CN102205719A - 液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料 - Google Patents

液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生并且对环境负担小的压电元件的液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料。该液体喷射头包括：压力产生室，其与喷嘴开口连通；和压电元件，其具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，所述压电体层是包含铋、铁以及铈的钙钛矿型复合氧化物，所述压电体层包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。

Description

液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料
技术领域
本发明涉及具备压电元件的液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料，该压电元件使与喷嘴开口连通的压力产生室产生压力变化并且具有压电体层和对压电体层施加电压的电极。
背景技术
作为用于液体喷射头的压电元件，存在利用两个电极夹着呈现电机械转换功能的压电材料、例如由结晶化了的介电材料形成的压电体层而构成的压电元件。这样的压电元件作为例如挠曲振动模式的致动装置搭载于液体喷射头。作为液体喷射头的代表例子，例如存在如下的喷墨式记录头，该喷墨式记录头由振动板构成与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力产生室的一部分，利用压电元件使该振动板变形而对压力产生室的墨水进行加压，来从喷嘴开口喷出墨滴。搭载于这样的喷墨式记录头的压电元件例如存在以如下方式形成的压电元件：在振动板的整个表面，利用成膜技术形成均匀的压电材料层，并利用光刻法将该压电材料层分割成与压力产生室对应的形状，使之按各压力产生室分别独立。
要求用于这样的压电元件的压电材料具有高压电特性(应变量)，作为代表例可举出锆钛酸铅(PZT)(参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2001-223404号公报
然而，从环境问题的观点出发，正寻求抑制了铅含有量的压电材料。作为不含有铅的压电材料，例如存在作为以ABO3表示的钙钛矿型复合氧化物的BiFeO3等，但这样的含有Bi和Fe的BiFeO3类的压电材料存在绝缘性低会产生泄漏电流的问题。此外，这样的问题不限于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头，在其它压电元件中也同样存在。
本发明鉴于这样的问题，目的在于提供具有绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生并且对环境负担小的压电元件的液体喷射头、液体喷射装置和压电元件以及压电材料。
发明内容
本发明解决所述课题的方式是一种液体喷射头，其特征在于，具有：压力产生室，其与喷嘴开口连通；和压电元件，其具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，所述压电体层是包含铋、铁以及铈的钙钛矿型复合氧化物，所述压电体层包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。
在该方式中，通过将由包含铁、铋以及规定比例的铈的钙钛矿型复合氧化物构成的压电材料作为压电体层，绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生。此外，因为抑制了铅的含有量，所以能够降低对环境的负担。
此外，所述压电体层还可以包含镧。由此，会成为具有如下压电材料的液体喷射头，该压电材料在维持绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生的效果的同时能够成为铁电体、呈现电场诱导相变的反铁电体。此外，还能够抑制由铁酸铋导致的异相。
并且，优选所述压电体层包含的镧相对于铋、铈以及镧的总量的摩尔比是0.05～0.20。由此，成为对应于镧量而具有铁电体、呈现电场诱导相变的反铁电体的压电材料的液体喷射头。
进而，所述压电体层也可以呈现电场诱导相变。由此，能够成为具有应变量大的压电元件的液体喷射头。
此外，所述压电体层也可以是铁电体。由此，容易控制应变量，能够形成例如具有容易控制喷出的液滴大小的压电元件的液体喷射头。
