CN101676109B - 液体喷射头及液体喷射装置和执行元件装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小因反复驱动而引起的变位量的变化率，提高耐久性的液体喷射头及液体喷射装置和执行元件装置。该液体喷射头包括：流路形成基板(10)，其形成有与喷射液滴的喷嘴开口连通的压力发生室(12)；和压电元件(300)，其具备：第一电极(60)、形成在该第一电极上的具有由通式ABO3表示的钙钛矿构造的压电体层(70)、和形成在该压电体层的与第一电极相反侧的第二电极(80)；上述压电体层具有单斜晶系构造，上述第一电极(60)及上述第二电极(80)之间产生的电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度，比上述压电体层的压电常数为极大时上述电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度大。

Description

液体喷射头及液体喷射装置和执行元件装置
技术领域
本发明涉及从喷嘴开口喷射液体的液体喷射头及液体喷射装置和执行元件装置。
背景技术
液体喷射头等中所使用的压电元件，利用两个电极夹持由呈现电机械变换功能的压电材料、例如结晶化的电介质材料形成的压电体层而构成。其中，作为液体喷射头的代表例，例如有利用振动板构成与喷出墨滴的喷嘴开口连通的压力发生室的一部分，由压电元件使该振动板变形，对压力发生室的墨加压，使墨滴从喷嘴开口喷出的喷墨式记录头等。而作为喷墨式记录头中搭载的压电元件，例如按照遍及振动板的表面整体利用成膜技术形成均匀的压电材料层，通过光刻法将该压电材料层划分成与压力发生室对应的形状，按每个压力发生室独立的方式形成压电元件(例如参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2003-127366号公报(第4～7页、第1～4图)。
但是，由于构成压电体层的压电材料在驱动中反复极化的旋转驱动，所以会发生随着时间的流逝其极化方向沿着电场施加方向而被局部固定的所谓疲劳现象，存在着压电变位量减少的问题。在将这样的压电元件用于例如液体喷射头的情况下，由于导致压电变位量随着使用而变化，所以不能进行稳定的液体喷出。
另外，这样的问题并不限定于以喷墨式记录头为代表的液体喷射头所使用的执行元件装置，在其它装置所搭载的执行元件装置中也同样存在。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种能够减小因反复驱动而引起的变位量的变化率，并提高耐久性的液体喷射头及液体喷射装置和执行元件装置。
解决上述课题的本发明提供一种液体喷射头，其特征在于，具备：流路形成基板，其形成有与喷射液滴的喷嘴开口连通的压力发生室；和压电元件，其具有：第一电极、形成在该第一电极上的具有由通式ABO3表示的钙钛矿构造的压电体层、和形成在该压电体层的与上述第一电极相反侧的第二电极；上述压电体层具有单斜晶系构造，上述第一电极及上述第二电极之间产生的电场的方向、与上述压电体层的极矩的方向所成的角度，比上述压电体层的压电常数为极大时上述电场的方向、与上述压电体层的极矩的方向所成的角度大。
在该方式中，通过规定极矩的方向，在由于电场的施加而发生了压电体层的极化的一部分被固定的疲劳现象时，能够减小压电元件的变位量的变化率。
这里，优选上述第一电极及上述第二电极之间产生的电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度，比上述压电体层的压电常数为极大时上述电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度大3°以上。由此，能够抑制变位量的降低。
而且，优选上述压电体层包含铅、锆及钛。由此，能够实现以低的驱动电压得到大的变位量的变位特性优异的压电元件。
并且，优选上述压电体层在(100)面优先取向。由此，能够实现变位特性和耐久性优异的压电元件。
另外，可将上述第一电极及上述第二电极之间产生的电场的方向设为从上述第一电极向上述第二电极的方向。
此外，优选上述压电体层的变位量相对于反复的电场施加，随着反复次数而上升，之后下降。由此，能够使压电元件的变位量的变化率降低，并且由于与仅在变化率降低的方向上变化相比，变化率的幅度减小，所以能够简化压电元件的驱动控制。
进而，在本发明的其它方式中，提供一种液体喷射装置，其特征在于，具备：上述方式的液体喷射头；和向上述第一电极及第二电极施加电压，使上述压电元件产生规定方向的电场的驱动机构。
在该方式中，能够实现降低变位量的变化率、并提高可靠性的液体喷射装置。
