CN104512115B - 压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置 - Google Patents

压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供防止密合层剥离且压电体层整体在(100)面优先取向的压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置。压电元件(300)具备作为第1电极(60)的衬底层设置的密合层(56)、设置于密合层上的第1电极(60)、设置于第1电极上的压电体层(70)和设置于压电体层上的第2电极(80)；密合层(56)由含铋、锰、铁和钛中的至少一个的具有钙钛矿结构的复合氧化物构成，第1电极(60)由在(100)面优先取向的金属构成，压电体层(70)由在(100)面优先取向的钙钛矿结构的复合氧化物构成。

Description

压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置
技术领域
本发明涉及一种压电元件以及具备压电元件的从喷嘴开口喷出液滴的液体喷射头以及液体喷射装置，所述压电元件具有由压电材料构成的压电体层和电极。
背景技术
作为液体喷射头的代表例，例如有喷墨式记录头，其用振动板构成连通于进行墨滴喷出的喷嘴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油墨加压，从而以墨滴的形式从喷嘴喷出。作为喷墨式记录头所使用的压电元件，存在用2个电极夹持由具有电机械转换功能的压电材料例如结晶化的介电材料构成的压电体层而构成的压电元件。
对于用作这种压电体层的压电材料要求优异的压电特性。而且，为了充分发挥压电体层的压电特性，被认为在其结晶性为菱面体晶系时，优选在(100)面取向。例如，公开有为了使锆钛酸铅(PZT)在(100)面取向而在下部电极上介由钛酸铅层形成由锆钛酸铅构成的压电体层的压电元件的制造方法(例如，参照专利文献1)。另外，公开有使用镧镍氧化物(LNO)作为种子层，使铁酸铋系和钛酸铋系的压电体层在(100)面优先取向的技术(例如，参照专利文献2)。
然而，即便是在(100)面优先取向的压电体层，例如在下部电极的端部附近上压电体层的取向度也比中央部附近的取向度低，局部处产生取向波动。这样的取向波动会导致压电特性的下降。
另一方面，使用锆钛酸铅、铁酸铋等作为压电体层时，还存在如下问题：压电体层中的铅、铋扩散到下部电极，设置于振动板与下部电极之间的密合层变得容易剥离。若能够改善这样的局部处的取向波动和密合层的剥离，则能实现压电特性的进一步提高。
应予说明，这样的问题不仅存在于搭载在喷墨式记录头等液体喷射头的致动装置，也同样存在于搭载在其它装置的致动装置。
专利文献1：日本特开2011－238774号公报
专利文献2：日本特开2012－006182号公报
发明内容
本发明鉴于上述实际情况，以提供防止密合层的剥离且压电体层整体在(100)面优先取向的压电元件、液体喷射头以及液体喷射装置为目的。
解决上述课题的本发明的方式是一种压电元件，其具备作为第1电极的衬底层设置的密合层、设置于上述密合层上的上述第1电极、设置于上述第1电极上的压电体层和设置于上述压电体层上的第2电极，其中，上述密合层由含铋、锰、铁和钛中的至少一个的具有钙钛矿结构的复合氧化物构成，上述第1电极由在(100)面优先取向的金属构成，上述压电体层由在(100)面优先取向的钙钛矿结构的复合氧化物构成。该方式中，能够得到防止密合层的剥离且压电体层整体在(100)面优先取向的压电元件。
在此，优选上述密合层至少含有铋、钛和铁，且铋:铁:钛的摩尔比为x:65:35、100≤x≤120。由此，能够提高(100)面的取向度。
另外，优选上述密合层设置于含有铋和锰、或铋、锰和铁、或铋、铁和钛的取向控制层上。由此，能够使密合层容易地在(100)面优先取向。
在此，优选上述压电体层含有铋、铁、钡和钛。由此，能够提高(100)面的取向度。另外，由于压电体层和密合层具有相同的构成元素(铋、铁)，所以即便铋、铁从压电体层扩散到密合层、从密合层扩散到压电体层，也能够分别进入到密合层和压电体层的晶体中，所以压电体层和密合层的结晶性不会劣化。由此，进一步防止密合层的剥离，提高压电体层整体的取向度。
另外，优选上述压电体层进一步含有锰。由此，能够抑制漏电流。
另外，优选上述压电体层含有与上述密合层相同的构成元素。由此，即便相同的构成元素在压电体层与密合层之间扩散，扩散的元素也能够分别进入密合层和压电体层的晶体中，因此压电体层和密合层的结晶性不会劣化。由此，进一步防止密合层的剥离，提高压电体层整体的取向度。
另外，优选上述第1电极由铂构成。由此，形成钙钛矿结构的密合层与晶格常数的匹配性良好的第1电极。
本发明的另一个方式是液体喷射头，其特征在于，具备流路形成基板、振动板和设置于上述振动板上的上述任一个方式中记载的压电元件，上述流路形成基板具有连通于进行液体喷射的喷嘴开口的压力产生室，上述振动板设置在上述流路形成基板的一面侧。另外，本发明的另一个方式是具备这样的液体喷射头的液体喷射装置。这些方式中，能够得到如下的液体喷射头以及具备其液体喷射装置，即，所述液体喷射头具备防止密合层的剥离且压电体层整体在(100)面优先取向的压电元件。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的记录头简要构成的分解立体图。
图2是实施方式1涉及的记录头的俯视图。
图3是实施方式1涉及的记录头的截面图。
图4是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
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2涉及的记录头的简要构成的分解立体图。
图10是实施方式2涉及的记录头的俯视图。
图11是实施方式2涉及的记录头的截面图。
图12是实施方式2涉及的记录头的截面图。
图13是实施例1、3和实施例2的密合层的二维成像图。
图14是实施例1、3和实施例2的第1电极的二维成像图。
图15是实施例1、3的压电体层的二维成像图。
图16是实施例1的硅基板的背面加工后的压电元件的显微镜照片。
图17是比较例1的硅基板的背面加工后的压电元件的显微镜照片。
图18是实施例4～9的密合层的X射线衍射图。
图19是实施例10～13的密合层的X射线衍射图。
图20是实施例10的第1电极的X射线衍射图和二维成像图。
图21是实施例10和14的压电体层的X射线衍射图。
图22是表示本发明一个实施方式涉及的记录装置的简要构成的图。
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简要构成的分解立体图，图2是图1的俯视图，图3是图2的A－A′线截面图。如图1～图3所示，本实施方式的流路形成基板10由硅单晶基板构成，在其一个面形成有由二氧化硅构成的弹性膜50。
