JP6483525B2 - 圧電素子、およびそれを用いた圧電部材、液体吐出ヘッド、ならびに記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子、およびそれを用いた圧電部材、液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関する。

従来、液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なう液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）系の圧電材料を用いた圧電素子により加圧室内の液体に圧力を加え、液体を吐出させる（例えば、特許文献１を参照。）。

国際公開第０２／０７３７１０号

平板状の圧電アクチュエータ基板と平板状の流路部材とを積層して、液体吐出ヘッドを構成する場合、吐出する液体に対する耐性が必要とされるなどの理由で、熱硬化性の接着剤が用いられることがある。また、流路部材としては金属製のものが用いられ、圧電アクチュエータ基板より熱膨張係数が大きい場合が多い。したがって、流路部材と圧電アクチュエータ基板と接合する際、熱硬化の接着工程を経ることで、圧電アクチュエータ基板は、平面方向に圧縮応力が加わった状態になる。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電材料の場合は、圧縮応力が加わった状態にすることで、圧電素子である変位素子を繰り返し駆動させた際に生じる変位量の低下を抑制できることがわかっている。一方、ＫＮＮ系の圧電材料の場合は、圧縮応力が加わった状態で使用すると、繰り返し駆動させた際に生じる変位量の低下が大きくなる傾向がある。

これはより一般的にいえば、ＫＮＮ系の圧電材料を用いた圧電体を、圧縮応力が加わった状態で使用すると、経時的な特性変動が大きくなるという問題である。

本発明の圧電素子は、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とする圧電体を備える圧電素子であって、前記圧電体は、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっており、かつ正方晶と斜方晶との間の相転移温度が６０℃以上であることを特徴とする。

また、本発明の圧電部材は、前記圧電素子と、前記圧電体に接合された支持体とを備える圧電部材であって、前記支持体は、前記圧電体より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がる複数の加圧室を有する流路部材と、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電素子を複数有する圧電アクチュエータ基板と、を備え、前記アクチュエータ基板が前記流路部材に接合され、複数の前記圧電素子が前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する液体吐出ヘッドであって、前記圧電体は、前記複数の加圧室にわたって延在していることを特徴とする。

また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の圧電素子によれば、圧電体の相転移温度が６０℃以上と使用温度より高いことにより、ＫＮＮ系の圧電材料を用いた圧電体を、圧縮応力が加わった状態で使用しても、経時的な特性変動を小さくできる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置を示すもので、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下、単にプリンタと言う場合がある）を示すもので、図１（ａ）は概略の側面図であり、図１（ｂ）は概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送とを交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下、単にフレームという場合がある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置さ
れており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体２ａの一部である。図３では、
説明のため、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図であり、図３とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり６および吐出孔８などを実線で描いている。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、ヘッド本体２ａに液体を供給するリザーバや、金属製の筐体を含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、支持体である流路部材４と、圧電素子である変位素子３０有する圧電アクチュエータ基板２１と、を備えている。

ヘッド本体２ａを構成する流路部材４は、共通流路であるマニホールド５と、マニホールド５と繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室１０とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔８と、を備えている。加圧室１０は流路部材４の上面に開口しており、流路部材４の上面が加圧室面４−２となっている。また、流路部材４の上面は、マニホールド５と繋がっている開口５ａを有し、この開口５ａより液体が供給されるようになっている。

また、流路部材４の上面には、変位素子３０を有する圧電アクチュエータ基板２１が接合されており、各変位素子３０が加圧室１０上に位置するように配置されている。また、圧電アクチュエータ基板２１には、各変位素子３０に信号を供給するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部６０が接続されている。図２には、２つの信号伝達部６０が圧電アクチュエータ基板２１に接続されている状態が分かるように、信号伝達部６０の圧電アクチュエータ基板２１に接続されている付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板２１に電気的に接続されている、信号伝達部６０に形成されている電極は、信号伝達部６０の端部に、矩形状に配置されている。２つの信号伝達部６０は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。２つの信号伝達部６０は、中央部から圧電アクチュエータ基板２１の長辺に向かって伸びている。

ヘッド本体２ａは、平板状の流路部材４と、流路部材４上に接合された変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１を１つ有している。圧電アクチュエータ基板２１の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材４の長手方向に沿うように流路部材４の上面に配置されている。

流路部材４の内部には２つのマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材４の上面に開口しているマニホールド５の開口５ａが形成されている。

