JP4836307B2

JP4836307B2 - 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド

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Publication number: JP4836307B2
Application number: JP2000097533A
Authority: JP
Inventors: 泰治立山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001278661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電定数ｄを劣化させることなく、研削性に優れたチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電磁器組成物とこれを用いたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電効果によって発生する変位を機械的駆動源として利用したものに、超音波応用振動子、超音波モータ、圧電アクチュエータ等があり、メカトロニクスの分野の進展とともに、注目されている。
【０００３】
例えば、圧電アクチュエータは、磁性体にコイルを巻いた従来の電磁式アクチュエータと比較して、消費電力や発熱量が少なく、応答速度に優れるとともに、変位量が大きく、寸法、重量が小さい等の優れた特徴を有している。そして、これら圧電アクチュエータ等を構成する圧電材料としては、ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃（以下、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃という）組成系の圧電磁器組成物が用いられているが、さらに大きな機械的変位が得られることが要求されており、そのためには圧電定数ｄの大きい圧電磁器組成物が望まれている。
【０００４】
このような目的に合致する圧電磁器組成物として、例えば、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃の２成分組成系に、第３成分として、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｎｉ_1/3 Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）Ｏ₃の少なくとも１種を固溶させたペロブスカイト型化合物から成る焼結体が実用化されている。また、特開平５−５８７２９号公報には、圧電特性以外に耐熱性や焼結性等の改善を目的として、上記ペロブスカイト型化合物を主成分とし、副成分として、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＷＯ₃の少なくとも１種を０．０１〜３ｍｏｌ％の範囲で含有して成る圧電磁器組成物が開示されている。
【０００５】
一方、近年、低ランニングコストでカラー画像や文字情報等を印刷する記録装置として、インクジェット方式の記録装置が使用されており、この記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドに圧電アクチュエータが用いられている。
【０００６】
図３に従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示すように、このインクジェット記録ヘッド２０（以下、単にヘッドという）は、圧電磁器組成物にダイヤモンドホイールによる研削加工にて一端が閉じられた複数の溝を並設し、各溝をインクの流路２２とするとともに、流路２２を構成する壁を隔壁２１とした流路部材２８と、上記各隔壁２１の両側面上半分に形成された駆動用電極２３と、各隔壁２１の頂部に接着にて接合され、各流路２２を覆う蓋板２９と、上記流路部材２８の開放端部に接着にて接合されたノズル板２７とから成り、上記ノズル板２７には、各流路２２と連通し、流路２２内のインクを吐出するインク吐出孔２６が形成され、上記蓋板２９には、各流路２２と連通し、流路２２内にインクを導入するインク供給穴２４が形成されたものがあった。なお、矢印は隔壁２１を形成する圧電磁器組成物の分極方向を示す。
【０００７】
そして、このヘッド２０よりインク滴を吐出するには、インク供給孔２４より各流路２２へインクを導入し、隔壁２１に備える駆動用電極２３に通電して隔壁２１を屈曲変位させることにより、隔壁２１間にて仕切られた流路２２内のインクを加圧し、その流路２２と連通するインク吐出孔６よりインク滴を吐出するようになっており、インク滴の吐出性能を高めるためには、隔壁２１の機械的変位量を大きくする必要があることから、上記流路部材２８を形成する圧電磁器組成物として、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃組成系の圧電磁器組成物が用いられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高圧電定数ｄを得るため、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃組成系に対し、（ＺｒＴｉ）の一部をＰｂ（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）Ｏ₃のうち１種以上の成分で置換したペロブスカイト型化合物から成る圧電磁器組成物に研削加工を施すと、折れやチッピング（欠け）による欠陥が生じ易く、加工精度が悪いといった課題があった。
【０００９】
