(57)【要約】【課題】圧電素子を保護することができると共に配線の断線や異物の発生を抑え、高密度に配設することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波トランスデューサー及び超音波デバイスを提供する。【解決手段】液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に設けられて、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記第１電極６０と前記第２電極８０とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部３１０を複数有し、前記第１電極６０が前記能動部３１０毎に設けられた個別電極であり、前記第２電極８０が複数の前記能動部３１０に亘って設けられた共通電極であり、前記圧電体層７０は、複数の能動部３１０に亘って設けられており、当該圧電体層７０には、複数の前記能動部３１の間に凹部７１が設けられており、前記凹部７１の少なくとも側面上には、前記第２電極８０が形成されていない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に設けられて、第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、
前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、
前記第１電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、
前記第２電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、
前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、
前記凹部の少なくとも側面上には、前記第２電極が形成されていないことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記凹部の少なくとも側面上には、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記保護膜が、前記第２電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記保護膜は内部応力が引っ張り応力であることを特徴とする請求項２又は３記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記第２電極上には、前記凹部以外の領域に複数の前記能動部に亘って連続して設けられた配線層を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子であって、
前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、
前記第１電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、
前記第２電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、
前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、
前記凹部の少なくとも側面上には、前記第２電極が形成されていないことを特徴とする圧電素子。
【請求項８】
少なくとも請求項７に記載の圧電素子を具備することを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項９】
開口を有する基板と、
該基板上に設けられた請求項８記載の超音波トランスデューサーと、
を具備することを特徴とする超音波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波トランスデューサー及び超音波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子（圧電アクチュエーター）を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッドが知られている。この液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、圧電素子の駆動によって振動板を変形させることで、圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を噴射させる。
【０００４】
ここで、圧電素子は、振動板上に設けられた第１電極、圧電体層及び第２電極を具備し、第１電極及び第２電極には、駆動ＩＣ等に接続された配線と接続するための配線層が接続されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１０７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧電素子の実質的な駆動部となる能動部を切り分ける圧電体層に設けられた凹部の側面形状が急峻、すなわち、流路形成基板の表面に対して垂直に近い角度で形成された場合や側面の凹凸（ラフネス）が大きい場合に側面上に第２電極がうまく形成されずに断線したり、剥離して異物となってしまうという虞があるという問題がある。
特に、圧電体層の凹部をウェットエッチングで形成する際にラフネスが大きくなってしまい、第２電極の付き周り不良が発生し易い。
【０００７】
また、側面の角度を流路形成基板の表面に近づける角度で形成すると、圧電素子（能動部）を高密度で配置することができないという問題がある。
また、圧電素子の変位特性を向上するために、第２電極の厚さを薄くすると、凹部の側面内への付き周り不良が特に発生し易くなる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子を保護することができると共に配線の断線や異物の発生を抑え、高密度に配設することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波トランスデューサー及び超音波デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられて、第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、前記第１電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、前記第２電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、前記凹部の少なくとも側面上には、前記第２電極が形成されていないことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第２電極を形成しないようにすることで、凹部内での第２電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。
