(57)【要約】      （修正有）【課題】液体の検知性能を向上させ、組み込みも容易な液体検出装置及びそれを備えた液体容器を提供する。【解決手段】超音波を送受信する超音波センサーであって、薄膜からなる圧電体層と、圧電体層を挟む第１電極及び第２電極を備えた超音波素子をキャビティーを有する基板上に設けられた振動板上に具備する超音波センサーと、容器に蓄えられた液体の液面と同一液面を形成する流路１６０とを具備し、超音波センサーの超音波を送受信する側に設けられた音響整合層及びレンズの表面の検出面３１ａを流路内の液体に接触させるように設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波センサーであって、薄膜からなる圧電体層と、該圧電体層を挟む第１電極及び第２電極を備えた超音波素子をキャビティーを有する基板上に設けられた振動板上に具備する超音波センサーと、
容器に蓄えられた液体の液面と同一液面を形成する流路とを具備し、
該超音波センサーの超音波を送受信する側に設けられた音響整合層及びレンズの表面の検出面を前記流路内の液体に接触させるように設けたことを特徴とする液体検出装置。
【請求項２】
前記超音波素子から送信した超音波を受信した際の電圧の変化により液量を検出することを特徴とする請求項１記載の液体検出装置。
【請求項３】
前記超音波素子に周波数を変化させた電圧を印加した際の周波数依存性から液量を検出することを特徴とする請求項１記載の液体検出装置。
【請求項４】
前記超音波センサーの前記検出面は、前記超音波素子の前記振動板とは反対側であり、該超音波素子を覆う音響整合層上に設けられたレンズの表面であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の液体検出装置。
【請求項５】
前記超音波センサーの前記検出面は、前記キャビティー側にあり、前記キャビティーに充填された音響整合層上に設けられたレンズの表面であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の液体検出装置。
【請求項６】
前記液体が固形分を分散したものであり、前記超音波素子に周波数を変化させた電圧を印加した際の周波数依存性から、前記固形分の分散状態を検出することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の液体検出装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項記載の液体検出装置を備えたことを特徴とする液体容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体残量等の液体に関する情報を検知する液体検出装置及びそれを備える液体容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンターを始めとする液体噴射装置に噴射する液体を供給するために、液体を収容する液体容器が用いられている。
【０００３】
従来、液体容器内部の液体残量の管理方法としては、液体噴射装置が噴射した液体の量をソフトウェアにより積算して管理する方法や、液体容器に液体残量センサーを設ける方法が知られている。後者の例として、圧電素子を含む液体残量センサーが知られている（特許文献１、２参照）。このセンサーは、圧電素子が積層された振動板に対向するキャビティの内部に、液体が存在する場合と液体が存在しない場合とで、強制振動後の振動板の残留振動（自由振動）に起因する残留振動信号の共振周波数が変化することを利用して、液体容器内の液体残量を検知する。
【０００４】
また、上記センサーは、振動板（圧電素子）の振動吸収が十分に抑制されておらず、センサーの検知性能の低下を招いていたという問題を解消するために、圧電素子の振動吸収によるセンサー検知性能の低下を抑制するセンサーが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４６０３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１５５０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６７６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の構成においても、バルクの圧電体層を用いているので、共振周波数が数十ｋＨｚオーダーとなり、インクの有無により共振ピークの分離精度が悪いという課題がある。また、セラミック部品のため、焼成による収縮ばらつきがあるため、液体容器への組み込みでもインク漏れを引き起こさないように、多重の漏れ設計が必要となり、コストアップにつながるという課題もある。
【０００７】
