JP5888344B2 - 圧電素子の駆動方法、及び圧電デバイス - Google Patents
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Description
(Bi1−x,Lax)(Fe1−y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
図1は、本発明に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置を示す概略図である。図1に示すように、インクジェット式記録装置IIにおいて、インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
まず、(100)に配向したシリコン基板の表面に熱酸化により膜厚400nmの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にRFスパッタ法により膜厚40nmのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にイオンスパッタと蒸着法の2段階で膜厚150nmの白金膜形成し、(111)に配向した第1電極60とした。
2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ランタン、2−エチルヘキサン酸鉄、2−エチルヘキサン酸マンガンのキシレンおよびオクタン溶液の混合割合を変更し、表1に示すx及びyの上記一般式(1)で表される複合酸化物を圧電体層70とした以外は、実施例1と同様にして、圧電素子300を形成した。
実施例1〜11及び比較例1〜6の各圧電素子300について、東陽テクニカ社製「FCE−1A」で、φ=400μmの電極パターンを使用し、周波数1kHzの三角波を印加して、P(分極量)−V(電圧)の関係を求めた。結果をそれぞれ図5〜18に示す。なお、比較例4〜6はリークが大きすぎて測定することができず、圧電材料としては使用できないものであった。
実施例1〜11及び比較例1〜6の各圧電素子300について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で粉末X線回折パターンを求めた。その結果、実施例1〜11及び比較例1〜6すべてにおいて、ABO3由来の回折ピーク、Pt(111)由来のピーク、およびPt(111)のCuKβ線の回折に由来するピークが観測された。以上の結果から、実施例1〜11及び比較例1〜6の圧電体層はABO3型構造を形成していることがわかる。結果の一例として、回折強度−回折角2θの相関関係を示す図であるX線回折パターンを、実施例5,7,8,9及び比較例4について図19に、また、実施例7,11及び比較例2について図20に示す。
実施例1〜11の各圧電素子300について、アグザクト社製の変位測定装置(DBLI)を用い室温で、φ=500μmの電極パターンを使用し、周波数1kHzの電圧を印加して、電圧印加方向と平行な方位(33方向)におけるS(電界誘起歪)−V(電圧)の関係を求めた。その結果、実施例1〜11すべてにおいて、図5〜15のP−Vヒステリシス同様、閾値電圧以上で大きな歪率の変化を示し、30V印加で0.3%以上の巨大な圧電歪みを観測した。結果の一例として、実施例7,6及び3を図21〜23に示す。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、金属元素として、Bi、La、Fe及びMnのみを含有するABO3型の複合酸化物について記載したが、Bi、La、Fe及びMnを含むABO3型の複合酸化物で電界誘起相転移を示していればよく、圧電特性を良好にする等のために、他の金属を添加してもよい。
Claims (10)
- 圧力発生室と、
第1電極と、該第1電極に形成された圧電体層と、該圧電体層に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、
前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する圧電素子の駆動方法であって、
前記圧電体層は、反強誘電相から強誘電相、又は強誘電相から反強誘電相への電界誘起相転移を示し、
前記駆動手段は、前記圧電体層が前記電界誘起相転移する電圧のうち絶対値が大きい電圧をVF、絶対値が小さい電圧をVAFとしたとき、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であって絶対値がVAF以上の電圧を基点とし、絶対値がVAF以上の範囲内で電圧を変化させる駆動信号を前記圧電素子に供給することにより、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせることを特徴とする圧電素子の駆動方法。 - 圧力発生室と、
第1電極と、該第1電極に形成された圧電体層と、該圧電体層に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、
前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する圧電素子の駆動方法であって、
前記圧電体層は、反強誘電相から強誘電相、又は強誘電相から反強誘電相への電界誘起相転移を示し、
前記駆動手段は、前記圧電体層が前記電界誘起相転移する電圧のうち絶対値が大きい電圧をVF、絶対値が小さい電圧をVAFとしたとき、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であって絶対値がVAF以上の電圧を基点とし、絶対値がVAF以上の範囲内で電圧を変化させる駆動信号、及び、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であってVAFよりも絶対値が大きい電圧を基点とし該VAFよりも絶対値が小さい電圧まで変化させる駆動信号を
前記圧電素子に供給することにより、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせることを特徴とする圧電素子の駆動方法。 - 圧力発生室と、
第1電極と、該第1電極に形成された圧電体層と、該圧電体層に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、
前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する圧電素子の駆動方法であって、
前記圧電体層は、反強誘電相から強誘電相、又は強誘電相から反強誘電相への電界誘起相転移を示し、
前記駆動手段は、前記圧電体層が前記電界誘起相転移する電圧のうち絶対値が大きい電圧をVF、絶対値が小さい電圧をVAFとしたとき、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であって絶対値がVAF以上の電圧を基点とし、絶対値がVAF以上の範囲内で電圧を変化させる駆動信号と、前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であってVAFよりも絶対値が大きい電圧を基点とし、該VAFよりも絶対値が小さい電圧まで変化させる駆動信号とを、選択的に前記圧電素子に供給する駆動信号制御部を有することを特徴とする圧電素子の駆動方法。 - 圧力発生室と、
第1電極と、該第1電極に形成された圧電体層と、該圧電体層に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、
前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する圧電素子の駆動方法であって、
前記圧電体層は、反強誘電相から強誘電相、又は強誘電相から反強誘電相への電界誘起相転移を示し、
前記駆動手段は、前記圧電体層が前記電界誘起相転移する電圧のうち絶対値が大きい電圧をVF、絶対値が小さい電圧をVAFとしたとき、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であってVAFよりも絶対値が大きい電圧を基点とし該VAFよりも絶対値が小さい電圧まで変化させる駆動信号を、
前記圧電素子に供給することにより前記圧力発生室に圧力変化を生じさせることを特徴とする圧電素子の駆動方法。 - 前記圧電体層は、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電素子の駆動方法。
- 前記圧電体層は、下記一般式(1)で表される複合酸化物からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧電素子の駆動方法。
(Bi1−x,Lax)(Fe1−y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09) - 第1電極と、該第1電極に形成された圧電体層と、該圧電体層に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、
駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、
を備え、
前記圧電体層は、反強誘電相から強誘電相、又は強誘電相から反強誘電相への電界誘起相転移を示し、
前記駆動信号は、前記圧電体層が前記電界誘起相転移する電圧のうち絶対値が大きい電圧をVF、絶対値が小さい電圧をVAFとしたとき、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であって絶対値がVAF以上の電圧を基点とし、絶対値がVAF以上の範囲内で電圧が変化する波形形状、及び、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であってVAFよりも絶対値が大きい電圧を基点とし該VAFよりも絶対値が小さい電圧範囲まで電圧が変化する波形形状、の少なくとも一方の波形形状を含むことを特徴とする圧電デバイス。 - 前記駆動手段は、
前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であって絶対値がVAF以上の電圧を基点とし、絶対値がVAF以上の範囲内で電圧が変化する波形形状の前記駆動信号と、前記圧電体層に電圧を印加してVFを経た後の電圧であってVAFよりも絶対値が大きい電圧を基点とし、該VAFよりも絶対値が小さい電圧範囲まで電圧が変化する波形形状の前記駆動信号とを、選択的に前記圧電素子に供給する駆動信号制御部を有することを特徴とする請求項7に記載の圧電デバイス。 - 前記圧電体層は、Bi、La、Fe及びMnを含むペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電体層は、下記一般式(1)で表される複合酸化物からなることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
(Bi1−x,Lax)(Fe1−y,Mny)O3 (1)
(0.21≦x≦0.38,0.01≦y≦0.09)
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