CN104835906B - 压电装置、压电致动器、硬盘驱动器以及喷墨打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电装置、压电致动器、硬盘驱动器以及喷墨打印装置，所述压电装置具有包括压电体层和将该压电体层夹在其中的电极层的压电元件以及经由所述电极层向所述压电体层施加交流驱动电场的驱动电路，其特征在于：在将电场施加到极化达到饱和状态时，所述压电体层的极化率γ小于1×10‑9(C/(V·m))；所述驱动电路具有将驱动电场的最小值设定为大于所述压电体层的正的矫顽电场的单元，以及将驱动电场的最大值设定为小于(Pm’(极化的最大值)‑Pr’(准剩余极化))/(1×10‑9)的单元，其中，极化率γ＝(Pm(饱和极化)‑Pr(剩余极化))/Ed(施加电场的最大值)。

Description

压电装置、压电致动器、硬盘驱动器以及喷墨打印装置
技术领域
本发明涉及一种具备包括压电体层的压电元件和对施加给该压电体层的驱动电场进行控制的驱动电路的压电装置、使用了该压电装置的压电致动器、具备该压电致动器的硬盘驱动器、以及具备该压电致动器的喷墨打印装置。
背景技术
近年，替代块体压电材料而使用薄膜压电材料的压电元件的实际应用正得到进展。例如，作为利用了将施加于压电体层上的压力转换为电压的压电效果的压电传感器，可列举陀螺仪传感器、压力传感器、脉波传感器、震动传感器、以及麦克风等，或者作为利用了当将电场施加于压电体层上时压电体层变形的逆压电效果的压电致动器，可列举硬盘驱动器磁头滑块、喷墨打印头、或者同样地利用了逆压电效果的扬声器、蜂鸣器、共鸣器等。
还有，若使压电材料薄膜化，则可实现元件的小型化，扩大可应用之领域，并且在基板上能够一次性地制造多个元件，所以可以提高批量生产性。还有，用作传感器时提高传感器的灵敏度等在性能方面具有许多优点。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开平5-114760号公报
若在压电体上施加电场，则在压电体上产生极化，并作为伴随极化方向的变化的履历会产生磁滞现象。在相对于所施加的电场极化的变化较小并显示矩形比比较大的磁滞的压电体中，即使改变所施加的电场的值，所得到的压电特性也不发生大的变化，然而在显示矩形比比较小的磁滞的压电体中，发生如下问题：根据施加电场的条件有时会得不到足够的压电特性，且因压电元件的连续驱动而很有可能产生极化劣化和耐久性劣化等现象。在一般情况下，与块体压电体相比，在薄膜化的压电体层中矩形比变得较小，另外这种倾向在不含铅的压电体层中特别明显。
图1示出在表示矩形比比较小的磁滞的压电体层中，当将电场施加于正负极侧直到极化饱和为止时的P-E(极化-电场)磁滞。极化变0的电场分别为正负的矫顽电场Ec+、Ec-。
针对上述问题，在专利文献1所记载的技术中，通过在压电致动器进行驱动时始终将正的电场施加给压电体的方法，即使在高温和高压下，也可抑制压电致动器的连续驱动时的极化量的降低。然而，该方法是将块体压电体作为压电体的，当将该方法适应于薄膜化的压电体层时，即使在施加了压电体层不发生极化劣化的电场的情况下也容易产生毁坏膜的现象，而且在施加了小于或等于矫顽电场的电场时，虽然有助于降低极化劣化，但是不能得到足够的位移量。
发明内容
本发明是根据上述技术问题而提出的，其目的在于根据所使用的压电体层的介电特性，通过压电装置所具备的驱动电路对施加给压电体层的驱动电场进行控制，由此在压电装置中得到良好的输出。
为了达到上述的目的，本发明所涉及的压电装置，其具有包括压电体层和将该压电体层夹在其中的电极层的压电元件以及经由所述电极层向所述压电体层施加交流驱动电场的驱动电路，在将电场施加到极化达到饱和状态时，所述压电体层的极化率γ小于1×10-9(C/(V·m))，所述驱动电路具有将所述驱动电场的最小值设定为大于所述压电体层的正的矫顽电场的单元，以及将所述驱动电场的最大值设定为小于(Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化))/(1×10-9)的单元。其中，极化率γ＝(Pm(饱和极化)-Pr(剩余极化))/Ed(施加电场的最大值)，极化单位是(C/m2),电场的单位是(V/m)。
如上所述，在显示饱和时的极化率γ接近0且矩形比比较大的磁滞的压电体中，即改变所施加的电场的值，所得到的压电特性也不会有很大的变化。
