(57)【要約】【課題】耐久性に優れた圧電装置を提供する。【解決手段】圧電装置２は、圧電体１３及び圧電体１３に電圧を印加する電極１２，１４を備えた圧電素子１と、圧電素子１の印加電圧及び印加周波数を制御する駆動制御手段２０とを備え、圧電装置２の外部温度を測定する外部温度測定手段３０と、圧電装置２の外部湿度を測定する外部湿度測定手段３０と、外部温度測定手段３０及び外部湿度測定手段３０による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と圧電体１３上に結露が生じる露点との関係に基づいて、圧電装置２の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点を求める露点測定手段３０と、圧電体１３の温度を、露点測定手段３０により測定された露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段４０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子と、
前記圧電素子の印加電圧及び印加周波数を制御する駆動制御手段とを備えた圧電装置において、
前記圧電装置の外部温度を測定する外部温度測定手段と、
前記圧電装置の外部湿度を測定する外部湿度測定手段と、
前記外部温度測定手段及び前記外部湿度測定手段による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と前記圧電体上に結露が生じる露点との関係に基づいて、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点を求める露点測定手段と、
前記圧電体の温度を、前記露点測定手段により測定された前記露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段とを備えたことを特徴とする圧電装置。
【請求項２】
前記圧電体温度制御手段は、
前記圧電体の温度を測定する圧電体温度測定手段と、
前記圧電体温度測定手段による測定結果及び前記制御温度範囲に基づいて、前記圧電体の温度を調節する圧電体温度調節手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧電装置。
【請求項３】
前記圧電体温度調節手段は、
前記圧電体を加熱する加熱手段と、
前記圧電体を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段及び前記冷却手段を制御する加熱冷却制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の圧電装置。
【請求項４】
前記圧電体温度制御手段は、
前記圧電体の温度を、前記露点測定手段により測定された前記露点＋２℃以上４０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電装置。
【請求項５】
前記圧電体は、圧電体膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電装置。
【請求項６】
前記圧電体は、膜厚１０μｍ以下の圧電体膜であることを特徴とする請求項５に記載の圧電装置。
【請求項７】
前記駆動制御手段による前記圧電体の駆動周波数が３０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段による前記圧電体の駆動波形電圧の最低電圧と最高電圧との差（Ｖｐｐ）が２０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電装置。
【請求項９】
前記圧電体が、下記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧電装置。
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。
Ｍは１種又は２種以上の金属元素を示す。
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【請求項１０】
圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子の駆動方法において、
前記圧電体の温度を、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御して、駆動を行うことを特徴とする圧電素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の圧電装置と、該圧電装置に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電圧の印加に応じて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とを有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電装置、圧電素子の駆動方法、及び液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界印加強度の増減に伴って伸縮する圧電体と、圧電体に対して電圧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圧電アクチュエータ等の用途に使用されている。圧電材料としては、ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）、及びＰＺＴのＡサイト及び／又はＢサイトの一部を他元素で置換したＰＺＴの置換系が知られている。本明細書では、ＰＺＴ及びその置換系を合わせて、「ＰＺＴ系」と称す。
【０００３】
特許文献１，２等には、圧電体の発熱により、インク温度が上昇したり、インク流路の体積が安定せず吐出が不安定になったり、圧電体自身の脱分極が起こったりするなどの問題が生じることが指摘されており、圧電体の放熱が有効であることが記載されている。
