セラミック基板の製造方法
【課題】立体形状の制約が小さくなり成形密度が高い成形体が得られるセラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック基板の製造方法は、(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、を備える。
【解決手段】セラミック基板の製造方法は、(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４５〜図４７は、従来の液滴吐出装置９の構成を示す模式図である。図４５は、液滴吐出装置９の斜視図、図４６は、図４５のXLVI−XLVIに沿う液滴吐出装置９の横断面図、図４７は、図４５のXLVII−XLVIIに沿う液滴吐出装置９の縦断面図となっている。
【０００３】
図４５〜図４７に示すように、液滴吐出装置９は、複数個の振動体９２０を基板９０２の上面９０２１に規則的に配列した構造を有している。
【０００４】
図４６及び図４７に示すように、基板９０２は、板の内部にキャビティ９０８並びに液体の流路となる吐出孔９１０及び供給孔９１２を形成した構造を有する。キャビティ９０８は、基板９０２の上面９０２１と振動板９０４で隔てられている。このような構造により、振動板９０４の上面９０４１に固設された振動体９２０が振動板９０４を屈曲振動させると、キャビティ９０８に充填された液体が押圧され、吐出孔９１０から液滴が吐出される。
【０００５】
図４６及び図４７に示すように、従来の液滴吐出装置９では、キャビティの横幅Ｗ９１、縦幅Ｗ９２及び深さＤ９１はいずれも一定となっている。これは、金型で打ち抜き加工したセラミックスグリーンシートやレーザ光で穿孔加工したセラミックスグリーンシート等を熱圧着した後に焼成することにより基板９０２を製造していたため、キャビティ９０８の内側面９０８１〜９０８４を基板９０２の上面９０２１に垂直にし、キャビティ９０８の内下面９０８６を基板９０２の上面９０２１に平行にせざるを得なかったためである。
【０００６】
特許文献１は、従来の液滴吐出装置に関する文献公知発明が記載された先行技術文献である。特許文献１に記載された液滴吐出装置でも、キャビティの幅及び深さは一定となっている。
【０００７】
特許文献２は、本願発明と関連する文献公知発明が記載された先行技術文献である。特許文献２は、キャビティ（インク室５）の幅が吐出孔（ノズル８）の側へ向かって狭くなり、キャビティの深さが吐出孔の側へ向かって深くなる液滴吐出装置（インクジェットヘッド１）に言及している。特許文献２の液滴吐出装置は、基板の主面と垂直に延在する圧電／電歪体膜と電極膜とを交互に積層したと思われる振動体（ピエゾ素子１３）の上端を振動板（振動膜３）に固定し、基板の主面と垂直な方向の振動体の伸縮を振動板に伝えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０７５３０５号公報
【特許文献２】特開２００２−０３６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
金型で打ち抜き加工したセラミックスグリーンシートやレーザ光で穿孔加工したセラミックスグリーンシート等を熱圧着した後に焼成することにより基板９０２を製造する従来の基板９０２の製造方法では、キャビティの立体形状の制約が大きく、液滴の吐出量を増加させることができる立体形状を有するキャビティを形成することは困難である。絶縁セラミックス粉末を分散媒に分散させたスラリーを鋳型に流し込むキャスティング法により基板９０２を製造する従来の基板９０２の製造方法では、成形密度が高い成形体を得ることが困難である。
【００１０】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、立体形状の制約が小さくなり成形密度が高い成形体が得られるセラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セラミック基板の製造方法に向けられる。
【００１２】
本発明の第１の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、を備える。
【００１３】
本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、前記型が、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部を有する。
【００１４】
本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(e) 前記工程(d)の後に前記型の圧入により窪みが形成された前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の側に第２のセラミックスグリーンシートを熱圧着する工程と、(f) 前記工程(e)の後に前記第１のセラミックスグリーンシート及び前記第２のセラミックスグリーンシートを一体的に焼成する工程と、をさらに備える。
【００１５】
本発明の第４の局面は、本発明の第１から第３までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(g) 前記工程(a)の前に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の窪みが形成される領域の外側にセラミックス層を形成する工程、をさらに備える。
【００１６】
本発明の第５の局面は、本発明の第４の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、前記セラミックス層のガラス転移温度が前記第１のセラミックスグリーンシートのガラス転移温度より低い。
【００１７】
本発明の第６の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第６の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(h) 前記工程(d)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に形成された窪みの内面と前記第１のセラミックスグリーンシートの第２の主面とを貫通する貫通孔を形成する工程、をさらに備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の局面によれば、立体形状の制約が小さくなり成形密度が高い成形体が得られる。
【００１９】
本発明の第４の局面によれば、窪みの深さを深くすることができる。
【００２０】
本発明の第５の局面によれば、熱圧着するときの加熱により第１のセラミックスグリーンシートを著しく軟化させることなくセラミックス層だけを軟化させることができるので、熱圧着するときの加圧により第１のセラミックスグリーンシートが変形することを抑制することができ、基板の寸法の精度を向上することができる。
【００２１】
本発明の第６の局面によれば、第１のセラミックスグリーンシートに型を圧入したときに貫通孔が狭窄したり閉塞したりすることを防止することができる。
【００２２】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】図１のII−IIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図３】図１のIII−IIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図４】キャビティの別例を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る液滴吐出装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係る基板の作製に使用する成形機の断面図である。
【図７】成形中のグリーンシートの温度及び型に印加される荷重の時間変化を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図９】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１１】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１３】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１４】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１６】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１７】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１８】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１９】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２０】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２１】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２２】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２３】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２４】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２５】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２６】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２７】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２８】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２９】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３０】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３１】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３２】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３３】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３４】図３０のＡ部を拡大した図である。
【図３５】第３実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３６】第３実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３７】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３８】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３９】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図４０】桟幅差を変化させた場合の相対変位量及びクロストークの変化を示す図である。
【図４１】桟幅差を変化させた場合の相対変位量及び下部電極膜の被覆率の変化を示す図である。
【図４２】桟幅差を変化させた場合の振動板のワレ不良率を示す図である。
【図４３】液滴吐出装置の各部の寸法を説明する断面図である。
【図４４】キャビティの縦断面形状による液滴の吐出量の変化を示す図である。
【図４５】従来の液滴吐出装置の斜視図である。
【図４６】図４５のXLVI−XLVIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図４７】図４５のXLVII−XLVIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜１ 第１実施形態＞
＜１−１ 液滴吐出装置１の構成＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置１の構成を示す模式図である。図１は、液滴吐出装置１の斜視図、図２は、図１のII−IIに沿う液滴吐出装置１の横断面図、図３は、図１のIII−IIIに沿う液滴吐出装置１の縦断面図である。液滴吐出装置１は、インクジェットプリンタのヘッドに使用されるインク吐出用の液滴吐出装置である。ただし、このことは、下述する液滴吐出装置１の構成や製造方法を他の種類の液滴吐出装置において採用することを妨げない。
【００２５】
図１〜図３に示すように、液滴吐出装置１は、複数個の振動体１２０を基板１０２の上面１０２１に規則的に配列した構造を有している。振動体１２０の配列間隔は、制限されないが、典型的には、７０〜２１２μｍである。
【００２６】
＜１−２ 基板１０２の構成＞
基板１０２は、絶縁セラミックスの焼成体である。絶縁セラミックスの種類は制限されないが、耐熱性、化学的安定性及び絶縁性の観点から、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことが望ましい。中でも、機械的強度及び靭性の観点から、安定化された酸化ジルコニウムが望ましい。ここで、「安定化された酸化ジルコニウム」とは、安定化剤の添加によって結晶の相転移を抑制した酸化ジルコニウムをいい、安定化酸化ジルコニウムの他、部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、基板１０２は、略平坦な上面１０２１及び下面１０２２を有する板の内部に空洞となるキャビティ１０８並びに液体の流路となる吐出孔１１０及び供給孔１１２を形成した構造を有する。細長矩形の平面形状を有するキャビティ１０８は、基板１０２の上面１０２１と細長矩形の平面形状を有する振動板１０４で隔てられている。このような構造により、振動板１０４の上面１０４１に固設された振動体１２０が振動板１０４を屈曲振動させると、キャビティ１０８に充填された液体が押圧され、吐出孔１１０から液滴が吐出される。なお、吐出孔１１０の数を２個以上としてもよいし、供給孔１１２の数を２個以上としてもよい。また、キャビティ１０８及び振動板１０４の平面形状を矩形以外としてもよく、頂点を丸めてもよい。
【００２８】
図２に示すように、液滴吐出装置１は、キャビティ１０８並びに吐出孔１１０及び供給孔１１２と振動板１０４とを備える単位構造１３１を配列して構成されている。単位構造１３１の配列方向は、振動板１０４及びキャビティ１０８の短手方向と一致している。
【００２９】
図２に示すように、キャビティ１０８の横断面形状は台形であり、キャビティ１０８の短手方向の内側面１０８１，１０８２は、基板１０２の上面１０２１に垂直な面からキャビティ１０８の短手方向に傾斜している。内側面１０８１と内側面１０８２とは、基板１０２の上面１０２１の側で相対的に遠離しており、基板１０２の下面１０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板１０２の上面１０２１と平行な短手方向のキャビティ１０８の寸法である横幅Ｗ１１は基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かって狭くなる。このように基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かってキャビティ１０８を先細りにすれば、隣接するキャビティ１０８の間の桟１０６の強度を保ったまま振動板１０４の横幅を広くすることができるので、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【００３０】
なお、内側面１０８１と内側面１０８２とが基板１０２の上面１０２１と垂直な面について対称であることは必須ではなく、図４の断面図に示すような基板５０２の上面５０２１と垂直な面について対称でない内側面５０８１，５０８２を有するキャビティ５０８をキャビティ１０８に代えて採用してもよい。
【００３１】
一方、図３に示すように、キャビティ１０８の縦断面形状も台形であり、キャビティ１０８の長手方向の内側面１０８３，１０８４は、基板１０２の上面１０２１と垂直になっている。したがって、基板１０２の上面１０２１と平行な長手方向のキャビティ１０８の寸法である縦幅Ｗ１２は一定である。
【００３２】
また、図３に示すように、キャビティ１０８の内上面１０８５すなわち振動板１０４の下面１０４２は、基板１０２の上面１０２１と平行になっている。また、キャビティ１０８の内下面１０８６は、基板１０２の上面１０２１に平行な面からキャビティ１０８の長手方向に傾斜している。したがって、基板１０２の上面１０２１と垂直な方向のキャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３は、Ｄ１１＞Ｄ１３の場合、供給孔１１２の側から吐出孔１１０の側へ向かって深くなる。（Ｄ１１＝Ｄ１３の場合は、図４７と同じ縦断面形状になる。）このようにキャビティ１０８を吐出孔１１０の側から供給孔１１２の側へ向かって先細りにすれば、吐出孔１１０の側から供給孔１１２の側への液体の流れが阻害されるので、振動板１０４を屈曲振動させてキャビティ１０８に充填された液体を押圧したときに供給孔１１２から液体が排出されることを抑制することができ、吐出孔１１０からの液滴の吐出量を増加させることができる。
【００３３】
キャビティ１０８の内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６は、段差がない平坦面となっている。このため、キャビティ１０８の横幅Ｗ１１は基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かって連続的に狭くなり、キャビティ１０８の深さＤ１１、Ｄ１３は、Ｄ１１＞Ｄ１３の場合、供給孔１１２の側から吐出孔１１０の側へ向かって連続的に深くなる。（Ｄ１１＝Ｄ１３の場合は、図４７と同じ縦断面形状になる。）このようにキャビティ１０８の内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６から気泡の原因となる段差を排除すれば、キャビティ１０８の内部における気泡の発生を抑制することができる。なお、内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６の全部から段差を排除することが最も望ましいが、内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６の一部から段差を排除しただけでもある程度の気泡抑制効果を得ることができる。
【００３４】
