JP2011078203A - 圧電アクチュエータとその駆動方法、液体吐出装置、圧電型超音波振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を用いた圧電アクチュエータを、通常の駆動方法により駆動したときに必要とされる駆動電圧よりも小さい電圧（絶対値）で駆動する。
【解決手段】本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を備えた圧電アクチュエータを、正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内で、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させるものである。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を備えた圧電アクチュエータの駆動方法、及び該駆動方法に用いられる圧電アクチュエータ、ならびにこの圧電アクチュエータを用いた液体吐出装置、圧電型超音波振動子に関するものである。

電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電性を有する圧電体と、圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電アクチュエータ等の用途に使用されている。圧電材料としては、ペロブスカイト型酸化物が広く用いられており、中でもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のペロブスカイト型酸化物は、高い圧電特性（圧電ｄ定数）を有することで知られている。

従来、一般的な圧電体のバイポーラ分極―電界曲線（Ｐ−Ｅヒステリシス）は分極値を示すｙ軸に対して略対称であり、負電界側の抗電界Ｅｃ１と正電界側の抗電界Ｅｃ２とは略一致する（｜Ｅｃ１｜≒Ｅｃ２）。

これに対し、スパッタリング法等の気相成長により成膜されたＰＺＴ系のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜等のＰ−Ｅヒステリシスは正電界側に偏った、すなわちｙ軸に対して非対称であり、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる（｜Ｅｃ１｜≠Ｅｃ２）ものとなる（図１Ａを参照）。このようなＰ−Ｅヒステリシス特性を示す圧電体は、マイナス駆動においてはわずかなマイナス電圧の印加により非常に大きな分極を生じるが、プラス駆動では印加されたマイナス電圧と絶対値が等しいプラス電圧を印加してもわずかな分極しか得られない。

上記のようにＰ−Ｅヒステリシスがｙ軸に対して非対称である圧電体において、非対称性を積極的に利用する、つまり、抗電界値の絶対値が小さい側の極性の電界印加により駆動させることにより、大きな圧電性能を得ることができる。かかる圧電体を備えた圧電アクチュエータは、大きな変位を得ることができるため好ましいが、電界ゼロから抗電界の絶対値が小さい側の極性の電界側で最大変位を示す電界Ｅｍａｘの範囲内（０≦Ｅ≦｜Ｅｍａｘ｜）で駆動する通常の圧電アクチュエータの駆動方法により大きな変位を得るためには、大きな電界（電圧）を印加する必要があるため、圧電体への負荷が大きく駆動耐久性や素子信頼性が低くなるという問題がある。

非対称なＰ−Ｅヒステリシス特性を積極的に利用した圧電素子が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１では、２つの抗電界点がいずれも同一の電界極性に位置したＰ−Ｅヒステリシス特性を有する圧電体を開示している。

上記した通常の圧電アクチュエータの駆動（０≦Ｅ≦｜Ｅｍａｘ｜）により、抗電界Ｅｃ１とＥｃ２とが逆極性である圧電体をこのように単一の極性のみで駆動する場合は、駆動する極性と反対側の変位は利用されずにロスとなるが、特許文献１の圧電体では、２つの抗電界点が同一極性に存在するため、通常の圧電体でロスとなっていた変位を有効利用することができる。

また、本出願人は、特許文献２において、特許文献１の圧電体に比して変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れた圧電体として、非対称のＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体において、駆動電圧と変位の傾きが最大となるヒステリシス特性を有する圧電体及びその材料設計を開示している。

特開２００３−２４３７４１号公報 特開２００８−２１８５４７号公報 国際公開第ＷＯ２００３／０２２５８２号パンフレット

しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、いずれも高効率に大きな変位が得られるように材料設計を行ってＰ−Ｅヒステリシスや電界―歪曲線を改良している。従って、特許文献１及び２は、現状の、ＰＺＴをはじめとする非対称なＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を、高効率に駆動させて圧電体への負荷を低減させるものではない。

一方、特許文献３には、圧電体の抗電界を超えた電界強度を示す電圧を印加する高電位期と、高電位期とは電位が逆極性の電圧を印加する逆電位期とを含む駆動波形を印加する液体吐出装置が開示されている。特許文献３には、図９及び図９の説明において（８ページから９ページにかけての第1実施例）、逆電位期を有する駆動波形を印加することにより、電界変化量が同じであっても大きな変位が得られ、また、多数回駆動によるヒステリシスカーブの変化の影響を受けにくく充分な変位を得ることができることが記載されている。しかしながら、特許文献３には非対称なＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータへの適用については記載されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を用いた圧電アクチュエータを、通常の駆動方法により駆動したときに必要とされる駆動電圧よりも小さい電圧（絶対値）で駆動することが可能な圧電アクチュエータの駆動方法、及び該駆動方法を好適に適用可能な圧電アクチュエータ、及び該圧電アクチュエータを備えた液体吐出装置及び圧電性超音波振動子を提供することを目的とするものである。

