JP6981046B2 - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

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、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、振動板の周方向において局所的な応力分布の不均一が発生し易い。これは、結晶面内のヤング率の変化が、短手方向と長手方向のように特定の２方位だけではなく、周方向に渡って連続的に変化するからである。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、局所的な応力分布の不均一によって、全体として振動板の変位が阻害されたり、クラックが入り易くなったりする虞がある。以上の事情を考慮して、本発明は、クラックの発生を抑制しつつ、変位特性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、単結晶シリコン基材の結晶面｛１１０｝を有し、振動板は、圧力室に平面視で重なる振動領域を有し、圧電素子は、振動領域に平面視で重なり、振動領域を周方向において、結晶面内の結晶方位〈−１１１〉から〈１−１２〉までの第１領域、〈１−１２〉から〈１−１−１〉までの第２領域、〈１−１−１〉から〈−１１−２〉までの第３領域、〈−１１−２〉から〈−１１１〉までの第４領域に分けたとき、振動領域の形状は、〈−１１１〉の方向の直径と〈１−１２〉の方向の直径を共通にする仮想の真円形と比較すると、第２領域と第４領域では仮想の真円形よりも内側にあり、第１領域と第３領域では少なくとも一部が仮想の真円形よりも外側にある。以上の態様によれば、振動板が単結晶シリコン基材の結晶面｛１１０｝を有する場合に、振動板の振動領域の形状が、周方向におけるヤング率とポアソン比の変化に応じた形状になる。このため、振動板の振動領域に発生する歪みを、周方向で均一化させることができる。振動板全体を変位させ易くなり、局所的に不均一な応力集中が発生することも抑制できるので、クラックの発生を抑制しつつ、振動板の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、第１領域において、結晶方位〈−１１１〉から〈１−１２〉側に５９度の方位までの領域で、振動領域が仮想の真円形の外側にあり、第３領域において、結晶方位〈１−１−１〉から〈−１１−２〉側に５９度の方位までの領域で、振動領域が仮想の真円形の外側にある。以上の態様によれば、結晶面｛１１０｝の第１領域と第３領域では、ポアソン比の変化はそれほど大きくないのに対して、ヤング率の変化が大きい領域と小さい領域があるところ、ヤング率の変化が大きい領域で振動領域の直径を仮想の真円形の直径よりも大きくできる。ヤング率の変化が大きい領域では、振動板の撓み量が抑制され易いので、振動領域の直径を真円形の直径よりも大きくすることで、振動板を撓み易くすることができる。

本発明の好適な態様において、振動領域の形状は、第１領域と第３領域において振動領域の中心に対して点対称であり、第２領域と第４領域において振動領域の中心に対して点対称である。以上の態様によれば、振動領域の形状を結晶面｛１１０｝のヤング率とポアソン比の対称性に合った形状にすることができる。これにより、振動板の振動領域に発生する歪みを、周方向で均一化させる効果を高めることができる。

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、結晶方向によってヤング率とポアソン比が異なる単結晶シリコン基材の結晶面を有し、振動板は、圧力室に平面視で重なる振動領域を有し、圧電素子は、振動領域に平面視で重なり、振動領域の所定の方位の直径をｄ１、所定の方位のヤング率をＹ１とすると共にポアソン比をｖ１とし、振動領域の任意の方位のヤング率をＹとすると共にポアソン比をｖとすると、振動領域の任意の方位の直径ｄは、ｄ＝√｛（ｄ１）^２×（１−ｖ１）×Ｙ／Ｙ１×（１−ｖ）｝の関係を有する。以上の態様によれば、振動板の振動領域の形状を、周方向におけるヤング率とポアソン比の変化に応じた形状にすることができる。これにより、振動領域の周方向の任意の方向で発生する歪みを均一化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、局所的に不均一な応力集中が発生することも抑制できるので、クラックの発生を抑制しつつ、振動板の変位特性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、クラックの発生を抑制しつつ、変位特性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、クラックの発生を抑制しつつ、変位特性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。 図４の振動領域の形状を拡大した図である。 第２実施形態の圧電デバイスの平面図である。 図９に示す圧電デバイスのＸ−Ｘ断面図である。 第２実施形態の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＞
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の形状は、平面視において略円形である。圧力室Ｃの内周３４５の形状とは、Ｚ方向から平面視したときの圧力室Ｃ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。圧電素子３７は、圧力室Ｃに平面視で重なるように配置される。具体的には、圧電素子３７は、圧力室Ｃの中心（振動領域Ｐの中心）Ｏに平面視で重なるように振動板３６に配置される。

