JP2018199291A - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の変位効率を向上させる。【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ヤング率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、結晶面内のヤング率のうち第１方向のヤング率は、第１方向に交差する第２方向の結晶面内の第２ヤング率よりも大きく、第１方向に沿った圧電素子の幅は、第２方向に沿った圧電素子の幅よりも大きい圧電デバイス。【選択図】図４

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ようにしている。

特開２００２−６７３０７号公報

ところが、特許文献１のように、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を構成する場合、ヤング率の大きい結晶方位では、振動板が変位し難くなるため、全体として振動板の変位が阻害される虞がある。例えば結晶面が（１００）面のシリコン基板では、ヤング率が最小となる角度から４５度の角度で最大となる。このため、特許文献１のように、短手方向と長手方向のヤング率によって振動板の方向を合わせるだけでは、振動板にヤング率の大きい結晶方位が含まれていると、振動板全体の変位を十分に向上させることができない。以上の事情を考慮して、本発明は、振動板の変位効率を向上させ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ヤング率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、結晶面内のヤング率のうち第１方向のヤング率は、第１方向に交差する第２方向の結晶面内の第２ヤング率よりも大きく、第１方向に沿った圧電素子の幅は、第２方向に沿った圧電素子の幅よりも大きい。以上の態様によれば、結晶面内のヤング率の大きい第１方向に沿った圧電素子の幅は、結晶面内のヤング率の小さい第２方向に沿った圧電素子の幅よりも大きいから、振動板の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。これにより、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板全体に均等な歪みを発生させることができるから、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率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、圧電素子の幅は、圧電素子のうち圧力室に平面視で重なる部分の幅である。以上の態様によれば、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子のうち圧力室に平面視で重なる部分の幅が大きくなるようにすることができるから、振動板において圧電素子と共に変位する振動領域の面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板全体の変位効率を向上することができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子の幅は、圧電素子のうち圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅である。以上の態様によれば、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子のうち圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅が大きくなるようにすることができるから、振動板のうち圧力室の側壁に近い振動領域の面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板全体の変位効率を向上することができる。

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、圧力室に平面視で重なる振動領域を有し、振動領域を内包する最小の長方形の短い軸の方向に沿った圧電素子の幅は、長方形の長い軸の方向に沿った圧力室の幅よりも大きい。以上の態様によれば、振動領域を内包する最小の長方形の短軸方向に沿った圧電素子の幅は、長方形の長い軸の方向に沿った圧力室の幅よりも大きいから、振動板の変位の妨げになり易い短い軸の方向において圧電素子が駆動する範囲を、長い軸の方向よりも広げることができる。これにより、短軸方向で撓み量を増やすことができるので、長軸方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板全体に均等な歪みを発生させることができる。したがって、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率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、圧電素子の幅は、圧電素子のうち圧力室に平面視で重なる部分の幅である。以上の態様によれば、振動領域の短い軸の方向の方が長い軸の方向よりも、圧電素子のうち圧力室に平面視で重なる部分の幅が大きくなるようにすることができるから、振動板において圧電素子と共に変位する振動領域の面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板全体の変位効率を向上することができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子の幅は、圧電素子のうち圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅である。以上の態様によれば、振動領域の短い軸の方向の方が長い軸の方向よりも、圧電素子のうち圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅が大きくなるようにすることができるから、振動板のうち圧力室の側壁に近い振動領域の面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板全体の変位効率を向上することができる。

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ヤング率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、結晶面内のヤング率のうち第１方向のヤング率は、第１方向に交差する第２方向の結晶面内の第２ヤング率よりも大きく、第１方向に沿った圧電素子の第１幅は、第２方向に沿った圧電素子の第２幅よりも大きく、振動領域を内包する最小の長方形の短い軸の方向に沿った圧電素子の幅は、長方形の長い軸の方向に沿った圧力室の幅よりも大きく、第１幅と第２幅は、長い軸の方向に沿った圧電素子の幅よりも大きい。以上の態様によれば、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも圧電素子の幅が大きく、振動領域の短い軸の方向の方が長い軸の方向よりも圧電素子の幅が大きいから、振動板の変位の妨げになり易い方向において圧電素子が駆動する範囲を広げることができる。これにより、振動板の変形し難い面内方向で変位量を増やすことができるから、振動板全体に均等な歪みを発生させることができる。したがって、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率を向上させることができる。また、長い軸の方向に沿った圧電素子の幅よりも第１幅と第２幅を大きくすることで、振動領域の軸方向よりもヤング率の方向を優先して圧電素子の幅を大きくできるので、振動板全体の変位効率を向上することができる。

本発明の好適な態様において、圧電素子は、平面視で圧力室の中心に重ならずに圧力室の内周に重なるように振動板に配置され、平面視において圧力室の内周を挟んで、圧力室の中心側に内縁を有すると共に、圧力室の側壁側に外縁を有する。以上の態様によれば、圧力室の内縁の形状と外縁の形状によって、圧電素子の幅を変えることができる。しかも圧力室の中心の周りに圧電素子が配置されるので、方向によって圧電素子の幅を変え易い。

本発明の好適な態様において、圧電素子の全周が、圧力室の内周全周に平面視で重なる。以上の態様によれば、圧電素子の全周が、圧力室の内周全周に平面視で重なるから、方向によって圧電素子の幅を変えることで、振動板全体に均等な歪みを発生させ易い。これにより、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率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、圧電素子の内縁または外縁の形状は、平面視において多角形または円形である。以上の態様によれば、圧電素子の内縁または外縁の形状が、平面視において多角形または円形などの様々な形状の場合においても、振動板全体の変位効率を向上することができる。

