特許 7505261 圧電素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】圧電素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20240618BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240618BHJP

   H10N 30/045 20230101ALI20240618BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20240618BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20240618BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

H10N30/20

H10N30/045

B41J2/14 301

B05C5/00 101

B05C11/10

【請求項の数】 31

(21)【出願番号】P 2020088643

(22)【出願日】2020-05-21

(65)【公開番号】P2021183379

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-04-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼田 泰彰

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】板山 泰裕

(72)【発明者】

【氏名】清水 稔弘

(72)【発明者】

【氏名】中山 雅夫

【審査官】高松 大治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０１５３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７９９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４７３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２４２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

Ｈ１０Ｎ ３０／２０

Ｈ１０Ｎ ３０／０４５

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｃ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置される圧電体と、を有し、
前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される正電圧を飽和正電圧とし、
前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される負電圧を飽和負電圧とするとき、
前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和負電圧から前記飽和正電圧まで漸次的に変化させた場合、
前記圧電体に生じる電荷に基づく電流は、
当該電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる第１経路と、
当該電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる第２経路と、
当該電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる第３経路と、
当該電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる第４経路と、をこの順に経由して変化する、
ことを特徴とする圧電素子。

【請求項2】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和負電圧から前記飽和正電圧まで変化させた場合、前記圧電体の残留分極は、負の値である、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。

【請求項3】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和負電圧から前記飽和正電圧まで変化させた場合において、前記圧電体の残留分極とゼロ分極の差分は、前記圧電体の残留分極と前記飽和負電圧に対応する飽和分極の差分よりも小さい、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。

【請求項4】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和負電圧から前記飽和正電圧まで変化させた場合、前記圧電体の抗電界は、正の値である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項5】

前記第１経路に対応する電圧は、負の値であり、
前記第２経路、前記第３経路および前記第４経路のそれぞれに対応する電圧は、正の値である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項6】

前記第１経路から前記第２経路に切り替わるタイミングにおける電流は、前記第３経路から前記第４経路に切り替わるタイミングにおける電流よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項7】

前記第２経路に対応する電圧の変化幅は、前記第１経路、前記第３経路および前記第４経路のそれぞれに対応する電圧の変化幅よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項8】

前記第１経路、前記第２経路、前記第３経路および前記第４経路のそれぞれにおける電流は、正の値である、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項9】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで漸次的に変化させた場合、
前記圧電体に生じる電荷に基づく電流は、
当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第５経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第６経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第７経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第８経路と、をこの順に経由して変化する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項10】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合、前記圧電体の残留分極は、正の値である、
ことを特徴とする請求項９に記載の圧電素子。

【請求項11】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合において、前記圧電体の残留分極とゼロ分極の差分は、前記圧電体の残留分極と前記飽和正電圧に対応する飽和分極の差分よりも小さい、
ことを特徴とする請求項９に記載の圧電素子。

【請求項12】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合、前記圧電体の抗電界は、負の値である、
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項13】

前記第５経路に対応する電圧は、正の値であり、
前記第６経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれに対応する電圧は、負の値である、
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項14】

前記第５経路から前記第６経路に切り替わるタイミングにおける電流は、前記第７経路から前記第８経路に切り替わるタイミングにおける電流よりも小さい、
ことを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項15】

前記第６経路に対応する電圧の変化幅は、前記第５経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれに対応する電圧の変化幅よりも小さい、
ことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項16】

前記第５経路、前記第６経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれにおける電流は、負の値である、
ことを特徴とする請求項９から１５のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項17】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧が前記飽和正電圧である場合に前記圧電体に生じる電荷の絶対値は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧が前記飽和負電圧である場合に前記圧電体に生じる電荷の絶対値と略等しい、
ことを特徴とする請求項９から１６のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項18】

前記飽和正電圧の絶対値は、前記飽和負電圧の絶対値と略等しい、
ことを特徴とする請求項９から１７のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項19】

第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置される圧電体と、を有し、
前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される正電圧を飽和正電圧とし、
前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される負電圧を飽和負電圧とするとき、
前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで漸次的に変化させた場合、
前記圧電体に生じる電荷に基づく電流は、
当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第５経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第６経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第７経路と、
当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第８経路と、をこの順に経由して変化する、
ことを特徴とする圧電素子。

【請求項20】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合、前記圧電体の残留分極は、正の値である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の圧電素子。

【請求項21】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合において、前記圧電体の残留分極とゼロ分極の差分は、前記圧電体の残留分極と前記飽和正電圧に対応する飽和分極の差分よりも小さい、
ことを特徴とする請求項２０に記載の圧電素子。

【請求項22】

前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで変化させた場合、前記圧電体の抗電界は、負の値である、
ことを特徴とする請求項１９から２１のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項23】

前記第５経路に対応する電圧は、正の値であり、
前記第６経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれに対応する電圧は、負の値である、
ことを特徴とする請求項１９から２２のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項24】

前記第５経路から前記第６経路に切り替わるタイミングにおける電流は、前記第７経路から前記第８経路に切り替わるタイミングにおける電流よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１９から２３のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項25】

前記第６経路に対応する電圧の変化幅は、前記第５経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれに対応する電圧の変化幅よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１９から２４のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項26】

前記第５経路、前記第６経路、前記第７経路および前記第８経路のそれぞれにおける電流は、負の値である、
ことを特徴とする請求項１９から２５のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項27】

前記圧電体は、複数の分域に区画されており、前記分域ごとに分極状態が切り替わる、
ことを特徴とする請求項１から２６のいずれか１項に記載の圧電素子。

【請求項28】

請求項１から２７のいずれか１項に記載の圧電素子と、
液体を貯留し、前記圧電素子の駆動によって液体に圧力が付与される圧力室を備えた圧力室基板と、を有する、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項29】

請求項２８に記載の液体吐出ヘッドと、
前記圧電素子の駆動を制御する制御部と、有する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

【請求項30】

請求項１から１８のいずれか１項に記載の圧電素子、および、液体を貯留し、前記圧電素子の駆動によって液体に圧力が付与される圧力室を備えた圧力室基板を有する液体吐出ヘッドと、
前記圧電素子の駆動を制御する制御部と、有する液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記第１経路に対応する電圧以上、かつ、前記第２経路または前記第３経路に対応する電圧以下の範囲の電圧を、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