本発明は、液体の検知性能を向上させ、組み込みも容易な液体検出装置及びそれを備えた液体容器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、超音波を送受信する超音波センサーであって、薄膜からなる圧電体層と、該圧電体層を挟む第１電極及び第２電極を備えた超音波素子をキャビティーを有する基板上に設けられた振動板上に具備する超音波センサーと、容器に蓄えられた液体の液面と同一液面を形成する流路とを具備し、該超音波センサーの超音波を送受信する側に設けられた音響整合層及びレンズの表面の検出面を前記流路内の液体に接触させるように設けたことを特徴とする液体検出装置にある。
かかる態様では、薄膜の圧電体層を用いているので、検出性能を向上を図ることができ、また、液体と接触させた状態での配置が比較的容易に行うことができる。
【０００９】
ここで、例えば、前記超音波素子から送信した超音波を受信した際の電圧の変化により液量を検出することができる。これにより、電圧を検出することで、比較的容易に液体を検出することができる。
【００１０】
また、例えば、前記超音波素子に周波数を変化させた電圧を印加した際の周波数依存性から液量を検出することができる。これにより、当該液体検出装置と液体との共振周波数を把握することで液体の量を検出でき、薄膜の圧電体層なので、バルクより検出性能が向上する。
【００１１】
また、例えば、前記超音波センサーの前記検出面は、前記超音波素子の前記振動板とは反対側であり、該超音波素子を覆う音響整合層上に設けられたレンズの表面である。これにより、超音波素子側から超音波が照射され、検出性能ががさらに向上する。
【００１２】
前記超音波センサーの前記検出面は、前記キャビティー側にあり、前記キャビティーに充填された音響整合層上に設けられたレンズの表面である。これによれば、超音波素子の防液体構造が比較的容易となる。
【００１３】
また、例えば、前記液体が固形分を分散したものであり、前記超音波素子に周波数を変化させた電圧を印加した際の周波数依存性から、前記固形分の分散状態を検出する。これによれば、固形分を分散した液体の固形分の分散状態を検出することができる。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記何れかの態様の液体検出装置を備えたことを特徴とする液体容器にある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る液体容器の構成例を示す分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る液体容器の模式図。
【図３】実施形態１の液体検出装置の概略構成を示す断面図。
【図４】実施形態１に係る超音波センサーの分解斜視図。
【図５】実施形態１に係る超音波センサーの概略構成を示す要部平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ´線断面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ´線断面図。
【図８】実施形態２に係る液体検出装置の概略構成を示す断面図。
【図９】実施例１の結果を示す図。
【図１０】実施例３の結果を示す図。
【図１１】実施例５の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において、同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の液体検出装置を備えた液体容器であるインクカートリッジ１００の概略構成を示す分解斜視図である。
インクカートリッジ１００は、容器本体１０２と、第１のフィルム１０４と、第２のフィルム１０８と、蓋体１０６とを備えている。これらの部材は、例えば、互いに熱溶着可能な樹脂（例えば、ポリプロピレンやポリエチレン）で形成されている。容器本体１０２の下面には、液体供給部１１０が形成されている。液体供給部１１０の内部には、下面から順にシール部材１１４と、バネ座１１２と、閉塞バネ１１６とが収容されている。シール部材１１４は、液体供給部１１０に、印刷ヘッドユニットのインク供給針（図示省略）が挿入されているときに、液体供給部１１０の内壁とインク供給針の外壁との間に隙間が生じないようにシールする。バネ座１１２は、インクカートリッジ１００が印刷ヘッドユニットに装着されていないときに、シール部材１１４の内壁に当接して液体供給部１１０を閉塞する。閉塞バネ１１６は、バネ座１１２をシール部材１１４の内壁に当接させる方向に付勢する。インク供給針が液体供給部１１０に挿入されると、インク供給針の上端がバネ座１１２を押し上げ、バネ座１１２とシール部材１１４との間に隙間が生じ、当該隙間からインク供給針にインクが供給される。
【００１８】
容器本体１０２の表面及び裏面、並びに後述する液体検出装置Ｉが取り付けられる側の面である正面には、リブ１０ａを始め様々な形状を有する流路形成部が形成されている。第１のフィルム１０４および第２のフィルム１０８は、容器本体１０２の表面および裏面の全体を覆うように、容器本体１０２に貼り付けられている。第１のフィルム１０４および第２のフィルム１０８は、容器本体１０２に形成された流路形成部の端面との間に隙間が生じないように緻密に貼り付けられている。これらの流路形成部と第１のフィルム１０４および第２のフィルム１０８により、インクカートリッジ１００の内部には、複数の小部屋や細い流動路などの液体流路が区画形成される。なお、流路形成部の一部として容器本体１０２に形成されたバルブ収容部１０ｂと、第２のフィルム１０８との間には、負圧発生バルブが配置されるが、図の煩雑を避けるため、図示は省略する。蓋体１０６は、第１のフィルム１０４を覆うように、容器本体１０２の裏面側に装着される。
