(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスの積層体と、該積層体の内部に設けられた内部電極とを具備し、前記積層体の表面が焼肌面である圧電積層体の製造方法であって、平均粒径が０．３〜０．７μｍの圧電体粉末からなる成形体を、主面の気孔率が１％以下、平坦度が２０μｍ以下の焼成支持体の前記主面に接触させながら焼成する工程を含むことを特徴とする圧電積層体の製造方法。
【請求項２】
前記圧電体粉末としてＰｂを含んだものを用い、８００〜１１００℃で焼成することを特徴とする請求項１記載の圧電積層体の製造方法。
【請求項３】
前記焼成支持体として主面にＰｂを含むものを用いることを特徴とする求項２記載の圧電積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電積層体の製造方法に関し、より詳しくは例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に用いられる圧電アクチュエータに適し、特に広がり振動、伸び振動、厚み立て振動を利用した印刷ヘッドとして好適に用いられる圧電積層体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、圧電セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発信子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。
【０００３】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータやインクジェットプリンタの印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ等に応用されている。
【０００４】
従来、このような用途に用いられる圧電積層体は、厚みが数百μｍ以上のセラミックグリーンシートを、多孔質焼結体からなる一対のセッターに直接挟むように配置して焼成することによって作製されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報図１
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１７２７７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の圧電アクチュエータでは、表面に変質層が形成され、或いは表面に大きな凹凸が形成されるため、そのまま圧電アクチュエータとして用いると、駆動時に変位素子が変位を繰り返すことによって、比較的短時間でいくつかの変位素子の特性が劣化し、印刷ヘッドとして使用した場合には、インク吐出ばらつきとなり、印刷物の画質が低下するという問題があった。
【０００８】
また、圧電積層体の表面を加工して圧電アクチュエータとして用いても、特性劣化を解決することができなかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、駆動時の特性劣化を改善した圧電アクチュエータ及びそれを用いた電子機器を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、上記圧電アクチュエータに好適な圧電積層体及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動時に変位素子が変位を繰り返すと、結晶粒子間の凹みにマイクロクラックが発生し、応力が繰返し付加されるため、マイクロクラックが進展して圧電セラミック層を破断し、破断した部位の変位素子の特性が劣化するという新規な知見、及び表面を研磨加工した場合、研磨加工面の加工変質層にマイクロクラックが多数生成するため、繰り返し駆動によってマイクロクラックが容易に進展し、圧電セラミック層を破断するという新規な知見に基づくもので、表面の凹みの深さを制御することにより、圧電積層体強度とそれに伴う特性劣化を改善することができる。
【００１７】
即ち、本発明の圧電積層体の製造方法は、圧電セラミックスの積層体と、該積層体の内部に設けられた内部電極とを具備し、前記積層体の表面が焼肌面である圧電積層体の製造方法であって、平均粒径が０．３〜０．７μｍの圧電体粉末からなる成形体を、主面の気孔率が１％以下、平坦度が２０μｍ以下の焼成支持体の前記主面に接触させながら焼成する工程を含むことを特徴とするものである。これにより、圧電積層体の表面の結晶粒子結晶粒子間に形成された凹からマイクロクラックが発生し難い圧電積層体を容易に作製することができる。
【００１８】
