(57)【要約】【課題】残留応力に基づく基板の変形を抑制して基板の接着信頼性を向上することが可能な圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供する。【解決手段】複数の空間（２６）が壁（３０）で隔てて並設された基板（１６）と、  基板の一方の面において隣り合う壁を跨いで空間の一部を区画する区画部材（１７）と、を備え、空間の並設方向における壁の幅をａ、一方の面から当該一方の面とは反対側の他方の面までの壁の高さをｂ、区画部材の厚さをｔ、区画部材における変位可能な可動領域の長手方向の寸法をＬとして、  ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦５×１０５  を満たすことを特徴とする。【選択図】図６
2018167576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空間が壁で隔てて並設された基板と、
前記基板の一方の面において隣り合う前記壁を跨いで前記空間の一部を区画する区画部材と、
前記区画部材の前記空間側とは反対側に、前記空間毎に対応させて形成された圧電素子と、
を備え、
前記空間の並設方向における前記壁の幅をａ、前記一方の面から当該一方の面とは反対側の他方の面までの前記壁の高さをｂ、前記区画部材の厚さをｔ、前記区画部材における変位可能な可動領域の長手方向の寸法をＬとして、
ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦５×１０５
を満たすことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
さらに、１．２×１０５≦ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦１．６×１０５
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
ｔ×ｂ４／（ａ×Ｌ3）≦１．２×１０−３
を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記区画部材が残留応力を有していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記壁の母材がシリコンであり、
前記区画部材が、前記母材の熱酸化により形成されたシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の圧電デバイスを備えた液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の空間が壁で隔てて形成された基板と、基板の一方の面において空間の一部を区画する区画部材と、を備えた圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の空間が壁で隔てて形成された基板と、当該基板の一方の面において空間の一部を区画する区画部材と、を備え、当該区画部材における空間に対応する部分が可動領域として機能する圧電デバイスは、各種の装置（液体噴射装置やセンサー等）に応用されている。例えば、液体噴射装置においては、基板の空間に液体が導入され、この空間の一部を区画する可撓性を有する区画部材（弾性膜）が駆動素子としての圧電素子により変位される圧電デバイスが、液体噴射ヘッドに組み込まれている（例えば、特許文献１参照）。このような液体噴射ヘッドでは、圧電素子を駆動することにより区画部材が変位して空間内の液体に圧力変動が生じ、この圧力変動により空間に連通するノズルから液体が噴射される。また、例えば、可動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等にも上記の構成の圧電デバイスが採用される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０１３３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の圧電デバイスでは、複数の材料が積層されて構成されており、それぞれの材料が持つ応力（残留応力）によっては、製造工程で基板に変形や歪みを生じさせる場合がある。これにより、上記のように空間を区画している壁に他の部材を接着剤により接合しようとした場合、複数の当該壁の接合面の位置にばらつきが生じて接合不良が生じるおそれがあった。また、このような接合不良を抑制するべく、接合面のばらつきを考慮して接着剤の厚さをより厚くした場合、接合領域から上記の空間側に接着剤がはみ出す可能性がある。そして、はみ出した接着剤が可動領域に付着すると、可動領域の変位時の変位量が付着前の状態から変わってしまう場合がある。その結果、可動領域の変位量が空間毎にばらつくおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、残留応力に基づく基板の変形を抑制して基板の接着信頼性を向上することが可能な圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧電デバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数の空間が壁で隔てて並設された基板と、
前記基板の一方の面において隣り合う前記壁を跨いで前記空間の一部を区画する区画部材と、
前記区画部材の前記空間側とは反対側に形成された圧電素子と、
を備え、
前記空間の並設方向における前記壁の幅をａ、前記一方の面から当該一方の面とは反対側の他方の面までの前記壁の高さをｂ、前記区画部材の厚さをｔ、前記区画部材における変位可能な可動領域の長手方向の寸法をＬとして、
ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦５×１０５
