JP7031293B2 - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイス、当該圧電デバイスを備えた液体吐出ヘッド、及び当該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッドの代表的な例としては、ノズルからインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、圧電素子と、圧力発生室（圧力室）と、圧力室の一部を構成する振動板とを備え、振動板の圧力室側に凹部が形成されている。すなわち、振動板として機能する凹部を設け、圧力発生時に振動板で生じる衝撃を振動板構造全体で緩和・解消することで、液体吐出ヘッドの耐久性を向上させている。

特開２００４－２０９８７４号公報

近年、液体吐出ヘッドを微細化及び高密度化するという、液体吐出ヘッドの高性能化の要求が高まっている。液体吐出ヘッドを微細化及び高密度化すると、圧力室内の体積が小さくなり、所定の吐出量を得るために振動板を大きく変位させる必要がある。ところが、振動板の変位量が大きくなると、振動板が劣化しやすくなり、単に振動板に凹部を設けるだけでは、長時間にわたる駆動によって振動板（液体吐出ヘッド）が劣化しやすくなるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る圧電デバイスは、空間が形成された基板と、前記空間に対応して、前記基板上に形成された弾性層と、前記空間に対応して、前記弾性層上に形成された圧電素子と、を備え、前記弾性層は、前記空間側に、平面視で前記空間と重なり前記空間よりも広い底部と、前記底部を囲む壁部とを有する凹部が設けられ、前記壁部は、前記底部から前記空間に向かう方向に広くなるように傾斜した曲面を有し、前記曲面の曲率半径は、６０ｎｍ～１０００ｎｍであることを特徴とする。

弾性層は、基板の空間を覆い、平面視で空間と重なる部分と、平面視で空間と重なる部分の周縁とに凹部が設けられている。さらに、凹部は、平面視で空間と重なる部分（底部）の周縁（壁部）に、曲率半径が６０ｎｍ～１０００ｎｍである曲面を有する。
弾性層は、平面視で空間と重なる部分と、平面視で空間と重なる部分の周縁とで、変位可能であり、圧電デバイスを駆動することによって、弾性層が振動（変位）する。この場合、曲率半径が６０ｎｍ～１０００ｎｍである曲面（壁部）を支点として、弾性層が振動し、弾性層を振動させる場合に生じる応力が、曲面に集中する。すなわち、弾性層を振動させる場合に生じる応力が集中する部分に、曲率半径が６０ｎｍ～１０００ｎｍである曲面が設けられている。
すると、弾性層を振動させる場合に生じる応力が集中する場所は、曲面に広がって分布するようになり、応力が特定箇所に集中する場合と比べて、応力集中の悪影響（例えば、弾性層の疲労破壊）が生じにくくなり、長時間にわたる駆動によって弾性層が劣化しにくくなり、弾性層の耐久性を高めることができる。従って、弾性層の耐久性が高められ、高信頼性の圧電デバイスを実現することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の圧電デバイスでは、前記曲面の一部は、樹脂で覆われていることが好ましい。

弾性層を振動させる場合に生じる応力が集中する部分（曲面）は、樹脂で覆われ、樹脂によって補強されるので、応力が集中する部分が樹脂で覆われていない場合と比べて、応力集中の悪影響（例えば、弾性層の疲労破壊）が生じにくくなり、弾性層の耐久性を高めることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の圧電デバイスでは、前記基板は、複数の前記空間が並んで形成され、１インチ当たりの前記空間の数は、３００以上６００以下であることが好ましい。

１インチ当たりの空間の数が３００以上６００以下と、高密度化された圧電デバイスであっても、長時間にわたる駆動によって弾性層が劣化しにくくなり、弾性層の耐久性を高めることができる。

［適用例４］本適用例に係る液体吐出ヘッドは、上記適用例に記載の圧電デバイスを備え、前記圧電素子の駆動により前記空間内に充填された液体を吐出することを特徴とする。

上記適用例に記載の圧電デバイスは、弾性層の耐久性が高められ、高信頼性を有する。従って、上記適用例に記載の圧電デバイスを備える液体吐出ヘッドも高信頼性を有する。

［適用例５］本適用例に係る液体吐出装置は、上記適用例に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

上記適用例に記載の液体吐出ヘッドは、弾性層の耐久性が高められ、高信頼性を有する。従って、上記適用例に記載の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置も高信頼性を有する。

実施形態１に係るプリンターの内部構成を説明する斜視図。 図１のＪ－Ｊに沿った断面図。 図１のＫ－Ｋに沿った断面図。 図３において破線で囲まれた領域Ｌの拡大図。 圧電デバイスの状態を示す概略図。 圧電デバイスの状態を示す概略図。 圧電デバイスの状態を示す概略図。 圧電デバイスの状態を示す概略図。 圧電デバイスの状態を示す概略図。 同一量のインク滴を吐出した際の、圧電デバイスの寸法と振動板の相対変位量との関係を示す表。 圧力室にインクが充填された状態で圧電素子を駆動した場合の振動板の状態を示す模式図。 吐出安定時に圧電素子を駆動させた場合に、振動板に加わる応力の状態を示す模式図。 吐出安定時に圧電素子を駆動させた場合に、振動板に加わる応力の状態を示す模式図。 吐出安定時に圧電素子を駆動させた場合に、振動板に加わる応力の状態を示す模式図。 吐出安定時に圧電素子を駆動させた場合に、振動板に加わる応力の状態を示す模式図。 凹部の曲面の曲率半径と、振動板の端部に加わる相対応力値との関係を示す図。 圧電デバイスの条件と振動板の接合強度との関係を示す表。 実施形態２に係る圧電デバイスにおいて、圧力室形成基板と連通基板とを接合をする工程の概略図。 実施形態２に係る圧電デバイスにおいて、圧力室形成基板と連通基板とを接合をする工程の概略図。 実施形態に係る圧電デバイスの振動板に形成された凹部の状態を示す概略図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプリンターの内部構成を示す斜視図である。
最初に、図１を参照し、本実施形態に係るプリンター１の概要について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るプリンター１は、「液体吐出装置」の一例であり、「液体吐出ヘッド」の一例である記録ヘッド２と液体供給源としてのインクカートリッジ３とが着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、キャリッジ４を記録用紙６の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録用紙６を搬送する紙送り機構８とを備えている。キャリッジ４は、キャリッジ移動機構７によって主走査方向に移動するように構成されている。プリンター１は、記録用紙６を副走査方向に順次搬送しつつ、キャリッジ４を主走査方向に往復移動させながら記録用紙６上に文字や画像等を記録する。
なお、インクカートリッジ３がキャリッジ４に取付けられる構成でなく、インクカートリッジ３がプリンター１の本体側に配置され、インク供給チューブを通じて記録ヘッド２側にインクが供給される構成を採用することもできる。