前記圧電体粉末としてＰｂを含んだものを用い、８００〜１１００℃で焼成することが好ましい。このようにＰｂを含む圧電体粉末を用いることで、変位量の大きな圧電積層体を得ることができ、しかも、上記温度範囲で上記の焼成支持体を用いて焼成することにより、Ｐｂの蒸発をより抑制することが可能で、凹みの深さをより小さくすることができる。
【００１９】
さらに、前記焼成支持体として主面にＰｂを含むものを用いることが好ましい。これは、一般的に圧電セラミックスは焼結時に表層部分からＰｂＯが蒸発し、表層部分の圧電セラミックスの化学量論比が崩れることによって圧電特性を低下させることが知られている。よって、接触させる焼成支持体の主面にＰｂを含ませておくことによって、磁器表面のＰｂが焼成支持体の主面に拡散することや蒸発することを抑制し、圧電特性の安定した圧電積層体を得ることが可能となる。
【００２０】
また、上述のように作製した圧電積層体の表面に複数の個別電極を具備する圧電アクチュエータは、複数の個別電極を形成する圧電積層体の表面層が、安定した圧電特性及び圧電積層体の信頼性を有しており、個別電極を形成した後、個別電極に独立して電圧印加することで、各駆動素子を独立して制御することができることから、特に印刷画質の高精細化が求められる印刷ヘッドとして有効に用いることができる。
【００２１】
さらに、上記圧電アクチュエータを用いた電子部品は、低電圧で大きな変位を得るとともに、繰り返し振動しても特性劣化が少なく信頼性が高いという特長を有し、インクジェットプリンタ用圧電アクチュエータ、圧電共振子、及び発振器等の電子部品に好適に応用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態にかかる圧電積層体を、印刷ヘッド用圧電アクチュエータに応用した場合を例として図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）は本実施形態の圧電アクチュエータの断面図、図１（ｂ）はその平面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の圧電積層体を用いた圧電アクチュエータ１は、振動板２上に、共通電極５、圧電セラミック層４および表面電極６がこの順に積層され、表面電極６が圧電セラミック層４の表面に等間隔で２次元的に複数配列されており、共通電極５、圧電セラミック層４および表面電極６により複数の圧電変位素子７が形成されている。
【００２４】
複数の表面電極６は、それぞれ外部の電子制御回路に独立して接続されている。各表面電極６に対応する圧電変位素子７は、共通電極５と表面電極６との間に電圧が印加されることにより変位領域７ａが変位する。このように、表面に複数の圧電変位素子７を配置することにより、微細に分割された空間の特定の位置にのみ液滴を吐出することができ、印刷ヘッドに用いれば、印刷用紙の所定の小さなドットに好みの色調を有するインクを被弾させることができる。
【００２５】
次に、上記の圧電アクチュエータ１を備えたインクジェット方式の印刷ヘッドについて説明する。図２は、印刷ヘッドを示す断面図である。同図に示すように、この印刷ヘッドは、図１に示した圧電アクチュエータ１を、液体吐出口８を有し、隔壁３ｂにより仕切られた複数の液体加圧室３ａが配列された流路部材１３上に、液体加圧室３ａと表面電極６との位置を揃えて接着剤により接着したものである（接着層は図示せず）。
【００２６】
なお、上述したように、圧電アクチュエータの内部に内部電極として設けられた共通電極５と、圧電アクチュエータの表面に設けられた個別電極６は、外部の駆動回路（電子制御回路）に電気的に接続されている。この駆動回路より共通電極５と表面電極６との間に電圧が印加されると、変位した圧電変位素子７に対応する液体加圧室３ａ内のインクが加圧され、流路部材３の底面に開口した液体吐出孔８よりインク滴が吐出される。
【００２７】
流路部材３は、所定の位置に穿孔された複数の金属薄板の圧電積層体からなるものを用いることができる。
【００２８】
このような印刷ヘッドに好適な圧電アクチュエータに用いられる圧電積層体は、その表面に結晶粒子が観察されることが重要である。例えば、図３は光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により圧電積層体の主面を観察した時の圧電積層体表面を示す模式図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ‘の断面図である。
【００２９】
上記観察によれば、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、結晶粒子の中央部１８が盛り上がり、結晶粒子間に凹み１９が形成されている。凹みの先端２０である最深部には結晶粒子の境界部が見られる。
【００３０】
