(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電変位の阻害を抑制しつつ、高湿度雰囲気下でも優れた絶縁耐久性を呈する圧電／電歪アクチュエータを提供する。【解決手段】１層の圧電／電歪層４０，６０と圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極３０，５０，７０とを含む積層体を少なくとも１つ含んでなり、圧電／電歪層が１対の電極に挟まれている部分に対応する作動部と、圧電／電歪層が１対の電極に挟まれていない部分に対応する非作動部とを有する圧電／電歪素子９０、並びに、少なくとも作動部と非作動部との境界近傍を覆うように配置されている防湿膜８０であって、歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜８０、を含んでなる圧電／電歪アクチュエータ１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む積層体を少なくとも１つ含んでなり、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれている部分に対応する作動部と、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれていない部分に対応する非作動部とを有する圧電／電歪素子、並びに、
少なくとも前記作動部と前記非作動部との境界近傍を覆うように配置されている防湿膜であって、歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜、
を含んでなる圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が基板上に配置されている、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板が薄肉部を有しており、前記圧電／電歪素子がその薄肉部の少なくとも一部を覆うように配置されている、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が、前記基板上の前記薄肉部に対応する領域に固着されている、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子における前記作動部と前記非作動部との境界近傍に微細な亀裂を有し、当該亀裂が前記防湿膜を構成する前記シリコーン系有機絶縁材料によって充填されている、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記防湿膜の上に少なくとも１層の保護膜が更に配置されている、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層がフッ素系有機材料を含んでなる、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層が、前記防湿膜の表面を硬化させることによって形成されてなる、圧電／電歪アクチュエータ。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか１項に記載の圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板と前記圧電／電歪素子が、前記電極を介して固着されている圧電／電歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電／電歪アクチュエータに関する。より詳しくは、本発明は、圧電変位の阻害を抑制しつつ、高湿度雰囲気下での絶縁耐久性が改善された圧電／電歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電／電歪アクチュエータは、サブミクロンのオーダーで変位を精密に制御することができるという利点を有する。特に、圧電／電歪磁器組成物の焼結体を圧電／電歪体として用いた圧電／電歪アクチュエータは、変位を精密に制御することができる他にも、電気機械変換効率が高く、発生力が大きく、応答速度が速く、耐久性が高く、消費電力が少ないという利点も有し、これらの利点を生かして、インクジェットヘッドやマイクロポンプ等に採用されている。
【０００３】
しかしながら、当該技術分野においては、高温、高湿度における圧電膜（圧電体）の劣化や絶縁破壊に対する懸念が従前より存在しており、このような水による圧電膜の劣化や絶縁破壊を抑制するために、種々の手段が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１においては、水蒸気透過率が低い電極を圧電膜上に設けると共に、当該電極及び圧電膜の周縁部を覆う無機材料からなる保護膜を設けることによって、当該圧電膜への水分の侵入を防止することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２においては、積層圧電アクチュエータの外周面にアクリル系塗料等を電着及び焼付（電着塗装）しただけではコーナー部における絶縁層の厚みが不十分となるため、上記塗料を電着塗装した後に、改めて二回目の電着塗装を行うことにより、コーナー部からの水分の侵入を抑制することが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３においては、スライシング加工時に発生した微小クラックを有するインクジェットヘッド用圧電素子をエポキシ系接着剤で被覆することによって微小クラックを充填し、その後エポキシ系接着剤を乾燥及び硬化させることによって強度向上及び防湿を図ることが記載されている。
【０００７】
また更に、特許文献４においては、積層型圧電セラミックにおける内部電極層及び外部電極の露出部をシリコーンで被覆し、当該シリコーンを硬化させて外装部とすることにより、電極材のマイグレーションやショートを防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−０８１３４７号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７６２１号公報
【特許文献３】特開２００３−０６２９９９号公報
