CN108630802A - 压电元件及其制造方法、喷出头、超声波及液体喷出装置 - Google Patents

压电元件及其制造方法、喷出头、超声波及液体喷出装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及压电元件及其制造方法、喷出头、超声波及液体喷出装置。在基材的开口部和壁部设置支承膜，在支承膜的和开口部对应的第一区域以及和壁部对应的第二区域设置压电膜，使设置在第二区域之上的压电膜的膜厚小于设置于第一区域的压电膜的膜厚。因此，压电膜中用于振动的区域处的振动变大，不用于振动的区域处的振动变小，从而改善压电元件的振动特性损失等问题。

Description

压电元件及其制造方法、喷出头、超声波及液体喷出装置
技术领域
本发明涉及压电元件、超声波传感器、喷出头、超声波装置、液体喷出装置及压电元件的制造方法。
背景技术
以往，已知一种超声波元件阵列，其具备具有形成有多个开口部的第一面和与第一面相反一侧的第二面的基材、以及设置于基材的第二面的绝缘层、第一电极、压电膜和第二电极(专利文献1)。
在专利文献1的以往示例中，第一电极及第二电极的面积形成得分别大于开口部的开口面积。第一电极及第二电极的端缘到达设置在相邻开口部之间的壁部之上。压电膜从和开口部重叠的区域直至和壁部重叠的区域地在第一电极和第二电极之间形成为相同的膜厚。
专利文献1：日本专利特开2005-51688号公报
压电膜中开口部的第二面侧之上的区域是用于振动的区域，而壁部之上的区域是不用于振动的区域。
在专利文献1的以往示例中，压电膜在第一电极和第二电极之间形成为相同的膜厚，并且不仅在用于振动的区域，甚至在不用于振动的区域也形成相同厚度的压电膜。因此，压电膜不仅在用于振动的区域振动，而且就连不用于振动的区域也进行振动，从而在不用于振动的区域处产生振动特性的损失。
进而，第一电极及第二电极不仅到达开口部中相当于第二面侧的区域，而且还到达设置在相邻开口部之间的壁部之上，因此也会有不需要的电荷从第一电极及第二电极绕进不用于振动的区域的压电膜中。这种不需要的电荷也会使非振动区域中的压电膜振动，产生膜质的经时劣化等问题。
关于振动特性的损失及膜厚的经时劣化的问题，随着压电元件结构的微细化及振动输出的微弱化，而无法忽视其影响。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供可避免膜质的经时劣化及振动特性损失的压电元件、超声波传感器、喷出头、超声波装置、液体喷出装置及压电元件的制造方法。
本发明的一应用例涉及的压电元件的特征在于，具备：基材，具有贯通的多个开口部和设置在多个所述开口部之间的壁部；薄膜，设置于封闭所述开口部的第一区域和所述壁部上的第二区域；以及压电膜，设置在所述第一区域及所述第二区域的薄膜上，设置在所述第二区域的薄膜上的压电膜的膜厚小于设置在所述第一区域的薄膜上的压电膜的膜厚。
这里，压电膜中和第一区域对应的部分是用于振动的区域，和第二区域对应的部分是不用于振动的区域。设置在第二区域的薄膜上的压电膜的膜厚小于设置在第一区域的薄膜上的压电膜的膜厚，因此，压电膜中用于振动的区域处的振动大，不用于振动的区域处的振动小。由于用于振动的区域处的振动大，因此在隔着第二区域而相邻的第一区域中，压电元件分别独立地进行振动，从而可改善振动特性的损失。
并且，即便电荷绕进不用于振动的区域的压电膜，由于该区域的膜厚小于用于振动的区域的膜厚，因此和第二区域对应的部分处的振动小于和第一区域对应的部分处的振动，改善膜质随着经时变化而劣化的问题。
在本应用例的压电元件中，优选地，具备：第一电极，从所述第一区域直至所述第二区域地设置于所述压电膜与所述薄膜之间；以及第二电极，设置在所述压电膜之上，从所述薄膜的厚度方向俯视观察时，所述第二电极中位于所述第二区域的部分不和所述第一电极重叠。
在本应用例中，当对位于第一电极和第二电极之间的压电膜施加电压时，该压电膜进行振动。在本应用例中，从薄膜的厚度方向俯视观察时，第二电极中位于第二区域的部分不和第一电极重叠，因此在压电膜中和第二区域对应的部分中，电荷绕进少。
为此，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化等问题。
在本应用例的压电元件中，优选地，从所述薄膜的厚度方向俯视观察时，所述第二区域中的所述压电膜具备和所述第一电极重叠的区域作为底部的凹部，所述底部的面积大于所述第二区域中的所述第一电极的面积。