本発明によれば、上記図３に示したような凹み１９が圧電積層体の表面に観察されることが重要である。これは、少なくとも圧電積層体の表面を研削加工や研磨加工等の機械加工を行った主面では、上記の定義による結晶粒子は観察されず、少なくとも未加工状態であることが必要である。
【００３１】
また、結晶粒子間には凹み１９が形成されるが、その凹み１９の平均深さは０．５μｍ以下であることが重要である。これは、結晶粒界の平均深さが０．５μｍより大きくなると、結晶粒子間の凹み先端２０の鋭角さが小さくなり、変位素子として繰り返し駆動した場合に、結晶粒子間の凹み先端２０へ応力が集中してしまい、マイクロクラックが発生しやすくなる。
【００３２】
発生したマイクロクラックは、変位が繰り返されるため、容易に進展し、圧電セラミック層を破断する恐れがあり、その場合、変位素子の圧電特性は著しく劣化する。従って、結晶粒界の平均深さが０．５μｍ以下であれば結晶粒子間への応力集中を抑制し、マイクロクラックの発生を抑制することができ、特に０．４μｍ以下、更には０．３μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
また、最大深さが１μｍ以下、特に０．８μｍ以下、更には０．６μｍ以下であることが、結晶粒子間に形成された最大深さが１μｍ以下の溝によりマイクロクラックが発生する確率をより低くすることができるため、好ましい。このような範囲の最大深さを有すると、応力が繰返し付加されたとしてもさらに安定した変位素子の特性及び圧電積層体の信頼性を有することが可能となる。
【００３４】
なお、本発明における上記結晶粒子間に形成される凹みの平均深さ及び最大深さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定したものである。ＡＦＭの測定は、縦２０μｍ、横２０μｍの領域を走査して表面の凹凸状態を測定し、凹凸の平均値を凹みの平均深さ、最大値を最大深さを算出し、これを１０点測定して平均深さの平均をとって本発明の凹みの平均深さとした。また、１０点の測定結果のうち最大値を本発明の凹みの最大深さとのと定義した。
【００３５】
ところで、結晶粒界の平均深さを小さくするために表面を研磨加工することも考えられるが、研磨加工した場合、研磨加工面の加工変質層には、マイクロクラックが多数生成するため、繰り返し駆動によってマイクロクラックが容易に進展し、圧電セラミック層を破断する。また、厚みが１００μｍ以下の圧電積層体の場合には、それを研磨することは困難を伴い、さらに、研磨加工を行ったとしても加工傷の他に、加工面に歪みが残留し、その結果圧電特性を著しく低下せしめる。よって、表面研磨を行わないことが必要である。
【００３６】
アクチュエータ１の厚みＴは、表面電極６を含めた振動板２の厚みを示すものであり、Ｔが１００μｍ以下であることが好ましい。このように薄層にすることにより、大きな変位を得ることができ、また低電圧でより高効率の駆動を実現できる。また、アクチュエータ１としての特性をさらに高めるため、８０μｍ以下、更には６５μｍ以下、より好適には５０μｍ以下がより好ましい。
【００３７】
また、アクチュエータ１の厚みＴの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱い及び作動中の破壊を防止するため、３μｍ、特に５μｍ、更には１０μｍ、より好適には２０μｍであることが好ましい。
【００３８】
圧電積層体の表面の平坦度、即ち圧電体層４の主面の平坦度が２０μｍ以下であることが好ましい。平坦度を２０μｍ以下、特に１５μｍ以下、更には１０μｍ以下にすることで、平坦な流路部材３に圧電アクチュエータ１を接合した時、圧電アクチュエータ１を強制的に平坦にして熱処理による接合を行うため、接合に伴う残留応力の発生を低減できるため、変位素子毎の特性バラツキを低減することができ、圧電セラミック表面の結晶粒子間に形成された凹みに応力が集中するのを抑制できる。
【００３９】
圧電体層４及び振動板２は、圧電性を示すセラミックスを用いることができ、具体的には、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造物質、Ｎｂ酸アルカリ化合物のペロブスカイト構造化合物、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等を含有する物質を例示できる。
【００４０】
これらのうち、特に、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物であるのが良い。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等を含有する物質が好ましい。このような組成にすることで、高い圧電定数を有する圧電体層４が得られる。
【００４１】
