CN103477459A - 压电致动器以及具备该压电致动器的喷墨头 - Google Patents

Abstract

使配置于基板（11）中所形成的压力室（21）的振动板（12）朝向压力室（21）振动的压电致动器（1）具备在振动板（12）上依次层叠的下电极（13）、压电体（14）以及上电极（15），在压力室（21）的侧壁上方的压电体（14）上的一部分形成有从压力室（21）上方的上电极（15）引出的上电极引出部（15a），在上电极引出部（15a）的下方，压电体（14）由基板（11）中的压力室（21）的侧壁（21a）与压力室（21）的边界面上方的空隙部（S）切断。

Description

压电致动器以及具备该压电致动器的喷墨头

技术领域

本发明涉及作为电气机械转换元件的压电致动器、以及具备该压电致动器的喷墨头。

背景技术

近年来，由于高速印刷、低噪音、高清晰印刷、低成本等的理由，喷墨打印机迅速普及。在该喷墨打印机中设置有使墨水以适当的量排出的喷墨头。作为该喷墨头，存在有例如专利文献1所公开的喷墨头。

在专利文献1的喷墨头中，在基板上形成压力室，并且按照覆盖该压力室的方式在基板上形成振动板。而且，在振动板上依次形成下电极、压电体、上电极。在该结构中，若向上电极和下电极施加电压，则产生由压电体的伸缩造成的压电应变（压电位移），振动板发生弯曲形变。由于该振动板的弯曲形变，压力室内的压力增大，从而从喷嘴排出墨水滴。

这时，从压力室的上方向压力室的侧壁上方同时引出上电极和压电体，由此能够向压力室的上方的上电极通电。另外，通过同时引出上电极和压电体，能够容易地进行上电极的引出。该理由如下。

例如，在从压力室的上方仅引出上电极的情况下，考虑有从压力室上方的压电体的上表面沿压电体的侧面来引出上电极的方法。然而，由于压电体的侧面相对于上表面大致垂直，尤其在压电体的厚度较厚的情况下，通过蒸镀或溅射而使形成上电极的金属材料附着于压电体的侧面变得困难，克服压电体的厚度对应的阶差而引出上电极变得困难。与此相对，在同时引出上电极和压电体的结构中，由于仅在压电体的上表面形成上电极即可，所以通过蒸着等的上电极的形成变得容易。即，克服压电体的厚度对应的阶差的那样的上电极的形成变得不需要，上电极的引出变得容易。

然而，如上所述，在同时引出上电极和压电体的结构中，由于在压力室的上方和压力室的侧壁上方压电体是连接的，所以伴随着压力室上方的压电体的伸缩，在压力室上方的压电体和压力室的侧壁上方的压电体的边界附近、即在压电体中位于压力室的侧壁面上方的部分弯曲负载发生作用，从而应力集中于该部分。因此，在压电体的上述边界附近产生裂纹，从而导致上电极的断裂。另外，由于压力室上方的压电体的压电位移被压力室的侧壁上方的压电体阻碍，所以不能避免压电位移的低下。

关于这一点，在专利文献2的喷墨头中，在压力室和压力室的侧壁的边界面上方，在振动板和压电体之间设置空间部，并且按照跨越该空间部的方式引出压电体和上电极。由此，避免在上述边界面上方的应力集中，并且防止上电极的断裂。

专利文献1：日本特开2009-182195号公报（参照图4等）

专利文献2：日本特开2001-96747号公报（参照技术方案1、第0010段、图2等）

然而，在专利文献2中，即使通过跨越空间部来设置压电体的结构能够防止上电极的断裂，但由于只要压力室上方的压电体和压力室的侧壁上方的压电体是连接的，压力室上方的压电体的压电位移很多因由压力室的侧壁上方的压电体而受到阻碍，所以与专利文献1相同，不能避免压电位移的低下。

发明内容

本发明是为了解决上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够避免压电位移的低下、并且能够防止由压电体的裂纹而造成的上电极的断裂、而且即使在压电体的厚度较大的情况下也能够容易地引出上电极的压电致动器，以及具备该压电致动器的喷墨头。

本发明的1种结构的压电致动器的特征在于，是使设置于基板中所形成的压力室的振动板朝向上述压力室发生形变的压电致动器，在使上述振动板位于上述压力室之上的状态下，在上述振动板上依次层叠下电极、压电体以及上电极，且在上述压力室的侧壁上方的上述压电体上的一部分形成有从上述压力室上方的上述上电极引出的上电极引出部，且在上述上电极引出部的下方，上述压电体被上述基板中的上述压力室的侧壁与上述压力室的边界面上方的空隙部切断。