在压电装置中，将施加给压电体层的驱动电场的最小值设定为大于正的矫顽电场，由此，因为构成压电体层的结晶粒子的极化方向相一致，所以压电元件的位移量变大。进而，驱动电场的最大值设定为小于Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化))/(1×10-9)，由此能够得到由构成压电体层的结晶粒子的域内的电偶极子的旋转而引起的位移,因此可得到更大的位移。
在图2示出针对显示矩形比比较小的磁滞的压电体层，当施加了极化达不到饱和的电场时的压电体层的P-E磁滞。在此，所谓极化的最大值Pm’是指将某一施加电场的最大值Ed施加给压电体层时的压电体层的极化量，所谓准剩余极化Pr’是指施加至施加电场的最大值Ed时的P-E磁滞与施加电场＝0的轴相交时的极化量。还有，1×10-9相当于压电体层的极化率γ，若将(Pm’-Pr’)/Ed大于1×10-9的电场施加给压电体层，则因电致伸缩效应有时压电体层被破坏，因此驱动电场的最大值设定为小于施加电场变为(Pm’-Pr’)/1×10-9的值。
本发明所涉及的压电装置的压电体层优选为分别在正的电场侧和负的电场侧具有矫顽电场，压电装置的驱动电路具有向取矫顽电场的绝对值较小的值的方向施加正的电场、向取矫顽电场的绝对值较大的值的方向施加负的电场的单元。由此，能够在压电体层的压电特性更大的电场范围内进行驱动，因此能够使压电体层的移位量进一步变大。
本发明所涉及的压电装置所具备的驱动电路优选为具有将所述驱动电场的最小值设定为所述压电体层的正的矫顽电场的5倍以上且将所述驱动电场的最大值设定为所述压电体层的正的矫顽电场的50倍以下的单元。由此，能够更多地得到因构成压电体层的结晶粒子的域内的电偶极子的旋转引起的位移，因此能够使压电体层的移位量进一步变大。
本发明所涉及的压电装置的压电体层优选为由铌酸钾钠构成。由于铌酸钾钠的矫顽电场与其他材料相比较小，且结晶粒子内的域较小，因此，因设定驱动电场而产生的位移量的增加效果明显。还有，铌酸钾钠也可以作为添加物含有Mn、Li、Ta、Ba、Sr、Zr。
本发明所涉及的压电致动器具有用上述的构成而显示的压电装置。作为压电致动器，具体而言可以列举硬盘驱动器的磁头组件、喷墨打印头的压电致动器等。
而且，在本发明所涉及的硬盘驱动器以及喷墨打印装置上使用上述的压电致动器。
根据本发明所涉及的压电装置能够在压电致动器中提高输出功率，并且提供高性能的硬盘驱动器以及喷墨打印装置。
附图说明
图1为本实施方式所涉及的压电体层在饱和状态下的P-E磁滞。
图2为本实施方式所涉及的压电体层在未饱和状态下的P-E磁滞。
图3为本实施方式所涉及的压电装置的电线电路的配置图。
图4为本实施方式所涉及的压电致动器的配置图。
图5为本实施方式所涉及的压电致动器的配置图。
图6为本实施方式所涉及的硬盘驱动器的配置图。
图7为本实施方式所涉及的喷墨打印装置的配置图。
符号说明
1-压电装置；200-磁头组件；300-压电致动器；700-硬盘驱动器；800-喷墨打印装置。
具体实施方式
下面参照附图对实施本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在附图中相同或同等的构件使用相同的符号。还有，上下左右的位置关系如附图所示。另外，有重复说明时省略说明。
(压电元件)
图3示出本实施方式所涉及的压电装置1的电线电路结构的一个举例。压电装置1具备压电元件80、控制压电元件80的驱动电场的驱动电路20、监视流过压电元件80的电流值的电流监视电路30和开关单元40，压电元件80具备第一电极层81、在第一电极层81上形成的压电体层82、以及在压电体层82上形成的第二电极层83。另外，在图3上下相反地示出压电元件80。
第一电极层81，作为一个举例由Pt(白金)形成。第一电极层81,作为一个举例具有0.02μm以上、1.0μm以下的厚度。通过由Pt形成第一电极层81，可形成具有高取向性的压电体层82。还有，作为第一电极层81可使用Pd(钯)、Rh(铑)、Au(金)、Ru(钌)、Ir(铱)、Mo(钼)、Ti(钛)、Ta(钽)等的金属材料，或者SrRuO3、LaNiO3等的导电性金属氧化物。第一电极层81可通过喷溅法、真空蒸镀法、印刷法、旋转涂敷法、以及溶胶凝胶法等形成。
