JP2013140852A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷が小さく且つ変位量が高い液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧電体層および圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、圧電素子を駆動する駆動波形を圧電素子に供給する駆動手段と、を有してノズル開口から液体を吐出する液体噴射装置であって、圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、駆動波形２００が、抗電圧以上の第一電圧Ｖｍを引加して分極状態とする分極工程Ｐ０１と、第一電圧Ｖｍの印加状態から第一電圧Ｖｍとは逆極性の電圧Ｖ１を印加して圧電体層の分極を緩和させる緩和工程Ｐ０２と、逆極性の電圧Ｖ１の印加状態から第一電圧Ｖｍより大きな電圧Ｐ０５を印加して液体を吐出する吐出工程Ｐ０３とを有する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせる電極及び圧電体層を有する圧電素子を具備する液体噴射装置に関する。

液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。

液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。ここで、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。

このような圧電素子を構成する圧電体層として用いられる圧電材料には高い圧電特性が求められており、圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられるが、環境問題の観点から、非鉛又は鉛の含有量を抑えた圧電材料が求められている。鉛を含有しない圧電材料としては、例えば、Ｂｉ及びＦｅを含有するＢｉＦｅＯ_３系の圧電材料がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２８７７４５号公報

しかしながら、このような非鉛又は鉛の含有量を抑えた複合酸化物からなる圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と比較すると変位量が十分ではないので、変位量の向上が求められている。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子においても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、環境負荷が小さく且つ変位量が高い液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層および該圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記駆動波形が、前記圧電体層の抗電圧以上の第一電圧を引加して分極状態とする分極工程と、前記第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させる緩和工程と、該逆極性の電圧の印加状態から前記第一電圧より大きな電圧を印加して液体を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、抗電圧以上の第一電圧を引加して分極状態とする分極工程と、前記第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させる緩和工程とを付与することにより、分極緩和を促進し、その状態から第一電圧より大きな電圧を印加することにより、大きな変位量を得ることができる。また、圧電材料を、非鉛系、すなわち、鉛を含有しないまたは鉛含有の少ないものとしているため、環境への負荷が小さい。

また、前記第一電圧が、前記圧電素子の待機状態において印加される中間電圧であるのが好ましい。これによれば、分極状態を安定して維持することができる。

本発明の他の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層および該圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記駆動波形が、前記圧電体層の抗電圧以上の第一電圧を印加して分極状態とする分極工程と、前記第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは同極性で大きな電圧を印加する工程と、前記大きな電圧の印加状態から当該電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させて液体を吐出する吐出工程とを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、抗電圧以上の第一電圧を引加して分極状態とする分極工程と、第一電圧とは同極性で大きな電圧を印加する工程とに続いて、前記大きな電圧の印加状態から当該電圧とは逆極性の電圧を印加して圧電体層の分極を緩和させることにより、分極緩和を促進し、大きな変位を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図。 実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。 実施形態１に係る記録装置の制御構成を示すブロック図。 実施形態１に係る駆動信号（駆動波形）例を示す図。 試験例１で用いた駆動波形を説明する図。 試験例１の結果を示す図。 試験例２の結果を示す図。 試験例３の結果を示す図。 駆動信号（駆動波形）の他の例を示す図。 駆動信号（駆動波形）の他の例を示す図。

（実施形態１）
図１は、本発明にかかる液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

ここで、このようなインクジェット式記録装置ＩＩに搭載されるインクジェット式記録ヘッドについて、図２〜図４を参照して説明する。なお、図２は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図３は、図２の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ′線断面図である。

図２〜図４に示すように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり、弾性膜５０等の第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層５６が設けられている。なお、弾性膜５０上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。

さらに、この密着層５６上には、第１電極６０と、厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、第２電極８０とが、積層形成されて、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としての圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０及び必要に応じて設ける絶縁体膜が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０や密着層５６を設けなくてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

