JP2013055173A - Thin film manufacturing method, electromechanical conversion element, liquid discharge head, and inkjet recorder - Google Patents

Thin film manufacturing method, electromechanical conversion element, liquid discharge head, and inkjet recorder Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film manufacturing method in which, while preventing occurrence of a coffee-stain phenomenon by controlling a contact angle to liquid, a thin film is formed by making the liquid wet-expanded uniformly on a substrate, to provide an electromechanical conversion element equipped with the thin film manufactured by the thin film manufacturing method, to provide a droplet discharge head equipped with the electromechanical conversion element and to provide an inkjet recorder.SOLUTION: A thin film obtained by crystallizing functional ink is formed on a substrate by a thin film manufacturing method. This method includes: a liquid repelling film formation process for forming a liquid repelling film on the substrate; a liquid repelling film removal process for removing a part of the liquid repelling film by one method selected from a laser source, a lamp and plasma to form a desired shaped liquid repelling film removal portion which becomes a quasi-hydrophilic part; and a functional ink application process for applying the functional ink to the liquid repelling film removal portion on the substrate by a sol-gel method.

Description

本発明はプリンタ、ファクシミリ、複写装置、MFP(マルチファンクションプリンタ)等の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、並びにこれらに用いられる電気機械変換素子、該電気機械変換素子などの薄膜を製造するための薄膜製造方法に関する。
また本発明は、前述の如く直接的には印刷分野、特にデジタル印刷分野に用いられる液滴吐出装置を具備したインクジェット記録装置に利用できると共に、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などに応用可能である。
The present invention relates to an ink jet recording apparatus and a liquid discharge head used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, and an MFP (multifunction printer), an electromechanical conversion element used in these, an electromechanical conversion element, etc. The present invention relates to a thin film manufacturing method for manufacturing a thin film.
Further, as described above, the present invention can be directly applied to an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge device used in the printing field, particularly the digital printing field, and can also be applied to a three-dimensional molding technique using an ink jet technique. It is.

液体吐出ヘッドの構成は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室、(インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。)と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギー発生手段とを備える。液体吐出ヘッドは、加圧室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。   The configuration of the liquid ejection head includes a nozzle that ejects ink droplets, and a pressure chamber that communicates with the nozzle (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, and a liquid chamber). An electromechanical conversion element such as a piezoelectric element that pressurizes ink in the pressurizing chamber, or an electrothermal conversion element such as a heater, or an energy generating means comprising a diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path and an electrode facing the diaphragm Is provided. The liquid ejection head ejects ink droplets from the nozzles by pressurizing the ink in the pressurized chamber.

ここで、圧電素子は、基板上に配置した下部電極(第1の電極)、圧電体層、上部電極(第2の電極)が積層されたものからなる。(図1参照。)
各圧力室には、インク吐出の圧力を発生させるための個別の圧電素子が配置されてなる。
圧電素子は電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの薄膜が挟まれた積層構造をもつ。薄膜構造である圧電体はジルコン酸チタン酸鉛(PZT)セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているため一般に金属複合酸化物と称される。
Here, the piezoelectric element is formed by laminating a lower electrode (first electrode), a piezoelectric layer, and an upper electrode (second electrode) disposed on a substrate. (See Figure 1)
Each pressure chamber is provided with an individual piezoelectric element for generating ink discharge pressure.
The piezoelectric element converts electrical input into mechanical deformation, and has a laminated structure in which upper and lower electrode pairs for executing electrical input and a thin film such as a piezoelectric body are sandwiched therebetween. As the piezoelectric body having a thin film structure, lead zirconate titanate (PZT) ceramics or the like is used, and these are generally referred to as a metal composite oxide because they mainly include a plurality of metal oxides.

これまで、インクジェット方式を用いた薄膜形成技術において、基板などにドライエッチングを行うことで親液性にしたり、SAM(自己組織化単分子膜)を基板上などに形成させることによって撥液性にしたりするなど、基板の濡れ制御が行われていた。また、SAMを選択的に除去することにより、インクを所望の位置にのみパターニングする技術開発が行われているが、そのSAMの除去方法として、レーザ照射などによる手法が研究されている。さらに、液に対する接触角が大きいほどコーヒーステイン(コーヒーリングと言うこともある)は生じにくいことが九州大学・深井教授らの研究によって既に知られている。   Until now, in the thin film formation technology using the ink jet method, the substrate is made lyophilic by dry etching, or the SAM (self-assembled monomolecular film) is formed on the substrate to make it lyophobic. Etc., and wetting control of the substrate was performed. Further, a technique for patterning ink only at a desired position by selectively removing the SAM has been developed. As a method for removing the SAM, a technique using laser irradiation or the like has been studied. Furthermore, it has already been known from research by Kyushu University and Professor Fukai that coffee stains (sometimes called coffee rings) are less likely to occur as the contact angle with the liquid increases.

しかしながら、今までの基板処理では、接触角制御の自由度や精度の低さから、使用する液体に対する接触角が高すぎるために狙いの領域に均一に濡れ広がらなかったり、逆に接触角が低すぎて乾燥時に液体中の固形成分が縁にたまり、コーヒーステインが生じたりするという問題があった。   However, in the conventional substrate processing, the contact angle to the liquid used is too high because the degree of freedom and precision of contact angle control is too low, so the target area does not spread evenly or the contact angle is low. Therefore, there is a problem in that solid components in the liquid accumulate at the edges during drying and coffee stains are generated.

ここで特許文献1(特開2005−327920号公報)には、任意の平面形状を有する強誘電体層や圧電体層を有するデバイスを、より精度よく、低コスト、短タクトタイムで形成できるようにした製造方法と、これによって得られる強誘電体素子や圧電体素子等のデバイスに関する技術が開示されている。特許文献1についてより詳しくは、下部電極上に高い親和性を有する領域と低い親和性を有する領域を形成するために、表面修飾膜として自己組織化単分子膜を採用し、その除去や特性改質のために電子線、ビーム、光を用いる手法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に自己組織化単分子膜を完全に除去することでコーヒーステインが生じるという問題については何ら着目しておらず、この問題は依然解消できていない。
Here, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-327920), a device having a ferroelectric layer or a piezoelectric layer having an arbitrary planar shape can be formed with higher accuracy, lower cost, and shorter tact time. A manufacturing method and a technology relating to devices such as ferroelectric elements and piezoelectric elements obtained thereby are disclosed. More specifically, Patent Document 1 employs a self-assembled monolayer as a surface modification film in order to form a region having a high affinity and a region having a low affinity on the lower electrode. Techniques using electron beams, beams, and light for quality are disclosed.
However, Patent Document 1 does not pay any attention to the problem that coffee stain is generated by completely removing the self-assembled monolayer, and this problem has not been solved.

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、液体に対する接触角を制御することで、コーヒーステインを防ぎつつ基板上に均一に濡れ広がるようにして薄膜を形成することができる薄膜製造方法、並びに該薄膜製造方法により製造された薄膜を備える電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and by controlling a contact angle with respect to a liquid, a thin film production capable of forming a thin film so as to spread uniformly on a substrate while preventing coffee stains is achieved. It is an object of the present invention to provide a method, an electromechanical conversion element including a thin film manufactured by the thin film manufacturing method, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and an ink jet recording apparatus.