【０００４】
その一方で、圧電体は水分混入によって劣化することが知られている。特許文献３には、乾燥空気を用いて、圧電素子及びその近傍雰囲気の露点を外部環境の露点よりも低い値に保つことが提案されている（請求項１、段落００３７）。しかしながら、特許文献３に記載の構造は複雑である。特許文献３の段落００３７には、乾燥空気のボンベを用いることが記載されているが、小型のインクジェット式プリンタ等に搭載するには非現実的である。特許文献４には、発熱膜を用いて圧電体を加熱して水分を飛ばすことが提案されている（請求項１，２）。
【０００５】
以上のように、従来は、圧電体の放熱が良いという考えがある一方で、圧電体の加熱が良いという背反する考えがあり、いずれが効果的であるか明らかではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000-135788号公報
【特許文献２】特開2005-027402号公報
【特許文献３】特開2004-322605号公報
【特許文献４】特開2000-43259号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、圧電素子の外部環境の温度及び湿度と、圧電体自身の温度と、圧電体の耐久性との関係に着目して、圧電体の好適な駆動条件を見出し、耐久性に優れた圧電装置と圧電素子の駆動方法を発明した。  
すなわち、本発明は、耐久性に優れた圧電装置、及び耐久性に優れた圧電素子の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電装置は、
圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子と、
前記圧電素子の印加電圧及び印加周波数を制御する駆動制御手段とを備えた圧電装置において、
前記圧電装置の外部温度を測定する外部温度測定手段と、
前記圧電装置の外部湿度を測定する外部湿度測定手段と、
前記外部温度測定手段及び前記外部湿度測定手段による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と前記圧電体上に結露が生じる露点との関係に基づいて、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点を求める露点測定手段と、
前記圧電体の温度を、前記露点測定手段により測定された前記露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
前記圧電体温度制御手段は、
前記圧電体の温度を測定する圧電体温度測定手段と、
前記圧電体温度測定手段による測定結果及び前記制御温度範囲に基づいて、前記圧電体の温度を調節する圧電体温度調節手段とを備えたことが好ましい。
【００１０】
前記圧電体温度調節手段は、
前記圧電体を加熱する加熱手段と、
前記圧電体を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段及び前記冷却手段を制御する加熱冷却制御手段とを備えたことが好ましい。
【００１１】
前記圧電体温度制御手段は、
前記圧電体の温度を、前記露点測定手段により測定された前記露点＋２℃以上４０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることが好ましい。
【００１２】
本発明は、前記圧電体が圧電体膜である場合に有効であり、前記圧電体が膜厚１０μｍ以下の圧電体膜である場合に特に有効である。  
本発明は、前記駆動制御手段による前記圧電体の駆動周波数が３０ｋＨｚ以上である場合に有効である。  
本発明は、前記駆動制御手段による前記圧電体の駆動波形電圧の最低電圧と最高電圧との差（Ｖｐｐ）が２０Ｖ以上である場合に有効である。
【００１３】
前記圧電体としては、下記一般式（Ｐ）で表されるペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。  
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。  
Ｍは１種又は２種以上の金属元素を示す。  
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。  
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【００１４】
本発明の圧電素子の駆動方法は、圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子の駆動方法において、
前記圧電体の温度を、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御して、駆動を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の液体吐出装置は、本発明の圧電装置と、該圧電装置に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体に対する前記電圧の印加に応じて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とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明者は、圧電素子の外部環境の温度及び湿度と、圧電体自身の温度と、圧電体の耐久性との関係に着目して、圧電体の好適な駆動条件を見出し、耐久性に優れた圧電装置と圧電素子の駆動方法を発明した。  
本発明によれば、耐久性に優れた圧電装置、及び耐久性に優れた圧電素子の駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１実施形態のインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す斜視図
