(57)【要約】【課題】圧電膜のクラックによる性能低下を抑制可能な圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子であって、第１電極層から圧電体層に亘って位置する導電層を備え、圧電体層は、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層の積層方向から見た平面視において、第２電極層と重なる第１部分と、導電層と重なる第２部分と、第２電極層及び導電層と重ならない第３部分とを有し、第３部分の少なくとも一部の膜厚は、第１部分の膜厚よりも小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子であって、
前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、
前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、
前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記平面視にて前記第１部分との境界部を少なくとも含む位置における前記第３部分の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電素子において、
前記第３部分は、前記平面視において、前記境界部から離れるにしたがって膜厚が漸減する
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記第３部分は、前記平面視において、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する溝部を有する
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電素子において、
前記溝部の内面は、湾曲している
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電素子において、
前記第２部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項７】
第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子と、前記圧電素子により駆動される駆動部と、を具備し、
前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、
前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、
前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記駆動部は、振動膜であり、
前記圧電素子は、前記振動膜に設けられる
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項９】
振動膜と、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に前記振動膜に積層された圧電素子と、前記振動膜及び前記圧電素子を収納する筐体と、を具備し、
前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、
前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、
前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
振動膜と、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に前記振動膜に積層された圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御部と、を具備し、
前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、
前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、
前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする超音波装置。
【請求項１１】
振動膜と、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御部と、前記圧電素子により駆動される駆動部と、を具備し、
前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、
前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、
前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項７又は請求項８に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
請求項１２に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動膜と、振動膜上に設けられる圧電素子と、を備える超音波トランスデューサーが知られている（例えば特許文献１）
圧電素子は、下電極、圧電膜、及び上電極が積層され構成され、積層方向において、これら下電極、圧電膜、及び上電極が重なる領域は、電極間への電圧印加によって変形する領域である（以下、能動部とも称す）。超音波トランスデューサーは、電圧印加に応じた能動部の変形によって振動膜を振動させることにより超音波を送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９５４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載される圧電素子では、駆動時に能動部が変形すると、能動部と能動部以外の部分（非能動部）との変形量に差が生じることにより、圧電膜に応力が作用し、圧電膜の一部にクラックが生じるおそれがある。
例えば、圧電膜のうち、上電極によって覆われている部分（被覆部）では、当該上電極によって上記応力が緩和される。一方で、上電極によって覆われていない部分（非被覆部）では、上電極による応力緩和がなく、被覆部と比べて上記クラックが生じ易い。
【０００５】
さらに、上記応力は、積層方向から見た平面視における、能動部と非能動部との境界位置に集中するおそれがある。このため、能動部の境界位置を構成する上電極の端部と重なる位置を跨ぐように圧電膜が設けられる場合、非能動部における境界位置近傍で、圧電膜にクラックが生じるおそれがある。このクラックに水が浸入すると、下電極と上電極との間での通電によって圧電膜が焼損し、圧電素子の性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、圧電膜のクラックによる性能低下を抑制可能な適用例及び実施形態としての圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置を提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一適用例に係る圧電素子は、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子であって、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
ここで、圧電体層の第１部分は、第２電極層と重なる部分であり、第１電極層と第２電極層とにより挟まれる部分となる。この第１部分は、第１電極層及び第２電極層の間に電圧を印加して、圧電素子を駆動させた際に変形される能動部となる。一方、第２部分及び第３部分は、少なくとも第２電極層とは重ならない部分であり、圧電素子の駆動時に電圧が印加されない。すなわち、第２部分及び第３部分は、上記能動部に対して非能動部である。
上述のように、圧電素子の駆動時に、能動部の変形により、圧電体層に応力が作用し、クラックが生じるおそれがある。これに対して、本適用例では、第１部分は、第２電極層が積層され、第２部分は、導電層が積層され、応力が緩和される。このため、応力によって第１部分及び第２部分にクラックが発生することを抑制できる。また、第３部分の少なくとも一部の膜厚は、能動部を含む第１部分の膜厚よりも小さいため、能動部の変形に応じて、第３部分を変形し易くできる。このため、応力によって第３部分にクラックが発生することを抑制できる。したがって、本適用例によれば、圧電体層におけるクラック、ひいては焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制できる。
【０００９】
