JP2000332313A - 薄膜圧電型バイモルフ素子及びその応用 - Google Patents

薄膜圧電型バイモルフ素子及びその応用

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覚 藤井
Isaku Jinno
伊策 神野
Ryoichi Takayama
良一 高山
Takeshi Kamata
健 鎌田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動板が不必要、特性のバラツキが小さく、
パターンに沿って微細化が可能しかも耐久性、信頼性等
の優れた薄膜圧電型バイモルフ素子とこれを使用した各
種機器並びにそれらの製造技術を提供する。 【解決手段】 １）金属薄板の両面に第１電極膜、第１
及び第２の圧電体薄膜、第２電極膜をＲＦスパッタ法等
により直接形成する。 ２）この際、圧電材料のＺｒ／Ｔｉ比、成膜基板温度等
を制御して、圧電体薄膜の分極方向、層方向の電圧特性
等を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜圧電型バイモルフ
素子に関し、更にこれを用いた力学量検出器及びインク
ジェット式記録ヘッド並びにこれらの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、誘電体、特にそのなかでも強誘電
体は、焦電（ピロ電気）性を用いた焦電型赤外線検出
器、圧電性を用いた加速度検出端（センサ）やアクチュ
エータ等の圧電体素子、分極反転を用いた不揮発性メモ
リ、高誘電率特性を用いた容量性素子の基本的材料（キ
ーマテリアル）として研究開発が行われている。
【０００３】ここに、圧電型検出器（センサ）は、圧電
体に力が加わることにより圧電体が電荷を発生する「圧
電効果」を利用して、加速度や圧力等の力学量を検出す
るものであり、電圧感度がきわめて大きいという特徴が
ある。
【０００４】アクチュエータは、検出器とは逆に、圧電
体に電圧を印加した際に発生する歪みを利用して変形等
の力学量を与えるものであり、応答性が良好かつ微小の
変位量を精密に制御可能という特徴がある。
【０００５】ところで、圧電素子の型（構造）は、圧電
体に加えられる力の方向で分類され、（１）電気軸に平
行（縦効果型）、（２）電気軸と直角（横効果型）、
（３）電気軸に平行な面内のずれ、の３種類がある。
【０００６】これらの中で、横効果型のものは、片持ち
梁、あるいは両端固定梁の弾性板に接着して、小型、高
感度そして微小な加速度や振動を検出するセンサとして
使用可能である。
【０００７】また、逆圧電効果により、高性能のアクチ
ュエータとしても使用可能である。特に２枚の圧電体薄
板を互いの分極方向が反転するように貼り合わせたバイ
モルフといわれる構造の素子は、振動板を備えていない
構成でありながら、大きな変位量が得られることが知ら
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このバ
イモルフ素子は、製造時の圧電体薄板の基板への接着が
不完全あるいは不揃いであると、感度バラツキが生じ
る。といって、完全なあるいは品質の揃った接着は、ど
うしても接着剤の塗布という厚さの制御や硬化時の均一
な硬化の制御という現時点では困難な技術が必要であ
り、このためなかなか困難である。
【０００９】また、一方の圧電体薄板は収縮し、他方の
圧電体薄板は伸長するため、貼り付け面の如何によって
は接着界面では応力が大きくなり、ひいては耐久性等が
必ずしも充分とは言えない面があった。
【００１０】また、分極処理した圧電体を貼り合わせる
ため、どうしても圧電体の厚みの最小値に限界があり、
ひいては薄膜の圧電体を用いたバイモルフ素子を作製す
ることは非常に困難であった。
【００１１】従って、圧電体薄膜を用いた各種の素子で
は、非圧電体である弾性体の表裏両面に２枚の圧電体薄
膜を分極を反転させて貼り合わせたモノモルフ構造の素
子が主流であった。この結果、変位量の拡大が困難であ
った。
【００１２】また、鉛系ペロブスカイト系をはじめとす
る圧電体薄膜は、高温で形成されるため、薄膜にどうし
ても基板材料との熱膨張係数の差に起因する残留応力が
発生する。このため、圧電デバイスの高感度化を図るた
め成膜基板を加工すると、この残留応力が原因で圧電体
薄膜に大きな反りが生じ、ひいてはデバイス作製が困難
になる場合があった。
【００１３】また、以上の結果、バイモルフ素子の応用
として例えばインクジェットヘッド上に多数のインクジ
ェットヘッド素子を形成するため、同一の基板上に多数
の圧電体薄膜をインクジェットヘッド素子の配列に従っ
て形成する等のいわゆる微細なパターン化も困難であっ
た。
【００１４】また、同じく例えばインクジェットヘッド
に応用した場合、小型高性能しかも高階調の美しい印刷
が可能なもの等の製造も困難であった。
【００１５】このため、かかる欠点のない、しかも安価
な薄膜圧電型バイモルフ素子及びその応用技術の開発が
望まれていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の要望に
鑑みなされたものであり、金属薄板の両面に分極制御が
可能な非貼り付け法により圧電薄膜を直接形成すること
により、２個の圧電体の接着工程を不必要にし、圧電素
子の感度バラツキを減少させ、薄膜の残留応力による反
りの影響を抑えた薄膜圧電型バイモルフ素子とその製造
に関する技術を提供することにある。具体的には、以下
の構成としている。
【００１７】請求項１記載の発明においては、金属薄板
と、金属薄板の両面に、少くも分極制御が可能な非貼り
付け法により互いに分極方向が反転して形成された２つ
の圧電体部と、２つの圧電体部のそれぞれの反金属薄板
側面に形成された電極膜とを有していることを特徴とし
ている。
【００１８】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００１９】圧電体部は、成膜基板たる金属薄板の両面
に、組成や温度を制御する等して分極制御が可能なスパ
ッタリング等の非貼り付け法により互いに分極方向が反
転して形成される。
【００２０】電極膜は、２つの圧電体部のそれぞれの金
属薄板側に形成される。
【００２１】以上の他、圧電素子として機能発揮するべ
き必要な結線等がなされており、またこれらを有してい
るのは勿論である。
【００２２】また、分極制御の他、圧電素子の結晶構造
の制御が可能な方法等で形成されてもよいのは勿論であ
る。
【００２３】請求項２記載の発明においては、圧電体部
は、材料の面からは少なくとも２種以上の組成の異なる
圧電体薄膜の積層体や厚み方向に組成が連続的に変化し
た圧電体薄膜等の層方向材料変化圧電体であり、伸縮の
面からは、材料の変化に相応して成膜基板たる金属薄板
と電極膜とにより電界が加えられた場合には、中心にあ
るため、曲げに際して伸縮がほとんどない金属薄板に近
い層や部分が外側の電極膜に近い層や部分に比較して伸
び、若しくは縮みによる歪みが小さい膜厚方向伸縮調整
型圧電体部であることを特徴としている。
【００２４】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００２５】圧電体部は膜厚方向伸縮調整型圧電体部で
あり、このため材料の面からは少なくとも２種以上の組
成の異なる圧電体薄膜の積層体や厚み方向に組成が連続
的に変化した圧電体薄膜等の層方向材料変化圧電体であ
る。また、伸縮の面からは、材料の変化に相応して金属
薄板と電極膜とにより電界が加えられた場合には、中心
に存在する事実上伸縮しない剛体の金属薄板に近い層や
部分が、電極膜に近い層や部分に比較して伸び、若しく
は縮みによる歪みが小さいため、無理な応力が発生し難
い。
【００２６】請求項３記載の発明においては、金属薄板
の両面の圧電体部はその分極方向が同じ同方向分極圧電
体部であり、金属薄板若しくはその外表面の２つの電極
膜のいずれかは、電位的に接地されている接地金属薄板
であることを特徴としている。
【００２７】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００２８】金属薄板の両面の圧電体部は、その分極方
向が反対の反対方向分極圧電体部であり、金属薄板は、
電位的に接地されている接地金属薄板であり、２つの電
極膜との間で同じ電位が与えられる。このため比較的低
い電圧での駆動が可能となる。
【００２９】請求項４記載の発明においては、金属薄板
の両面の圧電体部は、その分極方向が同じの同方向分極
圧電体部であり、金属薄板と２組の電極膜間に逆方向の
電位を与える逆方向電位付与手段を有している。
【００３０】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００３１】金属薄板の両面の圧電体部は、その分極方
向が同じの同方向分極圧電体部である。そして、逆方向
電位付与手段は、金属薄板と２組の電極膜間に金属薄板
の両面で逆方向の電位を与える。
【００３２】請求項５記載の発明において、圧電体部
は、その圧電体薄膜厚さが、１０μｍ以下である１０μ
ｍ以下厚圧電体部であることを特徴としている。
【００３３】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００３４】圧電体部は１０μｍ以下厚圧電体部であ
り、そのため圧電体薄膜はその形成に要する時間が短
く、この一方組成の制御等の容易な１０μｍ以下であ
る。
【００３５】なお、この場合、成膜基板たる金属薄板
は、圧電体部の分極の制御、自身の歪発生防止等の面か
ら、材質にもよるがＳＵＳ３０４の場合で２００μｍ〜
５０μｍ、好ましくは１００μｍから５０μｍが適当で
ある。ただし、用途や材質によってはこの限りではな
い。
【００３６】請求項６記載の発明においては、金属薄板
は、中心部の比較的厚い薄板本体と、薄板本体中の物質
が圧電体部に拡散するのを防止するためその両面に０．
１μｍ〜０．２μｍ程度の比較的薄く形成された拡散防
止用金属膜を有していることを特徴としている。
【００３７】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００３８】金属薄板は、成膜基板の役を担う中心部の