【図２】本発明に係る第２実施形態のインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す斜視図
【図３】インクジェット式記録装置の構成例を示す図
【図４】図３のインクジェット式記録装置の部分上面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者は、圧電体の温度が露点以下になると、圧電体上に結露が発生して、圧電体が急激に劣化することを見出した。一方で、圧電体の温度が高くなる程、Ｃｐ・ｔａｎδ（ここで、Ｃｐは静電容量、ｔａｎδは誘電損失を各々示す。）が上昇して圧電体からの発熱量が増え、圧電体の劣化が加速することを見出した。本発明者は、圧電体の温度を露点より高く８０℃以下の温度範囲内に制御することで、耐久性良く圧電素子を駆動できることを見出し、本発明を完成した。
【００１９】
すなわち、本発明の圧電装置は、
圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子と、
前記圧電素子の印加電圧及び印加周波数を制御する駆動制御手段とを備えた圧電装置において、
前記圧電装置の外部温度を測定する外部温度測定手段と、
前記圧電装置の外部湿度を測定する外部湿度測定手段と、
前記外部温度測定手段及び前記外部湿度測定手段による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と前記圧電体上に結露が生じる露点との関係に基づいて、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点を求める露点測定手段と、
前記圧電体の温度を、前記露点測定手段により測定された前記露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の圧電素子の駆動方法は、圧電体及び該圧電体に電圧を印加する電極を備えた圧電素子の駆動方法において、
前記圧電体の温度を、前記圧電装置の使用環境下にて前記圧電体上に結露が生じる露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御して、駆動を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
「第１実施形態のインクジェット式記録ヘッド」
図１を参照して、本発明に係る第１実施形態の圧電アクチュエータ（圧電装置）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。視認しやすくするため、構成要素の縮尺及び位置関係は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２２】
本実施形態の圧電アクチュエータ（圧電装置）２は、圧電素子１と各種駆動制御機構とを備えたものである。本実施形態の圧電アクチュエータ２は、圧電体１３の温度を露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御することが可能なものである。
【００２３】
圧電素子１は、振動板を兼ねた基板１１上に、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り、圧電体１３に対して下部電極１２と上部電極１４とにより厚み方向に電圧が印加されるようになっている。下部電極１２、圧電体１３、及び上部電極１４のパターンは図示するものに限定されず、適宜設計される。振動板は基板１１とは独立した部材により構成しても構わない。
【００２４】
基板１１としては特に制限なく、シリコン，酸化シリコン，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，ＳｉＣ，及びＳｒＴｉＯ３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。
【００２５】
下部電極１２の組成は特に制限なく、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の組成は特に制限なく、下部電極１２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。
【００２６】
圧電アクチュエータ２には、圧電素子１の印加電圧及び印加周波数を制御する駆動回路等からなる駆動制御手段２０が備えられている。
【００２７】
圧電アクチュエータ２にはさらに、
外部温度を測定する外部温度測定手段と、
外部湿度を測定する外部湿度測定手段と、
外部温度測定手段及び外部湿度測定手段による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と圧電体１３上に結露が生じる露点との関係に基づいて、圧電アクチュエータ２の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点を求める露点測定手段とが備えられている。
【００２８】
本実施形態において、外部温度測定手段、外部湿度測定手段、及び露点測定手段として、外部環境の温度及び湿度を測定し、圧電アクチュエータ２の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点を求め、外部環境の温度と湿度、及び求められた露点を表示する温湿度センサ３０が備えられている。
【００２９】
圧電アクチュエータ２にはさらに、圧電体１３の温度を、上記露点測定手段により測定された露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段４０が備えられている。
【００３０】
圧電体１３の温度が露点以下となることを安定的に抑制するために、圧電体温度制御手段４０は、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上８０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることが好ましい。