本適用例の圧電素子において、前記平面視にて前記第１部分との境界部を少なくとも含む位置における前記第３部分の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、第３部分は、平面視にて第１部分との境界部を少なくとも含む位置における膜厚が、第１部分の膜厚よりも小さい。すなわち、第３部分は、少なくとも、平面視において第２電極層の端部に沿う位置における膜厚が、第１部分の膜厚よりも小さい。これにより、圧電膜の第３部分のうち、能動部の駆動時に応力が集中する、第１部分との境界部の近傍位置をより変形し易くできる。したがって、境界部において、圧電体層にクラックが生じることをより確実に抑制でき、ひいては圧電体層の焼損をより確実に抑制できる。
【００１０】
本適用例の圧電素子において、前記第３部分は、前記平面視において、前記境界部から離れるにしたがって膜厚が漸減することが好ましい。
本適用例では、第３部分は、平面視にて、上記境界部から離れるほど膜厚が漸減する。このような構成では、第１部分と第３部分との境界部やその近傍に、例えば、段差等の応力が集中し易い角部が形成される場合と比べて、第３部分の境界部における応力集中を抑制できる。したがって、圧電体層の境界部におけるクラックの発生を抑制でき、ひいては圧電体層の焼損をより確実に抑制できる。
【００１１】
本適用例の圧電素子において、前記第３部分は、前記平面視において、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する溝部を有することが好ましい。
本適用例では、第３部分は、第１部分と第２部分との間に位置する溝部を有するため、第２電極層と導電層との間の絶縁をより確実に得ることができる。例えば、第１部分と第２部分との間の距離が小さい、すなわち、第２電極層と導電層との距離が小さいと、圧電体層の第３部分の表面に水が付着した際に、第２電極層と導電層との間で通電する可能性がある。これに対して、上記溝部を形成することにより、第２電極層と導電層との間の平面距離に対して、溝内面に沿った実際の距離を大きくすることができ、上述の絶縁をより確実に得ることができる。
【００１２】
本適用例の圧電素子において、前記溝部の内面は、湾曲していることが好ましい。
本適用例では、溝部の内面は、湾曲していため、溝部の内面に応力が集中し易い角部が形成される場合と比べて、第３部分における応力集中を抑制できる。したがって、圧電体層におけるクラックの発生をより確実に抑制でき、ひいては圧電体層の焼損をより確実に抑制できる。
【００１３】
本適用例の圧電素子において、前記第２部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことが好ましい。
本適用例では、第２部分の少なくとも一部の厚みが、第１部分の膜厚よりも小さい。このような構成では、第３部分とともに第２部分も変形し易くできるため、第３部分に応力が集中して、第３部分にクラックが生じることをより確実に抑制できる。
【００１４】
本発明の一適用例に係る圧電アクチュエーターは、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に前記振動膜に積層された圧電素子と、前記圧電素子により駆動される駆動部と、を具備し、前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００１５】
本適用例では、上記圧電素子に係る適用例と同様に、第１部分は、第２電極層が積層され、第２部分は、導電層が積層され、応力が緩和される。このため、応力によって第１部分及び第２部分にクラックが発生することを抑制できる。また、第３部分の少なくとも一部の膜厚は、能動部を含む第１部分の膜厚よりも小さいため、能動部の変形に応じて、第３部分を変形し易くできる。このため、応力によって第３部分にクラックが発生することを抑制できる。したがって、本適用例によれば、圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制でき、ひいては圧電アクチュエーターの性能の低下を抑制できる。
【００１６】
本適用例の圧電アクチュエーターにおいて、前記駆動部は、振動膜であり、前記圧電素子は、前記振動膜に設けられることが好ましい。
本適用例では、圧電素子が振動膜に設けられることで、圧電素子の駆動に応じて、振動膜を振動させることができる。このような圧電アクチュエーターでは、振動可能な振動膜に圧電素子が設けられる構成であるため、圧電素子に応力が加わりやすい構成となる。これに対して、本適用例では、上述した適用例と同様に、圧電素子は、応力が加わった場合でも、圧電体層にクラックの発生を抑制可能な構成となる。したがって、振動方向に圧電体層が変形した場合でも、圧電体層のクラックを抑制でき、ひいては焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制できる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る超音波探触子は、振動膜と、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に前記振動膜に積層された圧電素子と、前記振動膜及び前記圧電素子を収納する筐体と、を具備し、前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
本適用例では、上記圧電素子に係る適用例と同様に、第１部分は、第２電極層が積層され、第２部分は、導電層が積層され、応力が緩和される。このため、応力によって第１部分及び第２部分にクラックが発生することを抑制できる。また、第３部分の少なくとも一部の膜厚は、能動部を含む第１部分の膜厚よりも小さいため、能動部の変形に応じて、第３部分を変形し易くできる。このため、応力によって第３部分にクラックが発生することを抑制できる。したがって、本適用例によれば、圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制でき、ひいては超音波探触子の性能の低下を抑制できる。
【００１９】
本発明の一適用例に係る超音波装置は、振動膜と、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に前記振動膜に積層された圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御部と、を具備し、前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００２０】
本適用例では、上記圧電素子に係る適用例と同様に、第１部分は、第２電極層が積層され、第２部分は、導電層が積層され、応力が緩和される。このため、応力によって第１部分及び第２部分にクラックが発生することを抑制できる。また、第３部分の少なくとも一部の膜厚は、能動部を含む第１部分の膜厚よりも小さいため、能動部の変形に応じて、第３部分を変形し易くできる。このため、応力によって第３部分にクラックが発生することを抑制できる。したがって、本適用例によれば、圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制でき、ひいては超音波装置の性能の低下を抑制できる。
【００２１】
本発明の一適用例に係る電子機器は、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層が順に積層された圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御部と、前記圧電素子により駆動される駆動部と、を具備し、前記圧電素子は、前記第１電極層から前記圧電体層に亘って位置する導電層を備え、前記圧電体層は、前記第１電極層、前記圧電体層、及び前記第２電極層の積層方向から見た平面視において、前記第２電極層と重なる第１部分と、前記導電層と重なる第２部分と、前記第２電極層及び前記導電層と重ならない第３部分とを有し、前記第３部分の少なくとも一部の膜厚は、前記第１部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００２２】
本適用例では、電子機器は、上述した適用例の圧電素子と、その圧電素子により駆動される駆動部と、圧電素子を制御する制御部とを備える。
このため、上記適用例と同様に、圧電体層における圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制できる。これにより、電子機器の性能低下を抑制できる。
【００２３】
本発明の一適用例に係る液体噴射ヘッドは、上記適用例に係る圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする。
本適用例では、液体噴射ヘッドは、上記適用例と同様の圧電体層を備える。よって、圧電体層における圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制でき、ひいては液体噴射ヘッドの性能低下を抑制できる。
【００２４】
本発明の一適用例に係る液体噴射装置は、上記適用例に係る液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。
