JP2005333108A - 圧電素子、インクジェットヘッド、角速度センサ及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子において結晶性及び配向性の良好なペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層を形成して、この圧電素子の特性ばらつきを低減するとともに、耐電圧及び信頼性を向上させる。
【解決手段】 第１の電極層１４上に、立方晶系又は正方晶系の配向制御層１５を設け、この配向制御層１５上に、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなりかつ菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有する圧電体層１６を形成する。この圧電体層１６を形成する際に、該圧電体層１６の結晶粒を、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機械変換機能を呈する圧電素子、この圧電素子を用いたインクジェットヘッド、角速度センサ及びこれらの製造方法、並びに上記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関する技術分野に属する。

一般に、圧電材料は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、或いは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する材料である。この圧電材料の代表的なものとしては、ペロブスカイト型結晶構造のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）（以下、ＰＺＴという）がある。このＰＺＴにおいて最も大きな圧電変位が得られる方向は、正方晶系の場合には＜００１＞方向（ｃ軸方向）であり、菱面体晶系の場合には＜１１１＞方向である。しかし、多くの圧電材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であるため、各結晶粒子の結晶軸はでたらめな方向を向いている。したがって、自発分極Ｐｓもでたらめに配列している。

ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電材料を用いた圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきている。そして、この要求を満足させるために、圧電素子を、従来より多く使用されてきた焼結体に比べて体積を著しく小さくできる薄膜の形態で使用しつつあり、このような圧電素子に対する薄膜化の研究開発が盛んになってきている。例えば、正方晶系ＰＺＴの場合、自発分極Ｐｓはｃ軸方向を向いているので、薄膜化しても高い圧電特性を実現するためには、ＰＺＴ薄膜を構成する結晶のｃ軸を基板表面に対して垂直方向に揃える必要がある。これを実現するために、従来においては、スパッタ法を用いて、結晶方位（１００）面が表面に出るように切り出したＮａＣｌ型結晶構造の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる単結晶の基板を用い、この基板上に、下部電極として（１００）面に配向したＰｔ電極薄膜を形成し、このＰｔ電極上に、その表面に対して垂直方向にｃ軸配向したＰＺＴ薄膜を６００〜７００℃の温度で形成していた（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。この場合、ＰＺＴ薄膜を形成する前に、ＰＺＴ薄膜の下地層としてＺｒが存在しないＰｂＴｉＯ₃や（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ₃からなる膜厚０．１μｍの圧電体層を、（１００）面に配向したＰｔ電極上に形成しておいて、その上に膜厚２．５μｍのＰＺＴ薄膜をスパッタ法により形成すると、ＰＺＴ薄膜形成の初期にＺｒ酸化物からなる結晶性の低い層が形成され難くなり、より高い結晶性のＰＺＴ薄膜が得られる。つまり、（００１）面配向率（α(001)）が略１００％のＰＺＴ薄膜が得られる。

ここで、α(001)は、
α(001)＝Ｉ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）
で定義している。ΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折法において、Cu-Kα線を用いたときの２θが１０〜７０°でのペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴにおける各結晶面からの回折ピーク強度の総和である。尚、（００２）面及び（２００）面は（００１）面及び（１００）面と等価な面であるため、ΣＩ（ｈｋｌ）には含めない。

ところが、上記方法では、下地基板としてＭｇＯ単結晶基板を用いるため、圧電素子が高価になってしまい、この圧電素子を用いたインクジェットヘッドも高価になってしまうという問題がある。また、基板材料もＭｇＯ単結晶の一種類に制限されてしまうという欠点がある。

そこで、シリコン等の安価な基板の上にＰＺＴ等のペロブスカイト型圧電材料の（００１）面又は（１００）面結晶配向膜を形成する方法として、種々の工夫がなされている。例えば、特許文献２には、（１１１）面に配向したＰｔ電極上に、ＰＺＴ又はランタンを含有したＰＺＴの前駆体溶液を塗布し、この前駆体溶液を結晶化させる前に、先ず４５０〜５５０℃で熱分解させ、その後５５０〜８００℃で加熱処理して結晶化させること（ゾル・ゲル法）により、ＰＺＴ膜の（１００）面優先配向膜が生成可能であることが示されている。

また、特許文献３には、イリジウム下部電極上に極薄のチタン層を形成することにより、その上に形成するＰＺＴ膜の結晶配向性を制御できることが開示されている。この方法は、シリコン等の基板上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層を形成し、この下地層上にイリジウムを含有する下部電極を形成し、この下部電極上に極薄のチタン層を積層し、このチタン層上に、圧電特性を有する強誘電体を構成する、金属元素及び酸素元素を含む非晶質の圧電体前駆体薄膜を形成し、この非晶質の薄膜を高温で熱処理する方法で結晶化させること（ゾル・ゲル法）により、ペロブスカイト型圧電体薄膜に変化させる製造方法である。この製造方法では、チタン層の膜厚によりＰＺＴ等の圧電体薄膜の結晶配向性の制御が可能であり、チタン層膜厚を２〜１０ｎｍとすると、（１００）面配向膜が得られ、チタン層膜厚を１０〜２０ｎｍとすると、（１１１）面配向膜が得られる。

さらに、特許文献４には、ゾル・ゲル法を用いて圧電体薄膜を形成する際、（１１１）面配向のＰｔ電極上に４〜６ｎｍのチタン層を形成し、このチタン層のチタンが酸化した酸化チタンを核にすることで、（１００）面配向のＰＺＴ膜が得られることが開示されている。

さらにまた、シリコン基板上に、ＰＺＴ薄膜よりも高い圧電特性を持つように、ＰＺＴに添加物を添加して圧電体薄膜を形成するようにすることが試みられている。例えば特許文献５では、マグネシウムニオブ酸鉛を添加したＰＺＴ薄膜を用いた圧電素子が示されているとともに、Ｐｔ電極上に、そのマグネシウムニオブ酸鉛を添加したＰＺＴ薄膜をゾルゲル法により菱面体晶系の（１００）面に優先配向するように形成可能であることが示されている。そして、非特許文献２では、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を添加したＰＺＴ薄膜（０．９ＰＺＴ−０．１ＰＭＮ薄膜）の圧電特性が評価されている。このＰＺＴ薄膜は正方晶であって、（１００）面及び（１１１）面の２方向に配向しているが、電界強度１７０ｋＶ／ｃｍで１９０ｐｍ／Ｖという非常に高い圧電定数ｄ₃₁を示すことが報告されている。
特開平１０−２０９５１７号公報 特許第３０２１９３０号公報 特開２００１−８８２９４号公報 特開平１１−１９１６４６号公報 特開平１０−８１０１６号公報 特開２０００−２５２５４４号公報 "ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス （Journal of Applied Physics）"，（米国），アメリカ物理学会， １９８９年２月１５日，第６５巻，第４号，p.1666-1670 "ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス （Japanese Journal of Applied Physics）"，応用物理学会， １９９９年２月，第３８巻，第２Ａ号，p.886-889 "ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス （Journal of Applied Physics）"，（米国），アメリカ物理学会， １９９８年４月１日，第８３巻，第７号，p.3835-3841

しかし、上記のいずれの方法においても、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いない方法としては優れているものの、ゾル・ゲル法により圧電体薄膜を形成するため、ＭｇＯ単結晶基板上に圧電体薄膜を形成する場合のように、膜形成時において結晶配向した結晶性良好な膜を得ることは困難である。このため、先ず非晶質の圧電体薄膜を形成し、この圧電体薄膜を含む積層膜を基板ごと熱処理することで、結晶軸が相応しい方向に優先配向するようにしている。

また、ゾル・ゲル法では、圧電素子を量産すると、有機物を取り除く脱脂工程において、非晶質の圧電体前駆体薄膜に体積変化によるクラックが生じ易く、さらに、非晶質の圧電体前駆体薄膜を高温加熱して結晶化させる工程においても、結晶変化によりクラックや下部電極との膜剥離が生じ易い。

そこで、ゾル・ゲル法におけるこれらの課題を解決する方法として、特許文献５や特許文献６には、下部電極にチタンや酸化チタンを添加することが有効であることが示されている。特に、特許文献５では、スパッタ法を用いた場合でも、（１００）面配向のＰＺＴ膜が得られることが示されている。但し、下部電極上に直接ペロブスカイト型ＰＺＴ膜が得られるのではなくて、最初に２００℃以下の低温でアモルファス又はパイロクロア型結晶構造のＰＺＴ膜を形成し、その後、酸素雰囲気中における５００〜７００℃の高温で熱処理することにより結晶化させており、ゾル・ゲル法と同様に、高温加熱して結晶化させる工程での結晶変化によりクラックや下部電極との剥離が生じ易いといった欠点がある。また、上記ゾル・ゲル法やスパッタ法により形成したＰＺＴ膜の（００１）面配向度又は（１００）面配向度は、いずれの方法においても８５％以下である。

さらに、ゾル・ゲル法においては、一回の工程（前駆体溶液の塗布及びその後の熱処理）において形成されるＰＺＴ膜の膜厚がせいぜい１００ｎｍ程度であるため、圧電素子に必要な１μｍ以上の膜厚を得るためには、上記工程を１０回以上繰り返し行う必要があり、ともすると歩留まりが低くなってしまうという問題がある。

一方、上記特許文献３によれば、非晶質薄膜を一旦形成し、熱処理等の後処理によって結晶性薄膜に変化させて合成する方法であるゾル・ゲル法（ＭＯＤ法も含む）以外の方法、つまり熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法、例えばスパッタ法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法により、極薄のチタン層を表面に形成したＩｒ下地電極上へのＰＺＴ配向制御を試みたが、ゾル・ゲル法以外では配向膜は得られなかったとしている。その理由は、ゾル・ゲル法では、下部電極側から上部電極側にかけて徐々にＰＺＴ膜の結晶化が進行するのに対し、ＣＶＤ法やスパッタ法等では、ＰＺＴ膜の結晶化がランダムに進行して、結晶化に規則性がないことが配向制御を困難にしているからであるとしている。

また、（１１１）面配向Ｐｔ電極層上に、厚さ１２ｎｍ以下の酸化チタン層を形成し、直接スパッタ法によりペロブスカイト型結晶構造のチタン酸鉛膜やＰＺＴ膜を形成した場合、いずれの膜も（１１１）面配向性を示し、（１００）面又は（００１）面配向膜は得られない（非特許文献３参照）。

さらに、たとえ（１００）面又は（００１）面配向膜が得られたとしても、圧電素子として駆動を続けた場合、クラックが発生するという問題がある。また、（１１１）面配向膜であっても、（１００）面又は（００１）面配向膜と同様に、クラックが発生するという問題がある。このクラックの発生は、圧電体薄膜の結晶粒が該圧電体薄膜の厚み方向と垂直な方向（膜面に沿った方向）に成長している結晶構造で多く見られ、柱状構造になっていて圧電体薄膜の厚み方向に適切に成長している結晶構造では殆ど見られなかった。これは、圧電体薄膜を駆動させたときに発生する応力が結晶粒界で緩和されているとともに、薄膜の密着力が高いためと考えられる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで、圧電特性に優れていて高信頼性の圧電素子が得られるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を形成し、この配向制御層上に、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなりかつ菱面体晶系又は正方晶系の圧電体層を形成するとともに、この圧電体層を形成する際に、該圧電体層の結晶粒を、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比（平均断面径／長さ）が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とするようにした。

具体的には、請求項１の発明では、第１の電極層と、該第１の電極層上に設けられた配向制御層と、該配向制御層上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電素子を対象とする。

そして、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされているものとする。

上記の構成により、圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることで、圧電素子を連続駆動した場合であっても、圧電体層の応力が適切に緩和されて、圧電体層にクラックが生じるのを抑制することができ、この結果、信頼性の向上化を図ることができる。また、圧電体層を、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したＰＺＴで構成することにより、優れた圧電特性が得られる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、配向制御層は、（１００）面又は（００１）面に優先配向しており、圧電体層は、（００１）面に優先配向しているものとする。

すなわち、第１の電極層を、チタン等の酸化し易い含有物を含有した貴金属等で構成しておき、その第１の電極層上に配向制御層をスパッタ法等により形成すれば、第１の電極層が（１１１）面配向であったとしても、配向制御層が（１００）面又は（００１）面（立方晶系の場合は（１００）面と（００１）面とは同じである）に配向し易くなる。より詳しく説明すると、第１の電極層の表面部には、上記含有物が島状に点在しており、この含有物であるチタン等は酸化し易くて酸化物の形態で含有していなくても、配向制御層を形成する際等において酸素が存在すれば、その表面部に点在する含有物は酸化物となる。そして、配向制御層は、この島状に点在する含有物（酸化物）を核にしてその上側に結晶成長し、これにより、上記含有物上において（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。また、上記含有物は、第１の電極層に含有されているため、第１の電極層の表面からは殆ど突出しておらず（突出したとしてもその突出量は２ｎｍよりも小さくなる）、このことからも、配向制御層は、（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。一方、第１の電極層は、シリコン等の基板上に設ける場合には、通常、（１１１）面配向となり、このため、配向制御層において第１の電極層の表面部における上記含有物が存在しない部分の上側領域では、（１００）面及び（００１）面以外の面配向（例えば（１１１）面配向）になったりアモルファスになったりする。しかし、このような（１００）面や（００１）面配向になっていない領域は、配向制御層における第１の電極層側の表面近傍部（当該表面からせいぜい２０ｎｍ程度までの範囲）にしか存在しない。つまり、上記含有物上の（１００）面又は（００１）面配向の領域がその結晶成長に連れて広がるため、層厚方向と垂直な断面における該領域の面積が、第１の電極層側からその反対側（圧電体層側）に向かって大きくなり、これにより、（１００）面や（００１）面配向になっていない領域は小さくなって、配向制御層の厚みが２０ｎｍ程度となった段階では略全体が（１００）面又は（００１）面配向の領域となる。こうして形成した配向制御層上に圧電体層を形成すれば、該配向制御層により圧電体層は（００１）面配向（菱面体晶系の場合には、（１００）面と（００１）面とは同じあるため、この菱面体晶系の（１００）面配向を含む）となる。この結果、圧電体層の（００１）面配向度を９０％以上にすることができるようになる。尚、配向制御層において（１００）面や（００１）面に配向していない領域は、第１の電極層の表面近傍部だけでなく、圧電体層側の表面に存在していてもよい。このような場合であっても、配向制御層の層厚が０．０１μｍ以上であれば、圧電体層側の表面の大部分は（１００）面又は（００１）面配向の領域となり、圧電体層の（００１）面配向度を９０％以上にすることができる。この結果、圧電体層を、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したＰＺＴで構成することと相俟って、圧電特性を極めて良好に向上させることができる。