【００１９】
容器本体１０２の正面には、印刷ヘッドユニットに設けられたホルダー側に係合されるレバー１２０が設けられている。例えばレバー１２０の下方位置には、流路形成部の一部であるベース部材収容部１３４が開口している。ベース部材収容部１３４の開口部分１３２の周囲には溶着リブが形成されている。ベース部材収容部１３４の開口部分１３２の内側には、内部の流路形成部内のインクと液面が同一になるように下部で連通した液体検出流路が形成され、開口部分１３２の溶着リブに液体検出装置Ｉが溶着されている。
【００２０】
この液体検出装置Ｉの取付状態を模式的に示すのが図２である。図２に示すように、インクカートリッジ１００内には液体検出流路１６０が隔壁１６１を介して液体流路形成部１６２と隔離して設けられ、両方のインクＬは下部の連通部１６３を介して連通している。そして、液体検出装置Ｉが、検出面３１ａをインクＬに接触した状態で設けられている。
【００２１】
カバー２３０は、液体検出装置Ｉを保護するように配置される。中継端子２４０は、カバー２３０に収容される。中継端子２４０は、液体検出装置Ｉの図示しない電極端子と電気的に接触する端子を備えている。回路基板２５０は、カバー２３０に装着され、かつ、中継端子２４０の端子と電気的に接続される。
【００２２】
（液体検出装置）
図３は、実施形態１に係る液体検出装置Ｉの断面図、図４は、液体検出装置Ｉに搭載される超音波センサー１の分解斜視図である。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態１にかかる超音波センサー１を搭載した液体検出装置Ｉの構成例を示す断面図である。図示するように、液体検出装置Ｉは、ＣＡＶ面型の超音波センサー１と、超音波センサー１に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板２）と、図示しない装置端末から引き出されたケーブル３と、ＦＰＣ基板２及びケーブル３を中継ぎする中継基板４と、超音波センサー１、ＦＰＣ基板２及び中継基板４を保護する筐体５と、筐体５及び超音波センサー１の間に充填された耐水性樹脂６とを具備して構成されている。また、詳細は後述するが、超音波センサー１は、超音波素子１０、音響整合層３０、レンズ部材３１及び包囲板４０を含んで構成されている。なお、液体検出装置Ｉは、上記の構成に限定されず、必要に応じて他の要素を含んで構成されてもよい。
【００２４】
超音波センサー１は、超音波素子１０と、音響整合層３０と、レンズ部材３１と、包囲板４０と、を含んで構成されている。超音波素子１０は、基板１１と、振動板５０と、圧電素子１７と、を含んで構成されている。図４において、包囲板４０と支持部材４１とが別体に示されているが、実際には両者は一体的に構成されている。
【００２５】
互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸によって形成される平面をＸＹ平面としたとき、基板１１は、ＸＹ平面に沿っている。以降、Ｘ軸を第１の方向Ｘと称し、Ｙ軸を第２の方向Ｙと称し、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの何れにも直交するＺ軸を第３の方向Ｚと称する。なお、超音波センサー１は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの何れか一方を図１の上下方向に一致させるように設けられる。
【００２６】
基板１１には、複数の隔壁１９が形成されている。複数の隔壁１９により、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに沿って、複数の空間２０が区画されている。空間２０は、第３の方向Ｚに基板１１を貫通するように形成されている。空間２０は、二次元的、すなわち、第１の方向Ｘに複数且つ第２の方向Ｙに複数形成されている。空間２０の配列や形状は、種々に変形が可能である。例えば、空間２０は、一次元的、すなわち、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの何れか一方の方向に沿って複数形成されてもよい。また、空間２０は、第３の方向Ｚから見たときに長方形状（第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとの長さの比が１：１以外）であってもよい。
【００２７】