在本应用例中，虽然第二电极设置于压电膜中凹部的前端开口附近，但在和凹部对应的部分并未设置第二电极。并且，凹部的底部的面积大于第二区域中的第一电极的面积。因此，即便对第二区域中的第二电极与第一电极之间的压电膜施加电压，电荷也难以绕进凹部的周边。
因此，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化等问题。
在本应用例的压电元件中，优选地，所述第一区域中的所述压电膜在被施加电压时，使所述第一区域的薄膜振动，所述第二区域中的所述压电膜在被施加电压时，抑制所述第一区域的薄膜的振动。
在本应用例中，通过将压电膜的对应于第一区域的部分和对应于第二区域的部分形成为一体，从而能够构成为薄膜的第一区域振动而第二区域并不振动来抑制第一区域的振动。
因此，当对压电膜施加电压时，薄膜的第一区域的振动难以传递到第二区域，从而改善膜质随着经时变化而劣化等问题。
本发明的一应用例涉及的超声波传感器的特征在于，具备压电元件和保护上述压电元件的保护罩。
在本应用例中，压电元件由保护罩保护。因此，压电膜不会直接暴露在外部。
这里，在本应用例中，和上述压电元件涉及的应用例同样地，即便电荷绕进压电膜中不用于振动的区域，由于该区域的膜厚小于用于振动的区域的膜厚，因此和第二区域对应的部分处的振动小于和第一区域对应的部分处的振动。因此，在超声波传感器中，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化、振动特性损失等问题。
本发明的一应用例涉及的喷出头的特征在于，具备：压电元件；以及仓，面向所述压电元件的薄膜而设置，在内部贮留液体，并在局部上具有喷出口，所述喷出口随着所述压电元件的驱动而喷出所述液体。
在本应用例中，由于喷出头具备压电元件和仓而构成，因此通过压电元件的驱动，贮留在仓中的液体从喷出口喷出。
这里，在本应用例中，和上述压电元件涉及的应用例同样地，即便电荷绕进压电膜中不用于振动的区域，由于该区域的膜厚小于用于振动的区域的膜厚，因此和第二区域对应的部分处的振动小于和第一区域对应的部分处的振动。因此，在喷出头中，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化、振动特性损失等问题。
本发明的一应用例涉及的超声波装置的特征在于，具备超声波传感器和控制上述超声波传感器的控制部。
在本应用例中，由于超声波装置具备超声波传感器和控制部而构成，因此通过控制部控制超声波传感器。
这里，在本应用例中，和上述压电元件涉及的应用例同样地，即便电荷绕进压电膜中不用于振动的区域，由于该区域的膜厚小于用于振动的区域的膜厚，因此和第二区域对应的部分处的振动小于和第一区域对应的部分处的振动。因此，在超声波装置中，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化、振动特性损失等问题。
本发明的一应用例涉及的液体喷出装置的特征在于，具备喷出头和控制上述喷出头的控制部。
在本应用例中，由于液体喷出装置具备喷出头和控制部而构成，因此通过控制部控制喷出头，可实现准确的液体喷出。
这里，在本应用例中，和上述压电元件涉及的应用例同样地，即便电荷绕进压电膜中不用于振动的区域，由于该区域的膜厚小于用于振动的区域的膜厚，因此和第二区域对应的部分处的振动小于和第一区域对应的部分处的振动。因此，在液体喷出装置中，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随着经时变化而劣化、振动特性损失等问题。
本发明的一应用例涉及的压电元件的制造方法的特征在于，在所述压电元件的制造方法中实施：薄膜形成工序，在基材上形成具有第一区域和第二区域的薄膜；第一电极形成工序，从所述第一区域直至所述第二区域地形成第一电极，所述第一电极设置于所述薄膜的与设置有所述基材的一侧相反的一侧；压电膜形成工序，在所述第一电极上形成压电膜；第二电极形成工序，形成设置在所述压电膜上的第二电极；压电膜加工工序，使所述第二区域的压电膜的膜厚小于所述第一区域的压电膜的膜厚；以及开口部形成工序，在所述基材中和所述第一区域对应的部分形成开口部，而在所述基材中相当于所述第二区域的部分形成壁部。
在本应用例中，实施薄膜形成工序，在基材上形成具有第一区域和第二区域的薄膜。如后所述，第一区域是和基材的开口部对应的位置，第二区域是和分隔开口部的壁部对应的位置，第一区域和第二区域交替地形成。在薄膜形成工序中，根据所被制造的压电元件的开口部和壁部的尺寸，预先设定第一区域和第二区域。
