CN103329297B - 压电体薄膜及其制造方法、喷墨头、利用喷墨头形成图像的方法、角速度传感器、利用角速度传感器测定角速度的方法、压电发电元件以及利用压电发电元件的发电方法 - Google Patents
压电体薄膜及其制造方法、喷墨头、利用喷墨头形成图像的方法、角速度传感器、利用角速度传感器测定角速度的方法、压电发电元件以及利用压电发电元件的发电方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种非铅压电体薄膜及其制造方法，所述非铅压电体薄膜含有非铅强介电材料并且具有低介电损失和与PZT同样的高压电性能。本发明的压电体薄膜具有层叠结构，层叠结构具有电极膜和具有斜方晶结构的（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3膜（x表示0.03以上0.15以下的值）。
Description
技术领域
本发明涉及具有压电体层的压电体薄膜及其制造方法。本发明还涉及具有该压电体薄膜的喷墨头和利用该喷墨头形成图像的方法、具有该压电体薄膜的角速度传感器和利用该传感器测定角速度的方法、以及具有该压电体薄膜的压电发电元件和利用该元件的发电方法。
背景技术
钛锆酸铅（PZT：Pb（ZrxTi1-x）O3，0<x<1）是能够储存较大的电荷的代表性的强介电材料。PZT用于电容器和薄膜存储器中。PZT具有基于强介电性的热电性和压电性。PZT具有高的压电性能。通过组成的调整或元素的添加，能够容易控制PZT的机械品质系数Qm。这些使得PZT能够应用于传感器、致动器（actuator）、超声波电机、滤波电路以及振子。
但是，PZT含有大量的铅。近年来，来自废弃物的铅的溶析所致的对生态系统和环境的严重的破坏使人担忧。因此，国际上也不断推进对铅的使用的限制。从而，需要一种不同于PZT的不含有铅的强介电材料（非铅强介电材料）。
目前不断开发的非铅（lead-free）强介电材料的一个例子为包含铋（Bi）、钠（Na）、钡（Ba）以及钛（Ti）的钙钛矿（perovskite）型复合氧化物[（Bi0.5Na0.5）1-yBay]TiO3。专利文献1和非专利文献1中公开有，当钡量y（=[Ba/（Bi+Na+Ba）]）为5～10%时，该强介电材料具有约125pC/N的压电常数d33，具有高的压电性能。但是，该强介电材料的压电性能低于PZT的压电性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平4-60073号公报
非专利文献
非专利文献1：T.Takenaka et al.，Japanese Journal of AppliedPhysics，Vol.30，No.9B（1991）2236-2239
发明内容
本发明的目的在于提供一种包括非铅强介电材料并且具有低介电损失和与PZT一样的高压电性能的非铅压电体薄膜及其制造方法。
本发明的另外的目的在于提供一种具有该非铅压电体薄膜的喷墨头、角速度传感器以及压电发电元件。本发明的另外的目的还在于提供一种使用该喷墨头形成图像的方法、使用该角速度传感器测定角速度的方法以及使用该压电发电元件的发电方法。
本发明的目的在于提供一种包括非铅强介电材料并且具有低介电损失和与PZT一样的高压电性能的非铅压电体薄膜及其制造方法。
本发明的压电体薄膜具有层叠结构，层叠结构具备电极膜和具有斜方晶结构的（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3膜（x表示0.03以上0.15以下的值）。
附图说明
图1A是示意性地表示本发明的压电体薄膜的一个例子的截面图。
图1B是示意性地表示本发明的压电体薄膜的另一例的截面图。
图1C是示意性地表示本发明的压电体薄膜的另一例的截面图。
图2是示意性地表示本发明的喷墨头的一个例子的、局部性地表示该喷墨头的截面的立体图。
图3是示意性地表示图2所示的喷墨头中的、包括压力室部件和致动部的主要部分的图，并且为局部性地表示该主要部分的截面的分解立体图。
图4A是示意性地表示图2所示的喷墨头中的、包括压力室部件和致动部的主要部分的一个例子的截面图。
图4B是示意性地表示图2所示的喷墨头中的、包括压力室部件和致动部的主要部分的另一例的截面图。
图5A是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、包括压电体层的层叠体的形成工序的截面图。
图5B是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、之后成为压力室部件的部件的形成工序的截面图。
图5C是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、形成接合层的工序的截面图。
图6A是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、接合如图5A所示的工序中形成的层叠体和如图5B所示的工序中形成的部件的工序的截面图。
图6B是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、如图6A所示的工序的下一个工序（中间层的蚀刻工序）的截面图。
图7A是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、如图6B所示的工序的下一个工序（基底基板的除去工序）的截面图。
图7B是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的方法的一个例子中的、如图7A所示的工序的下一个工序（单独电极层的形成工序）的截面图。
图8A是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的制造方法的一个例子中的、如图7B所示的工序的下一个工序（压电体层的精细加工工序）的截面图。
图8B是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的制造方法的一个例子中的、如图8A所示的工序的下一个工序（基板的截断工序）的截面图。
图9A是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的制造方法的一个例子中的、墨流路部件和喷嘴板的准备工序的截面图。
图9B是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的制造方法的一个例子中的、墨流路部件和喷嘴板的接合工序的截面图。
图9C是示意性地表示制造图2所示的喷墨头的制造方法的一个例子中的、致动部和压力室部件的接合体、以及墨流路部件和喷嘴板的接合体的接合工序的截面图。
图9D是示意性地表示由如图5A～图9C所示的工序得到的喷墨头的截面图。
图10示意性地表示在用作压力室部件的基板上配置有用作致动部的层叠体的一个例子的平面图。
图11是示意性地表示本发明的喷墨头的另一例的截面图。
图12A是用于说明图11所示的喷墨头的制造方法的一个例子的示意截面图。
图12B是用于说明图11所示的喷墨头的制造方法的一个例子的示意截面图。
图13A是示意性地表示本发明的角速度传感器的一个例子的立体图。
图13B是示意性地表示本发明的角速度传感器的另一例的立体图。
图14A是表示图13A所示的角速度传感器的截面E1的截面图。
图14B是表示图13B所示的角速度传感器的截面E2的截面图。
图15A是示意性地表示本发明的压电发电元件的一个例子的立体图。
图15B是示意性地表示本发明的压电发电元件的另一例的立体图。
图16A是表示图15A所示的压电发电元件中的截面F1的截面图。
图16B是表示图15B所示的压电发电元件中的截面F2的截面图。
图17是表示作为实施例1～4和比较例1～2而制作的压电体薄膜的X射线衍射曲线的图。
图18是示意性地表示压电体材料的晶体结构的图。
具体实施方式
下面说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对相同的部件标注相同的符号。由此，能够省略重复的说明。
【压电体薄膜、压电体薄膜的制造方法】
