(57)【要約】【課題】繰返し変形しても電極が自形を保ち、接着強度に優れた圧電アクチュエータ用導体ペースト、及びそれを用いた圧電アクチュエータ、並びに液体吐出装置を提供する。【解決手段】導電粉末と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスフリットと、有機ビヒクルと、からなることを特徴とし、特に、前記ガラスフリットが、ｘＢ２Ｏ３−ｙＢｉ２Ｏ３−ｚＺｎＯとしたとき、各構成成分ｘ、ｙ、ｚが特定のモル％の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａを結ぶ領域内にあることが好ましい。圧電アクチュエータ用導体ペースト。【選択図】図２
2005085937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電粉末と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスフリットと、有機ビヒクルと、からなることを特徴とする圧電アクチュエータ用導体ペースト。
【請求項２】
前記ガラスフリットが、ｘＢ２Ｏ３−ｙＢｉ２Ｏ３−ｚＺｎＯとしたとき、各構成成分ｘ、ｙ、ｚが以下のモル％の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ領域内にあることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ用導体ペースト。
ｘ        ｙ        ｚ
Ａ    ３５    ６４．９    ０．１
Ｂ      １    ９８．９    ０．１
Ｃ      １      ８９      １０
Ｄ    ２０      ４０      ４０
【請求項３】
前記ガラスフリットが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎ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記載の圧電アクチュエータ用導電ペースト。
【請求項４】
前記導電粉末が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１種を主成分とす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用導電ペースト。
【請求項５】
圧電セラミックスの主面に、導電金属と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスと、を含む電極が形成されてなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記ガラスが、ｘＢ２Ｏ３−ｙＢｉ２Ｏ３−ｚＺｎＯとしたとき、各構成成分ｘ、ｙ、ｚが以下のモル％の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ領域内にあることを特徴とする請求項５記載の圧電アクチュエータ。
ｘ        ｙ        ｚ
Ａ    ３５    ６４．９    ０．１
Ｂ      １    ９８．９    ０．１
Ｃ      １      ８９      １０
Ｄ    ２０      ４０      ４０
【請求項７】
前記ガラスが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項５又は６記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記導電金属が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１つを主成分とすることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記圧電セラミックスが、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物を主体とする圧電体であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口とを具備する流路部材に接合してなることを特徴とする液体吐出装置。
【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用導電ペースト、及びそれを用いて電極材料を作製した圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関し、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、フィルタ等に適し、さらに広がり振動、伸び振動、厚み縦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アクチュエータ及び印刷ヘッド等の液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディアの浸透に伴い、インパクト方式のプリンタに代わって、インクジェット方式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式のプリンタが開発され、その利用範囲が各種産業分野及び一般家庭分野において広がりつつある。
【０００３】
かかるノンインパクト方式のプリンタのなかでも、インクジェット方式を利用したプリンタは、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いことから将来性が注目されている。
【０００４】
このインクジェット方式を利用したプリンタに用いられるインクジェットプリンタ用印刷ヘッドは、圧電アクチュエータが流路部材の上に設けられ、圧電アクチュエータは内部に内部電極やビア電極を含み、表面には表面電極が形成され、表面電極と内部電極とに電圧が印加されると、両電極で挟持されている圧電セラミック層が変位する。
