JP7172044B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、圧電デバイス、および超音波センサー - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液体吐出ヘッドに好適に利用される圧電デバイスの構造に関する。

圧力室の壁面を形成する振動板を圧電素子により振動させることにより圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドが、従来から提案されている。圧電素子は、焼成によって結晶化した圧電体層を含む。例えば特許文献１には、ポリシリコン層、酸化シリコン層、および窒化シリコン層が積層されて形成された振動板を有する液体吐出ヘッドが開示されている。

特開２０１６－１５０４７１号公報

しかし、特許文献１の構成では、圧電体層を緻密な結晶体とするために、圧電素子を高温で焼成すると、圧電素子と振動板との剥離が発生し易くなる。具体的には、圧電素子に含まれる電極の線膨張係数と、振動板の線膨張係数との差が大きいため、高温で焼成すると、電極と振動板との間に大きな熱応力が発生し、この熱応力によって圧電素子と振動板とが剥離し易くなる。以上の事情を考慮して、本発明の好適な態様は、圧電素子に対して高温で焼成する場合であっても振動板と圧電素子との剥離を抑制することを目的とする。

＜態様１＞
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体吐出ヘッドは、液体を収容する圧力室と、前記圧力室の壁面を形成する振動板と、前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に設けられて前記振動板を振動させる圧電素子とを具備し、前記振動板は、酸窒化シリコンを含んで形成された酸窒化シリコン層を含む。酸窒化シリコンは、酸化シリコンより線膨張係数が圧電素子の電極の線膨張係数に近い。従って、以上の態様では、線膨張係数が近い分、焼成時の膨張度合いが近づくので、熱応力が弱まり、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能である。また、酸窒化シリコン層には、酸窒化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンの固溶体でもよい。
＜態様２＞
態様１の好適例（態様２）において、前記振動板は、前記酸窒化シリコン層に積層された、窒化シリコンにより形成された窒化シリコン層を含む。窒化シリコンのヤング率は、酸窒化シリコンのヤング率より高い。そして、振動板の材料力学的な中立面（以下、単に「中立面」と称する）の位置およびヤング率は、振動板が有する複数の層の各層のヤング率および厚さによって決定される。従って、以上の態様では、ヤング率が高い窒化シリコン層とヤング率が低い酸窒化シリコン層とを組み合わせ、複数の層の各層の厚さを調整することにより、中立面の位置およびヤング率を好適な設定にできる。従って、液体吐出ヘッドの設計者は、振動板の中立面の位置およびヤング率の調整を容易に行うことが可能になる。
＜態様３＞
態様２の好適例（態様３）において、前記酸窒化シリコン層は、ポリシリコンにより形成されたポリシリコン層と、前記窒化シリコン層との間に積層される。以上の態様では、ポリシリコン層に発生する圧縮応力と、窒化シリコン層に発生する引張応力とを組み合わせることにより、液体吐出ヘッドの設計者は、振動板内の残留応力の調整を容易に行うことが可能になる。
＜態様４＞
態様１から態様３の何れかの好適例（態様４）において、前記振動板は、前記圧電素子側の最表層に位置する密着層を含み、前記密着層は、前記振動板に含まれる酸窒化シリコンを含んで形成された酸窒化シリコン層の表面に形成される。以上の態様では、密着層を有する振動板に対して、圧電素子を高温で焼成する場合であっても、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能になる。
＜態様５＞
態様１から態様３の何れかの好適例（態様５）において、前記圧電素子は、前記酸窒化シリコンを含んで形成された酸窒化シリコン層の表面に形成される。密着層は、焼成時に酸化して圧電素子の電極の中に拡散し、観測できない場合がある。密着層が電極の中に拡散し観測できない場合であっても、以上の態様では、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能になる。
＜態様６＞
態様１から態様５の何れかの好適例（態様６）において、前記酸窒化シリコン層の線膨張係数は、１．０×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下である。前述した数値範囲であれば、酸窒化シリコン層の線膨張係数は、酸化シリコンの線膨張係数より、圧電素子の電極の線膨張係数に近い。従って、以上の態様による振動板は、振動板の材料に酸化シリコンが採用される場合と比較して、圧電素子を高温で焼成する場合であっても振動板と圧電素子との剥離を抑制することができる。
＜態様７＞
態様１から態様５の何れかの好適例（態様７）において、前記酸窒化シリコン層の線膨張係数は、１．５×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下である。前述した数値範囲であれば、酸窒化シリコン層の線膨張係数は、態様６における酸窒化シリコン層の線膨張係数より、圧電素子の電極の線膨張係数に近い。従って、以上の態様による振動板は、態様６における液体吐出ヘッドと比較して、圧電素子を高温で焼成する場合であっても振動板と圧電素子との剥離を抑制することができる。
＜態様８＞
態様１から態様５の何れかの好適例（態様８）において、前記酸窒化シリコン層に含まれる酸素と窒素との合計の質量に対する前記窒素の質量の割合は、２０％以上９０％以下である。窒素０％、換言すると酸素１００％とすると、圧電素子の電極との密着力は得られるが、ヤング率が低くなり目標となる変位量を担保するためには振動板を厚くせざるを得なくなって弾性板としての機能が低下する。一方、窒素１００％とすると、ヤング率が高くなり振動板を薄くすることができるため弾性板としての機能が上昇するが、圧電素子の電極との密着力が弱くなる。そこで、以上の態様のように、窒素の質量の割合を２０％以上９０％以下とすることにより、態様８における振動板は、圧電素子の電極との密着力を得つつ、ヤング率を高くして振動板の厚さを削減しながら振動板の変位量を十分に担保することができるため、弾性板としての機能を高くすることが可能になる。
＜態様９＞
本発明の好適な態様（態様９）に係る液体吐出装置は、以上に例示した何れかの態様に係る液体吐出ヘッドを具備する。液体吐出装置の好例は、インクを吐出する印刷装置であるが、本発明に係る液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。
＜態様１０＞
本発明の好適な態様（態様１０）に係る圧電デバイスは、圧力室の壁面を形成する振動板と、前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に設けられて前記振動板を振動させる圧電素子とを具備し、前記振動板は、酸窒化シリコンを含んで形成された酸窒化シリコン層を有する。窒化シリコンは、酸化シリコンより線膨張係数が圧電素子の電極の線膨張係数に近い。従って、以上の態様では、線膨張係数が近い分、焼成時の膨張度合いが近づくので、熱応力が弱まり、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能である。
＜態様１１＞
本発明の好適な態様（態様１０）に係る超音波センサーは、態様１０に例示した圧電デバイスを具備する。以上の態様によれば、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能になった超音波センサーを提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る液体吐出装置を例示する構成図である。 液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図２におけるIII－III線の断面図である。 複数の圧電デバイスの平面図である。 図４におけるV－V線の断面図である。 実施例１における振動板を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。 実施例２における振動板を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。 実施例３における振動板を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。 対比例における振動板を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。 実施例１、実施例２、実施例３および対比例の評価一覧を示す図である。 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。 超音波センサーにおける圧電デバイスの平面図である。 超音波センサーにおける圧電デバイスの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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、これらの形態に限られるものではない。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体吐出装置１００は、液体の例示であるインクを媒体（吐出対象）１２に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体吐出装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体吐出装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、またはインクを補充可能なインクタンクが液体容器１４として利用される。