上記課題を解決するための本発明に係る薄膜製造方法は、基板上に、機能性インクが結晶化されてなる薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、レーザ光源、ランプ及びプラズマから選ばれるいずれか1により前記撥液膜の一部を除去して準親水部となる所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去工程と、前記基板上における前記撥液膜除去部位にゾルゲル法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与工程と、を備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明に係る電気機械変換素子は、第1の電極と、該第1の電極に対向してなる第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持されてなる電気機械変換膜と、を備える電気機械変換素子であって、前記電気機械変換膜は、上記の薄膜製造方法により製造されてなり、前記第1の電極は、上記の基板であることを特徴とする。
さらに、上記課題を解決するための本発明に係る液体吐出ヘッドは、上記の電気機械変換素子を備えたことを特徴とする。
またさらに、上記課題を解決するための本発明に係るインクジェット記録装置は、上記の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
A thin film manufacturing method according to the present invention for solving the above problems is a thin film manufacturing method for forming a thin film obtained by crystallizing functional ink on a substrate, and forming a liquid repellent film on the substrate. A liquid repellent film forming step and a liquid repellent film forming a liquid repellent film removal portion having a desired shape to be a semi-hydrophilic portion by removing a part of the liquid repellent film by any one selected from a laser light source, a lamp and plasma A film removing step; and a functional ink applying step of applying the functional ink to the liquid repellent film removing portion on the substrate by a sol-gel method.
In addition, an electromechanical transducer according to the present invention for solving the above-described problems includes a first electrode, a second electrode facing the first electrode, the first electrode, and the second electrode. An electromechanical conversion element comprising an electromechanical conversion film sandwiched between electrodes, wherein the electromechanical conversion film is manufactured by the above thin film manufacturing method, and the first electrode is the above It is a substrate.
Furthermore, a liquid discharge head according to the present invention for solving the above-described problems is characterized by including the above electromechanical conversion element.
Furthermore, an ink jet recording apparatus according to the present invention for solving the above-described problems is characterized by including the above-described liquid discharge head.

本発明によれば、液体に対する接触角を制御することで、コーヒーステインを防ぎつつ基板上に均一に濡れ広がるようにして薄膜を形成することができる薄膜製造方法、並びに該薄膜製造方法により製造された薄膜を備える電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。   According to the present invention, by controlling the contact angle with respect to the liquid, a thin film manufacturing method capable of forming a thin film so as to spread uniformly on the substrate while preventing coffee stain, and the thin film manufacturing method are used. In addition, an electromechanical conversion element including a thin film, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and an ink jet recording apparatus can be provided.

液体吐出ヘッドの構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a liquid discharge head. SAM膜のパターニング工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the patterning process of a SAM film. インクジェット法で酸化物電極溶液(LaNiO等)を繰り返し塗布する工程を示す模式図である。It is a schematic view showing a step of repeatedly oxide electrode solution (LaNiO 3 or the like) coated by an inkjet method. 白金上の接触角を表す図である。It is a figure showing the contact angle on platinum. インクジェット塗布装置を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows an inkjet coating apparatus. レーザパワーと純水に対する接触角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a laser power and the contact angle with respect to a pure water. 親水部が形成された場合に機能性インクを付与したときの工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a process when a functional ink is provided when a hydrophilic part is formed. 準親水部が形成された場合に機能性インクを付与したときの工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a process when a functional ink is provided when a semi-hydrophilic part is formed. 酸素プラズマ処理時間と純水に対する接触角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between oxygen plasma processing time and the contact angle with respect to pure water. 本発明で得られたPZT膜のヒステリシス曲線を表す図である。It is a figure showing the hysteresis curve of the PZT film | membrane obtained by this invention. 複数の電気機械変換素子を有する液体吐出ヘッドの構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the liquid discharge head which has several electromechanical conversion elements. 本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an ink jet recording apparatus equipped with a liquid discharge head according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の構成を示す側面図である。1 is a side view illustrating a configuration of an ink jet recording apparatus equipped with a liquid discharge head according to the present invention.

本発明に係る撥液膜形成工程は、基板上に、機能性インクが結晶化されてなる薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、レーザ光源、ランプ及びプラズマから選ばれるいずれか1により前記撥液膜の一部を除去して準親水部となる所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去工程と、前記基板上における前記撥液膜除去部位にゾルゲル法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与工程と、を備えることを特徴とする。
次に、本発明に係る薄膜製造方法、並びに電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
The liquid repellent film forming step according to the present invention is a thin film manufacturing method for forming a thin film obtained by crystallizing functional ink on a substrate, and the liquid repellent film forming step for forming a liquid repellent film on the substrate And a liquid repellent film removing step of removing a part of the liquid repellent film by any one selected from a laser light source, a lamp, and plasma to form a liquid repellent film removal portion having a desired shape to be a semi-hydrophilic portion; A functional ink application step of applying the functional ink to the liquid repellent film removal site on the substrate by a sol-gel method.
Next, the thin film manufacturing method according to the present invention, the electromechanical conversion element, the droplet discharge head and the ink jet recording apparatus provided with the electromechanical conversion element will be described in more detail.
Although the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached thereto, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.

図1は本発明にかかる液体吐出ヘッドの一実施の形態における構成を示す概略図である。
本発明は液体吐出ヘッド及びそれを使用した画像形成装置をも対象としている。上記の画像形成装置は一般的にはインクジェット記録装置と呼ばれているもので、以下にインクジェット記録装置について説明する。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an embodiment of a liquid discharge head according to the present invention.
The present invention is also directed to a liquid discharge head and an image forming apparatus using the liquid discharge head. The image forming apparatus is generally called an ink jet recording apparatus, and the ink jet recording apparatus will be described below.

インクジェット記録装置には、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。   Inkjet recording devices have many advantages such as extremely low noise, high-speed printing, and the ability to use plain paper that is free of ink and inexpensive, so that printers, facsimiles, copiers, etc. Widely deployed as an image recording apparatus or an image forming apparatus.

インクジェット記録装置において使用する液滴吐出装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(吐出室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段で構成されている。   A droplet discharge device used in an ink jet recording apparatus includes a nozzle that discharges ink droplets, and a liquid chamber (also referred to as a discharge chamber, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, or an ink flow path) that communicates with the nozzle. And pressure generating means for discharging ink in the liquid chamber.

上記のような圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のものなどがある。更にピエゾ型のものにはd33方向の変形を利用した縦振動型、d31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等があるが、最近では半導体プロセスやMEMSの進歩により、Si基板に直接液室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。   The pressure generating means as described above may be a piezo type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm that forms the wall surface of the discharge chamber using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element, or a discharge chamber There is a bubble type (thermal type) in which bubbles are generated by boiling an ink film using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the nozzle to eject ink droplets. Further, the piezoelectric type includes a longitudinal vibration type using deformation in the d33 direction, a transverse vibration (bend mode) type using deformation in the d31 direction, and a shear mode type using shear deformation. With the progress of semiconductor processes and MEMS, a thin film actuator in which a liquid chamber and a piezo element are directly formed on a Si substrate has been devised.

本発明はd31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型の電気変換素子に関する。
電気機械変換素子40は、一対の下部電極42及び上部電極44が対向して設けられてなり、この一対の下部電極42及び上部電極44に圧電体層(電気機械変換膜)43が挟持された積層構造を有してなる。そしてこの電気機械変換素子40は、電極42,44に印加される電気的なエネルギーを機械的なエネルギー(変形)に変換するものである。
The present invention relates to a transverse vibration (bend mode) type electric transducer using deformation in the d31 direction.
The electromechanical conversion element 40 is provided with a pair of lower electrode 42 and upper electrode 44 facing each other, and a piezoelectric layer (electromechanical conversion film) 43 is sandwiched between the pair of lower electrode 42 and upper electrode 44. It has a laminated structure. The electromechanical transducer 40 converts electrical energy applied to the electrodes 42 and 44 into mechanical energy (deformation).

