(57)【要約】【課題】１００μｍ以下の厚みで、焼成しても組成バラツキがないアクチュエータと、変位バラツキを改善したインクジェット用の印刷ヘッドを提供する。【解決手段】セラミック基板２の表面に、圧電セラミック層４と該圧電セラミック層４を挟持する一対の電極５、６とを具備する変位素子７が複数設けられてなるアクチュエータであって、前記圧電セラミック層４がＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物からなるとともに、該ペロブスカイト型化合物の格子定数比ｃ／ａが１．０１３〜１．０１６、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の表面に、圧電セラミック層と該圧電セラミック層を挟持する一対の電極とを具備する変位素子が複数設けられてなるアクチュエータであって、前記圧電セラミック層がＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物からなるとともに、該ペロブスカイト型化合物の格子定数比ｃ／ａが１．０１３〜１．０１６、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記ペロブスカイト型化合物が、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電セラミック層が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｚｎ及びＴｅのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電セラミック層が、Ｂａを０．０２〜０．０８モル、Ｓｒを０．０２〜０．１２モル含むことを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記圧電セラミック層が、前記ペロブスカイト型化合物のＡサイトとＢサイトのモル比Ａ／Ｂが０．９９〜１．０４であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記セラミック基板が圧電体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記セラミック基板の一部に拘束部が接着層を介して接着され、非拘束部で変位が発生することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
ｄ３１の大きさが２００ｐｍ／Ｖ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
弾性コンプライアンスが１４．０×１０−１２ｍ２／Ｎ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のアクチュエータが、複数のインク流路を有する流路部材の表面に、該インク流路の直上に前記アクチュエータを構成する変位素子が配置するように接合されてなり、前記変位素子の変位によってインクを吐出させることを特徴とする印刷ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性を有するペロブスカイト型化合物、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とするアクチュエータと、それを用いた文字や画像の印刷に用いるインクジェット式プリンタに搭載される印刷ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、インクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。
【０００３】
かかるインクジェット方式の記録装置には、印刷ヘッドが搭載されており、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ーを備え、ヒーター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、インク流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、インク吐出孔よりインク流として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
圧電方式を利用したインクジェット記録装置に用いられる印刷ヘッドは、例えば図３（ａ）に示したように、複数の溝がインク流路２３ａとして並設され、各インク流路２３ａを仕切る壁として隔壁２３ｂを形成した流路部材２３の上に、アクチュエータ２１が設けられた構造を有する。
【０００５】