并且，优选所述压电体层在粉末X线衍射图案中同时观测到归属于呈现铁电性的相的衍射峰和归属于呈现反铁电性的相的衍射峰。由此，因为是反铁电相与铁电相的相边界(M.P.B.)，所以能够形成应变量大的压电元件。
本发明的其它方式是一种液体喷射装置，其特征在于：具备所述方式的液体喷射头。在该方式中，因为具有绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生的液体喷射头，所以是可防止绝缘损坏且可靠性优良的液体喷射装置。此外，能够提供抑制了铅的含有量并且降低了对环境的负担的液体喷射装置。
此外，本发明的其它方式是一种具备压电体层和设置于所述压电体层的电极的压电元件，该压电元件的特征在于：所述压电体层是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，所述压电体层包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。在该方式中，通过将由包含铁、铋以及规定比例的铈的钙钛矿型复合氧化物构成的压电材料作为压电体层，绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生。此外，因为抑制了铅的含有量，所以能够降低对环境的负担。
本发明的其它方式是一种压电材料，其是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，其特征在于：包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。由此，成为绝缘性高能够抑制泄漏电流的产生的压电材料。此外，因为抑制了铅的含有量，所以能够降低对环境的负担。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的记录头的概略结构的分解立体图。
图2是实施方式1涉及的记录头的平面图。
图3是实施方式1涉及的记录头的截面图。
图4是表示反铁电体的P-V滞后的图。
图5是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
图6是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
图7是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
图8是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
图9是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
图10是表示样品1～4的P-E曲线的图。
图11是表示样品1～4的X线衍射图案的图。
图12是表示样品1～4的J-E曲线的图。
图13是表示样品1的S-V曲线的图。
图14是表示样品6、11、17和21的P-E曲线的图。
图15是表示样品2和11的X线衍射图案的图。
图16是表示样品6、11和17的X线衍射图案的图。
图17是对组分描绘X线衍射图案的解析结果而成的图。
图18是表示J-E曲线的测定结果的图。
图19是表示样品6、11、17和21的S-V曲线是图。
图20是表示本发明的一个实施方式涉及的记录装置的概略结构的图。
附图标记说明：
I...喷墨式记录头(液体喷射头)，II...喷墨式记录装置(液体喷射装置)，10...流路形成基板，12...压力产生室，13...连通部，14...墨水供给通路，20...喷嘴板，21...喷嘴开口，30...保护基板，31...贮存部，32...压电元件保持部，40...塑性基板，50...弹性膜，60...第1电极，70...压电体层，80...第2电极，90...引脚电极，100...贮存器，120...驱动电路，300...压电元件。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示作为本发明的实施方式1涉及的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的概略结构的分解立体图，图2是图1的平面图，图3是图2的A-A’截面图。如图1～图3所示，本实施方式的流路形成基板10由单晶硅基板构成，在其一个面上形成由二氧化硅构成的弹性膜50。