また、マニホールド５は、少なくとも加圧室１０に繋がっている領域である長手方向における中央部分において、短手方向に間隔を開けて設けられた隔壁１５で仕切られている。隔壁１５は、加圧室１０に繋がっている領域である長手方向の中央部分においては、マニホールド５と同じ高さを有し、マニホールド５を複数の副マニホールド５ｂに完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁１５と重なるように、吐出孔８および吐出孔８から加圧室１０に繋がっている流路を設けることができる。

流路部材４は、複数の加圧室１０が２次元的に広がって形成されている。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。

加圧室１０は１つの副マニホールド５ｂと個別供給流路１４を介して繋がっている。１つの副マニホールド５ｂに沿うようにして、この副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０の行である加圧室行１１が、副マニホールド５ｂの両側に１行ずつ、合計２行設けられている。したがって、１つのマニホールド５に対して、１６行の加圧室行１１が設けられており、ヘッド本体２ａ全体では３２行の加圧室行１１が設けられている。各加圧室行１１における加圧室１０の長手方向の間隔は同じであり、例えば、３７．５ｄｐｉ（dot per inch）の間隔となっている。

各加圧室行１１の端にはダミー加圧室１６の列が１列設けられている。このダミー加圧室列のダミー加圧室１６は、マニホールド５とは繋がっているが、吐出孔８とは繋がっていない。また、３２行の加圧室行１１の外側には、ダミー加圧室１６が直線状に並んだダミー加圧室行が１行設けられている。このダミー加圧室行のダミー加圧室１６は、マニホールド５および吐出孔８のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室１６により、端から１つ内側の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の構造（剛性）と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室１０の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体２ａの端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体２ａの幅を小さくできる。

１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は、矩形状の圧電アクチュエータ基板２１の各外辺に沿った行および列を成す格子状に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板２１の外辺から、加圧室１０の上に形成されている個別電極２５が等距離に配置されることになるので、個別電極２５を形成する際に、圧電アクチュエータ基板２１に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い変位素子３０に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、最も外辺に近い加圧室行１１の外側にダミー加圧室１６のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行１１に属する加圧室１０は等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５も等間隔で配置されている。加圧室行１１は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。

本実施形態では、加圧室１０は格子状に配置したが、隣り合う加圧室行１１の加圧室１０が互いの間に位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接する加圧室行１１に属する加圧室１０の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。

加圧室行１１をどのように並べるかによらず、流路部材４を平面視したとき、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０が、隣接する加圧室行１１に属する加圧室１０と、液体吐出ヘッド２の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行１１の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド２の幅が大きくなるので、プリンタ１に対する液体吐出ヘッド２の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド２を使用する際の、液体吐出ヘッド２の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁１５の幅を副マニホールド５ｂよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。

１つの副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０は、２列の加圧室行１１をなしており、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８は、１つの吐出孔行９をなしている。２行の加圧室行１１に属する加圧室１０に繋がっている吐出孔８は
それぞれ、副マニホールド５ｂの異なる隔壁１５側に開口している。図４では隔壁１５には、２行の吐出孔行９が設けられているが、それぞれの吐出孔行９に属する吐出孔８は、吐出孔８に近い側の副マニホールド５ｂに加圧室１０を介して繋がっている。隣接する副マニホールド５ｂに加圧室行１１を介してそれぞれ繋がっている吐出孔８が、互いに液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。

１つのマニホールド５に繋がっている複数の加圧室１０により加圧室群（変位素子群３１と同じ範囲である）が構成されており、１つの流路部材４にはマニホールド５が２つあるため、加圧室群は２つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室１０の配置は同じで、短手方向に平行移動させた位置に配置されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室１０によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接合されることで閉塞されている。

加圧室１０の、個別供給流路１４が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材４の下面の吐出孔面４−１に開口している吐出孔８に繋がる流路が伸びている。この流路は、平面視において、加圧室１０から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室１０の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室１０は各加圧室行１１内での間隔が３７．５ｄｐｉになっている格子状の配置にしつつ、吐出孔８は、全体で１２００ｄｐｉの間隔で配置することができる。

