JP2016144289A - 圧電素子の駆動方法及び圧電素子並びに圧電素子応用デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子を好適に駆動できる圧電素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】第１電極６０と、第１電極６０上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成される第２電極８０と、を具備する圧電素子の駆動方法であって、所定の駆動波形で所定回数圧電素子を駆動した後、駆動波形の極性を反転させて該圧電素子を駆動する。
【選択図】図７
【解決手段】第１電極６０と、第１電極６０上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成される第２電極８０と、を具備する圧電素子の駆動方法であって、所定の駆動波形で所定回数圧電素子を駆動した後、駆動波形の極性を反転させて該圧電素子を駆動する。
【選択図】図７
Description
本発明は、圧電素子の駆動方法及び圧電素子並びに圧電素子応用デバイスに関する。
圧電素子は、一般に、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する２つの電極と、を有している。このような圧電素子を駆動源として用いたデバイス（圧電素子応用デバイス）の開発が、近年、盛んに行われている。圧電素子応用デバイスの一つとして、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドがある。
圧電体層の材料（圧電材料）としては、例えば、圧電定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）がある。一方、ＰＺＴに対しては、鉛（Ｐｂ）が圧電体層の焼成工程で揮発しやすいという報告もある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、Ｐｂの揮発・欠損に伴って酸素欠損が生じることや、電極との界面付近に存在する酸素欠損が圧電特性の低下の要因になることが指摘されている。
ＰＺＴ以外の圧電材料を用いた場合にも、圧電体層に酸素欠損が生じ得ることが報告されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、発生した酸素欠損が低電圧側に蓄積されることによって圧電特性が低下することが指摘されている。
このため、特許文献１は、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層の酸素サイトに窒素をドープしている。また、特許文献２は、圧電素子の劣化が判定されたとき、逆極性の電圧（高周波数を有するとともに、圧電体層が変位することのない電圧）を一定時間印加している。
しかしながら、特許文献１では、窒素をドープする工程が必要となる。また、特許文献２では、逆極性の電圧を印加する所定時間の間、圧電素子の駆動が中断してしまう。特許文献２において圧電素子の駆動中断時間を減少させると、逆極性電圧の印加時間が短くなってしまう。この場合、酸素欠損の偏析（圧電体層の低電圧側への蓄積）を解消できず、圧電素子の寿命が低下してしまう。
このように、窒素をドープする工程を除けば、従来技術のみでは、長期に亘って圧電素子を好適に駆動することが難しい。このような問題は、圧電材料にＰＺＴを用いた場合に限られず、圧電材料にＰＺＴ以外の材料を用いた場合にも同様に存在する。また、このような問題は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限られず、他の圧電素子応用デバイスに用いられる圧電素子にも同様に存在する。
本発明は、このような事情に鑑み、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子を好適に駆動できる圧電素子の駆動方法及び圧電素子並びに圧電素子応用デバイス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、第１電極と、前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を具備する圧電素子の駆動方法であって、所定の駆動波形で所定回数前記圧電素子を駆動した後、前記駆動波形の極性を反転させて前記圧電素子を駆動することを特徴とする圧電素子の駆動方法にある。
かかる態様によれば、駆動波形の極性を所定回数駆動ごとに反転させるため、第１電極及び第２電極の間で、高電圧側及び低電圧側を所定回数駆動ごとに切り替えることができる。すなわち、圧電体層に生じ得る酸素欠損（すなわちプラス電荷）が低電圧側に引き寄せられるとしても、この酸素欠損が圧電体層の低電極側に蓄積する前に、反対側の電極を低電圧側に切り替えることができる。このため、圧電体層の酸素欠損が一方の電極側に偏析することを抑制できる。従って、圧電素子の劣化を抑制でき、圧電素子の寿命を延ばすことができる。
しかも、かかる態様によれば、順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とで一連の駆動波形を形成するので、駆動波形の極性の反転に伴って圧電素子の駆動が中断することもない。従って、圧電素子を好適に駆動できる。
以上より、かかる態様によれば、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子を好適に駆動できる。
かかる態様によれば、駆動波形の極性を所定回数駆動ごとに反転させるため、第１電極及び第２電極の間で、高電圧側及び低電圧側を所定回数駆動ごとに切り替えることができる。すなわち、圧電体層に生じ得る酸素欠損（すなわちプラス電荷）が低電圧側に引き寄せられるとしても、この酸素欠損が圧電体層の低電極側に蓄積する前に、反対側の電極を低電圧側に切り替えることができる。このため、圧電体層の酸素欠損が一方の電極側に偏析することを抑制できる。従って、圧電素子の劣化を抑制でき、圧電素子の寿命を延ばすことができる。
しかも、かかる態様によれば、順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とで一連の駆動波形を形成するので、駆動波形の極性の反転に伴って圧電素子の駆動が中断することもない。従って、圧電素子を好適に駆動できる。
以上より、かかる態様によれば、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子を好適に駆動できる。
ここで、前記所定回数は、１，０００回以上１００，０００回以下であることが好ましい。上記の所定回数が少なすぎると、圧電体層において電気双極子の反転が過度に繰り返されて分極軸が固定されやすくなる。その結果、圧電体層がＦａｔｉｇｕ劣化するおそれが生じる。一方、上記の所定回数が多すぎると、内部反電界が発生するおそれが生じる。その結果、抗電界がシフトしてしまい、正確に圧電素子を駆動することが難しくなる。従って、一定駆動回数が上記の範囲内であることで、長期に亘って圧電素子をより好適に駆動できる。