作为用于压电体层82的材料可使用由通式ABO3表示的钙钛矿化合物。尤其优选为由(K,Na)NbO3(铌酸钾钠)构成。虽然压电体层82在其饱和时的极化率γ小于1×10-9(C/(V·m))，然而显示矩形比比较小的磁滞。其中，极化率γ＝(Pm(饱和极化)-Pr(剩余极化))/Ed(施加电场的最大值)(参照图1)。
压电体层82可通过喷溅法、真空蒸镀法、印刷法、旋转涂敷法、以及溶胶凝胶法等形成。作为一个举例其厚度大概为1μm以上、5μm以下。
第二电极层83，作为一个例举由Pt形成。第二电极层83，作为一个举例具有0.02μm以上、1.0μm以下的厚度。还有，作为第二电极层83也可以使用Pd、Rh、Au、Ru、Ir、Mo、Ti、Ta等的金属材料、或者SrRuO3、LaNiO3等的导电性金属氧化物。第二电极层83可通过喷溅法、真空蒸镀法、印刷法、旋转涂敷法、以及溶胶凝胶法等形成。
还有，也可以利用保护膜对压电元件80进行表面涂层处理。由此，可提高可靠性。
压电元件80可在第一电极层81以及第二电极层83的任一方或者双方与压电体层82之间具备中间层。
作为该中间层可使用导电性氧化物。尤其优选为导电性高且具有耐热性的SrRuO3、SrTiO3、LaNiO3、CaRuO3、BaRuO3、(LaXSr1-X)CoO3、YBa2Cu3O7、La4BaCu5O13等。
包括上述的压电元件80的层叠体虽然形成在规定的基板上，然而压电元件80也可不具有该基板。在基板上对第一电极层81、压电体层82以及第二电极层83进行层叠后利用光刻法对压电元件80进行图案化，然后可利用干蚀刻法等去掉基板。当制作带有基板的压电元件80时，在进行了图案化之后切断基板即可。
并没有特别地限制与压电元件80的层叠方向垂直的方向的大小，例如可以设定为1.0mm×0.3mm左右。
驱动电路20具有将规定的电场施加给压电元件80的功能。作为一个举例，驱动电路20包括电荷泵，并如图3所示,可通过与外部电源51相连接对由外部电源51输出的电压进行增幅以将规定的电场输出给压电电源80。
如图3所示，压电装置1除了驱动电路20，还可具有电流监视电路30。电流监视电路30具有将电场施加给压电元件80并监视此时的极化P的功能和、将规定的电场值作为信号而输出给驱动电路20的功能。
还有，压电装置1也可以具有开关装置40。开关装置40具有对驱动电路20和电流监视电路30进行电性地切换连接的功能。一般情况下当压电装置1起动时，开关装置40与电流监视电路30连接以使压电元件80与电流监视电路30相连接，并将从电流监视电路30得到的后文所述的Eul、Ell信号反馈到驱动电路20之后进行切换电路的动作，但是也可以经过规定时间后切换开关装置40并进行后文所述的电流监视动作。
也可以用一个集成电路统一控制驱动电路20、电流监视电路30以及开关装置40的动作。还有，当在压电系统中使用多个压电装置时，也可以将每个压电装置1的驱动电路20、电流监视电路30以及开关装置40归拢到一个集成电路。
(驱动电场的设定方法)
本发明所涉及的压电装置1所具备的驱动电路20具有将驱动电场的最小值Emin设定为大于压电体层82的正的矫顽电场的单元，以及将驱动电场的最大值Emax设定为小于(Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化))/(1×10-9)(C/(V·m))的单元。
其中，虽然将1×10-9(C/(V·m))作为相当于极化率γ的数值而显示，但是这是极化的单位为(C/m2)、电场的单位为(V/m)的情况。然而，在后文中极化的单位使用(μC/cm2)、电场的单位使用(kV/mm)，因而极化率γ的阈值变为0.1。
首先，通过开关装置40来连接电流监视电路30和压电元件80并将电场施加给压电元件80来测量极化量。此时进行如下的一次往复操作：所施加的电场从外部电源52得到，并将施加给压电元件80的电场从0kV/mm增加到使压电体层82饱和的电场(图1的施加电场的最大值Ed)，之后返回到0kV/mm后，施加至-Ed，之后返回到Ed。通过该操作而获得正的矫顽电场Ec+，并从该信息求得施加电场的下限值Ell，并将该电场输出给驱动电路20。