【特許文献４】特開２０００−２７０５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、当該技術分野において、高温高湿環境における圧電膜の劣化や絶縁破壊、電極のショート等に対する懸念は従前より存在しており、鋭意検討が重ねられており、実用における信頼性という観点からは高いレベルに到達してはいるものの、かかる懸念は未だに完全には払拭されておらず、品質管理における加速劣化試験等において未だ解決すべき課題として認識されている。特に分極処理又は圧電／電歪素子としての駆動の際に主に活性部（作動部）と不活性部（非作動部）との間に生ずるマイクロクラック（微細な亀裂）を主因とする圧電／電歪層の劣化や絶縁破壊、電極のショート等の問題に対しては、従来技術は未だ十分な解決策を見出すに至っていないのが実情である。尚、活性部（作動部）と不活性部（非作動部）の詳細については後述する。
【００１０】
即ち、前記特許文献１において防湿目的の保護膜として使用されている無機コーティングは硬く、圧電素子の変位を阻害するため、活性部を覆わないようにするためのパターニング等の対策を要する。現に、前記特許文献１においても、周縁部を除く圧電膜（つまり、活性部）に対応する位置に、保護膜が開口部を有することが構成要件となっている。かかるパターニングを行うことは、製造工程を複雑化し、コスト増大に繋がる。
【００１１】
一方、前記特許文献２乃至４には、防湿膜として有機コーティングを使用することが開示されているが、無機コーティングと比較すると、防湿性、ひいては高湿絶縁性が不十分であり、また有機コーティングといえども硬化後の硬い状態では圧電素子の変位を幾分かは阻害することに変わりは無い。
【００１２】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、圧電変位の阻害を抑制しつつ、高湿度雰囲気下での圧電／電歪アクチュエータの絶縁耐久性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための、本発明の第１の実施態様は、
１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む積層体を少なくとも１つ含んでなり、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれている部分に対応する作動部と、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれていない部分に対応する非作動部とを有する圧電／電歪素子、並びに、
少なくとも前記作動部と前記非作動部との境界近傍を覆うように配置されている防湿膜であって、歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜、
を含んでなる圧電／電歪アクチュエータである。
【００１４】
また、本発明の第２の実施態様は、上記第１の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が基板上に配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００１５】
更に、本発明の第３の実施態様は、上記第２の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板が薄肉部を有しており、前記圧電／電歪素子がその薄肉部の少なくとも一部を覆うように配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００１６】
また更に、本発明の第４の実施態様は、上記第３の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が、前記基板上の前記薄肉部に対応する領域に固着されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００１７】
加えて、本発明の第５の実施態様は、上記第１乃至第４の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子における前記作動部と前記非作動部との境界近傍に微細な亀裂を有し、当該亀裂が前記防湿膜を構成する前記シリコーン系有機絶縁材料によって充填されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００１８】
また、本発明の第６の実施態様は、上記第１乃至第５の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記防湿膜の上に少なくとも１層の保護膜が更に配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００１９】
更に、本発明の第７の実施態様は、上記第６の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層がフッ素系有機材料を含んでなる、圧電／電歪アクチュエータである。
【００２０】
また更に、本発明の第８の実施態様は、上記第６の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層が、前記防湿膜の表面を硬化させることによって形成されてなる、圧電／電歪アクチュエータである。
【００２１】
加えて、本発明の第９の実施態様は、上記第２乃至第８の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板と前記圧電／電歪素子が、前記電極を介して固着されている圧電／電歪アクチュエータである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、圧電変位の阻害を抑制しつつ、高湿度雰囲気下でも優れた絶縁耐久性を呈する圧電／電歪アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】圧電／電歪アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、圧電／電歪素子を含んでなる圧電／電歪アクチュエータにおいて、基板及び圧電／電歪素子からなる部分の、少なくとも作動部と非作動部との境界近傍を覆うように防湿膜を設けることにより、分極処理の際又は圧電／電歪素子としての駆動の際に、主に作動部と非作動部との境界近傍に発生するマイクロクラックを主因とする高湿絶縁劣化（例えば、圧電／電歪層の劣化や絶縁破壊、電極のショート等）を抑制しようとするにあたって、意外なことに、低い弾性率を有するシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜を用いることによって、高湿絶縁劣化をより有効に防止することができることを見出したことに基づいてなされたものである。尚、前記「作動部」とは、圧電／電歪素子において、圧電／電歪層が１対の電極に挟まれている部分に対応する部分（即ち、電界印加時に変位を生ずる部分）を指し、前記「非作動部」とは、圧電／電歪素子において、圧電／電歪層が１対の電極に挟まれていない部分に対応する部分（即ち、電界印加時に変位を（殆ど又は全く）生じない部分）を指す。