【請求項31】

請求項９から２６のいずれか１項に記載の圧電素子、および、液体を貯留し、前記圧電素子の駆動によって液体に圧力が付与される圧力室を備えた圧力室基板を有する液体吐出ヘッドと、
前記圧電素子の駆動を制御する制御部と、有する液体吐出装置であって、
前記制御部は、前記第６経路または前記第７経路に対応する電圧以上、かつ、前記第８経路に対応する電圧以下の範囲の電圧を、前記第１電極と前記第２電極の間に印加する、
ことを特徴とする液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ピエゾ方式のインクジェットプリンター等のデバイスには、圧電素子が用いられる。例えば、特許文献１に記載の圧電素子は、分極－電界ヒステリシス特性における飽和分極、残留分極および抗電界が所定の条件を満たすチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１３５７４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の圧電素子では、残留分極が比較的大きいので、圧電体層に印加する電圧が正電圧と負電圧との間で変化する場合、当該電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体層の分極方向が変化し難い。このため、特許文献１に記載の圧電素子では、近年の圧電素子の高速化の要求に応えるように駆動電圧の変化に対する圧電体層の変形の応答性をさらに高めることが難しいという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以上の課題を解決するために、本発明に係る圧電素子の一態様は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される圧電体と、を有し、前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される正電圧を飽和正電圧とし、前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される負電圧を飽和負電圧とするとき、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和負電圧から前記飽和正電圧まで漸次的に変化させた場合、前記圧電体に生じる電荷に基づく電流は、当該電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる第１経路と、当該電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる第２経路と、当該電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる第３経路と、当該電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる第４経路と、をこの順に経由して変化する。

【0006】

本発明に係る圧電素子の他の一態様は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される圧電体と、を有し、前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される正電圧を飽和正電圧とし、前記圧電体に生じる電荷が飽和状態となる場合における前記第１電極と前記第２電極との間に印加される負電圧を飽和負電圧とするとき、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧を前記飽和正電圧から前記飽和負電圧まで漸次的に変化させた場合、前記圧電体に生じる電荷に基づく電流は、当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第５経路と、当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第６経路と、当該電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる第７経路と、当該電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる第８経路と、をこの順に経由して変化する。

【0007】

本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、前述のいずれかの態様の圧電素子と、液体を貯留し、前記圧電素子の駆動によって液体に圧力が付与される圧力室を備えた圧力室基板と、を有する。

【0008】

本発明に係る液体吐出装置の一態様は、前述の態様の液体吐出ヘッドと、前記圧電素子の駆動を制御する制御部と、有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る液体吐出装置を模式的に示す構成図である。

【図2】実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。

【図3】図２中のIII-III線断面図である。

【図4】実施形態に係る圧電素子を示す平面図である。

【図5】図４中のＶ-Ｖ線断面図である。

【図6】実施形態における圧電体の電圧と分極との関係を示すグラフである。

【図7】実施形態における圧電体の分極状態の変化を説明するための図である。

【図8】従来における圧電体の分極状態の変化を説明するための図である。

【図9】実施形態における圧電体の電圧と電流との関係を示すグラフである。

【図10】実施例１における圧電体の電圧と分極との関係を示すグラフである。

【図11】実施例１における圧電体の電圧と電流との関係を示すグラフである。

【図12】比較例１における圧電体の電圧と分極との関係を示すグラフである。

【図13】比較例１における圧電体の電圧と電流との関係を示すグラフである。

【図14】応答性の評価に用いた駆動信号を示す図である。

【図15】実施例１における応答性の評価結果を示す図である。

【図16】比較例１における応答性の評価結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

【0011】

なお、以下の説明は、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、Ｘ軸に沿う一方向をＸ１方向といい、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向という。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向という。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向という。また、Ｚ軸に沿う方向でみることを「平面視」という。

【0012】

ここで、典型的には、Ｚ軸が鉛直な軸であり、Ｚ２方向が鉛直方向での下方向に相当する。ただし、Ｚ軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。

【0013】

１．実施形態
１－１．液体吐出装置の全体構成
図１は、実施形態に係る液体吐出装置１００を模式的に示す構成図である。液体吐出装置１００は、液体の一例であるインクを液滴として媒体１２に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙である。なお、媒体１２は、印刷用紙に限定されず、例えば、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象でもよい。

【0014】

図１に示すように、液体吐出装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が装着される。液体容器１４の具体的な態様としては、例えば、液体吐出装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、および、インクを補充可能なインクタンクが挙げられる。なお、液体容器１４に貯留されるインクの種類は任意である。

【0015】

液体吐出装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体吐出ヘッド２６とを有する。制御ユニット２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体吐出装置１００の各要素の動作を制御する。ここで、制御ユニット２０は、「制御部」の一例であり、後述する圧電素子４４の駆動を制御する。

【0016】

搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで、媒体１２をＹ２方向に搬送する。移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで、液体吐出ヘッド２６をＸ１方向とＸ２方向とに往復させる。図１に示す例では、移動機構２４は、液体吐出ヘッド２６を収容するキャリッジと称される略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定される搬送ベルト２４４と、を有する。なお、搬送体２４２に搭載される液体吐出ヘッド２６の数は、１個に限定されず、複数個でもよい。また、搬送体２４２には、液体吐出ヘッド２６のほかに、前述の液体容器１４が搭載されてもよい。

【0017】

液体吐出ヘッド２６は、制御ユニット２０による制御のもとで、液体容器１４から供給されるインクを複数のノズルのそれぞれからＺ２方向に向けて媒体１２に吐出する。この吐出が搬送機構２２による媒体１２の搬送と移動機構２４による液体吐出ヘッド２６の往復移動とに並行して行われることにより、媒体１２の表面にインクによる画像が形成される。

【0018】

１－２．液体吐出ヘッドの全体構成
図２は、実施形態に係る液体吐出ヘッド２６の分解斜視図である。図３は、図２中のIII-III線断面図である。図２に示すように、液体吐出ヘッド２６は、Ｙ軸に沿う方向に配列される複数のノズルＮを有する。図２に示す例では、複数のノズルＮは、Ｘ軸に沿う方向に互いに間隔をあけて並ぶ第１列Ｌ１と第２列Ｌ２とに区分される。第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれは、Ｙ軸に沿う方向に直線状に配列される複数のノズルＮの集合である。ここで、液体吐出ヘッド２６における第１列Ｌ１の各ノズルＮに関連する要素と第２列Ｌ２の各ノズルＮに関連する要素とがＸ軸に沿う方向で互いに略対称な構成である。