したがって、安価なシリコン等の基板上に、ゾル・ゲル法以外の、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（スパッタ法やＣＶＤ法等）であっても、配向性が良好な圧電体層が得られ、これにより、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。すなわち、この圧電素子は、その圧電体層の膜表面に対して垂直方向に電界を印加して用いられるため、特に正方晶系の結晶構造においては、（００１）面配向により、電界方向が＜００１＞分極軸方向と平行になって大きな圧電特性が得られる。また、電界印加による分極の回転が起きないため、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。一方、菱面体晶系の結晶構造においては、分極軸が＜１１１＞方向であるため、（１００）面配向により、電界方向と分極軸方向との間に約５４°の角度が生じるものの、（１００）面配向性を向上させることにより、電界印加に対して分極は常に一定の角度を保つことができるため、この場合も電界印加による分極の回転が起きず、これにより、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる（例えば、無配向のＰＺＴ膜の場合には分極はいろいろな方向を向いているため、電界を印加すると、電界と平行方向に分極軸を向けようとするため、圧電特性が電圧依存性を有してばらつきが大きくなったり、経時変化が生じて信頼性に問題が生じたりする）。

そして、圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることと相俟って、圧電素子の信頼性のより一層の向上化を図ることができる。

また、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いなくても、良好な配向性を有する圧電体層が容易に得られるので、安価なガラス基板、金属基板、セラミックス基板、Ｓｉ基板等を用いることにより、製造コストを低減することができる。

さらに、圧電体層の膜厚が１μｍ以上であっても、ゾル・ゲル法のように同じ工程を何回も繰り返す必要がなく、圧電体層をスパッタ法等により容易に形成することができ、歩留まりの低下を抑制することができる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、配向制御層及び圧電体層は、共に（１１１）面に優先配向しているものとする。

すなわち、第１の電極層は、シリコン等の基板上に設ける場合には、通常、（１１１）面配向となり、このため、配向制御層も、（１１１）面配向となる。但し、上記請求項２の発明のように、第１の電極層にチタンや酸化チタン等の含有物が含有されている場合（基板と第１の電極層との間に密着層を設けなくても、基板と第１の電極層との密着性を高めることができるので、第１の電極層にチタン等を含有する場合がある）には、配向制御層においては、第１の電極層表面部の島状に点在する上記含有物（酸化物）を核にしてその上側に結晶成長し、これにより、配向制御層において第１の電極層の表面部における上記含有物が存在しない部分の上側領域では、（１１１）面配向となるが、上記含有物が存在する部分の上側領域では、（１１１）面配向とはならず、上記請求項２の発明のように（１００）面又は（００１）面配向となる。しかし、このような（１１１）面配向とならない領域が存在しても、配向制御層の厚みを８ｎｍ以下にしておけば問題とはならない。つまり、配向制御層において、結晶成長に連れて（配向制御層の厚みが大きくなるに連れて）、（１１１）面配向とならない領域は広がる一方、（１１１）面配向の領域は狭くなるため、配向制御層の厚みを、（１１１）面配向とならない領域がそれ程大きく広がらないような大きさ（具体的には８ｎｍ以下）とすれば、（１１１）面配向率は５０％以上となる。こうして形成した配向制御層上に圧電体層を形成すれば、該配向制御層により圧電体層は（１１１）面配向となる。このような配向制御層を設けることにより、圧電体層には、圧電特性が良好な圧電材料を使用しつつ、配向制御層には結晶性や配向性をより向上させ得る材料を使用することができ、この結果、圧電体層の（１１１）面配向率を８０％以上にすることができるようになる。

したがって、安価なシリコン等の基板上に、ゾル・ゲル法以外の、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（スパッタ法やＣＶＤ法等）であっても、配向性が良好な圧電体層が得られ、これにより、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。すなわち、この圧電素子は、その圧電体層の膜表面に対して垂直方向に電界を印加して用いられるため、特に菱面体晶系の結晶構造においては、（１１１）面配向により、電界方向が＜１１１＞分極軸方向と平行になって大きな圧電特性が得られる。また、電界印加による分極の回転が起きないため、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。一方、正方晶系の結晶構造においては、分極軸が＜００１＞方向であるため、（１１１）面配向により、電界方向と分極軸方向との間に約５４．７°の角度が生じるものの、（１１１）面配向性を向上させることにより、電界印加に対して分極は常に一定の角度を保つことができるため、この場合も電界印加による分極の回転が起きず、これにより、圧電特性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上させることができる。よって、請求項２の発明と同様と同様の作用効果が得られる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＣｄの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｎｂであり、上記化学式中のａの値は１／３であり、ｂの値は２／３であるものとする。

請求項５の発明では、請求項１の発明において、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｇ、Ｍｎ及びＮｉの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔａ又はＳｂであり、上記化学式中のａの値は１／３であり、ｂの値は２／３であるものとする。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｂ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｎｂであり、上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であるものとする。

請求項７の発明では、請求項１の発明において、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔａであり、上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であるものとする。

請求項８の発明では、請求項１の発明において、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ及びＺｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔｅ又はＷであり、上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であるものとする。

これら請求項４〜８の発明により、圧電素子の圧電特性を良好に向上させ得るＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物が容易に得られる。

請求項９の発明では、請求項１の発明において、配向制御層は、ジルコニウムの含有量が０以上２０モル％以下でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰であるチタン酸ランタンジルコン酸鉛、又は該チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものからなるものとする。

このようなチタン酸ランタンジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ；ジルコニウムの含有量が０である場合のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）を含む）を配向制御層に用いれば、配向制御層の配向性、延いては圧電体層の配向性を向上させることができる。しかも、このようにジルコニウムの含有量を２０モル％以下とすると、結晶成長初期にＺｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難く、また鉛の含有量を化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰とすることで、配向制御層の結晶性の低下を確実に抑制することができ、このことで耐電圧を向上させることができる。よって、圧電体層の結晶性や配向性を確実に向上させることができて、圧電素子の圧電特性をより一層向上させることができる。

請求項１０の発明では、請求項９の発明において、配向制御層のチタン酸ランタンジルコン酸鉛におけるランタンの含有量が０を越え２５モル％以下であるものとする。

請求項１１の発明では、請求項９の発明において、配向制御層においてチタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合のトータル添加量は、０を越え１０モル％以下であるものとする。

これら請求項１０又は１１の発明により、配向制御層の結晶性の低下をより有効に抑えることができる。

請求項１２の発明では、請求項２の発明において、第１の電極層は、チタン又は酸化チタンを含有する貴金属からなるものとする。

このことで、配向制御層を、容易にかつ確実に（１００）面又は（００１）面に優先配向させることができ、延いては圧電体層の（００１）面配向度を向上させることができる。

請求項１３の発明では、請求項１２の発明において、第１の電極層の貴金属は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種であり、上記貴金属に含有されているチタン又は酸化チタンの含有量が０を越え３０モル％以下であるものとする。

このことにより、圧電素子の各膜をスパッタ法等に形成する際の温度に十分に耐えられるとともに、電極として適切な材料とすることができる。また、チタン又は酸化チタンの含有量は、３０モル％を越えると配向制御層の結晶性及び配向性（延いては圧電体層の結晶性及び配向性）が低下するので、このように３０モル％以下とするのがよい。

請求項１４の発明では、請求項１２の発明において、第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置するチタン又は酸化チタンの該表面からの突出量が２ｎｍよりも小さいものとする。

すなわち、チタン又は酸化チタンは第１の電極層に含有したものであり、第１の電極層の上側に積極的に設けたものではないため、第１の電極層における配向制御層側の表面から突出することは殆どなく、突出したとしてもその突出量は２ｎｍよりも小さくなる。これにより、上述の如く、配向制御層が（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。

請求項１５の発明では、請求項２の発明において、第１の電極層は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＡｌ並びにこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種を含有する貴金属からなるものとする。

すなわち、貴金属に含有されているＭｎ等の含有物は、チタンや酸化チタンと同様の役割を有し、配向制御層を、容易にかつ確実に（１００）面又は（００１）面に優先配向させることができるようになる。

請求項１６の発明では、請求項１５の発明において、第１の電極層の貴金属は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種であり、上記貴金属に含有されている含有物の含有量が０を越え３０モル％以下であるものとする。このことにより、請求項１３の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１７の発明では、請求項１５の発明において、第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する、該第１の電極層の貴金属に含有されている含有物の該表面からの突出量が２ｎｍよりも小さいものとする。このことで、請求項１４の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１８の発明では、請求項３の発明において、配向制御層の（１１１）面配向率が５０％以上であるものとする。

このことにより、圧電体層の（１１１）面配向率を、容易にかつ確実に８０％以上にすることができ、圧電特性の向上や安定性の点で優れる。一方、上述の如く、配向制御層の厚みを８ｎｍ以下とすれば、第１の電極層にチタン等の含有物が含有されていても、（１１１）面配向率を容易に５０％以上にすることができる。

請求項１９の発明では、請求項１の発明において、第１の電極層は、基板上に設けられており、上記基板と第１の電極層との間に、該基板と第１の電極層との密着性を高める密着層が設けられているものとする。

このことにより、基板と第１の電極層との密着性を向上させることができ、圧電素子の製造時における膜剥離を確実に防止することができる。

請求項２０の発明は、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第２の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの発明である。

そして、この発明では、上記圧電素子の配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされているものとする。

この発明により、基板上に、第１の電極層、配向制御層、圧電体層、第２の電極層及び振動層をスパッタ法等により順次形成して、この振動層に圧力室部材を接合した後に上記基板を除去するようにすれば、請求項１の発明と同様の構成の圧電素子を備えたインクジェットヘッドが容易に得られ、このインクジェットヘッドを長時間駆動し続けても、その圧電素子の圧電体層にクラックが生じるのを抑制することができる。よって、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性に優れたインクジェットヘッドが得られる。

請求項２１の発明では、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第１の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドを対象とする。

そして、上記圧電素子の配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされているものとする。

このことにより、圧力室部材を基板として、その上に、振動層、第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層をスパッタ法等により順次形成するようにすれば、請求項２０の発明と同様の作用効果を有するインクジェットヘッドが得られる。

請求項２２の発明は、固定部と、該固定部から所定の方向に延びる少なくとも一対の振動部とを有する基板を備え、該基板の少なくとも各振動部上に、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパターン化された角速度センサの発明である。

そして、この発明では、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされているものとする。

この発明により、第２の電極層の駆動電極及び第１の電極層間に電圧を印加することで、基板の各振動部を振動部の幅方向に振動させ、この振動時にコリオリ力によって振動部が厚み方向に変形すると、第２の電極層の検出電極及び第１の電極層間に電圧が発生し、この電圧の大きさ（コリオリ力）から角速度を検出することができる。そして、このように角速度を検出する部分（振動部）が、請求項１の発明と同様の構成の圧電素子で構成されていることになるので、従来の水晶を用いた角速度センサよりも圧電定数を４０倍程度に大きくすることができ、かなり小型化することができる。また、工業的に量産しても、特性の再現性が良好で、ばらつきが少なく、耐電圧及び信頼性の良好な角速度センサが得られる。

請求項２３の発明は、インクジェット式記録装置の発明であり、この発明では、請求項２０又は２１記載のインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から該圧力室内のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されているものとする。この発明により、印字性能及び耐久性が極めて良好な記録装置が容易に得られる。

以上説明したように、本発明の圧電素子によると、電極層上に、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を形成し、この配向制御層上に、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなりかつ菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有する圧電体層を形成するとともに、この圧電体層を形成する際に、該圧電体層の結晶粒を、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とするようにしたことにより、各層の密着性並びに圧電体層の結晶構造び優先配向面を制御することができる。しかも、上記結晶粒により、圧電素子を駆動させたときに圧電体層に発生する応力が結晶粒界で緩和されるとともに、配向制御層や第２の電極層との密着力が増加し、これにより、圧電体層にクラックが発生する割合が低下するため、耐電圧性及び信頼性の向上化を図ることができる。この結果、工業的に量産しても、圧電特性の再現性、ばらつき、耐電圧及び信頼性の良好な圧電素子が得られ、この圧電素子を用いる本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置においても、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性に優れたものとすることができる。

また、本発明の角速度センサにおいても、角速度を検出する部分（振動部）が、上記と同様の構成の圧電素子で構成されていることになるので、小型で寸法精度が高く、しかも、工業的に量産しても、特性の再現性が良好で、ばらつきが少なく、耐電圧及び信頼性の良好な角速度センサが得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る圧電素子を示し、同図において１１は、厚みが０．３ｍｍのφ４インチシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板１１上には、厚みが０．０２μｍであってチタン（Ｔｉ）からなる密着層１２が形成されている。尚、上記基板１１は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。

上記密着層１２上には、厚みが０．２２μｍであって２．１モル％のＴｉを含有した白金（Ｐｔ）からなる第１の電極層１４が形成されている。この第１の電極層１４は（１１１）面配向となっている。

上記第１の電極層１４上には、ランタン（Ｌａ）の含有量が１２モル％でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して８モル％過剰である立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＬＴからなる配向制御層１５が形成されている。この配向制御層１５は（１００）面又は（００１）面に優先配向してなり、その膜厚は０．０３μｍである。

上記配向制御層１５上には、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１）で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層１６が形成されている。この圧電体層１６は、菱面体晶系又は正方晶系の（００１）面に優先配向した結晶構造を有している。上記Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量を１モル％以上５０モル％以下とすることで、高い圧電定数が得られる。特にその含有量を１０モル％以上２５モル％以下とすれば、かなり高い圧電定数が得られ、圧電特性が極めて良好となる。

本実施形態では、上記Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素はＭｇであり、Ｂ元素はＮｂであり、ａの値は１／３であり、ｂの値は２／３である。つまり、圧電体層１６は、ＰＺＴにＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃（ＰＭＮ）を添加してなる、０．８ＰＺＴ−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃で構成されている。また、ＰＺＴの組成は、正方晶と菱面体晶との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）であり、圧電体層１６の膜厚は３μｍである。

