(57)【要約】【課題】安定した圧電特性を示し、かつ環境信頼性に優れた圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに液体吐出装置を提供することである。【解決手段】圧電セラミックスからなる圧電振動板２の表面上に内部電極３および圧電体層４がこの順に積層され、さらに圧電体層４の表面に複数の表面電極５を配列して表面電極５ごとに変位素子６を形成し、表面電極５のそれぞれに独立して駆動電圧を印加することにより変位素子６を変位させるようにした厚さ１００μｍ以下の圧電アクチュエータであって、内部電極３は銀および鉛を含有し、圧電体層４は、銀を０．４重量％以下の割合で含有すると共に、鉛を含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有し、かつこの主結晶相の粒界に銀の析出が実質的に見られない圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに圧電アクチュエータ１を備えた液体吐出装置である。【選択図】図１
2007180387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスからなる圧電振動板の表面上に内部電極および圧電体層がこの順に積層され、さらに前記圧電体層の表面に複数の表面電極を配列して表面電極ごとに変位素子を形成し、前記表面電極のそれぞれに独立して駆動電圧を印加することにより前記変位素子を変位させるようにした厚さ１００μｍ以下の圧電アクチュエータであって、
前記内部電極は銀および鉛を含有し、
前記圧電体層は、銀を０．４重量％以下の割合で含有すると共に、鉛を含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有し、かつこの主結晶相の粒界に銀の析出が実質的に見られないことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧電体層の厚みが２０μｍであり、該圧電体層に対して２０Ｖの電圧を印加したときのリーク電流値が１５０ｐＡ以下である請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記内部電極が、さらにパラジウムを含有する請求項１または２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記内部電極の平均厚みが１μｍ以下であり、該内部電極に含有される銀粒子の最大径が５μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記主結晶相がチタン酸ジルコン酸鉛系のペロブスカイト型結晶相であり、該ペロブスカイト型結晶相の鉛と該鉛の置換元素からなるＡサイトの含有量と、チタンと該チタンの置換元素からなるＢサイトの含有量とのモル比Ａ／Ｂが０．９８以上１未満である請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
セラミックグリーンシートを作製する第１の工程と、
この第１の工程で作製した少なくとも一枚の前記セラミックグリーンシートの表面に内部電極ペーストを印刷する第２の工程と、
前記第１の工程および第２の工程で作製した前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する第３の工程と、
前記積層体を焼成して積層焼結体を得る第４の工程と、
前記積層焼結体の表面に表面電極パターンを形成する第５の工程とを含む圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記第２の工程における内部電極ペーストは、銀粒子の表面に鉛を含む被覆層が設けられてなる導体原料粉末を含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記導体原料粉末は、銀粒子と被覆層との間に、さらにパラジウム層が設けられてなる請求項６記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記第４の工程において、前記積層体を焼成する際の焼成雰囲気の酸素濃度が２１体積％以上である請求項６または７記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記被覆層は、平均粒径が０．１μｍ以下の鉛粒子で構成されている請求項６〜８のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、液体吐出孔を有する複数の液体流路が配列された流路部材上に、前記液体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およびその製造方法、並びに液体吐出装置に関し、詳しくは、例えば燃料噴射用インジェクタ、インクジェットプリンタ等に適し、特に広がり振動、伸び振動、厚みたて振動を利用した印刷ヘッド等の液体吐出装置として好適に用いることができる圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電セラミックスを利用した製品として、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発振子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。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秒台と非常に高速なので、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用や、インクジェットプリンタの印刷ヘッド（液体吐出装置）等に応用されている。特に、最近のカラープリンタの高速化、低価格化により、インクジェットプリンタ等のインク吐出用圧電アクチュエータへの使用要求が高まっている。
