(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータ等の材料として用いた場合に、圧電特性ばらつきが小さくかつ高い圧電特性が得られるグリーンシートおよびその製造方法、並びに積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドを提供することである。【解決手段】平均粒径が３μｍ未満の圧電性セラミックス原料粉末と、アクリル樹脂の水性エマルジョンと、アルキレングリコールとを混合して得られる１Ｐａ・ｓ以下の粘度を有するスラリーを調製し、このスラリーに含まれる３μｍ以上の粒子を除去した後、成形する。この方法により作製されるグリーンシートは、厚みが２０μｍ以下、表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、かつ表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性である。このグリーンシートは、積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドに好適である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性セラミックス原料粉末を主成分とし、厚みが２０μｍ以下、表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、かつ表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性であることを特徴とするグリーンシート。
【請求項２】
平均粒径が３μｍ未満の圧電性セラミックス原料粉末と、アクリル樹脂の水性エマルジョンと、アルキレングリコールとを混合して１Ｐａ・ｓ以下の粘度を有するスラリーを調製し、このスラリーに含まれる３μｍ以上の粒子を除去した後、成形することを特徴とするグリーンシートの製造方法。
【請求項３】
前記アクリル樹脂のガラス転移温度が−１０℃以下である請求項２記載のグリーンシートの製造方法。
【請求項４】
前記圧電性セラミックス原料粉末の平均粒径が１μｍ以下である請求項２または３記載のグリーンシートの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のグリーンシートを複数枚積層し焼成して得られる積層圧電体であって、
積層された複数の圧電セラミック層と、これらの圧電セラミック層の間に配置された少なくとも１層の内部電極とを備え、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする積層圧電体。
【請求項６】
前記内部電極が銀を主成分とする請求項５記載の積層圧電体。
【請求項７】
前記内部電極が銀を７０質量％以上含む請求項６記載の積層圧電体。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の積層圧電体における最上層の圧電セラミック層の表面に複数の表面電極が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８記載の圧電アクチュエータを、インク吐出孔を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、前記インク流路と前記表面電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリーンシートおよびその製造方法、並びに積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドに関し、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、燃料噴射用インジェクター、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、圧電アクチュエータ等に適用可能なグリーンシート、その製造方法および積層圧電体、並びに広がり振動、伸び振動、厚み立て振動を利用したインクジェット記録ヘッドとして好適に用いられる圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、誘電体を利用した製品としては、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、積層コンデンサ、積層インダクタ、積層コンデンサ内蔵基板、積層モジュール基板、燃料噴射用インジェクター、圧電共振子（発振子を含む）、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ、圧電アクチュエータ等が挙げられる。
【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アクチュエータやインクジェットプリンタの記録ヘッドに用いられるアクチュエータ等に応用されている。特に、近年、パーソナルコンピュータ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プリンタの利用が急速に拡大している。
【０００４】
かかるインクジェットプリンタには、インクジェット記録ヘッドが搭載されている。この種の記録ヘッドには、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に知られている。
【０００５】
圧電方式を利用したインクジェットプリンタに用いられるインクジェット記録ヘッドは、例えば図３示すように、複数のインク流路５１が並設され、各インク流路５１を仕切る壁として隔壁５２を形成した流路部材５３上に圧電アクチュエータ５４が設けられた構造を有する（特許文献１参照）。
【０００６】
