压电元件、液体喷出头以及液体喷出装置的制作方法

1.本发明涉及一种压电元件、液体喷出头以及液体喷出装置。


背景技术：

2.在压电方式的喷墨打印机等设备中使用了压电元件。例如，专利文献1所记载的压电元件具有压电体层，所述压电体层由极化
‑
电场滞后特性中的饱和极化、剩余极化以及矫顽电场满足预定的条件的钛酸锆酸铅(pzt)构成。
3.在专利文献1所记载的压电元件中，由于剩余极化比较大，因此在施加于压电体层的电压在正电压与负电压之间进行变化的情况下，压电体层的极化方向难以在该电压成为零电压的定时附近发生变化。因此，在专利文献1所记载的压电元件中，存在如下课题，即，进一步提高压电体层的变形相对于驱动电压的变化的响应性，以应对近年来的压电元件的高速化的要求。
4.专利文献1：日本特开2010
‑
135748号公报


技术实现要素：

5.为了解决以上的课题，本发明所涉及的压电元件的一个方式具有：第一电极；第二电极；压电体，其被配置在所述第一电极与所述第二电极之间，在将所述压电体中所产生的电荷成为饱和状态的情况下的被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的正电压设为饱和正电压、且将所述压电体中所产生的电荷成为饱和状态的情况下的被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的负电压设为饱和负电压时，在使被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压从所述饱和负电压逐渐地变化至所述饱和正电压的情况下，基于所述压电体中所产生的电荷而形成的电流依次经由随着该电压升高而电流变大的第一路径、随着该电压升高而电流变小的第二路径、随着该电压升高而电流变大的第三路径、随着该电压升高而电流变小的第四路径而进行变化。
6.本发明所涉及的压电元件的其他的一个方式具有：第一电极；第二电极；压电体，其被配置在所述第一电极与所述第二电极之间，在将所述压电体中所产生的电荷成为饱和状态的情况下的被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的正电压设为饱和正电压、且将所述压电体中所产生的电荷成为饱和状态的情况下的被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的负电压设为饱和负电压时，在使被施加于所述第一电极与所述第二电极之间的电压从所述饱和正电压逐渐地变化至所述饱和负电压的情况下，基于所述压电体中所产生的电荷而形成的电流依次经由随着该电压降低而电流变小的第五路径、随着该电压降低而电流变大的第六路径、随着该电压降低而电流变小的第七路径、随着该电压降低而电流变大的第八路径而进行变化。
7.本发明所涉及的液体喷出头的一个方式具有：上述的任意一个方式的压电元件；压力室基板，其具备压力室，所述压力室对液体进行贮留，并通过所述压电元件的驱动而对液体施加压力。
8.本发明所涉及的液体喷出装置的一个方式具有：上述的方式的液体喷出头；控制部，其对所述压电元件的驱动进行控制。
附图说明
9.图1为示意性地表示实施方式所涉及的液体喷出装置的结构图。
10.图2为实施方式所涉及的液体喷出头的分解立体图。
11.图3为图2中的
ⅲ‑ⅲ
线剖视图。
12.图4为表示实施方式所涉及的压电元件的俯视图。
13.图5为图4中的v
‑
v线剖视图。
14.图6为表示实施方式中的压电体的电压与极化的关系的图表。
15.图7为用于对实施方式中的压电体的极化状态的变化进行说明的图。
16.图8为用于对现有技术中的压电体的极化状态的变化进行说明的图。
17.图9为表示实施方式中的压电体的电压与电流的关系的图表。
18.图10为表示实施例1中的压电体的电压与极化的关系的图表。
19.图11为表示实施例1中的压电体的电压与电流的关系的图表。
20.图12为表示比较例1中的压电体的电压与极化的关系的图表。
21.图13为表示比较例1中的压电体的电压与电流的关系的图表。
22.图14为表示用于响应性的评价的驱动信号的图。
23.图15为表示实施例1中的响应性的评价结果的图。
24.图16为表示比较例1中的响应性的评价结果的图。
具体实施方式
25.以下，参照附图，对本发明所涉及的优选的实施方式进行说明。另外，在附图中，各个部分的尺寸或比例尺与实际情况适当地不同，并且也存在为了易于理解而示意性地示出的部分。此外，只要在以下的说明中没有特别地记载对本发明进行限定的意思，则本发明的范围并不限于这些方式。
26.另外，以下的说明适当地使用相互交叉的x轴、y轴以及z轴来进行。此外，将沿着x轴的一个方向称为x1方向，将与x1方向相反的方向称为x2方向。同样地，将沿着y轴而互为相反的方向称为y1方向以及y2方向。此外，将沿着z轴而互为相反的方向称为z1方向以及z2方向。此外，将沿着z轴的方向进行观察的情况称为“俯视观察”。
27.在此，典型而言，z轴为铅直的轴，z2方向相当于铅直方向中的下方。但是，z轴也可以不是铅直的轴。此外，虽然x轴、y轴以及z轴典型而言为相互正交，但是并不限定于此，例如，只要以80
°
以上且100
°
以下的范围内的角度交叉即可。
28.1.实施方式
[0029]1‑
1.液体喷出装置的整体结构
[0030]