比較的厚い薄板本体と、薄板本体中の圧電体に悪影響を
与えるＣｒ等の物質が圧電体部に拡散するのを防止する
ためその両面に薄く形成されたＰｔ等の拡散防止用金属
膜を有している。
【００３９】なおこの場合、この拡散防止用金属膜は、
成膜基板全面に形成されていてもよいし、圧電体部形成
部やそれに多少余裕を見た部分にのみ形成されていても
よいのは勿論である。
【００４０】請求項７記載の発明においては、共通の成
膜基板としての金属薄板とその表裏両面に直接形成され
た複数の薄膜圧電型バイモルフ素子とを有する力学量検
出端を使用してなる力学量検出器であって、複数の力学
量検出端は、金属薄膜のなす面上に相互に方向の相違す
る複数のものが形成されてなる多軸方向力学量検出端で
あることを特徴としている。
【００４１】上記構成により、金属薄板とその表裏両面
に直接形成された複数の薄膜圧電型バイモルフ素子とを
有する力学量検出端を使用してなる力学量検出器におい
て、以下の作用がなされる。
【００４２】複数の力学量検出端は、多軸方向力学量検
出端であり、金属薄膜のなす面上に相互に方向の相違す
る、そして原則として同時に形成されるが故に同一面で
は特性が原則として同じ複数のものが形成されてなる。
【００４３】請求項８記載の発明においては、金属薄板
とその表裏両面に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付
け法により形成された薄膜圧電型バイモルフ素子からな
る力学量検出端をｎ（ｎは、２以上の整数）個１組とし
て使用してなる力学量検出器であって、ｎ個１組の力学
量検出端は、共通の金属薄板の両面所定の位置に上下
（表裏）対称の位置に圧電体部が各面ｎ個形成された
後、各圧電体部の形成された部分の金属薄板に所定の切
断や折り曲げ加工等を行なうことにより相互に直交する
等のｎ個の薄膜圧電型バイモルフ素子が対応する方向の
力学量を検出する多軸方向力学量検出端であることを特
徴としている。
【００４４】上記構成により、金属薄板とその表裏両面
に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付け法により形成
された薄膜圧電型バイモルフ素子からなる力学量検出端
をｎ個１組として使用してなる力学量検出器において、
以下の作用がなされる。
【００４５】ｎ個１組の力学量検出端は多軸方向力学量
検出端であり、共通の金属薄板の両面所定の位置に圧電
体部が１組当り各面ｎ個、例えば３個、形成された後、
各圧電体部の形成された部分の厚さの均一な金属薄板に
所定の切断や折り曲げ加工等を行なうことにより相互に
直交するｎ個の薄膜圧電型バイモルフ素子が対応する方
向の力学量を検出する。
【００４６】請求項９記載の発明においては、金属薄板
とその表裏両面に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付
け法により形成された薄膜圧電型バイモルフ素子からな
る力学量検出端をｎ個１組として使用してなる力学量検
出器であって、ｎ個１組の力学量検出端は、あらかじめ
所定の形状にされた共通の金属薄板の両面所定の対称の
位置に圧電体部が１組当り各面ｎ個形成された後、各圧
電体部の形成された部分の金属薄板に圧電体形成時の形
状維持用に残された細い梁部の切断や所定の折り曲げ加
工等を行なうことにより相互に直交する等所定の角度で
交わるｎ個の薄膜圧電型バイモルフ素子が対応する方向
の力学量を検出する多軸方向力学量検出端であることを
特徴としている。
【００４７】上記構成により、金属薄板とその表裏両面
に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付け法により形成
された薄膜圧電型バイモルフ素子からなる力学量検出端
をｎ個１組として使用してなる力学量検出器において、
以下の作用がなされる。
【００４８】ｎ個１組の力学量検出端は、多軸方向力学
量検出端であり、あらかじめ所定の形状にされた共通の
金属薄板の両面所定の位置に圧電体部が各面ｎ個形成さ
れた後、各圧電体部の形成された部分の金属薄板に圧電
体形成時の形状維持用に残された細い梁部の切断や所定
の折り曲げ加工やその他折り曲げ後の固定処理等を行な
うことにより相互に直交する等所定の角度で交わるｎ個
の薄膜圧電型バイモルフ素子が対応する方向の力学量を
検出する。
【００４９】請求項１０記載の発明においては、金属薄
板とその表裏両面に圧電体部が分極制御が可能な非貼り
付け法により形成された薄膜圧電型バイモルフ素子から
なる力学量検出端を複数使用してなる力学量検出器であ
って、複数の力学量検出端は、共通の金属薄板の両面所
定の位置に圧電体部が各面複数個形成された後、各圧電
体部の形成された金属薄板に、エッチングやレーザーを
使用しての所定の切断加工等を行なうことにより、相互
に固有振動数の相違する複数のものが同一平面状に形成
されてなる周波数解析用力学量検出端であることを特徴
としている。
【００５０】上記構成により、金属薄板とその表裏両面
に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付け法により形成
された薄膜圧電型バイモルフ素子からなる力学量検出端
を複数使用してなる力学量検出器において、以下の作用
がなされる。
【００５１】複数の力学量検出端は周波数解析用力学量
検出端であり、共通の金属薄板の両面所定の位置に圧電
体部が各面複数個形成された後、各圧電体部の形成され
た金属薄板に所定の切断加工等を行なうことにより、相
互に固有振動数の相違する複数のものが同一平面状に形
成されてなる。なお、実際の使用に応じて各素子に同一
若しくは相違する所定の角度が付与され、また必要な結
線、取付け処理がなされているのは本発明に含まれるの
は勿論である。
【００５２】なおまた、解析する周波数としては、加速
度、流体振動等その種類を問わないのも勿論である。
【００５３】請求項１１記載の発明においては、金属薄
板とその表裏両面に圧電体部が分極制御が可能な非貼り
付け法により形成された薄膜圧電型バイモルフ素子から
なる力学量検出端を複数使用してなる力学量検出器であ
って、複数の力学量検出端は、圧電体形成時の形状維持
用に残された細い梁部はともかくあらかじめ所定の形状
に切断された共通の金属薄板の両面所定の位置に圧電体
部が各面複数個形成された後、各圧電体部の形成された
金属薄板、特に細い梁部に所定の切断加工等を行なうこ
とにより、相互に固有振動数の相違する複数のものが相
互の振動が影響しあわない状態で、同一平面状に形成さ
れてなる周波数解析用力学量検出端であることを特徴と
している。
【００５４】上記構成により、金属薄板とその表裏両面
に圧電体部が分極制御が可能な非貼り付け法により形成
された薄膜圧電型バイモルフ素子からなる力学量検出端
を複数使用してなる力学量検出器において、以下の作用
がなされる。
【００５５】複数の力学量検出端は周波数解析用力学量
検出端であり、圧電体形成時の形状維持用に残された細
い梁部はともかくあらかじめ所定の形状に切断された共
通の金属薄板の両面所定の位置に圧電体部がスパッタリ
ングやパターニングにより各面複数個形成された後、各
圧電体部の形成された金属薄板に所定の切断加工等を行
なうことにより各素子を振動の面からは独立させ、相互
に固有振動数の相違する複数のものが同一平面状に形成
されてなる。
【００５６】請求項１２記載の発明においては、金属薄
板の表裏両面に直接形成された複数の薄膜圧電型バイモ
ルフ素子は、請求項１、同２、同３、同４、同５若しく
は同６のいずれかに記載している薄膜圧電型バイモルフ
素子であることを特徴としている。
【００５７】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００５８】請求項１、同２、同３、同４、同５若しく
は同６のいずれかに記載している薄膜圧電型バイモルフ
素子が金属薄板の表裏両面に直接形成される。
【００５９】請求項１３記載の発明においては、圧力室
を備えたインク流路構造体と、該インク流路構造体の圧
力室形成面上に形成されたインクを吐出させるための薄
膜圧電型バイモルフ素子を使用するアクチュエータを有
するインクジェットヘッドであって、アクチュエータ
は、金属薄板と、該金属薄板の表裏両面に直接形成され
た薄膜型圧電型バイモルフ素子とを有していることを特
徴としている。
【００６０】上記構成により、圧力室を備えたインク流
路構造体と、該インク流路構造体の圧力室形成面上に形
成されたインクを吐出させるための薄膜圧電型バイモル
フ素子を使用するアクチュエータを有するインクジェッ
トヘッドにおいて、以下の作用がなされる。
【００６１】アクチュエータは、耐インク性のあるＳＵ
ＳやＣｒ等からなる金属薄板と、該金属薄板の表裏両面
に直接形成された薄膜型圧電型バイモルフ素子と、その
他結線やインクに接する部分の絶縁用の有機あるいは無
機物質製の薄膜等の必要な部品をも有している。
【００６２】請求項１４記載の発明においては、インク
を吐出させるための薄膜圧電型バイモルフ素子は、請求
項１、同２、同３、同４、同５若しくは同６のいずれか
に記載している薄膜圧電型バイモルフ素子であることを
特徴としている。
【００６３】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００６４】請求項１、同２、同３、同４、同５若しく
は同６のいずれかに記載している薄膜圧電型バイモルフ
素子が、インクを吐出させるための薄膜圧電型バイモル
フ素子として使用されているため、各アクチュエータの
特性が均一等の効果を有する。
【００６５】請求項１５記載の発明においては、金属薄
板の両面に圧電体薄膜を少くも分極制御が可能な非貼付
法で直接形成する圧電体薄膜形成ステップと、形成され
た圧電体膜に電極膜を形成する電極膜形成ステップと、
形成された圧電体薄膜及び電極膜を素子の配列から定ま
る所定の形状にパターニングしてパターニングされた薄
膜圧電型バイモルフ素子を形成するパターニングステッ
プとを有していることを特徴としている。
【００６６】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００６７】圧電体薄膜形成ステップにて、金属薄板の