在流路形成基板10中在其宽度方向并列设有多个压力产生室12。此外，在流路形成基板10的压力产生室12的长度方向外侧的区域形成有连通部13，连通部13与各压力产生室12通过设置于各压力产生室12的墨水供给通路14和连通路15连通。连通部13与后述的保护基板的贮存部31连通，构成作为各压力产生室12共用的墨水室的贮存器的一部分。墨水供给通路14以比压力产生室12狭窄的宽度形成，使从连通部13流入压力产生室12的墨水的流路阻力保持一定。其中，在本实施方式中通过从单侧压缩流路宽度来形成墨水供给通路14，但是也可以通过从两侧压缩流路宽度来形成墨水供给通路。此外，也可以不压缩流路的宽度，而通过从厚度方向压缩来形成墨水供给通路。在本实施方式中，在流路形成基板10中设置有由压力产生室12、连通部13、墨水供给通路14和连通路15构成的液体流路。
此外，在流路形成基板10的开口面侧，通过粘接剂或热熔膜等来固定喷嘴板20，在该喷嘴板20中穿设有连通于各压力产生室12的与墨水供给通路14相反一侧的端部附近的喷嘴开口21。其中，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、单晶硅基板、不锈钢等构成。
另一方面，在与这样的流路形成基板10的开口面相反一侧，如上所述形成有弹性膜50，在该弹性膜50上设有由氧化钛等形成并且用于提高弹性膜50等与第1电极60的基底的贴紧性的贴紧层56。其中，在弹性膜50上也可以根据需要设置由氧化锆等构成的绝缘体膜。
进而，在该贴紧层56上层叠形成第1电极60、压电体层70和第2电极80来构成压电元件300，其中该压电体层70是厚度为2μm以下并且优选为1～0.3μm的薄膜。此处，压电元件300是指包括第1电极60、压电体层70和第2电极80的部分。一般地，将压电元件300的任意一个电极作为共用电极，按每个各压力产生室12来对另一个电极和压电体层70进行图案化而构成。在本实施方式中，将第1电极60作为压电元件300的共用电极，将第2电极80作为压电元件300的单独电极，但是根据驱动电路、配线的情况也可以使其相反。此外，在此处，将压电元件300和受该压电元件300的驱动而产生位移的振动板总称为致动装置。其中，在所述的例子中，弹性膜50、贴紧层56、第1电极60和根据需要设置的绝缘体膜作为振动板而发挥作用，但是当然也不限于此，例如也可以不设置弹性膜50、贴紧层56。此外，也可以使压电元件300自身实际上兼任振动板。
而且，在本实施方式中，构成压电体层70的压电材料是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物。其中，在钙钛矿型复合氧化物即ABO3型复合氧化物的A位置配位12氧，此外在B位置配位6氧来形成8面体(octahedron)。铋(Bi)和铈(Ce)位于该A位置，铁(Fe)位于B位置。即，推断出包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物是铁酸铋的Bi的一部分被Ce取代了的构造。
进一步，在本实施方式中，在该包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物中，Ce相对于Bi和Ce的总量的摩尔比是0.01～0.13。
这样，使构成压电体层70的压电材料为包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13，此时如后述的实施例所示，与未添加Ce的类即含有Bi和Fe而不含有Ce的BiFeO3类的压电材料相比，能够提高绝缘性并抑制泄漏电流。当然，由于抑制了铅的含有量，还能够降低对环境的负担。例如能够形成施加了500kVcm-1的电场时泄漏电流为1.0×10-1Acm-2以下的压电体层70。
此外，压电体层70还可以含有镧(La)。通过形成包含铋、铁、铈、镧的钙钛矿型复合氧化物，成为能够获得铁电体、显现电场诱导相变的反铁电体的压电材料。推断出该包含铋、铁、铈和镧的钙钛矿型复合氧化物是铁酸铋的Bi的一部分被Ce和La取代了的构造。
当然，作为还添加了La的压电材料，还能够维持所述的能够提高绝缘性并抑制泄漏电流的效果。其中，La的含有比例没有限定，但例如可以是相对于Bi、Ce和La的总量的摩尔比是0.05～0.20。
此处，电场诱导相变是指由电场引起的相变，表示从反铁电相向铁电相的相变、从铁电相向反铁电相的相变。其中，铁电相是指极化轴在同一方向排列的状态，反铁电相是指极化轴相互不同排列的状态。例如从反铁电相向铁电相的相变是指通过使反铁电相的相互不同排列的极化轴旋转180度，极化轴变成一个方向来成为铁电相，晶格由于这样的电场诱导相变发生膨胀或伸缩而产生的应变是由于电场诱导相变而产生的电场诱导相变应变。
显现这样的电场诱导相变的是反铁电体，换言之，在无电场的状态下极化轴相互不同排列，极化轴因电场旋转而朝向同一方向排列的是反铁电体。这样的反铁电体如作为表示反铁电体的极化量P与电压V的关系的P-V曲线的一个例子的图4所示，形成在正电场方向和负电场方向上具有两个磁滞回线形状的双滞后。而且，在图4中，极化量急剧变化的区域VF和VAF是进行从铁电相向反铁电相的相变、从铁电相向反铁电相的相变的部位。另外，与反铁电体不同，铁电体在P-V曲线中显现滞后曲线，由于极化方向统一成一个方向而应变量相对于施加电压线性变化。
