JP2018199290A - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板におけるクラックの発生を抑制する。【解決手段】圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれる圧電デバイス。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電デバイスによって圧力変動を発生させる技術に関する。

圧電デバイスによって圧力室に圧力変動を発生させることで、圧力室に供給されるインク等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。例えば特許文献１には、圧力室の壁面（上面）を構成する振動板と振動板を振動させる圧電素子とを備えた圧電デバイスを圧力室毎に設ける技術が開示されている。この振動板の活性層基板（振動により変形する部分）は、結晶面内の方向に応じてヤング率が変化するシリコン基材で振動板の活性層基板を構成される。特許文献１では、上記結晶面内において振動板の短手方向のヤング率の方が長手方向のヤング率よりも小さくなるような方向に振動板の短手方向を合わせることで、振動板の短手方向を変形し易くすることによって、振動板の変位特性を高めるようにしている。

特開２００２−６７３０７号公報

ところが、シリコン基材の結晶面によっては、ヤング率だけでなく、ポアソン比にも異方性があり、しかもポアソン比とヤング率とは、結晶面内の方向による変化の仕方が異なる。したがって、ヤング率だけを考慮して振動板の方向を結晶面内の方向に合わせたとしても、その方向のポアソン比によっては、振動板にクラック（亀裂）が発生し易くなり、圧電デバイスが破損する虞がある。以上の事情を考慮して、本発明は、振動板におけるクラックの発生を抑制することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板の長軸方向の伸縮に影響を与える短軸方向のポアソン比が、最小値以上であって平均値未満の小さい値に抑えられる。したがって、圧電素子の振動により振動板が伸びる方向に変位しても、振動板の短軸方向におけるポアソン比が平均値を上回るほど大きい値である場合に比較して、長軸方向に振動板が縮もうとする力が弱くなるので、長軸方向の縮み量が少なくなる。このように、短軸方向のポアソン比を小さくすることで、長軸方向の縮み量が小さくなり、長軸方向において振動板を引っ張る力が弱まるため、例えば振動板のうち長軸方向に縮む部分（例えば腕部）における応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が{１００}面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって０．１８０６５未満の範囲に含まれる。以上の態様によれば、ポアソン比が０．１８０６５を上回るほど大きい値である場合に比較して、振動板の長軸方向の縮み量が少なくなる。したがって、振動板が長軸方向に縮む部分の応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．０８６４以下の範囲に含まれる。以上の態様によれば、ポアソン比が０．０８６４を超える材料（例えば圧電素子を構成する材料や圧電素子との間の材料）が振動板に積層されていても、その積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できる。これにより、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（１００）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって７度の方位から、結晶方位［００１］に向かって７度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（０１０）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１０１］に対して、結晶方位［−１００］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１０１］に対して、結晶方位［−１００］に向かって７度の方位から、結晶方位［００１］に向かって７度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（００１）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１１０］に対して、結晶方位［０１０］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００−１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１１０］に対して、結晶方位［００−１］に向かって７度の方位から、結晶方位［０１０］に向かって７度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１１０｝面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向におけるポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．２４１２７未満の範囲に含まれる。以上の態様によれば、ポアソン比が０．２４１２７を上回るほど大きい値である場合に比較して、振動板の長軸方向の縮み量が少なくなる。したがって、振動板が長軸方向に縮む部分の応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向におけるポアソン比は、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．１９６８以下の範囲に含まれる。以上の態様によれば、ポアソン比が０．１９６８を超える材料（例えば圧電素子を構成する材料や圧電素子との間の材料）が振動板に積層されていても、その積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できる。これにより、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（１１０）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１１１］から［−１１２］に向かって７度の方位に対して、［−１１１］に向かって２０度の方位から、［−１１２］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなる。したがって、振動板が長軸方向に縮む部分の応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［−１１１］から［−１１２］に向かって７度の方位に対して、［−１１１］に向かって１３度の方位から、［−１１２］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（０１１）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［１−１１］から［１−１２］に向かって７度の方位に対して、［１−１１］に向かって２０度の方位から、［１−１２］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなる。したがって、振動板が長軸方向に縮む部分の応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［１−１１］から［１−１２］に向かって７度の方位に対して、［１−１１］に向かって１３度の方位から、［１−１２］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、単結晶シリコン基材は、結晶面が（１０１）面の基材であり、振動板のうち圧力室に平面視で重なる振動領域において、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［１１−１］から［１２−１］に向かって７度の方位に対して、［１１−１］に向かって２０度の方位から、［１２−１］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、短軸方向における振動板のポアソン比を小さくできるから、長軸方向の縮み量が少なくなる。したがって、振動板が長軸方向に縮む部分の応力集中も緩和されるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。

本発明の好適な態様において、短軸方向における振動板のポアソン比の方位は、結晶面内の結晶方位［１１−１］から［１２−１］に向かって７度の方位に対して、［１１−１］に向かって１３度の方位から、［１２−１］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる。以上の態様によれば、振動板に積層される材料よりもポアソン比を小さくし易くなるから、積層材料の伸縮に伴う振動板の余計な変形を抑制できるので、積層材料の伸縮によって振動板が破壊され難くすることができる。

以上の課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、上述した各態様の何れかに記載の圧電デバイスを備え、圧電素子によって振動板を振動させることで圧力室の圧力を変動することよって、圧力室に充填された液体をノズルから吐出する。以上の態様によれば、振動板におけるクラックの発生を抑制できる圧電デバイスを備えた液体吐出ヘッドを提供できる。

以上の課題を解決するために、本発明の液体吐出装置は、上述した各態様の何れかに記載の圧電デバイスを備え、圧電素子によって振動板を振動させることで圧力室の圧力を変動することよって、圧力室に充填された液体をノズルから吐出する。以上の態様によれば、振動板におけるクラックの発生を抑制できる圧電デバイスを備えた液体吐出装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出装置の構成図である。 液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図２に示す液体吐出ヘッドのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 圧電デバイスの断面図および平面図である。 図４に示す圧電デバイスのＶ−Ｖ断面図である。 単結晶シリコン基材の（１００）面内におけるポアソン比の異方性の例を示すグラフである。 単結晶シリコン基材の（１１０）面内におけるポアソン比の異方性の例を示すグラフである。 第２実施形態に係る圧電デバイスを拡大した断面図と平面図である。 図８に示す圧電デバイスのＩＸ−ＩＸ断面図である。 第３実施形態の変形例に係る圧電デバイスの断面図である。 第４実施形態に係る圧電デバイスを拡大した平面図である。 図１１に示す圧電デバイスのＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る液体吐出装置１０を例示する構成図である。第１実施形態の液体吐出装置１０は、液体の例示であるインクを媒体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印刷対象が媒体１２として利用され得る。図１に示すように、液体吐出装置１０には、インクを貯留する液体容器１４が固定される。例えば液体吐出装置１０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。色彩が相違する複数種のインクが液体容器１４には貯留される。