吐出孔１１０は、キャビティ１０８から基板１０２の外部へ至る液体の流路である。吐出孔１１０は、キャビティ１０８の内下面１０８６の長手方向の一端の近傍と基板１０２の下面１０２２とを基板１０２の上面１０２１に垂直に貫通する丸孔である。また、供給孔１１２は、基板１０２の外部からキャビティ１０８へ至る液体の流路である。供給孔１１２は、キャビティ１０８の内下面１０８６の長手方向の他端の近傍と基板１０２の下面１０２２とを基板１０２の上面１０２１に垂直に貫通する丸孔である。なお、吐出孔１１０の吐出口及び供給孔１１２の供給口を基板１０２の下面１０２２に設けることは必須ではなく、基板１０２の外面の他の場所に設けてもよい。また、吐出孔１１０及び供給孔１１２がまっすぐな孔であることも必須ではなく、曲がった孔であってもよい。さらに、吐出孔１１０及び供給孔１１２の孔径が一定であることも必須ではなく、連続的又は不連続的に細くなってもよい。
【００３５】
振動板１０４は、略平坦な上面１０４１及び下面１０４２を有する板である。ただし、振動板１０４の上面１０４１及び下面１０４２が略平坦であることは必須ではなく、若干の凹凸や湾曲を有していてもよい。振動板１０４の板厚は、０．５〜５μｍであることが望ましい。この範囲を下回ると、振動板１０４が損傷しやすくなるからであり、この範囲を上回ると、振動板１０４の剛性が高くなり、屈曲振動の変位量が減少する傾向があるからである。振動板１０４の短手方向の寸法である横幅及び長手方向の寸法である縦幅は制限されないが、横幅は０．０６〜０．２ｍｍであることが望ましく、縦幅は０．３〜２．０ｍｍであることが望ましい。
【００３６】
＜１−３ 振動体１２０の構成＞
振動体１２０は、基板１０２の上面１０２１に平行に延在する下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６を列記した順序で下から上へ積層した構造を有している。なお、１層の圧電／電歪体膜１２４を備える単層型の振動体１２０ではなく、２層以上の圧電／電歪体膜を備え圧電／電歪体膜と電極膜とを交互に積層した構造を有する多層型の振動体を採用してもよい。この場合、振動体を構成する圧電／電歪体膜の全部が電界が印加される活性層であることは必須ではなく、振動体を構成する圧電／電歪体膜の一部（典型的には、最下層や最上層の圧電／電歪体膜）が電界が印加されない不活性層であってもよい。
【００３７】
｛下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６｝
下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６は、導電材料の焼成体の膜である。導電材料の種類は制限されないが、電気抵抗及び耐熱性の観点から、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀等の金属又はこれらを主成分とする合金であることが望ましい。中でも、耐熱性に特に優れる白金又は白金を主成分とする合金であることが望ましい。
【００３８】
下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の膜厚は、０．５〜３μｍであることが望ましい。この範囲を上回ると、下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の剛性が高くなり、屈曲振動の変位量が減少する傾向があり、この範囲を下回ると、下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の電気抵抗が上昇する傾向があるからである。
【００３９】
｛圧電／電歪体膜１２４｝
圧電／電歪体膜１２４は、圧電／電歪セラミックスの焼成体の膜である。圧電／電歪セラミックスの種類は制限されないが、電界誘起歪の大きさの観点から、鉛（Ｐｂ）系ペロブスカイト酸化物であることが望ましく、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3）又は単純酸化物、複合ペロブスカイト酸化物等を導入したチタン酸ジルコン酸鉛の変性物であることがさらに望ましい。中でも、チタン酸ジルコン酸鉛とマグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3）との固溶体に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を導入したものやチタン酸ジルコン酸鉛とニッケル酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3）との固溶体であることが望ましい。
【００４０】
圧電／電歪体膜１２４の膜厚は、１〜１０μｍであることが望ましい。この範囲を下回ると、圧電／電歪体膜１２４の緻密化が不十分になる傾向があり、この範囲を上回ると、圧電／電歪体膜１２４の焼結時の収縮応力が大きくなるため、振動板１０４の板厚を厚くする必要が生じるからである。
【００４１】
｛下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０｝
振動体１２０は、下部電極膜１２２への給電経路となる下部配線電極１２８と、上部電極膜１２６への給電経路となる上部配線電極１３０とを備える。下部配線電極１２８の一端は、下部電極膜１２２と圧電／電歪体膜１２４との間にあって下部電極膜１２２の一端と電気的に導通しており、下部配線電極１２８の他端は、屈曲振動する振動板１０４が設けられた振動領域１９１の外側に位置している。上部配線電極１３０の一端は、上部電極膜１２６の上にあって上部電極膜１２６の一端と電気的に導通しており、上部電極膜１２６の他端も、振動領域１９１の外側に位置している。
【００４２】
下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０を設け、下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０の振動領域１９１の外側に位置する給電点に駆動信号を給電するようにすれば、屈曲振動に影響を与えることなく、圧電／電歪体膜１２４に電界を印加することができる。
【００４３】
｛振動体１２０の駆動｝
振動体１２０は、キャビティ１０８の上方において振動板１０４と一体化されている。このような構造により、下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０を経由して圧電／電歪体膜１２４を挟んで対向する下部電極膜１２２と上部電極膜１２６との間に駆動信号を給電し、圧電／電歪体膜１２４に電界を印加すると、圧電／電歪体膜１２４が基板１０２の上面１０２１と平行な方向に伸縮し、一体化された振動体１２０及び振動板１０４が屈曲振動する。この屈曲振動により、キャビティ１０８に充填された液体は、吐出口１１０から吐出される。
【００４４】
＜１−４ 液滴吐出装置１の製造方法＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置１の製造方法を説明するフローチャートである。図５に示すように、液滴吐出装置１は、基板１０２を作製し（ステップＳ１０１）、作製した基板１０２の上面１０２１に振動体１２０を作製する（ステップＳ１０２）ことにより製造される。
【００４５】
＜１−５ 基板１０２の作製方法＞
図６は、第１実施形態に係る基板１０２の作製に使用する成形機１８０の模式図である。図６は、成形機１８０の断面図となっている。また、図７は、絶縁セラミックスの粉末をシート形状に成形した絶縁セラミックスグリーンシート（以下では、「グリーンシート」という）１３２の温度及び型１８３に印加される荷重の時間変化を示す図である。さらに、図８〜図１１は、第１実施形態に係る基板１０２の作製方法を説明する模式図である。図８〜図１１は、作製の途上の基板１０２の断面図となっている。
【００４６】
｛成形機｝
図６に示すように、成形機１８０は、グリーンシート１３２を成形する型１８３と、グリーンシート１３２を真空吸引して固定するとともにグリーンシート１３２を加熱する熱板１８２と、型１８３を上方から支持するとともに型１８３を加熱する熱板１８５とを備える。熱板１８２，１８５には、それぞれ、加熱用のヒータ１８１，１８４が内蔵されている。
【００４７】
型１８３は、キャビティ１０８の立体形状に応じた立体形状を有する。型１８３の立体形状は、熱圧着時の変形、焼成時の収縮等を考慮して最終的に所望のキャビティ１０８の立体形状を得ることができるような立体形状とする。型１８３は、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部１８３２を基台部１８３１の下面に設けた構造を有している。
【００４８】
｛グリーンシート１３２の温度の昇温（タイミングｔ１〜ｔ２）｝
基板１０２の作製にあたっては、まず、グリーンシート１３２をヒータ１８１により加熱された熱板１８２に載置して真空吸引する。これにより、グリーンシート１３２は、熱板１８２に固定され、グリーンシート１３２の温度は、ガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温される。ガラス転移温度Ｔｇは、グリーンシート１３２に使用されているバインダの種類等によって変化するが、典型的には数１０℃である。
【００４９】
｛グリーンシート１３２への型１８３の圧入（タイミングｔ２〜ｔ３）｝
グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温した後に、型１８３に加重を加え、型１８３をグリーンシート１３２の上面１３２１に圧入する。この間、ヒータ１８１による熱板１８２の加熱を継続し、グリーンシート１３２の温度を一定の温度Ｔｔに保つことが望ましい。もちろん、温度Ｔｔは、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度である。型１８３の圧入によりグリーンシート１３２の温度が低下することを防止するため、圧入の前にヒータ１８４により型１８３をあらかじめ加熱しておくことも望ましい。このように加熱されて塑性変形しやすくなっているグリーンシート１３２に型１８３を圧入すると、図８に示すように、グリーンシート１３２が塑性変形し、型１８３の立体的形状がグリーンシート１３２の上面１３２１に転写される。
【００５０】
｛型１８３を圧入した状態の保持（タイミングｔ３〜ｔ４）｝
続いて、グリーンシート１３２の上面１３２１に型１８３を圧入した状態を保持する。この間も、ヒータ１８１による熱板１８２の加熱を継続し、グリーンシート１３２の温度を一定の温度Ｔｔに保つことが望ましい。
【００５１】
｛グリーンシート１３２の温度の降温（タイミングｔ４〜ｔ５）｝
続いて、グリーンシート１３２の上面１３２１に型１８３を圧入した状態のままヒータ１８１による熱板１８２の加熱を中止し、グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温する。もちろん、型１８３も加熱している場合には、型１８３の加熱も中止する。
【００５２】
｛グリーンシート１３２と型１８３との分離（タイミングｔ５〜ｔ６）｝
グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温した後にグリーンシート１３２と型１８３とを分離する。このとき、グリーンシート１３２は弾性をほとんど失っているので、スプリングバックはほとんど起こらず、グリーンシート１３２の上面１３２１には後にキャビティ１０８となる窪み１３４が形成される。
【００５３】
｛貫通孔１３６の形成｝
続いて、図９に示すように、窪み１３４の内下面１３４１とグリーンシート１３２の下面１３２２とを貫通する貫通孔１３６をグリーンシート１３２に形成する。貫通孔１３６は、金型で打ち抜き加工することにより形成してもよいし、レーザ光で穿孔加工することにより形成してもよい。なお、窪み１３４を形成した後に貫通孔１３６を形成すれば、グリーンシート１３２に型１８３を圧入したときに貫通孔１３６が狭窄したり閉塞したりすることを防止することができる。ただし、このことは、グリーンシート１３２の上面１３２１と下面１３２２とを貫通する貫通孔を形成した後に窪みを形成することを妨げない。
【００５４】
｛グリーンシート１３８，１４０の熱圧着｝
続いて、図１０に示すように、グリーンシート１３２の上面１３２１にグリーンシート１３８、グリーンシート１３２の下面１３２２にグリーンシート１４０を熱圧着する。グリーンシート１４０には、貫通孔１３６と同じ位置に上面１４０１と下面１４０２とを貫通する貫通孔１４２が形成されている。このようにグリーンシート１３８を熱圧着することにより窪み１３４は圧着体の内部の空洞となる。また、グリーンシート１４０を熱圧着することにより、吐出孔１１０及び供給孔１１２の長さを長くしたり、吐出孔１１０及び供給孔１１２の孔径を段階的に変化させたりすることができる。もちろん、そのような必要がない場合は、グリーンシート１４０を熱圧着することを省略してもよい。
【００５５】
｛一体的な焼成｝
続いて、グリーンシート１３２，１３８，１４０を一体的に焼成する。これにより、図１１に示すような一体化された剛性が高い基板１０２が得られる。
【００５６】
このようにインプリント成形により後にキャビティ１０８となる窪み１３４を形成すると、キャビティ１０８の立体形状の制約が小さくなるので、液滴の吐出量を増加させることができる立体形状を有するキャビティ１０８を形成することができる。
【００５７】
なお、このような立体形状を有するキャビティ１０８が形成された基板１０２は、絶縁セラミックス粉末を分散媒に分散させたスラリーを鋳型に流し込むキャスティング法により作製することもできるし、半導体装置の製造と同様にして素基板をエッチング加工するエッチング法により作製することもできる。ただし、キャスティング法及びエッチング法には、上述したインプリント法と対比して以下の問題がある。
【００５８】
すなわち、キャスティング法では、成形密度が高い成形体を得ることが困難であるのに加えて、熱圧着するときに桟１０６以外の部分に圧力を印加することができないため、焼成により得られた基板１０２において桟１０６以外の部分の気孔率が高くなり、剛性が高い基板１０２を得ることができない。
【００５９】
また、エッチング法では、キャビティ１０８の内下面１０８６を傾斜させることは困難であり、内側面１０８１，１０８２を傾斜させることは可能ではあるが手間がかかり、内側面１０８１，１０８２を平坦面とすることは困難である。また、貼りあわせにより振動板１０４を形成するため、剛性が高い基板１０２を得ることができない。
【００６０】
＜１−６ 振動体１２０の作製方法＞
図１２〜図２１は、第１実施形態に係る振動体１２０の作製方法を説明する模式図である。図１２〜図２１は、基板１０２及び作製の途上の振動体１２０の断面図となっている。
【００６１】
｛下部電極膜１２２の形成｝
振動体１２０の作製にあたっては、まず、図１２に示すように、下部電極膜１２２を形成する領域（以下では、「下部電極膜形成領域」という）１９２の外側を覆うレジストパターン１４２を基板１０２の上面１０２１に形成する。レジストパターン１４２は、基板１０２の上面１０２１を覆う後述するレジスト膜１５２を基板１０２をフォトマスクとしてフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成する。
【００６２】
レジストパターン１４２を形成した後に、図１３に示すように、基板１０２の上面１０２１の下部電極膜形成領域１９２に後に下部電極膜１２２となる導電材料膜１４４を形成する。なお、レジストパターン１４２は後に除去されるので、下部電極膜形成領域１９２の外側に導電材料膜１４４がはみ出しても問題はない。導電材料膜１４４の形成は、導電材料を分散媒に分散させたペースト（以下では「導電ペースト」という）や導電材料のレジネートを溶媒に溶解させた溶液（以下では「導電レジネート溶液」という）を塗布してから分散媒又は溶媒を除去することによって行ってもよいし、導電材料を蒸着することにより行ってもよい。導電ペーストの塗布は、スクリーン印刷等により行うことができ、導電レジネート溶液の塗布は、スピンコート、吹きつけ等により行うことができる。導電材料の蒸着は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等により行うことができる。
【００６３】
導電材料膜１４４を形成した後に、図１４に示すように、下部電極膜形成領域１９２の外側に残存しているレジストパターン１４２を剥離して除去する。これにより、キャビティ１０８と同じ平面位置に導電材料膜１４４が形成される。レジストパターン１４２の剥離は、薬液法により行う。また、レジストパターン１４２の剥離を、熱処理法、プラズマ処理法等により行ってもよく、熱処理法により行う場合、処理温度は２００〜３００℃であることが望ましい。
【００６４】
レジストパターン１４２を剥離した後に、導電材料膜１４４を焼成する。これにより、図１５に示すように、導電材料膜１４４は、下部電極膜１２２となり、キャビティ１０８と同じ平面位置に下部電極膜１２２が形成される。下部電極膜１２２は、振動板１０４の上面１０４１に固着される。ここでいう「固着」とは、下部電極膜１２２と振動板１０４との界面における固相反応（相互拡散反応）により下部電極膜１２２と振動板１０４とを接着剤を用いないで接合することである。このような「固着」による下部電極膜１２２と振動板１０４との接合には、振動体１２０を振動板１０４に押し付ける必要がないので、振動板１０４が薄くなっても振動板１０４が損傷しにくくなるという利点がある。このことは、液滴吐出装置１の小型化に寄与する。白金のナノ粒子を分散媒に分散させた導電ペーストをスクリーン印刷することにより導電材料膜１４４を形成した場合、焼成温度は２００〜３００℃以下であることが望ましく、白金の粉末を分散媒に分散させた導電ペーストをスクリーン印刷することにより導電材料膜を形成した場合、焼成温度は１０００℃〜１３５０℃であることが望ましい。また、白金レジネートを溶媒に溶解させた導電レジネート溶液をスピンコートすることにより導電材料膜１４４を形成した場合、焼成温度は６００℃〜８００℃以下であることが望ましい。
【００６５】
｛下部配線電極１２８の形成｝
続いて、下部配線電極１２８を形成する。下部配線電極１２８は、導電ペーストをスクリーン印刷した後に焼成することにより形成してもよいし、導電材料を蒸着することにより形成してもよい。
【００６６】
｛圧電／電歪体膜１２４の形成｝
続いて、図１６に示すように、後に圧電／電歪体膜１２４となる圧電／電歪材料膜１４６を形成する。圧電／電歪材料膜１４６の形成は、圧電／電歪材料を分散媒に分散させたスラリーに、仕掛品及び対向電極を間隔を置いて浸漬するとともに下部電極膜１２２と対向電極とに電圧を印加し、圧電／電歪材料を下部電極膜１２２に向かって電気泳動させることにより行うことができる。これにより、下部電極膜１２２と同じ平面位置に圧電／電歪材料膜１４６が形成される。なお、電気泳動法により形成した圧電／電歪体膜１２４に代えて、下部電極膜１２２をフォトマスクとして基板１０２の上面１０２１を覆うレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成したレジストパターンを使用して形成した圧電／電歪体膜を用いてもよい。
【００６７】
圧電／電歪材料膜１４６を形成した後に、圧電／電歪材料膜１４６を焼成する。これにより、図１７に示すように、圧電／電歪材料膜１４６は、圧電／電歪体膜１２４となり、下部電極膜１２２と同じ平面位置に圧電／電歪体膜１２４が形成される。圧電／電歪材料膜１４６の焼成は、仕掛品をアルミナ、マグネシア等のサヤに収容した状態で行うことが望ましい。