在流路形成基板10上沿其宽度方向并列设置有多个压力产生室12。另外，在流路形成基板10的压力产生室12的长边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介由对应各压力产生室12设置的油墨供给路14和连通路15连通。连通部13与后述保护基板的歧管部31连通而构成歧管的一部分，该歧管成为各压力产生室12共用的油墨室。油墨供给路14以比压力产生室12窄的宽度形成，将从连通部13向压力产生室12流入的油墨的流路阻力保持恒定。应予说明，在本实施方式中，通过从单侧缩小流路的宽度形成油墨供给路14，但也可以从两侧缩小流路的宽度形成油墨供给路。另外，还可以不缩小流路的宽度，而从厚度方向缩小来形成油墨供给路。在本实施方式中，在流路形成基板10设置有由压力产生室12、连通部13、油墨供给路14和连通路15组成的液体流路。
另外，在流路形成基板10的开口面侧通过粘合剂、热熔敷膜等固定有喷嘴板20，在该喷嘴板20贯穿设置有与同各压力产生室12的油墨供给路14相反的一侧的端部附近连通的喷嘴开口21。应予说明，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、硅单晶基板、不锈钢等构成。
另一方面，在与这样的流路形成基板10的开口面相反的一侧形成如上所述由二氧化硅构成、厚度例如约为0.5μm～1.0μm的弹性膜50，在该弹性膜50上层叠形有由例如氧化锆(ZrO2)构成的绝缘体膜55。在本实施方式中，由弹性膜50和绝缘体膜55构成振动板。为了提高绝缘体膜55与第1电极60的密合性，在绝缘体膜55介由取向控制层58设置密合层56作为第1电极60的衬底层。但是，取向控制层58可省略。
在本实施方式中，介由取向控制层58设置的密合层56、设置于密合层56的第1电极60、设置于第1电极60的压电体层70和设置于压电体层70的第2电极80层叠形成，构成作为使压力产生室12中发生压力变化的压力产生机构的压电元件300。在此，压电元件300是指包括根据需要设置的取向控制层58、密合层56、第1电极60、压电体层70和第2电极80的部分。一般将压电元件300中的任一个电极作为共用电极，将另一个电极和压电体层70在各压力产生室12每个上通过图案形成而构成。在本实施方式中，第1电极60构成在压力产生室12的并列设置方向连续设置的共用电极，第2电极80构成与压力产生室12对应地独立设置的独立电极。
另外，在此，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而发生位移的振动板统称为致动装置。应予说明，上述的例子中，弹性膜50和绝缘体膜55作为振动板发挥作用，但不限于此，弹性膜50、绝缘体膜55、取向控制层58、密合层56和第1电极60也可以作为振动板发挥作用。另外，可以不设置弹性膜50、绝缘体膜55，压电元件300自身可以实质上兼作振动板。但是，在流路形成基板10上直接介由取向控制层58设置密合层56时，优选以使第1电极60与油墨不导通的方式用绝缘性的保护膜等保护取向控制层58、密合层56和第1电极60。
作为一个例子，取向控制层58由含有选自铋、锰、铁和钛中的至少一种以上的复合氧化物构成，优选由含有铋和锰、或铋、锰和铁、或铋、铁和钛的复合氧化物构成。通过设置取向控制层58，能够使在其上形成的密合层56在(100)面优先取向。在此，“在(100)面优先取向”是指全部的晶面在(100)面取向的情况和优先在(100)面取向的情况。这样使全部的晶面在(100)面取向或者优先在(100)面取向，从而促进晶体在(100)面生长，成为结晶性良好且致密的晶体。应予说明，作为取向控制层58，在(100)面设置自取向的薄膜，也能使在其上形成的密合层56在(100)面优先取向。作为在(100)面自取向的薄膜，例如，可举出含有铋、铁和钛的复合氧化物。即，本实施方式涉及的取向控制层58只要是使在其上形成的密合层56在(100)面优先取向即可，可以是在(100)面自取向的薄膜。
但是取向控制层58的材料不限于上述的例子，在可发挥所希望的功能的范围内，可以是用其它元素置换铋、锰、铁和钛等元素的一部分或全部而成的氧化物，这也包含在本发明的取向控制层。含有铋、锰、铁和钛时，因元素(Bi、Mn、Fe和Ti等)的缺失、过量而导致偏离化学计量的组成的氧化物也包含于取向控制层58。
取向控制层58的厚度只要是能够使在其上形成的密合层56在(100)面优先取向的厚度即可，可以为5nm～40nm，优选为5nm～15nm。具有这样的厚度的取向控制层58例如可以设置成岛状。“岛状”是指多个区域相互分离形成的状态。
密合层56由取向控制层58控制取向，由选自铋、锰、铁和钛中的至少一种以上的复合氧化物构成。在钙钛矿结构即ABO3型结构的A位配位12个氧，在B位配位6个氧而形成8面体(Octahedron)。此时，铋(Bi)位于A位，锰(Mn)、铁(Fe)和钛(Ti)位于B位。
通过使密合层56成为钙钛矿结构，从而使在其上形成的金属(第1电极60)与晶格常数的匹配性变良好。由此，振动板与第1电极60的密合性提高。应予说明，密合层56的厚度为10nm～100nm，优选为20nm～80nm。这样的密合层56可以成为例如在(100)面优先取向的层。
设置于密合层56的第1电极60由在(100)面优先取向的金属构成。例如，可举出铂(Pt)、铱(Ir)、氧化锶钌、氧化镧镍或者它们的合金，其中，优选钙钛矿结构的密合层56与晶格常数的匹配性良好的铂、铱。通过将这样的铂、铱设置于在(100)面优先取向的密合层56，能够使铂、铱容易地在(100)面优先取向。另外，通过使铂、铱在(100)面优先取向，能够使形成于第1电极60上的压电体层70也容易在(100)面优先取向。应予说明，在本实施方式中使用铂作为第1电极60。
压电体层70由含有在(100)面优先取向的铋、铁、钡和钛、或铅、锆和钛的钙钛矿结构的复合氧化物构成。压电体层70由含有铋、铁、钡和钛的复合氧化物构成时，铋(Bi)和钡(Ba)位于该A位，铁(Fe)和钛(Ti)位于B位。压电体层70由含有铅、锆和钛的复合氧化物构成时，铅(Pb)位于该A位，锆(Zr)和钛(Ti)位于B位。
本发明中，可以不设置例如控制压电体层70的取向的缓冲层而在第1电极60直接形成(100)面优先取向的压电体层70而得到。具体而言，首先，介由取向控制层58形成在(100)面优先取向的密合层56作为第1电极的衬底层，接着在密合层56形成在(100)面优先取向的铂(第1电极60)。
在本实施方式中，如图3所示，不仅在设有第1电极60的区域形成作为第1电极60衬底层的密合层56，从第1电极60的端部到压电元件300的端部均延伸设置来形成密合层56。由此，不仅形成压电体层70的全部区域，即第1电极60、第1电极60的侧面，还有未设置第1电极60的密合层56上的区域都成为在(100)面优先取向的区域。由于在这些区域上形成压电体层70，所以压电体层整体都能够在(100)面优先取向。
通常，压电体层70在第1电极60的端部附近较之在第1电极60的中央部附近其取向度低，发生局部处的取向波动。本发明中，由于在使形成压电体层70的全部区域在(100)面优先取向之后形成压电体层70，所以能够改善这样的压电体层的取向波动。由此，能够得到结晶性良好、致密且整体在(100)面优先取向的压电体层70。
