(57)【要約】【課題】圧電体の特性劣化を抑制することが可能な圧電素子、これを備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置、並びに圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】振動板３４上に上電極１７、圧電体１８、および第２の電極１９がこの順に積層されてなり、第２の電極は、圧電体側の第１層４０およびこれに積層される第２層４１からなり、第２層は、第１層およびチタンとは異なる導電性材料からなり、第１層は、酸化イリジウムが成膜されることにより形成された。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に積層されてなる圧電素子であって、
前記第２の電極は、前記圧電体側の第１層およびこれに積層される第２層からなり、
前記第２層は、前記第１層およびチタンとは異なる導電性材料からなり、
前記第１層は、酸化イリジウムが成膜されることにより形成されたことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記第２層は、前記圧電体の前記支持体側の面とは反対側の面と、前記圧電体の側面にそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出射装置。
【請求項５】
支持体上に第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に積層されてなる圧電素子の製造方法であって、
前記支持体上に順次形成された第１の電極および圧電体の上に、前記第２の電極を構成する第１層として酸化イリジウムを成膜する工程と、
前記第１層が形成された状態でアニール処理を行う工程と、
アニール処理後の前記第１層の上に、前記第２の電極を構成する第２層を、前記第１層およびチタンとは異なる導電性材料により成膜する工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の電極の成膜方法は、スパッタ法であることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路空部が形成された流路基板と、流路空部の一部を区画する振動板とがジルコニア等のセラミックスの一体焼結により形成された圧電素子、これを備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置、並びに圧電素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この吐出ヘッドから各種の液体を吐出（噴射）する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。
【０００３】
上記の液体吐出ヘッドは、ノズルからインクを吐出（噴射）させるためのアクチュエーター（あるいは圧電デバイス）として圧電素子を備えている。この圧電素子としては、例えば、圧力室に近い側から順に、圧力室毎に設けられる個別電極として機能する下電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電体と、複数の圧力室に共通な共通電極として機能する上電極とが、成膜法によりそれぞれ積層形成されて構成される。また、液体吐出ヘッドとしては、特許文献１に開示されているように、上電極として下層であるイリジウム層と上層であるチタン層が用いられているものがある。上記の電極層の成膜法としては、スパッタ法やＰＶＤ法が好適に採用されている。ところが、圧電体上に上電極を成膜する際、プラズマ中のイオン等により圧電体の表面にダメージが与えられてしまうので、これを回復させるために上電極の成膜後、アニール処理が行われている。このアニール処理により、イリジウムとチタンはそれぞれ酸化イリジウムと酸化チタンとなる。酸化イリジウムは比較的硬く展延性に乏しい性質があるため、膜厚はできるだけ薄く設定される。ところが、イリジウムが酸化する過程で凝集して剥離しやすい事情があり、このため、チタンは、下層の酸化イリジウムが剥がれおちることを防止するために設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2014-112646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上電極のチタンをスパッタ法により成膜する工程などで、圧電体の鉛が揮発し、その上、アニール処理の際に上電極のチタンが圧電体の鉛と結合して部分的にチタン酸鉛となり、これにより圧電体の鉛が欠損するという問題があった。また、例えば、レジスト除去工程や保護膜形成工程等、その後の工程において発生する水素により酸素が奪われて圧電体が還元されてしまう。これらの理由により、圧電体の直流に対する耐性等、圧電体の特性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電体の特性劣化を抑制することが可能な圧電素子、これを備えた液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置、並びに圧電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電素子は、上記目的を達成するために提案されたものであり、支持体上に第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に積層されてなる圧電素子であって、
