JP2008218547A - Piezoelectric body and its driving method, piezoelectric element and device for discharging liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電性材料からなる圧電体とその駆動方法、この圧電体を用いた圧電素子及び液体吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric body made of a ferroelectric material, a driving method thereof, a piezoelectric element using the piezoelectric body, and a liquid discharge apparatus.
強誘電性材料からなる圧電体と、この圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ等として使用されている。強誘電性材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のペロブスカイト型酸化物が知られている。 A piezoelectric element including a piezoelectric body made of a ferroelectric material and an electrode for applying an electric field to the piezoelectric body is used as an actuator mounted on an ink jet recording head. As the ferroelectric material, perovskite oxides such as lead zirconate titanate (PZT) are known.
強誘電性材料からなる圧電体の電界変化に対する特性は、分極−電界特性（Ｐ−Ｅ特性）及び電界−歪特性等で評価されている。以降、単に圧電体と記載している箇所があるが、すべて強誘電性材料からなる圧電体を意味するものとする。 The characteristics of a piezoelectric material made of a ferroelectric material with respect to electric field change are evaluated by polarization-electric field characteristics (PE characteristics), electric field-strain characteristics, and the like. Hereinafter, although there is a place simply described as a piezoelectric body, it means a piezoelectric body made of a ferroelectric material.
非特許文献１には、結晶構造が正方晶系であるｃ軸配向ＰＺＴ膜の特性が評価されている。図１２Ａ及び図１２Ｂに、非特許文献１に記載の圧電体膜の分極−電界特性（ＦＩＧ．２）と電圧−歪特性（ＦＩＧ．５）とを示す。この圧電体膜では、自発分極軸方向と電界印加方向とが一致しており、１８０°ドメイン反転は起こるが９０°ドメイン回転は起こらない。かかる圧電体膜の分極−電界特性は角型良好であり、抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２付近で分極変化がシャープに起こっている。抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２付近での分極変化は、１８０°ドメイン反転によるものである。また、かかる系では、電界増加に伴って自発分極軸方向に伸びる電界誘起歪のみが起こるので、電界変化に対して歪は線形に変化する。
Non-Patent
従来一般的な圧電体では、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転が起こるので、抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２付近での分極変化はより緩やかであり、電界−歪特性はヒステリシスを示す。また、従来一般的な圧電体では、バイポーラ分極−電界曲線はｙ軸（分極値を示す軸）に対して略対称であり、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とは略一致する（｜Ｅｃ１｜≒Ｅｃ２）。非１８０°ドメイン回転が起こる従来一般的な圧電体の分極−電界曲線と電界−歪曲線とを図１３に模式的に示す。電界−歪曲線については、バイポーラ駆動とユニポーラ駆動とについて図示してある。 In a conventional general piezoelectric material, non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation occurs, so the polarization change near the coercive electric fields Ec1 and Ec2 is more gradual, and the electric field-strain characteristics show hysteresis. In the conventional general piezoelectric body, the bipolar polarization-electric field curve is substantially symmetric with respect to the y axis (axis indicating the polarization value), and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side. It substantially coincides with Ec2 (| Ec1 | ≈Ec2). FIG. 13 schematically shows a polarization-electric field curve and an electric field-strain curve of a conventional general piezoelectric material in which non-180 ° domain rotation occurs. The electric field-strain curve is illustrated for bipolar driving and unipolar driving.
通常の圧電体では、電界０〜バイポーラ電界−歪曲線が正電界側で最大変位を示す電界Ｅｍａｘの範囲内で駆動されている。０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合の圧電定数ｄはバイポーラ電界−歪曲線及びユニポーラ電界−歪曲線中に示す直線ｌの傾きに相当する。
In a normal piezoelectric body, the
図１３に示すように、従来の圧電体では、バイポーラ電界−歪曲線において、負電界側の抗電界Ｅｃ１〜０の範囲を含む◎で囲まれた領域は変位できる余地のある領域であるが、積極的に利用されていない。 As shown in FIG. 13, in the conventional piezoelectric body, in the bipolar electric field-strain curve, the area surrounded by ◎ including the range of the coercive electric field Ec1 to 0 on the negative electric field side is an area that can be displaced. Not actively used.
特許文献１では、非対称の分極−電界ヒステリシス特性を備え、該ヒステリシス特性における２つの抗電界点がいずれも同一の電界極性に位置した圧電体膜が提案されている（請求項１）。特許文献１では例えば、膜厚方向のＺｒ量を変化させることで、上記分極−電界ヒステリシス特性の圧電体膜が得られることが記載されている（請求項３）。
特許文献１には、分極−電界ヒステリシス曲線は記載され（図１）、電界−歪曲線は記載されていないが、特許文献１に記載の圧電体の分極−電界ヒステリシス曲線及び電界−歪曲線を模式的に示すと、図１４のようになる。ここでは、抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２がいずれも正電界側に位置している場合について、図示してある。図１４に示すバイポーラ分極−電界曲線及びバイポーラ電界−歪曲線は、図１３に示したバイポーラ分極−電界曲線及びバイポーラ電界−歪曲線を全体的に正電界側にシフトさせた図である。
比較のため、図１５に、図１４の特許文献１に記載の圧電体のユニポーラ電界−歪曲線（実線）と図１３のユニポーラ電界−歪曲線（破線）とを合わせて図示しておく。ここでは、バイポーラ電界−歪曲線の形は全く同じであるが、Ｅｃ１とＥｃ２とをずらした場合について、比較してある。
For comparison, FIG. 15 shows the unipolar electric field-strain curve (solid line) of the piezoelectric body described in
０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合、図１４に示す特性の圧電体では、図１３に示した特性の圧電体では有効利用されていない◎で囲まれた領域についても有効に利用されることとなる。その結果、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合の圧電定数ｄ（バイポーラ電界−歪曲線及びユニポーラ電界−歪曲線中に示す直線ｌの傾きに相当）は、図１３に示した特性の圧電体よりも大きくなる。
図１４に示したユニポーラ電界−歪曲線の◎で囲まれた領域に着目すれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合、はじめは変位が負であり、いったん縮んでから伸びている。負の変位はロスであり、その分、圧電定数ｄは小さくなる。この変位ロス分については、電界を増加させても変位が減少するので、電力的にもロスである。 When attention is paid to the region surrounded by ◎ in the unipolar electric field-strain curve shown in FIG. 14, when driving with 0 ≦ E ≦ Emax, the displacement is negative at first, and after contracting, it extends. Negative displacement is loss, and the piezoelectric constant d decreases accordingly. This displacement loss is a loss in terms of power because the displacement decreases even if the electric field is increased.
また、同ユニポーラ電界−歪曲線に着目すれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合、抗電界Ｅｃ１を通って駆動することになるので、１８０°ドメイン反転（電荷反転）が顕著に起こる。圧電体の電荷反転が繰返し起こる駆動条件では、長期使用耐久性の観点から好ましくない。 If attention is paid to the unipolar electric field-strain curve, when driving with 0 ≦ E ≦ Emax, driving is performed through the coercive electric field Ec1, and therefore 180 ° domain inversion (charge inversion) occurs remarkably. The driving condition in which the charge inversion of the piezoelectric body repeatedly occurs is not preferable from the viewpoint of long-term durability.
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、圧電性能に優れ、しかも、特許文献１に記載の圧電体に比較して、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れた圧電体とその駆動方法を提供することを目的とするものである。
本発明はまた、上記圧電体を用いた圧電素子及び液体吐出装置を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is excellent in piezoelectric performance, and has less displacement loss and power loss than the piezoelectric body described in
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric element and a liquid ejection apparatus using the piezoelectric body.
本発明の第１の圧電体は、強誘電性材料からなり、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有する圧電体において、
下記特性（１−Ａ）又は特性（１−Ｂ）を有することを特徴とするものである。
特性（１−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
The first piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material and has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the resistance on the positive electric field side. In the piezoelectric body having an asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic different from the electric field Ec2,
It has the following characteristic (1-A) or characteristic (1-B).
Characteristic (1-A): Ec2> | Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side. When the electric field at the bending point is Eif1, Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Characteristic (1-B): Ec2 <| Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side. When the electric field at the bending point is Eif2, Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第２の圧電体は、強誘電性材料からなり、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有する圧電体において、
下記特性（２−Ａ）又は特性（２−Ｂ）を有することを特徴とするものである。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
The second piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material and has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the resistance on the positive electric field side. In the piezoelectric body having an asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic different from the electric field Ec2,
It has the following characteristic (2-A) or characteristic (2-B).
Characteristic (2-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is reduced from Ec2 is E180s1, Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): Ec2 <| Ec1 |, and E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when E180s2 is an electric field at which 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1.
本発明の第３の圧電体は、強誘電性材料からなり、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有する圧電体において、
下記特性（３−Ａ）又は特性（３−Ｂ）を有することを特徴とするものである。
特性（３−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
The third piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material and has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the resistance on the positive electric field side. In the piezoelectric body having an asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic different from the electric field Ec2,
It has the following characteristic (3-A) or characteristic (3-B).
Characteristic (3-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2 is Eics1 in the reversal current characteristic curve, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): When Ec2 <| Ec1 | and the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1 in the reversal current characteristic curve is Eics2, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第４の圧電体は、強誘電性材料からなり、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有する圧電体において、
下記特性（４−Ａ）又は特性（４−Ｂ）を有することを特徴とするものである。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
The fourth piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material and has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the resistance on the positive electric field side. In the piezoelectric body having an asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic different from the electric field Ec2,
It has the following characteristic (4-A) or characteristic (4-B).
Characteristic (4-A): Ec2> | Ec1 |, and Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): Ec2 <| Ec1 |, and (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第５の圧電体は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（１−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（１−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とするものである。
特性（１−Ａ）：バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
駆動条件（ｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｆ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
A fifth piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive electric field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (1-A) is obtained and the following driving condition (i-A) Or the following characteristic (1-B) and driven under the following driving condition (i-B).
Characteristic (1-A): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curve portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif1. Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Driving condition (i-A): Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, where Es is the minimum applied electric field for driving.
Characteristic (1-B): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif2. Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (i-B): Eif2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第６の圧電体は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（２−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（２−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とするものである。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、１８０ｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
A sixth piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (2-A) is obtained and the following driving condition (ii-A) Or the following characteristic (2-B) and driven under the following driving condition (ii-B).
Characteristic (2-A): Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1.
Driving condition (ii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1 is E180s2.
Driving condition (ii-B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, 180s2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第７の圧電体は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（３−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（３−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とするものである。
特性（３−Ａ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｃｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
A seventh piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive electric field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (3-A) is obtained and the following driving condition (iii-A) Or the following characteristic (3-B) and driven under the following driving condition (iii-B).
Characteristic (3-A): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Driving condition (iii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iii-B): Eics2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第８の圧電体は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（４−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（４−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とするものである。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
The eighth piezoelectric body of the present invention is made of a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (4-A) is obtained and the following driving condition (iv-A) Or the following characteristic (4-B) and driven under the following driving condition (iv-B).
Characteristic (4-A): Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Driving condition (iv-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iv−B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第５〜第８の圧電体は、バイポーラ分極−電界ヒステリシス特性が対称でも非対称でも構わない。 The fifth to eighth piezoelectric members of the present invention may have a symmetric or asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic.
通常、圧電体は、下部電極と圧電体と上部電極とが順次積み重ねられた圧電素子の形態で使用され、下部電極と上部電極とのうち、一方の電極を印加電圧が０Ｖに固定されるグランド電極とし、他方の電極を印加電圧が変動されるアドレス電極として、駆動される。 Usually, the piezoelectric body is used in the form of a piezoelectric element in which a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode are sequentially stacked, and one of the lower electrode and the upper electrode is grounded with an applied voltage fixed to 0V. The other electrode is driven as an address electrode whose applied voltage is varied.
