壓電元件的驅(qū)動方法以及壓電元件及壓電元件應(yīng)用裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能夠?qū)σ驂弘婓w層的氧缺損的偏析而引起的壓電元件的劣化進(jìn)行抑制，并能夠長時間良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件的驅(qū)動方法。在壓電元件(300)的驅(qū)動方法中，所述壓電元件(300)具備：第一電極(60)；壓電體層(70)，其被形成在第一電極(60)上，且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成；第二電極(80)，其被形成在壓電體層(70)上，在通過預(yù)定的驅(qū)動波形而對壓電元件(300)進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)的驅(qū)動后，使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)并對該壓電元件(300)進(jìn)行驅(qū)動。
【專利說明】
壓電元件的驅(qū)動方法以及壓電元件及壓電元件應(yīng)用裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種壓電元件的驅(qū)動方法以及壓電元件及壓電元件應(yīng)用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] —般情況下，壓電元件具有擁有電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換特性的壓電體層、與對壓電體層進(jìn)行夾持的兩個電極。將這種壓電元件作為驅(qū)動源來使用的裝置(壓電元件應(yīng)用裝置)的開發(fā)近年來較為盛行。作為壓電元件應(yīng)用裝置的一種而存在有噴墨式記錄頭所代表的液體噴射頭。
[0003 ]作為壓電體層的材料(壓電材料)，例如存在有壓電常數(shù)較高的鋯鈦酸鉛(PZT; Pb(Zr，Ti)03)。另一方面，也有如下報告，即相對于PZT而言，鉛(Pb)在壓電體層的燒成工序中容易揮發(fā)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在專利文獻(xiàn)I中，指出了隨著Pb的揮發(fā)與缺損而產(chǎn)生氧缺損的情況、和存在于與電極的界面附近的氧缺損成為壓電特性降低的主要原因的情況。
[0004]即使在使用了PZT以外的壓電材料的情況下，也被報告有在壓電體層上可能發(fā)生氧缺損的情況(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)2中，指出了由于所產(chǎn)生的氧缺損被蓄積于低電壓側(cè)而使得壓電特性降低的情況。
[0005]因此，在專利文獻(xiàn)I中，向由AB03型I丐鈦礦結(jié)構(gòu)(perovskite structure)的復(fù)合氧化物構(gòu)成的壓電體層的氧位置處摻雜氮。此外，在專利文獻(xiàn)2中，在判斷為壓電元件劣化時，將施加固定時間的反極性的電壓(具有高頻頻率，并且不會使壓電體層發(fā)生位移的電壓)。
[0006]然而，在專利文獻(xiàn)I中，需要具備摻雜氮的工序。此外，在專利文獻(xiàn)2中，在施加反極性的電壓的預(yù)定時間的期間內(nèi)，壓電元件的驅(qū)動被中斷。在專利文獻(xiàn)2中，如果使壓電元件的驅(qū)動中斷時間減少，則反極性電壓的施加時間將變短。在該情況下，將無法解除氧缺損的偏析(向壓電體層的低電壓側(cè)的蓄積)，從而使壓電元件的壽命降低。
[0007]如此，如果去除了摻雜氮的工序，則僅以現(xiàn)有技術(shù)將難以長時間良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。這種問題并不限定于在壓電材料中使用PZT的情況，在壓電材料中使用PZT以外的材料的情況下也同樣存在。此外，這種問題并不限定于被用于液體噴射頭的壓電元件中，在被用于其他的壓電元件應(yīng)用裝置的壓電元件中也同樣存在。
[0008]專利文獻(xiàn)I:日本特開2012-156160號公報(權(quán)利要求1、第
[0024]段)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-86223號公報(第
[0072]段、圖7)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明鑒于這種實(shí)際情況，其目的在于，提供一種能夠?qū)τ捎趬弘婓w層的氧缺損的偏析而引起的壓電元件的劣化進(jìn)行抑制，并能夠長時間良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件的驅(qū)動方法以及壓電元件及壓電元件應(yīng)用裝置。
[0011]解決上述課題的本發(fā)明的方式為一種壓電元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述壓電元件具備:第一電極;壓電體層，其被形成在所述第一電極上，且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成;第二電極，其被形成在所述壓電體層上，在所述壓電元件的驅(qū)動方法中，在以預(yù)定的驅(qū)動波形而對所述壓電元件進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)的驅(qū)動后，使所述驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)并對所述壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0012]根據(jù)所涉及的方式，由于每實(shí)施預(yù)定次數(shù)的驅(qū)動便使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)，因此能夠在第一電極與第二電極之間每實(shí)施預(yù)定次數(shù)驅(qū)動便對高電壓側(cè)與低電壓側(cè)進(jìn)行切換。即，即使在壓電體層中產(chǎn)生的氧缺損(即正電荷)被吸引至低電壓側(cè)，也能夠在該氧缺損被蓄積于壓電體層的低電極側(cè)之前，將相反側(cè)的電極切換為低電壓側(cè)。因此，能夠抑制壓電體層的氧缺損向一方的電極側(cè)偏析的情況。因此，能夠?qū)弘娫牧踊M(jìn)行抑制，從而能夠延長壓電元件的壽命。