前記第２の電極は、前記圧電体側の第１層およびこれに積層される第２層からなり、
前記第２層は、前記第１層およびチタンとは異なる導電性材料からなり、
前記第１層は、酸化イリジウムが成膜されることにより形成されたことを特徴とする。
なお、「酸化イリジウムが成膜されることにより形成された」とは、イリジウムを焼成した結果、酸化イリジウムとなることを除く意味である。
【０００８】
本発明によれば、第２の電極は、第１層およびこれに積層される第２層からなり、第２層は、第１層およびチタンとは異なる導電性材料からなり、第１層は、酸化イリジウムが成膜されることにより形成されたので、つまり、イリジウムが焼成された結果酸化イリジウムとなるのではなく、酸化イリジウムが直接成膜されるので、その後のアニール処理においても第１層が剥がれ落ちにくくなる。これにより、従来において酸化イリジウムの剥離防止用として用いられていたチタン層が不要となり、このチタン層により圧電体の鉛が奪われることが防止される。これにより、圧電体の直流に対する耐性や圧電定数等の特性の劣化が抑制される。
【０００９】
上記構成において、前記第２層は、前記圧電体の前記支持体側の面とは反対側の面と、前記圧電体の側面にそれぞれ形成された構成を採用することが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、圧電体の上面および側面にも第１層が形成されるので、圧電素子を製造する過程で圧電体の側面からの鉛の揮発が抑えられる。さらに、例えば圧電素子の製造工程で行われるレジスト除去工程や保護膜形成工程等において発生する水素から第１層が圧電体を保護するので、圧電体の酸素欠損が抑制される。加えて、圧電体の酸素欠損（酸素空乏）は、圧電素子の駆動時における負極である第２の電極側へ次第に移動するが、この第２の電極の第１層である酸化イリジウムが還元されることで圧電体の酸素欠損を補う。その結果、圧電体の特性劣化が一層確実に抑制される。
【００１１】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記いずれかの構成の圧電体を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の液体吐出装置は、上記構成の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、酸素欠損や鉛欠損が少なく特性劣化が抑制された圧電素子を搭載するので、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置の信頼性が向上する。
【００１４】
そして、本発明の圧電素子の製造方法は、支持体上に第１の電極、圧電体、および第２の電極がこの順に積層されてなる圧電素子の製造方法であって、
前記支持体上に順次形成された第１の電極および圧電体の上に、前記第２の電極を構成する第１層として酸化イリジウムを成膜する工程と、
前記第１層が形成された状態でアニール処理を行う工程と、
アニール処理後の前記第１層の上に、前記第２の電極を構成する第２層を、前記第１層およびチタンとは異なる導電性材料により成膜する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、前記第２の電極の成膜方法は、スパッタ法であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プリンターの内部構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する断面図である。
【図３】記録ヘッドの要部断面図である。
【図４】圧電素子近傍の拡大断面図である。
【図５】圧電素子の作製工程を説明する工程図である。
【図６】プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。
【図７】駆動パルスの構成の一例を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明に係る液体吐出装置として、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。
【００１８】
図１はプリンター１の内部構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４、このキャリッジ４を記録用紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録用紙６を搬送する紙送り機構８等を備えている。キャリッジ４は、キャリッジ移動機構７によって主走査方向に移動するように構成されている。このプリンター１は、記録用紙６を順次搬送しつつ、キャリッジ４を往復移動させながら当該記録用紙６上に文字や画像等を記録する。なお、インクカートリッジ３がキャリッジ４ではなくプリンター１の本体側に配置され、このインクカートリッジ３内のインクがインク供給チューブを通じて記録ヘッド２側に供給される構成を採用することもできる。
