JP2012061702A - Electromechanical transducing device and method of manufacturing the same, and liquid droplet discharging head and liquid droplet discharging apparatus - Google Patents

Electromechanical transducing device and method of manufacturing the same, and liquid droplet discharging head and liquid droplet discharging apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromechanical transducing device and a method of manufacturing the same for obtaining stable ink discharge characteristics, and to provide a liquid droplet discharging head and a liquid droplet discharging apparatus.SOLUTION: The method of manufacturing the electromechanical transducing device includes: a first step of forming a first electrode made of a metal; a second step of forming a second electrode formed of an electrically conductive oxide on the first electrode and patterning the second electrode; a third step of carrying out the surface modification of only the first electrode, thereby making it water-repellent; a fourth step of forming an electromechanical transducing film on the patterned second electrode by an in inkjet method; and a fifth step of forming a third electrode formed of an electrically conductive oxide on the electromechanical transducing film.

Description

本発明は、電気機械変換素子及びその製造方法、並びに前記電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、及び前記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to an electromechanical conversion element, a method for manufacturing the same, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head.

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して、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等の電気機械変換素子、或いはヒータ等の電気熱変換素子、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、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内の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構成が知られている。   2. Related Art An ink jet recording apparatus and a liquid ejection head used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, etc., and a nozzle for ejecting ink droplets and a pressurizing chamber (an ink flow path, an additive) communicating with the nozzle Pressure chambers, pressure chambers, discharge chambers, liquid chambers, etc.) and electromechanical transducers such as piezoelectric elements that pressurize the ink in the pressurized chambers, or electrothermal transducers such as heaters, or ink flow paths. Comprising a diaphragm that forms a wall surface of the ink and an energy generating means comprising an electrode facing the wall, and ejecting ink droplets from the nozzles by pressurizing ink in the pressurizing chamber with the energy generated by the energy generating means It has been known.

又、インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。   Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an actuator using a flexural vibration mode actuator, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is applied to a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be separated into shapes and independent of each pressure generating chamber is known.

しかしながら、リソグラフィ法では、材料の使用効率が悪く、また工程が煩雑となるため高コストとなりタクトタイムも大きくなるという問題が発生する。特に圧電体薄膜については数μmの膜厚を要するために、低コスト化に向けて印刷法での微細パターン形成が検討されている。例えば、下地を撥水、親水処理したパターン基板上にインクジェット等の印刷技術を用いて微細パターン形成する技術が紹介されている(例えば、特許文献1、2参照)。   However, in the lithography method, there is a problem in that the use efficiency of the material is poor and the process becomes complicated, so that the cost is increased and the tact time is increased. In particular, since a piezoelectric thin film requires a thickness of several μm, formation of a fine pattern by a printing method is being studied for cost reduction. For example, a technique for forming a fine pattern using a printing technique such as ink jet on a patterned substrate whose base is water-repellent and hydrophilic has been introduced (for example, see Patent Documents 1 and 2).

但し、この場合、下部の電極としては主にPtをベースにした金属電極を用いた実施例がほとんどであり、圧電材料層として代表的な材料であるPZTの疲労特性に対する保証が懸念される。具体的には、PZTに含まれるPb拡散による疲労特性の劣化が懸念される。この問題に関しては、酸化物電極を用いることで、PZTの疲労特性が改善されることが開示されている(例えば、特許文献3参照)。   However, in this case, most of the embodiments use a metal electrode based mainly on Pt as the lower electrode, and there is a concern about the fatigue characteristics of PZT, which is a typical material for the piezoelectric material layer. Specifically, there is a concern about deterioration of fatigue characteristics due to Pb diffusion contained in PZT. With respect to this problem, it is disclosed that the fatigue characteristics of PZT are improved by using an oxide electrode (see, for example, Patent Document 3).

しかしながら、酸化物電極を用いる場合には、金属電極を用いる場合に比べて、比抵抗値が約10〜1000倍も高くなる。このため、酸化物電極が複数の圧電素子に共通して設けられていると、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させる場合に、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、安定したインク吐出特性が得られないという問題があった。   However, when an oxide electrode is used, the specific resistance value is about 10 to 1000 times higher than when a metal electrode is used. For this reason, when an oxide electrode is provided in common for a plurality of piezoelectric elements, a voltage drop occurs when a large number of ink droplets are ejected at the same time by driving a large number of piezoelectric elements at the same time. The displacement amount becomes unstable, and there is a problem that stable ink ejection characteristics cannot be obtained.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能な電気機械変換素子及びその製造方法、並びに、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides an electromechanical conversion element capable of obtaining stable ink discharge characteristics, a method for manufacturing the same, a droplet discharge head, and a droplet discharge device. This is the issue.

本電気機械変換素子の製造方法は、金属からなる第1の電極を形成する第1工程と、前記第1の電極上に導電性酸化物からなる第2の電極を形成し、前記第2の電極をパターニングする第2工程と、前記第1の電極のみを表面改質させて撥水化する第3工程と、パターニングされた前記第2の電極上にインクジェット法により電気機械変換膜を形成する第4工程と、前記電気機械変換膜上に導電性酸化物からなる第3の電極を形成する第5工程と、を有することを要件とする。   The method of manufacturing the electromechanical transducer includes a first step of forming a first electrode made of metal, a second electrode made of a conductive oxide on the first electrode, and the second electrode A second step of patterning the electrode, a third step of surface-modifying only the first electrode to make it water-repellent, and forming an electromechanical conversion film on the patterned second electrode by an ink jet method It is a requirement to have a fourth step and a fifth step of forming a third electrode made of a conductive oxide on the electromechanical conversion film.

本電気機械変換素子は、金属からなる第1の電極と、前記第1の電極上にパターニングされた導電性酸化物からなる第2の電極と、前記第2の電極上に形成された電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された導電性酸化物からなる第3の電極と、を有することを要件とする。   The electromechanical transducer includes a first electrode made of a metal, a second electrode made of a conductive oxide patterned on the first electrode, and an electric machine formed on the second electrode. It is necessary to have a conversion film and a third electrode made of a conductive oxide formed on the electromechanical conversion film.

本発明によれば、安定したインク吐出特性を得ることが可能な電気機械変換素子及びその製造方法、並びに、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electromechanical conversion element which can acquire the stable ink discharge characteristic, its manufacturing method, a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus can be provided.

本実施の形態に係る電気機械変換素子を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る電気機械変換素子の製造方法を例示する平面図(その1)である。It is a top view (the 1) which illustrates the manufacturing method of the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る電気機械変換素子の製造方法を例示する平面図(その2)である。It is a top view (the 2) which illustrates the manufacturing method of the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る電気機械変換素子の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る電気機械変換素子の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッドを例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the droplet discharge head using the electromechanical conversion element which concerns on this Embodiment. 図4の液滴吐出ヘッドを複数個配置した例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which a plurality of droplet discharge heads of FIG. 4 are arranged. 本実施の形態に係るインクジェット法による詳細プロセスについて例示する断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) illustrated about the detailed process by the inkjet method which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るインクジェット法による詳細プロセスについて例示する断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) illustrated about the detailed process by the inkjet method which concerns on this Embodiment. インクジェット塗布装置を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates an inkjet coating device. 代表的な電界強度と分極のヒステリシス曲線を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a representative electric field strength and a hysteresis curve of polarization. インクジェット記録装置を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates an inkjet recording device. インクジェット記録装置を例示する側面図である。It is a side view which illustrates an inkjet recording device.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

図1は、本実施の形態に係る電気機械変換素子を例示する断面図である。図1を参照するに、電気機械変換素子10は、第1の電極13と、第2の電極14と、電気機械変換膜15と、第3の電極16とを有する。電気機械変換素子10は、基板11上に振動板12を介して形成されている。電気機械変換素子10において、第1の電極13は金属電極であり、第2の電極14及び第3の電極16は酸化物電極である。なお、17は、第1の電極13の表面に付着するアルカンチオール材料等からなるSAM(Self Assembled Monolayer)膜を示している(以降、SAM膜17とする)。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electromechanical transducer according to this embodiment. Referring to FIG. 1, the electromechanical conversion element 10 includes a first electrode 13, a second electrode 14, an electromechanical conversion film 15, and a third electrode 16. The electromechanical transducer 10 is formed on a substrate 11 with a diaphragm 12 interposed. In the electromechanical transducer 10, the first electrode 13 is a metal electrode, and the second electrode 14 and the third electrode 16 are oxide electrodes. Reference numeral 17 denotes a SAM (Self Assembled Monolayer) film made of an alkanethiol material or the like attached to the surface of the first electrode 13 (hereinafter referred to as SAM film 17).

図2A及び図2Bは、本実施の形態に係る電気機械変換素子の製造方法を例示する平面図である。図2A及び図2Bを参照して、電気機械変換素子10の製造方法について簡単に説明する。   2A and 2B are plan views illustrating the method for manufacturing the electromechanical transducer according to this embodiment. With reference to FIG. 2A and 2B, the manufacturing method of the electromechanical transducer 10 is demonstrated easily.

始めに、基板11上に振動板12、第1の電極13、及び第2の電極14をこの順番で積層し、第2の電極14を予め所望のパターンに加工する。次いで、図2Aに示すように、アルカンチオール材料等のSAM材料を用いて浸漬処理させる。これにより、金属からなる第1の電極13の表面にはチオール材料等のSAM材料が反応しSAM膜17が付着するため、表面状態を撥水化することができる。又、酸化物からなる第2の電極14の表面にはチオール材料等のSAM材料が反応しないためSAM膜17が付着せず、表面状態は親水化されている。このように、電気機械変換膜15の作製前に第2の電極14を予め所望のパターンに加工することにより、アルカンチオール材料等のSAM材料の浸漬処理のみで親水部、疎水部の部分改質をセルフアラインで行うことができる。そのため、電気機械変換膜15の作製のタクトタイムを大幅に短縮することができる。   First, the diaphragm 12, the first electrode 13, and the second electrode 14 are laminated on the substrate 11 in this order, and the second electrode 14 is processed into a desired pattern in advance. Next, as shown in FIG. 2A, immersion treatment is performed using a SAM material such as an alkanethiol material. Thereby, since the SAM material such as a thiol material reacts and the SAM film 17 adheres to the surface of the first electrode 13 made of metal, the surface state can be made water repellent. In addition, since the SAM material such as a thiol material does not react with the surface of the second electrode 14 made of oxide, the SAM film 17 does not adhere and the surface state is made hydrophilic. As described above, by processing the second electrode 14 into a desired pattern in advance before the electromechanical conversion film 15 is fabricated, partial modification of the hydrophilic portion and the hydrophobic portion can be performed only by immersing the SAM material such as the alkanethiol material. Can be performed by self-alignment. Therefore, the tact time for producing the electromechanical conversion film 15 can be greatly shortened.