アクチュエータ２１は、圧電セラミック層２４の一方の主面に共通電極２５を形成するとともに、他方の主面に複数の個別電極２６を形成し、複数の変位素子２７が設けられてなるアクチュエータが、流路部材２３の開口部であるインク流路２３ａの直上に個別電極２６を配置するように、アクチュエータ２１と流路部材２３とを接着する。
【０００６】
共通電極２５と個別電極２６との間に電圧を印加して変位素子２７を振動させることによりインク流路２３ａ内のインクを加圧し、流路部材２３の底面に開口させたインク吐出孔２８よりインク滴を吐出させる構造になっている。
【０００７】
また、図３（ｂ）に示すように、圧電セラミック層２４上に個別電極２６を等ピッチで多数並設し、変位素子２７を多数設けた印刷ヘッドを構成して各変位素子２７を独立して制御することにより、インクジェットプリンタの高速化及び高精度化に寄与することが可能である。
【０００８】
このようなアクチュエータは、金属成分としてＰｂ、Ｚｒ及びＴｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｔｅと、Ｓｒ及びＢａのうち少なくとも１種を含むペロブスカイト型化合物を用いることにより、耐熱性、耐久性、耐温度変化性に優れた圧電体を実現できることが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３４３２１号公報
【特許文献２】特開平７−３１５９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、最近の高精度プリンタにおいてはアクチュエータとしての変位を大きくするためには、厚みを薄くする傾向があり、例えば１００μｍ以下、特に６０μｍ以下の厚みの圧電焼結体を直接得ようとすると、１０００℃以上で焼成する場合、そのような高温では成形体表面からＰｂが蒸発して組成の変化が生じ、得られた圧電焼結体の組成にバラツキが生じるため、これをインクジェット式プリンタの印刷ヘッドとして用いると、変位バラツキが大きくなってインクの吐出のバラツキが生じ、記録される文字や画像の鮮明度が部分的に悪化し、さらに高速印刷ができなくなるという問題があった。
【００１０】
また、１００μｍ以下のアクチュエータを得るために、焼結によって得られた厚い圧電磁器からＰｂが蒸発した表面部を除去し、組成のバラツキの少ない中心部分のみを用い、これをインクジェット式プリンタの印刷ヘッドとして用いる場合は、厚みバラツキ及び表面粗さを厳密に制御できず、実質的にこのような加工が困難であるという問題があった。
【００１１】
また、圧電焼結体を印刷ヘッドとして用いる場合、圧電焼結体を金属製流路部材に接着剤を用いて接着するが、接着前にアクチュエータとして優れた圧電特性を有していても、接着後にその特性が低下し、変位バラツキの原因になるという問題があった。
【００１２】
従って、本発明は、１００μｍ以下の厚みで、焼成しても組成バラツキが少ないアクチュエータと、変位バラツキを改善したインクジェット用の印刷ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のアクチュエータは、セラミック基板の表面に、圧電セラミック層と該圧電セラミック層を挟持する一対の電極とを具備する変位素子が複数設けられてなるアクチュエータであって、前記圧電セラミック層がＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型化合物からなるとともに、該ペロブスカイト型化合物の格子定数比ｃ／ａが１．０１３〜１．０１６、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
特に、前記ペロブスカイト型化合物が、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物であることが好ましい。
【００１５】
また、前記圧電セラミック層が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｚｎ及びＴｅのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記圧電セラミック層が、Ｂａを０．０２〜０．０８モル、Ｓｒを０．０２〜０．１２モル含むことが好ましい。
【００１７】
また、前記圧電セラミック層が、前記ペロブスカイト型化合物のＡサイトとＢサイトのモル比Ａ／Ｂが０．９９〜１．０４であることが好ましい。
【００１８】
また、前記セラミック基板が圧電体であることが好ましい。
【００１９】
また、前記セラミック基板の一部に拘束部が接着層を介して接着され、非拘束部で変位が発生することが好ましい。
【００２０】
また、ｄ３１の大きさが２００ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい。
【００２１】