特に、上記ペロブスカイト型結晶の一例として、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るＰｂＺｒＴｉＯ３を好適に使用できる。また、他の酸化物を混合しても良く、さらに、副成分として、特性に悪影響がない範囲であれば、Ａサイト及び／又はＢサイトに他元素が置換しても良い。例えば、副成分としてＺｎ、Ｓｂ、Ｎｉ及びＴｅを添加し、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３及びＰｂ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）Ｏ３の固溶体であっても良い。
【００４２】
本発明によれば、上記ペロブスカイト型結晶における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Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａなどが有り、特にＢａ、Ｓｒが高い変位を得られる点で好ましい。これにより、比誘電率が向上する結果、さらに高い圧電定数を示すことが可能となる。
【００４３】
具体的には、Ｐｂ１−ｘ―ｙＳｒｘＢａｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ａ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）ｂＺｒ１−ａ−ｂ−ｃＴｉｃＯ３＋α質量％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）で表される化合物を例示できる。
【００４４】
本発明の圧電積層体は、その表面が圧電体層４により構成されている場合、圧電体層４の結晶粒径が１〜３μｍ、特に１．５〜２．５μｍであることが好ましい。このような結晶粒径にすることにより、結晶粒子間の凹み先端のＲを小さくし、変位素子として繰り返し駆動した場合のマイクロクラックの発生及び／又はマイクロクラックの進展をより効果的に抑制することが可能になるとともに、圧電振動が大きい優れた圧電特性、特により高い圧電定数を得ることが容易となる。
【００４５】
共通電極５、表面電極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。
【００４６】
また、電極５及、６の厚みとしては、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、０．５〜５μｍ、特に１〜３μｍ程度が好ましい。
【００４７】
本発明のアクチュエータをインクジェットプリンタの印刷ヘッドとして用いる場合、圧電歪定数として、例えばｄ３１モードを利用することができる。インクジェットプリンタの印刷ヘッドとして十分な吐出能力を発揮し、高速で精細な印刷を実現するために、ｄ３１が２００ｐｍ／Ｖ以上、特に２２５ｐｍ／Ｖ以上、更には２５０ｐｍ／Ｖ以上であることが好ましい。
【００４８】
以上のような構成を有する圧電積層体は、低電圧で大きな変位を得るとともに、繰り返し振動しても特性劣化が少なく信頼性が高いという特長を有し、インクジェットプリンタ用圧電アクチュエータ、圧電共振子、及び発振器等の電子部品に好適に応用することができる。特に、本発明の圧電積層体を用いた圧電アクチュエータを採用した印刷ヘッドは、該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たプリンタ等の電子機器として好適に用いられ、プリンタの場合には、高速・高精度印刷を容易に実現することができる。
【００４９】
次に、本発明の圧電積層体の製造方法について、圧電セラミックスとしてＰＺＴを用いた場合を例として説明する。
【００５０】
まず、原料に用いる圧電体粉末として、平均粒子径０．３〜０．７μｍの範囲のＰＺＴ粉末を準備することが重要である。平均粒子径が０．３μｍに満たない場合、後にテープ成形するために添加する有機バインダーを極端に多く必要とするため、焼結時の脱バインダーが困難となりデラミネーション等の不具合が発生する。更にこのような細かい平均粒子径の粉末を得るには、多大な時間と労力を必要とする為、製造コストが高くなる。
【００５１】
また、平均粒子径が０．７μｍを越えると、焼結性が低下するため、より高温で焼結させる必要が生じ、結晶粒子間の凹みの平均深さ及び最大深さが大きくなる。より凹みの深さを低減するため、原料粉末の平均粒子径は０．４〜０．６μｍであることが好ましい。
【００５２】
この範囲の平均粒子径を有する場合、焼結性が高く、より低温での焼結が可能であり、圧電体粉末焼結時のＰｂの蒸発を抑制する効果が得られ、さらに凹みの影響を低減することができる。
【００５３】