また、上限値（Ｖｍａｘ１）が３０．０Ｖより大きく、下限値（Ｖｍｉｎ１）が正側の抗電界（Ｖｃ１）より小さい順極性の駆動波形と、上限値（Ｖｍａｘ２）が負側の抗電界（Ｖｃ２）より大きく、下限値（Ｖｍｉｎ２）が−３０．０Ｖより小さい逆極性の駆動波形と、を用いて、前記圧電素子を駆動することが好ましい。これによれば、上記の順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とで、一連の駆動波形を好適に形成できる。従って、長期に亘って圧電素子をより好適に駆動できる。
また、前記駆動波形は、極性の反転前後で上下対称であることが好ましい。これによれば、順極性の駆動波形による圧電素子の駆動特性と、逆極性の駆動波形による圧電素子の駆動特性とを近づけることができる。このため、駆動波形の極性の反転によって圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。従って、長期に亘って圧電素子を更に好適に駆動できる。
また、上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記の何れか一つに記載の駆動方法によって圧電素子を駆動する制御手段を備えた圧電素子応用デバイスに用いられる圧電素子であって、基板上に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との構成材料が同一であることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様によれば、上記の方法で駆動できる圧電素子が提供される。この圧電素子は、第１電極と第２電極との構成材料が同一であるため、駆動波形の極性の反転によって圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。従って、長期に亘って好適に駆動することができる圧電素子となる。
かかる態様によれば、上記の方法で駆動できる圧電素子が提供される。この圧電素子は、第１電極と第２電極との構成材料が同一であるため、駆動波形の極性の反転によって圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。従って、長期に亘って好適に駆動することができる圧電素子となる。
また、前記圧電体層は、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等は、圧電体層の焼成工程で揮発しやすい。このため、これらの元素を含む圧電材料を用いた場合には、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等の揮発・欠損に伴って圧電体層に酸素欠損が生じやすくなる。一方、本態様によれば、酸素欠損が一方の電極側に偏析することを抑制できる。このため、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等を含む圧電材料を用いて圧電体層を構成したとしても、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制できる。従って、長期に亘って好適に駆動することができる圧電素子となる。
また、上記課題を解決する本発明の他の態様は、基板に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を備える圧電素子と、上記の何れか一つに記載の駆動方法によって該圧電素子を駆動する制御手段と、を具備することを特徴とする圧電素子応用デバイスにある。
かかる態様によれば、上記の駆動方法を実現できる圧電素子応用デバイスが提供される。
かかる態様によれば、上記の駆動方法を実現できる圧電素子応用デバイスが提供される。
ここで、前記第１電極と前記第２電極との構成材料が同一であることが好ましい。これによれば、第１電極と第２電極との材料が異なることに起因して圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。従って、長期に亘って好適に駆動することができる圧電素子応用デバイスとなる。
また、前記圧電体層は、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等を含む圧電材料を用いて圧電体層を構成したとしても、長期に亘って好適に駆動することができる圧電素子応用デバイスとなる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置（記録装置）の概略構成を示している。
インクジェット式記録装置Ｉにおいて、インクジェット式記録ヘッドユニット（ヘッドユニットＩＩ）が、カートリッジ２Ａ及び２Ｂに着脱可能に設けられている。カートリッジ２Ａ及び２Ｂは、インク供給手段を構成している。ヘッドユニットＩＩは、複数のインクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）を有しており、キャリッジ３に搭載されている。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、軸方向移動自在に設けられている。これらのヘッドユニットＩＩやキャリッジ３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可能に構成されている。
駆動モーター６の駆動力は、図示しない複数の歯車及びタイミングベルト７を介し、キャリッジ３に伝達される。これにより、キャリッジ３が、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、搬送手段としての搬送ローラー８が設けられている。搬送ローラー８により、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送される。尚、搬送手段は、搬送ローラーに限られず、ベルトやドラム等であってもよい。
上記のインクジェット式記録ヘッドには、アクチュエーターとして、本実施形態に係る圧電素子が用いられている。このため、以下に詳述するように、インクジェット式記録装置Ｉを長期に亘って好適に駆動することができる。
図２は、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る。図３（ａ）は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す平面図（圧電素子側から流路形成基板を見た平面図）であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ′線に準ずる断面図である。