【０００３】
このような圧電アクチュエータとして、例えば特許文献１には、セラミック基板の表面に、圧電セラミック層（圧電体層）と該圧電体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圧電アクチュエータが記載されている。
【０００４】
図４は、特許文献１に記載されているような従来の圧電アクチュエータを示す概略断面図である。同図に示すように、この圧電アクチュエータ６１は、圧電振動板６２の表面上に、圧電体層６５と該圧電体層６５を挟持する一対の電極（内部電極６４，表面電極６６）とを具備する変位素子６７が複数設けられてなる。そして、表面電極６６と内部電極６４との間に駆動電圧を印加すると、変位素子６７が変位する。
【０００５】
ここで、内部電極６４は一般に銀を含有しており、圧電アクチュエータ６１は焼成により得られる。
しかしながら、この焼成時において、内部電極６４に含有されている銀が圧電体層６５に拡散して圧電特性が低下するという問題がある。また、該圧電体層６５を構成する結晶相の粒界に銀が析出するという問題もある。該粒界に銀が析出すると、使用環境（印加電圧や湿度等）によっては銀マイグレーション（銀移行）が発生して圧電体層６５の絶縁抵抗が低下し、その結果、圧電特性が低下してしまう。なお、これらの問題は、銀が拡散しやすい厚さ１００μｍ以下の圧電アクチュエータにおいて、顕著に発生する。
【０００６】
特許文献２には、内部電極の形成に銀を含有した導電性ペースを使用し、圧電アクチュエータを構成する積層体の焼成を、昇温過程および保持過程の酸素濃度を２１体積％以上、降温過程の酸素濃度を０．０５〜３体積％となる雰囲気中で行う積層型圧電セラミック素子（圧電アクチュエータ）の製造方法が記載されている。この文献によると、昇温過程や保持過程でセラミック粒内（内部電極の結晶相）に固溶していた銀が降温過程において粒界に析出するので、圧電特性および信頼性が向上すると記載されている。
【０００７】
しかしながら、使用環境によっては粒界に析出した銀による銀マイグレーションが発生して絶縁抵抗が低下する、すなわち特許文献２に記載された製造方法により得られる圧電アクチュエータは環境信頼性が低いおそれがある。
【０００８】
一方、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は、圧電アクチュエータの圧電体層として使用されるが、非特許文献１には、特定のＰＺＴ中への銀の拡散調査について記載されている。
しかしながら、この文献に記載されているＰＺＴは、銀が２００μｍの深さへ６５０℃で１時間で拡散している。このため、このＰＺＴを厚さ１００μｍ以下の圧電アクチュエータの圧電体層として用いた場合には、該圧電体層全体に銀が拡散して圧電アクチュエータの圧電特性が低下するという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１６５６５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９２４３６号公報
【非特許文献１】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＳＩＣＥＮＣＥ  ２８（１９９３）ｐ．５１８９−５１９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、安定した圧電特性を示し、かつ環境信頼性に優れた圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、圧電アクチュエータにおいて、内部電極が銀および鉛を含有し、圧電体層が鉛を含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有する場合には、内部電極から圧電体層への銀の拡散を抑制することができるので、安定した圧電特性が得られ、かつ圧電体層の粒界への銀の析出も抑制できるので、環境信頼性に優れた圧電アクチュエータとなるという新たな知見を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の圧電アクチュエータは、以下の構成からなる。
（１）圧電セラミックスからなる圧電振動板の表面上に内部電極および圧電体層がこの順に積層され、さらに前記圧電体層の表面に複数の表面電極を配列して表面電極ごとに変位素子を形成し、前記表面電極のそれぞれに独立して駆動電圧を印加することにより前記変位素子を変位させるようにした厚さ１００μｍ以下の圧電アクチュエータであって、前記内部電極は銀および鉛を含有し、前記圧電体層は、銀を０．４重量％以下の割合で含有すると共に、鉛を含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有し、かつこの主結晶相の粒界に銀の析出が実質的に見られないことを特徴とする圧電アクチュエータ。