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、前記負電界側の抗電界の絶対値と前記正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体と、該圧電体に電圧を印加する一対の電極とを備える圧電素子と、前記圧電体に電圧が印加された時に該圧電体に生じる歪みを変位として外部に伝える振動板とを備える圧電アクチュエータを駆動する方法であって、前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内で、前記圧電アクチュエータを、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させることを特徴とするものである。
ここで、非対称とは、バイポーラ分極―電界ヒステリシス特性が、分極値を示すｙ軸に対して非対称であることを意味する。
また、「正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内」とは、正側の抗電界の場合は抗電界以下、負側の抗電界の場合は、抗電界以上の範囲であることを意味する。

本発明の駆動方法では、前記圧電体に、前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の駆動電圧をバイアス電圧として常時印加して駆動させることが好ましい。また、下記式（１）を満足する条件で駆動することが好ましい。
｜Ｖｃ１｜＜｜Ｖｃ２｜ ・・・（１）
（Ｖｃ１は前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性を有する駆動電圧、Ｖｃ２は前記正負の抗電界のうち絶対値の小さい側の極性を有する駆動電圧。）

更に、下記式（２）を満足する条件で駆動することがより好ましい。
｜Ｖｃ１｜≦０．７×｜Ｖ１｜ ・・・（２）
（Ｖ１はＶｃ１と同一符号の抗電界Ｅ１と前記圧電体の電圧印加方向の厚みの積である。）

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、前記圧電体が、Ｐｂを含むものであること場合に好ましく適用することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、前記圧電体への電圧印加方向と、前記圧電体の伸縮方向とが直交するモードで駆動する場合により効果的である。
ここで、「圧電体への電圧印加方向と、圧電体の変位方向とが直交するモード」とは、いわゆる３１方向の駆動を意味する。

本発明の圧電アクチュエータは、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、前記負電界側の抗電界の絶対値と前記正電界側の抗電界の絶対値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体と、該圧電体に電圧を印加する一対の電極とを備える圧電アクチュエータであって、該圧電アクチュエータを駆動したときの電圧変位特性において、駆動範囲の電圧変位特性が１０％以下のリニアリティを有することを特徴とするものである。
ここで、「電圧変位特性が１０％以下のリニアリティを有する」とは、図８に示されるように、実際に得られた電圧―変位曲線を最小自乗法によりフィッティングを行って直線に近似した際に、実際の変位の値と直線近似した歪の値とが最も大きくなる値（図示ノンリニアリティエラー）が、フィッティングを行った電圧―変位曲線の変位範囲（図示フルスケール）の１０％以下であることを意味する。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、圧電体としては、プラズマを用いるスパッタリング法により基板上に成膜された、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜（不可避不純物を含んでいてもよい。）が挙げられ、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）圧電体膜がより好ましい。かかる圧電体膜は、前記絶対値の小さい抗電界の極性が負であり、Ｐ−Ｅヒステリシスが正電界側に偏った圧電特性を有している。
一般式Ａ_ａＢ_ｂＯ_３・・・（Ｐ）
（式中、ＡはＰｂを主成分とするＡサイト元素、ＢはＢサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、Ｏは酸素。ａ≧１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｂ１Ｔｉ_ｂ２Ｘ_ｂ３）Ｏ_３・・・（Ｐ−１）
（式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
上記一般式（Ｐ）又は（Ｐ−１）において、ａ＞１．０２である場合が好ましい。

本発明の液体吐出装置は、上記本発明の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータと一体的にまたは隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有するものである。

また、本発明の圧電型超音波振動子は、上記本発明の圧電アクチュエータと、前記電極に交流電流を印加する交流電源と、前記圧電体の伸縮により振動する振動板とを備えたことを特徴とするものである。

圧電アクチュエータを、高電位期と逆電位期とを含む駆動波形で駆動する、つまり、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させることにより圧電アクチュエータの駆動耐久性が高くなることは特許文献３に記載されており、特許文献３には、非対称なＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータに適用することは記載されていないことを既に述べた。

しかしながら、特許文献３において、逆電位期の電圧印加は、変位を利用するヒステリシスの場所を、より効率よく変位が得られる位置にずらすことを目的としており、駆動耐久性についても、最大変位量は変化しないことを前提として、ヒステリシス劣化の影響を受けない範囲で駆動することにより向上させている。

