JP5178065B2

JP5178065B2 - 圧電セラミックス、圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッド

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Publication number: JP5178065B2
Application number: JP2007169709A
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Inventors: 修三岩下
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Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-06-27
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Description

本発明は、圧電セラミックス、圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッドに関するものであり、特に駆動回数の多い圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッドとそれらに用いられる圧電セラミックスに関するものである。

近年、パーソナルコンピューター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、インクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。その性能向上は目覚しく、銀塩写真と同等な印字品質が実現されている。

しかし、印字品質の向上の要求はさらに続いており、高解像度、高精細でインクを吐出するため、プリンタヘッドには、さらに高密度のインク吐出ノズル密度が求められている。そのため、ノズルからインクを吐出させる圧電アクチュエータ素子も、小型、高密度で形成できること求められている。

かかるインクジェット方式の記録装置には、液体を吐出するインクジェットヘッドが搭載されており、この種のインクジェットヘッドには、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、インク滴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滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。

圧電方式を利用したインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、例えば図２（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ５１が、流路部材５３の上に設けられた構造を有する（例えば、特許文献１参照）。流路部材５３は、複数の隔壁５３ｂによって仕切られた複数の液体加圧室５３ａを有し、液体加圧室５３ａの開口部は圧電アクチュエータ５１によって覆われるように形成されている。

圧電アクチュエータ５１は、振動板５２上に、共通電極５４、圧電セラミック層５５および個別電極５６がこの順に積層され、個別電極５６と共通電極５４とこれらに挟まれた圧電セラミック層５５とで構成される変位素子５７が複数形成されている。そして、個別電極５６と共通電極５４とに挟まれた圧電セラミック層５５は圧電セラミック層５５の厚み方向に垂直に分極されている。

また、個別電極５６は、図２（ｂ）に示したように、圧電セラミック層５５の上面にマトリックス状に配置され、液体加圧室５３ａの直上に個別電極５６が配置されている。個別電極５６には、外部配線回路（図示せず）と接続するための個別電極接続部５６ａが接続されている。また、共通電極５４も、外部配線回路と接続するための接続端子（図示せず）に電気的に接続している。

上記のようなインクジェットヘッドでは、共通電極５４と所定の個別電極５６との間に電圧を印加して、個別電極５６直下の圧電セラミック層５５を変位させることにより、変位素子５７が対応する液体加圧室５３ａの体積を変化させ、液体加圧室５３ａ内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口した液体吐出口５８よりインク滴を吐出することができる。

そして、積層方向から見て、個別電極５６は液体加圧室５３ａより小さい面積を有している。つまり、圧電セラミック層５５には、個別電極５６の直下の分極された駆動部５５ａとそれを取り囲むように分極されていない非活性部５５ｂがあり、さらに、それらの外側に流路部材５３と接合されているため変位しない拘束部５５ｃがあることにより変位素子５７は大きな変位が得られるようになる。

このようなインクジェットヘッドには、圧電材料としてＰＺＴが用いられてきており、ＰＺＴとしては、圧電セラミックス中にジルコニアが分散されたものが提案されており（例えば、特許文献２参照。）、ＰＺＴの製造方法としては酸素中で焼成する製造方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１１−３４３２１号公報特開平１０−３３０１６４号公報特開平５−１３９８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）では、共通電極５４と個別電極５６との間に電圧を印加して変位素子５７に駆動を繰り返し行なうと、駆動部５５ａと非駆動５５ｂとの間で引っ張り応力や圧縮応力が発生することになる。圧電体は外部からの応力印加によっても内包する強誘電体ドメインウォールが移動し（ドメインスイッチング）、磁器の伸びや縮みが発生する。この結果、駆動サイクルが非常に多くなると圧電体自身の逆圧電効果による磁器の伸びや縮みにより発生する駆動部５５ａと非駆動部５５ｂとの間の応力によって圧電セラミック層５５でドメインウォールの移動が進行し、駆動部の変位が低下する駆動劣化という問題が発生する。

