JP2012049254A - 製造装置、製造方法、液体吐出ヘッドおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】パターン化した圧電素子を提供し、それを使用した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット装置を提供すること。
【解決手段】基板上に形成する圧電体素子の製造装置は、インクジェット法による機能性インクを基板上に任意のパターンで塗布する手段と、短波長レーザーによる機能性インクの脱脂手段と、長波長のレーザーによる機能性インクの加熱および結晶化手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明はプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置及び液体吐出ヘッドに関するものである。

ヘッドの構成は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室、（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。

ここで、本発明の主要部である圧電素子は、基板上に配置した下部電極（第１の電極）、圧電体層、上部電極（第２の電極）の積層したものからなる（図３参照）。

各圧力室にインク吐出の圧力を発生させるのに個別の圧電素子が配置される。
圧電素子は電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの膜が挟まれた積層構造をもつ。
圧電体はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。

従来の個別圧電素子の形成方法は、下部電極上に各種の真空成膜法（例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法（金属有機化合物を用いた化学的気相成長法）、真空蒸着法、イオンプレーティング法）やゾルゲル法、水熱合成法、ＡＤ（エアロゾルデポジション）法、塗布・熱分解法（ＭＯＤ）などの周知の成膜技術により堆積させ、引き続き、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に圧電膜、下部電極のパターニングを行い個別化を実施している。

金属複合酸化物、特にＰＺＴのドライエッチングは容易い加工材ではない。ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でＳｉ半導体デバイスは容易にエッチング加工できるが、この種の材料はイオン種のプラズマエネルギーを高める為、ＩＣＰプラズマ、ＥＣＲプラズマ、ヘリコンプラズマを併用した特殊なＲＩＥが成される（これは製造装置のコスト高を招く）。また下地電極膜との選択比は稼げない、特に大面積基板ではエッチング速度の不均一性は致命的である。

あらかじめ、所望する部位のみに難エッチング性のＰＺＴ膜を配置すれば、上記加工工程が省略できるが、その試みは一部を除いて成されていない。

個別ＰＺＴ膜形成の従来例
水熱合成法：Ｔｉ金属上にＰＺＴが選択成長する。Ｔｉ電極をパターニングしておけば、その部位のみにＰＺＴ膜が成長する。
真空蒸着法：有機ＥＬの製造にシャドウマスクが用いられ、発光層のパターニングが成されているが、ＰＺＴ成膜は基板温度５００〜６００℃にした状態で実行される。
ＡＤ法：あらかじめフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、レジストの無い部位にＰＺＴを成膜する方法が知られている。

特許文献１には、基板上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に有機金属化合物のゾルを塗布する工程と、この有機金属化合物のゾルをゲル化させる工程と、このゲル化した有機金属化合物を結晶化させて圧電体膜を形成する工程と、この圧電体膜上に上部電極を形成する工程とを備え、有機金属化合物のゾルを乾燥させる工程と、これを脱脂させる工程とを備え、この脱脂させる工程において、遠赤外線を前記有機金属化合物に照射して加熱することで、圧電特性の均一性を向上することのできる圧電体素子の製造方法を提供する技術が開示されている。

また、特許文献２には、上部電極の形成を、インクジェットヘッドにより金属微粒子を含有する液体を圧電体層の上に直接パターン塗布した後、熱処理を施して液体を金属膜に変換することで行なうことにより、簡単な工程で、かつ低コストで圧電体素子を製造できる技術が開示されている。

また、特許文献３には、基板の一方面側に有機金属化合物のゾルを塗布して誘電体前駆体膜を形成する工程と、基板の誘電体前駆体膜に相対向する領域から当該誘電体前駆体膜の吸収率の大きい波長領域を除外した波長領域の赤外線を照射すると共に、基板の他方面側から赤外線を照射して誘電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化する工程とを具備することで、結晶性に優れた誘電体膜を形成することができる圧電素子の製造方法を提供する技術が開示されている。