【００２５】
第１の実施態様
本発明の第１の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、
１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む積層体を少なくとも１つ含んでなり、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれている部分に対応する作動部と、前記圧電／電歪層が前記１対の電極に挟まれていない部分に対応する非作動部とを有する圧電／電歪素子、並びに、
少なくとも前記作動部と前記非作動部との境界近傍を覆うように配置されている防湿膜であって、歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜、
を含んでなる圧電／電歪アクチュエータである。
【００２６】
上記圧電／電歪層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電／電歪磁器組成物や昨今の環境保護の観点から精力的に開発が進められている非鉛系の圧電／電歪磁器組成物を始めとする、圧電／電歪焼結体の製造に使用される各種圧電／電歪磁器組成物の中から適宜選択することができる。また、上記電極は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）等、当該技術分野において電極として使用される種々の材料の中から適宜選択することができる。
【００２７】
尚、圧電／電歪層（「圧電体」とも称される）とこれらの電極との積層は、当該技術分野において周知の何れの手法（例えば、気相成長法、又は各層のスクリーン印刷後の焼成等）によって行われても良い。
【００２８】
更に、上記圧電／電歪層や電極の厚みについても、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータを適用しようとする用途に応じて、適宜設定することができる。同様に、上記基板の厚みや上記基板における薄肉部の厚みや面積、厚肉部の開口部の容積（厚肉部の厚み）についても、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータを適用しようとする用途に応じて、適宜設定することができる。
【００２９】
ところで、上記圧電／電歪素子は、上記積層体を２つ以上含んでも良い。このように上記積層体を２つ以上含む圧電／電歪素子もまた、当該技術分野において周知の手法によって製造することができる。
【００３０】
いずれの場合であっても、上記圧電／電歪素子は、当該技術分野において既知の様々な手法を用いて、様々な構成に製造することができることは、当業者にとって明らかであるので、本明細書においては、これ以上の詳細な説明は割愛する。
【００３１】
上記圧電／電歪素子が含む上記積層体（１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む）の数の如何にかかわらず、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータに含まれる圧電／電歪素子には、上記圧電／電歪層が上記１対の電極に挟まれている部分に対応する作動部と、上記圧電／電歪層が上記１対の電極に挟まれていない部分に対応する非作動部とが存在する。
【００３２】
上記圧電／電歪素子において、上記作動部は、上記圧電／電歪層が上記１対の電極に挟まれている部分に対応する部分を指し、当該作動部は、焼成後の当該圧電／電歪素子において、上記電極間に電界が印加された際に、印加された電界に応じた変形（変位）を生ずる部位である。一方、上記非作動部は、上記圧電／電歪層が上記１対の電極に挟まれていない部分に対応する部分を指し、当該非作動部は、焼成後の当該圧電／電歪素子において、上記電極間に電界が印加されても、印加された電界に応じた変形（変位）を（殆ど又は全く）生じない部位である。
【００３３】
従って、分極処理の際又は圧電／電歪素子としての駆動の際に、作動部と非作動部との境界近傍に応力がかかり、マイクロクラックが発生しがちである。このマイクロクラックは、圧電／電歪層の劣化や絶縁破壊、電極のショート等の問題を引き起こす主因となり、高湿度雰囲気下での圧電／電歪素子の絶縁耐久性を低下させる要因となる。
【００３４】
そこで、作動部と非作動部との境界近傍に防湿膜を設ける試みが従来より検討されているが、本発明においては、意外なことに、低い弾性率を有するシリコーン系有機絶縁材料からなる防湿膜を用いることによって、高湿絶縁劣化がより有効に防止される。ここでいう「低い弾性率を有するシリコーン系有機絶縁材料」とは、具体的には、歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定によって測定される貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料を指す。
【００３５】
即ち、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータにおける防湿膜の材料としては、前述の条件下での動的粘弾性測定によって測定される貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるという条件を満たす限り、入手可能な種々のシリコーン系有機絶縁材料の中から適宜選択して使用することができる。上記貯蔵弾性率が１００ｋＰａを超えると、高湿度雰囲気下での圧電／電歪素子の絶縁性の低下を抑制することが困難となる。
【００３６】
