(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、圧電セラミック層に、抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧が印加される駆動方法によって駆動させても、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するおそれのない圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】圧電セラミック層に、前記圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加して厚み方向に撓み変形させた際の、式(1)：  ε＝εP31＋εd31      (1)（式中、εP31は変位量のうち圧電変位成分、εd31は変位量のうち９０°回転変位成分を示す。）で表される変位の総量に対する、圧電変位成分εP31の比を、０．６以上に設定した圧電アクチュエータである。前記圧電セラミック層を形成する圧電セラミックの平均粒径は、０．５〜２．５μｍであるのが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に電圧が印加されることで、前記厚み方向と直交する面方向に伸縮する横振動モードの圧電セラミック層を含み、前記圧電セラミック層の面方向の伸縮によって、厚み方向に撓み変形する平板状の圧電アクチュエータであって、圧電セラミック層に、前記圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加して厚み方向に撓み変形させた際の、式(1)：
ε＝εP31＋εd31      (1)
（式中、εP31は変位量のうち圧電変位成分、εd31は変位量のうち９０°回転変位成分を示す。）
で表される変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比が、０．６以上と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２】
圧電セラミック層を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径が、０．５〜２．５μｍである請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミック層を備えた圧電アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのヘッド等の駆動源として、圧電セラミックの電歪特性を利用した圧電アクチュエータが用いられる。また、圧電アクチュエータの好適な例としては、厚み方向に電圧が印加された際に、前記厚み方向と直交する面方向に伸縮する横振動モードの圧電セラミック層を含む平板状のものが挙げられる。
前記平板状の圧電アクチュエータは、通常、圧電セラミック層の両面に、前記圧電セラミック層の厚み方向に電圧を印加して面方向に伸縮させるための一対の電極層を積層すると共に、一方の電極層の外側面に、圧電セラミック層の面方向の伸縮を、その片面側で規制することで、圧電アクチュエータを厚み方向に撓み変形させるための振動板を積層するか、または、一方の電極層を振動板と一体化することで構成される。
【０００３】
前記積層構造を有する平板状の圧電アクチュエータは、圧電セラミック層を厚み方向に分極させた状態で使用され、前記圧電セラミック層に、一対の電極層を介して、前記分極方向（「正分極方向」とする）と同方向（「順方向」とする）の電圧を印加すると、圧電セラミック層が、面方向に収縮する。しかし、圧電セラミック層の片面には、前記振動板（または振動板を兼ねる電極層）が固定されて、面方向の伸縮が規制されていることから、圧電アクチュエータは、振動板を積層した面を厚み方向に突出させるように撓み変形する。
【０００４】
一方、前記圧電セラミック層に、一対の電極層を介して、前記正分極方向と逆方向の電圧を印加すると、圧電セラミック層が面方向に伸長することから、圧電アクチュエータは、逆に、振動板を積層した面と反対面を、厚み方向に突出させるように撓み変形する。
特許文献１には、前記圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量を、できるだけ大きくするため、圧電セラミック層に、一対の電極層を介して、前記順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加することが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−９７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、特許文献１の発明においては、特に、圧電セラミック層が強誘電体からなるとき、前記圧電セラミック層を形成する個々の結晶粒の分極方向が、駆動時の、逆方向の電圧の印加によって反転するのを防止するため、圧電セラミック層に印加する逆方向の電圧の絶対値を、圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃ以下に設定している。しかし、このような設定をしたのでは、たとえ、特許文献１に記載された、圧電セラミック層に、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加する駆動方法を採用したとしても、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量を大きくする効果に限界がある。