图1为示意性地表示实施方式所涉及的液体喷出装置100的结构图。液体喷出装置100为，将液体的一个示例即油墨作为液滴而向介质12喷出的喷墨式的印刷装置。介质12典型而言为印刷纸张。另外，介质12并不限定于印刷纸张，例如也可以为树脂薄膜或者布帛等任意材质的印刷对象。
[0031]
如图1所示，在液体喷出装置100中安装有对油墨进行贮留的液体容器14。作为液体容器14的具体的方式，例如列举出相对于液体喷出装置100而可拆装的盒、由挠性的薄膜所形成的袋状的油墨袋以及能够补充油墨的油墨罐。另外，被贮留于液体容器14中的油墨的种类为任意的种类。
[0032]
液体喷出装置100具有控制单元20、输送机构22、移动机构24和液体喷出头26。控制单元20例如包括cpu(central processing unit：中央处理器)或者fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)等处理电路和半导体存储器等存储电路，并对液体喷出装置100的各要素的工作进行控制。在此，控制单元20为“控制部”的一个示例，并对后述的压电元件44的驱动进行控制。
[0033]
输送机构22基于由控制单元20实施的控制而沿着y2方向来对介质12进行输送。移动机构24基于由控制单元20实施的控制而使液体喷出头26在x1方向与x2方向之间往返移动。在图1所示的示例中，移动机构24具有对液体喷出头26进行收纳的被称为滑架的大致箱型的输送体242、和固定有输送体242的输送带244。另外，被搭载于输送体242上的液体喷出头26的数量并不限定于一个，也可以为多个。此外，在输送体242上，除了液体喷出头26之外，也可以搭载上述的液体容器14。
[0034]
液体喷出头26基于由控制单元20实施的控制而从多个喷嘴分别朝向z2方向而向介质12喷出从液体容器14供给的油墨。通过以使由输送机构22所实施的介质12的输送和由移动机构24所实施的液体喷出头26的往返移动并行的方式来实施该喷出，从而在介质12的表面上形成由油墨形成的图像。
[0035]1‑
2.液体喷出头的整体结构
[0036]
图2为实施方式所涉及的液体喷出头26的分解立体图。图3为图2中的
ⅲ‑ⅲ
线剖视图。如图2所示，液体喷出头26具有在沿着y轴的方向上排列的多个喷嘴n。在图2所示的示例中，多个喷嘴n被划分为在沿着x轴的方向上彼此隔开间隔而排列的第一列l1和第二列l2。第一列l1以及第二列l2分别为在沿着y轴的方向上排列成直线状的多个喷嘴n的集合。在此，液体喷出头26中的与第一列l1的各喷嘴n关联的要素和与第二列l2的各喷嘴n关联的要素为，在沿着x轴的方向上彼此大致对称的结构。
[0037]
但是，第一列l1中的多个喷嘴n和第二列l2中的多个喷嘴n的沿着y轴的方向上的位置既可以相互一致也可以不同。此外，也可以省略第一列l1以及第二列l2中的一方的与各喷嘴n关联的要素。在下文中，例示了第一列l1中的多个喷嘴n和第二列l2中的多个喷嘴n的沿着y轴的方向上的位置相互一致的结构。
[0038]
如图2以及图3所示，液体喷出头26具有流道结构体30、喷嘴板62、吸振体64、振动板36、配线基板46、框体部48和驱动电路50。
[0039]
流道结构体30为，形成用于向多个喷嘴n供给油墨的流道的结构体。本实施方式的流道结构体30具有流道基板32和压力室基板34，且它们按照该顺序而在z1方向上被层压。流道基板32以及压力室基板34分别为在沿着y轴的方向上较长的板状部件。流道基板32以及压力室基板34例如通过粘合剂而被相互接合。
[0040]
在与流道结构体30相比靠z1方向的区域中设置有振动板36、配线基板46、框体部48和驱动电路50。另一方面，在与流道结构体30相比靠z2方向的区域中设置有喷嘴板62和吸振体64。液体喷出头26的各要素为，大致上与流道基板32以及压力室基板34同样地在沿
着y轴的方向上较长的板状部件，并且例如通过粘合剂而被相互接合。
[0041]
喷嘴板62为形成有多个喷嘴n的板状部件。多个喷嘴n分别为使油墨通过的圆形形状的贯穿孔。喷嘴板62例如通过由利用干蚀刻或者湿蚀刻等加工技术的半导体制造技术来对单晶硅基板进行加工，从而被制造出。但是，也可以在喷嘴板62的制造中适当地使用其他的公知的方法以及材料。
[0042]
在流道基板32上，针对第一列l1以及第二列l2而分别形成有空间ra、多个供给流道322、多个连通流道324和供给液室326。空间ra为，在沿着z轴的方向上进行观察的俯视观察时，在沿着y轴的方向上延伸的长条状的开口。供给流道322以及连通流道324分别为针对每个喷嘴n而被形成的贯穿孔。供给液室326为跨及多个喷嘴n而在沿着y轴的方向上延伸的长条状的空间，且使空间ra与多个供给流道322相互连通。多个连通流道324中的每一个在俯视观察时与对应于该连通流道324的一个喷嘴n重叠。
[0043]
压力室基板34为，针对第一列l1以及第二列l2而分别形成有被称为腔室的多个压力室c的板状部件。多个压力室c在沿着y轴的方向上排列。各压力室c为，针对每个喷嘴n而被形成且在俯视观察时在沿着x轴的方向上延伸的长条状的空间。流道基板32以及压力室基板34分别与上述的喷嘴板62同样地例如通过利用半导体制造技术来对单晶硅基板进行加工从而被制造出。但是，也可以在流道基板32以及压力室基板34的各自的制造中适当地使用其他的公知的方法以及材料。
[0044]