変位素子５７に駆動劣化が発生すると液体吐出ヘッドから吐出される液体の量や速度が変わるため、適切な画像を記録できなくなるなどの問題となる。

この問題は、初期状態で分極されていない非駆動部５５ｂでのドメインウォールの移動の影響が大きいが、駆動部５５ａでも分極の仕方が変わることにより、駆動劣化が起こる。

本発明の目的は、外部からの応力でドメインスイッチングの起き難い圧電セラミックス、および駆動劣化が抑制された圧電アクチュエータおよび液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の圧電セラミックスは、主結晶粒子がジルコニアを内包したＰＺＴ相からなり、該ＰＺＴ相に内包されている前記ジルコニアがジルコニア成分の１％以上であることを特徴とする。

また、前記ジルコニアを０．０１体積％以上含有することが好ましい。

また、前記ジルコニアの平均粒子径Ｄ１と前記主結晶粒子の平均粒子径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．０１６〜０．０７であることが好ましい。

本発明の電アクチュエータは、前記圧電セラミックスの表面および内部のいずれかに一対の電極を互いに対向させて配置したことを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層し、該振動板上に共通電極、請求項１から３のいずれかに記載の圧電セラミックスの層、および複数の個別電極をこの順に積層したことを特徴とする。

本発明の圧電セラミックスによれば、主結晶粒子がジルコニアを内包したＰＺＴ相からなることにより、主結晶粒子内に外部応力によって体積変化を起こすジルコニアを析出させることにより外部から受けた応力を主結晶粒子内で緩和することができ、ドメインウォールの移動を抑制することができる。

また、前記ジルコニアを０．０１体積％以上含有する場合、応力を緩和する前記ジルコニアの割合が高くなるため、より応力を緩和することができる。

また、前記ジルコニアの平均粒子径Ｄ１と前記主結晶粒子の平均粒子径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．０１６以上である場合、前記主結晶粒子中に前記主結晶粒子の体積変化を緩和できる前記ジルコニア粒子の量が多いため、応力緩和の効果をより高くすることができる。Ｄ１／Ｄ２が０．０７以下である場合、前記ＰＺＴ相が高密度に焼結しているため、駆動劣化が起き難い。

本発明の圧電アクチュエータは、前記圧電セラミックスの表面および内部のいずれかに一対の電極を互いに対向させて配置したことにより、駆動回数が増えても圧電セラミックスに駆動劣化が抑制され、安定した特性が維持できる。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層し、該振動板上に共通電極、請求項１から３のいずれかに記載の圧電セラミックスの層、および複数の個別電極をこの順に積層したことにより、駆動回数が増えても駆動劣化が抑制されるため、複数の液体吐出口から吐出される液体の速度にバラツキが生じにくく、吐出した液体により安定した記録ができる。

図１（ａ）は本発明の圧電セラミックスの断面模式図である。１は圧電セラミックス、２は主結晶粒子であるＰＺＴ相である。ＰＺＴ相とはジルコン酸チタン酸鉛もしくはそれの一部が他の元素に置換された結晶相である。３はジルコニアであり、ＰＺＴ相２に内包されているものは３ａ、ＰＺＴ相２の粒界にあるものは３ｂとして示してある。

本発明の圧電セラミックス１は、主結晶相としてＰＺＴ相２が含まれるものであり、ＰＺＴ相２中にジルコニア３ａが内包されたものであることが重要である。ジルコニア３ａは主結晶に内包されていることにより、外部から圧力が加わってもジルコニア３ａが相変化して体積を変えることができるので、ＰＺＴ相２の応力が緩和され、強誘電体ドメインウォールが移動（ドメインスイッチング）しにくくなる。そのため、応力の印加が非常に多く繰り返されても圧電セラミックス１の変位特性の低下を少なくできる。ジルコニア３ａを０．０１体積％以上含有する場合、応力を緩和するジルコニア３ａの割合が高くなるため、より応力を緩和することができる。

なお、ジルコニア３はＰＺＴ相２の粒界に析出していてもかまわないが、粒界に析出したジルコニア３ｂは、ＰＺＴ相２に内包されたジルコニア３ａが結晶粒子の体積変動を直接吸収できるのと比較して、応力緩和の効果は低い。

ジルコニア３ａの含有量の測定は、０．１μｍ以下に薄層加工した圧電セラミックス１を観察し、ＰＺＴ相２に内包されたジルコニア３ａを識別し、画像処理ソフトによりＰＺＴ相２に内包されたジルコニア３ａの面積％を求めた。そして、薄層加工したサンプルであることから、その値を圧電セラミックス１中のジルコニア３ａの体積％とした。