（２）前記圧電体層の厚みが２０μｍであり、該圧電体層に対して２０Ｖの電圧を印加したときのリーク電流値が１５０ｐＡ以下である前記（１）記載の圧電アクチュエータ。
（３）前記内部電極が、さらにパラジウムを含有する前記（１）または（２）記載の圧電アクチュエータ。
（４）前記内部電極の平均厚みが１μｍ以下であり、該内部電極に含有される銀粒子の最大径が５μｍ以下である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
（５）前記主結晶相がチタン酸ジルコン酸鉛系のペロブスカイト型結晶相であり、該ペロブスカイト型結晶相の鉛と該鉛の置換元素からなるＡサイトの含有量と、チタンと該チタンの置換元素からなるＢサイトの含有量とのモル比Ａ／Ｂが０．９８以上１未満である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、以下の構成からなる。
（６）セラミックグリーンシートを作製する第１の工程と、この第１の工程で作製した少なくとも一枚の前記セラミックグリーンシートの表面に内部電極ペーストを印刷する第２の工程と、前記第１の工程および第２の工程で作製した前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する第３の工程と、前記積層体を焼成して積層焼結体を得る第４の工程と、前記積層焼結体の表面に表面電極パターンを形成する第５の工程とを含む圧電アクチュエータの製造方法であって、前記第２の工程における内部電極ペーストは、銀粒子の表面に鉛を含む被覆層が設けられてなる導体原料粉末を含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
（７）前記導体原料粉末は、銀粒子と被覆層との間に、さらにパラジウム層が設けられてなる前記（６）記載の圧電アクチュエータの製造方法。
（８）前記第４の工程において、前記積層体を焼成する際の焼成雰囲気の酸素濃度が２１体積％以上である前記（６）または（７）記載の圧電アクチュエータの製造方法。
（９）前記被覆層は、平均粒径が０．１μｍ以下の鉛粒子で構成されている前記（６）〜（８）のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【００１３】
本発明の液体吐出装置は、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、液体吐出孔を有する複数の液体流路が配列された流路部材上に、前記液体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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内部電極が銀（Ａｇ）および鉛（Ｐｂ）を含有し、圧電体層がＰｂを含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有するので、焼成時において、内部電極から圧電体層へのＡｇの拡散が抑制され、圧電体層へのＡｇの拡散量が少なくなり、その結果、安定した圧電特性が得られるという効果がある。しかも、該結晶相の粒界にＡｇが析出するのが抑制されるので、銀マイグレーションによる圧電体層の絶縁抵抗の低下が抑制されて環境信頼性に優れた圧電アクチュエータとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜圧電アクチュエータ＞
以下、本発明の圧電アクチュエータの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の圧電アクチュエータを示す概略断面図である。図２は、本実施形態にかかる圧電体層を示す拡大概略説明図である。
【００１６】
図１に示すように、この圧電アクチュエータ１は、圧電振動板２、内部電極３、圧電体層４および表面電極５で構成されており、圧電振動板２の表面上に、内部電極３、圧電体層４および表面電極５をこの順に積層したものである。また、圧電振動板２および圧電体層４は、シート状の部材で構成されており、平面視でほぼ同形状・同サイズに形成されている。
【００１７】
内部電極３および表面電極５は、圧電アクチュエータ１の電極を構成するものであり、表面電極５は、圧電体層４の表面に複数形成されている。これにより、内部電極３および表面電極５で圧電体層４を挟持して構成される変位素子６が、圧電振動板２の表面上に複数配列された構成となる。
【００１８】
圧電アクチュエータ１（変位素子６）の変位に必要な分極方法は、特に限定されるものではなく、要求される変位形態に対応した分極を施せばよいが、特に圧電アクチュエータ１を後述するユニモルフ型のアクチュエータとする上で、少なくとも内部電極３と表面電極５で挟持された圧電体層４の部分が積層方向に分極されているのが好ましい。
【００１９】