弾性コンプライアンスが１４．０×１０−１２ｍ２／Ｎ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の印刷ヘッドは、上記のアクチュエータが、複数のインク流路を有する流路部材の表面に、該インク流路の直上に前記アクチュエータを構成する変位素子が配置するように接合されてなり、前記変位素子の変位によってインクを吐出させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、薄層の圧電体に応力が加わると、その静電容量が低下し、これがアクチュエータの特性バラツキを誘起するとの新規な知見に基づき、圧電セラミック層を構成するペロブスカイト型化合物の格子定数比を厳密に制御し、圧電セラミック層の結晶相が正方晶に近づけることにより、圧縮応力が加わっても静電容量の低下が抑制でき、特に、複数の拘束部を有する支持部材に接合されて圧縮応力が加わっても優れた圧電特性を維持したアクチュエータを実現したものである。
【００２４】
圧電セラミック層の格子定数比を厳密に制御することにより、圧電セラミック層が金属に接合され、複数の拘束点を有していても、Ｐｂ蒸発の影響を緩和し、直接１００μｍ以下の厚みの圧電体焼結体を直接焼成しても組成バラツキが小さく、インクジェット印刷ヘッドに用いた場合、高速・高精度印刷に好適な印刷ヘッドを提供できる。
【００２５】
特に、前記ペロブスカイト型化合物が、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物であるため、より高いｄ定数を有する安定な圧電焼結体を得ることが可能となる。
【００２６】
また、前記圧電セラミック層が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｚｎ及びＴｅのうち少なくとも１種を含むため、より優れた特性を有する圧電焼結体を容易に得ることができる。
【００２７】
さらに、前記圧電セラミック層が、Ｂａを０．０２〜０．０８モル、Ｓｒを０．０２〜０．１２モル含むため、正方晶組成が主体でもｄ３１が２００以上の圧電焼結体を得ることができる。
【００２８】
さらにまた、前記圧電セラミック層が、前記ペロブスカイト型化合物のＡサイトとＢサイトのモル比Ａ／Ｂが０．９９〜１．０４であるため、ｄ３１が２５０以上の高い性能を有する圧電焼結体を得ることができる。
【００２９】
また、前記セラミック基板が圧電体であることが好ましい。これにより、同時焼成をすることが可能となり、熱膨張差による応力の発生を抑制することが可能となる。
【００３０】
さらに、前記セラミック基板の一部に拘束部が接着層を介して接着され、非拘束部で変位が発生することが好ましい。これにより、大きな変位を発現することができる。
【００３１】
また、ｄ３１が−２００ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい。これにより、大きな変位を得ることが可能となる。
【００３２】
さらに、弾性コンプライアンスが１４．０×１０−１２ｍ２／Ｎ以下であることが好ましい。これにより、アクチュエータを支持部材に張り付け後に生じる応力に対する静電容量の低下を抑制することが容易となる。
【００３３】
また、本発明の印刷ヘッドは、上記のアクチュエータが、複数のインク流路を有する流路部材の表面に、該インク流路の直上に前記アクチュエータを構成する変位素子が配置するように接合されてなり、前記変位素子の変位によってインクを吐出させることを特徴とするものである。これにより、高い応答速度を有し、高速印刷をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明のアクチュエータは、例えば図１（ａ）に示したように、セラミック基板２の表面に、複数の変位素子７が設けられてなるものである。変位素子７は、セラミック基板２上に設けられた共通電極５と、共通電極５上に設けられた圧電セラミック層４と、圧電セラミック層４上に設けられた個別電極６とを具備するものである。換言すれば、変位素子７は、共通電極５と個別電極６とで圧電セラミック層４を挟持するように構成され、共通電極５がセラミック基板２上に設けられている。
【００３５】
変位素子７はセラミック基板２上に複数設けられており、例えば図１（ｂ）に示したように、個別電極６が等間隔で２次元的に配列され、それぞれ外部の電子制御回路に独立して接続され、それぞれの電極間に電圧が印加されると、電圧が印加された共通電極５と個別電極６に挟持された部位の圧電セラミック層４が変位することができる。
【００３６】
本発明によれば、セラミック基板２の変位素子７が設けられた主面と反対側の主面には、金属からなる拘束部が接着層を介して設けられ、非拘束部で変位が発生するような構造を有している場合に、特に本発明の効果を十分に発揮することができる。このような構成では、金属からなる拘束部が接着層を介して設けられているため、圧電セラミック層４に圧縮応力が加わり、非拘束部で変位が発生するような構造を有しているのが良い。