另外，在本发明的其它方式中，提供一种执行元件装置，其特征在于，具备压电元件，该压电元件由第一电极、形成在该第一电极上的具有由通式ABO3表示的钙钛矿构造的压电体层、和形成在该压电体层的与上述第一电极相反侧的第二电极构成，上述压电体层具有单斜晶系构造，上述第一电极及上述第二电极之间产生的电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度，比上述压电体层的压电常数为极大时上述电场的方向与上述压电体层的极矩的方向所成的角度大。
在该方式中，通过规定极矩的方向，在由于电场的施加而发生了压电体层的极化的一部分被固定的疲劳现象时，能够抑制压电元件的变位量的变化率变大。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的记录头的概略结构的分解立体图。
图2是本发明的实施方式1涉及的记录头的俯视图及剖面图。
图3是本发明的实施方式1涉及的记录头的主要部分放大剖面图。
图4是表示本发明的实施方式1涉及的极矩(polarization moment)的方向的曲线图。
图5是表示本发明的实施方式1涉及的极矩的方向的曲线图。
图6是表示本发明的试验结果的曲线图。
图7是表示本发明的实施方式1涉及的记录装置的概略结构的图。
图8是表示本发明的实施方式1涉及的控制结构的框图。
图9是表示本发明的实施方式1涉及的驱动脉冲的波形图。
图10是表示本发明的实施方式2涉及的极矩的方向的曲线图。
图11是表示本发明的实施方式2涉及的驱动脉冲的波形图。
图12是本发明的实施方式3涉及的记录头的俯视图及剖面图。
图13是本发明的实施方式3涉及的记录头的主要部分放大剖面图。
图14是本发明的实施方式4涉及的记录头的俯视图及剖面图。
图15是本发明的实施方式4涉及的记录头的主要部分放大剖面图。
符号说明：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...压力发生室；13...连通部；14...墨水供给路；15...连通路；20...喷嘴板；21...喷嘴开口；30...保护基板；31...贮存部；40...挠性基板；50...弹性膜；55...绝缘体膜；60、60A...第一电极；70、70A、70B...压电体层；80、80A、80B...第二电极；90...导线电极；100...贮存器；110...驱动电路；300、300A、300B...压电元件。
具体实施方式
以下基于实施方式，对本发明进行详细说明。
(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例的喷墨式记录头的概略结构的分解立体图，图2是图1的俯视图及其A-A’剖面图。
如图所示，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上沿其宽度方向排列设置有多个压力发生室12。而且，在流路形成基板10的压力发生室12的长边方向外侧的区域形成有连通部13，连通部13和各压力发生室12借助按各压力发生室12的每个设置的墨水供给路14及连通路15而连通。连通部13与后述保护基板的贮存部31连通而构成成为各压力发生室12的公共墨室的贮存器的一部分。墨水供给路14以比压力发生室12窄的宽度形成，将从连通部13流入压力发生部12的墨的流路阻力保持为一定。另外，在本实施方式中，通过从一侧缩小流路的宽度，形成了墨水供给路14，但也可以通过从两侧缩小流路的宽度来形成墨水供给路。此外，也可以不缩小流路的宽度，而通过从厚度方向缩小来形成墨水供给路。
其中，本实施方式在流路形成基板10上设置有由压力发生室12、连通部13、墨水供给路14及连通路15构成的液体流路。
而且，在流路形成基板10的开口面侧，通过粘接剂或热熔薄膜等固定有喷嘴板20，该喷嘴板20被穿设有与各压力发生室12的和墨水供给路14相反一侧的端部附近连通的喷嘴开口21。其中，喷嘴板20例如由玻璃陶瓷、单晶硅基板、不锈钢等形成。
另一方面，在这样的流路形成基板10的与开口面相反一侧如上所述形成有弹性膜50，在该弹性膜50上形成有绝缘体膜55。弹性膜50由氧化硅构成，膜厚为1000nm。而且，绝缘膜55通过溅射法形成，由含有2mol％钇的氧化锆构成。并且，在该绝缘体膜55上层叠形成有第1电极60、压电体层70和第2电极80，由此构成了压电元件300。这里，压电元件300是指包括第1电极60、压电体层70及第2电极80的部分。一般情况下，将压电元件300的任意一个电极作为公共电极，按各压力发生室12的每一个图案构成另一个电极及压电体层70。在本实施方式中，设第1电极60为压电元件300的公共电极、第2电极80为压电元件300的独立电极，但根据驱动电路和布线的情况，也可以将它们颠倒过来。而且，这里将压电元件300和基于该压电元件300的驱动而产生变位的振动板一并称为执行元件装置。另外，在上述的例子中，弹性膜50、绝缘体膜55及第1电极60作为振动板发挥作用，但当然不限于此，例如，也可以不设置弹性膜50及绝缘体膜55，而只使第1电极60作为振动板发挥作用。此外，压电元件300本身实质上可以兼做振动板。