圧電特性の高い非対称なＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータを、圧電特性を最大限に活かして駆動しようとすると、圧電体にかかる電圧が非常に大きく、圧電体に大きな負荷を生じるために変位劣化が非常に早くなる。本発明者は、圧電体の耐久性低下を抑制して圧電特性の高い非対称なＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータを駆動することができる駆動方法について検討を重ね、よりよい駆動特性において駆動耐久性が格段に向上することを見いだしている。即ち、本発明は、このような圧電体を駆動させる際に圧電体にかかる負荷を低減させて、圧電アクチュエータの駆動耐久性及び素子信頼性を向上させるものであり、特許文献３とは思想が異なる。

また、高温高湿下で圧電膜中に存在するイオン（例えばＰｂの正イオン）は、通常の駆動であれば片側によっていくイオンマイグレーションを生じ、絶縁破壊の要因となる。本発明の駆動方法は、正負両方の駆動を行うためイオンの偏りが大きく抑えられ、そのため、駆動耐久性が著しく向上する。特に、圧電体中において、ストイキオメトリから大きく外れた組成の場合は、イオンマイグレーションを生じやすい。従って、かかる組成の圧電体を備えた圧電素子において、本発明による駆動耐久性の向上効果は非常に大きくなる。例えばＰｂを含む圧電体であれば、Ｐｂの組成がストイキオメトリ組成より多くなる組成の場合に特に有効である（ペロブスカイト型酸化物の場合、酸素に対するＰｂのモル比が１／３以上の組成）。

以上述べたように、本発明は圧電体の駆動特性（排除体積）の向上と、駆動中に生じる圧電体中のイオンマイグレーションによる材料の偏り防止を両立させたものであり、単に駆動特性を向上させたものとは異なる。

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を備える圧電アクチュエータを、正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内で、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させる。かかる方法によれば、通常の駆動方法により駆動したときに必要とされる駆動電圧よりも小さい電圧（絶対値）で駆動することができるので、圧電体への負荷を低減して圧電アクチュエータの駆動耐久性、及び、素子信頼性を向上させることができる。

特に、駆動範囲の電圧変位特性が１０％以下のリニアリティを有する圧電体を備えたアクチュエータに本発明の駆動方法を適用した場合は、低い駆動電圧（絶対値）にて高効率に大きな変位量を得ることができる。

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を適用する圧電体のＰ−Ｅヒステリシス特性の一例を示す図 本発明の圧電アクチュエータの駆動方法で好適に駆動される圧電体の電圧―変位特性（実施例１の圧電アクチュエータを駆動した時の電圧―変位特性）及び、この圧電体を駆動する際の入力波形と振動板の変位の様子を示す模式図 図１Ｂの圧電体を通常の駆動方法で駆動した場合の入力波形と振動板の変位の様子を示す模式図 本発明にかかる一実施形態の圧電アクチュエータ及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す要部断面図 図２のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置の構成例を示す図 図３のインクジェット式記録装置の部分上面図 本発明に係る一実施形態の圧電型超音波振動子の構造を示す断面図 実施例において作製した圧電素子の概略構成断面図 実施例２の圧電アクチュエータを駆動した時の電圧―変位特性を示す図 本発明におけるリニアリティの評価方法を説明する図

「圧電アクチュエータの駆動方法」
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値｜Ｅｃ１｜と正電界側の抗電界値Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性（Ｐ−Ｅヒステリシス特性）を有する圧電体、つまり、Ｐ−Ｅヒステリシスが正電界側又は負電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシス特性を有する圧電体を備えた圧電アクチュエータの駆動方法である。本実施形態では、正電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータを例に説明するが、負電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体においてもその符号が異なるだけで同様の作用効果を得ることができる。

図面を参照して本発明の圧電アクチュエータの駆動方法の一実施形態について説明する。図１Ａは、正電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシス負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、分極を示すｙ軸に対して非対称なＰ−Ｅヒステリシス特性（後記実施例１の圧電体膜のＰ−Ｅヒステリシス特性）を示したものである。

図１Ａにおいて、負電界側の抗電界Ｅｃ１と正電界側の抗電界Ｅｃ２とは｜Ｅｃ１｜＜Ｅｃ２の関係がある。このように正電界側に偏った非対称Ｐ−Ｅヒステリシスを有する圧電体膜では、正電界を印加した場合は抗電界Ｅｃ２が大きいため分極されにくく、負電界を印加した場合は抗電界Ｅｃ１の絶対値が小さいため分極されやすい。

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、２０％以上の偏り率を有するＰ−Ｅヒステリシスを有する圧電体を備えた圧電アクチュエータに好ましく適用することができ、その偏り率が大きいほど効果的である。図１Ａに示されるＰ−Ｅヒステリシスの偏り率は７６％である。