図１に例示される通り、液体吐出装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体吐出ヘッド２６とを具備する。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体吐出装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向（Ｙ1，Ｙ2）に搬送する。

移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体吐出ヘッド２６をＸ方向（Ｘ1，Ｘ2）に往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に交差（典型的には直交）する方向である。第１実施形態の移動機構２４は、液体吐出ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２（キャリッジ）と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体吐出ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成や、液体容器１４を液体吐出ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。

液体吐出ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズル（吐出孔）から媒体１２に吐出する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して各液体吐出ヘッド２６が媒体１２にインクを吐出することで、媒体１２の表面に所望の画像が形成される。

図２は、液体吐出ヘッド２６の分解斜視図であり、図３は、図２におけるIII－III線の断面図（Ｘ－Ｚ平面に平行な断面）である。図２に例示される通り、Ｘ-Ｙ平面（例えば媒体１２の表面に平行な平面）に垂直な方向を以下ではＺ方向（Ｚ1，Ｚ2）と表記する。各液体吐出ヘッド２６によるインクの吐出方向（典型的には鉛直方向）がＺ方向に相当する。なお、以下の説明では、Ｘ方向の一方側を「Ｘ1側」と表記するとともに他方側を「Ｘ2側」と表記する。同様に、Ｙ方向の一方側を「Ｙ1側」と表記するとともに他方側を「Ｙ2側」と表記し、Ｚ方向の一方側を「Ｚ1側」と表記するとともに他方側を「Ｚ2側」と表記する。

図２および図３に例示される通り、液体吐出ヘッド２６は、Ｙ方向に長尺な略矩形状の流路基板３２を具備する。流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ2側の面上には、圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電素子３８と筐体部４２と封止体４４とが設置される。他方、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の面上には、ノズル板４６と吸振体４８とが設置される。液体吐出ヘッド２６の各要素は、概略的には流路基板３２と同様にＹ方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。

図２に例示される通り、ノズル板４６は、Ｙ方向に配列する複数のノズルＮが形成された板状部材である。各ノズルＮは、インクが通過する貫通孔である。なお、流路基板３２と圧力室基板３４とノズル板４６とは、例えばシリコン（Ｓi）の単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することで形成される。ただし、液体吐出ヘッド２６の各要素の材料や製法は任意である。Ｙ方向は、複数のノズルＮが配列する方向とも換言され得る。

流路基板３２は、インクの流路を形成するための板状部材である。図２および図３に例示される通り、流路基板３２には、開口部３２２と供給流路３２４と連通流路３２６とが形成される。開口部３２２は、複数のノズルＮにわたり連続するように平面視で（すなわちＺ方向からみて）Ｙ方向に沿う長尺状に形成された貫通孔である。他方、供給流路３２４および連通流路３２６は、ノズルＮ毎に個別に形成された貫通孔である。また、図３に例示される通り、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の表面には、複数の供給流路３２４にわたる中継流路３２８が形成される。中継流路３２８は、開口部３２２と複数の供給流路３２４とを連通させる流路である。

筐体部４２は、例えば樹脂材料の射出成形で製造された構造体であり、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ2側の表面に固定される。図３に例示される通り、筐体部４２には収容部４２２と導入口４２４とが形成される。収容部４２２は、流路基板３２の開口部３２２に対応した外形の凹部であり、導入口４２４は、収容部４２２に連通する貫通孔である。図３から理解される通り、流路基板３２の開口部３２２と筐体部４２の収容部４２２とを相互に連通させた空間が液体貯留室（リザーバー）Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて導入口４２４を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。

吸振体４８は、液体貯留室Ｒ内の圧力変動を吸収するための要素であり、例えば弾性変形が可能な可撓性のシート部材（コンプライアンス基板）を含んで形成される。具体的には、流路基板３２の開口部３２２と中継流路３２８と複数の供給流路３２４とを閉塞して液体貯留室Ｒの底面を形成するように、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の表面に吸振体４８が設置される。

図２および図３に例示される通り、圧力室基板３４は、相異なるノズルＮに対応する複数の圧力室Ｃが形成された板状部材である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ方向に沿って配列する。各圧力室Ｃ（キャビティ）は、平面視でＸ方向に沿う長尺状の開口部である。Ｘ方向におけるＸ1側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の供給流路３２４に重なり、Ｘ方向のＸ2側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の連通流路３２６に重なる。