【００３７】
具体的には、図１（ｃ）に示したように、本発明のアクチュエータのセラミック基板２に支持部材３が固定されており、支持部材３と接合しているセラミック基板２の主面には、溝の開口部に位置する自由振動部９ａと、接合によって形成される固定部９ｂとによって構成される支持部材３が設けられている。そして、共通電極５と個別電極６との間に電圧が印加されると、圧電セラミック層４の変位によって、変位素子７が変位を起こし、その結果、自由振動部９ａで振動することができる。このような構造によって、変位の大きなアクチュエータとしてその特徴を十分に活用することができる。
【００３８】
本発明によれば、変位素子７を構成する圧電セラミック層４は、少なくともＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型結晶を主成分とすることが重要である。例えば、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、且つ、Ｂサイト構成元素としてＺｒ及びＴｉを含有する結晶であり、特に、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物であることが、より高いｄ定数を有する安定な圧電焼結体を得るために好ましい。
【００３９】
また、前記圧電セラミック層が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｚｎ及びＴｅのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。これによって、より安定した圧電焼結体を得ることができ、例えば副成分としてＰｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３及びＰｂ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／2）Ｏ３とを固溶してなるものを例示できる。
【００４０】
特に、Ａサイト構成元素として、さらにアルカリ土類元素を含有することが望ましい。アルカリ土類元素としては特にＢａ、Ｓｒが高い変位を得られる点で好ましく、Ｂａを０．０２〜０．０８モル、Ｓｒを０．０２〜０．１２モル含むことが特に正方晶組成が主体の組成の場合に大きな変位を得るのに有利である。
【００４１】
例えば、Ｐｂ１−ｘ―ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）ｂＺｒ１−ａ−ｂ−ｃＴｉｃＯ３＋αｗｔ％Ｐｂ１／２ＮｂＯ３（０≧ｘ≧０．１４、０≧ｙ≧０．１４、０．０５≧ａ≧０．１、０．００２≧ｂ≧０．０１、０．４４≧ｃ≧０．５０、α＝０．１〜１．０）で表される組成に対して、Ｐｂの量を、モル比Ａ／Ｂが０．９９〜１．０４になるように調製するものである。
【００４２】
Ｐｂを化学量論組成に調製した成形体を１０００℃で２時間焼成を行うと、ＰｂがＰｂＯとして、蒸発してしまい、表面部の組成のずれが生じ、変位素子の特性の低下および性能バラツキが生じやすいが、モル比Ａ／Ｂが０．９９〜１．０４、特に０．９９５〜１．０３であることが好ましく、これにより、変位素子７の厚み方向のＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のバラツキが０．０２以下に抑制することが容易となり、組成バラツキをさらに低減できる。
【００４３】
なお、モル比Ａ／Ｂとは、Ａサイトの全成分のモル数の和をＢサイトの全成分のモル数の和で除したものであり、Ａ／Ｂ比は化学量論のペロブスカイト型の酸化物では１であるのに対して、Ａ／Ｂ比が１よりも多い場合には、ＡサイトがＢサイトよりもモル比が多い状態となっており、また、Ａ／Ｂ比が１よりも小さい場合には、ＡサイトよりもＢサイトのモル比が多いことを意味する。
【００４４】
また、圧電セラミック層４を構成するペロブスカイト型化合物は、２種類の結晶形を有することが普通であり、菱面体晶と正方晶が混合された状態で存在する。しかしながら、本発明によれば、圧電特性を高めるためには、菱面体晶との正方晶混相域の結晶形を採用した方が好ましいものの、厚みＴが１００μｍ以下のアクチュエータを焼成するとＰｂが蒸発してアクチュエータ表面から内部まで圧電体の組成が変化し、特性劣化が発生するが、格子定数比ｃ／ａを制御し、２種類の結晶形を特定の比率で混合することによって、優れた特性を維持し、しかも応力環境下にあっても特性劣化を抑制できる。
【００４５】
即ち、圧電セラミック層４のペロブスカイト型化合物の格子定数比ｃ／ａを１．０１３〜１．０１６に設定することが重要であり、この構成によりペロブスカイト型化合物の主体を正方晶組成にすることができる。特に安定した圧電特性を得るため、１．０１３５〜１．０１５５、更に１．０１４〜１．０１５であることが好ましい。