振動板５０は、空間２０を塞ぐように基板１１上に設けられている。以降、振動板５０の基板１１側の面を第１面５０ａと称し、第１面５０ａに対向する面を第２面５０ｂと称する。振動板５０は、基板１１上に形成された弾性膜１２と、弾性膜１２上に形成された絶縁体膜１３と、によって構成されている。この場合、弾性膜１２によって第１面５０ａが構成され、絶縁体膜１３によって第２面５０ｂが構成される。
【００２８】
図示するように、本実施形態の超音波素子１０は、例えば、シリコン基板からなる基板１１の一面に設けられた二酸化シリコン膜からなる弾性膜１２と、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜１３上に形成され、第１電極１４と、圧電体層１５と、第２電極１６とからなる圧電素子１７から構成される。基板１１の圧電素子１７に対応する領域には開口部１８が形成され、開口部１８は隔壁１９により区切られている。
【００２９】
基板１１は例えばシリコン単結晶基板を用いることができるが、これに限定されるものではない。本実施形態では、二酸化シリコン等からなる弾性膜１２と、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜１３とで振動板５０を構成するが、これに限定されるものではなく、何れか一方でもよく、又は他の膜としてもよい。
【００３０】
絶縁体膜１３上には、必要に応じて密着層を介して第１電極１４と、厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層１５と、第２電極１６と、からなる圧電素子１７が形成されている。ここで、圧電素子１７は、第１電極１４、圧電体層１５及び第２電極１６を含む部分をいう。このように、圧電体層１５は、液相法や気相法で形成された薄膜、好ましくは液相法で形成された薄膜であり、いわゆるバルクと相違するものであり、圧電特性などが全く相違する。
【００３１】
一般的には、圧電素子１７を駆動する場合、何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を個別電極とするが、超音波素子１０では、複数の超音波素子１０毎に駆動し、スキャンすることが行われるので、何れか一方が共通電極で他方が個別電極という区別は現実的ではない。何れにしても、超音波素子１０を一次元的又は二次元的に並列させた態様とする場合には、第１電極１４を一方向に亘るように設け、第２電極１６を一方向に直交する方向に亘るように設け、適宜選択した第１電極１４と第２電極１６との間に電圧を印加することにより、所定の圧電素子１７のみを駆動することができる。
【００３２】
圧電素子１７は、超音波の送信のみに最適化して構成されていてもよく、超音波の受信のみに最適化して構成されていてもよく、超音波の送信及び受信の両方に最適化して構成されていてもよい。超音波センサー１は、送受信一体型に構成されているが、圧電素子１７は、送信専用型、受信専用型、送受信一体型等の何れの型にも適用でき、ＣＡＶ型、ＡＶＴ型、送信専用型、受信専用型、送受信一体型等に応じて、高い検出感度を有するように設計することが可能である。
【００３３】
また、ここでは圧電素子１７と、当該圧電素子１７の駆動により変位が生じる振動板５０である弾性膜１２及び絶縁体膜１３と、を合わせてアクチュエーター装置と称する。上述した例では、弾性膜１２及び絶縁体膜１３と、必要に応じて設けられる密着層と、第１電極１４と、が振動板５０として作用するが、これに限定されるものではない。例えば、振動板５０を設けず、圧電素子１７自体が実質的に振動板としての機能を兼ねるようにしてもよい。
【００３４】
第１電極１４や第２電極１６は導電性を有するものであれば制限されず、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼等の金属材料、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ることができる。ただし、前記の材料に制限されない。
【００３５】
圧電体層１５は、代表的にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のペロブスカイト構造の複合酸化物を用いることができる。これによれば、圧電素子１７の変位量を確保しやすくなる。
【００３６】
また、圧電体層１５は、鉛を含まないもの、例えば少なくともビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）及びチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト構造の複合酸化物を用いることもできる。これによれば、環境への負荷が少ない非鉛系材料を用いて超音波素子１０を実現できる。
【００３７】
このようなペロブスカイト型構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造のＡサイトは、酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。鉛を含まない上記の圧電体層１５の例では、ＡサイトにＢｉ、Ｂａが、ＢサイトにＦｅ、Ｔｉが位置している。
【００３８】
Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ及びＴｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物では、その組成式は（Ｂｉ、Ｂａ）（Ｆｅ、Ｔｉ）Ｏ３として表されるが、代表的な組成としては、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるものである。かかる混晶は、Ｘ線回折パターンで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムが単独では検出できないものをいう。混晶の組成から外れる組成も含むものである。
【００３９】
ここでのペロブスカイト構造の複合酸化物には、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや、元素の一部が他の元素に置換されたものも含まれる。すなわち、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。
【００４０】
そして、ペロブスカイト構造の複合酸化物の構成は前記の例に制限されず、他の元素を含んで構成してもよい。例えば圧電体層１５は、マンガン（Ｍｎ）をさらに含むことが好ましい。これによれば、リーク電流を抑制しやすくなり、例えば非鉛系の材料として信頼性の高い超音波素子１０を実現できる。
【００４１】
圧電体層１５のＡサイトのＢｉをリチウム（Ｌｉ）、サマリウム（Ｓｍ）、セリウム（Ｃｅ）等で置換するようにしてもよく、ＢサイトのＦｅをアルミニウム（Ａｌ）、コバルト（Ｃｏ）等で置換するようにしてもよい。これによれば、各種特性を向上させて構成や機能の多様化を図りやすくなる。これら他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有するように構成されることが好ましい。
【００４２】
音響整合層３０は、空間２０内に設けられている。音響整合能を有する樹脂等が基板１１の開口部１８等内に充填されて音響整合層３０が設けられることで、圧電素子１７及び測定対象物の間で音響インピーダンスが急激に変化することを防止でき、その結果、超音波の伝播効率が低下することを防止できる。音響整合層３０は、例えばシリコーンオイル、シリコーン樹脂又はシリコーンゴムから構成できるが、前記の例に限定されず、超音波センサー１の用途等に応じた材料を適宜選択して用いることができる。
【００４３】
レンズ部材３１は、基板１１の振動板５０とは反対側に設けられている。レンズ部材３１は、超音波を収束させる役割を有している。超音波を電子フォーカス法で収束させる場合等、レンズ部材３１は省略可能である。ここでは、上記の音響整合層３０が、レンズ部材３１と基板１１との接着機能も有している。レンズ部材３１と基板１１（隔壁１９）との間に音響整合層３０を介在させ、超音波センサー１が構成されている。
【００４４】
レンズ部材３１を超音波素子１０に実装する際や、レンズ部材３１の実装後にレンズ部材３１の密着性を確保する際に、レンズ部材３１を音響整合層３０側に押圧することがある。レンズ部材３１を具備していない場合や、レンズ部材３１の代わりに他の部材を設けた場合にも、各部の密着性を確保するため、音響整合層３０側から振動板５０に押圧力を付すこともある。超音波センサー１では、支持部材４１を具備して構成されているため、上記の通り、所定の外圧が振動板５０に加わったとしても、構造歪みが生じることを抑制でき、高い信頼性を確保できる。
【００４５】
包囲板４０は、振動板５０の第２面５０ｂ側に設けられている。包囲板４０の中央には凹部（圧電素子保持部３２）が形成され、この圧電素子保持部３２の周囲は、包囲板４０の縁部４０ａ（図４等参照）とされている。圧電素子保持部３２によって、圧電素子１７の周囲の領域（圧電素子１７の上面及び側面を含む領域）が覆われる。従って、圧電素子保持部３２の底面に相当する面が、包囲板４０の圧電素子１７側の面４０ｂとなる。
【００４６】
包囲板４０は、縁部４０ａにおいて超音波素子１０側に接合されている。包囲板４０の接合は、接着剤（図示せず）を用いることができるが、前記の例に限定されない。圧電素子保持部３２の深さ、すなわち第３の方向Ｚの長さは、約８０μｍであるが、前記の値に限定されない。圧電素子保持部３２の深さは、圧電素子１７の駆動を阻害しない程度のスペースが確保される値であればよい。また、圧電素子保持部３２は、空気で満たされていてもよく、樹脂で満たされていてもよい。包囲板４０の厚さは、約４００μｍであるが、前記の値に限定されない。
【００４７】
（超音波センサーの製造方法）
次に、超音波センサー１の製造方法について図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、要部平面図、図６は、図５のＡ−Ａ′線断面図、図７は、図５のＢ−Ｂ′線断面図である。
【００４８】