图1A表示基于本发明的压电体薄膜的一种形式。图1A所示的压电体薄膜1a具有层叠结构16a。层叠结构16a依次具有电极膜13和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15。所层叠的这些膜13和15相互接触。该（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15为压电体层。该（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15具有（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（0.03≦x≦0.15）的组成，并且具有斜方晶结构。因此，压电体薄膜1a虽不含有铅，但具有低的介电损失和与PZT相同的高的压电性能。
电极膜13的例子如以下的（1）与（2）。
（1）诸如铂（Pt）薄膜、钯（Pd）薄膜、铱（Ir）薄膜、金（Au）薄膜这样的金属薄膜，和
（2）诸如氧化镍（NiO）薄膜、氧化钌（RuO2）薄膜、氧化铱（IrO2）薄膜、钌酸锶（SrRuO3）薄膜和镍酸镧（LaNiO3）薄膜这样的氧化物导电体薄膜。
还能够使用两层以上的这些薄膜。
其中，优选为LaNiO3膜13。LaNiO3膜13具有以化学式ABO3表示的钙钛矿型的晶体结构。该晶体结构的晶格常数为0.384nm（伪立方晶（pseudo-cubic））。因此，LaNiO3膜13具有相对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的良好的晶格匹配性。
电极膜13能够含有微量的杂质。该杂质典型的为置换La的稀土元素。
LaNiO3膜为氧化物导电体。电极膜13能够作为为了对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15施加电压而使用的电极层发挥作用。代替LaNiO3，优选具有钙钛矿结构的SrRuO3膜，是因为它具有良好的导电性。
电极膜13典型地是能够通过溅射法（spattering）形成。电极膜13能够通过诸如脉冲激光沉积法（PLD法）、化学气相生长法（CVD法）、溶胶-凝胶（sol-gel）法以及气溶胶沉积法（AD法）这样的薄膜形成方法来形成。
根据制造压电体薄膜的本发明的方法，通过溅射法，形成含有Pt、LaNiO3或SrRuO3的电极膜13。
在电极膜13之上，通过溅射法，形成（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15。
在（Na，Bi）TiO3的化学计量比（化学计量组成）中，Na、Bi、Ti和O的量分别为0.5，0.5，1和3。但是，本发明并不限于这些值。
也就是说，即使满足Na量小于“0.5”（Na欠缺），Bi量大于“0.5”（Bi过剩），或Na欠缺且Bi过剩两者都满足，也能够提高压电体薄膜的结晶性，并且能够得到良好的压电性能。
表示钛酸钠-铋的氧量的值“3”能够包含误差。即使Na的量、Bi的量和Ti的量分别为0.5、0.5和1，O的量也不一定与“3”一致。在压电体薄膜中，O量很容易变得比3小。同样，表示BaTiO3的氧量的值“3”也能够包含误差。
（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的厚度并没有被限制。该厚度例如为0.5μm以上10μm以下。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15即使薄，该膜也具有低介电损失和高压电性能。
（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15具有以化学式ABO3表示的钙钛矿型的晶体结构。位置A和位置B，根据单独的或多个元素的配置，分别具有2价和4价的平均价数。位置A为Bi，Na和Ba。位置B为Ti。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15能够含有微量的杂质。该杂质典型地可以是置换位置A中的Na的Li和K，和置换Ba的Sr和Ca。该杂质典型地可以是置换位置B中的Ti的Zr。其他的该杂质例如可以是Mn、Fe、Nb和Ta。有些杂质能够提高（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的结晶性和压电性能。
在电极膜13和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15之间，根据需要，还能够夹入其他的膜。该膜例如可以是Pt膜，LaNiO3膜或SrRuO3膜。
（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15典型地能够通过溅射法来形成。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15只要具有（001）取向，例如也能够通过诸如PLD法、CVD法、溶胶-凝胶法，AD法这样的其他的薄膜形成方法形成。
图1B表示基于本发明的压电体薄膜的另一种形式。图1B所示的压电体薄膜1c具有层叠结构16c。层叠结构16c是在图1A所示的多层结构16a中还包括导电膜17的结构。该导电膜17形成在（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15上。具体而言，层叠结构16c依次具有电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。被层叠的这些膜相互接触。
在压电体薄膜1c中，在电极膜13和导电膜17之间，夹有（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15。电极膜13和导电膜17能够作为对作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15施加电压的电极层发挥作用。
导电膜17由具有导电性的材料构成。该材料的例子为具有低电阻的金属。该材料可以是诸如NiO、RuO2、IrO3、SrRuO3和LaNiO3这样的氧化物导电体。导电膜17能够由两种以上的这些材料构成。在导电膜17和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15之间，能够配置有提高两者的密合（紧贴）性的密合层。密合层的材料的例子是钛（Ti）。该材料可以是钽（Ta）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铬（Cr）或它们的化合物。密合层能够由两种以上的这些材料形成。密合层能够根据导电膜17和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的密合性省略。
图1B所示的压电体薄膜1c能够通过在电极膜13上依次形成（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17来制造。导电膜17例如能够通过诸如溅射法、PLD法、CVD法、溶胶-凝胶法或AD法这样的薄膜形成方法来形成。
制造压电体薄膜的本发明的方法还能够包含在（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15上形成导电膜17的工序。这样，能够制造图1B所示的压电体薄膜1c。
本发明的压电体薄膜，如图1C所示，还能够具有基板11。电极膜13形成在该基板上。
在图1C所示的压电体薄膜1e中，在基板11上形成有图1B所示的层叠结构16c。
基板11可以是硅（Si）基板或MgO基板。优选为Si单晶基板。
在基板11和层叠结构16c之间（更具体而言，在基板11和电极膜13之间）能够配置有提高两者的密合性的密合层。但是，密合层需要有导电性。密合层的材料的例子为Ti。该材料可以是Ta、Fe、Co、Ni、Cr或它们的化合物。密合层能够由两种以上的这些材料构成。密合层能够根据基板11和层叠结构16c之间的密合性省略。
能够在基板11上依次形成电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17，从而制造图1C所示的压电体薄膜1e。
制造压电体薄膜的本发明的方法能够包含在基板11上形成电极膜13的工序。
图1A～图1C所示的压电体薄膜1a～1e利用基底基板制造。具体而言，该压电体薄膜1a～1e能够通过在基底基板上形成层叠结构16a～16c之后，除去该基底基板来制造。能够通过如蚀刻这样的公知的方法除去该基底基板。
