本申請基于并要求于2015年10月2日提交的日本專利申請no.2015-196762的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

本發(fā)明的實施方式涉及具有水平電極構(gòu)造的壓電元件、探測器以及超聲波測定裝置。

背景技術(shù)：

作為轉(zhuǎn)換超聲波和電信號的壓電元件(超聲波轉(zhuǎn)換器)的一例，公知有在壓電體的上面和下面設(shè)置了電極的所謂的上下電極構(gòu)造的壓電元件(例如，參照專利文獻1)。接收超聲波并產(chǎn)生電信號的壓電元件的原理是：通過感受到基于超聲波的彈性波的壓電體形變，從而根據(jù)該形變生成表面電荷，在兩個電極間產(chǎn)生電位差(電壓)。

【先行技術(shù)文獻】

【專利文獻】

專利文獻1：特開2002-271897號公報

壓電體的構(gòu)造中公知有除上述上下電極的構(gòu)造以外還在壓電體的一側(cè)面設(shè)置兩個電極的所謂水平電極的構(gòu)造。在水平電極構(gòu)造的壓電元件中具有與上下電極構(gòu)造的壓電元件相比接收靈敏度好這樣的優(yōu)點。

壓電元件用于例如向人體照射超聲波并接收該反射波從而測定生物體信息的超聲波測定裝置。在超聲波測定裝置中，超聲波的照射強度越高，接收強度也越變高，可以獲得更高精度的生物體信息，但為了將對人體的影響抑制為最小限度，所以想盡可能地降低照射強度。因此，謀求接收超聲波的反射波的壓電元件中的接收靈敏度進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述課題而提出，其目的在于提供在水平電極構(gòu)造的壓電元件中提高接收靈敏度的壓電元件、探測器以及超聲波測定裝置。

為了解決上述課題發(fā)明的第一方面的壓電元件具備：振動膜；壓電體，配置在所述振動膜的一面?zhèn)龋灰约八诫姌O構(gòu)造，在所述壓電體上隔開規(guī)定間隔而配置有電極，所述振動膜俯視時在與所述規(guī)定間隔相對應(yīng)的部分具有凹部。

根據(jù)該第一方面，可以提高水平電極構(gòu)造的壓電元件的接收靈敏度。也就是說，通過在電極間的規(guī)定間隔相對應(yīng)的振動膜的部分具有凹部，從而接收彈性波時的形變集中在凹部的部分即電極間的規(guī)定間隔，所以壓電體的電極間部分主要形變，電位差(電壓)增加，接收靈敏度提高。

作為發(fā)明的第二方面，在第一方面的壓電元件中，也可以沿所述水平電極構(gòu)造的電極配置方向的所述凹部的寬度是所述規(guī)定間隔以上的長度。

根據(jù)該第二方面，將振動膜的凹部的寬度設(shè)定為電極間的規(guī)定間隔以上的長度，從而可以使形變集中在電極間的規(guī)定間隔整體。

具體而言，作為發(fā)明的第三方面，在第一方面或第二方面的壓電元件中，所述規(guī)定間隔也可以是2μm以上8μm以下。

作為發(fā)明的第四方面，在該第一方面至該第三方面中任一方面的壓電元件中，所述振動膜也可以將所述凹部和所述凹部以外的交界部分形成為臺階狀(段差狀)，且將所述凹部的底面形成為平面狀。

根據(jù)該第四方面，由于振動膜的凹部和凹部以外之間的交界部分接收彈性波時的形變的大小較大地變化，所以可以使撓曲進一步集中在振動膜的凹部的部分。

作為發(fā)明的第五方面，在第一方面至第四方面中任一方面的壓電元件中，所述凹部也可以是與所述水平電極構(gòu)造的電極配置方向交叉的方向上延伸的槽狀。

根據(jù)該第五方面，通過將振動膜的凹部設(shè)為槽狀，從而容易產(chǎn)生在夾著槽的左右之間易于產(chǎn)生相對的形變的狀況。也就是說，由于容易變成向與槽方向交叉的方向的形變，所以接收到彈性波時的形變由于電極間的規(guī)定間隔的部分而集中，壓電體的電極間部分主要形變，可預(yù)見進一步接收靈敏度的提高。