【0019】

ただし、第１列Ｌ１における複数のノズルＮと第２列Ｌ２における複数のノズルＮとのＹ軸に沿う方向での位置が互いに一致してもよいし異なってもよい。また、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のうちの一方の各ノズルＮに関連する要素が省略されてもよい。以下では、第１列Ｌ１における複数のノズルＮと第２列Ｌ２における複数のノズルＮとのＹ軸に沿う方向での位置が互いに一致する構成が例示される。

【0020】

図２および図３に示すように、液体吐出ヘッド２６は、流路構造体３０とノズル板６２と吸振体６４と振動板３６と配線基板４６と筐体部４８と駆動回路５０とを有する。

【0021】

流路構造体３０は、複数のノズルＮにインクを供給するための流路を形成する構造体である。本実施形態の流路構造体３０は、流路基板３２と圧力室基板３４とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。流路基板３２および圧力室基板３４のそれぞれは、Ｙ軸に沿う方向に長尺な板状部材である。流路基板３２および圧力室基板３４は、例えば接着剤により、互いに接合される。

【0022】

流路構造体３０よりもＺ１方向に位置する領域には、振動板３６と配線基板４６と筐体部４８と駆動回路５０とが設置される。他方、流路構造体３０よりもＺ２方向に位置する領域には、ノズル板６２と吸振体６４とが設置される。液体吐出ヘッド２６の各要素は、概略的には流路基板３２および圧力室基板３４と同様にＹ軸に沿う方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤により、互いに接合される。

【0023】

ノズル板６２は、複数のノズルＮが形成された板状部材である。複数のノズルＮのそれぞれは、インクを通過させる円形状の貫通孔である。ノズル板６２は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等の加工技術を用いる半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、ノズル板６２の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。

【0024】

流路基板３２には、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれについて、空間Ｒaと複数の供給流路３２２と複数の連通流路３２４と供給液室３２６とが形成される。空間Ｒaは、Ｚ軸に沿う方向でみた平面視で、Ｙ軸に沿う方向に延びる長尺状の開口である。供給流路３２２および連通流路３２４のそれぞれは、ノズルＮごとに形成された貫通孔である。供給液室３２６は、複数のノズルＮにわたりＹ軸に沿う方向に延びる長尺状の空間であり、空間Ｒaと複数の供給流路３２２とを互いに連通させる。複数の連通流路３２４のそれぞれは、当該連通流路３２４に対応する１個のノズルＮに平面視で重なる。

【0025】

圧力室基板３４は、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれについて、キャビティと称される複数の圧力室Ｃが形成された板状部材である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ軸に沿う方向に配列される。各圧力室Ｃは、ノズルＮごとに形成され、平面視でＸ軸に沿う方向に延びる長尺状の空間である。流路基板３２および圧力室基板３４それぞれは、前述のノズル板６２と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、流路基板３２および圧力室基板３４のそれぞれの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。

【0026】

圧力室Ｃは、流路基板３２と振動板３６との間に位置する空間である。第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれについて、複数の圧力室ＣがＹ軸に沿う方向に配列される。また、圧力室Ｃは、連通流路３２４および供給流路３２２のそれぞれに連通する。したがって、圧力室Ｃは、連通流路３２４を介してノズルＮに連通し、かつ、供給流路３２２と供給液室３２６とを介して空間Ｒaに連通する。

【0027】

圧力室基板３４のＺ２方向を向く面には、振動板３６が配置される。振動板３６は、弾性的に振動可能な板状部材である。なお、振動板３６については、後に詳述する。

【0028】

振動板３６のＺ１方向を向く面には、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれについて、互いにノズルＮに対応する複数の圧電素子４４が配置される。各圧電素子４４は、駆動信号の供給により変形する受動素子である。各圧電素子４４は、平面視でＸ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。複数の圧電素子４４は、複数の圧力室Ｃに対応するようにＹ軸に沿う方向に配列される。圧電素子４４の変形に連動して振動板３６が振動すると、圧力室Ｃ内の圧力が変動することで、インクがノズルＮから吐出される。圧電素子４４については、後に詳述する。

【0029】

筐体部４８は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留するためのケースである。図３に示すように、本実施形態の筐体部４８には、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２のそれぞれについて、空間Ｒbが形成される。筐体部４８の空間Ｒbと流路基板３２の空間Ｒaとは、互いに連通する。空間Ｒaと空間Ｒbとで構成される空間は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留する液体貯留室（リザーバー）Ｒとして機能する。液体貯留室Ｒには、筐体部４８に形成された導入口４８２を介してインクが供給される。液体貯留室Ｒ内のインクは、供給液室３２６と各供給流路３２２とを介して圧力室Ｃに供給される。吸振体６４は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルム（コンプライアンス基板）であり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。

【0030】

配線基板４６は、駆動回路５０と複数の圧電素子４４とを電気的に接続するための配線が形成された板状部材である。配線基板４６のＺ２方向を向く面は、振動板３６に導電性の複数のバンプＢを介して接合される。一方、配線基板４６のＺ１方向を向く面には、駆動回路５０が実装される。駆動回路５０は、各圧電素子４４を駆動するための駆動信号および基準電圧を出力するＩＣ（Integrated Circuit）チップである。なお、配線基板４６は、リジット基板に限定されず、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）でもよい。この場合、配線基板４６上に駆動回路５０が実装されてもよいし、配線基板４６が外部配線５２を兼ねてもよい。

【0031】

配線基板４６のＺ１方向を向く面には、外部配線５２の端部が接合される。外部配線５２は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の接続部品で構成される。ここで、配線基板４６には、図２に示すように、外部配線５２と駆動回路５０とを電気的に接続する複数の配線４６１と、駆動回路５０から出力される駆動信号および基準電圧が供給される複数の配線４６２とが形成される。

【0032】

１－３．振動板および圧電素子の詳細
図４は、実施形態に係る圧電素子４４を示す平面図である。図５は、図４中のＶ-Ｖ線断面図である。液体吐出ヘッド２６では、図５に示すように、圧力室基板３４、振動板３６および複数の圧電素子４４がこの順でＺ１方向に積層される。