本適用例では、液体噴射装置に設けられる液体噴射ヘッドは、上記適用例と同様の圧電素子を備える。よって、圧電体層における圧電体層におけるクラックや焼損の発生を抑制でき、圧電素子の性能の低下を抑制でき、ひいては液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置の性能低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態の超音波プローブの概略構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態の超音波デバイスにおける素子基板を模式的に示す平面図。
【図４】第１実施形態の超音波デバイスを模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態の超音波トランスデューサーを模式的に示す平面図。
【図６】第１実施形態の超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図７】第２実施形態の超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図８】第３実施形態の超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図９】第３実施形態の変形例に係る超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図１０】他の変形例に係る超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図１１】他の変形例に係る超音波トランスデューサーを模式的に示す断面図。
【図１２】本発明の一変形例に係るプリンターの概略構成を示す図。
【図１３】上記プリンターが備える記録ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る超音波測定装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、超音波測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置１は、図１に示すように、超音波プローブ２と、超音波プローブ２にケーブル３を介して電気的に接続された制御装置１０と、を備えている。
この超音波測定装置１は、超音波プローブ２を生体（例えば人体）の表面に接触させ、超音波プローブ２から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ２にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態（例えば血流等）を測定したりする。
【００２７】
［制御装置の構成］
制御装置１０は、制御部に相当し、図１に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部１１と、表示部１２と、を備える。また、制御装置１０は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部と、を備える。制御装置１０は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置１を制御する。例えば、制御装置１０は、超音波プローブ２の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ２から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部１２に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部１２に表示させたりする。このような制御装置１０としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ２を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
【００２８】
［超音波プローブの構成］
図２は、超音波プローブ２の概略構成を示す断面図である。
超音波プローブ２は、超音波探触子に相当し、図２に示すように、筐体２１と、筐体２１内部に収納する超音波デバイス２２と、超音波デバイス２２を制御するためのドライバー回路等が設けられた回路基板２３と、を備えている。なお、超音波デバイス２２と、回路基板２３とにより超音波センサー２４が構成される。
【００２９】
［筐体の構成］
筐体２１は、図１に示すように、例えば平面視矩形状の箱状に形成され、厚み方向に直交する一面（センサー面２１Ａ）には、センサー窓２１Ｂが設けられており、超音波デバイス２２の一部が露出している。また、筐体２１の一部（図１に示す例では側面）には、ケーブル３の通過孔２１Ｃが設けられ、ケーブル３は、通過孔２１Ｃから筐体２１の内部の回路基板２３に接続されている。また、ケーブル３と通過孔２１Ｃとの隙間は、例えば樹脂材等が充填されることで、防水性が確保されている。
なお、本実施形態では、ケーブル３を用いて、超音波プローブ２と制御装置１０とが接続される構成例を示すが、これに限定されず、例えば超音波プローブ２と制御装置１０とが無線通信により接続されていてもよく、超音波プローブ２内に制御装置１０の各種構成が設けられていてもよい。
【００３０】
［回路基板の構成］
回路基板２３は、後述する超音波デバイス２２の信号端子４１３及び共通端子４１５（図３参照）と電気的に接続され、制御装置１０の制御に基づいて超音波デバイス２２を制御する。
具体的には、回路基板２３は、送信回路や受信回路等を備えている。送信回路は、超音波デバイス２２に超音波送信させる駆動信号を出力する。受信回路は、超音波を受信した超音波デバイス２２から出力された受信信号を取得し、当該受信信号の増幅処理、Ａ−Ｄ変換処理、整相加算処理等を実施して制御装置１０に出力する。
【００３１】
［超音波デバイスの構成］
図３は、超音波デバイス２２を構成する素子基板４１を封止板４２側から見た場合について模式的に示す図である。また、図４は、図３に示すＡ−Ａ線で切断した超音波デバイス２２の断面（ＺＸ断面）を模式的に示す断面図である。また、図５は、素子基板４１に設けられる超音波トランスデューサー４５を、封止板４２側から見た場合について模式的に示す平面図である。また、図６は、図５に示すＢ−Ｂ線で切断した超音波トランスデューサー４５の断面（ＹＺ断面）を模式的に示す断面図である。
超音波デバイス２２は、図２及び図４に示すように、素子基板４１と、封止板４２と、音響層４３（図４参照）と、音響レンズ４４と、を含み構成される。
【００３２】
（素子基板の構成）
図３に示すように、素子基板４１を基板厚み方向（Ｚ方向）から見た平面視（以下、単に平面視とも称す）において、素子基板４１の中央のアレイ領域Ａｒ１には、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサー４５を含む超音波トランスデューサーアレイ４６が設けられている。この超音波トランスデューサーアレイ４６は、複数の超音波トランスデューサー４５がマトリクス状に配置された１次元アレイとして構成される。すなわち、超音波トランスデューサーアレイ４６は、１ＣＨの送受信チャンネルとして機能する送受信列４５Ａを複数有する。これら複数の送受信列４５Ａのそれぞれは、Ｙ方向（スライス方向）に沿って配置された複数の超音波トランスデューサー４５により構成され、Ｘ方向（スキャン方向）に複数配置される。なお、図３では、説明の便宜上、超音波トランスデューサー４５の配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサー４５が配置される。
【００３３】
素子基板４１は、図４に示すように、基板本体部４１１と、基板本体部４１１の封止板４２側（−Ｚ側）に設けられる振動膜４１２と、を備える。また、振動膜４１２には、複数の圧電素子５が設けられている。
ここで、以降の説明にあたり、基板本体部４１１の音響レンズ４４側の面を前面４１１Ａと称し、封止板４２側の面を背面４１１Ｂと称する。また、振動膜４１２の封止板４２とは反対側の面を超音波送受面４１２Ａと称し、封止板４２側の面を作動面４１２Ｂと称する。
【００３４】
基板本体部４１１は、振動膜４１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部４１１には、各々の超音波トランスデューサー４５に対応した開口部４１１Ｃが設けられる。
【００３５】
振動膜４１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部４１１の背面４１１Ｂに設けられる。振動膜４１２の厚み寸法は、基板本体部４１１に対して十分小さい厚み寸法となる。この振動膜４１２は、開口部４１１Ｃを構成する壁部４１１Ｄにより支持され、開口部４１１Ｃの背面４１１Ｂ側を閉塞する可撓部４１２Ｃを有する。つまり、開口部４１１Ｃは、振動膜４１２の振動領域である可撓部４１２Ｃの外縁を規定する。