作為發(fā)明的第六方面，在第一方面至第五方面中任一方面的壓電元件中，也可以所述壓電體在所述規(guī)定間隔的部分具有凹部。

根據(jù)該第六方面，通過還在相當(dāng)于電極間的間隔的壓電體的部分具有凹部，從而與振動膜的凹部的部分相互作用，可以使接收彈性波時的應(yīng)力由于作為電極間的部分的壓電體的凹部而集中，且可預(yù)見接收靈敏度的進一步提高。

作為發(fā)明的第七方面，在第五方面的壓電元件中，也可以所述壓電體在所述規(guī)定間隔的部分具有與所述振動膜的凹部的槽方向平行的槽狀的凹部。

根據(jù)該第七方面，由于還在相當(dāng)于電極間的間隔的壓電體的部分還具有與振動膜的凹部的槽方向平行的槽狀的凹部，所以與振動膜的凹部的部分相互作用，可以使接收彈性波時的應(yīng)力由于作為電極間的部分的壓電體的凹部而集中，且可預(yù)見接收靈敏度的進一步提高。

作為發(fā)明的第八方面，在第一方面至第七方面中任一方面的壓電元件中，所述壓電元件還可以具備側(cè)壁部，所述側(cè)壁部支撐以夾著所述振動膜的凹部的方式而設(shè)置的所述振動膜，所述振動膜的凹部的寬度是所述側(cè)壁部的間隔的0.3倍以上0.8倍以下的長度。

根據(jù)該第八方面，通過將振動膜的凹部的寬度設(shè)定為以夾著該凹部設(shè)置的側(cè)壁部的間隔的0.3倍以上0.8倍以下的長度，從而可以高效地提高接收靈敏度。

作為發(fā)明的第九方面的壓電元件的結(jié)構(gòu)，具備：振動膜；壓電體，配置在所述振動膜的一面?zhèn)龋灰约八诫姌O構(gòu)造，在所述壓電體上隔開規(guī)定間隔而配置有電極，所述壓電體的面內(nèi)形變在俯視時在與所述規(guī)定間隔相對應(yīng)的部分及其鄰接部分之間急劇地變化，且該部分的面內(nèi)形變變大。

根據(jù)該第九方面，通過使形變集中在相當(dāng)于電極間的壓電體的部分，從而在電極間產(chǎn)生的電壓增加且可提高接收靈敏度。

作為發(fā)明的第十方面，也可以構(gòu)成具備第一方面至第九方面中任一方面的壓電元件的用于接收超聲波的探測器。

根據(jù)該第十方面，通過具備第一方面至第九方面中任一方面效果的壓電元件接收超聲波，可以實現(xiàn)輸出電信號的探測器。因此，可以實現(xiàn)接收靈敏度高的探測器。