另一方面，铁电体不会如反铁电体这样P-V曲线出现双滞后现象，而是由于极化方向统一成一个方向而应变量相对于施加电压线性变化。从而，应变量的控制容易所以喷出的液滴大小等的控制也容易，能够由一个压电元件来产生以下两者：产生微振动的小振幅振动和产生大排除体积的大振幅振动。
而且，在铁电体的情况下，在对压电体层70进行粉末X线衍射测定时，在该衍射图案中，观察到归属于显现铁电性的相(铁电相)的衍射峰，但是优选同时观测到归属于显现铁电性的相(铁电相)的衍射峰和归属于显现反铁电性的相(反铁电相)的衍射峰。这样，若形成同时观测到归属于显现铁电性的相的衍射峰和归属于显现反铁电性的相的衍射峰、即作为反铁电相与铁电相的组成相边界(M.P.B.)的压电体层70，则在铁电体中也能够形成应变量大的压电元件。在例如进行粉末X线衍射测定时会在2θ＝46°附近观察到归属于显示铁电性的相的衍射峰，此外在例如进行使用CuKα线作为X线源的粉末X线衍射测定时会在2θ＝46.5°附近观察归属于显示反铁电性的相的衍射峰。其中，由于这些衍射峰位置依赖于面间隔，因此根据作成方法、形状或外部应力等的不同，来自基板和外部的应力也会发生变化，由此引起衍射峰位置的偏移。另一方面，对于反铁电体，观察不到归属于显现铁电性的相的衍射峰，只观察到归属于呈现反铁电性的相的衍射峰。
此外，当压电体层70含有La时，能够抑制由铁酸铋造成的异相。
作为这样的压电元件300的单独电极的各第2电极80连接着例如由金(Au)等构成的引脚电极(lead electrode)90，该引脚电极90从墨水供给通路14侧的端部附近引出并且延伸设置到弹性膜50上、根据需要设置的绝缘体膜上。
在形成有这样的压电元件300的流路形成基板10上，即在第1电极60、弹性膜50、根据需要设置的绝缘体膜和引脚电极90上，通过粘接剂35接合保护基板30，该保护基板30具有构成贮存器100的至少一部分的贮存部31。在本实施方式中，该贮存部31在厚度方向贯通保护基板30并形成在压力产生室12的整个宽度方向，如所述那样与流路形成基板10的连通部13连通来构成成为各压力产生室12共用的墨水室的贮存器100。此外，也可以按压力产生室12将流路形成基板10的连通部13分割成多个，仅将贮存部31作为贮存器。进而，也可以例如在流路形成基板10中仅设置压力产生室12，在介于流路形成基板10与保护基板30之间的部件(例如弹性膜50、根据需要设置的绝缘体膜等)上设置连通贮存器100与各压力产生室12的墨水供给通路14。
此外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域，设有具有不损害压电元件300运动的程度的空间的压电元件保持部32。压电元件保持部32具有不损害压电元件300运动的程度的空间即可，该空间可以密封，也可以不密封。
作为这样的保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率大致相同的材料，例如玻璃、陶瓷材料等，在本实施方式中，使用与流路形成基板10相同材料的单晶硅基板来形成。
此外，在保护基板30中设有在厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33。而且，从各压电元件300引出的引脚电极90的端部附近被设置成露出到贯通孔33内。
此外，在保护基板30上，固定有用于驱动并列设置的压电元件300的驱动电路120。作为该驱动电路120，能够使用例如电路基板、半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路120与引脚电极90通过由焊线等导电性电线形成的连接配线121而电连接。
此外，在这样的保护基板30上接合有由密封膜41和固定板42构成的塑性(compliance)基板40。此处，密封膜41由刚性低且具有挠性的材料构成，利用该密封膜41来密封贮存部31的一个面。此外，固定板42由相对硬质的材料形成。该固定板42的与贮存器100对置的区域成为在厚度方向被完全除去的开口部43，所以贮存器100的一个面仅被具有挠性的密封膜41密封。
在这样的本实施方式的喷墨式记录头I中，从与未图示的外部墨水供给单元连接的墨水导入口取入墨水，在墨水从贮存器100到喷嘴开口21为止填满内部以后，根据来自驱动电路120的记录信号，对与压力产生室12对应的各个第1电极60与第2电极80之间施加电压，使弹性膜50、贴紧层56、第1电极60和压电体层70发生挠曲变形，从而提高各压力产生室12内的压力来从喷嘴开口21喷出墨水滴。