应予说明，对于压电体层70在第1电极60的端部附近和中央部附近的取向波动而言，其在像实施方式2那样第1电极60构成压电元件300的独立电极的情况下，比在像本实施方式这样第1电极60构成压电元件300的共用电极的情况更显著。实施方式2中对第1电极60构成压电元件300的独立电极的情况进行说明。
另外，本发明中，由于作为第1电极60的衬底层设置的密合层56、第1电极60和压电体层70全部在(100)面优先取向，所以它们的结晶性良好且致密。由此，能够提高振动板与第1电极60的密合性，能够防止密合层56的剥离。
通过使压电体层70含有与密合层56相同的构成元素，能够进一步防止上述密合层56的剥离。具体而言，压电体层70含有与密合层56相同的元素，例如Bi、Fe时，无论Bi、Fe从压电体层70向密合层56扩散还是从密合层56向压电体层70扩散，扩散的元素都能分别进入密合层56和压电体层70的晶体中，所以压电体层70和密合层56的结晶性不会劣化。由此，进一步防止密合层的剥离。
压电体层70由含有铋、铁、钡和钛的钙钛矿结构的复合氧化物构成时，例如，可举出由铁酸铋和钛酸钡的混晶构成的钙钛矿结构的复合氧化物或者铁酸铋和钛酸钡均匀固溶而成的固溶体，但不限定于该范围。应予说明，在X射线衍射图案中，铁酸铋或钛酸钡不会被单独检出。
在此，铁酸铋、钛酸钡分别是具有钙钛矿结构的公知的压电材料，已知有各种的组成。例如，作为铁酸铋、钛酸钡，除BiFeO3、BaTiO3以外，还已知有元素(Bi、Fe、Ba、Ti或O)缺少一部分或过量，或者元素的一部分被置换成其它元素的化合物，而本发明中表述为铁酸铋、钛酸钡的情况下，因缺少·过量而偏离化学计量的组成的化合物或元素的一部分被置换成其它元素的化合物也包含于铁酸铋、钛酸钡的范围。另外，铁酸铋与钛酸钡之比也可以进行各种变更。
由这样的含有Bi、Fe、Ba和Ti且具有钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层70的组成由((Bi,Ba)(Fe,Ti)O3)表示。代表性的是表示为下述通式(1)所示的混晶。另外，该式(1)也可以由下述通式(1’)表示。在此，通式(1)和通式(1’)的记述是基于化学计量的组成表述，如上所述，只要能够获得钙钛矿结构，允许由晶格失配、氧缺失等导致的不可避免的组成偏离以及元素的一部分被置换的情况等。例如，如果化学计量比为1，则0.85～1.20的范围内的组成是可允许的。另外，即便如下所述通式表达的方式不同但A位的元素与B位的元素之比相同的化合物有时也被视为相同的复合氧化物。
(1－x)[BiFeO3]－x[BaTiO3] (1)
(0＜x＜0.40)
(Bi1－xBax)(Fe1－xTix)O3 (1’)
(0＜x＜0.40)
另外，压电体层70由含有Bi、Fe、Ba和Ti的钙钛矿结构的复合氧化物构成时，可以进一步含有Bi、Fe、Ba和Ti以外的元素。作为其它元素，例如，可举出Mn、Co、Cr等。压电体层70含有Mn、Co或Cr时，压电体层70的组成由((1－x)[Bi(Fe1－yMy)O3]－x[BaTiO3](M为Mn、Co或Cr))表示。此时，成为Mn、Co或Cr位于B位的结构的复合氧化物。例如，含有Mn时，构成压电体层70的复合氧化物表示为铁酸铋和钛酸钡均匀固溶的固溶体的Fe的一部分被Mn置换的结构或者具有锰铁酸铋和钛酸钡的混晶的钙钛矿结构的复合氧化物，已知基本的特性与铁酸铋和钛酸钡的混晶的具有钙钛矿结构的复合氧化物相同，但漏电特性提高。
压电体层70由含有铅、锆和钛的钙钛矿结构的复合氧化物构成时，例如，可以使用以锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)为主成分的强介电性压电材料、向其中添加氧化铌、氧化镍或氧化镁等金属氧化物而得的材料等。具体而言，可举出锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)、锆钛酸铅镧((Pb,La)(Zr,Ti)O3)或铌镁酸锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)等。
应予说明，压电体层70的厚度没有限定。例如，压电体层70的厚度为3μm以下，优选为0.3～1.5μm。
构成压电元件300的独立电极的各第2电极80与从油墨供给路14侧的端部附近引出、延伸设置到弹性膜50或绝缘体膜55的、例如由金(Au)等构成的引线电极90连接。
在形成有这样的压电元件300的流路形成基板10上，即，第1电极60、弹性膜50或绝缘体膜55和引线电极90上介由粘接剂35接合有保护基板30，该保护基板30具有构成歧管100的至少一部分的歧管部31。该歧管部31在本实施方式中，以在厚度方向贯通保护基板30的方式在压力产生室12的宽度方向跨越形成，如上所述与流路形成基板10的连通部13连通构成歧管100，该歧管100成为各压力产生室12的共用油墨室。另外，也可以将流路形成基板10的连通部13与各压力产生室12每个对应地分割成多个，仅将歧管部31作为歧管。并且，例如，可以在流路形成基板10上仅设置压力产生室12，在夹设于流路形成基板10与保护基板30之间的部件(例如，弹性膜50、绝缘体膜55等)设置油墨供给路14，该油墨供给路14连通歧管100和各压力产生室12。
另外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域设有压电元件保持部32，该压电元件保持部32具有不阻碍压电元件300运动的程度的空间。压电元件保持部32只要具有不阻碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间可以被密封，也可以不密封。
作为保护基板30，优选使用与流路形成基板10的热膨胀率基本相同的材料，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相同材料的硅单晶基板形成。
另外，在保护基板30设有在厚度方向贯通保护基板30的贯通孔33。而且，以在贯通孔33内露出从各压电元件300引出的引线电极90的端部附近的方式设置。
另外，在保护基板30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，例如，可以使用电路基板、半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路120与引线电极90介由焊线等导电性线构成的连接配线121电连接。
另外，在这样的保护基板30接合有由密封膜41和固定板42构成的柔性基板40。在此，密封膜41由刚性低、具有挠性的材料构成，利用该密封膜41密封歧管部31的一个面。另外，固定板42由较硬的材料形成。由于该固定板42的与歧管100对置的区域成为在厚度方向完全进行去除的开口部43，所以歧管100的一个面仅被具有挠性的密封膜41所密封。