また、ジルコニア３ａの平均粒子径Ｄ１とＰＺＴ相２の平均粒子径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．０１６以上である場合、ＰＺＴ相２の体積変化を緩和できるジルコニア３ａの量が多いため、応力緩和の効果をより高くすることができる。

さらに、ジルコニア３ａが析出することによりＰＺＴ相２の焼結が阻害されることがあるが、ジルコニア３ａとＰＺＴ相２の粒成長の度合い比較すること、つまり、Ｄ１／Ｄ２を調べることにより、ジルコニア３ａがＰＺＴ相２の粒成長を阻害してないことを確認できる。Ｄ１／Ｄ２が０．０７以下である場合、ジルコニア３ａがＰＺＴ相２の粒成長を阻害せず、ＰＺＴ相２が高密度に焼結しているため、駆動劣化が起き難い。これに対して、Ｄ１／Ｄ２が０．０７を超えるときは、ジルコニア３ａによりＰＺＴ相２の焼結が阻害されているおそれがあり、その場合ＰＺＴ相２の焼結不足により、わずかに駆動劣化起きると考えられる。

ジルコニア３ａは単斜晶であることが好ましい。ジルコニア３ａの構造相変化は、単斜晶から正方晶、正方晶から立方晶への変化が起きやすく、逆の変化は置き難い。そのため、ジルコニア３ａは、構造変化で応力緩和の起きやすい単斜晶、あるいは、正方晶であることが好ましく、単斜晶→正方晶→立方晶と大きな体積変化を起こしやすい単斜晶であることが特に好ましい。

続いて、ジルコニア３ａの析出する圧電セラミックス１について説明する。従来からＰＺＴの主原料としてＺｒＯ_２が用いられている。そして、Ｚｒが占有するペロブスカイト構造のＢサイト元素がＡサイト元素より過剰の組成では、Ｂサイト元素、つまり、Ｚｒを含む物質が粒界部に析出することがあった。これはＢサイト元素が過剰であるため余剰の元素が格子外に押し出されて析出したものと考えられる。また、Ａサイトには、Ｐｂといった揮発性の高い元素が存在しているため、高温になる焼成時にＰｂが飛散してＡサイトが不足となりやすく、Ｂサイト元素が析出しやすい状態となっているのである。

しかし、これらの場合、Ｚｒが析出するのは粒界部が大部分であり、結晶粒子内部への析出は皆無である。この状態の圧電セラミックスでは外部応力に対する圧電粒子への応力緩和効果が少なく、駆動による変位低下を抑制することはほとんどできなかった。結晶粒子への応力緩和効果を発生させるＰＺＴ相２内部へジルコニア３ａを析出させるには、例えば、Ｂサイト元素を過剰とした組成したうえで、酸素雰囲気中で焼成することにより得られる。

具体的には、ペロブスカイト組成のＡサイト／Ｂサイト元素比率を０．９８５〜０．９９８の範囲として、かつ、焼成中の酸素濃度を５０％以上に保ち、ＡサイトのＰｂの揮発を抑制するため焼成治具中で密閉状態にして焼成する。Ａサイト／Ｂサイト元素比率を０．９８５〜０．９９８とすることによりＢサイトのジルコニア３を析出しやすくする効果があると同時に圧電アクチュエータとした際に変位特性を劣化させない効果がある。さらに、酸素５０％以上の雰囲気で焼成することで気孔を少なくすることができ、Ａサイトに陽イオン空孔を形成させ、ＰＺＴ相２内部にジルコニア３ａを析出させることができる。

また、本発明の圧電セラミックス１の組成としては、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｎｂ、ＹｂおよびＴｅのうち少なくとも１種を含むことが好ましい。これによって、より安定した圧電セラミックスを得ることができる。このような圧電セラミックスとしては、例えば副成分としてＰｂ（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）Ｏ_３およびＰｂ（Ｎｉ_１／２Ｔｅ_１／２）Ｏ_３を固溶してなるものを例示できる。

さらに、圧電セラミックス１の組成としては、特に、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が高い変位を得られる点で好ましく、Ｂａを０．０２〜０．０７モル、Ｓｒを０．０２〜０．１２モル含むことが、ＰＺＴ相２が正方晶である組成の場合に大きな変位を得るうえで有利である。