ここで、「偏り率」とは、以下の式計算される値である。本実施形態では正電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシス特性を有しているので下記式で得られる値であるが、逆に負電界側に偏ったＰ−Ｅヒステリシス特性を有している圧電体においては、下記式で得られる値の絶対値となる。
（Ｅｃ２＋Ｅｃ１）／（Ｅｃ２―Ｅｃ１）×１００ （％）
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法では、かかるＰ−Ｅヒステリシス特性を有する圧電体を備えた圧電アクチュエータを、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させる。ここで、負の駆動電圧は、最大変位を示す電界Ｅｍａｘまでの範囲で、所望の変位が得られる任意の電圧とすればよいが、正の駆動電圧はＥｃ２を超えない範囲内とする。

図１Ｂに、実際に図１ＡのＰ−Ｅヒステリシス特性を有する圧電体膜を備えた圧電アクチュエータを駆動した場合のバイポーラ電界―変位ヒステリシス特性を示す。図１Ｂでは、後記する実施例１において実際に作製した圧電アクチュエータを駆動して得られた電界―変位ヒステリシスを示してあり、負電界側において殆ど履歴がなく、且つ、リニアリティの高いものとなっている（１％以下）。本発明の圧電駆動方法は、このように駆動範囲においてリニアリティが高い駆動特性を有する圧電アクチュエータの駆動に最も有効であるが、駆動範囲におけるヒステリシスの有無やリニアリティについてはこれに限られるものではない。

図１Ｂに示されるように、本実施形態では、圧電アクチュエータを−２６Ｖ（Ｅｍａｘを与える電圧）〜５Ｖの範囲内で駆動する。電圧の印加方法は特に制限されず、例えば、圧電アクチュエータに正側の電圧をあらかじめバイアス印加しておき、所望の負の電圧まで矩形波を入力して駆動することができる。

図１Ｂには、入力する矩形波の波形の例、及び正負の電圧における圧電アクチュエータの変位の様子を表す模式図も併せて示してある。

本実施形態では、正の電圧がバイアス印加されているので、正の電圧は常時印加されていることになる。従って待機状態（図中Waiting）において、圧電アクチュエータの振動面（振動板）の変位は下に凸の状態となっている。これに対して負の電圧をＤ３方向に印加すると、Ｄ３方向と直交する方向Ｄ１方向に圧電体が伸縮して上に凸の状態となり（図中Pull）、−２６Ｖの印加時に最大変位となる（３１方向モード）。そして電圧を印加を解除すると、待機状態と同様の下に凸の状態となる（図中Push）。

図１Ｃは、通常の駆動方法、すなわち、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘ（−２６Ｖ）となる範囲で駆動させた場合の波形及びアクチュエータの振動面の変位を示したものである。図１Ｃでは最大変位を示す−２６Ｖの印加では、２６Ｖ分の振幅しか得られないが、本発明の駆動方法により駆動した図１Ｂでは、−２６Ｖの印加により３１Ｖの振幅が得られることが示されている。このように、圧電体への電圧印加方向と、圧電体の伸縮方向とが直交する、いわゆる３１方向のモードで駆動する場合、大きな排除体積を得ることができるため、本発明の駆動方法は特に効果的である。

従って、本発明の駆動方法によれば、所望の変位を、通常の駆動方法よりも圧電体への負荷の少ない電圧で得ることができ、また、最大変位が得られるＥｍａｘの印加により、圧電体膜の圧電特性から見積もられる最大変位を超える変位を得ることも可能となる。

本発明の駆動方法では、下記式（１）を満足する条件で駆動することが好ましい。また、分極の反転する抗電界の近傍においては変位量が少なくなるため、正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性を有する駆動電圧（本実施形態では正の駆動電圧）Ｖｃ１はＥｃ１の７０％以下の電界を与える駆動電圧とすることが好ましい。
｜Ｖｃ１｜＜｜Ｖｃ２｜ ・・・（１）
（Ｖｃ１は前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性を有する駆動電圧、Ｖｃ２は前記正負の抗電界のうち絶対値の小さい側の極性を有する駆動電圧。）
｜Ｖｃ１｜≦０．７×｜Ｖ１｜ ・・・（２）
（Ｖ１はＶｃ１と同一符号の抗電界Ｅ１と前記圧電体の電圧印加方向の厚みの積である。）

また、圧電アクチュエータの圧電体として、高い圧電特性を有するＰｂを含むペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでもよい）圧電体を用いる場合は、アクチュエータの駆動時に、圧電膜中に存在するＰｂイオンは、通常の駆動であれば片側によっていくイオンマイグレーションを生じるため、特に高温高湿下での使用において絶縁破壊を生じやすく、素子特性が劣化しやすい。