次いで、図2Bに示すように、第2の電極14上に電気機械変換膜15及び第3の電極16をこの順番で積層する。ここで、電気機械変換膜15は数μm程度の厚みにするため、例えばインクジェット法で何層も重ねて作製する必要がある。電気機械変換膜15の材料としてPZTを用いた場合、熱処理温度としては400℃以上が必要であるため、熱処理後においてはアルカンチオール材料等からなるSAM膜17が消失してしまう。そのため、第2の電極14上に1層目のPZTを形成し、熱処理後、2層目以降のPZTを形成する前に、図2Aと同様に下地に浸漬処理を施す必要がある。   Next, as illustrated in FIG. 2B, the electromechanical conversion film 15 and the third electrode 16 are stacked in this order on the second electrode 14. Here, in order to make the electromechanical conversion film 15 have a thickness of about several μm, it is necessary to produce a plurality of layers by, for example, an inkjet method. When PZT is used as the material of the electromechanical conversion film 15, the heat treatment temperature needs to be 400 ° C. or higher, and therefore the SAM film 17 made of an alkanethiol material or the like disappears after the heat treatment. Therefore, it is necessary to form a first layer of PZT on the second electrode 14, and after the heat treatment, before forming the second and subsequent layers of PZT, it is necessary to perform an immersion treatment on the base as in FIG. 2A.

具体的には、後述の図6A及び図6Bで詳説するように、熱処理後に2層目以降を積層する場合であっても、アルカンチオール材料等のSAM材料の浸漬処理のみで親水部、疎水部の部分改質をセルフアラインで行うことができる。   Specifically, as will be described in detail with reference to FIGS. 6A and 6B described later, even when the second and subsequent layers are laminated after heat treatment, the hydrophilic portion and the hydrophobic portion can be obtained only by immersing the SAM material such as an alkanethiol material. This partial modification can be performed by self-alignment.

又、アルカンチオール材料を用いて浸漬処理させ、金属からなる第1の電極13の表面のみを浸漬処理させた後、有機シラン材料を用いて同様に浸漬処理させ、酸化物からなる第2の電極14の表面又は電気機械変換膜15の表面のみを表面処理させることもできる。有機シラン材料は金属表面には反応しないため、酸化物である第2の電極14の表面のみを処理することが可能になる。親水性の高い基を有する有機シラン材料を用いることで、更に表面の親水部と疎水部のコントラスト比をつけることができるようになり、電気機械変換膜15をインクジェット法で作製するにあたってより効果的になる。   In addition, after immersion treatment is performed using an alkanethiol material and only the surface of the first electrode 13 made of metal is immersed, the immersion treatment is similarly performed using an organic silane material to form a second electrode made of an oxide. Only the surface of 14 or the surface of the electromechanical conversion film 15 may be surface-treated. Since the organosilane material does not react with the metal surface, only the surface of the second electrode 14 that is an oxide can be treated. By using an organosilane material having a highly hydrophilic group, the contrast ratio between the hydrophilic portion and the hydrophobic portion on the surface can be further increased, and the electromechanical conversion film 15 is more effective in producing the ink-jet method. become.

このように、電気機械変換膜15の材料としてPZTを用いた場合でも、第2の電極14と第3の電極16に酸化物電極を用いることでPb拡散を防止できる。又、第1の電極13として比抵抗の十分低い金属電極を設けることで、電圧駆動を行ったときに共通電極に対して十分な電流を供給することができ、多数の圧電素子を同時に駆動した場合においても、素子間でばらつきなく十分な変位量を得ることが出来る。その結果、安定したインク吐出特性を得ることが可能な電気機械変換素子10を実現できる。   Thus, even when PZT is used as the material of the electromechanical conversion film 15, Pb diffusion can be prevented by using oxide electrodes for the second electrode 14 and the third electrode 16. Further, by providing a metal electrode having a sufficiently low specific resistance as the first electrode 13, a sufficient current can be supplied to the common electrode when voltage driving is performed, and a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously. Even in this case, a sufficient amount of displacement can be obtained without variation between elements. As a result, the electromechanical conversion element 10 capable of obtaining stable ink ejection characteristics can be realized.

図3Aは、本実施の形態に係る電気機械変換素子の他の例を示す断面図である。図3Bは、本実施の形態に係る電気機械変換素子の他の例を示す平面図である。図3A及び図3Bを参照するに、電気機械変換素子20は、第1の電極13と、第2の電極14と、電気機械変換膜15と、第3の電極16と、絶縁保護膜21と、第4の電極22と、第5の電極23とを有する。電気機械変換素子20は、基板11上に振動板12を介して形成されている。   FIG. 3A is a cross-sectional view showing another example of the electromechanical transducer according to the present embodiment. FIG. 3B is a plan view showing another example of the electromechanical transducer according to the present embodiment. 3A and 3B, the electromechanical transducer 20 includes a first electrode 13, a second electrode 14, an electromechanical transducer film 15, a third electrode 16, an insulating protective film 21, and the like. The fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 are included. The electromechanical transducer 20 is formed on the substrate 11 via the diaphragm 12.

絶縁保護膜21は、第1の電極13、電気機械変換膜15、第3の電極16を被覆するように形成されている。第4の電極22は、絶縁保護膜21上に設けられ、絶縁保護膜21を貫通するコンタクトホール22xを介して第1の電極13と電気的に接続されている。第5の電極23は、絶縁保護膜21上に設けられ、絶縁保護膜21を貫通するコンタクトホール23xを介して第3の電極16と電気的に接続されている。第2の電極14、第3の電極16、及び第5の電極23は、各電気機械変換膜15に対して個別に設けられた個別電極であり、第1の電極13及び第4の電極22は、各電気機械変換膜15に対して共通に設けられた共通電極である。   The insulating protective film 21 is formed so as to cover the first electrode 13, the electromechanical conversion film 15, and the third electrode 16. The fourth electrode 22 is provided on the insulating protective film 21 and is electrically connected to the first electrode 13 through a contact hole 22 x that penetrates the insulating protective film 21. The fifth electrode 23 is provided on the insulating protective film 21 and is electrically connected to the third electrode 16 through a contact hole 23 x penetrating the insulating protective film 21. The second electrode 14, the third electrode 16, and the fifth electrode 23 are individual electrodes provided individually for each electromechanical conversion film 15, and the first electrode 13 and the fourth electrode 22. Is a common electrode provided in common for each electromechanical conversion film 15.

図3A及び図3Bに示すような絶縁保護膜21を形成することにより、電気ショート等による不具合や水分やガス等による電気機械変換膜15の破壊を防止できる。   By forming the insulating protective film 21 as shown in FIGS. 3A and 3B, it is possible to prevent problems due to electrical shorts and the like, and the breakdown of the electromechanical conversion film 15 due to moisture, gas, or the like.

次に、本実施の形態に係る電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッドについて説明する。図4は、本実施の形態に係る電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッドを例示する断面図である。図4を参照するに、液滴吐出ヘッド30は、電気機械変換素子10と、振動板12と、密着層35と、Si基板である圧力室基板37と、ノズル38が設けられたノズル板39とを有する。密着層35は第1の電極13と振動板12との密着力を強めるために設けられた層である。振動板12と圧力室基板37とノズル板39とで圧力室40が形成されている。なお、図4では、液体供給手段、流路、流体抵抗は省略している。   Next, a liquid droplet ejection head using the electromechanical transducer according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a droplet discharge head using the electromechanical transducer according to this embodiment. Referring to FIG. 4, the droplet discharge head 30 includes an electromechanical transducer 10, a vibration plate 12, an adhesion layer 35, a pressure chamber substrate 37 that is a Si substrate, and a nozzle plate 39 provided with a nozzle 38. And have. The adhesion layer 35 is a layer provided to increase the adhesion between the first electrode 13 and the diaphragm 12. A pressure chamber 40 is formed by the vibration plate 12, the pressure chamber substrate 37, and the nozzle plate 39. In FIG. 4, the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted.

図5は、図4の液滴吐出ヘッドを複数個配置した例を示す断面図である。複数の電気機械変換素子10は、簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つように、Si基板上に振動板12及び密着層35を介して形成できる。その後、圧力室40を形成するためにSi基板の一部を裏面からエッチング除去し、ノズル38を有するノズル板39を接合することで液滴吐出ヘッド50が作製できる。なお、図5では液体供給手段、流路、流体抵抗は省略している。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which a plurality of droplet discharge heads of FIG. 4 are arranged. The plurality of electromechanical transducers 10 can be formed on the Si substrate via the diaphragm 12 and the adhesion layer 35 so as to have performance equivalent to that of bulk ceramics in a simple manufacturing process. Thereafter, in order to form the pressure chamber 40, a part of the Si substrate is etched away from the back surface, and the nozzle plate 39 having the nozzles 38 is joined, whereby the droplet discharge head 50 can be manufactured. In FIG. 5, the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted.

次に図1、図2A、図2B、図3A、図3B等に示した各構成部分について詳説する。   Next, each component shown in FIG. 1, FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 3A, FIG.

[基板11]
基板11としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100〜600μmの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されており、本実施の形態においては、主に(100)の面方位を持つシリコン単結晶基板を使用した。又、図4に示すような圧力室40を作製する場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることができる。
[Substrate 11]
As the substrate 11, it is preferable to use a silicon single crystal substrate, and it is usually preferable to have a thickness of 100 to 600 μm. There are three types of plane orientations, (100), (110), and (111). Generally, (100) and (111) are widely used in the semiconductor industry. In addition, a silicon single crystal substrate having a (100) plane orientation was used. Further, when the pressure chamber 40 as shown in FIG. 4 is manufactured, the silicon single crystal substrate is processed by using etching. In this case, anisotropic etching can be used as an etching method.

異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばKOH等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、(100)面に比べて(111)面は約1/400程度のエッチング速度となる。従って、面方位(100)では約54°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位(110)では深い溝を掘ることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができる。本実施の形態において、(110)の面方位を持ったシリコン単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるSiOもエッチングされることに留意する必要がある。 Anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure. For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH, the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane. Therefore, a structure having an inclination of about 54 ° can be produced in the plane orientation (100), whereas a deep groove can be dug in the plane orientation (110), so that the arrangement density is increased while maintaining rigidity. can do. In this embodiment, it is also possible to use a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation. However, in this case, it should be noted that SiO 2 which is a mask material is also etched.

[振動板12]
図4に示す液滴吐出ヘッド30では、電気機械変換膜15によって発生した力を受けて下地である振動板12が変形変位し、圧力室40のインク滴を吐出させる。そのため、振動板12は、所定の強度を有することが好ましい。振動板12としては、Si、SiO、Si等の材料をCVD法により作製したものを用いることができる。更に、振動板12の材料としては、第1の電極13や電気機械変換膜15の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。
[Vibration plate 12]
In the droplet discharge head 30 shown in FIG. 4, the diaphragm 12 as a base is deformed and displaced by the force generated by the electromechanical conversion film 15, and the ink droplets in the pressure chamber 40 are discharged. Therefore, it is preferable that the diaphragm 12 has a predetermined strength. As the diaphragm 12, a material made of a material such as Si, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like by the CVD method can be used. Furthermore, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the first electrode 13 and the electromechanical conversion film 15 as the material of the diaphragm 12.

特に、電気機械変換膜15の材料としてPZTが使用されることが多いため、振動板12の材料としては、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い線膨張係数である5×10−6〜10×10−6(1/K)の線膨張係数を有した材料が好ましく、更には、7×10−6〜9×10−6(1/K)の線膨張係数を有した材料がより好ましい。 In particular, since PZT is often used as the material of the electromechanical conversion film 15, the material of the diaphragm 12 has a linear expansion coefficient close to 8 × 10 −6 (1 / K) of PZT. A material having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −6 to 10 × 10 −6 (1 / K) is preferable, and further, a linear expansion coefficient of 7 × 10 −6 to 9 × 10 −6 (1 / K) is preferable. More preferred is a material having

振動板12の具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等を用いることができ、これらをスパッタ法又はゾルゲル法(SOl−gel)法を用いてスピンコーターにて作製することができる。   Specific examples of the material of the diaphragm 12 include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These can be produced by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method (Sol-gel) method.