在基板上按覆盖压力室的上部的方式形成振动板，并且在该振动板上依次形成下电极、压电体、上电极。通过向上电极和下电极施加电压，使压力室上部的压电体伸缩，从而使压力室上部的振动板振动。因此，通过振动板的振动能够使气体或液体从压力室排出，在该情况下，能够将压电致动器作为泵来使用。与此相反，通过检测由振动板的振动而产生的电场，能够将压电致动器作为传感器来使用。

这里，在压力室的侧壁上方的压电体上的一部分形成从压力室上方的上电极引出的上电极引出部，并且在上电极引出部的下方，压电体被基板中的压力室的侧壁与压力室的边界面上方的空隙部切断。由此，压力室的侧壁上方的压电体不会阻碍压力室上方的压电体的位移，从而能够避免压电位移的低下。另外，由于在因应力集中而最容易产生裂纹的部分不存在压电体，而是成为空隙部，所以能够防止因压电体的裂纹而造成的上电极（尤其是上电极引出部）的断裂。另外，该结构通过例如在压电体之上形成构成上电极和上电极引出部的电极层之后，由压电体的图案化时的侧蚀来除去形成空隙部的压电体能够容易地实现。因此，与从压电体的上表面沿侧面引出上电极的现有技术相比，即使在压电体的厚度较大的情况下，也能够容易且可靠地引出上电极。

在本发明的1种结构的压电致动器中，也可以将上述空隙部上的上述上电极引出部的宽度设为对上述压电体进行图案化时的侧蚀量的2倍以下。

在该情况下，即使在压电体上形成构成上电极和上电极引出部的电极层之后，也能够通过侧蚀来可靠地除去上电极引出部的下层的压电体（位于空隙部的压电体），从而能够可靠地实现按跨越空隙部的方式来形成上电极引出部的结构。

上述空隙部上的上述上电极引出部也可以在与上述上电极的层叠面平行的平面内弯曲形成。

在该结构中，空隙部上的上电极引出部当压力室上方的压电体伸长时压缩、当上述压电体压缩时伸长。由此，能够缓和基于压电体的伸缩的应力（伸长时为压缩应力、收缩时为拉伸应力），并且能够可靠地防止由压电体的伸缩造成的上电极引出部的断裂。与此相反，相对于压力室上方的压电体，由于能够减轻基于上电极引出部的负荷，所以能够可靠地避免压电位移的低下。

上述空隙部上的上述上电极引出部也可以形成为在上述压电体的位移前的初始状态下向上述空隙部内弯曲。

在该结构中，当压力室上部的压电体伸长时，上电极引出部因压缩应力而更加弯曲，当压电体压缩时，因拉伸应力上电极引出部的弯曲量减少。无论是哪种情况，因为都能通过上电极引出部来缓和基于压力室上部的压电体伸缩的应力，所以能够更加可靠地防止因压电体的伸缩而造成的上电极引出部的断裂。

上述压电体由上述空隙部切断成位于上述压力室的上方的第1压电体、和在上述压力室的侧壁的上方按包围上述第1压电体的方式形成的第2压电体，并且上述上电极引出部也可以通过将上述压力室的上方的上述上电极从相对于上述压力室的中心呈点对称的各位置跨越上述空隙部向相互相反方向引出而形成。

在该结构中，能够使由第1压电体的伸缩所造成的振动板的振动方向接近于相对于基板的面垂直的方向，从而提高了作为致动器的特性。尤其是，将上述结构的压电致动器应用于例如超声波探测器的发送接收元件时，能够以均匀的球面波发射超声波，并且能够使元件的性能提升。

在上述压力室的上方的上述上电极中，当将相互相反侧的端部分别作为第1端部、第2端部时，也可以将上述上电极引出部从上述压力室的上方的上述上电极的第1端部开始通过上述压力室的上方的上述压电体的外侧而引导至第2端部侧，然后进而向与上述第1端部相反方向行进，向上述压力室的侧壁上方的上述压电体上引出。

在该结构中，与从压力室上方的上电极直线地引出上电极引出部的结构相比，能够获得在压力室上方的压电体的外侧、即不存在压电体的区域的上电极引出部的长度。由此，即使与直线地引出上电极引出部的结构相比将压力室上方的压电体和压力室的侧壁上方的压电体的距离设为较短，也能够缓和相同程度的应力。因此，能够在小型化致动器的同时缓和上电极引出部的应力来防止其断裂。