上記Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物はＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃に限らず、その化学式中のＡ元素及びＢ元素並びにａ及びｂの値を、以下のようにしてもよい。すなわち、Ａ元素をＭｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＣｄの群から選ばれた少なくとも１種とし、Ｂ元素をＮｂとするとともに、ａ＝１／３、ｂ＝２／３とする。

或いは、Ａ元素をＭｇ、Ｍｎ及びＮｉの群から選ばれた少なくとも１種とし、Ｂ元素をＴａ又はＳｂとするとともに、ａ＝１／３、ｂ＝２／３とする。

或いは、Ａ元素をＦｅ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｂ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種とし、Ｂ元素をＮｂとするとともに、ａ＝１／２、ｂ＝１／２とする。

或いは、Ａ元素をＦｅ、Ｃｒ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種とし、Ｂ元素をＴａとするとともに、ａ＝１／２、ｂ＝１／２とする。

或いは、Ａ元素をＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ及びＺｎの群から選ばれた少なくとも１種とし、Ｂ元素をＴｅ又はＷとするとともに、ａ＝１／２、ｂ＝１／２とする。

また、上記ＰＺＴの組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物を添加したＰＺＴに、更にＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等を添加したものであってもよい。さらに、圧電体層１６の膜厚は、０．５〜５．０μｍの範囲であればよい。

上記圧電体層１６上には、厚みが０．２μｍであってＰｔからなる第２の電極層１７が形成されている。尚、第２の電極層１７の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。

そして、この圧電素子は、上記基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７をスパッタ法により順次成膜して積層したものである。尚、成膜法はスパッタ法に限らず、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（例えばＣＶＤ法等）であればよい。また、密着層１２及び第２の電極層１７の成膜法は、ゾル・ゲル法等であってもよい。

上記密着層１２は、上記基板１１と第１の電極層１４との密着性を高めるためのものであって、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物で構成してもよい。また、膜厚は０．００５〜１μｍの範囲であればよい。この密着層１２は必ずしも必要なものではなく、基板１１上に第１の電極層１４を直接に形成するようにしても、第１の電極層１４にＴｉが含有されているので、基板１１と第１の電極層１４との密着性はかなり良好となる。

上記第１の電極層１４は、電極としての役割を有するだけでなく、Ｔｉを含有していることにより、上記配向制御層１５を（１００）面又は（００１）面に優先配向させる役割をも担っており、このＴｉの代わりに酸化チタンを含有していてもよい。このチタン又は酸化チタンの含有量は、０を越え３０モル％以下であることが好ましい。また、第１の電極層１４の材料は、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。尚、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に位置するチタン又は酸化チタンは、第１の電極層１４に含有したものであり、第１の電極層１４の上側に積極的に設けたものではないため、上記配向制御層１５側の表面から突出することは殆どなく、突出したとしてもその突出量は２ｎｍよりも小さい。

上記第１の電極層１４における含有物としては、上記のようにチタン又は酸化チタンが好ましいが、チタン、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種であればよく、その含有量は、０を越え３０モル％以下であることが好ましい。

上記配向制御層１５は、上記圧電体層１６の結晶性及び（００１）面配向性を向上させるものであって、そのために、Ｌａを含みかつＺｒを含まず、鉛の含有量が化学量論組成よりも過剰なＰＬＴとしている。尚、圧電体層１６の結晶性及び配向性を向上させる観点から、Ｌａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層１５を構成する材料は、上記ＰＬＴに限らず、このＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴであってもよく、これらＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものであってもよい。上記ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましく、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合、そのトータル添加量は０を越え１０モル％以下（いずれか一方の添加量が０であってもよい）であることが好ましい。また、配向制御層１５の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。

そして、上記配向制御層１５における第１の電極層１４側の表面近傍部は、図２に示すように、（１００）面又は（００１）面配向の領域１５ａが、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に位置するチタン（第１の電極層１４に酸化チタンを含有した場合には酸化チタンであるが、チタンを含有した場合でも酸化して酸化チタンになることがある）上に存在していて層厚方向と垂直な断面における上記領域１５ａの面積が第１の電極層１４側から圧電体層１６側に向かって大きくなる構造を有している。一方、第１の電極層１４が（１１１）面配向であるため、配向制御層１５において第１の電極層１４の表面部におけるチタン又は酸化チタンが存在しない部分の上側領域１５ｂでは、（１００）面や（００１）面には配向しておらず、ここでは、（１１１）面配向になっている（第１の電極層１４の材料によっては（１１１）面以外の配向になったりアモルファスになったりする）。このような（１００）面や（００１）面配向になっていない領域１５ｂは、配向制御層１５の第１の電極層１４側の表面から最大でも２０ｎｍ程度までの範囲にしか存在せず、配向制御層１５の膜厚が０．０２μｍ以上であれば、配向制御層１５の圧電体層１６側の表面の略全体が（１００）面又は（００１）面配向の領域１５ａとなる。

上記圧電体層１６は、上記配向制御層１５により（００１）面に優先配向されたものであり、その（００１）面配向度αは９０％以上となっている。また、圧電体層１６の結晶粒は、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比（平均断面径／長さ）が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子となっている。

尚、配向制御層１５の圧電体層１６側の表面全てが上記領域１５ａとなっている必要はなく、膜厚がかなり小さいために、（１００）面及び（００１）面に配向していない領域１５ｂが部分的に存在していてもよい。このような場合であっても、配向制御層１５の層厚が０．０１μｍ以上であれば、圧電体層１６側の表面の大部分は（１００）面又は（００１）面配向の領域となり、圧電体層１６の（００１）面配向度を９０％以上にすることができる。

次に、上記圧電素子の製造方法を説明する。

すなわち、Ｓｉ基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７をスパッタ法により順次成膜する。

上記密着層１２は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。

上記第１の電極層１４は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＰｔターゲットを用い、基板１１を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この得られた第１の電極層１４における密着層１２とは反対側の表面部には、チタンが島状に点在している。

尚、上記第１の電極層１４をスパッタ法により形成する際に使用するガスは、上記のようにアルゴンガスのみであってもよく、アルゴンと酸素との混合ガスであってもよい。アルゴンガスのみを用いた場合には、第１の電極層１４の表面部のチタンは酸化されないが、アルゴンと酸素との混合ガスを用いた場合には、そのチタンが酸化されて酸化チタンとなる。特にアルゴンと酸素との混合ガスを用いる場合には、基板１１の温度を６５０℃以下に設定することが望ましい。これは、基板１１の温度が６５０℃よりも高いと、チタンのみならず貴金属表面も僅かに酸化して、その上側に形成する配向制御層１５の結晶性や配向性に悪影響を及ぼす可能性があるからである。

上記配向制御層１５は、ランタンを１４モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板１１の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。

尚、上記配向制御層１５をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え１０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、配向制御層１５の結晶性が低下する一方、酸素分圧が１０％を越えると、（１００）面又は（００１）面の配向性が低下するからである。また、真空度は、０．０５Ｐａ以上５Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．０５Ｐａよりも小さいと、配向制御層１５の結晶性がばらつく一方、５Ｐａを越えると、（１００）面又は（００１）面の配向性が低下するからである。

また、上記配向制御層１５をスパッタ法により形成する際の基板１１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。これは、基板１１の温度が４５０℃よりも小さいと、配向制御層１５の結晶性が低下するとともに、パイロクロアが生成し易くなる一方、７５０℃よりも大きいと、成膜時に、膜中に含まれるＰｂが蒸発することにより不足し、結晶性が低下するからである。

より好ましいのは、上記酸素分圧を０．５％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下とするとともに、基板１１の温度を５００℃以上６５０℃以下にすることである。

上記のように配向制御層１５を形成すれば、この配向制御層１５は、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に点在するチタンを核にして結晶成長し、これにより、チタン上において（１００）面又は（００１）面に配向し易くなる。また、このチタンが、上記の如く第１の電極層１４の表面からは殆ど突出していない（突出してもその突出量は２ｎｍよりも小さい）ので、配向制御層１５は、（１００）面又は（００１）面により一層配向し易くなる。一方、第１の電極層１４は（１１１）面配向になっているため、配向制御層１５において第１の電極層１４の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側領域では、（１００）面や（００１）面配向とはならない（ここでは、（１１１）面配向になる）。この領域は上記結晶成長に連れて小さくなる一方、（１００）面又は（００１）面配向の領域は拡大する。この結果、配向制御層１５における第１の電極層１４側の表面近傍部は、上述の如く、第１の電極層１４における配向制御層１５側の表面部に位置するチタン上に存在する（１００）面又は（００１）面配向の領域１５ａと、第１の電極層１４の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在しかつ（１００）面や（００１）面配向となっていない領域１５ｂとを有することになり、この（１００）面又は（００１）面配向の領域１５ａは第１の電極層１４側からその反対側（圧電体層１６側）に向かって広くなり、配向制御層１５の圧電体層１６側の表面では、略全体が（１００）面又は（００１）面配向の領域１５ａとなる。そして、ジルコニウムの含有量を２０モル％以下とし、ランタンの含有量が０を越え２５モル％以下とすれば、配向制御層１５の結晶性や配向性が格段に向上する。特にジルコニウムの含有量が少ないほど、結晶成長初期にＺｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難くなり、結晶性の低下が確実に抑制される。

上記圧電体層１６は、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板１１の温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得られる。

尚、上記圧電体層１６をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え３０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、圧電体層１６の結晶性が低下する一方、酸素分圧が３０％を越えると、（００１）面配向度が低下するからである。また、真空度は、０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．１Ｐａよりも小さいと、圧電体層１６の結晶性及び圧電特性がばらつく一方、１Ｐａを越えると、（００１）面配向度が低下するからである。

このように酸素分圧を０％を越え３０％以下とし、真空度を０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下とすれば、圧電体層１６の結晶粒を、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とすることが容易となる。これは、酸素が全く存在しない状態では、長さに対する平均断面径の比が１／１４よりも大きくなる傾向が見られる一方、酸素分圧が３０％を越えると、複数の結晶配向面を持った結晶粒が混在して、各結晶粒が圧電体層１６の厚み方向に十分に成長することが困難になるため、長さに対する平均断面径の比が１／５０よりも小さくなる傾向が見られるからである。また、真空度が０．１Ｐａよりも小さいと、長さに対する平均断面径の比が１／１４よりも大きくなる傾向が見られる一方、１Ｐａを越えると、酸素分圧が３０％を越えたときと同様に、長さに対する平均断面径の比が１／５０よりも小さくなる傾向が見られるからである。

また、上記圧電体層１６をスパッタ法により形成する際の基板１１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。これは、基板１１の温度が４５０℃よりも小さいと、圧電体層１６の結晶性が低下するとともに、パイロクロアが生成し易くなる一方、７５０℃よりも大きいと、成膜時に、膜中に含まれるＰｂが蒸発することにより不足し、結晶性が低下するからである。

より好ましいのは、上記酸素分圧を１％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１５Ｐａ以上０．８Ｐａ以下とするとともに、基板１１の温度を５２５℃以上６２５℃以下とすることである。

上記のように圧電体層１６を形成すれば、この圧電体層１６は、上記配向制御層１５の圧電体層１６側の表面が（１００）面又は（００１）面配向となっていることで、（００１）面配向となり（ここでは、Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５であることから菱面体晶系となり、この菱面体晶系の場合には、（１００）面と（００１）面とは同じあるため、この菱面体晶系の（１００）面配向を含む）、その（００１）面配向度（菱面体晶系の（１００）面配向度）が９０％以上となる。また、配向制御層１５の結晶性が良好であるため、この圧電体層１６の結晶性も良好となる。さらに、圧電体層１６の結晶粒が、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子となり、これにより、圧電素子を連続駆動した場合であっても、圧電体層１６の応力が適切に緩和されて、圧電体層１６にクラックが生じ難くなる。

上記第２の電極層１７は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。

したがって、本実施形態の圧電素子では、高価なＭｇＯ単結晶基板を用いなくても、安価なシリコンの基板１１上にスパッタ法により成膜することで、結晶性及び配向性が良好な圧電体層１６が得られ、製造コストを低減しつつ、圧電素子の圧電特性のばらつきを低く抑えることができる。また、Ｚｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難いので、圧電素子の耐電圧を向上させることができる。しかも、圧電体層１６の結晶粒が、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされているので、圧電素子を連続駆動した場合であっても、圧電体層１６の応力が適切に緩和されて、圧電体層１６にクラックが生じるのを抑制することができる。

次に、具体的に実施した実施例について説明する。尚、以下の各実施例においては、基板上に、密着層、第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成は、上記実施形態１と同じである（但し、実施例５では、密着層を形成していない）。

（実施例１）
この実施例１のものは、各膜の材料、膜厚、製造方法等が上記実施形態１で説明したものと同じものとした。この実施例１の圧電素子の各膜には、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べた。すなわち、Ｘ線回折法による解析から、圧電体層は（１００）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１００）面配向度はα＝９７％であった。また、圧電体層の組成は、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５５／４５であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は３３／６７であった。

さらに、圧電体層の結晶構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で分析した。この結果を図３に示す。尚、この図３（写真）では、密着層及び配向制御層については、厚みがかなり小さいので、識別することはできない。この分析の結果、圧電体層の結晶構造は、非常に発達した柱状構造をしていて、その結晶粒は圧電体層の厚み方向に延びているとともに、該結晶粒の長さが平均断面径に比較してかなり大きい（長さに対する平均断面径の比の値がかなり小さい）柱状粒子であるという特徴が明らかになった。図３に示したＳＥＭ断面写真では、結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３０程度であった。

上記圧電体層においてその厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は、圧電素子の信頼性に大きく影響を及ぼすことが、以下の耐久試験より明らかになった。すなわち、圧電体層形成時における成膜条件（主として酸素分圧及び真空度）を変化させることで、上記比の値を１／１００〜１／２の範囲で変化させて圧電素子を作製し、この圧電素子を備えたインクジェットヘッド（後述の実施形態３と同様のインクジェットヘッド）の耐久試験（駆動周波数＝２０ｋＨｚ，駆動電圧＝２０Ｖ）を行って圧電体層のクラック発生率（全圧力室に対してインク吐出不良が発生した圧力室の数）を調べたところ、表１のような結果となった。