【００１０】
ここで、前記凹部の少なくとも側面上には、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることが好ましい。これによれば、凹部の側面上に保護膜を形成することで、圧電体層の外部環境による破壊を抑制することができる。
【００１１】
また、前記保護膜が、前記第２電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることが好ましい。これによれば、保護膜が能動部の変位を阻害するのを抑制して、能動部の圧電特性を向上することができる。
【００１２】
また、前記保護膜は内部応力が引っ張り応力であることが好ましい。これによれば、能動部を流路形成基板とは反対側に凸となるように変形させることができ、能動部の変位量を向上することができる。
【００１３】
また、前記第２電極上には、前記凹部以外の領域に複数の前記能動部に亘って連続して設けられた配線層を有することが好ましい。これによれば、第２電極が凹部で分断されることで電気抵抗値が高くなったとしても、一つ或いは少数の能動部を単独或いは同時に駆動する場合と、多数の能動部を同時に駆動して多数の液滴を一度に吐出させる場合とで電圧降下が発生するのを抑制して、液滴の吐出特性の低下及びばらつきを抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、第２電極の断線や剥離等を抑制すると共に圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子であって、前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的な駆動部となる能動部を複数有し、前記第１電極が前記能動部毎に設けられた個別電極であり、前記第２電極が複数の前記能動部に亘って設けられた共通電極であり、前記圧電体層は、複数の能動部に亘って設けられており、当該圧電体層には、複数の前記能動部の間に凹部が設けられており、前記凹部の少なくとも側面上には、前記第２電極が形成されることなく、絶縁材料からなる保護膜が形成されていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第２電極を形成しないようにすることで、凹部内での第２電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。また、凹部の側面上に保護膜を形成することで、圧電体層の外部環境による破壊を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の圧電素子を具備することを特徴とする超音波トランスデューサーにある。
かかる態様では、圧電体層の凹部の側面上に第２電極を形成しないようにすることで、凹部内での第２電極の形成不良による断線や剥離を抑制することができる。したがって、能動部の側面を急峻にして、高密度配置が可能となる。
【００１７】
また、本発明の他の態様は、開口を有する基板と、該基板上に設けられた上記態様の超音波トランスデューサーと、具備することを特徴とする超音波デバイスにある。
かかる態様では、第２電極の断線や剥離等を抑制すると共に圧電体層の破壊を抑制して信頼性を向上した超音波デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの流路形成基板の平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図及び拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態１に係る液体噴射装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係る超音波デバイスの平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの斜視図であり、図２はインクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ′線に準ずる断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ′線に準ずる断面図であり、図５は図２のＣ−Ｃ′線の断面図である。
【００２０】
図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドＩが備える流路形成基板１０には、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、この第１の方向Ｘと直交する方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。
【００２１】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側、すなわち第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが複数の隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。
【００２２】
流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設されている。
【００２３】
流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。
【００２４】
絶縁体膜５２上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。この基板（流路形成基板１０）に設けられた圧電素子３００が本実施形態のアクチュエーター装置となる。
【００２５】
以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子３００について、図３及び図４を参照してさらに詳細に説明する。
図示するように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられて、後述する圧電素子３００の実質的な駆動部である能動部毎に独立する個別電極を構成する。この第１電極６０は、圧力発生室の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対抗する領域の内側に位置している。また、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。なお、第１電極６０の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属が好適に用いられる。
【００２６】
圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。
【００２７】
圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０のインク供給路１３側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧電体層７０のノズル開口２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のノズル開口２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。
【００２８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮＳ）などを用いることができる。
【００２９】
また、圧電体層７０は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。
【００３０】
圧電体層７０は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）などで形成することができる。
【００３１】
このような圧電体層７０には、各隔壁１１に対応する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁１１の第１の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部に対抗する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が押さえられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。
【００３２】
第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部３１０に共通する共通電極を構成する。
ここで、第２電極８０は、少なくとも圧電体層７０の凹部７１の内壁面には設けられていない。すなわち、圧電体層７０の凹部７１の流路形成基板１０の表面に交差する側面上には、第２電極８０が設けられていない。
【００３３】
そして、このような第２電極８０は、凹部７１の第２の方向Ｙの両側において複数の能動部３１０に亘って連続して設けられている。すなわち、第２電極８０は、凹部７１内には設けられておらず、圧電体層７０上の凹部７１の周囲に亘って連続して設けられている。
【００３４】
このように、圧電体層７０の凹部７１の側面上に第２電極８０を形成しないことで、第２電極８０が剥離して異物となることや、断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層７０の凹部７１の側面が急峻、すなわち、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハー１１０）の表面に対して垂直に近い角度で形成することや、凹部７１の側面の凹凸（ラフネス）が大きすることができる。このため、圧電体層７０の凹部７１の側面を急峻にして圧電体層７０を高密度に配置することができると共に、圧電体層７０のパターニング方法に制限がなく、効率よく低コストな方法でパターニングすることができる。
【００３５】
また、第２電極８０を圧電体層７０の凹部７１の側面上に形成しないことで、第２電極８０の側面への付き周り不良を抑制することができるため、第２電極８０の厚さを比較的薄くして、圧電素子３００（能動部３１０）の変位特性を向上することができる。
【００３６】
また、第２電極８０は、本実施形態では、第１電極６０上から圧電体層７０の側面を介して圧電体層７０の流路形成基板１０とは反対側の面上まで延設されている。そして、第１電極６０上から連続する第２電極８０と、圧電体層７０の主要部（能動部３１０）に設けられた第２電極８０とは、除去部８３を介して電気的に切断されている。すなわち、第１電極６０上から圧電体層７０上に延設された第２電極８０と、能動部３１０に設けられた第２電極８０とは、同一層からなるが電気的に不連続となるように形成されている。ここで、除去部８３は、圧電体層７０上（流路形成基板１０とは反対面側）のノズル開口２１側に設けられており、第２電極８０を厚さ方向（流路形成基板１０と圧電素子３００との積層方向）に貫通して電気的に切断するものである。このような除去部８３は、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられることで、隣り合う第１電極６０上の第２電極８０同士が電気的に独立するように設けられている。
【００３７】
このような第２電極８０としては、導電性を有する材料、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の金属材料や金属酸化物などを用いることができる。もちろん、第２電極８０は、上記金属材料の単一材料であっても、複数の材料が混合した複数材料であってもよく、単層であっても２層以上を積層した複数層であってもよい。
【００３８】
このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分、すなわち、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた領域を能動部３１０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層７０に圧電歪みが生じる能動部３１０において、圧力発生室１２に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室１２の外側の部分を非可撓部と称する。
【００３９】
本実施形態では、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の全てが圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部３１０が圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部３１０のうち圧電素子３００の圧力発生室１２に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室１２の外側の部分が非可撓部となっている。
すなわち、本実施形態では、図３に示すように、能動部３１０の第２の方向Ｙの端部は、第２電極８０の端部（除去部８３による端部も含む）によって規定されている。
【００４０】
また、能動部３１０の第１の方向Ｘの端部は、第１電極６０によって規定されている。そして、第１電極６０の第１の方向Ｘの端部は、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。したがって、能動部３１０の第１の方向Ｘの端部は、可撓部に設けられていることになり、第１の方向Ｘにおいて、能動部３１０と非能動部との境界における応力が振動板５０の変形によって開放される。このため、能動部３１０の第１の方向Ｘの端部における応力集中に起因する焼損やクラック等の破壊を抑制することができる。
【００４１】