この理由は明らかではないが、本件発明者の研究によれば、上記圧電磁器組成物中におけるペロブスカイト型化合物の平均粒子径が小さく緻密であるため、ダイヤモンドホイールによる研削加工を施すと、ダイヤモンドホイールが圧電磁器組成物の研削面と接触する割合が大きく、研削面に大きな応力が加わることから、この応力によって研削面にクラックが発生し、割れやチッピング（欠け）等の欠陥が発生するものと思われる。
【００１０】
また、上記インクジェット記録ヘッド２０の流路２２を仕切る隔壁２１は、幅が１００μｍ以下、高さが１５０μｍ以上の薄肉であるため、流路部材２８が上記ペロブスカイト型化合物から成る圧電磁器組成物であると、隔壁２１及び流路２２の形成において、ダイヤモンドホイールを用いた研削加工を施すと、隔壁２１に割れやチッピング（欠け）等の欠陥が多く、歩留りが悪いといった課題があった。しかも、仮に研削後に欠陥が目に見えず、そのままヘッド２０を製作しても、インク滴を吐出させるために駆動用電極２３に通電して隔壁２１を屈曲変位させると、隔壁２１には目に見えない欠陥が存在するため、使用中に隔壁２１が破損し、インク滴を安定して吐出させることができなくなるといった課題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物から成り、上記ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍであるとともに、４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上である焼結体により圧電磁器組成物を構成したものである。
【００１２】
また、本願発明は、少なくとも一部が前記圧電磁器組成物から成る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路として成る流路部材と、上記隔壁の両側面にそれぞれ形成された駆動用電極と、前記隔壁の頂面に接合され、上記流路を覆う蓋板と、上記各流路と連通するインク吐出孔とからインクジェット記録ヘッドを構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の圧電磁器組成物は、副成分としてＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂とを含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物から成る焼結体であって、このペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍであることを特徴とする。
【００１５】
副成分として含有するＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂ とは、焼結段階において粒界に液相を生成し易く、焼結終了後において、焼結体の粒界にＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃を主体とするガラス相を形成するため、これらの副成分を含まない圧電磁器組成物に比べて低い温度で焼結体を緻密化することができるとともに、上記ペロブスカイト型化合物から成る結晶を粒成長させることができるため、ダイヤモンドホール等による研削加工時に、ダイヤモンドホイ―ルと圧電磁器組成物の研削面との接触面積を小さくでき、研削面に作用する応力を低減することができる。
【００１６】
また、上記ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃を主体とするガラス相は、上記ペロブスカイト型化合物よりも強度が大きいため、焼結体の破壊靱性値を高めることができる。
【００１７】
そのため、本発明の圧電磁器組成物は、破壊靱性値の向上と、ダイヤモンドホールとの接触面積の低減効果により、研削加工時に割れやチッピング（欠け）が少なく、研削性を大幅に向上させることができるとともに、低温での焼成が可能であることから、特殊な焼成炉は必要なく、一般的に使用される焼成炉を用いることができ、安価に製造することができる。
【００１８】
ところで、このような効果を得るには、副成分としてＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂の両成分を含有させるとともに、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％の範囲で含有し、かつＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％の範囲で含有することが重要である。
【００１９】
即ち、副成分がＡｌ₂Ｏ₃単独では、粒界相の強度がペロブスカイト型化合物よりも大きすぎ、破壊メカニズムが粒界破壊よりも粒内破壊が優先する結果、研削加工時の割れやチッピング（欠け）を低減することができないからであり、また、副成分がＳｉＯ₂単独では、焼結体の曲げ強度が低く、研削加工時の割れやチッピング（欠け）を低減することができないからである。なお、粒内破壊とは、ペロブスカイト型化合物から成る結晶粒子の内部を破壊が進展することであり、粒界破壊とは焼結体の粒界に沿って破壊が進展すること言う。
【００２０】
また、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の含有量をそれぞれ０．０１〜０．０６質量％としたのは、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂の含有量が０．０１質量％未満であると、ペロブスカイト型化合物の結晶を粒成長させる効果が小さく、研削加工時におけるダイヤモンドホイールとの接触面積が大きいため、研削加工時に作用する応力を低減することができず、割れやチッピング（欠け）等の欠陥を低減することができないからであり、逆にＡｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂の含有量が０．０６質量％を超えると、ガラス相から成る粒界相の強度が、ペロブスカイト型化合物の強度より大きくなるため、研削面では粒界破壊よりも粒内破壊が支配的となり、研削加工時に割れやチッピング（欠け）等の欠陥を低減することができず、さらに、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の含有量がそれぞれ０．０６質量％を超えると、圧電磁器組成物の圧電定数ｄが大きく低下するからである。