本発明の好適な態様において、圧力室の内周の形状は、平面視において多角形または円形である。以上の態様によれば、圧力室の内周の形状が、平面視において多角形または円形などの様々な形状の場合においても、振動板全体の変位効率を向上することができる。

本発明の好適な態様において、単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１００｝面の基材であり、第１方向は、結晶面内の結晶方位〈０１１〉に沿っており、第２方向は、結晶面内の結晶方位〈００１〉に沿っている。以上の態様によれば、結晶面｛１００｝面において、ヤング率が最大となる結晶方位〈０１１〉に沿った第１方向の方が、ヤング率が最小となる結晶方位〈００１〉に沿った第２方向よりも、圧電素子の幅を大きくできる。これにより、振動板の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。したがって、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できる。このことにより、振動板全体に均等な歪みを発生させることができるから、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率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、単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１１０｝面の基材であり、第１方向は、結晶面内の結晶方位〈１１１〉に沿っており、第２方向は、結晶面内の結晶方位〈００１〉に沿っている。以上の態様によれば、結晶面｛１１０｝面において、ヤング率が最大となる結晶方位〈１１１〉に沿った第１方向の方が、ヤング率が最小となる結晶方位〈００１〉に沿った第２方向よりも、圧電素子の幅を大きくできる。これにより、振動板の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。したがって、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板全体に均等な歪みを発生させることができるから、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率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、振動板の表面は、結晶面内の方向によってヤング率が等しい等方性の単結晶シリコン基材の結晶面｛１１１｝で構成される。以上の態様によれば、振動板の表面が、結晶面内の方向によってヤング率が等しい等方性の単結晶シリコン基材の結晶面｛１１１｝で構成される場合でも、振動領域の短い軸の方向に沿った圧電素子の幅を、長い軸の方向に沿った圧力室の幅よりも大きくすることで、振動板全体を変位させ易くなり、振動板の変位効率を向上させることができる。

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、振動板の変位効率を向上させ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、振動板の変位効率を向上させ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。 単結晶シリコン基材の（１００）面内におけるヤング率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）面内におけるヤング率の異方性の例を示すグラフである。 第１実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第２実施形態に係る圧電デバイスの断面図および平面図である。 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２実施形態の第１変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第２実施形態の第２変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第２実施形態の第３変形例に係る圧電デバイスの平面図である。 第３実施形態に係る圧電デバイスの平面図である。 図１７に示す圧電デバイスのＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ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１９に示す圧電デバイスのＸＸ−ＸＸ断面図である。 第４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のＷ方向は、Ｘ方向から反時計回りに４５度の角度をなす方向であり、後述する軸Ｇｗに沿った方向である。

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の形状は、正方形である。具体的には圧力室Ｃの内周３４５の形状は、平面視において正方形である。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４の圧電素子３７は、平面視において（Ｚ方向から見て）内縁３７Ａの形状が正方形で、外縁３７Ｂの形状が内縁３７Ａの正方形よりも大きな正方形の環状の素子である。具体的には、圧電素子３７は、平面視で圧力室Ｃの中心Ｏに重ならずに圧力室Ｃの内周３４５に重なるように振動板３６に配置され、圧力室Ｃの内周３４５を挟んで、圧力室Ｃの中心Ｏ側に内縁３７Ａを有し、圧力室Ｃの側壁３４４側に外縁３７Ｂを有する。図４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。

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。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ヤング率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。

本実施形態の圧電素子３７は、平面視で（Ｚ方向から見て）重なる内周部３７２ａと、圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なる外周部３７２ｂと、を備える。内周部３７２ａは、圧電体層３７３の圧電歪みに連動してＺ方向に変位する部分である。外周部３７２ｂは、圧力室Ｃの側壁３４４によってＺ方向の変位が規制される部分（Ｚ方向には変位しない部分）である。

本実施形態の振動領域Ｐは、平面視において圧力室Ｃと同じ大きさの正方形であり、Ｘ方向に沿って中心Ｏを通る軸Ｇｘと、Ｙ方向に沿って中心Ｏを通る軸Ｇｙを有する。本実施形態の振動領域Ｐは、正方形であるから、振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さは等しい。なお、振動領域Ｐが、軸Ｇｙの方向の長さと軸Ｇｘの方向の長さが異なる形状の場合には、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の短軸を振動領域Ｐの軸Ｇｙとし、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の長軸を振動領域Ｐの軸Ｇｘとする。

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にＺ方向への変位Ｈが生じる。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の一方の辺を結晶面内のヤング率の低い方向に合わせることで、振動板３６のその辺に沿った方向において、Ｚ方向に変形し易くすることができるので、このようにすることで振動板３６の変位効率を向上させることができるとも考えられる。

ところが、振動板３６のうちヤング率の大きい結晶方位では、振動板３６が変位し難くなるため、全体として振動板３６のＺ方向の変位が阻害される虞がある。このため、振動板３６の方向をヤング率の大きさに応じた結晶方位に合わせるだけでは、振動板３６にヤング率の大きい結晶方位が含まれていると、振動板３６全体のＺ方向の変位を十分に向上させることができない場合がある。

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）面内におけるヤング率の異方性の例を示すグラフである。図６は、極座標であり、中心から離れるほどヤング率が大きくなる。結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材の（１００）面内におけるヤング率は、略正方形の異方性を有している。図６において、ヤング率が最小となるのは、４つの結晶方位［０１０］、［００１］、［０−１０］、［００−１］であり、これらの方位をＤｍとすると、方位Ｄｍから例えば反時計回りに４５度の角度を有する方位Ｄｎでヤング率が最大となる。したがって、例えばヤング率を小さくして振動板３６を変位し易くするために、振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向を方位Ｄｍ（例えば結晶方位［０１０］）に合わせても、それただけではヤング率が最大となる方位ＤｎでＺ方向に変位し難くなってしまう。このため、全体として振動板３６のＺ方向の変位が阻害されてしまい、振動板３６全体の変位を十分に向上させることができない。