図２は、図１のＪ－Ｊに沿った断面図であり、記録ヘッド２の内部構成を示す断面図である。図３は、図１のＫ－Ｋに沿った断面図であり、圧電デバイス１３のノズル列方向における要部断面図である。図４は、図３において破線で囲まれた領域Ｌの拡大図である。
なお、図１のＪ－Ｊに沿った方向は主走査方向であり、図２は、主走査方向に沿った記録ヘッド２の断面図である。図１のＫ－Ｋに沿った方向は副走査方向であり、図３は、副走査方向に沿った記録ヘッド２の断面図である。
次に、図２～図４を参照し、記録ヘッド２の概要について説明する。

図２～図４に示すように、本実施形態における記録ヘッド２は、圧電デバイス１３とケース２０とで構成されている。記録ヘッド２（圧電デバイス１３）は、圧電素子１８の駆動により圧力室２６（圧力室空部３２）内に充填されたインクを吐出する。
圧電デバイス１３は、ケース２０の底面側（下面）に接合されている。
圧電デバイス１３は、複数の基板、具体的には、ノズルプレート１４と、連通基板１５と、「基板」の一例である圧力室形成基板１６とが、この順で積層されて互いに接着剤２１により接合されてユニット化された構成を有している。圧力室形成基板１６の連通基板１５側と反対側の面には、「弾性層」の一例である振動板１７及び圧電素子１８（アクチュエーターの一種）が積層されている。さらに、圧電デバイス１３では、圧電素子１８を保護する保護基板１９が振動板１７の上面に接合されている。
換言すれば、振動板１７は、圧力室２６（圧力室空部３２）に対応して、圧力室形成基板１６上に形成されている。圧電素子１８は、圧力室２６（圧力室空部３２）に対応して、振動板１７上に形成されている。

ケース２０は、底面側に圧電デバイス１３が固定される合成樹脂製の箱体状部材である。ケース２０の下面側には、当該下面からケース２０の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部２２が形成されており、圧電デバイス１３が下面に接合されると、圧電デバイス１３における圧力室形成基板１６、振動板１７、圧電素子１８、及び保護基板１９が、収容空部２２内に収容される。また、ケース２０には、インク導入路２３が形成されている。上記インクカートリッジ３側からのインクは、インク導入路２３を通じて積層構造体の共通液室２４に導入される。

圧力室形成基板１６は、シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも言う）から作製されている。圧力室形成基板１６には、圧力室２６を区画する圧力室空部３２（本願における空間に相当）が、ノズルプレート１４の各ノズル２７に対応して異方性エッチングによって複数形成されている。すなわち、圧力室形成基板１６には、「空間」の一例である圧力室空部３２が形成されている。圧力室形成基板１６は、上下の面が（１１０）面であるシリコン基板より作製されており、圧力室空部３２は（１１１）面を側面（内壁）とする貫通穴である。圧力室形成基板１６における圧力室空部３２の一方（上面側）の開口部は、振動板１７によって封止されている。また、圧力室形成基板１６における振動板１７とは反対側の面には、連通基板１５が接合され、連通基板１５によって圧力室空部３２の他方（下面側）の開口部が封止されている。これにより、圧力室２６が区画形成される。
ここで、振動板１７において圧力室２６の上部開口を封止して当該圧力室２６の一面を区画する部分は、圧電素子１８の駆動により変位する可動領域である。
なお、圧力室形成基板１６と振動板１７とが一体である構成を採用することもできる。すなわち、圧力室形成基板１６の下面側からエッチング処理が施されて、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室空部３２が形成され、この薄肉部分が可動領域として機能する構成を採用することもできる。

圧力室２６は、ノズル２７の並設方向に直交する方向に長尺な空部である。この圧力室２６の長手方向の一端部は、連通基板１５のノズル連通口２８を介してノズル２７と連通される。また、圧力室２６の長手方向の他端部は、連通基板１５の個別連通口２９を介して共通液室２４と連通される。そして、圧力室２６は、ノズル２７毎に対応してノズル列方向に沿って隔壁２５（図３参照）により隔てられて複数並設されている。すなわち、圧力室２６（圧力室空部３２）は、ノズル２７と１：１に対応するように複数形成されている。

連通基板１５は、圧力室形成基板１６と同様にシリコン基板から作製された板材である。連通基板１５には、圧力室形成基板１６の複数の圧力室２６に共通に設けられる共通液室２４（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。共通液室２４は、各圧力室２６の並設方向に沿って長尺な空部である。共通液室２４は、連通基板１５の板厚方向を貫通した第１液室２４ａと、連通基板１５の下面側から上面側に向けて当該連通基板１５の板厚方向の途中まで上面側に薄肉部を残した状態で形成された第２液室２４ｂと、から構成される。第２液室２４ｂの一端部（ノズル２７から遠い側の端部）は、第１液室２４ａと連通する一方、第２液室２４ｂの他端部（ノズル２７に近い側の端部）は、圧力室２６の下方に対応する位置に形成されている。第２液室２４ｂの他端部、すなわち、第１液室２４ａ側とは反対側の縁部には、薄肉部を貫通する個別連通口２９が、圧力室形成基板１６の各圧力室２６に対応して複数形成されている。個別連通口２９の下端は、第２液室２４ｂと連通し、個別連通口２９の上端は、圧力室形成基板１６の圧力室２６と連通する。

