JP5096659B2 - Piezoelectric actuator and print head - Google Patents

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JP5096659B2 JP2004054643A JP2004054643A JP5096659B2 JP 5096659 B2 JP5096659 B2 JP 5096659B2 JP 2004054643 A JP2004054643 A JP 2004054643A JP 2004054643 A JP2004054643 A JP 2004054643A JP 5096659 B2 JP5096659 B2 JP 5096659B2
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Description

本発明は、積層圧電体、圧電アクチュエータおよび印刷ヘッドに関し、より詳しくは、例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、AEセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インジェクタ、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モータ、超音波振動子、フィルタ等に好適な積層圧電体、広がり振動、伸び振動、厚みたて振動を利用した圧電アクチュエータ、および文字や画像の印刷に用いるインクジェット式プリンタに搭載される印刷ヘッドに関する。   The present invention relates to a laminated piezoelectric material, a piezoelectric actuator, and a print head. More specifically, for example, a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, and an AE sensor, a fuel injection injector, a print head for an inkjet printer, a piezoelectric resonator, an oscillator, Laminate piezoelectric material suitable for ultrasonic motors, ultrasonic vibrators, filters, etc., piezoelectric actuators using spreading vibration, stretching vibration, thickness vibration, and printing mounted on inkjet printers used for printing characters and images Regarding the head.

従来から、圧電性セラミックスを利用した製品としては、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μ秒オーダー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圧電アクチュエータやインクジェットプリンタの印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ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, and piezoelectric sensors. Among them, the piezoelectric actuator has a very high response speed to the electric signal on the order of microseconds, so that it can be used as a piezoelectric actuator for positioning an XY stage of a semiconductor manufacturing apparatus, a piezoelectric actuator used for a print head of an ink jet printer, or the like. Applied. In particular, due to the recent increase in speed and cost of color printers, there is an increasing demand for use in ink ejection actuators such as inkjet printers.

この要求に対して、例えば特許文献1には、圧電性セラミックスを主成分とする厚み数百μmのグリーンシート表面に電極ペーストを塗布・印刷して内部電極を形成し、このグリーンシートを複数枚積層した後、脱バインダー処理してグリーンシートや内部電極に含まれるバインダーを除去し、その後焼結して焼成体を得、さらにこの焼成体に絶縁体、外部電極およびリード線を形成して作製される圧電アクチュエータが開示されている。この圧電アクチュエータにおける内部電極材としては、Ag−Pd合金が用いられている。   In response to this requirement, for example, Patent Document 1 discloses that an internal electrode is formed by applying and printing an electrode paste on the surface of a green sheet mainly composed of piezoelectric ceramics and having a thickness of several hundreds μm. After lamination, the binder is removed to remove the binder contained in the green sheet and internal electrode, and then sintered to obtain a fired body. Further, an insulator, external electrode, and lead wire are formed on the fired body. A piezoelectric actuator is disclosed. An Ag—Pd alloy is used as the internal electrode material in this piezoelectric actuator.

このような圧電アクチュエータは、同時焼成により圧電セラミック層と内部電極の多層積層体を容易にかつ安価に作製できるという特徴を有しており、インクジェットプリンタ用の印刷ヘッド、XYステージ位置決め装置などに好適に使用されている。   Such a piezoelectric actuator has a feature that a multilayer laminate of a piezoelectric ceramic layer and internal electrodes can be easily and inexpensively manufactured by simultaneous firing, and is suitable for a print head for an inkjet printer, an XY stage positioning device, and the like. Is used.

ところが、上記のような従来の圧電アクチュエータは、圧電セラミック層と内部電極の密着強度が必ずしも十分ではなく、しかも圧電アクチュエータの使用時には、駆動電圧の印加によって例えば1秒間に16000回(16kHz)の速度で変形して変位を発生させるため、圧電セラミック層間および圧電セラミック層と内部電極との間に応力が加わって層間剥離(デラミネーション)が発生するという問題があった。   However, in the conventional piezoelectric actuator as described above, the adhesion strength between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode is not always sufficient, and when the piezoelectric actuator is used, for example, a speed of 16000 times per second (16 kHz) by applying a driving voltage. Therefore, there is a problem that delamination occurs due to stress applied between the piezoelectric ceramic layers and between the piezoelectric ceramic layers and the internal electrodes.

そこで、特許文献2には、内部電極材料である導電ペースト中に圧電セラミックス層と略同一のセラミックス粉末(共材)を添加することにより、内部電極を介して対向する2層の圧電セラミックス層を連結し、積層体の層間密着強度を高めることが提案されている。   Therefore, Patent Document 2 discloses that two piezoelectric ceramic layers facing each other through the internal electrode are added by adding substantially the same ceramic powder (co-material) as the piezoelectric ceramic layer to the conductive paste as the internal electrode material. It has been proposed to increase the interlayer adhesion strength of the laminate by connecting them.

一方、近年進歩の著しい高精度プリンタにおいては大きな変位量が要求される傾向にあるが、特許文献1に記載の圧電アクチュエータでは、圧電セラミック層の厚みおよび全体厚みが厚いため変位量が制限される。したがって、圧電アクチュエータの変位量を大きくするために、近年では全体の厚みを薄くする傾向にあり、特に高速プリンタに対応するためには全体の厚みを100μm以下にする必要がある。   On the other hand, high-precision printers that have made remarkable progress in recent years tend to require a large amount of displacement. However, in the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, the amount of displacement is limited due to the large thickness and overall thickness of the piezoelectric ceramic layer. . Therefore, in order to increase the displacement amount of the piezoelectric actuator, the total thickness tends to be reduced in recent years. In particular, the total thickness needs to be 100 μm or less in order to cope with a high-speed printer.

しかも、特許文献2に記載の方法では、圧電アクチュエータのように変位を発生する過酷な使用条件下では必ずしも十分な層間強度を得ることができず、特に上記のような全体厚み100μm以下の薄層の圧電アクチュエータでは、圧電セラミック層の厚みが薄いため、焼成による変形が顕著となり、特に各圧電セラミック層の厚みが25μm以下の圧電積層体では変形を抑制することが極めて困難であった。このような変形によるデラミネーションに起因して変位量のばらつきが大きくなり、特に、同一基板に複数の圧電素子を有する圧電積層体では、アクチュエータとしての変位制御が困難であった。
特開平11−121820号公報 特開平10−172855号公報
Moreover, in the method described in Patent Document 2, sufficient interlayer strength cannot always be obtained under severe use conditions that cause displacement as in the case of a piezoelectric actuator, and in particular, a thin layer having an overall thickness of 100 μm or less as described above. In this piezoelectric actuator, since the thickness of the piezoelectric ceramic layer is thin, deformation due to firing becomes remarkable. In particular, it is extremely difficult to suppress deformation in a piezoelectric laminate in which each piezoelectric ceramic layer has a thickness of 25 μm or less. Due to the delamination caused by such deformation, the variation of the displacement amount becomes large. In particular, in a piezoelectric laminate having a plurality of piezoelectric elements on the same substrate, it is difficult to control the displacement as an actuator.
JP 11-121820 A JP-A-10-172855