このような圧電素子３００では、第１電極６０の主要部分を圧電体層７０が覆っているため、第１電極６０と第２電極８０との間で電流がリークすることがなく、圧電素子３００の破壊を抑制することができる。ちなみに、第１電極６０と第２電極８０とが近接した状態で露出されていると、圧電体層７０の表面を電流がリークし、圧電体層７０が破壊されてしまう。なお、第１電極６０と第２電極８０とが露出されていても距離が近くなければ、電流のリークは発生しない。
【００４２】
このような圧電素子３００の圧電体層７０に設けられた凹部７１内には、圧電体層７０の側面上に絶縁材料からなる保護膜２００が設けられている。
保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する絶縁材料からなる。このように圧電素子３００を保護膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。ここで、このような保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよく、無機絶縁材料や有機絶縁材料などを用いることができる。
【００４３】
保護膜２００として利用できる無機絶縁材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯx）、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）及び酸化チタン（ＴｉＯx）から選択される少なくとも一種が挙げられる。保護膜２００の無機絶縁材料としては、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。なお、無機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、ＭＯＤ法、ゾル−ゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成膜により形成することができる。
【００４４】
一方、保護膜２００として利用できる有機絶縁材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、珪素系樹脂及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも一種が挙げられる。なお、有機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、スピンコーティング法、スプレー法などの溶液塗布法である液相成膜により形成することができる。
【００４５】
なお、保護膜２００としては、圧電体層７０の凹部７１内の側面に、第２電極８０よりもカバレッジ良く形成できる材料が好ましい。これにより、圧電体層７０の凹部７１内の側面上に第２電極８０を設けるのに比べて、圧電体層７０の側面のカバレッジを向上することができ、保護膜２００で圧電体層７０の凹部７１内の側面を確実に覆って圧電体層７０を保護することができる。
【００４６】
また、保護膜２００は、第２電極８０よりもヤング率が低い材料を用いるのが好ましい。これにより、圧電体層７０の側面（凹部７１の壁面）に第２電極８０を設けた場合に比べて、第２電極８０よりもヤング率の低い保護膜２００を設けることで、圧電素子３００（能動部）の変位特性を向上することができる。
【００４７】
さらに、保護膜２００は、内部応力が引っ張り応力であるのが好ましい。このように保護膜２００の内部応力を引っ張り応力とすることで、能動部３１０を圧力発生室１２とは反対側に凸として、変位特性を向上することができる。なお、保護膜２００の内部応力を引っ張り応力とするには、ＣＶＤ法などの気相成膜やスピンコート法等の溶液塗布法などの液相成膜によって実現できる。
【００４８】
本実施形態では、保護膜２００として、ポリイミドを凹部７１内に充填するように設けた。また、本実施形態では、保護膜２００をスピンコート法によって凹部７１内のみに充填するように形成した。このように形成された保護膜２００は、その表面（流路形成基板１０とは反対面側）が第２電極８０の表面に連続して凹となる曲面状に形成される。
【００４９】
なお、このような本実施形態の保護膜２００は、第２電極８０の上には形成されていない。これは、能動部３１０上に保護膜２００を設けると、能動部３１０が保護膜２００によって拘束され、能動部３１０の変位特性が低下してしまうからである。また、能動部３１０以外の領域においても、第２電極８０上に保護膜２００が形成されていると、詳しくは後述する配線などを第２電極８０上に形成する際に邪魔になってしまい、コンタクトホール等が必要になってしまう。本実施形態では、凹部７１内のみに保護膜２００を設けることで、能動部３１０の変位を阻害することなく、また、コンタクトホール等を形成することなく、圧電体層７０を保護することができる。
【００５０】
また、凹部７１内に設けられた保護膜２００上には第２電極８０が形成されていない。ちなみに、保護膜２００上に第２電極８０を形成すると、第２電極８０はヤング率が大きいため、能動部３１０の変位量が低下してしまう。本実施形態では、保護膜２００上に第２電極８０や詳しくは後述する配線等を設けないことで、能動部３１０の変位低下を抑制することができる。
なお、本実施形態の凹部７１は、例えば、圧力発生室１２の第２の方向Ｙよりも短くてもよく、あた、圧力発生室１２の第２の方向Ｙよりも長くてもよい。
【００５１】
ここで、凹部７１の大きさの違いを図５に示す。なお、図５は、凹部の大きさの違いを示す図２のＣ−Ｃ′線断面図である。
図５（ａ）に示すように、凹部７１は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部よりも内側に設けられている。これにより、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部上には、圧電素子３００が形成されていることになり、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部上での振動板５０等の破壊を抑制することができる。
【００５２】
また、図５（ｂ）に示すように、凹部７１は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部よりも外側まで延設されている。これにより、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部上の振動板５０が変位し易くなり、能動部３１０の変位特性は向上する。
このような凹部７１の第２の方向Ｙの長さについては、振動板５０や圧電素子３００の特性などに基づいて適宜選択すればよい。
【００５３】
このような圧電素子３００の第１電極６０と、第２電極８０とには、本実施形態の配線層であるリード電極９０（個別リード電極９１及び共通リード電極９２）が接続されている。
個別リード電極９１及び共通リード電極９２（以降、両者を合わせてリード電極９０と称する）は、本実施形態では、同一層からなるが、電気的に不連続となるように形成されている。