【００４６】
本発明の変位素子７の厚さは１００μｍであることが大きな変位を得るために重要であり、特に８０μｍ、更には６０μｍ、より好適には５０μｍが変位を大きくする点で好ましい。また、製造時や作動時の破壊を防止するため、十分な機械的強度を考慮すると下限値は３μｍ、特に５μｍ、更には１０μｍであることが好ましい。
【００４７】
本発明によれば、セラミック基板２は、絶縁性の高いものであれば良いが、圧電体であること、特に圧電セラミック層４と略同一の熱膨張率を有するものであることが好ましい。更に、セラミック基板は、圧電体であり、さらに圧電セラミック層４と略同一の組成であることが好ましい。これにより、同時焼成が可能となり、熱膨張差に起因して焼成時に発生する熱応力によって反りや歪みが生じるのを防止することが容易となる。
【００４８】
また、セラミック基板２は、単層でも良いが、厚みを制御し、焼結後の組成バラツキや特性バラツキを抑制するため、積層体であることが好ましい。
【００４９】
インクジェット印刷ヘッドとして用いる圧電歪定数は、例えばｄ３１であり、インクジェット印刷ヘッドとして十分な吐出能力を発揮する為には、ｄ３１の大きさが２００ｐｍ／Ｖ以上必要である。２００ｐｍ／Ｖより低いと十分な吐出能力が無く、インクジェット印刷ヘッドとして使用できない。高速で精細な印刷を得る為にはｄ３１が２５０ｐｍ／Ｖ以上であることがより好ましい。
【００５０】
本発明のアクチュエータの弾性コンプライアンスは、１４．０×１０−１２ｍ２／Ｎ以下、特に１３．５×１０−１２ｍ２／Ｎ以下、更には１３．０×１０−１２ｍ２／Ｎ以下であることが好ましい。これにより、アクチュエータを支持部材に張り付け後に生じる応力に対する静電容量の低下を抑制することが容易になる。
【００５１】
また、変位素子７は気孔率が１％以下、特に０．８％以下、更には０．５％以下であることが、インク等の液体の染み込みを効果的に防止できるため、インク漏れを低減することができて好ましい。
【００５２】
個別電極４及び共通電極６の材質としては、導電性を有するものならば何れでも良く、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などが用いられる。
【００５３】
また、電極厚みとしては、導電性を有し且つ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．５〜５μｍ程度であり、特に１〜４μｍが好ましい。
【００５４】
このような構成を採用することにより、アクチュエータの変位素子の７各々において、変位の大きさを独立して、且つ十分に制御でき、インクの吐出量を精密に制御することができるため、高精度な位置合せが可能となり、その結果、吐出ムラの少ない、高品位なインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【００５５】
次に、本発明のアクチュエータの製造方法を、具体的にＰｂＺｒＴｉＯ３系ペロブスカイト型結晶をインクジェットプリンタの印刷ヘッドに応用した場合を例として説明する。
【００５６】
先ず、原料粉末として、Ｐｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＣＯ３、ＺｎＯ、ＳｒＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＴｅＯ２を準備する。これらを、ペロブスカイト型結晶の化学量論組成に相当するＰｂ量よりも多くなるようにＰｂを加えた組成に調整し、混合する。特に、ペロブスカイト型結晶のＡサイトとＢサイトのモル比Ａ／Ｂが１．００５〜１．０４、特に１．０１〜１．０３になるように調整することが、優れた圧電特性を維持する点で好ましい。
【００５７】
得られた混合粉末を、ロールコーター法、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、圧電セラミックスと有機組成物からなるテープの成形を行い、グリーンシートを作製する。
【００５８】
グリーンシートの一部には、その表面に個別電極及び共通電極を印刷法等により形成する。また、所望により、グリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入する。
【００５９】
次いで、所望のグリーンシートを積層して積層体を作製し、さらに該グリーンシートと実質的に同一組成の圧電セラミックスと有機組成物からなる拘束シートを、上記積層体の両面若しくは片面に配置し、加圧密着を行う。
【００６０】