本発明の課題は、全体厚みが100μm以下であっても層間剥離を抑制でき、優れた圧電特性が得られ、しかも変位制御が容易な積層圧電体、圧電アクチュエータおよびこれを備えた印刷ヘッドを提供することである。   An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric body, a piezoelectric actuator, and a print head including the same, which can suppress delamination even when the total thickness is 100 μm or less, obtain excellent piezoelectric characteristics, and easily control displacement. It is to be.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、積層圧電体の電極層を構成するAg−Pd合金中において、共材の大部分をAg−Pd合金の粒界の3重点に存在させることで、圧電セラミック層と電極との層間剥離を抑制することができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that most of the common material in the Ag—Pd alloy constituting the electrode layer of the laminated piezoelectric body is 3 of the grain boundary of the Ag—Pd alloy. A new fact that delamination between the piezoelectric ceramic layer and the electrode can be suppressed by the presence of emphasis has been found, and 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印刷ヘッドは、以下の構成からなる。
(1) 複数の圧電セラミック層を積層した積層体と、該積層体の表面および/または内部に設けられたAg−Pd合金からなる電極層とを備えた厚み100μm以下の圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層は、ジルコン酸チタン酸鉛から構成されており、前記電極層がセラミックスからなる共材を含有し、該共材の90%以上が前記Ag−Pd合金の粒界の3重点に存在することを特徴とする圧電アクチュエータ
(2) 前記Ag−Pd合金の結晶平均粒径(M)と前記共材の平均粒径(T)との比(M/T)が2.5以上である(1)記載の圧電アクチュエータ
(3) 前記Ag−Pd合金がAgを70体積%以上含有する(1)または(2)記載の圧電アクチュエータ
(4) 前記電極層が、前記Ag−Pd合金を50〜90体積%、前記共材を10〜50体積%の割合で含有する(1)〜(3)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(5) 前記共材を構成するセラミックスが、前記圧電セラミック層を構成する圧電性セラミックスと略同一組成である(1)〜(4)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(6) 前記積層体の内部に少なくとも1層の前記電極層が設けられ、該電極層を介して対向する2層の圧電セラミック層が電極層中の前記共材により連結されている(1)〜(5)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(7) 前記圧電セラミック層を構成する圧電性セラミックスがPbを含有する(1)〜(6)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(8) 前記圧電セラミック層の厚みが1〜50μmの範囲にある(1)〜(7)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(9) 機械的品質係数(Qm)の標準偏差σを機械的品質係数(Qm)の平均値で除し100倍した値が10以下である(1)〜(8)のいずれかに記載の圧電アクチュエータ
(10) 前記(1)〜(9)のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータが、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取り付けられたことを特徴とする印刷ヘッド。
That is, pressure electrostatic actuator and the print head of the present invention comprises the following arrangement.
(1) A piezoelectric actuator having a thickness of 100 μm or less, comprising a laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated, and an electrode layer made of an Ag—Pd alloy provided on the surface and / or inside of the laminate, The piezoelectric ceramic layer is made of lead zirconate titanate, and the electrode layer contains a common material made of ceramics, and 90% or more of the common material is at the triple point of the grain boundary of the Ag-Pd alloy. A piezoelectric actuator characterized in that it exists.
(2) The piezoelectric actuator according to (1), wherein a ratio (M / T) of an average grain size (M) of the Ag—Pd alloy to an average grain size (T) of the common material is 2.5 or more.
(3) The piezoelectric actuator according to (1) or (2), wherein the Ag—Pd alloy contains 70% by volume or more of Ag.
(4) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (3), wherein the electrode layer contains 50 to 90% by volume of the Ag—Pd alloy and 10 to 50% by volume of the common material.
(5) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (4), wherein the ceramic constituting the common material has substantially the same composition as the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer.
(6) At least one electrode layer is provided inside the laminate, and two piezoelectric ceramic layers facing each other through the electrode layer are connected by the common material in the electrode layer (1) The piezoelectric actuator according to any one of to (5).
(7) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (6), wherein the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer contains Pb.
(8) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (7), wherein the piezoelectric ceramic layer has a thickness in a range of 1 to 50 μm.
(9) The value obtained by dividing the standard deviation σ of the mechanical quality factor (Qm) by the average value of the mechanical quality factor (Qm) and multiplying by 100 is 10 or less. Piezoelectric actuator .
(10) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (9) is mounted on a flow path member in which a plurality of ink flow paths having ink discharge holes are arranged. Print head.

前記(1)記載の圧電アクチュエータによれば、共材の90%以上をAg−Pd合金の粒界の3重点に存在させることで、電極中のポア(空孔)の発生を抑制して、圧電セラミック層と電極との層間剥離を抑制することができるので、圧電特性を表す圧電定数(d31)を高めて大きな変位量を得ることができるとともに、弾性的特性を表す機械的品質係数(Qm)のばらつきを抑制することができる。これにより、優れた圧電特性を備え、しかも変位制御が容易な圧電アクチュエータを提供することができる。
According to the piezoelectric actuator described in the above (1), by causing 90% or more of the common material to exist at the triple point of the grain boundary of the Ag—Pd alloy, generation of pores (holes) in the electrode is suppressed, Since delamination between the piezoelectric ceramic layer and the electrode can be suppressed, a large displacement can be obtained by increasing the piezoelectric constant (d31) representing the piezoelectric characteristics, and a mechanical quality factor (Qm) representing the elastic characteristics. ) Can be suppressed. As a result, a piezoelectric actuator having excellent piezoelectric characteristics and easy displacement control can be provided.

前記(2)記載のように、Ag−Pd合金の結晶平均粒径(M)と共材の平均粒径(T)との比(M/T)が2.5以上であるときには、共材が粒界の3重点に存在する確率が向上する。一方、比(M/T)が上記範囲外、すなわち共材の平均粒径が大きいと、共材が粒界の3重点に存在しにくくなるおそれがある。   As described in (2) above, when the ratio (M / T) of the average grain size (M) of the Ag—Pd alloy to the average grain size (T) of the common material is 2.5 or more, the common material This increases the probability that there is a triple point at the grain boundary. On the other hand, if the ratio (M / T) is outside the above range, that is, if the average particle size of the common material is large, the common material may not easily exist at the triple point of the grain boundary.

前記(3)記載のように、電極層におけるAg−Pd合金がAgを70体積%以上含有するときは、電極と圧電セラミック層との濡れ性が向上し、これらの密着強度を高めることができる。   As described in (3) above, when the Ag—Pd alloy in the electrode layer contains 70% by volume or more of Ag, the wettability between the electrode and the piezoelectric ceramic layer is improved, and the adhesion strength between them can be increased. .