【００５４】
ここで、個別リード電極９１は、圧電体層７０の外側に設けられた第１電極６０上、本実施形態では、第１電極６０上に設けられた第２電極８０と同一の電極層上から振動板５０上まで引き出されている。
また、共通リード電極９２は、第１の方向Ｘの両端部において、第２電極８０上から振動板５０上まで第２の方向Ｙに引き出されている。
【００５５】
また、共通リード電極９２は、凹部７１の第２の方向Ｙの両側に、複数の能動部３１０に亘って連続して設けられた延設部９３を有してもよい。本実施形態では、延設部９３は、第２の方向Ｙにおいて、圧力発生室１２の壁面上に、すなわち、可撓部と非可撓部との境界部分に跨って設けられている。すなわち、延設部９３は、複数の能動部３１０の第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、第１の方向Ｘの両端部で共通リード電極９２に連続する。すなわち、延設部９３を有する共通リード電極９２は、保護基板３０側から平面視した際に、能動部３１０の周囲を囲むように連続して配置されている。このように、延設部９３を設けることで、共通電極である第２電極８０に電圧を印加する際に、配線抵抗差による能動部３１０に印加する電圧のばらつきを抑制することができる。すなわち、本実施形態では、圧電体層７０の凹部７１内に第２電極８０を設けないため、第２電極８０は、凹部７１の第２の方向Ｙの両側でのみ複数の能動部３１０に亘って連続する。したがって、第２電極８０の電気抵抗値が高くなってしまい、一つ或いは少数の能動部３１０を単独或いは同時に駆動する時に比べ、多数の能動部３１０を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して能動部３１０の変位量が不安定となり、インク吐出特性の低下及びばらつきが生じてしまう。本実施形態では、延設部９３を設けることで、第２電極８０の電圧降下を抑制して、インク吐出特性の低下及びばらつきを抑制することができる。また、延設部９３を設けることで、可撓部と非可撓部との境界における応力集中における圧電体層７０の破壊を抑制することができる。また、共通リード電極９２が可撓部上には実質的に形成されていないため、能動部３１０の変位低下を抑えることができる。なお、このような延設部９３は、上述した図５（ａ）に示す凹部７１の長さ、つまり、凹部７１の第２の方向Ｙが圧力発生室１２よりも短い場合に可能である。すなわち、図５（ｂ）に示すように凹部７１を圧力発生室１２の外側まで設けた場合、延設部９３を可撓部と非可撓部との境界に設けると、延設部９３が凹部７１内に設けられた保護膜２００上にも形成されてしまうからである。
【００５６】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、図１及び図３に示すように、圧電素子３００を保護する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子３００を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、マニホールド１００の一部を構成するマニホールド部３２が設けられている。マニホールド部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通している。また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各能動部３１０の第１電極６０に接続されたリード電極９０（個別リード電極９１及び共通リード電極９２）は、この貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００５７】
また、保護基板３０上には、信号処理部として機能する駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させたボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１（本実施形態の外部配線）を介して電気的に接続されている。なお、外部配線は、導電性ワイヤーからなる接続配線１２１に限定されず、例えば、チップオンフィルム（ＣＯＦ）やテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）等のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）をリード電極９０に接続するようにしてもよい。
【００５８】
保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００５９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル開口２１からインク滴が噴射される。
【００６０】
ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図６〜図１１は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００６１】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜５１を形成した。もちろん、弾性膜５１の材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜（ポリイミド、パリレンなど）等にしてもよい。弾性膜５１の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成してもよい。
【００６２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、弾性膜５１上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２を形成する。もちろん、絶縁体膜５２は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）等を用いるようにしてもよい。絶縁体膜５２を形成する方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等が挙げられる。本実施形態では、この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成されるが、振動板５０として、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００６３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、振動板５０上の全面に第１電極６０を形成する。この第１電極６０の材料は特に限定されないが、圧電体層７０を形成する際の熱処理（一般に５００℃以上）時の酸化または圧電体層７０に含まれる材料の拡散などによって導電性を消失しない材料であることが必須である。