まず、図示するように、基板１１としてシリコン基板を準備する。次に、基板１１を熱酸化することによって、その表面に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜１２を形成する。更に、弾性膜１２上にスパッタリング法や蒸着法等でジルコニウム膜を形成し、これを熱酸化することによって、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜１３を得る。このようにして、基板１１上に、弾性膜１２と絶縁体膜１３とからなる振動板５０を形成する。
【００４９】
次に、振動板５０の絶縁体膜１３上に第１電極１４を形成する。第１電極１４は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法（ＰＶＤ法）、レーザーアブレーション法等の気相法、スピンコート法等の液相法等により形成することができる。本実施形態では、スパッタリング法により、チタン、白金、イリジウム、チタンの順に成膜して第１電極１４とした。次に、第１電極１４をパターニングする。第１電極１４のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）、イオンミリング等のドライエッチングや、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。なお、第１電極１４のパターニングにおける形状は、特に限定されない。
【００５０】
次に、第１電極１４上にスパッタリング法により、４ｎｍの厚さでチタンを成膜し、その上に圧電体層１５を形成する。圧電体層１５の形成方法は限定されない。例えば、金属錯体を含む溶液（前駆体溶液）を塗布乾燥し、更に高温で焼成することで金属酸化物を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、ゾル−ゲル法等の化学溶液法（湿式法）を用いることができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、エアロゾル・デポジション法等、気相法、液相法、又は固相法により圧電体層１５を製造することができる。
【００５１】
例えば、湿式法によって形成された圧電体層１５は、前駆体溶液を塗布して前駆体膜を形成する工程（塗布工程）、前駆体膜を乾燥する工程（乾燥工程）、乾燥した前駆体膜を加熱して脱脂する工程（脱脂工程）、及び、脱脂した前駆体膜を焼成する工程（焼成工程）までの一連の工程によって形成された圧電体膜（不図示）を複数有する。即ち、圧電体層１５は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって形成される。なお、上述した一連の工程において、塗布工程から脱脂工程までを複数回繰り返した後に、焼成工程を実施してもよい。
【００５２】
湿式法によって形成された層や膜は、界面を有する。湿式法によって形成された層や膜には、塗布又は焼成の形跡が残り、このような形跡は、その断面を観察したり、層内（又は膜内）における元素の濃度分布を解析したりすることによって確認可能な「界面」となる。「界面」とは、厳密には層間又は膜間の境界を意味するが、ここでは、層又は膜の境界付近を意味するものとする。湿式法によって形成された層や膜の断面を観察した場合、このような界面は、隣の層や膜との境界付近に、他よりも色が濃い部分、又は他よりも色が薄い部分として確認される。また、元素の濃度分布を解析した場合、このような界面は、隣の層や膜との境界付近に、他よりも元素の濃度が高い部分、又は他よりも元素の濃度が低い部分として確認される。圧電体層１５は、塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数繰り返して、或いは、塗布工程から脱脂工程までを複数回繰り返した後に焼成工程を実施して形成される（複数の圧電体膜によって構成される）ため、各圧電体膜に対応して、複数の界面を有することとなる。
【００５３】
圧電体層１５を湿式法で形成する場合の具体的な手順の例は、次の通りである。まず、金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなり、圧電体層１５を形成するための前駆体溶液を調整する（調整工程）。そして、この前駆体溶液を、パターニングした第１電極１４上に、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体膜を形成する（塗布工程）。次に、この前駆体膜を所定温度、例えば１３０℃〜２５０℃程度に加熱して一定時間乾燥させ（乾燥工程）、更に乾燥した前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４５０℃程度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。更に、脱脂した前駆体膜をより高い温度、例えば６５０℃〜８００℃程度に加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜を形成する（焼成工程）。そして、上記の塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回繰り返すことにより、複数層の圧電体膜からなる圧電体層１５を形成する。