これは、上記貯蔵弾性率が１００ｋＰａを超えると、分極処理の際又は圧電／電歪素子としての駆動の際に作動部と非作動部との境界近傍に発生するマイクロクラック内への進入が困難となったり、圧電／電歪素子としての駆動時に圧電／電歪素子の動きに追随することが困難となり、剥がれが生じたりすることが原因であると考えられる。より好ましくは、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータにおける防湿膜の材料としてのシリコーン系有機絶縁材料の、前述の条件下での動的粘弾性測定によって測定される貯蔵弾性率は８０ｋＰａ以下であることが望ましい。
【００３７】
従って、各種有機材料及び無機材料を含む各種材料の中でも貯蔵弾性率が上記上限を超える材料（例えば、ゴムや樹脂の形態にある有機高分子材料（例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリパラキシリレン樹脂、フッ素樹脂等）や無機材料（例えば、ＳｉＯ２膜等））は当該用途には不適であり、シリコーン系有機絶縁材料といえども、貯蔵弾性率が上記上限を超える材料（例えば、シリコーンゴム）は当該用途には適さない。
【００３８】
尚、上記貯蔵弾性率は、所謂「動的粘弾性測定」として知られる一般的な方法によって測定することができる。動的粘弾性の測定装置の一例としては、アントンパール社製レオメーター  ＭＣＲ  ３０１が挙げられる。また、測定条件の一例としては、前述のように歪量０．１％、周波数１Ｈｚ、ギャップ０．５ｍｍ、温度２２℃の条件下で直径２５ｍｍのパラレルコーンを使用する動的粘弾性測定が挙げられる。
【００３９】
一方、上記シリコーン系有機絶縁材料としては、上記弾性率に関する要件を満足する限りにおいて、如何なるシリコーン系有機絶縁材料であっても良い。具体的には、上記シリコーン系有機絶縁材料としては、液状又はゲル状のシリコーン系有機絶縁材料が用いられ、より具体的には、シリコーン系オイル、シリコーン系ゲルが望ましい。
【００４０】
尚、上記弾性率に関する要件を満足する液体又はゲルとしては、各種溶剤や各種オイル、種々のポリマーや樹脂等が想定されるが、本願出願人が行った検討の結果（詳細は後に説明する）としては、分子内にケイ素（Ｓｉ）を含む所謂「シリコーン系」の有機絶縁材料が望ましく、たとえ上記弾性率に関する要件を満足していても、例えば、フッ素系材料（例えば、フッ素オイル）や炭化水素系材料（例えば、有機溶剤）等、Ｓｉを含まない有機絶縁材料を使用した場合は、高湿度雰囲気下での圧電／電歪素子の絶縁性の低下を抑制することができないことが判明した。
【００４１】
尚、前述の条件下での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる上記防湿膜は、少なくとも上記作動部と上記非作動部との境界近傍を覆うように配置される必要がある。これは、前述のように、高湿絶縁劣化（高湿度雰囲気下での圧電／電歪素子の絶縁性の低下）の原因となり得るマイクロクラックが主に発生する上記非作動部との境界近傍を上記防湿膜によって覆うことにより、上記圧電／電歪素子内への水分の侵入を防止するためである。
【００４２】
従って、上記防湿膜は、少なくとも上記作動部と上記非作動部との境界近傍を覆ってさえいれば、他に（製造工程上等の）不都合が無い限り、上記圧電／電歪素子が固着されている側の外表面のうち、少なくとも上記作動部と上記非作動部との境界近傍以外の部分を覆っていても良い。
【００４３】
上記防湿膜は、上記圧電／電歪素子が上記基板に固着されてなる圧電／電歪アクチュエータの分極処理の後に塗布するのが望ましい。上記防湿膜の塗布方法としては、防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料の性状（例えば、粘度等）や、上記圧電／電歪素子が上記基板に固着されてなる圧電／電歪アクチュエータの構成等に応じて、様々な周知の塗布方法の中から適宜選択することができる。具体的には、上記防湿膜の塗布方法としては、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディスペンサやインクジェットでの塗布、スクリーン印刷、及びスタンプ印刷等が挙げられる。
【００４４】
尚、上記防湿膜の厚みは、０．０１〜１０μｍの範囲にあるのが望ましい。防湿膜の厚みがこの範囲よりも薄いと、塗布斑が発生し、防湿膜を均一な連続膜として塗布することが困難となり、防湿効果が損なわれるので望ましくない。逆に、防湿膜の厚みがこの範囲よりも厚いと、防湿膜を塗布する際に、目的とする領域以外にまで防湿膜の材料がはみ出す等の問題（ダレ）が生ずるので望ましくない。より好ましくは、防湿膜の厚みは、０．０２〜８μｍの範囲にあるのが望ましい。
【００４５】
第２の実施態様
次に本発明の第２の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第１の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が基板上に配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００４６】
上記基板は、圧電／電歪アクチュエータ用の基板において一般的に用いられるものであり、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の材質を用いて製造される。また、上記基板には、少量の添加剤、例えば、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等が含有されていても良い。基板の製造方法としては、当該技術分野において周知の技法（例えば、グリーンシート成形等）を用いることができる。
【００４７】
第３の実施態様
本発明の第３の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第２の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板が薄肉部を有しており、前記圧電／電歪素子がその薄肉部の少なくとも一部を覆うように配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００４８】