接着，参照图5～图9对本实施方式的喷墨式记录头的制造方法的一个例子进行说明。其中，图5～图9是压力产生室的长度方向的截面图。
首先，如图5(a)所示，在作为硅晶片的流路形成基板用晶片110的表面利用热氧化等来形成构成弹性膜50的由二氧化硅(SiO2)等构成的二氧化硅膜。接着，如图5(b)所示，在弹性膜50(二氧化硅膜)上利用反应性溅射法、热氧化等形成由氧化钛等形成的贴紧层56。
接着，如图6(a)所示，在贴紧层56上，利用溅射法等在整个面上形成由白金、铱、氧化铱或由它们的叠层构造等构成的第1电极60。
接着，在第1电极60上层叠压电体层70。压电体层70的制造方法没有特别限定，能够利用例如涂布将有机金属化合物溶解、分散在溶剂中而成的溶液并进行干燥，进一步地在高温下煅烧得到由金属氧化物构成的压电体层70的MOD(Metal-Organic Decomposition)法、溶胶-凝胶法等化学溶液法来形成压电体层70。除此之外，也可以利用激光烧蚀(Laser Ablation)法、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD法、气浮沉积(Aerosol Deposition)法等。
作为压电体层70的具体形成步骤示例，首先如图6(b)所示在第1电极60上，利用旋涂法等涂布胶体、MOD溶液(前体溶液)来形成压电体前体膜71(涂布工序)，其中，所述胶体、MOD溶液包含有机金属化合物，具体而言包含以成为目的组分比的比例来含有Bi、Ce、Fe和根据需要而含有La的金属化合物。
涂布的前体溶液是将分别包含Bi、Ce、Fe、La的有机金属化合物混合成各金属想要的摩尔比，并使用乙醇等有机溶剂来溶解或分散该混合物而成的溶液。作为分别包含Bi、Ce、Fe、La的有机金属化合物，例如能够使用金属烷氧化物、有机酸盐、β双酮络合物等。作为包含Bi的有机金属化合物，例如能够举出2-乙基己酸铋等。作为包含Fe的有机金属化合物，例如能够举出2-乙基己酸铁等。作为包含Ce的有机金属化合物，例如能够举出2-乙基己酸铈等。作为包含La的有机金属化合物，能够举出2-乙基己酸镧等。
接着，将该压电体前体膜71加热至规定温度并使其干燥一定时间(干燥工序)。接着，通过将干燥后的压电体前体膜71加热至规定温度并保持一定时间来进行脱脂(脱脂工序)。其中，这里所说的脱脂是指使压电体前体膜71包含的有机成分作为例如NO2、CO2、H2O等而脱离。干燥工序、脱脂工序的气氛没有限定，可以在大气中也可以在惰性气体中进行。
接着，如图6(c)所示，通过将压电体前体膜71加热至规定温度，例如600～700℃左右并保持一定时间来使其结晶化，形成压电体膜72(煅烧工序)。该煅烧工序也不限定气氛，可以在大气中也可以在惰性气体中进行。
其中，作为在干燥工序、脱脂工序和煅烧工序中使用的加热装置，例如可以举出利用红外线灯的照射来进行加热的RTA(RapidThermal Annealing)装置、加热板等。
接着，如图7(a)所示，在压电体膜72上以规定形状的抗蚀剂(无图示)作为掩模，同时对第1电极60和压电体膜72的第1层进行图案化，以使其侧面发生倾斜。
接着，在将抗蚀剂剥离后，根据想要的膜厚等来反复进行多次所述的涂布工序、干燥工序和脱脂工序或者涂布工序、干燥工序、脱脂工序和煅烧工序，来形成由多个压电体膜72构成的压电体层70，从而如图7(b)所示形成由多层压电体膜72构成的规定厚度的压电体层70。例如在涂布溶液的平均一次的膜厚为0.1μm左右的情况下，例如由10层压电体膜72构成的压电体层70整体的膜厚为大约1.1μm左右。其中，在本实施方式中，层叠设置了压电体膜72，但是也可以仅有1层。
在如此地形成了压电体层70以后，如图8(a)所示，在压电体层70上利用溅射法等形成由白金等构成的第2电极80，在与各压力产生室12对置的区域同时对压电体层70和第2电极80进行图案化，形成由第1电极60、压电体层70和第2电极80构成的压电元件300。其中，对于压电体层70与第2电极80的图案化，能够隔着形成规定形状的抗蚀剂(无图示)进行干蚀刻而一并进行。其后，也可以根据需要，在600℃～700℃的温度范围进行后期退火。由此，能够形成压电体层70与第1电极60或第2电极80的良好界面，并且能够改善压电体层70的结晶性。
接着，如图8(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整个面上形成例如由金(Au)等构成的引脚电极90后，通过例如由抗蚀剂等构成的掩模图案(无图示)对各压电元件300进行图案化。接着，如图8(c)所示，在流路形成基板用晶片110的压电元件300侧，在通过粘接剂35接合了作为硅晶片并形成多个保护基板30的保护基板用晶片130以后，使流路形成基板用晶片110减薄至规定厚度。