压电体层70是形成在第一电极60上的具有极化构造、并具有由利用通式ABO3表示的氧化物的压电材料构成的钙钛矿型构造的结晶膜。作为压电体层70，优选例如采用锆钛酸铅(PZT)等强电介质材料、或向其中添加了氧化铌、氧化镍或氧化镁等金属氧化物的物质等。具体而言，可以使用钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)、锆酸铅(PbZrO3)、钛酸铅镧((Pb，La)，TiO3)、锆钛酸铅镧((Pb，La)(Zr，Ti)O3)、或者镁铌锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)(Mg，Nb)O3)等。在本实施方式中，作为压电体层70，使用了(Pb(ZrxTi1-x)O3)、x为0.5的PZT。
而且，对于压电体层70而言，结晶的取向面在赝立方表示中在(100)面优先取向，其结晶构造成为单斜晶系(monoclinic)。压电体层70的结晶构造被制造条件等大幅左右，但在压电体层70的膜厚为5μm以下的情况下，例如通过使x的范围为0.45～0.55程度，能够取得单斜晶系构造。其中，本发明中的“结晶在(100)面优先取向”包括：所有的结晶在(100)面上取向的情况、和几乎所有的结晶(例如90％以上)在(100)面取向的情况。本实施方式的压电体层70进行了X线衍射试验的结果是，(100)面的取向率为92％。而本发明中的“结晶构造成为单斜晶系(monoclinic)”包括：所有的结晶为单斜晶系的情况；和几乎所有的结晶(例如90％以上)为单斜晶系，不是单斜晶系的剩余的结晶为正方晶系(tetragonal)等的情况。
并且，压电体层70是极矩的方向相对于膜面垂直方向(压电体层70的厚度方向)倾斜了规定角度的层，第一电极60及第二电极80之间发生的电场的方向、与压电体层70的极矩的方向所成的角度，比压电体层70的压电常数(d31)极大时的电场方向、与压电体层70的极矩的方向所成的角度大。
具体而言，如图3所示，当对压电体层70从第二电极80向第一电极70施加电压时，在从第二电极80朝向第一电极60的方向上产生电场E。这里，从第二电极80向第一电极60施加电压是指，按照第一电极60相对于第二电极80相对成为负极性的方式向各电极60、80施加电位。而通过此时的电压的施加来驱动压电元件300包括：以从喷嘴开口21喷出墨滴的方式进行驱动的喷出驱动、以不喷出墨滴的程度进行驱动的微振动驱动等。其中，对于向压电元件300施加电压的驱动机构及驱动脉冲，将在后面详细阐述。
并且，在压电体层70的压电常数(d31)为极大时的电场的方向、即设定领域(engineered domain)配置中，极矩的方向朝向[111]方向，该情况的压电体层70的压电常数(d31)为极大时的电场E的方向、与压电体层70的极矩的方向所成的角度为θ0(参照图4(a)及图5)。例如，在压电体层70的结晶构造是用赝立方表示的钙钛矿型构造的情况下，角度θ0约为57度。
而且，在本实施方式中，压电体层70的极矩的方向与电场E的方向θa所成的角度θa，成为比压电体层70的压电常数(d31)为极大时的电场方向与压电体层70的极矩方向所成的角度θ0大的角度。
这里，如图4(a)所示，当在θa是比θ0大的角度的情况下，从第二电极80向第一电极60施加电压，产生电场E，来反复驱动压电元件300时，产生极化方向沿着电场施加方向被局部固定的所谓疲劳现象，极矩的方向(角度θa)沿着图5所示的曲线在A方向上移动(成为角度θb)。由于此时压电常数(d31)通过随着角度的变化、压电常数的增减反转的成为极大值的点，所以压电常数(d31)的变化率Δt变得比较小。
相对于此，例如作为压电体层70，如图4(b)所示，在极矩的方向与电场E的方向所成的角度θa’是比θ0小的角度的情况下，由于疲劳现象，极矩的方向(角度θa’)沿着图5所示的曲线在A’方向上移动而成为角度θb’。由于伴随着该角度的变化(从θa’向θb’的变化)，压电常数向单纯降低的方向变化，所以即使在产生相同的疲劳现象的情况下，其变化率Δt’与Δt相比也变大。
像这样由压电体层70的反复驱动而引起的压电常数(d31)的变化率Δt小是指，反复驱动压电元件300时的变位量的变化率小。即，如果由压电元件300的反复驱动而引起的变位量的变化率低，则初始使用时的变位量和反复驱动后的变位量之差变小，墨水喷出量和喷出速度等墨喷出特性在压电元件300的使用中不发生变化，能够总是维持稳定的打印特性。因而，可实现高品质的打印。
使用透过电子显微镜，通过进行基于强度输送方程式的电子线的相位测量、和基于此的电场测量来测定内部电场，能够取得这样的压电体层70的极矩的方向。
具体而言，利用透射电子显微镜的明视野像(只有透射波的成像)。对于正焦点的像，准备同样地聚焦在欠焦点和过焦点的两侧的3幅像，利用观测强度的差量近似(强度输送方程式)强度的传播方向的微分，测定相位。为了根据该相位，求出电场力矩，进行相位微分。