前記(4)記載のように、電極層におけるAg−Pd合金と共材との含有割合が上記範囲にあるときには、共材が粒界の3重点に存在する確率をより向上させ、電極中にポアが発生するのをより確実に抑制できる。   As described in (4) above, when the content ratio of the Ag—Pd alloy and the common material in the electrode layer is in the above range, the probability that the common material exists at the triple point of the grain boundary is further improved, The occurrence of pores can be more reliably suppressed.

前記(5)記載のように、セラミック粒子が圧電性セラミックスと略同一組成であるときには、圧電セラミック層と電極層の密着強度をより向上させることができる。   As described in (5) above, when the ceramic particles have substantially the same composition as the piezoelectric ceramic, the adhesion strength between the piezoelectric ceramic layer and the electrode layer can be further improved.

前記(6)記載のように、電極層を介して対向する2層の圧電セラミック層が電極層中の共材により連結されているときには、積層体の層間強度をより向上させることができる。   As described in (6) above, when the two piezoelectric ceramic layers facing each other through the electrode layer are connected by the common material in the electrode layer, the interlayer strength of the laminate can be further improved.

前記(7)記載のように、圧電セラミック層を構成する圧電性セラミックスがPbを含有するときには、電極層を構成するAg−Pd合金との濡れ性を向上させることができる。   As described in (7) above, when the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer contains Pb, wettability with the Ag—Pd alloy constituting the electrode layer can be improved.

前記(8)記載のように、圧電セラミック層の厚み(圧電セラミック層の1層の厚み)が1〜50μmの範囲にあるときには、より大きな変位量を得ることができる。   As described in (8) above, when the thickness of the piezoelectric ceramic layer (the thickness of one piezoelectric ceramic layer) is in the range of 1 to 50 μm, a larger displacement can be obtained.

上記の圧電アクチュエータによれば、前記(9)記載のように、Qmの標準偏差σをQmの平均値で除し100倍した値を10以下にまで低減することができる。これにより、一基板内に複数のアクチュエータを構成する場合、容易に変位制御を行うことが可能になる。
According to the above piezoelectric actuator , as described in (9) above, the value obtained by dividing the standard deviation σ of Qm by the average value of Qm and multiplying it by 100 can be reduced to 10 or less. As a result, when a plurality of actuators are configured on one substrate, displacement control can be easily performed.

(10)記載の印刷ヘッドは、信頼性が高く、優れた圧電特性を備えている。 Printhead before Symbol (10) described, reliable, has excellent piezoelectric properties.

以下、本発明の一実施形態にかかる積層圧電体について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態の積層圧電体を示す概略断面図である。図1に示すように、この積層圧電体は、2層の圧電セラミック層1,1を積層した積層体と、該積層体の表面および内部に設けられた電極層とを備えたものである。   Hereinafter, a laminated piezoelectric material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the laminated piezoelectric body of the present embodiment. As shown in FIG. 1, this laminated piezoelectric body includes a laminated body in which two piezoelectric ceramic layers 1 and 1 are laminated, and electrode layers provided on the surface and inside of the laminated body.

この電極層は、積層体内部に存在する内部電極2と、積層体表面に存在する複数の表面電極3とからなる。この表面電極3、内部電極2およびこれらの電極の間に配置された圧電セラミック層1により、複数の圧電素子が形成されている。この積層圧電体は、表面電極3にリード線を接続して外部との電気接続を施すことで、圧電アクチュエータとして好適に使用可能である。   This electrode layer includes an internal electrode 2 existing inside the multilayer body and a plurality of surface electrodes 3 present on the surface of the multilayer body. A plurality of piezoelectric elements are formed by the surface electrode 3, the internal electrode 2, and the piezoelectric ceramic layer 1 disposed between these electrodes. This laminated piezoelectric body can be suitably used as a piezoelectric actuator by connecting a lead wire to the surface electrode 3 and making an electrical connection with the outside.

積層圧電体の全体厚みTは、100μm以下であることが重要であり、特に85μm以下、更には70μm以下であるのが好ましい。これにより、各圧電素子の変位を大きくすることができ、低電圧で高効率の駆動を実現できる。また、各圧電セラミック層1の厚みtは、好ましくは1〜50μm、より好ましくは3〜22μm、さらに好ましくは5〜19μm、さらに好ましくは7〜16μmであるのが、クラックや破壊を効果的に防止して自形を保ちながら変位を大きくする点でよい。   It is important that the total thickness T of the laminated piezoelectric material is 100 μm or less, particularly 85 μm or less, and more preferably 70 μm or less. Thereby, the displacement of each piezoelectric element can be increased, and high-efficiency driving can be realized at a low voltage. Moreover, the thickness t of each piezoelectric ceramic layer 1 is preferably 1 to 50 μm, more preferably 3 to 22 μm, still more preferably 5 to 19 μm, and further preferably 7 to 16 μm. The point of increasing the displacement is to prevent and maintain the self-shape.

内部電極2は、Ag−Pd合金を主成分とし、セラミックスからなる共材を含有している。Ag−Pd合金としては、好ましくはAgを70体積%以上、より好ましくはAgを70〜99.9体積%、パラジウムを0.1〜30体積%の割合で含有するのがよい。このような組成を有する電極は、圧電セラミック層1を構成する圧電性セラミックスとの濡れ性が高く、密着強度を改善できる。特に、Agを90体積%以上含有するAg−Pd合金は融点が1000℃以下と低く、濡れ性および共材の粒界への移動の点で効果的である。   The internal electrode 2 contains an Ag—Pd alloy as a main component and a co-material made of ceramics. The Ag—Pd alloy preferably contains Ag in an amount of 70% by volume or more, more preferably 70 to 99.9% by volume of Ag and 0.1 to 30% by volume of palladium. The electrode having such a composition has high wettability with the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer 1 and can improve the adhesion strength. In particular, an Ag—Pd alloy containing 90% by volume or more of Ag has a melting point as low as 1000 ° C. or less, and is effective in terms of wettability and movement of the common material to the grain boundary.

また、内部電極2は、セラミックスからなる共材を含有している。Ag−Pd合金と共材の含有割合は、Ag−Pd合金50〜90体積%、共材10〜50体積%の範囲、好ましくはAg−Pd合金70〜80体積%、共材20〜30体積%であるのがよい。これにより、内部電極2と圧電セラミック層1の密着強度をさらに高め、残留応力を低減して圧電特性をより安定化させることができる。内部電極2に厚みは0.5〜5μm、好ましくは1〜3μmであるのがよい。   The internal electrode 2 contains a common material made of ceramics. The content ratio of the Ag-Pd alloy and the common material is in the range of 50 to 90% by volume of the Ag-Pd alloy and 10 to 50% by volume of the common material, preferably 70 to 80% by volume of the Ag-Pd alloy, and 20 to 30% of the common material. % Should be good. Thereby, the adhesion strength between the internal electrode 2 and the piezoelectric ceramic layer 1 can be further increased, the residual stress can be reduced, and the piezoelectric characteristics can be further stabilized. The internal electrode 2 has a thickness of 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 3 μm.

