(57)【要約】      （修正有）【課題】繰り返し駆動を行なっても変位量の低下の生じ難い圧電アクチュエータ、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータは、開口部１０を有する固定部材２２と、振動板２１ａと、圧電体層２１ｂと、一対の電極３４、３５ａとを含む圧電アクチュエータであって、圧電体層２１ｂの、開口部１０と重なっている部位には、一対の電極３４、３５ａに挟まれている駆動部５１と、挟まれていない非駆動部５２とが存在しており、圧電体層２１ｂは、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、駆動部５１における前記主成分１００質量部に対するＭｎの割合が、非駆動部５２における前記主成分１００質量部に対するＭｎの割合より多い。【選択図】図６
2015009370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する固定部材と、
前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、
前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、
前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と
を含む圧電アクチュエータであって、
平面視したときに、
前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、
前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、
前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＭｎが含まれており、
前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ２［質量部］としたとき、２．５≦ＭＮ１−ＭＮ２≦２５であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
開口部を有する固定部材と、
前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、
前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、
前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と
を含む圧電アクチュエータであって、
平面視したときに、
前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、
前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、
前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＣｕが含まれており、
前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ２［質量部］としたとき、２．５≦ＣＵ１−ＣＵ２≦２５であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
開口部を有する固定部材と、
前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、
前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、
前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と
を含む圧電アクチュエータであって、
平面視したときに、
前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、
前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、
前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＣｒが含まれており、
前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ２［質量部］としたとき、１．２５≦ＣＲ１−ＣＲ２≦１５であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
平面視したとき、前記非駆動部のうち、前記駆動部を囲んでいる、前記非駆動部の面積に対して２０％以上５５％以下の領域が前記駆動部と同様の組成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アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータを複数有しており、複数の前記開口部にそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、複数の前記圧電アクチュエータを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータ基板とを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の吐出孔にそれぞれ繋がった加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられた圧電アクチュエータ基板の変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【０００７】
また、圧電体の組成として、ニオブ酸カリウムナトリウムが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の液体吐出ヘッドなどに用いられている圧電アクチュ
エータの圧電体として、ニオブ酸カリウムナトリウムを用いると、多くの駆動を行なった後の変位量が、初期の変位量に対して低くなってしまうという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、繰り返し駆動を行なっても変位量の低下の生じ難い圧電アクチュエータ、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータは、開口部を有する固定部材と、前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と、を含む圧電アクチュエータであって、平面視したときに、前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＭｎが含まれており、前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ２［質量部］としたとき、２．