そして、表面電極５に外部配線基板が接続され、電極（表面電極５，共通電極３）間に電圧が印加されると、該電圧が印加された表面電極５と内部電極３に挟持された部位の圧電体層４が変位する。具体的には、表面電極５に駆動電極を印加すると、圧電振動板２により面方向（積層方向と直交する方向）の変位が抑制されるので、変位素子６は積層方向に屈曲する。すなわち、圧電アクチュエータ１はユニモルフ型のアクチュエータとして動作する。
【００２０】
上記のような圧電アクチュエータ１の厚さは１００μｍ以下、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。これにより、大きな変位を得ることができるので、低電圧で高効率の駆動を実現できる。また、圧電アクチュエータ１の厚さの下限値は、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上で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。
【００２１】
ここで、上述の通り、圧電アクチュエータの厚さが１００μｍ以下であると、焼成時において、内部電極に含有されているＡｇが圧電体層に拡散することによる圧電特性の低下、および圧電体層を構成する結晶相の粒界にＡｇが析出することによる圧電体層の絶縁抵抗低下が生じやすくなるが、圧電アクチュエータ１は、前記Ａｇの拡散およびＡｇの析出を抑制することができる。
【００２２】
具体的には、圧電アクチュエータ１の内部電極３はＡｇおよびＰｂを含有し、圧電体層４はＰｂを含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有する。内部電極３および圧電体層４をこのように構成すると、焼成時において、内部電極３から圧電体層４へのＡｇの拡散が抑制されると共に、前記主結晶相の粒界にＡｇが析出するのが抑制される。
【００２３】
Ａｇの拡散が抑制される理由としては、下記のような理由が推察される。すなわち、本発明では後述するように、内部電極３を形成する際に用いる内部電極ペーストとして、Ａｇ粒子の表面にＰｂを含む被覆層が設けられてなる導体原料粉末を含むものを用いる。このように、Ａｇ粒子表面をＰｂで被覆すると、ＰｂとＡｇの相互拡散がＡｇ粒子表面で行われるので、その結果、前記Ａｇの拡散が抑制されると推察される。
【００２４】
また、前記Ａｇの析出が抑制される理由としては、下記のような理由が推察される。すなわち、前記した理由によりＡｇの拡散が抑制されるので、まず、内部電極３から圧電体層４に拡散するＡｇの拡散量が少なくなる。さらに、圧電体層４に拡散したＡｇは、図２に示すように、圧電体層４の主結晶相４ａ内に固溶されるので、その結果、粒界４ｂにＡｇが析出するのが抑制されると推察される。
【００２５】
さらに、本発明では、圧電体層４が含有するＡｇの割合は圧電体層４の総重量に対して０．４重量％以下であり、かつ圧電体層４の主結晶相４ａの粒界４ｂにＡｇの析出が実質的に見られない。これにより、銀マイグレーションによる圧電体層４の絶縁抵抗の低下が抑制されて環境信頼性に優れた圧電アクチュエータ１となる。これに対し、前記Ａｇの割合が０．４重量％を超えると、粒界４ｂにＡｇが析出するおそれがある。
【００２６】
内部電極３がＡｇおよびＰｂを含有していること、および主結晶相４ａの粒界４ｂにＡｇの析出が実質的に見られないことの確認は、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて倍率１０００００倍程度に拡大してＥＤＳにて元素分析することにより、その有無を確認することができる。また、圧電体層４が含有するＡｇの量は、例えば圧電体層４の断面を鏡面研磨し、ＷＤＳ／ＥＰＭＡにて１０μｍ×１０μｍのエリアにて定量分析を行えばよい。
【００２７】
（圧電体層）
圧電体層４としては圧電性を示すセラミックス（圧電セラミックス）を用いることができ、前記した通りＰｂを含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有する。該主結晶相を構成する化合物としては、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を含有するチタン酸ジルコン酸鉛（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ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（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体層が得られる。これら中でもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）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が挙げられる。
【００２８】
特に、本発明では、前記主結晶相がチタン酸ジルコン酸鉛系のペロブスカイト型結晶相であり、該ペロブスカイト型結晶相のＰｂと該Ｐｂの置換元素からなるＡサイトの含有量と、Ｔｉと該Ｔｉの置換元素からなるＢサイトの含有量とのモル比Ａ／Ｂが０．９８以上１未満であるのが好ましい。これにより、Ｂサイトの化学量論に対してＡサイトの化学量論が少なくなるので、Ａｇを圧電セラミックスの粒界４ｂに残すことなく、圧電体層４の主結晶相４ａ内に固溶させることができる。
【００２９】
