JP2018176718A - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和する。【解決手段】圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子の間に配置され、圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、を具備し、圧電素子は、振動板側の第１電極と、第１電極に対して振動板とは反対側の第２電極と、第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、振動板は、圧電素子に平面視で重なる第１部と、第１部よりも厚みが薄く、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、圧電素子のうち振動板に交差する側面は、振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、振動板は、第１部と第２部との間に、振動板の圧力室側の面に対して第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なる圧電デバイス。【選択図】図５

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する技術に関する。

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が圧力室毎に設ける技術が開示されている。特許文献１の圧電素子は、複数の圧電素子にわたる第１電極と圧電素子毎に個別に形成された第２電極との間に圧電体層を形成して成る。このような圧電デバイスによれば、第１電極と第２電極との間の電界に応じた圧電効果で圧電体層が変形して振動板を振動させることで、圧力室に圧力変動を発生させることができる。

特開２０１４−１７５５７７号公報

特許文献１の圧電デバイスでは、振動板や第１電極を薄くするほど、圧電素子（圧電体層）に平面視で重なる領域が大きく変形し易くなるので、圧電デバイスの変位特性を向上させることができる。ところが、第１電極または振動板の厚みを全体的に薄くすると、圧電デバイスのうち圧電素子（圧電体層）に平面視で重なる領域は厚くなり、重ならない領域は薄くなるので、これらの領域の境界に応力が集中し易くなり、圧電デバイスが破損（焼損）する虞がある。以上の事情を考慮して、本発明は、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和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、圧力室と圧電素子の間に配置され、圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、を具備し、圧電素子は、振動板側の第１電極と、第１電極に対して振動板とは反対側の第２電極と、第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、振動板は、圧電素子に平面視で重なる第１部と、第１部よりも厚みが薄く、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、圧電素子のうち振動板に交差する側面は、振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、振動板は、第１部と第２部との間に、振動板の圧力室側の面に対して第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なる。以上の態様によれば、振動板の厚みは、圧電素子に平面視で重なる第１部（能動部）よりも、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部の方が薄いから、第１部と第２部の間で第１部を支持する部分（腕部）の厚みが薄くなる。したがって、第１部が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。さらに、本態様によれば、振動板の第２面の傾斜角である第２角度は、圧電素子の第１面の傾斜角である第１角度よりも小さい。このような圧電素子の第１面と振動板の第２面によれば、圧電素子の側面から、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板との境界付近にかけての圧電デバイスの厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。このように、本態様によれば、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。しかも、本態様において、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なるから、振動板の第２面の端部は変位しない。したがって、本態様によれば、もし仮に変位すれば応力が集中し易い振動板の第２面の端部においても、応力集中を緩和できる。

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、圧力室と圧電素子の間に配置され、圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、を具備し、圧電素子は、振動板側の第１電極と、第１電極に対して振動板とは反対側の第２電極と、第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、第１電極は、圧電体層に平面視で重なる第１部と、第１部よりも厚みが薄く、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、圧電体層のうち第１電極に交差する側面は、振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、第１電極は、第１部と第２部との間に、振動板の圧力室側の面に対して第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なる。以上の態様によれば、第１電極の厚みは、圧電体層に平面視で重なる第１部（能動部）よりも、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部の方が薄いから、第１部と第２部の間で第１部を支持する部分（腕部）の厚みが薄くなる。したがって、第１部が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。さらに、本態様によれば、第１電極の第２面の傾斜角である第２角度は、圧電体層の第１面の傾斜角である第１角度よりも小さい。このような圧電体層の第１面と第１電極の第２面によって、圧電素子の側面から、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板との境界付近にかけての圧電デバイスの厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。このように、本態様によれば、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。しかも、本態様において、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なるから、第１電極の第２面の端部は変位しない。したがって、本態様によれば、もし仮に変位すれば応力が集中し易い第１電極の第２面の端部においても、応力集中を緩和できる。

以上の課題を解決するために、圧力室と、圧電素子と、圧力室と圧電素子の間に配置され、圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、を具備し、圧電素子は、振動板側の第１電極と、第１電極に対して振動板とは反対側の第２電極と、第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、第１電極は、圧電体層に平面視で重なる第１部と、第１部よりも厚みが薄く、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、圧電体層のうち第１電極に交差する側面は、振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、第１電極は、第１部と第２部との間に、振動板の圧力室側の面に対して第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、第２面のうち圧力室の側壁側の端部は、圧力室の側壁に平面視で重なる。以上の態様によれば、第１電極の厚みは、圧電体層に平面視で重なる第１部（能動部）よりも、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部の方が薄いから、第１部と第２部の間で第１部を支持する部分（腕部）の厚みが薄くなる。したがって、第１部が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。さらに、本態様によれば、第１電極の第２面の傾斜角である第２角度は、圧電体層の第１面の傾斜角である第１角度よりも小さい。このような圧電体層の第１面と第１電極の第２面によって、圧電素子の側面から、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板との境界付近にかけての圧電デバイスの厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。このように、本態様によれば、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。

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、圧力室と圧電素子の間に配置され、圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、を具備し、圧電素子は、振動板側の第１電極と、第１電極に対して振動板とは反対側の第２電極と、第１電極と第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、第１電極は、圧電体層に平面視で重なる第１部と、第１部よりも厚みが薄く、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、圧電体層のうち第１電極に交差する側面は、振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面と、第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有する。以上の態様によれば、第１電極の厚みは、圧電体層に平面視で重なる第１部（能動部）よりも、圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部の方が薄いから、第１部と第２部の間で第１部を支持する部分（腕部）の厚みが薄くなる。したがって、第１部が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。さらに、本態様によれば、圧電体層の第２面の傾斜角である第２角度は、第１面の傾斜角である第１角度よりも小さい。このような圧電体層の第１面と第２面によって、圧電体層の側面から、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板の境界付近にかけての圧電デバイスの厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。このように、本態様によれば、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。