接着，实施第一电极形成工序，在薄膜上形成第一电极，实施压电膜形成工序，在第一电极之上形成压电膜，并实施第二电极形成工序，在压电膜之上形成第二电极。在本应用例中，还实施压电膜加工工序，使第二区域的压电膜的膜厚小于第一区域的压电膜的膜厚。在压电膜加工工序中，可采用适当的方法，例如通过从第二电极之上进行蚀刻，从而可改变压电膜的厚度。接着，实施开口部形成工序，在基材的与形成有薄膜的部分相反一侧的部分形成开口部和壁部。开口部形成于和第一区域对应的部分，壁部形成于和第二区域对应的部分，因此第一区域成为用于振动的区域，而第二区域成为不用于振动的区域。
因此，通过使第二区域的压电膜的膜厚小于第一区域的压电膜的膜厚的压电膜加工工序，可制造膜质随着经时变化而劣化、振动特性损失等问题得到改善的压电元件。
附图说明
图1是表示第一实施方式的超声波装置的概略构成的立体图。
图2是表示第一实施方式的超声波探测器的概略构成的截面图。
图3是表示第一实施方式的超声波器件的元件基板的平面图。
图4是将元件基板的一部分放大后的平面图。
图5是沿图4的A-A线的截面图。
图6是沿图4的B-B线的截面图。
图7是沿图4的C-C线的截面图。
图8是说明压电元件的制造方法的概略图。
图9是表示发送灵敏度和压电残余膜厚度的关系的曲线图。
图10是表示接收灵敏度和压电残余膜厚度的关系的曲线图。
图11是表示第二实施方式的打印机的概略构成的图。
图12是示意性表示上述打印机所具备的记录头的分解立体图。
图13是表示本发明的变形例并相当于图5的图。
图14是表示上述变形例并相当于图6的图。
附图标记说明
1：超声波装置；10：控制装置(控制部)；100：打印机(液体喷出装置)；2：超声波探测器；24：超声波传感器；41：元件基板；42、74：密封板(保护罩)；5、8：压电元件；51：基材；51A：开口部；51B：壁部；52：支承膜(薄膜)；521：第一区域；522：第二区域；531：下部电极(第一电极)；532：上部电极(第二电极)；54：压电膜；150：控制部；540：凹部；541：和第一区域对应的部分；542：和第二区域对应的部分；70：记录头(喷出头)；71：压力室形成基板；711：压力室(开口部)；712：墨水供给路径；713：连通部(仓)；714：壁部；72：喷嘴板；721：喷嘴(喷出口)；73：致动器单元；t1、t2：膜厚。
具体实施方式
第一实施方式
以下，根据附图对第一实施方式涉及的超声波装置进行说明。
图1是表示超声波装置1的概略构成的立体图。
在图1中，超声波装置1具备超声波探测器2、以及经由电缆3而与超声波探测器2电连接的控制装置10。
超声波装置1通过使超声波探测器2和生物体(例如人体)表面接触而从超声波探测器2向生物体内发出超声波。此外，通过超声波探测器2接收由生物体内器官反射的超声波，并根据该接收信号，例如取得生物体内的内部断层图像、或测定生物体内器官的状态(例如血流等)。
控制装置的构成
控制装置10相当于控制部，具备包括按钮、触摸面板等的操作部11、和显示部12。此外，控制装置10具备由存储器等构成的存储部、和由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等构成的运算部，在此省略图示。控制装置10通过使运算部执行存储部所存储的各种程序来控制超声波装置1。例如，控制装置10输出用于控制超声波探测器2的驱动的指令、或基于从超声波探测器2输入的接收信号形成生物体的内部结构的图像并将其显示在显示部12上、或者测定血流等生物体信息并将其显示在显示部12上。作为这种控制装置10，例如可使用平板终端、智能手机、个人计算机等终端装置，也可使用用于操作超声波探测器2的专用终端装置。
超声波探测器的构成
图2是表示超声波探测器2的概略构成的截面图。
在图2中，超声波探测器2具备壳体21、收纳于壳体21内部的超声波器件22、和设置有用于控制超声波器件22的驱动电路等的电路基板23。需要说明的是，由超声波器件22和电路基板23构成超声波传感器24。
壳体的构成
如图1所示，壳体21例如在俯视观察时形成为矩形形状的箱状，在正交于厚度方向的一面(传感器面21A)上设置有传感器窗21B，超声波器件22局部露出。另外，在壳体21的局部(在图1所示的例子中为侧面)设置有电缆3的通过孔21C，电缆3从通过孔21C连接于壳体21内部的电路基板23。另外，通过向电缆3与通过孔21C之间的缝隙填充例如树脂材料等，从而确保了防水性。
需要说明的是，在本实施方式中，示出了利用电缆3连接超声波探测器2和控制装置10的构成例，但并不限定于此，例如超声波探测器2和控制装置10也可以通过无线通信进行连接，还可以在超声波探测器2内设置控制装置10的各种构成。
电路基板的构成