そして、本実施形態においては、圧電体層７０を構成する圧電材料は、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）、バリウム（Ｂａ）及びチタン（Ｔｉ）を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。ペロブスカイト構造、すなわち、ＡＢＯ_３型構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。このＡサイトにＢｉ及びＢａが、ＢサイトにＦｅ及びＴｉが位置している。

このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物、または、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体としても表される。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマスや、チタン酸バリウムは、単独では検出されないものである。

ここで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムは、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが知られている。例えば、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムとして、ＢｉＦｅＯ_３やＢａＴｉＯ_３以外に、元素（Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ、ＴｉやＯ）が一部欠損する又は過剰であったり、元素の一部が他の元素に置換されたものも知られているが、本発明で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムと表記した場合、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや元素の一部が他の元素に置換されたものも、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムの範囲に含まれるものとする。また、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの比も、種々変更することができる。

このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０の組成は、例えば、下記一般式（１）で表される混晶として表される。また、この式（１）は、下記一般式（１’）で表すこともできる。ここで、一般式（１）及び一般式（１’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比が１とすると、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。また、下記のように一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。

（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３] （１）
（０＜ｘ＜０．４０）
（Ｂｉ_１−ｘＢａ_ｘ）（Ｆｅ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３ （１’）
（０＜ｘ＜０．４０）

また、本実施形態の圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素をさらに含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒなどが挙げられる。これら他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有することが好ましい。

圧電体層７０が、Ｍｎ、ＣｏやＣｒを含む場合、Ｍｎ、ＣｏやＣｒはペロブスカイト構造のＢサイトに位置した構造の複合酸化物である。例えば、Ｍｎを含む場合、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体のＦｅの一部がＭｎで置換された構造、又は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物として表され、基本的な特性は鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と同じであるが、リーク特性が向上することがわかっている。また、ＣｏやＣｒを含む場合も、Ｍｎと同様にリーク特性が向上するものである。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマス、鉄酸コバルト酸ビスマス、及び、鉄酸クロム酸ビスマスは、単独では検出されないものである。また、Ｍｎ、ＣｏおよびＣｒを例として説明したが、その他遷移金属元素の２元素を同時に含む場合にも同様にリーク特性が向上することがわかっており、これらも圧電体層７０とすることができ、さらに、特性を向上させるため公知のその他の添加物を含んでもよい。

このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎ、ＣｏやＣｒも含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０は、例えば、下記一般式（２）で表される混晶である。また、この式（２）は、下記一般式（２’）で表すこともできる。なお一般式（２）及び一般式（２’）において、Ｍは、Ｍｎ、ＣｏまたはＣｒである。ここで、一般式（２）及び一般式（２’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。例えば、化学量論が１であれば、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。また、下記のように一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。

（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ_１−ｙＭ_ｙ）Ｏ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３] （２）
（０＜ｘ＜０．４０、０．０１＜ｙ＜０．１０）
（Ｂｉ_１−ｘＢａ_ｘ）（（Ｆｅ_１−ｙＭ_ｙ）_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３ （２’）
（０＜ｘ＜０．４０、０．０１＜ｙ＜０．１０）

このような圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、弾性膜５０上や必要に応じて設ける絶縁体膜上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、弾性膜５０や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、必要に応じて設ける絶縁体膜等）にマニホールド１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号（駆動信号）に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図５〜図９を参照して説明する。なお、図５〜図９は、圧力発生室の長手方向の断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等からなる二酸化シリコン膜を熱酸化等で形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜）上に、酸化チタン等からなる密着層５６を、スパッターリング法や熱酸化等で形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、密着層５６の上に、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造等からなる第１電極６０をスパッターリング法や蒸着法等により全面に形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして、密着層５６及び第１電極６０の側面が傾斜するように同時にパターニングする。

次いで、レジストを剥離した後、この第１電極６０上に、圧電体層７０を積層する。圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層（圧電体膜）を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて圧電体層７０を製造できる。その他、レーザーアブレーション法、スパッターリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法など、気相法、液相法や固相法でも圧電体層７０を製造することができる。