其次，一边从电流监视电路30对压电元件80按每0.1kV/mm逐渐增加施加电场的最大值Ed一边进行上述的一次往复的操作，每做一次往复操作就根据Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化)以及施加电场的最大值Ed求出极化率γ(参照图2)。然后，求出极化率γ不超过0.1的最大的施加电场，以此作为施加电场的上限值Eul并将该电场输出给驱动电路20。
其次，通过将开关装置40从电流监视电路30切换到驱动电路20来连接驱动电路20和压电元件80，驱动电路20在被输入的Ell至Eul的范围内，根据来自装载了压电装置1的压电系统的信号和按照压电系统的必要特性而在驱动电路20设定的条件等来调节Emin和Emax，并让确定对压电元件80的驱动电场的范围。
然后，在该Emin和Emax的范围内，使用外部的电源51使压电元件80工作。
此时，优选为，正负的矫顽电场Ec+、Ec-中的绝对值较小的电场侧的朝向设定为正、正的方向的P＝0的电场设定为Ec+、负的方向的P＝0的电场设定为Ec-。然后，优选为，正的矫顽电场Ec+设定为驱动电场的下限值Ell、γ＝0.1的电场设定为驱动电场的上限值Eul而使压电元件80工作。由此，可进一步提高压电装置1的压电元件80的位移。
还有，优选为，驱动电场的最小值Emin设定为所述压电体层82的正的矫顽电场Ec+的5倍以上，且所述驱动电场的最大值Emax设定为所述压电体层82的正的矫顽电场Ec+的50倍以下而使压电元件80工作。由此，可进一步提高压电装置1的压电元件80的位移。
(压电常数的测量方法)
构成压电装置1的压电元件80的压电常数通过以下方法进行测量。
通过电源51将1kHz规定的电场施加于第一电极层81以及第二电极层83，并利用激光位移计(小野测器公司制造)测量压电元件80的位移。然后由下面的公式(1)计算得出压电常数(-d31)。
式中，hs:基板的厚度；S11、p:压电体层的弹性率；S11、s:基板的弹性率；L:压电体层的驱动部的长度；δ:位移量；V:施加电压。
(压电致动器)
图4示出使用本发明所涉及的压电装置的压电致动器的一个举例，是装载在硬盘驱动器(下面也称为HDD)的磁头组件的配置图。如图所示，磁头组件200作为其主要的配置部件具有包括底板9、承载梁11、弯曲件17、作为驱动元件的第一以及第二压电元件13a(80)以及元件电路13b的压电装置13(1)、以及包括磁头元件19a的滑块19。
元件电路13b具备包括驱动电路、电流监视电路、以及开关装置的集成电路。还有，也可以将控制多个压电元件的多个元件电路集中到一个集成电路。元件电路13b配置在作为弯曲件17的一部分的布线用柔性基板15上，然而也可以在HDD的基盘上的音圈马达控制器上只追加上述集成电路的功能。
还有，承载梁11包括：例如，通过线束焊接固接于底板9上的基端部11b、从该基端部11b延伸并逐渐变窄的第一以及第二板簧部11c以及11d、在第一以及第二板簧部11c以及11d之间形成的开口部11e、与第一以及第二板簧部11c以及11d相连并以直线且逐渐变窄的形状延伸的梁主要部分11f。
第一以及第二压电元件13a相隔规定距离分别配置在作为弯曲件17的一部分的布线用柔性基板15上。滑块19固定在弯曲件17的前端部，并伴随着第一以及第二压电元件13a的伸缩而进行旋转运动。
第一以及第二压电元件13a由第一电极层、第二电极层、以及夹在该第一以及第二电极层之间的压电体层构成，在本发明所涉及的压电致动器中，确认能够发挥该压电装置的每个压电元件所具有的最优的压电特性的施加电场并设定驱动电场，因此可得到较高的可靠性和足够的移位量。
图5示出使用上述的压电装置的压电致动器的另一个举例，是喷墨打印头的压电致动器的配置图，表示压电装置1中的压电元件80的适用实例。
压电致动器300在基板22上层叠绝缘膜23、下部电极层24、压电体层25以及上部电极层26而构成。
当没有提供规定的喷出信号并在下部电极层24和上部电极层26之间没有施加电场时，压电体层25不产生变形。在设有没有提供喷出信号的压电元件的压力腔21中不产生压力变化，所以不从该喷嘴27喷出墨水滴。
另一方面，当提供规定的喷出信号并在下部电极层24和上部电极层26之间施加一定的电场时，压电体层25产生变形。在设有提供喷出信号的压电元件的压力腔21中其绝缘膜23发生较大弯曲。因此，压力腔21内的压力瞬间升高并从该喷嘴27喷出墨水滴。
在此，作为本发明的压电致动器的压电装置，使用调整和施加能够发挥每个压电元件所具有的最优的压电特性的电场的压电装置，由此可得到较高的可靠性和足够的移位量。
