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WO2009119707A1 - 液滴吐出装置及び液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents

液滴吐出装置及び液滴吐出装置の製造方法 Download PDF

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WO2009119707A1
WO2009119707A1 PCT/JP2009/056045 JP2009056045W WO2009119707A1 WO 2009119707 A1 WO2009119707 A1 WO 2009119707A1 JP 2009056045 W JP2009056045 W JP 2009056045W WO 2009119707 A1 WO2009119707 A1 WO 2009119707A1
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WO
WIPO (PCT)
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cavity
droplet discharge
discharge device
substrate
main surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/056045
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
政之 植谷
清水　秀樹
Original Assignee
日本碍子株式会社
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Publication date
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Priority to JP2009529448A priority patent/JPWO2009119707A1/ja
Priority to EP09724830A priority patent/EP2255965A1/en
Publication of WO2009119707A1 publication Critical patent/WO2009119707A1/ja
Priority to US12/639,235 priority patent/US8152282B2/en
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    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Definitions

  • the present invention relates to a droplet discharge device in which a vibrating body for bending and vibrating the vibration plate is fixed to a vibration plate of a substrate on which a cavity separated from the first main surface and the vibration plate is formed, and the droplet discharge device It relates to a manufacturing method.
  • FIG. 45 to 47 are schematic views showing the configuration of a conventional droplet discharge device 9.
  • FIG. 45 is a perspective view of the droplet discharge device 9
  • FIG. 46 is a cross-sectional view of the droplet discharge device 9 along XLVI-XLVI in FIG. 45
  • FIG. 47 is a droplet discharge along XLVII-XLVII in FIG. It is a longitudinal sectional view of the device 9.
  • the droplet discharge device 9 has a structure in which a plurality of vibrating bodies 920 are regularly arranged on the upper surface 9021 of the substrate 902.
  • the substrate 902 has a structure in which a cavity 908 serving as a cavity, a discharge hole 910 serving as a liquid flow path, and a supply hole 912 are formed inside the plate.
  • the cavity 908 is separated from the upper surface 9021 of the substrate 902 by the vibration plate 904.
  • the horizontal width W91, the vertical width W92, and the depth D91 of the cavity are all constant.
  • the substrate 902 is manufactured by thermocompressing and firing a ceramic green sheet punched with a mold or a ceramic green sheet punched with a laser beam, so that the inner side surfaces 9081 to 9084 of the cavity 908 are formed on the substrate.
  • the inner and lower surfaces 9086 of the cavity 908 have to be parallel to the upper surface 9021 of the substrate 902 so as to be perpendicular to the upper surface 9021 of the substrate 902.
  • Patent Document 1 is a prior art document in which a known document invention related to a conventional droplet discharge device is described. Even in the droplet discharge device described in Patent Document 1, the width and depth of the cavity are constant.
  • Patent Document 2 is a prior art document in which a document known invention related to the present invention is described.
  • Patent Document 2 discloses a droplet discharge device (inkjet head 1) in which the width of a cavity (ink chamber 5) narrows toward the discharge hole (nozzle 8) and the depth of the cavity increases toward the discharge hole. ).
  • the upper end of a vibrating body (piezo element 13) that seems to be formed by alternately laminating piezoelectric / electrostrictive films and electrode films extending perpendicularly to the main surface of the substrate is used as a vibrating plate.
  • the diaphragm is fixed to (vibrating film 3) and the expansion and contraction of the vibrating body in a direction perpendicular to the main surface of the substrate is transmitted to the diaphragm.
  • JP 2003-075305 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-036538
  • the bending vibration of the vibration plate 904 is hindered by the rigidity of the lower electrode film 922 that is in the lowermost layer of the vibration member 920 and covers the vibration plate 904, and the liquid droplet ejection apparatus shown in FIGS. There is a problem that an increase in the discharge amount of the droplets is hindered.
  • the present invention has been made in order to solve these problems, and a droplet discharge device and a droplet discharge device that are unlikely to damage the vibration plate even if the vibration plate with increased droplet discharge amount is thinned. It aims at providing the manufacturing method of.
  • a first invention is a droplet discharge device, which is a cavity separated by a first main surface and a diaphragm, a flow path of a first liquid from the cavity to the outside, and an external A substrate on which a flow path of a second liquid from the first to the cavity is formed, and a vibrating body fixed to the diaphragm and flexing and vibrating the diaphragm, and from the first main surface side
  • the width which is the dimension of the cavity in a specific direction parallel to the first main surface, is reduced toward the second main surface, and the vibrator extends in parallel with the first main surface.
  • a piezoelectric / electrostrictive film a first electrode film extending in parallel with the first main surface and fixed to the diaphragm by a mutual diffusion reaction, and extending in parallel with the first main surface And a second electrode film facing the first electrode film with the piezoelectric / electrostrictive film interposed therebetween, and the first electrode film
  • the width that is the dimension in the specific direction of the fixing region to which the electrode film is fixed is 80% or more and 90% or less of the width that is the dimension in the specific direction of the diaphragm.
  • Non-fixed regions where the first electrode film having the same width as the direction dimension is not fixed are on both sides of the fixed region.
  • the width of the cavity continuously decreases from the first main surface side toward the second main surface side.
  • the cavity, the flow path of the first liquid, the flow path of the second liquid, and the cavity are connected to the first of the substrate.
  • a plurality of unit structures each including a vibrating body fixed to a diaphragm separated from the main surface are arranged, and the width of the cavity in the arrangement direction of the unit structures is from the first main surface side to the second main surface. It narrows toward the side of the surface.
  • a fourth invention is a ceramic substrate in which the substrate is integrally fired with the same kind of ceramics in the droplet discharge device according to any one of the first to third inventions.
  • the substrate is a translucent body.
  • a sixth invention is a droplet discharge device, which is a cavity separated by a first main surface and a diaphragm, a flow path of a first liquid from the cavity to the outside, and a second from the outside to the cavity.
  • the depth which is the dimension of the cavity in the first direction perpendicular to the first main surface, is increased toward the flow path side, and the vibrating body extends in parallel with the first main surface.
  • a piezoelectric / electrostrictive film a first electrode film extending parallel to the first main surface and fixed to the diaphragm by a mutual diffusion reaction; and extending parallel to the first main surface.
  • a second electrode film facing the first electrode film across the piezoelectric / electrostrictive film, the first electrode film comprising: The width that is the dimension in the second direction parallel to the first main surface of the fixed region to be attached is 80% or more and 90% or less of the width that is the dimension in the second direction of the diaphragm,
  • the diaphragm has non-fixed areas where the first electrode film having the same width in the second direction is not fixed on both sides of the fixed area.
  • the depth of the cavity is continuously increased from the second liquid flow path side toward the first liquid flow path side. Deepen.
  • the eighth invention is a ceramic substrate in which the substrate is integrally fired with the same kind of ceramics in the droplet discharge device of the sixth or seventh invention.
  • the substrate is a light transmitting body.
  • a tenth aspect of the invention is a droplet discharge device, which is a cavity separated by a first main surface and a diaphragm, a flow path of a first liquid from the cavity to the outside, and a second from the outside to the cavity.
  • the dimension of the cavity in the first direction perpendicular to the first main surface from the second liquid channel side to the first liquid channel side in the first portion occupying
  • the first liquid flow path from the second liquid flow path side in the second portion occupying a relatively large range on the second fluid flow path side with a certain depth becoming shallower.
  • a piezoelectric / electrostrictive film extending parallel to the surface a first electrode film extending parallel to the first main surface and fixed to the diaphragm by a mutual diffusion reaction, and the first main film
  • a width that is a dimension in a second direction parallel to the first main surface is not less than 80% and not more than 90% of a width that is a dimension in the second direction of the diaphragm.
  • There are non-fixed regions where the first electrode film having the same width in the direction of is not fixed on both sides of the fixed region.
  • the cavity of the cavity is directed from the second liquid flow path side toward the first liquid flow path side in the first portion.
  • the depth is continuously reduced, and the depth of the cavity is continuously increased in the second portion from the second liquid flow path side to the first liquid flow path side.
  • a twelfth aspect of the invention is a ceramic substrate in which the substrate is integrally fired with the same kind of ceramics in the droplet discharge device of the tenth or eleventh aspect of the invention.
  • the substrate is a translucent body.
  • a fourteenth aspect of the invention is a method for manufacturing a droplet discharge device, comprising: (a) a cavity separated from a first main surface by a diaphragm, a first liquid flow path from the cavity to the outside, and the outside A step of producing a substrate on which a second liquid flow path leading to the cavity is formed; and (b) a step of producing a vibrating body fixed to the vibrating plate and bending and vibrating the vibrating plate.
  • the step (a) includes (a-1) -1 raising the temperature of the first ceramic green sheet to a glass transition temperature or higher, and (a-2) after the step (a-1).