作為發(fā)明的第十一方面，也可以構(gòu)成具備第十方面的探測器的超聲波測定裝置。

根據(jù)該第十一方面，可以實現(xiàn)具有第十方面的效果的超聲波測定裝置。因此，盡管不提高超聲波的照射強度也能實現(xiàn)高精度的測定。

附圖說明

圖1是示出超聲波測定裝置的概略結(jié)構(gòu)及超聲波探測器的上面的圖。

圖2是示出超聲波探測器的下面的圖。

圖3是超聲波器件單元的概略構(gòu)成圖。

圖4是壓電元件(接收元件)的俯視圖。

圖5是壓電元件的截面圖。

圖6是壓電元件的其他構(gòu)成例。

圖7的(a)～(c)是有無凹部的不同的接收元件的構(gòu)成圖。

圖8是示出有無凹部的接收靈敏度的不同的圖表。

圖9的(a)、(b)是凹部的有無不同的接收元件的構(gòu)成圖。

圖10是示出基于凹部的有無的面內(nèi)形變的不同的圖表。

圖11的(a)、(b)是壓電元件的構(gòu)成圖。

圖12是面內(nèi)形變的各反向成分的圖表。

圖13是壓電元件的其他構(gòu)成例。

圖14是第一凹部的寬度不同的壓電元件的構(gòu)成圖。

圖15是示出基于第一凹部的寬度的接收靈敏度的不同的圖表。

圖16是壓電元件的其他構(gòu)成例。

圖17是壓電元件的其他構(gòu)成例。

圖18是壓電元件的其他構(gòu)成例。

圖19是壓電元件的其他構(gòu)成例。

具體實施方式

(1)超聲波診斷裝置

圖1是示出的本實施方式中的超聲波測定裝置1的概略結(jié)構(gòu)及超聲波探測器20的上面的圖。根據(jù)圖1，超聲波測定裝置1是使用超聲波測定被檢者的生物體信息的電子設(shè)備，其構(gòu)成為具備裝置本體10、超聲波探測器20。裝置本體10和超聲波探測器20通過電纜12連接，從裝置本體10向超聲波探測器20發(fā)送驅(qū)動信號，同時從超聲波探測器20向裝置本體10發(fā)送檢測信號。

并且，在裝置本體10上連接有顯示裝置14。顯示裝置14具有顯示面板16，在該顯示面板16上，根據(jù)來自裝置本體10的顯示信號，顯示例如基于超聲波探測器20的檢測信號的圖像。此外，雖然將顯示裝置14獨立于裝置本體10，但是也可以構(gòu)成為一體。

(2)超聲波探測器

超聲波探測器20通過將表側(cè)體26和里側(cè)體24相互結(jié)合而形成薄型長方體狀的框體22，在框體22的內(nèi)部具有超聲波器件單元40(參照圖3)。通過形成在表側(cè)體26和里側(cè)體24的結(jié)合面間的電纜口28，電纜12連接于框體22內(nèi)部的超聲波器件單元40。超聲波器件單元40根據(jù)來自裝置本體10的驅(qū)動信號發(fā)送超聲波，同時接收超聲波的反射波，并將接收到的反射波的信號作為檢測信號輸出給裝置本體10。

圖2是超聲波探測器20的下面圖。在里側(cè)體24的中央部設(shè)置有聲匹配部30，夾著聲匹配部30上下設(shè)置有緊貼部32。聲匹配部30的外面和緊貼部32的外面構(gòu)成為大致同一平面的狀態(tài)、或聲匹配部30的外面更突出的狀態(tài)。聲匹配部30及緊貼部32緊貼被檢者的測定對象部位的皮膚面，從而超聲波探測器被貼上。超聲波器件單元40被設(shè)置在框體22內(nèi)的聲匹配部30的正下方位置。聲匹配部30例如由硅樹脂這樣的、具有生物體的接近聲音阻抗(1.5[mrayl])的聲音阻抗(例如，1.0～1.5[mrayl])的材料形成。并且，緊貼部32由例如在測定對象部位的皮膚面上能裝卸的粘結(jié)材料形成。

(3)超聲波器件單元

圖3是概略地示出超聲波器件單元40的結(jié)構(gòu)的圖。超聲波器件單元40從框體22的背面?zhèn)扔^察(在圖2)，具備被配置在聲匹配部30的正下方且將多個超聲波換能器44配置成二維陣列狀的元件陣列42而構(gòu)成。也就是說，在元件陣列42，在第一方向fr(切片方向)排列有n行的超聲波換能器44，在與第一方向正交的第二方向sr(掃描方向)排列有l(wèi)列的超聲波換能器44。一個超聲波換能器44構(gòu)成作為換能器元件芯片，該換能器元件芯片包括：發(fā)送超聲波的發(fā)送元件、以及作為接收超聲波的反射波的壓電元件的接收元件。本實施方式由于在超聲波換能器44中的接收元件中具有特征，所以在下面，進一步對接收元件進行詳細(xì)的說明。