本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界と正電界との間で駆動するため、イオンの偏り、即ちイオンマイグレーションが大きく抑えられ、そのため、駆動耐久性が著しく向上する。特に、圧電体中において、ストイキオメトリから大きく外れた組成の場合は、イオンマイグレーションを生じやすい。従って、かかる組成の圧電体を備えた圧電素子において、本発明による駆動耐久性の向上効果は非常に大きくなる。

従って、Ｐｂを含む圧電体を備えたアクチュエータに本発明の駆動方法を適用した場合は、圧電体への負荷による劣化に加えて、Ｐｂマイグレーションによる劣化をも低減することができるため、より効果的にアクチュエータの駆動耐久性及び素子信頼性を向上させることができる。本発明の圧電アクチュエータの駆動方法に好適な圧電体については後記する。

以上述べたように、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体を備える圧電アクチュエータを、正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内で、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させる。かかる方法によれば、通常の駆動方法より駆動したときに必要とされる駆動電圧よりも小さい電圧（絶対値）で駆動することができるので、圧電体への負荷を低減して圧電アクチュエータの駆動耐久性、及び、素子信頼性を向上させることができる。

特に、駆動範囲の電圧変位特性が１０％以下のリニアリティを有する圧電体を備えたアクチュエータに本発明の駆動方法を適用した場合は、低い駆動電圧（絶対値）にて高効率に大きな変位量を得ることができる。

「圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド」
図２を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電アクチュエータ及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図２はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図（圧電素子の膜厚方向の断面図）である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。

本実施形態の圧電アクチュエータ２は、基板１０上に、下部電極２０と圧電体膜３０と上部電極４０とが順次積層された圧電素子１の基板１０の裏面に、圧電体膜３０の伸縮により振動する振動板５０が取り付けられたものである。圧電素子１では、圧電体膜３０に対して下部電極２０と上部電極４０とにより膜厚方向に電界が印加されるようになっており、圧電アクチュエータ２には、圧電素子１の駆動を制御する駆動回路等の制御手段（図示略）も備えられている。

下部電極２０は基板１０の略全面に形成されており、この上にライン状の凸部３１がストライプ状に配列したパターンの圧電体膜３０が形成され、各凸部３１の上に上部電極４０が形成されている。

圧電体膜３０のパターンは図示するものに限定されず、適宜設計される。また、圧電体膜３０は連続膜でも構わない。但し、圧電体膜３０は、連続膜ではなく、互いに分離した複数の凸部３１からなるパターンで形成することで、個々の凸部３１の伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。

基板１０としては特に制限なく、シリコン，酸化シリコン，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），アルミナ，サファイヤ，ＳｉＣ，及びＳｒＴｉＯ_３等の基板が挙げられる。基材１０としては、シリコン基板上にＳｉＯ_２膜とＳｉ活性層とが順次積層されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。

下部電極２０の組成は特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ_２，ＲｕＯ_２，ＬａＮｉＯ_３，及びＳｒＲｕＯ_３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極４０の組成は特に制限なく、下部電極２０で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極２０と上部電極４０の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。

圧電体膜３０は、図１Ａに示されるような、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有するものである。このような圧電体膜３０であれば、圧電体膜３０は特に制限されない。圧電体膜３０としては、プラズマを用いるスパッタリング法により基板１０上に成膜された、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜（不可避不純物を含んでいてもよい。）が挙げられる。かかる圧電体膜は、絶対値の小さい抗電界の極性が負であり、正電界側にＰ−Ｅヒステリシスが偏った圧電特性を有している。
一般式Ａ_ａＢ_ｂＯ_３・・・（Ｐ）
（式中、ＡはＰｂを主成分とするＡサイト元素、ＢはＢサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、Ｏは酸素。ａ≧１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等が挙げられる。圧電体膜は、これら上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物の混晶系であってもよい。

本発明は、特に、下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）圧電体膜がより好ましい。
Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｂ１Ｔｉ_ｂ２Ｘ_ｂ３）Ｏ_３・・・（Ｐ−１）
（式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）

上記一般式（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物は、ｂ３＝０のときチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であり、ｂ３＞０のとき、ＰＺＴのＢサイトの一部をＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素であるＸで置換した酸化物である。
Ｘは、ＶＡ族、ＶＢ族、ＶＩＡ族、及びＶＩＢ族のいずれの金属元素でもよく、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＷからなる群より選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

一般式（Ｐ−１）で表される、ドーパントを含むＰＺＴ系酸化物からなる圧電体膜は、Ｐ−Ｅヒステリシス特性の正電界側への偏り率が大きいものとなるため、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果を良好に得ることができる。