【００５４】
なお、上述の前駆体溶液は、焼成により、上述したペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る金属錯体を、それぞれ有機溶媒に溶解又は分散させたものである。つまり、前駆体溶液は、金属錯体の中心金属として、上述したペロブスカイト型複合酸化物を形成し得る各元素を含むものである。このとき、前駆体溶液中に、上記元素以外の元素を含む金属錯体、例えば、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ａｌ等の添加物を含む金属錯体を更に混合してもよい。
【００５５】
上記各元素を含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、β−ジケトン錯体等を用いることができる。前駆体溶液において、これらの金属錯体の混合割合は、ペロブスカイト型複合酸化物に含まれる各金属元素が所望のモル比となるように混合すればよい。
【００５６】
前駆体溶液の作製に用いられる有機溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸、２−ｎ−ブトキシエタノール、ｎ−オクタン等、又はこれらの混合溶媒等が挙げられる。なお、前駆体溶液は、各金属錯体の分散を安定化する添加剤を含んでもよい。このような添加剤としては、２−エチルヘキサン酸等が挙げられる。
【００５７】
乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置、ホットプレート等が挙げられる。
【００５８】
次いで、複数の圧電体膜からなる圧電体層１５をパターニングする。パターニングは、いわゆる、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や、エッチング液を用いたウェットエッチングによって行うことができる。なお、圧電体層１５のパターニングにおける形状は、特に限定されない。
【００５９】
次に、パターニングした圧電体層１５上に第２電極１６を形成する。第２電極１６は、第１電極１４と同様の方法により形成することができる。なお、第２電極１６のパターニングにおける形状は、特に限定されない。本実施形態では、圧電体層１５上に第２電極１６を形成する前後で、必要に応じて６００℃〜８００℃程度の温度域で再加熱処理（ポストアニール）を行ってもよい。このように、ポストアニールを行うことで、圧電体層１５と第１電極１４や第２電極１６との良好な界面を形成することができ、且つ圧電体層１５の結晶性を改善することができる。本実施形態では、スパッタリング法により２０ｎｍの厚さで白金を成膜した後、パターニングし、この上に、スパッタリング法により、３０ｎｍの厚さのイリジウム膜及び１５ｎｍの厚さのチタン膜を形成し、パターニングして第２電極１６とした。
【００６０】
以上の工程によって、第１電極１４と圧電体層１５と第２電極１６とを備えた圧電素子１７が完成する。言い換えると、第１電極１４と圧電体層１５と第２電極１６とが重なり合う部分が圧電素子１７となる。
【００６１】
次に、圧電素子１７とは反対側のウェハー面を研磨処理により酸化膜を除去し、レジストを用いてパターニングし、アルゴンプラズマを使用したドライエッチングを行い、空間２０を形成した。
【００６２】
その後は、不要部分をダイシング等により切断・除去し、常法により、図３等に示す音響整合層３０、包囲板４０等を設け、超音波センサー１とする。なお、超音波センサー１の製造方法は、上記製法に限定されない。
【００６３】
以上説明した超音波センサー１は、図１に示すようなインクカートリッジ１００に組み込むことにより、液体の検出を行うことができ、例えば、液体の量がしきい値より所定の閾値より少なくなったことを検出することができる。
【００６４】
超音波センサー１での液体の検出は、レンズ部材３１の検出面３１ａを液体に接触させた状態で組み込むことで行うことができる。
この際、超音波センサー１は、本実施形態では、空間２０側に音響整合層３０を介してレンズ部材３１が設けられ、レンズ部材３１の表面が検出面３１ａとなっているので、図２に示すように、インクカートリッジ１００内の液体検出流路１６０内の液体Ｌに接触した状態で組み込むことが比較的容易である。
【００６５】
また、液体Ｌの検出は、詳細は後述するが、超音波の送受信を行った際の受信電圧の検出で、液体Ｌの有無、液体Ｌの量を検出することができる。
また、液体Ｌの検出は、詳細は後述するが、超音波センサー１の超音波素子１０に電圧を印加した際の周波数依存性を評価することにより、液体Ｌの有無、液体Ｌの量を検出できる。例えば、後述するとおり、液体Ｌが存在する場合には、共振ピークが低くなり、液体Ｌが存在しない場合には、共振ピークが大きくなり、この変化を見ることにより液体Ｌの量を検出できる。
【００６６】
なお、この際の共振周波数は、薄膜の圧電体層１５を具備する超音波素子１０を具備するので、従来のバルクのものより高周波数、例えば、数ＭＨｚとなり、共振ピークの分離精度が高いという利点がある。