【0033】

図５に示すように、圧力室基板３４には、圧力室Ｃを構成する孔３４１が設けられる。これに伴い、圧力室基板３４には、互いに隣り合う２つの孔３４１の間に、Ｘ軸に沿う方向に延びる壁状の隔壁部３４２が設けられる。図４では、孔３４１の平面視形状が破線で示される。圧力室基板３４は、例えば、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成される。当該異方性エッチングのエッチング液には、例えば、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）等が用いられる。また、当該異方性エッチングでは、後述の第１層３６１がエッチング停止層として用いられる。

【0034】

なお、図４では、孔３４１の平面視形状が矩形であるが、これに限定されず、任意である。例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成した場合の孔３４１の平面視形状は、平行四辺形をなす。

【0035】

図５に示すように、振動板３６は、第１層３６１と第２層３６２とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第１層３６１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成される弾性膜である。当該弾性膜は、例えば、シリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより形成される。第２層３６２は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）で構成される絶縁膜である。当該絶縁膜は、例えば、スパッタ法によりジルコニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。

【0036】

ここで、前述のように、振動板３６の第２層３６２が酸化ジルコニウムで構成されており、積層体３１は、酸化ジルコニウムを含む。酸化ジルコニウムは、優れた電気絶縁性、機械的強度および靭性を有する。このため、酸化ジルコニウムを含む第２層３６２を振動板３６に用いることにより、振動板３６の特性を高めることができる。また、後述の圧電体４４３が後述の第１電極４４１上にない部分を有していても、当該部分が第２層３６２上に配置されることにより、圧電体４４３を形成する際、当該部分を（１００）方向に優先配向させやすいという利点もある。

【0037】

なお、第１層３６１と第２層３６２との間には、金属酸化物等の他の層が介在してもよい。また、振動板３６の一部または全部は、圧力室基板３４と同一材料で一体に構成されてもよい。また、振動板３６は、単一材料の層で構成されてもよい。

【0038】

図４に示すように、圧電素子４４は、平面視で圧力室Ｃに重なる。図５に示すように、圧電素子４４は、第１電極４４１とシード層４４４と圧電体４４３と第２電極４４２とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。なお、圧電素子４４の層間、または圧電素子４４と振動板３６との間には、密着性を高めるための層等の他の層が適宜介在してもよい。

【0039】

第１電極４４１は、圧電素子４４ごとに互いに離間して配置される個別電極である。具体的には、Ｘ軸に沿う方向に延びる複数の第１電極４４１が、互いに間隔をあけてＹ軸に沿う方向に配列される。各圧電素子４４の第１電極４４１には、当該圧電素子４４に対応するノズルＮからインクを吐出するための駆動信号が駆動回路５０を介して印加される。

【0040】

第１電極４４１は、例えば、チタン（Ｔｉ）で構成される第１層と、白金（Ｐｔ）で構成される第２層と、イリジウム（Ｉｒ）で構成される第３層と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第１電極４４１は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。

【0041】

ここで、前述の第１層は、振動板３６に対する第１電極４４１の密着性を向上させる密着層として機能する。第１層の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度とされる。なお、第１層の構成材料は、チタンに代えて、クロムを用いてもよい。

【0042】

また、前述の第２層および第３層を構成する金属は、ともに導電性に優れた電極材料であり、かつ、互いに化学的性質が近い。このため、第１電極４４１の電極としての特性を優れたものとすることができる。第２層の厚さは、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度とされる。第３層の厚さは、特に限定されないが、例えば、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度とされる。

【0043】

なお、第１電極４４１では、第２層または第３層のいずれかを省略してもよいし、第１層と第２層との間に、イリジウムで構成された層をさらに設けてもよい。また、第２層および第３層に代えて、または、第２層および第３層に加えて、イリジウムおよび白金以外の電極材料で構成された層を用いてもよい。当該電極材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられ、これらのうち、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を積層または合金等の形態で組み合わせて用いてもよい。

【0044】

一方、第２電極４４２は、複数の圧電素子４４にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状の共通電極である。第２電極４４２には、所定の基準電圧が印加される。

【0045】

第２電極４４２は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）で構成される層と、チタン（Ｔｉ）で構成される層と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第２電極４４２は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。

【0046】

なお、第２電極４４２の構成材料は、イリジウムおよびチタンに限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料でもよい。また、第２電極４４２は、これらの金属材料のうち、１種を単独で用いて構成されてもよいし、２種以上を積層または合金等の形態で組み合わせて用いて構成されてもよい。また、第２電極４４２が単層で構成されてもよい。ただし、第２電極４４２としてイリジウム、或いは化学量論組成よりも酸素の含有量が少ない酸化イリジウムが含まれることが好ましい。

【0047】

圧電体４４３は、第１電極４４１と第２電極４４２との間に配置される。圧電体４４３は、複数の圧電素子４４にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状をなす。図４に示す例では、圧電体４４３には、互いに隣り合う各圧力室Ｃの間隙に平面視で対応する領域に、圧電体４４３を貫通する貫通孔４４３ａがＸ軸に沿う方向に延びて設けられる。なお、圧電体４４３は、複数の圧電素子４４に個別に設けられてもよい。

【0048】

圧電体４４３は、一般組成式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する圧電材料で構成される。当該圧電材料としては、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３）、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）Ｏ_３）等が挙げられる。中でも、圧電体４４３の構成材料には、チタン酸ジルコン酸鉛が好適に用いられる。なお、圧電体４４３には、不純物等の他の元素が少量含まれてもよい。

【0049】

圧電体４４３は、例えば、ゾルゲル法またはＭＯＤ（metal organic decomposition）法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。ここで、圧電体４４３は、単層で構成されてもよいが、複数層で構成される場合、圧電体４４３の厚さを厚くしても、圧電体４４３の特性を高めやすいという利点がある。

【0050】

シード層４４４は、第１電極４４１と圧電体４４３との間に配置される。図４に示す例では、シード層４４４は、平面視で第１電極４４１と同じ領域にわたり設けられる。なお、シード層４４４は、第１電極４４１と圧電体４４３との間に配置されていればよく、例えば、圧電体４４３と同じ領域にわたり配置されてもよい。