ノズルプレート１４は、シリコン基板から作製され、複数のノズル２７が列状に形成されている。圧電デバイス１３には、共通液室２４から個別連通口２９、圧力室２６、及びノズル連通口２８を通ってノズル２７に至るまでのインク流路が形成されている。

圧力室形成基板１６の上面に形成された振動板１７は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる弾性膜３０と、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）からなる絶縁膜３１と、から構成されている。振動板１７における弾性膜３０には、圧力室２６（圧力室空部３２）側に、平面視で圧力室２６（圧力室空部３２）と重なり圧力室２６（圧力室空部３２）よりも広い底部１１と、底部１１を囲む壁部１２とを有する凹部３８が設けられている。さらに、壁部１２は、底部１１から圧力室２６（圧力室空部３２）に向かう方向に広くなるように傾斜した曲面３９を有している。
換言すれば、振動板１７は、圧力室空部３２側に、平面視で圧力室空部３２と重なり圧力室空部３２よりも広い底部１１と、底部１１を囲む壁部１２とを有する凹部３８が設けられ、壁部１２は、底部１１から空間（圧力室空部３２）に向かう方向に広くなるように傾斜した曲面３９を有する。このため、凹部３８の副走査方向の寸法Ｌ１（図９参照（以降、内寸Ｌ１と称す））は、圧力室２６の副走査方向の寸法Ｌ２（図９参照（以降、内寸Ｌ２と称す））よりも長い。

振動板１７における圧力室２６の上部開口に対応する位置、すなわち振動板１７の可動領域上には、圧電素子１８が形成されている。圧電素子１８は、振動板１７側から順に下電極３３、圧電体３４及び上電極３５が順次積層されてなる。下電極３３は、圧力室２６毎にパターニングされており、圧電素子１８の個別電極として機能する。また、上電極３５は、各圧力室２６の並設方向に沿って一連に形成されており、複数の圧電素子１８の共通電極として機能する。圧電素子１８において、上電極３５及び下電極３３によって圧電体３４が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電能動部である。以下において、圧電素子１８はこの圧電能動部を意味する。そして、印加電圧の変化に応じて圧電素子１８が撓み変形することにより、圧力室２６の一面を区画する振動板１７の可動領域が、ノズル２７に近づく側またはノズル２７から遠ざかる方向に変位する。これにより、圧力室２６内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動によってノズル２７からインクが吐出される。

かかる構成によって、プリンター１では、主走査方向に移動しながらノズル２７から記録用紙６にインクを吐出してドットを形成する動作と、記録用紙６を副走査方向に移動させる動作とを繰り返し、記録用紙６に画像を印刷する。
また、ノズルプレート１４に形成されるノズル２７の密度、及び圧力室形成基板１６に形成される圧力室２６（圧力室空部３２）の密度は、記録用紙６に形成されるドットの密度に比例する。

図５～図９は、図３に対応する図であり、圧電デバイスの状態を示す概略図である。なお、図５～図９では、複数の圧力室２６や圧電素子１８のうちの一つが図示されている。
次に、図５～図９を参照し、圧電デバイス１３の製造方法について説明する。

図５に示すように、圧電デバイス１３を製造する工程では、まず圧力室形成基板１６の材料であるシリコン基板の表面に弾性膜３０が形成される。詳しくは、シリコン基板の表面が熱酸化されることにより、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる弾性膜３０が形成される。続いて、弾性膜３０上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム層（Ｚｒ）が形成された後、熱酸化されることで酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）からなる絶縁膜３１が形成される。そして、弾性膜３０及び絶縁膜３１からなる振動板１７が形成される。
なお、必要に応じてイリジウム等の金属材料からなる密着層を絶縁膜３１上に形成してもよい。
さらに、弾性膜３０及び絶縁膜３１からなる振動板１７が圧力室形成基板１６の上面に形成された後、振動板１７上に、下電極３３と、圧電体３４と、上電極３５とが順次成膜されて圧電素子１８が形成される。

次に、圧力室形成基板１６の振動板１７及び圧電素子１８が形成された側の一方の面とは反対側の他方の面（下面）が研磨されて、圧力室形成基板１６の厚さが調整された後、当該圧力室形成基板１６に対し、例えば水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）からなるエッチング溶液を用いた異方性エッチングによって圧力室２６となる空間（圧力室空部３２）が形成される。
具体的には、図６に示すように、圧力室形成基板１６の下面に、マスク４１が、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成される。マスク４１としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）が使用される。マスク４１の圧力室２６に対応する部分には、開口４２がドライエッチング等により形成される。なお、図６の圧力室形成基板１６において破線で示される部分は、圧力室２６の形成予定箇所である。この状態で、上記エッチング溶液（水酸化カリウム水溶液）により圧力室形成基板１６が異方性エッチングされる。ＫＯＨは、（１１０）面に対するエッチングレートと比べて（１１１）面に対するエッチングレートが非常に低いので、圧力室形成基板１６の厚さ方向にエッチングが進み、図７に示すように（１１１）面を側面（内壁）とする圧力室２６（圧力室空部３２）が形成される。
そして、圧力室形成基板１６では、ＫＯＨによってエッチング除去された部分が圧力室空部３２になり、ＫＯＨによってエッチングされない部分が隔壁２５になる。

続いて、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いてマスク４１を除去する。
図８及び図９に示すように、フッ化水素酸を用いてマスク４１を除去する際に、連続して、圧力室２６内に露出した酸化シリコンである弾性膜３０をエッチングし、弾性膜３０の圧力室２６側に凹部３８を形成する。そして、弾性膜３０が当該フッ化水素水溶液に曝されている間、弾性膜３０のサイドエッチングが進行し、曲面３９（壁部１２）が形成される。すなわち、振動板１７に曲面３９（壁部１２）を有する凹部３８が形成される。
フッ化水素酸は、圧力室形成基板１６（シリコン）をエッチングせず、弾性膜３０（酸化シリコン）を等方的にエッチングする。そして、弾性膜３０が、フッ化水素酸によって等方的にエッチングされ、弾性膜３０（振動板１７）に凹部３８が形成される。圧力室形成基板１６がエッチングされず、弾性膜３０が等方的にエッチングされるので、凹部３８には、圧力室形成基板１６の端部１０を中心とした円形状（円弧形状）の断面を有する曲面３９（壁部１２）が形成される。また、壁部１２における曲面３９の曲率半径は、（内寸Ｌ１－内寸Ｌ２）／２で表される（図４、図９参照）。
本願における「曲面の曲率半径」とは、曲面３９の断面の輪郭（曲線）を円に近似し、当該近似された円の半径である。なお、壁部１２における曲面３９の断面の形状は、上述した円形状（円弧形状）であってもよく、例えば、楕円形状であってもよい。