(4)作為接收元件的壓電元件

接收元件由壓電元件50構(gòu)成。圖4是壓電元件50的俯視圖，圖5是圖4的a-a’箭頭截面圖。根據(jù)圖4、圖5，壓電元件50構(gòu)成為具有振動膜56、配置在振動膜56的一面?zhèn)鹊膲弘婓w58、以及作為配置在壓電體58的上表面(與振動膜56相反側(cè)的面)的水平電極構(gòu)造的第一電極60和第二電極62。

振動膜56將氧化硅(sio2)層52、氧化鋯(zro2)層54層疊而構(gòu)成可撓膜。氧化硅層52的代表的膜厚可以采用200nm～1500nm，作為氧化鋯層54的的代表的膜厚可以采用200nm～1500nm。

壓電體58例如由鋯鈦酸鉛(pzt)等的壓電材料形成。作為壓電體58的代表的膜厚可以采用200nm～2000nm。如果壓電體58的膜厚比20nm薄，則壓電體燒成時，導(dǎo)致鉛(pb)向下層擴散的量過多。并且，如果壓電體58的膜厚比2000nm厚，則振動膜56難以撓曲。導(dǎo)致在任何情況下接收靈敏度都降低。

第一電極60和第二電極62具有由例如銥(ir)等導(dǎo)電材料形成且在壓電體58的上面隔著規(guī)定的間隔w2而配置的水平電極構(gòu)造。第一電極60及第二電極62的間隔w2被設(shè)為2μm以上8μm以下。并且，第一電極60連接于第一電極線72，第二電極62連接于第二電極線74。

振動膜56及壓電體58在俯視時都為矩形狀，各自的各邊平行且中心一致地形成。此外，第一電極60及第二電極62相對于與壓電體58的一邊平行的中心線m呈線對稱地配置。

此外，在振動膜56的另一面?zhèn)?與壓電體58的一側(cè)相反的面)，為了形成用于支撐壓電元件50且接收(受感)作為彈性波的超聲波的空腔(開口部)70，將作為側(cè)壁部的硅側(cè)壁68配置為夾著振動膜56的第一凹部64。

壓電元件50用于將超聲波從空腔70的相反側(cè)、即在圖5中是從上方側(cè)輸入。電極排列方向上的振動膜56的諧振頻率與接收的超聲波頻率f0相對應(yīng)。例如，在超聲波頻率f0為2mhz～20mhz的情況下，硅側(cè)壁68的間隔w1優(yōu)選是15μm～60μm。壓電元件50將振動膜56朝向框體22的里面?zhèn)扰渲?，通過聲匹配部30接收彈性波(在本實施方式中為超聲波)并振動。

(5)凹部

作為本實施方式的特征，壓電元件50在振動膜56的另一面?zhèn)?與壓電體58的一側(cè)相反側(cè))，以俯視時，與壓電體58的第一電極60和第二電極62之間的間隔(間隙)重疊的方式形成第一凹部64，在該壓電體58的第一電極60和第二電極62之間的間隔(間隙)部分形成有第二凹部66。第一凹部64和第二凹部66在壓電元件50的表里被設(shè)置在對應(yīng)的位置。通過這些第一凹部64和第二凹部66，可以實現(xiàn)壓電元件50的接收靈敏度的提高。

在圖4、圖5，第一凹部64及第二凹部66都形成為沿水平電極構(gòu)造的電極配置方向(x軸方向)交叉的方向(y軸方向)延伸的槽狀，相對于俯視時(從z軸正方向向負(fù)方向觀察的情況)的壓電體58的中心線m呈線對稱。詳細(xì)而言，第一凹部64及第二凹部66的與該凹部以外的部分之間的交界部分都是臺階狀且凹部的底面形成為平面狀的長方體形狀的槽狀。在本實施方式中，第一凹部64的短邊方向(x軸方向)的長度與第一電極60和第二電極62之間的間隔w2相等，槽方向(y軸方向)的長度是比間隔w2長的長度，并與圖4中的振動膜56的縱向的長度相等。并且，第一凹部64的深度d3小于振動膜56的膜厚。

