(57)【要約】【課題】インクジェットプリンタから出力される印刷物の高精細化や印刷の高速化を行うために、プリンタヘッドの実装密度を高める高密度化が進められている。高密度化に伴いプリンタヘッドの構成要素である液滴吐出ヘッドの微細化が求められている。微細化を行うと液滴吐出ヘッドに用いられる圧電薄膜に発生する液滴の吐出に対して無効応力となるせん断応力が大きくなり、液滴吐出ヘッドの寿命特性が低下するなどの課題がある。【解決手段】プリンタヘッド８０の構成要素となる材料加圧体６９の側面に溝８１を配置する。溝８１の存在により材料加圧体６９の変形が容易となり、材料加圧体６９に加わるせん断応力が低下し、プリンタヘッド８０の寿命特性が向上する。またこの場合、せん断応力は引張／圧縮応力に振り分けられるため、従来の構造と比較して圧力室の体積の変動を大きくとることができる。【選択図】図１
2008173959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１面側に位置するキャビティ部と、
前記基板の第２面側に位置し、前記キャビティ部と対向する領域に配置される圧電薄膜と、
前記基板の前記第１面側に位置し、貫通孔を有しかつ前記キャビティ部を覆うよう配置されるカバー部と、
前記基板の前記第２面側に位置し、前記圧電薄膜の端部と沿う方向に配置される溝と、  を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記溝は、前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と、前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式１）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記溝は、前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式２）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と、前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記溝が形成され、かつ前記溝の深さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記溝中に前記基板と比べヤング率が小さい充填物質が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記基板はシリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記充填物質はポーラス酸化シリコンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記キャビティ部は、前記基板を貫通する貫通孔部と、
前記基板の前記第２面側に位置し前記貫通孔部を覆う可動板と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記キャビティ部は、前記基板の一部を可動板に用いていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
基板と、
前記基板に形成されるキャビティ部と、
前記基板の第１面側に配置され、前記キャビティ部内の液体を吐出するための吐出口を有するカバー材と、
前記基板の第２面側に配置される可動板と、
前記可動板に接し、圧電薄膜を第１の電極及び第２の電極で挟んでなる材料加圧体と、
前記基板の前記第２面側に設けられる溝又は凹部と、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
基板と、
前記基板の第１面側に配置される可撓部と、
電力を前記可撓部の撓みに変換する、又は前記可撓部の撓みを電力に変換するエネルギー変換部と、
前記エネルギー変換部の端部に沿って、前記基板の前記第１面側に設けられる、少なくとも溝又は凹部のいずれか一方と、
を含むことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエネルギー変換素子であって、前記溝又は前記凹部は、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と、前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝又は前記凹部の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式４）
を満たすことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１４】
請求項１２に記載のエネルギー変換素子であって、前記溝又は前記凹部は、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝又は前記凹部の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式５）
を満たすことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子であって、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と、前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離が１μｍ以上であることを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子であって、前記溝又は前記凹部が形成され、かつ前記溝又は前記凹部の深さが１０μｍ以下であることを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子であって、前記溝又は前記凹部中に前記基板と比べヤング率が小さい充填物質が配置されることを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１８】
請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子であって、前記基板はシリコン基板であることを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１９】
請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子であって、前記充填物質はポーラス酸化シリコンであることを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項２０】
基板と、
前記基板の第１面側に配置された圧電薄膜と、
前記圧電薄膜に接して成る第１の電極、及び第２の電極と、
前記圧電薄膜の端部に沿って、前記基板の前記第１面側に設けられる溝又は凹部の少なくとも一方と、
を含むことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２１】
基板と、
前記基板に設けられた可動部と、
前記可動部の端部に沿って、前記基板に設けられる溝又は凹部との少なくとも一方と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳ構造。