このような圧電セラミックス１としては、例えば、Ｐｂ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＢａ_ｙ（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）_ａ（Ｎｉ_１／２Ｔｅ_１／２）_ｂＺｒ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｔｉ_ｃＯ_３＋α質量％Ｐｂ_１／２ＮｂＯ_３、ただし、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のものが挙げられる。

次に、圧電セラミックス１の製造方法について説明する。

まず、原料（合成原料）として純度９９％、平均粒子径１μｍ以下の圧電セラミック粉末を準備する。この圧電セラミック粉末は、次のように作製する。ＰｂＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_３、必要であれば、その他の添加物（必要な元素の酸化物、炭酸塩など）をボールミルで、平均粒径０．５〜０．８μｍまで混合・粉砕する。得られた粉末を９００〜１０００℃で仮焼し、仮焼粉末をボールミルで、平均粒径０．５〜０．８μｍまで粉砕する。

この圧電セラミック粉末に、適当な有機バインダーを添加してテープ状に成形し、所望の形状にカットする。これを、４００℃程度で脱バインダーを行い、その後焼成する。

焼成の際のＰｂの揮発量が多いとＡサイト／Ｂサイト元素比率が変動するため、焼成は、密閉した焼成治具中に置いて行なうのがよく、さらに密閉した焼成治具中には焼成するセラミックス以外に、Ｐｂの発生源を置いて、焼成するセラミックスからのＰｂの揮発を少なくすることが望ましい。

さらに、焼成中の酸素濃度は５０％以上とする。５０％より低い濃度で焼成した場合、焼成中の酸素濃度はペロブスカイトのＡサイトの陽イオン空孔の生成と関係しているため、焼成中の酸素濃度５０％以下では単斜晶ＺｒＯ_２の圧電体粒界部への析出が増加して圧電アクチュエータの駆動信頼性が低下するおそれがある。また、焼成磁器中の気孔率が増加する。液体吐出ヘッドに使用されるような、厚み１００μｍ以下の薄層磁器では磁器内の気孔が破壊源となり駆動中に破損する確率が増加するため長期間駆動に対する信頼性が確保できないことがある。より駆動劣化を抑制するためには焼成中の酸素濃度は、７５％以上、特に８５％以上とするのが好ましい。

また、本発明の圧電セラミックス１を用いて圧電アクチュエータを形成するには、焼成後、表面に所望の表面電極を形成し、分極して圧電アクチュエータとする。内部に電極を形成する場合、グリーンシートの一部に内部電極としてＡｇ−Ｐｄペーストを塗布し、別のグリーンシートを積層し、１０〜５０ＭＰａの圧力で加圧して一体化させればよい。圧電アクチュエータに備える一対の電極は、表面電極同士（つまりおもて面とうら面）、内部電極同士、表面電極と内部電極の組み合わせのいづれでもよい。

本実施形態の圧電アクチュエータの駆動は、駆動時の電界強度Ｅと、圧電セラミック層の電界強度Ｅｃとの比率Ｅ／Ｅｃが１より小さい条件で駆動させるのが好ましい。これにより、圧電アクチュエータを長期間安定して駆動することができる。これに対し、１より大きいと、分域回転の寄与が大きくなり、変位劣化しやすくなる。

続いて、本発明の液体吐出ヘッドについて図面を参照して詳細に説明する。

図２（ａ）は、本発明の圧電アクチュエータを含む液体吐出ヘッドを示す概略断面図であり、図２（ｂ）は、その平面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室５３ａが並設され、各液体加圧室５３ａを仕切る壁として隔壁５３ｂを形成した流路部材５３上に上述した圧電アクチュエータ５１が接合されている。接合は、振動板５２が液体加圧室５３ａの空間と当接するように接着剤等を用いて行い、より具体的には、変位素子５７の各個別電極５６と、各液体加圧室５３ａとが対応するように接合される。

つまり、この液体吐出ヘッドは、振動板５２上に、共通電極５４、圧電セラミック層５５および個別電極５６がこの順に積層され、個別電極５６が圧電セラミック層５５の表面に複数配列された圧電アクチュエータ５１を、液体加圧室５３ａの直上に個別電極５６が配置されるように流路部材５３に接着したものである。圧電セラミック層５５は本発明の圧電セラミックスから成っている。

