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JP5645369B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター - Google Patents

液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター Download PDF

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JP5645369B2 JP2009098460A JP2009098460A JP5645369B2 JP 5645369 B2 JP5645369 B2 JP 5645369B2 JP 2009098460 A JP2009098460 A JP 2009098460A JP 2009098460 A JP2009098460 A JP 2009098460A JP 5645369 B2 JP5645369 B2 JP 5645369B2
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Description

本発明は、圧電素子の変位によりノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子を具備するアクチュエーターに関する。
液体噴射ヘッドの代表例としては、圧力発生手段によって圧力発生室内に圧力を発生させることで、インクからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドを構成する圧力発生手段としては、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を2つの電極で挟んだ圧電素子が挙げられ、この圧電素子を撓み変形させることで圧力発生室内に圧力を付与してノズルからインク滴を噴射させている。
そして、圧電素子に用いられる圧電体層の材料としては、例えば、PZT等のペロブスカイト構造を有する材料が好適に用いられている。またこのような材料で形成されている場合、圧電体層は、主に菱面体晶系或いは正方晶系の結晶で構成されている。例えば、圧電体層に含まれるジルコニアとチタンとの組成Zr/Tiを調整すると共に、その結晶を正方晶系としたものがある(例えば、特許文献1参照)。
このように圧電体層の組成や結晶系等を調整することで、圧電体層の圧電特性を向上することができ、圧電素子の変位特性を向上することができる。
特開2005−119166号公報
しかしながら、圧電体層の組成や結晶系を調整するだけでは、圧電特性の向上には限界があり、圧電素子の変位特性を十分向上することができないという問題がある。また近年、圧電素子の変位特性のさらなる向上が望まれており、その要望を満たすことが難しくなってきている。
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子においても存在し、さらには、液体噴射ヘッド以外のデバイスに用いられるアクチュエーターにおいても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の変位特性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーターを提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成されており、前記圧電素子は、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で駆動されるものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧V0とは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。したがって、液滴の噴射特性を向上することができる。
また前記圧電体層が、ペロブスカイト構造を有する材料、例えば、前記圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で形成されていることが好ましい。特に、前記圧電体層の結晶構造が菱面体晶系であることが好ましい。これにより、所定電圧を印加した際の圧電体層の変位効率がさらに向上する。したがって、圧電素子をより効率的に変位させることができる。
また本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成された液体噴射ヘッドと、前記圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で前記圧電素子を駆動する駆動手段と、を具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。したがって、液滴の噴射特性を向上することができる。
さらに本発明は、ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成される圧電素子を具備し、前記圧電素子が、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で駆動されるものであることを特徴とするアクチュエーターにある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成されており、前記圧電素子は、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足する条件で駆動されるものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。したがって、液滴の噴射特性を向上することができる。
ここで、前記最大電圧Vmaxが前記ピーク電圧Vよりも大きくなる範囲で、前記最小電圧Vminが前記ピーク電圧Vよりも小さい値に設定されていることが好ましい。これにより、圧電素子をさらに効率的に変位させることができる。
また前記圧電体層が、ペロブスカイト構造を有する材料、例えば、前記圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で形成されていることが好ましい。特に、前記圧電体層の結晶構造が菱面体晶系であることが好ましい。これにより、所定電圧を印加した際の圧電体層の変位効率がさらに向上する。したがって、圧電素子をより効率的に変位させることができる。
また本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成された液体噴射ヘッドと、前記圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足する条件で前記圧電素子を駆動する駆動手段と、を具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。したがって、液滴の噴射特性を向上することができる。
さらに本発明は、圧電体層と、該圧電体層の両側にそれぞれ設けられる第1の電極及び第2の電極とで構成される圧電素子を具備し、前記圧電素子が、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足する条件で駆動されるものであることを特徴とするアクチュエーターにある。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
かかる本発明では、圧電素子の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子を効率的に変位させることができる。
実施形態1に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 圧電素子への印加電圧と変位との関係を示すグラフである。 圧電素子への印加電圧と変位の微分係数との関係を示すグラフである。 圧電素子に印加する最小電圧と変位幅との関係を示すグラフである。 一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向及び幅方向における平面図及び断面図である。
インクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板10は、例えば、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、図1及び図2に示すように、複数の圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のリザーバー部32と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100の一部を構成する。インク供給路14は、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たし、本実施形態では、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されている。
また、流路形成基板10の一方面側には、各圧力発生室12に連通するノズル21が列設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
一方、このような流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面には、酸化膜からなる弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、弾性膜50とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1の電極60と、圧電体層70と、第2の電極80とで構成される圧電素子300が形成されている。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を複数の圧電素子300に共通する共通電極とし、他方の電極を圧電体層70と共に各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして個別電極としている。本実施形態では、第1の電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2の電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
なお、このような圧電素子300と、圧電素子300の駆動により変位が生じる部分である振動板とを合わせてアクチュエーターと称する。上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び第1の電極60が振動板として作用するが、振動板の構成は、特に限定されず、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、第1の電極60のみが振動板として機能するようにしてもよい。また、例えば、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