そこで、第１実施形態では、結晶面内において第１方向（例えばＷ方向）のヤング率の方が第２方向（例えばＸ方向またはＹ方向）のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きくする。この構成によれば、振動板３６の変位Ｈの妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。

例えば図４に示すように、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）が正方形である場合には、圧電素子３７の内縁（内周）３７Ａの形状を圧力室Ｃよりも小さい正方形とし、外縁（外周）３７Ｂの形状を圧力室Ｃよりも大きい正方形とする。これにより、ヤング率の大きい方向の圧電素子３７の幅を、ヤング率の小さい方向の圧電素子３７の幅よりも大きくすることができる。

ここで、このような図４および図５の圧電素子３７の構成をより具体的に説明する。結晶面（１００）において、ヤング率が最大となる結晶方位［０１１］に沿った方向を第１方向とし、ヤング率が最小となる結晶方位［０１０］に沿った方向を第２方向とする。軸Ｇｘから反時計回りに４５度の角度をなす方向（Ｗ方向に沿った軸をＧｗとすれば、振動領域Ｐの軸Ｇｘは第２方向に沿っており、軸Ｇｗは第１方向に沿っている。

図４の圧電素子３７は、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状が圧力室Ｃよりも小さい正方形であり、外縁３７Ｂの形状が圧力室Ｃよりも大きい正方形である。したがって、ヤング率が最大となる軸Ｇｗの方向（第１方向）の圧電素子３７の幅Ｔｗ（図４の平面図の右上の幅または左下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｘの方向（第２方向）の圧電素子３７の幅Ｔｘ（図４の平面図の左側の幅または右側の幅）よりも大きい。

なお、図４の振動領域Ｐでは、互いに直交する軸Ｇｗと軸Ｇｗ’の方向が、図６のヤング率が最大となる４つの方位Ｄｎに相当し、振動領域Ｐの軸Ｇｘと軸Ｇｙの方向が、図６のヤング率が最小となる４つの方位Ｄｍに相当する。したがって、軸Ｇｗに沿った幅Ｔｗと軸Ｇｗ’に沿った幅Ｔｗ’は等しく、軸Ｇｘに沿った幅Ｔｘと軸Ｇｙに沿った幅Ｔｙは等しい。幅Ｔｗと幅Ｔｗ’は、幅Ｔｘと幅Ｔｙよりも大きい。

このような構成によれば、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。これにより、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できるから、振動板３６全体に均等な歪みを発生させることができる。したがって、仮に図５の一点鎖線で示すように、圧電素子３７の軸Ｇｗに沿った方向の幅を軸Ｇｘに沿った方向の幅Ｔｘと同じにした場合の変位Ｈ’よりも大きな変位Ｈにすることができる。このように、振動板３６全体を変位させ易くなり、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

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、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。また、（１００）面内の結晶方位［０１０］、（０１０）面内の［−１００］、（００１）面内の［０１０］は、いずれも等価であるから、［０１０］およびこれと等価の方向群を結晶方位〈０１０〉と包括的に表記できる。同様に、結晶方向［０１１］およびこれに等価の方向郡を結晶方位〈０１１〉と包括的に表記でき、結晶方向［０１０］およびこれに等価の方向郡を結晶方位〈００１〉と包括的に表記できる。

また、図７に示すように、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を形成するようにしてもよい。図７は、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材の（１１０）面内におけるヤング率の異方性の例を示すグラフである。図７では、図７は、極座標であり、中心から離れるほどヤング率が大きくなる。

図７に示すように、単結晶シリコン基材の（１１０）面内におけるヤング率は、略長方形の異方性を有している。図７において、（１１０）面内では、例えば結晶方位［００１］でヤング率が最小となり、結晶方位［００１］から例えば反時計回りに５５度の結晶方位［１−１１］でヤング率が最大となる。したがって、ヤング率が最小となる方位をＤｍとし、ヤング率が最大となる方位をＤｎとしたときに、ヤング率を小さくして振動板３６を変位し易くするために、振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向を結晶方位［００１］に合わせても、それただけではヤング率が最大となる方位ＤｎでＺ方向に変位し難くなってしまう。このため、全体として振動板３６のＺ方向の変位が阻害されてしまい、振動板３６全体の変位を十分に向上させることができない。

そこで、図４の振動板３６を、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材で構成する場合においても、結晶面内において第１方向のヤング率の方が第２方向のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きくする。この構成によれば、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。なお、第１方向は、必ずしもヤング率が最大となる結晶方位でなくてもよく、第２方向についても、必ずしもヤング率が最小となる結晶方位でなくてもよい。例えば図７に示すように、ヤング率が最小となるＤｍ（例えば結晶方位［００１］）に対して４５度の角度を有する方位Ｄｎ’は、ヤング率が最大ではないが、最小よりも大きくなる。したがって、第２方向をヤング率が最小となる方位Ｄｍとし、第１方向を方位Ｄｎ’としても、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。