上記の水熱合成法で十分な耐圧を有するＰＺＴ膜を得るには、膜厚が５ｕｍ以上の比較的厚い膜が好ましく（これ以下の膜厚では、電界印加で容易に絶縁破壊してしまう）、所望する任意の薄膜が得られない。また、Ｓｉ基板上に素子を形成する場合、水熱合成が強アルカリ性の水溶液下で合成されるため、Ｓｉ基板の保護が必須となる。

また、上記の真空蒸着法は圧電性出現の為には複合酸化物が結晶化している必要があり、その結晶化膜を得るのに先記基板温度が必須となる。一般的なシャドウマスクはステンレス製であり、Ｓｉ基板とステンレス材の熱膨張差から、十分なマスキングが出来ない、使い捨てシャドウマスクは実現性が低い。特に、ＭＯ−ＣＶＤ法やスパッタリング法では堆積膜の回り込み現象が大きく、さらに不向きである。

また、上記のＡＤ法は先述の水熱合成法と同様に厚膜に有利であり、５ｕｍ以下の薄膜には不向きである。また、レジスト膜上にもＰＺＴ膜が堆積するので、研磨処理により一部の堆積膜を除去した後、リフトオフ工程を行う。大面積の均一研磨工程も煩雑であり、さらにレジスト膜は耐熱性が無い為、室温でＡＤ成膜を実行し、ポストアニール処理を経て、圧電性を示す膜に変換している。

本発明ではかかる課題に鑑み、パターン化した圧電素子を提供し、それを使用した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、基板上に形成する圧電体素子の製造装置であって、インクジェット法による機能性インクを基板上に任意のパターンで塗布する手段と、短波長レーザーによる機能性インクの脱脂手段と、長波長のレーザーによる機能性インクの加熱および結晶化手段とを備えることを特徴とする製造装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の製造装置において、機能性インクが電極材料であり、機能性インクの液滴の吐出量を調整することで、所望のパターンと膜厚とを得ることができる液滴吐出手段を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の製造装置において、機能性インクが強誘電体の前駆体インクであり、
機能性インクの液滴の吐出量を調整することで、所望のパターンと膜厚とを得ることのできる液滴吐出手段を備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置を用いて、撥液部と親液部とのパターンを形成した基板上に前駆体インクを塗布することを特徴とする圧電素子の製造方法である。

請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置を用いて、撥液部と親液部とのパターン形成のための機能性インクをインクジェット法により塗布してパターニングすることを特徴とする製造装置である。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の製造装置において、撥液部と親液部とのパターン形成のために塗布された機能性インクを搭載されたレーザーによってパターニングすることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の製造装置によって製造される圧電素子を用いることを特徴とする液体吐出ヘッドである。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクジェットプリンタである。

本発明によれば、パターン化した圧電素子を提供し、それを使用した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット装置を実現することができる。

３種のアルカンチオールのＳＡＭ膜パターニングの方法を示す図である。 ２回目以降の工程を説明する図である。 本発明の実施形態の１ノズルの液体吐出ヘッド構成を示す図である。 本発明の実施形態のパターニング塗布装置を説明するための図である。 本発明の実施形態の他のパターニング塗布装置を説明するための図である。 本発明の実施形態の複数ノズルの液体吐出ヘッド構成を示す図である。 ＳＡＭ処理後の疎水性を説明する図である。 ヒステリシス曲線を示す図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録装置の斜視説明図である。 本発明の実施形態のインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

本発明は液体吐出ヘッド及びそれを使用した画像形成装置をも対象としている。上記の画像形成装置は一般的にはインクジェット記録装置と呼ばれているもので、以下にインクジェット記録装置について説明する。

インクジェット記録装置には、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。

インクジェット記録装置において使用する液滴吐出装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段で構成されている。

上記のような圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のものなどがある。更にピエゾ型のものにはｄ３３方向の変形を利用した縦振動型、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等があるが、最近では半導体プロセスやＭＥＭＳの進歩により、Ｓｉ基板に直接液室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。