压力室c为位于流道基板32与振动板36之间的空间。关于第一列l1以及第二列l2的各个列，多个压力室c在沿着y轴的方向上而排列。此外，压力室c与连通流道324以及供给流道322分别连通。因此，压力室c经由连通流道324而与喷嘴n连通，并且经由供给流道322和供给液室326而与空间ra连通。
[0045]
在压力室基板34的朝向z2方向的面上配置有振动板36。振动板36为能够弹性地进行振动的板状部件。另外，关于振动板36，将在下文中详细叙述。
[0046]
在振动板36的朝向z1方向的面上，针对第一列l1以及第二列l2而分别配置有相互与喷嘴n对应的多个压电元件44。各压电元件44为通过驱动信号的供给而进行变形的受动元件。各压电元件44在俯视观察时呈在沿着x轴的方向上而延伸的长条状。多个压电元件44以与多个压力室c相对应的方式而在沿着y轴的方向上排列。当振动板36以与压电元件44的变形联动的方式进行振动时，通过压力室c内的压力发生变动，从而使油墨从喷嘴n被喷出。关于压电元件44，将在下文中详细叙述。
[0047]
框体部48为，用于对被供给向多个压力室c的油墨进行贮留的壳体。如图3所示，在本实施方式的框体部48中，针对第一列l1以及第二列l2而分别形成有空间rb。框体部48的空间rb与流道基板32的空间ra相互连通。由空间ra和空间rb构成的空间作为对被供给向多个压力室c的油墨进行贮留的液体贮留室(贮液器)r而发挥功能。油墨经由被形成于框体部48上的导入口482而被供给至液体贮留室r。液体贮存室r内的油墨经由供给液室326和各供给流道322而被供给至压力室c。吸振体64为构成液体贮存室r的壁面的挠性的薄膜(可塑性基板)，且对液体贮存室r内的油墨的压力变动进行吸收。
[0048]
配线基板46为，形成有用于对驱动电路50和多个压电元件44进行电连接的配线的板状部件。配线基板46的朝向z2方向的面与振动板36经由导电性的多个凸块b而被接合在一起。另一方面，在配线基板46的朝向z1方向的面上安装有驱动电路50。驱动电路50为，输
出用于对各压电元件44进行驱动的驱动信号以及基准电压的ic(integrated circuit，集成电缆)芯片。另外，配线基板46并不限定于刚性基板，例如也可以为fpc(flexible printed circuits，柔性印刷电路)或者ffc(flexible flat cable，柔性扁平电缆)。在这种情况下，既可以在配线基板46上安装有驱动电路50，也可以使配线基板46兼用作外部配线52。
[0049]
在配线基板46的朝向z1方向的面上接合有外部配线52的端部。外部配线52例如由fpc(flexible printed circuits)或者ffc(flexible flat cable)等连接部件构成。在此，如图2所示，在配线基板46上形成有多个配线461和多个配线462，其中，所述多个配线461对外部配线52和驱动电路50进行电连接，所述多个配线462被供给有从驱动电路50输出的驱动信号以及基准电压。
[0050]1‑
3.振动板以及压电元件的详细内容
[0051]
图4为表示实施方式所涉及的压电元件44的俯视图。图5为图4中的v
‑
v线剖视图。如图5所示，在液体喷出头26中，压力室基板34、振动板36以及多个压电元件44按照该顺序而在z1方向上被层压。
[0052]
如图5所示，在压力室基板34上设置有构成压力室c的孔341。伴随于此，在压力室基板34上于彼此相邻的两个孔341之间，设置有在沿着x轴方向上延伸的壁状的隔壁部342。在图4中，用虚线来示出孔341的俯视观察形状。压力室基板34例如通过对单晶硅基板进行各向异性蚀刻从而被形成。在该各向异性蚀刻的蚀刻液中可以使用例如氢氧化钾水溶液(koh)等。此外，在该各向异性蚀刻中，后述的第一层361作为蚀刻停止层而被使用。
[0053]
另外，虽然在图4中孔341的俯视观察形状为矩形，但是并不限定于此，可以是任意的形状。例如，在面取向(110)的单晶硅基板上通过各向异性蚀刻来形成的情况下的孔341的俯视观察形状呈平行四边形。
[0054]
如图5所示，振动板36具有第一层361和第二层362，且它们按照该顺序而在z1方向上被层压。第一层361为例如由氧化硅(sio2)构成的弹性膜。该弹性膜例如通过对单晶基板的一个面进行热氧化从而被形成。第二层362为例如由氧化锆(zro2)构成的绝缘膜。该绝缘膜例如利用溅射法来形成锆的层，并通过对该层进行热氧化从而被形成。
[0055]
在此，如上文所述，振动板36的第二层362由氧化锆构成，层压体31包含氧化锆。氧化锆具有优异的电气绝缘性、机械强度以及韧性。因此，通过将包含氧化锆的第二层362用于振动板36中，从而能够提高振动板36的特性。此外，即使后述的压电体443具有未处于后述的第一电极441上的部分，通过使该部分被配置在第二层362上，从而也具有在形成压电体443时易于使该部分在(100)方向上择优取向这样的优点。
[0056]
另外，也可以使金属氧化物等其他层介于第一层361与第二层362之间。此外，振动板36的一部分或者全部也可以由与压力室基板34相同的材料而被一体地构成。此外，振动板36也可以由单一材料的层构成。
[0057]
如图4所示，压电元件44在俯视观察时与压力室c重叠。如图5所示，压电元件44具有第一电极441、晶种层444、压电体443和第二电极442，且它们按照该顺序而在z1方向上被层压。另外，也可以使用于提高紧贴性的层等其他的层适当地介于压电元件44的层间或者压电元件44与振动板36之间。
[0058]