(硬盘驱动器)
图6为装载了图4所示的磁头组件的硬盘驱动器的配置图。
硬盘驱动器700在外壳60内具备作为记录媒体的硬盘61以及在该硬盘61上记录和重放磁信息的磁头臂组件62。硬盘61由省略图示的马达驱动旋转。
磁头臂组件62将多个组装体在深度方向上层叠而成。该组装体由通过音圈马达63旋转自如地支撑在支轴周围的致动臂64、以及与该致动臂64相连的磁头组件65构成。磁头组件65的前端部以与硬盘61相对的方式安装有磁头滑块19(参照图4)。
磁头组件65(200)采用使磁头元件19a(参照图4)以两个阶段变动的形式。磁头元件19a的较大的移动通过由音圈马达63驱动整个磁头组件65以及致动臂64来控制，微小的移动通过由磁头组件65的前端部驱动磁头滑块19来控制。
在用于该磁头组件65的压电装置中，使用调整和施加能够发挥每个压电元件所具有的最优的压电特性的电场的压电装置，由此可得到较高的可靠性和足够的移位量。
(喷墨打印装置)
图7为装载了图5所示的喷墨打印头的喷墨打印装置的配置图。
喷墨打印装置800主要由喷墨打印头70、主机71、托盘72、磁头驱动装置73而构成。压电致动器300设置在喷墨打印头70上。
喷墨打印装置800具备黄色、品红色、蓝绿色、黑色共四种颜色的墨盒，并构成为能够进行全色打印。还有，该喷墨打印装置800其内部具备专用的控制板等，并控制喷墨打印头70的墨水喷出时机以及磁头驱动装置73的扫描。还有，主机71在其背面具备托盘72，且在其内部具备自动送纸器(自动连续送纸装置)76，自动地送记录纸75并从正面的出纸口74输出记录纸75。
在用于该喷墨打印头70的压电致动器的压电装置中，通过调整和施加能够发挥每个压电元件所具有的最优的压电特性的电场，可提供具有较高的可靠性和较高的安全性的喷墨打印装置。
[实施例]
下面，基于实施列以及比较列对本发明进行更详细的说明，然而本发明不限于下文中的实施例。
(实施例1)
首先，在单晶体Si即3英寸的基板上通过晶体成长而得到成为压电体层82的底层膜的第一电极层81。该第一电极层81为Pt膜，膜厚为0.2μm。形成方法采用了喷溅法，将基板加热到500℃并进行成膜。
接着采用由(K0.5Na0.5)NbO3(铌酸钾钠)组成的溅射靶，在第一电极层81上形成了压电体层82膜。形成方法采用了喷溅法，与第一电极层81同样在基板加热到750℃的条件下进行成膜，膜厚为2.0μm(KNN1)。
其次，作为第二电极层83在压电体层82上形成了Pt膜。与第一电极层81同样其形成方法采用了喷溅法，但是基板温度设定为200℃。膜厚为0.2μm。
之后，利用光刻法对基板上的层叠结构进行图案化，通过利用RIE进行干蚀刻去掉基板，并制造了可动部分尺寸为0.3mm×1.0mm的压电元件80。
其次，构成具备一个压电元件80且图3所示的电路结构的压电装置1。为了实现小型化和节能化使用了ASIC(面向特定用途IC)作为包括驱动电路20、电流监视电路30、以及开关装置40的IC。
首先，通过对压电元件80施加使压电体层82饱和的电场，作为正负的矫顽电场Ec-、Ec+分别得到了0.44、1.02kV/mm。因此，此状态下的施加电场的下限值Ell大约为1kV/mm。还有，此时的极化率γ＝0.086。
其次，一边从电流监视电路30对压电元件80按每0.1kV/mm逐渐增加施加电场的最大值Ed一边每做一次往复操作就根据Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化)以及施加电场的最大值Ed求出极化率γ(参照图2)。此时，作为极化率γ不低于0.1的最大的施加电场的最大值Ed，即，施加电场的上限值Eul求得64kV/mm。
将由上述求得的施加电场的下限值Ell和上限值Eul作为信号从电流监视电路30输入到驱动电路20，并将开关装置40从电流监视电路30切换至驱动电路20。然后，考虑到压电系统的限制等而设Emin为5kV/mm、Emax为52kV/mm后，根据Emin和Emax的范围内的正弦波使压电元件80工作。
还有，利用激光位移计(小野测器公司制造)对压电元件80的压电特性进行了如上所述的评估。用上述的条件下的Emin和Emax施加频率1kHz的正弦波并测量位移，求得了压电常数-d31。实施例1的压电元件80的压电常数-d31为37pm/V。
(比较例1-1、1-2、1-3)