接着，如图9(a)所示，在流路形成基板用晶片110上，重新形成掩模膜52，并图案化成规定形状。然后，如图9(b)所示，通过利用掩模膜52对流路形成基板用晶片110进行使用了KOH等碱性溶液的各向异性蚀刻(湿蚀刻)，来形成与压电元件300对应的压力产生室12、连通部13、墨水供给通路14和连通路15等。
其后，利用例如切割(dicing)等切断除去流路形成基板用晶片110和保护基板用晶片130的外周缘部的不需要的部分。然后，在除去了流路形成基板用晶片110的与保护基板用晶片130相反一侧的面的掩模膜52以后，接合穿设有喷嘴开口21的喷嘴板20，并且将塑性基板40与保护基板用晶片130接合，并将流路形成基板用晶片110等分割成图1所示的那种一个芯片大小的流路形成基板10等，由此形成本实施方式的喷墨式记录头I。
【实施例】
以下，表示实施例，对本发明进行更具体的说明。此外，本发明并不限于以下的实施例。
(样品1)
首先，在硅(110)基板的表面利用热氧化形成膜厚为1070nm的二氧化硅膜。接着，在二氧化硅膜上利用RF溅射法形成钛膜，通过热氧化形成膜厚为40nm的氧化钛膜。接着，在氧化钛膜上利用DC溅射法形成膜厚为130nm的白金膜，得到向(111)取向的第1电极。
接着，在第1电极上利用旋涂法形成压电体层。其手法如下。首先，以规定比例混合2-乙基己酸铋、2-乙基己酸铈、2-乙基己酸铁的二甲苯和辛烷溶液，调制出前体溶液。然后将该前体溶液滴到形成有氧化钛膜和第1电极的所述基板上，使基板以1500rpm旋转来形成压电体前体膜(涂布工序)。接着，在350℃下进行3分钟干燥、脱脂(干燥和脱脂工序)。在反复进行3次该涂布工序、干燥和脱脂工序以后，利用快速热退火(RTA)在650℃下、3分钟、氮气气氛下(氮气以100cc/分的流量在加热装置内流动)进行煅烧(煅烧工序)。在反复3次该涂布工序、干燥和脱脂工序以后，反复三次进行统一煅烧的煅烧工序的工序，利用共计9次涂布来在整体上形成厚度为564nm的压电体层。
其后，在压电体层上，利用DC溅射法形成了膜厚为100nm的白金膜作为第2电极以后，使用RTA在650℃下煅烧5分钟，从而形成以复合氧化物作为压电体层70的压电元件300，所述复合氧化物是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，各金属的摩尔比为Bi∶La∶Ce∶Fe＝(1-x-y)∶x∶y∶1(x和y的值如表1所示。)。
(样品2～4)
除了变更2-乙基己酸铋、2-乙基己酸铈、2-乙基己酸铁的二甲苯和辛烷溶液的混合比例，以Bi∶La∶Ce∶Fe＝(1-x-y)∶x∶y∶1(x和y的值如表1所示。)的复合氧化物作为压电体层70以外，与实施例1相同地形成压电元件300。
(样品5～22)
除了使用将2-乙基己酸铋、2-乙基己酸镧、2-乙基己酸铈、2-乙基己酸铁的二甲苯和辛烷溶液以规定比例混合而成的溶液作为前体溶液，另外在反复进行3次涂布工序、干燥和脱脂工序以后，反复进行4次统一煅烧的煅烧工序的工序，以Bi∶La∶Ce∶Fe＝(1-x-y)∶x∶y∶1(x和y的值如表1所示。)的复合氧化物作为压电体层70以外，与实施例1相同地形成压电元件300。
【表1】
  1-x-y   x   y   Ce/(Ce+Bi)   La/(Ce+Bi+La)
  样品1   0.99   0.00   0.01   0.01   0.00
  样品2   0.95   0.00   0.05   0.05   0.00
  样品3   0.90   0.00   0.10   0.10   0.00
  样品4(比较例)   1.00   0.00   0.00   0.00   0.00
  样品5   0.94   0.05   0.01   0.01   0.05
  样品6   0.90   0.05   0.05   0.05   0.05
  样品7   0.85   0.05   0.10   0.11   0.05
  样品8(比较例)   0.90   0.10   0.00   0.00   0.10
  样品9   0.89   0.10   0.01   0.01   0.10
  样品10   0.87   0.10   0.03   0.03   0.10
  样品11   0.85   0.10   0.05   0.06   0.10
  样品12   0.83   0.10   0.07   0.08   0.10
  样品13   0.80   0.10   0.10   0.11   0.10
  样品14(比较例)   0.85   0.15   0.00   0.00   0.15
  样品15   0.84   0.15   0.01   0.01   0.15