【００３６】
可撓部４１２Ｃの作動面４１２Ｂには、圧電素子５が設けられている。なお、後に詳述するが、圧電素子５は、下部電極５１、圧電膜６、及び上部電極５２が順に積層された積層体として構成される。これら振動膜４１２の可撓部４１２Ｃと、圧電素子５とにより、１つの超音波トランスデューサー４５が構成される。
【００３７】
このような超音波トランスデューサー４５では、下部電極５１及び上部電極５２の間に所定周波数のパルス波電圧が印加されることにより、開口部４１１Ｃの開口領域内の振動膜４１２の可撓部４１２Ｃを振動させて、超音波送受面４１２Ａ側から超音波を送信する。また、対象物から反射され、超音波送受面４１２Ａに入射する超音波により振動膜４１２の可撓部４１２Ｃが振動されると、圧電膜６の上下で電位差が発生する。したがって、下部電極５１及び上部電極５２間に発生する前記電位差を検出することにより、超音波を検出、つまり受信する。
【００３８】
ここで、下部電極５１は、図３に示すように、１ＣＨの送受信列４５Ａのそれぞれについて、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。この下部電極５１の両端部（±Ｙ側端部）は、端子領域Ａｒ２において信号端子４１３に接続される。この信号端子４１３は、回路基板２３に電気接続される。なお、図３では、アレイ領域Ａｒ１の−Ｙ側の端子領域Ａｒ２のみを図示しているが、アレイ領域Ａｒ１の＋Ｙ側にも同様に端子領域Ａｒ２が設けられている。
【００３９】
また、上部電極５２は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されており、Ｘ方向に並ぶ送受信列４５Ａを接続する。そして、上部電極５２の±Ｘ側端部は共通電極線４１４に接続される。この共通電極線４１４は、Ｙ方向に沿って複数配置された上部電極５２同士を結線する。また、共通電極線４１４の両端部（±Ｙ側端部）は、端子領域Ａｒ２において共通端子４１５に接続される。この共通端子４１５は、例えば、回路基板２３の基準電位回路（図示省略）に接続され、基準電位に設定される。
【００４０】
（封止板の構成）
図２及び図４に示す封止板４２は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば素子基板４１と同形状に形成され、Ｓｉ等の半導体基板や、絶縁体基板により構成される。なお、封止板４２の材質や厚みは、超音波トランスデューサー４５の周波数特性に影響を及ぼすため、超音波トランスデューサー４５にて送受信する超音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【００４１】
封止板４２は、素子基板４１のアレイ領域Ａｒ１に対向する領域には、開口部４１１Ｃに対応した複数の凹溝４２１を有する（図４参照）。これにより、振動膜４１２のうち可撓部４１２Ｃが形成される領域（開口部４１１Ｃ内）では、素子基板４１との間に所定寸法のギャップが設けられることになり、振動膜４１２の振動が阻害されない。また、１つの超音波トランスデューサー４５からの背面波が、他の隣接する超音波トランスデューサー４５に入射される不都合（クロストーク）の発生を抑制できる。
【００４２】
また、振動膜４１２が振動すると、開口部４１１Ｃ側（超音波送受面４１２Ａ側）の他、封止板４２側（背面４１１Ｂ側）にも背面波として超音波が放出される。この背面波は、封止板４２により反射され、再びギャップを介して振動膜４１２側に放出される。この際、反射背面波と、振動膜４１２から超音波送受面４１２Ａ側に放出される超音波との位相がずれると、超音波が減衰する。したがって、本実施形態では、素子基板４１と封止板４２との間のギャップにおける音響的な距離が、超音波の波長をλとしてλ／４の奇数倍となるように、各凹溝４２１の溝深さが設定されている。言い換えれば、超音波トランスデューサー４５から発せられる超音波の波長λを考慮して、素子基板４１や封止板４２の各部の厚み寸法が設定される。
【００４３】
また、封止板４２は、素子基板４１の端子領域Ａｒ２に対向する位置に、各端子４１３，４１５を回路基板２３に接続する接続部が設けられる。接続部としては、例えば、素子基板４１に設けられた開口部と、当該開口部を介して各端子４１３，４１５と回路基板２３とを接続するＦＰＣ（Flexible printed circuits）やケーブル線、ワイヤー等の配線部材と、を含む構成が例示される。
【００４４】
（音響層及び音響レンズの構成）
音響層４３は、図４に示すように、超音波送受面４１２Ａ側に配置される。すなわち、音響層４３は、開口部４１１Ｃ内に充填されている。
音響レンズ４４は、素子基板４１の前面４１１Ａ側、すなわち素子基板４１及び音響層４３の＋Ｚ側に配置される。音響レンズ４４は、生体表面に密着され、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体内で収束させる。また、音響レンズ４４は、生体内で反射した超音波を、音響層４３を介して超音波トランスデューサー４５に伝搬させる。
【００４５】
これら音響層４３及び音響レンズ４４の音響インピーダンスは、生体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。これにより、音響層４３及び音響レンズ４４は、超音波トランスデューサー４５から送信された超音波を生体に効率良く伝搬させることができ、また、生体内で反射した超音波を効率良く超音波トランスデューサー４５に伝搬させることができる。
【００４６】
（圧電素子の構成）
圧電素子５は、図５及び図６に示すように、順に積層された下部電極５１と、圧電膜６、及び上部電極５２と、導電層５３と、を備える。
圧電素子５は、下部電極５１と上部電極５２との間の電圧印加によって変形する能動部５０を有する。この能動部５０は、駆動部に相当する可撓部４１２Ｃ上に位置し、後述する下部電極本体部５１１、圧電膜本体部６１１、及び上部電極本体部５２１が、Ｚ方向（積層方向）に積層されて構成される。
【００４７】
下部電極５１は、第１電極層に相当し、下部電極本体部５１１と、下部電極接続部５１２と、を備える。
下部電極本体部５１１は、平面視において、圧電膜６及び上部電極５２と重なり、振動膜４１２のうちの可撓部４１２Ｃに設けられる。つまり、下部電極本体部５１１は、複数の圧電素子５のそれぞれに設けられる。
下部電極接続部５１２は、図５に示すように、下部電極本体部５１１の±Ｙ側のそれぞれからＹ方向に沿って延出する。この下部電極接続部５１２は、図３に示すように、送受信列４５Ａに含まれる複数の下部電極本体部５１１のうちの隣り合う下部電極本体部５１１を接続する。
【００４８】
上部電極５２は、第２電極層に相当し、各超音波トランスデューサー４５（圧電素子５）に対する共通電極である（図３参照）。上部電極５２の材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。
この上部電極５２は、図５に示すように、少なくとも一部が圧電膜６上に設けられ、上部電極本体部５２１と、上部電極接続部５２２と、を有する。
【００４９】
上部電極本体部５２１は、平面視において、下部電極５１及び圧電膜６と重なる。つまり、上部電極本体部５２１は、各圧電素子５にそれぞれに設けられる。
上部電極接続部５２２は、上部電極本体部５２１の±Ｘ側のそれぞれからＸ方向に沿って延出し、Ｘ方向において隣り合う上部電極本体部５２１を接続する。また、上部電極接続部５２２は、Ｘ方向において設けられた複数の圧電素子５のうちの±Ｘ側の圧電素子５の下部電極本体部５１１と、共通電極線４１４とを接続する。
【００５０】
導電層５３は、下部電極５１の下部電極接続部５１２から圧電膜６に亘って位置し、金属材料によって形成される。導電層５３の材料としては、例えば、上部電極５２と同様に、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。
【００５１】
ところで、平面視にて、下部電極５１の下部電極接続部５１２における圧電膜６の外縁に沿う位置には、圧電膜６をドライエッチング等によってパターニングする際のオーバーエッチにより、図６に示すような凹部５１２Ａが形成されることがある。このような凹部５１２Ａが形成されると、当該凹部５１２Ａにおける電気抵抗が増大して、超音波トランスデューサー４９の駆動特性が低下し、場合によっては、下部電極本体部５１１と下部電極接続部５１２との間で断線することで、超音波トランスデューサー４９が駆動しなくなる。
これに対して、本実施形態では、凹部５１２Ａが形成された場合でも、導電層５３が図６に示すように、少なくとも下部電極接続部５１２の凹部５１２Ａと重なる位置に、凹部５１２Ａを覆って設けられる。これにより、凹部５１２Ａにおける電気抵抗の増大や断線が抑制される。また、導電層５３のＹ方向における端部は、圧電膜６上に設けられ、上部電極５２とＹ方向に離間しており、上部電極５２とは導通していない。