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および図３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と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（圧力室Ｃの上面を構成する領域）であり、圧電素子３７によって撓み、Ｚ方向に変位する。本実施形態の振動領域Ｐは、平面視において圧力室Ｃと同じ略円形であり、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。

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とポアソン比が変化する。

図６は、結晶面が（１００）面（結晶面に垂直な結晶方位が［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）面内におけるヤング率は、略正方形の異方性を有しているのに対して、ポアソン比は、四つ葉状の異方性を有している。このように、単結晶シリコン基材の（１００）面内では、ヤング率とポアソン比が周方向に連続的に変化し、しかもヤング率とポアソン比の異方性は異なっている。図６において、ヤング率が最小値となるのは、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度の方位Ｄｎでヤング率が最大値となる。他方、図６に示すポアソン比は、ヤング率が小さくなる結晶方位［００１］などの付近では、ポアソン比の変化が大きくなる。

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）面内におけるヤング率は、略長方形の異方性を有しているのに対して、ポアソン比は、四つ葉状の異方性を有している。このように、単結晶シリコン基材の（１１０）面内においても、ヤング率とポアソン比が周方向に連続的に変化し、しかもヤング率とポアソン比の異方性は異なっている。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４５度の結晶方位［１−１１］でヤング率が最大値となる。他方、ヤング率が小さくなる結晶方位［００１］などの付近では、ポアソン比の変化が大きくなる。

このように、結晶方向によってヤング率とポアソン比が変化する単結晶シリコン基材では、ヤング率とポアソン比が周方向に連続的に変化する。したがって、このような単結晶シリコン基材で振動板３６を構成する場合、振動板３６の周方向において局所的な応力分布の不均一が発生し易い。結晶面内のヤング率の変化が、短手方向と長手方向のように特定の２方位だけではなく、周方向に渡って連続的に変化するからである。このため、仮に短手方向と長手方向のヤング率によって振動板３６の方向を合わせるだけでは、局所的な応力分布の不均一によって、全体として振動板３６の変位が阻害されたり、クラックが発生し易くなったりする虞がある。クラックが発生すると、圧電素子３７や圧力室Ｃが破壊され易くなってしまう。しかも、ヤング率とポアソン比の異方性は異なっているので、振動板３６の周方向におけるヤング率の変化だけではなく、ポアソン比の変化も考慮しながら、振動板３６の振動領域Ｐの形状（圧力室Ｃの内周３４５の形状）を考える必要がある。

そこで、第１実施形態では、振動板３６の振動領域Ｐの形状を、周方向のヤング率とポアソン比の変化に応じた形状にする。これにより、振動板３６の振動領域Ｐに発生する歪みを、周方向で均一化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、局所的に不均一な応力集中が発生することも抑制できるので、クラックの発生を抑制しつつ、振動板３６の変位特性を向上させることができる。

以下、振動板３６の振動領域Ｐの形状について、ヤング率およびポアソン比の方位と振動領域Ｐの変位との関係に基づいて説明する。圧電体層３７３のＺ方向の圧電応力定数をｅ_ｆ［Ｎ／Ｖ／ｍ］、印加電界をＥ［Ｖ／ｍ］とすれば、圧電素子３７の発生応力Ｆ［Ｎ］は、下記数式（１）のように表すことができる。

Ｆ＝ｅ_ｆ×Ｅ ・・・（１）

図４の断面図に示すように、振動板３６の厚みをｈ［ｍ］、振動領域Ｐの直径をｄ［ｍ］、その直径方向のヤング率をＹとすると共にポアソン比をｖとすると、振動領域Ｐの中心（圧力室Ｃの中心）Ｏの変位（撓み）Ｈ［ｍ］は、下記数式（２）のように表すことができる。

Ｈ＝３×Ｆ×ｄ^２×（１−ｖ）／（ｈ^２×Ｙ） ・・・（２）

ここで、所定の方位の振動領域Ｐの直径をｄ１とすると共に任意方位の振動領域Ｐの直径をｄとし、シリコン基材の所定の方位のヤング率をＹ１とすると共にポアソン比をｖ１とし、シリコン基材の任意方位のヤング率をＹとすると共にポアソン比をｖとすれば、下記数式（３）の関係があるときに、振動領域Ｐに発生する歪みを、周方向で均一化させることができる。下記数式（３）の関係とは、振動領域Ｐの所定の方位における直径ｄ１の中心位置の変位（撓み）Ｈ１と、振動領域Ｐの任意方位における直径ｄの中心位置の変位（撓み）Ｈとが等しくなる関係である。下記数式（３）を整理すると、下記数式（４）を導き出すことができる。なお、上記所定の方位としては、例えば［−１１１］の結晶方位を選択できるが、これに限られず、別の結晶方位を選択してもよい。