共材としては、種々のセラミックスを用いることができるが、好ましくは圧電セラミック層1と略同一組成の圧電性セラミックスであるのがよい。これにより、共材と圧電セラミック層1の反応あるいは共材の圧電セラミック層1中への拡散が生じやすくなる。   As the co-material, various ceramics can be used, but preferably a piezoelectric ceramic having substantially the same composition as the piezoelectric ceramic layer 1 is preferable. Accordingly, the reaction between the common material and the piezoelectric ceramic layer 1 or the diffusion of the common material into the piezoelectric ceramic layer 1 is likely to occur.

図2は、内部電極2の表面を拡大した一部拡大平面図である。図2に示すように、内部電極2は、Ag−Pd合金30と、該合金30の粒界に存在する共材4からなる。本発明における内部電極2では、共材4の90%以上、好ましくは93%以上が、Ag−Pd合金30の粒界の3重点に存在しているのがよい。これにより、内部電極の焼結を抑制して、内部電極2中のポアの発生量を低減することができ、その結果、層間強度を高めることができる。さらに、Ag−Pd合金の結晶平均粒径(M)と共材の平均粒径(T)の比(M/T)が2.5以上であることにより、共材を粒界に存在させやすくなる。   FIG. 2 is a partially enlarged plan view in which the surface of the internal electrode 2 is enlarged. As shown in FIG. 2, the internal electrode 2 is composed of an Ag—Pd alloy 30 and a common material 4 existing at the grain boundary of the alloy 30. In the internal electrode 2 in the present invention, 90% or more, preferably 93% or more of the co-material 4 is preferably present at the triple point of the grain boundary of the Ag—Pd alloy 30. Thereby, sintering of an internal electrode can be suppressed and the generation amount of pores in the internal electrode 2 can be reduced, and as a result, interlayer strength can be increased. Furthermore, since the ratio (M / T) of the average grain size (M) of the Ag—Pd alloy to the average grain size (T) of the common material is 2.5 or more, the common material can easily exist at the grain boundary. Become.

また、内部電極2を介して対向する2層の圧電セラミック層1,1が共材(不図示)により連結されているのが好ましい。これにより、圧電アクチュエータとして十分な層間強度が得られる。   Further, it is preferable that the two piezoelectric ceramic layers 1 and 1 facing each other through the internal electrode 2 are connected by a common material (not shown). Thereby, sufficient interlayer strength as a piezoelectric actuator can be obtained.

表面電極3の材質としては、導電性を有するものならばいずれでも使用でき、具体的には例えばAu、Ag、Pd、Pt、Cu、Alやこれらの合金などが挙げられるが、上記した内部電極2と同じAg−Pd合金を用いてもよい。表面電極3の厚みは、変位時の拘束を抑制するために薄くするのがよく、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.1〜0.8μmであるのがよい。   Any material can be used as the material of the surface electrode 3 as long as it has conductivity. Specific examples include Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, and alloys thereof. The same Ag—Pd alloy as 2 may be used. The thickness of the surface electrode 3 is preferably thin in order to suppress restraint during displacement, and is preferably 1 μm or less, more preferably 0.1 to 0.8 μm.

本発明における圧電セラミック層1を構成する圧電性セラミックスとしては、圧電性を示すセラミックスであればいずれでもよく、例えばBi層状化合物やタングステンブロンズ構造物質、Nb酸アルカリ化合物のペロブスカイト構造化合物、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ペロブスカイト構造化合物を例示できるが、これら中でもPbを含むジルコン酸チタン酸鉛やチタン酸鉛が、電極との濡れ性を高め、電極との密着強度を高める点で好適である。   The piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer 1 in the present invention may be any ceramic that exhibits piezoelectricity, and includes, for example, a Bi layer compound, a tungsten bronze structure material, a perovskite structure compound of an Nb acid alkali compound, and Pb. Examples include perovskite structure compounds containing lead zirconate titanate (PZT) and lead titanate, among which lead zirconate titanate and lead titanate containing Pb enhance wettability with the electrode. It is suitable at the point which raises adhesive strength with.

すなわち、Aサイト構成元素としてPbを含有し、且つ、Bサイト構成元素としてZrおよび/またはTiを含有する結晶であり、特に、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物であることが、より高いd定数を有する安定な圧電焼結体を得るために好ましい。   That is, it is a crystal containing Pb as an A-site constituent element and Zr and / or Ti as a B-site constituent element. In particular, a lead zirconate titanate-based compound has a higher d constant. This is preferable for obtaining a stable piezoelectric sintered body.

また、圧電セラミック層1が、Sr、Ba、Ni、Sb、Nb、Zn及び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、より安定した圧電焼結体を得ることができ、例えば副成分としてPb(Zn1/3Sb2/3)O3及びPb(Ni1/2Te1/2)O3とを固溶してなるものを例示できる。 Moreover, it is preferable that the piezoelectric ceramic layer 1 contains at least 1 sort (s) among Sr, Ba, Ni, Sb, Nb, Zn, and Te. As a result, a more stable piezoelectric sintered body can be obtained. For example, Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 and Pb (Ni 1/2 Te 1/2 ) O 3 are solidified as subcomponents. What melt | dissolves can be illustrated.

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特にBa、Srが高い変位を得られる点で好ましく、Baを0.02〜0.08モル、Srを0.02〜0.12モル含むことが特に正方晶組成が主体の組成の場合に大きな変位を得るのに有利である。例えば、Pb1-x-ySrxBay(Zn1/3Sb2/3a(Ni1/2Te1/2bZr1-a-b-cTic3+αwt%Pb1/2NbO3(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)で表されものである。
In particular, it is desirable to further contain an alkaline earth element as the A site constituent element. As the alkaline earth element, Ba and Sr are particularly preferable in that a high displacement can be obtained, and the inclusion of 0.02 to 0.08 mol of Ba and 0.02 to 0.12 mol of Sr is particularly mainly tetragonal composition. It is advantageous to obtain a large displacement in the case of the following composition. For example, Pb 1-xy Sr x Ba y (Zn 1/3 Sb 2/3) a (Ni 1/2 Te 1/2) b Zr 1-abc Ti c O 3 + αwt% Pb 1/2 NbO 3 (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 in which it expresses by 1.0).