振動板12の膜厚としては0.1〜10μmが好ましく、0.5〜3μmがより好ましい。この範囲より小さいと図4に示すような圧力室40の加工が難しくなり、この範囲より大きいと振動板12が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる。   The film thickness of the diaphragm 12 is preferably 0.1 to 10 μm, and more preferably 0.5 to 3 μm. If it is smaller than this range, it becomes difficult to process the pressure chamber 40 as shown in FIG. 4, and if it is larger than this range, the vibration plate 12 is difficult to be deformed and displaced, and ink droplet ejection becomes unstable.

[第1の電極13]
第1の電極13に用いる金属材料としては、例えば、高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。しかし、白金は鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜を用いることが好ましい。又、白金は、下地である振動板12(特にSiO)との密着性が悪い。そこで、第1の電極13の材料として白金を使用する場合には、図4に示すように、第1の電極13の下層として密着層35を先に積層することが好ましい。密着層35の材料としては、例えば、Ti、TiO、Ta、Ta、Ta等を用いることができる。第1の電極13の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等を用いることができる。第1の電極13の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmがより好ましい。
[First electrode 13]
As the metal material used for the first electrode 13, for example, platinum having high heat resistance and low reactivity can be used. However, platinum may not have sufficient barrier properties against lead, and it is preferable to use a platinum group element such as iridium or platinum-rhodium, or an alloy film thereof. Further, platinum has poor adhesion to the diaphragm 12 (particularly SiO 2 ) as a base. Therefore, when platinum is used as the material of the first electrode 13, it is preferable that the adhesion layer 35 is first laminated as a lower layer of the first electrode 13 as shown in FIG. 4. As a material of the adhesion layer 35, for example, Ti, TiO 2 , Ta, Ta 2 O 5 , Ta 3 N 5 or the like can be used. As a manufacturing method of the first electrode 13, a sputtering method, vacuum deposition, or the like can be used. As a film thickness of the 1st electrode 13, 0.05-1 micrometer is preferable and 0.1-0.5 micrometer is more preferable.

[第2の電極14]
電気機械変換膜15として、鉛を含む複合酸化物を使用する場合、電気機械変換膜15に含まれる鉛の第2の電極14との反応、もしくは拡散が生じ圧電特性を劣化させる場合がある。従って、第2の電極14の材料としては、鉛との反応/拡散に対しバリア性のある電極材料が要求される。
[Second electrode 14]
When a complex oxide containing lead is used as the electromechanical conversion film 15, reaction or diffusion of lead contained in the electromechanical conversion film 15 with the second electrode 14 may occur to deteriorate the piezoelectric characteristics. Therefore, an electrode material having a barrier property against reaction / diffusion with lead is required as the material of the second electrode 14.

第2の電極14の材料としては、導電性酸化物を用いることが有効である。第2の電極14の具体的な材料としては、化学式ABOで記述され、A=Sr、Ba、Ca、La、 B=Ru、CO、Ni、を主成分とする複合酸化物であるSrRuOやCaRuO、これらの固溶体である(Sr1−x Cax)Oの他、LaNiOやSrCOO、これらの固溶体である(La,Sr)(Ni1−y COy)O(y=1でも良い)が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、IrO、RuOも挙げられる。言い換えれば、第2の電極14の材料は、化学式ABOで記述され、AはSr、Ba、Ca、Laの何れか1つ以上、BはRu、Co、Niの何れか1つ以上を主成分とする複合酸化物、又は、IrO、RuOの何れかからなる酸化物とすることができる。 As a material of the second electrode 14, it is effective to use a conductive oxide. A specific material of the second electrode 14 is SrRuO 3 , which is described by the chemical formula ABO 3 and is a composite oxide mainly composed of A = Sr, Ba, Ca, La, B = Ru, CO, Ni. and CaRuO 3, another is a solid solution thereof (Sr1-x Cax) O 3 , LaNiO 3 or SrCOO 3, which is a solid solution thereof (La, Sr) may be (Ni1-y COy) O 3 (y = 1 ). Other oxide materials include IrO 2 and RuO 2 . In other words, the material of the second electrode 14 is described by the chemical formula ABO 3 , where A is one or more of Sr, Ba, Ca, and La, and B is one or more of Ru, Co, and Ni. It can be a composite oxide as a component, or an oxide made of any of IrO 2 and RuO 2 .

第2の電極14の作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。これ以外の方法として、下地である第1の電極13の第2の電極14の形成領域以外を表面改質させて撥水化し、撥水化してない親水性の領域である第2の電極14の形成領域にインクジェット法を用いて第2の電極14を形成しても良い。なお、第2の電極14の形成領域とは、パターニングされた第2の電極14が形成される領域である。   As a method for producing the second electrode 14, it can be produced by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. As a method other than this, the second electrode 14 which is a hydrophilic region where the surface of the first electrode 13 which is the base other than the region where the second electrode 14 is formed is surface-modified to make it water-repellent and not water-repellent. The second electrode 14 may be formed in the formation region using an inkjet method. Note that the formation region of the second electrode 14 is a region where the patterned second electrode 14 is formed.

ここで、図6A及び図6Bを参照しながら、本実施の形態に係るインクジェット法による詳細プロセスについて説明する。   Here, with reference to FIGS. 6A and 6B, a detailed process by the ink jet method according to the present embodiment will be described.

まず、図6A(a)に示すように、下地となる第1の電極13を準備する。そして、図6A(b)に示すように、第1の電極13上にSAM膜17(自己組織化単分子膜)を全面塗布する。SAM膜17は下地の材料によっても異なるが、金属を下地とする場合は主にチオールを選定する。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)。この溶液を用いて、浸漬、蒸気、スピンコーター等の何れかにより全面塗布処理を行い、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することで第1の電極13の表面に形成できる。   First, as shown in FIG. 6A (a), a first electrode 13 as a base is prepared. Then, as shown in FIG. 6A (b), a SAM film 17 (self-assembled monomolecular film) is applied over the entire surface of the first electrode 13. Although the SAM film 17 differs depending on the material of the base, thiol is mainly selected when a metal is used as the base. Although the reactivity and hydrophobicity (water repellency) vary depending on the molecular chain length, C6 to C18 molecules are dissolved in a general organic solvent (alcohol, acetone, toluene, etc.) (concentration: several moles / liter). Using this solution, the entire surface can be applied by immersion, steam, spin coater, or the like, and the excess molecules can be formed on the surface of the first electrode 13 by being washed with substitution solvent and drying.

次に、図6A(c)に示すように、フォトリソグラフィによりフォトレジスト81をパターン形成する。次に、図6A(d)に示すように、ドライエッチングにより、フォトレジスト81に覆われていない部分のSAM膜17を除去し、更に、フォトレジスト81を除去してSAM膜17のパターニングが終了する。   Next, as shown in FIG. 6A (c), a photoresist 81 is patterned by photolithography. Next, as shown in FIG. 6A (d), the portion of the SAM film 17 not covered with the photoresist 81 is removed by dry etching, and the photoresist 81 is further removed to complete the patterning of the SAM film 17. To do.

次に、図6A(e)に示すように、液滴吐出ヘッド82により液滴を塗布すると、疎水部であるSAM膜17上には塗膜が形成されず、SAM膜17が除去された親水部のみにパターン化前駆体塗膜14aが形成される。その後、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。パターン化前駆体塗膜14aの熱処理温度は有機物の燃焼温度:300〜500℃、結晶化温度:500〜700℃等とする。このような高温処理により、図6A(f)に示すように、SAM膜17は消失し、パターン化前駆体塗膜14aが熱処理されたパターン化前駆体塗膜14bが作製される。   Next, as shown in FIG. 6A (e), when a droplet is applied by the droplet discharge head 82, a coating film is not formed on the SAM film 17 which is a hydrophobic portion, and the hydrophilic surface from which the SAM film 17 has been removed. The patterned precursor coating film 14a is formed only on the part. Thereafter, heat treatment is performed according to a normal sol-gel process. The heat treatment temperature of the patterned precursor coating film 14a is set such that the organic combustion temperature is 300 to 500 ° C, the crystallization temperature is 500 to 700 ° C, and the like. By such a high temperature treatment, as shown in FIG. 6A (f), the SAM film 17 disappears, and the patterned precursor coating film 14b in which the patterned precursor coating film 14a is heat-treated is produced.

インクジェット法を用いた場合、1層あたり約30〜100nmの膜厚になるため、何層か重ね打ちする必要がある。そのため、図6B(a)に示すように、再びSAM膜17をパターニングし、パターン化前駆体塗膜14bの周囲にSAM膜17を形成する。そして、図6B(b)に示すように、液滴吐出ヘッド82により液滴を塗布し、SAM膜17が除去された親水部であるパターン化前駆体塗膜14b上にパターン化前駆体塗膜14cを形成する。その後、図6A(e)と同様に熱処理を行う。図6B(a)及び図6B(b)の工程を繰り返すことにより、図6B(c)に示すように、パターン化前駆体塗膜は所望の膜厚となり、第2の電極14が得られる。第2の電極14の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmがより好ましい。このようにして、インクジェット法によりパターン化された第2の電極14が得られる。   When the ink jet method is used, the film thickness is about 30 to 100 nm per layer, so that several layers need to be overprinted. Therefore, as shown in FIG. 6B (a), the SAM film 17 is patterned again to form the SAM film 17 around the patterned precursor coating film 14b. Then, as shown in FIG. 6B (b), a droplet is applied by a droplet discharge head 82, and a patterned precursor coating film 14b is formed on the patterned precursor coating film 14b which is a hydrophilic portion from which the SAM film 17 is removed. 14c is formed. Thereafter, heat treatment is performed as in FIG. 6A (e). By repeating the steps of FIG. 6B (a) and FIG. 6B (b), the patterned precursor coating film has a desired thickness as shown in FIG. 6B (c), and the second electrode 14 is obtained. As a film thickness of the 2nd electrode 14, 0.05-1 micrometer is preferable and 0.1-0.5 micrometer is more preferable. Thus, the 2nd electrode 14 patterned by the inkjet method is obtained.

なお、図6A及び図6Bでは、下地となる第1の電極13上にインクジェット法により第2の電極14を形成する例を示したが、例えば、下地となる第2の電極14上にインクジェット法により電気機械変換膜15を形成する場合や、下地となる電気機械変換膜15上にインクジェット法により第3の電極16を形成する場合等も同様の工程とすることができる。   6A and 6B show an example in which the second electrode 14 is formed on the first electrode 13 serving as a base by an ink-jet method. However, for example, an ink-jet method may be used on the second electrode 14 serving as a base. When the electromechanical conversion film 15 is formed by the above, or when the third electrode 16 is formed by an inkjet method on the electromechanical conversion film 15 serving as a base, the same process can be performed.

[電気機械変換膜15]
本実施の形態では、電気機械変換膜15の材料として、PZTを主に使用した。PZTとはジルコン酸鉛(PbTiO)とチタン酸(PbTiO)の固溶体で、その比率により特性が異なる。優れた圧電特性を示す組成はPbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示される。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。
[Electromechanical conversion film 15]
In the present embodiment, PZT is mainly used as the material of the electromechanical conversion film 15. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbTiO 3 ) and titanic acid (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio. The composition exhibiting excellent piezoelectric properties has a ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 of 53:47. When expressed by the chemical formula, it is indicated as Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 , generally PZT (53/47). It is. Examples of composite oxides other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there.