本明細書において、「圧電体に負電界が印加されている状態」とは、一方の電極を印加電圧が０Ｖに固定されるグランド電極とし、他方の電極を印加電圧が変動されるアドレス電極とし、アドレス電極に負電圧を印加した状態を意味する。同様に、「圧電体に正電界が印加されている状態」とは、一方の電極を印加電圧が０Ｖに固定されるグランド電極とし、他方の電極を印加電圧が変動されるアドレス電極とし、アドレス電極に正電圧を印加した状態を意味する。 In this specification, “a state where a negative electric field is applied to the piezoelectric body” means that one electrode is a ground electrode whose applied voltage is fixed at 0 V, and the other electrode is an address electrode whose applied voltage is varied. This means a state in which a negative voltage is applied to the address electrodes. Similarly, “a state where a positive electric field is applied to the piezoelectric body” means that one electrode is a ground electrode whose applied voltage is fixed at 0 V, and the other electrode is an address electrode whose applied voltage is varied, It means a state in which a positive voltage is applied to the electrode.
上記本発明の第１〜第８の圧電体は、１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことが好ましい。上記本発明の第１〜第８の圧電体は、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことがより好ましい。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素のモル数が１．０であり、Ｂサイト元素のモル数が１．０であり、酸素元素のモル数が３．０である場合が標準であるが、これらのモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル数からずれてもよい。）
The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are preferably made of one or more perovskite oxides (may contain inevitable impurities). The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are more preferably composed of one or more perovskite oxides (which may contain inevitable impurities) represented by the following general formula (P). preferable.
General formula ABO 3 (P)
(In the formula, A: an element at the A site, and at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, La, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, and K;
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, and lanthanide element At least one element selected from the group consisting of:
O: oxygen element,
It is standard that the number of moles of the A-site element is 1.0, the number of moles of the B-site element is 1.0, and the number of moles of the oxygen element is 3.0, but these mole numbers are perovskite. It may deviate from the reference number of moles within a range where the structure can be taken. )
上記本発明の第１〜第８の圧電体は、前記一般式（Ｐ）で表され、かつ、Ａサイトが、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，及びＭｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素からなり、Ｂサイトが、Ｚｒ及びＴｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素と、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＷからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素とからなるペロブスカイト型酸化物を含むことが特に好ましい。 The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are represented by the general formula (P), and the A site is at least one selected from the group consisting of Pb, Ba, Sr, Ca, and Mg. At least one metal element selected from the group consisting of Zr and Ti, and at least one type selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W It is particularly preferable to include a perovskite oxide composed of the above metal elements.
上記本発明の第１〜第８の圧電体の形態としては、圧電体膜又は圧電セラミックス焼結体が挙げられる。 Examples of the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention include a piezoelectric film or a piezoelectric ceramic sintered body.
上記本発明の第１〜第８の圧電体は、結晶配向性を有する強誘電体相を含むことが好ましい。
本明細書において、「結晶配向性を有する」とは、Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇ法により測定される配向率Ｆが、８０％以上であることと定義する。
配向率Ｆは、下記式（ｉ）で表される。
Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００・・・（ｉ）
式（ｉ）中、Ｐは、配向面からの反射強度の合計と全反射強度の合計の比である。（００１）配向の場合、Ｐは、（００ｌ）面からの反射強度Ｉ（００ｌ）の合計ΣＩ（００ｌ）と、各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ（００ｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝）である。例えば、ペロブスカイト結晶において（００１）配向の場合、Ｐ＝Ｉ（００１）／［Ｉ（００１）＋Ｉ（１００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）］である。
Ｐ０は、完全にランダムな配向をしている試料のＰである。
完全にランダムな配向をしている場合（Ｐ＝Ｐ０）にはＦ＝０％であり、完全に配向をしている場合（Ｐ＝１）にはＦ＝１００％である。
The first to eighth piezoelectric materials of the present invention preferably include a ferroelectric phase having crystal orientation.
In this specification, “having crystal orientation” is defined as an orientation rate F measured by the Lottgering method being 80% or more.
The orientation rate F is represented by the following formula (i).
F (%) = (P−P0) / (1−P0) × 100 (i)
In formula (i), P is the ratio of the total reflection intensity from the orientation plane to the total reflection intensity. In the case of (001) orientation, P is the sum ΣI (00l) of the reflection intensity I (00l) from the (00l) plane and the sum ΣI (hkl) of the reflection intensity I (hkl) from each crystal plane (hkl). ({ΣI (00l) / ΣI (hkl)}). For example, in the case of (001) orientation in the perovskite crystal, P = I (001) / [I (001) + I (100) + I (101) + I (110) + I (111)].
P0 is P of a sample having a completely random orientation.
When the orientation is completely random (P = P0), F = 0%, and when the orientation is complete (P = 1), F = 100%.
上記本発明の第１〜第８の圧電体は、自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する強誘電体相を含むことが好ましい。 The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention preferably include a ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction.
自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する前記強誘電体相は、略＜１００＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１００＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相、及び略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相からなる群より選択された少なくとも１つの強誘電体相であることが好ましい。
本明細書において、「略＜ａｂｃ＞方向に結晶配向性を有する」とは、その方向の結晶配向率Ｆが８０％以上であると定義する。
The ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction is a rhombohedral phase having crystal orientation in a substantially <100> direction, and a rhombohedral having crystal orientation in a substantially <110> direction. A crystal phase, a tetragonal phase having crystal orientation in a substantially <110> direction, a tetragonal phase having crystal orientation in a substantially <111> direction, an orthorhombic phase having crystal orientation in a substantially <100> direction, and It is preferable that the phase is at least one ferroelectric phase selected from the group consisting of orthorhombic phases having crystal orientation in a substantially <111> direction.
In this specification, “having crystal orientation in the substantially <abc> direction” is defined as the crystal orientation ratio F in that direction being 80% or more.
自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する前記強誘電体相は、該強誘電体相の自発分極軸方向とは異なる方向の電界印加により、該強誘電体相の少なくとも一部が相転移する性質を有するものであることが好ましい。 The ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction is such that at least part of the ferroelectric phase is applied by applying an electric field in a direction different from the spontaneous polarization axis direction of the ferroelectric phase. It is preferable that the material has a phase transition property.
本発明の第１の圧電体の駆動方法は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体の駆動方法において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（１−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（１−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とするものである。
特性（１−Ａ）：バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
駆動条件（ｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｆ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
The first piezoelectric body driving method of the present invention is a piezoelectric body driving method comprising a ferroelectric material, wherein the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side are respectively Ec1 and Ec2 in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve, a piezoelectric body having the following characteristic (1-A) is represented by the following driving condition (i-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (1-B) is driven under the following driving condition (i-B).
Characteristic (1-A): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curve portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif1. Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Driving condition (i-A): Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, where Es is the minimum applied electric field for driving.
Characteristic (1-B): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif2. Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (i-B): Eif2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第２の圧電体の駆動方法は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体の駆動方法において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（２−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（２−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とするものである。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、１８０ｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
The second piezoelectric body driving method of the present invention is a piezoelectric body driving method comprising a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive electric field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side are respectively Ec1 and Ec2 in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve, a piezoelectric body having the following characteristic (2-A) is represented by the following driving condition (ii-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (2-B) is driven under the following driving condition (ii-B).
Characteristic (2-A): Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1.
Driving condition (ii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1 is E180s2.
Driving condition (ii-B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, 180s2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第３の圧電体の駆動方法は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体の駆動方法において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（３−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（３−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とするものである。
特性（３−Ａ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｃｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
The third piezoelectric body driving method of the present invention is a piezoelectric body driving method comprising a ferroelectric material, wherein the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a coercive electric field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, a piezoelectric body having the following characteristic (3-A) is represented by the following drive condition (iii-A) Or a piezoelectric body having the following characteristic (3-B) is driven under the following driving condition (iii-B).
Characteristic (3-A): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Driving condition (iii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iii-B): Eics2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第４の圧電体の駆動方法は、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有する圧電体の駆動方法において、
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（４−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（４−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動することを特徴とするものである。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
A fourth piezoelectric body driving method of the present invention is a piezoelectric body driving method made of a ferroelectric material, wherein the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively.
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, a piezoelectric body having the following characteristic (4-A) is represented by the following driving condition (iv-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (4-B) is driven under the following driving condition (iv-B).
Characteristic (4-A): Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Driving condition (iv-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iv−B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の圧電素子は、上記の本発明の圧電体と、該圧電体に対して電界を印加する電極とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の液体吐出装置は、上記の本発明の圧電素子と、
液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とするものである。
A piezoelectric element according to the present invention includes the above-described piezoelectric body according to the present invention and an electrode that applies an electric field to the piezoelectric body.
The liquid ejection device of the present invention includes the above-described piezoelectric element of the present invention,
A liquid storage chamber in which liquid is stored, and a liquid storage and discharge member having a liquid discharge port through which the liquid is discharged from the liquid storage chamber are provided.
本発明によれば、圧電性能に優れ、しかも、特許文献１に記載の圧電体に比較して、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れた圧電体とその駆動方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric body excellent in piezoelectric performance and having less displacement loss and power loss and superior long-term durability and a driving method thereof compared with the piezoelectric body described in
「本発明の第１〜第４の圧電体」
「背景技術」の項において、従来一般的な圧電体は、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが略一致した略対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有することを述べた（｜Ｅｃ１｜≒Ｅｃ２、図１３を参照）。
"First to fourth piezoelectric bodies of the present invention"
In the “Background Art” section, a conventional general piezoelectric body has a substantially symmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic in which the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side substantially coincide. (| Ec1 | ≈Ec2, see FIG. 13).
また、特許文献１では、非対称のバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を備え、該ヒステリシス特性における２つの抗電界点がいずれも同一の電界極性に位置した圧電体が提案されていることを述べた（図１４を参照）。この圧電体では、図１３に示した分極−電界特性を有する圧電体よりも大きな圧電性能が得られるが、ユニポーラ電界−歪曲線では必ず負の変位部分が現れ、その分が変位ロス及び電力ロスとなることを述べた。また、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘで駆動する場合、抗電界Ｅｃ１を通って駆動することになるので、１８０°ドメイン反転（電荷反転）が顕著に起こり、長期使用耐久性の観点から好ましくないことを述べた。
上記従来の圧電体に対して、本発明の第１〜第４の圧電体は、強誘電性材料からなり、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有するものである（｜Ｅｃ１｜≠Ｅｃ２）。すなわち、本発明の第１〜第４の圧電体では、抗電界Ｅｃ１と抗電界Ｅｃ２とが同一の電界極性にならない範囲で、バイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を対称からずらしたものである。 In contrast to the conventional piezoelectric body, the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention are made of a ferroelectric material and have coercive field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively. The absolute value of the coercive electric field Ec1 and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side have asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristics (| Ec1 | ≠ Ec2). That is, in the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention, the bipolar polarization-electric field hysteresis characteristics are shifted from the symmetry within a range in which the coercive electric field Ec1 and the coercive electric field Ec2 do not have the same electric field polarity.
本発明の第１〜第４の圧電体において、｜Ｅｃ１｜≠Ｅｃ２であれば、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線全体が正電界側に偏ったＥｃ２＞｜Ｅｃ１｜でも、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線全体が負電界側に偏ったＥｃ２＜｜Ｅｃ１｜でも構わない。 In the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention, if | Ec1 | ≠ Ec2, the entire bipolar polarization-electric field hysteresis curve is obtained even if Ec2> | Ec1 | in which the entire bipolar polarization-electric field hysteresis curve is biased to the positive electric field side. May be Ec2 <| Ec1 | biased to the negative electric field side.