【０００５】
このような圧電アクチュエータでは、圧電セラミック層の表面に電極を作製するため、圧電アクチュエータ用導電ペーストを焼結体表面に印刷法等により塗布し、乾燥した後、空気中で焼成することにより得られている。
【０００６】
そして、このような圧電アクチュエータ用導電ペーストとしては、Ａｇなどの導電粉末とガラスフリットとを混合したものに、樹脂及び溶剤からなる有機ビヒクルを加えて混練したものが用いられており、Ａｇなどの導電成分と圧電セラミック層との接合に関与するものである。
【０００７】
圧電アクチュエータ用導電ペースト中のガラスフリットは、圧電セラミックスとの反応などによって、電極をセラミックスに接着するためのものであり、このようなガラスフリットとしては、硼珪酸亜鉛系ガラス（例えば、特許文献１参照）やＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３ガラス（例えば、特許文献２参照）等が使用されている。
【特許文献１】特公平９−１４８６３９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９００８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、圧電アクチュエータでは、駆動時には圧電体とそれを挟む一対の電極が変位をするため、電極が変形し、特にインクジェットプリンタ用印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ等のように、変形量が大きく、また変形の頻度が高い場合、特許文献１や特許文献２に記載のガラスフリットでは、繰返し変形によって電極にクラックが発生する、或いは電極が剥離するという危険があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、繰返し変形に対しても電極が自形を保ち、接着強度に優れた圧電アクチュエータ用導体ペースト、及びそれを用いた圧電アクチュエータ、並びに液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータ用導電ペーストは、導電粉末と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスフリットと、有機ビヒクルと、からなることを特徴とする。
【００１１】
前記ガラスフリットが、ｘＢ２Ｏ３−ｙＢｉ２Ｏ３−ｚＺｎＯとしたとき、各構成成分ｘ、ｙ、ｚが以下のモル％の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ領域内にあることが好ましい。
【００１２】
ｘ        ｙ        ｚ
Ａ    ３５    ６４．９    ０．１
Ｂ      １    ９８．９    ０．１
Ｃ      １      ８９      １０
Ｄ    ２０      ４０      ４０
前記ガラスフリットが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１３】
前記導電粉末が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電セラミックスの主面に、導電金属と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスと、を含む電極が形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
前記ガラスが、ｘＢ２Ｏ３−ｙＢｉ２Ｏ３−ｚＺｎＯとしたとき、各構成成分ｘ、ｙ、ｚが以下のモル％の各頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ領域内にあることが好ましい。
【００１６】
ｘ        ｙ        ｚ
Ａ    ３５    ６４．９    ０．１
Ｂ      １    ９８．９    ０．１
Ｃ      １      ８９      １０
Ｄ    ２０      ４０      ４０
前記ガラスが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１７】
前記導電金属が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１つを主成分とすることが好ましい。
【００１８】
前記圧電セラミックスが、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物を主体とする圧電体であることが好ましい。
【００１９】
本発明の液体吐出装置は、上記の圧電アクチュエータを、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口とを具備する流路部材に接合してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、表面電極が繰返し変形してもクラックを発生せずに自形を保ち、高い接着強度の可能な圧電アクチュエータ用導体ペーストを実現し、これを用いて圧電アクチュエータの圧電セラミックスの主面に表面電極を形成すると、寿命が長く、信頼性の高い圧電アクチュエータ及びそれを用いた液体吐出装置が実現できる。
【００２１】
前記ガラスフリットが、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを結ぶ組成領域内にあるため、より高い接着強度を示すことができる。
【００２２】
前記ガラスフリットが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことで、圧電セラミックスに対する電極の接着強度を更に向上することが可能となる。