このようなＰＺＴ粉末を用い、適当な有機バインダーを添加してテープ状に成形し、このテープの所望の部位に内部電極としてＡｇ−Ｐｄペーストを塗布し、また所望の箇所にビアホールを形成すると共にビアホールの内部に電極を形成した。次いで、得られたグリーンシートを積層する。また、所望により、特定の形状に切断する。
【００５４】
積層して得られた成形体を、焼成するために、成形体を治具に搭載して焼成炉内に配置するが、その配置の一例を図４に示した。即ち、下部焼成支持体１０１ａの上に成形体１０２を載置する。ここで、下部焼成支持体１０１ａは、その主面１０４ａの気孔率が１％以下、平坦度が２０μｍ以下で、この主面１０４ａを成形体１０２と接触させながら焼成することが重要である。
【００５５】
次に、下部焼成支持体１０１ａの上にスペーサ１０５を載置し、さらにスペーサ１０５の上に天板１０６を載置して、下部焼成支持体１０１ａ、スペーサ１０５及び天板１０６からなる焼成治具によって密封空間１０７を形成し、その内部に成形体１０２を挿入して焼成する。このような密封空間１０７を設けることにより、揮発性成分を含む成形体であっても揮発を抑制できるため、従来のように共材を周囲に載置しなくても焼成することが可能となる。
【００５６】
なお、本発明における密封空間１０７とは、上記の焼成治具を単に組に立てて内部に空間を設けるのではなく、研削や研磨等の機械加工、化学研磨等の方法によって焼成支持体、スペーサ、天板による当接部の隙間を小さくし、揮発成分の飛散を抑制することができるものを言う。例えば、表面が加工されて所定の平行度及び表面粗さを有しているものを挙げることができる。
【００５７】
本発明は、下部焼成支持体１０１ａの上に成形体１０２を載置してあれば、成形体１０２の上に何が置いてあっても良く、例えば、多孔質体を載せても良いが、下部焼成支持体１０１ａと同様の主面を有する上部焼成支持体１０１ｂを載せて、成形体１０２を一対の下部焼成支持体１０１ａ、１０１ｂで挟持するように配置するのが、組成のバラツキを効果的に抑制でき、且つ２０μｍ以下の平坦度を容易に得られる点で好ましい。
【００５８】
本発明によれば、焼成支持体１０１が成形体１０２と接触する主面１０４の平坦度が２０μｍ以下であることが重要である。焼成支持体１０１は成形体１０２と接触するため、その接触する主面１０４ｂを平坦にすることで、成形体１０２を焼成して得られた焼結体の表面の平坦度を低減でき、表面が平坦な圧電磁器を得ることができ、結晶粒子間の凹みの平均深さを小さくすることができる。特に、上記平均深さをより小さくするため、焼成支持体１０１の主面の平坦度は１５μｍ以下、更には１０μｍ以下が好ましい。
【００５９】
また、本発明によれば、焼成支持体１０１が成形体１０２と接触する主面１０４の表面部は、気孔率が１％以下であることが重要である。気孔率が１％を越えると、焼成中に成形体から蒸発したＰｂ成分が、焼成支持体の連続した気孔を経由して外部へ飛散し、得られる焼結体の表面組成が内部組成から大きくずれるとともに、結晶粒界の凹みの平均深さが大きくなる。さらに、上記平均深さを小さくするため、気孔率は特に０．５％以下、更には０．３％以下であることが好ましい。
【００６０】
なお、表面部とは成形体１０２との接触面を形成する主面１０４における表面を意味するが、気孔率を測定するためには研磨が必要なため、実際には研磨に必要な最低限の厚み、例えば数μｍの厚みが必要であり、これを実質的に表面部と言う。
【００６１】
本発明においては、成形体１０２との接触面を形成する主面１０４の表面部が緻密であれば、焼成支持体１０１の残部が緻密であっても、多孔質であっても、いずれでも良い。
【００６２】
本発明に用いる焼成支持体１０１は、アルミナ、ベリリア、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル型構造体、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物、Ｐｂ系ペロブスカイト構造化合物、ニオブ系ペロブスカイト構造化合物及びタンタル系ペロブスカイト構造化合物のうち少なくとも１種を含有することが好ましい。これらはいずれも圧電体の同質の物質もしくは反応性に乏しい物質である。このような物質を焼成支持体に用いることにより、圧電体の特性を安定化させることが可能となる。
【００６３】
また、焼成支持体１０１がジルコニアの場合、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、希土類のいずれか１種を含むことが好ましい。これは焼成時の加熱や冷却を行う際にジルコニアの相変態を抑制し、割れ、欠け等の破損、変形、表面荒さの変化を抑制する。
【００６４】