を満たすことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、壁の高さ方向（縦方向）の強度が確保されるので、基板の変形が抑制される。これにより、他の部材に接合される壁の端面の位置のばらつきが抑制されるので、基板の他方の面に他の部材が接着剤により接合される際の接合不良が低減される。また、接合不良を抑制するための接着剤の厚みを抑えることができるので、接合部分から空間側への接着剤のはみ出し（流れ出し）を低減することが可能となる。これにより、空間側へ流れ出した接着剤が可動領域に付着することによる当該可動領域の変位特性に悪影響を及ぼすことが抑制される。
【０００８】
また、上記各構成において、さらに、１．２×１０５≦ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦１．６×１０５
を満たすことがより望ましい。
【０００９】
この構成によれば、基板の歪み等の抑制と、隣接する空間において可動領域が駆動した際の駆動特性について影響し合ういわゆるクロストークの抑制とを両立させることが可能となる。
【００１０】
上記構成において、ｔ×ｂ４／（ａ×Ｌ3）≦１．２×１０−３
を満たすことがさらに望ましい。
【００１１】
この構成によれば、隔壁の空間並設方向（横方向）の強度が確保されるので、クロストークがより確実に抑制される。
【００１２】
また、本発明は、前記区画部材が残留応力を有している構成に好適である。
【００１３】
この構成によれば、区画部材の残留応力による基板の変形を抑制することができる。
【００１４】
上記構成において、前記壁の母材がシリコンであり、
前記区画部材が、前記母材の熱酸化により形成されたシリコン酸化膜である構成を採用することができる。
【００１５】
この構成によれば、熱酸化の工程で母材であるシリコンに酸素が結合する結果、区画部材が圧縮応力（残留応力）を有する。このような構成においても区画部材の圧縮応力による基板の変形を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記何れかの一の構成の圧電デバイスを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、接合不良が抑制された圧電デバイスを備えるので、接着が不十分な箇所からの液体の漏出リスクが低減される。
【００１８】
そして、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、液体の漏出リスクが低減された液体噴射ヘッドを備えるので、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】液体噴射装置の一形態を説明する斜視図である。
【図２】液体噴射ヘッドの一形態を説明する断面図である。
【図３】圧電デバイスの一形態を説明する空間長手方向の断面図である。
【図４】圧電デバイスの一形態を説明する空間並設方向の断面図である。
【図５】基板の一形態を説明する平面図である。
【図６】空間を区画している壁と区画部材（可動領域）の形状及び寸法について説明する模式図である。
【図７】圧電デバイスの製造工程における不具合について説明する図である。
【図８】圧電デバイスの製造工程における不具合について説明する図である。
【図９】圧電デバイスの製造工程における不具合について説明する図である。
【図１０】壁の縦方向における強度と壁の先端面のばらつき（隔壁段差）との関係について説明するグラフである。
【図１１】壁の横方向における強度とクロストーク率との関係を示すグラフである。
【図１２】壁の縦方向における強度及び壁の横方向における強度に応じた隔壁段差及びクロストークの発生について示した表である。
【図１３】第２の実施形態における圧力室形成基板の平面図である。
【図１４】第３の実施形態における圧電デバイス（超音波センサー）を備えた超音波診断装置の一例を示す外観図である。
【図１５】第３の実施形態における圧電デバイスの平面図である。
【図１６】第３の実施形態における圧電デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明に係る圧電デバイスを備えた液体噴射ヘッドの一形態であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）、及び、これを搭載した液体噴射装置の一形態であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
【００２２】
プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２の表面に対して記録ヘッド３のノズル２７（図２参照）からインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、当該記録ヘッド３が取り付けられたキャリッジ４、当該キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラー６等を備えている。液体の一種であるインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、キャリッジ４に対して着脱可能に装着されると、内部に貯留されているインクを記録ヘッド３に供給する。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。
【００２３】
上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。
【００２４】
図２は、記録ヘッド３の構成の一例を示す断面図である。また、図３は、記録ヘッド３が備える圧電デバイス１３の圧力室長手方向の断面図であり、図４は、圧電デバイス１３の圧力室並設方向の断面図である。図５は、圧力室形成基板１６における圧力室２６の上部開口周辺の平面図である。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。本実施形態における記録ヘッド３は、本発明の圧電デバイスの一形態である圧電デバイス１３を備えている。この圧電デバイス１３は、複数の基板、具体的には、ノズルプレート１４、連通基板１５、及び圧力室形成基板１６（本発明における基板の一種）が、この順で積層されて互いに接着剤２１により接合されてユニット化されている。また、この圧電デバイス１３における圧力室形成基板１６の連通基板１５側とは反対側の面には、弾性膜１７（本発明における区画部材の一種）、圧電素子１８（駆動素子の一種）、及び、当該圧電素子１８を保護する保護基板１９が積層されている。そして、このような構成の圧電デバイス１３がケース２０に取り付けられて記録ヘッド３が構成されている。