【請求項２２】
請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子、又は請求項２０に記載の圧電デバイス、又は請求項２１に記載のＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とするカンチレバー型アクチュエータ。
【請求項２３】
請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子、又は請求項２０に記載の圧電デバイス、又は請求項２１に記載のＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とする圧電センサー。
【請求項２４】
請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載のエネルギー変換素子、又は請求項２０に記載の圧電デバイス、又は請求項２１に記載のＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とする圧電リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及びエネルギー変換素子、圧電デバイス、ＭＥＭＳ構造、カンチレバー型アクチュエータ、圧電センサー及び圧電リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタから出力される印刷物の高精細化や印刷の高速化を行うために、液滴吐出ヘッドの実装密度を高める高密度化が進められている。また、印刷以外の分野でも液滴吐出ヘッドの応用が検討され、液滴吐出ヘッドの高集積化が望まれている。液滴吐出ヘッドの集積度を向上するために、例えば特許文献１、特許文献２にあるように液滴吐出ヘッドの配置を工夫することで液滴吐出ヘッドの実装密度を高める技術が提案されている。また、特許文献３にあるように圧電薄膜の配向性や粒径を制御して圧電薄膜の微細化を進める技術が提案されている。
【０００３】
また、近年実用化されてきているクーロン力を駆動用に用いたインクジェットヘッドや、圧電素子を用いた超音波モータなどの開発が進められてきている。また、電力を印加して駆動させる装置に限らず、応力に起因する撓みを電圧（電気抵抗が高いため、電流を取り出さず電圧で検知する）の形で出力する圧力センサーなども普及してきている。このように、撓みと電圧（電力）の相関関係を用い、撓みを入力エネルギーとし、電圧（電力）を出力エネルギーとして変換するエネルギー変換素子や、電圧（電力）を入力エネルギーとし、撓みを出力エネルギーとして変換するエネルギー変換素子が知られている。また、インクジェットヘッドに限定されること無く、例えば印加電圧（電力）に対応して変位量を制御し得る圧電デバイスや、可動部を持つＭＥＭＳ構造なども認識されてきつつある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１１９８２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３６０号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８５４９号公報
【非特許文献１】Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ９３  ４７５６  （２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１、特許文献２により提案された技術を用いる場合、複数の液滴吐出ヘッドを集積したプリンタヘッドは大型化し、重量が増加する。重量が増加するため、プリンタヘッドを高速かつ高精度に移動させることが困難となり、印字速度や印字品質が低下するという課題が発生する。また、大型化したプリンタヘッドの生産コストは高額となり、価格面で不利になるという課題が発生する。
【０００６】
また、上記した特許文献３により提案された技術を用いた場合、微細化に伴い非特許文献１に記述されているように、圧電薄膜端部に集中するせん断応力が大きくなり、液滴吐出ヘッドの寿命特性が低下するなどの課題が発生する。
【０００７】
また、エネルギー変換素子や、圧電デバイス、可動部を持つＭＥＭＳ構造についても同様に、エネルギー変換部端部や圧電デバイスの圧電薄膜端部、ＭＥＭＳ構造の可動部端部に集中するせん断応力が大きくなり、エネルギー変換素子や、圧電デバイス、可動部を持つＭＥＭＳ構造の寿命特性が低下するなどの課題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、「上」とは基板の第１面から、第２面と反対側に向かう方向を指すものと定義する。また、「上側」とは基板の第２面と反対側から基板の第１面に向かう方向と定義する。
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又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る液滴吐出ヘッドは、基板と、前記基板の第１面側に位置するキャビティ部と、前記基板の第２面側に位置し、前記キャビティ部と対向する領域に配置される圧電薄膜と、前記基板の前記第１面側に位置し、貫通孔を有しかつ前記キャビティ部を覆うよう配置されるカバー部と、前記基板の前記第２面側に位置し、前記圧電薄膜の端部と沿う方向に配置される溝と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、圧電薄膜に電圧（電力）をかけて圧縮／伸長させる場合に、前記圧電薄膜の端部と沿う方向に溝が設けられているため、圧電薄膜の圧縮／伸長に伴う応力、特にせん断応力がこの溝の変形により緩和されるため、寿命特性に優れたインクジェット（液滴吐出）ヘッドを提供することができる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記溝は、前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と、前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式１）を満たすことを特徴とする。
【００１２】
この関係式１は、物質に働くせん断応力はミクロンオーダーでは深さ方向に均一であり、加工深さと圧電性能が比例すると仮定して、実験により得られた数値を代入して得られる式である。この関係式１は、圧電性能（変位量／印加電圧（電力））が１％以上向上する条件を意味する。
【００１３】
上記した適用例によれば、圧電薄膜に係るせん断応力の緩和効果が有意性を持った量として検知し得る液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記溝は、前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式２）を満たすことを特徴とする。
【００１５】
この関係式２は、圧電性能（変位量／印加電圧（電力））が５％以上向上する条件を意味する。上記した適用例によれば、圧電薄膜に係るせん断応力の緩和効果により、液滴吐出ヘッドの寿命特性を、有意性を持って改善しうる液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電薄膜の前記溝寄り側の端部と、前記溝の前記圧電薄膜寄りの端部との距離が１μｍ以上であることを特徴とする。