さらに、曲面３９の曲率半径は、フッ化水素酸による弾性膜３０のエッチング時間によって制御することができる。例えば、弾性膜３０を厚くし、フッ化水素酸による弾性膜３０のエッチング時間を長くすると、曲面３９の曲率半径が大きくなり、フッ化水素酸による弾性膜３０のエッチング時間を短くすると、曲面３９の曲率半径が小さくなる。
すなわち、フッ化水素酸による弾性膜３０のエッチング時間を制御することによって、所定の曲率半径を有する曲面３９（壁部１２）を形成することができる。

詳細な説明は省略するが、連通基板１５には、共通液室２４、個別連通口２９、及びノズル連通口２８等が異方性エッチングにより形成される。一方、ノズルプレート１４には、ドライエッチングによりノズル２７が形成される。そして、ノズル２７とノズル連通口２８とが連通するように位置決めされた状態で、これらの連通基板１５とノズルプレート１４とが接着剤２１によって接合される。
なお、弾性膜３０の凹部３８、及び圧力室２６等の流路の内壁を、例えば酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）や酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等を構成材料とする保護膜で覆ってもよい。

図１０は、同一量のインク滴を吐出した際の、圧電デバイスの寸法と振動板の相対変位量との関係を示す表である。図１１は、図３に対応する図であり、圧力室にインクが充填された状態で圧電素子を駆動した場合の振動板の状態を示す模式図である。
図１０におけるノズル密度とは、圧電デバイス１３に形成されるノズル２７の１インチ当たりの数であり、ノズル密度の単位はｎｐｉ（ｎｏｚｚｌｅ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。図１０の中央部変位とは、振動板１７の可動領域の中央における変位であり、図９に示す隔壁２５から（１／２）Ｌ２離れた位置における振動板１７の変位である。図１０の端部変位とは、図９に示す端部１０近傍における振動板１７の変位である。
図１０には、ノズル密度が１２０ｎｐｉの中央部変位の変位量を１とし、ノズル密度が１２０ｎｐｉにおける中央部変位の変位量に対する相対値で、各ノズル密度における変位量（中央部変位の変位量、端部変位の変位量）が、相対変位量として示されている。
さらに、図１１では、隔壁２５と振動板１７とが図示され、他の構成要素の図示が省略されている。図１１における実線は、インクが充填されていない場合の振動板１７の状態を示している。図１１における一点鎖線は、インクが充填され、且つ吐出安定時の振動板１７の状態を示している。図１１における破線は、インクが充填され、且つ吐出不安定時の振動板１７の状態を示している。
次に、図１０及び図１１を参照し、圧電デバイス１３が有する課題を説明する。

図１０に示すように、ノズル密度が１２０ｎｐｉである場合、中央部変位の相対変位量は１であり、端部変位の相対変位量は０．０１７である。
ノズル密度が２４０ｎｐｉである場合、中央部変位の相対変位量は２であり、端部変位の相対変位量は０．０６９である。このため、同一量のインク滴を吐出する場合、ノズル密度が２４０ｎｐｉの圧電デバイス１３は、ノズル密度が１２０ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、中央部における振動板１７を２倍大きく変位させ、端部１０近傍における振動板１７を４．１倍大きく変位させる必要がある。
ノズル密度が３００ｎｐｉである場合、中央部変位の相対変位量は２．５であり、端部変位の相対変位量は０．１０７である。このため、同一量のインク滴を吐出する場合、ノズル密度が３００ｎｐｉの圧電デバイス１３は、ノズル密度が１２０ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、中央部における振動板１７を２．５倍大きく変位させ、端部１０近傍における振動板１７を６．３倍大きく変位させる必要がある。
ノズル密度が６００ｎｐｉである場合、中央部変位の相対変位量は５であり、端部変位の相対変位量は０．４２９である。このため、同一量のインク滴を吐出する場合、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３は、ノズル密度が１２０ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、中央部における振動板１７を５倍大きく変位させ、端部１０近傍における振動板１７を２５．２倍大きく変位させる必要がある。

このように、圧電デバイス１３のノズル密度が１２０ｎｐｉ、２４０ｎｐｉ、３００ｎｐｉ、６００ｎｐｉと高密度になると、同一量のインクを吐出する場合、振動板１７の相対変位量が大きくなる。すなわち、ノズル密度が高密度化になると、圧力室２６の体積が小さくなるので、所定の吐出量を得るために振動板１７を大きく変位させる必要がある。さらに、ノズル密度を高密度化した場合の振動板１７の相対変位量の変化は、中央部変位（振動板１７の可動領域の中央の変位）よりも、端部変位（端部１０近傍における振動板１７の変位）の方が大きくなる。このため、振動板１７の可動領域の中央よりも、端部１０近傍における振動板１７（振動板１７の可動領域の端）において、大きな応力が加わり、端部１０近傍における振動板１７（振動板１７の可動領域の端）が劣化しやすくなる。
特に、ノズル密度が６００ｎｐｉの端部１０近傍における振動板１７は、ノズル密度が１２０ｎｐｉの端部１０近傍における振動板１７と比べて、２５．２倍大きく変位するので、端部１０近傍における振動板１７が早く劣化しやすくなる。さらに、ノズル密度が３００ｎｐｉの端部１０近傍における振動板１７においても、ノズル密度が１２０ｎｐｉの端部１０近傍における振動板１７と比べて、６．３倍大きく変位するので、端部１０近傍における振動板１７が早く劣化しやすくなる。
従って、ノズル密度が３００ｎｐｉ以上６００ｎｐｉ以下である場合、端部１０近傍における振動板１７が劣化しやすくなるので、圧電デバイス１３は、目標とする耐久性を実現することが難しくなるという課題を有する。