【００１９】
図２は、上記記録ヘッド３の主要部分の構成を説明する断面図であり、図３は、図２における領域Ａの拡大図である。また、図４は、圧力室３１の幅方向（ノズル列方向）における圧電素子３５および圧力室形成基板２９の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、圧力発生ユニット１４および流路ユニット２１を備え、これらの部材が積層された状態でケース２６に取り付けて構成されている。流路ユニット２１は、ノズルプレート２２及び連通基板２３（本発明における流路部品に相当）を有している。また、圧力発生ユニット１４は、圧力室３１が形成された圧力室形成基板２９、弾性膜３０、圧電素子３５（アクチュエーターの一種）、および保護基板（或は封止板）２４が積層されてユニット化されている。
【００２０】
ケース２６は、ノズルプレート２２および圧力発生ユニット１４が接合された連通基板２３が底面側に固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース２６の平面視における中心部分にはノズル列方向に沿って長尺な矩形状の開口を有する貫通空部４４が、ケース２６の高さ方向を貫通する状態で形成されている。この貫通空部４４は、圧力発生ユニット１４の配線空部３８と連通して、配線部材（フレキシブルケーブル４９）の一端部および駆動ＩＣ５０が収容される空部を形成する。また、ケース２６の下面側には、当該下面からケース２６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部４７が形成されている。流路ユニット２１がケース２６の下面に位置決め状態で接合されると、連通基板２３上に積層された圧力発生ユニット１４が収容空部４７に収容されるように構成されている。また、上記の貫通空部４４の下端は、収容空部４７の天井面に開口している。
【００２１】
ケース２６には、インク導入空部４６およびインク導入路４５が形成されている。インク導入路４５は、インク導入空部４６と比較して断面積が小さく設定された細い流路であり、インクカートリッジ７側からのインクをインク導入空部４６に供給する。インク導入空部４６に流入したインクは、連通基板２３の共通液室３２（後述）に導入される。
【００２２】
圧力発生ユニット１４の構成部材である圧力室形成基板２９は、シリコン基板（結晶性基板の一種）から作製されている。この圧力室形成基板２９には、シリコン基板に対して異方性エッチング加工によって複数の圧力室３１となる空部（以下、この空部も含めて圧力室３１という。）が、ノズルプレート２２の複数のノズル２７に対応して複数形成されている。このように、シリコン基板に対して異方性エッチングによって圧力室を形成することで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。後述するように、本実施形態におけるノズルプレート２２にはノズル２７の列が２条形成されているので、圧力室形成基板２９には、圧力室３１の列が各ノズル列に対応して２条形成されている。圧力室３１は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部である。圧力室形成基板２９が連通基板２３に対して位置決めされた状態で接合されると、圧力室３１の長手方向一端部は、後述する連通基板２３のノズル連通路３６を介してノズル２７と連通する。また、圧力室３１の長手方向他端部は、連通基板２３の個別連通口４２を介して共通液室３２と連通する。
【００２３】
圧力室形成基板２９の上面（連通基板２３との接合面とは反対側の面）には、圧力室３１の上部開口を封止する状態で弾性膜３０が形成されている。この弾性膜３０は、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコンから構成される。また、この弾性膜３０上には、絶縁膜３３が形成される。この絶縁膜３３は、例えば、酸化ジルコニウムから成る。そして、弾性膜３０および絶縁膜３３は、圧力室３１の開口面に対応する部分が変位可能な振動板３４として機能する。この振動板３４に積層される形で圧電素子３５が各圧力室３１に対応して形成される。
【００２４】
本実施形態の圧電素子３５は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３５は、振動板３４（本発明における支持体に相当）上に、下電極１７（本発明における第１の電極に相当）、圧電体１８及び上電極１９（本発明における第２の電極に相当）が順次積層されてなる。本実施形態では、下電極１７が圧力室３１毎に独立して設けられる一方、上電極１９は複数の圧力室３１に亘ってノズル列方向に連続して設けられている。すなわち、下電極１７は圧力室３１毎に設けられた個別電極であり、上電極１９は、各圧力室３１に共通な共通電極である。そして、対をなす下電極１７と上電極１９との間に圧電体１８が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部となる。
【００２５】
