JP2007209096A - Piezoelectric actuator and liquid injector - Google Patents

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JP2007209096A JP2006023854A JP2006023854A JP2007209096A JP 2007209096 A JP2007209096 A JP 2007209096A JP 2006023854 A JP2006023854 A JP 2006023854A JP 2006023854 A JP2006023854 A JP 2006023854A JP 2007209096 A JP2007209096 A JP 2007209096A
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Shuzo Iwashita
修三 岩下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator improved in displacement performance and drive durability, and a liquid injector. <P>SOLUTION: The piezoelectric actuator 1 is constituted such that: a piezoelectric substance layer 4 is composed of a driving unit(displacement element 6) and a driven unit; a pair of electrodes (surface electrode 5, common electrode 3) that sandwich the piezoelectric substance layer 4 of the driven unit are arranged at the driving unit; and the piezoelectric substance layer 4 of the driving unit generates displacement, based on expanding vibration when drive voltages are applied to the pair of electrodes. The piezoelectric substance layer 4 contains a ferroelectric substance material of a relaxer system, and a determination coefficient R<SP>2</SP>when relationships between the drive voltage and the displacement are linearly approximated by a least-square method is 0.9 or larger. The piezoelectric actuator comprises a liquid channel member and a liquid pressurizing means, and a liquid injection hole communicated with a liquid channel is formed at the liquid channel member. The liquid pressurizing means of the piezoelectric actuator 1 serves as the liquid injector. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電アクチュエータおよび液体噴出装置に関し、詳しくは広がり振動を利用した印刷ヘッド等に好適に用いることができる圧電アクチュエータおよび液体噴出装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to a piezoelectric actuator and a liquid ejecting apparatus that can be suitably used for a print head or the like using spreading vibration.

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（液体噴出装置）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噴出用圧電アクチュエータへの使用要求が高まっている。 Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, piezoelectric actuators, filters, piezoelectric resonators (including oscillators), ultrasonic vibrators, ultrasonic motors, piezoelectric sensors, and the like. Among them, the piezoelectric actuator has a very high response speed to the electric signal of 10-6 seconds, so it can be used for positioning the XY stage of semiconductor manufacturing equipment and the print head (liquid ejecting device) of inkjet printers. Has been. In particular, due to the recent increase in speed and cost of color printers, there is an increasing demand for use in piezoelectric actuators for ejecting ink such as inkjet printers.

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（圧電振動板）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（駆動部）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。   As such a piezoelectric actuator, for example, Patent Literature 1 discloses a displacement element including a piezoelectric ceramic layer (piezoelectric layer) and a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric layer on the surface of a ceramic substrate (piezoelectric diaphragm). A piezoelectric actuator provided with a plurality of (drive units) is described.

図５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（共通電極６４，表面電極６６）とを具備している。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a conventional piezoelectric actuator as described in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in the figure, the piezoelectric actuator 61 includes a piezoelectric layer 65 and a pair of electrodes (a common electrode 64 and a surface electrode 66) sandwiching the piezoelectric layer 65 on the surface of the piezoelectric diaphragm 62. is doing.

圧電体層６５は、共通電極６４，表面電極６６で挟持された部分が駆動部である変位素子６７を構成し、共通電極６４，表面電極６６で挟持されていない部分が非駆動部を構成している。そして、表面電極６６と共通電極６４との間に駆動電圧を印加すると、変位素子６７の圧電体層６５が広がり振動に基づく変位を発生する。
一般に、圧電体層６５はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなるが、この圧電体層６５を備えた圧電アクチュエータ６１は、変位特性が十分でないという問題がある。 In the piezoelectric layer 65, a portion sandwiched between the common electrode 64 and the surface electrode 66 constitutes a displacement element 67 which is a driving portion, and a portion which is not sandwiched between the common electrode 64 and the surface electrode 66 constitutes a non-driving portion. ing. When a driving voltage is applied between the surface electrode 66 and the common electrode 64, the piezoelectric layer 65 of the displacement element 67 spreads and generates a displacement based on vibration.
In general, the piezoelectric layer 65 is made of lead zirconate titanate (PZT) or the like. However, the piezoelectric actuator 61 including the piezoelectric layer 65 has a problem that the displacement characteristics are not sufficient.

一方、リラクサーと呼ばれる強誘電体材料が近時注目されている。例えば特許文献２には、母層がマグネシウム酸ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ジルコン酸鉛（ＰＺ）およびチタン酸鉛（ＰＴ）から形成される三成分系圧電体材料（リラクサー含有）からなる圧電体薄膜（圧電体層）が記載されている。   On the other hand, a ferroelectric material called a relaxer has recently attracted attention. For example, Patent Document 2 discloses a piezoelectric body made of a ternary piezoelectric material (relaxer-containing) whose mother layer is formed of lead magnesium niobate (PMN), lead zirconate (PZ), and lead titanate (PT). A thin film (piezoelectric layer) is described.

しかしながら、特許文献２記載されているようなリラクサーを含む圧電体層を広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータに用いた場合には、駆動耐久性が十分でないという問題がある。   However, when a piezoelectric layer including a relaxor as described in Patent Document 2 is used for a piezoelectric actuator that spreads and generates displacement based on vibration, there is a problem that driving durability is not sufficient.

特開２００４−１６５６５０号公報JP 2004-165650 A 特開平１０−１３９５９４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-139594

本発明の課題は、変位特性および駆動耐久性に優れた圧電アクチュエータおよび液体噴出装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and a liquid ejection device that are excellent in displacement characteristics and driving durability.