また、上記一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０の偏り率は、Ｐｂが多いほど大きくなる。一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物において、Ｐｂの組成ａが１．０２＜ａ≦１．３の範囲内である場合に、偏り率を２０％以上となることから、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果を良好に得ることができる。

従って、一般式（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０において、Ｐｂ組成の大きいものほど、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を用いることにより得られる効果が大きいものとなる。

後記実施例に示されるように、上記一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０は、高い圧電歪定数（ｄ３１定数）を有するため、かかる圧電体膜３０を備えた圧電アクチュエータ２は、変位特性の優れたものとなる。

また、同じく実施例に示されるように、一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０を備えた圧電アクチュエータは、駆動電圧範囲において、リニアリティの優れた電圧―変位特性を有している。既に述べたように、実施例の図１Ｂに示される電圧―変位特性では、１％程度であり、非常に高いリニアリティを有しており、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法により、駆動耐久性及び素子信頼性を効果的に向上することができる。

また、一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０はＰｂを含むため、アクチュエータの駆動時にＰｂマイグレーションを生じるため、特に高温高湿下での使用において素子特性が劣化しやすい。上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、負電界と正電界との間で駆動するため、Ｐｂイオンのマイグレーションが抑制されるという効果があることは既に述べた。従って、一般式（Ｐ）及び（Ｐ−１）で表されるペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜３０を備えた圧電アクチュエータは、上記本発明の圧電アクチュエータの駆動方法により、圧電体への負荷による劣化に加えて、Ｐｂマイグレーションによる劣化をも低減することができるため、より効果的にアクチュエータの駆動耐久性及び素子信頼性を向上させることができる。

インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、圧電アクチュエータ２の裏面に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）６１及びインク室６１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）６２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）６０が取り付けられたものである。インク室６１は、圧電体膜３０の凸部３１の数及びパターンに対応して、複数設けられている。インクジェット式記録ヘッド３では、圧電素子１に印加する電界強度を増減させて圧電素子１を伸縮させ、これによってインク室６１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。

基板１０とは独立した部材の振動板５０及びインクノズル６０を取り付ける代わりに、基板１０の一部を振動板５０及びインクノズル６０に加工してもよい。例えば、基板１０がＳＯＩ基板等の積層基板からなる場合には、基板１０を裏面側からエッチングしてインク室６１を形成し、基板自体の加工により振動板５０とインクノズル６０とを形成することができる。

本実施形態の圧電アクチュエータ２及びインクジェット式記録ヘッド３は、以上のように構成されている。

「インクジェット式記録装置」
図３及び図４を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図３は装置全体図であり、図４は部分上面図である。

図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。
印字部１０２をなすヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３である。

デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
ロール紙を使用する装置では、図３のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。

デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図３上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図３の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。

印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図４を参照）。各印字ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。
印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。

印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置１００は、以上のように構成されている。

「圧電型超音波振動子（超音波トランスデューサ）」
図５を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電型超音波振動子の構造について説明する。図５は圧電型超音波振動子の要部断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。

本実施形態の圧電型超音波振動子５は、裏面側からリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）加工されて、空洞部８１と振動板８２と振動板８２を支える支持部８３とが一体形成されたオープンプール構造のＳＯＩ基板８０と、この基板上に形成された圧電素子４と、圧電素子４の電極７１、７３に高周波交流電流を印加するＲｆ電源（高周波交流電源）９０とから概略構成されている。圧電素子４は、基板８０側から下部電極７１と圧電体膜７２と上部電極７３との積層構造を有している。

下部電極７１及び上部電極７３の組成や厚みは、図１の圧電素子１の下部電極２０及び上部電極４０と同様である。圧電体膜７２は、本発明の柱状構造膜により構成されている。

圧電素子４の電極７１、７３に超音波領域の電気交流信号が印加されると、印加された電気交流信号と同じ周波数で圧電素子４に撓み振動が生じ、振動板８２は圧電素子４と一体となって撓み振動する。このとき、振動板８２は支持部８３により周縁部が支持された状態で振動することにより、振動板８２の圧電素子４と反対側から、印加された電気交流信号と同じ周波数の超音波が放射される。

本実施形態の圧電型超音波振動子５は、以上のように構成されている。本実施形態によれば、耐電圧に優れ駆動耐久性に優れた圧電型超音波振動子５を提供することができる。
本実施形態の圧電型超音波振動子５は、超音波モータ等に使用できる。
本実施形態の圧電型超音波振動子５はまた、特定周波数の超音波を発生し、対象物より反響して戻ってきた超音波を検知するセンサ等として使用でき、超音波探触子等に使用できる。対象物より反響して戻ってきた超音波を受けて振動板８２が振動すれば、その応力に応じて圧電体膜７２が変位し、圧電素子４にはその変位量に応じた電圧が生じる。これを検出することで、対象物の形状等を検出することができる。