通常、圧電体は、下部電極と圧電体と上部電極とが順次積み重ねられた圧電素子の形態で使用され、下部電極と上部電極とのうち、一方の電極を印加電圧が０Ｖに固定されるグランド電極とし、他方の電極を印加電圧が変動されるアドレス電極として、駆動される。この場合、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の方が駆動しやすく、好ましい。 Usually, the piezoelectric body is used in the form of a piezoelectric element in which a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode are sequentially stacked, and one of the lower electrode and the upper electrode is grounded with an applied voltage fixed to 0V. The other electrode is driven as an address electrode whose applied voltage is varied. In this case, Ec2> | Ec1 | is preferable because it is easier to drive.
図１に、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合について、本発明の第１〜第４の圧電体の分極−電界ヒステリシス曲線（Ｐ−Ｅヒステリシス曲線）、バイポーラ電界−歪曲線、及びユニポーラ電界−歪曲線を模式的に示す。 In FIG. 1, in the case of Ec2> | Ec1 |, the polarization-electric field hysteresis curve (PE hysteresis curve), bipolar electric field-strain curve, and unipolar electric field-strain curve of the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention. Is shown schematically.
バイポーラ電界−歪曲線において、正電界側で最大変位を示す電界をＥｍａｘとし、負電界側で最大変位を示す電界をＥｍｉｎとする。駆動の最小印加電界Ｅｓ及び最大印加電界Ｅｅは特に制限されず、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、本発明の第１〜第４の圧電体は通常、Ｅｓを０とし、ＥｅをＥｍａｘあるいはそれに近い値として、駆動される。 In the bipolar electric field-strain curve, an electric field showing the maximum displacement on the positive electric field side is Emax, and an electric field showing the maximum displacement on the negative electric field side is Emin. The minimum applied electric field Es and the maximum applied electric field Ee for driving are not particularly limited. When Ec2> | Ec1 |, the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention normally set Es to 0 and Ee to Emax or close thereto. Driven as a value.
比較のため、図２に、図１のユニポーラ電界−歪曲線（実線）と、図１４に示した特許文献１に記載の圧電体のユニポーラ電界−歪曲線（破線）とを合わせて図示しておく。ここでは、バイポーラ電界−歪曲線の形は全く同じであるが、Ｅｃ１とＥｃ２とをずらした場合について、比較してある。
For comparison, FIG. 2 shows the unipolar electric field-strain curve (solid line) of FIG. 1 together with the unipolar electric field-strain curve (dashed line) of the piezoelectric material described in
図２のユニポーラ電界−歪曲線に示すように、本発明の第１〜第４の圧電体では、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動する場合、負電界側の抗電界Ｅｃ１を通らずに駆動することができ、特許文献１の圧電体におけるユニポーラ電界−歪曲線の負の変位部分をなくすことができる。したがって、本発明の第１〜第４の圧電体では、特許文献１に記載の圧電体に比較して、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れたものである。また同図に示すように、本発明の第１〜第４の圧電体では、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動する場合の電界増加に対する歪増加の傾き（この傾きは圧電定数に相当）が特許文献１の圧電体よりも大きく、特許文献１の圧電体よりも高い圧電性能を有するものである。
As shown in the unipolar electric field-strain curve of FIG. 2, the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention do not pass through the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side when driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax. The negative displacement portion of the unipolar electric field-strain curve in the piezoelectric body of
Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合の本発明の第１〜第４の圧電体の分極−電界ヒステリシス曲線、バイポーラ電界−歪曲線、及びユニポーラ電界−歪曲線は、図１の曲線をそれぞれ左右反転させたものとなる。図３に、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合について、本発明の第１〜第４の圧電体の分極−電界ヒステリシス曲線（Ｐ−Ｅヒステリシス曲線）、バイポーラ電界−歪曲線、及びユニポーラ電界−歪曲線を模式的に示しておく。この場合も駆動の最小印加電界Ｅｓ及び最大印加電界Ｅｅは特に制限されず、本発明の第１〜第４の圧電体は通常、ＥｓをＥｍｉｎあるいはそれに近い値とし、Ｅｅを０として、駆動される。 In the case of Ec2 <| Ec1 |, the polarization-electric field hysteresis curves, bipolar electric field-strain curves, and unipolar electric field-strain curves of the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention are obtained by horizontally inverting the curves in FIG. It will be a thing. In FIG. 3, in the case of Ec2 <| Ec1 |, the polarization-electric field hysteresis curve (PE hysteresis curve), bipolar electric field-strain curve, and unipolar electric field-strain curve of the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention. Is shown schematically. Also in this case, the minimum applied electric field Es and the maximum applied electric field Ee are not particularly limited, and the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention are usually driven with Es set to Emin or a value close thereto, and Ee set to 0. The
＜本発明の第１の圧電体＞
本発明の第１の圧電体は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有し、さらに、下記特性（１−Ａ）又は特性（１−Ｂ）を有するものである。
特性（１−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
<First Piezoelectric Body of the Present Invention>
The first piezoelectric body of the present invention has a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side is different from the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side. It has a bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic and further has the following characteristic (1-A) or characteristic (1-B).
Characteristic (1-A): Ec2> | Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side. When the electric field at the bending point is Eif1, Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Characteristic (1-B): Ec2 <| Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side. When the electric field at the bending point is Eif2, Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
図１に示すように、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有する場合、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘでは、変曲点における接線の傾き（圧電定数ｄに相当）が最も大きくなる。Ｅ＝Ｅｅの点から電界−歪曲線に対して接線を引くと、ＥｅをＥｍａｘからずらしても、接点は必ずＥｃ１〜Ｅｉｆ１の範囲内に入る。したがって、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足するようにすれば、０〜Ｅｍａｘの範囲内で駆動したときの電界増加に対する歪変位の傾き（圧電定数ｄに相当）を大きくすることができ、大きな圧電定数が得られる。
Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合には、図３から同様に説明できる。
As shown in FIG. 1, when Ec2> | Ec1 | and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curved portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, 0 ≦ When E ≦ Emax, the slope of the tangent at the inflection point (corresponding to the piezoelectric constant d) is the largest. When a tangent line is drawn with respect to the electric field-strain curve from the point E = Ee, even if Ee is shifted from Emax, the contact always falls within the range of Ec1 to Eif1. Therefore, if Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied, the strain displacement gradient (corresponding to the piezoelectric constant d) with respect to the increase in electric field when driven within the range of 0 to Emax can be increased, and a large piezoelectric constant can be obtained. Is obtained.
In the case of Ec2 <| Ec1 |, the same explanation can be made from FIG.
＜本発明の第２の圧電体＞
本発明の第２の圧電体は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有し、さらに、下記特性（２−Ａ）又は特性（２−Ｂ）を有するものである。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
<Second Piezoelectric Body of the Present Invention>
The second piezoelectric body of the present invention has a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side is different from the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side. It has a bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic and further has the following characteristic (2-A) or characteristic (2-B).
Characteristic (2-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is reduced from Ec2 is E180s1, Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): Ec2 <| Ec1 |, and E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when E180s2 is an electric field at which 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1.
図４に、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合について、分極−電界ヒステリシス曲線及びバイポーラ電界−歪曲線（これらの曲線は図１と同一。）と、電界−１８０°ドメイン量曲線とを模式的に示す。通常は、下部電極をグランド電極とし、上部電極をアドレス電極として駆動するので、分極が上向きの１８０°ドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側である１８０°ドメイン）を↑ドメイン、分極が下向きの１８０°ドメイン（分極の＋側が下部電極側であり、分極の−側が上部電極側である１８０°ドメイン）を↓ドメインと表記してある。分極の上向き・下向きは、便宜上のものである。 FIG. 4 schematically shows a polarization-electric field hysteresis curve, a bipolar electric field-strain curve (these curves are the same as those in FIG. 1), and an electric field-180 ° domain amount curve in the case of Ec2> | Ec1 |. . Normally, since the lower electrode is driven as a ground electrode and the upper electrode is driven as an address electrode, the 180 ° domain with upward polarization (the 180 ° domain with the + side of polarization being the upper electrode side and the − side of polarization being the lower electrode side) ) Is the ↑ domain, and the 180 ° domain whose polarization is downward (the 180 ° domain where the + side of polarization is the lower electrode side and the − side of polarization is the upper electrode side) is indicated as the ↓ domain. The upward and downward polarization is for convenience.
抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２において、分極が上向きの１８０°ドメインの量と分極が下向きの１８０°ドメインの量とが一致し、分極−電界ヒステリシス曲線において分極Ｐ＝０となる。 In the coercive electric fields Ec1 and Ec2, the amount of the 180 ° domain with upward polarization coincides with the amount of the 180 ° domain with downward polarization, and the polarization P = 0 in the polarization-electric field hysteresis curve.
Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１とし、１８０°ドメイン反転が終了する電界をＥ１８０ｅ１とすれば、Ｅ１８０ｓ１〜Ｅ１８０ｅ１の間で１８０°ドメイン反転が顕著に起こる。１８０°ドメイン反転は分極軸の上下の向きが変わるだけなので、変位には寄与せず、電力ロスである。駆動の最小印加電界ＥｓをＥ１８０ｓ１以上とすれば、分極が上向きの１８０°ドメインから分極が下向きの１８０°ドメインへの反転は起こらず、電力的な効率がよい。しかしながら、Ｅ＜Ｅ１８０ｓ１では、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転も起こる。非１８０°ドメイン回転はドメイン回転による歪が得られるので、これは利用したい。 In the case of Ec2> | Ec1 |, if the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1, and the electric field at which the 180 ° domain inversion is completed is E180e1, between E180s1 and E180e1 The 180 ° domain inversion is noticeable. Since 180 ° domain inversion only changes the vertical direction of the polarization axis, it does not contribute to displacement and is a power loss. If the minimum applied electric field Es for driving is set to E180s1 or more, the inversion from the 180 ° domain in which the polarization is upward to the 180 ° domain in which the polarization is downward does not occur, and power efficiency is good. However, at E <E180s1, non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation also occurs. Since non-180 ° domain rotation can be distorted by domain rotation, we want to use it.
Ｅｃ１〜Ｅ１８０ｓ１の範囲内であれば、１８０°ドメイン反転は起こるが、１８０°ドメイン反転が起こる量は許容できるレベルであり、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪も利用できる。したがって、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足するようにすれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動したときの１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる。
Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合には、図４の左右反転図（図示略）から同様に説明できる。
Within the range of Ec1 to E180s1, 180 ° domain inversion occurs, but the amount of 180 ° domain inversion is at an acceptable level, and distortion due to non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation can also be used. Therefore, if Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied, non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion when driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax. Therefore, a large piezoelectric constant can be obtained.
In the case of Ec2 <| Ec1 |, it can be similarly explained from the left-right reverse view (not shown) of FIG.
＜本発明の第３の圧電体＞
本発明の第３の圧電体は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有し、さらに、下記特性（３−Ａ）又は特性（３−Ｂ）を有するものである。
特性（３−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
<Third Piezoelectric Body of the Present Invention>
The third piezoelectric body of the present invention has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side is different from the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side. It has bipolar polarization-electric field hysteresis characteristics, and further has the following characteristic (3-A) or characteristic (3-B).
Characteristic (3-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2 is Eics1 in the reversal current characteristic curve, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): When Ec2 <| Ec1 | and the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1 in the reversal current characteristic curve is Eics2, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
図５に、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合について、分極−電界ヒステリシス曲線及びバイポーラ電界−歪曲線（これらの曲線は図１と同一。）と、反転電流特性曲線とを模式的に示す。 FIG. 5 schematically shows a polarization-electric field hysteresis curve, a bipolar electric field-strain curve (these curves are the same as those in FIG. 1), and an inversion current characteristic curve in the case of Ec2> | Ec1 |.