【００２５】
ケース２０は、底面側に圧電デバイス１３が固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース２０の下面側には、当該下面からケース２０の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部２２が形成されており、圧電デバイス１３が下面に接合されると、圧電デバイス１３における圧力室形成基板１６、弾性膜１７、圧電素子１８、及び保護基板１９が、収容空部２２内に収容される。また、ケース２０には、インク導入路２３が形成されている。上記インクカートリッジ７側からのインクは、インク導入路２３を通じて圧電デバイス１３の共通液室２４に導入される。
【００２６】
本実施形態における圧力室形成基板１６は、シリコン単結晶基板（本発明における母材に相当。以下、単にシリコン基板とも言う。）から作製されている。この圧力室形成基板１６には、圧力室２６（本発明における空間の一種）を区画する複数の圧力室空部が隔壁３０（本発明における壁の一種）で隔てられて並設されている。各圧力室空部は、圧力室形成基板１６の連通基板１５側の面から異方性エッチングが施されて形成されている。このように、シリコン基板に対して異方性エッチングによって圧力室等の流路となる空間が形成されることで、より高い寸法・形状精度を確保することができる。圧力室形成基板１６の一方の面（連通基板１５側とは反対側の面）における圧力室空部の開口（以下、上部開口）は、弾性膜１７によって封止されている。また、圧力室形成基板１６における弾性膜１７とは反対側の他方の面には、連通基板１５（他の部材の一種）が接合され、当該連通基板１５によって圧力室空部の他方の開口が封止される。これにより、圧力室２６が区画形成される。すなわち、弾性膜１７は、隣り合う隔壁３０を跨いで圧力室２６の一部を区画している。
【００２７】
本実施形態において、圧力室形成基板１６と弾性膜１７とは一体的に形成されている。より具体的には、圧力室形成基板１６の母材であるシリコン基板の一方の面が熱酸化されることによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が形成され、また、当該シリコン基板の他方の面からシリコン酸化膜に至るまで異方性エッチング処理が施されて圧力室空部が形成され、残ったシリコン酸化膜が弾性膜１７として機能する。なお、弾性膜１７には、図示しない二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜が積層されている。そして、この絶縁体膜上（弾性膜１７の圧力室２６側とは反対側の面）における圧力室２６に対応する位置に圧電素子１８がそれぞれ形成されている。ここで、弾性膜１７において圧力室２６の上部開口を封止する部分は、圧電素子１８の駆動により変位可能な可動領域の一部として機能する。一方、弾性膜１７において圧力室２６の上部開口から外れた領域であって、以下において説明する錘層３５が形成された領域、及び、これよりも外側の領域は、弾性膜１７の撓み変形が阻害される非可動領域となる。可動領域の詳細については後述する。
【００２８】
本実施形態における圧力室２６は、ノズル２７の並設方向に直交する方向に長尺な空部である。この圧力室２６の長手方向における一端部は、連通基板１５のノズル連通口２８を介してノズル２７と連通する。また、圧力室２６の長手方向における他端部は、連通基板１５の個別連通口２９を介して共通液室２４と連通する。そして、圧力室２６は、ノズル２７毎に対応してノズル列方向に沿って隔壁３０により隔てられて複数並設されている。
【００２９】
本実施形態における圧電素子１８は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子１８は、弾性膜１７上に、下電極層３２（第１の電極層）、誘電体の一種である圧電体層３３、上電極層３４（第２の電極層）が順次積層されて構成されている。本実施形態では、下電極層３２が圧電素子１８毎に独立してパターニングされている。図５に示されるように、本実施形態における下電極層３２は、圧力室２６のノズル列方向（圧力室並設方向）における幅ｗよりも狭い幅で圧力室２６の長手方向に沿って延在している。この下電極層３２の延在方向（長手方向）における両端部は、圧力室２６の上部開口内から当該上部開口よりも外側の非可動領域まで延設されている。一方、上電極層３４は、圧力室並設方向に沿って各圧力室２６に亘って連続して形成されている。そして、上電極層３４、圧電体層３３、及び下電極層３２がこれらの積層方向で見て互いにオーバーラップする部分が、両電極層３２，３４への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部である。すなわち、上電極層３４は複数の圧電素子１８に共通に設けられた共通電極となっており、下電極層３２は圧電素子１８毎に個別に設けられた個別電極となっている。なお、下電極層３２及び上電極層３４としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の各種金属、及び、これらの合金やＬａＮｉＯ３等の導電性酸化物等が用いられる。
【００３０】