【００３１】
圧電体温度制御手段４０は、上記制御温度範囲内でなるべく低い温度に制御するものであることがより好ましい。具体的には、圧電体温度制御手段４０は、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上６０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることがより好ましく、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上４０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることが特に好ましい。
【００３２】
本実施形態において、圧電体温度制御手段４０として、圧電体１３の温度を測定する圧電体温度測定手段４１と、圧電体温度測定手段４１による測定結果及び上記制御温度範囲に基づいて、圧電体１３の温度を調節する圧電体温度調節手段４２とが備えられている。
【００３３】
本実施形態において、圧電体温度測定手段４１として、圧電体１３の温度を測定する熱電対が備えられている。本実施形態において、熱電対は下部電極１２に接触するように備えられているが、圧電体１３の温度を測定することができれば、その位置は特に制限されない。圧電体温度測定手段４１としては、熱電対の他に、サーモグラフィ、あるいは赤外線顕微鏡等を用いることもできる。
【００３４】
本実施形態において、圧電体温度調節手段４２として、圧電体１３を加熱する加熱手段４３と、圧電体１３を冷却する冷却手段４４と、加熱手段４３及び冷却手段４４を制御する加熱冷却制御手段４５とが備えられている。
【００３５】
加熱手段４３としては、シリコンラバーヒータ等の各種ヒータ等が挙げられる。冷却手段４４としては、ペルチェ素子及び送風ファン等が挙げられ、ペルチェ素子等が好ましい。加熱手段４３及び冷却手段４４の設置箇所は、圧電体１３の温度を変えられる位置であればよく、特に制限されない。
【００３６】
本実施形態において、加熱冷却制御手段４５は、圧電体温度測定手段４１による測定結果及び上記制御温度範囲に基づいて、圧電体１３の設定温度を決定し、圧電体１３がこの設定温度になるよう加熱手段４３及び冷却手段４４を制御する制御回路４６と、圧電体温度測定手段４１による測定結果を表示する表示部４７と、圧電体１３の設定温度を表示する表示部４８等からなる制御装置である。
【００３７】
加熱冷却制御手段４５による圧電体１３の設定温度は、上記制御温度範囲内でなるべく低い温度がより好ましい。
【００３８】
本実施形態によれば、圧電体１３の温度を、圧電アクチュエータ２の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御して、駆動を行うことができる。本実施形態によれば、耐久性に優れた圧電アクチュエータ２と圧電素子の駆動方法を提供することができる。
【００３９】
本実施形態は、圧電体１３からの発熱量が多い場合に有効である。  
圧電体１３からの発熱量Ｗは、下記式で表される。  
Ｗ＝１／２ω・Ｃｐ・Ｖｐｐ２・ｔａｎδ
（式中、Ｃｐは静電容量、Ｖｐｐは電圧振幅（駆動波形電圧の最低電圧と最高電圧との差）、ｔａｎδは誘電損失を各々示す。ω＝２πｆ、Ｃｐ＝ε０・εｒ・Ｓ／ｄである。ここで、ｄは膜厚、Ｓは面積、εｒは物質の比誘電率、ε０は真空の誘電率を各々示す。）
【００４０】
上記式から分かるように、圧電体１３の厚みが薄い程、圧電体１３からの発熱量が多くなる傾向にある。したがって、本実施形態は、圧電体１３が圧電体膜である場合に有効であり、圧電体１３が膜厚１０μｍ以下の圧電体膜である場合に特に有効である。圧電体膜の膜厚の下限は特に制限されず、例えば５００ｎｍ以上である。
【００４１】
上記式から分かるように、圧電体１３の駆動周波数が大きくなる程、圧電体１３からの発熱量が多くなる傾向にある。したがって、本実施形態は、駆動制御手段２０による圧電体１３の駆動周波数が３０ｋＨｚ以上である場合に有効であり、５０ｋＨｚ以上である場合にさらに有効であり、１００ｋＨｚある場合に特に有効である。
【００４２】
上記式から分かるように、圧電体１３の電圧振幅が大きくなる程、圧電体１３からの発熱量が多くなる傾向にある。したがって、本実施形態は、駆動制御手段２０による圧電体１３の駆動波形電圧の最低電圧と最高電圧との差（Ｖｐｐ）が２０Ｖ以上である場合に有効であり、２５Ｖ以上である場合にさらに有効であり、３０Ｖ以上である場合に特に有効である。
【００４３】
圧電体１３の組成は特に制限されない。  
圧電体１３としては、下記一般式で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物を含むものが挙げられる。  
一般式ＡＢＯ３
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｋ，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、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ及びＮｉ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サイト元素の総モル数とＢサイト元素の総モル数と酸素元素のモル数との比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【００４４】
上記一般式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、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
【００４５】
本実施形態の圧電アクチュエータ２及び圧電素子の駆動方法は、圧電体１３が、下記一般式（Ｐ）で表されるＰＺＴあるいはその置換系のペロブスカイト型酸化物を含む場合などに好ましく適用できる。  