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、圧電体層がリラクサー系の強誘電体材料を含有し、かつ駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2が０．９以上である場合には、広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータであっても、優れた変位特性と駆動耐久性を示すことができ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。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the piezoelectric layer contains a relaxor-type ferroelectric material, and the relationship between the drive voltage and the displacement is linearly approximated by the method of least squares. If the coefficient of determination R 2 of less than 0.9, even piezoelectric actuator generating a displacement based on the spread vibration, found a new finding that it is possible to exhibit excellent displacement characteristics and the driving durability The present invention has been completed.

すなわち、本発明の圧電アクチュエータおよび液体噴出装置は、以下の構成からなる。
（１）圧電体層が駆動部と非駆動部とで構成され、前記駆動部には該駆動部の圧電体層を挟持する一対の電極が設けられ、該一対の電極に駆動電圧を印加すると前記駆動部の圧体電層が広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータであって、前記圧電体層はリラクサー系の強誘電体材料を含有し、かつ前記駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2が０．９以上であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
（２）前記圧電体層を挟持する一対の電極が共通電極および表面電極であり、圧電セラミックスからなる圧電振動板の表面上に前記共通電極、圧電体層および表面電極をこの順に積層し、該表面電極を前記圧電体層の表面に２次元的に複数配列してなる前記（１）記載の圧電アクチュエータ。
（３）液体流路部材と液体加圧手段とを備え、前記液体流路部材には液体流路と連通した液体噴出孔が設けられており、前記液体加圧手段が前記（１）または（２）記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液体噴出装置。 That is, the piezoelectric actuator and the liquid ejection device of the present invention have the following configurations.
(1) The piezoelectric layer is composed of a drive unit and a non-drive unit, and the drive unit is provided with a pair of electrodes that sandwich the piezoelectric layer of the drive unit. When a drive voltage is applied to the pair of electrodes, A piezoelectric actuator in which the piezoelectric body layer of the driving unit spreads and generates displacement based on vibration, wherein the piezoelectric layer contains a relaxor-type ferroelectric material and minimizes the relationship between the driving voltage and the displacement. piezoelectric actuator coefficient of determination R 2 when the straight-line approximation by a square method is characterized in that at least 0.9.
(2) A pair of electrodes sandwiching the piezoelectric layer is a common electrode and a surface electrode, and the common electrode, the piezoelectric layer and the surface electrode are laminated in this order on the surface of a piezoelectric diaphragm made of piezoelectric ceramics, The piezoelectric actuator according to (1), wherein a plurality of surface electrodes are two-dimensionally arranged on the surface of the piezoelectric layer.
(3) A liquid flow path member and a liquid pressurizing means are provided, and the liquid flow path member is provided with a liquid ejection hole communicating with the liquid flow path. 2) The liquid ejecting apparatus according to the above.

本発明によれば、圧電体層がリラクサー系の強誘電体材料を含有し、かつ決定係数Ｒ2が０．９以上であるので、広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータであっても、優れた変位特性と駆動耐久性を示すことができるという効果がある。しかも、分極処理を行わずに駆動電圧を印加しても高い変位を示すことができる。 According to the present invention, since the piezoelectric layer contains a relaxor-type ferroelectric material and the determination coefficient R 2 is 0.9 or more, even in a piezoelectric actuator that generates displacement based on spreading vibration, There is an effect that excellent displacement characteristics and driving durability can be exhibited. In addition, even when a driving voltage is applied without performing a polarization process, a high displacement can be shown.

＜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、本実施形態の圧電アクチュエータを示す平面図である。 <Piezoelectric actuator>
Hereinafter, an embodiment of a piezoelectric actuator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the piezoelectric actuator of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the piezoelectric actuator of the present embodiment.

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、共通電極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、共通電極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。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 1 includes a piezoelectric diaphragm 2, a common electrode 3, a piezoelectric layer 4, and a surface electrode 5. The body layer 4 and the surface electrode 5 are laminated in this order. Further, the piezoelectric diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4 are composed of sheet-like members, and are formed in substantially the same shape and size in plan view.

共通電極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、図２に示すように、圧電体層４の表面に２次元的に複数配列されている。これにより、圧電体層４は一対の電極、すなわち共通電極３および表面電極５で挟持された部分が駆動部である変位素子６を構成し、共通電極３，表面電極５で挟持されていない部分が非駆動部を構成する。   The common electrode 3 and the surface electrode 5 constitute an electrode of the piezoelectric actuator 1, and a plurality of the surface electrodes 5 are two-dimensionally arranged on the surface of the piezoelectric layer 4 as shown in FIG. As a result, the piezoelectric layer 4 constitutes a displacement element 6 in which a portion sandwiched between a pair of electrodes, that is, the common electrode 3 and the surface electrode 5 constitutes a driving unit, and a portion not sandwiched between the common electrode 3 and the surface electrode 5 Constitutes a non-driving unit.

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）間に駆動電圧が印加されると、該電圧が印加された表面電極５と共通電極３に挟持された部位の圧電体層４が、広がり振動に基づく変位を発生する。なお、圧電アクチュエータ１は、分極処理を行わずに駆動電圧を印加しても高い変位を示すことができる。   When an external wiring board is connected to the surface electrode 5 and a driving voltage is applied between the electrodes (surface electrode 5 and common electrode 3), the surface electrode 5 and the common electrode 3 to which the voltage is applied are sandwiched. The piezoelectric layer 4 at the site generates a displacement based on spreading vibration. Note that the piezoelectric actuator 1 can exhibit high displacement even when a driving voltage is applied without performing polarization processing.

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。   The thickness of the piezoelectric actuator 1 is 100 μm or less, preferably 80 μm or less, more preferably 65 μm or less, and further preferably 50 μm or less. Thereby, since a large displacement can be obtained, it is possible to realize high-efficiency driving at a low voltage. The lower limit of the thickness of the piezoelectric actuator 1 has sufficient mechanical strength and is 3 μm, preferably 5 μm, more preferably 10 μm, and further preferably 20 μm in order to prevent breakage during handling and operation. It is good.