  • a step of lowering the temperature below the lath transition temperature (a-4) step of separating the first ceramic green sheet and the mold after the step (a-3), and (a-5) step of the step (a -4), and a step of thermocompression bonding the second ceramic green sheet to the first main surface side of the first ceramic green sheet in which a depression is formed by press-fitting the mold, (a-6) And a step of integrally firing the first ceramic green sheet and the second ceramic green sheet after the step (a-5).
  • a-7) ⁇ depression of the first main surface of the first ceramic green sheet before the step (a-1) And a step of forming a ceramic layer outside the region where is formed.
  • the glass transition temperature of the ceramic layer is lower than the glass transition temperature of the first ceramic green sheet.
  • a seventeenth aspect of the invention is the method for manufacturing a droplet discharge device according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects of the invention, wherein (a-8) the first of the first ceramic green sheets after the step (a-4). Forming a through hole penetrating the inner surface of the recess formed in the main surface and the second main surface of the first ceramic green sheet.
  • the step (b) comprises: (b-1) a photosensitive film on the first main surface of the substrate. And (b-2) a step of irradiating light from the second main surface side of the substrate to depict a latent image on which the planar shape of the cavity is transferred on the photosensitive film, and (b-3) ) ⁇ removing the photosensitive film formed in the region where the lowermost layer film constituting the vibrating body is formed, and (b-4) ⁇ configuring the vibrating body in the region where the photosensitive film is removed. Forming a lowermost layer, and (b-5) removing the photosensitive film remaining outside the region where the lowermost layer constituting the vibrating body is formed.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased, and the discharge amount of the droplet can be increased.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased.
  • the discharge amount can be increased.
  • the second aspect of the invention it is possible to eliminate the level difference that causes bubbles, so that the generation of bubbles inside the cavity can be suppressed.
  • the third aspect of the invention it is possible to increase the droplet discharge amount while suppressing interference between adjacent unit structures.
  • the interface of different materials disappears from the substrate, light refraction or scattering at the interface is suppressed, and light necessary for patterning can be stably obtained when the substrate is used as a mask. Can do.
  • sufficient light required for patterning can be obtained when the substrate is used as a mask.
  • the vibration plate since the flow of the liquid from the first liquid flow path side to the second liquid flow path side is inhibited, the vibration plate is bent and vibrated to fill the cavity.
  • the liquid When the liquid is pressed, the liquid can be prevented from being discharged from the second flow path, and the amount of liquid droplets discharged from the first flow path can be increased.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased. The discharge amount can be increased.
  • the diaphragm since it is not necessary to press the vibrating body against the diaphragm, the diaphragm is not easily damaged even if the diaphragm is thinned.
  • the seventh aspect of the invention it is possible to eliminate the level difference that causes bubbles, so that the generation of bubbles inside the cavity can be suppressed.
  • the eighth invention since the interface of different materials disappears from the substrate, light refraction or scattering at the interface is suppressed, and light necessary for patterning can be stably obtained when the substrate is used as a mask. Can do.
  • sufficient light necessary for patterning can be obtained when the substrate is used as a mask.
  • the vibration plate is bent and vibrated to fill the cavity.
  • the liquid can be prevented from being discharged from the second flow path, and the amount of liquid droplets discharged from the first flow path can be increased.
  • the density difference of the green sheet after the press-fitting of the mold The resulting undulation of the second main surface of the substrate can be suppressed.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased.
  • the discharge amount can be increased.
  • the diaphragm is not easily damaged even if the diaphragm is thinned.
  • the level difference that causes bubbles can be reduced, the generation of bubbles inside the cavity can be suppressed.
  • the interface of different materials disappears from the substrate, light refraction or scattering at the interface is suppressed, and light necessary for patterning can be stably obtained when the substrate is used as a mask. Can do.
  • the thirteenth invention sufficient light required for patterning can be obtained when the substrate is used as a mask.
  • the fourteenth aspect since the restriction on the three-dimensional shape of the cavity is reduced, it is possible to form a cavity having a three-dimensional shape that can increase the discharge amount of the droplets.
  • the depth of the cavity can be increased, so that the discharge amount of droplets can be increased.
  • only the ceramic layer can be softened without significantly softening the first ceramic green sheet by heating at the time of thermocompression bonding.
  • the green sheet can be prevented from being deformed, and the accuracy of the substrate dimensions can be improved.
  • the seventeenth aspect it is possible to prevent the through hole from being narrowed or blocked when the mold is press-fitted into the first ceramic green sheet.
  • the vibration body protrudes outside the vibration region and the displacement amount of the bending vibration It can be prevented that it causes a decrease in.
  • FIG. 1 is a perspective view of a droplet discharge device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge device along II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the droplet discharge device along III-III in FIG. 1.
  • It is sectional drawing which shows another example of a cavity. It is a flowchart explaining the manufacturing method of the droplet discharge apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is sectional drawing of the molding machine used for preparation of the board
  • FIG. 46 is a cross-sectional view of the droplet discharge device taken along XLVI-XLVI in FIG. 45.
  • FIG. 46 is a cross-sectional view of the droplet discharge device along XLVII-XLVII in FIG. 45.
  • FIG. 1 is a perspective view of the droplet discharge device 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge device 1 along II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a droplet discharge along III-III in FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the device 1.
  • FIG. The droplet discharge device 1 is a droplet discharge device for ink discharge used for an ink jet printer head. However, this does not prevent the configuration and manufacturing method of the droplet discharge device 1 described below from being adopted in other types of droplet discharge devices.
  • the droplet discharge device 1 has a structure in which a plurality of vibrating bodies 120 are regularly arranged on an upper surface 1021 of a substrate 102.
  • the arrangement interval of the vibrating bodies 120 is not limited, but is typically 70 to 212 ⁇ m.
  • the substrate 102 is a fired body of insulating ceramics.
  • the type of insulating ceramic is not limited, but at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, mullite, aluminum nitride, and silicon nitride from the viewpoint of heat resistance, chemical stability, and insulating properties. It is desirable to include. Among these, stabilized zirconium oxide is desirable from the viewpoint of mechanical strength and toughness.
  • stabilized zirconium oxide refers to zirconium oxide in which the phase transition of the crystal is suppressed by addition of a stabilizer, and includes partially stabilized zirconium oxide in addition to stabilized zirconium oxide.
  • the substrate 102 has a cavity 108 serving as a cavity, a discharge hole 110 serving as a liquid flow path, and a supply hole 112 formed in a plate having a substantially flat upper surface 1021 and lower surface 1022. It has a structure.
  • the cavity 108 having an elongated rectangular planar shape is separated from the upper surface 1021 of the substrate 102 by a diaphragm 104 having an elongated rectangular planar shape.
  • the number of ejection holes 110 may be two or more, and the number of supply holes 112 may be two or more.
  • the planar shape of the cavity 108 and the diaphragm 104 may be other than a rectangle, and the apexes may be rounded.
  • the droplet discharge device 1 is configured by arranging unit structures 131 including cavities 108, discharge holes 110, supply holes 112, and a diaphragm 104.
  • the arrangement direction of the unit structures 131 coincides with the short direction of the diaphragm 104 and the cavity 108.
  • the cross-sectional shape of the cavity 108 is trapezoidal, and the inner side surfaces 1081 and 1082 in the short direction of the cavity 108 are inclined from the plane perpendicular to the top surface 1021 of the substrate 102 in the short direction of the cavity 108. is doing.
  • the inner side surface 1081 and the inner side surface 1082 are relatively far apart on the upper surface 1021 side of the substrate 102 and relatively closer on the lower surface 1022 side of the substrate 102.
  • the lateral width W11 which is the dimension of the cavity 108 in the short direction parallel to the upper surface 1021 of the substrate 102, becomes narrower from the upper surface 1021 side of the substrate 102 toward the lower surface 1022 side of the substrate 102.
  • the lateral width of the diaphragm 104 can be increased while maintaining the strength of the crosspiece 106 between the adjacent cavities 108. Since the width can be increased, the displacement amount of the bending vibration can be increased while suppressing the interference between the adjacent unit structures, and the droplet discharge amount can be increased.
  • the inner side surface 1081 and the inner side surface 1082 are symmetric with respect to a plane perpendicular to the upper surface 1021 of the substrate 102, and symmetric with respect to a plane perpendicular to the upper surface 5021 of the substrate 502 as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • a cavity 508 having not inner surfaces 5081 and 5082 may be employed instead of the cavity 108.
  • the longitudinal cross-sectional shape of the cavity 108 is also trapezoidal, and the inner side surfaces 1083 and 1084 in the longitudinal direction of the cavity 108 are perpendicular to the upper surface 1021 of the substrate 102. Therefore, the longitudinal width W12 that is the dimension of the cavity 108 in the longitudinal direction parallel to the upper surface 1021 of the substrate 102 is constant.