図１１の実線で示すように、圧力室２６にインクが充填されていない状態で、圧電素子１８を公知の駆動方式（例えば、Ｐｕｌｌ－Ｐｕｓｈ－Ｐｕｌｌ方式など）で駆動した場合、振動板１７の可動領域が、ノズル２７に近づく側またはノズル２７から遠ざかる方向に変位する。この場合の振動板１７の変位量はＨ１である。

図１１の一点鎖線で示すように、圧力室２６にインクが充填された状態で、圧電素子１８を公知の駆動方式（例えば、Ｐｕｌｌ－Ｐｕｓｈ－Ｐｕｌｌ方式など）で駆動した場合、圧力室２６にインクが充填されていない状態と比べ、振動板１７はノズル２７に近づく側またはノズル２７から遠ざかる方向に大きく変位する。すなわち、圧力室２６にインクが充填されていない状態で駆動する場合と比べて、振動板１７が大きく変位し、所謂オーバーシュート変位が発生する。オーバーシュート変位とは、インクの慣性力や圧力室２６の圧力の変化によって、圧力室２６にインクが充填されていない状態と比べて、振動板１７が大きく変位する現象である。この場合、振動板１７がノズル２７に近づく側におけるオーバーシュート量はＨ２であり、振動板１７がノズル２７から離れる側におけるオーバーシュート量はＨ３である。
なお、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入されていない状態で圧電素子１８を駆動させ、図１１の一点鎖線で示すように振動板１７を変位させると、所望のインク滴がノズル２７から吐出される。
なお、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入されていない状態は、所望のインク滴がノズル２７から吐出される状態であり、以降、吐出安定時と称す。一方、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入された状態は、所望のインク滴がノズル２７から吐出されない状態であり、以降、吐出不安定時と称す。

圧力室２６やノズル２７に気泡が混入すると、インク流路の流路抵抗と流体の慣性（イナータンス）が下がり、所望のインク滴がノズル２７から吐出されないという虞が生じる。流路抵抗が下がった場合、駆動波形印加後の圧力室２６の残留圧力振動の減衰が小さくなる。さらに、イナータンスが下がった場合、圧力振動周期が短くなる。この場合、公知の駆動波形（例えば、Ｐｕｌｌ－Ｐｕｓｈ－Ｐｕｌｌ方式）が適用されると、複数の圧力室２６の振動が合成され、吐出安定時と比べて、振動板１７がより大きくオーバーシュート変位するようになる。
詳しくは、図１１の破線で示すように、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する吐出不安定時は、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入しない吐出安定時と比べて、振動板１７はノズル２７に近づく側またはノズル２７から遠ざかる方向により大きく変位する。この場合、振動板１７がノズル２７に近づく側におけるオーバーシュート量はＨ４であり、振動板１７がノズル２７から離れる側におけるオーバーシュート量はＨ５である。
すなわち、振動板１７がノズル２７に近づく側において、吐出不安定時のオーバーシュート量Ｈ４は、吐出安定時のオーバーシュート量Ｈ２よりも大きくなり、振動板１７がノズル２７から離れる側において、吐出不安定時のオーバーシュート量Ｈ５は、吐出安定時のオーバーシュート量Ｈ３よりも大きくなる。

このように、吐出不安定時は、吐出安定時と比べて、振動板１７がより大きく変位し、端部１０近傍の振動板１７に加わる応力が大きくなるので、振動板１７の劣化がより早くなる。吐出が不安定な場合、すなわち圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する場合、印刷性能も低下するので、圧力室２６やノズル２７から気泡を強制的に排出するメンテナンス処理を施し、吐出が不安定な状態、すなわち圧力室２６やノズル２７に気泡が混入しない状態に回復させる。
ところが、圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する期間を無くすことが難しく、圧電デバイス１３は、吐出が不安定な状態で使用される場合がある。このため、圧電デバイス１３が目標とする耐久性を実現するためには、吐出が安定である場合（圧力室２６やノズル２７に気泡が混入していない場合）に加えて、吐出が不安定である場合（圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する場合）において、振動板１７は目標とする耐久性を有することが好ましい。

図１２Ａ～図１２Ｄは、吐出安定時に圧電素子を駆動させた場合に、振動板に加わる応力の状態を示す模式図である。図１３は、凹部の曲面の曲率半径と、振動板の端部に加わる相対応力（相対応力値）との関係を示す図である。図１４は、圧電デバイスの条件と振動板の接合強度（詳しくは、振動板の隔壁に対する接合強度）との関係を示す表である。
図１２Ａ～図１２Ｄ並びに図１３では、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３における振動板１７に加わる応力が、シミュレーションによって評価されている。なお、当該シミュレーションは、他のデバイスに対しても適用され、妥当性が検証されている。
図１４では、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３に対して、振動板１７の隔壁２５に対する接合強度が評価されている。

図１２Ａ～図１２Ｄでは、曲面３９の曲率半径を変化させた場合に、振動板１７に加わる応力の状態をシミュレーションで評価し、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐが黒ベタで図示されている。詳しくは、図１２Ａでは、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合に、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１が黒ベタ（黒丸）で示されている。図１２Ｂでは、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合に、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ２が黒ベタで示されている。図１２Ｃでは、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合に、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ３が黒ベタで示されている。図１２Ｄでは、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合に、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ４が黒ベタで示されている。

図１３は、縦軸が相対応力値（端部１０近傍における振動板１７に加わる相対応力値）であり、横軸が曲面３９の曲率半径であり、吐出安定時における曲面３９の曲率半径と相対応力値との関係が一点鎖線で示され、吐出不安定時における曲面３９の曲率半径と相対応力値との関係が破線で示されている。

図１２Ａに示すように、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１は、振動板１７の可動領域（隔壁２５に接合されていない部分）の端に位置する。すなわち、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１は、圧力室形成基板１６の端部１０近傍に位置する。このように、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、振動板１７の特定部位（部位Ｐ１）に応力が集中的に加わり、振動板１７に対する応力集中の悪影響（例えば、疲労破壊）が最も生じやすい。