而且，由于电场向量(生成极矩的内部电场的向量方向)与极矩的向量方向相互反平行，所以通过测定压电体层70的电场向量，能够测定压电体层70的极矩的方向(与电场方向所成的角度)。
而且，由于内部电场的绝对值和极矩的绝对值成比例，所以通过内部电场的绝对值的相对比较，能够进行极矩的绝对值的相对比较。
这样，通过规定极矩的方向，能够降低由压电体层70的反复驱动引起的变位量的变化率。即，提高耐久性。例如，如上所述，在表示压电常数为极大的方向的角度θ0为55度的情况下，表示极矩的方向的角度θa为58度，即，在大3度的角度中，如图6所示，即使是反复驱动了200亿次时，也能够使压电体层70的变位量的变化率为5％以下(实施例)。而且，例如在上述的极矩的方向和电场的方向所成的角度θa’是比θ0小的角度、例如52度的情况下，如图6所示，由反复驱动引起的压电体层70的变位量的变化率大至10％(比较例)。因此，优选表示极矩的方向的角度θa比角度θ0大3度以上。而如果角度θa比角度θ0大20度以上，则在耐久试验中压电常数持续上升，但由于产生初始变位量降低这一问题，所以优选角度θa与角度θ0之差为20度以下。而且，如图6所示，实施例的压电体层70的变位量相对于反复的电场施加，随着反复次数而上升(优选在5％以下的范围内上升)，之后缓慢下降。这如图6的比较例那样，与变位量相对于反复的电场施加随着反复次数而渐渐降低相比，能够降低变位量的变化率。并且，由于实施例的压电体层70的变位量相对于反复的电场施加随着反复次数而上升，之后降低，所以能够立即实际使用(出厂)。即如图6所示的比较例那样，如果初始的变位量的变化率大，则在使用前(出厂前)超过变位量的大的变化率，到成为稳定的变化率为止，不得不进行局部固定极化的驱动，但在实施例中不需要局部固定极化的驱动，能够降低成本。其中，图6是表示实施例及比较例的实验例的图。
对于这样的极矩的方向，通过例如在压电体层70的第二电极侧设置与其它区域相比缺欠氧的氧缺欠层，或适当选择通过外延成长形成压电体层70时成为基底的第一电极60的压电体层70侧的材料，能够将极矩的方向相对于电场的方向调整为所希望的角度。
如果在压电体层70的第二电极80侧存在氧缺欠层，则氧缺欠层作为正二价的假想的离子发挥作用，在压电体层70中出现从第二电极80朝向第一电极60的内部电场。所产生的内部电场能够根据氧缺欠的量进行调整，利用该内部电场的作用，可将极矩的方向调整成所希望的方向。
另外，通过选择压电体层70的基底的材料，也能够将压电体层70的极矩调整为所希望的方向。作为压电体层70的基底，例如若使用镧镍氧化物(LNO)等，则由于该LNO的面内的晶格常数比一般的压电体层70的面内的晶格常数小，所以在该LNO上形成面内的晶格常数收缩了的压电体层70。这样，压电体层70的面内的晶格常数根据用作基底的材料而伸张、收缩，通过晶格常数的伸张、收缩也能够调整极矩的方向。
并且，在本实施方式中，如上述那样从第二电极80向第一电极60施加了电压，但该电压施加的方向由后面详细叙述的设置在喷墨式记录装置II的驱动机构规定。因此，也可以通过后面详细叙述的驱动机构，从第一电极60向第二电极80侧施加电压。
对于压电体层70的厚度没有特别的限定，只要在制造工序中将厚度抑制为不产生龟裂的程度，且以呈现充分的变位特性的程度较厚地形成即可。例如，通过以0.2～4μm左右的厚度形成压电体层70，能够容易地得到所希望的结晶构造。在本实施方式中，为了得到最佳的压电特性，将压电体层70的膜厚设为1.2μm。
而且，压电体层70的制造方法没有特别的限定，例如能够使用所谓的溶胶-凝胶法形成压电体层70，即，将有机金属化合物溶解、分散到溶剂中的所谓溶胶进行涂敷干燥而凝胶化，进而在高温下烧制，由此得到由金属氧化物构成的压电体层70。当然，压电体层70的制造方法并不限定于溶胶-凝胶法，例如也可以使用MOD(Metal-Organic Decomposition)法、或溅射法等。
并且，第二电极80例如由厚度为200nm的铱(Ir)构成。该第二电极80作为压电元件300的独立电极发挥作用。而且，在第二电极80上连接有从墨水供给路14侧的端部附近引出、延伸至绝缘体膜55上的例如由金(Au)等构成的导线电极90。
在形成有这样的压电元件300的流路形成基板10上、即第一电极60、绝缘体膜55及导线电极90上，通过粘接剂35粘接有具有构成贮存器100的至少一部分的贮存部31的保护基板30。该贮存部31在本实施方式中，沿厚度方向贯通保护基板30并遍及压力发生室12的宽度方向而形成，如上所述，构成了与流路形成基板10的连通部13连通、成为各压力发生室12的公共墨室的贮存器100。另外，也可以按每个压力发生室12将流路形成基板10的连通部13分割为多个，仅将贮存部31作为贮存器。并且，例如也可以在流路形成基板10上仅设置压力发生室12，在夹设于流路形成基板10和保护基板30之间的部件(例如弹性膜50、绝缘体膜55等)上设置将贮存器与各压力发生室12连通的墨水供给路14。