【００５２】
圧電膜６は、圧電体層に相当し、例えば、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物、具体的には、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを含むチタン酸ジルコン酸鉛を用いて形成される。
圧電膜６は、平面視において、略矩形状の外形を有し、可撓部４１２Ｃと重なる位置に、下部電極５１の一部を覆うように設けられる。この圧電膜６は、圧電膜本体部６１１を含む第１被覆部６１と、第２被覆部６２と、非被覆部６３と、を有する。
【００５３】
第１被覆部６１は、図５に示すように、圧電膜６のうち、Ｘ方向に沿って当該圧電膜６を跨ぐように設けられた上部電極５２によって覆われている部分（第１部分）であり、平面視にて上部電極５２と重なる。第１被覆部６１のうち、平面視にて下部電極本体部５１１及び上部電極本体部５２１と重なる部分は、圧電膜本体部６１１である。上述のように、下部電極本体部５１１、圧電膜本体部６１１、及び上部電極本体部５２１の積層体として能動部５０が構成される。
【００５４】
第２被覆部６２は、図５に示すように、圧電膜６における上部電極５２に覆われていない部分のうち、導電層５３によって覆われている部分（第２部分）であり、平面視にて導電層５３と重なる。ここで、圧電膜６には、第１被覆部６１の±Ｙ側のそれぞれに、上部電極５２と重ならない領域が形成されている。これら上部電極５２と重ならない領域のうち、導電層５３が設けられた領域が第２被覆部６２である。この第２被覆部６２は、Ｙ方向において非被覆部６３を介して第１被覆部６１と離れて位置する。また、第２被覆部６２の厚みは、第１被覆部６１と略同じである。
【００５５】
非被覆部６３は、図５及び図６に示すように、圧電膜６における上部電極５２及び導電層５３に覆われていない、すなわち、平面視にて上部電極５２及び導電層５３と重ならない部分（第３部分）である。この非被覆部６３は、溝部６３１を有し、少なくとも一部の膜厚が第１被覆部６１の膜厚よりも小さい。
【００５６】
溝部６３１は、平面視において、上部電極５２の±Ｙ側のそれぞれの端部５２３に沿って形成される。換言すると、溝部６３１は、図６に示すように、非被覆部６３における第１被覆部６１との境界部Ｐ（上部電極本体部５２１の±Ｙ側の端縁）を含む位置に設けられる。また、溝部６３１は、図５に示すように、Ｙ方向において、第１被覆部６１の非被覆部６３との境界から、第２被覆部６２の非被覆部６３との境界までに亘って設けられ、第１被覆部６１と第２被覆部６２との間に位置する。この溝部６３１のＹ方向における寸法は、例えば約５μｍである。すなわち、上部電極本体部５２１と導電層５３とは、Ｙ方向に約５μｍだけ離間して配置されている。
【００５７】
溝部６３１は、図６に示すように、ＸＹ面に略平行な溝底面６３１Ａと、溝底面６３１Ａ及び第１被覆部６１の間の第１溝側面６３１Ｂと、溝底面６３１Ａ及び第２被覆部６２の間の第２溝側面６３１Ｃと、を有する。
【００５８】
第１溝側面６３１Ｂは、第１被覆部６１（境界部Ｐ）と溝底面６３１Ａとに連続し、第１被覆部６１から離れるにしたがって、素子基板４１側（＋Ｚ側）に傾斜する。
この第１溝側面６３１Ｂが形成されている領域により漸減部６３２が構成される。漸減部６３２は、溝部６３１の第１溝側面６３１Ｂを含む側壁部分であり、平面視において、境界部Ｐから、第１被覆部６１とは反対側に向かうにしたがって膜厚が漸減する。
第２溝側面６３１Ｃは、溝底面６３１Ａと第２被覆部６２とに連続し、第２被覆部６２から離れるにしたがって、素子基板４１側（＋Ｚ側）に傾斜する。
【００５９】
漸減部６３２のＹ方向の寸法ｙと、Ｚ方向の寸法ｚとの比は、例えば１：２である。この場合、ＹＺ面に平行な断面における第１溝側面６３１Ｂの寸法は、約２．２ｙである。
なお、本実施形態では、第２溝側面６３１ＣのＹ方向の寸法も、第１溝側面６３１Ｂと同様である。すなわち、溝部６３１の内面に沿った場合の上部電極５２と導電層５３との距離は、溝部６３１がない場合と比べて、約２．２ｙ増大している。
【００６０】
上述のように構成される圧電膜６において、第１被覆部６１の膜厚は、圧電膜６の最大膜厚であり、例えば１０００ｎｍから２０００ｎｍであることが好ましく、本実施形態では１３００ｎｍである。
また、溝部６３１の溝底面６３１Ａが形成された領域における膜厚は、圧電膜６の最大膜厚よりも小さく、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。圧電膜６の膜厚を１００ｎｍ以上とすることにより、超音波トランスデューサー４５が駆動時の圧電膜６の変形により、非被覆部６３にクラックが生じることを抑制できる。また、圧電膜６の膜厚を５００ｎｍ以下とすることにより、超音波トランスデューサー４５が駆動時に溝部６３１を変形し易くできる。
【００６１】
［第１実施形態の作用効果］
上述のように構成される第１実施形態では、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、圧電膜６のうち第１被覆部６１は、上部電極５２が積層され、第２被覆部６２は、導電層５３が積層されているため、第１被覆部６１及び第２被覆部６２でのクラックの発生を抑制できる。また、非被覆部６３の少なくとも一部の膜厚は、能動部５０を含む第１被覆部６１の膜厚よりも小さい。このような構成では、電圧印加によって能動部５０が変形した場合でも、非被覆部６３の厚み寸法が小さくなる一部が変形することで、能動部５０と非能動部との境界部Ｐを含む被覆部６３におけるクラックの発生を抑制できる。
以上から、本実施形態の圧電素子５によれば、圧電膜６におけるクラックの発生、ひいては焼損の発生を抑制でき、圧電素子５の性能の低下を抑制できる。
【００６２】
また、本実施形態では、上部電極５２及び導電層５３を金属層で構成している。このため、金属層の弾性力により、圧電膜６の第１被覆部６１及び第２被覆部６２への応力をより確実に緩和させることができる。
【００６３】
また、非被覆部６３は、平面視にて境界部Ｐを少なくとも含む位置における膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい。すなわち、非被覆部６３は、少なくとも、平面視において上部電極５２の端部５２３に沿う位置における膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい。これにより、圧電膜６の非被覆部６３のうちの境界部Ｐの近傍位置をより確実に変形し易くできる。したがって、境界部Ｐにおいて、圧電膜６にクラックが生じることをより確実に抑制でき、ひいては圧電膜６の焼損をより確実に抑制できる。
【００６４】
非被覆部６３は、平面視において、境界部Ｐから、第１被覆部６１とは反対側に向かうにしたがって膜厚が漸減する漸減部６３２を有する。このような構成では、非被覆部６３の膜厚を小さくするために、例えば、境界部Ｐやその近傍に段差を形成する等により、応力が集中し易い角部が形成される場合と比べて、境界部Ｐにおける応力集中を抑制できる。したがって、圧電膜６の境界部Ｐにおけるクラックの発生を抑制でき、ひいては圧電膜６の焼損をより確実に抑制できる。
【００６５】
非被覆部６３は、第１被覆部６１と第２被覆部６２との間に位置する溝部６３１を有する。これにより、溝部６３１が設けられない場合と比べて、非被覆部６３の−Ｚ側の面（溝部６３１の内面）に沿った上部電極５２と導電層５３との間の距離を大きくできる。すなわち、溝部６３１が形成されない場合と比べて、第１溝側面６３１Ｂ及び第２溝側面６３１Ｃを形成することにより、上部電極５２と導電層５３との間の実質的な距離を増大させることができる。したがって、非被覆部６３の−Ｚ側の面も水が付着した場合でも、上部電極５２と導電層５３との間の絶縁をより確実に得ることができる。
【００６６】
また、上述のように溝部６３１を形成することにより、圧電膜６のクラックや焼損、及び、上部電極５２と導電層５３との間の通電を抑制できるため、非被覆部６３を覆うように保護膜を別に設ける必要がない。したがって、保護膜を設けることにより圧電素子５の駆動が阻害されることがなく、超音波トランスデューサー４５の出力の低下を抑制できる。また、保護膜を設ける場合と比べて構成を簡略化でき、製造工程の簡略化や、製造コストの低減を図ることができる。
【００６７】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。
第１実施形態の超音波トランスデューサーでは、溝部６３１は、略平面状の溝底面６３１Ａと、それぞれ溝底面６３１Ａに連続する略平面状の第１溝側面６３１Ｂ、及び第２溝側面６３１Ｃと、を有していた。これに対して、第２実施形態では、溝部６３１は湾曲する溝内面を有する点で、第１実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００６８】