Ａａ（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｍｂ−ｘ−ｙ）ｂＯｃ・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素。  
Ｍは１種又は２種以上の金属元素を示す。  
０＜ｘ＜ｂ、０＜ｙ＜ｂ、０≦ｂ−ｘ−ｙ。  
ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
【００４６】
Ｂサイトの１種又は２種以上の置換元素であるＭは、特に制限されない。  
被置換イオンの価数よりも高い価数を有する各種ドナイオンを添加したＰＺＴでは、真性ＰＺＴよりも圧電性能等の特性が向上することが知られている。Ｍは、４価のＺｒ，Ｔｉよりも価数の大きい１種又は２種以上のドナイオンであることが好ましい。かかるドナイオンとしては、Ｖ５＋，Ｎｂ５＋，Ｔａ５＋，Ｓｂ５＋，Ｍｏ６＋，及びＷ６＋等が挙げられる。すなわち、ペロブスカイト型酸化物（Ｐ）は、０＜ｂ−ｘ−ｙであり、ＭがＶ，Ｎｂ，Ｔａ，及びＳｂからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含むペロブスカイト型酸化物（ＰＸ）であることが好ましい。
【００４７】
ペロブスカイト型酸化物（Ｐ）において、Ａサイトに含まれてもよいＰｂ以外の元素としては特に制限されず、ドナイオンが好ましく、具体的にはＢｉ，及びＬａ等の各種ランタノイド等の少なくとも１種の元素が好ましい。
【００４８】
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に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）６１、及びインク室６１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）６２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）６０が取り付けられたものである。振動板を兼ねた基板１１には、後記するインクジェット式記録装置１００のインク貯蔵／装填部１１４からインク室６１にインクを供給するためのインク供給口６３が開口されている。
【００４９】
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６１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。
【００５０】
基板１１とは独立した部材のインクノズル６０を取り付ける代わりに、基板１１の一部をインクノズル６０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６１を形成し、基板自体の加工によりインクノズル６０を形成することができる。
【００５１】
本実施形態の圧電アクチュエータ２及びインクジェット式記録ヘッド３は、以上のように構成されている。本実施形態によれば、耐久性に優れた圧電アクチュエータ２と圧電素子の駆動方法を提供することができる。
【００５２】
「第２実施形態のインクジェット式記録ヘッド」
図２を参照して、本発明に係る第２実施形態の圧電アクチュエータ（圧電装置）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。本実施形態の圧電アクチュエータ４及びインクジェット式記録ヘッド５の基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の圧電アクチュエータ４においても、第１実施形態と同様に、
外部温度を測定する外部温度測定手段と、
外部湿度を測定する外部湿度測定手段と、
外部温度測定手段及び外部湿度測定手段による測定結果、及びあらかじめ取得された外部温度及び外部湿度と圧電体１３上に結露が生じる露点との関係に基づいて、圧電アクチュエータ４の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点を求める露点測定手段とが備えられている。
【００５４】
本実施形態においても、外部温度測定手段、外部湿度測定手段、及び露点測定手段として、外部環境の温度及び湿度を測定し、圧電アクチュエータ４の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点を求め、外部環境の温度、湿度、及び求められた露点を表示する温湿度センサ３０が備えられている。
【００５５】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御する圧電体温度制御手段５０が備えられている。
【００５６】
圧電体１３の温度が露点以下となることを安定的に抑制するために、圧電体温度制御手段５０は、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上８０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることが好ましい。
【００５７】
圧電体温度制御手段５０は、上記制御温度範囲内でなるべく低い温度に制御するものであることが特に好ましい。具体的には、圧電体温度制御手段５０は、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上６０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることがより好ましく、圧電体１３の温度を、露点測定手段により測定された露点＋２℃以上４０℃以下の制御温度範囲内に制御するものであることが特に好ましい。
【００５８】
本実施形態において、圧電体温度制御手段５０として、圧電体１３の温度を測定する圧電体温度測定手段５１と、圧電体温度測定手段５１による測定結果及び上記制御温度範囲に基づいて、圧電体１３の温度を調節する圧電体温度調節手段５２とが備えられている。
【００５９】