【００１７】
上記した適用例によれば、圧電薄膜に対する影響を抑え、かつせん断応力の緩和が行われるので寿命特性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記溝が形成され、かつ前記溝の深さが１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
上記した適用例によれば、液滴吐出ヘッドの機械的強度が保たれる状態で、せん断応力の緩和を実現しうる溝を有する液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記溝中に前記基板と比べヤング率が小さい充填物質が配置されることを特徴とする。
【００２１】
上記した適用例によれば、溝の中は塞がれた状態となり、溝の幅より小さい粒子状の物質や気体の侵入が抑制される。また、ヤング率が低いため、圧電薄膜の動作を阻害しない。そのため機械的、化学的に変質しにくくなり、信頼性が高い液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記基板はシリコンを含むことを特徴とする。
【００２３】
上記した適用例によれば、微細構造を得るための加工手段が研究されており、実績があるシリコンを含む基板を用いることで高い精度に加工されたインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２４】
［適用例８］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記充填物質はポーラス酸化シリコンであることを特徴とする。
【００２５】
上記した適用例によれば、ポーラス酸化シリコンは高い信頼性と、低いヤング率を併せ持つ物質であるため、他の物質で充填する場合に、より信頼性が高い液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。
【００２６】
［適用例９］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記キャビティ部は、前記基板を貫通する貫通孔部と、前記基板の前記第２面側に位置し前記貫通孔部を覆う可動板と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
上記した適用例によれば、可動板は基板と独立した材質を用いることができる。そのため、液滴吐出ヘッドの用途に応じ、好ましい材質を選択して可動板を構成することができる。
【００２８】
［適用例１０］上記適用例に係る液滴吐出ヘッドにおいて、前記キャビティ部は、前記基板の一部を可動板に用いていることを特徴とする。
【００２９】
上記した適用例によれば、可動板として基板の一部を用いる。そのため、可動板と基板とを一体化して形成することができるため、継ぎ目のない信頼性に優れた可動板を得ることができる。
【００３０】
［適用例１１］本適用例に係る液滴吐出ヘッドは、基板と、前記基板に形成されるキャビティ部と、前記基板の第１面側に配置され、前記キャビティ部内の液体を吐出するための吐出口を有するカバー材と、前記基板の第２面側に配置される可動板と、前記可動板に接し、圧電薄膜を第１の電極及び第２の電極で挟んでなる材料加圧体と、前記基板の前記第２面側に設けられる溝又は凹部と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
これによれば、圧電薄膜に電圧（電力）をかけて圧縮／伸長させる場合に、前記圧電薄膜の端部と沿う方向に溝又は凹部が設けられているため、圧電薄膜の圧縮／伸長に伴う応力、特にせん断応力がこの溝又は凹部の変形により緩和されるため、寿命特性に優れたインクジェット（液滴吐出）ヘッドを提供することができる。なお、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。
【００３２】
［適用例１２］本適用例に係るエネルギー変換素子は、基板と、前記基板の第１面側に配置される可撓部と、電力を前記可撓部の撓みに変換する、又は前記可撓部の撓みを電力に変換するエネルギー変換部と、前記エネルギー変換部の端部に沿って、前記基板の前記第１面側に設けられる、少なくとも溝又は凹部のいずれか一方と、を含むことを特徴とする。
【００３３】
これによれば、エネルギー変換部に電力を与えて圧縮／伸長させる場合に、このエネルギー変換部の端部と沿う方向に溝又は凹部が設けられているため、このエネルギー変換部の圧縮／伸長に伴う応力、特にせん断応力がこの溝又は凹部の変形により緩和されるため、寿命特性に優れたエネルギー変換素子を提供することができる。なお、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。
【００３４】
［適用例１３］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記溝又は前記凹部は、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と、前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝又は前記凹部の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式４）を満たすことを特徴とする。
【００３５】
この関係式４は、物質に働くせん断応力はミクロンオーダーでは深さ方向に均一であり、加工深さと圧電性能が比例すると仮定して、実験により得られた数値を代入して得られる式である。この関係式４は、圧電性能（変位量／印加電圧（電力））が１％以上向上する条件を意味する。
上記した適用例によれば、エネルギー変換部に係るせん断応力の緩和効果が有意性を持った量として検知し得るエネルギー変換素子を提供することができる。
【００３６】
［適用例１４］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記溝又は前記凹部は、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と、前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離をｘ（単位μｍ）、前記溝又は前記凹部の深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式５）を満たすことを特徴とする。
【００３７】
この関係式５は、圧電性能（変位量／印加電圧（電力））が５％以上向上する条件を意味する。
上記した適用例によれば、エネルギー変換部に係るせん断応力の緩和効果により、エネルギー変換部の寿命特性を、有意性を持って改善しうるエネルギー変換素子を提供することができる。
【００３８】
［適用例１５］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記エネルギー変換部の前記溝又は前記凹部寄り側の端部と、前記溝又は前記凹部の前記エネルギー変換部寄りの端部との距離が１μｍ以上であることを特徴とする。