図１２Ｂに示すように、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ２は、振動板１７の曲面３９に位置する。さらに、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ２は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１と比べて広くなり、振動板１７に対する応力集中の悪影響（例えば、疲労破壊）が緩和される。

図１２Ｃに示すように、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ３は、振動板１７の曲面３９に位置する。さらに、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ３は、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ２と比べて広くなり、振動板１７に対する応力集中の悪影響（例えば、疲労破壊）がさらに緩和される。

図１２Ｄに示すように、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ４は、振動板１７の曲面３９に位置する。さらに、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ４は、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ３と比べて広くなり、振動板１７に対する応力集中の悪影響（例えば、疲労破壊）が最も緩和され、最も生じにくい。

このように、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３において、振動板１７の応力が集中的に加わる部位Ｐの面積は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合の順に広くなる。応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐが広くなるに従って、応力が集中的に加わる振動板１７の部位の疲労破壊が生じにくくなり、振動板１７の耐久性が向上し、圧電デバイス１３の耐久性（信頼性）が向上する。
また、ノズル密度が６００ｎｐｉよりも小さい圧電デバイス１３（ノズルが低密度に形成される圧電デバイス１３）においても、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３と同様に、振動板１７の応力が集中的に加わる部位Ｐの面積は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合の順に広くなり、この順に振動板１７の部位の疲労破壊が生じにくくなり、振動板１７の耐久性が向上する。
さらに、ノズル密度が６００ｎｐｉよりも大きい圧電デバイス１３（ノズルが高密度に形成される圧電デバイス１３）においても、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３と同様に、振動板１７の応力が集中的に加わる部位Ｐの面積は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が１４４ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２９４ｎｍである場合の順に広くなり、この順に振動板１７の部位の疲労破壊が生じにくくなり、振動板１７の耐久性が向上する。

図１３では、曲面３９の曲率半径が０ｎｍであり、吐出安定時に目標とする耐久性を実現可能な圧電デバイス１３（ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３）において、振動板１７を変位させた場合に、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１の最大応力値を１としている。さらに、曲面３９の曲率半径が異なる他の圧電デバイス１３において、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐに加わる最大応力値が、吐出安定時に応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐ１の最大応力値に対する相対値（相対応力値）として算出されている。すなわち、図１３の縦軸に示される相対応力値は、振動板１７の部位Ｐに加わる最大応力値を、吐出安定時に振動板１７の部位Ｐ１に加わる最大応力値で除した相対値である。

図１３において、相対応力値が１である場合、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有し、振動板１７も目標とする耐久性を有する。
相対応力値が１よりも小さい場合、相対応力値が１である場合と比べて、端部１０近傍における振動板１７に加わる応力が小さくなるので、端部１０近傍における振動板１７が劣化しにくくなる。従って、相対応力値が１よりも小さい場合、相対応力値が１である場合と比べて、振動板１７の耐久性が向上し、圧電デバイス１３の耐久性も向上し、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有する。
相対応力値が１よりも大きい場合、相対応力値が１である場合と比べて、端部１０近傍における振動板１７に加わる応力が大きくなるので、端部１０近傍における振動板１７が劣化しやすくなる。従って、相対応力値が１よりも大きい場合、相対応力値が１である場合と比べて、振動板１７の耐久性が低下し、圧電デバイス１３の耐久性も低下し、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有さなくなる。
このように、相対応力値から、振動板１７の耐久性や、圧電デバイス１３の耐久性を評価することができる。

ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３では、図１３の一点鎖線で示されるように、吐出安定時に圧電素子１８を駆動する場合、振動板１７の応力が集中する部位Ｐに加わる相対応力値は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２２２ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２９７ｎｍである場合の順に小さくなり、この順で、応力が集中的に加わる振動板１７の部位Ｐに加わる応力が弱くなり、振動板１７の耐久性が向上し、圧電デバイス１３の耐久性が向上する。そして、いずれの条件においても、相対応力値は１よりも小さいので、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を実現することが可能である。
さらに、振動板１７の劣化（疲労破壊）を抑制し、振動板１７の耐久性を向上させるためには、曲面３９の曲率半径は大きい方が好ましい。

ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３では、図１３の破線で示されるように、吐出不安定時に圧電素子１８を駆動する場合、振動板１７の応力が集中する部位Ｐに加わる相対応力値は、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２２２ｎｍである場合、曲面３９の曲率半径が２９７ｎｍである場合の順に小さくなり、この順で振動板１７の耐久性が向上し、圧電デバイス１３の耐久性も向上する。
ところが、曲面３９の曲率半径が０ｎｍである場合、振動板１７の応力が集中する部位Ｐに加わる相対応力値が１．４７と、１よりも大きくなり、振動板１７は目標とする耐久性を実現することが難しく、圧電デバイス１３も目標とする耐久性を実現することが難しい。
一方、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍよりも大きくなると、振動板１７の応力が集中する部位Ｐに加わる相対応力値は１よりも小さくなり、振動板１７は目標とする耐久性を有するようになり、圧電デバイス１３も目標とする耐久性を有するようになる。

従って、吐出が不安定である場合（圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する場合）において、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３及び振動板１７が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は、６０ｎｍ以上であることが好ましい。すなわち、曲面３９の曲率半径が６０ｎｍ以上であると、吐出が不安定である場合（圧力室２６やノズル２７に気泡が混入する場合）、及び吐出が安定である場合（圧力室２６やノズル２７に気泡が混入していない場合）の両方において、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３及び振動板１７は目標とする耐久性を有するようになる。
なお、ノズル密度が３００ｎｐｉの圧電デバイス１３は、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、振動板１７の変位（相対応力値）が小さくなるので、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有すると、ノズル密度が３００ｎｐｉの圧電デバイス１３も目標とする耐久性を有するようになる。
従って、ノズル密度が３００ｎｐｉ以上６００ｎｐｉ以下の圧電デバイス１３が、目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は、６０ｎｍ以上であることが好ましい。