在本实施方式的喷墨式记录头I中，从与未图示的外部的油墨供给机构连接的油墨导入口导入油墨，油墨充满从歧管100到喷嘴开口21为止的内部后，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、绝缘体膜55、取向控制层58、密合层56、第1电极60和压电体层70弯曲变形，由此各压力产生室12内的压力增高，从喷嘴开口21喷出墨滴。
接下来，参照图4～图8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。应予说明，图4～图8是压力产生室的长边方向的截面图。
首先，如图4(a)所示，通过热氧化等而在属于硅片的流路形成基板用晶片110的表面形成由构成弹性膜50的二氧化硅(SiO2)等形成的二氧化硅膜。接着，如图4(b)所示，通过溅射法、热氧化等而在弹性膜50(二氧化硅膜)上形成由氧化锆等构成的绝缘体膜55。
接下来，如图5(a)所示，在绝缘体膜55上形成取向控制层58。取向控制层58由含有选自铋、锰、铁和钛中的至少一种以上的复合氧化物构成。这样的取向控制层58例如可以使用如下方法制造：将含有金属配合物的溶液涂布并干燥形成取向控制层前体膜(未图示)，高温下煅烧取向控制层前体膜而得到取向控制层58的MOD(Metal-OrganicDecomposition：金属有机物分解)法或溶胶-凝胶法等化学溶液法。另外，也可以用激光消融法、溅射法、脉冲·激光·沉积法(PLD法)、CVD法、气溶胶·沉积法等来制造取向控制层58。
作为用化学溶液法形成取向控制层58的具体的形成步骤的例子，首先，在绝缘体膜55上使用旋涂法等涂布由含有金属配合物，具体而言含有取向控制层58的构成元素的金属配合物的MOD溶液或溶胶构成的取向控制层形成用组合物(取向控制层的前体溶液)，形成取向控制层前体膜(未图示)(取向控制层前体溶液涂布工序)。
取向控制层58由含有Bi和Mn、或Bi、Mn和Fe、或Bi、Fe和Ti的复合氧化物构成时，所涂布的取向控制层的前体溶液是将通过煅烧可形成含有Bi和Mn、或Bi、Mn和Fe、或Bi、Fe和Ti的复合氧化物的金属配合物混合，使该混合物溶解或分散于有机溶剂中而成的。作为分别含有Bi、Mn、Fe、Ti的金属配合物，例如，可以使用醇盐、有机酸盐、β二酮配合物等。
作为含有Bi的金属配合物，可举出2-乙基己酸铋、乙酸铋等。作为含有Mn的金属配合物，例如可举出2-乙基己酸锰、乙酸锰等。作为含有Fe的金属配合物，例如可举出2-乙基己酸铁、乙酸铁、三(乙酰丙酮)铁等。作为含有Ti的金属配合物，例如可举出四异丙氧基钛、2-乙基己酸钛、二异丙氧基双乙酰丙酮钛等。
当然可以使用含有二种以上的Bi、Mn、Fe、Ti等的金属配合物。另外，作为取向控制层前体溶液的溶剂，可举出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环己烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、乙酸、辛酸等。
如此地，制造取向控制层58时，使用含有金属配合物的前体溶液，将其涂布到绝缘体膜55上等并进行煅烧即可，其中，上述金属配合物含有取向控制层58的构成元素。前体溶液等的原料的组成没有特别限定，以各金属成为所希望的摩尔比的方式混合即可。
接着，将取向控制层前体膜加热到规定温度(例如，150～200℃)并干燥一定时间(取向控制层干燥工序)。接下来，通过将经干燥的取向控制层前体膜加热到规定温度(例如，350～450℃)并保持一定时间来进行脱脂(取向控制层脱脂工序)。这里所说的脱脂是指使取向控制层前体膜所含的有机成分例如以NO2、CO2、H2O等的形式进行脱离。对取向控制层干燥工序、取向控制层脱脂工序的气氛没有限定，可以在大气中、氧气氛中、非活性气体中进行。
接着，通过将取向控制层前体膜加热到规定温度，例如600～850℃左右，保持一定时间，例如1～10分钟而使其结晶化，形成由Bi和Mn、或Bi、Mn和Fe、或Bi、Fe和Ti构成的取向控制层58(取向控制层煅烧工序)。
在该取向控制层煅烧工序中，对其气氛也没有限定，可以在大气中、氧气氛中、非活性气体中进行。作为取向控制层干燥工序、取向控制层脱脂工序和取向控制层煅烧工序中使用的加热装置，例如，可举出通过红外线灯的照射加热的RTA(Rapid ThermalAnnealing：快速热退火)装置、加热板等。应予说明，在本实施方式中，实施1次涂布工序形成由1层构成的取向控制层58，但也可以形成由多层构成的取向控制层58。
设置这样的取向控制层58，则能够使形成于该取向控制层58的密合层56在(100)面优先取向。晶面在(100)面优先取向的密合层56的结晶性变得良好且致密。由此，提高振动板与第1电极60的密合性，防止密合层56的剥离。
接下来，如图5(b)所示，在取向控制层58上形成密合层56。密合层56由选自铋、锰铁和钛中的至少一种以上的复合氧化物构成。这样的密合层56可以用与上述取向控制层58同样的方法制造。
作为用化学溶液法形成密合层56时的具体的形成步骤的例子，首先，在取向控制层58上使用旋涂法等涂布由含有金属配合物的MOD溶液、溶胶构成的密合层形成用组合物(密合层的前体溶液)，形成密合层前体膜(未图示)，其中，上述金属配合物含有密合层56的构成元素(密合层前体溶液涂布工序)。
密合层56由含有Bi和Fe的复合氧化物构成时，为了制造密合层56，使用含有含Bi和Fe的金属配合物的前体溶液，将其涂布到取向控制层58上等进行煅烧即可。密合层56的前体溶液的原料的组成没有特别限定，以Bi和Fe成为所希望的摩尔的方式混合即可。另一方面，密合层56由至少含有Bi、Fe和Ti的复合氧化物构成时，优选Bi:Fe:Ti的摩尔比为x:65:35且100≤x≤120。由此，能够提高压电体层70在(100)面的取向度。在本实施方式中，实施1次涂布工序形成由1层构成的密合层56，但也可以形成由多层构成的密合层56。应予说明，干燥工序、脱脂工序和煅烧工序与取向控制层58的制作方法相同。
接下来，如图5(c)所示，利用溅射法、蒸镀法等在密合层56整面形成由铂构成的第1电极60。由于密合层56在(100)面优先取向，所以形成于该密合层56的铂也能够容易地在(100)面优先取向。
接下来，如图5(d)所示，在第1电极60上以规定形状的抗蚀层(未图示)为掩模，以第1电极60的侧面倾斜的方式进行图案形成。
在本实施方式中，仅对第1电极60进行图案形成，对作为第1电极60的衬底设置的密合层56等不进行图案形成，在流路形成基板用晶片110的整面上残留。由此，形成压电体层70的全部区域，即，第1电极60上、第1电极60的侧面、没有设置第1电极60的密合层56上的区域均成为在(100)面优先取向的区域。通过在这些区域上形成压电体层70，能够使压电体层整体在(100)面优先取向。
接下来，在第1电极60上、第1电极60的侧面和没有设置第1电极60的密合层56上形成压电体层70。在本实施方式中，对形成由含有Bi、Fe、Ba和Ti的多层的压电材料层72构成的压电体层70的情况进行说明。压电材料层72例如可以通过将含有金属配合物的溶液涂布并干燥、脱脂而制造。另外，也可以用激光消融法、溅射法、脉冲·激光·沉积法(PLD法)、CVD法、气溶胶·沉积法等来制造压电材料层72。