図４に示す振動領域Ｐの軸Ｇｗは第１方向に沿っており、軸Ｇｘは第２方向に沿っている。したがって、図４に示す振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向を方位Ｄｍ（例えば結晶方位［００１］）に沿うようにすれば、軸Ｇｗは、軸Ｇｘに対して４５度の角度を有するため、方位Ｄｍよりもヤング率の大きい方位Ｄｎ’に沿ことになるので、圧電素子３７を図４に示す形状にすることで、ヤング率が大きい軸Ｇｗの方向の圧電素子３７の幅Ｔｗは、ヤング率が小さい軸Ｇｘの圧電素子３７の幅Ｔｘよりも大きくすることができる。このような構成によれば、図４の振動板３６を、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材で構成する場合においても、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板３６全体に均等な歪みを発生させることができるから、振動板３６全体を変位させ易くなり、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

なお、ここ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、上記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、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。また、結晶方位［−１１１］、［１−１１］、［１１−１］は、いずれも結晶方位［１１１］と等価であるから、これらの方向群を結晶方位〈１１１〉と包括的に表記できる。同様に、結晶方位［００１］およびこれと等価の方向群を〈００１〉と包括的に表記できる。

なお、本実施形態では、圧力室Ｃの形状と、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状とがそれぞれ正方形である場合を例示したが、これに限られない。圧力室Ｃの形状とは、圧力室Ｃの内周３４５を平面視した（Ｚ方向から見た）ときの形状であり、振動領域Ｐの形状と同じ形状である。圧電素子３７の内縁３７Ａの形状とは、圧電素子３７の内縁３７Ａを平面視した（Ｚ方向から見た）ときの形状であり、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状とは、圧電素子３７の外縁３７Ｂを平面視した（Ｚ方向から見た）ときの形状である。

圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）と、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂとの形状はそれぞれ、正方形以外の多角形や円形であってもよい。ここでの多角形には、長方形、ひし形、六角形、八角形などの他、角丸正方形や角丸長方形のような角丸多角形も含まれる。円形には、真円形、楕円形などの他、略円形（半円形や扇形など）も含まれる。また、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）と、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂとの形状とはそれぞれ、異なっていてもよい。圧力室Ｃと圧電素子３７が正方形以外の場合でも、第１方向のヤング率の方が第２方向のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きくなるように、圧力室Ｃの形状に合わせて、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂとの形状を決定する。

例えば図８に示す第１実施形態の第１変形例では、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）が真円形の場合である。この場合、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状は、圧力室Ｃよりも小さく、正方形を４５度回転させたひし形であり、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状は、圧力室Ｃよりも大きい真円形である。また、図９に示す第１実施形態の第２変形例では、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）が図４の正方形を４５度回転させたひし形の場合である。この場合、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状は、圧力室Ｃよりも小さく、軸Ｇｘと軸Ｇｙの方向が凸で、軸ＧｗとＧｗ’の方向が凹の八角形であり、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状は、圧力室Ｃよりも大きいひし形である。圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）によって、圧電素子３７を図８、図９のような形状にすることで、ヤング率の大きい方向の圧電素子３７の幅を、ヤング率の小さい方向の圧電素子３７の幅よりも大きくすることができる。

図８および図９の構成においても、図４と同様に、振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向をヤング率の最小の方向とすると、振動領域Ｐの軸Ｇｗの方向はヤング率の最大の方向となる。このような図８および図９の圧電素子３７では、ヤング率が最大となる軸Ｇｗの方向の幅Ｔｗ（図８および図９の平面図の右上の幅と左下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｘの圧電素子３７の幅Ｔｘ（図８の平面図の左右の幅）よりも大きい。

図８および図９の振動領域Ｐと圧電素子３７も、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが同じであり、軸Ｇｘに対して線対称で、軸Ｇｙに対しても線対称である。したがって、振動領域Ｐでは、軸Ｇｗに直交する軸Ｇｗ’の方向もヤング率が最大となり、軸Ｇｘに直交する軸Ｇｙもヤング率が最小となる。したがって、ヤング率が最大となる軸Ｇｗと軸Ｇｗ’のいずれかの方向（第１方向）の圧電素子３７の幅は、ヤング率が最小となる軸Ｇｘと軸Ｇｙのいずれかの方向（第２方向）の圧電素子３７の幅よりも大きい。ただし、図８および図９においても、第１方向のヤング率の方が、第２方向のヤング率よりも大きければ、第１方向は、必ずしもヤング率が最大となる結晶方位でなくてもよく、第２方向についても、必ずしもヤング率が最小となる結晶方位でなくてもよい。

このような構成によれば、図８および図９においても、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、ヤング率の小さい方向よりも広げることができる。これにより、ヤング率の大きい面内方向で撓み量を増やすことができるので、ヤング率の低い面内方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板３６全体に均等な歪みを発生させることができるから、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

このように、振動領域Ｐの形状（Ｚ方向から見た圧力室Ｃの形状）に応じて圧電素子３７の内縁３７Ａと外縁３７Ｂの形状を変えることで、圧電素子３７の幅Ｔを変えることができる。ここでの圧電素子３７の幅Ｔは、内縁３７Ａと外縁３７Ｂとの間の幅であり、各方向の幅Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’を含む。例えば図４に示すように、圧電素子３７の幅Ｔは、圧力室Ｃに平面視で重なる部分の幅Ｔａと、圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なる部分の幅Ｔｂとに分けることができる。圧電素子３７の幅Ｔａは内周部３７２ａの幅であり、幅Ｔｂは外周部３７２ｂの幅である。

圧電素子３７において各方向の幅Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’を変える場合は、圧電素子３７の内縁３７Ａと外縁３７Ｂの形状によって、圧電素子３７の幅Ｔａと幅Ｔｂの両方を変えるようにしもよいし、幅Ｔａと幅Ｔｂのうちのいずれか一方を変えるようにしてもよい。圧電素子３７の内縁３７Ａの形状を変えることによって幅Ｔａを変えることができ、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状を変えることによって幅Ｔｂを変えることができる。