本発明の好適な態様において、第２電極は、振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有し、第３角度は、第２角度よりも小さい。以上の態様によれば、第２電極は、振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有するから、平面視において、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板との境界付近まで靱性の高い第２電極を形成できるため、圧電素子が破壊され難くなる。さらに、第３面の第３角度は、第２角度よりも小さいから、圧電素子の側面を第３面の端部まで保護膜で覆う場合に、保護膜の密着性を高めることができるので、保護膜割れを抑制でき、圧電デバイスの信頼性を向上できる。

本発明の好適な態様において、第２電極は、振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有し、第３角度は、第２角度よりも大きく、第１角度よりも小さい。以上の態様によれば、第２電極は、振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有するから、平面視において、応力集中が発生し易い圧電素子と振動板との境界付近まで靱性の高い第２電極を形成できるため、圧電素子が破壊され難くなる。さらに、第３角度は、第２角度よりも大きく、第１角度よりも小さいから、圧電体層に対する第２電極の側面の傾斜角が大きくなるので、第２電極の面積を大きくすることができるため、圧電素子の抵抗値を低くすることができ、変位特性を向上させることができる。

本発明の好適な態様において、圧力室と圧電素子は、第１方向に長尺であり、第２面の第２角度は、第１方向における端部側よりも中央部側の方が小さい。以上の態様によれば、圧力室と圧電素子は、第１方向に長尺であり、第２面の第２角度は、第１方向における端部側よりも中央部側の方が小さいから、第２面は、第１方向における端部側よりも中央部側の方が、傾斜が緩やかになる。したがって、端部側よりも変位が大きく応力集中が大きくなり易い中央部側の応力集中を的確に緩和できる。

本発明の好適な態様において、圧力室と圧電素子は、第１方向に長尺であり、第１方向に交差する第２方向における第２面の幅は、第１方向における端部側よりも中央部側の方が大きい。以上の態様によれば、圧力室と圧電素子は、第１方向に長尺であり、第１方向に交差する第２方向における第２面の幅は、第１方向における端部側よりも中央部側の方が大きいから、中央部側の方が端部側よりも変形し易い。したがって、第１方向における端部側よりも中央部側の変位特性を高めることができる。

本発明の好適な態様において、第２電極は、圧電体層のうち第２電極側の表面の周縁部よりも内側に平面視で重なる。以上の態様によれば、第２電極は、圧電体層のうち第２電極側の表面の周縁部よりも内側に平面視で重なるから、圧電体層の側壁部分にはほとんど電圧がかからないようにすることができる。したがって、例えばイオンエッチングなどの半導体製造工程で圧電体層の側壁部分が電気的に劣化していたとしても、その側壁部分にはほとんど電圧がかからないので、圧電素子の電気的な信頼性を高めることができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子と振動板は、保護膜を有する。以上の態様によれば、圧電素子と振動板は保護膜を有するから、インクや水分等から圧電素子と振動板を保護することができるので、インクや水分等に起因する圧電素子の損傷を抑制できる。

本発明の好適な態様において、保護膜は、第２電極の端部から第１面まで覆うように連続する。以上の態様によれば、保護膜は、第２電極の端部から第１面まで覆うように連続しても、第１面は傾斜しているので、第１面を覆う保護膜にクラックが入り難くすることができる。

本発明の好適な態様において、保護膜は、第２電極の端部から第１面を介して第２面まで覆うように連続する。以上の態様によれば、保護膜は、第２電極の端部から第１面を介して第２面まで覆うように連続しても、第１面と第２面は傾斜しているので、第１面と第２面を覆う保護膜にクラックが入り難くすることができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子の非駆動時において、振動板の圧力室側の面のうち圧力室の壁面を構成する部分が平坦である。以上の態様によれば、圧電素子の非駆動時において、振動板の圧力室側の面のうち圧力室の壁面を構成する部分が平坦であるから、振動板が圧力室とは反対側に変位し難くすることができるので、圧力室の側壁から振動板が剥離し難くすることができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子の非駆動時において、振動板の圧力室側の面のうち圧力室の壁面を構成する部分が振動板の圧力室側に撓んでいる。以上の態様によれば、圧電素子の非駆動時において、振動板の圧力室側の面のうち圧力室の壁面を構成する部分が振動板の圧力室側に撓んでいるから、圧力室の壁面を構成する部分が平坦の場合よりも、振動板が圧力室とは反対側に変位し難くすることができるので、圧力室の側壁から振動板が剥離し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の圧電デバイスを備え、圧電デバイスにより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、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することが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の圧電デバイスを備え、圧電デバイスにより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、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することが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。 第１実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスの断面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスの断面図である。 第２実施形態に係る圧電デバイスの断面図である。 第２実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスの断面図である。 第２実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスの断面図である。 第３実施形態に係る圧電デバイスの平面図である。 図１１に示す圧電デバイスのＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。 図１１に示す圧電デバイスのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。 第４実施形態に係る圧電デバイスの平面図である。 図１４に示す圧電デバイスのＸＶ−ＸＶ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方向は第１方向の例示であり、Ｙ方向は第２方向の例示である。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（第３方向の例示）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、振動板３６と複数の圧電素子３７とからなり、圧力室基板３４に形成される後述の圧力室Ｓ内に、振動による圧力変動を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、半導体製造技術（例えばエッチング）を利用してシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を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、例えばシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を半導体製造技術により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、半導体製造技術を利用して基材、例えばシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板（シリコン基板）を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、振動板３６と複数の圧電素子３７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に示すように、圧力室Ｃと圧電素子３７は、平面視においてＸ方向に延びる長尺な長辺と、長辺よりも短くＹ方向に延びる短辺からなる矩形である。ここで、長尺とは、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡから見た平面視において、圧力室Ｃと圧電素子３７のＸ方向の辺の方がＹ方向の辺よりも長い場合に、Ｘ方向に長尺とする。