圧電体層７０を化学溶液法で形成する場合の具体的な形成手順例としては、まず、図６（ｃ）に示すように、第１電極６０上に、金属錯体、例えば、本実施形態においては、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含有する金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなる圧電体膜形成用組成物（前駆体溶液）をスピンコート法などを用いて、塗布して圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。

塗布する前駆体溶液は、焼成により圧電体層７０を構成する複合酸化物を形成しうる金属錯体、例えば本実施形態においては焼成によりＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体を、混合し、該混合物を有機溶媒に溶解または分散させたものである。各金属錯体の混合割合は、各金属が所望のモル比となるように混合すればよい。金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。Ｂｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマスなどが挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄、トリス（アセチルアセトナト）鉄などが挙げられる。Ｂａを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｔｉを含有する金属錯体としては、例えばチタニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸チタン、チタン（ジ−ｉ−プロポキシド）ビス（アセチルアセトナート）などが挙げられる。Ｍｎを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。Ｃｏを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸コバルト、コバルト（III）アセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｃｒを含む有機金属化合物としては、２−エチルヘキサン酸クロムなどが挙げられる。勿論、金属を二種以上含む金属錯体を用いてもよい。また、前駆体溶液の溶媒としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸などが挙げられる。

次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば、１５０〜２００℃）に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば、３５０〜４５０℃）に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を複数回行ってもよい。

次に、図７（ａ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８５０℃程度に加熱して、一定時間、例えば、１〜１０分間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。

次いで、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成することで、図７（ｂ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、塗布溶液の１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。なお、本実施形態では、圧電体膜７２を積層して設けたが、１層のみでもよい。

圧電体層７０の最下層にバッファー層を設ける場合は、第１電極６０上にバッファー層を設け、このバッファー層上に圧電体膜を積層すればよい。バッファー層の製造方法は特に限定されず、上記の圧電体層７０と同様の方法で製造することができ、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなるバッファー層を得るＭＯＤ法やゾル−ゲル法等の化学溶液法、その他、レーザーアブレーション法、スパッターリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法など、気相法、液相法や固相法でも製造できる。なお、バッファー層を化学溶液法で形成する場合の原料である金属錯体は、圧電体層７０の製造方法において記載したものと同様の化合物が挙げられる。

このように圧電体層７０を形成した後は、図８（ａ）に示すように、圧電体層７０上に白金等からなる第２電極８０をスパッターリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と第２電極８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。その後、必要に応じて、例えば、６００〜８５０℃の温度域でアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層７０の結晶性を高くすることができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。

次に、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。

次に、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、マスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。

そして、図９（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。

その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面のマスク膜５２を除去した後にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図２に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩとする。

図１０は、このようなインクジェット式記録装置の制御構成例を示すブロック図である。図１０を参照して、本実施形態のインクジェット式記録装置の制御について説明する。本実施形態のインクジェット式記録装置は、図１０に示すように、プリンターコントローラー５１１とプリントエンジン５１２とから概略構成されている。プリンターコントローラー５１１は、外部インターフェース５１３（以下、外部Ｉ／Ｆ５１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部５１６と、クロック信号を発生する発振回路５１７と、インクジェット式記録ヘッドＩへ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路５１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン５１２に送信する内部インターフェース５２０（以下、内部Ｉ／Ｆ５２０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ５１３は、例えば、キャラクターコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、図示しないホストコンピューター等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ５１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピューター等に対して出力される。ＲＡＭ５１４は、受信バッファー５２１、中間バッファー５２２、出力バッファー５２３、及び、図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー５２１は外部Ｉ／Ｆ５１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファー５２２は制御部５１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー５２３はドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。

また、ＲＯＭ５１５には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。

制御部５１６は、受信バッファー５２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファー５２２に記憶させる。また、中間バッファー５２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部５１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファー５２３に記憶させる。さらに、制御部５１６は、波形設定手段としても機能し、駆動信号発生回路５１９を制御することにより、この駆動信号発生回路５１９から発生される駆動信号の波形形状を設定する。かかる制御部５１６は、後述する駆動回路（図示なし）などと共に本発明の駆動手段を構成する。また、インクジェット式記録ヘッドＩを駆動する液体噴射駆動装置としては、この駆動手段を少なくとも具備するものであればよく、本実施形態では、プリンターコントローラー５１１を含むものとして例示してある。