図４の構成では、圧電素子３７の幅Ｔｂをほぼ一定にし、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状によって、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子３７のうち圧力室Ｃに平面視で重なる部分の幅Ｔａが大きくなるようにしている。ただし、圧電素子３７の幅Ｔｂは一定でなくてもよい。この構成によれば、振動板３６において圧電素子３７と共に変位する振動領域Ｐの面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板３６全体を変位させ易くすることができる。図８および図９の場合も同様に、圧電素子３７の幅Ｔｂをほぼ一定にして、圧電素子３７の幅Ｔａを変える場合を例示している。

他方、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状によって、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子３７のうち圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なる部分の幅Ｔｂが大きくなるようにすることができる。例えば図１０に示す第１実施形態の第３変形例は、圧力室Ｃの形状が図８と同様のひし形である場合に、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状を圧力室Ｃよりも小さいひし形とし、外縁３７Ｂを圧力室Ｃよりも大きい真円形としたものである。図１０の構成では、圧電素子３７の幅Ｔａをほぼ一定にし、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状によって、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子３７のうち圧力室Ｃの側壁３４４に平面視で重なる部分の幅Ｔｂが大きくなるようにしている。ただし、圧電素子３７の幅Ｔａは一定でなくてもよい。この構成によれば、振動板３６のうち圧力室Ｃの側壁３４４に近い振動領域Ｐの面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板全体を変位させ易くすることができる。

なお、本実施形態では、振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向がヤング率が最大となる方位Ｄｎまたはそれに近い方位Ｄｎ’に沿う場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば図６または図７の結晶面を有する単結晶シリコン基材で振動板３６を構成する場合には、振動領域Ｐの軸Ｇｙの方向をヤング率が最大となる方位Ｄｎまたは軸Ｇｗの方向よりもヤング率が大きい方位に合わせるようにしてもよい。このようにしても、図４および図８乃至図１０と同様の形状で圧電素子３７を形成することで、上記実施形態と同様の効果を得られる。

＜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、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが同じ圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）である場合を例示した、第２実施形態では、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが異なる圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）である場合を例示する。

図１１は、第２実施形態の圧電デバイス３９を拡大した断面図および平面図である。図１１の断面図（図１１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１１の平面図（図１１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１２は、図１１に示す圧電デバイス３９のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図であり、図１３は、図１１に示す圧電デバイス３９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐ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。長方形である。以下、Ｘ方向に沿った長軸を軸Ｇｘとし、Ｙ方向に沿った短軸を軸Ｇｙとする。なお、振動領域Ｐの形状は、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い方の軸が振動領域Ｐの軸Ｇｙとなり、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の長い方の軸が振動領域Ｐの軸Ｇｘとなる。第２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１１乃至図１３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の中央部にＺ方向への変位Ｈが生じる。この場合、中央部に同じ変位Ｈが生じても、図１２の断面図に示すＹ方向（軸Ｇｙの方向）の側壁３４４に近い部分は、図１１の断面図に示すＸ方向（軸Ｇｘの方向）の側壁３４４に近い部分よりも急なカーブを描くように変形している。したがって、短軸Ｇｙの方向は、長軸Ｇｘの方向に対して、振動板３６全体の変位の妨げになり易く、もし短軸Ｇｙの方向の撓み量を増やすことができれば、振動板３６全体に均等な歪みを発生させることができる。

そこで、第２実施形態では、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の短い軸Ｇｙの方向に沿った圧電素子３７の幅Ｔｙは、上記長方形の長い軸Ｇｘの方向に沿った圧力室Ｃの幅Ｔｘよりも大きい。この構成によれば、振動板３６の変位の妨げになり易い短軸Ｇｙの方向において圧電素子３６が駆動する範囲を、長軸Ｇｘの方向よりも広げることができる。

例えば図１１に示すように、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）が長方形である場合には、圧電素子３７の内縁３７Ａを圧力室Ｃよりも小さい長方形とし、外縁３７Ｂを圧力室Ｃよりも大きい長方形とする。このとき、軸Ｇｙの方向の幅Ｔｙが軸Ｇｘの方向の幅Ｔｘよりも大きくなるようにする。この構成によれば、振動板３６の変位Ｈの妨げになり易い短い軸Ｇｙの方向において圧電素子３７が駆動する範囲を、長い軸Ｇｘの方向よりも広げることができる。これにより、短軸Ｇｙの方向で撓み量を増やすことができるので、長軸Ｇｘの方向と同じ撓み量を付与できる。このことによって、振動板３６の面内方向の撓み量を増やすことができるから、振動板３６全体に均等な歪みを発生させることができる。したがって、振動板３６全体を変位させ易くなり、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、結晶面内において第１方向のヤング率の方が第２方向のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きくなるようにしている。例えば図１１の構成においても、図６または図７の結晶面を有する単結晶シリコン基材で振動板３６を構成し、ヤング率が大きい方位Ｄｎまたは方位Ｄｎ’に沿った方向を第１方向とし、ヤング率が最小となる方位Ｄｍに沿った方向を第２方向とすることができる。軸Ｇｘから反時計回りに４５度の角度をなす方向（Ｗ方向）に沿った軸をＧｗとすれば、振動領域Ｐの軸Ｇｗは第１方向に沿っており、軸Ｇｙは第２方向に沿っている。図１１の圧電素子３７によれば、ヤング率が大きい軸Ｇｗの方向（第１方向）の圧電素子３７の幅Ｔｗ（図１１の平面図の右上の幅または左下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｙの方向（第２方向）の圧電素子３７の幅Ｔｙ（図１１の平面図の上側の幅または下側の幅）よりも大きい。また、図１１の振動領域Ｐでは、軸Ｇｗ’の方向も軸Ｇｙの方向よりもヤング率が大きいので、軸Ｇｗ’の方向の幅Ｔｗ’（図１１の平面図の左上の幅と右下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｙの圧電素子３７の幅Ｔｙ（図１１の平面図の上側の幅または下側の幅）よりも大きい。