１８０°ドメイン反転の量は、反転電流特性曲線から求めることができる。反転電流特性曲線において、反転電流ピークのピークトップの電界が抗電界Ｅｃ１，Ｅｃ２に相当する。反転電流には、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転に起因するものも含まれるが、反転電流の多くは１８０°ドメイン反転に起因するものであり、反転電流曲線から１８０°ドメイン反転が開始する電界と終了する電界とを求めることができる。 The amount of 180 ° domain inversion can be determined from the inversion current characteristic curve. In the reversal current characteristic curve, the electric field at the peak top of the reversal current peak corresponds to the coercive electric fields Ec1 and Ec2. The reversal current includes those due to non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation, but most of the reversal current is due to 180 ° domain reversal, and 180 ° domain reversal is observed from the reversal current curve. An electric field to start and an electric field to end can be determined.
Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界Ｅｉｃｓ１が、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界Ｅ１８０ｓ１に相当する。Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足するようにすれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動したときの１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる。
Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合には、図５の左右反転図（図示略）から同様に説明できる。
In the case of Ec2> | Ec1 |, the electric field Eics1 in which the reversal current value starts increasing when the applied electric field is decreased from Ec2 is changed to the electric field E180s1 in which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2. Equivalent to. If Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied, distortion due to non-180 ° domain rotation, such as 90 ° domain rotation, while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion when driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax A large piezoelectric constant can be obtained.
In the case of Ec2 <| Ec1 |, it can be similarly explained from the left-right reverse view (not shown) of FIG.
＜本発明の第４の圧電体＞
本発明の第４の圧電体は、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有し、さらに、下記特性（４−Ａ）又は特性（４−Ｂ）を有するものである。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
<Fourth Piezoelectric Body of the Present Invention>
The fourth piezoelectric body of the present invention has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side is different from the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side. It has a bipolar polarization-electric field hysteresis characteristic, and further has the following characteristic (4-A) or characteristic (4-B).
Characteristic (4-A): Ec2> | Ec1 |, and Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): Ec2 <| Ec1 |, and (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、本発明者は、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界Ｅ１８０ｓ１は、経験的に（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）で表されることを見出している。Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足するようにすれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動したときの１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる。 In the case of Ec2> | Ec1 |, the present inventor has empirically expressed (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) as the electric field E180s1 at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2. To be found. If Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied, the 90 ° domain is suppressed while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion when driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax. Strain due to non-180 ° domain rotation such as rotation can be used, and a large piezoelectric constant can be obtained.
Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、本発明者は、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界Ｅ１８０ｓ２は、経験的に（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）で表されることを見出している。（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足するようにすれば、０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動したときの１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる。 In the case of Ec2 <| Ec1 |, the present inventor has empirically expressed (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) as the electric field E180s2 where the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1. To be found. By satisfying (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2, 90 ° domain while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion when driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax Strain due to non-180 ° domain rotation such as rotation can be used, and a large piezoelectric constant can be obtained.
以上説明したように、本発明の第１〜第４の圧電体は、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有し、かつ、上記した（１−Ａ）、（１−Ｂ）、（２−Ａ）、（２−Ｂ）、（３−Ａ）、（３−Ｂ）、（４−Ａ）、及び（４−Ｂ）のうちいずれかの特性を充足するものであるので、圧電性能に優れ、しかも、特許文献１に記載の圧電体に比較して、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れたものとなる。
As described above, the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention have asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristics in which the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side are different. And (1-A), (1-B), (2-A), (2-B), (3-A), (3-B), (4-A), and ( 4-B) satisfying any of the characteristics, the piezoelectric performance is excellent, and displacement loss and power loss are small compared to the piezoelectric body described in
「本発明の第５〜第８の圧電体」
上記本発明の第１〜第４の圧電体では、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、通常は０≦Ｅ≦Ｅｍａｘの範囲内で駆動されることを述べたが、駆動の最小印加電界Ｅｓ及び最大印加電界Ｅｅは特に限定していない。本発明の第５〜第８の圧電体では、分極−電界ヒステリシス特性等と合わせて、駆動条件を規定する。
"5th to 8th piezoelectric bodies of the present invention"
In the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention, it has been described that when Ec2 <| Ec1 |, it is normally driven within the range of 0 ≦ E ≦ Emax. However, the minimum applied electric field Es and the maximum drive The applied electric field Ee is not particularly limited. In the fifth to eighth piezoelectric bodies of the present invention, the driving conditions are defined together with the polarization-electric field hysteresis characteristics and the like.
本発明の第５〜第８の圧電体は上記本発明の第１〜第４の圧電体と同様に、強誘電性材料からなり、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線が負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有するものであるが、分極−電界ヒステリシス特性は非対称でも対称でも構わない。上記本発明の第１〜第４の圧電体と同様、バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２とする。本発明の第５〜第８の圧電体では、｜Ｅｃ１｜≠Ｅｃ２でも｜Ｅｃ１｜＝Ｅｃ２でも構わない。 Similarly to the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention, the fifth to eighth piezoelectric bodies of the present invention are made of a ferroelectric material, and the bipolar polarization-electric field hysteresis curve has a negative electric field side and a positive electric field side. Each has a coercive electric field point, but the polarization-electric field hysteresis characteristic may be asymmetric or symmetric. Similarly to the first to fourth piezoelectric bodies of the present invention, the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively. In the fifth to eighth piezoelectric bodies of the present invention, | Ec1 | ≠ Ec2 or | Ec1 | = Ec2 may be satisfied.
＜本発明の第５の圧電体＞
本発明の第５の圧電体は、下記特性（１−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（１−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動されるものである。
特性（１−Ａ）：バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
駆動条件（ｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｆ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
<Fifth Piezoelectric Body of the Present Invention>
The fifth piezoelectric body of the present invention has the following characteristic (1-A) and is driven under the following driving condition (i-A), or has the following characteristic (1-B), and It is driven under the following driving condition (i-B).
Characteristic (1-A): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curve portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif1. Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Driving condition (i-A): Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, where Es is the minimum applied electric field for driving.
Characteristic (1-B): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif2. Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (i-B): Eif2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第５の圧電体において、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第１の圧電体において駆動の最小印加電界Ｅｓを規定したものであり、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第１の圧電体において駆動の最大印加電界Ｅｅを規定したものである。 In the fifth piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es for driving is defined in the first piezoelectric body of the present invention, and in the case of Ec2 <| Ec1 | The maximum applied electric field Ee for driving in the first piezoelectric body of the present invention is defined.
上記本発明の第１の圧電体では、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、駆動の最小印加電界Ｅｓ＝０とし、駆動の最大印加電界Ｅｅ＝Ｅｍａｘとする場合を基本に説明したが、最小印加電界Ｅｓは０からずらしてもよい。Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足するようにすれば、駆動したときの電界増加に対する歪変位の傾き（圧電定数ｄに相当）を大きくすることができ、大きな圧電定数が得られる（上記本発明の第１の圧電体の説明及び図１を参照）。 In the above first piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es = 0 for driving and the maximum applied electric field Ee = Emax for driving are basically described. Es may be shifted from zero. If Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, the slope of the strain displacement (corresponding to the piezoelectric constant d) with respect to the increase in electric field when driven can be increased, and a large piezoelectric constant can be obtained (the first aspect of the present invention). 1 and the description of FIG. 1).
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＝｜Ｅｃ１｜の場合も同様である。図６に、分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合の分極−電界ヒステリシス曲線及び電界−歪曲線を示しておく。分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合には、圧電定数が大きくなることから、Ｅｓ＜０とすること（バイアス電圧をかけること）が特に好ましい。 The above driving conditions are also suitable when Ec2 = | Ec1 |. FIG. 6 shows a polarization-electric field hysteresis curve and an electric field-strain curve when the polarization-electric field hysteresis characteristics are symmetric. When the polarization-electric field hysteresis characteristic is symmetric, the piezoelectric constant increases, and therefore Es <0 (a bias voltage is applied) is particularly preferable.
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合にも同様である。
駆動開始電界において、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）が、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動することが好ましい。
逆に、駆動開始電界において、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）が、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動することが好ましい。
The above driving conditions are also suitable when Ec2 <| Ec1 |.
In the drive start electric field, the domain in which the polarization is upward (the domain where the + side of polarization is the upper electrode side and the − side of the polarization is the lower electrode side) is the domain where the polarization is downward (the − side of the polarization is the upper electrode side, If the condition is larger than the domain in which the + side of polarization is on the lower electrode side), it is preferable to drive under the driving condition (i-A).
Conversely, in the drive start electric field, the domain in which the polarization is downward (the domain in which the negative side of the polarization is the upper electrode side and the positive side of the polarization is the lower electrode side) is the domain in which the polarization is upward (the positive side of the polarization is on the upper electrode side). It is preferable that the driving is performed under the driving condition (i-B) if there are more conditions than the domain in which the negative side of polarization is the lower electrode side.
＜本発明の第６の圧電体＞
本発明の第６の圧電体は、下記特性（２−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（２−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動されるものである。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、１８０ｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
<Sixth Piezoelectric Body of the Present Invention>
The sixth piezoelectric body of the present invention has the following characteristic (2-A) and is driven under the following driving condition (ii-A), or has the following characteristic (2-B), and It is driven under the following drive condition (ii-B).
Characteristic (2-A): Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1.
Driving condition (ii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1 is E180s2.
Driving condition (ii-B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, 180s2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第６の圧電体において、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第２の圧電体において駆動の最小印加電界Ｅｓを規定したものであり、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第２の圧電体において駆動の最大印加電界Ｅｅを規定したものである。 In the sixth piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es for driving is defined in the second piezoelectric body of the present invention, and when Ec2 <| Ec1 | The maximum applied electric field Ee for driving in the second piezoelectric body of the present invention is defined.
上記本発明の第２の圧電体では、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、駆動の最小印加電界Ｅｓ＝０とし、駆動の最大印加電界Ｅｅ＝Ｅｍａｘとする場合を基本に説明したが、最小印加電界Ｅｓは０からずらしてもよい。Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足するようにすれば、１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる（上記本発明の第２の圧電体の説明及び図４を参照）。 In the second piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es = 0 for driving and the maximum applied electric field Ee = Emax for driving are basically described. Es may be shifted from zero. If Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied, distortion due to non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation can be used while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion, and a large piezoelectric constant can be obtained (see above book). (See description of the second piezoelectric body of the invention and FIG. 4).
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＝｜Ｅｃ１｜の場合も同様である。図７に、分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合の分極−電界ヒステリシス曲線及び電界−歪曲線を示しておく。分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合には、圧電定数が大きくなることから、Ｅｓ＜０とすること（バイアス電圧をかけること）が特に好ましい。 The above driving conditions are also suitable when Ec2 = | Ec1 |. FIG. 7 shows a polarization-electric field hysteresis curve and an electric field-strain curve when the polarization-electric field hysteresis characteristics are symmetric. When the polarization-electric field hysteresis characteristic is symmetric, the piezoelectric constant increases, and therefore Es <0 (a bias voltage is applied) is particularly preferable.
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合にも同様である。
駆動開始電界において、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）が、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動することが好ましい。
逆に、駆動開始電界において、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）が、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動することが好ましい。
The above driving conditions are also suitable when Ec2 <| Ec1 |.
In the drive start electric field, the domain in which the polarization is upward (the domain where the + side of polarization is the upper electrode side and the − side of the polarization is the lower electrode side) is the domain where the polarization is downward (the − side of the polarization is the upper electrode side, If the condition is larger than the domain in which the + side of polarization is on the lower electrode side), the driving is preferably performed under the driving condition (ii-A).
Conversely, in the drive start electric field, the domain in which the polarization is downward (the domain in which the negative side of the polarization is the upper electrode side and the positive side of the polarization is the lower electrode side) is the domain in which the polarization is upward (the positive side of the polarization is on the upper electrode side). It is preferable that the driving is performed under the driving condition (ii-B) if there are more conditions than the domain in which the negative side of polarization is the lower electrode side.