両面に圧電体薄膜を分極制御が可能な非貼付法で直接形
成する。電極膜形成ステップにて、形成された圧電体膜
に電極膜を形成する。パターニングステップにて、形成
された圧電体薄膜及び電極膜をフォトレジストを使用す
る等して所定の形状にパターニングして各素子を孤立化
してパターニングされた薄膜圧電型バイモルフ素子を形
成する。
【００６８】請求項１６記載の発明においては、金属薄
板の両面に、その表裏で分極方向が互いに反転した、そ
して、組成の異なる複数の層（含む、圧電体として機能
発揮しない組成の層）あるいは組成が連続的に異なる層
から構成される圧電体薄膜を分極制御が可能な非貼り付
け法で形成する圧電体薄膜形成ステップと、形成された
両面の圧電体薄膜上に各々電極膜を形成する電極膜形成
ステップとを有していることを特徴としている。
【００６９】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００７０】圧電体薄膜形成ステップにて、金属薄板の
両面対称の位置に（必ずしも、厚さや組成が対称とは限
らない）、その表裏で分極方向が互いに反転した、そし
て、組成の異なる複数の層あるいは組成が連続的に異な
る層から構成される圧電体薄膜を分極制御が可能な非貼
り付け法で形成する。電極膜形成ステップにて、形成さ
れた両面の圧電体薄膜上に各々電極膜を形成する。
【００７１】請求項１７記載の発明においては、金属薄
板の一方の面に第１圧電体薄膜を分極制御が可能な非貼
り付け法で形成する第１圧電体薄膜形成ステップと、金
属薄板の他方の面に、第１圧電体薄膜形成時よりも低い
基板温度のもとでヒーターを調整する等して形成温度を
制御することにより、第１の圧電体薄膜と分極方向が同
じ第２の圧電体薄膜を分極制御が可能な非貼り付け法で
形成する第２圧電体薄膜形成ステップと、形成された第
１圧電体薄膜及び第２圧電体薄膜上に各々電極膜を形成
する電極膜形成ステップとを有していることを特徴とし
ている。
【００７２】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００７３】第１圧電体薄膜形成ステップにて、成膜基
板たる金属薄板の一方の面に第１圧電体薄膜を原則とし
て全面に分極制御が可能な非貼り付け法で直接形成す
る。第２圧電体薄膜形成ステップにて、金属薄板の他方
の面に、第１圧電体薄膜形成時よりも低い基板温度のも
とで形成温度を制御することにより、第１の圧電体薄膜
と分極方向が同じ第２の圧電体薄膜を分極制御が可能な
非貼り付け法で形成する。電極膜形成ステップにて、形
成された第１圧電体薄膜及び第２圧電体薄膜上に、それ
ら両膜が既にパターニング（必要な形状での孤立化）さ
れているか否かは別にして、ともかく各々電極膜を形成
する。
【００７４】以上の他、圧電体膜が既にパターニングさ
れているならばレジストの除去、されていないならば圧
電体膜と電極膜のパターニング等が必要に応じてなされ
るのは勿論である。
【００７５】請求項１８記載の発明においては、第１圧
電体薄膜形成ステップ及び第２圧電体形成ステップは、
組成の異なる複数の層あるいは組成が連続的に異なる層
から構成される圧電体薄膜を形成する膜層変化形圧電体
薄膜形成ステップであることを特徴としている。
【００７６】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００７７】第１圧電体薄膜形成ステップ及び第２圧電
体形成ステップは、膜層変化形圧電体薄膜形成ステップ
であり、このため組成の異なる複数の層あるいは組成が
連続的に異なる層から構成される圧電体薄膜を形成す
る。
【００７８】請求項１９記載の発明においては、圧電体
薄膜形成ステップ、第１圧電体薄膜形成ステップ及び第
２圧電体形成ステップによる金属薄板への圧電体薄膜の
形成に先立って、成膜基板たる金属薄板の両面にＣｒ等
その内部物質が圧電体部に拡散するのを防止するための
安定した金属の薄膜を形成する安定金属薄膜形成ステッ
プを有していることを特徴としている。
【００７９】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００８０】圧電体薄膜形成ステップ、第１圧電体薄膜
形成ステップ及び第２圧電体形成ステップによる金属薄
板への圧電体薄膜の形成に先立って、安定金属薄膜形成
ステップにて、金属薄板の両面にその内部物質が圧電体
部に拡散するのを防止するための安定した金属の薄膜を
化学蒸着、めっき、スパッタリング等何等かの手段で形
成する。従って、金属薄板の種類によっては、このステ
ップが不必要なのは勿論である。
【００８１】請求項２０記載の発明においても、金属薄
板若しくは拡散防止用金属層の形成された金属薄板の両
面に分極制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を
形成する圧電体薄膜形成ステップと、形成された圧電体
薄膜上に電極膜を形成する電極膜形成ステップと、形成
された圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパターニン
グするパターニングステップと、パターニングステップ
終了後、金属薄板を加工してｎ個１組の薄膜圧電型バイ
モルフ素子からなる圧電効果型検出部を少くも１組形成
するｎ個組圧電効果型検出部形成ステップと、形成され
た圧電効果型検出部の形成された金属薄板に、各薄膜圧
電型バイモルフ素子が相互に影響しないよう所定の切断
線を入れる部分切断ステップと、部分切断ステップにて
各１個の薄膜圧電型バイモルフ素子が形成された半切断
金属薄板各部を相互に相直交する方向に折り曲げて多次
元構造を作成する多次元構造作成ステップを有している
ことを特徴としている。
【００８２】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００８３】圧電体薄膜形成ステップにて、燐青銅、ベ
リリウム青銅あるいはＳＵＳ３０４等の金属薄板若しく
は拡散防止用金属層の形成された金属薄板の両面に分極
制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を形成す
る。電極膜形成ステップにて、形成された圧電体薄膜が
パターニングされているか否かはともかく、その上に電
極膜を形成する。パターニングステップにて、形成され
た圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパターニングす
る。
【００８４】従って、既にパターニングがなされている
圧電体薄膜上に電極膜が形成されているならば、本パタ
ーニングステップの一部（半分）は電極膜形成ステップ
に先立ってなされることとなる。
【００８５】パターニングステップ終了後、ｎ個組圧電
効果型検出部形成ステップにて、金属薄板を加工してｎ
個１組の薄膜圧電型バイモルフ素子からなる圧電効果型
検出部を少くも１組形成する。部分切断ステップにて、
形成された圧電効果型検出部の形成された金属薄板に、
各薄膜圧電型バイモルフ素子が相互に影響しないよう所
定の切断線を入れる。多次元構造作成ステップにて、部
分切断ステップにて各１個の薄膜圧電型バイモルフ素子
が形成された半切断金属薄板各部を相互に所定の角度で
交わる方向に折り曲げて多次元構造を作成する。また、
必要に応じての曲がり部の金属の当該部のみの加熱そし
て急冷による熱処理や硬化性樹脂の塗布による曲がりの
固定化（安定化）等もなされる。
【００８６】従って、ｎが３、所定の角度が９０°なら
ば、立体の３次元構造となる。
【００８７】請求項２１記載の発明においては、金属薄
板若しくは拡散防止用金属層の形成された金属薄板の両
面に分極制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を
形成する圧電体薄膜形成ステップと、形成された圧電体
薄膜上に電極膜を形成する電極膜形成ステップと、形成
された圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパターニン
グするパターニングステップと、パターニングステップ
終了後、金属薄板を加工して、幅や長さが相違するため
固有振動数の異なるそして薄膜圧電型バイモルフ素子を
少くも２つ有する圧電効果型検出部を形成する周波数検
出用圧電効果型検出部形成ステップと、少くも２個の圧
電横効果部の形成された金属薄板に、各圧電効果部が相
互に影響しないよう所定の切断線を入れる部分切断ステ
ップとを有していることを特徴としている。
【００８８】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００８９】圧電体薄膜形成ステップにて、金属薄板若
しくは拡散防止用金属層の形成された金属薄板の両面に
分極制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を形成
する。電極膜形成ステップにて、形成された圧電体薄膜
上に電極膜を形成する。パターニングステップと、形成
された圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパターニン
グする。パターニングステップ終了後、周波数検出用圧
電効果型検出部形成ステップにて、金属薄板を加工して
少くも２つの固有振動数の異なるそして薄膜圧電型バイ
モルフ素子を有する圧電効果型検出部を形成する。部分
切断ステップにて、少くも２個の圧電横効果部の形成さ
れた金属薄板に、各圧電効果部が相互に影響しないよう
所定の切断線を入れる。
【００９０】請求項２２記載の発明においては、共通の
成膜基板としての金属薄板若しくは拡散防止用金属層の
形成された金属薄板の両面に分極制御が可能な非貼り付
け法により圧電体薄膜を形成する圧電体薄膜形成ステッ
プと、形成された圧電体薄膜上に電極膜を形成する電極
膜形成ステップと、形成された圧電体薄膜と電極膜とを
インクジェットヘッド上のインクジェットヘッド素子の
配列に対応してアクチュエータを形成するパターニング
するアクチュエータ形成用パターニングステップと、該
アクチュエータ形成用パターニングステップ終了後、多