このような構成によれば、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子が駆動する範囲を広げることができる。このように、ヤング率の大きい方向においても振動板３６の面内方向の撓み量を増やすことができる。したがって、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが異なる振動領域Ｐにおいて、振動板３６の変位効率を向上させる効果を高めることができる。

また、圧電素子３７のうち軸Ｇｗに沿ったヤング率の大きい方向（第１方向）の幅Ｔｗを第１幅とし、軸Ｇｙに沿ったヤング率が低い方向（第２方向）の幅Ｔｙを第２幅とすれば、第１幅と第２幅は、長い軸Ｇｘの方向に沿った圧電素子３７の幅Ｔｘよりも大きい。この構成によれば、振動領域Ｐの軸方向よりもヤング率の方向を優先して圧電素子３７の幅を大きくできるので、振動板３６全体の変位効率を向上することができる。

また、第２実施形態では、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）と、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状とがそれぞれ、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが異なる長方形である場合を例示したが、これに限られない。軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが異なる形状であれば、長方形以外の多角形や円形であってもよい。ここでの多角形には、ひし形、六角形、八角形などの他、角丸正方形や角丸長方形のような角丸多角形も含まれる。円形には、楕円形などの他、略円形（半円形や扇形など）も含まれる。また、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）と、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状とはそれぞれ、異なっていてもよい。これらの形状が長方形以外の場合は、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の短い軸Ｇｙの方向に沿った圧電素子３７の幅Ｔｙは、上記長方形の長い軸Ｇｘの方向に沿った圧力室Ｃの幅Ｔｘよりも大きくなるように、圧力室Ｃの形状に応じて、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状と、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状とを決定する。

例えば図１４に示す第２実施形態の第１変形例では、振動領域Ｐは楕円形であるから、振動領域Ｐを内包する図１４に二点鎖線で示すような最小の長方形Ｑの短軸（楕円形の短軸）が振動領域Ｐの軸Ｇｙとなり、上記長方形Ｑの長軸（楕円形の長軸）が振動領域Ｐの軸Ｇｘとなる。このような圧力室Ｃの形状に対して、図１４の圧電素子３７の内縁３７Ａの形状は、圧力室Ｃよりも小さく、軸Ｇｘに沿った軸の方が軸Ｇｙに沿った軸よりも長いひし形であり、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状は、圧力室Ｃよりも大きく、圧力室Ｃと同様の楕円形である。

また図１４の構成においても、図６または図７の結晶面を有する単結晶シリコン基材で振動板３６を構成し、ヤング率が大きい方位Ｄｎまたは方位Ｄｎ’に沿った方向を第１方向とし、ヤング率が最小となる方位Ｄｍに沿った方向を第２方向とすることができる。軸Ｇｘから反時計回りに４５度の角度をなす方向（Ｗ方向）に沿った軸をＧｗとすれば、振動領域Ｐの軸Ｇｗは第１方向に沿っており、軸Ｇｙは第２方向に沿っている。図１４の圧電素子３７によれば、ヤング率が大きい軸Ｇｗの方向（第１方向）の圧電素子３７の幅Ｔｗ（図１４の平面図の右上の幅または左下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｙの方向（第２方向）の圧電素子３７の幅Ｔｙ（図１４の平面図の上側の幅または下側の幅）よりも大きい。また、図１４の振動領域Ｐでは、軸Ｇｗ’の方向も軸Ｇｙの方向よりもヤング率が大きいので、軸Ｇｗ’の方向の幅Ｔｗ’（図１４の平面図の左上の幅と右下の幅）は、ヤング率が最小となる軸Ｇｙの圧電素子３７の幅Ｔｙ（図１４の平面図の上側の幅または下側の幅）よりも大きい。

このような構成によれば、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において圧電素子３７が駆動する範囲を広げることができる。このように、ヤング率の観点からも、振動板３６の面内方向の撓み量を増やすことができる。したがって、軸Ｇｘの方向の長さと軸Ｇｙの方向の長さが異なる振動領域Ｐにおいて、振動板３６の変位効率を向上させる効果を高めることができる。

また、圧電素子３７のうち軸Ｇｗに沿ったヤング率の大きい方向（第１方向）の幅Ｔｗを第１幅とし、軸Ｇｙに沿ったヤング率が低い方向（第２方向）の幅Ｔｙを第２幅とすれば、第１幅と第２幅は、長い軸Ｇｘの方向に沿った圧電素子３７の幅Ｔｘよりも大きい。この構成によれば、振動領域Ｐの軸方向よりもヤング率の方向を優先して圧電素子３７の幅を大きくできるので、振動板３６全体の変位効率を向上することができる。

なお、第２実施形態においても、振動領域Ｐの形状（Ｚ方向から見た圧力室Ｃの形状）に応じて圧電素子３７の内縁３７Ａと外縁３７Ｂの形状を変えることで、圧電素子３７の幅Ｔを変えることができる。圧電素子３７において各方向の幅Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’を変える場合は、圧電素子３７の内縁３７Ａと外縁３７Ｂの形状によって、圧電素子３７の幅Ｔａと幅Ｔｂの両方を変えるようにしもよいし、幅Ｔａと幅Ｔｂのうちのいずれか一方を変えるようにしてもよい。圧電素子３７の内縁３７Ａの形状を変えることによって幅Ｔａを変えることができ、圧電素子３７の外縁３７Ｂの形状を変えることによって幅Ｔｂを変えることができる。