これら材料は一般式ABOで記述され、A=Pb、Ba、Sr B=Ti、Zr、Sn、Ni、Znmg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として(Pb1−x,Ba)(Zr,Ti)O、(Pb1−x,Sr)(Zr,Ti)O、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 These materials are described by the general formula ABO 3 and correspond to composite oxides containing A = Pb, Ba, Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Znmg, and Nb as main components. As specific description (Pb1-x, Ba) ( Zr, Ti) O 3, substituted by (Pb1-x, Sr) ( Zr, Ti) O 3, which is a part of Pb of the A site Ba and Sr This is the case. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

電気機械変換膜15の作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。PZTをゾルゲル法により作製した場合、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ことで、PZT前駆体溶液が作製できる。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。   The electromechanical conversion film 15 can be produced by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. When PZT is prepared by a sol-gel method, a PZT precursor solution can be prepared by using lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine may be added to the precursor solution as a stabilizer.

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。   When a PZT film is obtained on the entire surface of the base substrate, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments such as solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since transformation from the coating film to the crystallized film involves volume shrinkage, it is necessary to adjust the precursor concentration so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film.

また、インクジェット法により作製する場合は、第2の電極14と同様の作製フロー(図6A及び図6B参照)にてパターニングされた膜を得ることができる。表面改質材については、下地の材料によっても異なるが、酸化物を下地とする場合は主にシラン化合物、金属を下地とする場合は主にアルカンチオールを選定する。   In the case of manufacturing by an inkjet method, a film patterned by a manufacturing flow similar to that of the second electrode 14 (see FIGS. 6A and 6B) can be obtained. As for the surface modifying material, although it varies depending on the material of the base, the silane compound is mainly selected when the oxide is used as the base, and the alkanethiol is mainly selected when the metal is the base.

電気機械変換膜15の膜厚としては0.5〜5μmが好ましく、より好ましくは1μm〜2μmとなる。この範囲より小さいと十分な変位を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。   The thickness of the electromechanical conversion film 15 is preferably 0.5 to 5 μm, more preferably 1 μm to 2 μm. If it is smaller than this range, it will not be possible to generate a sufficient displacement, and if it is larger than this range, many layers will be laminated, resulting in an increase in the number of steps and a longer process time.

[第3の電極16]
第3の電極16の材料としては、第2の電極14と同様、導電性酸化物を電極として用いることが有効である。第3の電極16の具体的な材料としては、化学式ABOで記述され、A=Sr、Ba、Ca、La、 B=Ru、CO、Ni、を主成分とする複合酸化物であるSrRuOやCaRuO、これらの固溶体である(Sr1−x Cax)Oの他、LaNiOやSrCOO、これらの固溶体である(La,Sr)(Ni1−y COy)O(y=1でも良い)が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、IrO、RuOも挙げられる。又、配線抵抗を補うために導電性酸化物上に白金やイリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これらの合金膜、またはAg合金、Cu、Al、Auを用いることも有効である。
[Third electrode 16]
As the material of the third electrode 16, it is effective to use a conductive oxide as an electrode, as in the second electrode 14. A specific material of the third electrode 16 is SrRuO 3 , which is described by the chemical formula ABO 3 , and is a composite oxide mainly composed of A = Sr, Ba, Ca, La, B = Ru, CO, Ni. and CaRuO 3, another is a solid solution thereof (Sr1-x Cax) O 3 , LaNiO 3 or SrCOO 3, which is a solid solution thereof (La, Sr) may be (Ni1-y COy) O 3 (y = 1 ). Other oxide materials include IrO 2 and RuO 2 . It is also effective to use a platinum group element such as platinum, iridium, or platinum-rhodium, an alloy film thereof, an Ag alloy, Cu, Al, or Au on the conductive oxide to supplement the wiring resistance.

第3の電極16の作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。それ以外に、第2の電極14と下地表面を部分的に表面改質させる工程を用いて、インクジェット法によりパターニングされた膜を作製することができる。又、インクジェット法により作製していく場合については、第2の電極14と同様の作製フロー(図6A及び図6B参照)にてパターニングされた膜を得ることができる。第3の電極16の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmがより好ましい。   The third electrode 16 can be manufactured by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. In addition, a film patterned by an inkjet method can be manufactured using a step of partially modifying the surface of the second electrode 14 and the base surface. In the case of manufacturing by the inkjet method, a patterned film can be obtained by a manufacturing flow similar to that of the second electrode 14 (see FIGS. 6A and 6B). As a film thickness of the 3rd electrode 16, 0.05-1 micrometer is preferable and 0.1-0.5 micrometer is more preferable.

[絶縁保護膜21]
絶縁保護膜21は、電気ショート等による不具合や水分やガス等による電気機械変換膜15の破壊防止を目的に設ける。絶縁保護膜21の材料としては、シリコン酸化膜や窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の無機膜、又は、ポリイミドやパリレン膜等の有機膜が好ましい。絶縁保護膜21の膜厚としては、0.5〜20μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。絶縁保護膜21の膜厚がこの範囲より小さいと絶縁保護膜としての機能が十分果たせなくなり、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。
[Insulating protective film 21]
The insulating protective film 21 is provided for the purpose of preventing defects due to electrical shorts and the like, and the destruction of the electromechanical conversion film 15 due to moisture, gas, or the like. As a material of the insulating protective film 21, an inorganic film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, or an organic film such as a polyimide or a parylene film is preferable. As a film thickness of the insulating protective film 21, 0.5-20 micrometers is preferable and 1-10 micrometers is more preferable. If the thickness of the insulating protective film 21 is smaller than this range, the function as the insulating protective film cannot be sufficiently achieved, and if it is larger than this range, the process time becomes longer.

絶縁保護膜21の作製方法としては、CVD、スパッタ法、スピンコート法等を用いることができる。又、第4の電極22及び第5の電極23を、それぞれ第1の電極13及び第3の電極16と導通させるためのコンタクトホール22x及び23xの作製が必要となり、それについては、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。   As a method for manufacturing the insulating protective film 21, CVD, sputtering, spin coating, or the like can be used. In addition, it is necessary to prepare contact holes 22x and 23x for electrically connecting the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 with the first electrode 13 and the third electrode 16, respectively. To obtain a desired pattern.

又、スクリーン印刷法を用いて、一度のプロセスでコンタクトホール22x及び23xを有する絶縁保護膜21の作製を行うことができる。スクリーン印刷に用いられるペースト状材料としては、樹脂と無機又は有機粒子とを有機溶媒に溶解させたものを用いることができる。樹脂については、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル系樹脂、エチルセルロース樹脂などを含む材料が挙げられる。無機粒子については、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸バリウム(BaTiO)等が挙げられる。中でもシリカ、アルミナ、酸化亜鉛などの比較的比誘電率の低い材料が好ましい。 In addition, the insulating protective film 21 having the contact holes 22x and 23x can be manufactured by a single process using a screen printing method. As the paste-like material used for screen printing, a resin and inorganic or organic particles dissolved in an organic solvent can be used. Examples of the resin include materials including polyvinyl alcohol resin, polyvinyl acetal resin, acrylic resin, ethyl cellulose resin, and the like. Examples of the inorganic particles include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and barium titanate (BaTiO 3 ). Among these, materials having a relatively low relative dielectric constant such as silica, alumina, and zinc oxide are preferable.

本発明にて想定するような精細度のパターンを形成する場合においては、線径が15〜50μm、開口率が40〜60%のメッシュ中に充填されたペースト状材料を転写することで絶縁保護膜21を形成することになるため、絶縁保護膜21をコンタクトホール22x及び23xとともに形成することができる。   In the case of forming a fine pattern as assumed in the present invention, insulation protection is achieved by transferring a paste-like material filled in a mesh having a wire diameter of 15 to 50 μm and an aperture ratio of 40 to 60%. Since the film 21 is formed, the insulating protective film 21 can be formed together with the contact holes 22x and 23x.

[第4の電極22、第5の電極23]
第4の電極22及び第5の電極23の材料は、Ag合金、Cu、Al、Au、PTirの何れかからなる金属電極材料であることが好ましい。第4の電極22及び第5の電極23は、例えば、スパッタ法やスピンコート法等を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンとすることができる。又、下地である絶縁保護膜21の表面を部分的に表面改質させる工程を用いて、インクジェット法によりパターニングされた膜を作製できる。インクジェット法により作製していく場合については、第2の電極14と同様の作製フロー(図6A及び図6B参照)にて、パターニングされた膜を得られる。
[Fourth electrode 22, fifth electrode 23]
The material of the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 is preferably a metal electrode material made of any one of an Ag alloy, Cu, Al, Au, and PTir. The fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 can be formed by using, for example, a sputtering method, a spin coating method, or the like, and then can be formed into a desired pattern by photolithography etching or the like. In addition, a film patterned by an inkjet method can be manufactured by using a step of partially modifying the surface of the insulating protective film 21 that is a base. In the case of manufacturing by an inkjet method, a patterned film can be obtained by a manufacturing flow similar to that of the second electrode 14 (see FIGS. 6A and 6B).

表面改質材については、下地である絶縁保護膜21が酸化物である場合は主にシラン化合物を選定する。またポリイミド(PI)のような有機物の場合は、紫外線を照射して、照射された領域の表面エネルギーを増大させることができる。その結果、インクジェット法を用いて、表面エネルギーを増大させた領域に、高精細な第4の電極22及び第5の電極23のパターンを直接描画することができる。紫外線で表面エネルギーを増大させることが可能な高分子材料としては、例えば、特開2006−060079号公報に記載されている材料等を用いることができる。   As the surface modifying material, a silane compound is mainly selected when the insulating protective film 21 as an underlayer is an oxide. In the case of an organic material such as polyimide (PI), the surface energy of the irradiated region can be increased by irradiating with ultraviolet rays. As a result, the high-definition patterns of the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 can be directly drawn in the region where the surface energy is increased by using the inkjet method. As a polymer material capable of increasing the surface energy with ultraviolet rays, for example, materials described in JP-A-2006-060079 can be used.

又、以下のような市販されているペースト状材料を用いてスクリーン印刷で第4の電極22及び第5の電極23となる電極膜を得ることが出来る。パーフェクトゴールド(登録商標)(金ペースト、真空冶金社製商品名)、パーフェクトカッパー(銅ペースト、真空冶金社製商品名)、OrgacOnPastevariant 1/4、Paste variant 1/3(以上、印刷用透明PEDOT/PSSインク、日本アグファ・ゲバルト社製商品名)、OrgacOnCarbOnPaste variant 2/2(カーボン電極ペースト、日本アグファ・ゲバルト社製商品名)、BAYTRON(登録商標) P(PEDT/PSS水溶液、日本スタルクヴィテック社製商品名)。   Moreover, the electrode film used as the 4th electrode 22 and the 5th electrode 23 can be obtained by screen printing using the following paste-form materials marketed. Perfect Gold (registered trademark) (gold paste, trade name manufactured by Vacuum Metallurgical Co., Ltd.), Perfect Copper (copper paste, trade name manufactured by Vacuum Metallurgical Co., Ltd.), OrgacOnPastevariant 1/4, Paste variant 1/3 (above, transparent PEDOT / PSS ink, trade name manufactured by Agfa Gebalto, Japan), OrgacOnCarbOnPaste variant 2/2 (carbon electrode paste, trade name, manufactured by Agfa Gebalto, Japan), BAYTRON (registered trademark) P (PEDT / PSS aqueous solution, Stark Vitech, Japan) Product name).