圧力室基板３４のうち流路基板３２とは反対側の表面には振動板３６が設置される。振動板３６は、弾性的に変形可能な板状部材である。なお、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Ｃに対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板３４と振動板３６の一部または全部とを一体に形成することも可能である。

図３から理解される通り、流路基板３２と振動板３６とは、各圧力室Ｃの内側で相互に間隔をあけて対向する。圧力室Ｃは、流路基板３２と振動板３６との間に位置し、当該圧力室Ｃ内に充填されたインクに圧力を付与するための空間である。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継流路３２８から各供給流路３２４に分岐して複数の圧力室Ｃに並列に供給および充填される。以上の説明から理解される通り、振動板３６は、圧力室Ｃの壁面（具体的には、圧力室Ｃの一面である上面）を形成する。

図２および図３に例示される通り、振動板３６のうち圧力室Ｃとは反対側の表面には、相異なるノズルＮ（または圧力室Ｃ）に対応する複数の圧電素子３８が設置される。各圧電素子３８は、駆動信号の供給により変形するアクチュエーターであり、平面視でＸ方向に沿う長尺状に形成される。複数の圧電素子３８は、複数の圧力室Ｃに対応するようにＹ方向に配列する。圧電素子３８の変形に連動して振動板３６が振動すると、圧力室Ｃ内の圧力が変動することで、圧力室Ｃに充填されたインクが連通流路３２６とノズルＮとを通過して吐出される。

図２および図３の封止体４４は、複数の圧電素子３８を保護するとともに圧力室基板３４および振動板３６の機械的な強度を補強する構造体であり、振動板３６の表面に例えば接着剤で固定される。封止体４４のうち振動板３６との対向面に形成された凹部の内側に複数の圧電素子３８が収容される。

図３に例示される通り、振動板３６の表面（または圧力室基板３４の表面）には、例えば配線基板５０が接合される。配線基板５０は、制御ユニット２０または電源回路（図示略）と液体吐出ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線（図示略）が形成された実装部品である。例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板５０が好適に採用される。圧電素子３８を駆動するための駆動信号が配線基板５０から各圧電素子３８に供給される。

各圧電素子３８の具体的な構成を以下に詳述する。図４は、複数の圧電素子３８の平面図である。なお、図４では、任意の１個の要素の奥側に位置する要素の周縁（本来は手前側の要素に隠れる部位）も便宜的に図示されている。また、図５は、図４におけるV－V線の断面図（圧電素子３８の長手方向に沿う断面）である。ここで、振動板３６は、複数の層を有するが、図５では、図面の煩雑化を避けるために、振動板３６内の複数の層を省略する。

図４および図５に例示される通り、圧電素子３８は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３と保護層５４と第１配線５５との積層により形成される。なお、本明細書において「要素Ａと要素Ｂとが積層される」という表現は、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Ａと要素Ｂとの間に他の要素Ｃが介在する構成も、「要素Ａと要素Ｂとが積層される」という概念に包含される。また、「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という表現も同様に、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Ａの表面に要素Ｃが形成され、要素Ｃの表面に要素Ｂが形成された構成でも、要素Ａと要素Ｂとの少なくとも一部が平面視で重なる構成であれば、「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という概念に包含される。

第１電極５１は、振動板３６の面上に形成される。具体的には、第１電極５１は、複数の圧電素子３８（または複数の圧力室Ｃ）にわたり連続するようにＹ方向に延在する帯状の共通電極である。第１電極５１におけるＹ方向の端部には、例えば配線基板５０から所定の基準電圧Ｖbsが印加される。

図４および図５に例示される通り、第１電極５１のうちＸ方向におけるＸ1側の端部（周縁）Ｅa1は、圧力室ＣにおけるＸ1側の端部ｃ1からみてＸ2側に位置する。すなわち、各圧力室Ｃの端部ｃ1は、第１電極５１が形成された範囲の外側に位置する。

圧電体層５２は、第１電極５１の面上に形成される。圧電体層５２は、圧電素子３８毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成されて平面視で圧力室Ｃに重なる。すなわち、Ｘ方向に長尺な複数の圧電体層５２が相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。圧電体層５２の材料または製法は任意である。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料の薄膜をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該薄膜を選択的に除去して焼成することにより、圧電体層５２を形成することが可能である。

図４および図５に例示される通り、圧電体層５２におけるＸ方向のＸ1側の端部Ｅb1は、第１電極５１の端部Ｅa1からみてＸ方向のＸ2側に位置する。図４および図５に例示される通り、各圧電体層５２は、第１電極５１が形成された範囲の内側に位置する。

第２電極５３は、圧電体層５２の面上に形成される。第２電極５３は、圧電素子３８毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成された個別電極である。具体的には、Ｘ方向に延在する複数の第２電極５３が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。第２電極５３の材料または製法は任意である。例えば、白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の導電材料の薄膜をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該薄膜を選択的に除去することで、第２電極５３を形成することが可能である。第２電極５３は、圧電体層５２が形成された範囲の内側に位置する。

第２電極５３のうちＸ方向におけるＸ1側の端部Ｅc1は、圧電体層５２の端部Ｅb1からみてＸ方向のＸ2側に位置する。また、第２電極５３は、Ｙ方向においても圧電体層５２の内側に位置する。以上の説明から理解される通り、第２電極５３は、圧電体層５２が形成された範囲の内側に位置する。

本実施形態の圧電素子３８は、図５に示すようなユニモルフ型を採用する。圧力室Ｃ毎（またはノズルＮ毎）に圧電素子３８が個別に形成される。Ｘ方向に長尺な複数の圧電素子３８が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。圧電体層５２のうち第１電極５１と第２電極５３とで挟まれた部分（いわゆる能動部）が、第１電極５１に印加される基準電圧Ｖbsと第２電極５３に供給される駆動信号Ｖdrとの電圧差に応じて変形する。なお、Ｚ方向は、圧電素子３８を形成する複数層が積層された方向とも換言され得る。