上記耐久試験の結果、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値が１／５０以上１／１４以下である場合には、圧電体層にクラックは全く発生せず、１／５０以上１／１４以下の範囲にない場合には、圧電体層にクラックが発生した。これは、上記結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値が１／５０以上１／１４以下である場合には、圧電素子を駆動させたときに圧電体層に発生する応力が結晶粒界で適切に緩和されるとともに、配向制御層や第２の電極層との密着強度が高くなるためであると考えられる。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べた。すなわち、Ｘ線回折法により解析を行った結果、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）で表面から５ｎｍの深さでの組成分析を行った結果、Ｔｉ量は２．１モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べた。この配向制御層のＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面配向になった部分が見られた。この（１１１）面配向になった部分は、第１の電極層の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが８モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行った（圧電定数ｄ₃₁の測定方法については、例えば特開２００１−２１０５２号公報参照）。この１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−２１８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝４．０％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定した。尚、耐電圧値は、電圧印加による電流値が１μＡとなる値とした。この結果、耐電圧値の平均は１０８Ｖであり、ばらつきはσ＝４．２％であった。

次に、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．２Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表２のように代えて、（１００）面配向度、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表２にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１００）面配向度は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

図４は、上記実施例１の圧電体層におけるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量と圧電定数ｄ₃₁との関係を示す。この図４より、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）にＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を添加した圧電材料では、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量が１モル％以上５０モル％以下である場合に、圧電定数ｄ₃₁が１７０ｐｃ／Ｎ以上となって高い値を示すことが判る。特に、この圧電材料では、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量が１０モル％以上２５モル％以下の範囲で、圧電定数ｄ₃₁が２００ｐｃ／Ｎ以上となって、非常に優れた圧電特性が得られることが判る。

（実施例２）
この実施例２では、基板を、０．２５ｍｍ厚のφ４インチステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とし、密着層には、膜厚０．０１μｍのタンタル（Ｔａ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍであって酸化チタンを８モル％含有するＰｔ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０３μｍであって１７モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して６モル％過剰であるＰＬＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が２．７μｍである０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｔａターゲットを用いて、基板を５００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＰｔターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：１）において１２０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、２０モル％のランタンを含有するＰＬＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１５分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例２の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を、上記実施例１と同様の方法で調べたところ、圧電体層は（００１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（００１）面配向度はα＝９６％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４０／６０であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は３３／６７であった。さらに、ＳＥＭによる結晶構造の観察により、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／２５程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、酸化チタン量は８モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（００１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面配向になった部分が見られた。この（１１１）面配向になった部分は、第１の電極層の表面部における酸化チタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１７モル％含有され、Ｐｂが６モル％過剰に含まれていた。

次に、上記実施例１と同様に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−２３０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．６％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１０５Ｖであり、ばらつきはσ＝３．８％であった。

次に、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表３のように代えて、（００１）面配向度、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表３にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（００１）面配向度は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例３）
この実施例３では、基板を、０．５ｍｍ厚のバリウム硼珪酸ガラス（１００ｍｍ角サイズ）とし、密着層には、膜厚０．００５μｍのニッケル（Ｎｉ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．１５μｍであってチタンを１８モル％含有するイリジウム（Ｉｒ）膜を、配向制御層には、膜厚が０．０２μｍであって８モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１６モル％過剰であるＰＬＴ膜（１モル％のマンガンを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が２．６μｍである０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｎｉターゲットを用いて、基板を３００℃に加熱しながら２００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において１６０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１２モル％のランタンを含有するＰＬＴに、２モル％のマンガンを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１５分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２６０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例３の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（００１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（００１）面配向度はα＝９５％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４０／６０であり、Ｎｉ／Ｎｂ比は３３／６７であった。さらに、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３５程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、Ｔｉ量は１８モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側にはアモルファスになった部分が見られた。このアモルファスになった部分は、第１の電極層の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、マンガンが１モル％、ランタンが８モル％含有され、Ｐｂが１６モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−２０２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．２％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１００Ｖであり、ばらつきはσ＝４．２％であった。

次に、０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表４のように代えて、（００１）面配向度、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表４にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（００１）面配向度は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例４）
この実施例４では、基板を、０．５ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層には、膜厚０．０１μｍのチタン膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍであって酸化チタンを５モル％含有するＩｒ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０５μｍであって１０モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１０モル％過剰であるＰＬＴ膜を、圧電体層には、膜厚が３．２μｍである０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｔｉターゲットを用いて、基板を５００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１０：１）において９０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１０モル％のランタンを含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：１）において、真空度０．８４Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で２０分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．４Ｐａ、高周波電力２７０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例４の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１００）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１００）面配向度はα＝９９％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は６０／４０であり、Ｎｉ／Ｎｂ比は５０／５０であった。さらに、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／２０程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、酸化チタン量は５モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側にはアモルファスになった部分が見られた。このアモルファスになった部分は、第１の電極層の表面部における酸化チタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、ランタンが１０モル％含有され、Ｐｂが１０モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１８５ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．４％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１０１Ｖであり、ばらつきはσ＝３．６％であった。

次に、０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ａ_1/2Ｂ_1/2）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表５のように代えて、（１００）面配向度、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表５にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１００）面配向度は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例５）
この実施例５では、基板を、０．３ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層をなくして、基板に第１の電極層を直接形成するとともに、この第１の電極層には、膜厚が０．２２μｍであってコバルトを２．１モル％含有するＰｔ膜を、配向制御層には、膜厚が０．０３μｍであって１２モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１８モル％過剰であるＰＬＺＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が３μｍである０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ｚｎ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．２μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｃｏターゲット及びＰｔターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１４モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有するＰＬＺＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ｚｎ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例５の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（００１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（００１）面配向度はα＝９０％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４５／５５であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は５０／５０であった。さらに、ＳＥＭによる結晶構造の観察により、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３０程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、チタン量は２．１モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１００）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面配向になった部分が見られた。この（１１１）面配向になった部分は、第１の電極層の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが１８モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１９０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝４．１％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１００Ｖであり、ばらつきはσ＝４．０％であった。

次に、０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ａ_1/2Ｂ_1/2）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表６のように代えて、（００１）面配向度、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表６にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（００１）面配向度は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（比較例１）
この比較例１のものは、上記実施例１のものに対して配向制御層を設けない点のみが異なるものであり、基板上に、密着層、第１の電極層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成である。

この比較例１の圧電素子における圧電体層は（１００）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１００）面配向度はα＝２８％であった。

また、上記実施例１と同様にして圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、圧電定数の平均値は−８２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝１２．５％であった。

さらに、上記実施例１と同様にして耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は６５Ｖであり、ばらつきはσ＝１５．２％であった。

したがって、上記実施例１のような配向制御層を設けるだけで、圧電体層の結晶性や配向性を向上させることができ、圧電素子の圧電特性や耐電圧を向上できることが判る。

（実施例６）
この実施例６のものは、上記実施例１とは配向制御層の材料のみが異なる（配向制御層のスパッタ条件も実施例１と同じ）。すなわち、この配向制御層は、Ｌａを含有していないチタン酸鉛（ＰＴ）からなり、その鉛の含有量は化学量論組成と比較して過剰とはしていない。

この実施例６の圧電素子における圧電体層は（１００）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１００）面配向度はα＝４５％であった。また、圧電定数の平均値は−１４２ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝７．２％であった。さらに、耐電圧値の平均は９０Ｖであり、ばらつきはσ＝１０．１％であった。

したがって、このような配向制御層であっても、上記比較例１のものに比べると、圧電体層の配向性は向上し、圧電定数や耐電圧を向上できることが判る。

また、上記実施例１と比較して判るように、配向制御層にランタンを含有し、Ｐｂ過剰とすれば、圧電体層の配向性を格段に向上させ得ることが判る。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態に係る他の圧電素子を示し、上記実施形態１の圧電素子に対して、第１の電極層の構成並びに配向制御層及び圧電体層の配向方向が異なるものである。

図５において２１は、厚みが０．３ｍｍのφ４インチシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板２１上には、厚みが０．０２μｍであってチタン（Ｔｉ）からなる密着層２２が形成されている。尚、上記基板２１は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。

上記密着層２２上には、厚みが０．２２μｍであって２．１モル％のＴｉを添加した白金（Ｐｔ）からなる第１の電極層２４が形成されている。この第１の電極層２４は（１１１）面配向となっている。

上記第１の電極層２４上には、ランタン（Ｌａ）の含有量が１２モル％でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して８モル％過剰である立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＬＴからなる配向制御層２５が形成されている。この配向制御層２５は（１１１）面に優先配向しており、その膜厚は０．００８μｍである。

上記配向制御層２５上には、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１）で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層２６が形成されている。この圧電体層２６は、菱面体晶系又は正方晶系の（１１１）面に優先配向した結晶構造を有している。本実施形態においても、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量を１モル％以上５０モル％以下とすることで、高い圧電定数が得られる。特にその含有量を１０モル％以上２５モル％以下とすれば、かなり高い圧電定数が得られ、圧電特性が極めて良好となる。

本実施形態においても、上記Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素はＭｇであり、Ｂ元素はＮｂであり、ａの値は１／３であり、ｂの値は２／３である。つまり、圧電体層２６は、０．８ＰＺＴ−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃で構成されている。また、ＰＺＴの組成は、正方晶と菱面体晶との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）であり、圧電体層２６の膜厚は３μｍである。尚、Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５であることから、圧電体層２６は菱面体晶系の結晶構造を有することになる。

本実施形態においても、上記Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物はＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃に限らず、その化学式中のＡ元素及びＢ元素並びにａ及びｂの値を、上記実施形態１で挙げたものにすることができる。

また、上記ＰＺＴの組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物を添加したＰＺＴに、更にＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等を添加したものであってもよい。さらに、圧電体層２６の膜厚は、０．５〜５．０μｍの範囲であればよい。

上記圧電体層２６上には、厚みが０．２μｍであってＰｔからなる第２の電極層２７が形成されている。尚、第２の電極層２７の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。

そして、この圧電素子は、上記基板２１上に、密着層２２、第１の電極層２４、配向制御層２５、圧電体層２６及び第２の電極層２７をスパッタ法により順次成膜して積層したものである。尚、成膜法はスパッタ法に限らず、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（例えばＣＶＤ法等）であればよい。また、密着層２２及び第２の電極層２７の成膜法は、ゾル・ゲル法等であってもよい。

上記密着層２２は、上記基板２１と第１の電極層２４との密着性を高めるためのものであって、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物で構成してもよい。また、膜厚は０．００５〜１μｍの範囲であればよい。この密着層２２は必ずしも必要なものではなく、基板２１上に第１の電極層２４を直接に形成するようにしても、第１の電極層２４にＴｉが含有されているので、基板２１と第１の電極層２４との密着性はかなり良好となる。

このように第１の電極層２４にＴｉを含有させることで、基板２１と第１の電極層２４との密着性を向上させることが可能になる。このＴｉの代わりに酸化チタンを含有させてもよい。このチタン又は酸化チタンの含有量は、０を越え３０モル％以下であることが好ましい。また、第１の電極層２４の材料は、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。尚、第１の電極層２４における配向制御層２５側の表面部に位置するチタン又は酸化チタンは、第１の電極層２４に含有したものであり、第１の電極層２４の上側に積極的に設けたものではないため、上記配向制御層２５側の表面から突出することは殆どなく、突出したとしてもその突出量は２ｎｍよりも小さい。

上記第１の電極層２４における含有物としては、上記のようにチタン又は酸化チタンが好ましいが、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種であってもよく、この場合、その含有量は、０を越え２５モル％以下であることが好ましい。

上記配向制御層２５は、上記圧電体層２６の結晶性及び（１１１）面配向性を向上させるものであって、そのために、Ｌａを含みかつＺｒを含まず、鉛の含有量が化学量論組成よりも過剰なＰＬＴとしている。尚、圧電体層２６の結晶性及び配向性を向上させる観点から、Ｌａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層２５を構成する材料は、上記ＰＬＴに限らず、このＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴであってもよく、これらＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものであってもよい。上記ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましく、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合、そのトータル添加量は０を越え１０モル％以下（いずれか一方の添加量が０であってもよい）であることが好ましい。

ここで、配向制御層２５の膜厚について説明する。この配向制御層２５の膜厚は、配向制御層２５の（１１１）面配向率と関係する。すなわち、上記実施形態１で説明したように、配向制御層２５は、第１の電極層２４の表面部に島状に点在する含有物（酸化物）を核にしてその上側に結晶成長し、これにより、配向制御層２５において第１の電極層２４の表面部における含有物が存在しない部分の上側領域では、（１１１）面配向となるが、含有物が存在する部分の上側領域では、（１１１）面以外の配向となる（特に（１００）面又は（００１）面配向になり易い）。この含有物上の（１１１）面配向とならない領域は、結晶成長に連れて（配向制御層２５の厚みが大きくなるに連れて）広がる一方、（１１１）面配向の領域は狭くなるため、図６に示すように、配向制御層２５の厚みが大きくなるに連れて、配向制御層２５の（１１１）面配向率が小さくなり、この結果、図７に示すように、圧電体層２６の（１１１）面配向率も小さくなる。そこで、配向制御層２５の厚みを、（１１１）面配向とならない領域がそれ程大きく広がらないような大きさ、つまり０．００８μｍ以下にしておけば、配向制御層２５の（１１１）面配向率は５０％以上となる（図６参照）とともに、圧電体層２６の（１１１）面配向率は８０％以上となる（図７参照）。つまり、配向制御層２５の（１１１）面配向率が５０％以上であれば、圧電体層２６の（１１１）面配向率を８０％以上にすることができる。上記配向制御層２５の膜厚は、該配向制御層２５を安定して形成するために０．０００５μｍ以上であることが好ましく、また、０．００７μｍ以下とすれば、配向制御層２５の（１１１）面配向率が７０％以上となって、圧電体層２６の（１１１）面配向率を９０％以上にすることができるので、より一層好ましい。尚、第１の電極層２４においてチタン等の上記含有物を含有しないようにしてもよく、こうすれば、配向制御層２５はその厚みとは関係なく（１１１）面配向率を容易に略１００％にすることができる。