【００３９】
上記した適用例によれば、エネルギー変換部に対する影響を抑え、かつせん断応力の緩和が行われるので寿命特性に優れたエネルギー変換素子を提供することができる。
【００４０】
［適用例１６］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記溝又は前記凹部が形成され、かつ前記溝又は前記凹部の深さが１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００４１】
上記した適用例によれば、エネルギー変換素子の機械的強度が保たれる状態で、せん断応力の緩和を実現しうる溝又は凹部を有するエネルギー変換素子を提供することができる。
【００４２】
［適用例１７］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記溝又は前記凹部中に前記基板と比べヤング率が小さい充填物質が配置されることを特徴とする。
【００４３】
上記した適用例によれば、溝又は凹部の中は塞がれた状態となり、溝又は凹部の幅より小さい粒子状の物質や気体の侵入が抑制される。また、ヤング率が低いため、エネルギー変換部の動作を阻害しない。そのため機械的、化学的に変質しにくくなり、信頼性が高いエネルギー変換素子を提供することが可能となる。
【００４４】
［適用例１８］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記基板はシリコン基板であることを特徴とする。
【００４５】
上記した適用例によれば、微細構造を得るための加工手段が研究されており、実績があるシリコンを含む基板を用いることで高い精度に加工されたエネルギー変換素子を提供することができる。
【００４６】
［適用例１９］上記適用例に係るエネルギー変換素子において、前記充填物質はポーラス酸化シリコンであることを特徴とする。
【００４７】
上記した適用例によれば、ポーラス酸化シリコンは高い信頼性と、低いヤング率を併せ持つ物質であるため、他の物質で充填する場合に、より信頼性が高いエネルギー変換素子を提供することが可能となる。
【００４８】
［適用例２０］本適用例に係る圧電デバイスは、基板と、前記基板の第１面側に配置された圧電薄膜と、前記圧電薄膜に接して成る第１の電極、及び第２の電極と、前記圧電薄膜の端部に沿って、前記基板の前記第１面側に設けられる溝又は凹部の少なくとも一方と、を含むことを特徴とする。
【００４９】
これによれば、圧電薄膜に第１の電極、及び第２の電極から電圧（電力）をかけて圧電薄膜を圧縮／伸長させる場合に、この圧電薄膜の端部と沿う方向に溝又は凹部が設けられている。そのため、圧電薄膜の圧縮／伸長に伴う応力、特にせん断応力がこの溝又は凹部の変形により緩和されるため、寿命特性に優れた圧電デバイスを提供することができる。なお、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。
【００５０】
［適用例２１］本適用例に係るＭＥＭＳ構造は、基板と、前記基板に設けられた可動部と、前記可動部の端部に沿って、前記基板に設けられる溝又は凹部の少なくとも一方と、を含むことを特徴とする。
【００５１】
これによれば、可動部を変形させる場合に、端部と沿う方向に溝又は凹部が設けられている。そのため、可動部の変形に伴う応力がこの溝又は凹部の変形により緩和される。従って、寿命特性に優れたＭＥＭＳ構造を提供することができる。なお、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。
【００５２】
［適用例２２］上記適用例に係るカンチレバー型アクチュエータは、上記エネルギー変換素子、圧電デバイス、又はＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とする。
【００５３】
これによれば、圧電薄膜にかかる応力が溝又は凹部の変形により開放されるため、応力損傷を抑えることが可能となり、長寿命化が可能となる。
［適用例２３］上記適用例に係る圧電センサーは、上記エネルギー変換素子、圧電デバイス、又はＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とする。
【００５４】
これによれば、溝又は凹部の変形により小さな応力で大きな歪みを圧電薄膜に与えることができるため、感度の高い圧電センサーを提供することが可能である。
【００５５】
［適用例２４］上記適用例に係る圧電リニアモータは、上記エネルギー変換素子、圧電デバイス、又はＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴とする。
【００５６】
これによれば、圧電薄膜にかかる応力が溝又は凹部の変形により開放されるため、同一電圧（電力）では従来技術と比べ変形量を大きくとることが可能となり、動作速度の速い圧電リニアモータを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、液滴吐出ヘッドの構成について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、液滴吐出ヘッドを集積したプリンタヘッドの斜視図、（ｂ）は、（ａ）に記載される液滴吐出ヘッドの吐出口近傍の断面図である。また、（ｃ）は、液滴吐出ヘッドを上側から見た部分平面図である。
【００５８】
図１（ａ）に示すように、仕切り部材６２と可動板６１とが形成される、シリコンを用いてなる基板１０のＣ側（第２面側）には、材料加圧体６９が配置されている。ここで、可動板６１は、基板１０の一部を用いる本構造に代えてその構成材として酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いても良い。また、材料加圧体６９は図１（ｂ）に示すように、基板１０のＣ側（第２面側）に、電極７２ａと、圧電薄膜７１と、電極７２ｂとを含む構成を有している。
【００５９】
可動板６１の材質を変える場合には、例えばスパッタ法やＣＶＤ法を用いて基板１０のＣ側に酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどを含む薄膜を形成し、Ｃ側と対向する面側（第１面側）から当該薄膜を残して基板１０をエッチングすることで形成することができる。ここで、可動板６１の材質として酸化シリコンを用い、基板１０としてシリコンを用いる場合には、基板１０を熱酸化して酸化シリコンを形成すると緻密な酸化シリコンが得られるため可動板６１の材質として好適である。また、基板１０のキャビティ６３に対応する領域を貫通するようエッチングを行い、可動板６１を張り合わせてプリンタヘッド８０を形成しても良い。
【００６０】
基板１０のＣ側と対向する面には、吐出口７０を備えたカバー材５９が配置され、キャビティ６３を構成している。カバー材５９は例えば接着剤や熱溶着フィルムを介して基板１０と固着されている。
【００６１】
ここで液体Ｎには、シアン・マゼンタ・イエローなどのカラーインクが用いられる。プリンタヘッド８０を用いて電極などを形成する場合には、カラーインクに代えて金属微粒子や金属イオン、金属錯体など金属成分を含む物質を用いた配線材料液、シリコン化合物を含む半導体材料液、絶縁体や圧電性物質を含む材料液などを用いることで対応することができる。また、吐出口７０を通過できる範囲の微粒子を液体中に分散させた材料液を用いても良い。