また、前記主結晶相を構成する化合物に加えて、他の化合物を併用してもよい。この他の化合物としては、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）］等が例示できる。
【００３０】
さらに、圧電セラミックスには他の酸化物を混合してもよく、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。
【００３１】
圧電体層４の厚みは５〜５０μｍ程度、好ましくは１０〜３０μｍ程度であるのがよい。これにより、変位素子６が高い変位を示すことができる。これに対し、前記厚みが５μｍより薄いと、機械的強度が低下し、取扱いおよび作動中に破壊するおそれがあり、５０μｍより厚いと、変位が低下するおそれがあるので好ましくない。
【００３２】
特に、本発明では、圧電体層４の厚みが２０μｍであり、該圧電体層４に対して２０Ｖの電圧を印加したときのリーク電流値が１５０ｐＡ以下であるのが好ましい。圧電体層４が、このような低いリーク電流値、すなわち高い絶縁抵抗を有することにより、優れた圧電特性を示すことができる。また、本発明では上述した通り、主結晶相４ａの粒界４ｂにＡｇの析出が抑制されるので、圧電体層４は長期にわたり高い絶縁抵抗を維持することができる。
【００３３】
なお、前記リーク電流値は、電流測定装置で測定して得られる値であり、該装置としては、例えばＫＥＩＴＨＬＥＹ社製のエレクトロメータ６５１７Ａ等が挙げられる。具体的には、まず、該測定装置が有する２つの端子のうち、一方の端子を表面電極５に当接させ、他方の端子を内部電極３の側面に当接させた状態で圧電体層４に対して２０Ｖの電圧を印加し、両端子間の電位差からリーク電流値を測定することができる。
【００３４】
（圧電振動板）
圧電振動板２は圧電セラミックスからなり、上記した圧電体層４と略同一の材料であるのがよい。これにより、圧電振動板２と圧電体層４とを同時焼成する際において、圧電アクチュエータ１内の焼成収縮を均等にすることができ、反り変形を抑制することができる。また、圧電アクチュエータ１をインクジェット記録ヘッド等の液体吐出装置に適用する場合には、使用するインクに対する耐腐食性や耐水性等の耐インク性に優れた材料であるのがよい。
【００３５】
圧電振動板２の厚みは５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ程度であるのがよい。これにより、圧電アクチュエータ１をユニモルフ型にすることができる。
【００３６】
（内部電極）
内部電極３は、前記した通りＡｇおよびＰｂを含有する。このＡｇおよびＰｂの割合は、Ｐｂの含有量がＡｇの総量に対して０．１〜５重量％、好ましくは０．１〜０．５重量％であるのが好ましい。これに対し、前記Ｐｂの含有量が０．１重量％より低いと、前記Ａｇの拡散やＡｇの析出を抑制できないおそれがあり、５重量％を超えると、必要以上にＰｂを含有させることになるので、好ましくない。
【００３７】
また、ＡｇおよびＰｂに加えて、導電性を有する他の金属を併用してもよい。この他の金属としては、例えば金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）やそれらの合金等が挙げられ、該合金としては、例えばＡｇ−Ｐｄ合金が挙げられる。特に、本発明では、前記Ａｇの拡散をより効果的に抑制する上で、内部電極３がさらにＰｄを含有するのが好ましい。
【００３８】
前記Ａｇの平均粒径としては、例えば０．１〜５μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよく、前記Ｐｂの平均粒径としては、例えば０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０１〜０．３μｍであるのがよい。また、他の金属の平均粒径としては、特に限定されるものではないが、例えば０．１〜５μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。前記平均粒径は、粒度分布測定装置で測定して得られる値である。
【００３９】
内部電極３の厚さは、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、通常０．５〜５μｍ程度、好ましくは０．５〜３μｍであるのがよい。特に、本発明では、内部電極３の平均厚みが１μｍ以下であり、該内部電極３に含有されるＡｇ粒子の最大径が５μｍ以下であるのが好ましい。これにより、内部電極３に使用するＡｇの最大粒径が内部電極３の平均厚みより大きくなるので、アスペクト比の大きな粒子形状の電極となり、その結果、内部電極３と、圧電体層４および圧電振動板２との密着性が向上し、これらが剥離するのを抑制することができる。
【００４０】
（表面電極）
表面電極５としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金等を用いることができる。これらの金属の平均粒径としては、特に限定されるものではなく、例えば０．１〜５μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。この平均粒径は、前記内部電極と同様にして測定して得られる値である。
【００４１】