第一电极441为，针对每个压电元件44而以相互分离的方式被配置的单独电极。具
体而言，在沿着x轴的方向上延伸的多个第一电极441以相互隔开间隔的方式而在沿着y轴的方向上排列。在各压电元件44的第一电极441上，经由驱动电路50而被施加有用于从与该压电元件44相对应的喷嘴n喷出油墨的驱动信号。
[0059]
第一电极441例如具有由钛(ti)构成的第一层、由铂(pt)构成的第二层和由铱(ir)构成的第三层，且它们按照该顺序而在z1方向上被层压。第一电极441例如通过溅射法等公知的成膜技术以及使用光刻和蚀刻等公知的加工技术从而被形成。
[0060]
在此，上述的第一层作为使第一电极441相对于振动板36的紧贴性提高的紧贴层而发挥功能。第一层的厚度并未被特别地限定，例如被设为3nm以上且50nm以下左右。另外，第一层的结构材料也可以代替钛而使用铬。
[0061]
此外，构成上述的第二层以及第三层的金属均为导电性优异的电极材料并且彼此化学性质相近。因此，能够使第一电极441的作为电极的特性优异。第二层的厚度并未被特别地限定，例如被设为50nm以上且200nm以下左右。第三层的厚度并未被特别地限定，例如被设为4nm以上且20nm以下左右。
[0062]
另外，在第一电极441中，既可以省略第二层或者第三层中的任意一个，也可以在第一层与第二层之间还设置由铱构成的层。此外，也可以代替第二层以及第三层、或者除了第二层以及第三层之外还使用由铱以及铂以外的电极材料构成的层。作为该电极材料，例如列举出铝(al)、镍(ni)、金(au)、铜(cu)等金属材料，这些金属材料之中，既可以单独地使用一种，也可以以层压或者合金等方式将两种以上组合来使用。
[0063]
另一方面，第二电极442为，以跨及多个压电元件44而连续的方式在沿着y轴的方向上延伸的带状的共用电极。在第二电极442中，被施加有预定的基准电压。
[0064]
第二电极442例如具有由铱(ir)构成的层和由钛(ti)构成的层，且它们按照该顺序而在z1方向上被层压。第二电极442例如通过溅射法等公知的成膜技术以及使用光刻和蚀刻等公知的加工技术从而被形成。
[0065]
另外，第二电极442的结构材料并不限定于铱以及钛，也可以为例如铂(pt)、铝(al)、镍(ni)、金(au)或者铜(cu)等金属材料。此外，这些金属材料之中，第二电极442既可以单独地一种来构成，也可以以层压或者合金等方式而将两种以上组合来使用来构成。此外，第二电极442也可以由单层构成。但是，优选为，作为第二电极442而包含铱、或者与化学计量成分相比而氧的含有量更少的氧化铱。
[0066]
压电体443被配置在第一电极441与第二电极442之间。压电体443呈以跨及多个压电元件44而连续的方式在沿着y轴的方向上延伸的带状。在图4所示的示例中，在压电体443上俯视观察时与彼此相邻的各压力室c的间隙相对应的区域中，贯穿压电体443的贯穿孔443a以在沿着x轴的方向上延伸的方式而被设置。另外，压电体443也可以被单独地设置在多个压电元件44上。
[0067]
压电体443由具有由一般结构式abo3表示的钙钛矿型结晶结构的压电材料构成。作为该压电材料，例如列举出钛酸铅(pbtio3)、锆钛酸铅(pb(zr，ti)o3)、锆酸铅(pbzro3)、钛酸铅镧((pb，la)，tio3)、锆钛酸铅镧((pb，la)(zr，ti)o3)、铌锆钛酸铅(pb(zr，ti，nb)o3)、镁铌锆钛酸铅(pb(zr，ti)(mg，nb)o3)等。其中，在压电体443的结构材料中优选地使用锆钛酸铅。另外，在压电体443中，也可以包含少量的杂质等其他的元素。
[0068]
压电体443例如通过溶胶凝胶法或者mod(metal organic decomposition，金属有
机分解)法来形成压电体的前驱体层，并且通过烧成该前驱体层以使之结晶化从而被形成。在此，虽然压电体443由单层构成，但是在由多层构成的情况下，具有即使增厚压电体443的厚度也容易提高压电体443的特性这样的优点。
[0069]
晶种层444被配置在第一电极441与压电体443之间。在图4所示的示例中，晶种层444在俯视观察时以跨及与第一电极441相同的区域的方式而被设置。另外，晶种层444只要被配置在第一电极441与压电体443之间即可，例如也可以以跨及与压电体443相同的区域的方式而被配置。
[0070]
晶种层444具有在形成压电体443时提高压电体443的取向性的功能。具体而言，晶种层444例如由钛(ti)构成。在晶种层444由钛构成的情况下，在形成压电体443时，岛状的ti成为结晶核从而使压电体443的取向性提高。在这种情况下，晶种层444的厚度并未被特别地限定，例如被设为3nm以上且20nm以下左右。这样由钛构成的情况下的晶种层444例如通过溅射法等公知的成膜技术以及使用光刻和蚀刻等公知的加工技术从而被形成。另外，晶种层444在由钛等导电性材料构成的情况下，也可以说构成了第一电极441的一部分。
[0071]
此外，晶种层444并不限定于由钛构成的结构，例如也可以由具有作为构成元素而包含铅、铁以及钛的钙钛矿结构的复合氧化物来构成。在这种情况下，在形成压电体443时，由于压电体443受到晶种层444的结晶结构的影响，从而提高了压电体443的取向性。该复合氧化物例如为pbfeo3和pbtio3的固溶体，且用pb(fe，ti)o3来表示。在由这样的复合氧化物构成的情况下的晶种层444例如通过溶胶凝胶法或者mod(metal organic decomposition)来形成复合氧化物的前驱体层，并且通过烧成该前驱体层以使之结晶化从而被形成。