本実施形態における圧電体層３３は、下電極層３２を覆う状態で弾性膜１７の上に形成されている。この圧電体層３３としては、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。図５に示されるように、この圧電体層３３において隣り合う圧力室２６の間の領域に対応する部分には、開口３６が形成されている。この開口３６は、圧電体層３３が部分的に除去されて形成された凹部或いは貫通穴から構成されており、圧力室２６の開口の辺（開口縁）に沿って延在している。要するに、この開口３６は、圧電体層３３における他の部分の厚さよりも相対的に薄くなった或いは圧電体層３３を貫通した部分である。この開口３６の圧力室長手方向の両端部は、圧力室並設方向の幅が次第に狭くなる先細り形状となっている。
【００３１】
そして、隣り合う開口３６の間の領域における圧力室２６の上部開口の位置には、開口３６の部分よりも厚い圧電体層３３が梁状に設けられている。この当該梁状の圧電体層３３は、圧電体能動部に対応する部分に設けられている。この梁状部分の圧電体層３３の圧力室並設方向における幅は、同方向における圧力室２６の幅ｗよりも少し狭くなっている。この梁状の圧電体層３３の圧力室並設方向の両側に上記の開口３６が設けられることにより、圧電体能動部に対応する圧電体層３３を円滑に変位させることができる。
【００３２】
図３及び図５に示されるように、本実施形態における圧電素子１８の上電極層３４上には、錘層３５が積層されている。本実施形態では、圧力室２６の一側の端部に対応する位置と、圧力室２６の他側の端部に対応する位置にそれぞれ錘層３５ａ及び錘層３５ｂが形成されている。なお、錘層３５としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）及び、これらの合金等が用いられる。また、錘層３５が金（Ａｕ）等からなる場合には、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び、これらの合金等からなる密着層が上電極層３４との間に設けても良い。
【００３３】
錘層３５ａ，３５ｂは、それぞれ圧力室２６の長手方向における一側の端部及び他側の端部の近傍において上電極層３４に積層されて当該上電極層３４と導通している。本実施形態における錘層３５ａ，３５ｂは、圧力室２６の長手方向において当該圧力室２６の上部開口より少し外側に外れた位置に設けられている。これらの錘層３５ａ，３５ｂが設けられていることにより、圧電素子１８の駆動時において、圧力室２６の上部開口の縁付近における圧電素子１８及び弾性膜１７の不規則な変形が抑制され、当該部分における圧電素子１８及び弾性膜１７の損傷が抑制される。本実施形態における弾性膜１７において、圧力室２６の幅ｗの範囲内（より厳密には、圧力室並設方向において隣り合う開口３６の間の範囲内）であって一側の錘層３５ａと他側の錘層３５ｂとの間の領域が、圧電素子１８の駆動時において実質的に変位可能な可動領域となる。すなわち、本実施形態においては、両側の錘層３５ａ，３５ｂの間の領域であって、圧力室２６の上部開口よりも外側に外れた領域も圧電素子１８の駆動に応じて多少動くことができ、可動領域の一部として機能する。これらの錘層３５ａ，３５ｂのノズル列方向における両端は、上電極層３４と同様に、一群の圧力室２６が形成された領域よりも外側まで延設されている。なお、錘層３５ａ，３５ｂに関し、圧力室２６の長手方向において当該圧力室２６の上部開口の端部に平面視で一部が重なる位置に設けられてもよい。また、錘層３５は、必ずしも設けられていなくてもよい。この場合、圧電素子１８の駆動時において実質的に変位する領域が可動領域となる。
【００３４】
連通基板１５は、圧力室形成基板１６と同様にシリコン基板から作製された板材である。この連通基板１５には、圧力室形成基板１６の複数の圧力室２６に共通に設けられる共通液室２４（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。この共通液室２４は、各圧力室２６の並設方向に沿って長尺な空部である。図２に示されるように、本実施形態における共通液室２４は、連通基板１５の板厚方向を貫通した第１液室２４ａと、連通基板１５の下面側から上面側に向けて当該連通基板１５の板厚方向の途中まで上面側に薄肉部を残した状態で形成された第２液室２４ｂと、から構成される。この第２液室２４ｂの圧力室長手方向における一端部（ノズル２７から遠い側の端部）は、第１液室２４ａと連通する一方、同方向の他端部は、平面視において圧力室２６と重なる位置に形成されている。この第２液室２４ｂの他端部、すなわち、第１液室２４ａ側とは反対側には、薄肉部を貫通する個別連通口２９が、圧力室形成基板１６の各圧力室２６にそれぞれ対応して複数形成されている。この個別連通口２９の一端は、第２液室２４ｂと連通し、個別連通口２９の他端は、圧力室形成基板１６の圧力室２６と連通する。
【００３５】
上記のノズルプレート１４は、複数のノズル２７が列状に開設された板材である。本実施形態では、ドット形成密度に対応した形成ピッチでノズル２７が複数列設されてノズル列が構成されている。本実施形態におけるノズルプレート１４は、シリコン基板から作製され、当該基板に対してドライエッチングにより円筒形状のノズル２７が形成されている。そして、本実施形態における圧電デバイス１３には、上記の共通液室２４から個別連通口２９、圧力室２６、及びノズル連通口２８を通ってノズル２７に至るまでのインク流路が形成されている。
【００３６】
そして、上記構成の圧電デバイス１３を備える記録ヘッド３では、圧電素子１８に印加される駆動信号の電圧の変化に応じて圧電能動部が撓み変形することにより、弾性膜１７の可動領域が、ノズル２７に近づく側又はノズル２７から遠ざかる方向に変位する。これにより、圧力室２６内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を利用してノズル２７からインクが噴射される。
【００３７】