図１４において、ピッチ間隔Ａとは、図３における圧電素子１８（圧力室２６）と隣の圧電素子１８（隣の圧力室２６）との間隔である。圧力室２６の幅Ｂとは、図９における圧力室２６の副走査方向の寸法Ｌ２である。隔壁２５の幅Ｃとは、図３における隔壁２５の寸法（副走査方向の寸法）であり、以下に示す（１）式で表されるように、ピッチ間隔Ａと圧力室２６の幅Ｂとの差分である。
Ｃ＝Ａ－Ｂ （１）
曲率半径Ｄとは、図４における曲面３９の断面の輪郭を円に近似し、当該近似された円の半径である。振動板１７の接合幅Ｅとは、図３における振動板１７の隔壁２５に接合される部分の長さであり、以下に示す（２）式で表される。また、振動板１７の隔壁２５に接合される部分の面積は、振動板１７の隔壁２５に接合される部分の長さに比例する。
Ｅ＝Ｃ－２Ｄ （２）
隔壁２５に対する接合幅の割合Ｆとは、隔壁２５における振動板１７に接合される部分の占有率であり、以下に示す（３）式で表される。
Ｆ＝Ｅ／Ｃ （３）

振動板１７の接合強度の判定における記号×は、圧電素子１８を公知の駆動方式で駆動し、振動板１７を振動させた場合に、応力集中によって振動板１７の劣化（疲労破壊）が生じる時期よりも早く、振動板１７が隔壁２５から剥離する場合である。このため、判定が記号×である場合、応力集中によって振動板１７が劣化（疲労破壊）する時期よりも早く、振動板１７が隔壁２５から剥離するので、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有さない。
振動板１７の接合強度の判定における記号△は、圧電素子１８を公知の駆動方式で駆動し、振動板１７を振動させた場合に、応力集中によって振動板１７の劣化（疲労破壊）が生じる時期と同じ時期に、振動板１７が隔壁２５から剥離する場合である。このため、判定が記号△である場合、応力集中によって振動板１７が劣化（疲労破壊）する時期と、振動板１７が隔壁２５から剥離する時期とは同じであり、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有する。
振動板１７の接合強度の判定における記号○は、圧電素子１８を公知の駆動方式で駆動し、振動板１７を振動させた場合に、応力集中によって振動板１７の劣化（疲労破壊）が生じる時期よりも遅く、振動板１７が隔壁２５から剥離する場合である。このため、判定が記号○である場合、応力集中によって振動板１７が劣化（疲労破壊）する時期よりも遅く、振動板１７が隔壁２５から剥離するので、圧電デバイス１３は目標とする耐久性を有する。

図１４に示すように、曲面３９の曲率半径が１２００ｎｍであり、振動板１７の接合幅Ｅが２．９μｍになると、振動板１７の強度判定は△になり、振動板１７の劣化と振動板１７の隔壁２５からの剥離とは同じ時期に生じる。圧電デバイス１３の耐久性は、振動板１７の劣化が生じる時期と、振動板１７の隔壁２５からの剥離が生じる時期との両方に依存するので、曲面３９の曲率半径が１２００ｎｍと大きくし、振動板１７の耐久性を向上させても、振動板１７の隔壁２５からの剥離が生じる時期がばらつくと、振動板１７は耐久性を有さなくなるおそれがあり、圧電デバイス１３も耐久性を有さなくなるおそれがある。
曲面３９の曲率半径が６０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲にあり、振動板１７の接合幅Ｅが３．３μｍ～５．２μｍの範囲にある場合、振動板１７の強度判定は○になり、振動板１７の劣化よりも遅く、振動板１７が隔壁２５から剥離する。この場合、曲面３９の曲率半径を６０ｎｍ～１０００ｎｍと大きくすると、振動板１７の隔壁２５からの剥離が生じる時期がばらついても、振動板１７は安定して目標とする耐久性を有するようになり、圧電デバイス１３も安定して目標とする耐久性を有するようになる。
従って、振動板１７が目標とする耐久性を有し、圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径が１０００ｎｍ以下である構成（曲面３９の曲率半径が６０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である構成）が好ましい。

上述したように、図１３に示すシミュレーション評価では、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径を６０ｎｍよりも大きくすることが好ましい。
ところが、曲面３９の曲率半径を大きくしすぎると、振動板１７の接合幅Ｅが短くなりすぎ、振動板１７の隔壁２５に接合される部分の面積が狭くなりすぎるので、振動板１７が隔壁２５から剥がれやすくなり、振動板１７の隔壁２５からの剥離によって、振動板１７が早く劣化する。このため、振動板１７が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
従って、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３において、振動板１７及び圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は、６０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。

なお、ノズル密度が３００ｎｐｉの圧電デバイス１３は、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、振動板１７の接合幅Ｅが長くなり、振動板１７の隔壁２５に接合される部分の面積が広くなるので、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３が、曲面３９の曲率半径が１０００ｎｍ以下である場合に、振動板１７及び圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有すると、ノズル密度が３００ｎｐｉの圧電デバイス１３も、曲面３９の曲率半径が１０００ｎｍ以下である場合に、振動板１７及び圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有するようになる。
従って、ノズル密度が３００ｎｐｉ以上６００ｎｐｉ以下の圧電デバイス１３が、目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は、６０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。さらに、ノズル２７と圧力室２６（圧力室空部３２）とは１：１で対応するので、インチ当たりのノズル数が３００以上６００以下である圧電デバイス１３、すなわち、１インチ当たりの圧力室空部３２数が３００以上６００以下である圧電デバイス１３は、曲面３９の曲率半径は、６０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。
なお、ノズル密度が６００ｎｐｉよりも大きい圧電デバイス１３は、ノズル密度が６００ｎｐｉの圧電デバイス１３と比べて、振動板１７の接合幅Ｅが短くなり、振動板１７の隔壁２５に接合される部分の面積が狭くなるので、振動板１７及び圧電デバイス１３が目標とする耐久性を有するためには、曲面３９の曲率半径は１０００ｎｍよりも小さいことが好ましい。