本发明的1种结构的喷墨头也可以具备上述结构的压电致动器、和具有上述压电致动器的压力室中所填充的墨水的排出口的喷嘴板来构成。

在该结构中，通过压电位移的低下的避免和上电极引出部的断裂防止，能够实现喷墨头的低耗电化和长寿命化。

根据上述结构，通过由空隙部切断压电体，压力室的侧壁上方的压电体不会阻碍压力室上方的压电体的位移。因此，能够避免压电位移的低下。另外，由于在因应力集中而最容易产生裂纹的部分不存在压电体，所以能够防止因压电体的裂纹而造成的上电极引出部的断裂。

附图说明

图1（a）是示意性表示本发明的一实施方式所涉及的压电致动器1的简要结构的俯视图，图1（b）是图1（a）的A-A’箭头视剖面图。

图2（a）～（d）是顺序表示压电致动器1的制造工序的剖面图。

图3（a）～（d）是顺序表示压电致动器1的制造工序的剖面图。

图4（a）～（d）是顺序表示压电致动器1的制造工序的剖面图。

图5是表示在压电致动器1的制造工序中的图4（b）的工序下形成抗蚀图案后的状态的俯视图。

图6是表示应用了压电致动器1的喷墨头的简要的结构的剖面图。

图7（a）是示意性表示压电致动器1的其他结构1的俯视图，图7（b）是图7（a）的A-A’箭头视剖面图。

图8是示意性表示压电致动器1的其他结构2的俯视图。

图9（a）是使用SOI基板而制作的压电致动器1的俯视图，图9（b）是压电致动器1的剖面图。

图10（a）～（d）是表示空隙部上的上电极引出部的形状变化的俯视图。

图11是表示压电致动器1的其他结构3的图，并且是表示上述上电极引出部的另外的其他形状的剖面图。

图12是表示压电致动器1的其他结构4的图，并且是表示上述上电极引出部的另外的其他形状的俯视图。

图13是表示压电致动器1的其他结构5的图，并且是表示上述上电极引出部的另外的其他形状的俯视图。

具体实施方式

若基于附图来对本发明的一实施方式进行说明，则如以下所述。

（压电致动器的结构）

图1（a）是示意性表示本实施方式的压电致动器1的简要的结构的俯视图，图1（b）是图1（a）的A-A’箭头视剖面图。压电致动器1由在基板11上依次层叠振动板12、下电极13、压电体14、上电极15而形成。在下面，为方便起见，以振动板12位于压力室之上的状态进行说明，但是并不限定于上下方向，在使用时朝向任何方向均可。

基板11以由单晶Si单体形成的半导体基板或者SOI（Silicon onInsulator）基板构成。在该基板11中形成收容气体或液体的压力室21，并且基板11中的压力室21以外的部分成为压力室21的侧壁21a。在本实施方式中，与压力室21的基板11的面平行的截面形状是圆形，但也可以是例如椭圆形或多边形等。

振动板12是基于压电体14的伸缩而振动的弹性体，并且按照覆盖形成于基板11的压力室21及其侧壁21a的方式形成于基板11上。该振动板12例如由对基板11的表面进行热氧化而得到的热氧化膜（SiO₂）构成，但是也可以由上述的热氧化膜和基板11的厚度方向的一部分的Si层来构成振动板12。

下电极13例如通过层叠Ti层和Pt层而构成。Ti层是用于提高振动板12（热氧化膜）和Pt层的密接性的密接层。上电极15例如通过层叠Cr层和Au层而构成。Cr层是用于提高压电体14和Au层的密接性的密接层。

压电体14由PZT（锆钛酸铅）等的压电材料构成，并且图案化形成在下电极13上。压电体14由基板11中的压力室21的侧壁21a与压力室21的边界面的上方的空隙部S切断。即，压电体14通过位于压力室21的侧壁面上方的空隙部S切断成位于压力室21的上方的压电体14a和位于压力室21的侧壁21a的上方的压电体14b。空隙部S在压电体14a的外侧（周围）形成为例如环状，在该空隙部S的更加外侧形成有压电体14b。

上述的上电极15按照跨越空隙部S的方式从压力室21的上方引出至压力室21的侧壁21a的上方的压电体14b上。在下面将引出至该压电体14b上的上电极15称为上电极引出部15a。上电极引出部15a以及下电极13与未图示的电压施加部相连接。

在上述的结构中，若向上电极引出部15a和下电极13施加电压，则上电极15和下电极13所夹持的、压力室21上方的压电体14a向水平方向伸缩，并且在压电体14a中发生压电应变（压电位移），由此振动板12向上下方向振动。因此，通过这样的振动板12的振动，能够使气体或液体从压力室21排出，并且在这种情况下，能够将压电致动器1作为泵来使用。与此相反，若使振动板12振动，则由于压电体14a的伸缩而产生电场，所以通过上电极15和下电极13来检测此时的电场的大小或检测信号的频率，能够将压电致动器1作为传感器来使用。