５≦ＭＮ１−ＭＮ２≦２５であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の圧電アクチュエータは、開口部を有する固定部材と、前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と、を含む圧電アクチュエータであって、平面視したときに、前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＣｕが含まれており、前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ２［質量部］としたとき、２．５≦ＣＵ１−ＣＵ２≦２５であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の圧電アクチュエータは、開口部を有する固定部材と、前記開口部を覆うように前記固定部材の上に積層されている振動板と、前記開口部を覆うように前記振動板の上に積層されている圧電体層と、前記開口部上に位置している前記圧電体層を挟むように配置されている一対の電極と、を含む圧電アクチュエータであって、平面視したときに、前記圧電体層の、前記開口部と重なっている部位には、前記一対の電極に挟まれている駆動部と、前記一対の電極に挟まれていない非駆動部とが存在しており、前記非駆動部は、前記開口部の外周に沿って配置されており、前記圧電体層は、ニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とするともに、少なくとも前記駆動部にはＣｕが含まれており、前記駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ１［質量部］、前記開口部の外周上の前記非駆動部における前記主成分１００質量部に対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ２［質量部］としたとき、１．２５≦ＣＲ１−ＣＲ２≦１５であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータを複数有しており、複数の前記開口部にそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を備えていることを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘ
ッドに対して搬送する搬送部と、複数の前記圧電アクチュエータを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータによれば、繰り返し駆動を行なっても変位量の低下の生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】（ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は変位素子の動作を示す部分断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の他の圧電アクチュエータの縦断面図であり、（ｂ）は、平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態である記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
【００１９】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２０】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２１】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２２】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２３】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２４】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２５】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２６】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の吐出孔８が設けられている（図３参照）。
【００２７】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の吐出孔８は一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００２８】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００２９】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３０】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は
、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３１】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図３では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図であり、図３とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０（加圧室群９）、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５（ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は同部分の平面図である。
【００３２】
ヘッド本体１３は、平板状の流路部材（固定部材）４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータ基板２１とを有している。圧電アクチュエータ基板２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータ基板２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータ基板２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータ基板２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３３】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３４】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータ基板２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータ基板２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータ基板２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３５】