本実施形態において、圧電体温度測定手段５１として、圧電体１３の温度を測定する熱電対が備えられている。本実施形態において、熱電対は下部電極１２に接触するように備えられているが、圧電体１３の温度を測定することができれば、その位置は特に制限されない。圧電体温度測定手段５１としては、熱電対の他に、サーモグラフィ、あるいは赤外線顕微鏡等を用いることもできる。
【００６０】
本実施形態において、圧電体温度調節手段５２として、内部に流体が循環する流体循環菅５３と、流体循環菅５３内の流体の温度を調温する流体温制御手段５４とが備えられている。
【００６１】
流体温制御手段５４は、流体循環菅５３内の流体を加熱する加熱手段５５と、流体循環菅５３内の流体を冷却する冷却手段５６と、圧電体温度測定手段５１による測定結果及び圧電体１３の制御温度範囲に基づいて、圧電体１３の設定温度を決定し、圧電体１３がこの設定温度になるよう加熱手段５５及び冷却手段５６を制御して流体循環菅５３内の流体の温度を制御する制御回路等からなる加熱冷却制御手段５７と、圧電体温度測定手段５１による測定結果を表示する表示部５８と、圧電体１３の設定温度を表示する表示部５９等からなる制御装置である。
【００６２】
流体循環菅５３内の流体の組成は特に制限されない。流体循環菅５３内の流体は、水等の無機流体でもよいし、エチレングリコールや各種オイルのような有機流体でもよい。流体循環菅５３内の流体は単一物からなるものでもよいし、混合物でもよい。流体循環菅５３内の流体は、溶媒中に何らかの溶質が溶解したものでもよい。
【００６３】
流体温制御手段５４による圧電体１３の設定温度は、上記制御温度範囲内でなるべく低い温度であることがより好ましい。
【００６４】
本実施形態によっても、圧電体１３の温度を、圧電アクチュエータ２の使用環境下にて圧電体１３上に結露が生じる露点より高く８０℃以下の制御温度範囲内に制御して、駆動を行うことができる。本実施形態によっても、耐久性に優れた圧電アクチュエータ４と圧電素子の駆動方法を提供することができる。
【００６５】
「インクジェット式記録装置」
図３及び図４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３は装置全体図であり、図４は部分上面図である。
【００６６】
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。  
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。
【００６７】
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３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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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３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３の左から右へと搬送される。
【００７１】
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。
【００７２】
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４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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。  
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。
【００７５】
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。
【００７６】
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
【実施例】
【００７７】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【００７８】
（圧電素子の作製）
Ｓｉウエハ上にスパッタ法により、下部電極として２０ｎｍ厚のＴｉ膜と１５０ｎｍ厚の（１１１）Ｉｒ膜とを順次成膜した。この下部電極上にＮｂ−ＰＺＴ圧電体膜を成膜した。圧電体膜の成膜条件は以下の通りとした。  
成膜装置：ＲＦスパッタ装置（アルバック社製「強誘電体成膜スパッタ装置ＭＰＳ型」）、
ターゲット：１２０ｍｍφのＰｂ１．３（（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）０．８８Ｎｂ０．１２）Ｏ３焼結体、
成膜パワー：５００Ｗ、
基板／ターゲット間距離：６０ｍｍ、
成膜圧力：０．３Ｐａ、
成膜ガス：Ａｒ／Ｏ２＝９７．５／２．５（モル比）。  
上記Ｎｂ−ＰＺＴ膜上にＴｉ／Ｐｔ上部電極（Ｔｉ：２０ｎｍ厚／Ｐｔ：１５０ｎｍ厚）を成膜し（Ｔｉは密着層として機能し、Ｐｔが主に電極として機能する。）、５×１２．５ｍｍ２の大きさに切断して、圧電素子を得た。
【００７９】
（耐久性試験）
同じ条件で作製した圧電素子について、外部環境の温度と湿度、及び圧電体膜の温度を変えて、平均寿命試験を実施した。  
外部環境の温度及び湿度は、恒温恒湿槽で制御した。  
圧電体膜の温度は、ＮＥＣ三栄社製のサーモグラフィ「ＴＨ７１０２ＦＭ」、Ａｐｉｓｔｅ社製の赤外線顕微鏡「ＦＳＶ−ＧＸ７０００」、及びサンプルへのＫ熱電対貼付けの３通りで測定した。  
サーモグラフィと赤外線顕微鏡は、物体の表面物質の放射率によって温度表示が異なるため、あらかじめホットプレート上で、実際の膜の温度と表示温度とを比較して較正表を作成した上で実温を読み取るようにした。いずれの方法でも、実際の膜の温度と表示温度との差は±５℃以内であった。  