圧電アクチュエータ５４は、少なくとも上面に白金電極が設けられ内部電極６０として機能するように導電性を有する振動板５５上に、圧電セラミック層５６および表面電極５７がこの順に積層され、表面電極５７が圧電セラミック層５６の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部５８が形成されたものである。この圧電アクチュエータ５４は、流路部材５３上に、インク流路５１と表面電極５７との位置を揃えて取り付けられている。
【０００７】
上記のようなインクジェット記録ヘッドは、内部電極６０と所定の表面電極５７との間に電圧を印加して該表面電極５７直下の圧電セラミック層５６を変位させることにより、インク流路５１内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したインク吐出口５９よりインク滴を吐出する。
【０００８】
ところで、従来、上記のような圧電アクチュエータ５４等の製造に用いられるセラミックスグリーンシートは、圧電性セラミックス原料粉末と、アルコールや芳香族系溶媒などの各種有機溶剤とを混合して得られたセラミックススラリーを、ドクターブレードなどの成形方法によってテープ形状に成形して作製されている。また、圧電アクチュエータ５４の内部電極は、上記のグリーンシートの表面に内部電極ペーストを塗布（印刷）することにより形成される。
【０００９】
しかしながら、上記のグリーンシートは、有機溶剤に対して溶解性を有しているため、グリーンシートの表面に内部電極ペーストを塗布した際に、この内部電極ペーストに含まれる有機溶剤がグリーンシートの表面を溶かし、グリーンシートと内部電極ペーストとが混合される。これにより、圧電アクチュエータ５４の圧電セラミック層５６中に内部電極の成分が実質的に拡散する結果になっていた。
【００１０】
このような拡散が生じた場合、グリーンシートが厚い場合には圧電特性に対して与える影響は少ないものの、グリーンシートが２０μｍ以下と薄くなると、拡散した成分によって圧電特性が低下するという問題があった。
【００１１】
上記のような拡散を抑制する手段としては、例えばグリーンシートを水系のスラリーを用いて作製することが挙げられる。例えば、特許文献２には、セラミックス粉末、有機質バインダ、有機質増粘剤および水を混合して作製したスラリーを用いたグリーンシートの製造方法が提案されている。また、特許文献３には、セラミックス粉末と、水溶性アクリル樹脂エマルジョンと、水溶性ポリウレタン樹脂と、ポリカルボン酸アンモニウムと、水と、アンモニアとを所定の割合で含有するセラミックスラリーが提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報図１
【特許文献２】
特開平６−４８８２２号公報
【特許文献３】
特開平３−２７９２５１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の製造方法は、セラミックス粉末の平均粒径が３μｍ程度と大きい場合には比較的有効であるが、２０μｍ以下の薄いグリーンシートを作製する場合には、セラミックス粉末の粒径が大きいことから、グリーンシートの表面粗さが大きくなるため、このグリーンシートを用いて作製した積層圧電体や圧電アクチュエータは、圧電特性のばらつきが大きくなるという問題があった。一方、粉末の粒径を小さくすると、スラリーの粘度が高くなるため、この特許文献２に記載の方法では２０μｍ以下のグリーンシートを成形するのが困難であるという問題があった。
【００１４】
また、特許文献３に記載のスラリーのように、アクリル樹脂エマルジョンと水溶性ポリウレタン樹脂とを混合したバインダーは、お互いの相溶性が悪く、スラリーの分散性が不均一になり易い。また、ポリウレタン樹脂はアクリル樹脂と比べて熱分解性が劣るため、焼成時にクラックが入りやすくなるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、圧電アクチュエータ等の材料として用いた場合に、圧電特性ばらつきが小さくかつ高い圧電特性が得られるグリーンシートおよびその製造方法、並びに該グリーンシートを用いた積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のグリーンシートおよびその製造方法、並びにこれを用いた積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドは、以下の構成からなる。
（１）  圧電性セラミックス原料粉末を主成分とし、厚みが２０μｍ以下、表面粗さＲａが０．３μｍ以下であり、かつ表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性であることを特徴とするグリーンシート。
（２）  平均粒径が３μｍ未満の圧電性セラミックス原料粉末と、アクリル樹脂の水性エマルジョンと、アルキレングリコールとを混合して１Ｐａ・ｓ以下の粘度を有するスラリーを調製し、このスラリーに含まれる３μｍ以上の粒子を除去した後、成形することを特徴とするグリーンシートの製造方法。
（３）  前記アクリル樹脂のガラス転移温度が−１０℃以下である（２）記載のグリーンシートの製造方法。
（４）  前記圧電性セラミックス原料粉末の平均粒径が１μｍ以下である（２）または（３）記載のグリーンシートの製造方法。
（５）  前記（１）記載のグリーンシートを複数枚積層し焼成して得られる積層圧電体であって、積層された複数の圧電セラミック層と、これらの圧電セラミック層の間に配置された少なくとも１層の内部電極とを備え、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする積層圧電体。
（６）  前記内部電極が銀を主成分とする（５）記載の積層圧電体。
（７）  前記内部電極が銀を７０質量％以上含む（６）記載の積層圧電体。
（８）  前記（５）〜（７）のいずれかに記載の積層圧電体における最上層の圧電セラミック層の表面に複数の表面電極が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