【０００６】
これに対し、前記の駆動方法において、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量を、現状よりもさらに大きくするため、圧電セラミック層に印加する逆方向の電圧の絶対値を、特許文献１の規定に反して、前記圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃを超える値に設定して駆動を繰り返すと、圧電セラミック層中に、通常の、正分極方向に分極された結晶粒（「正分極結晶粒」とする）と反対方向に分極された結晶粒（「反転分極結晶粒」とする、正分極結晶粒と反対の伸縮挙動をする）が多量に発生する。そして、圧電セラミック層の全体としてみたときの、前記反転分極結晶粒の割合が大きく増加して、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、耐久性に優れ、圧電セラミック層に、抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧が印加される駆動方法によって駆動させても、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するおそれのない圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
圧電セラミック層に、その抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧を印加した際に、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するのは、先に説明したように、圧電セラミック層を形成する個々の結晶粒の分極方向が、前記逆方向の電圧の印加によって反転して、圧電セラミック層の全体としてみたときの、反転分極結晶粒の割合が大きく増加するためである。
【０００９】
その主な原因となっているのは、発明者の検討によると、圧電セラミック材料の多結晶体からなる圧電セラミック層中に存在する、分極方向が、正分極方向に対して９０°倒れ込んだ状態の結晶粒（以下「分域回転結晶粒」とする）である。前記分域回転結晶粒は、圧電アクチュエータの駆動時に、順方向または逆方向に、圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃを超える電圧が印加されると、その電圧の印加方向に９０°回転変位を生じて、正分極結晶粒による圧電変位と共に、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形に寄与する。
【００１０】
しかし、分域回転結晶粒は、正分極結晶粒に比べて、抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧が印加された際に、反転方向に分極されて、反転分極結晶粒に変化する割合が高い。そのため、圧電セラミック層中に分域回転結晶粒が多数存在するほど、圧電アクチュエータの駆動時に、前記高電圧の逆方向の電圧が繰り返し印加されることで、圧電セラミック層の全体として見たときの、反転分極結晶粒の割合が、大幅に増加しやすくなり、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するのである。したがって、圧電セラミック層中に存在する分域回転結晶粒の割合を小さくすることが肝要である。
【００１１】
分域回転結晶粒は、先に説明したように、圧電アクチュエータの駆動時に、順方向または逆方向の、抗電界強度Ｅｃを超える電圧が印加されると、その電圧の印加方向に９０°回転変位を生じて、正分極結晶粒による圧電変位と共に、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形に寄与する。つまり、抗電界強度Ｅｃを超える電圧を印加した際の、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位の総量εは、式(1)：
ε＝εP31＋εd31      (1)
に示すように、分域回転結晶粒の９０°回転変位による変位量、すなわち９０°回転変位成分εd31と、正分極結晶粒の圧電変位による変位量、すなわち圧電変位成分εP31との和で表される。