図７は、第２実施形態に係る超音波トランスデューサー４７における、ＹＺ面に平行な面の断面を模式的に示す断面図である。
図７に示すように、超音波トランスデューサー４７では、圧電膜６の非被覆部６３に溝部６３４が形成されている。
溝部６３４は、湾曲する溝内面６３４Ａを有する点以外は、第１実施形態の溝部６３１と略同様に構成される。すなわち、溝部６３４は、上部電極５２の±Ｙ側のそれぞれの端部５２３に沿って形成される。また、溝部６３４は、非被覆部６３におけるＹ方向に第１被覆部６１と第２被覆部６２とが重なる領域では、第１被覆部６１から第２被覆部６２に亘って形成される。また、溝内面６３４Ａは、Ｙ方向における中心部に向かうにしたがって、溝部６３４の深さ寸法が大きくなるように、＋Ｚ側に向かって凹状に湾曲する。
【００６９】
上述の溝部６３４が形成された非被覆部６３の膜厚は、第１被覆部６１（境界部Ｐ）から、溝部６３４の最深部６３４Ｂに向かうにしたがって漸減する。すなわち、非被覆部６３のうちＹ方向における境界部Ｐから最深部６３４Ｂまでの領域は、漸減部に相当する。
【００７０】
［第２実施形態の作用効果］
第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
第２実施形態では、溝部６３４の溝内面６３４Ａは、湾曲面である。具体的には、溝内面６３４Ａは、Ｙ方向における中心部に向かうにしたがって、溝部６３４の深さ寸法が大きくなるように、＋Ｚ側に向かって凹状に湾曲する。このような構成では、溝内面６３４Ａに応力が集中し易い角部が形成される場合と比べて、非被覆部６３における応力集中を抑制できる。したがって、圧電膜６におけるクラックの発生を抑制でき、ひいては圧電膜６の焼損をより確実に抑制できる。
【００７１】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。
第１実施形態の超音波トランスデューサーでは、第１被覆部６１と第２被覆部６２とは溝部６３４を挟んで位置し、第２被覆部６２の膜厚が、第１被覆部６１の膜厚と略同じであった。これに対して、第３実施形態では、第２被覆部６２の膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい点で、第１実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、第１実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００７２】
図８は、第３実施形態に係る超音波トランスデューサー４８における、ＹＺ面に平行な面の断面を模式的に示す断面図である。
図８に示すように、超音波トランスデューサー４８の圧電膜６は、第１被覆部６１と、第１被覆部６１よりも膜厚が小さい第２被覆部６４と、非被覆部６５と、を有する。
非被覆部６５は、圧電膜６のうちの、平面視において上部電極５２及び導電層５３と重ならない領域であり、漸減部６５１と、薄肉部６５２と、を有する。
【００７３】
漸減部６５１は、平面視において、上部電極５２の±Ｙ側のそれぞれの端部５２３に沿って形成され、第１被覆部６１との境界部Ｐから、第１被覆部６１とは反対側に向かうにしたがって膜厚みが漸減する。すなわち、漸減部６５１の−Ｚ側の面６５１Ａは、境界部ＰからＹ方向に離れるにしたがって、素子基板４１側（＋Ｚ側）に向かって傾斜する（以下、傾斜面６５１Ａとも称す）。
なお、本実施形態においても漸減部６５１のＹ方向の寸法ｙと、Ｚ方向の寸法ｚとの比は、例えば１：２であり、傾斜面６５１Ａの寸法は、約２．２ｙである。
【００７４】
薄肉部６５２は、平面視において、漸減部６５１に対して、Ｙ方向における第１被覆部６１とは反対側に位置し、漸減部６５１と連続して設けられる。この薄肉部６５２の膜厚は、少なくとも第１被覆部６１の膜厚よりも小さく、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。薄肉部６５２の膜厚を１００ｎｍ以上とすることにより、超音波トランスデューサー４５が駆動時の圧電膜６の変形により、非被覆部６３にクラックが生じることを抑制できる。また、圧電膜６の膜厚を５００ｎｍ以下とすることにより、超音波トランスデューサー４５が駆動時に非被覆部６５を変形し易くできる。
【００７５】
第２被覆部６４は、膜厚が第１被覆部６１よりも小さい点を除き、第１実施形態の第２被覆部６２と略同様に構成され、導電層５３によって覆われている。第２被覆部６４の膜厚は、薄肉部６５２の膜厚と一致する。すなわち、薄肉部６５２と第２被覆部６４の−Ｚ側の面は同一平面をなす。
【００７６】
［第３実施形態の作用効果］
第３実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
第２被覆部６２の少なくとも一部の厚みが、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい。このような構成では、非被覆部６３とともに第２被覆部６２も変形し易くできる。このため、圧電素子５の駆動時に非被覆部６３に、応力が集中し、クラックが生じることをより確実に抑制できる。
また、非能動部の一部である第２被覆部６２と非被覆部６３を変形させ易くできるため、超音波トランスデューサー４５の出力の向上を図ることができる。
【００７７】
また、漸減部６５１を形成することにより、非被覆部６３の−Ｚ側の面に沿った上部電極５２と導電層５３との間の距離を大きくできる。したがって、非被覆部６３の−Ｚ側の面も水が付着した場合でも、上部電極５２と導電層５３との間の絶縁をより確実に得ることができる。
【００７８】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００７９】
図９は、一変形例に係る超音波トランスデューサー４９を模式的に示す断面図である。図９では、超音波トランスデューサー４９のＹＺ面に平行な断面を示す。
図９に示す変形例の超音波トランスデューサー４９では、漸減部６５１の傾斜面６５１Ａと、薄肉部６５２の−Ｚ側の面（上面とも称す）６５２Ａとが湾曲面６５３によって接続されている点で、上記第３実施形態と相違する。この湾曲面６５３は、＋Ｚ側に向かって凹状に湾曲する。このような構成では、傾斜面６５１Ａと上面６５２Ａとの境界部分に応力が集中することを抑制でき、非被覆部６５にクラックが生じることをより確実に抑制できる。
【００８０】
上記第３実施形態及び変形例では、非被覆部６５に漸減部６５１及び薄肉部６５２が形成されていたが、これに限定されず、薄肉部６５２が形成されなくてもよい。すなわち、漸減部６５１が、第１被覆部６１から第２被覆部６４に亘って形成されてもよい。
また、上記第３実施形態及び変形例では、漸減部６５１が非被覆部６５のみに形成されていたが、漸減部が非被覆部６５から第２被覆部６４の少なくとも一部に亘って形成されてもよい。例えば、圧電膜６の膜厚が、平面視において第１被覆部６１から離れるにしたがって小さくなってもよい。
【００８１】
上記各実施形態では、漸減部の膜厚は、平面視において第１被覆部６１から離れるにしたがって連続的に減少する構成を例示したが、これに限定されず、段階的に減少する構成としてもよい。
図１０は、第３実施形態の一変形例に係る超音波トランスデューサー４８Ａを模式的に示す断面図である。
図１０に示す超音波トランスデューサー４８Ａでは、非被覆部６５Ａは、平面視において、第１被覆部６１から離れるにしたがって、膜厚が段階的に小さくなる。すなわち、被覆部６５Ａの漸減部６５４は、複数の段部を有し、各段部の膜厚は、第１被覆部６１側から第２被覆部６４側に向かうにしたがって、小さくなる。このような構成では、複数の段部のうち、第２被覆部６４側よりも第１被覆部６１（境界部Ｐ）側の端部の強度を増大させることができ、境界部Ｐ近傍におけるクラックの発生を抑制できる。また、第２被覆部６４側の強度を低下させることにより、仮にクラックが生じたとしても、クラックの発生位置を境界部Ｐから遠ざけることができ、ひいては焼損の発生をより確実に抑制できる。
【００８２】
なお、図１０に示すような複数の段部を有する構成において、各段部の上面（−Ｚ側の面）と、各上面に連続する側面との境界が、湾曲面によって連続する構成としてもよい。これにより、各段部の上面と側面との境界への応力集中を抑制でき、当該境界におけるクラックの発生を抑制できる。
また、漸減部６５４の段部の側面と、薄肉部６５２の上面との境界に角部を形成し、当該境界にクラックが発生し易くしてもよい。これにより、クラックの発生位置を境界部Ｐから遠ざけることができ、焼損をより確実に抑制できる。
【００８３】
上記第１及び第２実施形態では、非被覆部６３に一つの溝部６３４，６３４が形成される構成を例示したが、これに限定されず、複数の溝部が形成されてもよい。
図１１は、第２実施形態の一変形例に係る超音波トランスデューサー４７Ａを模式的に示す断面図である。