[0013]而且，根據(jù)所涉及的方式，由于通過順極性的驅(qū)動波形與反極性的驅(qū)動波形來形成一系列的驅(qū)動波形，因此壓電元件的驅(qū)動不會隨著驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而中斷。因此，能夠良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0014]由上所述，根據(jù)所涉及的方式，能夠來對因壓電體層的氧缺損的偏析而引起的圧電元件的劣化進(jìn)行抑制，并能夠長時間良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0015]在此，優(yōu)選為，所述預(yù)定次數(shù)為1000次以上100000次以下。如果上述的預(yù)定次數(shù)過少，則在壓電體層中電偶極子的反轉(zhuǎn)會被過度反復(fù)從而容易使極化軸被固定。其結(jié)果為，壓電體層有可能產(chǎn)生FaTigU劣化(疲勞劣化)。另一方面，如果上述的預(yù)定次數(shù)過多，則有可能產(chǎn)生內(nèi)部反電場。其結(jié)果為，矯頑電場發(fā)生偏移，從而難以正確地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。因此，通過使固定驅(qū)動次數(shù)在上述的范圍內(nèi)，從而能夠長時間更良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0016]此外，優(yōu)選為，使用如下驅(qū)動波形來對所述壓電元件進(jìn)行驅(qū)動，所述驅(qū)動波形為，上限值(Vmaxl)大于30.0V且下限值(Vminl)小于正側(cè)的矯頑電場(Vcl)的順極性的驅(qū)動波形和上限值(￥1^0大于負(fù)側(cè)的矯頑電場(￥(:2)且下限值(￥1^112)小于-30.0￥的反極性的驅(qū)動波形。由此，能夠通過上述的順極性的驅(qū)動波形與反極性的驅(qū)動波形而良好地形成一系列驅(qū)動波形。因此，能夠長時間更良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0017]此外，優(yōu)選為，所述驅(qū)動波形在極性的反轉(zhuǎn)前后為上下對稱。由此，能夠使由順極性的驅(qū)動波形所實(shí)現(xiàn)的壓電元件的驅(qū)動特性與由反極性的驅(qū)動波形所實(shí)現(xiàn)的壓電元件的驅(qū)動特性接近。因此，能夠抑制因驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而在壓電元件的驅(qū)動特性上產(chǎn)生偏差的情況。因此，能夠長時間更良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0018]此外，解決上述課題的本發(fā)明的另一方式為一種壓電元件，其特征在于，所述壓電元件被用于具備通過上述的任意一項(xiàng)所記載的驅(qū)動方法而對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動的控制單元的壓電元件應(yīng)用裝置中，所述壓電元件具備:第一電極，其被形成在基板上;壓電體層，其被形成在所述第一電極上，且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成;第二電極，其被形成在所述壓電體層上，所述第一電極與所述第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同。
[0019]根據(jù)所涉及的方式，提供了一種能夠通過上述的方法來進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件。由于在該壓電元件中第一電極與第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同，因此能夠?qū)σ蝌?qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而在壓電元件的驅(qū)動特性上產(chǎn)生偏差的情況進(jìn)行抑制。因此，成為了能夠長時間良好地進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件。
[0020]此外，優(yōu)選為，所述壓電體層在A位置上包含鉛(Pb)、鉍(Bi)、鈉(Na)、鉀(K)中的至少一種。Pb、B1、Na、K等在壓電體層的燒成工序中容易揮發(fā)。因此，在使用了包含這些元素的壓電材料的情況下，隨著Pb、B1、Na、K等揮發(fā)與缺損而容易在壓電體層中產(chǎn)生氧缺損。另一方面，根據(jù)本方式，能夠抑制氧缺損向一方的電極側(cè)偏析的情況。因此，即使使用包含Pb、B1、Na、K等的壓電材料來構(gòu)成壓電體層，也能夠?qū)σ驂弘婓w層的氧缺損的偏析而引起的壓電元件的劣化進(jìn)行抑制。因此，成為了能夠長時間良好地進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件。
[0021]此外，解決上述課題的本發(fā)明的其他方式為一種壓電元件應(yīng)用裝置，其特征在于，具備:壓電元件，所述壓電元件具備被形成在基板上的第一電極、被形成在所述第一電極上且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成的壓電體層、被形成在所述壓電體層上的第二電極;控制單元，其通過上述的任意一項(xiàng)所記載的驅(qū)動方法而對該壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0022]根據(jù)所涉及的方式，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述的驅(qū)動方法的壓電元件應(yīng)用裝置。
[0023]在此，優(yōu)選為，所述第一電極與所述第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同。由此，能夠?qū)σ虻谝浑姌O與第二電極的材料不同而產(chǎn)生的壓電元件的驅(qū)動特性的偏差的情況進(jìn)行抑制。因此，成為了能夠長時間良好地進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件應(yīng)用裝置。
[0024]此外，優(yōu)選為，所述壓電體層在A位置上包含鉛(Pb)、鉍(Bi)、鈉(Na)、鉀(K)中的至少一個。即使使用包含Pb、B1、Na、K等的壓電材料來構(gòu)成壓電體層，也成為能夠長時間良好地進(jìn)行驅(qū)動的壓電元件應(yīng)用裝置。
【附圖說明】
[0025]圖1為表示記錄裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖2為表示記錄頭的概要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0027]圖3為記錄頭的概要結(jié)構(gòu)的俯視圖以及剖視圖。
[0028]圖4為表示記錄裝置所涉及的控制結(jié)構(gòu)的概要的框圖。
[0029]圖5為對順極性的驅(qū)動波形進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖6為對反極性的驅(qū)動波形進(jìn)行說明的圖。
[0031 ]圖7為用于對壓電元件的驅(qū)動方法進(jìn)行說明的時序圖。
[0032]圖8為對由反復(fù)進(jìn)行電壓施加造成的極化量的降低進(jìn)行說明的圖。
[0033]圖9為對由反復(fù)進(jìn)行電壓施加造成的矯頑電場的變化進(jìn)行說明的圖。
[0034]圖10為對記錄頭的制造例進(jìn)行說明的圖。
[0035]圖11為對記錄頭的制造例進(jìn)行說明的圖。
[0036]圖12為對驅(qū)動波形的改變例進(jìn)行說明的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下，參照附圖來對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下說明表示本發(fā)明的一個方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行任意變更。在各附圖中標(biāo)注相同符號的部件表示相同的部件，并且適當(dāng)省略了說明。
[0038]圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的噴墨式記錄裝置(記錄裝置)的概要結(jié)構(gòu)。