【００１２】
そこで、発明者は、圧電アクチュエータの、厚み方向の撓み変形の変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比（１８０°ドメイン比率）の範囲でもって、分域回転結晶粒の割合を規定することを検討した結果、圧電セラミック層に、抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加して厚み方向に撓み変形させた際の、前記比が０．６以上となるようにすれば、分域回転結晶粒の割合が小さいため、耐久性に優れ、たとえ、圧電セラミック層に、抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧が繰り返し印加される駆動方法によって駆動させたとしても、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するおそれのない圧電アクチュエータが得られることを見出した。
【００１３】
したがって、請求項１記載の発明は、厚み方向に電圧が印加されることで、前記厚み方向と直交する面方向に伸縮する横振動モードの圧電セラミック層を含み、前記圧電セラミック層の面方向の伸縮によって、厚み方向に撓み変形する平板状の圧電アクチュエータであって、圧電セラミック層に、前記圧電セラミック層の抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加して厚み方向に撓み変形させた際の、式(1)：
ε＝εP31＋εd31      (1)
（式中、εP31は変位量のうち圧電変位成分、εd31は変位量のうち９０°回転変位成分を示す。）
で表される変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比が、０．６以上とされていることを特徴とする圧電アクチュエータである。
【００１４】
また、前記比を、前記０．６以上の範囲内に調整するためには、請求項２に記載したように、圧電セラミック層を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径を、０．５〜２．５μｍの範囲内とするのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の圧電アクチュエータ１の一例を、インクジェットプリンタのヘッド２の駆動源として、前記ヘッド２に組み込んだ例を示す拡大断面図である。
図１を参照して、この例のヘッド２は、インクが充てんされる加圧室３と、前記加圧室３に連通し、加圧室３内のインクを、インク滴として吐出させるためのノズル４とを有する複数の液滴吐出部５を、面方向に配列させて形成した基板６と、前記基板６の複数の加圧室３を覆う大きさを有する圧電セラミック層７を含み、前記基板６上に積層された、平板状の圧電アクチュエータ１とを備えている。
【００１６】
前記圧電アクチュエータ１は、個々の加圧室３に対応して配設され、個別に電圧が印加されることによって、個別に、厚み方向に撓み変形する複数の圧電変形領域８と、前記圧電変形領域８を囲んで配設され、前記基板６に固定されることで変形が防止された拘束領域９とに区画されている。また、図の例の圧電アクチュエータ１は、圧電セラミック層７の、図において上面に、加圧室３ごとに個別に形成された個別電極層１０と、前記圧電セラミック層７の下面に、順に積層された、共に、複数の加圧室３を覆う大きさを有する、共通電極層１１と振動板１２とを備えた、いわゆるユニモルフ型の構成を有している。
【００１７】
圧電セラミック層７は、例えば、ＰＺＴ等の圧電材料によって形成されていると共に、前記正分極方向に、あらかじめ分極されて、横振動モードの圧電変形特性が付与されている。圧電アクチュエータ１の、任意の圧電変形領域８に、前記圧電変形領域８に対応した個別電極層１０と、共通電極層１１とを介して、順方向、すなわち、圧電セラミック層７の正分極方向と同方向の電圧が印加されると、前記圧電セラミック層７の、両電極層１０、１１の間に挟まれた領域が、層の面方向に収縮する。しかし、圧電セラミック層７の下面は、共通電極層１１を介して振動板１２に固定されているため、前記領域が収縮すると、それに伴って、前記圧電変形領域８が、加圧室３の方向に突出するように撓み変形する。
【００１８】
また、圧電アクチュエータ１の、任意の圧電変形領域８に、前記圧電変形領域８に対応した個別電極層１０と、共通電極層１１とを介して、逆方向の電圧が印加されると、前記圧電セラミック層７の、両電極層１０、１１の間に挟まれた領域が、層の面方向に伸長し、それに伴って、前記圧電変形領域８が、逆に、加圧室３の方向と反対方向に突出するように撓み変形する。そのため、例えば、先に説明したように、圧電アクチュエータ１の、任意の圧電変形領域８に、両電極層１０、１１を介して、前記順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加すると、前記圧電変形領域８が、圧電アクチュエータ１の厚み方向に振動し、この振動によって加圧された加圧室３内のインクが、ノズル４を通して、インク滴として吐出される。