而且，在保护基板30的与压电元件300对置的区域，设置有具有不阻碍压电元件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只要具有不阻碍压电元件300运动的程度的空间即可，该空间可以被密封，也可以未被密封。
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。
另外，在保护基板30上设有沿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引出的导线电极90的端部附近被设置成在贯通孔33内露出。
并且，在保护基板30上固定有用于驱动并排设置的压电元件300的驱动电路110。作为该驱动电路110，例如可以使用电路基板或半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路110和导线电极90借助由焊丝等导电性电缆构成的连接布线110a而电连接。
而且，在这样的保护基板30上接合有由密封膜41及固定板42构成的挠性基板40。这里，密封膜41由刚性低且具有可挠性的材料构成，利用该密封膜41密封了贮存部31的一个面。而固定板42由比较硬的材料形成。由于该固定板42的与贮存器100对置的区域，成为在厚度方向上完全被去除的开口部43，所以贮存器100的一个面仅被具有可挠性的密封膜41密封。
在这样的本实施方式的喷墨式记录头中，从未图示的外部墨水供给机构和所连接的墨水导入口取入墨水，在从贮存器100到喷嘴开口21为止，内部由墨水充满之后，根据来自驱动电路110的记录信号，对与压力发生室12对应的各个第1电极60和第2电极80之间施加电压，使弹性膜50、绝缘体膜55、第1电极60及压电体层70挠曲变形，从而各压力发生室12内的压力升高，从喷嘴开口21喷出墨滴。
另外，上述的喷墨式记录头I构成了具有与墨盒等连通的墨水流路的记录头单元的一部分，被搭载于喷墨式记录装置。图7是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。
在图7所示的喷墨式记录装置II中，具有喷墨式记录头I的记录头单元1A和1B，被可拆装地设置于构成墨水供给机构的墨盒2A和2B，搭载有该记录头单元1A和1B的滑架3，被沿轴方向自由移动地设置在安装于装置主体4的滑架轴5上。该记录头单元1A和1B例如分别喷出黑墨水组成物及彩色墨水组成物。
而且，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮及同步带7被传递给滑架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，在装置主体4上沿滑架轴5设有压板8，由未图示的供纸辊等提供的纸张等作为记录介质的记录片材S被压板8卷起而输送。
并且，在喷墨式记录装置II中设置有未图示的驱动机构。这里，对喷墨式记录装置II的控制结构进行说明。其中，图8是表示本实施方式的喷墨式记录装置II的控制结构的框图。
本实施方式的喷墨式记录装置II如图8所示，大致由打印控制器111和打印引擎112构成。打印控制器111具备：外部接口113(以下称为外部I/F113)、暂时存储各种数据的RAM114、存储有控制程序等的ROM115、含有CPU等而构成的控制部116、产生时钟信号的振荡电路117、产生用于向喷墨式记录头I供给的驱动信号的驱动信号发生电路119、和将基于驱动信号与打印数据而展开的点图案数据(位图数据)等发送到打印引擎112的内部接口120(以下称为内部I/F120)。
外部I/F113例如从未图示的主机等接收由字符码、图形函数、图像数据等构成的打印数据。而且，通过该外部I/F113对主机等输出占线信号(BUSY)、应答信号(ACK)。RAM114作为接收缓存器121、中间缓存器122、输出缓存器123及未图示的工作存储器发挥作用。而且，接收缓存器121暂时存储由外部I/F113接收到的打印数据，中间缓存器122存储由控制部116变换后的中间代码数据，输出缓存器123存储点图案数据。其中，该点图案数据由通过对灰度数据进行译码(翻译)而得到的打印数据构成。
驱动信号发生电路119相当于本发明的驱动信号发生机构，产生驱动信号COM。而且，驱动信号COM是在一个记录周期内具有驱动(喷出驱动)压电元件300以便喷出墨水的喷出脉冲的信号，按每个记录周期T反复生成。
另外，在ROM115中，除了用于进行各种数据处理的控制程序(控制子程序)之外，还存储有字形数据、图形函数等。控制部116读出接收缓存器121内的打印数据，并且将对该打印数据进行变换而得到的中间代码数据存储到中间缓存器122中。而且，对从中间缓存器122读出的中间代码数据进行分析，参照ROM115中存储的字形数据和图形函数等，将中间代码数据展开成点图案数据。然后，控制部116在实施了必要的装饰处理之后，将该展开了的点图案数据存储到输出缓存器123中。