【0051】

シード層４４４は、圧電体４４３を形成する際に、圧電体４４３の配向性を向上させる機能を有する。具体的には、シード層４４４は、例えば、チタン（Ｔｉ）で構成される。シード層４４４がチタンで構成される場合、圧電体４４３を形成する際に、島状のＴｉが結晶核となって圧電体４４３の配向性を向上させる。この場合、シード層４４４の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度とされる。このようなチタンで構成される場合のシード層４４４は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。なお、シード層４４４は、チタン等の導電性材料で構成される場合、第１電極４４１の一部を構成するともいえる。

【0052】

また、シード層４４４は、チタンで構成される構成に限定されず、例えば、鉛、鉄およびチタンを構成元素として含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物で構成されてもよい。この場合、圧電体４４３を形成する際に、圧電体４４３がシード層４４４の結晶構造の影響を受けることにより、圧電体４４３の配向性が向上する。当該複合酸化物は、例えば、ＰｂＦｅＯ_３とＰｂＴｉＯ_３との固溶体であり、Ｐｂ（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ_３で表される。このような複合酸化物で構成される場合のシード層４４４は、例えば、ゾルゲル法またはＭＯＤ（metal organic decomposition）法により複合酸化物の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。

【0053】

以上の圧電素子４４は、前述のように、第１電極４４１と、第２電極４４２と、第１電極４４１と第２電極４４２との間に配置される圧電体４４３と、を有する。以上の圧電素子４４では、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧に応じて、圧電体４４３が変形する。ここで、圧電体４４３は、当該電圧に対する当該変形の応答性を高めるべく、以下に述べるような電気的特性を有する。

【0054】

１－４．圧電体の電気的特性
図６は、実施形態における圧電体４４３の電圧と分極との関係を示すグラフである。図６には、圧電体４４３の特性αが実線で示される。また、図６には、従来の圧電体の特性βが破線で示される。なお、図６中、横軸が電圧であり、縦軸が分極である。

【0055】

図６に示すように、圧電体４４３における正の残留分極Ｐｒ１または負の残留分極Ｐｒ２の絶対値は、従来の圧電体における正の残留分極Ｐｒ１Ｘまたは負の残留分極Ｐｒ２Ｘの絶対値よりも小さい。図６に示す例では、圧電体４４３における残留分極Ｐｒ１は、圧電体４４３における正の飽和分極点Ｐｍ１よりもゼロ分極に近い。同様に、圧電体４４３における残留分極Ｐｒ２は、圧電体４４３における負の飽和分極点Ｐｍ２よりもゼロ分極に近い。なお、飽和分極点Ｐｍ１は、後述の飽和正電圧Ｖｐに対応し、圧電体４４３に生じる電荷が飽和状態となる分極値である。同様に、飽和分極点Ｐｍ２は、後述の飽和負電圧Ｖｎに対応し、圧電体４４３に生じる電荷が飽和状態となる分極値である。

【0056】

図６に示す例では、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧が飽和正電圧Ｖｐである場合に圧電体４４３に生じる電荷の絶対値は、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧が飽和負電圧Ｖｎである場合に圧電体４４３に生じる電荷の絶対値と略等しい。また、飽和正電圧Ｖｐの絶対値は、飽和負電圧Ｖｎの絶対値と略等しい。ここで、「略等しい」とは、厳密に等しい場合のほか、測定誤差程度の差異を有する場合を含む。

【0057】

また、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧を飽和負電圧Ｖｎから飽和正電圧Ｖｐまで変化させた場合、圧電体４４３の残留分極Ｐｒ２は、負の値である。また、この場合、圧電体４４３の抗電界は、正の値である。当該抗電界は、電圧Ｖ２に対応する。

【0058】

一方、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧を飽和正電圧Ｖｐから飽和負電圧Ｖｎまで変化させた場合、圧電体４４３の残留分極Ｐｒ１は、正の値である。また、この場合、圧電体４４３の抗電界は、負の値である。当該抗電界は、電圧Ｖ１に対応する。

【0059】

以上のように、残留分極Ｐｒ１およびＰｒ２の絶対値を小さくすることにより、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向を変化しやすくすることができる。この結果、駆動電圧の印加に対する圧電体４４３の変形の応答性を従来に比べて高めることができる。

【0060】

また、残留分極Ｐｒ１およびＰｒ２の絶対値は小さくなるが、０よりは大きい。残留分極Ｐｒ１およびＰｒ２が０、つまり反強誘電体だと、電流の絶対値が過大となり圧電体４４３に負荷が掛かる、電流が不安定となる、変位が不安定になる等といった問題が生じ得る虞がある。よって残留分極Ｐ１およびＰ２の絶対値は０よりは大きくする。

【0061】

ただし、残留分極Ｐｒ１、Ｐｒ２の絶対値が大き過ぎると、ゼロ電圧付近での圧電体層の分極方向が変化し難い。具体的には、残留分極Ｐｒ１とゼロ分極の差分が、残留分極Ｐｒ１と飽和正電圧に対応する飽和分極点Ｐｍ１の差分よりも小さく、残留分極Ｐｒ２とゼロ分極の差分が、残留分極Ｐｒ２と飽和負電圧に対応する飽和分極点Ｐｍ２の差分よりも小さいことが好ましい。

【0062】

また、電圧がゼロ電位となるタイミング付近における電圧変化に対する分極の変化量を従来に比べて大きくすることができる。このため、この点でも、駆動電圧の印加に対する圧電体４４３の変位の応答性を従来に比べて高めることができる。

【0063】

図７は、実施形態における圧電体４４３の分極状態の変化を説明するための図である。図８は、従来における圧電体４４３Ｘの分極状態の変化を説明するための図である。図７および図８では、圧電体４４３または４４３Ｘの分極状態の変化が模式的に示される。また、図７および図８では、圧電体４４３または４４３Ｘの各部における分極方向が矢印で示される。

【0064】

図７に示すように、圧電体４４３は、複数の分域ＲＥに区画されており、分域ＲＥごとに分極状態が切り替わる。このような分域ＲＥは、残留分極Ｐｒ１およびＰｒ２の絶対値を小さくすることにより実現される。