【００２１】
なお、好ましくは、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂をそれぞれ０．０１〜０．０４質量％の範囲で含有することが良い。
【００２２】
また、研削加工時に作用する応力を低減するためには、ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍの範囲にあることが必要である。
【００２３】
即ち、副成分であるＡｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を前記範囲で含有したとしても、ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６μｍ未満では、研削加工時において、ダイヤモンドホイールとの接触面積が大きく、研削時に作用する応力を低減できないからであり、逆にペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が７μｍを超えると、チッピング（欠け）が発生した時のチッピングサイズが大きすぎるためである。
【００２４】
なお、好ましくは、ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径を０．６〜５μｍとすることが良い。
【００２５】
さらに、本発明の圧電磁器組成物は、焼結体の４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上でかつ破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上であることを特徴とする。
【００２６】
ここで、４点曲げ強度を７０ＭＰａ以上、破壊靱性値を０．７ＭＰａｍ^1/2以上としたのは、副成分の含有量及びペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が、前述した範囲内であっても、焼結体の４点曲げ強度が７０ＭＰａ未満であったり、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2未満であると、研削加工時における割れやチッピング（欠け）等の欠陥を低減することができないからで、好ましくは４点曲げ強度を７５ＭＰａ以上、破壊靱性値を０．７５ＭＰａｍ^1/2以上とすることが良い。
【００２７】
ところで、本発明の圧電磁器組成物の主体をなすペロブスカイト型化合物は、化１の組成式で表されるものが重要である。
【化１】

ここで、Ｓｒの置換比率ｘとＢａの置換比率ｙがそれぞれ０．１０より大きくなると、耐熱性が急激に低下するからであり、また、０＜x＋yとしたのは、Ｓｒ又はＢａのどちらかを置換しないと、圧電定数ｄを高めることができないからである。
【００２８】
また、（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）の置換比率ａが０．０８を超えたり、（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）の置換比率ｂが０．０４を超えると、耐熱性が低下するからであり、また、０．０１５＜a＋bとしたのは、（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）又は（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）を０．０１５以上置換しないと、圧電定数ｄを高めることができないからである。
【００２９】
さらに、（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）の置換比率ｃが０．０１を超えると、１５０℃のエージングによる圧電特性の劣化が著しく大きくなるからである。
【００３０】
また、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃組成系の圧電磁器組成物には、圧電定数ｄの極大値を示すＭＰＢ（組成相境界）が存在し、Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃を構成するＰｂＺｒＯ₃とＰｂＴｉＯ₃ との固溶比率を変化させることにより調整することができ、例えば圧電アクチュエータ用として用いる場合には、ＭＰＢ近傍の組成値を用いることが良く、このＭＰＢは、x、a、b、cの量により変化するため、置換比率dを０．４３≦d≦０．５５とすることにより、前述した、x、a、b、cの組成範囲内でＭＰＢを捉えることができる。
【００３１】
このように、化１で表されるペロブスカイト型化合物を用いることにより、圧電定数ｄを向上させることができるだけなく、耐熱性並びに耐久性に優れた圧電磁器組成物を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の圧電磁器組成物は、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂から成る副成分以外の残部は実質的にペロブスカイト型化合物から成る焼結体であるが、ここで、残部が実質的にペロブスカイト型化合物から成るとは、他に積極的に含有させるものはなく、不純物以外はペロブスカイト型化合物だけであることを指し、不純物として含まれるＦｅ₂Ｏ₃やＨｆＯ₂は０．０１質量％未満の範囲であれば含んでいても構わない。
【００３３】