図１に示すように、液体吐出装置１０は、制御装置２０と搬送機構２２と移動機構２４と複数の液体吐出ヘッド２６とを具備する。制御装置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包含し、液体吐出装置１０の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御装置２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向に搬送する。

移動機構２４は、制御装置２０による制御のもとで複数の液体吐出ヘッド２６をＸ方向に往復させる。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。移動機構２４は、複数の液体吐出ヘッド２６を搭載するキャリッジ２４２と、キャリッジ２４２が固定された無端ベルト２４４とを具備する。なお、液体容器１４を液体吐出ヘッド２６とともにキャリッジ２４２に搭載することも可能である。

複数の液体吐出ヘッド２６の各々は、液体容器１４から供給されるインクを制御装置２０による制御のもとで複数のノズル（吐出孔）Ｎから媒体１２に吐出する。搬送機構２２による媒体１２の搬送とキャリッジ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。なお、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。

（液体吐出ヘッド）
図２は、任意の１個の液体吐出ヘッド２６の分解斜視図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２に示すように、液体吐出ヘッド２６は、Ｙ方向に配列された複数のノズルＮを具備する。第１実施形態の複数のノズルＮは、第１列Ｌ１と第２列Ｌ２とに区分される。第１列Ｌ１と第２列Ｌ２との間でノズルＮのＹ方向の位置を相違させること（すなわち千鳥配置またはスタガ配置）も可能であるが、第１列Ｌ１と第２列Ｌ２とでノズルＮのＹ方向の位置を一致させた構成が図３では便宜的に例示されている。図２に示すように液体吐出ヘッド２６は、第１列Ｌ１の複数のノズルＮに関連する要素と第２列Ｌ２の複数のノズルＮに関連する要素とが略線対称に配置された構造である。

図２および図３に示すように、液体吐出ヘッド２６は流路基板３２を具備する。流路基板３２は、表面Ｆ１と表面Ｆ２とを含む板状部材である。表面Ｆ１はＺ方向の正側の表面（媒体１２側の表面）であり、表面Ｆ２は表面Ｆ１とは反対側（Ｚ方向の負側）の表面である。流路基板３２の表面Ｆ２には、圧力発生部３５とケース部材４０とが設置され、表面Ｆ１にはノズル板５２とコンプライアンス基板５４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。なお、流路基板３２と圧力室基板３４とが積層される方向をＺ方向として把握することも可能である。

圧力発生部３５は、ノズルＮからインクを吐出するための圧力変動を発生させる要素である。本実施形態の圧力発生部３５は、圧力室基板３４と圧電デバイス３９とを含む第１基板Ａと、配線接続基板（保護基板）３８を含む第２基板Ｂと、駆動ＩＣ６２とを接合して構成される。圧電デバイス３９は、圧力室基板３４に形成される後述の圧力室Ｃと、圧電素子３７と、圧力室Ｃと圧電素子３７との間に配置される振動板３６とからなり、振動による圧力変動を圧力室Ｃ内に発生させる要素である。なお、圧力発生部３５および圧電デバイス３９についての詳細は後述する。

ノズル板５２は、複数のノズルＮが形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板３２の表面Ｆ１に設置される。各ノズルＮはインクが通過する貫通孔である。第１実施形態のノズル板５２は、単結晶シリコン（Ｓｉ）基材（シリコン基板）を、半導体製造技術を利用して加工することで製造される。ただし、ノズル板５２の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。

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に示すように、流路基板３２には、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について、空間ＲＡと複数の供給流路３２２と複数の連通流路３２４とが形成される。空間ＲＡは、平面視で（すなわちＺ方向からみて）Ｙ方向に沿う長尺状の開口であり、供給流路３２２および連通流路３２４は、ノズルＮ毎に形成された貫通孔である。複数の供給流路３２２はＹ方向に配列され、複数の連通流路３２４も同様にＹ方向に配列される。また、図３に示すように、流路基板３２の表面Ｆ１には、複数の供給流路３２２にわたる中間流路３２６が形成される。中間流路３２６は、空間ＲＡと複数の供給流路３２２とを連結する流路である。他方、連通流路３２４はノズルＮに連通する。

図２および図３の配線接続基板３８は、複数の圧電素子３７を保護するための板状部材であり、振動板３６の表面（圧力室Ｃとは反対側の表面）に設置される。配線接続基板３８の材料や製法は任意であるが、流路基板３２や圧力室基板３４と同様に、単結晶シリコン（Ｓｉ）基材（シリコン基板）を、半導体製造技術を利用して加工することで、配線接続基板３８は形成され得る。図２および図３に示すように、配線接続基板３８のうち振動板３６側の表面（以下「接合面」という）とは反対側の表面（以下「実装面」という）には駆動ＩＣ６２が設置される。駆動ＩＣ６２は、制御装置２０による制御のもとで駆動信号を生成および供給することで各圧電素子３７を駆動する駆動回路が搭載された略矩形状のＩＣチップである。配線接続基板３８の実装面には、駆動ＩＣ６２の駆動信号（駆動電圧）の出力端子に接続される配線３８４が圧電素子３７毎に形成される。また配線接続基板３８の実装面には、駆動ＩＣ６２のベース電圧（圧電素子３７の駆動信号のベース電圧）の出力端子に接続される配線３８５が圧電素子３７の配置に沿ってＹ方向に連続して形成される。

図２および図３に示すケース部材４０は、複数の圧力室Ｃ（さらには複数のノズルＮ）に供給されるインクを貯留するためのケースである。ケース部材４０のうちＺ方向の正側の表面が例えば接着剤で流路基板３２の表面Ｆ２に固定される。図２および図３に示すように、ケース部材４０のうちＺ方向の正側の表面にはＹ方向に延在する溝状の凹部４２が形成される。配線接続基板３８および駆動ＩＣ６２は凹部４２の内側に収容される。ケース部材４０は、流路基板３２や圧力室基板３４とは別個の材料で形成される。例えば樹脂材料の射出成形でケース部材４０を製造することが可能である。ただし、ケース部材４０の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。ケース部材４０の材料としては、例えば合成繊維や樹脂材料が好適である。