[0039]在噴墨式記錄裝置I中，噴墨式記錄頭單元(頭單元II)以可裝卸的方式被設(shè)置于墨盒2A以及2B上。墨盒2A以及2B構(gòu)成了油墨供給單元。頭單元II具有多個噴墨式記錄頭(記錄頭)，且被搭載于滑架3上?；?以軸向移動自如的方式被設(shè)置于滑架軸5上，所述滑架軸5被安裝在裝置主體4上。該頭單元II與滑架3例如被構(gòu)成為，能夠分別噴出黑色油墨組合物以及彩色油墨組合物。
[0040]驅(qū)動電動機(jī)6的驅(qū)動力經(jīng)由未圖示的多個齒輪以及同步齒型帶7而被傳遞至滑架
3。由此，滑架3沿著滑架軸5而移動。另一方面，在裝置主體4中設(shè)置有作為輸送單元的輸送輥8。通過輸送輥8來對紙等的作為記錄介質(zhì)的記錄薄片S進(jìn)行輸送。另外，輸送單元并不限定于輸送輥，也可以為帶或滾筒等。
[0041]在上述的噴墨式記錄頭中，作為致動器而使用了本實(shí)施方式所涉及的壓電元件。因此，如下文詳細(xì)敘述的那樣，能夠長時間良好地對噴墨式記錄裝置I進(jìn)行驅(qū)動。
[0042]圖2為表示噴墨式記錄頭的概要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖3(a)為表示本實(shí)施方式所涉及的噴墨式記錄頭的概要結(jié)構(gòu)的俯視圖(從壓電元件側(cè)對流道形成基板進(jìn)行觀察時的俯視圖，圖3(b)為以圖3(a)的A-A’線為基準(zhǔn)的剖視圖。
[0043]在流道形成基板10中形成有多個隔壁11。通過隔壁11而劃分形成多個壓力產(chǎn)生室12。即，在流道形成基板10中，沿著預(yù)定方向(噴出相同顏色的油墨的噴嘴開口 21被并排設(shè)置的方向)而并排設(shè)置有壓力產(chǎn)生室12。以下，將該預(yù)定方向稱為“壓力產(chǎn)生室12的并排設(shè)置方向”或“第一方向X”，將與第一方向X正交的方向稱為“第二方向Y”。“第一方向X”以及“第二方向Y”均與壓電元件的厚度方向正交。作為這種流道形成基板10例如能夠使用硅單晶基板。
[0044]在流道形成基板10中的壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y的一端部側(cè)形成有油墨供給通道13與連通通道14。油墨供給通道13被構(gòu)成為，通過從第一方向X上收窄壓力產(chǎn)生室12的一側(cè)從而使其開口面積較小。此外，連通通道14在第一方向X上具有與壓力產(chǎn)生室12大致相同的寬度。在連通通道14的外側(cè)(第二方向Y上的壓力產(chǎn)生室12的相反側(cè))處形成有連通部15。連通部15構(gòu)成歧管100的一部分。歧管100成為各個壓力產(chǎn)生室12的共同的油墨室。以此方式，在流道形成基板10中形成了由壓力產(chǎn)生室12、油墨供給通道13、連通通道14以及連通部15構(gòu)成的液體流道。
[0045]在流道形成基板10的一面?zhèn)壬辖雍嫌欣鏢US(Stainless steel:不銹鋼)制的噴嘴板20。在噴嘴板20上沿著第一方向X而并排設(shè)置有噴嘴開口 21。噴嘴開口 21與各個壓力產(chǎn)生室12連通。噴嘴板20能夠通過粘合劑或熱熔敷薄膜等而與流道形成基板10接合。
[0046]在流道形成基板10的另一面?zhèn)?與上述的一面?zhèn)葘χ玫拿鎮(zhèn)?上形成有振動板50。振動板50例如由被形成在流道形成基板10的彈性膜51、與被形成在彈性膜51上的絕緣體膜52構(gòu)成。彈性膜51例如由二氧化硅(S12)構(gòu)成，絕緣體膜52例如由氧化鋯(ZrO2)構(gòu)成。但是，彈性膜51也可以不是與流道形成基板10分開的部件。也可以將流道形成基板10的一部分加工得較薄，并將其作為彈性膜來使用。
[0047]絕緣體膜52上經(jīng)由緊貼層56(在圖3中省略圖示。參照圖11等)而形成有壓電元件300，所述壓電元件300包括厚度為約0.2μπι的第一電極60、厚度為約3.0ym以下優(yōu)選厚度為約0.5?1.5μπι的壓電體層70和厚度為約0.05μπι的第二電極80。緊貼層例如由鈦(Ti)構(gòu)成，且具有使壓電體層70與振動板50之間的緊貼性提高的功能。但是，也能夠省略緊貼層56。
[0048]在本實(shí)施方式中，通過具有電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換特性的壓電體層70的位移而使振動板50以及第一電極60進(jìn)行位移。即，在本實(shí)施方式中，振動板50以及第一電極60實(shí)質(zhì)上具有作為振動板的功能。但是，也可以不設(shè)置彈性膜51以及絕緣體膜52中的任意一方或者兩方而僅將第一電極60作為振動板來發(fā)揮功能。在于流道形成基板10上直接設(shè)置第一電極60的情況下，優(yōu)選為，以不使第一電極60與油墨導(dǎo)通的方式通過絕緣性的保護(hù)膜等來對第一電極60進(jìn)行保護(hù)。
[0049]針對每個壓力產(chǎn)生室12而對第一電極60實(shí)施分割，即，第一電極60被構(gòu)成為，針對每個壓力產(chǎn)生室12而獨(dú)立的獨(dú)立電極。第一電極60在第一方向X上以窄于壓力產(chǎn)生室12的寬度的寬度而被形成。此外，第一電極60在第二方向Y上以寬于壓力產(chǎn)生室12的寬度而被形成。即，在第二方向Y上，第一電極60的兩端部被形成至與壓力產(chǎn)生室12對置的區(qū)域的更外側(cè)處。在第二方向Y上，在第一電極60的一端部側(cè)(連通通道14的相反側(cè))處連接有引線電極90 ο
[0050]壓電體層70以橫跨第一方向X的方式被設(shè)置在多個獨(dú)立電極(第一電極60)上。此夕卜，壓電體層70在第二方向Y上以與壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上的長度相比而更寬的寬度而被形成。壓電體層70的油墨供給通道13側(cè)的端部(圖3(b)的右側(cè)端部)在第二方向Y上被形成至與第一電極60的端部相比更靠外側(cè)處。即，在第二方向Y上，第一電極60的一端部側(cè)通過壓電體層70而被覆蓋。另一方面，壓電體層70的另一端部(圖3(b)的左側(cè)端部)在第二方向Y上，處于與第一電極60的端部相比靠內(nèi)側(cè)處。即，在第二方向Y上，第一電極60的另一端部側(cè)未被壓電體層70所覆蓋。
[0051 ]第二電極80以橫跨第一方向X的方式被連續(xù)設(shè)置在壓電體層70、第一電極60以及振動板50上。即，第二電極80作為在多個壓電體層70上共同的共同電極而被構(gòu)成。通過這種壓電體層70以及第二電極80而形成了凹部71。凹部71處于第一電極60之間、即與隔壁11對置的區(qū)域中。在第一方向X上，凹部71的寬度與隔壁11的寬度大致相同或與其相比而較寬。由此，由于抑制了振動板50的與壓力產(chǎn)生室12的第二方向Y上的端部對置的部分(所謂振動板50的臂部)的剛性，因此能夠使壓電元件300良好地進(jìn)行位移。另外，這些方式歸根結(jié)底只是一個示例，本發(fā)明并未被限定于所涉及的方式。
[0052]第一電極60以及第二電極80的材料優(yōu)選為白金(Pt)或銥(Ir)等貴金屬。優(yōu)選為，第一電極60的材料與第二電極80的材料為相同材料，在本實(shí)施方式中，第一電極60與第二電極80也是由相同材料構(gòu)成的。但是，第一電極60的材料或第二電極80的材料只要為具有導(dǎo)電性的材料即可。也可以使第一電極60的材料與第二電極80的材料不同。
[0053]在這種壓電元件300中，一般情況下任意一方的電極作為共同電極而被構(gòu)成，另一方的電極則作為獨(dú)立電極而被構(gòu)成。如上文所述，在本實(shí)施方式中，第一電極60作為獨(dú)立電極而被構(gòu)成，第二電極80作為共同電極而被構(gòu)成。但是，根據(jù)驅(qū)動電路或配線的情況，即使將第一電極構(gòu)成為共同電極、將第二電極構(gòu)成為獨(dú)立電極，也不存在障礙。