（９）  前記（８）記載の圧電アクチュエータを、インク吐出孔を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、前記インク流路と前記表面電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１７】
前記（１）記載のグリーンシートによれば、厚みが２０μｍ以下と薄いので、積層圧電体、圧電アクチュエータ等の材料として用いた場合に、大きな変位量を得ることができると共に、表面粗さＲａが０．３μｍ以下と小さいので、圧電特性のばらつきを小さくすることができる。さらに、表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性であるので、表面に導電ペーストを塗布して導電層を形成しても、該導電層とグリーンシートとの間に両者の混合層が実質的に形成されない。これにより、厚みが２０μｍ以下と薄くても、従来のように拡散した導電層成分により圧電特性が低下するようなことがない。したがって、前記（１）記載のグリーンシートを圧電アクチュエータ等の材料として用いれば、圧電特性ばらつきが小さくかつ高い圧電特性を得ることができる。
【００１８】
前記（２）記載の製造方法によれば、圧電性セラミックス原料粉末と、アクリル樹脂の水性エマルジョンと、アルキレングリコールとを混合して得られるスラリーの粘度を１Ｐａ・ｓ以下としている。これにより、厚みが２０μｍ以下の薄いグリーンシートを作製することができる。また、スラリーにアルキレングリコールを添加してスラリー中の成分の分散性を向上させることによって、グリーンシートの成形を行う前にスラリーに含まれる３μｍ以上の粒子を除去することができる。しかも、圧電性セラミックス原料粉末の平均粒径を３μｍ未満としている。このように、粒径の小さな圧電性セラミックス原料粉末を用いると共に、３μｍ以上の大きな粒子を除去することによって、表面粗さＲａが０．３μｍ以下のグリーンシートを作製することができる。
【００１９】
また、前記（２）記載の製造方法では、アクリル樹脂の水性エマルジョンを含有した水系のスラリーを用いることによって、積層圧電体、圧電アクチュエータ等の材料として使用した場合に、導電ペーストに含まれる有機溶剤がグリーンシートの表面を溶かしてグリーンシートと導電ペーストとが混合されるのを抑制することができるので、両者の混合層が実質的に形成されない。したがって、これにより得られる積層圧電体および圧電アクチュエータでは、圧電セラミック層中への導電層成分の拡散が抑制されるので、圧電特性の低下を防止することができる。
【００２０】
上記のように、グリーンシートと導電ペーストとの混合層が実質的に形成されないことにより、積層圧電体および圧電アクチュエータにおける圧電セラミック層と導電層との密着性が若干低下する場合もあり得るが、前記（３）記載のようにアクリル樹脂のガラス転移温度を−１０℃以下とすることにより、両者の密着性を向上させることができる。
【００２１】
前記（４）記載の製造方法によれば、圧電性セラミックス原料粉末として、平均粒径が１μｍ以下の微粉を用いているので、グリーンシートの表面粗さをより小さくすることができる。
【００２２】
前記（５）記載の積層圧電体は、前記（１）記載のグリーンシートを用いて得られるものであるため、上記したように圧電セラミック層中への内部電極（導電層）成分の拡散が抑制されているので、優れた圧電特性を有している。
【００２３】
また、一般に、内部電極成分が圧電セラミック層中に拡散することによる圧電特性等の低下は、内部電極成分として銀を用いた場合により顕著となる傾向にあるが、本発明では、上記のように圧電セラミック層への内部電極成分の拡散を抑制することができるため、前記（６）または（７）に記載のように、内部電極ペーストとして比較的安価な銀を主成分とすることができる。これにより、積層圧電体を安価に製造することができる。
【００２４】
前記（８）記載の圧電アクチュエータによれば、上記の積層圧電体を備えているので、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。
【００２５】
前記（９）記載のインクジェット記録ヘッドは、上記圧電アクチュエータを備えている。これにより、複数のインク吐出孔を有するインクジェット記録ヘッドを一つの圧電アクチュエータにて製造することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜グリーンシート＞
本実施形態にかかるグリーンシートは、圧電性セラミックス原料粉末と、アクリル樹脂の水性エマルジョンと、アルキレングリコールと、水とを混合して得られるスラリーを、該スラリーに含まれる粗粒を除去した後、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テープ形状に成形することにより得られるものである。
【００２７】
このように、アクリル樹脂の水性エマルジョンを含有した水系のスラリーを用いることによって、表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性であるグリーンシートを得ることができる。これにより、積層圧電体、圧電アクチュエータ等の材料として使用した場合に、導電ペーストに含まれる有機溶剤がグリーンシートの表面を溶かしてグリーンシートと導電ペーストとが混合されるのを抑制することができるので、両者の混合層が実質的に形成されない。ここで、一般に導電ペーストに含まれる有機溶剤としては、例えばテルピネオール（ＴＰＯ）、ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）、ブチルカルビトール（ＢＣ）などが挙げられる。
【００２８】
前記圧電性セラミックス原料粉末の平均粒径は、グリーンシートの表面粗さＲａを０．３μｍ以下にするために、３μｍ未満、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．６μｍ以下であるのがよい。一方、平均粒径の下限は、スラリーの粘度が過度に高くならないようにするために、０．１μｍ、好ましくは０．２μｍであるのがよい。