振動板３６は、弾性的に振動可能な板状部材（振動板）である。振動板３６は、圧力室Ｃの側壁３４４に積層して接合され、圧力室Ｃの壁面（具体的には上面）を構成する。なお、本実施形態では、圧力室基板３４と振動板３６とを別々に形成する場合を例示するが、圧力室基板３４と振動板３６とを一体に形成してもよい。例えば所定の厚みの板状部材のうち開口３４２に対応する領域について厚み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とを一体に形成することが可能である。

図５に示すように、本実施形態では、圧電素子３７の非駆動時において、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡのうち圧力室Ｃの壁面を構成する部分が平坦である。このような構成によれば、振動板３６が圧力室Ｃとは反対側に変位し難くすることができるので、圧力室Ｃの側壁３４４から振動板３６が剥離し難くすることができる。なお、図５の点線に示すように、圧電素子３７の非駆動時において、振動板３６の圧力室Ｃ側の面のうち圧力室Ｃの壁面を構成する部分が振動板の圧力室側に撓んでいるようにしてもよい。このような構成によれば、圧力室Ｃの壁面を構成する部分が平坦の場合よりも、さらに振動板３６が圧力室Ｃとは反対側に変位し難くすることができるので、圧力室Ｃの側壁３４４から振動板３６が剥離し難くすることができる。なお、圧電素子３７の非駆動時において、振動板３６の圧力室Ｃ側の面のうち圧力室Ｃの壁面を構成する部分が振動板３６の圧力室Ｃ側に撓んでいる場合には、圧力室Ｃの一方の側壁３４４及び他方の側壁３４４の上部に仮想的に積層した平坦面を、上述の「振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ」とし、このような面ＦＡを、後述する角度θ１、θ２、θ３、θ１’、θ２’、θ３’、θ２１、θ２２の基準面とする。

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。なお、流路幅が狭窄された絞り流路を開口３４２に形成することで所定の流路抵抗を付加することも可能である。

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。

図４および図５の断面図に示すように、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。第１電極３７１は、複数の圧電素子３７に渡って連続するように振動板３６の表面に形成され、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。なお、第１電極３７１及び振動板３６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、第１電極３７１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、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。

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４の平面図に示すように、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。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。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。

図４に示すように、圧電素子３７の第２電極３７２には、圧電体層３７３の外側に引き出された一部にリード電極３７５を介して駆動ＩＣ６２に接続される。また、圧電素子３７の第１電極３７１にも図示しないリード電極を介して駆動ＩＣ６２に接続される。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。

このような構成の圧電素子３７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。

図５に示すように、第１実施形態の振動板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とを有する。能動部３６２ａと固定部３６２ｃとの間には、テーパー部３６２ｂを備える。固定部３６２ｃと能動部３６２ａの厚みはほぼ均等であり、固定部３６２ｃの厚みは、能動部３６２ａよりも薄い。テーパー部３６２ｂは、能動部３６２ａから固定部３６２ｃに向けて厚みが薄くなる部分である。テーパー部３６２ｂは、能動部３６２ａを挟んで、Ｙ方向の負側と正側にある。

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。第１実施形態の能動部３６２ａを第１部Ｐとし、テーパー部３６２ｂのうち圧力室Ｃの側壁３４４の内周面３４５に平面視で重なる部分を第２部Ｑとすると、第１部Ｐと第２部Ｑとの間の部分が第１部Ｐ（能動部３６２ａ）を支持する腕部Ｄとなる。第２部Ｑの厚みｈ２は、第１部Ｐの厚みｈ１よりも薄いから、腕部Ｄが薄くなり、第１部Ｐ（能動部３６２ａ）が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。

圧電素子３７のうち振動板３６に交差する側面３７６（第１電極３７１と圧電体層３７３の側面）は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（固定部３６２ｃのＺ方向の正側の面、基準面）に対して第１角度θ１で傾斜する。ここで言う圧電素子３７の側面３７６は、長手方向（Ｘ方向）に沿った圧電素子３７の長辺の側面であり、図５の圧電素子３７のＹ方向の正側と負側の側面である。他方、振動板３６のテーパー部３６２ｂのうち圧力室Ｃとは反対側の表面３６５は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して第２角度θ２で傾斜する。テーパー部３６２ｂは、能動部３６２ａから圧力室Ｃの側壁３４４に向けて、厚みが薄くなるように傾斜する。

圧電素子３７の第２角度θ２は、振動板３６のテーパー部３６２ｂの第１角度θ１よりも小さい。すなわち、第１実施形態において、圧電素子３７の側面３７６を第１面とし、テーパー部３６２ｂの表面３６５を第２面とすると、第２面の傾斜角（第２角度θ２）の方が第１面の傾斜角（第１角度θ１）よりも小さい。なお、第１面と第２面は、平坦な斜面でもよく、曲面を含む斜面であってもよい。このような圧電素子３７の第１面と振動板３６の第２面によれば、圧電素子３７の側面３７６から、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近にかけての圧電デバイス３９の厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。