図６は、圧力室２６を区画している隔壁３０と弾性膜１７（可動領域）の形状及び寸法について説明する模式図である。以下、圧力室２６の並設方向（本実施形態においてはノズル列方向）における隔壁３０の幅（厚さ）をａ、隔壁３０の高さ（弾性膜１７側の基端から連通基板１５側の先端までの長さ）をｂ、また、圧力室２６の長手方向（可動領域の長手方向）における弾性膜１７の可動領域の長さをＬとする。近年、高解像度化や小型化の要請に応じて記録ヘッド３においてはノズル２７の形成ピッチがより狭小化し、これに伴って圧力室２６の形成ピッチもより狭小化している。これにより、隔壁３０の幅（厚さ）ａはより薄くなり、圧力室２６の幅ｗもより狭くなる傾向にある。圧力室２６の長手方向の寸法が一定であると仮定して圧力室２６の幅ｗが狭くなると、その分だけ、圧力室２６の容積が減少することになる。所定の電圧を圧電素子１８に印加して駆動したときにノズル２７から噴射されるインクの重量（排除堆積）を所定の値に維持するためには、圧力室２６の長手方向の寸法をより長くすることにより、上記の可動領域の長さＬをより長くする必要がある。ところが、可動領域の長さＬを長くすることによって隔壁３０の高さ方向の強度が低下する。これにより、記録ヘッド３（圧電デバイス１３）の製造工程において以下のような不具合が生じるおそれがある。
【００３８】
図７から図９は、記録ヘッド３（圧電デバイス１３）の製造工程における不具合について説明する模式図である。なお、各図において、弾性膜１７上に形成された圧電素子１８等の他の構成部材の図示は省略されている。また、図８及び図９において、圧力室形成基板１６の歪みは実際よりも誇張されて図示されている。例えば、本実施形態における圧電デバイス１３の製造工程では、図７に示されるように、シリコン基板からなる圧力室形成基板１６の一方の面が熱酸化されることにより、シリコン酸化膜からなる弾性膜１７が形成される。この工程で母材であるシリコンに酸素が結合する結果、膨張しようとするため、弾性膜１７は圧縮応力（残留応力の一種）を有することになる。この状態で、図８において矢印で示されるように、圧力室形成基板１６の他方の面から水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチング用液による異方性エッチングによって圧力室２６となる空部が形成されていくと、これに伴って弾性膜１７を支えている圧力室形成基板１６の強度が低下することにより、弾性膜１７の圧縮応力が次第に開放されて圧力室形成基板１６に変形（歪み）が生じる。そして、図９に示されるように、エッチングストップとして機能する弾性膜１７に到達するまで異方性エッチングが施されると、圧力室形成基板１６において圧力室２６に対応する部分では、弾性膜１７を支える部分が無くなるため、隔壁３０の高さ方向（縦方向）の強度によっては、圧力室形成基板１６の歪みがより大きくなり、隔壁３０の先端面、すなわち、後の工程において他の部材である連通基板１５と接合される面の位置が大きくばらついてしまう。このような状態では、連通基板１５との接合の際、隔壁３０の先端面に接着剤２１を転写等により均一に塗布することが難しく、これにより、接合不良が生じるおそれがあった。
【００３９】
また、接合される面の位置がばらつくと上記のように接着剤によっては転写自体ができなくなる（接合できない箇所が生じる）ほか、転写できたとしても、接合箇所からのインクの漏洩を防ぐためには接着剤の厚さを厚くする必要があり、この状態で接合すると流路側（圧力室２６側）への接着剤のはみ出し量がばらつくことになる。このように流路側にはみ出した接着剤は、例えば圧力室２６の隔壁等を毛細管現象により伝って弾性膜１７まで到達して硬化すると、可動領域の駆動時の変位量を変化させてしまう場合がある。そして、接着剤のはみ出し量がばらつくと、弾性膜１７まで這い上がる接着剤の量もばらつくため、その結果として可動領域の変位量が各圧力室２６でばらついてしまうという問題がある。
【００４０】
上記の問題に鑑み、本発明に係るプリンター１においては、上記の各寸法を適切に設定することにより圧力室形成基板１６の変形の発生が抑制されている。より具体的には、隔壁３０の幅ａ、隔壁３０の高さｂ、弾性膜１７の可動領域の長さＬ、及び、弾性膜１７の膜厚ｔについて、以下の条件（１）を満たすように各寸法が設定されている。
ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦５×１０５  …（１）
上記条件（１）において、「ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）」は、圧力室形成基板１６において両端が固定された梁として機能する隔壁３０の高さ方向（縦方向）の強度を表す式（以下、適宜、縦強度計算式と称する）である。この縦強度計算式において、隔壁３０の高さｂが３乗、可動領域の長さＬが４乗であるため、隔壁３０の縦方向の強度を確保する上では、特に、可動領域の長さＬをより短く、隔壁３０の高さｂをより低くすることが有効である。
【００４１】
図１０は、上記寸法及び形状が異なる複数の記録ヘッド（圧電デバイス）についての隔壁３０の縦方向の強度と隔壁３０の先端面のばらつき（以下、適宜、隔壁段差と称する）との関係について説明するグラフである。同図において横軸が、隔壁３０の縦方向の強度を表す上記縦強度計算式の算出値を示し、縦軸が、隔壁段差〔ｎｍ〕を示している。なお、隔壁段差は、図９に示されるように、圧力室形成基板１６の圧力室並設方向における両端を通る仮想面（図９においてＰｖで示される高さの面）から各隔壁３０の先端面までの高さ（仮想面Ｐｖの法線方向の距離）の最大値と最小値の差Δｄで表される。
【００４２】
図１０に示されるように、縦強度計算式の値がある一定の値を超えると、隔壁３０の縦方向の強度が低下して隔壁段差が著しく大きくなる。ここで、隔壁３０の先端面に接着剤２１が転写により塗布されて連通基板１５が接合される場合において、接着剤２１の厚みを極端に厚くすることなく、すなわち、圧力室２６等の流路側への接着剤２１のはみ出しを抑えつつ、接合不良の発生を抑制するためには、隔壁段差が２００〔ｎｍ〕以下であることが望ましい。そして、隔壁段差が２００〔ｎｍ〕以下となるためには、縦強度の値が５×１０５以下である必要がある。同図に示されるように、縦強度の値が５×１０５を超えると、隔壁段差が２００〔ｎｍ〕よりも大きくなり、これにより接合不良が発生する可能性が高くなる。