これは別の言い方をすると、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図４に示した仮想直線のＲの範囲に、各マニホールド５に繋がっている１６個の吐出孔８、全部で３２個の吐出孔８が、１２００ｄｐｉの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド５に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に１２００ｄｐｉの解像度で画像が形成可能となる。また、１つのマニホールド５に繋がっている１個の吐出孔８は、仮想直線のＲの範囲で６００ｄｐｉの等間隔になっている。これにより、各マニホールド５に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で２色の画像が形成可能となる。この場合、２つの液体吐出ヘッド２を用いれば、６００ｄｐｉの解像度で４色の画像が形成可能となり、６００ｄｐｉで印刷可能な液体吐出ヘッドを用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、ヘッド本体２ａの短手方向に並んでいる１列の加圧室列に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８で、仮想直線のＲの範囲がカバーされている。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には個別電極２５がそれぞれ形成されている。個別電極２５は、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでおり、個別電極２５は、加圧室１０と同じように、個別電極行および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板２１の上面には、共通電極２４とビアホール（図示せず）を介して電気的に接続されている共通電極用表面電極２８が形成されている。共通電極用表面電極２８は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部に、長手方向に沿うように２行形成され、また、長手方向の端
近くで短手方向に沿って１列形成されている。図示した共通電極用表面電極２８は直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。共通電極用表面電極２８と共通電極２４とは、圧電セラミック層２１ｂに配置された、ビアホール（図示せず）内の導体を通じて、電気的に接続される。

圧電アクチュエータ基板２１には、２枚の信号伝達部６０が、圧電アクチュエータ基板２１の２つの長辺側から、それぞれ中央に向かうように配置され、接合される。その際、圧電アクチュエータ基板２１の引出電極２５ｂおよび共通電極用表面電極２８の上に、それぞれ、接続電極２６および共通電極用接続電極を形成して接続することで、接続が容易になる。また、その際、共通電極用表面電極２８および共通電極用接続電極の面積を接続電極２６の面積よりも大きくすれば、信号伝達部６０の端部（先端および圧電アクチュエータ基板２１の長手方向の端）における接続が、共通電極用表面電極２８上の接続により強くできるので、信号伝達部６０が端からはがれ難くできる。

また、吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置されたマニホールド５と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔８は、１つの群として圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子３０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。

ヘッド本体２ａに含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、ベースプレート４ｂ、アパーチャ（しぼり）プレート４ｃ、サプライプレート４ｄ、マニホールドプレート４ｅ〜４ｊ、カバープレート４ｋおよびノズルプレート４ｌである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。流路部材４の厚さは、５００μｍ〜２ｍｍ程度である。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１２およびマニホールド５を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体２ａは、加圧室１０は流路部材４の上面に、マニホールド５は内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路１２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介してマニホールド５と吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート４ａに形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端からマニホールド５へと繋がる個別供給流路１４を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート４ｃ（詳細にはマニホールド５の出口）までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路１４には、アパーチャプレート４ｃに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり６が含まれている。

第３に、加圧室１０の個別供給路１４が繋がっている端と反対の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔である。この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称されることがある。ディセンダは、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート４ｌ（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート４ｅ〜４ｊに形成されている。マニホールドプレート４ｅ〜４ｊには、副マニホールド５ｂを構成するように隔壁１５となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各
マニホールドプレート４ｅ〜４ｊにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部（図では省略してある）で各マニホールドプレート４ｅ〜４ｊと繋がった状態にされる。

第１〜４の連通孔が相互に繋がり、マニホールド５からの液体の流入口（マニホールド５の出口）から吐出孔８に至る個別流路１２を構成している。マニホールド５に供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、マニホールド５から上方向に向かって、個別供給流路１４に入り、しぼり６の一端部に至る。次に、しぼり６の延在方向に沿って水平に進み、しぼり６の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。加圧室１０からディセンダに入った液体は、水平方向にも移動しつつ、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８に至って、外部に吐出される。

圧電アクチュエータ基板２１は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）を主成分とするセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ａは、振動板として機能しており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体２５ａと、そこから引き出された引出電極２５ｂとを含んでいる。引出電極２５ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極２６が形成されている。接続電極２６は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極２６は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極２５には、制御部８８から信号伝達部６０を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極２４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ｂ上に個別電極２５からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極２８に、圧電セラミック層２１ｂを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極２８は、多数の個別電極２５と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ｂの個別電極２５と共通電極２４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極２５に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子３０となっている。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として機能する。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極２５を共通電極２４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けな
いため、自発的には縮むことがなく活性部の面方向の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で面方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極２５に供給される駆動信号により、変位素子３０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極２５を共通電極２４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極２５を共通電極２４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極２５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極２５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とは、熱硬化性の接着剤で接合される。その理由の１つは、様々なインクなどの液体を吐出する際には液体に対する耐性が必要となり、熱硬化性の接着剤の方が、常温硬化の接着剤よりも耐性が高いことにある。