电路基板23与后述超声波器件22的信号端子及公共端子电连接，并根据控制装置10的控制来控制超声波器件22。
具体来说，电路基板23具备发送电路、接收电路等。发送电路输出使超声波器件22发送超声波的驱动信号。接收电路取得从接收到超声波的超声波器件22输出的接收信号并实施该接收信号的放大处理、A-D变换处理、整相相加处理等而输出到控制装置10。
超声波器件的构成
如图2所示，超声波器件22构成为包括元件基板41、作为保护罩的密封板42、声层(未图示)和声透镜44。
图3是对从密封板42侧观察构成超声波器件22的元件基板41的情形进行示意性表示的图。此外，图4是将图3放大后的图。图5是示意性表示沿图4的A-A线剖切的超声波器件22的截面的截面图，图6是示意性表示沿图4的B-B线剖切的超声波器件22的截面的截面图，图7是示意性表示沿图4的C-C线剖切的超声波器件22的截面的截面图。
元件基板的构成
在图3中，从基板厚度方向(Z方向)观察元件基板41的俯视观察(以下也简称为俯视观察)时，在元件基板41中央的阵列区域Ar1中设置有超声波换能器阵列46，该超声波换能器阵列46包括进行超声波的收发的超声波换能器45。该超声波换能器阵列46构成为多个超声波换能器45呈矩阵状配置的一维阵列。即，超声波换能器阵列46具有多个作为1CH的收发通道发挥功能的收发列。这多个收发列分别由沿Y方向(切片方向)配置的多个超声波换能器45构成，并在X方向(扫描方向)上配置有多个。需要说明的是，在图3中，为了便于说明，减少了超声波换能器45的配置数量，实际上会配置更多的超声波换能器45。
在元件基板41上，多个压电元件5沿X方向和Y方向配置成格子状。
压电元件的构成
压电元件5的具体构成示于图4～图7。
在图4～图7中，压电元件5构成为具备：基材51；设置于基材51的支承膜52；设置在支承膜52之上作为第一电极的下部电极531；设置在下部电极531之上的压电膜54；以及设置在压电膜54之上作为第二电极的上部电极532。
基材51是支承支承膜52的基板，具有贯通的多个开口部51A和设置在这些开口部51A之间的壁部51B。基材51例如由Si等半导体基板构成。开口部51A与各个超声波换能器45对应(参照图3)。开口部51A的正面侧配置有在图5～图7中未图示的声透镜，开口部51A的内部成为声层。
支承膜52例如由SiO2、SiO2和ZrO2的层叠体等构成，其设置于基材51的背面的整面。支承膜52的厚度尺寸相对于基材51为足够小的厚度尺寸。
支承膜52具有将开口部51A的背面侧封闭的第一区域521和设置在壁部51B之上的第二区域522。这些第一区域521和第二区域522与开口部51A和壁部51B的排列对应地连续地形成。
压电膜54例如使用具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物、具体为包含Pb、Ti及Zr的锆钛酸铅(PZT)而形成。
压电膜54沿X方向配置多列。
在图7中，压电膜54设置在支承膜52中沿X方向延伸的第一区域521和第二区域522之上。这里，压电膜54中和第一区域521对应的部分541是用于振动的区域，和第二区域522对应的部分542是不用于振动的区域。
压电膜54中和第一区域521对应的部分541以及和第二区域522对应的部分542形成为一体，压电膜54的和第一区域521对应的部分541当被施加电压时，使第一区域521振动，压电膜54的和第二区域522对应的部分542当被施加电压时，抑制第一区域521的振动。
压电膜54中，在X方向上相邻的对应于第一区域521的部分541与对应于第二区域522的部分542之间膜厚是不同的。压电膜54的和第一区域521对应的部分541的膜厚为t1，和第二区域522对应的部分542的膜厚为t2，并且膜厚t2小于膜厚t1。需要说明的是，适当设定膜厚t1、t2，例如膜厚t1为1050nm，膜厚t2为小于1050nm且200nm以上。
作为下部电极531及上部电极532的材料，例如可使用：Pt、Ir、Ti、Zr、Au、Ni、NiCr、TiW、Al、Cu等金属材料。
下部电极531位于压电膜54和支承膜52之间，沿压电膜54而设置。
上部电极532在配置有压电膜54的部分处配置成除局部外地覆盖压电膜54，在未配置有压电膜54的部分处，配置在支承膜52中的第二区域522之上(参照图5～图7)。
如图4、图5及图7所示，在从支承膜52的厚度方向的俯视观察时，和第二区域522对应的压电膜54具备和下部电极531重叠的区域作为底部的平面矩形状的凹部540。在凹部540未设有上部电极532。即，在从支承膜52的厚度方向的俯视观察时，上部电极532中位于第二区域522的部分不和下部电极531重叠(参照图5及图7)。