图1C所示的压电体薄膜1e也能够利用基底基板制造。在具体的一种方式中，在基底基板兼做基板11的具体的另一方式中，在基底基板上形成层叠结构16c之后，除去该基底基板，进一步，通过在另外准备的基板11上配置层叠结构16c，能够制造该压电体薄膜1e。
基底基板可以是：具有如MgO这样的NaCl型结构的氧化物基板；具有如SrTiO3、LaAlO3和NdGaO3这样的钙钛矿型结构的氧化物基板；具有如Al2O3这样的金刚砂（corundum）型的氧化物基板；具有如MgAl2O4这样的尖晶石型结构的氧化物基板；具有如TiO2这样的金红石型结构的氧化物基板；以及具有如（La，Sr）（Al，Ta）O3、钇稳定化氧化锆（YSZ）这样的立方晶类的晶体结构的氧化物基板。基底基板能够通过在玻璃基板、如氧化铝这样的陶瓷基板、和如不锈钢这样的金属基板的表面上，层叠具有NaCl型的晶体结构的氧化物薄膜而形成。此时，在该氧化物薄膜的表面能够形成电极膜13。氧化物薄膜的例子为MgO薄膜、NiO薄膜和氧化钴（CoO）薄膜。
制造压电体薄膜的本发明的方法，如上所述，能够包含在基底基板上直接地或隔着其他的薄膜形成电极膜13的工序。关于基底基板，除去能够兼做基板11的基底基板之后，能够配置其他的基板。此时，该其他的基板能够配置为与电极膜13相接触。该其他的基板能够配置为与（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15相接触。根据后者，在该其他的基板上，能够得到依次层叠有（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和电极膜13的压电体薄膜。
【喷墨头】
下面，参照图2～图12B说明本发明的喷墨头。
图2表示本发明的喷墨头的一种形式。图3是表示图2所示的喷墨头100中的、包括压力室部件和致动部的主要部分的分解图。
图2和图3中的符号A表示压力室部件。压力室部件A具有在其厚度方向（图的上下方向）贯通的贯通孔101。图3所示的贯通孔101为在压力室部件A的厚度方向上截断的该贯通孔101的局部。符号B表示具有压电体薄膜和振动层的致动部。符号C表示具有共用液室105和墨流路107的墨流路部件C。压力室部件A、致动部B以及墨流路部件C以压力室部件A被夹在致动部B和墨流路部件C之间的方式互相接合。在压力室部件A、致动部B以及墨流路部件C互相接合的状态下，贯通孔101形成收纳从共用液室105供给的墨的压力室102。
致动部B所具有的压电体薄膜和振动层在俯视时与压力室102重叠。图2和图3中的符号103表示作为压电体薄膜的局部的单独电极层。如图2所示，喷墨头100具有在俯视时配置为Z字状的两个以上的单独电极层103，即压电体薄膜。
墨流路部件C具有在俯视时配置为条状的两个以上的共用液室105。一个共用液室105，在俯视时与两个以上的压力室102重叠。共用液室105在喷墨头100的墨供给方向（图2中的箭头方向）上延伸。墨流路部件C具有将共用液室105内的墨供给至压力室102的供给口106，和从喷嘴孔108喷出压力室102内的墨的墨流路107。通常，一个供给孔106和一个喷嘴孔108与一个压力室102对应设置。喷嘴孔108形成在喷嘴板D。喷嘴板D以与压力室部件A一起夹着墨流路部件C的方式与墨流路部件C接合。
图2中的符号E表示IC芯片。IC芯片E经由焊接线（bonding wire）BW与在致动部B的表面露出的单独电极层103电连接。为了使图2更加清晰，图2中只表示一部分焊接线BW。
图4A和图4B表示包括压力室部件A和致动部B的主要部分的结构。图4A和图4B表示压力室部件A和致动部B的、与墨供给方向（图2中的箭头方向）正交的截面。致动部B具备具有夹在第一电极（单独电极层103）和第二电极（共用电极层112）之间的压电体层15的压电体薄膜104（104a～104d）。一个单独电极层103与一个压电体薄膜104a～104d对应。共用电极层112是压电体薄膜104a～104b共用的电极。
图4A所示的压电体薄膜104具有图1B所示的层叠结构16c。该结构从电极膜13侧起依次具有作为单独电极层103的电极膜13、作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和作为共用电极层112的导电膜17。
图4B所示的压电体薄膜104具有图1B所示的层叠结构16c。该结构具有作为单独电极层103的金属电极膜（优选为Pt膜）12和电极膜13、作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15、以及作为共用电极层112的导电膜17。
图4A和图4B所示的压电体薄膜104中，金属电极膜12、电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15以及导电膜17基本上包括其优选形式，如关于本发明的压电体薄膜的上述说明所述。
作为共用电极层112的导电膜17可以是在表面具有包含导电性材料的密合层的Pt膜。该导电性材料优选为Ti。这是因为，Ti相对于（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15具有高密合性，并能够作为压电体层和共用电极层的密合层良好地发挥作用。
只要施加在第一电极和第二电极之间的电压能够诱发压电体层15的变形，第一电极和第二电极均可以是单独电极层。也就是说，本发明的喷墨头的压电体薄膜能够依次具有共用电极层112、作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和单独电极层103。该情况下，作为第一电极的共用电极层112包括电极膜13。单独电极层103包括导电膜17。
单独电极层103优选具有0.05μm以上1μm以下的厚度。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15优选具有0.5μm以上5μm以下的厚度。共用电极层112优选具有0.05μm以上0.5μm以下的厚度。
致动部B还具有振动层111。振动层111与压电体薄膜104的共用电极层112接合。振动层111根据压电效应所致的压电体薄膜104的变形在振动层111的膜厚方向上产生移位。经由单独电极层103和共用电极层112的对压电体层15的电压的施加导致基于压电效应的压电体薄膜104的变形。
压力室部件A经由中间层113和接合层114与振动层111接合。压力室部件A和压电体薄膜104将振动层111夹在其间。
只要能够（1）根据基于压电效应的压电体薄膜104的变形，振动层111发生移位；（2）根据振动层111的移位，压力室102的容积发生变化；并且（3）根据压力室102的容积的变化，压力室102内的墨能够喷出，则振动层111的结构、压电体薄膜104和振动层111之间的接合的状态、以及振动层111和压力室部件A之间的接合的状态不受限制。图4A和图4B中，振动层111构成压力室102的壁面。
构成振动层111的材料例如为Cr。该材料可以是Ni、铝（Al）、Ta、钨（W）、硅、或者这些元素的氧化物、氮化物（例如，二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅）。振动层111的厚度优选为2μm以上5μm以下。
构成接合层114的材料例如为接合剂或粘合剂。本领域技术人员能够适当选择接合剂和粘合剂的种类。
中间层（纵壁）113防止当压力室部件A经由接合层114与振动层111接合时，接合层114附着于在压力室102露出的振动层111的一部分。附着在该一部分的接合剂阻碍振动层111的移位。构成中间层113的材料只要能够维持喷墨头100的功能，就不受限制。中间层113的材料例如为Ti。中间层113能够省略。
压力室部件A在相邻的压力室102之间具有分隔壁102a。
参照图5A～图10说明图2所示的制造喷墨头100的方法的一个例子。
首先，如图5A所示，在基底基板120之上依次形成电极膜13、（Bi、Na、Ba）TiO3膜（压电体层）15、导电膜17、振动层111以及中间层113，得到层叠体132。形成各层（膜）的薄膜形成方法并没有特别的限制。该方法的例子为PLD法、CVD法、溶胶-凝胶法、AD法、溅射法。该方法优选为溅射法。