なお、上電極１９および下電極１７としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属や、これらの合金等が用いられる。合金電極の一例として、ＬａＮｉＯ３等が挙げられる。本実施形態においては、下電極１７の材料としては、白金が用いられる。これに対し、上電極１９は、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）からなる第１層４０およびイリジウム（Ｉｒ）からなる第２層４１の２層構造となっている。この点の詳細については後述する。また、圧電体１８としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることが可能である。
【００２６】
各圧電素子３５の下電極１９からは、図示しない個別電極配線部が配線空部３８内にそれぞれ延出されており、これらの個別電極配線部の電極端子に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端側の個別端子が電気的に接続される。同様に、上電極１９からは図示しない共通電極配線部が配線空部３８内に引き出されており、当該共通電極配線部の端子に相当する部分にフレキシブルケース部３９の一端側の共通端子が電気的に接続される。このフレキシブルケーブル４９の表面には、圧電素子３５を駆動する駆動ＩＣ５０が実装されている。
【００２７】
圧力室形成基板２９および圧電素子３５が積層された連通基板２３の上面には、保護基板２４が配置される。この保護基板２４は、例えば、ガラス、セラミックス材料、シリコン単結晶基板、金属、合成樹脂等から作製される。この保護基板２４の内部には、圧電素子３５に対向する領域に当該圧電素子３５の駆動を阻害しない程度の大きさの凹部３９が形成されている。さらに、保護基板２４において、隣り合う圧電素子列の間には、基板厚さ方向を貫通した配線空部３８が形成されている。この配線空部３８内には、上述したように、圧電素子３５の電極端子とフレキシブルケーブル４９の一端部とが配置される。
【００２８】
連通基板２３の下面には、ノズルプレート２２が接合される。ノズルプレート２２は、複数のノズル２７が開設された板材であり、各ノズル２７が連通基板２３のノズル連通路３６とそれぞれ連通する状態で連通基板２３に接合されている。このノズルプレート２２には、所定のピッチで複数のノズル２７が並設されてノズル列が形成されている。本実施形態においては、当該ノズルプレート２２に２条のノズル列が形成されている。また、ノズルプレート２２はシリコン基板から作製されている。そして、当該基板に対してドライエッチングを施すことにより円筒形状のノズル２７が形成されている。
【００２９】
図５は、圧電素子３５の製造方法について説明する工程図である。まず、圧力室形成基板２９となるシリコン基板の上面に対し熱酸化処理等によって酸化シリコンからなる弾性膜３０が形成され、続いてこの弾性膜３０の上にスパッタ法等により酸化ジルコニウムからなる絶縁膜３３が形成される。次に、絶縁膜３３上の全面にスパッタ法等により下電極１７となる金属層が形成される。その後、図５（ａ）に示すように、この金属層がフォトリソグラフィー法によってパターニングされ、個別電極としての下電極１７が形成される。続いて、下電極１７がパターニングされた絶縁膜３３上の全面に圧電体１８となる圧電体層が形成される。具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電用のセラミック材の粉末が触媒に溶解・分散されたスラリーが絶縁膜３３上に塗布されてグリーンシートとされ、さらに脱脂された後、高温で焼成されることで金属酸化物からなる圧電体層が得られる。圧電体層の形成方法としては、これには限られず、既存の種々の方法を採用することができる。その後、フォトリソグラフィー法によって圧電体層がパターニングされ、図５（ｂ）に示すように、圧力室３１毎に対応する個々の圧電体１８が形成される。同図に示すように、圧電体１８の短尺方法（ノズル列方向）における断面は、略台形状を呈し、その側面は、絶縁膜３３に対して傾斜している。
【００３０】
圧電体１８がパターニングされた後、図５（ｃ）に示すように、下電極１７および圧電体１８が形成された絶縁膜３３上の全面にスパッタ法等により上電極１９の第１層４０を形成する。具体的には、反応性スパッタ法により酸化イリジウム（ＩｒＯ２）からなる第１層４０が、絶縁膜３３上および圧電体１８上に成膜される。すなわち、第１層４０は、圧電体１８の上面および側面に連続して形成される。この第１層４０の膜厚は約２０〔ｎｍ〕である。また、このように反応性スパッタ法により第１層４０が形成されると、その内部には膜成長時に残る圧縮応力を有する。この第１層４０の圧縮応力により、圧電素子３５および振動板３４が、圧力室３１とは反対側に引っ張られて反る形となる。このため、初期たわみ、すなわち、圧電素子３５に電圧が印加されていない状態における圧電素子３５および振動板３４の圧力室３１側への撓みを抑えることができる。これにより、圧電素子３５の駆動力を圧力室３１内のインクに効率よく伝えることができる。
【００３１】