Ｈ１＝３×Ｆ×ｄ１^２×（１−ｖ１）／（ｈ^２×Ｙ）
＝３×Ｆ×ｄ^２×（１−ｖ）／（ｈ^２×Ｙ）＝Ｈ ・・・（３）

ｄ＝√｛（ｄ１）^２×（１−ｖ１）×Ｙ／Ｙ１×（１−ｖ）｝ ・・・（４）

したがって、振動領域Ｐの形状を上記数式（４）の関係を有する形状にすることで、振動領域Ｐの形状を、結晶方位によって異なるヤング率とポアソン比に応じた形状にすることができる。これにより、振動板３６の振動領域Ｐに発生する歪みを、周方向で均一化させることができる。また、図４の平面図に示すように、圧電素子３７の形状も振動領域Ｐの形状と相似形にすることで、圧電素子３７についても結晶方位によって異なる振動板３６のヤング率とポアソン比に応じた形状にすることができる。これにより、振動領域Ｐの周方向で圧電素子３７の面内方向の歪みも均一化させることができる。

以上の構成によれば、振動板３６全体を変位させ易くなり、局所的に不均一な応力集中が発生することも抑制できるので、クラックの発生を抑制しつつ、振動板３６の変位特性を向上させることができる。なお、本実施形態の振動板３６を製造する場合には、シリコン基材（シリコンウエハー）の結晶方位に、振動板３６の方向を合わせて製造し、振動板３６を切り出す。本実施形態では、結晶面が（１１０）面の単結晶シリコン基材からなるシリコンウエハーを用いて、例えば振動領域Ｐの軸Ｇｘの方向が結晶面内の結晶方位［０１０］になるように振動板３６を形成して、シリコンウエハーから切り出す。

図８は、図４の振動領域Ｐの形状を拡大した図である。図８は、単結晶シリコン基材の結晶面（１１０）で振動板３６の表面を構成した場合に、振動領域Ｐの形状が上記数式（４）の関係を有する形状になるように、圧力室Ｃの内周３４５を形成したものである。なお、単結晶シリコン基材の結晶面（１００）で振動板３６表面を構成する場合には、上記数式（４）の関係を有する形状は真円形になるので、特に図示はしないが、単結晶シリコン基材の結晶面（１１０）で振動板３６表面を構成する場合には、上記数式（４）の関係を有する形状は略円形になるので、以下においてより詳細に説明する。

図８の振動領域Ｐの形状は、略円形であるので、仮想の真円形Ｑと重ねて比較することで、振動領域Ｐの形状の特徴を説明する。図８に示すように、振動領域Ｐの軸Ｇｘは、結晶方位［−１１１］および［１−１−１］に沿っており、軸Ｇｙは、結晶方位［１−１２］および［−１１−２］に沿っている。仮想の真円形Ｑは、振動領域Ｐの直径ｄのうち結晶方位［−１１１］の方向の直径（軸Ｇｘに沿う直径）ｄｘと結晶方位［１−１２］の方向の直径（軸Ｇｙに沿う直径）ｄｙを共通にする。仮想の真円形Ｑの中心Ｏは、振動領域Ｐの中心Ｏに一致する。

図８において、振動板３６の振動領域Ｐを周方向において、結晶面内の結晶方位［−１１１］から［１−１２］までの第１領域Ｋ１、［１−１２］から［１−１−１］までの第２領域Ｋ２、［１−１−１］から［−１１−２］までの第３領域Ｋ３、［−１１−２］から［−１１１］までの第４領域Ｋ４に分ける。このとき、振動領域Ｐの形状は、仮想の真円形Ｑと比較すると、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４では仮想の真円形Ｑよりも内側にあり、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３では少なくとも一部が仮想の真円形Ｑよりも外側にある。したがって、領域Ｋ２と領域Ｋ４において振動領域Ｐの直径ｄは、仮想の真円形Ｑの直径よりも小さい。

さらに、第１領域Ｋ１を、結晶方位［−１１１］から［１−１２］側に５９度の方位Ｄｗまでの領域Ｋ１’と、方位Ｄｗから［１−１２］までの領域Ｋ１’’に分けると、領域Ｋ１’において振動領域Ｐが仮想の真円形Ｑの外側にある。同様に、第３領域Ｋ３を、結晶方位［１−１−１］から［−１１−２］側に５９度の方位Ｄｗ’までの領域Ｋ３’と、方位Ｄｗ’から［−１１−２］までの領域Ｋ３’’に分けると、領域Ｋ３’において振動領域Ｐが仮想の真円形Ｑの外側にある。したがって、領域Ｋ１’と領域Ｋ３’において振動領域Ｐの直径ｄは、仮想の真円形Ｑの直径よりも大きい。