【0065】

図７の上段に示すように、圧電体４４３に印加される電圧が飽和正電圧Ｖｐである場合、分極方向がＺ軸に沿う一方の方向に揃う。一方、圧電体４４３に印加される電圧が飽和負電圧Ｖｎである場合、図７の下段に示すように、分極方向がＺ軸に沿う他方の方向に揃う。この点、図８の上段および下段に示すように、従来の圧電体４４３Ｘも同様である。

【0066】

図７の中段に示すように、圧電体４４３に印加される電圧がゼロ電圧である場合、複数の分域ＲＥのうち、一部の分域ＲＥの分極方向がＺ軸に沿う一方の方向を向き、残部の分域ＲＥの分極方向がＺ軸に沿う他方の方向を向く。このとき、Ｚ軸に沿う一方の方向を向いた分域ＲＥの方が、Ｘ軸に沿う他方の方向を向く分域ＲＥよりも、数が多い。このため、前述の図７の上段または下段に示す状態と図７の中段に示す状態との間で状態変化を円滑に行うことができる。

【0067】

これに対し、図８の中段に示すように、圧電体４４３Ｘに印加される電圧がゼロ電圧である場合、分極方向がＺ軸に対して傾斜する方向にランダムに向く。このような状態は、前述の図７の中段に示す状態に比べて不安定である。このため、前述の図８の上段または下段に示す状態から図８の中段に示す状態への状態変化を円滑に行うことが難しい。

【0068】

以上から理解される通り、残留分極Ｐｒ１およびＰｒ２の絶対値を小さくすることにより、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向を変化しやすくすることができる。

【0069】

図９は、実施形態における圧電体４４３の電圧と電流との関係を示すグラフである。図９では、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧を飽和負電圧Ｖｎと飽和正電圧Ｖｐとの間で漸次的に変化させた場合における圧電体４４３の電圧と電流との関係が図示される。ここで、飽和正電圧Ｖｐは、圧電体４４３に生じる電荷が飽和状態となる場合における第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される正電圧である。同様に、飽和負電圧Ｖｎは、圧電体４４３に生じる電荷が飽和した状態となる場合における第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される負電圧である。

【0070】

図９に示すように、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧を飽和負電圧Ｖｎから飽和正電圧Ｖｐまで漸次的に変化させた場合、圧電体４４３に生じる電荷に基づく電流は、第１経路ＲＴ１と第２経路ＲＴ２と第３経路ＲＴ３と第４経路ＲＴ４とをこの順で経由して変化する。図９中の電圧Ｖａは、第２経路ＲＴ２と第３経路ＲＴ３との境界に対応する電圧であり、図９中の電圧Ｖｂは、第３経路ＲＴ３と第４経路ＲＴ４との境界に対応する電圧である。

【0071】

ここで、第１経路ＲＴ１では、電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる。第２経路ＲＴ２では、電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる。第３経路ＲＴ３では、電圧が高くなるにつれて電流が大きくなる。第４経路ＲＴ４では、電圧が高くなるにつれて電流が小さくなる。このような経路で圧電体４４３に生じる電荷に基づく電流が変化することにより、前述のように残留分極Ｐｒ２の絶対値を小さくすることができる。このため、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向を変化しやすくすることができる。

【0072】

図９に示す例では、第１経路ＲＴ１に対応する電圧は、負の値である。これに対し、第２経路ＲＴ２、第３経路ＲＴ３および第４経路ＲＴ４のそれぞれに対応する電圧は、正の値である。また、第１経路ＲＴ１、第２経路ＲＴ２、第３経路ＲＴ３および第４経路ＲＴ４のそれぞれにおける電流は、正の値である。

【0073】

ここで、第１経路ＲＴ１から第２経路ＲＴ２に切り替わるタイミングにおける電流は、第３経路ＲＴ３から第４経路ＲＴ４に切り替わるタイミングにおける電流よりも大きい。すなわち、第１経路ＲＴ１から第２経路ＲＴ２への切り替わりによる電流の極大値は、第３経路ＲＴ３から第４経路ＲＴ４への切り替わりによる電流の極大値よりも大きい。このような極大値の関係となる場合、そうでない場合に比べて、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向が変化しやすくなる。

【0074】

また、第２経路ＲＴ２に対応する電圧の変化幅は、第１経路ＲＴ１、第３経路ＲＴ３および第４経路ＲＴ４のそれぞれに対応する電圧の変化幅よりも小さい。この場合、そうでない場合に比べて、電圧変化に対する分極の変化量を大きくしやすいという利点がある。

【0075】

一方、第１電極４４１と第２電極４４２との間に印加される電圧を飽和正電圧Ｖｐから飽和負電圧Ｖｎまで漸次的に変化させた場合、第５経路ＲＴ５と第６経路ＲＴ６と第７経路ＲＴ７と第８経路ＲＴ８とをこの順で経由して変化する。図９中の電圧Ｖｃは、第６経路ＲＴ６と第７経路ＲＴ７との境界に対応する電圧であり、図９中の電圧Ｖｄは、第７経路ＲＴ７と第８経路ＲＴ８との境界に対応する電圧である。

【0076】

ここで、第５経路ＲＴ５では、電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる。第６経路ＲＴ６では、電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる。第７経路ＲＴ７では、電圧が低くなるにつれて電流が小さくなる。第８経路ＲＴ８では、電圧が低くなるにつれて電流が大きくなる。このような経路で圧電体４４３に生じる電荷に基づく電流が変化することにより、前述のように残留分極Ｐｒ１の絶対値を小さくすることができる。このため、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向を変化しやすくすることができる。

【0077】

図９に示す例では、第５経路ＲＴ５に対応する電圧は、正の値である。これに対し、第６経路ＲＴ６、第７経路ＲＴ７および第８経路ＲＴ８のそれぞれに対応する電圧は、負の値である。また、第５経路ＲＴ５、第６経路ＲＴ６、第７経路ＲＴ７および第８経路ＲＴ８のそれぞれにおける電流は、負の値である。

【0078】

ここで、第５経路ＲＴ５から第６経路ＲＴ６に切り替わるタイミングにおける電流は、第７経路ＲＴ７から第８経路ＲＴ８に切り替わるタイミングにおける電流よりも小さい。すなわち、第５経路ＲＴ５から第６経路ＲＴ６への切り替わりによる電流の極小値は、第７経路ＲＴ７から第８経路ＲＴ８への切り替わりによる電流の極小値よりも小さい。このような極小値の関係となる場合、そうでない場合に比べて、電圧がゼロ電圧となるタイミング付近で圧電体４４３の分極方向が変化しやすくなる。