（実施形態２）
図１５及び図１６は、図３に対応する図であり、実施形態２に係る圧電デバイスにおいて、圧力室形成基板と連通基板とを接合をする工程の概略図である。図１５及び図１６では、複数の圧力室２６や圧電素子１８のうちの一つが図示されている。図１７は、図４に対応する図であり、本実施形態に係る圧電デバイスの振動板に形成された凹部の状態を示す概略図である。
本実施形態に係る圧電デバイス１３Ａでは、圧力室２６となる空間（圧力室空部３２）及び振動板１７の曲面３９が「樹脂」の一例である接着剤２１で覆われている。実施形態１に係る圧電デバイス１３では、圧力室２６となる空間（圧力室空部３２）及び振動板１７の曲面３９が接着剤２１で覆われていない。この点が、本実施形態と実施形態１との主な相違点である。
以下、図１５～図１７を参照し、本実施形態に係る圧電デバイス１３Ａの概要を、実施形態１との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。

図１５に示すように、圧力室形成基板１６と連通基板１５とを接合する工程では、まず圧力室形成基板１６における連通基板１５との接合面に対して、流動性のある接着剤２１を転写する。続いて、当該接着剤２１が転写された面に対して接合相手の連通基板１５を貼り合わせる。すると、図１６に示すように、圧力室形成基板１６と連通基板１５との間からはみ出した接着剤２１が、毛細管現象によって図中に矢印で示される方向に流動し、圧力室空部３２の側壁と、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９とを覆う。そして、接着剤２１を硬化することで、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９を覆う接着剤２１（樹脂）を形成する。

すなわち、圧力室形成基板１６の接合面に転写される接着剤２１の量を多くすると、毛細管現象によって図中に矢印で示される方向に流動する接着剤２１の量を多くすることができる。例えば、圧力室形成基板１６の接合面に転写される接着剤２１の量を多くすると、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９の全面を覆う接着剤２１（樹脂）を形成することができる。
圧力室形成基板１６の接合面に転写される接着剤２１の量を少なくすると、毛細管現象によって図中に矢印で示される方向に流動する接着剤２１の量を少なくすることができる。例えば、圧力室形成基板１６の接合面に転写される接着剤２１の量を少なくすると、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９の一部を覆う接着剤２１（樹脂）を形成することができる。

振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９が、接着剤２１によって覆われると、振動板１７の応力が集中しやすい部位Ｐが接着剤２１によって補強され、応力が集中的に加わる部位Ｐにおける振動板１７の疲労破壊が生じにくくなり、振動板１７の耐久性を向上させることができる。さらに、振動板１７の隔壁２５に接合される部分が、接着剤２１によって補強され、振動板１７の隔壁２５に対する接合強度を高め、振動板１７の耐久性を向上させることができる。
従って、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９が、接着剤２１によって覆われると、振動板１７の耐久性が向上し、圧電デバイス１３の耐久性を向上させることができる。
なお、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９の一部が接着剤２１によって覆われ、振動板１７の応力が集中しやすい部位Ｐが接着剤２１によって補強されると、応力が集中的に加わる部位Ｐにおける振動板１７の疲労破壊が生じにくくなり、振動板１７の耐久性が向上するので、接着剤２１が振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９の一部を覆う構成であってもよい。
すなわち、接着剤２１は、振動板１７に形成された凹部３８の曲面３９の全体を覆う構成であってもよく、振動板１７に形成された凹部３８の一部を覆う構成であってもよい。

なお、以上においては、圧力室形成基板１６に形成された空間（圧力室２６）の一面を区画する可動領域が変位することでノズル２７から液体の一種であるインクが吐出される構成を例示したが、これには限られず、複数の基板が接着剤により接合された圧電デバイスであって可動領域を有するものであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、可動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等にも本発明を適用することができる。
さらに、一面が可動領域で区画される空間は、液体が流通するものには限られない。

また、上記実施形態１、２においては、液体吐出ヘッドとして記録ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）２を例に挙げて説明したが、本発明は、広く液体吐出ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等にも本発明を適用することができる。
ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドでは、液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは、液体の一種として液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは、液体の一種として生体有機物の溶液を吐出する。

１…プリンター、２…記録ヘッド、３…インクカートリッジ、４…キャリッジ、６…記録用紙、７…キャリッジ移動機構、８…紙送り機構、１０…端部、 １１ …底部、１２ …壁部、１３…圧電デバイス、１４…ノズルプレート、１５…連通基板、１６…圧力室形成基板、１７…振動板、１８…圧電素子、１９ …保護基板、 ２０…ケース、 ２１…接着剤、２２…収容空部、２３…インク導入路、 ２４…共通液室、２４a …第１液室、 ２４b…第２液室、 ２５…隔壁、２６…圧力室、２７…ノズル、２８…ノズル連通口、２９…個別連通口、３０…弾性膜、３１…絶縁膜、３２…圧力室空部、 ３３…下電極、３４…圧電体、３５…上電極、３８…凹部、３９…曲面、４１…マスク、４２…開口。

Claims (8)

1. 空間が形成された基板と、
   前記空間に対応して、前記基板上に形成された弾性層と、
   前記空間に対応して、前記弾性層上に形成された圧電素子と、
   を備え、
   前記弾性層は、前記空間側に、平面視で前記空間と重なり前記空間よりも広い底部と、前記底部を囲む壁部とを有する凹部が設けられ、
   前記壁部は、前記底部から前記空間に向かう方向に広くなるように傾斜した曲面を有し、
   前記曲面は、接着剤に覆われておらず、
   前記曲面の曲率半径は、６０ｎｍ～１０００ｎｍであることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記基板は、複数の前記空間が並設方向に並んで形成され、
   前記底部の前記並設方向における幅は、前記空間の前記並設方向における幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記基板は、複数の前記空間が並設方向に並んで形成され、
   前記壁部は、前記凹部内の前記並設方向に沿った両側に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 前記壁部は、前記基板の前記弾性層側の面に接続することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
5. 前記基板は、シリコンにより構成され、
   前記弾性層は、酸化シリコンにより構成されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
6. 前記弾性層は、前記基板の表面を熱酸化することで形成されることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電デバイスを備え、前記圧電素子の駆動により前記空間内に充填された液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。

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