【００４３】
上記条件（１）が成立するように各寸法を設定することにより、隔壁３０の縦方向の強度が確保されるので、圧力室形成基板１６の変形が抑制される。これにより、隔壁３０の先端面の位置のばらつきが抑制されるので、圧力室形成基板１６の他方の面に連通基板１５が接着剤２１により接合される際の接合不良が低減される。その結果、圧電デバイス１３の歩留まりが向上し、また、信頼性も向上する。特に、本実施形態においては、弾性膜１７がシリコンの熱酸化により形成されているため圧縮応力（残留応力）を有しており、この状態で異方性エッチングにより圧力室２６が形成された際においても、弾性膜１７の圧縮応力が開放されることによる圧力室形成基板１６の変形を抑制することができるので、好適である。そして、接合不良を抑制するための接着剤２１の厚みを抑えることができるので、圧力室２６等の流路への接着剤２１のはみ出し（流れ出し）を低減することが可能となる。これにより、流路側へ流れ出した接着剤２１が弾性膜１７の可動領域に付着することによる当該可動領域の変位特性に悪影響を及ぼすことが抑制される。
このような圧電デバイス１３を採用する記録ヘッド３では、接着が不十分な箇所からのインクの漏出リスクが低減される。また、接着剤２１の流れ出しに起因する可動領域の変位特性のばらつきが抑制されるので、各ノズル２７の噴射特性のばらつきを抑制することが可能となる。さらに、このような記録ヘッド３を備えるプリンター１では、信頼性が向上する。
【００４４】
ところで、条件（１）が成立する場合においても、圧力室並設方向における隔壁３０の強度（横方向の強度）によっては、インクの噴射の際に圧力室２６内に生じる圧力変動によって隔壁３０が変形することによりノズル２７から噴射されるインクの量や飛翔速度などの噴射特性が変動する、つまり、隣接する空間において可動領域が駆動した際の駆動特性について影響し合ういわゆるクロストークが発生するおそれがある。
この観点から、本発明に係るプリンター１においては、さらに以下の条件（２）を満たすように各寸法が設定されている。
ｔ×ｂ４／（ａ×Ｌ3）≦１．２×１０−３…（２）
上記条件（２）において、「ｔ×ｂ４／（ａ×Ｌ3）」は、圧力室形成基板１６において両端が固定された梁として機能する隔壁３０の横方向（圧力室並設方向）の強度を表す式（以下、適宜、横強度計算式と称する）である。
【００４５】
図１１は、隔壁３０の横方向における強度と、クロストーク率との関係を示すグラフである。ここで、クロストーク率とは、同一ノズル列に属する複数の隣接するノズル２７からインクを同時に噴射させた場合（全ＯＮ時）のインクの飛翔速度Ｖｍａと、１つのノズル２７から単独でインクを噴射させた場合（１ＯＮ時）のインク飛翔速度Ｖｍｓとの比率で表される噴射特性の変化の度合いであり、以下の式（ＣＴ）で表される。
クロストーク率＝１−Ｖｍｓ／Ｖｍａ  …（ＣＴ）
例えば、Ｖｍａ＝１０〔ｍ／ｓ〕、Ｖｍｓ＝８〔ｍ／ｓ〕であったとき、クロストーク率は０．２となる。プリンター１において、記録媒体２に画像等を記録する場合、特に、より高解像度の画像を記録する場合、このクロストーク率が０．１５未満であることが求められる。クロストーク率が０．１５を超えると、ノズル２７から噴射されたインクの記録媒体２における目標とする位置からの着弾位置ずれが顕著になり、記録画像等においていわゆる粒状感などのように視覚的な粗さが目立ってしまうからである。
【００４６】
したがって、上記条件（２）が成立するように各寸法を設定することにより、隔壁３０の横方向（圧力室並設方向）の強度が確保されるので、ノズル２７からインクを噴射させるべく圧電素子１８が駆動されて圧力室２６内に圧力変動が生じたときに、隔壁３０が変位することが抑制される。その結果、上記クロストークが抑制される。すなわち、噴射特性（ノズル２７から噴射されるインクの量や飛翔速度）の変動が抑制される。
【００４７】
図１２は、縦強度及び横強度に応じた隔壁段差及びクロストーク（ＣＴ）の発生について示した表である。同図において太枠で囲まれた部分は、縦強度及び横強度がそれぞれ上記条件（１）及び条件（２）を満たす範囲を示している。また、隔壁段差について「〇」は隔壁段差が殆ど生じていないことを示し、「△」は２００〔ｎｍ〕以下の段差が生じていることを示し、「×」は２００〔ｎｍ〕を超える段差が生じていることを示している。さらに、クロストークについて「〇」はクロストークが殆ど生じていない（例えば、クロストーク率が０．１未満である）ことを示し、「△」はクロストークが生じているが許容範囲内である（例えば、クロストーク率が０．１以上、０．１５以下である）ことを示している。そして、隔壁３０の幅ａ、可動領域の長さＬ、及び、弾性膜１７の膜厚ｔについては上記排除堆積が所定値となるような値で固定され、隔壁３０の高さｂのみが変更されることで縦強度及び横強度の値が変えられている。
【００４８】
図１２に示されるように、条件（１）が成立すれば、隔壁段差及びクロストークのいずれも「△」又は「〇」となり、隔壁段差の抑制とクロストークの抑制を概ね両立させることができるが、隔壁段差及びクロストークの両方が「〇」となるようにするには、さらに以下の条件（３）又は条件（４）を満たせばよい。
１．２×１０５≦ｔ×Ｌ４／（ａ×ｂ３）≦１．６×１０５  …（３）
５．９×１０−４≦ｔ×ｂ４／（ａ×Ｌ3）≦８．６×１０−３…（４）
これにより、隔壁段差の抑制とクロストークの抑制とをより効果的に両立させることが可能となる。
【００４９】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００５０】