保護層５４は、複数の圧電素子３８が形成された振動板３６の表面を覆う絶縁性の被膜である。すなわち、保護層５４は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３とを被覆する。保護層５４は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の絶縁材料で形成される。

第１配線５５は、保護層５４の面上に形成された導電層である。第１配線５５は、圧電素子３８毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成される。具体的には、Ｘ方向に長尺な複数の第１配線５５が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。

図４および図５に例示される通り、第１配線５５は、圧電体層５２の端部Ｘ1側に形成される。すなわち、第１配線５５は、圧電体層５２の端部Ｅb1に平面視で重なる。具体的には、第１配線５５のうちＸ方向におけるＸ1側の端部Ｅd1は、第１電極５１の端部Ｅa1からみてＸ方向のＸ1側に位置する。以上の説明から理解される通り、第１配線５５は、圧電体層５２および第２電極５３の面上と第１電極５１の第２部分Ｓ2（圧電体層５２に重ならない部分）の面上とにわたり連続する。なお、図４においては、第１配線５５が圧電体層５２よりも幅広である構成を例示したが、第１配線５５の配線幅は任意である。

第１配線５５のうち圧電体層５２の面上に位置する端部Ｅd2側の部分は、保護層５４に形成されたコンタクトホールＨ1を介して第２電極５３に電気的に接続される。また、第１配線５５のうち圧電体層５２の端部Ｅb1からみてＸ方向のＸ1側の部分は、保護層５４を挟んで第１電極５１の第２部分Ｓ2に平面視で重なる。従って、第１配線５５（さらには第２電極５３）と第１電極５１とは電気的に絶縁される。第１配線５５のうち端部Ｅd1側の部分は、配線基板５０の配線に電気的に接続される。以上の構成において、配線基板５０から第１配線５５に供給された駆動信号Ｖdrは、第１配線５５を介して第２電極５３に供給される。

第１配線５５は、共通の導電層（単層または複数層）を選択的に除去することで一括的に形成される。従って、第１配線５５は、共通の導電材料により略同一の膜厚に形成される。例えば、金等の低抵抗な金属の導電層をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該導電層を選択的に除去することで、第１配線５５が一括的に形成される。第１配線５５の膜厚は、第２電極５３の膜厚よりも厚い。例えば、第２電極５３は、圧電体層５２の変形を過度に抑制しないように充分に薄い膜厚に形成される。他方、第１配線５５については、配線抵抗が充分に低減されるように相応の膜厚が確保される。

＜実施例および対比例＞
以下、振動板３６の詳細な構成に着目した実施例（実施例１～３）を説明する。図６～図９に例示された実施例１～３においては、振動板３６の積層構造（具体的には積層数または各層の材料）が相違する。また、図９には、実施例と対比されるべき対比例の構成が図示されている。実施例１、実施例２、実施例３における振動板３６は酸窒化シリコンを含むのに対し、対比例における振動板３６は酸窒化シリコンを含まない。実施例１、実施例２、実施例３、および対比例において、第１電極５１および第２電極５３の材料は、白金であるとする。また、図１０に、実施例１、実施例２、実施例３、および対比例の評価一覧を示す。図１０に示す表２００は、実施例１、実施例２、実施例３、および対比例のそれぞれの振動板３６の弾性板機能、密着力、製造し易さ、および残留応力制御という各評価項目についての評価結果を示す。表２００に示す二重丸は、実施例１、実施例２、実施例３、および対比例のうち最もよい評価であることを示し、一重丸は、二重丸の次に良い評価であることを示し、三角は、最も悪い評価であることを示す。また、弾性板機能は、ヤング率が高い程振動板３６をより薄くすることができるため、振動板３６のヤング率が高い程よい評価となる。密着力は、振動板３６内のＺ2側の層の線膨張係数が、第１電極５１の線膨張係数に近い程よい評価となる。製造のし易さは、振動板３６が製造し易い程よい評価となる。残留応力制御は、振動板３６内に発生する残留応力が調整し易い程よい評価となる。

また、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６において、振動板３６の中立面が第１電極５１内に位置するような振動板３６の各層の厚さを示す。ここで、中立面は、引張応力も圧縮応力も発生していない仮想面である。例えば、中立面が圧電体層５２内にあると、圧電体層５２がＸ方向に収縮する際に、中立面よりＺ1側には引張応力が発生する。そして、発生した引張応力と、圧電体層５２の収縮する力とが相殺されてしまい、変位効率が悪くなる。従って、振動板３６の中立面が第１電極５１内に位置することが好ましい。

＜実施例１＞
図６は、実施例１における振動板３６を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。図６では、図面の煩雑化を避けるために、第１配線５５およびコンタクトホールＨ１の描画を省略する。実施例１における振動板３６は、シリコン熱酸化層３６５と、酸窒化シリコン層３６１と、密着層３６４とが、圧力室Ｃ側からこの順番で積層されて形成される。また、圧力室Ｃの壁面（具体的には振動板３６の下面および圧力室基板３４の内壁面）には、インク保護層３４１が積層される。中立面の計算には、保護層５４、第２電極５３、圧電体層５２、第１電極５１、振動板３６を形成する複数の層、およびインク保護層３４１の各々のヤング率および厚さが用いられる。

保護層５４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。第２電極５３の膜厚は、例えば、５０ｎｍである。圧電体層５２の膜厚は、例えば、１０００ｎｍである。第１電極５１の膜厚は、例えば、２００ｎｍである。密着層３６４は、酸窒化シリコン層３６１の表面に形成される。密着層３６４は、例えば、圧電素子３８の焼成によってチタン（Ｔｉ）が酸化した酸化チタン（ＴｉＯ_２）により形成される。密着層３６４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。