上記の如く、本実施態様において、前記基板は薄肉部を有しており、前記圧電／電歪アクチュエータ素子は、その薄肉部の少なくとも一部を覆うように配置されている。この薄肉部もまた、圧電／電歪アクチュエータ用の基板において一般的に用いられている手法によって形成することができる。例えば、薄肉部は、基板をエッチング等の手法によって切削することによって形成されていても良く、また、薄肉部を形成すべき相対的に薄い（例えば、数μｍの厚みを有する）部材に、薄肉部に対応する箇所に開口部を有するように加工された比較的厚い別の部材（厚肉部）を積層することによって形成されていても良い。
【００４９】
つまり、一体式または積層式の如何を問わず、上記薄肉部の圧電／電歪素子が固着される側とは反対の側には、ある面（例えば、上面）が薄肉部に接し、その面と交差する面（例えば、側面）が厚肉部の開口部の内壁に接する空間が存在することになる。
【００５０】
尚、インクジェットプリンタにおいて使用されるインクジェットヘッド等の液体噴射ヘッドとして本発明に係る圧電／電歪アクチュエータを使用する場合には、インク等の液体を噴射させるための機構（例えば、噴射ノズル等）が、上記空間の開口面（薄肉部にも厚肉部の内壁にも接していない面）に接続するように設けられるのが一般的である。かかる噴射機構の構成についても、液体噴射ヘッドの技術分野において一般的に用いられる構成を適用することができる。
【００５１】
第４の実施態様
本発明の第４の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第３の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子が、前記基板上の前記薄肉部に対応する領域に固着されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００５２】
換言すれば、本実施態様において、前記圧電／電歪素子は、前記基板の前記空間（厚肉部の開口部）とは反対側の、上記薄肉部に対応する領域に固着される。当該圧電／電歪素子は、１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む積層体を少なくとも１つ含んでなる。
【００５３】
第５の実施態様
本発明の第５の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第１乃至第４の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記圧電／電歪素子における前記作動部と前記非作動部との境界近傍に微細な亀裂を有し、当該亀裂が前記防湿膜を構成する前記シリコーン系有機絶縁材料によって充填されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００５４】
前述のように、高湿絶縁劣化の主因となるマイクロクラック（微細な亀裂）は、作動部と非作動部とを有する圧電／電歪素子の分極処理の際又は圧電／電歪素子としての駆動の際に作動部と非作動部との境界近傍に発生する傾向がある。従って、前述のように、圧電／電歪素子の分極処理の後に防湿膜を塗布して、防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料をマイクロクラック中に充填することにより、分極処理時に発生したマイクロクラックを介する水分の侵入を有効に抑制することができる。
【００５５】
シリコーン系有機絶縁材料のマイクロクラック中への充填は、所謂「毛細管現象」によって、シリコーン系有機絶縁材料の塗布の際に自然に起こる場合が多いが、シリコーン系有機絶縁材料の性状（例えば、粘度等）やマイクロクラックの大きさや形状等によっては、シリコーン系有機絶縁材料がマイクロクラック中に自然には充填されない場合がある。この場合、例えば真空引き等の方法により、シリコーン系有機絶縁材料のマイクロクラック中への充填を促進しても良い。
【００５６】
尚、上記マイクロクラックは、圧電／電歪素子の分極処理の際のみならず、圧電／電歪素子としての駆動の際にも発生し得る。しかしながら、上述のように圧電／電歪素子の分極処理の後に防湿膜が塗布されているので、その後、圧電／電歪素子としての駆動の際に作動部と非作動部との境界近傍において新たなマイクロクラックが発生しても、その新たに発生したマイクロクラックは防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料によって覆われているので、その新たに発生したマイクロクラック中にシリコーン系有機絶縁材料が直ちに侵入し、当該マイクロクラックに起因する高湿絶縁劣化を抑制する。
【００５７】
第６の実施態様
本発明の第６の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第１乃至第５の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記防湿膜の上に少なくとも１層の保護膜が更に配置されている、圧電／電歪アクチュエータである。
【００５８】
上記保護膜は、当然のことながら、前記防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料と混ざり合ったり、反応したりすることの無い材料を含んでなることが望ましい。より好ましくは、上記保護膜は、前記防湿膜の上に更に塗布されることによって、本実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータの防湿性能を更に向上させ得る材料であることが望ましい。上記保護膜を構成する材料としては、例えば、フッ素系溶剤に溶解し、乾燥後に皮膜化できるフッ素樹脂、等が挙げられる。
【００５９】
ところで、前述のように、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータの防湿膜は、前述の条件下での動的粘弾性測定によって測定される貯蔵弾性率が１００ｋＰａ以下であるシリコーン系有機絶縁材料からなる。このように弾性率が低い材料からなる防湿膜は、そのままでは柔らかすぎるため、例えば、液体噴射ヘッド（具体的には、インクジェットヘッド等）等の、目的とする装置に当該圧電／電歪アクチュエータを組み込もうとする場合に、防湿膜が他の部材に接触した際に当該部材に付着したり、圧電／電歪アクチュエータの傾斜等に起因して防湿膜が流れて所定の位置からずれたりする等のハンドリング上の問題や、圧電／電歪アクチュエータの長期間にわたる使用に伴い防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料が徐々に蒸発して、防湿膜としての機能が低下する等の長期耐久性の問題が想定される。