なお、好ましいペロブスカイト型化合物の含有量としては、９９．８７質量％以上、さらには９９．９質量％以上、望ましくは９９．９３〜９９．９８質量％であることが良い。
【００３４】
次に、本発明の圧電磁器組成物の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、出発原料として、基本成分のＰｂ₃Ｏ₄、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂に、ＳｒＣＯ₃及び／又はＢａＣＯ₃と、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＴｅＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₄の各粉末を秤量し、次いでこの混合物を脱水、乾燥したあと、８５０〜９００℃の温度で１〜３時間仮焼して、化１の組成式で表されるペロブスカイト型化合物の仮焼粉体を製作する。次に、この仮焼粉体にそれぞれＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％の範囲で添加し、ボールミル等にて混合、粉砕する。その後、この粉砕物に有機バインダー（ＰＶＡ、モビニール等）を添加して混練乾燥することにより造粒粉とし、得られた造粒粉を成形して成形体を作製する。この時、焼結された圧電磁器組成物が緻密化され、表面に存在するボイドの径が大きくならないようにするために、成形圧は１×１０⁸Ｎ／ｍ²以上とすることが良い。
【００３６】
しかる後、得られた成形体を鉛雰囲気下で１〜３時間程度焼成するのであるが、この時、焼成温度が１１００℃未満であると、緻密化が不十分であるため、得られた圧電磁器組成物の機械的特性（曲げ強度や破壊靱性値）を所望の範囲とすることができず、また、１３００℃を超えると、圧電磁器組成物中のペロブスカイト型化合物の平均粒子径が所望の範囲を超えてしまう。
【００３７】
その為、１１００〜１３００℃の範囲で焼成することが良く、このようにして製作することにより本発明の圧電磁器組成物を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の圧電磁器組成物を用いた応用例であるインクジェット記録ヘッドを図１及び図２を基に説明する。
【００３９】
このインクジェット記録ヘッド１０は、圧電磁器組成物にダイヤモンドホイールによる研削加工にて一端が閉じられた複数の溝を並設し、各溝をインクの流路２とするとともに、流路２を構成する壁を隔壁１とした流路部材８と、上記各隔壁１の両側面上半分に、蒸着法、スパッタリング法、メッキ等の膜形成手段によって形成された、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属や白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等の合金からなる駆動用電極３と、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料から成り、各隔壁１の頂部に接着にて接合され、各流路２を覆う蓋板９と、セラミックス、ガラス、シリコン、樹脂（ポリイミド樹脂等）等から成り、上記流路部材８の開放端部に接着にて接合されたノズル板７とから成り、上記ノズル板７には、各流路２と連通し、流路２内のインクを吐出するインク吐出孔６を、上記蓋板９には、各流路２と連通し、流路２内にインクを導入するインク供給穴４をそれぞれ形成してある。
【００４０】
そして、上記流路部材８を形成する圧電磁器組成物を、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍであるとともに、４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上である焼結体により形成してある。なお、矢印は隔壁１を形成する圧電磁器組成物の分極方向を示す。
【００４１】
そして、このヘッド１０よりインク滴を吐出するには、インク供給孔４より各流路２へ顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクを導入するとともに、隔壁１に形成された駆動用電極３に電圧を印加して隔壁１を屈曲変位させ、流路２内のインクを加圧することにより、インク吐出孔６からインク滴を吐出するようになっている。
【００４２】
即ち、図２（ａ）（ｂ）にその駆動原理を示すように、例えば駆動用電極３ｂ，３ｃ及び駆動用電極３ｈ，３ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動用電極３ａ，３ｄ，３ｇ，３ｊに正極の電圧を印加して分極方向に対して垂直な方向に電界を加えると、隔壁１が剪断モードによるすべり振動を起こし、図２（ａ）に示すように隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔６よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔４からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへ極性を逆転して電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように隔壁１ａ，１ｂが流路２ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄに対して外側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができる。
【００４３】