第4の電極22及び第5の電極23のそれぞれの膜厚としては、0.1〜20μmが好ましく、0.2〜10μmがより好ましい。第4の電極22及び第5の電極23のそれぞれの膜厚がこの範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができなくなるためヘッド吐出が不安定になり、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。   The thickness of each of the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 is preferably 0.1 to 20 μm, and more preferably 0.2 to 10 μm. If the film thickness of each of the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23 is smaller than this range, the resistance becomes large and it becomes impossible to pass a sufficient current through the electrodes, so that the head ejection becomes unstable and larger than this range. And process time will be longer.

以下、本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described below.

〈実施例1〉
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35としてチタン膜(膜厚50nm)、引続き第1の電極13として白金膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。チタン膜からなる密着層35は、熱酸化膜と白金膜との間の密着性を向上する役割を持つ。次に、第2の電極14としてSrRuO膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。その後、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でレジストパターン81を形成した後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて図1及び図2Aのようなパターンを作製した。
<Example 1>
A thermal oxide film (film thickness of 1 micron) was formed on a silicon wafer, and a titanium film (film thickness of 50 nm) was formed as the adhesion layer 35, and subsequently a platinum film (film thickness of 200 nm) was formed as the first electrode 13 by sputtering. The adhesion layer 35 made of a titanium film has a role of improving the adhesion between the thermal oxide film and the platinum film. Next, a SrRuO film (thickness: 200 nm) was formed by sputtering as the second electrode. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by a spin coat method, a resist pattern 81 is formed by ordinary photolithography, and then an ICP etching apparatus (manufactured by Samco) is used as shown in FIGS. 1 and 2A. A simple pattern was produced.

次に、第1の電極13の表面処理として、アルカンチオールにCH(CH−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)の溶液に浸漬させ、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。SAM処理後の白金膜上の水の接触角は92.2°であるのに対して、SrRuO膜上の水の接触角は15°であり、その後の電気機械変換膜15をインクジェットにより成膜する際の、親水面と撥水面のコントラストが十分取れていることが確認できた。 Next, as the surface treatment of the first electrode 13, CH 3 (CH 2 ) 6 —SH is used as the alkanethiol and immersed in a solution having a concentration of 0.01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol). The SAM treatment was performed after washing with alcohol and drying. The contact angle of water on the platinum film after SAM treatment is 92.2 °, whereas the contact angle of water on the SrRuO film is 15 °, and the subsequent electromechanical conversion film 15 is formed by inkjet. It was confirmed that there was sufficient contrast between the hydrophilic surface and the water repellent surface.

次に、電気機械変換膜15としてPZT(53/47)をインクジェットにより成膜する。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。   Next, PZT (53/47) is formed as an electromechanical conversion film 15 by inkjet. In the synthesis of the precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and isopropoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is 10 mol% excess relative to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.

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、前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。この液をインクジェット塗布装置により図6A及び図6Bの工程でパターニングされた親水領域(第2の電極14として作製したSrRuO膜)にPZT前駆体溶液を塗布する。   Isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.1 mol / liter. A PZT precursor solution is applied to the hydrophilic region (SrRuO film produced as the second electrode 14) patterned in the step of FIGS. 6A and 6B by using this liquid with an ink jet coating apparatus.

図7は、インクジェット塗布装置を例示する斜視図である。図7に示すインクジェット塗布装置60において、架台61の上にY軸駆動手段62が設置してあり、その上に基板63を搭載するステージ64がY軸方向に駆動できるように設置されている。なおステージ64には図示されていない真空、静電気などの吸着手段が付随しており基板63が固定されている。なお、インクジェット塗布装置は、本発明に係る液滴吐出装置の代表的な一例である。   FIG. 7 is a perspective view illustrating an inkjet coating apparatus. In the inkjet coating apparatus 60 shown in FIG. 7, a Y-axis driving unit 62 is installed on a gantry 61, and a stage 64 on which a substrate 63 is mounted is installed on the platform 61 so as to be driven in the Y-axis direction. The stage 64 is attached with suction means such as vacuum and static electricity not shown, and the substrate 63 is fixed. The ink jet coating apparatus is a typical example of the droplet discharge apparatus according to the present invention.

又、X軸支持部材65にはX軸駆動手段66が取り付けられており、これにZ軸駆動手段67上に搭載されたヘッドベース68が取り付けられており、X軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース68の上にはインクを吐出させるインクジェットヘッド69が搭載されている。インクジェットヘッド69には図示しない各インクタンクから各々着色樹脂インク供給用パイプ70を介してインクが供給される。なお、インクジェットヘッド69は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの代表的な一例である。   An X-axis driving means 66 is attached to the X-axis support member 65, and a head base 68 mounted on the Z-axis driving means 67 is attached to the X-axis support member 65, so that it can move in the X-axis direction. ing. An ink jet head 69 that discharges ink is mounted on the head base 68. Ink is supplied from an ink tank (not shown) to the inkjet head 69 via a colored resin ink supply pipe 70. The ink jet head 69 is a typical example of a droplet discharge head according to the present invention.

一度の成膜で得られる膜厚は100nm前後が好ましく、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。前述の図6A(e)は、インクジェット塗布装置により塗布された状態を示しており、接触角のコントラストのため前駆体溶液は親水部のみに広がりパターンを形成する。これを第一の加熱(溶媒乾燥)として120℃処理後、有機物の熱分解(500℃)を行うことで前述の図6A(f)のようになる。このときの膜厚は90nmであった。   The film thickness obtained by one film formation is preferably around 100 nm, and the precursor concentration is optimized from the relationship between the film formation area and the amount of applied precursor. FIG. 6A (e) described above shows a state where the coating is performed by the ink jet coating apparatus, and the precursor solution spreads only in the hydrophilic portion and forms a pattern due to the contrast of the contact angle. This is treated as 120 ° C. as the first heating (solvent drying), and then the organic substance is thermally decomposed (500 ° C.) as shown in FIG. 6A (f). The film thickness at this time was 90 nm.

引き続き、繰返し表面処理としてアルカンチオールによる浸漬処理を行うことで、パターニングしたSAM膜を形成した。SAM処理後の白金膜上の水の接触角は92.2°であるのに対して、インクジェットにて作製したPZT膜上の水の接触角は15°であり、2層目以降を繰り返し、インクジェットにより成膜するには、親水面と撥水面のコントラストが十分取れていることが確認できた。   Subsequently, a patterned SAM film was formed by performing immersion treatment with alkanethiol as repeated surface treatment. The contact angle of water on the platinum film after SAM treatment is 92.2 °, whereas the contact angle of water on the PZT film prepared by inkjet is 15 °, and the second and subsequent layers are repeated. It was confirmed that the hydrophilic surface and the water-repellent surface had sufficient contrast for film formation by inkjet.

前記工程を6回繰り返し540nmの膜を得たのち、結晶化熱処理(温度700℃)をRTA(急速熱処理)にて行った。膜にクラックなどの不良は生じなかった。更に6回のSAM膜処理→PZT前駆体の選択塗布→120℃乾燥→500℃熱分解を行い、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。   The above process was repeated 6 times to obtain a 540 nm film, and then crystallization heat treatment (temperature 700 ° C.) was performed by RTA (rapid heat treatment). Defects such as cracks did not occur in the film. Further, crystallization treatment was performed by performing SAM film treatment 6 times → selective application of PZT precursor → drying at 120 ° C. → thermal decomposition at 500 ° C. Defects such as cracks did not occur in the film. The film thickness reached 1000 nm.

次に第3の電極16としてSrRuO膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。その後、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でレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて図1及び図2Bのようなパターンを形成し、電気機械変換素子10を作製した。   Next, a SrRuO film (thickness: 200 nm) was formed by sputtering as the third electrode 16. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then an ICP etching apparatus (manufactured by Samco) is used as shown in FIGS. 1 and 2B. The pattern was formed and the electromechanical transducer 10 was produced.

次に、絶縁保護膜21として、パリレン膜(膜厚2μm)をCVD成膜した。その後、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でレジストパターンを形成した後、RIE(サムコ製)を用いて図3A及び図3Bのようなパターンを作製した。   Next, as the insulating protective film 21, a parylene film (film thickness: 2 μm) was formed by CVD. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then a pattern as shown in FIGS. 3A and 3B is formed using RIE (manufactured by Samco). Produced.

最後に第4の電極22及び第5の電極23としてAl膜(膜厚5μm)をスパッタ成膜した。その後、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でレジストパターンを形成した後、RIE(サムコ製)を用いて図3A及び図3Bのようなパターンを形成し、電気機械変換素子20を作製した。   Finally, an Al film (film thickness 5 μm) was formed by sputtering as the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then a pattern as shown in FIGS. 3A and 3B is formed using RIE (manufactured by Samco). The electromechanical transducer 20 was formed.

〈実施例2〉
第1の電極13の形成までは、実施例1と同様な工程で行った後、第1の電極13の表面処理として、アルカンチオールにCH(CH−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、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。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、接触角評価を行ったところ、除去部では46.2°、レジストでカバーされていた部位のそれは104.3°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。
<Example 2>
The first electrode 13 is formed in the same process as in Example 1, and then the surface treatment of the first electrode 13 is performed using CH 3 (CH 2 ) 6 —SH as the alkane thiol with a concentration of 0. It was immersed in a 01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol) solution, then washed and dried with isopropyl alcohol, and a SAM treatment was performed. A photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) was formed by spin coating, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and oxygen plasma treatment was performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after the treatment was dissolved and removed with acetone, and the contact angle was evaluated. As a result, the removal portion showed a value of 46.2 °, and that of the portion covered with the resist showed a value of 104.3 °. It was confirmed that the pattern was made.

次に、第2の電極14としてLaNiOをインクジェットにより成膜した。前駆体塗布液の合成は、出発材料にイソプロポキシドランタン、ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(II)(二水和物)を用いた。ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(II)(二水和物)の脱水処理を行った後、イソプロポキシドランタン、ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(II)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、LaNiO前駆体溶液を合成し、濃度を0.3モル/リットルにした。   Next, a LaNiO film was formed as the second electrode 14 by inkjet. In the synthesis of the precursor coating solution, isopropoxide lanthanum and bis (acetylacetonato) nickel (II) (dihydrate) were used as starting materials. After dehydration treatment of bis (acetylacetonato) nickel (II) (dihydrate), isopropoxide lanthanum and bis (acetylacetonato) nickel (II) are dissolved in methoxyethanol, alcohol exchange reaction, The esterification reaction was advanced to synthesize a LaNiO precursor solution to a concentration of 0.3 mol / liter.