圧電成形体１０２の個別電極の形成面となる焼成支持体１０１の表面と接触させる焼成支持体１０１の主面１０４には、予めＰｂを含有させる処理を施しておくことが好ましい。特に、この処理をＰｂの含有量が飽和するまで繰り返したものを用いるのがよい。これにより、圧電成形体１０２の、後に個別電極を形成する面と上記Ｐｂ含有量を飽和させた焼成支持体１０１の主面１０４とを接触させ、焼成したときに圧電成形体１０２の焼結時にＰｂの蒸発量をさらに小さくし、また、Ｐｂが圧電成形体１０２から焼成し事態１０１に拡散することを抑制することができ、圧電積層体の圧電特性をより安定させることができる。
【００６５】
Ｐｂを含有させる処理としては、例えば、予め前記圧電体粉末からなるテープ成形体と焼成支持体主面とを当接し、圧電セラミックス体の焼成温度以上で熱処理をすればよい。
【００６６】
成形体１０２の焼成は、８００〜１１００℃、特に８３０〜１０５０℃、更には８６０〜１０００℃で行うことが好ましい。焼成温度をこの範囲に設定することによってＰｂの蒸発をより小さくでき、凹みの深さも低減できる。また、平均粒径、平坦度を制御しやすく、組成バラツキを抑制することもできる。さらに、焼成の雰囲気を９０％以上の酸素濃度とし、酸素分圧を上げておくことによって上記効果をより効果的に得ることが出来る。
【００６７】
なお、積層成形体の焼成に先立ち、所望により、４００℃〜９００℃程度の温度で脱脂処理を行っても良い。
【００６８】
得られた焼結体の表面に表面電極６を形成し、また、分極してアクチュエータを作製することができる。
【００６９】
このように、本発明の製造方法を採用すれば、厚みが１００μｍ以下、原子間力顕微鏡による観察で、結晶粒子間の凹みの平均深さが０．５μｍ以下、最大深さが１μｍ以下の圧電積層体を得ることができ、これを用いた圧電アクチュエータは、圧電特性のバラツキが小さく、安定した特性を得ることができる。
【００７０】
よって、本発明の圧電アクチュエータは、変位量のバラツキが極めて小さく、これを電子部品に用いることで、低電圧で大きな変位を得るとともに、繰り返し振動しても特性劣化が少なく信頼性が高い電子部品を得ることができる。特に、インクジェットプリンタの印刷ヘッドには好適に適応することができ、高速、高精度な特性を顕著に改善することができる。
【００７１】
【実施例】
まず、原料として、純度９９％以上のチタン酸ジルコン酸鉛を含有する圧電体粉末を準備し、φ２ｍｍのジルコニアボールにてミル粉砕を行い平均粒子径が０．３〜０．５μｍとなるように調整し、乾燥後、メッシュパスすることによって原料粉末を得た。圧電体粉末の平均粒径を表１に示した。
【００７２】
次に、得られた原料粉末を成形してグリーンシートを作製した。また、内部電極ペーストを作製した。得られた内部電極ペーストを、グリーンシートの表面に厚さ４μｍで印刷し、内部電極を形成した。更に、内部電極が印刷された面を上向きにしてグリーンシートの２枚の間に内部電極ペーストを印刷しないグリーンシート１枚づつ積層し、加圧プレスし、積層成形体を得た。
【００７３】
この積層成形体を脱脂処理した後に、図５に示したように、積層成形体を焼成支持体で挟持するようにして焼成炉に配置（ｄ１）した。ここで用いた焼成支持体について気孔率、平坦度、Ｐｂ含有量を表１に示した。
【００７４】
その後、表１に示す焼成温度にて２時間保持することによって圧電体層と内部電極とからなる圧電積層体を得た。なお、試料Ｎｏ．２４は、１５０μｍの厚みの圧電積層体を作製し、しかる後に研削によって両表面を加工した。
【００７５】
これらの圧電積層体の上記焼成支持体との当接面に表面電極を形成した。表面電極は、スクリーン印刷にてＡｕペーストを塗布し、一基板当たり６００点形成した。これを６００〜８００℃の大気中で焼付けた。
【００７６】
得られた圧電積層体の厚みをマイクロメータで測定し、また、圧電積層体の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した時、結晶粒子が図３のように観察かれるかどうかを確認し、確認できたものには○、確認できないものは×とした。
【００７７】
圧電積層体表面の上記焼成支持体との当接面の結晶粒子の結晶粒界平均深さの測定は、原子間力顕微鏡を用い、得られた画像の断面像から粒界凹み深さを測定し、その平均値を算出した。又、最大深さについても同様の測定から算出した。
【００７８】
圧電積層体の平均結晶粒径は、表面の粒子の最大値と最小値を測定し、その平均値を算出して、これを半径（円換算）した。焼成支持体の気孔率は、断面を鏡面状態に加工した後、顕微鏡で観察し、所定の面積内にある気孔の面積を求めて算出した。
【００７９】
焼成支持体及び振動板の平坦度は、レーザー変位計を用いて振動板の一端から他端の間を走査して高さの変化を測定した。その際、表面電極の厚みを補正して算出した。
【００８０】
焼成支持体の表面部に含有するＰｂ量については、ＥＰＭＡによるＰｂ量の定量分析を行った。
【００８１】