図３に示すように、ケース部材４０には、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について空間ＲＢが形成される。ケース部材４０の空間ＲＢと流路基板３２の空間ＲＡとは相互に連通する。空間ＲＡと空間ＲＢとで構成される空間は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留する液体貯留室（リザーバー）Ｒとして機能する。液体貯留室Ｒは、複数のノズルＮにわたる共通液室である。ケース部材４０のうち流路基板３２とは反対側の表面には、液体容器１４から供給されるインクを液体貯留室Ｒに導入するための導入口４３が第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について形成される。

液体容器１４から導入口４３に供給されたインクは、液体貯留室Ｒの空間ＲＢと空間ＲＡに貯留される。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中間流路３２６から複数の供給流路３２２に分岐して各圧力室Ｃに並列に供給および充填される。

図２に示すように、表面Ｆ１にはコンプライアンス基板５４が設置される。コンプライアンス基板５４は、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性のフィルムである。図３に示すように、コンプライアンス基板５４は、流路基板３２の空間ＲＡと中間流路３２６と複数の供給流路３２２とを閉塞するように流路基板３２の表面Ｆ１に設置されて液体貯留室Ｒの壁面（具体的には底面）を構成する。

図３に示す圧力発生部３５は、第１基板Ａと第２基板Ｂと駆動ＩＣ６２とを積層して構成される。第１基板Ａは圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電素子３７とを含む基板であり、第２基板Ｂは配線接続基板３８を含む基板である。

圧力室基板３４は、圧力室Ｃを構成する複数の開口３４２が第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板３２の表面Ｆ２に設置される。複数の開口３４２は、Ｙ方向に配列される。各開口３４２は、ノズルＮ毎に形成されて平面視でＸ方向に沿う長尺状の貫通孔である。流路基板３２および圧力室基板３４は、前述のノズル板５２と同様に、単結晶シリコン（Ｓｉ）基材（シリコン基板）を、半導体製造技術を利用して加工することで製造される。ただし、流路基板３２および圧力室基板３４の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。圧力室基板３４のうち流路基板３２とは反対側の表面に、圧電デバイス３９が設置される。

（圧電デバイス）
図４は、圧電デバイス３９を拡大した断面図および平面図である。図４の断面図（図４の上側の図）は、圧電デバイス３９をＸ−Ｚ平面で切断したものであり、図４の平面図（図４の下側の図）は、圧電デバイス３９をＺ方向から見たものである。図５は、図４に示す圧電デバイス３９のＶ−Ｖ断面図である。図４および図５に示すように、圧電デバイス３９は、圧力室Ｃと圧電素子３７と振動板３６とからなり、圧電素子３７によって振動板３６を振動させることで、各圧力室Ｃに圧力変動を発生させる。図４の圧力室Ｃの内周３４５の形状と圧電素子３７の形状は、平面視においてＸ方向に沿った長軸と、長軸よりも短くＹ方向に沿った短軸からなる長方形である。圧力室Ｃの内周３４５の形状は、Ｚ方向から平面視したときの圧力室Ｃの側壁３４４の内周３４５の形状であり、振動板３６の振動領域Ｐを画定する。振動板３６の振動領域Ｐは、振動板３６のうち圧力室Ｃに平面視で重なる領域であり、圧力室Ｃの壁面（上面）を構成する領域である。

図２および図３に示すように、流路基板３２の表面Ｆ２と振動板３６とは、各開口３４２の内側で相互に間隔をあけて対向する。開口３４２の内側で流路基板３２の表面Ｆ２と振動板３６との間に位置する空間が、当該空間に充填されたインクに圧力を付与するための圧力室Ｃとして機能する。圧力室ＣはノズルＮ毎に個別に形成される。図２に示すように、第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について、複数の圧力室Ｃ（開口３４２）がＹ方向に配列される。任意の１個の圧力室Ｃは、供給流路３２２と中間流路３２６とを介して空間ＲＡに連通するとともに、連通流路３２４を介してノズルＮに連通する。

図２乃至図５に示すように、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に対応する複数の圧電素子３７が第１列Ｌ１および第２列Ｌ２の各々について設置される。圧電素子３７は、駆動信号の供給により変形して圧力室Ｃに圧力を発生させる圧力発生素子である。複数の圧電素子３７は、各圧力室Ｃに対応するようにＹ方向に配列する。

圧電素子３７は、相互に対向する第１電極と第２電極との間に圧電体層を介在させた積層体である。第１電極と第２電極との間に電圧を印加することで、第１電極と第２電極とで挟まれる圧電体層に圧電歪みが生じて変位する。したがって、圧電素子３７は、第１電極と第２電極と圧電体層が重なる部分である。この圧電体層の圧電歪みに連動して振動板３６が振動することで、圧力室Ｃ内の圧力が変動する。なお、圧電素子３７と振動板３６との間に、密着力を確保するための密着層が設けられていてもよい。すなわち、圧電素子３７は、振動板３６の表面上に直接設けられている必要はなく、振動板３６の表面に密着層を介して設けられていてもよい。密着層としては、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、チタン、酸化チタン、酸化シリコンなどを用いることができる。

図４および図５に示すように、振動板３６は、弾性的に振動可能な板状部材である。本実施形態の振動板３６は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材で構成されており、振動板３６の表面は、単結晶シリコン基材の結晶面で構成される。ただし、上記単結晶シリコン基材の結晶は、振動板３６の表面にあることに限られず、少なくとも振動板３６が有していればよい。例えば振動板３６が複数の材料を積層して成る場合には、積層される材料に単結晶シリコン基材の結晶が含まれていればよい。振動板３６は、圧力室Ｃの側壁３４４（圧力室基板３４）に積層して接合され、圧力室Ｃの側壁３４４に交差する壁面（具体的には上面）を構成する。上述したように、振動板３６のうち圧力室Ｃに平面視で重なる領域（圧力室Ｃの上面を構成する領域）は、圧電素子３７によって振動する振動領域Ｐである。

振動板３６は、圧電素子３７に平面視で（Ｚ方向から見て）重なる能動部３６２ａと、圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なる固定部３６２ｃと、能動部３６２ａと固定部３６２ｃとの間の腕部３６２ｂとを備える。能動部３６２ａは、圧電体層３７３の圧電歪みに連動して振動する部分である。腕部３６２ｂは、能動部３６２ａを支持する部分である。これら能動部３６２ａと腕部３６２ｂによって上記振動領域Ｐが構成される。