酸窒化シリコン層３６１は、酸窒化シリコンを含んで形成された層である。または、酸窒化シリコン層３６１は、酸窒化シリコン、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、および酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の固溶体でもよい。この固溶体が、窒化シリコンのみで構成される場合はなく、また、酸化シリコンのみで構成される場合もない。酸窒化シリコン層３６１の厚さは、例えば、３００ｎｍである。シリコン熱酸化層３６５は、シリコンに対して熱酸化処理を行って得られた酸化シリコンによって形成された層である。シリコン熱酸化層３６５の厚さは、例えば、５００ｎｍである。インク保護層３４１は、例えば、酸化タンタルによって形成された層である。インク保護層３４１の厚さは、例えば、５０ｎｍである。

＜実施例２＞
図７は、実施例２における振動板３６を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。図７では、図面の煩雑化を避けるために、第１配線５５およびコンタクトホールＨ１の描画を省略する。実施例２における振動板３６は、シリコン熱酸化層３６５と、第１窒化シリコン層３６２－１と、第１酸窒化シリコン層３６１－１と、第２窒化シリコン層３６２－２と、第２酸窒化シリコン層３６１－２と、密着層３６４とが、圧力室Ｃ側からこの順番で積層されて形成される。また、圧力室Ｃの壁面（具体的には振動板３６の下面および圧力室基板３４の内壁面）には、インク保護層３４１が積層される。中立面の計算には、保護層５４、第２電極５３、圧電体層５２、第１電極５１、振動板３６を形成する複数の層、およびインク保護層３４１の各々のヤング率および厚さが用いられる。
以下の説明では、同種の要素を区別する場合には、「第１窒化シリコン層３６２－１」、「第２窒化シリコン層３６２－２」のように参照符号を使用し、同種の要素を区別せずに総称する場合には、「窒化シリコン層３６２」のように参照符号のうちの共通番号だけを使用することがある。

保護層５４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。第２電極５３の膜厚は、例えば、８０ｎｍである。圧電体層５２の膜厚は、例えば、１２００ｎｍである。第１電極５１の膜厚は、例えば、１６０ｎｍである。密着層３６４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。

第２酸窒化シリコン層３６１－２の厚さは、例えば、２００ｎｍである。窒化シリコン層３６２は、窒化シリコンにより形成された層である。第２窒化シリコン層３６２－２の厚さは、例えば、１５０ｎｍである。第１酸窒化シリコン層３６１－１の厚さは、例えば、２００ｎｍである。第１窒化シリコン層３６２－１の厚さは、例えば、１５０ｎｍである。シリコン熱酸化層３６５の厚さは、例えば、３００ｎｍである。インク保護層３４１の厚さは、例えば、５０ｎｍである。

実施例２における振動板３６は、第２酸窒化シリコン層３６１－２に積層された第２窒化シリコン層３６２－２と、第１酸窒化シリコン層３６１－１に積層された第１窒化シリコン層３６２－１とが含まれる。従って、液体吐出装置１００の設計者は、ヤング率の低い酸窒化シリコン層３６１、およびヤング率の高い窒化シリコン層３６２の厚さを調整することによって、振動板３６の中立面の位置およびヤング率を好適に設定できる。

＜実施例３＞
図８は、実施例３における振動板３６を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。図８では、図面の煩雑化を避けるために、第１配線５５およびコンタクトホールＨ１の描画を省略する。実施例３における振動板３６は、シリコン熱酸化層３６５と、第１ポリシリコン層３６３－１と、第１酸窒化シリコン層３６１－１と、第１窒化シリコン層３６２－１と、第２酸窒化シリコン層３６１－２と、第２窒化シリコン層３６２－２と、第３酸窒化シリコン層３６１－３と、第２ポリシリコン層３６３－２と、第４酸窒化シリコン層３６１－４と、密着層３６４とが、圧力室Ｃ側からこの順番で積層されて形成される。また、圧力室Ｃの壁面（具体的には振動板３６の下面および圧力室基板３４の内壁面）には、インク保護層３４１が積層される。中立面の計算には、保護層５４、第２電極５３、圧電体層５２、第１電極５１、振動板３６を形成する複数の層、およびインク保護層３４１の各々のヤング率および厚さが用いられる。

保護層５４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。第２電極５３の膜厚は、例えば、８０ｎｍである。圧電体層５２の膜厚は、例えば、１２００ｎｍである。第１電極５１の膜厚は、例えば、１８０ｎｍである。密着層３６４の厚さは、例えば、３０ｎｍである。

第４酸窒化シリコン層３６１－４の厚さは、例えば、２００ｎｍである。ポリシリコン層３６３は、ポリシリコンにより形成された層である。第２ポリシリコン層３６３－２の厚さは、例えば、１００ｎｍである。第３酸窒化シリコン層３６１－３の厚さは、例えば、５０ｎｍである。第２窒化シリコン層３６２－２の厚さは、例えば、１００ｎｍである。第２酸窒化シリコン層３６１－２の厚さは、例えば、５０ｎｍである。第１窒化シリコン層３６２－１の厚さは、例えば、１００ｎｍである。第１酸窒化シリコン層３６１－１の厚さは、例えば、５０ｎｍである。第１ポリシリコン層３６３－１の厚さは、例えば、１００ｎｍである。シリコン熱酸化層３６５の厚さは、例えば、３００ｎｍである。インク保護層３４１の厚さは、例えば、５０ｎｍである。

実施例３における振動板３６において、第１酸窒化シリコン層３６１－１は、第１ポリシリコン層３６３－１と第１窒化シリコン層３６２－１との間に積層され、第３酸窒化シリコン層３６１－３は、第２ポリシリコン層３６３－２と第２窒化シリコン層３６２－２との間に積層される。ポリシリコン層３６３に発生する圧縮応力と、窒化シリコン層３６２に発生する引張応力とを組み合わせることにより、液体吐出装置１００の設計者は、振動板３６内の残留応力の調整を容易に行うことが可能になる。