【００２９】
前記アクリル樹脂のガラス転移温度は、導電層とグリーンシートとの密着性を向上させるために、−１０℃以下、好ましくは−１５℃以下であるのがよい。
【００３０】
上記各成分を混合して得られるスラリーは、粘度が１Ｐａ・ｓ以下、好ましくは０．８Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは０．４〜０．８Ｐａ・ｓであるのがよい。粘度は、各成分の配合比率を調整することにより行う。このように低粘度にすることで、容易に２０μｍ以下のグリーンシートを作製することができる。
【００３１】
また、スラリーにアルキレングリコールを添加することで、スラリー中に存在する粒子の分散性を向上させている。これにより、テープ形状に成形する前にスラリーに含まれる３μｍ以上の粗粒を除去することができるので、グリーンシートの表面粗さＲａを０．３μｍ以下にすることができる。表面粗さＲａを小さくする点では、好ましくは１．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上の粒子をスラリーから除去するのがよい。前記アルキレングリコールとしては、炭素数が２〜１０、好ましくは４〜８、より好ましくは５〜７であるのがよく、例えばペンチレングリコール、ヘキシレングリコール、ヘプチレングリコールなどが挙げられる。
【００３２】
上記の製造方法により、厚みが２０μｍ以下、表面粗さＲａが０．３μｍ以下のグリーンシートを得ることができる。このように厚みを薄くすることにより、圧電アクチュエータ等の材料に使用した際に、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としての特性を十分に発揮できる点で、好ましくは１８μｍ以下、より好ましくは１６μｍ以下であるのがよい。一方、厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱いおよび作動中の破壊を防止するため、３μｍ、好ましくは５μｍであるのがよい。また、上記のように表面粗さＲａが小さいことにで、グリーンシート上に導電ペーストを塗布したときに均一な厚みの導体層を得ることができ、また、焼成後の磁器表面の表面粗さも小さくなり、研磨などの工程を必要としない安価な積層圧電体を製造することができる。この点において、表面粗さＲａは、好ましくは０．２μｍ以下であるのがよい。
【００３３】
＜圧電アクチュエータ＞
次に、上記グリーンシートを用いて作製される本実施形態の圧電アクチュエータについて説明する。図１は、本実施形態の圧電アクチュエータを示す断面図である。この圧電アクチュエータ１１は、積層圧電体１２における圧電セラミック層１３の表面に複数の表面電極１６が形成されたものである。
【００３４】
積層圧電体１２は、上記グリーンシートを積層し焼成して得られるものであって、積層された圧電セラミック層１３，１４と、これらの圧電セラミック層１３，１４の間に配置された内部電極１５とを備えている。
【００３５】
圧電アクチュエータ１１では、表面電極１６、該表面電極直下の圧電セラミック層１３および内部電極１４により複数の圧電変位素子１７が形成されている。したがって、表面電極１６と内部電極１４との間に電圧を印加することにより圧電変位素子１７が撓み変形する。また、圧電セラミック層１４は、振動板の役割を果たしている。
【００３６】
積層圧電体１２の厚みは、１００μｍ以下であることが重要である。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１１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、厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱いおよ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であるのがよい。
【００３７】
圧電セラミック層１３，１４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、例えば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、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を含有するチタン酸ジルコン酸鉛（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。
【００３８】
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および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が得られる。これら中でもチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛が、大きな変位を付加する上で好適である。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。
【００３９】
また、圧電性セラミックスには、他の酸化物を混合してもよく、さらに、特性に悪影響がない範囲であれば、副成分としてＡサイトおよび／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およびＴｅを添加したＰｂ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３およびＰｂ（Ｎｉ１／２Ｔｅ１／２）Ｏ３の固溶体であってもよい。
【００４０】