  • the inner upper surface 1085 of the cavity 108 that is, the lower surface 1042 of the diaphragm 104 is parallel to the upper surface 1021 of the substrate 102.
  • the discharge hole 110 is a liquid flow path from the cavity 108 to the outside of the substrate 102.
  • the discharge hole 110 is a round hole that penetrates the vicinity of one end of the inner and lower surfaces 1086 of the cavity 108 in the longitudinal direction and the lower surface 1022 of the substrate 102 perpendicularly to the upper surface 1021 of the substrate 102.
  • the supply hole 112 is a liquid flow path from the outside of the substrate 102 to the cavity 108.
  • the supply hole 112 is a round hole that penetrates the vicinity of the other end in the longitudinal direction of the inner and lower surfaces 1086 of the cavity 108 and the lower surface 1022 of the substrate 102 perpendicularly to the upper surface 1021 of the substrate 102.
  • the discharge port of the discharge hole 110 and the supply port of the supply hole 112 are not necessarily provided on the lower surface 1022 of the substrate 102, and may be provided at other locations on the outer surface of the substrate 102. Further, it is not essential that the discharge hole 110 and the supply hole 112 are straight holes, and may be bent holes. Furthermore, it is not essential that the diameters of the discharge holes 110 and the supply holes 112 are constant, and the discharge holes 110 and the supply holes 112 may be continuously or discontinuously thin.
  • the diaphragm 104 is a plate having a substantially flat upper surface 1041 and lower surface 1042. However, it is not essential that the upper surface 1041 and the lower surface 1042 of the diaphragm 104 are substantially flat, and the diaphragm 104 may have some unevenness or curvature.
  • the plate thickness of the diaphragm 104 is preferably 0.5 to 5 ⁇ m. This is because if the thickness is below this range, the diaphragm 104 is likely to be damaged, and if the range is exceeded, the rigidity of the diaphragm 104 is increased and the amount of bending vibration tends to decrease.
  • the lateral width that is the dimension in the short direction of the diaphragm 104 and the vertical width that is the dimension in the longitudinal direction are not limited, but the short width is preferably 0.06 to 0.2 mm, and the vertical width is 0.3 to 2 mm. 0.0 mm is desirable.
  • the vibrating body 120 has a structure in which a lower electrode film 122, a piezoelectric / electrostrictive film 124, and an upper electrode film 126 extending in parallel with the upper surface 1021 of the substrate 102 are stacked from the bottom to the top in the order listed. . It should be noted that the piezoelectric / electrostrictive film and the electrode film are alternately laminated with two or more layers of the piezoelectric / electrostrictive film instead of the single-layer type vibrator 120 including the single layer of the piezoelectric / electrostrictive film 124. A multilayer type vibrator having the above structure may be adopted.
  • the entire piezoelectric / electrostrictive film constituting the vibrating body is an active layer to which an electric field is applied, and a part of the piezoelectric / electrostrictive film constituting the vibrating body (typically The lowermost layer or the uppermost piezoelectric / electrostrictive film) may be an inert layer to which no electric field is applied.
  • the lower electrode film 122 and the upper electrode film 126 are films of a fired body of conductive material.
  • the type of the conductive material is not limited, but is preferably a metal such as platinum, palladium, rhodium, gold, silver, or an alloy containing these as a main component from the viewpoint of electric resistance and heat resistance. Among these, platinum that is particularly excellent in heat resistance or an alloy containing platinum as a main component is desirable.
  • the film thickness of the lower electrode film 122 and the upper electrode film 126 is preferably 0.5 to 3 ⁇ m. If this range is exceeded, the rigidity of the lower electrode film 122 and the upper electrode film 126 tends to increase, and the amount of displacement of bending vibration tends to decrease. This is because resistance tends to increase.
  • the piezoelectric / electrostrictive film 124 is a fired body film of piezoelectric / electrostrictive ceramics.
  • the type of the piezoelectric / electrostrictive ceramic is not limited, but is preferably a lead (Pb) -based perovskite oxide from the viewpoint of the magnitude of the electric field induced strain, and is preferably lead zirconate titanate (PZT; Pb (Zr x Ti 1). -x )
  • PZT lead zirconate titanate
  • Pb (Zr x Ti 1). -x A modified product of lead zirconate titanate into which O 3 ) or a simple oxide, a composite perovskite oxide or the like is introduced is more desirable.
  • lead zirconate titanate and lead niobate niobate (Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ) in which nickel oxide (NiO) is introduced or lead zirconate titanate and nickel acid A solid solution with lead niobate (Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O 3 ) is desirable.
  • the film thickness of the piezoelectric / electrostrictive film 124 is desirably 1 to 10 ⁇ m. Below this range, densification of the piezoelectric / electrostrictive film 124 tends to be insufficient, and when above this range, shrinkage stress during sintering of the piezoelectric / electrostrictive film 124 increases. This is because it is necessary to increase the thickness of the diaphragm 104.
  • the vibrating body 120 includes a lower wiring electrode 128 serving as a power supply path to the lower electrode film 122 and an upper wiring electrode 130 serving as a power supply path to the upper electrode film 126.
  • One end of the lower wiring electrode 128 is between the lower electrode film 122 and the piezoelectric / electrostrictive film 124 and is electrically connected to one end of the lower electrode film 122, and the other end of the lower wiring electrode 128 is bent and vibrated. It is located outside the vibration area 191 where the vibrating plate 104 is provided.
  • One end of the upper wiring electrode 130 is on the upper electrode film 126 and is electrically connected to one end of the upper electrode film 126, and the other end of the upper electrode film 126 is also located outside the vibration region 191. Yes.
  • the bending vibration is affected.
  • an electric field can be applied to the piezoelectric / electrostrictive film 124.
  • the vibrating body 120 is integrated with the diaphragm 104 above the cavity 108.
  • a drive signal is supplied between the lower electrode film 122 and the upper electrode film 126 facing each other with the piezoelectric / electrostrictive film 124 interposed therebetween via the lower wiring electrode 128 and the upper wiring electrode 130,
  • the piezoelectric / electrostrictive film 124 expands and contracts in a direction parallel to the upper surface 1021 of the substrate 102, and the integrated vibrating body 120 and diaphragm 104 vibrate and vibrate. Due to this bending vibration, the liquid filled in the cavity 108 is discharged from the discharge port 110.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the droplet discharge device 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the droplet discharge device 1 is manufactured by manufacturing the substrate 102 (Step S ⁇ b> 101) and manufacturing the vibrating body 120 on the upper surface 1021 of the manufactured substrate 102 (Step S ⁇ b> 102).
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a molding machine 180 used for manufacturing the substrate 102 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the molding machine 180.
  • FIG. 7 is a diagram showing the change over time in the temperature of an insulating ceramic green sheet (hereinafter referred to as “green sheet”) 132 formed by forming insulating ceramic powder into a sheet shape and the load applied to the mold 183.
  • FIGS. 8 to 11 are schematic views for explaining a method for manufacturing the substrate 102 according to the first embodiment. 8 to 11 are cross-sectional views of the substrate 102 being manufactured.
  • the molding machine 180 supports the mold 183 that molds the green sheet 132, the hot plate 182 that heats the green sheet 132 while fixing the green sheet 132 by vacuum suction, and the mold 183 from above. And a hot plate 185 for heating the mold 183. Heaters 181 and 184 for heating are built in the hot plates 182 and 185, respectively.
  • the mold 183 has a three-dimensional shape corresponding to the three-dimensional shape of the cavity 108.
  • the three-dimensional shape of the mold 183 is a three-dimensional shape that can finally obtain a desired three-dimensional shape of the cavity 108 in consideration of deformation during thermocompression bonding, shrinkage during firing, and the like.
  • the mold 183 has a structure in which a press-fit portion 1832 having a trapezoidal cross-sectional shape whose tip width is narrower than the base width is provided on the lower surface of the base portion 1831.
  • ⁇ Temperature increase of green sheet 132 (timing t1 to t2) ⁇
  • the green sheet 132 is placed on the hot plate 182 heated by the heater 181 and vacuumed.
  • the green sheet 132 is fixed to the hot plate 182 and the temperature of the green sheet 132 is raised to the glass transition temperature Tg or higher.
  • the glass transition temperature Tg varies depending on the type of binder used in the green sheet 132, but is typically several tens of degrees Celsius.
  • the mold 183 In order to prevent the temperature of the green sheet 132 from being lowered due to the press-fitting of the mold 183, it is also desirable to preheat the mold 183 with the heater 184 before the press-fitting.
  • the mold 183 When the mold 183 is press-fitted into the green sheet 132 that is easily heated and plastically deformed in this way, as shown in FIG. 8, the green sheet 132 is plastically deformed, and the three-dimensional shape of the mold 183 is the upper surface of the green sheet 132. It is transferred to 1321.