また、変位素子３０に対して、非常に多くの駆動を繰り返すと、変位量が低下することがある。これには様々な要因があるが、その１つは、変位素子３０において、直接電界が印加されず変位しない部分、すなわち個別電極２５と共通電極２４とが対向している領域の外部に存在する圧電セラミック層２１ｂの非活性部が、直接電界が印加され変位する（圧電駆動される）部分（活性部）からの応力を受け、徐々に変形してしまうことにある。ＰＺＴ系の圧電材料においては、この変形を低減させるために圧電セラミック層２１ｂの平面方向に圧縮応力を加える手法が知られている。流路部材４として、圧電アクチュエータ基板２１よりも熱膨張係数の大きな材料を用いて、加熱接合すれば、降温過程で圧電アクチュエータ基板２１に圧縮応力が加わった状態にできる。

流路部材４としては、耐食性が高いことからステンレス鋼を用いられる場合が多い。例
えば、Ｆｅ−Ｃｒ系であるＳＵＳ４１０（マルテンサイト系：熱膨張係数１１．０ｐｐｍ／℃）やＳＵＳ４３０（フェライト系：熱膨張係数１０．４ｐｐｍ／℃）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系であるＳＵＳ３０４（オーステナイト系：熱膨張係数１７．３ｐｐｍ／℃）やＳＵＳ３２９（複合オーステナイト系：１２．８ｐｐｍ／℃）が用いられる。いずれも圧電材料に比べて高い熱膨張係数を有する場合が多いので、熱硬化後に圧電アクチュエータ基板２１には圧縮応力が加わることになる。

圧電アクチュエータ基板２１に用いるニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）系の圧電材料は、３〜５ｐｐｍ／℃程度の熱膨張係数を有している。したがって、ニオブ酸カリウムナトリウム系の圧電材料を用いた圧電アクチュエータ基板２１を、上述のような流路部材４と加熱接合すると、圧電アクチュエータ基板２１に圧縮応力が加わった状態になり、ＰＺＴ系の圧電材料の場合と同様に、駆動耐久性の向上が期待できる。なお、駆動耐久性を高めるためには、圧電アクチュエータ基板に３０ＭＰａ以上の圧縮応力が加わった状態にするのが好ましい。しかし、ニオブ酸カリウムナトリウム系の圧電材料は、組成割合や添加物等により若干の差はあるものの、正方晶と斜方晶との間の相転移温度（以下、単に相転移点という場合がある）が、比較的室温に近い領域に存在するため、圧電特性の経時的な変化が大きくなる。

ＫＮＮ系の圧電材料の正方晶と斜方晶との間の相転移温度を６０℃以上とした場合、変位素子３０を駆動させる温度領域（使用温度領域、通常、０℃〜６０℃の範囲）において安定な結晶相が斜方晶となる。この場合、相転移点を６０℃以上にすることで、使用温度領域より十分高い温度で正方晶と斜方晶との相転移が起こる。したがって、圧縮応力が加わった状態で使用しても経時的な特性変動を抑制できる。

このようなＫＮＮ系の圧電材料として用いることのできるニオブ酸カリウムナトリウム組成物とは、純粋なニオブ酸カリウムナトリウムである組成式（Ｋ_１−ａＮａ_ａ）ＮｂＯ_３で表されるもの、および、その各構成元素を同じ価数を取りうる他の元素などに２０原子％程度まで置換したものである。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とするとは、純粋なニオブ酸カリウムナトリウム、もしくは、次に示すニオブ酸カリウムナトリウム組成物が８０質量％、さらに９０質量％、特に９５質量％以上であることをいう。

ニオブ酸カリウムナトリウム組成物は、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ以外に、少なくとも、ＬｉとＴａとを含むものである。さらに、Ｍｇ、ＣｕおよびＺｎからなる元素群のうち少なくともいずれか１種と、Ｂｉ、Ｃａ、ＢａおよびＳｒからなる元素群のうち少なくともいずれか１種とを含むのが好ましい。さらに、Ｓｂを含んでもよい。