（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。

本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
ダイアフラム構造が形成されているＳＯＩ基板上に、スパッタ法にて、Ｔｉ密着層を介して１５０ｎｍ厚のＩｒ下部電極が順次積層された電極付き基板を用意した。次いでターゲットとしてＰｂ_１．３Ｚｒ_0.43Ｔｉ_0.44Ｎｂ_0.13Ｏ_３焼結体のターゲットを用いて、真空度０．５Ｐａ、Ａｒ／Ｏ_２混合雰囲気（Ｏ_２体積分率１．０％）、成膜温度５２５℃、投入電力５００Ｗ、基板ターゲット間距離６０ｍｍの条件下で、ＮｂドープＰＺＴ膜（Ｎｂ−ＰＺＴ膜）４ミクロンの厚みで成膜を実施した。
このとき、基板を浮遊状態にして、ターゲットと基板との間ではない基板から離れたところにアースを配して成膜した。得られた膜の組成をＸＲＦにより分析したところ、Ｐｂ_１．０３Ｚｒ_0.43Ｔｉ_0.44Ｎｂ_0.13Ｏ_３であった。

次いで、上記Ｎｂ−ＰＺＴ膜上にＰｔ上部電極を、Ｔｉ密着層を介してスパッタリング法にて形成し、リフトオフによりパターニングして圧電アクチュエータを作製した（図６、各層の厚みは図中に記載。）。

得られた圧電アクチュエータのバイポーラ分極―電界特性（Ｐ−Ｅヒステリシス特性）を測定した結果を図１Ａに示す。図示されるように、得られたＰ−Ｅヒステリシス特性は、正電界側に偏った、分極を示すｙ軸に対して非対称なものであり、その偏り率は７６％であった。なお、このときの抗電界はプラス方向は４１．６ｋＶ／ｃｍ 、マイナス方向で５．８ｋＶ／ｃｍ であった。

次いで、得られた圧電アクチュエータのバイポーラ電界―変位特性を測定したところ、図１Ｂに示されるヒステリシスが得られた。図１Ｂに示されるように、上記Ｎｂ−ＰＺＴ膜は、負電界側に高いリニアリティを有することが確認され、更に、正側の抗電界よりも低い電圧においても高いリニアリティを有することも確認された。

次いで、圧電アクチュエータに＋５Ｖのバイアス電圧を印加し、−２６Ｖまで矩形波を入力して駆動した。図１Ｂには、そのとき入力した矩形波の形状及び、アクチュエータの振動板の変位の様子を併せて示してある（詳細は上記実施形態中に記載）。

図示されるように、−２６Ｖの駆動電圧により、３１Ｖ分の変位を得ることができた。また、駆動電圧範囲において１％程度の高いリニアリティで駆動することができたことから、高効率に高い変位量をえられることが確認された。

更に、４０℃、８０％ＲＨにおいて、圧電アクチュエータを１００ｋＨｚにて２０チャンネルを連続駆動して駆動耐久性の評価を行った。駆動評価中の圧電アクチュエータの振動面の誘電正接（ｔａｎδ）が増加した点を劣化点として１０チャンネルが劣化する駆動サイクルを測定したところ、１０００億ドット以上と非常に高い駆動耐久性を示した。

また、バイアス電圧を＋１０Ｖとし、−２０Ｖまで矩形波を入力して同様に駆動耐久性の評価を行ったところ、１０チャンネルが劣化する駆動サイクル１０００億ドット以上であった。

（実施例２）
ターゲット組成をＰｂ_１．３Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８Ｏ_３とした以外は実施例１と同様にして圧電アクチュエータを作製した。得られた膜の組成をＸＲＦにより分析したところ、Ｐｂ_１．01Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８Ｏ_３であった。得られた圧電アクチュエータのＰ−Ｅヒステリシス特性を測定したところ、偏り率は１３％であった（図示略）。

また、この圧電アクチュエータのバイポーラ電界―変位特性を測定したところ、図７に示されるヒステリシスが得られた。図７に示されるように、正電界側の変位が非常に少なく、またＰｂ組成が実施例１に比して少ないことから、かかる電界−変位特性を有する圧電アクチュエータでは、若干の効果は得られるものの、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法を適用することによる効果はごく僅かであることが確認された。

（比較例１）
実施例１で作製した圧電アクチュエータを、バイアス印加せずに−２６Ｖの矩形波を入力して同様に駆動させた（図１Ｃを参照）。その結果、得られる変位量は実施例１の８０％程度であることが確認された。