そして、インクジェット式記録ヘッドＩの１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ５２０を通じてインクジェット式記録ヘッドＩに出力される。また、出力バッファー５２３から１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファー５２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン５１２は、インクジェット式記録ヘッドＩと、紙送り機構５２４と、キャリッジ機構５２５とを含んで構成してある。紙送り機構５２４は、紙送りモーターとプラテン８等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体をインクジェット式記録ヘッドＩの記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構５２４は、印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。

キャリッジ機構５２５は、インクジェット式記録ヘッドＩを搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３を主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジ３を走行させることによりインクジェット式記録ヘッドＩを主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モーター６及びタイミングベルト７等で構成されている。

インクジェット式記録ヘッドＩは、副走査方向に沿って多数のノズル開口２１を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口２１から液滴を吐出する。そして、このようなインクジェット式記録ヘッドＩの圧電素子３００には、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や記録データ（ＳＩ）等が供給される。このように構成されるプリンターコントローラー５１１及びプリントエンジン５１２では、プリンターコントローラー５１１と、駆動信号発生回路５１９から出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に圧電素子３００に入力するラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４等を有する駆動回路（図示なし）とが圧電素子３００に所定の駆動信号を印加する駆動手段となる。

なお、これらのシフトレジスター（ＳＲ）５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３、スイッチ５３４及び圧電素子３００は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッドＩの各ノズル開口２１毎に設けられており、これらのシフトレジスター５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４は、駆動信号発生回路５１９が発生した吐出駆動信号や緩和駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素子３００に印加される印加パルスのことである。

このようなインクジェット式記録ヘッドＩでは、最初に発振回路５１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する記録データ（ＳＩ）が出力バッファー５２３からシフトレジスター５３１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口２１の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。

そして、当該ビットの記録データの全ノズル分が各シフトレジスター５３１にセットされたならば、制御部５１６は、所定のタイミングでラッチ５３２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ５３２は、シフトレジスター５３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ５３２がラッチした記録データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフター５３３に印加される。このレベルシフター５３３は、記録データが例えば「１」の場合に、スイッチ５３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの記録データを昇圧する。そして、この昇圧された記録データは各スイッチ５３４に印加され、各スイッチ５３４は、当該記録データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ５３４には、駆動信号発生回路５１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ５３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ５３４に接続された圧電素子３００に選択的に駆動信号が印加される。このように、例示したインクジェット式記録ヘッドＩでは、記録データによって圧電素子３００に吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例えば、記録データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子３００に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子３００が変位（変形）する。また、記録データが「０」の期間においてはスイッチ５３４が非接続状態となるので、圧電素子３００への駆動信号の供給は遮断される。この記録データが「０」の期間において、各圧電素子３００は直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。

なお、上記の圧電素子３００は、撓み振動モードの圧電素子３００である。この、撓み振動モードの圧電素子３００を用いると、圧電体層７０が電圧印加に伴い電圧と垂直方向（３１方向）に縮むことで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２側に撓み、これにより圧力発生室１２を収縮させる。一方電圧を減少させることにより圧電体層７０が３１方向に伸びることで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２の逆側に撓み、これにより圧力発生室１２を膨張させる。このようなインクジェット式記録ヘッドＩでは、圧電素子３００に対する充放電に伴って対応する圧力発生室１２の容積が変化するので、圧力発生室１２の圧力変動を利用してノズル開口２１から液滴を吐出させることができる。

ここで、圧電素子３００に入力される本実施形態の駆動信号（ＣＯＭ）を表す駆動波形について説明する。なお、図１１は、本実施形態の駆動信号を示す駆動波形である。

圧電素子３００に入力される駆動波形は、共通電極（第１電極６０）を基準電位（本実施形態ではＶｂｓ）として、個別電極（第２電極８０）に印加されるものである。すなわち、駆動波形によって個別電極（第２電極８０）に印加される電圧は、基準電位（Ｖｂｓ）を基準としての電位として示される。