<圧電体層(電気機械変換膜)43>
圧電体層43は、金属の複合酸化物からなる。
先ず、圧電体層43のゾルゲル法による圧電体層の形成について説明する。
圧電体層がPZTの場合(非特許文献1に示されている、ゾルゲル法による金属複合酸化物の薄膜形成に関する技術を参照:K.D.Budd,S.K.Dey,D.A.Payne,Proc.Brit.Ceram.Soc.36,107(1985))、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得る。この均一溶液をPZT前駆体溶液(機能性インク、強誘電体の前駆体インク)と呼ぶ。
<Piezoelectric layer (electromechanical conversion film) 43>
The piezoelectric layer 43 is made of a complex oxide of metal.
First, formation of the piezoelectric layer by the sol-gel method of the piezoelectric layer 43 will be described.
In the case where the piezoelectric layer is PZT (see the technique relating to the formation of a thin film of a metal composite oxide by a sol-gel method shown in Non-Patent Document 1: KDBudd, SKDey, DA Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985) )), Lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compound as starting materials and dissolved in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. This uniform solution is called a PZT precursor solution (functional ink, ferroelectric precursor ink).

PZT(lead zirconate titanate:ジルコン酸チタン酸鉛)とはジルコン酸鉛(PbTiO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成は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PZT(53/47)と示される。
酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物の出発材料は、この化学式に従って秤量される。
PZT (lead zirconate titanate) is a solid solution of lead zirconate (PbTiO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio. In general, the composition exhibiting excellent piezoelectric characteristics has a ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 of 53:47. When expressed by a chemical formula, Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 , generally PZT (53/47 ).
The starting materials for lead acetate, zirconium alkoxide and titanium alkoxide compounds are weighed according to this chemical formula.

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。   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.

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。   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.

下地基板全面にPZT膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
液体噴射装置の圧電素子として用いる場合、このPZT膜の膜厚は1μm〜2μmが要求される。したがって、前述の方法でこの膜厚を得るには十数回、工程を繰り返す。
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 the 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.
When used as a piezoelectric element of a liquid ejecting apparatus, the thickness of the PZT film is required to be 1 μm to 2 μm. Therefore, in order to obtain this film thickness by the method described above, the process is repeated ten times.

ゾルゲル法によるパターン化した圧電体層の形成の場合には、下地基板の濡れ性を制御したPZT前駆体液の塗り分けをする。
(非特許文献2に示されている、Au膜上にアルカンチオールが自己組織化単分子膜(SAM:Self Assembled Mon-layer)として形成できる現象、そしてこの現象を用いたマイクロコンタクトプリント法でSAMパターンを転写し、その後のエッチングなどのプロセスに利用している技術を参照:A.Kumar and G.M.Whitesides,Appl.Phys.Lett.,63,2002(1993)。また、非特許文献3に示されている、Au基板上にアルカンチオールやデカンチオール、MHDAなどを塗布してSAM膜を形成し、半導体レーザを用いてスキャンさせることにより、SAM膜の除去する技術を参照:Daniel Rhinow and Norert A Hampp, IEEE Transactions on nanobioscience 5,No.3(2006)。)
In the case of forming a patterned piezoelectric layer by the sol-gel method, the PZT precursor liquid in which the wettability of the base substrate is controlled is separately applied.
(A non-patent document 2 shows a phenomenon in which alkanethiol can be formed as a self-assembled monolayer (SAM) on an Au film, and a SAM by a microcontact printing method using this phenomenon. See A. Kumar and GM Whitesides, Appl. Phys. Lett., 63, 2002 (1993), as shown in Non-Patent Document 3. See the technique of removing SAM film by applying alkanethiol, decanethiol, MHDA, etc. on Au substrate to form SAM film and scanning with semiconductor laser: Daniel Rhinow and Norert A Hampp, IEEE Transactions on nanobioscience 5, No. 3 (2006).)

なお、本発明では公知のフォトリソグラフィー・エッチングに代えてレーザ光源、ランプ及びプラズマのいずれか1によりSAM膜を除去することに特徴を有するが、以下においては公知のフォトリソグラフィー・エッチングによる例(従来例)を説明する。レーザ光源、ランプ及びプラズマのいずれか1によりSAM膜を除去する本発明の特徴の詳細については実施例において後述する。
また、本発明では通常のゾルゲルプロセスに従ってPZT前駆体の熱処理を行うことに代えてレーザ照射またはランプにてPZT前駆体の熱処理を行うことが好ましいが、以下においては通常のゾルゲルプロセスに従ってPZT前駆体の熱処理を行う例(従来例)を説明する。レーザ照射またはランプにてPZT前駆体の熱処理を行う詳細については実施例において後述する。
The present invention is characterized in that the SAM film is removed by any one of a laser light source, a lamp, and plasma instead of the known photolithography etching, but in the following, an example by a known photolithography etching (conventional) Ex.) Details of the feature of the present invention in which the SAM film is removed by any one of the laser light source, the lamp and the plasma will be described later in the embodiments.
In the present invention, it is preferable to perform heat treatment of the PZT precursor by laser irradiation or lamp instead of performing heat treatment of the PZT precursor according to a normal sol-gel process. An example of performing the heat treatment (conventional example) will be described. Details of the heat treatment of the PZT precursor by laser irradiation or lamp will be described later in Examples.

白金族金属にチオールはSAM膜(撥液膜;疎水性)形成する。そこで先ず、下部電極にPtを用い、該下部電極全面にSAM処理を行う。このSAM膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。
次いで、公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。このとき、レジスト剥離後も、パターン化SAM膜は残っているので、この部位は疎水性であり、SAMを除去した部位は白金表面なので親水性である。
そして、この表面エネルギーのコントラストを利用してPZT前駆体液の塗り分けをする。このとき、コントラストの程度にもよるが、PZT前駆体はスピンコート法で全面塗布してもパターン状に塗り分けられる場合もある。また、ドクターブレード塗工でも良く、ディップコートでも良く、PZT前駆体溶液の消費量を低減したい場合はインクジェット塗工でも良い。さらに同様に凸版印刷でも良い。
Thiol forms a SAM film (liquid repellent film; hydrophobic) on the platinum group metal. Therefore, first, Pt is used for the lower electrode, and SAM treatment is performed on the entire surface of the lower electrode. Since the alkyl group is arranged on the SAM film, it becomes hydrophobic.
Next, the SAM film is patterned by a known photolithography etching. At this time, since the patterned SAM film remains even after the resist is peeled off, this portion is hydrophobic, and the portion from which SAM is removed is hydrophilic because it is a platinum surface.
Then, the PZT precursor liquid is separately applied using this surface energy contrast. At this time, although depending on the degree of contrast, the PZT precursor may be applied separately in a pattern even when applied over the entire surface by spin coating. Further, doctor blade coating, dip coating, or inkjet coating may be used when it is desired to reduce the consumption of the PZT precursor solution. Similarly, letterpress printing may be used.