このように、本実施形態によれば、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。したがって、変位特性を向上させつつ、応力集中による圧電デバイス３９の破損を抑制できる。しかも、第１実施形態では、振動板３６の第２面（テーパー部３６２ｂの表面３６５）のうち圧力室Ｃの側壁３４４側の端部（テーパー部３６２ｂと固定部３６２ｃとの境界）は、圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なるから、振動板３６の第２面の端部は変位しない。したがって、もし仮に変位すれば応力が集中し易い振動板３６の第２面の端部においても、応力集中を緩和できる。なお、本実施形態では、振動板３６の第１部Ｐと第２部Ｑとの間（腕部Ｄ）に跨って第２面を有している場合を例示したが、これに限られるものではなく、振動板３６の第１部Ｐと第２部Ｑとの間に跨らずに第２面を有していてもよい。具体的には例えば振動板３６の第１部Ｐと第２部Ｑとの間は、傾斜する第２面が第１部Ｐ側にあり、傾斜しない平坦面が第２部Ｑ側にあるような構成であってもよい。また、本実施形態の第１面は、圧電体層３７３と第１電極３７１に跨る場合を例示したが、圧電体層３７３のみが第１面を有していてもよく、第１電極３７１のみが第１面を有していてもよい。

また、第１実施形態の第２電極３７２の側面３７７は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して第３角度θ３で傾斜する。したがって、平面視において、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近まで靱性の高い第２電極３７２を形成できるため、圧電素子３７が破壊され難くなる。しかも、第２電極３７２の側面３７７を第３面とすると、第３面の傾斜角（第３角度θ３）は、振動板３６の第２面（テーパー部３６２ｂの表面３６５）の傾斜角（第２角度θ２）よりも小さい。したがって、図６に示す第１実施形態の第１変形例のように、圧電素子３７の側面３７６を第２電極３７２の第３面の端部まで保護膜３９２で覆う場合に、第２電極３７２の端部が直角に近い場合よりも保護膜３９２を形成し易く、保護膜３９２の密着性を高めることができるので、保護膜３９２の割れを抑制でき、圧電デバイス３９の信頼性を向上できる。図６の保護膜３９２は、第２電極３７２の第３面の端部から、圧電素子３７の第１面と振動板３６の第２面を介して振動板３６の固定部３６２ｃまで覆うように連続している。このように、圧電素子３７と振動板３６を保護膜３９２で覆うことによって、インクや水分等から圧電素子３７と振動板３６を保護することができるので、インクや水分等に起因する圧電素子３７の損傷を抑制できる。また、図６に示すように、保護膜３９２が第２電極３７２の第３面の端部から、第１面と第２面を覆うように連続しても、第１面と第２面とは緩やかに傾斜するので、保護膜にクラックが入り難くすることができる。

なお、第２電極３７２の第３面の第３角度θ３は、振動板３６の第２面の第２角度θ２よりも大きく、圧電素子３７の第１面の第１角度θ１よりも小さくなるようにしてもよい。これによれば、圧電体層３７３に対する第２電極３７２の側面３７７の傾斜角が大きくなるので、傾斜しない部分の第２電極３７２の面積を大きくすることができるため、圧電素子３７の抵抗値を低くすることができ、変位特性を向上させることができる。

また、図５の構成では、圧電素子３７におけるＹ方向の負側と正側の側面３７６をそれぞれ単一の斜面とした場合を例示したが、これに限られず、圧電素子３７の側面３７６はそれぞれ、傾斜角の異なる複数の斜面で構成されていてもよい。例えば図７の第１実施形態の第２変形例は、Ｙ方向の負側と正側の側面３７６をそれぞれ、能動部３６２ａから圧力室Ｃの側壁３４４に向けて２つの斜面３７６ａ、３７６ｂで構成した場合を例示する。斜面３７６ａは、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して上記第１角度θ１で傾斜し、斜面３７６ｂは振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して上記第２角度θ２で傾斜するようにしてもよい。この場合は、斜面３７６ａを第１面とし、斜面３７６ｂを第２面とすることができる。このように、圧電素子３７の側面３７６をそれぞれ、傾斜角の異なる複数の斜面で構成することによって、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近にかけての圧電デバイス３９の厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。

ここで、第１実施形態の圧電デバイス３９の製造方法について説明する。圧電デバイス３９は、シリコンウエハー上に対して行われる成膜やドライエッチングによって形成される。圧電デバイス３９の製造方法は、圧力室基板３４上に振動板３６、第１電極３７１、圧電体層３７３、第２電極３７２を成膜する工程と、パターニングとドライエッチングによって、各圧電素子３７を形成する工程と、圧力室基板３４に圧力室Ｃを構成する開口３４２を形成する工程とを含む。

成膜する工程では、圧力室基板３４上に振動板３６（例えばＺｒＯ_２／ＳｉＯ_２）と第１電極３７１を成膜し、第１電極３７１が共通電極となるようにパターニングを行った後、圧電体層３７３と第２電極３７２を成膜する。成膜は、例えばスパッタリング法、レーザーアブレーション法などの ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相成膜）、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ− Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、メッキ法などの液相法により形成することができる。