凹部540的底部沿Y方向的尺寸m1大于下部电极531沿Y方向的尺寸m2(参照图4及图5)，并且，凹部540的底部沿X方向的尺寸和俯视观察时与凹部540的底部重叠的下部电极531的尺寸相同。因此，未设有上部电极532的凹部540的底部的面积大于第二区域522中的下部电极531的面积。
在这种超声波换能器45中，通过在下部电极531与上部电极532之间施加规定频率的脉冲波电压，从而使和开口部51A对应的支承膜52的第一区域521振动而发送超声波。此外，当通过从对象物反射的超声波使支承膜52的第一区域521振动时，在压电膜54的上下产生电压。因此，通过检测在下部电极531与上部电极532之间产生的电压，从而检测超声波、即接收超声波。
密封板的构成
密封板42从厚度方向观察时的平面形状例如形成为和元件基板41相同的形状，通过Si等半导体基板、绝缘体基板而构成。需要说明的是，由于密封板42的材质、厚度会影响超声波换能器45的频率特性，因此优选基于由超声波换能器45收发的超声波的中心频率来进行设定。
此外，密封板42在和元件基板41的端子区域Ar2相对的位置设置有将各端子连接于电路基板23的连接部。作为连接部，例如可例示以下构成，该构成包括：设置于元件基板41的开口、以及经由该开口连接各端子和电路基板23的FPC(Flexible printed circuits，柔性印刷电路)、电缆线、金属丝等配线部件。
密封板42具有覆盖上部电极532的板部421、以及密封板足部422，密封板足部422设置于板部421，并和相邻的压电元件5接合(参照图5及图6)。密封板42除了作为用于保护压电元件5的保护罩的效果外，还提供以下效果：通过使密封板足部422接合在压电元件5之间，从而抑制振动泄漏到邻接的压电元件5。
声透镜的构成
在图1及图2中，声透镜44配置在元件基板41的前表面侧。声透镜44与生物体表面贴紧，使从超声波换能器45发送的超声波在生物体内汇聚。另外，声透镜44使在生物体内反射的超声波经由声层而传播到超声波换能器45。
压电元件的制造方法
接着，根据图8，对具有多个压电元件5的超声波换能器45的制造方法进行说明。图8是示意性表示超声波换能器45的制造方法中的各工序的图。
首先，如从图8上部起的第一工序所示，实施在基材上形成支承膜52的薄膜形成工序。
因此，对由硅片形成的基板510的一面实施热氧化处理，形成SiO2的膜，进而通过溅射形成用于防止铅扩散的ZrO2的膜而形成支承膜52。在支承膜52上，根据制造的压电元件5的开口部51A和壁部51B的尺寸，预先设定第一区域521和第二区域522。
接着，如图8的第二工序所示，实施第一电极形成工序。
因此，在支承膜52之上通过溅射形成电极材料，并对电极材料进行蚀刻处理，由此沿X方向形成下部电极531作为第一电极。
接着，如图8的第三工序所示，实施在下部电极531之上形成压电膜54的压电膜形成工序。
因此，例如通过溶解法在下部电极531及支承膜52之上形成锆钛酸铅(PZT)。在使用溶液法形成锆钛酸铅(PZT)中，在支承膜52及下部电极531上涂布PZT溶液(涂布工序)。然后，对涂布的PZT溶液进行烧成(烧成工序)。在烧成工序中，例如在预焙400℃、RTA烧成700℃的条件下实施。需要说明的是，涂布工序及烧成工序反复实施多次，由此形成期望厚度尺寸的压电膜54。
如图8的第四工序所示，实施在压电膜54之上形成作为第二电极的上部电极532的第二电极形成工序。
因此，在压电膜54之上通过溅射形成上部电极532。
如图8的第五工序所示，实施压电膜加工工序。
因此，在压电膜54及上部电极532中与支承膜52的第二区域522对应的部位进行蚀刻处理而形成凹部540，并使和第二区域522对应的压电膜54的部分542的膜厚t2小于和第一区域521对应的压电膜54的部分541的膜厚t1。实施的蚀刻处理包括上部电极532在内。
接着，如图8的第六工序所示，实施开口部形成工序。
因此，对基板510中与形成有支承膜52的面相反一侧的面进行蚀刻处理，在和第一区域521对应的部分形成开口部51A。基板510中和第二区域522对应的部分未进行蚀刻处理，因此残留作为壁部51B。
如上所述地制造超声波换能器45。
发送灵敏度和压电残余膜的关系
根据图9对发送灵敏度和压电残余膜的关系进行说明。
在图9的曲线图中，所谓压电残余膜是指压电膜54中和第二区域522对应的部分542的膜厚t2(参照图7)。发送灵敏度表示在下部电极531和上部电极532之间施加规定电压时的输出值，图9中示出当将膜厚t2与和第一区域521对应的部分541的膜厚t1同为1050nm时的发送灵敏度Pb设为100％的情况下在有无上部电极532时分别变更压电残余膜(膜厚t2)时的输出值的比率。