[0054]壓電體層70使用如下壓電材料而被構(gòu)成，所述壓電材料由以通式ABO3表示的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，作為壓電材料而使用鋯鈦酸鉛(PZT; Pb(Zr，Ti)03)。通過將PZT用到壓電材料中，從而能夠獲得壓電常數(shù)較大的壓電體層70。
[0055]在以通式ABO3表示的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物中，在A位置上對氧進(jìn)行十二配位，在B位置上對氧進(jìn)行六配位，從而構(gòu)成八面體(octahedron)。在本實(shí)施方式中，鉛(Pb)位于A位置，鋯(Zr)以及鈦(Ti)位于B位置。
[0056]壓電材料并不限于上述的PZT。也可以在A位置或B位置上包含其它元素。例如，壓電材料可以為鋯鈦酸鋇(Ba (Zr，Ti) O3)、鋯鈦酸鉛鑭((Pb，La) (Zr，Ti) O3)、鈮鎂鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti) (Mg，Nb)O3)、包括硅的鈮酸鋯鈦酸鉛(Pb (Zr，Ti，Nb)O3)等鈣鈦礦材料。
[0057]另外，壓電材料也可以為抑制了Pb的含有量的材料(所謂低鉛類材料)、或未使用Pb的材料(所謂非鉛類材料)。作為壓電材料，如果使用低鉛類材料，則能夠減少Pb的使用量。此外，如果使用非鉛類材料，則將不使用Pb。因此，能夠通過使用低鉛類材料或非鉛類材料來減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。
[0058]作為非鉛類壓電材料，例如能夠列舉出包含鉍鐵氧體(BFO5BiFeO3)的BFO類材料。在BFO中，Bi位于A位置，鐵(Fe)位于B位置。在BFO中，也可以添加其它元素。例如，也可以從如下元素中選擇至少一種元素添加到BFO中，所述元素為，鐵酸錳(Mn)、鋁(Al)、鑭(La)、鋇(Ba)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鈰(Ce)、釤(Sm)、鉻(Cr)、鉀(K)、鋰(Li)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、釩(V)、銀(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、媽(W)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鐠(Pr)、釹(Nd)、銪(Eu)。
[0059]此外，作為非鉛類壓電材料的其他示例，而能夠列舉出包含鈮氧鉀鈉(KN N ;KNaNbO3)的KNN類材料。也可以向KNN中添加其它元素。例如，也可以從如下元素中選擇出至少一種元素添加到KNN中，所述元素為，錳(Mn)、鋰(Li)、鋇(Ba)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、祕(Bi)、鉭(Ta)、鋪(Sb)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銀(Ag)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、銅(Cu)、fL(V)、絡(luò)(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、鎳(Ni)、鋁(Al)、硅(Si)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、以及銪(Eu)。
[0000]在壓電材料中也包括具有元素的一部分缺損的組成的材料、具有元素的一部分過剩的組成的材料、以及具有將元素的一部分被替換為其它的元素的組成的材料。只要壓電體層70的基本的特性不變，則因缺損與過剩而偏離了化學(xué)計(jì)量法的結(jié)構(gòu)、或元素的一部分被其他元素替換的材料也被包含在本實(shí)施方式所涉及的壓電材料中。
[0061]在此，當(dāng)在壓電材料中包含有Pb、B1、Na、K等易揮發(fā)的元素的情況下，這種元素在形成壓電體層70的工序(例如燒成工序)中容易揮發(fā)。如果元素?fù)]發(fā)，則為了保持電荷的平衡，在壓電體層70中將產(chǎn)生氧缺損(即正電荷)。另一方面，如果這種氧缺損被吸引到壓電體層70的低電壓側(cè)并且氧缺損發(fā)生偏析(蓄積于壓電體層的低電壓側(cè))，則有可能使壓電特性降低。相對于此，在本實(shí)施方式中，即使使用了包含容易揮發(fā)的元素的壓電材料來構(gòu)成壓電體層70，由于以后文詳細(xì)敘述的方法來驅(qū)動壓電元件，因此也能夠抑制因壓電體層70的氧缺損的偏析而引起的壓電元件的劣化。顯然，在本實(shí)施方式中所能夠使用的壓電材料并不限定于包含上述的Pb、B1、Na、K等的材料。
[0062]在形成有壓電元件300的流道形成基板10上，通過粘合劑35而接合有保護(hù)基板30。保護(hù)基板30具有歧管部32。通過歧管部32而構(gòu)成了歧管100的至少一部分。本實(shí)施方式所涉及的歧管部32在厚度方向上貫穿保護(hù)基板30，并且以橫跨壓力產(chǎn)生室12的寬度方向的方式而被形成。而且，如上述那樣，歧管部32與流道形成基板10的連通部15連通。通過該結(jié)構(gòu)而構(gòu)成了成為各個壓力產(chǎn)生室12的共同的油墨室的歧管100。
[0063]在保護(hù)基板30的、包括壓電元件300的區(qū)域中形成有壓電元件保持部31。壓電元件保持部31具有不妨礙壓電元件300的運(yùn)動的程度的空間。該空間可以被密封，也可以不被密封。在保護(hù)基板30上設(shè)置有在厚度方向上貫穿保護(hù)基板30的貫穿孔33。在貫穿孔33內(nèi)露出引線電極90的端部。
[0064]在保護(hù)基板30上，固定有作為信號處理部而發(fā)揮功能的驅(qū)動電路120。驅(qū)動電路120能夠使用例如電路基板或半導(dǎo)體集成電路(IC)。驅(qū)動電路120以及引線電極90經(jīng)由連接配線121而被電連接。驅(qū)動電路120能夠與打印機(jī)控制器200電連接。這種驅(qū)動電路120作為本實(shí)施方式所涉及的控制單元而發(fā)揮功能。
[0065]在保護(hù)基板30上接合有可塑性基板40，所述可塑性基板40由密封膜41以及固定板42構(gòu)成。固定板42的與歧管100對置的區(qū)域成為，在厚度方向上完全被去除的開口部43。因此，歧管100的一個面僅通過具有可撓性的密封膜41而被密封。
[0066]接下來，對噴墨式記錄裝置I的控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖4為表示噴墨式記錄裝置所涉及的控制結(jié)構(gòu)的概要的框圖。
[0067]如圖所示，噴墨式記錄裝置I被構(gòu)成為包括打印機(jī)控制器200和打印引擎201。打印機(jī)控制器200被構(gòu)成為，包括外部接口 202、暫時性地存儲各種數(shù)據(jù)的RAM203、對控制程序等進(jìn)行存儲的R0M204、包括CPU等的控制部205、產(chǎn)生時鐘信號的振蕩電路206、產(chǎn)生用于向噴墨式記錄頭I供給的驅(qū)動信號的驅(qū)動信號形成電路207、生成用于在該驅(qū)動信號形成電路207中使用的電源的電源生成部208、將基于驅(qū)動信號與印刷數(shù)據(jù)而被展開的點(diǎn)圖形數(shù)據(jù)等發(fā)送給打印引擎201的內(nèi)部接口 209。