流路形成基板１０には、複数の隔壁１１が形成されている。隔壁１１によって、複数の圧力発生室１２が区画されている。すなわち、流路形成基板１０には、所定方向（同じ色のインクを吐出するノズル開口２１が並設される方向）に沿って圧力発生室１２が並設されている。以降、この所定方向を「圧力発生室１２の並設方向」又は「第１の方向Ｘ」と称し、第１の方向Ｘと直交する方向を「第２の方向Ｙ」と称する。「第１の方向Ｘ」及び「第２の方向Ｙ」は、圧電素子の厚さ方向とも直交している。このような流路形成基板１０としては、例えば、シリコン単結晶基板を用いることができる。
流路形成基板１０のうち、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが形成されている。インク供給路１３は、圧力発生室１２の片側を第１の方向Ｘから絞ることで開口面積が小さく構成されている。また、連通路１４は、第１の方向Ｘにおいて圧力発生室１２と略同じ幅を有している。連通路１４の外側（第２の方向Ｙの圧力発生室１２とは反対側）には、連通部１５が形成されている。連通部１５は、マニホールド１００の一部を構成する。マニホールド１００は、各圧力発生室１２の共通のインク室となる。このように、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が形成されている。
流路形成基板１０の一方面側には、例えばＳＵＳ製のノズルプレート２０が接合されている。ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘに沿ってノズル開口２１が並設されている。ノズル開口２１は、各圧力発生室１２に連通している。ノズルプレート２０は、接着剤や熱溶着フィルム等によって流路形成基板１０に接合することができる。
流路形成基板１０の他方面側（上記の一方面側に対向する面側）には、振動板５０が形成されている。振動板５０は、例えば、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２と、により構成されている。弾性膜５１は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、絶縁体膜５２は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる。ただし、弾性膜５１は、流路形成基板１０とは別部材でなくてもよい。流路形成基板１０の一部を薄く加工し、これを弾性膜として使用してもよい。
絶縁体膜５２上には、密着層５６（図３では図示を省略。図１１等参照）を介して、厚さが約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが約３．０μｍ以下、好ましくは厚さが約０．５〜１．５μｍの圧電体層７０と、厚さが約０．０５μｍの第２電極８０と、を含む圧電素子３００が形成されている。密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）からなり、圧電体層７０と振動板５０との密着性を向上させる機能を有する。ただし、密着層５６は省略可能である。
本実施形態では、電気機械変換特性を有する圧電体層７０の変位によって、振動板５０及び第１電極６０が変位する。すなわち、本実施形態では、振動板５０及び第１電極６０が、実質的に振動板としての機能を有している。ただし、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方、又は両方を設けずに、第１電極６０のみが振動板として機能するようにしてもよい。流路形成基板１０上に第１電極６０を直接設ける場合には、第１電極６０及びインクが導通しないように、第１電極６０を絶縁性の保護膜等で保護することが好ましい。
第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられている、つまり、第１電極６０は、圧力発生室１２毎に独立する個別電極として構成されている。第１電極６０は、第１の方向Ｘにおいて、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。また、第１電極６０は、第２の方向Ｙにおいて、圧力発生室１２よりも広い幅で形成されている。すなわち、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の両端部は、圧力発生室１２に対向する領域より外側まで形成されている。第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の一端部側（連通路１４とは反対側）には、リード電極９０が接続されている。
圧電体層７０は、第１の方向Ｘに亘って、複数の個別電極（第１電極６０）上に設けられている。また、圧電体層７０は、第２の方向Ｙにおいて、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い幅で形成されている。圧電体層７０のインク供給路１３側の端部（図３（ｂ）の右側端部）は、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の端部よりも外側まで形成されている。つまり、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の一端部側は、圧電体層７０によって覆われている。一方、圧電体層７０の他端部（図３（ｂ）の左側端部）は、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の端部よりも内側にある。つまり、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の他端部側は、圧電体層７０によって覆われていない。
第２電極８０は、第１の方向Ｘに亘って、圧電体層７０、第１電極６０及び振動板５０上に連続して設けられている。つまり、第２電極８０は、複数の圧電体層７０に共通する共通電極として構成されている。このような圧電体層７０及び第２電極８０により、凹部７１が形成されている。凹部７１は、第１電極６０の間、すなわち、隔壁１１に対向する領域にある。第１の方向Ｘにおいて、凹部７１の幅は、隔壁１１の幅と略同一、又はそれよりも広い。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおける端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。尚、これらの態様はあくまで一例であり、かかる態様に本発明は限定されない。
第１電極６０及び第２電極８０の材料は、白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属が好適である。第１電極６０の材料と第２電極８０の材料とは同一であるのが好ましく、本実施形態でも、第１電極６０と第２電極８０とは同一材料から構成されている。ただし、第１電極６０の材料や第２電極８０の材料は、導電性を有する材料であればよい。第１電極６０の材料と第２電極８０との材料を異ならせてもよい。