在层叠体132的形成以外，之后形成成为压力室部件A的部件。该部件例如能够通过对Si基板（优选为Si单晶基板）进行精细加工而形成。Si基板的尺寸优选为比基底基板120的尺寸大（参照图10。图10中的符号130为Si基板。符号130可以是Si基板以外的其他的基板）。更具体而言，如图5B所示，多个贯通孔101形成在基板130上。贯通孔101，在该部件与另外形成的致动部和墨流路部件接合之后作为压力室102发挥作用。在图5B中，一个贯通孔组由4个贯通孔101构成。基板130具有多个该贯通孔组。第一分隔壁102a划分属于一个贯通孔组的相邻的两个贯通孔101。相邻的两个贯通孔组被第二分隔壁102b划分。第二分隔壁102b优选具有第一分隔壁102a所具有的宽度的两倍以上的宽度。贯通孔101能够通过公知的精细加工方法设置于基板130上。该方法例如可以是图案化和蚀刻的组合。蚀刻可以是化学蚀刻或干式蚀刻。贯通孔101的形状能够与所希望的压力室102的形状对应。下面，将第一分隔壁102a和第二分隔壁102b合称为分隔壁102。
接着，如图5C所示，在分隔壁102之上形成接合层114。接合层114的形成方法并不被限制。该方法例如可以是电镀法（electrodeposition）。
之后，如图6A所示，基板130与层叠体132接合。通过该接合，中间层113被夹在基板130和层叠体132之间。当基板130的尺寸比基底基板120的尺寸大时，如图10所示，多个层叠体132（图10所示的例子中14的层叠体。图10中，能看见层叠体132所具有的基底基板120。）能够与基板130接合。在图6A中，两个层叠体132与基板130接合。在图6A中，两个层叠体132的中心位于第二分隔壁102b的延长线上。通过基板130与层叠体132的接合，导电膜17成为共用电极层112。
当接合层114由热固化性的接合剂构成时，优选在基板130与层叠体132接合之后，进行加热，使接合层114完全固化。接合时露出到贯通孔101的接合层114能够通过等离子体处理除去。
接着，如图6B所示，将分隔壁102作为掩模利用，对中间层113进行蚀刻。该蚀刻以与贯通孔101的截面的形状吻合的方式进行。由此，振动层111露出于贯通孔101。通过该蚀刻，中间层113在俯视时变为与分隔壁102相同的形状。中间层113与分隔壁102和接合层114一起构成纵壁。这样，形成具有基板130、中间层113和接合层114的压力室部件A。
图5B～图6B所示的例子中，形成有贯通孔101的基板130与包括压电体层15的层叠体132接合。代替该顺序，即使通过不具有贯通孔101的基板130与层叠体132接合，之后在该基板130形成贯通孔101而使振动层111露出，也能够形成压力室部件A。
之后，如图7A所示，例如通过蚀刻除去基底基板120。
接着，如图7B所示，通过组合光刻法和蚀刻的精细加工，电极膜13改变为两个以上的单独电极层103。各单独电极层103在俯视时与各个贯通孔101对应。
之后如图8A所示，对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15进行精细加工。精细加工后的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15在俯视时具有与单独电极层103的形状相同的形状。在该精细加工中，优选俯视观察时的各层（膜）的中心与贯通孔101的中心以高精度一致。这样，形成具有由单独电极层103（电极膜13）、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15以及共用电极层112（导电膜17）构成的压电体薄膜104；和振动层111的致动部B。
接着，如图8B所示，将共用电极层112、振动层111和基板130在每个第二分隔壁102b处截断，得到两个以上的部件133。一个部件133具备致动部B和具有两个以上的贯通孔101的压力室部件A。致动部B与压力室部件A接合。
与上述的各顺序不同地，如图9A所示，准备具有共用液室105、供给口106和墨流路107的墨流路部件C；和具有喷嘴孔108的喷嘴板D。
接着，如图9B所示，以从垂直于墨流路部件C的主面的方向看墨流路107与喷嘴孔108重叠的方式，将墨流路部件C与喷嘴板D接合得到接合体。优选在墨流路107露出喷嘴孔108的整体。两个部件的接合方法并没有限制，例如能够使用接合剂。
之后，如图9C所示，部件133与在图9B所示的工序中准备的接合体接合。更具体而言，压力室部件A的与致动部B侧相反侧的面与墨流路部件C的与喷嘴板D侧相反侧的面接合。接合时进行对准调整，通过该接合使贯通孔101作为压力室102发挥作用。接合方法并没有限制，例如，能够使用接合剂。这样，得到图9D（图2）所示的喷墨头100。
图11表示本发明的另外的喷墨头。图11所示的喷墨头141与图2～图4所示的喷墨头100相比，具有更简单的结构。具体而言，从喷墨头100去除墨流路部件C。
图11所示的喷墨头141，除以下的（1）～（6）之外，与图2～图4所示的喷墨头100相同：（1）没有墨流路部件C，并且具有喷嘴孔108的喷嘴板D直接与压力室部件A接合；（2）没有中间层113，并且振动层111直接与压力室部件A接合；（3）在振动层111和共用电极层112之间配置有密合层142，该密合层142使它们之间的密合性提高；（4）共用电极层112为电极膜13；（5）单独电极层103为导电膜17；（6）从共用电极层112侧依次层叠有共用电极层112（电极膜13）、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和单独电极层103（导电膜17）。
共用电极层112作为第一电极发挥作用。单独电极层103作为第二电极发挥作用。构成密合层142的材料例如为Ti。
图11所示的喷墨头141例如能够通过图12A和图12B所示的方法制造。首先，如图12A所示，在基板130的一个主面依次形成振动层111、密合层142、共用电极层112（电极膜13）、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。各层（膜）的形成方法与上述的方法相同。该方法优选为溅射法。
在本实施方式中，当基板130为Si时，能够通过使该基板的表面氧化，形成由二氧化硅构成的振动层111。此时，振动层111的厚度可以是0.5～10μm。
接着，如图12B所示，在基板130中形成压力室102的位置，形成贯通孔101。接着，以从垂直于基板130的主面的方向看，贯通孔101的中心与导电膜17、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的中心一致的方式，对这些层实施精细加工。通过该精细加工，导电膜17变为单独电极层103。在贯通孔101的形成和各层的精细加工中，能够使用组合图案化和蚀刻的公知的精细加工方法。图案化中能够使用抗蚀剂的旋涂法（spin coat）。蚀刻优选为干式蚀刻。贯通孔101的形成中优选为各向异性干式蚀刻。在干式蚀刻中，能够使用包括氟原子的有机气体和氩的混合气体。在各向异性干式蚀刻中，该混合气体还能够含有六氟化硫气体。
最后，基板130与另外形成的具有喷嘴孔108的喷嘴板接合，得到图11所示的喷墨头141。接合时，进行对准调整，通过它们的接合，使贯通孔101作为压力室102发挥作用。接合的方法并不受限制，例如能够使用接合剂。喷嘴孔108能够通过诸如平板印刷（lithography）法、激光加工法、放电加工法这样的精细加工方法形成在喷嘴板上。
【利用喷墨头的图像形成方法】
本发明的形成图像的方法包括：在上述的本发明的喷墨头中，经由第一和第二电极（也就是，单独电极层和共用电极层）对压电体层施加电压，通过压电效应使振动层在该层的膜厚方向上发生移位从而改变压力室的容积的工序；和通过该移位从压力室喷出墨的工序。
通过在改变像纸这样的图像形成对象物和喷墨头之间的相对位置的同时，改变施加在压电体层的电压，控制来自喷墨头的墨的喷出定时（时机）和喷出量，从而在对象物的表面形成图像。在本说明书中使用的术语“图像”包括文字。换而言之，通过本发明的形成图像的方法，能够在像纸这样的印刷对象物上印刷文字、图画、图形等。该方法能够呈现出具有高表现力的印刷。
【角速度传感器】