流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接着されることで閉塞されている。
【００３６】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方
向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３７】
全体では、マニホールド５から繋がる加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００３８】
圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には後述する駆動電極３５がそれぞれ形成されている。駆動電極３５は加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００３９】
流路部材４の下面の液体吐出面には多数の吐出孔８が形成されている。これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔群７は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子５０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４０】
ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５（ａ）に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４１】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４２】
第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。
【００４３】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。
【００４４】
圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）系のセラミックス材料からなる。圧電セラミック層２１ｂにおいて、個別電極本体３５ａ直下の部位である駆動部５１と他の部位とは、少し異なる組成となっている。これについては、後で詳述する。
【００４５】
圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる駆動電極３５を有している。駆動電極３５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている。駆動電極３５の一端は、加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、駆動電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４６】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内の全ての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、駆動電極３５からなる電極群を避ける位置に駆動電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の駆動電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００４７】
図５（ａ）に示されるように、共通電極３４と駆動電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１
ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００４８】
なお、後述のように、駆動電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この駆動電極３５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する吐出孔８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および吐出孔８に対応する個別の変位素子５０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、駆動電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって吐出孔８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００４９】
多数の駆動電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５０】
本実施形態における圧電アクチュエータ基板２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、駆動電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。駆動電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時、圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータ基板２１は、上側（つまり、加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５１】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により駆動電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５２】
本実施形態における液体吐出時（変位）の駆動は引き打ちと呼ばれるものであり、その駆動を、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、図５（ａ）の要部の部分断面図であり、より少ない要素で構成されている本発明の圧電アクチュエータの実施形態である。図６は、断面図であるが、図を分かりやすくするため、断面であることを示すハッチングは、図６（ａ）の一部だけに付けた。この圧電アクチュエータは、加圧室となる開口部１０を有する、流路部材４の一部である固定部材（プレート２２）の上に積層されている振動板（圧電セラミック層２１ａ）と、振動板の上に積層されている圧電体層（圧電セラミック層２１ｂ）と、開口部１０に位置している圧電体層を挟むように配置されている１対の電極（個別電極本体３５ａと共通電極３４）を含んでいる。
【００５３】
開口部１０上に位置している圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、固定部材（流路部材４）に固定されていないため、比較的自由に変位可能になっている。開口部１０上に位置