【００６２】
圧電薄膜７１と可動板６１との間に挟まれる電極７２ａは、圧電薄膜７１と可動板６１の両方に悪影響を及ぼさない金属を用いることが好ましく、Ｉｒ（イリジウム）／Ｐｔ（白金）、Ｐｔ／Ｉｒ、Ｉｒ／Ｐｔ／Ｉｒなどの積層構造や、ＩｒとＰｔとの合金を用いることが好ましい。また、圧電薄膜７１を覆う電極７２ｂは、通常電極として用いることができる導電性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ2、Ｉｒ、ＩｒＯ2などの単層膜又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ2／ＴｉＮ、ＩｒＯ2／Ｉｒ、ＩｒＯ2／ＴｉＮなどの２層以上の積層膜であってもよい（なお、「／」を用いた多層構造のものは「上層／（中層）／下層」で示してある）。
【００６３】
材料加圧体６９の電極７２ａと電極７２ｂに電圧（電力）を印加すると、材料加圧体６９は面と平行な方向に縮み、可動板６１はキャビティ６３の体積を減ずる向きに凸となるよう変形する。この変形により前述したキャビティ６３内に位置するカラーインクなどの液体Ｎは液滴Ｌとして吐出口７０から印刷対象に向けて吐出される。液滴Ｌの吐出後、電極７２ａと電極７２ｂに印加されている電圧（電力）の供給を止めると、材料加圧体６９は元の形状に戻り、液体Ｎは材料供給装置６７から材料供給孔６６を通り、キャビティ６３に供給され、液滴Ｌの吐出前の状態に戻る。
【００６４】
圧電薄膜７１の材質としては、例えば、Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｏ（ＰＺ）、Ｐｂ：（Ｚｒ：Ｔｉ）：Ｏ、Ｐｂ：（Ｍｇ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：Ｚｎ：Ｔｉ：Ｎｂ：Ｏ（ＰＺＴＮ（登録商標））、Ｐｂ：（Ｎｉ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｉｎ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｔａ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ：（Ｓｃ：Ｎｂ）：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＰＳＮ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｓｃ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＳ−ＰＴ）、Ｂｉ：Ｙｂ：Ｏ−Ｐｂ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＹ−ＰＴ）、Ｓｒ：Ｓｍ：Ｂｉ：Ｔａ：Ｏ（ＳＳＢＴ）、Ｂａ：Ｐｂ：Ｏ、Ｂａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＴ）、Ｓｒ：Ｂｉ：Ｎｂ：Ｔａ：Ｏ（ＳＢＮＴ）、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ（ＢＳＴ）、Ｂｉ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＩＴ）、Ｂｉ：Ｌａ：Ｔｉ：Ｏ（ＢＬＴ）、Ｓｒ：Ｂａ：Ｔｉ：Ｎｂ（ＳＢＴＮ）などの物質が挙げられる。これらの物質は全てセラミック系であり、脆性を有している。そのため、応力、特に液滴の吐出に関与しないせん断応力を低減することが圧電薄膜７１の信頼性向上のために効果的である。本実施形態では電気機械変換効率が高いチタン酸ジルコン酸鉛を用いている。
【００６５】
従来技術では、溝８１は配置されていない。そのため、応力、特にせん断応力の開放が不十分となり、応力起因の不良発生が懸念される。本実施形態では、溝８１が形成されていることが大きな特徴となる。
【００６６】
ここで、材料加圧体６９が縮み変形する場合には、材料加圧体６９内に応力が働く。材料加圧体６９の長手方向（Ｙ方向）に対しては、材料加圧体６９が変形することで応力、特にせん断応力が開放される。そして長手方向と直行する方向（Ｘ方向）に対してのせん断応力を開放させるために、材料加圧体６９の端部と沿う方向に溝８１を配置している。ここで溝８１内部は空隙の状態に代えて、ポーラス酸化シリコンなど基板１０に比べヤング率の低い材質を配置した状態にしても良い。
【００６７】
次に、溝８１を配置することで生じる、せん断応力の緩和量に対応する圧電性能の変化について説明する。圧電薄膜７１を含む材料加圧体６９の端部から３μｍ離し、深さ５μｍの溝８１を設けた場合、溝８１を設けない場合（従来技術）と比べ、印加電圧（電力）に対する変形量である圧電性能は２９％向上する。また、溝８１の位置を圧電薄膜の端部から８μｍ離した場合では圧電性能は６％向上する。圧電薄膜７１の圧電性能の向上は、圧電薄膜７１の変形が効率的に行われていることを示し、圧電薄膜７１の液滴吐出に寄与しない、例えばせん断応力などの無効応力の削減量と対応する。
【００６８】
この実験結果をもとに、圧電薄膜７１の溝８１寄りの端部から溝８１の圧電薄膜７１寄りの端部までの距離をｘ（単位μｍ）、溝８１の深さをｄ（単位μｍ）、とし、基板１０に働くせん断応力はミクロンオーダーでは深さ方向に均一であり、加工深さと圧電性能が比例すると仮定して、実験により得られた数値を代入し、圧電性能の向上分をδ（％）とすると関係式３が得られる。
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）＝δ・・・（関係式３）
【００６９】
圧電性能の向上分（δ）が１％程度となると、圧電性能の向上分を有意差を持って検出することが可能となる。また、圧電性能の向上により、同じ印加電圧（電力）に対して吐出量が向上することから、吐出動作を低電力化することができる。δ≧１を関係式３に代入すると関係式１を得ることができる。
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式１）
【００７０】
また、圧電性能の向上分が５％程度となると、せん断応力の緩和量が大きくなり、寿命特性の向上に対して有意差を持って検出可能となり、より好ましい形態となる。δ≧５を関係式３に代入すると（関係式２）を得ることができる。
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式２）
【００７１】
また、溝８１と圧電薄膜７１との位置関係は、例えばフォトリソグラフ工程とエッチング工程を組み合わせて溝８１を形成する場合、溝８１を圧電薄膜７１とある程度離しておくことでフォトリソグラフ工程起因の不良の発生を抑えることができる。具体的には、圧電薄膜７１の溝８１寄り側の端部と溝８１の圧電薄膜７１寄りの端部との距離を１μｍ以上に保つことで圧電薄膜７１の製造及び動作を安定させることができる。
【００７２】
また、溝８１の深さは、圧電薄膜７１から加えられる応力に対応する強度を有し、かつ容易に加工できる構造が望ましい。具体的には、溝８１の深さは１０μｍ以下であることが望ましい。溝８１の加工深さを横軸にとり、圧電薄膜７１の溝８１寄り側の端部と溝８１の圧電薄膜７１寄りの端部との加工距離を縦軸にとり、圧電性能の向上分をパラメータとして上記した条件を満たす範囲を図２に示す。