各圧電素子３７を形成する工程では、圧電体層３７３上にレジストを形成し、第２電極３７２と圧電体層３７３をパターニングは、例えばドライエッチングで行うことができる。ドライエッチングは、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマを用いたエッチング装置を用い、１．０Ｐａ以下の圧力で行うことが好ましい。エッチングガスとしては、例えば、塩素系のガスとフロン系のガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等が挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等が挙げられる。

圧電体層３７３は、ドライエッチングのμローディング効果により、レジストパターンから離れる方向に向かって膜厚が薄くなるテーパー部３６２ｂが形成される。μローディング効果とは、パターン密度の局所的な差異により、エッチング速度や形状が変化する現象をいう。本実施形態では、レジストパターン近傍でエッチングガスの供給が不足してエッチング速度が遅くなり、レジストパターンから離れるほどエッチングガスが供給されやすくなるためエッチング速度が早くなる。この状態でさらにドライエッチングを続けると、圧電素子３７の側面３７６（第１面）の傾斜角（第１角度θ１）よりも小さい傾斜角（第２角度θ２）の振動板３６のテーパー部３６２ｂの表面３６５（第２面）が形成される。このように、本実施形態では、ドライエッチングのμローディング効果を利用することで、傾斜角の異なる第１面と第２面を容易に形成することができる。

なお、図６の保護膜３９２を形成する場合には、先ず圧電素子３７と振動板３６の全面に保護膜３９２を形成し、その後に第２電極３７２に開口部３９２ａを形成する。保護膜３９２は、酸化アルミニウム（アルミナ）やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）など、水分からの保護性能に優れた成膜材料を用いることが好ましい。図６の構成では、圧電素子３７の側面３７６（第１面）および振動板３６のテーパー部３６２ｂの表面３６５（第２面）が傾斜しており、さらに第２電極３７２の側面３７７（第３面）も傾斜しているので、保護膜３９２の密着性が良好である。したがって、保護膜３９２のクラックを抑制でき、より高信頼性の圧電デバイス３９を製造できる。

＜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。図８は、第２実施形態に係る圧電デバイス３９の断面図であって、図５に相当する。図５では、振動板３６にテーパー部３６２ｂを形成して、圧電素子３７の側面３７６とテーパー部３６２ｂの表面３６５を傾斜面にすることで、圧電デバイス３９の側面の傾斜を緩やかにする場合を例示した。図８では、圧電デバイス３９は、振動板３６の厚みは略均一とし、第１電極３７１にテーパー部３７１ｂを形成して、圧電体層３７３の側面３７８とテーパー部３７１ｂの表面３６９を傾斜面にすることで、圧電デバイス３９の側面の傾斜を緩やかにする場合を例示する。

具体的には図８に示すように、第２実施形態の第１電極３７１は、圧電体層３７３に平面視で（Ｚ方向から見て）重なる能動部３７１ａと、能動部３７１ａよりも圧力室Ｃの側壁３４４側のテーパー部３７１ｂとを備える。テーパー部３７１ｂは、能動部３７１ａを挟んで、Ｙ方向の負側と正側にある。能動部３７１ａの厚みはほぼ均等であり、テーパー部３７１ｂの厚みは、能動部３７１ａから圧力室Ｃの側壁３４４に向けて薄くなる。第２実施形態の能動部３７１ａを第１部Ｐ’とし、テーパー部３７１ｂのうち圧力室Ｃの側壁３４４の内周面３４５に平面視で重なる部分を第２部Ｑ’とすると、第１部Ｐ’と第２部Ｑ’との間の部分が第１部Ｐ’（能動部３７１ａ）を支持する腕部Ｄ’となる。第２部Ｑ’の厚みｈ２’は、第１部Ｐ’の厚みｈ１’よりも薄いから、腕部Ｄ’が薄くなり、第１部Ｐ’（能動部３７１ａ）が変位し易くなるので、変位特性を向上させることができる。

圧電体層３７３のうち第１電極３７１に交差する側面３７８は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して第１角度θ１’で傾斜する。ここで言う圧電体層３７３の側面３７８は、長手方向（Ｘ方向）に沿った圧電体層３７３の長辺の側面であり、図８の圧電体層３７３のＹ方向の正側と負側の側面である。他方、第１電極３７１のテーパー部３７１ｂのうち圧力室Ｃとは反対側の表面３６９は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して第２角度θ２’で傾斜する。テーパー部３７１ｂは、能動部３７１ａから圧力室Ｃの側壁３４４に向けて、厚みが薄くなるように傾斜する。

圧電体層３７３の第２角度θ２’は、第１電極３７１のテーパー部３７１ｂの第１角度θ１’よりも小さい。すなわち、第２実施形態において、圧電体層３７３の側面３７８を第１面とし、テーパー部３７１ｂの表面３６９を第２面とすると、第２面の傾斜角（第２角度θ２’）の方が第１面の傾斜角（第１角度θ１’）よりも小さい。なお、第１面と第２面は、平坦な斜面でもよく、曲面を含む斜面であってもよい。このような圧電体層３７３の第１面と第１電極３７１の第２面によれば、圧電体層３７３の側面３７８から、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近にかけての圧電デバイス３９の厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。