本実施形態の基準となる駆動波形は、図１１に示すように、駆動波形２００を入力する準備状態（駆動待機状態）となると、中間電位Ｖｍが印加された状態となる。この中間電位Ｖｍを維持する工程は、圧電体層７０を分極状態とする分極工程Ｐ０１であり、これに続いて、中間電位Ｖｍを維持した状態から中間電圧とは逆極性の最小電位Ｖ１まで降下させて圧電体層７０の分極を緩和する（詳細は後述する）と共に圧力発生室１２を膨張させる第１の電圧変化工程Ｐ０２と、最小電位Ｖ１を一定時間維持する第１のホールド工程Ｐ０３と、最小電位Ｖ１から最小電位Ｖ１とは逆極性の最大電位Ｖ２まで上昇させて圧力発生室１２を収縮させる第２の電圧変化工程Ｐ０４と、最大電位Ｖ２を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ０５と、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで下降させて圧力発生室１２を膨張させる第３の電圧変化工程Ｐ０６と、中間電位Ｖｍを維持する分極工程Ｐ０７とで構成されている。

本発明のＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎ、ＣｏやＣｒも含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる所定の圧電体層７０は、電源オフの状態では、分極が維持されておらず、非分極状態（極一部は分極が維持されているが、実質的に非分極状態といえる場合を含む）であり、上述した駆動波形２００が圧電素子３００に出力される準備状態（駆動待機状態）になると、中間電位Ｖｍが印加された状態となり、圧電体層７０が分極状態となる。そして、上述した駆動波形２００が入力されると、第１の電圧変化工程Ｐ０２によって中間電位Ｖｍから逆極性の最小電位Ｖ１まで電位が変化し、圧電体層７０の分極が緩和される。これと同時に圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形して、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれる。次いで、第２の電圧変化工程Ｐ０４によって、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を収縮させる方向に変形することにより、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側から大きく押し出され、ノズル開口２１から液滴が吐出される。

本発明は、上述した所定の圧電材料からなる圧電体層７０を具備する圧電素子３００を駆動する場合、駆動波形が、抗電圧以上の第一電圧を引加して分極状態とする分極工程と、第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させる緩和工程と、逆極性の電圧の印加状態から前記第一電圧より大きな電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有するようにすることで、大きな変位量を確保するという効果を奏するものである。ここで、上述した駆動波形と対応させると、第一電圧は中間電位Ｖｍに対応し、分極工程は分極工程Ｐ０１に対応し、緩和工程は第１の電圧変化工程Ｐ０２に対応し、吐出工程は第２の電圧変化工程Ｐ０４に対応する。なお、抗電圧以上の第一電圧とは、低い周波数（例えば６６Ｈｚ〜１ｋＨｚ）で圧電体層７０のヒステリシスカーブを描いたときの抗電圧の電圧以上の電圧のことをいい、本実施形態では、１０Ｖ以上となる。

かかる本発明を完成するにあたって、まず、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎ、ＣｏやＣｒも含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる所定の圧電体層７０は、分極状態を維持できず、電界を受けて分極して歪んだ状態から、電界が除去されると時間と共に分極緩和が生じて歪がない状態となることを知見した。この知見からすると、アクチュエーターとして大きな歪を得るためには分極緩和状態から分極状態への移行する際の変形を利用するのがよいが、電界が開放された後、分極緩和するまでに数ｍｓｅｃの時間が必要であるので、液体噴射ヘッドの高周波数駆動には対応できない。しかしながら、分極状態から所定の電圧変化工程を付与すると、分極緩和が電界により促進され、短時間で分極緩和状態となり、その後、大きな変位が得られることを知見した。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。