本実施形態の振動領域Ｐは、平面視において圧力室Ｃの形状と同様であり、Ｘ方向に沿った長軸と、長軸よりも短くＹ方向に沿った短軸を有する長方形である。以下、上記長方形のＸ方向に沿った長軸を振動領域Ｐの長軸Ｇｘとし、上記長方形のＹ方向に沿った短軸を振動領域Ｐの短軸Ｇｙとする。なお、振動領域Ｐの形状は、楕円、ひし形などのように長方形以外の形状であってもよい。振動領域Ｐが長方形以外の形状の場合は、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の短軸が振動領域Ｐの短軸Ｇｙとなり、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の長軸が振動領域Ｐの長軸Ｇｘとなる。本実施形態では、振動領域Ｐの形状が、振動領域Ｐを内包する最小の長方形に一致する場合である。

このような構成の圧電デバイス３９においては、図４および図５の点線に示すように、圧電素子３７の圧電歪みによって振動板３６の振動領域Ｐの能動部３６２ａにＺ方向への変位Ｈが生じる。この場合、能動部３６２ａに同じ変位Ｈが生じても、図５の断面図に示すＹ方向（短軸Ｇｙの方向）の腕部３６２ｂは、図４の断面図に示すＸ方向（長軸Ｇｘの方向）の腕部３６２ｂよりも急なカーブを描くように変形していることが分かる。振動板３６において、急なカーブで変形する短軸Ｇｙの方向は大きく伸び、それに応じて長軸Ｇｘの方向は縮む。長軸Ｇｘの方向でも圧電素子３７が平面視で重なる能動部３６２ａとその近傍は伸びるが、それ以外の長軸Ｇｘの方向の部分（腕部３６２ｂの一部）が縮むことによって圧力室Ｃ側に凸の形状となる。

この場合、例えばシリコン基材の結晶面によっては、結晶面内の方向に応じてヤング率が変化するので、振動板３６の短軸Ｇｙを結晶面内のヤング率が低い方向に合わせることで、振動板３６の短軸Ｇｙの方向においてＺ方向に変形し易くすることができ、こうすることで、振動板３６の変位特性を向上させることができるとも考えられる。

ところが、単結晶シリコン基材の結晶面によっては、ヤング率だけでなく、ポアソン比にも異方性があり、しかもポアソン比とヤング率とは、結晶面内の方向による変化の仕方が異なる。したがって、ヤング率だけを考慮して振動板３６の方向を結晶面内の方向に合わせたとしても、その方向のポアソン比によっては、振動板３６にクラック（亀裂）が発生し易くなる。

図６は、結晶面が（１００）面（結晶面に垂直な結晶面方位が［１００］）の単結晶シリコン基材の（１００）面内におけるポアソン比とヤング率の異方性の例を示すグラフである。図６では、ポアソン比の異方性のグラフを実線で示し、ヤング率の異方性のグラフを点線で示す。図６は、極座標であり、中心から離れるほどヤング率またはポアソン比が大きくなる。

図６に示すように、結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材の（１００）面内におけるポアソン比は、四つ葉状の異方性を有しており、ヤング率は、略正方形の異方性を有している。図６に示すように、ポアソン比の異方性は、ヤング率の異方性とは異なっており、例えば結晶方位［００１］においては、ヤング率が最も小さくなるのに対して、ポアソン比は最も大きくなる。したがって、例えばヤング率を小さくするために振動板３６の方向を結晶方位［００１］に合わせれば、ポアソン比が大きくなってしまうため、振動板３６にクラック（亀裂）が発生し易くなり、圧電デバイス３９が破損する虞がある。

上述したように、圧電素子３６によって振動板３６が変形すると、短軸Ｇｙの方向は大きく伸び、それに応じて長軸Ｇｘの方向は縮む。長軸Ｇｘの方向でも能動部３６２ａとその近傍は伸びるが、それ以外の長軸Ｇｘの方向の部分（腕部３６２ｂの一部）が縮む。この場合、もし仮に短軸Ｇｙの方向のポアソン比が大きいと、長軸Ｇｘの方向に縮む部分の縮み量が大きくなるから、長軸Ｇｘの方向において振動板３６を引っ張る力が強まってしまう。このため、長軸Ｇｘの方向に縮む腕部３６２ｂの一部（例えば平面視において振動板３６と圧力室Ｃとの境界や振動板３６と圧電素子３７との境界など）に応力集中が発生して、クラックが発生し易くなる。

そこで、本実施形態では、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれるようにする。ここでの平均値は、例えば結晶面内のポアソン比の最小値と最大値とを加算した値を２で割って算出した平均値でもよく、また結晶面内のポアソン比における複数のサンプリング値を加算した値をサンプリング値の数で割って算出した平均値であってもよい。このような構成によれば、振動板３６の長軸Ｇｘの方向の伸縮に影響を与える短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、最小値以上であって平均値未満の小さい値に抑えられる。したがって、圧電素子３７の振動により振動板３６が伸びる方向に変位しても、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が平均値を上回るほど大きい値である場合に比較して、長軸Ｇｘの方向に振動板３６が縮もうとする力が弱くなるので、長軸Ｇｘの方向の縮み量が少なくなる。このように、短軸Ｇｙの方向のポアソン比を小さくすることで、長軸Ｇｘの方向の縮み量が小さくなり、長軸Ｇｘの方向において振動板３６を引っ張る力が弱まるため、例えば長軸Ｇｙの方向に縮む腕部３６２ｂの一部（例えば平面視において振動板３６と圧力室Ｃとの境界や振動板３６と圧電素子３７との境界など）における振動板３６の応力集中も緩和されるので、振動板３６におけるクラックの発生を抑制できる。

具体的には、図６に示す単結晶シリコン基材の（１００）面内において、ポアソン比の最小値は、略０．０６６４であり、ポアソン比の平均値は、略０．１８０６５である。したがって、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、（１００）面内のポアソン比の最小値以上であって、０．１８０６５未満の範囲と表すことができる。また、図６に示す（１００）面内のポアソン比が最小値となる方位Ｄｍは、結晶方位［０１１］であり、ポアソン比が平均値となる方位は、結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって２１度の方位Ｄ１１と、結晶方位［００１］に向かって２１度の方位Ｄ１１’である。したがって、上述した第１実施形態の短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比の範囲は、方位Ｄｍに対して、方位Ｄ１１から方位Ｄ１１’の範囲と表すこともできる。