数のアクチュエータの形成された金属薄板をインク流路
構造体に接着する接着ステップを有していることを特徴
としている。
【００９１】上記構成により、以下の作用がなされる。
【００９２】圧電体薄膜形成ステップにて、金属薄板若
しくは拡散防止用金属層の形成された金属薄板の両面に
分極制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を形成
する。電極膜形成ステップにて、形成された圧電体薄膜
上に電極膜を形成する。パターニングステップは、アク
チュエータ形成用パターニングステップにて、インクジ
ェットヘッド上の各色用のインクジェットヘッド素子の
配列に対応してアクチュエータを形成するためパターニ
ングする。該アクチュエータ形成用パターニングステッ
プ終了後、接着ステップにて、多数のアクチュエータの
形成された金属薄板をインク流路構造体に接着する。
【００９３】以上の他、必要な結線、絶縁処理等がなさ
れるのは勿論である。
【００９４】
【実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に基づい
て説明する。
【００９５】（第１の実施の形態）本実施の形態は、成
膜基板の両面に圧電体薄膜を少くも分極制御が可能な方
法で直接形成した薄膜圧電型バイモルフ素子とその製造
方法に関する。
【００９６】図１にその断面構造を、図２にその製造の
進展に伴う断面の変化の様子を示す。
【００９７】以下、両図を基にその成作の手順を示す。
【００９８】（ａ）厚さ５０μｍのＳＵＳ３０４を、中
間の成膜基板１０１として用いた。そして、この成膜基
板１０１の両面に各々Ｐｔ製の第１電極膜１０２を形成
した。
【００９９】なお、この第１電極膜は、ＳＵＳ３０４中
のクロムが圧電体内へ侵入するのを防止するためであ
る。従って、成膜基板の材質の如何によっては必ずしも
必要なものではない。
【０１００】（ｂ）成膜基板の表裏の第１電極膜の外面
に圧電体部を構成する互いに分極方向が異なった第１圧
電体薄膜１０３と第２圧電体薄膜１０４を形成した。
【０１０１】（ｃ）これらの圧電体薄膜の外面に外部
（第２）電極膜１０５を各々形成した。
【０１０２】次に、具体的な形成方法であるが、第１電
極膜１０２及び第２電極膜膜１０５は、表裏とも高周波
マグネトロンスパッタ法によりＰｔ薄膜を形成した。ス
パッタ成膜条件は、基板温度が５００〜７００℃、スパ
ッタガスはＡｒと酸素の混合ガス（９５／５〜８０／２
０）であり、ガス圧は０. １〜５Ｐａ、高周波投入パワ
ー密度は１〜５Ｗ／ｃｍ2 （１３. ５６ＭＨｚ）で、成
膜時間は１時間であった。
【０１０３】形成した膜の厚さは０. １５μｍであっ
た。
【０１０４】圧電体薄膜は、表１に示した材料を用い
て、同じく表１に記載した成膜条件により形成した。形
成した膜厚は、各々３μｍである。
【０１０５】本表１の条件で成膜することにより、すべ
ての誘電体は、正方晶の結晶構造を持ち、その分極軸が
基板面に対して垂直方向に優先配向したｃ軸配向多結晶
膜が得られた。
【０１０６】
【表１】 金属薄板は、その熱膨張係数が大きいため、圧電体薄膜
形成後の冷却過程での熱応力を緩和するため、（００
１）に優先配向した圧電体薄膜が得られるものと推定さ
れる。しかも、この薄膜は、成膜後の状態においても分
極の方向がほぼ一方向に揃っており、分極処理なしの状
態で圧電デバイスとして機能する特徴がある。
【０１０７】ところで、この場合には基板の両面に同じ
条件で圧電体薄膜を形成したため、第１及び第２圧電体
薄膜の分極方向は、図３に矢印で示すように互いに反転
していることとなる。
【０１０８】本図において、上下の第２電極膜間に電圧
をかけると、上部の圧電体部は例えば伸び（縮み）、下
部の圧電体部は逆に縮み（伸び）、このためこのバイモ
ルフ型素子は下方（上方）へ突出して曲がることとな
る。
【０１０９】また逆に、バイモルフ型素子が外力により
曲げられた場合には、２つの圧電素子の出力が合算され
るため、比較的高い電圧が発生することともなる。
【０１１０】次に、この素子の用途によって、形成され
た圧電体部等を適切な形状にしたり、孤立化したりする
こととなる。以下、これについて説明する。
【０１１１】まず、最外面層に形成された第２電極膜
を、スパッタエッチングによりパターニングした。この
際のＰｔ薄膜のエッチング条件は、真空度０. ０６Ｔｏ
ｒｒ、Ａｒガス流量１０ｓｃｃｍ、プラズマパワー１７
０Ｗのもとで、１５分を要した。
【０１１２】続いて、第１圧電体薄膜と第２圧電体薄膜
をパターニングした。パターニングのプロセス条件を表
２に示す。
【０１１３】
【表２】 そして、最後に表裏の第１電極膜を上記電極膜５と同じ
条件でパターニングした。
【０１１４】本実施の形態では、成膜基板の表裏両面の
圧電体薄膜が相互に直接接着されたりしてはいない。従
って、接着のバラツキによる素子の感度のバラツキが発
生しない。更に、圧電体薄膜は分極処理が不必要である
だけでなく、基板温度の制御により分極方向を制御する
ことが可能である。
【０１１５】以上の結果、たとえ圧電体の厚さが非常に
小さくても、互いの分極の方向が反転したバイモルフ素
子を連続した成膜プロセスにより、すなわち接着工程な
しに、容易に製作可能となる。更に、分極処理を行うこ
とにより圧電特性は一層向上することとなる。
【０１１６】次に、材料であるが、成膜基板としての金
属薄板は、ＳＵＳ以外に、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ等の薄板
としてもよい。
【０１１７】また、第１電極膜としては、Ｐｔ以外に、
例えば、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ等の貴金属を使用してもよ
い。
【０１１８】なお、酸化、腐蝕等により素子の振動特性
が多少とも変化しても不都合の生じない用途やその恐れ
がない用途に使用するならば、貴金属や耐蝕金属（合
金）以外の金属を使用してもよいのは勿論である。
【０１１９】次に、圧電薄膜の組成であるが、これは表
１に示す物質の他に、Ｐｂx ＬａyＴｉz Ｚｒw Ｏ3 で
表され、ここにｘ、ｙ、ｚ、ｗは、 １）０. ７≦ｘ≦１，ｘ＋ｙ＝１，０. ９２５≦ｚ≦
１，ｗ＝０ ２）ｘ＝１，ｙ＝０，０≦ｚ≦０. ５０，ｚ＋ｗ＝１ ３）０. ７５≦ｘ＜１，ｘ＋ｙ＝１，０. ３≦ｚ＜１，
ｚ＋ｗ＝１ の式を充たす組成の物質であるならば、同様な結果が得
られた。ここに、Ｌａはランタノイドである。
【０１２０】最後に、分極軸の方向について説明する。
【０１２１】圧電体薄膜の分極軸の方向は、組成により
変化する。ＰＺＴは、Ｚｒ／Ｔｉ比により、その結晶構
造が変化する。これを、図４に示す。
【０１２２】本図に示すように、菱面体結晶構造では
（１１１）方向が分極軸である。
【０１２３】この一例を示すならば、圧電体薄膜とし
て、ＰｂＺｒ0.56Ｔｉ0.44Ｏ3 というＺｒ／Ｔｉ比が異
なる以外は表１に示すもののＰＺＴと全く同一条件で形
成した。
【０１２４】このＰＺＴ薄膜は菱面体結晶構造を持ち、
その分極軸は（１１１）方向である。しかし、作製した
圧電体薄膜は、（００１）配向の多結晶であった。従っ
て、基板面に対して垂直な方向に、分極軸が配向してい
る構造ではない。
【０１２５】しかしながら、この菱面体構造の圧電体薄
膜も、分極が一方向の（１１１）に揃っており、分極処
理なしの状態で圧電デバイスとして機能する特徴を備え
ている。
【０１２６】従って、必ずしも、分極軸が基板面に対し
て垂直に配向した圧電体薄膜のみに本発明が限定される
わけではない。なお、（１１１）軸が分極軸となる組成
は、圧電体薄膜の組成がＰｂx Ｌａy Ｔｉz Ｚｒw Ｏ3
のとき、ｘ、ｙ、ｚ、ｗが以下の式を充たす場合であ
る。
【０１２７】１）ｘ＝１，ｙ＝０，０. ５≦ｚ≦１.
０，ｚ＋ｗ＝１ ２）０. ９≦ｘ＜１，ｘ＋ｙ＝１，０≦ｚ＜０. ５，ｚ
＋ｗ＝１ （第２の実施の形態）本実施の形態は、圧電体薄膜を多
層構造とし、更に各層の圧電定数を成膜基板側より外表
面側へ向かって順に大きくしたものである。
【０１２８】図５の（ａ）に、本実施の形態の薄膜圧電
型バイモルフ素子を示す。
【０１２９】本実施の形態の薄膜圧電型バイモルフ素子
も、先の第１の実施の形態と同様の方法にて作製した。
ただし、以下の２点が相違する。
【０１３０】１）圧電体薄膜が、厚さ方向に組成及び圧
電特性が変化した複数層のあるいは同じく組成及び圧電
特性が連続的に変化した膜（層）から構成されている。
【０１３１】２）圧電体薄膜の圧電定数は、中央の成膜
基板１０１からそれぞれの圧電体薄膜の外表面へ向かう
に従って増加する。
【０１３２】以下、本実施の形態のこの圧電体薄膜につ
いて詳しく説明する。
【０１３３】さて、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
は、その圧電特性が組成により変化することが知られて
いる。図４に、ＰＺＴ焼結体の誘電及び圧電特性とＺｒ
／Ｔｉ比の関係を示す。本図にて、ＰＺＴの電気機械結
合定数は、Ｚｒ／Ｔｉ比により大きく変化しているのが
わかる。
【０１３４】従って、Ｚｒ／Ｔｉ比の異なるＰＺＴ薄膜
を積層する事により、厚さ方向に圧電特性が変化したバ
イモルフ素子を製造することが可能となる。そして、そ
のようなＰＺＴ薄膜の形成は、図６に、その原理を示す
ようなＰｂ、Ｔｉ及びＺｒの金属ターゲットを備えた多
元スパッタ装置を使用して行なう。
【０１３５】さて、組成の制御であるが、この装置で各
ターゲットに印加するＲＦ（高周波）パワーを制御する
事によりなされる。図５の（ｂ）に分極方向を示した素
子の断面を示す。
【０１３６】次に、製造手順について図７を参照しつつ
説明する。
【０１３７】（ａ）成膜基板１０１の表裏両面に第１電
極膜を形成する。
【０１３８】（ｂ）一方の面の第１電極膜の外表面に、
厚さ方向（反成膜基板側）に順に圧電定数が増加する３
つの圧電体薄膜層２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃからな
る第１の圧電体膜２０３をＺｒ／Ｔｉ比を変化させて形
成する。
【０１３９】（ｃ）他方の面にも、第１電極膜の外表面
に、厚さ方向（反成膜基板側）に順に圧電定数が増加す