【００６８】
｛上部電極膜１２６の形成｝
圧電／電歪材料膜１４６を焼成した後に、図１８に示すように、圧電／電歪体膜１２４を形成した領域（以下では「圧電／電歪体膜形成領域」という）１９３の外側を覆うレジストパターン１４８を基板１０２の上面１０２１に形成する。レジストパターン１４２は、圧電／電歪体膜１２４をフォトマスクとして基板１０２の上面１０２１を覆う後述するレジスト膜１６０をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成する。
【００６９】
レジストパターン１４８を形成した後に、図１９に示すように、基板１０２の上面１０２１の圧電／電歪体膜形成領域１９３に後に上部電極膜１２６となる導電材料膜１５０を圧電／電歪体膜１２４の上に重ねて形成する。なお、レジストパターン１４８は後に除去されるので、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に導電材料膜１５０がはみ出しても問題はない。導電材料膜１５０の形成は、上述した導電材料膜１４４と同様に行うことができる。
【００７０】
導電材料膜１５０を形成した後に、図２０に示すように、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に残存しているレジストパターン１４８を剥離して除去する。これにより、圧電／電歪体膜１２４と同じ平面位置に導電材料膜１５０が形成される。レジストパターン１４８の剥離は、上述したレジストパターン１４２の剥離と同様に行うことができる。
【００７１】
レジストパターン１４８を剥離した後に、導電材料膜１５０を焼成する。これにより、図２１に示すように、導電材料膜１５０は、上部電極膜１２６となり、圧電／電歪体膜１２４と同じ平面位置に上部電極膜１２６が形成される。導電材料膜１５０の焼成は、上述した導電材料膜１４４の焼成と同様に行うことができる。
【００７２】
｛上部配線電極１３０の形成｝
導電材料膜１５０を焼成した後に、上部配線電極１３０を形成する。上部配線電極１３０は、下部配線電極１２８と同様に形成することができる。
【００７３】
＜１−７ レジストパターン１４２，１４８の形成方法＞
図２２〜図２８は、第１実施形態に係るレジストパターン１４２，１４８の形成方法を説明する模式図である。図２２〜図２８は、基板１０２及び作製の途上のレジストパターン１４２，１４８の断面図となっている。
【００７４】
レジストパターン１４２の形成にあたっては、まず、図２２に示すように、基板１０２の上面１０２１に全面を覆うレジスト膜１５２を形成する。レジスト膜１５２は、露光されると現像液に対する溶解性が低下するネガ型の感光膜である。
【００７５】
レジスト膜１５２を形成した後に、図２３に示すように、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填し、下部電極膜形成領域１９２を遮蔽するマスクの機能を基板１０２に付与する。基板１０２は、同種の絶縁セラミックスを一体焼成したセラミックス基板であることが望ましい。異種の材料の界面が基板１０２からなくなれば、当該界面における光の屈折又は散乱が抑制されるので、パターニングに必要な光を安定して得ることができるからである。また、基板１０２は透光体であることが望ましい。したがって、基板１０２を構成する絶縁セラミックスは、光を透過する酸化イットリウム等、又は、光を透過しやすいジルコニア、アルミナ等であることが望ましい。基板１０２が透光体であれば、パターニングに必要な光を十分に得ることができるからである。
【００７６】
レジスト膜１５２を形成し、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填した後に、図２４に示すように、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、下部電極膜形成領域１９２の外側に形成されているレジスト膜１５２を選択的に露光して未露光部１５６及び露光部１５８を形成する。これにより、レジスト膜１５２には、キャビティ１０８の平面形状を反転転写した潜像が描写される。
【００７７】
潜像を描写した後、図２５に示すように、下部電極膜形成領域１９２に形成されているレジスト膜１５２の未露光部１５６を現像により除去する。
【００７８】
潜像を現像した後に、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、下部電極膜形成領域１９２の外側に残存している露光部１５８をさらに露光し、露光部１５８を焼き固めるとともに、キャビティ１０８から遮光剤１５４を除去する。これにより、図１２に示すレジストパターン１４２が完成する。
【００７９】
なお、レジストパターン１４２の形成にあたって、露光されると現像液に対する溶解性が上昇するポジ型のレジスト膜をネガ型のレジスト膜１５２に代えて使用することもできる。この場合、キャビティ１０８に斜光剤１５４を充填することなく、キャビティ１０８の部分の光の透過率が残余の部分の光の透過率よりも高いことを利用して、キャビティ１０８の平面形状を反転転写した潜像をレジスト膜に描写する。
【００８０】
一方、レジストパターン１４８の形成にあたっては、まず、図２６に示すように、基板１０２の上面１０２１に圧電／電歪体膜１２４の上に重ねて全面を覆うレジスト膜１６０を形成する。レジスト膜１６０は、露光されると現像液に対する溶解性が低下するネガ型の感光膜である。
【００８１】
レジスト膜１６０を形成した後に、図２７に示すように、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に形成されているレジスト膜１６０を選択的に露光して未露光部１６２及び露光部１６４を形成する。これにより、レジスト膜１６０には、圧電／電歪体膜１２４の平面形状を反転転写した潜像が描写される。
【００８２】
潜像を描写した後、図２８に示すように、圧電／電歪体膜形成領域１９３に形成されているレジスト膜１６０の未露光部１６２を現像により除去する。
【００８３】
潜像を現像した後に、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に残存している露光部１６４をさらに露光し、露光部１６４を焼き固める。これにより、図１８に示すレジストパターン１４８が完成する。
【００８４】
＜１−８ 振動体１２０の作製方法の利点＞
このような振動体１２０の作製方法によれば、キャビティ１０８の平面位置と下部電極膜１２２の平面位置とのずれを防ぐことができ、下部電極膜１２２の平面位置と圧電／電歪体膜１２４の平面位置とのずれを防ぐことができ、圧電／電歪体膜１２４の平面位置と上部電極膜１２６の平面位置とのずれを防ぐことができる。これにより、キャビティ１０８の平面位置と振動体１２０を構成する下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６の平面位置とのずれを防ぐことができ、結果として、キャビティ１０８の平面位置と振動体１２０の平面位置とのずれを防ぐことができる。このことは、振動体１２０を含んで構成される圧電／電歪アクチュエータのインクの吐出量のばらつきを抑制することに寄与する。
【００８５】
また、振動体１２０を構成する最下層の膜である下部電極膜１２２の形成にあたって、キャビティ１０８の部分とそれ以外の部分とで光の透過率が異なる基板１０２をフォトマスクとしてパターニングしたレジストパターンを使用した場合、光の透過率が振動領域１９１の外側に近づく振動領域１９１の周縁部には下部電極膜１２２が形成されないので、振動体１２０が振動領域１９１の外側にはみ出して屈曲振動の変位量の低下の原因となることも防止することができる。
【００８６】
ただし、これらのことは、下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６の全部又は一部を上述した方法とは異なる方法、例えば、スクリーン印刷により形成した塗布膜を焼成することにより形成することを妨げない。
【００８７】
＜２ 第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態に係る基板１０２の作製方法に代えて採用することができる基板２０２の作製方法に関する。
【００８８】
＜２−１ 基板２０２の作製方法＞
図６は、第２実施形態に係る基板２０２の作製に使用する成形機２８０の模式図でもある。また、図７は、グリーンシート２３２の温度及び型２８３に印加される荷重の時間変化を示す図でもある。さらに、図２９〜図３２は、第２実施形態に係る基板２０２の作製方法を説明する模式図である。図２９〜図３２は、作製の途上の基板２０２の横断面図となっている。
【００８９】
｛接着層２５２の形成｝
基板２０２の作製にあたっては、まず、図２９に示すように、グリーンシート２３２の上面２３２１の窪み２３４が形成される領域すなわち型２８３が圧入される領域の外側に接着層２５２を形成する。接着層２５２に含まれる絶縁セラミックスの組成は、グリーンシート２３２に含まれる絶縁セラミックスの組成と略同一とすることが望ましい。また、接着層２５２には、グリーンシート２３２より多量のバインダを含有させ、接着層２５２のガラス転移温度がグリーンシート２３２のガラス転移温度よりも低くなるようにすることが望ましい。接着層２５２の膜厚は、窪み２３４の深さの３０〜５０％程度とすることが望ましく、０．０１〜０．０５ｍｍとすることが望ましい。また、接着層２５２の幅は、０．０１〜０．０８ｍｍとすることが望ましい。接着層２５２は、例えば、絶縁セラミックスの粉末及びバインダを分散媒に分散させたペーストをスクリーン印刷法やスポッティング法で塗布することにより形成する。ただし、このことは、他の方法で接着層２５２を形成することを妨げない。
【００９０】
｛グリーンシート２３２の温度の昇温（タイミングｔ１〜ｔ２）｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２をヒータ２８１により加熱された吸引台２８２に載置して真空吸引する。これにより、グリーンシート２３２は、熱板２８２に固定され、グリーンシート２３２の温度は、ガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温される。
【００９１】
｛グリーンシート２３２への型２８３の圧入（タイミングｔ２〜ｔ３）｝
グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温した後に、第１実施形態の場合と同様にして、型２８３をグリーンシート２３２の上面２３２１に圧入する。このように加熱されて塑性変形しやすくなっているグリーンシート２３２に型２８３を圧入すると、図３０に示すように、グリーンシート２３２が塑性変形し、型２８３の立体的形状がグリーンシート２３２の上面２３２１に転写される。
【００９２】
グリーンシート２３２への型２８３の圧入のときには、接着層２５２にも型２８３を接触させ、型２８３で接着層２５２を塑性変形させることが望ましい。これにより、グリーンシート２３２及び接着層２５２で後に桟２０６となる立体構造物を構成することができるので、窪み２３４の深さを深くすることができ、キャビティ２０８の深さを深くすることができる。また、図３０のＡ部を拡大した図３４に示すように、グリーンシート２３２と接着層２５２との間に段差が生じることもなく、立体構造物の表面を略平坦とすることができる。接着層２５２に型２８３を接触させる場合は、接着層２５２と型２８３との離型性を向上するため、型２８３に離型剤を塗布したり、型２８３をフッ素樹脂等でコーティングしたりすることが望ましい。
【００９３】
｛型２８３を圧入した状態の保持（タイミングｔ３〜ｔ４）｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２の上面２３２１に型２８３を圧入した状態を保持する。
【００９４】
｛グリーンシート２３２の温度の降温（タイミングｔ４〜ｔ５）｝
続いて、グリーンシート２３２の上面２３２１に型２８３を圧入した状態のままヒータ２８１による熱板２８２の加熱を中止し、グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温する。もちろん、型２８３も加熱している場合には、型２８３の加熱も中止する。
【００９５】
｛グリーンシート２３２と型２８３との分離（タイミングｔ５〜ｔ６）｝
グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温した後にグリーンシート２３２と型２８３とを分離する。このとき、グリーンシート２３２は弾性をほとんど失っているので、スプリングバックはほとんど起こらず、グリーンシート２３２の上面２３２１には後にキャビティ２０８となる窪み２３４が形成される。
【００９６】
｛貫通孔２３６の形成｝
続いて、図３１に示すように、第１実施形態の場合と同様にして、窪み２３４の内下面２３４１とグリーンシート２３２の下面２３２２とを貫通する貫通孔２３６をグリーンシート２３２に形成する。
【００９７】
｛グリーンシート２３８，２４０の熱圧着｝
続いて、図３２に示すように、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２の上面２３２１の接着層２５２の上にグリーンシート２３８、グリーンシート２３２の下面２３２２にグリーンシート２４０を熱圧着する。グリーンシート２４０には、貫通孔２３６と同じ位置に上面２４０１と下面２４０２とを貫通する貫通孔２４２が形成されている。このようにグリーンシート２３８を熱圧着することにより窪み２３４は圧着体の内部の空洞となる。なお、上述したように接着層２５２のガラス転移温度がグリーンシート２３２のガラス転移温度よりも低くなっている場合は、熱圧着のときの加熱によりグリーンシート２３２を著しく軟化させることなく接着層２５２だけを軟化させることが可能になる。したがって、グリーンシート２４０を熱圧着するときの加圧によりグリーンシート２３２が変形することを抑制することができ、基板２０２の寸法の精度、例えば、単位構造同士の相対的な位置の精度を向上することができる。
【００９８】
｛一体的な焼成｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２，２３８，２４０及び接着層２５２を一体的に焼成する。これにより、図３３に示すような一体化された剛性が高い基板２０２が得られる。
【００９９】
このような基板２０２は、第１実施形態に係る基板１０２に代えて使用することができるが、キャビティ２０８の深さを深くすることができ、液滴の吐出量を増加させることができるという有利な効果を有している。
【０１００】
＜３ 第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態に係るキャビティ１０８に代えて採用することができるキャビティ３０８に関する。
【０１０１】
図３５〜図３６は、キャビティ３０８が形成された基板３０２の模式図である。図３５は、図２と同様の断面における基板３０２の横断面図、図３６は、図３と同様の断面における基板３０２の縦断面図である。
【０１０２】
図３５に示すように、キャビティ３０８の短手方向の内側面３０８１，３０８２は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１に垂直な面からキャビティ３０８の短手方向に傾斜している。内側面３０８１と内側面３０８２とは、基板３０２の上面３０２１の側で相対的に遠離しており、基板３０２の下面３０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板３０２の上面３０２１と平行な短手方向のキャビティ３０８の寸法である横幅Ｗ３１は基板３０２の上面３０２１の側から基板３０２の下面３０２２の側へ向かって狭くなる。
【０１０３】
一方、第３実施形態では、図３６に示すように、キャビティ３０８の長手方向の内側面３０８３，３０８４も、基板３０２の上面３０２１に垂直な面からキャビティ３０８の長手方向に傾斜している。内側面３０８３と内側面３０８４とは、基板３０２の上面３０２１の側で相対的に遠離しており、基板３０２の下面３０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板３０２の上面３０２１と平行な長手方向のキャビティ３０８の寸法である縦幅Ｗ３２は基板３０２の上面３０２１の側から基板３０２の下面３０２２の側へ向かって狭くなる。
【０１０４】
図３６に示すように、キャビティ３０８の内上面３０８５すなわち振動板３０４の下面３０４２は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１と平行になっている。また、キャビティ３０８の内下面３０８６は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１に平行な面からキャビティ３０８の長手方向に傾斜している。したがって、基板３０２の上面３０２１と垂直な方向のキャビティ３０８の寸法である深さＤ３１は、供給孔３１２の側から吐出孔３１０の側へ向かって深くなる。
【０１０５】
このようなキャビティ３０８をキャビティ１０８に代えて採用しても、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１０６】
＜４ 第４実施形態＞
第４実施形態は、第１実施形態に係るキャビティ１０８に代えて採用することができるキャビティ４０８に関する。
【０１０７】
図３７〜図３９は、キャビティ４０８が形成された基板４０２の模式図である。図３７は、図３と同様の断面における基板４０２の縦断面図、図３８は、図３７のXXXVIII-XXXVIIIに沿う基板４０２の横断面図、図３９は、図３７のXXXIX-XXXIXに沿う基板４０２の横断面図である。
【０１０８】
図３７に示すように、キャビティ４０８の内上面４０８５すなわち振動板４０４の下面４０４２は、第１実施形態の場合と同様に、基板４０２の上面４０２１と平行になっている。また、振動板４０４の下面４０４２と対向するキャビティ４０８の内底面４０８６は、基板４０２の上面４０２１に平行な面からキャビティ４０８の長手方向に傾斜しているが、供給孔４１２の側にある相対的に小さな範囲を占める第１の部分４７２においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かってキャビティ４０８の内底面４０８６が振動板４０４の下面４０４２へ近づき、吐出孔４１０の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分４７４においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かってキャビティ４０８の内底面４０８６が振動板４０４の下面４０４２から遠ざかる。したがって、基板４０２の上面４０２１と垂直な方向のキャビティ４０８の寸法である深さＤ４１は、第１の部分４７２においては供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって浅くなり、第２の部分４７４においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって深くなる。このように吐出孔４１０の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分においてキャビティ４０８を吐出孔４１０の側から供給孔４１２の側へ向かって先細りにすれば、吐出孔４１０の側から供給孔４１２の側への液体の流れが阻害されるので、振動板４０４を屈曲振動させてキャビティ４０８に充填された液体を押圧したときに供給孔４１２から液体が排出されることを抑制することができ、吐出孔４１０からの液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１０９】