次いで、実施例１と同様にして、駆動耐久性の評価を行った。その結果、１０チャンネルが劣化する駆動サイクル２００億ドットであった。

（比較例２）
実施例１で作製した圧電アクチュエータに＋１２Ｖの抗電界付近のバイアス電圧を印加して同様に駆動させた。その結果、実施例２で得られた範囲よりも小さい変位しかえられず、駆動特性が良好でなくなった。

本発明の圧電体膜の成膜方法は、インクジェット式記録ヘッド、磁気記録再生ヘッド、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイス、マイクロポンプ、超音波探触子、及び超音波モータ等に搭載される圧電素子／圧電型超音波振動子／圧電型発電素子等、あるいは強誘電体メモリ等の強誘電体素子に用いられる圧電体膜の成膜に好ましく適用することができる。

１ 圧電素子
２ 圧電アクチュエータ
３、３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１０ 基板
２０、４０ 電極
３０ 圧電体膜（柱状構造膜）
６０ インクノズル（液体貯留吐出部材）
６１ インク室（液体貯留室）
６２ インク吐出口（液体吐出口）
１００ インクジェット式記録装置
４ 圧電素子
５ 圧電型超音波振動子（超音波トランスデューサ）
７１、７３ 電極
７２ 圧電体膜（柱状構造膜）
８２ 振動板
９０ Ｒｆ電源（高周波交流電源）
Ｄ１ 電界印加方向
Ｄ３ 圧電体の伸縮方向

Claims (13)

1. 負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、前記負電界側の抗電界の絶対値と前記正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体と、該圧電体に電圧を印加する一対の電極とを備える圧電素子と、前記圧電体に電圧が印加された時に該圧電体に生じる歪みを変位として外部に伝える振動板とを備える圧電アクチュエータを駆動する方法であって、
   前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の抗電界を超えない範囲内で、前記圧電アクチュエータを、正の駆動電圧と負の駆動電圧との間で駆動させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
2. 前記圧電体に、前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性の駆動電圧をバイアス電圧として常時印加して駆動させることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
3. 下記式（１）を満足する条件で駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
   ｜Ｖｃ１｜＜｜Ｖｃ２｜ ・・・（１）
   （Ｖｃ１は前記正負の抗電界のうち絶対値の大きい側の極性を有する駆動電圧、Ｖｃ２は前記正負の抗電界のうち絶対値の小さい側の極性を有する駆動電圧。）
4. 下記式（２）を満足する条件で駆動することを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
   ｜Ｖｃ１｜≦０．７×｜Ｖ１｜ ・・・（２）
   （Ｖ１はＶｃ１と同一符号の抗電界Ｅ１と前記圧電体の電圧印加方向の厚みの積である。）
5. 前記圧電体が、Ｐｂを含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
6. 前記圧電体への電圧印加方向と、前記圧電体の伸縮方向とが直交するモードで駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
7. 負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、前記負電界側の抗電界の絶対値と前記正電界側の抗電界の絶対値とが異なる非対称なバイポーラ分極-電界ヒステリシス特性を有する圧電体と、該圧電体に電圧を印加する一対の電極とを備える圧電素子と、
   前記圧電体に電圧が印加された時に該圧電体に生じる歪みを変位として外部に伝える振動板と、
   前記圧電素子を駆動する駆動手段とを備える圧電アクチュエータであって、
   該圧電アクチュエータを駆動したときの電圧変位特性において、駆動範囲の電圧変位特性が１０％以下のリニアリティを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 前記絶対値の小さい抗電界の極性が負であることを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記圧電体が、
   プラズマを用いるスパッタリング法により基板上に成膜された、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜（不可避不純物を含んでいてもよい。）であることを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
   一般式Ａ_ａＢ_ｂＯ_３・・・（Ｐ）
   （式中、ＡはＰｂを主成分とするＡサイト元素、ＢはＢサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，及びＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、Ｏは酸素。ａ≧１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
10. 前記圧電体が、
    下記一般式（Ｐ−１）で表される１種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい。）ことを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータ。
    Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｂ１Ｔｉ_ｂ２Ｘ_ｂ３）Ｏ_３・・・（Ｐ−１）
    （式（Ｐ−１）中、ＸはＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素である。ａ＞０、ｂ１＞０、ｂ２＞０、ｂ３≧０。ａ≧１．０であり、かつｂ１＋ｂ２＋ｂ３＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
11. ａ＞１．０２であることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
    該圧電アクチュエータと一体的にまたは隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、
    該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有するものであることを特徴とする液体吐出装置。
13. 請求項７〜１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
    前記電極に交流電流を印加する交流電源と、
    前記圧電体の伸縮により振動する振動板とを備えたことを特徴とする圧電型超音波振動子。

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