比较例1-1、1-2、1-3的压电装置的压电元件的构成和制造工序与实施例1相同。然而，基于从电流监视电路得到的Ell、Eul决定Emin、Emax的驱动电路内的设定不相同。
也就是说，关于驱动电场，分别在比较例1-1中设定为驱动电场的最小值Emin小于0kV/mm(当然，也小于压电体的矫顽电场Ec+)的条件、在比较例1-2中设定为驱动电场的最小值Emin大于0kV/mm、小于压电体的矫顽电场Ec+的条件、在比较例1-3中设定为驱动电场的最大值Emax大于极化率γ＝0.1的上限值Eul的条件，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例2)
利用具有与实施例1相同的特性的压电元件80构成了实施例2的压电装置1。此时，压电装置1内的电流监视电路30确认测量P-E磁滞时而得到的两个矫顽电场的大小，与实施例1相反，在两个矫顽电场中将绝对值较小的矫顽电场设定为Ec+，将Ec+的施加方向设定为正的电场方向，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例3)
在与实施例2相同的压电装置1中，基于从电流监视电路30得到的上下限值Ell、Eul分别将Emin、Emax限为Ec+的5倍以上、Ec+的50倍以下，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例4)
除了压电体层82的成膜温度设定为800℃之外，其它以与实施例1同样的方式构成了实施例4的压电装置1，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。该压电体层82(KNN2)的Ec-、Ec+、γ和Eul分别为0.67kV/mm、1.26kV/mm、0.085、65kV/mm。
(实施例5)
利用与实施例4相同的压电元件80构成了实施例5的压电装置1。此时的压电装置1内的电流监视电路30的设置与实施例2相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例6)
利用与实施例4相同的压电元件80构成了实施例6的压电装置1。此时的压电装置1内的驱动电路20的设置与实施例3相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(比较例2)
利用与实施例4相同的压电元件80构成了实施例2的压电装置1。此时的压电装置1内的电流监视电路30的设置与比较例1-3相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例7)
除了压电体层82的材料采用了(Bi0.5Na0.5)TiO3之外，其它以与实施例1同样的方式构成了实施例7的压电装置1，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。该压电体层82(BNT)的Ec-、Ec+、γ、Eul分别为0.25kV/mm、0.53kV/mm、0.081、60kV/mm。
(实施例8)
利用与实施例7相同的压电元件80构成了实施例8的压电装置1。此时的压电装置1内的电流监视电路30的设置与实施例2相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例9)
利用与实施例7相同的压电元件80构成了实施例9的压电装置1。此时的压电装置1内的驱动电路20的设置与实施例3相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(比较例3)
利用与实施例7相同的压电元件80构成了比较例3的压电装置1。此时的压电装置1内的驱动电路20的设置与比较例1-3相同，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。
(实施例10至17)
在压电体层82的材料为(K0.5Na0.5)NbO3、成膜温度为700℃的环境下进行成膜并改变了膜厚。此时的压电体层82(KNN3)的膜厚分别为1.0μm、1.4μm、1.6μm、2.1μm、2.5μm、2.9μm、3.1μm、3.5μm。除了压电体层82，其它以与实施例3同样的方式构成了实施例10至17的压电装置1，并用与实施例1相同的方法求得了压电常数。该压电体层82的Ec-、Ec+、γ、Eul分别为大约0.8kV/mm、0.4kV/mm、0.088、100kV/mm。
