JP2012064731A - 電機−機械変換膜の形成方法、電機−機械変換膜、電機−機械変換素子、液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極42となる基板1上に部分的に表面改質を行う工程と、この電極上にゾルゲル液5をインクジェット方式により部分的に塗布する工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程を繰返し行い所望する膜厚8を得る工程により電気−機械変換膜を形成する電気−機械変換膜の形成方法において、塗布する工程内において、所望パターン領域内でゾルゲル液滴6の着弾時の隣接ドットが、レベリングにより凝集しない間隔で配置されるようにゾルゲル液を滴下する。
【選択図】図3
Description
一般、記録ヘッドは、圧力室にインク吐出の圧力を発生させるのに個別の圧電素子が配置され、この圧電素子は電気−機械変換素子と総称される。電気−機械変換素子は、電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの膜が挟まれた積層構造をもつ。圧電体にはジルコン酸チタン酸鉛(PZT)セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。
(従来の個別圧電素子の形成方法)
下部電極上に各種の真空成膜法(例えばスパッタリング法、MO−CVD法(金属有機化合物を用いた化学的気相成長法)、真空蒸着法、イオンプレーティング法)やゾルゲル法、水熱合成法、AD(エアロゾルデポジション)法、塗布・熱分解法(MOD)などの周知の成膜技術により堆積させ、引き続き、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に圧電膜、下部電極のパターニングを行い、個別化を実施している。
金属複合酸化物、特にPZTのドライエッチングは容易い加工材ではない。RIE(反応性イオンエッチング)でSi半導体デバイスは容易にエッチング加工できるが、この種の材料はイオン種のプラズマエネルギーを高める為、ICPプラズマ、ECRプラズマ、ヘリコンプラズマを併用した特殊なRIEが成される(これは製造装置のコスト高を招く)。また下地電極膜との選択比は稼げない、特に大面積基板ではエッチング速度の不均一性は致命的である。予め、所望する部位のみに難エッチング性のPZT膜を配置すれば、上記加工工程が省略できるが、その試みは一部を除いて成されていない。
(個別PZT膜形成の従来例)
個別PZT膜形成の方法には、水熱合成法、真空蒸着法、AD法、インクジェット方式がある。インクジェット方式では、PZT前駆体(ゾルゲル液)塗布を、高解像度で液滴を吐出、塗布することが可能である。
本発明は以上の問題点を鑑みなられたものであり、クラックが発生し難い電気−機械変換膜と電気特性が安定する電気−機械変換素子と、安定したインク滴吐出特性が得られる液体吐出ヘッドと、画像品質がよい画像形成装置を提供する。
本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法において、ゾルゲル液着弾時の隣接ドット間隔が、少なくとも1つのドット径の半分以上の配置となるように、ゾルゲル液を滴下することを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法において、表面改質を行う工程では、第1の電極上にチオール化合物により自己組織化単分子膜を形成し、その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより部分的にチオール化合物が除去することを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換膜は、上記電気−機械変換膜の形成方法により、ゾルゲル液の所望パターン内の非着弾領域への滴下を順次繰り返すことで形成された層を順次重畳させることで形成されたことを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換素子において、第2の電極がインクジェット方式で形成されたことを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換素子において、電気−機械変換膜が金属の複合酸化物からなり、第1の電極と第2の電極上が白金族元素、およびその酸化物、またはこれら数種の積層膜からなる電極で構成されたことを特徴としている。
本発明に係る画像形成装置は、上記液体吐出ヘッドを備えていることを特徴としている。
・下地基板の濡れ性を制御したゾルゲル液(以下、「PZT前駆体液」と記す)の塗り分けをする。これは、アルカンチオールの特定金属上に自己配列する現象である。
・白金族金属にチオールで、自己組織化単分子膜(Self−assembled Monolayer:以下「SAM膜」と記す)を形成する。
・下部電極にPtを用い、その全面にSAM処理を行う。
・SAM膜上はアルキル基が配置しているので疎水性になる。
・周知のフォトリソグラフィー・エッチングにより、このSAM膜をパターニングする。
・レジスト剥離後も、パターン化SAM膜は残っているので、この部位は疎水性になる。一方、SAM膜除去した部位は白金表面なので親水性になる。
・インクジェット方式により親水性の領域にPZT前駆体(ゾルゲル液)を塗布する。
・表面エネルギーのコントラストにより塗布領域は親水性の領域のみとなる。
・PZT前駆体はインクジェット
・ヘッドで塗布可能なように粘度、表面張力を調整する。
・SAM膜は酸化物薄膜上には形成できない。このため、第1の処理によりPZT膜の無い露出している白金膜上のみにSAM膜が形成される。
・第1のパターン形成した試料にSAM処理を行った後、PZT前駆体液のインクジェット方式により塗り分け塗工を行い、熱処理を施す。
・所望の膜厚になるまで、これら工程を繰り返す
・この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が5μmの厚さまで形成できる。
図1(b)は基板1の表面全体にSAM膜2を形成した状態を示す。SAM膜2はアルカンチオール液に基板1をディップして自己配列させることで得ている。ここでは1−ヘキサンチオール(CH3(CH2)5SH)を使用した。
5 ゾルゲル液
6 液滴
8,8A 層(成膜)
40 電気−機械変換素子
42 第1の電極
43 電気−機械変換膜
44 第2の電極
94 液体吐出ヘッド
200 画像形成装置は
R ドット径
Claims (10)
- 第1の電極上に部分的に表面改質を行う工程と、この電極上にゾルゲル液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程を繰返し行い所望する膜厚を得る工程により電気−機械変換膜を形成する電気−機械変換膜の形成方法において、
前記塗布する工程内において、所望パターン領域内でゾルゲル液滴着弾時の隣接ドットが、レベリングにより凝集しない間隔で配置されるように前記ゾルゲル液を滴下する電気−機械変換膜の形成方法。 - 請求項1記載の電気−機械変換膜の形成方法において、
前記ゾルゲル液着弾時の隣接ドット間隔が、少なくとも1つのドット径の半分以上の配置となるように、前記ゾルゲル液を滴下する電気−機械変換膜の形成方法。 - 請求項1または2記載の電気−機械変換膜の形成方法において、
前記表面改質を行う工程では、第1の電極上にチオール化合物により自己組織化単分子膜を形成し、その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより部分的にチオール化合物が除去する電気−機械変換膜の形成方法。 - 請求項1、2または3記載の電気−機械変換膜の形成方法により、ゾルゲル液の所望パターン内の非着弾領域への滴下を順次繰り返すことで形成された層からなる電気−機械変換膜。
- 請求項1、2または3記載の電気−機械変換膜の形成方法により、ゾルゲル液の所望パターン内の非着弾領域への滴下を順次繰り返すことで形成された層を順次重畳させることで形成された電気−機械変換膜。
- 第1の電極と第2の電極の間に電気−機械変換膜が介層される電気−機械変換素子において、
前記電気−機械変換膜が請求項4または5記載の電気−機械変換膜である電気−機械変換素子。 - 請求項6記載の電気−機械変換素子において、
前記第2の電極がインクジェット方式で形成された電気−機械変換素子。 - 請求項6記載の電気−機械変換素子において、
前記電気−機械変換膜が金属の複合酸化物からなり、前記第1の電極と第2の電極上が白金族元素、およびその酸化物、またはこれら数種の積層膜からなる電極で構成された電気−機械変換素子。 - 請求項6記載の電気−機械変換素子を用いた液体吐出ヘッド。
- 請求項9に記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
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