図2に3種の方法でアルカンチオールのSAM膜パターニングの方法を示す。
基板1の最表面はいうまでもなく、チオールとの反応性に優れた白金として説明する。
アルカンチオールは分子鎖長により反応性や疎水(撥水)性が異なるものの、炭素数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。このとき、アルカンチオールの濃度数は有機溶媒により2〜3モル/l程度に希釈して用いることが好ましいが、所望の膜厚、特性等に応じて適宜濃度を変更することを妨げるものではない。
この溶液中に基板1を浸漬させ、所定時間後に取り出した後、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することで白金表面にSAM膜2形成できる(図2中のB、B’’)。
図2中のCは、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト3をパターン形成し、ドライエッチングによりSAM膜2を除去し、加工に用いたレジストを除去してSAM膜2のパターニングを終える(図2中のD)。
B’は先にフォトレジスト3のパターンを形成し、SAM処理を行う。処理後の状態は、フォトレジスト3上にはSAM膜2は形成されず(図2中のC’)、レジストを除去すればSAM膜2のパターニングを終える。
B’’は先述のBと同じ工程を経て形成し、フォトマスク3を介して紫外線を照射することで未露光部にはSAM膜2が残り、露光部にはSAM膜2が消失する。
以上の結果、基板1上の所望の位置にSAM膜2が形成される(図2及び図3中のD)。
FIG. 2 shows SAM film patterning methods of alkanethiol by three methods.
Needless to say, the outermost surface of the substrate 1 is described as platinum excellent in reactivity with thiol.
Although alkanethiol has different reactivity and hydrophobicity (water repellency) depending on the molecular chain length, it dissolves C6 to C18 molecules in common organic solvents (alcohol, acetone, toluene, etc.). In this case, the concentration of alkanethiol is preferably diluted to about 2 to 3 mol / l with an organic solvent, but it does not preclude changing the concentration as appropriate according to the desired film thickness, characteristics, etc. .
After the substrate 1 is immersed in this solution and taken out after a predetermined time, the SAM film 2 can be formed on the platinum surface by replacing and cleaning the excess molecules with a solvent and drying (B, B ″ in FIG. 2).
C in FIG. 2 patterns the photoresist 3 by photolithography, removes the SAM film 2 by dry etching, removes the resist used for processing, and finishes patterning of the SAM film 2 (D in FIG. 2). ).
For B ′, the pattern of the photoresist 3 is first formed and SAM processing is performed. In the state after the processing, the SAM film 2 is not formed on the photoresist 3 (C ′ in FIG. 2), and the patterning of the SAM film 2 is completed when the resist is removed.
B ″ is formed through the same process as B described above, and the SAM film 2 remains in the unexposed area and the SAM film 2 disappears in the exposed area by irradiating ultraviolet rays through the photomask 3.
As a result, the SAM film 2 is formed at a desired position on the substrate 1 (D in FIGS. 2 and 3).

これらの具体例を説明する。アルカンチオールにCH(CH−SHを用い、濃度0.01モル/l(溶媒:イソプロピルアルコール)溶液に浸漬させ、SAM処理を行った。その後、イソプロピルアルコールで洗浄・乾燥後、パターニングの工程に移る。
SAM処理後の疎水性は接触角測定を行い、SAM膜上での水の接触角は92.2°であった。一方、SAM処理前の白金スパッタ膜の水の接触角は5°以下(完全濡れ)であり、SAM膜処理がなされたことがわかる。
東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、酸素プラズマ処理を行い露出部のSAM膜を除去した。処理後の残渣レジストはアセトンにて溶解除去し、同様の接触角評価を行ったところ、除去部では5°以下(完全濡れ)、レジストでカバーされていた部位のそれは92.4°の値を示し、SAM膜のパターン化がなされたことを確認した。
Specific examples of these will be described. SAM treatment was performed by using CH 3 (CH 2 ) 6 -SH in alkanethiol and immersing it in a 0.01 mol / l (solvent: isopropyl alcohol) solution. Then, after washing and drying with isopropyl alcohol, the process proceeds to a patterning process.
The hydrophobicity after the SAM treatment was measured by a contact angle, and the contact angle of water on the SAM film was 92.2 °. On the other hand, the water contact angle of the platinum sputtered film before the SAM treatment is 5 ° or less (complete wetting), indicating that the SAM film treatment has been 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 then performed to remove the exposed SAM film. The residual resist after the treatment was dissolved and removed with acetone, and the same contact angle evaluation was performed. As a result, the removed portion was 5 ° or less (completely wet), and the portion covered with the resist had a value of 92.4 °. It was confirmed that the SAM film was patterned.

他方式のパターニングとして、同様のレジストワークによりあらかじめレジストパターンを形成し、同様のSAM膜処理を実施後、アセトンにてレジストを除去し、接触角を測定した。レジストカバーされた白金膜上の接触角は5°以下(完全濡れ)、他の部位のそれは92.0°となり、SAM膜のパターン化がなされたことを確認した。(図4参照)   As another type of patterning, a resist pattern was previously formed with the same resist work, and after the same SAM film treatment, the resist was removed with acetone, and the contact angle was measured. The contact angle on the resist-covered platinum film was 5 ° or less (complete wetting), and that at other sites was 92.0 °, confirming that the SAM film was patterned. (See Figure 4)

もうひとつの他方式として、シャドウマスクを用いた紫外線照射を行った。用いた紫外線はエキシマランプによる波長176nmの真空紫外光を10分間照射した。照射部の接触角は5°以下(完全濡れ)、未照射部のそれは92.2°でありSAM膜のパターン化がなされたことを確認した。   As another method, ultraviolet irradiation using a shadow mask was performed. The ultraviolet rays used were irradiated with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 176 nm from an excimer lamp for 10 minutes. The contact angle of the irradiated portion was 5 ° or less (complete wetting), and that of the unirradiated portion was 92.2 °, confirming that the SAM film was patterned.

この後に第1のパターン化PZT前駆体塗膜を形成し(図3中のE)、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。前駆体熱処理温度は有機物の燃焼温度:500℃、PZT結晶化温度:700℃などの高温処理によりSAM膜2は消失する(図3中のF)。   Thereafter, a first patterned PZT precursor coating film is formed (E in FIG. 3), and heat treatment is performed according to a normal sol-gel process. The SAM film 2 disappears due to the high-temperature treatment such as the organic heat treatment temperature: 500 ° C. and the PZT crystallization temperature: 700 ° C. (F in FIG. 3).

2回目以降の工程は以下の理由から簡便化できる(図3中のD’〜F’参照)。
SAM膜は酸化物薄膜上には形成されないため、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。
従って、第1のパターン形成した試料にSAM処理を行い所望の位置にSAM膜2が形成された後(図3中のD’)、PZT前駆体液の塗り分け塗工を行い(図3中のE’)、熱処理を施す(図3中のF’)。
この操作を所望の膜厚になるまで繰り返すことで、所望の位置に所望の膜厚のPZTを形成することができる。なお、この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が5μmの厚さまで好適に形成することができる。
The second and subsequent steps can be simplified for the following reasons (see D ′ to F ′ in FIG. 3).
Since the SAM film is not formed on the oxide thin film, the SAM film is formed only on the platinum film without (exposed) the PZT film by the first treatment.
Therefore, after the SAM treatment is performed on the first pattern-formed sample and the SAM film 2 is formed at a desired position (D ′ in FIG. 3), the PZT precursor liquid is separately applied (in FIG. 3). E ′) and heat treatment is performed (F ′ in FIG. 3).
By repeating this operation until a desired film thickness is obtained, PZT having a desired film thickness can be formed at a desired position. The patterning by this method can be suitably formed up to a ceramic film thickness of 5 μm.

この自己組織化現象を使うことが従来の技術とは異なる点である。
従来のSAM膜のパターン化とこれを利用した機能性色材(カラーフィルター、ポリマー有機EL、ナノメタル配線)のパターニングは1回のSAM処理と引き続き行われる機能性色材の配置で完了していたが、ゾルゲル法では一度に成膜出来る膜厚が少ないので、複数回繰り返す必要がある。ところが、毎回、フォトリソグラフィー・エッチングによるパターン化SAM膜の形成は工程が煩雑になる。
そこで、本発明では特にSAM膜が形成されない酸化物薄膜と、SAM膜が形成可能な(電気機械変換素子の構成要素である)下部電極と、を組み合せることで、煩雑な工程無しに厚膜化を初めて実現できたものである。
Using this self-organization phenomenon is different from the conventional technology.
Conventional SAM film patterning and patterning of functional color materials (color filters, polymer organic EL, nanometal wiring) using the same have been completed with one SAM treatment and subsequent functional color material placement. However, in the sol-gel method, the film thickness that can be formed at a time is small, so it is necessary to repeat the process multiple times. However, the process of forming the patterned SAM film by photolithography and etching is complicated each time.
Therefore, in the present invention, a thick film can be formed without a complicated process by combining an oxide thin film in which a SAM film is not particularly formed with a lower electrode capable of forming a SAM film (which is a constituent element of an electromechanical transducer). For the first time.