【0079】

また、第６経路ＲＴ６に対応する電圧の変化幅は、第５経路ＲＴ５、第７経路ＲＴ７および第８経路ＲＴ８のそれぞれに対応する電圧の変化幅よりも小さい。この場合、そうでない場合に比べて、電圧変化に対する分極の変化量を大きくしやすいという利点がある。

【0080】

２．変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

【0081】

２－１．変形例１
前述の形態では、圧電素子４４と、インクを貯留し、圧電素子４４の駆動によってインクに圧力が付与される圧力室Ｃを備えた圧力室基板３４と、を有する液体吐出ヘッド２６が例示される。ただし、圧電素子４４を搭載する機器等は、液体吐出ヘッドに限定されず、例えば、圧電素子を有する圧電アクチュエーター等の他の駆動デバイスでもよく、圧電素子を有する圧力センサー等の検出デバイス等でもよい。

【0082】

２－２．変形例２
前述の形態では、第１電極４４１が個別電極であり第２電極４４２が共通電極である構成を例示するが、第１電極４４１を、複数の圧電素子４４にわたり連続する共通電極とし、第２電極４４２を圧電素子４４ごとに個別の個別電極としてもよい。また、第１電極４４１および第２電極４４２の双方を個別電極としてもよい。

【0083】

２－３．変形例３
前述の各形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載する搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示するが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本発明を適用することが可能である。

【0084】

２－４．変形例４
前述の各形態で例示する液体吐出装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

【実施例】

【0085】

以下、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。

【0086】

Ａ．圧電素子の製造
Ａ－１．実施例１
まず、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより、振動板の第１層として、厚さ１４６０ｎｍの二酸化シリコン膜を形成した。

【0087】

次に、当該二酸化シリコン膜上に、ＤＣスパッタリング法によりジルコニウム膜を成膜し、当該ジルコニウム膜を８５０℃で熱酸化することにより、振動板の第２層として、厚さ４００ｎｍの酸化ジルコニウム膜を形成した。

【0088】

当該酸化ジルコニウム膜上に、ＤＣスパッタリング法によりチタン、白金、イリジウムおよびチタンをこの順で成膜することにより、第１電極の第１層のための厚さ２０ｎｍのチタン膜、第１電極の第２層のための厚さ８０ｎｍの白金膜、第１電極の第３層のための厚さ５ｎｍのイリジウム膜、および、シード層のための厚さ４ｎｍのチタン膜をそれぞれ形成した。

【0089】

その後、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉが１１８：５２：４８となるように調合したＭＯＤ溶液をＰＺＴ前駆体溶液としてスピンコート法によりシード層上に塗布し、その後、酸素雰囲気下でＲＴＡ（rapid thermal annealing）により７３７℃で５分間にわたり加熱処理を行うことにより、圧電体層の一部の層のための厚さ１１０ｎｍのＰＺＴ結晶化膜を形成した。

【0090】

次に、第１電極が個別電極となるように、前述の酸化ジルコニウム膜よりも上の層をイオンミリング法によりパターニングした。

【0091】

次に、前述のＰＺＴ結晶化膜の形成と同様の方法により、さらに５層のＰＺＴ結晶化膜を積層することにより、ＰＺＴで構成される厚さ１０８５ｎｍの圧電体を形成した。

【0092】

その後、当該圧電体上に、ＤＣスパッタリング法によりイリジウムおよびチタンをこの順で成膜ことにより、第２電極の１層目のための厚さ５ｎｍのイリジウム膜、および、第２電極の２層目のための厚さ４ｎｍのチタン膜をそれぞれ形成した。その後、窒素雰囲気下でランプアニールにより７４０℃で１分間にわたり加熱処理を行った。

【0093】

次に、圧電体を前述の第２電極の１層目および２層目のための膜と一括してイオンミリング法によりパターニングした。

【0094】

その後、第２電極の２層目の上に、ＤＣスパッタリング法によりイリジウムおよびチタンをこの順でさらに成膜することにより、第２電極の３層目のための厚さ６ｎｍのイリジウム膜、および、第２電極の４層目のための厚さ２５ｎｍのチタン膜をそれぞれ形成した。

【0095】

次に、前述の第２電極の３層目および４層目のための膜をイオンミリング法によりパターニングすることにより、共通電極となる第２電極を形成した。その後、ＮｉＣｒと金との積層体をＤＣスパッタリング法に形成し、当該積層体をエッチングによりパターニングすることにより、配線を形成した。

【0096】

最後に、単結晶シリコン基板の他方の面をエッチングすることにより、圧力室のための孔を形成した後、圧力室の壁面に酸化タンタルで構成される保護膜をスパッタリング法により形成した。

【0097】

Ａ－２．実施例２
第１電極を共通電極とするとともに第２電極を個別電極とした以外は、前述の実施例１と同様にして、実施例２の圧電素子を製造した。

【0098】

具体的には、実施例１と同様に、振動板を形成した後、第１電極の第１層のためのチタン膜、第１電極の第２層のための白金膜、第１電極の第３層のためのイリジウム膜、および、シード層のためのチタン膜をそれぞれ形成することにより、共通電極となる第１電極およびシード層を形成した。

【0099】

その後、実施例１と同様の方法により、シード層の上に、６層のＰＺＴ結晶化膜を積層することにより、ＰＺＴで構成される厚さ１０８５ｎｍの圧電体を形成した。

【0100】

次に、当該圧電体上に、ＤＣスパッタリング法によりイリジウムおよびチタンをこの順で成膜することにより、第２電極の１層目のための厚さ５ｎｍのイリジウム膜、および、第２電極の２層目のための厚さ４ｎｍのチタン膜をそれぞれ形成した。その後、窒素雰囲気下でランプアニールにより７４０℃で１分間にわたり加熱処理を行った。

【0101】

さらに、第２電極の２層目の上に、ＤＣスパッタリング法によりイリジウムおよびチタンをこの順でさらに成膜することにより、第２電極の３層目のための厚さ６ｎｍのイリジウム膜、および、第２電極の４層目のための厚さ２５ｎｍのチタン膜をそれぞれ形成した。