図１１および図１４の構成では、圧電素子３７の幅Ｔｂをほぼ一定にして、圧電素子３７の幅Ｔａを変えることで、結晶面内のヤング率の大きい方向の方がヤング率の小さい方向よりも、圧電素子３７のうち圧力室Ｃに平面視で重なる部分の幅が大きくなるようにしている。なお、圧電素子３７の幅Ｔａをほぼ一定にして、圧電素子３７の幅Ｔｂを変えるようにしてもよい。

ところで、以上の説明においては、結晶面内の方向によってヤング率が異なる異方性の単結晶シリコン基材の結晶面で振動板３６の表面を構成した場合を例示したが、これに限られるものではない。結晶面内の方向によってヤング率が等しい等方性の単結晶シリコン基材の結晶面｛１１１｝で振動板３６の表面を構成して、振動領域Ｐを内包する最小の長方形の短い軸Ｇｙの方向に沿った圧電素子３７の幅Ｔｙを、上記長方形の長い軸Ｇｘの方向に沿った圧力室Ｃの幅Ｔｘよりも大きくするようにしてもよい。

例えば図１５に示す第２実施形態の第２変形例では、図１４と同様に、圧力室Ｃの形状（振動領域Ｐの形状）が軸Ｇｘの方が軸Ｇｙよりも長い楕円形の場合である。図１５の圧電素子３７では、外縁３７Ｂの形状は、図１４と同様の楕円形であるが、内縁３７Ａの形状は、図１４と異なり、軸Ｇｘに沿った軸の方が軸Ｇｙに沿った軸よりも長い楕円形である。図１４では、結晶面内の方向によってヤング率が変わらないので、軸Ｇｘと軸Ｇｙに着目して、圧電素子３７の幅Ｔｘと幅Ｔｙを決めれば足りるからである。

なお、図１５の場合においても、圧電素子３７の内縁３７Ａと外縁３７Ｂの形状によって、圧電素子３７の幅Ｔａと幅Ｔｂの両方を変えるようにしもよいし、幅Ｔａと幅Ｔｂのうちのいずれか一方を変えるようにしてもよい。図１５では、圧電素子３７の幅Ｔｂをほぼ一定にして、圧電素子３７の幅Ｔａを変える場合を例示している。図１６に示す第２実施形態の第３変形例のように、圧電素子３７の幅Ｔａをほぼ一定にして、圧電素子３７の幅Ｔｂを変えるようにしてもよい。なお、図１６の圧力室Ｃの形状は、図１５と同様の楕円形である。

＜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１７および図１８は、図４の圧電素子３７の具体的な構成例である。図１７は、第３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１８は、図１７に示す圧電デバイス３９のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。

図１７および図１８に示すように、第３実施形態の圧電素子３７は、平面視で圧力室Ｃの中心Ｏに重ならずに圧力室Ｃの内周３４５に重なるように振動板３６に配置され、平面視において圧力室Ｃの内周３４５を挟んで、圧力室Ｃの中心Ｏ側に内縁３７Ａを有すると共に、圧力室Ｃの側壁３４４側に外縁３７Ｂを有する。このような構成によれば、圧力室Ｃの内縁３７Ａの形状と外縁３７Ｂの形状によって、圧電素子３７の幅を変えることができる。しかも、圧力室Ｃの中心Ｏの周りに圧電素子３７が配置されるので、方向によって圧電素子３７の幅を変え易い。また、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から、方向によって圧電素子３７の幅を変えることで、振動板３６全体に均等な歪みを発生させ易い。これにより、振動板３６全体を変位させ易くなり、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

図１７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。この圧電素子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１７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、圧電素子３７に相当する。

図１７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Ｏ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の内周の形状は正方形である。

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。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。

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、複数の圧電素子３７に対応する個別電極を構成する。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に個別に接続される。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。

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の内周と外周の形状は正方形である。本実施形態の構成では、第２電極３７２の内周から外周までが、第１電極３７１と圧電体層３７３に重なる。したがって、第２電極３７２の内周の形状が、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状に相当し、第２電極３７２の外周の形状が、圧電素子３７の内縁３７Ａの形状に相当する。第３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。

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。

このような構成の第３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。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１７の振動板３６は、図６または図７の結晶面を有する単結晶シリコン基板で構成される。図１７の圧電素子３７は、図４の構成と同様に、結晶面内において第１方向（例えばＷ方向）のヤング率の方が第２方向（例えばＸ方向またはＹ方向）のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きい。図１７において図示は省略するが、軸Ｇｘ、軸Ｇｙ、軸Ｇｗ、Ｇｗ’の各方向の圧電素子３７の幅Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’は、図４の構成と同様である。このような構成によって、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において振動板３６の面内方向の撓み量を増やすことができるので、振動板３６の変位効率を向上させることができる。なお、上述した他の実施形態や変形例においても、第３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で構成することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態について説明する。上記実施形態では、圧電素子３７を圧力室Ｃの周縁部に配置する場合を例示したが、第４実施形態では、圧電素子３７を圧力室Ｃの中心部に配置する場合を例示する。図１９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２０は、図１９に示す圧電デバイス３９のＸＸ−ＸＸ断面図である。

図１９および図２０に示すように、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。図１９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、圧電素子３７に相当する。

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。

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に個別に接続される。

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。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。本実施形態の第１電極３７１、第２電極３７２、圧電体層３７３の材料は、第３実施形態と同様である。

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。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。