表1示出使用比较例1-1至1-3、2、3以及实施例1至17的压电元件的Pm’、Pr’、(Pm’-Pr’)/0.1、Ec-、Ec+、5Ec+、50Ec+压电体层的膜厚t、从压电元件的电流监视电路得到的Ell、Eul、从驱动电路得到的Emin、Emax以及压电常数-d31的测量结果。
【表1】
例用驱动电路20将驱动电场控制为规定的值的实施例1至17的压电装置1，与不具备该必要条件的比较例1-1至1-3、2、3的压电装置相比，得到了更大的压电常数。由此，可以确认本发明所涉及的压电装置1在相对于电场能够更有效地得到位移的范围内进行驱动。
具有向矫顽电场的绝对值较小的值的方向施加正的电场、向矫顽电场的绝对值较大的值的方向施加负的电场的单元的实施例2、3、5、6、8、9至17的压电装置1，与实施例1、4、7的压电装置1相比，得到了更大的压电常数。由此，可以确认这些压电装置在压电元件的位移量更大的电场范围内进行驱动。认为这是因为能够更多地得到因结晶粒子的域内的电偶极子的旋转引起的位移。
设定了Ec+的5倍以上的驱动电场的最小值Emin和Ec+的50倍以下的驱动电场的最大值Emax的实施例3、6、9至17的压电装置1能够得到更大的压电常数。由此，可以确认通过因结晶粒子的域内的电偶极子的旋转引起的位移，压电装置在压电元件的位移量更大的电场范围内进行驱动。
在实施例10至17中随着将压电体层82的膜厚从1.0μm加厚，压电常数就会变大，而以2.5μm为界线压电常数趋向变小。认为这是因为，随着压电体层82的膜厚变厚结晶性提高并压电常数增加，但是以2.5μm附近为界线第一电极层81的结晶性不能继续提高而具有不同取向的结晶得到增加。
如上所述，在使用将驱动电场控制为恰当的范围内的电路的压电装置中，能够得到足够大的压电常数。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可予以各种变形，不言而喻该变形也包含在本发明之内。
例如，在上述的实施方式中，除了驱动电路20还设置了电流监视电路30，然而电流监视电路30并不是必须的。也就是说，只要能够用探针测量等方式确认压电元件80的最优的驱动电场范围，在不具有电流监视电路30的配置时也能够得到本发明的效果。这种情况当然不需要开关装置40。
还有，在上述的实施方式中，利用驱动电路20和外部电源51使压电元件80工作，然而利用压电装置所具有的其它的电源也可以使压电元件80工作。

Claims (7)

1.一种压电装置，其具有包括压电体层和将该压电体层夹在其中的电极层的压电元件以及经由所述电极层向所述压电体层施加交流驱动电场的驱动电路，其特征在于：
在将电场施加到极化达到饱和状态时，所述压电体层的极化率γ小于1×10-9(C/(V·m))；
所述驱动电路具有将所述驱动电场的最小值设定为大于所述压电体层的正的矫顽电场的单元，以及将所述驱动电场的最大值设定为小于(Pm’(极化的最大值)-Pr’(准剩余极化))/(1×10-9)的单元，
其中，极化率γ＝(Pm(饱和极化)-Pr(剩余极化))/Ed(施加电场的最大值)。
2.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于：
所述压电体层分别在正电场侧和负电场侧具有矫顽电场，所述驱动电路具有向取矫顽电场的绝对值较小的值的方向施加正电场而向取矫顽电场的绝对值较大的值的方向施加负电场的单元。
3.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于：
所述驱动电路具有将所述驱动电场的最小值设定为所述压电体层的正的矫顽电场的5倍以上，且将所述驱动电场的最大值设定为所述压电体层的正的矫顽电场的50倍以下的单元。
4.根据权利要求1所述的压电装置，其特征在于：
所述压电元件的所述压电体层由铌酸钾钠构成。
5.一种压电致动器，其特征在于：
使用了权利要求1所述的压电装置。
6.一种硬盘驱动器，其特征在于：
具备权利要求5所述的压电致动器。
7.一种喷墨打印装置，其特征在于：
具备权利要求5所述的压电致动器。
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