[0068]其中，電源生成部208向驅(qū)動信號形成電路207供給驅(qū)動電源。而且，驅(qū)動信號形成電路207根據(jù)電源生成部208所生成的驅(qū)動電源而生成驅(qū)動信號。
[0069]打印引擎201被構(gòu)成為包括噴墨式記錄頭1、送紙機(jī)構(gòu)213和滑架機(jī)構(gòu)214。其中，在噴墨式記錄頭I的驅(qū)動電路120中，經(jīng)由連接配線121而從打印機(jī)控制器200的驅(qū)動信號形成電路207中被輸入有驅(qū)動信號(COM)。此外，在驅(qū)動電路120中，從打印機(jī)控制器200中被輸入有預(yù)定的頭控制信號(時鐘信號CLK、鎖存信號LAT、變換信號CH、像素?cái)?shù)據(jù)S1、設(shè)定數(shù)據(jù)SP等)O
[0070]這些控制系統(tǒng)以由公知的結(jié)構(gòu)形成的微型計(jì)算機(jī)為中心而被構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)的各個部的動作具體而言為是通過由微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序而實(shí)現(xiàn)的。通過具備上述控制系統(tǒng)，從而提供了能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的驅(qū)動方法的壓電元件應(yīng)用裝置。
[0071]接下來，對壓電元件的驅(qū)動方法進(jìn)行說明。所涉及的驅(qū)動方法為，在通過預(yù)定的驅(qū)動波形而對壓電元件進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)的驅(qū)動后，使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)而對該壓電元件進(jìn)行驅(qū)動的方法。具體而言，本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動方法為，在通過順極性的驅(qū)動波形進(jìn)行了固定次數(shù)的驅(qū)動后，切換為反極性的驅(qū)動波形而進(jìn)行驅(qū)動的方法。此外，本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動方法也可以為，通過反極性的驅(qū)動波形而進(jìn)行了固定次數(shù)的驅(qū)動后，切換為順極性的驅(qū)動波形而進(jìn)行驅(qū)動的方法。
[0072]所謂預(yù)定的驅(qū)動波形，是指表示在使壓電元件300從成為基準(zhǔn)的狀態(tài)起進(jìn)行位移(或變形)后再次返回到成為基準(zhǔn)的狀態(tài)之前，向該壓電元件施加的、一系列的驅(qū)動電壓的變化的波形的單位。用于使壓電元件300從成為基準(zhǔn)的狀態(tài)起進(jìn)行位移(或變形)后再次返回到成為基準(zhǔn)的狀態(tài)的驅(qū)動，通過使被施加于第一電極60與第二電極80之間的電壓(S卩，被施加到壓電體層70上的電壓)變化的一系列的工序而被實(shí)施。在這種驅(qū)動波形中存在第一類型與第二類型。第一類型至少包括使被施加于第一電極60與第二電極80之間的電壓從中間電位上升至最大值的工序、在之后使其下降至最低值的工序、在最后使其返回至中間電位的工序。第二類型至少包括使被施加于第一電極60與第二電極80之間的電壓從中間電位下降至最低值的工序、在之后使其之上升至最大值的工序、在最后使其返回至中間電位的工序。在順極性的驅(qū)動波形為第一類型的驅(qū)動波形的情況下，反極性的驅(qū)動波形成為第二類型的驅(qū)動波形。在順極性的驅(qū)動波形為第二類型的驅(qū)動波形的情況下，反極性的驅(qū)動波形成為第一類型的驅(qū)動波形。以下，更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0073]圖5(a)至(c)為，對本實(shí)施方式所涉及的順極性的驅(qū)動波形進(jìn)行說明的圖。圖5(a)表示順極性的驅(qū)動波形的一個示例。圖5(b)表示被輸入了圖5(a)的驅(qū)動波形時的電壓與電流的關(guān)系。圖5(c)表示被輸入了圖5(a)的驅(qū)動波形時所獲得的位移。
[0074]在圖5(a)的示例中，第二電極80被維持為32.5V的電位。而且，在第一電極60上被施加有如下電位，即，具有預(yù)定的中間電位、約30.0V的最小電位、約65.0V的最大電位的電位。這些電位是根據(jù)圖4所示的控制系統(tǒng)的驅(qū)動信號(COM)而施加的。
[0075]而且，以第二電極80的電位為基準(zhǔn)的第一電極60的電位差(第一電極60的電位-第二電極80的電位)成為壓電體層70的驅(qū)動電壓V。對這種驅(qū)動電壓V的伴隨于時間的推移進(jìn)行圖示的分布圖成為壓電元件300的驅(qū)動波形。在圖5(a)所示的順極性的驅(qū)動波形中，驅(qū)動電壓V的上限值Vmaxl (在此為32.5V)大于30.0V，下限值Vminl (在此為-2.5V)小于正側(cè)的矯頑電場Vcl。
[0076]S卩，在圖示的順極性的驅(qū)動波形中，如圖5(b)所示那樣，存在下限值Vminl<正側(cè)的矯頑電場Vc I <中間電位Vml < 30.0V <上限值Vmax I的關(guān)系。壓電體層70的極化以矯頑電場為界而從陰極反轉(zhuǎn)為陽極或從陽極反轉(zhuǎn)為陰極。
[0077]通過這種順極性的驅(qū)動波形而實(shí)施以下工序，所述工序?yàn)?，維持中間電位Vml的工序POl、使電壓V從該狀態(tài)下降至下限值Vminl的工序P02、將下限值Vminl維持固定時間的工序P03、使電壓V從下限值Vminl上升至上限值Vmaxl的工序P04、將上限值Vmaxl維持固定時間的工序PO 5、使電壓V從上限值Vmax I下降至小于中間電位Vm I且大于矯頑電場Vc I的預(yù)定電位Vxl的工序P06、將預(yù)定電位Vxl維持固定時間的工序P07、使電壓V從預(yù)定電位Vxl上升至中間電位Vml的工序P08。
[0078]在工序P02中，壓電元件300向使壓力產(chǎn)生室12的容積膨脹的方向進(jìn)行位移。由此，噴嘴開口21內(nèi)的彎液面向壓力產(chǎn)生室12側(cè)被吸入。在之后的工序P04中，壓電元件300向使壓力產(chǎn)生室12的容積減少的方向進(jìn)行位移。由此，噴嘴開口 21內(nèi)的彎液面從壓力產(chǎn)生室12側(cè)被較大地壓出，從而使油墨從噴嘴開口21被噴射。
[0079]通過這種順極性的驅(qū)動波形，從而能夠獲得圖5(c)的蝶形曲線中所示的位移D1。即，通過上述的順極性的驅(qū)動波形來驅(qū)動壓電元件300從而獲得了位移Dl。
[0080]圖6(a)至(C)為，對本實(shí)施方式所涉及的反極性的驅(qū)動波形進(jìn)行說明的圖。圖6(a)表示反極性的驅(qū)動波形的一個示例。圖6(b)表示被輸入了圖6(a)的驅(qū)動波形時的電壓與電流的關(guān)系。圖6(c)表示被輸入了圖6(a)的驅(qū)動波形時所獲得的位移。
[0081 ]在圖6(a)的示例中，第二電極80被維持為32.5V的電位。而且，在第一電極60上被施加有如下電位，即，具有預(yù)定的中間電位、約OV的最小電位、約35.0V的最大電位的電位。這些電位是根據(jù)圖4所示的控制系統(tǒng)的驅(qū)動信號(COM)而施加的。