このように、第２実施形態によっても第１実施形態と同様に、変位特性を向上させつつ、応力集中を緩和することができる。したがって、変位特性を向上させつつ、応力集中による圧電デバイス３９の破損（焼損）を抑制できる。しかも、第２実施形態では、第１電極３７１の第２面（テーパー部３７１ｂの表面３７９）のうち圧力室Ｃの側壁３４４側の端部は、圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なるから、第１電極３７１の第２面の端部は変位しない。したがって、もし仮に変位すれば応力が集中し易い第１電極３７１の第２面の端部においても、応力集中を緩和できる。なお、本実施形態では、第１電極３７１の第１部Ｐ’と第２部Ｑ’との間（腕部Ｄ’）に跨って第２面を有している場合を例示したが、これに限られるものではなく、第１電極３７１の第１部Ｐ’と第２部Ｑ’との間に跨らずに第２面を有していてもよい。具体的には例えば第１電極３７１の第１部Ｐ’と第２部Ｑ’との間は、傾斜する第２面が第１部Ｐ’側にあり、傾斜しない平坦面が第２部Ｑ’側にあるような構成であってもよい。

また、第２実施形態の第２電極３７２の側面３７７は、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して第３角度θ３’で傾斜する。したがって、平面視において、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近まで靱性の高い第２電極３７２を形成できるため、圧電素子３７が破壊され難くなる。しかも、第２電極３７２の側面３７７を第３面とすると、第３面の傾斜角（第３角度θ３’）は、第１電極３７１の第２面（テーパー部３７１ｂの表面３７９）の傾斜角（第２角度θ２’）よりも小さい。したがって、図９に示す第２実施形態の第１変形例のように、圧電素子３７の側面３７６を第２電極３７２の第３面の端部まで保護膜３９２で覆う場合に、第２電極３７２の端部が直角に近い場合よりも保護膜３９２を形成し易く、保護膜３９２の密着性を高めることができるので、保護膜３９２の割れを抑制でき、圧電デバイス３９の信頼性を向上できる。図９の保護膜３９２は、第２電極３７２の第３面の端部から、圧電素子３７の第１面と第１電極３７１の第２面を介して振動板３６の固定部３６２ｃまで覆うように連続している。このように、第２実施形態においても、圧電素子３７と振動板３６を保護膜３９２で覆うことによって、インクや水分等から圧電素子３７と振動板３６を保護することができるので、インクや水分等に起因する圧電素子３７の損傷を抑制できる。また、図９に示すように、保護膜３９２が第２電極３７２の第３面の端部から、第１面と第２面を覆うように連続しても、第１面と第２面とは緩やかに傾斜するので、保護膜３９２にクラックが入り難くすることができる。

なお、第２電極３７２の第３面の第３角度θ３’は、第１電極３７１の第２面の第２角度θ２’よりも大きく、圧電体層３７３の第１面の第１角度θ１’よりも小さくなるようにしてもよい。これによれば、圧電体層３７３に対する第２電極３７２の側面３７７の傾斜角が大きくなるので、傾斜しない部分の第２電極３７２の面積を大きくすることができるため、圧電素子３７の抵抗値を低くすることができ、変位特性を向上させることができる。

また、図８の構成では、圧電体層３７３におけるＹ方向の負側と正側の側面３７８をそれぞれ単一の斜面とした場合を例示したが、これに限られず、圧電体層３７３の側面３７８はそれぞれ、傾斜角の異なる複数の斜面で構成されていてもよい。例えば図１０の第２実施形態の第２変形例は、Ｙ方向の負側と正側の側面３７８をそれぞれ、能動部３７１ａから圧力室Ｃの側壁３４４に向けて２つの斜面３７８ａ、３７８ｂで構成した場合を例示する。斜面３７８ａは、振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して上記第１角度θ１’で傾斜し、斜面３７８ｂは振動板３６の圧力室Ｃ側の面ＦＡ（基準面）に対して上記第２角度θ２’で傾斜するようにしてもよい。この場合は、斜面３７８ａを第１面とし、斜面３７８ｂを第２面とすることができる。このように、圧電素子３７の側面３７８をそれぞれ、傾斜角の異なる複数の斜面で構成することによって、応力集中が発生し易い圧電素子３７と振動板３６との境界付近にかけての圧電デバイス３９の厚みの変化を緩やかにできるので、応力集中を緩和できる。

＜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１実施形態では、振動板３６のテーパー部３６２ｂのＹ方向の幅が、圧電素子３７の長手方向に沿って略均一である場合を例示したが、第３実施形態では、圧電素子３７のテーパー部３６２ｂのＹ方向の幅が、圧電素子３７の長手方向の位置によって異なる場合を例示する。図１１は、第３実施形態に係る圧電デバイス３９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断面で切断した断面図であり、図１３は、図１１に示す圧電デバイス３９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面で切断した断面図である。

図１１の点線に示すように、第３実施形態の振動板３６において、Ｘ方向（第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）におけるテーパー部３６２ｂ（第２面）の幅は、Ｘ方向における端部側よりも中央部側の方が大きい。すなわち、Ｙ方向の中央部をＯ−Ｏ線で示すと、テーパー部３６２ｂのＹ方向の幅は、Ｘ方向の中央部で最大となり、Ｘ方向の端部に向かうほど小さくなる。例えば図１２は、Ｏ−Ｏ線のＸＩＩ−ＸＩＩ断面で切断した断面図であり、図１３は、Ｙ方向の中央部（Ｏ−Ｏ線）よりも端部側のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面で切断した断面図である。図１２のテーパー部３６２ｂの幅Ｗ１は、図１３のテーパー部３６２ｂの幅Ｗ２よりも大きい。

このような構成によれば、振動板３６は、Ｘ方向における中央部側の方が端部側よりも変形し易くなる。したがって、Ｘ方向における端部側よりも中央部側の変位特性を高めることができる。なお、第３実施形態は、第１実施形態の振動板３６のテーパー部３６２ｂの幅が長手方向の位置によって変わる場合を例示したが、第２実施形態の第１電極３７１のテーパー部３７１ｂの幅が長手方向の位置によって異なるようにしてもよい。この場合には、例えば第３実施形態のように、第１電極３７１のテーパー部３７１ｂの幅が、Ｘ方向における端部側よりも中央部側の方が大きくなるようにすることができる。