【００２３】
前記導電粉末はＮｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１つを主成分とするため、高い導電性を得ることができる。
【００２４】
本発明の圧電アクチュエータは、繰返し変形によってもクラック発生を抑制して自形を保ち、接着強度に優れた電極を具備し、寿命の長い圧電アクチュエータを実現することができる。
【００２５】
前記ガラスフリットが、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを結ぶ組成領域内にあるため、より高い接着強度を示すことができる。
【００２６】
前記ガラスが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むため、圧電セラミックスに対する電極の接着強度を更に向上することが可能となる。
【００２７】
前記導電金属が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１つを主成分とするため、高い導電性を得ることができる。
【００２８】
前記圧電セラミックスが、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物を主体とする圧電体であるため、金属成分が拡散した拡散層がより容易に形成できるため、より高い接着強度を実現できる。
【００２９】
また、上記の圧電アクチュエータ用導電ペーストを液体吐出装置の圧電アクチュエータの電極用材料として用いることにより、吐出特性に優れ、安定した特性を示すことのできる液体吐出装置を得ることができる。これは、特にインクジェットプリンタ用印刷ヘッドとして好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の圧電アクチュエータ用導電ペースト及びそれを用いた圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を、インクジェットプリンタ用印刷ヘッドを例として取り上げて図面を参照して詳細に説明する。まず、図１は、本実施形態の圧電アクチュエータの構造を示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’の概略断面図である。
【００３１】
図１（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ１の表面には、複数の表面電極６が格子状、又は千鳥状（図示せず）等に規則的に配列されている。
【００３２】
この圧電アクチュエータ１は、図１（ｂ）に示したように、振動板２上に共通電極５、圧電セラミック層４及び複数の表面電極６がこの順に積層され、複数の表面電極６が圧電セラミック層４の表面に格子状に配列されており、共通電極５、圧電セラミック層４及び表面電極６により圧電変位素子７が形成されている。この圧電変位素子７は、共通電極５と表面電極６との間に電圧を印加することにより撓み変形する。
【００３３】
圧電アクチュエータ１の厚みＴは、振動板２や表面電極６を含む圧電変位素子７の総厚みを示すものであり、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で、大きな変位を得ることができ、低電圧で高効率の駆動を実現できる。特に、圧電アクチュエータ１としての特性を十分に発揮できる点で、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下であるのがよい。一方、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、好ましくは５μｍ、より好ましくは１０μｍ、さらに好ましくは２０μｍであることがよい。
【００３４】
圧電セラミック層４としては、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（層状ペロブスカイト型化合物）、タングステンブロンズ型化合物、及びＮｂ系ペロブスカイト型化合物（Ｎｂ酸ナトリウムなどのＮｂ酸アルカリ化合物（ＮＡＣ）、Ｎｂ酸バリウムなどのＮｂ酸アルカリ土類化合物（ＮＡＥＣ））、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）、チタン酸鉛等のペロブスカイト型化合物を含有する物質を例示できる。
【００３５】
上記のうち、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よい。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。特に、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつ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のがよい。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セラミック層４が得られる。
【００３６】
これら中でもＰｂを含むペロブスカイト型化合物、例えばジルコン酸チタン酸鉛やチタン酸鉛等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容易となり、且つ、ガラスフリットとの濡れ性が向上するため、より高い接着強度を得ることが容易となる。
【００３７】
上記ペロブスカイト型結晶の一例として、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／またはＢサイトに他元素が置換していてもよい。例えば、副成分としてＺｎ、Ｓｂ、Ｎｉ及びＴｅを添加した、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３及びＰｂ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）Ｏ３の固溶体であってもよい。