図１３は、本発明の第２の実施形態における圧力室形成基板４０の平面図である。上記第１の実施形態においては、圧力室２６の上部開口の周囲が圧力室形成基板１６の隔壁３０を含む構造壁により途切れることなく囲まれた構成を例示したが、これには限られない。本実施形態における圧力室形成基板４０には、本発明における空間に相当する圧力室４１が本発明における壁に相当する隔壁４２で隔てられて複数並設されている他、各圧力室４１に共通な共通液室４４、及び、当該共通液室４４と各圧力室４１とを連通させる個別連通口４３が形成されている。このため、圧力室４１の上部開口は、隔壁４２を含む圧力室形成基板４０の構造壁により全周を閉じられておらず、個別連通口４３に対応する部分で開いている。このような構成においても上記第１の実施形態の構成と同様に本発明を適用することができる。すなわち、圧力室４１の並設方向における隔壁４２の幅をａ、隔壁４２の高さをｂ、圧力室形成基板４０の一方の面に設けられた弾性膜（区画部材）の可動領域の長さをＬ、弾性膜の厚さをｔとして、上記各条件（１）〜（４）が成立するように各寸法を設定すれば、上記第１の実施形態の構成と同様の作用効果を奏し得る。なお、他の構成については第１の実施形態と同様である。
【００５１】
図１４は、第３の実施形態における電子デバイスの一種である超音波センサー６０を備える超音波診断装置５１の構成を示す図である。また、図１５は、本実施形態に係る超音波センサー６０の一例を示す平面図、図１６は超音波センサー６０の行方向（図１５における横方向）における要部断面図である。上記各実施形態においては、可動領域が変位することでノズルから液体の一種であるインクを噴射させる構成を例示したが、これには限られず、本実施形態における超音波センサー６０のように、可動領域の振動（変位）等を検出するセンサー等にも本発明を適用することができる。このため、本発明における空間は、液体が流通するものには限られない。
【００５２】
図１４に示される超音波診断装置５１は、装置端末５２と超音波プローブ５３とを備える。装置端末５２と超音波プローブ５３とはケーブル５４で相互に接続されている。装置端末５２と超音波プローブ５３とはケーブル５４を通じて電気信号を送受する。超音波プローブ５３は、本体部５５と、この本体部５５に着脱可能に取り付けられたプローブヘッド５６と、を備えている。そして、プローブヘッド５６に超音波センサー６０が設けられている。超音波センサー６０は、表面（図１５に示される面）から音波（超音波）を測定対象に向けて発信するとともに、測定対象からの反射波を受信することにより、測定対象までの距離や測定対象の形状等の検知を行う。本実施形態における超音波センサー６０は、基体６１に素子アレイ６２が形成されて構成されている。素子アレイ６２は、圧電素子６４の配列で構成されている。配列は複数行・複数列のマトリクス状に形成されている。図１６に示されるように、圧電素子６４は、上部電極６５、下部電極６６、及び圧電体膜６７で構成され、上部電極６５と下部電極６６との間に圧電体膜６７が挟み込まれている。本実施形態においては上部電極６５が各圧電素子６４に共通の共通電極として機能し、下部電極６６が各圧電素子６４のそれぞれの個別電極として機能する。なお、上部電極６５及び下部電極６６の機能は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の圧電素子６４に下部電極が共通に設けられる一方、各圧電素子６４に上部電極が個別に設けられてもよい。また、素子アレイ６２の配列に関し、例えば、隣り合う列の圧電素子６４の列方向の位置が互い違いとなるような構成を採用することもできる。この場合、偶数列の圧電素子６４群は、奇数列の圧電素子６４群に対して行ピッチの２分の１で列方向にずらされて配置される構成とすることができる。
【００５３】
基体６１において、圧電素子６４の列方向における一端側と他端側であって、素子アレイ６２から外れた位置に、それぞれ第１端子アレイ６８ａ及び第２端子アレイ６８ｂが形成されている。各端子アレイ６８ａ，６８ｂは、それぞれ、行方向の両側に配置された１対の共通電極端子６９と、両側の共通電極端子６９の間に配置された複数の個別電極端子７０とで構成されている。共通電極端子６９は、圧電素子６４の上部電極６５に導通され、個別電極端子７０は、圧電素子６４の下部電極６６にそれぞれ導通されている。各端子アレイ６８ａ，６８ｂには、一端が超音波診断装置５１の図示しない制御回路と接続された図示しないフレキシブル配線基板が電気的に接続される。当該フレキシブル配線基板を通じて制御回路と超音波センサー６０との間で、後述するように駆動信号ＶＤＲ及び受信信号ＶＲの送受信が行われる。
【００５４】
図１６に示されるように、基体６１は、基板７２及び可撓膜７３（本発明における区画部材の一種）を互いに積層した状態で備えている。より具体的には、基板７２の一方の面に可撓膜７３が一面に形成される。この基板７２には、各圧電素子６４にそれぞれ対応して複数の空部７４（本発明における空間の一種）が隔壁７５（本発明における壁の一種）により区画形成されている。すなわち、空部７４は、基板７２に対してアレイ状に配置されており、隣接する２つの空部７４の間に隔壁７５が配置されている。そして、可撓膜７３における空部７４の上部開口に対応する部分が、可動領域７８として機能する。可動領域７８は、可撓膜７３のうち、空部７４の一部（天井面）を区画して基板７２の厚み方向に振動（変位）することができる部分である。本実施形態において、基板７２と可撓膜７３とは一体的に形成されている。より具体的には、基板７２の母材であるシリコン基板の一方の面が熱酸化されることによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が形成され、また、当該シリコン基板の他方の面からシリコン酸化膜に至るまで異方性エッチング処理が施されて空部７４が形成され、残ったシリコン酸化膜が可撓膜７３として機能する。なお、可撓膜７３には、図示しない絶縁体膜が積層されている。そして、この可動領域７８の表面（空部７４側の面とは反対側の面）に下部電極６６、圧電体膜６７及び上部電極６５が順番に積層されて圧電素子６４が配設されている。
【００５５】
基体６１の裏面（可撓膜７３側とは反対側の面）には、補強板７６が接着剤８０により接合されている。補強板７６は超音波センサー６０の裏面で空部７４を閉じている。この補強板７６としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
【００５６】