る、そして上記第１の面の圧電体薄膜層と分極方向が逆
の３つの圧電体薄膜層２０４ａ、２０４ｃからなる第２
の圧電体膜２０４をＺｒ／Ｔｉ比を変化させて形成す
る。
【０１４０】（ｄ）表裏の圧電体薄膜層の外表面に、第
２電極膜を形成する。
【０１４１】しかる後、素子の用途等に応じて各種のパ
ターニングをなすこととなる。
【０１４２】本実施の形態の圧電体薄膜であるが、具体
的には、表３に示すような、組成の異なる３層のＰＺＴ
からなる。
【０１４３】
【表３】 さて、２つの圧電体部の外表面側から同一方向の電圧を
かけるタイプの圧電型バイモルフ素子では、分極方向が
異なる２層の圧電体の伸縮方向は逆である。このため、
電圧印加により第１の圧電体薄膜が伸びる場合には第２
の圧電体薄膜は収縮し、前者が収縮する場合には後者が
伸びることとなる。従って、両方の圧電体薄膜の界面の
応力が大きくなる。また、中心部に金属が存在する場合
には、中心部にあるため金属自体は伸縮しないものの金
属の剛性は圧電体よりはるかに大きいため、金属面に接
触（接着）している部分の圧電体には大きな引張若しく
は圧縮応力が発生し、特に圧電体はその性質上引張力に
弱いため、引張力の発生する側の疲労（耐久性）が問題
となる。
【０１４４】しかし、本圧電バイモルフ素子では、両方
の圧電体膜の界面に近い圧電体層の圧電定数を小さく
し、厚み方向に大きくなる圧電定数の分布を持つため、
界面付近の圧電体薄膜の歪み量が小さい。このため、界
面で発生する応力を緩和できる。この結果、バイモルフ
素子全体の耐久性が向上する。
【０１４５】なお、本実施の形態では、組成の異なる圧
電体薄膜を積層したが、これは組成を連続的に変化させ
てもよいのは勿論である。
【０１４６】（第３の実施の形態）本実施の形態は、分
極方向が同じ圧電体薄膜を形成した素子に関する。
【０１４７】本実施の形態の薄膜圧電型バイモルフ素子
を図８に、その作製手順の進行に伴う断面の変化する様
子を図９に示す。
【０１４８】図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に
示すように、本実施の形態においても先の第１の実施の
形態と同様に形成基板たる金属薄板１０１上両面にＰｔ
製の第１電極１０２、第１と第２の圧電体薄膜１０３，
１０４１であるＰＺＴ（ＰｂＺｒ0.50Ｔｉ0.50Ｏ3 ）、
Ｐｔ製の第２電極膜１０５を作製した。
【０１４９】ただし、第１と第２の圧電体薄膜１０３，
１０４は（００１）配向して分極処理なしの状態であ
り、更に図８に示すようにその分極の方向が同じである
のが相違する。すなわち、図で下方の第２圧電体膜１０
４１は図２に示す下方の第２圧電体膜１０４と分極方向
が逆である。
【０１５０】ここで、第１圧電体薄膜は、基板温度６７
０〜７２０℃で形成した。この場合、焦電流の方向から
判断して、圧電体薄膜から基板面への方向に分極軸が配
向していると考えられる。
【０１５１】一方、第２圧電体薄膜は、第１圧電体薄膜
形成後に基板温度を５７０〜６３０℃に下げた状態にし
て形成した。この場合、焦電流の方向から判断して、第
２圧電薄膜から第２電極膜への方向に分極軸が配向して
いると考えられる。
【０１５２】次に、この際の分極方向の基板温度依存性
について説明する。
【０１５３】圧電体薄膜がＰｂＬａ0.1 Ｔｉ0.925 Ｏ3
の場合の、焦電係数と基板温度の関係を図１０に示す。
なお、本図では、圧電体薄膜表面から第１電極膜への方
向を、焦電流が正の方向としている。
【０１５４】以上の結果より、この薄膜圧電型バイモル
フ素子は、図９に矢印で示す分極状態にあるものと判断
される。
【０１５５】さて、本実施の形態の場合の結線である
が、これは図９に示すように、形成基板そして第１の電
極を接地し、第１及び第２圧電体薄膜の外表面側に存在
する第２電極膜を互いに接続することとなる。そしてこ
れにより、２つの圧電体薄膜には逆方向の圧電が生じ、
ひいては比較的低い電圧で駆動される並列型の薄膜圧電
型バイモルフ素子が形成される。
【０１５６】本実施の形態では、圧電体が薄膜のため、
長さが異なる片持ち梁を同一形成基板上に複数個作製す
る事が可能となる。従って、加速度センサ等の応用にお
いて、幅広い周波数範囲で加速度の検知が可能となる。
【０１５７】更に、分極方向が互いに異なる圧電体薄膜
を連続成膜により形成するため、接着工程が不必要であ
る。従って、感度や変位のバラツキ発生を防止できる。
【０１５８】以上の説明でわかるように、本実施の形態
の素子は、加速度や圧力等の力学量のセンサ（検出端）
あるいはアクチュエータとして使用する場合に、優れた
効果、性能を発揮する。
【０１５９】（第４の実施の形態）本実施の形態は、先
の第２の実施の形態と同じく多層の圧電体薄膜を有する
が、先の第３の実施の形態と同様にその分極方向が表裏
で同じものである。
【０１６０】図１１に、本実施の形態の薄膜圧電型バイ
モルフ素子を示す。
【０１６１】本図の素子の断面図中の矢印は、分極方向
を示す。
【０１６２】先の第３の実施の形態と同様にして、薄膜
圧電型バイモルフ素子を作製した。本実施の形態におい
ても、ＴｉとＺｒの存在比率を、ひいては圧電定数を順
に大きくした３層の圧電体２０３ａ、２０３ｂ、２０３
ｃからなる第１圧電体薄膜２０３は、基板温度６７０〜
７２０℃で形成した。この場合、焦電流の方向から判断
して、圧電体薄膜から基板面への方向に分極軸が配向し
ていると考えられる。
【０１６３】一方、同様な３層の圧電体２０４１ａ、２
０４１ｂ、２０４１ｃからなる第２圧電体薄膜２０４１
は、第１圧電体薄膜形成後に基板温度を５７０〜６３０
℃に下げた状態にして形成した。
【０１６４】第３の実施の形態との相違は、以下の２点
である。
【０１６５】１）両方の圧電体薄膜とも、厚さ方向に組
成及び圧電特性が変化した複数のあるいは連続した層か
らなる。
【０１６６】２）圧電体薄膜の圧電定数は、中央の形成
基板からそれぞれの圧電体薄膜の外表面へ向かうに従っ
て増加する。
【０１６７】なお、Ｚｒ／Ｔｉ比の異なるＰＺＴ薄膜を
多元スパッタ装置を使用しても、積層する際に、成膜温
度により分極の方向を制御する事が可能である。
【０１６８】本実施の形態において作成した組成の異な
る３層のＰＺＴからなる第１圧電体膜及び第２圧電体膜
の組成を表３に示す。ところで、本実施の形態では、組
成の異なる圧電体薄膜を３層積層したが、先の第２の実
施の形態と同じく組成を連続的に変化させた圧電体薄膜
とすることも可能である。
【０１６９】前述のごとく、一般の圧電バイモルフ素子
では、分極方向が異なる２層の圧電体の伸縮方向が反対
であり、その界面の応力が大きくなる。しかし、本実施
の形態では、界面に近い圧電体層の圧電定数が小さくな
るという分布であるため、界面付近の歪み量を小さくし
て応力を緩和することが可能となる。この結果、バイモ
ルフ素子全体の強度特に疲労強度あるいは耐久性が向上
する。
【０１７０】（第５の実施の形態）本実施の形態は、薄
膜圧電型力学量検出器あるいはその検出端に関する。
【０１７１】図１２に、本発明の薄膜圧電型バイモルフ
素子を用いた薄膜圧電型力学量検出器を示す。また、図
１３及び図１４にその２つの製作手順を示す。
【０１７２】この薄膜圧電型力学量検出器は、加速度や
圧力等の精度よい力学量センサあるいは制御性良好なア
クチュエータとして好適である。
【０１７３】次にこの製造方法について説明する。
【０１７４】図１３は、金属薄膜両面に圧電体薄膜等を
形成し、センサの配置に従ってこれらをパターニングし
た後、金属薄板を所定の形状にエッチング加工して製造
する様子を示すものである。
【０１７５】以下、本図をもとに、この内容を説明す
る。
【０１７６】（ａ）ＳＵＳ３０４製の金属薄板５０１の
両面にＰｔ等の第１電極膜５０２を形成し、その後パタ
ーニングする。
【０１７７】（ｂ）第１圧電体薄膜５０３を、第１電極
膜の形成された金属薄板の両面に形成する。
【０１７８】（ｃ）第１圧電体薄膜及び第２圧電体薄膜
の外表面に第２電極膜を形成し、その後これらを本来の
検出端の配置に従ってパターニングする。なお、本図の
５０５は、パターニングされた第２電極膜である。
【０１７９】（ｄ）金属薄板をエッチングして開孔部５
０６を形成する。
【０１８０】以上により、本図に示す片持梁５０８ある
いは両端固定梁構造５０９を形成する。
【０１８１】また、図１４は、あらかじめ所定の開孔部
５０６が設けられた金属薄板５０１を用いて製造する様
子を示すものである。本図の（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、この方法においても各膜の順次の形成、必要なパタ
ーニングは、図１３の（ａ）〜（ｃ）とほぼ同様であ
る。ただし、金属薄板があらかじめ開孔されているた
め、薄膜形成に際して必要なレジストを塗布したり、必
要に応じての当て板をしておいたりすること及びパター
ニングの内容については相違する。本図の５０５もパタ
ーニングされた第２電極膜である。
【０１８２】なお、特に片持梁の場合にそうであるが、
金属薄板といえども薄いため、そのままでは圧電体の形
成時等に変形、歪みが発生したりしかねない。このた
め、必要に応じて梁を支持する細い梁（切断加工部）５
０７を設けている。
【０１８３】（ｄ）切断加工部５０７を、細い工作が可
能なレーザー加工機等で切断して片持ち梁構造を形成す
る。
【０１８４】本実施の形態では圧電体が薄膜のため長さ
が異なる片持ち梁や両端固定梁を同一の金属薄板に複数
個作製する事が可能である。従って、加速度センサ等に
使用する場合、幅広い周波数範囲でその検出、測定が可
能となる。
【０１８５】更に、金属薄板に第１及び第２圧電体薄膜
を直接形成するため、接着工程が不必要となる。このた
め、接着のバラツキによる感度や変位のバラツキ発生を
防止できる。
【０１８６】なお、成膜基板としての金属は、使用温度
のみならず、雰囲気ガスの種類に応じての選定もなされ
るのは勿論である。
【０１８７】（第６の実施の形態）本実施の形態は、３
軸方向用の薄膜圧電型力学量検出器に関する。
【０１８８】図１５に、本発明の薄膜圧電型バイモルフ
素子を用いた薄膜圧電型力学量検出器を示す。この薄膜
圧電型バイモルフ素子の金属薄板両面への製作方法自体