【００３８】
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のが望ましい。アルカリ土類元素としてはＢａ、Ｓｒ、Ｃａなどが挙げられ、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得ることが可能となる。
【００３９】
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≦０．１．９０≦ｙ≦０．１．９０．０５≦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。
【００４０】
振動板２としては、材質は特に限定しないが、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、白金、鉄、ニッケルなどの単体金属や、これらの金属の合金、ステンレス鋼などの金属材料、あるいはジルコニアやＰＺＴ等のセラミックスを用いることができ、特に、これらの材料の成形体を、共通電極５、圧電セラミック層４などと同時焼成により一体化されていることが好ましい。
【００４１】
本発明の圧電アクチュエータ用導電ペーストは、上記の圧電セラミック層４の表面に表面電極６を形成するために使用されるもので、導電粉末と、ガラスフリットと、有機ビヒクルとを具備する。そして、ガラスフリット中に、硼素（Ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）を含むことが重要である。
【００４２】
これらの元素を含むことによって、電極と圧電セラミックスとを高い接着強度で接合することができるので、電極の繰返し変形によるクラック発生や、電極剥離を抑制することができる。
【００４３】
特に、ＢとＺｎは接着をより低温で行うために有用であるとともに、接合時の残留応力を低減して、圧電アクチュエータの圧電特性が劣化するのを防止する効果も有する。
【００４４】
また、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスの組成範囲は、図２に示す三元組成図において、Ａ（３５，６４．９，０．１）、Ｂ（１，９８．９，０．１）、Ｃ（１，８９，１０）、Ｄ（２０，４０，４０）、Ａ（３５，６４．９，０．１）を結ぶ領域内にあることが好ましい。このように、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを上記の組成範囲に設定することによって、より高い接着強度と、より高い剥離強度とを備える電極を効率良く作製することができ、特に、Ｂ（１，９８．９，０．１）、Ｃ（１，８９，１０）、Ｅ（１１，４９，４０）、Ｆ（１１，６９，２０）、Ｇ（２０，７９，１）、Ｂ（１，９８．９，０．１）を結ぶ領域内に設定することが、より好ましい。
【００４５】
このようにＢｉが多く、Ｂ及び／又はＺｎを加えた組成において、本発明の目的を容易に達成する傾向があり、Ｂ−Ｃ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｂで囲まれた範囲に組成を決定することが好ましい。
【００４６】
さらに、ガラスフリットが、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことが更なる接着強度向上のために好ましい。これらのうち、特にＣｕは接着強度をさらに高める点で含有されるのが好ましい。また、Ｐｂは低温焼成をさらに低減すると共に、接着強度をさらに高める効果を有するので好ましい。
【００４７】
本発明の圧電アクチュエータ用導電ペーストに含まれる導電粉末としては、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。これらの導電粉末は焼付け後に得られる電極の導電性を高めることができる。これらのうち、特に、Ａｇ及びＡｕは、低抵抗で、電極の温度上昇も少ないため、圧電アクチュエータの脱分極を抑制する効果が高く、より好ましい。
【００４８】
有機ビヒクルとしては、一般的に圧電アクチュエータ用導電ペースト用として使用されているものを使用することができる。例えば、有機ビヒクル中の樹脂成分としては、エチルセルロースやニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、メチルメタアクリレート等のアクリル系樹脂を使用でき、樹脂成分を溶解するための溶媒としては、テルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジブチルフタレート、エーテル、ケトン類、アルコール類、ナフサ類を例示できる。
【００４９】
このような圧電アクチュエータ用導電ペーストは、圧電アクチュエータの主面に設けられた電極を形成するために用いられ、特に液滴吐出装置、例えばインクジェットヘッドに好適に使用することができる。
【００５０】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電セラミックスの主面に、導電金属と、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを含有するガラスと、を含む電極が形成されていることを特徴とするものであり、上記の圧電アクチュエータ用導体ペーストを用いることによって容易に作製することができる。
【００５１】
本発明によれば、ガラスがＢ、Ｂｉ及びＺｎを含有するため、電極の剥離を抑制するとともに、接着強度を高めることができる。
【００５２】