  • a through hole 136 that penetrates the inner and lower surfaces 1341 of the recess 134 and the lower surface 1322 of the green sheet 132 is formed in the green sheet 132.
  • the through hole 136 may be formed by punching with a mold or may be formed by punching with a laser beam. If the through hole 136 is formed after the depression 134 is formed, the through hole 136 can be prevented from narrowing or closing when the mold 183 is press-fitted into the green sheet 132. However, this does not prevent the formation of the recess after the through-hole penetrating the upper surface 1321 and the lower surface 1322 of the green sheet 132 is formed.
  • the green sheet 138 is thermocompression bonded to the upper surface 1321 of the green sheet 132 and the green sheet 140 is thermocompression bonded to the lower surface 1322 of the green sheet 132.
  • a through hole 142 that penetrates the upper surface 1401 and the upper surface 1402 is formed at the same position as the through hole 136.
  • the green sheet 138 is thermocompression bonded so that the depression 134 becomes a cavity inside the crimped body.
  • thermocompression bonding of the green sheet 140 the lengths of the discharge holes 110 and the supply holes 112 can be increased, and the diameters of the discharge holes 110 and the supply holes 112 can be changed stepwise.
  • thermocompression bonding of the green sheet 140 may be omitted.
  • the substrate 102 on which the cavity 108 having such a three-dimensional shape is formed can be manufactured by a casting method in which a slurry in which an insulating ceramic powder is dispersed in a dispersion medium is poured into a mold, and is similar to the manufacture of a semiconductor device.
  • it can also be produced by an etching method in which the base substrate is etched.
  • the casting method and the etching method have the following problems as compared with the imprint method described above.
  • the etching method it is difficult to incline the inner lower surface 1086 of the cavity 108, and although it is possible to incline the inner side surfaces 1081 and 1082, it is troublesome and the inner side surfaces 1081 and 1082 are made flat. It is difficult. Further, since the diaphragm 104 is formed by bonding, the substrate 102 having high rigidity cannot be obtained.
  • 12 to 21 are schematic views illustrating a method for manufacturing the vibrating body 120 according to the first embodiment. 12 to 21 are cross-sectional views of the substrate 102 and the vibrating body 120 being manufactured.
  • a resist pattern 142 covering the outside of a region 192 in which the lower electrode film 122 is formed (hereinafter referred to as “lower electrode film forming region”) is formed on the substrate 102. Formed on the upper surface 1021.
  • the resist pattern 142 is formed by patterning a later-described resist film 152 that covers the upper surface 1021 of the substrate 102 by photolithography using the substrate 102 as a photomask.
  • a conductive material film 144 that will later become the lower electrode film 122 is formed in the lower electrode film formation region 192 of the upper surface 1021 of the substrate 102 as shown in FIG. Note that since the resist pattern 142 is removed later, there is no problem even if the conductive material film 144 protrudes outside the lower electrode film formation region 192.
  • the conductive material film 144 is formed by using a paste in which a conductive material is dispersed in a dispersion medium (hereinafter referred to as “conductive paste”) or a solution in which a resin material resinate is dissolved in a solvent (hereinafter referred to as “conductive resinate solution”).
  • the conductive paste can be applied by screen printing or the like, and the conductive resinate solution can be applied by spin coating or spraying.
  • the conductive material can be deposited by sputtering deposition, resistance heating deposition, or the like.
  • the resist pattern 142 remaining outside the lower electrode film formation region 192 is removed and removed. Thereby, the conductive material film 144 is formed at the same plane position as the cavity 108.
  • the resist pattern 142 is peeled by a chemical method.
  • the resist pattern 142 may be peeled off by a heat treatment method, a plasma treatment method, or the like. When the heat treatment method is used, the treatment temperature is preferably 200 to 300 ° C.
  • the conductive material film 144 is baked. As a result, as shown in FIG. 15, the conductive material film 144 becomes the lower electrode film 122, and the lower electrode film 122 is formed at the same plane position as the cavity 108.
  • the lower electrode film 122 is fixed to the upper surface 1041 of the diaphragm 104. “Fixing” here refers to bonding the lower electrode film 122 and the vibrating body 104 without using an adhesive by a solid phase reaction (interdiffusion reaction) at the interface between the lower electrode film 122 and the vibration plate 104. is there.
  • the firing temperature is desirably 200 to 300 ° C. or less, and the platinum powder is dispersed in the dispersion medium.
  • the firing temperature is desirably 1000 ° C. to 1350 ° C.
  • the firing temperature is preferably 600 ° C. to 800 ° C. or lower.
  • the lower wiring electrode 128 may be formed by screen printing a conductive paste and then baking it, or may be formed by vapor deposition of a conductive material.
  • a piezoelectric / electrostrictive material film 146 that will later become the piezoelectric / electrostrictive film 124 is formed.
  • the piezoelectric / electrostrictive material film 146 is formed by immersing the work-in-process and the counter electrode in a slurry in which the piezoelectric / electrostrictive material is dispersed in a dispersion medium, with a voltage applied to the lower electrode film 122 and the counter electrode. This can be performed by applying and causing the piezoelectric / electrostrictive material to move toward the lower electrode film 122.
  • the piezoelectric / electrostrictive material film 146 is formed at the same plane position as the lower electrode film 122.
  • a resist pattern formed by patterning a resist film covering the upper surface 1021 of the substrate 102 using the lower electrode film 122 as a photomask by photolithography is used.
  • a piezoelectric / electrostrictive film formed by use may be used.
  • the piezoelectric / electrostrictive material film 146 is baked. As a result, as shown in FIG. 17, the piezoelectric / electrostrictive material film 146 becomes the piezoelectric / electrostrictive film 124, and the piezoelectric / electrostrictive film 124 is formed at the same plane position as the lower electrode film 122.
  • the firing of the piezoelectric / electrostrictive material film 146 is preferably performed in a state where the work-in-process is housed in a sheath such as alumina or magnesia.
  • piezoelectric / electrostrictive film forming region After the piezoelectric / electrostrictive material film 146 is baked, as shown in FIG. 18, the outside of the region 193 where the piezoelectric / electrostrictive film 124 is formed (hereinafter referred to as “piezoelectric / electrostrictive film forming region”) 193 is covered.
  • a resist pattern 148 is formed on the upper surface 1021 of the substrate 102.
  • the resist pattern 142 is formed by patterning a later-described resist film 160 that covers the upper surface 1021 of the substrate 102 using the piezoelectric / electrostrictive film 124 as a photomask by a photolithography method.
  • a conductive material film 150 that will later become the upper electrode film 126 is formed on the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193 on the upper surface 1021 of the substrate 102. Overlaid on top. Since the resist pattern 148 is removed later, there is no problem even if the conductive material film 150 protrudes outside the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193.
  • the conductive material film 150 can be formed in a manner similar to that of the conductive material film 144 described above.
  • the resist pattern 148 remaining outside the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193 is peeled off and removed.
  • the conductive material film 150 is formed at the same plane position as the piezoelectric / electrostrictive film 124.
  • the resist pattern 148 can be removed in the same manner as the resist pattern 142 described above.
  • the conductive material film 150 is baked. As a result, as shown in FIG. 21, the conductive material film 150 becomes the upper electrode film 126, and the upper electrode film 126 is formed at the same plane position as the piezoelectric / electrostrictive film 124.
  • the conductive material film 150 can be baked in the same manner as the conductive material film 144 described above.
  • the upper wiring electrode 130 After firing the conductive material film 154, the upper wiring electrode 130 is formed.
  • the upper wiring electrode 130 can be formed in the same manner as the lower wiring electrode 128.
  • 22 to 28 are schematic views for explaining a method of forming the resist patterns 142 and 148 according to the first embodiment. 22 to 28 are cross-sectional views of the substrate 102 and the resist patterns 142 and 148 in the course of fabrication.
  • a resist film 152 covering the entire surface is formed on the upper surface 1021 of the substrate 102.
  • the resist film 152 is a negative photosensitive film whose solubility in a developing solution is lowered when exposed.
  • the cavity 108 is filled with a light shielding agent 154, and the function of a mask for shielding the outside of the lower electrode film formation region 192 is given to the substrate 102.
  • the substrate 102 is preferably a ceramic substrate obtained by integrally firing the same kind of insulating ceramic. This is because if the interface of different materials is eliminated from the substrate 102, light refraction or scattering at the interface is suppressed, so that light necessary for patterning can be stably obtained.
  • the substrate 102 is preferably a translucent material. Therefore, it is desirable that the insulating ceramic constituting the substrate 102 be yttrium oxide or the like that transmits light, or zirconia or alumina that easily transmits light. This is because if the substrate 102 is a translucent body, sufficient light necessary for patterning can be obtained.
  • the exposed resist film 152 is selectively exposed to form an unexposed portion 156 and an exposed portion 158. As a result, a latent image obtained by reversing and transferring the planar shape of the cavity 108 is drawn on the resist film 152.