【００６０】
従って、上記のような問題を解消するためには、防湿膜の上に少なくとも１層の保護膜が更に配置されている、本発明の第３の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータが好適である。好ましくは、上記保護膜は１ＭＰａ以上のヤング率を有することが望ましい。このように、防湿膜と比べて、比較的高い弾性率を有する（硬い）保護膜で防湿膜を覆うことにより、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータにおいて想定される上記のようなハンドリング上の問題及び長期耐久性の問題が解消される。
【００６１】
保護膜のヤング率は、例えば、JIS K 7127に規定される方法によって測定することができる。保護膜のヤング率が１ＭＰａ未満であると、特に、上述のハンドリング上の問題が十分に解消されないので望ましくない。より好ましくは、保護膜のヤング率は１０ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００６２】
尚、上記のように、防湿膜と比較して弾性率が高い（硬い）保護膜を塗布しても、弾性率が高い（硬い）防湿膜を塗布する場合とは異なり、圧電変位の阻害という問題は発生しない。これは、保護膜は防湿膜の上に塗布されるため、圧電／電歪素子の作動部に直接接しているのは弾性率が低い防湿膜であり、弾性率が高い保護膜は作動部には直接接していないので、作動部において生じた圧電変位が防湿膜において緩和／吸収され、保護膜による影響（圧電変位の阻害）を受け難い状態にあることが原因であると考えられる。
【００６３】
上記保護膜の塗布方法としては、保護膜を構成する材料の性状（例えば、粘度等）や、上記圧電／電歪素子が上記基板に固着されてなる圧電／電歪アクチュエータの構成等に応じて、様々な周知の塗布方法の中から適宜選択することができる。具体的には、上記保護膜の塗布方法としては、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディスペンサやインクジェットでの塗布、及びスクリーン印刷等が挙げられる。
【００６４】
尚、保護膜の厚みは、０．１〜１０μｍの範囲にあるのが望ましい。保護膜の厚みがこの範囲よりも薄いと、保護膜を均一な連続膜として塗布することが困難となり、保護膜に穴が開く等の問題が生ずるので望ましくない。逆に、保護膜の厚みがこの範囲よりも厚いと、保護膜を塗布する際に、目的とする領域以外にまで保護膜の材料がはみ出す等の問題（ダレ）が生ずるので望ましくない。より好ましくは、保護膜の厚みは、０．２〜８μｍの範囲にあるのが望ましい。
【００６５】
第７の実施態様
本発明の第７の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第６の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層がフッ素系有機材料を含んでなる、圧電／電歪アクチュエータである。
【００６６】
前述の如く、上記保護膜は、前記防湿膜を構成するシリコーン系有機絶縁材料と混ざり合ったり、反応したりすることの無い材料であって、より好ましくは、前記防湿膜の上に更に塗布されることによって、本実施形態に係る圧電／電歪アクチュエータの防湿性能を更に向上させ得る材料を含んでなることが望ましい。かかる材料として特に好ましいのは、フッ素樹脂である。
【００６７】
第８の実施態様
本発明の第８の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第６の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記保護膜のうち少なくとも１層が、前記防湿膜の表面を硬化させることによって形成されてなる、圧電／電歪アクチュエータである。
【００６８】
前述の第７の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータにおいては、フッ素系有機材料を含んでなる少なくとも１層の保護膜が防湿膜の上に更に設けられている。このように、保護膜を、防湿膜とは別個の層として、防湿膜の上に塗布することによって設けても良いが、防湿膜の表面を硬化させることによって保護膜を形成させても良い。このように防湿膜の表面を硬化させる方法としては、例えば、プラズマ照射処理、紫外線硬化処理、湿気硬化処理等の方法が挙げられる。また、防湿膜（例えば、シリコーンオイル）溶液の中に保護膜成分（例えば、フッ素樹脂）を混合又は溶解させておき、加熱処理等によって防湿膜の表面に保護膜成分を分離させた後、この表面にプラズマ処理、紫外線硬化処理、湿気硬化処理等を施して、分離した保護膜成分を硬化させて保護膜を形成させてもよい。
【００６９】
第９の実施態様
本発明の第９の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータは、前記第２乃至第８の実施態様のいずれかに係る圧電／電歪アクチュエータであって、前記基板と前記圧電／電歪素子が、前記電極を介して固着されている圧電／電歪アクチュエータである。
【００７０】
尚、上述の第６乃至第８の実施態様、及び上記第９の実施態様に含まれる実施態様のうち上述の第６乃至第８の実施態様に従属する（即ち、保護膜を備える）実施態様においては、保護膜を２層構造としてもよい。具体的には、上述の実施態様に係る保護膜を第１の保護膜として塗布した後に、真空設備等を使用して、より防湿効果の高い膜を第２の保護膜として積層することが可能である。より具体的には、例えば、スパッタ法や化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法等を用いて、アルミナ、ガラス、ポリパラキシリレン等を、上記第１の層の上に積層して、第２の層を設けることができる。かかる第２の保護膜を設けた場合、防湿膜や第１の保護膜からのアウトガスを防止する効果があり、より好ましい。
【００７１】
以下に記載する実施例によって本発明を更に詳しく説明するけれども、本発明の技術的範囲は、これらの例に限定されるものではない。
【実施例】
【００７２】
圧電／電歪アクチュエータの製造