第１層４０が成膜された後、続いて熱処理（アニール処理）が行われる。ここで、上記第１層４０をスパッタ法により成膜する過程において、圧電体１８の表面にはダメージが与えられてしまう。つまり、反応性イオンエッチングにおけるプラズマ中のイオン等が圧電体１８に衝突することで、圧電体１８の表面において酸素欠損が生じ、その結果、圧電体の耐電圧性や圧電定数等の特性が劣化する虞がある。これを回復させるためにアニール処理が行われる。具体的には、酸素雰囲気中において約７００℃で熱処理が行われる。これにより、酸素欠損をある程度回復させることができる。続いて、図５（ｄ）に示すように、第１層４０の上に重ねて第２層４１が成膜される。第２層４１としては、酸化イリジウム（すなわち第１層４０の材料）およびチタンとは異なる導電性材料が用いられる。本実施形態においては、イリジウムが用いられる（その他、プラチナ、ルテニウム、ニッケル、ジルコニウム、タングステン、アルミニウム等を用いることができる）。この第２層４１の膜厚も約２０〔ｎｍ〕である。そして、フォトリソグラフィー法によって、第２層４１上に所定形状のレジストパターンが形成され、第１層４０および第２層４１がエッチングにより所定形状にパターニングされる。その後、レジストパターンが除去されて、圧電体１８の上には第１層４０および第２層４１からなる共通電極としての上電極１９が形成される。その後、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等からなる図示しない保護膜が形成される。このようにして、本実施形態における圧電素子３５が形成される。
【００３２】
ここで、従来における圧電素子の上電極の形成工程では、圧電体の上にイリジウムを成膜し、その上にイリジウムの脱落を防止するためのチタンを成膜した上でアニール処理（熱処理）が行われていた。この工程を経ることで、イリジウムとチタンはそれぞれ酸化イリジウムと酸化チタンとなる。ところが、高温・真空下でのスパッタ法によりチタンを成膜する工程などで、圧電体の鉛が側壁側から揮発し、その上、アニール処理の際に上電極のチタンが圧電体の鉛と結合して部分的にチタン酸鉛となり、これにより圧電体の鉛が欠損するという問題があった。また、例えば、レジスト除去工程や保護膜形成工程等、その後の工程において発生する水素により酸素が奪われて圧電体が還元されてしまう。これらの理由により、圧電体の直流に対する耐性や圧電定数の低下等、圧電体の特性が低下するという問題があった。
【００３３】
これに対し、本発明に係る圧電素子３５の第１層４０に関し、イリジウムが焼成された結果酸化イリジウムとなるのではなく、スパッタ法により酸化イリジウムが直接成膜されるので、その後の焼成においても第１層４０が剥がれ落ちにくくなる。これにより、従来において酸化イリジウムの剥離防止用として用いられていたチタン層が不要となり、このチタン層により圧電体１８の鉛が奪われることが防止される。また、圧電体１８の上面および側面にも第１層４０が形成されるので、圧電素子３５を製造する過程で圧電体１８からの鉛の揮発が抑えられる。さらに、例えば、圧電素子３５の製造工程で行われるレジスト除去工程や保護膜形成工程等において発生する水素から第１層４０が圧電体１８を保護するので、圧電体１８の酸素欠損が抑制される。そして、圧電体１８の酸素欠損（酸素空乏）は、圧電素子３５の駆動時における負極である上電極１９へ移動するが、この上電極１９の第１層４０である酸化イリジウムが還元されることで酸素欠損を補う。このため、酸素欠損がより確実に抑制される。その結果、圧電体の特性劣化が低減される。
【００３４】
次に、プリンター１の電気的な構成について説明する。
図６は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、紙送り機構８、キャリッジ移動機構７、リニアエンコーダー５、および記録ヘッド２等を含むプリントエンジン９と、プリンターコントローラー１０とを有する。プリンターコントローラー１０は、プリンターの各部の制御を行う制御ユニットである。本実施形態におけるプリンターコントローラー１０は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、駆動信号生成回路５４と、を有する。インターフェース部５１は、コンピューター等の外部装置からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、プリンター１の状態情報を外部装置側に出力したりする際にプリンターの状態データの送受信を行う。制御部５２は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部５３は、制御部５２のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。制御部５２は、記憶部５３に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。また、本実施形態における制御部５２は、外部装置２からの印刷データに基づき、記録動作時にどのノズル２７からどのタイミングでインクを噴射させるかを示す噴射データを生成し、当該噴射データを記録ヘッド２のヘッド制御部に送信する。駆動信号生成回路５４は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成し、当該電圧信号を増幅して図７に示す駆動パルスＤＰを含む駆動信号を生成する。この駆動パルスＤＰの詳細については後述する。