加圧密着後の積層体を、焼成炉の内部に配置し、高濃度酸素雰囲気下で焼成温度が９００℃以上、特に９４０〜１１００℃で焼成し、積層体中のＰｂの蒸発により組成が上記ペロブスカイト組成よりもＰｂ不足になるのを防止することができ、その結果、組成比Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のバラツキが０．０２以下の圧電体焼結体を得ることができる。
【００６１】
なお、積層体は、密質焼結体からなる焼成匣鉢内に載置して焼成することが好ましい。これにより、焼成によるＡ／Ｂの組成変動が小さく、特に表面でのＰｂ等の揮発性成分の蒸発が抑制され、特性制御及びばらつきを容易に制御することができる。
【００６２】
焼成時の酸素濃度は酸素雰囲気下で焼成することが好ましい。酸素濃度は、８０％以上、特に９０％以上、更には９５％以上、より好適には９８％以上であることが、Ｐｂの蒸発を抑制し、密度のバラツキを低減する点で好ましい。
【００６３】
本発明の印刷ヘッドは、図２に示したように、アクチュエータ１１が流路部材１３に接着されてなるものであり、流路部材１３は図１における支持部材３に相当する。具体的には、複数の溝であるインク流路１３ａが隔壁１３ｂによって仕切られてなる流路部材１３の表面に、セラミック基板１２が接着材によって接着され、セラミック基板１２の上に複数の変位素子１７が設けられている。
【００６４】
変位素子１７は、圧電セラミック層１４の一方の主面に共通電極１５を、他方の主面に個別電極１６を形成し、圧電セラミック層１４を一対の電極１５、１６によって挟持された構造となっている。
【００６５】
変位素子１７は、共通電極１５側で流路部材１３の開口部であるインク流路１３ａが設けられた表面に接着され、インク流路の各々の直上に変位素子１７がそれぞれ配置されている。
【００６６】
そして、変位素子１７の共通電極１５及び個別電極１６は、外部の駆動回路に電気的に接続され、駆動回路より共通電極１５と個別電極１６との間に電圧を印加し、電圧が印加され変位した変位素子に対応するインク流路１３ａ内のインクを加圧し、流路部材１３の底面に開口させたインク吐出孔１８よりインク滴を吐出することができる。
【００６７】
このような構成を採用することにより、高速で高精度な吐出というという特徴が得られ、高速印刷に好適な印刷ヘッドを提供することができる。また、本発明の印刷ヘッドをプリンタに搭載することによって、例えば、上記の印刷ヘッドにインクを供給するインクタンクと、記録紙に印刷するための記録紙搬送機構とを備えているプリンタを実現することによって、高速・高精度印刷を容易に実現できる。
【実施例】
【００６８】
原料粉末として高純度のＰｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＮｉＯ、Ｓｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＴｅＯ２の各原料粉末を、表１に示す組成となるように所定量秤量し、さらに、この組成に対して過剰Ｐｂを添加した。
【００６９】
なお、組成は、一般式Ｐｂ１−ｘ―ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）ｂＺｒ１−ａ−ｂ−ｃＴｉｃＯ３に対してｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃを表１となるように調整した。なお、試料Ｎｏ．２５は、ＢａＴｉＯ３を用いた。
【００７０】
上記の調製された粉体を、ボールミルにより湿式で２０時間混合し、しかる後に、この混合物を脱水、乾燥した。その後、９００℃で３時間仮焼し、得られた仮焼物を再びボールミルで湿式粉砕した。
【００７１】
その後、この粉砕物に有機バインダー、水、分散剤と可塑剤とを混合し、スラリーを作製し、薄いグリーンシートを成形するために一般的に用いられるロールコーター法により、焼成後の厚さが表１に示すサイズになるように予め収縮率を考慮したグリーンシートを作製した。
【００７２】
この後、金型を用いて上記グリーンシートを短形状に打ち抜き、複数枚の短形状シートを用意した。次に、この短形状シート面に、共通電極及び個別電極をＡｇ−Ｐｄからなる電極用ペーストを用いてスクリーン印刷にて電極をグリーンシート表面に塗布した。
【００７３】
次いで、電極を塗布したグリーンシート及び電極を塗布していないグリーンシートを、図１（ｂ）に示すような構造、但し基板表面に縦１０個、横２０個配列された変位素子が形成されるように重ね、熱を加えて圧着し、積層アクチュエータ成形体を製作した。
【００７４】
最後に、この成形体を４００℃で脱脂した後、５種類の積層体を９９％Ｏ2雰囲気中で温度１０００℃２時間の焼成を行い、超音波洗浄にて拘束シートを除去し、５種類のアクチュエータを得た。
【００７５】