ここで、本実施形態の圧電体層４は、リラクサー系の強誘電体材料を含有し、かつ前記駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2が０．９以上である。上述の通り、広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータは、変位特性や駆動耐久性が低いが、圧電アクチュエータ１は、広がり振動に基づく変位を発生させても、優れた変位特性と駆動耐久性を示すことができる。 Here, the piezoelectric layer 4 of this embodiment contains a relaxor-type ferroelectric material, and the determination coefficient R 2 when the relationship between the drive voltage and the displacement is linearly approximated by the least square method is 0. 9 or more. As described above, the piezoelectric actuator that generates displacement based on spreading vibration has low displacement characteristics and driving durability. However, the piezoelectric actuator 1 has excellent displacement characteristics and driving durability even when displacement based on spreading vibration is generated. Can be shown.

圧電アクチュエータ１が変位特性に優れる理由としては、圧電体層４が、圧電効果に優れるリラクサー系の強誘電体材料を含有することによるものと推察される。
一方、圧電アクチュエータ１が優れた駆動耐久性を示すことができる理由としては、下記のような理由が推定される。すなわち、例えば圧電アクチュエータの製造時や、圧電体層を繰り返し変位させた際には、応力が圧電体層に蓄積して該応力の蓄積により、駆動耐久性が低下すると考えられる。該応力の蓄積は、非駆動部の非１８０°ドメインの回転による駆動部への圧縮応力であり、通常の圧電体層であれば、駆動中にこのドメイン回転が進行していき、応力が蓄積されていく。これに対し、リラクサー系の強誘電体材料を含有すると、圧電体層の柔軟性が向上するので、小さな外力（例えば応力や電界等）でドメインが動く。その結果、アクチュエータを作製した段階において発生している応力場に対して、既に緩和する方向にドメインが動く（応力の開放）。さらに、リラクサー系の強誘電体材料は非常に柔軟な材料であるため、駆動電圧で分極され、かつ未分極状態で電圧を印加しても必要な変位を発生させることが可能となる。このため、駆動中に変位劣化を起こすことなく、高い変位を達成させることができる。 The reason why the piezoelectric actuator 1 is excellent in displacement characteristics is presumed to be that the piezoelectric layer 4 contains a relaxor-type ferroelectric material having an excellent piezoelectric effect.
On the other hand, the reason why the piezoelectric actuator 1 can exhibit excellent driving durability is estimated as follows. That is, for example, when a piezoelectric actuator is manufactured or when the piezoelectric layer is repeatedly displaced, it is considered that stress accumulates in the piezoelectric layer and the driving durability is reduced due to the accumulation of the stress. The accumulation of stress is a compressive stress to the drive unit due to the rotation of the non-180 ° domain of the non-drive unit. In the case of a normal piezoelectric layer, this domain rotation proceeds during driving, and the stress accumulates. It will be done. On the other hand, when a relaxor-based ferroelectric material is contained, the flexibility of the piezoelectric layer is improved, so that the domain moves with a small external force (for example, stress or electric field). As a result, the domain moves in a direction in which it relaxes with respect to the stress field generated at the stage of manufacturing the actuator (release of stress). Furthermore, since the relaxor-based ferroelectric material is a very flexible material, it is possible to generate a necessary displacement even when a voltage is applied in an unpolarized state while being polarized by a driving voltage. For this reason, high displacement can be achieved without causing displacement deterioration during driving.

また、駆動電圧に対して変位の関係が非直線であるほど、すなわち決定係数Ｒ2が０．９より小さいほど、駆動耐久性が低下する。この理由としては、決定係数Ｒ2が０．９より小さいと、非１８０°ドメイン回転の変位への寄与が大きく、応力によるドメイン回転が発生するので、駆動耐久性が低下すると推察される。これに対し、決定係数Ｒ2を０．９以上にすると、非１８０°ドメイン回転の変位への寄与が少なくなるので、その結果、優れた駆動耐久性を示すことができると推察される。 Further, the drive durability decreases as the relationship of displacement with respect to the drive voltage is non-linear, that is, as the determination coefficient R 2 is smaller than 0.9. The reason for this is presumed that when the determination coefficient R 2 is smaller than 0.9, the contribution of non-180 ° domain rotation to the displacement is large and domain rotation due to stress occurs, so that the driving durability is lowered. On the other hand, when the determination coefficient R 2 is 0.9 or more, the contribution to the displacement of the non-180 ° domain rotation is reduced, and as a result, it is presumed that excellent driving durability can be exhibited.

より詳細には、電圧−変位の直線性は、圧電体内のドメインの動きと関係しており、非１８０°ドメインの回転が非直線性に関与している。変位駆動耐久性は、このドメイン回転成分が少ない程良いため、電圧−変位の直線性が高い程耐久が高くなる。また、駆動電圧が抗電界（Ec）以内であると、通常電圧−変位の関係は直線に近くなる。これは、圧電効果の影響が殆どであることによる。   More specifically, voltage-displacement linearity is related to domain motion within the piezoelectric body, and non-180 ° domain rotation is involved in non-linearity. Since the displacement drive durability is better as the domain rotation component is smaller, the durability becomes higher as the linearity of voltage-displacement is higher. When the drive voltage is within the coercive electric field (Ec), the normal voltage-displacement relationship is close to a straight line. This is because the influence of the piezoelectric effect is almost all.

しかし、抗電界（Ec）内で圧電体を駆動させても、非１８０°ドメインの回転の影響は存在しており、アクチュエータの耐久性に影響する。本発明者は、前記駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2が０．９未満では駆動耐久性が低くなり、決定係数Ｒ2を０．９以上にすると駆動耐久性が高くなることを見出した。 However, even if the piezoelectric body is driven in the coercive electric field (Ec), the effect of rotation in the non-180 ° domain exists, which affects the durability of the actuator. The present inventors, the driving voltage and the lower the driving durability of the relationship between the displacement by least square method by the coefficient of determination R 2 when the linear approximation is less than 0.9, the coefficient of determination R 2 to 0.9 or more Then, it discovered that drive durability became high.