作为用化学溶液法形成压电材料层72时的具体的形成步骤的例子，首先，如图6(a)所示，在第1电极60上、第1电极60的侧面和没有设置第1电极60的密合层56上，使用旋涂法等涂布由含有金属配合物，具体而言为含有Bi、Fe、Ba和Ti的金属配合物的MOD溶液、溶胶构成的氧化物层形成用组合物(前体溶液)，形成压电材料层72的前体膜(压电材料前体膜)71(涂布工序)。
涂布的前体溶液是将通过煅烧可形成含有Bi、Fe、Ba和Ti的复合氧化物的金属配合物混合，使该混合物溶解或分散于有机溶剂而成的。另外，形成由含有Mn、Co、Cr的复合氧化物构成的压电材料层72时，使用含有进一步含有Mn、Co、Cr的金属配合物的前体溶液。具有分别含有Bi、Fe、Ba、Ti、Mn、Co、Cr的金属配合物的金属配合物混合比例以各金属成为所希望的摩尔比的方式混合即可。作为分别含有Bi、Fe、Ba、Ti、Mn、Co、Cr的金属配合物，例如，可以使用醇盐、有机酸盐、β二酮配合物等。
分别含有Bi、Fe、Ti、Mn的金属配合物与上述金属配合物相同。作为含有Ba的金属配合物，例如可举出异丙醇钡、2-乙基己酸钡、乙酰丙酮钡等。作为含有Co的有机金属化合物，例如可举出2-乙基己酸钴、乙酰丙酮钴(III)等。作为含有Cr的有机金属化合物，可举出2-乙基己酸铬等。当然可以使用含有二种以上的Bi、Fe、Ba、Ti、Mn、Co、Cr的金属配合物。另外，作为前体溶液的溶剂，可举出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环己烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、乙酸、辛酸等。
接着，将该压电材料前体膜71加热到规定温度(例如，150～200℃)，使其干燥一定时间(干燥工序)。接下来，将经干燥的压电材料前体膜71加热到规定温度(例如，350～450℃)并保持一定时间进行脱脂(脱脂工序)。这里所说的脱脂是指使压电材料前体膜71所含的有机成分例如以NO2、CO2、H2O等的形式进行脱离。干燥工序、脱脂工序的气氛没有限定，可以在大气中、氧气氛中、非活性气体中进行。应予说明，可以进行多次涂布工序、干燥工序和脱脂工序。通过将压电材料前体膜71加热到规定温度，例如600～850℃左右，保持一定时间，例如1～10分钟而进行煅烧(煅烧工序)。由此使其结晶化，成为由含有Bi、Fe、Ba和Ti且具有钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电材料层72。该煅烧工序中，气氛也没有限定，可以在大气中、氧气氛中、非活性气体中进行。作为干燥工序、脱脂工序和煅烧工序中使用的加热装置，例如，可举出通过红外线灯的照射加热的RTA(Rapid Thermal Annealing)装置、加热板等。
接着，根据所希望的膜厚等将上述涂布工序、干燥工序和脱脂工序或涂布工序、干燥工序、脱脂工序和煅烧工序重复多次来形成多层的压电材料层72，由此，如图6(b)所示，形成由多层的压电材料层72构成的规定厚度的压电体层70。例如，每1次涂布溶液的膜厚为0.1μm左右时，例如由10层压电材料层72构成的压电体层70整体的膜厚约为1.0μm左右。应予说明，在本实施方式中，将压电材料层72设置成了层叠10层，但也可以是仅1层。
形成压电体层70后，如图7(a)所示，在压电体层70上用溅射法等形成由铂等构成的第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进行图案形成，形成介由取向控制层58设置的作为第1电极60的衬底层的密合层56以及具有第1电极60、压电体层70和第2电极80的压电元件300。应予说明，压电体层70和第2电极80的图案形成可以介由按规定形状形成的抗蚀层(未图示)通过干法蚀刻一并进行。其后，可以根据需要例如在600～850℃的温度域进行退火。由此，能够形成压电体层70与第1电极60、第2电极80的良好的界面，并且，能够进一步提高压电体层70的结晶性。
接下来，如图7(b)所示，在流路形成基板用晶片110的整面形成例如由金(Au)等构成的引线电极90后，利用例如由抗蚀层等构成的掩模图案(未图示)对各压电元件300进行图案形成。
接下来，如图7(c)所示，在流路形成基板用晶片110的压电元件300侧介由粘接剂35接合保护基板用晶片130后，使流路形成基板用晶片110减薄为规定的厚度，其中，上述保护基板用晶片130属于硅片且成为多个保护基板30。
接下来，如图8(a)所示，在流路形成基板用晶片110重新形成掩膜52，按规定形状进行图案形成。然后，如图8(b)所示，利用掩膜52对流路形成基板用晶片110进行采用了KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿法蚀刻)，形成与压电元件300对应的压力产生室12、连通部13、油墨供给路14和连通路15等。
其后，例如通过切割等将流路形成基板用晶片110和保护基板用晶片130的外周边部的不要部分去除。然后，在将流路形成基板用晶片110的与保护基板用晶片130相反的一侧的面的掩膜52去除后接合贯穿设置有喷嘴开口21的喷嘴板20，同时在保护基板用晶片130上接合柔性基板40，将流路形成基板用晶片110等分割成图1所示的一个芯片尺寸的流路形成基板10等，由此制成本实施方式的喷墨式记录头I。
(实施方式2)
图9是表示作为本发明的实施方式2涉及的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的简要构成的分解立体图，图10是图9的俯视图，图11是图10的B-B′线截面图，图12是图11的C-C′线截面图。应予说明，对与实施方式1相同的部件标注相同的符号，省略重复的说明。
如图9～图11所示，实施方式2中，将构成压电元件300的第1电极60对应各压力产生室12进行分割，构成相对每个压电元件300独立的独立电极。在此，将并列设置多个喷嘴开口21的方向称为压力产生室12的并列设置方向或第1方向X。另外，将在流路形成基板10平面内与第1方向X正交的方向称为第2方向Y。
第1电极60在压力产生室12的第1方向X以较之压力产生室12的宽度窄的宽度形成。即在压力产生室12的第1方向X上，第1电极60的端部位于与压力产生室12对置的区域的内侧。在压力产生室12的第2方向Y上，第1电极60的两端部分别延伸设置到压力产生室12的外侧。
压电体层70以第2方向Y的宽度成为规定宽度的方式沿第1方向X连续设置。压电体层70在第2方向Y的宽度比压力产生室12的在第2方向Y的长度大。因此，在压力产生室12的第2方向Y上压电体层70被设置到压力产生室12的外侧。