このような第１実施形態の振動板３６は、図６に示すように結晶面が（１００）面の単結晶シリコンウエハーを用いて製造される。具体的には、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、上記単結晶シリコンウエハーの結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲（図６の方位Ｄ１１から方位Ｄ１１’の範囲）に含まれるように、振動板３６の短軸Ｇｙの方向を結晶面内の結晶方位に合わせて、上記単結晶シリコンウエハーから振動板３６を切り出すことで、第１実施形態の振動板３６を製造することができる。

上述したように、振動板３６におけるクラックの発生を抑制する観点からすれば、第１実施形態の短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、最小値とするのが最も好ましい。したがって、図６に示す結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材の結晶面を振動板３６の表面（上面）とする場合には、振動板３６の短軸Ｇｙの方向を、方位Ｄｍに合わせるのが、最も効果的である。

また、振動板３６に積層される材料の伸縮が振動板３６の変位Ｈに影響を与える場合がある。例えば本実施形態では、振動板３６に圧電素子３７が積層されるので、圧電素子３７を構成する材料（例えば振動板３６の表面に形成される第１電極の材料）の短軸Ｇｙの方向のポアソン比によっては、振動板３６の変位Ｈが積層材料の伸縮の影響を受ける虞がある。また、圧電素子３７と振動板３６との間に、酸化ジルコニア膜や酸化シリコン膜が形成される場合には、振動板３６の変位Ｈが積層材料の伸縮の影響を受ける虞がある。短軸Ｇｙの方向において振動板３６のポアソン比が積層材料のポアソン比よりも小さければ、振動板３６の変位Ｈが積層材料の伸縮の影響を受け難くすることができる。

そこで、第１実施形態において、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、０．１〜０．２％が好ましく、これにマージンを加えると、好適な範囲は、最小値以上であって、最小値から３０％以下の範囲とすることができ、このようにすることで振動板３６に積層される積層材料の影響を受け難くすることができる。図６に示す結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材では、ポアソン比が最小値から３０％に相当するのは、略０．０８６４である。したがって、第１実施形態において、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、最小値以上であって、０．０８６４以下の範囲が好適な範囲である。これによれば、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が０．０８６４を超える材料が振動板３６に積層されていても、その積層材料の伸縮に伴う振動板３６の余計な変形を抑制できる。上記好適な範囲において、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比が積層材料のポアソン比よりも小さくなるようにする。これにより、振動板３６の変位が積層材料の伸縮の影響を受け難くなるので、積層材料の伸縮によって振動板３６が破壊されることを抑制できる。

図６に示す（１００）面内のポアソン比の最小値の方位は、方位Ｄｍであり、ポアソン比が最小値から３０％の方位は、結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって７度の方位Ｄ１２と、結晶方位［００１］に向かって７度の方位Ｄ１２’である。したがって、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比の上記好適な範囲は、方位Ｄｍに対して、方位Ｄ１２から方位Ｄ１２’の範囲と表すこともできる。

なお、本実施形態では、単結晶シリコン基材の結晶面（１００）を振動板３６の表面（上面）にする場合を例示したが、単結晶シリコンは立方晶系であるため、結晶面（１００）と等価の結晶面である（０１０）面または（００１）面を振動板３６の表面（上面）にする場合にも、本実施形態の構成を適用可能である。結晶面が（０１０）面または（００１）面であっても、ポアソン比とヤング率は、図６のような形状になる。ただし、結晶面が（０１０）面の場合は、図６で基準となる３つの結晶方位［０１０］、［０１１］、［００１］をそれぞれ、結晶方位［−１００］、［−１０１］、［００１］と読み替えて適用する。また、結晶面が（００１）面の場合は、図６の結晶方位［０１０］、［０１１］、［００１］をそれぞれ、結晶方位［０１０］、［−１１０］、［−１００］と読み替えて適用する。このように、結晶面（１００）、（０１０）、（００１）は、いずれも等価であり、これらの面群を結晶面｛１００｝と包括的に表記できる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について説明する。以下に例示する各形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用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。第１実施形態では、結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材で振動板３６を形成する場合を例示したが、第２実施形態では、結晶面が（１１０）面（結晶面に垂直な結晶面方位が［１１０］）の単結晶シリコン基材で振動板３６を形成する場合を例示する。

図７は、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材の（１１０）面内におけるポアソン比とヤング率の異方性の例を示すグラフである。図７では、ポアソン比の異方性のグラフを実線で示し、ヤング率の異方性のグラフを点線で示す。図７は、極座標であり、中心から離れるほどヤング率またはポアソン比が大きくなる。

図７に示すように、単結晶シリコン基材の（１１０）面内におけるポアソン比は、四つ葉状の異方性を有しており、ヤング率は、略長方形の異方性を有している。図７に示すように、ポアソン比の異方性は、ヤング率の異方性とは異なっており、図６の形状とも異なっている。したがって、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材においても、ヤング率だけを考慮して振動板３６の方向を結晶面内の方向に合わせたとしても、その方向のポアソン比によっては、振動板３６にクラックが発生し易くなる。

そこで、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれるようにする。具体的には、図７に示す単結晶シリコン基材の（１１０）面内において、ポアソン比の最小値は、略０．１５１４であり、ポアソン比の平均値は、略０．２４１２７である。したがって、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、（１１０）面内のポアソン比の最小値以上であって、０．２４１２７未満の範囲と表すことができる。また、図７に示す（１１０）面内のポアソン比の最小値の方位Ｄｍは、結晶方位［−１１１］から［−１１２］に向かって７度の方位であり、ポアソン比が平均値となる方位は、方位Ｄｍに対して、結晶方位［−１１１］に向かって２０度の方位Ｄ２１と、結晶方位［−１１２］に向かって２５度の方位Ｄ２１’である。したがって、上述した第２実施形態の短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比の範囲は、方位Ｄｍに対して、方位Ｄ２１から方位Ｄ２１’の範囲と表すこともできる。

このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、振動板３６の長軸Ｇｘの方向の伸縮に影響を与える短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、最小値以上であって平均値未満の小さい値に抑えられる。したがって、圧電素子３７の振動により振動板３６が伸びる方向に変位しても、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が平均値を上回るほど大きい値である場合に比較して、長軸方向の振動板３６が縮もうとする方向の力が弱くなるので、長軸Ｇｘの方向の縮み量が少なくなる。このように、短軸Ｇｙの方向のポアソン比を小さくすることで、長軸Ｇｘの方向の縮み量が小さくなり、長軸Ｇｘの方向において振動板３６を引っ張る力が弱まるため、例えば長軸Ｇｙの方向に縮む腕部３６２ｂの一部（例えば平面視において振動板３６と圧力室Ｃとの境界や振動板３６と圧電素子３７との境界など）における振動板３６の応力集中も緩和されるので、振動板３６におけるクラックの発生を抑制できる。