（压电致动器的制造方法）

接下来，对上述结构的压电致动器1的制造方法进行说明。图2（a）～图2（d）、图3（a）～图3（d）、图4（a）～图4（d）是按顺序表示本实施方式的压电致动器1的制造工序的剖面图。

首先，如图2（a）所示，对由Si构成的基板11（例如厚度为200μm）的表面和背面进行热氧化，分别在这些表面形成SiO₂层11a（例如厚度为1μm）和SiO₂层11b（例如厚度为1μm）。另外，也可以使用最初SiO₂层11a·11b就附着于两面的基板11。另外，基板11的表面侧的SiO₂层11a构成前述的振动板12。

然后，如图2（b）所示，通过将TEOS（四乙氧基甲硅烷）作为原料气体而使用的TEOS-CVD法，在基板11的背面侧进一步成膜SiO₂层，SiO₂层11b的厚度例如增加至2μm。

接下来，如图2（c）所示，在基板11的背面侧的SiO₂层11b上涂敷抗蚀剂，进行曝光、显影从而获得抗蚀图案31。该抗蚀图案31用于在基板11形成压力室21（参照图4（d）），具有例如直径为200μm的圆形的孔31a。另外，孔31a的形状并不限定于上述的圆形，也可以是其他的形状（例如椭圆形、多边形）。

接下来，如图2（d）所示，将抗蚀图案31作为掩膜，对基板11的背面侧的SiO₂层11b进行干式蚀刻。该干式蚀刻例如通过在RIE（反应离子刻蚀：Reactive Ion Etching）装置使用CHF3（三氟甲烷）气体来进行。通过该干式蚀刻，除去没有被抗蚀图案31保护的SiO₂层11b。

然后，如图3（a）所示，在基板11的表面侧的SiO₂层11a上通过溅射依次成膜Ti层（例如厚度为20nm）和Pt层（例如厚度为100nm），从而形成下电极13。Ti层是用于使SiO₂层11a和Pt层密接的密接层。

这之后，如图3（b）所示，在下电极13上通过溅射在600℃的温度下成膜PZT，从而形成压电体14（例如厚度为3μm）。压电体14形成能够获得良好的压电特性的钙钛矿构造，并且晶格的中心的Ti或者Zr的离子向（111）方向偏移。通过按使该（111）方向与基板11的面垂直的方式来形成压电体14，从而与例如按使（001）方向与基板11的面垂直的方式来形成压电体14的情况相比极化较大，所以能够获得较大的压电位移。

接下来，如图3（c）所示，通过溅射在压电体14上依次成膜Cr层和Au层，从而形成上电极15（例如厚度为0.2μm）。Cr层是用于使压电体14和Au层密接的密接层。

然后，如图3（d）所示，在上电极15上涂敷抗蚀剂，进行曝光、显影，从而形成用于图案化上电极15的抗蚀图案32。这时，对于成为上电极引出部15a的部分的上部的抗蚀图案32而言，其宽度形成为例如5μm。另外，抗蚀图案32的上述的宽度5μm是由考虑后述的压电体14的侧蚀量、即侧蚀的宽度方向的长度（例如为3μm）而决定的。

然后，如图4（a）所示，将抗蚀图案32作为掩膜，对上电极15进行湿式蚀刻。由此，上电极15成为从形成压力室21的部分的上方向形成压力室21的侧壁21a的部分的上方沿压电体14的上表面而引出的形状。这时，位于形成压力室21的侧壁21a的部分的上方的上电极引出部15a的宽度根据抗蚀图案32例如成为5μm。

接下来，如图4（b）所示，在压电体14和上电极15上涂敷蚀刻剂，进行曝光、显影，从而形成用于图案化压电体14的抗蚀图案33。这时，上述的抗蚀图案33还包含上电极引出部15a的上部而形成。在本实施方式中，示出了在于压电体14中形成空隙部S的部分的上方的上电极引出部15a上没有涂敷抗蚀剂的例子，但也可以在形成空隙部S的部分的上方的上电极引出部15a上也涂敷抗蚀剂。

然后，如图4（c）所示，用氢氟酸硝酸对压电体14进行湿式蚀刻。由此，在被例如宽度为40μm的槽（已除去压电体14后的部分）切断的状态下形成例如直径为180μm的压电体14a、和其外侧的压电体14b。