【００１９】
本発明では、前記圧電アクチュエータ１の圧電変形領域８に、両電極層１０、１１を介して、圧電セラミック層７の抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加して厚み方向に撓み変形させた際の、式(1)：
ε＝εP31＋εd31      (1)
（式中、εP31は変位量のうち圧電変位成分、εd31は変位量のうち９０°回転変位成分を示す。）
で表される変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比が、０．６以上となるように、圧電セラミック材料の多結晶体からなる圧電セラミック層７中に存在する、前記分域回転結晶粒の割合が制限される。
【００２０】
そのため、圧電セラミック層７のうち、圧電変形領域８に対応する領域の全体として見たときの、反転結晶粒の割合が、逆方向の電圧の印加によって大幅に増加するのを抑制して、圧電アクチュエータ１の、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するのを防止することができ、圧電アクチュエータ１は、耐久性に優れ、たとえ、圧電セラミック層７に、抗電界強度Ｅｃを超える逆方向の電圧が印加される駆動方法によって駆動させたとしても、厚み方向の撓み変形の変位量が、経時的に、大きく低下するおそれのないものとなる。
【００２１】
したがって、前記圧電アクチュエータ１は、例えば、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加して駆動させる際に、両方向の電圧を、共に、抗電界強度Ｅｃを超える高電圧に設定して、厚み方向の撓み変形の変位量を、現状よりもさらに大きくすることが可能である。また、前記圧電アクチュエータは、例えば、０Ｖと順方向の電圧、または０Ｖと逆方向の電圧が繰り返される駆動電圧パルス等を印加して駆動させることも可能であり、その際にも、いずれかの電圧を、抗電界強度Ｅｃを超える高電圧に設定して、厚み方向の撓み変形の変位量を、現状よりもさらに大きくすることが可能である。
【００２２】
また、前記圧電アクチュエータ１は、現状より高速で駆動させることもできる。例えば、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加して駆動させる際には、周波数０．０１〜２５ｋＨｚの範囲で、良好に駆動させることができる。これは、分域回転結晶粒の９０°回転変位より、正分極結晶粒の圧電変位の方が、応答速度が高いためである。
【００２３】
また、前記圧電アクチュエータ１は、現状よりも広い温度範囲で駆動させることもできる。具体的には、−２０〜＋１８０℃の範囲で、良好に駆動させることができる。これは分域回転結晶粒の９０°回転変位より、正分極結晶粒の圧電変位の方が、温度依存性が低いためである。
変位の総量εに対する、前記圧電変位成分εP31の比は、前記の範囲内でも、大きければ大きいほど好ましく、１．０であるのが、圧電アクチュエータ１の耐久性の点で、最も理想的である。つまり、圧電セラミック層７のうち、圧電変形領域８に対応する領域は、分域回転結晶粒を全く含まないのが理想的である。しかし、そのような圧電セラミック層７を形成するのは容易ではなく、圧電アクチュエータ１の生産性が低下するおそれがあるため、圧電アクチュエータ１の耐久性と、生産性との兼ね合いを考慮すると、変位の総量εに対する圧電変位成分εP31の比は、前記の範囲内でも、特に、０．７〜０．９であるのが好ましい。
【００２４】
なお、前記比を求めるために、圧電アクチュエータ１の圧電変形領域８に印加される電圧が、圧電セラミック層７の抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える範囲に限定されるのは、先に説明したように、９０°回転変位成分εd31の、印加電圧に対する応答性が低く、前記範囲以下では、圧電セラミック層７のうち、圧電変形領域８に対応する領域内に存在する分域回転結晶粒の全量が、９０°回転変位しきれないことから、前記領域内に存在する分域回転結晶粒の割合を、正確に把握できないためである。
【００２５】
すなわち、圧電変形領域８の変位量（ｎｍ）と、電界強度（ｋＶ／ｃｍ）との関係を示す図２に示すように、図中に−●−●−の線で示す、圧電変形領域８の変位の総量εは、０Ｖから、圧電セラミック層７の抗電界強度Ｅｃまでは、図中に破線で示す、正分極結晶粒の圧電変位による圧電変位成分εP31とほぼ一致する。そして、抗電界強度Ｅｃを超えた時点から、分域回転結晶粒の９０°回転変位による９０°回転変位成分εd31が少しずつ増加して、抗電界強度Ｅｃの１．２倍の電圧Ｅｄを超えた時点から以降の範囲において、９０°回転変位成分εd31がほぼ一定となる。そのため、印加電圧が、抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える電圧を印加した際の、圧電変形領域８の変位の総量εに対する、９０°回転変位成分εd31の比を求めることによって、圧電セラミック層７のうち、圧電変形領域８に対応する領域内に存在する分域回転結晶粒の割合を、正確に把握することができるのである。