第２実施形態の振動板３６は、図７に示すように結晶面が（１１０）面の単結晶シリコンウエハーを用いて製造される。具体的には、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、上記単結晶シリコンウエハーの結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲（図７の方位Ｄ２１から方位Ｄ２１’の範囲）に含まれるように、振動板３６の短軸Ｇｙの方向を結晶面内の結晶方位に合わせて、上記単結晶シリコンウエハーから振動板３６を切り出すことで、第２実施形態の振動板３６を製造することができる。

上述したように、振動板３６におけるクラックの発生を抑制する観点からすれば、第２実施形態の短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、最小値とするのが最も好ましい。したがって、図７に示す結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材の結晶面を振動板３６の表面（上面）とする場合には、振動板３６の短軸Ｇｙの方向を、方位Ｄｍに合わせるのが、最も効果的である。

また、第２実施形態においても、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、０．１〜０．２％が好ましく、これにマージンを加えると、好適な範囲は、最小値以上であって、最小値から３０％以下の範囲とすることができ、このようにすることで振動板３６に積層される積層材料の影響を受け難くすることができる。図７に示す結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材では、ポアソン比が最小値から３０％に相当するのは、略０．１９６８である。したがって、第２実施形態において、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比は、最小値以上であって、０．１９６８以下の範囲が好適な範囲である。これによれば、振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が０．１９６８を超える材料が振動板３６に積層されていても、その積層材料の伸縮に伴う振動板３６の余計な変形を抑制できる。上記好適な範囲において、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比が積層材料のポアソン比よりも小さくなるようにする。これにより、振動板３６の変位が積層材料の伸縮の影響を受け難くなるので、積層材料の伸縮によって振動板３６が破壊されることを抑制できる。

図７に示す（１１０）面内のポアソン比の最小値の方位は、方位Ｄｍであり、ポアソン比が最小値から３０％の方位は、方位Ｄｍに対して、結晶方位［−１１１］に向かって１３度の方位Ｄ２２と、［−１１２］に向かって１５度の方位Ｄ２２’である。したがって、短軸Ｇｙの方向における振動板３６のポアソン比の上記好適な範囲は、方位Ｄｍに対して、方位Ｄ２２から方位Ｄ２２’の範囲と表すこともできる。

なお、本実施形態では、単結晶シリコン基材の結晶面（１１０）を振動板３６の表面（上面）にする場合を例示したが、単結晶シリコンは立方晶系であるため、結晶面（１１０）と等価の結晶面である（０１１）面または（１０１）面を振動板３６の表面（上面）にする場合にも、本実施形態の構成を適用可能である。結晶面が（０１１）面または（１０１）面であっても、ポアソン比とヤング率は、図７のような形状になる。ただし、結晶面が（０１１）面の場合は、図７で基準となる７つの結晶方位［−１１１］，［−１１２］，［００１］，［１−１２］，［１−１１］，［１−１０］，［１−１−１］をそれぞれ、結晶方位［１−１１］，［１−１２］，［１００］，［２１−１］，［１１−１］，［０１−１］，［−１１−１］と読み替えて適用する。また、結晶面が（１０１）面の場合は、図７の結晶方位［−１１１］，［−１１２］，［００１］，［１−１２］，［１−１１］，［１−１０］，［１−１−１］をそれぞれ、結晶方位［１１−１］，［１２−１］，［０１０］，［−１２１］，［−１−１１］，［−１０１］，［−１−１１］と読み替えて適用する。このように、結晶面（１１０）、（０１１）、（１０１）は、いずれも等価であり、これらの面群を結晶面｛１１０｝と包括的に表記できる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１実施形態および第２実施形態に係る圧電デバイス３９の圧電素子３７についての具体的な構成例を説明する。図８は、第３実施形態に係る圧電デバイス３９を拡大した断面図と平面図であり、図４に対応する。図８の断面図（図８の上側の図）は、圧電デバイス３９をＸ−Ｚ平面で切断したものであり、図８の平面図（図８の下側の図）は、圧電デバイス３９をＺ方向から見たものである。図９は、図８に示す圧電デバイス３９のＩＸ−ＩＸ断面図である。

図８の断面図および図９の断面図に示すように、第３実施形態の圧電素子３７は、相互に対向する第１電極３７１と第２電極３７２との間に圧電体層３７３を介在させた積層体である。図８の圧電素子３７は、第１電極３７１と第２電極３７２との間に電圧を印加することで、第１電極３７１と第２電極３７２とで挟まれる圧電体層３７３に圧電歪みが生じて変位する。したがって、図８の構成では、第１電極３７１と第２電極３７２と圧電体層３７３とが平面視で重なる部分が、図４の圧電素子３７に相当する。この圧電体層３７３の圧電歪みに連動して振動板３６が振動することで、圧力室Ｃ内の圧力が変動する。

第１電極３７１は、圧電素子３７毎（ノズルＮ毎）に個別に、振動板３６の表面に形成される。各第１電極３７１は、Ｙ方向に沿って延在する電極である。各第１電極３７１には、圧電体層３７３の外側に引き出されたリード電極３７１Ａを介して駆動ＩＣ６２に接続される。各リード電極３７１Ａ同士は電気的に接続されており、各第１電極３７１は複数の圧電素子３７の共通電極になっている。第１電極３７１の材料は、圧電体層３７３を成膜する際に酸化せず、導電性を維持できる材料が好ましく、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属、またはランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）などに代表される導電性酸化物が好適に用いられる。

各第１電極３７１の表面（振動板３６とは反対側の表面）には、圧電素子３７毎（ノズルＮ毎）に個別に、圧電体層３７３と第２電極３７２とが形成される。図８に示すように、各第２電極３７２は、第１電極３７１に対して振動板３６とは反対側に積層され、各圧電体層３７３は、第１電極３７１と第２電極３７２とに挟まれるように積層される。各第２電極３７２は、Ｙ方向に沿って延在する電極である。各第２電極３７２には、圧電体層３７３の外側に引き出されたリード電極３７２Ａを介して駆動ＩＣ６２に接続される。