圧電素子に対して−１２．５Ｖ±１２．５Ｖ、１００ｋＨｚの台形波を印加し、１０億サイクルごとに（すなわち１００ｋＨｚ×１０億サイクル＝１６．７分おきに）電圧印加を切って、ＬＣＲメータにて、１Ｖ、１ｋＨｚのｔａｎδを計測し、ｔａｎδが０．１を超えた点を寿命として求めた。２０ヶ所測定の寿命の平均を、「平均寿命」として求めた。
【００８０】
（試験１）
外部環境４０℃相対湿度８０％の条件下で、平均寿命を測定した。  
＜実施例１＞
サンプル背面に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍサイズの黒色に塗ったアルミブロックを設置した。圧電体膜が充分に放熱され、圧電体膜は外部環境と同じ温度となった。この条件で、平均寿命試験を行った。  
＜実施例２、比較例１＞
サンプルを温度制御付シリコンラバーヒータにて加熱して温度制御を行いながら、平均寿命試験を行った。圧電体膜の温度は、膜上にテフロンコート被覆Ｋ熱電対をカプトンテープで貼り付けてモニタリングした（テフロン及びカプトンは登録商標）。  
＜比較例２＞
サンプル背面をペルチェ素子で冷却し３３℃に保持して、平均寿命試験を行った。圧電体膜の温度は、膜上にテフロンコート被覆Ｋ熱電対をカプトンテープで貼り付けてモニタリングした（テフロン及びカプトンは登録商標）。サンプル表面に結露が観測された。  
実施例１−２及び比較例１−２における、外部環境の温度と湿度、その外部環境下における露点、圧電体膜の駆動温度を表１に示す。  
＜評価結果＞
評価結果を表１に示す。  
表１に示すように、９０℃以上の駆動では圧電体膜の劣化が顕著になることが分かった。また、圧電体膜を露点以下まで冷却すると、サンプルに結露が生じて圧電体膜の劣化が顕著になることが分かった。圧電体膜の温度を露点より高く８０℃以下の温度に制御することにより、高い耐久性が得られることが分かった。
【００８１】
【表１】
2011016319.tif 000003
【００８２】
（試験２）
外部環境２５℃相対湿度５０％の条件下で、平均寿命を測定した。  
＜実施例３−４，比較例３−５＞
圧電体膜の温度制御は試験１と同様に実施した。この試験では、試験１よりも長寿命になる傾向にあった。そのため、平均寿命が１５００億ドットを超えるものは、寿命試験を続行することが時間的に難しかったため、１５００億ドットまでのデータを用いて、ワイブルプロットの最小２乗法により外挿し、推定平均寿命を求めた。  
実施例３−４及び比較例３−５における、各例における、外部環境の温度と湿度、その外部環境下における露点、圧電体膜の駆動温度、及び評価結果を表２に示す。  
表２に示すように、９０℃以上の駆動では圧電体膜の劣化が顕著になることが分かった。また、圧電体膜を露点以下まで冷却すると、サンプルに結露が生じて圧電体膜の劣化が顕著になることが分かった。圧電体膜の温度を露点より高く８０℃以下の温度に制御することにより、高い耐久性が得られることが分かった。
【００８３】
【表２】
2011016319.tif 000004
【００８４】
（試験３）
外部環境２５℃相対湿度５０％の条件下で、平均寿命を測定した。  
＜実施例５，比較例６＞
圧電体膜の温度制御は特に実施しなかった。  
比較例６では、試験１，２と同様に、−１２．５Ｖ±１２．５Ｖ、１００ｋＨｚの台形波を印加して試験を行った。駆動周波数１００ｋＨｚの条件では、圧電体膜からの発熱が大きく、圧電体膜の温度は試験開始後すぐに９０℃に上昇し、圧電体膜の劣化が見られた。  
実施例５では、−１２．５Ｖ±１２．５Ｖ、２０ｋＨｚの台形波を印加して試験を行った。駆動周波数２０ｋＨｚの条件では駆動周波数１００ｋＨｚの５倍の試験時間を要するため、試験２と同様に外挿法にて平均寿命を求めた。駆動周波数２０ｋＨｚの条件では、圧電体膜からの発熱が少なく、試験開始初期の圧電体膜の温度は４０℃であり、その後も４０℃程度が維持された。実施例５では、圧電体膜は高寿命であった。  
実施例５及び比較例６における、外部環境の温度と湿度、その外部環境下における露点、圧電体膜の初期の駆動温度、及び評価結果を表３に示す。  
駆動周波数２０ｋＨｚ以下では特に温度制御をしなくても高寿命な場合があるが、駆動周波数３０ｋＨｚ以上では圧電体膜からの発熱が大きく、温度制御を行う本発明が有効である。  
【００８５】
【表３】
2011016319.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の圧電装置及び圧電素子の駆動方法は、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，超音波探触子，及び超音波モータ等に搭載される圧電アクチュエータ、及び強誘電体メモリ等の強誘電体素子に好ましく適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１  圧電素子
２，４  圧電アクチュエータ（圧電装置）
３，５  インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ  インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１１  振動板を兼ねた基板
１２、１４  電極
１３  圧電体
２０  駆動制御手段
３０  温湿度センサ（外部温度測定手段、外部湿度測定手段、露点測定手段）
４０，５０  圧電体温度制御手段
４１，５１  圧電体温度測定手段
４２，５２  圧電体温度調節手段
４３，５５  加熱手段
４４，５６  冷却手段
４５，５７  加熱冷却制御手段
６０  インクノズル（液体貯留吐出部材）
６１  インク室（液体貯留室）
６２  インク吐出口（液体吐出口）
１００  インクジェット式記録装置
【図１】
2011016319.tif 000006
【図２】
2011016319.tif 000007
【図３】
2011016319.tif 000008
【図４】
2011016319.tif 000009