特に、Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスの組成範囲は、図２に示す三元組成図において、Ａ（３５，６４．９，０．１）、Ｂ（１，９８．９，０．１）、Ｃ（１，８９，１０）、Ｄ（２０，４０，４０）、Ａ（３５，６４．９，０．１）を結ぶ領域内にあることが好ましい。さらに、Ｂ（１，９８．９，０．１）、Ｃ（１，８９，１０）、Ｅ（１１，４９，４０）、Ｆ（１１，６９，２０）、Ｇ（２０，７９，１）、Ｂ（１，９８．９，０．１）を結ぶ領域内に設定することが、より好ましい。
【００５３】
このように、Ｂ、Ｂｉ及びＺｎを上記の組成範囲に設定することによって、より高い接着強度と、より高い剥離強度とを備える電極を効率良く作製することができる。
【００５４】
また、圧電セラミックスが、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物を主体とする圧電体であることが好ましく、これにより、Ｂｉ、Ｂ、Ｚｎ系ガラスとの濡れ性が改善され、拡散が促進されて接着強度をさらに高めることができる。
【００５５】
圧電セラミックスの平均結晶粒子径は、Ｂｉの拡散を促進し、接着強度をより高め、電極の全面に渡って均一な接着強度を得るために、０．５〜１０μｍ、特に０．７〜８μｍ、更には、１〜５μｍであることが好ましい。
【００５６】
ガラスには、上記と同じ理由により、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｍｎのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００５７】
導電金属が、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ及びＡｕのうち少なくとも１つを主成分とすることが好ましく、これらの金属で作製した電極の導電性を高めることができる。これらのうち、特に、Ａｇ及びＡｕは、低抵抗で、電極の温度上昇も少ないため、圧電アクチュエータの脱分極を抑制する効果が高く、より好ましい。
【００５８】
例えば、Ａｇ−Ｐｄ合金を用いると、ＰＺＴのようにＰｂを含むペロブスカイトを含む圧電セラミック層との濡れ性を高め、密着強度を改善することができ、圧電特性を安定化させることが容易に可能となる。その組成は、例えば導電金属である銀が７１〜９９．９質量％、特に８０〜９９質量％、更には８５〜９７質量％含まれ、残部をガラスが含まれるように設定することができる。
【００５９】
また、本発明の液体吐出装置は、上記の圧電アクチュエータを、流路部材に接合してなることを特徴とする。この流路部材は、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口を具備するものである。
【００６０】
次に、本発明の液体吐出装置の製造方法について、インクジェットヘッドを例として取り上げて説明する。まず、原料として、純度９９％、平均粒子径１μｍ以下のＰＺＴ粉末を、圧電性セラミックス粉末として準備し、ドクターブレード法によってテープ状に成形してグリーンシートを作製した。
【００６１】
作製したグリーンシートのうち、一部のグリーンシートにはＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷によって塗布し、これを内部電極となるように、グリーンシートと、内部電極を塗布したグリーンシートとを積層し、所望の形状にカットする。得られて積層体を、４００℃程度で脱バインダーを行い、その後に８５０〜１１００℃の温度で焼成する。
【００６２】
焼成後、焼結体の主面に、所望の形状、所望の配列に表面電極を形成するが、そのために、まずガラスフリットを作製する。即ち、表１に示すガラス組成となるように、その出発原料のＨ３ＢＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯ及び所望によりＳｉＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＮｉＯＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３及びＭｎＯを混合し、高温で溶融させた後急冷してガラス化した。その後、得られたガラスを粉砕してガラスフリットを得た。
【００６３】
次に、これらガラスフリットを、Ａｇ等の導電粉末と、テルピネオールに溶解したエチルセルロース等からなる有機ビヒクルと混合し、これを十分混練、分散させて圧電アクチュエータ用導電ペーストを作製する。
【００６４】
得られた導電性ペーストを用いて、先に得られた焼結体の圧電セラミック層の表面に、表面電極材をスクリーン印刷によって塗布し、５５０〜８００℃、特に５７５〜７５０℃、更には６００〜７００℃の温度で加熱処理をして表面電極を作製する。
【００６５】
最後に、表面電極及び内部電極間に電圧を印加して圧電セラミック層を分極して圧電アクチュエータが完成する。
【００６６】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電セラミック層の一方の主面に共通電極が形成され、他方の対向主面に表面電極を形成し、圧電セラミック層と、共通電極と、表面電極とで形成される変位素子を複数備え、微量の液滴を吐出する液体吐出装置、特にインクジェット方式を利用したプリンタに用いられるインクジェットプリンタ用印刷ヘッドに好適に使用することができる。
【００６７】
例えば、図１に示したインクジェットプリンタ用印刷ヘッドのように、複数の溝を並設し、溝を液体加圧室３ａとするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁３ｂとした流路部材３と、圧電セラミック層４の一方の主面に共通電極５を、他方の主面に個別電極６を形成した圧電素子７を有し、変位素子７の共通電極５側を流路部材３の開口部に接着するとともに、圧電素子７の個別電極６の各々は液体加圧室３ａの各々と対応するように設けられている。