＜対比例＞
図９は、対比例における振動板３６を、図４のV－V線で破断した際の断面図である。図９では、図面の煩雑化を避けるために、第１配線５５およびコンタクトホールＨ１の描画を省略する。対比例における振動板３６は、密着層３６４と、酸化シリコン層３６６と、ポリシリコン層３６３と、窒化シリコン層３６２と、シリコン熱酸化層３６５とから形成される。より具体的には、対比例における振動板３６は、シリコン熱酸化層３６５と、第１ポリシリコン層３６３－１と、第１酸化シリコン層３６６－１と、第１窒化シリコン層３６２－１と、第２酸化シリコン層３６６－２と、第２窒化シリコン層３６２－２と、第３酸化シリコン層３６６－３と、第２ポリシリコン層３６３－２と、第４酸化シリコン層３６６－４と、密着層３６４とが、圧力室Ｃ側からこの順番で積層されて形成される。

＜実施例１、実施例２、実施例３、および対比例の評価項目＞
弾性板機能について、表２００に示すように、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６は、対比例における振動板３６と比較して、ヤング率が酸化シリコンより大きい酸窒化シリコンを含むため、硬く薄い弾性板を形成することができる。

密着力について、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６について、密着層３６４が表面に形成される酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数が、対比例における酸化シリコンの線膨張係数より大きい。従って、表２００に示すように、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６は、対比例における振動板３６と比較して、密着力が大きくなり、振動板３６と圧電素子３８との剥離を抑制できる。

製造し易さについて、実施例１における振動板３６が、層の数が最も少ないため、最も製造し易い。より具体的には、振動板３６のシリコン熱酸化層３６５よりＺ2側の各層は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成形される。酸窒化シリコン層３６１の形成には、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）プラズマＣＶＤ装置が利用される。ＲＦプラズマＣＶＤ装置の成膜室に対する原料ガスの流量を制御することにより、所望の組成および所望の膜厚の酸窒化シリコン層３６１を形成することができる。酸窒化シリコン層３６１を形成する場合の原料ガスには、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２等が好適に利用される。ＣＶＤ法では、上述したように、各層の成分を含む原料ガスを供給する。そして、層の数が少ないほど、原料ガスを切り替える回数が少なくなるため、実施例１における振動板３６が最も製造し易くなる。

残留応力制御について、実施例３における振動板３６は、第１ポリシリコン層３６３－１に発生する圧縮応力と、第１窒化シリコン層３６２－１に発生する引張応力とを組み合わせることにより、残留応力の調整を容易にすることが可能になる。実施例３における振動板３６は、第２酸窒化シリコン層３６１－２を中心軸として、各層が線対称に積層される。具体的には、第１窒化シリコン層３６２－１ならびに第２窒化シリコン層３６２－２、第１酸窒化シリコン層３６１－１ならびに第３酸窒化シリコン層３６１－３、および第１ポリシリコン層３６３－１ならびに第２ポリシリコン層３６３－２が、第２酸窒化シリコン層３６１－２を中心軸として線対称に積層される。各層が線対称に積層されることにより、液体吐出装置１００の設計者は、振動板３６内の残留応力の調整をより容易に行うことが可能になる。
線対称に積層されることにより振動板３６内の残留応力の調整をより容易に行うことについて説明する。線対称に積層されていない場合、各層の線膨張係数の差によって、圧縮応力または引張応力といった残留応力が発生し、残留応力によって反りまたは変形等が発生することがある。一方、線対称に積層された場合、対称軸を中心に、それぞれ逆向きの残留応力が発生して残留応力が相殺され、反りまたは変形等が生じにくくなるためである。
また、実施例２における振動板３６も、第１酸窒化シリコン層３６１－１を中心軸として、第１窒化シリコン層３６２－１および第２窒化シリコン層３６２－２が線対称に積層されるため、液体吐出装置１００の設計者は、実施例１における振動板３６と比較して、振動板３６内の残留応力の調整をより容易に行うことが可能になる。

＜実施形態の効果＞
図６、図７、および図８に示すように、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６は、酸窒化シリコン層３６１を含む。酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、酸素の含有量が多い程小さくなり、窒素の含有量が多い程大きくなる。酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、酸化シリコンの線膨張係数＝０．５×１０^－６／Ｋより大きく、第１電極５１の線膨張係数＝８．９×１０^－６／Ｋに近い。従って、酸窒化シリコン層３６１を含む振動板３６を用いることにより、圧電素子３８を高温で焼成する場合であっても、振動板３６の材料に酸化シリコンが採用される場合と比較して、圧電素子３８と振動板３６との剥離を抑制することができる。高温は、例えば、７００度から８００度までの間である。
圧電素子３８を高温で焼成することにより、圧電素子３８を緻密な結晶体とすることができる。圧電素子３８を緻密な結晶体とすることにより、圧電素子３８を高圧電特性にすることができる。圧電特性は、例えば、ある電圧に対する圧電素子３８の変位量であり、高圧電特性は、ある電圧に対する変位量が大きいことを示す。
また、圧電素子３８を緻密な結晶体とすることにより、繰り返しの変形によって発生し得るクラックの発生を抑制できるため、圧電素子３８を高信頼にすることができる。さらに、酸窒化シリコンのヤング率が２３９ＧＰａとなるのに対して、酸化シリコンのヤング率は、７５ＧＰａとなるため、弾性率が高く、より薄い振動板３６を形成することが可能である。