かかる本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、駆動により大きな歪を確保するために、まず、吐出準備工程において、圧電体層７０を分極状態にする点に特徴がある。本実施形態では、待機状態で圧電素子３００に印加される中間電位Ｖｍを圧電体層７０の抗電圧以上の十分に高い電圧として、分極を維持する分極工程Ｐ０１としている。しかしながら、中間電位Ｖｍは抗電圧より低い又は抗電圧より高いが抗電圧近傍で、圧電体層７０を分極状態には保持できないか又は一部が分極している状態として上述した分極緩和を行う第２の電圧変化工程Ｐ０４の前に、中間電位Ｖｍより高くて十分に分極させる電圧に上昇させて当該電圧を保持する工程を付与してもよい。ただしその場合、再度、中間電位Ｖｍにもどったときには、十分な電圧でないため、時間による振動板の経時変化を考慮する必要がある。この時間は中間電位Ｖｍと圧電体層によって決定され、数μｓｅｃ〜ｍｓｅｃオーダーである。

また、本発明は、中間電位Ｖｍを維持した分極工程Ｐ０１の後に、中間電位Ｖｍとは逆極性の最小電位Ｖ１まで降下させて圧電体層７０の分極を緩和する第１の電圧変化工程Ｐ０２を付与する点に特徴がある。これは、圧電体層７０に中間電位Ｖｍと逆極性で十分に大きな低電圧（逆極性として十分に高い電位）を印加することにより、圧電体層７０の分極状態の緩和を促進するものである。このように緩和を促進して分極緩和させた状態から、これに続く第２の電圧変化工程Ｐ０４を付与することによって、圧電素子３００の圧力発生室１２の容積を収縮させる方向への変形を著しく大きくしている。

ここで、このような本発明の原理を説明する試験について説明する。

（試験例１）
下記実施例１の組成の圧電体層７０を具備する圧電素子３００に、図１２に示す駆動波形を基本として用い、当該駆動波形のΔＶ＝３５Ｖと一定として、Ｖｍ及びＶｍｉｎを変化させた波形を、２００ｍｓ間隔と十分なディレイタイムをとった状態で印加し、圧電素子３００の変位量を求めた結果を図１３に示す。変位量は、グラフテック社製のレーザードップラー振動計で計測した速度データを、デクロイ社製のオシロスコープにて時間積分することにより、算出している（２５℃）。測定サンプルは図３の形状に加工され、キャビティーが形成されているセグメントを使用し、各駆動波形を印加して測定した。なお、各変量は、ＶｍおよびＶｍｉｎ＝０の場合を１００として規格化して表した。

この結果、実施例１の圧電体層７０を具備する圧電素子３００では、Ｖｍ＝０の場合、Ｖｍｉｎをマイナス側に大きくしていくと、変位量が低下していくが、Ｖｍ＝１５Ｖ、Ｖｍ＝２０Ｖ、Ｖｍ＝２５Ｖの場合には、Ｖｍｉｎをマイナス側に大きくしていくほど、変位量が向上し、ある電圧で飽和することがわかった。

比較のため、圧電体層をＰＺＴからなるもの（下記比較例）とした場合を同様に行った結果も同じく図１３に示す。この結果、圧電材料がＰＺＴの場合、分極処理を行えば、分極状態が維持され、分極緩和は生じないため、Ｖｍ＝０の場合にも、Ｖｍｉｎをマイナス側に大きくしていっても、変位量の向上が見られた。また、圧電体層がＰＺＴの場合に、Ｖｍが何れの電圧であっても、Ｖｍｉｎがマイナス側に大きくなればなるほど変位量が向上するのは、分極反転の起きない領域で、かつ飽和の起きないマイナス側を使用しているためである。

逆に、このことから、本発明の場合、Ｖｍ＝０の場合、Ｖｍｉｎをマイナス側に大きくしていくと、変位量が低下していくのは、圧電体層７０がＶｍｉｎにより分極変化が起きないため、単純にＶｍａｘからＶｍｉｎを引いた電圧分しか変位に寄与していないことを示している。