キャビティ４０８の内側面４０８１〜４０８４及び内上面４０８５、段差がない平坦面となっている。また、キャビティ４０８の内底面４０８６も、第１の部分４７２及び第２の部分４７４の各々において段差がない平坦面となっている。このため、キャビティ４０８の横幅Ｗ４１は基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かって連続的に狭くなり、キャビティ４０８の深さＤ４１は、第１の部分４７２において供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって連続的に浅くなり、第２の部分４７４において供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって連続的に深くなる。このようにキャビティ４０８の内側面４０８１〜４０８４、内上面４０８５及び内下面４０８６から気泡の原因となる段差を減らせば、キャビティ４０８の内部における気泡の発生を抑制することができる。
【０１１０】
キャビティ４０８には、キャビティ１０８と比較して、型の圧入の後のグリーンシートの密度差に起因する基板４０２の下面４０２２のうねりを抑制することができるという利点がある。すなわち、キャビティ１０８を採用した場合、基板１０２の下面１０２２が下方に突出するうねりが発生しやすいが、キャビティ４０８を採用した場合、第１の部分４７２のうねりに対する寄与と第２の部分４７４のうねりに対する寄与を相殺することができ、基板４０２の下面４０２２が下方に突出するうねりが発生しにくい。
【０１１１】
図３８及び図３９に示すように、キャビティ４０８の短手方向の内側面４０８１，４０８２は、第１実施形態の場合と同様に、基板４０２の上面４０２１に垂直な面からキャビティ４０８の短手方向に傾斜している。内側面４０８１と内側面４０８２とは、基板４０２の上面４０２１の側で相対的に遠離しており、基板４０２の下面４０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板４０２の上面４０２１と平行な短手方向のキャビティ４０８の寸法である横幅Ｗ４１は基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かって狭くなる。このように基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かってキャビティ４０８を先細りにすれば、隣接するキャビティ４０８の間の桟４０６の強度を保ったまま振動板４０４の横幅を広くすることができるので、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１１２】
一方、図３７に示すように、キャビティ４０８の長手方向の内側面４０８３，４０８４は、基板４０２の上面４０２１と垂直になっている。したがって、基板４０２の上面４０２１と平行な長手方向のキャビティ４０８の寸法である縦幅Ｗ４２は一定である。
【０１１３】
このようなキャビティ４０８をキャビティ１０８に代えて採用しても、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１１４】
第４実施形態については、下部電極膜と振動板とを相互拡散反応により固着することは必須ではないし、振動板４０４を屈曲させる振動体の構造も制限されない。したがって、本願は、以下の発明を含む。
【０１１５】
液滴吐出装置であって、
第１の主面と振動板で隔てられたキャビティ並びに前記キャビティから外部へ至る第１の液体の流路及び外部から前記キャビティへ至る第２の液体の流路が形成された基板と、
前記振動板に固設され前記振動板を屈曲振動させる振動体と、
を備え、
前記第２の流体の流路の側にある相対的に小さな範囲を占める第１の部分において前記第２の液体の流路の側から前記第１の液体の流路の側へ向かって前記第１の主面と垂直な第１の方向の前記キャビティの寸法である深さが浅くなり、
前記第１の流体の流路の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分において前記第２の液体の流路の側から前記第１の液体の流路の側へ向かって前記キャビティの深さが深くなる、
液滴吐出装置。
【実施例】
【０１１６】
＜その１＞
以下では、図２又は図４６に示す横断面形状が台形又は長方形のキャビティ１０８，９０８を有する液滴吐出装置１，９を試作し、その特性を評価した結果について説明する。この試作では、基板１０２，９０２は、ジルコニア製とし、振動板１０４、９０４の厚みは１〜３μｍ、キャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３はＤ１１＝Ｄ１３とし（図４７と同じ縦断面形状）、キャビティ１０８，９０８の上端における幅ＷＣは６０μｍ（図４３参照）、単位構造１３１，９３１の配列間隔は７０μｍとした。屈曲変位の変位量は、レーザドップラー法により測定した。
【０１１７】
｛相対変位量及びクロストーク｝
【０１１８】
図４０のグラフは、桟１０６，９０６の上端における桟幅ＷＵと下端における桟幅ＷＬとの桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵ（図４３参照）を変化させた場合の相対変位量及びクロストークの変化を示している。もちろん、ＤＷ＞０の場合には、図２に示す横断面形状が台形のキャビティ１０８が得られ、ＤＷ＝０の場合には、図４６に示す横断面形状が長方形のキャビティ９０８が得られる。このことは、続いて説明する「下部電極膜１２２，９２２の被覆率」及び「振動板１０４，９０４のワレ不良率」においても同様である。
【０１１９】
ここでいう「相対変位量」は、隣接する３個の振動体１２０，９２０のうちの中央の振動体１２０，９２０のみを駆動した場合の中央の振動体１２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ１の最大値を１００％としたときの相対値を意味している。また、ここでいう「クロストーク」は、隣接する３個の振動体１２０，９２０の全部を同時に駆動した場合の中央の振動体１２０，９２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ３と、隣接する３個の振動体１２０，９２０のうちの中央の振動体１２０，９２０のみを駆動した場合の中央の振動体１２０，９２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ１との差Ｒ３−Ｒ１の、屈曲変位量Ｒ１に対する比（Ｒ３−Ｒ１）／Ｒ１を意味している。
【０１２０】
図４０に示すように、桟幅差ＤＷが約１８μｍのときに相対変位量は最大となり、桟幅差ＤＷが約１８μｍを下回っているときは、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて相対変位量が大きくなり、桟幅差ＤＷが約１８μｍを上回っているときは、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて相対変位量が小さくなる。これは、桟幅差ＤＷが小さくなりすぎると、下部電極膜１２２，９２２の被覆率が大きくなり、振動板１０４，９０４のうち、下部電極膜１２２，９２２に被覆されない撓みやすい部分の面積が狭くなるからである。一方、桟幅差ＤＷが大きくなりすぎると、下部電極膜１２２，９２２の被覆率が小さくなり、圧電／電歪体膜１２４，９２４のうち電界が印加される部分の面積が小さくなるからである。
【０１２１】
一方、クロストークの絶対値は、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて小さくなる。
【０１２２】
相対変位量及びクロストークを総合的に考慮すると、望ましい桟幅差ＤＷの範囲は、概ね、１０〜２５μｍである。
【０１２３】
｛下部電極膜１２２，９２２の被覆率｝
図４１のグラフは、桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵを変化させた場合の相対変位量及び下部電極膜１２２，９２２の被覆率の変化を示している。ここでいう「被覆率」は、短手方向のキャビティ１０８，９０８すなわち振動板１０４，９０４の寸法である幅ＷＣに対する短手方向の下部電極膜１２２，９２２の寸法である幅ＷＥの比ＷＥ／ＷＣ（図４３参照）を意味している。
【０１２４】
図４１に示すように、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれ、被覆率は小さくなる。これは、桟幅差ＤＷが大きくなると、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填したマスクとしての基板１０２において、キャビティ１０８の端部の近傍を光が通りやすくなるからである。
【０１２５】
相対変位量を考慮すると、望ましい被覆率の範囲は８０〜９０％である。この望ましい被覆率の範囲は、キャビティ１０８に代えてキャビティ３０８又はキャビティ４０８を採用した場合も同様である。
【０１２６】
横断面形状が「台形」のキャビティ１０８を採用した場合、振動板１０４には、下部電極膜１２２に被覆される、すなわち、下部電極膜１２２が固着される固着領域１７２の短手方向両側に短手方向の寸法である幅が等しい下部電極膜１２２が固着されない非固着領域１７４，１７６ができる（図４３（ａ）参照）。このような撓みやすい非固着領域１７４，１７６が固着領域１７２の両側にあることも、相対変位量の向上に寄与する。
【０１２７】
｛振動板１０４，９０４のワレ不良率｝
図４２のグラフは、桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵを変化させた場合の振動板１０４，９０４のワレ不良率の変化を示している。
【０１２８】
図４２に示すように、桟幅差ＤＷが約２５μｍを上回っているときは、振動板１０４，９０４のワレ不良率は顕著に大きくなる。これは、桟幅差ＤＷが大きくなりすぎると、振動板１０４，９０４のうち、保護膜としても機能する下部電極膜１２２，９２２によって被覆されない部分の面積が広くなるからである。
【０１２９】
＜その２＞
以下では、図３又は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ１０８，４０８を有する液滴吐出装置を試作し、その特性を評価した結果について説明する。この試作では、基板１０２，４０２は、ジルコニア製とし、振動板１０４、４０４の厚みは１〜３μｍ、キャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３はＤ１１≧Ｄ１３とし、キャビティ１０８，４０８の上端における幅２Ｃ1は６０μｍ、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の上端における幅２Ｃ1と下端における幅２Ｃ2との差２Ｃ1−２Ｃ2は１０〜２５μｍ、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の深さｓは６０〜８０μｍとした（図３７〜図３９参照）。
【０１３０】
｛横断面の断面積の比Ａ2／Ａ1の影響｝
表１は、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の横断面の断面積Ａ1に対するキャビティ１０８，４０８が最も浅くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の横断面の断面積Ａ2の比Ａ2／Ａ1を変化させた場合の下部電極膜１２２の幅のばらつきσ、基板１０４，４０４のうねり及び液滴の吐出量の変化を示している。比Ａ2／Ａ1は、式（１）により算出される。
【０１３１】
【表１】
【０１３２】
【数１】
【０１３３】
表１は、後述する比ｂ／ａを０．７〜０．９としたときの結果を示している。もちろん、深さｓと深さｔとが異なる場合は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ４０８が得られ、深さｓと深さｔとが異ならない場合は図３に示す縦断面形状でＤ１１＝Ｄ１３の場合の縦断面形状（図４７と同じ縦断面形状）を有するキャビティ１０８が得られる。
【０１３４】
ここでいう「下部電極膜１２２の幅のばらつき」は、キャビティ１０８，４０８が最も浅くなる位置における短手方向の下部電極膜１２２の寸法である幅とキャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置における短手方向の下部電極膜１２２の寸法である幅の差を意味している。下部電極膜１２２の幅のばらつきが生じるのは、キャビティ４０８が最も浅くなる位置に近づくにつれて遮光剤による遮光が不十分になるため、レジスト膜１５２の未露光部１５６の幅が狭くなるからである。また、ここでいう「吐出量」は、比Ａ2／Ａ1＝１であるときの値を１としたときの相対値を意味している。
【０１３５】
表１に示すように、下部電極膜１２２の幅のばらつきは、比Ａ2／Ａ1が０．６〜１であれば問題とならないが、比Ａ2／Ａ1が０．６より小さくなると大きくなる。これに起因して、比Ａ2／Ａ1が０．６より小さくなると吐出量の低下が顕著になる。一方、比Ａ2／Ａ1が０．８より大きくなっても吐出量の低下が顕著になる。
【０１３６】
また、表１に示すように、基板のうねりは、比Ａ2／Ａ1が０．６〜０．８であれば問題とならないが、この範囲外となると問題となる。
【０１３７】
これらのことから、比Ａ2／Ａ1の望ましい範囲は、０．６〜０．８である。
【０１３８】
｛距離の比ｂ／ａの影響｝
表２は、キャビティの長手方向の中心の位置からキャビティ４０８が最も深くなる位置までの距離ａに対する中心の位置からキャビティ４０８が最も浅くなる位置までの距離ｂの比ｂ／ａを変化させた場合の吐出量、逆流量及びその他不具合の変化を示している。もちろん、比ｂ／ａが１でない場合は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ４０８が得られ、比ｂ／ａが１である場合は図３に示す縦断面形状でＤ１１＞Ｄ１３の場合の縦断面形状を有するキャビティ１０８が得られる。表２は、先述した比Ａ2／Ａ1を０．６〜０．８としたときの結果を示している。
【０１３９】
【表２】
【０１４０】
ここでいう「吐出量」は、表１の横断面の断面積比Ａ2／Ａ1が１である時の吐出孔４１０から吐出される液滴の吐出量を１としたときの、吐出孔４１０から吐出される液滴の吐出量の相対値を意味している。
【０１４１】
ここでいう「逆流量」は、供給孔４１２から吐出される液滴の吐出量を表１の横断面の断面積比Ａ2／Ａ1が１である時の吐出量と比較した結果である。
【０１４２】
表２に示すように、吐出量は、比ｂ／ａが０．５〜１．０の範囲全てで吐出量が１．２倍になる。
【０１４３】
また、表２に示すように、逆流量は、比ｂ／ａが０．７〜１であれば同等又は減少するが、比が０．７より小さくなると増加する。
【０１４４】
さらに、比ｂ／ａが０．５〜０．９の範囲内にあればその他不具合を生じないが、比ｂ／ａが０．９より大きくなると離型が安定しないという問題を生じる。
【０１４５】
これらのことから、比ｂ／ａの望ましい範囲は、０．７〜０．９である。
【０１４６】
＜その３＞
｛液滴吐出量｝
図４４の一覧表の中の実施例１、２の欄には、図３に示すような縦断面形状が台形のキャビティ１０８を有する液滴吐出装置１におけるキャビティ１０８の深さ及び液滴の吐出量が示されている。また、図４４の一覧表の中の比較例１の欄には、図４７に示すような縦断面形状が長方形のキャビティ９０８を有する液滴吐出装置９におけるキャビティ９０８の深さ及び液滴の吐出量が示されている。ここでいう「液滴の吐出量」は、振動体１２０，９２０を所定回数だけ駆動したときに吐出孔１１０，９１０から吐出された液滴の総重量であり、比較例１を「１」とした場合の相対値である。なお、実施例１、２及び比較例１においては、最上端におけるキャビティの横幅Ｗ１１，Ｗ９１は１８０μｍとしている。また、最上端におけるキャビティの縦幅Ｗ１２，Ｗ９２は１．１ｍｍとしている。
【０１４７】
図４４に示すように、キャビティの縦断面形状を台形とした場合の方が長方形とした場合よりも液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１４８】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。特に、説明した技術を適宜組み合わせることは当然に予定されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４５〜図４７は、従来の液滴吐出装置９の構成を示す模式図である。図４５は、液滴吐出装置９の斜視図、図４６は、図４５のXLVI−XLVIに沿う液滴吐出装置９の横断面図、図４７は、図４５のXLVII−XLVIIに沿う液滴吐出装置９の縦断面図となっている。
【０００３】
図４５〜図４７に示すように、液滴吐出装置９は、複数個の振動体９２０を基板９０２の上面９０２１に規則的に配列した構造を有している。
【０００４】
図４６及び図４７に示すように、基板９０２は、板の内部にキャビティ９０８並びに液体の流路となる吐出孔９１０及び供給孔９１２を形成した構造を有する。キャビティ９０８は、基板９０２の上面９０２１と振動板９０４で隔てられている。このような構造により、振動板９０４の上面９０４１に固設された振動体９２０が振動板９０４を屈曲振動させると、キャビティ９０８に充填された液体が押圧され、吐出孔９１０から液滴が吐出される。
【０００５】
図４６及び図４７に示すように、従来の液滴吐出装置９では、キャビティの横幅Ｗ９１、縦幅Ｗ９２及び深さＤ９１はいずれも一定となっている。これは、金型で打ち抜き加工したセラミックスグリーンシートやレーザ光で穿孔加工したセラミックスグリーンシート等を熱圧着した後に焼成することにより基板９０２を製造していたため、キャビティ９０８の内側面９０８１〜９０８４を基板９０２の上面９０２１に垂直にし、キャビティ９０８の内下面９０８６を基板９０２の上面９０２１に平行にせざるを得なかったためである。
【０００６】
特許文献１は、従来の液滴吐出装置に関する文献公知発明が記載された先行技術文献である。特許文献１に記載された液滴吐出装置でも、キャビティの幅及び深さは一定となっている。
【０００７】
特許文献２は、本願発明と関連する文献公知発明が記載された先行技術文献である。特許文献２は、キャビティ（インク室５）の幅が吐出孔（ノズル８）の側へ向かって狭くなり、キャビティの深さが吐出孔の側へ向かって深くなる液滴吐出装置（インクジェットヘッド１）に言及している。特許文献２の液滴吐出装置は、基板の主面と垂直に延在する圧電／電歪体膜と電極膜とを交互に積層したと思われる振動体（ピエゾ素子１３）の上端を振動板（振動膜３）に固定し、基板の主面と垂直な方向の振動体の伸縮を振動板に伝えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−０７５３０５号公報