前記非１８０°ドメインとは、隣り合うドメインの向きが１８０°以外のものすべてを意味し、例えば正方晶での９０°ドメイン等が挙げられる。
また、前記決定係数Ｒ2は、複数のプロットのバラツキ度合い、すなわち駆動電圧と変位との関係をグラフ上に複数プロットし、これらのプロットが直線に近いか否かを示す尺度である。決定係数Ｒ2は０から１までの範囲を取る値であり、その値が１に近いほどバラツキ度合いが少なく、直線に近いことを意味する。決定係数Ｒ2の算出方法としては、例えば特開２００２−７１６８８号公報（［００２８］〜［００３６］段落）に記載されている方法で算出することができる。なお、各駆動電圧における変位は、例えばレーザードップラー振動計等で測定することにより得ることができる。 The non-180 ° domain means all the directions of adjacent domains other than 180 °, and examples thereof include a 90 ° domain in tetragonal crystal.
Further, the determination coefficient R 2 is a scale indicating whether or not a plurality of plot variations, that is, a relationship between the drive voltage and the displacement, are plotted on a graph, and whether these plots are close to a straight line. The determination coefficient R 2 is a value taking a range from 0 to 1, and the closer the value is to 1, the smaller the degree of variation and the closer to the straight line. As a method of calculating the coefficient of determination R 2 can be calculated in the manner described in, for example, JP 2002-71688 JP ([0028] to [0036] paragraph). The displacement at each drive voltage can be obtained by measuring with a laser Doppler vibrometer, for example.

（圧電体層）
圧電体層４は、前記した通りリラクサー系の強誘電体材料を含有する。該リラクサー系の強誘電体材料としては、特に限定されるものではなく、例えばマグネシウム酸ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）−チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）−ＰＺＴ系等が挙げられる。前記ＰＭＮ−ＰＺＴ系としては、例えばPb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbZrTiO3-Pb(In1/2Nb1/2)O3、PMN-PZT-Pb(Sc1/2Nb1/2)O3、PMN-PZT-Pb（Yb1/2Nb1/2）O3等が挙げられ、前記ＰＮＮ−ＰＺＴ系としては、例えばPb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbZrTiO3-Pb(In1/2Nb1/2)O3、PNN-PZT-Pb(Sc1/2Nb1/2)O3、PNN-PZT-Pb（Yb1/2Nb1/2）O3等が挙げられる。また、その他の例としては、例えばPb(Zn1/3Nb2/3)O3−Pb(Zn1/3Sb2/3)O3−Pb(Ni1/2Te1/2)(ZrTi)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3等が挙げられる。 (Piezoelectric layer)
The piezoelectric layer 4 contains a relaxor-type ferroelectric material as described above. The relaxor-based ferroelectric material is not particularly limited, and examples thereof include lead magnesium niobate (PMN) -lead zirconate titanate (PZT), lead nickel niobate (PNN) -PZT, and the like. Is mentioned. Examples of the PMN-PZT system include Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbZrTiO 3 —Pb (In 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , PMN-PZT-Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , PMN-PZT-Pb (Yb 1/2 Nb 1/2 ) O 3 and the like. Examples of the PNN-PZT system include Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ). O 3 -PbZrTiO 3 -Pb (In 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , PNN-PZT-Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , PNN-PZT-Pb (Yb 1/2 Nb 1 / 2 ) O 3 etc. are mentioned. Other examples include, for example, Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 --Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 --Pb (Ni 1/2 Te 1/2 ) (ZrTi ) O 3 , Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 and the like.

ここで、上記のようなリラクサー系の強誘電体材料は、その変位が電界の２乗に比例するので、駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの直線性が低くなる。すなわち、リラクサー系の強誘電体材料を含有すると決定係数Ｒ2が０．９未満となりやすい。そこで、決定係数Ｒ2を０．９以上とするには、リラクサー系の強誘電体材料の含有量を圧電体層４の総量に対して０．０５〜５０重量％、好ましくは０．０５〜３０重量％とするのがよい。これに対し、リラクサー系の強誘電体材料の含有量が前記範囲外であると、決定係数Ｒ2が０．９未満となるおそれがあるので好ましくない。また、下記で説明する圧電セラミックスの組成を調整して、決定係数Ｒ2を０．９以上としてもよい。 Here, since the displacement of the relaxor-type ferroelectric material as described above is proportional to the square of the electric field, the linearity when the relationship between the driving voltage and the displacement is linearly approximated by the method of least squares is lowered. . That is, when a relaxor ferroelectric material is contained, the determination coefficient R 2 tends to be less than 0.9. Therefore, in order to set the determination coefficient R 2 to 0.9 or more, the content of the relaxor-type ferroelectric material is 0.05 to 50% by weight, preferably 0.05 to 0.5% by weight with respect to the total amount of the piezoelectric layer 4. It should be 30% by weight. On the other hand, if the content of the relaxor ferroelectric material is out of the above range, the determination coefficient R 2 may be less than 0.9, which is not preferable. Further, the determination coefficient R 2 may be set to 0.9 or more by adjusting the composition of the piezoelectric ceramic described below.

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る。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等が例示できる。   As the piezoelectric layer 4, ceramics (piezoelectric ceramics) exhibiting piezoelectricity can be used. Specifically, for example, Bi layered compound (layered perovskite type compound), tungsten bronze type compound, Nb-based perovskite type compound [Nb acid alkaline compound (NAC) such as sodium Nb acid, Nb acid alkaline earth such as Nb acid barium, etc. Compound (NAEC)], lead magnesium niobate (PMN series), lead nickel niobate (PNN series), lead zirconate titanate (PZT) containing Pb, substances containing perovskite type compounds such as lead titanate, etc. Can be illustrated.