次に、上記圧電素子の製造方法を説明する。

すなわち、Ｓｉ基板２１上に、密着層２２、第１の電極層２４、配向制御層２５、圧電体層２６及び第２の電極層２７をスパッタ法により順次成膜する。

上記密着層２２及び第１の電極層２４の形成方法は、上記実施形態１の密着層１２及び第１の電極層１４とそれぞれ同じである。

上記配向制御層２５は、ランタンを１４モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板２１の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３分間形成することにより得られる。

尚、上記配向制御層２５をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え２０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、配向制御層２５の結晶性が低下する一方、酸素分圧が２０％を越えると、（１１１）面の配向性が低下するからである。また、真空度は、０．０５Ｐａ以上５Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．０５Ｐａよりも小さいと、配向制御層２５の結晶性がばらつく一方、５Ｐａを越えると、（１１１）面の配向性が低下するからである。

また、上記配向制御層２５をスパッタ法により形成する際の基板２１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。これは、基板２１の温度が４５０℃よりも小さいと、配向制御層２５の結晶性が低下するとともに、パイロクロアが生成し易くなる一方、７５０℃よりも大きいと、成膜時に、膜中に含まれるＰｂが蒸発することにより不足し、結晶性が低下するからである。

より好ましいのは、上記酸素分圧を０．５％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下とするとともに、基板２１の温度を５００℃以上６５０℃以下にすることである。

上記のように配向制御層２５を形成すれば、この配向制御層２５は、上記の如く（１１１）面に優先配向し、その（１１１）面配向率は５０％以上となる（尚、（１１１）面配向率が５０％であっても、（１１１）面以外の配向率が（１１１）面配向率よりも極めて小さければ、（１１１）面に優先配向していると言える）。そして、ジルコニウムの含有量を２０モル％以下とし、ランタンの含有量が０を越え２５モル％以下とすれば、配向制御層２５の結晶性や配向性が格段に向上する。特にジルコニウムの含有量が少ないほど、結晶成長初期にＺｒ酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難くなり、結晶性の低下が確実に抑制される。

上記圧電体層２６は、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板２１の温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得られる。

尚、上記圧電体層２６をスパッタ法により形成する際に使用するアルゴンと酸素との混合ガスにおける酸素分圧は、０％を越え３０％以下であることが好ましい。これは、酸素が全く存在しない状態では、圧電体層２６の結晶性が低下する一方、酸素分圧が３０％を越えると、（１１１）面配向率が低下するからである。また、真空度は、０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることが好ましい。これは、真空度が０．１Ｐａよりも小さいと、圧電体層２６の結晶性及び圧電特性がばらつく一方、１Ｐａを越えると、（１１１）面配向率が低下するからである。

このように酸素分圧を０％を越え３０％以下とし、真空度を０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下とすれば、上記実施形態１で説明したように、圧電体層１６の結晶粒を、該圧電体層１６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とすることが容易となる。

また、上記実施形態１で説明したように、上記圧電体層２６をスパッタ法により形成する際の基板２１の温度は、４５０℃以上７５０℃以下であることが望ましい。

より好ましいのは、上記酸素分圧を１％以上１０％以下とし、かつ真空度を０．１５Ｐａ以上０．９Ｐａ以下とするとともに、基板２１の温度を５２５℃以上６２５℃以下とすることである。

上記のように圧電体層２６を形成すれば、この圧電体層２６は、上記配向制御層２５の１１１）面配向率が５０％以上であれば、（１１１）面に優先配向して、その（１１１）面配向率が８０％以上となる。また、配向制御層２５の結晶性が良好であるため、この圧電体層２６の結晶性も良好となる。さらに、圧電体層２６の結晶粒が、該圧電体層２６の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子となり、これにより、圧電素子を連続駆動した場合であっても、圧電体層２６の応力が適切に緩和されて、圧電体層２６にクラックが生じ難くなる。したがって、本実施形態においても、上記実施形態１と同様の作用効果が得られる。

次に、具体的に実施した実施例について説明する。尚、以下の各実施例においては、基板上に、密着層、第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成は、上記実施形態２と同じである（但し、実施例１１では、密着層を形成していない）。

（実施例７）
この実施例７のものは、各膜の材料、膜厚、製造方法等が上記実施形態２で説明したものと同じものとした。この実施例７の圧電素子の各膜には、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、上記実施例１と同様にして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１１１）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝９６％であった。また、圧電体層の組成は、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は５５／４５であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は３３／６７であった。

さらに、圧電体層の結晶構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で分析した結果、圧電体層の結晶構造は、非常に発達した柱状構造をしていて、その結晶粒は圧電体層の厚み方向に延びているとともに、該結晶粒の長さが平均断面径に比較してかなり大きい（長さに対する平均断面径の比の値がかなり小さい）柱状粒子であるという特徴が明らかになり、本実施例では、結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３０程度であった。

上記圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値を、１／１００〜１／２の範囲で変化させて圧電素子を作製し、この圧電素子を備えたインクジェットヘッド（後述の実施形態３と同様のインクジェットヘッド）の耐久試験（駆動周波数＝２０ｋＨｚ，駆動電圧＝２０Ｖ）を行って圧電体層のクラック発生率（全圧力室に対してインク吐出不良が発生した圧力室の数）を調べたところ、表７のような結果となった。

上記耐久試験の結果、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値が１／５０以上１／１４以下である場合には、圧電体層にクラックは全く発生せず、１／５０以上１／１４以下の範囲にない場合には、圧電体層にクラックが発生した。これは、上記結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値が１／５０以上１／１４以下である場合には、圧電素子を駆動させたときに圧電体層に発生する応力が結晶粒界で適切に緩和されるとともに、配向制御層や第２の電極層との密着強度が高くなるためであると考えられる。

続いて、上記実施例１と同様にして、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）で表面から５ｎｍの深さでの組成分析を行った結果、Ｔｉ量は２．１モル％であった。

次いで、上記実施例１と同様にして、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、この配向制御層のＰＬＴ膜は（１１１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示し、その（１１１）面配向率は７０％であった。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面以外の配向部分が見られた。この（１１１）面以外の配向部分は、第１の電極層の表面部におけるチタンが存在する部分の上側に存在すると考えられる。また、Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析を行った結果、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが８モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行った。この１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−２２０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．８％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定した。尚、耐電圧値は、電圧印加による電流値が１μＡとなる値とした。この結果、耐電圧値の平均は１２１Ｖであり、ばらつきはσ＝４．０％であった。

次に、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．２Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表８のように代えて、圧電体層の（１１１）面配向率、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表８にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１１１）面配向率は８０％以上（殆どの場合９０％以上）であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例８）
この実施例８では、基板を、０．２５ｍｍ厚のφ４インチステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とし、密着層には、膜厚０．０１μｍのタンタル（Ｔａ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍのＰｔ膜（含有物なし）を、配向制御層には、膜厚が０．００７μｍであって１７モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して６モル％過剰であるＰＬＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が２．７μｍである０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｔａターゲットを用いて、基板を５００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、スパッタ装置を使用して、Ｐｔターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝２５：１）において２００Ｗの高周波電力で２５分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、２０モル％のランタンを含有するＰＬＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を１０モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例８の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を、上記実施例１と同様の方法で調べたところ、圧電体層は（１１１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝９６％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４０／６０であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は３３／６７であった。さらに、ＳＥＭによる結晶構造の観察により、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／２５程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１１１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示し、その（１１１）面配向率は７５％であった。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面以外の配向部分が見られた。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１７モル％含有され、Ｐｂが６モル％過剰に含まれていた。

次に、上記実施例１と同様に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−２０８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．６％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１０５Ｖであり、ばらつきはσ＝３．８％であった。

次に、０．８ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．２Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表９のように代えて、圧電体層の（１１１）面配向率、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表９にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１１１）面配向率は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例９）
この実施例９では、基板を、０．５ｍｍ厚のバリウム硼珪酸ガラス（１００ｍｍ角サイズ）とし、密着層には、膜厚０．００５μｍのニッケル（Ｎｉ）膜を、第１の電極層には、膜厚が０．１５μｍであるイリジウム（Ｉｒ）膜（含有物なし）を、配向制御層には、膜厚が０．００６μｍであって８モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１６モル％過剰であるＰＬＴ膜（１モル％のマンガンを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が２．６μｍである０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｎｉターゲットを用いて、基板を３００℃に加熱しながら２００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、スパッタ装置を使用して、Ｉｒターゲットを用い、基板を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１２モル％のランタンを含有するＰＬＴに、２モル％のマンガンを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２６０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例９の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１１１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝９５％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４０／６０であり、Ｎｉ／Ｎｂ比は３３／６７であった。さらに、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３５程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１１１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面以外の配向部分が見られた。また、マンガンが１モル％、ランタンが８モル％含有され、Ｐｂが１６モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１９８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．５％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は９６Ｖであり、ばらつきはσ＝４．２％であった。

次に、０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）−０．１Ｐｂ（Ａ_1/3Ｂ_2/3）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表１０のように代えて、圧電体層の（１１１）面配向率、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表１０にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１１１）面配向率は９０％以上であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

図８は、上記実施例９の圧電体層におけるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量と圧電定数ｄ₃₁との関係を示す。この図８より、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４０／６０）にＰｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃を添加した圧電材料では、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量が１モル％以上５０モル％以下である場合に、圧電定数ｄ₃₁が１７０ｐｃ／Ｎ以上となって高い値を示すことが判る。特に、この圧電材料では、Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量が１０モル％以上２５モル％以下の範囲で、圧電定数ｄ₃₁が２００ｐｃ／Ｎ以上となって、非常に優れた圧電特性が得られることが判る。

（実施例１０）
この実施例１０では、基板を、０．５ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層には、膜厚０．０１μｍのチタン膜を、第１の電極層には、膜厚が０．２５μｍであって酸化コバルトを５モル％含有するＩｒ膜を、配向制御層には、膜厚が０．００７μｍであって１０モル％のランタンを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１０モル％過剰であるＰＬＴ膜を、圧電体層には、膜厚が３．２μｍである０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．０１μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記密着層は、Ｔｉターゲットを用いて、基板を５００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得た。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｃｏターゲット及びＩｒターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１０：１）において９０Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１０モル％のランタンを含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：１）において、真空度０．８４Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．４Ｐａ、高周波電力２７０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例１０の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１１１）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝９６％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は６０／４０であり、Ｎｉ／Ｎｂ比は５０／５０であった。さらに、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／２０程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｉｒ膜は（１１１）面配向を示していた。また、酸化コバルト量は５モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＴ膜は（１１１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面以外の配向部分が見られた。この（１１１）面以外の配向部分は、第１の電極層の表面部における酸化コバルトが存在する部分の上側に存在すると考えられる。また、ランタンが１０モル％含有され、Ｐｂが１０モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．０１μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１８０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝３．４％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．０１μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は１０６Ｖであり、ばらつきはσ＝３．７％であった。

次に、０．９５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝６０／４０）−０．０５Ｐｂ（Ａ_1/2Ｂ_1/2）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表１１のように代えて、圧電体層の（１１１）面配向率、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表１１にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１１１）面配向率は８０％以上（殆どの場合９０％以上）であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（実施例１１）
この実施例１１では、基板を、０．３ｍｍ厚のφ４インチシリコンウエハとし、密着層をなくして、基板に第１の電極層を直接形成するとともに、この第１の電極層には、膜厚が０．２２μｍであってＭｎを２．１モル％含有するＰｔ膜を、配向制御層には、膜厚が０．００８μｍであって１２モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有しかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して１８モル％過剰であるＰＬＺＴ膜（３モル％のマグネシウムを添加したもの）を、圧電体層には、膜厚が３μｍである０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ｚｎ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃膜を、第２の電極層には、膜厚が０．２μｍのＰｔ膜をそれぞれ用いた。

上記第１の電極層は、多元スパッタ装置を使用して、Ｍｎターゲット及びＰｔターゲットを用い、基板を４００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。

上記配向制御層は、１４モル％のランタンと１５モル％のジルコニウムとを含有するＰＬＺＴに、３モル％のマグネシウムを添加しかつ酸化鉛（ＰｂＯ）を２４モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で３分間形成することにより得た。

上記圧電体層は、０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ｚｎ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃にＰｂＯを１５モル％過剰に添加した焼結体ターゲットを用い、基板温度６１０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得た。

上記第２の電極層は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で形成することにより得た。

この実施例１１の圧電素子の各膜にも、製造直後にクラックや膜剥離は見られなかった。

そして、第２の電極層を形成する前の圧電体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は（１１１）面配向正方晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝９１％であった。また、圧電体層の組成は、ターゲット組成と同じでＺｒ／Ｔｉ比は４５／５５であり、Ｍｇ／Ｎｂ比は５０／５０であった。さらに、ＳＥＭによる結晶構造の観察により、圧電体層の厚み方向に延びる結晶粒の長さに対する平均断面径の比の値は１／３０程度であった。

続いて、配向制御層を形成する前の第１の電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ｐｔ膜は（１１１）面配向を示していた。また、Ｍｎ量は２．１モル％であった。

次いで、圧電体層を形成する前の配向制御層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、ＰＬＺＴ膜は（１１１）面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。尚、配向制御層の第１の電極層側には（１１１）面以外の配向部分が見られた。この（１１１）面以外の配向部分は、第１の電極層の表面部におけるマンガンが存在する部分の上側に存在すると考えられる。また、マグネシウムが３モル％、ランタンが１２モル％含有され、Ｐｂが１８モル％過剰に含まれていた。

次に、第２の電極層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、１００個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−１８５ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝４．１％であった。

続いて、上記圧電素子の第２の電極層を、１ｍｍ角で０．２μｍ厚のＰｔ膜としてスパッタ法によりメタルマスクを用いて１０ｍｍ間隔で６５個形成し、それぞれの第２の電極層と第１の電極層との間に電圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は９８Ｖであり、ばらつきはσ＝４．１％であった。

次に、０．８５ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４５／５５）−０．１５Ｐｂ（Ａ_1/2Ｂ_1/2）Ｏ₃のＡ元素及びＢ元素を表１２のように代えて、圧電体層の（１１１）面配向率、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧を調べた。この結果を表１２にまとめた。