【００２６】
変位の総量εに対する圧電変位成分εP31の比が、前記０．６以上の範囲内となるように、圧電セラミック層７のうち、圧電変形領域８に対応する領域内に存在する分域回転結晶粒の割合を調整するためには、圧電セラミック層７を形成する圧電セラミック材料の組成や粒径、焼成条件、前記圧電セラミック層７を分極させる際の分極条件（温度、印加電圧等）等を調整して、できるだけ、分域回転結晶粒が発生しないようにすることが考えられる。
【００２７】
特に、圧電セラミック層７を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径が０．５〜２．５μｍとなるように、原料としての圧電セラミック材料の組成や粒径、焼成条件等を調整すると、焼成工程や、その後の分極工程において、分域回転結晶粒の発生を抑制して、変位の総量εに対する圧電変位成分εP31の比が０．６以上の、耐久性に優れた圧電アクチュエータを形成することが容易である。これは、分域回転結晶粒の発生比率と、圧電セラミック層７を形成する圧電セラミックの、結晶粒の粒径との間に比例関係があり、結晶粒の粒径が大きいほど、分域回転結晶粒の発生比率が高まるためである。
【００２８】
圧電セラミックの平均結晶粒径が、前記０．５〜２．５μｍの範囲内であるのが好ましいのは、前記範囲未満では、変位に寄与する結晶粒の粒径が小さくなりすぎて、特に、初期における変位の総量が小さくなるおそれがあるためである。また、前記範囲を超える場合には、分域回転結晶粒の発生を十分に抑制することができず、変位の総量εに対する圧電変位成分εP31の比が０．６未満となって、圧電アクチュエータの耐久性が低下するおそれがあるためである。
【００２９】
なお、圧電セラミックの平均結晶粒径は、分域回転結晶粒の発生を、さらに抑制して、圧電アクチュエータの耐久性を、より一層、向上することを考慮すると、前記範囲内でも、２．０μｍ以下であるのが好ましい。また、圧電アクチュエータの耐久性と、初期における変位の総量が小さくなりすぎるのを防止することとのバランスを考慮すると、前記範囲内でも、１．０〜２．０μｍであるのが好ましい。
【００３０】
但し、圧電セラミックの平均結晶粒径は、圧電アクチュエータの変位の総量εに対する圧電変位成分εP31の比を０．６以上とするために必須の要件ではない。平均結晶粒径が２．５μｍを超える圧電セラミックからなる圧電セラミック層を有していても、前記圧電セラミック層の分極方法等を工夫することで、圧電アクチュエータの変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比を、０．６以上とすることは可能である。
【００３１】
例えば、図１に示した構造の圧電アクチュエータ１の場合は、圧電アクチュエータ１の、拘束領域９で囲まれた圧電変形領域８の、面方向の面積Ａ1と、前記圧電変形領域８に形成された個別電極層１０の、面方向の面積Ａ2との比Ａ2／Ａ1が、０．８以上、特に、０．９以上で、かつ１．０未満となるように、加圧室３の開口面積と、個別電極層１０の面積とを規定することで、圧電アクチュエータの変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比を０．６以上とすることができる。
【００３２】
これは、図１の構造の圧電アクチュエータ１の圧電セラミック層７が、前記圧電アクチュエータ１を基板６上に積層した後、例えば、高温分極法では、所定の温度に加熱しながら、両電極層１０、１１間に直流電圧を印加して分極処理されるためである。すなわち、前記分極処理を行う圧電アクチュエータ１においては、圧電セラミック層７の、圧電変形領域８に対応する領域のうち、個別電極層１０の周囲の、拘束領域９との間の、個別電極層１０が形成されていない隙間の領域において、両電極層１０、１１間に印加される直流電圧の方向が、圧電セラミック層７の厚み方向（正分極方向）と一致せず、個別電極層１０の方向に向けてわずかに傾斜した方向となり、分極処理時に、分域回転結晶粒が発生する割合が高くなる。
【００３３】
そこで、個別電極層１０の周囲の、隙間の領域に生じる、分域回転結晶粒が発生する割合をできるだけ小さくするために、前記隙間の領域の割合を小さくすることが考えられ、そのためには、圧電変形領域８の、面方向の面積Ａ1と、個別電極層１０の、面方向の面積Ａ2との比Ａ2／Ａ1を、０．８以上、特に０．９以上とするのが好ましいのである。なお、前記比Ａ2／Ａ1が１．０未満であるのが好ましいのは、比Ａ2／Ａ1が１．０以上、つまり圧電変形領域８よりも個別電極層１０の方が大きい場合には、駆動時に、圧電セラミック層７のうち、前記圧電変形領域８の周囲の拘束領域９に対応する領域にも駆動電圧が印加されることになり、圧電変形領域８の駆動効率が低下するためである。