図１１に示す超音波トランスデューサー４７Ａでは、非被覆部６３Ａは、複数の溝部としての第１溝部６３５と第２溝部６３６とを有する。第１溝部６３５は、湾曲する溝内面を有し、平面視において、上部電極５２の端部５２３に沿って形成されている。第２溝部６３６は、湾曲する溝内面を有し、平面視において、導電層５３のＹ方向における端部に沿って形成されている。このような構成では、上部電極５２と導電層５３との実際の距離をより増大させることができる。
【００８４】
なお、図１１に示すような複数の溝部を有する構成において、第１被覆部６１側から第２被覆部６２側に向かうにしたがって溝部の深さ寸法を大きくしてもよい。このような構成では、複数の溝部のうち、第２被覆部６４側よりも第１被覆部６１（境界部Ｐ）側の溝部における圧電膜６の強度を増大させることができ、境界部Ｐ近傍におけるクラックの発生を抑制できる。また、第２被覆部６４側の強度を低下させることにより、仮にクラックが生じたとしても、クラックの発生位置を境界部Ｐから遠ざけることができ、ひいては焼損の発生をより確実に抑制できる。
【００８５】
また、複数の溝部の全ての溝内面が湾曲面である構成に限定されず、少なくとも一つの溝部の溝内面を湾曲面としてもよい。例えば、第２被覆部６２側に位置する第２溝部６３６における溝底面と、当該溝底面に連続する溝側面との境界に角部を形成してもよい。このような構成では、当該角部に応力を集中させることができ、境界部Ｐの近傍にクラックが生じることを抑制できる。また、仮に、上記角部にクラックが生じたとしても、クラックの発生位置を境界部Ｐから遠ざけることができ、ひいては焼損の発生をより確実に抑制できる。なお、第２溝部６３６の溝側面のうち、第２被覆部６２側に位置する溝底面と溝内面との境界に角部を形成することにより、上述のように応力が集中し易い角部の位置を、境界部Ｐからより遠ざけることができる。
【００８６】
上記第１及び第２実施形態では、第２被覆部６２の膜厚が、第１被覆部６１の膜厚と同じである構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第２被覆部６２の膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さくてもよい。このような構成では、第２被覆部６２を変形させ易くでき、非被覆部６３への応力集中を抑制できる。また、第２被覆部６２を変形させ易くできるため、超音波トランスデューサー４５の送受信感度を向上させることができる。
【００８７】
上記第１及び第２実施形態では、平面視において、溝部が第１被覆部６１から第２被覆部６２に亘って形成される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、溝部が第１被覆部６１と第２被覆部６２との間の一部に形成されてもよい。
【００８８】
上記第１及び第２実施形態では溝部が、上記第３実施形態では漸減部が、上部電極５２の端部５２３に沿って形成されていたが、これに限定されない。
例えば、溝部や漸減部が、少なくとも能動部５０を構成する上部電極本体部５２１の端部に沿う位置に形成されてもよい。すなわち、圧電膜の膜厚が、平面視において、少なくとも上部電極本体部５２１の端部に沿う位置において、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい構成としてもよい。このような構成でも、駆動時に圧電膜に生じる応力が、非被覆部６３のうちの能動部５０の端部に沿う位置に集中することを抑制でき、圧電膜にクラックが生じることを抑制できる。
【００８９】
上記第２実施形態では、溝部の内面全体が湾曲面となるが、例えば第１実施形態における溝底面６３１Ａと第１溝側面６３１Ｂとの境界である角部、溝底面６３１Ａと第２溝側面６３１Ｃとの境界である角部が湾曲する構成としてもよい。また、第１及び第２実施形態の溝部の内面に亘って導電層５３の一部が形成されてもよい、すなわち、溝部が第２被覆部に亘って形成されてもよい。
【００９０】
上記第１実施形態や第２実施形態において、溝部内に例えば溝底部のクラックを抑制する保護部材を設けてもよい。保護部材としては、溝部の内周面に沿って膜状に形成されていてもよく、溝部内に充填されていてもよい。保護部材としては、例えば伸縮性を有する非導電性素材を用いる。このような保護部材として、例えばシリコーン等の樹脂剤を例示できる。
【００９１】
上記各実施形態では、非被覆部が漸減部を有する構成を例示したが、これに限定されない。すなわち、境界部Ｐを含む位置の非被覆部の膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さければよく、第１被覆部６１と非被覆部との境界部Ｐに段差が形成されてもよい。このような構成でも、非被覆部を変形し易くできる。
【００９２】
また、上記各実施形態のように、非被覆部の境界部Ｐを少なくとも含む位置における膜厚が、第１被覆部６１の膜厚よりも小さい構成に限定されず、非被覆部の境界部Ｐを含む位置の膜厚を第１被覆部６１の膜厚と同じとし、かつ、境界部Ｐを含まない位置における膜厚を第１被覆部６１の膜厚よりも小さくしてもよい。また、非被覆部の第２被覆部との境界部の近傍における膜厚を第２被覆部と同じとしてもよく、それ以外の部分の膜厚を第２被覆部の膜厚よりも小さくしてもよい。この場合でも、非被覆部の少なくとも一部の膜厚を、第１被覆部６１の膜厚よりも小さくすることにより、非被覆部を変形し易くできる。
【００９３】
上記各実施形態では、上部電極５２及び導電層５３が金属材料で形成されていたが、これに限定されない。例えば、上部電極５２及び導電層５３は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の酸化スズ系導電材料、酸化亜鉛系導電材料、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３）、元素ドープチタン酸ストロンチウム等の酸化物導電材料や、導電性ポリマー等を用いて形成されてもよい。
【００９４】
上記各実施形態では、平面視において、開口部４１１Ｃ（可撓部４１２Ｃ）の外周縁よりも内側に、圧電素子５の能動部５０が形成されていたが、これに限定されない。例えば、能動部５０の外周縁が、開口部４１１Ｃ（可撓部４１２Ｃ）の外周縁の外側に位置してもよい。すなわち、被覆部が壁部４１１Ｄ上に形成されてもよい。
【００９５】
上記各実施形態では、振動膜４１２の基板本体部４１１（開口部４１１Ｃ）とは反対側に圧電素子５及び封止板４２が設けられ、基板本体部４１１に音響層４３及び音響レンズ４４が設けられ、基板本体部４１１側の面から超音波の送受信が行われる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、振動膜４１２の基板本体部４１１とは反対側に圧電素子５、音響層４３及び音響レンズ４４が設けられ、基板本体部４１１側に封止板４２（補強板）が設けられ、基板本体部４１１とは反対側の面から超音波の送受信が行われる構成としてもよい。
【００９６】
上記各実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。
【００９７】
上記各実施形態では、電子機器として、生体内の器官を測定対象とする超音波装置を例示したが、これに限定されない。例えば、各種構造物を測定対象として、当該構造物の欠陥の検出や老朽化の検査を行う測定機に、上記実施形態及び各変形例の構成を適用することができる。また、例えば、半導体パッケージやウェハ等を測定対象として、当該測定対象の欠陥を検出する測定機についても同様である。また、圧電素子を駆動させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを備える記録装置についても同様である。
【００９８】
図１２は、本発明の圧電素子を備える記録装置の一適用例であるプリンター１００の外観の構成例を示す図である。また、図１３は、プリンター１００が備える記録ヘッド７０を模式的に示す分解斜視図である。
プリンター１００は、液体噴射装置に相当し、図１２に示すように、メディアを供給する供給ユニット１１０と、メディアを搬送する搬送ユニット１２０と、記録ヘッド７０が取り付けられるキャリッジ１３０と、キャリッジ１３０を移動させるキャリッジ移動ユニット１４０と、プリンター１００を制御する制御ユニット（図示略）と等を備える。このプリンター１００は、例えばパーソナルコンピューター等の外部機器から入力された印刷データに基づいて、各ユニット１１０，１２０，１４０及びキャリッジ１３０を制御し、メディアＭに画像を印刷する。
【００９９】
供給ユニット１１０は、メディアＭを画像形成位置に供給する。例えば、供給ユニット１１０は、メディアＭが巻装されたロール体１１１、ロール駆動モーター（図示略）、及びロール駆動輪列（図示略）等を備える。そして、制御ユニットからの指令に基づいて、ロール駆動モーターが回転駆動され、ロール駆動モーターの回転力がロール駆動輪列を介してロール体１１１に伝達される。これにより、ロール体１１１が回転し、ロール体１１１に巻装された紙面がβ方向（副走査方向）における下流側（＋β側）に供給される。