次に、本発明の積層圧電体の製造方法について、圧電性セラミックスとしてPZTを用いた場合を例に挙げて説明する。
まず、原料として、純度99%、平均粒径1μm以下のPZT粉末を、圧電性セラミックス粉末として準備する。この圧電性セラミックス粉末に適当な有機バインダーを添加しテープ状に成形してグリーンシートを必要枚数作製する。ついで、作製したグリーンシートの一部に、上記した組成Ag−Pd合金および共材を含むAg−Pdペーストを塗布して内部電極を形成し、所望の形状にカットする。ついで、各グリーンシートを積層し、これを400℃程度で脱バインダー処理した後、焼成する。焼成後、表面に所望の電極を形成し分極して積層圧電体を得ることができる。
Next, the manufacturing method of the laminated piezoelectric material of the present invention will be described by taking as an example the case of using PZT as the piezoelectric ceramic.
First, as a raw material, a PZT powder having a purity of 99% and an average particle size of 1 μm or less is prepared as a piezoelectric ceramic powder. An appropriate organic binder is added to the piezoelectric ceramic powder and formed into a tape shape to produce the required number of green sheets. Next, an Ag—Pd paste containing the above composition Ag—Pd alloy and co-material is applied to a part of the produced green sheet to form an internal electrode and cut into a desired shape. Next, the green sheets are laminated, debindered at about 400 ° C., and then fired. After firing, a desired electrode can be formed on the surface and polarized to obtain a laminated piezoelectric material.

このようなAg−Pd合金からなる内部電極2と圧電セラミック層1を組み合わせることによって積層圧電体の弾性的安定性を得ることができ、その結果積層圧電体の機械的品質係数(Qm)のばらつきが抑制される。変位バラツキを10%以内に抑制するためには、積層圧電体の機械的品質係数(Qm)の標準偏差σをその平均値で除し100倍した値が10以下であるのがよい。これにより、さらに変位ばらつきが抑制され、変位制御の容易な積層圧電体を得ることができる。   By combining the internal electrode 2 made of such an Ag—Pd alloy and the piezoelectric ceramic layer 1, the elastic stability of the laminated piezoelectric body can be obtained, and as a result, the mechanical quality factor (Qm) of the laminated piezoelectric body varies. Is suppressed. In order to suppress the displacement variation within 10%, the value obtained by dividing the standard deviation σ of the mechanical quality factor (Qm) of the laminated piezoelectric body by the average value and multiplying by 100 is preferably 10 or less. As a result, it is possible to obtain a laminated piezoelectric body in which displacement variation is further suppressed and displacement control is easy.

なお、グリーンシートを積層して積層体を作製する場合、該グリーンシートと略同一組成の圧電性セラミックスと有機組成物からなる拘束シートを、上記積層体の両面若しくは片面に配置し、加圧密着を行うことが好ましい。このように拘束シートで外側のグリーンシートの収縮を抑制することによって、積層体のソリを低減するという効果が期待でき、支持部材との接着の際の応力低減を可能にする。   In addition, when producing a laminated body by laminating green sheets, a constraining sheet made of a piezoelectric ceramic and an organic composition having substantially the same composition as the green sheet is disposed on both sides or one side of the laminated body, and pressure adhesion It is preferable to carry out. By suppressing the shrinkage of the outer green sheet with the restraint sheet in this way, it is possible to expect the effect of reducing the warpage of the laminate, and it is possible to reduce the stress when adhering to the support member.

次に、本発明の一実施形態にかか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方式の印刷ヘッドについて説明する。図3(a)は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータを備えた印刷ヘッドを示す概略断面図であり、図3(b)は、その平面図である。この圧電アクチュエータは、一基板に複数の圧電素子を備えており、インクジェット方式を利用した記録装置に用いられるインクジェット用印刷ヘッドに好適に用いることができる。   Next, a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention and an ink jet print head including the same will be described. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a print head including the piezoelectric actuator according to the present embodiment, and FIG. 3B is a plan view thereof. This piezoelectric actuator includes a plurality of piezoelectric elements on one substrate, and can be suitably used for an ink jet print head used in a recording apparatus using an ink jet system.

図3(a)に示すように、本実施形態のアクチュエータ15は、圧電セラミック層11a,11bと、これらの圧電セラミック層11a,11bの間に配置された共通電極12と、圧電セラミック層11bの表面に格子状に形成された複数の個別電極13とを備えており、共通電極12と、複数の個別電極13と、該個別電極13と共通電極12の間に位置する圧電セラミック層11bとにより複数の圧電素子14が形成されている。各個別電極13は、それぞれ外部の電子制御回路に独立して接続され、電極間に電圧が印加されると、電圧が印加された共通電極12と個別電極13に挟持された部位の圧電セラミック層11bが変位する。圧電セラミック層11bは、振動板の役割を担っている。   As shown in FIG. 3A, the actuator 15 of this embodiment includes piezoelectric ceramic layers 11a and 11b, a common electrode 12 disposed between the piezoelectric ceramic layers 11a and 11b, and a piezoelectric ceramic layer 11b. A plurality of individual electrodes 13 formed in a lattice shape on the surface, and includes a common electrode 12, a plurality of individual electrodes 13, and a piezoelectric ceramic layer 11b positioned between the individual electrodes 13 and the common electrode 12. A plurality of piezoelectric elements 14 are formed. Each individual electrode 13 is independently connected to an external electronic control circuit, and when a voltage is applied between the electrodes, the common electrode 12 to which the voltage is applied and the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the individual electrodes 13 11b is displaced. The piezoelectric ceramic layer 11b plays the role of a diaphragm.

圧電セラミック層11a,11bとしては、前記した圧電セラミック層1と同様の材料を用いることができる。また、共通電極12および個別電極13は、前記した内部電極2および表面電極3と同様の材料を用いることができる。圧電アクチュエータ15は、上記積層圧電体と同様にして製造される。   As the piezoelectric ceramic layers 11a and 11b, the same material as that of the piezoelectric ceramic layer 1 described above can be used. The common electrode 12 and the individual electrode 13 can be made of the same material as the internal electrode 2 and the surface electrode 3 described above. The piezoelectric actuator 15 is manufactured in the same manner as the laminated piezoelectric material.

本実施形態の印刷ヘッドは、圧電アクチュエータ15を、インク吐出孔16cを有する複数のインク流路16aが配列された流路部材16上に、インク流路16aと個別電極13との位置を揃えて取り付けたものである。各インク流路16aは、隔壁16bにより仕切られている。   In the print head according to the present embodiment, the piezoelectric actuator 15 is arranged on the flow path member 16 in which a plurality of ink flow paths 16a having ink discharge holes 16c are arranged so that the positions of the ink flow paths 16a and the individual electrodes 13 are aligned. It is attached. Each ink flow path 16a is partitioned by a partition wall 16b.

流路部材16は圧延法等によって得られ、インク吐出孔16cおよびインク流路16a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 ink discharge holes 16c and the ink flow path 16a are provided by being processed into a predetermined shape by etching. 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.

