压电装置、压电致动器、硬盘驱动器以及喷墨打印装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具备包括压电体层的压电元件和对施加给该压电体层的驱动电 场进行控制的驱动电路的压电装置、使用了该压电装置的压电致动器、具备该压电致动器 的硬盘驱动器、以及具备该压电致动器的喷墨打印装置。
【背景技术】
[0002] 近年，替代块体压电材料而使用薄膜压电材料的压电元件的实际应用正得到进 展。例如，作为利用了将施加于压电体层上的压力转换为电压的压电效果的压电传感器，可 列举陀螺仪传感器、压力传感器、脉波传感器、震动传感器、以及麦克风等，或者作为利用了 当将电场施加于压电体层上时压电体层变形的逆压电效果的压电致动器，可列举硬盘驱动 器磁头滑块、喷墨打印头、或者同样地利用了逆压电效果的扬声器、蜂鸣器、共鸣器等。
[0003] 还有，若使压电材料薄膜化，则可实现元件的小型化，扩大可应用之领域，并且在 基板上能够一次性地制造多个元件，所以可以提高批量生产性。还有，用作传感器时提高传 感器的灵敏度等在性能方面具有许多优点。
[0004] 【现有技术文献】
[0005] 【专利文献】
[0006] 【专利文献1】日本专利特开平5-114760号公报
[0007] 若在压电体上施加电场，则在压电体上产生极化，并作为伴随极化方向的变化的 履历会产生磁滞现象。在相对于所施加的电场极化的变化较小并显示矩形比比较大的磁滞 的压电体中，即使改变所施加的电场的值，所得到的压电特性也不发生大的变化，然而在显 示矩形比比较小的磁滞的压电体中，发生如下问题：根据施加电场的条件有时会得不到足 够的压电特性，且因压电元件的连续驱动而很有可能产生极化劣化和耐久性劣化等现象。 在一般情况下，与块体压电体相比，在薄膜化的压电体层中矩形比变得较小，另外这种倾向 在不含铅的压电体层中特别明显。
[0008] 图1示出在表示矩形比比较小的磁滞的压电体层中，当将电场施加于正负极侧直 到极化饱和为止时的P-E (极化-电场）磁滞。极化变0的电场分别为正负的矫顽电场Ec+、 Ec_〇
[0009] 针对上述问题，在专利文献1所记载的技术中，通过在压电致动器进行驱动时始 终将正的电场施加给压电体的方法，即使在高温和高压下，也可抑制压电致动器的连续驱 动时的极化量的降低。然而，该方法是将块体压电体作为压电体的，当将该方法适应于薄膜 化的压电体层时，即使在施加了压电体层不发生极化劣化的电场的情况下也容易产生毁坏 膜的现象，而且在施加了小于或等于矫顽电场的电场时，虽然有助于降低极化劣化，但是不 能得到足够的位移量。
【发明内容】
[0010] 本发明是根据上述技术问题而提出的，其目的在于根据所使用的压电体层的介电 特性，通过压电装置所具备的驱动电路对施加给压电体层的驱动电场进行控制，由此在压 电装置中得到良好的输出。
[0011] 为了达到上述的目的，本发明所涉及的压电装置，其具有包括压电体层和将该压 电体层夹在其中的电极层的压电元件以及经由所述电极层向所述压电体层施加交流驱动 电场的驱动电路，在将电场施加到极化达到饱和状态时，所述压电体层的极化率y小于 1 X 1(T9 (cy (V ? m))，所述驱动电路具有将所述驱动电场的最小值设定为大于所述压电体 层的正的矫顽电场的单元，以及将所述驱动电场的最大值设定为小于（Pm'（极化的最大 值）-Pr'（准剩余极化））/ (1 X 1(T9)的单元。其中，极化率y = (Pm(饱和极化）-Pr (剩 余极化））/Ed (施加电场的最大值），极化单位是（C/m2)，电场的单位是（V/m)。
[0012] 如上所述，在显示饱和时的极化率y接近0且矩形比比较大的磁滞的压电体中， 即改变所施加的电场的值，所得到的压电特性也不会有很大的变化。
[0013] 在压电装置中，将施加给压电体层的驱动电场的最小值设定为大于正的矫顽电 场，由此，因为构成压电体层的结晶粒子的极化方向相一致，所以压电元件的位移量变大。 进而，驱动电场的最大值设定为小于Pm'（极化的最大值）-Pr'（准剩余极化））八1 X 1(T9)， 由此能够得到由构成压电体层的结晶粒子的域内的电偶极子的旋转而引起的位移，因此 可得到更大的位移。