本実施形態では、上記のうち、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好ましい。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を好適に使用できる。 In the present embodiment, among the above, a perovskite compound containing at least Pb is preferable. For example, lead magnesium niobate (PMN), nickel niobate (PNN), lead zirconate titanate (PZT) containing Pb, lead titanate and the like are preferable. In particular, a crystal containing Pb as the A site constituent element and Zr and Ti as the B site constituent element is preferable. With such a composition, a piezoelectric layer having a high piezoelectric constant can be obtained. Among these, lead zirconate titanate (PZT) and lead titanate are suitable for adding a large displacement. As an example of the perovskite crystal, PbZrTiO 3 can be preferably used.

また、圧電セラミックスには、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。 In addition, other oxides may be mixed with the piezoelectric ceramic, and other elements may be substituted at the A site and / or the B site as subcomponents as long as the properties are not adversely affected. . For example, it may be a solid solution of Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 and Pb (Ni 1/2 Te 1/2 ) O 3 to which Zn, Sb, Ni and Te are added as subcomponents.

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。   The thickness of the piezoelectric layer 4 is about 5 to 50 μm, preferably about 10 to 30 μm. Thereby, the displacement element 6 can show a high displacement. On the other hand, when the thickness is less than 5 μm, the mechanical strength is lowered, and there is a risk of breaking during handling and operation. When the thickness is more than 50 μm, the displacement may be lowered, which is not preferable.

（圧電振動板）
圧電振動板２は圧電セラミックスからなり、上記圧電体層４の圧電セラミックス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噴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。該圧電振動板２の厚みは５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ程度であるのがよい。 (Piezoelectric diaphragm)
The piezoelectric diaphragm 2 is made of piezoelectric ceramics, and is preferably made of substantially the same material as the piezoelectric ceramics of the piezoelectric layer 4. As a result, when the piezoelectric diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4 are fired at the same time, firing shrinkage in the piezoelectric actuator 1 can be made uniform, and warping deformation can be suppressed. In addition, when the piezoelectric actuator 1 is applied to a liquid ejecting apparatus such as an ink jet recording head, it is preferable that the material has excellent ink resistance such as corrosion resistance and water resistance against ink used. The thickness of the piezoelectric diaphragm 2 is about 5 to 50 μm, preferably about 10 to 30 μm.

（共通電極）
共通電極３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。具体的には、例えばＡｇ−Ｐｄ合金が例示できる。また、共通電極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１〜４μｍであるのがよい。 (Common electrode)
The common electrode 3 is not particularly limited as long as it has electrical conductivity. For example, Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, or an alloy thereof can be used. Specifically, for example, an Ag—Pd alloy can be exemplified. Moreover, the thickness of the common electrode 3 needs to be an extent which has electroconductivity and does not prevent a displacement, and is about 0.5-5 micrometers normally, Preferably it is 1-4 micrometers.

（表面電極）
表面電極５としては、上記した共通電極３と同様に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。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。 (Surface electrode)
The surface electrode 5 is not particularly limited as long as it has conductivity like the common electrode 3 described above. For example, Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, or an alloy thereof is used. Can do. Moreover, the thickness of the surface electrode 5 needs to be a grade which has electroconductivity and does not prevent a displacement, for example, about 0.1-2 micrometers, Preferably it is 0.1-0.5 micrometer, More preferably, it is 0.00. It should be 1 to 0.3 μm.

＜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には、リラクサー系の強誘電体材料を含有させる。 <Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 1 described above will be described.
(First step)
First, a piezoelectric ceramic raw material powder as a raw material for the piezoelectric layer 4 and the piezoelectric diaphragm 2 is prepared. At this time, the piezoelectric ceramic raw material powder used as the raw material of the piezoelectric layer 4 contains a relaxor-type ferroelectric material.

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。   The average particle size of the piezoelectric ceramic raw material powder is preferably 1 μm or less, particularly 0.7 μm or less, and more preferably 0.6 μm or less. By setting the average particle size of the piezoelectric ceramic raw material powder to 1 μm or less, uniform firing shrinkage can be obtained during sintering, and the homogeneous piezoelectric layer 4 and the piezoelectric diaphragm 2 can be obtained. The piezoelectric ceramic raw material powder and the organic binder component are mixed to prepare a sheet forming slurry. Next, a required number of ceramic green sheets are produced by using this forming slurry by a general sheet forming method such as a roll coater method, a slit coater method, or a doctor blade method.

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。   The ceramic green sheet obtained above is pressurized as necessary. By pressurizing the ceramic green sheet after forming the sheet, it is possible to increase the density of the sheet and reduce height variation and density variation. As a pressurizing method, a known method can be adopted, but it is preferable to use a roll pressurizing method, a plane pressurizing method, a hydrostatic pressurizing method or the like from the viewpoint that a uniform height can be easily obtained. Moreover, although the pressure at the time of pressurization changes with material composition, the amount of organic binders, the height of a green sheet, etc., it is good to pressurize with the pressure of 10-100 MPa normally, Preferably it is 20-50 MPa, More preferably, it is 30-40 MPa. . When the height variation of each green sheet obtained by pressing is 15% or less, particularly 10% or less, the height variation of the piezoelectric layer 4 and the diaphragm 2 formed after firing is reduced, and warp deformation is caused. Can be prevented.