他方、図７において、結晶面（１１０）内の第１領域Ｋ１から第４領域Ｋ４でのヤング率とポアソン比の変化を見ると、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３では、ポアソン比の変化は、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４に比較してそれほど大きくないものの、ヤング率は最大値（方位Ｄｎ）から最小値（方位Ｄｍ）までと、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４に比較して大きく変化する。特にヤング率の変化が大きくなるのは、最大値（方位Ｄｎ）と最小値（方位Ｄｍ）を含む領域Ｋ１’と領域Ｋ３’である。これに対して、領域Ｋ１’’と領域Ｋ３’’では、他の領域に比べてヤング率もポアソン比も変化が小さい。

第１領域Ｋ１の領域Ｋ１’と第３領域Ｋ３の領域Ｋ３’のように、ポアソン比の変化よりもヤング率の変化の方が大きい領域では、振動板３６の撓み量が抑制され易いので、振動領域Ｐの直径ｄを真円形Ｑの直径よりも大きくすることで、振動板を撓み易くすることができる。これに対して、第１領域Ｋ１の領域Ｋ１’’と第３領域Ｋ３の領域Ｋ３’’のように、ポアソン比もヤング率も変化が小さい領域では、振動領域Ｐの直径ｄが真円形Ｑの直径とほぼ同様にすることで、周方向の変化を少なくすることができる。

これに対して、図７において、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４では、ヤング率の変化は、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３に比較してそれほど大きくないものの、ポアソン比は最大値（方位Ｄｎ’）から最小値（方位Ｄｍ’）までと、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３に比較して大きく変化する。第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４のように、ヤング率の変化よりもポアソン比の変化よりも大きい領域では、周方向によって振動板３６の面内方向の縮み量が大きく変わるため、振動領域Ｐの直径ｄを真円形Ｑの直径よりも小さくすることで、周方向による振動板３６の面内方向の縮み量の変化による振動板３６の撓みへの影響を緩和できる。

以上のとおり、本実施形態によれば、振動板３６の振動領域Ｐの形状を、周方向におけるヤング率とポアソン比の変化に応じた形状にすることができる。このため、振動板３６の振動領域Ｐに発生する歪みを、周方向で均一化させることができる。振動板３６全体を変位させ易くなり、局所的に不均一な応力集中が発生することも抑制できるので、クラックの発生を抑制しつつ、振動板３６の変位特性を向上させることができる。

また、図８に示す振動領域Ｐの形状は、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３において振動領域Ｐの中心Ｏに対して点対称であり、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４においても振動領域Ｐの中心Ｏに対して点対称である。他方、図７に示す結晶面｛１１０｝の周方向におけるヤング率とポアソン比の変化は、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３において中心Ｏに対して点対称であり、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４においても中心に対して点対称である。したがって、振動領域Ｐの形状を図８のような形状にすることで、結晶面｛１１０｝のヤング率とポアソン比の対称性に合った形状にすることができる。これにより、振動板３６の振動領域Ｐに発生する歪みを、周方向で均一化させる効果を高めることができる。

なお、図８では振動領域Ｐの形状が上記数式（４）の関係を有する形状になるようにした場合を例示したが、これに限られず、振動領域Ｐの形状は上記数式（４）を満たす形状に近い形状であってもよい。例えば振動領域Ｐの形状は、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４では仮想の真円形Ｑよりも内側にあり、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３では少なくとも一部が仮想の真円形Ｑよりも外側にあるとの特徴を有する形状であればよい。また、図８では、第１領域Ｋ１と第３領域Ｋ３において振動領域Ｐの中心Ｏに対して点対称であり、第２領域Ｋ２と第４領域Ｋ４においても振動領域Ｐの中心Ｏに対して点対称である場合を例示したが、これに限られず、必ずしも点対称でなくてもよい。

なお、図８の振動領域Ｐは、図７に示す単結晶シリコン基材の結晶面（１１０）を振動板３６の表面（上面）と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、ヤング率とポアソン比は、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（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、結晶方向［−１１１］、［１−１１］、［１１−１］は、いずれも等価であるから、結晶方向［−１１１］およびこれと等価の方向群を結晶方向〈−１１１〉と包括的に表記できる。同様に、結晶方向［１−１２］およびこれと等価の方向群を〈１−１２〉と包括的に表記でき、結晶方向［１−１−１］およびこれと等価の方向群を〈１−１−１〉と包括的に表記でき、結晶方向［−１１−２］およびこれと等価の方向群を〈−１１−２〉と包括的に表記できる。