并且，在本實施方式中，第二凹部66的短邊方向(x軸方向)的長度是與第一電極60和第二電極62之間的間隔w2相等(即與第一凹部64的短邊的長度相等)，槽方向(y軸方向)的長度是比間隔w2長的長度，與圖4的壓電體58的縱向長度相等。并且，第二凹部66的深度d4小于壓電體58的膜厚。

此外，在圖5中，雖然示出了第一凹部64的深度d3小于形成振動膜56的下層的氧化硅層52的膜厚的情況，但如圖6所示，也可以考慮第一凹部64的深度d3比氧化硅層52的膜厚大且達到氧化鋯層54的情況。

(6)接收處理

在基于壓電元件50的超聲波的接收處理中，在第一電極線72(也稱為第一電極60)和第二電極線74(也稱為第二電極62)之間，顯現(xiàn)與接收到的超聲波相對應(yīng)的電位差的信號(即電信號)，并作為檢測信號輸出。更為具體地說，從超聲波換能器44的發(fā)送元件發(fā)送的超聲波在被檢者的生物體內(nèi)反射，振動膜56接收該反射波(彈性波)并振動。由于振動膜56和壓電體58構(gòu)成為一體，所以振動膜56由于超聲波振動而變形，從而壓電體58形變。在壓電體58，生成與形變相對應(yīng)的表面電荷，在第一電極60和第二電極62之間顯現(xiàn)電位差(電壓)，其被作為基于第一電極60和第二電極62之間產(chǎn)生的壓電效果的檢測信號被取出。壓電元件50的其他檢測信號通過超聲波換能器44單元被檢測，所以通過如圖3所示的點矩陣的單元可以獲得檢測信號。

(7)基于凹部的接收靈敏度

接下來，對在壓電元件設(shè)置凹部帶來的接收靈敏度的改善進行說明。

(7a)槽的有無和深度

圖7、圖8是用于說明壓電元件50中的凹部的有無引起的接收靈敏度的不同的圖。圖7是以截面圖示出作為比較對象的三種壓電元件50a～50c的構(gòu)造的圖。作為構(gòu)造，這些壓電元件50a～50c由于凹部的有無而不同。也就是說，如圖7的(a)所示，壓電元件50a未形成凹部，如圖7的(b)所示，壓電元件50b僅形成有第一凹部64，如圖7的(c)所示，壓電元件50c形成有第一凹部64和第二凹部66。此外，第一凹部64和第二凹部66的凹部的寬度都與水平電極構(gòu)造的電極間隔w2相等，壓電元件50c相當(dāng)于本實施方式的壓電元件50(參照圖4、圖5)。

并且，圖8是對于如圖7所示的三個壓電元件50a～50c而示出通過模擬求出的接收靈敏度的圖表。該圖表的橫軸是間隙(水平電極構(gòu)造的電極間隔部分)對應(yīng)的氧化硅層52的膜厚l1(即，從氧化硅層52的膜厚l2減去第一凹部64的深度d3而得的值)，縱軸是接收靈敏度。該圖表上的任何點都為了使壓電元件50的固有頻率為8.6mhz而調(diào)節(jié)硅側(cè)壁68的間隔w1。

對于電壓元件50b、50c，將與間隙(水平電極構(gòu)造的電極間隔部分)對應(yīng)的氧化硅層52的膜厚l1從“0”到氧化硅層52的膜厚l2的范圍內(nèi)變化的情況下、換言之使第一凹部64的深度d3變化的情況下，求得接收靈敏度。但是，對于壓電元件50c而言，第二凹部66的深度d4根據(jù)壓電體58的膜厚的1/2而固定。對于壓電元件50b而言，將第一凹部64的深度d3設(shè)定為“0”(d3＝0)(也就是說，使與間隙相對應(yīng)的氧化硅層52的膜厚l1等于氧化硅層52的膜厚l2(l1＝l2))的情況相當(dāng)于壓電元件50a的接收靈敏度。