【0102】

次に、圧電体を前述の第２電極の１層目～４層目のための膜と一括してイオンミリング法によりパターニングすることにより、個別電極となる第２電極を形成した。

【0103】

その後、ＮｉＣｒと金との積層体をＤＣスパッタリング法に形成し、当該積層体をエッチングによりパターニングすることにより、配線を形成した。

【0104】

Ａ－３．比較例１
第２電極の２層目の形成後のランプアニールにおける加熱温度および加熱時間を変更した以外は、前述の実施例１と同様にして、比較例１の圧電体層を製造した。ここで、当該加熱温度を７４０℃とし、当該加熱時間を８分間とした。

【0105】

Ａ－４．比較例２
第２電極の２層目の形成後のランプアニールにおける加熱温度および加熱時間を変更した以外は、前述の実施例１と同様にして、比較例２の圧電体層を製造した。ここで、当該加熱温度を７４０℃とし、当該加熱時間を８分間とした。

【0106】

Ｂ．評価
Ｂ－１．電気的特性
前述の各実施例および各比較例について、三角波形の電圧を第１電極と第２電極との間に印加したときに圧電素子に流れる電流の変化に基づいて、圧電素子の電気的特性を測定した。その結果を図１０～図１３に示す。なお、実施例２の結果は、図示しないが、実施例１と同様の結果であった。また、比較例２の結果は、図示しないが、比較例１と同様の結果であった。

【0107】

図１０および図１２に示すように、実施例１では、比較例１に比べて、残留分極の絶対値を小さくするとともに、電圧がゼロ電位となるタイミング付近における電圧変化に対する分極の変化量を大きくすることができる。

【0108】

また、図１１に示すように、実施例１では、極大値および極小値のそれぞれの数が２つであるのに対し、図１３に示すように、比較例では、極大値および極小値のそれぞれの数が１つであった。

【0109】

Ｂ－２．応答性
実施例１および比較例１について、図１４中の実線または破線で示す駆動信号を第１電極と第２電極との間に印加したときに圧電素子に流れる電流の変化に基づいて、圧電素子の応答性の評価を行った。

【0110】

ここで、図１４中の実線で示す駆動信号は、電圧を１０Ｖから－２．５Ｖまで１μ秒で変化させた後に－２．５Ｖのまま６μ秒間維持し、その後、電圧を－２．５Ｖから２２．５Ｖまで２μ秒で変化させた後に２２．５Ｖのまま６μ秒間維持し、その後、電圧を２２．５Ｖから１０Ｖまで１μ秒で変化させた後に１０Ｖのまま６μ秒間維持する。図１４中の破線で示す駆動信号は、電圧を－２．５Ｖのまま維持する時間を省略した以外は、図１４中の実線で示す駆動信号と同様である。

【0111】

図１５では、実施例１において、図１４中の実線で示す駆動信号を用いた場合に圧電体に生じる電荷の経時的変化が実線で示される。また、図１５では、実施例１において、図１４中の破線で示す駆動信号を用いた場合に圧電体に生じる電荷の経時的変化が破線で示される。図１６では、比較例１において、図１４中の実線で示す駆動信号を用いた場合に圧電体に生じる電荷の経時的変化が実線で示される。また、図１６では、比較例１において、図１４中の破線で示す駆動信号を用いた場合に圧電体に生じる電荷の経時的変化が破線で示される。

【0112】

これらの図からわかるように、実施例１では、駆動電圧を維持する状態における電荷の変化が比較例１に比べて少ない。また、実施例１では、比較例１に比べて、短時間で所望の電荷を生じさせることができる。

【0113】

なお、実施例１、２に記載した圧電素子を備えた液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置において、液体吐出装置からの吐出動作では、制御部は、以下の（１）、（２）のいずれかの電圧を圧電素子に印加することが好ましい。これにより、電気的な効率を不要に低下させず、また、圧電素子の変位とスピードの両立が可能となる。
（１）第６経路ＲＴ６または第７経路ＲＴ７に対応する電圧以上、かつ、第８経路ＲＴ８に対応する電圧以下の範囲の電圧を印加する。なお、第６経路ＲＴ６と第７経路ＲＴ７の境界電圧、すなわち電圧Ｖｃ以上、かつ、飽和正電圧Ｖｐ以下の範囲の電圧を印加することが特に好ましい。
（２）第１経路ＲＴ１に対応する電圧以上、かつ、第２経路ＲＴ２または第３経路ＲＴ３に対応する電圧以下の範囲の電圧を印加する。なお、飽和負電圧Ｖｎ以上、かつ、第２経路ＲＴ２と第３経路ＲＴ３の境界電圧、すなわち電圧Ｖａ以下の範囲の電圧を印加することが特に好ましい。

【符号の説明】

【0114】

１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２６…液体吐出ヘッド、３０…流路構造体、３１…積層体、３２…流路基板、３４…圧力室基板、３６…振動板、４４…圧電素子、４６…配線基板、４８…筐体部、５０…駆動回路、５２…外部配線、６２…ノズル板、６４…吸振体、１００…液体吐出装置、２４２…搬送体、２４４…搬送ベルト、３２２…供給流路、３２４…連通流路、３２６…供給液室、３４１…孔、３４２…隔壁部、３６１…第１層、３６２…第２層、４４１…第１電極、４４２…第２電極、４４３…圧電体、４４３Ｘ…圧電体、４４３ａ…貫通孔、４４４…シード層、４６１…配線、４６２…配線、４８２…導入口、Ｂ…バンプ、Ｃ…圧力室、Ｌ１…第１列、Ｌ２…第２列、Ｎ…ノズル、Ｐｍ１…飽和分極点、Ｐｍ２…飽和分極点、Ｐｒ１…残留分極、Ｐｒ１Ｘ…残留分極、Ｐｒ２…残留分極、Ｐｒ２Ｘ…残留分極、Ｒ…液体貯留室、ＲＥ…分域、ＲＴ１…第１経路、ＲＴ２…第２経路、ＲＴ３…第３経路、ＲＴ４…第４経路、ＲＴ５…第５経路、ＲＴ６…第６経路、ＲＴ７…第７経路、ＲＴ８…第８経路、Ｒa…空間、Ｒb…空間、Ｖ１…電圧、Ｖ２…電圧、Ｖｎ…飽和負電圧、Ｖｐ…飽和正電圧、α…特性、β…特性。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】