【００６８】
そして、駆動回路より個別電極６に電圧を印加し、液体加圧室３ａを形成する圧電素子７を振動させることにより液体加圧室３ａ内のインクを加圧し、流路部材３の底面に開口させた液体吐出口８よりインク滴を吐出させる。
【００６９】
このようなインクジェットプリンタ用印刷ヘッドの圧電アクチュエータとして好適に使用できる本発明の圧電アクチュエータは、変位素子が高速で繰返し変位しても、その一部を構成する表面電極がクラックを生じにくく、自形を保ち、しかも高い接着強度を有するため、これを用いたインクジェットヘッドは、高性能で高信頼性を有することができる。
【実施例】
【００７０】
まず、原料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有する圧電体粉末を準備した。この原料粉末を成形してグリーンシートを作製した。また、Ａｇ−Ｐｄを主成分とあする内部電極用ペーストを作製し、これを先に得られた複数のグリーンシートのうち、一部について、表面に厚さ４μｍの電極パターンを印刷して、内部電極を形成した。
【００７１】
グリーンシートと、表面に内部電極を形成したグリーンシートを積層し、得られた積層成形体を焼成した。
【００７２】
一方、圧電アクチュエータ用導電ペーストを作製するために、ガラスフリットを作製した。表１に示すガラス組成となるように調合し、Ｈ３ＢＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＺｎＯ及び所望によりＳｉＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＮｉＯＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３及びＭｎＯを混合し、高温で溶融させた後急冷してガラス化した。その後、得られたガラスを粉砕してガラスフリットを得、しかる後に、さらにガラスを粉砕してガラスフリットを作製した。
【００７３】
次に、得られたガラスフリットと平均粒径が約３μｍのＡｇ粉末とを表１に示した割合で加え、さらにこれらの合量８０質量％に対して、エチルセルロース樹脂をテルピネオールに溶解した有機ビヒクル２０質量％を混合し、十分に混練、分散させて圧電アクチュエータ用導電ペーストを作製した。
【００７４】
この圧電アクチュエータ用導電ペーストを、先に作製した圧電セラミックスの主面に印刷法により２μｍの厚みで塗布し、５５０〜８００℃の温度において焼成し、表面電極を形成し、圧電アクチュエータを作製した。
【００７５】
得られた圧電アクチュエータを、図１に示した形状を有する流路部材（ただし、吐出ノズルの代わりに変位量の測定が可能な大口径の孔が設けられている）の上に接着剤を用いて接合し、吐出装置であるインクジェットヘッドを作製した。なお、ここで用いた流路部材はＦｅ−Ｎｉ系金属部材で、接着は、熱硬化性のエポキシ接着剤を流路部材の上に塗布し、その上に圧電アクチュエータを重ね、圧電駆動素子に２ＭＰａの圧力をかけて、１５０℃の温度下で１０分にて接着を行った。
【００７６】
得られた圧電アクチュエータを耐久テストで評価した。この耐久テストは、１０ｋＨｚで圧電アクチュエータの表面に形成された表面電極と内部電極間に電圧を印加して約１００ｎｍ程度の変位を１億回繰返した後に、圧電アクチュエータの表面電極にクラック及び剥離の有無を確認した。クラックは光学式顕微鏡にて観察し、更に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で確認した。また、耐久テストの前後で変位素子の変位量を測定し、その低下率を％で表示した。
【００７７】
なお、変位素子の変位量の測定は、一つの圧電アクチュエータから５０個の変位素子を選定し、これらについて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３に示したように、流路部材３側から液体加圧室３ａを通して圧電アクチュエータに対して、レーザードップラー変位計によりレーザービームを照射し、流路部材３の液体加圧室３ａに当接している圧電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。結果を表１に示した。
【表１】
2005085937.tif 000003
【００７８】
ガラスフリットにＢ、Ｂｉ及びＺｎが含まれない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１及び２は、耐久テストにおいて外観不良が観察され、且つ性能劣化が６２％以上と大きかった。
【００７９】
これに対して本発明の試料Ｎｏ．３〜３３は、耐久テストにおいて外観不良は観察されず、また性能劣化も２５％以下であった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の液体吐出装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータ用導電ペーストのガラスフリットに含まれるＢ、Ｂｉ、Ｚｎの三元組成図である。
【図３】本発明の圧電アクチュエータの変位を測定するための接合構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
７・・・変位素子
１・・・圧電アクチュエータ
２・・・振動板
３・・・流路部材
３ａ・・・液体加圧室
３ｂ・・・隔壁
４・・・圧電セラミック層
５・・・共通電極
６・・・個別電極
６ａ・・・駆動部電極
６ｂ・・・接続部電極
７・・・変位素子
８・・・液体吐出口
【図１】
2005085937.tif 000004
【図２】
2005085937.tif 000005
【図３】
2005085937.tif 000006