このため、第１電極６０の材料としては高温でも導電性を失わない白金、イリジウム等の金属や、酸化イリジウム、ランタンニッケル酸化物などの導電性酸化物、及びこれらの材料の積層材料が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）、レーザーアブレーション法などの気相成膜、スピンコート法などの液相成膜などにより形成することができる。また、前述の導電材料と、振動板５０との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。密着層の成膜方法は、電極材料と同様である。また、電極表面（圧電体層７０の成膜側）に圧電体層７０の結晶成長を制御するための制御層を形成してもよい。本実施形態では、圧電体層７０（ＰＺＴ）の結晶制御としてチタンを使用している。チタンは、圧電体層７０の成膜時に圧電体層７０内に取り込まれるため、圧電体層７０形成後には膜として存在していない。結晶制御層としては、ランタンニッケル酸化物などのペロブスカイト型結晶構造の導電性酸化物などを使用してもよい。結晶制御層の成膜方法は、電極材料と同様である。なお、絶縁性の結晶制御層は、圧電体層７０形成後、圧電体層７０と第１電極６０との間に存在しないことが望ましい。これは、結晶制御層と圧電体層７０のコンデンサの直列接続になるため、圧電体層７０に印加される電界が低下するためである。本実施形態のように、配向制御層としてチタンを用いることで、本来であれば酸化物（絶縁体）になる熱処理を受けるが、圧電体層７０中に取り込まれるため膜として存在しない。
【００６４】
次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。本実施形態では、複数層の圧電体膜７４を積層することで圧電体層７０を形成するようにした。
【００６５】
具体的には、図７（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７４を形成した段階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４を同時にパターニングする。なお、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
【００６６】
ここで、例えば、第１電極６０をパターニングしてから１層目の圧電体膜７４を形成する場合、フォト工程・イオンミリング・アッシングして第１電極６０をパターニングするため、第１電極６０の表面や、表面に設けた図示しないチタン等の結晶種層などが変質してしまう。そうすると変質した面上に圧電体膜７４を形成しても当該圧電体膜７４の結晶性が良好なものではなくなり、２層目以降の圧電体膜７４も１層目の圧電体膜７４の結晶状態に影響して結晶成長するため、良好な結晶性を有する圧電体層７０を形成することができない。
【００６７】
それに比べ、１層目の圧電体膜７４を形成した後に第１電極６０と同時にパターニングすれば、１層目の圧電体膜７４はチタン等の結晶種に比べて２層目以降の圧電体膜７４を良好に結晶成長させる種（シード）としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても２層目以降の圧電体膜７４の結晶成長に大きな影響を与えない。
【００６８】
なお、２層目の圧電体膜７４を成膜する前に露出した振動板５０上に、２層目以降の圧電体膜７４を成膜するときに、結晶制御層（中間結晶制御層）を用いてもよい。本実施形態では、中間結晶制御層としてチタンを用いるようにした。このチタンからなる中間結晶制御層は、第１電極６０上に形成する結晶制御層のチタンと同様に、圧電体膜７４を成膜する際に圧電体膜７４に取り込まれる。ちなみに、中間結晶制御層は、中間電極または直列接続されるコンデンサの誘電体となってしまった場合、圧電特性の低下を引き起こす。このため、中間結晶制御層は、圧電体膜７４（圧電体層７０）に取り込まれ、圧電体層７０の成膜後に膜として残らないものが望ましい。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示すように、２層目以降の圧電体膜７４を積層することにより、複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。
ちなみに、２層目以降の圧電体膜７４は、振動板５０上、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４の側面上、及び１層目の圧電体膜７４上に亘って連続して形成される。
【００７０】
次に、図７（ｃ）に示すように、圧電体層７０をパターニングして凹部７１等を形成する。本実施形態では、圧電体層７０上に所定形状のマスク（図示なし）を設け、このマスクを介して圧電体層７０をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィーによってパターニングした。なお、圧電体層７０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングであっても、エッチング液を用いたウェットエッチングであってもよい。
【００７１】
ちなみに、エッチング液を用いたウェットエッチングにより圧電体層７０をパターニングすると、バッチ処理によって複数の流路形成基板用ウェハー１１０を同時に処理することができるため、製造コストを低減することができる。ただし、ウェットエッチングによる圧電体層７０のパターニングでは、エッチング面に凹凸が形成され易いが、本実施形態では、上述のように、後の工程で圧電体層７０の凹部７１内の側面（エッチング面）に第２電極８０を形成しないため、第２電極８０の脱落による異物の発生や、第２電極８０の形成不良等を抑制することができる。
【００７２】
次に、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面側（圧電体層７０が形成された面側）に亘って、圧電体層７０のパターニングした側面上、振動板５０上、及び第１電極６０上等に亘って第２電極８０を形成すると共にパターニングする。
【００７３】
本実施形態では、第２電極８０は、圧電体層７０の流路形成基板用ウェハー１１０とは反対側の面と、第１電極６０の圧電体層７０に覆われていない領域上から圧電体層７０上までとに形成されている。また、圧電体層７０の凹部７１の側面上には第２電極８０を形成しないようにした。
【００７４】
なお、本実施形態では、圧電体層７０をパターニングした後、第２電極８０を形成すると共にパターニングするようにしたが、特にこれに限定されず、圧電体層７０をパターニングする前に第２電極８０を形成した後、第２電極８０と圧電体層７０とのパターニングを行うようにしてもよい。
【００７５】