<下部電極42(基板1、第1の電極)>
下部電極42として用いられる材料は耐熱性かつアルカンチオールとの反応によりSAM膜を形成する金属が選ばれる。しかしながら、銅や銀はSAM膜を形成するが大気下中、500℃以上の熱処理により変質してしまうので用いることは出来ない。さらに、金は両条件を満たすものの、積層するPZT膜の結晶化に不利に働くので使えない。
そこで、下部電極に用いられる材料としては、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、の単金属や白金−ロジウムなどの白金を主成分とした他の白金族元素との合金材料もしくは白金族元素の酸化物、またはこれら数種の積層膜も有効である。
<Lower electrode 42 (substrate 1, first electrode)>
The material used for the lower electrode 42 is a metal that is heat resistant and forms a SAM film by reaction with alkanethiol. However, copper and silver form a SAM film, but cannot be used because they are altered by heat treatment at 500 ° C. or higher in the atmosphere. Furthermore, although gold satisfies both conditions, it cannot be used because it adversely affects the crystallization of the stacked PZT film.
Therefore, materials used for the lower electrode include platinum, rhodium, ruthenium, iridium, single metals, platinum-rhodium and other platinum group element alloy materials or platinum group element oxides. Alternatively, several kinds of laminated films are also effective.

<上部電極44(第2の電極)>
上部電極44は、厚さが例えば0.1μm程度の白金等によって形成されたものである。圧電体層と上部電極とは、下部電極と異なり、圧電体素子毎に独立して島状に形成されている。このような構成のもとに圧電体素子は、それぞれ独立して駆動するようになっている。
<Upper electrode 44 (second electrode)>
The upper electrode 44 is formed of platinum or the like having a thickness of about 0.1 μm, for example. Unlike the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode are formed in an island shape independently for each piezoelectric element. Based on such a configuration, the piezoelectric elements are driven independently.

<振動板30>
シリコン基板上に配置する振動板30は厚さ数ミクロンで、シリコン酸化膜や窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、およびこれら各膜を積層した膜でも良い。また熱膨張差を考慮した酸化アルミニウム膜、ジルコニア膜などのセラミック膜でも良い。
これら材料は絶縁体である。下部電極42は圧電素子に信号入力する際の共通電極として電気的接続をするので、その下にある振動板30は絶縁体か、もしくは導体であれば絶縁処理を施して用いることになる。
シリコン系絶縁膜は熱酸化膜、CVD堆積膜を用い、金属酸化膜はスパッタリング法で成膜することが出来る。
<Vibration plate 30>
The vibration plate 30 disposed on the silicon substrate may be several microns thick, and may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a film in which these films are stacked. Further, a ceramic film such as an aluminum oxide film or a zirconia film in consideration of a difference in thermal expansion may be used.
These materials are insulators. Since the lower electrode 42 is electrically connected as a common electrode when a signal is input to the piezoelectric element, the diaphragm 30 under the lower electrode 42 is an insulator or a conductor and is used after being subjected to an insulation treatment.
As the silicon-based insulating film, a thermal oxide film or a CVD deposited film can be used, and the metal oxide film can be formed by a sputtering method.

<密着層41>
これら振動板30上に白金族下部電極42を配置する場合、膜密着力を強めるための密着層41が必要となる。密着層41として可能な材料はチタン、タンタル、酸化チタン、酸化タンタル、窒化チタン、窒化タンタルやこれら積層膜が有効である。
<Adhesion layer 41>
When the platinum group lower electrode 42 is disposed on these diaphragms 30, an adhesion layer 41 for increasing the film adhesion force is required. Possible materials for the adhesion layer 41 include titanium, tantalum, titanium oxide, tantalum oxide, titanium nitride, tantalum nitride, and laminated films thereof.

<圧力室21、圧力室基板(Si基板)20>
圧力室21は、ノズル11が連通してなり、圧力室基板20(側面を構成)、ノズル板10(下面を構成)、振動板30(上面を構成)で区画されてなる。そして、振動板30を介して圧力室21内の液体を加圧するための積層型圧電体層43が設けられる。
圧力室基板20はシリコンウェハなどで構成され、従来技術であるエッチングなどの工法で形成される。
<Pressure chamber 21, pressure chamber substrate (Si substrate) 20>
The pressure chamber 21 communicates with the nozzle 11 and is partitioned by a pressure chamber substrate 20 (which constitutes a side surface), a nozzle plate 10 (which constitutes a lower surface), and a vibration plate 30 (which constitutes an upper surface). A laminated piezoelectric layer 43 for pressurizing the liquid in the pressure chamber 21 via the vibration plate 30 is provided.
The pressure chamber substrate 20 is composed of a silicon wafer or the like, and is formed by a conventional technique such as etching.

<ノズル板10、ノズル11>
ノズル11はノズル板10に直線状に2列に並べて形成されている。このノズル板10は例えばNi電鋳などで形成したものを用いているが、これに限るものではない。
<Nozzle plate 10 and nozzle 11>
The nozzles 11 are formed in two rows on the nozzle plate 10 in a straight line. The nozzle plate 10 is formed by, for example, Ni electroforming, but is not limited thereto.

<インクジェット塗布装置>
図5はインクジェット塗布装置を説明するための斜視図である。図5において架台200の上に、Y軸駆動手段201が設置してありその上に基板202を搭載するステージ203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203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202が固定されている。
またX軸支持部材204にはX軸駆動手段205が取り付けられており、これにZ軸駆動手段211上に搭載されたヘッドベース206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206の上にはインクを吐出させるインクジェットヘッド208が搭載されている。このインクジェットヘッドには図示されてい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210からインクが供給される。
そして、インクジェットヘッド208から吐出されたインクを、レーザヘッド212を用いて加熱、結晶化できる。さらに、このレーザヘッド212はSAM膜の除去工程においても使用される。このとき、電極材料または前駆体インクの液滴の吐出量を調整することで所望の機能性薄膜の形状と膜厚とを得ることができる。
<Inkjet coating device>
FIG. 5 is a perspective view for explaining the ink jet coating apparatus. In FIG. 5, a Y-axis driving unit 201 is installed on a gantry 200, and a stage 203 on which a substrate 202 is mounted is installed on the platform 200 so as to be driven in the Y-axis direction. The stage 203 is accompanied by suction means such as vacuum and static electricity not shown, and the substrate 202 is fixed.
An X-axis drive unit 205 is attached to the X-axis support member 204, and a head base 206 mounted on the Z-axis drive unit 211 is attached to the X-axis support member 204, so that it can move in the X-axis direction. Yes. An ink jet head 208 that discharges ink is mounted on the head base 206. The ink jet head is supplied with ink from a colored resin ink supply pipe 210 from each ink tank (not shown).
Then, the ink ejected from the inkjet head 208 can be heated and crystallized using the laser head 212. Further, the laser head 212 is also used in the SAM film removal process. At this time, the desired shape and thickness of the functional thin film can be obtained by adjusting the discharge amount of the droplets of the electrode material or the precursor ink.

以下、本発明について実施例を挙げてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
上記において、SAM膜のパターニングは公知のフォトリソ・エッチング法を紹介したが、本実施例ではこれに代わりレーザ照射にてSAM膜を除去することを特徴とする。
照射領域のSAM膜を均一に除去するために、レーザ光源のビームプロファイルはトップハットであることが好ましい。また、Ptの光吸収率やSAM膜の炭素の結合を切るために、光源の波長が紫外であることが好ましい。
Example 1
In the above description, the well-known photolithographic etching method was introduced for patterning the SAM film. In this embodiment, the SAM film is removed by laser irradiation instead.
In order to uniformly remove the SAM film in the irradiation region, the beam profile of the laser light source is preferably a top hat. Further, in order to cut the light absorption rate of Pt and the carbon bond of the SAM film, the wavelength of the light source is preferably ultraviolet.