根據(jù)圖8的圖表可知：壓電元件50b、50c都是隨著與間隙相對應(yīng)的氧化硅層52的膜厚l1變小(即，第一凹部64的深度d3變大)，接收靈敏度上升。并且，無論膜厚l1是哪里，壓電元件50的接收靈敏度都比壓電元件50b的接收靈敏度好。但是，接收靈敏度相對于膜厚l1的大小的變化的方式并不一樣，在膜厚l1比較厚的范圍(在圖8，膜厚l2的約1/3以上的厚度)，隨著膜厚l1變小接收靈敏度一樣地上升，但在比較薄的范圍(在圖8，膜厚l2的約1/3以下的厚度)，接收靈敏度幾乎固定。

(7b)面內(nèi)形變

圖9、圖10是用于對壓電元件50的凹部的有無引起的壓電體58產(chǎn)生的“面內(nèi)形變”的不同進行說明的圖。圖9是以截面圖示出作為比較對象的兩種壓電元件50d、50e的構(gòu)成的圖。這些壓電元件50d、50e作為構(gòu)造根據(jù)第一凹部64的有無而不同。也就是說，如圖9的(a)所示，壓電元件50d未形成有凹部，如圖9(b)所示，壓電元件50e形成有第一凹部64。此外，設(shè)第一凹部64的寬度與水平電極構(gòu)造的電極的間隔w2相同，任一個壓電元件50d、50e都未形成有第二凹部66。

并且，圖10是相對于如圖9所示的兩個壓電元件50d、50e而示出通過模擬求得的壓電體58產(chǎn)生的面內(nèi)形變的圖表。此時，設(shè)從上方向壓電體58施加1氣壓的壓力。該圖表的橫軸是沿電極配置方向(x軸方向)的位置，縱軸是在壓電體58的上表面產(chǎn)生的電極配置方向(x軸方向)的形變量(ひずみ量)。此外，橫軸將圖9的(a)、(b)中的壓電體58的左右中心位置(水平電極構(gòu)造的電極配置方向中心：第一凹部64的槽方向正交的方向上的中心)設(shè)定為“0”。

根據(jù)圖10的圖表，壓電元件50d、50e都是向壓電體58的中心以形變量變大的方式變化。詳細(xì)而言，與壓電元件50d相比，形變量的大小從壓電體58的端部向中央部平滑地變化。另一方面，對于壓電元件50e，在相當(dāng)于第一凹部64的部分和其鄰接部分之間的交界位置，形變量的大小急劇變化，在相當(dāng)于第一凹部64的部分，與其以外的部分相比較，形變量的大小變得非常大。并且，如果將壓電元件50d、50e各自比較，則對于相當(dāng)于第一凹部64的部分，與壓電元件50d相比，壓電元件50e的形變量的大小雖然非常大，但在相當(dāng)于第一凹部64的部分以外的部分，壓電元件50d的形變量比壓電元件50e的形變量大。

也就是說，通過在壓電元件50的振動膜56設(shè)置第一凹部64，從而可知在相當(dāng)于該第一凹部64的壓電體58的位置，面內(nèi)形變集中。因此，通過在相當(dāng)于間隙(水平電極構(gòu)造的電極間隔部分)的振動膜56的部分設(shè)置第一凹部64，從而在壓電體58的間隙部分(水平電極構(gòu)造的電極間隔部分)可使形變集中，其結(jié)果是，在第一電極60和第二電極62之間產(chǎn)生的電壓增加，接收靈敏度提高。