このような圧電素子３００では、一般的に、何れか一方の電極が共通電極として構成され、他方の電極が個別電極として構成される。上記のように、本実施形態では、第１電極６０が個別電極として構成され、第２電極８０が共通電極として構成されている。ただし、駆動回路や配線の都合で、第１電極を共通電極として構成し、第２電極を個別電極として構成しても支障はない。
圧電体層７０は、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電材料を用いて構成されている。本実施形態では、圧電材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）を用いている。ＰＺＴを圧電材料に用いることで、圧電定数が比較的大きな圧電体層７０が得られる。
一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造の複合酸化物では、Ａサイトには酸素が１２配位しており、Ｂサイトには酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。本実施形態では、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）が位置し、Ｂサイトにジルコニウ（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）が位置している。
圧電材料は、上記のＰＺＴに限定されない。ＡサイトやＢサイトに他の元素が含まれていてもよい。例えば、圧電材料は、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）等のペロブスカイト材料であってもよい。
その他、圧電材料は、Ｐｂの含有量を抑えた材料（いわゆる低鉛系材料）、又はＰｂを使用しない材料（いわゆる非鉛系材料）であってもよい。圧電材料として低鉛系材料を使用すればＰｂの使用量を低減することができる。また、非鉛系材料を使用すれば、Ｐｂを使用せずに済む。よって、低鉛系材料や非鉛系材料の使用により、環境負荷を低減することができる。
非鉛系圧電材料として、例えば、鉄酸ビスマス（ＢＦＯ；ＢｉＦｅＯ３）を含むＢＦＯ系材料が挙げられる。ＢＦＯでは、ＡサイトにＢｉが位置し、Ｂサイトに鉄（Ｆｅ）が位置している。ＢＦＯに、他の元素が添加されていてもよい。例えば、ＫＮＮに、鉄酸マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ランタン（Ｌａ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、セリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（（Ｃｒ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロビウム（Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の元素が添加されていてもよい。。
また、非鉛系圧電材料の他の例として、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ；ＫＮａＮｂＯ３）を含むＫＮＮ系材料が挙げられる。ＫＮＮに、他の元素が添加されていてもよい。たとえば、ＫＮＮに、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、及びユーロビウム（Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の元素が添加されていてもよい。
圧電材料には、元素の一部欠損した組成を有する材料、元素の一部が過剰である組成を有する材料、及び元素の一部が他の元素に置換された組成を有する材料も含まれる。圧電体層７０の基本的な特性が変わらない限り、欠損・過剰により化学量論の組成からずれた材料や、元素の一部が他の元素に置換された材料も、本実施形態に係る圧電材料に含まれる。
ここで、圧電材料に、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等の揮発しやすい元素が含まれる場合、これらの元素が圧電体層７０を形成する工程（例えば焼成工程）で揮発しやすい。元素が揮発すると、電荷のバランスを保つため、圧電体層７０に酸素欠損（すなわちプラス電荷）が生じる。一方、このような酸素欠損が圧電体層の低電圧側に引き寄せられ、酸素欠損が偏析（圧電体層の低電圧側に蓄積）すると、圧電特性が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態では、揮発しやすい元素を含む圧電材料を用いて圧電体層を構成したとしても、下記で詳述するような方法で圧電素子を駆動するため、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制できる。勿論、本実施形態で使用可能な圧電材料は、上述したようなＰｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等を含む材料に限定されない。
圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、保護基板３０が接着剤３５により接合されている。保護基板３０は、マニホールド部３２を有している。マニホールド部３２により、マニホールド１００の少なくとも一部が構成されている。本実施形態に係るマニホールド部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通しており、更に圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されている。そして、マニホールド部３２は、上記のように、流路形成基板１０の連通部１５と連通している。これらの構成により、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が構成されている。
保護基板３０には、圧電素子３００を含む領域に、圧電素子保持部３１が形成されている。圧電素子保持部３１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る。この空間は、密封されていても密封されていなくてもよい。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。貫通孔３３内には、リード電極９０の端部が露出している。
保護基板３０上には、信号処理部として機能する駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０は、例えば回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）を用いることができる。駆動回路１２０及びリード電極９０は、接続配線１２１を介して電気的に接続されている。駆動回路１２０は、プリンターコントローラー２００に電気的に接続可能である。
このような駆動回路１２０が、本実施形態に係る制御手段として機能する。
このような駆動回路１２０が、本実施形態に係る制御手段として機能する。