【００７３】
このような溝８１を配置することで、キャビティ６３は弾性変形することが可能となる。キャビティ６３が弾性変形することで材料加圧体６９に用いられる圧電薄膜７１にかかるせん断応力は緩和されるため、圧電薄膜７１の寿命を延ばすことができ、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることが可能となる。また、キャビティ６３のＸ方向への弾性変形が可能となり、せん断応力は引張／圧縮応力に振り分けられる。そのため、従来の構造と比較して圧力室の体積の変動を大きくとることができる。そのため、一回の吐出で扱える液滴量の範囲を広げることができ、画質を落とすこと無く印字を高速化することができる。
【００７４】
また、溝８１の断面形状として、本実施形態では矩形の溝８１を形成したが、これはテーパー形状などせん断応力の緩和が可能な形状を用いても良い。
【００７５】
また、溝８１の断面形状としてＣ面（角部分にテーパーを設ける構造）や、角Ｒ（角部分に円形形状を設ける構造）を用いても良い。
また、溝８１に代えて、凹部を用いても良い。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１を配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
また、本実施形態では基板１０としてシリコン基板を用いたが、これは、別の材料を用いて形成しても良く、例えばＮｉなどを用いて電鋳法で形成したものを用いても良い。
【００７６】
（変形例：溝の構造例）
以下、上記した液滴吐出ヘッドの構成に含まれる溝の配置についての変形例について図面を用いて説明する。溝の配置としては図１（ｃ）に示すように、材料加圧体６９よりも短く配置する構成に代えて、図３（ａ）に示すように、溝８１の長さを材料加圧体６９の長さよりも大きくしても良い。この構造を用いることで、材料加圧体６９にかかる応力は図１（ｃ）に示すように溝８１を配置する構造と比べ、小さくすることができる。さらに、応力を効果的に基板１０への変形に寄与させることができるため、エネルギー効率の高いプリンタヘッド８０を提供することが可能となる。
【００７７】
また、図３（ｂ）に示すように、溝８１を各々の材料加圧体６９に一対ずつ配置しても良い。この場合、一つの材料加圧体６９に対して、専用の溝８１が備えられることとなり、隣接する材料加圧体６９からの影響を効果的に排除することが可能となり、材料加圧体６９を駆動する場合に生じるクロストークを効果的に抑制することができる。また、この場合でも図３（ｂ）に示すように溝８１の長さを材料加圧体６９の長さよりも大きくしても良く、この場合でも上記したように、応力を効果的に基板１０への変形に寄与させることができる。また、溝８１の長さを材料加圧体６９の長さよりも小さくしても良く、この場合でも材料加圧体６９を駆動する場合に生じるクロストークを抑制することができる。
【００７８】
また、図３（ｃ）に示すように、材料加圧体６９の長辺側に加え、短辺側に溝８１を形成しても良い。この場合、応力をさらに有効に緩和することが可能となる。また、電圧（電力）に対応する変形量を大きくすることが可能となるため、より長寿命で少ないエネルギーで駆動される。なお、短辺側の溝８１と長辺側の溝８１は、離れた位置に配置しても良い。
【００７９】
また、図４（ａ）に示すように、溝８１を各々の材料加圧体６９に一対ずつ配置し、かつ短辺側に溝８１を形成しても良い。この場合、材料加圧体６９の短辺側での応力緩和に加え、隣接する材料加圧体６９の変位に伴うクロストークを抑制することができる。この場合でも、短辺側の溝８１と長辺側の溝８１は離れた位置に配置しても良い。
【００８０】
また、図４（ｂ）に示すように、材料加圧体６９を溝８１で囲っても良い。この場合、応力緩和をさらに有効に行うことができる。なお、材料加圧体６９への電圧（電力）印加は、ワイヤボンドなどの手段を用いることで可能となる。
【００８１】
また、図４（ｃ）に示すように、溝８１を各々の材料加圧体６９に一対ずつ配置し、かつ材料加圧体６９を囲っても良い。この場合、上記した効果に加え、隣接する材料加圧体６９からの影響を効果的に排除することが可能となる。
【００８２】
また、図５（ａ）に示すように、図４（ｂ）の溝８１の一部に溝８１を設けない領域を配置しても良い。この場合、ワイヤボンドなどの方法を用いることなく電気的な導通をとることができる。
【００８３】
また、図５（ｂ）に示すように、図４（ｃ）の溝８１の一部に溝８１を設けない領域を配置しても良い。この場合、材料加圧体６９の応力は緩和され、また隣接する材料加圧体６９からのクロストークが抑えられる。さらにワイヤボンドなどの方法を用いることなく電気的な導通をとることができる。これは、短辺側の溝８１と長辺側の溝８１を離れた位置に配置する形態を用いても良い。また、溝８１を設けない領域は特に限定を受けることなく、任意の位置に配置することができる。
【００８４】
また、上記した変形例では、溝８１に代えて、凹部を用いても良い。ここで凹部とは基板の表面からくぼんだ部分のことをいう。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１を配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
また、形成する溝や凹部の位置や深さは上記実施例に限定されるものではない。例えば、図１（ｂ）に示されるように基板１０の厚みの半分以上の深さにすることにより、隣接したキャビティーへの液滴吐出動作の影響（クロストーク）を効率よく抑えることができる。
【００８５】
（別の実施形態−１：圧電リニアモータ）
以下、本実施形態に係るエネルギー変換素子、そして圧電デバイスとしての圧電リニアモータについて図面を参照して説明する。図６（ａ）は圧電リニアモータ１００の平面図、図６（ｂ）は圧電リニアモータ１００の断面図である。図７（ａ）に示す試料１０６は、保護層１０５を横切る方向に沿って搬送される。
【００８６】
以下、図６（ｂ）を用いて圧電リニアモータ１００の構成について説明する。圧電リニアモータ１００は、基板１０ａ、溝８１ａ、電極１０２、エネルギー変換部としての圧電薄膜７１ａ、電極１０３、電極１０４、保護層１０５と、を含む。
基板１０ａ上には、電極１０２、圧電薄膜７１ａ、電極１０３、電極１０４、保護層１０５がこの順で配置されている。基板１０ａの材質としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
【００８７】
次に、図７（ａ）〜図７（ｄ）を用いて圧電リニアモータ１００の動作原理について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、電極１０２と電極１０３の間、及び電極１０２と電極１０４の間に電圧（電力）を印加すると、圧電薄膜７１ａは上下方向に変形する。ここで、圧電薄膜７１ａが上方向に伸びる条件で電圧（電力）を印加すると、試料１０６はこの電圧を印加した圧電薄膜７１ａにおいては保護層１０５を介して持ち上げられ、電圧が印加されない他の圧電薄膜７１ａ上の保護層１０５からは離れる。