また、表面電極５の厚さは、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、例えば０．１〜２μｍ程度、好ましくは０．１〜０．５μｍ、より好ましくは０．１〜０．３μｍであるのがよい。
【００４２】
＜製造方法＞
次に、上記で説明した圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。
（第１の工程）
まず、圧電体層４および圧電振動板２の原料となる圧電セラミックス原料粉末を準備する。この際、圧電体層４の原料となる圧電セラミックス原料粉末としては、焼成によりＰｂを含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有するようになる圧電セラミックス原料粉末を準備する。
【００４３】
また、圧電セラミックス原料粉末の平均粒径は１μｍ以下であることが望ましく、特に０．７μｍ以下、更には０．６μｍ以下であるのがよい。圧電セラミックス原料粉末の平均粒径を１μｍ以下にすることにより、焼結時において、均一な焼成収縮が得られ、均質な圧電体層４および圧電振動板２を得ることができる。この圧電セラミックス原料粉末と有機バインダ成分を混合し、シート成形用のスラリーを調製する。ついで、この成形用スラリーを用いてロールコータ法、スリットコータ法、ドクターブレード法等の一般的なシート成形法によりセラミックグリーンシートを必要枚数作製する。
【００４４】
上記で得られたセラミックグリーンシートを、必要に応じて加圧する。シート成形後にセラミックグリーンシートの加圧処理を行うことで、シートの密度を高め、高さばらつきや、密度ばらつきを低減することができる。加圧方法としては、公知の手法を採用することができるが、均一な高さにすることが容易である点で、ロール加圧法、平面加圧法、静水圧加圧法等を用いるのが好ましい。また、加圧する際の圧力は、材料組成、有機バインダ量、グリーンシート高さ等によって異なるが、通常１０〜１００ＭＰａ、好ましくは２０〜５０ＭＰａ、より好ましくは３０〜４０ＭＰａの圧力で加圧するのがよい。加圧によって得られた各グリーンシートの高さばらつきは１５％以下、特に１０％以下にすると、焼成後に形成される圧電体層４および振動板２の高さばらつきが低減されると共に、反り変形を防止することができる。
【００４５】
（第２の工程）
次に、上記内部電極４で例示した電極材料（Ａｇなど）を含有する内部電極ペーストを作製する。本発明では、該内部電極ペーストが、Ａｇ粒子の表面にＰｂを含む被覆層が設けられてなる導体原料粉末を含む。このように、Ａｇ粒子表面をＰｂで被覆するので、前述した通りＰｂとＡｇの相互拡散がＡｇ粒子表面で行われ、その結果、前記Ａｇの拡散が抑制されると共に、Ａｇの析出も抑制されると推察される。
【００４６】
前記被覆層は平均粒径が０．１μｍ以下のＰｂ粒子で構成されているのが好ましい。このような微細粒子を用いることにより、焼結時のＡｇの拡散をより効果的に抑制することができる。
【００４７】
また、前記導体原料粉末は、Ａｇ粒子と被覆層との間に、さらにＰｄ層が設けられてなるのが好ましい。これにより、ＰｂとＰｄの反応層を効果的にＡｇ粒子表面に形成して、Ａｇの圧電体層４への拡散を効果的に抑制することができ、その結果、焼結中の圧電体層４へのＡｇ拡散が抑制される。
【００４８】
上記のような導体原料粉末の調製方法としては、特に限定されるものではないが、例えば下記のようにして調製することができる。すなわち、まず、所定の平均粒径を有するＡｇ粒子およびＰｂ粒子、さらに必要に応じてＰｄ粒子をそれぞれ準備する。ついで、前記Ａｇ粒子表面にＰｂ粒子をまぶしてコーティングする等してＡｇ粒子とＰｂ粒子とを混合することによりＡｇ粒子表面にＰｂを含む被覆層が設けられてなる導体原料粉末を得ることができる。この際、前記Ｐｂ粒子は、ＰｂＯの形態であるのが好ましい。
【００４９】
前記Ｐｄ層を設ける場合には、まず、Ａｇ粒子表面に前記Ｐｄ粒子をまぶしてコーティングする等してＡｇ粒子とＰｄ粒子とを混合してＰｄ層を設けた後、このＰｄ層表面に前記Ｐｂ粒子をまぶしてコーティングする等してＰｄ層が形成されたＡｇ粒子とＰｂ粒子とを混合して、Ａｇ粒子と被覆層との間に、さらにＰｄ層が設けられてなる導体原料粉末を得ることができる。
【００５０】
前記内部電極ペーストには、前記電極材料の他、エチルセルロースなどの有機ビヒクルなどの成分が含まれる。そして、上記で作製したセラミックグリーンシートの表面に、内部電極ペーストをスクリーン印刷等の方法で印刷する。この場合の厚さは１〜３μｍ、ばらつき（最大値と最小値との差）は０．５〜１μｍになるように調整することが望ましい。また、必要に応じて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してもよい。
【００５１】
（第３の工程）
第１の工程および第２の工程で作製したセラミックグリーンシートを積層し、密着させて積層体を作製する。なお、密着を行う手法としては、接着成分の含まれた密着液を使用する方法、加熱によりグリーンシート中の有機バインダ成分に接着性を持たせて密着する方法、加圧のみで密着させる方法等が例示できる。
【００５２】
（第４の工程）