は、先の第５の実施の形態と同様である。
【０１８９】ただし、本実施の形態では、片持ち梁構造
や両端固定梁構造の素子の形成された部分の金属薄板に
更に折り曲げ加工を施しているのが相違する。すなわ
ち、圧電検出部が金属薄板のなす平面に対して角度を有
することとなる。この結果、この平面に直角な方向以外
の方向の力学量の検出が可能となる。
【０１９０】従って、図１５に示すように、３つの圧電
体検出部６０５ｄ、６０５ｅ、６０５ｆが互いに垂直の
場合には、それぞれ直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力学量
が検出可能である。
【０１９１】圧電検出部と金属薄板のなす角度θである
が、これは、９０度に限定されるものではないのは勿論
である。すなわち、検出する力学量の方向にあわせて自
由に定め、検出感度の向上を図るようにしてもよい。
【０１９２】本実施の形態においても、策の第６の実施
の形態と同じく圧電体が薄膜であるため、長さが異なる
片持ち梁や両端固定梁を有する各種の３次元力学量検出
端を同一金属基板上に多数作製可能である。
【０１９３】従って、例えば加速度センサとして使用し
た場合には、幅広い周波数範囲でその検出測定が可能と
なる。更に、他の実施の形態と同じく、金属薄板に第１
及び第２圧電体薄膜を直接形成するため、接着工程が不
要であり、感度や変位のバラツキ発生を防止できる。
【０１９４】また、長時間での曲がり角度の変化防止の
ため、当該部の金属に必要な熱処理を施しても良い。
【０１９５】（第７の実施の形態）本実施の形態は、イ
ンクジェットヘッドに関する。
【０１９６】図１６に、本発明の薄膜圧電型バイモルフ
素子を用いたインクジェットヘッドを、図１７にその作
製手順の進行に伴う断面の変化の様子を示す。
【０１９７】本図において、７０１は成膜基板そしてイ
ンクを吐出させるために振動する板、アクチュエータと
しての金属薄板である。７０２は、その両面に形成され
た第１電極膜である。７０３と７０４は、更にその外面
に形成された圧電体薄膜である。７０５は、第２電極膜
である。７０６は、吐出されるインクが満ちている圧力
室である。７０７は、共通インク室部品である。７０８
は、インク供給路である。７０９は、共通インク供給路
である。７１０は、インク吐出路である。７１１は、ノ
ズルである。７１２は、接着剤である。
【０１９８】図１６及び図１７の（ｄ）に示すように、
インクジェットヘッドはインク流路構造体を有してお
り、このインク流路構造体には、インクの吐出口と連通
すると共にインクを収容する圧力室が形成されている。
【０１９９】そして、この圧力室の上部（反印刷用紙
側）には金属薄板７０１が圧力室上部を密閉するよう接
着剤７１２にて固定して形成されており、更にこの金属
薄板の上下（表裏）両面にはバイモルフ構造を構成する
圧電体薄膜７０３、７０４が固着形成されている。
【０２００】更にまた、インクに晒される部分の第２圧
電体７０４、第２電極膜は例えば薄い有機絶縁膜等で覆
われ、第１電極膜と第２電極膜は共に＋−信号線で接続
されているのは勿論であるが、これらは自明かつ煩雑と
なるため図示は省略してある。
【０２０１】次に、このインクジェトヘッドの製造方法
を図１７を参照しつつ説明する。
【０２０２】図１７の（ａ）〜（ｃ）は、先の第１の実
施の形態から第４の実施における薄膜圧電型バイモルフ
素子の作製と同じ手順である。ただし、中央の成膜基板
とその両面の圧電体薄膜等はインクジェットベッドのア
クチュエータとしての作用をなすため、それ用の形状寸
法等とされているだけでなく、ヘッド上のインクジェッ
ト素子の配列に従ってのパターニングがなされているの
は勿論である。
【０２０３】（ｄ）アクチュエータとしての薄膜圧電型
バイモルフ素子を、接着剤でインク流路構造体に接合し
て、インクジェットヘッド素子を完成する。
【０２０４】本実施の形態のインクジェットヘッドは、
圧電体が一度に形成された薄膜であるため、小型であっ
ても均質化が容易であり、ひいてはインクジェットヘッ
ドの素子の集積化と高階調化が容易となる。更に、圧電
体のパターニングが可能なために、圧電素子の形状に制
限がなく、インクジェットヘッドの製造に際して、形
状、寸法等の自由度が大きくなる。
【０２０５】更に、本実施の形態においても、圧電体薄
膜の金属薄板上への接着工程が不必要であるため、感度
や変位のバラツキが生じない。
【０２０６】更にまた、圧電体がバイモルフ構造である
ため、別途の振動板が不必要であるにもかかわらず大き
な変位特性が得られる。
【０２０７】（第８の実施の形態）本実施の形態は、図
５に示す第２の実施の形態の応用例である。
【０２０８】本実施の形態のおいては、図１８に示すよ
うに第３の実施の形態におけるＰｔ製の第１電極膜に換
えて、ＰｂＴｉＯ3 層若しくはＰｂＺｒＯ3 層２０３
ｅ、２０４ｅのみ、すなわち圧電効果なしの層とし、こ
れによりクロム等の圧電体部への拡散を防止しつつ、中
央部にあるため、伸縮しない成膜基板とのその両側の伸
縮する本来の圧電体部とに発生する応力の緩和を図って
いる。
【０２０９】（第９の実施の形態）本実施の形態は、図
１５に示す第６の実施の形態の応用例である。
【０２１０】本実施の形態のおいては、図１９に示すよ
うに長さのみ異なり、幅と圧電体等の形成位置や厚さが
同じ検出端が同一平面上に５つ並んだ周波数検出機であ
る。この場合、各検出端の成膜基板は共通であり、圧電
体は同時に形成されたものであるため、圧電定数等は同
じ、ひいては各検出端の特性が揃うこととなり、周波数
を検出する際の解析が容易となる。
【０２１１】また、被検出部への機械的な取り付けも楽
となる。
【０２１２】（第１０の実施の形態）本実施の形態は、
分極制御の他の手段である。従来の実施の形態では、成
膜基板と圧電体との熱膨張率の差及び成膜温度を制御し
ていたが、本実施の形態では、図２０に示すように、積
極的に外力を加えるものである。
【０２１３】以下、本図を参照にしつつ本実施の形態を
説明する。
【０２１４】本図の（ａ）において、１０１ｘは円形の
薄い成膜基板である。１０３ｘ、１０４ｘは、その上両
面に形成された圧電体である。１１１は円形の薄い成膜
基板の上下両面に固定された金属環であり、その熱膨張
率は、中央の薄い成膜基板より大な金属よりなる。具体
的には、成膜基板が、ＳＵＳ（種類によるも９〜１８×
１０-6／℃）やクロム（７×１０-6／℃）ならば、アル
ミ（２４×１０-6／℃）やマンガン（２３×１０-6／
℃）等である。
【０２１５】そしてこれにより、圧電体薄膜形成時の温
度にさえ注意すれば、本図の（ｂ）に示すように適切な
引張力Ｆを成膜基板に与えることが可能となる。
【０２１６】さらに、分極制御のみならず、圧電体成膜
時の成膜基板のそりの発生を防止する。また、圧電体は
焼成品であるため本来的に引張力に弱いが、室温時にお
いては本図の（ｂ）に示すような圧縮力が作用すること
となるため、強度上も好ましいものとなる。また、成膜
基板そのものも１０μｍ程度のものでも製作可能とな
る。
【０２１７】（第１１の実施の形態）本実施の形態は、
先の第１０の実施の形態の変形である。成膜基板に一方
向にのみ応力を加えるものである。
【０２１８】このため、四角い金属枠１１２で長方形の
成膜基板１０１ｙを固定し、その上で両面に圧電体１０
３ｙ、１０４ｙを形成する。
【０２１９】（第１２の実施の形態）本実施の形態は成
膜基板の上、下面で圧電体の厚さを変化させるものであ
る。
【０２２０】すなわち、圧電体は金属と異なり焼成品で
あるため、圧縮力に比較して引張力に弱い。
【０２２１】そこで、図２２の（ａ）に示すように、引
張力のかかる側の圧電素子１０３ｔを圧縮側の圧電素子
１０４ｐよりも厚く形成する。
【０２２２】さて、圧電体よりも金属薄板の方が剛性が
大であるため、その両面の圧電体部をこのように厚さを
かえて形成したところで、図２２の（ｂ）に示すように
バイモルフ型圧電素子は金属薄板を中心にして曲がるの
は従来のものと同じである。しかしながら、圧電体部に
加わる応力は、引張側の方が肉厚なだけに圧縮側のもの
に比較して小さくなる。このため耐久性が向上すること
となる。
【０２２３】（第１３の実施の形態）本実施の形態は、
より小型のバイモルフ型圧電素子の製造に関するもので
ある。
【０２２４】以下、図２３を参照しつつ本実施の形態を
説明する。
【０２２５】（ａ）ＳｉＯ2 基板１００ａを用意する。
【０２２６】（ｂ）ＳｉＯ2 基板に２〜１０μｍ程度の
金属薄膜１０１ｚをスパッタリングで形成する。
【０２２７】（ｃ）金属薄膜上に圧電体層を形成し、必
要に応じてパターニングする。更に、その上に電極膜層
を形成し、必要に応じてパターニングする。
【０２２８】本（ｃ）では、既にパターニングされた圧
電体１０３ｚと電極膜１０５ａを示す。
【０２２９】（ｄ）パターニングした電極膜、圧電体上
にＳｉＯ2 膜１００ｂを形成する。
【０２３０】（ｅ）この後に形成したＳｉＯ2 膜１００
ｂを保護物質で覆い（図示せず）、その後最初のＳｉＯ
2 膜を燐酸等を使用して溶融除去する。
【０２３１】（ｆ）金属薄膜のＳｉＯ2 を除去した面、
即ち既に圧電体の存在する面の反対側の面にも圧電体部
１０４ｚと電極膜１０５ｂを形成する。
【０２３２】（ｇ）新しく形成した圧電体部、電極膜に
図示していない必要な配線等をなし、インク質部品７０
７ｚに固定する。
【０２３３】（ｈ）反インク質部品側のＳｉＯ2 膜を除
去し、必要な配線をなす。
【０２３４】本実施の形態においても、金属薄膜のそり
や変形を防止しつつ、かつ圧電体の分極を圧電体や金属
薄膜形成時の温度を調整することにより制御しつつ小型
高性能のバイモルフ型圧電素子、アクチュエータを形成
可能である。
【０２３５】以上、本発明を幾つかの実施の形態に基づ
いて説明してきたが、本発明は何もこれらに限定されな
いのは勿論である。すなわち、例えば以下のようにして
もよい。
【０２３６】（１）結晶構造は、ｃ軸に優先配向した正
方晶の圧電体薄膜材料でない。
【０２３７】（２）配向性は、分極軸が基板面に対して
垂直に配向していない。
【０２３８】（３）圧電体材料として他のもの、例えば
Ｎｂ、Ｍｎ等が添加されたものを使用している。
【０２３９】
【発明の効果】以上の説明でわかるように本発明におい