圧電体層３７３は、圧力室Ｃごとにパターニングされて形成される。図８に示すように圧電体層３７３のＸ方向の幅は、圧力室Ｃ（開口３４２）のＸ方向の幅よりも広い。このため、圧力室ＣのＸ方向において、圧電体層３７３は圧力室Ｃの外側まで延在している。したがって、圧力室ＣのＸ方向において、第１電極３７１は、圧電体層３７３に覆われている。

圧電体層３７３は、例えばペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）などの電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料である。なお、圧電体層３７３の材料としては、上述したものに限られず、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの他、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることができる。

第２電極３７２は、圧電体層３７３の第１電極３７１とは反対側の面に設けられており、複数の圧電素子３７に対応する個別電極を構成する。なお、第２電極３７２は、圧電体層３７３に直接設けられていてもよく、また圧電体層３７３と第２電極３７２との間に他の部材が介在していてもよい。第２電極３７２としては、圧電体層３７３との界面を良好に形成でき、絶縁性及び圧電特性を発揮できる材料が望ましく、例えばイリジウム（Ｉｒ）、白金 （Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の貴金属材料、及びランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）に代表される導電性酸化物が好適に用いられる。また、第２電極３７２は、複数材料を積層したものであってもよい。

なお、本実施形態の圧電素子３７は、第１電極３７１を複数の圧電素子３７の共通電極にして、第２電極３７２を複数の圧電素子３７に対応する個別電極にした場合を例示したが、この構成に限られず、第２電極３７２を複数の圧電素子３７の共通電極にして、第１電極３７１を複数の圧電素子３７に対応する個別電極にしてもよい。また、上記実施形態では、振動板３６を単一層で構成した場合を例示したが、これに限られず、複数層で構成してもよい。

上記実施形態では、圧力室基板３４と振動板３６とを別体で構成した場合を例示したが、これに限られず、例えば図１０に示す第３実施形態の変形例のように、圧力室基板３４と振動板３６とを一体にして、圧力室Ｃと振動板３６を一度に形成してもよい。図１０の構成では、所定の厚みの単結晶シリコン基材のうち圧力室Ｃに対応する領域について厚み方向の一部を、上記結晶方位に合わせて選択的に除去することで、圧力室Ｃと振動板３６とを一度に形成することができる。また、図１０の構成では、圧電素子３７と振動板３６との間に、密着力を確保するための密着層３７６を設けている。図１０の密着層３７６は、酸化シリコン膜３７６Ａと酸化ジルコニア膜３７６Ｂとから成る。酸化シリコン膜３７６Ａと酸化ジルコニア膜３７６Ｂとはこの順に振動板３６に積層される。密着層３７６は、振動板３６を構成する単結晶シリコンよりも靱性が低いので、出来る限り薄くするとともに、図１０に示すように短軸Ｇｙの方向の腕部３６２ｂに平面視で重なる部分には形成されないようにしている。このように構成することで、腕部３６２ｂに平面視で重なる部分まで密着層３７６を形成する場合に比較して、腕部３６２ｂが変形し易くなるので、圧電デバイス３９の変位特性を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、第１実施形態および第２実施形態に係る圧電デバイス３９の圧電素子３７についての他の構成例を説明する。図１１は、第４実施形態に係る圧電デバイス３９をＺ方向から見た場合の平面図である。図１２は、図１１に示す圧電デバイス３９のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。

図１１および図１２に示すように、第４実施形態の圧力室Ｃの内周３４５の形状は、平面視においてＸ方向に沿った長軸ＧｘとＹ方向に沿った短軸Ｇｙを有する楕円である。第４実施形態の圧電素子３７は、平面視で圧力室Ｃの中心に重ならずに圧力室Ｃの内周３４５に重なるように圧力室Ｃの周縁部に配置される。図１１では、圧電素子３７の全周が、圧力室Ｃの内周３４５の全周に平面視で重なるように、環状に形成された場合を例示する。ただし、圧電素子３７が、圧力室Ｃの内周３４５の全周ではなく、内周３４５の一部に重なる構成であってもよい。

第４実施形態の圧電素子３７は、相互に対向する第１電極３７１と第２電極３７２との間に圧電体層３７３を介在させた積層体である。上述した他の実施形態と同様に、第１電極３７１と第２電極３７２と圧電体層３７３とが平面視で重なる部分が、圧電素子３７を構成する。図１１に示す第１電極３７１と圧電体層３７３は、各圧力室Ｃの部分においては、各圧力室Ｃの内周３４５の全周に平面視で重なるように、振動板３６の表面に形成される。第１電極３７１と圧電体層３７３は、圧力室Ｃの中心には形成されない。第１電極３７１と圧電体層３７３は、各圧力室Ｃの部分以外においては、振動板３６の表面全面に形成されている。ただし、各圧力室Ｃの部分以外においては、第１電極３７１と圧電体層３７３が形成されないようにしてもよい。平面視において第１電極３７１と圧電体層３７３の内周の形状は楕円である。

第２電極３７２は、圧電素子３７毎（ノズルＮ毎）に個別に、第１電極３７１に対して振動板３６とは反対側に積層される。第２電極３７２は、各圧力室Ｃの内周３４５の全周に平面視で重なるように配置される。平面視において、各第２電極３７２の内周の形状は楕円であり、外周の形状はＸ方向の方がＸ方向よりも長い略長方形である。第４実施形態の振動板３６は、第１実施形態や第２実施形態と同様の単結晶シリコン基材であり、圧力室基板３４と一体で構成される。

このような構成の第４実施形態の圧電デバイス３９によれば、第１電極３７１と第２電極３７２との間に電圧を印加することで、第１電極３７１と第２電極３７２とで挟まれる圧電体層３７３に圧電歪みが生じて変位する。この圧電体層３７３の圧電歪みに連動して振動板３６が振動することで、圧力室Ｃ内の圧力が変動する。第４実施形態においても、振動板３６のうち圧力室Ｃに重なる部分が振動領域Ｐとなる。

図１１に示すように、第４実施形態の振動領域Ｐは楕円であるから、振動領域Ｐを内包する図１１に一点鎖線で示すような最小の長方形Ｑの短軸が振動領域Ｐの短軸Ｇｙとなり、振動領域Ｐを内包する最小の上記長方形Ｑの長軸が振動領域Ｐの長軸Ｇｘとなる。第４実施形態では、振動領域Ｐを構成する楕円の長軸が振動領域Ｐの長軸Ｇｘとなり、楕円の短軸が振動領域Ｐの短軸Ｇｙとなる。この振動板３６の短軸Ｇｙの方向におけるポアソン比が、結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれるようにすることで、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜変形例＞
以上に例示した態様および実施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。以下の例示や上述の態様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で適宜に併合され得る。