また、圧電素子３７のテーパー部３６２ｂの表面３６５（第２面）の傾斜角（第２角度θ２）が、圧電素子３７の長手方向の位置によって異なるようにしてもよい。第３実施形態の振動板３６においては、Ｙ方向におけるテーパー部３６２ｂの傾斜角（第２角度θ２）が、Ｘ方向における中央部側よりも端部側の方が小さい。すなわち、テーパー部３６２ｂの傾斜角（第２角度θ２）は、Ｘ方向の中央部で最小となり、Ｘ方向の端部に向かうほど大きくなる。例えば図１２のテーパー部３６２ｂの傾斜角（第２角度θ２１）は、図１３のテーパー部３６２ｂの傾斜角（第２角度θ２２）よりも小さい。

このような構成によれば、テーパー部３６２ｂは、Ｘ方向における中央部側の方が、端部側よりも傾斜が緩やかになる。したがって、Ｘ方向における端部側よりも応力集中が大きくなり易い中央部側の応力集中を的確に緩和できる。なお、第３実施形態は、第１実施形態の振動板３６のテーパー部３６２ｂの傾斜角（第２角度θ２）が長手方向の位置によって変わる場合を例示したが、第２実施形態の第１電極３７１のテーパー部３７１ｂの傾斜角（第２角度θ２’）が長手方向の位置によって異なるようにしてもよい。この場合には、例えば第３実施形態のように、第１電極３７１のテーパー部３７１ｂの傾斜角（第２角度θ２’）が、Ｘ方向における端部側よりも中央部側の方が小さくなるようにすることができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態について説明する。図１４は、第４実施形態に係る圧電デバイス３９の平面図である。図１５は、図１４に示す圧電デバイス３９のＸＶ−ＸＶ断面で切断した断面図である。図１４および図１５は、図５の圧電素子３７において第２電極３７２のサイズを変えた場合を例示する。図１４では、第２電極３７２の形状が分かりやすいように、リード電極３７５を省略している。

図１４および図１５の第２電極３７２は、圧電体層３７３のうち第２電極３７２側の表面Ｆ（Ｚ方向の負側の表面）の周縁部Ｆ’よりも内側に平面視で重なる。具体的には図１４に示すように、第２電極３７２のＸ方向の幅Ｍｘ’は、圧電体層３７３の表面ＦのＸ方向の幅Ｍｘよりも小さく、図１５に示すように、第２電極３７２のＹ方向の幅Ｍｙ’は、圧電体層３７３の表面ＦのＹ方向の幅Ｍよりも小さい。

このような第４実施形態の構成によれば、第２電極３７２は、圧電体層３７３のうち第２電極３７２側の表面Ｆの周縁部Ｆ’よりも内側に平面視で重なるから、圧電体層３７３の側壁３７８の部分（例えば図１５の点線の楕円で囲まれる部分）にはほとんど電圧がかからないようにすることができる。

圧電体層３７３の側壁３７８の部分は、イオンエッチングなど圧電素子３７の半導体製造工程において、イオンの衝突によって電気的に劣化し易い部分である。例えば圧電体層３７３の側壁３７８は、イオンが側壁３７８に直接衝突して結晶が破壊されてダメージ層が形成されることで電気的に劣化する。また、第１電極３７１にイオンが衝突したときに第１電極３７１の導電性材料をたたき上げ、その導電性材料が側壁３７８に付着する。このとき、もし圧電体層３７３の側壁３７８に電圧がかかると、導電性材料が付着する部分にリーク電流が発生して、電気的な信頼性が低下してしまう。

したがって、第４実施形態の構成によれば、このようなイオンエッチングなどの半導体製造工程で圧電体層３７３の側壁３７８の部分が電気的に劣化していたとしても、その側壁３７８の部分にはほとんど電圧がかからないので、圧電素子３７の電気的な信頼性を高めることができる。

なお、第４実施形態において、第２電極３７２の第３面の第３角度θ３は、圧電素子３７の第１面の第１角度θ１よりも小さいことが好ましい。第３角度θ３が小さいほど、第２電極３７２の端部にかかる応力を緩和できるので、第２電極３７２の端部に過度な電圧による負荷がかかったときの破壊を抑制できる。したがって、圧電素子３７の電気的な信頼性を高めることができる。特に高変位が必要な圧電素子３７の場合には、圧電体層３７３の第１面の第１角度θ１が大きいほど（９０度に近いほど）、駆動可能な面積を大きくできる（駆動しないテーパー部分を小さくできる）。このように、第２電極３７２の第３面の第３角度θ３を、圧電素子３７の第１面の第１角度θ１よりも小さくすることで、高変位で信頼性の高い圧電素子３７にすることができる。

また、第４実施形態では図５の構成の圧電素子３７において第２電極３７２のサイズを変えた場合を例示したが、これに限られず、図６乃至図１３の構成の圧電素子３７において第２電極３７２のサイズを第４実施形態と同様に変えることもできる。