内部電極１５としては、導電性を有するものならばいずれでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などを用いることができる。本発明では内部電極（導電層）とグリーンシートとの間に両者の混合層が実質的に形成されないため、内部電極１５として、特にＡｇを主成分とすることができる。このように拡散を抑えることで、Ａｇを主成分とする内部電極を有する安価な積層圧電体１２および圧電アクチュエータ１１を製造することができる。また、内部電極１５に含まれる銀の含有量を７０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上にすることができる。前記したように、本発明では、導体の拡散が抑えられているため、銀の比率を上げることができ、より安価な積層圧電体１２および圧電アクチュエータ１１を製造することができる。Ａｇを主成分とする内部電極１５としては、例えばＡｇ−Ｐｄ合金が挙げられる。内部電極１５の厚みとしては、導電性を有しか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、好ましくは１〜３μｍであるのがよい。
【００４１】
表面電極１６の材質としては、導電性を有するものならば何れでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などが用いられる。表面電極１６の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．１〜２μｍ程度であり、特に０．１〜０．５μｍが好ましい。
【００４２】
圧電アクチュエータ１１は、以下のようにして製造することができる。まず、焼成により圧電セラミック層１３，１４となるグリーンシート１３，１４を上記のようにして作製し、グリーンシート１４の表面に内部電極ペースト１５をスクリーン印刷法などにより塗布する。ついで、グリーンシート１３，１４を積層し、積層体を作製する。この積層体を、高濃度酸素雰囲気下で焼成温度９００℃以上、特に９００〜１１００℃で焼成する。これにより、積層圧電体１２を得ることができる。次に、積層圧電体１２における圧電セラミック層１３の表面に複数の表面電極パターンを形成し、６００〜８００℃で焼成する。これにより、圧電アクチュエータ１１を得ることができる。
【００４３】
＜インクジェット記録ヘッド＞
次に、圧電アクチュエータ１１を備えたインクジェット記録ヘッドについて説明する。図２は、このインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。同図に示すように、このインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータ１１を、インク吐出孔２１を有する複数のインク流路２２が配列された流路部材２３上に、インク流路２２と表面電極１６との位置を揃えて取り付けたものである。
【００４４】
流路部材２３は圧延法等によって得られ、インク吐出孔２１およびインク流路２２はエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材２３は、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、特にインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００４５】
圧電アクチュエータ１１と流路部材２３とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ１１や流路部材２３への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１３０〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ１１と流路部材２３とを加熱接合することができ、これによりインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００４６】
複数の表面電極１６は、それぞれ図示しない外部の電子制御回路に独立して接続されている。内部電極１５はグランド電位に接続されている。そして、内部電極１５と所定の表面電極１６との間に電圧が印加されると、電圧が印加された表面電極１６直下の圧電セラミック層１３が変位してインク流路２２内のインクが加圧され、インク吐出孔２１よりインク滴が吐出される。
【００４７】
このようなインクジェット記録ヘッドは、高速で高精度な吐出が可能であり、高速印刷に好適である。また、このようなインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録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は、高速・高精度印刷を容易に実現することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態のみに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、２層の圧電セラミック層の内部に１層の内部電極を配置した場合について説明したが、本発明ではこれらの積層枚数は特に限定されるものではなく、必要に応じて増減することができる。
【００５０】
さらに、上記実施形態では、グリーンシートを圧電アクチュエータに適用した場合について説明したが、本発明では、圧電アクチュエータの他、例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ、燃料噴射用インジェクター、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等にも適用できる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
実施例