[0072]
如上文所述，以上的压电元件44具有第一电极441、第二电极442和被配置在第一电极441与第二电极442之间的压电体443。在以上的压电元件44中，压电体443根据被施加在第一电极441与第二电极442之间的电压而进行变形。在此，压电体443为了提高该变形相对于该电压的响应性而具有如下所述的电气特性。
[0073]1‑
4.压电体的电气特性
[0074]
图6为表示实施方式中的压电体443的电压与极化的关系的图表。在图6中，用实线示出了压电体443的特性α。此外，在图6中，用虚线示出了现有技术的压电体的特性β。另外，图6中，横轴为电压，纵轴为极化。
[0075]
如图6所示，压电体443中的正剩余极化pr1或者负剩余极化pr2的绝对值小于现有技术的压电体中的正剩余极化pr1x或者负剩余极化pr2x的绝对值。在图6所示的示例中，压电体443中的剩余极化pr1与压电体443中的正饱和极化点pm1相比而更接近零极化。同样地，压电体443中的剩余极化pr2与压电体443中的负饱和极化点pm2相比而更接近零极化。另外，饱和极化点pm1为，对应于后述的饱和正电压vp，且在压电体443中产生的电荷成为饱和状态的极化值。同样地，饱和极化点pm2为，对应于后述的饱和负电压vn，且在压电体443中产生的电荷成为饱和状态的极化值。
[0076]
在图6所示的示例中，在被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压为饱和正电压vp的情况下压电体443中所产生的电荷的绝对值与在被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压为饱和负电压vn的情况下压电体443中所产生的电荷的绝对值大致相等。此外，饱和正电压vp的绝对值与饱和负电压vn的绝对值大致相等。在此，“大致相等”除了严格地相等的情况以外，也包括具有测量误差程度的差异的情况。
[0077]
此外，在使被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压从饱和负电压vn变化至饱和正电压vp的情况下，压电体443的剩余极化pr2为负值。此外，在这种情况下，压电体443的矫顽电场为正值。该矫顽电场与电压v2相对应。
[0078]
另一方面，在使被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压从饱和正电压vp变化至饱和负电压vn的情况下，压电体443的剩余极化pr1为正值。此外，在这种情况下，压电体443的矫顽电场为负值。该矫顽电场与电压v1相对应。
[0079]
如以上所述，通过减小剩余极化pr1以及剩余极化pr2的绝对值，从而能够使压电体443的极化方向在电压成为零电压的定时附近处易于发生变化。其结果为，与现有技术相比，能够提高压电体443的变形相对于驱动电压的施加的响应性。
[0080]
此外，虽然剩余极化pr1以及剩余极化pr2的绝对值变小，但是大于零。如果剩余极化pr1以及剩余极化pr2为零、即为反铁电体，则有可能会产生电流的绝对值过大且对压电体443施加负载、电流变得不稳定、位移变得不稳定等问题。因此，使剩余极化p1以及剩余极化p2的绝对值大于零。
[0081]
但是，如果剩余极化pr1、剩余极化pr2的绝对值过大，则零电压附近处的压电体层的极化方向难以进行变化。具体而言，优选为，剩余极化pr1与零极化的差分小于剩余极化pr1与对应于饱和正电压的饱和极化点pm1的差分，且剩余极化pr2与零极化的差分小于剩余极化pr2与对应于饱和负电压的饱和极化点pm2的差分。
[0082]
此外，能够使电压成为零电位的定时附近处的极化相对于电压变化的变化量与现有技术相比而增大。因此，在这一点上，也能够使压电体443的变形相对于驱动电压的施加的响应性与现有技术相比而提高。
[0083]
图7为用于对实施方式中的压电体443的极化状态的变化进行说明的图。图8为用于现有技术中的压电体443x的极化状态的变化进行说明的图。在图7以及图8中，示意性地示出了压电体443或者压电体443x的极化状态的变化。此外，在图7以及图8中，用箭头标记示出了压电体443或者压电体443x的各个部分中的极化方向。
[0084]
如图7所示，压电体443被划分为多个分区re，并且针对每个分区re而对极化状态进行切换。这样的分区re通过减小剩余极化pr1以及剩余极化pr2的绝对值从而被实现。
[0085]
如图7的上段所示，在被施加于压电体443上的电压为饱和正电压vp的情况下，极化方向在沿着z轴的一个方向上对齐。另一方面，如图7的下段所示，在被施加于压电体443上的电压为饱和负电压vn的情况下，极化方向在沿着z轴的另一个方向上对齐。这一点，如图8的上段以及下段所示，也与现有技术的压电体443x相同。
[0086]
如图7的中段所示，在被施加于压电体443上的电压为零电压的情况下，多个分区re中的一部分的分区re的极化方向朝向沿着z轴的一个方向，而剩余部分的分区re的极化方向朝向沿着z轴的另一个方向。此时，朝向沿着z轴的一个方向的分区re与朝向沿着z轴的另一个方向的分区re相比而数量较多。因此，能够在上述的图7的上段或者下段所示的状态与图7的中段所示的状态之间顺利地进行状态变化。
[0087]