圧電アクチュエータ15と流路部材16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13への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜250℃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15と流路部材16とを加熱接合することができ、これにより印刷ヘッドを得ることができる。そして、外部の駆動回路により共通電極12と所定の個別電極13との間に電圧が印加されると、電圧が印加された個別電極13直下の圧電セラミック層11bが変位してインク流路16a内のインクが加圧され、インク吐出孔16cよりインク滴が吐出される。   The piezoelectric actuator 15 and the flow path member 16 can be laminated and bonded via an adhesive layer, for example. A well-known adhesive layer can be used as the adhesive layer, but in order not to affect the piezoelectric actuator 11 and the flow path member 13, an epoxy resin, phenol resin, polyphenylene ether having a thermosetting temperature of 100 to 250 ° C. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group of resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator 15 and the flow path member 16 can be heat-bonded, whereby a print head can be obtained. When a voltage is applied between the common electrode 12 and the predetermined individual electrode 13 by an external drive circuit, the piezoelectric ceramic layer 11b immediately below the individual electrode 13 to which the voltage is applied is displaced, and the ink flow path 16a is displaced. The ink is pressurized and ink droplets are ejected from the ink ejection holes 16c.

このような構成を採用することにより、高速で高精度にインク滴を吐出させることができ、高速印刷に好適な印刷ヘッドを提供することができる。また、本発明の印刷ヘッドと、インクを収容したインクタンクと、このインクタンクから印刷ヘッドにインクを供給するインク供給部と、紙送り装置とを備えたプリンタ(印刷機)を構成することによって、高速・高精度印刷を実現できる。   By adopting such a configuration, ink droplets can be ejected at high speed with high accuracy, and a print head suitable for high-speed printing can be provided. Further, by configuring a printer (printing machine) including the print head of the present invention, an ink tank containing ink, an ink supply unit that supplies ink from the ink tank to the print head, and a paper feeding device. High-speed and high-precision printing can be realized.

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、上記実施形態では、積層圧電体を圧電アクチュエータおよびインクジェット方式の印刷ヘッドに適用した場合について説明したが、本発明の積層圧電体は、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、燃料噴射用インジェクタ、圧電共振子、発振器、超音波モータ、超音波振動子、フィルタ等にも適用できる。   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 the laminated piezoelectric body is applied to a piezoelectric actuator and an inkjet print head has been described. However, the laminated piezoelectric body of the present invention may be a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, or an AE sensor, The present invention can also be applied to fuel injectors, piezoelectric resonators, oscillators, ultrasonic motors, ultrasonic vibrators, filters, and the like.

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example.

圧電セラミックス層の原料粉末として高純度のPb23、ZrO2、TiO2、BaCO3、ZnO、SrCO3、Sb23、NiO、TeO2の各原料粉末を、焼結体がPb1-x-ySrxBay(Zr1/3Sb2/3a(Ni1/2Te1/2bZr1-a-b-cTic3(x=0.04、y=0.02、a=0.075、b=0.005、c=0.4.2)で表される組成となるように、所定量秤量した。その他、同様にしてセラミックス層としてはPbTiO3、BaTiO3を準備した。 As the raw material powder for the piezoelectric ceramic layer, high-purity Pb 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , BaCO 3 , ZnO, SrCO 3 , Sb 2 O 3 , NiO, TeO 2 are used as the raw material powder, and the sintered body is Pb 1. -xy Sr x Ba y (Zr 1/3 Sb 2/3) a (Ni 1/2 Te 1/2) b Zr 1-abc Ti c O 3 (x = 0.04, y = 0.02, a = 0.075, b = 0.005, c = 0.4.2), and a predetermined amount was weighed. In addition, PbTiO 3 and BaTiO 3 were similarly prepared as ceramic layers.

上記の調製された粉体をボールミルにより湿式で20時間混合し後、この混合物を脱水、乾燥した。その後、900℃で3時間仮焼し、得られた仮焼物を再びボールミルで湿式粉砕した。ついで、この粉砕物に有機バインダー、水、分散剤と可塑剤とを混合し、スラリーを作製し、薄いグリーンシートを成形するために一般的に用いられるロールコーター法により、焼成後の厚さが表1に示すサイズになるように予め収縮率を考慮したグリーンシートを作製した。   The above prepared powder was wet mixed by a ball mill for 20 hours, and then this mixture was dehydrated and dried. Thereafter, the mixture was calcined at 900 ° C. for 3 hours, and the obtained calcined product was wet pulverized again with a ball mill. Next, an organic binder, water, a dispersing agent and a plasticizer are mixed into the pulverized product to prepare a slurry, and the thickness after firing is determined by a roll coater method generally used for forming a thin green sheet. A green sheet in which the shrinkage rate was considered in advance so as to have the size shown in Table 1 was produced.

また、Ag−Pd合金からなる内部電極用の電極ペーストを表1の組成に調合し、さらに共材として圧電性セラミックス粉末を表1の組成になるように添加した。共材としての圧電性セラミックス粉末の平均粒径は1.0μm以下のものを用いた。これらは、別々に有機バインダーおよび有機溶剤を含むビヒクルで混合し、その後に両者を充分に混練して、内部電極ペーストを作製した。   Also, an electrode paste for an internal electrode made of an Ag—Pd alloy was prepared in the composition shown in Table 1, and piezoelectric ceramic powder was added as a co-material so as to have the composition shown in Table 1. The piezoelectric ceramic powder used as the co-material had an average particle size of 1.0 μm or less. These were separately mixed with a vehicle containing an organic binder and an organic solvent, and then both were sufficiently kneaded to prepare an internal electrode paste.

得られた内部電極ペーストを、グリーンシートの表面に厚さ4μmで印刷し、内部電極を形成した。さらに、内部電極が印刷された面を上向きにしてグリーンシートの2枚の間に内部電極ペーストを印刷しないグリーンシート1枚づつ積層し、加圧プレスし、積層成形体を得た。この積層成形体を脱脂処理した後、940〜1000℃、酸素99%以上の雰囲気中で2〜4時間保持して焼結し、焼結体を作製した。この焼結体の一方の表面に表面電極3を複数形成した。表面電極3は、スクリーン印刷にてAuペーストを塗布し、一基板当たり600点形成した。これを600〜800℃で大気中で焼付けて形成した。これにより、図4に示すような圧電セラミック層21a,21b、共通電極22および個別電極23とを備え、複数の圧電素子が形成された圧電アクチュエータ25を得た。この圧電アクチュエータ25の個別電極23には、リード線を半田で接続した。   The obtained internal electrode paste was printed on the surface of the green sheet with a thickness of 4 μm to form an internal electrode. Further, one green sheet on which the internal electrode paste was not printed was laminated between two sheets of green sheets with the surface on which the internal electrodes were printed facing upward, and pressed to obtain a laminated molded body. After degreasing the laminated molded body, it was sintered in an atmosphere of 940 to 1000 ° C. and oxygen of 99% or more for 2 to 4 hours to produce a sintered body. A plurality of surface electrodes 3 were formed on one surface of the sintered body. The surface electrode 3 was formed by applying Au paste by screen printing to form 600 points per substrate. This was formed by baking at 600 to 800 ° C. in the air. Thus, a piezoelectric actuator 25 having piezoelectric ceramic layers 21a and 21b, a common electrode 22 and individual electrodes 23 as shown in FIG. 4 and having a plurality of piezoelectric elements formed was obtained. Lead wires were connected to the individual electrodes 23 of the piezoelectric actuator 25 with solder.