本発明はｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型に関する。

ゾルゲル法による圧電体層の形成
圧電体層がＰＺＴの場合、（非特許文献１：K. D. Budd, S. K. Dey, D. A. Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985).参照）出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得る。この均一溶媒をＰＺＴ前駆体溶液と呼ぶ。

ＰＺＴとはジルコン酸鉛(PbZrO3)とチタン酸鉛(PbTiO3)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すと
Pb(Zr0.53，Ti0.47)O３、一般にPZT(53／47)と示される。
酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物の出発材料は、この化学式に従って秤量される。

金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しても良い。

ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。

下地基板全面にＰＺＴ膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００ｎｍ以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
液体噴射装置の圧電素子として用いる場合、このＰＺＴ膜の膜厚は１ｕｍ〜２ｕｍが要求される。

前述の方法でこの膜厚を得るには十数回、工程を繰り返す。

ゾルゲル法によるパターン化した圧電体層の形成の場合には、下地基板の濡れ性を制御したＰＺＴ前駆体液の塗り分けをする。
（非特許文献２：A. Kumar and G. M. Whitesides, Appl.Phys.Lett., 63, 2002 (1993).に示されているアルカンチオールの特定金属上に自己配列する現象）
白金族金属にチオールはＳＡＭ膜形成する。
下部電極にＰｔを用い、その全面にＳＡＭ処理を行う。
ＳＡＭ膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。
周知のフォトリソグラフィー・エッチングにより、このＳＡＭ膜をパターニングする。
レジスト剥離後も、パターン化ＳＡＭ膜は残っているので、この部位は疎水性。
ＳＡＭ除去した部位は白金表面なので親水性。
この表面エネルギのコントラストを利用してＰＺＴ前駆体液の塗り分けをする。
コントラストの程度にもよるが、ＰＺＴ前駆体はスピンコート法で全面塗布してもパターン状に塗り分けられる場合もある。
ドクターブレード塗工でも良い。
ディップコートでも良い。
ＰＺＴ前駆体溶液の消費量を低減したい場合はインクジェット塗工でも良い。
同様に凸版印刷でも良い。

図１に３種のアルカンチオールのＳＡＭ膜パターニングの方法を示す。
基板再表面はいうまでもなく、チオールとの反応性に優れた白金として説明する。
アルカンチオールは分子鎖長により反応性や疎水（撥水）性が異なるものの、Ｃ６からＣ１８の分子を一般的な有機溶媒（アルコール、アセトン、トルエンなど）に溶解させる（濃度数モル／リットル）。この溶液中に基板を浸漬させ、所定時間後に取り出した後、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することで白金表面に形成できる（図１中のＢ、Ｂ´´）。

図１−Ｃは、フォトリソグラフィーによりフォトレジストをパターン形成し、ドライエッチングによりＳＡＭ膜を除去し、加工に用いたレジストを除去してＳＡＭ膜のパターニングを終える（図１中のＤ）。

Ｂ´は先にフォトレジストパターンを形成し、ＳＡＭ処理を行う。処理後の状態は、フォトレジスト上にはＳＡＭ膜は形成せず（図１中のＣ´）、レジストを除去すればＳＡＭ膜のパターニングを終える。

Ｂ´´は先述のＢと同じ工程を経て形成し、マスクを介して紫外線を照射することで未露光部にはＳＡＭ膜が残り、露光部にはＳＡＭ膜が消失する。

この後に第１のパターン化ＰＺＴ前駆体塗膜を形成し、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。前駆体熱処理温度は有機物の燃焼温度：５００℃、ＰＺＴ結晶化温度：７００℃などの高温処理によりＳＡＭ膜は消失する（図２−Ｆ）。