相对于此，如图8的中段所示，在被施加于压电体443x上的电压为零电压的情况下，极化方向随机地朝向相对于z轴而倾斜的方向。这样的状态与上述的图7的中段所示的状态相比而不稳定。因此，难以顺利地进行从上述的图8的上段或者下段所示的状态向图8的中段所示的状态的状态变化。
[0088]
如根据以上内容所理解的那样，通过减小剩余极化pr1以及剩余极化pr2的绝对值，从而能够使压电体443的极化方向在电压成为零电压的定时附近处易于发生变化。
[0089]
图9为表示实施方式中的压电体443的电压与电流的关系的图表。在图9中，图示了使被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压在饱和负电压vn与饱和正电压vp之间逐渐地发生变化的情况下的压电体443的电压与电流的关系。在此，饱和正电压vp为，在压电体443中产生的电荷成为饱和状态的情况下的被施加于第一电极441与第二电极442之间的正电压。同样地，饱和负电压vn为，在压电体443中产生的电荷成为饱和的状态的情况下的被施加于第一电极441与第二电极442之间的负电压。
[0090]
如图9所示，在使被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压从饱和负电压vn逐渐地变化至饱和正电压vp的情况下，基于压电体443中所产生的电荷而形成的电流依次经由第一路径rt1、第二路径rt2、第三路径rt3和第四路径rt4而进行变化。图9中的电压va为，与第二路径rt2和第三路径rt3的边界相对应的电压，图9中的电压vb为，与第三路径rt3和第四路径rt4的边界相对应的电压。
[0091]
在此，在第一路径rt1中，随着电压升高而电流变大。在第二路径rt2中，随着电压升高而电流变小。在第三路径rt3中，随着电压升高而电流变大。在第四路径rt4中，随着电压升高而电流变小。如上文所述，通过在这样的路径中基于压电体443中所产生的电荷而形成的电流进行变化，从而能够如上文所述的那样而减小剩余极化pr2的绝对值。因此，能够使压电体443的极化方向在电压为零电压的定时附近处易于发生变化。
[0092]
在图9所示的示例中，与第一路径rt1相对应的电压为负值。相对于此，与第二路径rt2、第三路径rt3以及第四路径rt4分别相对应的电压为正值。此外，第一路径rt1、第二路径rt2、第三路径rt3以及第四路径rt4各自中的电流为正值。
[0093]
在此，从第一路径rt1向第二路径rt2切换的定时处的电流大于从第三路径rt3向第四路径rt4切换的定时处的电流。即，由从第一路径rt1向第二路径rt2的切换而产生的电流的极大值大于由从第三路径rt3向第四路径rt4的切换而产生的电流的极大值。在成为这样的极大值的关系的情况下，与不是这样的情况相比，压电体443的极化方向在电压成为零电压的定时附近处易于发生变化。
[0094]
此外，与第二路径rt2相对应的电压的变化幅度小于与第一路径rt1、第三路径rt3以及第四路径rt4分别相对应的电压的变化幅度。在这种情况下，与不是这样的情况相比，具有易于增大极化相对于电压变化的变化量这样的优点。
[0095]
另一方面，在使被施加于第一电极441与第二电极442之间的电压从饱和正电压vp逐渐地变化至饱和负电压vn的情况下，依次经由第五路径rt5、第六路径rt6、第七路径rt7和第八路径rt8而进行变化。图9中的电压vc为与第六路径rt6和第七路径rt7的边界相对应的电压，图9中的电压vd为与第七路径rt7和第八路径rt8的边界相对应的电压。
[0096]
在此，在第五路径rt5中，随着电压降低而电流变小。在第六路径rt6中，随着电压降低而电流变大。在第七路径rt7中，随着电压降低而电流变小。在第八路径rt8中，随着电压降低而电流变大。通过在这样的路径中基于压电体443中所产生的电荷而形成的电流进行变化，从而如上文所述的那样能够减小剩余极化pr1的绝对值。因此，能够使压电体443的极化方向在电压成为零电压的定时附近处易于发生变化。
[0097]
在图9所示的示例中，与第五路径rt5相对应的电压为正值。相对于此，与第六路径
rt6、第七路径rt7以及第八路径rt8分别相对应的电压为负值。此外，第五路径rt5、第六路径rt6、第七路径rt7以及第八路径rt8的各自中的电流为负值。
[0098]
在此，从第五路径rt5向第六路径rt6切换的定时处的电流小于从第七路径rt7向第八路径rt8切换的定时处的电流。即，由从第五路径rt5向第六路径rt6的切换而产生的电流的极小值小于由从第七路径rt7向第八路径rt8的切换而产生的电流的极小值。在成为这样的极小值的关系的情况下，与不是这样的情况相比，使压电体443的极化方向在电压成为零电压的定时的附近处易于发生变化。
[0099]
此外，与第六路径rt6相对应的电压的变化幅度小于与第五路径rt5、第七路径rt7以及第八路径rt8分别相对应的电压的变化幅度。在这种情况下，与不是这样的情况相比，具有易于增大极化相对于电压变化的变化量这样的优点。
[0100]
2.变形例
[0101]
以上的例示中的各方式可以进行多种多样的变形。在下文中，对可应用于上述的各方式的具体的方式进行例示。另外，从以下的示例中被任意地选择的两个以上的方式可以在相互不矛盾的范围内被适当地合并。
[0102]2‑
1.变形例1
[0103]