次に、圧電アクチュエータの圧電特性を示すd定数、機械的品質係数(Qm)、および密着強度の評価方法について説明する。上記の圧電アクチュエータを10cm×10cmに切断し、その片側のみを研磨し圧電セラミックス一層のみを残す。ついで、この磁器の両主面にAu蒸着にて電極を形成した。その後、ダイシングにて長辺方向12mm、短辺方向3mmに切り出し、シリコンオイル中で厚み方向に3kv/mmの直流電圧を5分間印加して分極を行った。この素子をインピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジー製4194A)にて共振周波数、反共振周波数、共振抵抗、反共振抵抗、および静電容量を測定しアルキメデス法より測定した密度よりQmおよびd31を算出した。そして、Qmの平均値とばらつきの標準偏差(σ)を求め、[{(Qmのσ)/(Qmの平均値)}×100]をばらつきの指標とした。本実施例では、[{(Qmのσ)/(Qmの平均値)}×100]が10以下である場合を良品とした。   Next, a d constant, a mechanical quality factor (Qm) indicating the piezoelectric characteristics of the piezoelectric actuator, and a method for evaluating the adhesion strength will be described. The above piezoelectric actuator is cut into 10 cm × 10 cm, and only one side thereof is polished to leave only one piezoelectric ceramic layer. Then, electrodes were formed on both main surfaces of the porcelain by Au vapor deposition. After that, it was cut by dicing into 12 mm in the long side direction and 3 mm in the short side direction, and polarized by applying a DC voltage of 3 kv / mm in the thickness direction in silicon oil for 5 minutes. This element was measured for resonance frequency, anti-resonance frequency, resonance resistance, anti-resonance resistance, and capacitance with an impedance analyzer (Agilent Technology 4194A), and Qm and d31 were calculated from the density measured by the Archimedes method. Then, an average value of Qm and a standard deviation (σ) of variation were obtained, and [{(σ of Qm) / (average value of Qm)} × 100] was used as an index of variation. In this example, a case where [{(σ of Qm) / (average value of Qm)} × 100] was 10 or less was regarded as a non-defective product.

圧電アクチュエータの変位量の測定は、図5に示すように、上記で得られた圧電アクチュエータ25を、溝26aと隔壁26bを有する支持体26に接着した試料を用いて行った。この試料の溝26a側からアクチュエータにレーザービームを照射し、レーザードップラー変位計により溝26aの中心部および周辺部7点の変位量を測定し、変位量の平均値およびばらつきを算出した。変位量のばらつきは、最大変位量から最小変位量との差(最大変位量−最小変位量)とし、このばらつきが10nm以下である場合を良品とした。   As shown in FIG. 5, the displacement of the piezoelectric actuator was measured using a sample obtained by bonding the piezoelectric actuator 25 obtained above to a support 26 having a groove 26a and a partition wall 26b. The actuator was irradiated with a laser beam from the groove 26a side of this sample, and the displacement amount at the center and the peripheral portion of the groove 26a was measured with a laser Doppler displacement meter, and the average value and variation of the displacement amount were calculated. The variation of the displacement amount was the difference between the maximum displacement amount and the minimum displacement amount (maximum displacement amount−minimum displacement amount), and the case where this variation was 10 nm or less was regarded as a non-defective product.

密着強度については、上記の条件で作製した圧電アクチュエータ25をSUS316の板にエポキシ系接着剤を用いて120℃で接着した後、圧電アクチュエータ25に1.0kgf(9.8N)の荷重でビッカース圧痕を5秒間うち、圧電セラミックス層21a,21bと共通電極層22との剥離状況を観察した。1つの試料につき、20箇所圧痕をうち、1個以上剥離が発生したものを層間強度不足と判断した。結果を表1に示す。   For adhesion strength, the piezoelectric actuator 25 manufactured under the above conditions was bonded to a SUS316 plate at 120 ° C. using an epoxy adhesive, and then the piezoelectric actuator 25 was subjected to a Vickers indentation with a load of 1.0 kgf (9.8 N). For 5 seconds, the peeling state of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b and the common electrode layer 22 was observed. Of the 20 indentations per sample, one where one or more peels occurred was judged as insufficient interlayer strength. The results are shown in Table 1.

共通電極22中の共材による圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の連結状況は、以下のようにして行った。すなわち、圧電アクチュエータ25の断面を鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡(SEM)にて2000倍で観察した。共通電極の150μm幅の中の連結部分を数え、10箇所以上の連結部が存在するものを良品とした。また、同様にポアが5個以下のものを良品とした。   The connection state between the piezoelectric ceramic layer 21a and the piezoelectric ceramic layer 21b by the common material in the common electrode 22 was performed as follows. That is, the cross section of the piezoelectric actuator 25 was mirror-polished and then observed with a scanning electron microscope (SEM) at 2000 times magnification. The number of connecting portions in the 150 μm width of the common electrode was counted, and those having 10 or more connecting portions were regarded as non-defective products. Similarly, a non-defective product having 5 or less pores was used.

電極表面の観察は、以下のようにして行った。すなわち、個別電極23と共通電極22の間を水に浸した後、両電極間に40Vの電圧を印加することにより共通電極22と圧電セラミックス層21a,21bが電気化学的反応により剥離する。剥離した圧電セラミックス層21a,21bを取り除き、残った共通電極の表面をSEMにて観察した。共通電極の表面の各部を成分分析し、Pbが検出された部分には共材が存在していたと判断した。そして、共材のうち、何%がAg−Pd合金の3重点に存在するかの評価を、次式{(3重点に存在する共材の個数/共材の総個数)×100}に基づいて行った。各評価結果を表1に示す。

Figure 0005096659
Observation of the electrode surface was performed as follows. That is, after the individual electrode 23 and the common electrode 22 are immersed in water, a voltage of 40 V is applied between the two electrodes, whereby the common electrode 22 and the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are separated by an electrochemical reaction. The peeled piezoelectric ceramic layers 21a and 21b were removed, and the surface of the remaining common electrode was observed with an SEM. Each component on the surface of the common electrode was subjected to component analysis, and it was determined that common material was present in the portion where Pb was detected. Based on the following formula {(number of co-materials present at the triple point / total number of co-materials) × 100}, an evaluation of what percentage of the common material is present at the triple point of the Ag—Pd alloy is performed. I went. Each evaluation result is shown in Table 1.
Figure 0005096659

表1から、本発明の範囲内である試料No.3〜14およびNo.16〜19は、変位ばらつきのレンジが10nm以下であるとともに、層間剥離が無く、変位制御が容易に行うことができる積層圧電体であった。   From Table 1, Sample No. which is within the scope of the present invention. 3-14 and no. Nos. 16 to 19 were laminated piezoelectric bodies having a displacement variation range of 10 nm or less, no delamination, and easy displacement control.