そして、個別電極５６と共通電極５４との間に駆動回路より電圧を印加し、電圧が印加され変位した変位素子５７に対応する液体加圧室５３ａ内のインクを加圧し、圧電アクチュエータ５１を振動させることにより、液体加圧室５３ａ内のインクを流路部材５３の底面に開口させたインク吐出孔５８よりインク滴を吐出させる。

このような液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータの圧電セラミックスとして本発明の圧電セラミックスを用いることによって、安価なＩＣを用いて液体吐出ヘッドを実現することができる。この液体吐出ヘッドは変位特性の劣化が抑制されているので、駆動を非常に多く繰り返しても、複数の変位素子５７の変位特性に差が生じにくく、安定して高精度な吐出ができる。

なお、振動板５２は圧電セラミック層５５と同一組成の圧電セラミックスからなるのが好ましいが、振動板５２の組成は、圧電セラミック層５５の組成と完全に一致している必要はなく、本発明の効果を奏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。

また、上記の実施形態では、振動板５２および圧電セラミック層５５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、振動板５２および圧電セラミック層５５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５１の厚みを簡単に調整することができる。

本発明の圧電アクチュエータの他の実施形態はとしては、圧電アクチュエータの屈曲運動を動力源とする超音波モーターなどが上げられる。本発明の圧電セラミックスを用いた超音波モーターでは、屈曲部および屈曲部の周囲の圧電セラミックスが逆圧電効果で分極されることが抑制されるため、駆動のサイクル数が増えても、初期状態からの動作の変動が少ない安定した動作をさせることができる。

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。

本発明の圧電セラミックスを作製し、これで液体吐出ヘッドを作製し、駆動劣化の試験を評価した。まず、原料として、純度９９％以上のＰＺＴの圧電セラミック粉末を準備した。

圧電セラミック粉末の組成としては、Ｐｂ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＢａ_ｙ（Ｚｎ_１／３Ｓｂ_２／３）_ａ（Ｎｉ_１／２Ｔｅ_１／２）_ｂＺｒ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｔｉ_ｃＯ_３＋α質量％Ｐｂ_１／２ＮｂＯ_３等で表されもの、ただし、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のなかでＡサイト元素とＢサイト元素の比率が表１に示されるものを準備した。

このチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電用のセラミック材の粉末に、水系バインダーとしてブチルメタクリレート、分散剤にポリカルボン酸アンモニウム塩、溶剤にイソプロビルアルコールと、純水を各々添加して混合し、このスラリーをドクタープレード法によりキャリアフィルム上に、厚さ３０μｍのシート形状に塗布して、グリーンシートを作製した。このグリーンシートは、圧電セラミック層用および振動板用の両方に使用した。

また、Ａｇ−Ｐｄ合金粉末を含有する共通電極ペーストを振動板用のグリーンシートの表面に厚さ４μｍで印刷し、共通電極を形成した。さらに、共通電極が印刷された面を上向きにして振動板グリーンシートの上に圧電セラミック層用グリーンシートを積層し、加圧プレスし、積層体を得た。

この積層体を脱脂処理した後に、表１に記載した焼成温度と酸素濃度で４時間保持して焼結し、圧電セラミック層５５と振動板５２と共通電極５４とからなる積層体を作製した。焼成はサンプルを焼成治具中に密閉して行い、Ｐｂの揮発による組成変動が最小になるようにした。

次に、圧電セラミック層５５の表面に個別電極５６と個別電極接続部５６ａを形成した。個別電極５６と個別電極接続部５６ａは、スクリーン印刷でＡｕペーストを塗布した。これを大気中において６００〜８００℃で焼付けて形成した。最後に、個別電極接続部５６ａにリード線を半田で接続し、図２（ａ）および（ｂ）に示すような形状の圧電アクチュエータ５１を得た。