この結果、いずれの場合も、（１１１）面配向率は８０％以上（殆どの場合９０％以上）であり、圧電定数ｄ₃₁及び耐電圧は極めて良好であるといえる。

（比較例２）
この比較例２のものは、上記実施例７のものに対して配向制御層を設けない点のみが異なるものであり、基板上に、密着層、第１の電極層、圧電体層及び第２の電極層を順に形成した構成である。

この比較例２の圧電素子における圧電体層は（１１１）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向率はα＝７３％であった。

また、上記実施例１と同様にして圧電定数ｄ₃₁の測定を行ったところ、圧電定数の平均値は−１３８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝７．８％であった。

さらに、上記実施例１と同様にして耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は８０Ｖであり、ばらつきはσ＝８．１％であった。

したがって、上記実施例７のような配向制御層を設けるだけで、圧電体層の結晶性や配向性を向上させることができ、圧電素子の圧電特性や耐電圧を安定的に向上できることが判る。

（実施例１２）
この実施例１２のものは、上記実施例７とは配向制御層の材料のみが異なる（配向制御層のスパッタ条件も実施例７と同じ）。すなわち、この配向制御層は、Ｌａを含有していないチタン酸鉛（ＰＴ）からなり、その鉛の含有量は化学量論組成と比較して過剰とはしていない。

この実施例１２の圧電素子における圧電体層は（１１１）面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、（１１１）面配向度はα＝８０％であった。また、圧電定数の平均値は−１４９ｐＣ／Ｎであり、ばらつきはσ＝５．５％であった。さらに、耐電圧値の平均は９０Ｖであり、ばらつきはσ＝７．９％であった。

したがって、このような配向制御層であっても、上記比較例２のものに比べると、圧電体層の配向性は向上し、圧電定数や耐電圧を向上できることが判る。

また、上記実施例７と比較して判るように、配向制御層にランタンを含有し、Ｐｂ過剰とすれば、圧電体層の配向性を格段に向上させ得ることが判る。

（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの全体構成を示し、図１０はその要部の構成を示す。図９及び図１０において、Ａは、圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室開口部１０１が形成されている。Ｂは、上記圧力室開口部１０１の上端開口を覆うように配置されたアクチュエータ部であり、Ｃは、圧力室開口部１０１の下端開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Ａの圧力室開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置する上記アクチュエータ部Ｂ及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２とされている。

上記アクチュエータ部Ｂは、上記各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２及び第１の電極層１０３は、図９から判るように、千鳥状に多数配列されている。

上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを上記圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。

Ｄは、ノズル板であって、このノズル板Ｄには、上記インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップから上記各個別電極１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。

次に、上記アクチュエータ部Ｂの構成を図１１に基づいて説明する。この図１１は、図９に示したインク供給方向とは直交する方向の断面図である。同図では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａが参照的に描かれている。このアクチュエータ部Ｂは、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層１０３と、この各第１の電極層１０３上（同図では下側）に設けられた配向制御層１０４と、この配向制御層１０４上（同下側）に設けられた圧電体層１１０と、この圧電体層１１０上（同下側）に設けられ、全圧電体層１１０に共通となる第２の電極層１１２（共通電極）と、この第２の電極層１１２上（同下側）に設けられ、上記圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層１１１と、この振動層１１１上（同下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層１１３（縦壁）とを有しており、上記第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層１１１は、この圧電素子の第２の電極層１１２側の面に設けられていることになる。

尚、図１１中、１１４は圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。このようにアクチュエータ部Ｂの振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。

上記第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２の各構成材料は、上記実施形態１で説明した第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。また、配向制御層１０４及び圧電体層１１０の構造も、配向制御層１５及び圧電体層１６とそれぞれ同様であり、配向制御層１０４における第１の電極層１０３側の表面近傍部は、（１００）面又は（００１）面配向の領域が第１の電極層１０３における配向制御層１０４側の表面部に位置するチタン上に存在していて層厚方向と垂直な断面における上記領域の面積が第１の電極層１０３側から圧電体層１１０側に向かって大きくなる構造を有し、圧電体層１１０の結晶粒は、該圧電体層１１０の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされている。尚、上記第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２を、上記実施形態２で説明した第１の電極層２４、配向制御層２５、圧電体層２６及び第２の電極層２７とそれぞれ同様の構成としてもよい。

次に、図９のＩＣチップＥを除くインクジェットヘッド、つまり図１０に示す上記圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄよりなるインクジェットヘッドの製造方法を図１２〜図１６に基いて説明する。

図１２（ａ）に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、第１の電極層１０３、配向制御層１０４、圧電体層１１０、第２の電極層１１２、振動層１１１、上記中間層１１３をスパッタ法により成膜して、積層する。尚、上記密着層１２１は、上記実施形態１で説明した密着層１２と同様であって、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために基板１２０と第１の電極層１０３との間に形成する（必ずしも密着層１２１を形成する必要はない）。この密着層１２１は、後述の如く、基板１２０と同様に除去する。また、振動層１１１の材料にはＣｒを、中間層１１３にはＴｉをそれぞれ使用する。

上記基板１２０には、１８ｍｍ角に切断したＳｉ基板を用いる。この基板１２０は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。また、基板サイズも１８ｍｍ角に限るものではなく、Ｓｉ基板であれば、φ２〜１０インチのウエハであってもよい。

上記密着層１２１は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１２０を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。この密着層１２１の膜厚は０．０２μｍとなる。尚、密着層１２１の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５〜０．２μｍの範囲であればよい。

上記第１の電極層１０３は、多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＰｔターゲットを用い、基板１２０を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第１の電極層１０３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。また、Ｔｉの含有量は２．５モル％である。この第１の電極層１０３も、上記実施形態１における第１の電極層１４と同様に、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属に、チタン等の含有物が含有されたもの（含有量は０を越え３０モル％以下であることが好ましい）であればよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。

上記配向制御層１０４は、ランタンを１０モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１５モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板１２０の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。この得られたチタン酸ランタン鉛膜は、ランタンを１０モル％含みかつ鉛を化学量論組成よりも１０％過剰に含むペロブスカイト型結晶構造であって、第１の電極層１０３における配向制御層１０４側の表面部に位置するチタン上において（１００）面又は（００１）面に配向しており、この（１００）面又は（００１）面配向の領域は第１の電極層１０３側からその反対側（圧電体層１１０側）に向かって拡大する。一方、配向制御層１０４において第１の電極層１０３の表面部のチタン又は酸化チタンが存在しない部分の上側領域は、（１００）面や（００１）面配向とはならないが、この領域は圧電体層１１０側に向かって小さくなる。そして、ここでは、配向制御層１０４の膜厚が０．０２μｍとなるため、圧電体層１１０側の表面は略全体が（１００）面又は（００１）面に配向した領域となる。

尚、上記実施形態１における配向制御層１５と同様に、上記配向制御層１０４のＬａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層１０４を構成する材料も、ＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴ（ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましい）であってもよく、ＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したもの（マグネシウム及びマンガンの添加量は０を越え１０モル％以下であることが好ましい）であってもよい。また、配向制御層１０４の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。

上記圧電体層１１０は、０．９２ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．０８Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃の焼結体ターゲットを用い、基板１２０の温度６００℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２６０Ｗの条件で３時間形成することにより得られる。この得られたＰＭＮ添加ＰＺＴ膜は、菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造で（１００）面配向となる。また、圧電体層１１０の膜厚は３．１μｍとなる。尚、この圧電体層１１０におけるＰＺＴとＰＭＮとの比率は、ＰＺＴ／ＰＭＮ＝９９／１〜５０／５０の範囲であればよい。つまり、ＰＺＴにＰＭＮを１モル％以上５０モル％以下添加したものであればよい。また、ＰＺＴのＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。さらに、圧電体層１１０の構成材料は、ＰＺＴに、上記実施形態１で説明したＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を添加したものであってもよく、これに更にＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したものであってもよい。

上記第２の電極層１１２は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。この第２の電極層１１２の膜厚は０．２μｍとなる。尚、第２の電極層１１２の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。

上記振動層１１１は、Ｃｒターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で６時間形成することにより得られる。この振動層１１１の膜厚は３μｍとなる。この振動層１１１の材料は、Ｃｒに限らず、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン）等であってもよい。また、振動層１１１の膜厚は２〜５μｍであればよい。

上記中間層１１３は、Ｔｉターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で５時間形成することにより得られる。この中間層１１３の膜厚は５μｍとなる。この中間層１１３の材料は、Ｔｉに限らず、Ｃｒ等の導電性金属であればよい。また、中間層１１３の膜厚は３〜１０μｍであればよい。

一方、図１２（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａを形成する。この圧力室部材Ａは、上記Ｓｉ基板１２０よりも大きいサイズ、例えば４インチウエハーのシリコン基板１３０（図１７参照）を使用して形成される。具体的には、先ず、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に対して複数の圧力室用開口部１０１をパターンニングする。このパターンニングは、同図（ｂ）から判るように、４つの圧力室用開口部１０１を１組として、各組を区画する区画壁１０２ｂは、各組内の圧力室用開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの幅の約２倍の幅の厚幅に設定される。その後、上記パターンニングされたシリコン基板１３０をケミカルエッチング又はドライエッチング等で加工して、各組で４個の圧力室用開口部１０１を形成し、圧力室部材Ａを得る。

その後は、上記成膜後のシリコン基板１２０（成膜用）と前記圧力室部材Ａとを接着剤を用いて接着する。この接着剤の形成は電着による。すなわち、先ず、同図（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａ側の接着面として、圧力室の区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に接着剤１１４を電着により付着させる。具体的には、図示しないが、上記区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に、下地電極膜として、光が透過する程度に薄い数百ÅのＮｉ薄膜をスパッタ法により形成し、その後、上記Ｎｉ薄膜上に、パターニングされた接着樹脂剤１１４を形成する。この際、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。Ｎｉ薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設定するのは、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に接着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。電着条件は、実験によると、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒が好適であり、この条件下で約３〜１０μｍのアクリル樹脂を、シリコン基板１３０（圧力室部材用）のＮｉ薄膜上に電着樹脂形成する。

そして、図１３（ａ）に示すように、上記積層されたＳｉ基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを、上記電着された接着剤１１４を用いて接着する。この接着は、基板１２０（成膜用）に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。また、Ｓｉ基板１２０（成膜用）は１８ｍｍのサイズであり、圧力室部材Ａを形成するＳｉ基板１３０は４インチサイズと大きいため、図１７に示すように、複数（同図では１４個）のＳｉ基板１２０（成膜用）を１個の圧力室部材Ａ（Ｓｉ基板１３０）に貼り付ける。この貼り付けは、図１３（ａ）に示すように、各Ｓｉ基板１２０（成膜用）の中心が圧力室部材Ａの厚幅の区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置付けられた状態で行われる。この貼り付け後、圧力室部材ＡをＳｉ基板１２０（成膜用）側に押圧、密着させて、両者の接着を液密性高くする。さらに、上記接着したＳｉ基板１２０（成膜用）及び圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温して、上記接着剤１１４を完全に硬化させる。続いて、プラズマ処理を行って、上記接着剤１１４のうち、はみ出した断片を除去する。

尚、図１３（ａ）では、成膜後のＳｉ基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室用開口部１０１を形成しない段階のＳｉ基板１３０（圧力室部材用）を上記成膜後のＳｉ基板１２０（成膜用）と接着してもよい。

その後は、図１３（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ、１０２ｂをマスクとして中間層１１３をエッチングして所定形状に仕上げる（上記各区画壁１０２ａ、１０２ｂに連続する形状（縦壁）とする）。次いで、図１４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２０（成膜用）及び密着層１２１をエッチングにより除去する。

続いて、図１４（ｂ）に示すように、上記圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３について、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、各圧力室１０２毎に個別化する。そして、図１５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて配向制御層１０４と圧電体層１１０とをエッチングして第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。これらエッチング後の第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０は、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。このように第１の電極層１０３、配向制御層１０４及び圧電体層１１０を各圧力室１０２毎に個別化した後、図１５（ｂ）に示すように、シリコン基板１３０（圧力室部材用）を各厚幅の区画壁１０２ｂの部分で切断して、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固着されたアクチュエータ部Ｂとが４組完成する。

続いて、図１６（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、同図（ｂ）に示すように、上記インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。

その後、同図（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行って、この両者を上記接着剤により接着する。以上により、同図（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを持つインクジェットヘッドが完成する。

上記のようにして得られたインクジェットヘッドの第１及び第２電極層１０３，１１２間に所定電圧を印加すると、圧電体層１１０の圧電効果により振動層１１１における各圧力室１０２に対応する部分が層厚方向に変位して、圧力室１０２内のインクが該圧力室１０２に連通するノズル孔１０８から吐出されることになる。そして、上記電圧印加時の振動層１１１における各圧力室１０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきはσ＝２．１％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。

一方、上記本発明のインクジェットヘッドに対して配向制御層１０４を設けない点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドの第１及び第２電極層１０３，１１２間に所定電圧を印加して、振動層１１１における各圧力室１０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきはσ＝７．９％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室１０２のうちの約３８％の圧力室１０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。この不良は、インクの詰まり等ではなく、圧電体層１１０にクラックが生じたことによるものであり、このことから、アクチュエータ部Ｂ（圧電素子）の耐久性が低いと考えられる。

したがって、本実施形態のインクジェットヘッドは、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性及び信頼性に優れていることが判る。

（実施形態４）
図１８は、本発明の実施形態に係る他のインクジェットヘッドの主要部を示し、上記実施形態３のインクジェットヘッドのように基板を成膜用と圧力室部材用とに別個に用いないで、成膜用と圧力室部材用とを兼用するようにしたものである。

具体的には、圧力室４０２がエッチング加工により形成された圧力室基板４０１（圧力室部材）上に、振動層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６（共通電極）、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９（個別電極）が順に積層されている。上記第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層４０３は、この圧電素子の第１の電極層４０６側の面に密着層４０４を介して設けられていることになる。この密着層４０４は、振動層４０３と第１の電極層４０６との密着性を高めるものであり、上記実施形態３における密着層１２１と同様になくてもよい。上記第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９の各構成材料は、上記実施形態２の実施例９で説明した第１の電極層、配向制御層、圧電体層及び第２の電極層とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。また、配向制御層４０７及び圧電体層４０８の構造も、実施例９の配向制御層及び圧電体層とそれぞれ同様であり、圧電体層４０８の結晶粒は、該圧電体層４０８の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされている。尚、上記第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９は、上記実施形態１で説明した第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７とそれぞれ同様の構成としてもよい。