２回目以降の工程は以下の理由から簡便化できる（図２参照）。
ＳＡＭ膜は酸化物薄膜上には形成できない。第１の処理によりＰＺＴ膜の無い（露出している）白金膜上のみにＳＡＭ膜が形成される。
この自己組織化現象を使うのが本発明の特徴であり、従来のＳＡＭ膜のパターン化とこれを利用した機能性色材（カラーフィルター、ポリマー有機EL、ナノメタル配線）のパターニングは１回のＳＡＭ処理と引き続き行われる機能性色材の配置で完了していたが、ゾルゲル法では一度に成膜出来る膜厚が少ないので、複数回繰り返す必要がある。毎回、フォトリソグラフィー・エッチングによるパターン化ＳＡＭ膜形成は工程が煩雑になる。本発明は特にＳＡＭ膜が形成できない酸化物薄膜と、電気−機械変換素子として下部電極が構成要素であり、その下部電極にＳＡＭ膜が形成可能な組合せで初めて実現できるものである。

第１のパターン形成した試料にＳＡＭ処理を行った後、ＰＺＴ前駆体液の塗り分け塗工を行い、熱処理を施す。
所望の膜厚になるまで繰り返す
この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が５ｕｍの厚さまで形成できる。

下部電極として用いられる材料は耐熱性かつアルカンチオールとの反応によりＳＡＭ膜を形成する金属が選ばれる。
銅や銀はＳＡＭ膜を形成するが大気下中、５００℃以上の熱処理により変質してしまうので用いることは出来ない。
さらに金は両条件を満たすものの、積層するＰＺＴ膜の結晶化に不利に働くので使えない。
白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、の単金属や白金-ロジウムなどの白金を主成分とした他の白金族元素との合金材料も有効である。

シリコン基板上に配置する振動板は厚さ数ミクロンでシリコン酸化膜や窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、およびこれら各膜を積層した膜でも良い。また、熱膨張差を考慮した酸化アルミニウム膜、ジルコニア膜などのセラミック膜でも良い。これら材料は絶縁体である。

下部電極は圧電素子に信号入力する際の共通電極として電気的接続をするので、その下にある振動板は絶縁体か、もしくは導体であれば絶縁処理を施して用いることになる。

シリコン系絶縁膜は熱酸化膜、ＣＶＤ堆積膜を用い、金属酸化膜はスパッタリング法で成膜することが出来る。

これら振動板上に白金族下部電極を配置する場合、膜密着力を強めるための密着層が必要となる（図３−４１）。密着層として可能な材料はチタン、タンタル、酸化チタン、酸化タンタル、窒化チタン、窒化タンタルやこれら積層膜が有効である。

以下、本発明の実施の形態に関して添付図面を参照して説明する。
実施例１（請求項１）
図４はパターニング塗布装置を説明するための図である。図４において、標準的なインクジェット塗布装置にさらにＬ１、Ｌ２(、Ｌ３)というレーザーが組み込まれている。このレーザーは例えば図４のようにヘッドの駆動外から基板に対して照射するような位置以外にも、図５のように、ヘッドのキャリッジ上に組み込む形でも構わない。
また、Ｌ３のように下部からレーザーを当てる構成もある。レーザーの波長は乾燥を行うための長波長のレーザー（波長λ＞１０００ｎｍ）のものと、結晶化を行うための短波長レーザー（λ＜４００ｎｍ）のレーザーをもつ。乾燥用の長波長のレーザーは下部から当てる場合でもよい。

実施例２（請求項３、４）
シリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１ミクロン）を形成し、密着層としてチタン膜（膜厚５０ｎｍ）をスパッタ成膜した。引続き下部電極として白金膜（膜厚２００ｎｍ）スパッタ成膜した。

アルカンチオールにＣＨ３(ＣＨ２)６−ＳＨを用い、濃度０．０１モル／リットル（溶媒：イソプロピルアルコール）溶液に浸漬させ、ＳＡＭ処理を行った。その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥後、パターニングの工程に移る。

ＳＡＭ処理後の疎水性は接触角測定を行い、ＳＡＭ膜上での水の接触角は９２．２°であった。一方、ＳＡＭ処理前の白金スパッタ膜のそれは５°以下（完全濡れ）であり、ＳＡＭ膜処理がなされたことがわかる（図７参照）。