ては、薄膜圧電型バイモルフ素子の製造において、圧電
体の分極を制御しつつ金属薄膜に直接圧電体を形成する
ので、接着工程が不必要である。
【０２４０】またこのため、素子の感度のバラツキ発生
を防止できる。
【０２４１】また、圧電体を貼り合わせるものでないた
め、膜厚が数μｍ程度の薄い圧電体が使用可能となる。
従って、モノモルフ構造のものと比較して、振動板無し
の構造であるにもかかわらず変位量が大きくなる。
【０２４２】また、圧電体が薄膜材料であるため、その
微細加工が可能となる。このため、微小かつ多様な形状
の検出器等を容易に形成でき、また圧電素子全体の小
型、集積化が可能となる。
【０２４３】また、長さの異なる複数の梁構造等を多数
並列等に、あるいは２次元や３次元に配置した圧電素子
を作成すること等も可能であり、これらを組み合わせる
ことにより共振周波数の広帯域化等が可能である。
【０２４４】また、圧電定数の異なる圧電体薄膜を複数
あるいは連続的に組み合わせることにより、第１圧電体
薄膜と第２圧電体薄膜の界面、境界部の大きな応力の発
生を防止あるいは緩和できるため、信頼性や耐久性が向
上する。
【０２４５】また、引張側の圧電体層を厚くしたりし
て、その耐久性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の薄膜圧電型バイ
モルフ素子の断面図である。
【図２】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子の作製手順の
進行に伴う断面の変化を示す図である。
【図３】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子の圧電体薄膜
の分極方向を示す図である。
【図４】 チタン酸ジルコン酸鉛焼結体の組成比と誘電
率及び電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の薄膜圧電型バイ
モルフ素子の断面（ａ）と圧電体薄膜の分極方向（ｂ）
を示す図である。
【図６】 上記実施の形態に使用する多元スパッタ装置
の概略構成図である。
【図７】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子の作製手順の
進行に伴う断面の変化を示す図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態の薄膜圧電型バイ
モルフ素子の断面図である。
【図９】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子の作製手順の
進行に伴う断面の変化を示す図である。
【図１０】 上記実施の形態の圧電薄膜の焦電係数と基
板温度の関係を示す図である。
【図１１】 本発明の第４の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子の断面と分極方向を示す図である。
【図１２】 本発明の第５の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子を用いた薄膜圧電型力学量検出器の平面図
である。
【図１３】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子を用いた薄
膜圧電型力学量検出器の作製手順を示す図である。
【図１４】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子を用いた薄
膜圧電型力学量検出器の他の作製手順を示す図である。
【図１５】 本発明の第６の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子を用いた薄膜圧電型力学量検出器の概念図
である。
【図１６】 本発明の第７の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子を用いたインクジェットヘッドの断面構成
を示す図である。
【図１７】 上記薄膜圧電型バイモルフ素子を用いたイ
ンクジェット式記録ヘッドのアクチュエータの作製手順
の進行に伴う断面の変化の様子及びインク流露構造体へ
の取付けを示す図である。
【図１８】 本発明の第８の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子の断面図である。
【図１９】 本発明の第９の実施の形態の薄膜圧電型バ
イモルフ素子を用いた周波数分析器の平面と主要部の断
面を示す図である。
【図２０】 本発明の第１０の実施の形態の薄膜圧電型
バイモルフ素子の製造方法を示す図である。
【図２１】 本発明の第１１の実施の形態の薄膜圧電型
バイモルフ素子の製造方法を示す図である。
【図２２】 本発明の第１２の実施の形態の薄膜圧電型
バイモルフ素子の断面図である。
【図２３】 本発明の第１３の実施の形態の薄膜圧電型
バイモルフ素子を用いたインクジェットヘッドの製造方
法を示す図である。
【符号の説明】
１００ａ ＳｉＯ2 基板 １００ｂ ＳｉＯ2 基板 １０１ 成膜基板（金属薄板） １０１ｚ 成膜基板（金属層） １０２ 第１電極膜 １０３ 第１圧電体薄膜 １０３ｔ 第１圧電体薄膜（引張側） １０３ｘ 圧電体部 １０３ｙ 圧電体部 １０４ 第２圧電体薄膜 １０４ｐ 第２圧電体薄膜（圧縮側） １０４ｘ 圧電体部 １０４ｙ 圧電体部 １０５ 第２電極膜 １１１ 厚手金属円環 １１２ 厚手金属枠 ２０３ａ 第１圧電体薄膜（成膜基板側） ２０３ｂ 第１圧電体薄膜（中央） ２０３ｃ 第１圧電体薄膜（反成膜基板側） ２０３ｅ クッション層 ２０４ａ 第２圧電体薄膜（成膜基板側） ２０４ｂ 第２圧電体薄膜（中央） ２０４ｃ 第２圧電体薄膜（反成膜基板側） ２０４ｅ クッション層 ３０３ 第１圧電体薄膜 ３０４ 第２圧電体薄膜 ４０３ａ 第１圧電体薄膜 ４０３ｂ 第１圧電体薄膜 ４０３ｃ 第１圧電体薄膜 ４０４ａ 第２圧電体薄膜 ４０４ｂ 第２圧電体薄膜 ４０４ｃ 第２圧電体薄膜 ５０１ 金属薄板 ５０２ 第１電極膜 ５０３ 第１圧電体薄膜 ５０５ パターニングされた第２電極膜 ５０６ 開孔部 ５０７ 切断加工部 ５０８ 片持梁 ５０８ａ 周波数解析用端子梁 ５０８ｂ 周波数解析用端子梁 ５０８ｃ 周波数解析用端子梁 ５０８ｄ 周波数解析用端子梁 ５０８ｅ 周波数解析用端子梁 ５０９ 両端固定梁 ６０１ 金属薄板 ６０２ 第１電極膜 ６０５ｄ 第２電極膜 ６０５ｅ 第２電極膜 ６０５ｆ 第２電極膜 ６０６ 開孔部 ７０１ 金属薄板 ７０２ 第１電極膜 ７０３ 第１圧電体薄膜 ７０４ 第２圧電体薄膜 ７０５ 第２電極膜 ７０６ 圧力室 ７０７ 共通インク室部品 ７０７ｚ 共通インク室部品 ７０８ インク供給路 ７０９ 共通インク供給路 ７１０ インク吐出路 ７１１ ノズル ７１２ 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鎌田 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF23 AF51 AF65 AF93 AG44 AP02 AP14 AP25 AP52 BA03 BA14 5D107 AA09 AA13 BB06 BB09 CC03 CC10 CC12

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属薄板と、 該金属薄板の両面に、分極制御が可能な非貼り付け法に
    より互いに分極方向が反転して形成された圧電体部と、 該２つの圧電体部のそれぞれの反金属薄板側に形成され
    た電極膜とを有していることを特徴とする薄膜圧電型バ
    イモルフ素子。
  2. 【請求項２】 前記圧電体部は、 材料の面からは少なくとも２種以上の組成の異なる圧電
    体薄膜の積層体や厚み方向に組成が連続的に変化した圧
    電体薄膜等の層方向材料変化圧電体であり、 伸縮の面からは、上記材料の変化に相応して前記金属薄
    板と前記電極膜とにより電界が加えられた場合には、前
    記金属薄板に近い層や部分が前記電極膜に近い層や部分
    に比較して伸び、若しくは縮みによる歪みが小さい膜厚
    方向伸縮調整型圧電体部であることを特徴とする請求項
    １記載の薄膜圧電型バイモルフ素子。
  3. 【請求項３】 前記金属薄板の両面の圧電体部は、 その分極方向が反対の反対方向分極圧電体部であり、 前記金属薄板若しくは２つの電極膜のいずれかは、 電位的に接地されている接地金属薄板であることを特徴
    とする請求項１若しくは請求項２記載の薄膜圧電型バイ
    モルフ素子。
  4. 【請求項４】 前記金属薄板の両面の圧電体部は、 その分極方向が同じの同方向分極圧電体部であり、 前記金属薄板と前記２組の電極膜間に逆方向の電位を与
    える逆方向電位付与手段を有していることを特徴とする
    請求項１若しくは請求項２記載の薄膜圧電型バイモルフ
    素子。
  5. 【請求項５】 前記圧電体部は、 その圧電体薄膜厚さが、１０μｍ以下である１０μｍ以
    下厚圧電体部であることを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３若しくは請求項４記載の薄膜圧電型バイモ
    ルフ素子
  6. 【請求項６】 前記金属薄板は、 中心部の比較的厚い薄板本体と、 前記薄板本体中の物質が圧電体部に拡散するのを防止す
    るためその両面に薄く形成された拡散防止用金属膜を有
    していることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
    ３、請求項４若しくは請求項５記載の薄膜圧電型バイモ
    ルフ素子。
  7. 【請求項７】 金属薄板とその表裏両面に直接形成され
    た複数の薄膜圧電型バイモルフ素子とを有する力学量検
    出端を使用してなる力学量検出器であって、上記複数の
    力学量検出端は、 上記金属薄膜のなす面上に相互に方向の相違する複数の
    ものが形成されてなる多軸方向力学量検出端であること
    を特徴とする多軸方向用薄膜圧電型力学量検出器。
  8. 【請求項８】 金属薄板とその表裏両面に圧電体部が分