而且，如果能够得到相当于喷墨式记录头I的1行量的点图案数据，则该1行量的点图案数据通过内部I/F120被输出到喷墨式记录头I。并且，如果从输出缓存器123输出1行量的点图案数据，则展开完毕的中间代码数据被从中间缓存器122消除，对接下来的中间代码数据进行展开处理。
打印引擎112包括：喷墨式记录头I、供纸机构124和滑架机构125而构成。供纸机构124由供纸马达和压板8等构成，使记录纸等记录片材S与喷墨式记录头I的记录动作连动而将其依次送出。即，该供纸机构124使记录片材S在副扫描方向上相对移动。
滑架机构125由可搭载喷墨式记录头I的滑架3、和使该滑架3沿着主扫描方向行进的滑架驱动部构成，通过使滑架3行进而使喷墨式记录头I沿主扫描方向移动。其中，滑架驱动部如上所述，由驱动马达6和同步带7等构成。
喷墨式记录头I沿着副扫描方向具有多个喷嘴开口21，以由点图案数据等规定的定时从各喷嘴开口21喷出液滴。然后，经由未图示的外部布线向这样的喷墨式记录头I的压电元件300供给电信号、例如驱动信号COM和打印数据(SI)等。
其中，在这样构成的打印控制器111及打印引擎112中，打印控制器111、和选择性地向压电元件300输入从驱动信号发生电路119输出的具有规定驱动波形的驱动信号的具备锁存器132、电平移动器133及开关134等的驱动电路110，成为向压电元件300施加规定的驱动信号的驱动机构。
而且，这些移位寄存器131、锁存器132、电平移动器133、开关134及压电元件300，分别按喷墨式记录头I的各喷嘴开口21的每个而设置，这些移位寄存器131、锁存器132、电平移动器133及开关134根据驱动信号发生电路119发生的驱动信号COM生成驱动脉冲。这里，驱动脉冲是实际对压电元件300施加的施加脉冲。
将本实施方式的驱动脉冲的一例表示于图9。其中，图9表示驱动脉冲。本实施方式的驱动脉冲200如图9所示，是将第一电极60设为基准电位V0而向第二电极80施加的脉冲。驱动脉冲200由以下工序构成，即，使驱动电位V从比基准电位V0高的第一电位V1上升至比该第一电位V1高的第二电位V2，使压力发生室12的容积收缩的收缩工序400；将第二电位V2保持规定期间的第一保持工序401；使驱动电位V从第二电位V2下降至比第一电位V1低、且比基准电位V0低的第三电位V3，使压力发生室12的容积膨胀的膨胀工序402；将第三电位V3保持规定期间的第二保持工序403；和使驱动电位V从第三电位V3上升至第一电位V1的工序404。
而且，如果向压电元件300输出这样的驱动脉冲200，则通过压电元件300基于收缩工序400向使压力发生室12的容积收缩的方向变形，使得喷嘴开口21的弯液面被挤出。接着，压电元件300通过膨胀工序402向使压力发生室12的容积膨胀的方向变形，喷嘴开口21的弯液面被向压力发生室12侧急剧牵引，由此从喷嘴开口21挤出的墨水破碎，从喷嘴开口21喷出的墨水成为墨滴而飞翔。即，该驱动脉冲200是所谓的拉曳喷射(draw-and-eject)式脉冲。
而且，对本实施方式的压电体层70如上所述那样，从第二电极80向第一电极60施加电压是指，由于向第一电极60施加基准电压V0，所以可以说向第二电极80施加的第一电位V1、第二电位V2及第三电位V3与基准电位V0相比相对较大。即使基准电位V0为正极性，只要第一电位V1、第二电位V2及第三电位V3是比基准电位V0大的正极性，则被施加第一电位V1、第二电位V2及第三电位V3的第二电极80也为正极性，第一电极60为负极性。
另外，在本实施方式中，第一电位V1、第二电位V2及第三电位V3全都成为比对第一电极60施加的基准电位V0大的正极性，但并没有特别限定于此，例如第二电位V2也可以成为比基准电位V0低的电位、即第二电极80成为负极性。该情况下，只要由以第一电极60被施加的电位为基准，利用驱动脉冲200的积分表示的电压和施加时间规定的要素，相对于基准电位V0，正极性侧比负极性侧大，就能够起到本发明的上述效果。
(实施方式2)
在上述实施方式1中，从第二电极80向第一电极60施加了电压，但在本实施方式中，从第一电极60向第二电极80侧施加电压。
这里，参照图10对压电体层70的极矩的方向进行说明。其中，图10是表示电场的方向和极矩的方向的图。如图10所示，压电体层70的极矩的方向和电场的方向所成的角度θc，成为比压电体层70的压电常数(d31)为极大时的电场的方向、和压电体层70的极矩的方向所成的角度θ0大的角度。这里，如果与实施方式1同样地对内部电场进行测定，则θ0为55度，θc为60度。
而且，如果反复驱动压电元件300而发生疲劳现象，则极矩方向成为相对于电场方向的角度比θ0小的θd。由此，与上述的实施方式1同样，能够降低压电常数(d31)的变化率、即压电体层70的变位量的降低率。具体而言，在本实施方式中，对于200亿次的反复驱动，相对于初始的变位量暂时上升了2％后，最终相对于初始的变位量下降了2％。