そして、本発明によれば、流路部材８を形成する圧電磁器組成物を前述した焼結体により形成してあるため、隔壁１及び流路２の形成にあたり、ダイヤモンドホイールを用いた研削加工を施しても、研削面である隔壁１の側面に割れやチッピング（欠け）等の欠陥が少ないため、幅１００μｍ以下、高さ１５０μｍ〜５００μｍ程度という薄肉の隔壁１を精度良く形成することができ、上記欠陥によって流路２内におけるインクの流れが阻害されることを防止できるため、全てのインク吐出孔からインクを安定して吐出されることができるとともに、隔壁１の屈曲変位によって割れや欠け等が発生することを防止でき、信頼性を高めることができる。
【００４４】
なお、本発明にかかるヘッド１０は、図１に示した構造だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良できることは言うまでもない。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
ここで、化１の組成式で表されるペロブスカイト型化合物を主成分とし、副成分としてＡｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂を添加し、それらの添加量を異ならせた圧電磁器組成物と、上記副成分を含まない従来の圧電磁器組成物とを製作し、その曲げ強度、破壊靱性値、圧電定数ｄの変化、割れやチッピングの有無を調べる実験を行った。
【００４６】
まず、圧電磁器組成物の原料粉末として、Ｐｂ₃Ｏ₄、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｒＣＯ₃、ＢａＣＯ₃と、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＴｅＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅を用意し、それぞれの金属元素のモル比率が表１となるように秤量したものに溶媒として水を加え、ボールミルにて２０時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥し、９００℃の温度で３時間熱処理を加えて仮焼粉体を得た。
【００４７】
次に、得られた仮焼粉体に、表１の範囲でＡｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂を添加した後、溶媒として水を加え、ＺｒＯ₂製のボールを使用しボールミルにて２０時間、湿式混合粉砕し、さらにスラリーにモビニールの有機バインダーと混練したあと乾燥させて造粒粉を作製し、１．５×１０⁸Ｎ／ｍ²の成形圧で、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの板状の成形体を形成し、脱脂処理した後、１２５０℃前後の温度で焼成することにより、表１に示す圧電磁器組成物を得た。
【００４８】
なお、得られた各圧電磁器組成物の組成を、ＸＲＦ蛍光分析やＩＣＰ発光分光分析にて測定したところ、表１に示す組成比から構成されており、焼成による組成ずれがなかった。
【００４９】
そして、得られた圧電磁器組成物の上下面に金の電極を蒸着法により被着し、８０℃のシリコンオイル中で圧電磁器組成物の厚み方向に直流電圧を３０分間印加して、３〜５ｋＶ／ｍｍの電界にて分極処理した。その後、ダイシング装置を用いて、溝幅７０μｍ、溝深さ４００μｍ、ピッチ１４０μｍの溝加工を施し、この溝加工による複数の溝を流路とするとともに、流路を仕切る壁を隔壁とした流路部材を製作した。なお、加工に使用したダイヤホイールは、砥粒粒度＃２０００（４〜８μｍ）であり、回転数２５０００ｒｐｍ、送り速度２０ｍｍ／秒の条件にて研削加工を行った。
【００５０】
その後、隔壁の割れやチッピングの有無を双眼顕微鏡にて観察し、また、圧電磁器組成物を形成する各ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径は、焼結体表面又は断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）により写真を撮影し、インターセプト法により平均結晶粒径を測定し、４点曲げ強度はＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定し、破壊靱性値は、ＪＩＳＲ１６０７に準拠して測定し、圧電定数ｄ（ｄ₁₅）は、分極処理した厚さ０．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、長さ１０ｍｍの短冊状の試料を電子工業会（ＥＭＡＳ）の規格に基づく測定法によって測定した。
【００５１】
それぞれの結果は表１に示す通りである。なお、圧電定数ｄ₁₅は、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂を添加していない試料の圧電定数ｄ（ｄ₁₅）を１００とした場合の相対値で示した。
【００５２】
【表１】

【００５３】
この結果、表１に見られるように、組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物を主成分とし、副成分としてＡｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有して成り、上記ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍであるとともに、４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上で、かつ破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上である圧電磁器組成物であれば、Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の副成分を含有していない従来の圧電磁器組成物と同等あるいはそれ以上の圧電定数ｄが得られるとともに、研削加工を施しても隔壁に割れがなくかつ大きなチッピングを生じることもなく、研削性に優れることが判る。