＜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…内周面、３５…圧力発生部、３６…振動板、３６２ａ…能動部、３６２ｂ…テーパー部、３６２ｃ…固定部、３６５、３６９…テーパー部の表面、３７…圧電素子、３７１…第１電極、３７１ａ…能動部、３７１ｂ…テーパー部、３７２…第２電極、３７３…圧電体層、３７５…リード電極、３７６…圧電素子の側面、３７６ａ、３７６ｂ…斜面、３７７…第２電極の側面、３７８…圧電体層の側面、３７８ａ、３７８ｂ…斜面、３８…配線接続基板、３８４、３８５…配線、３９…圧電デバイス、３９２…保護膜、３９２ａ…開口部、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、Ｄ、Ｄ’…腕部、Ｆ１、Ｆ２…表面、Ｌ１…第１列、Ｌ２…第２列、Ｎ…ノズル、Ｏ−Ｏ…中央部、Ｐ、Ｐ’…第１部、Ｑ、Ｑ’…第２部、Ｒ…液体貯留室、ＲＡ、ＲＢ…空間、Ｓ…圧力室、θ１、θ１’…第１角度、θ２、θ２’…第２角度、θ２１、θ２２…第２角度、θ３、θ３’…第３角度、Ｆ…表面、Ｆ’…周縁部、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｘ’、Ｍｙ’…幅。

Claims (16)

1. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子の間に配置され、前記圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、
   を具備し、
   前記圧電素子は、
   前記振動板側の第１電極と、
   前記第１電極に対して前記振動板とは反対側の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、
   前記振動板は、前記圧電素子に平面視で重なる第１部と、前記第１部よりも厚みが薄く、前記圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、
   前記圧電素子のうち前記振動板に交差する側面は、前記振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、
   前記振動板は、前記第１部と前記第２部との間に、前記振動板の圧力室側の面に対して前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、
   前記第２面のうち前記圧力室の側壁側の端部は、前記圧力室の側壁に平面視で重なる
   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の間に配置され、前記圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、
   を具備し、
   前記圧電素子は、
   前記振動板側の第１電極と、
   前記第１電極に対して前記振動板とは反対側の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、
   前記振動板は、前記圧電素子に平面視で重なる第１部と、前記第１部よりも厚みが薄く、前記圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、
   前記圧電体層のうち前記第１電極に交差する側面は、前記振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面と、前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有する
   圧電デバイス。
3. 圧力室と、
   圧電素子と、
   前記圧力室と前記圧電素子の間に配置され、前記圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、
   を具備し、
   前記圧電素子は、
   前記振動板側の第１電極と、
   前記第１電極に対して前記振動板とは反対側の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、
   前記第１電極は、前記圧電体層に平面視で重なる第１部と、前記第１部よりも厚みが薄く、前記圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、
   前記圧電体層のうち前記第１電極に交差する側面は、前記振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面を有し、
   前記第１電極は、前記第１部と前記第２部との間に、前記振動板の圧力室側の面に対して前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有し、
   前記第２面のうち前記圧力室の側壁側の端部は、前記圧力室の側壁に平面視で重なる
   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の間に配置され、前記圧力室の側壁に交差する壁面を構成する振動板と、
   を具備し、
   前記圧電素子は、
   前記振動板側の第１電極と、
   前記第１電極に対して前記振動板とは反対側の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体層と、を備え、
   前記第１電極は、前記圧電体層に平面視で重なる第１部と、前記第１部よりも厚みが薄く、前記圧力室の側壁の内周面に平面視で重なる第２部とを有し、
   前記圧電体層のうち前記第１電極に交差する側面は、前記振動板の圧力室側の面に対して第１角度で傾斜する第１面と、前記第１角度よりも小さい第２角度で傾斜する第２面を有する
   圧電デバイス。
5. 前記第２電極は、前記振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有し、前記第３角度は、前記第２角度よりも小さい
   請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電デバイス。
6. 前記第２電極は、前記振動板の圧力室側の面に対して第３角度で傾斜する第３面を有し、前記第３角度は、前記第２角度よりも大きく、前記第１角度よりも小さい
   請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電デバイス。
7. 前記圧力室と前記圧電素子は、第１方向に長尺であり、前記第２面の第２角度は、前記第１方向における端部側よりも中央部側の方が小さい
   請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電デバイス。
8. 前記圧力室と前記圧電素子は、第１方向に長尺であり、前記第１方向に交差する第２方向における前記第２面の幅は、前記第１方向における端部側よりも中央部側の方が大きい
   請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電デバイス。
9. 前記第２電極は、前記圧電体層のうち前記第２電極側の表面の周縁部よりも内側に平面視で重なる
   請求項１から請求項８の何れかに記載の圧電デバイス。
10. 前記圧電素子と前記振動板は、保護膜を有する
    請求項１から請求項９の何れかに記載の圧電デバイス。
11. 前記保護膜は、前記第２電極の端部から前記第１面まで覆うように連続する
    請求項１０に記載の圧電デバイス。
12. 前記保護膜は、前記第２電極の端部から前記第１面を介して前記第２面まで覆うように連続する
    請求項１０または請求項１１に記載の圧電デバイス。
13. 前記圧電素子の非駆動時において、前記振動板の前記圧力室側の面のうち前記圧力室の壁面を構成する部分が平坦である
    請求項１から請求項１２の何れかに記載の圧電デバイス。
14. 前記圧電素子の非駆動時において、前記振動板の前記圧力室側の面のうち前記圧力室の壁面を構成する部分が前記振動板の前記圧力室側に撓んでいる
    請求項１から請求項１２の何れかに記載の圧電デバイス。
15. 請求項１から請求項１４の何れかに記載の圧電デバイスを備え、前記圧電デバイスにより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。
16. 請求項１から請求項１４の何れかに記載の圧電デバイスを備え、前記圧電デバイスにより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。
    

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