本実施形態では、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが、このようなニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とし、さらにＡｇを含有することが好ましい。Ａｇを含有することで、圧電体である圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの正方晶と斜方晶との相転移温度を６０℃以上とすることができる。圧電体に含まれるＡｇの含有量は金属換算で０．３〜０．８質量％とすることが好ましい。

より具体的なニオブ酸カリウムナトリウム組成物の組成は、組成式（１−ｘ）｛（Ｋ_１−ａＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝_ｃ（Ｎｂ_{１−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_{２．５＋ｃ／２}＋ｘＢ１_α（Ａ１_１−βＡ２_β）Ｏ_３で表したとき、ｘ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、α、およびβが、
０．００２４≦ｘ≦０．０１０、
０．６６≦ａ＋３×ｂ≦０．７４、
０．０２≦ｂ≦０．１０、
０．９８０≦ｃ≦１．００５、
０．０４≦ｄ≦０．１０、
０≦ｅ≦０．１２、
２／３≦α≦１、
１／３≦β≦２／３、
の各関係式を満たすものである。ただし、組成式中、Ａ１は、Ｍｇ、ＣｕおよびＺｎからなる元素群のうち少なくともいずれか１種であり、Ａ２は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群のうち少なくともいずれか１種であり、Ｂ１は、Ｂｉ、Ｃａ、ＢａおよびＳｒからなる元素群のうち少なくともいずれか１種である。このような組成とすることで、圧電特性を高くすることができる。Ａ１は、焼結性が向上し圧電特性も特に高くなることから、Ｚｎを用いることが特に好ましい。Ａ２は、圧電特性が特に高くなり、絶縁性も高くなることから、Ｓｎを用いることが特に好ましい。

また、ａおよびｂを、０．６６≦ａ＋３×ｂ≦０．７４を満たす範囲とすることにより、Ｋの一部がＮａで置換され、圧電定数を高めることができる。ｂを０．０２以上とすることにより、ＬｉがＡサイトに導入され、圧電磁器（圧電体）の焼結性が向上し、さらにｂを０．０２≦ｂ≦０．１０の範囲とすることにより、圧電特性を高めることができる。

ｃは、０．９８０≦ｃ≦１．００５の範囲とする。これは、ペロブスカイト構造のＡサイト原子がＢサイト原子に対して１．００５を超えて過剰に含まれると、絶縁性および圧電特性が低下し、０．９８０より小さくなると圧電特性が急激に低下するおそれがあるからである。

ｄを０．０４≦ｄ≦０．１０の範囲とすると、Ｎｂの一部がＴａで置換され、圧電特性を高めることができる。なお、ｄが０．１０を超えると圧電特性が低下するおそれがある。

ｅを０≦ｅ≦０．１２の範囲としたのは、必要に応じてＮｂの一部をＳｂで置換することにより焼結性が向上するためである。なお、ｅが０．１２を超えると焼結性が低下するおそれがある。

上記組成式中のＢ１_α（Ａ１_１−βＡ２_β）Ｏ_３は、単独で複合ペロブスカイト構造を有している。Ｂｉは６ｓ２孤立電子対を持つため、Ｂｉが存在することで、結晶構造に大きな歪が生じる。Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒも同様な効果を有する。これらの複合酸化物を、｛（Ｋ_１−ａＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝_ｃ（Ｎｂ_{１−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_{２．５＋ｃ／２}組成に所定量導入することにより、ニオブ酸カリウムナトリウムの結晶構造に歪みが導入されて分極が大きくなり、圧電特性が向上する。また、同時に、圧電特性の温度依存性を小さくすることが可能となる。Ｂ１をＢａとすることで、特に圧電特性を高めることができ好ましい。なお、Ｂｉを含有する化合物は比較的低温で液相を生成するため、Ｂｉ複合酸化物を導入することにより、圧電磁器の焼成温度を低温化させることができるという効果も得られる。

ここで、αは、２／３≦α≦１の範囲である。αをこのような範囲とすることにより、ニオブ酸カリウムナトリウムに複合ペロブスカイト組成の酸化物を過不足なく取り込むことができる。なお、αが２／３よりも小さくなると、圧電特性が低下するおそれがあり、αが１よりも大きくなると、余剰なＢ１が粒界部に存在することになり、圧電特性が低下したり、圧電磁器の絶縁性が劣化するおそれがある。