图13A、图13B、图14A和图14B表示本发明的角速度传感器的一个例子。图14A表示图13A所示的角速度传感器21a的截面E1。图14B表示图13B所示的角速度传感器21b的截面E2。图13A～图14B所示的角速度传感器21a、21b是所谓的音叉型角速度传感器。它能够用于车辆用导航装置和数字静物照相机（DSC）的防抖传感器。
图13A～图14B所示的角速度传感器21a、21b包括具有振动部200b的基板200和与振动部200b接合的压电体薄膜208。
基板200具有固定部200a和从固定部200a在规定的方向上延伸的一对臂（振动部200b）。振动部200b所延伸的方向与角速度传感器21所测定的角速度的旋转中心轴L所延伸的方向相同。具体而言，该方向在图13A、13B中为Y方向。从基板200的厚度方向（图13A、13B中的Z方向）上看，基板200具备具有两个臂（振动部200b）的音叉的形状。
构成基板200的材料并没有被限制。该材料例如为Si、玻璃、陶瓷、金属。基板200可以是Si单晶基板。基板200的厚度只要能够显现出作为角速度传感器21a、21b的功能，就不受限制。更具体而言，基板200的厚度为0.1mm以上0.8mm以下。固定部200a的厚度可以与振动部200b的厚度不同。
压电体薄膜208与振动部200b接合。压电体薄膜208具有作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第一电极202以及第二电极205。压电体层15夹在第一电极202和第二电极205之间。压电体薄膜208具有依次层叠有第一电极202、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极205的层叠结构。
在图13A和图14A所示的压电体薄膜208中，第一电极202为金属电极膜（优选为Pt膜）12和电极膜13的层叠体。电极膜13与（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15相接。该压电体薄膜208具有依次层叠有电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极205的层叠结构。
在图13B和图14B所示的压电体薄膜208中，第一电极202为电极膜13。该压电体薄膜208具有依次层叠有电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极205的层叠结构。也就是说，图13B和图14B所示的压电体薄膜208，将第二电极205认为是导电膜17，与图1B所示的压电体薄膜1c相同。
在图13A～图14B所示的压电体薄膜208中，电极膜13和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15，包括其优选的形式，基本上与关于本发明的压电体薄膜的上述的说明相同。
构成第二电极205的材料没有被限制，例如为Cu。Cu电极由于具有相对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的高密合性，因此优选。第二电极205可以是在表面具有含有导电性材料的密合层的Pt电极膜或Au电极膜。构成密合层的材料例如为Ti。Ti具有相对（Bi，Na，Ba）TiO3膜的高密合性。
第二电极205具有包括驱动电极206和传感电极207的电极组。驱动电极206对压电体层15施加使振动部200b振动的驱动电压。传感电极207测定由于施加在振动部200b上的角速度而在振动部200b中产生的变形。振动部200b的振动方向通常为其宽度方向（图13A、13B中X方向）。更具体而言，在图13A～图14B所示的角速度传感器中，在相对于振动部200b的宽度方向的两端部，沿着振动部200b的长度方向（图13A、13B的Y方向）设置有一对驱动电极206。一个驱动电极206能够在相对于振动部200b的宽度方向的一个端部设置。在图13A～图14B所示的角速度传感器中，传感电极207沿着振动部200b的长度方向设置，并且夹在一对驱动电极206之间。多个传感电极207能够设置在振动部200b上。由传感电极207测定的驱动部200b的变形通常为在其厚度方向（图13A、13B的Z方向）上的弯曲。
在本发明的角速度传感器中，选自第一电极和第二电极的一个电极能够由包括驱动电极和传感电极的电极组构成。在图13A～图14B所示的角速度传感器21a、21b中，第二电极205由该电极组构成。与该角速度传感器不同，第一电极202能够由该电极组构成。作为一个例子，从基板200看，能够依次层叠有第二电极205、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第一电极202（第一电极具有与（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15接触的电极膜13）。
连接端子202a、206a和207a分别在第一电极202的端部、驱动电极206的端部和传感电极207的端部形成。各连接端子的形状和位置不受限制。图13A、13B中在固定部200a上设置有连接端子。
第一电极202的厚度优选为0.05μm以上1μm以下。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的厚度优选为0.5μm以上5μm以下。第二电极205的厚度优选为0.05μm以上0.5μm以下。
在图13A～图14B所示的角速度传感器中，压电体薄膜208与振动部200b和固定部200a两者接合。但是，只要压电体薄膜208能够使振动部200b振动，并且只要通过压电体薄膜208能够测定振动部200b中产生的变形，则压电体薄膜208的接合的状态就不受限制。例如，压电体薄膜208能够仅与振动部200b接合。
本发明的角速度传感器能够具有两个以上的包括一对振动部200b的振动部组。这样的角速度传感器能够测定相对多个旋转中心轴的角速度，能够作为两轴或三轴的角速度传感器发挥作用。图13A～图14B所示的角速度传感器具有包括一对的振动部200b的一个振动部组。
本发明的角速度传感器应用上述的本发明的压电体薄膜的制造方法，例如，能够由以下方法制造。其中，如下所示的方法是第一电极202具有金属电极膜12时的方法。本领域技术人员在第一电极202不具有金属电极膜12的情况中也能够应用以下的方法。
首先，在基板（例如Si基板）的表面依次形成电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。各层（膜）的形成中能够应用上述的薄膜形成方法。该方法优选为溅射法。
接着，通过图案化对导电膜17进行精细加工，从而形成由驱动电极206和传感电极207构成的第二电极205。进一步，通过精细加工，对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15、电极膜13和金属电极膜12进行图案化。并且，通过精细加工对基板进行图案化，从而形成振动部200b。这样，能够制造本发明的角速度传感器。
精细加工的方法例如为干式蚀刻。
本发明的角速度传感器能够应用使用基底基板的转印而制造。具体而言，例如能够应用以下的方法。首先，在基底基板的表面依次形成电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。接着，以该基板与该导电膜17相接触的方式将所形成的层叠体与另外的新的基板接合。接着，通过公知的方法除去基底基板。接着，通过精细加工对各层（膜）进行图案化，能够制造本发明的角速度传感器。该层叠体和该新的基板例如能够经由接合层接合。该接合层的材料只要使该层叠体与该新的基板稳定接合就不受限制。更具体而言，能够使用丙烯树脂类接合剂、环氧树脂类接合剂、硅类接合剂和聚酰亚胺类接合剂。此时，接合层优选具有0.2μm以上1μm以下的厚度。
【利用角速度传感器的角速度的测定方法】
本发明的测定角速度的方法包括：利用本发明的角速度传感器对压电体层施加驱动电压从而使基板的振动部振动的工序；和通过测定由于施加在正在振动的振动部的角速度而在振动部产生的变形来获得该角速度的值的工序。第一电极和第二电极中，不作为驱动电极和传感电极发挥作用的电极（另一个电极）和驱动电极之间被施加驱动电压，在压电体层施加驱动电压。另外的电极和传感电极测定由于角速度而在正在振动的振动部中产生的变形。