図6は、SAM膜を形成したPt基板上に、波長1064nmのYAGレーザを照射した場合のレーザパワーと純水に対する接触角の関係を示している。0%から徐々にパワーを上げていったとき、20%付近から接触角が減少し始め、Pt基板が損傷するまでほぼ線形的に接触角が低下していることが分かる。
このうち、パワー40%と30%で直線に照射した領域に対して、PZTの前駆体溶液をインクジェット法にて塗布し乾燥を行ったところ、パワー40%と30%で照射した基板上のPZTの断面図はそれぞれ図7、図8のようになった。図7に示すパワー40%の場合では照射領域のすべてSAM膜が除去されたことにより接触角が小さくなり、コーヒーステインが生じている。図8に示すパワー30%の場合では部分的にSAM膜が残っており、接触角は比較的大きかったため、結果としてPZT膜厚はほぼ均一に形成されている。
FIG. 6 shows the relationship between the laser power and the contact angle with respect to pure water when a YAG laser with a wavelength of 1064 nm is irradiated on a Pt substrate on which a SAM film is formed. It can be seen that when the power is gradually increased from 0%, the contact angle starts to decrease from around 20%, and the contact angle decreases almost linearly until the Pt substrate is damaged.
Among these, when the PZT precursor solution was applied to the region irradiated linearly at power of 40% and 30% by an ink jet method and dried, PZT on the substrate irradiated with power of 40% and 30% was obtained. The cross-sectional views are as shown in FIGS. 7 and 8, respectively. In the case of the power of 40% shown in FIG. 7, the contact angle becomes small due to the removal of the SAM film in the entire irradiation region, and coffee stain is generated. In the case of the power of 30% shown in FIG. 8, the SAM film partially remains and the contact angle is relatively large. As a result, the PZT film thickness is formed almost uniformly.

以上の結果から分かるように、基板とインクの組み合わせによって、コーヒーステインが生じない最適値が存在する場合、レーザ照射によって部分的にSAM膜を除去することにより、所望の接触角にすることでコーヒーステインがなく機能膜を形成することができる。   As can be seen from the above results, when there is an optimum value at which coffee stain does not occur depending on the combination of the substrate and the ink, the coffee can be obtained by partially removing the SAM film by laser irradiation to obtain a desired contact angle. A functional film can be formed without stain.

ここで本発明では所望の接触角となるように、SAM膜の厚さ方向の一部のみが除去された領域、または、SAM膜の密度が平面的に減少している領域を、準親水部と称する。(他方、SAM膜の厚さ方向において完全にSAM膜が除去された領域、及びSAM膜の密度がゼロの領域は親水部と称し、準親水部とは異なるものである。)この準親水部を所望の形状で形成し、撥液膜除去部位とすることで、機能性インクを所望の位置に塗布することができ、所望のパターンの薄膜を形成することができる。   Here, in the present invention, a region in which only a part of the SAM film in the thickness direction is removed or a region in which the density of the SAM film is reduced in a planar manner so as to obtain a desired contact angle is a quasi-hydrophilic portion. Called. (On the other hand, a region where the SAM film is completely removed in the thickness direction of the SAM film and a region where the density of the SAM film is zero are referred to as a hydrophilic portion and are different from the quasi-hydrophilic portion.) Is formed in a desired shape to form a liquid repellent film removal site, the functional ink can be applied to a desired position, and a thin film having a desired pattern can be formed.

(実施例2)
実施例1ではレーザを用いてSAM膜の部分的除去を紹介したが、他にもマスクやフォトレジストなどを用いてプラズマや、紫外線やランプ(エキシマランプ、低圧水銀ランプなど)によるSAM膜の部分的除去(準親水部形成)が考えられる。ここでは、酸素プラズマを用いた例を示す。
(Example 2)
In the first embodiment, partial removal of the SAM film was introduced using a laser. However, the SAM film was also partially removed by plasma, ultraviolet rays or a lamp (excimer lamp, low-pressure mercury lamp, etc.) using a mask or a photoresist. Removal (quasi-hydrophilic part formation) can be considered. Here, an example using oxygen plasma is shown.

SAM膜を形成したPt基板上にフォトレジストをパターニングする工程は既に記した。酸素プラズマの処理効果は、主に(1)処理時間、(2)RF POWER、(3)電極間距離、(4)酸素流量の制御因子によって変化する。ここでは、制御因子として一番取り扱いやすい処理時間の条件を変えて、その効果を調べた。   The step of patterning the photoresist on the Pt substrate on which the SAM film is formed has already been described. The processing effect of oxygen plasma mainly varies depending on (1) processing time, (2) RF POWER, (3) distance between electrodes, and (4) oxygen flow rate control factor. Here, the conditions of the processing time that can be handled most easily as a control factor were changed, and the effect was examined.

処理時間の条件は、1min、3min、5minとした。各条件で酸素プラズマ処理を実施した基板に対して、酸素プラズマ処理後の、露出しているSAM膜上の純水接触角測定を実施した。これを図9に示す。これより、酸素プラズマの処理時間に比例して、SAM膜上の純水接触角がほぼ線形的に減少していることが分かる。これを基に、実施例1で示した場合と同様に、最適な接触角を得るように酸素プラズマの処理時間を調整することで、準親水部を形成することができ、コーヒーステインを生じることなく、機能性膜を形成することができる。   The processing time conditions were 1 min, 3 min, and 5 min. The pure water contact angle measurement on the exposed SAM film after the oxygen plasma treatment was performed on the substrate that was subjected to the oxygen plasma treatment under each condition. This is shown in FIG. From this, it can be seen that the pure water contact angle on the SAM film decreases almost linearly in proportion to the oxygen plasma treatment time. Based on this, as in the case shown in Example 1, by adjusting the treatment time of oxygen plasma so as to obtain an optimum contact angle, a quasi-hydrophilic portion can be formed, and coffee stain is generated. And a functional film can be formed.

(実施例3)
シリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1ミクロン)を形成し、密着層としてチタン膜(膜厚50nm)をスパッタ成膜した。引き続き下部電極として白金膜(膜厚200nm)スパッタ成膜した。
(Example 3)
A thermal oxide film (film thickness 1 micron) was formed on a silicon wafer, and a titanium film (film thickness 50 nm) was formed by sputtering as an adhesion layer. Subsequently, a platinum film (film thickness: 200 nm) was formed by sputtering as the lower electrode.

次いで、実施例1、2で示したような方法で、SAM膜のパターニングを行い、圧電層としてPZT(53/47)を成膜する。前駆体塗布液の合成は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を10モル%過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。   Next, the SAM film is patterned by the method shown in the first and second embodiments, and PZT (53/47) is formed as a piezoelectric layer. 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、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。このPZT濃度は0.1モル/lにした。   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 / l.

一度のゾルゲル成膜で得られる膜厚は100nmが好ましく、前駆体濃度は成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化される(従って0.1モル/lに限定されるものではない)。   The film thickness obtained by a single sol-gel film formation is preferably 100 nm, and the precursor concentration is optimized from the relationship between the film formation area and the amount of applied precursor (thus not limited to 0.1 mol / l). .

この前駆体溶液を先のパターン化SAM膜上に図5のインクジェット装置を用いてインクジェット法で塗布(図3中のE)した。インクジェット法によりSAM膜上には液滴を吐出せず親水部のみ吐出することで接触角のコントラストにより親水部上にのみ塗膜ができた。この塗膜に対してレーザを照射することで、結晶化を行い、図3中のFに示すものを得た。   This precursor solution was applied onto the patterned SAM film by the ink jet method using the ink jet apparatus of FIG. 5 (E in FIG. 3). By discharging only the hydrophilic portion without discharging droplets on the SAM film by the ink jet method, a coating film was formed only on the hydrophilic portion due to the contact angle contrast. Crystallization was performed by irradiating the coating film with a laser, and a film indicated by F in FIG. 3 was obtained.