[0014] 在图2示出针对显示矩形比比较小的磁滞的压电体层，当施加了极化达不到饱和 的电场时的压电体层的P-E磁滞。在此，所谓极化的最大值Pm'是指将某一施加电场的最大 值Ed施加给压电体层时的压电体层的极化量，所谓准剩余极化Pr'是指施加至施加电场的 最大值Ed时的P-E磁滞与施加电场=0的轴相交时的极化量。还有，1X1CT 9相当于压电体 层的极化率Y，若将（Pm'-Pr'）/Ed大于1 X 1(T9的电场施加给压电体层，则因电致伸缩效应 有时压电体层被破坏，因此驱动电场的最大值设定为小于施加电场变为（Pm'-Pr'）/lX 1(T9 的值。
[0015] 本发明所涉及的压电装置的压电体层优选为分别在正的电场侧和负的电场侧具 有矫顽电场，压电装置的驱动电路具有向取矫顽电场的绝对值较小的值的方向施加正的电 场、向取矫顽电场的绝对值较大的值的方向施加负的电场的单元。由此，能够在压电体层的 压电特性更大的电场范围内进行驱动，因此能够使压电体层的移位量进一步变大。
[0016] 本发明所涉及的压电装置所具备的驱动电路优选为具有将所述驱动电场的最小 值设定为所述压电体层的正的矫顽电场的5倍以上且将所述驱动电场的最大值设定为所 述压电体层的正的矫顽电场的50倍以下的单元。由此，能够更多地得到因构成压电体层 的结晶粒子的域内的电偶极子的旋转引起的位移，因此能够使压电体层的移位量进一步变 大。
[0017] 本发明所涉及的压电装置的压电体层优选为由铌酸钾钠构成。由于铌酸钾钠的矫 顽电场与其他材料相比较小，且结晶粒子内的域较小，因此，因设定驱动电场而产生的位移 量的增加效果明显。还有，铌酸钾钠也可以作为添加物含有Mn、Li、Ta、Ba、Sr、Zr。
[0018] 本发明所涉及的压电致动器具有用上述的构成而显示的压电装置。作为压电致动 器，具体而言可以列举硬盘驱动器的磁头组件、喷墨打印头的压电致动器等。
[0019] 而且，在本发明所涉及的硬盘驱动器以及喷墨打印装置上使用上述的压电致动 器。
[0020] 根据本发明所涉及的压电装置能够在压电致动器中提高输出功率，并且提供高性 能的硬盘驱动器以及喷墨打印装置。
【附图说明】
[0021] 图1为本实施方式所涉及的压电体层在饱和状态下的P-E磁滞。
[0022] 图2为本实施方式所涉及的压电体层在未饱和状态下的P-E磁滞。
[0023] 图3为本实施方式所涉及的压电装置的电线电路的配置图。
[0024] 图4为本实施方式所涉及的压电致动器的配置图。
[0025] 图5为本实施方式所涉及的压电致动器的配置图。
[0026] 图6为本实施方式所涉及的硬盘驱动器的配置图。
[0027] 图7为本实施方式所涉及的喷墨打印装置的配置图。
[0028] 符号说明
[0029] 1-压电装置；200-磁头组件；300-压电致动器；700-硬盘驱动器；800-喷墨打印 装置。
【具体实施方式】
[0030] 下面参照附图对实施本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在附图中相同 或同等的构件使用相同的符号。还有，上下左右的位置关系如附图所示。另外，有重复说明 时省略说明。
[0031] (压电元件）
[0032] 图3示出本实施方式所涉及的压电装置1的电线电路结构的一个举例。压电装置 1具备压电元件80、控制压电元件80的驱动电场的驱动电路20、监视流过压电元件80的电 流值的电流监视电路30和开关单元40,压电元件80具备第一电极层81、在第一电极层81 上形成的压电体层82、以及在压电体层82上形成的第二电极层83。另外，在图3上下相反 地示出压电元件80。
[0033] 第一电极层81，作为一个举例由Pt (白金）形成。第一电极层81，作为一个举例 具有0. 02 y m以上、1. 0 y m以下的厚度。通过由Pt形成第一电极层81，可形成具有高取向 性的压电体层82。还有，作为第一电极层81可使用Pd (钯）、Rh (铑）、Au (金）、Ru (钌）、 Ir (铱）、Mo (钼）、Ti (钛）、Ta (钽）等的金属材料，或者SrRu03、LaNiO^的导电性金属 氧化物。第一电极层81可通过喷溅法、真空蒸镀法、印刷法、旋转涂敷法、以及溶胶凝胶法 等形成。
[0034] 作为用于压电体层82的材料可使用由通式AB03表示的钙钛矿化合物。尤其 优选为由（K，Na)Nb0 3(铌酸钾钠）构成。虽然压电体层82在其饱和时的极化率Y小 于lXKT9((V(V*m))，然而显示矩形比比较小的磁滞。其中，极化率y= (Pm(饱和极 化）-Pr (剩余极化））/Ed (施加电场的最大值）（参照图1)。
[0035] 压电体层8