  样品16   0.82   0.15   0.03   0.04   0.15
  样品17   0.80   0.15   0.05   0.06   0.15
  样品18   0.75   0.15   0.10   0.12   0.15
  样品19   0.79   0.20   0.01   0.01   0.20
  样品20   0.77   0.20   0.03   0.04   0.20
  样品21   0.75   0.20   0.05   0.06   0.20
  样品22   0.70   0.20   0.10   0.13   0.20
(试验例1)
对于样品1～4的各压电元件，通过东阳技术公司(東陽テクニカ社)制造的“FCE-1A”并利用的电极图案，在室温下施加频率1kHz的三角波，求出极化量与电场的关系(P-E曲线)。将样品4(比较例)的结果表示在图10(a)中，将样品1的结果表示在图10(b)中，将样品2的结果表示在图10(c)中，将样品3的结果表示在图10(d)中。其结果如图10所示，包含Bi、Fe和Ce的样品2～4是铁电体。另一方面，作为铁酸铋的不含有Ce的样品4(比较例)不是良好的滞后。
(试验例2)
对于样品1～4的压电元件，使用Bruker AXS公司制造的“D8Discover”，X线源使用CuKα线，在室温下求出压电体层的粉末X线衍射图案。将作为表示衍射强度-衍射角2θ的相关关系的图的X线衍射图案表示在图11中。如图11所示，对于全部的样品1～4都观测到由ABO3型构造引起的峰和由基板引起的峰。此外，如图11所示，对于样品1～4观察到Bi2Fe4O9异相。
(试验例3)
对于样品1～4的各压电元件，使用惠普(Hewlett-Packard)公司制造的“4140B”，在室温下测定J-E曲线。将结果表示在图12中。如图12所示，含有Ce的样品1～3比不含有Ce的样品4(比较例)显现出更良好的绝缘性。
(试验例4)
对于样品1～3的压电元件，使用aixacct公司制造的位移测定装置(DBLI)，在室温下使用的电极图案，施加频率1kHz的电压，求出电场诱导应变-电场强度的关系。其结果，确认到样品1～3存在位移。作为结果的一个例子，将样品1的结果表示在图13中。
(试验例5)
对于样品5～22的各压电元件，与试验例1同样地求出极化量与电场的关系(P-E曲线)。作为结果的一个例子，将样品6的结果表示在图14(a)中，将样品11的结果表示在图14(b)中，将样品17的结果表示在图14(c)中，将样品21的结果表示在图14(d)中。如图14所示，样品6和样品11是铁电体，此外，样品17和样品21是反铁电体。
(试验例6)
对于样品5～22的压电元件，使用Bruker AXS公司制造的“D8Discover”，X线源使用CuKα线，在室温下求出压电体层的粉末X线衍射图案。作为结果的一个例子，将样品11的结果结合样品2的结果示在图15中。此外，将样品6、11和17的结果表示在图16中。其中，图16(b)是图16(a)的要部放大图。
其结果，虽然全部的样品5～22都观测到由ABO3型构造引起的峰和由基板引起的峰，但是观察到在样品1～4中抑制了Bi2Fe4O9异相。
而且，样品6在图16(b)中如箭头α所示，在2θ＝46°附近观测到归属于显现铁电性的相(铁电相)的衍射峰。此外，样品17在图16(b)中如箭头β所示，在2θ＝46.5°附近观测到归属于显现反铁电性的相(反铁电相)的衍射峰。此外，在样品11中，观测到归属于所述铁电相的衍射峰和归属于反铁电相的衍射峰这两者。由此确认到样品17是反铁电体，样品6和样品11是铁电体。而且，样品11是反铁电相与铁电相的组成相边界(M.P.B.)。
这样，对于各样品1～22，对La和Ce的组分比描绘根据X线衍射图案来解析是反铁电体是铁电体还是组成相边界的铁电体之后的结果而得到的图表示在图17中。如图17所示可知，根据La添加量等的不同能够得到铁电体、显现电场诱导相变的反铁电体。
(试验例7)
对于样品5～22的各压电元件，以与试验例3同样的方法，测定J-E曲线。将结果的一个例子表示在图18(a)和图18(b)中。其中，图18(b)是对Ce的组分比描绘500kVcm-1的值而得到的图。其结果如图18所示，确认到作为还添加了La的压电材料，也维持如所述试验例3所示的能够通过添Ce来提高绝缘性并抑制泄漏电流的效果。
(试验例8)
对于样品5～22的压电元件，使用aixacct公司制造的位移测定装置(DBLI)，在室温下使用的电极图案，施加频率1kHz的电压，求出电场诱导应变-电压的关系。作为结果的一个例子，将样品6的结果表示在图19(a)中，将样品11的结果表示在图19(b)中，将样品17的结果表示在图19(c)中，将样品21的结果表示在图19(d)中。其中，图19中，虚线表示极化量(polarization)，实线表示位移(displacement)。其结果，如图19所示，作为反铁电体的样品17和样品21的位移量大。此外，作为组成相边界的样品11的位移量比作为铁电体的样品6的位移量大。