[0082]在圖示的反極性的驅(qū)動波形中，驅(qū)動電壓V的上限值Vmax2(在此為2.5V)大于負(fù)側(cè)的矯頑電場Vc2，下限值Vmin2(在此為-32.5V)小于-30.0V。即，在圖示的反極性的驅(qū)動波形中，如圖6(b)所示那樣，存在下限值Vmin2<-30.0V<中間電位Vm2<負(fù)側(cè)的矯頑電場Vc2<上限值Vmax2的關(guān)系。
[0083]通過這種反極性的驅(qū)動波形而實(shí)施以下工序，所述工序?yàn)?，維持中間電位Vm2的工序pOl、使電壓V從該狀態(tài)上升至上限值Vmax2的工序p02、將上限值Vmax2維持固定時間的工序p03、使電壓V從上限值Vmax2下降至下限值Vmin2的工序p04、將下限值Vmin2維持固定時間的工序p05、使電壓V從下限值Vmin2上升至大于中間電位Vm2且小于矯頑電場Vc2的預(yù)定電位Vx2的工序p06、將預(yù)定電位Vx2維持固定時間的工序p07、使電壓V從預(yù)定電位Vx2下降至中間電位Vm2的工序p08。
[0084]在工序p02中，壓電元件300向使壓力產(chǎn)生室12的容積膨脹的方向進(jìn)行位移，在工序P04中，壓電元件300向使壓力產(chǎn)生室12的容積減少的方向進(jìn)行位移。
[0085]通過這種反極性的驅(qū)動波形，從而能夠獲得圖5(c)的蝶形曲線中所示的位移D2。即，通過上述的反極性的驅(qū)動波形來驅(qū)動壓電元件300從而獲得了位移D2。
[0086]至此為止，對本實(shí)施方式所涉及的順極性的驅(qū)動波形以及反極性的驅(qū)動波形進(jìn)行了說明。另一方面，圖5(a)以及圖6(a)中所示的驅(qū)動波形分別為整個驅(qū)動波形的一部分(實(shí)施一次驅(qū)動的驅(qū)動波形)。此外，圖5(a)中所示的順極性的驅(qū)動波形成為第一類型的波形，圖6(a)中所示的反極性的驅(qū)動波形成為第二類型的波形。
[0087]圖7為用于對本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的驅(qū)動方法進(jìn)行說明的時序圖。在圖7中也示意性地表示了產(chǎn)生了壓電體層70的氧缺損(即正電荷)的情況下的、氧缺損的移動。
[0088]在本實(shí)施方式所涉及的壓電元件的驅(qū)動方法中，通過上述的順極性的驅(qū)動波形來實(shí)施使驅(qū)動壓電元件300驅(qū)動的工序(時間點(diǎn)t01?時間點(diǎn)til)。當(dāng)壓電體層70中存在有氧缺損時，氧缺損會被吸引至低電壓側(cè)(在此為第二電極80側(cè))。
[0089]在通過順極性的驅(qū)動波形而進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)(Ta= n次)驅(qū)動的時間點(diǎn)til上，使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)。即使壓電體層70的氧缺損被吸引至第二電極80側(cè)，也能夠在氧缺損被蓄積于壓電體層70的低電極側(cè)之前，將相反側(cè)的電極(在此為第一電極60)切換為低電壓偵U。之后，通過反極性的驅(qū)動波形來進(jìn)行驅(qū)動(時間點(diǎn)til?t21)。如果采用這種方式，則氧缺損將被吸引至低電壓側(cè)(在此為第一電極60側(cè))。
[0090]在通過反極性的驅(qū)動波形而進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)(Tb=m次)驅(qū)動的時間點(diǎn)T21上，使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)。能夠在氧缺損被蓄積于壓電體層70的低電極側(cè)之前，將相反側(cè)的電極(在此為第二電極80)切換為低電壓側(cè)。之后，通過順極性的驅(qū)動波形來進(jìn)行驅(qū)動(時間點(diǎn)t21以后)。此后也重復(fù)執(zhí)行如下程序，S卩，在通過預(yù)定的驅(qū)動波形進(jìn)行了固定次數(shù)驅(qū)動之后，使驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)并進(jìn)行驅(qū)動。
[0091 ]通過這種驅(qū)動方法，能夠?qū)弘婓w層70的氧缺損向一方的電極側(cè)偏析的情況進(jìn)行抑制。因此，能夠抑制壓電元件300的劣化，并能夠延長壓電元件300的壽命。而且，由于通過順極性的驅(qū)動波形與反極性的驅(qū)動波形而形成一系列的驅(qū)動波形，因此不會產(chǎn)生壓電元件的驅(qū)動隨著驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而中斷的情況。根據(jù)上文，根據(jù)本方式，能夠?qū)σ驂弘婓w層70的氧缺損的偏析而引起的壓電元件300的劣化進(jìn)行抑制，從而能夠長時間良好地對壓電元件300進(jìn)行驅(qū)動。
[0092]另外，雖然根據(jù)使用順極性的驅(qū)動波形來實(shí)施驅(qū)動的示例進(jìn)行了說明，但是從順極性的驅(qū)動波形與反極性的驅(qū)動波形中的哪一個開始施加都是可以的。優(yōu)選為，驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)在驅(qū)動電壓V處于中間電位Vml、Vm2時進(jìn)行。由此，能夠在壓電元件300處于驅(qū)動待機(jī)狀態(tài)時，在第一電極與第二電極之間對高電壓側(cè)與低電壓側(cè)進(jìn)行切換。因此，能夠?qū)﹄S著驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的對壓電元件300的驅(qū)動的不良影響進(jìn)行抑制。
[0093]優(yōu)選為，驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)次數(shù)為10000000次(17次)以下。如果驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)次數(shù)過多，則在壓電體層中電偶極子的反轉(zhuǎn)會被過度反復(fù)從而容易使極化軸被固定。其原因被推測為，在氧缺損等的結(jié)構(gòu)缺陷處電子被捕獲而成為固定電場，從而阻礙了極化反轉(zhuǎn)。在極化軸被固定了的晶格中，會引起極化量的降低(即位移量的降低)(Fatigue劣化:疲勞劣化)。根據(jù)圖8也可知，如果驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)次數(shù)為100000次以下的范圍，則極化量Pr的降低較小。
[0094]此外，還需要考慮壓電元件300的動作保障次數(shù)。壓電元件300的動作保障次數(shù)為，例如100億次、150億次、200億次、250億次或300億次等。因此，優(yōu)選為，上述的預(yù)定次數(shù)n、m為，例如1000次以上、1500次以上、2000次以上、2500次以上、或3000次以上。這些值根據(jù)“壓電元件300的動作保障次數(shù)/驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)次數(shù)”而被導(dǎo)出。在預(yù)定次數(shù)n、m過少時，驅(qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)次數(shù)會變得過多，從而有可能產(chǎn)生發(fā)生上述的Fatigue劣化的情況。