また、図７および図８に示すように、実施例２および実施例３における振動板３６には、酸窒化シリコン層３６１に積層された窒化シリコン層３６２が含まれる。酸窒化シリコンのヤング率は２３９ＧＰａであるのに対し、窒化シリコンのヤング率は３００ＧＰａであり、窒化シリコンのヤング率は、酸窒化シリコンのヤング率より高い。ヤング率の高い窒化シリコン層３６２とヤング率の低い酸窒化シリコン層３６１とを組み合わせ、各層の厚さを調整することにより、中立面の位置およびヤング率を好適な設定にできる。従って、液体吐出装置１００の設計者は、振動板３６の中立面の位置およびヤング率の調整を容易に行うことが可能である。

また、図８に示すように、実施例３における振動板３６に含まれる酸窒化シリコン層３６１は、ポリシリコン層３６３と窒化シリコン層３６２との間に積層される。ポリシリコン層３６３に発生する圧縮応力と、窒化シリコン層３６２に発生する引張応力とを組み合わせることにより、液体吐出装置１００の設計者は、残留応力の調整を容易に行うことが可能になる。

また、図６、図７、および図８に示すように、実施例１、実施例２、および実施例３における振動板３６は、振動板３６のうち圧電素子３８側の最表層に位置する密着層３６４を含み、この密着層３６４は、酸窒化シリコン層３６１の表面に形成される。これにより、密着層３６４を有する振動板３６に対して、圧電素子３８を高温で焼成する場合であっても、圧電素子３８と振動板３６との剥離を抑制することが可能になる。また、密着層３６４を用いることにより、密着層３６４を用いない場合と比較して、圧電素子３８と振動板３６との密着力をより強くすることが可能になる。ここで、２つの層の密着力は、２つの層に共通の元素が含まれると強くなる。従って、密着層３６４を酸化物とすることにより、密着層３６４と酸窒化シリコン層３６１とがともに酸化物となって、密着力を強くすることが可能になる。

また、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、１．０×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下であることが好ましい。前述した数値範囲であれば、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、酸化シリコンの線膨張係数＝０．５×１０^－６／Ｋより大きいため、酸化シリコンの線膨張係数より第１電極５１の線膨張係数＝８．９×１０^－６／Ｋに近い。従って、本実施形態における振動板３６は、振動板３６の材料に酸化シリコンが採用される場合に比べて、圧電素子３８を高温で焼成する場合であっても振動板３６と圧電素子３８との剥離を抑制することができる。

また、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、１．５×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下であることがより好ましい。酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数が１．５×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下であれば、第１電極５１の線膨張係数により近づくことになるため、圧電素子３８を高温で焼成する場合であっても振動板３６と圧電素子３８との剥離をより抑制することができる。

また、酸窒化シリコン層３６１に含まれる酸素と窒素との合計の質量に対する窒素の質量の割合は、２０％以上９０％以下であることが好ましい。窒素０％、換言すると酸素１００％とすると、第１電極５１との密着力は得られるが、ヤング率が低くなり、目標となる変位量を担保するためには振動板３６を厚くせざるを得なくなって、弾性板としての機能が低下する。また、窒素１００％とすると、ヤング率が高くなり振動板３６を薄くすることができるため弾性板としての機能が上昇するが、第１電極５１との密着力が弱くなる。
そこで、酸窒化シリコン層３６１に含まれる窒素の質量の割合を２０％以上９０％以下とすることにより、本実施形態に係る振動板３６は、第１電極５１との密着力を得つつ、ヤング率を高くして振動板３６の厚さを削減しながら振動板３６の変位量を十分に担保することができるため、弾性板としての機能を高くすることが可能になる。
また、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数は、窒素の質量の割合が０％である場合の線膨張係数は、０．５×１０^－６／Ｋとなり、窒素の質量の割合が１００％である場合の線膨張係数は、２．５×１０^－６／Ｋとなる。そして、窒素の含有量が多くなるほど、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数が増加する。従って、窒素の質量の割合を２０％以上９０％以下とすることにより、酸窒化シリコン層３６１の線膨張係数を、振動板３６と圧電素子３８との剥離を抑制可能な数値範囲内にすることが可能になる。

＜変形例＞
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。なお、以下に例示する変形例において作用や機能が実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

（１）前述の各形態では、密着層３６４が酸窒化シリコン層３６１の表面に形成されていたが、密着層３６４は、焼成時に酸化して第１電極５１の中に拡散し、観測できない場合がある。従って、焼成後には密着層３６４を有さず、酸窒化シリコン層３６１の表面に第１電極５１が形成されてもよい。密着層３６４が第１電極５１の中に拡散し観測できない場合であっても、圧電素子３８と振動板３６との剥離を抑制することが可能になる。また、前述の各形態では、密着層３６４の材料は、酸化チタンであったが、これに限らず、酸化イリジウム、または酸化スズでもよい。

（２）前述の各形態では、複数の圧電素子３８にわたり連続する帯状の第１電極５１を例示したが、第１電極５１の平面形状は以上の例示に限定されない。例えば、第１電極５１を圧電素子３８毎に個別に形成してもよい。第１電極５１を個別電極とした構成では、第１電極５１が形成された範囲の内側に圧電体層５２が形成される。

（３）圧力室Ｃまたは圧電素子３８の平面形状は前述の各形態の例示に限定されない。例えば、シリコン（Ｓi）の単結晶基板を圧力室基板３４として利用した構成では、実際には、圧力室Ｃの平面形状に結晶面が反映される。

（４）前述の各形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本発明を適用することが可能である。

（５）前述の各形態で例示した液体吐出装置１００は、印刷に専用される機器の他、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

（６）前述の各形態で例示した圧電素子３８と振動板３６とを具備した圧電デバイスは、液体吐出ヘッド２６のみならず、超音波センサー、超音波トランスデューサー、超音波モーター、圧力センサー、または焦電センサー等他の圧電デバイスにも適用することができる。このような他の圧電デバイスにおいても、圧電素子と振動板との剥離を抑制することが可能である。以下、図１１～図１３を用いて、圧電デバイスを超音波センサーに適用した場合について説明する。