（第２の工程）
次に、上記共通電極３で例示した電極材料を含有する共通電極ペーストを作製する。この共通電極ペーストには、電極材料（Ａｕ、Ａｇなど）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うち、焼成により圧電振動板２となるグリーンシートの一方の表面に、共通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。 (Second step)
Next, a common electrode paste containing the electrode material exemplified for the common electrode 3 is prepared. This common electrode paste contains components such as an organic material such as ethyl cellulose in addition to electrode materials (Au, Ag, etc.). And among the ceramic green sheets produced above, the common electrode paste is printed by a method such as screen printing on one surface of the green sheet that becomes the piezoelectric diaphragm 2 by firing. In this case, the thickness is desirably adjusted to 1 to 3 μm, and the variation (difference between the maximum value and the minimum value) is set to 0.5 to 1 μm. Further, if necessary, a via hole may be formed in a part of the green sheet, and a via conductor may be inserted therein.

（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。 (Third step)
The ceramic green sheets produced in the first step and the second step are laminated and brought into close contact to produce a laminate. In addition, as a method of performing adhesion, a method of using an adhesion liquid containing an adhesive component, a method of adhering to an organic binder component in a green sheet by heating, a method of adhering only by pressure, etc. Can be illustrated.

（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。 (Fourth process)
The laminated body obtained in the third step is degreased as necessary to remove organic components in the laminated body, and then fired at 900 to 1200 ° C. in a (high concentration) oxygen atmosphere. A laminated sintered body is obtained.

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。   In the fourth step (firing step), the laminated body obtained in the third step is stacked in multiple stages via a sample base plate made of zirconia or magnesia, and further, It is desirable to sinter with a weight. By adopting such a method, warping deformation of the laminated sintered body is suppressed, and a piezoelectric actuator made of a thin sintered body having a thickness of 100 μm or less can be provided.

（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を必要に応じて分極し、積層圧電体である圧電アクチュエータ１が得られる。なお、この圧電アクチュエータ１は、分極処理を行わずに駆動電圧を印加しても、高い変位を示す。 (Fifth step)
Next, a surface electrode paste containing the electrode material exemplified for the surface electrode 5 is prepared, and the surface electrode pattern is screen printed on the surface of the laminated sintered body obtained in the fourth step using the paste. Print by the method. And the surface electrode 5 is formed by performing a baking process at 500-800 degreeC, Preferably 650-800 degreeC. Then, the piezoelectric layer 4 is polarized as necessary to obtain the piezoelectric actuator 1 that is a laminated piezoelectric material. The piezoelectric actuator 1 exhibits a high displacement even when a driving voltage is applied without performing a polarization process.

＜液体噴出装置＞
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噴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噴出装置の一実施形態について説明する。図３は、本実施形態の液体噴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。 <Liquid ejection device>
As described above, the piezoelectric actuator of the present invention includes a plurality of displacement elements on one substrate (piezoelectric vibration plate), and therefore can be suitably used for a liquid ejecting apparatus such as an ink jet recording head. Hereinafter, an embodiment of a liquid ejecting apparatus including the piezoelectric actuator of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the liquid ejection device of the present embodiment. In FIG. 3, the same or equivalent parts as those in FIGS. 1 and 2 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図３に示すように、この液体噴出装置２０は、液体流路部材１６と、液体加圧手段として上記で説明した圧電アクチュエータ１を備えている。液体流路部材１６は、液体流路１６ａと連通した液体噴出孔１８が複数併設して設けられている。また、各液体流路１６ａを仕切る壁として隔壁１６ｂが形成されている。そして、該流路部材１６上に圧電アクチュエータ１が接合され、圧電アクチュエータ１の圧電振動板２が各液体流路１６ａの壁の一部を構成している。   As shown in FIG. 3, the liquid ejection device 20 includes a liquid flow path member 16 and the piezoelectric actuator 1 described above as a liquid pressurizing unit. The liquid flow path member 16 is provided with a plurality of liquid ejection holes 18 communicating with the liquid flow path 16a. Further, a partition wall 16b is formed as a wall for partitioning each liquid channel 16a. The piezoelectric actuator 1 is bonded onto the flow path member 16, and the piezoelectric diaphragm 2 of the piezoelectric actuator 1 constitutes a part of the wall of each liquid flow path 16a.

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、液体が噴出されると、噴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。   A common liquid supply flow path (not shown) provided in the flow path member 16 is connected to the liquid flow path 16a, and liquid from the outside enters the liquid flow paths 16a from the liquid supply flow path. Supplied and filled. And when a liquid is ejected, it is comprised so that the amount of the ejected liquid may flow in into each flow path 16a via the said supply flow path.

流路部材１６は圧延法等により得られ、液体噴出孔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。   The flow path member 16 is obtained by a rolling method or the like, and the liquid ejection hole 18 and the liquid flow path 16a are provided by being processed into a predetermined shape by etching or the like. The flow path member 16 is preferably formed of at least one selected from the group consisting of Fe—Cr, Fe—Ni, and WC—TiC, and is made of a material particularly excellent in corrosion resistance to ink. Desirably, the Fe-Cr system is more preferable.

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。   The flow path member 16 and the piezoelectric actuator 1 are preferably bonded together through an adhesive layer, for example, so that the piezoelectric diaphragm 2 is in contact with the space of the liquid flow path 16a. 6 are joined so that each surface electrode 5 and each liquid flow path 16a correspond.

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、液体噴出装置２０を得ることができる。   As the adhesive layer, various known ones can be employed, and epoxy resin or phenol having a thermosetting temperature of 100 to 150 ° C. without affecting the piezoelectric actuator 1 or the flow path member 16 by heat. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group of resins and polyphenylene ether resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator 1 and the flow path member 16 can be heat-bonded, and the liquid ejection device 20 can be obtained.