（実施例１）
まず、（１１０）単結晶シリコン（Ｓｉ）基板の表面に熱酸化により膜厚１２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜を形成した。次に、ＳｉＯ_２膜上にＤＣスパッター法により膜厚４００ｎｍのジルコニウム膜を作成し、これを酸素雰囲気下で熱処理（ＲＴＡ）することによりジルコニア層を形成した。このジルコニア層に密着層としてＤＣスパッタ法によりジルコニウムを４０ｎｍを形成した後、同じくＤＣスパッタ法により（１１１）面に配向し厚さ１００ｎｍの白金膜（第１電極６０）を形成した。

次いで、第１電極６０上に圧電体膜を積層し、圧電体層７０とした。その手法は以下のとおりである。まず、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸バリウム及び２−エチルヘキサン酸チタンの各ｎ−オクタン溶液を、各元素がモル比でＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎ＝７５：２５：７１．２５：２５：３．７５となるように混合して（ＢＦＯ：ＢＴ＝７５：２５）、前駆体溶液を調製した。

そしてこの前駆体溶液を、第１電極が形成された基板上に滴下し、３０００ｒｐｍで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上で、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、３５０℃で４分間脱脂を行った（脱脂工程）。次に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置で、７５０℃で５分間焼成を行って圧電体膜を形成した（焼成工程）。この塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程の一連の工程を１２回繰り返し、１２層の圧電体膜からなる、全体で厚さ９００ｎｍの圧電体層７０を形成した。

その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてスパッター法により厚さ５０ｎｍのイリジウム膜（第２電極８０）を形成することで、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物を圧電体層７０とする圧電素子３００を形成した。

（比較例）
酢酸鉛３水和物（Ｐｂ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２・３Ｈ_２Ｏ）、チタニウムイソプロポキシド（Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ_３）_２］_４）、ジルコニウムアセチルアセトナート（Ｚｒ（ＣＨ_３ＣＯＣＨＣＯＣＨ_３）_４）を主原料とし、ブチルセロソルブ（Ｃ_６Ｈ_１４Ｏ_６）を溶媒とし、ジエタノールアミン（Ｃ_４Ｈ_１１ＮＯ_２）を安定剤とし、ポリエチレングリコール（Ｃ_２Ｈ_６Ｏ_６）を増粘剤として混合して得た前駆体溶液を用い、圧電体層を形成した。

（試験例２）
前駆体溶液を下記の組成とし、圧電体層７０の組成の異なる圧電素子について、試験例１と同様に測定した結果を図１４に示す。

＜前駆体溶液＞
サンプル１： ＢＦＯ／ＢＴ＝７９／２１
サンプル２： ＢＦＯ／ＢＴ＝７７／２３
サンプル３： ＢＦＯ／ＢＴ＝７５／２５
サンプル４： ＢＦＯ／ＢＴ＝７３／２７
サンプル５： ＢＦＯ／ＢＴ＝７１／２９
サンプル６： ＢＦＯ／ＢＴ＝６７／３３

（試験例３）
第２電極を白金とした以外は、試験例２と同様にしてサンプル１（Ｐｔ）〜サンプル５（Ｐｔ）とし、試験例１と同様に測定した結果を図１５に示す。

試験例２や試験例３の結果、圧電体層７０の組成や圧電素子３００の構成が異なっても、分極緩和により変位量が向上する傾向は同様であることがわかった。一方、圧電体層７０の組成や圧電素子３００の構成の違い、或いはどのような液滴を吐出するかなどの設計によって、最適なＶｍやＶｍｉｎが変化することがわかった。

しかしながら、図１１の駆動波形においては、Ｖｍは圧電体層７０が分極する抗電圧以上の電圧が必要であり、例えば、１０Ｖ〜２５Ｖから選定される。また、最小電位Ｖ１は、電源や吐出効率の設計などによって決定されるが、例えば、Ｖ１＝−３Ｖ〜−１５Ｖ、好ましくは、−５Ｖ〜−１２Ｖから選択される。