在这样的压电元件300中，驱动机构驱动压电元件300的驱动脉冲例如为图11所示的脉冲。
即，驱动脉冲201是将第一电极60设为基准电位V0，向第二电极80施加的脉冲。驱动脉冲201由以下工序构成，即，使驱动电位V从比基准电位V0低(相对成为负极性)的第一电位V11下降至比该第一电位V1低的第二电位V12，使压力发生室12的容积膨胀的膨胀工序410；将第二电位V12保持规定期间的第一保持工序411；使驱动电位V从第二电位V12上升至第三电位V3，使压力发生室12的容积收缩的收缩工序412；将第三电位V3保持规定期间的第二保持工序413；和使驱动电位V从第三电位V3返回至第一电位V11的工序414。而且，如果向压电元件300输出这样的驱动脉冲201，则压电元件300通过膨胀工序410向使压力发生室12的容积膨胀的方向变形，喷嘴开口21内的弯液面被向压力发生室12侧引入。接着，压电元件300通过收缩工序412向使压力发生室12的容积收缩的方向变形，喷嘴开口21内的弯液面从压力发生室12侧被大幅挤出，从喷嘴开口21喷出墨滴。即，该驱动脉冲200是所谓的挤压式脉冲。
这样的第一电位V11、第二电位V12及第三电位V13是比基准电位V0低的电位。因此，通过使用这样的驱动脉冲201，可向第一电极60施加正极性的电位，向第二电极80施加负极性的电位。
(实施方式3)
图12是作为本发明的实施方式3涉及的液体喷射头的一例的喷墨式记录头的俯视图及其B-B’剖面图，图13是将记录头的压力发生室的排列设置方向的主要部分放大后的剖面图。其中，对与上述实施方式1同样的部件标注相同的符号，并省略重复的说明。
如图所示，在构成本实施方式的喷墨式记录头的流路形成基板10上形成有弹性膜50，在弹性膜50上形成有绝缘体膜55。而且，在绝缘体膜55上设置有由第一电极60A、压电体层70A及第二电极80A构成的压电元件300A。
第一电极60A在与各压力发生室12相对置的区域独立设置，第一电极60A成为各压电元件300A的独立电极。具体而言，第一电极60A在压力发生室12的短边方向(压力发生室12的排列设置方向)，被设置成比压力发生室12的宽度窄。而且，对于第一电极60A而言，压力发生室12的长边方向(与压力发生室12的排列设置方向正交的方向)的一端部侧被引出至压力发生室12的外侧。
压电体层70A与各压力发生室12对应地独立设置在第一电极60A上。具体而言，压电体层70A以覆盖第一电极60A的宽度方向(压力发生室12的宽度方向)的两端面的方式被设置在第一电极60A上，在相互邻接的压电元件300A中，以在隔壁11上不连续的方式被划分。而且，压电体层70A以覆盖第一电极60A的长边方向(压力发生室12的长边方向)的一端部且露出另一端部的大小进行设置。从压电体层70A露出的第一电极60A的端部，作为与驱动各压电元件300A的驱动电路电连接的端子发挥作用。
第二电极80A是设置在压电体层70A上且遍及多个压电元件300A而连续设置的公共电极。具体而言，第二电极80A遍及压电体层70A的上面和相邻的压电元件300A之间的绝缘体膜55上而连续设置。
在这样构成的压电元件300A中，各压电体层70A被第二电极80A覆盖。特别是由于压电体层70A的侧面被第二电极80A覆盖，所以能够在压电元件300A的上面不设置具有耐湿度性的保护膜，而通过第二电极80A保护压电体层70A不受外部的湿度等影响。由此，能够抑制因设置保护膜而引起压电元件300A的变位量的降低。即，通过不设置保护膜，能够降低成本，并且能够实现变位特性优异的压电元件300A。
另外，通过将第一电极60A设为多个压电元件300A的独立电极，能够如上述的实施方式2所示那样，容易地从第一电极60A向第二电极80A施加电压。
(实施方式4)
图14是作为本发明的实施方式4涉及的液体喷射头的一例的喷墨式记录头的俯视图及其C-C’剖面图，图15是将记录头的压力发生室的排列设置方向的主要部分放大后的剖面图。其中，对与上述实施方式1同样的部件标注相同的符号，并省略重复的说明。
如图所示，在构成本实施方式的喷墨式记录头的流路形成基板10上形成有弹性膜50，在弹性膜50上形成有绝缘体膜55。而且，在绝缘体膜55上设置有由第一电极60B、压电体层70B及第二电极80B构成的压电元件300B。
第一电极60A与上述的实施方式3同样，按各压力发生室12的每个独立设置。
压电体层70B设置在第一电极60A上，且遍及多个压电元件300B而连续设置。具体而言，压电体层70B朝向第一电极60A的排列设置方向，遍及第一电极60A上和绝缘体膜55上连续地以大致相同的厚度形成。其中，压电体层70B未设置在第一电极60A的长边方向的一端部上，而从没有设置压电体层70B的第一电极60A的一端部引出电极。
第二电极80B遍及压电体层70B上而连续设置。即，第二电极80B作为遍及压电元件300B连续的公共电极发挥作用。