在图9中，不论在压电膜54的和第二区域522对应的部分542处有无上部电极532，当压电残余膜(膜厚t2)变小时，换言之，当凹部540的深度变深时，发送灵敏度均变高。进而，即便在第一区域521和第二区域522中压电膜54的膜厚为相同膜厚，不具有上部电极532时的发送灵敏度Pa也高于具有上部电极532时的发送灵敏度Pb。此外，不论压电残余膜、即压电膜54的和第二区域522对应的部分542的膜厚t2的大小如何，如果在和第二区域522对应的部分542上不具有上部电极532，则发送灵敏度均变高。
接收灵敏度和压电残余膜的关系
根据图10对接收灵敏度和压电残余膜的关系进行说明。
在图10的曲线图中，接收灵敏度表示在接收到超声波时施加于下部电极531与上部电极532之间的电压，图10中示出当将膜厚t2与和第一区域521对应的部分541的膜厚t1同为1050nm时的接收灵敏度Qb设为100％的情况下在有无上部电极532时分别变更压电残余膜(膜厚t2)时的输出值的比率。
在图10中，即便在第一区域521和第二区域522中压电膜54的膜厚为相同膜厚，不具有上部电极532时的接收灵敏度Qa也高于具有上部电极532时的接收灵敏度Qb。此外，不论压电残余膜的大小如何，如果在和第二区域522对应的部分542上不具有上部电极532，则接收灵敏度均变高。进而，在压电膜54的和第二区域522对应的部分542上不具有上部电极532的情况下，当压电残余膜(膜厚t2)变小时，接收灵敏度变高。
第一实施方式的作用效果
在第一实施方式中，在基材51的开口部51A和壁部51B上设置支承膜52，在支承膜52的和开口部51A对应的第一区域521以及和壁部51B对应的第二区域522上设置压电膜54，并使设置在第二区域522之上的压电膜54的膜厚t1小于设置于第一区域521的压电膜54的膜厚t2。因此，压电膜54中用于振动的区域处的振动变大，而不用于振动的区域处的振动变小，从而改善压电元件5的振动特性的损失等问题。即，如由图9及图10的曲线图可知，通过使设置在第二区域522之上的压电膜54的膜厚t1小于设置于第一区域521的压电膜54的膜厚t2，从而使发送灵敏度及接收灵敏度变得良好。进而，由于不用于振动的区域处的振动小，因此可避免膜质因经时变化而劣化的问题。
上部电极532中位于第二区域522的部分不和下部电极531重叠。即，当在压电膜54中和第二区域522对应的部分542上不具有上部电极532时，压电膜54中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随经时变化而劣化、振动特性的损失等问题。即，由图9及图10的曲线图可知，发送灵敏度及接收灵敏度变得良好。
第二区域522中的压电膜54具备和下部电极531重叠的区域作为底部的凹部540，并使底部的面积大于第二区域522中的下部电极531的面积。因此，即便对第二区域522中的上部电极532和下部电极531之间的压电膜54施加电压，电荷也难以绕到凹部540的周边，压电膜54中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随经时变化而劣化、振动特性的损失等问题。
通过将压电膜54的和第一区域521对应的部分541与和第二区域522对应的部分542形成为一体，从而虽然第一区域521中的支承膜52振动，但第二区域522中的支承膜52不进行振动而抑制第一区域的振动。因此，压电膜54中，支承膜52的第一区域521的振动难以传递到第二区域522，从这点来看，压电膜中不用于振动的区域处的振动变少，从而改善膜质随经时变化而劣化、振动特性的损失等问题。
通过将超声波传感器24构成为具备压电元件5和作为保护罩的密封板42，从而压电膜54不会直接暴露在外部。
第二实施方式
以下，根据附图的图11及图12对本发明第二实施方式进行说明。第二实施方式是具备压电元件的打印机100。在第二实施方式的说明中，对和第一实施方式相同的构成部分标注相同的符号并省略说明。
图11表示打印机100的外观的构成例，图12示意性表示打印机100的记录头70。
在图11中，打印机100相当于液体喷出装置，并具备：供给介质的供给单元110、输送介质的输送单元120、安装有记录头70的滑架130、使滑架130移动的滑架移动单元140、以及控制打印机100的控制部150。该打印机100例如根据从个人计算机等外部设备输入的印刷数据，控制供给单元110、输送单元120、滑架移动单元140及滑架130，并在介质M上印刷图像。