下面，说明利用图13A、13B所示的角速度传感器21a、21b的角速度的测定方法。与振动部200b的固有振动共振的频率的驱动电压经由第一电极202和驱动电极206施加在作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15，使振动部200b振动。根据被施加的驱动电压的波形，压电体层15发生变形，与该层接合的振动部200b振动。驱动电压例如能够通过使第一电极202接地并且使驱动电极206的电位变化而被施加（换而言之，驱动电压为第一电极202和驱动电极206之间的电位差）。角速度传感器21a、21b具有排列为音叉形状的一对振动部200b。通常，一对振动部200b各自所具有的各驱动电极206，分别被施加有正负彼此相反的电压。由此，能够使各振动部200b以互相反方向振动的模式（相对于图13A、13B所示的旋转中心轴L对称地振动的模式）振动。图13A、13B所示的角速度传感器21a、21b中，振动部200b在其宽度方向（X方向）上振动。通过仅使一对振动部200b的一个振动，也能够测定角速度。但是，为了高精度的测定，优选使两个振动部200b以互相反方向振动的模式进行振动。
对振动部200b正在振动的角速度传感器21a、21b，施加相对其旋转中心轴L的角速度ω时，各振动部200b通过科里奥利力（Coriolisforce）在厚度方向（Z方向）上弯曲。当一对振动部200b以互相反方向振动的模式发生振动时，各振动部200b互相反向仅以相同的变化量弯曲。根据该弯曲，与振动部200b接合的压电体层15也弯曲，在第一电极202和传感电极207之间，产生对应于压电体层15的弯曲的、即对应于所产生的科里奥利力的电位差。通过测定该电位差的大小，就能够测定施加在角速度传感器21a、21b上的角速度ω。
科里奥利力Fc和角速度ω之间有如下关系成立：
Fc=2mvω
其中，v为正在振动的振动部200b的振动方向的速度。m是振动部200b的质量。如该式所示，能够由科里奥利力Fc算出角速度ω。
【压电发电元件】
图15A、图15B、图16A和图16B表示本发明的压电发电元件的一个例子。图16A表示图15A所示的压电发电元件22a的截面F1。图16B表示图15B所示的压电发电元件22b的截面F2。压电发电元件22a、22b是将从外部被赋予的机械振动转换为电能的元件。压电发电元件22a、22b能够适用于从车辆和机械的动力振动及行驶振动、和步行时发生的振动所含的各种振动进行发电的独立的（self-sustained）电源装置。
图15A～图16B所示的压电发电元件22a、22b包括具有振动部300b的基板300和与振动部300b接合的压电体薄膜308。
基板300具有固定部300a和由从固定部300a在规定的方向上延伸的梁构成的振动部300b。构成固定部300a的材料能够与构成振动部300b的材料相同。但是，这些材料也可以互相不同。由相互不同的材料构成的固定部300a能够与振动部300b接合。
构成基板300的材料不受限制。该材料例如为Si、玻璃、陶瓷、金属。基板300可以是Si单晶基板。基板300例如具有0.1mm以上0.8mm以下的厚度。固定部300a能够具有与振动部300b的厚度不同的厚度。振动部300b的厚度能够以使振动部300b的共振频率改变从而能够进行有效的发电的方式被调整。
锭载荷306与振动部300b接合。锭载荷306调整振动部300b的共振频率。锭载荷306例如为Ni的蒸镀薄膜。锭载荷306的材料、形状和质量以及锭载荷306被接合的位置，能够根据求出的振动部300b的共振频率进行调整。锭载荷能够省略。当不调整振动部300b的共振频率时，不需要锭载荷。
压电体薄膜308与振动部300b接合。压电体薄膜308具有作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15、第一电极302和第二电极305。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15夹在第一电极302和第二电极305之间。压电体薄膜308具有依次层叠有第一电极302、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极305的层叠结构。
在图15A和图16A所示的压电体薄膜308中，第一电极302为电极膜13。电极膜13与（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15接触。该压电体薄膜308具有依次层叠有电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极305的层叠结构。即，图15A和图16A所示的压电体薄膜308，将第二电极305视为导电膜17，与图1B所示的层叠结构16c相同。
在图15B和图16B所示的压电体薄膜308中，第一电极302为电极膜13。该压电体薄膜308具有依次层叠有电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极305的层叠结构。即，图15B和图16B所示的压电体薄膜308，将第二电极305认为是导电膜17，与图1B所示的层叠结构16c相同。
在图15A～图16B所示的压电体薄膜308中，电极膜13和（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15，包括其优选的形式，基本上与关于本发明的压电体薄膜的上述的说明相同。
第二电极305例如可以是Cu电极膜。Cu电极由于具有相对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的高密合性，因此优选。第二电极305可以是在表面具有包含导电性材料的密合层的Pt电极膜或Au电极膜。构成密合层的材料例如为Ti。Ti具有相对（Bi，Na，Ba）TiO3膜的高密合性。
在图15A～图16B所示的压电发电元件中，第一电极302的一部分露出。该一部分能够作为连接端子302a发挥作用。
第一电极302的厚度优选为0.05μm以上1μm以下。（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的厚度优选为0.5μm以上5μm以下。第二电极305的厚度优选为0.05μm以上0.5μm以下。
在图15A～图16B所示的压电发电元件中，从具有振动部300b的基板300侧看，依次层叠有第一电极302、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和第二电极305。这些层的层叠顺序可以是相反的。即，从具有振动部的基板侧看，依次层叠有第二电极、（Bi，Na，Ba）TiO3膜和第一电极（第一电极具有与该（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15相接触的LaNiO3膜）。
在图15A～16B所示的压电发电元件中，压电体薄膜308能够与振动部300b和固定部300a两者接合。压电体薄膜308能够仅与振动部300b接合。
在本发明的压电发电元件中，具有多个振动部300b，由此能够增大产生的电力量。通过改变各振动部300b所具有的共振频率，能够应用于包括广域的频率成分的机械振动。
本发明的压电发电元件应用上述的本发明的压电体薄膜的制造方法例如能够通过如下的方法来制造。
首先，在基板（例如Si基板）的表面依次形成电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。各层（膜）的形成中能够应用上述的薄膜形成方法。该方法优选为溅射法。
接着，通过图案化对导电膜17进行精细加工，从而形成第二电极305。进而，通过精细加工，对（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15、电极膜13进行图案化。通过电极膜13和金属电极膜12的图案化一并形成连接端子302a。并且，通过精细加工对基板进行图案化，形成固定部300a和振动部300b。这样，能够制造本发明的压电发电元件。当需要调整振动部300b的共振频率时，通过公知的方法，使锭载荷306与振动部300b接合。
精细加工的方法例如为干式蚀刻。