ニオブ酸カリウムナトリウムのペロブスカイト構造では、Ｎｂの相対的な量が少し多い程度であれば、多い分のＮｂはＡサイトに配置されると考えられる。しかし、さらにＮｂ
が増えると、結晶格子間に配置されることになると考えられる。この結晶格子間に入ったＮｂは、電荷を運ぶキャリアとして機能し、絶縁性を劣化させるおそれがあるので、Ｎｂが結晶格子間に配置されることを抑制することが好ましい。Ｎｂが結晶格子間に配置されることを抑制するには、Ｂｉよりイオン半径の大きいＣａ、Ｂａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属をペロブスカイト構造の一部に置換すればよい。Ｂｉ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒのイオンは、電荷を運ぶキャリアとしては機能しないので絶縁性を低下させ難い。

Ｂ１としてのＢｉとアルカリ土類元素とを比較すると、Ｂｉは、焼成温度が低くなる点で好ましい。アルカリ土類元素は、Ｂｉの場合よりも圧電定数が高くなる点で好ましい。

Ａ１はＭｇ、ＣｕおよびＺｎからなる元素群のうち少なくともいずれか１種であり、Ａ２は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群のうち少なくともいずれか１種である。これらは、酸素との６配位状態において、Ｎｂと同程度のイオン半径を有している。

βは１／３≦β≦２／３の範囲である。βをこのような範囲とすることにより、Ａ１とＡ２の比率を化学量論比の範囲内とすることができる。なお、Ａ１とＡ２の比率が化学量論比から著しくずれると、酸素空孔が形成され、圧電特性が低下するおそれがある。

なお、Ａ２が５価のイオンとなる元素、すなわちＮｂ、ＴａおよびＳｂのうち少なくともいずれか１種の元素である場合は、α＋βを４／３とすることにより、Ａ１とＡ２を化学量論比の範囲内とすることができ、好ましい。また、Ａ２が４価のイオンとなる元素、すなわちＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅのうち少なくともいずれか１種である場合は、βを１／２とすることにより、Ａ１とＡ２を化学量論比の範囲内とすることができ、好ましい。なお、各係数の値によっては、Ｂ１_α（Ａ１_１−βＡ２_β）Ｏ_３の価数の合計が０でなくなる場合があるが、実際の圧電体の組成としては、「Ｏ_３」部分の３の値が３からずれることで、価数の合計は０に保たれる。

また、圧電体である圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物以外に、焼結助剤などの添加成分を含んでいてもよい。例えば、焼結助剤として、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物１００質量部に対して、ＭｎをＭｎＯ_２換算で０．１〜０．５質量部、あるいはＣｒをＣｒ_２Ｏ_３換算で０．２〜１．０質量部含んでいてもよい。なお、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物とは、純粋なニオブ酸カリウムナトリウムや、その一部元素を置換したもの、さらに上述のペロブスカイト成分を含むものをいう。

圧電体に含まれる上述のような元素、すなわちニオブ酸カリウムナトリウム組成物や添加物を構成する元素の有無、および組成は、圧電体の元素分析、例えば高周波誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ）、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、波長分散型Ｘ線分光分析（ＷＤＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）、オージェ電子分光分析（ＡＥＳ）等により確認できる。

以上のような液体吐出ヘッド２は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、ＫＮＮ系の圧電セラミック原料粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。一部のグリーンシートには、その表面に共通電極２４となるＡｇ−Ｐｄペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部に共通電極２４と共通電極用表面電極２８とを繋ぐビアホールを形成する。

次に、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の
積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、焼成体を得る。その後、焼成体表面に有機金ペーストを用いて個別電極２５を印刷して、熱処理する。さらに、Ａｇ−Ｐｄペーストを用いて接続電極２６および共通電極用表面電極２８を印刷し、熱処理する。Ａｇ−Ｐｄペーストは、印刷した際に、グリーンシートに開けたビアホールに入り込み、共通電極２４に接続するので、熱処理後、共通電極用表面電極２８と共通電極２４とは電気的に接続される。

次に、流路部材４を、圧延法等により得られたプレート４ａ〜４ｌを、接着層を介して積層して作製するプレート４ａ〜４ｌに、マニホールド５、個別供給流路１４、加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。これらプレート４ａ〜４ｌは、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合には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ため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とは、例えば熱硬化性の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基板２１や流路部材４への影響をおよぼさないために、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基板２１と流路部材４とを加熱接合することができる。