また、図６に示す結晶面が（１００）面の単結晶シリコン基材において、その結晶面を振動板３６の表面（上面）とするようにしてもよい。さらに、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、ヤング率とポアソン比は、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２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９および図１０は、図４の圧電素子３７の具体的な構成例である。図９は、第２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１０は、図４に示す圧電デバイス３９のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図である。

図９および図１０に示すように、第２実施形態の圧電素子３７は、平面視で振動領域Ｐの中心Ｏに重なるように振動板３６に配置される。図９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９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９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。

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。

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１０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、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。

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。

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。

第１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、本実施形態のように、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。この構成では、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、上記結晶方向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。

このような第２実施形態では、第１実施形態と同様に、単結晶シリコン基材の結晶面（１１０）で振動板３６の表面を構成したものである。振動領域Ｐの形状は図８に示す形状と同様であり、圧電素子３７の形状は、振動領域Ｐの形状の相似形である。したがって、第２実施形態の圧電デバイス３９においても、第１実施形態と同様に、振動板３６や圧電素子３７のクラックの発生を抑制しつつ、振動板３６の変位特性を向上させることができる。

なお、図１１に示す第２実施形態の変形例の構成では、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１１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１１に示すように側壁３４４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の側壁３４４の内周３４５に近い部分が変形し易くなるので、振動板３６の変位特性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、３６…振動領域、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、４５…反時計回りに、５２…ノズル板、５４…コンプライアンス基板、６２…駆動ＩＣ、ｄ、ｄ１…直径、ｈ…振動板の厚み、ｖ、ｖ１…ポアソン比を、Ａ…第１基板、Ｂ…第２基板、Ｃ…圧力室、Ｄｗ…方位、Ｄｗ’…方位、Ｆ１…表面、Ｆ２…表面、Ｈ…変位、Ｋ１…第１領域、Ｋ２…第２領域、Ｋ３…第３領域、Ｋ４…第４領域、Ｌ１…第１列、Ｌ２…第２列、Ｎ…ノズル、Ｏ…中心、Ｐ…振動領域、Ｑ…仮想の真円形、Ｒ…液体貯留室、ＲＡ…空間、ＲＢ…空間。

Claims (6)

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、単結晶シリコン基材の結晶面｛１１０｝を有し、
   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、
   前記圧電素子は、前記振動領域に平面視で重なり、
   前記振動領域を周方向において、前記結晶面内の結晶方位〈−１１１〉から〈１−１２〉までの第１領域、前記〈１−１２〉から〈１−１−１〉までの第２領域、前記〈１−１−１〉から〈−１１−２〉までの第３領域、前記〈−１１−２〉から前記〈−１１１〉までの第４領域に分けたとき、前記振動領域の形状は、前記〈−１１１〉の方向の直径と前記〈１−１２〉の方向の直径を共通にする仮想の真円形と比較すると、前記第２領域と前記第４領域では前記仮想の真円形よりも内側にあり、前記第１領域と前記第３領域では少なくとも一部が前記仮想の真円形よりも外側にある
   圧電デバイス。
2. 前記第１領域において、前記結晶方位〈−１１１〉から〈１−１２〉側に５９度の方位までの領域で、前記振動領域が前記仮想の真円形の外側にあり、
   前記第３領域において、前記結晶方位〈１−１−１〉から〈−１１−２〉側に５９度の方位までの領域で、前記振動領域が前記仮想の真円形の外側にある
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記振動領域の形状は、前記第１領域と前記第３領域において前記振動領域の中心に対して点対称であり、前記第２領域と前記第４領域において前記振動領域の中心に対して点対称である
   請求項１または請求項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、結晶方向によってヤング率とポアソン比が異なる単結晶シリコン基材の結晶面を有し、
   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、
   前記圧電素子は、前記振動領域に平面視で重なり、
   前記振動領域の所定の方位の直径をｄ１、前記所定の方位のヤング率をＹ１とすると共にポアソン比をｖ１とし、前記振動領域の任意の方位のヤング率をＹとすると共にポアソン比をｖとすると、前記振動領域の任意の方位の直径ｄは、ｄ＝√｛（ｄ１）２×（１−ｖ１）×Ｙ／Ｙ１×（１−ｖ）｝の関係を有する
   圧電デバイス。
5. 請求項１から請求項４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。
6. 請求項１から請求項４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