另外，在压电体层70形成有与各隔壁11对置的凹部75。该凹部75的在第1方向X的宽度，与各隔壁11的在第1方向X的宽度基本相同或比其宽。即，压电体层70沿第1方向X在整个各压力产生室12连续形成，并且与各隔壁11对置的一部分被去除而形成凹部75。利用该凹部75抑制由弹性膜50和绝缘体膜55构成的振动板的与压力产生室12的宽度方向端部对置的部分(所谓的振动板的腕部)的刚性，因此能够使压电元件300良好地位移。
压电体层70在压力产生室12的第2方向Y的一端部侧(在本实施方式中，为油墨供给路14侧)的端部位于第1电极60的端部的外侧。即，第1电极60的端部被压电体层70覆盖。压电体层70在压力产生室12的第2方向Y的另一端侧的端部位于比第1电极60的端部更为内侧(压力产生室12侧)。
应予说明，延伸设置到压电体层70的外侧的第1电极60与例如由金(Au)等构成的引线电极90(独立引线电极91和共用引线电极92)连接。虽然省略了图示，但该引线电极90构成使与驱动电路等相连的连接配线进行连接的端子部。
独立引线电极91从第1电极60被引出到由弹性膜50和绝缘体膜55构成的振动板，上述第1电极60被引出到压电体层70的外侧。另外，共用引线电极92在第1方向X的两端部沿第2方向Y从第2电极80被引出到振动板。
另外，共用引线电极92在第2方向Y上在压力产生室12的壁面上具有延设部93。延设部93在多个能动部310的第1方向X连续设置，在第1方向X的两端部与共用引线电极92连接。即，从保护基板30侧俯视具有延设部93的共用引线电极92时，共用引线电极92以包围能动部310的周围的方式连续配置。
在这样的构成的喷墨式记录头II中，第1电极60构成压电元件300的独立电极。如图12所示，作为第1电极60的衬底层的密合层56不仅设置在设有第1电极60的区域，还从第1电极60的端部延伸设置到压电元件300的端部。由此，形成压电体层70的全部区域，即，第1电极60、第1电极60的侧面和没有设置第1电极60的密合层56上的全部区域成为在(100)面优先取向的区域。由于在这些区域上形成压电体层70，所以能够使压电体层整体在(100)面优先取向。
特别是像本实施方式这样第1电极60构成压电元件300的独立电极的情况下，与第1电极60构成压电元件300的共用电极的情况(实施方式1)相比，压电体层的局部处的取向波动变大。这是由于所述取向波动，即，压电体层70在第1电极60的端部附近与中央部附近的取向度的差在各独立电极每个上产生。
根据本发明，即便这样的压电体层70的取向波动在各独立电极每个上产生时，由于形成压电体层70的全部区域在(100)面优先取向之后形成压电体层70，所以能够使压电体层整体在(100)面优先取向。即，能够改善压电体层70的取向波动。另外，由于作为第1电极60的衬底层设置的密合层56、第1电极60和压电体层70全部在(100)面优先取向，所以它们的结晶性良好且致密。由此，能够提高振动板与第1电极60的密合性，能够防止密合层56的剥离。
实施例
以下，示出实施例，对本发明进一步具体说明。应予说明，本发明不限于以下的实施例。
(实施例1)
首先，通过热氧化在(100)面的单晶硅(Si)基板的表面形成厚度1300nm的由二氧化硅(SiO2)构成的弹性膜50。接着，利用溅射法在弹性膜50上形成厚度400nm的由氧化锆(ZrO2)构成的绝缘体膜55。
接下来，在绝缘体膜55上制作用于使密合层56在(100)面取向的取向控制层58。首先，利用旋涂法将以Bi与Mn的摩尔比为1:1的方式制备的取向控制层前体溶液涂布到绝缘体膜55上，在加热板上以180℃干燥2分钟后，在加热板上以350℃脱脂2分钟。其后，在氧气氛中，以700℃进行2分钟煅烧。由此，得到由含有Bi和Mn的钙钛矿结构的复合氧化物构成的取向控制层58。
接着，在取向控制层58上制作密合层56。首先，利用旋涂法将以Bi与Fe的摩尔比为1:1的方式制备的密合层的前体溶液涂布到取向控制层58上，在加热板上以180℃干燥2分钟后，在加热板上以350℃脱脂2分钟。其后，在氧气氛中，以700℃进行2分钟煅烧。由此，得到由含有Bi和Fe的钙钛矿结构的复合氧化物构成的厚度80nm的密合层56。
在密合层56上利用溅射法在RF150W、600℃、0.4Pa、氧40sccm的条件下将厚度100nm的由铂(Pt)构成的第1电极60进行成膜，进行曝光、蚀刻，由此进行了Pt的图案形成。
接着，在第1电极60上制作由11层的压电材料层72构成的压电体层70。其步骤如下：首先，将2-乙基己酸铋、2-2-乙基己酸钡、2-乙基己酸铁、2-乙基己酸钛和乙基己酸锰的各正辛烷溶液按照各元素以摩尔比计为Bi:Ba:Fe:Ti:Mn＝75:25:71.25:25:3.75的方式混合，制备前体溶液。
然后用旋涂法将该前体溶液涂布到第1电极60上，形成压电材料前体膜71(涂布工序)。接下来，在加热板上以180℃干燥2分钟后(干燥工序)，在加热板上以350℃脱脂2分钟(脱脂工序)。其后，在氧气氛中，用RTA装置在750℃进行2分钟的煅烧(煅烧工序)，得到由压电材料层72构成的单层的压电体层70。
其后，重复2次涂布工序、干燥工序和脱脂工序之后利用RTA装置在氧气氛中以750℃进行煅烧。然后，将涂布工序、干燥工序和脱脂工序的组合2次以及煅烧工序的组合进行5次重复，形成由11层的压电材料层72构成的压电体层70。由此，制成整体厚度为900nm的压电体层70。
接下来，利用溅射法在RF300W、25℃、0.4Pa、氧40sccm的条件下将厚度100nm的由铂(Pt)构成的第2电极80进行成膜，进行曝光、蚀刻，由此进行Pt的图案形成。
接下来，在压电体层70和第2电极80的图案形成区域将由氧化铝构成的保护膜利用CVD法成膜，进行曝光和蚀刻，由此进行保护膜的图案形成。接下来，在使保护膜贴于单晶硅基板的背面后，进行研磨。其后，进行曝光，利用KOH溶液进行蚀刻，进行保护膜的图案形成。
由此，得到具备取向控制层58、密合层56、第1电极60、压电体层70和第2电极80的压电元件300。
(实施例2)
实施例2中，形成由单层的压电材料层72构成的厚度约900nm的压电体层70，除此之外，按照与实施例1同样的步骤制作压电元件300。
(实施例3)
在实施例3中，作为压电体层70，制作含有Pb、Zr和Ti的复合氧化物，除此之外，按照与实施例1同样的步骤制作压电元件300。
压电体层70的制作中使用通过如下方式制备的复合氧化物，即，将乙酸铅三水合物、四异丙氧基钛、乙酰丙酮锆的各丁基溶纤剂溶剂按照各元素以摩尔比计为Pb:Ti:Zr＝1.10:0.44:0.56的方式混合作为前体溶液，然后向其中混入作为稳定剂的二乙醇胺、作为增粘剂的聚乙二醇。除此之外，按照与实施例1同样的步骤制成压电元件300。
(比较例1)
比较例1中，在绝缘体膜上利用溅射法制作钛(Ti)，在氧气氛中，以750℃煅烧，由此制成厚度20nm的TiO2膜作为密合层，除此之外，按照与实施例1同样的步骤制作压电元件300。该比较例1的TiO2膜不具有钙钛矿结构。
(试验例1)
对实施例1～3的密合层和第1电极(Pt)以及实施例1、3的压电体层使用BrukerAXS公司制的“D8Discover”，测定采用X射线衍射的二维检测器时的二维成像图。图13、14中分别示出实施例1～3的密合层和第1电极(Pt)的二维成像图，图15中示出实施例1、3的压电体层的二维成像图。应予说明，实施例1、3的压电体层的二维成像图均是对制成1层的压电体层后的部件进行测定的。