【特許文献２】特開２００２−０３６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
金型で打ち抜き加工したセラミックスグリーンシートやレーザ光で穿孔加工したセラミックスグリーンシート等を熱圧着した後に焼成することにより基板９０２を製造する従来の基板９０２の製造方法では、キャビティの立体形状の制約が大きく、液滴の吐出量を増加させることができる立体形状を有するキャビティを形成することは困難である。絶縁セラミックス粉末を分散媒に分散させたスラリーを鋳型に流し込むキャスティング法により基板９０２を製造する従来の基板９０２の製造方法では、成形密度が高い成形体を得ることが困難である。
【００１０】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、立体形状の制約が小さくなり成形密度が高い成形体が得られるセラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セラミック基板の製造方法に向けられる。
【００１２】
本発明の第１の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、を備える。
【００１３】
本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、前記型が、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部を有する。
【００１４】
本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(e) 前記工程(d)の後に前記型の圧入により窪みが形成された前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の側に第２のセラミックスグリーンシートを熱圧着する工程と、(f) 前記工程(e)の後に前記第１のセラミックスグリーンシート及び前記第２のセラミックスグリーンシートを一体的に焼成する工程と、をさらに備える。
【００１５】
本発明の第４の局面は、本発明の第１から第３までのいずれかの局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(g) 前記工程(a)の前に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の窪みが形成される領域の外側にセラミックス層を形成する工程、をさらに備える。
【００１６】
本発明の第５の局面は、本発明の第４の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第４の局面においては、前記セラミックス層のガラス転移温度が前記第１のセラミックスグリーンシートのガラス転移温度より低い。
【００１７】
本発明の第６の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第６の局面においては、セラミック基板の製造方法は、(h) 前記工程(d)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に形成された窪みの内面と前記第１のセラミックスグリーンシートの第２の主面とを貫通する貫通孔を形成する工程、をさらに備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の局面によれば、立体形状の制約が小さくなり成形密度が高い成形体が得られる。
【００１９】
本発明の第４の局面によれば、窪みの深さを深くすることができる。
【００２０】
本発明の第５の局面によれば、熱圧着するときの加熱により第１のセラミックスグリーンシートを著しく軟化させることなくセラミックス層だけを軟化させることができるので、熱圧着するときの加圧により第１のセラミックスグリーンシートが変形することを抑制することができ、基板の寸法の精度を向上することができる。
【００２１】
本発明の第６の局面によれば、第１のセラミックスグリーンシートに型を圧入したときに貫通孔が狭窄したり閉塞したりすることを防止することができる。
【００２２】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】図１のII−IIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図３】図１のIII−IIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図４】キャビティの別例を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る液滴吐出装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係る基板の作製に使用する成形機の断面図である。
【図７】成形中のグリーンシートの温度及び型に印加される荷重の時間変化を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図９】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１１】第１実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図１２】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１３】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１４】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１６】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１７】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１８】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図１９】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２０】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２１】第１実施形態に係る振動体の作製方法を説明する断面図である。
【図２２】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２３】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２４】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２５】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２６】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２７】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２８】第１実施形態に係るレジストパターンの形成方法を説明する断面図である。
【図２９】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３０】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３１】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３２】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３３】第２実施形態に係る基板の作製方法を説明する断面図である。
【図３４】図３０のＡ部を拡大した図である。
【図３５】第３実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３６】第３実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３７】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３８】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図３９】第４実施形態に係るキャビティの形状を示す断面図である。
【図４０】桟幅差を変化させた場合の相対変位量及びクロストークの変化を示す図である。
【図４１】桟幅差を変化させた場合の相対変位量及び下部電極膜の被覆率の変化を示す図である。
【図４２】桟幅差を変化させた場合の振動板のワレ不良率を示す図である。
【図４３】液滴吐出装置の各部の寸法を説明する断面図である。
【図４４】キャビティの縦断面形状による液滴の吐出量の変化を示す図である。
【図４５】従来の液滴吐出装置の斜視図である。
【図４６】図４５のXLVI−XLVIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【図４７】図４５のXLVII−XLVIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜１ 第１実施形態＞
＜１−１ 液滴吐出装置１の構成＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置１の構成を示す模式図である。図１は、液滴吐出装置１の斜視図、図２は、図１のII−IIに沿う液滴吐出装置１の横断面図、図３は、図１のIII−IIIに沿う液滴吐出装置１の縦断面図である。液滴吐出装置１は、インクジェットプリンタのヘッドに使用されるインク吐出用の液滴吐出装置である。ただし、このことは、下述する液滴吐出装置１の構成や製造方法を他の種類の液滴吐出装置において採用することを妨げない。
【００２５】
図１〜図３に示すように、液滴吐出装置１は、複数個の振動体１２０を基板１０２の上面１０２１に規則的に配列した構造を有している。振動体１２０の配列間隔は、制限されないが、典型的には、７０〜２１２μｍである。
【００２６】
＜１−２ 基板１０２の構成＞
基板１０２は、絶縁セラミックスの焼成体である。絶縁セラミックスの種類は制限されないが、耐熱性、化学的安定性及び絶縁性の観点から、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種類を含むことが望ましい。中でも、機械的強度及び靭性の観点から、安定化された酸化ジルコニウムが望ましい。ここで、「安定化された酸化ジルコニウム」とは、安定化剤の添加によって結晶の相転移を抑制した酸化ジルコニウムをいい、安定化酸化ジルコニウムの他、部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、基板１０２は、略平坦な上面１０２１及び下面１０２２を有する板の内部に空洞となるキャビティ１０８並びに液体の流路となる吐出孔１１０及び供給孔１１２を形成した構造を有する。細長矩形の平面形状を有するキャビティ１０８は、基板１０２の上面１０２１と細長矩形の平面形状を有する振動板１０４で隔てられている。このような構造により、振動板１０４の上面１０４１に固設された振動体１２０が振動板１０４を屈曲振動させると、キャビティ１０８に充填された液体が押圧され、吐出孔１１０から液滴が吐出される。なお、吐出孔１１０の数を２個以上としてもよいし、供給孔１１２の数を２個以上としてもよい。また、キャビティ１０８及び振動板１０４の平面形状を矩形以外としてもよく、頂点を丸めてもよい。
【００２８】
図２に示すように、液滴吐出装置１は、キャビティ１０８並びに吐出孔１１０及び供給孔１１２と振動板１０４とを備える単位構造１３１を配列して構成されている。単位構造１３１の配列方向は、振動板１０４及びキャビティ１０８の短手方向と一致している。
【００２９】
図２に示すように、キャビティ１０８の横断面形状は台形であり、キャビティ１０８の短手方向の内側面１０８１，１０８２は、基板１０２の上面１０２１に垂直な面からキャビティ１０８の短手方向に傾斜している。内側面１０８１と内側面１０８２とは、基板１０２の上面１０２１の側で相対的に遠離しており、基板１０２の下面１０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板１０２の上面１０２１と平行な短手方向のキャビティ１０８の寸法である横幅Ｗ１１は基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かって狭くなる。このように基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かってキャビティ１０８を先細りにすれば、隣接するキャビティ１０８の間の桟１０６の強度を保ったまま振動板１０４の横幅を広くすることができるので、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【００３０】
なお、内側面１０８１と内側面１０８２とが基板１０２の上面１０２１と垂直な面について対称であることは必須ではなく、図４の断面図に示すような基板５０２の上面５０２１と垂直な面について対称でない内側面５０８１，５０８２を有するキャビティ５０８をキャビティ１０８に代えて採用してもよい。
【００３１】
一方、図３に示すように、キャビティ１０８の縦断面形状も台形であり、キャビティ１０８の長手方向の内側面１０８３，１０８４は、基板１０２の上面１０２１と垂直になっている。したがって、基板１０２の上面１０２１と平行な長手方向のキャビティ１０８の寸法である縦幅Ｗ１２は一定である。
【００３２】
また、図３に示すように、キャビティ１０８の内上面１０８５すなわち振動板１０４の下面１０４２は、基板１０２の上面１０２１と平行になっている。また、キャビティ１０８の内下面１０８６は、基板１０２の上面１０２１に平行な面からキャビティ１０８の長手方向に傾斜している。したがって、基板１０２の上面１０２１と垂直な方向のキャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３は、Ｄ１１＞Ｄ１３の場合、供給孔１１２の側から吐出孔１１０の側へ向かって深くなる。（Ｄ１１＝Ｄ１３の場合は、図４７と同じ縦断面形状になる。）このようにキャビティ１０８を吐出孔１１０の側から供給孔１１２の側へ向かって先細りにすれば、吐出孔１１０の側から供給孔１１２の側への液体の流れが阻害されるので、振動板１０４を屈曲振動させてキャビティ１０８に充填された液体を押圧したときに供給孔１１２から液体が排出されることを抑制することができ、吐出孔１１０からの液滴の吐出量を増加させることができる。
【００３３】
キャビティ１０８の内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６は、段差がない平坦面となっている。このため、キャビティ１０８の横幅Ｗ１１は基板１０２の上面１０２１の側から基板１０２の下面１０２２の側へ向かって連続的に狭くなり、キャビティ１０８の深さＤ１１、Ｄ１３は、Ｄ１１＞Ｄ１３の場合、供給孔１１２の側から吐出孔１１０の側へ向かって連続的に深くなる。（Ｄ１１＝Ｄ１３の場合は、図４７と同じ縦断面形状になる。）このようにキャビティ１０８の内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６から気泡の原因となる段差を排除すれば、キャビティ１０８の内部における気泡の発生を抑制することができる。なお、内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６の全部から段差を排除することが最も望ましいが、内側面１０８１〜１０８４、内上面１０８５及び内下面１０８６の一部から段差を排除しただけでもある程度の気泡抑制効果を得ることができる。
【００３４】
吐出孔１１０は、キャビティ１０８から基板１０２の外部へ至る液体の流路である。吐出孔１１０は、キャビティ１０８の内下面１０８６の長手方向の一端の近傍と基板１０２の下面１０２２とを基板１０２の上面１０２１に垂直に貫通する丸孔である。また、供給孔１１２は、基板１０２の外部からキャビティ１０８へ至る液体の流路である。供給孔１１２は、キャビティ１０８の内下面１０８６の長手方向の他端の近傍と基板１０２の下面１０２２とを基板１０２の上面１０２１に垂直に貫通する丸孔である。なお、吐出孔１１０の吐出口及び供給孔１１２の供給口を基板１０２の下面１０２２に設けることは必須ではなく、基板１０２の外面の他の場所に設けてもよい。また、吐出孔１１０及び供給孔１１２がまっすぐな孔であることも必須ではなく、曲がった孔であってもよい。さらに、吐出孔１１０及び供給孔１１２の孔径が一定であることも必須ではなく、連続的又は不連続的に細くなってもよい。
【００３５】
振動板１０４は、略平坦な上面１０４１及び下面１０４２を有する板である。ただし、振動板１０４の上面１０４１及び下面１０４２が略平坦であることは必須ではなく、若干の凹凸や湾曲を有していてもよい。振動板１０４の板厚は、０．５〜５μｍであることが望ましい。この範囲を下回ると、振動板１０４が損傷しやすくなるからであり、この範囲を上回ると、振動板１０４の剛性が高くなり、屈曲振動の変位量が減少する傾向があるからである。振動板１０４の短手方向の寸法である横幅及び長手方向の寸法である縦幅は制限されないが、横幅は０．０６〜０．２ｍｍであることが望ましく、縦幅は０．３〜２．０ｍｍであることが望ましい。
【００３６】
＜１−３ 振動体１２０の構成＞
振動体１２０は、基板１０２の上面１０２１に平行に延在する下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６を列記した順序で下から上へ積層した構造を有している。なお、１層の圧電／電歪体膜１２４を備える単層型の振動体１２０ではなく、２層以上の圧電／電歪体膜を備え圧電／電歪体膜と電極膜とを交互に積層した構造を有する多層型の振動体を採用してもよい。この場合、振動体を構成する圧電／電歪体膜の全部が電界が印加される活性層であることは必須ではなく、振動体を構成する圧電／電歪体膜の一部（典型的には、最下層や最上層の圧電／電歪体膜）が電界が印加されない不活性層であってもよい。
【００３７】
｛下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６｝
下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６は、導電材料の焼成体の膜である。導電材料の種類は制限されないが、電気抵抗及び耐熱性の観点から、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀等の金属又はこれらを主成分とする合金であることが望ましい。中でも、耐熱性に特に優れる白金又は白金を主成分とする合金であることが望ましい。
【００３８】