その後、個別電極２５と共通電極２４との間に電圧を加え、これらの間に挟まれている部位の圧電セラミック層２１ｂを分極することで、液体吐出ヘッド２を得ることができる。

以上、液体吐出ヘッド２を用いて説明したが、他の圧電素子においても同様である。すなわち、圧電素子の圧電体が、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっている場合、圧電体がニオブ酸カリウムナトリウムを主成分とし、Ａｇを含むものであり、正方晶と斜方晶との間の相転移点が６０℃以上であれば、圧電特性の変動を小さくできる。このような圧電素子により、液体吐出ヘッド以外に用いられるアクチュエータ、例えばスピーカやブザー、センサ、電気的な回路を構成するフィルタなどを構成することができる。

スピーカやブザーは、例えば、音を発する面となる振動板に金属などの高熱膨張の部材を用いて、圧電素子と振動板とを加熱接合して作成することで、圧電体に圧縮応力が加わった圧電部材とすることができる。センサやフィルタは、例えば、圧電体を機械的に保持する支持体に金属などの高熱膨張の部材を用いて、圧電素子と支持体とを加熱接合して作成することで、圧電体に圧縮応力が加わった圧電部材とすることができる。

評価用の圧電アクチュエータ基板２１を作製し、評価を行なった。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂに用いる圧電材料は、組成式（１−ｘ）｛（Ｋ_１−ａＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝_ｃ（Ｎｂ_{１−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_{２．５＋ｃ／２}＋ｘＢ１_α（Ａ１_１−βＡ２_β）Ｏ_３の各パラメーターが表１の値となるように、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｇＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＧｅＯ_２、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２の各粉末を調合した。さらに、前記組成式１００質量部に対して、０．８質量部以下の酸化銀（Ａｇ_２Ｏ）の粉末と、焼結助剤として０．５質量部以下のＭｎＯ_２の粉末ま
たは１．０質量部以下のＣｒ_２Ｏ_３の粉末を適宜加えたものを原料とした。

調合した原料は、水もしくはイソプロパノールとジルコニアボールとともにポットに入れて混合した。混合した原料は、一旦乾燥した後、９００℃で仮焼した。仮焼した原料は、水もしくはイソプロパノールとジルコニアボールとともにポットに入れて解砕した。この粉末を用いてスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコータ法を採用して、圧電セラミック層となる厚さ２５μｍのグリーンシートを作製した。

次いで、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、グリーンシートの表面に、共通電極３４となる電極パターンを形成した。次いで、このグリーンシートに、導体ペーストの印刷をしていないグリーンシートを積層した後、大気中１０５０℃の温度で焼成し、厚さ２０μｍの圧電セラミック層を有する基板を得た。焼成後、Ａｇ−Ｐｄペーストで個別電極２５を印刷し、大気中７００℃で熱処理することで圧電アクチュエータ基板２１を作製した。

作製した圧電アクチュエータ基板２１は、図２〜５で示したものである。圧電セラミック層（圧電体）中のＡｇ量は、以下のようにして求めた。まず圧電アクチュエータ基板２１の断面を鏡面加工した。得られた鏡面において、波長分散型Ｘ線分光分析（ＷＤＳ）を行い、圧電セラミック層のＡｇ含有量を定量した。なお、ＷＤＳによるＡｇ含有量の測定は、各試料につき直径１０μｍの領域で５箇所以上行い、その平均値を測定値として採用した。測定結果を表１〜３に示す。

各試料の圧電定数および駆動試験は、圧電アクチュエータ基板２１を支持体と加熱接合した後に評価した。支持体としてはＳＵＳ４３０を用い、加熱接合は、支持体と圧電アクチュエータ基板２１との間にエポキシ系樹脂を塗布して１２０℃で行なった。圧電セラミック層の分極は、高温分極法により行った。表１〜３には、支持体と接合していない状態の圧電アクチュエータ基板２１の圧電定数ｄ３１の値と、正方晶と斜方晶との間の相転移点の温度を示した。圧電定数は共振法で測定し、相転移温度は共振周波数の温度特性において共振周波数が極小となる温度とした。なお、ここで観察した斜方晶および正方晶は、ニオブ酸カリウムナトリウム組成物の結晶構造であり、Ｘ線回折では、純粋なニオブ酸カリウムナトリウムから少しシフトした状態の回折パターンが観測される。