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噴出孔１８から噴出させることができる。ここで、圧電アクチュエータ１の圧電体層４は柔軟性に優れるリラクサー系の強誘電体材料を含有しているので、アクチュエータ１を流路部材１６に貼り付けて応力が発生しても、該応力を解放することができる。   Then, by applying a driving voltage to the predetermined surface electrode 5 among the plurality of surface electrodes 5 in the piezoelectric actuator 1 and displacing the predetermined displacement element 6, the volume of the liquid channel 16 a is changed, and the liquid channel The liquid flowing through 16 a can be ejected from the liquid ejection hole 18. Here, since the piezoelectric layer 4 of the piezoelectric actuator 1 contains a relaxor-type ferroelectric material having excellent flexibility, even if the actuator 1 is attached to the flow path member 16 and stress is generated, the stress is generated. Can be released.

また、上記したような構成の液体噴出装置２０は、高速で高精度な噴出が可能であり、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、該インクを液体噴出孔１８から噴出させ、該液体噴出孔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。   In addition, the liquid ejection device 20 having the above-described configuration can be ejected at high speed and with high accuracy, and can be suitably applied as an ink jet recording head (printing head). That is, the liquid is ink, the ink is ejected from the liquid ejection hole 18, and characters or pictures are displayed on the surface of a display member (not shown) arranged facing the liquid ejection hole 18. Is preferred.

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。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was shown, it cannot be overemphasized that this invention can be applied not only to the embodiment mentioned above but what was changed and improved in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the case where each of the piezoelectric diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4 is composed of one layer has been described, but the present invention is not limited to this, and the piezoelectric diaphragm and / Or the piezoelectric layer may be composed of a plurality of layers. In this case, the thickness of the piezoelectric actuator can be easily adjusted.

また、上記で説明した通り、圧電振動板２は圧電体層４の圧電セラミックス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の圧電セラミックス組成は完全に一致している必要はなく、本発明の効果、すなわち変位特性および駆動耐久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。   In addition, as described above, the piezoelectric diaphragm 2 is preferably made of substantially the same material as the piezoelectric ceramic of the piezoelectric layer 4, but the piezoelectric ceramic compositions of the piezoelectric diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4 are completely the same. The composition may be different as long as the effect of the present invention, that is, the piezoelectric actuator excellent in displacement characteristics and driving durability can be obtained.

また、液体流路部材１６および圧電アクチュエータ１を、接着層を介して積層接着する場合について説明したが、液体流路部材と圧電アクチュエータとが一体形成された液体噴出装置、すなわち流路一体型の圧電アクチュエータ（流路一体型磁器）であってもよい。   Further, the case where the liquid flow path member 16 and the piezoelectric actuator 1 are laminated and bonded through the adhesive layer has been described. However, the liquid ejection device in which the liquid flow path member and the piezoelectric actuator are integrally formed, that is, the flow path integrated type. A piezoelectric actuator (a flow path integrated porcelain) may be used.

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。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

（圧電アクチュエータの作製）
ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電振動板用のセラミックグリーンシートに、Ａｇを主成分とする共通電極を印刷した。ついで、その上にリラクサー系の強誘電体材料を含有したＰＺＴからなる圧電体層を積層し、焼成により一体化させた。その後、Ａｕからなる表面電極を印刷して焼き付けを行い、圧電アクチュエータを得た。なお、前記リラクサー系の強誘電体材料としては、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を用い、該リラクサー系の強誘電体材料を圧電体層の総量に対して２７重量％の割合で含有した。また、表面電極は圧電体層の表面に２次元的に複数配列させた（１ｃｍ2当り１５０個の密度）。得られた圧電アクチュエータの厚みは４０μｍであった。 (Production of piezoelectric actuator)
A common electrode mainly composed of Ag was printed on a ceramic green sheet for piezoelectric diaphragm made of lead zirconate titanate (PZT). Next, a piezoelectric layer made of PZT containing a relaxor-based ferroelectric material was laminated thereon and integrated by firing. Thereafter, a surface electrode made of Au was printed and baked to obtain a piezoelectric actuator. As the relaxor-based ferroelectric material, Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 is used, and the relaxor-based ferroelectric material is 27% by weight with respect to the total amount of the piezoelectric layers. Contained in proportions. A plurality of surface electrodes were two-dimensionally arranged on the surface of the piezoelectric layer (density of 150 per 1 cm 2 ). The thickness of the obtained piezoelectric actuator was 40 μm.

（決定係数Ｒ2）
上記で得られた圧電アクチュエータについて、駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2を算出した。具体的には、駆動電圧を４〜２８Ｖの範囲に設定し、各駆動電圧における変位（ｎｍ）をレーザードップラー振動計で測定し、得られた測定値をプロットして駆動電圧と変位との関係を示すグラフを得た。ついで、該グラフにおける複数のプロットに近似する直線を最小自乗法により求め、決定係数Ｒ2を特開２００２−７１６８８号公報（［００２８］〜［００３６］段落）に記載されている方法で算出した。その結果を図４に示す。 (Decision coefficient R 2 )
For the piezoelectric actuator obtained above, a determination coefficient R 2 was calculated when the relationship between the drive voltage and displacement was linearly approximated by the method of least squares. Specifically, the drive voltage is set in the range of 4 to 28 V, the displacement (nm) at each drive voltage is measured with a laser Doppler vibrometer, and the obtained measurement values are plotted to show the relationship between the drive voltage and the displacement. A graph showing was obtained. Next, a straight line approximating a plurality of plots in the graph was obtained by the method of least squares, and the determination coefficient R 2 was calculated by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-71688 (paragraphs [0028] to [0036]). . The result is shown in FIG.

図４から明らかなように、実施例１の圧電アクチュエータは決定係数Ｒ2が０．９９であり、直線性が高いのがわかる。この圧電アクチュエータについて、駆動耐久性を下記のようにして評価した。 As can be seen from FIG. 4, the piezoelectric actuator of Example 1 has a determination coefficient R 2 of 0.99, indicating that the linearity is high. The driving durability of this piezoelectric actuator was evaluated as follows.