している（すなわち、平面視して重なっている）圧電セラミック層２１ｂには、個別電極本体３５ａと共通電極３４とに挟まれている駆動部５１と、個別電極本体３５ａと共通電極３４とに挟まれていない非駆動部５２とが存在している。
【００５４】
駆動部５１は、共通電極３４と駆動電極３５との間に電圧を加えた際に、その電圧により直接的に圧電変形する部位である。非駆動部５２は、電圧により直接圧電変形するわけではないが、駆動部５１が圧電変形する影響を受けて変形する。
【００５５】
電圧が加わっていない場合、図６（ｂ）のように変形がない状態である。引き打ちでは、まず、図６（ｃ）のように、予め駆動電圧を与えた状態で待機をする。駆動部５１は圧電アクチュエータ基板２１の平面方向に縮み、積層されている圧電セラミック層２１ａよりも短くなるため変位素子５０は、下側に凸に変形する。次に、電圧を加えるのを止める（もしくは、より低い電圧にする）と、図６（ｂ）の、変位のない（もしくは変位のより小さい）状態となる。これにより、流路内の液体には吐出孔８から加圧室１０に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して、吐出孔８へ向かって帰ってくるタイミングに合うように、駆動電圧が加えられる。これにより、変位素子５０は、再度下側に凸に変形し、図６（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。
【００５６】
図６（ｃ）の状態では変位素子５０が変位することにより、駆動部５１と非駆動部５２の境界付近の圧電セラミック層２１ｂには、積層方向に直交する方向であり、変位素子５０の形状の外周と直交する方向である方向に、図に矢印で示したような引張り応力が加わっている。上述のような駆動波形を加え続けると、図６（ｂ）と図６（ｃ）との状態を繰り返すことになり、駆動部５１と非駆動部５２の境界付近の圧電セラミック層２１ｂは、繰り返し加わる引張り応力により、しだいに平面方向に引き伸ばされた状態に変形していく。
【００５７】
図６（ｄ）は、駆動部５１と非駆動部５２の境界付近の圧電セラミック層２１ｂが変形して引き伸ばされた変位素子５０であり、電圧が加わっていない状態である。電圧が加わっていないにもかかわらず、引き伸ばされた形状に変形しているため、変位素子５０が下側に変形してしまっている。以降、このよう変形を残留変形と言うことがある。
【００５８】
初期の圧電アクチュエータの変位量は、図６（ｂ）の状態から図６（ｃ）の状態へ変わる量である。これに対して、非常に多くの駆動を繰り返した後と、駆動部５１と非駆動部５２の境界付近の圧電セラミック層２１ｂが変形して引き伸ばされた状態の圧電アクチュエータの変位量は、図６（ｄ）の状態から図６（ｃ）の状態へ変わる量となってしまう。つまり、駆動を繰り返した後の変位量が、初期に比べて小さくなってしまう。これが駆動劣化である。駆動劣化が生じると、圧電アクチュエータを液滴の吐出に使用していた場合、同じ駆動波形を加えても、液滴の吐出速度が遅くなったり、液適量が少なくなったりする。
【００５９】
駆動劣化の割合を小さくするために、駆動部５１と非駆動部５２（より詳細には、非駆動部５２の開口部１０の外周上の部位）とで圧電体の組成を異ならせる。具体的には、圧電セラミック層２１ｂの基本的な組成をＫＮＮ系とし、駆動部５１にはＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒのいずれかを含有させ、それらの元素の割合を、非駆動５２より駆動部５１の方が多くなるようにする。非駆動部５２は、それらの元素を含まなくてもよいし、駆動部５１より少ない量含んでもよい。
【００６０】
具体的な組成の割合は次の通りである。Ｍｎを添加する場合は、駆動部５１におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ１［質量部］、開口部
１０の外周上の非駆動部５２におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＭｎのＭｎＯ換算の割合をＭＮ２［質量部］としたとき、２．５≦ＭＮ１−ＭＮ２≦２５の範囲内とする。Ｃｕを添加する場合は、駆動部５１におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ１［質量部］、開口部１０の外周上の非駆動部５２におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＣｕのＣｕＯ換算の割合をＣＵ２［質量部］としたとき、２．５≦ＣＵ１−ＣＵ２≦２５の範囲内とする。Ｃｒを添加する場合は、駆動部５１におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ１［質量部］、開口部１０の外周上の非駆動部５２におけるニオブ酸カリウムナトリウムに対するＣｒのＣｒ２Ｏ３換算の割合をＣＲ２［質量部］としたとき、１．２５≦ＣＲ１−ＣＲ２≦１５の範囲内とする。なお、ここで非駆動部５２における組成割合を、開口部１０の外周上の部位と比較したのは、非駆動部５２の内側の駆動部５１に近い部位では、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの組成割合が駆動部５１と同様に高くなっていてもよいからである。そのような実施形態については後述する。
【００６１】
ここでニオブ酸カリウムナトリウムとは、組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されて、圧電特性を示すものであり、具体的には前記組成式で０．３≦ｘ≦０．７の範囲内のものである。さらにリチウムを含んだニオブ酸カリウムナトリウムリチウムであって、組成式（（Ｋ１−ｘＮａｘ）１−ｙＬｉｙ）ＮｂＯ３で、０．３≦ｘ≦０．７、０．０３≦ｙ≦０．１の範囲内のものでもよい。圧電セラミック層２１ｂは、基本的に上述のニオブ酸カリウムナトリウムとＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物とで構成されているが、他の成分を含んでもよい。圧電セラミック層２１ｂにおける、ニオブ酸カリウムナトリウムとＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物と合量の割合は、８０質量％以上であるのがよく、さらに９０質量％以上、特に９５質量％以上であるのがよい。また、ニオブ酸カリウムナトリウムが主成分であるとは、上述の組成式の成分が圧電セラミック層２１ｂの６０質量％以上、特に７５質量％以上であることを言う。
【００６２】