【００３４】
本発明の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されない。例えば、圧電セラミック層７は、個々の圧電変形領域８ごとに、個別に形成されても良い。その場合、個別電極層１０は、個別に形成される圧電セラミック層７上に、前記圧電セラミック層７と同形状、同寸法に形成されるのが一般的であるため、前記面積の差による分域回転結晶粒の発生を抑制することができる。
【００３５】
そのため、例えば、圧電セラミック層７として、平均結晶粒径が０．５〜２．５μｍである圧電セラミックからなるものを用いる等して、圧電アクチュエータの変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比を０．６以上として、分域回転結晶粒の発生を抑制し、圧電アクチュエータの耐久性を向上することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
図１に示す構造を有する、インクジェットプリンタのヘッド２を作製した。圧電アクチュエータ１の圧電セラミック層７、共通電極層１１、および振動板１２は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック粉体を含むグリーンシート２層の間に、金属ペーストの層を挟んだ積層体を焼成して一体に形成し、その上に、金属ペーストをスクリーン印刷し、焼き付けて個別電極層１０を形成して、平板状の圧電アクチュエータ１を作製した。
【００３７】
圧電セラミック層７を形成する圧電セラミックの、走査型電子顕微鏡によって観察された個々の結晶粒の結晶粒径を、インターセプト法によって測定した結果から、前記圧電セラミックの平均結晶粒径を求めたところ、１．８μｍであった。また、圧電変形領域８の、面方向の面積Ａ1と、個別電極層１０の、面方向の面積Ａ2との比Ａ2／Ａ1は、０．９となるように調整した。次に、前記圧電アクチュエータ１を、基板６上に、接着剤を用いて貼り合わせた後、高温分極法により分極させて、ヘッド２を作製した。
【００３８】
圧電アクチュエータ１の、圧電セラミック層７の抗電界強度Ｅｃは、１．４１ｋＶ／ｃｍであった。また、前記圧電アクチュエータ１の温度を室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、圧電セラミック層７に、前記抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える、±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数０．０１Ｈｚの、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加して厚み方向に撓み変形させた際の、変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比は、０．６１であった。
【００３９】
前記圧電アクチュエータ１の温度を室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、圧電セラミック層７に、±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数１ｋＨｚの、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを、１０億サイクル、印加して駆動させた後、同じ室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、同電圧で、かつ周波数の異なる駆動電圧パルスを印加して駆動させた際の、前記圧電アクチュエータ１の圧電変形領域８の、面方向の中心位置の変位量を測定した。そして、前記１０億サイクルの駆動前に、同条件で測定した初期値からの変位量の変化率（％）と、周波数（Ｈｚ）との関係を図３にプロットした。図３より、実施例１の圧電アクチュエータ１は、１０億サイクル後の変位変化率が、周波数０．０１〜２５ｋＨｚの範囲内で、いずれも、−１５．０％以内に抑えられており、広い周波数範囲で、耐久性に優れ、良好に駆動できることが確認された。
【００４０】
また、前記圧電アクチュエータ１の温度を−２０〜１８０℃の任意の温度に維持しながら、圧電セラミック層７に、±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数１ｋＨｚの、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを、１０億サイクル、印加して駆動させた後、同じ温度に維持しながら、同電圧、同周波数の駆動電圧パルスを印加して駆動させた際の、前記圧電アクチュエータ１の圧電変形領域８の、面方向の中心位置の変位量を測定した。そして、前記１０億サイクルの駆動前に、同条件で測定した初期値からの変位量の変化率（％）と、圧電アクチュエータ１の温度（℃）との関係を図４にプロットした。図４より、実施例１の圧電アクチュエータ１は、１０億サイクル後の変位変化率が、温度−２０〜１８０℃の範囲内で、いずれも、−１５．０％以内に抑えられており、広い温度範囲で、耐久性に優れ、良好に駆動できることが確認された。