得られたアクチュエータの厚みを、焼結体断面を研磨後、ＣＣＤを利用したキーエンス製マイクロスコープによって測定した。また、組成ばらつきは、Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）として、圧電セラミック層を切断し、断面をＥＰＭＡを用いて、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒの定量測定を行って算出した。さらに、気孔率は圧電セラミック層を切断し、断面を鏡面状態にした後、マイクロスコープで観察し一定面積内のボイドの面積を求め、全体の面積で除すことによって算出した。
【００７６】
組成バラツキは、ＥＰＭＡによってＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ量を内部標準試料との比較により測定した。得られたＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ量をモル量に換算し、Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比を算出した。また、ｃ／ａは、Ｘ線回折におけるｄ（００２）面間隔とｄ（２００）面間隔を次式に代入して算出した。
【００７７】
１／ｄ２＝ｈ２＋ｋ２＋（ａ／ｃ）２ｌ２／ａ２
また、アクチュエータのｄ３１をインピーダンスアナライザーによる共振法によって測定した。さらに、弾性コンプライアンスＳ１１Ｅを焼結体密度と共振周波数によって測定した。
【００７８】
次いで、アクチュエータを流路部材に接着し、図２のような印刷ヘッドを作製し、接着前後での静電容量をそれぞれインピーダンスアナライザを用いて測定し、接着前の値に対して接着後の値を変化率として算出した。また、各変位素子に電圧をそれぞれ印加したときの変位をドップラー測定器によって計測し、面内の変位バラツキを算出した。バラツキは平均値からの最大差を平均値で除し、百分率で表示した。結果を表１に示した。
【表１】
2004165650.tif 000003
【００７９】
本発明の試料Ｎｏ．２〜５、７〜１０及び１２〜２４は、静電容量の変化率が３５％以下、平均変位量が２５ｎｍ以上、そのバラツキが４％以下であった。特に、主相がＡ１のＰｂ０．９４Ｓｒ０．０４Ｂａ０．０２（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）０．０７５（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）０．００５Ｚｒ０．４７Ｔｉ０．４５Ｏ３では、平均変位量が３５ｎｍ以上、バラツキが２％であった。
【００８０】
一方、ｃ／ａが１．０１３より小さい本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、静電容量の変化率が５０％と大きく、平均変位量は４０ｎｍであったが、そのバラツキが１５％と大きかった。
【００８１】
また、ｃ／ａが１．０１６より大きい本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６は、平均変位量が４０ｎｍであったが、そのバラツキが１２％と大きかった。
【００８２】
さらに、厚みが１００μｍを越える本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１１は、平均変位量が１９ｎｍと小さく、アクチュエータ、特に印刷ヘッドに用いるアクチュエータとしては実用に供さないものであった。
【００８３】
さらにまた、Ｐｂ、Ｚｒを含まないぺロブスカイト型化合物からなる本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２５は、平均変位量が１０ｎｍと小さく、アクチュエータ、特に印刷ヘッドに用いるアクチュエータとしては実用に供さないものであった。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明のアクチュエータを示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は拘束部が設けられた場合の概略断面図である。
【図２】本発明の印刷ヘッドの構造を示す概略断面図である。
【図３】従来の印刷ヘッドの構造を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００８５】
２、１２・・・セラミック基板
３・・・支持部材
４、１４・・・圧電セラミック層
５、１５・・・共通電極
６、１６・・・個別電極
７、１７・・・変位素子
９ａ・・・拘束部
９ｂ・・・非拘束部
１１・・・アクチュエータ
１３・・・流路部材
１３ａ・・・インク流路
１３ｂ・・・隔壁
１８・・・吐出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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