(繰り返し処理の実施例)
図5のインクジェット装置を用いてインクジェット法により、繰り返し同じ場所に液滴を吐出、レーザ照射することで重ね塗りを行うことができた。
(Example of repeated processing)
By using the ink jet apparatus of FIG. 5 and the ink jet method, droplets were repeatedly ejected to the same place and laser irradiation was performed, so that overcoating could be performed.

(厚膜化の実施例)
先記工程を15回繰り返し500nmの膜を得た。このとき作製された膜にクラックなどの不良は生じなかった。
さらに15回のPZT前駆体の選択塗布及びしかる後のレーザ照射を行い、結晶化処理をした。膜にクラックなどの不良は生じなかった。膜厚は1000nmに達した。
(Example of thickening)
The previous step was repeated 15 times to obtain a 500 nm film. No defects such as cracks occurred in the film produced at this time.
Further, selective coating of the PZT precursor 15 times and subsequent laser irradiation were performed to perform crystallization treatment. Defects such as cracks did not occur in the film. The film thickness reached 1000 nm.

このパターン化膜に上部電極(白金)を成膜し電気特性、電気機械変換能(圧電定数)の評価を行った。
膜の比誘電率は1220、誘電損失は0.02、残留分極は19.3μC/cm、抗電界は36.5kV/cmであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つ(P−Eヒステリシス曲線は図10に示す。)。
An upper electrode (platinum) was formed on this patterned film, and electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) were evaluated.
The relative dielectric constant of the film is 1220, the dielectric loss is 0.02, the remanent polarization is 19.3 μC / cm 2 , the coercive electric field is 36.5 kV / cm, and the characteristics are the same as those of a normal ceramic sintered body (P -E hysteresis curve is shown in FIG.

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。その圧電定数d31は−120pm/Vとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値である。   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. The piezoelectric constant d31 was −120 pm / V, 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.

(実施例4)
電極膜として白金やSrRuOやLaNiOなどの酸化物を溶媒に溶かし、図5のインクジェット装置を用いてインクジェット法で塗布、レーザ照射することで圧電体層と同様に電極膜も形成することができる。しかし、SAM膜の形成材料として、上記ではアルカンチオールを用いていたが、SiOなどの酸化物上にSAM膜を形成させる場合には、シランカップリング剤を用いなければならない。
ここからは圧電体の場合と同様に、フォトリソ・エッチングやレーザなどを用いてSAM膜をパターニングし、親液部に図5のインクジェット装置を用いてインクジェット法にて電極を塗布し、加熱して結晶化を繰り返すことで電極膜(下部電極及び上部電極)を形成した。
Example 4
As an electrode film, an oxide film such as platinum, SrRuO 3 or LaNiO 3 is dissolved in a solvent, applied by an ink jet method using the ink jet apparatus shown in FIG. it can. However, although alkanethiol has been used as a material for forming the SAM film, a silane coupling agent must be used when forming the SAM film on an oxide such as SiO 2 .
From here on, as in the case of the piezoelectric body, the SAM film is patterned using photolithography, etching, laser, etc., and the electrodes are applied to the lyophilic portion by the ink jet method using the ink jet apparatus of FIG. Electrode films (lower electrode and upper electrode) were formed by repeating crystallization.

さらに、図5に示すインクジェット塗布装置を用いて、PZT膜上の必要な部分のみに白金を塗布し上部電極の形成を行った。塗布するときにはPZT前駆体を塗布したときと同様に接触角のコントラストを利用して塗布領域を規定した。上部電極は短絡を防止するためにPZT膜パターンより小さい領域に塗布する必要があるためにPZT膜上にも撥水部を設ける必要がある。そのため本実施例では白金を形成しない部分にレジストをパターニングして塗布を行い、120℃で白金を乾燥処理した後にレジストを剥離して最終的に250℃で焼結した。焼成後の膜厚は0.5ミクロンであり、比抵抗は5×10-6オームセンチであった。 Furthermore, using the inkjet coating apparatus shown in FIG. 5, platinum was apply | coated only to the required part on a PZT film | membrane, and the upper electrode was formed. When coating, the coating area was defined using the contact angle contrast in the same manner as when the PZT precursor was coated. Since it is necessary to apply the upper electrode to a region smaller than the PZT film pattern in order to prevent a short circuit, it is necessary to provide a water repellent part also on the PZT film. Therefore, in this example, a resist was patterned and applied to a portion where platinum was not formed, and after drying the platinum at 120 ° C., the resist was peeled off and finally sintered at 250 ° C. The film thickness after firing was 0.5 microns, and the specific resistance was 5 × 10 −6 ohm centimeters.

(実施例5)
図1に1ノズルの液体吐出ヘッド構成を示す。また図11にこれらを複数個配置したものを示す。本発明によれば、図1及び図11中に示す電気機械変換素子40が簡便な製造工程で(かつバルクセラミックスと同等の性能を持つように)形成でき、その後の圧力室形成のための裏面からのエッチング除去、ノズル孔を有するノズル板を接合することで液体吐出ヘッドができる。
なお、図1及び図11中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は略した。
(Example 5)
FIG. 1 shows the configuration of a one-nozzle liquid discharge head. FIG. 11 shows the arrangement of a plurality of these. According to the present invention, the electromechanical transducer 40 shown in FIGS. 1 and 11 can be formed by a simple manufacturing process (and so as to have performance equivalent to that of bulk ceramics), and the back surface for subsequent pressure chamber formation. The liquid discharge head can be formed by removing the etching from the substrate and joining the nozzle plate having the nozzle holes.
In FIG. 1 and FIG. 11, descriptions of the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted.

(実施例6)
次に、本発明に係るインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を搭載したインクジェット記録装置の一例について図12及び図13を参照して説明する。なお、図12はインクジェット記録装置の斜視説明図、図13はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
(Example 6)
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head (liquid discharge head) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 12 is a perspective explanatory view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 13 is a side explanatory view of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus.

このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド94、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   The ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head 94 including an ink jet head mounted on the carriage according to the present invention, an ink cartridge 95 for supplying ink to the recording head, and the like. A sheet feeding cassette (or a sheet feeding tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side is detachable in the lower portion of the apparatus main body 81. The manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and the printing mechanism section After a required image is recorded by 82, it is discharged to a discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。   The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), black (Bk) A head 94 comprising an ink jet head according to the present invention for ejecting ink droplets of each color has a plurality of ink ejection openings (nozzles) as the main scanning direction. They are arranged in the intersecting direction and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.

インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。   The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body. Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure. Further, although the heads 94 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.

ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。   Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97, and the timing belt 100 is moved to the carriage 93. The carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the head 94, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. A guide member 103, a transport roller 104 that reverses and transports the fed paper 83, a transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104, and a leading end that defines a feed angle of the paper 83 from the transport roller 104 A roller 106 is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。   A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 sent from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. A conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send the paper 83 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 109 in the paper conveyance direction, and the paper 83 is further delivered to the paper discharge tray 86. A roller 113 and a spur 114, and guide members 115 and 116 that form a paper discharge path are disposed.

記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。   At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 117 for recovering defective ejection of the head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby and the head 94 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ヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with the suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

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

以上のように、本発明によれば、液体に対する接触角を制御することで、コーヒーステインを防ぎつつ基板上に均一に濡れ広がるようにして薄膜を形成することができる薄膜製造方法、並びに該薄膜製造方法により製造された薄膜を備える電気機械変換素子、該電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができることがわかった。   As described above, according to the present invention, by controlling the contact angle with respect to the liquid, a thin film manufacturing method capable of forming a thin film so as to spread uniformly on the substrate while preventing coffee stain, and the thin film It has been found that an electromechanical conversion element including a thin film manufactured by the manufacturing method, a droplet discharge head including the electromechanical conversion element, and an ink jet recording apparatus can be provided.