这里，当进行压电体14的湿式蚀刻时，进行垂直方向的蚀刻同时还进行水平方向的蚀刻（侧蚀）。通过该侧蚀，因为也从水平方向蚀刻且除去上电极引出部15a的下部的压电体14，所以在上电极引出部15a和下电极13之间，形成不存在压电体14的空隙部S。因此，上电极引出部15a形成为从压电体14a的上方向压电体14b的上方跨越空隙部S。

这时，若压电体14的侧蚀量设为例如3μm，则由于上电极引出部15a的宽度是压电体14的侧蚀量的2倍以下的5μm，所以能够通过从上电极引出部15a的宽度方向的两侧进行的侧蚀可靠地除去位于上电极引出部15a之下的压电体14。

另外，在压电体14的侧蚀量设为例如3μm的情况下，如果形成与宽度为34μm的槽相对应的抗蚀图案33，则由于槽的两侧（压电体14a侧、压电体14b侧）分别蚀刻3μm，所以能够最终形成宽度为40μm的槽。

图5是示意性表示在图4（b）的状态下在压电体14和上电极15上已形成抗蚀图案33的状态的俯视图。抗蚀图案33形成于以同图中的斜线部的阴影线所示的部分，但通过从没有涂敷抗蚀剂的部分的侧蚀，抗蚀图案33的下方的压电体14仅除去侧蚀量e1、e2。另外，通过将上电极引出部15a的宽度设为压电体14的侧蚀量的2倍以下，由于位于上电极引出部15a之下的压电体14从上电极引出部15a的宽度方向的两方被侧蚀（将侧蚀量设为e3、e4），所以能够可靠地除去该部分的压电体14。

接下来，如图4（d）所示，将基板11的背面侧的SiO₂层11b的图案作为掩膜，在ICP（电感耦合等离子体：Inductive Coupled Plasma）装置的槽处理中深加工基板11，从而形成例如直径为200μm的压力室21。由此，完成压电致动器1。这时，基板1中的压力室21以外的部分构成压力室21的侧壁21a。并且，上述的压电体14a与位于压力室21的上方的压电体相对应，压电体14b与位于压力室21的侧壁21a的上方的压电体相对应。

（压电致动器的应用例）

本实施方式的压电致动器1例如能够应用于喷墨头。图6是表示喷墨头50的简要的结构的剖面图。在通过蚀刻处理除去压电致动器1的基板11的背面侧的SiO₂层11b之后，隔着例如厚度为200μm的玻璃基板41，通过阳极接合将例如厚度为300μm的由Si形成的喷嘴板42贴合在基板11的背面侧，由此能够制作喷墨头50。在上述的玻璃基板41形成例如直径为100μm的孔41a，在喷嘴板42形成由直径为50μm、直径为20μm的2段孔构成的排出口42a。因此，填充于压力室21中的墨水，通过振动板12的振动，经由玻璃基板41的孔41a从喷嘴板42的排出口42a排出。

另外，本实施方式的压电致动器1也可以应用于超声波传感器、即超声波探测器的发送接收元件。例如，通过向压电致动器1的上电极15和下电极13之间施加与发送的超声波的频率相当的频率的交流电压，能够发送超声波。另外，在接收时，由被检测体反射的超声波入射至压电致动器1的压力室21，使压力室21上部的振动板12振动，因基于振动产生的压电效应，在压电体14中产生电场。通过经由下电极13和上电极15来检测该电场的振幅、周期、相位，能够获得2维的超声波图像，从而能够使压电致动器1作为超声波探测器的接收元件来发挥作用。

像以上那样，本实施方式的压电致动器1的压电体14在上电极引出部15a的下方，由空隙部S切断成压力室21的上方的压电体14a、和压力室21的侧壁21a的上方的压电体14b。由此，因为压电体14b不会阻碍压电体14a的位移，所以能够避免压电体14a的压电位移的低下。另外，由于在因由应力集中而最容易发生裂纹的部分、即在压电体14中位于压力室21与侧壁21a的边界面的上方的部分形成空隙部S，在该部分不存在压电体14，所以能够防止由压电体14的裂纹而造成的上电极引出部15a的断裂。

另外，在本实施方式中，上电极引出部15a按跨越空隙部S的方式形成，但如上所述，通过利用压电体14的图案化时的侧蚀来除去上电极引出部15a的下部的压电体14从而能够容易地实现该结构。因此，与从压电体14的上表面沿侧面引出上电极15的结构相比，即使是在压电体14的厚度较大的情况下，也能够容易且可靠地引出上电极15。

另外，根据本实施方式的压电致动器1，因为能够像上述那样避免压电位移的低下，所以也可以说能够降低用于获得相同压电位移的施加电压。根据这一点和上电极引出部15a的断裂防止的观点，通过将该压电致动器1应用于喷墨头50，能够实现喷墨头50的低耗电化和长寿命化。