在上述的方式中，例示出了具有压电元件44和压力室基板34的液体喷出头26，所述压力室基板34具备对油墨进行贮留并通过压电元件44的驱动而对油墨施加压力的压力室c。但是，搭载压电元件44的设备等并不限定于液体喷出头，例如既可以为具有压电元件的压电致动器等其他的驱动设备，也可以为具有压电元件的压力传感器等检测设备等。
[0104]2‑
2.变形例2
[0105]
虽然在上述的方式中，例示出了第一电极441为单独电极且第二电极442为共用电极的结构，但是也可以将第一电极441设为跨及多个压电元件44而连续的共用电极，且将第二电极442设为针对每个压电元件44而单独的单独电极。此外，也可以将第一电极441以及第二电极442双方设为单独电极。
[0106]2‑
3.变形例3
[0107]
虽然在上述的各方式中例示出了使搭载了液体喷出头26的输送体242往返移动的串行方式的液体喷出装置100，但是也可以在多个喷嘴n跨及介质12的整个宽度而分布的行式的液体喷出装置中应用本发明。
[0108]2‑
4.变形例4
[0109]
上述的各方式中所例示的液体喷出装置100除了专用于印刷的设备之外，也可以被用于传真装置或复印机等各种设备中。可是，本发明的液体喷出装置的用途并不限定于印刷。例如，喷出颜色材料的溶液的液体喷出装置作为形成液晶显示装置的滤色器的制造装置而被利用。此外，喷出导电材料的溶液的液体喷出装置作为形成配线基板的配线和电极的制造装置而被利用。
[0110]
实施例
[0111]
以下，对本发明的具体的实施例进行说明。另外，本发明并不限定于以下的实施例。
[0112]
a.压电元件的制造
[0113]
a
‑
1.实施例1
[0114]
首先，通过对面取向(110)的单晶硅基板的一个面进行热氧化，从而作为振动板的第一层而形成了厚度1460nm的二氧化硅膜。
[0115]
接下来，在该二氧化硅膜上，利用dc溅射法而使锆膜成膜，并且通过以850℃来对该锆膜进行热氧化，从而作为振动板的第二层而形成了厚度400nm的氧化锆膜。
[0116]
该氧化锆膜上，通过利用dc溅射法而依次使钛、铂、铱以及钛成膜，从而分别形成了用于第一电极的第一层的厚度20nm的钛膜、用于第一电极的第二层的厚度80nm的铂膜、用于第一电极的第三层的厚度5nm的铱膜、以及用于晶种层的厚度4nm的钛膜。
[0117]
然后，将以pb：zr：ti成为118：52：48的方式调配而成的mod溶液作为pzt前驱体溶液并利用旋涂法而涂敷在晶种层上，之后，通过在氧气氛下利用rta(rapid thermal annealing，快速热退火)而以737℃实施五分钟的加热处理，从而形成了用于压电体层的部分层的厚度110nm的pzt结晶膜。
[0118]
接下来，为了使第一电极成为单独电极，通过离子研磨法而对与上述的氧化锆膜相比靠上的层进行图案形成。
[0119]
接下来，通过利用与上述的pzt结晶膜的形成同样的方法而进一步使五层的pzt结晶膜层压，从而形成了由pzt构成的厚度1085nm的压电体。
[0120]
然后，通过利用dc溅射法而使铱以及钛依次在该压电体上成膜，从而分别形成了用于第二电极的第一层的厚度5nm的铱膜以及用于第二电极的第二层的厚度4nm的钛膜。然后，在氮气氛下通过灯退火而以740℃实施一分钟的加热处理。
[0121]
接下来，通过离子研磨法而将压电体与用于上述的第二电极的第一层以及第二层的膜一起进行图案形成。
[0122]
然后，通过利用dc溅射法而使铱以及钛按照依次进一步在第二电极的第二层上成膜，从而分别形成了用于第二电极的第三层的厚度6nm的铱膜以及用于第二电极的第四层的厚度25nm的钛膜。
[0123]
接下来，通过利用离子研磨法而使上述的用于第二电极的第三层以及第四层的膜进行图案形成，从而形成了成为共用电极的第二电极。然后，通过利用dc溅射法而形成nicr和金的层压体，并利用蚀刻来对该层压体进行图案形成，从而形成了配线。
[0124]
最后，通过对单晶硅基板的另一个面进行蚀刻，从而形成用于压力室的孔，之后，利用溅射法而在压力室的壁面上形成了由氧化钽构成的保护膜。
[0125]
a
‑
2.实施例2
[0126]
除了将第一电极设为共用电极并且将第二电极设为单独电极以外，以与上述的实施例1同样的方式而制造了实施例2的压电元件。
[0127]
具体而言，与实施例1同样地，通过在形成振动板之后，分别形成用于第一电极的第一层的钛膜、用于第一电极的第二层的铂膜、用于第一电极的第三层的铱膜以及用于晶种层的钛膜，从而形成了成为共用电极的第一电极以及晶种层。
[0128]
然后，通过利用与实施例1同样的方法而在晶种层之上层压了六层的pzt结晶膜，从而形成了由pzt构成的厚度1085nm的压电体。
[0129]
接下来，通过利用dc溅射法而使铱以及钛依次该压电体上成膜，从而分别形成了用于第二电极的第一层的厚度5nm的铱膜以及用于第二电极的第二层的厚度4nm的钛膜。然后，在氮气氛下通过灯退火而以740℃实施一分钟的加热处理。
[0130]
另外，通过利用dc溅射法而使铱以及钛按照依次进一步在第二电极的第二层上成膜，从而分别形成了用于第二电极的第三层的厚度6nm的铱膜以及用于第二电极的第四层的厚度25nm的钛膜。
[0131]
接下来，通过利用离子研磨法而将压电体与用于上述的第二电极的第一层至第四层的膜一起进行图案形成，从而形成了成为单独电极的第二电极。
[0132]
然后，通过利用dc溅射法而形成nicr和金的层压体，并利用蚀刻来对该层压体进行图案形成，从而形成了配线。