（実施例２）次に、表１のうち、試料Ｎｏ．５、９、１２、２５、３５の流路部材を用い、各流路部材の隔壁の両側面上半分にスパッタリング法にて白金からなる駆動用電極を形成し、しかる後、インク供給孔を備えたアルミナセラミック製の蓋板を、流路部材の各流路を塞ぐように隔壁の頂部にエポキシ系樹脂により接着するとともに、流路部材の開放端部に、各流路と連通するインク吐出孔を備えたポリイミド樹脂製のノズル板をエポキシ系樹脂にて接着して図１に示すヘッドを製作した。なお、本発明範囲外のものは、流路部材の隔壁に割れが無いものを用意してヘッドを製作した。
【００５４】
そして、各ヘッドの流路内にインクを充填し、駆動用電極に２０Ｖの電圧を１００Ｈｒ印加してインク吐出孔よりインク滴を吐出させ、この時のインク滴の飛翔状況を放電管を光源としフィルム上に記録させる高速度写真撮影装置によって観察した。
【００５５】
この結果、試料Ｎｏ．９の流路部材を用いて形成した本発明範囲外のヘッドは、１００Ｈｒ経過後、１００個のインク吐出孔のうち２６個のインク吐出孔からインク滴が吐出されなくなり、試料Ｎｏ．１２の流路部材を用いて形成した本発明範囲外のヘッドでは、１００Ｈｒ経過後、１００個のインク吐出孔のうち１５個のインク吐出孔からインク滴が吐出されなくなった。そこで、試料Ｎｏ．９，１２の圧電磁器組成物から成る流路部材を用いたヘッドを切断して隔壁の状況を確認したところ、インク滴が吐出されなかったインク吐出孔と連通する流路を構成する隔壁にクラックや欠け等が見られた。
【００５６】
これに対し、試料Ｎｏ．５，２５，３５の流路部材を用いて形成した本発明のヘッドは、１００Ｈｒ経過後も、１００個のインク吐出孔全てから安定してインク滴を吐出させることができ、また、各ヘッドを切断して隔壁の状況を確認したところ、隔壁に欠陥は見られなかった。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物から成り、上記ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍであるとともに、４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上である焼結体により圧電磁器組成物を構成したことから、上記ペロブスカイト型化合物から成る従来の圧電磁器組成物と同等又はそれ以上の圧電定数ｄが得られ、大きな機械的変位量が要求される圧電アクチュエータ用として好適に用いることができるとともに、ダイヤモンドホイールを用いた研削加工を施したとしても割れやチッピング（欠け）等の欠陥がなく、研削性を大幅に向上させることができる。
【００５８】
また、少なくとも一部が前記圧電磁器組成物から成る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路として成る流路部材と、上記隔壁の両側面にそれぞれ形成された駆動用電極と、前記隔壁の頂面に接合され、上記流路を覆う蓋板と、上記各流路と連通するインク吐出孔とからインクジェット記録ヘッドを構成したことから、隔壁に割れやチッピング（欠け）等の欠陥がなく、隔壁の屈曲変位によって破損することも少ないため、インク滴の吐出性能を高めることができるとともに、長期間にわたり、安定してインク滴を吐出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電磁器組成物を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明するための断面図である。
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，２１・・・隔壁２，２２・・・流路３，２３・・・駆動用電極
４，２４・・・インク供給孔５，２５・・・インク吐出孔
６，２６・・・ノズル板７，２７・・・流路部材８，２８・・・蓋板
１０，３０・・・インクジェット記録ヘッド

Claims

Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物から成る焼結体であって、上記ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍで、かつ上記焼結体の４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上であることを特徴とする圧電磁器組成物。
少なくとも一部が圧電磁器組成物から成る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路として成る流路部材と、上記隔壁の両側面にそれぞれ形成された駆動用電極と、上記隔壁の頂面に接合され、上記流路を覆う蓋板と、上記各流路と連通するインク吐出孔とから成るインクジェット記録ヘッドにおいて、上記圧電磁器組成物を、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０６質量％、ＳｉＯ₂を０．０１〜０．０６質量％含有し、残部が組成式Ｐｂ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y（Ｚｎ_1/3 Ｓｂ_2/3）_a（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3）_b（Ｎｉ_1/2 Ｔｅ_1/2）_cＺｒ_dＴｉ_{1−a−b−c−d}Ｏ₃、ただし、０≦x≦０．１０，０≦y≦０．１０，０＜x＋y，０≦a≦０．０８，０≦b≦０．０４，０≦c≦０．０１，０．０１５＜a＋b，０．４３≦d≦０．５５で示されるペロブスカイト型化合物から成り、上記ペロブスカイト型化合物の平均結晶粒子径が０．６〜７μｍで、かつ４点曲げ強度が７０ＭＰａ以上、破壊靱性値が０．７ＭＰａｍ^1/2以上である焼結体により形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。