【００３５】
本実施形態における記録ヘッド２は、ラッチ回路５５、デコーダー５６、スイッチ５７、および圧電素子３５を有している。これらのラッチ回路５５、デコーダー５６、およびスイッチ５７は、ヘッド制御部１１を構成し、当該ヘッド制御部１１は、圧電素子３５毎、すなわち、ノズル２７毎に設けられている。ラッチ回路５５は、印刷データに基づく噴射データをラッチする。この噴射データは、各ノズルからのインクの噴射・非噴射を制御するデータである。デコーダー５６は、ラッチ回路５５にラッチされている噴射データに基づき、スイッチ５７を制御するスイッチ制御信号を出力する。デコーダー５６から出力されたスイッチ制御信号は、スイッチ５７へ入力される。このスイッチ５７は、スイッチ制御信号に応じてオン・オフされるスイッチである。これにより、駆動信号生成回路５４から出力される駆動信号の圧電素子３５に対する印加制御が行われる。
【００３６】
次に、圧電素子３５を駆動する駆動パルスＤＰについて説明する。
図７は、駆動パルスＤＰの構成の一例を説明する波形図である。圧電素子３５の共通電極として機能する上電極１９には、一定のバイアス電位Ｖｂが印加される。これに対し、圧電素子３５の個別電極として機能する下電極１７には、駆動パルスＤＰが印加される。圧電素子３５の駆動時に、これらの電極１７，１９の間に挟まれた圧電体１８に印加される電圧は、駆動パルスＤＰと基準電位Ｖｂとの電位差として示される。本実施形態におけるバイアス電位Ｖｂは、駆動パルスＤＰにおける中間電位Ｖｍおよび最低電位ＶＬよりも低い値に設定されている。一方、駆動パルスＤＰは、中間電位Ｖｍを基準（初期値）として最大電位ＶＨと最低電位ＶＬとの間で電位が変化する波形である。具体的には、中間電位Ｖｍから最低電位ＶＬまで一定の勾配で電位が下降する第１の波形要素ｐ１と、最低電位ＶＬを所定時間維持する第２の波形要素ｐ２と、最低電位ＶＬから中間電位Ｖｍよりも高い最大電位ＶＨまで電位が急峻に上昇する第３の波形要素ｐ３と、最大電位ＶＨを所定時間維持する第４の波形要素ｐ４と、最大電位ＶＨから中間電位Ｖｍまで電位が下降（復帰）する第５の波形要素ｐ５と、から構成されている。
【００３７】
第１の波形要素ｐ１が下電極１７に印加されると、圧電素子３５が圧力室３１とは反対側に撓んで振動板３４を変形させることにより圧力室３１が比較的緩やかに膨張する。これにより、圧力室３１が減圧される。続いて第２の波形要素ｐ２が下電極１７に印加されることで圧力室３１の膨張状態が所定時間維持される。その後、第３の波形要素ｐ３が下電極１７に印加されて圧電素子３５が圧力室３１側（ノズル２７側）に撓み、圧力室３１が急激に収縮する。これにより、圧力室３１内のインクが加圧されて、ノズル２７からはインク滴が吐出される。圧力室３１の収縮状態は、第４の波形要素ｐ４の印加期間に亘って維持される。続いて第５の波形要素ｐ５が印加されて圧力室３１が緩やかに膨張され、インクが吐出された後のノズル２７におけるメニスカスの振動が収束される。なお、駆動パルスＤＰの波形構成は例示したものには限られず、圧電素子を駆動してノズルからインク等の液体を吐出させることが可能なものであれば、どのような構成のものでもよい。
【００３８】
ここで、基準電位Ｖｂは、駆動パルスＤＰの中間電位Ｖｍよりも相対的に低い電位である。このため、上電極１９は負極となり、圧電素子３５の駆動を繰り返すことで圧電体１８における酸素欠損が次第に上電極１９との境界面付近に移動する。そして、第１層４０の酸化イリジウムが酸素を供給することで圧電体１８の酸素欠損が解消される。したがって、圧電体１８の特性劣化をより確実に防止することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、記録ヘッド２およびプリンター１の信頼性が向上する。
【００３９】
なお、記録ヘッド２の構成については例示したものには限られず、種々の構成のものを採用することができる。また、圧電素子３５としては、液体吐出装置用における液体吐出ヘッドに用いられるものには限られない。例えば、圧電素子を利用した各種センサー等にも用いることができる。要するに、支持体上に下電極（第１の電極）、圧電体、および上電極（第２の電極）がこの順に積層されてなるものであれば、本発明を適用することができる。
【００４０】
そして、上記実施形態では、液体吐出ヘッドとしてインクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を吐出するものにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等およびこれらを備える液体吐出装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…プリンター，２…記録ヘッド，１７…下電極，１８…圧電体，１９…上電極，２７…ノズル，２９…圧力室形成基板，３１…圧力室，３４…振動板，３５…圧電素子，４０…第１層，４１…第２層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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