(7c)面內(nèi)形變

圖11、圖12是用于對在壓電元件50的壓電體產(chǎn)生的“面內(nèi)形變”的方向成分的不同進行說明的圖。圖11是示出壓電元件50f的構(gòu)造的圖。圖11的(a)是壓電元件50f的截面圖，圖11的(b)是表示壓電元件50f的壓電體58和振動膜56之間的配置關(guān)系的俯視圖。壓電元件50f具有與水平電極構(gòu)造的電極的間隔w2相同寬度的第一凹部64，未設(shè)置第二凹部66。

并且，圖12是相對于如圖11所示的壓電元件50f，通過模擬求得的壓電體58產(chǎn)生的面內(nèi)形變的二方向成分的圖表。二方向是如圖11的(b)所示的電極配置方向(x軸方向)以及與其正交的第一凹部64的長度方向(y軸方向)。圖12的圖表的橫軸是分別沿以水平電極構(gòu)造的間隙的中央位置為中心時的x軸方向及y軸方向的位置，縱軸是壓電體58的x軸方向及y軸方向各自的形變量。因此，在圖12的圖表，y軸方向的成分表示水平電極構(gòu)造的間隙中的y軸方向的位置的形變量，x軸方向的成分表示包括水平電極構(gòu)造的間隙的電極配置方向(x軸方向)的形變量。此外，x軸方向的形變量相當(dāng)于有關(guān)如圖10所示的壓電元件50e的x軸方向(電極配置方向)的形變量。

根據(jù)圖12的圖表，面內(nèi)形變的x軸方向成分及y軸方向成分都從壓電體58的端部向中央部(水平電極構(gòu)造的間隙的中央部)形變量的大小增加。詳細(xì)而言，面內(nèi)形變的y軸方向成分從壓電體58的端部向中央部平滑地變化。另一方面，面內(nèi)形變的x軸方向成分在相當(dāng)于第一凹部64的部分和其以外的部分之間的交界位置急劇地變化，同時相當(dāng)于第一凹部64的部分的形變量的大小與其以外的部分相比較，變得非常大。并且，如果著眼于相當(dāng)于間隙的部分(包括壓電體58的中心的部分)，則形變量的x軸方向成分的大小成為y軸方向成分的大小的約2倍。

因此，可知在與第一凹部64的長度方向(槽方向：y軸方向)相交的方向上，通過以夾著該第一凹部64而相對的方式配置電極，從而可以有效地提高壓電元件的接收靈敏度。

[作用效果]

這樣，根據(jù)本實施方式，在水平電極構(gòu)造的壓電元件50，在相當(dāng)于電極間的間隔(間隙)的振動膜56和壓電體58各自的部分形成槽狀的凹部，從而可以提高接收靈敏度。也就是說，俯視時，在作為水平電極構(gòu)造的間隙位置的振動膜56的部分將第一凹部64，在相同的壓電體58的部分將第二凹部66，分別將其槽方向形成為與電極配置方向交叉。由此，由于超聲波引起的振動膜56產(chǎn)生的形變最終集中于壓電體58的第二凹部66，電極間的電位差(電壓)增加，接收靈敏度提高。

在振動膜56和壓電體58兩者，俯視時，相當(dāng)于電極間的間隔(間隙)的部分設(shè)置有凹部(第一凹部64和第二凹部66)，所以作為整個壓電元件50，接收作為彈性波的超聲波時的應(yīng)力易于集中于第一凹部64及第二凹部66，所以接收靈敏度提高。

并且，通過構(gòu)成本實施方式的具有壓電元件50的超聲波探測器20、具備該超聲波探測器20的超聲波測定裝置1，從而盡管不會提高超聲波的照射強度，但也可以實現(xiàn)能高精度地進行超聲波測定的探測器和超聲波測定裝置。

[變形例]

此外，能適用本發(fā)明的實施方式并不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以適當(dāng)進行變形，這是不言而喻的。

(a)凹部的寬度

在上述實施方式中，雖然將第一凹部64的寬度和第二凹部66的寬度設(shè)定為相等的第一電極60和第二電極62之間的間隔w2，但如圖13所示，也可以將第一凹部64的寬度d2設(shè)定得寬于(長于)電極間的間隔w2。