この液を実施例1と同様にインクジェット塗布装置60を用いて親水領域に塗布する。接触角のコントラストのため前駆体溶液は親水部のみに広がりパターンを形成する。これを第一の加熱(溶媒乾燥)として150℃処理し、酸素雰囲気化で昇温速度(10℃/min)にて400℃で1時間熱処理を行い、最後に結晶化熱処理(温度700℃)をRTA(急速熱処理)にて行った。このときの膜厚は80nmであり、引き続き繰返し処理としてイソプロピルアルコール洗浄後、同様の浸漬処理にてSAM膜を形成した。前記工程を3回繰り返し240nmの膜を得た。膜にクラックなどの不良は生じなかった。   This liquid is applied to the hydrophilic region using the ink jet coating apparatus 60 as in the first embodiment. Due to the contact angle contrast, the precursor solution spreads only in the hydrophilic part and forms a pattern. This was treated at 150 ° C. as the first heating (solvent drying), heat-treated at 400 ° C. for 1 hour at a rate of temperature rise (10 ° C./min) in an oxygen atmosphere, and finally crystallization heat treatment (temperature 700 ° C.) Was performed by RTA (rapid heat treatment). At this time, the film thickness was 80 nm. Subsequently, after repeated washing with isopropyl alcohol, a SAM film was formed by the same dipping treatment. The above process was repeated three times to obtain a 240 nm film. Defects such as cracks did not occur in the film.

次に実施例1と同様な作製方法で、下地のSAM処理を行った後、電気機械変換膜15をインクジェット法で作製した。次に、第2の電極14と同様な方法で下地のSAM処理を行った後、第3の電極16としてLaNiOをインクジェット法で形成し、電気機械変換素子10を作製した。   Next, the substrate was subjected to SAM treatment by the same production method as in Example 1, and then the electromechanical conversion film 15 was produced by the inkjet method. Next, after performing the SAM process of the foundation | substrate by the method similar to the 2nd electrode 14, LaNiO was formed as the 3rd electrode 16 with the inkjet method, and the electromechanical conversion element 10 was produced.

次に、絶縁保護膜21として、SiOを(膜厚2μm)をCVD成膜した。その後、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でレジストパターンを形成した後、RIE(サムコ製)を用いて図3A及び図3Bのようなパターンを作製した。 Next, as the insulating protective film 21, SiO 2 (film thickness 2 μm) was formed by CVD. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then a pattern as shown in FIGS. 3A and 3B is formed using RIE (manufactured by Samco). Produced.

次に下地のSAM処理を行った後、市販のAgPdインクを用い、インクジェット塗布装置60で所望するパターンに印刷後、300℃で熱処理し、第4の電極22及び第5の電極23を形成し、電気機械変換素子20を作製した。   Next, after performing the SAM treatment of the base, using a commercially available AgPd ink, printing on a desired pattern with the inkjet coating apparatus 60, and then heat-treating at 300 ° C. to form the fourth electrode 22 and the fifth electrode 23. An electromechanical transducer 20 was produced.

〈実施例3〉
第2の電極14形成後のパターン形成までは、実施例1と同様な工程で行った後、第1の電極13の表面処理として、アルカンチオールにCH(CH−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、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。その後、第2の電極14の表面処理として、シラン化合物(化1)を用いて、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、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。
<Example 3>
Until the pattern formation after the formation of the second electrode 14, after performing the same process as in Example 1, as the surface treatment of the first electrode 13, CH 3 (CH 2 ) 6 —SH is used as the alkanethiol, It was immersed in a 0.01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol) solution, then washed and dried with isopropyl alcohol, and SAM treatment was performed. After that, as a surface treatment of the second electrode 14, using a silane compound (Chemical Formula 1), it is immersed in a 0.01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol) solution, then washed and dried with isopropyl alcohol, SAM treatment was performed.

Figure 2012061702
SAM処理後の白金膜上の水の接触角は92.2°であるのに対して、SrRuO膜上
の水の接触角は5°以下であり、その後の電気機械変換膜15をインクジェットにより成
膜するには、親水面と撥水面のコントラストが十分取れていることが確認できた。
Figure 2012061702
The contact angle of water on the platinum film after SAM treatment is 92.2 °, whereas the contact angle of water on the SrRuO film is 5 ° or less, and the subsequent electromechanical conversion film 15 is formed by inkjet. It was confirmed that the hydrophilic surface and the water-repellent surface had sufficient contrast for film formation.

次に実施例1と同様な作製方法で、電気機械変換膜15をインクジェット法で作製した。このとき2層目以降の電気機械変換膜作製においては、第1の電極13の表面処理としてアルカンチオール、電気機械変換膜の表面処理としてシラン化合物を用いて、下地のSAM処理を行い、その後インクジェット法で作製した。絶縁保護膜21、第4の電極22、及び第5の電極23については実施例1と同様に作製することで、電気機械変換素子20を作製した。   Next, the electromechanical conversion film 15 was produced by the inkjet method by the same production method as in Example 1. At this time, in the production of the electromechanical conversion film for the second and subsequent layers, the SAM treatment of the base is performed using alkanethiol as the surface treatment of the first electrode 13 and the silane compound as the surface treatment of the electromechanical conversion film, and then inkjet It was produced by the method. The insulating protective film 21, the fourth electrode 22, and the fifth electrode 23 were produced in the same manner as in Example 1 to produce the electromechanical conversion element 20.

〈比較例1〉
第1の電極13の形成までは、実施例1と同様な工程で行った後、第1の電極13の表面処理として、アルカンチオールにCH(CH−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、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。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、接触角評価を行ったところ、除去部では46.2°、レジストでカバーされていた部位のそれは104.3°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。
<Comparative example 1>
The first electrode 13 is formed in the same process as in Example 1, and then the surface treatment of the first electrode 13 is performed using CH 3 (CH 2 ) 6 —SH as the alkane thiol with a concentration of 0. It was immersed in a 01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol) solution, then washed and dried with isopropyl alcohol, and a SAM treatment was performed. A photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) was formed by spin coating, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and oxygen plasma treatment was performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after the treatment was dissolved and removed with acetone, and the contact angle was evaluated. As a result, the removal portion showed a value of 46.2 °, and that of the portion covered with the resist showed a value of 104.3 °. It was confirmed that the pattern was made.

次に、実施例1と同様な作製方法で、下地のSAM処理を行った後、電気機械変換膜15をインクジェットで作製した。次に、電極としてPt膜(膜厚200nm)をスパッタ成膜した。その後、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でレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて図3A及び図3Bのようなパターンを作製し、絶縁保護膜21、第4の電極22及び第5の電極23については実施例1と同様に作製することで、電気機械変換素子20を作製した。   Next, the base SAM treatment was performed by the same manufacturing method as in Example 1, and then the electromechanical conversion film 15 was manufactured by inkjet. Next, a Pt film (thickness 200 nm) was formed by sputtering as an electrode. Thereafter, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then an ICP etching apparatus (manufactured by Samco) is used as shown in FIGS. 3A and 3B. A pattern was produced, and the insulating protective film 21, the fourth electrode 22, and the fifth electrode 23 were produced in the same manner as in Example 1 to produce the electromechanical conversion element 20.

〈比較例2〉
第2の電極14の形成までは、実施例1と同様な工程で行った後、第2の電極14の表面処理として、シラン化合物にCH(CH−SiCl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、その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥させ、SAM処理を行った。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、接触角評価を行ったところ、除去部では46.2°、レジストでカバーされていた部位のそれは104.3°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。
<Comparative example 2>
Until the formation of the second electrode 14, the same process as in Example 1 was performed, and then the surface treatment of the second electrode 14 was performed using CH 3 (CH 2 ) 7 —SiCl 3 as the silane compound, with a concentration of 0. It was immersed in a 0.01 mol / liter (solvent: isopropyl alcohol) solution, then washed and dried with isopropyl alcohol, and subjected to SAM treatment. A photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) was formed by spin coating, a resist pattern was formed by ordinary photolithography, and oxygen plasma treatment was performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after the treatment was dissolved and removed with acetone, and the contact angle was evaluated. As a result, the removal portion showed a value of 46.2 °, and that of the portion covered with the resist showed a value of 104.3 °. It was confirmed that the pattern was made.

次に、電気機械変換膜15をインクジェット法で作製した。このとき1層目作製時の500℃焼成後にシラン化合物が消失してしまうため、2層目の電気機械変換膜作製前に同様のSAM処理を行うことでSAM膜のパターン化を行い、その後インクジェットにて電気機械変換膜15を作製した。第3の電極16、絶縁保護膜21、第4の電極22、及び第5の電極23については実施例1と同様に作製することで、電気機械変換素子20を作製した。   Next, the electromechanical conversion film 15 was produced by an inkjet method. At this time, since the silane compound disappears after baking at 500 ° C. in the production of the first layer, the SAM film is patterned by performing the same SAM treatment before producing the electromechanical conversion film of the second layer, and then inkjet Thus, an electromechanical conversion film 15 was produced. About the 3rd electrode 16, the insulating protective film 21, the 4th electrode 22, and the 5th electrode 23, it produced similarly to Example 1, and the electromechanical transducer 20 was produced.

〈実施例1〜3、比較例1、2の評価〉
実施例1〜3、比較例1、2で作製した電気機械変換素子を用いて電気特性、電気機械変換能(圧電定数)の評価を行い、結果を表1にまとめた。
<Evaluation of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2>
Electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) were evaluated using the electromechanical transducers prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and the results are summarized in Table 1.

Figure 2012061702
表1に示すように、初期においては、実施例1〜3並びに比較例1及び2の何れにおいても、膜の比誘電率εrは1200前後、誘電損失tanδは0.02前後、残留分極Prは20〜25μC/cm程度、抗電界Ecは40〜50kV/cm程度であり、通常のセラミック焼結体と同等の特性であった。なお、図8は、代表的な電界強度と分極のヒステリシス曲線を示す特性図である。
Figure 2012061702
As shown in Table 1, initially, in any of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the relative dielectric constant εr of the film is around 1200, the dielectric loss tan δ is around 0.02, and the residual polarization Pr is The coercive electric field Ec was about 20 to 25 kC / cm 2 and about 40 to 50 kV / cm, which were the same characteristics as a normal ceramic sintered body. FIG. 8 is a characteristic diagram showing a typical electric field strength and polarization hysteresis curve.

電気機械変換能は電界印加による変形量をレーザ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。表1に示すように、圧電定数d31は、実施例1〜3並びに比較例1及び2の何れにおいても、−140〜−160pm/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。初期特性については、大きな差はないが、耐久性(1010回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)を見ると、比較例1及び2は特に圧電定数d31が大きく特性劣化しているのが分かった。 The electromechanical conversion capacity was calculated from the amount of deformation caused by the application of an electric field with a laser Doppler vibrometer and fitting by simulation. As shown in Table 1, the piezoelectric constant d31 was −140 to −160 pm / V in any of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, which was also the same value as the ceramic sintered body. . This is a characteristic value that can be sufficiently designed as a liquid discharge head. There is no significant difference in the initial characteristics, but when looking at durability (characteristics immediately after applying 10 10 times the applied voltage), the characteristics of Comparative Examples 1 and 2 are particularly large in the piezoelectric constant d31. I understood.

[液体吐出ヘッドの吐出評価]
次に、実施例1〜3並びに比較例1及び2で作製した電気機械変換素子を用いて図5の液体吐出ヘッド50を作製し、液の吐出評価を行った。粘度を5cpに調整したインクを用いて、単純PuSH波形により−10〜−30Vの印可電圧を加えたときの吐出状況を確認したところ、比較例2を除いてどのノズル孔からも吐出できていることを確認した。
[Discharge evaluation of liquid discharge head]
Next, using the electromechanical transducers produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the liquid ejection head 50 of FIG. 5 was produced, and liquid ejection was evaluated. Using an ink whose viscosity was adjusted to 5 cp, and confirming the discharge situation when an applied voltage of −10 to −30 V was applied with a simple PuSH waveform, it was possible to discharge from any nozzle hole except for Comparative Example 2. It was confirmed.