（压电致动器的其他的结构例）

图7（a）是模式性表示本实施方式的压电致动器1的其他结构1的俯视图，图7（b）是图7（a）的A-A’箭头视剖面图。压电体14不需要与下电极13的形成范围相对应来形成，也可以仅形成于压力室21的上方、和在压力室21的侧壁21a的上方中引出上电极引出部15a的部分。

另外，图8是示意性表示压电致动器1的另外的其他结构2的俯视图。如同图所示，对上电极引出部15a的引出长度L（空隙部S上的引出方向的长度）而言，因为其越长，越能够缓和当压电体14a的伸缩时而施加至上电极引出部15a的应力，所以优选。

下面，根据仿真结果对上电极引出部15a的引出长度L与施加至上电极引出部15a的应力的关系进行说明。另外，在下面，将SOI基板用作基板11来制作压电致动器1且进行仿真，但是即使是将Si基板用作基板11的情况，认为也具有相同的倾向。

图9（a）是以与上述的其他结构1相同的形状使用SOI基板而制作的压电致动器1的俯视图，图9（b）是上述压电致动器1的剖面图。作为基板11的SOI基板是在Si基板61上隔着由SiO₂形成的绝缘膜62形成Si基板63的基板。若将SOI基板用作基板11，则在挖掘基板11来形成压力室21时，绝缘膜62作为蚀刻阻挡件来发挥作用，从而能够在厚度方向上高精度地形成压力室21。

这里，振动板12由基板11的表面侧的SiO₂层11a和Si基板63构成。因此，如果将SOI基板的剩余部分、即Si基板61和绝缘膜62看成基板11’，则可以认为振动板12形成于基板11’上。

现在，将振动板12的厚度设为t1μm、作为压电体14的PZT的厚度设为t2μm、压力室21的直径设为w1μm、压力室21上方的压电体14a的PZT直径设为w2μm、压力室21上方的上电极15的直径设为w3μm、上电极引出部15a下部的压电体14b（引出部PZT）的宽度设为w4μm、上电极引出部15a的宽度设为w5μm、空隙部S上的上电极引出部15a的引出长度设为Lμm。

初始应力仅考虑PZT的应力（例如设为100MPa），并且将PZT的压电常数（d₃₁）的绝对值设为150pm/V、PZT的驱动电压设为15V、PZT的杨氏模量设为60GPa。表1表示在这样的条件下在上电极引出部15a中使空隙部S的上方的引出长度L变化时的压电位移和应力变化。

【表1】

在表1中，组No.1是引出长度L＝0、即压电体14没有被空隙部S切断的现有的结构。另外，组No.2～6是压电体14由空隙部S切断的本实施方式的结构。根据组No.1～6的结果可知，在压电体14由空隙部S切断的结构中，与没有被切断的结构相比，压电体14a的压电位移a1增大。另外，根据组No.2～6可知，空隙部S上的引出长度L越长，施加至上电极引出部15a的应力最大值越低下，可以说上电极引出部15a的断裂防止的效果越高。

另外，在组No.1中，施加至上电极的引出部的应力的最大值比组No.2等低，但这是压电体中不产生裂纹的情况下的值，若在压电体中产生裂纹，则可知组No.2的值以上的应力被施加。

（关于上电极引出部的形状变化）

接下来，对上电极引出部15a的形状变化进行说明。图10（a）～图10（d）是表示空隙部S上的上电极引出部15a的形状变化的俯视图。像这些这样，期望空隙部S上的上电极引出部15a在与上电极的层叠面平行的平面内弯曲而形成。在图10（a）的例子中，在空隙部S上方，宽度变窄了的上电极引出部15a按在图中向上下方向蜿蜒的方式而形成。在图10（b）的例子中，由于上电极引出部15a的一部分宽度变窄，并且在其左右部分设置有孔，成为字母H的形状，所以作为结果在空隙部S上方上电极引出部15a成为弯曲的形状。在图10（c）的例子中，在图10（b）的形状中的左右的孔的中间位置，形成在中央有孔的宽度较宽的部分。在图10（d）的例子中，上电极引出部15a整体的宽度较窄，且按在图中向上下方向弯曲而成为字母U的形状的方式形成。

