置81，还具备使记录媒体82沿与主扫描方向X大致垂直的副扫描方向Y移动的多个辊子85、…。再者，本发明的移动机构与托架轴83、托架84和辊子85相对应。
<效果>
如以上这样，根据本实施方式，由于使用各墨水喷出元件202间的墨水液的喷出能力的偏差小的喷墨头201构成喷墨式记录装置81，所以可以实现在记录时打字不匀少的可靠性高的喷墨式记录装置81。
再者，在本实施方式中，把喷墨头201运用于所谓串行式的喷墨式记录装置81中，但也可以运用于所谓行式的喷墨式记录装置中。
产业上的可利用性
如以上说明的那样，本发明不仅对喷墨头有用，对陀螺仪元件等也是有用的。此外，本发明也可以运用于微型机械器件等中。