圧電性セラミックス原料粉末として、平均粒径０．５μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を準備した。この圧電性セラミックス原料粉末と、ガラス転移温度が−１５℃、粘度が０．１Ｐａ・ｓのアクリル樹脂の水性エマルジョンと、ヘキシレングリコールと、水とを主成分とする圧電セラミック組成物のスラリーを作製した。このスラリーの粘度を測定したところ０．８Ｐａ・ｓであった。このスラリーを１．５μｍのフィルタ用いて粗粒を除去した後、薄いグリーンシートを成形する時に一般的に用いられるロールコーター法にて、厚み１８μｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシートの表面粗さを測定したところ、Ｒａが０．２μｍであった。
【００５３】
ついで、金型打ち抜きによってグリーンシートの所定の位置に１００μｍ径の貫通孔を形成した。その後、該グリーンシート上にＡｇ−Ｐｄ合金からなる導体ペーストをスクリーン印刷法にて形成した。このＡｇ−Ｐｄ合金は銀を９０質量％含むものを用いた。また、貫通孔には内部電極層と同様の電極を充填した。そして、上記の各グリーンシートを積層して密着させた後、圧力を加えてより密着を強固にし、その後、９５０℃〜１２００℃の範囲で焼成することにより厚み８０μｍの積層圧電体を得た。ついで、この積層圧電体の表面に、Ａｕからなる金属ペーストをスクリーン印刷し表面電極を形成して図１に示すような圧電アクチュエータを得た。ついで、この圧電アクチュエータにおける積層圧電体の表面の表面粗さＲａを測定した後、積層圧電体の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察してクラックの有無を確認した。結果を表１に示す。なお、表面粗さＲａは、レーザー変位計を用いて測定した。
【表１】
2005022909.tif 000002
【００５４】
表１に示すように、実施例で得られた積層圧電体の表面粗さＲａは０．１５μｍであり、クラックは確認できなかった。
【００５５】
比較例１
圧電性セラミックス原料粉末として、平均粒径３μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を準備した。この圧電性セラミックス原料粉末と、ガラス転移温度が−１５℃、粘度が０．１Ｐａ・ｓのアクリル樹脂の水性エマルジョンと、粘度１５Ｐａ・ｓのアクリル樹脂の水性エマルジョンと、水とを主成分とする圧電セラミック組成物のスラリーを作製した。このスラリーの粘度を測定したところ２Ｐａ・ｓであった。このスラリーを１０μｍのフィルター用いて粗粒を除去した後、ロールコーター法にて、厚み３０μｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシートの表面粗さを測定したところ、Ｒａが２μｍであった。
【００５６】
ついで、上記で得られたグリーンシートを用いて、実施例と同様にして厚み１３０μｍの積層圧電体を得た。そして、この積層圧電体の表面に、実施例と同様にして表面電極を形成して圧電アクチュエータを得、さらに実施例と同様にして積層圧電体の表面の表面粗さを測定した後、ＳＥＭにてクラックの有無を確認した。結果を表１に示す。
【００５７】
表１に示すように、比較例１で得られた積層圧電体の表面粗さＲａは１．５μｍであり、クラックは確認できなかった。
【００５８】
比較例２
圧電性セラミックス原料粉末として、平均粒径０．５μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を準備した。この圧電性セラミックス原料粉末と、ガラス転移温度が−１５℃、粘度が０．１Ｐａ・ｓのアクリル樹脂の水性エマルジョンと、ポリウレタン樹脂と、水とを主成分とする圧電セラミック組成物のスラリーを作製した。このスラリーの粘度を測定したところ１．５Ｐａ・ｓであった。このスラリーを５μｍのフィルタ用いて粗粒を除去した後、ロールコーター法にて、厚み３０μｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシートの表面粗さを測定したところ、Ｒａが０．４μｍであった。
【００５９】
ついで、上記で得られたグリーンシートを用いて、実施例と同様にして厚み１３０μｍの積層圧電体を得た。そして、この積層圧電体の表面に、実施例と同様にして表面電極を形成して圧電アクチュエータを得、さらに実施例と同様にして積層圧電体の表面の表面粗さを測定した後、ＳＥＭにてクラックの有無を確認した。結果を表１に示す。
【００６０】
表１に示すように、比較例２で得られた積層圧電体の表面粗さＲａは０．３μｍであり、クラックが確認された。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のグリーンシートおよびその製造方法によれば、該グリーンシートの厚みが２０μｍ以下と薄いので、積層圧電体、圧電アクチュエータ等の材料として用いた場合に、大きな変位量を得ることができる。また、表面粗さＲａが０．３μｍ以下と小さいので、圧電特性のばらつきを小さくすることができる。さらに、表面が有機溶剤に対して不溶性ないし難溶性であるので、表面に導電ペーストを塗布して導電層を形成しても、該導電層とグリーンシートとの間に両者の混合層が実質的に形成されない。これにより、厚みが２０μｍ以下と薄くても、従来のように拡散した導電層成分により圧電特性が低下するようなことがない。したがって、本発明におけるグリーンシートを圧電アクチュエータ等の材料として用いれば、圧電特性ばらつきが小さくかつ高い圧電特性を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１１  圧電アクチュエータ
１２  積層圧電体
１３，１４  圧電セラミック層
１５  内部電極
１６  表面電極
１７  圧電変位素子
２１  インク吐出孔
２２  インク流路
２３  流路部材
【図１】
2005022909.tif 000003
【図２】
2005022909.tif 000004
【図３】
2005022909.tif 000005