在该情况下，当压力室21上方的压电体14a伸长时，上电极引出部15a在图中沿左右方向压缩，当压电体14a压缩时，上电极引出部15a沿左右方向伸长。由此，能够缓和因由压电体14a的伸缩而施加至上电极引出部15a的应力，并且能够可靠地防止上电极引出部15a的断裂。另外，对于压电体14a，由于能够降低基于上电极引出部15a的负荷，所以能够可靠地避免压电位移的低下。图10（a）～图10（d）是表示上电极引出部15a的形状变化的一部分例子的图，只要是伴随压电体14a的位移能够压缩·伸长的形状，就并不限定于上述的形状，能够设成其他的各种各样的形状。

另外，当将上电极引出部15a设为在与上电极15的层叠面平行的平面内弯曲的形状时，能够通过将上电极引出部15a设为压电体14的侧蚀量的2倍以下的宽度，并且利用侧蚀可靠地除去成为空隙部S的压电体14，从而按跨越该空隙部S的方式可靠地形成上电极引出部15a。

图11是表示压电致动器1的另外的其他结构3的图，并且是表示上电极引出部15a的另外的其他形状的剖面图。如同图所示，空隙部S上的上电极引出部15a也可以按照在压电体14a的位移前的初始状态下向空隙部S内弯曲的方式形成。

该结构，例如能够通过在于压电体14上通过溅射来成膜上电极15（包含上电极引出部15a）之前，蚀刻成为空隙部S的压电体14的表面以使其稍微凹陷，并且在其上形成上电极15之后，通过侧蚀来除去成为空隙部S的压电体14来实现。另外，能够通过用ZrO₂来形成基板11、用Pt来形成上电极15，从而构成为上电极引出部15a相对于基板11而言成为压缩应力，通过这样也能够在压电体14a的位移前的初始状态下，使空隙部S上的上电极引出部15a弯曲。然后，通过相对于基板11用热膨胀系数较小的材料来形成上电极15，也能够构成为上电极引出部15a相对于基板11而言成为压缩应力。这样的结构能够例如通过用SUS304、Ni、MgO或者ZrO₂构成基板11、用Pt构成上电极15来实现。

像这样，如果上电极引出部15a在初始状态下向空隙部S内弯曲，则当压力室21的上部的压电体14a伸长时，上电极引出部15a因压缩应力而更加弯曲，与此相反，当压电体14a压缩时，因拉伸应力上电极引出部15a的弯曲量减少。无论是哪种情况，因为基于压电体14a的伸缩的应力通过上电极引出部15a而得到缓和，所以能够更加可靠地防止由压电体14a的伸缩而造成的上电极引出部15a的断裂。尤其是，由于压电体14a的压缩，缓和了施加于配线（上电极引出部15a）的拉伸应力，所以能够防止配线的断裂。

另外，图12是表示压电致动器1的另外其他结构4的图，并且是表示上电极引出部15a的另外的其他形状的俯视图。如同图所示，在压电体14由环状的空隙部S切断成位于压力室21的上方的压电体14a（第1压电体）、和在压力室21的侧壁21a的上方包围压电体14a而形成的压电体14b（第2压电体）的情况下，也可以通过将压力室21的上方的上电极15从相对于压力室21的中心O呈点对称的各位置P1·P2跨越空隙部S而向相互相反方向引出而形成上电极引出部15a。

在该结构中，能够使由压电体14a的伸缩引起的振动板21的振动方向接近于相对于基板11的平面垂直的方向，从而提高作为致动器的特性。因此，尤其是在超声波探测器的发送接收元件中，压电致动器1的上述结构非常有效。

即，在超声波探测器的发送接收元件中，从按阵列状排列的各振子（与振动板12相当）发射具有一定放射角的球面波状的超声波。另外，通过控制各振子的相位，能够收敛（聚焦）、扫描从各振子发射的球面波状的超声波（也可称为波束形成）。

若振子具有非对称性，则超声波的放射方向从中心轴偏移，不能获得均匀的球面波。其结果，对波束形成造成以下那样的障碍，从而造成画质的低下。

（1）不能得到所希望的聚焦精度。

（2）不能得到所希望的扫描角度。

（3）因意外的旁瓣或光栅波瓣的产生而生成赝品（本来不存在的图像出现在画面上）。

但是，因为通过像上述那样引出上电极引出部15a，能够使振动板12的振动方向接近于垂直方向，所以能够避免在超声波探测器的发送接收元件中的上述不便，从而获得较高的发送接收性能。

另外，图13是表示压电致动器1的另外的其他结构5的图，并且是表示上电极引出部15a的另外的其他形状的俯视图。其中，在同图中，示出了压力室21的上方的上电极15按与压电体14a相同大小（直径）而形成的情况。在压力室21的上方的上电极15中，将相互相反侧的端部分别设为第1端部15A、第2端部15B。这时，也可以将上电极引出部15a从上电极15的第1端部15A开始通过压力室21的上方的压电体14a的外侧而引导至第2端部15B侧，然后进而向与第1端部15A相反方向行进，向压力室21的侧壁21a的上方的压电体14b上引出。