供给单元110将介质M供给到图像形成位置。例如，供给单元110具备卷绕有介质M的辊体111、辊驱动电机(省略图示)及辊驱动轮列(省略图示)等。于是，根据来自控制部150的指令，辊驱动电机被旋转驱动，辊驱动电机的旋转力经由辊驱动轮列传递到辊体111。由此，辊体111旋转，将卷绕在辊体111上的纸面供给到β方向(副扫描方向)上的下游侧(+β侧)。
输送单元120沿β方向输送从供给单元110供给的介质M。例如，输送单元120具备：输送辊121；从动辊(省略图示)，与输送辊121夹着介质M而配置，并从动于输送辊121；以及压板122，设置在输送辊121的β方向的下游侧。输送辊121被传递来自省略图示的输送电机的驱动力，当在控制部150的控制下驱动输送电机时，输送辊121利用其旋转力而被旋转驱动，并在与从动辊之间夹着介质M的状态下沿β方向输送介质M。
滑架130安装有对介质M印刷图像的记录头70等。记录头70等经由电缆131而与控制部150连接。关于记录头70，于下文叙述。滑架130设置成借助滑架移动单元140而能沿和β方向交叉的α方向(主扫描方向)移动。
滑架移动单元140使滑架130沿α方向往复移动。例如，滑架移动单元140具备滑架导轴141、滑架电机142和正时带143等。滑架导轴141沿α方向配置，两端部固定在打印机100的壳体上。滑架电机142驱动正时带143。正时带143被支承为和滑架导轴141大致平行，滑架130的局部固定于正时带143。当根据控制部150的指令驱动了滑架电机142时，正时带143正反运行，固定在正时带143上的滑架130由滑架导轴141引导而往复移动。
记录头70将自墨箱(省略图示)供给的墨水朝着和α方向及β方向交叉的γ方向喷射，从而在介质M上形成图像。
图12表示记录头70。
在图12中，记录头70相当于喷出头，具备：压力室形成基板71、喷嘴板72、致动器单元73和作为保护罩的密封板74等。
压力室形成基板71例如是由单晶硅基板等构成的板材。在该压力室形成基板71上形成有：多个压力室711、对这些压力室711供给墨水的墨水供给路径712、以及经由墨水供给路径712而与各压力室711连通的连通部713。这里，压力室711相当于第二实施方式中的开口部，压力室711由壁部714隔开。
如后所述，多个压力室711和各喷嘴721一一对应地设置，各喷嘴721构成形成于喷嘴板72的喷嘴列。即，各压力室711沿喷嘴列方向以和喷嘴721的形成节距相同的节距而形成。
连通部713沿多个压力室711形成。该连通部713与后述支承膜52的连通开口部734及密封板74的液室空部742连通，是填充自墨箱(省略图示)供给的墨水的仓。填充到连通部713的墨水经由墨水供给路径712供给到压力室711。
需要说明的是，墨水供给路径712形成为比压力室711窄的宽度，是对从连通部713流入压力室711的墨水成为流路阻力的部分。
喷嘴板72构成喷出墨水的喷出口，形成有由多个喷嘴721构成的喷嘴列，喷嘴板72接合于压力室形成基板71的一面(和致动器单元73相反一侧的面)。多个喷嘴721以相当于点形成密度(例如300dpi)的节距而形成。需要说明的是，喷嘴板72例如由玻璃陶瓷、单晶硅基板或不锈钢等构成。
致动器单元73具备设置在压力室形成基板71的和喷嘴板72相反一侧的支承膜52、以及层叠于支承膜52的下部电极531、压电膜54和上部电极532，并且，在和图12中未图示的第二区域对应的部分形成有凹部540。在第二实施方式中，压力室形成基板71相当于构成开口部及壁部的基材，通过具备压力室形成基板71、支承膜52、下部电极531、压电膜54及上部电极532而构成压电元件8。
需要注意的是，作为支承膜52，例如适合使用厚度为300nm～2000nm的二氧化硅(SiO2)。作为形成在支承膜52之上的未图示的绝缘体膜，例如适合使用厚度为30nm～600nm的氧化锆(ZrOx)。
密封板74接合于致动器单元73的和压力室形成基板71相反一侧的面。在密封板74的致动器单元73侧的面上形成有可收容压电元件8的收容空部741。
在密封板74的和连通开口部734及连通部713对应的区域，设置有液室空部742。液室空部742与连通开口部734及连通部713连通，构成作为各压力室711共通的墨水室的储液部。另外，虽未图示，但在密封板74上和致动器单元73的端子区域对应的位置处，设置有沿厚度方向贯通的配线开口部。上述端子区域的电极端子露出在该配线开口部内。这些电极端子连接到和打印机主体连接的未图示的配线部件。