1:基板
2:SAM膜
3:フォトレジスト
4:疎水部
5:親水部
10:ノズル板
11:ノズル
20:圧力室基板
21:圧力室
30振動板
40:電気機械変換素子
41:密着層
42:下部電極
43:電気機械変換膜
44:上部電極
81:装置本体
82:印字機構部82
83:用紙
84:給紙カセット
85:手差しトレイ
86:排紙トレイ
91:主ガイドロッド
92:従ガイドロッド
93:キャリッジ
94:ヘッド
95:インクカートリッジ
97:主走査モータ
98:駆動プーリ
99:従動プーリ
100:タイミングベルト
101:給紙ローラ
102:フリクションパッド
103:ガイド部材
104:搬送ローラ
105:搬送コロ
106:先端コロ
107:副走査モータ
109:印写受け部材
111:搬送コロ
112:拍車
113:排紙ローラ
114:拍車
115,116:ガイド部材
117:回復装置
200:架台
201:Y軸駆動手段
202:基板
203:ステージ
204:X軸支持部材
205:X軸駆動手段
206:ヘッドベース
208:インクジェットヘッド
210:供給用パイプ
212:レーザヘッド
1: Substrate 2: SAM film 3: Photoresist 4: Hydrophobic part 5: Hydrophilic part 10: Nozzle plate 11: Nozzle 20: Pressure chamber substrate 21: Pressure chamber 30 Diaphragm 40: Electromechanical transducer 41: Adhesion layer 42: Lower electrode 43: Electromechanical conversion film 44: Upper electrode 81: Apparatus body 82: Printing mechanism 82
83: paper 84: paper feed cassette 85: manual feed tray 86: paper discharge tray 91: main guide rod 92: sub guide rod 93: carriage 94: head 95: ink cartridge 97: main scanning motor 98: drive pulley 99: driven pulley 100: Timing belt 101: Paper feed roller 102: Friction pad 103: Guide member 104: Conveying roller 105: Conveying roller 106: Front roller 107: Sub-scanning motor 109: Printing receiving member 111: Conveying roller 112: Spur 113: Ejection Paper roller 114: spur 115, 116: guide member 117: recovery device 200: mount 201: Y-axis drive means 202: substrate 203: stage 204: X-axis support member 205: X-axis drive means 206: head base 208: inkjet head 210: Pipe for supply 212: Laser head

特開2005−327920号公報JP 2005-327920 A

K.D.Budd,S.K.Dey,D.A.Payne,Proc.Brit.Ceram.Soc.36,107(1985).K.D.Budd, S.K.Dey, D.A. Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985). A.Kumar and G.M.Whitesides,Appl.Phys.Lett.,63,2002(1993).A. Kumar and G.M.Whitesides, Appl. Phys. Lett., 63, 2002 (1993). Daniel Rhinow and Norert A Hampp, IEEE Transactions on nanobioscience 5,No.3(2006).Daniel Rhinow and Norert A Hampp, IEEE Transactions on nanobioscience 5, No. 3 (2006).

Claims (13)

基板上に、機能性インクが結晶化されてなる薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記基板上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
レーザ光源、ランプ及びプラズマから選ばれるいずれか1により前記撥液膜の一部を除去して準親水部となる所望の形状の撥液膜除去部位を形成する撥液膜除去工程と、
前記基板上における前記撥液膜除去部位にゾルゲル法により前記機能性インクを付与する機能性インク付与工程と、を備えることを特徴とする薄膜製造方法。
A thin film manufacturing method for forming a thin film obtained by crystallizing functional ink on a substrate,
Forming a liquid repellent film on the substrate;
A liquid repellent film removing step of forming a liquid repellent film removal portion of a desired shape to be a semi-hydrophilic portion by removing a part of the liquid repellent film by any one selected from a laser light source, a lamp and plasma;
And a functional ink application step of applying the functional ink to the liquid-repellent film removal site on the substrate by a sol-gel method.
前記レーザ光源が発するレーザ光は、ビームプロファイルがトップハットであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the laser light emitted from the laser light source has a top hat beam profile. 前記レーザ光源及びランプの波長は、紫外であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the laser light source and the lamp have an ultraviolet wavelength. 前記機能性インク付与工程は、前記基板上に前記機能性インクをインクジェット法により吐出して当該基板上に付与することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の薄膜製造方法。   4. The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein in the functional ink application step, the functional ink is ejected onto the substrate by an inkjet method and applied onto the substrate. 前記機能性インクは、電極材料であり、
前記機能性インク付与工程は、液滴の吐出量を調整することで所望の機能性薄膜の形状と膜厚とを得ることを特徴とする請求項4に記載の薄膜製造方法。
The functional ink is an electrode material;
The thin film manufacturing method according to claim 4, wherein the functional ink application step obtains a desired shape and film thickness of the functional thin film by adjusting a discharge amount of the droplet.
前記機能性インクは、強誘電体の前駆体インクであり、
前記機能性インク付与工程は、液滴の吐出量を調整することで所望の機能性薄膜の形状と膜厚とを得ることを特徴とする請求項4に記載の薄膜製造方法。
The functional ink is a ferroelectric precursor ink;
The thin film manufacturing method according to claim 4, wherein the functional ink application step obtains a desired shape and film thickness of the functional thin film by adjusting a discharge amount of the droplet.
前記機能性インクをレーザ光源またはランプにより加熱して結晶化させて所望の形状の機能性薄膜を形成する機能性インク加熱・結晶化工程を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の薄膜製造方法。   7. The method according to claim 1, further comprising a functional ink heating and crystallization step in which the functional ink is heated and crystallized by a laser light source or a lamp to form a functional thin film having a desired shape. The thin film manufacturing method as described in any one of. 前記機能性インク加熱・結晶化工程で用いられるレーザ光源またはランプは、前記撥液膜除去工程で用いられるレーザ光源またはランプと同一であることを特徴とする請求項7に記載の薄膜製造方法。   8. The thin film manufacturing method according to claim 7, wherein the laser light source or the lamp used in the functional ink heating / crystallization step is the same as the laser light source or the lamp used in the liquid repellent film removing step. 第1の電極と、該第1の電極に対向してなる第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持されてなる電気機械変換膜と、を備える電気機械変換素子であって、
前記電気機械変換膜は、請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜製造方法により製造されてなり、
前記第1の電極は、請求項1乃至8のいずれかに記載の基板であることを特徴とする電気機械変換素子。
An electromechanical conversion element comprising: a first electrode; a second electrode facing the first electrode; and an electromechanical conversion film sandwiched between the first electrode and the second electrode Because
The electromechanical conversion film is manufactured by the thin film manufacturing method according to any one of claims 1 to 8,
The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the first electrode is a substrate according to claim 1.
前記第2の電極は、インクジェット方式で形成されてなることを特徴とする請求項9に記載の電気機械変換素子。   The electromechanical transducer according to claim 9, wherein the second electrode is formed by an inkjet method. 前記電気機械変換膜は、金属の複合酸化物からなり、
前記第1の電極及び第2の電極はそれぞれ、白金族元素若しくは白金族元素の酸化物、またはこれら数種の積層膜からなる電極から構成されてなることを特徴とする請求項9または10に記載の電気機械変換素子。
The electromechanical conversion film is made of a complex oxide of metal,
The said 1st electrode and the 2nd electrode are respectively comprised from the electrode which consists of a platinum group element or an oxide of a platinum group element, or these several types of laminated films, The Claim 9 or 10 characterized by the above-mentioned. The electromechanical transducer described.
請求項9乃至11のいずれかに記載の電気機械変換素子を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。   A liquid discharge head comprising the electromechanical transducer according to claim 9. 請求項12に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。   An ink jet recording apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 12.
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