上記圧力室基板４０１は、φ４インチで厚さ２００μｍのＳｉ基板を用いる。本実施形態でも、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。

上記振動層４０３は、本実施形態では、膜厚が２．８μｍであって二酸化シリコンからなる。尚、この振動層４０３の材料は、二酸化シリコンに限らず、上記実施形態２で説明した材料（ニッケルやクロム等の単体又はその酸化物若しくは窒化物）であってもよい。また、振動層１１１の膜厚は０．５〜１０μｍであればよい。

次に、上記インクジェットヘッドの製造方法について図１９を参照しながら説明する。

すなわち、先ず、図１９（ａ）に示すように、圧力室４０２が形成されていない圧力室基板４０１に、振動層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６、配向制御層４０７、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９をスパッタ法により順次形成する。

上記振動層４０３は、二酸化シリコン焼結体のターゲットを用いて、圧力室基板４０１の加熱は行わないで室温において、３００Ｗの高周波電力を印加して、０．４Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝５：２５）で、８時間形成することにより得られる。尚、この振動層４０３の成膜法としては、スパッタ法に限らず、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾル・ゲル法等であってもよく、圧力室基板４０１の熱酸化処理で形成する方法であってもよい。

上記密着層４０４は、Ｔｉターゲットを用いて、圧力室基板４０１を４００℃に加熱しながら、１００Ｗの高周波電力を印加して、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間加熱することにより得られる。この密着層４０４の膜厚は０．０３μｍとなる。尚、密着層４０４の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５〜０．１μｍの範囲であればよい。

上記第１の電極層４０６は、スパッタ装置を使用して、Ｉｒターゲットを用い、圧力室基板４０１を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第１の電極層４０６の膜厚は０．１５μｍとなり、（１１１）面に配向する。この第１の電極層４０６は、貴金属Ｉｒにチタン等は含有されていないが、上記実施形態１における第１の電極層１４と同様に、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属に、チタン等の含有物が含有されたもの（含有量は０を越え３０モル％以下であることが好ましい）であってもよく、膜厚は０．０５〜２μｍの範囲であればよい。

上記配向制御層４０７は、ランタンを１０モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１５モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、圧力室基板４０１の温度６２０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。この得られたチタン酸ランタン鉛膜は、上記実施例９の配向制御層と同様であり、（１１１）面に優先配向している。

尚、上記実施形態１における配向制御層１５と同様に、上記配向制御層４０７のＬａの含有量は０を越え２５モル％以下であればよく、鉛の含有量は０を越え３０モル％以下過剰であればよい。また、配向制御層４０７を構成する材料も、ＰＬＴにジルコニウムを含有したＰＬＺＴ（ジルコニウムの含有量は２０モル％以下であることが好ましい）であってもよく、ＰＬＴやＰＬＺＴに、マグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したもの（マグネシウム及びマンガンの添加量は０を越え１０モル％以下であることが好ましい）であってもよい。また、配向制御層４０７の膜厚は０．０１〜０．２μｍの範囲であればよい。

上記圧電体層４０８は、０．９ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝４８／５２）−０．１Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃の焼結体ターゲットを用い、圧力室基板４０１の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得られる。この得られた圧電体層４０８の膜厚は、２．６μｍである。尚、この圧電体層４０８におけるＰＺＴとＰＮＮとの比率は、ＰＺＴ／ＰＮＮ＝９９／１〜５０／５０の範囲であればよい。また、ＰＺＴのＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。さらに、圧電体層４０８の構成材料は、ＰＺＴに、上記実施形態１で説明したＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を添加したものであってもよく、これに更にＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したものであってもよい。

上記第２の電極層４０９は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。この第２の電極層４０９の膜厚は０．２μｍとなる。尚、第２の電極層４０９の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．４μｍの範囲であればよい。

次いで、上記第２の電極層４０９上に、レジストをスピンコートにより塗布し、圧力室４０２が形成されるべき位置に合わせて露光・現像を行ってパターニングする。そして、第２の電極層４０９、圧電体層４０８及び配向制御層４０７をエッチングして個別化する。このエッチングは、アルゴンとフッ素元素を含む有機ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで行う。

続いて、図１９（ｂ）に示すように、圧力室基板４０１に圧力室４０２を形成する。この圧力室４０２の形成は、六フッ化硫黄ガス、フッ素元素を含む有機ガス又はこれらの混合ガスを使用した異方性ドライエッチングで行う。つまり、圧力室基板４０１の上記各膜を形成した面とは反対側の面における側壁４１３となる部分にエッチングマスクを形成して、異方性ドライエッチングにより圧力室４０２を形成する。

そして、予めノズル孔４１０を形成したノズル板４１２を、接着剤を用いて圧力室基板４０１の上記各膜を形成した面とは反対側の面に接合することにより、インクジェットヘッドが完成する。上記ノズル孔４１０は、リゾグラフィ法、レーザー加工法、放電加工法等により、ノズル板４１２の所定位置に開口する。そして、ノズル板４１２を圧力室基板４０１に接合する際には、各ノズル孔４１０が圧力室４０２に対応して配置されるように位置合わせを行う。

上記のようにして得られたインクジェットヘッドの第１及び第２電極層４０６，４０９間に所定電圧を印加して、振動層４０３における各圧力室４０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきはσ＝２．４％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。

一方、上記本発明のインクジェットヘッドに対して配向制御層４０７を設けない点のみが異なるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドの第１及び第２電極層４０６，４０９間に所定電圧を印加して、振動層４０３における各圧力室４０２に対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変位量のばらつきはσ＝６．５％であった。また、周波数が２０ｋＨｚの２０Ｖ交流電圧を１０日間印加し続けたところ、全圧力室４０２のうちの約３５％の圧力室４０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。この不良は、インクの詰まり等ではなく、圧電体層４０８にクラックが生じたことによるものであり、このことから、アクチュエータ部（圧電素子）の耐久性が低いと考えられる。

したがって、本実施形態のインクジェットヘッドは、上記実施形態３のインクジェットヘッドと同様に、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性及び信頼性に優れていることが判る。

（実施形態５）
図２０は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置３５を示し、このインクジェット式記録装置３５は、上記実施形態３又は４で説明したものと同様のインクジェットヘッド２８を備えている。このインクジェットヘッド２８において圧力室（上記実施形態３における圧力室１０２や実施形態４における圧力室４０２）に連通するように設けたノズル孔（上記実施形態３におけるノズル孔１０８や実施形態４におけるノズル孔４１０）から該圧力室内のインクを記録媒体２９（記録紙等）に吐出させて記録を行うように構成されている。

上記インクジェットヘッド２８は、主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載されていて、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。このことで、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。

また、このインクジェット式記録装置３５は、上記記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。このことで、複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。尚、図２０中、Ｚは上下方向である。

そして、インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。

したがって、このインクジェット式記録装置３５は、上記実施形態３又は４と同様のインクジェットヘッド２８を備えているので、良好な印字性能及び耐久性を有している。

（実施形態６）
図２１及び図２２は、本発明の実施形態に係る角速度センサを示し、この角速度センサは、音叉型のものであって、車両に搭載されるナビゲーション装置等に好適に用いられるものである。

上記角速度センサは、厚み０．３ｍｍのシリコンウエハからなる基板５００を備えている（ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい）。この基板５００は、固定部５００ａと、該固定部５００ａから所定の方向（検出する角速度の回転中心軸が延びる方向；本実施形態では、図２１に示すｙ方向）に延びる一対の振動部５００ｂとを有している。これら固定部５００ａ及び一対の振動部５００ｂは、基板５００の厚み方向（図２１に示すｚ方向）から見て音叉状をなしており、一対の振動部５００ｂは音叉のアーム部に相当していて、振動部５００ｂの幅方向に並んだ状態で互いに平行に延びている。

上記基板５００の各振動部５００ｂ及び固定部５００ａの振動部側の部分上には、第１の電極層５０３と配向制御層５０４と圧電体層５０５と第２の電極層５０６とが順に積層されている。尚、この角速度センサにおいても、上記基板５００と第１の電極層５０３との間に、上記実施形態１における圧電素子と同様に、密着層を設けることが好ましい。

上記第１の電極層５０３、配向制御層５０４、圧電体層５０５及び第２の電極層５０６は、上記実施形態１で説明した第１の電極層１４、配向制御層１５、圧電体層１６及び第２の電極層１７とそれぞれ同様のものである。また、配向制御層５０４及び圧電体層５０５の構造も、配向制御層１５及び圧電体層１６とそれぞれ同様であり、配向制御層５０４における第１の電極層５０３側の表面近傍部は、（１００）面又は（００１）面配向の領域が第１の電極層５０３における配向制御層５０４側の表面部に位置するチタン上に存在していて層厚方向と垂直な断面における上記領域の面積が第１の電極層５０３側から圧電体層５０５側に向かって大きくなる構造を有し、圧電体層５０５の結晶粒は、該圧電体層５０５の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされている。尚、上記第１の電極層５０３、配向制御層５０４、圧電体層５０５及び第２の電極層５０６を、上記実施形態２で説明した第１の電極層２４、配向制御層２５、圧電体層２６及び第２の電極層２７とそれぞれ同様の構成としてもよい。

上記第２の電極層５０６は、上記各振動部５００ｂ上において、当該振動部５００ｂを振動部５００ｂの幅方向（図２１に示すｘ方向）に振動させるための２つの駆動電極５０７と、当該振動部５００ｂの厚み方向（ｚ方向）の変形（たわみ）を検出するための１つの検出電極５０８とにパターン化されている。

上記２つの駆動電極５０７は、当該振動部５００ｂの幅方向（ｘ方向）両端部上において、振動部５００ｂの長さ方向（ｙ方向）全体に亘って設けられ、各駆動電極５０７の固定部５００ａ側の端部は、固定部５００ａ上に位置して接続端子５０７ａを構成している。尚、各振動部５００ｂの幅方向一端部上に１つの駆動電極５０７を設けるだけであってもよい。

一方、上記検出電極５０８は、当該振動部５００ｂの幅方向中央部上において、振動部５００ｂの長さ方向全体に亘って設けられ、上記駆動電極５０７と同様に、検出電極５０８の固定部５００ａ側の端部は、固定部５００ａ上に位置して接続端子５０８ａを構成している。尚、各振動部５００ｂ上において複数の検出電極５０８を設けてもよい。

上記第１の電極層５０３は、固定部５００ａ上における一対の振動部５００ｂ間の中央位置において、振動部５００ｂとは反対側に突出する接続端子５０３ａを有している。

上記各振動部５００ｂ上における上記第１の電極層５０３と２つの駆動電極５０７との間には、当該振動部５００ｂがその幅方向に振動するように、振動部５００ｂの固有振動と共振する周波数の電圧が印加されるようになっている。すなわち、第１の電極層５０３には、グランド電圧が印加される一方、２つの駆動電極５０７には、正負が互いに逆の電圧が印加され、このことで、各振動部５００ｂの幅方向一端部側が伸長するときには、他端部側が収縮して、該振動部５００ｂがその他端部側に変形する。一方、各振動部５００ｂの幅方向一端部側が収縮するときには、他端部側が伸長して、振動部５００ｂがその一端部側に変形する。この動作を交互に繰り返すことによって振動部５００ｂがその幅方向に振動する。尚、各振動部５００ｂ上における２つの駆動電極５０７のいずれか一方に電圧を印加するだけでも、当該振動部５００ｂをその幅方向に振動させることは可能である。そして、一対の振動部５００ｂは、各振動部５００ｂの幅方向において互いに反対向きに変形し、一対の振動部５００ｂ間の中央にあって該振動部５００ｂの長さ方向に延びる中央線Ｌに対して対称に振動するようになっている。

上記構成の角速度センサにおいて、一対の振動部５００ｂをその幅方向（ｘ方向）に上記中央線Ｌに対して対称に振動させているときに、その中央線Ｌ回りに角速度ωが加わると、２つ振動部５００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（ｚ方向）にたわんで変形し（一対の振動部５００ｂは互いに反対向きに同じ量たわむ）、これにより、圧電体層５０５にもたわみが発生して、第１の電極層５０３と検出電極５０８との間には、コリオリ力の大きさに応じた電圧が発生する。この電圧の大きさ（コリオリ力）から角速度ωを検出することができる。

すなわち、コリオリ力Ｆｃは、各振動部５００ｂの幅方向の速度をｖ、各振動部５００ｂの質量をｍとすると、
Ｆｃ＝２ｍｖω
となるので、コリオリ力Ｆｃから角速度ωの値が分かることになる。

次に、上記角速度センサの製造方法について図２３及び図２４に基づいて説明する。

すなわち、図２３（ａ）に示すように、厚み０．３ｍｍのφ４インチシリコンウエハ（平面図は図２４参照）からなる基板５００を用意し、図２３（ｂ）に示すように、この基板５００上に、１８モル％のＴｉを添加したイリジウム（Ｉｒ）からなる厚み０．２２μｍの第１の電極層５０３をスパッタ法により形成する。この第１の電極層５０３は、基板５００を４００℃に加熱しながら多元スパッタ装置を使用して、Ｔｉターゲット及びＩｒターゲットを用い、１Ｐａのアルゴンガス中において８５Ｗ及び２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この第１の電極層５０３の表面部にはチタンが島状に点在するとともに、そのチタンの該表面からの突出量は２ｎｍよりも小さい。

続いて、図２３（ｃ）に示すように、上記第１の電極層５０３上に、厚み０．０３μｍの配向制御層５０４をスパッタ法により形成する。この配向制御層５０４は、ランタンを１４モル％含有するＰＬＴに酸化鉛（ＰｂＯ）を１２モル％過剰に加えて調合した焼結ターゲットを用い、基板５００を温度６００℃に加熱しながら、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝1９：１）において、真空度０．８Ｐａ、高周波電力３００Ｗの条件で１２分間形成することにより得られる。この製造方法よれば、上記実施形態１で説明したように、配向制御層５０４における第１の電極層５０３側の表面近傍は、（１００）面又は（００１）面配向の領域がチタン上に存在しかつ層厚方向と垂直な断面における上記領域の面積が第１の電極層５０３側から上側に向かって大きくなる。