ここで、圧電素子300を構成する第1及び第2の電極60,80の材料は、特に限定されないが、例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)等が挙げられる。また圧電体層70は、電気機械変換作用を示す圧電材料、例えば、ペロブスカイト構造を有し金属としてZrやTiを含む強誘電体材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等からなる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ba(Zr,Ti)O)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O)又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O)等が挙げられる。
なお圧電体層70の結晶構造は、菱面体晶系(rhombohedral)、正方晶系(tetragonal)、単斜晶系(monoclinic)の何れであってもよいが、菱面体晶系であることが好ましい。また圧電体層70は、(100)面、(110)面又は(111)面の何れに優先配向していてもよいが、(100)面に優先配向したものであることが好ましい。
これは、分極モーメントの方向が、印加する電界方向に対して一定の角度傾いているときに圧電変位量が極大になるという、エンジニアードドメイン構造に対応しているからである。つまり、圧電素子300に所定電圧を印加し圧電体層70を変形させると、菱面体晶系の結晶が正方晶系の結晶に相転移しその際に、圧電変位量が極大になる。したがって、このような結晶構造を有する圧電体層70は変位特性に優れ、後述するように所定電圧を印加することで極めて大きな変位量を得ることができる。
ちなみに「優先配向」とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。例えば、「(100)面に優先配向する」とは、X線回折広角法によって圧電体層を測定した際に生じる(100)面、(110)面及び(111)面の回折強度の比率(100)/((100)+(110)+(111))が0.5より大きいことを意味する。
また圧電体層70を(100)面又は(110)面に優先配向させるには、第1の電極60の下や上に所定の結晶配向を有する配向制御層を設けることや、第1の電極60上にその配向を無効にするチタンなどを設け、圧電体層70を形成する際の熱処理温度等を調整することで形成できる。また、(111)面に優先配向した圧電体層70は、例えば、(111)面に優先配向する第1の電極60上に直接形成することで、第1の電極60の結晶性を踏襲したエピタキシャル成長による(111)面に優先配向した圧電体層70を形成することができる。
なお、圧電体層70は、ゾル−ゲル法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のPVD(Physical Vapor Deposition)法等で形成することができる。
また圧電素子300の個別電極である各第2の電極80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜55上にまで延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。
圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300を保護するための空間である圧電素子保持部31を有する保護基板30が接合されている。また、保護基板30には、リザーバー部32が設けられており、このリザーバー部32は、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられており、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、この貫通孔33内に露出するように設けられている。
保護基板30上には、圧電素子300を駆動するための駆動手段としての駆動回路120が固定されており、この駆動回路120とリード電極90とが、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。また保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっており、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
上記のような構成の本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー100からノズル21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応する各圧電素子300に電圧を印加してたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル21からインク滴が噴射される。
そして、このようなインクジェット式記録ヘッドに搭載される本発明の圧電素子300は、以下に説明するように、駆動の際に圧電素子300に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxが、下記式(1)を充足する条件で駆動されるものとなっている。すなわち、駆動手段としての駆動回路120によって圧電素子300に印加される電圧(最小電圧Vmin及び最大電圧Vmax)が下記式(1)の関係を充足するように設定されている。
Vmin<V<Vmax・・・(1)
(上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
具体的に説明すると、圧電素子300の変位量は、図3に示すように、圧電素子300に印加する電圧の上昇に伴って増加する傾向を示す。このグラフから分かるように、圧電素子300に印加する電圧に対する変位量の変化率(傾き)は、一定ではなく逐次変化している。そして、この図3のグラフの結果に基づいて、変位量の一次微分係数(変化率)を求めると、図4に示すような結果となる。すなわち、圧電素子300の変化量の一次微分係数(変化率)は、図4に示すように、圧電素子300に印加する電圧の上昇に伴って、ピーク電圧Vとなるまで急激に上昇し、その後減少する。
そこで本発明では、圧電素子300に印加される最小電圧Vminをこのピーク電圧Vよりも小さい値に設定し、圧電素子300に印加される最大電圧Vmaxをピーク電圧Vよりも大きい値に設定するようにした。つまり圧電素子300に印加される電圧が上記式(1)の関係を充足するようにした。これにより、圧電素子300の変位量の変化率が大きい電圧の範囲を利用して、圧電素子300を効率的に変位させることができる。したがって、インク滴の噴射特性を向上することができる。
またこのように圧電素子300を効率的に変位させることができることで、例えば、各ヘッド間で圧電素子300の圧電特性にバラツキがあり印加する電圧を調整する必要が生じた場合でも、電圧を微調整することで圧電素子300の変位量を容易に均一化することができる。
さらに、圧電素子300に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差(Vmax−Vmin)を一定値(例えば、20V,25V)として圧電素子300に最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxを印加し、そのときの変位量の差(変位幅)を測定した結果を図5に示す。図5に示すように、上記電圧差が一定である場合、電圧差が20V,25Vであるに拘わらず、変位幅は、基本的に最小電圧Vminが小さいほど大きく最小電圧Vminが大きくなるにつれて小さくなるという傾向を示す。
このため、圧電素子300に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差を所定値とする場合、この電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さいことが好ましく、より好ましくは、最大電圧Vmaxがピーク電圧Vよりも大きくなる範囲で、最小電圧Vminをピーク電圧Vよりも小さい値に設定する。これにより、圧電素子300をさらに効率的に変位させることができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態では、圧電素子300を、印加する最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係で規定したが、例えば、圧電素子300に印加する電界強度の最小値(最小電界強度Emin)及び電界強度の最大値(最大電界強度Emax)とピーク電界強度Eとの関係で規定するようにしてもよい。なおピーク電界強度Eとは、歪み−電界強度曲線から求められる歪みの電界強度による一次微分係数が最大値となる電界強度値である。
すなわち、圧電素子300が、圧電素子300に印加される最小電界強度Emin及び最大電界強度Emaxが下記式(2)を充足する条件で、駆動されるようにしてもよい。
Emin<E<Emax・・・(2)
歪み−電界強度曲線は、変位−電圧曲線に実質的に一致する。したがって、圧電素子300に印加する電界強度の最小値(最小電界強度Emin)及び電界強度の最大値(最大電界強度Emax)とピーク電界強度Eとの関係も、最小電圧Emin及び最大電圧Emaxとピーク電圧Vの関係と実質的に一致する。このため、圧電素子300に印加する最小電界強度Emin及び最大電界強度Emaxとピーク電界強度Eとが上記式(2)の関係を充足していることで、上述した実施形態の場合と同様に、圧電素子300の変位量の変化率が大きい電界強度の範囲を利用して、圧電素子300を効率的に変位させることができる。
なお上述したインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図6に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
そして、上述の実施形態では、駆動手段としての駆動回路120がインクジェット式記録ヘッドに搭載された構成を例示したが、勿論、駆動手段は、記録装置側に設けられていてもよい。
さらに、上述した実施形態では、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録ヘッド及び液体噴射装置を挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド及びそれを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
なお、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエーターにも適用することができる。
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 41 封止膜、 42 固定板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 第1の電極、 70 圧電体層、 80 第2の電極、 90 リード電極、 300 圧電素子