【００４１】
（実施例２）
圧電セラミック層７を形成する原料としての、前記チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック粉体の粒径、および焼成条件を調整して、前記インターセプト法による結晶粒径の測定結果から求められる、圧電セラミックの平均結晶粒径が、表１に示す値である圧電セラミック層７を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、同表に示す試料No.１〜１１の、１１種の圧電アクチュエータ１を作製し、ヘッド２を作製した。圧電変形領域８の、面方向の面積Ａ1と、個別電極層１０の、面方向の面積Ａ2との比Ａ2／Ａ1は、０．９となるように調整した。
【００４２】
圧電アクチュエータ１の、圧電セラミック層７の抗電界強度Ｅｃは、いずれも、１．４１ｋＶ／ｃｍであった。また、前記圧電アクチュエータ１の温度を室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、圧電セラミック層７に、前記抗電界強度Ｅｃの１．２倍を超える、±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数０．０１Ｈｚの、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを印加して厚み方向に撓み変形させた際の、変位の総量εに対する、圧電変位成分εP31の比は、表１に示す値となった。
【００４３】
【表１】
2007103893.tif 000002
【００４４】
前記圧電アクチュエータ１の温度を室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、圧電セラミック層７に、±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数１ｋＨｚの、順方向、および逆方向の電圧が交互に入れ替わる駆動電圧パルスを、１０億サイクル、印加して駆動させた後、同じ室温（＋５〜＋３５℃）に維持しながら、同電圧、同周波数の駆動電圧パルスを印加して駆動させた際の、前記圧電アクチュエータ１の圧電変形領域８の、面方向の中心位置の変位量を測定した。そして、前記１０億サイクルの駆動前に、同条件で測定した初期値からの変位量の変化率（％）と、圧電セラミック層７を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径（μｍ）との関係を図４にプロットした。
【００４５】
表１および図４より、圧電セラミック層７を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径を２．５μｍ以下とすることで、圧電アクチュエータ１の、１０億サイクル後の変位変化率を−１０．０％以内に抑えられることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の圧電アクチュエータの一例を、インクジェットプリンタのヘッドの駆動源として、前記ヘッドに組み込んだ例を示す拡大断面図である。
【図２】図１の圧電アクチュエータにおける、圧電変形領域の変位量（ｎｍ）と、電界強度（ｋＶ／ｃｍ）との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１で作製した圧電アクチュエータにおける、圧電変形領域の、変位量の変化率（％）と、周波数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１で作製した圧電アクチュエータにおける、圧電変形領域の、変位量の変化率（％）と、温度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２で作製した圧電アクチュエータにおける、圧電変形領域の、変位量の変化率（％）と、圧電セラミック層を形成する圧電セラミックの平均結晶粒径との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  圧電アクチュエータ
７  圧電セラミック層
８  圧電変形領域
９  拘束領域
１０  個別電極層
１１  共通電極層
１２  振動板
【図１】
2007103893.tif 000003
【図２】
2007103893.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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