保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。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。従って、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。
次に、インクジェット式記録装置Ｉの制御系について説明する。図４は、インクジェット式記録装置に関する制御構成の概要を示すブロック図である。
図示するように、インクジェット式記録装置Ｉは、プリンターコントローラー２００と、プリントエンジン２０１と、を含んで構成されている。プリンターコントローラー２００は、外部インターフェース２０２と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２０３と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ２０４と、ＣＰＵ等を含む制御部２０５と、クロック信号を発生する発振回路２０６と、インクジェット式記録ヘッド１へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号形成回路２０７と、この駆動信号形成回路２０７で使用するための電源を生成する電源生成部２０８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等をプリントエンジン２０１に送信する内部インターフェース２０９と、を含んで構成されている。
このうち、電源生成部２０８は、駆動信号形成回路２０７に対し、駆動電源を供給する。そして、駆動信号形成回路２０７は、電源生成部２０８が生成した駆動電源に基づいて駆動信号を生成する。
プリントエンジン２０１は、インクジェット式記録ヘッド１と、紙送り機構２１３と、キャリッジ機構２１４と、を含んで構成されている。このうち、インクジェット式記録ヘッド１の駆動回路１２０には、接続配線１２１を介して、プリンターコントローラー２００の駆動信号形成回路２０７から駆動信号（ＣＯＭ）が入力される。また、駆動回路１２０には、プリンターコントローラー２００から、所定のヘッド制御信号（クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ、画素データＳＩ、設定データＳＰ等）が入力される。
これらの制御系は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御系の各部の動作は、具体的には、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。上記の制御系を具備することで、本実施形態に係る圧電素子の駆動方法を実現できる圧電素子応用デバイスが提供される。
次に、圧電素子の駆動方法について説明する。かかる駆動方法は、所定の駆動波形で所定回数圧電素子を駆動した後、駆動波形の極性を反転させて該圧電素子を駆動する方法である。具体的に、本実施形態に係る駆動方法は、順極性の駆動波形で一定回数駆動した後、逆極性の駆動波形に切り替えて駆動する方法である。又、本実施形態に係る駆動方法は、逆極性の駆動波形で一定回数駆動した後、順極性の駆動波形に切り替えて駆動する方法でもある。
所定の駆動波形とは、圧電素子３００を基準となる状態から変位（又は変形）させた後再び基準となる状態へ戻すまでに、この圧電素子に付与される、一連の駆動電圧の変化を示す波形の単位である。圧電素子３００を基準となる状態から変位（又は変形）させた後再び基準となる状態へ戻すための駆動は、第１電極６０と第２電極８０との間に印可される電圧（すなわち、圧電体層７０に印可される電圧）を変化させる一連の工程によって実施される。このような駆動波形には、第１類型と、第２類型と、がある。第１類型は、第１電極６０と第２電極８０との間に印可される電圧を、中間電位から最大値まで上昇させる工程と、その後最低値まで下降させる工程と、最後に中間電位に戻す工程と、を少なくとも含む。第２類型は、第１電極６０と第２電極８０との間に印可される電圧を、中間電位から最低値まで下降させる工程と、その後最大値まで上昇させる工程と、最後に中間電位に戻す工程と、を少なくとも含む。順極性の駆動波形が第１類型の駆動波形である場合、逆極性の駆動波形は第２類型の駆動波形となる。順極性の駆動波形が第２類型の駆動波形である場合、逆極性の駆動波形は第１類型の駆動波形となる。以下、より詳細に説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る順極性の駆動波形について説明する図である。図５（ａ）は、順極性の駆動波形の一例を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の駆動波形が入力されたときの電圧及び電流の関係を示している。図５（ｃ）は、図５（ａ）の駆動波形が入力されたときに得られる変位を示している。
図５（ａ）の例では、第２電極８０は、３２．５Ｖの電位に維持される。そして、第１電極６０には、所定の中間電位と、約３０．０Ｖの最小電位と、約６５．０Ｖの最大電位と、を有する電位が付与される。これらの電位は、図４に示した制御系の駆動信号（ＣＯＭ）に基づいて付与される。
そして、第２電極８０の電位を基準とした第１電極６０の電位差（第１電極６０の電位−第２電極８０の電位）が、圧電体層７０の駆動電圧Ｖとなる。このような駆動電圧Ｖの時間に伴う推移を図示したプロファイルが、圧電素子３００の駆動波形となる。図５（ａ）に示した順極性の駆動波形では、駆動電圧Ｖの上限値Ｖｍａｘ１（ここでは３２．５Ｖ）が３０．０Ｖより大きく、下限値Ｖｍｉｎ１（ここでは−２．５Ｖ）が正側の抗電界Ｖｃ１より小さい。
すなわち、図示した順極性の駆動波形には、図５（ｂ）に示すように、下限値Ｖｍｉｎ１＜正側の抗電界Ｖｃ１＜中間電位Ｖｍ１＜３０．０Ｖ＜上限値Ｖｍａｘ１の関係がある。圧電体層７０の分極は、抗電界を境に陰極から陽極に、又は陽極から陰極に反転する。
このような順極性の駆動波形によって、中間電位Ｖｍ１が維持される工程Ｐ０１と、この状態から下限値Ｖｍｉｎ１まで電圧Ｖを降下させる工程Ｐ０２と、下限値Ｖｍｉｎ１を一定時間維持する工程Ｐ０３と、下限値Ｖｍｉｎ１から上限値Ｖｍａｘ１まで電圧Ｖを上昇させる工程Ｐ０４と、上限値Ｖｍａｘ１を一定時間維持する工程Ｐ０５と、上限値Ｖｍａｘ１から中間電位Ｖｍ１より小さく抗電界Ｖｃ１よりも大きい所定電位Ｖｘ１まで電圧Ｖを下降させる工程Ｐ０６と、所定電位Ｖｘ１を一定時間維持する工程Ｐ０７と、所定電位Ｖｘ１から中間電位Ｖｍ１まで電圧Ｖを上昇させる工程Ｐ０８と、が実施される。
工程Ｐ０２において、圧電素子３００は、圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変位する。これにより、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。その後の工程Ｐ０４において、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を減少させる方向に変位する。これにより、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からインクが噴射される。