Claims (5)

  1. 液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成されており、
    前記圧電素子は、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で駆動されるものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
    Vmin<V<Vmax・・・(1)
    (上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
  2. 前記圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で形成されていることを特徴とする請求項に記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記圧電体層の結晶構造が菱面体晶系であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射ヘッド。
  4. 液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成された液体噴射ヘッドと、
    前記圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で前記圧電素子を駆動する駆動手段と、を具備することを特徴とする液体噴射装置。
    Vmin<V<Vmax・・・(1)
    (上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
  5. ペロブスカイト構造を有する材料からなる圧電体層と、該圧電体層の一方側に設けられる第1の電極と前記圧電体層の反対側に設けられる第2の電極とで構成される圧電素子を具備し、
    前記圧電素子が、当該圧電素子に印加される最小電圧Vmin及び最大電圧Vmaxとピーク電圧Vとの関係が下記式(1)を充足し、且つ前記圧電素子に印加する最小電圧Vminと最大電圧Vmaxとの電圧差の中間値がピーク電圧Vよりも小さくなる条件で駆動されるものであることを特徴とするアクチュエーター。
    Vmin<V<Vmax・・・(1)
    (上記式(1)中、ピーク電圧Vとは、変位−電圧曲線から求められる変位の電圧による一次微分係数が最大値となる電圧値である。)
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JP5152461B2 (ja) * 2006-12-19 2013-02-27 セイコーエプソン株式会社 圧電素子及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

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