在这种构成的记录头70中，从墨盒取进墨水，在到达储液部、墨水供给路径712、压力室711及喷嘴721为止的流路内被墨水充满。于是，当通过从打印机主体侧供给驱动信号而驱动了和压力室711对应的各压电元件8时，支承膜52的和压力室711对应的第一区域发生位移，在压力室711内产生压力变动。通过控制该压力变动而从喷嘴721喷射墨水。
在第二实施方式的压电元件8中，可起到和第一实施方式同样的效果。
变形例
需要注意的是，本发明并不限定于上述各实施方式，通过在可达到本发明目的的范围内的变形、改良及将各实施方式适当组合等而得到的构成均包含在本发明中。
在第一实施方式中，通过具备板部421和密封板足部422而构成密封板42，但在本发明中，如图13及图14所示，也可以省略密封板足部422而构成密封板42。
在第一实施方式中，将凹部540的平面形状形成为矩形状，但在本发明中，也可以为圆形、三角形等其它形状。
在上述各实施方式中，下部电极531及上部电极532由金属材料形成，但并不限定于此。例如，下部电极531及上部电极532也可以使用氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)等氧化锡系导电材料、氧化锌系导电材料、钌酸锶(SrRuO3)、镍酸镧(LaNiO3)、掺杂元素的钛酸锶等氧化物导电材料或导电性聚合物等形成。
在第一实施方式中，作为电子设备，例示了将生物体内的器官作为测定对象的超声波装置，但并不限定于此。例如，能够将上述实施方式及各变形例的构成应用于将各种结构物作为测定对象来进行该结构物的缺陷检测或老化检查的测量仪。此外，例如将半导体封装、晶圆等作为测定对象来检测该测定对象的缺陷的测量仪也同样能够适用上述实施方式及各变形例的构成。

Claims (9)

1.一种压电元件，其特征在于，具备：
基材，具有贯通的多个开口部和设置在多个所述开口部之间的壁部；
薄膜，设置于封闭所述开口部的第一区域和所述壁部上的第二区域；以及
压电膜，设置在所述第一区域及所述第二区域的薄膜上，
设置在所述第二区域的薄膜上的压电膜的膜厚小于设置在所述第一区域的薄膜上的压电膜的膜厚。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述压电元件具备：
第一电极，从所述第一区域直至所述第二区域地设置于所述压电膜与所述薄膜之间；以及
第二电极，设置在所述压电膜之上，
从所述薄膜的厚度方向俯视观察时，所述第二电极中位于所述第二区域的部分不和所述第一电极重叠。
3.根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于，
从所述薄膜的厚度方向俯视观察时，所述第二区域中的所述压电膜具备和所述第一电极重叠的区域作为底部的凹部，
所述底部的面积大于所述第二区域中的所述第一电极的面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电元件，其特征在于，
所述第一区域中的所述压电膜在被施加电压时，使所述第一区域的薄膜振动，
所述第二区域中的所述压电膜在被施加电压时，抑制所述第一区域的薄膜的振动。
5.一种超声波传感器，其特征在于，具备：
根据权利要求1至4中任一项所述的压电元件；以及
保护罩，保护所述压电元件。
6.一种喷出头，其特征在于，具备：
根据权利要求1至4中任一项所述的压电元件；以及
仓，面向所述压电元件的薄膜而设置，在内部贮留液体，并且在局部上具有喷出口，所述喷出口随着所述压电元件的驱动而喷出所述液体。
7.一种超声波装置，其特征在于，具备：
根据权利要求5所述的超声波传感器；以及
控制部，控制所述超声波传感器。
8.一种液体喷出装置，其特征在于，具备：
根据权利要求6所述的喷出头；以及
控制部，控制所述喷出头。
9.一种压电元件的制造方法，其特征在于，在所述压电元件的制造方法中实施：
薄膜形成工序，在基材上形成具有第一区域和第二区域的薄膜；
第一电极形成工序，从所述第一区域直至所述第二区域地形成第一电极，所述第一电极设置于所述薄膜的与设置有所述基材的一侧相反的一侧；
压电膜形成工序，在所述第一电极上形成压电膜；
第二电极形成工序，形成设置在所述压电膜上的第二电极；
压电膜加工工序，使所述第二区域的压电膜的膜厚小于所述第一区域的压电膜的膜厚；以及
开口部形成工序，在所述基材中和所述第一区域对应的部分形成开口部，而在所述基材中相当于所述第二区域的部分形成壁部。
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