本发明的压电发电元件能够应用使用基底基板的转印制造。具体而言，例如能够应用以下的方法。首先，在基底基板的表面依次形成电极膜13、（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15和导电膜17。接着，以该基板和该导电膜17相接触的方式将所形成的层叠体与另外的新的基板接合。接着，通过公知的方法除去基底基板。接着，通过精细加工对各层（膜）进行图案化，能够制造本发明的压电发电元件。该层叠体和该新的基板例如能够经由接合层接合。该接合层的材料只要使该层叠体与该新的基板稳定接合就不受限制。更具体而言，能够使用丙烯树脂类接合剂、环氧树脂类接合剂、硅类接合剂和聚酰亚胺类接合剂。此时，接合层优选具有0.2μm以上1μm以下的厚度。
【利用压电发电元件的发电方法】
通过使上述的本发明的压电发电元件振动，经由第一电极和第二电极获得电力。
当从外部对压电发电元件22a、22b赋予机械振动时，振动部300b相对于固定部300a开始上下弯曲的振动。该振动在作为压电体层的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15产生基于压电效应的电动势。这样，在夹着压电体层15的第一电极302和第二电极305之间产生电位差。压电体层15所具有的压电性能越高，在第一和第二电极间产生的电位差越大。尤其是，当振动部300b的共振频率接近从外部对元件赋予的机械振动的频率时，由于振动部300b的振幅增大，发电特性提高。因此，优选，通过锭载荷306以振动部300b的共振频率接近从外部对元件赋予的机械振动的频率的方式进行调整。
（实施例）
下面利用实施例，更详细地说明本发明。本发明并不限于以下的实施例。
（实施例1）
在实施例1中，制作了如图1C所示的压电体薄膜。该压电体薄膜依次具有MgO基板11、Pt电极膜13、（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x=0.03）膜15和导电膜17。以如下的方法制作该压电体薄膜。
在具有（110）的面方位的MgO单晶基板的表面，通过RF磁控管溅射形成具有（110）取向的Pt层（厚度250nm）。该Pt层与电极膜13对应。作为靶，使用金属Pt，在氩（Ar）气的气氛下，以RF输出功率20W且基板温度500℃的成膜条件，形成该Pt层。
接着，在Pt电极膜13的表面，通过RF磁控管溅射，形成（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x=0.03，厚度3.0μm）。该膜与（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15对应。利用具有上述的组成的靶，在Ar和氧的混合气体（流量比Ar/O2为50/50）的气氛下，在RF输出功率170W和基板温度650℃的成膜条件下，形成该膜15。
通过能量色散X射线光谱分析（SEM-EDX）分析所制作的（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x=0.03）膜15的组成。在使用SEM-EDX的测定中，由于如O这样的轻元素的分析精度差，难以对该轻元素进行正确的定量。但是，已确认（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x=0.03）膜15所含的Na、Bi、Ba和Ti的组成与靶的组成相同。
通过X射线衍射分析所形成的（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x=0.03）膜15的晶体结构。从（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3膜15之上使X射线入射进行X射线衍射。
图17表示X射线衍射的结果，即扫描了2θ-ω（2θ-θ）的X射线衍射的曲线（profile）。在后面的比较例中，应用了相同的X射线衍射。图17不仅表示实施例1的X射线衍射的结果，也表示实施例2～4和比较例1～2的X射线分析的结果。
图17表示X射线衍射曲线的结果。除了由MgO基板和Pt层引起的反射峰，只观察到具有（110）取向的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15引起的反射峰。该反射峰的强度为725,303cps，非常强。如图17所示的曲线意味着实施例中制作的（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15具有极高的（110）取向性。
接着，进行了（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的反晶格（reciprocallattice、倒易晶格）图的测定。在反晶格图测定中，通过对样品进行X射线的入射角ω和检测器的衍射角2θ的扫描移动，测定了二维的X射线衍射曲线。根据该测定曲线的峰位计算出样品的晶格常数。根据（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的在（310）和（130）附近的反晶格图计算出晶格常数（ao、co、γ）。同样根据（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的在（221）和（22-1）附近的反晶格图计算出晶格常数（bo）。图18是示意性地表示斜方晶晶格（ao、bo、co、γ）的图。表1表示晶格常数。已确认实施例1的薄膜具有斜方晶结构。
接着，在（Na，Bi）TiO3-BaTiO3膜15的表面，通过蒸镀形成Au层（厚度为100nm）。该Au层与导电膜17对应。这样，制作实施例的压电体薄膜。
利用压电体薄膜具有的Pt层和Au层，对压电体薄膜的压电性能做出了如下的评价。将压电体薄膜切为宽度2mm，并加工成悬臂状。接着，通过激光变位计测定在Pt层和Au层之间施加电位差使悬臂发生移位而得到的移位量。接着，将所测定的移位量转换为压电常数d31，根据该压电常数d31评价压电性能。在实施例1中制作的压电体薄膜的d31为-101pC/N。该值与PZT膜的压电常数d31是同等的。
（实施例2）
除x=0.15之外，与实施例1同样地进行了实验。
如图17和表1所示，实施例2的压电体薄膜具有强的（110）反射峰强度，因此，确认具有斜方晶结构。
基于实施例2的压电体薄膜的d31为-136pC/N，与PZT膜的压电常数d31同等。
（实施例3）
除x=0.09之外，与实施例1同样地进行了实验。
如图17和表1所示，实施例3的压电体薄膜具有强的（110）反射峰强度，因此，确认具有斜方晶结构。
基于实施例3的压电体薄膜的d31为-175pC/N，与PZT膜的压电常数d31同等。
（实施例4）
除添加0.2mol%的Mn之外，与实施例3同样地进行了实验。
如表1所示，实施例4的压电体薄膜具有强的（110）反射峰强度，因此，确认具有斜方晶结构。
基于实施例4的压电体薄膜的d31为-217pC/N，与PZT膜的压电常数d31同等。
（比较例1）
除x=0.00之外，与实施例1同样地进行了实验。
如图17和表1所示，比较例1的压电体薄膜具有比实施例1～4强的（110）反射峰强度。但是，已确认比较例1的压电体薄膜不具有斜方晶结构，而具有伪立方晶结构（pseudo-cubical crystal sttucture）。
压电体薄膜的d31为-77pC/N，与PZT膜的压电常数d31不同等。
（比较例2）
除x=0.21之外，与实施例1同样地进行了实验。
如图17和表1所示，比较例2的压电体薄膜具有强的（110）反射峰强度，已确认具有斜方晶结构。
但是，压电体薄膜的d31为-58pC/N，与PZT膜的压电常数d31不同等。
以下的表1中概括实施例和比较例1的评价结果。
如表1所示，具有斜方晶结构的（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3（x为0.03以上0.15以下）压电体薄膜具有与PZT膜同等的高压电性能。
实施例2和比较例2意味着x不能超过0.15。
实施例1和比较例1意味着x不能小于0.03。
本发明只要不脱离其意图和本质特征，就能够应用于其他的实施方式。本说明书所公开的实施方式所有的内容只是为了说明，而不是用于限定。本发明的范围不是由上述说明表示，而是由所附权利要求表示，具有与权利要求同等的含义和范围的所有的变更均包含在本发明的范围中。
产业上的可利用性