＜本発明の第７の圧電体＞
本発明の第７の圧電体は、下記特性（３−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（３−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動されるものである。
特性（３−Ａ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｃｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
<Seventh Piezoelectric Body of the Present Invention>
The seventh piezoelectric body of the present invention has the following characteristic (3-A) and is driven under the following driving condition (iii-A), or has the following characteristic (3-B), and It is driven under the following driving condition (iii-B).
Characteristic (3-A): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Driving condition (iii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iii-B): Eics2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
本発明の第７の圧電体において、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第３の圧電体において駆動の最小印加電界Ｅｓを規定したものであり、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第３の圧電体において駆動の最大印加電界Ｅｅを規定したものである。 In the seventh piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es for driving is defined in the third piezoelectric body of the present invention, and when Ec2 <| Ec1 | The maximum applied electric field Ee for driving in the third piezoelectric body of the present invention is defined.
上記本発明の第３の圧電体では、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、駆動の最小印加電界Ｅｓ＝０とし、駆動の最大印加電界Ｅｅ＝Ｅｍａｘとする場合を基本に説明したが、最小印加電界Ｅｓは０からずらしてもよい。Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足するようにすれば、１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる（上記本発明の第３の圧電体の説明及び図５を参照）。 In the third piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es = 0 for driving and the maximum applied electric field Ee = Emax for driving are basically described. Es may be shifted from zero. If Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied, distortion due to non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation can be used while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion, and a large piezoelectric constant can be obtained (see above book). (See description of the third piezoelectric body of the invention and FIG. 5).
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＝｜Ｅｃ１｜の場合も同様である。分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合には、圧電定数が大きくなることから、Ｅｓ＜０とすること（バイアス電圧をかけること）が特に好ましい。 The above driving conditions are also suitable when Ec2 = | Ec1 |. When the polarization-electric field hysteresis characteristic is symmetric, the piezoelectric constant increases, and therefore Es <0 (a bias voltage is applied) is particularly preferable.
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合にも同様である。
駆動開始電界において、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）が、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動することが好ましい。
逆に、駆動開始電界において、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）が、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動することが好ましい。
The above driving conditions are also suitable when Ec2 <| Ec1 |.
In the drive start electric field, the domain in which the polarization is upward (the domain where the + side of polarization is the upper electrode side and the − side of the polarization is the lower electrode side) is the domain where the polarization is downward (the − side of the polarization is the upper electrode side, If the condition is larger than the domain in which the + side of polarization is on the lower electrode side), it is preferable to drive under the driving condition (iii-A).
Conversely, in the drive start electric field, the domain in which the polarization is downward (the domain in which the negative side of the polarization is the upper electrode side and the positive side of the polarization is the lower electrode side) is the domain in which the polarization is upward (the positive side of the polarization is on the upper electrode side). If the condition is larger than the domain in which the negative side of polarization is the lower electrode side), it is preferable to drive under the driving condition (iii-B).
＜本発明の第８の圧電体＞
本発明の第８の圧電体は、下記特性（４−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（４−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動されるものである。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。
<Eighth Piezoelectric Body of the Present Invention>
The eighth piezoelectric body of the present invention has the following characteristic (4-A) and is driven under the following driving condition (iv-A), or has the following characteristic (4-B), and It is driven under the following drive condition (iv-B).
Characteristic (4-A): Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Driving condition (iv-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iv−B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
本発明の第８の圧電体において、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第４の圧電体において駆動の最小印加電界Ｅｓを規定したものであり、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合、上記本発明の第４の圧電体において駆動の最大印加電界Ｅｅを規定したものである。 In the eighth piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es for driving is defined in the fourth piezoelectric body of the present invention, and when Ec2 <| Ec1 | The maximum applied electric field Ee for driving is defined in the fourth piezoelectric body of the present invention.
上記本発明の第４の圧電体では、Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜の場合、駆動の最小印加電界Ｅｓ＝０とし、駆動の最大印加電界Ｅｅ＝Ｅｍａｘとする場合を基本に説明したが、最小印加電界Ｅｓは０からずらしてもよい。Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足するようにすれば、１８０°ドメイン反転による電力ロスを抑えつつ、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転による歪を利用でき、大きな圧電定数が得られる（上記本発明の第４の圧電体の説明を参照）。 In the fourth piezoelectric body of the present invention, when Ec2> | Ec1 |, the minimum applied electric field Es = 0 for driving and the maximum applied electric field Ee = Emax for driving are basically described. Es may be shifted from zero. If Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied, distortion due to non-180 ° domain rotation such as 90 ° domain rotation can be used while suppressing power loss due to 180 ° domain inversion. A large piezoelectric constant can be obtained (see the description of the fourth piezoelectric body of the present invention above).
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＝｜Ｅｃ１｜の場合も同様である。分極−電界ヒステリシス特性が対称の場合には、圧電定数が大きくなることから、Ｅｓ＜０とすること（バイアス電圧をかけること）が特に好ましい。 The above driving conditions are also suitable when Ec2 = | Ec1 |. When the polarization-electric field hysteresis characteristic is symmetric, the piezoelectric constant increases, and therefore Es <0 (a bias voltage is applied) is particularly preferable.
上記駆動条件が好適であることは、Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜の場合にも同様である。
駆動開始電界において、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）が、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動することが好ましい。
逆に、駆動開始電界において、分極が下向きのドメイン（分極の−側が上部電極側であり、分極の＋側が下部電極側であるドメイン）が、分極が上向きのドメイン（分極の＋側が上部電極側であり、分極の−側が下部電極側であるドメイン）よりも多い条件であれば、駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動することが好ましい。
The above driving conditions are also suitable when Ec2 <| Ec1 |.
In the drive start electric field, the domain in which the polarization is upward (the domain where the + side of polarization is the upper electrode side and the − side of the polarization is the lower electrode side) is the domain where the polarization is downward (the − side of the polarization is the upper electrode side, If the condition is larger than the domain in which the + side of polarization is on the lower electrode side), it is preferable to drive under the driving condition (iv-A).
Conversely, in the drive start electric field, the domain in which the polarization is downward (the domain in which the negative side of the polarization is the upper electrode side and the positive side of the polarization is the lower electrode side) is the domain in which the polarization is upward (the positive side of the polarization is on the upper electrode side). It is preferable that the driving is performed under the driving condition (iv-B) if there are more conditions than the domain in which the negative side of polarization is the lower electrode side.
以上説明したように、本発明の第５〜第８の圧電体は、分極−電界特性と電界−歪特性と駆動条件とを規定したものであるので、圧電性能に優れ、しかも、特許文献１に記載の圧電体に比較して、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れたものとなる。
As described above, since the fifth to eighth piezoelectric bodies of the present invention define the polarization-electric field characteristics, the electric field-strain characteristics, and the driving conditions, the piezoelectric performance is excellent, and
「本発明の第１〜第８の圧電体の組成」
上記本発明の第１〜第８の圧電体の組成は、強誘電性材料からなる組成であれば、特に制限されない。
“Compositions of First to Eighth Piezoelectric Elements of the Present Invention”
The composition of the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention is not particularly limited as long as it is a composition made of a ferroelectric material.
本発明の第１〜第８の圧電体は、１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことが好ましい。本発明の第１〜第８の圧電体は、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）ことがより好ましい。
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素のモル数が１．０であり、Ｂサイト元素のモル数が１．０であり、酸素元素のモル数が３．０である場合が標準であるが、これらのモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル数からずれてもよい。）
The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are preferably composed of one or more perovskite oxides (may contain inevitable impurities). The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are more preferably composed of one or more perovskite oxides (which may contain inevitable impurities) represented by the following general formula (P). .
General formula ABO 3 (P)
(In the formula, A: an element at the A site, and at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, La, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, and K;
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, and lanthanide element At least one element selected from the group consisting of:
O: oxygen element,
It is standard that the number of moles of the A-site element is 1.0, the number of moles of the B-site element is 1.0, and the number of moles of the oxygen element is 3.0, but these mole numbers are perovskite. It may deviate from the reference number of moles within a range where the structure can be taken. )
上記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
As the perovskite oxide represented by the general formula (P),
Lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate, lead lanthanum titanate, lead lanthanum zirconate titanate, lead zirconium niobate titanate titanate, lead niobium zirconium titanate titanate, titanium titanate zinc niobate Lead-containing compounds such as lead acid, and mixed crystal systems thereof;
Examples thereof include lead-free compounds such as barium titanate, barium strontium titanate, bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, sodium niobate, potassium niobate, lithium niobate, and mixed crystal systems thereof.
電気特性がより良好となることから、本発明の第１〜第８の圧電体は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，及びＬｎ（＝ランタニド元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，及びＬｕ））等の金属イオンを、１種又は２種以上含むものであることが好ましい。 Since the electrical characteristics become better, the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention have Mg, Ca, Sr, Ba, Bi, Nb, Ta, W, and Ln (= lanthanide elements (La, Ce, It is preferable to contain one or more metal ions such as Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu)).
本発明の第１〜第８の圧電体は、上記一般式（Ｐ）で表され、かつ、Ａサイトが、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，及びＭｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素からなり、Ｂサイトが、Ｚｒ及びＴｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素と、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＷからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属元素とからなるペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。このペロブスカイト型酸化物は、Ａサイトが２価でＢサイトが４価である２−４系のペロブスカイト型酸化物（ＰＺＴ等）のＢサイトの一部がＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた少なくとも１種の金属元素により置換されたものである。かかる組成のペロブスカイト型酸化物では、本発明の第１〜第８の圧電体の分極−電界ヒステリシス特性及び電界−歪特性を実現しやすい（後記実施例を参照）。置換元素により結晶格子内に空間電荷が発生して、分極−電界特性のヒステリシス性が調整できると考えられる。本発明者は例えば、ノンドープＰＺＴでは分極−電界特性は角型良好となるが、Ｎｂをドープすることで分極−電界特性は非対称ヒステリシスとなることを見出している。さらに圧電体の厚み方向にＶ族及びＶＩ族の元素群より選ばれた置換元素のドープ量を変えることにより、分極−電界特性のヒステリシス性を調整することもできる。 The first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are represented by the general formula (P), and the A site is at least one selected from the group consisting of Pb, Ba, Sr, Ca, and Mg. At least one metal element selected from the group consisting of metal elements, and B site is selected from the group consisting of Zr and Ti, and at least one kind selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W It is preferable to include a perovskite oxide composed of a metal element. In this perovskite oxide, part of the B site of a 2-4 perovskite oxide (PZT, etc.) in which the A site is divalent and the B site is tetravalent is selected from the group of elements of the V group and the VI group And at least one kind of metal element. With the perovskite oxide having such a composition, it is easy to realize the polarization-electric field hysteresis characteristics and electric field-strain characteristics of the first to eighth piezoelectric materials of the present invention (see Examples below). It is considered that the space charge is generated in the crystal lattice by the substitution element, and the hysteresis property of the polarization-electric field characteristic can be adjusted. For example, the present inventor has found that the polarization-electric field characteristics have a good square shape in non-doped PZT, but the polarization-electric field characteristics become asymmetric hysteresis by doping Nb. Furthermore, the hysteresis property of the polarization-electric field characteristics can be adjusted by changing the doping amount of the substitution element selected from the group V and group VI elements in the thickness direction of the piezoelectric body.
空間電荷は、Ｂサイトに価数の大きい金属元素をドープする以外に、意図的にＡサイト欠陥あるいは酸素欠陥を設けることでも導入できる。
分極−電界特性のヒステリシス性は、圧電体の結晶配向性、シード層の組成及び／又は結晶配向性等によっても、調整することができる。
The space charge can be introduced by intentionally providing A site defects or oxygen defects in addition to doping the B site with a metal element having a large valence.