首先，对二维成像图进行说明。图13～15所示的二维成像图是通过将二维检测器的2θ的位置固定在35°，变动样品的角度而得到的。应予说明，得到衍射峰的位置是(100)面为2θ＝22.4°附近、(110)面为2θ＝31.8°附近、(111)面为2θ＝38.2°附近。
由这样的二维成像图能够判定钙钛矿结构的密合层、第1电极(Pt)和压电体层的取向。具体而言，举出在(100)面的取向的判定方法为例进行说明。应予说明，以下的判定方法也同样可以适用于(110)面、(111)面。
对于二维成像图中钙钛矿结构的密合层、第1电极和压电体层随机取向的情况、在(100)面优先取向的情况、这二者共存的情况而言，在可观察到钙钛矿的(100)面的衍射线的2θ＝22°附近，观测到的衍射线以一样的强度呈环状的情况为随机取向的情况。另外，观测到的衍射线以中央部为中心呈点状的情况为在(100)面优先取向的情况。另外，观测到的衍射线在外周部附近以一样的强度呈环状、在中央部附近呈点状的情况，是随机取向和在(100)面优先取向的取向混合存在。另一方面，存在其它优先取向的面的情况下，以随机取向形成环在沿线上、中央部以外的地方形成点。换言之，在(100)面优先取向的情况是指观测到的衍射线以2θ＝22°附近的中央部为中心呈点状的情况。进行取向的评价时，对各面进行同样的操作。
如图13(a)、(b)所示，对于实施例1～3的密合层，在表示钙钛矿(100)面的取向的位置的中央部观测到点状的衍射线，没有观测到表示(110)面的取向的衍射线。由此，可知实施例1～3的密合层在(100)面优先取向。
另外，如图14(a)，(b)所示，对于实施例1～3的第1电极(Pt)，在表示(200)面的取向的位置的中央部观测到较强的点状的衍射线，没有观测到表示(110)面的取向的衍射线。由此，可知实施例1～3的第1电极(Pt)在与(200)面等价的面即(100)面优先取向。
另外，如图15(a)、(b)所示，对于实施例1、3的压电体层，观测到表示Pt的(200)取向的衍射线，同时在表示钙钛矿的(100)取向的位置的中央部观测到点状的衍射线，没有观测到表示(110)面的取向的衍射线。由此，可知压电体层无论是含有Bi、Ba、Fe、Ti和Mn的复合氧化物还是含有Pb、Zr和Ti的复合氧化物，均在(100)面优先取向。
由以上的结果可知通过使用由含有Bi和Mn的复合氧化物构成的取向控制层，能够使密合层在(100)面优先取向，通过在该密合层上形成第1电极能够使第1电极在(100)面优先取向，通过在该第1电极上形成压电体层能够使压电体层整体在(100)面优先取向。认为通过这样使由密合层、第1电极和压电体层构成的层叠体整体在(100)面优先取向，使得层叠体整体的结晶性变得良好且致密，改善了压电体层的取向波动。由此，实现压电特性的进一步提高。另外，由于层叠体整体的结晶性变得良好且致密，所以如后述试验例2所示防止密合层的剥离。
(试验例2)
对实施例1和比较例1的压电元件，在硅基板的背面加工后进行显微镜观察。图16中示出实施例1的压电元件的显微镜照片，图17中示出比较例1的压电元件的显微镜照片。
如图16所示，实施例1的压电元件中取向控制层、密合层、第1电极、压电体层和第2电极中的任一层叠膜均没发现剥离。
另一方面，如图17所示，比较例1的压电元件中，在存在有第1电极Pt的图案部分上TiO2膜露出，出现剥离。
因此，由试验例2的结果和上述试验例1的结果可知通过使由密合层、第1电极和压电体层构成的层叠体整体在(100)面优先取向，能够使层叠体整体的结晶性变得良好且致密，防止密合层的剥离。
应予说明，试验例2中使用的实施例1的压电元件具备含有相同的元素(Bi和Fe)的密合层和压电体层。由此，即便例如Bi在压电体层与密合层之间扩散也能进入各自的晶体中，所以压电体层和密合层的结晶性不会劣化。其结果，认为可靠地防止密合层的剥离。
根据本发明，由于具备能够使压电体层整体在(100)面优先取向且能够防止密合层的剥离的压电元件，所以能够实现压电特性优异的可靠性高的液体喷射头、液体喷射装置和压电元件。
对于上述实施例1～3的压电元件，取向控制层58不是必需的，另外密合层56的构成材料也不限于实施例1～3的材料。以下，适当地省略与实施例1～3同样的部分，对下述的实施例进行说明。
(实施例4)
＜基板的制作＞
利用与实施例1同样的方法在与实施例1同样的单晶硅(Si)基板上形成由氧化锆(ZrO2)构成的绝缘体膜55，以能够使其后的工序中介由密合层56形成的第1电极60在(100)面优先取向的方式整合该绝缘体膜55的表面形状。
＜密合层的形成＞
利用与实施例1基本同样的以下的工序形成密合层56。即，用旋涂法将按照Bi:Fe:Ti＝110:X:Y、X+Y＝100的摩尔比制成的前体溶液涂布到绝缘体膜55，在加热板上以180℃干燥2分钟。其后，在加热板上以350℃脱脂2分钟。其后，在氧气氛中，以700℃进行2分钟的煅烧，制成密合层56。
＜第1电极、压电体层和第2电极的形成＞
其后，在密合层56上形成第1电极60、由BiFeO3和BaTiO3构成的压电体层70和第2电极80，制成实施例4的压电元件。
(实施例5～9)
将Fe:Ti＝X:Y的X和Y的值按照表1所示变更，除此之外，利用与实施例4同样的方法制作实施例5～9的压电元件。
(实施例10～13)
以实施例6(密合层56的摩尔比Bi:Fe:Ti＝110:65:55)为中心，在Bi:Fe:Ti的摩尔比为x:65:35且100≤x≤120的范围将x的值按照表2所示变更，除此之外，利用与实施例4同样的方法制作实施例10～13的压电元件。
(实施例14)
利用与实施例6(密合层56的摩尔比Bi:Fe:Ti＝110:65:55)同样的方法制成密合层56后，利用与实施例3同样的方法在密合层56上形成第1电极60、由Pb(Zr,Ti)O3构成的压电体层70和第2电极80，制成实施例14的压电元件。
密合层56中的Bi:Fe:Ti的摩尔比、压电体层如表1～表2所示。表中，表示压电体层的BiFeO3和BaTiO3简记为BFM-MT，Pb(Zr,Ti)O3简记为PZT，也示出了与下述试验结果的对应关系。应予说明，下述图18～19所示的试验是通过密合层形成后的阶段，即，制作第1电极、压电体层前的阶段的测定而得到的。
[表1]
[表2]
(试验例3)
使用Bruker AXS公司制的“D8Discover With GADDS：微小区域X射线衍射装置”，作为X射线源使用CuKα射线，在室温下求出实施例4～9的密合层的X射线衍射图。图18(a)～(b)中表示X射线衍射图案。其中，2θ＝22.5°附近的峰为来自(100)面的峰。
由图18(a)可知，实施例4～9的密合层均在22.5°附近观察到峰，因此得到了(100)取向的钙钛矿结构，由图18(b)可知，尤其在Fe：Ti＝70：30到Fe：Ti＝65：35的范围得到大的峰强度，取向度大。