次いで、図２３（ｄ）に示すように、上記配向制御層５０４上に厚み３．１μｍの圧電体層５０５をスパッタ法により形成する。この圧電体層５０５は、基板５００を６１０℃に加熱しながら、０．９２ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５５／４５）−０．０８Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃の焼結体ターゲットを用い、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で３時間形成することにより得られる。この圧電体層５０５は正方晶系であり、上記実施形態１で説明したように、（００１）面配向度が９０％以上となる。尚、この圧電体層５０５におけるＰＺＴとＰＭＮとの比率は、ＰＺＴ／ＰＭＮ＝９９／１〜５０／５０の範囲であればよい。また、ＰＺＴのＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、膜厚は、１〜５μｍの範囲であればよい。

続いて、図２３（ｅ）に示すように、上記圧電体層５０５上に厚み０．２μｍの第２の電極層５０６をスパッタ法により形成する。この第２の電極層５０６は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中で２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。

次いで、図２３（ｆ）及び図２４に示すように、上記第２の電極層５０６をパタ−ニングして駆動電極５０７及び検出電極５０８を形成する。すなわち、第２の電極層５０６上に感光樹脂を塗布し、この感光樹脂に駆動電極５０７及び検出電極５０８のパタ−ンを露光し、その後、露光していない部分の感光樹脂を除去し、この感光樹脂を除去した部分における第２の電極層５０６をエッチングにより除去し、次いで、駆動電極５０７及び検出電極５０８上の感光樹脂を除去する。

上記第２の電極層５０６のパターンニング後、同様の工程により圧電体層５０５、配向制御層５０４及び第１の電極層５０３をパタ−ニングするとともに、上記基板５００をパタ−ニングして固定部５００ａ及び振動部５００ｂを形成する。こうして上記の角速度センサが完成する。

尚、上記各層の成膜法はスパッタ法に限らず、熱処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成する成膜法（例えばＣＶＤ法等）であればよい。

ここで、図２５及び図２６を参照しながら従来の角速度センサについて説明する。

この従来の角速度センサは、厚み０．３ｍｍの水晶からなる圧電体６００を備え、この圧電体６００が、本実施形態に係る角速度センサの基板５００と同様に、固定部６００ａと該固定部６００ａからその一側方（図２５に示すｙ方向）に互いに平行に延びる一対の振動部６００ｂとを有している。そして、上記各振動部６００ｂの厚み方向（図２５に示すｚ方向）に対向する両面には、当該振動部６００ｂをその幅方向（図２５に示すｘ方向）に振動させるための駆動電極６０３がそれぞれ１つずつ設けられ、各振動部６００ｂの両側面には、当該振動部６００ｂの厚み方向の変形を検出するための検出電極６０７がそれぞれ１つずつ設けられている。

そして、上記従来の角速度センサにおいて、各振動部６００ｂにおける２つの駆動電極６０３間に、当該振動部６００ｂの固有振動と共振する周波数の電圧を印加して、本実施形態に係る角速度センサと同様に、一対の振動部６００ｂをその幅方向（ｘ方向）に該一対の振動部６００ｂ間の中央にある中央線Ｌに対して対称に振動させる。このときに、その中央線Ｌ回りに角速度ωが加わると、一対の振動部６００ｂは、コリオリ力によって厚み方向（ｚ方向）にたわんで変形し、各振動部６００ｂにおける２つの検出電極６０７間にコリオリ力の大きさに応じた電圧が発生し、この電圧の大きさ（コリオリ力）から角速度ωを検出することができる。

上記従来の角速度センサにおいては、水晶からなる圧電体６００を用いるので、その圧電定数は−３ｐＣ／Ｎとかなり低く、しかも固定部６００ａ及び振動部６００ｂは機械加工により形成するため、小型化が困難であり、寸法精度が低いという問題がある。

これに対し、本実施形態に係る角速度センサにおいては、角速度を検出する部分（振動部５００ｂ）が、上記実施形態１と同様の構成の圧電素子で構成されていることになるので、上記従来の角速度センサに対して圧電定数を４０倍程度に大きくすることができ、かなりの小型化を図ることができる。また、薄膜形成技術を用いて微細加工を行うことができ、寸法精度を格段に向上させることができる。さらに、工業的に量産しても、特性の再現性が良好で、ばらつきが少なく、耐電圧及び信頼性に優れる。

尚、本実施形態における角速度センサにおいても、上記実施形態１における圧電素子と同様に、配向制御層５０４は、ジルコニウムの含有量が０以上２０モル％以下でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰であるチタン酸ランタンジルコン酸鉛、又は該チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものからなることが好ましい。このチタン酸ランタンジルコン酸鉛におけるランタンの含有量は、０を越え２５モル％以下であることが好ましく、チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合のトータル添加量は、０を越え１０モル％以下であることが好ましい。

また、第１の電極層５０３は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属に、チタン等の含有物が含有されて、その含有量が０を越え３０モル％以下であることが望ましい。

さらに、圧電体層５０５は、上記実施形態１で説明したＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したＰＺＴからなっていればよく、これに更にＳｒ、Ｎｂ、Ａｌ等を添加してもよい。

さらにまた、本実施形態における角速度センサにおいては、基板５００に一対の振動部５００ｂを１組しか設けていないが、複数組設けて、種々の方向に延びる複数軸回りの角速度を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態における角速度センサにおいては、基板５００の各振動部５００ｂ及び固定部５００ａの振動部側の部分上に、第１の電極層５０３と配向制御層５０４と圧電体層５０５と第２の電極層５０６とを順に積層したが、これら各層を積層する箇所は、各振動部５００ｂ上のみであってもよい。

加えて、上記実施形態では、本発明の圧電素子を、インクジェットヘッド（インクジェット式記録装置）及び角速度センサに適用したが、これら以外にも、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュエータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。特に、ディスク装置（コンピュータの記憶装置等として用いられるもの）における回転駆動されるディスクに対して情報の記録又は再生を行うヘッドが基板上に設けられたヘッド支持機構において、該基板上に設けた薄膜圧電体素子によって、基板を変形させて該ヘッドを変位させるディスク装置用薄膜圧電体アクチュエータ（例えば特開２００１−３３２０４１号公報参照）に好適である。つまり、上記薄膜圧電体素子は、上記実施形態で説明したものと同様の構成の第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなり、この第２の電極層が上記基板に接合されたものである。

本発明は、インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドにおけるインク吐出用アクチュエータ等のような各種アクチュエータや、角速度センサー、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー等の各種センサ、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等に有用である。

本発明の実施形態に係る圧電素子を示す断面図である。 配向制御層の構造を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の実施例１に係る圧電素子の走査型電子顕微鏡による断面写真である。 実施例１の圧電体層におけるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量と圧電定数ｄ₃₁との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る他の圧電素子を示す断面図である。 配向制御層の膜厚と配向制御層の（１１１）面配向率との関係を示すグラフである。 配向制御層の膜厚と圧電体層の（１１１）面配向率との関係を示すグラフである。 実施例９の圧電体層におけるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物の含有量と圧電定数ｄ₃₁との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの全体構成を示す斜視図である。 図９のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す分解斜視図である。 図９のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す断面図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法における積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付着工程を示す図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法における、成膜後の基板と圧力室部材との接着工程及び縦壁の形成工程を示す図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法における、基板（成膜用）及び密着層の除去工程並びに第１の電極層の個別化工程を示す図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法における、配向制御層及び圧電体層の個別化工程並びに基板（圧力室部材用）の切断工程を示す図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法における、インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッドを示す図である。 図９のインクジェットヘッドの製造方法において、成膜されたＳｉ基板と圧力室部材用のＳｉ基板との接着状態を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る他のインクジェットヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部を示す断面図である。 図１８のインクジェットヘッドの製造方法における積層工程及び圧力室形成工程を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る角速度センサを示す概略斜視図である。 図２１のXXII−XXII線断面図である。 図２１の角速度センサの製造方法を示す図である。 角速度センサの製造方法において、第２の電極層をパターニングした状態を示す平面図である。 水晶を用いた従来の角速度センサを示す概略斜視図である。 図２５のXXVI−XXVI線断面図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 密着層
１４ 第１の電極層
１５ 配向制御層
１６ 圧電体層
１７ 第２の電極層
２１ 基板
２２ 密着層
２４ 第１の電極層
２５ 配向制御層
２６ 圧電体層
２７ 第２の電極層
２８ インクジェットヘッド
２９ 記録媒体
３１ キャリッジ（相対移動手段）
３５ インクジェット式記録装置
Ａ 圧力室部材
１０２ 圧力室
１０３ 第１の電極層（個別電極）
１０４ 配向制御層
１０８ ノズル孔
１１０ 圧電体層
１１１ 振動層
１１２ 第２の電極層（共通電極）
１２０ 基板
１２１ 密着層
４０１ 圧力室基板
４０２ 圧力室
４０３ 振動層
４０４ 密着層
４０６ 第１の電極層（共通電極）
４０７ 配向制御層
４０８ 圧電体層
４０９ 第２の電極層（個別電極）
４１０ ノズル孔
５００ 基板
５００ａ 固定部
５００ｂ 振動部
５０３ 第１の電極層
５０４ 配向制御層
５０５ 圧電体層
５０６ 第２の電極層
５０７ 駆動電極
５０８ 検出電極

Claims (23)

1. 第１の電極層と、該第１の電極層上に設けられた配向制御層と、該配向制御層上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２の電極層とを備えた圧電素子であって、
   上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、
   上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、
   上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることを特徴とする圧電素子。
2. 請求項１記載の圧電素子において、
   配向制御層は、（１００）面又は（００１）面に優先配向しており、
   圧電体層は、（００１）面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。
3. 請求項１記載の圧電素子において、
   配向制御層及び圧電体層は、共に（１１１）面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。
4. 請求項１記載の圧電素子において、
   Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＣｄの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｎｂであり、
   上記化学式中のａの値は１／３であり、ｂの値は２／３であることを特徴とする圧電素子。
5. 請求項１記載の圧電素子において、
   Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｇ、Ｍｎ及びＮｉの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔａ又はＳｂであり、
   上記化学式中のａの値は１／３であり、ｂの値は２／３であることを特徴とする圧電素子。
6. 請求項１記載の圧電素子において、
   Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｂ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｎｂであり、
   上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であることを特徴とする圧電素子。
7. 請求項１記載の圧電素子において、
   Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔａであり、
   上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であることを特徴とする圧電素子。
8. 請求項１記載の圧電素子において、
   Ｐｂ含有複合ペロブスカイト化合物の化学式中のＡ元素は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ及びＺｎの群から選ばれた少なくとも１種であり、Ｂ元素は、Ｔｅ又はＷであり、
   上記化学式中のａの値は１／２であり、ｂの値は１／２であることを特徴とする圧電素子。
9. 請求項１記載の圧電素子において、
   配向制御層は、ジルコニウムの含有量が０以上２０モル％以下でありかつ鉛の含有量が化学量論組成と比較して０を越え３０モル％以下過剰であるチタン酸ランタンジルコン酸鉛、又は該チタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加したものからなることを特徴とする圧電素子。
10. 請求項９記載の圧電素子において、
    配向制御層のチタン酸ランタンジルコン酸鉛におけるランタンの含有量が０を越え２５モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
11. 請求項９記載の圧電素子において、
    配向制御層においてチタン酸ランタンジルコン酸鉛にマグネシウム及びマンガンの少なくとも一方を添加する場合のトータル添加量は、０を越え１０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
12. 請求項２記載の圧電素子において、
    第１の電極層は、チタン又は酸化チタンを含有する貴金属からなることを特徴とする圧電素子。
13. 請求項１２記載の圧電素子において、
    第１の電極層の貴金属は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種であり、
    上記貴金属に含有されているチタン又は酸化チタンの含有量が０を越え３０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
14. 請求項１２記載の圧電素子において、
    第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置するチタン又は酸化チタンの該表面からの突出量が２ｎｍよりも小さいことを特徴とする圧電素子。
15. 請求項２記載の圧電素子において、
    第１の電極層は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＡｌ並びにこれらの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種を含有する貴金属からなることを特徴とする圧電素子。
16. 請求項１５記載の圧電素子において、
    第１の電極層の貴金属は、白金、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種であり、
    上記貴金属に含有されている含有物の含有量が０を越え３０モル％以下であることを特徴とする圧電素子。
17. 請求項１５記載の圧電素子において、
    第１の電極層における配向制御層側の表面部に位置する、該第１の電極層の貴金属に含有されている含有物の該表面からの突出量が２ｎｍよりも小さいことを特徴とする圧電素子。
18. 請求項３記載の圧電素子において、
    配向制御層の（１１１）面配向率が５０％以上であることを特徴とする圧電素子。
19. 請求項１記載の圧電素子において、
    第１の電極層は、基板上に設けられており、
    上記基板と第１の電極層との間に、該基板と第１の電極層との密着性を高める密着層が設けられていることを特徴とする圧電素子。
20. 第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第２の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、
    上記圧電素子の配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、
    上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、
    上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
21. 第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧電素子の第１の電極層側の面に設けられた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、
    上記圧電素子の配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、
    上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、
    上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることを特徴とするインクジェットヘッド。
22. 固定部と、該固定部から所定の方向に延びる少なくとも一対の振動部とを有する基板を備え、該基板の少なくとも各振動部上に、第１の電極層と配向制御層と圧電体層と第２の電極層とが順に積層されており、該各振動部上における第２の電極層が、当該振動部を振動部の幅方向に振動させるための少なくとも１つの駆動電極と、当該振動部の厚み方向の変形を検出するための少なくとも１つの検出電極とにパターン化された角速度センサであって、
    上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物からなり、
    上記圧電体層は、化学式がＰｂ（Ａ_aＢ_b）Ｏ₃で表されるＰｂ含有複合ペロブスカイト化合物を１モル％以上５０モル％以下添加したチタン酸ジルコン酸鉛からなっていて、菱面体晶系又は正方晶系の結晶構造を有しており、
    上記圧電体層の結晶粒が、該圧電体層の厚み方向に延びかつ長さに対する平均断面径の比が１／５０以上１／１４以下である柱状粒子とされていることを特徴とする角速度センサ。
23. 請求項２０又は２１記載のインクジェットヘッドと、
    上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、
    上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から該圧力室内のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。