  • the unexposed portion 156 of the resist film 152 formed in the lower electrode film formation region 192 is removed by development.
  • the latent image After the latent image is developed, light is irradiated from the lower surface 1022 side of the substrate 102 to further expose the exposed portion 158 remaining outside the lower electrode film formation region 192, to bake and harden the exposed portion 158, and The light shielding agent 154 is removed from 108. Thereby, the resist pattern 142 shown in FIG. 12 is completed.
  • a positive resist film whose solubility in a developer increases when exposed can be used instead of the negative resist film 152.
  • the planar shape of the cavity 108 is inverted and transferred by utilizing the fact that the light transmittance of the cavity 108 portion is higher than the light transmittance of the remaining portion.
  • the latent image is depicted on a resist film.
  • a resist film 160 is formed on the upper surface 1021 of the substrate 102 so as to overlap the piezoelectric / electrostrictive film 124 and cover the entire surface.
  • the resist film 160 is a negative photosensitive film whose solubility in a developer is lowered when exposed.
  • the resist film 160 formed outside the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193 is selectively irradiated with light from the lower surface 1022 side of the substrate 102.
  • the resist film 160 formed outside the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193 is selectively irradiated with light from the lower surface 1022 side of the substrate 102.
  • an unexposed portion 162 and an exposed portion 164 is formed on the resist film 160.
  • the unexposed portion 162 of the resist film 160 formed in the piezoelectric / electrostrictive film forming region 193 is removed by development.
  • the lower electrode film 122 which is the lowermost layer film constituting the vibrating body 120
  • a resist pattern obtained by patterning the substrate 102 having different light transmittances between the cavity 108 and the other part as a photomask is formed.
  • the lower electrode film 122 is not formed on the peripheral portion of the vibration region 191 where the light transmittance approaches the outside of the vibration region 191, so that the vibration body 120 protrudes outside the vibration region 191 and the displacement amount of the bending vibration It is also possible to prevent a decrease in the temperature.
  • the second embodiment relates to a substrate 202 that can be employed instead of the method for manufacturing the substrate 102 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is also a schematic view of a molding machine 280 used for manufacturing the substrate 202 according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is also a diagram showing the time change of the temperature of the green sheet 232 and the load applied to the mold 283.
  • FIGS. 29 to 32 are schematic views for explaining a method of manufacturing the substrate 202 according to the second embodiment. 29 to 32 are cross-sectional views of the substrate 202 being manufactured.
  • an adhesive layer 252 is formed outside the region where the recess 234 of the upper surface 2321 of the green sheet 232 is formed, that is, the region where the mold 283 is press-fitted. It is desirable that the composition of the insulating ceramic contained in the adhesive layer 252 is substantially the same as the composition of the insulating ceramic contained in the green sheet 232.
  • the adhesive layer 252 preferably contains a larger amount of binder than the green sheet 232 so that the glass transition temperature of the adhesive layer 252 is lower than the glass transition temperature of the green sheet 232.
  • the film thickness of the adhesive layer 252 is preferably about 30 to 50% of the depth of the recess 283, and is preferably 0.01 to 0.05 mm.
  • the width of the adhesive layer 252 is desirably 0.01 to 0.08 mm.
  • the adhesive layer 252 is formed, for example, by applying a paste in which an insulating ceramic powder and a binder are dispersed in a dispersion medium by a screen printing method or a spotting method. However, this does not prevent the adhesive layer 252 from being formed by other methods.
  • the green sheet 232 is placed on the suction table 282 heated by the heater 181 and vacuumed. Thereby, the green sheet 232 is fixed to the hot plate 282, and the temperature of the green sheet 232 is raised to the glass transition temperature Tg or higher.
  • the mold 283 When the mold 283 is pressed into the green sheet 232, it is desirable that the mold 283 is brought into contact with the adhesive layer 252 and the adhesive layer 252 is plastically deformed by the mold 283. Thereby, since the three-dimensional structure which will become the crosspiece 206 later can be formed by the green sheet 232 and the adhesive layer 252, the depth of the recess 234 can be increased, and the depth of the cavity 208 can be increased. . Further, as shown in FIG. 34 in which the portion A of FIG. 30 is enlarged, there is no step between the green sheet 232 and the adhesive layer 252, and the surface of the three-dimensional structure can be made substantially flat.
  • a mold release agent is applied to the mold 283 or the mold 283 is coated with a fluororesin or the like in order to improve the releasability between the adhesive layer 252 and the mold 283. It is desirable.
  • the green sheet 238 is heated on the adhesive layer 252 on the upper surface 2321 of the green sheet 232 and the green sheet 240 is heated on the lower surface 2322 of the green sheet 232 as in the case of the first embodiment.
  • the green sheet 240 has a through hole 242 that penetrates the upper surface 2401 and the upper surface 2402 at the same position as the through hole 236. In this way, the green sheet 238 is thermocompression bonded so that the recess 234 becomes a cavity inside the crimped body.
  • the glass transition temperature of the adhesive layer 252 is lower than the glass transition temperature of the green sheet 232, only the adhesive layer 252 is obtained without significantly softening the green sheet 252 by heating during thermocompression bonding. Can be softened. Therefore, the green sheet 232 can be prevented from being deformed by the pressurization when the green sheet 240 is thermocompression bonded, and the accuracy of the dimensions of the substrate 202, for example, the accuracy of the relative positions of the unit structures is improved. be able to.
  • Such a substrate 202 can be used in place of the substrate 102 according to the first embodiment, but it is advantageous in that the depth of the cavity 208 can be increased and the droplet discharge amount can be increased. It has a great effect.
  • the third embodiment relates to a cavity 308 that can be employed in place of the cavity 108 according to the first embodiment.
  • 35 to 36 are schematic views of the substrate 302 in which the cavity 308 is formed.
  • 35 is a cross-sectional view of the substrate 302 in the same cross section as FIG. 2
  • FIG. 36 is a vertical cross-sectional view of the substrate 302 in the same cross section as FIG.
  • the inner side surfaces 3081 and 3082 in the short direction of the cavity 308 are inclined in the short direction of the cavity 308 from the plane perpendicular to the upper surface 3021 of the substrate 302 as in the first embodiment. ing.
  • the inner side surface 3081 and the inner side surface 3082 are relatively far apart on the upper surface 3021 side of the substrate 302, and are relatively close to each other on the lower surface 3022 side of the substrate 302. Accordingly, the lateral width W31, which is the dimension of the cavity 308 in the short direction parallel to the upper surface 3021 of the substrate 302, becomes narrower from the upper surface 3021 side of the substrate 302 toward the lower surface 3022 side of the substrate 302.
  • the inner side surfaces 3083 and 3084 in the longitudinal direction of the cavity 308 are also inclined in the longitudinal direction of the cavity 308 from the plane perpendicular to the upper surface 3021 of the substrate 302.
  • the inner side surface 3083 and the inner side surface 3084 are relatively far apart on the upper surface 3021 side of the substrate 302, and are relatively close to each other on the lower surface 3022 side of the substrate 302. Therefore, the vertical width W32 which is the dimension of the cavity 308 in the longitudinal direction parallel to the upper surface 3021 of the substrate 302 becomes narrower from the upper surface 3021 side of the substrate 302 toward the lower surface 3022 side of the substrate 302.
  • the inner upper surface 3085 of the cavity 308, that is, the lower surface 3042 of the diaphragm 304 is parallel to the upper surface 3021 of the substrate 302, as in the first embodiment.
  • the inner lower surface 3086 of the cavity 308 is inclined in the longitudinal direction of the cavity 308 from a plane parallel to the upper surface 3021 of the substrate 302 as in the case of the first embodiment. Therefore, the depth D31 that is the dimension of the cavity 308 in the direction perpendicular to the upper surface 3021 of the substrate 302 becomes deeper from the supply hole 312 side toward the discharge hole 310 side.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased while suppressing the interference between the adjacent unit structures, and the discharge amount of the droplet can be increased. it can.
  • the fourth embodiment relates to a cavity 408 that can be employed instead of the cavity 108 according to the first embodiment.
  • FIG. 37 to 39 are schematic views of the substrate 402 on which the cavity 408 is formed.
  • 37 is a longitudinal sectional view of the substrate 402 in the same cross section as FIG. 3
  • FIG. 38 is a transverse sectional view of the substrate 402 along XXXVIII-XXXVIII in FIG. 37
  • FIG. 39 is a substrate along XXXIX-XXXIX in FIG. FIG.
  • the inner upper surface 4085 of the cavity 408, that is, the lower surface 4042 of the diaphragm 404 is parallel to the upper surface 4021 of the substrate 402, as in the first embodiment.
  • the inner bottom surface 4086 of the cavity 408 facing the lower surface 4042 of the diaphragm 404 is inclined in the longitudinal direction of the cavity 408 from a surface parallel to the upper surface 4021 of the substrate 402, but is relatively on the supply hole 412 side.