The hysteresis property of the polarization-electric field characteristics can be adjusted by the crystal orientation of the piezoelectric body, the composition of the seed layer and / or the crystal orientation.
「本発明の第１〜第８の圧電体の結晶構造」
上記本発明の第１〜第８の圧電体は、結晶配向性を有する強誘電体相を含むことが好ましい。
"Crystal structure of first to eighth piezoelectric bodies of the present invention"
The first to eighth piezoelectric materials of the present invention preferably include a ferroelectric phase having crystal orientation.
圧電歪には、
（１）自発分極軸のベクトル成分と電界印加方向とが一致したときに、電界印加強度の増減によって電界印加方向に伸縮する通常の圧電歪（電界誘起歪）、
（２）電界印加強度の増減によって分極軸が可逆的に非１８０°回転することで生じる圧電歪、
（３）電界印加強度の増減によって結晶を相転移させ、相転移による体積変化を利用する圧電歪、
（４）電界印加により相転移する特性を有する材料を用い、自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する強誘電体相を含む結晶配向構造とすることで、より大きな歪が得られるエンジニアードドメイン効果を利用する圧電歪（エンジニアードドメイン効果を利用する場合には、相転移が起こる条件で駆動してもよいし、相転移が起こらない範囲で駆動してもよい）などが挙げられる。
For piezoelectric strain,
(1) Normal piezoelectric strain (electric field induced strain) that expands and contracts in the electric field application direction by increasing or decreasing the electric field application intensity when the vector component of the spontaneous polarization axis coincides with the electric field application direction,
(2) Piezoelectric strain generated by reversibly rotating the polarization axis by non-180 ° by increasing or decreasing the electric field applied intensity,
(3) Piezoelectric strain that uses a volume change due to phase transition by changing the phase of the crystal by increasing or decreasing the electric field applied intensity,
(4) Larger strain can be obtained by using a material that has the property of phase transition upon application of an electric field and having a crystalline orientation structure that includes a ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the direction of the spontaneous polarization axis. Piezoelectric strain using engineered domain effect (when engineered domain effect is used, it may be driven under conditions where phase transition occurs, or it may be driven within a range where phase transition does not occur) It is done.
（２）可逆的非１８０°ドメイン回転を利用した圧電歪については、特開2004-363557号公報等に記載されている。（３）相転移を利用する圧電歪については特許第3568107号公報等に記載されている。（４）エンジニアードドメイン効果及びこれを利用した圧電歪については、“Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals”, S.E.Park et.al., JAP, 82, 1804(1997)、本出願人が先に出願した特願2006-188765号（本件出願時において未公開）に記載されている。 (2) Piezoelectric strain using reversible non-180 ° domain rotation is described in JP-A-2004-363557 and the like. (3) Piezoelectric strain utilizing phase transition is described in Japanese Patent No. 3568107. (4) Regarding the engineered domain effect and piezoelectric strain using the same, “Ultra high strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals”, SEPark et.al., JAP, 82, 1804 (1997), the present applicant. Is described in Japanese Patent Application No. 2006-188765 filed earlier (unpublished at the time of filing this application).
上記の圧電歪（１）〜（４）を単独で又は組み合わせて利用することで、所望の圧電歪が得られる。また、上記の圧電歪（１）〜（４）はいずれも、それぞれの歪発生の原理に応じた結晶配向構造とすることで、より大きな圧電歪が得られる。 A desired piezoelectric strain can be obtained by using the piezoelectric strains (1) to (4) singly or in combination. In addition, any of the above piezoelectric strains (1) to (4) can have a larger piezoelectric strain by adopting a crystal orientation structure corresponding to the principle of strain generation.
本発明者は、エンジニアードドメイン構造（４）とすることで、本発明の第１〜第８の圧電体の分極−電界特性及び電界−歪特性を実現しやすいことを見出している。 The inventor has found that the polarization-electric field characteristics and the electric field-strain characteristics of the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention can be easily realized by adopting the engineered domain structure (4).
以下、特願2006-188765号に記載のエンジニアードドメインの系について説明する。この系では、圧電体を、電界印加により少なくとも一部が結晶系の異なる他の強誘電体相に相転移する性質を有する強誘電体相を含む構成とする。 The engineered domain system described in Japanese Patent Application No. 2006-188765 will be described below. In this system, the piezoelectric body is configured to include a ferroelectric phase having a property of phase transition to another ferroelectric phase having a different crystal system by applying an electric field.
説明を簡略化するため、電界印加により結晶系の異なる他の強誘電体相に相転移する性質を有する上記強誘電体相のみからなる圧電体の圧電特性について説明する。この圧電体の電界強度と歪変位量との関係を図８に模式的に示す。 In order to simplify the explanation, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric body composed only of the ferroelectric phase having the property of phase transition to another ferroelectric phase having a different crystal system when an electric field is applied will be described. FIG. 8 schematically shows the relationship between the electric field strength of the piezoelectric body and the amount of strain displacement.
図８中、電界強度Ｅ１は、上記強誘電体相の相転移が開始する最小の電界強度である。電界強度Ｅ２は、上記強誘電体相の相転移が略完全に終了する電界強度である。通常はＥ１＜Ｅ２であるが、Ｅ１＝Ｅ２もあり得る。「相転移が略完全に終了する電界強度Ｅ２」とは、それ以上電界を印加してもそれ以上相転移が起こらない電界強度を意味している。Ｅ２以上の電界強度を印加しても、上記強誘電体相の一部が相転移せずに残る場合がある。 In FIG. 8, the electric field strength E1 is the minimum electric field strength at which the phase transition of the ferroelectric phase starts. The electric field strength E2 is an electric field strength at which the phase transition of the ferroelectric phase is almost completely completed. Usually E1 <E2, but E1 = E2 is also possible. “The electric field intensity E2 at which the phase transition is almost completely completed” means an electric field intensity at which no further phase transition occurs even when an electric field is applied further. Even when an electric field strength of E2 or higher is applied, a part of the ferroelectric phase may remain without phase transition.
図８に示す如く、上記圧電体は、０≦Ｅ≦Ｅ１（相転移前）では、相転移前の強誘電体相の圧電効果により、電界強度の増加に伴って歪変位量が直線的に増加し、Ｅ１≦Ｅ≦Ｅ２では、相転移に伴う結晶構造の変化による体積変化が起こり、電界強度の増加に伴って歪変位量が直線的に増加し、Ｅ≧Ｅ２（相転移後）では、相転移後の強誘電体相の圧電効果により、電界強度の増加に伴って歪変位量が直線的に増加する圧電特性を有するものである。 As shown in FIG. 8, in the piezoelectric body, when 0 ≦ E ≦ E1 (before the phase transition), the strain displacement amount linearly increases as the electric field strength increases due to the piezoelectric effect of the ferroelectric phase before the phase transition. When E1 ≦ E ≦ E2, the volume change occurs due to the change of the crystal structure accompanying the phase transition, the strain displacement increases linearly with the increase of the electric field strength, and when E ≧ E2 (after the phase transition) Due to the piezoelectric effect of the ferroelectric phase after the phase transition, it has a piezoelectric characteristic in which the amount of strain displacement increases linearly as the electric field strength increases.
上記圧電体では、相転移に伴う結晶構造の変化による体積変化（電界強度Ｅ＝Ｅ１〜Ｅ２の範囲）が起こり、しかも、圧電体は相転移前後のいずれにおいても強誘電体からなるので、相転移前後のいずれにおいても強誘電体の圧電効果が得られ、電界強度Ｅ＝０〜Ｅ１、Ｅ＝Ｅ１〜Ｅ２、Ｅ≧Ｅ２のいずれの範囲内においても、大きい歪変位量が得られる。 In the piezoelectric body, a volume change (range of electric field strength E = E1 to E2) occurs due to a change in crystal structure accompanying the phase transition, and the piezoelectric body is made of a ferroelectric material before and after the phase transition. The piezoelectric effect of the ferroelectric material can be obtained before and after the transition, and a large strain displacement amount can be obtained in any of the electric field strengths E = 0 to E1, E = E1 to E2, and E ≧ E2.
この圧電体の駆動条件は制限なく、歪変位量を考慮すれば、最小電界強度Ｅｓ及び最大電界強度Ｅｅが、下記式（Ｘ）を充足する条件で駆動されることが好ましく、下記式（Ｙ）を充足する条件で駆動されることが特に好ましい。
Ｅｓ＜Ｅ１＜Ｅｅ・・・（Ｘ）、
Ｅｓ＜Ｅ１≦Ｅ２＜Ｅｅ・・・（Ｙ）
The driving condition of the piezoelectric body is not limited, and it is preferable that the minimum electric field strength Es and the maximum electric field intensity Ee are driven under the conditions satisfying the following formula (X) in consideration of the strain displacement amount. It is particularly preferable that the motor is driven under a condition that satisfies the above.
Es <E1 <Ee (X),
Es <E1 ≦ E2 <Ee (Y)
上記電界誘起相転移の系においては、相転移が起こる強誘電体相が、自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有していることが好ましく、相転移後の自発分極軸方向と略一致した方向に結晶配向性を有していることが特に好ましい。通常、結晶配向方向が電界印加方向である。 In the electric field induced phase transition system, the ferroelectric phase in which the phase transition occurs preferably has a crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction, and the spontaneous polarization axis direction after the phase transition and It is particularly preferable to have crystal orientation in a substantially coincident direction. Usually, the crystal orientation direction is the electric field application direction.
電界印加方向を相転移後の自発分極軸方向と略一致させる場合には、相転移前において、「エンジニアードドメイン効果」により、電界印加方向を相転移前の自発分極軸方向に合わせるよりも大きな変位量が得られ、好ましい。単結晶体のエンジニアードドメイン効果は、“Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals”, S.E.Park et.al., JAP, 82, 1804(1997)に記載されている。 When the electric field application direction is made to substantially coincide with the spontaneous polarization axis direction after the phase transition, the “engineered domain effect” before the phase transition is larger than matching the electric field application direction with the spontaneous polarization axis direction before the phase transition. A displacement amount is obtained, which is preferable. The engineered domain effect of single crystals is described in “Ultra high strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals”, S.E. Park et.al., JAP, 82, 1804 (1997).
また、電界印加方向を相転移後の自発分極軸方向と略一致させることで、相転移が起こりやすくなる。これは、自発分極軸方向と電界印加方向とが合う方が結晶的に安定であり、より安定な結晶系へ相転移しやすくなるためと推察される。電界強度Ｅ２以上の電界を印加しても、相転移せずに強誘電体相の一部が残る場合があるが、相転移が効率よく進行することで、電界強度Ｅ２以上の電界を印加した際に、相転移せずに残る強誘電体相の割合を少なくすることができる。この結果として、電界印加方向を相転移前の自発分極軸方向に合わせるよりも、大きな歪変位量が安定的に得られる。 Further, the phase transition is likely to occur by making the electric field application direction substantially coincide with the spontaneous polarization axis direction after the phase transition. This is presumably because the direction in which the spontaneous polarization axis direction matches the direction of electric field application is crystallographically stable, and phase transition to a more stable crystal system is facilitated. Even if an electric field of electric field strength E2 or more is applied, a part of the ferroelectric phase may remain without phase transition, but an electric field of electric field strength E2 or more was applied because the phase transition proceeded efficiently. In this case, the proportion of the ferroelectric phase remaining without phase transition can be reduced. As a result, a larger strain displacement can be stably obtained than when the electric field application direction is matched with the spontaneous polarization axis direction before the phase transition.
さらに、相転移後は、電界印加方向と自発分極軸方向とが略一致することになるので、相転移後の強誘電体相の圧電効果が効果的に発現し、大きな歪変位量が安定的に得られる。 Furthermore, after the phase transition, the electric field application direction and the spontaneous polarization axis direction substantially coincide with each other, so that the piezoelectric effect of the ferroelectric phase after the phase transition is effectively expressed, and a large strain displacement is stable. Is obtained.