在这样构成的压电元件300B中，压电体层70B被第二电极80B覆盖。特别是由于相互邻接的第一电极60A之间的压电体层70B被第二电极80B覆盖，所以能够在压电元件300B的上面不设置具有耐湿度性的保护膜，而通过第二电极80B保护压电体层70B不受外部的湿度等影响。由此，能够抑制因设置保护膜而引起压电元件300B的变位量的降低。即，通过不设置保护膜，能够降低成本，并且能够实现变位特性优异的压电元件300B。
另外，通过将第一电极60A设为多个压电元件300B的独立电极，能够如上述的实施方式2所示那样，容易地从第一电极60A向第二电极80B施加电压。
(其它实施方式)
以上对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明的基本结构不限定于上述实施方式。例如，在上述的实施方式1中，作为流路形成基板10，例示了单晶硅基板，但并没有特别的限定，例如也可以使用结晶面方位为(100)面、(110)面等的单晶硅基板，还可以使用SOI基板、玻璃等材料。
另外，在上述的喷墨式记录装置II中，例示了喷墨式记录头I(头单元1A、1B)被搭载于滑架3并在主扫描方向上移动的情况，但并没有特别限定于此，例如可将本发明应用于喷墨式记录头I被固定，仅通过使纸等记录片材S在副扫描方向上移动来进行打印的所谓行式记录装置。
此外，在上述的实施方式1中，作为液体喷射头的一例，举例说明了喷墨式记录头，但本发明是以所有的液体喷射头为对象的，当然可以应用于喷射墨水之外的液体的液体喷射头。作为其他的液体喷射头，例如可以举出：打印机等图像记录装置中使用的各种记录头、液晶显示器等的彩色滤光器的制造中使用的色材喷射头、有机EL显示器、FED(场致放射显示器)等的电极形成中使用的电极材料喷射头、用于制造生物芯片的生物体有机物喷射头等。
另外，本发明不限于喷墨式记录头所代表的液体喷射头中搭载的执行元件装置，也可以在搭载于其他装置的执行元件装置中应用。

Claims (9)

1.一种液体喷射头，其特征在于，具备：
流路形成基板，其形成有与喷射液滴的喷嘴开口连通的压力发生室；和
压电元件，其具有：第一电极、形成在该第一电极上的具有由通式ABO3表示的钙钛矿构造的压电体层、以及形成在该压电体层的与所述第一电极相反侧的第二电极；
所述压电体层具有单斜晶系构造，
所述第一电极及所述第二电极之间产生的电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度，比所述压电体层的压电常数为极大时所述电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度大。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述第一电极及所述第二电极之间产生的电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度，比所述压电体层的压电常数为极大时所述电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度大3°以上。
3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层包含铅、锆及钛。
4.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层在(100)面优先取向。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述第一电极及所述第二电极之间产生的电场的方向是从所述第一电极向所述第二电极的方向。
6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层的变位量相对于反复的电场施加，随着反复次数而上升。
7.根据权利要求6所述的液体喷射头，其特征在于，
所述压电体层的变位量相对于反复的电场施加，随着反复次数而上升，之后下降。
8.一种液体喷射装置，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任意一项所述的液体喷射头；和向所述第一电极及第二电极施加电压，使所述压电元件产生规定方向的电场的驱动机构。
9.一种执行元件装置，其特征在于，
具备压电元件，该压电元件由第一电极、形成在该第一电极上的具有由通式ABO3表示的钙钛矿构造的压电体层、和形成在该压电体层的与所述第一电极相反侧的第二电极构成，
所述压电体层具有单斜晶系构造，
所述第一电极及所述第二电极之间产生的电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度，比所述压电体层的压电常数为极大时所述电场的方向与所述压电体层的极矩的方向所成的角度大。
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