  • the inner bottom surface 4086 of the cavity 408 approaches the lower surface 4042 of the diaphragm 404 from the supply hole 412 side to the discharge hole 410 side, and is on the discharge hole 410 side.
  • the inner bottom surface 4086 of the cavity 408 moves away from the lower surface 4042 of the diaphragm 404 from the supply hole 412 side toward the discharge hole 410 side. Accordingly, the depth D41, which is the dimension of the cavity 408 in the direction perpendicular to the upper surface 4021 of the substrate 402, becomes shallower from the supply hole 412 side toward the discharge hole 410 side in the first portion 472, and the second portion 472 becomes smaller. In the portion 474, the depth increases from the supply hole 412 side toward the discharge hole 410 side.
  • the cavity 408 is tapered from the discharge hole 410 side toward the supply hole 412 side in the second portion occupying a relatively large range on the discharge hole 410 side, from the discharge hole 410 side. Since the flow of the liquid toward the supply hole 412 is inhibited, it is possible to suppress the liquid from being discharged from the supply hole 412 when the diaphragm 404 is bent and vibrated and the liquid filled in the cavity 408 is pressed. Thus, the discharge amount of droplets from the discharge hole 410 can be increased.
  • the inner surfaces 4081 to 4084 and the inner upper surface 4085 of the cavity 408 are flat surfaces with no steps. Further, the inner bottom surface 4086 of the cavity 408 is also a flat surface having no step in each of the first portion 472 and the second portion 474. For this reason, the lateral width W41 of the cavity 408 is continuously narrowed from the upper surface 4021 side of the substrate 402 toward the lower surface 4022 side of the substrate 402, and the depth D41 of the cavity 408 is the supply hole 412 in the first portion 472. The second portion 474 continuously becomes deeper from the supply hole 412 side toward the discharge hole 410 side. In this way, if the steps causing bubbles are reduced from the inner side surfaces 4081 to 4084, the inner upper surface 4085, and the inner lower surface 4086 of the cavity 408, the generation of bubbles inside the cavity 408 can be suppressed.
  • the cavity 408 has an advantage that the undulation of the lower surface 4022 of the substrate 402 caused by the density difference of the green sheet after the press-fitting of the mold can be suppressed as compared with the cavity 108. That is, when the cavity 108 is employed, the undulation of the lower surface 1022 of the substrate 102 is likely to occur downward. However, when the cavity 408 is employed, the contribution to the undulation of the first portion 472 and the undulation of the second portion 474 are generated. Can be offset, and the undulation of the lower surface 4022 of the substrate 402 protruding downward is less likely to occur.
  • the inner side surfaces 4081 and 4082 in the short direction of the cavity 408 are formed in the short direction of the cavity 408 from the surface perpendicular to the upper surface 4021 of the substrate 402, as in the first embodiment. It is inclined to.
  • the inner side surface 4081 and the inner side surface 4082 are relatively far apart on the upper surface 4021 side of the substrate 402 and relatively closer on the lower surface 4022 side of the substrate 402. Accordingly, the lateral width W41, which is the dimension of the cavity 408 in the short direction parallel to the upper surface 4021 of the substrate 402, becomes narrower from the upper surface 4021 side of the substrate 402 toward the lower surface 4022 side of the substrate 402.
  • the lateral width of the diaphragm 404 is increased while maintaining the strength of the crosspiece 406 between the adjacent cavities 408. Since the width can be increased, the displacement amount of the bending vibration can be increased while suppressing the interference between the adjacent unit structures, and the droplet discharge amount can be increased.
  • the vertical width W42 which is the dimension of the cavity 408 in the longitudinal direction parallel to the upper surface 4021 of the substrate 402, is constant.
  • the displacement amount of the bending vibration can be increased while suppressing the interference between the adjacent unit structures, and the discharge amount of the droplet can be increased. it can.
  • this application includes the following inventions.
  • a droplet discharge device A substrate on which a cavity separated by a first main surface and a diaphragm, a first liquid flow path from the cavity to the outside, and a second liquid flow path from the outside to the cavity are formed; A vibrating body fixed to the diaphragm and bendingly vibrating the diaphragm; With The first portion occupying a relatively small area on the second fluid flow path side from the second liquid flow path side toward the first liquid flow path side. A depth which is a dimension of the cavity in a first direction perpendicular to the main surface of the first surface is reduced; In the second portion occupying a relatively large range on the second fluid flow path side, the cavity is directed from the second liquid flow path side to the first liquid flow path side. The depth of Droplet discharge device.
  • DW WL ⁇ WU
  • the “relative displacement amount” is the diaphragm 104 to which the central vibrating body 120 is fixed when only the central vibrating body 120, 920 of the three adjacent vibrating bodies 120, 920 is driven. , 904, the relative value when the maximum value of the bending displacement amount R1 is 100%.
  • the “crosstalk” referred to here is a bending displacement of the diaphragms 104 and 904 to which the central vibrators 120 and 920 are fixed when all three adjacent vibrators 120 and 920 are driven simultaneously.
  • the amount of bending displacement of the diaphragm 104, 904 to which the central vibrating body 120 is fixed when only the central vibrating body 120, 920 of the three adjacent vibrating bodies 120, 920 is driven is the amount R3. It means the ratio (R3-R1) / R1 of the difference R3-R1 with respect to R1 to the bending displacement amount R1.
  • the relative displacement amount becomes maximum when the crosspiece width difference DW is about 18 ⁇ m, and when the crosspiece width difference DW is less than about 18 ⁇ m, the relative displacement amount increases as the crosspiece width difference DW increases.
  • the beam width difference DW exceeds about 18 ⁇ m, the relative displacement amount decreases as the beam width difference DW increases. This is because if the crosspiece width difference DW is too small, the coverage of the lower electrode films 122 and 922 is increased, and the area of the vibrating plates 104 and 904 that are not covered by the lower electrode films 122 and 922 is easily narrowed. Because it becomes.
  • the preferable range of the beam width difference DW is approximately 10 to 25 ⁇ m.
  • the “coverage” is a ratio WE / of the width WE that is the dimension of the lower electrode films 122 and 922 in the short direction to the width WC that is the dimension of the cavity 108, 908, that is, the diaphragm 104, 904 in the short direction. It means WC (see FIG. 43).
  • the coverage ratio decreases as the crosspiece width difference DW increases. This is because when the crosspiece width difference DW increases, light easily passes through the vicinity of the end of the cavity 108 in the substrate 102 as a mask in which the cavity 108 is filled with the light shielding agent 154.
  • the preferable coverage is 80 to 90%.
  • the desirable range of the coverage is the same when the cavity 308 or the cavity 408 is employed instead of the cavity 108.
  • the diaphragm 104 is covered with the lower electrode film 122, that is, short on both sides of the fixing region 172 to which the lower electrode film 122 is fixed.
  • Non-fixed regions 174 and 176 to which the lower electrode film 122 having the same width in the hand direction is not fixed are formed (see FIG. 43A). The presence of such non-fixed regions 174 and 176 that are easily bent on both sides of the fixed region 172 also contributes to an improvement in relative displacement.
  • the crack defect rate of the diaphragms 104 and 904 is significantly increased. This is because if the crosspiece width difference DW is too large, the area of the diaphragms 104 and 904 that is not covered by the lower electrode films 122 and 922 that also function as a protective film is widened.
  • the width 2C 1 is 60 ⁇ m
  • the difference 2C 1 -2C 2 between the width 2C 1 at the upper end and the width 2C 2 at the lower end of the cavity 108, 408 at the deepest position of the cavities 108, 408 is 10-25 ⁇ m
  • the cavities 108, 408 are
  • the depth s of the cavities 108 and 408 at the deepest position was set to 60 to 80 ⁇ m (see FIGS. 37 to 39).
  • Table 1 shows the cross sectional area A 2 of the cross section of the cavities 108 and 408 at the shallowest position of the cavities 108 and 408 with respect to the cross sectional area A 1 of the cross section of the cavities 108 and 408 at the position where the cavities 108 and 408 are deepest. It shows the variation in the width ⁇ of the lower electrode film 122, the waviness of the substrates 104 and 404, and the change in the discharge amount of droplets when the ratio A 2 / A 1 is changed.
  • the ratio A 2 / A 1 is calculated by the equation (1).
  • Table 1 shows the results when the ratio b / a described later is 0.7 to 0.9.
  • the “variation in the width of the lower electrode film 122” here refers to the width that is the dimension of the lower electrode film 122 in the short direction at the position where the cavities 108 and 408 are shallowest and the shortness at the position where the cavities 108 and 408 are deepest. It means a width difference which is a dimension of the lower electrode film 122 in the hand direction.