駆動部５１に、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒを含むと、繰り返し変形させても、図６（ｄ）に示すような残留変形が生じ難い。ここで、残留変形と、電圧を加えた際の圧電変形との違いについて、改めて説明する。電圧を加えた際の変形は、ほとんど弾性変形である。そのため圧電セラミック層２１ｂのコンプライアンスが大きければ変位が大きくなり、コンプライアンスが小さければ変位が小さくなる。駆動劣化が起きる、すなわち残留変形が生じるということは、電圧を加えた際の変形は、ほとんど弾性変形であるが、わずかに非弾性変形して、その分の変形が残ると考えられる。つまり、１回圧電変形でさせる、非常にわずかではあるが非弾性変形が生じ、その分圧電セラミック層２１ｂが引き伸ばされる。この非常にわずかな非弾性変形が徐々に蓄積し、１億回といった多くに圧電変形の後では、残留変形として観測可能なものなると考えられる。なお、このような残留変形は、圧電セラミック層２１ｂが開口部１０よりも大きく広がっている場合に生じやすいため、本発明は、そのような圧電アクチュエータに対してより有効である。特に、複数の圧電アクチュエータが並んで設けられており、圧電セラミック層２１ｂが複数の圧電アクチュエータに渡って存在している場合、両側から引っ張られるようになることで非弾性変形が生じやすいため、そのような圧電アクチュエータに対してさらに有効である。
【００６３】
非弾性変形の生じ易さと、材料物性あるいは材料組成との関係は詳細に分かっていないが、非弾性変形は、結晶格子レベルでみれば、変形させて歪んだ格子が元と異なる（準）安定状態に変形してしまい、元の格子の状態に戻らないことによって生じると考えられる。したがって、非弾性変形の生じ易さは、弾性変形の生じ易さを示すコンプライアンスとは異なった要因で決まるものであり、コンプライアンスの数値の傾向とは異なる傾向を示すと考えられる。
【００６４】
駆動部５１に、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒのいずれかを含有させることで、駆動部５１において
非弾性変形が生じ難くなり、駆動劣化を生じさせ難くできる。一方これらの元素は、ＫＮＮ系組成において、コンプライアンスを低くするため、非駆動部５２においてコンプライアンスが低くなることで、初期の変位量が小さくなってしまう。これに対しては、非駆動部５２（の外周部）で、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量を、駆動部５１における含有量よりも少なくすることで、初期の変位量を大きくすることができる。
【００６５】
つまり、駆動部５１と非駆動部５２とで、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量の差を上述の範囲の下限値以上にすることで、初期の変位量を大きくすることができる。また、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量の差を上述の範囲の上限値以下にすることにより、駆動部５１の圧電定数が低くなりすぎて、変位量が小さくなることが起こり難くできる。非駆動部５２（の外周部）は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物の割合は少ない方は好ましい。その割合は、具体的には、ニオブ酸カリウムナトリウムの１質量部以下であるのがよく、不純物レベルの量であるのがよりこの好ましい。
【００６６】
なお、圧電セラミック層２１ｂの、開口部１０より外側の部位については、その物性が変位量などに与える影響は、駆動部５１および非駆動部５２と比較して相対的に低くなるので、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量はどのようなものでもかまわない。ただし、弾性変形しやすい方が、わずかに変位量が大きくなるのと考えられるので、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量が少ない、もしくは含有しない非駆動部５２と同様の組成であることが好ましい。
【００６７】
ここで、本発明の他の実施形態の圧電アクチュエータを、図７を用いて説明する。図７の圧電アクチュエータの基本的な構成は、図５（ｂ）および図６（ａ）で示したものと同じであり、各部に同じ符号を用いることで説明を省略する。
【００６８】
図７の圧電アクチュエータでは、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量の多い（添加物）添加領域５３が、駆動部５１の周囲に、駆動部５１よりも外側に広がっている。添加領域５３は非駆動部５２全体に広がってはおらず、非駆動部５２の開口部１０の外周上に位置する部位は、添加物が加えられていない（もしくは添加量が少ない）非添加領域５４となっている。駆動部５１と非駆動部５２との境界付近の非駆動部５２は、駆動部５１と同様に非弾性変形することにより駆動劣化を起こすので、駆動部５１と同様にＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量を多くするのが好ましい。一方、その部分のコンプライアンスが高くなるので初期の変位量がわずかに小さくなるが、駆動劣化をより小さくすることができる。
【００６９】
非駆動部５２中の添加領域５３の割合が大きくなると、初期の変位量もより小さくなるので、その割合は、２０％以上５５％以下であることが好ましい。添加領域５３におけるＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの含有量は、駆動部５１における含有量と同様の範囲にすればよい。
【００７０】
以上のような圧電アクチュエータは、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極３４となる電極ペーストを印刷等により形成する。
【００７１】
続いて、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、焼成し、圧電アクチュエータ素体を作製する。その後、添加領域５３の位置にＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物を含むペーストを印刷する。印刷量は、添加領域５３の直下の圧電セラミック層２１ｂにＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒが拡散した後に、圧電セラミック層２１ｂにおけるＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの添加量が所定の範囲内になるように調整される。印刷した後、焼成することにより、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒは圧電セラミック層２１ｂ内に拡散する。
【００７２】
続いて、Ａｇペーストを用いて圧電アクチュエータ素体表面に個別電極３５を印刷した後、焼成し、圧電アクチュエータ基板２１を作製した。なお、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物ペースト印刷、焼成する代わりに、個別電極３５となるＡｇペーストにＭｎ、Ｃｕ、Ｃｒの酸化物を加えておき、Ａｇペーストからそれら元素を圧電セラミック層２１ｂに拡散させてもよい。
【００７３】
さらに、固定部材である、開口部１０を有する金属製のプレート２２と圧電アクチュエータ基板２１とを接着積層すれば、圧電アクチュエータを作製することができる。
【実施例】
【００７４】