（１）上述した実施形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載したキャリッジ２４２をＸ方向に沿って反復的に往復させるシリアルヘッドを例示したが、液体吐出ヘッド２６を媒体１２の全幅にわたり配列したラインヘッドにも本発明を適用可能である。

（２）上述した実施形態では、圧力室に機械的な振動を付与する圧電素子を利用した圧電方式の液体吐出ヘッド２６を例示したが、加熱により圧力室の内部に気泡を発生させる発熱素子を利用した熱方式の液体吐出ヘッドを採用することも可能である。

（３）上述した実施形態で例示した液体吐出装置１０は、印刷に専用される機器のほか、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１０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や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等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。また、液体の一種として生体有機物の溶液を吐出するチップ製造装置としても利用される。

１０…液体吐出装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御装置、２２…搬送機構、２４…移動機構、２４２…キャリッジ、２４４…無端ベルト、２６…液体吐出ヘッド、３２…流路基板、３２２…供給流路、３２４…連通流路、３２６…中間流路、３４…圧力室基板、３４２…開口、３４４…側壁、３４５…内周、３５…圧力発生部、３６…振動板、３６２ａ…能動部、３６２ｂ…腕部、３６２ｃ…固定部、３７…圧電素子、３７１…第１電極、３７１Ａ…リード電極、３７２…第２電極、３７２Ａ…リード電極、３７３…圧電体層、３７６…密着層、３７６Ａ…酸化シリコン膜、３７６Ｂ…酸化ジルコニア膜、３８…配線接続基板、３８４…配線、３８５…配線、３９…圧電デバイス、４０…ケース部材、４２…凹部、４３…導入口、５２…ノズル板、５４…コンプライアンス基板、６２…駆動ＩＣ、Ａ…第１基板、Ｂ…第２基板、Ｃ…圧力室、Ｇｘ…長軸、Ｇｙ…長軸、Ｌ１…第１列、Ｌ２…第２列、Ｎ…ノズル、Ｐ…振動領域、Ｒ…液体貯留室、ＲＡ…空間、ＲＢ…空間、Ｓ…圧力室、Ｈ…変位。

Claims (19)

1. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
   前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比は、前記結晶面内のポアソン比の最小値以上であって平均値未満の範囲に含まれる
   圧電デバイス。
2. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
   前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   前記単結晶シリコン基材は、結晶面が{１００}面の基材であり、
   前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比は、前記結晶面内のポアソン比の最小値以上であって０．１８０６５未満の範囲に含まれる
   圧電デバイス。
3. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比は、前記結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．０８６４以下の範囲に含まれる
   請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
   前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（１００）面の基材であり、
   前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる
   圧電デバイス。
5. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［０１１］に対して、結晶方位［０１０］に向かって７度の方位から、結晶方位［００１］に向かって７度の方位の範囲に含まれる
   請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
   前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（０１０）面の基材であり、
   前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１０１］に対して、結晶方位［−１００］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる
   圧電デバイス。
7. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１０１］に対して、結晶方位［−１００］に向かって７度の方位から、結晶方位［００１］に向かって７度の方位の範囲に含まれる
   請求項６に記載の圧電デバイス。
8. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
   前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（００１）面の基材であり、
   前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１１０］に対して、結晶方位［０１０］に向かって２１度の方位から、結晶方位［００−１］に向かって２１度の方位の範囲に含まれる
   圧電デバイス。
9. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１１０］に対して、結晶方位［００−１］に向かって７度の方位から、結晶方位［０１０］に向かって７度の方位の範囲に含まれる
   請求項８に記載の圧電デバイス。
10. 圧力室と、
    圧電素子と、
    前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
    前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
    前記単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１１０｝面の基材であり、
    前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向におけるポアソン比は、前記結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．２４１２７未満の範囲に含まれる
    圧電デバイス。
11. 前記短軸方向におけるポアソン比は、前記結晶面内のポアソン比の最小値以上であって、０．１９６８以下の範囲に含まれる
    請求項１０に記載の圧電デバイス。
12. 圧力室と、
    圧電素子と、
    前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
    前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
    前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（１１０）面の基材であり、
    前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１１１］から［−１１２］に向かって７度の方位に対して、前記［−１１１］に向かって２０度の方位から、前記［−１１２］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる
    圧電デバイス。
13. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［−１１１］から［−１１２］に向かって７度の方位に対して、前記［−１１１］に向かって１３度の方位から、前記［−１１２］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる
    請求項１２に記載の圧電デバイス。
14. 圧力室と、
    圧電素子と、
    前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
    前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
    前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（０１１）面の基材であり、
    前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［１−１１］から［１−１２］に向かって７度の方位に対して、前記［１−１１］に向かって２０度の方位から、前記［１−１２］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる
    圧電デバイス。
15. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［１−１１］から［１−１２］に向かって７度の方位に対して、前記［１−１１］に向かって１３度の方位から、前記［１−１２］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる
    請求項１４に記載の圧電デバイス。
16. 圧力室と、
    圧電素子と、
    前記圧力室と前記圧電素子との間に配置される振動板と、を具備し、
    前記振動板は、結晶面内の方向によってポアソン比が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
    前記単結晶シリコン基材は、結晶面が（１０１）面の基材であり、
    前記振動板のうち前記圧力室に平面視で重なる振動領域において、前記振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［１１−１］から［１２−１］に向かって７度の方位に対して、前記［１１−１］に向かって２０度の方位から、前記［１２−１］に向かって２５度の方位の範囲に含まれる
    圧電デバイス。
17. 前記短軸方向における前記振動板のポアソン比の方位は、前記結晶面内の結晶方位［１１−１］から［１２−１］に向かって７度の方位に対して、前記［１１−１］に向かって１３度の方位から、前記［１２−１］に向かって１５度の方位の範囲に含まれる
    請求項１６に記載の圧電デバイス。
18. 請求項１から請求項１７の何れかに記載の圧電デバイスを備え、
    前記圧電素子によって前記振動板を振動させることで前記圧力室の圧力を変動することよって、前記圧力室に充填された液体をノズルから吐出する
    液体吐出ヘッド。
19. 請求項１から請求項１７の何れかに記載の圧電デバイスを備え、
    前記圧電素子によって前記振動板を振動させることで前記圧力室の圧力を変動することよって、前記圧力室に充填された液体をノズルから吐出する
    液体吐出装置。
    

Images