このように、圧電体層７０の凹部７１の側面上に第２電極８０を形成しないことで、第２電極８０が剥離して異物となることや、断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層７０の凹部７１の側面が急峻、すなわち、流路形成基板１０（流路形成基板用ウェハー１１０）の表面に対して垂直に近い角度で形成することや、凹部７１の側面の凹凸（ラフネス）が大きすることができる。したがって、圧電体層７０の凹部７１の側面を急峻にして圧電体層７０を高密度に配置することができると共に、圧電体層７０のパターニング方法に制限がなく、効率よく低コストな方法でパターニングすることができる。
【００７６】
また、第２電極８０を圧電体層７０の凹部７１の側面上に形成しないことで、第２電極８０の側面への付き周り不良を抑制することができるため、第２電極８０の厚さを比較的薄くして、圧電素子３００（能動部３１０）の変位特性を向上することができる。
【００７７】
次に、図８（ｂ）に示すように、凹部７１内に保護膜２００を形成する。本実施形態では、ポリイミド等の有機絶縁材料からなる保護膜２００をスピンコーティング法によって凹部７１内に充填するように形成した。このように保護膜２００を設けることで、圧電体層７０の側面、特に凹部７１内の側面を保護膜２００で確実に保護して、大気中に含まれる水分等によって圧電体層７０が破壊されるのを抑制することができる。
なお、保護膜２００は、例えば、圧電体層７０に凹部７１を形成した後、第２電極８０を形成する前に形成してもよい。
【００７８】
次に、図示しないが、リード電極９０を形成すると共に所定形状にパターニングする。
次に、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００７９】
次いで、図９（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。
【００８０】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００８１】
なお、本実施形態では、第２電極８０を圧電体層７０上から第１電極６０上まで延設し、除去部８３によって能動部３１０の第２電極８０と第１電極６０上の電極とが不連続となるようにしたが、特にこれに限定されない。ここで、他の例を図１０に示す。なお、図１０は、本発明の他の実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【００８２】
図１０に示すように、圧電体層７０上、すなわち、圧電体層７０の流路形成基板１０とは反対面側に第２電極８０が形成されている。圧電体層７０と第２電極８０とは、平面視した際に同じ形状となるように形成されている。このような構成では、圧電体層７０のパターニングと第２電極８０のパターニングとを同時に行うことができる。もちろん、このような構成であっても、圧電体層７０のパターニングと第２電極８０のパターニングとを別工程で行うようにしてもよい。圧電体層７０と第２電極８０とを別工程でパターニングする場合には、例えば、平面視した際に第２電極８０は、圧電体層７０よりも若干小さな面積となっていてもよい。
【００８３】
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、カートリッジ等と連通するインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１１は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８４】
図１１に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッドＩを有するインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ（以下、ヘッドユニット１Ａ、１Ｂとも言う）は、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット１Ａ、１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８５】
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット１Ａ、１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８６】
なお、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００８７】
また、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩは、液体貯留手段であるカートリッジ２Ａ、２Ｂがキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段とインクジェット式記録ヘッドＩとをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置ＩＩに搭載されていなくてもよい。
【００８８】
（実施形態２）
以下、本発明の一実施形態である超音波センサーについて説明する。なお、以下の説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であることとは限らない。また、上述した実施形態１と同一の部材には同一の符号をつけて重複する説明は省略する。
【００８９】
本実施形態においては、超音波の発信と受信は圧電効果を利用する電気音響変更器を用いて行われる。係る電気音響変換器は、圧電素子であり、超音波発信時には電気エネルギーを機械エネルギーに変換（逆圧電効果）を利用し、圧電体層の収縮と伸長による変化は、振動板を振動させるように励起させることによって超音波を発信する。従ってこの場合は、圧電素子は発信用超音波トランスデューサーである。
【００９０】
更に被検出体から反射された超音波を受信するには機械エネルギーを電気エネルギーに変換（正圧電効果）を利用し、圧電体層の変形によって電気エネルギーが生成され、電気エネルギーの信号を検出する。従ってこの場合は、圧電素子は受信用超音波トランスデューサーである。
【００９１】
なお、本実施形態においては、圧電素子（超音波トランスデューサー）とは、振動板と、振動板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備するものである。なお、第１電極を振動板として使用することも可能である。
【００９２】
図１２は、本発明の実施形態２に係る超音波トランスデューサーを搭載する超音波デバイスの平面図及びそのＥ−Ｅ′線断面図である。
図１２（ａ）に示すように、複数の発信用超音波トランスデューサー３０１と受信用超音波トランスデューサー３０２とが基板開口部１２を有する基板１０上にアレイ状に設けられ、超音波デバイス４００（アレイセンサー）を成している。複数の発信用超音波トランスデューサー３０１及び複数の受信用超音波トランスデューサー３０２を列ごとに交互に配置し、トランスデューサーの列ごとに通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。また、通電するトランスデューサーの個数と列数とに応じて超音波の出力と入力のレベルが決定される。図中では省略されて６行×６列が描かれる。配列の行数と列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定される。