次に、図７（ｂ）に示すように、この状態で前記電圧が印加された電極１０３に、さらに高い電圧（電力）が印加されると、圧電薄膜７１ａは左右方向に変形する。ここで、前記電圧が印加された電極１０３に電圧（電力）を、圧電薄膜７１ａが右方向に変形する（撓む）条件で印加すると、試料１０６はもとの位置よりも右側に移動する。
次に、図７（ｃ）に示すように、この状態で電極１０２と電極１０３の間、及び電極１０２と電極１０４の間に圧電薄膜７１ａが圧縮される条件で印加すると、この電圧を印加した圧電薄膜７１ａ上の保護層１０５は試料１０６が右方向に搬送された状態で離れる。
次に、図７（ｄ）に示すように、電極１０２、電極１０３、電極１０４への電圧（電力）印加を止めることで、試料１０６が右方向にずれたことを除いて初期状態に戻る。
この作業を繰り返し行うことで、試料１０６を搬送することが可能となる。なお、この場合、左右方向の変形量は電極１０２と電極１０３との間、電極１０２と電極１０４との間、及び電極１０３と電極１０４との間に印加される電圧（電力）に依存するので、電極１０２と電極１０３との間に印加する印加電圧（電力）を上げることで試料１０６を速い速度で移動させることが可能となる。
【００８８】
次に、溝８１ａの動作について説明する。電極１０２と電極１０３との間に電圧（電力）が印加されると、圧電薄膜７１ａは上下方向に変形する。この変形に対して、ポアソン比を乗じた変位が基板１０ａと平行な方向に発生し、この変位が基板１０ａで食い止められる場合、特に圧電薄膜７１ａと基板１０ａとの界面で応力疲労が発生し、圧電リニアモータ１００の寿命特性を劣化させる。
このように、溝８１ａを配置して圧電薄膜７１ａにかかる応力を緩和させることで、圧電リニアモータ１００の寿命特性を向上させることができる。また、横方向への変位が大きくとれるようになるため、圧電リニアモータ１００の輸送量や輸送速度を上昇させることができる。
【００８９】
また、溝８１ａのエネルギー変換部としての圧電薄膜７１ａ寄り側の端部と、圧電薄膜７１ａの溝８１ａ寄り側の端部との距離をｘ（単位μｍ）、溝８１ａの深さをｄ（単位μｍ）とした場合に、以下の式を満たす範囲の形状を有することが好ましい。
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧１・・・（関係式４）。
０．２ｄ（−４．６ｘ＋４２．８）≧５・・・（関係式５）。
関係式４を満たす場合には、せん断応力を１％以上開放することができ、溝８１ａの存在により有意性を持った量として検知し得る圧電リニアモータ１００を形成することができる。
関係式５を満たす場合には、せん断応力を５％以上開放することができ、溝８１ａの存在により長寿命、低消費電力で動作する圧電リニアモータ１００を形成することができる。
【００９０】
また、溝８１ａは、圧電薄膜７１ａと１μｍ以上離れていることが望ましく、また、溝８１ａの深さは１０μｍ以下に抑えられていることが望ましい。この場合には圧電薄膜７１ａの信頼性を低下させることなく溝８１ａを配置することができる。
【００９１】
また、溝８１ａには、ポーラス酸化シリコンなど、基板１０ａと比べヤング率が小さい物質で充填しても良い。この場合には、溝８１ａは塞がれた状態となり、溝８１ａの幅より小さい粒子状の物質や気体の侵入が抑制される。また、ヤング率が低いため、圧電薄膜７１ａの動作を阻害しない。そのため機械的、化学的に変質しにくくなり、圧電リニアモータ１００の信頼性を向上させることができる。
【００９２】
なお、溝８１ａに代えて、凹部を用いても良い。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１ａを配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
【００９３】
また、溝８１ａの配置として、圧電薄膜７１ａと、隣の圧電薄膜７１ａとの間に圧電薄膜７１ａよりも長いものを配置したが、これは、（変形例：溝の構造例）で説明したパターンと同様のパターンに転用して用いても良い。
【００９４】
（別の実施形態−２：カンチレバー型アクチュエータ）
以下、本実施形態に係るエネルギー変換素子としてカンチレバー型アクチュエータについて図面を用いて説明する。図８（ａ）はカンチレバー型アクチュエータ１１０の下面図、図８（ｂ）はカンチレバー型アクチュエータ１１０の側面図である。カンチレバー型アクチュエータ１１０は、探針１１１、アーム１１２、圧電薄膜７１ｂ、電極１１３、電極１１４、台座１１５、溝８１ｂと、を含む。
【００９５】
台座１１５に支えられるアーム１１２に設置された圧電薄膜７１ｂに、電極１１３と電極１１４を経由して電圧（電力）を印加すると、アーム１１２が上下方向に移動し、探針１１１に微小変位を与えることができる。溝８１ｂがあることで、圧電薄膜７１ｂに発生する応力は溝８１ｂの変形により開放されるため、内部応力による劣化を抑制しうるカンチレバー型アクチュエータ１１０を提供することができる。なお、溝８１ｂの配置や、溝８１ｂの配置を定める条件などは、（変形例：溝の構造例）や、（別の実施形態−１：圧電リニアモータ）を転用して用いることが可能である。
なお、溝８１ｂに代えて、凹部を用いても良い。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１ｂを配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
【００９６】
（別の実施形態−３：圧電センサー）
以下、本実施形態に係るエネルギー変換素子として圧電センサーについて説明する。圧電センサーは圧力として入力されたエネルギーを電力に変換するエネルギー変換素子である。
図９（ａ）は圧電センサー１２０の平面図、図９（ｂ）は断面図である。図９（ａ）に示す圧電センサー１２０は、基板１０ｃ、圧電薄膜７１ｃ、電極１２１、電極１２２、溝８１ｃ、絶縁膜１２３を含む。
【００９７】
次に、図９（ｂ）を用いて構造について説明する。基板１０ｃ上には電極１２１が配置されている。そして、電極１２１上には絶縁膜１２３が配置されている。そして圧電薄膜７１ｃの領域では絶縁膜１２３は配置されず、直接圧電薄膜７１ｃと電極１２１が接触している。圧電薄膜７１ｃの上には、電極１２２が配置されている。
【００９８】
この構造体に対して、圧電薄膜７１ｃに応力が印加されると、圧電薄膜７１ｃは応力による歪み量と相関を有する電圧（電力）を出力する。ここで、溝８１ｃの存在により、圧電薄膜７１ｃは溝８１ｃが無い場合と比べ容易に変形することができる。そのため、感度の高い圧電センサー１２０を提供することができる。
【００９９】
ここで、溝８１ｃの配置や、溝８１ｃの配置を定める条件などは、（変形例：溝の構造例）や、（別の実施形態−１：圧電リニアモータ）を転用して用いることが可能である。
なお、溝８１ｃに代えて、凹部を用いても良い。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１ｃを配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
また、本実施例においては溝８１ｃに電極１２１が配置された構成であるが、電極１２１はヤング率が基板１０ｃより小さい材質であることが望ましい。溝８１ｃ中に何も配置しない形態であってもよい。
【０１００】
（別の実施形態−４：静電駆動インクジェットヘッド）