下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の膜厚は、０．５〜３μｍであることが望ましい。この範囲を上回ると、下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の剛性が高くなり、屈曲振動の変位量が減少する傾向があり、この範囲を下回ると、下部電極膜１２２及び上部電極膜１２６の電気抵抗が上昇する傾向があるからである。
【００３９】
｛圧電／電歪体膜１２４｝
圧電／電歪体膜１２４は、圧電／電歪セラミックスの焼成体の膜である。圧電／電歪セラミックスの種類は制限されないが、電界誘起歪の大きさの観点から、鉛（Ｐｂ）系ペロブスカイト酸化物であることが望ましく、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3）又は単純酸化物、複合ペロブスカイト酸化物等を導入したチタン酸ジルコン酸鉛の変性物であることがさらに望ましい。中でも、チタン酸ジルコン酸鉛とマグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3）との固溶体に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を導入したものやチタン酸ジルコン酸鉛とニッケル酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3）との固溶体であることが望ましい。
【００４０】
圧電／電歪体膜１２４の膜厚は、１〜１０μｍであることが望ましい。この範囲を下回ると、圧電／電歪体膜１２４の緻密化が不十分になる傾向があり、この範囲を上回ると、圧電／電歪体膜１２４の焼結時の収縮応力が大きくなるため、振動板１０４の板厚を厚くする必要が生じるからである。
【００４１】
｛下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０｝
振動体１２０は、下部電極膜１２２への給電経路となる下部配線電極１２８と、上部電極膜１２６への給電経路となる上部配線電極１３０とを備える。下部配線電極１２８の一端は、下部電極膜１２２と圧電／電歪体膜１２４との間にあって下部電極膜１２２の一端と電気的に導通しており、下部配線電極１２８の他端は、屈曲振動する振動板１０４が設けられた振動領域１９１の外側に位置している。上部配線電極１３０の一端は、上部電極膜１２６の上にあって上部電極膜１２６の一端と電気的に導通しており、上部電極膜１２６の他端も、振動領域１９１の外側に位置している。
【００４２】
下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０を設け、下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０の振動領域１９１の外側に位置する給電点に駆動信号を給電するようにすれば、屈曲振動に影響を与えることなく、圧電／電歪体膜１２４に電界を印加することができる。
【００４３】
｛振動体１２０の駆動｝
振動体１２０は、キャビティ１０８の上方において振動板１０４と一体化されている。このような構造により、下部配線電極１２８及び上部配線電極１３０を経由して圧電／電歪体膜１２４を挟んで対向する下部電極膜１２２と上部電極膜１２６との間に駆動信号を給電し、圧電／電歪体膜１２４に電界を印加すると、圧電／電歪体膜１２４が基板１０２の上面１０２１と平行な方向に伸縮し、一体化された振動体１２０及び振動板１０４が屈曲振動する。この屈曲振動により、キャビティ１０８に充填された液体は、吐出口１１０から吐出される。
【００４４】
＜１−４ 液滴吐出装置１の製造方法＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置１の製造方法を説明するフローチャートである。図５に示すように、液滴吐出装置１は、基板１０２を作製し（ステップＳ１０１）、作製した基板１０２の上面１０２１に振動体１２０を作製する（ステップＳ１０２）ことにより製造される。
【００４５】
＜１−５ 基板１０２の作製方法＞
図６は、第１実施形態に係る基板１０２の作製に使用する成形機１８０の模式図である。図６は、成形機１８０の断面図となっている。また、図７は、絶縁セラミックスの粉末をシート形状に成形した絶縁セラミックスグリーンシート（以下では、「グリーンシート」という）１３２の温度及び型１８３に印加される荷重の時間変化を示す図である。さらに、図８〜図１１は、第１実施形態に係る基板１０２の作製方法を説明する模式図である。図８〜図１１は、作製の途上の基板１０２の断面図となっている。
【００４６】
｛成形機｝
図６に示すように、成形機１８０は、グリーンシート１３２を成形する型１８３と、グリーンシート１３２を真空吸引して固定するとともにグリーンシート１３２を加熱する熱板１８２と、型１８３を上方から支持するとともに型１８３を加熱する熱板１８５とを備える。熱板１８２，１８５には、それぞれ、加熱用のヒータ１８１，１８４が内蔵されている。
【００４７】
型１８３は、キャビティ１０８の立体形状に応じた立体形状を有する。型１８３の立体形状は、熱圧着時の変形、焼成時の収縮等を考慮して最終的に所望のキャビティ１０８の立体形状を得ることができるような立体形状とする。型１８３は、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部１８３２を基台部１８３１の下面に設けた構造を有している。
【００４８】
｛グリーンシート１３２の温度の昇温（タイミングｔ１〜ｔ２）｝
基板１０２の作製にあたっては、まず、グリーンシート１３２をヒータ１８１により加熱された熱板１８２に載置して真空吸引する。これにより、グリーンシート１３２は、熱板１８２に固定され、グリーンシート１３２の温度は、ガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温される。ガラス転移温度Ｔｇは、グリーンシート１３２に使用されているバインダの種類等によって変化するが、典型的には数１０℃である。
【００４９】
｛グリーンシート１３２への型１８３の圧入（タイミングｔ２〜ｔ３）｝
グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温した後に、型１８３に加重を加え、型１８３をグリーンシート１３２の上面１３２１に圧入する。この間、ヒータ１８１による熱板１８２の加熱を継続し、グリーンシート１３２の温度を一定の温度Ｔｔに保つことが望ましい。もちろん、温度Ｔｔは、ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度である。型１８３の圧入によりグリーンシート１３２の温度が低下することを防止するため、圧入の前にヒータ１８４により型１８３をあらかじめ加熱しておくことも望ましい。このように加熱されて塑性変形しやすくなっているグリーンシート１３２に型１８３を圧入すると、図８に示すように、グリーンシート１３２が塑性変形し、型１８３の立体的形状がグリーンシート１３２の上面１３２１に転写される。
【００５０】
｛型１８３を圧入した状態の保持（タイミングｔ３〜ｔ４）｝
続いて、グリーンシート１３２の上面１３２１に型１８３を圧入した状態を保持する。この間も、ヒータ１８１による熱板１８２の加熱を継続し、グリーンシート１３２の温度を一定の温度Ｔｔに保つことが望ましい。
【００５１】
｛グリーンシート１３２の温度の降温（タイミングｔ４〜ｔ５）｝
続いて、グリーンシート１３２の上面１３２１に型１８３を圧入した状態のままヒータ１８１による熱板１８２の加熱を中止し、グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温する。もちろん、型１８３も加熱している場合には、型１８３の加熱も中止する。
【００５２】
｛グリーンシート１３２と型１８３との分離（タイミングｔ５〜ｔ６）｝
グリーンシート１３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温した後にグリーンシート１３２と型１８３とを分離する。このとき、グリーンシート１３２は弾性をほとんど失っているので、スプリングバックはほとんど起こらず、グリーンシート１３２の上面１３２１には後にキャビティ１０８となる窪み１３４が形成される。
【００５３】
｛貫通孔１３６の形成｝
続いて、図９に示すように、窪み１３４の内下面１３４１とグリーンシート１３２の下面１３２２とを貫通する貫通孔１３６をグリーンシート１３２に形成する。貫通孔１３６は、金型で打ち抜き加工することにより形成してもよいし、レーザ光で穿孔加工することにより形成してもよい。なお、窪み１３４を形成した後に貫通孔１３６を形成すれば、グリーンシート１３２に型１８３を圧入したときに貫通孔１３６が狭窄したり閉塞したりすることを防止することができる。ただし、このことは、グリーンシート１３２の上面１３２１と下面１３２２とを貫通する貫通孔を形成した後に窪みを形成することを妨げない。
【００５４】
｛グリーンシート１３８，１４０の熱圧着｝
続いて、図１０に示すように、グリーンシート１３２の上面１３２１にグリーンシート１３８、グリーンシート１３２の下面１３２２にグリーンシート１４０を熱圧着する。グリーンシート１４０には、貫通孔１３６と同じ位置に上面１４０１と下面１４０２とを貫通する貫通孔１４２が形成されている。このようにグリーンシート１３８を熱圧着することにより窪み１３４は圧着体の内部の空洞となる。また、グリーンシート１４０を熱圧着することにより、吐出孔１１０及び供給孔１１２の長さを長くしたり、吐出孔１１０及び供給孔１１２の孔径を段階的に変化させたりすることができる。もちろん、そのような必要がない場合は、グリーンシート１４０を熱圧着することを省略してもよい。
【００５５】
｛一体的な焼成｝
続いて、グリーンシート１３２，１３８，１４０を一体的に焼成する。これにより、図１１に示すような一体化された剛性が高い基板１０２が得られる。
【００５６】
このようにインプリント成形により後にキャビティ１０８となる窪み１３４を形成すると、キャビティ１０８の立体形状の制約が小さくなるので、液滴の吐出量を増加させることができる立体形状を有するキャビティ１０８を形成することができる。
【００５７】
なお、このような立体形状を有するキャビティ１０８が形成された基板１０２は、絶縁セラミックス粉末を分散媒に分散させたスラリーを鋳型に流し込むキャスティング法により作製することもできるし、半導体装置の製造と同様にして素基板をエッチング加工するエッチング法により作製することもできる。ただし、キャスティング法及びエッチング法には、上述したインプリント法と対比して以下の問題がある。
【００５８】
すなわち、キャスティング法では、成形密度が高い成形体を得ることが困難であるのに加えて、熱圧着するときに桟１０６以外の部分に圧力を印加することができないため、焼成により得られた基板１０２において桟１０６以外の部分の気孔率が高くなり、剛性が高い基板１０２を得ることができない。
【００５９】
また、エッチング法では、キャビティ１０８の内下面１０８６を傾斜させることは困難であり、内側面１０８１，１０８２を傾斜させることは可能ではあるが手間がかかり、内側面１０８１，１０８２を平坦面とすることは困難である。また、貼りあわせにより振動板１０４を形成するため、剛性が高い基板１０２を得ることができない。
【００６０】
＜１−６ 振動体１２０の作製方法＞
図１２〜図２１は、第１実施形態に係る振動体１２０の作製方法を説明する模式図である。図１２〜図２１は、基板１０２及び作製の途上の振動体１２０の断面図となっている。
【００６１】
｛下部電極膜１２２の形成｝
振動体１２０の作製にあたっては、まず、図１２に示すように、下部電極膜１２２を形成する領域（以下では、「下部電極膜形成領域」という）１９２の外側を覆うレジストパターン１４２を基板１０２の上面１０２１に形成する。レジストパターン１４２は、基板１０２の上面１０２１を覆う後述するレジスト膜１５２を基板１０２をフォトマスクとしてフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成する。
【００６２】
レジストパターン１４２を形成した後に、図１３に示すように、基板１０２の上面１０２１の下部電極膜形成領域１９２に後に下部電極膜１２２となる導電材料膜１４４を形成する。なお、レジストパターン１４２は後に除去されるので、下部電極膜形成領域１９２の外側に導電材料膜１４４がはみ出しても問題はない。導電材料膜１４４の形成は、導電材料を分散媒に分散させたペースト（以下では「導電ペースト」という）や導電材料のレジネートを溶媒に溶解させた溶液（以下では「導電レジネート溶液」という）を塗布してから分散媒又は溶媒を除去することによって行ってもよいし、導電材料を蒸着することにより行ってもよい。導電ペーストの塗布は、スクリーン印刷等により行うことができ、導電レジネート溶液の塗布は、スピンコート、吹きつけ等により行うことができる。導電材料の蒸着は、スパッタ蒸着、抵抗加熱蒸着等により行うことができる。
【００６３】
導電材料膜１４４を形成した後に、図１４に示すように、下部電極膜形成領域１９２の外側に残存しているレジストパターン１４２を剥離して除去する。これにより、キャビティ１０８と同じ平面位置に導電材料膜１４４が形成される。レジストパターン１４２の剥離は、薬液法により行う。また、レジストパターン１４２の剥離を、熱処理法、プラズマ処理法等により行ってもよく、熱処理法により行う場合、処理温度は２００〜３００℃であることが望ましい。
【００６４】
レジストパターン１４２を剥離した後に、導電材料膜１４４を焼成する。これにより、図１５に示すように、導電材料膜１４４は、下部電極膜１２２となり、キャビティ１０８と同じ平面位置に下部電極膜１２２が形成される。下部電極膜１２２は、振動板１０４の上面１０４１に固着される。ここでいう「固着」とは、下部電極膜１２２と振動板１０４との界面における固相反応（相互拡散反応）により下部電極膜１２２と振動板１０４とを接着剤を用いないで接合することである。このような「固着」による下部電極膜１２２と振動板１０４との接合には、振動体１２０を振動板１０４に押し付ける必要がないので、振動板１０４が薄くなっても振動板１０４が損傷しにくくなるという利点がある。このことは、液滴吐出装置１の小型化に寄与する。白金のナノ粒子を分散媒に分散させた導電ペーストをスクリーン印刷することにより導電材料膜１４４を形成した場合、焼成温度は２００〜３００℃以下であることが望ましく、白金の粉末を分散媒に分散させた導電ペーストをスクリーン印刷することにより導電材料膜を形成した場合、焼成温度は１０００℃〜１３５０℃であることが望ましい。また、白金レジネートを溶媒に溶解させた導電レジネート溶液をスピンコートすることにより導電材料膜１４４を形成した場合、焼成温度は６００℃〜８００℃以下であることが望ましい。
【００６５】
｛下部配線電極１２８の形成｝
続いて、下部配線電極１２８を形成する。下部配線電極１２８は、導電ペーストをスクリーン印刷した後に焼成することにより形成してもよいし、導電材料を蒸着することにより形成してもよい。
【００６６】
｛圧電／電歪体膜１２４の形成｝
続いて、図１６に示すように、後に圧電／電歪体膜１２４となる圧電／電歪材料膜１４６を形成する。圧電／電歪材料膜１４６の形成は、圧電／電歪材料を分散媒に分散させたスラリーに、仕掛品及び対向電極を間隔を置いて浸漬するとともに下部電極膜１２２と対向電極とに電圧を印加し、圧電／電歪材料を下部電極膜１２２に向かって電気泳動させることにより行うことができる。これにより、下部電極膜１２２と同じ平面位置に圧電／電歪材料膜１４６が形成される。なお、電気泳動法により形成した圧電／電歪体膜１２４に代えて、下部電極膜１２２をフォトマスクとして基板１０２の上面１０２１を覆うレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成したレジストパターンを使用して形成した圧電／電歪体膜を用いてもよい。
【００６７】
圧電／電歪材料膜１４６を形成した後に、圧電／電歪材料膜１４６を焼成する。これにより、図１７に示すように、圧電／電歪材料膜１４６は、圧電／電歪体膜１２４となり、下部電極膜１２２と同じ平面位置に圧電／電歪体膜１２４が形成される。圧電／電歪材料膜１４６の焼成は、仕掛品をアルミナ、マグネシア等のサヤに収容した状態で行うことが望ましい。
【００６８】
｛上部電極膜１２６の形成｝
圧電／電歪材料膜１４６を焼成した後に、図１８に示すように、圧電／電歪体膜１２４を形成した領域（以下では「圧電／電歪体膜形成領域」という）１９３の外側を覆うレジストパターン１４８を基板１０２の上面１０２１に形成する。レジストパターン１４２は、圧電／電歪体膜１２４をフォトマスクとして基板１０２の上面１０２１を覆う後述するレジスト膜１６０をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成する。
【００６９】
レジストパターン１４８を形成した後に、図１９に示すように、基板１０２の上面１０２１の圧電／電歪体膜形成領域１９３に後に上部電極膜１２６となる導電材料膜１５０を圧電／電歪体膜１２４の上に重ねて形成する。なお、レジストパターン１４８は後に除去されるので、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に導電材料膜１５０がはみ出しても問題はない。導電材料膜１５０の形成は、上述した導電材料膜１４４と同様に行うことができる。
【００７０】
導電材料膜１５０を形成した後に、図２０に示すように、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に残存しているレジストパターン１４８を剥離して除去する。これにより、圧電／電歪体膜１２４と同じ平面位置に導電材料膜１５０が形成される。レジストパターン１４８の剥離は、上述したレジストパターン１４２の剥離と同様に行うことができる。
【００７１】
レジストパターン１４８を剥離した後に、導電材料膜１５０を焼成する。これにより、図２１に示すように、導電材料膜１５０は、上部電極膜１２６となり、圧電／電歪体膜１２４と同じ平面位置に上部電極膜１２６が形成される。導電材料膜１５０の焼成は、上述した導電材料膜１４４の焼成と同様に行うことができる。
【００７２】
｛上部配線電極１３０の形成｝
導電材料膜１５０を焼成した後に、上部配線電極１３０を形成する。上部配線電極１３０は、下部配線電極１２８と同様に形成することができる。
【００７３】
＜１−７ レジストパターン１４２，１４８の形成方法＞
図２２〜図２８は、第１実施形態に係るレジストパターン１４２，１４８の形成方法を説明する模式図である。図２２〜図２８は、基板１０２及び作製の途上のレジストパターン１４２，１４８の断面図となっている。
【００７４】
レジストパターン１４２の形成にあたっては、まず、図２２に示すように、基板１０２の上面１０２１に全面を覆うレジスト膜１５２を形成する。レジスト膜１５２は、露光されると現像液に対する溶解性が低下するネガ型の感光膜である。
【００７５】