以上のように、電界印加方向を相転移後の自発分極軸方向と略一致させる場合には、相転移前、相転移中、相転移後のすべてにおいて、高い歪変位量が得られる。この効果は、少なくとも相転移前の強誘電体相の自発分極軸方向が電界印加方向と異なる方向であれば得られ、電界印加方向が相転移後の強誘電体相の自発分極軸方向に近い程、顕著に発現する。 As described above, when the electric field application direction is substantially coincident with the spontaneous polarization axis direction after the phase transition, a high strain displacement can be obtained before, during, and after the phase transition. This effect is obtained if the direction of spontaneous polarization axis of the ferroelectric phase before the phase transition is different from the direction of electric field application, and the direction of electric field application is close to the direction of the spontaneous polarization axis of the ferroelectric phase after phase transition. It appears more remarkably.
すなわち、本発明の第１〜第８の圧電体は、自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する強誘電体相を含むことが好ましい。 That is, the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention preferably include a ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction.
自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する強誘電体相は、略＜１００＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１００＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相、及び略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相からなる群より選択された少なくとも１つの強誘電体相であることが好ましい。
自発分極軸方向とは異なる方向に結晶配向性を有する強誘電体相は、強誘電体相の自発分極軸方向とは異なる方向の電界印加により、強誘電体相の少なくとも一部が相転移する性質を有するものであることが好ましい。
The ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction is a rhombohedral phase having crystal orientation in a substantially <100> direction, and a rhombohedral crystal having crystal orientation in a substantially <110> direction. A tetragonal phase having crystal orientation in a substantially <110> direction, a tetragonal phase having crystal orientation in a substantially <111> direction, an orthorhombic phase having crystal orientation in a substantially <100> direction, and a substantially It is preferably at least one ferroelectric phase selected from the group consisting of orthorhombic phases having crystal orientation in the <111> direction.
In the ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the spontaneous polarization axis direction, at least a part of the ferroelectric phase undergoes phase transition by applying an electric field in a direction different from the spontaneous polarization axis direction of the ferroelectric phase. It is preferable that it has a property.
「本発明の第１〜第８の圧電体の形態」
本発明の第１〜第８の圧電体の形態は適宜設計され、圧電体膜でも圧電セラミックス焼結体でもよい。インクジェット式記録ヘッド等の用途では、高画質化等のために、圧電素子の高密度化が検討されており、それに伴って圧電素子の薄型化が検討されている。圧電素子の薄型化を考慮すれば、圧電体としては圧電体膜が好ましく、厚み２０μｍ以下の圧電体薄膜がより好ましい。本発明の第１〜第８の圧電体は高い圧電性能を有するので、より高い圧電定数が必要とされる薄膜に有効である。
“Forms of First to Eighth Piezoelectric Elements of the Present Invention”
The forms of the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention are appropriately designed and may be a piezoelectric film or a piezoelectric ceramic sintered body. In applications such as an ink jet recording head, increasing the density of piezoelectric elements has been studied in order to improve image quality, and accordingly, reducing the thickness of piezoelectric elements has been studied. In consideration of thinning of the piezoelectric element, a piezoelectric film is preferable as the piezoelectric body, and a piezoelectric thin film having a thickness of 20 μm or less is more preferable. Since the first to eighth piezoelectric bodies of the present invention have high piezoelectric performance, they are effective for thin films that require higher piezoelectric constants.
「圧電素子、及びインクジェット式記録ヘッド」
図面を参照して、本発明に係る実施形態の圧電素子、及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図９はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
"Piezoelectric element and inkjet recording head"
With reference to the drawings, the structure of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention and an ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) including the same will be described. FIG. 9 is a sectional view (a sectional view in the thickness direction of the piezoelectric element) of the ink jet recording head. In order to facilitate visual recognition, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one.
図９に示す圧電素子１は、基板１１の表面に、下部電極１２と圧電体１３と上部電極１４とが順次積層された素子である。圧電体１３は上記本発明の第１〜第８の圧電体のうちいずれかであり、下部電極１２と上部電極１４とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。
The
基板１１としては特に制限なく、シリコン，ガラス，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），アルミナ，サファイヤ，及びシリコンカーバイド等の基板が挙げられる。基板１１としては、シリコン基板上にＳｉＯ２膜とＳｉ活性層とが順次積層されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。
The
下部電極１２の主成分としては特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＬａＮｉＯ３，及びＳｒＲｕＯ３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極１４の主成分としては特に制限なく、下部電極２０で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極１２と上部電極１４の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。
The main component of the
圧電アクチュエータ２は、圧電素子１の基板１１の裏面に、圧電体１４の伸縮により振動する振動板１６が取り付けられたものである。圧電アクチュエータ２には、圧電素子１の駆動を制御する駆動回路等の制御手段１５も備えられている。インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、圧電アクチュエータ２の裏面に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）２１及びインク室２１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）２２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）２０が取り付けられたものである。
インクジェット式記録ヘッド３では、圧電素子１に印加する電界強度を増減させて圧電素子１を伸縮させ、これによってインク室２１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
In the
In the ink
基板１１とは独立した部材の振動板１６及びインクノズル２０を取り付ける代わりに、基板１１の一部を振動板１６及びインクノズル２０に加工してもよい。例えば、基板１１がＳＯＩ基板等の積層基板からなる場合には、基板１１を裏面側からエッチングしてインク室２１を形成し、基板自体の加工により振動板１６とインクノズル２０とを形成することができる。
Instead of attaching the
圧電素子１は、上記本発明の第１〜第８の圧電体のうちいずれかからなる圧電体１３を備えたものであるので、圧電性能に優れ、変位ロス及び電力ロスが少なく長期使用耐久性に優れたものとなる。
Since the
「インクジェット式記録装置」
図１０及び図１１を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図１０は装置全体図であり、図１１は部分上面図である。
"Inkjet recording device"
With reference to FIGS. 10 and 11, a configuration example of an ink jet recording apparatus including the ink
図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。
The illustrated ink
印字部１０２をなすヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３である。
Each of the
デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
ロール紙を使用する装置では、図１０のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。
In the
In the apparatus using roll paper, as shown in FIG. 10, a
デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。
The decurled and cut
ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。
The
ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図１０上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図１０の左から右へと搬送される。
The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
Since ink adheres to the
A
印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図１１を参照）。各印字ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
The
記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。
印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
The
A
後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置１００は、以上のように構成されている。
The printed matter obtained in this manner is outputted from the
When the main image and the test print are simultaneously printed on a large sheet of paper, the
The ink
本発明に係る実施例及び比較例について、説明する。 Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
（実施例１）
（１００）Ｓｉ基板上に、スパッタ法にて、２０ｎｍ厚のＴｉ層と２６０ｎｍ厚のＩｒ層との積層構造の下部電極を基板温度３５０℃の条件で成膜した。
次いで、スパッタ法にて、４．０μｍ厚のＰｂ（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ）Ｏ３圧電体膜を基板温度５２５℃の条件で成膜した。ターゲットとして、Ｚｒ／Ｔｉモル比＝４８／５２、Ｂサイト中のＮｂ量＝１２モル％のＰｂ（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ）Ｏ３を用いた。
(Example 1)
A lower electrode having a laminated structure of a 20 nm thick Ti layer and a 260 nm thick Ir layer was formed on a (100) Si substrate by a sputtering method at a substrate temperature of 350 ° C.
Next, a 4.0 μm-thick Pb (Ti, Zr, Nb) O 3 piezoelectric film was formed by sputtering at a substrate temperature of 525 ° C. As a target, Pb (Ti, Zr, Nb) O 3 having a Zr / Ti molar ratio = 48/52 and an amount of Nb in the B site = 12 mol% was used.
得られた圧電体膜についてＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行ったところ、ペロブスカイト単相の（１００）優先配向膜であった（配向率＝９５％以上）。また、ＸＲＦにより組成分析を実施したところ、得られた圧電体膜の組成は、Ｚｒ／Ｔｉモル比＝４８／５２、Ｂサイト中のＮｂ量＝１２モル％であった。 When the obtained piezoelectric film was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement, it was a perovskite single phase (100) preferential alignment film (orientation ratio = 95% or more). When the composition analysis was conducted by XRF, the composition of the obtained piezoelectric film was as follows: Zr / Ti molar ratio = 48/52, Nb amount in B site = 12 mol%.
次いで、０．２μｍ厚のＰｔ上部電極を成膜して、本発明の圧電素子を得た。バイポーラ分極−電界特性（Ｐ−Ｅヒステリシス特性）を測定したところ、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界Ｅｃ１の絶対値と正電界側の抗電界Ｅｃ２とが異なる非対称ヒステリシスを示した。Ｅｃ１＝−１０ｋＶ／ｃｍ、Ｅｃ２＝４０ｋＶ／ｃｍであった（Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜）。（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）＝２．５であり、得られた圧電体膜はＥｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足していた（特性（４−Ａ）を充足）。 Next, a 0.2 μm-thick Pt upper electrode was formed to obtain the piezoelectric element of the present invention. When the bipolar polarization-electric field characteristics (PE hysteresis characteristics) were measured, there were coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side, respectively, and the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the resistance on the positive electric field side. Asymmetric hysteresis different from the electric field Ec2 was shown. Ec1 = −10 kV / cm and Ec2 = 40 kV / cm (Ec2> | Ec1 |). (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) = 2.5, and the obtained piezoelectric film satisfied Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) (Characteristic (4- Satisfies A)).
最後に、Ｓｉ基板の裏面側をドライエッチングしてインク室を形成し、基板自体の加工により振動板とインク室及びインク吐出口を有するインクノズルとを形成して、インクジェット式記録ヘッドを得た。駆動条件０〜２００ｋＶ／ｃｍにおける圧電定数ｄ３１＝２５０ｐｍ／Ｖであった。 Finally, an ink chamber was formed by dry etching the back side of the Si substrate, and an ink jet recording head was obtained by processing the substrate itself to form a diaphragm and an ink nozzle having an ink chamber and an ink discharge port. . The piezoelectric constant d 31 at driving conditions 0 to 200 kV / cm was 250 pm / V.
（比較例１）
圧電体膜のＢサイト中のＮｂ量を０モル％に変更した以外は実施例１と同様にして、圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドを得、同様に評価した。
(Comparative Example 1)
A piezoelectric element and an ink jet recording head were obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the amount of Nb in the B site of the piezoelectric film was changed to 0 mol%.
（評価結果）
実施例１及び比較例１の評価結果を表１に示す。表中、シフト量Ｓ＝（Ｅｃ１＋Ｅｃ２）／２である。
Ｎｂドープ量を変えることにより、バイポーラ分極−電界特性のヒステリシス性を調整することができた。また、特性（４−Ａ）を充足する実施例１では、特性（４−Ａ）を充足しない比較例１よりも大きな圧電定数が得られた。
(Evaluation results)
The evaluation results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1. In the table, the shift amount S = (Ec1 + Ec2) / 2.
By changing the Nb doping amount, the hysteresis property of the bipolar polarization-electric field characteristics could be adjusted. Moreover, in Example 1 that satisfies the characteristic (4-A), a larger piezoelectric constant was obtained than in Comparative Example 1 that did not satisfy the characteristic (4-A).
本発明の圧電体は、インクジェット式記録ヘッド，磁気記録再生ヘッド，ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイス，マイクロポンプ、及び超音波探触子等に搭載される圧電アクチュエータ、及び強誘電メモリ（ＦＲＡＭ）等に好ましく利用できる。 The piezoelectric body of the present invention includes a piezoelectric actuator mounted on an ink jet recording head, a magnetic recording / reproducing head, a MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) device, a micro pump, an ultrasonic probe, etc., and a ferroelectric memory (FRAM). ) And the like.