在该结构中，因为上电极引出部15a通过压力室21的上方的压电体14a的周围而引出，所以与将上电极引出部15a从压力室21的上方的上电极15直线地引出的结构相比，能够获得在不存在压电体14的区域上的上电极引出部15a的长度。因此，实质上，能够获得与使压电体14a·14b的距离（空隙部S上的上电极引出部15a的长度）变长的相同的效果。

即，即使与将上电极引出部15a直线地引出的结构相比将压力室21的上方的压电体14a和压力室21的侧壁21a的上方的压电体14b的距离设为较短，也能够实现与直线地引出的结构相同程度的应力的缓和。因此，能够在小型化致动器的同时缓和上电极引出部15a的应力从而防止其断裂。

其中，在图13中，上电极引出部15a按从上电极15的第1端部15A开始向相互相反方向环绕上电极15的周围的方式引出2根，但上电极引出部15a的根数也可以是1根。但是，在能够较为平衡地进行上电极引出部15a的引出、且能够使压力室21的上方的压电体14a较为平衡地进行伸缩的方面，期望像上述那样引出2根上电极引出部15a。

（其他）

像本实施方式那样，在上电极引出部15a跨越空隙部S而形成的情况下，由于上电极引出部15a隔着空隙部S与下电极13对置，所以根据压电体14的驱动频率（针对电极的施加电压的频率）的不同，可能会造成上电极引出部15a发生共振而与下电极13接触。因此，期望通过改变上电极引出部15a的固有频率来避免压电体14的驱动时的上电极引出部15a和下电极13的接触。其中，例如通过调节上电极引出部15a的长度，能够容易地改变上电极引出部15a的固有频率。

作为上电极15的底层的Cr层易于被压电体14的蚀刻液腐蚀，但通过代替上述的Cr层而形成W（钨）层，能够减轻由蚀刻液而造成的腐蚀。

产业上的可利用性

本发明的压电致动器可利用于例如喷墨头或者超声波探测器的发送接收元件。

图中符号说明：1…压电致动器；11…基板；11’…基板；12…振动板；13…下电极；14…压电体；14a…压电体（第1压电体）；14b…压电体（第2压电体）；15…上电极；15A…第1端部；15B…第2端部；15a…上电极引出部；21…压力室；21a…侧壁；42…喷嘴板；S…空隙部；e1、e2、e3、e4…侧蚀量。

Claims (7)

1.一种压电致动器，使配置于在基板形成的压力室的振动板朝向所述压力室发生形变，该压电致动器的特征在于，在成为所述振动板位于所述压力室之上的状态下，

在所述振动板上依次层叠下电极、压电体以及上电极，

在所述压力室的侧壁上方的所述压电体上的一部分形成有从所述压力室上方的所述上电极引出的上电极引出部，

所述压电体在所述上电极引出部的下方被所述基板中的所述压力室的侧壁与所述压力室的边界面上方的空隙部切断。

2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，

所述空隙部上的所述上电极引出部的宽度是对所述压电体进行图案化时的侧蚀量的2倍以下。

3.根据权利要求1或2所述的压电致动器，其特征在于，

所述空隙部上的所述上电极引出部在与所述上电极的层叠面平行的平面内弯曲形成。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的压电致动器，其特征在于，

所述空隙部上的所述上电极引出部以在所述压电体的位移前的初始状态下向所述空隙部内弯曲的方式形成。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的压电致动器，其特征在于，

所述压电体被所述空隙部切断成位于所述压力室的上方的第1压电体、和在所述压力室的侧壁的上方按包围所述第1压电体的方式形成的第2压电体，

通过将所述压力室的上方的所述上电极从相对于所述压力室的中心呈点对称的各位置跨越所述空隙部向相互相反方向引出而形成所述上电极引出部。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的压电致动器，其特征在于，

当在所述压力室的上方的所述上电极分别将相互相反侧的端部作为第1端部、第2端部时，

所述上电极引出部从所述压力室的上方的所述上电极的第1端部通过所述压力室的上方的所述压电体的外侧而被引导至第2端部侧，然后进一步向与所述第1端部相反方向行进，从而被引出至所述压力室的侧壁上方的所述压电体上。

7.一种喷墨头，其特征在于，具备：

权利要求1至6中任意一项所述的压电致动器；和

具有被填充至所述压电致动器的压力室中的墨水的排出口的喷嘴板。

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