（駆動耐久性）
駆動電圧を２０Ｖに設定して変位素子を１５０時間変位させ、変位初期（３０分後）と１５０時間後の変位を式：［１−（１５０時間後の変位／変位初期）］×１００に当てはめ、１５０時間後変位劣化率（％）を算出した。 (Driving durability)
Displacement element is displaced for 150 hours with driving voltage set to 20V, and the initial displacement (after 30 minutes) and the displacement after 150 hours are applied to the formula: [1- (displacement after 150 hours / initial displacement)] × 100. The displacement deterioration rate (%) after 150 hours was calculated.

その結果、実施例１の圧電アクチュエータは、１５０時間駆動後の変位劣化率が１％以下であった。このことから、変位劣化が抑制され、駆動耐久性に優れた圧電アクチュエータが得られているのがわかる。   As a result, the piezoelectric actuator of Example 1 had a displacement deterioration rate of 1% or less after driving for 150 hours. From this, it can be seen that a piezoelectric actuator with suppressed displacement and excellent driving durability is obtained.

［比較例１］
リラクサー系の強誘電体材料として実施例１と同じＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を用い、該リラクサー系の強誘電体材料の含有量を実施例１の２７重量％に代えて９０重量％にした以外は、実施例１と同様にして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ついて、実施例１と同様にして決定係数Ｒ2を算出した。その結果を図４に示す。 [Comparative Example 1]
The same Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as in Example 1 was used as the relaxor-based ferroelectric material, and the content of the relaxor-based ferroelectric material was changed to 27% by weight of Example 1. A piezoelectric actuator was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was 90% by weight.
Next, a determination coefficient R 2 was calculated for this piezoelectric actuator in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.

図４から明らかなように、比較例１の圧電アクチュエータは決定係数Ｒ2が０．８であり、実施例１に対して直線性が低いのがわかる。ついで、この圧電アクチュエータについて、実施例１と同様にして駆動耐久性を評価した。 As is clear from FIG. 4, the piezoelectric actuator of Comparative Example 1 has a determination coefficient R 2 of 0.8, indicating that the linearity is lower than that of Example 1. Next, the driving durability of this piezoelectric actuator was evaluated in the same manner as in Example 1.

その結果、比較例１の圧電アクチュエータは、変位劣化率が５％以上と大きい結果を示した。このことから、比較例１の圧電アクチュエータは、初期の変位は実施例１の圧電アクチュエータより優れるものの、駆動耐久性が低いことがわかる。   As a result, the piezoelectric actuator of Comparative Example 1 showed a large displacement deterioration rate of 5% or more. From this, it can be seen that the piezoelectric actuator of Comparative Example 1 has an initial displacement superior to that of Example 1 but has low driving durability.

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。It is a schematic sectional drawing which shows the piezoelectric actuator concerning one Embodiment of this invention. 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平面図である。It is a top view which shows the piezoelectric actuator concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる液体噴出装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the liquid ejection apparatus concerning one Embodiment of this invention. 実施例における駆動電圧と変位との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drive voltage and displacement in an Example. 従来の圧電アクチュエータを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the conventional piezoelectric actuator.

符号の説明Explanation of symbols

１ 圧電アクチュエータ
２ 圧電振動板
３ 共通電極
４ 圧電体層
５ 表面電極
６ 変位素子
１６ 流路部材
１６ａ 液体流路
１６ｂ 隔壁
１８ 液体噴出孔
２０ 液体噴出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator 2 Piezoelectric diaphragm 3 Common electrode 4 Piezoelectric layer 5 Surface electrode 6 Displacement element 16 Channel member 16a Liquid channel 16b Partition 18 Liquid ejection hole 20 Liquid ejection device

Claims (3)

圧電体層が駆動部と非駆動部とで構成され、前記駆動部には該駆動部の圧電体層を挟持する一対の電極が設けられ、該一対の電極に駆動電圧を印加すると前記駆動部の圧体電層が広がり振動に基づく変位を発生する圧電アクチュエータであって、
前記圧電体層はリラクサー系の強誘電体材料を含有し、かつ前記駆動電圧と変位との関係を最小自乗法により直線近似したときの決定係数Ｒ2が０．９以上であることを特徴とする圧電アクチュエータ。 The piezoelectric layer is composed of a drive unit and a non-drive unit, and the drive unit is provided with a pair of electrodes that sandwich the piezoelectric layer of the drive unit, and when the drive voltage is applied to the pair of electrodes, the drive unit A piezoelectric actuator that generates a displacement based on vibrations, in which
The piezoelectric layer and wherein the containing ferroelectric material of relaxer system, and the coefficient of determination R 2 when the straight-line approximation by a least squares method the relationship between the drive voltage and the displacement is less than 0.9 Piezoelectric actuator. 前記圧電体層を挟持する一対の電極が共通電極および表面電極であり、圧電セラミックスからなる圧電振動板の表面上に前記共通電極、圧電体層および表面電極をこの順に積層し、該表面電極を前記圧電体層の表面に２次元的に複数配列してなる請求項１記載の圧電アクチュエータ。   A pair of electrodes sandwiching the piezoelectric layer is a common electrode and a surface electrode, and the common electrode, the piezoelectric layer and the surface electrode are laminated in this order on the surface of a piezoelectric diaphragm made of piezoelectric ceramics, and the surface electrode is 2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a plurality of two-dimensional arrays are provided on the surface of the piezoelectric layer. 液体流路部材と液体加圧手段とを備え、前記液体流路部材には液体流路と連通した液体噴出孔が設けられており、前記液体加圧手段が請求項１または２記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液体噴出装置。
The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising: a liquid flow path member and a liquid pressurizing unit, wherein the liquid flow path member is provided with a liquid ejection hole communicating with the liquid flow path. A liquid ejection device characterized by
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