上記超音波センサー６０において、超音波を発信する発信期間（振動期間）には、制御回路が出力する駆動信号ＶＤＲが、個別電極端子７０を介して各圧電素子６４の下部電極６６に供給（印加）される。また、超音波の反射波（エコー）を受信する受信期間（振動期間）には、圧電素子６４からの受信信号ＶＲが、下部電極６６及び個別電極端子７０を介して出力される。また、共通電極端子６９を介して各圧電素子６４の上部電極６５には、共通電圧ＶＣＯＭが供給される。この共通電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧である。駆動信号ＶＤＲと共通電圧ＶＣＯＭとの差の電圧が各圧電素子６４に印加されると、当該圧電素子６４からは所定の周波数の超音波が発信される。そして、全圧電素子６４からそれぞれ放射される超音波が合成されて、超音波センサー６０の素子アレイ面から放射される超音波が形成される。この超音波は、測定対象（例えば人体の内部）に向けて発信される。また、超音波が発信された後、測定対象から反射されてきた反射波が圧電素子６４に入力されると、これに応じて当該圧電素子６４が検知用振動部として振動することにより起電力が生じる。この起電力は受信信号ＶＲとして制御回路に出力される。本実施形態において、検知用振動部として機能する圧電素子群は、音波の発信と反射波の受信とを、時間を異ならせて交互に行う。
【００５７】
上記第１の実施形態と同様に、製造工程において基板７２に変形や歪みが生じた場合、接合される面（基板７２の補強板７６との接合面）の位置がばらついて、接合不良や可動領域７８の変位量のばらつきが生じるおそれがある。このため、本実施形態における隔壁７５の幅をａ、隔壁７５の高さをｂ、可動領域７８の可動領域の長尺方向の長さをＬ、及び、可動領域７８の膜厚ｔとして、上記各条件（１）〜（４）が成立するように各寸法を設定すれば、上記第１の実施形態の構成と同様の作用効果を奏し得る。すなわち、基板７２の変形が抑制されるので、基板７２の他方の面に補強板７６が接着剤８０により接合される際の接合不良が低減される。その結果、圧電デバイスである超音波センサー６０の歩留まりが向上し、また、信頼性も向上する。そして、接合不良を抑制するための接着剤８０の厚みを抑えることができるので、空部７４側への接着剤８０のはみ出し（流れ出し）を低減することが可能となる。これにより、空部７４側へ流れ出した接着剤８０が可動領域７８に付着することによる当該可動領域７８の変位特性（振動特性）に悪影響を及ぼすことが抑制される。さらに、隔壁７５の強度が確保されるので、圧電素子６４及び可動領域７８の振動の際に、隔壁７５が変位することが抑制される。その結果、いわゆる隣接クロストークによる可動領域７８の振動特性（発信特性・受信特性）の変動が抑制される。
【００５８】
なお、区画部材が有する残留応力としては圧縮応力に限られず、成膜方法によっては区画部材が引張応力を有する場合もあり、このような構成においても本発明を適用することができる。これにより、引張応力に起因する基板の変形を抑制することが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明によれば、基板とこれに接合される他の部材（他の基材）とがそれぞれ残留応力（圧縮応力又は引張応力を問わず）を有する構成においても適用することができる。これにより、これらの残留応力の相違に起因する基板の変形を抑制することが可能となる。
【００６０】
そして、上記第１の実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、複数の基板が接着剤により接合されることで空間が壁を隔てて複数形成され、空間の一部が可動領域を有する区画部材により区画された構成を採用する他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００６１】
１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…プラテンローラー，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１３…圧電デバイス，１４…ノズルプレート，１５…連通基板，１６…圧力室形成基板，１７…弾性膜，１８…圧電素子，１９…保護基板，２０…ケース，２１…接着剤，２２…収容空部，２３…インク導入路，２４…共通液室，２６…圧力室，２７…ノズル，２８…ノズル連通口，２９…個別連通口，３０…隔壁，３２…下電極層，３３…圧電体層，３４…上電極層，３５…錘層，３６…開口，４０…圧力室形成基板，４１…圧力室，４２…隔壁，４３…個別連通口，４４…共通液室，５１…超音波診断装置，５２…端末装置，５３…超音波プローブ，５４…ケーブル，５５…本体部，５６…プローブヘッド，６０…超音波センサー，６１…基体，６２…素子アレイ，６４…圧電素子，６５…上部電極，６６…下部電極，６７…圧電体膜，６８…端子アレイ，６９…共通電極端子，７０…個別電極端子，７２…基板，７３…可撓膜，７４…空部，７５…隔壁，７６…補強板，７８…可動領域，８０…接着剤
【図１】
2018167576.tif 000003
【図２】
2018167576.tif 000004
【図３】
2018167576.tif 000005
【図４】
2018167576.tif 000006
【図５】
2018167576.tif 000007
【図６】
2018167576.tif 000008
【図７】
2018167576.tif 000009
【図８】
2018167576.tif 000010
【図９】
2018167576.tif 000011
【図１０】
2018167576.tif 000012
【図１１】
2018167576.tif 000013
【図１２】
2018167576.tif 000014
【図１３】
2018167576.tif 000015
【図１４】
2018167576.tif 000016
【図１５】
2018167576.tif 000017
【図１６】
2018167576.tif 000018