对实施例10～13的密合层也进行了与上述的试验例3相同的试验，求出了X射线衍射图。图19(a)～(b)表示X射线衍射图案。其中，实施例6的X射线衍射图案也示于图19(a)～(b)，其结果与图18(a)～(b)相同。
由图19(a)可知，实施例10～13的密合层均在22.5°附近观察到峰，因此得到了(100)取向的钙钛矿结构，由图19(b)可知尤其在Bi≥110的范围得到大的峰强度，取向度大。
(试验例4)
实施例10中，对形成于密合层(摩尔比Bi:Fe:Ti＝120:65:35)的第1电极利用与上述试验例3同样的方法求得X射线衍射图案。并且，利用与试验例1同样的评价方法测定采用X射线衍射的二维检测器时的二维成像图。将结果示于图20(a)～(b)。由图20(a)可知在46.5°附近观察到第1电极(Pt)的(200)面的峰，所以第1电极在(100)面取向。另外，由20°≤2θ≤50°的二维成像图像即图20(b)可知与实施例1～3的情况比较，χ方向(二维图像的纵向)的波动变小，更为点状，因此第1电极的晶体波动小。
(试验例5)
对实施例14和10的压电体层利用与上述试验例3同样的方法求得X射线衍射图案。图21(a)中示出实施例14的压电体层(PZT)的X射线衍射图案，图21(b)中示出实施例10的压电体层(BFM-BT)的X射线衍射图案。由图21(a)～(b)在22.0°附近、22.5°附近分别观察到衍射峰，因此可知在所有的实施例中，压电体层均在(100)面取向。
根据以上的实施例4～14，即便在较简单的工序条件下，例如不反映来自硅单晶基板的晶格信息，也能够得到在(100)面取向的第1电极。因此，能够避免可在硅单晶基板上层叠的膜的膜种类受限，例如，在单晶基板与第1电极之间常用作致动器的振动板的氧化锆(ZrO2)等也能够在晶体结构上使用。
也可以在密合层的下部使用取向控制膜反映来自硅单晶基板的晶格信息，但根据实施例4～14，能够减少工序数、层叠数，能够很好地防止各薄膜间的元素扩散。因此，能够防止薄膜组成的变化，进而不易发生薄膜剥离的产生、空隙的产生、晶体的异常生长等问题，在使制成的第1电极的晶体波动变小这点上特别有利。
(其它实施方式)
以上是对本发明的一个实施方式进行说明，但本发明的基本构成不限于上述实施方式。例如，在上述的实施方式中，作为流路形成基板10例示了硅单晶基板，但并不特别限定于此，例如，可以使用SOI基板、玻璃等材料。
并且，在上述的实施方式中，例示了在基板(流路形成基板10)上依次层叠取向控制层58、密合层56、第1电极60、压电体层70和第2电极80而成的压电元件300，但并不特别限定于此，例如，使压电材料和电极形成材料交互层叠而在轴向伸缩的纵振动型的压电元件中也能应用本发明。
另外，这些实施方式的喷墨式记录头构成具备与墨盒等连通的油墨流路的记录头单元的一部分，搭载于喷墨式记录装置。图22是表示该喷墨式记录装置的一个例子的示意图。
在图22所示的喷墨式记录装置III中，具有喷墨式记录头I的记录头单元1A和1B可装卸地设置有构成油墨供给机构的盒2A和2B，搭载有该记录头单元1A和1B的滑架3在搭载于装置主体4的滑架轴5上沿轴向可自由移动地设置。该记录头单元1A和1B分别喷出例如黑色油墨组合物和彩色油墨组合物。
而且，驱动马达6的驱动力介由未图示的多个齿轮和同步带7传递到滑架3，使搭载有记录头单元1A和1B的滑架3沿滑架轴5移动。另一方面，装置主体4中设有作为输送机构的输送辊8，纸等作为记录介质的记录片S被输送辊8输送。应与说明，输送记录片S的输送机构不限于输送辊，也可以是带、鼓等。
应予说明，在上述的实施方式中，举出喷墨式记录头作为液体喷射头的一个例子进行了说明，但本发明广泛地以所有液体喷射头为对象，对喷射油墨以外的液体的液体喷射头当然也能适用。作为其它液体喷射头，例如，可举出打印机等图像记录装置中使用的各种记录头、液晶显示器等的滤色器的制造中使用的色料喷射头、有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成中使用的电极材料喷射头、生物芯片制造中使用的生物体有机物喷射头等。
另外，本发明涉及的压电元件不限于液体喷射头所使用的压电元件，也可以使用其它的设备。作为其它的设备，例如，可举出超声波发射器等超声波设备、超声波马达、温度-电气转换器、压力-电气转换器、铁电晶体管、压电变压器、红外线等有害光线的截止滤光片、利用量子点形成产生的光子晶体效应的光学滤光片、利用薄膜的光干涉的光学滤光片等的滤光片等。另外，用作传感器的压电元件、用作铁电存储器的压电元件也适用于本发明。作为使用压电元件的传感器，例如，可举出红外线传感器、超声波传感器、热传感器、压力传感器、热释电传感器和陀螺仪传感器(角速度传感器)等。
符号说明
I、II 喷墨式记录头(液体喷射头)、III 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 油墨供给路、20 喷嘴板、21 喷嘴开口、30 保护基板、31 歧管部、32 压电元件保持部、40 柔性基板、50 弹性膜、55 绝缘体膜、56 密合层、58取向控制层、60 第1电极、70 压电体层、72 压电材料层、80 第2电极、90 引线电极、100 歧管、120 驱动电路、300 压电元件

Claims (9)

1.一种压电元件，其特征在于，具备作为第1电极的衬底层而设置的密合层、设置于所述密合层上的所述第1电极、设置于所述第1电极上的压电体层和设置于所述压电体层上的第2电极，
其中，所述密合层由至少含铋、铁和钛的具有钙钛矿结构的复合氧化物构成，
所述第1电极由在(100)面优先取向的金属构成，
所述压电体层由在(100)面优先取向的钙钛矿结构的复合氧化物构成，
所述密合层在(100)面优先取向。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述密合层的铋:铁:钛的摩尔比为x:65:35、100≤x≤120。
3.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述密合层设置于含有铋和锰，或铋、锰和铁，或铋、铁和钛的取向控制层上。
4.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述压电体层含有与所述密合层相同的构成元素。
5.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述第1电极由铂构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电元件，其特征在于，所述压电体层含有铋、铁、钡和钛。
7.根据权利要求6所述的压电元件，其特征在于，所述压电体层进一步含有锰。
8.一种液体喷射头，其特征在于，具备：
流路形成基板，其具有连通于进行液体喷射的喷嘴开口的压力产生室；
振动板，其设置在所述流路形成基板的一面侧；以及
设置于所述振动板上的权利要求6所述的压电元件。
9.一种液体喷射装置，其特征在于，具备权利要求8所述的液体喷射头。
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