比較例2については、ノズル箇所によっては吐出がばらつき安定しなかった。電気機械変換膜作製工程において、パターニングしたSAM膜を繰り返し作製する際に、アライメントの繰り返し精度が不十分であったため隣接する電気機械変換膜同士で接触している箇所が部分的にあった。一方、実施例1〜3及び比較例1においては、比較例2のように電気機械変換膜同士で接触している箇所は見られなかった。   As for Comparative Example 2, the discharge varied and was not stable depending on the nozzle location. In the electromechanical conversion film manufacturing process, when the patterned SAM film was repeatedly manufactured, there was a portion where the adjacent electromechanical conversion films were in contact with each other because the alignment repeatability was insufficient. On the other hand, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the portions where the electromechanical conversion films were in contact with each other as in Comparative Example 2 were not seen.

このように、実施例1〜3は、比較例1及び2に比べて、耐久性(1010回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)に大きな差があることが確認された。つまり、実施例1〜3で作製された電気機械変換素子は、耐久性も含めて安定したインク滴吐出特性が得られることが確認された。なお、比較例1において良好な結果が得られなかった理由は、導電性酸化物からなる第1の電極13上に金属からなる第2の電極層14を形成しなかったためと考えられる。又、比較例2において良好な結果が得られなかった理由は、電気機械変換膜15を形成する領域を親水化しなかったためと考えられる。 As described above, it was confirmed that Examples 1 to 3 had a large difference in durability (characteristics immediately after applying 10 10 times repeated applied voltage) as compared with Comparative Examples 1 and 2. That is, it was confirmed that the electromechanical transducers manufactured in Examples 1 to 3 can obtain stable ink droplet ejection characteristics including durability. In addition, it is thought that the reason that a favorable result was not obtained in Comparative Example 1 was that the second electrode layer 14 made of metal was not formed on the first electrode 13 made of conductive oxide. In addition, it is considered that the reason why a favorable result was not obtained in Comparative Example 2 was that the region where the electromechanical conversion film 15 was formed was not hydrophilized.

次に、実施例1〜3の何れかの方法で作製した電気機械変換素子を有する液滴吐出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を例示する斜視図であり、図10はインクジェット記録装置を例示する側面図である。なお、インクジェット記録装置は、本発明に係る液滴吐出装置の代表的な一例である。   Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head having an electromechanical conversion element manufactured by any one of Examples 1 to 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a perspective view illustrating an ink jet recording apparatus, and FIG. 10 is a side view illustrating the ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus is a typical example of the droplet discharge apparatus according to the present invention.

図9及び図10を参照するに、インクジェット記録装置100は、主に、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ101と、キャリッジ101に搭載した記録ヘッド102と、記録ヘッド102へインクを供給するインクカートリッジ103とを含んで構成される印字機構部104を有している。なお、記録ヘッド102は、実施例1〜3の何れかの方法で作製した電気機械変換素子を有する液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)である。   Referring to FIGS. 9 and 10, the ink jet recording apparatus 100 mainly includes a carriage 101 that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body, a recording head 102 mounted on the carriage 101, and the recording head 102. A printing mechanism 104 including an ink cartridge 103 for supplying ink; The recording head 102 is a droplet discharge head (inkjet head) having an electromechanical conversion element manufactured by any of the methods of Examples 1 to 3.

又、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙105を積載可能な給紙カセット106を抜き差し自在に装着することができ、また用紙105を手差しで給紙するための手差しトレイ107を開倒することができ、給紙カセット106或いは手差しトレイ107から給送される用紙105を取り込み、印字機構部104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108に排紙する。   In addition, a sheet feeding cassette 106 capable of stacking a large number of sheets 105 can be detachably attached to the lower part of the apparatus main body from the front side, and a manual feed tray 107 for manually feeding sheets 105 is provided. The paper 105 fed from the paper feed cassette 106 or the manual feed tray 107 can be taken in, and a required image is recorded by the printing mechanism 104, and then discharged to a paper discharge tray 108 mounted on the rear side. Make paper.

印字機構部104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109と従ガイドロッド110とでキャリッジ101を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ101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記録ヘッド102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。   The printing mechanism unit 104 holds a carriage 101 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 109 and a sub guide rod 110 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), black (Bk) recording heads 102 that eject ink droplets of each color are arranged in a direction intersecting the main scanning direction with a plurality of ink ejection openings (nozzles), The ink droplet is ejected in the downward direction.

又、キャリッジ101には記録ヘッド102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103を交換可能に装着している。インクカートリッジ103は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド102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記録ヘッド102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102としてここでは各色のヘッドを用いているが、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。   In addition, each ink cartridge 103 for supplying ink of each color to the recording head 102 is replaceably mounted on the carriage 101. The ink cartridge 103 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the recording head 102 below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the recording head 102 by the force is maintained at a slight negative pressure. Further, although the heads of the respective colors are used here as the recording heads 102, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.

ここで、キャリッジ101は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド109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110に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ101を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ111で回転駆動される駆動プーリ112と従動プーリ113との間にタイミングベルト114を張装し、このタイミングベルト114をキャリッジ101に固定しており、主走査モータ111の正逆回転によりキャリッジ101が往復駆動される。   Here, the carriage 101 is slidably fitted to the main guide rod 109 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 110 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 101 in the main scanning direction, a timing belt 114 is stretched between a driving pulley 112 and a driven pulley 113 that are rotationally driven by a main scanning motor 111, and the timing belt 114 is attached to the carriage 101. The carriage 101 is reciprocally driven by forward and reverse rotations of the main scanning motor 111.

一方、給紙カセット106にセットした用紙105を記録ヘッド102の下方側に搬送するために、給紙カセット106から用紙105を分離給装する給紙ローラ115及びフリクションパッド116と、用紙105を案内するガイド部材117と、給紙された用紙105を反転させて搬送する搬送ローラ118と、この搬送ローラ118の周面に押し付けられる搬送コロ119及び搬送ローラ118からの用紙105の送り出し角度を規定する先端コロ120とを設けている。   On the other hand, in order to convey the paper 105 set in the paper feed cassette 106 to the lower side of the recording head 102, the paper feed roller 115 and the friction pad 116 for separating and feeding the paper 105 from the paper feed cassette 106 and the paper 105 are guided. A guide member 117 that rotates, a conveyance roller 118 that reverses and conveys the fed paper 105, a conveyance roller 119 that is pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 118, and a feeding angle of the sheet 105 from the conveyance roller 118. A tip roller 120 is provided.

搬送ローラ118は副走査モータ121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101の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ118から送り出された用紙105を記録ヘッド10.2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122を設けている。この印写受け部材122の用紙搬送方向下流側には、用紙105を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ123、拍車124を設け、さらに用紙105を排紙トレイ108に送り出す排紙ローラ125及び拍車126と、排紙経路を形成するガイド部材127,128とを配設している。   The transport roller 118 is rotationally driven by a sub-scanning motor 121 through a gear train. A printing receiving member 122 is provided as a paper guide member that guides the paper 105 fed from the transport roller 118 on the lower side of the recording head 10.2 corresponding to the range of movement of the carriage 101 in the main scanning direction. . A conveyance roller 123 and a spur 124 that are rotationally driven to send the paper 105 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 122 in the paper conveyance direction, and the paper 105 is further delivered to the paper discharge tray 108. A roller 125 and a spur 126, and guide members 127 and 128 that form a paper discharge path are disposed.

記録時には、キャリッジ101を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド102を駆動することにより、停止している用紙105にインクを吐出して1行分を記録し、用紙105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105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105を排紙する。また、キャリッジ101の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド102の吐出不良を回復するための回復装置129を配置している。   At the time of recording, the recording head 102 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 101, thereby ejecting ink onto the stopped paper 105 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 105 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 105 is discharged. Further, a recovery device 129 for recovering the ejection failure of the recording head 102 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 101.

回復装置129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101は印字待機中にはこの回復装置129側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド102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。   The recovery device 129 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 101 is moved to the recovery device 129 side during printing standby, and the recording head 102 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド102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。又、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。   When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the recording head 102 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out together with ink from the discharge port with a suction unit through a tube. Etc. are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

このように、インクジェット記録装置100においては、実施例1〜3の何れかの方法で作製した電気機械変換素子を有する液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)である記録ヘッド102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。   Thus, since the inkjet recording apparatus 100 is equipped with the recording head 102 which is a droplet discharge head (inkjet head) having an electromechanical conversion element manufactured by any of the methods of Examples 1 to 3, There is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, stable ink droplet ejection characteristics are obtained, and image quality is improved.

以上のように、電気機械変換膜の材料としてPZTを用いた場合でも、第2の電極と第3の電極に酸化物電極を用いることでPb拡散を防止できる。又、第1の電極として比抵抗の十分低い金属電極を設けることで、電圧駆動を行ったときに共通電極に対して十分な電流を供給することができ、多数の圧電素子を同時に駆動した場合においても、素子間でばらつきなく十分な変位量を得ることが出来る。その結果、安定したインク吐出特性を得ることが可能な電気機械変換素子を実現できる。   As described above, even when PZT is used as the material of the electromechanical conversion film, Pb diffusion can be prevented by using oxide electrodes for the second electrode and the third electrode. In addition, by providing a metal electrode having a sufficiently low specific resistance as the first electrode, a sufficient current can be supplied to the common electrode when voltage driving is performed, and a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously. In this case, a sufficient amount of displacement can be obtained without variation between elements. As a result, an electromechanical conversion element capable of obtaining stable ink ejection characteristics can be realized.

以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments and examples have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments are not deviated from the scope described in the claims. Various modifications and substitutions can be made to the embodiments.