【０１００】
搬送ユニット１２０は、供給ユニット１１０から供給されたメディアＭを、β方向に沿って搬送する。例えば、搬送ユニット１２０は、搬送ローラー１２１と、搬送ローラー１２１とメディアＭを挟んで配置され、搬送ローラー１２１に従動する従動ローラー（図示略）と、搬送ローラー１２１のβ方向の下流側に設けられたプラテン１２２と、を備える。搬送ローラー１２１は、図示略の搬送モーターからの駆動力が伝達され、制御ユニット（図示略）の制御により搬送モーターが駆動されると、その回転力により回転駆動されて、従動ローラーとの間にメディアＭを挟み込んだ状態でβ方向に沿って搬送する。
【０１０１】
キャリッジ１３０は、メディアＭに対して画像を印刷する記録ヘッド７０等が取り付けられる。記録ヘッド７０等は、ケーブル１３１を介して制御ユニットに接続される。記録ヘッド７０については後述する。キャリッジ１３０は、キャリッジ移動ユニット１４０によって、β方向に交差するα方向（主走査方向）に沿って移動可能に設けられている。
【０１０２】
キャリッジ移動ユニット１４０は、キャリッジ１３０をα方向に沿って往復移動させる。例えば、キャリッジ移動ユニット１４０は、キャリッジガイド軸１４１と、キャリッジモーター１４２と、タイミングベルト１４３と、等を備える。キャリッジガイド軸１４１は、α方向に沿って配置され、両端部がプリンター１００の筐体に固定される。キャリッジモーター１４２は、タイミングベルト１４３を駆動させる。タイミングベルト１４３は、キャリッジガイド軸１４１と略平行に支持され、キャリッジ１３０の一部が固定される。制御ユニットの指令に基づいてキャリッジモーター１４２が駆動されると、タイミングベルト１４３が正逆走行され、タイミングベルト１４３に固定されたキャリッジ１３０が、キャリッジガイド軸１４１にガイドされて往復移動する。
【０１０３】
記録ヘッド７０は、液体噴射ヘッドに相当し、インクタンク（図示略）から供給されたインクを、α方向及びβ方向に交差するγ方向に噴射してメディアＭに画像を形成する。記録ヘッド７０は、図１３に示すように、圧力室形成基板７１と、ノズルプレート７２と、アクチュエーターユニット７３と、封止板７４と等を備える。
【０１０４】
圧力室形成基板７１は、例えば、シリコン単結晶基板等からなる板材である。この圧力室形成基板７１には、複数の圧力室７１１と、これら圧力室７１１にインクを供給するインク供給路７１２と、インク供給路７１２を介して各圧力室７１１に連通する連通部７１３と、が形成されている。
複数の圧力室７１１は、後述するようにノズルプレート７２に形成されたノズル列を構成する各ノズル７２１に、一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室７１１は、ノズル列方向に沿って、ノズル７２１の形成ピッチと同じピッチで形成されている。
連通部７１３は、複数の圧力室７１１に沿って形成されている。この連通部７１３は、後述する振動板７３１の連通開口部７３４及び封止板７４の液室空部７４２と連通し、インクタンク（図示略）から供給されたインクが充填される。連通部７１３に充填されたインクは、インク供給路７１２を介して圧力室７１１に供給される。すなわち、連通部７１３は、各圧力室７１１に共通なインク室であるリザーバー（共通液室）を構成する。
なお、インク供給路７１２は、圧力室７１１よりも狭い幅で形成されており、連通部７１３から圧力室７１１に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。
【０１０５】
ノズルプレート７２は、複数のノズル７２１からなるノズル列が形成され、圧力室形成基板７１の一方の面（アクチュエーターユニット７３とは反対側の面）に接合される。複数のノズル７２１は、ドット形成密度（例えば、３００ｄｐｉ）に相当するピッチで形成されている。なお、ノズルプレート７２は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼等からなる。
【０１０６】
アクチュエーターユニット７３は、圧力室形成基板７１のノズルプレート７２とは反対側に設けられた振動板７３１と、振動板７３１に積層された圧電素子５と等を含み構成される。
振動板７３１は、圧力室形成基板７１の上に形成された弾性膜７３２と、この弾性膜７３２上に形成された絶縁体膜７３３と、を含む。なお、弾性膜７３２としては、例えば、厚さが３００〜２０００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が好適に用いられる。また、絶縁体膜７３３としては、例えば、厚さが３０〜６００ｎｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）が好適に用いられる。この振動板７３１の圧力室７１１を閉塞する領域は、圧電素子５の駆動によってノズル７２１に対して接離する方向に撓み変形が許容される領域（可撓部）である。なお、振動板７３１における圧力室形成基板７１の連通部７１３に対応する部分には、当該連通部７１３と連通する連通開口部７３４が設けられている。
【０１０７】
圧電素子５は、上述のように、順に積層された下部電極５１、圧電膜６、及び上部電極５２と、導電層５３と、を備える。圧電素子５は、圧力室７１１に対応する位置に設けられ、振動板７３１の圧力室７１１を閉塞する領域である可撓部とともに圧電アクチュエーターを構成する。なお、図示を省略するが、下部電極５１及び上部電極５２は、リード電極７３５によって端子領域に形成された電極端子に接続される。
なお、図１３では、一方向に沿って配置された複数の圧電素子５の非被覆部に亘る溝部が形成されている構成を例示しているが、これに限定されず、各圧電素子５に個別に溝部が形成されてもよい。
【０１０８】
封止板７４は、アクチュエーターユニット７３の圧力室形成基板７１とは反対側の面に接合されている。この封止板７４のアクチュエーターユニット７３側の面には、圧電素子５を収容可能な収容空部７４１が形成されている。また、封止板７４の連通開口部７３４及び連通部７１３に対応する領域には、液室空部７４２が設けられている。液室空部７４２は、連通開口部７３４及び連通部７１３と連通し、各圧力室７１１に共通のインク室となるリザーバーを構成する。なお、図示しないが、封止板７４には、アクチュエーターユニット７３の端子領域に対応する位置に、厚さ方向に貫通する配線開口部が設けられている。この配線開口部内に、上記端子領域の電極端子が露出される。これら電極端子は、プリンター本体に接続された図示しない配線部材に接続される。
【０１０９】
このような構成の記録ヘッド７０では、インクカートリッジからインクを取り込み、リザーバー、インク供給路７１２、圧力室７１１、及びノズル７２１に至るまでの流路内がインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室７１１に対応するそれぞれの圧電素子５が駆動されると、振動板７３１の圧力室７１１に対応する領域（可撓部）が変位し、圧力室７１１内に圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル７２１からインクが噴射される。
【０１１０】
上記各実施形態では、駆動部に相当する可撓部４１２Ｃと、可撓部４１２Ｃを振動させる圧電素子５と、を備える超音波トランスデューサー４５を例示したが、これに限定されない。すなわち、振動膜以外の駆動部を備える圧電アクチュエーターに、本発明の圧電素子を適用してもよい。例えば、駆動部として反射膜を備え、圧電素子を駆動させることにより、反射膜の向きや曲率を変化させるミラーデバイス等にも、本発明の圧電素子を好適に適用することができる。
【０１１１】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１…超音波測定装置、２…超音波プローブ、５…圧電素子、６…圧電膜、１０…制御装置、２１…筐体、２２…超音波デバイス、４１…素子基板、４３…音響層、４５，４７，４７Ａ，４８，４８Ａ，４９…超音波トランスデューサー、５０…能動部、５１…下部電極、５２…上部電極、５３…導電層、６１…第１被覆部、６２，６４…第２被覆部、６３，６５…非被覆部、４１１…基板本体部、４１１Ｃ…開口部、４１２…振動膜、４１２Ｃ…可撓部、５１１…下部電極本体部、５１２…下部電極接続部、５１２Ａ…凹部、５２１…上部電極本体部、５２３…端部、６１１…圧電膜本体部、６３１…溝部、６３１Ａ…溝底面、６３１Ｂ…第１溝側面、６３１Ｃ…第２溝側面、６３２…漸減部、６３４…溝部、６３４Ａ…溝内面、６５１…漸減部、６５３…湾曲面、Ｐ…境界部。
【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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【図１３】
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