まず、評価用の圧電アクチュエータを作製した。評価用の圧電アクチュエータは、基本的な構造は図２〜５に示したものと同じであるが、加圧室１０がプレート３１まで開口しており、液体を吐出することはできないが、プレート３１側からレーザードップラー変位計により、変位素子５０の変位が測定できるようにしたものである。
【００７５】
圧電セラミック層２１ａ、２１ｂに用いる圧電材料は、組成式で（Ｋ０．４７Ｎａ０．４７Ｌｉ０．０６）ＮｂＯ３となるように、Ｎａ２ＣＯ３，Ｋ２ＣＯ３，Ｌｉ２ＣＯ３，Ｎｂ２Ｏ５の各粉末を調合した。調合した原料は、水もしくはイソプロパノールとジルコニアボールとともにポットに入れて混合した。混合した原料は、いったん乾燥した後、９００℃で仮焼した。仮焼した原料は、水もしくはイソプロパノールとジルコニアボールとともにポットに入れて解砕した。この粉末を用いてスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコータ法を採用して、グリーンシートを作製した。
【００７６】
次いで、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、グリーンシートの表面に、共通電極３４となる電極パターンを形成した。次いで、このグリーンシートに印刷をしていないグリーンシートを積層した後、１０５０℃の温度で焼成して圧電アクチュエータ素体を得た。得られた圧電アクチュエータ素体の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの厚みは１層あたり約２０μｍであった。
【００７７】
圧電セラミック層２１ｂに、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒのいずれかを添加するサンプルについては、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３の粉末を含んだペーストを所定のパターンで印刷した。また、印刷量（印刷厚み）を変えたサンプル作成することで、圧電セラミック層２１ｂに対する添加量を変えた。印刷後、１０００℃で焼成して、それら元素を圧電セラミック層２１ｂに拡散させた。焼成後には印刷されたパターンは視認できず、全量が圧電セラミック層２１ｂに拡散したと考えられる。
【００７８】
次いで、圧電アクチュエータ素体の表面に、個別電極３５となるＡｕを含む導体ペーストを、スクリーン印刷でマトリックス状のパターンで印刷した。なお、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒを拡散させたサンプルについては、それらの酸化物ペーストを印刷した位置と同じ位置に導体ペーストを印刷した。印刷した圧電アクチュエータ素体を７００℃で焼成して、個別電極３５を焼き付けて、圧電アクチュエータ基板２１を作製した。
【００７９】
次いで金属性のプレートを接着積層して作製した流路部材４（固定部材）の開口部１０に、個別電極３５の位置を合わせて接着積層した。その後、個別電極３５と共通電極３５との間に直流電圧を加えて、駆動部５１の圧電セラミック層２１ｂを分極して、圧電アクチュエータを作製した。
【００８０】
各サンプルは、初期の変位量を測定した後、２ｋＨｚのパルス波形を加えて駆動劣化を生じさせ、所定サイクルの駆動後に変位量を測定した。なお、周波数を２ｋＨｚとしたことで、印刷にしようされる２０〜４０ｋＨｚ程度の駆動波形に対して、１／１０程度のサ
イクル数で駆動劣化が生じていると考えられる。得られた結果を表１に示す。なお、劣化率は、初期の変位量に対して、１００億サイクル後の変位量が低下した割合である。
【００８１】
【表１】
2015009370.tif 000003
【００８２】
表の記載内容の詳細は次の通りである。「駆動部の添加量」および「非駆動部（外周上）の添加量」は、印刷した各酸化物の全量が、印刷したパターンの直下の圧電セラミック層２１ｂに拡散した際のニオブ酸カリウムナトリウム（リチウム）成分１００質量部に対する割合である。実際には、個別電極３５側の濃度が高くなっていると考えられるので、ここで示した値は、その平均値となる。
【００８３】
「（添加物）添加領域面積」は、各酸化物が添加されて、その濃度が高くなっている領域（添加領域５３）の面積である。この面積は、圧電アクチュエータ基板２１の表面において、各酸化物の含有量の濃度が半分となるところを境界とした面積である。
【００８４】
「非駆動部中の添加領域の面積割合」は、非駆動部５２に存在する添加領域５３の面積の割合である。（添加領域５３の面積−駆動部５１面積）／非駆動部５２の面積で算出できる。なお、駆動部５１の面積は、０．１０４ｍｍ２、非駆動部５２の面積は０．０５６ｍｍ２である。
【００８５】
本発明の範囲内の圧電アクチュエータである、試料Ｎｏ．３〜１１、１３〜１８および２０〜２５は、本発明の範囲外の圧電アクチュエータである、酸化物を添加していない試料Ｎｏ．１、および各酸化物を駆動部５１と非駆動部５２とに同じ割合で添加した試料Ｎ
ｏ．２、１２、１９に対して劣化利率が小さくなっており、駆動劣化し難くなっていた。
【００８６】
また、Ｍｎ含有量の差（ＭＮ１−ＭＮ２）が２．５質量部以上２０質量部以下である試料Ｎｏ．３〜６および８〜１２では、試料Ｎｏ．１に対して初期の変位量も大きくなった。Ｃｕ含有量の差（ＣＵ１−ＣＵ２）が２．５質量部以上２０質量部以下である試料Ｎｏ．１４、１５、１７および１８では、試料Ｎｏ．１に対して初期の変位量も大きくなった。Ｃｒ含有量の差（ＣＲ１−ＣＲ２）が２．５質量部以上１０質量部以下である試料Ｎｏ．２１、２４および２５では、試料Ｎｏ．１に対して初期の変位量も大きくなった。
【００８７】
さらに、Ｍｎ含有量の差（ＭＮ１−ＭＮ２）が１０質量部である試料Ｎｏ，５および８〜１１を比較すると、非駆動部中の添加領域の面積割合が２０〜５５％である試料Ｎｏ．５、９および１０では、面積割合が０％の試料Ｎｏ．８よりも駆動劣化し難くなった。ＣｕおよびＣｒを添加した試料においても、上述の面積割合の範囲内の試料の方が、面積割合が０％の試料よりも駆動劣化し難くなった。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材（固定部材）
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・開口
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室（開口部）
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・駆動電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
５１・・・駆動部
５２・・・非駆動部
５３・・・（添加物）添加領域
５４・・・（添加物）非添加領域
【図１】
2015009370.tif 000004
【図２】
2015009370.tif 000005
【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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