また、駆動波形は、図１１のものに限定されるものではない。

例えば、図１６に示すように、図１１と同様な駆動波形の最大電位Ｖ２を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ０５に続いて、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで下降させるまで下降させて圧力発生室１２を膨張させる第３の電圧変化工程Ｐ０６に変わって、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍより少し低い電位Ｖ３まで下降させる第４の電圧変化工程Ｐ０８と、電位Ｖ３を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ０９と、電位Ｖ３から中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる第５の電圧変化工程Ｐ１０と、中間電位Ｖｍを維持する分極工程Ｐ１１とで構成されるようにしてもよい。ここで、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍより少し低い電位Ｖ３まで下降させる第４の電圧変化工程Ｐ０８と、電位Ｖ３を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ０９と、電位Ｖ３から中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる第５の電圧変化工程Ｐ１０とは、液滴を吐出した後のメニスカスを安定化させるためのものであり、従来より公知のものである。

また、図１７に示すように、圧電体層７０の分極を緩和させる際に液滴を吐出するような駆動波形としてもよい。すなわち、中間電位Ｖｍを維持して分極状態を維持する分極工程Ｐ２１から、中間電位Ｖｍより高い最大電位Ｖ２まで電圧を上昇させて圧力発生室１２を収縮させる第１の電圧変化工程Ｐ２２と、最大電位Ｖ２を一定時間維持する第１のホールド工程２３とを付加し、その後、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍとは逆極性の最小電位Ｖ１まで降下させる第２の電圧変化工程Ｐ２４により、圧電体層７０の分極を緩和すると共に圧力発生室１２を膨張させ、その後、最小電位Ｖ１を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ２５と、最小電位Ｖ１から中間電位Ｖｍより少し高い電位Ｖ４まで上昇させる第３の電位変化工程Ｐ２６と、電位Ｖ４を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ２７と、電位Ｖ４から中間電位Ｖｍまで電位を降下させる第４の電圧変化工程Ｐ２８と、中間電位Ｖｍを維持する分極工程Ｐ２９とで構成されるようにしてもよい。この場合、分極工程Ｐ２１で圧電体層７０の分極を維持し、最大電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで下降させるまで下降させることにより、圧電体層７０の分極を緩和し且つ圧力発生室１２を膨張させる第２の電圧変化工程Ｐ２４により液滴を吐出させ、その後、最小電位Ｖ１から中間電位Ｖｍより少し高い電位Ｖ４まで上昇させる第３の電位変化工程Ｐ２６と、電位Ｖ４を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ２７と、電位Ｖ４から中間電位Ｖｍまで電位を降下させる第４の電圧変化工程Ｐ２８とにより、液滴吐出後のメニスカスを安定化させ、分極工程Ｐ２９で分極状態を維持するものである。

この場合においても、圧力発生室１２を膨張させる第２の電圧変化工程Ｐ２４により、圧電体層７０の分極の緩和が促進されているので、変位量が大きくなるという本発明の効果を奏する。
なお、以上説明した駆動波形については、正負を逆にしても効果は同じである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した圧電素子３００を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子を具備する液体噴射装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記各実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ マニホールド部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子

Claims (3)

1. 圧電体層および該圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、
   前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
   前記駆動波形が、前記圧電体層の抗電圧以上の第一電圧を引加して分極状態とする分極工程と、前記第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させる緩和工程と、該逆極性の電圧の印加状態から前記第一電圧より大きな電圧を印加して液体を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記第一電圧が、前記圧電素子の待機状態において印加される中間電圧であることを特徴とする液体噴射装置。
3. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、
   圧電体層および該圧電体層に設けられた電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、
   前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
   前記駆動波形が、前記圧電体層の抗電圧以上の第一電圧を印加して分極状態とする分極工程と、前記第一電圧の印加状態から当該第一電圧とは同極性で大きな電圧を印加する工程と、前記大きな電圧の印加状態から当該電圧とは逆極性の電圧を印加して前記圧電体層の分極を緩和させて液体を吐出する吐出工程とを有する
   ことを特徴とする液体噴射装置。

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