またさらに、以上にようにして得られた、圧電アクチュエータに図２（ａ）に示す流路部材５３を接着剤で接合し、液体吐出ヘッドを作製した。

表１に得られた圧電セラミックスと液体吐出ヘッドの詳細を示す。表１において、各評価値は以下のようにして求めた。

結晶の評価は、試料をＦＩＢ（集束イオンビーム）で０．１μｍの薄層加工し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて１万倍で観察して行なった。ＰＺＴ相２とジルコニア３については、それぞれＴＥＭの回折像で結晶を同定して確認した。なお、全ての試料でジルコニア３は単斜晶であった。ＰＺＴ相２の平均結晶粒子径Ｄ２はインターセプト法により求めた。ジルコニア３ａの平均結晶粒子径Ｄ１は、各結晶粒子について、その面積を測定し、同じ面積の円の直径を求め、それを平均して算出した。薄層加工したサンプルであることから、ＴＥＭ観察した面のジルコニア３ａの面積％の値を、圧電セラミックス１のジルコニア３ａの体積％とした。なお、ＰＺＴ相２に内包されたジルコニア３ａとは、観察した断面で、ジルコニア３全体が１つのＰＺＴ相２の結晶粒子に含まれているもののことであり、ＰＺＴ相２の粒界のジルコニア３ｂとは、前記以外のジルコニア３のことであり、ＰＺＴ相の粒界に接しているもののことである。

流路部材５３に、水を溶媒とするインクを供給し、圧電アクチュエータ５１に、ピーク電圧２５Ｖ、周波数２ｋＨｚ、デューティー比８０％の駆動電圧波形を印加して、連続的に１×１０^１０サイクルにわたって駆動させて駆動試験を行なった。

表１から、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．２、３および５〜２０は、ＰＺＴ相２にジルコニア３ａが内包されているため、駆動劣化が抑制されており、１０^１０回駆動後でも変位低下率は３％以下であった。これに対して、試料Ｎｏ．１では、Ｂサイト元素が過剰ではないためジルコニア３の析出が見られず、１０％以上の駆動劣化が起こった。また、試料Ｎｏ．４では、図１（ｂ）に示したような状態であり、ジルコニア１３ｂはＰＺＴ相１２の粒界に析出し、ＰＺＴ相１２に内包されたジルコニアは観察されず（１％未満）、１０％以上の駆動劣化が起こった。

また、ジルコニア３ａの平均粒子径Ｄ１とＰＺＴ相２の平均粒子径Ｄ２がＤ１／Ｄ２が０．０１６〜０．０７の範囲の試料Ｎｏ．２、３、７〜１５、および、１８〜２０では、１０^１０回駆動後でも変位低下率は１％以下であった。

（ａ）は、本発明の圧電セラミックスの結晶の状態を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の圧電セラミックスの結晶の状態を示す模式図である。（ａ）は、本発明の圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドを示す概略部分縦断面図であり、（ｂ）はその部分上面図である。

符号の説明

１・・・圧電セラミックス
２・・・ＰＺＴ相
３・・・ジルコニア
３ａ・・・ＰＺＴ相に内包されたジルコニア
３ｂ・・・ＰＺＴ相の粒界にあるジルコニア
５１・・・圧電アクチュエータ
５２・・・振動板
５３・・・流路部材
５３ａ・・・液体加圧室
５３ｂ・・・隔壁
５４・・・共通電極
５４ａ・・・共通電極接続部
５５・・・圧電セラミック層
５５ａ・・・駆動部（圧電セラミック層）
５５ｂ・・・非駆動部（圧電セラミック層）
５５ｃ・・・拘束部（圧電セラミック層）
５６・・・個別電極
５６ａ・・・個別電極接続部
５７・・・変位素子
５８・・・液体吐出口

Claims

主結晶粒子がジルコニアを内包したＰＺＴ相からなり、該ＰＺＴ相に内包されている前記ジルコニアがジルコニア成分の１％以上であることを特徴とする圧電セラミックス。
前記ジルコニアを０．０１体積％以上含有することを特徴とする請求項１記載の圧電セラミックス。
前記ジルコニアの平均粒子径Ｄ１と前記主結晶粒子の平均粒子径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．０１６〜０．０７であることを特徴とする請求項１または２記載の圧電セラミックス。
焼結体である請求項１から３のいずれかに記載の圧電セラミックス。
請求項１から４のいずれかに記載の圧電セラミックスの表面および内部のいずれかに一対の電極を互いに対向させて配置したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層し、該振動板上に共通電極、請求項１から４のいずれかに記載の圧電セラミックスの層、および複数の個別電極をこの順に積層したことを特徴とする液体吐出ヘッド。