東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、酸素プラズマ処理を行い露出部のＳＡＭ膜を除去した。処理後の残渣レジストはアセトンにて溶解除去し、同様の接触角評価を行ったところ、除去部では５°以下（完全濡れ）、レジストでカバーされていた部位のそれは９２．４°の値を示し、ＳＡＭ膜のパターン化がなされたことを確認した。

他方式のパターニングとして、同様のレジストワークによりあらかじめレジストパターンを形成し、同様のＳＡＭ膜処理を実施後、アセトンにてレジストを除去し、接触角を測定した。レジストカバーされた白金膜上の接触角は５°以下（完全濡れ）、他の部位のそれは９２．０°となり、ＳＡＭ膜のパターン化がなされたことを確認した。

もうひとつの他方式として、シャドウマスクを用いた紫外線照射を行った。用いた紫外線はエキシマランプによる波長１７６ｎｍの真空紫外光を１０分間照射した。照射部の接触角は５°以下（完全濡れ）、未照射部のそれは９２．２°でありＳＡＭ膜のパターン化がなされたことを確認した。

圧電層としてＰＺＴ（５３／４７）を成膜する。前駆体塗布液の合成は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を１０モル％過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。

イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ濃度は０．１モル／リットルにした。

一度のゾルゲル成膜で得られる膜厚は１００ｎｍが好ましく、前駆体濃度は成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化される（従って０．１モル／リットルに限定されるものではない）。

この前駆体溶液を先のパターン化ＳＡＭ膜上にインクジェット法で塗布（図２−Ｅ）した。インクジェット法によりＳＡＭ膜上には液滴を吐出せず親水部のみ吐出することで接触角のコントラストにより親水部上にのみ塗膜ができた。この塗膜に対してＣＯ２レーザーとＹＡＧレーザーの4倍波を照射することで、結晶化を行う。このとき、ＹＡＧの４倍波は溶媒中の結合を切る脱脂としての効果をもち、ＣＯ２レーザーは局所加熱として溶媒の乾燥と、脱脂後の膜の結晶化に作用し、図２−Ｆを得た。

繰り返し処理の実施例
インクジェット法により、繰り返し同じ場所に液滴を吐出、レーザー照射することで重ね塗りを行うことができた。

厚膜化の実施例
先記工程を１５回繰り返し５００ｎｍの膜を得た。このとき作製された膜にクラックなどの不良は生じなかった。
さらに１５回のＰＺＴ前駆体の選択塗布→レーザー照射を行い、結晶化処理をした。膜にクラックなどの不良は生じなかった。膜厚は１０００ｎｍに達した。
このパターン化膜に上部電極（白金）を成膜し電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。
膜の比誘電率は１２２０、誘電損失は０．０２、残留分極は１９．３ｕＣ／ｃｍ２、抗電界は３６．５ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つ（Ｐ−Ｅヒステリシス曲線は図８参照）。

電気−機械変換能は電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その圧電定数ｄ３１は−１２０ｐｍ／Ｖとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値である。

実施例３（請求項２）
電極膜として白金やＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３などの酸化物を溶媒に溶かし、インクジェット法で塗布、レーザー照射することで圧電体層と同様に電極膜も形成することができる。

実施例４（請求項７）
図３に１ノズルの液体吐出ヘッド構成を示す。また図６にこれらを複数個配置したものを示す。本発明によれば、図中４０の電気−機械変換素子が簡便な製造工程で（かつバルクセラミックスと同等の性能を持つ）形成でき、その後の圧力室形成のための裏面からのエッチング除去、ノズル孔を有するノズル板を接合することで液体吐出ヘッドができる。
図中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は略した。

実施例５（請求項８）
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９はインクジェット記録装置の斜視説明図、図１０はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モーター９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