[0095]另一方面，優(yōu)選為，上述的預(yù)定次數(shù)n、m為100000次(15次)以下。如果預(yù)定次數(shù)η、m過多，則將成為空間電荷極化的原因。這樣，會因所涉及的極化所產(chǎn)生的電場而在壓電體層70中產(chǎn)生由晶格缺陷所形成的反電場，從而成為被施加了所謂偏壓電位的狀態(tài)。其結(jié)果為，矯頑電場發(fā)生偏移。在該情況下，將難以正確地對壓電元件300進(jìn)行驅(qū)動。根據(jù)圖9也可知，如果預(yù)定次數(shù)為100000次以下的范圍，則矯頑電場的變化較小。
[0096]此外，優(yōu)選為，上述的驅(qū)動波形在極性的反轉(zhuǎn)前后為上下對稱。在本實(shí)施方式中，順極性的驅(qū)動波形與反極性的驅(qū)動波形也是以預(yù)定的基準(zhǔn)值、例如0V(GRAND:接地)為界而上下對稱的。由此，能夠使由順極性的驅(qū)動波形所實(shí)現(xiàn)的壓電元件的驅(qū)動特性與由反極性的驅(qū)動波形所實(shí)現(xiàn)的壓電元件的驅(qū)動特性接近。因此，能夠?qū)σ蝌?qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而在壓電元件的驅(qū)動特性上產(chǎn)生偏差的情況進(jìn)行抑制。
[0097]尤其是，在本實(shí)施方式中，由于第一電極與第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同，因此與結(jié)構(gòu)材料互不相同的情況相比，能夠?qū)σ蝌?qū)動波形的極性的反轉(zhuǎn)而在壓電元件的驅(qū)動特性上產(chǎn)生偏差的情況進(jìn)行抑制。
[0098]接下來，與噴墨式記錄頭I的制造方法一起對壓電元件的制造方法的一個示例進(jìn)行說明。
[0099]首先，在流道形成基板用晶片的表面上形成由二氧化硅等構(gòu)成的彈性膜51，并在該彈性膜51上形成由氧化鋯等構(gòu)成的絕緣體膜52。通過彈性膜51與絕緣體膜52從而構(gòu)成了振動板50。接下來，在絕緣體膜52上，通過濺射法或熱氧化等而形成由氧化鈦等構(gòu)成的緊貼層56。然后，如圖10(a)所示那樣，在緊貼層56上，通過濺射法或蒸餾法等形成第一電極60。
[0100]接下來，如圖10(b)所示那樣，在第一電極60上，將預(yù)定形狀的抗蝕層(未圖示)作為掩膜而同時對緊貼層56以及第一電極60進(jìn)行圖案形成。接下來，如圖10(c)所示那樣，以與緊貼層56、第一電極60以振動板50重疊的方式形成多層壓電體膜74并設(shè)為壓電體層70。壓電體膜74能夠通過例如對包含金屬絡(luò)合物的溶液進(jìn)行涂敷干燥并脫脂從而獲得壓電體膜74的MOD法或溶膠-凝膠法等化學(xué)溶液法而形成。除此之外，也能夠通過激光燒蝕法、濺射法、脈沖激光沉積法(PLD法)、CVD法、氣溶膠沉積法等來形成壓電體膜74。
[0101]作為通過化學(xué)溶液法來形成壓電體膜74的情況下的具體順序，首先，在緊貼層56、第一電極60以及振動板50上涂敷由包含金屬絡(luò)合物在內(nèi)的MOD溶液或溶膠構(gòu)成的氧化物層形成用組合物(前驅(qū)體溶液)，從而形成壓電體前驅(qū)體膜(未圖示)(涂敷工序)。
[0102]接下來，將涂敷而得的壓電體前驅(qū)體膜加熱至預(yù)定溫度例如130°C?250 °C左右并使之干燥固定時間(干燥工序)。接下來，通過將干燥了的壓電體前驅(qū)體膜加熱至預(yù)定溫度例如300°C?450°C并保持固定時間，從而進(jìn)行脫脂(脫脂工序)。然后，通過將壓電體前驅(qū)體膜加熱至預(yù)定溫度例如650?800°C左右并保持固定時間從而使其結(jié)晶化，進(jìn)而形成壓電體膜74(燒成工序)。作為在干燥工序、脫脂工序以及燒成工序中所使用的加熱裝置，例如可列舉出通過紅外燈的照射來進(jìn)行加熱的RTA(Rapid Thermal Annealing)裝置或加熱板等。根據(jù)所需的膜厚而多次重復(fù)進(jìn)行上述的涂敷工序、干燥工序以及脫脂工序與涂敷工序、干燥工序、脫脂工序以及燒成工序，從而形成由多層的壓電體膜74構(gòu)成的壓電體層70。
[0103]在壓電材料中包含容易揮發(fā)的元素的情況下，這些元素在上述的燒成工序中容易揮發(fā)。如果元素發(fā)生揮發(fā)，則為了保持電荷的平衡，在壓電體層70中將產(chǎn)生氧缺損。由于在本實(shí)施方式中，通過上文所說明的方法來對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動，因此即使使用了包含容易揮發(fā)的元素的壓電材料來構(gòu)成壓電體層70，也能夠?qū)σ驂弘婓w層70的氧缺損的偏析而引起的壓電元件300的劣化進(jìn)行抑制。
[0104]之后，對應(yīng)于各個壓力產(chǎn)生室12而對壓電體層70進(jìn)行圖案形成。然后，如圖10(d)所示那樣，以橫跨流道形成基板用晶片110的一個面?zhèn)?形成有壓電體層70的一面?zhèn)?，即以與壓電體層70、第一電極60以及振動板50重疊的方式形成第二電極80。雖然圖案形成能夠使用所謂的光刻法，但也能夠通過反應(yīng)性離子蝕刻、離子研磨等干蝕刻或濕式蝕刻等來實(shí)施。
[0105]然后，形成引線電極90(參照圖2等)并且將其圖案形成為預(yù)定形狀。然后，如圖11(a)所示那樣，經(jīng)由粘合劑而將保護(hù)基板用晶片130接合在流道形成基板用晶片110的壓電元件300側(cè)，之后，將流道形成基板用晶片110較薄地設(shè)為預(yù)定的厚度。接下來，如圖11(b)所示那樣，在流道形成基板用晶片110上重新形成掩膜53，并且將其圖案形成為預(yù)定形狀。然后，如圖11(c)所示那樣，經(jīng)由掩膜53而對流道形成基板用晶片110進(jìn)行使用了 KOH等堿性溶液的各向異性蝕刻(濕蝕刻)。
[0106]之后，按照常用方法來形成與壓電元件300相對應(yīng)的壓力產(chǎn)生室12與圖2所示的油墨供給通道13、連通通道14以及連通部15等。然后，通過切割等而將流道形成基板用晶片110以及保護(hù)基板用晶片130的外周邊緣部的無用部分切斷并去除。并且，在流道形成基板用晶片110的與保護(hù)基板用晶片130相反一側(cè)的面上，接合有貫穿設(shè)置了噴嘴開口 21的噴嘴板20。此外，在保護(hù)基板用晶片130上接合可塑性基板40。而且，通過將流道形成基板用晶片110等分割為一個芯片尺寸的流道形成基板10等，從而設(shè)為本實(shí)施方式所涉及的噴墨式記錄頭I。
[0107]以上，對本發(fā)明的一個實(shí)施方式進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)并不限定于上述的方式。
[0108]例如，順極性的驅(qū)動波形或反極性的驅(qū)動波形并不限定于前述的示例。也可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)所謂推壓噴射模式(push eject1n mode)的驅(qū)動波形(圖12(a))來獲得順極性的驅(qū)動波形以及反極性的驅(qū)動波形，從而構(gòu)成一系列的驅(qū)動波形。此外，也可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)所謂抽吸噴射模式(pull eject1n mode)的驅(qū)動波形(圖12(b))來獲得順極性的驅(qū)動波形以及反極性的驅(qū)動波形，從而構(gòu)成一系列的驅(qū)動波形。