具有斜方晶结构的（1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3压电体薄膜（0.03≦x≦0.15）能够得到与PZT同等的高压电性能。
本发明的压电体薄膜由于具有高压电常数d31，因此能够用作代替以往的铅类氧化物强电介体的压电体薄膜。本发明的压电体薄膜能够适用于使用诸如热电传感器、压电器件这样的压电体薄膜的领域。作为其一个例子，可以举出本发明的喷墨头，角速度传感器和压电发电元件。
本发明的喷墨头不仅不含如PZT这样的含有铅的强介电材料，而且具有优良的墨的喷出特性。利用该喷墨头的形成图像的方法具有优良的图像的精度和表现性。本发明的角速度传感器不仅不含如PZT这样的含有铅的强介电材料，而且具有高传感灵敏度。利用该角速度传感器的测定角速度的方法具有优良的测定灵敏度。本发明的压电发电元件不仅不含如PZT这样的含有铅的强介电材料，而且具有优良的发电特性。利用该压电发电元件的本发明的发电方法具有优良的发电效率。本发明所涉及的喷墨头、角速度传感器和压电发电元件、以及图像形成方法、角速度的测定方法和发电方法能够广泛地适用于各种领域和用途。
符号说明
11 基板
12 金属电极膜
13 电极膜
15 （1-x）（Na，Bi）TiO3-xBaTiO3膜
16a、16c层叠结构
17 导电膜
101 贯通孔
102 压力室
102a 分隔壁
102b 分隔壁
103 单独电极层
104 压电体薄膜
105 共用液室
106 供给口
107 墨流路
108 喷嘴孔
111 振动层
112 共用电极层
113 中间层
114 接合剂
120 基底基板
130 基板
200 基板
200a 固定部
200b 振动部
202 第一电极
205 第二电极
206 驱动电极
206a 连接端子
207 检测电极
207a 连接端子
208 压电体薄膜
300 基板
300a 固定部
300b 振动部
302 第一电极
305 第二电极
306 锭载荷
308 压电体薄膜
Claims (14)
1.一种压电体薄膜，其特征在于：
该压电体薄膜具有层叠结构，
所述层叠结构包括：电极膜；和通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值。
2.如权利要求1所述的压电体薄膜，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
3.一种喷墨头，其特征在于，包括：
压电体薄膜，其具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层；
与所述压电体薄膜接合的振动层；和
压力室部件，其具有收纳墨的压力室，并且与所述振动层的所述压电体薄膜所接合的面的相反侧的面接合，
所述振动层，以根据基于压电效应的所述压电体薄膜的变形，在该振动层的膜厚方向上发生移位的方式，与所述压电体薄膜接合，
所述振动层和所述压力室部件，以所述压力室的容积根据所述振动层的移位发生变化，并且根据所述压力室的容积的变化喷出所述压力室内的墨的方式，互相接合，
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值。
4.如权利要求3所述的喷墨头，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
5.一种利用喷墨头形成图像的方法，该方法的特征在于，包括：
准备所述喷墨头的工序，
所述喷墨头包括：压电体薄膜、振动层和压力室部件，其中，所述压电体薄膜具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层，所述振动层与所述压电体薄膜接合，所述压力室部件具有收纳墨的压力室、并且与所述振动层的所述压电体薄膜所接合的面的相反侧的面接合；
所述振动层，以根据基于压电效应的所述压电体薄膜的变形，在该振动层的膜厚方向上发生移位的方式，与所述压电体薄膜接合，
所述振动层和所述压力室部件，以所述压力室的容积根据所述振动层的移位发生变化，并且根据所述压力室的容积的变化喷出所述压力室内的墨的方式，互相接合，
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值；和
以通过利用所述第一电极和第二电极对所述压电体层施加电压，基于压电效应所述压力室的容积发生变化的方式，使所述振动层在该层的膜厚方向上发生移位，并通过该移位使墨从所述压力室喷出的工序。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
7.一种角速度传感器，其特征在于，包括：
具有振动部的基板；和
压电体薄膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层，
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值，
选自所述第一电极和第二电极中的一个电极由电极组构成，该电极组包括：驱动电极，其对所述压电体层施加使所述振动部振动的驱动电压；和传感电极，其用于测定通过施加在正在振动的所述振动部的角速度而在所述振动部产生的变形。
8.如权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
9.一种利用角速度传感器测定角速度的方法，该方法的特征在于，包括：
准备所述角速度传感器的工序，
所述角速度传感器包括基板和压电体薄膜，其中，所述基板具有振动部，所述压电体薄膜与所述振动部接合、并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层；
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值，
选自所述第一电极和第二电极中的一个电极由包括驱动电极和传感电极的电极组构成；
通过利用选自所述第一电极和第二电极中的另一个电极和所述驱动电极对所述压电体层施加驱动电压，使所述振动部振动的工序；和
利用所述另一个电极和所述传感电极测定通过施加在正在振动的所述振动部的角速度而在所述振动部产生的变形，由此得到所施加的所述角速度的值的工序。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
11.一种压电发电元件，其特征在于，包括：
具有振动部的基板；和
压电体薄膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层，
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜，其中，x表示0.03以上0.15以下的值。
12.如权利要求11所述的压电发电元件，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
13.一种发电方法，其为利用压电发电元件的发电方法，该方法的特征在于，包括：
准备所述压电发电元件的工序，
所述压电发电元件包括基板和压电体薄膜，其中，所述基板具有振动部，所述压电体薄膜与所述振动部接合、并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层，
所述压电体层为通过溅射形成的、仅具有(110)取向且仅具有斜方晶结构的(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3压电体薄膜(15)，其中，x表示0.03以上0.15以下的值；和
通过使所述振动部产生振动，经由所述第一电极和第二电极得到电力的工序。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：
所述(1-x)(Na，Bi)TiO3-xBaTiO3膜含有锰。
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2012
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 韩轲.钛酸铋钠-钛酸钡无铅压电陶瓷制备及性能研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)》.2009,第工程科技Ⅱ辑卷 * |
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