以下に各請求項ごとの作用・効果を説明する。
請求項１の圧電体素子製造装置においては、２つの波長のレーザーを有しており、この２つの波長によりパターニングされた塗膜を即時乾燥結晶化することができかつ、局所過熱による基板全体への熱ダメージの軽減をすることもできる。さらに、加熱時間が短いためタクトタイムを大幅に短縮できる。

請求項２、請求項３においては、インクジェット法による液滴吐出による液滴量の調整が可能になっていることに加えて、レーザーの強度、照射タイミングを調整することで所望の膜厚、パターニングを得ることができる。

請求項４、請求項７、請求項８は上記のとおりである。

請求項５、請求項６においては、インクジェット法によりパターニングが可能になり、更にレーザーの出力を制御することで表面改質、アブレーションの効果を得られるため、ＳＡＭ膜の除去部位を選択でき、ＳＡＭ膜パターン形成にかかる時間を短縮し、かつ撥液性の劣化をなしに前駆体溶液塗布の工程に基板を回すことができる。

なお、上述する実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。本発明は、液滴吐出装置としては直接的には印刷分野、特にデジタル印刷分野に適用可能で、液滴吐出装置を具備したインクジェットプリンタ、ＭＦＰを使用するデジタル印刷装置、オフィス、パーソナルで使用するプリンタ、ＭＦＰ等に適用可能である。

２０ ノズルプレート
６１ インクジェットヘッド
６２ インクタンク
８１ 装置本体
８２ 印字機構部
８３ 用紙
８４ 給紙カセット
８５ 手差しトレイ
８６ 排紙トレイ
９１ 主ガイドロッド
９２ 従ガイドロッド
９３ キャリッジ
９４ ヘッド
９５ インクカートリッジ
９７ 主走査モータ
９８ 駆動プーリ
９９ 従動プーリ
１００ タイミングベルト
１０１ 給紙ローラ
１０２ フリクションパッド
１０３ ガイド部材
１０４ 搬送ローラ
１０５ 搬送コロ
１０６ 先端コロ
１０７ 副走査モータ
１０９ 印写受け部材
１１１ 搬送コロ
１１２ 拍車
１１３ 排紙ローラ
１１４ 拍車
１１５,１１６ ガイド部材
１１７ 回復装置
２００ 架台
２０１ Y軸駆動手段
２０２ 基板
２０３ ステージ
２０４ X軸支持部材
２０５ X軸駆動手段
２０６ ヘッドベース
２０８ IJヘッド
２１０ 供給用パイプ
２１３ レーザーヘッド
２１４ レーザーヘッド

特許第３８３８３４２号公報 特開２００４−００６６４５号公報 特開２００８−０６０５２０号公報

Claims (8)

1. 基板上に形成する圧電体素子の製造装置であって、
   インクジェット法による機能性インクを前記基板上に任意のパターンで塗布する手段と、
   短波長レーザーによる前記機能性インクの脱脂手段と、
   長波長のレーザーによる前記機能性インクの加熱および結晶化手段とを備えることを特徴とする製造装置。
2. 前記機能性インクが電極材料であり、
   前記機能性インクの液滴の吐出量を調整することで、所望のパターンと膜厚とを得ることができる液滴吐出手段を備えることを特徴とする請求項１記載の製造装置。
3. 前記機能性インクが強誘電体の前駆体インクであり、
   前記機能性インクの液滴の吐出量を調整することで、所望のパターンと膜厚とを得ることのできる液滴吐出手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の製造装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置を用いて、撥液部と親液部とのパターンを形成した基板上に前駆体インクを塗布することを特徴とする圧電素子の製造方法。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の製造装置を用いて、撥液部と親液部とのパターン形成のための機能性インクをインクジェット法により塗布してパターニングすることを特徴とする製造装置。
6. 前記撥液部と前記親液部とのパターン形成のために塗布された前記機能性インクを搭載されたレーザーによってパターニングすることを特徴とする請求項５記載の製造装置。
7. 請求項６記載の製造装置によって製造される圧電素子を用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 請求項７記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。

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