[0109]此外，通過順極性的驅(qū)動波形來對壓電元件300進(jìn)行驅(qū)動的預(yù)定次數(shù)η和通過反極性的驅(qū)動波形來對壓電元件300進(jìn)行驅(qū)動的預(yù)定次數(shù)m也可以不為相同次數(shù)。考慮到電負(fù)載與控制特性，而能夠適當(dāng)選擇11<1]1、11=1]1、11>1]1中的任意關(guān)系。預(yù)定次數(shù)11、1]1也并不限定于固定次數(shù)，也可以根據(jù)動作環(huán)境或條件而使其變動。
[0110]在上述的實(shí)施方式中，作為流道形成基板10而例示了硅單晶基板。但是，流道形成基板10并不限定于所述的示例，例如也可以為SOI基板、玻璃等材料。
[0111]此外，在上述的實(shí)施方式中，作為壓電元件應(yīng)用裝置的一個示例，列舉了噴墨式記錄頭來進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明顯然也能夠應(yīng)用于噴射油墨以外的液體的液體噴射頭中。作為其他的液體噴射頭，例如能夠列舉出打印機(jī)等的圖像記錄裝置中所使用的各種記錄頭、液晶顯示器等的濾色器的制造中所使用的顏色材料噴射頭、有機(jī)EL顯示器、FED(FieldEmi s s i on D i sp I ay:場發(fā)射顯示器)等的電極形成中所使用的電極材料噴射頭、生物芯片制造中所使用的生物有機(jī)物噴射頭等。
[0112]此外，本發(fā)明并不限定于被搭載于液體噴射頭中的壓電元件，也能夠應(yīng)用于被搭載于其他壓電元件應(yīng)用裝置的壓電元件中。作為壓電元件應(yīng)用裝置的一個示例，能夠列舉出超聲波設(shè)備、電機(jī)、壓力傳感器、熱電元件、鐵電體元件等。此外，壓電元件應(yīng)用裝置也包括利用這種壓電裝置而得到的完成品，例如利用上述液體等噴射頭的液體等噴射裝置、利用上述超聲波裝置的超聲波傳感器、將上述電機(jī)作為驅(qū)動源而使用的機(jī)器人、利用上述熱電元件的IR傳感器、利用鐵電體元件的鐵電體存儲器等。
[0113]在附圖中所表示的結(jié)構(gòu)元件，即層等的厚度、寬度、相對位置關(guān)系等，有時存在在說明本發(fā)明的基礎(chǔ)上以夸張的方式進(jìn)行圖示的情況。此外，本說明書中的“上”這一用語，并非將結(jié)構(gòu)元件的位置關(guān)系限定為“正上方”。例如，“基板上的第一電極”或“第一電極上的壓電體層”這種表達(dá)并不排除在基板與第一電極之間或第一電極與壓電體層之間包括其他結(jié)構(gòu)元件的情況。
[0114]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)σ驂弘婓w層的氧缺損的偏析而引起的壓電元件的劣化進(jìn)行抑制，并能夠長時間良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。在產(chǎn)品使用時當(dāng)然能夠良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動，即使在DC施加試驗(yàn)(負(fù)載耐久試驗(yàn))下的試驗(yàn)時，也能夠良好地對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。
[0115]符號說明
[0116]1、噴墨式記錄裝置(液體噴射裝置)；1、噴墨式記錄頭(液體噴射頭)；10、流道形成基板；12、壓力產(chǎn)生室；13、油墨供給通道；14、連通通道；15、連通部;20、噴嘴板;21、噴嘴開口； 30、保護(hù)基板;31、壓電元件保持部;32、歧管部;33、貫穿孔;35、粘合劑;40、可塑性基板；41、密封膜;42、固定板;43、開口部;50、振動板;51、彈性膜;52、絕緣體膜;53、掩膜;56、緊貼層;60、第一電極;70、壓電體層;71、凹部;74、壓電體膜;80、第二電極;90、引線電極;100、歧管；120、驅(qū)動電路；121、連接配線；200、打印機(jī)控制器;201、打印引擎;202、外部接口； 205、控制部;206、振蕩電路;207、驅(qū)動信號形成電路;208、電源生成部;209、內(nèi)部接口； 213、送紙機(jī)構(gòu);214、滑架機(jī)構(gòu);300、壓電元件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電元件的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述壓電元件具備:第一電極;壓電體層，其被形成在所述第一電極上，且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成;第二電極，其被形成在所述壓電體層上， 在所述壓電元件的驅(qū)動方法中， 在以預(yù)定的驅(qū)動波形而對所述壓電元件進(jìn)行了預(yù)定次數(shù)的驅(qū)動后，使所述驅(qū)動波形的極性反轉(zhuǎn)并對所述壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述預(yù)定次數(shù)為1000次以上100000次以下。3.如權(quán)利要求1或2所述的壓電元件的驅(qū)動方法，其特征在于， 使用如下驅(qū)動波形來對所述壓電元件進(jìn)行驅(qū)動， 所述驅(qū)動波形為，上限值(Vmaxl)大于30.0V且下限值(Vminl)小于正側(cè)的矯頑電場(Vcl)的順極性的驅(qū)動波形、和上限值(Vmax2)大于負(fù)側(cè)的矯頑電場(Vc2)且下限值(Vmin2)小于-30.0V的反極性的驅(qū)動波形。4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓電元件的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述驅(qū)動波形在極性的反轉(zhuǎn)前后為上下對稱。5.一種壓電元件，其特征在于， 所述壓電元件被用于具備通過權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動方法而對壓電元件進(jìn)行驅(qū)動的控制單元的壓電元件應(yīng)用裝置中， 所述壓電元件具備: 第一電極，其被形成在基板上； 壓電體層，其被形成在所述第一電極上，且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成； 第二電極，其被形成在所述壓電體層上， 所述第一電極與所述第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同。6.如權(quán)利要求5所述的壓電元件，其特征在于， 所述壓電體層在A位置上包含鉛(Pb)、鉍(Bi)、鈉(Na)、鉀(K)中的至少一個。7.一種壓電元件應(yīng)用裝置，其特征在于，具備: 壓電元件，所述壓電元件具備被形成在基板上的第一電極、被形成在所述第一電極上且由ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物構(gòu)成的壓電體層、被形成在所述壓電體層上的第二電極； 控制單元，其通過權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動方法而對該壓電元件進(jìn)行驅(qū)動。8.如權(quán)利要求7所述的壓電元件應(yīng)用裝置，其特征在于， 所述第一電極與所述第二電極的結(jié)構(gòu)材料相同。9.如權(quán)利要求7或8所述的壓電元件應(yīng)用裝置，其特征在于， 所述壓電體層在A位置上包含鉛(Pb)、鉍(Bi)、鈉(Na)、鉀(K)中的至少一個。
【文檔編號】H01L41/083GK105835528SQ201610056387
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】橫山直人
【申請人】精工愛普生株式會社