第３の工程で得られた積層体は、必要に応じて脱脂処理して積層体中の有機成分の除去を行った後、（高濃度）酸素雰囲気中において、９００〜１２００℃において焼成して積層焼結体を得る。この際、内部電極ペーストに含有されているＡｇが圧電体層４となるセラミックグリーンシートに拡散するのが抑制されると共に、圧電体層４を構成する主結晶相４ａの粒界４ｂにＡｇが析出するのが抑制される。
【００５３】
ここで、前記積層体を焼成する際の焼成雰囲気の酸素濃度は２１体積％以上、好ましくは８０体積％以上であるのがよい。これにより、拡散したＡｇが、より効果的に圧電体層４の主結晶相４ａ内に固溶される。最も好適な酸素濃度は１００体積％である。
【００５４】
なお、第４の工程（焼成工程）においては、第３の工程で得られた積層体をジルコニアもしくはマグネシアからなる試料台板を介して複数段積みにし、さらに、この段積みされた積層体上に重しを置いて焼成することが望ましい。このような方法を採用することにより、積層焼結体の反り変形が抑制され、厚さ１００μｍ以下の薄層の焼結体からなる圧電アクチュエータを提供できる。
【００５５】
（第５の工程）
次に、上記表面電極５で例示した電極材料を含有する表面電極ペーストを作製し、該ペーストを用いて、第４の工程で得られた積層焼結体の表面に表面電極パターンをスクリーン印刷等の方法で印刷する。そして、５００〜８００℃、好ましくは６５０〜８００℃で焼き付け処理を行うことにより、表面電極５が形成される。そして、圧電体層４を分極して積層圧電体である圧電アクチュエータ１が得られる。
【００５６】
＜液体吐出装置＞
本発明の圧電アクチュエータは、上記で説明したように、一基板（圧電振動板）上に複数の変位素子を備えているので、インクジェット記録ヘッド等の液体吐出装置に好適に用いることができる。以下、本発明の圧電アクチュエータを備えた液体吐出装置の一実施形態について説明する。図３は、本実施形態の液体吐出装置を示す概略断面図である。なお、図３においては、前述した図１および図２の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００５７】
図３に示すように、この液体吐出装置２０は、液体吐出孔１８を有する複数の液体流路１６ａが並設され、各液体流路１６ａを仕切る壁として隔壁１６ｂを形成した流路部材１６上に上記で説明した圧電アクチュエータ１が接合されている。また、圧電振動板２が各液体流路１６ａの壁の一部を構成している。
【００５８】
上記のように構成された液体流路１６ａには、流路部材１６に備えられた共通の液体供給流路（図示せず）が接続されており、外部からの液体がこの液体供給流路から各液体流路１６ａ内に供給され、充填されている。そして、液体が吐出されると、吐出した量の液体が前記供給流路を介して各流路１６ａ内に流れ込むように構成されている。
【００５９】
流路部材１６は圧延法等により得られ、液体吐出孔１８および液体流路１６ａはエッチング等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１６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。
【００６０】
流路部材１６と圧電アクチュエータ１との接合は、圧電振動板２が液体流路１６ａの空間と当接するように、例えば接着層を介して積層接着するのが好ましく、具体的には、変位素子６の各表面電極５と、各液体流路１６ａとが対応するように接合される。
【００６１】
前記接着層としては、各種の公知のものが採用可能であるが、圧電アクチュエータ１や流路部材１６への熱による影響を及ぼさない上で、熱硬化温度が１００〜１５０℃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１と流路部材１６とを加熱接合することができ、液体吐出装置２０を得ることができる。
【００６２】
そして、圧電アクチュエータ１における複数の表面電極５のうち、所定の表面電極５に駆動電圧を印加し、所定の変位素子６を変位させることによって、液体流路１６ａの体積を変化させ、液体流路１６ａに流れる液体を液体吐出孔１８から吐出させることができる。
【００６３】
また、上記したような構成の液体吐出装置２０は、高速で高精度な吐出が可能であり、インクジェット記録ヘッド（印刷ヘッド）として好適に適用することができる。すなわち、前記液体がインクであり、該インクを液体吐出孔１８から吐出させ、該液体吐出孔１８に対向して配置された被表示部材（図示せず）の表面に文字または絵を表示させるのが好ましい。
【００６４】
以上、本発明の一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。例えば、上記の実施形態では、圧電振動板２および圧電体層４が、いずれも１層で構成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電振動板および／または圧電体層が複数層で構成されていてもよい。この場合には、圧電アクチュエータの厚みを簡単に調整することができる。
【００６５】
また、上記で説明した通り、圧電振動板２は圧電体層４と略同一の材料であるのが好ましいが、圧電振動板２および圧電体層４の組成は完全に一致している必要はなく、本発明の効果、すなわち安定した圧電特性を示し、かつ環境信頼性に優れた圧電アクチュエータとすることができる範囲内で、その組成が異なっていてもよい。
【００６６】