[0133]
a
‑
3.比较例1
[0134]
除了对第二电极的第二层的形成后的灯退火中的加热温度或者加热时间进行了变更以外，以与上述的实施例1同样的方式而制造了比较例1的压电体层。在此，将该加热温度设为740℃，且将该加热时间设为八分钟。
[0135]
a
‑
4.比较例2
[0136]
除了对第二电极的第二层的形成后的灯退火中的加热温度或者加热时间进行了变更以外，以与上述的实施例1同样的方式而制造了比较例2的压电体层。在此，将该加热温度设为740℃，且将该加热时间设为八分钟。
[0137]
b.评价
[0138]
b
‑
1.电气特性
[0139]
关于上述的各实施例以及各比较例，基于在向第一电极与第二电极之间施加三角波形的电压时流经压电元件的电流的变化，而对压电元件的电气特性进行了测量。在图10至图13中示出了该结果。另外，虽然实施例2的结果并未图示，但是为与实施例1同样的结果。此外，虽然比较例2的结果并未图示，但是为与比较例1同样的结果。
[0140]
如图10以及图12所示，在实施例1中，与比较例1相比，能够减小剩余极化的绝对值，并且能够增大电压成为零电位的定时附近处的极化相对于电压变化的变化量。
[0141]
此外，如图11所示，在实施例1中，极大值以及极小值的各自的数量为两个，相对于此，如图13所示，在比较例中，极大值以及极小值的各自的数量为一个。
[0142]
b
‑
2.响应性
[0143]
关于实施例1以及比较例1，基于在向第一电极与第二电极之间施加了图14中的用实线或者虚线来表示的驱动信号时流经压电元件的电流的变化，而进行压电元件的响应性的评价。
[0144]
在此，图14中的用实线来表示的驱动信号在使电压以1μsec而从10v变化至
‑
2.5v之后就此在
‑
2.5v维持6μsec，然后，在使电压以2μsec而从
‑
2.5v变化至22.5v之后就此在22.5v维持6μsec，然后，在使电压以1μsec而从22.5v变化至10v之后就此在10v维持6μsec。图14中的用虚线表示的驱动信号除了省略了使电压就此在
‑
2.5v维持的时间以外，均与图14中的用实线来表示的驱动信号相同。
[0145]
在图15中，在实施例1中，在使用图14中的用实线来表示的驱动信号的情况下用实线来表示在压电体中所产生的电荷的经时变化。此外，在图15中，在实施例1中，在使用图14中的用虚线来表示的驱动信号的情况下用虚线来表示在压电体中所产生的电荷的经时变化。在图16中，在比较例1中，在使用图14中的用实线来表示的驱动信号的情况下用实线来表示在压电体中所产生的电荷的经时变化。此外，在图16中，在比较例1中，在使用图14中的
用虚线来表示的驱动信号的情况下用虚线来表示在压电体中所产生的电荷的经时变化。
[0146]
如根据这些附图所知晓的那样，在实施例1中，维持驱动电压的状态下的电荷的变化与比较例1相比而较小。此外，在实施例1中，与比较例1相比，能够在短时间内产生所希望的电荷。
[0147]
另外，在使用了具备实施例1、实施例2所记载的压电元件的液体喷出头的液体喷出装置中，在从液体喷出装置喷出的喷出动作中，控制部优选为向压电元件施加以下(1)、(2)中的任意一个的电压。由此，不会不必要地降低电气效率，并且能够同时实现压电元件的位移和速度。
[0148]
(1)施加与第六路径rt6或者第七路径rt7相对应的电压以上、且与第五路径rt5相对应的电压以下的范围的电压。另外，尤其优选为，施加第六路径rt6和第七路径rt7的边界电压即电压vc以上、且饱和正电压vp以下范围的电压。
[0149]
(2)施加与第一路径rt1相对应的电压以上、且与第二路径rt2或者第三路径rt3相对应的电压以下的范围的电压。另外，尤其优选为，施加饱和负电压vn以上、且第二路径rt2和第三路径rt3的边界电压即电压va以下范围的电压。
[0150]
符号说明
[0151]
12
…
介质；14
…
液体容器；20
…
控制单元；22
…
输送机构；24
…
移动机构；26
…
液体喷出头；30
…
流道结构体；31
…
层压体；32
…
流道基板；34
…
压力室基板；36
…
振动板；44
…
压电元件；46
…
配线基板；48
…
框体部；50
…
驱动电路；52
…
外部配线；62
…
喷嘴板；64
…
吸振体；100
…
液体喷出装置；242
…
输送体；244
…
输送带；322
…
供给流道；324
…
连通流道；326
…
供给液室；341
…
孔；342
…
隔壁部；361
…
第一层；362
…
第二层；441
…
第一电极；442
…
第二电极；443
…
压电体；443x
…
压电体；443a
…
贯穿孔；444
…
晶种层；461
…
配线；462
…
配线；482
…
导入口；b
…
凸块；c
…
压力室；l1
…
第一列；l2
…
第二列；n
…
喷嘴；pm1
…
饱和极化点；pm2
…
饱和极化点；pr1
…
剩余极化；pr1x
…
剩余极化；pr2
…
剩余极化；pr2x
…
剩余极化；r
…
液体贮存室；re
…
分区；rt1
…
第一路径；rt2
…
第二路径；rt3
…
第三路径；rt4
…
第四路径；rt5
…
第五路径；rt6
…
第六路径；rt7
…
第七路径；rt8
…
第八路径；ra
…
空间；rb
…
空间；v1
…
电压；v2
…
电压；vn
…
饱和负电压；vp
…
饱和正电压；α
…
特性；β
…
特性。