一方、Agが70体積%より少なく、共材が粒内に多く存在する本発明の範囲外の試料No.1,2は、変位ばらつきがのレンジが10nmより大きく、しかも層間剥離が発生していた。また、圧電セラミック層一層の厚みが100μmの試料No.15は、変位が50nmと小さいものであった。   On the other hand, Sample No. outside the scope of the present invention in which Ag is less than 70% by volume and a large amount of common material is present in the grains. In Nos. 1 and 2, the displacement variation range was larger than 10 nm, and delamination occurred. Sample No. 1 having a piezoelectric ceramic layer thickness of 100 μm was used. No. 15 had a small displacement of 50 nm.

本発明の積層圧電体を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the laminated piezoelectric material of this invention. 図1の積層圧電体における内部電極の表面を模式的に示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing a surface of an internal electrode in the multilayer piezoelectric body of FIG. 1. 本発明の圧電アクチュエータを備えた印刷ヘッドを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the printing head provided with the piezoelectric actuator of this invention. 実施例において作製した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 produced in the Example. 実施例において、図4に示す圧電アクチュエータの特性を評価するための構造体を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a structure for evaluating the characteristics of the piezoelectric actuator shown in FIG. 4 in the example.

符号の説明Explanation of symbols

l,11a,11b,21a,22b 圧電セラミック層
2 内部電極
3 表面電極
12 共通電極
13 個別電極
14 圧電素子
15 アクチュエータ
16 流路部材
16a インク流路
16b 隔壁
16c インク吐出孔
l, 11a, 11b, 21a, 22b Piezoelectric ceramic layer 2 Internal electrode 3 Surface electrode 12 Common electrode 13 Individual electrode 14 Piezoelectric element 15 Actuator 16 Channel member 16a Ink channel 16b Partition 16c Ink ejection hole

Claims (10)

複数の圧電セラミック層を積層した積層体と、該積層体の表面および/または内部に設けられたAg−Pd合金からなる電極層とを備えた厚み100μm以下の圧電アクチュエータであって、
前記圧電セラミック層は、ジルコン酸チタン酸鉛から構成されており、
前記電極層がセラミックスからなる共材を含有し、該共材の90%以上が前記Ag−Pd合金の粒界の3重点に存在することを特徴とする圧電アクチュエータ
A piezoelectric actuator having a thickness of 100 μm or less, comprising a laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated, and an electrode layer made of an Ag—Pd alloy provided on the surface and / or inside of the laminate,
The piezoelectric ceramic layer is composed of lead zirconate titanate,
The piezoelectric actuator characterized in that the electrode layer contains a common material made of ceramics, and 90% or more of the common material exists at the triple point of the grain boundary of the Ag-Pd alloy.
前記Ag−Pd合金の結晶平均粒径(M)と前記共材の平均粒径(T)との比(M/T)が2.5以上である請求項1記載の圧電アクチュエータ2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a ratio (M / T) of an average grain size (M) of the Ag—Pd alloy and an average grain size (T) of the common material is 2.5 or more. 前記Ag−Pd合金がAgを70体積%以上含有する請求項1または2記載の圧電アクチュエータThe piezoelectric actuator according to claim 1 or 2, wherein the Ag-Pd alloy contains 70% by volume or more of Ag. 前記電極層が、前記Ag−Pd合金を50〜90体積%、前記共材を10〜50体積%の割合で含有する請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ4. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the electrode layer contains 50 to 90% by volume of the Ag—Pd alloy and 10 to 50% by volume of the common material. 前記共材を構成するセラミックスが、前記圧電セラミック層を構成する圧電性セラミックスと略同一組成である請求項1〜4のいずれかに記載の圧電アクチュエータThe piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the ceramic constituting the common material has substantially the same composition as the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer. 前記積層体の内部に少なくとも1層の前記電極層が設けられ、該電極層を介して対向する2層の圧電セラミック層が電極層中の前記共材により連結されている請求項1〜5のいずれかに記載の圧電アクチュエータThe at least 1 layer of said electrode layer is provided in the inside of the said laminated body, The two piezoelectric ceramic layers which oppose through this electrode layer are connected by the said co-material in an electrode layer. Any one of the piezoelectric actuators . 前記圧電セラミック層を構成する圧電性セラミックスがPbを含有する請求項1〜6のいずれかに記載の圧電アクチュエータThe piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric ceramic layer contains Pb. 前記圧電セラミック層の厚みが1〜50μmの範囲にある請求項1〜7のいずれかに記載の圧電アクチュエータThe piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic layer has a thickness in a range of 1 to 50 μm. 機械的品質係数(Qm)の標準偏差σを機械的品質係数(Qm)の平均値で除し100倍した値が10以下である請求項1〜8のいずれかに記載の圧電アクチュエータThe piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a value obtained by dividing the standard deviation σ of the mechanical quality factor (Qm) by the average value of the mechanical quality factor (Qm) and multiplying by 100 is 10 or less. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータが、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取り付けられたことを特徴とする印刷ヘッド。 The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 9, the print head is characterized in that a plurality of ink flow paths is mounted on the channel members arranged with the ink discharge hole.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007134561A (en) * 2005-11-11 2007-05-31 Fujitsu Ltd Method for forming multilayer piezoelectric element
US7766462B2 (en) 2007-02-21 2010-08-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for forming a fluid ejection device
US11889767B2 (en) 2019-03-14 2024-01-30 Taiyo Yuden Co., Ltd. Multilayer piezoelectric ceramic and method for manufacturing same, multilayer piezoelectric element, as well as piezoelectric vibration apparatus
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07183155A (en) * 1993-12-24 1995-07-21 Murata Mfg Co Ltd Laminated ceramic electronic component and its manufacture
JP3340036B2 (en) * 1996-10-31 2002-10-28 京セラ株式会社 Inkjet printer head
JPH10172855A (en) * 1996-12-05 1998-06-26 Taiyo Yuden Co Ltd Laminated layer chip parts and conductive paste used for the parts
JP3642671B2 (en) * 1997-10-31 2005-04-27 京セラ株式会社 Inkjet printer head and manufacturing method thereof
JP3514117B2 (en) * 1998-06-03 2004-03-31 株式会社村田製作所 Multilayer ceramic electronic component, method of manufacturing multilayer ceramic electronic component, and conductive paste for forming internal electrode
JP4429417B2 (en) * 1999-06-30 2010-03-10 太陽誘電株式会社 Piezoelectric sounding body
JP2002225269A (en) * 2000-11-28 2002-08-14 Brother Ind Ltd Ink-jet printer head and its piezoelectric element
JP3697401B2 (en) * 2001-02-22 2005-09-21 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Conductor paste and method for producing the same
JP3855750B2 (en) * 2001-12-04 2006-12-13 株式会社デンソー Multilayer piezoelectric element
JP3891009B2 (en) * 2002-03-06 2007-03-07 株式会社デンソー Method for manufacturing ceramic laminate

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