このような順極性の駆動波形により、図５（ｃ）のバタフライ曲線中に示す変位Ｄ１が得られる。つまり、上記の順極性の駆動波形により、圧電素子３００が駆動して変位Ｄ１が得られる。
図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る逆極性の駆動波形について説明する図である。図６（ａ）は、逆極性の駆動波形の一例を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の駆動波形が入力されたときの電圧及び電流の関係を示している。図６（ｃ）は、図６（ａ）の駆動波形が入力されたときに得られる変位を示している。
図６（ａ）の例では、第２電極８０は、３２．５Ｖの電位に維持される。そして、第１電極６０には、所定の中間電位と、約０Ｖの最小電位と、約３５．０Ｖの最大電位と、を有する電位が付与される。これらの電位は、図４に示した制御系の駆動信号（ＣＯＭ）に基づいて付与される。
図示した逆極性の駆動波形では、駆動電圧Ｖの上限値Ｖｍａｘ２（ここでは２．５Ｖ）が負側の抗電界Ｖｃ２より大きく、下限値Ｖｍｉｎ２（ここでは−３２．５Ｖ）が−３０．０Ｖより小さい。すなわち、図示した逆極性の駆動波形には、図６（ｂ）に示すように、下限値Ｖｍｉｎ２＜−３０．０Ｖ＜中間電位Ｖｍ２＜負側の抗電界Ｖｃ２＜上限値Ｖｍａｘ２の関係がある。
このような逆極性の駆動波形によって、中間電位Ｖｍ２が維持される工程ｐ０１と、この状態から上限値Ｖｍａｘ２まで電圧Ｖを上昇させる工程ｐ０２と、上限値Ｖｍａｘ２を一定時間維持する工程ｐ０３と、上限値ｍａｘ２から下限値Ｖｍｉｎ２まで電圧Ｖを下降させる工程ｐ０４と、下限値Ｖｍｉｎ２を一定時間維持する工程ｐ０５と、下限値Ｖｍｉｎ２から中間電位Ｖｍ２より大きく抗電界Ｖｃ２よりも小さい所定電位Ｖｘ２まで電圧Ｖを上昇させる工程ｐ０６と、所定電位Ｖｘ２を一定時間維持する工程ｐ０７と、所定電位Ｖｘ２から中間電位Ｖｍ２まで電圧Ｖを下降させる工程ｐ０８と、が実施される。
工程ｐ０２において、圧電素子３００は、圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変位し、工程ｐ０４において、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を減少させる方向に変位する。
このような逆極性の駆動波形により、図５（ｃ）のバタフライ曲線中に示す変位Ｄ２が得られる。つまり、上記の逆極性の駆動波形により、圧電素子３００が駆動して変位Ｄ２が得られる。
ここまで、本実施形態に係る順極性の駆動波形及び逆極性の駆動波形について説明した。一方、図５（ａ）及び図６（ａ）に示す駆動波形は、それぞれ、全体の駆動波形の一部（一回分の駆動波形）である。また、図５(ａ)に示す順極性の駆動波形は第１類型の波形、図６（ａ）に示す逆極性の駆動波形は第２類型の波形となっている。
図７は、本実施形態に係る圧電素子の駆動方法を説明するためのタイムチャート図である。図７には、圧電体層７０の酸素欠損（すなわちプラス電荷）が生じた場合における、酸素欠損の移動も模式的に示してある。
本実施形態に係る圧電素子の駆動方法は、上記の順極性の駆動波形で、圧電素子３００を駆動させる工程を実施する（時点ｔ０１〜時点ｔ１１）。圧電体層７０に酸素欠損があると、酸素欠損が低電圧側（ここでは第２電極８０側）に引き寄せられる。
順極性の駆動波形で所定回数（Ｔａ＝ｎ回）駆動した時点ｔ１１において、駆動波形の極性を反転させる。圧電体層７０の酸素欠損が第２電極８０側に引き寄せられていたとしても、酸素欠損が圧電体層７０の低電極側に蓄積する前に、反対側の電極（ここでは第１電極６０）を低電圧側に切り替えることができる。以降、逆極性の駆動波形で駆動する（時点ｔ１１〜ｔ２１）。そうすると、酸素欠損が低電圧側（ここでは第１電極６０側）に引き寄せられる。
逆極性の駆動波形で所定回数（Ｔｂ＝ｍ回）駆動した時点ｔ２１において、駆動波形の極性を反転させる。酸素欠損が圧電体層７０の低電極側に蓄積する前に、反対側の電極（ここでは第２電極８０）を低電圧側に切り替えることができる。以降、順極性の駆動波形で駆動する（時点ｔ２１以降）。その後も、所定の駆動波形で一定回数駆動した後、駆動波形の極性を反転させて駆動するプロセスを繰り返す。
このような駆動方法により、圧電体層７０の酸素欠損が一方の電極側に偏析することを抑制できる。従って、圧電素子３００の劣化を抑制でき、圧電素子３００の寿命を延ばすことができる。しかも、順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とで一連の駆動波形を形成するので、駆動波形の極性の反転に伴って圧電素子の駆動が中断することもない。以上より、本態様によれば、圧電体層７０の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子３００の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子３００を好適に駆動できる。
尚、順極性の駆動波形を用いて駆動させる例から説明したが、順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とは、どちらから印加し始めても構わない。駆動波形の極性の反転は、駆動電圧Ｖが中間電位Ｖｍ１，Ｖｍ２にあるときが好ましい。これによれば、圧電素子３００が駆動待機状態にあるときに、第１電極及び第２電極の間で高電圧側及び低電圧側を切り替えることができる。このため、駆動波形の極性の反転に伴って圧電素子３００の駆動に悪影響が生じることを抑制できる。
駆動波形の極性の反転回数は、１０，０００，０００回（１０７回）以下であることが好ましい。駆動波形の極性の反転回数が多すぎると、圧電体層において電気双極子の反転が過度に繰り返されて分極軸が固定されやすくなる。これは、酸素欠損等の構造欠陥に電子がトラップされて固定電界となり、分極反転を阻害するためであると推察される。分極軸が固定された結晶格子では、分極量の低下（すなわち変位量の低下）が引き起こされる（Ｆａｔｉｇｕｅ劣化）。図８からも、駆動波形の極性の反転回数が１００，０００回以下の範囲であれば、分極量Ｐｒの低下が比較的小さいことが分かる。
また、圧電素子３００の動作保障回数も考慮する必要がある。圧電素子３００の動作保障回数は、例えば、１００億回、１５０億回、２００億回、２５０億回、又は３００億回等である。従って、上記の所定回数ｎ，ｍは、例えば、１，０００回以上、１，５００回以上、２，０００回以上、２，５００回以上、又は３，０００回以上であることが好ましい。これらの値は、「圧電素子３００の動作保障回数／駆動波形の極性の反転回数」から導かれる。所定回数ｎ，ｍが少なすぎると、駆動波形の極性の反転回数が多くなりすぎて、上記のＦａｔｉｇｕｅ劣化が発生するおそれが生じる。