  • the reason why the width of the lower electrode film 122 varies is that the width of the unexposed portion 156 of the resist film 152 becomes narrower because light shielding by the light shielding agent becomes insufficient as the cavity 408 approaches the shallowest position.
  • the variation in the width of the lower electrode film 122 is not a problem when the ratio A 2 / A 1 is 0.6 to 1, but when the ratio A 2 / A 1 is smaller than 0.6, growing.
  • the ratio A 2 / A 1 is smaller than 0.6, the discharge amount is significantly reduced.
  • the ratio A 2 / A 1 is larger than 0.8, the discharge amount is significantly reduced.
  • the waviness of the substrate is not a problem when the ratio A 2 / A 1 is 0.6 to 0.8, but becomes a problem when the ratio is outside this range.
  • the desirable range of the ratio A 2 / A 1 is 0.6 to 0.8.
  • Table 2 shows the case where the ratio b / a of the distance b from the center position to the position where the cavity 408 becomes the shallowest is changed with respect to the distance a from the center position in the longitudinal direction of the cavity to the position where the cavity 408 becomes the deepest. The change in discharge amount, reverse flow rate, and other problems is shown.
  • the ratio b / a is not 1, the cavity 408 having the longitudinal cross-sectional shape shown in FIG. 37 is obtained, and when the ratio b / a is 1, the longitudinal cross-sectional shape shown in FIG. A cavity 108 having a longitudinal sectional shape is obtained.
  • Table 2 shows the results when the ratio A 2 / A 1 described above is 0.6 to 0.8.
  • the “ejection amount” referred to here is an ejection hole when the ejection amount of droplets ejected from the ejection hole 410 when the cross-sectional area ratio A 2 / A 1 of the cross section in Table 1 is 1, is 1. This means the relative value of the discharge amount of droplets discharged from 410.
  • the “reverse flow rate” here is a result of comparing the discharge amount of the droplets discharged from the supply hole 412 with the discharge amount when the cross-sectional area ratio A 2 / A 1 of the cross section in Table 1 is 1. .
  • the discharge amount is 1.2 times in the entire range where the ratio b / a is 0.5 to 1.0.
  • the reverse flow rate is the same or decreased when the ratio b / a is 0.7 to 1, but increases when the ratio is smaller than 0.7.
  • the ratio b / a is in the range of 0.5 to 0.9, other problems do not occur. However, if the ratio b / a is greater than 0.9, the mold release is not stable.
  • the desirable range of the ratio b / a is 0.7 to 0.9.
  • the droplet discharge amount can be increased as compared with a rectangular shape.

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Abstract

　液滴の吐出量を増加させた液滴吐出装置及び当該液滴吐出装置の製造方法を提供する。液滴吐出装置は、複数個の振動体を基板の上面に規則的に配列した構造を有している。基板は、略平坦な上面及び下面を有する板の内部にキャビティとなるキャビティ並びに液体の流路となる吐出孔及び供給孔を形成した構造を有する。キャビティの横幅は基板の上面の側から基板の下面の側へ向かって狭くなる。また、キャビティの深さは、供給孔の側から吐出孔の側へ向かって深くなる。供給孔の側にある相対的に小さな範囲を占める部分において供給穴の側から吐出孔の側へ向かってキャビティの深さが浅くなり、吐出孔の側にある相対的に大きな範囲を占める部分において供給孔の側から吐出孔の側へ向かってキャビティの深さが深くなるようにしてもよい。基板は、キャビティの立体形状に応じた立体形状を有する型をグリーンシートの上面に圧入することを経て作製する。

Description

液滴吐出装置及び液滴吐出装置の製造方法
　本発明は、第１の主面と振動板で隔てられたキャビティが形成された基板の振動板に当該振動板を屈曲振動させる振動体を固設した液滴吐出装置及び当該液滴吐出装置の製造方法に関する。
　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。
　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。
　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となるキャビティ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。
　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。
　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。
　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。
特開２００３－０７５３０５号公報 特開２００２－０３６５３８号公報
　図４５～図４７に示す従来の液滴吐出装置では、隣接する吐出素子の間のクロストークを防止するために隣接するキャビティの間の桟の強度を確保しなければならないので、振動板の幅を広くして屈曲振動の変位量を増加させ、液滴の吐出量を増加させることは困難である。
　また、図４５～図４７に示す従来の液滴吐出装置では、振動体９２０の最下層にあって振動板９０４を被覆する下部電極膜９２２の剛性により振動板９０４の屈曲振動が阻害され、液滴の吐出量の増加が妨げられるという問題があった。
　また、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を製造する従来の液滴吐出方法の製造方法では、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。
　さらに、特許文献２の液滴吐出装置では、液滴吐出装置の製造の途上で振動体の上端を振動板に固定する場合、例えば、接着剤を介して振動体の上端を振動板に押し付ける必要がある。また、液滴吐出装置の製造の後も、振動体の伸縮を振動板に伝えるため、振動体の上端が振動板に押し付けられた状態は維持される。このような振動体の上端の振動板への押し付けは、液滴吐出装置の小型化にともなって振動板が薄くなると、振動板の損傷の原因となりやすい。
　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、液滴の吐出量を増加させた振動板が薄くなっても振動板が損傷しにくい液滴吐出装置及び当該液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、第１の発明は、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１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって前記第１の主面と平行な特定の方向の前記キャビティの寸法である幅が狭くなり、前記振動体は、前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、を備え、前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記特定の方向の寸法である幅が前記振動板の前記特定の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、前記振動板には前記特定の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある。
　第２の発明は、第１の発明の液滴吐出装置において、前記第１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって前記キャビティの幅が連続的に狭くなる。
　第３の発明は、第１又は第２の発明の液滴吐出装置において、前記キャビティ並びに前記第１の液体の流路及び前記第２の液体の流路と前記キャビティを前記基板の第１の主面と隔てる振動板に固設された振動体とを備える単位構造が複数個配列され、前記単位構造の配列方向の前記キャビティの幅が前記第１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって狭くなる。
　第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明の液滴吐出装置において、前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である。
　第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明の液滴吐出装置において、前記基板が透光体である。
　第６の発明は、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深くなり、前記振動体は、前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、を備え、前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記第１の主面と平行な第２の方向の寸法である幅が前記振動板の前記第２の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、前記振動板には前記第２の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある。
　第７の発明は、第６の発明の液滴吐出装置において、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連続的に深くなる。
　第８の発明は、第６又は第７の発明の液滴吐出装置において、前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である。
　第９の発明は、第６ないし第８のいずれかの発明の液滴吐出装置において、前記基板が透光体である。
　第１０の発明は、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２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り、前記振動体は、前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、を備え、前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記第１の主面と平行な第２の方向の寸法である幅が前記振動板の前記第２の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、前記振動板には前記第２の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある。
　第１１の発明は、第１０の発明の液滴吐出装置において、前記第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キャビティの深さが連続的に浅くなり、前記第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連続的に深くなる。
　第１２の発明は、第１０又は第１１の発明の液滴吐出装置において、前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である。
　第１３の発明は、第１０ないし第１２のいずれかの発明の液滴吐出装置において、前記基板が透光体である。
　第１４の発明は、液滴吐出装置の製造方法であって、(a) 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を作製する工程と、(b) 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を作製する工程と、を備え、前記工程(a)は、(a-1) 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、(a-2) 前記工程(a-1)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記キャビティの立体形状に応じた立体形状を有する型を圧入する工程と、(a-3) 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、(a-4) 前記工程(a-3)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、(a-5) 前記工程(a-4)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、(a-6) 前記工程(a-5)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、を備える。
　第１５の発明は、第１４の発明の液滴吐出装置の製造方法において、(a-7) 前記工程(a-1)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。
　第１６の発明は、第１５の発明の液滴吐出装置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。
　第１７の発明は、第１４ないし第１６のいずれかの発明の液滴吐出装置の製造方法において、(a-8) 前記工程(a-4)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。
　第１８の発明は、第１４ないし第１７のいずれかの発明の液滴吐出装置の製造方法において、前記工程(b)は、(b-1) 前記基板の第１の主面に感光膜を形成する工程と、(b-2) 前記基板の第２の主面の側から光を照射し、前記キャビティの平面形状を転写した潜像を前記感光膜に描写する工程と、(b-3) 前記振動体を構成する最下層の膜が形成される領域に形成されている前記感光膜を現像により除去する工程と、(b-4) 前記感光膜を除去した領域に前記振動体を構成する最下層の膜を形成する工程と、(b-5) 前記振動体を構成する最下層の膜が形成される領域の外側に残存している前記感光膜を除去する工程と、を備える。
　第１の発明によれば、振動板の幅を広くすることができるので、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。また、振動板のうち撓みやすい非固着領域及び圧電／電歪体膜への電界の印加に寄与する固着領域の面積が十分であるので、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。さらに、振動体を振動板に押し付ける必要がないので、振動板が薄くなっても振動板が損傷しにくい。
　第２の発明によれば、気泡の原因となる段差を排除することができるので、キャビティの内部における気泡の発生を抑制することができる。
　第３の発明によれば、隣接する単位構造の間の干渉を抑制しながら、液滴の吐出量を増加させることができる。
　第４の発明によれば、異種の材料の界面が基板からなくなるので、当該界面における光の屈折又は散乱が抑制され、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を安定して得ることができる。
　第５の発明によれば、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を十分に得ることができる。
　第６の発明によれば、第１の液体の流路の側から第２の液体の流路の側への液体の流れが阻害されるので、振動板を屈曲振動させてキャビティに充填された液体を押圧したときに第２の流路から液体が排出されることを抑制することができ、第１の流路からの液滴の吐出量を増加させることができる。また、振動板のうち撓みやすい非固着領域及び圧電／電歪体膜への電界の印加に寄与する固着領域の面積が十分であるので、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。さらに、振動体を振動板に押し付ける必要がないので、振動板が薄くなっても振動板が損傷しにくい。
　第７の発明によれば、気泡の原因となる段差を排除することができるので、キャビティの内部における気泡の発生を抑制することができる。
　第８の発明によれば、異種の材料の界面が基板からなくなるので、当該界面における光の屈折又は散乱が抑制され、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を安定して得ることができる。
　第９の発明によれば、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を十分に得ることができる。