【００６７】
また、本実施形態では、音響整合層３０を空間２０内に設け、この上にレンズ部材３１を設けて検出面３１ａとしているので、超音波素子１０側の耐液体対策が比較的容易であり、製造が比較的容易であるという利点がある。
【００６８】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係る超音波センサーを搭載した液体検出装置の概略構成を示す断面図である。
上述した実施形態１では、音響整合層３０を空間２０内に設け、この上にレンズ部材３１を設けていたが、本実施形態の液体検出装置ＩＡでは、超音波素子１０を覆うように音響整合層３０を設け、この上にレンズ部材３１を設けた、ＡＣＴ面型超音波センサー１Ａを搭載している。
【００６９】
具体的には、図８に示すように、音響整合能を有する樹脂等からなる音響整合層３０が、超音波素子１０を覆うように設けられ、この上にレンズ部材３１が設けられている。これにより、超音波素子１０側に設けたレンズ部材３１側から超音波の送受信を行う構成となっているので、実施形態１と比較して超音波の送受信感度が向上するという利点がある。これにより、液体の検出性能を向上を図ることができる。
なお、他の構成は、実施形態１と同様であるので、同一部材に同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７０】
（液体検出の実施例１）
図３の液体検出装置Ｉを図１に示すように、インクカートリッジ１００に組み込み、液体の検出を行った。
本実施例では、超音波センサー１の超音波の送受信を行い、液体検出流路１６０内に液体Ｌが存在した場合に、図９に示す受信電圧を得た。
一方、液体Ｌがない場合には、受信電圧は確認できなかった。
なお、送信の駆動信号は、基準電圧Ｖｐｐ＝１Ｖ、印加電圧Ｖｂｉａｓ＝１０Ｖとする、１．５周期のサイン波とした。
【００７１】
（液体検出の実施例２）
図８の液体検出装置ＩＡを図１に示すように、インクカートリッジ１００に組み込み、液体の検出を行った。
本実施例でも、実施例１と同様に超音波の送受信を行ったが、実施例１と同様に、液体Ｌが存在する場合には、図９に示す受信電圧が得られ、一方、液体Ｌがない場合には、受信電圧は確認できなかった。
【００７２】
（液体検出の実施例３）
図３の液体検出装置Ｉを図１に示すように、インクカートリッジ１００に組み込み、液体の検出を行った。
超音波センサー１に電圧印加した後の周波数依存性を評価した結果、図１０の結果が得られた。図１０に示すように、液体Ｌがある場合は共振ピークが低くなり、液体Ｌがない場合は大きくなり、液体Ｌの有無が検出できた。
【００７３】
（液体検出の実施例４）
図８の液体検出装置ＩＡを図１に示すように、インクカートリッジ１００に組み込み、液体の検出を行った。
本実施例でも、実施例１と同様に超音波センサー１に電圧印加した後の周波数依存性を評価した結果、実施例３と同様に、図１０と同様な結果が得られた。
【００７４】
（液体検出の実施例５）
図１の液体検出装置Ｉを図１に示すように、インクカートリッジ１００に組み込み、液体の検出を行った。
本実施例では、実施例３と同様に超音波センサー１に電圧印加した後の周波数依存性を評価した。
【００７５】
この結果、図１１の結果が得られた。すなわち、液体Ｌがある場合には、共振周波数が下がり、液体Ｌがない場合には、共振周波数が上がることが検出できた。これによっても、液体の有無が検出できることがわかった。
【００７６】
また、このように測定される共振周波数は、液体の種類によっても変化することがわかった。よって、例えば、固形分が分散されている液体（インク）を用いた場合、固形分の良好に分散している状態の共振周波数と、固形分が沈殿した状態の共振周波数が異なることがわかった。よって、本発明の液体検出装置によると、固形分が分散した状態の液体において、固形分の分散状態を検出することができる。
【００７７】
具体的には、固形分が分散している状態では、共振周波数が下がり、固形分が沈殿している場合には、共振周波数が上がることで、両者の違いが判別できると推定される。
【符号の説明】
【００７８】
Ｉ，ＩＡ  液体検出装置、  １，１Ａ  超音波センサー、  ２  ＦＰＣ基板、  ３  ケーブル、  ４  中継基板、  ５  筐体、  ６  耐水性樹脂、  １０  超音波素子、  １１  基板、  １２  弾性膜、  １３  絶縁体膜、  １４  第１電極、  １５  圧電体層、  １６  第２電極、  １７  圧電素子、  １８  開口部、  １９  隔壁、  ２０  空間、  ３０  音響整合層、  ３１  レンズ部材、  ３２  圧電素子保持部、  ４０  包囲板、  ４０ａ  包囲板の縁部、  ４０ｂ  包囲板の圧電素子側の面、  ４１  支持部材、  ５０  振動板
【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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