    極制御が可能な非貼り付け法により形成された薄膜圧電
    型バイモルフ素子からなる力学量検出端をｎ（ｎは２以
    上の整数）個１組として使用してなる力学量検出器であ
    って、 上記ｎ個１組の力学量検出端は、 共通の金属薄板の両面所定の位置に圧電体部が各面ｎ個
    形成された後、各圧電体部の形成された部分の金属薄板
    に所定の切断や折り曲げ加工等を行なうことにより相互
    に所定の角度で交わるｎ個の薄膜圧電型バイモルフ素子
    が対応する方向の力学量を検出する多軸方向力学量検出
    端であることを特徴とする立体薄膜圧電型力学検出器。
  9. 【請求項９】 金属薄板とその表裏両面に圧電体部が分
    極制御が可能な非貼り付け法により形成された薄膜圧電
    型バイモルフ素子からなる力学量検出端を３個１組とし
    て使用してなる力学量検出器であって、 上記３個１組の力学量検出端は、 あらかじめ所定の形状にされた共通の金属薄板の両面所
    定の位置に圧電体部が各面ｎ（ｎは２以上の整数）個形
    成された後、各圧電体部の形成された部分の金属薄板に
    圧電体形成時の形状維持用に残された細い梁部の切断や
    所定の折り曲げ加工等を行なうことにより相互に所定の
    角度で交わるｎ個の薄膜圧電型バイモルフ素子が対応す
    る方向の力学量を検出する多軸方向力学量検出端である
    ことを特徴とする立体薄膜圧電型力学検出器。
  10. 【請求項１０】 金属薄板とその表裏両面に圧電体部が
    分極制御が可能な非貼り付け法により形成された薄膜圧
    電型バイモルフ素子からなる力学量検出端を複数使用し
    てなる力学量検出器であって、 上記複数の力学量検出端は、 共通の金属薄板の両面所定の位置に圧電体部が各面複数
    個形成された後、各圧電体部の形成された金属薄板に所
    定の切断加工等を行なうことにより、相互に固有振動数
    の相違する複数のものが同一平面状に形成されてなる周
    波数解析用力学量検出端であることを特徴とする周波数
    解析用薄膜圧電型力学量検出器。
  11. 【請求項１１】 金属薄板とその表裏両面に圧電体部が
    分極制御が可能な非貼り付け法により形成された薄膜圧
    電型バイモルフ素子からなる力学量検出端を複数使用し
    てなる力学量検出器であって、 上記複数の力学量検出端は、 圧電体形成時の形状維持用に残された細い梁部はともか
    くあらかじめ所定の形状に切断された共通の金属薄板の
    両面所定の位置に圧電体部が各面複数個形成された後、
    各圧電体部の形成された金属薄板に所定の切断加工等を
    行なうことにより、相互に固有振動数の相違する複数の
    ものが同一平面状に形成されてなる周波数解析用力学量
    検出端であることを特徴とする周波数解析用薄膜圧電型
    力学量検出器。
  12. 【請求項１２】 上記金属薄板の表裏両面に分極制御が
    可能な非貼り付け法により形成された複数の薄膜圧電型
    バイモルフ素子は、 請求項１、同２、同３、同４、同５若しくは同６のいず
    れかに記載している薄膜圧電型バイモルフ素子であるこ
    とを特徴とする請求項７、請求項８、請求項９、請求項
    １０若しくは請求項１１記載の薄膜圧電型力学量検出
    器。
  13. 【請求項１３】 圧力室を備えたインク流路構造体と、
    該インク流路構造体の圧力室形成面上に形成されたイン
    クを吐出させるための薄膜圧電型バイモルフ素子を使用
    するアクチュエータを有するインクジェットヘッドであ
    って、 上記アクチュエータは、 金属薄板と、 該金属薄板の表裏両面に直接形成された薄膜型圧電型バ
    イモルフ素子とを有していることを特徴とするインクジ
    ェットヘッド。
  14. 【請求項１４】 前記インクを吐出させるための薄膜圧
    電型バイモルフ素子は、 請求項１、同２、同３、同４、同５若しくは同６のいず
    れかに記載している薄膜圧電型バイモルフ素子であるこ
    とを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッ
    ド。
  15. 【請求項１５】 金属薄板の両面に圧電体薄膜を分極制
    御が可能な非貼付法で形成する圧電体薄膜形成ステップ
    と、 上記形成された圧電体膜に電極膜を形成する電極膜形成
    ステップと、 上記形成された圧電体薄膜及び電極膜を所定の形状にパ
    ターニングしてパターニングされた薄膜圧電型バイモル
    フ素子を形成するパターニングステップとを有している
    ことを特徴とする薄膜圧電型バイモルフ素子の製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 金属薄板の両面に、その表裏で分極方
    向が互いに反転した、そして、組成の異なる複数の層あ
    るいは組成が連続的に異なる層から構成される圧電体薄
    膜を分極制御が可能な非貼り付け法で形成する圧電体薄
    膜形成ステップと、 上記形成された両面の圧電体薄膜上に各々電極膜を形成
    する電極膜形成ステップとを有していることを特徴とす
    る薄膜圧電型バイモルフ素子の製造方法。
  17. 【請求項１７】 金属薄板の一方の面に第１圧電体薄膜
    を分極制御が可能な非貼り付け法で形成する第１圧電体
    薄膜形成ステップと、 上記金属薄板の他方の面に、上記第１圧電体薄膜形成時
    よりも低い基板温度のもとで形成温度を制御することに
    より、第１の圧電体薄膜と分極方向が同じ第２の圧電体
    薄膜を分極制御が可能な非貼り付け法で形成する第２圧
    電体薄膜形成ステップと、 上記形成された第１圧電体薄膜及び第２圧電体薄膜上に
    各々電極膜を形成する電極膜形成ステップとを有してい
    ることを特徴とする薄膜圧電型バイモルフ素子の製造方
    法。
  18. 【請求項１８】 前記第１圧電体薄膜形成ステップ及び
    前記第２圧電体形成ステップは、 組成の異なる複数の層あるいは組成が連続的に異なる層
    から構成される圧電体薄膜を形成する膜層変化形圧電体
    薄膜形成ステップであることを特徴とする請求項１７記
    載の薄膜圧電型バイモルフ素子の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記圧電体薄膜形成ステップ、第１圧
    電体薄膜形成ステップ及び第２圧電体形成ステップによ
    る金属薄板への圧電体薄膜の形成に先立って、 上記金属薄板の両面にその内部物質が圧電体部に拡散す
    るのを防止するための安定した金属の薄膜を形成する安
    定金属薄膜形成ステップを有していることを特徴とする
    請求項１５、請求項１６、請求項１７若しくは請求項１
    ８記載の薄膜圧電型バイモルフ素子の製造方法。
  20. 【請求項２０】 金属薄板若しくは拡散防止用金属層の
    形成された金属薄板の両面に分極制御が可能な非貼り付
    け法により圧電体薄膜を形成する圧電体薄膜形成ステッ
    プと、 形成された圧電体薄膜上に電極膜を形成する電極膜形成
    ステップと、 形成された圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパター
    ニングするパターニングステップと、 前記パターニングステップ終了後、上記金属薄板を加工
    してｎ（ｎは２以上の整数）個１組の薄膜圧電型バイモ
    ルフ素子からなる圧電効果型検出部を少くも１組形成す
    るｎ個組圧電効果型検出部形成ステップと、 上記形成された圧電効果型検出部の形成された金属薄板
    に、各薄膜圧電型バイモルフ素子が相互に影響しないよ
    う所定の切断線を入れる部分切断ステップと、 前記部分切断ステップにて各１個の薄膜圧電型バイモル
    フ素子が形成された半切断金属薄板各部を相互に所定の
    角度で交わる方向に折り曲げてｎ次元構造を作成する３
    次元構造作成ステップを有していることを特徴とする薄
    膜圧電型バイモルフ素子を使用した３次元用力学量検出
    器の製造方法。
  21. 【請求項２１】 金属薄板若しくは拡散防止用金属層の
    形成された金属薄板の両面に分極制御が可能な非貼り付
    け法により圧電体薄膜を形成する圧電体薄膜形成ステッ
    プと、 形成された圧電体薄膜上に電極膜を形成する電極膜形成
    ステップと、 形成された圧電体薄膜と電極膜とを所定の形状にパター
    ニングするパターニングステップと、 前記パターニングステップ終了後、上記金属薄板を加工
    して固有振動数の異なる、そして少くも２つの薄膜圧電
    型バイモルフ素子を有する圧電効果型検出部を形成する
    周波数検出用圧電効果型検出部形成ステップと、 上記少なくも２個の圧電横効果部の形成された金属薄板
    に、各圧電効果部が相互に影響しないよう所定の切断線
    を入れる部分切断ステップとを有していることを特徴と
    する薄膜圧電型バイモルフ素子を使用した周波数解析器
    の製造方法。
  22. 【請求項２２】 金属薄板若しくは拡散防止用金属層の
    形成された共通の成膜基板としての金属薄板の両面に分
    極制御が可能な非貼り付け法により圧電体薄膜を形成す
    る圧電体薄膜形成ステップと、 形成された圧電体薄膜上に電極膜を形成する電極膜形成
    ステップと、 形成された圧電体薄膜と電極膜とを、インクジェットヘ
    ッド上のインクジェットヘッド素子の配列に対応してア
    クチュエータを形成するためパターニングするアクチュ
    エータ形成用パターニングステップと、 上記多数のアクチュエータの形成された金属薄板をイン
    ク流路構造体に接着する接着ステップを有していること
    を特徴とする薄膜圧電型バイモルフ素子を使用したイン
    クジェットヘッドの製造方法。
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