以下、実施例を挙げて本発明について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。
［実施例］
＜圧電アクチュエータの製造＞
圧電セラミック層（圧電振動板および圧電体層）に用いる圧電セラミックス原料粉末として表１示すモル比Ａ／Ｂを有するチタン酸ジルコン酸鉛を準備した。ついで、この原料粉末を用いてスラリーを作成し、ロールコータ法にて、セラミックグリーンシートを複数枚作製した。
【００６７】
上記で得られた各グリーンシートに、金型打ち抜きによって、１００μｍ径の貫通孔を形成した。その後、電極材料としてＡｇ−Ｐｄ合金を含む内部電極ペーストを作製し、この内部電極ペーストを各グリーンシートの所望の部位に内部電極が形成されるように、内部電極パターンをスクリーン印刷法にて表１に示す厚みで形成した。
【００６８】
ここで、内部電極ペーストに使用されるＡｇ−Ｐｄ合金は、該合金の表面にＰｂＯを表１に示す種々の添加量でコーティングしたものを用いた。また、Ａｇ−Ｐｄ合金のうち、Ａｇは、表１に示す平均粒子径のものを用いた。さらに、貫通孔には内部電極層と同様の電極で、圧電体粉末をフィラー剤として３０体積％添加した電極材をスクリーン印刷にて充填し、ビア電極を形成した。なお、前記コーティングは、Ａｇ−Ｐｄ合金とＰｂＯとを混合することにより行った。
【００６９】
そして、各グリーンシートを積層して、内部電極及びビア電極を備えた積層成形体（積層体）を作製した。その後、この積層体を表１に示す各酸素濃度の焼成雰囲気下、１０００℃の温度で焼成した後、変位素子を構成する部分の内部電極に相対するように主成分Ａｕの表面電極ペーストを表面電極が形成されるようにスクリーン印刷を行い、８００℃の温度にて表面電極の焼き付けを行い、各圧電アクチュエータを得た（表１中、試料Ｎｏ．１〜２２）。得られた各圧電アクチュエータの厚みを表１に「積層体厚み」として示した。なお、各圧電アクチュエータの圧電体層の厚みは２０μｍ以下であった。
【００７０】
なお、各圧電アクチュエータの内部電極がＡｇを含有しており、圧電体層がＰｂを含むペロブスカイト型結晶相を主結晶相として含有していることについて、ＴＥＭを用いて倍率１０００００倍に拡大してＥＤＳにて元素分析することにより確認した。
【００７１】
そして、溝幅０．４ｍｍ、溝長さ０．４ｍｍの溝形状（開口部面積０．１６ｍｍ2）を有し、溝ピッチが０．６ｍｍで格子状にマトリックス配置された支持基板に上記各アクチュエータを、開口部にそれぞれの変位素子が位置するように接着し、その後、各表面電極に電圧を印加して分極処理を行った。
【００７２】
＜圧電アクチュエータの評価＞
圧電体層中のＡｇ量は、圧電体層の断面を鏡面研磨し、ＷＤＳ／ＥＰＭＡにて１０μｍ×１０μｍのエリアにて定量分析を行い評価した。
粒界部の析出相評価はＴＥＭを用いて倍率１０００００倍に拡大してＥＤＳにて粒界部を元素分析してその有無を確認した。
圧電体層のリーク電流値は、積層体活性層に２０Ｖを１分間印加した後の電流値をＫＥＩＴＨＬＥＹ社製のエレクトロメータ６５１７Ａで測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2007180387.tif 000003
【００７４】
表１から明らかなように、内部電極がＰｂを含有している試料Ｎｏ．１〜６，８〜１５，１７〜２１は、粒界にＡｇの析出がなく、圧電体層内のＡｇ量も０．４重量％以下であり、リーク電流値も小さいのがわかる。また、これらの試料の内部電極のＰｂ量について、前記圧電体層中のＡｇ量の定量分析と同様にして評価した結果、内部電極ペーストを作成する際に添加したＰｂ量とほぼ同じ量のＰｂ量が含有されていた。
【００７５】
一方、圧電アクチュエータの厚みが１００μｍより大きい試料Ｎｏ．１６は、粒界にＡｇが析出していないものの、変位特性を評価した結果、変位量が試料Ｎｏ．１〜６，８〜１５，１７〜２１に対して劣る結果を示した。また、内部電極にＰｂを含有していない試料Ｎｏ．７，２２は、粒界にＡｇが析出した。特に、試料Ｎｏ．７はリーク電流値が高く、試料Ｎｏ．２２は圧電体層内のＡｇ含有量が高い結果を示した。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【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概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる圧電体層を示す拡大概略説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる液体吐出装置を示す概略断面図である。
【図４】従来の圧電アクチュエータを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  圧電アクチュエータ
２  圧電振動板
３  内部電極
４  圧電体層
４ａ  主結晶相
４ｂ  粒界
５  表面電極
６  変位素子
１６  流路部材
１６ａ  液体流路
１６ｂ  隔壁
１８  液体吐出孔
２０  液体吐出装置
【図１】
2007180387.tif 000004
【図２】
2007180387.tif 000005
【図３】
2007180387.tif 000006
【図４】
2007180387.tif 000007