図１９に示すように、本実施形態の圧力室Ｃの形状は、図１７の圧力室Ｃと同様に正方形である。本実施形態の圧電素子３７は、平面視において圧力室Ｃの中心Ｏに重なり、外周が圧力室Ｃよりも小さい正方形の素子である。図１９の振動板３６は、図６または図７の結晶面を有する単結晶シリコン基板で構成される。図１９の圧電素子３７は、図４の構成と同様に、結晶面内において第１方向（例えばＷ方向）のヤング率の方が第２方向（例えばＸ方向またはＹ方向）のヤング率よりも大きい場合に、第１方向に沿った圧電素子３７の幅は、第２方向に沿った圧電素子３７の幅よりも大きい。軸Ｇｘ、軸Ｇｙ、軸Ｇｗ、Ｇｗ’に沿った各方向の圧電素子３７の幅をＴｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’とすると、図４の構成と同様に、軸Ｇｗに沿った幅Ｔｗと軸Ｇｗ’に沿った幅Ｔｗ’は等しく、軸Ｇｘに沿った幅Ｔｘと軸Ｇｙに沿った幅Ｔｙは等しい。幅Ｔｗと幅Ｔｗ’は、幅Ｔｘと幅Ｔｙよりも大きい。このように構成することによって、圧力室Ｃの中心部に配置される圧電素子３７によっても、振動板３６の変位の妨げになり易いヤング率の大きい方向において振動板３６の面内方向の撓み量を増やすことができる。したがって、振動板３６の変位効率を向上させることができる。

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２１に示す第４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２１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２１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２１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の高いので、出来る限り薄くするとともに、図２１に示すように短軸Ｇｙの方向の内周３４５に近い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、振動領域Ｐの全体に渡って密着層３７６を形成する場合に比較して、圧力室Ｃの内周３４５に近い部分が変形し易くなるので、圧電デバイス３９の変位効率を向上させることができる。

＜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、３７…圧電素子、３７Ａ…内縁、３７Ｂ…外縁、３７１…第１電極、３７１Ａ…リード電極、３７２…第２電極、３７２ａ…内周部、３７２ｂ…外周部、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、Ｆ１…表面、Ｆ２…表面、Ｌ１…第１列、Ｌ２…第２列、Ｎ…ノズル、Ｏ…中心、Ｐ…振動領域、Ｑ…長方形、Ｒ…液体貯留室、ＲＡ…空間、ＲＢ…空間、Ｔ（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗ、Ｔｗ’）…圧電素子の幅。

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ヤング率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、前記結晶面内のヤング率のうち第１方向のヤング率は、前記第１方向に交差する第２方向の前記結晶面内の第２ヤング率よりも大きく、
   前記第１方向に沿った前記圧電素子の幅は、前記第２方向に沿った前記圧電素子の幅よりも大きい
   圧電デバイス。
2. 前記圧電素子の幅は、前記圧電素子のうち前記圧力室に平面視で重なる部分の幅である
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記圧電素子の幅は、前記圧電素子のうち前記圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅である
   請求項１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、前記圧力室に平面視で重なる振動領域を有し、
   前記振動領域を内包する最小の長方形の短い軸の方向に沿った前記圧電素子の幅は、前記長方形の長い軸の方向に沿った前記圧力室の幅よりも大きい
   圧電デバイス。
5. 前記圧電素子の幅は、前記圧電素子のうち前記圧力室に平面視で重なる部分の幅である
   請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 前記圧電素子の幅は、前記圧電素子のうち前記圧力室の側壁に平面視で重なる部分の幅である
   請求項４に記載の圧電デバイス。
7. 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ヤング率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、前記結晶面内のヤング率のうち第１方向のヤング率は、前記第１方向に交差する第２方向の前記結晶面内の第２ヤング率よりも大きく、
   前記第１方向に沿った前記圧電素子の第１幅は、前記第２方向に沿った前記圧電素子の第２幅よりも大きく、
   前記振動領域を内包する最小の長方形の短い軸の方向に沿った前記圧電素子の幅は、前記長方形の長い軸の方向に沿った前記圧力室の幅よりも大きく、
   前記第１幅と前記第２幅は、前記長い軸の方向に沿った前記圧電素子の幅よりも大きい
   圧電デバイス。
8. 前記圧電素子は、平面視で前記圧力室の中心に重ならずに前記圧力室の内周に重なるように前記振動板に配置され、
   平面視において前記圧力室の内周を挟んで、前記圧力室の中心側に内縁を有すると共に、前記圧力室の側壁側に外縁を有する
   請求項１から請求項７の何れかに記載の圧電デバイス。
9. 前記圧電素子の全周が、前記圧力室の内周全周に平面視で重なる
   請求項８に記載の圧電デバイス。
10. 前記圧電素子の内縁または外縁の形状は、平面視において多角形または円形である
    請求項９に記載の圧電デバイス。
11. 前記圧力室の内周の形状は、平面視において多角形または円形である
    請求項９に記載の圧電デバイス。
12. 前記単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１００｝面の基材であり、
    前記第１方向は、前記結晶面内の結晶方位〈０１１〉に沿っており、
    前記第２方向は、前記結晶面内の結晶方位〈００１〉に沿っている
    請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電デバイス。
13. 前記単結晶シリコン基材は、結晶面が｛１１０｝面の基材であり、
    前記第１方向は、前記結晶面内の結晶方位〈１１１〉に沿っており、
    前記第２方向は、前記結晶面内の結晶方位〈００１〉に沿っている
    請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電デバイス。
14. 前記振動板の表面は、結晶面内の方向によってヤング率が等しい等方性の単結晶シリコン基材の結晶面｛１１１｝で構成される
    請求項４から請求項６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前記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前記液体をノズルから吐出する
    液体吐出装置。
    

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