本発明の実施例１〜５及び比較例１〜９に係る圧電／電歪アクチュエータの製造について以下に説明する。但し、以下に説明する製造方法等はあくまでも例示であって、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータの製造方法は、これらに限定されるものではない。
【００７３】
（１）圧電／電歪アクチュエータの製造
ここでは、図１を参照しながら説明する。先ず、薄肉部２０の厚みが６μｍの基板１０をグリーンシート成形によって成形し、１４５０℃で焼成した。次に、上記薄肉部２０に対応する領域に、厚さ１．５μｍ、幅１２０μｍの白金（Ｐｔ）電極（下部電極３０）をスクリーン印刷によって積層し、１３５０℃で焼成した。この下部電極３０の上に、厚さ６μｍ、幅１６０μｍの下層圧電膜４０をスクリーン印刷によって積層し、厚さ１．５μｍ、幅１２０μｍの白金（Ｐｔ）電極（内部電極５０）、及び厚さ６μｍ、幅１６０μｍの上層圧電膜６０をスクリーン印刷によって積層し、１２５０℃で焼成した。更に、この上層圧電膜６０の上に、厚さ０．２μｍ、幅１２０μｍの金（Ａｕ）電極（上部電極７０）をスクリーン印刷によって積層し、８００℃で焼成した。
【００７４】
即ち、本実施例において使用する圧電／電歪アクチュエータ１００は、上記の如く、内部電極５０が２層の圧電膜（下層圧電膜４０及び上層圧電膜６０）で挟まれており、その両面に下部電極３０及び上部電極７０が設けられた構成となっているので、本実施例における圧電／電歪素子９０は、前述の「１層の圧電／電歪層と前記圧電／電歪層の両面にそれぞれ配置された１対の電極とを含む積層体」を２つ含むことになるが、圧電／電歪素子が当該積層体を１つのみ含む態様、及び圧電／電歪素子が積層体を３つ以上含む態様も本発明の範囲に含まれる。尚、上記圧電／電歪アクチュエータ１００の長手方向（上記幅方向及び厚み方向に直行する方向）の長さは１０００μｍとした。
【００７５】
尚、上記基板１０の材料としては、金属元素換算で３ｍｏｌ％の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含有する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を使用した。また、上記圧電膜４０及び６０の材料としては、０．２０Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３  ＋  ０．１７Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３  ＋  ０．８０ＰＺＴを使用した。
【００７６】
（２）圧電／電歪アクチュエータの分極処理
上記のようにして得られた圧電／電歪アクチュエータを分極処理に付した。上記のように電極が形成された圧電／電歪アクチュエータ（焼結体）を絶縁油（例えば、シリコンオイル等）に浸漬し、当該圧電／電歪アクチュエータの電極に電圧を印加した。この際、圧電／電歪アクチュエータを５０〜１５０℃に加熱する高温分極処理を行うことが望ましい。高温分極処理を行うときには、圧電／電歪アクチュエータに２〜１０ｋＶ／ｍｍの電界が印加される。尚、本実施例においては、圧電／電歪アクチュエータ１００をシリコンオイルに浸漬し、１０ｋＶ／ｍｍの電界を印加したが、分極処理の条件もまた、圧電／電歪素子９０の構成等に応じて、当該技術分野において周知の種々の技法の中から適宜選択することができる。
【００７７】
更にエージング処理を行う場合は、電極が開放された状態で当該圧電／電歪アクチュエータを大気中で１００〜３００℃に加熱しても良い。
【００７８】
（３）防湿膜の塗布
上記のように製造された圧電／電歪アクチュエータ１００の、圧電膜と電極との積層体（圧電／電歪素子９０）が固着されている側の外表面に、スピンコート法によって防湿膜８０を塗布した。実施例１〜５及び比較例１〜９の圧電／電歪アクチュエータにおける各防湿膜の材料、塗布厚み、及び弾性率は、下記表１に列挙されている。尚、本実施例においては、上記の如く、スピンコート法によって防湿膜を塗布したが、前述の如く、防湿膜の材料の性状や圧電／電歪アクチュエータの構成等に応じて、当該技術分野において周知の種々の塗布方法から適切な方法を適宜選択して使用することができる。
【００７９】
（４）保護膜の塗布
上記のように製造され、防湿膜が塗布された各種圧電／電歪アクチュエータのうち、実施例５に係る圧電／電歪アクチュエータにおいてのみ、スピンコート法によって、防湿膜８０の上に保護膜を更に塗布した。尚、下記表１においては、実施例５における保護膜に関するデータ（具体的には、材料、塗布厚み、及び弾性率）は括弧中に記載されている。当然のことながら、保護膜の塗布方法についても、上記スピンコート法に限定されるものではなく、前述の如く、保護膜の材料の性状や圧電／電歪アクチュエータの構成等に応じて、当該技術分野において周知の種々の塗布方法から適切な方法を適宜選択することができる。
【００８０】
高湿絶縁劣化の評価
本実施例における圧電／電歪アクチュエータの高湿絶縁劣化の評価方法につき、以下に説明する。
【００８１】
（１）加速劣化試験
上記のように製造された圧電／電歪アクチュエータを、４０℃８５％ＲＨの条件化で、４ｋＶ／ｍｍの直流印加駆動を１００時間にわたって行った。この加速劣化試験は、表１に列挙されている各種実施例及び比較例に係る圧電／電歪アクチュエータのそれぞれにつき、９００個のサンプル数にて実施した。
【００８２】
（２）絶縁抵抗測定
各種実施例及び比較例に係る圧電／電歪アクチュエータのそれぞれにつき、上記加速劣化試験を経た９００個のサンプルのうち、加速劣化試験終了時の外観において破損や変質が認められるものを除外して、残るサンプルについて絶縁抵抗を測定した。得られた絶縁抵抗値のうち最も低い値を、それぞれの圧電／電歪アクチュエータの劣化後の絶縁抵抗値とした。即ち、劣化後の絶縁抵抗値が高いものほど、高湿度雰囲気下での絶縁耐久性が高い圧電／電歪アクチュエータであるということになる。尚、上記加速劣化試験を行う前の（劣化前の）絶縁抵抗は、何れの圧電／電歪アクチュエータにおいても、１０００ＭΩ以上であった。
【００８３】
（３）圧電変位量測定
各種実施例及び比較例に係る圧電／電歪アクチュエータのそれぞれにつき、上記加速劣化試験後について、４ｋＶ／ｍｍの電界における、厚み方向の変位量をレーザードップラーで測定し、圧電変位の量とした。上記防湿膜として塗布された材料が硬く（弾性率が高く）、圧電／電歪素子の変位を阻害する場合は圧電変位量が小さくなる。従って、圧電変位量が大きいほど、防湿膜による圧電変位の阻害が小さいことを意味するので望ましい。