以下、本実施形態に係るエネルギー変換素子として、静電駆動インクジェットヘッドについて説明する。静電駆動インクジェットヘッドは、上記に説明した、例えば圧電薄膜７１ａ（図６（ｂ）参照）のように圧電効果に代えて、電極間に電圧を印加し、その電極間に発生するクーロン力を用いて電圧（電力）を撓みに変換し、その結果インクを外部に吐出するものである。
【０１０１】
図１０（ａ）は静電駆動インクジェットヘッド２００の断面図である。そして図１０（ｂ）は、静電駆動インクジェットヘッド２００のＴで示される領域の拡大図である。静電駆動インクジェットヘッド２００は、第１の基板２０１、第２の基板２０２、第３の基板２０３、ノズル孔２０４、振動板２０５、吐出室２０６、オリフィス２０７、インク溜め部２０８、ギャップ部２１６、電極２２１、絶縁膜２２４、インク供給口２３１、インク２５３、駆動回路２４０、インク液滴２５４、溝８１ｄと、を含む。
【０１０２】
第１の基板２０１はシリコン基板が用いられる。第１の基板２０１には振動板２０５が配置されている。そして、振動板２０５の下側（第２の基板２０２側）には絶縁膜２２４が配置され、振動板２０５と電極２２１とが接触した場合でも電気的な短絡を防止している。振動板２０５を挟む領域には、溝８１ｄが形成され、振動板２０５にかかる応力を緩和している。振動板２０５はそのものが電極になっているか、あるいは振動板２０５には電極が含まれている。
【０１０３】
第１の基板２０１と第３の基板２０３に挟まれる領域には、インク２５３をインク液滴２５４として吐出するノズル孔２０４が配置されている。振動板２０５は変形し、インク２５３を吐出すべくインク２５３に圧力を印加する。なお、第３の基板２０３にはホウ珪酸ガラスを用いることができる。
オリフィス２０７は、吐出室２０６にインク溜め部２０８から吐出室２０６にインク２５３を供給する。インク溜め部２０８には、インク供給口２３１からインク２５３が供給される。
【０１０４】
第２の基板２０２には、第３の基板２０３と同様にホウ珪酸ガラスを用いることができる。そして、第２の基板２０２の上側（第１の基板２０１側）には、振動板２０５を変形させるべく電界を供給するための電極２２１が配置されている。
【０１０５】
第１の基板２０１と第２の基板２０２に挟まれる領域には、振動板２０５と電極２２１とで構成され、長さＧの寸法を有するギャップ部２１６が配置される。そして、駆動回路２４０から振動板２０５と電極２２１に電圧（電力）を印加することで振動板２０５を変形させ、吐出室２０６の体積を変化させ、インク液滴２５４の吐出動作の制御を行っている。
【０１０６】
インク液滴２５４の吐出の基本的なメカニズムは以下のように説明される。駆動回路２４０から電極２２１に適度な電圧（電力）を印加し、電極２２１の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板２０５の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板２０５はクーロン力により下方（第２の基板２０２側）へ撓む。次に、電極２２１に印加する電圧（電力）をＯＦＦにすると、振動板２０５は振動板自体の弾性により復元する。そのため、吐出室２０６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔２０４よりインク液滴２５４を吐出する。そして次に、振動板２０５が再び下方へ撓むことにより、インク２５３がインク溜め部２０８よりオリフィス２０７を通じて吐出室２０６内に補給される。ここで、振動板２０５の近傍に溝８１ｄを設けることで、溝８１ｄの変形により振動板２０５の応力が開放されるため、吐出室２０６の体積変化量を大きくとることが可能となる。この特性は、静電駆動インクジェットヘッド２００を微細化する場合でも、吐出室２０６の体積変化量を維持することができる。
【０１０７】
また、振動板２０５の応力が開放されるため、振動板２０５に印加されるクーロン力に由来する応力が開放される。そのため、振動板２０５の劣化が抑えられ、信頼性の高い静電駆動インクジェットヘッド２００を提供することが可能となる。
【０１０８】
なお、溝８１ｄの配置や、溝８１ｄの配置を定める条件などは、（変形例：溝の構造例）や、（別の実施形態−１：圧電リニアモータ）を転用して用いることが可能である。
なお、溝８１ｄに代えて、凹部を用いても良い。この場合、凹部には一つずつ独立した形状や、凹部同士が連接する形状を与えても良い。さらには、一部に溝８１ｄを配置し、残部に凹部を配置するなど、両方式を混載しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】（ａ）は、液滴吐出ヘッドを集積したプリンタヘッドの斜視図、（ｂ）は（ａ）に記載される液滴吐出ヘッドの吐出口近傍の断面図、（ｃ）は、液滴吐出ヘッドの部分平面図。
【図２】圧電性能の向上分をパラメータとして、溝の深さと、位置と、圧電性能の向上との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は溝の配置例を示す平面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は溝の配置例を示す平面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は溝の配置例を示す平面図。
【図６】（ａ）は圧電リニアモータの平面図、（ｂ）は圧電リニアモータの断面図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は圧電リニアモータの動作原理を説明する断面図。
【図８】（ａ）はカンチレバー型アクチュエータの下面図、（ｂ）はカンチレバー型アクチュエータの側面図。
【図９】（ａ）は圧電センサーの平面図、（ｂ）は圧電センサーの断面図。
【図１０】（ａ）は静電駆動インクジェットヘッドの断面図、（ｂ）は、静電駆動インクジェットヘッドの拡大図。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…基板、１０ａ…基板、１０ｃ…基板、５９…カバー材、６１…可動板、６２…仕切り部材、６６…材料供給孔、６７…材料供給装置、６９…材料加圧体、７０…吐出口、７１…圧電薄膜、７１ａ…圧電薄膜、７１ｂ…圧電薄膜、７１ｃ…圧電薄膜、７２ａ…電極、７２ｂ…電極、８０…プリンタヘッド、８１…溝、８１ａ…溝、８１ｂ…溝、８１ｃ…溝、８１ｄ…溝、１００…圧電リニアモータ、１０２…電極、１０３…電極、１０４…電極、１０５…保護層、１１０…カンチレバー型アクチュエータ、１１１…探針、１１２…アーム、１１３…電極、１１４…電極、１１５…台座、１２０…圧電センサー、１２１…電極、１２２…電極、１２３…絶縁膜、２００…静電駆動インクジェットヘッド、２０１…第１の基板、２０２…第２の基板、２０３…第３の基板、２０４…ノズル孔、２０５…振動板、２０６…吐出室、２０７…オリフィス、２０８…インク溜め部、２１６…ギャップ部、２２１…電極、２２４…絶縁膜、２３１…インク供給口、２４０…駆動回路、２５３…インク、２５４…インク液滴。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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