一方、上記の所定回数ｎ，ｍは、１００，０００回（１０５回）以下であることが好ましい。所定回数ｎ，ｍが多すぎると、空間電荷分極の原因となる。すると、かかる分極による電界によって、圧電体層７０に格子欠陥による反電界が生じてしまい、いわゆるバイアス電位が掛かった状態となる。その結果、抗電界がシフトしてしまう。この場合、正確に圧電素子３００を駆動することが難しくなる。図９からも、所定回数が１００，０００回以下の範囲であれば、抗電界の変動が比較的小さいことが分かる。
また、上記の駆動波形は、極性の反転前後で上下対称であることが好ましい。本実施形態でも、所定の基準値、例えば０Ｖ（ＧＲＡＮＤ）を境に、順極性の駆動波形と逆極性の駆動波形とが上下対称である。これによれば、順極性の駆動波形による圧電素子の駆動特性と、逆極性の駆動波形による圧電素子の駆動特性とを近づけることができる。このため、駆動波形の極性の反転によって圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。
特に、本実施形態では、第１電極と第２電極との構成材料が同一であるため、互いの構成材料が異なる場合と比べ、駆動波形の極性の反転によって圧電素子の駆動特性にズレが生じることを抑制できる。
次に、圧電素子の製造方法の一例について、インクジェット式記録ヘッド１の製造方法とあわせて説明する。
まず、流路形成基板用ウェハーの表面に、二酸化シリコン等からなる弾性膜５１を形成し、この弾性膜５１上に、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５２を形成する。弾性膜５１と絶縁体膜５２によって、振動板５０が構成される。次いで、絶縁体膜５２上に、酸化チタン等からなる密着層５６をスパッタリング法や熱酸化等により形成する。そして、図１０（ａ）に示すように、密着層５６上に、第１電極６０をスパッタリング法や蒸着法等により形成する。
次いで、図１０（ｂ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示なし）をマスクとして、密着層５６及び第１電極６０を同時にパターニングする。次に、図１０（ｃ）に示すように、密着層５６、第１電極６０及び振動板５０に重なるように圧電体膜７４を複数層形成して圧電体層７０とする。圧電体膜７４は、例えば金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、脱脂することで圧電体膜７４を得るＭＯＤ法やゾル−ゲル法等の化学溶液法により形成することができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法等によっても圧電体膜７４を形成することができる。
圧電体膜７４を化学溶液法で形成する場合の具体的な手順としては、まず、密着層５６、第１電極６０及び振動板５０に、金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなる酸化物層形成用組成物（前駆体溶液）を塗布し、圧電体前駆体膜（図示なし）を形成する（塗布工程）。
次いで、塗布した圧電体前駆体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥させた圧電体前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜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）。そして、圧電体前駆体膜を所定温度、例えば６５０〜８００℃程度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７４を形成する（焼成工程）。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。上記の塗布工程、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、複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。
圧電材料に揮発しやすい元素が含まれる場合、これらの元素が上記の焼成工程で揮発しやすい。元素が揮発すると、電荷のバランスを保つため、圧電体層７０に酸素欠損が生じる。本実施形態では、先に説明したような方法で圧電素子を駆動するため、揮発しやすい元素を含む圧電材料を用いて圧電体層７０を構成したとしても、圧電体層７０の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子３００の劣化を抑制できる。
その後、圧電体層７０を、各圧力発生室１２に対応してパターニングする。そして、図１０（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面側（圧電体層７０が形成された面側）に亘って、すなわち、圧電体層７０、第１電極６０及び振動板５０に重なるように第２電極８０を形成する。パターニングは、いわゆるフォトリソグラフィー法を用いることができるが、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングやウェットエッチング等で行うこともできる。
そして、リード電極９０（図２等参照）を形成すると共に所定形状にパターニングする。そして、図１１（ａ）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、接着剤を介して保護基板用ウェハー１３０を接合し、その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。次いで、図１１（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図１１（ｃ）に示すように、マスク膜５３を介して、流路形成基板用ウェハー１１０を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。
その後は、常法に従い、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２や、図２に示すインク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。そして、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ダイシング等により切断・除去する。更に、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。また、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０等を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、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１とする。