10、20 電気機械変換素子
11 基板
12 振動板
13 第1の電極
14 第2の電極
14a、14b、14c パターン化前駆体塗膜
15 電気機械変換膜
16 第3の電極
17 SAM膜
21 絶縁保護膜
22 第4の電極
22x、23x コンタクトホール
23 第5の電極
30 液滴吐出ヘッド
35 密着層
37 圧力室基板
38 ノズル
39 ノズル板
40 圧力室
50、82 液滴吐出ヘッド
60インクジェット塗布装置
61 架台
62 Y軸駆動手段
63 基板
64 ステージ
65 X軸支持部材
66 X軸駆動手段
67 Z軸駆動手段
68 ヘッドベース
69 インクジェットヘッド
70 着色樹脂インク供給用パイプ
81 フォトレジスト
100 インクジェット記録装置
101 キャリッジ
102 記録ヘッド
103インクカートリッジ
104 印字機構部
105 用紙
106 給紙カセット
107 手差しトレイ
108 排紙トレイ
109 主ガイドロッド
110 従ガイドロッド
111 主走査モータ
112 駆動プーリ
113 従動プーリ
114 タイミングベルト
115 給紙ローラ
116 フリクションパッド
117 ガイド部材
118 搬送ローラ
119、123 搬送コロ
120 先端コロ
121 副走査モータ
122 印写受け部材
124、126 拍車
125 排紙ローラ
127、128 ガイド部
129 回復装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20 Electromechanical conversion element 11 Board | substrate 12 Diaphragm 13 1st electrode 14 2nd electrode 14a, 14b, 14c Patterned precursor coating film 15 Electromechanical conversion film 16 3rd electrode 17 SAM film 21 Insulating protective film 22 Fourth electrode 22x, 23x Contact hole 23 Fifth electrode 30 Droplet ejection head 35 Adhesion layer 37 Pressure chamber substrate 38 Nozzle 39 Nozzle plate 40 Pressure chamber 50, 82 Droplet ejection head 60 Inkjet coating device 61 Mounting base 62 Y Axis drive means 63 Substrate 64 Stage 65 X-axis support member 66 X-axis drive means 67 Z-axis drive means 68 Head base 69 Inkjet head 70 Colored resin ink supply pipe 81 Photoresist 100 Inkjet recording apparatus 101 Carriage 102 Recording head 103 Ink cartridge 1 04 Printing Mechanism 105 Paper 106 Paper Feed Cassette 107 Manual Tray 108 Paper Discharge Tray 109 Main Guide Rod 110 Subordinate Guide Rod 111 Main Scanning Motor 112 Drive Pulley 113 Driven Pulley 114 Timing Belt 115 Feed Roller 116 Friction Pad 117 Guide Member 118 Conveyance Rollers 119 and 123 Conveying rollers 120 Leading rollers 121 Sub-scanning motors 122 Printing receiving members 124 and 126 Spurs 125 Discharge rollers 127 and 128 Guide portions 129 Recovery devices

特開2004−006645号公報JP 2004-006645 A 特開2005−327920号公報JP 2005-327920 A 特許第3019845号Patent 3019845

Claims (16)

金属からなる第1の電極を形成する第1工程と、
前記第1の電極上に導電性酸化物からなる第2の電極を形成し、前記第2の電極をパターニングする第2工程と、
前記第1の電極のみを表面改質させて撥水化する第3工程と、
パターニングされた前記第2の電極上にインクジェット法により電気機械変換膜を形成する第4工程と、
前記電気機械変換膜上に導電性酸化物からなる第3の電極を形成する第5工程と、を有する電気機械変換素子の製造方法。
A first step of forming a first electrode made of metal;
Forming a second electrode made of a conductive oxide on the first electrode, and patterning the second electrode;
A third step in which only the first electrode is surface-modified to make it water repellent;
A fourth step of forming an electromechanical conversion film on the patterned second electrode by an inkjet method;
And a fifth step of forming a third electrode made of a conductive oxide on the electromechanical conversion film.
前記第3工程では、チオール化合物を用いて前記第1の電極を表面改質する請求項1記載の電気機械変換素子の製造方法。   The method of manufacturing an electromechanical transducer according to claim 1, wherein in the third step, the first electrode is surface-modified using a thiol compound. 前記第4工程よりも前に、前記第2の電極を表面改質させて親水化する第6工程を更に有する請求項1又は2記載の電気機械変換素子の製造方法。   3. The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 1, further comprising a sixth step of hydrophilizing the second electrode before the fourth step. 前記第6工程では、シラン化合物を用いて前記第2の電極を表面改質する請求項3記載の電気機械変換素子の製造方法。   The method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 3, wherein in the sixth step, the second electrode is surface-modified using a silane compound. 前記第2の電極はスパッタもしくはスピンコーターにより作製される請求項1乃至4の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。   5. The method of manufacturing an electromechanical transducer according to claim 1, wherein the second electrode is manufactured by sputtering or a spin coater. 前記第2工程では、前記第1の電極上の第2の電極の形成領域以外を表面改質させて撥水化し、撥水化してない親水性の領域である第2の電極の形成領域にインクジェット法を用いて第2の電極を形成する請求項1乃至5の何れか一項記載の製造方法。   In the second step, a region other than the second electrode formation region on the first electrode is subjected to surface modification to make it water repellent and to a second electrode formation region which is a hydrophilic region that is not water repellent. The manufacturing method according to claim 1, wherein the second electrode is formed using an inkjet method. 前記第2の電極の材料は、化学式ABOで記述され、AはSr、Ba、Ca、Laの何れか1つ以上、BはRu、Co、Niの何れか1つ以上を主成分とする複合酸化物、又は、IrO、RuOの何れかからなる酸化物である請求項1乃至6の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。 The material of the second electrode is described by the chemical formula ABO 3 , wherein A is one or more of Sr, Ba, Ca, and La, and B is one or more of Ru, Co, or Ni as a main component. The method for producing an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 6, which is a composite oxide or an oxide made of any of IrO 2 and RuO 2 . 前記第5工程よりも後に、前記第1の電極及び前記第3の電極を被覆する、コンタクトホールを有する絶縁保護膜を形成する工程を更に有する請求項1乃至7の何れか一項記載の電気機械変換素子の製造方法。   The electricity according to any one of claims 1 to 7, further comprising a step of forming an insulating protective film having a contact hole covering the first electrode and the third electrode after the fifth step. A method for manufacturing a mechanical transducer. 前記絶縁保護膜上に、前記コンタクトホールを介して前記第1の電極と導通し、共通電極となる、金属からなる第4の電極を形成する工程を更に有する請求項8記載の電気機械変換素子の製造方法。   The electromechanical transducer according to claim 8, further comprising a step of forming a fourth electrode made of metal that is electrically connected to the first electrode through the contact hole and serves as a common electrode on the insulating protective film. Manufacturing method. 前記絶縁保護膜上に、前記コンタクトホールを介して前記第3の電極と導通し、個別電極となる、金属からなる第5の電極を形成する工程を更に有する請求項8又は9記載の電気機械変換素子の製造方法。   10. The electric machine according to claim 8, further comprising a step of forming a fifth electrode made of metal which is electrically connected to the third electrode through the contact hole and becomes an individual electrode on the insulating protective film. 10. A method for manufacturing a conversion element. 金属からなる第1の電極と、
前記第1の電極上にパターニングされた導電性酸化物からなる第2の電極と、
前記第2の電極上に形成された電気機械変換膜と、
前記電気機械変換膜上に形成された導電性酸化物からなる第3の電極と、を有する電気機械変換素子。
A first electrode made of metal;
A second electrode made of a conductive oxide patterned on the first electrode;
An electromechanical conversion film formed on the second electrode;
And a third electrode made of a conductive oxide formed on the electromechanical conversion film.
前記第1の電極及び前記第3の電極を被覆する絶縁保護膜と、
前記絶縁保護膜上に形成され、前記絶縁保護膜に設けられたコンタクトホールを介して、前記第1の電極と導通する金属からなる第4の電極と、
前記絶縁保護膜上に形成され、前記絶縁保護膜に設けられたコンタクトホールを介して、前記第3の電極と導通する金属からなる第5の電極と、を更に有する請求項11記載の電気機械変換素子。
An insulating protective film covering the first electrode and the third electrode;
A fourth electrode made of metal that is formed on the insulating protective film and is electrically connected to the first electrode via a contact hole provided in the insulating protective film;
The electric machine according to claim 11, further comprising: a fifth electrode formed on the insulating protective film and made of a metal that is electrically connected to the third electrode through a contact hole provided in the insulating protective film. Conversion element.
前記第2の電極の材料は、化学式ABOで記述され、AはSr、Ba、Ca、Laの何れか1つ以上、BはRu、Co、Niの何れか1つ以上を主成分とする複合酸化物、又は、IrO、RuOの何れかからなる酸化物である請求項11又は12記載の電気機械変換素子。 The material of the second electrode is described by the chemical formula ABO 3 , wherein A is one or more of Sr, Ba, Ca, and La, and B is one or more of Ru, Co, or Ni as a main component. The electromechanical transducer according to claim 11 or 12, which is a composite oxide or an oxide made of any of IrO 2 and RuO 2 . 前記第3の電極及び前記第5の電極は個別電極であり、前記第1の電極及び前記第4の電極は共通電極である請求項12又は13記載の電気機械変換素子。   The electromechanical transducer according to claim 12 or 13, wherein the third electrode and the fifth electrode are individual electrodes, and the first electrode and the fourth electrode are common electrodes. 請求項11乃至14の何れか一項記載の電気機械変換素子を具備する液滴吐出ヘッド。   A liquid droplet ejection head comprising the electromechanical transducer according to claim 11. 請求項15記載の液滴吐出ヘッドを具備する液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 15.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014060193A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Ricoh Co Ltd Electromechanical conversion element, droplet discharge head, image forming apparatus, and manufacturing method of electromechanical conversion element
US8727505B2 (en) 2011-06-30 2014-05-20 Ricoh Company, Ltd. Electromechanical transducer element, droplet discharge head, and droplet discharge device
JP2015126449A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic sensor and manufacturing method thereof
JP2018051525A (en) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社リコー Method for forming functional film and coating applying device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135973A (en) * 2003-10-28 2005-05-26 Seiko Epson Corp Method of manufacturing piezoelectric device and ferroelectric device, droplet discharging head, and electronic equipment
JP2005327920A (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Seiko Epson Corp Method for manufacturing device and device, electrooptic element
JP2006217721A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Seiko Epson Corp Process for fabricating piezoelectric actuator, piezoelectric actuator, liquid ejection head and liquid ejector
JP2007048816A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Seiko Epson Corp Actuator apparatus, manufacturing method thereof, liquid injection head, and liquid injection apparatus
JP2007281028A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Seiko Epson Corp Piezoelectric element and its manufacturing method
JP2009070955A (en) * 2007-09-12 2009-04-02 Fujifilm Corp Piezoelectric device, ink-jet head using the same, and manufacturing method of piezoelectric device
JP2010030076A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Seiko Epson Corp Liquid ejecting head and liquid jet apparatus
JP2010030077A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Seiko Epson Corp Manufacturing method for liquid ejecting head
JP2010045152A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp Laminate, piezoelectric element, and liquid discharge device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135973A (en) * 2003-10-28 2005-05-26 Seiko Epson Corp Method of manufacturing piezoelectric device and ferroelectric device, droplet discharging head, and electronic equipment
JP2005327920A (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Seiko Epson Corp Method for manufacturing device and device, electrooptic element
JP2006217721A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Seiko Epson Corp Process for fabricating piezoelectric actuator, piezoelectric actuator, liquid ejection head and liquid ejector
JP2007048816A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Seiko Epson Corp Actuator apparatus, manufacturing method thereof, liquid injection head, and liquid injection apparatus
JP2007281028A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Seiko Epson Corp Piezoelectric element and its manufacturing method
JP2009070955A (en) * 2007-09-12 2009-04-02 Fujifilm Corp Piezoelectric device, ink-jet head using the same, and manufacturing method of piezoelectric device
JP2010030076A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Seiko Epson Corp Liquid ejecting head and liquid jet apparatus
JP2010030077A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Seiko Epson Corp Manufacturing method for liquid ejecting head
JP2010045152A (en) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp Laminate, piezoelectric element, and liquid discharge device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8727505B2 (en) 2011-06-30 2014-05-20 Ricoh Company, Ltd. Electromechanical transducer element, droplet discharge head, and droplet discharge device
JP2014060193A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Ricoh Co Ltd Electromechanical conversion element, droplet discharge head, image forming apparatus, and manufacturing method of electromechanical conversion element
JP2015126449A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic sensor and manufacturing method thereof
JP2018051525A (en) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社リコー Method for forming functional film and coating applying device

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