支持体と接合した圧電アクチュエータ基板２１に対して、室温（５〜３５℃）において共通電極２４に±１．８３ｋＶ／ｃｍ、周波数２ｋＨｚの駆動電圧波形を有する電圧を印加し、変位素子を１００億サイクルにわたって駆動させる駆動試験を行なった。初期の変位素子の変位量に対する、駆動試験後の変位素子の変位量の低下率｛（初期の変位量−駆動試験後の変位量）／初期の変位量｝を算出し、駆動試験による変位低下率（％）として表１〜３に示した。

表１〜３よれば、相転移温度が６０℃より低い場合（試料Ｎｏ．１、１１、１７、３１、４７、５０、５３、６８〜７０、７２、１０４）には、駆動試験による変位低下率が１０％より大きくなっており、繰り返し駆動させた際に生じる変位量の低下が大きいことが分かる。これに対して、圧電セラミック層にＡｇを含有し、相転移温度が６０℃以上の試料では、駆動試験による変位低下率が１０％以下と小さくなっていることが分かる。

また。上述の組成式において、０．００２４≦ｘ≦０．０１０、０．６６≦ａ＋３×ｂ≦０．７４、０．０２≦ｂ≦０．１０、０．９８０≦ｃ≦１．００５、０．０４≦ｄ≦０．１０、０≦ｅ≦０．１２、２／３≦α≦１、１／３≦β≦２／３の範囲内である試料は、圧電定数ｄ３１が９５ｐｍ／Ｖ以上と高くなった。

１・・・カラーインクジェットプリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・流路部材（支持体）
４ａ〜４ｌ・・・（流路部材の）プレート
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・（マニホールドの）開口
５ｂ・・・副マニホールド
６・・・しぼり
８・・・吐出孔
９・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１１・・・加圧室行
１２・・・個別流路
１４・・・個別供給流路
１５・・・隔壁
１６・・・ダミー加圧室
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ・・・引出電極
２６・・・接続電極
２８・・・共通電極用表面電極
３０・・・変位素子（圧電素子）
６０・・・信号伝達部
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (6)

1. ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とする圧電体を備える圧電素子であって、前記圧電体は、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっており、かつ正方晶と斜方晶との間の相転移温度が６０℃以上であり、
   前記圧電体に含まれるＡｇの含有量が、金属換算で０．３〜０．８質量％であることを特徴とする圧電素子。
2. ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を主成分とする圧電体を備える圧電素子であって、前記圧電体は、平面方向に広がっているとともに、該平面方向に圧縮応力が加わっており、かつ正方晶と斜方晶との間の相転移温度が６０℃以上であり、
   前記ニオブ酸カリウムナトリウム組成物を、組成式（１−ｘ）｛（Ｋ_１−ａＮａ_ａ）_１−ｂＬｉ_ｂ｝_ｃ（Ｎｂ_{１−ｄ−ｅ}Ｔａ_ｄＳｂ_ｅ）Ｏ_{２．５＋ｃ／２}＋ｘＢ１_α（Ａ１_１−βＡ２_β）Ｏ_３で表したとき、ｘ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、α、およびβが以下の関係式を満たすことを特徴とする圧電素子。
   ０．００２４≦ｘ≦０．０１０、
   ０．６６≦ａ＋３×ｂ≦０．７４、
   ０．０２≦ｂ≦０．１０、
   ０．９８０≦ｃ≦１．００５、
   ０．０４≦ｄ≦０．１０、
   ０≦ｅ≦０．１２、
   ２／３≦α≦１、
   １／３≦β≦２／３、
   ただし、Ａ１は、Ｍｇ、ＣｕおよびＺｎからなる元素群のうち少なくともいずれか１種であり、
   Ａ２は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｇｅ、ＳｎおよびＣｅからなる元素群のうち少なくともいずれか１種であり、
   Ｂ１は、Ｂｉ、Ｃａ、ＢａおよびＳｒからなる元素群のうち少なくともいずれか１種である。
3. 請求項１または２に記載の圧電素子と、前記圧電体に接合された支持体とを備える圧電部材であって、
   前記支持体は、前記圧電体より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする圧電部材。
4. 複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がる複数の加圧室を有する流路部材と、請求項１または２に記載の圧電素子を複数有する圧電アクチュエータ基板と、を備え、
   前記アクチュエータ基板が前記流路部材に接合され、複数の前記圧電素子が前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する液体吐出ヘッドであって、
   前記圧電体は、前記複数の加圧室にわたって延在していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記流路部材が、前記圧電アクチュエータ基板より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項４または５に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする記録装置。

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