以上、本発明の一実施形態を説明した。しかし、本発明の基本的構成は上記の態様に限定されない。
例えば、順極性の駆動波形や逆極性の駆動波形は、前記の例に限定されない。いわゆる押し打ちモードを実現する駆動波形（図１２（ａ））に基づき、順極性の駆動波形及び逆極性の駆動波形を得て、一連の駆動波形を構成してもよい。また、いわゆる引き打ちモードを実現する駆動波形（図１２（ｂ））に基づき、順極性の駆動波形及び逆極性の駆動波形を得て、一連の駆動波形を構成してもよい。
また、順極性の駆動波形で圧電素子３００を駆動する所定回数ｎと、逆極性の駆動波形で圧電素子３００を駆動する所定回数ｍとは、同一回数でなくてもよい。電気的負荷や制御特性を考慮して、ｎ＜ｍ、ｎ＝ｍ、ｎ＞ｍの何れかの関係を適宜選択できる。所定回数ｎ，ｍも、固定回数に限定されず、動作環境や条件によって変動させるようにしてもよい。
上記の実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示した。しかし、流路形成基板１０は前記の例に限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料であってもよい。
また、上記の実施形態では、圧電素子応用デバイスの一例として、インクジェット式記録ヘッドを挙げて説明した。しかし、本発明は、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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る。
また、本発明は、液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、他の圧電素子応用デバイスに搭載される圧電素子にも適用することができる。圧電素子応用デバイスの一例としては、超音波デバイス、モーター、圧力センサー、焦電素子、強誘電体素子などが挙げられる。また、これらの圧電デバイスを利用した完成体、たとえば、上記液体等噴射ヘッドを利用した液体等噴射装置、上記超音波デバイスを利用した超音波センサー、上記モーターを駆動源として利用したロボット、上記焦電素子を利用したＩＲセンサー、強誘電体素子を利用した強誘電体メモリーなども、圧電素子応用デバイスに含まれる。
図面において示す構成要素、すなわち層等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、本発明を説明する上で、誇張して示されている場合がある。また、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「基板上の第１電極」や「第１電極上の圧電体層」という表現は、基板と第１電極との間や、第１電極と圧電体層との間に、他の構成要素を含むものを除外しない。
本発明によれば、圧電体層の酸素欠損の偏析によって引き起こされる圧電素子の劣化を抑制でき、長期に亘って圧電素子を好適に駆動できる。製品使用時はもちろん、ＤＣ印加試験（負荷耐久試験）での試験時においても圧電素子を好適に駆動できる。
Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、 １５ 連通部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ マニホールド部、 ３３ 貫通孔、 ３５ 接着剤、 ４０ コンプライアンス基板、 ４１ 封止膜、 ４２ 固定板、 ４３ 開口部、 ５０ 振動板、 ５１ 弾性膜、 ５２ 絶縁体膜、 ５３ マスク膜、 ５６ 密着層、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７１ 凹部、 ７４ 圧電体膜、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ２００ プリンターコントローラー、 ２０１ プリントエンジン、 ２０２ 外部インターフェース、 ２０５ 制御部、 ２０６ 発振回路、 ２０７ 駆動信号形成回路、 ２０８ 電源生成部、 ２０９ 内部インターフェース、 ２１３ 紙送り機構、 ２１４ キャリッジ機構、 ３００ 圧電素子
Claims (9)
- 第１電極と、前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を具備する圧電素子の駆動方法であって、
所定の駆動波形で所定回数前記圧電素子を駆動した後、前記駆動波形の極性を反転させて前記圧電素子を駆動する
ことを特徴とする圧電素子の駆動方法。 - 前記所定回数は、１，０００回以上１００，０００回以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の駆動方法。
- 上限値（Ｖｍａｘ１）が３０．０Ｖより大きく、下限値（Ｖｍｉｎ１）が正側の抗電界（Ｖｃ１）より小さい順極性の駆動波形と、
上限値（Ｖｍａｘ２）が負側の抗電界（Ｖｃ２）より大きく、下限値（Ｖｍｉｎ２）が−３０．０Ｖより小さい逆極性の駆動波形と、
を用いて、前記圧電素子を駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子の駆動方法。 - 前記駆動波形は、極性の反転前後で上下対称であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電素子の駆動方法。
- 請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動方法によって圧電素子を駆動する制御手段を備えた圧電素子応用デバイスに用いられる圧電素子であって、
基板上に形成される第１電極と、
前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層上に形成される第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との構成材料が同一である
ことを特徴とする圧電素子。 - 前記圧電体層は、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。 - 基板に形成される第１電極と、前記第１電極上に形成され、ＡＢＯ３型ペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成される第２電極と、を備える圧電素子と、
請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動方法によって該圧電素子を駆動する制御手段と、を具備する
ことを特徴とする圧電素子応用デバイス。 - 前記第１電極と前記第２電極との構成材料が同一である
ことを特徴とする請求項７に記載の圧電素子応用デバイス。 - 前記圧電体層は、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電素子応用デバイス。
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