【００９３】
なお、発信用超音波トランスデューサー３０１と受信用超音波トランスデューサー３０２とをトランスデューサーごとに交互に配置することも可能である。この場合は、発信側と受信側の中心軸を合わせた超音波発信・受信源とすることで発信・受信の指向角を合わせ易いものとする。
【００９４】
また、本実施例は、デバイスの小型化のため、一枚の基板１０上に発信用超音波トランスデューサー３０１と受信用超音波トランスデューサー３０２との両方を配置したが、超音波トランスデューサーの機能に応じて発信用超音波トランスデューサー３０１と受信用超音波トランスデューサー３０２とはそれぞれ独立の基板上に配置するか、或いは用途に応じて複数枚の基板を用いることも可能である。更に発信と受信の時間差を利用して一つの超音波トランスデューサーに発信と受信との機能を両方備えることも可能である。
【００９５】
図１２（ｂ）において、超音波変換器として使用可能な実施例としては、例えば、基板１０は（１００）、(１１０)或いは(１１１)配向を有する単結晶シリコンによって構成される。または、シリコン材料以外にもＺｒＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３のような酸化物基板材料、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、多結晶シリコン、Ｓｉ３Ｎ４のような無機材料も使用できる。または、これらの材料の組合せによる積層材料でもよい。
【００９６】
基板１０の上方（圧電体層７０側）に振動板５０が形成されている。振動板５０は基板１０の一部を薄化して用いることは可能であるが、圧電体層７０或いは第１電極６０を用いてもよい。更に別の材料を用いて製膜することも可能である。この場合は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４のようなシリコン化合物、多結晶シリコン、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３のようなセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３、ＴｉＯ２のような酸化物にしでもよい。膜厚と材料の選定は、共振周波数に基づき決定する。なお、圧電体層７０側の振動板５０の表面層は、圧電体層材料の拡散を防止できる材料、例えばＺｒＯ２などを用いることが好ましい。この場合は、圧電体層の圧電特性が向上させることによってトランスデューサーの発信と受信特性が向上にも繋がる。
【００９７】
基板１０には、開口である基板開口部１２が形成されている。基板開口部１２は、基板材料に応じてエッチング、研磨、レーザー加工などの加工方法を用いて形成することができる。
【００９８】
第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０については上述した実施形態１と同様のため、構成の説明は省略する。なお、実施形態１に対して、超音波デバイスはインクジェット式記録ヘッドＩに代表される液体噴射ヘッドに比べてより高周波数領域で駆動する必要が有るため、圧電体層７０、振動板５０と各電極材料の厚み及びヤング率などの物性値を調整してもよい。
【００９９】
さらに、発信用超音波トランスデューサー３０１と受信用超音波トランスデューサー３０２とにそれぞれ配線（図示略）が接続され、各配線はフレキシブルプリント基板（図示略）を介して制御基板（図示略）の端子部（図示略）に接続されている。制御基板には演算部、記憶部などからなる制御部（図示略）が設けられている。制御部は、発信用超音波トランスデューサー３０１に入力する入力信号を制御すると共に、受信用超音波トランスデューサー３０２から出力された出力信号を処理するように構成されている。
【０１００】
このように、本願の超音波デバイス４００では、バルク型圧電体セラミックスなどを利用したセンサーに比べてＭＥＭＳの技術を用いて作成した圧電素子３００を狭いピッチ（高分解能）で配置でき、且つ駆動電圧が低いため、デバイスと該デバイスを搭載する装置の小型化、薄型化と省エネルギー化に効果がある。また、圧電素子３００間の製造ばらつきが少ないため、認識精度が高くなる効果もある。
また、圧電体層７０の膜厚を薄くすることによって変位特性を向上させ、超音波の発信と受信の効率を向上できる効果が得られる。
【０１０１】
さらに、本実施形態では、圧電体層７０に凹部７１を設け、凹部７１内の側面上に第２電極８０を設けないようにした。このため、第２電極８０の剥離や断線するのを抑制することができる。したがって、圧電体層７０の凹部７１の壁面を基板１０に対して垂直にすることができ、超音波トランスデューサー３０１、３０２を高密度に配設することが可能となる。また、本実施形態では、超音波トランスデューサー３０１、３０２に用いられた圧電体層７０の側面を保護膜２００によって覆われるようにしたため、超音波トランスデューサー３０１、３０２が破壊されるのを抑制することができる。
【０１０２】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態１では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【０１０３】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドや超音波センサーに搭載される圧電素子に限られず、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  ＩＩ  インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、  １０  流路形成基板（基板）、  １１  隔壁、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  マニホールド部、  ３３  貫通孔、  ３５  接着剤、  ４０  コンプライアンス基板、  ４１  封止膜、  ４２  固定板、  ４３  開口部、  ５０  振動板、  ５１  弾性膜、  ５２  絶縁体膜、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ７１  凹部、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極（配線層）、  １００  マニホールド、  ３００  圧電素子、  ３１０  能動部、  ３０１  発信用超音波トランスデューサー、  ３０２  受信用超音波トランスデューサー、  ４００  超音波デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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