１ 圧電素子
３，３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１２、１４ 電極
１３ 圧電体
１５ 制御手段
２０ インクノズル（液体貯留吐出部材）
２１ インク室（液体貯留室）
２２ インク吐出口（液体吐出口）
１００ インクジェット式記録装置
1
12, 14
21 Ink chamber (liquid storage chamber)
22 Ink ejection port (liquid ejection port)
100 Inkjet recording device
Claims (22)
下記特性（１−Ａ）又は特性（１−Ｂ）を有することを特徴とする圧電体。
特性（１−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。 An asymmetric bipolar polarization made of a ferroelectric material, having a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, wherein the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side are different. In a piezoelectric body having electric field hysteresis characteristics,
A piezoelectric body having the following characteristic (1-A) or characteristic (1-B):
Characteristic (1-A): Ec2> | Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side. When the electric field at the bending point is Eif1, Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Characteristic (1-B): Ec2 <| Ec1 |, and the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side. When the electric field at the bending point is Eif2, Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
下記特性（２−Ａ）又は特性（２−Ｂ）を有することを特徴とする圧電体。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。 An asymmetric bipolar polarization made of a ferroelectric material, having a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, wherein the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side are different. In a piezoelectric body having electric field hysteresis characteristics,
A piezoelectric body having the following characteristic (2-A) or characteristic (2-B):
Characteristic (2-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is reduced from Ec2 is E180s1, Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): Ec2 <| Ec1 |, and E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when E180s2 is an electric field at which 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1.
下記特性（３−Ａ）又は特性（３−Ｂ）を有することを特徴とする圧電体。
特性（３−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。 An asymmetric bipolar polarization made of a ferroelectric material, having a coercive field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, wherein the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side are different. In a piezoelectric body having electric field hysteresis characteristics,
A piezoelectric body having the following characteristic (3-A) or characteristic (3-B):
Characteristic (3-A): Ec2> | Ec1 |, and when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2 is Eics1 in the reversal current characteristic curve, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): When Ec2 <| Ec1 | and the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1 in the reversal current characteristic curve is Eics2, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
下記特性（４−Ａ）又は特性（４−Ｂ）を有することを特徴とする圧電体。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ２＞｜Ｅｃ１｜であり、かつ、Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：Ｅｃ２＜｜Ｅｃ１｜であり、かつ、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。 An asymmetric bipolar polarization made of a ferroelectric material, having a coercive electric field point on each of the negative electric field side and the positive electric field side, wherein the absolute value of the coercive electric field Ec1 on the negative electric field side and the coercive electric field Ec2 on the positive electric field side are different. In a piezoelectric body having electric field hysteresis characteristics,
A piezoelectric body having the following characteristic (4-A) or characteristic (4-B):
Characteristic (4-A): Ec2> | Ec1 |, and Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): Ec2 <| Ec1 |, and (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（１−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（１−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とする圧電体。
特性（１−Ａ）：バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
駆動条件（ｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｆ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a polarization field-hysteresis curve having a coercive field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (1-A) is obtained and the following driving condition (i-A) Or a piezoelectric body having the following characteristics (1-B) and driven under the following driving conditions (i-B).
Characteristic (1-A): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curve portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif1. Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Driving condition (i-A): Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, where Es is the minimum applied electric field for driving.
Characteristic (1-B): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif2. Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (i-B): Eif2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（２−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（２−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とする圧電体。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、１８０ｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a polarization field-hysteresis curve having a coercive field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (2-A) is obtained and the following driving condition (ii-A) Or a piezoelectric body having the following characteristic (2-B) and driven under the following driving condition (ii-B).
Characteristic (2-A): Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1.
Driving condition (ii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1 is E180s2.
Driving condition (ii-B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, 180s2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（３−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（３−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とする圧電体。
特性（３−Ａ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｃｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a polarization field-hysteresis curve having a coercive field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (3-A) is obtained and the following driving condition (iii-A) Or a piezoelectric body having the following characteristic (3-B) and driven under the following driving condition (iii-B).
Characteristic (3-A): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Driving condition (iii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iii-B): Eics2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（４−Ａ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動されるもの、若しくは、下記特性（４−Ｂ）を有し、かつ下記駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動されるものであることを特徴とする圧電体。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a polarization field-hysteresis curve having a coercive field point on each of a negative electric field side and a positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, the following characteristic (4-A) is obtained and the following driving condition (iv-A) Or a piezoelectric body having the following characteristic (4-B) and driven under the following driving condition (iv-B).
Characteristic (4-A): Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Driving condition (iv-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iv−B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
一般式ＡＢＯ３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素のモル数が１．０であり、Ｂサイト元素のモル数が１．０であり、酸素元素のモル数が３．０である場合が標準であるが、これらのモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル数からずれてもよい。） The piezoelectric body according to claim 9, comprising one or more perovskite oxides represented by the following general formula (P) (which may contain inevitable impurities).
General formula ABO 3 (P)
(In the formula, A: an element at the A site, and at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, La, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, and K;
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, and lanthanide element At least one element selected from the group consisting of:
O: oxygen element,
It is standard that the number of moles of the A-site element is 1.0, the number of moles of the B-site element is 1.0, and the number of moles of the oxygen element is 3.0, but these mole numbers are perovskite. It may deviate from the reference number of moles within a range where the structure can be taken. )
略＜１００＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する菱面体晶相、略＜１１０＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する正方晶相、略＜１００＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相、及び略＜１１１＞方向に結晶配向性を有する斜方晶相からなる群より選択された少なくとも１つの強誘電体相であることを特徴とする請求項１４に記載の圧電体。 The ferroelectric phase having crystal orientation in a direction different from the direction of spontaneous polarization axis,
Rhombohedral phase having crystal orientation in the approximately <100> direction, rhombohedral phase having crystal orientation in the approximately <110> direction, tetragonal phase having crystal orientation in the approximately <110> direction, approximately <111 Selected from the group consisting of a tetragonal phase having crystal orientation in the> direction, an orthorhombic phase having crystal orientation in the <100> direction, and an orthorhombic phase having crystal orientation in the <111> direction. The piezoelectric body according to claim 14, wherein the piezoelectric body is at least one ferroelectric phase.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（１−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（１−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とする圧電体の駆動方法。
特性（１−Ａ）：バイポーラ電界−歪曲線が、正電界側で最大変位を示す電界ＥｍａｘからＥｃ１までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｆ１を充足する。
駆動条件（ｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｆ１を充足する。
特性（１−Ｂ）：バイポーラ電界−歪曲線が、負電界側で最大変位を示す電界ＥｍｉｎからＥｃ２までの曲線部分に変曲点を有し、該変曲点の電界をＥｉｆ２としたとき、Ｅｉｆ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｆ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In the method of driving a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a bipolar polarization-electric field hysteresis curve having coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side are respectively Ec1 and Ec2 in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve, a piezoelectric body having the following characteristic (1-A) is represented by the following driving condition (i-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (1-B) is driven under the following driving condition (i-B).
Characteristic (1-A): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in the curve portion from the electric field Emax to Ec1 showing the maximum displacement on the positive electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif1. Ec1 ≦ 0 ≦ Eif1 is satisfied.
Driving condition (i-A): Ec1 ≦ Es ≦ Eif1 is satisfied, where Es is the minimum applied electric field for driving.
Characteristic (1-B): When the bipolar electric field-strain curve has an inflection point in a curved portion from electric field Emin to Ec2 showing the maximum displacement on the negative electric field side, and the electric field at the inflection point is Eif2. Eif2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (i-B): Eif2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（２−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（２−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とする圧電体の駆動方法。
特性（２−Ａ）：Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅ１８０ｓ１を充足する。
特性（２−Ｂ）：Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に１８０°ドメイン反転が開始する電界をＥ１８０ｓ２としたとき、Ｅ１８０ｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、１８０ｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In the method of driving a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a bipolar polarization-electric field hysteresis curve having coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side are respectively Ec1 and Ec2 in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve, a piezoelectric body having the following characteristic (2-A) is represented by the following driving condition (ii-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (2-B) is driven under the following driving condition (ii-B).
Characteristic (2-A): Ec1 ≦ 0 ≦ E180s1 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is decreased from Ec2 is E180s1.
Driving condition (ii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ E180s1 is satisfied.
Characteristic (2-B): E180s2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied when the electric field at which the 180 ° domain inversion starts when the applied electric field is increased from Ec1 is E180s2.
Driving condition (ii-B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, 180s2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（３−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（３−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）で駆動することを特徴とする圧電体の駆動方法。
特性（３−Ａ）：かつ、反転電流特性曲線において、Ｅｃ２から印加電界を減少させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ１としたとき、Ｅｃ１≦０≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦Ｅｉｃｓ１を充足する。
特性（３−Ｂ）：反転電流特性曲線において、Ｅｃ１から印加電界を増加させた際に反転電流値が上昇を開始する電界をＥｉｃｓ２としたとき、Ｅｉｃｓ２≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｉｉ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、Ｅｉｃｓ２≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In the method of driving a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a bipolar polarization-electric field hysteresis curve having coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, a piezoelectric body having the following characteristic (3-A) is represented by the following drive condition (iii-A) Or a piezoelectric body having the following characteristic (3-B) is driven under the following driving condition (iii-B).
Characteristic (3-A): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is decreased from Ec2, Ec1 ≦ 0 ≦ Eics1 is satisfied.
Driving condition (iii-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ Eics1 is satisfied.
Characteristic (3-B): In the reversal current characteristic curve, when the electric field at which the reversal current value starts to increase when the applied electric field is increased from Ec1, Eics2 ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iii-B): Eics2 ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied, where Ee is the maximum applied electric field for driving.
バイポーラ分極−電界ヒステリシス曲線における負電界側の抗電界と正電界側の抗電界とを各々Ｅｃ１，Ｅｃ２としたとき、下記特性（４−Ａ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｖ−Ａ）で駆動する、若しくは、下記特性（４−Ｂ）を有する圧電体を下記駆動条件（ｉｖ−Ｂ）で駆動することを特徴とする圧電体の駆動方法。
特性（４−Ａ）：Ｅｃ１≦０≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ａ）：駆動の最小印加電界をＥｓとしたとき、Ｅｃ１≦Ｅｓ≦（３×Ｅｃ１＋１×Ｅｃ２）／（３＋１）を充足する。
特性（４−Ｂ）：（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦０≦Ｅｃ２を充足する。
駆動条件（ｉｖ−Ｂ）：駆動の最大印加電界をＥｅとしたとき、（１×Ｅｃ１＋３×Ｅｃ２）／（１＋３）≦Ｅｅ≦Ｅｃ２を充足する。 In the method of driving a piezoelectric body made of a ferroelectric material and having a bipolar polarization-electric field hysteresis curve having coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side,
When the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field on the positive electric field side in the bipolar polarization-electric field hysteresis curve are Ec1 and Ec2, respectively, a piezoelectric body having the following characteristic (4-A) is represented by the following driving condition (iv-A). Or a piezoelectric body having the following characteristic (4-B) is driven under the following driving condition (iv-B).
Characteristic (4-A): Ec1 ≦ 0 ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Driving condition (iv-A): When the minimum applied electric field for driving is Es, Ec1 ≦ Es ≦ (3 × Ec1 + 1 × Ec2) / (3 + 1) is satisfied.
Characteristic (4-B): (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ 0 ≦ Ec2 is satisfied.
Driving condition (iv−B): When the maximum applied electric field for driving is Ee, (1 × Ec1 + 3 × Ec2) / (1 + 3) ≦ Ee ≦ Ec2 is satisfied.
液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とする液体吐出装置。 A piezoelectric element according to claim 21;
A liquid discharge apparatus comprising: a liquid storage chamber in which liquid is stored; and a liquid storage / discharge member having a liquid discharge port through which the liquid is discharged from the liquid storage chamber.
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