【００８４】
（４）高湿絶縁劣化の評価結果
上記手順によって得られた絶縁抵抗測定の結果を、各種実施例及び比較例において使用した防湿膜の材料及び弾性率と併せて、以下の表１に列挙する。
【００８５】
【表１】
2012043844.tif 000003
【００８６】
表１に示されているように、防湿膜が塗布されていない対照標準としての比較例１の圧電／電歪アクチュエータにおいては、当然のことながら圧電変位の阻害は認められないものの、加速劣化試験後の絶縁抵抗が０．３ＭΩと著しく低下している。これは、加速劣化試験によって作動部と非作動部との境界近傍に生じたマイクロクラックを介して圧電／電歪アクチュエータ内に水分が進入したためと考えられる。
【００８７】
また、有機溶剤、ポリオレフィン、ポリパラキシレン、フッ素オイル、フッ素ゲル、及びフッ素膜を防湿膜としてそれぞれ採用した比較例２〜７の圧電／電歪アクチュエータにおいても、加速劣化試験後の絶縁抵抗が１０ＭΩ以下と著しく低下している。これは、弾性率が高い（硬い）ポリオレフィン、ポリパラキシレン、及びフッ素膜を防湿膜としてそれぞれ採用した比較例３、４、及び７の圧電／電歪アクチュエータのみならず、弾性率が低い有機溶剤、フッ素オイル、及びフッ素ゲルを防湿膜としてそれぞれ採用した比較例２、５、及び６の圧電／電歪アクチュエータにおいても、加速劣化試験中に作動部と非作動部との境界近傍に新たに発生したマイクロクラック中に防湿膜の材料が十分に充填されなかったり、あるいは防湿膜が圧電／電歪アクチュエータの表面に十分に密着した状態を維持できなかったりして、高湿絶縁劣化を十分に抑制することができなかったことを示唆している。
【００８８】
更に、弾性率が高い（硬い）ポリオレフィン、ポリパラキシレン、及びフッ素膜を防湿膜としてそれぞれ採用した比較例３、４、及び７の圧電／電歪アクチュエータにおいては、防湿膜が塗布されていない対照標準としての比較例１の圧電／電歪アクチュエータと比較して、圧電変位量が低下した。これは、これらの圧電／電歪アクチュエータにおいて採用された防湿膜の高い弾性率が圧電変位の阻害要因となったことを示唆している。
【００８９】
一方、弾性率が低いシリコーン系オイル及びシリコーン系ゲルを防湿膜として採用した実施例１〜４の圧電／電歪アクチュエータにおいては、圧電変位を阻害すること無く、加速劣化試験前に匹敵する高い絶縁抵抗を維持している。これは、加速劣化試験中に作動部と非作動部との境界近傍に新たに発生したマイクロクラックについても防湿膜の材料が十分に充填され、かつ防湿膜が圧電／電歪アクチュエータの表面に十分に密着した状態を維持できた（剥離しなかった）ために、高湿絶縁劣化を十分に抑制することができたことを示唆している。
【００９０】
しかしながら、シリコーン系材料ではあるものの、上記シリコーン系オイル及びシリコーン系ゲルとは異なり、弾性率が比較的高いシリコーン系ゴムを防湿膜として採用した比較例８の圧電／電歪アクチュエータにおいては、防湿膜が塗布されていない対照標準としての比較例１の圧電／電歪アクチュエータと比較して圧電変位量が低下すると共に、加速劣化試験後の絶縁抵抗が０．３ＭΩと著しく低下している。これは、比較例８の圧電／電歪アクチュエータにおいて採用された防湿膜はシリコーン系材料ではあるものの、その弾性率が高い（硬い）ために、圧電変位の阻害要因となったこと、及び加速劣化試験中に作動部と非作動部との境界近傍に新たに発生したマイクロクラック中に防湿膜の材料が十分に充填されなかったり、あるいは防湿膜が圧電／電歪アクチュエータの表面に十分に密着した状態を維持できなかったりして、高湿絶縁劣化を十分に抑制することができなかったことを示唆している。
【００９１】
また、弾性率が非常に高い（非常に硬い）ＳｉＯ２膜を防湿膜として採用した比較例９の圧電／電歪アクチュエータにおいては、防湿膜が塗布されていない対照標準としての比較例１の圧電／電歪アクチュエータと比較して、圧電変位量が大幅に低下した。これは、当該圧電／電歪アクチュエータにおいて採用された防湿膜（ＳｉＯ２膜）の高い弾性率が圧電変位を著しく阻害する要因となったことを示唆している。加えて、比較例９の圧電／電歪アクチュエータにおいては、加速劣化試験後の絶縁抵抗が０．０２ＭΩと著しく低下している。これは、弾性率が非常に高い（非常硬い）ＳｉＯ２膜を防湿膜として採用したために、加速劣化試験中に作動部と非作動部との境界近傍に新たに発生したマイクロクラック中に防湿膜の材料が十分に充填されず、また防湿膜が圧電／電歪アクチュエータの表面に十分に密着した状態を維持できずに剥がれたりして、高湿絶縁劣化を十分に抑制することができなかったことを示唆している。
【００９２】
更に、実施例５の圧電／電歪アクチュエータは、実施例１の圧電／電歪アクチュエータの防湿膜の上に、フッ素樹脂系の材料を含んでなる保護膜を更に塗布したものに対応する、本発明の第４の実施態様に係る圧電／電歪アクチュエータであり、圧電変位を阻害すること無く、加速劣化試験前と同等の高い絶縁抵抗を維持している。これは、フッ素樹脂系の材料を含んでなる保護膜を防湿膜の上に更に塗布したことにより、当該圧電／電歪アクチュエータの防湿性能が更に高まり、高湿絶縁劣化を十分に抑制することができたことを示唆する。また、前述のように、弾性率が高い（硬い）フッ素樹脂系の材料を含んでなる保護膜を防湿膜の上に更に塗布したにもかかわらず、圧電変位が阻害されなかったのは、圧電／電歪素子の作動部に直接接しているのは弾性率が低い防湿膜であり、弾性率が高い保護膜は作動部には直接接していないために、作動部において生じた圧電変位が防湿膜において吸収され、保護膜による影響を受け難い状態にあることが原因であると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上のように、本発明によれば、圧電変位の阻害を抑制しつつ、高湿度雰囲気下でも優れた絶縁耐久性を呈する圧電／電歪アクチュエータが提供される。
【符号の説明】
【００９４】
１０  基板
２０  薄肉部
３０  下部電極
４０  下層圧電膜
５０  内部電極
６０  上層圧電膜
７０  上部電極
８０  防湿膜
９０  圧電／電歪素子
１００  圧電／電歪アクチュエータ
【図１】
2012043844.tif 000004