　第１０の発明によれば、第１の液体の流路の側から第２の液体の流路の側への液体の流れが阻害されるので、振動板を屈曲振動させてキャビティに充填された液体を押圧したときに第２の流路から液体が排出されることを抑制することができ、第１の流路からの液滴の吐出量を増加させることができる。また、セラミックスグリーンシートの主面にキャビティの立体形状に応じた立体形状を有する型を圧入する工程を経てセラミックス焼成体の基板を製造する場合に、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の第２の主面のうねりを抑制することができる。さらに、振動板のうち撓みやすい非固着領域及び圧電／電歪体膜への電界の印加に寄与する固着領域の面積が十分であるので、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。加えて、振動体を振動板に押し付ける必要がないので、振動板が薄くなっても振動板が損傷しにくい。
　第１１の発明によれば、気泡の原因となる段差を減らすることができるので、キャビティの内部における気泡の発生を抑制することができる。
　第１２の発明によれば、異種の材料の界面が基板からなくなるので、当該界面における光の屈折又は散乱が抑制され、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を安定して得ることができる。
　第１３の発明によれば、基板をマスクとして用いた場合にパターニングに必要な光を十分に得ることができる。
　第１４の発明によれば、キャビティ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を形成することができる。
　第１５の発明によれば、キャビティの深さを深くすることができるので、液滴の吐出量を増加させることができる。
　第１６の発明によれば、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。
　第１７の発明によれば、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。
　第１８の発明によれば、光の透過率が振動領域の外側に近づく振動領域の周縁部には最下層の膜が形成されないので、振動体が振動領域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を防止することができる。
　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。
第１実施形態に係る液滴吐出装置の斜視図である。 図１のII－IIに沿う液滴吐出装置の断面図である。 図１のIII－IIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。 キャビティの別例を示す断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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のＡ部を拡大した図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 液滴吐出装置の各部の寸法を説明する断面図である。 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。 従来の液滴吐出装置の斜視図である。 図４５のXLVI－XLVIに沿う液滴吐出装置の断面図である。 図４５のXLVII－XLVIIに沿う液滴吐出装置の断面図である。
　＜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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、短幅は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。
　＜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。
　｛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。
　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。
　｛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。
　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。
　｛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。
　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に電界を印可することができる。
　｛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。
　＜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。
　＜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。
　｛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。
　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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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と上面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。
　｛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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　｛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。
　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。
　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。
　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と振動体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と振動体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。
　｛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。
　｛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。
　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。
　｛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。
　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。
　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。
　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。
　｛上部配線電極１３０の形成｝
　導電材料膜１５４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。
　＜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。
　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。
　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の外側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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　＜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に関する。
　＜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。
　｛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２８３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。
　｛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１８１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。
　｛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。
　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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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。
　｛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と上面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２５２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。
　｛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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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２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。
　＜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。
　｛相対変位量及びクロストーク｝
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　｛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。
　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。
　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。
　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。
　｛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。
　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。
　＜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）。
　｛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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　｛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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。

Claims (18)

  1. 　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１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって前記第１の主面と平行な特定の方向の前記キャビティの寸法である幅が狭くなり、
    　前記振動体は、
    　前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、
    を備え、
    　前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記特定の方向の寸法である幅が前記振動板の前記特定の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、
    　前記振動板には前記特定の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある、
    液滴吐出装置。
  2. 　請求項１に記載の液滴吐出装置において、
    　前記第１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって前記キャビティの幅が連続的に狭くなる、
    液滴吐出装置。
  3. 　請求項１に記載の液滴吐出装置において、
    　前記キャビティ並びに前記第１の液体の流路及び前記第２の液体の流路と前記キャビティを前記基板の第１の主面と隔てる振動板に固設された振動体とを備える単位構造が複数個配列され、
    　前記単位構造の配列方向の前記キャビティの幅が前記第１の主面の側から前記第２の主面の側へ向かって狭くなる、
    液滴吐出装置。
  4. 　請求項１に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である、
    液滴吐出装置。
  5. 　請求項１に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が透光体である、
    液滴吐出装置。
  6. 　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深くなり、
    　前記振動体は、
    　前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、
    を備え、
    　前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記第１の主面と平行な第２の方向の寸法である幅が前記振動板の前記第２の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、
    　前記振動板には前記第２の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある、
    液滴吐出装置。
  7. 　請求項６に記載の液滴吐出装置において、
    　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連続的に深くなる、
    液滴吐出装置。
  8. 　請求項６に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である、
    液滴吐出装置。
  9. 　請求項６に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が透光体である、
    液滴吐出装置。
  10. 　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２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り、
    　前記振動体は、
    　前記第１の主面と平行に延在する圧電／電歪体膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記振動板に相互拡散反応により固着される第１の電極膜と、
    　前記第１の主面と平行に延在し前記圧電／電歪体膜を挟んで前記第１の電極膜と対向する第２の電極膜と、
    を備え、
    　前記第１の電極膜が固着される固着領域の前記第１の主面と平行な第２の方向の寸法である幅が前記振動板の前記第２の方向の寸法である幅の８０％以上９０％以下であり、
    　前記振動板には前記第２の方向の寸法である幅が等しい前記第１の電極膜が固着されない非固着領域が前記固着領域の両側にある、
    液滴吐出装置。
  11. 　請求項１０に記載の液滴吐出装置において、
    　前記第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キャビティの深さが連続的に浅くなり、
    　前記第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連続的に深くなる、
    液滴吐出装置。
  12. 　請求項１０に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が同種のセラミックスを一体焼成したセラミックス基板である、
    液滴吐出装置。
  13. 　請求項１０に記載の液滴吐出装置において、
    　前記基板が透光体である、
    液滴吐出装置。
  14. 　液滴吐出装置の製造方法であって、
    　(a) 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を作製する工程と、
    　(b) 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を作製する工程と、
    を備え、
    　前記工程(a)は、
    　(a-1) 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、
    　(a-2) 前記工程(a-1)の後に前記第１のセラミックスグリーンシートの第１の主面に前記キャビティの立体形状に応じた立体形状を有する型を圧入する工程と、
    　(a-3) 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、
    　(a-4) 前記工程(a-3)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、
    　(a-5) 前記工程(a-4)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、
    　(a-6) 前記工程(a-5)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、
    を備える液滴吐出装置の製造方法。
  15. 　請求項１４に記載の液滴吐出装置の製造方法において、
    　(a-7) 前記工程(a-1)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、
    をさらに備える液滴吐出装置の製造方法。
  16. 　請求項１５に記載の液滴吐出装置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、
    液滴吐出装置の製造方法。
  17. 　請求項１４に記載の液滴吐出装置の製造方法において、
    　(a-8) 前記工程(a-4)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、
    をさらに備える液滴吐出装置の製造方法。
  18. 　請求項１４に記載の液滴吐出装置の製造方法において、
    　前記工程(b)は、
    　(b-1) 前記基板の第１の主面に感光膜を形成する工程と、
    　(b-2) 前記基板の第２の主面の側から光を照射し、前記キャビティの平面形状を転写した潜像を前記感光膜に描写する工程と、
    　(b-3) 前記振動体を構成する最下層の膜が形成される領域に形成されている前記感光膜を現像により除去する工程と、
    　(b-4) 前記感光膜を除去した領域に前記振動体を構成する最下層の膜を形成する工程と、
    　(b-5) 前記振動体を構成する最下層の膜が形成される領域の外側に残存している前記感光膜を除去する工程と、
    を備える液滴吐出装置の製造方法。
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