図１１は、圧電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８１の構成を示す図である。また、図１２は、超音波センサー６０の一例を示す平面図、図１３は超音波センサー６０の行方向（図１２における横方向）における要部断面図である。上記各形態においては、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、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。

図１１に示される超音波診断装置８１は、装置端末８２と超音波プローブ８３とを備える。装置端末８２と超音波プローブ８３とはケーブル８４で相互に接続されている。装置端末８２と超音波プローブ８３とはケーブル８４を通じて電気信号を送受する。超音波プローブ８３は、本体部８５と、この本体部８５に着脱可能に取り付けられたプローブヘッド８６と、を備えている。そして、プローブヘッド８６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１２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。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３８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１３に示されるように、圧電素子３８は、第２電極５３、第１電極５１、および圧電体層５２で構成され、第２電極５３と第１電極５１との間に圧電体層５２が挟み込まれている。第２電極５３が各圧電素子３８に共通の共通電極として機能し、第１電極５１が各圧電素子３８のそれぞれの個別電極として機能する。なお、第２電極５３および第１電極５１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３８に下部電極が共通に設けられる一方、各圧電素子３８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３８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３８群は、奇数列の圧電素子３８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。

基体６１において、圧電素子３８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および第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３８の第２電極５３に導通され、個別電極端子７０は、圧電素子３８の第１電極５１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８１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および受信信号ＶＲの送受信が行われる。

図１３に示されるように、基体６１は、基板７２および振動板３６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の一方の面に振動板３６が一面に形成される。この基板７２には、各圧電素子３８にそれぞれ対応して複数の圧力室Ｃが圧力室基板３４により区画形成されている。すなわち、圧力室Ｃ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つの圧力室Ｃの間に圧力室基板３４が配置されている。そして、振動板３６における圧力室Ｃ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、振動板３６のうち、圧力室Ｃ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。基板７２と振動板３６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圧力室Ｃが形成され、残ったシリコン酸化膜が振動板３６として機能する。なお、振動板３６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（圧力室Ｃ側の面とは反対側の面）に第１電極５１、圧電体層５２および第２電極５３が順番に積層されて圧電素子３８が配設されている。

基体６１の裏面（振動板３６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の裏面で圧力室Ｃ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。

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３８の第１電極５１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３８からの受信信号ＶＲが、第１電極５１および個別電極端子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３８の第２電極５３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３８に印加されると、当該圧電素子３８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３８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３８に入力されると、これに応じて当該圧電素子３８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。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。

１００…液体吐出装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２６…液体噴射ヘッド、３２……流路基板、３４…圧力室基板、３４２…除去部、３６…振動板、３６１…酸窒化シリコン層、３６２…窒化シリコン層、３６３…ポリシリコン層、３６４…密着層、３６５…シリコン熱酸化層、３６６…酸化シリコン層、３８…圧電素子、４２…筐体部、４４…封止体、４６…ノズル板、Ｎ…ノズル、４８…吸振体、５０…配線基板、５１…第１電極、５２…圧電体層、５３…第２電極、５４…保護層、８０…超音波センサー、Ｃ…圧力室、Ｒ…液体貯留室。

Claims (11)

1. 液体を収容する圧力室と、
   前記圧力室の壁面を形成する振動板と、
   前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に設けられて前記振動板を振動させる圧電素子とを具備し、
   前記振動板は、
   酸化シリコンによって形成された酸化シリコン層と、
   酸窒化シリコンによって形成された酸窒化シリコン層と、
   前記振動板における前記圧電素子側の最表層に位置する密着層と、
   を含み、且つ、
   前記圧力室側から前記酸化シリコン層、前記酸窒化シリコン層、前記密着層の順番で積層されることで形成される
   液体吐出ヘッド。
2. 前記振動板は、
   前記酸窒化シリコン層に積層された、窒化シリコンにより形成された窒化シリコン層を含む、
   請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記酸窒化シリコン層は、
   ポリシリコンにより形成されたポリシリコン層と、前記窒化シリコン層との間に積層される、
   請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記酸窒化シリコン層の線膨張係数は、１．０×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下である、
   請求項１から請求項３の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記酸窒化シリコン層の線膨張係数は、１．５×１０^－６／Ｋ以上２．０×１０^－６／Ｋ以下である、
   請求項１から請求項３の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記酸窒化シリコン層に含まれる酸素と窒素との合計の質量に対する前記窒素の質量の割合は、２０％以上９０％以下である、
   請求項１から請求項３の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記酸化シリコン層は、前記酸窒化シリコン層よりも厚いことを特徴とする
   請求項１から請求項６の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 請求項１から請求項７の何れかの液体吐出ヘッドを具備する液体吐出装置。
9. 圧力室の壁面を形成する振動板と、
   前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に設けられて前記振動板を振動させる圧電素子とを具備し、
   前記振動板は、
   酸化シリコンによって形成された酸化シリコン層と、
   酸窒化シリコンによって形成された酸窒化シリコン層と
   前記酸窒化シリコン層の表面に形成され、前記振動板における前記圧電素子側の最表層に位置する密着層と、
   を含み、
   前記酸窒化シリコン層は、前記圧電素子と、前記酸化シリコン層との間に位置する
   圧電デバイス。
10. 請求項９の圧電デバイスを具備する超音波センサー。
11. 液体を収容する圧力室と、
    前記圧力室の壁面を形成する振動板と、
    前記振動板を挟んで前記圧力室とは反対側に設けられて前記振動板を振動させる圧電素子とを具備し、
    前記振動板は、
    酸化シリコンによって形成された酸化シリコン層と、
    酸窒化シリコンによって形成された酸窒化シリコン層と、
    を含み、且つ、
    前記酸化シリコン層の表面には前記酸窒化シリコン層が形成され、
    前記酸窒化シリコン層の表面には前記圧電素子が形成されている
    液体吐出ヘッド。
    

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