レジスト膜１５２を形成した後に、図２３に示すように、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填し、下部電極膜形成領域１９２を遮蔽するマスクの機能を基板１０２に付与する。基板１０２は、同種の絶縁セラミックスを一体焼成したセラミックス基板であることが望ましい。異種の材料の界面が基板１０２からなくなれば、当該界面における光の屈折又は散乱が抑制されるので、パターニングに必要な光を安定して得ることができるからである。また、基板１０２は透光体であることが望ましい。したがって、基板１０２を構成する絶縁セラミックスは、光を透過する酸化イットリウム等、又は、光を透過しやすいジルコニア、アルミナ等であることが望ましい。基板１０２が透光体であれば、パターニングに必要な光を十分に得ることができるからである。
【００７６】
レジスト膜１５２を形成し、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填した後に、図２４に示すように、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、下部電極膜形成領域１９２の外側に形成されているレジスト膜１５２を選択的に露光して未露光部１５６及び露光部１５８を形成する。これにより、レジスト膜１５２には、キャビティ１０８の平面形状を反転転写した潜像が描写される。
【００７７】
潜像を描写した後、図２５に示すように、下部電極膜形成領域１９２に形成されているレジスト膜１５２の未露光部１５６を現像により除去する。
【００７８】
潜像を現像した後に、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、下部電極膜形成領域１９２の外側に残存している露光部１５８をさらに露光し、露光部１５８を焼き固めるとともに、キャビティ１０８から遮光剤１５４を除去する。これにより、図１２に示すレジストパターン１４２が完成する。
【００７９】
なお、レジストパターン１４２の形成にあたって、露光されると現像液に対する溶解性が上昇するポジ型のレジスト膜をネガ型のレジスト膜１５２に代えて使用することもできる。この場合、キャビティ１０８に斜光剤１５４を充填することなく、キャビティ１０８の部分の光の透過率が残余の部分の光の透過率よりも高いことを利用して、キャビティ１０８の平面形状を反転転写した潜像をレジスト膜に描写する。
【００８０】
一方、レジストパターン１４８の形成にあたっては、まず、図２６に示すように、基板１０２の上面１０２１に圧電／電歪体膜１２４の上に重ねて全面を覆うレジスト膜１６０を形成する。レジスト膜１６０は、露光されると現像液に対する溶解性が低下するネガ型の感光膜である。
【００８１】
レジスト膜１６０を形成した後に、図２７に示すように、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に形成されているレジスト膜１６０を選択的に露光して未露光部１６２及び露光部１６４を形成する。これにより、レジスト膜１６０には、圧電／電歪体膜１２４の平面形状を反転転写した潜像が描写される。
【００８２】
潜像を描写した後、図２８に示すように、圧電／電歪体膜形成領域１９３に形成されているレジスト膜１６０の未露光部１６２を現像により除去する。
【００８３】
潜像を現像した後に、基板１０２の下面１０２２の側から光を照射し、圧電／電歪体膜形成領域１９３の外側に残存している露光部１６４をさらに露光し、露光部１６４を焼き固める。これにより、図１８に示すレジストパターン１４８が完成する。
【００８４】
＜１−８ 振動体１２０の作製方法の利点＞
このような振動体１２０の作製方法によれば、キャビティ１０８の平面位置と下部電極膜１２２の平面位置とのずれを防ぐことができ、下部電極膜１２２の平面位置と圧電／電歪体膜１２４の平面位置とのずれを防ぐことができ、圧電／電歪体膜１２４の平面位置と上部電極膜１２６の平面位置とのずれを防ぐことができる。これにより、キャビティ１０８の平面位置と振動体１２０を構成する下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６の平面位置とのずれを防ぐことができ、結果として、キャビティ１０８の平面位置と振動体１２０の平面位置とのずれを防ぐことができる。このことは、振動体１２０を含んで構成される圧電／電歪アクチュエータのインクの吐出量のばらつきを抑制することに寄与する。
【００８５】
また、振動体１２０を構成する最下層の膜である下部電極膜１２２の形成にあたって、キャビティ１０８の部分とそれ以外の部分とで光の透過率が異なる基板１０２をフォトマスクとしてパターニングしたレジストパターンを使用した場合、光の透過率が振動領域１９１の外側に近づく振動領域１９１の周縁部には下部電極膜１２２が形成されないので、振動体１２０が振動領域１９１の外側にはみ出して屈曲振動の変位量の低下の原因となることも防止することができる。
【００８６】
ただし、これらのことは、下部電極膜１２２、圧電／電歪体膜１２４及び上部電極膜１２６の全部又は一部を上述した方法とは異なる方法、例えば、スクリーン印刷により形成した塗布膜を焼成することにより形成することを妨げない。
【００８７】
＜２ 第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態に係る基板１０２の作製方法に代えて採用することができる基板２０２の作製方法に関する。
【００８８】
＜２−１ 基板２０２の作製方法＞
図６は、第２実施形態に係る基板２０２の作製に使用する成形機２８０の模式図でもある。また、図７は、グリーンシート２３２の温度及び型２８３に印加される荷重の時間変化を示す図でもある。さらに、図２９〜図３２は、第２実施形態に係る基板２０２の作製方法を説明する模式図である。図２９〜図３２は、作製の途上の基板２０２の横断面図となっている。
【００８９】
｛接着層２５２の形成｝
基板２０２の作製にあたっては、まず、図２９に示すように、グリーンシート２３２の上面２３２１の窪み２３４が形成される領域すなわち型２８３が圧入される領域の外側に接着層２５２を形成する。接着層２５２に含まれる絶縁セラミックスの組成は、グリーンシート２３２に含まれる絶縁セラミックスの組成と略同一とすることが望ましい。また、接着層２５２には、グリーンシート２３２より多量のバインダを含有させ、接着層２５２のガラス転移温度がグリーンシート２３２のガラス転移温度よりも低くなるようにすることが望ましい。接着層２５２の膜厚は、窪み２３４の深さの３０〜５０％程度とすることが望ましく、０．０１〜０．０５ｍｍとすることが望ましい。また、接着層２５２の幅は、０．０１〜０．０８ｍｍとすることが望ましい。接着層２５２は、例えば、絶縁セラミックスの粉末及びバインダを分散媒に分散させたペーストをスクリーン印刷法やスポッティング法で塗布することにより形成する。ただし、このことは、他の方法で接着層２５２を形成することを妨げない。
【００９０】
｛グリーンシート２３２の温度の昇温（タイミングｔ１〜ｔ２）｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２をヒータ２８１により加熱された吸引台２８２に載置して真空吸引する。これにより、グリーンシート２３２は、熱板２８２に固定され、グリーンシート２３２の温度は、ガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温される。
【００９１】
｛グリーンシート２３２への型２８３の圧入（タイミングｔ２〜ｔ３）｝
グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ以上に昇温した後に、第１実施形態の場合と同様にして、型２８３をグリーンシート２３２の上面２３２１に圧入する。このように加熱されて塑性変形しやすくなっているグリーンシート２３２に型２８３を圧入すると、図３０に示すように、グリーンシート２３２が塑性変形し、型２８３の立体的形状がグリーンシート２３２の上面２３２１に転写される。
【００９２】
グリーンシート２３２への型２８３の圧入のときには、接着層２５２にも型２８３を接触させ、型２８３で接着層２５２を塑性変形させることが望ましい。これにより、グリーンシート２３２及び接着層２５２で後に桟２０６となる立体構造物を構成することができるので、窪み２３４の深さを深くすることができ、キャビティ２０８の深さを深くすることができる。また、図３０のＡ部を拡大した図３４に示すように、グリーンシート２３２と接着層２５２との間に段差が生じることもなく、立体構造物の表面を略平坦とすることができる。接着層２５２に型２８３を接触させる場合は、接着層２５２と型２８３との離型性を向上するため、型２８３に離型剤を塗布したり、型２８３をフッ素樹脂等でコーティングしたりすることが望ましい。
【００９３】
｛型２８３を圧入した状態の保持（タイミングｔ３〜ｔ４）｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２の上面２３２１に型２８３を圧入した状態を保持する。
【００９４】
｛グリーンシート２３２の温度の降温（タイミングｔ４〜ｔ５）｝
続いて、グリーンシート２３２の上面２３２１に型２８３を圧入した状態のままヒータ２８１による熱板２８２の加熱を中止し、グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温する。もちろん、型２８３も加熱している場合には、型２８３の加熱も中止する。
【００９５】
｛グリーンシート２３２と型２８３との分離（タイミングｔ５〜ｔ６）｝
グリーンシート２３２の温度をガラス転移温度Ｔｇ未満に降温した後にグリーンシート２３２と型２８３とを分離する。このとき、グリーンシート２３２は弾性をほとんど失っているので、スプリングバックはほとんど起こらず、グリーンシート２３２の上面２３２１には後にキャビティ２０８となる窪み２３４が形成される。
【００９６】
｛貫通孔２３６の形成｝
続いて、図３１に示すように、第１実施形態の場合と同様にして、窪み２３４の内下面２３４１とグリーンシート２３２の下面２３２２とを貫通する貫通孔２３６をグリーンシート２３２に形成する。
【００９７】
｛グリーンシート２３８，２４０の熱圧着｝
続いて、図３２に示すように、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２の上面２３２１の接着層２５２の上にグリーンシート２３８、グリーンシート２３２の下面２３２２にグリーンシート２４０を熱圧着する。グリーンシート２４０には、貫通孔２３６と同じ位置に上面２４０１と下面２４０２とを貫通する貫通孔２４２が形成されている。このようにグリーンシート２３８を熱圧着することにより窪み２３４は圧着体の内部の空洞となる。なお、上述したように接着層２５２のガラス転移温度がグリーンシート２３２のガラス転移温度よりも低くなっている場合は、熱圧着のときの加熱によりグリーンシート２３２を著しく軟化させることなく接着層２５２だけを軟化させることが可能になる。したがって、グリーンシート２４０を熱圧着するときの加圧によりグリーンシート２３２が変形することを抑制することができ、基板２０２の寸法の精度、例えば、単位構造同士の相対的な位置の精度を向上することができる。
【００９８】
｛一体的な焼成｝
続いて、第１実施形態の場合と同様にして、グリーンシート２３２，２３８，２４０及び接着層２５２を一体的に焼成する。これにより、図３３に示すような一体化された剛性が高い基板２０２が得られる。
【００９９】
このような基板２０２は、第１実施形態に係る基板１０２に代えて使用することができるが、キャビティ２０８の深さを深くすることができ、液滴の吐出量を増加させることができるという有利な効果を有している。
【０１００】
＜３ 第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態に係るキャビティ１０８に代えて採用することができるキャビティ３０８に関する。
【０１０１】
図３５〜図３６は、キャビティ３０８が形成された基板３０２の模式図である。図３５は、図２と同様の断面における基板３０２の横断面図、図３６は、図３と同様の断面における基板３０２の縦断面図である。
【０１０２】
図３５に示すように、キャビティ３０８の短手方向の内側面３０８１，３０８２は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１に垂直な面からキャビティ３０８の短手方向に傾斜している。内側面３０８１と内側面３０８２とは、基板３０２の上面３０２１の側で相対的に遠離しており、基板３０２の下面３０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板３０２の上面３０２１と平行な短手方向のキャビティ３０８の寸法である横幅Ｗ３１は基板３０２の上面３０２１の側から基板３０２の下面３０２２の側へ向かって狭くなる。
【０１０３】
一方、第３実施形態では、図３６に示すように、キャビティ３０８の長手方向の内側面３０８３，３０８４も、基板３０２の上面３０２１に垂直な面からキャビティ３０８の長手方向に傾斜している。内側面３０８３と内側面３０８４とは、基板３０２の上面３０２１の側で相対的に遠離しており、基板３０２の下面３０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板３０２の上面３０２１と平行な長手方向のキャビティ３０８の寸法である縦幅Ｗ３２は基板３０２の上面３０２１の側から基板３０２の下面３０２２の側へ向かって狭くなる。
【０１０４】
図３６に示すように、キャビティ３０８の内上面３０８５すなわち振動板３０４の下面３０４２は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１と平行になっている。また、キャビティ３０８の内下面３０８６は、第１実施形態の場合と同様に、基板３０２の上面３０２１に平行な面からキャビティ３０８の長手方向に傾斜している。したがって、基板３０２の上面３０２１と垂直な方向のキャビティ３０８の寸法である深さＤ３１は、供給孔３１２の側から吐出孔３１０の側へ向かって深くなる。
【０１０５】
このようなキャビティ３０８をキャビティ１０８に代えて採用しても、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１０６】
＜４ 第４実施形態＞
第４実施形態は、第１実施形態に係るキャビティ１０８に代えて採用することができるキャビティ４０８に関する。
【０１０７】
図３７〜図３９は、キャビティ４０８が形成された基板４０２の模式図である。図３７は、図３と同様の断面における基板４０２の縦断面図、図３８は、図３７のXXXVIII-XXXVIIIに沿う基板４０２の横断面図、図３９は、図３７のXXXIX-XXXIXに沿う基板４０２の横断面図である。
【０１０８】
図３７に示すように、キャビティ４０８の内上面４０８５すなわち振動板４０４の下面４０４２は、第１実施形態の場合と同様に、基板４０２の上面４０２１と平行になっている。また、振動板４０４の下面４０４２と対向するキャビティ４０８の内底面４０８６は、基板４０２の上面４０２１に平行な面からキャビティ４０８の長手方向に傾斜しているが、供給孔４１２の側にある相対的に小さな範囲を占める第１の部分４７２においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かってキャビティ４０８の内底面４０８６が振動板４０４の下面４０４２へ近づき、吐出孔４１０の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分４７４においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かってキャビティ４０８の内底面４０８６が振動板４０４の下面４０４２から遠ざかる。したがって、基板４０２の上面４０２１と垂直な方向のキャビティ４０８の寸法である深さＤ４１は、第１の部分４７２においては供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって浅くなり、第２の部分４７４においては、供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって深くなる。このように吐出孔４１０の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分においてキャビティ４０８を吐出孔４１０の側から供給孔４１２の側へ向かって先細りにすれば、吐出孔４１０の側から供給孔４１２の側への液体の流れが阻害されるので、振動板４０４を屈曲振動させてキャビティ４０８に充填された液体を押圧したときに供給孔４１２から液体が排出されることを抑制することができ、吐出孔４１０からの液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１０９】
キャビティ４０８の内側面４０８１〜４０８４及び内上面４０８５、段差がない平坦面となっている。また、キャビティ４０８の内底面４０８６も、第１の部分４７２及び第２の部分４７４の各々において段差がない平坦面となっている。このため、キャビティ４０８の横幅Ｗ４１は基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かって連続的に狭くなり、キャビティ４０８の深さＤ４１は、第１の部分４７２において供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって連続的に浅くなり、第２の部分４７４において供給孔４１２の側から吐出孔４１０の側へ向かって連続的に深くなる。このようにキャビティ４０８の内側面４０８１〜４０８４、内上面４０８５及び内下面４０８６から気泡の原因となる段差を減らせば、キャビティ４０８の内部における気泡の発生を抑制することができる。
【０１１０】
キャビティ４０８には、キャビティ１０８と比較して、型の圧入の後のグリーンシートの密度差に起因する基板４０２の下面４０２２のうねりを抑制することができるという利点がある。すなわち、キャビティ１０８を採用した場合、基板１０２の下面１０２２が下方に突出するうねりが発生しやすいが、キャビティ４０８を採用した場合、第１の部分４７２のうねりに対する寄与と第２の部分４７４のうねりに対する寄与を相殺することができ、基板４０２の下面４０２２が下方に突出するうねりが発生しにくい。
【０１１１】
図３８及び図３９に示すように、キャビティ４０８の短手方向の内側面４０８１，４０８２は、第１実施形態の場合と同様に、基板４０２の上面４０２１に垂直な面からキャビティ４０８の短手方向に傾斜している。内側面４０８１と内側面４０８２とは、基板４０２の上面４０２１の側で相対的に遠離しており、基板４０２の下面４０２２の側で相対的に近接している。したがって、基板４０２の上面４０２１と平行な短手方向のキャビティ４０８の寸法である横幅Ｗ４１は基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かって狭くなる。このように基板４０２の上面４０２１の側から基板４０２の下面４０２２の側へ向かってキャビティ４０８を先細りにすれば、隣接するキャビティ４０８の間の桟４０６の強度を保ったまま振動板４０４の横幅を広くすることができるので、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１１２】