(其它实施方式)
以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明的基本结构不限定于所述内容。例如在所述的实施方式中，作为流路形成基板10例示了单晶硅基板，但不限于此，也可以使用例如SOI基板、玻璃等材料。
进而，在所述的实施方式中，例示了在基板(流路形成基板10)上依次层叠第1电极60、压电体层70和第2电极80而成的压电元件300，但不限于此，例如使压电材料与电极形成材料交替层叠并使其在轴方向伸缩的纵振动型的压电元件也能够适用本发明。
此外，这些实施方式的喷墨式记录头构成具备与墨盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，搭载于喷墨式记录装置。图20是表示该喷墨式记录装置的一个例子的概略图。
在如图20所示的喷墨式记录装置II中，具有喷墨式记录头的记录头单元1A和1B可装卸地设有构成墨水供给单元的盒2A和2B，搭载有该记录头单元1A和1B的滑架3以在轴方向可自由移动的方式设置在安装于装置本体4的滑架轴5上。该记录头单元1A和1B用于分别喷出例如黑色墨水组成物和彩色墨水组成物。
而且，驱动电机6的驱动力经由未图示的多个齿轮和正时带7传递到滑架3，从而搭载了记录头单元1A和1B的滑架3沿滑架轴5移动。另一方面，在装置本体4中沿滑架轴5设有滚筒8，作为由未图示的进纸辊等进纸的纸等记录介质的记录片S被挂卷到滚筒8上运送。
其中，在所述的实施方式中，例举喷墨式记录头作为液体喷射头的一个例子进行了说明，但本发明以广义的全部液体喷射头为对象，当然也能够适用于喷射墨水以外的液体的液体喷射头。作为其它液体喷射头，可举出例如用于打印机等图像记录装置的各种记录头、用于液晶显示器等的彩色滤光片的制造的色材喷射头、用于有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成的电极材料喷射头、用于生物芯片制造的生体有机物喷射头等。
此外，本发明不限于搭载于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头的压电元件，也能够适用于搭载于超声波发信机等超声波设备、超声波马达、压力传感器、压电泵、将机械振动转换成电力的振动发电设备等其它装置的压电元件。此外，本发明还同样能够适用于IR传感器等焦电元件和铁电体存储器等铁电体元件。

Claims (9)

1.一种液体喷射头，其特征在于，
具有：
压力产生室，其与喷嘴开口连通；和
压电元件，其具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，
所述压电体层是包含铋、铁以及铈的钙钛矿型复合氧化物，
所述压电体层包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层还包含镧。
3.根据权利要求2所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层包含的镧相对于铋、铈以及镧的总量的摩尔比是0.05～0.20。
4.根据权利要求2或3所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层呈现电场诱导相变。
5.根据权利要求2或3所述的液体喷射头，其特征在于：
所述压电体层是铁电体。
6.根据权利要求5所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层在粉末X线衍射图案中同时观测到归属于呈现铁电性的相的衍射峰和归属于呈现反铁电性的相的衍射峰。
7.一种液体喷射装置，其特征在于，具有：
权利要求1～6中的任意一项所述的液体喷射头。
8.一种压电元件，其具备压电体层和设置于所述压电体层的电极，所述压电元件的特征在于，
所述压电体层是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，
所述压电体层包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。
9.一种压电材料，其是包含铋、铁和铈的钙钛矿型复合氧化物，所述压电材料的特征在于，
包含的铈相对于铋和铈的总量的摩尔比是0.01～0.13。
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