在這種情況下，由于第一凹部64的寬度d2，在壓電元件50的接收靈敏度上會產(chǎn)生差異。圖14、圖15是用于對壓電元件50中的第一凹部64的寬度d2的不同引起的接收靈敏度的不同進行說明的圖。圖14是表示壓電元件50h的構(gòu)造的圖。壓電元件50h形成有第一凹部64而未形成有第二凹部66。

并且，圖15是對于壓電元件50h示出通過模擬求得的接收靈敏度相對于第一凹部64的寬度d2的變化的圖表。該圖表的橫軸是第一凹部64的寬度d2相對于硅側(cè)壁68的間隔w1的比率d2/w1，縱軸是接收靈敏度。在比率d2/w1成為“0.1～0.9”的范圍內(nèi)，求得使第一凹部64的寬度d2變化時的接收靈敏度。該圖表上的任何點都以使壓電元件50的固有頻率成為8.6mhz的方式調(diào)節(jié)硅側(cè)壁68的間隔w1。

在使第一凹部64的寬度d2與電極間的間隔w2相同的情況下的比率d2/w1約為0.16，從如圖15所示的圖表可知，通過將第一凹部64的寬度d2寬于電極間的間隔w2，從而接收靈敏度提高。并且，在比率d2/w1約為0.5、即第一凹部64的寬度d2是硅側(cè)壁68的間隔w1的約1/2時，接收靈敏度最大。從接收靈敏度的提高出發(fā)，第一凹部64的寬度d2相對于硅側(cè)壁68的間隔w1的比率d2/w1在0.3以上0.8以下時，第一凹部64的寬度d2最優(yōu)選。

(b)僅第一凹部64

并且，如圖16所示的壓電元件50i所示，也可以不設(shè)置第二凹部66。如參照圖9、圖10所說明的那樣，通過具有第一凹部64，從而接收作為彈性波的超聲波時的壓電體58的面內(nèi)方向的形變在該第一凹部64、即電極間的間隙部分集中。因此，即使構(gòu)成將凹部僅作為振動膜56側(cè)的第一凹部64并未設(shè)置于壓電體58的壓電元件，甚至與未設(shè)置第一凹部64的結(jié)構(gòu)相比，可以預(yù)見接收靈敏度的進一步提高。

(c)凸部

此外，如圖17所示，也可以在與第一凹部64對應(yīng)的振動膜56的一面?zhèn)?壓電體58的配置面?zhèn)?的部分形成有第一凸部76。例如，采用在振動膜56上設(shè)置壓電體58之前通過按壓形成第一凹部64的制造工序的情況下，在振動膜56的與第一凹部64的相反側(cè)形成第一凸部76。這樣的結(jié)構(gòu)也可以。

并且，如圖18所示，也可以在壓電體58的上面(振動膜56的與配置面相反側(cè)的面)上的第一凹部64相對應(yīng)的部分形成有第二凸部78。例如，采用在振動膜56上設(shè)置了壓電體58之后通過按壓形成第一凹部64的制造工序的情況下，在振動膜56的與第一凹部64的相反側(cè)形成與圖17相同的凸部，此外，在壓電體58的上面的第一凹部64相對應(yīng)的部分形成有第二凸部78。這樣的結(jié)構(gòu)也可以。

此外，如圖19所示，也可以在作為振動膜56的一面?zhèn)鹊难趸唽?4上形成有凹部80。氧化鋯層54以及壓電體58的楊氏模量分別是200gpa、以及80gpa。該壓電元件50l如果與如圖7的(a)所示的壓電元件50a相比較，在電極間隙部分，楊氏模量小的壓電體58的厚度增加，楊氏模量大的氧化鋯層54的厚度減少。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，可以在電極間隙部分形成比周圍在構(gòu)造上更柔軟的區(qū)域。因此，可將由于音壓引起的形變集中在電極間隙部分。作為其結(jié)果，可以提高接收靈敏度。