一方、図３７に示すように、キャビティ４０８の長手方向の内側面４０８３，４０８４は、基板４０２の上面４０２１と垂直になっている。したがって、基板４０２の上面４０２１と平行な長手方向のキャビティ４０８の寸法である縦幅Ｗ４２は一定である。
【０１１３】
このようなキャビティ４０８をキャビティ１０８に代えて採用しても、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら屈曲振動の変位量を増加させることができ、液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１１４】
第４実施形態については、下部電極膜と振動板とを相互拡散反応により固着することは必須ではないし、振動板４０４を屈曲させる振動体の構造も制限されない。したがって、本願は、以下の発明を含む。
【０１１５】
液滴吐出装置であって、
第１の主面と振動板で隔てられたキャビティ並びに前記キャビティから外部へ至る第１の液体の流路及び外部から前記キャビティへ至る第２の液体の流路が形成された基板と、
前記振動板に固設され前記振動板を屈曲振動させる振動体と、
を備え、
前記第２の流体の流路の側にある相対的に小さな範囲を占める第１の部分において前記第２の液体の流路の側から前記第１の液体の流路の側へ向かって前記第１の主面と垂直な第１の方向の前記キャビティの寸法である深さが浅くなり、
前記第１の流体の流路の側にある相対的に大きな範囲を占める第２の部分において前記第２の液体の流路の側から前記第１の液体の流路の側へ向かって前記キャビティの深さが深くなる、
液滴吐出装置。
【実施例】
【０１１６】
＜その１＞
以下では、図２又は図４６に示す横断面形状が台形又は長方形のキャビティ１０８，９０８を有する液滴吐出装置１，９を試作し、その特性を評価した結果について説明する。この試作では、基板１０２，９０２は、ジルコニア製とし、振動板１０４、９０４の厚みは１〜３μｍ、キャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３はＤ１１＝Ｄ１３とし（図４７と同じ縦断面形状）、キャビティ１０８，９０８の上端における幅ＷＣは６０μｍ（図４３参照）、単位構造１３１，９３１の配列間隔は７０μｍとした。屈曲変位の変位量は、レーザドップラー法により測定した。
【０１１７】
｛相対変位量及びクロストーク｝
【０１１８】
図４０のグラフは、桟１０６，９０６の上端における桟幅ＷＵと下端における桟幅ＷＬとの桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵ（図４３参照）を変化させた場合の相対変位量及びクロストークの変化を示している。もちろん、ＤＷ＞０の場合には、図２に示す横断面形状が台形のキャビティ１０８が得られ、ＤＷ＝０の場合には、図４６に示す横断面形状が長方形のキャビティ９０８が得られる。このことは、続いて説明する「下部電極膜１２２，９２２の被覆率」及び「振動板１０４，９０４のワレ不良率」においても同様である。
【０１１９】
ここでいう「相対変位量」は、隣接する３個の振動体１２０，９２０のうちの中央の振動体１２０，９２０のみを駆動した場合の中央の振動体１２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ１の最大値を１００％としたときの相対値を意味している。また、ここでいう「クロストーク」は、隣接する３個の振動体１２０，９２０の全部を同時に駆動した場合の中央の振動体１２０，９２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ３と、隣接する３個の振動体１２０，９２０のうちの中央の振動体１２０，９２０のみを駆動した場合の中央の振動体１２０，９２０が固設されている振動板１０４，９０４の屈曲変位量Ｒ１との差Ｒ３−Ｒ１の、屈曲変位量Ｒ１に対する比（Ｒ３−Ｒ１）／Ｒ１を意味している。
【０１２０】
図４０に示すように、桟幅差ＤＷが約１８μｍのときに相対変位量は最大となり、桟幅差ＤＷが約１８μｍを下回っているときは、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて相対変位量が大きくなり、桟幅差ＤＷが約１８μｍを上回っているときは、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて相対変位量が小さくなる。これは、桟幅差ＤＷが小さくなりすぎると、下部電極膜１２２，９２２の被覆率が大きくなり、振動板１０４，９０４のうち、下部電極膜１２２，９２２に被覆されない撓みやすい部分の面積が狭くなるからである。一方、桟幅差ＤＷが大きくなりすぎると、下部電極膜１２２，９２２の被覆率が小さくなり、圧電／電歪体膜１２４，９２４のうち電界が印加される部分の面積が小さくなるからである。
【０１２１】
一方、クロストークの絶対値は、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれて小さくなる。
【０１２２】
相対変位量及びクロストークを総合的に考慮すると、望ましい桟幅差ＤＷの範囲は、概ね、１０〜２５μｍである。
【０１２３】
｛下部電極膜１２２，９２２の被覆率｝
図４１のグラフは、桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵを変化させた場合の相対変位量及び下部電極膜１２２，９２２の被覆率の変化を示している。ここでいう「被覆率」は、短手方向のキャビティ１０８，９０８すなわち振動板１０４，９０４の寸法である幅ＷＣに対する短手方向の下部電極膜１２２，９２２の寸法である幅ＷＥの比ＷＥ／ＷＣ（図４３参照）を意味している。
【０１２４】
図４１に示すように、桟幅差ＤＷが大きくなるにつれ、被覆率は小さくなる。これは、桟幅差ＤＷが大きくなると、キャビティ１０８に遮光剤１５４を充填したマスクとしての基板１０２において、キャビティ１０８の端部の近傍を光が通りやすくなるからである。
【０１２５】
相対変位量を考慮すると、望ましい被覆率の範囲は８０〜９０％である。この望ましい被覆率の範囲は、キャビティ１０８に代えてキャビティ３０８又はキャビティ４０８を採用した場合も同様である。
【０１２６】
横断面形状が「台形」のキャビティ１０８を採用した場合、振動板１０４には、下部電極膜１２２に被覆される、すなわち、下部電極膜１２２が固着される固着領域１７２の短手方向両側に短手方向の寸法である幅が等しい下部電極膜１２２が固着されない非固着領域１７４，１７６ができる（図４３（ａ）参照）。このような撓みやすい非固着領域１７４，１７６が固着領域１７２の両側にあることも、相対変位量の向上に寄与する。
【０１２７】
｛振動板１０４，９０４のワレ不良率｝
図４２のグラフは、桟幅差ＤＷ＝ＷＬ−ＷＵを変化させた場合の振動板１０４，９０４のワレ不良率の変化を示している。
【０１２８】
図４２に示すように、桟幅差ＤＷが約２５μｍを上回っているときは、振動板１０４，９０４のワレ不良率は顕著に大きくなる。これは、桟幅差ＤＷが大きくなりすぎると、振動板１０４，９０４のうち、保護膜としても機能する下部電極膜１２２，９２２によって被覆されない部分の面積が広くなるからである。
【０１２９】
＜その２＞
以下では、図３又は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ１０８，４０８を有する液滴吐出装置を試作し、その特性を評価した結果について説明する。この試作では、基板１０２，４０２は、ジルコニア製とし、振動板１０４、４０４の厚みは１〜３μｍ、キャビティ１０８の寸法である深さＤ１１、Ｄ１３はＤ１１≧Ｄ１３とし、キャビティ１０８，４０８の上端における幅２Ｃ1は６０μｍ、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の上端における幅２Ｃ1と下端における幅２Ｃ2との差２Ｃ1−２Ｃ2は１０〜２５μｍ、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の深さｓは６０〜８０μｍとした（図３７〜図３９参照）。
【０１３０】
｛横断面の断面積の比Ａ2／Ａ1の影響｝
表１は、キャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の横断面の断面積Ａ1に対するキャビティ１０８，４０８が最も浅くなる位置におけるキャビティ１０８，４０８の横断面の断面積Ａ2の比Ａ2／Ａ1を変化させた場合の下部電極膜１２２の幅のばらつきσ、基板１０４，４０４のうねり及び液滴の吐出量の変化を示している。比Ａ2／Ａ1は、式（１）により算出される。
【０１３１】
【表１】
【０１３２】
【数１】
【０１３３】
表１は、後述する比ｂ／ａを０．７〜０．９としたときの結果を示している。もちろん、深さｓと深さｔとが異なる場合は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ４０８が得られ、深さｓと深さｔとが異ならない場合は図３に示す縦断面形状でＤ１１＝Ｄ１３の場合の縦断面形状（図４７と同じ縦断面形状）を有するキャビティ１０８が得られる。
【０１３４】
ここでいう「下部電極膜１２２の幅のばらつき」は、キャビティ１０８，４０８が最も浅くなる位置における短手方向の下部電極膜１２２の寸法である幅とキャビティ１０８，４０８が最も深くなる位置における短手方向の下部電極膜１２２の寸法である幅の差を意味している。下部電極膜１２２の幅のばらつきが生じるのは、キャビティ４０８が最も浅くなる位置に近づくにつれて遮光剤による遮光が不十分になるため、レジスト膜１５２の未露光部１５６の幅が狭くなるからである。また、ここでいう「吐出量」は、比Ａ2／Ａ1＝１であるときの値を１としたときの相対値を意味している。
【０１３５】
表１に示すように、下部電極膜１２２の幅のばらつきは、比Ａ2／Ａ1が０．６〜１であれば問題とならないが、比Ａ2／Ａ1が０．６より小さくなると大きくなる。これに起因して、比Ａ2／Ａ1が０．６より小さくなると吐出量の低下が顕著になる。一方、比Ａ2／Ａ1が０．８より大きくなっても吐出量の低下が顕著になる。
【０１３６】
また、表１に示すように、基板のうねりは、比Ａ2／Ａ1が０．６〜０．８であれば問題とならないが、この範囲外となると問題となる。
【０１３７】
これらのことから、比Ａ2／Ａ1の望ましい範囲は、０．６〜０．８である。
【０１３８】
｛距離の比ｂ／ａの影響｝
表２は、キャビティの長手方向の中心の位置からキャビティ４０８が最も深くなる位置までの距離ａに対する中心の位置からキャビティ４０８が最も浅くなる位置までの距離ｂの比ｂ／ａを変化させた場合の吐出量、逆流量及びその他不具合の変化を示している。もちろん、比ｂ／ａが１でない場合は図３７に示す縦断面形状を有するキャビティ４０８が得られ、比ｂ／ａが１である場合は図３に示す縦断面形状でＤ１１＞Ｄ１３の場合の縦断面形状を有するキャビティ１０８が得られる。表２は、先述した比Ａ2／Ａ1を０．６〜０．８としたときの結果を示している。
【０１３９】
【表２】
【０１４０】
ここでいう「吐出量」は、表１の横断面の断面積比Ａ2／Ａ1が１である時の吐出孔４１０から吐出される液滴の吐出量を１としたときの、吐出孔４１０から吐出される液滴の吐出量の相対値を意味している。
【０１４１】
ここでいう「逆流量」は、供給孔４１２から吐出される液滴の吐出量を表１の横断面の断面積比Ａ2／Ａ1が１である時の吐出量と比較した結果である。
【０１４２】
表２に示すように、吐出量は、比ｂ／ａが０．５〜１．０の範囲全てで吐出量が１．２倍になる。
【０１４３】
また、表２に示すように、逆流量は、比ｂ／ａが０．７〜１であれば同等又は減少するが、比が０．７より小さくなると増加する。
【０１４４】
さらに、比ｂ／ａが０．５〜０．９の範囲内にあればその他不具合を生じないが、比ｂ／ａが０．９より大きくなると離型が安定しないという問題を生じる。
【０１４５】
これらのことから、比ｂ／ａの望ましい範囲は、０．７〜０．９である。
【０１４６】
＜その３＞
｛液滴吐出量｝
図４４の一覧表の中の実施例１、２の欄には、図３に示すような縦断面形状が台形のキャビティ１０８を有する液滴吐出装置１におけるキャビティ１０８の深さ及び液滴の吐出量が示されている。また、図４４の一覧表の中の比較例１の欄には、図４７に示すような縦断面形状が長方形のキャビティ９０８を有する液滴吐出装置９におけるキャビティ９０８の深さ及び液滴の吐出量が示されている。ここでいう「液滴の吐出量」は、振動体１２０，９２０を所定回数だけ駆動したときに吐出孔１１０，９１０から吐出された液滴の総重量であり、比較例１を「１」とした場合の相対値である。なお、実施例１、２及び比較例１においては、最上端におけるキャビティの横幅Ｗ１１，Ｗ９１は１８０μｍとしている。また、最上端におけるキャビティの縦幅Ｗ１２，Ｗ９２は１．１ｍｍとしている。
【０１４７】
図４４に示すように、キャビティの縦断面形状を台形とした場合の方が長方形とした場合よりも液滴の吐出量を増加させることができる。
【０１４８】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。特に、説明した技術を適宜組み合わせることは当然に予定されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の製造方法であって、
(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、
(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、
(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、
(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、
を備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
前記型が、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部を有する
セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
(e) 前記工程(d)の後に前記型の圧入により窪みが形成された前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の側に第２のセラミックスグリーンシートを熱圧着する工程と、
(f) 前記工程(e)の後に前記第１のセラミックスグリーンシート及び前記第２のセラミックスグリーンシートを一体的に焼成する工程と、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかのセラミック基板の製造方法において、
(g) 前記工程(a)の前に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の窪みが形成される領域の外側にセラミックス層を形成する工程、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４のセラミック基板の製造方法において、
前記セラミックス層のガラス転移温度が前記第１のセラミックスグリーンシートのガラス転移温度より低い、
セラミック基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
(h) 前記工程(d)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に形成された窪みの内面と前記第１のセラミックスグリーンシートの第２の主面とを貫通する貫通孔を形成する工程、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項１】
セラミック基板の製造方法であって、
(a) 第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度以上に昇温する工程と、
(b) 前記工程(a)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に型を圧入する工程と、
(c) 前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記型を圧入した状態のまま前記第１のセラミックスグリーンシートの温度をガラス転移温度未満に降温する工程と、
(d) 前記工程(c)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートと前記型とを分離する工程と、
を備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
前記型が、根元の幅よりも先端の幅が狭い台形の横断面形状を有する圧入部を有する
セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
(e) 前記工程(d)の後に前記型の圧入により窪みが形成された前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の側に第２のセラミックスグリーンシートを熱圧着する工程と、
(f) 前記工程(e)の後に前記第１のセラミックスグリーンシート及び前記第２のセラミックスグリーンシートを一体的に焼成する工程と、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかのセラミック基板の製造方法において、
(g) 前記工程(a)の前に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面の窪みが形成される領域の外側にセラミックス層を形成する工程、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４のセラミック基板の製造方法において、
前記セラミックス層のガラス転移温度が前記第１のセラミックスグリーンシートのガラス転移温度より低い、
セラミック基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１のセラミック基板の製造方法において、
(h) 前記工程(d)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に形成された窪みの内面と前記第１のセラミックスグリーンシートの第２の主面とを貫通する貫通孔を形成する工程、
をさらに備えるセラミック基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【公開番号】特開２０１２−３０５９８（Ｐ２０１２−３０５９８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８６５０（Ｐ２０１１−１９８６５０）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００９−５２９４４８（Ｐ２００９−５２９４４８）の分割
【原出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００９−５２９４４８（Ｐ２００９−５２９４４８）の分割
【原出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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