アクチュエータのｄ３１は、インピーダンスアナライザー（アジレントテクノロジー製４１９４Ａ）を用いた共振法で１０箇所測定し、その平均値を算出した。そして、ｄ３１の平均値との差を算出し、その最大値をｄ３１バラツキとして百分率で表示した。
【００８２】
変位量の測定は、インクジェットプリンタ用印刷ヘッドとしての使用を考慮し、図５に示したように、溝２３ａと隔壁２３ｂを有する流路部材２３に、上記作製したアクチュエータ２１を接着し、圧電体層２４を共通電極２５と表面電極２６で挟持する構造となるように変位素子２７を作製した。そして、レーザードップラー変位計により流路部材２３側から溝２３ａを通してアクチュエータにレーザービームを照射し、流路部材２３の溝２３ａに当接しているアクチュエータの中心部及び周辺部７点を測定して変位を測定し、平均値を算出した。又、上記アクチュエータを１０億回変位駆動させたときの変位量を測定し、低下率を算出した。結果を表１に示した。
【００８３】
【表１】
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【００８４】
本発明の試料Ｎｏ．１〜１４及び１７〜２３は、変位低下率が２０％以下であった。
【００８５】
一方、原料に用いた圧電体粉末の平均粒径が０．７μｍを超える本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１５は、変位低下率が２７％以上と大きかった。
【００８６】
また、圧電積層体の表面を研削加工したため、表面に結晶粒子の観察されない試料Ｎｏ．２４は、変位低下率が３４％と極端に大きかった。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の圧電積層体の製造方法で作製した圧電積層体は、焼成後に表面研磨を行わないため、研磨加工による加工変質層がなく、マイクロクラックや残留歪みの影響がないことから圧電特性や長期変位駆動による信頼性を確保できるものである。又焼肌面に存在する結晶粒子間の凹みの深さを０．５μｍ以下に制御することにより、長期間変位を繰り返しても特性劣化、圧電アクチュエータの長期信頼性を改善することができる。
【００８８】
また、本発明の圧電積層体の製造方法は、圧電セラミックスの積層体と、該積層体の内部に設けられた内部電極とを具備し、前記積層体の表面が焼肌面である圧電積層体の製造方法であって、平均粒径が０．３〜０．７μｍの圧電体粉末からなる成形体を、主面の気孔率が１％以下、平坦度が２０μｍ以下の焼成支持体の前記主面に接触させながら焼成する工程を含むので、焼成後、圧電セラミックスの積層体の表面に観察される結晶粒子の粒界の平均深さが０．５μｍ以下となる。更に、前記焼成支持体の主面にＰｂを含んだものを用いる場合、磁器表面のＰｂが焼成支持体の主面に拡散することが抑制され、圧電特性のより安定した圧電積層体を得ることができる。
【００８９】
また、上述のような特性劣化、長期信頼性を確保した圧電積層体であるので、圧電積層体表面に個別電極を形成した後、個別電極に独立して電圧印加することで、各駆動素子を独立して制御することができることから、特に印刷画質の高精細化が求められるインクジェットプリンタ用印刷ヘッド等の電子部品として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の製造方法によって得られた圧電積層体を用いたアクチュエータを示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図、（ｃ）は流路部材を接合した時の概略断面図である。
【図２】  本発明の製造方法によって得られた圧電積層体を用いたアクチュエータを備える印刷ヘッドの概略断面図である。
【図３】  本発明の製造方法によって得られた圧電積層体の表面をＳＥＭで観察した時の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ‘の断面図である。
【図４】  本発明の製造方法によって得られた圧電積層体の焼成に用いる焼成治具を示す概略断面図である。
【図５】  実施例の変位量測定に用いるアクチュエータを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、２１・・・アクチュエータ
２、２２・・・振動板
４、２４・・・圧電体層
５、２５・・・内部電極
６、２６・・・表面電極
７、２７・・・変位素子
７ａ、２７ａ・・・変位領域
８・・・液体吐出孔
１８・・・結晶粒子の中央部
１９・・・凹み
２０・・・凹み先端
２３・・・流路部材
２３ａ・・・測定用溝
２３ｂ・・・隔壁
Ｔ・・・アクチュエータの厚み
【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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